ما هو رواتب المهندسين في فرنسا ؟

نُظم الفرملة :  أنواعها و ماهي آلية عمل كُل منها؟ وما هو العلم الهندسي  المسؤول عن عملها؟ 

نُظم الفرملة (Brake Systems) :

إن الوصول لسرعات عالية في التنقل كان حلم الإنسان منذ القدم، فعمل الإنسان على صنع الآليات التي تؤمّن له هذا الغرض، ابتداءً من صنع العربات التي ظهرت أول مرة في التاريخ البشري في أواخر القرن الثامن عشر على يد المهندس الفرنسي نيكولاس كونيو (  Nicolas-Joseph Cugnot)، والذي أعطى أول نموذج لسيارة تتحرك بمحرك ذاتيا عام 1769م. 

لذلك كان لابُد عند الوصول لسرعات متوسطة نسبياً وجود آلية لتخفيف السرعة ولكبح الحركة، فكان اختراع مالكوم لوهيد(Malcolm Loughead) ،

لأول نظام فرملة هيدروليكي يمثل ثورة في نظم الفرملة وأكثرها أمان لإنه اعتمد على علوم ميكانيك الموائع (السوائل) .

إن العلم الهندسي الذي تقوم عليه نُظم الفرملة في المركبات هو 

((علم ميكانيك السوائل)) 

Hydro-Mechanics

وبالإستفادة من خاصية عدم إنضغاظ السائل بل قدرته على نقل الضغط

.................... 

أنواع نظم الفرملة

إن نظم الفرملة تتنوّع في السيارات الحديثة وعالية الأداء بتنوع شركات صناعة السيارات، ولكنها جميعها تعتمد على آلية واحدة سنوضحها الآن بعد التعرّف على أقسام نظام الفرملة الحديث والأكثر شيوعاً، وسنشرح بعد التعرف عليها على نوعي الفرامل التي تُثبت عند العجلات وآلية عمل كل منها وهي:

1. الفرامل القرصية( Disc Brake):

وتتوضع على العجلات الأمامية لأنها أكثر كفاءة وتستطيع تحمل كامل القوة الناتجة عن حركة السيارة عند عملها. 

2.الفرامل الطبلية( Drum Brakes):

                         توضع على العجلات الخلفية وتتصل فيها دارة السائل الهيدروليكي المساعدة والرئيسية.                                                             

يمتلك نظام الفرملة الحديث دارتين للسائل الهيدروليكي مع اسطوانتين رئيسيتين حتى يتم ضمان عمل الفرامل في حال تعطل أحد الدارتين ، تتصل احد الدارة الرئيسية بالفرامل التي تتوضع على العجلات الاربع والدارة الثانوية تتصل بفرامل العجلات الخلفية فقط.

توضح الصورة دارتي السائل الهيدروليكي ومكان توضع أنواع الفرامل في السيارات 

أجزاء نظم الفرملة          

إن نظام الفرملة الرئيسي(دارة الفرملة الرئيسية) يتكون من:   

                                                             

1. الإسطوانة الرئيسية Master Cylinder : 

يتصل بها عبوة(Brake Fluid Reservoir) من الأعلى يتم من خلالها وضع سائل الفرملة والذي يتوزع على حجرتين داخل الإسطوانة الرئيسية تحتويان على نوابض وتتموضع هاتين الحجرتين أمام كل مكبس من مكابس الإسطوانة (في الصورة التي تحت الشرح) وتتصل كل حجرة بانبوب ينقل الضغط الذي سيطبق على السائل إلى صمام الجمع (Combination Valve). ويمر محور مركزي إلى داخل الإسطوانة يتصل بالمكبسين. 

تتصل الإسطوانة الرئيسية مباشرةً مع وحدة المؤازرة عن طريق هذا المحور. 

2.وحدة المؤازرة أو معزز القوة Vacuum power Booster: 

يتم استعمال هذا الجهاز لزيادة القوة المطبقة على المكبسين ولتقليل الجهد الذي يبذله السائق. 

يتوضع معزز القوة (Vacuum power Booster) بين دواسة الفرملة (Brake Pedal) والإسطوانة الرئيسية،ويتكون بشكل رئيسي(الأجزاء الموضحة في الرسم التخطيطي في الصورة أدناه) من :

.حُجرة الضغط Pressure Chamber من جهة دواسة الفرملة تُملأ بالهواء ذو الضغط الجوي في حال عملية الفرملة .

. صمام نابضي poppet valve يفصل بين الهواء الخارجي ذي الضغط الجوي والحجرة الأولى.      

      

. حجرة ثانية من جهة الإسطوانة الرئيسية تحوي على ضغط ثابت يُزوَّد من مضخة توجد بجانب المحرك تدعى Vacuum Pump 

. غشاء مرن يفصل بين هاتين الحجرتين Diaphragm يحافظ على فرق    الضغط بينهما.      

. مكبس يوجد بين الحجرة الأولى والغشاء المرن يقوم بنقل قوة الضغط التي سيولدها الضغط الجوي و قوة ضغط الدواسة إلى محور الإسطوانة الرئيسية Hydraulic Pushrod . 

. نابض رجوع للمكبس Piston Return Spring يقوم بإعادة المكبس إلى موضعه السابق بعد زوال ضغط الفرملة. 

. صمّام عدم رجوع يحافظ على ثبات الضغط داخل الحجرة الثانية.            

. مصفاة Filter توجد في مكان بدء دخول الهواء إلى معزز القوة Vacuum power Booster. تقوم بتصفية الهواء من الشوائب.

. صمّام نابضي آخر popet valve يتبع النابض ويُغلق تلقائياً عندما يتم الضغط على الدواسة والمرور بكامل مجال حركتها. 

               

  

3.صمّام الجمع Combination Valve :  

   

يُعتبر من أهم العناصر في نظام الفرملة كونه الجهاز الذي يوزّع الضغط بشكل متساوي على الصمامات(المكابس في بعض الأنواع) الفرعية الأربع التي توجد في الفرامل القرصية والطبلية في العجلات الأربع. 

وكونه الجهاز الذي ينبّه السائق بإضاءة مؤشر في غرفة القيادة عند وجود خطأ أو تسرّب بالضغط أو تسرّب في سائل الفرملة وذلك بفضل وجود حسّاس كهربائي. 

آلية عمله :

ينتقل الضغط عبر سائل الفرملة من الإسطوانة الرئيسية إلى مدخلين يوجدان أعلى الجهاز ومن ثم إلى حجرتين متساويتين من حيث الحجم يتم من خلالها توزيع نسب متساوية لسائل الفرملة في حال عدم وجود تسرّب في ضغط السائل،و يفصل بين هاتين الحجرتين صمّام له تصميم معين بحيث عند وجود فرق في الضغط بين الحجرتين يتجه هذا الصمام بإتجاه الحجرة ذات الضغط المخفض، وعند حركته يدفع محور صغير للأعلى ينبّه الحساس الكهربائي ويرسل إشارة إلى غرفة القيادة. 

وبالتالي مهمته هي التوزيع المتساوي للضغط، والتنبيه في حال وجود فرق في الضغط. 

بعدها يوزّع السائل الهيدروليكي عبر فتحات باتجاه الفرامل كما نلاحظ في الصورة:

                                       

إضاءة المؤشر في حال وجود تسرب في الضغط. 

       4.انابيب نقل سائل الفرملة Brake Lines :

يتم تصميمها من النحاس أو من مواد بلاستيكية وتراكيب تمنع انتفاخها وبالتالي الحفاظ على مستوى الضغط. 

                                                                

 5.الفرامل Brakes (قرصية،طبلية):

        

                                                 

آلية عمل نظام الفرملة من لحظة ضغط دوّاسة الفرملة وحتى توزّع الضغط على نوعي الفرامل:

عند الضغط على دواسة الفرملة ينتقل هذا الضغط إلى المحور الذي يصل الدواسة بمعزز القوة  Vacuum power Booster، وهذا يؤدي إلى فتح الصمام الذي يفصل بين الضغط الجوي و الحجرة الأولى وبنفس الوقت يتم الضغط على المكبس الموجود بين الحجرة الأولى والغشاء المرن، بفتح الصمام يدخل الضغط الجوي ويكون أكبر من الضغط الموجود في الحجرة الثانية وهذا يؤدي إلى نشوء ضغط إضافي على المكبس بالإضافة ضغط قدم السائق. 

ينتقل هذا الضغط من المكبس إلى محور الإسطوانة الرئيسية وهذا يؤدي إلى دفع المكبس الأول الموجود في الإسطوانة الرئيسية، يؤدي دفع أول مكبس إلى تقلص الحجرة التي توجد أمامه وإلى إنضغاظ النابض الموجود فيها، ينتقل الضغط من النابض إلى المكبس الثاني فيُدفع أيضاً ويتقلص نتيجة ذلك حجم الحجرة التي توجد أمامه وينضغط معها نابض الرجوع الموجود فيها. 

تكون كامل الأنابيب والحجرات مملوءة بسائل الفرملة وأي تقلص في حجم هذه الحجرات يؤدي إلى نشوء ضغط يوافق الضغط الذي انتقل من معزز القوة. 

ينتقل بعدها الضغط إلى الحجرات الموجودة في صمّام الجمع ويتوزّع بشكل متساوٍ عبره (كما ذكرنا سابقاً) إلى الفرامل الأربع الموجودة عند العجلات. 

أقسام الفرامل القرصية وآلية عملها :

تتكون الفرامل القرصية بشكل رئيسي من :

1. القرص الدوار (Rotor Disc).                       

                                   

2.محور العجلة (Wheel Hub).                        

                                     

3.فكا تثبيت الضمادات (الفحمات) (Caliper)         

4.مكابس ضاغطة(Pressurized pistons)         

                                                 

5.الفحمات (Brake Pads).                             

((آلية العمل)) 

عند وصول الضغط المطبق والذي ينقله السائل الهيدروليكي إلى الفرامل القرصية، ينتقل هذا الضغط إلى الإسطوانة الأولى والتي تدفع مكبس يدفع بدوره الفحمة الموجودة أمامه، وينتقل هذا الضغط أيضا عبر فتحات موجودة بالفكوك Caliper إلى الإسطوانة الثانية الموجودة في الطرف المقابل للإسطوانة الأولى ممَ يؤدي إلى دفع المكبس الثاني والذي بدوره يدفع الفحمة.

تؤدي هذه العملية إلى تشكل احتكاك كبير بين القرص الدوار والفحمات، لذلك تُصنع كل منها من عناصر مقاومة لدرجات الحرارة العالية وللتآكل الحراري.

يودي استمرار الإحتكاك إلى تباطؤ سرعة دوران العجلات وبالتالي تباطؤ سرعة السيارة أو توقفها.

أقسام الفرامل الطبلية وآلية عملها:                                                       

تتكون الفرامل الطبلية بشكل أساسي من:                                                

1. الإسطوانة الثانوية (Wheel Cylinder).                                  

                                       

2. فكا الفرملة أو وحدتي الكبح (Primary and Secondary Shoes)

3.نوابض الإرجاع (Return Springs).                                        

4.مقبض فرامل الصف (parking brake lever).                          

5.لوحة الدعم (Backing Plate).                                                

مبدأ عمل نظم الفرملة

تتوضع أغلب الأجزاء السابقة(كما رأينا في الصورة أعلى) على قرص دائري مجوف يدعى لوحة الدعم تثبت عليه وحدتا الكبح بشكل محيطي عليه بواسطة أماكن تثبيت جزئي فيه، وتثبت الإسطوانة الثانوية بشكل مركزي علوي بالنسبة للوحة الدعم، تستخدم نوابض الإرجاع من أجل عودة وحدتا الكبح إلى موضعهما بعد أداء دورهما،

ويوجد جزء نلاحظه يقع امام وحدة الكبح هو مقبض فرامل الصف ويتحرك عند استخدام  الفرامل الاحتياطية اليدوية.

عند وصول الضغط الذي يحمله سائل الفرملة إلى الإسطوانة الثانوية والتي تتألف من مكبسين طرفيين وحجرة متوسطة مملوءة بسائل الفرملة، يؤدي انتقال الضغط إلى الحجرة إلى دفع المكبسين والذين بدورهما يدفعان وحدتا الكبح المحيطيتان اللتان تصنعان من مواد لمقاومة الإحتكاك ودرجات الحرارة العالية.

مع استمرار ضغط وحدتا الكبح على لوحة الدعم ينشأ احتكاك بينهما مم يؤدي إلى تباطؤ دوران العجلة وبالتالي تباطؤ سرعة السيارة.

......................

في النهاية 

تتنوع مصانع السيارات والمركبات عالمياً وهذا يؤدي إلى تنوع تصاميم السيارات وتنوع تصاميم اجزائها لذلك شملنا التصميم الأكثر انتشاراً في الشرح السابق. 

وكما ذكرنا سابقاً أن أغلب السيارات تملك نظام فرملة ثانوي يدوي يستخدم عند عملية صف السيارة وفي الحالات الطارئة عند حدوث خلل في النظام الأول. ويتألف هذا النظام من العناصر السابقة التي ذكرناها في النظام الرئيسي مع غياب بعض العناصر وذلك حسب تصميم كل مركبة. 

ننوّه أيضا انه في بعض السيارات تم الاستغناء عن الفرامل الطبلية بالقرصية لأن الدراسات والتجارب بيّنت أن الفرامل القرصية أكثر كفاءة وجودة من نظيرتها الطبلية.

وبالتالي نلاحظ أن نظم الفرملة تعتمد بشكل رئيسي على علم ميكانيك السوائل (Hydro Mechanic). والتي هي تطبيق صغير من التطبيقات الواسعة لهذا العلم.