Тормоздық құрылғылар және олардың түрлері

Кіріспе

Қозғалысты тежейтін механикалық құрылғы – көлік құралының бөлігі

Тоққыш – қозғалатын жүйенің энергиясын сіңіру арқылы қозғалысты баяулатуға немесе тоқтатуға арналған механикалық құрылғы. Ол көлікті, доңғалақты, осьті баяулату немесе тоқтату үшін, не олардың қозғалысын болдырмау үшін қолданылады, көбінесе үйкеліс арқылы іске асырылады.

Өмірбаян

Көбінесе тежегіштер қозғалатын дененің кинетикалық энергиясын жылуға айналдыру үшін біріне қысылған екі беттің арасындағы үйкеліс күшін пайдаланады, бірақ энергияны түрлендірудің басқа да әдістері бар. Мысалы, регенеративті тежегіш энергияның көп бөлігін электр энергиясына айналдырады, оны кейін пайдалану үшін сақтап қоюға болады. Басқа әдістер кинетикалық энергияны қысыммен сақталатын ауа немесе май сияқты потенциалдық энергияға айналдырады. Эдди тогы тежегіштері кинетикалық энергияны тежегіш дискісінде, қанатында немесе рельсте электр тогына айналдыратын магниттік өрістерді қолданады, ол жылуға айналады. Тағы да басқа тежегіш әдістері кинетикалық энергияны басқа түрлерге түрлендіреді, мысалы, энергияны айналатын инерциялық дөңгелекке беру арқылы. Тежегіштер көбінесе айналатын осьтерге немесе дөңгелектерге орнатылады, бірақ олар басқа да нысандарда болуы мүмкін, мысалы, қозғалатын сұйықтықтың бетінде (суға немесе ауаға түсірілген қанаттар). Кейбір көліктер тежегіш механизмдерінің комбинациясын қолданады, мысалы, дөңгелек тежегіштері мен парашюті бар драг-рейсинг машиналарын немесе қону кезінде дөңгелек тежегіштері мен ауаға көтерілген соқтырғыш жақтаулары бар ұшақтарды. Кинетикалық энергия жылдамдықпен квадратуралық түрде өседі, сондықтан 10 м/с жылдамдықпен қозғалатын дененің 1 м/с жылдамдықпен қозғалатын сол массалы дененің 100 есе көп энергиясы болады, демек, соқтығу шегінде тежегендегі теориялық тежеу қашықтығы 100 есеге дейін ұзарады. Іс жүзінде, жоғары жылдамдықты көліктерде ауа кедергісі айтарлықтай болады және ауа кедергісінен жоғалған энергия жылдамдықпен тез өседі. Дөңгелекті барлық көлік құралдарының дерлік барлығында қандай да бір тежегіш болады. Тіпті жүк арбалары мен сауда арбаларында жылжымалы пандуста пайдалану үшін тежегіштер болуы мүмкін. Көптеген қанатты ұшақтар шассиде дөңгелек тежегіштерімен жабдықталған. Кейбір ұшақтарда да ұшу жылдамдығын азайту үшін арналған ауа тежегіштері болады. Атақты мысалдарға планерлер және Екінші дүниежүзілік соғыс кезеңінің кейбір ұшақтары, негізінен кейбір истребительдер мен сол кезеңдегі көптеген шомылу бомбалаушылары жатады. Бұл оларға тік төмен түсетінде қауіпсіз жылдамдықты сақтауға мүмкіндік береді. Saab B 17 шомылу бомбалаушысы және Vought F4U Corsair истребителі ауа тежегіші ретінде шассиді пайдаланды. Автомобильдердегі үйкеліс тежегіштері тежеу кезінде барабанды немесе дискілі тежегіште тежеу жылуын сақтайды, содан кейін оны ауаға біртіндеп береді. Таудан төмен қарай жүргенде кейбір көліктер қозғалтқыштарын тежегіш ретінде пайдалана алады. Гидравликалық тежегіштері бар қазіргі көліктің тежегіш педалін бас цилиндрге басқанда, поршень тежегіш колодкасын тежегіш дискісіне итеріп, дөңгелекті баяулатады. Барабанды тежегіште де осыған ұқсас, цилиндр тежегіш аяқтарын барабанға итеріп, дөңгелекті баяулатады.

Most brakes commonly use friction between two surfaces pressed together to convert the kinetic energy of the moving object into heat, though other methods of energy conversion may be employed. For example, regenerative braking converts much of the energy to electrical energy, which may be stored for later use. Other methods convert kinetic energy into potential energy in such stored forms as pressurized air or pressurized oil. Eddy current brakes use magnetic fields to convert kinetic energy into electric current in the brake disc, fin, or rail, which is converted into heat. Still other braking methods even transform kinetic energy into different forms, for example by transferring the energy to a rotating flywheel. Brakes are generally applied to rotating axles or wheels, but may also take other forms such as the surface of a moving fluid (flaps deployed into water or air). Some vehicles use a combination of braking mechanisms, such as drag racing cars with both wheel brakes and a parachute, or airplanes with both wheel brakes and drag flaps raised into the air during landing. Since kinetic energy increases quadratically with velocity , an object moving at 10 m/s has 100 times as much energy as one of the same mass moving at 1 m/s, and consequently the theoretical braking distance, when braking at the traction limit, is up to 100 times as long. In practice, fast vehicles usually have significant air drag, and energy lost to air drag rises quickly with speed. Almost all wheeled vehicles have a brake of some sort. Even baggage carts and shopping carts may have them for use on a moving ramp. Most fixed wing aircraft are fitted with wheel brakes on the undercarriage. Some aircraft also feature air brakes designed to reduce their speed in flight. Notable examples include gliders and some World War II era aircraft, primarily some fighter aircraft and many dive bombers of the era. These allow the aircraft to maintain a safe speed in a steep descent. The Saab B 17 dive bomber and Vought F4U Corsair fighter used the deployed undercarriage as an air brake. Friction brakes on automobiles store braking heat in the drum brake or disc brake while braking then conduct it to the air gradually. When traveling downhill some vehicles can use their engines to brake. When the brake pedal of a modern vehicle with hydraulic brakes is pushed against the master cylinder, ultimately a piston pushes the brake pad against the brake disc which slows the wheel down. On the brake drum it is similar as the cylinder pushes the brake shoes against the drum which also slows the wheel down.

Түрлері

Токқымаларды жалпы түрде үйкеліс, сору немесе электромагниттік әдістерді пайдалану арқылы сипаттауға болады. Бір тежегіш бірнеше принципті қолдануы мүмкін: мысалы, сорғы сүріну тудыру үшін сұйықтықты тар тесіктен өткізе алады.

Қиындық

Фрикциялық тежегіштер ең көп таралғандары және оларды тозу беті бар «аяқ» немесе «жапсырма» тежегіштеріне, сондай-ақ жұмыс сұйықтығында үйкеліс пайдаланатын, бірақ нақты тозбайтын гидродинамикалық тежегіштерге, мысалы, парашюттарға бөлуге болады. Әдетте, «фрикциялық тежегіш» термині жапсырмалы/аяқ тежегіштерін білдіреді және үйкеліс пайдаланғанына қарамастан гидродинамикалық тежегіштерді қамтымайды. Фрикциялық (жапсырмалы/аяқ) тежегіштер көбінесе тұрақты жапсырмасы және айналатын тозу беті бар айналатын құрылғылар болып табылады. Кездесетін конфигурацияларға: айналатын барабанның сыртын қысу үшін жиырылатын аяқ, мысалы, ленталық тежегіш; барабанның ішкі бетін қысу үшін кеңейтілетін аяқтары бар айналатын барабан, көбінесе «барабанды тежегіш» деп аталады, бірақ басқа да барабан конфигурациялары мүмкін; және айналатын дискіні екі жағынан қысатын жапсырмалар, көбінесе «дискілі тежегіш» деп аталады. Басқа да тежегіш конфигурациялары қолданылады, бірақ олар сирек кездеседі. Мысалы, PCC троллейбусының тежегіштері электромагнит арқылы рельске бекітілетін жалпақ аяқтан тұрады; Мерфи тежегіші айналатын барабанды қысады, ал Ausco Lambert дискілі тежегіші құрылымдық көпірлі екі параллель дискіден тұратын қуыс дискіні пайдаланады, аяқтары дискілер арасында орналасып, бүйірлеме бағытта кеңейеді. Барабанды тежегіш – бұл көліктің тежегішінде үйкеліс айналатын барабанның ішкі бетіне қысым жасайтын тежегіш аяқтарының жиынтығы арқылы туындайтын тежегіш. Барабан айналатын дөңгелек оське қосылады. Барабанды тежегіштер көбінесе ескі автомобильдер мен жүк көліктерінде кездеседі. Дегенмен, өндіріс құнының төмендігіне байланысты барабанды тежегіштер кейбір бюджеттік жаңа көліктердің артқы бөлігіне де орнатылады. Қазіргі заманғы дискілі тежегіштермен салыстырғанда барабанды тежегіштер қызып кеткендіктен тез тозып сіңіреді. Дискілі тежегіш – жол дөңгелегінің айналуын баяулату немесе тоқтатуға арналған құрылғы. Тежегіш дискісі (немесе АҚШ ағылшын тілінде ротор), әдетте, құйма темірден немесе керамикадан жасалған және дөңгелекке немесе оське қосылады. Дөңгелекті тоқтату үшін тежегіш дискісінің екі жағынан механикалық, гидравликалық, пневматикалық немесе электромагниттік күшпен тежегіш жапсырмалары (тежегіш калипері деп аталатын құрылғыға орнатылған) түріндегі үйкеліс материалы итеріледі. Үйкеліс дискіні және оған бекітілген дөңгелекті баяулатуға немесе тоқтатуға себеп болады.

Frictional brakes are most common and can be divided broadly into "shoe" or "pad" brakes, using an explicit wear surface, and hydrodynamic brakes, such as parachutes, which use friction in a working fluid and do not explicitly wear. Typically the term "friction brake" is used to mean pad/shoe brakes and excludes hydrodynamic brakes, even though hydrodynamic brakes use friction. Friction (pad/shoe) brakes are often rotating devices with a stationary pad and a rotating wear surface. Common configurations include shoes that contract to rub on the outside of a rotating drum, such as a band brake; a rotating drum with shoes that expand to rub the inside of a drum, commonly called a "drum brake", although other drum configurations are possible; and pads that pinch a rotating disc, commonly called a "disc brake". Other brake configurations are used, but less often. For example, PCC trolley brakes include a flat shoe which is clamped to the rail with an electromagnet; the Murphy brake pinches a rotating drum, and the Ausco Lambert disc brake uses a hollow disc (two parallel discs with a structural bridge) with shoes that sit between the disc surfaces and expand laterally. A drum brake is a vehicle brake in which the friction is caused by a set of brake shoes that press against the inner surface of a rotating drum. The drum is connected to the rotating roadwheel hub. Drum brakes generally can be found on older car and truck models. However, because of their low production cost, drum brake setups are also installed on the rear of some low cost newer vehicles. Compared to modern disc brakes, drum brakes wear out faster due to their tendency to overheat. The disc brake is a device for slowing or stopping the rotation of a road wheel. A brake disc (or rotor in U. S. English), usually made of cast iron or ceramic, is connected to the wheel or the axle. To stop the wheel, friction material in the form of brake pads (mounted in a device called a brake caliper) is forced mechanically, hydraulically, pneumatically or electromagnetically against both sides of the disc. Friction causes the disc and attached wheel to slow or stop.

Құю

Сорғылы тежегіштер көбінесе сорғының машина құрамына енген жағдайларда қолданылады. Мысалы, ішкі жану поршенді қозғалтқышта отын беру тоқтатылып, қозғалтқыштың ішкі сорғысынан туындайтын шығындар тежеу әсерін береді. Кейбір қозғалтқыштарда сорғы шығындарын күрт арттыру үшін "Джейк тежегіші" деп аталатын клапанды басқару жүйесі қолданылады. Сорғылы тежегіштер энергияны жылу ретінде шығаруға немесе гидравликалық аккумулятор деп аталатын қысым жинақтағышын зарядтайтын регенеративті тежегіштер болуы мүмкін.

Электромагниттік

Электромагниттік тежегіштер электр қозғалтқышы бар машиналарда да жиі қолданылады. Мысалы, көптеген гибридтік бензин/электр көліктері электр батареяларын зарядтау үшін электр қозғалтқышын генератор ретінде, сондай-ақ энергияны қалпына келтіретін тежегіш ретінде пайдаланады. Кейбір дизельді/электрлік локомотивтері электр қозғалтқыштары арқылы электр энергиясын өндіріп, оны резисторлар жинағына жіберіп, жылу түрінде шығарады. Кейбір көліктерде, мысалы, кейбір қалалық автобустарда электр қозғалтқышы болмаса да, ішкі қысқа тұйықталған генератор сияқты жұмыс істейтін қосымша "кедергі" тежегіші қолданылады. Мұндай тежегіштердің ұқсас түрлеріне айналмалы ток тежегіштері және электромеханикалық тежегіштер жатады (бұл, әдетте, магниттік күшпен жұмыс істейтін үйкеліс тежегіштері, бірақ қазіргі кезде оларды көбінесе "электромагниттік тежегіштер" деп атайды). Электромагниттік тежегіштер электромагниттік индукция арқылы денені баяулатады, бұл кедергі тудырады және одан жылу немесе электр энергиясы пайда болады. Ұйкеліс тежегіштері көлікті бақылана баяулату үшін екі бөлек объектіге қысым түсіреді.

Негізгі компоненттер

Негізгі компоненттер – көлік құралының доңғалақтарындағы тежегіш құрастырмасының бөліктері, олар тежегіш жүйесінің негізін құрағандықтан осылай аталады. Доңғалақтардың маңында орналасқан осы механикалық бөліктер ауа тежегіш жүйесімен басқарылады. Негізгі тежегіш жүйелерінің үш түрі бар: S-тұтқалы тежегіштер, дискілі тежегіштер және клинды тежегіштер.

Токтың күшін арттыру

Қазіргі заманғы жолаушылар көліктерінің көпшілігі және жеңіл фургондар вакуумдық тежегіш жүйесін пайдаланады, бұл жүргізушінің көлік тежегіштеріне қолданатын күшін едәуір арттырады. Бұл қосымша күш, жұмыс істеп тұрған қозғалтқышта газ педалімен шектеліп, ауа ағынының кедерінен туындайтын коллекторлық вакуум арқылы қамтамасыз етіледі. Қозғалтқыш толық ашық газбен жұмыс істегенде бұл күш күрт төмендейді, себебі ауаның сыртқы қысымы мен коллектордың (абсолюттік) қысымы арасындағы айырмашылық азаяды, демек қол жетімді вакуум жеткіліксіз болады. Дегенмен, тежегіштер толық газбен басқанда сирек қолданылады; жүргізуші оң аяғын газ педалынан алып, сол аяқпен тежегіш басқан жағдайда басқаша, тежегіш педалына жылжытады. Жоғары айналымдарда вакуум төмен болғандықтан, қаламаған үдеу туралы хабарлар көбінесе тежегіштердің істен шығуы немесе әлсіреуі туралы шағымдармен бірге келеді, өйткені ашық газ педалі бар жоғары айналымды қозғалтқыш тежегіш күшін арттыру үшін жеткілікті вакуумды қамтамасыз ете алмайды. Бұл мәселе автоматты беріліс қорабы бар көліктерде одан да күшейе түседі, себебі тежегіштерді басқанда көлік автоматты түрде төменгі беріліске ауысып, жолға тиетін дөңгелектерге берілетін айналым моментін арттырады. Салмақты көліктер мен пойыздер әдетте тежегіш күшін бір немесе бірнеше компрессорлармен қамтамасыз етілетін қысылған ауамен күшейтеді.

Шу

Идеалда тежегіш барлық кинетикалық энергияны жылуға айналдырса да, іс жүзінде оның маңызды бөлігі дыбыстық энергияға айналып, шу ластануына себеп болуы мүмкін. Жол көліктері үшін туындайтын шу, дөңгелектің құрылысына, жол жапырынына және баяулау деңгейіне байланысты күрт өзгереді. Шудың түрлі себептері болуы мүмкін. Бұл тежегіштердің уақыт өте тозуынан туындаған мәселелердің белгісі болуы мүмкін.

Өрттер

Темір жол тежегіштерінің жұмыс істемеуі ұшқындарды тудырып, орман өрттеріне себеп болуы мүмкін. Ерекше жағдайларда дискілі тежегіштер қатты қызып, өртеніп кетуі мүмкін. Мұндай жағдай Тоскана Гран-присінде болды, онда Mercedes W11 машинасының алдыңғы көміртекті дискілі тежегіштері нашар желдету және жоғары жүктеме салдарынан жалындануға шамалы жетіп қалды. Бұл өрттер кейбір Mercedes Sprinter микроавтобустарында да кездесуі мүмкін, егер жүктеме реттегіш сенсоры істен шығып, артқы тежегіштер алдыңғыларын толықтыруға мәжбүр болса.

Тиімділіксіздік

Тежеу кезінде энергияның айтарлықтай бөлігі жоғалады, тіпті энергияны қайта қалпына келтіретін тежеу жүйесі де толыққанды тиімді емес. Сондықтан, жүргізу кезінде энергияны тиімді пайдаланудың маңызды көрсеткіші – қаншалықты тежеуге түсетініңізді бақылау. Егер жылдамдықты төмендетудің көп бөлігі қажетсіз үкелістен болса, тежеуден гөрі, сіз көліктің мүмкіндіктерін толыққанды пайдаланасыз. Тежеуді азайту – отынды үнемдеуге көмектесетін маңызды әрекеттердің бірі. Тежеу кезінде энергия әрқашан жоғалады, бірақ тиімділікке әсер ететін тағы бір фактор – "тежеуден кейінгі кедергі", яғни тежегіш қасақана басылмаған кезде пайда болатын кедергі. Тежеуден кейін жүйедегі гидравликалық қысым төмендеп, тежегіш калиперінің поршеньдері кері тартылады. Бірақ, бұл кері тартылу жүйедегі барлық икемділікті (қысым астында) және тежегіш дискісі сияқты бөліктердің жылудан бұрмалануын ескеруі керек. Мысалы, дискімен жанасу кезінде тежегіш қалыңдықтары мен поршеньдері сүртінбейтін беттен кері итеріледі. Осы уақыт ішінде айтарлықтай кедергі пайда болуы мүмкін. Бұл кедергі қуаттың ысырап болуына, соның салдарынан отынның үнемді пайдалануына және көліктің жалпы өнімділігіне әсер етеді.