Imaginez que c'est votre première semaine de travail en tant que matelot de quai dans une entreprise de camionnage délabrée. Tout le monde court partout pour finir de charger la dernière palette de marchandises à l'arrière d'un énorme camion semi-remorque à destination de la côte opposée. Soudain, l'un des contremaîtres vous dit d'écarter l'un des camions pour qu'un autre conducteur puisse reculer jusqu'au quai de chargement. En supposant que vous sachiez conduire un tel véhicule, le contremaître continue, mais vous faites une pause, car vous ne le savez pas.
Essayant de plaire aux supérieurs 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 ne démarre, vous êtes surpris par un buzzer abrutissant et une lumière clignotante sur le tableau de bord. Vous allumez le moteur, mais le buzzer et la lumière continuent d'attirer votre attention.
Vous avez déjà conduit un levier de vitesses, vous pensez donc que tout est couvert. Malgré la surcharge sensorielle, vous appuyez sur l'embrayage, saisissez ce que vous pensez être la vitesse inférieure et relâchez l'embrayage. Au lieu de vous précipiter vers l'avant comme prévu, vous êtes accueilli par une violente détonation, le moteur s'éteint 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 frein d'urgence est toujours activé. Vous ne voyez aucune poignée ou levier de frein que vous verriez normalement dans une voiture, alors vous décidez de simplement relâcher l'embrayage et de lui donner une autre chance.
À votre grand embarras, la même chose se produit. Du coin de l'œil, vous voyez ce même contremaître vous crier dessus depuis le quai de chargement. Frustré, vous sautez hors de la cabine et levez les mains de stupéfaction, alors que le superviseur renfrogné se précipite vers vous.
Bienvenue dans le monde des freins à air. Dans cet article, vous apprendrez comment fonctionnent les freins pneumatiques et leurs composants, comment entretenir un système de freinage pneumatique et pourquoi vous ne pouviez pas déplacer ce camion. Voyons maintenant comment George Westinghouse vous a mis dans cette situation.
Contenu
L'air est partout. Le liquide hydraulique ne l'est pas. Les trains, les bus et les semi-remorques utilisent des systèmes de freinage pneumatique afin de ne pas dépendre du liquide hydraulique des systèmes de freinage des voitures, qui peut s'épuiser en cas de fuite. Tous ces types de transport sont alourdis par de lourdes charges de passagers ou de fret, la sécurité est donc de la plus haute importance. Une locomotive à grande vitesse qui s'appuyait 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, les trains utilisaient un système de freinage primitif qui obligeait un opérateur, ou serre-frein, dans chaque voiture à 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 freinage à air direct , qui utilisait 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 réalisa l'importance de la sécurité dans l'industrie ferroviaire relativement nouvelle et inventa la première triple soupape. système de freinage pneumatique 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'œil à ces fonctions.
Au lieu d'utiliser la force ou l'air dirigé pour appliquer les freins un peu comme le liquide hydraulique dans nos voitures, le système à trois soupapes remplit un réservoir d'alimentation et utilise la pression d'air pour desserrer 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 si ce type de système avait une perte d'air complète, les freins s'enclencheraient et arrêteraient le train. Pensez-y lorsque vous zoomez 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 d'aujourd'hui dans les trains, les bus et les semi-remorques. Changeons de vitesse et apprenons comment fonctionnent les freins à air des véhicules routiers dans la section suivante
Le train en fuite aurait pu être évitéLe 27 juin 1988, un train de banlieue a percuté un train à l'arrêt à la gare de Lyon à Paris, en France, tuant 56 personnes et en blessant 32 autres [source :AP, National Geographic]. La catastrophe s'est produite après qu'une série d'erreurs a laissé le train avec une capacité de freinage considérablement réduite. Après qu'un passager a tiré par inadvertance sur le frein d'urgence à sa sortie, le conducteur a fermé une valve de frein, pensant que le système avait un sas à air. Après avoir purgé l'air du système, le train a roulé librement, mais les wagons restants qui avaient un système chargé n'avaient pas assez de puissance d'arrêt. Pris de panique, le conducteur n'a pas activé le système de freinage d'urgence électrique et le train est entré en collision avec un train au repos à la gare. Sans un conducteur courageux dans le train à l'arrêt qui est resté jusqu'à la collision, aidant à l'évacuation des passagers, le nombre de morts aurait été beaucoup plus élevé [source :AP, National Geographic]
Avant d'en savoir plus sur les freins pneumatiques dans les véhicules routiers, regardons comment fonctionnent les freins de votre voiture. Quiconque a conduit une voiture sait que lorsqu'il appuie sur la pédale de frein vers le sol, la voiture ralentit et finit par s'arrêter. Mais comment diable notre pied peut-il arrêter une voiture de 3 000 livres (1 361 kg) qui roule à grande vitesse ?
Pour commencer, discutons des différents types de freins, puis nous pourrons explorer les différents composants. Chaque véhicule roulant, y compris les trains, les camions semi-remorques, les bus et les voitures, contient l'un des deux types de systèmes. Hydraulique freins , trouvés dans les camions légers et les voitures de tourisme, utilisent du liquide hydraulique ou de l'huile pour actionner leurs freins. Les freins à air, que nous détaillerons dans la section suivante, utilisent de l'air pour faire fonctionner 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 ou les conduites de frein dans les pistons montés sur chaque roue. Ces pistons de frein poussent contre deux mâchoires de frein , qui se dilatent et provoquent des frottements à l'intérieur d'un tambour de frein , ou contre une plaquette de frein , qui serre un disque de frein . Vous trouverez ci-dessous les composants d'un système de frein à disque hydraulique.
[source :Freins]
Voici un aperçu de la façon dont certaines pièces s'intègrent dans un frein à disque.
Avant les freins à disque, les voitures utilisaient des freins à tambour. La mécanique principale était la même, mais les freins à tambour utilisaient des mâchoires de frein placées à l'intérieur d'un tambour qui était monté sur le moyeu, par opposition 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. De plus, la poussière de frein, qui se forme à mesure que les plaquettes de frein s'usent et diminue la capacité de freinage, est évacuée 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 camions et des bus.
Fondation Les freins sont les systèmes de freinage pneumatique les plus courants que l'on trouve 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 tuyaux de frein ou des conduites d'air, relâchant les freins. Pratiquement tous les véhicules routiers équipés de freins à air ont un système de desserrage progressif où une augmentation partielle de la pression dicte un relâchement proportionnel des freins.
Les composants suivants sont exclusifs à un système de freinage pneumatique de base dans un camion ou un bus :
Au ralenti (pied du frein et système d'air du véhicule chargé), la pression d'air surmonte le diaphragme ou la came en S est en position fermée, ce qui entraîne un système de freinage desserré. Dès que vous appuyez sur la pédale de frein, la pression d'air diminue, faisant tourner la came en S et écartant les mâchoires de frein contre le tambour. Le compresseur remplit les réservoirs et lorsque vous laissez la pédale se rétracter, la pression d'air revient à son état d'origine.
Urgence freins pneumatiques complètent les systèmes de freinage pneumatique standard et peuvent être activés en tirant sur 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 équipé de freins pneumatiques, vous devez appuyer sur le bouton de freinage d'urgence pour remplir le système d'air. Tant que le système d'urgence est sous pression, le frein d'urgence reste libre. Si le système a une fuite, la pression peut diminuer suffisamment pour engager le frein d'urgence. De plus, les camions lourds sont souvent équipés d'un frein sur échappement qui facilite le processus de freinage, mais cela dépend du moteur, pas du système de freinage pneumatique.
Nous avons appris comment fonctionnent les freins à air. Voyons maintenant comment la maintenance peut prévenir la défaillance des freins dans la section suivante.
Quel est ce son?Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les camions et les bus émettent ces drôles de grincements et de sifflements ? Le grincement est l'air qui s'échappe après le freinage et le son ppssss est les soupapes de sécurité de dérivation automatiques au travail, en s'assurant que la pression d'air reste au niveau correct. Étant donné que l'un des principaux avantages des systèmes de freinage pneumatique est leur capacité à utiliser de l'air pour fonctionner, le compresseur démarre et démarre constamment pour remplir les réservoirs d'air sous pression. Lorsque le compresseur génère trop d'air, les soupapes s'ouvrent, produisant ce sifflement fort.
Chaque État des États-Unis a des directives spécifiques pour l'utilisation d'un véhicule avec des freins à air. Les tests pour obtenir un permis de conduire commercial sont exigeants, tout comme les démarches pour entretenir un tel véhicule. Voici quelques étapes à suivre avant de prendre la route :
Vous voudrez également surveiller la présence d'eau dans le système de freinage pneumatique, un sous-produit de l'air condensé. Les conduites de frein à air n'aiment pas l'eau, en particulier dans les climats plus froids où la glace peut empêcher l'air d'atteindre le mécanisme de freinage et provoquer le blocage de la roue. Pour éviter ce problème, de nombreux systèmes modernes ont des vannes de vidange automatiques installées dans chaque réservoir d'air.
Les coupleurs d'air peuvent également poser problème. Des joints en caoutchouc usés provoqueront une fuite d'air. Alors que le compresseur peut surmonter une petite fuite, faire fonctionner les compresseurs trop fort peut entraîner une panne. Encore une fois, comme nous l'avons appris, la perte d'air n'est pas nécessairement une mauvaise chose, mais cela signifie que vous êtes coincé. Pour les camionneurs, se retrouver bloqué au milieu d'un col de montagne ne fait probablement pas partie de l'itinéraire.
La sensibilité des freins, un autre sous-produit des freins pneumatiques, peut entraîner des accidents, en particulier pour les conducteurs inexpérimentés. Les systèmes de freinage pneumatique sont conçus pour fonctionner sur des véhicules transportant de lourdes charges. Vous êtes-vous déjà demandé d'où venaient toutes ces marques de dérapage sur l'autoroute ? C'est un produit de remorques légères ou vides qui bloquent leurs roues arrière. La pire peur pour un camionneur est probablement la mise en portefeuille. Ce n'est jamais bon quand l'arrière de la remorque se glisse le long de la cabine. Les camions circulant sous la pluie et la neige peuvent facilement se mettre en portefeuille si trop de freins sont appliqués.
La plupart des véhicules modernes équipés de freins à air utilisent un système double . Essentiellement, ces véhicules équipés ont deux systèmes au cas où l'un tomberait en panne. Les freins antiblocage peuvent maintenant être trouvés dans les plates-formes de semi-remorque et fonctionnent à peu près de la même manière que les systèmes ABS que l'on trouve dans les voitures particulières.
Fundamentally speaking, air brakes are efficient and reliable. However, don’t hold your breath if you’re hoping to find them in your car any time soon. Air-brakes systems occupy too much space and attention to be considered practical in cars. Just look at a Peterbilt truck as it saunters down the interstate. Have you seen the big tanks tucked behind the fuel tanks? Try finding a place for those under the hood of a Honda Civic.
If you’d like to learn more about air brakes and read some related HowStuffWorks articles, explore the links on the next page.
Poor maintenance leads to runaway truckOn April 25, 1996, a 1988 Mack cement truck collided with a small Subaru sedan in Plymouth Meeting, Pa. As the driver of the cement truck approached an intersection at the end of a downhill off ramp, his brakes failed and the truck barreled into the intersection, striking the Subaru and killing its driver. The National Transportation Safety Board investigated the incident and found several problems with the truck, notably reversed brake lines and a secondary system failure. Those two issues left the truck with only an estimated 17 percent to 21 percent of its total braking capability. Unfortunately, the driver had no idea he had a brake failure. Poor maintenance resulted in a senseless death that could have been avoided. [source:NTSB]
Now let's put the parts together to see how air brakes work as a whole. Ce diagramme fournit à la fois une vue rapprochée et un exemple de l'emplacement des freins dans votre véhicule.
Originally Published:Jun 2, 2008
