SYSTÈME DE FREINS À AIR : COMPOSANTS, PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ET APPLICATIONS
INTRODUCTION
« Les freins sont aussi importants qu’un moteur pour une automobile » très justement dit que si nous avons besoin d’un moteur pour faire fonctionner un véhicule que nous avons également besoin de freins pour l’arrêter, Cette déclaration ressemble également avec la première loi de Newton, nous sommes tous familiers avec. Comme nous le savons aujourd’hui, dans les véhicules légers, nous utilisons un système de freinage hydraulique pour arrêter ou décélérer le véhicule, mais la question se pose : le système de freinage hydraulique est-il efficace lorsqu’il s’agit de véhicules lourds ? Si non, de quoi avons-nous besoin pour arrêter ou décélérer les véhicules lourds comme les bus et les camions ? Chassons les réponses.
Le système de freinage pneumatique est un type de système de freinage généralement utilisé dans les véhicules commerciaux lourds ou les véhicules qui nécessitent un certain système de freinage vraiment puissant et efficace. C’est une sorte de frein à friction où, au lieu du liquide hydraulique, l’air est utilisé comme moyen de compression des plaquettes de frein.
Le système de freinage pneumatique à air est généralement utilisé dans les véhicules lourds comme les bus et les camions.
Les freins à air ont été inventés par George Westinghouse pour être utilisés dans les trains. Après avoir prouvé son calibre dans les trains, les freins à air ont ensuite été adaptés pour être utilisés dans les véhicules lourds. La sécurité et la confiance de freinage que les freins à air fournissent aux véhicules lourds sont attestées jusqu’à aujourd’hui.
Pourquoi avons-nous besoin d’un système de freins à air ?
Comme nous l’avons déjà discuté le système de freinage est le besoin d’un véhicule automobile mais comme nous le savons tous quand il s’agit de l’application chaque véhicule n’est pas le même comme certains véhicules sont utilisés à des fins utilitaires légers comme les voitures et les vélos et certains sont utilisés à des fins lourdes comme les bus et les camions, donc il y a un besoin de différents systèmes de freinage pour les raisons suivantes-
* Comme la charge sur le véhicule léger et le véhicule lourd varie la force de freinage nécessaire pour arrêter le véhicule lourd est beaucoup plus que celle du véhicule léger, donc les véhicules lourds devraient être équipés d’un système de freinage qui peut fournir la force de freinage suffisante qui peut arrêter ou décélérer le véhicule.
* Lorsque nous parlons de véhicules légers, les freins hydrauliques fournissent une force de freinage plus que suffisante pour arrêter ou décélérer le véhicule en raison de sa courte dimension, mais lorsqu’il s’agit des véhicules lourds qui sont de grande taille, l’efficacité du système de freinage hydraulique est la grande préoccupation.
* Comme le fluide est utilisé pour presser le piston dans le système de freinage hydraulique la sécurité est la grande préoccupation car s’il y a une fuite dans les composants du système hydraulique l’efficacité du freinage est facilement réduite ou même perdue complètement, puisque l’air est toujours disponible donc la panne de frein due à la fuite est la moindre préoccupation dans le système de freinage à air.
* Les composants(maître-cylindre, conduites de frein etc.) taille du système de freinage hydraulique augmente avec l’augmentation de la taille du véhicule qui à son tour le rend très complexe à installer, ce qui n’est pas un problème avec le système de freinage à air.
* En raison des mesures de sécurité comme la défaillance des freins et l’efficacité, le gouvernement a rendu obligatoire pour les véhicules lourds comme les bus et les camions d’utiliser le système de freinage à air.
Donc, en raison de ces raisons mentionnées ci-dessus, le mars 1872, George Westinghouse a introduit le système de freinage à air pour le système de freinage dans les chemins de fer en raison de sa caractéristique de sécurité intégrée.
Principaux composants
1. Compresseur d’air- C’est le compresseur qui pompe l’air de l’atmosphère vers le réservoir d’air et qui est entraîné par le moteur par l’intermédiaire d’une courroie de transmission.
2. Régulateur de compresseur d’air- C’est le dispositif de régulation utilisé dans le système de freinage à air qui contrôle la pression de compression de l’air qui est pompé vers le réservoir de stockage d’air par le compresseur d’air.
3. Sécheur d’air- C’est le dispositif utilisé pour éliminer la teneur en humidité de l’air provenant de l’atmosphère afin d’empêcher les lignes et le stockage d’air de la condensation de l’eau qui peut causer une défaillance des freins comme pendant les hivers en raison du gel de cette eau condensée.
4. Stockage d’air (réservoir)- C’est le réservoir qui est utilisé pour stocker l’air comprimé envoyé par le compresseur, ce stockage a toujours une quantité suffisante d’air comprimé afin que les freins puissent être appliqués plusieurs fois et empêche également la défaillance des freins lorsque le compresseur d’air montre un mauvais fonctionnement.
5. Pédale de frein- C’est le mécanisme qui est actionné par le conducteur et qui est utilisé pour actionner les freins afin d’arrêter ou de décélérer le véhicule. Les freins lorsqu’ils sont pressés poussent l’air comprimé qui à son tour applique les freins sur le pneu en mouvement.
6. Collecteur de saleté- C’est le dispositif qui est placé à l’intérieur d’une conduite de frein à l’endroit où une branche est séparée et prise vers la triple valve qui enlève la saleté de l’air avant de l’envoyer à la triple valve
7. Cylindre de frein ou chambre de frein- C’est le dispositif qui se compose d’un cylindre et d’un piston sur lequel la pression d’air comprimé est appliquée afin de pousser les plaquettes de frein qui à leur tour font un contact de friction avec le disque ou le tambour afin d’arrêter ou de décélérer le véhicule.
8. Valve de frein ou triple valve- L’actionnement et le relâchement du frein nécessite une libération et une accumulation continues de la pression à l’intérieur des conduites de frein et du cylindre de frein selon le mouvement de la pédale de frein ceci est fait par la triple valve utilisée dans le système de freinage pneumatique.
9. Tambours de frein – Le tambour de frein est le composant par lequel la force de freinage due au contact de friction entre les plaquettes de frein et la garniture du tambour est transférée à la roue afin d’arrêter ou de décélérer le véhicule, La surface extérieure du tambour de frein composée de la garniture du tambour tourne avec la roue et la partie intérieure composée des sabots de frein reste dans son état de repos lorsque la pédale de frein n’est pas pressée.
Note – Habituellement, les tambours de frein sont utilisés dans le système de freinage à air comprimé, mais avec un arrangement approprié, les freins à disque peuvent également être utilisés dans le système de freinage à air comprimé.
Fonctionnement du système de freinage à air comprimé
Une configuration typique du système de freinage à air comprimé pour un véhicule lourd consiste en des freins de service, des freins de stationnement, une pédale de commande et un réservoir d’air. Les freins de stationnement dans cette configuration consistent en un ensemble de freins à disque ou à tambour maintenus en position de blocage par un mécanisme à ressort. Une pression d’air est alors nécessaire pour desserrer le frein de stationnement et mettre le véhicule en mouvement. Dans le cas des freins de service qui sont utilisés pour le fonctionnement régulier du véhicule, on appuie sur une pédale pour arrêter ou engager et désengager le frein.
Généralement, une pression de 6,8 à 8,2 bars est utilisée pour ce type d’application. La majorité des véhicules utilitaires lourds utilisent des tambours avec des systèmes de freinage à air comprimé, bien que l’utilisation de freins à disque soit de plus en plus répandue. Chaque véhicule équipé de freins à air comprimé est muni d’un manomètre monté sur le tableau de bord et bien en vue du conducteur, ce qui permet au conducteur ou à l’opérateur du véhicule de connaître parfaitement la pression de fonctionnement du compresseur. En outre, des systèmes et des mécanismes de sécurité appropriés sont en place pour alerter le conducteur ou l’opérateur en cas de dysfonctionnement ou de chute soudaine de la pression de fonctionnement. Comme mécanisme de sécurité d’urgence en cas de chute soudaine extrême de la pression d’air, les freins de stationnement à ressort sont immédiatement engagés mettant le véhicule à l’arrêt en toute sécurité.
Le principe de base d’un système de freinage pneumatique est similaire à tout autre type de système de freinage, le seul facteur de différenciation étant l’utilisation d’air comprimé au lieu de fluides hydrauliques. Il s’agit donc en principe d’un système de freinage classique.
Système d’alimentation : Le cœur de tout système de freinage pneumatique est le compresseur, Le compresseur est le dispositif qui génère et en quelque sorte régule le débit d’air comprimé dans le système. Le compresseur est alimenté directement par le moteur et utilise le lubrifiant commun disponible avec le moteur.
L’air comprimé est poussé à travers une bobine de refroidissement et dans un sécheur d’air. De là, l’air est stocké dans un réservoir pour être utilisé. Le réservoir est relié à un réseau complexe de circuits pour les freins avant, les freins arrière et les freins de stationnement. Le système d’alimentation contient également la soupape de vidange, la soupape de limitation de pression et la soupape de sécurité.
Système de commande : Le système de commande se compose en gros du circuit de rupture de service, du circuit de frein de stationnement et du circuit de frein de remorque (le cas échéant). Le circuit de freinage de service est constitué de deux circuits de freinage individuels pour le frein avant et le frein arrière. Ces deux circuits sont reliés à leurs réservoirs spéciaux pour plus de sécurité en cas de défaillance du réservoir principal.
Le circuit de frein de stationnement est relié à un mécanisme à ressort dans lequel la pression d’air est utilisée pour maintenir le ressort en position déverrouillée. Une chute de pression de ce circuit entraîne l’engagement des freins de stationnement. Le système de freinage de la remorque possède ses propres lignes de fonctionnement et est utilisé lorsqu’une remorque est attachée au véhicule. Il comporte une conduite d’alimentation et une conduite de commande. La ligne d’alimentation est alimentée par le réservoir principal et la ligne de commande reçoit son signal du système de freinage de service pour un meilleur freinage.
Lorsque le conducteur d’un véhicule appuie sur la pédale de frein afin d’arrêter ou de décélérer le véhicule, les processus suivants ont lieu-
1. Lorsque le conducteur démarre le moteur, le compresseur de frein se met en marche car il est entraîné par le moteur qui, à son tour, commence à comprimer l’air atmosphérique et, à travers le régulateur du compresseur, cet air comprimé avec une pression optimale est envoyé au réservoir d’air comprimé qui a toujours une certaine quantité d’air stockée du cycle précédent.
2. Lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, la valve de sortie de la triple valve se ferme et la valve d’entrée s’ouvre, ce qui permet à l’air comprimé du réservoir de passer dans les conduites de frein du système.
3. Cet air comprimé qui circule dans les conduites de frein est ensuite transféré au cylindre de frein qui a un piston à l’intérieur.
4. Lorsque l’air comprimé exerce une pression sur le piston à l’intérieur du cylindre de frein, le piston s’éloigne de sa position initiale, ce qui convertit cette énergie pneumatique en énergie mécanique.
5. Sur l’extrémité de la roue du cylindre de frein, des tambours de frein sont placés à l’intérieur desquels il y a un logement de l’actionneur mécanique comme des ressorts ou des sacs ayant des plaquettes de frein à son extrémité extérieure.
6. En raison du mouvement du piston à cause de la pression appliquée par l’air comprimé, L’actionneur mécanique à l’intérieur du tambour de frein se dilate qui à son tour pousse les plaquettes de frein vers l’extérieur afin d’établir un contact de friction avec les lignes du tambour rotatif.
7. Avec ce contact de friction entre les plaquettes de frein et les lignes du tambour rotatif, les freins sont appliqués aux roues afin d’arrêter ou de décélérer le véhicule.
Application
En raison de sa propriété de prévenir la défaillance des freins, les systèmes de freins à air sont largement utilisés dans divers véhicules, mais dans les véhicules lourds comme les camions et les autobus, en raison des règlements gouvernementaux sur les véhicules, le système de freins à air est obligatoire.
1. Il est utilisé dans les chemins de fer
2. Tous les camions et les autobus sur la route aujourd’hui utilisent des systèmes de freinage à air comprimé, quelques-uns d’entre eux sont.
* les autobus Volvo 9400PX.
* le camion Bharat Benz 3123R.
* les camions ayant plusieurs remorques,
* les autobus long-courriers à grande vitesse,
* les véhicules d’utilité militaire et
* les semi-remorques
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