Phanh khí nén – Part 3: Máy nén khí, điều áp, bình chứa khí nén và van chính

Yêu cầu đầu tiên của hệ thống phanh khí là một phương tiện nén không khí và lưu trữ trong các bình chứa để có thể sử dụng ngay khi cần.

Nguồn của khí nén là máy nén, lấy không khí từ khí quyển và nén (điều áp) nó. Sau đó, khí nén được bơm qua một đường dẫn khí đến một bình chứa cung cấp.

Máy nén khí

Máy nén khí được lắp trên động cơ của xe buýt hoặc xe tải và được dẫn động bởi dây đai. Trên hầu hết các động cơ đời mới, máy nén được lắp bên hông động cơ và truyền động bằng bánh răng. Khi động cơ hoạt động, thì máy nén sẽ hoạt động. Như vậy máy nén sẽ hoạt động liên tục cho đến khi bạn tắt động cơ.

Tất cả các xe tải đều sử dụng máy nén khí kiểu piston. Chúng có thể có một, hai hoặc bốn xi lanh tùy thuộc vào nhu cầu thể tích của loại xe cụ thể.

Khi không khí bị nén, nhiệt độ của nó tăng lên. Máy nén khí xe tải hoạt động ở áp suất 120 p.s.i. (827 kPa), thì nhiệt độ không khí khi nó rời khỏi máy nén là hơn 204 °C (400 °F).

Để ngăn máy nén quá nóng, người ta sử dụng hai loại hệ thống làm mát. Phương pháp phổ biến nhất trên xe tải hạng nặng là luân chuyển chất làm mát động cơ qua máy nén (áo nước), trong khi một số máy nén trên xe tải nhẹ hơn có thể được làm mát bằng không khí.

Dầu được sử dụng để bôi trơn các bộ phận chuyển động của máy nén, giống như dầu được sử dụng để bôi trơn các bộ phận chuyển động của động cơ ô tô. Dầu cũng giúp làm mát máy nén. Máy nén khí thường được bôi trơn từ cùng một loại dầu như động cơ của xe tải hoặc xe buýt, mặc dù một số máy nén khí có nguồn cung cấp dầu riêng biệt. Do đó, cần phải thường xuyên kiểm tra xem máy nén có đủ dầu bôi trơn hay không.

Vì máy nén khí bơm không khí, cho nên nó cần được cung cấp không khí sạch để hoạt động tốt. Không khí từ khí quyển cung cấp cho cả động cơ xe tải và máy nén. Do đó sẽ cần một bộ lọc không khí được sử dụng để giữ cho nguồn cung cấp này sạch sẽ. Bộ lọc không khí nên được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo nó không bị tắc, vì điều này sẽ hạn chế luồng không khí lưu thông.

Máy nén kiểu piston hoạt động theo nguyên tắc tương tự như nguyên tắc hút và nén của động cơ ô tô thông thường.

Quá trình hút khí

Khi piston di chuyển xuống trong xi lanh, nó tạo ra một áp suất (chân không) bên trong xi lanh thấp hơn áp suất khí quyển bên ngoài máy nén. Khi van cửa nạp mở, không khí đó được hút vào xi lanh để làm đầy chân không.

Quá trình nén xả

Khi piston chạm đến đáy của xi lanh thì nó bắt đầu đi lên. Van cửa nạp đóng lại, làm cho không khí trong xi lanh bị nén lại. Khi piston gần đến đỉnh của hành trình, van xả sẽ mở ra và không khí có áp suất sẽ được đẩy qua van và đi vào đường xả dẫn đến bình chứa.

Nhiều hệ thống phanh hơi hiện nay hoạt động với áp suất tối đa khoảng 125 p.s.i. (862 kPa).

Bộ điều áp

Máy nén có khả năng nén không khí đến hơn 500 p.s.i. (3.448 kPa). Con số này cao hơn nhiều so với mức cần thiết để vận hành hệ thống phanh hơi. Hầu hết các hệ thống phanh khí hiện tại đều hoạt động với áp suất tối đa là 125 p.s.i. (862 kPa).

Cần phải có một cách để ngừng nén không khí khi đã đạt đến một áp suất khí nhất định. Và, nếu áp suất không khí trong bình giảm xuống dưới một mức nhất định (chẳng hạn như sau một loạt các lần đạp phanh), cần phải có cách để bắt đầu nén khí trở lại.

Đây là công việc của bộ điều áp. Khi đã tạo đủ áp suất, bộ điều áp làm cho máy nén chuyển sang giai đoạn “không tải”.

Máy nén phải có khả năng tạo áp suất trong các bình chứa từ 50 p.s.i. đến 90 p.s.i trong vòng ba phút ở chế độ không tải nhanh (1.000 – 1.200 vòng/phút).

Bộ điều áp thường được thiết lập để dỡ tải máy nén (dừng việc máy nén bơm không khí) khi áp suất không khí đạt khoảng 125 p.s.i. Mặc dù áp suất tối đa trên các loại xe khác nhau có thể thay đổi trong khoảng 105 đến 135 p.s.i. (724 và 931 kPa), phạm vi giữa áp suất tối thiểu và tối đa phải xấp xỉ 20 p.s.i. (138 kPa).

Ví dụ: nếu áp suất không khí tối đa là 125 p.i., bộ điều áp sẽ khởi động lại máy nén nếu áp suất không khí trong các bình chứa giảm xuống 105 p.s.i. (đạp phanh nhiều lần có thể khiến áp suất không khí giảm xuống mức này). Ở bất kỳ mức độ nào, bộ điều áp phải khởi động lại máy nén nếu áp suất không khí giảm xuống dưới 80-85 p.s.i. (552-586 kPa).

Bình chứa khí (tích áp)

Một bình bằng thép có chức năng lưu trữ khí nén áp suất cao từ máy nén khí.

Van an toàn được lắp trên bình chứa đầu tiên để bảo vệ bình chứa không bị quá áp và nổ nếu bộ điều áp máy nén không hoạt động. Van an toàn bao gồm một bi cầu có lò xo để cho phép khí nén áp suất cao trong bình chứa thoát ra ngoài khí quyển. Cài đặt áp suất của van được xác định bởi lực của lò xo. Các van an toàn thường được đặt để xả áp suất dư thừa ở khoảng 150 p.s.i. (1.034 kPa).

Do vậy, khi van an toàn hoạt động, điều này cho biết bộ điều áp máy nén khí đang có vấn đề và cần được kiểm tra và xử lý.

Trong không khí luôn luôn có một độ ẩm nhất định. Do đó, không khí được cung cấp từ máy nén thường chứa một số hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng. Đây là lý do tại sao bình chứa cung cấp thường được gọi là bể ướt. Hầu hết các máy nén cũng truyền một lượng nhỏ dầu và các hạt cacbon. Dầu và bất kỳ chất bẩn nào khác trộn lẫn với nước, tạo thành cặn màu xám.

Nếu được phép tích tụ, lớp bùn này sẽ xâm nhập vào các thành phần khác của hệ thống phanh. Lượng nước dư thừa trong hệ thống sẽ gây ra sự cố với van và các bộ phận khác. Vào mùa đông, nước trong hệ thống có thể bị đóng băng, gây hỏng van hoặc bầu phanh.

Để ngăn lớp bùn này làm ô nhiễm các van khí trong hệ thống, các van xả được lắp đặt trong tất cả các bình chứa. Việc xả các bình chứa có thể ngăn chặn lượng bùn này tích tụ. Hầu hết các nhà sản xuất khuyến cáo rằng các bình chứa phải được xả nước hàng ngày.

Van chính (van chân – Foot Valve, van phân phối)

Khi bạn nhấn bàn đạp phanh khí (van chân), nó sẽ tác động như khi bạn nhấn bàn đạp phanh thủy lực.

Bàn đạp của van chân có cảm giác dạng lò xo khác hẳn với cảm giác của bàn đạp phanh thủy lực. Có điều, bạn thực sự không cần phải ấn mạnh hơn vào van chân để tạo thêm lực phanh – bạn chỉ cần ấn nó xuống xa hơn một chút. Miễn là van chân được giữ ở một vị trí, thì áp suất không khí được cung cấp cho hệ thống phanh sẽ không đổi.

Khi nhả van chân, không khí sẽ thoát ra ngoài qua các cửa xả.

Trong thực tế, nó là một bộ điều chỉnh áp suất điều khiển bằng chân. Đây là thiết bị cho phép bạn chọn bất kỳ áp lực ứng dụng nào cần thiết để thực hiện một cách nhẹ nhàng hoặc dừng rất nhanh xe của bạn.

Một tính năng độc đáo của van chân là khả năng duy trì áp suất ứng dụng mà bạn đã chọn, ngay cả khi có rò rỉ nhỏ ở hạ lưu từ van chân. Bạn chỉ cần duy trì vị trí của bàn đạp và van chân sẽ mở trong giây lát, bổ sung bất kỳ lượng khí nào đã bị mất và sau đó đóng lại – tất cả đều tự động.