Hydrauliczne mechanizmy uruchamiające hamulce
Hydrauliczne mechanizmy uruchamiające hamulce stosuje się powszechnie w samochodach osobowych oraz lżejszych samochodach ciężarowych, jako mechanizmy uruchamiające hamulce zasadnicze. Działają one w ten sposób, że siła nacisku na pedał jest przenoszona na szczęki za pośrednictwem cieczy — płynu hamulcowego. Mechanizm taki (rys. 20.14) składa się z głównej pompy hamulcowej, hydraulicznych rozpieraczy szczęk
oraz sztywnych i elastycznych przewodów hamulcowych, łączących pompę główną z rozpieraczami. Wywieranie nacisku na pedał hamulca powoduje przesunięcie tłoka głównej pompy hamulcowej, wzrost ciśnienia w przewodach i rozsunięcie się tłoczków rozpieraczy szczęk. Po zwolnieniu pedału hamulca tłok pompy głównej wraca do początkowego położenia, sprężyny odciągające cofają szczęki, powodując jednocześnie wyciśnięcie płynu z rozpieraczy z powrotem do pompy głównej. Ze względu na stosunkowo duże ciśnienie robocze — rzędu 5-f- 10 MPa — wymiary pompy głównej i rozpieraczy są stosunkowo małe.
Do najważniejszych zalet mechanizmów hydraulicznych należą: brak wpływu ruchów kół na działanie układu hamulcowego (dzięki zastosowaniu elastycznych przewodów), jednakowe naciski rozpieracza na obydwie szczęki hamulca oraz mała (w porównaniu z układami mechanicznymi) bezwładność układu.
Główna pompa hamulcowa może być pojedyncza, zasilająca cały układ hamulcowy, lub podwójna, stanowiąca jak gdyby połączenie dwóch pomp pojedynczych, z których każda zasila oddzielną część układu hamulcowego. Taki rozdzielony mechanizm uruchamiający (rys. 20.15) nazywamy układem dzouobwodowym. Jego istotną zaletą w porównaniu z przedstawionym na rys. 20.14 układem jednoobwodowym jest to, że w razie uszkodzenia jednej części instalacji hamulcowej druga jej część pozostaje sprawna i umożliwia hamowanie pojazdu.
Dwuobwodowe układy hamulcowe są coraz powszechniej stosowane w samochodach, gdyż ich wprowadzenie w znacznym stopniu zwiększa bezpieczeństwo jazdy. W wielu krajach istnieją przepisy, które nie zezwalają na produkowanie samochodów z układami hamulcowymi jednoobwo-dowymi. W Polsce, zgodnie z przepisami, wszystkie autobusy o dopuszczalnej masie całkowitej powyżej 5 ton oraz samochody ciężarowe o dopuszczalnej masie całkowitej powyżej 12 ton muszą być wyposażone w układy dwuobwodowe. Niezależnie od tych przepisów istnieją zalecenia, by we wszystkich nowo produkowanych samochodach stosować układy hamulcowe dwuobwodowe.
Na rys. 20.16 przedstawiono dwuobwodowy układ hamulcowy samochodu Polski Fiat 127p. W samochodzie tym, podobnie jak w samochodzie Polski Fiat 126p, zastosowano niezależne obwody sterowania hamulców przedniej oraz tylnej osi. Analogiczny układ dwuobwodowy zastosowano w roku 1972 w samochodach Polski Fiat 125p. Niekiedy stosuje się również układy dwuobwodowe, w których poszczególne obwody łączą hamulce kół
usytuowanych na przekątnej samochodu (rys. 20.17 a) lub najdroższy, ale też najbezpieczniejszy system, w którym każdy obwód działa na obydwa kola przedniej osi oraz na jedno z kół osi tylnej (rys. 20. i 7 b). W tym ostatnim przypadku nawet w razie awarii jednego obwodu sprawnie działają hamulce trzech kół.
Na rys. 20.18 przedstawiono budowę pojedynczej pompy głównej, stosowanej w samochodach FSO Warszawa. W dolnej części korpusu — w cylindrze — znajduje się tłok 2, którego tłoczysko 1 połączone jest z pedałem hamulca. Przestrzeń korpusu ponad cylindrem stanowi zbiornik płynu hamulcowego.
Bardzo często spotyka się konstrukcje, w których zbiornik ten jest oddzielony i połączony z cylindrem pompy przewodem ). Cylinder łączą ze zbiornikiem dwa otworki {4 i 11), umożliwiające dopływ i odpływ płynu.
Od strony otworu wylotowego w cylindrze znajduje się zawór zwrotny składający się z dwóch zaworków — przepustowego 5, otwierającego się przy wzroście ciśnienia w cylindrze, oraz powrotnego 6, którego zadaniem jest utrzymanie nadciśnienia w przewodach hamulcowych po ustaniu działania nacisku na pedał
Naciśnięcie pedału powoduje przesunięcie tłoka 2 i zasłonięcie przez tłoczek uszczelniający 3 otworu 4, przez który płyn mógłby odpływać z cylindra. Dalsze przesuwanie tłoka powoduje wzrost ciśnienia w cylindrze, otwarcie zaworka przepustowego 5 i przepływ płynu do cylinderków rozpie-raczy szczęk. Po zwolnieniu pedału płyn wyciskany z rozpieraczy przez ściągane sprężyną szczęki powraca do pompy. Tłok cofając się odsłania otworek 4, co powoduje, że ciśnienie w cylindrze spada do wartości ciśnienia atmosferycznego, jednak dzięki działaniu zaworka powrotnego 6 w przewodach utrzymuje się nadciśnienie rzędu 60-^80 kPa. Zapobiega to przedostawaniu się powietrza do instalacji przez nieszczelności w złączach przewodów lub w rozpieraczach.
Przez cały czas działania ronipy przestrzeń po drugiej stronie tłoka połączona jest otworem 11 ze zbiornikiem płynu hamulcowego. W tłoku nawiercone są otwory, które wraz z tłoczkiem uszczelniającym 3 spełniają zadania zaworu odciążającego, umożliwiającego szybki powrót tłoka do położenia spoczynkowego. Podczas cofania tłoka zawór ten umożliwia przepływ płynu ze zbiornika do cylindra. Ta dodatkowa porcja płynu, dostająca się do cylindra przy szybkim powracaniu tłoka, zostaje następnie wypchnięta przez otworek 4 do zbiornika, w miarę jak napływa płyn z rozpieraczy.
Opisana główna pompa hamulcowa jest typowa; podobne konstrukcje, różniące się tylko drobnymi szczegółami, spotykane są w wielu innych samochodach.
Zależnie od przyjętego sposobu rozpierania szczęk, w hydraulicznych mechanizmach uruchamiających stosuje się rozpieracze dwustronnego lub jednostronnego działania (simplex lub duplex). Są to cylinderki, w których płyn hamulcowy, w miarę wzrostu ciśnienia, powoduje przesuwanie się tłoczków rozpierających, przy czym w rozpieraczach dwustronnego działania w jednym cylinderku umieszczone są dwa przeciwbieżne tłoczki, natomiast w rozpieraczach jednostronnego działania w cylinderku znajduje się tylko jeden tłoczek.
Na rys. 20.19 a przedstawiono budowę prostego hydraulicznego rozpieracza dwustronnego działania. Oprócz otworu dopływowego, którym doprowadzany jest płyn hamulcowy, cylinderek wyposażony jest w otwór z zaworkiem — tzw. odpowietrznik, służący do odpowietrzania instalacji hydraulicznej. Warunkiem prawidłowego funkcjonowania hydraulicznego mechanizmu uruchamiającego jest całkowite wypełnienie jego instalacji cieczą, która praktycznie nie zmienia swojej objętości w miarę wzrostu ciśnienia. Jeżeli wskutek nieszczelności lub w następstwie zabiegów naprawczych do instalacji hydraulicznej dostanie się powietrze, wówczas wciśnięcie pedału
hamulca powoduje zmniejszanie się objętości powietrza i znacznie mniejszy wzrost ciśnienia płynu. W takim przypadku dla doprowadzenia układu hamulcowego do stanu sprawności konieczne jest usun.ccie powietrza z instalacji hydraulicznej, czyli odpowietrzenie jej.
W niektórych samochodach stosuje się rozpieracze umożliwiające kierowcy regulację rozstawu szczęk, a więc luzu między szczęką a bębnem, bądź rozpieracze wyposażone w urządzenia do samoczynnej regulacji tego luzu. Na rys. 20.19 b przedstawiono rozpieracz, który umożliwia zmianę rozstawu szczęk. Pokręcając nakrętką regulacyjną powoduje się wysuwanie
gwintowanego popychacza z tłoczka i dosuwanie szczęk do będna.
W hamulcach systemu duplex każdą ze szczęk dociska oddzielny rozpieracz jednostronnego działania (rys. 20.19 c). Rozpieracze są połączone przewodem (do instalacji podłączony jest dolny rozpieracz) i wyposażone we wspólny odpowietrznik umieszczony w górnym rozpieraczu.
Przewody hamulcowe łączące pompę główną z rozpieraczami wykonane są ze sztywnych rurek (najczęściej z wyżarzonej miedzi),
W samochodach z hydrauhcznymi mechanizmami uruchamiającymi stosuje się często urządzenia wspomagające, których zadaniem jest zwiększenie skuteczności hamowania i zmniejszenie wysiłku kierowcy przy naciskaniu na pedał hamulca. Urządzenia takie stosuje się w niektórych samochodach ciężarowych oraz szybkich samochodach osobowych. Są to urządzenia hydro-pneumatyczne, w których dla zwiększenia nacisku na tłok pompy hamulcowej wykorzystuje się podciśnienie w rurze dolotowej silnika lub ciśnienie sprężonego powietrza pobieranego ze specjalnego zbiornika zasilanego przez sprężarkę, napędzaną silnikiem samochodu.
Na rys. 20.21 przedstawiono schemat urządzenia podciśnieniowego typu Master-Vac stosowanego w samochodzie Polski Fiat 125p. Pedał hamulca połączony jest dźwignią z trzpieniem i, który za pośrednictwem tłoczka 2 działa na tłok 3 dzielący wnętrze mechanizmu na dwie komory A i B. Komory te są ze sobą połączone kanałkami 4 i 5. Do komory A przez króciec 6 doprowadzony jest przewód łączący ją z rurą dolotową silnika, dzięki czemu w komorze tej panuje podciśnienie. Gdy pedał hamulca nie jest naciśnięty, kanałek 4 jest otwarty i podciśnienie panuje także z drugiej strony tłoka 3 — w komorze B. Tłok utrzymywany jest przez sprężynę 7 w położeniu przedstawionym na rys. 20.21 a — tzn. takim, w którym komora B ma najmniejszą objętość. Naciśnięcie pedału hamulca sprawia, że trzpień 1 naciska na tłoczek 2, który przesuwając się nie tylko działa za pośrednictwem popychacza 9 na tłok głównej pompy hamulcowej, ale powoduje też otwarcie kanałka 8 łączącego (przez kanał 5) komorę B z atmosferą oraz zamknięcie kanałka 4, łączącego komory A i B (rys. 20.21 b). Różnica ciśnień po obu stronach tłoka 3 sprawia, że przesuwa się on, wywierając nacisk za pośrednictwem popychacza 9 na tłok głównej pompy hamulcowej. W ten sposób, naciskając na pedał hamulca, kierowca nie tylko działa bezpośrednio na tłok pompy głównej, lecz jednocześnie steruje ciśnieniem wspomagającym jego działanie. Aby jednak kierowca miał możność regulowania intensywności hamowania, między popychacz 9 i tłok 3 wstawiony jest gumowy krążek reakcyjny 10 odkształcający się pod wpływem sił działających na popychacz. Jeżeli kierowca przestaje naciskać na pedał, trzepień 1 zatrzymuje się i wówczas dalsze przesuwanie tłoka 5, wywołane różnicą ciśnień, powoduje, że krążek 10 wciska się w przestrzeń po lewej stronie tłoczka 2, odpycha go i dociska do kulistej końcówki trzpienia / (rys. 20.21 c). Odcięty zostaje dopływ powietrza z atmosfery, ponieważ tłoczek 2 zamyka kanałek 8. Ustala się więc równowaga sił, ponieważ zarówno kanałek 4, jak i kanałek 8 są zamknięte. Każdemu położeniu pedału odpowiada inne położenie tłoka 3, w którym ustala się równowaga sił. W ten sposób kierowca cały czas sprawuje kontrolę nad układem wspomagającym.
Opisane podciśnieniowe urządzenie wspomagające typu Master-
-Vac jest również stosowane w samochodach Polski Fiat 125p wyposażonych w dwuobwodowy układ hamulcowy, gdzie współpracuje ono z podwójną pompą hamulcową. Konstrukcję takiego rozwiązania przedstawiono na rys. 20.22. Na rys. 20.23 pokazano dwuobwodowy układ hamulcowy samochodu Polonez, w którym również jest stosowane rozwiązanie jak na rys. 20.22. W obwodzie hamulców tylnych kół zastosowano tu korektor siły hamowania, zmniejszający ciśnienie płynu w miarę odciążania kół mostu napędowego.
W samochodach ciężarowych małej i średniej ładowności oraz w małych autobusach stosuje się niekiedy hydrauliczne mechanizmy uruchamiające z nadciśnieniowymi urządzeniami wspomagającymi. Urządzenia nadciśnieniowe umożliwiają uzyskanie większych sił hamowania niż urządzenia podciśnieniowe. Ponadto intensywność ich działania nie zależy (jak to ma miejsce w urządzeniach podciśnieniowych) od pracy silnika. Urządzenia nadciśnieniowe wymagają zastosowania sprężarki, zbiornika sprężonego powietrza, regulatora ciśnienia i ciśnieniomierza. Są one droższe od urządzeń podciśnieniowych.