Hur luftbromsar fungerar

Bildgalleri: Bromsar Tror du att du kan flytta en av dessa dåliga pojkar i en nypa? Se fler bromsbilder. Greg Pease / Getty Images

Föreställ dig att det är din första vecka på jobbet som dockhand hos ett rundown lastbilsföretag. Alla springer runt och försöker slutföra lastning av den sista lastpallen på baksidan av en enorm traktor-trailer som är på väg mot motsatt kust. Plötsligt berättar en av förarbetarna att du flyttar en av lastbilarna ur vägen så att en annan förare kan backa upp till lastningsbryggan. Förutsatt att du vet hur du kör ett sådant fordon fortsätter föraren, men du pausar - för det gör du inte.

Försök att behaga de högre uppeisterna och ignorera det faktum att du inte har ett körkort, hoppar du in i hytten, stänger dörren och vrider nyckeln. Innan dieselmotorn vevsar är du skrämd av en tystande ljudsignal och blinkande ljus på instrumentbrädan. Du avfyrar motorn, men summer och ljus fortsätter att ta din uppmärksamhet.

Du har kört ett stickskift tidigare, så du tror att du har täckt det. Trots den sensoriska överbelastningen trycker du in kopplingen, tar tag i det du tror är lågväxeln och underlättar kopplingen. Istället för att luta sig framåt som du förväntar dig, hälsas du med en våldsam smell, motorn dör och du kastas nästan genom vindrutan.

Du startar om motorn och tänker att du sätter lastbilen i fel växel och väljer vad du tycker är rätt. Fortfarande orsakar summer och ljus förödelse inne i hytten. Kanske är nödbromsen fortfarande på. Du ser inget bromshandtag eller spak som du normalt sett skulle se i en bil, så du bestämmer dig för att bara släppa ut kopplingen och ge den ett nytt skott.

Mycket till din förlägenhet, händer samma sak. Ut ur ögonhörnet ser du samma förman som skriker mot dig från lastningsdockan. Frustrerad hoppar du ut ur hytten och kastar upp händerna i förvirring, medan den skumlande handledaren joggar mot dig.

Välkommen till världen av luftbromsar. I den här artikeln kommer du att lära dig hur luftbromsar och deras komponenter fungerar, hur du underhåller ett luftbromssystem och varför du inte kunde flytta den lastbilen. Låt oss nu se hur George Westinghouse fick dig till den här situationen.

Innehåll

1. George Westinghouse och luftbromshistoria
2. Förstå bromsar
3. Luftbromsskomponenter i lastbilar och bussar
4. Luftbromsar: förebyggande underhåll
5. Luftbromsdiagram

Luft finns överallt. Hydraulisk vätska är det inte. Tåg, bussar och traktorvagnar använder luftbromssystem så att de inte behöver lita på hydraulvätskan i bilbromssystem, som kan ta slut i händelse av läckage. Alla dessa typer av transporter vägs ned av tunga person- eller lastlaster, så säkerheten är av största vikt. En hastighetslokomotiv som förlitade sig på hydraulbromsar skulle förvandlas till en dödlig stålkula om bromssystemet plötsligt slog ut en läcka.

Innan luftbromsar använde tågen ett primitivt bromssystem som krävde en operatör, eller en bromsman, i varje bil för att applicera en handbroms på tågdirektörens eller ingenjörens signal. Detta ineffektiva manuella system ersattes av direkta luftbromssystem, som använde en luftkompressor för att mata luft genom ett bromsrör till luftbehållare på varje bil. När ingenjören använde dessa bromsar fylldes röret med luft och pressade bromsarna.

1869 insåg en ingenjör vid namn George Westinghouse vikten av säkerhet i den relativt nya järnvägsindustrin och uppfann den första trippel-ventil luftbromssystem för järnvägsbruk. Westinghouse system fungerade på motsatt sätt som ett direkt luftbromssystem. Trippelventilsystemet utförde tre funktioner, alltså namnet. Låt oss ta en titt på dessa funktioner.

1. laddning: Systemet måste tryckas med luft innan bromsarna lossnar. I vila förblir bromsarna inkopplade. När systemet når sitt driftstryck frigörs bromsarna och är färdiga att använda.
2. tillämpa: När bromsarna appliceras sjunker lufttrycket. När mängden luft minskar tillåter ventilen luft tillbaka in i reservoartankarna, medan bromsarna rör sig till det applicerade läget.
3. släpper: När bromsarna har applicerats och luften släpps ut efter bromsning släpper det ökade trycket bromsarna.

Istället för att använda kraft eller riktad luft för att applicera bromsarna ungefär som hydraulvätska i våra bilar, fyller trippelventilsystemet en tillförselstank och använder lufttryck för att frigöra bromsarna. Med andra ord förblir bromsarna i ett trippelventilsystem helt inkopplade tills luft pumpas genom hela systemet. Ganska genialt, med tanke på om denna typ av system hade en fullständig luftförlust, skulle bromsarna koppla in och stoppa tåget. Tänk på det när du zooma ner på motorvägen och träffar bromspedalen. Om bilens bromsvätska läckte ut skulle dina bromsar inte fungera.

Trippelventilsystemet är det grundläggande konceptet i arbetet i dagens luftbromssystem i tåg, bussar och traktorvagnar. Låt oss växla växlar och lära dig hur luftbromsar i vägfordon fungerar i nästa avsnitt

Löpande tåg kunde ha undvikits

Den 27 juni 1988 smällde ett pendeltåg in i ett stationärt tåg vid Gare de Lyon-stationen i Paris, Frankrike, dödade 56 personer och skadade 32 till [källa: AP, National Geographic]. Katastrofen inträffade efter att en serie misstag lämnade tåget med en kraftigt reducerad bromsförmåga. Efter att en passagerare oavsiktligt drog nödbromsen vid hennes utgång, stängde föraren en bromsventil och trodde att systemet hade ett luftlås. Efter att han släppte luften från systemet rullade tåget fritt, men de återstående bilarna som hade ett laddat system hade inte tillräckligt med stoppkraft. I panik misslyckades föraren att aktivera det elektriska nödbromssystemet, och tåget kolliderade med ett vilotåg på stationen. Om inte för en modig förare i det stationära tåget som stannade tills kollisionen, hjälpt till att evakuera passagerare, skulle dödsfallet ha varit mycket högre [källa: AP, National Geographic]

Innan vi lär oss om luftbromsar i vägfordon, låt oss titta på hur bromsarna i din bil fungerar. Den som har kört en bil vet när han eller hon trycker in bromspedalen mot golvet som bilen bromsar och slutligen stannar. Men hur i hela världen kan vår fot stoppa en 3 000 pund (1 361 kg) bil som kör längs vägen i höga hastigheter?

Till att börja med, låt oss diskutera olika typer av bromsar och sedan kan vi utforska de olika komponenterna. Varje rullande fordon, inklusive tåg, traktor-trailers, bussar och bilar innehåller en av två typer av system. Hydraulisk bromsar, som finns i lätta lastbilar och personbilar, använder hydraulvätska eller olja för att driva bromsarna. Luftbromsar, som vi kommer att bryta ner i nästa avsnitt, använder luft för att använda sina bromsar. Låt oss titta på skillnaderna.

I ett hydrauliskt system lagras vätska i en reservoar som vanligtvis kallas en Huvudcylinder. När du trycker på bromspedalen pumpas vätska genom bromsslangar eller ledningar i kolvar monterade på varje hjul. Dessa bromskolvar skjuter antingen mot två bromsskor, som expanderar och orsakar friktion inuti bromstrumma, eller mot a bromsbelägg, som klämmer ner på en bromsrotor. Nedan finns komponenterna i ett hydrauliskt skivbromssystem.

• Bromsbehållare: Innehåller hydraulisk bromsvätska
• Huvudcylinder: Enhet som pumpar vätskan från behållaren till bromsledningar som går genom fordonet
• Bromslinjer: Gummi- eller stålflätade slangar som går från huvudcylindern till varje bromsok
• Bromsok: Ett stålhus som monteras på en fast punkt i bromsrotorn som innehåller en kolv och bromsbelägg
• Broms kolv: En rund stång som sträcker sig och trycker mot en bromsbelägg när hydraulvätska matas från huvudcylindern
• Bromsbelägg: En metallstödkudde med halvmetalliskt överlägg som greppar stålrotorn
• Bromsrotor: En stålskiva monterad på varje hjul och nav som kuddarna tar tag i för att hindra hjulen att rotera

[källa: bromsar]

Här är en titt på hur vissa delar passar in i en skivbroms.

Innan skivbromsarna förlitade sig bilarna på trumbromsar. Huvudmekaniken var densamma, men trumbromsar använde bromsskor som var inuti en trumma som var monterad på navet, kontra en rotor. Skivbromsar ökar stoppkraften, eftersom de lättare kyls och har mer ytarea att ta tag i. Dessutom ventileras bromsdamm, som bildas när bromsbelägget sliter och minskar bromsförmågan, lättare med skivbromsar än med trumbromsar. För mer information om skivbromsar och trumbromsar, läs hur skivbromsar fungerar och hur trumbromsar fungerar.

Nu när vi förstår grunderna i bromsarna i tåg och bilar, låt oss prata om de stora riggarna och bussarna.

Diagram över luftbromsdelar

fundament bromsar är de vanligaste luftbromssystemen som finns i lastbilar och bussar och fungerar på samma sätt som i tågbilar. Med hjälp av trippelventilprincipen bygger luften upp inuti bromsrören eller luftledningarna och frigör bromsarna. Praktiskt taget alla väggående fordon utrustade med luftbromsar har en examen system där en partiell ökning av trycket dikterar en proportionell frigöring av bromsarna.

Följande komponenter är exklusiva för ett grundluftsbromssystem i en lastbil eller en buss:

• Luftkompressor: Pumpar luften i lagringstankar som ska användas i bromssystemet
• Luftkompressorguvernör: Kontrollerar in- och utskärningspunkten för luftkompressorn för att bibehålla en fast mängd luft i tanken eller tankarna
• Luftbehållartankar: Håll tryckluft eller tryckluft som ska användas av bromssystemet
• Dränera ventiler: Lossa ventiler i lufttankarna som används för att tömma luften när fordonet inte används
• Fotventil (bromspedal): När deprimeras frigörs luft från reservoarbehållarna
• Bromskamrar: Cylindrisk behållare som innehåller en slak justering som rör en membran eller kammekanism
• Tryckstång: En stålstång som liknar en kolv som ansluter bromskammaren till den slaka justeraren. När de är nedtryckta släpps bromsarna. Om de förlängs används bromsarna.
• Slackjusterare: En arm ansluter tryckstången till bromsens kam för att justera avståndet mellan bromsskorna
• Broms S-cam: En s-formad kam som skjuter isär bromsskor och mot bromstrumman
• Bromssko: Stålmekanism med foder som orsakar friktion mot bromstrumman
• Återvänd vår: En styv fjäder ansluten till var och en av bromsskorna som returnerar skorna till det öppna läget när de inte sprids av s-kammen eller membranet.

Vid tomgång (foten av bromsen och fordonets luftsystem laddat) övervinner lufttrycket membranet eller s-kammen är i stängt läge, vilket resulterar i ett frigjord bromssystem. Så snart du trycker ner bromspedalen minskar lufttrycket, vrider s-kammen och sprider bromsskorna mot trumman. Kompressorn fyller på reservoartankarna och när du låter pedalen dra tillbaka ökar lufttrycket tillbaka till det ursprungliga tillståndet.

Nödsituation luftbromsar kompletterar vanliga luftbromssystem och kan aktiveras genom att dra en knapp på instrumentbrädan (nära den med det ljus som vi såg i introduktionen). Innan du kan köra ett fordon med luftbromsar måste du trycka in nödbromssknappen för att fylla systemet med luft. Så länge nödsystemet är trycksatt kommer nödbromsen att förbli fri. Om systemet har en läcka kan trycket minska tillräckligt för att aktivera nödbromsen. Dessutom är tunga lastbilar ofta utrustade med en avgasbroms som hjälper bromsprocessen, men detta förlitar sig på motorn, inte luftbromssystemet.

Vi har lärt oss hur luftbromsar fungerar. Låt oss nu titta på hur underhåll kan förhindra bromsfel i nästa avsnitt.

Vad är det för ljud?

Har du någonsin undrat varför lastbilar och bussar ljuder de roliga skrikande och väsande ljuden? Det skrikande är att luften slipper ut efter bromsning och ppssss-ljudet är det automatiska förbikoppla säkerhetsventiler på jobbet, se till att lufttrycket förblir på rätt nivå. Eftersom en huvudfördel med luftbromssystem är deras förmåga att använda luft för att driva, sparkar kompressorn ständigt på och sparkar för att fylla på reservoarerna med tryckluft. När kompressorn bygger för mycket luft öppnar ventilerna och ger så högt väsande.

Dåligt underhåll av luftbromsar kan leda till olyckor. Andy Sacks / Getty Images

Varje stat i USA har specifika riktlinjer för att driva ett fordon med luftbromsar. Testen för att få ett kommersiellt körkort är krävande, liksom stegen för att underhålla ett sådant fordon. Här är några steg du vill ta innan du går ut på vägen:

• Se till att det minsta driftstrycket för ett fordons luftbromssystem inte är mindre än 85 psi (pund per kvadrat tum) för en buss och 100 psi för en lastbil.
• Kontrollera att det inte tar längre än två minuter för lufttrycket att stiga från 85 psi till 100 psi vid 600 till 900 rpm. (Detta kallas lufttrycksuppbyggnad.)
• Bekräfta att det korrekta utskurna regulatortrycket för luftkompressorn är mellan 120 psi och 135 psi. Intryckstryck är 20 psi till 25 psi under utskuret tryck.

Du vill också se efter vatten i luftbromssystemet, en biprodukt av kondenserad luft. Luftbromsledningar gillar inte vatten, särskilt i kallare klimat där is kan hindra luft från att nå bromsmekanismen och få hjulet att låsa upp. För att förhindra detta problem har många av de moderna systemen automatiska dräneringsventiler installerade i varje luftbehållare.

Luftkopplare kan också utgöra ett problem. Slitna gummitätningar får luft att fly. Medan kompressorn kan övervinna en liten läcka, kan kompressorer som körs för hårt leda till fel. Som vi lärt oss är luftförlust inte nödvändigtvis en dålig sak, men det kommer att innebära att du sitter fast. För lastbilsförare är det troligtvis inte att få strandade mitt i ett bergspass.

Bromskänslighet, en annan biprodukt av luftbromsar, kan leda till olyckor, särskilt för oerfarna förare. Luftbromssystem är utformade för att arbeta på fordon som bär tung last. Har du någonsin undrat var alla dessa dubbla skidmärken på motorvägen kommer från? Det är en produkt av lätta eller tomma släp som låser bakhjulen. Förmodligen är den största rädslan för en lastbilschaufför kniven. Det är aldrig bra när trailerns baksida kryper upp längs med hytten. Lastbilar som reser i regn och snö kan lätt knivkniv om för mycket broms används.

De flesta moderna fordon med luftbromsar använder a dubbelt system. I huvudsak har sådana utrustade fordon två system i fall ett skulle misslyckas. Låsbromsar kan nu hittas i traktor-släp riggar och fungerar på samma sätt som ABS-system som finns i personbilar.

I grund och botten är luftbromsar effektiva och pålitliga. Håll dock inte andan om du hoppas hitta dem i din bil snart. Luftbromssystem upptar för mycket utrymme och uppmärksamhet för att betraktas som praktiska i bilar. Titta bara på en Peterbilt-lastbil när den vacklar ner mellan gatan. Har du sett de stora tankarna som är undankopplade bakom bränsletankarna? Försök hitta en plats för dem som är under huven på en Honda Civic.

Om du vill lära dig mer om luftbromsar och läsa några relaterade artiklar kan du utforska länkarna på nästa sida.

Dåligt underhåll leder till springande lastbil

Den 25 april 1996 kolliderade en Mack-cementbil från 1988 med en liten Subaru-sedan i Plymouth Meeting, Pa. När föraren av cementbilen närmade sig en korsning i slutet av en nedförsbacke av rampen, bromsade hans bromsar och lastbilen barrelades in i korsningen, slår Subaru och dödar dess förare. National Transportation Safety Board undersökte händelsen och fann flera problem med lastbilen, särskilt bakomgående bromslinjer och ett sekundärt systemsvikt. Dessa två problem lämnade lastbilen med endast uppskattningsvis 17 procent till 21 procent av dess totala bromsförmåga. Tyvärr hade föraren ingen aning om att han hade ett bromsfel. Dåligt underhåll resulterade i en meningslös död som kunde ha undvikits. [källa: NTSB]

Luftbromsskomponenter

Låt oss nu sätta ihop delarna för att se hur luftbromsar fungerar som en helhet. Detta diagram ger både en närbildsvy och ett exempel på var bromsarna finns i ditt fordon.

relaterade artiklar

• Hur bromsar fungerar
• Hur Anti-Lock Bromsar fungerar
• Hur skivbromsar fungerar
• Hur trumbromsar fungerar.
• Hur kraftbromsar fungerar
• Vilka är de olika typerna av bromsvätska?
• När jag sätter min bil i parken vad hindrar den verkligen från att flytta?

Fler bra länkar

• U.S. National Transport Safety Board
• U.S. Department of Transportation (DOT)

källor

• Opartisk Press. "Ytterligare en dödlig parisisk tågkrasch." The New York Times. 7 augusti 1988. (20 maj 2008) http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=940DEFDA1638F934A3575BC0A96E948260
• Kaliforniens avdelning för motorfordon. "Kaliforniens kommersiella förarhandbok Avsnitt 5: Luftbromsar." 1 januari 2006. (21 maj 2008) http://www.dmv.ca.gov/pubs/cdl_htm/sec5_a.htm
• Carly, Larry. "Broms (enhet)." MSN Encarta. 2008. (17 maj 2008) http://encarta.msn.com/text_761555435___3/Brake_(device).html
• CDX Online eTextbook. "Bromssystem." (24 maj 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brakes.html
• CDX Online eTextbook. "Avgasbromsar." (24 maj 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brake/systems/exhaustbrake.html
• Connor, Piers R. Railroad.net. "Luftbromsar." (18 maj 2008) http://www.railroad.net/articles/railfanning/airbrakes/index.php
• National Geographic Channel. "Sekunder från katastrof; Runaway Train." (21 maj 2008) http://channel.nationalgeographic.com/series/seconds-from-disaster/2389/Overview
• National Transport Safety Board. "Highway Accident Report PB97-916202." 17 oktober 1997. (19 maj 2008) http://ntl.bts.gov/lib/9000/9700/9762/HAR9702S.pdf
• San Diego Railway Museum. "Train and Brake Description and History." (18 maj 2008) http://www.sdrm.org/faqs/brakes.html
• Thomson, Clive. Kanadensisk underwriter. "Sätta bromsarna på luftbromsfel." Maj 2007. (20 maj 2008) http://www.canadianunderwriter.ca/Issues/ISarticle.asp?id=187245&story_id=25097143856&issue=05012007&PC=