Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Progresívne brzdy, ale problematické

08-10-2019
Z dostupných zdrojov a výsledkov vlastných experimentálnych skúšok spracovali: doc. Ing. Ján Kosiba, PhD.; prof. Ing. Anton Žikla, CSc. | jan.kosiba@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, technická fakulta

Moderné konštrukčné trendy vo vývoji mobilnej techniky zasiahli aj traktory, i keď traktory ako mobilné energetické prostriedky majú špecifické postavenie v oblasti mobilnej techniky. Aj, keď to vyznie ako paradox, ale súčasné moderné, vysokovýkonné traktory po konštrukčnej stránke jednotlivých funkčných a konštrukčných skupín predbehli aj vývoj automobilov. Stačí len spomenúť diferenciálne hydrostatické prevodovky s plynulou reguláciou pojazdovej rýchlosti. Pričom tieto atraktívne prevodové systémy sú v automobilovej technike neznámym pojmom. A napokon, vzhľadom na prevádzkový režim cestných automobilov na verejných komunikáciách, tieto prevodové systémy v automobiloch, až na niektoré špeciálne a ojedinelé prípady, ani nie sú potrebné a využiteľné. To v plnom rozsahu platí aj pre hydraulické systémy traktorov, ktorých funkčnosť, prevádzkové vlastnosti a konštrukčná zložitosť v mnohých prípadoch presahuje aj hydraulické systémy najzložitejších nadstavieb nákladných automobilov.

V súvislosti s konštrukčnými trendmi vo vývoji traktorov si mimoriadnu pozornosť zaslúžia diskové brzdy. Vzhľadom na legislatívne obmedzenú pojazdovú rýchlosť traktorov na 40 kilometrov za hodinu a tiež ich obmedzený pohyb po verejných komunikáciách sú často brzdy traktorov v odbornej verejnosti považované za okrajovú záležitosť. Avšak, ako bude ďalej uvedené, diskové brzdy traktorov svojou konštrukciou a prevádzkovými vlastnosťami predstavujú v rámci brzdových systémov určitý progres, aj keď s nežiaducimi dôsledkami.

Konštrukcia a činnosť diskovej brzdy

Bude iste účelné pripomenúť, že pod pojmom disková brzda sa niekedy rozumie klasická kotúčová brzda (obr. 1), ktorá sa štandardne používa na osobných automobiloch a motocykloch a dokonca aj na bicykloch. Zo vzájomného porovnania obr. 1 a obr. 2 je na prvý pohľad zrejmé, že obidve tieto brzdy sa svojou konštrukciou navzájom odlišujú. V odbornej terminológii sa niekedy disková brzda uvádza aj pod názvom „lamelová“, čo v podstate vystihuje jej konštrukciu.

Obr. 1

Obr. 1: Schéma kotúčovej brzdy

Základnými konštrukčnými časťami diskovej brzdy, schematicky znázornenej na obr. 2, sú dva prítlačné disky 2 a 3 a dve brzdové lamely 1 a 4. Prítlačné disky 2 a 3 sú umiestnené v bezprostrednej blízkosti vedľa seba a medzi nimi sú po obvode rovnomerne rozmiestnené tzv. rozperné guľôčky 6, ktorých počet býva 4 až 6. Rozperné guľôčky sú uložené v prítlačných diskoch 2 a 3, v ktorých sú vyrobené drážky s úkosom. Vedľa prítlačných diskov sú na hriadeli posuvne uložené brzdové lamely 1 a 4 s obojstranným obložením.

Obr. 2

Obr. 2: Schéma diskovej brzdy

K brzdovému účinku dochádza tak, že prostredníctvom ovládacieho mechanizmu sa prítlačné disky 2 a 3 natáčajú proti sebe a súčasne pôsobením sily na šikmých plochách s vloženými rozpernými guľôčkami 6 sa axiálne posúvajú smerom k brzdovým lamelám 1 a 4. V dôsledku tohto pohybu vznikne na trecích plochách brzdná sila. Medzi prítlačnými diskami 2 a 3 sú po obvode rozmiestnené vratné pružiny, ktoré pri odbrzdení priťahujú prítlačné disky 2 a 3 ku sebe. Schéma ovládacieho mechanizmu diskovej brzdy je znázornená na obr. 3, pričom najnovšie konštrukcie používajú na pootáčanie prítlačných diskov klin ovládaný hydraulický valcom. Ako je zrejmé zo schémy znázornenej na obr. 2, pootočenie prítlačných diskov 2 a 3 je obmedzené kotevným čapom 7, ktorého priemer je menší, než je šírka drážky v prítlačných diskoch. Z hľadiska použitého ovládacieho mechanizmu sa disková brzda prejavuje určitým zosilňovacím účinkom tzv. servoúčinkom, ku ktorému dochádza tak, že v priebehu brzdenia je vždy jeden prítlačný disk unášaný trecou silou v zmysle pôsobenia ovládacej sily. V dôsledku tohto servoúčinku sa znižujú požiadavky na hodnotu ovládacej sily.

Diskové brzdy sa používajú na kolesových traktoroch a sú umiestnené pred koncovými prevodmi, takže pôsobia ako brzdy prevodové. Na najvýkonnejších kolesových traktoroch s pohonom štyroch kolies (4K4) sa diskové brzdy používajú aj na kolesách prednej nápravy. Za účelom zvýšenia prevádzkovej spoľahlivosti a životnosti sa v súčasnosti používajú tzv. mokré brzdy. To znamená, že určitá časť trecích aj funkčných častí je ponorená v oleji, ktorý okrem iného má aj chladiaci účinok, čo má svoj význam najmä pri častom a dlhodobom brzdení zvlášť, keď traktor pracuje v doprave po verejných komunikáciách. Mokré brzdy majú brzdové lamely s kovokaramickým obložením vyrobeným spravidla práškovou metalurgiou. Vzhľadom k tomu, že moderné traktory majú spoločnú náplň prevodovo-hydraulického oleja pre prevodovku, hydrauliku, mokré brzdy a koncové prevody, vonkoncom nemožno vylúčiť nepriaznivý vplyv mokrých bŕzd na degradáciu a znečistenie olejov náplne.

Obr. 3

Obr. 3: Mechanizmus ovládania diskovej brzdy

Z vyššie uvedeného dôvodu sú v ďalšej kapitole tohto príspevku prezentované výsledky prevádzkovej skúšky biologicky odbúrateľnej kvapaliny.

Prevádzková skúška biologicky odbúrateľnej univerzálnej kvapaliny

Prevádzková skúška biologicky odbúrateľnej univerzálnej kvapaliny aplikovanej v prevodovo-hydraulickom obvode traktora Zetor Proxima 6321 bola uskutočnená podľa podmienok uvedených v metodike práce. Uvedená kvapalina bola aplikovaná v dobe,  keď traktor mal odpracovaných 2500 motor hodín a bola ukončená po 500 motor hodinách, tzn. stav odpracovaných motor hodín bol na hodnote 3000.

Pri analýze degradačných procesov biologicky odbúrateľnej univerzálnej kvapaliny je sledovaný proces odbúravania aditívnych prvkov. Pri analýze bol sledovaný proces odbúravania nasledovných aditívnych prvkov:

  • bór (B),
  • vápnika (Ca),
  • horčík (Mg),
  • kremík (Si),
  • zinok (Zn).

V tab. 1  je znázornené odbúravanie aditívnych prvkov počas prevádzkovej skúšky. Najväčší pokles koncentrácie aditívneho prvku, pri porovnávaní vzorky „zo suda“ resp. na začiatku prevádzkovej skúšky (0 motor hodín), bol pri Bóre (B). Pokles pri vzorke „zo suda“ a ukončení prevádzkovej skúšky predstavoval ΔA = 86,95%, čo bol pokles koncentrácie z 4,75 mg.kg-1 na hodnotu 0,62 mg.kg-1. Pri porovnaní so začiatkom prevádzkovej skúšky predstavoval pokles ΔA = 4,63%, čo bol pokles z 4,63 mg.kg-1 na hodnotu 0,62 mg.kg-1. Najväčší absolútny pokles bol pri vápniku (Ca), kde nastal pokles pri porovnaní vzorky na začiatku prevádzkovej skúšky z hodnoty 86,82 mg.kg-1 na hodnotu 17,59 mg.kg-1, čo predstavuje pokles o ΔA = 79,74%.

Tab. 1: Obsah aditívnych prvkov v  univerzálnej kvapaline (mg.kg-1)

Tab. 1

Pri horčíku (Mg) nastal nárast koncentrácie pri porovnaní so vzorkou na začiatku prevádzkovej skúška o ΔA = 2,41%. Tento nárast bol spôsobený odberom kvapaliny, keďže náplň nie je celkom homogénna a podmienky odberu nie sú vždy totožné,  ale tento rozdiel nie je do veľkej miery významný.

Analýza procesu znečisťovania kvapaliny

Pri analýze procesu znečisťovania biologicky odbúrateľnej univerzálnej kvapaliny bol sledovaný komplex všetkých chemických prvkov, ktoré predstavujú proces znečistenia (boli zistené pri analýze). A to, Bárium (Ba), Kadmium (Cd), Chróm (Cr), Meď (Cu), Železo (Fe), Draslík (K), Molybdén (Mo), Sodík (Na), Cín (Sn), Titán (Ti) a Vanád (V).

V tab. 2 je znázornený proces znečisťovania biologicky odbúrateľnej univerzálnej kvapaliny počas prevádzkovej skúšky. Nárast kontaminácie kvapaliny je stanovený na základe porovnania vzorky kvapaliny „zo suda“ a vzorky, ktorá bola aplikovaná v prevodovo-hydraulickom obvode traktora Zetor Proxima 6321, pri ktorom nastalo premiešanie so zostatkovým olejom. Pri niektorých chemických prvkoch predstavujúcich kontamináciu nastal počas prevádzkovej skúšky pokles ich koncentrácie.

Tab. 2: Obsah chemických prvkov predstavujúci kontamináciu (mg.kg-1)

Tab. 2

Najväčší nárast koncentrácie pri porovnaní vzorky „zo suda“ a ukončenia skúšky (500 motor hodín) nastal pri železe (Fe) z hodnoty 0,10 mg.kg-1 na hodnotu 16,57 mg.kg-1, čo predstavuje nárast o ΔK = 16 470,00%. Nasleduje nárast koncentrácie cínu (Sn) o ΔK = 9 012,50%, čo predstavuje nárast z hodnoty 0,24 mg.kg-1 na hodnotu 21,87 mg.kg-1 a bária (Ba) nárast o ΔK = 7 708,70%, čo predstavuje nárast z hodnoty 0,23 mg.kg-1  na hodnotu 17,96 mg.kg-1.

Pri porovnaní vzoriek na začiatku prevádzkovej skúšky biologicky odbúrateľnej univerzálnej kvapaliny (0 motor hodín) a na konci (500 motor hodín), bol zistený najväčší nárast koncentrácie pri báriu (Ba) o ΔK = 22 350,00%, čo predstavuje nárast z hodnoty 0,08 mg.kg-1 na hodnotu 17,96 mg.kg-1. Nasleduje nárast koncentrácie obsahu železa (Fe) z hodnoty 1,33 mg.kg-1 na hodnotu 16,57 mg.kg-1, čo predstavuje nárast koncentrácie o ΔK = 1 145,86% a koncentrácie niklu (Ni) z hodnoty 0,02 mg.kg-1 na hodnotu 1,10 mg.kg-1, čo predstavuje nárast koncentrácie obsahu o ΔK = 400,00%.

Pri chemických prvkoch kadmium (Cd) a titán (Ti) bol pri zisťovaní ich koncentrácie zistený pokles koncentrácie, ktorý bol spôsobený filtračným zariadením resp. odberom kvapaliny, keďže náplň nie je celkom homogénna a podmienky odberu nie sú vždy totožné. Tento rozdiel nie je do veľkej miery významný.

Záverom možno konštatovať, že mokré diskové brzdy predstavujú moderný funkčný a konštrukčný celok vo vývoji traktorov a vôbec vo vývoji progresívnych brzdových systémov. Avšak na druhej strane uvedenú degradáciu spoločnej olejovej náplne vonkoncom nemožno zanedbať a to zvlášť pri používaní biologicky odbúrateľných kvapalín v blízkosti vodných zdrojov a chránených krajinných oblastiach. Niektorí výrobcovia traktorov majú snahu skracovať výmenné intervaly spoločnej olejovej náplne, aby v dôsledku jej degradácie nedošlo k následnému zníženiu prevádzkovej spoľahlivosti a životnosti niektorých komponentov hydraulickej sústavy samotného traktora a tiež prípojných strojov a náradí.

Záverom možno konštatovať, že mokré diskové brzdy predstavujú moderný funkčný a konštrukčný celok vo vývoji traktorov a vôbec vo vývoji progresívnych brzdových systémov. Avšak na druhej strane uvedenú degradáciu spoločnej olejovej náplne vonkoncom nemožno zanedbať a to zvlášť pri používaní biologicky odbúrateľných kvapalín v blízkosti vodných zdrojov a v chránených krajinných oblastiach. Niektorí výrobcovia traktorov majú snahu skracovať výmenné intervaly olejovej náplne, aby v dôsledku jej degradácie nedošlo k následnému poškodeniu niektorých komponentov hydraulickej sústavy samotného traktora a tiež pripojených strojov a náradí.

Iste bude s odstupom času zaujímavé spomenúť, že dnes už historické traktory ZETOR 25K a ZETOR SUPER, ešte začiatkom päťdesiatich rokov minulého storočia mali oddelenú náplň hydraulického oleja od prevodového. Avšak v tej dobe sa používal pre mobilnú techniku jednotný prevodový olej tzv. „C“, ktorý vonkoncom nebol vhodný pre hydrauliku. Spoločná olejová náplň pre prevodovku a hydrauliku sa začala prakticky používať v traktoroch ZETOR UR I., ktorých sériová výroba bola zahájená v roku 1960, pričom pre spoločnú náplň sa používal práve kvôli hydraulike motorový olej.

V každom prípade spoločná olejová náplň pre prevodovku, hydrauliku a ešte aj mokré diskové brzdy, okrem už potvrdenej degradácie oleja, má určité nepriaznivé vplyvy na jednotlivé hydraulické prvky samotného traktora a pripojených strojov a náradí. Do akej miery sa tieto nepriaznivé vplyvy prejavia, to vyžaduje ďalšie dlhodobé a technicky i organizačne náročné prevádzkové skúšky.