الفرامل

تُعدّ المكابح الاحتكاكية الأكثر شيوعًا، ويمكن تقسيمها بشكل عام إلى مكابح " الأحذية " أو " الوسادات "، التي تستخدم سطح تآكل واضح، ومكابح هيدروديناميكية، مثل المكابح المظلية، التي تستخدم الاحتكاك في سائل التشغيل ولا تتآكل بشكل واضح. يُستخدم مصطلح "مكابح الاحتكاك" عادةً للإشارة إلى مكابح "الوسادات/الأحذية" ويستثني المكابح الهيدروديناميكية، على الرغم من أن المكابح الهيدروديناميكية تستخدم الاحتكاك. غالبًا ما تكون مكابح الاحتكاك (الوسادات/الأحذية) أجهزة دوارة ذات وسادة ثابتة وسطح تآكل دوار. تشمل التكوينات الشائعة أحذية تنكمش لتحتك بالسطح الخارجي لأسطوانة دوارة، مثل مكابح الشريط ؛ وأسطوانة دوارة بأحذية تتمدد لتحتك بالسطح الداخلي للأسطوانة، والتي تُسمى عادةً " مكابح الأسطوانة "، على الرغم من إمكانية وجود تكوينات أخرى للأسطوانة؛ ووسادات تضغط على قرص دوار، والتي تُسمى عادةً " مكابح القرص ". تُستخدم تكوينات أخرى للمكابح، ولكن بشكل أقل شيوعًا. على سبيل المثال، تتضمن مكابح عربات PCC حذاءً مسطحًا يُثبّت على السكة بواسطة مغناطيس كهربائي. تقوم فرامل مورفي بضغط أسطوانة دوارة، وتستخدم فرامل قرص أوسكو لامبرت قرصًا مجوفًا (قرصان متوازيان مع جسر هيكلي) مع أحذية توضع بين أسطح القرص وتتمدد جانبيًا.

فرامل الأسطوانة هي نوع من فرامل المركبات، حيث ينتج الاحتكاك عن مجموعة من بطانات الفرامل التي تضغط على السطح الداخلي لأسطوانة دوارة. وترتبط هذه الأسطوانة بمحور عجلة الطريق الدوارة.

تُستخدم فرامل الأسطوانة عادةً في طرازات السيارات والشاحنات القديمة. ومع ذلك، ونظرًا لانخفاض تكلفة إنتاجها، تُركّب فرامل الأسطوانة أيضًا في الجزء الخلفي من بعض المركبات الحديثة منخفضة التكلفة. وبالمقارنة مع فرامل الأقراص الحديثة، فإن فرامل الأسطوانة تتآكل بشكل أسرع نظرًا لميلها إلى السخونة الزائدة.

قرص الفرامل هو جهاز يُستخدم لإبطاء أو إيقاف دوران عجلة الطريق. يتكون قرص الفرامل (أو الدوار في اللغة الإنجليزية الأمريكية)، المصنوع عادةً من الحديد الزهر أو السيراميك ، من عجلة أو محور. ولإيقاف العجلة، تُضغط مادة الاحتكاك ، على شكل وسادات فرامل (مثبتة في جهاز يُسمى مكبس الفرامل ) ، ميكانيكيًا أو هيدروليكيًا أو هوائيًا أو كهرومغناطيسيًا على جانبي القرص. ويؤدي الاحتكاك إلى إبطاء أو إيقاف القرص والعجلة المتصلة به.

تُستخدم مكابح الضخ غالبًا عندما تكون المضخة جزءًا لا يتجزأ من الآلة. على سبيل المثال، يمكن إيقاف إمداد الوقود لمحرك الاحتراق الداخلي ذي المكابس، فتُحدث خسائر الضخ الداخلية للمحرك بعض الكبح. تستخدم بعض المحركات صمامًا للتجاوز يُسمى مكابح جايك لزيادة خسائر الضخ بشكل كبير. يمكن لمكابح الضخ أن تُبدد الطاقة على شكل حرارة، أو أن تكون مكابح استرجاعية تُعيد شحن خزان ضغط يُسمى المُراكم الهيدروليكي .

تُستخدم المكابح الكهرومغناطيسية بكثرة في المركبات التي تحتوي على محرك كهربائي. على سبيل المثال، تستخدم العديد من المركبات الهجينة التي تعمل بالبنزين والكهرباء المحرك الكهربائي كمولد لشحن البطاريات الكهربائية، وأيضًا كمكبح متجدد . تستخدم بعض قاطرات السكك الحديدية التي تعمل بالديزل والكهرباء المحركات الكهربائية لتوليد الكهرباء التي تُرسل بعد ذلك إلى مجموعة مقاومات وتُهدر على شكل حرارة. بعض المركبات، مثل بعض حافلات النقل العام، لا تحتوي على محرك كهربائي، بل تستخدم مكبحًا ثانويًا "مُثبِّطًا" يعمل كمولد مزود بدائرة قصر داخلية. من الأنواع المشابهة لهذه المكابح مكابح التيارات الدوامية ، والمكابح الكهروميكانيكية (وهي في الواقع مكابح احتكاك تعمل مغناطيسيًا، ولكنها تُسمى اليوم غالبًا "مكابح كهرومغناطيسية").

تعمل المكابح الكهرومغناطيسية على إبطاء حركة الجسم عن طريق الحث الكهرومغناطيسي ، مما يُولّد مقاومةً تُنتج بدورها حرارةً أو كهرباء. أما مكابح الاحتكاك فتُطبّق ضغطًا على جسمين منفصلين لإبطاء حركة المركبة بطريقة مُتحكّم بها.

تُعرف مكونات نظام الفرامل الأساسية بأنها مكونات مجموعة الفرامل الموجودة عند عجلات المركبة، وقد سُميت بهذا الاسم لأنها تُشكل أساس نظام الفرامل بأكمله. وتُتحكم هذه الأجزاء الميكانيكية المحيطة بالعجلات بواسطة نظام الفرامل الهوائية.

أنواع أنظمة فرامل الأساس الثلاثة هي فرامل الكامة "S"، وفرامل القرص، وفرامل الوتد. ^{[ 4 ]}

تستخدم معظم سيارات الركاب الحديثة والشاحنات الخفيفة نظام فرامل مدعومًا بالشفط ، مما يزيد بشكل كبير من قوة الضغط التي يطبقها السائق على فرامل السيارة. ^{[ 5 ]} تُستمد هذه القوة الإضافية من فراغ مشعب السحب الناتج عن إعاقة تدفق الهواء بواسطة صمام الخانق في المحرك أثناء التشغيل. يقل هذا الضغط بشكل كبير عند تشغيل المحرك بأقصى سرعة، حيث يقل الفرق بين ضغط الهواء المحيط وضغط الهواء المطلق في مشعب السحب، وبالتالي يقل الفراغ المتاح. مع ذلك، نادرًا ما تُستخدم الفرامل عند أقصى سرعة؛ إذ يرفع السائق قدمه اليمنى عن دواسة الوقود وينقلها إلى دواسة الفرامل - إلا في حالة استخدام القدم اليسرى للفرملة .

بسبب انخفاض مستوى الفراغ عند دورات المحرك العالية، غالبًا ما تترافق بلاغات التسارع غير المقصود مع شكاوى من تعطل أو ضعف المكابح، حيث يعجز المحرك ذو الدورات العالية، مع صمام الخانق المفتوح، عن توفير مستوى فراغ كافٍ لتشغيل معزز المكابح. وتتفاقم هذه المشكلة في المركبات المجهزة بناقل حركة أوتوماتيكي، إذ يقوم ناقل الحركة تلقائيًا بتخفيض السرعة عند الضغط على المكابح، مما يزيد من عزم الدوران المُوَصَّل إلى العجلات الدافعة الملامسة لسطح الطريق.

عادةً ما تقوم المركبات الثقيلة على الطرق، وكذلك القطارات، بتعزيز قوة الفرامل بالهواء المضغوط ، الذي يتم توفيره بواسطة ضاغط واحد أو أكثر.

كانت أولى المكابح، التي استُخدمت في أواخر القرن التاسع عشر في المركبات التي تجرها الخيول وكذلك المركبات الآلية، عبارة عن قطع خشبية تُضغط على عجلات ذات حواف فولاذية. ^{[ 10 ]} في تسعينيات القرن التاسع عشر، أصبحت هذه المكابح الخشبية قديمة الطراز عندما استبدل الأخوان ميشلان الإطارات الفولاذية بإطارات مطاطية. ^{[ 11 ]} اخترع غوتليب دايملر مكابح الأسطوانة عام 1899، وانتشرت على نطاق واسع بدءًا من عام 1902 في سيارات رينو. وأصبحت معيارًا في جميع أنحاء صناعة السيارات. ^{[ 11 ]}

كان مفهوم استخدام وسادات الفرامل أو فرامل الأقراص كبديل لفرامل الأسطوانة موجودًا منذ براءة اختراع إف دبليو لانشستر عام 1902 على الأقل، لكنه لم يُعتمد على نطاق واسع لعقود. ^{[ 12 ]} في سباق لومان 24 ساعة عام 1953 ، زُوّدت ثلاث سيارات جاكوار بفرامل أقراص، ما منحها قدرة توقف فائقة، ومكّنها من الحفاظ على سرعات أعلى حتى المنعطفات؛ وقد احتلت هذه السيارات الثلاث المراكز الأول والثاني والرابع، ما لفت الأنظار إليها. ^{[ 13 ]} سرعان ما استُبدلت فرامل الأسطوانة بفرامل الأقراص في سيارات السباق، ثم في سيارات المستهلكين بدءًا من ستينيات القرن العشرين، لا سيما في الفرامل الأمامية حيث تُطبّق قوة كبح أكبر. ^{[ 11 ]}

في عام 1966، تم تركيب نظام منع انغلاق المكابح (ABS) في سيارة جينسن إف إف السياحية الكبرى. لم يكن هناك تحكم إلكتروني: كان يتم الكشف عن انغلاق العجلات ميكانيكيًا بواسطة وحدة دنلوب ماكساريت المثبتة على الترس التفاضلي المركزي لنظام الدفع الرباعي فيرغسون، وكان يتم تعديل ضغط المكابح بواسطة صمام يعمل بالملف اللولبي. ^{[ 11 ]}

في عام 1978، قامت شركتا بوش ومرسيدس بتحديث نظام منع انغلاق المكابح (ABS) الذي يعود تاريخه إلى عام 1936، وذلك لسيارة مرسيدس الفئة S. يُعد نظام ABS هذا نظامًا إلكترونيًا بالكامل، رباعي العجلات، ومتعدد القنوات، وقد أصبح فيما بعد نظامًا قياسيًا. ^{[ 11 ]}

في عام 2005، أصبح نظام التحكم الإلكتروني بالثبات (ESC) - الذي يقوم بتطبيق الفرامل تلقائيًا لتجنب فقدان السيطرة على التوجيه - إلزاميًا لشركات نقل البضائع الخطرة التي لا تحتوي على مسجلات بيانات في مقاطعة كيبيك الكندية. ^{[ 14 ]}

منذ عام 2017، تستخدم العديد من دول اللجنة الاقتصادية لأوروبا التابعة للأمم المتحدة نظام مساعدة الفرامل (BAS)، وهو وظيفة في نظام الفرامل تستنتج حالة فرملة طارئة من خصائص طلب السائق للفرامل، وفي مثل هذه الظروف تساعد السائق على تحسين عملية الفرملة. ^{[ 15 ]}

في يوليو 2013 ^{[ 15 ]} تم سنّ لائحة المركبات رقم 131 الصادرة عن اللجنة الاقتصادية لأوروبا التابعة للأمم المتحدة. وتحدد هذه اللائحة أنظمة الكبح الطارئ المتقدمة (AEBS) للمركبات الثقيلة للكشف التلقائي عن احتمال وقوع تصادم أمامي وتفعيل نظام الكبح في المركبة.

في 23 يناير 2020 ^{[ 15 ]} تم سن لائحة المركبات رقم 152 الصادرة عن اللجنة الاقتصادية لأوروبا التابعة للأمم المتحدة، والتي تحدد أنظمة الكبح الطارئ المتقدمة للمركبات الخفيفة.

ابتداءً من مايو 2022، في الاتحاد الأوروبي، وبموجب القانون، ستحتوي المركبات الجديدة على نظام فرملة طارئة متطور. ^{[ 16 ]}