Miliony kierowców ciężarówek, przemierzając codziennie setki kilometrów, nie zdają sobie sprawy, że pod stopą operują urządzeniem, którego podstawowe zasady działania wymyślono ponad 200 lat temu. Początki stosowania pneumatycznych układów hamulcowych sięgają wczesnych lat XIX wieku i to w dalekich Stanach Zjednoczonych. Co więcej, ich genezą są układy stosowane na kolei, a nie w przewozie drogowym.

Pneumatyczne układy hamulcowe – kto je wynalazł?

Początki gwałtownego rozwoju transportu kolejowego w Ameryce Północnej cechowały się brakiem jakichkolwiek odgórnych regulacji. Stosowne urzędy i przepisy zaczęły się formować dopiero w drugiej połowie wspomnianego XIX wieku. Do tego momentu, firmy działające w tej gałęzi transportu nie musiały przywiązywać szczególnej uwagi do wielu kwestii, bez których dzisiaj nie może być mowy o świadczeniu jakichkolwiek usług. Mowa np. o kwestiach bezpieczeństwa.

Wczesne, mechaniczne układy hamulcowe były niebezpieczne przede wszystkim dla załogi pociągu. Załączenie hamulców w wagonach, a co za tym idzie wyhamowanie składu, wymagało ręcznego przełączenia dźwigni hamulca w każdym z wagonów, przez specjalnie zatrudnionego do tego celu pracownika. Było to zajęcie bardzo niebezpieczne, bo wymagało przechodzenia pomiędzy wagonami w trakcie ruchu składu, w wyniku czego „hamulcowi” często padali ofiarami wypadków, przypłacając pracę nie tylko zdrowiem, ale niejednokrotnie również życiem. Same hamulce zaś, działały na najprostszej zasadzie, bardzo zbliżonej do tej znanej z rowerów – do koła dociskany był klocek, który powodował spowolnienie koła w danym wagonie. Warto zwrócić też uwagę na czas jaki był potrzebny do osiągnięcia maksymalnej siły hamowania. Proces był tak czasochłonny, że często maszyniści widzieli zbliżający się z naprzeciwka pociąg na tym samym torze z bardzo dużym wyprzedzeniem, a mimo to nie byli w stanie wyhamować składu na czas, doprowadzając do zderzenia.

Problem ten na swój celownik wziął George Westinghouse, którego nazwisko części z czytelników może się kojarzyć. Na pewno szersze grono rozpozna nazwę firmy, którą pan Westinghouse założył, tj. Westinghouse Air Brake Company (WABCO). WABCO działa z powodzeniem do dnia dzisiejszego, natomiast do tego wrócimy trochę później. Najpierw przyjrzyjmy się rozwiązaniu, które zaproponował wynalazca. Główne założenie było bardzo proste – wszystkie hamulce w składzie powinny być obsługiwane jednym systemem, co ma na celu przyśpieszenie czasu reakcji i rozpoczęcia hamowania. Westinghouse postawił na pneumatykę, powietrze miało być medium pośredniczącym w układzie. W pierwszej iteracji tego rozwiązania, hamulce były dociskane za pomocą wytworzonego ciśnienia, analogicznie do sytuacji, jaką spotykamy w dzisiejszych autach osobowych z układem hydraulicznym.

Początkowe testy były obiecujące, system udowodnił szybkość i skuteczność swojego działania, natomiast pozostała kwestia jego niezawodności. W pierwotnej wersji utrata szczelności, a co za tym idzie spadek ciśnienia w układzie, powodował kompletny brak hamulców. Nie brzmi to najlepiej, ale na szczęście wersja przedstawiona do opatentowania działała już na znanej nam po dziś dzień, odwróconej zasadzie. W tym wypadku ciśnienie układu pneumatycznego jest niezbędne do „poluzowania” hamulców, a jego utrata powoduje natychmiastowe ich zaciśnięcie.

Powietrzne układy hamulcowe – z pociągów do ciężarówek

Z czasem rozwiązanie firmy WABCO przyjęło się szeroko na kolei, a następnie zaczęło trafiać do pojazdów ciężarowych, zachowując oryginalną zasadę działania. Sama pneumatyka zaś znalazła wiele dodatkowych zastosowań, od zawieszenia pojazdów po amortyzację fotela. Oczywiście stopień skomplikowania instalacji rósł z biegiem czasu, co również odbiło się na właściwościach użytkowych czy kosztach.

Nie sposób wspomnieć o najbardziej ciekawiącym nas temacie, czyli wykorzystaniu tej technologii w pojazdach ciężarowych, bez przybliżenia szczegółów technicznych. Typowy układ pneumatyczny pracuje w zakresie ciśnienia od 6.9 do 8.3 bar. Przeważnie system podzielony jest na dwa podsystemy – system zasilający oraz system kontrolujący. System zasilający zajmuje się wytworzeniem oraz zmagazynowaniem sprężonego powietrza, podczas gdy system kontrolujący, jak sama nazwa wskazuje, jest systemem dysponującym powietrzem w celu osiągnięcia zamierzonej akcji. W przypadku ciężarówek, rolę systemu zasilającego pełni sprężarka, wraz ze zbiornikiem na powietrze, zaś układem wykonawczym jest seria zaworów pneumatycznych reagujących na komendy szofera.

Zastosowanie powietrza zamiast hydrauliki, jak w typowych autach osobowych, wiążę się z szeregiem zalet, jak i wad, zatem warto przybliżyć jedne i drugie. Do zalet z pewnością należą:

• Brak potrzeby stosowania płynu, a co za tym idzie brak potrzeby spuszczania i napełniania nim układu w przypadku serwisu lub konserwacji.
• Brak potrzeby odpowietrzania układu po czynnościach serwisowych.
• Bezpieczeństwo systemu, nawet w przypadku nieszczelności lub całkowitej utraty ciśnienia
• Możliwość „nabicia” zbiornika sprężonym powietrzem w celu wykorzystania go później, pozwalając na ograniczone działanie w przypadku awarii kompresora.
• Powietrze z układu zasilającego może być również użyte w innych urządzeniach na pokładzie.

Jeżeli chodzi zaś o minusy, warto wyszczególnić:

• Większy koszt instalacji w porównaniu do instalacji hydraulicznej.
• Używanie hamulców pneumatycznych wymaga nauki, ze względu na różnice względem hamulców hydraulicznych.
• Układ pneumatyczny wymaga dodatkowej obsługi, takiej jak np. wymiana osuszacza.

Z ciekawostek warto dodać, że w niektórych krajach zabronione jest używanie hamulców pneumatycznych w bardzo mocno zaludnionych obszarach, ze względu na wysoki hałas generowany przez upuszczane powietrze (nawet do 120db!), który może prowadzić do uszkodzeń słuchu.

Producenci pneumatycznych układów hamulcowych

Na dzień dzisiejszy istnieje wiele firm oferujących rozwiązania z dziedziny pneumatycznych układów hamulcowych, jak wspomniane WABCO czy też np. KNORR. Są one stale rozwijane, w latach 90-tych ubiegłego stulecia rozpoczęła się standaryzacja użycia układu ABS, a już trzy dekady później układy hamulcowe mogą być sprzężone z nawigacją oraz telematyką na pokładzie pojazdu w celu oszczędzania paliwa oraz optymalnego zarządzania podzespołami eksploatacyjnymi ciężarówki.

Producenci niezmiennie poszukują nowych rozwiązań, takich jak hamulce pneumatyczne czy też hamowanie polegające na odzyskiwaniu energii elektrycznej. Mimo to, na tę chwilę najbardziej popularne są rozwiązania oparte na wykorzystaniu powietrza i nic nie wskazuje na to, żeby praca powietrza w pojazdach miała zostać szybko zastąpiona.