Trumbroms
En trumbroms är en broms som använder friktion orsakad av en uppsättning skor eller kuddar som trycker utåt mot en roterande cylinderformad del som kallas en bromstrumma.
Termen trumbroms betyder vanligtvis en broms där skor trycker på trummans insida . När skor trycker på utsidan av trumman kallas det vanligtvis en spännbroms . Där trumman kläms mellan två skor, liknande en konventionell skivbroms , kallas det ibland en nyptrumbroms , även om sådana bromsar är relativt sällsynta. En besläktad typ som kallas en bandbroms använder ett flexibelt bälte eller "band" som lindas runt utsidan av en trumma.
Historia
Den moderna biltrumbromsen användes först i en bil tillverkad av Maybach 1900, även om principen först senare patenterades 1902 av Louis Renault . Han använde vävda asbestfoder för trumbromsbelägget, eftersom inget alternativ avledde värme som asbestfodret, även om Maybach hade använt en mindre sofistikerad trumbroms. I de första trumbromsarna manövrerade spakar och stänger eller vajrar skorna mekaniskt. Från mitten av 1930-talet styrde oljetrycket i en liten hjulcylinder och kolvar (som på bilden) bromsarna, även om vissa fordon fortsatte med rent mekaniska system i årtionden. Vissa konstruktioner har två hjulcylindrar.
Eftersom skorna i trumbromsar slits krävde bromsarna regelbunden manuell justering fram till introduktionen av självjusterande trumbromsar på 1950-talet. Trumbromsar är också benägna att bromsblekna vid upprepad användning.
Jaguar Cars ställde upp tre bilar utrustade med skivbromsar på Le Mans 1953, där de vann, till stor del på grund av deras överlägsna bromsning över trummasutrustade rivaler. Detta stavade början på slutet för trumbromsar i personbilar. Från 1960-talet till 1980-talet ersatte skivbromsarna gradvis trumbromsar på framhjulen på bilar (som får majoriteten av bromskraften). Nu använder praktiskt taget alla bilar skivbromsar på framhjulen, och många använder skivbromsar på alla fyra hjulen.
I USA var Jeep CJ-5 (tillverkad av AM General ) den sista bilen (tillverkad för United States Postal Service) som använde främre trumbromsar när den fasades ut 1986. Trumbromsar används fortfarande ofta på bakhjulen och för parkeringsbromsar . Vissa fordon använder en "trumma-i-hatt"-parkeringsbroms, där bromsbackarna är anordnade inuti mittpartiet (hatten) av en skivbromsrotor, som fungerar som trumma.
Tidiga bromsbackar innehöll asbest . Vid arbete på bromssystem på äldre bilar måste man se till att inte andas in damm som finns i bromsenheten. Efter att USA:s federala regering började reglera asbestproduktion, var bromstillverkare tvungna att byta till icke-asbestfoder. Ägare klagade initialt över dålig bromsning med byten, men bromstekniken avancerade så småningom för att kompensera. En majoritet av de äldre fordonen som körs dagligen har försetts med asbestfria foder. Många andra länder har också förbjudit användning av asbest i bromsar.
Komponenter
Trumbromskomponenter inkluderar stödplattan, bromstrumman, skon, hjulcylindern och olika fjädrar och stift.
Stödplatta
Stödplattan utgör en bas för de andra komponenterna. Bakplattan ökar också styvheten i hela uppställningen, stöder höljet och skyddar det från främmande material som damm och annat vägskräp . Den absorberar vridmomentet från bromsverkan, och det är därför bakplattan också kallas "Torque Plate". Eftersom alla bromsningar utövar tryck på stödplattan måste den vara stark och slitstark. Spakar för nöd- eller parkeringsbromsar och automatisk bromsskojustering har också lagts till under de senaste åren.
Bromstrumma
Bromstrumman är i allmänhet gjord av en speciell typ av gjutjärn som är värmeledande och slitstark. Den roterar med hjulet och axeln. När en förare bromsar trycker belägget radiellt mot trummans inre yta, och den efterföljande friktionen saktar ner eller stoppar rotationen av hjulet och axeln, och därmed fordonet. Denna friktion genererar betydande värme.
Hjulcylinder
En hjulcylinder driver bromsen på varje hjul. Två kolvar styr skorna, en i varje ände av hjulcylindern. Den främre skon (närmast fordonets front) är känd som den primära skon. Den släpande skon är känd som den sekundära skon. Hydrauliskt tryck från huvudcylindern verkar på kolvkoppen, trycker kolvarna mot skorna och tvingar dem mot trumman. När föraren släpper bromsarna återställer bromsbackens fjädrar skorna till sitt ursprungliga (urkopplade) läge. Hjulcylinderns delar visas till höger.
Bromssko
Bromsbackar är vanligtvis gjorda av två stycken stål som är sammansvetsade. Friktionsmaterialet är antingen nitat till foderbordet eller fäst med lim. Det halvmåneformade stycket kallas för webben och innehåller hål och slitsar i olika former för returfjädrar, hållfasthet, parkeringsbromslänkage och självjusterande komponenter. All påtryckningskraft från hjulcylindern appliceras genom banan till foderbordet och bromsbelägget. Kanten på foderbordet har vanligtvis tre "V"-formade skåror eller flikar på varje sida som kallas spetsar. Spetsarna vilar mot stödplattorna på den stödplatta som skorna är installerade på. Varje bromsenhet har två skor, en primär och sekundär. Den primära skon är placerad mot fordonets framsida och har fodret placerat annorlunda än den sekundära skon. Ofta är de två skorna utbytbara, så noggrann inspektion för eventuella variationer är viktigt.
Foder måste vara motståndskraftiga mot värme och slitage och ha en hög friktionskoefficient opåverkad av fluktuationer i temperatur och luftfuktighet. Material som utgör bromsbelägget är bland annat friktionsmodifierare (som kan inkludera grafit- och cashewnötskal ), pulverformig metall som bly, zink, mässing, aluminium och andra metaller som motstår värmeblekning, bindemedel, härdare och fyllmedel som t.ex. gummispån för att minska bromsljudet.
I Storbritannien fanns det tidigare två vanliga kvaliteter av bromsbacksmaterial. DON 202 var ett material med hög friktion som inte krävde en bromskraftservo. Nackdelen var att fodret var benäget att blekna i branta backar. Ett hårdare foder, den berömda VG95 tillverkades men detta krävde en bromsservo. Den andra nackdelen var att parkeringsbromsen ofta misslyckades med det årliga MOT-testet om inte högfriktionsbeläggen installerades bara för testet.
I drift
Normal inbromsning
När bromsarna ansätts tvingas bromsvätska under tryck från huvudcylindern in i hjulcylindern, vilket i sin tur trycker bromsbackarna i kontakt med den bearbetade ytan på insidan av trumman. Denna gnidning minskar rotationen av bromstrumman, som är kopplad till hjulet. Därför reduceras fordonets hastighet. När trycket släpps drar returfjädrar tillbaka skorna till sitt viloläge.
Automatisk självjustering
När bromsbeläggen slits måste skorna färdas en längre sträcka för att nå trumman. I system utrustade med automatiska justerare, när avståndet når en viss punkt, reagerar en självjusterande mekanism automatiskt genom att justera skornas viloläge så att de kommer närmare trumman. Här gungar justeringsspaken tillräckligt för att föra fram justeringsväxeln med en tand. Justeraren har gängor på sig, som en bult, så att den skruvas av lite när den vrider sig och förlängs för att fylla i gapet. När bromsbackarna slits lite mer kan justeraren flyttas fram igen, så den håller alltid skorna nära trumman. Normalt fungerar justerarna endast när fordonet backar och bromsarna är inkopplade.
På fordon utan automatiska justeringar är det nödvändigt att regelbundet justera bromsarna manuellt för att ta upp eventuellt överskott mellan skorna och trumman.
Parkerings-/nödbroms
Parkerings- (eller nödbromssystemet) styr bromsarna genom en serie stålkablar som är anslutna till antingen en handspak eller en fotpedal. Tanken är att systemet är helmekaniskt och helt kringgår hydraulsystemet så att fordonet kan stoppas även om det blir ett totalt bromsfel. Här drar vajern i en spak som är monterad i bromsen och är direkt kopplad till bromsbackarna. Detta har effekten att förbigå hjulcylindern och styra bromsarna direkt.
Självapplicerande egenskap
Trumbromsar har en naturlig "självanbringande" egenskap, mer känd som "självaktiverande". Rotationen av trumman kan dra antingen en eller båda skorna in i friktionsytan, vilket gör att bromsarna biter hårdare, vilket ökar kraften som håller ihop dem. Detta ökar bromskraften utan att föraren lägger ner någon extra ansträngning, men det gör det svårare för föraren att modulera bromsens känslighet. Det gör också bromsen känsligare för bromsblekning , eftersom en minskning av bromsfriktionen också minskar mängden bromshjälp.
Skivbromsar uppvisar ingen självanbringande effekt eftersom det hydrauliska trycket som verkar på beläggen är vinkelrät mot skivans rotationsriktning. Skivbromsar har vanligtvis servoassistans ("Brake Booster") för att minska förarens pedalansträngning, men vissa skivbromsade bilar (särskilt racerbilar) och mindre bromsar för motorcyklar etc. behöver inte använda servon.
Trumbromsdesigner
Trumbromsar beskrivs vanligtvis som antingen ledande/släpande (även kallade "enkel ledande") eller dubbla ledande.
Bakre trumbromsar är vanligtvis av en ledande/släpande design (för icke-servosystem), eller primära/sekundära (för duo-servosystem), där skorna flyttas av en enkel dubbelverkande hydraulcylinder och är gångjärnsförsedda i samma punkt. I denna design upplever en av bromsbackarna alltid den självanbringande effekten, oavsett om fordonet rör sig framåt eller bakåt. Detta är särskilt användbart på de bakre bromsarna, där parkeringsbromsen (handbroms eller fotbroms) måste utöva tillräckligt med kraft för att hindra fordonet från att köra baklänges och hålla det i en sluttning. Förutsatt att bromsbackarnas kontaktyta är tillräckligt stor, vilket inte alltid är fallet, kan den självanbringande effekten säkert hålla ett fordon när vikten överförs till de bakre bromsarna på grund av lutningens lutning eller backriktningen av rörelse. En ytterligare fördel med att använda en enda hydraulcylinder på baksidan är att den motsatta svängtappen kan göras i form av en dubbelflik kam som roteras av parkeringsbromssystemet .
Trumbromsar fram kan vara av endera designen i praktiken, men den dubbla ledande designen är mer effektiv. Denna design använder två manövercylindrar anordnade så att båda skorna använder den självanbringande egenskapen när fordonet rör sig framåt. Bromsbackarna svänger på motsatta punkter i förhållande till varandra. Detta ger maximal bromsning vid körning framåt, men är inte så effektivt när fordonet backar.
Det optimala arrangemanget av dubbla främre bromsar med ledande/släpande bromsar på baksidan tillåter mer bromskraft framtill på fordonet när det rör sig framåt, med mindre baktill. Detta hjälper till att förhindra att bakhjulen låser sig, men ger fortfarande tillräcklig bromsning baktill.
Eftersom aluminium slits lättare än järn, har aluminiumfat ofta ett järn- eller stålfoder på trummans inre yta, bunden eller nitad till aluminiumets yttre skal.
Fördelar
Trumbromsar används i de flesta tunga lastbilar, bussar, vissa medelstora och lätta lastbilar och ett fåtal bilar, smutscyklar och terränghjulingar. Trumbromsar appliceras ofta på bakhjulen eftersom det mesta av stoppkraften genereras av fordonets främre bromsar och därför är värmen som genereras bak betydligt mindre. Trumbromsar tillåter enkel inbyggnad av en parkeringsbroms.
Trumbromsar är också ibland monterade som parkerings- (och nödbroms) även när bakhjulen använder skivbromsar som huvudbromsar. Många bakre skivbromsar använder en parkeringsbroms där kolven i bromsoket påverkas av en kam eller skruv. Detta komprimerar dynorna mot rotorn. Den här typen av system blir dock mycket mer komplicerat när de bakre skivbromsarna använder fasta, flerkolvsok. I denna situation är en liten trumma vanligtvis monterad inom eller som en del av bromsskivan. Denna typ av broms är också känd som en banksia-broms.
I hybridfordons- och elfordonstillämpningar minskas slitaget på bromssystem kraftigt av energiåtervinningsmotorgeneratorer (se regenerativ bromsning ) , så vissa hybridfordon som GMC Yukon Hybrid , Toyota Prius (förutom tredje generationen) och Volkswagen ID. 3 och ID.4 använder trumbromsar vid bakhjulen.
Skivbromsar förlitar sig på böjligheten hos bromsokstätningarna och ett litet utlopp för att släppa beläggen, vilket leder till motstånd, bränsleförlust och skivpoäng. Trumbromsreturfjädrar ger mer positiv verkan och, korrekt justerad, har de ofta mindre motstånd när de släpps. Det är dock möjligt att konstruera speciella tätningar som drar in kolven på en skivbroms.
Trumbromsar avger mindre partiklar (PM) än skivbromsar, eftersom slitagepartiklarna för det mesta är tätade. De är dock inte bättre i detta avseende än friktionsfria bromsar .
Vissa tyngre trumbromssystem kompenserar för belastning vid bestämning av hjulcylindertrycket; en funktion som är sällsynt när skivor används ( hydropneumatiska fjädringssystem som används på Citroën -fordon justerar bromstrycket beroende på belastning oavsett om trumma eller skivor används). Ett sådant fordon är Jeep Comanche . Comanchen kan automatiskt skicka mer tryck till de bakre valsarna beroende på storleken på lasten. De flesta andra märken har använt lastkännande ventiler i hydrauliken till bakaxeln i årtionden.
På grund av att en trumbromss friktionskontaktyta är vid bromsens omkrets, kan en trumbroms ge mer bromskraft än en skivbroms med samma diameter. Den ökade friktionskontaktytan för trumbromsbackar på trumman gör att trumbromsbackar håller längre än skivbromsskivor som används i ett bromssystem med liknande dimensioner och bromskraft. Trumbromsar behåller värmen och är mer komplexa än skivbromsar men är ofta den mer ekonomiska och kraftfulla bromstypen att använda i bakbromsar på grund av den låga värmegenereringen av bakbromsar, en trumbromss självanbringande karaktär, större friktionsyta kontaktyta , och slitageegenskaper med lång livslängd (% använd livslängd/kW bromseffekt).
För att lista fördelarna med trumbromsar:
- billigare att producera
- något lägre underhållsfrekvens på grund av bättre korrosionsbeständighet jämfört med skivor.
- inbyggd självaktiverande effekt kräver mindre ingångskraft (såsom hydraultryck).
- hjulcylindrar är något enklare att rekonditionera jämfört med bromsok.
- mindre viktbesparingar, främst från mycket mindre och lättare hydraulcylindrar jämfört med bromsok.
Som drivaxel parkerings-/nödbroms
Trumbromsar har också byggts på transmissionens drivaxel som parkeringsbromsar (t.ex. Chryslers fram till 1962). Detta ger fördelen att den är helt oberoende av färdbromsarna – men har en allvarlig nackdel genom att när den används med en stötfångardomkraft (vanligt på den tiden) på baksidan, och utan ordentliga hjulblock, kan differentialens verkan tillåta fordonet att rulla av domkraften.
Land Rover har använt en trumbroms på växellådans utgående axel i över femtio år. Fördelen är att alla fyra hjulen kan bromsas med parkeringsbromsen.
Nackdelar
Trumbromsar, som de flesta andra bromsar, omvandlar kinetisk energi till värme genom friktion . Denna värme bör försvinna till den omgivande luften, men kan lika gärna överföras till andra bromssystemkomponenter. Bromstrummor måste vara stora för att klara av de enorma krafterna och måste kunna absorbera och avleda mycket värme. Värmeöverföring till luft kan underlättas genom att införliva kylflänsar på trumman, eller till och med borra hål runt trummans omkrets. Däremot kan överhettning uppstå på grund av kraftiga eller upprepade inbromsningar, vilket kan göra att trumman deformeras, vilket leder till vibrationer vid inbromsning.
Den andra konsekvensen av överhettning är bromsblekning . Detta beror på en av flera processer, eller mer vanligtvis en ackumulering av dem alla.
- När invändigt expanderande bromstrummor värms upp genom hård inbromsning, ökar trummans diameter något på grund av termisk expansion , så skorna måste röra sig längre och föraren måste trycka ner bromspedalen längre.
- Friktionsmaterialets egenskaper kan ändras vid upphettning, vilket resulterar i mindre friktion. Detta kan vara ett mycket större problem med trumbromsar än skivbromsar, eftersom skorna är inuti trumman och inte utsätts för kylande omgivande luft. Förlusten av friktion är vanligtvis bara tillfällig och materialet återfår sin effektivitet när det kyls, men om ytan överhettas till den punkt där den blir glaserad kommer minskningen av bromseffektiviteten att bli mer permanent. Ytglas kan slitas bort med ytterligare användning av bromsarna, men det tar tid.
- Överdriven uppvärmning av bromstrumman kan göra att bromsvätskan förångas , vilket minskar det hydrauliska trycket som anbringas på bromsbackarna. Därför ger bromsarna mindre retardation för en given mängd tryck på pedalen. Effekten försämras av dåligt underhåll. Bromsvätska som är gammal och har absorberat fukt har en lägre kokpunkt , så bromsblekning inträffar tidigare.
Bromsblekning beror inte alltid på överhettning. Vatten mellan friktionsytorna och trumman kan fungera som smörjmedel och minska bromseffektiviteten. Vattnet tenderar att stanna tills det är tillräckligt uppvärmt för att förångas, varvid bromseffektiviteten återgår. Alla friktionsbromssystem har en maximal teoretisk energiomvandlingshastighet. När den frekvensen väl har uppnåtts ändrar inte det att applicera högre pedaltryck – i själva verket kan de nämnda effekterna minska det avsevärt. I slutändan är det detta som bromsfade är, oavsett mekanismerna för dess orsaker. Skivbromsar är inte immuna mot någon av dessa processer, men de hanterar värme och vatten mer effektivt än trummor.
Trumbromsar kan vara gripande om trumytan blir lätt rost eller om bromsen är kall och fuktig, vilket ger beläggsmaterialet större friktion. Gripandet kan vara så hårt att däcken sladdar och fortsätter att sladda även när pedalen släpps. Grip är motsatsen till blekning: när beläggsfriktionen ökar, får trumbromsarnas självhjälpande karaktär att kraften ökar. Om beläggsfriktionen och självförstärkningen är tillräckligt hög, förblir bromsen inkopplad på grund av självansättning, även när den externa appliceringskraften släpps.
Även om skivbromsrotorer kan bearbetas för att rengöra friktionsytan (dvs. "vända"), kan det i allmänhet inte göras med bromstrummor. Att bearbeta friktionsytan på en bromstrumma ökar diametern, vilket kan kräva överdimensionerade skor för att bibehålla korrekt kontakt med trumman. Men eftersom överdimensionerade skor i allmänhet inte är tillgängliga för de flesta applikationer måste slitna eller skadade trummor i allmänhet bytas ut.
Det är ganska enkelt att bearbeta bromstrummor om man har en långsamt löpande svarv (en tumregel är att gjutjärn inte ska bearbetas snabbare än femtio fot per minut). Vanligtvis är det bara nödvändigt att bearbeta bort den ås som bildas som gör det svårt att ta bort bromstrumman, speciellt om bromsarna är självjusterande. I svåra fall kan åsen få bromstrumman att fånga, men de flesta trumbromskonstruktioner ger ett sätt att externt frigöra den självjusterande mekanismen för att underlätta borttagning och service av trumma.
En annan nackdel med trumbromsar är deras relativa komplexitet. En person måste ha en allmän förståelse för hur trumbromsar fungerar och ta flera enkla steg för att säkerställa att bromsarna återmonteras korrekt när de utför arbete på trumbromsar. Och som ett resultat av denna ökade komplexitet (jämfört med skivbromsar) är underhåll av trumbromsar i allmänhet mer tidskrävande. Dessutom resulterar det större antalet delar i ett större antal fellägen jämfört med skivbromsar. Fjädrar kan gå sönder av trötthet om de inte byts ut tillsammans med slitna bromsbackar. Och trumman och skorna kan skadas av skärskador om olika komponenter (som trasiga fjädrar eller självjusterande) går sönder och lossnar inuti trumman.
Katastrofala fel på hårdvara som fjädrar och justerare kan också orsaka oavsiktlig bromsansättning eller till och med hjullåsning. Om fjädrarna går sönder kommer skorna att falla fritt mot den roterande trumman, vilket i huvudsak orsakar att bromsarna ansätts. På grund av de självaktiverande egenskaperna hos trumbromsar kan de ohämmade skorna till och med få bromsarna att greppa så att de låser hjulet. Dessutom kan trasiga delar av fjädrar och annan hårdvara (som justerare) fastna mellan skorna och trumman, vilket resulterar i oavsiktlig ansättning av bromsarna (och, som nämnts ovan, skador på bromskomponenter). Av dessa skäl bör bromsutrustning (som fjädrar och clips) alltid bytas ut mot bromsbackar.
Inte heller trumbromsar aktiveras omedelbart när hjulcylindrarna är trycksatta, eftersom kraften från returfjädrarna måste övervinnas innan skorna börjar röra sig mot trumman. Detta innebär att de mycket vanliga hybridskivorna/trumsystemen endast bromsar med (nästan alltid främre) skivorna på lätt pedaltryck om inte extra hårdvara läggs till. I praktiken förhindrar en doseringsventil det hydrauliska trycket från att nå de främre bromsoken tills trycket stiger tillräckligt för att övervinna returfjädrarna i trumbromsarna. Om doseringsventilen utelämnades, skulle fordonet stanna endast med de främre skivorna om inte föraren använde tillräckligt med bromspedaltryck för att övervinna returfjädertrycket på de bakre skorna.
Säkerhet
När asbest var vanligt i trumbromsar fanns det en fara att arbetare som reparerade eller byter ut dem skulle andas asbestfibrer, vilket kan orsaka mesoteliom . Asbestfibrer skulle brytas av eller separeras med tiden och med de höga temperaturer som induceras av bromsning. Våta borstar och aerosolsprayer användes ofta för att minska damm. Säkerhetsregulatorer rekommenderade ibland att man använde vakuumslangar för att suga bort dammet, eller kapslingar med invändig belysning och utrymme för att använda verktyg inuti dem, men dessa var sällsynta och besvärliga. Särskiljande skor designade för att skydda mot asbest rekommenderades också. Det finns bevis för att bilmekaniker hade oproportionerliga nivåer av mesoteliom.
De som utför underhållsarbeten på bromsar kan även utsättas för lösningsmedlen 1,1,1-trikloretan och 2-butoxietanol (en huvudingrediens i Greasoff nr 19). Exponering för dessa lösningsmedel kan orsaka irritation, inklusive ögon och slemhinnor. Exponering för 1-1-1-trikloretanångor kan orsaka skador på centrala nervsystemet, yrsel, inkoordination, dåsighet och ökad reaktionstid.
Återbågbildning
Före 1984 var det vanligt att båga om bromsbackar för att matcha bågen i bromstrummor. Denna praxis var dock kontroversiell, eftersom den tog bort friktionsmaterial från bromsarna, minskade livslängden på skorna och skapade farligt asbestdamm. Efter 1984 ändrades den nuvarande designteorin, att använda skor för rätt diameter trumma, och att helt enkelt byta ut bromstrumman när det var nödvändigt, snarare än att båga om skorna.
Se även
Del av en serie artiklar om bilar | |||||||||||||
| Kropp |
|
||||||||||||
Exteriör utrustning |
|
||||||||||||
| Chassi |  |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Motor |
|
||||||||
| Överföring |
|
||||||||
| Tillbehör | |||||||||
| Övrig | |||||||||
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
