محفظه ترمز دیافراگمی چگونه کار می کند و چرا برای ایمنی خودروهای تجاری حیاتی است؟

یک دیافراگم محفظه ترمز یک محرک پنوماتیکی است که فشار هوای فشرده را به نیروی مکانیکی در مجموعه ترمز یک وسیله نقلیه تجاری تبدیل می‌کند - وقتی هوا وارد محفظه می‌شود، به یک دیافراگم لاستیکی انعطاف‌پذیر فشار می‌آورد، که یک میله فشار را به سمت بیرون حرکت می‌دهد تا تنظیم‌کننده شل را فعال کند و ترمزها را اعمال کند، و 50 نیروی هوای خروجی از 4، 50 پوند به 10 پوند تولید می‌کند. 80 تا 120 psi بسته به اندازه محفظه. هر کامیون، اتوبوس، تریلر و نیمه تریلر با ترمز هوا در سرویس به یک یا چند محفظه ترمز دیافراگمی در هر موقعیت چرخ متکی است تا ورودی پدال ترمز راننده را به نیروی توقف در هر محور تبدیل کند.

این راهنما به طور مفصل توضیح می دهد که چگونه محفظه های ترمز دیافراگمی کار، انواع و اندازه‌های مختلف در حال استفاده، نحوه مقایسه آنها با محرک‌های پیستونی، نحوه شناسایی خرابی، و روش‌های تعمیر و نگهداری و جایگزینی که خودروهای تجاری را در شرایط کارکرد ایمن و سازگار نگه می‌دارد.

محفظه ترمز دیافراگمی چگونه کار می کند؟

یک دیافراگم brake chamber works by using compressed air to deflect a rubber diaphragm across a sealed chamber, converting air pressure acting over the diaphragm's effective area into a linear pushrod force that actuates the brake foundation assembly at each wheel end.

اصل عملیات اصلی تبدیل نیروی پنوماتیکی مستقیم است. محفظه شامل دو نیمه محفظه فولادی فشرده است که در یک فلنج مرکزی به هم چسبیده اند. یک دیافراگم لاستیکی قالب‌گیری شده - معمولاً نئوپرن یا EPDM تقویت شده با لایه‌های پارچه‌ای - بین دو نیمه بسته می‌شود و محفظه را به یک طرف فشار و یک طرف جو تقسیم می‌کند.

چرخه عملیاتی کامل a محفظه ترمز دیافراگمی این دنباله را دنبال می کند:

• کاربرد ترمز: راننده پدال ترمز را فشار می دهد و به دریچه ترمز سیگنال می دهد که هوای فشرده (معمولاً 80 تا 120 psi از مخازن هوای خودرو) را از طریق درگاه تغذیه به سمت فشار محفظه برساند.
• انحراف دیافراگم: فشار هوای ورودی در کل ناحیه موثر دیافراگم عمل می کند - معمولاً 12 تا 36 اینچ مربع بسته به اندازه محفظه - دیافراگم و صفحه فشار متصل به آن را به سمت قسمت بدون فشار محفظه فشار می دهد.
• سکته فشاری: صفحه فشار، یک میله فشار فولادی سخت شده را از طریق یک درگاه مهر و موم شده در نیمه محفظه بدون فشار، به طور معمول از طریق یک ضربه 0.5 تا 3 اینچی در طول سرویس معمولی، به بیرون هل می دهد.
• فعال سازی ترمز: میله فشاری به بازوی تنظیم کننده شل متصل می شود، که S-cam را می چرخاند یا مکانیسم گوه ای مجموعه پایه ترمز را فعال می کند، کفش های ترمز را روی درام پخش می کند یا روتور دیسک را می بندد.
• آزادسازی ترمز: هنگامی که راننده پدال را رها می کند، دریچه ترمز هوا را از سمت فشار محفظه خارج می کند. یک فنر برگشتی در داخل محفظه، دیافراگم و میله رانده را به حالت جمع شده برمی گرداند و ترمز را آزاد می کند.

نیروی خروجی a محفظه ترمز دیافراگمی با رابطه ساده تعیین می شود: نیرو = فشار هوا در ناحیه موثر دیافراگم. محفظه نوع 30 با مساحت موثر تقریباً 30 اینچ مربع در فشار عرضه 100 psi تقریباً 3000 پوند نیروی میله فشار تولید می کند - برای تولید گشتاور ترمز مورد نیاز برای متوقف کردن محور کامیون کلاس 8 کاملاً باردار از سرعت بزرگراه کافی است.

انواع مختلف محفظه ترمز دیافراگمی چیست؟

محفظه‌های ترمز دیافراگمی در دو پیکربندی اساسی تولید می‌شوند - اتاق‌های سرویس (که ترمزها را در رانندگی معمولی فعال می‌کنند) و محفظه‌های ترمز فنری (که عملکرد ترمز پارکینگ و اضطراری با فنر مکانیکی را اضافه می‌کنند) - با اتاق‌های فقط سرویس که عمدتاً در محورهای تریلر استفاده می‌شوند و از محفظه‌های ترمز فنری استفاده می‌شود. قابلیت ترمز طبق قانون الزامی است.

محفظه ترمز دیافراگم سرویس (نوع 6 تا نوع 36)

فقط خدمات محفظه ترمز دیافراگمی دستگاهی تک محفظه است که در هنگام تامین فشار هوا، ترمز سرویس را اعمال می کند و با برداشتن فشار هوا آزاد می شود. هیچ عملکرد ترمز پارک یا اضطراری را ارائه نمی دهد - اگر فشار هوا از بین برود، ترمز به جای اعمال شدن آزاد می شود. اتاق‌های سرویس بر اساس مساحت دیافراگم مؤثرشان در اینچ مربع طبقه‌بندی می‌شوند، که رایج‌ترین اندازه‌ها عبارتند از: نوع 12، نوع 16، نوع 20، نوع 24، نوع 30 و نوع 36. شماره نوع تقریباً (اما نه دقیقاً) با مساحت مؤثر در اینچ مربع مطابقت دارد.

اتاق های سرویس فشرده ترین و سبک ترین گزینه محفظه ترمز دیافراگمی هستند. آنها در محورهای فرمان کامیون ها (جایی که ترمزهای دستی توسط محفظه های محور محرک تامین می شوند) و در محورهای تریلر که سیستم هوای خودرو از طریق مکانیزمی جداگانه پارکینگ را فراهم می کند یا تریلر به یک تراکتور با سیستم هوای کامل متصل می شود استفاده می شود.

محفظه دیافراگم ترمز فنری (پیگیبک / محفظه ترکیبی)

محفظه ترمز فنری - که عموماً در صنعت حمل و نقل محفظه "piggyback" نامیده می شود - یک محفظه ترمز دیافراگمی سرویس در جلو با یک محرک ترمز فنری در عقب ترکیب می شود. بخش ترمز فنری شامل یک فنر مارپیچ قدرتمند (معمولاً با نیروی 2250 تا 2700 پوند در فشرده سازی کامل) در موقعیت فشرده شده (رها شده) توسط فشار هوا در حین کارکرد عادی وسیله نقلیه قرار دارد.

هنگامی که فشار هوا در قسمت ترمز فنری کاهش یا از دست می‌رود (چه توسط راننده که کنترل ترمز دستی را درگیر می‌کند، یا در اثر یک اتفاق اضطراری هوا)، فنر قدرتمند گسترش می‌یابد و میله فشار دوم را - که پیچ برقی یا میله فشار اضطراری نامیده می‌شود - از دیواره جداکننده به سمت اتاق سرویس به جلو می‌راند، و دیافراگم سرویس و میله فشار اصلی را بدون فشار دادن میله هوا به سمت بیرون می‌راند.

این طراحی به این معنی است که اگر سیستم هوا فشار کمتر از 20 تا 45 psi را از دست بدهد، وسیله نقلیه‌ای با محفظه‌های ترمز فنری، به طور خودکار ترمزهای خود را اعمال می‌کند - یک ویژگی ایمنی حیاتی که توسط مقررات فدرال ایمنی حامل موتور (FMCSA) در ایالات متحده و مقررات مشابه در سایر حوزه‌های قضایی مورد نیاز است. بخش ترمز فنری از یک دیافراگم جداگانه دوم استفاده می کند (بخش خدمات از یک دیافراگم استفاده می کند، بخش فنر از دیافراگم دیگر استفاده می کند) که محفظه ترمز فنری را به یک دستگاه دو دیافراگمی واقعی در رایج ترین پیکربندی تبدیل می کند.

تعیین اندازه محفظه ترمز فنری متداول

محفظه های ترمز فنری با یک کد دو عددی مشخص می شوند که اندازه اتاقک سرویس و اندازه بخش ترمز فنری را نشان می دهد. به عنوان مثال:

• اتاق 30/30 - بخش خدمات نوع 30 همراه با بخش ترمز فنری نوع 30. رایج ترین اندازه برای محورهای محرک کامیون کلاس 8
• اتاق 24/24 - در محورهای محرک کامیون های سبک تر و برخی کاربردهای اتوبوس استفاده می شود
• اتاق 20/24 - ترکیب نامتقارن در جایی استفاده می شود که فضای بسته به بخش سرویس کوچکتری نسبت به بخش ترمز فنری نیاز دارد
• اتاق 16/16 - در کامیون های با کار متوسط و برخی از محورهای تریلر با ترمز دستی مورد استفاده قرار می گیرد

نمودار اندازه محفظه ترمز دیافراگم و داده نیروی خروجی

انتخاب اندازه مناسب محفظه ترمز دیافراگمی مستلزم تطبیق نیروی خروجی محفظه در فشار عملیاتی معمولی خودرو با گشتاور ترمز مورد نیاز محور است - کوچکتر کردن اندازه محفظه عملکرد ترمز را کاهش می دهد، در حالی که اندازه بیش از حد وزن و هزینه را بدون سود ترمز متناسب افزایش می دهد.

جدول 1: مرجع اندازه محفظه ترمز دیافراگم که مساحت موثر دیافراگم، نیروی خروجی در فشارهای کاری استاندارد، حداکثر ضربه نامی و کاربرد معمولی خودرو را نشان می دهد.

چگونه یک محفظه ترمز دیافراگمی با یک محرک نوع پیستونی مقایسه می شود؟

محفظه‌های ترمز دیافراگمی بر سیستم‌های ترمز هوای خودروهای تجاری تسلط دارند، زیرا آنها ترکیبی عالی از سادگی، هزینه کم، تحمل آلودگی، و نیروی خروجی ثابت در محدوده ضربات خود را در مقایسه با محرک‌های نوع پیستونی ارائه می‌دهند - اگرچه محرک‌های پیستونی قابلیت ضربه طولانی‌تر و عملکرد بهتر در کاربردهای دمای بسیار بالا را ارائه می‌دهند.

جدول 2: مقایسه فنی محفظه های ترمز دیافراگمی در مقابل محرک های پیستونی در عملکرد کلیدی و پارامترهای ساخت.

اجزای کلیدی داخل محفظه ترمز دیافراگمی چیست؟

یک محفظه ترمز دیافراگم استاندارد شامل هفت جزء اصلی است که هر کدام نقش عملکردی خاصی را ایفا می کنند و درک هر جزء برای تشخیص صحیح زمانی که محفظه طبق مشخص شده عمل نمی کند ضروری است.

• محفظه تحت فشار (محفظه بدون فشار): دو کاسه فولادی فشرده که در یک حلقه گیره مرکزی یا دایره پیچ به هم چسبیده اند. محفظه فشار شامل درگاه ورودی هوا و محفظه بدون فشار حاوی درگاه خروجی میله فشاری با مهر و موم بوت گرد و غبار لاستیکی است.
• دیافراگم: یک غشای لاستیکی تقویت شده با پارچه - معمولاً نئوپرن یا EPDM - که مرز فشار انعطاف پذیر بین سمت هوا و سمت جو را تشکیل می دهد. تنها جزء مستعد سایش و مستعد خرابی در محفظه
• صفحه فشار (صفحه دیافراگمی): یک دیسک فولادی دایره‌ای که دیافراگم را در سمت اتمسفر پشتیبان می‌کند و سطحی سفت برای فنر برگشتی و میله فشاری که در برابر آن قرار می‌گیرد فراهم می‌کند. از تغییر شکل ناهموار دیافراگم توسط بار نقطه فشار میله جلوگیری می کند
• بهار برگشت: فنر سیم پیچی بین صفحه فشار و محفظه بدون فشار که وقتی فشار هوا تمام شد، میله فشار را به حالت جمع شده برمی گرداند. برای اطمینان از آزادسازی مثبت ترمز، معمولاً در پیش بارگیری 30 تا 60 پوندی ارزیابی می شود
• Pushrod: یک میله فولادی سخت شده، معمولاً به قطر 1 اینچ با انتهای رزوه ای یا یوک، که نیروی دیافراگم را به بازوی تنظیم کننده شل منتقل می کند. طول میله فشار در اکثر اتاقک ها برای تنظیم زاویه صحیح میله فشار محفظه ترمز قابل تنظیم است
• چکمه گرد و غبار: چکمه لاستیکی یا الاستومری که خروجی میله فشار را از محفظه بدون فشار در برابر آلودگی جاده، آب و زباله می‌بندد. پوتین گرد و غبار خراب یا از بین رفته اجازه می دهد تا رطوبت و شن به داخل اتاقک وارد شود و باعث تسریع خوردگی و زوال دیافراگم شود.
• حلقه گیره و سخت افزار: حلقه گیره مرکزی و پیچ و مهره های مربوطه یا یک نوار گیره پیوسته که دو نیمه محفظه را با مهره دیافراگمی که بین آنها بسته شده است، محکم می کند. گیره یک عنصر ساختاری مهم است -- حلقه گیره شل یا خورده یک نقطه شکست فاجعه بار بالقوه است

چرا محفظه های ترمز دیافراگمی خراب می شوند و چگونه خرابی را تشخیص می دهید؟

سه حالت متداول خرابی محفظه ترمز دیافراگم عبارتند از پارگی دیافراگم که باعث نشت هوا می شود، ضربه میله فشاری بیش از حداکثر نامی محفظه (که نشان دهنده ترمزهای خارج از تنظیم یا فرسوده است) و شکست بخش ترمز فنری در اتاقک های ترکیبی - که هر کدام علائم مشخصی را ایجاد می کند که امکان تشخیص بدون محفظه را فراهم می کند.

پارگی دیافراگم یا شکست محیطی

نارسایی دیافراگم شایع ترین علت منفرد است محفظه ترمز دیافراگمی جایگزینی دیافراگم ممکن است با ترک خوردن در مرکز ناشی از چرخه خستگی، پاره شدن مهره گیره شده در محل خروج از حلقه گیره (شکست محیطی)، یا نرم شدن و از دست دادن خاصیت ارتجاعی ناشی از گرما، آلودگی روغن، یا تخریب لاستیک مربوط به سن، از کار بیفتد.

علائم شکست دیافراگم عبارتند از:

• نشتی هوا قابل شنیدن در محفظه ترمز هنگام اعمال ترمز - صدای خش خش از سمت بدون فشار محفظه نشان دهنده عبور هوا از دیافراگم خراب به جو است.
• اجرای آهسته ترمز یا رهاسازی ناقص ترمز - یک دیافراگم نیمه خراب که فشار کامل را نگه نمی‌دارد، ناحیه مؤثر و در نتیجه نیروی خروجی را کاهش می‌دهد و در نتیجه فاصله توقف طولانی‌تر می‌شود.
• کاهش سریع فشار مخزن - یک دیافراگم کاملاً پاره شده یک مسیر نشتی بزرگ ایجاد می کند که می تواند مخازن هوا را در عرض چند دقیقه پس از ترمز تخلیه کند و سیستم هشدار کم هوا را فعال کند.

سکته مغزی بیش از حد پوشرود

مقررات FMCSA حداکثر ضربه میله فشار مجاز را برای هر نوع محفظه در فشار اعمالی 90 psi در طول بررسی عملکرد ترمز مشخص می کند. برای محفظه نوع 30، حداکثر ضربه مجاز 2 اینچ (51 میلی متر) است. ضربات بیش از این حد نشان می‌دهد که محفظه در محدوده حرکت موثر دیافراگم خود اعمال می‌شود، جایی که نیروی خروجی به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد - محفظه نوع 30 در حرکت 3 اینچی تقریباً 15 تا 25 درصد نیروی کمتری نسبت به حرکت 2 اینچی تولید می‌کند، زیرا هندسه دیافراگم در حداکثر حرکت مطلوب کمتر می‌شود.

ضربه بیش از حد میله فشار معمولاً ناشی از فرسوده شدن لنت های ترمز است که تنظیم نشده اند، تنظیم کننده شل خودکار شکست خورده که فاصله مناسب آستر تا درام را حفظ نمی کند، یا میله فشاری کشیده یا خم شده است. محفظه به خودی خود نقص اصلی در این سناریو نیست - مشکل اصلی تنظیم ترمز باید تصحیح شود و سپس ضربه مجدداً تأیید شود.

خرابی بخش ترمز فنری

در محفظه‌های ترمز فنری ترکیبی، بخش ترمز فنری می‌تواند از طریق شکستگی ناشی از خستگی فنر، خوردگی دیافراگم ترمز فنری ناشی از تجمع رطوبت در محفظه فنر یا خرابی مکانیزم داخلی پیچ قدرت از کار بیفتد. شکستگی فنر در محفظه ترمز فنری یک رویداد ایمنی فاجعه بار است - انرژی ذخیره شده فنر به طور ناگهانی آزاد می شود و در صورت از کار افتادن محفظه می تواند باعث جدا شدن شدید محفظه شود. به همین دلیل، محفظه های ترمز فنری هرگز نباید بدون پیچ قفس مناسب برای حفظ فنر جدا شوند -- تلاش برای باز کردن بخش ترمز فنری بدون مهار فنر می تواند باعث آسیب کشنده شود. مقررات FMCSA ایجاب می کند که بخش های ترمز فنری شکست خورده به جای تعمیر در میدان، به عنوان یک واحد کامل جایگزین شوند.

نحوه بازرسی، نگهداری و تعویض محفظه ترمز دیافراگمی

محفظه های ترمز دیافراگمی نیازی به روغن کاری برنامه ریزی شده یا تعمیر و نگهداری داخلی ندارند، اما باید در هر بازرسی قبل از سفر از نظر نشتی هوا، آسیب فیزیکی، ضربه میله فشار در محدوده، و نصب ایمن - با تعویض ناشی از هرگونه نشت هوا، محفظه آسیب دیده یا ضربه میله فشار بیش از حداکثر حد مجاز برای نوع محفظه بازرسی شوند.

چک لیست بازرسی روتین

• بازرسی بصری: محفظه محفظه را از نظر فرورفتگی، ترک، خوردگی یا علائم آسیب ضربه بررسی کنید. اطمینان حاصل کنید که حلقه گیره سالم و محکم است و هیچ جدایی قابل مشاهده بین دو نیمه محفظه وجود ندارد.
• وضعیت بوت گرد و غبار: تأیید کنید که چکمه گرد و غبار میله دست نخورده است، به درستی در جای خود قرار گرفته است، و بدون پارگی یا ترک است که باعث می شود آب و زباله ها وارد اتاقک شوند.
• بررسی نشت هوا: هنگامی که ترمزها کاملاً اعمال شده اند، محلول آب صابون را در اطراف ناحیه گیره دیافراگم محفظه، اتصال ورودی هوا و صندوق گرد و غبار بمالید - هر حباب نشان دهنده نشت هوا است که نیاز به توجه فوری دارد.
• اندازه گیری کورس فشاری: حرکت میله فشار را با فشار اعمالی 90 psi با استفاده از یک خط کش از سطح محفظه تا علامتی روی میله فشار در موقعیت آزاد شده اندازه گیری کنید. با حداکثر محدودیت برای نوع محفظه مقایسه کنید
• براکت و سخت افزار نصب: پیچ های نصب محفظه را از نظر سفت بودن و براکت نصب را از نظر ترک یا اعوجاج بررسی کنید. یک براکت نصب شل یا ترک خورده، میله فشار را با تنظیم کننده شل تنظیم نمی کند و سایش هر دو قطعه را تسریع می کند.

بررسی اجمالی رویه تعویض

تعویض یک سرویس محفظه ترمز دیافراگمی یک کار کارگاهی ساده است. تعویض محفظه ترکیبی ترمز فنری به مرحله اضافی قفس کردن فنر (فشرده کردن آن با پیچ یکپارچه قفس) قبل از جدا کردن خطوط هوایی نیاز دارد. توالی کلی جایگزینی عبارت است از:

• فقط برای محفظه های ترمز فنری: پیچ قفس را از طریق درگاه دسترسی در محفظه ترمز فنری وارد کنید و آن را با نگهدارنده داخلی درگیر کنید. آنقدر سفت کنید تا فنر کاملا فشرده شود و پیچ محکم شود - این کار به صورت مکانیکی فنر را بدون توجه به فشار هوا در موقعیت فشرده نگه می دارد.
• چرخ های خودرو را خفه کنید و مخازن هوا را تا فشار صفر از طریق دریچه های تخلیه تخلیه کنید.
• خطوط تامین هوا را در درگاه های ورودی محفظه جدا کرده و آنها را درپوش بگذارید تا از آلودگی جلوگیری شود
• یوک میله فشار را از پین بازوی تنظیم کننده شل جدا کنید
• مهره های نصب محفظه را بردارید و محفظه را از براکت نصب خارج کنید
• محفظه جدید را روی براکت نصب کنید، مطمئن شوید که میله فشاری با بازوی تنظیم کننده شل و بدون تغییر زاویه بیش از 3 درجه در هر جهتی تراز است.
• برای دستیابی به هندسه تنظیم کننده فشار میله به شل، یوغ میله را به تنظیم کننده شل وصل کنید.
• خطوط هوا را مجدداً وصل کنید، فشار سیستم را ایجاد کنید و قبل از بازگرداندن خودرو به سرویس، عدم نشتی را بررسی کنید و ضربه میله را اصلاح کنید.
• برای محفظه های ترمز فنری: پیچ قفس را پس از نصب بردارید و آن را در محل تعیین شده روی وسیله نقلیه طبق مقررات مورد نیاز قرار دهید

سوالات متداول: محفظه های ترمز دیافراگمی

نتیجه گیری: محفظه ترمز دیافراگمی به عنوان یک پایه ایمنی

این محفظه ترمز دیافراگمی یکی از مهم‌ترین اجزای ایمنی در هر وسیله نقلیه تجاری است -- دستگاهی ساده، اثبات شده و بسیار قابل اعتماد که برای بیش از 70 سال محرک استاندارد برای سیستم‌های ترمز بادی بوده است، دقیقاً به این دلیل که اصول عملکرد آن قوی است، حالت‌های خرابی آن از طریق بازرسی معمول قابل تشخیص است، و تعویض آن در صورت لزوم ساده است.

درک نحوه عملکرد محفظه های ترمز دیافراگم - رابطه بین فشار هوا، ناحیه موثر دیافراگم و نیروی خروجی میله فشار - به مدیران ناوگان، تکنسین ها و رانندگان اجازه می دهد تا رفتار سیستم ترمز را به درستی تفسیر کنند، مشکلات در حال ظهور را زود تشخیص دهند و تصمیمات آگاهانه ای در مورد زمان بندی و مشخصات تعویض بگیرند. تفاوت بین یک محفظه نوع 24 و یک محفظه نوع 30 صرفاً ابعادی نیست - این تفاوت در ظرفیت ترمز است که باید با نیازهای بار محور از طرح اصلی خودرو مطابقت داشته باشد.

مهمتر از همه، قوانین ایمنی حاکم است محفظه های ترمز دیافراگمی -- به ویژه ممنوعیت جداسازی بخش ترمز فنری بدون تجهیزات قفس مناسب و معیارهای اجباری خارج از سرویس برای ضربه زیاد -- وجود دارد زیرا عواقب خرابی سیستم ترمز در سرعت خودروهای تجاری شدید است. رعایت برنامه‌های بازرسی، تعویض سریع محفظه‌های فرسوده یا دارای نشتی، و روش‌های صحیح کنترل ترمز فنری بهترین شیوه‌های اختیاری نیستند -- آنها حداقل استاندارد برای کارکرد ایمن خودروهای تجاری هستند.