Remmen en retarders: When You Need to Stop

Het remsysteem van een inzameltruck wordt wekelijks zwaar op de proef gesteld onder de meest barre omstandigheden en omstandigheden. De vrachtwagen moet normaal blijven remmen in verkeersomstandigheden variërend van de snelweg tot druk stadsverkeer en het herhaaldelijke stoppen en optrekken van de ophaalroute. Bij elke stop neemt het gewicht van de truck toe totdat het laadvermogen is bereikt – met de verwachting dat de remkarakteristieken van de truck redelijk consistent blijven van leeg naar vol. Voeg daarbij de noodzaak om die onverwachte paniekstops te maken voor de automobilist die plotseling voor de vrachtwagen afsnijdt of het kind op een driewieler dat ongezien tussen twee geparkeerde auto’s doorglipt om de “grote vrachtwagen” te zien, en je moet een systeem hebben dat faalveilig is.

In een notendop werken rem- en vertragersystemen op het concept van het bieden van selectieve weerstand aan een bewegend onderdeel, hetzij op een draaiend wiel of een draaiende as in een wrijvingskracht die gelijk en tegengesteld is aan de beweging totdat het object stopt. Als gevolg van de remfunctie wordt de energie in het bewegende voorwerp omgezet in warmte die vervolgens in de atmosfeer wordt afgevoerd. Remsystemen zijn hoofdzakelijk mechanisch van aard, terwijl vertragersystemen werken door middel van weerstand van vloeistof of elektromagnetische krachten. Retarders worden gebruikt om het hoofdremsysteem aan te vullen door de inspanning te verminderen die het hoofdremsysteem moet leveren om een voertuig tot stilstand te brengen.

Een inleiding over remsystemen

Op een vuilniswagen bestaat het remsysteem uit twee subsystemen: de bedrijfsrem, die is ontworpen om via het voetpedaal te worden bediend en tijdens de normale werking van het voertuig wordt toegepast; en de parkeerrem, een mechanisch systeem dat is ontworpen om de remmen vast te houden wanneer het voertuig is geparkeerd en de motor is uitgeschakeld. In situaties waarin de bestuurder herhaaldelijk het voertuig moet verlaten terwijl hij het voertuig in een geparkeerde situatie plaatst, kan een werkremsysteem, dat de eigenschappen van zowel de bedrijfsrem als de parkeerrem combineert, worden gebruikt zonder aanzienlijke slijtage aan de veerbediende parkeerrem te veroorzaken.

Remsystemen maken gebruik van hydraulische vloeistof of lucht om te werken. Hoewel beide systemen op verschillende voertuigen kunnen worden toegepast, worden de voornaamste remsystemen op vuilniswagens met lucht bediend. Hiervoor is een compressor nodig om lucht onder de juiste druk te genereren en een opslagtank om de samengeperste lucht op te slaan. De lucht wordt vervolgens behandeld om vocht te verwijderen, dat de doeltreffendheid van de remsystemen kan verminderen. Het remsysteem is vaak verdeeld in circuits die zijn ontworpen om redundantie in het systeem aan te brengen. Deze redundantie is bedoeld om het voertuig in staat te stellen meer dan 50% van zijn remfunctie te behouden in geval van een circuitstoring. Elk circuit heeft een geschikt kleppensysteem dat lucht verdeelt naar de funderingsremmen op elke wielconstructie.

Luchtremsystemen zijn het dominante platform vanwege hun betrouwbaarheid en lagere onderhoudskosten. “Een luchtremsysteem is een vergevingsgezind systeem,” verklaart Ron Bailey, technisch verkoopmanager voor Bendix Spicer Foundation Brake LLC uit Elyria, OH. “Je kunt een luchtremsysteem bedienen met enige lekkage in het systeem en je verliest het remsysteem niet. Ik bedoel, zowel lucht- als hydraulische systemen hebben redundantie, in die zin dat als je een deel van het systeem verliest, de andere helft van het systeem werkt. Maar een luchtsysteem kan werken met een kleine lekkage in het systeem en nog steeds werken, en dat kun je niet echt met een hydraulisch systeem. Als je een lek in een hydraulisch systeem krijgt, ben je een deel van het systeem kwijt.”

Remcomponenten voor inzameltrucks moeten robuust zijn om de zware voertuigen tijdens hun dagelijkse rondes tot stilstand te brengen. Met de klok mee vanaf linksboven ziet u een luchtschijfrem, een klepaandrijving, die lucht uit de parkeerremmen gebruikt om het voetpedaal tijdens inspecties ingetrapt te houden, en een compressor, die wordt gebruikt als energiebron om de lucht voor het luchtremsysteem op te laden. Rechts werkt een technicus aan een luchtschijfrem.

Grondremmen kunnen bestaan uit schijfremmen of trommelremmen. De meeste remsystemen op vuilniswagens zijn trommelremmen met S-nok, die bestaan uit een remkamer en een slappe regelaar die een S-vormige nok laat draaien die de remschoenen tegen de trommel drukt om de remkracht te creëren. Schijfremmen gebruiken een remklauw om via de remblokken druk uit te oefenen op een rotor. Trommelremmen duwen naar buiten tegen het trommeloppervlak dat parallel aan het wegdek beweegt, terwijl schijfremmen druk uitoefenen op een schijf die loodrecht op het wegdek draait.

Volgens Bailey zijn er enkele duidelijke verschillen tussen de twee systemen. “Minder dan 2% van de zware voertuigen in de Verenigde Staten is uitgerust met schijfremmen”, zegt hij. “Ik denk dat de belangrijkste reden daarvoor de economische aspecten zijn. Schijfremmen zijn in het begin meestal duurder, maar wij geloven dat er levenscycluskosten zijn die dat verminderen, en het een redelijker mogelijkheid maken voor luchtschijfremmen door een langere levensduur van de voering en eenvoudiger onderhoud. Ter vergelijking, trommelremmen hebben een paar eigenschappen die schijfremmen niet hebben. Nummer één is stabiliteit. Er kan tot 30% variatie zijn van rechts naar links. Schijfremmen hebben van nature veel meer stabiliteit – waarschijnlijk minder dan 10% variatie van rem tot rem. Het andere voordeel van schijfremmen ten opzichte van trommelremmen is wat we “brake fade” noemen, het verlies in remeffectiviteit. Bij hogere temperaturen zullen trommelremmen zeker efficiëntie verliezen als de remmen heet worden. Er kan een fade optreden van 30% tot 40% in een trommelrem van een koude situatie naar een warme situatie. Schijfremmen hebben waarschijnlijk minder dan 10% variatie van koud naar warm. Vuilnis wordt beschouwd als een zware heet-rem operatie. We zien tot 60 stops per mijl op vuilnis. De trommelremmen worden heet, ze vervagen, en je begint remeffectiviteit te verliezen en je krijgt verhoogde slijtage van de voering bij verhoogde temperaturen. Schijfremmen zijn veel minder gevoelig voor deze omstandigheden en bieden een betere slijtage van de voering en een veel snellere onderhoudstijd als je de remblokken moet vervangen.”

Het bepalen welk type remsysteem (schijf of trommel) geschikt is voor een specifieke toepassing hangt af van een aantal factoren, zegt John Hall, vice-president product engineering bij Webb Wheel Products in Cullman, AL. Enkele van deze factoren zijn de bedrijfscyclus, de gewoonten van de bestuurder, het type lading, het gewicht en de kosten.

Heden ten dage zijn de kosten van een luchtschijfrem aanzienlijk hoger dan die van een trommelrem. De belangrijkste reden hiervoor is dat de onderdelen van een trommelrem in een veel groter volume worden vervaardigd dan de onderdelen van een luchtschijfrem. De kosten van onderdelen zijn uiterst gevoelig voor het volume. Naarmate het volume van de onderdelen voor de luchtschijfrem toeneemt, zal het verschil tussen de kosten van een luchtschijfrem en die van een trommelrem afnemen.

Het verlengen van de levensduur van remtrommels

De levensduur van vervangende remtrommels kan worden verlengd door een nieuwe remtrommel niet te “trueen” voordat deze in gebruik wordt genomen. Tegenwoordig bewerken de meeste trommelfabrikanten de trommel in één opspanning. Hierdoor kan de speling tussen de diameter van het remoppervlak en de geleidingsdiameter worden geminimaliseerd. Het verder machinaal bewerken van een remtrommel verkort de levensduur van een nieuwe trommel doordat de diameter van het remoppervlak groter wordt. Door deze bewerking neemt ook de afwijking van de remvlakdiameter ten opzichte van de voerdiameter toe, wat kan bijdragen tot de vorming van warmtestrepen op het remoppervlak. Dit kan uiteindelijk de levensduur van de trommel verkorten.

Het gebruik van geventileerde trommels in combinatie met remturbines kan de bedrijfstemperatuur van remtrommels bij zwaar gebruik verlagen. Lagere bedrijfstemperaturen correleren met een langere levensduur van de trommel.

Door een werkrem aan het systeem toe te voegen, kan het remsysteem efficiënter worden gebruikt, zegt Chuck Eberling, senior stafingenieur bij Bendix Commercial Vehicle Systems. “Een van de grootste vijanden van een remsysteem op een vuilniswagen is het aantrekken van de parkeerrem bij huis-aan-huis routinestops,” merkt hij op. “Door studies met de industrie hebben we geleerd dat het voor de laadsystemen die doorgaans op deze voertuigen worden gebruikt letterlijk onmogelijk is om een route van 800 tot 1.200 stops bij te houden waarbij de chauffeur bij elke stop daadwerkelijk de parkeerremmen aantrekt. Het is zeer belangrijk dat hij een zogenaamde werkrem heeft die daadwerkelijk de bedrijfsrem bedient. Op die manier wordt het luchtverbruik driemaal zo laag en kan het laadsysteem de vraag bijbenen. Als het laadsysteem de vraag niet kan bijhouden, raakt het hele systeem verzadigd en ontstaan er problemen met inwendige corrosie en bevriezing en dat soort dingen.”

Retarders helpen bij het remmen

Iedereen die wel eens langs een afrit van een snelweg heeft gestaan terwijl een zware vrachtwagen afremde, heeft het bekende knarsende geluid van een motor-retardersysteem gehoord. Gekoppeld aan retarders voor aandrijflijn en transmissie zijn ze ontworpen om het bestaande remsysteem te ondersteunen door de energie die door de aandrijflijn van het voertuig wordt gegenereerd, om te zetten in een remsysteem.

Wanneer de gashendel van een inzameltruck wordt ingedrukt, versnelt de motor omdat brandstof door de cilinders wordt geperst en wordt ontstoken, waardoor arbeid wordt gecreëerd. Wanneer de gashendel wordt losgelaten, loopt de motor terug. Een motorvertrager vangt de uitlaatgassen van de motor op en comprimeert ze, zodat de motor harder moet werken om het gas uit de cilinders te persen, en vertraagt de motor dus door weerstand. Hierdoor vertraagt het voertuig, waardoor minder remkracht op de bedrijfsremmen nodig is om het voertuig tot stilstand te brengen.

Transmissie-vertragers hebben een soortgelijke functie in die zin dat zij de rotatiekrachten van de aandrijflijn vertragen door weerstand te creëren binnen de transmissie. Steve Spurlin, hoofdingenieur voor Allison Transmissions in Indianapolis, IN, beschrijft hoe het systeem werkt: “De retarder bestaat uit een schuin roterend element, een rotor genaamd. Aan weerszijden van de rotor bevinden zich schotelvormige elementen die niet roteren, stators genaamd. De holte tussen de rotor en de stators wordt onder druk gezet met olie. De rotor is via splines verbonden met de uitgaande as van de transmissie. De onder druk staande olie die tussen de rotor en de stator werkt, remt het voertuig af wanneer de bestuurder om vertraging vraagt. De retarder pompt olie tot ongeveer 60 gallon per minuut en onttrekt olie aan de normale olievoorraad van de transmissie.”

Driveline retarders worden geïnstalleerd tussen de transmissie en de achterkant van de truck, en gebruiken elektromagnetische energie om de energie in de draaiende aandrijflijn tegen te gaan, vergelijkbaar met een elektromotor. “In de vuilnismarkt worden ze vooral gekocht om de levensduur van de remmen te verlengen”, zegt Joe Gawlik, regionaal verkoopmanager voor Telma Inc. uit Elk Grove Village, IL, een dochteronderneming van de Valeo Group. “Gezien het aantal rembeurten dat in de afvalmarkt wordt uitgevoerd, zal het een besparing betekenen op de levensduur van de remmen en de bijbehorende remkosten, evenals op de levensduur van de banden. twee rotors die aan de aandrijflijn zijn bevestigd en met dezelfde snelheid draaien als de aandrijflijn. De stator is vastgeschroefd aan de framerail en die staat stil. Wanneer de retarder wordt geactiveerd, wordt er een elektromagnetisch veld gecreëerd met behulp van wervelstromen die de rotatie van die rotors afremmen, wat betekent dat je de truck afremt zonder je remmen te gebruiken.” Volgens John Gillespie, algemeen directeur van Telma, “is geen enkele andere hulpremtechnologie zo geschikt voor de afvalsector als de elektromagnetische. We hebben met deze technologie een vijfvoudige verlenging van de levensduur van de remmen gezien en een vermindering van het aantal door hitte veroorzaakte bandfouten.”

Volgens Spurlin zijn er twee redenen om een retardersysteem op een inzamelvoertuig te hebben. “Een daarvan is snelheidscontrole op hellingen, wat niet echt het doel is van een vuilniswagen”, zegt hij. “Het tweede doel is om het voertuig extra af te remmen, wat in feite zou kunnen helpen om de normale bedrijfsremmen te sparen, zodat de remmen langer meegaan. Het meest voorkomende voordeel is bij een hoog stop/start-gebruik zoals een vuilniswagen. Bij normale vuilnisophaling, of het nu een zijlader, een achterlader of zelfs een voorlader is, wanneer ze met lage snelheden werken, zul je niet veel voordeel halen uit een vertrager omdat je met lage snelheden rijdt. De remenergie die je in de bedrijfsremmen stopt is erg klein omdat de snelheid laag is. Maar elk van deze vrachtwagens komt uit de buurt. Ze rijden in het normale verkeer en, in de meeste gevallen, rijden ze meerdere keren per dag met hoge snelheid over de snelweg naar stortplaatsen of overslagstations. Zij zouden het voordeel van de vertrager krijgen in termen van rembesparing omdat zij nu een hogere snelheid hebben en er meer remenergie naar de bedrijfsremmen gaat. Als de retarder die energie kan absorberen ten opzichte van de bedrijfsremmen, dan kun je op die manier de levensduur van de remmen verlengen.”

De activering van retardersystemen kan worden ingesteld op basis van de behoeften van het bedrijfssysteem. “De chauffeurs en de bedrijven hebben de keuze hoe ze het systeem willen instellen,” zegt Gawlik. “De meerderheid van de eenheden die op de vuilnismarkt worden verkocht, zijn uitgerust met voetbediening, wat betekent dat zodra de chauffeur op de rem trapt, de retarder in vier verschillende fasen wordt geactiveerd, met 25% voor elke fase. Hij wordt geactiveerd via een luchtdrukschakelaar en wordt geactiveerd bij 3, 5, 7 en 10 pond lucht in de remleidingen. Dat is de meest populaire optie op de afvalmarkt. Er zijn echter ook andere opties, zoals een off-throttle regeling. Een paar vuilnisbedrijven kiezen voor die optie waarbij ongeveer 25% of 50% van het vermogen wordt geactiveerd zodra het gaspedaal wordt losgelaten, waarbij de extra fasen worden geactiveerd via het rempedaal. Zodra je het gaspedaal loslaat, boem, heb je meteen 50% van de retarder aan het werk.”

Toekomstige systemen

Op dit moment moeten alle remsystemen voldoen aan de eisen van de National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) of deze overtreffen om een klasse 8 voertuig in 355 voet tot stilstand te kunnen brengen vanaf 60 mijl per uur. De NHTSA heeft momenteel een negenstappenprogramma om het aantal dodelijke ongevallen met zware bedrijfsvoertuigen tegen het jaar 2010 met 50% te verminderen. “Een van de belangrijkste maatregelen is het terugbrengen van de huidige remweg van 355 meter naar 248 meter,” zegt Bailey. “Trommelremmen kunnen dat niveau misschien halen, maar daar komt de effectiviteitsfactor pas echt om de hoek kijken als je veel grotere trommelremmen op voorassen gaat zetten. Schijfremmen kunnen dat aan. We beschikken over informatie waaruit blijkt dat de remafstand van een doorsneetrekker met schijfremmen kan worden teruggebracht tot een remafstand van 1,8 tot 2,5 meter.”

Omdat de activering van remsystemen kan leiden tot stabiliteits- en handlingproblemen, met name bij noodweer of paniektoepassingen, zullen toekomstige systemen voorzieningen als stabiliteitscontroles en geavanceerdere geautomatiseerde remsystemen bevatten. “De geavanceerde systemen waarover we het hebben, zijn eigenlijk systemen die je eerder zou aantreffen in een volledig elektronisch remsysteem, dat in Europa vrij gangbaar is”, zegt Eberling. “Vanwege het ontbreken van een kortere remweg en de kosten die gemoeid zijn met een volledig elektronisch remsysteem met de wettelijk vereiste pneumatische redundantie, hebben wij echter de geavanceerde functies van een volledig elektronisch remsysteem geïntegreerd in het huidige platform van het antiblokkeerremsysteem. Wij denken dat ons systeem, met deze geavanceerde concepten van rolstabiliteit en verbeterde elektronische stabiliteit, zo ver is dat een volledig elektronisch remsysteem geen echte waarde meer heeft.”