ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΥΔΡΑΥΛΙΚΩΝ ΦΡΕΝΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Τ.Ε. & ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΥΔΡΑΥΛΙΚΩΝ ΦΡΕΝΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΜΠΑΡΜΠΑΣ ΑΕΜ:5013 ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ ΡΙΖΟΠΟΥΛΟΣ ΑΕΜ:5047 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΘΕΟΛΟΓΟΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΙΔΗΣ ΚΑΒΑΛΑ, ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 2014

2 Πρόλογος Συστ. υδραλ. φρένων ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η Μηχανική των ρευστών κατ' ακολουθία του γαλλικού όρου méchanique des fluides ή Ρευστομηχανική κατ' ακολουθία του αγγλικού fluid mechanics, αποτελεί ιδιαίτερο κλάδο της Κλασικής μηχανικής με κύριο αντικείμενο έρευνας και μελέτης τη συμπεριφορά των ρευστών επί ασκούμενων δυνάμεων ή προσφοράς ενέργειας σ αυτά. Γενικά η κλασική μηχανική ασχολείται με την κίνηση των σωμάτων, ενώ η "Μηχανική των ρευστών" με την αντίστοιχη, τη ροή των ρευστών, δηλαδή των υγρών και αερίων. Η κατανόηση της μηχανικής των ρευστών έχει ιδιαίτερα σπουδαία σημασία σε πολλούς τομείς των επιστημών π.χ. στην Ιατρική, επί της ροής και κυκλοφορίας του αίματος, στη Μετεωρολογία, επί των αερίων στρωμάτων, στην αεροναυπηγική, επί των δυνάμεων που ασκούνται στα αεροσκάφη, στη μηχανολογία, καθώς και στη χημική μηχανική ειδικότερα σε θέματα αντιδραστήρων, αποτελούν ενδεικτικά τομείς που απαιτούν άριστη γνώση των ιδιοτήτων των ρευστών. Σημαντικότεροι επιμέρους κλάδοι της επιστήμης αυτής είναι η υδροστατική, η υδροδυναμική, η αεροδυναμική και η τεχνική υδραυλική. Με τη συμπεριφορά των υγρών είτε «εν στάση» είτε «εν κινήσει» ασχολήθηκε από τους αρχαιότατους χρόνους ο άνθρωπος, στη προσπάθειά του να επιλύσει τα διάφορα πρακτικά προβλήματα που του παρουσιάζονταν. Η πρώτη όμως συστηματική μελέτη των υγρών ανάγεται στην ελληνική αρχαιότητα. Πραγματικά τον 3ο αιώνα π.χ. ο Αρχιμήδης είναι ο πρώτος που ανακαλύπτει την άνωση και διατυπώνει την ομώνυμή του αρχή. Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα και μέχρι τους νεότερους χρόνους μικρή μόνο πρόοδος σημειώθηκε στην υδροστατική και αυτή θεωρητική. Όπως το 1583 περίπου, ο Ολλανδός μαθηματικός Σίμον Στεβάιν (Simon Stevin, ) απέδειξε ότι η πίεση που ασκεί ένα υγρό πάνω σε μια Σελίδα 1 από 105

3 Πρόλογος Συστ. υδραλ. φρένων δεδομένη επιφάνεια εξαρτάται από το βάθος στο οποίο βρίσκεται η επιφάνεια και όχι από το σχήμα του δοχείου που περιέχει το υγρό. Όμως κατά τον 17ο αιώνα ο Μπλεζ Πασκάλ διατύπωσε τη θεμελιώδη αρχή της υδροστατικής τη γνωστή ως «Αρχή του Πασκάλ». Η αρχή αυτή που προσδιορίσθηκε από τον Γάλλο φυσικό, καθορίζει ότι η οποιαδήποτε πίεση που τυχόν μπορεί να ασκηθεί στην επιφάνεια ενός υγρού μεταδίδεται ομοιόμορφα εντός αυτού, προς όλες τις διευθύνσεις και σε όλο το βάθος του. Από τότε η περαιτέρω πρόοδος της υδροστατικής συνίσταται κυρίως αφενός σε θεωρητικές διερευνήσεις των δύο παραπάνω βασικών αρχών και αφετέρου σε πρακτικές εφαρμογές των πορισμάτων αυτών. Εφαρμογές της Αρχής του Πασκάλ αποτελούν η πλήρωση με αέρα ενός τροχού ή μπαλονιού, το υδραυλικό πιεστήριο, οι υδραυλικοί γερανοί, τα υδραυλικά φρένα και πλείστα άλλα. Σελίδα 2 από 105

4 Πίνακας περιεχομένων Συστ. υδραυλ. φρένων ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Πρόλογος Σελ. 1 Πίνακας περιεχομένων Σελ. 3 Περίληψη Σελ. 5 Κατάλογος πινάκων Σελ. 9 Εισαγωγή Σελ. 15 Κεφάλαιο 1 Συστήματα πεδήσεως 1.1 Γενικά Στοιχεία φυσικής Η έννοια της πέδησης 1.2 Μηχανικό σύστημα πέδησης 1.3 Σύστημα πέδησης με αέρα 1.4 Ηλεκτρονικά σύστημα πέδησης (ΑBS) 1.5 Ηλεκτρικό σύστημα πέδησης 1.6 Υδραυλικός επιβραδυντής 1.7 Μηχανόφρενο 1.8 Υδραυλικό σύστημα πέδησης Εξαρτήματα υδραυλικού συστήματος πεδήσεως 1.9. Συμπεράσματα Κεφάλαιο 2 Τα φρένα - Η λειτουργία τους 2.1 Γενικά Η λειτουργία των φρένων με δίσκους και ταμπούρα Αποστάσεις πεδήσεως με αποτελεσματικότητα φρένων 60% και 80% Η μεταφορά του βάρους Η προσωρινή πτώση της αποτελεσματικότητας Λάστιχα και φρενάρισμα 2.2. Υδραυλικό σύστημα φρένων Ευκολότερο φρενάρισμα για τον οδηγό Ταυτόχρονη λειτουργία των κυλίνδρων 2.3 Η λειτουργία φρένων τύπου τυμπάνου (τα ταμπούρα) Γενική λειτουργία Οι διάφοροι τύποι ταμπούρων Υλικά τριβής 2.4 Τα δισκόφρενα Γενικά Εξαρτήματα δισκοφρένου και λειτουργία Υλικά κατασκευής δισκοφρένων Υλικά τριβής - Η λειτουργία τους Η πένσα με 4 έμβολα (τετραπίστονη δαγκάνα) Αεριζόμενοι δίσκοι Τύποι δισκοφρένων που μειώνουν το βάρος 2.5. Συστήματα υποβοήθησης Σελ. 17 Σελ. 17 Σελ. 17 Σελ. 19 Σελ. 20 Σελ. 21 Σελ. 23 Σελ. 25 Σελ. 26 Σελ. 27 Σελ. 28 Σελ. 28 Σελ. 32 Σελ. 35 Σελ. 35 Σελ. 35 Σελ. 37 Σελ. 38 Σελ. 39 Σελ. 40 Σελ. 40 Σελ. 40 Σελ. 43 Σελ. 45 Σελ. 45 Σελ. 49 Σελ. 50 Σελ. 52 Σελ. 52 Σελ. 52 Σελ. 53 Σελ. 54 Σελ. 55 Σελ. 55 Σελ. 58 Σελ. 59 Σελίδα 3 από 105

5 Πίνακας περιεχομένων Συστ. υδραυλ. φρένων Η σημασία τους Σερβομηχανισμός - Η σημασία του Σερβόφρενα υποπίεσης Σερβόφρενα τύπου χαϊντρόβακ Σερβόφρενα σταθερής πίεσης (με αντλία κενού) Υδραυλικά σερβόφρενα ή σερβόφρενα σταθερής πίεσης Σερβόφρενα πεπιεσμένου αέρα 2.6. Συμπεράσματα Κεφάλαιο 3 Μέσο λειτουργίας υδραυλικών συστημάτων πεδήσεως - Υγρά φρένων 3.1. Γενικά 3.2. Προδιαγραφές των υγρών φρένων Οι ιδιότητες των υγρών φρένων Σημείο βρασμού Ιξώδες Διάβρωση Συμπιεστότητα Συντήρηση και επισκευή Χημική σύσταση των υγρών φρένων 3.3. Ο νόμος του Pascal 3.4. Συμπεράσματα Κεφάλαιο 4 Ο έλεγχος και η ρύθμιση των φρένων 4.1. Γενικά 4.2. Εντοπισμός βλαβών στα συστήματα υδραυλικών φρένων - Πιθανά αίτια 4.3. Ρύθμιση ταμπούρων 4.4. Ρύθμιση δίσκων 4.5. Συντήρηση συστήματος Εξαέρωση του συστήματος Πλήρωση του συστήματος 4.6 Συμπεράσματα Κεφάλαιο 5 Πειραματικό μέρος Συμπεράσματα 5.1. Γενικά 5.2. Πορεία κατασκευής 5.3. Παρατηρήσεις - Συμπεράσματα Συμπεράσματα - Προτάσεις Βιβλιογραφία Σελ. 59 Σελ. 61 Σελ. 62 Σελ. 65 Σελ. 68 Σελ. 68 Σελ. 70 Σελ. 70 Σελ. 71 Σελ. 71 Σελ. 71 Σελ. 72 Σελ. 73 Σελ. 78 Σελ. 79 Σελ. 80 Σελ. 80 Σελ. 87 Σελ. 88 Σελ. 90 Σελ. 93 Σελ. 93 Σελ. 93 Σελ. 96 Σελ. 97 Σελ. 97 Σελ. 98 Σελ. 99 Σελ.100 Σελ.101 Σελ.101 Σελ.101 Σελ.102 Σελ.104 Σελ.105 Σελίδα 4 από 105

6 Περίληψη Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου ΠΕΡΙΛΗΨΗ Για τη φυσική η τριβή ολίσθησης είναι δύναμη, η οποία ασκείται σε ένα σώμα που γλιστρά (ολισθαίνει) στην επιφάνεια ενός άλλου σώματος και συγχρόνως την πιέζει. Συνυπάρχει δηλαδή πάντοτε με την κάθετη αντίδραση η οποία επίσης ασκείται στο κινούμενο σώμα από την επιφάνεια του άλλου σώματος. Τα δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή, αλληλοσυμπιέζονται και συγχρόνως κινούνται, το ένα ως προς το άλλο. Η τριβή ως δύναμη θα διαμορφώσει την επιβραδυντική επιτάχυνση ενός αντικειμένου σε σχέση με το άλλο έτσι ώστε η κινητική ενέργεια του σώματος να μηδενιστεί. Για να υπάρξει τριβή μεταξύ δύο αντικειμένων πρέπει να ασκηθεί μία πίεση ή δύναμη του ενός πάνω στο άλλο. Στην παρούσα εργασία αναλύεται διεξοδικά ο τρόπος με τον οποίο, η υδραυλική μηχανική και κατά συνέπεια το σύστημα υδραυλικών φρένων των οχημάτων. Κύριο μέλημα της λειτουργίας των συστημάτων πέδησης είναι ο στόχος της μετατροπής της εκάστοτε μηχανικής ή ηλεκτρικής ενέργειας σε δύναμη τριβής με απώτερο σκοπό την ακινητοποίηση του αντικειμένου που κινείται ή περιστρέφεται στην δικιά μας περίπτωση. Στην καθημερινότητα μας χρησιμοποιούμε αρκετούς νόμους της φυσικής και συνήθως της ρευστομηχανικής για να επιτύχουμε διάφορες εργασίες. Έτσι χρησιμοποιώντας τις επιστήμες αυτές κατανοούμε σε μεγαλύτερο βαθμό την λειτουργία των συστημάτων πεδήσεως. Με σκοπό την σωστή λειτουργία των παραπάνω διαδικασιών χρησιμοποιούμε τις ιδιότητες διάφορων υλικών, τα οποία απαρτίζουν τα εξαρτήματα των συστημάτων αυτών. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες αναπτύσσουν καθημερινώς σχέδια και μελέτες έπειτα από εφαρμογή των παραπάνω επιστημών. Ως αποτέλεσμα μας δίνουν τα διάφορα εξαρτήματα που αποτελούν το σύστημα πεδήσεως έτσι Σελίδα 5 από 105

7 Περίληψη Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου ώστε εμείς να το χρησιμοποιήσουμε είτε σε οχήματα είτε σε ανυψωτικές μηχανές. Η αρχή του Πασκάλ, ένα μεγάλο τμήμα της ρευστομηχανικής επιστήμης, είναι αυτή που εφαρμόζεται κατά κύριο λόγο στα υδραυλικά συστήματα πέδησης. Η λειτουργία των συστημάτων αυτών στηρίζεται επίσης στις ιδιότητες που έχουν συγκεκριμένα ορυκτέλαια, τα λεγόμενα υγρά των φρένων, τα οποία χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν την πίεση που είναι υπεύθυνη για την τριβή δύο αντικειμένων των τροχών που περιστρέφονται, με σκοπό την ακινητοποίηση του οχήματος. Με την πάροδο του χρόνου και με την επιρροή κάποιων παραγόντων, είτε φυσικών είτε τεχνητών, όλα τα υλικά χάνουν την αποτελεσματικότητα και την αντοχή τους. Αυτό έχει ως συνέπεια, να δίνεται τεράστια βάση στις αιτίες που προκαλούν τη μη αποτελεσματικότητά τους αλλά και στο να συντηρούμε και να ερευνούμε συνεχώς αυτά τα προβλήματα με αποτέλεσμα την ολική απαλοιφή τους, ώστε η οδήγηση στην δικιά μας περίπτωση, να γίνεται όσο το δυνατόν ασφαλέστερη. Σελίδα 6 από 105

8 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου RESUME For the physical science the sliding friction is force, which is exerted on a body which slides on the surface of another body and simultaneously presses it. Coexists always with the vertical reaction which also exerted on the driven body from the surface of the other body. The two bodies are in contact, pushing one another and simultaneously moving, relative to one another. The friction as force will form the flame speed of one object relative to each other so that the kinetic energy of the body to be reset. So to be rubbed between two objects must exert a pressure or a force of one over the other. In this research we analyze in detail the way in which the hydraulic engineering and consequently the hydraulic brake system of vehicles. The main concern of the operation of braking systems is the goal of transforming the individual mechanical or electrical energy in friction force with a view to immobilize the object that moves or rotates in our own case. In everyday life we use several laws of physics and the fluid mechanics usually to achieve various tasks. So using these sciences understand more closely the operation of braking systems. In order to correct operation of the above procedures use the properties of various materials which make up the components of these systems. Automakers are developing daily plans and studies after application of the above disciplines. As a result they give to us, the various components that compose the braking system so we can use it either in vehicles or on board lifting machines. The principle of Pascal, a large part of the science of fluid mechanics, is that used mainly in hydraulic braking systems. The operation of these systems is also based on properties that have specific oils, called the brake fluid, which are used to transfer the pressure is responsible for the Σελίδα 7 από 105

9 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου friction between two objects of wheels that rotate in order to immobilize the vehicle. Over time and with the influence of some factors, either natural or artificial, all materials lose their effectiveness and durability. As a consequence, to be given huge base in causes of ineffectiveness but also to maintain and continuously investigate these problems leading to total elimination, so driving in our own case is as safe as possible. Σελίδα 8 από 105

10 Κατάλογος πινάκων - Σχημάτων - Εικόνων - Διαγραμμάτων Συστ. Υδραυλ. φρένων Πίνακας 1.1 Πίνακας 3.1. Πίνακας 4.1. ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Σχέση της απόστασης αντιδράσεως και της τελικής απόστασης φρεναρίσματος ανάλογα με την ταχύτητα ενός κινούμενου οχήματος κατά το φρενάρισμα (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Χαρακτηριστικά των κοινών υγρών πέδησης (Πηγή: Οι απαιτούμενοι έλεγχοι και συντηρήσεις ανά τακτές χιλιομετρικές αποστάσεις. (Πηγή: Πτυχιακή εργασία Τροχός και Φρένα ΤΕΙ Οχημάτων Θεσσαλονίκης) Σελ. 38 Σελ. 77 Σελ. 97 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1. Σχήμα 1.2. Σχήμα 1.3. Σχήμα 2.1. Σχήμα 2.2. Σχήμα 2.3. Σχήμα 2.4. Δυνάμεις κατά την πέδηση (Πηγή: blogs.sch.gr/atkermelid/files/2013/06/συ- ΣΤΗΜΑΤΑ-ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ-ΙΙ pdf) Ηλεκτρονικό σύστημα πέδησης αντιμπλοκαρίσματος (ΑΒS - Anti-Blocking System) (Πηγή: px-absprinc.jpg) Πολλαπλασιασμός δύναμης στο πεντάλ - Λειτουργία κεντρικής αντλίας (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Διάταξη ταμπούρου (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Διάταξη του συστήματος πεδήσεως (Πηγή: Πτυχιακή εργασία Τροχός και Φρένα ΤΕΙ Οχημάτων Θεσσαλονίκης) Το τύμπανο σε τομή. Διάταξη των εξαρτημάτων του (Πηγή: Πτυχιακή εργασία Τροχός και Φρένα ΤΕΙ Οχημάτων Θεσσαλονίκης) Διάταξη του κυλίνδρου που είναι υπεύθυνος για την πέδηση του τροχού (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Σελ. 20 Σελ. 24 Σελ. 31 Σελ. 36 Σελ. 41 Σελ. 45 Σελ. 47 Σελίδα 9 από 105

11 Κατάλογος πινάκων - Σχημάτων - Εικόνων - Διαγραμμάτων Συστ. Υδραυλ. φρένων Σχήμα 2.5. Σχήμα 2.6. Σχήμα 2.7. Σχήμα 3.1. Σχήμα 3.2. Σχήμα 4.1. Η αρχή λειτουργίας του σερβόφρενου στηρίζεται στην μετακίνηση ενός εμβόλου λόγω της διαφοράς πίεσης (Πηγή: Ζαχμάνογλου Θ. (2010) Τεχνολογία Ινστιτούτο Διαρκούς Επιμόρφωσης Επιχειρήσεων Αυτοκινήτου ΙΔΕΕΑ Αθήνα) Σχηματικό διάγραμμα σερβόφρενου τύπου HYDROVAC (Πηγή: Ζαχμάνογλου Θ. (2010) Τεχνολογία Ινστιτούτο Διαρκούς Επιμόρφωσης Επιχειρήσεων Αυτοκινήτου ΙΔΕΕΑ Αθήνα) Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας υδραυλικού σερβόφρενου ή σερβόφρενου σταθερής πίεσης (Πηγή: Ζαχμάνογλου Θ. (2010) Τεχνολογία Ινστιτούτο Διαρκούς Επιμόρφωσης Επιχειρήσεων Αυτοκινήτου ΙΔΕΕΑ Αθήνα) Πόσο κοντά στο υγρό αναπτύσσονται μεγάλες θερμοκρασίες λόγω της τριβής των υλικών τριβής με τον ρότορα (Πηγή: Η αρχή του Πασκάλ με εξισώσεις Παρατηρούμε ότι η δύναμη F2 δεν εξαρτάται από το μήκος του σωλήνα που συνδέει τα δύο δοχεία. (Πηγή: m) Η μείωση της απόστασης Χ του μεταλλικού πλακιδίου που φέρει πάνω του το υλικό τριβής από τον δίσκο (Πηγή: k1u5r-hdojidvgnkfobyfwvrtiwgljrfwqkepyf80pw) Σελ. 67 Σελ. 67 Σελ. 69 Σελ. 73 Σελ. 92 Σελ. 96 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1. Εικόνα 1.2. Μηχανισμός ταμπούρου σε συστήματα πέδησης με αέρα σε τομή (Πηγή: eliable-low-cost-braking-matter-discipline) Διάταξη συστήματος πέδησης με αέρα σε τράκτορα φορτηγού (Πηγή: html) Σελ. 21 Σελ. 22 Σελίδα 10 από 105

12 Κατάλογος πινάκων - Σχημάτων - Εικόνων - Διαγραμμάτων Συστ. Υδραυλ. φρένων Εικόνα 1.3. Εικόνα 1.4. Εικόνα 1.5. Εικόνα 1.6. Εικόνα 1.7. Εικόνα 2.1. Εικόνα 2.2. Εικόνα 2.3. Εικόνα 2.4. Εικόνα 2.5. Εικόνα 2.6. Εικόνα 2.7. Εικόνα 2.8. Διάταξη συστήματος πέδησης με αέρα σε φορτηγό ρυμουλκούμενο (Πηγή: num= /2) Υδραυλικός επιβραδυντής (Πηγή: k/k3.pdf) Τυπικό σερβόφρενο υποπιέσεως με διάφραγμα (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Τυπικό συγκρότημα δισκοφρένου με σταθερή πένσα (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Τα μέρη ενός φρένου με ταμπούρο (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Βασικοί τύποι φρένων. (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Η μεταφορά του βάρους προς τα εμπρός κατά την πέδηση (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Το υδραυλικό σύστημα. Η κεντρική αντλία φρένων σε τομή. Διακρίνονται με μαύρο χρώμα οι ελαστικοί δακτύλιοι στεγανοποίησης (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Η ταυτόχρονη λειτουργία της κεντρικής αντλίας και των κυλίνδρων στους τροχούς (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Άλλοι τύποι κυλίνδρων στους τροχούς (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Σιαγώνες Οδηγοί και οδηγούμενες (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Τα εξαρτήματα ενός δισκοφρένου (Πηγή: Πτυχιακή εργασία Τροχός και Φρένα ΤΕΙ Οχημάτων Θεσσαλονίκης) Τα κυριότερα μέρη ενός δισκοφρένου - Η λειτουργία του (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Σελ. 23 Σελ. 26 Σελ. 30 Σελ. 33 Σελ. 34 Σελ. 35 Σελ. 39 Σελ. 42 Σελ. 44 Σελ. 48 Σελ. 50 Σελ. 53 Σελ. 56 Σελίδα 11 από 105

13 Κατάλογος πινάκων - Σχημάτων - Εικόνων - Διαγραμμάτων Συστ. Υδραυλ. φρένων Εικόνα 2.9. Εικόνα Εικόνα Εικόνα Η πένσα με τέσσερα (4) έμβολα (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Ένας αεριζόμενος δίσκος (Πηγή: Πτυχιακή εργασία Τροχός και Φρένα ΤΕΙ Οχημάτων Θεσσαλονίκης) Άλλοι είδη τύπου πένσας δισκοφρένου (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Σερβόφρενο υποπιέσεως - Η λειτουργία του (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Σελ. 57 Σελ. 57 Σελ. 59 Σελ. 64 Εικόνα Εικόνα 3.1. Εικόνα 3.2. Εικόνα 3.3. Εικόνα 3.4. Εικόνα 3.5. Εικόνα 3.6. Σερβόφρενο υποπιέσεως σε τομή - Τα εξαρτήματα του (Πηγή: Ζαχμάνογλου Θ. (2010) Τεχνολογία Ινστιτούτο Διαρκούς Επιμόρφωσης Επιχειρήσεων Αυτοκινήτου ΙΔΕΕΑ Αθήνα) Πλήρωση του δοχείου των υγρών φρένων κατά τη διάρκεια εξαέρωσης του συστήματος από αέρα υγρασία. (Πηγή: Ενδεικτικές φιάλες προδιαγραφών από DOT 3,4,5 και 5.1 υγρών φρένων που πωλούνται στο εμπόριο (Πηγή: _DOT_5.1_Motorex_250ml) Δοκιμαστής υγρών φρένων. Μετράει την περιεκτικότητα των υγρών φρένων σε υγρασία μέσα από το δοχείο πλήρωσης (Πηγή: Τρείς τύποι υδραυλικών κυκλωμάτων (Πηγή: Jacobson M.A.I. Tζαντάλια Κώστας Το βιβλίο του Εκδόσεις Παπαμάρκου) Το χαμηλό (MIN) και το υψηλό (MAX) σημείο πλήρωσης πάνω στο δοχείο πλήρωσης το οποίο βρίσκεται πάνω στην κεντρική αντλία (Πηγή: ewthema/30275.asp) Μια φιάλη υγρών φρένων και ένα δισκόφρενο (Πηγή: Σελ. 66 Σελ. 81 Σελ. 82 Σελ. 83 Σελ. 84 Σελ. 85 Σελ. 86 Σελίδα 12 από 105

14 Κατάλογος πινάκων - Σχημάτων - Εικόνων - Διαγραμμάτων Συστ. Υδραυλ. φρένων Εικόνα 3.7. Εικόνα 4.1. Εικόνα 4.2. Εικόνα 4.3. Εικόνα 5.1. Πειραματική απεικόνιση της αρχής του Πασκάλ - Ενδεικτικό πείραμα παρουσίασης της λειτουργίας ενός συστήματος υδραυλικών φρένων. Εφαρμόζοντας δύναμη προς τα κάτω στο έμβολο στο κεντρικό σωλήνα (πάνω εικόνα) η πίεση μεταφέρεται μέσω των σωληνώσεων μέσω του πράσινου υγρού στα τέσσερις ακραίους σωλήνες έχοντας ως αποτέλεσμα να ανυψωθούν τα έμβολα και των τεσσάρων σωλήνων ταυτόχρονα (κάτω εικόνα) ίση συνολική απόσταση με την απόσταση που διάνυσε το κεντρικό έμβολο. (Πηγή: Τακάκια αριστερά καινούργιο - δεξιά χρησιμοποιημένο (Πηγή: Δίσκος αριστερά φυσιολογικός - δεξιά κατεστραμμένος (Πηγή: Τακάκια αριστερά καινούργιο - δεξιά χρησιμοποιημένο. Βλέπουμε ότι στο χρησιμοποιημένο τακάκι έχει μείνει μια μικρή ποσότητα του υλικού τριβής σε σχέση με το καινούργιο που έχει μεγάλη ποσότητα (Πηγή: dscn3719.jpg) Η κατασκευή αναπαριστά ένα υδραυλικό σύστημα πεδήσεως. (Πηγή: ΤΕΙ ΑΜΘ Τμήμα Μηχανικών τεχνολογίας πετρελαίου και φυσικού αερίου Τ.Ε. & Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.) Σελ. 91 Σελ. 95 Σελ. 95 Σελ. 96 Σελ.103 Διάγραμμα 1.1. ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Πτώση της αποτελεσματικότητας ή και ολική απώλεια των φρένων λόγω της θερμοκρασίας που παράγεται στα υλικά τριβής λόγω των παρατεταμένων φρεναρισμάτων Σελ. 39 Σελίδα 13 από 105

15 Κατάλογος πινάκων - Σχημάτων - Εικόνων - Διαγραμμάτων Συστ. Υδραυλ. φρένων Διάγραμμα 3.1. Διάγραμμα 3.2. Διάγραμμα 3.3. (Πηγή: Ζαχμάνογλου Θ. (2010) Τεχνολογία Ινστιτούτο Διαρκούς Επιμόρφωσης Ε- πιχειρήσεων Αυτοκινήτου ΙΔΕΕΑ Αθήνα) Συνάρτηση σημείου βρασμού των συμβατικών υγρών φρένων σε σχέση με τον χρόνο (Πηγή: Συνάρτηση της θερμοκρασίας τοπικής εξαερώσεως σε σχέση με τον χρόνο. Σπουδαιότητα της κρίσιμης τιμής της θερμοκρασίας τοπ. εξαερώσεως (Πηγή: Συνάρτηση του ιξώδους σε σχέση με το ποσοστό προσθήκης νερού (Πηγή: Σελ. 75 Σελ. 75 Σελ. 78 Σελίδα 14 από 105

16 Εισαγωγή Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρούσα πτυχιακή εργασία αποσκοπεί, στο να κατανοήσουν οι α- ναγνώστες της, πλήρως τις αρχές λειτουργίας ενός υδραυλικού συστήματος πεδήσεως (φρένων), έτσι ώστε μετέπειτα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω επιστημονικές έρευνες στον τομέα αυτό. Στο πρώτο κεφάλαιο θα λάβει ο αναγνώστης τις απαραίτητες γνώσεις σε σχέση με τους τύπους των συστημάτων πεδήσεως, όπως το μηχανικό, σύστημα πέδησης με αέρα, το ηλεκτρονικό σύστημα με χρήση του ΑΒS, ηλεκτρικό, το μηχανόφρενο και τέλος το υδραυλικό σύστημα πέδησης τα οποία ερμηνεύονται αναλυτικά στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας. Επίσης θα ενημερωθεί πλήρως για τις ιστορικές βελτιώσεις και αλλαγές που έχουν υποστεί τα συστήματα πεδήσεως μέχρι σήμερα. Στη συνέχεια του κεφαλαίου θα παρουσιάσουμε ένα προς ένα τα εξαρτήματα των υδραυλικού συστήματος από την πλευρά του υλικού κατασκευής, του τρόπου συναρμογής, διάταξης και του τρόπου λειτουργίας του κάθε εξαρτήματος. Όπως αρκετοί άνθρωποι ξέρουν ότι για να σταματήσει ένα αντικείμενο να κινείται πρέπει να ασκηθεί πάνω του μία δύναμη αντίστροφης φοράς σε σχέση με αυτή που κινείται, παράγοντας όμως έτσι μεγάλα ποσά θερμότητας. Έτσι στο δεύτερο κεφάλαιο ο αναγνώστης θα ενημερωθεί για την λειτουργία των εξαρτημάτων τριβής και τις διαφορές τους, αποκτώντας έτσι γνώσεις και δικιά του κρίση για το σύστημα υδραυλικών αυτοκινήτων και τα εξαρτήματα του. Οι παράγοντες που συντελούν στην αποτελεσματική πέδηση είναι κάτι το αξιοσημείωτο και θα είναι σφάλμα αν δεν αναφερθούμε σε αυτούς. Κλείνοντας θα μιλήσουμε για την βοήθεια που έδωσαν τα υδραυλικά συστήματα πεδήσεως μέσω της αρχής των ασυμπίεστων υγρών στους οδηγούς των αυτοκινήτων. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Σελίδα 15 από 105

17 Εισαγωγή Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου συστήματος πεδήσεως με ταμπούρα και δισκόφρενα θα κλείσουν το κεφάλαιο αυτό επιλύοντας και τις τελευταίες απορίες του αναγνώστη μας. Το τρίτο κεφάλαιο θα δώσει την δυνατότητα σε κάθε αναγνώστη να κατανοήσει τα πάντα σχετικά με το μέσο λειτουργίας των συστημάτων πεδήσεως - υγρά των φρένων. Θα αναφέρουμε τις προδιαγραφές που μας ορίζουν οι κατασκευαστές και θα τα ταξινομήσουμε. Στη συνέχεια θα μιλήσουμε για τις ιδιότητες τους, το σημείο βρασμού τους, για το ιξώδες τους, την διάβρωση τους και τις ιδιότητες τους. Το πιο σημαντικό που θα συναντήσουμε στο κεφάλαιο αυτό, είναι το πως εφαρμόζεται στα υδραυλικά φρένα η περίφημη αρχή του Πασκάλ. Στο τέταρτο, τελευταίο και πιο σημαντικό κεφάλαιο θα ερευνήσουμε τους παράγοντες που μειώνουν με την ύπαρξη τους την αποτελεσματικότητα του συστήματος και θα προτείνουμε μετά απο επιστημονικές έρευνες, τους τρόπους που ελέγχουμε και κάνουμε συντήρηση ανά κατηγορία φρένων (ταμπούρα, δισκόφρενα), ενώ θα επικεντρωθούμε στην σωστή επισκευή των εξαρτημάτων, με γνώμονα την ασφάλεια του και κατά συνέπεια την σωστή και ασφαλή οδική συμπεριφορά. Σελίδα 16 από 105

18 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου 1. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΕΔΗΣΕΩΣ 1.1 Γενικά Στοιχεία φυσικής Όλοι γνωρίζουμε από τη φυσική ότι όταν ένα σώμα μάζας m κινείται με ταχύτητα u έχει μια κινητική ενέργεια που δίνεται από τον τύπο: E m u (1.1) όπου η μάζα εκφράζεται σε kg και η ταχύτητα u σε m/sec. Έστω ότι ένα αυτοκίνητο μάζας m=800 kg και κινείται με ταχύτητα u=80 km/h => 22,22 m/sec. Από τη σχέση 1.1 θα έχουμε την κινητική του ενέργεια m 2 /sec 2 Ε = 0,5 800 kg (22,22 m/sec) 2 => E = ,36 kg Δεδομένου ότι 1 Newton = 1 kg m/sec 2 τότε Ε = ,36 Νm, η οποία αντιστοιχεί σε 0,054 kwh. Για να σταματήσει το αυτοκίνητο σε μια απόσταση S, πρέπει να εξασκηθεί με τα φρένα μία δύναμη πέδησης F, η οποία θα παράγει ένα έργο W ίσο και αντίθετο προς την κινητική του ενέργεια Ε. Το έργο αυτό ονομάζεται έργο ή ενέργεια πέδησης. Στο παράδειγμα μας η ενέργεια πέδησης W = E = ,36 Nm H ενέργεια πέδησης W ισούται ακόμα με το γινόμενο της δύναμης πέδησης F επί την απόσταση S δηλαδή, W F S (1.2) Σελίδα 17 από 105

19 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Από τις σχέσεις (1.1) = (1.2) συμπεραίνεται W = E => 0,5 m u 2 = F S => F m u 2S 2 (1.3) Aν στο παράδειγμα μας πρέπει να σταματήσει στα 60 m, πρέπει να ασκηθεί μία δύναμη πέδησης 22.22m 800kg sec F 329, 52N 2 60m δεδομένου ότι 1Ν = 0,1020 Κp => F = 335,73 Kp 2 Αν θεωρηθεί ότι από την στιγμή που επιδρά η δύναμη πέδησης, η κίνηση στο αυτοκίνητο είναι ομαλά επιβραδυνόμενη, τότε η δύναμη πέδησης F ισούται με το γινόμενο της μάζας m του σώματος επί την επιβράδυνση α δηλαδή: F m a (1.4) Επομένως στο παραπάνω παράδειγμα α = F/m = 3291,52 Ν / 800 kg = 4,11 m/sec 2 Από τις σχέσεις (1.3) και (1.4) έχουμε m x γ = m x u 2 / 2S => S 2 u 2a (1.5) Η επιβράδυνση α ενός μπορεί να μετρηθεί με ένα ειδικό όργανο που λέγεται επιβραδυνσιόμετρο, οπότε από την σχέση (1.5), γνωρίζοντας και την ταχύτητα u, μπορεί να υπολογιστεί η απόσταση S που θα σταματήσει το αυτοκίνητο. τύπο: Είναι γνωστό επιπλέον ότι το βάρος Β ενός οχήματος δίνεται από τον Σελίδα 18 από 105

20 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου B m g (1.6) όπου m η μάζα του οχήματος και g η επιτάχυνση της βαρύτητας που ισούται με 9,81 m/sec 2. Από τις σχέσεις (1.4) και (1.6) συμπεραίνεται F m a B g όπου γ = α/g a a F B B (1.7) g είναι η αποτελεσματικότητα ή το ποσοστό πέδησης, ένα μέγεθος που μας δείχνει την κατάσταση φρένων του οχήματος. Αφού η κίνηση του οχήματος είναι ομαλά επιβραδυνόμενη, τότε η απόσταση S, που αυτό θα σταματήσει συναρτήσει του χρόνου δίνεται την σχέση, Για το γνωστό παράδειγμα έχουμε: t = S/u = 60 m / 22, 22 m/sec => t = 2, 7 sec. Επομένως η ισχύς πέδησης P είναι: S u t (1.8) P = W / t = ,36 Nm / 2, 7 sec = 73,145 W Η έννοια της πέδησης Στο συγκεκριμένο κεφαλαίο θα γίνει μια γενικευμένη και απλή προσέγγιση των συστημάτων πέδησης. Μέσω σύντομων αναφορών σε ιστορικά στοιχεία σχετικά με τα συστήματα αυτά, στην κατασκευή αλλά και στον τρόπο λειτουργίας τους θα προσπαθήσουμε να εισάγουμε την βασική λογική λειτουργίας αυτών των συστημάτων. Στη συνέχεια θα αναφερθούμε αναλυτικά στο κάθε σύστημα ξεχωριστά. Το σύστημα πέδησης ανήκει στα συστήματα ενεργητικής ασφάλειας του. Είναι ένα από τα πλέον καθοριστικά συστήματα του για την ασφαλή κίνησή του. Από την εμφάνιση των τροχοφόρων Σελίδα 19 από 105

21 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου μέχρι σήμερα, το σύστημα πέδησης έχει υποστεί σημαντικές βελτιώσεις και αλλαγές. Ο σωστός όρος για το φρενάρισμα είναι "πέδηση", αλλά δεν είναι αρκετά διαδεδομένος. Χρόνο πέδησης ονομάζουμε τον χρόνο από το πάτημα του φρένου μέχρι την ακινητοποίηση του οχήματος. Στην ουσία η πέδη είναι ένας μηχανισμός που μετατρέπει την κίνηση (κινητική ενέργεια) σε θερμική ενέργεια μέσω της τριβής. Σχήμα 1.1: Δυνάμεις κατά την πέδηση 1.2 Μηχανικό σύστημα πέδησης Τα πρώτα φρένα, που χρησιμοποιήθηκαν έως το 1950 περίπου, ήταν μηχανικά (mechanical brakes, brake cam). Χρησιμοποιούνταν μεταλλικά συρματόσχοινα για την ενεργοποίηση τους. Σήμερα, μόνο το χειρόφρενο (handbrake) λειτουργεί μηχανικά. Το όργανο που χρησιμοποιείται είναι το μηχανικό ταμπούρο (drum brake). Το φρενάρισμα αυτό χρησιμοποιεί σιαγώνες που διαστέλλονται στο εσωτερικό ενός τυμπάνου. Άλλωστε, η λέξη ταμπούρο παράγεται από την αραβική λέξη tambur, δηλαδή τύμπανο. Η Σελίδα 20 από 105

22 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου λειτουργιά του μηχανικού συστήματος πέδησης, χρησιμοποιεί ένα μοχλό (χειρόφρενο) για την έλξη μιας ντίζας, (συρματόσχοινο) όπου ενεργοποιεί στην συνέχεια τα ελατήρια τα οποία μετακινούν τις σιαγώνες με την σειρά τους. Έτσι πετυχαίνουμε μια σχέση πέδησης 1:1, δηλαδή όση δύναμη α- σκείται στον μοχλό από ένας οδηγό, τόση δύναμη μεταφέρεται μέσω της ντίζας στις σιαγώνες των ταμπούρων. 1.3 Συστήματα πέδησης με αέρα Στις αρχές του 20ου αιώνα, τα πλεονεκτήματά του συγκεκριμένου συστήματος, αποδείχθηκαν κατά τη χρήση του σε σιδηροδρομικές μηχανές. Έπειτα, η χρήση τους εγκρίθηκε από κατασκευαστές βαρέων οχημάτων. Αυτό το σύστημα πέδησης χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα και αποτελείται από έναν ή δύο αεροσυμπιεστές, που συνδέεται με έναν αποξηραντήρα (βαλβίδα α- Εικόνα 1.1.: Μηχανισμός ταμπούρου συστήματος πέδησης με αέρα σε τομή σφαλείας ελέγχου αέρα). Ο αεροσυμπιεστής συνδεόμενος με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα μέσω ιμάντα, παίρνοντας έτσι περιστροφική κίνηση έτσι ώστε να παράγει πεπιεσμένο αέρα μεγάλης πίεσης με την κίνηση μιας περιστροφικής φτερωτής. Το δεύτερο εξάρτημα αποξηραίνει τον αέρα, και δεν επιτρέπει την υγροποίηση του. Επόμενο στη σειρά εξάρτημα είναι ο διανομέας (κατανεμητής), όπου κατανέμει το φορτίο και στέλνει τον αέρα στα αεριοφυλάκια (καζάνια) όπου και εκεί αποθηκεύετε ο αέρας. Σε ένα όχημα βαρέως τύπου, υπάρχουν τρία φυλάκια, δύο για το διπλό κύκλωμα πέδησης (ένα για τους εμπρόσθιους και ένα για οπίσθιους τροχούς) και ένα για το μονό κύκλωμα πέδησης - στάθμευσης (χειρόφρενο). Τέλος υπάρχει μια βαλβίδα ρύθμισης πέδησης (ποδόπληκτρο) όπου με Σελίδα 21 από 105

23 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου την πίεση του πεντάλ επιβράδυνσης, επιτρέπει στον πεπιεσμένο αέρα να εισέλθει στους κυλίνδρους πέδησης (φυσούνες). Αναλυτικότερα, υπάρχουν φυσούνες μονής ενέργειας, όπου βρίσκονται στο εμπρόσθιο σύστημα και συμβάλουν μόνο στην επιβράδυνση του οχήματος. Υπάρχουν επίσης και φυσούνες διπλής ενέργειας, όπου βρίσκονται στο οπίσθιο σύστημα πέδησης και έχουν ως ρόλο τους την επίτευξη δύο λειτουργιών. Η μία είναι προφανώς η επιβράδυνση του οχήματος και η άλλη είναι η ακινητοποίηση κατά την στάθμευση αυτού. Εικόνα 1.2.: Διάταξη συστήματος πέδησης με αέρα σε τράκτορα φορτηγού Αναλόγως την εφαρμογή και τις προδιαγραφές ενός οχήματος, οι φυσούνες μπορούν να διοχετεύουν πεπιεσμένο αέρα είτε σε σύστημα πέδησης με ταμπούρα, είτε με δισκόφρενα. Σημαντικό στοιχείο που πρέπει να αναφερθεί είναι ότι πλέον, φυσούνες διπλής ενέργειας συναντιούνται και σε εμπρόσθια συστήματα. Ο μοχλός που χρησιμεύει στην επιβράδυνση ενός οχήματος είναι το κοινό πεντάλ ποδιού, ενώ ο μοχλός για την ακινητοποίηση κατά την στάθμευση είναι το επίσης γνωστό χειρόφρενο. Σελίδα 22 από 105

24 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου 1.4 Ηλεκτρονικά συστήματα πέδησης Ένα από τα ηλεκτρονικά συστήματα πέδησης είναι το ABS (Anti-lock Brake System) δηλαδή σύστημα αντιμπλοκαρίσματος των τροχών. Ανα- Εικόνα 1.3.: Διάταξη συστήματος πέδησης με αέρα σε φορτηγό ρυμουλκούμενο πτύχθηκε αρχικά για εφαρμογή στα αεροσκάφη το 1929 από τον Γάλλο Gabriel Voisin, πρωτοπόρο της αυτοκίνησης και της αεροναυπηγικής, ως κατώτατο όριο πέδησης σε αεροπλάνα. Πρωτοεμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 για αποκλειστική χρήση σε επιβατικά και αγωνιστικά οχήματα. Χαρακτηρίστηκε ως η μεγαλύτερη ανακάλυψη της αυτοκίνησης εκείνης της δεκαετίας. Ο σκοπός του συστήματος αυτού, είναι να συμβάλει στην αποφυγή μπλοκαρίσματος των τροχών σε απότομα φρεναρίσματα (π.χ. κατάσταση πανικού) ή σε ολισθηρό οδόστρωμα κ.α. Έτσι το όχημα παραμένει σταθερό στην πορεία του και ελεγχόμενο από τον οδηγό. Κατά την λειτουργία Σελίδα 23 από 105

25 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου του, με το πάτημα του πεντάλ, ο ηλεκτρονικός ελεγκτής (control Module) δέχεται το σήμα ότι η διαδικασία πέδησης έχει αρχίσει. Τα αισθητήρια της ταχύτητας των τροχών (Wheel Sensors) αρχίζουν να τους δίνουν συνεχώς πληροφορίες σχετικά με την περιστροφική ταχύτητα του καθενός ξεχωριστά και τυχόν μεταβολές της. Μόλις ο ηλεκτρονικός ελεγκτής πάρει το μήνυμα ότι κάποιος από τους τροχούς τείνει να κλειδωθεί (η περιστροφική του ταχύτητα δηλαδή τείνει προς το μηδέν), άμεσα στέλνει σήμα στο ρυθμιστή πίεσης (Modulator Unit), ώστε η πίεση στον κύλινδρο του συστήμα- Engine Control Unit - Mονάδα Ελέγχου Συστήματος ΑBS Σχήμα 1.2.: Ηλεκτρονικό σύστημα πέδησης αντιμπλοκαρίσματος (ΑΒS - Anti-Blocking System) τος πέδησης του συγκεκριμένου τροχού να σταθεροποιηθεί ή να μειωθεί και να αποτραπεί το κλείδωμα του. Σελίδα 24 από 105

26 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου 1.5 Ηλεκτρικά συστήματα πέδησης Το ηλεκτρόφρενο είναι ένας βοηθητικός μηχανισμός πέδησης που λειτουργεί με τη βοήθεια ηλεκτρικής ισχύος. Τοποθετείται σε σειρά στο σύστημα μετάδοσης κίνησης του οχήματος και επενεργεί μόνο στους οπίσθιους τροχούς. Η θέσεις που μπορεί να τοποθετηθεί είναι: Ανάμεσα στο κιβώτιο ταχυτήτων και τον κεντρικό άξονα μετάδοσης της κίνησης Ενδιάμεσα στον κεντρικό άξονα Ανάμεσα στον κεντρικό άξονα και το διαφορικό Αποτελείται βασικά από τον στάτη με τους ηλεκτρομαγνήτες και τον ρότορα με τους δίσκους. Ο στάτης με τους ηλεκτρομαγνήτες βρίσκονται σταθερά στερεωμένοι πάνω στο πλαίσιο του οχήματος. Ο ρότορας αποτελείται: από έναν άξονα που περιστρέφεται πάνω σε δύο ρουλμάν στο κέντρο του στάτη από δίσκους που είναι σταθεροί πάνω στον ρότορα και περιστρέφονται δεξιά και αριστερά του στάτη. Η μία άκρη του ρότορα συνδέεται στην έξοδο του άξονα που πηγαίνει στο διαφορικό. Ο ρότορας και οι δίσκοι περιστρέφονται με τις ίδιες στροφές που περιστρέφεται και ο δευτερεύον άξονας του κιβωτίου ταχυτήτων. Όταν περάσει ρεύμα μέσα από τον στάτη και τους ηλεκτρομαγνήτες, τότε πάνω στους δίσκους αναπτύσσεται μια ροπή φρεναρίσματος (μόνο όταν ο ρότορας περιστρέφεται). Στην αντίθετη περίπτωση δηλαδή, όταν το όχημα δεν κινείται τότε δεν αναπτύσσεται καμία δύναμη περιστροφής ή φρεναρίσματος στους δίσκους, ανεξάρτητα από το αν από τους ηλεκτρομαγνήτες διέρχεται ρεύμα. Σελίδα 25 από 105

27 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Τα πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα φρένων είναι: Η μεγαλύτερη ασφάλεια γιατί δεν αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες τριβής που μειώνουν την απόδοση με αποτέλεσμα να διατηρούνται ψυχρά και να είναι διαθέσιμα σε κάθε απρόοπτο κίνδυνο και κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες Μεγαλύτερη οικονομία γιατί αυξάνεται η ζωή των θερμουίτ και των ταμπούρων, μειώνονται οι επισκευές φρένων, φθείρονται λιγότερο τα ελαστικά και αυξάνεται η χιλιομετρική απόδοση Μεγαλύτερη άνεση, γιατί η επενέργεια των ηλεκτρόφρενων είναι προοδευτική και δεν υπάρχουν απότομα σταματήματα Μεγαλύτερη μέση ταχύτητα του οχήματος με ηλεκτρόφρενα εφόσον η κατάσταση του οδοστρώματος είναι καλή. Εικόνα 1.4.: Ο Υδραυλικός επιβραδυντής 1.6 Ο υδραυλικός επιβραδυντής (Retarder) Σελίδα 26 από 105

28 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Ο υδραυλικός επιβραδυντής είναι κατασκευασμένος από ένα κουτί που περιέχει δύο τροχούς με πτερύγια. Ο ένας τροχός συνδέεται με τον κεντρικό άξονα κινήσεως και ο άλλος επάνω στον επιβραδυντή. Κατά την ενεργοποίηση του υδραυλικού επιβραδυντή, μέσα στο κουτί του, εισάγεται αυτόματα ποσότητα λαδιού ανάλογη με το φρενάρισμα που επιθυμεί o ο- δηγός. Ο ένας «τροχός» που είναι συνδεδεμένος με τον κεντρικό άξονα ρίχνει το λάδι αυτό επάνω στον άλλο «τροχό» που είναι συνδεδεμένος με τον επιβραδυντή ο οποίος αφού είναι μπλοκαρισμένος δημιουργεί μία α- ντίσταση στην κίνηση του κεντρικού άξονα. 1.7 Μηχανόφρενο (κλαπέτο) Είναι ένας μηχανισμός, οποίος κόβει την παροχή καυσίμου (μηδενική παροχή) και κλείνει με μία βαλβίδα (πεταλούδα) την εξάτμιση καυσαερίων. Έτσι η τέταρτη φάση εξαγωγής των καυσαερίων γίνεται φάση συμπιέσεως. Στα σύγχρονα βαρέα οχήματα με το μηχανόφρενο μπορούμε να εκμεταλλευτούμε το αποτέλεσμα της πεδήσεως του κινητήρα με σκοπό να μειώσουμε την συνεχή χρήση και την υπερθέρμανση των φρένων κυρίως σε κατηφόρες. Το αποτέλεσμα της πεδήσεως του κινητήρα επιτυγχάνεται με την εισαγωγή μικρή σχέσεως μεταδόσεως στο κιβώτιο ταχυτήτων. Η ενεργοποίηση του κλαπέτου μπορεί να γίνει με το χέρι μέσω ενός μοχλού που έχει τοποθετηθεί στον πίνακα οργάνων ή με έναν μηχανισμό που συνδέεται με τον ποδομοχλό (πεντάλ) του φρένου. Όταν πιεσθεί ο ποδομοχλός του φρένου ένας ηλεκτροπνευματικός μηχανισμός μηδενίζει την παροχή πετρελαίου και κλείνει την εξαγωγή των καυσαερίων. Σελίδα 27 από 105

29 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Η δράση του κλαπέτου σταματάει μόλις ελευθερώσουμε τον ποδομοχλό ή όταν ο αριθμός στροφών του κινητήρα μειώνεται στις ελάχιστες στροφές με τις οποίες ο κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει κανονικά Υδραυλικό σύστημα πέδησης Το 1926 εμφανίζονται τα πρώτα υδραυλικά φρένα σε αυτοκίνητο στην Ευρώπη. Το πιο κοινό παράδειγμα για το υδραυλικό σύστημα πέδησης βρίσκεται στους τροχούς των αυτοκινήτων, όπου με το πάτημα του πεντάλ ενεργοποιούμε την αντλία υγρών - φρένων (master cylinder). Τα φρένα με υδραυλικό κύκλωμα έχουν πάρα πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα μηχανικά φρένα. Είναι αθόρυβα, έχουν ελαστικότητα, αυτολιπαίνονται και εξασφαλίζουν την ομοιόμορφη κατανομή της ενέργειας πεδήσεως και στις δύο πλευρές του. Παρακάτω αναφέρονται τα εξαρτήματα που απαρτίζουν ένα υδραυλικό σύστημα φρένων Εξαρτήματα υδραυλικού συστήματος πέδησης Το πεντάλ ποδομοχλός του φρένου σ' όλα τα σύγχρονα αυτοκίνητα ενεργοποιεί ένα υδραυλικό κύκλωμα πεδήσεως. Η μηχανική σύνδεση, με μοχλούς (ντίζες) και σύρματα, ή και τα δύο, εφαρμόζεται μόνο στο χειρόφρενο, που συνήθως χρησιμοποιείται μόνο αφού σταματήσει το αυτοκίνητο. Το σερβόφρενο (vacuum power booster): Χρησιμοποιήθηκε πρώτη φορά το 1954 σε αγώνες παγκοσμίου κλίμακας από την Μερσεντές με τους οδηγούς Μος και Φάντζιο. Το συγκεκριμένο εξάρτημα είναι τοποθετημένο πριν την αντλία υγρών φρένων και είναι μια υποβοήθηση για την κυκλοφορία των υγρών φρένων με την βοήθεια της υποπίεσης που δημιουργείται στο σύστημα πολλαπλής εισαγωγής του αέρα κατά την εισαγωγή του στον κινητήρα. Η σύνδεση Σελίδα 28 από 105

30 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου τους επιτυγχάνεται με ένα κυλινδρικό σωλήνα, όπου μεταφέρεται η υποπίεση από την πολλαπλή εισαγωγή του αέρα στο σερβόφρενο. Με αυτόν τον τρόπο η διάταξη αυτή, μας προσφέρει μια ομαλότερη λειτουργία κατά την διάρκεια της επιβράδυνσης ενός οχήματος (μαλακό πεντάλ). Η κεντρική αντλία φρένων (master brake cylinder): Το εξάρτημα αυτό είναι υπεύθυνο για τον υδραυλικό πολλαπλασιασμό της εφαρμόσιμης δύναμης του ποδιού του οδηγού πάνω στο ποδόπληκτρο (πεντάλ). Ουσιαστικά είναι το κυριότερο εξάρτημα ενός υδραυλικού συστήματος πεδήσεως επιβατικού ή φορτηγού οχήματος. Το εξάρτημα αυτό αποτελείται από ένα έμβολο, το οποίο στέλνει με πίεση τα υγρά φρένων, μέσω σωληνώσεων σε έναν δεύτερο έμβολο που με τη σειρά του πιέζει τις σιαγώνες που εφαρμόζουν δύναμη τριβής πάνω στο περιστρεφόμενο τμήμα του τροχού (δίσκος ή ταμπούρο). Αν το δεύτερο έμβολο έχει μεγαλύτερη επιφάνεια από το πρώτο, η δύναμη που θα εξασκεί θα είναι αντίστοιχα μεγαλύτερη από αυτήν στο πρώτο έμβολο. Όμως η απόσταση που θα καλύψει κινούμενο το δεύτερο έμβολο θα πρέπει να αντίστοιχα μικρότερη, αν για παράδειγμα το δεύτερο έμβολο είναι τρείς φορές μεγαλύτερο, θα εξασκεί τρείς φορές μεγαλύτερη πίεση κινούμενο στο ένα τρίτο της αποστάσεως. Επίσης ένα βασικό στοιχείο του υδραυλικού συστήματος πεδήσεως είναι οι σωληνώσεις, όπου αποτελούν τους φορείς του ρευστού (υγρά φρένων). Τα μέρη του εξαρτήματος που καθιστούν την πέδηση εφαρμόσιμη, είναι τα μέσα τριβής. Οι σιαγώνες και τα τακάκια είναι τέτοιου είδους εξαρτήματα, όπου και ασκούν πίεση προς το ταμπούρο ή το δίσκο φρένου αντί - στοιχα. Το ταμπούρο: Αρχικά τα ταμπούρα ήταν πιο δημοφιλή όπως φάνηκε με το "σκαραβαίο" κατά τη διάρκεια όσο και μετά τον τερματισμό του 2ου Π.Π. Το "Κατσαριδάκι" ήταν εξοπλισμένο με ταμπούρα σε κάθε έναν από Σελίδα 29 από 105

31 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Εικόνα 1.5.: Τυπικό σερβόφρενο υποπιέσεως με διάφραγμα τους τροχούς. Το υλικό κατασκευής ενός ταμπούρου είναι κατά κύριο λόγο ο χυτοσίδηρος ή και το κράμα αλουμινίου - χαλκού για εφαρμογές σε δίκυκλα οχήματα αλλά και σε επιβατικά. Αναφορικά με το υλικό των σιαγώνων, τα κράματα αλουμινίου είναι το επικρατέστερο είδος. Παράγονται είτε με χύτευση είτε με συγκόλληση φύλλων χάλυβα. Το υλικό τριβής (θερμουίτ) είναι κατασκευασμένο από θερμοπλαστική ρητίνη (παράγεται μέσω θερμικής κατεργασίας). Όταν απομακρυνθεί η σιαγώνα από τον κύλινδρο και ασκήσει πίεση στο σώμα του τυμπάνου, δη δημιουργείται τριβή επί της εσωτερικής επιφάνειας του τυμπάνου πέδης Σελίδα 30 από 105

32 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Σχήμα 1.3.: Πολλαπλασιασμός δύναμης στο πεντάλ - Λειτουργία κεντρικής αντλίας (ταμπούρο). Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, είναι η επιβράδυνση ή ακόμα και η ολική ακινητοποίηση ενός οχήματος. Το δισκόφρενο: Η πρώτη εφαρμογή τους ήταν από τη Jaguar το Είναι ένας τύπος πέδης που έχει δύο βασικά συστατικά. Έναν ε- πίπεδο ρότορα (δίσκος), που είναι τοποθετημένος εντός και επί του τροχού ενός οχήματος. Άρα περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα. Το δεύτερο συστατικό, είναι ένας μηχανισμός σύσφιξης (δαγκάνα) που είναι ακίνητος ως προς τον ρότορα και επικαλύπτει ένα μέρος της περιφέρειάς του. Όταν το πεντάλ του φρένου είναι πατημένο, προκαλεί τη δαγκάνα να πιέσει τα τακάκια (επιφάνειες πίεσης του ρότορα) αντιδιαμετρικά αντίθετα ως προς τις δύο πλευρές του περιστρεφόμενου δίσκου, με αποτέλεσμα να ε- πιβραδύνονται ή να σταματήσουν οι τροχοί. Το υλικό κατασκευής τέτοιων δίσκων είναι χάλυβας υψηλής αντοχής, αλλά και από ανθρακονήματα σε κατηγορίες οχημάτων όπως η Φόρμουλα Ένα. Το υλικό στα τακάκια (θερμουίτ), με τη σειρά τους, είναι κατασκευασμένα από θερμικές ρητίνες, ανθρακονήματα και κέβλαρ. Τα δύο τελευταία υλικά είναι γνωστά στον χώρο της μηχανολογίας λόγω του πολύ μικρού βάρους τους και της μεγάλης ανθεκτικότητας τους σε θερμικές και γεωμετρικές κα- Σελίδα 31 από 105

33 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου ταπονήσεις. Επίσης προτιμώνται στην μηχανοκίνηση λόγω της επίτευξης μεγάλου συντελεστή τριβής ακόμα και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες Συμπεράσματα Στο πρώτο κεφάλαιο επετεύχθη έρευνα για την ταχύτητα, την επιβράδυνση αλλά και την γενικότερη επίδραση που δέχεται ένα αυτοκίνητο όταν φρενάρει. Δόθηκαν παραδείγματα μέσω διαχρονικών και αναμφίβολα α- ποδεδειγμένων τύπων ώστε ο αναγνώστης να μπορεί να κάνει αριθμητικές αναλύσεις. Εδώ αναφέρθηκαν οι τύποι συστημάτων πεδήσεως, τα εξαρτήματα που απαρτίζουν τα συστήματα αυτά και πραγματοποιήθηκε η ανάλυση τους. Αυτό το κεφάλαιο, του δίνει τα απαραίτητα εφόδια για να μπορέσει να μελετήσει το δεύτερο κεφάλαιο διεξοδικά. Σελίδα 32 από 105

34 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Εικόνα 1.6.: Τυπικό συγκρότημα δισκοφρένου με σταθερή πένσα Σελίδα 33 από 105

35 Συστήματα πέδησης Συστ. Υδραυλ. Φρένων Αυτοκινήτου Εικόνα 1.7.: Τα μέρη ενός φρένου με ταμπούρο Σελίδα 34 από 105

36 Η λειτουργία του συστήματος πέδησης 2. Τα φρένα - Η λειτουργία τους 2.1 Γενικά Η λειτουργία των φρένων με δίσκους και ταμπούρα Τα φρένα λειτουργούν με την πρόκληση τριβής μεταξύ ενός μη περιστρεφόμενου μέρους του και ενός δίσκου, ή ενός ταμπούρου, που περιστρέφεται μαζί με έναν τροχό. Η τριβή παράγει την δύναμη που απαιτείται για να επιβραδυνθεί το αυτοκίνητο και μετατρέπει την κινητική ενέργεια του σε θερμότητα που διαχέεται στον αέρα γύρω από τα φρένα. Για πάρα πολλά χρόνια το περιστρεφόμενο μέρος ενός φρένου το αποτελούσε ένα τύμπανο σε συνδυασμό με δύο εναλλακτικούς τύπους μηχανισμών τριβής: έναν ιμάντα που <<το έπιανε>> στην εξωτερική επιφάνεια του τυμπάνου, ή εσωτερικές <<σιαγώνες>> που άνοιγαν πάνω στην εσωτερική επιφάνεια του. Ένα ανθεκτικό στην θερμότητα υλικό τριβής, που περιείχε αμίαντο επένδυε τον ιμάντα ή τις σιαγώνες. Τα φρένα με τύμπανα, με εσωτερικές σιαγώνες, χρησιμοποιούνται, ακόμα σε πολλά αυτοκίνητα, μερικές φορές και στους τέσσερις τροχούς και άλλες μόνο στους πίσω. Εικόνα 2.1.: Βασικοί τύποι φρένων. Σελίδα 35 από 105

37 Η λειτουργία του συστήματος πέδησης Το πεντάλ του φρένου ενεργοποιεί τα φρένα και των τεσσάρων τροχών ταυτόχρονα και για όσο διάστημα πιέζεται. Το χειρόφρενο ενεργοποιεί μόνο ένα ζεύγος τροχών - συνήθως τους πίσω. Το μηχανικό αυτό φρένο έχει μία καστάνια που δεν το αφήνει να <<λυθεί>> όταν το αυτοκίνητο είναι παρκαρισμένο. Οι κατασκευαστές σχεδιάζουν με τέτοιο τρόπο τα ταμπούρα ώστε η βροχή, το χιόνι, ο πάγος, ή το ψιλό χώμα, να μην μπορούν να εισχωρήσουν στο εσωτερικό τους μειώνοντας την αποτελεσματικότητα τους, δεδομένου ότι η υγρασία ελαττώνει την τριβή μεταξύ των υλικών τριβής (θερμουίτ) και του ταμπούρου. Όμως η κιθάρα που προστατεύει το τύμπανο δεν μπορεί να Σχήμα 2.1.: Διάταξη ταμπούρου. προστατέψει το δεύτερο όταν το αυτοκίνητο εισέλθει στο νερό. Για το λόγο αυτό ο οδηγός, αφού περάσει μέσα από ένα πλημμυρισμένο μέρος πρέπει να πατήσει ελαφρά το φρένο, ώστε η τριβή και η θερμότητα να στεγνώσει το τύμπανο. Για να αποβληθεί γρήγορα η αρκετή μεγάλη ποσότητα θερμότητας που παράγεται κατά το φρενάρισμα ενός πολύ γρήγορα κινούμενου, βαρέως, χρειάζονται πολύ μεγάλα τύμπανα φρένων. Τα δισκόφρενα κάνουν αυτή την δουλεία πολύ πιο αποτελεσματικά, επειδή ο αέρας που τα ψύχει έρχεται σε άμεση επαφή με τις τριβόμενες επιφάνειες τους. Η υπερβολική θερμότητα κατά το φρενάρισμα προκαλεί την στρέβλωση των χυτοσιδήρων ταμπούρων και επηρεάζει δυσμενώς κάθε εξάρτημα από καουτσούκ που βρίσκεται κοντά, για παράδειγμα τα μαρκούτσια (εύκαμπτοι αγωγοί) των φρένων και τα ελαστικά Σελίδα 36 από 105

38 Η λειτουργία του συστήματος πέδησης παρεμβύσματα (τσιμούχες). Πολλές φορές η αποτελεσματικότητα των φρένων μειώνεται προσωρινά λόγω παρατεταμένων φρεναρισμάτων, όταν κατεβαίνει κανείς ένα βουνό. Τα δισκόφρενα λειτουργούν όπως τα φρένα, με σχήμα τανάλιας, ενός ποδηλάτου. Η τανάλια έχει ένα ζευγάρι πλακών φρεναρίσματος που περιβάλλουν τον τροχό του ποδηλάτου και μαγκώνουν στην στεφάνη του. Τα δισκόφρενα αποτελούνται από ένα ζευγάρι πλακών τριβής (πλακίδια ή τακάκια) που μαγκώνουν ένα μεταλλικό δίσκο που περιστρέφεται μαζί με τον τροχό. Όταν ο οδηγός πατήσει το πεντάλ, τα πλακίδια πιέζονται πάνω στον δίσκο και επιβραδύνουν τον τροχό. Οι σιαγώνες των φρένων, τύπου ταμπούρου μπορούν να σχεδιαστούν έτσι ώστε να εξασφαλίζουν μία <<αυτενέργεια>> που μειώνει την δύναμη που απαιτείται στο πεντάλ. Τα φρένα με δίσκους δεν έχουν αυτό το πλεονέκτημα και κατά συνέπεια χρειάζονται έναν μηχανισμό υποβοηθήσεως σαν συμπλήρωμα στην φυσική δύναμη που εφαρμόζει ο οδηγός Αποστάσεις πεδήσεως με αποτελεσματικότητα φρένων 60 και 80% Ο χρόνος που απαιτείται για να ακινητοποιήσει το αυτοκίνητο ένας οδηγός, εξαρτάται από τον χρόνο αντιδράσεως του, που είναι συνήθως 0,4 έως 0,7 του δευτερολέπτου καθώς και από τον χρόνο που χρειάζονται τα φρένα για να σταματήσουν το αυτοκίνητο. Κατά τον χρόνο αντιδράσεως του οδηγού το αυτοκίνητο καλύπτει μία απόσταση που ονομάζεται απόσταση αντιδράσεως ή νεκρός χρόνος. Η αποτελεσματικότητα τους, η καλή κατάσταση και τα σωστά ρυθμιζόμενα φρένα πρέπει να είναι τουλάχιστον 80%, αλλά για να μπορέσουν να επιτευχθούν οι αντίστοιχες αποστάσεις πεδήσεως τα λάστιχα πρέπει να πιάνουν καλά στον δρόμο. Αν η επιφάνεια του δρόμου είναι ολισθηρή οι αποστάσεις, που επιτυγχάνονται συνήθως, μπορούν να γίνουν πολύ μεγαλύτερες από αυτές του πίνακα. Το μπλοκάρισμα των Σελίδα 37 από 105

39 Η λειτουργία του συστήματος πέδησης τροχών αυξάνει την απόσταση πεδήσεως και πολλές φορές προκαλεί την μείωση του ελέγχου του. Πίνακας 1.1.: Σχέση της απόστασης αντιδράσεως και της τελικής απόστασης φρεναρίσματος ανάλογα με την ταχύτητα ενός κινούμενου οχήματος κατά το φρενάρισμα Η μεταφορά του βάρους Θεωρητικά η δύναμη πεδήσεως θα πρέπει να κατανέμεται μεταξύ των μπροστινών και των πίσω τροχών, ανάλογα με το βάρος που φέρουν. Το βάρος μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του, των αριθμό των επιβατών, και το σύνολο των αποσκευών. Όμως το πάτημα των φρένων έχει σαν αποτέλεσμα την μετατόπιση ενός μέρους του βάρους προς τα εμπρός. Αυτή η μεταφορά αυξάνει το φορτίο στους μπροστινούς τροχούς και ταυτόχρονα μειώνει στους πίσω τροχούς. Το περισσότερο φρενάρισμα λοιπόν γίνεται από τους μπροστινούς τροχούς. Όταν το πεντάλ του φρένου πατηθεί απότομα, η μεταφορά του βάρους είναι μεγαλύτερη και οι πίσω τροχοί τείνουν να μπλοκάρουν, πράγμα που συχνά προκαλεί την πλαγιολίσθηση της ουράς του. Αν μπλοκαριστούν πρώτα οι μπροστινοί τροχοί, το αυτοκίνητο θα ολισθήσει προς τα εμπρός χωρίς να υπακούει στο τιμόνι. Το μπλοκάρισμα των τροχών με το απότομο φρενάρισμα είναι πολύ πιο εύκολο στους Σελίδα 38 από 105

40 Η λειτουργία του συστήματος πέδησης ολισθηρούς δρόμους. Έτσι χρειάζεται μεγάλη προσοχή όταν η επιφάνεια του δρόμου είναι επικίνδυνη. Η κατανομή του βάρους μεταξύ των μπροστινών και των πίσω τροχών κατά το φρενάρισμα είναι μελετημένη για να καλύπτει τις συνηθισμένες συνθήκες. Σε πολλά αυτοκίνητα υπάρχει ένα μηχανισμός, ο κατανεμητής πίεσης, που σύμφωνα με τη μεταφορά του φορτίου θέτει ένα όριο στο φρενάρισμα των πίσω τροχών. Πέρα από αυτό το όριο, ή επιπλέον πίεση στο πεντάλ ενεργεί μόνο στους τροχούς. Εικόνα 2.2.: Η μεταφορά του βάρους προς τα εμπρός κατά την πέδηση Η προσωρινή πτώση της αποτελεσματικότητας Το υπερβολικό ζέσταμα των φρένων μπορεί να προκαλέσει την προσωρινή πτώση της αποτελεσματικότητας τους. Η θερμότητα μπορεί να δημιουργήσει προσωρινές αλλαγές στην συμπεριφορά των υλικών τριβής που χρησιμοποιούνται στα τακάκια και στις σιαγώνες των φρένων, με αποτέλεσμα τα φρένα να χάνουν την αποτελεσματικότητα τους όσο θερμαίνονται. Τα Διάγραμμα 1.1.: Πτώση της αποτελεσματικότητας ή και ολική απώλεια των φρένων λόγω της θερμοκρασίας που παράγεται στα υλικά τριβής λόγω των παρατεταμένων φρεναρισμάτων Σελίδα 39 από 105

41 Η λειτουργία του συστήματος πέδησης θερμουίτ επίσης φθείρονται ταχύτερα στις μεγάλες θερμοκρασίες. Η πτώση της αποτελεσματικότητας μπορεί να προέλθει επίσης από τον σχηματισμό ατμών στα υγρά του υδραυλικού κυκλώματος, αν δεν αλλάζονται στα διαστήματα που συνιστούν οι κατασκευαστές Λάστιχα και φρενάρισμα Για να είναι καλό το φρενάρισμα, τα λάστιχα πρέπει να γαντζώνουν καλά στον δρόμο. Τα πολύ φθαρμένα λάστιχα έχουν κακή πρόσφυση και μειώνουν την αποτελεσματικότητα των φρένων. Η κατάσταση του οδοστρώματος επίσης μπορεί να μειώσει την τριβή μεταξύ των ελαστικών και του δρόμου. Το νερό, ο πάγος, το λάδι, το ψιλό χαλίκι και η υγρασία καθώς επίσης και το γυάλισμα του οδοστρώματος από τη συχνή κυκλοφορία μειώνουν την πρόσφυση των ελαστικών στον δρόμο. Το δυνατό φρενάρισμα μπορεί να μπλοκάρει τους τροχούς και με τη μείωση της πρόσφυσης να προκαλέσει την ολίσθηση του. 2.2 Υδραυλικό σύστημα φρένων Ευκολότερο φρενάρισμα για τον οδηγό Τα υδραυλικά συστήματα βασίζουν την λειτουργία τους στο νόμο του Pascal, δεδομένου του γεγονότος ότι, τα υγρά δεν συμπιέζονται, η πίεση που εξασκείται σε ένα μέρος του υγρού μεταδίδεται ομοιόμορφα σε όλο. Σε ένα πολύ απλό σύστημα, με δυο κυλίνδρους (αναφερόμενος τώρα σε έναν τροχό) και ένα δισκόφρενο, οι κύλινδροι περιέχουν τα έμβολα που θα συντελέσουν στην αύξηση της πίεσης, συνδεόμενα βέβαια όπως προαναφέραμε στο πρώτο κεφάλαιο, με σωλήνες. Οι κύλινδροι και οι σωλήνες είναι γεμάτοι με ένα ασυμπίεστο υγρό (συνήθως αιθυλενογλυκόλη). Οι δυο κύλινδροι έχουν τον ίδιο όγκο, αλλά διαφορετικές διαμέτρους και συνεπώς διαφορετικές επιφάνειες. Ο Σελίδα 40 από 105