|
3. OPIS BUDOWY I DZIAŁANIA ZWALNIACZY
3.3. ZWALNIACZE ELEKTROMAGNETYCZNE
Działanie zwalniaczy elektromagnetycznych oparte jest na wykorzystaniu
zjawiska prądów wirowych (Foucalta). Prądy te powstają w przypadku, gdy
np.: gdy obracająca się tarcza stalowa o małym współczynniku koercji
znajdzie się w działaniu pola magnetycznego. Powstają wówczas prądy
wirowe zamykające się w obrysie metalowej tarczy. Kierunek tych prądów
przebiega w taki sposób, że wywołane przez nie własne pole magnetyczne
jest skierowane przeciwko polu głównemu. Między polem głównym a prądami
wirowymi w tarczy powstają siły skierowane zgodnie z regułą lewej dłoni,
przeciw obrotowi tarczy i wobec tego działające na nią hamująco.
Przedstawione jest to na rys. 3.19.
 |
|
Rys. 3.19 Zasada
działania zwalniacza elektrodynamicznego |
Pierwszy zwalniacz elektryczny,
działający na zasadzie prądów wirowych, wykonali i opatentowali dwaj
francuscy wynalazcy już w 1933 roku. Zasadniczymi elementami zwalniaczy
elektromagnetycznych
są: stator –zaopatrzony w zespół elektromagnesów - umocowany do ramy
pojazdu, skrzyni biegów lub mostu napędowego oraz dwa rotory napędzane
za pomocą wału napędowego. Na rys. 3.20 pokazany jest jeden z pierwszych
zwalniaczy elektromagnetycznych, produkowany przez francuską
firmę TELMA już na początku lat sześćdziesiątych. Firma TELMA jest do
dzisiaj najbardziej znanym i największym producentem tego typu
zwalniaczy.
 |
 |
|
Rys. 3.20 Widok i
budowa jednego z najstarszych zwalniaczy elektromagnetycznych [16,27 |
 |
|
Rys. 3.21 Zwalniacz
elektromagnetyczny TELMA serii CC z zaznaczonymi podstawowymi
zespołami [16] |
|
1. Stator
2. Wał pośredni
3. Rotor
4. Łożysko toczne |
5.
Pierścień uszczelniający
6. Cewka
7. Nabiegunnik
8. Kołnierz mocujący |
Na rys. 3.21 przedstawiono widok obecnie produkowanego
zwalniacza serii CC z zaznaczonymi podstawowymi zespołami. Uruchomienie
zwalniacza następuje przez włączenie napięcia do cewek, które
wytwarzają pole magnetyczne, obejmujące rotory, które obracają się wraz
z wałem napędowym (rys. 3.22). Cewki wykonane są z drutu miedzianego.
 |
|
Rys. 3.22 Siły pola
magnetycznego cewek [16] |
Jedynie zwalniacze produkowane przez austriacką firmę ARB posiadały
cewki wykonane albo z drutu aluminiowego, albo miedzianego. Wykonania
zwalniaczy różniły się wielkościami uzyskiwanych momentów hamowania
(porównawczo przedstawiono to na rys. 3.23).
 |
Rys. 3.23
Charakterystyka maksymalnego momentu hamowania zwalniacza z cewkami
z drutu:
C450 – miedzianego
C310 – aluminiowego [9] |
 |
|
Rys. 3.24 Rotor
zwalniacza TELMA typu Focal 2200 [16] |
 |
|
Rys. 3.25
Odprowadzenie ciepła ze zwalniacza [16] |
 |
|
Rys. 3.26 Układ
chłodzenia statora zwalniacza ARB [9] |
Podczas pracy zwalniacza
wydzielają się duże ilości ciepła. Aby polepszyć jego chłodzenie, rotor
posiada na obwodzie specjalnie ukształtowane łopatki (rys. 3.24).
Podczas ciągłego obracania się rotorów łopatki wypychają gorące
powietrze na zewnątrz (rys. 3.25). Ten sposób chłodzenia jest w wielu
przypadkach niewystarczający i powoduje to przegrzewanie się samego
zwalniacza i innych podzespołów samochodu sąsiadujących z nim. W tym
celu wiele firm stara się projektować zwalniacze z dodatkowymi układami
chłodzącymi. Zwalniacze firmy ARB były produkowane ze stojanami
chłodzonymi powietrzem pobieranym z układu pneumatycznego samochodu.
Urządzenie posiada czujnik temperatury, który - po przekroczeniu
określonej tempera-tury - powoduje skierowanie powietrza chłodzącego na
stator i cewki. Układ ten pokazany jest na rys. 3.26. Lepszym
rozwiązaniem jest zwalniacz skonstruowany wspólnie przez firmę Telma i
Mercedes Benz który został zaprezentowany w 1997 roku noszący handlową
nazwę Hydral. Ciepło ze statora odprowadzane jest za pośrednictwem
cieczy z układu chłodzenia silnika pojazdu (rys.3.27).
 |
|
Rys. 3.27 Układ
chłodzenia zwalniacza TELMA Hydral |
 |
|
Rys. 3.28 Zabudowa
swobodna zwalniacza TELMA CC 250 [16] |
Zwalniacze elektromagnetyczne montowane są w układzie szeregowym do ramy
pojazdu, jako łożysko podporowe (rys.3.28), łącznie ze skrzynią biegów
(rys. 3.29) lub na wałku atakującym przekładni głównej mostu napędowego
(rys. 3.30).
 |
|
Rys. 3.29 Zwalniacz
TELMA Focal 3000 z 12-biegową skrzynią biegów EATON – Fuller [11] |
 |
|
Rys. 3.30 Zwalniacz
TELMA Focal 2500 przy moście napędowym [2] |
W przypadku zwalniaczy montowanych jako łożysko podporowe
wału napędowego, do ramy mocuje się specjalne podpory od zewnątrz lub od
wewnątrz podłużnic (rys. 3.31).
Zależy to od
rozstawu podłużnic i szerokości statora. Zwalniacz posiada łapy, które -
za pośrednictwem tulei metalowo-gumowych - mocowane są do podpór (rys.
3.32). Zwalniacze umieszczane przy skrzyni biegów i przy moście
napędowym mocowane są za pomocą specjalnych wsporników. Łączą one stator
zwalniacza z pokrywą tylną skrzyni biegów, bądź z pokrywą przekładni
głównej. Przykład przyłączenia zwalniacza typu FOCAL do skrzyni biegów
Mercedes-Benz G 125/35 przedstawiony został na rys. 3.33. W przypadku
samochodów które nie posiadają klasycznej ramy podłużnicowej a centralną
ramę rurową istnieje problem z zastosowaniem zwalniacza. Czeska firma
TATRA produkująca duże samochody ciężarowe w których pożądany jest
zwalniacz zabudowała go bezpośrednio do tylnego końca ramy rurowej w
miejscu pokrywy tylnej. Wirnik zwalniacza połączony jest z głównym wałem
napędowym (rys. 3.34)
Obecnie produkowane zwalniacze elektrodynamiczne posiadają w pełni
elektroniczne układy sterujące. Moment hamowania jest regulowany.
Posiadają one cztery położenia pracy. Regulacja następuje poprzez
kolejne włączanie cewek parami (1. stopień pracy - 2 cewki; 2. stopień
pracy - 4 cewki itd.). W przypadku awarii jednej z pary cewek, zwalniacz
hamuje w 3/4 swojej mocy maksymalnej. Sterowanie stopniami pracy
zwalniacza odbywa się za pomocą dźwigienki wyłącznika
czteropołożeniowego lub przez pedał hamulca. W tym przypadku stosuje się
blok wyłącznika ciśnieniowego, połączonego z głównym zaworem hamulcowym.
W zależności od wzrostu ciśnienia powietrza włączają się kolejne kolejne
pary cewek. Sygnał od wyłącznika trafia do komputera ABS Interface.
Element ten przyjmuje i przekształca sygnał od elementów sterujących
układem ABS pojazdu oraz przyjmuje sygnał od tachografu lub
mini-generatora. Interface wysyła sygnał do skrzynki przekaźnikowej,
która bezpośrednio steruje zwalniaczem. Za pośrednictwem skrzynki
przekaźnikowej włączana jest kontrolka pracy zwalniacza oraz światła
„STOP” w pojeździe. Omówiony powyżej układ elektroniczny przedstawiony
jest na rys. 3.35, a podstawowe elementy układu sterowania pokazane
zostały na rys. 3.36 i 3.37.
 |
|
Rys. 3. 35 Układ
sterowania zwalniaczy TELMA [16] |
 |
|
Rys. 3.36 Komputer
ABS-Interface [16 |
 |
|
Rys. 3.37 Dźwigienka
wyłączająca, skrzynka przekaźnikowa i blok włącznika ciśnieniowego
[16] |
Komputer wyłącza zwalniacz w przypadku, gdy
pojazd porusza się z niewielką prędkością, a także, gdy załącza się ABS.
W przypadku, gdy układ wyposażony jest w układ ustalający jego stałą
prędkość (Bremsomat) - komputer reguluje ilość włączanych par cewek.
Przedstawione powyżej układy pracy zobrazowane są na wykresach (rys.
3.38).
 |
|
Rys. 3.38 Wykresy
pracy zwalniacza elektromagnetycznego [16] |
Obsługa techniczna zwalniaczy (co 5 tys. km) obejmuje:
a) w części elektrycznej:
- sprawdzenie stanu cewek i nabiegunników,
- sprawdzenie przewodów elektrycznych i połączeń,
- sprawdzenie stanu zespołów sterowania,
b) w części mechanicznej: - smarowanie łożysk,
- kontrolę mocowania statora,
- kontrolę luzu wału pośredniego,
- kontrolę odległości szczeliny powietrznej między tarczą rotora a
powierzchnią nabiegunników. W zależności od modelu i typu wynosi ona
0,8…1,7 mm.
W przypadku zestawów samochodowych z ciężkimi naczepami stosuje się
zwalniacze elektrodynamiczne umieszczone wewnątrz jednej z osi naczepy
(rys. 3.39).
 |
 |
|
Rys. 3.39 Widok i
charakterystyka zwalniacza osiowego TMM [6] |
Zwalniacze takie produkowane są przez hiszpańską firmę TMM.
Retarder elektromagnetyczny jest umieszczony na danej osi, a jego tarcze
połączone są z półosiami kół. Masa własna takiej osi znacznie wzrasta,
gdyż różnica masy osi zwykłej i osi ze zwalniaczem wynosi ok. 400 kg.
Również cena takiej osi jest znaczna, jednak koszt zakupu szybko się
amortyzuje. Moc hamowania może osiągać do 600 kW.
Jeżeli samochód ma zawieszenie pneumatyczne, można wprowadzić redukcję
pełnego momentu hamowania, gdy samochód jedzie bez ładunku lub
załadowany jest częściowo (rozwiązanie takie stosuje Frenelsa).
Nie-kiedy układy sterujące zwalniaczami wyposaża się w urządzenia, które
wywołują małe nadciśnienie w układzie hamulcowym przyczepy, gdy
zwalniacz jest włączony. Ma to na celu polepszenie stateczności ruchu
przyczepy obciążonej częściowo lub pustej. Działanie jego kończy się po
upływie 0,1 sek. od momentu zadziałania hamulca zasadniczego[2].
Zaletami tego typu zwalniaczy są:
- cichobieżność,
- łagodne działanie - pozwala to na wyeliminowanie nadmiernych naprężeń
w elementach układu przeniesienia napędu,
- oszczędności wynikające ze zmniejszenia zużycia okładzin ciernych i
bębnów,
- bardzo duża oferta produkcyjna (przedstawiona w rozdziale 4),
- możliwość zastosowania do samochodów o niewielkiej masie całkowitej,
nie posiadających instalacji pneumatycznej.
Wady to:
- wysoki koszt zakupu i zainstalowania w pojeździe,
- duży pobór prądu, co pociąga za sobą konieczność stosowania większych
akumulatorów i mocniejszego alternatora (kosztem ładowności)
- wysoki wskaźnik masy własnej w stosunku do maksymalnego momentu
hamowania (od 0,08....0,2),
- duża masa własna,
- niemożliwe jest całkowite usunięcie magnetyzmu szczątkowego. Przy
normalnym ruchu pojazdu powoduje to stałe, lekkie przyhamowanie,
powodujące zwiększenie zużycia paliwa,
- gwałtowny spadek maksymalnego momentu hamowania po nie wielkim czasie
ciągłej pracy zwalniacza (rys. 3.40).
 |
|
Rys. 3.40 Spadek
momentu hamowania zwalniaczy ARB w funkcji czasu [9] |
rozdział 3.4 >>> |
