Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội

luận văn thạc sĩ khoa học

Ngành: cơ khí động lực

nghiên cứu các phương pháp giảm độ chậm tác dụng
của dẫn động phanh sơmi rơmoóc tải trọng lớn

Hà thanh sơn

Hà néi 2008


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu các phương pháp giảm độ chậm tác dụng
của dẫn động phanh sơmi rơmoóc tải trọng lớn

Ngành: cơ khí động lực
MÃ số:

Hà thanh sơn

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan

Hà nội 2008

2

Tính toán động hc hệ thống dẫn động phanh khí nén trên các xe sơmi
rơmoócc tải trọng lớn.
Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Mô phỏng và tính to¸n thêi gian chËm t¸c dơng cđa hƯ thèng dÉn động
phanh sơ mi rơ moóc.
Tôi xin chân thành cám ơn thầy PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan cùng tập thể
các thầy, cô giáo trong Viện Cơ khí động lực đà tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp
đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Trung tâm đào tạo và bồi dưỡng sau
đại học, các bạn đồng nghiệp đà giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu.
Hà nội, ngày 18 tháng 11 năm 2008
Tác giả


3


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
ý nghĩa

Ký hiệu

Đơn vị đo

A

Hệ số thực nghiệm A = 0,654


mE

Lưu lượng khí vào một dung tích

m3/s

pi

áp suất dòng khÝ t¹i tiÕt diƯn thø i

N/m2

R

H»ng sè khÝ lý t­ëng, đối với không khí R=287,14

T

Nhiệt độ tuyệt đối của dòng khí

o

V

Thể tích

m3

v*


Trang

3.1 Các thông số đầu vào

6

3.2 Số liệu tính toán

6

4.1

66

Bảng thông số khi giảm đường kính ống d5 từ 10 mm xuống
8 mm

4.2 Bảng thông số khi tăng đường kính ống d5 từ 10 mm lên

68

12 mm
4.3 Bảng thông số khi giảm đường kính ống d7 từ 10 mm xuống

69

8 mm
4.4 Bảng thông số khi tăng đường kính ống d7 từ 10 mm lên


Trang

1.1 Sơ đồ chung hệ thống dẫn động phanh sơmi rơmoóc

7

1.2 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc hai cầu

11

1.3 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc ba cầu

12

1.4 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc ba cầu, các van đặt xa


bình khí

13

1.5 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc ba cầu, sử dụng hai bình
chứa khí, các đặt xa

14

1.6 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc ba cầu, sử dụng van gia
tốc điều khiển, hai van gia tốc đặt song song
1.7 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc ba cầu, kiểu con trượt


27

2.3 Lưu lượng đi qua điểm nút

29

2.4 Sơ đồ mô phỏng đường ống

31

2.5 Sơ đồ mô phỏng dòng khí qua van

33

2.6 Sơ đồ mô phỏng dòng khí vào bầu phanh

34

3.1 Mô hình hệ thống dẫn động phanh sơmi rơmoóc

35

3.2 Sơ đồ mô phỏng dòng khí từ van phanh đến đầu nối của
đường ống giữa đầu kéo và sơmi rơmoóc

36

3.3 Sơ đồ mô phỏng dòng khí từ chỗ rẽ nhánh đến van gia tốc của
đầu kéo



56

3.10 Modul mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất của khí nén
qua van

57

3.11 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất của khí nén
vào bầu phanh

57

3.12 Modul mô phỏng lưu lượng và biến đổi áp suất của khí nén
vào bầu phanh

58

3.13 Modul mô phỏng hệ thống dẫn động phanh sơmi rơmoóc

59

3.14 Quá trình nạp khí vào bầu phanh

64

4.1 Kết quả mô phỏng khi giảm đường kính ống d5 từ 10 mm
xuống 8 mm

67


77

4.9 Modul mô phỏng hệ thống dẫn động phanh sơmi rơmoóc khi
bỏ bớt van gia tốc số 2
4.10 Quá trình nạp khí vào bầu phanh khi bá bít van gia tèc sè 2

79
80


3

Chương 1
Tổng quan vấn đề nghiên cứu
1.1 Đặc điểm chung của dẫn động phanh khí nén
Môi chất công tác trong dẫn động phanh khí là không khí nén. Chất khí vµ
chÊt láng cã mét sè tÝnh chÊt gièng nhau nh­ng cũng có rất nhiều điểm khác
nhau nên phải có các công thức riêng để tính toán thông số trạng thái của chất
khí. Khác với chất lỏng, không khí có khả năng chịu nén, dưới tác dụng của áp
suất thể tích không khí bị thay đổi vì vậy lan truyền áp suất trong dẫn động khí
nén bị chậm, không tức thời nh­ trong dÉn ®éng phanh kiĨu thủ lùc do ®ã trong
các tính toán quá trình động học của dòng khí nén cần có các thông số đặc trưng
cho tính chịu nén của không khí. Khối lượng riêng của không khí nén thay đổi rất
lớn khi áp suất hay nhiệt độ khối khí bị thay đổi.
Trong hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén, lực của người điều khiển chỉ
làm nhiệm vụ đóng mở van phanh chính cung cấp dòng khí nén tới các bầu
phanh công tác ở các bánh xe. Vì vậy, lực phanh sinh ra ở các bánh xe không còn
bị giới hạn bởi lực tác động lên bàn đạp phanh mà chỉ phụ thuộc vào áp suất của
môi chất công tác là khí nén và các kích thước kết cấu của bộ phận sinh lực là

Trên các ôtô hiện đại, dẫn động hệ thống phanh không sử dụng loại một dòng
mà sử dụng hệ dẫn động nhiều dòng (đối với hệ thống phanh chính thông dụng là
dẫn động hai dòng) có khả năng làm việc độc lập, làm tăng tính an toàn chuyển
động của ôtô. Việc nghiên cứu, tính toán các phần tử trong hệ thống phanh khí nén
dẫn động nhiều dòng sẽ có nhiều điểm khác với tính toán ở dẫn động phanh một
dòng.
Các hÃng sản xuất ôtô, các trung tâm nghiên cứu trên thế giới đà tiến hành
các nghiên cứu cơ bản cũng như tính toán cụ thể ®èi víi dÉn ®éng phanh khÝ nÐn


5

trên các ôtô hiện đại, tuy nhiên các số liệu, công thức tính toán này thường không
được công bố rộng rÃi.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Đối với lĩnh vực nghiên cứu chế tạo ôtô trong nước, cho đến nay chưa có
nhiều công trình tính toán, nghiên cứu các biện pháp giảm độ chậm tác dụng của
dẫn động phanh khí nén, đặc biệt là trên những xe kéo moóc.
Tác giả Lê Văn Anh (ĐH BKHN, 2000) đà mô phỏng và tính toán tối ưu
hoá hệ thống dẫn động phanh khí nén cho xe sơmi rơmoóc. Tuy nhiên, đề tài chỉ
mô phỏng và tính toán hệ thống dẫn động phanh cho phần sơmi rơmoóc mà
không có phần đầu kéo, hơn nữa chỉ có một van gia tốc nên mức độ phức tạp là
không nhiều.
Tác giả Trương Mạnh Hùng (ĐH GTVT, 2006) đà sử dụng phương pháp mô
phỏng trên máy tính để tính toán động học dẫn động phanh khí nén ôtô. Đề tài đÃ
tập trung nghiên cứu, tính toán tĩnh và động hệ thống dẫn động phanh khí nén
trên các ôtô tải cỡ trung và cỡ lớn.
Tác giả Vương Xuân Sinh (HV KTQS, 2007) đà nghiên cứu mô phỏng động
lực học dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén trên ôtô Quân sự. Đề tài chỉ
mô phỏng và tính toán hệ thống dẫn động phanh loại một dòng nên mức độ phức

8

1- Máy nén khí; 2- Bộ điều chỉnh; 3- Máy sấy; 4- Van an toàn; 5- Bình ngưng tụ;
6- Van xả nước; 7- Van một chiều; 8- Bình chứa khí; 9- Đồng hồ chỉ áp suất
thấp; 10- Bình chứa khí; 11- Bầu phanh sau của đầu kéo; 12- Bầu tích năng;
13,17- Van gia tốc; Bầu phanh của rơmoóc; 15- Bầu tích năng; 16- Bình chứa
khí của rơmoóc; 18- Van phanh dừng của rơmoóc; 19- ống nối phụ;
20- Đầu nối; 21- §­êng èng cung cÊp; 22- §­êng èng ®iỊu khiĨn; 23- Tổ hợp
van phanh dừng; 24- Van bảo vệ của đầu kéo; 25- Đèn báo dừng; 26- Van hai
ngả; 27- Van ®iỊu khiĨn phanh dõng; 28- Van cung cÊp cđa s¬mi rơmoóc;
29- Đồng hồ báo áp suất khí; 30- Phanh tay của sơmi rơmoóc; 31- Van phanh
chân; 32- Bầu phanh; 33- Van xả nhanh; 34- Van tự động hạn chế áp suất.
Các phần tử chức năng của hệ thống dẫn động phanh khí nén gồm:
Máy nén khí (1) được dẫn động bằng truyền động đai từ trục khuỷu động cơ, áp
suất do máy nén tạo ra đến 0.8 MPa. Trong máy nén khí có bố trí cơ cấu giảm
tải, hoạt động khi áp suất trong hệ thống dẫn động đạt đến giá trị áp suất định
mức 0.8 MPa. Cơ cấu giảm tải của máy nén khí được nối thông với bộ điều chỉnh
áp suất. Thời gian làm việc có tải của máy nén khí thường chiếm 10% thời gian
làm việc của ôtô.
- Các bình khí (8,10,16) là dung tích chứa khí nén cho hệ thống. Bình chứa khí
nén chế tạo bằng cách hàn thép lá, bên ngoài và bên trong có sơn để chống rỉ.
Các bình chứa được đặt ở vị trÝ thÊp nhÊt cđa hƯ thèng phanh ®Ĩ cho n­íc có thể
ngưng tụ lại, nhờ có van đặt ở dưới đáy bình mà nước có thể ngưng thoát ra
ngoài. Dự trữ khí nén trong các bình đảm bảo phanh được nhiều lần sau khi máy
nén khí ngừng làm việc.
- Bộ điều chỉnh áp suất (2) (kiểu van bi) làm chức năng của van an toàn, nó có
nhiệm vụ giữ cho áp suất của hệ thống không vượt quá áp suất quy định đồng


9


dừng của sơmi rơmoóc sẽ không nhả cho đến khi hai bình chứa được đầy đủ khí.
Khi thực hiện phanh, hỗn hợp không khí từ hai bình chứa điều khiển mở
van gia tốc 17, không khí từ hai bình chứa 16 đi vào điền đầy các bầu phanh 14.
ở hệ thống phanh đôi, nếu một trong hai bình khí bị rò rỉ thì bình kia sẽ bù
vào lượng khí mất mát nhờ van kiểm tra hai chiều 26.
Nếu cắt sơmi rơmoóc với đầu kéo, đường điều khiển và đường cung cấp sẽ
được tách rời. Khi mất không khí trong đường cung cấp do van cung cấp của
sơmi rơmoóc 27 đóng, van bảo vệ đầu kéo 24 cũng đóng, không cho không khí
thoát ra ngoài. Nguồn cung cấp khí trong đầu kéo được bịt kín và được dùng để
điều khiển phanh đầu kéo. Cùng lúc, mất không khí trong đường cung cấp do xả
khí trong bầu phanh tích năng 25 qua van phanh dự phòng rơmoóc 18, thực hiện
phanh sơmi rơmoóc. Phanh sơmi rơmoóc sẽ không nhả dưới mọi điều kiện trừ
khi đường cung cấp được nối lại và bình chứa của sơmi rơmoóc được điền đầy.


11

1.3.2 Các phương án bố trí van gia tốc trên hệ thống phanh sơmi rơmoóc
1.3.2.1 Xe sơmi rơmoóc hai cầu

1- Van gia tèc ®iỊu khiĨn
2- Van gia tèc
3- Van ®iỊu khiển phanh dừng
4- Bình chứa khí
1
4
2

3

* Nhược điểm: Kết cấu cồng kềnh, phức tạp cho hÖ thèng.


13

1.3.2.3 Xe sơmi rơmoóc ba cầu, sử dụng một bình chứa khí, các van đặt xa

3

1, 1- Van gia tốc

2

2- Van điều khiển phanh dừng
3- Bình chứa khí
1

1

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống phanh sơmi rơmoóc ba cầu, các van đặt xa bình khí
Khi thực hiện phanh, đường điều khiển cÊp khÝ më van gia tèc (1) cho khÝ
nÐn tõ bình chứa (3) đi vào các bầu phanh của hai cầu trước của sơmi rơmoóc,
đồng thời đưa dòng khí mở van gia tèc (1’) cho khÝ nÐn tõ b×nh chøa (4) đi vào
hai bầu phanh còn lại của sơmi rơmoóc.
* Ưu điểm: - Thời gian phản ứng ngắn
* Nhược điểm: - KÕt cÊu cång kỊnh, phøc t¹p cho hƯ thèng
- Đường ống từ bình chứa đến các van gia tốc đòi hỏi độ bền, độ kín khít cao.
1.3.2.4 Xe sơmi rơmoóc ba cầu, sử dụng hai bình chứa khí, các van đặt xa



1- Van gia tèc ®iỊu khiĨn
2, 2’- Van gia tèc
3- Van ®iỊu khiển phanh dừng
4- Bình chứa khí
1
3
2

4

2

Hình 1.6 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc ba cầu, sử dụng van gia tốc
điều khiển, hai van gia tốc đặt song song
Van gia tèc ®iỊu khiĨn (1) thùc hiƯn viƯc ®iỊu khiĨn ®ãng, mở van gia tốc (2,2).
* Ưu điểm: - Thời gian phản ứng ngắn.


16

- Khi mét trong hai van gia tèc háng th× hệ thống phanh vẫn hoạt động được.
* Nhược điểm:
- Kết cấu cồng kềnh, phức tạp cho hệ thống.
- Đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành đắt.
1.3.2.6 Xe sơmi rơmoóc ba cầu, kiểu con trượt

1- Van gia tốc điều khiển
5

2- Van xả nhanh


3, 3- Van gia tốc

1

4- Van điều khiển phanh dừng
5, 6- Các bình chứa khí
2

6

3 4

5

1 3

Hình 1.8 Sơ đồ dẫn động phanh sơmi rơmoóc ba cầu, kiểu con trượt, sử dụng hai
van gia tốc ®iỊu khiĨn