Юхууу!
Народ, трошки накопал вкусностей.
Интересно про ретардуГидродинамические ретардеры VoithКомпания Voith конструирует и строит гидроагрегаты с 1870 г., и в первую очередь для электростанций. Каких только гидротурбин и механических редукторов конструкторы фирмы не создали за 13 десятилетий! Высшее достижение в этой области – оснащение гидромашинами самой крупной в мире гидроэлектростанции в Итайпу, обладающей мощностью 13,2 тыс. МВт.
Накопив солидный опыт в создании гидротрансформаторов и гидромуфт, специалисты фирмы уже в 20-е годы прошлого века попытались применить их на наземном транспорте: железнодорожном и автомобильном. В конце 50-х к ним обратилась компания Krauss-Maffei с просьбой оснастить гидравлическими замедлителями несколько локомотивов мощностью до 4 000 л.с., которые она должна была поставить для железных дорог ряда стран. Эти локомотивы обязаны были работать «в связке» по трое и тянуть за собой грузовой железнодорожный состав полной массой более 10 тыс. т. При этом, по мнению экспертов, износ колодок обычных тормозов должен был превысить всякие нормы.
Используя принцип гидромуфты, конструкторы Voith создали свой первый тормоз-замедлитель, или ретардер, сокративший износ тормозных колодок этих локомотивов на 30%. Примечательно, что этот тормоз мог работать в течение неограниченного времени без потери эффективности. Первый агрегат был создан в 1961 г., и в тот же год, учитывая перспективность нового направления в бизнесе, руководство фирмы санкционировало открытие нового специализированного отделения Voith Retarder – ныне лидера в производстве тормозов-замедлителей для тяжелых магистральных грузовиков и автобусов.
В 1968 г. увидела свет первая серия ретардеров Voith В180/В190 для автобусов. Первой компанией, заинтересовавшейся новыми устройствами для повышения безопасности своей продукции, стала Setra во главе с ее основателем Отто
Кэссборером (
Kassbohrer-Setra!). В 1978 г. было изготовлено 1 200 ретардеров для колесных транспортных средств. С 1987 г. эти эффективные устройства начали устанавливать по заказу и на среднетоннажные грузовики, а через два года увидел свет первый
ретардер, органично встроенный в коробку передач грузовика (
тот самый интардер).
С каждым годом рос интерес к ретардерам у производителей автомобильной техники. В1994-м компания Voith Retarder торжественно отметила выпуск 100-тысячного агрегата, а уже через три года торжества пришлось повторить в связи с поставкой 150-тысячного ретардера. Сегодня продукцию фирмы, система управления качеством на которой имеет сертификат DIN ISO 9001, можно встретить на грузовиках IVECO, Mercedes-Benz, Volvo, Renault V.I., MAN, Scania, Praha, Hino, DAF, ЗИЛ, ERF, International и др. Среди автобусных компаний потребителями ретардеров Voith являются Neoplan, Van Hool, Bova, Jonckheere, Karosa, Ikarus и др. Тысячи ретардеров Voith работают в России.
Что же дает применение ретардера на автомобиле?
В течение последних десятилетий в международных автоперевозках росла полная масса автопоездов и повышалась средняя скорость их движения, что достигалось увеличением мощности устанавливаемых на тягачи двигателей. Соответственно ужесточались требования к тормозной динамике участвующих в них автопоездов, что не могло не отразиться на конструкции узлов самой тормозной системы. Ведь кинетическая энергия автопоезда, двигающегося со скоростью 80 км/ч, в 4 раза больше кинетической энергии автопоезда, перемещающегося со скоростью 40 км/ч!
В 1960 г. среднестатистический автопоезд имел полную массу 38 т и тягач мощностью 240 л.с. Он развивал среднюю скорость 40 – 45 км/ч. В 1996 г. 44-тонный среднестатистический автопоезд имел на европейских магистралях среднюю скорость 60 км/ч, для этого потребовалось установить на его тягач дизель мощностью до 500 л.с. В тормозной системе последнего тягача естественно должны были появиться совершенно новые узлы, обеспечивающие безопасность его движения. Ведь коэффициент трения между тормозными накладками и диском (в случае дисковых тормозов) сильно зависит от времени торможения, а точнее от температуры трущихся поверхностей. Перегруженные рабочие тормозные механизмы быстро изнашиваются, негативно влияя на стоимость перевозок, а главное, заставляют водителей снижать скорость движения или даже останавливаться для того, чтобы температурный режим тормозов вернулся к норме.
Ретардеры, содержащие внутри своего корпуса гидромуфту, способны развить тормозной момент до 1 000 Нм при собственной массе всего 65 кг. В них кинетическая энергия автопоезда достаточно быстро преобразуется в тепловую и рассеивается в окружающую среду через охлаждающую жидкость. Благодаря ретардеру износ тормозных накладок замедляется. Как показала практика, наиболее эффективно одновременное включение моторного тормоза дизеля (заслонка на выпускном тракте) и ретардера. С точки зрения безопасности особенно важно, что работа ретардера совершенно не зависит от работы механизма сцепления и коробки передач.
Применение ретардеров увеличивает среднюю скорость движения автопоездов, повышает эффективность их работы и увеличивает долговечность тормозных накладок. Интервалы между техническим обслуживанием тормозной системы возрастают в 8(!) раз. Использование ретардеров благоприятно отражается на состоянии нервной системы водителей автопоездов. Они ведут тягачи более уверенно, на увеличенных средних скоростях, чувствуя возросший уровень активной безопасности.
Конструктивно ретардеры очень просты. Две турбины – статор и ротор – располагаются (как правило, соосно) в общей емкости, заполненной маслом, в непосредственной близости друг от друга. Ротор кинематически связан с ведущими (вращающимися) элементами трансмиссии, в то время как статор жестко соединен с корпусом. Лопатки вращающегося ротора заставляют масло двигаться вместе с ними, однако такому движению препятствуют неподвижные лопатки статора.
Поскольку жидкость обладает вязкостью, она, совершая круговое движение среди подвижных и неподвижных лопаток, создает солидный тормозной момент на валу ротора. При этом масло разогревается. Оно отдает накопленное тепло в специальной системе охлаждения ретардера, включенной в систему охлаждения дизеля. Именно ее возможности и ограничивают величину тормозного момента ретардера.
В стандартной версии водитель включает ретардер поворотом рычажка на рулевой колонке, который имеет несколько положений: 0 (выключение), 1 (торможение автопоезда при спуске его с холма и движении с постоянной скоростью) и далее 2...5, при которых регулируется степень торможения автопоезда. По желанию заказчика возможно включение ретардера нажатием на педаль тормоза до упора. Эффективностью торможения управляет по сигналу от включающего устройства электронный клапанный блок, контролирующий давление и количество жидкости в гидравлической системе агрегата. Датчики температуры масла и охлаждающей жидкости позволяют водителю следить за состоянием ретардера и не допустить его выхода из строя.
Voith выпускает широкую гамму ретардеров для самых разных транспортных средств. Завоевав лидерство в этом секторе рынка, фирма удерживает его в течение многих лет.
И про горный тормоз:ДРУГИЕ ТОРМОЗАЖурнал «Автотрак» начинает серию публикаций о вспомогательных тормозных системах, работа которых основана на взаимодействии с силовой линией транспортного средства. Сегодня наш рассказ — о разновидностях моторного тормоза, относящегося к группе первичных замедлителей.
Грузовикам и автобусам незачем устанавливать рекорды скорости, а вот средняя скорость в холмистой и горной местности сильно зависит от того, насколько уверенно тяжелая машина способна двигаться не только вверх, но и вниз. И тут хорошим подспорьем штатной тормозной системе послужит замедлитель — устройство, позволяющее снизить скорость транспортного средства с минимальными потерями: без износа тормозных колодок и максимально эффективно отводя выделяемое тепло или используя полученную энергию для рекуперации.
В зависимости от способа передачи тормозного момента в силовую линию различаются два типа замедлителей: первичные (взаимодействующие с двигателем) и вторичные (ретардеры, взаимодействующие с компонентами привода). В первом случае эффект торможения зависит от передачи, выбранной водителем, поскольку коробка передач и сцепление располагаются между рабочим органом замедлителя и исполнительным приводом. Это можно отнести к ее минусам, ведь при переключении передачи происходит прерывание тормозного момента. Ну а плюсами первичного замедлителя являются сравнительно небольшая стоимость и малый вес — двигатель при оснащении системой моторного тормоза тяжелеет всего на 10-15 кг, в то время как прибавка веса при наличии мало-мальски мощного трансмиссионного ретардера начинается с 80 кг. Не это ли важнейший аргумент в пользу экономии топлива? Впрочем, забегая вперед, скажем, что современные грузовики зачастую оснащаются не одним типом замедлителя, а их комбинацией, которая интегрирована в единую систему управления торможением как часть комплексной системы активной безопасности. Зачем нужна такая комбинация нам еще предстоит разобраться, а начнем мы с обзора конструкций моторных тормозов, коих на данный момент насчитывается, по меньшей мере, пять разновидностей.
ТОРМОЗИМ ДВИГАТЕЛЕМ
Итак, самым простым по исполнению, а значит и адаптации к той или иной модели автомобиля, является моторный тормоз с заслонкой в выпускном трубопроводе (эту конструкцию в обиходе называют горным тормозом). Суть работы горного тормоза сводится к отключению подачи топлива и частичному перекрытию выпускного тракта с целью создания противодавления на такте выпуска. Конструктивно заслонка выполнена таким образом, чтобы обеспечить размер остаточного зазора достаточным для того,
чтобы слишком большое противодавление не мешало нормальной работе выпускного клапана (точнее — исключалось его неконтролируемое открытие под воздействием отработавших газов из соседних цилиндров). Это одна из особенностей, ограничивающих максимальный тормозной момент такого тормоза-замедлителя. Заслонка обычно приводится в действие при помощи пневмопривода. Горный тормоз наиболее распространен у российских производителей, а на иномарках, оснащаемых более прогрессивными системами, ему зачастую поручают второстепенные функции, например — прикрытие заслонки во время прогрева для ограничения белого дыма.
Надо отметить, что Scania на своих грузовиках, в силу конструктивных особенностей двигателя (раздельные головки блока), не разрабатывает современные компрессионные тормозные системы и устанавливает на свои машины обычный «горный тормоз». Другие моторостроители в двигателях используют общую или на три цилиндра (DAF) головку блока двигателя, что конструктивно позволяет разрабатывать интегрированные с мотором тормозные системы.
Повысить отдачу горного замедлителя можно за счет открытия дросселирующего отверстия, соединяющего выпускной коллектор с камерой сгорания. Более двадцати лет назад такую конструкцию под названием Konstantdrossel (постоянный дроссель) разработали инженеры Daimler AG. С тех пор она устанавливается на грузовики Mercedes-Benz. Система представляет собой дополнительный (независимый от привода газораспределительного механизма)
клапан в головке блока цилиндров, который во время активации моторного тормоза постоянно удерживается в открытом положении. Это позволяет использовать для торможения двигателем также часть работы сжатия во время второго такта. Каким образом? При движении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю через постоянный дроссель происходит лишь незначительная утечка воздуха в выпускную систему, что позволяет достигать желаемой работы сжатия. Наибольшее количество сжатого воздуха выходит из камеры во время короткого зависания поршня в верхней мертвой точке, предотвращая его расширение в течение третьего такта (аналогия — вялый отскок сдутого мяча). В режиме ниже 900 об/мин утечки через постоянный дроссель возрастают, тормозной эффект уменьшается и система автоматически деактивируется.
Помимо «постоянного дросселя» в активе Daimler AG есть еще запатентованная система моторного тормоза. Называется она Turbobrake (турботормоз). Основу системы составляет турбокомпрессор с изменяемой геометрией направляющего аппарата. При включении моторного тормоза за счет активации специального механизма уменьшается поперечное сечение на входе в турбину. В результате увеличивается скорость вращения турбины и давление наддува. Таким образом, большее количество воздуха может быть сжато в цилиндре за время такта сжатия, а значит — двигатель достигает большей тормозной эффективности. Разработчики утверждают, что такая система, вкупе с системой Konstantdrossel позволяет увеличить тормозную мощность двигателя почти в два раза. Для предотвращения недопустимо высокой скорости турбокомпрессора обороты турбины ограничиваются на уровне 90 тыс. об/мин. Регулирование тормозного момента осуществляется при помощи электронного блока управления. Время реакции турбо-тормоза варьируется в диапазоне от одной до десяти секунд, в зависимости от начальных оборотов двигателя и турбины. Турботормоз обеспечивает поступательное увеличение замедления, в результате водитель ощущает медленное увеличение от начальной до максимальной тормозной мощности. В настоящее время турботормоз находит применение на грузовиках Mercedes-Benz Axor. Аналогичной системой с некоторыми изменениями оснащаются двигатели Iveco Cursor.
А вот американские моторостроители пошли своим путем: там уже не первое десятилетие применяют Jake Brake — относительно простой тормоз Джакобса, встроенный в газораспределительный механизм. Принцип его работы основан на сбросе давления в цилиндре после такта сжатия при помощи штатного выпускного клапана. Для этого между толкателем и стержнем клапана устанавливается промежуточное звено — плунжер, изменяющий длину под действием управляющей гидросистемы. Активная фаза торможения продолжается и на такте расширения, когда после закрытия клапана в цилиндре создается разряжение, поэтому такой тормоз специалисты называют
декомпрессионным. Jake Brake применяется на грузовиках Freightliner (двигатели Cummins и Caterpillar) и DAF (голландцы даже не стали разрабатывать оригинальную конструкцию, а просто обратились за помощью к американцам).
Свой тормоз «по мотивам Jake Brake», но с несколько иным принципом действия сконструировал и MAN. Баварцы пошли сразу двумя путями — использованием заслонки в выпускном коллекторе и модернизацией газораспределительного механизма: маленький плунжер, встроенный в коромысло, уходит вслед за клапаном вниз, а моторное масло (оно начинает поступать через отдельный канал) давит на плунжер и удерживает клапан в приоткрытом положении. В течение всех тактов, кроме впуска, выпускной клапан открыт — а значит, двигатель работает как обычный компрессор, засасывая воздух и нагнетая его в закрытую заслонкой выпускную систему. В итоге противодавление выхлопных газов возрастает настолько, что существенно тормозит поршень и в конечном итоге ведущие колеса. MAN утверждает что EVB (так называется серийно устанавливаемая система) на 60% эффективнее чем обычный горный тормоз с заслонкой в выпускном коллекторе. Например, фактически тормозная мощность двигателя D28 с системой EVB достигает 290 кВт.
Отдельного упоминания заслуживает разработанный конструкторами компании Volvo моторный тормоз VEB (Volvo Engine Brake). С технической точки зрения он представляет собой сочетание двух работающих вместе компонентов: компрессионного тормоза VCB (Volvo Compression Brake) и регулятора давления выхлопа EPG (Exhaust Pressure Governor) в приводе которого используется гидравлика. Двигатели с системой VEB отличаются особой конструкцией распредвала и коромысел выпускных клапанов. На кулачках выпуска имеются два дополнительных выступа: нагнетательный, благодаря которому клапаны выпуска «подпрыгивают» в начале такта впуска для подачи воздуха из выпускного трубопровода к цилиндрам; и декомпрессионный, за счет которого обеспечивается снижение давления в цилиндрах в конце такта сжатия.
Это делает возможным достижение значительной эффективности замедления на сравнительно низких оборотах двигателя (около 1600 об/мин).
Предлагаемая в настоящее время усовершенствованная версия VEB+ (задействует дополнительное клапанное коромысло повышая давление на выпускные клапаны) в соответствии со спецификациями весит около 15 кг и сегодня считается самым мощным моторным тормозом в Европе. По сравнению с предыдущей версией мощность торможения двигателем увеличилась на 15%, составив 425 кВт, но, как и все вышеперечисленные типы моторных тормозов, VEB+ на средних и высоких оборотах заметно теряет свои свойства. Именно поэтому Volvo в качестве дополнения предлагает установку трансмиссионных замедлителей RET-TH или RET-TPT, которые восполняют этот пробел.