منظومة الفرامل

منظومة الفرامل

اضغط هنا
ملف بوربوينت لشرح مجموعة الفرمل للسيارة


اضغط على اللينك لتنزيل الملف

كتابpdf
الفرامل
يشرح نظام الفرامل بالحديث و القديم و هو باللغة العربية و ايضا كتابان نظري و عملي 
http://rapidshare.com/files/138499803/brakes.rar

 منظومة الفرامل بالسيارة

مقـدمــة

          حركة السيارة واستقرارها على الطرق تعتمد على القوى الاحتكاكية Friction Forces  المتولدة بين الإطارات المطاطية والطريق، حيث أن كفاءة عمليات التوجيه Steering ، التعجيل Accelerating أو الفراملة Braking تتوقف بالدرجة الأولى على القوى الاحتكاكية والتى تساوى حاصل ضرب القوة العمودية على الإطار فى معامل الاحتكاك بين الإطار والطريق. وتعتبر منظومة الفرامل ومنظومة التوجيه Steering System من أهم المنظومات التى تستخدم لتجنب كثير من الحوادث أثناء الحركة بسرعات عالية. هذا الباب يستعرض أداء منظومة الفرامل.

تستخدم منظومة الفرامل لتقليل سرعة السيارة أو إيقافها بصورة آمنة عند ظروف التشغيل المختلفة (حمل كامل - بدون حمل - أثناء الدوران - سرعات علية) وعلى  طرق مختلفة سواء كانت جافه Dry road أم مبتلة Wet. ويمكن تلخيص الوظائف الرئيسية للفرامل فى الآتى:

1-  تقليل سرعة السيارة او ايقافها.

2-  ثبات حركة السيارة على المنحدرات.

السيارة بصفة عامة تحتوى على أكثر من نظام للفرامل حيث يوجد فى كل سيارة نظامين للفرامل على الأقل، الأول يطلق عليه فرامل الخدمة Service Brake  ويستخدم لتقليل سرعة السيارة أو إيقافها عند ظروف التشغيل المختلفة والنظام الثانى يطلق عليه فرامل اليد أو الطوارئ Parking Brake Emergency Brake or Hand or  وjستخدم أثناء توقف السيارة  أو عند عدم عمل الفرامل الرئيسية (فرامل الخدمة). استخدام فرامل الخدمة يعمل على توليد عجلية تقصيرية Deceleration لحركة السيارة تصل إلى 7 م/ ث² للسيارات الصغيرة وسيارات النقل المتوسطة والأتوبيسات حتى 5 طن وزن وعجلة تقصيرية قيمتها 5,5 م/ث2 لسيارات النقل الكبيرة. هناك منظومات أخرى للفرامل تستخدم كوسيلة مساعدة وتسمى Auxiliary Brake مثل فرملة المحرك ومنظومة فرملة العادم.

يتم تشغيل منظومات فرامل الخدمة او الطوارئ بإحدى الطرق التالية:

1-    ميكانيكية Mechanical Brake.

2-    هيدروليكية Hydraulic .

3-    هوائية والتى تسمى بفرامل الهواء Air Compressed .

4-    كهربائية  Electrical.

تستخدم فرامل الخدمة  Service  Brake        الطريقة الثانية والثالثة وعادة ما تكون الهيدروليكية فى السيارات الصغيرة والمتوسطة والهوائية فى السيارات الكبيرة حيث يوجد ضاغط هوائى،  وطريقة التشغيل الميكانيكية عادة ما تستخدم فى فرامل الإيقاف Parking brake        والقليل منها يستخدم أسلوب التشغيل الكهربائى. منظومة التشغيل الهيدروليكية أو الهوائية تصمم بحيث تكون مزدوجة إذا ما حدث عطب فى جزء معين فى الدائرة فيمكن استخدام الجزء الآخر وبالتالي فرملة السيارة دون وقوع حوادث

اعتبارات تصميم منظومات الفرامل  Basic Brake System Design Consideration))

لتصميم أى فرامل جديدة يجب أن تتوافر معطيات عديدة عن السيارة والتى يمكن حصرها فى التالى:

1-       الوزن الفارغ والوزن الكلى وهى محمله

2-       توزيع الحمل الأستاتيكى على محاور السيارة

3-       المسافة بين المحاور

4-       ارتفاع نركز ثقل السيارة وهى فارغة وهى محملة بكامل حمولتها

5-       نوع الاستخدام للسيارة (ركوب - نقل - أتوبيس)

6-       أبعاد الإطار والجنط المستخدم

7-       أقصى سرعة للسيارة

8-       المعايير القياسية للفرامل

وتصميم فرامل جديدة يبدأ بتحديد توزيع القوى الفرملية على المحاور والذي يبدأ بتحديد التوزيع الأمثل والذى يعتمد بالدرجة الأولى على توزيع الأحمال بين المحور الأمامي والخلفي والأبعاد الأساسية للسيارة. بعد ذلك يتم دراسة الأحمال الحرارية وتأكل وعمر التشغيل لتيل الفرامل. أيضا يؤخذ فى الاعتبار الضوضاء التى قد تصدر أثناء استخدام الفرامل.

عوامل قياس الأداء للفرامل (Basic Measures of Motion)

يتم تقييم أداء منظومة الفرامل بالسيارة أثناء ظروف التشغيل المختلفة بأحد العوامل التالية:

                     1-   طول مسافة الإيقاف للسيارة.

2-     زمن الإيقاف

3-     العجلة التقصيرية.

         4-   مجموع القوى الفرملية المتولدة من منظومة الفرامل على العجلات الأربع للسيارة.

طول مسافة الإيقاف لأى سيارة يتم قياسها أثناء تسليط الفرامل على طريق أفقى جاف، وعند علامة محددة على الطريق ثم تقاس المسافة بين هذه العلامة، ومكان التوقف للسيارة. وبمقارنة هذه المسافة بالمسافة النظرية يمكن تحديد كفاءة عمل الفرامل. أقصى عجلة تقصيرية يتم قياسها بواسطة جهاز خاص بذلك يسمى الديسولورومتر Deccelerometer والعجلة التقصير تستخدم فى تحديد جودة عمل أجزاء منظومة الفرامل. فإذا كان مقدار العجلة التقصيرية كبير دل ذلك على الأداء الجيد لمنظومة الفرامل، أقصى قيمة للعجلة التقصيرية تحدد بالمعادلة التالية:

J_max = gf                                                                         (5-1)

حيث إن          J_max = العجلة التقصيرية القصوى للسيارة (م/ ث2).

g     = عجلة الجاذبية الأرضية (م/ث2).

f     = معامل التماسك للطريق.

وواضح من المعادلة (5-1) أنة كلما زادت قيمة معامل التماسك للإطارات مع الطريق كلما زادت العجلة التقصيرية. مجموع القوى الفرملية المتولدة على العجلات الأربع للسيارة يتم قياسها معملياً باستخدام جهاز اختبار الفرامل “Brake Tester وهذا ما سيتم شرحه فى الجزء العملي.  وبمعرفة القوى المختلفة والواقعة على كل عجله يمكن تحديد كفاءة عمل منظومة الفرامل لآي سيارة كالتالي:

                                                            (5-2)

حيث إن        h_b =  كفاءة عمل الفرامل.

                   F_b=  قوة الفرامل على العجلة الواحدة (نيوتن).

                  w =  وزن السيارة (نيوتن).

                   i  =  عدد العجلات

مثـال (5-1)

سيارة وزنها الكلى 20 كيلو نيوتن تم قياس القوى الفرملية على الأربع عجلات على الجهاز الخاص بذلك فكانت نتيجة الاختبار كالتالى:

1-  قوة الفرامل على العجلة الأمامية اليمنى 4.50 كيلو نيوتن.

2-  قوة الفرامل على العجلة الأمامية اليسرى 3.5 كيلو نيوتن.

3-  قوة الفرامل على العجلات الخلفية متساوية وكل منها تساوى 3 كيلو نيوتن. احسب كفاءة منظومة هذه الفرامل.

الحـل

المعطيات:

F_b1 = 4.5     kN                                                                       

F_b2 = 3.5     kN

F_b3 = 3        kN

F_b4 = 3        kN

W = 20       kN

القوة الفرملية ( Braking Force)  المتولدة بين الإطار والطريق والتى تعتمد على أداء منظومة الفرامل تسمى بالقوة الفرملية الفعلية والتى تسبب إيقاف السيارة. هذه القوة يتم حسابها كالتالي:

                                                                (5-3)

حيث إن : F_b =  القوة الفرملية الفعلية المتولدة بين الإطار والطريق من منظومة الفرامل (نيوتن).

 T_b    =  العزم الفرملى الناتج من فرامل القرص أو الفرامل ذات الحذاء.

r_w      =  نصف قطر عجلة السيارة (متر).

å     =  حاصل جمع.

I      =  القصور الذاتي للأجزاء الدورانية (كجم. م2).

d     =  العجلة التقصيرية للأجزاء الدورانية (1/ث2).

وبإهمال تأثير الأجزاء الدورانية يمكن إعادة كتابة المعادلة السابقة (5-3) كالتالى:

                                                                (5-4)

القوة الفرملية F_b المحسوبة باستخدام المعادلة (5-4) قد تكون أقل أو اكبر آو تساوى أقصى قوة فرملية  بين الإطار والطريق والتى تعتمد على معامل التماسك حسب نوع الطريق ورد الفعل الرأسي على الإطار. ولفهم العلاقة بين أقصى قوة فرملية والقوة  المتولدة من منظومة الفرامل سيتم شرح الحالات التالية:

الحالة الأولى: (القوة المتولدة من منظومة الفرامل أقل من أقصى قوة فرملية)

فى هذه الحالة  F_b < F_bmax   وهذا يؤدى إلى استمرار دوران عجلات السيارة أثناء الفرامل بدون حدوث  إمساك Locking أو زحف كلى.

الحالة الثانية: (القوة المتولدة من منظومة الفرامل تساوى أقصى قوة فرملية)

فى هذه الحالة F_b = F_bmax وبالتالي يكون أداء الفرامل افضل ما يمكن حيث الاستفادة من أقصى قوة احتكاكية بين الإطار والطريق.

الحالة الثالثة: (القوة المتولدة من منظومة الفرامل أكبر من أقصى قوة فرملية)

فى هذه الحالة F_b > F_bmax  وبالتالي يحدث إمساك كامل Complete locking للعجلات أو زحف كلى لها وللسيارة وهذا يؤدى إلى ارتفاع درجة الحرارة بين الإطار والطريق وزيادة تأكل الإطار Tyre wear ونتيجة لذلك تقل أقصى قوة فرملية بين الإطار والطريق وبالتالي زيادة مسافة الإيقاف. أيضا حدوث الزحف الكلى Complete skidding يقلل من قيمة القوة الاحتكاكية بين الإطار والطريق فى الأتجاة الجانبي وقد تصل إلى الصفر وبالتالي أي مؤثر الأتجاة الجانبي يسبب فى حدوث زحف جانبي وفقد السيطرة  Loss of directional control أو الاستقرار Loss of directional stability  للسيارة.

مثـال (5-2)

سيارة ملاكى وزنها الكلى 18 كيلو نيوتن مزودة بفرامل القرص على الأربع عجلات  وكل عجلة تولد عزم فرملى قيمته 256 نيوتن. متر. فإذا كان نصف قطر عجلات السيارة هو 0.33 متر احسب القوة الفرملية الكلية المتولدة من منظومة الفرامل. وهل هذه القوة يمكن أن تسبب زحف للسيارة أم لا عندما يكون معامل التماسك للطريق 0.5 .

الحـل

W = 18       kN

T_b = 256      N.m   (each tyre ( لكل إطار

r_w = 0.33     m

القوة الفرملية الكلية للسيارة

T_bt = 4 ´ 256 = 1024 N.m

   N

أقصى قوة فرملية يمكن تحقيقها بين الإطارات والطريق يتم حسابها كالتالى:

F_bmax = W f = 20000 ´ 0.5 = 10000           N

وحيث إن القوة المتولدة من منظومة الفرامل أقل من أقصى قوة فرملية فإنه لا يحدث إمساك كامل ولازحف للعجلات أثناء الفرامل.

 زمن رد فعل السائق  ( Driver Reaction Tim)

تعتمد مسافة الأيقاف للسيارة على زمن ورد فعل السائق والذى يختلف من شخص لأخر وفقا لمهارته. بصفه عامة يمكن تقسيم زمن رد فعل السائق الى أربعة مراحل:

المرحلة الأولى:

 زمن تحديد الهدف (الإدراك) Perception Time ويبدا من وقت ظهور الهدف الى وقت وضوح رؤيتة بالكامل ويكون مابين 0.32 الى 0.55 ثانية.

المرحلة الثانية:

 زمن اتخاذ القرار (Judgment Time)  ويبدأ من وقت وضوح الرؤية للهدف الى وقت رفع القدم اليمنى عن دواسة البنزين ويكون قيمتة من 0.22 الى 0.55 ثانية.

المرحلة الثالثة:

 زمن بدء التنفيذ ((Reaction Initiation Time ويكون من وقت ترك القدم اليمنى لدواسة البنزين الى بداية التأثير على دواسة الفرامل وتكون قيمتة من 0.15 الى 0.21 ثانية.

المرحلة الرابعة:

 زمن التنفيذ ((Reaction  Execution ويكون من وقت التأثير على دواسة الفرامل الى وقت حدوث التأثير الفرملى على العجلات ويكون للفرامل الهيدروليكية فى حدود من 0.03 الى 0.06 ثانية.

عناصر معايير الأمان القياسية للفرامل

 ( Elements Of Braking Safety Standards)

قيم العناصر الخاصة بالمعايير القياسية للأمان الفرملي للسيارات تختلف من سيارة الى أخرى. تحديد عناصر تقييم الأمان الفرملى يتم من خلال أبحاث وتجارب عديدة وذلك بهدف الوصول الى معايير ثابتة يمكن الرجوع اليها لتقييم أى تصميم جديد. من أشهر الأماكن التى نشر قيها هذة الأبحاث هى جمعية مهندسى السيارات العالمية   SAE   وفيم يلي بعض المعايير التى تم نشرها فى هذا الصدد.

 -  المعايير القياسية الفيدرالية لأمان السيارات رقم 105

وهو أول معيار قياسى وضع لأمان السيارات أثناء الفرامل وكان ذلك عام 1968 ويسمى  FMVSS105   وهو عبارة عن أول حرف من Federal Motor Vehicle Safety Standards  . فى هذا المعيار تم توصيف الفرامل الهيدروليكية واستخدام الزيت لنقل القوة الفرملية من قدم السائق الى العجلات مع توافر الأتى:

أ- كل سيارة يجب أن تحتوى على دائرتين من الفرامل (فرامل خدمة وفرامل إيقاف). على سبيل المثال لسيارة خفيفة يجب أن تكون الفرامل كافية لإيقاف السيارة فى مسافة 60 متر  من سرعة 96 كم/ساعة.

ب- كفاءة الفرامل يتم تحديدها بقياس مسافة الإيقاف تحت ظروف مختلفة وسرعات مختلفة.

ج-  فرامل الإيقاف يجب أن تكون كافية لتثبيت السيارة على طريق منحدر ميلة 30%.

         عيوب هذا المعيار عدم أحتواءة على أداء الفرامل على الطرق ذات معامل الأحتكاك المنخفض وكذلك            استقرار السيارة أثناء الفرامل.

-  المعايير القياسية الفيدرالية لأمان السيارات رقم 135

ويطلق عليها  FMVSS135 حيث تن استبدالها بالمعايير السابقة رقم 105 وفيها تم توصيف معايير خاصة باستقرار السيارة ولكن أهمل تأثير حدوث الإمساك الكامل لأحد محاور السيارة قبل الأخر على استقرار السيارة.

-   المعايير القياسية الفيدرالية لأمان السيارات رقم 121

فى هذا المعيار تم وضع مواصفات الفرامل التى تعمل بالهواء والموجودة فى سيارات النقل والأتوبيس وحددت مسافة الفرامل على طرق ذات معامل احتكاك مختلف  كأحد العناصر الأساسية فى التقييم وكذلك زمن التأثير الفرملى وزمن زوال التأثير الفرملى.

The Brakes

أساسيات وأجزاء دائرة الفرامل	*
البدال والمؤازر	*
الدائرة الهيدروليكية - الاسطوانة الرئيسية والاسطوانة الفرعية	*
سائل الفرامل وأنابيب وليات الفرامل	*
فرامل العجلات - الانقباضية الانفراجية	*
صمامات التحكم في الضغط ونظام منع غلق العجلات	*
أداء الفرامل Excel	*
تشخيص أعطال وصيانة وإصلاح الفرامل

 الفرامل: BRAKE SYSTEM

وظيفتها:

تعمل على تقليل سرعة السيارة وإيقافها  وتوجد وحدتين منفصلتين للفرامل

1-فرملة القدم العادية:-تستخدم أثناء القيادة وتؤثر على العجلات الأربع وتعمل على تقليل سرعة السيارة وإيقافها تماما

2- فرملة الانتظار:- وتستخدم كفرملة تثبيت أثناء الوقوف وغالبا يقتصر تأثيرها على العجلتين الخلفيتين فقط

أجزاء الفرامل الأساسية

1-دواسة الفرامل:-brake pedal

تقوم بالتأثير على عضو المؤازرة والاسطوانة الرئيسية نتيجة التأثير من قدم السائق

 

2-عضو المؤازرة:-brake servo

يعمل على تقليل الجهد المبذول من السائق في التأثير على الاسطوانة وذالك باستخدام قوة السحب ( الامتصاص) الموجودة في مجمع السحب (محركات البنزين ) هو باستخدام مضخة فراغ معدة لهذا الغرض

0أجزاء المؤازر:brake servo

قرص مرن-صمام تحكم الخلخلة-صمام الضغط الجوى-وصلة توصيل التخلخل من اسطوانة المحرك-ساق الدفع 

يعمل المؤازر على زيادة قوة الضغط على بدال الفرامل التي تؤثر على الاسطوانة الرئيسية للفرامل

يعمل على استخدام تخلخل الهواء الناتج من اسطوانات المحرك لدفع المكبس داخل الاسطوانة الرئيسية دافعا الزيت في الدورة

3-اسطوانة الفرامل الرئيسية:-master cylinder

تعمل مع المؤازر على تقليل الجهد المبذول من السائق عن طريق نقل الضغط الهيدروليكي لزيت الفرامل

جهاز ايقاف العجلات

-طارة العجل(brake drum )أو(قرص الفرامل)brake disc

 وهو عبارة عن الجزء المعدني في عجلة السيارة ويدور معها0

4-اسطوانة العجل الفرعيةwheel cylinder   

تعمل على ضغط البطانة الاحتكاكية بتأثير الضغط الهيدروليكي لزيت الفرامل0

5-البطانة الاحتكاكية: lining

-تختلف حسب نوع الفرملة فهي أما على شكل أحذية في فرامل الطارة أو عبارة عن لقم في فرامل القرص

فرامل القرصdisc brake :

يتكون التصميم الرئيسي من قرص معدني يدور  يمسك به تيل الفرامل المدفوع هيدروليكيا بواسطة مكبس من كل جانب مولدا احتكاك

الأجزاء الرئيسية لمجموعة فرامل القرص هي:

الفك بالمكبس-حذاء الفرامل-القرص-مانع الأتربة-مانع تسرب المكبس- يايات- مسمار استنزاف الهواء

يدور القرص مع دوران العجلة بينما الفك والمكبس ثابتين وعند تسليط الفرامل يضغط المكبس حذاء الفرامل على جانبي القرص حيث تتوقف العجلة أو تقل سرعة دورانها

مانع الأتربة يقوم بحماية المكبس والاسطوانة من الأوساخ والماء

مانع تسرب المكبس هو حلقة مطاطية تحكم المكبس داخل الاسطوانة وتساعد على رجوع المكبس عند رفع القدم عن الدواسة0

أحذية فرامل القرص تتركب من قاعدة من الصلب ملصوق عليها بطانة احتكاكية مصنوعة من الاسبستوس ويشكل على البطانة مجرى أو اثنين للتخلص من الماء الذي قد يدخل للتركيبة

قرص الفرامل

يصنع من الحديد الصلب أو الزهر ويتم تهويته من الداخل لسرعة تبريده

فرامل الطارة وتتكون من:

طارة الفراملbrake drum

 وهو الجزء الذي يربط مع العجلة ويتمركز مع كرسي الكريات وتصنع من الحديد الزهر الذي يقاوم الحرارة والتآكل

الغطاء الخلفي brake backplane    

يركب عليه أحذية الفرامل واسطوانة العجل ويربط في جسم المحور

اسطوانة العجلwheel cylinder  

 تتركب من جسم اسطواني مجوف يوجد به المكابس والأطباق المطاط اليايات

غطاء الأتربةdust boot 

 يمنع دخول الأتربة والماء إلى داخل الاسطوانة

المكبسpiston   

 يقوم بالتأثير على الأحذية لإيقاف الطارة عن الدوران

طبقcup 

 تعمل كموانع لتسرب زيت الفرامل من حول المكبس

اليايspring

 تقوم بإبقاء الأطباق المطاطية ملامسة للمكابس في حالة عدم تسليط الفرامل

أحذية الفراملbrake shoe

  وهى التي تحمل بطانة الاحتكاك التي تتلامس مع الطارة الدائرة مما يعمل على إيقاف السيارة

طريقة التشغيل:عند التأثير على دواسة الفرامل يتم الضغط على ذراع عضو المؤازرة الذي يضغط بدورة على الاسطوانة الرئيسية التي تدفع الزيت خلال أنابيب التوصيل إلى اسطوانة العجل التي تضغط على عن طريق المكابس على الفك الذي يمسك القرص عن طريق المكابس و أحذية الفرامل القرصية التي تمسك العجلات الأمامية أما الفرامل الطنبورية فان الأحذية تمسك الطارة عن طريق احتكاك البطانة بالطارة

فرملة الانتظار:

 تؤثر في الغالب على العجلات الخلفية ميكانيكيا بواسطة كابلات صلب وأعمدة وروافع