مقالات خودرو : فنی : ترمز بادی

ترمز بادی

فرض کنید اولین روزی است که به عنوان مسوول بارانداز در یک شرکت باربری مشغول به کار شده‌اید. همه در جنب و جوشند و سعی می‌کنند آخرین محموله بار را روی یک تریلی بزرگ بگذارند. ناگهان یکی از مدیران شرکت به شما می‌گوید یکی از کامیون ها را جا به جا کنید تا کامیون دیگری بتواند وارد محوطه بارانداز بشود. مدیر خیال می‌کند شما می‌توانید با کامیون رانندگی کنید و اصرار می‌کند این کار را بکنید، ولی شما این پا و آن پا می‌کنید چون رانندگی با کامیون را بلد نیستید. برای این که از دستور مافوق سرپیچی نکنید، این واقعیت که گواهینامه پایه یک ندارید را نادیده می‌گیرید و سوار کامیون می‌شوید، در را می‌بندید و سوئیچ را می‌چرخانید. پیش از این که موتور دیزل روشن بشود، صدای بوق ها و چراغ های چشمک‌زن روی داشبورد شما را گیج می‌کنند. کامیون را روشن می‌کنید ولی بوق ها و چراغ های چشمک‌زن باز هم توجه‌تان را جلب می‌کنند. قبلاً با خودروهای سواری رانندگی کرده‌اید و فکر می‌کنید همه چیز را فوت آب هستید. کلاچ می‌گیرید، دنده یک را چاق می‌کنید و پایتان را از روی کلاچ برمی‌دارید. برخلاف انتظارتان، کامیون به راه نمی‌افتد، در عوض صدای بلندی می‌شنوید، موتور خاموش می‌شود و نزدیک است از شیشه جلو به بیرون پرت بشوید. دوباره استارت می‌زنید. فکر می‌کنید دنده را اشتباه جا زده بوده‌اید و این بار دنده‌ای که خیال می‌کنید درست است را انتخاب می‌کنید. باز هم صدای بوق و چراغ های چشمک زن، کابین را به هم می‌ریزند. شاید ترمز اضطراری فعال است. هیچ دسته یا اهرمی نمی ‌بینید، به همین خاطر تصمیم می‌گیرید دوباره پایتان را از روی کلاچ بردارید و حرکت کنید. از گوشه چشم همان مدیر شرکت را می‌بینید که روی بارانداز ایستاده و سرتان داد می‌کشد. وقتی مدیر عصبانی به طرفتان می‌آید، مأیوس و ناامید از کامیون پیاده می‌شوید و دست هایتان را به نشانه سردرگمی بالا می‌آورید. به دنیای ترمزهای بادی خوش آمدید. در این مقاله، یاد خواهید گرفت که ترمز بادی و اجزاء آن چگونه کار می‌کنند و چطور سیستم ترمز بادی را تعمیر و نگهداری کنید. شاید هم دست آخر بفهمید چرا نتوانستید کامیون را به حرکت درآورید. 

تاریخچه ترمز بادی

هوا در همه جا هست ولی روغن هیدرولیک همه جا نیست. قطارها، اتوبوس ها و تریلی ها از سیستم ترمز بادی استفاده می‌کنند به همین خاطر متکی به روغن هیدرولیک نیستند که در صورت بروز نشتی، از بین برود. این وسایل نقلیه بارهای سنگین یا مسافران زیادی را جا به جا می‌کنند، پس برای آن ها ایمنی موضوع بسیار مهمی است. اگر قطاری که با سرعت در حرکت است، متکی به ترمز هیدرولیک باشد، در صورت بروز نشتی در سیستم ترمز، به یک آهن پاره تبدیل خواهد شد. پیش از اختراع ترمزهای بادی، قطارها از یک سیستم ترمز ابتدایی استفاده می‌کردند که نیاز به یک اپراتور، یا ترمزچی، داشت. در هر واگن یک ترمزچی وجود داشت و با اشاره مسوول یا مهندس قطار یک ترمز دستی را به کار می‌انداخت. بعدها سیستم ترمز بادی مستقیم جایگزین این سیستم ناکارآمد دستی شد. این سیستم از یک کمپرسور هوا استفاده می‌کرد تا هوا را از طریق یک لوله، به داخل کپسول هوایی که روی تک تک واگن ها نصب شده بود، تزریق کند. وقتی مهندس قطار ترمز می‌گرفت، لوله ها از هوا پر می‌شدند و ترمزها را فعال می‌کردند. در سال 1869، یک مهندس به نام جرج وستینگهاوس به اهمیت ایمنی در حمل و نقل ریلی پی برد و اولین ترمز بادی سه زمانه برای استفاده در قطار را اختراع کرد. سیستم ترمز وستینگهاوس برعکس سیستم ترمز بادی مستقیم کار می‌کرد. سیستم ترمز بادی سه زمانه، همانطور که از اسمش پیداست، در سه مرحله عمل می‌کرد. بیایید نگاهی به این مراحل بیندازیم.

1. شارژ: قبل از این که ترمزها آزاد شوند، سیستم باید از هوای فشرده پر می‌شد. در غیر این صورت، لنت ها درگیر باقی می‌ماندند. وقتی سیستم ترمز به فشار مورد نیازش دست پیدا می‌کرد، لنت ها آزاد می‌شدند و آماده استفاده بودند. 

2. ترمز گیری: وقتی ترمز گرفته می‌شود، فشار هوا کم می‌شود. وقتی فشار هوا کم می‌شود، سوپاپ به هوا اجازه می‌دهد به طرف مخزن ذخیره برگردد، در همین حین لنت ها حرکت می‌کنند تا درگیر شوند.

3. آزاد شدن: به محض این که لنت ها درگیر شدند و هوا آزاد شد، فشار زیاد هوا، لنت ها را خلاص می‌کند.

سیستم ترمز سه زمانه، به جای این که مثل روغن هیدرولیک خودروها از فشار استفاده کند، یک مخزن را پر می‌کند و از فشار هوا برای خلاص کردن ترمزها بهره می‌برد. به عبارت دیگر، در سیستم سه زمانه، لنت ها کاملاً درگیر باقی می‌مانند تا زمانی که هوا به درون سیستم پمپ شود. فرض کنید در این سیستم ترمز، هوا کاملاً از بین برود، در این صورت لنت ها درگیر باقی خواهند ماند و قطار را نگه خواهند داشت. یاد زمانی بیفتید که دارید از بزرگراه عبور می‌کنید و پدال ترمز را می‌فشارید. اگر روغن ترمز شما به بیرون نشت کرده باشد، ترمز عمل نخواهد کرد. سیستم ترمز سه زمانه، اساس کار ترمزهای بادی امروزی در قطارها، اتوبوس ها و تریلی ها است. ادامه مطلب را بخوانید تا ببینید ترمز بادی در وسایل نقلیه موتوری چگونه کار می‌کند.

درک عملکرد ترمز

قبل از این که درباره ترمزهای بادی مطالبی یاد بگیریم، بیایید ببینیم ترمز خودروهای معمولی چگونه کار می‌کند. هر کس رانندگی کرده باشد می‌داند که وقتی پدال ترمز را بفشارد، سرعت خودرو کم شده و در نهایت متوقف خواهد شد. ولی فشار پای ما چگونه یک خودرو 1360 کیلوگرمی که با سرعت زیاد در بزرگراه در حرکت است را متوقف می‌کند؟ برای شروع، بیایید ابتدا درباره اقسام ترمز و سپس درباره اجزاء مختلف تشکیل دهنده آن ها صحبت کنیم. هر نوع وسیله نقلیه‌ای، اعم از قطار، تریلی، کامیون، اتوبوس و خودروهای سواری، از یکی از دو سیستم ترمز استفاده می‌کنند. ترمزهای هیدرولیک که در کامیون های سبک و اتوبوس های مسافربری دیده می‌شوند، و برای درگیر کردن لنت ها از روغن هیدرولیک استفاده می‌کنند. ترمزهای بادی، که در بخش بعد مفصل درباره آن ها صحبت خواهیم کرد، برای این کار از هوا استفاده می‌کنند. بیایید ببینیم این سیستم ها چه تفاوت هایی دارند. در سیستم ترمز هیدرولیک، روغن در مخزنی که معمولاً سیلندر اصلی نامیده می‌شود، ذخیره می‌گردد. وقتی پدال ترمز را می‌فشارید، روغن از طریق چند لوله به طرف پیستون هایی که روی هر چرخ قرار دارند، پمپ می‌شود. هر کدام از این پیستون ها به دو لنت فشار وارد می‌کنند. لنت ها هم از هم باز شده و موجب ایجاد اصطکاک در داخل کاسه ترمز می‌شوند. در ترمزهای دیسکی، لنت ها به روتور فشار می‌آورند. اجزاء تشکیل دهنده ترمزهای دیسکی هیدرولیک عبارتند از:

مخزن: که روغن هیدرولیک در آن ذخیره می‌شود.

سیلندر اصلی: ابزاری که روغن را از مخزن به داخل لوله ها پمپ می‌کند.

لوله ها: لوله های لاستیکی یا فولادی که از سیلندر اصلی تا کالیپر ترمز امتداد پیدا می‌کنند. 

کالیپر ترمز: یک محفظه فولادی که روی نقطه معینی از روتور نصب می‌شود و روتور و لنت ها را در بر می‌گیرد.

پیستون ترمز: یک سیلندر گرد که وقتی روغن هیدرولیک از سیلندر اصلی تزریق می‌شود، باز می‌شود و به لنت ها فشار وارد می‌کند.

لنت: یک پد فلزی با روکش نیمه فلزی که روتور را نگه می‌دارد.

روتور: یک دیسک فلزی که داخل همه چرخ ها نصب می‌شود و آن ها را از حرکت باز می‌دارد.

حال ببینیم این اجزاء چطور درون یک ترمز دیسکی جا می‌شوند. پیش از این که ترمزهای دیسکی به بازار بیایند، ترمزهای کاسه‌ای خودروها را متوقف می‌کردند. مکانیسم این ترمزها شبیه ترمزهای دیسکی است، فقط به جای روتور از کاسه ترمز استفاده می‌کنند. ترمزهای دیسکی نیروی متوقف کننده را افزایش می‌دهند. علت آن این است که به راحتی خنک می‌شوند و سطح تماس زیادی دارند. از طرف دیگر، در ترمزهای دیسکی، غبار ترمز که با ساییده شدن لنت ها تولید می‌شود و قدرت متوقف کنندگی را کاهش می‌دهد، به راحتی تمیز می‌شود. حالا که با اصول کار ترمز در قطارها و خودروها آشنا شدید، بیایید درباره ترمز کامیون های بزرگ و اتوبوس ها صحبت کنیم.

اجزاء تشکیل دهنده ترمز بادی در کامیون ها و اتوبوس ها

ترمز فونداسیون، متداول‌ترین نوع ترمزهای بادی است که در کامیون ها و اتوبوس ها استفاده می‌شود و شبیه ترمز قطار کار می‌کند. این ترمز با استفاده از اصل ترمزهای سه زمانه، هوا را به داخل لوله ها می‌فرستد و به این وسیله لنت ها را خلاص می‌کند. در واقع، همه وسایل نقلیه جاده‌ای که ترمزشان بادی است، دارای یک سیستم خلاص کننده تدریجی هستند که فشار را افزایش داده و لنت ها را خلاص می‌کند. اجزاء مهم ترمزهای بادی فونداسیون عبارتند از:

کمپرسور هوا: هوا را به داخل مخازن ذخیره پمپ می‌کند تا در سیستم ترمز مورد استفاده قرار بگیرد.

کنترلگر کمپرسور هوا: لحظه باز و بسته شدن دهانه کمپرسور را کنترل می‌کند تا حجم هوای ورودی به مخزن را تعیین کند. 

سوپاپ تخلیه: وقتی خودرو متوقف است و از آن استفاده نمی‌شود، سوپاپ تخلیه مخازن ذخیره هوا را باز می‌کند تا هوا تخلیه شود.

سوپاپ زیر پایی (پدال ترمز): وقتی فشار داده می‌شود، هوای مخزن ذخیره آزاد می‌شود.

اتاقک ترمز: محفظه سیلندر مانندی که دارای یک رگلاتور متحرک است. این رگلاتور متحرک یک دیافراگم یا یک مکانیسم را به حرکت در می‌آورد. 

میله پرس: میله‌ای آهنی و شبیه به پیستون که اتاقک ترمز را به رگلاتور متحرک وصل می‌کند. وقتی جمع می‌شود، لنت ها خلاص می‌شوند؛ وقتی باز می‌شود، لنت ها درگیر می‌شوند.

رگلاتور متحرک: بازویی که میله پرس را به محور S متصل می‌کند تا فاصله بین لنت ها را تنظیم کند.

محور S: میله‌ای که سر آن شبیه حرف S است و لنت ها را از هم جدا کرده و به کاسه ترمز می‌چسباند.

لنت: یک مکانیسم آهنی روکش دار که به کاسه ترمز می‌چسبد و موجب تولید اصطکاک می‌شود.

فنر برگشت: یک فنر سخت که به لنت متصل است و آن را سر جایش برمی‌گرداند.

وقتی پایتان را از روی پدال ترمز برمی‌دارید، فشار هوا زیاد شده و به دیافراگم یا به محور S فشار وارد، و لنت ها را آزاد می‌کند. به محض این که دوباره پدال را فشار بدهید، فشار هوا کم می‌شود، محور S را می‌چرخاند و لنت ها را به کاسه می‌چسباند. کمپرسور دوباره مخزن را پر از هوا می‌کند و وقتی پایتان را از روی پدال برمی‌دارید، دوباره فشار هوا به حالت اولیه‌اش برمی‌گردد. ترمزهای اضطراری بادی، سیستم های مکملی هستند که از طریق یک دکمه روی داشبورد فعال می‌شود. قبل از این که خودرویی را برانید که ترمز بادی دارد، باید دکمه ترمز اضطراری را بفشارید تا هوای سیستم تأمین بشود. اگر سیستم نشتی داشته باشد، فشار هوا پایین می‌آید و ترمز اضطراری را فعال می‌کند. کامیون های سنگین اغلب مجهز به ترمز اگزوز نیز هستند که روی موتور قرار دارد و مستقل از سیستم ترمز بادی عمل می‌کند. تا اینجا یاد گرفتیم که ترمز بادی چگونه کار می‌کند. در ادامه مطلب بیایید ببینیم چه مراقبت هایی می‌تواند از بریدن ترمز جلوگیری کنند.

اقدامات پیشگیرانه

هر یک از ایالت های آمریکا مقررات خاصی در مورد استفاده از ترمزهای بادی دارند. برای این که گواهینامه پایه یک بگیرید باید تعمیر و نگهداری از کامیون را هم بلد باشید. قبل از این که وارد جاده شوید، بهتر است این موارد را کنترل کنید:

- اطمینان حاصل کنید حداقل فشار باد در سیستم ترمز برای اتوبوس کمتر از  psi85 و برای کامیون کمتر از 100 نباشد. 

- اطمینان حاصل کنید بیشتر از دو دقیقه طول نمی‌کشد تا فشار هوا از حدود 80 تا psi  100 به 600 تا psi 900 برسد (که به آن نرخ تولید هوای فشرده می‌گویند).

- اطمینان حاصل کنید که فشار باد خروجی از کمپرسور بین 120 تا psi 135 است. فشار باد ورودی باید 20 تا psi 25 کمتر از فشار باد خروجی باشد. 

بهتر است نگاهی هم به وجود آب در سیستم ترمز بیندازید. آب محصول جانبی هوای فشرده شده است. لوله های ترمز بادی با آب میانه خوبی ندارند، به خصوص در هوای سرد که قطعات یخ می‌توانند وارد مکانیسم لنت شده و چرخ را قفل کنند. برای جلوگیری از این مشکل، بیشتر سیستم های مدرن دارای سوپاپ های خشک کن اتوماتیک هستند که داخل مخازن هوا تعبیه می‌شوند. ترکیب کننده هوا هم ممکن است مشکل‌ساز باشد. واشرهای لاستیکی فرسوده باعث نشت هوا می‌شوند. البته کمپرسور می‌تواند نشتی های کوچک را جبران کند، ولی اگر کمپرسور خیلی شدید کار کند، از کار می‌افتد. همانطور که پیشتر دیدیم، نشت هوا لزوماً چیز بدی نیست، فقط ممکن است در راه بمانید. شاید گیر کردن وسط یک گذرگاه کوهستانی جزو برنامه سفر رانندگان کامیون نباشد. حساسیت بالای ترمز هم ممکن است باعث بروز تصادف بشود، به خصوص برای رانندگان کم تجربه. سیستم ترمز بادی برای وسایل نقلیه‌ای طراحی شده است که بار سنگین حمل می‌کنند. تا به حال به این فکر کرده‌اید که خطوط ترمز دوتایی که روی بزرگراه ها دیده می‌شوند از کجا می‌آیند؟ چرخ عقب کامیون های خالی و یا کامیون هایی که بار سبک دارند قفل می‌کند و این خطوط را به وجود می‌آورد.

شاید بزرگترین کابوس یک راننده تریلی، قیچی کردن باشد. ابداً صحنه خوبی نیست که ته تریلر در کنار کابین قرار بگیرد. تریلی هایی که در برف یا باران حرکت می‌کنند، در صورت استفاده زیاد از ترمز، ممکن است قیچی کنند. بیشتر خودروهای مدرن از یک سیستم مضاعف هم در کنار ترمز بادی استفاده می‌کنند. در صورتی که یکی از سیستم ها از کار بیفتد، سیستم دیگر آماده به کار است. امروزه ترمزهای ضد قفل در تریلی ها هم به چشم می‌خورند و بسیار شبیه ترمز ABS خودروهای سواری کار می‌کنند. روی هم رفته، ترمزهای بادی کارآمد و قابل اعتماد هستند و شاید دلتان بخواهد روی خودرو سواری خودتان هم ترمز بادی داشته باشید. بهتر است بدانید سیستم ترمز بادی فضای زیادی اشغال می‌کند و در خودروهای سواری کاربرد ندارد. مخازن باد آن هم که ابداً داخل خودروهای سواری جا نمی‌شوند.