Comment fonctionnent les freins à air comprimé

Comment fonctionnent les freins à air comprimé

Imaginez que c’est votre première semaine de travail comme dockhand dans une entreprise de camionnage délabrée. Tout le monde court en essayant de finir de charger la dernière palette de cargaison à l’arrière d’un énorme camion-remorque à destination de la côte opposée. Soudainement, l’un des contremaîtres vous demande de déplacer l’un des camions afin qu’un autre conducteur puisse remonter jusqu’au quai de chargement. En supposant que vous savez comment conduire un tel véhicule, le contremaître continue, mais vous faites une pause – parce que vous ne le faites pas.

En essayant de faire plaisir aux plus hauts gradés et d’ignorer le fait que vous n’avez pas de permis de conduire de camion, vous sautez dans la cabine, fermez la porte et tournez la clé. Avant que le moteur diesel tourne, vous êtes surpris par un buzzer stupéfiant et une lumière clignotante sur le tableau de bord. Vous tirez le moteur, mais le buzzer et la lumière continuent d’attirer votre attention.

Vous avez déjà effectué un changement de manche , alors vous pensez que vous l’avez couvert. Malgré la surcharge sensorielle, vous poussez dans l’ embrayage , prenez ce que vous pensez être la vitesse inférieure et soulagez l’embrayage. Au lieu de tituber comme prévu, vous êtes accueilli avec un violent coup, le moteur meurt et vous êtes presque projeté à travers le pare-brise.

Vous redémarrez le moteur, en pensant que vous avez mis le camion dans le mauvais rapport, et sélectionnez ce que vous pensez être le bon. Pourtant, le buzzer et la lumière causent des ravages à l’intérieur de la cabine. Peut-être que le freinage d’ urgence est toujours activé. Vous ne voyez pas de poignée ou de levier de frein que vous verriez normalement dans une voiture , alors vous décidez de laisser l’embrayage et de donner un autre coup de feu.

Beaucoup à votre embarras, la même chose arrive. Du coin de l’œil, vous voyez ce même contremaître qui vous hurle du quai de chargement. Frustré, vous sautez hors de la cabine et vous lâchez les bras en signe d’étonnement, alors que le superviseur renfrogné vous court vers vous.

Bienvenue dans le monde des freins à air. Dans cet article, vous apprendrez comment fonctionnent les aérofreins et leurs composants, comment entretenir un système de freinage pneumatique et pourquoi vous ne pouvez pas déplacer ce camion. Ensuite, voyons comment George Westinghouse vous a mis dans cette situation.

L’air est partout. Le fluide hydraulique ne l’est pas. Les trains, les bus et les semi-remorques utilisent des systèmes de freinage à air comprimé pour ne pas avoir à utiliser le liquide hydraulique dans les systèmes de freinage des voitures , qui peuvent s’épuiser en cas de fuite. Tous ces types de transport sont surchargés par de lourdes charges de passagers ou de marchandises, de sorte que la sécurité est de la plus haute importance. Une locomotive à vitesse excessive qui comptait sur des freins hydrauliques se transformerait en une balle d’acier mortelle si le système de freinage cassait soudainement une fuite.

Avant les freins à air comprimé, les trains utilisaient un système de freinage primitif qui nécessitait l’intervention d’un opérateur, ou d’un serre-freins, dans chaque voiture pour appliquer un frein à main au signal du directeur de train ou de l’ingénieur. Ce système manuel inefficace a été remplacé par des systèmes de freins à air directs , qui utilisaient un compresseur d’air pour faire passer l’air à travers une conduite de frein dans les réservoirs d’air de chaque voiture. Lorsque l’ingénieur a appliqué ces freins, le tuyau s’est rempli d’air et a serré les freins.

En 1869, un ingénieur du nom de George Westinghouse a réalisé l’importance de la sécurité dans l’ industrie ferroviaire relativement nouvelle et a inventé le premier système de freins à air à trois soupapes pour l’utilisation des wagons. Le système de Westinghouse fonctionnait à l’opposé d’un système de freinage pneumatique direct. Le système à trois soupapes remplissait trois fonctions, d’où son nom. Jetons un coup d’oeil à ces fonctions.

  1. Charge : Le système doit être mis sous pression avec de l’air avant que les freins ne se relâchent. Au repos, les freins restent engagés. Une fois que le système atteint sa pression de fonctionnement, les freins sont libérés et prêts à être utilisés.
  2. Application : Lorsque les freins sont appliqués, la pression de l’air diminue. Lorsque la quantité d’air diminue, la soupape permet à l’air de revenir dans les réservoirs, tandis que les freins se déplacent vers la position appliquée.
  3. Libération : Une fois les freins appliqués et l’air s’échappant après le freinage, la pression accrue libère les freins.

Au lieu d’utiliser la force ou l’air dirigé pour appliquer les freins à peu près comme du liquide hydraulique dans nos voitures, le système à trois soupapes remplit un réservoir d’approvisionnement et utilise la pression de l’air pour libérer les freins. En d’autres termes, les freins d’un système à trois soupapes restent complètement engagés jusqu’à ce que l’air soit pompé dans tout le système. Assez ingénieux, considérant que ce type de système avait une perte totale d’air, les freins s’engageaient et arrêtaient le train. Pensez-y lorsque vous faites un zoom sur l’autoroute et que vous appuyez sur la pédale de frein. Si le liquide de frein de votre voiture fuyait, vos freins ne fonctionneraient pas .

Le système à trois soupapes est le concept de base à l’œuvre dans les systèmes de freinage pneumatique actuels dans les trains, les autobus et les semi-remorques. Passons à la vitesse supérieure et apprenons comment fonctionnent les freins à air des véhicules routiers.

Avant d’en apprendre davantage sur les freins à air dans les véhicules routiers, voyons comment fonctionnent les freins de votre voiture. Quiconque a conduit une voiture sait quand il pousse la pédale de frein vers le sol, la voiture ralentit et finit par s’arrêter. Mais comment notre pied peut-il arrêter une voiture de 3 000 livres (1 361 kg) qui circule sur la route à haute vitesse?

Pour commencer, discutons des différents types de freins, puis nous explorerons les différents composants. Chaque véhicule roulant, y compris les trains, les camions semi-remorques, les autobus et les voitures, comporte l’un des deux types de systèmes. Les freins hydrauliques , que l’on trouve dans les camions légers et les voitures particulières, utilisent du liquide hydraulique ou de l’ huile pour actionner leurs freins. Les freins à air, que nous décomposerons dans la section suivante, utilisent l’air pour actionner leurs freins. Regardons les différences.

 

Dans un système hydraulique, le fluide est stocké dans un réservoir communément appelé maître-cylindre . Lorsque vous appuyez sur la pédale de frein, le liquide est pompé à travers les flexibles de frein ou les conduites dans les pistons montés sur chaque roue . Ces pistons de frein poussent soit contre deux patins de frein qui se dilatent et provoquent des frottements à l’intérieur d’un tambour de frein , soit contre une plaquette de frein qui serre sur un rotor de frein . Voici les composants d’un système de frein à disque hydraulique .

  • Réservoir de frein : Contient du liquide de frein hydraulique
  • Maître-cylindre : Dispositif qui pompe le liquide du réservoir vers les conduites de frein qui traversent le véhicule
  • Conduites de frein : Tuyaux tressés en caoutchouc ou en acier qui vont du maître-cylindre à chaque étrier de frein
  • Étrier de frein : Un boîtier en acier qui se monte sur un point fixe du rotor de frein qui contient un piston et des plaquettes de frein
  • Piston de frein : Une tige ronde qui s’étend et pousse contre une plaquette de frein lorsque le fluide hydraulique est alimenté par le maître-cylindre
  • Plaquette de frein : Une plaque de support en métal avec une superposition semi-métallique qui saisit le rotor en acier
  • Disque de frein : un disque en acier monté sur chaque roue et moyeu que les plaquettes saisissent pour empêcher les roues de tourner

Voici un aperçu de la façon dont certaines pièces s’insèrent dans un frein à disque.

Avant les freins à disque, les voitures utilisaient des freins à tambour . Les principaux mécaniciens étaient les mêmes, mais les freins à tambour utilisaient des mâchoires de frein installées à l’intérieur d’un tambour qui était monté sur le moyeu, par rapport à un rotor. Les freins à disque augmentent la puissance de freinage, car ils sont plus facilement refroidis et ont plus de surface à saisir. En outre, la poussière de frein, qui se forme lorsque les plaquettes de frein s’usent et diminue la capacité de freinage, est ventilée plus facilement avec les freins à disque qu’avec les freins à tambour. Pour plus d’informations sur les freins à disque et les freins à tambour, lisez Comment fonctionnent les freins à disque et comment fonctionnent les freins à tambour .

Maintenant que nous comprenons les principes fondamentaux des freins dans les trains et les voitures, parlons des gros appareils de forage et des autobus.

 

Les freins de base sont les systèmes de freins à air les plus courants dans les camions et les autobus et fonctionnent de la même manière que dans les wagons . En utilisant le principe de la triple soupape, l’air s’accumule à l’intérieur des conduites de frein ou des conduites d’air, libérant les freins. Pratiquement tous les véhicules routiers munis de freins à air disposent d’un système de déclenchement progressif où une augmentation partielle de la pression dicte une libération proportionnelle des freins.

Les composants suivants sont exclusifs à un système de frein à air de fondation dans un camion ou un autobus:

  • Compresseur d’air : Pompe l’air dans les réservoirs de stockage à utiliser dans le système de freinage
  • Régulateur de compresseur d’air : contrôle le point d’enclenchement et de coupure du compresseur d’air pour maintenir une certaine quantité d’air dans le ou les réservoirs
  • Réservoirs d’air : Tenir l’air comprimé ou sous pression à utiliser par le système de freinage
  • Vannes de vidange : Déposez les vannes dans les réservoirs d’air utilisés pour vider l’air lorsque le véhicule n’est pas utilisé
  • Clapet de pied (pédale de frein) : lorsqu’il est enfoncé, l’air est libéré des réservoirs du réservoir
  • Chambres de frein : Récipient cylindrique qui loge un régleur de jeu qui déplace un diaphragme ou un mécanisme de came
  • Poussoir : Une tige d’acier similaire à un piston qui relie la chambre de frein au régleur de jeu. Lorsqu’ils sont enfoncés, les freins sont relâchés. Si étendu, les freins sont appliqués.
  • Ajusteurs de jeu : Un bras relie la tige de poussée à la came de frein pour ajuster la distance entre les segments de frein
  • S-came de frein : Une came en forme de S qui pousse les mâchoires de frein à part et contre le tambour de frein
  • Sabot de frein : mécanisme en acier avec une garniture qui provoque un frottement contre le tambour de frein
  • Ressort de rappel : Un ressort rigide relié à chacun des segments de frein ramène les patins en position ouverte lorsqu’il n’est pas propagé par la came en S ou le diaphragme.

Au ralenti (pied du frein et système d’air du véhicule chargé), la pression de l’air dépasse le diaphragme ou la came en s est en position fermée, ce qui entraîne un système de freinage desserré. Dès que vous enfoncez la pédale de frein, la pression d’air diminue, faisant tourner la came en S et écartant les patins de frein contre le tambour. Le compresseur remplit les réservoirs et lorsque vous laissez la pédale se rétracter, la pression de l’air revient à l’état d’origine.

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Les freins à air d’ urgence complètent les systèmes de freins à air standard et peuvent être activés en tirant un bouton sur le tableau de bord (près de celui avec la lumière que nous avons vu dans l’introduction). Avant de pouvoir conduire un véhicule avec des freins à air, vous devez appuyer sur le bouton de frein d’urgence pour remplir le système d’air. Tant que le système d’urgence est sous pression, le frein d’urgence restera libre. Si le système a une fuite, la pression peut diminuer suffisamment pour enclencher le frein d’urgence. En outre, les camions lourds sont souvent équipés d’un frein d’échappement qui facilite le processus de freinage, mais cela dépend du moteur, pas du système de freinage pneumatique.

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