Brakes e Retardadores: Quando é necessário parar

Um sistema de travagem num camião de recolha recebe um treino incrível todas as semanas sob alguns dos ambientes e circunstâncias mais severas. O camião tem de manter funções normais de travagem em condições de tráfego que vão desde a auto-estrada até ao tráfego urbano pesado e repetitivo de paragem e paragem do percurso de recolha. Com cada paragem, o peso do camião aumenta até atingir a sua carga útil – com a expectativa de que as características de travagem do camião se mantenham bastante consistentes de vazio a cheio. Acrescente-se a necessidade de fazer aquelas paragens de pânico inesperadas para o motorista que de repente corta à frente do camião ou para a criança num triciclo que se atreve a não ser visto entre dois carros estacionados para ver o “grande camião”, e é preciso ter um sistema que seja à prova de falhas.

Em resumo, os sistemas de travagem e retardador funcionam no conceito de oferecer resistência selectiva a um componente em movimento, seja numa roda giratória ou num eixo rotativo com uma força de fricção igual e oposta ao movimento até que o objecto pare. Como resultado da função de travagem, a energia contida no objecto em movimento é transformada em calor que se dissipa subsequentemente na atmosfera. Os sistemas de travagem são principalmente de natureza mecânica, enquanto que os sistemas retardadores funcionam quer através da resistência do fluido, quer através de forças electromagnéticas. Os retardadores são utilizados para complementar o sistema de travagem principal, reduzindo a quantidade de esforço que o sistema de travagem principal deve fazer valer para parar um veículo.

A Primer on Braking Systems

Num camião de recolha de resíduos, o sistema de travagem consiste em dois subsistemas: o travão de serviço, que é concebido para funcionar através do pedal e ser aplicado durante o funcionamento normal do veículo; e o travão de estacionamento, que é um sistema mecânico concebido para manter os travões sempre que o veículo está estacionado e o motor é desligado. Em situações em que o condutor tem de sair repetidamente do veículo enquanto coloca o veículo numa situação de estacionamento, um sistema de travão de trabalho, que combina as características tanto do travão de serviço como do travão de estacionamento, pode ser utilizado sem gerar desgaste significativo no travão de estacionamento aplicado por mola.

p>Os sistemas de travagem utilizam fluido hidráulico ou ar para funcionar. Enquanto ambos os sistemas têm aplicações apropriadas em vários veículos, os sistemas de travagem primários nos veículos de recolha de resíduos são operados a ar. Isto requer um compressor para gerar ar à pressão adequada e um tanque de armazenamento para reter o ar comprimido. O ar é então tratado para remover a humidade, o que pode reduzir a eficácia dos sistemas de travagem. O sistema de travagem é frequentemente dividido em circuitos que são concebidos para proporcionar uma redundância ao sistema. Esta redundância destina-se a permitir que o veículo retenha mais de 50% da sua função de travagem no caso de uma falha do circuito. Cada circuito tem um sistema de válvula apropriado que distribui ar aos travões de fundação em cada conjunto de rodas.

Os sistemas de travagem pneumática são a plataforma dominante devido à sua fiabilidade e baixo custo de manutenção. “Um sistema de travões pneumáticos é um sistema perdoador”, afirma Ron Bailey, director técnico de vendas da Bendix Spicer Foundation Brake LLC de Elyria, OH. “Pode-se operar um sistema de travão pneumático com alguma fuga no sistema e não se perde o sistema de travagem. Quer dizer, tanto o sistema pneumático como o hidráulico têm redundância, na medida em que se se perder parte do sistema, a outra metade do sistema funciona. No entanto, um sistema de ar pode funcionar com pequenas fugas no sistema e ainda assim funcionar, e não se pode realmente fazer isso com um sistema hidráulico. Obtém-se uma fuga num sistema hidráulico e perde-se parte do sistema”

br>>>p>p>p> Componentes de travões para camiões de recolha têm de ser robustos para parar os veículos pesados nas suas rondas diárias. No sentido horário a partir da parte superior esquerda são um travão de disco de ar; um actuador de válvula, que utiliza ar dos travões de estacionamento para manter o pedal aplicado durante as inspecções; e um compressor, que é utilizado como fonte de energia para carregar o ar para o sistema de travão de ar. À direita, um técnico trabalha com um travão de disco de ar. br>>p>Foundation brake pode consistir em travões de disco ou de tambor. A maioria dos sistemas de travagem em veículos de recolha de resíduos são travões de tambor com câmara S, que consistem numa câmara de travagem e num ajustador de folga que roda uma came em forma de S que aplica os sapatos contra o tambor para criar a força de travagem. Os travões de disco utilizam um calibrador para aplicar pressão através das pastilhas a um rotor. Os travões de tambor empurram para fora contra a superfície do tambor que se move paralelamente à superfície da estrada, enquanto os travões de disco aplicam pressão a um disco em rotação perpendicular à superfície da estrada.

De acordo com Bailey, existem algumas diferenças distintas entre os dois sistemas. “Menos de 2% dos veículos pesados nos Estados Unidos são travões de disco a ar”, diz ele. “Penso que a principal razão por detrás disso é a economia. Os travões a disco são geralmente mais caros à partida, mas acreditamos que existem pagamentos do ciclo de vida que irão reduzir isso, e torná-lo uma oportunidade mais razoável para os travões a disco a ar através de uma vida mais longa do revestimento e de uma manutenção mais fácil. Em comparação, os travões de tambor têm um par de características que os travões de disco superam. O número um é a estabilidade. Pode haver uma variação de até 30% da direita para a esquerda. Os travões de disco têm inerentemente muito mais estabilidade – provavelmente menos de 10% de variação de travão para travão. A outra coisa com travões de disco sobre travões de tambor é aquilo a que chamamos fade brake, que seria a perda de eficácia dos travões. Com o aumento da temperatura, os travões de tambor terão certamente perdas de eficiência à medida que os travões aquecem. Pode-se ter até 30% a 40% de desbotamento num travão de tambor, desde uma situação fria até uma situação quente. Os travões de disco provavelmente apresentam uma variação inferior a 10%, de frio para quente. O refugo é considerado uma operação de travagem a quente para serviço pesado. Temos visto até 60 paragens por milha no lixo. Os travões de tambor aquecem, desbotam, e começa-se a perder eficácia de travagem e aumenta-se o desgaste do revestimento com o aumento das temperaturas. Os travões de disco são muito menos sensíveis a essas condições e podem oferecer melhorias no desgaste do revestimento e um tempo de serviço muito mais rápido quando é necessário substituir as pastilhas”

p>Determinar que tipo de sistema de travagem (disco ou tambor) é apropriado para uma aplicação específica depende de uma variedade de factores, diz John Hall, vice-presidente de engenharia de produtos da Webb Wheel Products em Cullman, AL. Alguns destes factores são ciclo de trabalho, hábitos do condutor, tipo de carga, peso, e custo.

Hoje em dia, o custo de um travão de disco de ar é substancialmente mais elevado do que o de um travão de tambor. A principal razão para isto é que os componentes de um travão de tambor são fabricados em muito maior volume do que os componentes de um travão de disco de ar. O custo dos componentes é extremamente sensível ao volume. medida que o volume dos componentes do travão de disco de ar aumenta, a diferença entre o custo de um travão de disco de ar e o de um travão de tambor diminuirá.br>>>p>Improving Brake Drum Life

A vida útil dos tambores de travão de substituição pode ser aumentada se não se seguir a prática comum de “trueing up” de um novo tambor de travão antes de o colocar em serviço. Hoje em dia, a maioria dos fabricantes de tambor maquinar o tambor num só atiçamento. Isto permite minimizar o tempo de espera entre o diâmetro da superfície de travagem e o diâmetro do piloto. A prática de maquinar mais um tambor de travão reduz a vida útil de um novo tambor, aumentando o seu diâmetro de superfície de travagem. Além disso, esta prática aumenta normalmente o run-out do diâmetro da superfície de travagem em relação ao diâmetro do piloto, o que pode contribuir para a formação de verificações de calor na superfície de travagem. Isto pode, em última análise, reduzir a vida útil do tambor.

A utilização de tambores ventilados juntamente com as turbinas de travagem pode reduzir a temperatura de funcionamento dos tambores de travagem em serviço severo. Temperaturas de funcionamento mais baixas correlacionam-se com o aumento da vida útil do tambor.

Adicionar um travão de trabalho ao sistema permite uma utilização mais eficiente do sistema de travagem, diz Chuck Eberling, engenheiro sénior de pessoal da Bendix Commercial Vehicle Systems. “Um dos maiores inimigos de um sistema de travagem num veículo de lixo é a aplicação do travão de parque em paragens de rotina de casa para casa”, observa ele. “Através de estudos com a indústria, aprendemos que é literalmente impossível para os sistemas de travagem que são tipicamente utilizados nestes veículos acompanharem uma rota de 800 a 1.200 paragens, onde o condutor efectivamente aplica os travões de parque em cada paragem. É muito importante que ele tenha o que é conhecido como o travão de trabalho que irá de facto empregar o travão de serviço. Ao fazê-lo, isto reduzirá o consumo de ar em três vezes e, por conseguinte, permitirá que o sistema de carga acompanhe a procura. Se o sistema de carregamento não conseguir acompanhar a procura, vai saturar todo o sistema e ter problemas na estrada com corrosão interna e congelamentos e esse tipo de coisas”

Retarders Aid Braking

Anyone who has stood along a downhill freeway off-ramp as a heavy truck slows has heard the familiar grumbling whinebling whine de um sistema de retardador de motores. Juntamente com a linha de transmissão e os retardadores de transmissão, são concebidos para ajudar o sistema de travagem existente, convertendo a energia gerada pelo comboio de tracção do veículo num sistema de travagem.

>p>>br>>>p> Quando o acelerador de um camião de recolha é pressionado, o motor acelera à medida que o combustível é empurrado através dos cilindros e inflamado, criando trabalho. Quando o acelerador é libertado, o motor acelera à medida que o combustível é empurrado através dos cilindros e inflamado, criando trabalho. Um retardador do motor capta o escape do motor e comprime-o de modo a que o motor tenha de trabalhar mais para empurrar o gás para fora dos cilindros, e por isso retarda e abranda o motor através da resistência. Isto faz com que o veículo abrande, exigindo menos força de travagem nos travões de serviço para parar o veículo.

Os retardadores de transmissão desempenham uma função semelhante na medida em que abrandam as forças de rotação da linha motriz, criando resistência dentro da transmissão. Steve Spurlin, engenheiro chefe da Allison Transmissions em Indianapolis, IN, descreve como funciona o sistema: “O retardador consiste de um elemento rotativo de furgão chamado rotor. De ambos os lados do rotor, existem elementos em forma de palheta que não rodam, chamados stators. A cavidade entre o rotor e os estatores é pressurizada com óleo. O rotor é estriado até ao eixo de saída da transmissão. O óleo pressurizado que trabalha entre o rotor e o estator abranda o veículo quando o operador pede um retardamento. O retardador bombeia óleo até cerca de 60 galões por minuto e retira óleo do abastecimento normal de óleo da transmissão”

Retardadores da linha de transmissão são instalados entre a transmissão e a extremidade traseira do camião, e utilizam energia electromagnética para contrariar a energia na linha de transmissão rotativa, semelhante a um motor eléctrico. “No mercado do lixo, ele é comprado principalmente para prolongar a vida útil dos travões”, diz Joe Gawlik, director de vendas regionais da Telma Inc. de Elk Grove Village, IL, uma subsidiária do Grupo Valeo. “Dada a quantidade de trabalhos de travagem que são realizados no mercado de lixo, poupará a vida útil dos travões e as despesas de travagem associadas, bem como a vida útil dos pneus. dois rotores que estão ligados à linha motriz que rodam à mesma velocidade que a linha motriz. O estator é aparafusado ao carril da estrutura e isso é estacionário. À medida que o retardador é activado, é criado um campo electromagnético utilizando correntes de Foucault que abrandam a rotação desses rotores, o que significa que está a abrandar o camião sem utilizar os seus travões”. Segundo John Gillespie, director geral da Telma, “Nenhuma outra tecnologia de travagem auxiliar está tão bem adaptada à indústria do lixo como a electromagnética. Vimos até um aumento de cinco vezes na vida útil dos travões e uma redução das falhas dos pneus relacionadas com o calor utilizando esta tecnologia”

Segundo Spurlin, há duas razões para ter qualquer tipo de sistema de retardador num veículo de recolha. “Uma delas é o controlo da velocidade nas classes, que não é realmente o que um veículo de recolha de resíduos quereria”, diz ele. “O segundo objectivo é proporcionar uma travagem adicional ao veículo que poderia, de facto, ajudar a salvar os travões de serviço normais, de modo a prolongar a vida útil dos travões. O benefício mais prevalecente é uma elevada vocação de paragem/arranque, como um camião de lixo. Na recolha normal de lixo residencial, quer seja um carregador lateral, um carregador traseiro, ou mesmo um carregador frontal, quando estão a fazer o trabalho a baixa velocidade, não se obterá muito benefício de qualquer tipo de retardador, porque se está a funcionar a baixa velocidade. A energia de travagem que está a colocar nos travões de serviço é muito pequena, porque a velocidade é baixa. Mas todos esses camiões saem da vizinhança. Vão em tráfego normal e, na maioria dos casos, saem numa auto-estrada várias vezes por dia a alta velocidade para aterros sanitários ou estações de transferência. Obteriam o benefício do retardador em termos de economia de travagem, porque agora estão a velocidades mais elevadas e há mais energia de travagem a entrar nos travões de serviço. Se o retardador pode absorver essa energia versus os travões de serviço, então é assim que se vai prolongar a vida útil dos travões”br>

A activação dos sistemas retardadores pode ser configurada com base nas necessidades do sistema operativo. “Os condutores e as empresas têm uma escolha com a forma como querem que o sistema seja instalado”, diz Gawlik. “A maioria das unidades que saem no mercado do lixo são com controlo a pé, que é assim que o condutor carrega no travão, o retardador é activado em quatro fases diferentes com 25% para cada fase. É activado a partir de um interruptor de pressão de ar e é activado a 3, 5, 7, e 10 libras de ar nas linhas de travagem. Esta é a opção mais popular no mercado do lixo. No entanto, existem outras opções, tais como o controlo de desaceleração. Algumas empresas de resíduos escolhem essa opção onde aproximadamente 25% ou 50% da potência é activada assim que o acelerador é libertado, com as fases adicionais sendo activadas fora do pedal do travão. Assim que soltar o acelerador, boom, tem 50% do retardador a funcionar imediatamente”

Sistemas futuros

Correntemente, todos os sistemas de travagem têm de cumprir ou exceder os requisitos da National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) para poder parar um veículo da Classe 8 em 355 pés a 60 milhas por hora. A NHTSA tem actualmente um programa de nove etapas para reduzir em 50% as mortes envolvidas com veículos pesados até ao ano 2010. “Num dos maiores esforços, estão a planear uma redução dessa exigência de paragem-distância do actual 355 para 248 pés”, diz Bailey. “Os travões de tambor podem ser capazes de chegar a esse nível, mas é aí que este factor de eficácia entra realmente em jogo quando se começa a colocar travões de tambor muito maiores nos eixos dianteiros. Os travões de disco podem lidar com isso. Temos informação que mostra a distância de paragem num tractor típico com travões de disco em toda a volta, até distâncias de paragem de 185 a 215 pés”

Desde que a activação dos sistemas de travagem possa causar problemas de estabilidade e manuseamento, especialmente em aplicações de tempo severo ou de pânico, os futuros sistemas incorporarão características tais como controlos de estabilidade e sistemas de travagem automatizados mais avançados. “Os sistemas avançados de que estamos a falar são, na verdade, aqueles que se encontram mais prevalentes num sistema de travagem electrónico completo, o que é bastante comum na Europa”, diz Eberling. “Contudo, devido à ausência de uma distância de paragem mais curta e ao custo envolvido em ter um sistema de travagem totalmente electrónico com a redundância pneumática exigida por lei, o que realmente fizemos foi incorporar as características avançadas de um sistema de travagem totalmente electrónico na actual plataforma do sistema de travagem antibloqueio. Pensamos que o nosso sistema é ao ponto, com estes conceitos avançados de estabilidade de rolos e estabilidade electrónica melhorada, de não haver valor real num sistema de travagem totalmente electrónico”.