Uvod o primeni usporača-retarderaZadatak usporača je da obezbedi dugotrajno kočenje vozila na nizbrdicama, pri relativno

malim usporenjima, tako da se omogući kretanje vozila približno konstantnim brzinama. Pri dejstvu usporača vozilo radi u režimu kočenje pri konstantnoj brzini kretanja. Treba da se ima u vidu da u slučaju nedovoljnih performansi usporača vozilo može da se na dužim uzbrdicama ubrzava, tako da se pri režimu tzv. usporavanja, brzina vozila može čak i povećati. Osnovni zadatak usporača je da omogući kretanje vozila konstantnom brzinom na dužim nizbrdicama.

Korisno je da se bliže komentarišu propisi koji ove zahteve utvrđuju. U tom smislu treba spomenuti osnovni zakonski akt koji ova pitanja reguliše u Srbiji, tzv Pravilnik o uređajima, opremi, dimenzijama i ukupnim težinama vozila u saobraćaju na putevima koji traži da sva motorna vozila čija je masa veća od 9 tona, kao i vučna vozila mase preko 5 tona, namenjena za vuču prikolica masa preko 7 tona, moraju imati motorski ili neki drugi usporač.

Još veću snagu imaju propisi o homologaciji, tj. Pravilnik ECE-13. U ovom propisu se traži da sva vozila kategorije M 3 (autobusi), izuzev autobusa za gradski saobraćaj, moraju da zadovolje zahteve tzv. testa II-bis, koji se odnosi na performanse usporača. Ovim zahtevima se praktično traži da ova kategorija vozila ima usporač, a uz to se propisuju potrebne performanse ovih dopunskih kočnica. Zahtev je da usporač mora da obezbedi konstantnu brzinu od 30 km/h, na putu sa nagibom od 7% i dužine 6 km, ili kočno usporenje od najmanje 0,6 m/s2.

Ima dosta i nacionalnih propisa koji regulišu korišćenje usporača. Ovo je posebno izraženo u zemljama koje imaju puno puteva u brdsko-planinskim područjima, kao što je npr. Švajcarska. U ovoj zemlji je obavezna ugradnja usporača na vozilima bila još davno utvrđena i ima vrlo široke okvire. Švajcarski propisi traže da se usporači moraju koristiti i na svim vučnim vozilima, tj vozilima koji rade sa prikolicama, čija je masa veća od 3,5 tone, s tim što opterećeno vozilo kada se kreće bez prikolice, dejstvom usporača mora da obezbedi usporenje od najmanje 0,5 m/s2.

Sve ove obaveze za korišćenje usporača, odnosno dopunske kočnice, rezultat su činjenice da se frikcionim kočnicama koje se koriste za radno i pomoćno kočenje objektivno ne mogu obezbediti dugotrajna kočenja, čak i sa relativno malim usporenjima, pošto ove kočnice nisu u mogućnosti da rade na visokim radnim temperaturama, koje bi se u tim uslovima ostvarile. Drugim rečima,frikcione kočnice i pored vrlo visokih snaga ne mogu da obezbede i energetske potencijale koji su potrebni za dugotrajno kočenje na većim padovima. Pa čak i u slučajevima kad bi se preuzimanjem posebnih konstrukcijskih mera, tj. posebnih sistema hlađenja ili odvođenja toplote, to i omogućilo, bar u nekim prihvatljivim granicama, usporenje bi se vršilo uz značajno habanje frikcionih oblog kočnica, što bi iziskivalo njihovu čestu zamenu. Iskustvo pokazuje da se primenom usporača vek frikcionih obloga povećava za više od tri puta, što

1

značajno smanjuje troškove eksploatacije, pa i opravdava dodatne investicije koje se odnose na ugradnju usporača.

Konstrukcije usporača mogu da se rešavaju na više načina, na više koncepcijskih osnova. Objasniće se najčešća i najkarakterističnija rešenja.

MOTORSKI USPORAČI

Usporači se najčešće rešavaju na bazi kočnog dejstva motora sa unutrašnjim sagorevanjem koji se koristi za pogon vozila. Ovo je najjednostavnije i vrlo ekonomično rešenje. Osnovu ovih rešenja čini svojstvo motora da pri prekidu dovoda goriva razvija kočni moment koji se suprotstavlja kretanju vozila. Uslov je da motor pri tome bude preko spojnice vezan za pogonske točkove tj. da spojnica bude uključena, a u menjačkom stepenu mora biti uključen određen stepen prenosa. U tom smislu kočno dejstvo motora zavisi od broja obrtaja i uključenog stepena prenosa. Ukoliko se uz to posebnim ventilom ili tzv. motorskim usporačem zatvori i izduva grana motora, tj. ako se ometa izduvavanje vazduha iz radnog prostora motora, motor se prevodi na režim rada kompresora, sto kočno dejstvo snažno povećava.

Kočno dejstvo motora može da se dobro sagleda na slici 1, koja prikazuje poznati p-v dijagram, odnosno zavisnost pritiska u cilindru (p) od zapremine (v) za tri karakteristična slučaja. Shema (a) odgovara radu motora na prazno (sa minimalnom količinom goriva), shema (b) odgovara normalnom radu motora,

Slika.1

pri čemu šrafirana površina predstavlja rad koji motor ostvaruje, tj. energiju koja se koristi za pogon vozila, dok dijagram (c) odgovara režimu kočenja sa radom koji se ostvaruje u procesu usporavanja vozila (šifrirana površina u hodu izduvavanja). Ovo se bolje vidi i na slici 2, koja prikazuje isti dijagram, ali samo hodove usisavanja i izduvavanja pri radu motorskog usporača. Primer se odnosi na jedan šestocilindrični motor sa motorskim usporačem u izduvnoj grani.

Na dijagramu slike 2 naznačeno je da je pritisak u izduvnoj grani u trenutku otvaranja izduvnog ventila (tačka 1) značajno veći nego pritisak u cilindru. Zato se u prvom trenutku cilindar puni sabijenim vazduhom iz izduvne grane sve dok se pritisci ne izjednače. Zatim, u

2

prvom delu hoda izduvavanja dolazi do sabijanja vazduha i u cilindru i u izduvnoj grani sve do tačke 2. Tada dolazi do blagog pada pritiska, što je rezultat otvaranja sledećeg cilindra (koji je vezan za istu izduvnu granu). Posle tačke 3 dolazi ponovo do porasta pritiska, pošto je izduvni ventil skoro potpuno zatvoren, da bi u tački 4, kada se otvara usisni ventil, sabijeni vazduh iz cilindra strujao prema usisnoj grani. Strujanje vazduha zatim počinje na način koji u osnovi odgovara normalnom radu motora.

Slika.2

Kočno dejstvo motora se značajno povećava ugradnjom usporača u njegovu izduvnu granu. Ovo se dobro vidi iz uporednog prikaza usporenja koja se mogu ostvariti motorom sa i bez usporača za različite vrste motora, odnosno njegovog punjenja – slika 3. Upoređenje je dato u odnosu na specifičnu snagu, tj. odnos snage ugrađenog motora i ukupne mase vozila, za tri vrste motora: sa normalnim punjenjem (beli kružići), sa turbopunjenjem (crni kružići) i sa mehaničkim nadpunjenjem (krstići). kao što se vidi, ugradnjom usporača povećava se kočno dejstvo za skoro tri puta, i to posebno snažno ako se radi o većim specifičnim snagama. U tom smislu, je značajno podvući da se usporačem mogu ostvariti usporenja i preko 0,6m/s2, što je granica koja se utvrđuje u mnogim zemljama. Ipak, u najvećem broju slučajeva usporenja koja usporač može da ostvari su nešto manja, a kod malih specifičnih snaga i sasvim nedovoljna (ispod 0,4 pa i 0,3m/s2). Zato se za mnoga vozila moraju koristiti usporači druge vrste, koji obezbeđuju veća kočna usporenja.

Ocena sposobnosti motora za usporavanje vozila može na pregledan način da se analizira i u dijagramu koji daje zavisnost usporenja od brzine vozila, odnosno od broja obrtaja motora. Jedan ovakav primer je dat na slici 4.

3

Slika.3 Slika.4

Punim linijama su prikazane krive usporenja koje se ostvaruju kada se koristi motorski usporač, a isprekidane odgovaraju kočnom dejstvu samog motora, bez usporača. Na donjem delu dijagrama prikazana je i kriva koja odgovara usporenju koje se postiže dejstvom otpora kretanju tj. otpora kotrljanju, i otpora vazduha (Rf+Rv). I ovi podaci su rezultati ispitivanja, tako da se ne mogu uopštavati. Ipak, vidi se da se motorskim usporačem ne mogu efikasno usporavati vozila velikih masa, naročito ako se radi o relativno malim brzinama kretanja i relativno malim brojem obrtaja motora. To je još jedan dokaz da za vozila velikih masa ( a i relativno malim specifičnih snaga) treba koristiti usporače viših mogućnosti, tj. viših radnih karakteristika. Ipak, mora se imati u vidu da se posebnim konstrukcijama usporača, koji efikasnije utiču na promenu sistema regulisanja motora, tj. na promenu razvodnog mehanizma, uz pomoć odgovarajućih ventila i posebnog režima njihovog rada mogu ostvariti vrlo visoke performanse, značajno iznad efektivne snage motora. Na primer, navodi se da se kod motora snage 217 kW na zamajcu može ostvariti kočna snaga na zadnjim točkovima ranga 260 kW, odnosno skoro 120%/127/. Slični rezultati su ostvareni uvođenjem sistema boljeg upravljanja razvodom. Kočno dejstvo motora, odnosno motorskog usporača značajno zavisi i od stepena prenosa u menjačkom prenosniku. Ukoliko se vozilo kreće u nižim stepenima prenosa, kočno dejstvo motora je izraženije. Ovo je demonstrirano na dijagramu zavisnosti kočne sile na kočenim točkovima od brzine kretanja, koji je analogan tzv. vučnom dijagramu transportnih vozila – slika 5. Ilustracije radi, pokazane su kočne sile u II i III stepenu prenosa, sa i bez korišćenja motorskog usporača. Iako se radi o načelnoj shemi, ona dovoljno jasno ilustruje uticaj stepena prenosa u menjačkom prenosniku na kočno dejstvo motora, a takodje i efekte koji se postižu motorskim usporačem (veća brzina kretanja vozila na nizbrdici – na primer u III stepenu prenosa sa usporačem umesto u II stepenu bez usporača, na istom usponu u4).

Motorski usporač je, kako je već rečeno, u suštini jedan složeni uređaj, koji izvršava pre svega sledeće osnovne funkcije: zatvaranje izduvne grane motora i prekidanje dovoda goriva u motor. To znači da u opštem slučaju motorski usporač mora da ima i dve posebne komande. Ovo je ilustrovano na načelnoj shemi na slici 6. Kao što se vidi, na izduvnu granu motora (3)

4

postavljen je ventil (2) koji komandom (1) može potpuno ili delimično da zatvori izduvnu granu. Istom komandom, a preko polužja (5), zatvara se i dovod goriva u pumpu visokog pritiska.

Osim ručne komande, skicirane na slici 6, usporač može da se aktivira i nožnom komandom, a komandni mehanizam može biti ne samo mehanički već

Slika.5 Slika.6

i pneumatički ili hidraulički. Jedna tipična instalacija pneumatičkog prenosnog mehanizma dopunske kočnice, odnosno motorskog usporača prikazana je na slici 7 (firme PPT-WABCO). Kao što se vidi, motorski usporač se u ovom slučaju aktivira pomoću releja (1), koji napon dobija od električnog prekidača postavljenog neposredno uz pedalu radne kočnice. Tako će se pri svakom pritiskivanju pedale radne kočnice najpre aktivirati motorski usporač da bi tek u daljem hodu pedale bila aktivirana i radna kočnica. Električni signal koji se ovako dovodi releju (1) vodi se dalje na pneumatički prekidač (2), koji sabijeni vazduh iz rezervoara (3) preko prelivnog ventila (4) i upusno-ispusnog ventila (5) propušta u radni cilindar (6), za komandovanje ventilom u izduvnoj grani (7), i do radnog cilindra (8), koji zatvara dovod goriva u pumpu visokog pritiska.

Slika.7

5

Važne komponente ovog prenosnog mehanizma su upusno-ispusni ventil, koji puni i prazni radne cilindre usporača, kao i sami radni cilindri. Shema ovog ventila je data na slici 8, dok su na slici 9 prikazane sheme radnog cilindra za komandovanje ventilom u izduvnoj grani (a), odnosno za zatvaranje dovoda goriva u pumpi visokog pritiska (b). Sheme su jasne pa ne traže posebna objašnjenja.

Slika.8

b)Slika.9

6

I, na kraju, na slici 10 prikazano je nekoliko karakterističnih izvođenja ventila za zatvaranje izduvne grane. Konstrukcije (a), (b) i (c) predstavljaju tzv. leptiraste ventile, kakvi se obično koriste u cevovodima, posebno u izduvnim sistemima grejnih instalacija. Shema (d) prikazuje konstrukciju sa zasunom,

Slika.10

koji se po potrebi uvlači, odnosno izvlači iz izduvne cevi, dok leptirasti ventil zatvaraju, odnosno otvaraju cev okretanjem osnovice na kojoj se navlači leptirasti zatvarač. Konstrukcije sa leptirastim zatvaračem su mnogo češće.

ELEKTRODINAMIČKI USPORAČI

Elektrodinamički usporači, kako je već naglašeno, rade na principu vrtložnih (tzv. Fukoovih) struja. To su, u stvari, generatori elektromotorne sile, čiji se rotor pokreće od točkova vozila, odnosno kod kojih se generisanje elektromotorne sile vrši na račun energije kretanja vozila. Usporač je rešen tako da se između dva elektromagneta obrće metalni disk, koji je preko prenosnog mehanizma vezan za točkove vozila. Ako elektromagneti nisu pod naponom, disk se

7

obrće slobodno, ne stvarajući praktično nikakav otpor kretanja. Ukoliko se, međutim, elektromagneti dovedu pod napon (obično 24V), dolazi do generisanja vrtložnih struja u masivnom disku, te on počinje da se usporava. Istovremeno se na račun energije koja se troši za generisanje vrtložnih struja zagreva disk. Ako se struja kojom se napajaju elektromagneti podešava pomoću nekog otpornika, kočni moment koji se stvara na disku menja se u srazmeri sa promenom struje napajanja. Tako može da se podešava kočno dejstvo elektrodinamičkih usporača.

Najpoznatiji proizvođač ove vrste usporača, koji je ovaj program počeo da proizvodi još pre 30 godina (iako je prvo rešenje staro preko 50 godina) je francuska firma TELMA, pa se često i ova vrsta usporača naziva samo TELMA.

Slika.11

Postoji više konstrukcija usporača ove firme, a više kategorija za primenu na vozilima različitih ukupnih masa. Na slici 11 prikazan je dijagram kočnog momenta u zavisnosti od broja obrtaja rotora elektrodinamičkog usporača TELMA, za četiri veličine magnetnog fluksa, koji se podešava strujom napajanja elektromagneta (usporač se isporučuje sa komandnim mehanizmom, koji ima četiri položaja – puna snaga kočenja, ¾, ½ i ¼ snage). Mogućnosti podešavanja su, dakle, vrlo velike.

Na slici 11 prikazano je kako se menja kočno dejstvo ovog usporača pri zagrevanju rotora. Isprekidanom linijom je pokazana promena kočnog momenta pri najvećem magnetnom fluksu

8

(puna snaga kočenja) u slučaju da je temperatura rotora 400C. Razlike su značajne, ali je bitno da u ovom režimu usporač može trajno da radi. To se ni sa jednom frikcionom kočnicom ne bi moglo ostvariti. Temperature rotora mogu biti i znatno više od ovoga, čak i preko 600C, što se praktično nikad ne ostvaruje.

Širi uvid u mogućnosti usporavanja vozila ovom vrstom usporača dobija se iz slike 12. Ovaj grafik prikazuje dijagrame kočne snage (pri maksimalnim magnetom fluksevima) za više tipova usporača firme TELMA. Kočne snage su, kao što se vidi, relativno velike (postoji i usporač tipa CC 300, koji daje još veće snage). Pri tome se radi o trajnim snagama, koje ovi tipovi usporača mogu da razvijaju i pri relativno visokim temperaturama rotora tj. bez ikakvih ograničenja, odnosno trajno. Proizvođač navodi, s tim u vezi, da se kratkotrajno usporač može opteretiti i dva puta većim snagama, a da pri radu na hladno, odnosno dok se rotor ne zgreje na temperature nivoa 300 do 400C, snaga može biti i četiri puta veća. Zbog ovakvih svojstva usporači TELMA se široko koriste za usporavanje vozila velikih masa, a posebno autobusa i vučnih vozova.

Slika.12

Na slikama 13 i 14 prikazane su dve tipične konstrukcije elektrodinamičkih usporača firme TELMA. Prvo rešenje odgovara datom načelnom opisu, tj. usporačima tipa CA i CC (na koje se odnose karakteristike date na slici 12). Rotor je izveden kao dvodelni, (1) i (2), a stator (6), koji nosi namotaje elektromagneta, nalazi se u kućištu (3). Rotori su čvrsto vezani za vratilo (4), koje je oslonjeno u ležišta (5), a veza sa prenosnim mehanizmom, odnosno transmisijom vozila ostvaruje se preko prirubnica (7). Ležišta vratila se nalaze u kućištu (10), što omogućava podmazivanje mašću pomoću mazalica (9). Prostor u kućištu je oduškom (8) spojen sa atmosferom.

9

Slika.13

Slika.14

10

Konstrukcija na slici 14 je relativno nova. U ovom slučaju usporač se vezuje neposredno za vratilo koničnog zupčanika glavnog prenosnika, što omogućava lakšu ugradnju, uz manje konstrukcijskih problema. I ovde postoje dva rotora, (1) i (2), a namotaji statora (6) se nalaze u kućištu (3), isto kao i kod prethodnog rešenja. Veza sa vratilom ostvarena je pomoću prirubnice (3), preko adaptacionog elementa (7), koji se podešava konstrukciji vratila, odnosno vozilu u koje se usporač ugrađuje.

Na oba ova crteža naznačene su i dve mere o kojima pri ugradnji treba posebno voditi računa.To se pre svega, odnosi na zazor koji mora da se obezbedi između rotora i statora, što je na crtežima naznačeno sa E. Ovaj zazor propisuje proizvođač, za svaki tip usporača posebno. Ovaj zazor se podešava podmetačima , čija se debljina može menjati (odnosno može se ugraditi jedan ili više podmetača).

Instalacija u sistemu prenosa snage Instalacija na pogonskoj osovini

Retarder je instaliran između menjača i kardanskog prenosnika putem nezavisnih nosača

11

Retarder je instaliran na menjaču sa adapterom

Retarder je instaliran na diferencijalu pogonskog mosta sa adpterom

HIDRODINAMIČKI USPORAČI

Naporedo sa elektrodinamičkim usporačima, na privrednim vozilima velikih ukupnih masa poslednjih godina se sve više koriste i hidrodinamički usporači. Ovi usporači, kako je ranije objašnjeno, u osnovi su hidrodinamički prenosnici, s tim što je jedno kolo blokirano, tj. čvrsto vezano za noseću strukturu vozila. Drugim rečima, hidrodinamički usporač je jedan hidrodinamički prenosnik koji radi stalno na režimu potpunog, odnosno 100% klizanja.

Princip rada i izvođenja hidrodinamičkih usporača prikazan je shematski na slici 15. Šema odgovara usporaču sa dva pumpna i dva turbinska kola, s tim što su pumpna kola (1) vezana za vratilo (2), koje je u vezi sa točkovima vozila, dok su turbinska kola (3) vezana za noseću strukturu (4). U slučaju potrebe usporavanja vozila u tako formiran radni prostor dovodi se odgovarajuće ulje, odnosno radni fluid (5). Zahvaljujući obliku i radnim uglovima lopatica u oba radna kola (pumpi i turbinu) javljaju se odgovarajući kočni momenti, koji se preko nepokretnog turbinskog kola prenose na noseću strukturu vozila. Kada prestane potreba za usporavanjem, radni fluid se ispušta iz radnog prostora.

12

Slika.15

Rad ovog prenosnika na potpunom klizanju opet je skopčan sa generisanjem velikih količina toplote, pa i sa zagrevanjem radnog fluida. Da bi ovakav usporač mogao da radi duže vreme, neophodno je da se ta količina toplote oduzme, tj. da se obezbedi sistem hlađenja. To se može rešiti na razne načine. Jedna interesantna instalacija je prikazana na slici 16. U ovom slučaju usporač (1) se hladi vodom koja se koristi i za hlađenje motora, tj. koristi se jedinstven sistem za hlađenje, sa hladnjakom (6) i pumpom (7). Ovo je vrlo ekonomično i dobro rešenje, a omogućava i da se toplota koja se generiše u usporaču koristi u zimskim periodima za zagrevanje kabine vozila. Zagrevanje kabine zimi je obično relativno složen problem, koji zahteva ugradnju posebnih grejača. Sistemom hlađenja usporača na način objašnjen na slici 16 ovaj problem se efikasno rešava. Treba naglasiti da se intenzitet hlađenja usporača može regulisati ručno, ventilom (8) i ručicom (3), a u zavisnosti od temperature, koja se meri termometrom (4) sa davačem (5), koji je porinut u vodu u hladnjaku (6). Pored dovodne i odvodne cevi u sistemu je i oduška (2), koja je takodje povezana sa hladnjakom.

13

Slika.16

Postoje i druga rešenja, a jedno od njih je prikazano na slici 17. U ovom slučaju hladi se neposredno radni fluid koji se cevima (5) dovodi u usporač, odnosno odvodi iz usporača (1) vezanog za prenosnik (2). Količina radnog fluida u usporaču može da se menja, čime se utiče i na kočne karakteristike tj. menja se kočni moment. Ovo je ostvareno radnim cilindrom (3), koji radi sa sabijenim vazduhom, a kojim se komanduje ventilom (4). Radni fluid se dovodi u razmenjivač toplote (6), koji je crevima (7) i (8) vezan sa hladnjakom. Ovaj hladnjak može biti takodje zajednički, tj. deo sistema za hlađenje motora, a može biti i poseban, samo za ovu namenu.

Slika.17

Hidrodinamički usporači mogu takodje da razviju vrlo velike snage kočenja, a mogu da rade i u dužim vremenskim periodima. Ovo je ilustrovano na slici 18, tj. na dijagramu radne karakteristike jednog od najsnažnijih usporača poznate firme VOITH iz SR Nemačke. Ovaj usporač može pri 2000 o /min pumpnog kola da ostvari kočnu snagu između 50 i 630 kW (na dijagramu označeno sa min i max), zavisno od količine fluida u radnom prostoru. Nasuprot tome, gubici koji postoje kada usporač radi na prazno, tj. kada se ispusti radni fluid, imaju sasvim umerene vrednosti. To je postignuto ugradnjom posebnih spojnica koje oslobađaju turbinsko kolo, odnosno stator, što je pokazano na slici 18b. Vidi se da pri 2000 o/min gubitak snage iznosi nešto preko 2 kW, dok je bez ovih spojnica znatno veći (isprekidana linija).

14

Slika.18

Visoke performanse ovog usporača vide se i na slici 19. Na dijagramu (a) je najpre pokazana karakteristika kočnog momenta, takodje za minimalno i maksimalno punjenje radnog prostora, a na dijagramu (b) sposobnost usporavanja vozila na ravnom putu. Radi se o vozilu ukupne mase 13,7 t, a posmatrana su usporenja koja su ostvarena u svakom od šest stepeni regulisanja punjenja, tj. sa šest različitih punjenja radnog prostora. Iz gradijenta pada brzine vidi se da se u I stepenu može ostvariti kočni koeficijent jednak 3,3% (tj. usporenje od 0,33 m/S2), u II stepenu 5,3%, u III stepenu 7,3%, IV stepenu 9,3%, u V stepenu 11,2% i u VI stepenu regulisanja kočni koeficijent od 13,3%. S tim u vezi treba se podsetiti da većina pozitivnih propisa koji se odnose na usporače smatra zadovoljavajućim usporenje od 0,6 m/s2, tj. kočni koeficijent od 6%. To znači da je usporač čije su karakteristike prikazane na slici 19 predimenzionisan za vozilo ukupne mase 13,7 tona, od nosno da se uspešno može koristiti i na vozilima znatno većih snaga.

Slika.19

Hidrodinamički usporači se često konstrukcijski rešavaju kao integralni deo automobilskih menjača. Ovo je posebno izraženo kod savremenih automatskih menjača za autobuse i privredna vozila velikih masa, zatim za odgovarajuće menjače koji se ugrađuju u radna vozila velikih

15

masa, za građevinarstvo i druge namene. U ovom slučaju se i radne karakteristike usporača prikazuju uporedo sa odgovarajućim vučnim karakteristikama. Ovo je, primera radi, prikazano na slici 20, koja prikazuje radne karakteristike hidrodinamičkog prenosnika firme MTU. U dijagram su unete vučne sile (Fv) i sile (Fk)i to sa i bez uključenog reduktora . Vidi se da su kočne sile pri visokim brzinama kretanja skoro dvaput veće od vučnih sila. Radna karakteristika ove vrste hidrodinamičkih usporača može da se prikaže i u vidu zavisnosti kočne snage od brzine kretanja. Ovakav primer, koji se odnosi na automatski prenosnik firme ALLISON, dat je na slici 21. U dijagram su unete snage kočenja za svaki od četiri stepena regulacije (što odgovara stepenima prenosa u menjaču, uz napomenu da se usporavanje ne može ostvariti u svim stepenima prenosa), a i krive potrebnih snaga za usporavanje na određenim padovima. Iz ovog dijagrama se lako vidi na kojim nizbrdicama i pri kojim brzinama ovaj usporač može efikasno da usporava vozilo u pojedinim stepenima regulisanja.

Slika.20 Slika.21

FRIKCIONI USPORAČI

Naglašeno je već da korišćenje sila trenja za transformaciju energije koja treba da se oduzme vozilu pri kretanju na dužim padovima u načinu nije privlačno. Razlog je što frikcioni materijali nisu u stanju da efikasno izvršavaju svoju funkciju na visokim radnim temperaturama, koje su u procesu usporavanja praktično neizbežne. I pored toga ima dosta pokušaja da se usporači reše na ovom principu. Iako najveći broj frikcionih usporača nije dostigao potrebne nivoe, neke konstrukcije privlače pažnju mnogih proizvođača vozila. Ono što ova rešenja čini dobrim, pa u izvesnom smislu im da je i prednost nad usporačima drugih principa rada, jeste sposobnost usporavanja i pri vrlo malim brzinama kretanja, tj pri vrlo malim brojevima obrtaja. Naime, iz prikaza radnih karakteristika svih dosada opisanih usporača zapaža se da oni ostvaruju visoke performanse samo pri relativno visokim brzinama kretanja, odnosno pri velikim brojevima obrtaja obrtnih elemenata usporača. Kod frikcionih usporača ovih ograničenja nema. Oni se mogu uspešno koristiti i pri vrlo malim brzinama, pa u tom smislu mogu preuzeti i deo zadataka koji normalno izvršava radna kočnica. Ove prednosti frikcionih usporača, međutim,

16

često ne mogu da kompenzuju nedostatke, odnosno nesposobnost dugotrajnog rada pri visokim radnim temperaturama.

Jedna relativno uspela konstrukcija frikcionog usporača prikazana je na slici 22. To je usporač poznate engleske firme FERODO (proizvođač frikcionih materijala), koji se ugrađuju u autobuse firme LEYLAND/132/. Shema ugradnje ovog usporača na vozilo, zajedno sa instalacijom za hlađenje ulja (uz pomoć vode, preko razmenjivača toplote sličnog rešenja na slici 17) data je na slici:

gde je slika 22

Slika.22

Slika.23

Ovaj frikcioni usporač je u suštini jedna višelamelasta frikciona spojnica, koja radi u uslovima vlažnog trenja, sa hidrauličkim komandovanjem. Usporač je smešten u dvodelno kućište (1), vezano za noseći deo vozila, s tim što levi deo kućišta služi za smeštaj frikcionih lamela, a desni kao korito ulja. Ulje se dovodi u usporač kroz otvor (2), pod dejstvom pumpe (3) koja se nalazi na vratilu i povlači ulje kroz otvor (4). Kada je usporač uključen, jedan deo ulja prolazi kroz recirkulacioni otvor (5), a jedan deo kroz otvor (6). Kada se pomoću ventila (7),

17

kojim komanduje pneumatički cilindar (8), zatvori otvor (5), sva količina ulja se upućuje kroz izlazni otvor (6), prema hladnjaku. Ovo je pokazano na slici 23. Pošto prođe kroz hladnjak, odnosno pošto se ohladi, ulje ulazi u usporač kroz otvor (9) i dolazi do frikcionih lamela. Paket lamela se sastoji od frikcionih ploča (10), postavljenih na glavčinu (11), i metalnih, nepokretnih ploča (12), vezanih za kućište osovinicama (13). Uključivanjem frikcionih lamela, tj. pritisak na frikcione površine, postiže se uz pomoć membranskog radnog cilindra (14), u koji se dovodi ulje pod pritiskom kroz ventil (15).

Iako sa dosta sastavnih elemenata, konstrukcija ovog usporače je relativno jednostavna. Osnovni problem pri ovakvom rešenju , je odvođenje toplote, tj. instalacija za hlađenje. Pri tome je bitno ograničenje da temperatura na frikcionim površinama, čak i u slučaju primene sinterovanih frikcionih materijala visokih radnih sposobnosti, mora biti relativno ograničena. To diktira i ulje u kome rade ovi frikcioni elementi. Nasuprot tome, ovaj usporač može biti veoma efikasan i to čak pri vrlo malim brojevima obrtaja.

Scania retarder

The Scania Retarder is the vital component at the heart of a remarkable driving aid: an integrated braking system. Fitted to the output end of the gearbox, the unique Scania Retarder provides the means for slowing road speed without constant use of the service brakes or exhaust brake. In 4-series vehicles, it is fully integrated with the service brakes and exhaust brake - and also, if fitted, cruise control and Opticruise. The driver can choose to have complete control over all these functions without having to actuate each one individually.

Scania has developed the concept of service brakes supplemented with auxiliary systems a major step forward with the creation of a fully integrated and interacting system where all individual components now

18

work as a single simple system. The retarder works well in conjunction with the exhaust brake to minimise reliance on (and use of) the service brakes.

Though both the retarder and exhaust brake can be manually operated at the discretion of the driver, they are also automatically brought into effect when the brake pedal is applied. This means the driver always has the option to use each individual component of the integrated brake system. But in the automatic mode, he does not have to divide his attention to three separate systems. All three braking modes can be brought into action at the right moment with just one steady application of the foot pedal.

Pomoćni kočioni sistem sadržan je u SCANIA retarderu i omogućuje snagu kočenja do 885 hp(konjskih snaga) (650KW) bez upotrebe kočnica na točkovima. Operacije su jednostavne sa upotrebom manuelne ili automatske aktivacije. Sistem sačinjava integrisana kompjuterska kontrola retardera zajedno sa motorom (EDC), ABS i automatska trkciona kontrola (TC). Glavne beneficije pri upotrebi Scania retardera su bolja operativna ekonomičnost i povećana sigurnost na putu. Sistem poseduje sledeće karakteristike:

Hidrodinamički retarder integrisan u menjaču,

Hlađenje preko standardnog motornog sistema za hlađenje preko toplotnih izmenjivača,

Postepena kontrola snage kočenja u zavisnosti od temperature hlađenja,

Funkcionanost integrisana sa ostalim on-board elektronskim sistemima,

Aktivacija preko kočione pedale ili preko poluge na instrument tabli,

Mogućnost bržeg zagrevanja motora sa svetlom aktivacije retardera,

Ugradivost u pregledu otkaza preko Scania diagnos 2,

Patentirana aktivacija kontrole brzine na nizbrdici,

Patent primenjen za sistem kontrole snage kočenja.

Scania retarder se ugrađuje u vozilo u fabrici i zbog toga je pokriven odgovarajućim Scania servisima. S obzirom da je integrisani deo menjača, lakši je u težini od ostalih retardera. Od njegovog predstavljanja 1993, postoji potražnja za Scania retarderom. Oko 40% svih Scania kamiona prodatih u Evropi su opremljeni ovim uređajima i potražnja raste uvek.

Sigurnost i ekonomija

Jedna od najvećih prednosti je znatna redukovanost istrošenosti kočnica s obzirom da zahteva samo 25% upotrebe kočnica na točkovima. Ako je potrebna dodatna snaga kočenja kočenje preuzimaju kočnice na točkovima s obzirom da su hladne i nekorišćene.

Funkcionalnost

19

Retarderova kontrola se sastoji od kočionog džojstika ugrađenog na instrument tabli sa pet položaja, prekidačem za uključivanje i isključivanje automatskih operacija. U automatskom modu retarder radi sa prvim pomeranjem kočione pedale. Pre primene kočnice na točkovima, može da oseti poziciju na kočionoj pedali i može da koči stopalom uobičajeno podešavajući pritisak na pedali tako da samo retarder bude uključen. Poluga retardera može biti korišćena da obezbedi sličan stepen manuelnih retarderskih aktivacija u 5 faza.

Kontrola brzine na nizbrdici

Scania retarder sistem takođe dozvoljava vozaču da održava konstantnu brzinu na nizbrdici. Vozač aktivira ovu funkciju dodirom kočione pedale jednom pri zahtevanoj brzini na nizbrdici. Ova brzina se sada održava konstantnoj s obzirom da retarder reguliše brzinu lako i postepeno, čak i aktivira dodatno kočenje kada je potrebno. Ako vozač želi da smanji brzinu preko retardera, ranije još na nizbrdici, npr. ako se približava oštrom skretanju, kočiona pedala ili poluga može se normalno koristiti, odnosno odmah se aktiviraju retarderske funkcije. Ako je kontrola brzine spuštanja na nizbrdici aktivirana preko tastera na poluzi na početku nizbrdice, vozilo će nastaviti sa početnom brzinom kada vozač oslobodi kočionu pedalu. Kontrola brzine se isključuje kada vozač dodirne pedalu spojnice.

Zagrevanje motora

Motor može biti zagrejan aktivacijom retardera pri hladnom startu. Pre pokretanja startera, vozač pritiska set tastera na kraju poluge retardera. Taster se otpušta posle 3 sekunde nakon startovanja motora. Toplota koju sad retarder generiše se prenosi na rashladni sistem,koji zbog toga greje motor i kabinu vozača. Kada motor postigne normalnu radnu temperaturu, funkcije zagrevanja se automatski gase.

Scania dijagnoze

Karakteristike retardera su ugrađene u dijagnostički sistem koji upozorava vozača na probleme aktivacijom svetla upozorenja na instrument tabli. Scania servis može da uđe kasnije u dublju dijagnozu problema uz pomoć lat-top računara. Analiza otkaza je brza i sistem identifikuje tačno šta treba popraviti.

VOITH retarderSecondary Brake System

Already since 1968 Voith Turbo offers secondary braking systems for road vehicles. Voith secondary retarders are installed in the power train after engine, coupling and gearbox. This arrangement after the gearbox is referred to as "secondary". There are two attachment and installation options of the Voith secondary retarder, that is, the retarder is either integrated into the gearbox or attached to it. The second variant is the so called "free installation", the retarder is directly integrated into the cardan shaft train of the vehicle and connected by two universal joint shafts to the gearbox and the rear axle, respectively.

A special quality of the secondary retarders is their independence from the selected gear, the brake force is thus not cut during gear shifts.

20

Voith Retarders are hydrodynamic brakes and feature a very simple structure: two impellers are facing another. The rotor and the stator. Between their chambers there is oil. The rotor is connected to the universal joint shaft of the vehicle, the stator to the stationary housing of the retarder. The rotor, driven by the universal joint shaft accelerates the oil, which is decelerated by the stator. This in turn decelerates the rotor and thereby brakes the vehicle.

1. menjač2. ulazni zupčanik3. ulazna osovina4. pumpno kolo5. reaktorsko kolo6. nezavisni sistem za podmazivanje7. razmenjivač toplote8. kardansko vratilo

Attached to the gearbox (1) Free-mount installation free access to the gearbox (2)

Own oil supply

Ideal for retrofitting

http://www.voithturbo.com/vt_en_paa_road_retarder_sbs.htm

http://www.industrialbrake.com.au/driveline_retarders.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Retarder_(mechanical_engineering)

A retarder is a device used to augment or replace some of the functions of primary friction-based braking systems of (usually) heavy vehicles.

21

Torque converter, opened, interior similar to a retarder

Friction-based braking systems are susceptible to 'fade' when used extensively, and this can become dangerous if the braking performance drops below that required to stop a vehicle -- for instance if a lorry or coach is descending a long incline. For this reason, such heavy vehicles are frequently fitted with a supplementary system that is not friction-based.

Retarders are not restricted to road vehicles, but may also be used also in railway systems. The British prototype Advanced Passenger Train used hydraulic retarders to allow the high-speed train to stop in the same distance as standard lower speed trains, as a purely friction-based system was not viable.

Retarders serve to slow vehicles down, or maintain a steady speed on inclines. They are usually not capable of bringing vehicles to a standstill, as their effectiveness diminishes at low speeds. They are usually used to slow vehicles down, with the final braking being carried out by a friction brake. As the friction brake does not then need to be used so much, particularly at higher speeds, the service lifetime of friction brakes is enhanced.

This article appears to contradict another article. Please see discussion on the linked talk page.

The engine brake

Petrol-engined vehicles

Most petrol-driven car drivers are familiar with the use of so-called engine braking to descend inclines: put the car in low gear and do not use the accelerator. The retardation effect is not caused by friction in the engine (although that does make a contribution), but by the fact that with the throttle closed, air cannot enter the cylinder on the intake stroke of the pistons. Essentially, a partial vacuum is being created at each intake stroke, and the energy required to create this partial vacuum comes from the transmission, hence retarding the motion of the vehicle.

Diesel-engined vehicles

22

Diesel-engined vehicles do not have a throttle, as they regulate power output purely by the volume of fuel sprayed into the cylinders, so the engine braking generated by creating partial vacua at each intake stroke in petrol engines does not apply to diesel engined vehicles -- they are quite 'free-running'. However Clessie M. Cummins, founder of Cummins Engine Company, realised that by opening the cylinder exhaust valves when the piston reached top dead centre, rather than at the end of the power stroke the accumulated compressed air in the cylinder could be vented before it could act as a 'spring' to drive the piston back down again. By doing this, the engine acts as an air compressor, with the energy used to compress the air coming from the transmission, hence retarding the vehicle. The amount of power extracted from the transmission can be up to 90% of the rated power of the engine for certain engines.

This type of retarder is known to North American heavy vehicle drivers as a Jake brake, named after such a system produced by the Jacobs Manufacturing Company. A disadvantage of this system is that it is very noisy in operation, such that some stretches of road ban its use.

The exhaust brakeThe exhaust brake is simpler in operation than an engine brake. Essentially, the exhaust pipe of the vehicle is restricted by a valve. This raises the pressure in the exhaust system, forcing the engine to work harder on the exhaust stroke of its cylinders, so again the engine is acting as an air compressor, with the power required to compress the air being taking from the transmission, and therefore retarding the vehicle. A disadvantage of this system is that the exhaust pipe has to be engineered to accommodate the high pressures generated by this method of retardation. The retarding horsepower available from this system is significantly lower than other systems. It can cause a marked increase in engine oil carry-over out the crankcase ventilation system.

The hydraulic retarderHydraulic retarders use the viscous drag forces between dynamic and static vanes in a fluid-filled chamber to deliver their retardation. There are several different types which can use standard transmission fluid (oil), separate oil, or water.

A simple retarder would use vanes attached to a transmission driveshaft between the clutch and roadwheels. They can also be driven separately via gears off a driveshaft. The vanes would be enclosed in a static chamber with small clearances to the chamber's walls (which will also be vaned), as in an automatic transmission. When retardation is required, fluid (oil or water) is pumped into the chamber, and the viscous drag induced will slow down the vehicle. The working fluid will heat up, and will usually be circulated through a cooling system. The degree of retardation can be varied by adjusting the fill level of the chamber.

Hydraulic retarders are extremely quiet in operation compared to engine brakes.

The electric retarder

23

The electric retarder uses electromagnetic induction to provide a retardation force. An electric retardation unit can be placed on an axle, transmission, or driveline and consists of a rotor attached to the axle, transmission, or driveline and a stator securely attached to the vehicle chassis. There are no contact surfaces between the rotor and stator, and no working fluid. When retardation is required, the electrical windings in the stator are powered up from the vehicle battery, producing magnetic fields alternating in polarity for the rotor to move in. This induces eddy currents in the rotor, which slows down the rotor, and hence the axle, transmission or driveshaft to which it is attached. The rotor is engineered to provide its own air-cooling, so no load is placed on the vehicles cooling system, and the operation of the system is extremely quiet.

A Hybrid vehicle drivetrain uses an electric retarder to assist the mechanical brakes, while recycling the energy the eddy currents produce to charge a battery. The power stored in the battery is used later to help the vehicle accelerate.

24