Ce face o supapă de proporție? Cum funcționează, de ce contează și semnul de eșec

O dubă de livrare puțin încărcată frânează puternic în timp ce o mașină își trece pe banda pe un sens giratoriu umed. Nasul se scufundă, anvelopele din spate își pierd aderența, iar partea din spate începe să se balanseze larg. Această mișcare de balansare este tocmai eșecul pe care o supapă de proporție a frânei a fost proiectată să o oprească.

Supapa de proporție este o componentă hidraulică mică, dar decide cât de multă forță de frânare poate folosi puntea spate. Când este prost potrivit sau rupt, un vehicul care ar trebui să se oprească în linie dreaptă se poate învârti, aluneca în lateral sau poate dura prea mult până să se oprească.

Ce face de fapt o supapă de proporție

O supapă de proporție se află între cilindrul principal și circuitul de frână din spate. La majoritatea mașinilor și camioanelor ușoare, acesta este filetat în priza cilindrului principal, montat pe cadru sau încorporat într-o supapă combinată care găzduiește și un comutator de presiune diferențială pentru lampa de avertizare a frânei.

Supapa nu este un simplu întrerupător de pornire-oprire. Este un limitator hidraulic sensibil la presiune cu un punct de despicare deliberat integrat în calibrarea sa. Funcția sa poate fi rezumată într-o singură regulă:

În timpul frânării ușoare și moderate, supapa permite ca presiunea hidraulică completă să ajungă la frânele din spate. Când presiunea din conductă crește dincolo de punctul său de conectare, supapa limitează debitul suplimentar, astfel încât presiunea de frânare din spate crește mult mai lent decât presiunea de frânare față.

Într-un limbaj de inginerie simplu, circuitul din spate este „tuns” peste o presiune de intrare setată. Sub punctul de tăiere, supapa se comportă ca o țeavă dreaptă. Deasupra punctului de conectare, supapa începe să scadă un procent din presiunea de intrare. Prin urmare, cuplul de frână din spate devine intenționat mai slab decât cuplul de frână față în timpul opririlor grele.

Această funcție este adesea confundată cu accelerarea frânei, modularea antiblocare sau controlul electronic al stabilității. Aceste sisteme acționează asupra frânelor după ce o roată a început deja să se comporte periculos. Supapa de proporție funcționează înainte de acest punct, modelând curba presiunii hidraulice, astfel încât blocarea spate este mult mai puțin probabil să apară în primul rând.

De ce un vehicul are nevoie de o limită de presiune pe frânele din spate

Frânarea nu este doar o chestiune de a prinde mai tare o roată care se învârte. Capacitatea unei anvelope de a transmite forța de frânare depinde de cât de multă greutate verticală apasă pe ea. În timpul oricărei opriri puternice, transferul de greutate schimbă această ecuație într-un mod dramatic.

Luați în considerare un vehicul care decelerează suficient de puternic pentru ca nasul să se cufunde vizibil. Suspensia față se comprimă, suspensia spate se descarcă și o parte semnificativă a greutății vehiculului se deplasează spre puntea față. Drept urmare, anvelopele din spate au mai puțină aderență disponibilă, în timp ce anvelopele din față au mai multă aderență.

Dacă sistemul de frânare trimitea o presiune identică la fiecare roată, frânele din spate s-ar bloca mai întâi, deoarece s-ar pierde aderența anvelopei mult mai devreme decât cea din față. Supapa de proporție corectează acest dezechilibru, refuzând să trimită presiune excesivă în circuitul din spate.

Ce se întâmplă când roțile din spate se blochează înainte de partea din față

O roată care este blocată și alunecă aproape nu are aderență laterală sau direcțională. Acest lucru are consecințe grave într-o oprire de urgență în linie dreaptă:

Partea din spate a vehiculului poate rupe tracțiunea și se poate roti în jurul osiei din față, provocând o rotire sau o balansare asemănătoare cuțitului.
Aportul de direcție devine mult mai puțin eficient deoarece axa din spate nu mai stabilizează traiectoria vehiculului.
Distanța de oprire crește deoarece o anvelopă de alunecare blocată generează o forță de frânare mai mică decât o anvelopă care încă se rotește în apropierea limitei de aderență.
Căldura și punctele plate deteriorează anvelopele din spate, mai ales atunci când un vehicul este condus frecvent gol sau ușor încărcat.

Același principiu se aplică unei camionete, unui camion, unui șasiu comercial ușor sau unei mașini de pasageri care tracta o remorcă. Cu cât sarcina punții din spate se schimbă mai mult între condițiile încărcate și cele goale, cu atât mai importantă devine o supapă de proporție calibrată corect.

Cum supapa produce o curbă de presiune în două etape

În interiorul supapei de proporție se află un piston cu arc sau un aranjament cu clapete. În timpul frânării ușoare, lichidul hidraulic ia calea cea mai ușoară prin supapă. Pistonul intern nu rămâne pe locul său, iar presiunea de ieșire se potrivește aproape exact cu presiunea de intrare.

Când șoferul frânează mai puternic, presiunea hidraulică în creștere împinge pistonul intern al supapei. La o presiune prestabilită, forța fluidului depășește arcul de calibrare, pistonul se mișcă și trecerea fluidului este parțial închisă. Din acel moment, doar o cantitate controlată de presiune suplimentară ajunge la frânele din spate - adesea între aproximativ 30 și 50 la sută din presiunea suplimentară de intrare.

Graficul acelui comportament nu este o linie dreaptă proporțională pe întreaga călătorie a pedalei. Este o curbă cu două pante, cu o curbă cunoscută sub numele de punct genunchi sau punct de despicare. Inginerii aleg acel punct și panta secundară pentru a se potrivi cu distribuția greutății vehiculului, cursa suspensiei, ampatamentul și tipul de frână spate.

Pentru a face comportamentul mai ușor de imaginat, luați o supapă cu o cuplare la 300 psi și un raport al presiunii secundare de 40 la sută:

Exemplu de relație de presiune pentru o supapă de proporție cu un punct de conectare de 300 psi și o pantă secundară de 40%. Calibrarea reală variază în funcție de vehicul.
Intrare cilindrul principal (psi)	Ieșire circuit din spate (psi)	Starea supapei
100	100	Flux total
200	200	Flux total
300	300	Punct de tăiere
400	340	Presiune limitată
500	380	Presiune limitată
600	420	Presiune limitată
800	500	Presiune limitată

Numerele exacte diferă de la o familie de vehicule la alta, deoarece frânele cu tambur din spate, frânele cu disc din spate și axele spate pentru sarcini grele au nevoie de profile de presiune diferite. Ceea ce nu se schimbă este logica: deasupra genunchiului, presiunea din spate trebuie să crească într-un ritm mai blând decât presiunea din față, astfel încât anvelopele din spate să nu primească niciodată mai mult cuplu decât pot folosi fizic.

De ce ABS nu face supapa de proporție învechită

Sistemele de frânare antiblocare monitorizează viteza roții și eliberează presiunea de frânare atunci când o roată începe să se blocheze. Acest lucru sună similar cu munca supapei de proporție, dar cele două componente funcționează în puncte complet diferite în procesul de frânare.

ABS reacționează la o roată care și-a pierdut deja aderența. Supapa de proporție împiedică roțile din spate să atingă acel nivel periculos, în primul rând, în majoritatea opririlor de panică normale și moderate. Când ABS se activează, supapa de proporție contează în continuare, deoarece determină linia de bază hidraulică de la care trebuie să funcționeze modulatorul ABS.

Un vehicul cu o pedală de frână grea, frâne spate lipicioase sau o supapă calibrată incorect va forța sistemul ABS să funcționeze mult mai mult decât era prevăzut. Rezultatul sunt distante de oprire mai mari, mai mult zgomot si pulsatii ale pedalei si uzura inutila a pompei ABS si a supapelor modulatoare. O supapă de proporție care funcționează corect menține fundația hidraulică echilibrată, astfel încât sistemele electronice trebuie să facă față doar ultimelor câteva procente de alunecare a roților.

Cum apare aceeași logică în vehiculele comerciale cu frânare pneumatică

Cele mai multe rezultate de căutare despre supapele de proporție provin din lumea autoturismelor, deoarece circuitele de frânare hidraulice folosesc exact acel nume de componentă. Tehnicienii care lucrează la camioane și autobuze grele văd aceeași problemă - blocarea punții din spate atunci când un vehicul este încărcat ușor - dar soluția într-un sistem de frânare complet pneumatic este concepută cu hardware diferit, cum ar fi supape de control cu senzor de sarcină și supape releu.

O supapă releu dintr-un sistem de frână cu aer primește o mică presiune pilot de la supapa de frână de picior și o folosește pentru a elibera aer comprimat dintr-un rezervor direct în camerele de frână. Nu reduce presiunea exact în același mod ca o supapă de proporție hidraulică, dar efectuează același tip de acțiune de echilibrare pentru un aspect al vehiculului greu: scurtează timpul de răspuns, modelează creșterea presiunii la puntea spate și trebuie să fie adaptată la configurația osiilor vehiculului și la intervalul de sarcină.

Pentru un tehnician care se deplasează între clasele de vehicule, metoda de depanare este mai utilă decât numele componentei. Dacă un camion încărcat ușor își blochează axa din spate în timpul unei opriri puternice, inspectorul verifică dacă supapa de frână de pe acea respectivă este instalată corect, dacă cursa tijei de împingere a fost reglată și dacă presiunea furnizată în camerele din spate respectă caracteristica prevăzută. Un fundal practic în familiile de supape de frână pneumatice ajută la clarificarea punctelor în care sistemele hidraulice și cele de aer nu sunt de acord între ele.

Atunci când echipele de întreținere comandă unități de înlocuire pentru vehicule comerciale cu frânare pneumatică, se folosesc adesea kituri complete de supape releu în loc de reconstrucția cartușelor pe vehicul, deoarece carcasa, calibrarea și hardware-ul de montare sunt alese împreună pentru un aspect specific al osiilor.

Complete Relay Valve Kit for Pneumatic Brake Systems

Kit complet de supapă releu pentru sisteme de frânare pneumatică Acest kit reunește carcasa, calibrarea și componentele de montare pentru vehiculele comerciale cu frânare pneumatică, oferind o înlocuire gata de instalare, care se aliniază cu dispozițiile specifice ale osiilor și ajută la evitarea nepotrivirilor de calibrare. Vizualizare produs →

Același standard de potrivire a supapei la vehicul se aplică indiferent dacă circuitul este umplut cu lichid de frână sau aer comprimat. O calibrare greșită nu este doar o problemă de performanță; este un risc de siguranță care va apărea în cel mai rău moment posibil.

Simptome de defecțiune ale unei supape proporționale

O supapă de proporție eșuează de obicei într-unul din trei moduri: se blochează în poziția complet deschisă, blochează complet circuitul din spate sau scurge lichid prin etanșările sale. Fiecare mod de defecțiune creează o plângere distinctă de conducere.

Roțile din spate se blochează în timpul frânării puternice. Când supapa este blocată deschisă, aceasta nu limitează presiunea din spate peste punctul de conectare. Axa din spate primește un cuplu de frânare prea mare, iar partea din spate a vehiculului poate aluneca sau ieși pe pavaj umed sau uscat.
Frânele din spate abia răspund. Dacă reziduurile sau coroziunea țin pistonul intern închis, presiunea nu poate ajunge în circuitul din spate. Vehiculul se îndreaptă înainte la frânare, distanțele de oprire cresc, iar tamburele sau discurile din spate rămân vizibil mai reci decât cele din față după o oprire puternică.
Scurgeri de lichid din corpul supapei sau din articulațiile acestuia. O supapă cu scurgeri scade nivelul lichidului, creează o pedală moale în timp și lasă coroziune vizibilă în jurul cusăturii întinse a unei supape combinate.
Lampa de avertizare frână rămâne aprinsă sau se declanșează în mod repetat. Multe supape combinate conțin un comutator diferențial de presiune care detectează o diferență între circuitele din față și din spate. O supapă de proporție blocată poate menține acel întrerupător decentrat chiar și după ce scurgerea originală sau defecțiunea cilindrului roții a fost reparată.
Tracțiune de frână care apare doar la frânări puternice. Unele supape de proporție sunt combinate cu o legătură de detecție a înălțimii din spate sau de sarcină în aplicații comerciale ușoare. Dacă legătura respectivă este deconectată sau ruginită, supapa poate menține calibrarea greșită și poate face vehiculul să tragă spre o parte.

Diagnosticarea supapei de proporție înainte de a o înlocui

O supapă de proporție este rareori prima parte care ar trebui acuzată pentru o plângere de frână. Contaminarea lichidului de frână, cilindrii roților blocați, pantofii spate supra-ajustați și suspensiile uzate produc toate simptome similare. Cea mai inteligentă secvență de diagnosticare trece de la simple verificări la teste de presiune.

Verificați dacă frânele din spate sunt în stare bună. Întreține tamburele sau discurile, înlocuiți materialul de frecare uzat și confirmați că cilindrii sau etrierele roților din spate se mișcă liber.
Verificați reglarea saboților de frână din spate. Dacă se trag sau sunt reglate incorect, vor crea o impresie falsă a unei defecțiuni a supapei proporționale.
Efectuați o oprire controlată la viteză mică pe un teren gol și uscat. Dacă spatele se blochează numai atunci când pedala este lovită brusc, defecțiunea este probabil mai degrabă în partea de limitare a presiunii a sistemului decât în părțile de frecare.
Utilizați un manometru. Instalați un manometru în orificiul de aerisire din spate, apăsați pedala de frână ferm și comparați citirea cu presiunea cilindrului principal. O supapă sănătoasă menține presiunea din spate sub intrare după punctul de conectare; o supapă blocată și deschisă furnizează presiunea de intrare pe tot parcursul.
Inspectați corpul supapei pentru a detecta urme de lichid, coroziune și conducte de frână strivite. La supapele combinate, confirmați că comutatorul diferențial de presiune s-a recentrat după orice reparație hidraulică anterioară.
Înlocuiți supapa cu o unitate calibrată pentru același interval de sarcină pe puntea spate, apoi curățați toate cele patru colțuri utilizând secvența de purjare specificată de producător.

Citirile de presiune trebuie colectate întotdeauna cu un sistem de frânare complet încărcat și cu un ajutor care ține pedala cu o forță constantă. Citirile rapide efectuate cu pompele cu pedală rapidă pot induce în eroare, deoarece supapa de proporție are nevoie de o presiune de intrare stabilă pentru a-și atinge punctul de conectare în mod curat.

Când totul funcționează, o supapă de proporție își face treaba în mod invizibil. Șoferul apasă pur și simplu pedala, vehiculul coboară înainte și toate cele patru roți împart munca de oprire fără dramatism. În momentul în care supapa se defectează, chiar și un sistem de frânare altfel sănătos devine periculos într-o oprire de panică.

De aceea, inginerii de frânare tratează calibrarea proporțională mai degrabă ca pe o parte integrantă a designului vehiculului, decât ca pe un accesoriu. Indiferent dacă vehiculul folosește o supapă hidraulică pe o camionetă sau o supapă releu atent adaptată pe un șasiu comercial cu frânare pneumatică, obiectivul este întotdeauna același: menține axa spate stabilă în timp ce lasă frânele din față să facă treaba grea.