ترمز مغناطیسی
ترمز‌هاي غير‌اصطكاكي
هر وسيله نقليه در حال حركتي ميزان معيني انرژي جنبشي دارد و ترمزها براي متوقف كردن آن بايد اين انرژي را از خودرو بگيرند. ترمزها چگونه اين كار را انجام مي‌دهند؟ شايد اولين جوابي كه به ذهن برسد، تبديل انرژي جنبشي به گرماي حاصل از اصطكاك باشد ولي اين جواب، كامل نيست. امروزه از روشهاي ديگري نيز براي متوقف كردن وسيله نقليه استفاده ميشود كه موضوع موردنظر اين مقاله است.
ترمز‌ها بهطور كلي به دو دسته‌ ترمز‌هاي اصطكاكي و  غير اصطكاكي تقسيم مي‌شوند كه ترمز‌هاي غير اصطكاكي(كمكي) خود چهار دسته‌ اند: ترمز‌موتور، ترمز‌خروجي، ريتاردر هيدروليكي و ريتاردر الكتريكي. البته در بعضي مواقع هر چهار نوع ترمز را با عنوان ريتاردرها ميشناسند.
ترمز‌موتور و ترمز‌خروجي بر مجموعه‌ موتور اعمال تغيير مي‌كنند و باعث مي‌شوند انرژي توليدي در محدوده زماني دلخواه راننده، با درجه‌ تنظيم شده از سوي او كاهش يابد؛ در حالي كه ريتاردر هيدروليكي(هيدروديناميكي) و ريتاردر الكتريكي(الكترومغناطيسي) بر محور خروجي از گيربكس اعمال تغيير مي‌كنند؛ به اين صورت كه در ريتاردر هيدروليكي با چرخش روتور پره‌اي در يك سيال، انرژي چرخشي محور خروجي از گيربكس تلف مي‌شود. نيروي ترمزگيري به گرما تبديل و از طريق جريان آب سرد موتور، دفع مي‌گردد. حداكثر مقدار ممكن نيروي ترمزگيري به اندازه‌ سيستم سرمايش بستگي دارد. از سوي ديگر چون انرژي در اين نوع ريتاردر براثر اصطكاك بين سيال و پره‌ها به گرما تبديل مي‌شود، اين نوع ريتاردر جزء ترمز‌هاي اصطكاكي به شمار ميآيد. در ريتاردر الكتريكي كاهش سرعت چرخش محور خروجي از گيربكس با اعمال ايجاد گشتاور مغناطيسي مخالف انجام مي‌شود.
1- ترمز‌موتور
نخستين بار كلايس‌ام‌كامينس بنيانگذار شركت كامينس‌موتور HYPERLINK “http://www.saipaonline.com/view-206-%D8%AA%D8%B1%D9%85%D8%B2.html” \l “_ftn3” \o “” دريافت كه با باز كردن سوپاپ خروجي سيلندر هنگامي كه پيستون به نقطه‌ مرگ بالا برسد، نسبت به انتهاي مرحله‌ توليد قدرت، هواي فشرده‌ انباشته شده در آن قبل از اين كه مانند يك فنر پيستون را دوباره برگرداند، مي‌تواند خارج‌ شود. ترمزموتور، سوپاپ خروجي دود را قبل از نقطه مرگ بالا باز مي‌كند، در نتيجه در توليد قدرت يك اتلاف به وجود مي‌آيد. هواي فشرده شده در سيلندر در مانيفولد اگزوز آزاد مي‌شود و هيچگونه سوختي تزريق نمي‌گردد بنابراين هيچ نيرويي در كورس برگشتي به موتور داده نمي‌شود. موتور بهعنوان يك كمپرسور هوا عمل مي‌كند كه با چرخ طيار به حركت در مي‌آيد. با اين انرژي تلف شده در موتور و خروجي، موتور به جاي سيستم ترمز عمل مي‌كند. هواي فشرده شده‌ آزاد‌ شده بهعنوان مشخصه‌ ترمز‌موتور شناخته مي‌شود. ترمز‌گيري تراكمي ‌اصطلاح ديگر اين مكانيسم است. [1]
كارايي بالا هنگامي ممكن مي‌شود كه ترمز‌موتوري همراه ترمزخروجي استفاده‌ شود. كنترل ترمز‌موتوري معمولا با روشن و خاموش شدن انجام مي‌شود، اگرچه بعضي سيستم‌ها اجازه مي‌دهند راننده انتخاب كند كه ترمز بر 2 ،4 يا 6 سيلندر اعمال شود.[2]
در اين نوع ترمز‌موتور، در مرحله‌ مكش، سوپاپ خروج دود كمي باز ميشود. در مرحله‌ تراكم نيز اين اتفاق مي‌افتد و همزمان هيچ گونه سوختي تزريق نمي‌شود. در مرحله بعد يعني انبساط نيز سوپاپ خروجي دود به مقدار بسيار كمي باز ميشود و در نهايت گاز در مرحله‌ آخر از سيلندر خارج مي‌گردد. مجموعه‌ اين تغييرات باعث مي‌شود كه موتور علاوه بر توليد نكردن انرژي، خود مصرف كننده‌ انرژي نيز باشد و در نتيجه سرعت وسيله‌ نقليه كاهش يابد.
سؤال اينجاست كه اين باز و بسته شدن غيرمعمول سوپاپ چگونه اتفاق مي‌افتد؟ جواب اين است، با سيستم سوپاپبندي كاملا متغير. با اين سيستم مي‌توان روشهاي مديريت سيلندر و سوپاپها را معرفي كرد. در حال حاضر سوپاپهايي ساخته شده اند كه قادرند با استفاده از نيروي الكترومغناطيسي و يك بازو مابين فنرهاي مكانيكي، يا استفاده از نيروي هيدروليكي، هرگونه پروفيل باز و بسته شدني را براي سوپاپها ايجاد كنند. با كنترل جريان الكتريكي، بازو ميتواند در موقعيت انتهايي خود بماند بنابراين سوپاپ مطابق با نياز مي‌تواند باز يا بسته نگه داشته شود. از آنجا كه زمانبندي سوپاپها ميتواند بهطور آزادانه تنظيم شود، جرم هواي ورودي و گازهاي باقيمانده را مي‌توان با سوپاپها تعيين كرد.
همچنين با اين سيستم ميتوان ميزان تشكيل NOX را در بارهاي جزئي كاهش داد. از آنجا كه در اين روش زمانبندي هر سوپاپ براي هر سيلندر را مي‌توان جداگانه تنظيم‌ كرد، فعال يا غير فعال‌كردن هر سيلندر به اين ترتيب ميسر مي‌شود HYPERLINK “http://www.saipaonline.com/view-206-%D8%AA%D8%B1%D9%85%D8%B2.html” \l “_ftn5” \o “” <!–[if !supportFootnotes]–>[5]<!–[endif]–>.[2]
تقريبا اكثر انواع رايج ريتاردرها، ترمز‌موتورها هستند. اغلب رانندگان كاميون‌ در امريكاي شمالي ترمز‌موتور را با نام تجاري جيك بريك مي‌شناسند كه ساخت شركت جاكوب است؛ اگر چه مفهوم  آن توسط كامينس توسعه داده شده است.[1]
مزيت‌هاي اين نوع سيستم ترمز كمكي اين است كه انرژي تلف شده بهسرعت از موتور دفع مي‌شود. به عبارتي گاز‌هاي داغ خروجي از وسيله‌ نقليه بهسرعت دفع و همچنين بيشتر گرماي گاز‌هاي خروجي بهطور مستقيم به قطعات موتور هدايت مي‌شود. گرماي موتور توسط سيستم خنك سازي دفع مي‌شود. برخلاف اين نوع ترمز، ديسك يا درام ترمز پايي، فاقد چنين مكانيسمي براي دفع گرماي خود هستند. آنها براي حذف گرما مي‌بايست بر جريان هوا تكيه داشته باشند كه اين دماي بالا باعث خرابي ترمز‌هاي مذكور مي‌شود. عيب سيستم ترمز كمكي يادشده اين است كه صداي بسيار زيادي ايجاد ميكند و در بعضي جاده‌ها استفاده از آن ممنوع است.
2- ترمز‌خروجي
ترمز‌خروجي شباهت بسياري به ترمز‌موتور دارد اما در عمل ساده‌تر است. اين ترمز اولين بار در اروپاي مركزي طي جنگ جهاني اول مورد استفاده قرار گرفت كه بعضي اوقات نيز با ترمزموتور ادغام مي‌شد. ترمزهاي‌خروجي به صورت‌هاي گوناگوني طراحي مي‌شوند ولي اساس كار آنها به اين ترتيب است كه جريان گاز‌هاي خروجي از سيلندر را به وسيله بستن يك دريچه در خروجي سيستم محدود مي‌كنند كه باعث ايجاد فشار در محفظه خروجي دود ميگردد و همچنين موجب مي‌شود موتور در مرحله‌ خارج كردن دود از سيلندر بهسختي كار كند. اين افزايش فشار بر روي موتور بار ايجاد مي‌كند و موتور مانند يك كمپرسور هوا عمل مي‌كند بنابراين چرخش موتور كند مي‌شود. اين نوع ترمز كمكي به اندازه‌ ترمزموتور مؤثر نيست. [2]
عيب اين سيستم ترمز كمكي آن است كه  محفظه‌ خروج دود بايد طوري طراحي شود كه تحمل فشارهاي بالاي ايجاد شده توسط اين روش را داشته‌ باشد.
3- ريتاردر‌ الكترومغناطيسي
ريتاردر الكتريكي يا الكترومغناطيسي از القاي الكترومغناطيسي براي ايجاد نيروي ترمز‌گيري استفاده مي‌كند. يك ريتاردر الكتريكي مي‌تواند روي ميل گاردان نصب شود؛ به اين صورت كه روتور ريتاردر به محور و استاتور ريتاردر به شاسي وسيله‌ نقليه متصل شود. هيچ تماسي بين سطوح روتور و استاتور وجود ندارد. هنگام ترمزگيري، سيمپيچ‌هاي استاتور توسط برق باتري وسيله نقليه، برخلاف چرخش روتور، ميدان مغناطيسي متناوب توليد مي‌كنند. جريان گردابي در روتور سرعت روتور و در نتيجه سرعت ميل گاردان متصل به روتور را كاهش ميدهد. روتور بهگونه اي طراحي شده است كه بهطور خودكار با هوا خنك شود بنابراين هيچ گونه فشاري بر سيستم خنك سازي وسيله‌ نقليه وارد نمي‌شود. اين ترمز كمكي بهشدت بيصداست. اين وسيله بهعلت طبيعت الكتريكي‌ و پاسخدهي سريعش مي‌تواند بهراحتي با سيستم‌هاي ترمزگيري ضد قفل و كنترل كشش اتوماتيك هماهنگ شود.
ترمز مغناطيسي بهطور موازي با سيستم ترمز و بدون اعمال هيچ تغييري در خودرو، روي آن نصب و با فرماندهي توسط راننده باعث ايجاد گشتاور مغناطيسي مخالف ميشود و دور چرخها را كاهش مي‌دهد. امروزه اين سيستم در كشورهاي پيشرفته بهعنوان يك استاندارد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
قابليت‌هاي اين سيستم:
فرماندهي اين سيستم هم از طريق راننده صورت مي‌گيرد و هم مي‌توان طوري آن را نصب كرد كه با گرفتن پدال ترمز توسط راننده فعال شود.
امكان استفاده جداگانه و همزمان ترمزهاي اصطكاكي خودرو، ترمز‌خروجي (خفه‌كن موتور) و ترمز مغناطيسي وجود دارد (استفاده همزمان از ترمز اصطكاكي خودرو و اين سيستم در سرازيري‌ها و مواقعي كه خودرو سنگين است، توصيه مي‌شود).
در صورت جا نرفتن دنده در سرازيري‌ها و يا تمايل به حركت با همان دنده قبلي مي‌توان با كمك اين سيستم دور چرخها را بدون استفاده از سيستم ترمز معمولي خودرو كاهش داد.
محل قرار گرفتن ريتاردر به دو صورت است: يكي بعد از گيربكس و ديگري قبل از ديفرانسيل
در آخر ذكر اين نكته الزامي است كه هنگام فعال شدن ترمزگيري ضد قفل ريتاردر غير‌فعال مي‌شود تا در فرايند كنترل ترمز‌ها به وسيله‌ ترمز ضد ‌قفل اشكالي پيش نيايد.
 
4- ريتاردر هيدروديناميكي
 نوع ديگر ريتاردر، ريتاردر هيدروديناميكي يا هيدروليكي است. نحوه كار ريتاردر هيدروليكي شبيه ريتاردر الكتريكي است؛ با اين تفاوت كه اين نوع ريتاردر مانند نوعي پمپ عمل مي‌كند كه با اتلاف نيروي محركه باعث كاهش سرعت دوران محور و در نتيجه كاهش سرعت وسيله‌ نقليه مي‌شود و شامل يك روتور پره‌اي چرخان محصور شده با فاصله‌ كم در بدنه‌ پره‌اي ثابت است. هنگامي كه ريتاردر فعال مي‌شود، يك سيال (در حالت كلي روغن موتور، روغن مخصوص و يا آب) به محفظه پمپ مي‌شود. سيال يك اثر كوپلينگ هيدروليكي ايجاد و گردش سيال بهوسيله روتور انرژي را تلف مي‌كند، در نتيجه سيال كاري گرم مي‌شود. معمولا براي كاهش دما، سيال را در يك سيستم خنك كننده به گردش در مي‌آورند. درجه‌ ترمزگيري مي‌تواند با ميزان پر‌كردن محفظه با سيال تغيير كند.
  هنگامي كه به فعال شدن ريتاردر نياز باشد، شير ورودي هواي فشرده باز مي‌شود و در نتيجه فشار هوا باعث ورود روغن به محفظه‌ استاتور و روتور و خروج آن از محفظه بعد از بالا رفتن دمايش مي‌گردد، سپس توسط سيستم خنك كننده، خنك مي‌شود.
1- ترموستات
2- رادياتور
3- فن
4- پمپ آب خنك
5- پيكاب دما
6- ريتاردر و مبدل گرما
بعد از ريتاردر و مبدل گرما يك پيكاب دما قرار گرفته ‌است تا دماي سيال مشخص شود. [4]
 اصول هيدروديناميكي
هنگامي كه ريتاردر فعال مي‌شود، سيال در محفظه‌ ريتاردر بين روتور و استاتور تحت فشار قرار مي‌گيرد. چرخش و شتاب سيال بايد از يك سو با روتور و از سوي ديگر با استاتور يكي باشد. در اين فرايند سيال شروع به نقل و انتقال بين روتور و استاتور مي‌كند و حول محور ريتاردر مجبور به چرخش مي‌شود. نتيجه‌ اين جابهجاييهاي مولكول‌هاي سيال، اصطكاك شديد بين آنها و توليد گرما و در نهايت كاهش سرعت چرخش روتور است.
اگر یک پاندول مسی بین دو قطب N و S آهنربای نعلی شکل به نوسان در آورد چه اتفاقی خواهد افتاد؟
اگر جنس صفحه از یک هادی کامل نباشد چه اتفاقی می‌افتد؟
ترمز مغناطیسی یکی از کاربردهای جالب و مفید نیروی مغناطیسی و اصل عکس العمل الکترومغناطیسی است. وقتی یک پاندول مسی در یک میدان یکنواخت آهنربای دائمی نوسان می‌کند. وجود میدان مغناطیسی یکنواخت باعث کند و متوقف شدن آن می‌شود.

مکانیزم متوقف شدن پاندول
لبه‌ای از صفحه که بطور عمودی در میدان جلو و عقب می‌رود را به طول L فرض کنید. با ورود به میدان مغناطیسی به اندازه V = E L= VBL در آن ولتاژ القا می‌شود. طبق قانون اهم ، چگالی جریان القایی J و میدان الکتریکی القایی بصورت J = σE = σVxB به هم مربوط هستند. جهت جریان به طرف پایین (هم جهت با VxB) است. σ رسانایی ویژه صفحه است. از آنجایی که این جریان القایی در یک میدان مغناطیسی قرار گرفته است، یک نیروی مغناطیسی بر صفحه وارد می‌شود. مقدار این نیرو در واحد حجم برابر است با:
F/∆V = JxF = σ (VxB) x B∆
اگر تمام بردارها بر هم عمود باشند ، نیروی مغناطیسی وارد به حجم لبه پیشرو (به طول L) عبارت است از:
Fm = σVB2∆Vol∆
که در خلاف جهت حرکت صفحه است.
اثر مقدار رسانایی
اگر رسانایی ویژه مثل رسانایی ویژه مس بزرگ ، ولی محدود باشد، صفحه ابتدا کند و سپس متوقف می‌شود. از آنجا که جریانهای القایی بصورت RI2 تلف می‌شود، صفحه به آرامی داخل شکاف آهنربا شده و سرانجام در همان مکانی که میدان مغناطیسی نمی‌بود می‌ایستاد، متوقف می‌شود. می‌بینیم که نیروی مغناطیسی ترمز کننده با σ متناسب است. اگر جنس صفحه پاندول از هادی کامل (رسانایی بی‌نهایت) باشد، جریان القایی آنقدر زیاد خواهد بود که صفحه را به عقب براند و در بیرون میدان مغناطیسی متوقف کند.
راه کم کردن جریان القایی
از آنجا که جریان القایی نمی‌تواند از صفحه خارج شود در نزدیک لبه‌ها منحرف شده و مسیر بسته‌ای را می‌سازد. این جریانها به جریان گردابی معروفند. اگر صفحه نامحدود باشد جریان تنها به سمت پایین خواهد بود. یکی از راههایی که می‌تواند باعث شود تا پاندول متوقف نشود، ایجاد شکاف عمودی در صفحه است که با این کار جریانهای القا شده به شدت کم شده و در نتیجه عمل ترمز به خوبی صورت نمی‌گیرد.
ساخت ترمز مغناطیسی(ریتاردر)
ترمز مغناطیسی به طور موازی با سیستم ترمز و بدون اعمال هیچگونه تغییری در خودرو ، روی آن نصب گردیده و با فرماندهی توسط راننده باعث ایجاد گشتاور مغناطیسی مخالف شده و دور چرخها را کاهش میدهد.
امروزه این سیستم در کشورهای پیشرفته به عنوان یک استاندارد مورد استفاده قرار میگیرد.
 

              

مزایای این سیستم:
افزایش طول عمر سیستم ترمز به میزان 4 تا 8 برابر
2افزایش طول عمر تایرها
افزایش طول عمر موتور
افزایش ضریب اطمینان سلامت سرنشینان و محموله خودرو
افزایش سرعت متوسط خودرو تا میزان 10%
مناسب در ترافیکهای سنگین و به هنگام ترمزهای متوالی
مناسب در سرعتهای جاده ای (سرعتهای بالا)
سازگار با هر نوع سیستم ABS
دارای عمر طولانی
10ترمزگیری نرم و کاملاً بی صدا
رانندگی راحت
کاهش سرعت خودرو بدون هیچگونه لرزش
کاهش مصرف سوخت
کاهش آلودگی محیط زیست به دلیل کاهش تولید غبارهای خطرناک ناشی از سائیدگی لنتها و دیسک
کاهش استفاده از سیستم ترمز خودرو و بالطبع ذخیره ماندن باد مخازن و گرم نشدن لنت و کاسه چرخ و در نتیجه آمادگی آن برای استفاده در موقعیتهای اضطراری (امنیت بیشتر خودرو)
کاهش سائیدگی کلاچ و گیربکس
کاهش تعمیرات پیش بینی نشده سیستم ترمز
گرم نشدن لنتها ، تایرها و کاسه چرخ در مسیرها خصوصاً در سرازیری
عدم سر خوردن خودرو و قفل شدن چرخها روی جاده های لغزنده و برفی به هنگام ترمزهای شدید و ناگهانی و در نتیجه راحت ماندن سرنشین
عدم نیاز به تعویض کاسه چرخها

             

 
قابلیت های این سیستم:
فرماندهی به این سیستم هم از طریق راننده صورت می گیرد و هم می توان طوری آنرا نصب کرد که با گرفتن پدال ترمز توسط راننده ، فعال گردد.
امکان استفاده جداگانه و همزمان ترمز خودرو ، خفه کن موتور و ترمزمغناطیسی (استفاده همزمان از ترمز خودرو و این سیستم در سرازیریها و مواقعی که خودرو سنگین است توصیه میشود)
در صورت جانرفتن دنده در سرازیریها و یا تمایل به حرکت با همان دنده قبلی می توان با کمک این سیستم درو چرخها را بدون استفاده از سیستم ترمز معمولی خودرو ، کاهش داد.
سیستم الکترونیکی ترمز ABS مغناطیسی

▪ در رابطه سیستم الکترونیکی ترمز ABS) ABS = سیستم ترمز ضد قفل شدن)
در هنگام ترمز گرفتن دو نوع اصطکاک وجود دارد اصطکاک جنبشی اصطکاک لغزشی زمانی که نیروی اصطکاک جنبشی در اثر سر خوردن به اصطکاک لغزشی تبدیل می شود نیروی نگه دارنده هم کاهش می یابد (اصطکاک جنبشی < اصطکاک لغزشی) در نتیجه مدت زمان بیشتری برای ایستادن ماشین نیاز است. این اولین موضوع. موضوع بعد این است که اگر اتومبیلی به ترمز ABS مجهز باشد در هنگام ترمز کردن نیروی گشتاوری که باعث منحرف شدن ماشین می شود به وجود نمی آید فکرش را بکنید که برای یک تریلی ۱۸ چرخ چقدر می تواند ضروری باشد.(مثل کامیون Volvo vh ۱۲)
▪ سیستم الکترونیکی:
یک سنسور هال افکت (سنسور های حساس به مغناطیس) روی هر چرخ قرار دارد دقیقاً مثل چیزی که درون موس های قدیمی وجود داشت یک صفحه پره پره که یک سنسور مادون قرمز در کنار آن قرار دارد و چرخیدن صفحه باعث می شود امواج (IR = مادون قرمز) موجود در بین پره ها قطع و وصل شود و این قطع ووصل شدن وارد یک پردازنده شده و میزان و جهت چرخش مشخص می شود. فقط در سیستم های هال افکت جای امواج IR از مغناطیس استفاده می شود و جای یک صفحه پره پره یک صفحه با زایده های توپی فلزی وجود دارد عبور این زایده های نوپی از کنار سنسور هال افکت باعث قطع شدن خطوط میدان های مغتاطیسی می شود و در نتیجه می توان میزان چرخش و جهت آن را برآورد کرد. یک سیستم پردازنده مرکزی سرعت چرخش همه چرخ ها را اندازه گیری می کند به محض ترمز گرفتن باید سرعت چرخش همه چرخ ها یکی باشد اگر سرعت یکی از آنها هماهنگ نبود یعنی آن چرخ در حال سر خوردن است و این سر خوردن هم باعث اصطکاک جنبشی می شود و هم باعث انحراف ماشین از خط اصلی می شود در این حالت سیستم فشار روغن یا فشار باد (فشار باد = نیوماتیک و فشار روغن = هیدرولیک) آن ترمز را تا جایی کم می کند که سرعت آن هماهنگ با سرعت سایر چرخ ها شود. سیستم پردازنده این گونه ترمز ها نباید هیچ گونه تأخیری در پردازش داشته باشد از این رو به آنها (بدون تأخیر) Real Time می گویند و عملیات پردازشی آنها توسط کنترل کننده هایی به نام DSP انجام می شود. (DSP = پردازنده دیجیتال سیگنال ها)

منابع:
 
1. Russell C. Lindsay، P.E، Truck Retarder Systems، PARC Views، Spring/Summer 1997 (V.4، No.1)
2. http://www.jakebrake.com/technology  
3. http://www.telmausa.com
4. http://www.voithturbo.com/5 Engine Brake(Jake Brake)
6. Clessie M. Cummins
.7 Cummins Engine
8 bleeder brake
9 Cylinder Cut Off
10 Jake Brake
11 Jacobs
12 Exhaust Brake
13 Electromagnetic Retarder
14 ATC
15 hydrodynamic retarder
16 Temperature pick-up



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید