ترمز هیدرولیک

شماتیکی که اجزای اصلی یک سیستم ترمز دیسکی هیدرولیک را نشان می دهد.

دی ترمز هیدرولیک آرایش ترمز مکانیزم است که از مایع ترمز ، معمولاً حاوی گلیکول اترها یا اتیلن گلیکول ، برای انتقال فشار از مکانیسم کنترل به مکانیسم ترمز استفاده می کند.

فهرست

1 تاریخچه
2 ساخت و ساز
3 عملکرد سیستم
4 نمونه ای از سیستم ترمز هیدرولیک
5 مشخصات کامپوننت
5.1 ترمزهای برقی
6 ملاحظات خاص
7 همچنین ببینید
8 مراجع
9 پیوندهای خارجی
9.1 اختراعات

تاریخچه

در طول سال 1904، فردریک جورج هیث (شرکت ترمز هیدرولیک هیث، آموزشی ویبولیتین)، ردیچ، انگلستان یک سیستم ترمز هیدرولیک (آب/گلیسیرین) را با استفاده از اهرم فرمان و پیستون ابداع و بر روی یک چرخه نصب کرد. او حق اختراع GB190403651A را برای “بهبود ترمزهای فعال هیدرولیکی برای سیکل ها و موتورها” و همچنین برای لوله های هیدرولیک لاستیکی انعطاف پذیر بهبود یافته به دست آورد.

در سال 1908، ارنست والتر ویت از بریستول، انگلستان یک سیستم ترمز هیدرولیک (روغنی) چهار چرخ را ابداع و بر روی یک اتومبیل موتوری نصب کرد. او آن را در دسامبر 1908 در بریتانیای کبیر (GB190800241A) و سپس در اروپا و ایالات متحده آمریکا ثبت کرد و سپس آن را در نمایشگاه اتومبیل لندن 1909 به نمایش گذاشت. برادرش، ویلیام هربرت ویت، حق ثبت اختراع (GB190921122A) را بهبود بخشید و هر دو به شرکت Weight Patent Automobile Brake Ltd. در خیابان بریج 23، بریستول، در سال 1909/1909 تاسیس شدند. این شرکت که کارخانه ای در لاکول لین بریستول داشت، یک سیستم ترمز هیدرولیک چهار چرخ را بر روی شاسی متالورژیک نصب کرد که دارای بدنه هیل و بول بود که در نمایشگاه خودروی لندن در نوامبر 1910 به نمایش گذاشته شد. اگرچه در خودروهای بیشتری سیستم ترمز نصب شده بود و شرکت تبلیغات زیادی انجام داد، اما بدون دستیابی به موفقیتی که شایسته آن بود ناپدید شد.
شرکت ناکس موتورز در سال 1915 از ترمزهای هیدرولیک در یک واحد تراکتور استفاده کرد . [1]

مالکوم لاگهد (که بعدها املای نام خود را به لاکهید تغییر داد ) ترمزهای هیدرولیک را اختراع کرد که در سال 1917 آن را به ثبت رساند. [2] [3] “لاکهید” یک اصطلاح رایج برای روغن ترمز در فرانسه است.

Fred Duesenberg از ترمزهای هیدرولیک Lockheed Corporation در ماشین های مسابقه ای خود در سال 1914 استفاده کرد [4] و شرکت خودروسازی او، Duesenberg ، اولین کسی بود که از این فناوری در مدل A Duesenberg در سال 1921 استفاده کرد.

شرکت ناکس موتورز از اسپرینگفیلد، MA در حال تجهیز تراکتورهای خود به ترمزهای هیدرولیک بود که از سال 1915 آغاز شد .

این فناوری در استفاده از خودرو پیش رفت و در نهایت منجر به معرفی سیستم ترمز درام هیدرولیک خود-انرژی شونده (ادوارد بیشاپ بوتون، لندن انگلستان، 28 ژوئن 1927) شد که امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

ساخت و ساز

متداول ترین ترتیب ترمزهای هیدرولیک برای وسایل نقلیه سواری، موتور سیکلت، اسکوتر و موتور سیکلت شامل موارد زیر است:

ترمز پدال یا اهرم

یک میله فشار (همچنین میله محرک نیز نامیده می شود )
یک مجموعه سیلندر اصلی حاوی مجموعه پیستون (شامل یک یا دو پیستون، یک فنر برگشتی، یک سری واشر / حلقه های O و یک مخزن سیال)
خطوط هیدرولیک تقویت شده
مجموعه کالیپر ترمز معمولاً از یک یا دو پیستون توخالی آلومینیومی یا فولادی با روکش کروم (به نام پیستون کالیپر )، مجموعه ای از لنت ترمز رسانای حرارتی و یک روتور نیز نامیده می شود (که دیسک ترمز ) یا درام متصل به یک محور تشکیل شده است.

این سیستم معمولاً با یک گلیکول اتر روغن ترمز مبتنی بر پر می شود (ممکن است از مایعات دیگری نیز استفاده شود).

در یک زمان، وسایل نقلیه مسافربری معمولاً از ترمزهای طبلی روی هر چهار چرخ استفاده می کردند. بعداً از ترمزهای دیسکی برای جلو و ترمزهای درام برای عقب استفاده شد. با این حال، ترمزهای دیسکی اتلاف گرما بهتر و مقاومت بیشتری در برابر “محو شدن” نشان داده اند و بنابراین به طور کلی ایمن تر از ترمزهای درام هستند. بنابراین ترمزهای دیسکی چهار چرخ به طور فزاینده ای محبوب شده اند و در همه وسایل نقلیه به جز ابتدایی ترین وسایل نقلیه جایگزین درام شده اند. با این حال، بسیاری از طرح‌های خودروهای دو چرخ همچنان از ترمز درام برای چرخ عقب استفاده می‌کنند.

توضیحات زیر از اصطلاحات برای / و پیکربندی یک ترمز دیسکی ساده استفاده می کند.
عملیات سیستم

فیلم

آموزشی ارتش ایالات متحده: عملیات ترمز هیدرولیک (حدود 1983)

در سیستم ترمز هیدرولیک، هنگامی که پدال ترمز فشار داده می شود، یک میله فشاری بر روی پیستون(های) سیلندر اصلی وارد می کند و باعث می شود مایع از مخزن روغن ترمز از طریق یک درگاه جبران کننده به محفظه فشار جریان یابد. این منجر به افزایش فشار کل سیستم هیدرولیک می شود و سیال را از طریق خطوط هیدرولیک به سمت یک یا چند کولیس وادار می کند، جایی که روی یک یا چند پیستون کولیس مهر و موم شده توسط یک یا چند حلقه O (که از نشت سیال جلوگیری می کند) عمل می کند. ).

سپس پیستون‌های کالیپر ترمز به لنت‌های ترمز نیرو وارد می‌کنند و آنها را به روتور چرخان فشار می‌دهند و اصطکاک بین لنت‌ها و روتور باعث ایجاد گشتاور ترمز می‌شود و خودرو را کند می‌کند. گرمای تولید شده توسط این اصطکاک یا از طریق دریچه‌ها و کانال‌های روتور پخش می‌شود یا از طریق لنت‌هایی که از مواد تخصصی مقاوم در برابر حرارت مانند کولار یا شیشه‌های متخلخل ساخته شده‌اند، هدایت می‌شود .

روش دیگر، در ترمز درام ، مایع وارد سیلندر چرخ می شود و یک یا دو کفش ترمز را به داخل درام چرخان فشار می دهد. کفش‌های ترمز از مواد اصطکاک مقاوم در برابر حرارت مشابه لنت‌های مورد استفاده در ترمزهای دیسکی استفاده می‌کنند.

رها کردن بعدی پدال/اهرم ترمز به فنر(های) مجموعه سیلندر اصلی اجازه می دهد تا پیستون(های) اصلی را به موقعیت خود بازگرداند. این عمل ابتدا فشار هیدرولیک روی کالیپر را کاهش می دهد، سپس به پیستون ترمز در مجموعه کالیپر مکش می کند، آن را به داخل محفظه خود برمی گرداند و به لنت های ترمز اجازه می دهد تا روتور را آزاد کنند.

سیستم ترمز هیدرولیک به عنوان یک سیستم بسته طراحی شده است: مگر اینکه نشتی در سیستم وجود داشته باشد، هیچ یک از روغن ترمز وارد یا خارج نمی شود و همچنین مایع در اثر استفاده مصرف نمی شود. با این حال، نشتی ممکن است به دلیل ترک در حلقه های O یا سوراخ شدن در خط ترمز اتفاق بیفتد. اگر دو نوع روغن ترمز با هم مخلوط شوند یا اگر مایع ترمز با آب، الکل، ضد یخ یا هر تعداد مایع دیگر آلوده شود، ممکن است ترک ایجاد شود.

نمونه ای از سیستم ترمز هیدرولیک

ترمزهای هیدرولیک انرژی را برای متوقف کردن یک جسم، معمولاً یک محور چرخان، انتقال می‌دهند. در یک سیستم ترمز بسیار ساده، تنها با دو سیلندر و یک ترمز دیسکی ، سیلندرها را می‌توان از طریق لوله‌ها و با یک پیستون در داخل سیلندرها متصل کرد. سیلندرها و لوله ها با روغن تراکم ناپذیر پر شده اند. دو سیلندر دارای حجم یکسان، اما قطرهای متفاوت و در نتیجه سطح مقطع متفاوت هستند. سیلندری که اپراتور استفاده می کند سیلندر اصلی نامیده می شود . ترمز دیسکی چرخان با سطح مقطع بزرگتر در مجاورت پیستون خواهد بود. فرض کنید قطر سیلندر اصلی نصف قطر سیلندر slave است، پس استوانه اصلی دارای سطح مقطع چهار برابر کوچکتر است. حال اگر پیستون در سیلندر اصلی 40 میلی متر به پایین هل داده شود، پیستون slave 10 میلی متر حرکت می کند. اگر 10 نیوتن (N) نیرو به پیستون اصلی وارد شود، پیستون slave با نیروی 40 نیوتن فشار می آورد.

این نیرو را می توان با قرار دادن یک اهرم متصل بین پیستون اصلی، یک پدال و یک نقطه محوری افزایش داد. اگر فاصله پدال تا پیوت سه برابر فاصله پیوت تا پیستون متصل باشد، در هنگام فشار دادن پدال، نیروی پدال را در ضریب 3 ضرب می‌کند، به طوری که 10 N روی پدال 30 نیوتن می‌شود. پیستون اصلی و 120 نیوتن روی لنت ترمز. برعکس، پدال باید سه برابر بیشتر از پیستون اصلی حرکت کند. اگر پدال را 120 میلی متر به سمت پایین فشار دهیم، پیستون اصلی 40 میلی متر و پیستون slave لنت ترمز را 10 میلی متر حرکت می دهد.

مشخصات کامپوننت

(برای سیستم های ترمز خودروهای سبک معمولی)

در یک ماشین چهار چرخ، FMVSS استاندارد 105، 1976; [7] مستلزم آن است که سیلندر اصلی به صورت داخلی به دو بخش تقسیم شود که هر یک مدار هیدرولیک جداگانه را تحت فشار قرار می دهد. هر بخش فشار یک مدار را تامین می کند. این ترکیب به عنوان یک سیلندر اصلی پشت سر هم شناخته می شود. خودروهای سواری معمولاً دارای یک سیستم ترمز تقسیم جلو/عقب یا یک سیستم ترمز تقسیم مورب هستند (سیلندر اصلی در موتور سیکلت یا اسکوتر ممکن است فقط یک واحد را تحت فشار قرار دهد که ترمز جلو خواهد بود).

یک سیستم تقسیم جلو/عقب از یک بخش سیلندر اصلی برای تحت فشار قرار دادن پیستون های کالیپر جلو و بخش دیگر برای تحت فشار قرار دادن پیستون های کالیپر عقب استفاده می کند. در حال حاضر در اکثر کشورها به دلایل ایمنی، سیستم ترمز مدار تقسیم شده توسط قانون مورد نیاز است. اگر یک مدار خراب شود، مدار دیگر همچنان می تواند خودرو را متوقف کند.

سیستم های تقسیم مورب در ابتدا در امریکن موتورز سال تولید 1967 در اتومبیل های استفاده شد. جلو سمت راست و عقب چپ توسط یک پیستون محرک سرویس می‌شوند، در حالی که پیستون چپ و عقب سمت راست منحصراً توسط یک پیستون فعال دوم سرویس می‌شوند (هر دو پیستون خطوط جفت شده مربوطه خود را از یک پدال تک پا تحت فشار قرار می‌دهند). اگر هر یک از مدارها از کار بیفتد، مدار دیگر با حداقل یک ترمز چرخ جلو (ترمزهای جلو بیشتر نیروی ترمز را به دلیل انتقال وزن تامین می کند )، دست نخورده باقی می ماند تا خودروی آسیب دیده مکانیکی متوقف شود. در دهه 1970، سیستم های تقسیم مورب در بین خودروهای فروخته شده در ایالات متحده رایج شده بود. این سیستم با طراحی سیستم تعلیق خودروهای دیفرانسیل جلو برای حفظ کنترل و ثبات بهتر در هنگام خرابی سیستم توسعه یافته است.

یک سیستم تقسیم مثلثی

در سری ولوو 140 از سال 1967 معرفی شد، که در آن ترمزهای دیسکی جلو دارای آرایش چهار سیلندر هستند و هر دو مدار روی هر چرخ جلو و یکی از چرخ‌های عقب عمل می‌کنند. این چیدمان در سری های مدل های بعدی 200 و 700 حفظ شد.

قطر و طول سیلندر اصلی تأثیر بسزایی در عملکرد سیستم ترمز دارد. سیلندر اصلی با قطر بزرگتر، مایع هیدرولیک بیشتری را به پیستون های کالیپر می رساند، اما برای دستیابی به کاهش سرعت معین به نیروی پدال ترمز بیشتر و حرکت پدال ترمز کمتری نیاز دارد. سیلندر اصلی با قطر کمتر اثر معکوس دارد.

سیلندر اصلی همچنین ممکن است از قطرهای متفاوتی بین دو بخش استفاده کند تا حجم سیال را به یک مجموعه از پیستون های کالیپر یا دیگری افزایش دهد و M/C “سریع برداشت” نامیده می شود. اینها با کالیپرهای جلوی “کم کش” برای افزایش مصرف سوخت استفاده می شوند.

یک سوپاپ متناسب برای کاهش فشار به ترمزهای عقب در ترمزهای شدید ممکن است از استفاده شود. این امر ترمز عقب را محدود می کند تا احتمال قفل شدن ترمزهای عقب را کاهش دهد و احتمال چرخش را تا حد زیادی کاهش می دهد.

ترمزهای برقی

خلاء تقویت کننده یا سروو خلاء در اکثر سیستم های ترمز هیدرولیک مدرن که شامل چهار چرخ هستند استفاده می شود. بوستر خلاء بین سیلندر اصلی و پدال ترمز متصل می شود و نیروی ترمز اعمال شده توسط راننده را چند برابر می کند. این واحدها از یک محفظه توخالی با یک دیافراگم لاستیکی متحرک در سراسر مرکز تشکیل شده اند که دو محفظه ایجاد می کند. هنگامی که به قسمت کم فشار بدنه دریچه گاز یا منیفولد ورودی موتور متصل می شود، فشار در هر دو محفظه دستگاه کاهش می یابد. تعادل ایجاد شده توسط فشار کم در هر دو محفظه باعث می شود دیافراگم حرکت نکند تا زمانی که پدال ترمز فشرده شود. فنر برگشتی دیافراگم را در موقعیت شروع نگه می دارد تا زمانی که پدال ترمز اعمال شود. هنگامی که پدال ترمز اعمال می شود، حرکت یک دریچه هوا را باز می کند که هوای فشار اتمسفر را به یک محفظه تقویت کننده وارد می کند. از آنجایی که فشار در یک محفظه بیشتر می شود، دیافراگم با نیروی ایجاد شده توسط ناحیه دیافراگم و فشار دیفرانسیل به سمت محفظه فشار پایین حرکت می کند. این نیرو علاوه بر نیروی پای راننده، پیستون سیلندر اصلی را تحت فشار قرار می دهد. یک واحد تقویت کننده با قطر نسبتاً کوچک مورد نیاز است. برای یک خلاء منیفولد بسیار محافظه کارانه 50 درصد، نیروی کمکی در حدود 1500 نیوتن (200n) توسط یک دیافراگم 20 سانتی متری با مساحت 0.03 متر مربع تولید می شود. هنگامی که نیروهای دو طرف محفظه به تعادل برسند، دیافراگم از حرکت باز می ایستد. این می تواند به دلیل بسته شدن دریچه هوا (به دلیل توقف اعمال پدال) و یا در صورت رسیدن به “فراموش کردن” ایجاد شود. تخلیه زمانی اتفاق می افتد که فشار در یک محفظه به فشار اتمسفر می رسد و نیروی اضافی نمی تواند توسط فشار دیفرانسیل راکد ایجاد شود. پس از رسیدن به نقطه خروج، تنها نیروی پای راننده می تواند برای اعمال بیشتر پیستون سیلندر اصلی استفاده شود.

فشار سیال از سیلندر اصلی از طریق یک جفت لوله ترمز فولادی به یک سوپاپ تفاضلی فشار می رود ، که گاهی اوقات به عنوان “شیر شکست ترمز” نامیده می شود، که دو عملکرد را انجام می دهد: فشار بین دو سیستم را یکسان می کند و یک هشدار ارائه می کند. اگر یک سیستم فشار خود را از دست بدهد. شیر دیفرانسیل فشار دارای دو محفظه (که خطوط هیدرولیک به آن متصل می شود) است که بین آنها یک پیستون قرار دارد. هنگامی که فشار در هر دو خط متعادل باشد، پیستون حرکت نمی کند. اگر فشار یک طرف از بین برود، فشار طرف دیگر باعث حرکت پیستون می شود. هنگامی که پیستون با یک پروب الکتریکی ساده در مرکز واحد تماس پیدا می کند، یک مدار کامل می شود و به اپراتور در مورد نقص در سیستم ترمز هشدار داده می شود.

از دریچه دیفرانسیل فشار

لوله ترمز فشار را به واحدهای ترمز در چرخ ها منتقل می کند. از آنجایی که چرخ ها رابطه ثابتی با خودرو ندارند، لازم است از شلنگ ترمز هیدرولیک از انتهای خط فولادی در قاب خودرو تا کالیپر در چرخ استفاده شود. خم شدن لوله ترمز فولادی باعث خستگی فلز و در نهایت شکست ترمز می شود. یک ارتقاء متداول این است که شیلنگ های لاستیکی استاندارد را با مجموعه ای جایگزین کنید که از بیرون با سیم های فولادی ضد زنگ بافته شده تقویت شده است. سیم‌های بافته شده تحت فشار انبساط ناچیزی دارند و می‌توانند حس محکم‌تری به پدال ترمز با حرکت پدال کمتر برای یک تلاش ترمز معین بدهند.

اصطلاح «ترمزهای هیدرولیک نیرو» همچنین می‌تواند به سیستم‌هایی اشاره کند که بر اساس اصول بسیار متفاوتی کار می‌کنند که در آن یک پمپ موتور محرک فشار هیدرولیک مداوم را در یک باتری مرکزی حفظ می‌کند. پدال ترمز راننده به جای ایجاد فشار در سیلندر اصلی با فشار دادن پیستون، به سادگی یک سوپاپ را کنترل می کند تا فشار را به واحدهای ترمز روی چرخ ها وارد کند. این شکل از ترمز مشابه سیستم ترمز بادی است اما به جای هوا، مایع هیدرولیک به عنوان محیط کار دارد. با این حال، در ترمز هوا، هوا از سیستم خارج می شود که ترمزها آزاد می شوند و ذخیره هوای فشرده باید دوباره پر شود. در سیستم ترمز هیدرولیک قدرتی، مایع با فشار کم از واحدهای ترمز در چرخ‌ها به پمپ موتور محرکه برگردانده می‌شود، بنابراین انباشتگر فشار مرکزی تقریباً بلافاصله مجدداً تحت فشار قرار می‌گیرد. این باعث می شود که سیستم هیدرولیک قدرت برای وسایل نقلیه ای که اغلب باید توقف و روشن شوند (مانند اتوبوس در شهرها) بسیار مناسب است. سیال دائماً در گردش همچنین مشکلات مربوط به انجماد قطعات و بخار آب جمع آوری شده را که می تواند سیستم های هوا را در آب و هوای سرد تحت تأثیر قرار دهد، برطرف می کند. این اتوبوس AEC Routemaster یک کاربرد شناخته شده از ترمزهای هیدرولیک نیرومند است و نسل های متوالی خودروهای سیتروئن با سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک نیز از ترمزهای هیدرولیک تمام قدرت به جای سیستم های ترمز معمولی خودرو استفاده می کردند. بیشتر هواپیماهای بزرگ همچنین از ترمزهای چرخ هیدرولیک نیرومند استفاده می کنند، به دلیل نیروی ترمزی بسیار زیاد که می توانند ایجاد کنند. ترمزهای چرخ به یک یا چند سیستم هیدرولیک اصلی هواپیما متصل می شوند ، با افزودن یک انباشته تا هواپیما حتی در صورت خرابی هیدرولیک ترمز شود.

ملاحظات خاص

سیستم های ترمز هوا حجیم هستند و به کمپرسورهای هوا و مخازن مخزن نیاز دارند. سیستم های هیدرولیک کوچکتر و ارزان تر هستند.

سیال هیدرولیک باید غیر قابل تراکم باشد. بر خلاف ترمزهای هوا ، که در آن یک سوپاپ باز می شود و هوا به داخل خطوط و محفظه های ترمز جریان می یابد تا زمانی که فشار به اندازه کافی افزایش یابد، سیستم های هیدرولیک به یک حرکت پیستون تکیه می کنند تا سیال را از طریق سیستم عبور دهد. اگر بخاری به سیستم وارد شود، فشرده می شود و فشار ممکن است به اندازه کافی برای فعال کردن ترمزها بالا نرود.

سیستم های ترمز هیدرولیک گاهی اوقات در حین کار در معرض دماهای بالا قرار می گیرند، مانند هنگام پایین آمدن درجه های شیب دار. به همین دلیل، سیال هیدرولیک باید در برابر تبخیر در دماهای بالا مقاومت کند.

آب به راحتی با گرما تبخیر می شود و می تواند قطعات فلزی سیستم را خورده کند. آبی که وارد خطوط ترمز می شود، حتی در مقادیر کم، با اکثر مایعات ترمز معمولی (یعنی آنهایی که رطوبت سنجی هستند [8] [9] ) واکنش نشان می دهد و باعث تشکیل رسوباتی می شود که می تواند خطوط ترمز و مخزن را مسدود کند. تقریباً غیرممکن است که سیستم ترمز را به طور کامل از قرار گرفتن در معرض آب ببندید، به این معنی که تعویض منظم روغن ترمز برای اطمینان از پر نشدن بیش از حد سیستم از رسوبات ناشی از واکنش با آب ضروری است. روغن‌های سبک گاهی اوقات به‌عنوان سیالات هیدرولیک استفاده می‌شوند، زیرا با آب واکنش نشان نمی‌دهند: روغن آب را جابجا می‌کند، از قطعات پلاستیکی در برابر خوردگی محافظت می‌کند و می‌تواند دمای بسیار بالاتری را قبل از تبخیر شدن تحمل کند، اما در مقایسه با سیالات هیدرولیک سنتی دارای معایب دیگری است. مایعات سیلیکونی گزینه گران تری هستند.

” محو شدن ترمز ” وضعیتی است که در اثر گرمای بیش از حد ایجاد می شود که در آن اثربخشی ترمز کاهش می یابد و ممکن است از بین برود. ممکن است به دلایل زیادی رخ دهد. لنت هایی که با قسمت چرخان درگیر می شوند ممکن است بیش از حد گرم شده و “لعاب” کنند، به قدری صاف و سخت می شوند که نمی توانند به اندازه کافی در دست بگیرند تا سرعت خودرو را کاهش دهند. همچنین، تبخیر سیال هیدرولیک تحت دمای شدید یا اعوجاج حرارتی ممکن است باعث شود که آسترها شکل خود را تغییر دهند و سطح کمتری از قسمت چرخان را درگیر کنند. اعوجاج حرارتی همچنین ممکن است باعث تغییرات دائمی در شکل اجزای فلزی شود که در نتیجه باعث کاهش قابلیت ترمزگیری می شود که نیاز به تعویض قطعات آسیب دیده دارد.