Как работает мембранная тормозная камера и почему она важна для безопасности коммерческого транспорта?

Диафрагма тормозная камера представляет собой пневматический привод, который преобразует давление сжатого воздуха в механическую силу в тормозном узле коммерческого автомобиля. Когда воздух попадает в камеру, он давит на гибкую резиновую диафрагму, которая перемещает толкатель наружу, приводя в действие регулятор зазора и приводя в действие тормоза, создавая выходную силу от 1500 до 4000 фунтов при давлении воздуха от 80 до 120 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от размера камеры. Каждый грузовик, автобус, прицеп и полуприцеп с пневматическим тормозом, находящийся в эксплуатации, использует одну или несколько диафрагменных тормозных камер на каждое положение колеса, которые преобразуют нажатие педали тормоза водителем в тормозное усилие на каждой оси.

В этом руководстве подробно объясняется, как мембранные тормозные камеры работа, различные используемые типы и размеры, их сравнение с приводами поршневого типа, как выявить неисправность, а также какие методы обслуживания и замены поддерживают коммерческие автомобили в безопасном и соответствующем рабочем состоянии.

Как работает камера мембранного тормоза?

Диафрагма brake chamber works by using compressed air to deflect a rubber diaphragm across a sealed chamber, converting air pressure acting over the diaphragm's effective area into a linear pushrod force that actuates the brake foundation assembly at each wheel end.

Основной принцип работы – прямое преобразование пневматической силы. Камера состоит из двух половин корпуса из штампованной стали, скрепленных между собой центральным фланцем. Формованная резиновая диафрагма (обычно из неопрена или EPDM, армированная тканевыми слоями) зажата между двумя половинами, разделяя камеру на сторону давления и сторону атмосферы.

Полный рабочий цикл мембранная тормозная камера следует такой последовательности:

• Применение тормоза: водитель нажимает педаль тормоза, сигнализируя тормозному клапану о необходимости подачи сжатого воздуха (обычно от 80 до 120 фунтов на квадратный дюйм из воздушных резервуаров автомобиля) через порт подачи в напорную сторону камеры.
• Отклонение диафрагмы: Давление входящего воздуха действует на всю эффективную площадь диафрагмы — обычно от 12 до 36 квадратных дюймов в зависимости от размера камеры — подталкивая диафрагму и прикрепленную к ней нажимную пластину к стороне корпуса, не находящейся под давлением.
• Ход толкателя: нажимная пластина выталкивает толкатель из закаленной стали наружу через герметичное отверстие в половине корпуса, не находящегося под давлением, обычно на ход от 0,5 до 3 дюймов при нормальной эксплуатации.
• Срабатывание тормоза: толкатель соединяется с рычагом регулировки зазора, который вращает S-образный кулачок или активирует клиновой механизм узла тормозной основы, прижимая тормозные колодки к барабану или зажимая ротор диска.
• Отпуск тормоза: когда водитель отпускает педаль, тормозной клапан стравливает воздух из напорной камеры; возвратная пружина внутри камеры толкает диафрагму и толкатель обратно во втянутое положение, отпуская тормоз

Выходная сила мембранная тормозная камера определяется простым соотношением: Сила = Давление воздуха, умноженное на эффективную площадь диафрагмы. Камера типа 30 с эффективной площадью примерно 30 квадратных дюймов при давлении питания 100 фунтов на квадратный дюйм создает усилие толкателя примерно 3000 фунтов - достаточное для создания тормозного момента, необходимого для остановки полностью нагруженной оси грузовика класса 8 на скоростях шоссе.

Каковы различные типы камер мембранного тормоза?

Камеры мембранного тормоза производятся в двух основных конфигурациях — сервисные камеры (которые приводят в действие тормоза во время нормального движения) и камеры пружинного тормоза (которые добавляют механическую подпружиненную функцию стояночного и аварийного тормоза) — при этом камеры только для обслуживания используются в основном на осях прицепов, а камеры пружинного тормоза используются на ведущих и управляемых осях грузовых автомобилей, где наличие стояночного тормоза требуется по закону.

Рабочая мембранная тормозная камера (от типов 6 до 36)

Только услуга мембранная тормозная камера представляет собой однокамерное устройство, которое включает рабочий тормоз при подаче давления воздуха и отпускает его при его снятии. Он не обеспечивает функции стояночного или аварийного торможения — при потере давления воздуха тормоз не срабатывает, а отпускается. Сервисные камеры классифицируются по эффективной площади диафрагмы в квадратных дюймах, причем наиболее распространенными размерами являются Тип 12, Тип 16, Тип 20, Тип 24, Тип 30 и Тип 36. Номер типа примерно (но не точно) соответствует эффективной площади в квадратных дюймах.

Сервисные камеры — самый компактный и легкий вариант камеры мембранного тормоза. Они используются на управляемых осях грузовых автомобилей (где стояночные тормоза обеспечиваются камерами ведущего моста) и на осях прицепов, где пневматическая система автомобиля обеспечивает удержание парковки через отдельный механизм или прицеп оставляют сцепленным с трактором с полной пневматической системой.

Мембранная камера пружинного тормоза (комбинированная/комбинированная камера)

Камера пружинного тормоза, которую в грузовой отрасли обычно называют «контейнерной» камерой, сочетает в себе рабочую камеру диафрагменного тормоза спереди и привод пружинного тормоза сзади. Секция пружинного тормоза содержит мощную винтовую пружину (обычно рассчитанную на усилие от 2250 до 2700 фунтов при полном сжатии), удерживаемую в сжатом (отпущенном) положении давлением воздуха во время нормальной работы автомобиля.

Когда давление воздуха в секции пружинного тормоза снижается или теряется (либо из-за того, что водитель включил управление стояночным тормозом, либо из-за аварийной потери воздуха), мощная пружина выдвигается и приводит в движение второй толкатель, называемый приводным винтом или аварийным толкателем, вперед через перегородку в секцию рабочей камеры, выталкивая рабочую диафрагму и главный толкатель наружу, чтобы механически задействовать тормоза без какого-либо давления воздуха.

Такая конструкция означает, что транспортное средство с пружинными тормозными камерами автоматически задействует тормоза, если давление в воздушной системе упадет ниже примерно 20–45 фунтов на квадратный дюйм — важнейшая функция безопасности, требуемая правилами Федерального управления безопасности автотранспортных средств (FMCSA) в США и эквивалентными правилами в других юрисдикциях. В секции пружинного тормоза используется вторая отдельная диафрагма (в сервисной секции используется одна диафрагма, в секции пружины — другая), что делает камеру пружинного тормоза настоящим двухмембранным устройством в наиболее распространенной конфигурации.

Общие обозначения размеров камеры пружинного тормоза

Камеры пружинного тормоза обозначаются двухзначным кодом, указывающим размер рабочей камеры и размер секции пружинного тормоза. Например:

• камера 30/30 -- Секция обслуживания типа 30 в сочетании с секцией пружинного тормоза типа 30; наиболее распространенный размер для ведущих мостов грузовых автомобилей класса 8.
• камера 24/24 -- используется на ведущих мостах легких грузовиков и некоторых автобусах.
• камера 20/24 -- асимметричная комбинация используется там, где для места установки требуется меньшая сервисная секция, чем секция пружинного тормоза.
• 16/16 камера -- используется на грузовиках средней грузоподъемности и некоторых осях прицепов, требующих стояночного тормоза.

Таблица размеров диафрагменной тормозной камеры и данные о выходной силе

Выбор правильного размера камеры диафрагменного тормоза требует согласования выходной силы камеры при нормальном рабочем давлении автомобиля с требованиями к тормозному моменту оси - уменьшение размера камеры снижает эффективность торможения, а увеличение размера увеличивает вес и стоимость без пропорционального преимущества торможения.

Таблица 1: Справочные размеры камеры мембранного тормоза, показывающие эффективную площадь диафрагмы, выходное усилие при стандартном рабочем давлении, максимальном номинальном ходе и типичном применении автомобиля.

Чем мембранная тормозная камера отличается от привода поршневого типа?

Мембранные тормозные камеры доминируют в пневматических тормозных системах коммерческих автомобилей, поскольку они предлагают превосходное сочетание простоты, низкой стоимости, устойчивости к загрязнению и постоянной выходной силы во всем диапазоне хода по сравнению с приводами поршневого типа, хотя поршневые приводы обеспечивают более длинный ход и лучшую производительность в условиях очень высоких температур.

Таблица 2. Техническое сравнение мембранных тормозных камер с приводами поршневого типа по ключевым характеристикам и производственным параметрам.

Каковы ключевые компоненты внутри камеры мембранного тормоза?

Стандартная рабочая диафрагменная тормозная камера содержит семь основных компонентов, каждый из которых выполняет определенную функциональную роль, и понимание каждого компонента необходимо для правильной диагностики, когда камера не работает должным образом.

• Корпус под давлением (корпус без давления): две чаши из штампованной стали, скрепленные вместе центральным зажимным кольцом или кольцевым болтом; Корпус высокого давления содержит впускное отверстие для воздуха, а корпус без давления содержит выходное отверстие толкателя с резиновым пыльником.
• Диафрагма: армированная тканью резиновая мембрана (обычно из неопрена или EPDM), которая образует гибкую границу давления между воздушной и атмосферной сторонами; единственный наиболее подверженный износу и выходу из строя компонент камеры
• Нажимная пластина (мембранная пластина): круглый стальной диск, который поддерживает диафрагму со стороны атмосферы, обеспечивая жесткую поверхность для опоры возвратной пружины и толкателя; предотвращает неравномерную деформацию диафрагмы под действием точечной нагрузки толкателя
• Возвратная пружина: винтовую пружину между нажимным диском и корпусом без давления, которая возвращает толкатель во втянутое положение, когда давление воздуха исчерпано; обычно рассчитан на предварительную нагрузку от 30 до 60 фунтов, чтобы обеспечить принудительное отпускание тормоза.
• Толкатель: закаленный стальной стержень, обычно диаметром 1 дюйм, с резьбой или хомутом на конце, который передает усилие диафрагмы на рычаг регулятора зазора; Длина толкателя регулируется на большинстве камер для установки правильного угла толкателя тормозной камеры.
• Пылезащитный чехол: резиновый или эластомерный чехол, герметизирующий выход толкателя из корпуса без давления от дорожного загрязнения, воды и мусора; изношенный или отсутствующий пылезащитный чехол позволяет влаге и песку проникать внутрь камеры, ускоряя коррозию и износ диафрагмы.
• Зажимное кольцо и крепеж: центральное зажимное кольцо и соответствующие болты или непрерывную зажимную ленту, скрепляющую две половины корпуса вместе с зажатым между ними буртиком диафрагмы; зажим является критически важным элементом конструкции: ослабленное или подвергнутое коррозии зажимное кольцо является потенциальной катастрофической точкой отказа.

Почему камеры мембранного тормоза выходят из строя и как определить неисправность?

Тремя наиболее распространенными видами отказа камеры диафрагменного тормоза являются разрыв диафрагмы, вызывающий утечку воздуха, ход толкателя, превышающий номинальный максимум камеры (что указывает на разрегулировку или износ тормозов), и выход из строя секции пружинного тормоза в комбинированных камерах - каждый из которых вызывает отдельные симптомы, которые позволяют проводить диагностику без разборки камеры.

Разрыв диафрагмы или выход из строя периметра

Неисправность диафрагмы является наиболее распространенной причиной мембранная тормозная камера замена. Диафрагма может выйти из строя из-за растрескивания в центре из-за циклической усталости, разрыва зажатого буртика в месте выхода из зажимного кольца (разрушение по периметру) или размягчения и потери эластичности из-за нагрева, загрязнения масла или старения резины.

К симптомам недостаточности диафрагмы относятся:

• Слышная утечка воздуха в тормозной камере при торможении - шипящий звук со стороны камеры без давления указывает на то, что воздух проходит через неисправную диафрагму в атмосферу.
• Медленное торможение или неполное отпускание тормоза. -- частично поврежденная диафрагма, которая не выдерживает полного давления, уменьшает эффективную площадь и, следовательно, выходное усилие, что приводит к увеличению тормозного пути
• Быстрая потеря пластового давления -- полностью разорванная диафрагма создает большой путь утечки, который может опорожнить воздушные резервуары в течение нескольких минут после нажатия на тормоз, вызывая срабатывание системы предупреждения о низком уровне воздуха.

Чрезмерный ход толкателя

Правила FMCSA определяют максимально допустимый ход толкателя для каждого типа камеры при давлении 90 фунтов на квадратный дюйм, приложенном во время проверки эффективности тормоза. Для патронника типа 30 максимально допустимый ход составляет 2 дюйма (51 мм). Ходы, превышающие этот предел, указывают на то, что камера работает на пределе эффективного хода диафрагмы, когда выходное усилие значительно падает - камера Типа 30 при ходе 3 дюйма производит примерно на 15–25 процентов меньше силы, чем при ходе 2 дюйма, поскольку геометрия диафрагмы становится менее благоприятной в крайнем положении ее хода.

Чрезмерный ход толкателя чаще всего вызван изношенными тормозными накладками, которые не были отрегулированы, неисправным автоматическим регулятором зазора, который не поддерживает надлежащий зазор между накладками и барабаном, а также растянутым или изогнутым толкателем. Сама камера не является основной неисправностью в этом сценарии — необходимо исправить основную проблему с регулировкой тормоза, а затем повторно проверить ход.

Отказ секции пружинного тормоза

В комбинированных камерах пружинного тормоза секция пружинного тормоза может выйти из строя из-за усталостного разрушения пружины, коррозии диафрагмы пружинного тормоза из-за накопления влаги в корпусе пружины или отказа внутреннего силового винтового механизма. Сломанная пружина в камере пружинного тормоза представляет собой катастрофическое событие, связанное с безопасностью: запасенная энергия пружины внезапно высвобождается и может привести к резкому отделению камеры в случае выхода корпуса из строя. По этой причине, Камеры пружинного тормоза ни в коем случае нельзя разбирать без соответствующего закладного болта, удерживающего пружину. -- попытка открыть секцию пружинного тормоза, не удерживая пружину, может привести к смертельной травме. Правила FMCSA требуют, чтобы вышедшие из строя секции пружинного тормоза заменялись целиком, а не ремонтировались в полевых условиях.

Как проверять, обслуживать и заменять камеру мембранного тормоза

Камеры мембранных тормозов не требуют плановой смазки или внутреннего технического обслуживания, но должны проверяться при каждом предрейсовом осмотре на предмет утечек воздуха, физических повреждений, хода толкателя в допустимых пределах и надежного крепления. Замена может быть вызвана любой утечкой воздуха, повреждением корпуса или ходом толкателя, превышающим максимальный предел для данного типа камеры.

Контрольный список плановых проверок

• Визуальный осмотр: проверить корпус камеры на наличие вмятин, трещин, коррозии или признаков ударных повреждений; убедитесь, что зажимное кольцо цело и плотно затянуто, без видимого разделения между двумя половинами корпуса.
• Состояние пыльника: убедитесь, что пылезащитный чехол толкателя цел, правильно установлен и не имеет разрывов и трещин, которые могли бы привести к попаданию воды и мусора внутрь камеры.
• Проверка утечки воздуха: при полностью задействованных тормозах нанесите мыльный раствор на область зажима диафрагмы камеры, соединение для впуска воздуха и пылезащитный чехол — любые пузырьки указывают на утечку воздуха, требующую немедленного внимания.
• Измерение хода толкателя: измерьте ход толкателя при приложенном давлении 90 фунтов на квадратный дюйм с помощью линейки от лицевой поверхности камеры до отметки на толкателе в выпущенном положении; сравнить с максимальным пределом для типа камеры
• Монтажный кронштейн и оборудование: проверить болты крепления камеры на затяжку и кронштейн крепления на наличие трещин и перекосов; ослабленный или треснувший монтажный кронштейн приводит к смещению толкателя относительно регулятора зазора и ускоряет износ обоих компонентов

Обзор процедуры замены

Замена услуги мембранная тормозная камера это простая задача семинара. Замена комбинированной камеры пружинного тормоза требует дополнительного этапа фиксации пружины (сжатия ее с помощью встроенного закладного болта) перед отсоединением каких-либо воздухопроводов. Общая последовательность замены следующая:

• Только для камер пружинного тормоза: вставьте закладной болт через отверстие доступа в корпусе пружинного тормоза и зацепите его с внутренним фиксатором; затягивайте до тех пор, пока пружина не будет полностью сжата и болт не зафиксируется — это механически удерживает пружину в сжатом положении независимо от давления воздуха.
• Заблокируйте колеса автомобиля и слейте воздух из ресиверов до нулевого давления через сливные краны.
• Отсоедините линии подачи воздуха от входных отверстий камеры и закройте их, чтобы предотвратить загрязнение.
• Отсоедините вилку толкателя от штифта рычага регулировки слабины.
• Отверните гайки крепления камеры и снимите камеру с монтажного кронштейна.
• Установите новую камеру на кронштейн, убедившись, что толкатель совмещен с рычагом регулятора зазора без углового смещения более 3 градусов в любом направлении.
• Подсоедините вилку толкателя к регулятору зазора в правильном положении штифта с головкой, чтобы добиться заданной геометрии соотношения толкатель-регулятор зазора.
• Подсоедините воздухопроводы, создайте давление в системе, проверьте отсутствие утечек и правильный ход толкателя, прежде чем возвращать автомобиль в эксплуатацию.
• Для камер пружинного тормоза: после установки снимите закладной болт и храните его в отведенном для этого месте на автомобиле в соответствии с требованиями правил.

Часто задаваемые вопросы: Камеры мембранного тормоза

Заключение: камера мембранного тормоза как основа безопасности

мембранная тормозная камера является одним из наиболее важных компонентов безопасности на любом коммерческом транспортном средстве. Это простое, проверенное и высоконадежное устройство, которое уже более 70 лет является стандартным приводом для пневматических тормозных систем именно потому, что его принципы работы надежны, его виды отказов выявляются посредством планового осмотра, а его замена при необходимости проста.

Понимание того, как работают мембранные тормозные камеры (взаимосвязь между давлением воздуха, эффективной площадью диафрагмы и выходным усилием толкателя), позволяет менеджерам автопарков, техническим специалистам и водителям правильно интерпретировать поведение тормозной системы, диагностировать возникающие проблемы на ранней стадии и принимать обоснованные решения о сроках замены и технических характеристиках. Разница между камерой Типа 24 и Типа 30 не просто в размерах — это разница в тормозной способности, которая должна соответствовать требованиям к нагрузке на ось исходной конструкции автомобиля.

Самое главное – правила безопасности, регулирующие мембранные тормозные камеры - в частности, запрет на разборку секции пружинного тормоза без надлежащего каркасного оборудования, а также обязательные критерии выхода из строя из-за чрезмерного хода - существуют потому, что последствия отказа тормозной системы на скоростях коммерческого транспорта являются серьезными. Соблюдение графиков проверок, своевременная замена изношенных или протекающих камер, а также правильные процедуры обращения с пружинными тормозами не являются обязательными передовыми практиками — они являются минимальным стандартом для безопасной эксплуатации коммерческого транспорта.