Введение

Устройство для замедления крупных транспортных средств

Замедлитель – это устройство, используемое для усиления или замены некоторых функций первичных тормозных систем, основанных на трении, обычно на тяжелых транспортных средствах. Замедлители служат для снижения скорости транспортных средств, поддержания постоянной скорости при движении под уклон, а также для предотвращения непреднамеренного или неконтролируемого ускорения при движении по дороге с неровным продольным уклоном. Обычно они не способны полностью остановить транспортное средство, поскольку их эффективность снижается по мере уменьшения скорости. Вместо этого они обычно используются как дополнительная помощь для замедления, а окончательное торможение осуществляется обычной тормозной системой трения. Дополнительным преимуществом замедлителей является увеличение ресурса фрикционных тормозов, поскольку они используются реже, особенно на высоких скоростях. Кроме того, пневматические тормоза выполняют двойную функцию, экономя давление воздуха. Тормозные системы, основанные на трении, подвержены снижению эффективности (выгоранию) при длительном и интенсивном использовании, что может быть опасно, если тормозная способность падает ниже необходимой для остановки транспортного средства: например, при спуске грузовика или автобуса с длинного склона, где в противном случае потребовался бы аварийный наклон для безопасной остановки. По этой причине такие тяжелые транспортные средства часто оснащаются дополнительной системой, не основанной на трении. Замедлители применяются не только в автомобильном транспорте, но и в железнодорожных системах. Британский прототип поезда Advanced Passenger Train (APT) использовал гидравлические замедлители, чтобы обеспечить высокоскоростному поезду возможность останавливаться на том же расстоянии, что и стандартные поезда с более низкой скоростью, поскольку чисто фрикционная система была нецелесообразна.

Дизельные автомобили

Дизельные двигатели регулируют мощность исключительно объемом и моментом впрыска топлива в камеры сгорания. Торможение двигателем, достигаемое созданием частичного вакуума с закрытой дроссельной заслонкой на каждом впускном такте в бензиновых двигателях, неприменимо к транспортным средствам, оснащенным дизельными двигателями, поскольку такие двигатели работают довольно "свободно". Однако Клесси Л. Камминс, основатель компании Cummins Engine Company, понял, что, открывая выпускные клапаны цилиндров при достижении поршнем верхней мертвой точки, а не в конце рабочего хода, накопленный сжатый воздух в цилиндре можно выпускать до того, как он начнет действовать как "пружина", толкая поршень вниз. В этом случае двигатель работает как воздушный компрессор, а энергия от трансмиссии используется для сжатия воздуха, тем самым замедляя транспортное средство. Количество мощности, отбираемой от трансмиссии, может достигать 90% от номинальной мощности двигателя для определенных моделей. В системе торможения двигателем с разгрузкой сжатия для турбированных двигателей внутреннего сгорания, чрезмерные нагрузки, связанные с открытием выпускных клапанов двигателя вблизи верхней мертвой точки компрессионного хода при высоких оборотах, предотвращаются путем снижения давления во впускном коллекторе по сравнению с тем, каким оно было бы при этих высоких оборотах. Это достигается путем замедления турбокомпрессора, снижая его скорость по сравнению с той, которая была бы при высоких оборотах двигателя. Этот тип тормозного устройства известен как тормоз двигателя с разгрузкой сжатия или "тормоз Джейка". Недостатком этой системы является ее высокая шумность при работе, особенно при неисправности выхлопной системы; поэтому ее использование запрещено в некоторых регионах. Для сертификации эффективности торможения двигателя требуется испытание типа 2А.

Выхлопная тормозная система

Выхлопные тормоза проще в работе, чем тормоза-мотор. По сути, выхлопная труба транспортного средства перекрывается клапаном. Это повышает давление в выхлопной системе, заставляя двигатель работать с большим сопротивлением на выхлопном такте цилиндров, таким образом, двигатель снова действует как воздушный компрессор, а мощность, затрачиваемая на сжатие воздуха, отбирается из выхлопной трубы, замедляя транспортное средство. Турбокомпрессорные ретардеры, ограничивающие поток выхлопных газов, также могут способствовать увеличению давления в выхлопной системе для достижения той же цели.

Гидравлический тормоз

Гидравлические тормоза-замедлители используют силы вязкого сопротивления между динамическими и статическими лопатками в камере, заполненной жидкостью, для достижения замедления. Существует несколько различных типов, которые могут использовать стандартную трансмиссионную жидкость (масло для передач), отдельный запас масла, воду или смесь масла и магнитного замедления. Магнитные тормоза-замедлители аналогичны электрическим тормозам-замедлителям, описанным ниже. Простой тормоз-замедлитель использует лопатки, прикрепленные к приводному валу трансмиссии между сцеплением и колесами. Они также могут приводиться в действие отдельно через шестерни от приводного вала. Лопатки заключены в статическую камеру с небольшими зазорами до стенок камеры (которые также будут оснащены лопатками), как в автоматической коробке передач. Когда требуется замедление, жидкость (масло или вода) подается в камеру, и возникающее вязкое сопротивление замедляет транспортное средство. Рабочая жидкость нагревается и обычно циркулирует через систему охлаждения. Степень замедления может регулироваться путем изменения уровня заполнения камеры. Гидравлические тормоза-замедлители чрезвычайно тихие, часто неслышны на фоне работающего двигателя, и особенно тихи в работе по сравнению с моторными тормозами.

Электрический тормоз

Электрические тормозные устройства используют электромагнитную индукцию для создания тормозящей силы. Электрический замедлитель может быть установлен на оси, трансмиссии или силовой передаче и состоит из ротора, прикрепленного к оси, трансмиссии или силовой передаче, и статора, надежно закрепленного на шасси транспортного средства. Между ротором и статором отсутствуют контактные поверхности и рабочая жидкость. При необходимости замедления электрические обмотки статора получают питание от аккумулятора транспортного средства, создавая магнитное поле, в котором движется ротор. Это индуцирует вихревые токи в роторе, которые создают магнитное поле, противоположное полю статора. Противоположные магнитные поля замедляют ротор, а следовательно, ось, трансмиссию или карданный вал, к которому он прикреплен. Ротор имеет внутренние лопасти (подобно вентилируемому тормозному диску) для собственного воздушного охлаждения, что не создает нагрузки на систему охлаждения двигателя транспортного средства. Работа системы крайне тихая. Гибридный привод использует электрическое замедление для помощи механическим тормозам, одновременно рекуперируя энергию. Электрический тяговый двигатель действует как генератор для зарядки аккумулятора. Энергия, запасенная в аккумуляторе, используется для ускорения транспортного средства. Рекуперативное торможение и торможение вихревыми токами – это отдельные типы электрического торможения. Рекуперативное торможение может не классифицироваться как замедлитель, поскольку не требует дополнительного физического оборудования, кроме существующей пары ротор/статор двигателя. Оно осуществляет торможение, используя электрическое поле, создаваемое вращательной инерцией в роторе/статоре, передаваемое в ротор импульсом от колес транспортного средства. Дополнительная схема в контроллере управляет потоком тока от обмоток статора в аккумулятор, часть которого рассеивается в виде тепла в схеме контроллера. В отличие от этого, тормоза-замедлители вихревого тока состоят из отдельной, специально изготовленной статической обмотки и ротора, которые специально изготавливаются и устанавливаются на транспортное средство для торможения и рассеивания тепла, а не для создания тяги; это специализированная система, отличная от двигателя. Наконец, "динамическое" торможение – это сложное использование торможения контроллером, когда контроллер может использоваться либо для рекуперативного торможения, либо для переключения цепи на резисторы. Таким образом достигается реостатическое торможение. В то время как вихревой тормоз полагается на вихревые токи для создания магнитного сопротивления, часть которого случайно рассеивается в виде тепла, реостатическое торможение полагается на резисторы схемы контроллера, которые непосредственно рассеивают электрическую энергию, переносимую током, в виде тепла. Некоторые транспортные средства с динамическим торможением описывают реостатическое торможение как торможение "в обрыв". В частности, динамическое торможение вилочных погрузчиков было разработано для использования преимуществ сочетания этого типа торможения с контроллерами, специализированными на быстром изменении направления движения транспортного средства. Динамическое и рекуперативное торможение, используемое на электрических или дизель-электрических железнодорожных локомотивах, означает, что электродвигатели, обычно используемые для привода ведущих колес, вместо этого используются в качестве генераторов, приводимых в движение колесами при движении под уклон. При рекуперативном торможении созданный электрический ток обычно возвращается в источник питания (т.е. контактная сеть, третий рельс) и может использоваться другими локомотивами или сохраняться для последующего использования. Таким образом, локомотив получает ток при движении по ровной поверхности или в гору, но действует как источник тока при торможении, преобразуя кинетическую энергию, создаваемую при движении под уклон (или реже, преобразуя инерцию от движения по ровной поверхности) в электричество. В дизель-электрическом локомотиве питание генерируется непосредственно бортовым двигателем (двигателем) и передается на двигатели; в настоящее время практически нет возможности хранения электроэнергии для последующего использования, поэтому двигатели используются в качестве генераторов, замедляя вращение колес, а генерируемая мощность направляется через резисторы, установленные на крыше локомотива, где она преобразуется в тепловую энергию (подобно электрическому нагревательному элементу) и рассеивается в атмосферу с помощью больших вентиляторов. Хотя это имеет недостаток – не использовать энергию, создаваемую при движении под уклон, это создает мощную и безопасную тормозную систему, которая не подвержена эффекту угасания тормозов или износу, как механические тормоза.