Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Adaptabilnosť brzdových systémov

13-12-2019
doc. Ing. Ján Kosiba, PhD.; prof. Ing. Anton Žikla, CSc. | jan.kosiba@gmail.com
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Nie nadarmo sa hovorí, že z hľadiska bezpečnosti dopravy sú brzdy dôležitejšie než motor. Ale tiež sa hovorí, že v určitých situáciách sú brzdy prípojného vozidla dôležitejšie než brzdy ťažného vozidla, čo dlhodobé skúsenosti už dávno potvrdili a potvrdzujú aj v súčasnosti, najmä pokiaľ sa jedná o traktorové prívesy. Často sa stáva a to predovšetkým vo vnútropodnikovej doprave, že hmotnosť naloženého prívesu prevyšuje hmotnosť traktora, pričom brzdy prívesu nie sú v požadovanom technickom stave, prípadne nie sú vôbec funkčné alebo nie sú pripojené k brzdovej sústave traktora. Ak sa v takýchto prípadoch jazdná traktorová súprava používa v ťažkých prevádzkových podmienkach, napr. svahovitý alebo šmykľavý terén, prípadne neprimeraná rýchlosť a náhle zabrzdenie traktora, vonkoncom nemožno vylúčiť, že dôjde k havarijnému stavu, ktorý môže skončiť aj prevrátením traktora.

Nájazdové brzdy

Čo sa týka konštrukcie, brzdy prípojných vozidiel prešli postupným a dlhodobým vývojom, od nájazdových až po vzduchotlakové dvojhadicové, prípadne viackruhové. Nájazdové (v praxi známe pod názvom „nárazové“) brzdy sa používajú už len zriedka, napr. na podvozkoch určených na prepravu žacích stolov za kombajnom, prípadne na prípojných vozidlách určených za osobné automobily. Aj napriek tomu, že ide o jednoduchý a spoľahlivý brzdový systém, tento sa na traktorových prívesoch nepoužíva už najmenej tri desaťročia. Princíp činnosti spočíva v tom, že ťažný záves prípojného vozidla pozostáva z časti pevnej a posuvnej. Pri brzdení ťažného vozidla sa pôsobením zotrvačnej sily posuvná časť posúva po pevnej časti a tento pohyb sa cez pákový mechanizmus prenáša na brzdové kľúče, ktoré sa pootočia a pritláčajú brzdové čeľuste k brzdovým bubnom. Teda, aby prípojné vozidlo brzdilo, podmienkou je brzdenie ťažného vozidla a je úplne jedno či ťažné vozidlo brzdí brzdami alebo motorom, napr. pri jazde dole svahom. Určitou nevýhodou nájazdových bŕzd bolo, že pri rovnomernom pohybe traktora dole svahom záves prívesu v pravidelných intervaloch doslova narážal do závesu traktora a zrejme preto sa pre tieto brzdy zaužíval názov „nárazové“. Teda brzdenie prívesu bolo prerušované a v dôsledku toho bol pohyb prívesu nerovnomerný. Ďalšou nevýhodou nájazdových bŕzd bolo, že pri cúvaní traktora s prívesom bolo potrebné vyradiť brzdy z činnosti, a to zablokovaním pohyblivej časti závesu prívesu pomocou západky. Treťou a z hľadiska bezpečnosti snáď najzávažnejšou nevýhodou nájazdových bŕzd bolo, že pri náhodnom odpojení prívesu sa tieto brzdy neuviedli samočinne do činnosti. Používanie nájazdových bŕzd malo svoje opodstatnenie, pretože prvé traktory neboli vybavené kompresorom ani príslušenstvom na ovládanie vzduchotlakových bŕzd prívesu.

Postupný rozvoj traktorovej dopravy, najmä v období kolektivizácie poľnohospodárstva, a vôbec používanie traktorových jazdných súprav na verejných komunikáciách, si vyžiadalo zavedenie moderných a z hľadiska bezpečnosti dopravy aj dokonalejších prívesov. Z funkčného i konštrukčného hľadiska sa traktorové prívesy začali štandardne vybavovať jednohadicovým vzduchotlakovým brzdovým systémom, ktorý sa v tej dobe už bežne používal na automobilových prívesoch. Použitím konštrukčných prvkov z automobilových prívesov sa dosiahla aj určitá unifikácia bŕzd, čo malo svoj význam aj z opravárenského hľadiska. V tejto súvislosti bude určite zaujímavé uviesť, že jednohadicový brzdový systém sa už dávno predtým úspešne používal na železničných vagónoch, kde bol známy pod názvom „KNORR“ alebo „DAKO“.

Jednohadicový brzdový systém

Jednohadicový brzdový systém prípojných vozidiel sa vyznačuje tým, že ťažné a prípojné vozidlo je navzájom prepojené jednou hadicou. Táto spojovacia hadica zabezpečuje jednak plnenie vzduchojemu prívesu stlačeným vzduchom a tiež ovládanie bŕzd prívesu. Pokiaľ je tlak v spojovacej hadici rovnaký ako v vzduchojeme prívesu, tak brzdy nie sú v činnosti. Aby príves začal brzdiť, musí sa tlak v spojovacej hadici znížiť pod úroveň tlaku vo vzduchojeme prívesu, pričom platí zásada, že čím je  nižší tlak v spojovacej hadici, tým  je intenzívnejšie brzdenie prívesu. To znamená, že ťažné vozidlo okrem kompresora, regulátora tlaku a zásobného vzduchojemu musí byť vybavené ďalším konštrukčným prvkom, ktorý pri brzdení ťažného vozidla zníži tlak v spojovacej hadici pod úroveň tlaku vo vzduchojeme prívesu. Na traktoroch túto funkciu zabezpečuje tzv. brzdový ventil, ktorý je buď mechanicky cez ťažnú pružinu spojený s brzdovým pedálom traktora, alebo je ovládaný tlakom brzdovej kvapaliny, pretože traktory vo väčšine prípadov majú kvapalinové brzdy.

Staršie typy nákladných automobilov, ktoré sú vybavené vzduchotlakovými brzdami, majú tzv. brzdič prívesu, ktorý plní tú istú funkciu ako brzdový ventil na traktore. Brzdový ventil musí byť správne nastavený, aby zabezpečoval tzv. proporcionálne brzdenie prívesu. To znamená, že intenzita brzdenia prívesu musí byť úmerná intenzite brzdenia traktora. Okrem toho príves musí brzdiť s určitým predstihom vzhľadom k traktoru. Pre úplnosť snáď treba zdôrazniť, že maximálna intenzita brzdenia prívesu sa dosiahne vtedy, keď sa tlak v spojovacej hadici zníži na hodnotu atmosférického tlaku. Takýto stav sa dosiahne vždy, keď sa spojovacia hadica odpojí od traktora, samozrejme za predpokladu, že vzduchojem prívesu je naplnený na menovitý tlak 6 bar, prípadne na novších prívesoch 8 barov. Moderné prívesy sú štandardne vybavené ručným, prípadne automatickým regulátorom brzdového účinku v závislosti na zaťažení prívesu.

Jednohadicový brzdový systém, v porovnaní s nájazdovými brzdami, predstavoval vo svojej dobe doslova grandiózny pokrok. Hlavná výhoda jednohadicového brzdového systému spočíva v tom, že po odpojení spojovacej hadice sa príves samočinne zabrzdí, čo je z hľadiska bezpečnosti dopravy prioritné. Tento systém má aj ďalšie výhody, napr. pri poruche bŕzd ťažného vozidla umožňuje brzdenie prípojného vozidla, poskytuje možnosť automatickej regulácie brzdového účinku, použitie protišmykového systému ABS a pod. Taktiež výhodou tohto systému je, že umožňuje rýchle odbrzdenie a znovu zabrzdenie odstaveného prívesu, čo má svoj význam z hľadiska bezpečnosti pri manipulácii s odstaveným prívesom, pokiaľ je odpojený od traktora.

Avšak jednohadicový brzdový systém, napriek všetkým vyššie uvedeným výhodám, má jednu závažnú nevýhodu, ktorá spočíva v tom, že v priebehu brzdenia neumožňuje doplňovať vzduchojem prípojného vozidla stlačeným vzduchom zo vzduchojemu ťažného vozidla.

Z princípu činnosti tohto brzdového systému je zrejmé, že pri brzdení je tlak v spojovacej hadici nižší než vo vzduchojeme prípojného vozidla, takže za účelom doplnenia vzduchojemu prípojného vozidla je nutné brzdenie prerušiť. V dôsledku prerušenia brzdového účinku nie je vylúčené, že jazdná súprava sa môže pri jazde dolu strmým svahom rozbehnúť. Potom pri následnom prudkom zabrzdení nemožno vylúčiť kolíziu medzi ťažným a prípojným vozidlom, a to zvlášť vtedy, keď nie je nastavený dostatočný predstih brzdenia prípojného vozidla pred ťažným vozidlom. V tejto súvislosti treba pripomenúť, že v dôsledku netesnosti brzdových valcov prípojného vozidla sa pri dlhodobom brzdení postupne znižuje tlak vo vzduchojeme. So znižujúcim sa tlakom vo vzduchojeme prípojného vozidla sa intenzita brzdenia stále úmerne znižuje a súčasne sa zvyšuje tlačný silový účinok pôsobiaci od prípojného vozidla na ťažné vozidlo. Kritický stav však nastane, keď sa tlak vo vzduchojeme prípojného vozidla zníži na úroveň tlaku v spojovacej hadici, v tomto okamihu prestane prípojné vozidlo brzdiť. Konečným dôsledkom tohto stavu môže byť aj havária jazdnej súpravy. Aby k takýmto stavom nedochádzalo, bol vyvinutý dvojhadicový brzdový systém prípojných vozidiel. Napokon treba zdôrazniť, že jednohadicový brzdový systém podľa platnej legislatívy v zmysle homologizačných predpisov EHK č. 13, 78, 90 je zakázané na verejných komunikáciách používať.

Dvojhadicový brzdový systém

Dvojhadicový brzdový systém sa vyznačuje tým, že brzdové systémy ťažného a prípojného vozidla sú navzájom prepojené dvoma hadicami. Jedna hadica je plniaca a zabezpečuje plnenie vzduchojemov prípojného vozidla. Druhá hadica je ovládacia a slúži na ovládanie bŕzd prípojného vozidla. Obidve hadice sú vybavené normalizovanými rýchlospojkami, ktoré sú tvarovo a farebne odlišné, takže vzájomná zámena je vylúčená.

Po naštartovaní motora sa prednostne plnia najprv pohotovostné vzduchojemy ťažného vozidla a súčasne aj pohotovostný vzduchojem prípojného vozidla. Keď tlak v pohotovostných vzduchojemoch dosiahne hodnotu 4,5 bar, jazdná súprava je pripravená na jazdu. Zásobné vzduchojemy sa naplnia počas jazdy cez prepúšťacie ventily na tlak 6, prípadne 8 barov. V odbrzdenom stave je v ovládacej hadici nulový tlak.

Pri brzdení ťažného vozidla sa tlak v ovládacej hadici zvýši na úroveň tlaku v brzdových valcoch ťažného vozidla. Pokiaľ je ťažným vozidlom traktor, ktorý má kvapalinové brzdy, potom pri brzdení traktora sa v ovládacej hadici zvýši tlak prostredníctvom brzdového ventilu, ktorý je ovládaný buď tlakom brzdovej kvapaliny, alebo je mechanicky spojený s brzdovým pedálom traktora.

Pri zvýšení tlaku v ovládacej hadici na hodnotu 0,8 baru začne ovládací ventil prepúšťať tlak zo vzduchojemu do brzdových valcov prípojného vozidla. Čím intenzívnejšie je brzdenie ťažného vozidla, tým vyšší je tlak v ovládacej hadici a tým aj vyšší tlak v brzdových valcoch prípojného vozidla. Takže intenzita brzdenia prípojného vozidla je priamo úmerná intenzite brzdenia ťažného vozidla, teda brzdenie je proporcionálne.

Pri odbrzďovaní ťažného vozidla sa tlak v ovládacej hadici zníži a súčasne cez vypúšťací ventil sa znižuje tlak v brzdových valcoch prípojného vozidla.

V prípade, že ťažné vozidlo je vybavené motorovou brzdou, ktorej ovládanie je prepojené s hlavným brzdičom, potom pri použití motorovej brzdy sa súčasne pribrzďuje aj prípojné vozidlo. Pri plnom účinku motorovej brzdy je tlak v brzdových valcoch prípojného vozidla cca. 1 bar.

Hlavnou výhodou dvojhadicového brzdového systému je, že umožňuje doplňovať vzduchojem prípojného vozidla aj v priebehu brzdenia, čo jednohadicový brzdový systém neumožňuje. Táto výhoda má svoj význam pri dlhodobom brzdení, a to hlavne pri väčšej netesnosti brzdových valcov prípojného vozidla. Tento systém sa vyznačuje rýchlym prívodom tlaku do brzdových valcov prípojného vozidla prostredníctvom ovládacieho ventilu, takže v konečnom dôsledku sa skracuje čas nábehu bŕzd prípojného vozidla. Taktiež sa skracuje čas potrebný na odbrzdenie prípojného vozidla. Ako je ďalej uvedené, zvláštny význam má adaptabilnosť dvojhadicového brzdového systému, takže tento systém je do určitej miery univerzálny.

Hydraulické brzdy

Hydraulické brzdy predstavujú najnovší brzdový systém prípojných vozidiel. Princíp činnosti týchto bŕzd spočíva v tom, že brzdy prípojného vozidla sú ovládané tlakovým olejom dodávaným od ťažného vozidla. Takže ťažné vozidlo musí byť vybavené zdrojom tlakového oleja, ktorým je najčastejšie zubové čerpadlo poháňané od motora. Z bezpečnostných dôvodov pohon tohto čerpadla nie je vypínateľný. Na traktoroch sa pre ovládanie hydraulických bŕzd spravidla využíva čerpadlo hydrauliky, ktoré slúži na ovládanie trojbodového závesu traktorov. Určitou výhodou hydraulických bŕzd je, že nie je potrebné odoberať výkon motora na pohon kompresora a nie je potrebný vzduchojem na ťažnom ani na prípojnom vozidle. Z energetického hľadiska ďalšou výhodou je, že hydraulické čerpadlo je zaťažené len počas brzdenia. Nevýhodou však je, že pri zastavenom motore hydraulický brzdový systém je vyradený z prevádzky.

Adaptabilnosť brzdových systémov prípojných vozidiel

Všeobecne je známe, že v poľnohospodárskych, ale aj v iných podnikoch zaoberajúcich sa dopravou, existuje v súčasnosti ešte celý rad prípojných vozidiel, ktoré sú štandardne vybavené jednohadicovým brzdovým systémom. V zmysle už vyššie uvedenej legislatívy, tieto prípojné vozidlá je zakázané používať na verejných komunikáciách. Teda je tu reálna potreba v rámci existujúcich technických možností tieto jednohadicové brzdové systémy adaptovať na dvojhadicové. Konkrétne technické riešenie vždy závisí od vzájomnej kombinácie brzdových systémov ťažného a prípojného vozidla. Jednotlivé kombinácie, ktoré sa môžu v praxi bežne vyskytnúť, sú schematicky uvedené v Tabuľke 1, pričom je nanajvýš aktuálne technicky riešiť variant 1 a 3.

Tab. 1

Variant 1

Ako je zrejmé z tabuľky 1, v tomto prípade ťažné aj prípojné vozidlo je vybavené jednohadicovým brzdovým systémom, ktorý zabezpečuje plnenie vzduchojemu aj ovládanie bŕzd prípojného vozidla. Tieto dve funkcie je potrebné navzájom od seba oddeliť a zabezpečiť tak, aby bol vzduchojem prípojného vozidla doplňovaný aj pri brzdení. Toto je možné prakticky realizovať vzájomným prepojením zásobného vzduchojemu 1 ťažného vozidla a vzduchojemu 7 prípojného vozidla, ako je schematicky znázornené na Obr. 1. Je však potrebné za zásobný vzduchojem 1 umiestniť ručne ovládaný uzatvárací ventil 11 a pred vzduchojem 7 jednosmerný (tzv. spätný) ventil 8, ktorý pri odpojení prípojného vozidla zabráni úniku vzduchu zo vzduchojemu. Pri uvedenej adaptácii brzdového systému je výhodné použiť normalizované fitingy, ktoré možno bez problémov zabudovať do pôvodného prívodného potrubia k príslušným vzduchojemom. Vlastné prepojenie ťažného a prípojného vozidla je potrebné uskutočniť normalizovanou plniacou rýchlospojkou. Pre úplnosť treba poznamenať, že plnenie vzduchojemu prípojného vozidla cez adaptovanú plniacu hadicu sa uskutočňuje len pri brzdení a súčasnom poklesu tlaku vo vzduchojeme prípojného vozidla. Štandardne sa vzduchojem prípojného vozidla plní pôvodnou plniacou a ovládacou hadicou.

Obr. 1

Variant 2

Za účelom zabezpečenia funkcie bŕzd prípojného vozidla v tomto prípade nie je potrebné vykonať žiadne rozsiahle konštrukčné úpravy ani na ťažnom ani prípojnom vozidle. Je však potrebné pôvodnú rýchlospojku na ťažnom vozidle vymeniť za rýchlospojku plniacu (označenú červenou farbou), prípadne túto rýchlospojku pripojiť paralelne k pôvodnej rýchlospojke  určenej pre jednohadicový brzdový systém. Potom sa k ťažnému vozidlu pripája iba plniaca hadica, pričom ovládacia hadica zostáva voľná. Týmto spôsobom zapojený dvojhadicový brzdový systém prípojného vozidla je plne funkčný, avšak nevyhovuje v súčasnosti platnej legislatíve, nakoľko v priebehu brzdenia neumožňuje doplňovať vzduchojem prívesu stlačeným vzduchom. Teda z hľadiska legislatívneho ešte v tomto prípade je potrebné navzájom prepojiť vzduchojem ťažného vozidla so vzduchojemom prípojného vozidla, ako je uvedené pri variante 1 a schematicky znázornené na obr. 1. Pre úplnosť treba poznamenať, že pri tomto spôsobe zapojenia plniaca hadica súčasne zabezpečuje aj ovládaciu funkciu. To znamená, že pri poklese tlaku v plniacej hadici pod úroveň tlaku vo vzduchojeme prípojného vozidla sa brzdy prípojného vozidla uvedú do činnosti, pričom intenzita brzdenia prípojného vozidla je priamo úmerná poklesu tlaku v plniacej hadici. Teda pri odpojení plniacej hadice od ťažného vozidla sa prípojné vozidlo samočinne zabrzdí, čo v plnom rozsahu vyhovuje platnej legislatíve a má nesporne význam z hľadiska bezpečnosti jazdných súprav v doprave.

Variant 3

Z údajov prezentovaných v tabuľke 1 je zrejmé, že v tomto prípade je ťažné vozidlo štandardne vybavené dvojhadicovým brzdovým systémom pre brzdenie prípojných vozidiel a taktiež vlastné brzdy ťažného vozidla sú vzduchotlakové. Prípojné vozidlo je štandardne vybavené jednohadicovým brzdovým systémom. Na brzdovom systéme ťažného vozidla nie je potrebné robiť žiadne konštrukčné úpravy, pretože tento systém je dvojhadicový. Pri adaptácii je v prvom rade potrebné plniacou hadicou 11 opatrenou príslušnou plniacou rýchlospojkou  navzájom prepojiť zásobný vzduchojem ťažného vozidla 1 so vzduchojemom prípojného vozidla 9 ako je znázornené na Obr. 2. Pred vzduchojem 9 je však potrebné podobne ako pri variante 1 umiestniť jednosmerný ventil 10. Na prípojnom vozidle je ďalej potrebné pred rozvádzač prívesu 8 zaradiť brzdič prívesu 7, ktorý sa štandardne používa na starších typoch nákladných automobilov, napr. PRAGA V3S. Súčasne je potrebné prepojiť brzdič prívesu 7 s plniacou hadicou 11 podľa schémy znázornenej na Obr. 2. Použitie brzdiča prívesu je v tomto prípade nevyhnutné z toho dôvodu, že pri brzdení ťažného vozidla sa zvýši tlak v ovládacej hadici 6 avšak, aby prípojné vozidlo začalo brzdiť je potrebné v spojovacom potrubí medzi brzdičom prívesu 7 a rozvádzačom prívesu 8 tlak znížiť. Toto zníženie tlaku práve zabezpečuje brzdič prívesu, a to priamo úmerne so zvyšovaním tlaku v ovládacej hadici. Napokon pôvodnú plniacu a ovládaciu hadicu 6 je potrebné vybaviť normalizovanou ovládacou rýchlospojkou 5, a to v súlade s druhou polovicou ovládacej rýchlospojky štandardne zabudovanej na ťažnom vozidle. Pri adaptácii brzdových systémov ťažných a prípojných vozidiel treba bezpodmienečne dbať na dôsledné použitie normalizovaných rýchlospojek určených pre plniacu a ovládaciu hadicu, aby sa predišlo náhodnej zámene týchto hadíc a tým nežiaducemu vyradeniu brzdového systému z činnosti.

Obr. 2

Variant 4

Ako je zrejmé zo schémy znázornenej na obr. 3, ťažné vozidlo (v tomto prípade traktor ZETOR 3321 Super) je štandardne vybavené tromi rýchlospojkami, tzv. spojovacími hlavicami. Rýchlospojka 12 (červená) slúži na pripojenie plniacej hadice prípojného vozidla vybaveného dvojhadicovým brzdovým systémom. Rýchlospojka 13 je určená na pripojenie hadice prípojného vozidla vybaveného jednohadicovým brzdovým systémom. A napokon rýchlospojka 14 (žltá) slúži na pripojenie ovládacej (tzv. brzdiacej) hadice prípojného vozidla vybaveného dvojhadicovým brzdiacim systémom. Z vyššie uvedeného popisu vyplýva, že ťažné vozidlo vybavené tromi rýchlospojkami umožňuje bezproblémovú funkciu jednohadicového a dvojhadicového brzdového systému prípojných vozidiel. Avšak, aby boli splnené legislatívne požiadavky pri používaní jednohadicového brzdového systému, je potrebné plniacu vetvu ťažného vozidla prepojiť so vzduchojemom prípojného vozidla, a to zhodným spôsobom ako je uvedené pri variante 3.

Obr. 3

Každú adaptáciu jednohadicového brzdového systému prípojného vozidla na dvojhadicový treba posudzovať nielen z hľadiska legislatívneho, ale predovšetkým z hľadiska zvýšenia bezpečnosti prevádzky jazdných súprav tvorených rôznymi typmi ťažných a prípojných vozidiel.