MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Trên thế giới ngày nay, công nghiệp ô tô ngày càng phát triển vượt bậc.
Năm 1885 Karl Benz phát minh ra chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ xăng
như một cải tiến về môi trường, thay thế cho xe ngựa kéo. Ô tô đã dần trở thành
phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hóa cho các ngành
kinh tế quốc dân, đồng thời là phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền
kinh tế phát triển.
Nhưng cùng với sự phát triển đó, tai nạn giao thông (TNGT) ngày càng gia
tăng. Theo thống kê, TNGT đường bộ là loại TNGT phổ biến và làm nhiều
người thiệt mạng, bị thương nhất ở các quốc gia đang phát triển. Đối với ô tô,
nguyên nhân xảy ra tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai
nạn do kỹ thuật gây nên. Chính vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng
được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày
càng nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Đề tài của em được giao là: “Thiết kế hệ thống phanh xe tải 23 tấn theo tiêu
chuẩn ECE R13” với các nhiệm vụ chính:
• Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phanh
• Lựa chọn phương án thiết kế.
• Tìm hiểu tiêu chuẩn ECE R13
• Tính toán hệ thống phanh theo tiêu chuẩn
• Tính toán một số phần tử dẫn động và tính bền cơ cấu phanh
• Tìm hiểu phương pháp chẩn đoán kỹ thuật hệ thống phanh
Sau 3 tháng thực hiện đồ án tại bộ môn “Ô tô và xe chuyên dụng – Trường
đại học Bách Khoa Hà Nội” dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn
Trọng Hoan cùng sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn em đã hoàn thành đồ án
tốt nghiệp của mình. Do thời gian có hạn, trong quá trình làm đồ án em không
1
thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ
vào trống phanh. Đối với dẫn động khí nén, cơ cấu phanh được bố trí trên cầu
trước ô tô tải vừa và nặng, có xi lanh khí nén điều khiển cam xoay ép guốc
phanh vào trống phanh.
- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm, chỉ dùng với xi lanh thủy lực và
được bố trí ở cầu trước của ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ. Kết cấu bố trí sao cho với
3
chuyển động tiến (theo chiều quay ω) cả hai guốc phanh đều là guốc siết, khi lùi
trở thành hai guốc nhả. Như vậy hiệu quả phanh khi tiến lớn, khi lùi nhỏ.
- Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi, cả hai đầu các guốc phanh đều chịu tác động
trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trượt. Kết cấu của cơ cấu phanh dạng bơi
dùng cho ô tô tải với hệ thống dẫn động phanh thủy lực điều khiển khí nén.
- Cơ cấu phanh dạng tự cường hóa, có khả năng gia tăng hiệu quả tạo nên mô
men phanh dưới tác dụng của lực điều khiển. Do sự biến đổi nhanh mô men
phanh khi gia tăng lực điều khiển nên tính chất ổn định mô men kém, chỉ sử
dụng kết cấu này khi cần thiết.
Hình 1.1: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực
4
Hình 1.2: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén.
Đối với cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén:
• Cam Acsimet: biên dạng chế tạo đơn giản, bố trí cam quay và guốc phanh
đối xứng qua trục, dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làm việc lớn,
ảnh hưởng tới hiệu quả sinh ra mô men phanh của cơ cấu phanh khác nhau
nhiều.
• Cam Cycloit: cho phép dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làm việc
nhỏ hơn nên được dùng phổ biến.
Ưu điểm:
- Mô men phanh lớn do diện tích tiếp xúc giữa má phanh, trống
phanh lớn.
- Kết cấu hở, dễ dính bụi, bùn đất nên các tấm ma sát của loại phanh này mòn
nhanh hơn phanh guốc, ít dùng trên xe tải.
3. Theo dẫn động phanh
3.1 Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
Dẫn động cơ khí có ưu điểm là độ tin cậy cao, nhưng lực tác dụng bàn đạp
lớn. Loại này chỉ được dùng trong phanh tay.
3.2 Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực
6
Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao
(do dầu không bị nén). Nhược điểm của nó là tỉ số truyền của dẫn động không
lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ thống dẫn
động phanh thủy lực thường được dùng trên ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ.
3.3 Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
Dẫn động phanh khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều
khiển cung cấp khí nén tới các bầu phanh bánh xe, tại bầu phanh áp suất khí nén
tạo lực tác dụng lên guốc phanh, thực hiện phanh ô tô. Do đó có ưu điểm lực
điều khiển trên bàn đạp nhỏ, áp suất trên đường ống không cao và cho phép dẫn
động dài tới các cơ cấu phanh cần thiết, nhưng nhược điểm là độ nhạy kém (thời
gian chậm tác dụng lớn), các kết cấu có kích thước lớn, vì thế thích hợp với các ô
tô tải vừa và lớn.
3.4 Hệ thống phanh dẫn động liên hợp thủy lực – khí nén
Hệ thống tận dụng ưu điểm của cả hai loại dẫn động phanh thủy lực và khí
nén sử dụng trên các ô tô tải, ô tô buýt trung bình và lớn.
3.5 Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực
Hệ thống dẫn động điều khiển đòi hỏi làm việc thường xuyên để điều khiển
tốc độ và dừng ô tô, các bộ truyền thủy tĩnh không cho phép có tỷ số truyền dẫn
động lớn, do vậy cần thiết giảm nhẹ lực bàn đạp phanh. Bộ trợ lực phanh sử
dụng trong hệ thống phanh thủy lực với các nguồn năng lượng trợ lực khác nhau
như: chân không, khí nén, thủy lực, điện… Trên ô tô con và ô tô tải nhẹ phổ biến
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Từ đặc điểm, yêu cầu của xe thiết kế là loại ô tô tải N3 và các phân tích từ
chương 1, lựa chọn cơ cấu phanh tang trống với dẫn động phanh điều khiển khí
nén có hoặc không sử dụng bộ điều hòa lực phanh phụ thuộc vào quá trình tính
toán.
I. SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động phanh nén
Trên hình vẽ thể hiện sơ đồ nguyên lí của hệ thống dẫn động phanh bằng
khí nén của ô tô tải có 3 cầu. Hệ thống gồm có nguồn cung cấp khí nén, dẫn
động phanh chính với 2 dòng độc lập, dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van điều áp 2, qua bộ lọc
tách nước 3, van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6. Van an toàn kép 4
đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành 2
nguồn cung cấp khí độc lập cho 2 dòng dẫn động phanh. Van bảo vệ 17 có
9
nhiệm vụ ngắt bình chứa khí 18 không cho thông với hệ thống nếu có sự cố lọt
khí trên đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.
Dẫn động phanh chính gồm có 2 dòng độc lập với nhau. Dòng dẫn động
phanh cầu trước bắt đầu từ bình khí 5 đi qua ống dẫn 8, qua khoang dưới của
tổng van 11, qua van hạn chế áp suất 12 tới các bầu phanh 13. Dòng dẫn động
phanh cầu sau đi từ bình khí 6 qua ống dẫn 7, qua khoang trên của tổng van 11,
qua bộ điều hòa lực phanh 14 tới các bầu phanh 15, 16 của cụm cầu sau.
Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ
thống chung gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21
và các bầu tích năng dạng lò xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ô tô.
II. PHÂN TÍCH KẾT CẤU
1. Phần cung cấp khí nén
a. Máy nén khí và bộ điều chỉnh áp suất
3- Vòng hãm đế van trên
4- Piston dưới
5- Lò xo hồi vị van dưới
6- Thân van dưới
7- Van xả khí
8- Đế đỡ lò xo hồi vị van dưới
9- Van dưới
10- Lò xo hồi vị piston dưới
11- Lò xo hồi vị van trên
12- Van trên
13- Lò xo đỡ trục xuyên tâm
14- Lò xo ép piston trên
15- Piston trên
16- Thân van trên
17- Nắp van phanh
18- Vít điều chỉnh
19- Cốc ép
20- Con lăn
21- Bàn đạp phanh
- Cụm bàn đạp:
Bàn đạp phanh 21 có cơ cấu hoạt động kiểu đòn bẩy với điểm tựa O nằm
trên nắp van phanh 17. Điểm thấp nhất của bàn đạp bị hạn chế bởi vít điều chỉnh
18 và chốt quay. Vít điều chỉnh 18 tì vào nắp 17 để hạn chế hành trình của chốt
quay khi nhả phanh, đồng thời là cơ cấu điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp.
11
Con lăn 20, quay quanh điểm tựa O và dịch chuyển theo chiều quay của bàn
đạp khi phanh, ép cốc 19, đẩy piston trên 15, piston dưới 4 làm thay đổi vị trí các
cụm van trên, dưới của van phân phối.
- Cụm van điều khiển dòng phanh sau:
qua đường E cho phép các bầu phanh bánh xe ở trạng thái nhả phanh, bánh xe
lăn trơn.
- Khi phanh, bàn đạp phanh quay quanh chốt cố định O, ép con lăn 20 tỳ lên cốc
ép 19 đi xuống. Khi đã khắc phục xong khe hở tự do, bích chặn ép lò xo 14 tỳ
vào piston trên 15 xuống. Ban đầu, đế trong của van tiếp xúc với mặt van 12,
đường khí A ra khí quyển bị đóng lại, đế van trong tiếp tục đi xuống, tách đế
ngoài của van khỏi mặt van 12, van nạp khí nén trên bắt đầu mở. Khí nén đi từ
cửa C qua van nạp ngăn trên thông sang cửa A để dẫn đến các bầu phanh bánh
xe sau.
Đồng thời với quá trình này, ở cạnh cửa A có một lỗ nhỏ thông với mặt
dưới của piston trên 15, và một lỗ khác thông với mặt trên của piston dưới 4. Với
piston trên, áp suất khí nén có tác dụng cùng chiều với lực đẩy của lò xo hồi vị 2
tăng lực đẩy lên piston 15 gây cảm giác nặng cho người lái.
Với piston dưới, chiều tác dụng của lực bàn đạp qua piston trên 15 đẩy
piston 4 đi xuống ép sát vào mặt van dưới 9, đường thông B ra khí quyển E
đóng, piston 4 tách đế ngoài của van khỏi mặt van 9, van nạp khí nén bắt đầu
mở. Khí nén đi từ cửa D qua van 9 thông sang cửa B để dẫn đến các bầu phanh
bánh xe trước.
Mặt khác, áp suất khí nén qua lỗ nhỏ tác dụng lên mặt trên của piston dưới
4 đẩy piston dưới đi xuống. Lực khí nén của khoang trên (từ C sang A) cùng
chiều lực bàn đạp hỗ trợ đẩy piston 4 đi xuống làm nhanh quá trình đóng mở
cụm van dưới.
- Khi nhả phanh, bàn đạp phanh 21 trở về vị trí ban đầu, cốc ép 19 được đẩy về vị
trí ban đầu dưới tác động của lực lò xo hồi vị, đẩy piston dưới 4 và piston trên 15
dịch chuyển lên trên. Quá trình dịch chuyển xảy ra: đóng van cấp khí nén và mở
van thông khí quyển. Như vậy dòng cấp khí nén từ C sang A và từ D sang B bị
ngắt và nối thông đường khí A, B ra khí quyển E. Khí nén từ các bầu phanh được
13
xả ra ngoài nhờ lò xo hồi vị ở cơ cấu phanh và bầu phanh bánh xe, quá trình
Khi dòng phanh trước bị hỏng: nếu dòng phanh trước bị mất áp suất, quá
trình đóng mở cụm van trên vẫn thực hiện được. Khi tiếp tục đạp phanh, piston
15 đi xuống, đẩy tiếp piston 4 đóng van xả và mở van cấp cho cụm van dưới. Hai
dòng khí vẫn được ngăn cách nhờ piston 4, đảm bảo cho dòng phanh sau vẫn
hoạt động.
Khi một trong hai dòng phanh bị hỏng, vùng áp suất cao tại một dòng
phanh được ngăn cách với dòng phanh còn lại nhờ piston 4 và các phớt cao su
bao kín, đảm bảo cho dòng phanh có áp suất vẫn hoạt động.
3. Bầu phanh bánh xe
Bầu phanh bánh xe có cấu trúc như xi lanh lực tác động một chiều. Vỏ của
bầu phanh được bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên piston đẩy và dịch
chuyển để điều khiển cam quay.
Bầu phanh bánh xe có nhiệm vụ tạo lực khí nén đẩy đòn đẩy dịch chuyển,
tạo nên xoay cam quay ở cơ cấu phanh.
a. Bầu phanh đơn
Hình 2.3: Bầu phanh đơn
1,7- Nửa vỏ;
2- Lò xo hồi vị;
3- Đầu nối khí;
4- Tấm đỡ;
5- Màng cao su;
6- Đòn đẩy;
8- Bu lông bắt với giá;
9- Đai ốc điều chỉnh;
10- Đầu nối chữ U
Cấu tạo của bầu phanh đơn dạng màng gồm: hai nửa vỏ của bầu phanh 1,7.
Màng cao su 5 bố trí giữa hai nửa vỏ, chia bầu phanh thành hai khoang. Khoang
trên có cửa P dẫn khí nén từ van phân phối đến, khoang dưới có lỗ thông R với
khí quyển. Lò xo hồi vị 2 có tác dụng đẩy màng 5 về vị trí ban đầu khi không
phanh.
B-Điều khiển nhả
T- Khoang tích
năng
S- Thông với A
P-Thông với khí
quyển
16
6- Màng cao su 12- Vòng tỳ phanh Q-Khoang thông
với B
Bầu phanh tích năng gồm: hai bầu phanh được ghép nối tiếp nhau, một bầu
phanh chính và một bầu phanh tích năng.
Bầu phanh chính có cấu tạo và nguyên lý làm việc trên cơ sở bầu phanh đơn
dạng màng. Trong bầu phanh chính có hai khoang: khoang P thông với khí
quyển, khoang S thông với đường cấp và thoát khí nén khi phanh từ van phân
phối.
Bầu phanh tích năng dạng xi lanh piston khí cũng chia làm hai khoang:
khoang T thông với khí trời nhờ đường ống 4, còn khoang Q thông với van
phanh tay qua đường dẫn B. Trong khoang tích năng T gồm: vỏ bầu phanh tích
năng 3, piston tích năng 13, ốc điều chỉnh 1. Toàn bộ các chi tiết của buồng tích
năng đặt nối tiếp với bầu phanh chính thông qua ống đẩy 2.
Nguyên lý làm việc:
Trạng thái ban đầu, khi chưa có khí nén, dưới tác dụng của lò xo tích năng
14, đẩy piston 13, ống đẩy 2, màng 6 và đòn đẩy 7 về bên phải, thực hiện phanh
bánh xe. Đây là trạng thái phục vụ việc đỗ xe trên dốc (c – chức năng phanh tay).
Khi không phanh (a), máy nén khí đạt áp suất khoảng 0,6 MPa, đường B
được cấp khí từ bình chứa khí (hoặc van phanh tay) vào khoang Q. Khí nén đẩy
piston tích năng 13, nén lò xo tích năng về bên trái. Dưới tác dụng của lò xo hồi
vị 9, màng 6 dịch chuyển sang trái, kéo cam quay cơ cấu phanh về vị trí nhả
phanh, bánh xe lăn trơn.
Khi phanh có ngắt động cơ hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay có thể
coi bằng 1 (= 1,02 1,04).
Để đánh giá hiệu quả phanh ô tô người ta có thể sử dụng hệ số lực phanh γ
T
:
Trong khi tính toán xác định gia tốc chậm dần và quãng đường phanh,
người ta có thể bỏ qua lực cản không khí.
Như vậy phương trình (1) có dạng:
Khi phanh ngặt hệ số γ
T
gần bằng hệ số bám φ, mà trên đường khô ráo ta
có: φ >> f, vì vậy khi phanh ngặt ta có thể bỏ qua lực cản lăn. Khi đó:
19
Gọi gia tốc chậm dần là a, ta có thể viết:
Công thức trên cho thấy gia tốc chậm dần khi phanh tỉ lệ với hệ số lực
phanh.
Để đánh giá mức độ sử dụng khả năng bám tại các bánh xe khi phanh người
ta đưa ra khái niệm hệ số bám hiệu dụng φ
i:
Hiệu quả phanh cực đại đạt được khi hệ số bám hiệu dụng tại tất cả các
bánh xe bằng nhau:
Như vậy, để có được hiệu quả phanh cực đại cần thỏa mãn điều kiện là lực
phanh tác dụng trên các cầu ô tô tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên các cầu đó
trong khi phanh.
Với sự phân bố lực phanh lý tưởng ta có được gia tốc cực đại:
a
max
= g.γ
Tmax
0,15 0,30. Điều này cần được coi là đạt yêu cầu nếu với các giá trị đó các đường
cong hệ số bám hiệu dụng của mỗi cầu nằm giữa hai đường thẳng song song với
đường lý tưởng, được thể hiện bởi phương trình sau:
φ = γ
T
0,8 (8)
và nếu với γ
T
0,3 đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau thỏa mãn:
γ
T
0,1 + 0,74( φ – 0,38)
Các miền phân bố các đường cong hệ số bám hiệu dụng được thể hiện trên
hình 1:
1- Đường lý tưởng:
φ=γ
T
2- Đường ranh giới giới hạn
các giá trị nhỏ nhất của hệ số
lực phanh:
3,4- Các đường thẳng giới
hạn miền phân bố các đường
cong hệ số bám hiệu dụng:
5- Đường thẳng giới hạn vị
trí của đường cong hệ số
bám hiệu dụng cầu sau:
21
Hình 1: Các vùng giới hạn của các đường cong hệ số bám hiệu dụng
III. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨN ECE
- trên cầu sau, KG 5700
Trọng lượng toàn bộ, KG 22400
- trên cầu trước, KG 5500
- trên cầu sau, KG 16900
Động cơ
Model 740.62-280 (Еuro-3)
Loại Diesel có tăng áp và làm mát khí nạp
Công suất cực đại, kW (mã lực) 206 (280)
tại số vòng quay của trục khuỷu, v/ph 1900
Mô men xoắn cực đại, Nm (KG.cm) 1177 (120)
tại số vòng quay của trục khuỷu, v/ph 1250:1350
Dung tích, lít 11,76
Tỷ số nén 16,8
Ly hợp
23
Loại một đĩa, lò xo màng
Dẫn động thủy lực, trợ lực khí nén
Truyền lực chính
Tỷ số truyền 4,98
Hộp số
Loại Cơ khí, 10 cấp
Dẫn động điều khiển cơ khí
Hệ thống phanh
Dẫn động khí nén
Đường kính tang trống, mm 400
Bề rộng má phanh, mm 140
Tổng diện tích má phanh, cm
2
6300
1
, T
2
– lực phanh trên cầu trước và cầu sau;
a – gia tốc chậm dần khi phanh;
g – gia tốc rơi tự do;
γ
T
– hệ số lực phanh;
∑T – tổng các lực phanh tại các bánh xe;
M
T1
, M
T2
– mô men phanh trên các bánh xe cầu trước và cụm cầu sau;
M
T
– mô men phanh trên bánh xe;
Q – lực trên ty đẩy bầu phanh;
p – áp suất khí nén trong hệ thống phanh;
p
1
, p
2
– áp suất khí nén trong các bầu phanh cầu trước và sau;
φ
1
, φ
2
– hệ số bám hiệu dụng trên các cầu trước và sau;
k
mm 478 478
1. Quá trình phanh với tỷ lệ phân bố lực phanh lý tưởng
Với hệ số lực phanh , tải trọng tác dụng lên bánh xe cầu trước:
Tải trọng tác dụng lên một bánh xe cụm cầu sau:
25
Copyright: Tài liệu đại học ©