Сколько воздуха расходует грузовик при торможении?

Полное рабочее торможение на типичном пятиосном автопоезде расходует примерно 1-3 кубических фута свободного воздуха и снижает давление в резервуарах примерно на 10-15 psi. Обычные торможения при движении — 10-25 psi на педали — обходятся значительно дешевле, зачастую втрое меньше или ещё ниже. Поскольку полностью заряженная система держит около 120 psi и имеет объём резервуаров, во много раз превышающий объём самих тормозных камер, баки сохраняют достаточно воздуха для нескольких полных торможений, даже если компрессор полностью перестал подавать воздух.

Что реально расходует воздух за одно торможение

Пневматические тормоза — это пневматическая система: нажатие на педаль заполняет рабочую сторону каждой тормозной камеры, а также всю подводящую магистраль между релейными клапанами и этими камерами. Заполняемый объём определяется тем, какой путь проходит каждый шток до контакта накладок с барабаном — а не силой нажатия. Давление определяет усилие и массу расходуемого воздуха; ход штока определяет объём.

Приблизительный вытесняемый объём на камеру при реальной рабочей эффективной площади диафрагмы и ходе:

Десять камер на трёхосном тягаче и двухосном прицепе могут в сумме давать 400-550 кубических дюймов объёма камер, а подводящие магистрали на длинном автопоезде добавляют ещё 30-60 процентов. При заполнении, скажем, до 60 psi по манометру расходуется порядка 1,5-2,5 кубических футов свободного воздуха. При лёгком торможении в 15 psi происходит тот же ход штока, но масса воздуха, забираемого из баков, значительно меньше.

Именно поэтому регулировка тормозов проявляется как проблема с воздухом. Камеры с большим ходом на разрегулированных автоматических регуляторах зазора, превысивших предел повторной регулировки, вытесняют больше объёма при каждом торможении, поэтому компрессору приходится работать интенсивнее на спуске с горы, чем следовало бы. Регулировка — это в первую очередь вопрос подачи воздуха, а уже потом вопрос тормозного пути.

Почему полное торможение снижает показания манометра всего на 10-15 psi

В США стандарт FMVSS 121 требует, чтобы суммарный объём рабочего и питающего резервуаров был не менее чем в двенадцать раз больше суммарного объёма всех тормозных камер рабочего тормоза. Именно это соотношение и обеспечивает возможность выполнять повторные торможения.

Просчитаем арифметику для идеализированной системы 12:1, заряженной до 120 psi, что составляет около 135 psi абсолютного давления. Открыть камеры к бакам — и тот же объём воздуха теперь заполняет тринадцать частей вместо двенадцати. Абсолютное давление устанавливается около 125 psi, что составляет примерно 110 psi по манометру — падение примерно на 10 psi за одно полное торможение. В реальных системах потери немного больше из-за объёма трубопроводов, температуры и подачи на прицеп, поэтому реальная цифра на практике — 10-15 psi.

Продолжив расчёт, можно увидеть, сколько торможений остаётся в резерве, если компрессор перестал подавать воздух:

Примерно на 60 psi срабатывают сигнальная лампа и зуммер низкого давления, а при дальнейшем падении давления в диапазоне 20-45 psi самопроизвольно включаются пружинные тормоза. Эти резервные торможения предназначены для того, чтобы остановиться на обочине, а не доехать до следующего съезда.

Что ещё расходует воздух

Рабочее торможение часто не самый крупный потребитель воздуха на работающем грузовике. В зависимости от комплектации, те же баки питают:

• Продувку осушителя воздуха — каждое отключение регулятора сбрасывает объём продувки в атмосферу, поэтому чем больше циклов, тем больше выброшенного воздуха
• Пневмоподвеску — клапаны регулировки уровня постоянно стравливают и заполняются на неровной дороге и у каждой рампы
• Подвеску кабины и сиденья, звуковые сигналы и приводы вентиляции/кондиционирования
• Пневмопривод переключения коробки передач на делителях и демультипликаторах
• Дополнительные потребители — управление отбором мощности, сдвижное седельно-сцепное устройство, самосвальные затворы, подъём подкатной оси, пневматические муфты вентилятора
• Утечки, которые на старом автопоезде часто превышают всё перечисленное вместе взятое

Из-за этого общего расхода компоновка резервуаров предусматривает питающий (влажный) бак перед первичным и вторичным рабочими баками, с защитными клапанами, чтобы отказ вспомогательного контура не мог опустошить тормозные контуры.

Подача компрессора и цикл работы

Компрессоры тяжёлого транспорта обычно рассчитаны на класс 12-30 CFM на регулируемых оборотах двигателя, хотя встречаются как меньшие, так и значительно большие агрегаты. Регулятор включает нагрузку компрессора примерно на 100-110 psi и снимает нагрузку примерно на 120-135 psi, поэтому агрегат закачивает воздух в баки лишь часть времени.

Полезный показатель — цикл нагрузки: процент времени работы, в течение которого компрессор реально нагнетает воздух. В исправной, правильно подобранной системе он обычно комфортно держится ниже примерно 25 процентов. Устойчиво более высокий цикл нагрузки — классическая причина повышенных температур нагнетания, нагара в нагнетательной магистрали и уноса масла в осушитель и баки. Установка более мощного компрессора для решения этой проблемы лечит симптом, а не причину.

Как определить, что грузовик расходует слишком много воздуха

Два измерения позволяют отличить нормальный расход от неисправности. Первое — утечка. При выключенном двигателе, застопоренном автомобиле и давлении около 90 psi понаблюдайте за манометрами в течение одной минуты:

Второе измерение — набор давления. При повышенных оборотах холостого хода давление должно подниматься примерно с 85 до 100 psi примерно за 45 секунд в исправной сдвоенной системе; стандарт FMVSS 121 устанавливает более жёсткое требование в 25 секунд при максимальных регулируемых оборотах двигателя. Медленный набор давления при допустимой утечке указывает на компрессор, разгрузочное устройство или суженную нагнетательную магистраль. Быстрый набор давления при чрезмерной утечке указывает на трубопроводы, и решение — искать утечку по контурам, а не менять детали наугад.

Правило: если компрессор включается более пары раз на милю при равномерном движении по трассе, речь идёт об утечке или заклинившем вспомогательном потребителе, а не о расходе воздуха на торможение.

Практические выводы для водителей и автопарков

Используйте моторный тормоз-замедлитель для контроля скорости на спусках и приберегайте рабочие тормоза для дозированных, уверенных торможений, а не для постоянного лёгкого подтормаживания. Держите автоматические регуляторы зазора в норме, чтобы каждое торможение вытесняло только тот объём, который заложен конструкцией. Сливайте баки по графику, чтобы резервуары держали воздух, а не воду. И относитесь к любому изменению ритма циклов — интервала, который вы ожидаете между включениями регулятора, — как к раннему предупреждению, которое стоит проверить до того, как решение примет за вас зуммер низкого давления.