Fékrendszerek II.- Egy konkrét hidraulikus nagyteljesítményű fékrendszer bemutatása

Szakcikkek - 2009-09-25 15:45:59 nyomtatás cikk nyomtatása



A manapság alkalmazott hidraulikus fékrendszerek általános kialakítását mutatja be ez a cikk, mely megnevezi és röviden leírja a rendszer lényeges elemeit, valamint hogy hogyan illeszkednek egymáshoz, rendszert alkotva.

A hidraulikus nagyteljesítményű fékszabályozó (vezérlő) rendszer a nem közúti, illetve a konstrukciós (például daruk) járművek légfékrendszereit váltotta ki elsősorban. A járművek többségénél mechanikus vagy légfék rendszert használtak. A mechanikus rendszer a fékerő szabályozására mechanikai kapcsolatokat (bowdenek, rudazatok) alkalmazott, míg a légfék rendszerek vagy közvetlenül, vagy közvetve egy levegő-olaj hidraulikus erősítővel kapcsolódnak a hidraulikus fékrendszerekhez. A nagyteljesítményű hidraulikus fékrendszer közvetlenül hidraulikus nyomást alkalmaz a fékhengerek működtetésére.

A mezőgazdasági, az építő, az erdészeti és más, nem közúti járművekhez érzékeny, de ugyanakkor nagyteljesítményű fékvezérlésre van szükség, mind közúti, mind a terepen való biztonságos üzemhez. A tisztán hidraulikus fékek elterjedése előtt légféket, vagy nyomott levegővel vezérelt hidraulikus fék-működtetést alkalmaztak, mivel ezek a rendszerek feleltek meg a nagy teljesítmény mellett megkövetelt érzékeny működés követelményének.
A légfék rendszerek pneumatikus nyomást használnak a szükséges, féktárcsára vagy dobra ható, a fékhenger segítségével kifejtett erő létrehozására. Hasonlóképpen a levegő-olaj (levegővel nyomott hidraulikus rendszer) rendszerekben nyomott levegőt használnak egy erősítő meghajtására (például hidraulikus fékhenger kombinálva sűrítettlevegős munkahengerrel), ezzel az alacsony levegőnyomást magas hidraulikus nyomásra alakítva a fékerő szabályozására, létrehozására. Mindkét rendszer esetén a fékerő arányos a járművezető által kifejtett erővel (pedálnyomással). A levegővel nyomott hidraulikus rendszerhez hasonlóan, itt is hidraulikus nyomás hozza létre a fékműködtető erőt.

A direkt hidraulikus nagyteljesítményű fékrendszer előnyei a következők:

-Kompaktság: a szivattyú és nyomás akkumulátor kisebb méretű és súlyú, mint a vele ekvivalens teljesítményű légkompresszor és légtartály;
-Mechanikai szilárdság: az alkatrészek kb. 4, 4 bar atmoszférikus nyomásig való üzemeltetésre készültek;
-Gyors válaszviszony: a működtető erő kb. 150 msec alatt kialakul. Ez a működési késés egy olyan névleges „időösszeg”, ami az átlagos kezelő (vezető) reakcióidejéből, és a fékhenger feltöltődési idejéből tevődik össze.
-A lineáris működés hiszterézise kisebb, mint 3 %. A hideg-tűrőképessége igen jó, a víz kondenzáció problémája nem jelentkezik.

Természetesen ezt is, mint minden fékkör kialakítást alapvetően meghatároz a gépjármű dinamikája, csakúgy, mint a vonatkozó előírások. Az előírások, mint korábban láttuk, rögzítik a gépjárművek fékútját, a biztonsági körök redundanciáját, valamint a rendszer elemeinek meghibásodásakor szükséges jelzésekre vonatkozó követelményeket.

Jelen bemutatás a Rexroth hidraulikus nagyteljesítményű fékrendszerét ismerteti (egy 1987-es Rexroth cikk alapján), valamint azt, hogy miként alakítható ki egy tipikus fékkör a fékezési erők, és az előírások figyelembevételével.

Gépjármű dinamika és fékút:

A fék szerelvénynek a fékezés során fel kell vennie, illetve disszipálnia kell a gépjármű mozgási energiáját. A fékezőerőt, a teljes energiaszintet, a dinamikus tengelyterhelést (súly átvitel) kell meghatározni elsősorban a fékezés folyamata során a mechanikus fékrendszerek elemeinek megválasztása esetén. Az olyan mérnöki testületek, mint a SAE (Gépjármű Mérnöki Szövetség), az ANSI (Amerikai Nemzeti Szabványügyi Intézet) vagy akár említhetnénk a Magyar Szabványügyi Testületet is, kiadott szabványaikban a fékutat a gépjárművek sebességének függvényében tárgyalják. A gyártók ezen szabványokhoz kapcsolódva végzik a rendszer és komponenseinek kiválasztását, működési tulajdonságainak értékelését.

A Rexroth hidraulikus nagyteljesítményű fékrendszer:

A jelenleg érvényes, fékkörökre vonatkozó szabványok (mint az a közölt Magyar Szabványból is kiderül) három független rendszert követelnek meg a konstrukciós, és a közúti gépjárműveken.

1. ábra



Az 1. ábra négy hidraulikus nagyteljesítményű fékkört ábrázol, ami a következőket tartalmazza:

A 2-vel jelölt tétel egy kétkörös hidraulikus nagyteljesítményű fék pedálszelep. Az LT07 fékszelep (útszelep) fékköreinek csatlakozásai mintegy egymás kiegészítői, azonos működésűek. Mindegyik kimenet a másik tartalékaként is funkcionál. A hidraulikus nagyteljesítményű fékszelep a vezető (kezelő) lábával kifejtett erővel arányos értékű hidraulikus nyomást hoz létre mindkét körben. A hidraulikus nyomás pedig létrehozza a fékező nyomatékot a gépjármű megállítására.
A 4-el jelölt elem kétféle feladatot láthat el olymértékben, ahogy a rögzítő (parkoló) fék hőkapacitása alkalmas a gépjármű kinetikai energiájának elnyelésére, ugyanolyan mértékben a 4-el jelölt elem a rögzítő fék funkció mellett biztonsági fékként is funkcionálhat. Általában a biztonsági fékek rugóműködtetésűek, amit hidraulikus nyomás old. A kézi működtetésű, arányos löketű nyomásszabályozó szelep a megfelelő hidraulikus nyomással oldja a rögzítő féket (A rugónyomással szembe hatva). Rendszerint ezt a szelepet a rögzítő fék meghúzására és oldására használják, azonban, ha a rögzítő fék megfelelő nyomással és hőkapacitással rendelkezik a gép lefékezésére, akkor ez a szelep arányos működtetéssel alkalmazhatja a rögzítő féket segéd, vagy biztonsági fék funkcióra.
Összefoglalva, az 1. ábra hidraulikus köre négy teljes gépjármű fékvezérlő kört tartalmaz magában. Az 1. ábra hidraulika köre olyan általános séma, amelyből a legtöbb gépjármű fékvezérlő rendszer leszármaztatható.
Minden gépjármű speciális fékezési követelményeket támaszt, és így a fékrendszert és a vezérlést illeszteni kell, hogy a gépjármű jellemzőinek megfeleljen.

Egykörös hidraulikus üzemi teljesítményfék, és kézi működtetésű rögzítő/segéd fékrendszer sémája:

2. ábra



Kétkörös üzemi teljesítményfék kézi működtetésű rögzítő/segéd fékrendszerrel kialakított sémája:

3. ábra



1 – LT06 Akkumulátor töltőszelep
2.1 – LT05 Egykörös üzemi fékszelep
2.2 – LT07 Kétkörös üzemi fékszelep
3 – L414150 lábpedál
4 – LT414150 lábpedál
5 – WWI visszacsapó szelep
6 – Hidraulikus akkumulátor
7 – L014524 fékhenger kör nyomáskapcsoló
8 – L014525 akkumulátor töltés nyomáskapcsoló
10 – Rugóműködtetésű rögzítő/segéd fék
11 – L014524 rugóműködtetésű fékkör nyomáskapcsolója

Megjegyzés: Az 1, 2.1, vagy 2.2, 3, 4, 5, 7, 8 tételek összeépíthetők egy LT404 fékköri szelepblokkba.

A szivattyú (9-es elem):

A szivattyú ugyan azt a feladatot látja el, mint a légkompresszor a légfék rendszereknél. Az állandó szállítású szivattyú szállításának minimum kb. 1 liter/perc (0.26 gallon/perc) értékűnek kell lennie, 3.2 bar atmoszférikus nyomásnál, és a motor üresjárati fordulatszámánál.
A maximális szállítás értékét a szükséges folyadékáram, vagy a leeresztő szelep kapacitása határozza meg, és a felső korlátot e tényező közül a kisebb adja.

Az akkumulátor (6-es elem): (hidraulikus energiatároló)

Az akkumulátor a működtető energiát tároló eszköz. Az akkumulátor tároló kapacitását előírások határozzák meg.

Általában a szivattyú, vagy a motor hibája esetén az akkumulátorban elegendő mennyiségű folyadéknak kell lennie bizonyos számú, szabványokban, jogszabályokban előírt számú fékműködtetésre, és az utolsó fékezésnek megfelelő nyomást kell biztosítania a gépjármű lefékezésére az előírt másodlagos, vagy biztonsági fékúton belül.

Általánosan elterjedt az akkumulátorkörbe épített nyomáskapcsoló alkalmazása (8-as elem), abból a célból, hogy figyelmeztető jelzést adjon a kezelőnek (vezetőnek) az akkumulátor alacsony töltöttségéről. A nyomáskapcsoló egy egyszerű egypólusú egyszeres megszakítású N/O kontaktussal (egy adott nyomás alatt zárt kontaktust ad) ellátott elem, és arra szolgál, hogy figyelmeztesse a kezelőt a töltőkör hibájáról. A kezelő számára kötelező előírás az, hogy azonnal álló helyzetbe hozza (megállítsa) a járművet, ha az akkumulátor töltéskapcsoló alacsony akkumulátornyomást jelez.

Az akkumulátor töltőszelep (1-es elem):

Az akkumulátor töltőszelep, amelynek típusa LT06, szétosztja a folyadékáramot a fékkör és az opcionális második felhasználókör között. Az LT06 szelep prioritást ad egy meghatározott folyadékáramnak a fékkör akkumulátorába való töltésére. Az e feletti szivattyú által szállított folyadékáram áll rendelkezésre a szekunder körhöz. Amikor az akkumulátor teljesen feltöltött, akkor a feltöltő szelep a teljes folyadékáramot a szekunder kör felé vezeti (by pass-ként működik). A szekunder kör vezérlésére, hidraulikával működtetett eszközök működtetésére használható, vagy a fix szállítású szivattyúk tehermentesítésére alacsony tartalék (stand-by) nyomásnál.
Az 5-el jelölt, az akkumulátor töltő szelep kimeneténél látható elem egy kettős visszacsapó szelep. Ez a szelep az akkumulátor legalacsonyabb töltési nyomásánál vezérli az LT06 pilot körét. Az alternatív (parallel) kimeneti ágakat a visszacsapó szelepek működése választja szét egymástól.

Rögzítő fék szelep (4-es elem):

Az LT08 rögzítő fék szelep egy karral működtetett, arányos nyomásszabályozó megfelelő rögzítőelemmel, kizárandó a rögzítő fék téves működését. Ez a nyomáscsökkentő szelep a kimenetről visszacsapolt, amire a rugónyomás ellenében történő hidraulikus fék oldás miatt van szükség.
A rögzítőfék körnek saját akkumulátora és visszacsapó szelepe van, hogy így a kör független legyen az üzemi fékrendszertől. Az üzemi fékrendszer hibája esetén az LT08 szelep képes a gépjármű biztonságos megállítására, vezérelve a rugóenergia- tárolású fék fékező nyomatékát.
A 11-es jelű figyelemfelhívó nyomáskapcsoló akkor ad jelzést a vezetőnek, amikor a rugóműködtetésű fék befékezett állapotban van. Általában ez a kapcsoló kétállású, egypólusú, egyszeres megszakítású N/C kontaktussal (nyomás nélkül zár) rendelkező elem, azonos kivitelű, mint az akkumulátortöltés hibajelző nyomáskapcsolója.

Üzemi fékszelep (típusa LT07 vagy LT05):

Az LT07-es típus kétkörös hidraulikus teljesítményfék szelep egy kettős elem, lábpedál működtetésű, arányos nyomáscsökkentő szelep. Ez a szelep „spool” rendszerű (a dugattyú kis körbefutó, kenést elősegítő hornyokkal ellátott) a féknyomás vezérlés hiszterézisének (3 %-ra) csökkentésére. Ez az érték a fékrendszer fékerőt növelő, illetve oldó jelleggörbe közötti eltérést jellemzi. A szelep működését nagy linearitás és folytonosság jellemzi. A szelep első eleme mechanikus kapcsolatban áll a vezető fékpedáljával. Ez az elem a teljes löketnél az akkumulátor felőli olajnyomást az első fékhengerekre kapcsolja. A második elem is mechanikusan elmozdítva kapcsolja rá a második akkumulátor nyomását a második fékkörre. Amint a nyomás az első körben kialakul, akkor az első szeleprész zárja az akkumulátorból érkező folyadékáram útját. A fékhengerbe a hidraulika- folyadék be-, illetve ki-áramlása akkor szűnik meg, amikor a fékkör nyomása által létrehozott erő egyenlő a vezető által kifejtett pedálerővel.
Az első fékkör nyomása úgy hat, mint egy pilot nyomás a második fékkör számára. A második dugattyú azonosan viselkedik, mint az első, a fékhengerbe az olaj be, illetve kifolyást akkor zárja, amikor a fékkör nyomása közel azonos a második fékkörben, mint az elsőben. Ez az eljárás nyomásszinkronizálás néven ismert, és sokkal pontosabb egyensúlyt ad a gépjármű két üzemi fékrendszere között, mint amit a mechanikus megoldások eredményezhetnek. A 7-el jelölt tételek féklámpa kapcsolók, amelyek a gépjármű lassítására (megállítására) figyelmeztető lámpákat kapcsolják. Ezek egypólusú, egyszeres megszakítású, nyomás nélkül nyitott állapotú nyomáskapcsolók.

A 20-as sorszámú LT07 szelep lehetőséget ad a szelep vezérlésére a külső segéd (pilot) nyomásforrásból táplálva távműködtetéssel. Ez egy speciális szelep, elsősorban kerékterhelést figyelembevevő alkalmazásokra.

A kétkörös teljesítményményfék- rendszert úgy tervezték, hogy kompenzálja az üzemi fékrendszerek egyikének hibájából adódó hatást. Bármely körben kialakuló hiba esetén a másik kör izolálódik a hibástól, és a vezető biztonsággal képes a járművet álló állapotba hozni (lefékezni).

Az LT05 egy egyszerű működésű teljesítményfék- szelep, mely biztonsággal alkalmazható kis tömegű, lassú járműveknél. Azonos módon működik, mint az LT07 jelű. A fékerő, a fékkör nyomása a vezető által kifejtett pedálerővel arányosan alakul ki. Az üzemi fék hibája esetén az LT08 szelep alkalmazása, vagy egy rugóműködtetésű automatikus fék alkalmazása szükséges a jármű megállítására.

Összefoglalás:

A hidraulikus teljesítményfék-rendszer szabványos elemek családjából van összeállítva. A rendszer kialakítása a jellemző gép karakterisztikák, és a hatósági előírások figyelembevételével történt.

Horváth Péter tanulmánya alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal


A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.



A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után



Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén