الفرامل الانفراجية   Drum Brakes

الفرامل الانفراجية/ الاسطوانية (فرامل الأحذية)

يطلق عليها الفرامل الانفراجية, حيث أنه خلال عملية الفرامل تقوم الاحذية المركب عليها بطانة الاحتكاك بفرامل العجل تنفرج/ تفتح للخارج وتضغط على الجزء الدوار (الدارة) المثبت بها العجل لإيقافها. عكس حركة بطانات الاحتكاك للفرامل القرصية التي تضغط للداخل على القرص المثبت به العجلة. كما يطلق عليها أيضا الفرامل الاسطوانية من ناحية شكل سطح الاحتكاك المثبت بالعجلة والمخالف لشكل القرص للفرامل القرصية. وقد يطلق عليه فرامل الأحذية في بعض المراجع.

يرجع استخدام نظام الفرامل الانفراجية في السيارة إلى بداية تصنيع السيارات. في بداية عهد السيارات كانت وسيلة توصيل قوة الفرملة من البدال إلى العجل تتم عن طريق وصلات ميكانيكية من الأسلاك والأعمدة والروافع, وكانت الفرامل تستخدم للعجلات الخلفية فقط.  وظل الحال على ذلك لفترة من الزمن حتى تم تصميم وصلات ميكانيكية معقدة لفرملة العجلات الأمامية التي تقوم بمهمة التوجيه. 

وقد ظل استخدام الفرامل الانفراجية بالأربع عجلات لفترة طويلة. حتى بدأ ظهور الفرامل القرصية (والتي تتميز بميزات عدة عن الفرامل الانفراجية) والتي تم استخدامها في العجلات الأمامية فقط, مع الاستمرار باستخدام الفرامل الانفراجية للعجلات الخلفية لسهولة استخدامها كفرامل تثبيت للسيارة.

 ومع الانتشار التدريجي  لاستخدام الفرامل القرصية بالسيارات تم استبدال الفرامل الأمامية الانفراجية في معظم السيارات بالفرامل القرصية.  وتستخدم بعض السيارات الحديثة الفرامل القرصية في الأربع عجلات.  ولكن مازال استخدام الفرامل الانفراجية بالعجلات الخلفية قائم لمعظم السيارات المستخدمة, لما لها من مميزات على الفرامل القرصية ككفاءة استخدامها كفرامل تثبيت و قلة الضوضاء عند التشغيل.

أجزاء الفرامل الانفراجية

تشترك الأنواع المختلفة للفرامل الانفراجية في الأجزاء الرئيسية ولكن يأتي الاختلاف بينها في طريقة تثبيت الأحذية وأماكن تثبيت اليايات.  والأجزاء الرئيسية للفرامل الانفراجية هي:

q مجموعة الدارة (الهوب أو الطنبور) والصرة.

q أحذية الفرامل.

q يايات ارجاع الاحذية.

q يايات تثبيت الاحذية.

q تجهيزة الضبط الذاتي.

ويضاف لأجزاء المحور الخلفي:

q  تركيبة فرامل التثبيت.

ويبين شكل (1) أجزاء الفرامل الانفراجية للمحور الخلفي.

شكل (1): الأجزاء الرئيسية للفرامل الانفراجية

توفر الدارة والأحذية سطحي الاحتكاك.  يوجد للدارة سطح مشغل على محيطها. وتركب العجلة على صرة الدارة عن طريق جوايط ومسامير. وقد تصنّع الدارة والصرة كجزء واحد أو جزأين منفصلين. وتحتوي الصرة على رمان بلي العجل.

أجزاء الاحتكاك (الاحذية) والأجزاء الهيدروليكية (اسطوانة العجل) لنظام الفرامل تركب على لوح التثبيت المركب على مبيت المحور أو مجموعة التعليق.  وتحتوي الدارة على تلك الأجزاء داخلها وتدور حولها.  عند التأثير بالفرملة يدفع الضغط الهيدروليكي المكبس للخارج, وينتقل الضغط إلى الأحذية حيث تدفع الأحذية حول نقطة دورانها وتلامس الدارة المتحركة مؤدية إلى تقليل حركتها وتوقفها.

الدارة

تصنع الدارة من الحديد الزهر أو الصلب والحديد الزهر أو الألمنيوم ببطانة من الحديد, شكل (2).

شكل (2): المواد وطريقة تصنيع الدارة

ويستخدم الحديد في جميع أنواع الدارات كسطح احتكاك, وذلك لاحتواء الحديد على خواص جيدة بالنسبة للاحتكاك والبري والتوصيل الحراري. وتركب الدارة فوق الأجزاء المثبتة بلوح التثبيت, وتستخدم حافة الدارة كسطح احتكاك, ويسمى الجزء المغلق بعصب الدارة ويحتوى على الصرة ورمان بلي العجل أو به ثقوب تثبيت الدارة مع فلانشة محور العجل أو الصرة, شكل (3).

شكل (3): تركيب الدارة فوق مجموعة الفرامل

بعض من الدارات المصنوعة من سبيكة الألمنيوم يوجد بها زعانف على الحافة الخارجية لزيادة كفاءة التبريد, شكل (4). 

شكل (4): تبريد الدارة

لوح التثبيت

يصنع لوح التثبيت من الصلب المكبوس, ويركب اللوح الخلفي بالمسامير إما إلى توصيلة التعليق بالمحور الأمامي أو إلى فلانجة مبيت محور العجل بالمحور الخلفي. ويثبت على لوح التثبيت جميع أجزاء الفرامل عدا الدارة. عند التأثير بالفرملة تنزلق الأحذية على سطح لوح التثبيت, وتوفر أماكن احتكاك الأحذية باللوح دعم لحركة الأحذية. في كل مرة يتم فيها تفكيك أجزاء الفرامل يجب فحص نقاط الاحتكاك وتشحيمها بشحم مقاوم لدرجات الحرارة العالية, شكل (5).

شكل (5): لوح التثبيت ونقاط الاحتكاك مع الأحذية

أحذية الفرامل

أحذية الفرامل هي الجزء الذي يثبت عليه بطانات الاحتكاك التي تلامس الدارة.  وتصنع من ألواح الصلب أو من الألمنيوم المصبوب على شكل نصف دائرة لتتطابق مع سطح الدارة. الجزء الخارجي للأحذية يسمى الحافة تثبت عليها البطانات أما عن طريق البرشمة أو اللصق. بعض الأحذية بها نتوءات على جانبي الحافة تلامس نقاط الاحتكاك للوح التثبيت وتحافظ على وضع الأحذية بالنسبة للدارة.  ويقوم الجزء الداخلي للحذاء (العصب) الملحوم متعامداً مع الحافة بدعم الحافة. كما يوفر مكان لارتكاز الحذاء وتركيب يايات الرجوع والتثبيت وتوصيلات فرامل تثبيت السيارة و تركيبة الضبط الذاتي, شكل (6).

شكل (6): بيان مكونات وأجزاء الحذاء

وتستخدم بالفرامل الاحتكاكية أحذية بأشكال وأحجام مختلفة وذات أعصاب مختلفة الشكل حيث تختلف بها أماكن الثقوب حسب نوع الفرامل المستخدم بها الحذاء.  

ويختلف تسمية الأحذية حسب طريقة تركيبها واتجاه حركة الحذاء بالنسبة لدوران الدارة. فالفرامل الأنفراجية التي يكون هناك مركز دوران مستقل لكل حذاء, يسمى الحذاء الذي يكون اتجاه القوة المؤثرة عليه هو نفس اتجاه دوران الدارة بالحذاء المتقدم. ويسمى الحذاء الذي يكون اتجاه القوة المؤثرة عليه في عكس اتجاه دوران الدارة بالحذاء المتأخر. كما في شكل (7).

شكل (7): أحذية الفرامل الانفراجية

أما الفرامل الأنفراجية التي يتصل بها الحذائين عن طريق ضابط الخلوص, فأن الحذاء الذي يكون اتجاه القوة المؤثرة عليه هو نفس اتجاه دوران الدارة يسمى بالحذاء الابتدائي. ويسمى الحذاء الذي يدفع بالحذاء الابتدائي عن طريق ضابط الخلوص بالحذاء الثانوي, شكل (8).

شكل (8): شكل أحذية الفرامل

بطانات الاحتكاك

 تركب بطانات الاحتكاك على الأحذية عن طريق اللصق أو البرشمة. ويختلف وضعية البطانات على الحذاء حسب نوعية الحذاء وتصميمه, شكل (9).

شكل (9): تركيب بطانات الاحتكاك

يايات/ نوابض ترجيع الأحذية و يايات تثبيت الأحذية

يايات ترجيع الحذاء: تستخدم يايات شد قوية لإرجاع الأحذية عند تحرير الفرملة وتبقيها في تلامس مع ارتكازها وأذرع الدفع لأسطوانات العجل.  وتعرف اليايات عن طريق رقم الجزء والطول الحر ومقدار الشد, ومعظم اليايات يكون لها ترميز حسب اللون للتمييز بين اليايات التي لها نفس الشكل كما يبين ذلك شكل (10).

شكل (10): الأشكال المختلفة ليايات الترجيع وترميزها ومواصفاتها

تختلف أنواع وعدد ومكان يايات الترجيع من سيارة إلى أخرى ولكن جميع اليايات تصل من حذاء لآخر أو من حذاء لمحور ارتكاز, انظر شكل (11).

شكل (11): أماكن تثبيت يايات الترجيع ويايات التثبيت

يايات تثبيت الحذاء: تعمل يايات تثبيت الأحذية على تثبيت الحذاء في وضعه وأن يكون له المرونة للسماح للحذاء لأداء عمله في تأثير وتحرير الفرامل.  وتتنوع تصميمات وأشكال يايات التثبيت كما يبين ذلك شكل (12). ويثبت الحذاء بالدارة عن طريق عصب الحذاء.

شكل (12): ياي تثبيت الأحذية

تستخدم بعض السيارات ياي واحد كبير على شكل حذاء الحصان والذي يعمل كياي ترجيع وياي تثبيت للأحذية في نفس الوقت كما في شكل (13).   

شكل (13): ياي ترجيع وتثبيت الأحذية

اسطوانات العجل

تحــول اسـطوانات العجــل الضــغط الهيـدروليكي الناشــئ بالأسطوانة الرئيسـية إلى قـوة تــؤثر علــى أحذيــة الفـرامل، وتستخدم بالسيارات إما أسطوانة عجل بمكبسين (مزدوجة) أو أسطوانة عجل بمكبس واحد (أحادية), شكل (14)، وتتكون أسطوانة العجل من الأجزاء التالية:

جسم الأسطوانة	المكابس	الحابك
ياي إبعاد المكابس	ممدد الحابك	واقي لمنع دخول الأتربة

شكل (14): أسطوانات العجل

أنواع الفرامل الأنفراجية

تختلف أنواع الفرامل الانفراجية حسب مكان ارتكاز الأحذية ووضعية اسطوانات العجل.  وهناك أربعة أنواع شائعة الاستخدام من الفرامل الانفراجية.

· الفرامل البسيطة ذات الحذاء المتقدم والحذاء المتأخر (سيمبلكس).

· الفرامل المزدوجة ذات الحذاءين المتقدمين (دوبلكس).

· الفرامل المؤازرة ذات مكبس واحد (يوني سيرفو).

· الفرامل المؤازرة  ذات مكبسين (ديو سيرفو).

الفرامل البسيطة ذات الحذاء المتقدم والحذاء المتأخر (سيمبلكس)

في هذا النوع الجزء العلوي من الحذاءين تؤثر عليه القوى الناتجة من أسطوانة العجل, أما الجزء السفلي فيرتكز على محور أو كتلة ارتكاز ثابتة. يستخدم هذا النوع أسطوانة عجل من النوع المزدوج.

 ويبين شكل (15) تركيبة هذا النوع من الفرامل. هذا النوع يستخدم غالباً في العجل الخلفي للسيارات الخاصة والشحنات الصغيرة.

شكل (15): الفرامل ذات الحذاء متقدم- متأخر

في حالة دوران الدارة واستخدام الفرامل فإن الجزء العلوي من الأحذية يندفع  إلى الخارج (نتيجة للقوة الناتجة من أسطوانة العجل) حول نقطة ارتكاز الجزء السفلي. الحذاء الأقرب لمقدمة السيارة يسمى الحذاء المتقدم والحذاء الأقرب لمؤخرة السيارة يسمى الحذاء المتأخر.  عند الرجوع بالسيارة للخلف فإن الحذاء المتقدم يصبح متأخر والحذاء المتأخر يصبح متقدم.  وبذلك تتساوى قوة الفرملة عند السير بالسيارة في أي من الاتجاهين.

في هذا ا لنوع تتآكل البطانة في الحذاء المتقدم بمعدل أعلى من تآكلها في الحذاء المتأخر حيث يعزى ذلك إلى أن قوة فرملة الحذاء المتقدم أكبر من قوة فرملة الحذاء المتأخر. في بعض الأحيان تكون بطانة احتكاك في الحذاء المتقدم أكثر طولاً من بطانة الاحتكاك في الحذاء المتأخر, حتى يتساوى التآكل في بطانة الحذاءين.

الفرامل المزدوجة ذات الحذاءين المتقدمين (دوبلكس)

يقسم نوع الفرامل ذات الحذاءين المتقدمين إلى أحادي التأثير أو ثنائي التأثير. في نوع الفرامل ذات الحذاءين أحادي التأثير يوجد اسطوانتان عجل, كل منهما لها مكبس في طرف واحد فقط كما يظهر في شكل (16).  هذا النوع يستخدم غالباً في المحور الأمامي للسيارات الخاصة والشاحنات الصغيرة.

شكل (16): الفرامل ذات الحذائين المتقدمين أحادي التأثير

عند حركة السيارة للأمام واستخدام الفرملة يعمل كلا الحذاءين كحذاء متقدم. هذا النوع له قوة فرملية أكبر من الفرامل ذات الحذاء المتقدم والحذاء المتأخر.  في حالة حركة السيارة للخلف يعمل  كلا الحذاءين كحذاء متأخر. ويصبح للفرملة قوة فرملية أقل من الفرامل ذات الحذاء المتقدم والحذاء المتأخر.

نوع الفرامل ذو الحذاءين المتقدمين ثنائي التأثير له أسطوانتان عجل, كل أسطوانة لها مكبسان بطرفيها كما يظهر في شكل (17).  هذا النوع له نفس قوة الفرملة في اتجاهي الحركة. ويستخدم هذا النوع في الفرامل الخلفية للشاحنات.

شكل (17): الفرامل ذات الحذائين المتقدمين ثنائي التأثير

فرامل المؤازرة أحادية المكبس (يوني سيرفو)

في هذا النوع يوجد أسطوانة عجل واحدة لها مكبس في طرف واحد من الاسطوانة, كما يوجد أسطوانة

متحركة يمكن ضبطها تصل الحذاءين معاً, كما يظهر في شكل (18).

شكل (18): فرامل المؤازرة أحادية المكبس

عندما يقوم المكبس بدفع الجزء العلوي للحذاء ضد الدارة تعمل حركة الدوران على نقل الحركة من الحذاء المدفوع إلى الحذاء الآخر, وبذلك يعمل كلا الحذاءين كحذاء ابتدائي. ولكن في حالة الرجوع للخلف يعمل كلا الحذاءين كحذاء متأخر.

فرامل المؤازرة ثنائية المكبس (ديو سيرفو)

هذا النوع له نفس تصميم فرامل السيرفو أحادية المكبس ولكن أسطوانة العجل المستخدمة بهذا النوع هي النوع ثنائي المكبس والذي له قوة فرملية عالية بالنسبة للأنواع السابقة. ويعطي هذا النوع نفس قوة الفرملة في اتجاهي حركة السيارة, انظر شكل (19).  يستخدم هذا النوع في العجل الخلفي للشاحنات. في هذا النوع دائماً الحذاء الثانوي له طول بطانة أطول من الموجودة بالحذاء الابتدائي.  

شكل (19): فرامل المؤازرة ثنائية المكبس

الضابط الذاتي لخلوص الأحذية

يؤدي استخدام الفرملة إلى تآكل بطانات الاحتكاك, ويؤدي ذلك إلى نقص في سمك البطانة وبالتالي إلى زيادة الخلوص بين الدارة والبطانة. مع زيادة الخلوص يزداد مشوار البدال ونحتاج إلى كمية أكبر من سائل الفرامل بأسطوانة العجل لتعويض زيادة الخلوص.

فالزيادة الكبيرة للخلوص تؤدي إلى تأخير في الفرملة وزيادة مسافة التوقف.  كما أن في حالة أن الخلوص أصغر من اللازم فقد يؤدي ذلك إلى غلق وتحميل الفرامل.  كما أن في حالة أن الخلوص غير متساوي في الأربع عجلات فيمكن للسيارة أن تنحرف لإحدى الجانبين عند استخدام الفرملة. 

ولتجنب ذلك يجب إبقاء الخلوص بين البطانة والدارة محدد ومحافظ عليه بدقة. في بعض السيارات يتم ذلك يدوياُ ويجب القيام بذلك بصفة دورية, وفي البعض الآخر يتم ذلك تلقائياً أو ذاتيا.  

الضبط الذاتي للفرامل ثنائية المكبس المؤازرة  (ديو سيرفو)

        الجزء السفلي من الأحذية بنظام (ديو سيرفو) متصلين ببعضهما عن طريق وصلة ويستخدم ياي قوي لإبقاء الأحذية متصلة بالوصلة.  هذه الوصلة غير مثبتة بلوح التثبيت وتعمل على نقل قوة السيرفو من حذاء للآخر أثناء الفرملة.

نصف الوصلة لها قلاووظ داخلي والنصف الآخر له قلاووظ خارجي. الجزء الذي به قلاووظ خارجي له عجلة مسننة (عجلة النجمة) ناحية إحدى طرفيه. عند تجميع الجزأين وإدارة العجلة المسننة يؤدي ذلك إلى إدخالهما أو إخراجهما من بعضهما. وهذا يؤدي إلى زيادة طول الوصلة أو تقصيرها لضبط الخلوص بين البطانة والدارة.  يبين شكل (20) أجزاء وصلة الضبط الذاتي.

شكل (20): وصلة قابلة للضبط بين الحذائين

الضبط اليدوي: للضبط اليدوي لفرامل (ديو سيرفو) يتم إدخال أداة الضبط من فتحة باللوح الخلفي لتقابل العجلة المسننة وتديرها لعمل ضبط الخلوص. (حتى في حالة وجود ضبط ذاتي للفرامل, فإن الضبط الابتدائي يتم عن طريق ذلك عند تغير بطانات الأحذية أو تشغيل (خرط) سطح الدارة.

الضبط الذاتي: يتم تشغيل الضبط الذاتي عن طريق الحذاء الثانوي وذلك عن طريق إما كبل أو ذراع رافعة متصلة بالحذاء الثانوي.  يتصل السلك أو ذراع الرافعة بسقاطة تتصل بالعجلة المسننة, شكل (21).  فعند استخدام الفرملة عند الرجوع للخلف يتحرك الحذاء الثانوي بعيداً عن نقطة ارتكازه, في حالة وجود خلوص كبير بين البطانة والدارة نتيجة تآكل البطانة, فإن الحذاء سيتحرك مسافة كبيرة تؤدي إلى جذب السلك أو ذراع الرافعة لتحريك السقاطة للسنة التالية. عند رفع القدم من على بدال الفرامل يعمل ياي السقّاطة على جعل السقّاطة تدير العجلة المسننة في اتجاه زيادة طول الوصلة. وهذا يؤدي إلى ضبط الخلوص.

شكل (21): نظام ضبط ذاتي يعمل بالسلك لفرامل ديو سيرفو

وقد يستخدم بدلاً من السلك رافعة وتختلف قليلاً عن طريقة عمل السلك فإن نظام الضبط الذاتي الذي يعمل بالرافعة يؤدي إلى تدوير العجلة المسننة أثناء استخدام الفرامل وليس أثناء رفع القدم من على البدال, كما هو موضح بالشكل (22).

شكل (22): نظام ضبط ذاتي يعمل بالرافعة لفرامل ديو سيرفو

* يستخدم بمجموعة العجلة المسننة قلاووظ يمين أو قلاووظ يسار لاستخدامهما في فرامل العجل بناحيتي السيارة. ولهذا يجب عدم خلط أجزاء الضبط للناحية اليمنى للسيارة بالناحية اليسرى.

الضبط الذاتي لفرامل الحذاء المتقدم والمتأخر

من الأنظمة المستخدمة للضبط الذاتي لفرامل الحذاء المتقدم والمتأخر نظام الضبط الذاتي بواسطة العجلة المسننة. ويمكن للضبط الذاتي أن يعمل عن طريق الحذاء المتقدم أو الحذاء المتأخر ويمكن أن يعمل عند استخدام الفرملة في الحركة الأمامية أو الخلفية.

في العادة تكون العجلة المسننة جزء من عمود الدعم لفرامل التثبيت الذي يصل بين الحذاءين. ويمكن للسقاطة أن تعمل عن طريق الحذاء المتقدم أو المتأخر للتعشيق مع العجلة المسننة أثناء استخدام الفرامل أو تحريرها كما هو موضح بالشكل (23). 

شكل (23): الضبط الذاتي للفرامل ذات الأحذية متقدم- متأخر

تكبير القوة المؤثرة من اسطوانات العجل على الاحذية

في الفرامل القرصية تكون القوة المؤثرة من اسطوانة العجل هي نفسها القوة العمودية المؤثرة بين البطانة والقرص. ولكن في الفرامل الانفراجية يؤدي شكل الحذاء وطريقة تثبيته إلى تكون القوة العمودية بين البطانة والدارة أكبر من القوة المؤثرة من اسطوانة العجل. وهذا التكبير هو حاصل تكبير الرافعة مضروب في التنشيط الذاتي للحذاء. ويكون التكبير القوة في فرامل العجل يساوي القوة العمودية بين البطانة والجزء الدوار مقسوم على القوة المؤثرة من العجل. في الفرامل القرصية التكبير في فرامل العجل يساوي 1 ( لا يوجد تكبير) وفي الفرامل الانفراجية أكبر من 1.

ظاهرة التنشيط الذاتي للفرامل الانفراجية

عند استخدام الفرملة تدفع القوة المؤثرة من أسطوانة العجل الحذاء لمقابلة الدارة  وتتكون نتيجة لذلك قوة عمودية بين الحذاء والدرارة ونتيجة دوران الدارة تتكون قوة احتكاك بين سطحي البطانة والدارة.  تعمل قوة الاحتكاك المؤثرة على البطانة على دفع الحذاء في اتجاه دوران الدارة. وحيث أن الحذاء مرتكز  في نهايته على محور ارتكاز فإنه لن يستطيع الدوران مع الدارة.  وتؤدي قوة الاحتكاك  إما إلى زيادة مقدار قوة دفع الحذاء في اتجاه الدارة (الحذاء المتقدم), أو إلى قلة مقدارها (الحذاء المتأخر), حيث يعتمد ذلك على اتجاه دوران الدارة. وتسمى زيادة قوة الاحتكاك المؤثرة بقوة التنشيط الذاتي حيث تزيد من القوة العمودية بين سطحي الاحتكاك بالحذاء المتقدم, كما هو مبين بشكل (24).

شكل (24): تأثير اتجاه الدوران على القوة المؤثرة

وتعتمد قوة الفرملة نتيجة دفع الحذاء على الدارة على مقدار القوة الإجمالية المؤثرة على الحذاء.

ولذلك تكون قوة الفرملة الناتجة من الحذاء المتقدم أكثر من قوة الفرملة الناتجة من الحذاء

المتأخر (75% تقريباً من قوة فرملة العجلة يشارك بها الحذاء المتقدم).

وتستخدم في بعض أنواع الفرامل الانفراجية محور ارتكاز واحد للحذاءين (السرفو).  وقد تم وضع الأحذية بحيث يمكن لأحدهما أن يؤثر بالضغط على الأخر.  في هذا النوع يؤثر الحذاء المتقدم على الحذاء المتأخر وهذا ما يسمى بعملية المؤازرة (سيرفو).  في فرامل السيرفو, يسمى الحذاء المتقدم حذاء ابتدائي ويسمى الحذاء المتأخر الحذاء الثانوي. وفي العادة يكون الحذاء الابتدائي موضوعاً ليواجه مقدمة السيارة, والحذاء الثانوي ليواجه مؤخرة السيارة.

عند استخدام الفرملة فإن حركة دوران الدارة تنشط الحذاء الابتدائي وتحاول أن تجعله يدور مع الدارة.  وحيث أنه هناك اتصال بين الحذاءين فإن حركة الحذاء الابتدائي سوف تنتقل إلى الحذاء ا لثانوي, كما هو موضح بالشكل (25).  هذا النوع من الفرامل يسمى الفرامل المؤازرة (سيرفو) ويشارك الحذاء الثانوي بحوالي ثلاث أربع قوة الفرملة والتي معظمها من عملية المؤازرة. وفي الغالب يكون طول بطانة الحذاء الثانوي أطول من الحذاء الابتدائي لإمكانية تحمل القوة العالية والحرارة.  

شكل (25): نظرية عمل فرامل المؤازرة

تركيبة فرامل التثبيت بالفرامل الانفراجية

عندما تستخدم الفرامل الانفراجية بالعجل الخلفي فإن مجموعة فرامل العجل تحتوي على رافعة فرملة التثبيت التي تتصل بالحذاء الثانوي. طرف الرافعة العلوي متصل مع الحذاء والطرف السفلي متصل بسلك فرملة التثبيت.

عند استخدام الفرملة فإن السلك يسحب الرافعة للأمام.  هذا يجعل الرافعة تدور حول محورها. وتؤثر بالضغط على الحذاء المتقدم عن طريق عمود الدعم الوصل بين الحذاءين.

 عندما يلامس الحذاء المتقدم الدارة فإن رافعة فرملة التثبيت ترتكز على نهاية عمود الدعم وتجعل نهاية الرافعة تدفع الحذاء المتأخر ليلامس الدارة, شكل (26) يبين الأجزاء الرئيسية لفرامل التثبيت بمجموعة فرامل العجل.

شكل (26): أجزاء فرامل التثبيت

حسابات الفرامل الانفراجية:

- حسابات عزم الفرامل:

T = العزم (قدم. رطل)/ نيوتن متر

T_T = عزم الحذاء المتأخر

T_L = عزم الحذاء المتقدم

K = معامل زاوية التلامس

μ = معامل احتكاك بطانة الاحتكاك مع سطح الدارة

F = القوة المؤثرة على الاحذية من اسطوانة العجل (F = p A, حيث p = ضغط سائل الفرامل, A = مساحة اسطوانة العجل)

μ F = قوة الاحتكاك بين البطانة والدارة في عكس اتجاه الدوران

a = المسافة بين نقطة تثبيت (مسمار/ محور) الحذاء ومركز اسطوانة العجل

r = نصف قطر الدارة

b = المسافة بين نقطة تثبيت الحذاء  ومركز الدارة

c = المسافة بين نقطة تثبيت الحذاء ونقطة ارتكاز الحذاء على الدارة

ɵ = زاوية تلاقي الحذاء مع الدارة

شكل (27): أجزاء فرامل التثبيت

من المعادلات السابقة بشكل (27( نجد أن عزم الفرامل الناجم من الحذاء المتقدم “T_L” أكبر من عزم الفرامل الناجم من الحذاء المتأخر “T_T” وذلك نتيجة التنشيط الذاتي للحذاء المتقدم نتيجة أن احتكاك الدارة مع الحذاء يعمل على جذب الحذاء أكثر على الدارة (زيادة القوة العمودية بين السطحين) مما يزيد القوة العمودية ويزيد بالتالي قوة الاحتكاك من الحذاء المتقدم, والعكس صحيح بالنسبة للحذاء المتأخر. عزم الفرامل T يساوي مجموع العزم لكلا الحذائين المتقدم T_L والمتأخر T_T.

- الضغط المؤثر على بطانة الاحتكاك:

تختلف قيمة القوة المؤثر على بطانات الاحتكاك والدارة الناجمة من قوة الفرامل العمودية ومنطقة تأثيرها باختلاف انواع فرامل العجل الانفراجية شكل (28). يجب أن تكون مادة بطانات الاحتكاك قادرة على تحمل قوة الدفع العمودية عليها.

قيمة الضغط على بطانة الاحتكاك = القوة العمودية المؤثرة على البطانة ÷ مساحة البطانة

شكل (28): الانواع المختلفة للفرامل القرصية
اللون الأسود يبين مقدار توزيع القوة العمودية بين البطانة والدارة خلال مرحلة الفرامل

- قوة الفرملة:

قوة الفرامل المؤثرة على السيارة تساوي مجموع قوة الفرامل المؤثرة على العجلات, شكل (29).

قوة الفرامل المؤثرة من العجلة = عزم الفرامل المؤثر على العجلة / نصف قطر العجلة)

                                     = ]قوة الاحتكاك × نصف قطر الدارة[ / نصف قطر العجلة)

F_ftB = (F_ft + F_ft)] ×[r ÷ R

حيث:

قوة الاحتكاك = القوة العمودية × معامل الاحتكاك

F_ft = F_i μ

- القوة القصوى لفرامل العجلة:

 أقصى قوة فرامل يمكن الحصول عليها من فرامل العجل = القوة العمودية المؤثرة على العجلة (الوزن على العجلة) × معامل التلاصق بين الإطار والطريق

F_{ftB max} = F_n × φ

حيث φ معامل التلاصق بين الإطار والطريق, ويعتمد على حالة الطريق (وجود ثلج, مياه متكونة تحت مداس الإطار, وجود زيت أو شحم على سطح الطريق), وحالة الإطار وقلة عمق الشقوق بمداس الإطار.

في حالة أن القوة المؤثرة من فرامل العجلة تكون أكبر من القوة القصوى للفرامل فإن ذلك يؤدي إلى غلق العجلات وانزلاقها (حركة أمامية دون دوران). مما تؤدي إلى زيادة مسافة التوقف, واتزان السيارة أثناء الفرملة وتفعيل نظام منع غلق العجلات.

شكل (29): قوة الفرامل بين الإطار والطريق الناجمة من عزم الفرامل المؤثر على الدارة

- تعريف عامل الفرامل Brake Factor (B)

عامل الحذاء (S) = قوة الاحتكاك للحذاء ÷ القوة المؤثرة على قمة/حرف الحذاء

شكل (30) يبين القوى المؤثرة على الاحذية.

S = [F_f /F_e]

عامل الفرامل يساوي مجموع عوامل الاحذية (حسب نوع الفرامل) بالنسبة لشكل (30)

عامل الفرامل = عامل الحذاء المتقدم + عامل الحذاء المتأخر

B = (S_L+ S_T)

شكل (30): القوة المؤثرة على الفرامل الانفراجية

مــلخــــص

* تتكون الفرامل الانفراجية من الأجزاء الرئيسية التالية: الدارة, الصرة, الأحذية، لوح التثبيت, أسطوانة العجل, يايات ترجيع الأحذية، يايات تثبيت الأحذية, تركيبة ضبط الخلوص, وفرامل التثبيت.

* تكون الدارة الأمامية غالباً جزء واحد مع الصرة التي تحتوي على رمان بلي العجل, وتركب ا لدارة الخلفية غالباً على فلانشة محور العجل.

* تثبت أجزاء فرامل العجل على لوح التثبيت الذي يثبت إما مع وصلة التعليق أو فلانشة مبيت محور العجل.

* تزيد ظاهرة التنشيط الذاتي من قوة الفرملة حيث يؤدي دوران الدارة إلى ضغط الحذاء المتحرك (في اتجاه الدوران) أكثر على الدارة. تضاف قوة الضغط هذه إلى القوة المؤثرة من أسطوانة العجل.

* الفرامل المؤازرة هي التي بها حذاء (الحذاء الابتدائي) يزيد من قوة الفرملة للحذاء الآخر(الحذاء الثانوي).

* الحذاء المتقدم (الحذاء الابتدائي) يواجه مقدمة السيارة أما الحذاء المتأخر (الحذاء الثانوي) فيواجه مؤخرة السيارة.

* نظام الضبط الذاتي للفرامل يقوم بالضبط التلقائي للمسافة (الخلوص) بين البطانة والدارة.

المصطلحات في هذا الباب
دارة (هوب) طنبور	Drum	عمود الدعم	Strut
الفرامل الانفراجية	Drum brakes	الضابط الذاتي	Self-adjuster
صرة العجل	Hub	الحذاء المتقدم	Leading shoe
حذاء الفرامل	Brake shoe	الحذاء المتأخر	Trailing shoe
بطانات	Lining	الحذاء الابتدائي	Primary shoe
لوح التثبيت	Backing plate	الحذاء الثانوي	Secondary shoe
عملية المؤازرة	Servo action	العجلة المسننة	Star wheel
التنشيط الذاتي	Self energizing	سقاطة	Pawl
ياي تثبيت الحذاء	Hold-down springs	الفرامل المؤازرة	Duo-servo brakes

اختبار ذاتي رقم (4)

أجب عن الأسئلة الآتية :

1- أذكر الأجزاء الرئيسية للفرامل الانفراجية؟

2- ما هي وظيفة الضابط الذاتي، ولماذا يستخدم في الفرامل الانفراجية؟

3- ما هي ظاهرة التنشيط الذاتي في الفرامل الانفراجية؟

4- ما هي عملية المؤازرة في الفرامل الانفراجية؟

5- تسمى الأحذية في نظام الفرامل المؤازرة الحذاء.......................... والحذاء....................... .

6- عند حركة السيارة للأمام فإن الحذاء................. يشارك بنسبة أعلى في قوة الفرملة للفرامل المؤازرة.

7- عند حركة السيارة للأمام فإن الحذاء .............. يشارك بنسبة أعلى في قوة الفرملة للفرامل البسيطة.

8- معظم تركيبة نظام الضبط الذاتي بالفرامل المؤازرة تتصل بالحذاء .......................؟

9-     يقول الفني الأول:

لنفس قوة الدعسة فإن الفرامل المؤازرة تعطي قوة فرملة أكبر من الفرامل البسيطة.

ويقول الفني الثاني:

أن عملية المؤازرة للفرامل الديو سيرفو تعمل فقط عندما تكون السيارة متحركة للأمام.

أيهما أصح؟

         (أ) الفني الأول فقط.                  (ب) الفني الثاني فقط.

         (جـ) الفني الأول والثاني.            (د) لا الفني الأول ولا الثاني.

10-   يقول الفني الأول:

أن تركيبة معظم أنواع الفرامل الانفراجية ذات الضبط الذاتي تتصل بالحذاء الثانوي.

ويقول الفني الثاني:

أن الحذاء المتأخر ليس به تنشيط ذاتي عند استخدام ا لفرملة والسيارة تتحرك للأمام.

أيهما أصح؟

         (أ) الفني الأول فقط.                  (ب) الفني الثاني فقط.

         (جـ) الفني الأول والثاني.            (د) لا الفني الأول ولا الثاني.

11- تعرف على أجزاء  الفرامل الانفراجية مع المحور الخلفي، مع تعبئة الجدول السفلي.

رقم الجزء	الجزء
أ
ب
جـ
هـ
و
ز
ح
ط

12- تعرف على أجزاء الفرامل الانفراجية

رقم الجزء	الجزء
1
2
3
4
5

13- تعرف على أنواع الفرامل الأنفراجية التالية:

أ
ب
جـ
د
هـ

14- تعرف على انواع اسطوانات فرامل العجل

أ
ب
جـ

15- أثناء الفرملة كان عزم الاحتكاك المتولد من الحذاء المتقدم 60 N m والحذاء المتأخر 15 N m, وقطر الإطار 0.3 m.

أ-  احسب قيمة الفرملة بين العجلة والطريق, في حالة أن نصف قطر العجلة يساوي 0.3 m.

ب-  احسب قيمة الفرملة القصوى للعجلة (التي يحدث عندها غلق للعجلة), في حالة أن الوزن على العجلة يساوي 400 N ومعامل التلاصق بين الإطار والطريق 0.7.

ت-  في هذا الحالة هل يحدث غلق للعجلة أثناء الفرملة؟