مُثبِّط السرعة (الهندسة الميكانيكية)

المُثبِّط هو جهاز يُستخدم لتعزيز أو استبدال بعض وظائف أنظمة الكبح الأساسية القائمة على الاحتكاك ، وعادةً ما يُستخدم في المركبات الثقيلة . يعمل المُثبِّط على إبطاء المركبات، أو الحفاظ على سرعة ثابتة أثناء النزول من منحدر، ويساعد على منع التسارع غير المقصود أو غير المُتحكم فيه عند السير على طريق غير مستوٍ. لا يُمكنه عادةً إيقاف المركبات تمامًا لأن فعاليته تتضاءل مع انخفاض سرعة المركبة. بدلاً من ذلك، يُستخدم عادةً كوسيلة مساعدة لإبطاء المركبات، حيث تتم عملية الكبح النهائية بواسطة نظام الكبح التقليدي القائم على الاحتكاك. من الفوائد الإضافية التي يُمكن أن يُوفرها المُثبِّط زيادة عمر خدمة فرامل الاحتكاك، حيث يتم استخدامها بشكل أقل، خاصةً عند السرعات العالية. مع الفرامل التي تعمل بالهواء، يُؤدي المُثبِّط أيضًا وظيفة مزدوجة تتمثل في الحفاظ على ضغط الهواء.

تُعدّ أنظمة الكبح القائمة على الاحتكاك عرضةً لانخفاض كفاءة الكبح عند استخدامها بكثافة لفترات متواصلة. وقد يُشكّل ذلك خطراً إذا انخفض أداء الكبح عن المستوى المطلوب لإيقاف المركبة، كما في حالة نزول شاحنة أو حافلة منحدرًا طويلًا، حيث قد تحتاج إلى استخدام منحدرات خاصة للتوقف الآمن. لهذا السبب، تُجهّز هذه المركبات الثقيلة عادةً بنظام كبح إضافي لا يعتمد على الاحتكاك.

لا تقتصر أجهزة إبطاء السرعة على المركبات البرية ، بل يمكن استخدامها أيضاً في أنظمة السكك الحديدية . استخدم النموذج البريطاني الأولي لقطار الركاب المتقدم (APT) أجهزة إبطاء هيدروليكية لتمكين القطار فائق السرعة من التوقف في نفس المسافة التي تتوقف عندها القطارات القياسية منخفضة السرعة، حيث لم يكن النظام القائم على الاحتكاك فقط مجدياً.

تستخدم المكابح الهيدروليكية قوى السحب اللزجة بين الريش المتحركة والثابتة في حجرة مملوءة بسائل لتحقيق التباطؤ. توجد أنواع مختلفة منها، بعضها يستخدم زيت ناقل الحركة القياسي ( زيت التروس )، والبعض الآخر مصدر زيت منفصل، والماء، أو مزيجًا من الزيت والتباطؤ المغناطيسي. المكابح المغناطيسية مشابهة للمكابح الكهربائية المذكورة أدناه.

يستخدم نظام الكبح البسيط ريشًا مثبتة على عمود نقل الحركة بين القابض وعجلات الطريق . ويمكن أيضًا تشغيلها بشكل منفصل عبر تروس متصلة بعمود نقل الحركة. تُحاط الريش بحجرة ثابتة ذات خلوص ضئيل مع جدران الحجرة (التي تحتوي بدورها على ريش)، كما هو الحال في ناقل الحركة الأوتوماتيكي. عند الحاجة إلى الكبح، يُضخ سائل (زيت أو ماء) إلى الحجرة، مما يؤدي إلى مقاومة لزجة تُبطئ المركبة. يسخن السائل، وعادةً ما يُعاد تدويره عبر نظام تبريد. ويمكن تغيير درجة الكبح عن طريق ضبط مستوى السائل في الحجرة.

تتميز المكابح الهيدروليكية بهدوئها الشديد، وغالبًا ما تكون غير مسموعة فوق صوت المحرك أثناء التشغيل، وهي هادئة بشكل خاص أثناء التشغيل مقارنة بمكابح المحرك. ^{[ 3 ]}

تستخدم المكابح الكهربائية الحث الكهرومغناطيسي لتوفير قوة كبح. يمكن تركيب وحدة الكبح الكهربائية على المحور أو ناقل الحركة أو عمود الدوران ، وتتكون من دوار مُثبَّت على المحور أو ناقل الحركة أو عمود الدوران، وجزء ثابت مُثبَّت بإحكام على هيكل المركبة . لا توجد أسطح تلامس بين الدوار والجزء الثابت، ولا يوجد سائل تشغيل. عند الحاجة إلى الكبح، تتلقى الملفات الكهربائية في الجزء الثابت الطاقة من بطارية المركبة، مما يُنتج مجالًا مغناطيسيًا يتحرك الدوار خلاله. يُحفِّز هذا المجال تيارات دوامية في الدوار، مما يُنتج مجالًا مغناطيسيًا معاكسًا للجزء الثابت. تُبطئ المجالات المغناطيسية المعاكسة الدوار، وبالتالي المحور أو ناقل الحركة أو عمود الدوران المُثبَّت عليه. يحتوي الدوار على ريش داخلية (مثل قرص الفرامل المُهوى) لتوفير تبريده الذاتي بالهواء ، فلا يُحمِّل نظام تبريد محرك المركبة أي حمل. يتميز تشغيل النظام بالهدوء التام.

يستخدم نظام الدفع في المركبات الهجينة الكبح الكهربائي لمساعدة المكابح الميكانيكية، مع إعادة تدوير الطاقة. ويعمل محرك الجر الكهربائي كمولد لشحن البطارية . وتُستخدم الطاقة المخزنة في البطارية لمساعدة المركبة على التسارع.

يُعدّ كلٌّ من الكبح التجديدي والكبح بالتيارات الدوامية نوعين منفصلين من الكبح الكهربائي. قد لا يُصنّف الكبح التجديدي ضمن أنظمة الكبح المُثبِّطة، إذ لا يستخدم أيّ مكونات مادية إضافية إلى جانب مجموعة الدوّار/الجزء الثابت الموجودة في المحرك. ويُفعّل هذا النوع من الكبح باستخدام المجال الكهربائي الناتج عن القصور الذاتي الدوراني في الدوّار/الجزء الثابت، والذي ينتقل إلى الدوّار بفعل زخم المركبة (العجلات). وتُستخدم دوائر إضافية في وحدة التحكم لإدارة تدفق هذا التيار من ملفات الجزء الثابت إلى البطارية، حيث يتبدد جزء منه على شكل حرارة داخل دوائر وحدة التحكم.

وعلى النقيض من ذلك، تتكون مكابح كبح التيار الدوامي من محرك ثابت ودوار مصمم خصيصًا ويتم تصنيعهما وإضافتهما إلى المركبة لغرض الكبح وتبديد الحرارة وليس لتوليد الطاقة المحركة؛ إنه نظام مصمم خصيصًا ومختلف عن المحرك.

أخيرًا، يُعدّ الكبح "الديناميكي" استخدامًا مُعقدًا لوحدة التحكم في الكبح، حيث يُمكن استخدامها إما للكبح التجديدي أو عن طريق تحويل الدائرة لتغذية التيار إلى المقاومات. وبهذه الطريقة الأخيرة، يُمكن تحقيق الكبح "المقاومة". فبينما يعتمد الكبح الدوامي على التيارات الدوامية لتوليد مقاومة مغناطيسية، يُبدد جزء منها عرضيًا على شكل حرارة، يعتمد الكبح المقاوم على مقاومات دائرة التحكم التي تُبدد الطاقة الكهربائية المحمولة بالتيار مباشرةً على شكل حرارة. وتصف بعض المركبات التي تستخدم الكبح الديناميكي الكبح المقاوم بأنه كبح "مُدمج". وعلى وجه الخصوص، طُوّر الكبح الديناميكي للرافعات الشوكية للاستفادة من دمج هذا النوع من الكبح مع وحدات تحكم مُتخصصة لعكس اتجاه المركبة بسرعة.

يعني الكبح الديناميكي والتجديدي، عند استخدامهما في قاطرات السكك الحديدية الكهربائية أو التي تعمل بالديزل والكهرباء ، أن المحركات الكهربائية التي تُستخدم عادةً لتحريك عجلات الطريق تُستخدم بدلاً من ذلك كمولدات تُدار بواسطة العجلات أثناء النزول . في الكبح التجديدي ، يُعاد التيار الكهربائي المتولد عادةً إلى مصدر الطاقة (مثل السلك العلوي أو السكة الثالثة )، ويمكن استخدامه من قبل قاطرات أخرى أو تخزينه لاستخدامه لاحقًا. بهذه الطريقة، تتلقى القاطرة التيار أثناء سيرها على أرض مستوية أو صعودًا، ولكنها تعمل كمصدر للتيار عند الكبح، محولةً الطاقة الحركية المتولدة من النزول (أو في حالات أقل، محولةً الزخم الأمامي من السير على أرض مستوية) إلى كهرباء. في القاطرات التي تعمل بالديزل والكهرباء، بدلاً من توليد الطاقة عن بُعد وجمعها من مصدر طاقة، يتم توليد مصدر الطاقة مباشرةً بواسطة المحرك الرئيسي الموجود على متن القاطرة ونقله إلى المحركات. نادرًا ما توجد حاليًا أي طريقة لتخزين الكهرباء لاستخدامها لاحقًا ، لذا تُستخدم المحركات كمولدات، مما يُبطئ دوران العجلات، ويتم توجيه الطاقة المولدة عبر مقاومات مثبتة على سطح القاطرة، حيث تُحوّل إلى طاقة حرارية (مثل عنصر التسخين الكهربائي ) وتُبدد في الجو بواسطة مراوح كبيرة. ورغم أن هذا النظام يعيبه عدم إمكانية إعادة استخدام الطاقة المتولدة أثناء الصعود، إلا أنه يُوفر نظام كبح قوي وآمن لا يتأثر بتلاشي أو تآكل المكابح الميكانيكية .

• مؤخرو داوتي
• الكبح الديناميكي
• مُثبِّط السرعة (السكك الحديدية)