Xây dựng mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn

Đo lực phanh riêng được ứng dụng rộng rãi trong thực tế để đánh giá hiệu quả phanh ô tô trong lưu hành bằng thiết bị chuyên dùng đó là bệ thử phanh kiểu con lăn.. Bên cạnh đó bệ thử loại

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

BỆ THỬ PHANH KIỂU CON LĂN

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa

hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2014 Tác giả

VŨ NGỌC TRƯNG

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ 10

1.1 Tầm quan trọng của hệ thống phanh ôtô 10

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh ô tô 11

1.2.1 Hiệu quả phanh 11

1.2.2 Ổn định hướng khi phanh 13

1.3 Các phương pháp kiểm tra chất lượng phanh ô tô 15

1.3.1 Kiểm tra phanh trên đường 15

1.3.2 Kiểm tra phanh trên bệ thử 19

1.3.3 Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh ô tô của Việt Nam 22

1.4 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về bệ thử kiểu con lăn 23

1.4.1 Một số kết quả nghiên cứu ngoài nước 23

1.4.2 Một số kết quả nghiên cứu trong nước 25

1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BỆ THỬ PHANHKIỂU CON LĂN 27

2.1 Bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo đơn giản 27

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 27

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 28

2.2 Nguyên lý đo lực trên bệ thử phanh con lăn sử dụng động cơ điện đặt treo 28

2.3 Các biểu thức tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn 30

2.4 Các biện pháp giảm mài mòn bánh xe 40

3

PHANH TECNOTEST 42

3.1 Giới thiệu về bệ thử phanh tecnotest 42

3.2 Đặc điểm của bệ thử phanh tecnotest 42

3.2.1 Kết cấu của bệ thử phanh tecnotest 42

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của bệ thử phanh tecnotest 47

3.2.3 Trình tự vận hành bệ thử phanh tecnotest 47

3.2.4 Những chú ý khi vận hành bệ thử phanh tecnotest 57

3.2.5 Thông số kỹ thuật của bệ thử phanh tecnotest 58

3.3 Xây dựng mô hình tính toán lực phanh trên bệ thử kiểu con lăn 59

3.3.1 Xây dựng phương trình tính lực phanh bánh trước 59

3.3.1.1 Sơ đồ thử phanh bánh trước 59

3.3.1.2 Phân tích lực bánh trước trên bệ thử con lăn 60

3.3.2 Xây dựng phương trình tính lực phanh bánh sau 63

3.3.2.1 Sơ đồ thử phanh bánh sau trên bệ 63

3.3.2.2 Phân tích lực của bánh xe phía sau trên bệ thử con lăn 63

3.4 Mô phỏng số tính lực phanh bằng phần mềm MatLab Simulink 66

3.4.1 Mô phỏng bằng Simulink 67

3.4.1.1 Chương trình tính góc 67

3.4.1.2 Chương trình tính lực phanh cực đại bánh trước 68

3.4.2.3 Chương trình tính lực phanh cực đại bánh sau 69

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố đến trị số lực phanh trên máy tính 69

3.5.1 Ảnh hưởng của bánh xe trên sàn bệ thử đến kết quả truocmax p P 69

3.5.2 Ảnh hưởng của 1 tới kết quả truocmax p P 72

3.5.3 Ảnh hưởng của 2 tới kết quả truocmax p P 74

3.5.4 Ảnh hưởng của góc  tới kết quả truocmax p P 76

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ ĐẾN TRỊ SỐ LỰC PHANH BẰNG THỰC NGHIỆM 79

4

4.1 Mục đích khảo nghiệm 79

4.2 Khảo nghiệm trên bệ thử 79

4.2.1 Thiết bị dùng khảo nghiệm 79

4.2.2 Đối tượng thí nghiệm 80

4.2.3 Trình tự tiến hành khảo nghiệm 80

KẾT LUẬN CHUNG 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

5

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn 22-TCVN-224-2001 về hiệu quả phanh thử trên đường 23

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn 22-TCVN 224-2001 về hiệu quả phanh thử trên bệ 23

Bảng 2.1 Bảng kết quả tính các lực H1, H2, Ppmax ( bệ thử hình 2.4) 34

Bảng 2.2 Bảng kết quả tính các lực H1, H2, Ppmax ( bệ thử hình 2.6) 39

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của bệ thử phanh tecnotest [7] 58

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật chính xe ô tô TOYOTA FORTUNER 2.7V 67

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật chính xe ô tô CHEVROLET SPARK 67

Bảng 3.4 Số liệu tính ảnh hưởng của bánh xe trên sàn bệ thử đến kết quả truocmax p P 70

Bảng 3.5 Bảng số liệu tính toán trong trường hợp thay đổi 1 73

Bảng 3.6 Bảng số liệu tính toán trong trường hợp thay đổi 2 75

Bảng 3.7 Số liệu tính toán trong trường hợp thay đổi góc  77

Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả khảo nghiệm đo lực phanh ở bánh trước xe Fortuner 81 Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả khảo nghiệm đo lực phanh ở bánh trước xe Spark 81

Bảng 4.4 Số liệu tính toán ảnh hưởng của chèn bánh xe khi phanh xe Spark 82

Bảng 4.5 Số liệu tính toán ảnh hưởng của áp suất lốp đến trị số lực phanh xe Fortuner 83

Bảng 4.6 Số liệu tính toán ảnh hưởng của tình trạng con lăn tới kết quả đo xe Fortuner 84

Bảng 4.7 Số liệu tính toán ảnh hưởng của tình trạng bánh xe trên bệ thử xe Fortuner 84

Bảng 4.8 Số liệu tính toán ảnh hưởng của tình trạng bánh xe trên sàn bệ thử xe Fortuner 85

6

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh 14

Hình 1.2 Sơ đồ hành lang phanh ô tô 15

Hình 1.3 Súng phun để đánh dấu thời điểm bắt đầu phanh 16

Hình 1.4 Giảm tốc kế loại con lắc để đo gia tốc chậm dần khi phanh 17

Hình 1.5 Bánh xe só 5 và lắp đặt trên xe 18

Hình 1.6 Bệ thử kiểu sàn di động 19

Hình 1.7 Bệ thử kiểu tang quay quán tính 20

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí bệ thử phanh kiểu con lăn 21

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo đơn giản 27

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động của động cơ điện và con lăn 29

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý đo lực (mô men) trên vỏ động cơ điện 30

Hình 2.4 Sơ đồ bệ thử bố trí tâm hai con lăn cùng trên một mặt phẳng 30

Hình 2.5 Đồ thị quan hệ độ trượt giữa bánh xe và con lăn 31

Hình 2.6 Sơ đồ bệ thử bố trí tâm hai con lăn không cùng một mặt phẳng 34

Hình 2.7 Công tắc an toàn (a) và cảm biến tốc độ bánh xe (b) trên bệ thử 40

Hình 3.1 Kết cấu bệ thử phanh tecnotest 42

Hình 3.2 Kết cấu của con lăn chính 43

Hình 3.3 Cảm biến đo tốc độ 44

Hình 3.4 Sơ đồ động cơ và hộp giảm tốc hai cấp 44

Hình 3.5 Cảm biến đo lực phanh trên bệ thử tecnotest 45

Hình 3.6 Bộ điều khiển bệ thử tecnotest 46

Hình 3.7 Sơ đồ khối chức năng bộ điều khiển bệ thử tecnotest 46

Hình 3.8 Giao diện thiết bị đang được khởi động 47

Hình 3.9 Màn hình giao diện chính của bệ thử tecnotest 48

Hình 3.10 Màn hình giao diện nhập dữ liệu kiểm tra 49

Hình 3.11 Giao diện chế độ kiểm tra phanh tự động 50

7

Hình 3.12 Giao diện điều khiển bệ thử phanh bằng tay 51

Hình 3.13 Giao diện bệ thử đang đo lực phanh 52

Hình 3.14 Bảng kết quả kiểm tra phanh của bệ thử tecnotest 54

Hình 3.15 Kích thước khung giá bệ thử phanh tecnotest 58

Hình 3.16 Sơ đồ bệ thử phanh tecnotest 59

Hình 3.17 Phân tích lực bánh trước trên bệ thử con lăn 60

Hình 3.18 Phân tích lực bánh sau trên bệ thử con lăn 63

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật chính xe ô tô TOYOTA FORTUNER 2.7V 67

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật chính xe ô tô CHEVROLET SPARK 67

Hình 3.19 Khối chương trình tính góc  68

Hình 3.20 Khối chương trình tính lực phanh cực đại bánh trước 68

Hình 3.21 Khối chương trình tính lực phanh cực đại bánh sau 69

Hình 3.22 Đồ thị ảnh hưởng của bánh xe trên sàn bệ thử đến kết quả truocmax p P 71

Hình 3.23 Đồ thị độ sai lệch giá trị giữa truocmax p P và Ppmax xe Fortuner 72

Hình 3.24 Đồ thị đặc tính lực phanh do ảnh hưởng của 1 74

Hình 3.25 Đồ thị đặc tính lực phanh do ảnh hưởng của 2 76

Hình 3.26 Đồ thị đặc tính lực phanh do ảnh hưởng của  77

Hình 4.1 Thiết bị bơm lốp 80

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của áp suất lốp đến trị số lực phanh 83

8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Góc hợp bởi các đường nối tâm bánh xe và tâm các con lăn phía trước và phía sau so với đường thẳng vuông góc với mặt phẳng ngang

rad

Góc hợp bởi đường nối tâm bánh xe và tâm con lăn phía sau so với đường thẳng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang

rad

10 H Độ nâng của con lăn chủ động phía sau so với vị trí

Ghi chú: i = 1 là cầu trước, i = 2 là cầu sau; j = 1 con lăn trước, j = 2 con lăn sau

9

LỜI NÓI ĐẦU

Xe ô tô là một loại phương tiện giao thông đường bộ có ảnh hưởng lớn đến

sự phát triển kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia Ở nước ta đang đẩy mạnh sự nghiệp Công nghiệp hoá và Hiện đại hoá Do vậy, nhu cầu về vận chuyển hàng hoá và đi lại của người dân ngày càng tăng cao đòi hỏi ô tô phải có nhiều những tính năng ưu việt và vượt trội hơn Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế tạo ô tô đã đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc Một trong những ưu tiên phát triển hàng đầu là nâng cao tính năng an toàn cho người sử dụng, trong đó có hệ thống phanh

Hiện nay số lượng và chủng loại xe ô tô là rất lớn, để đánh giá chất lượng hệ thống phanh mất nhiều thời gian và tương đối phức tạp Ở Việt nam cũng như các quốc gia trên thế giới sử dụng phổ biến là bệ thử kiểu con lăn để kiểm tra hệ thống phanh ô tô Trong khi đó bệ thử phanh vẫn do một số nước có nền công nghiệp phát triển thiết kế chế tạo Nhưng các nhà chế tạo chỉ cung cấp cho khách hàng những thông tin về sử dụng và vận hành mà không công bố những thông tin và số liệu nghiên cứu về bệ thử phanh

Luận văn được thực hiện với tên đề tài: ‘Xây dựng mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn’ với mục đích khảo sát và xây dựng mô hình toán học bệ thử phanh kiểu con lăn phục vụ cho việc đánh giá kết quả thử nghiệm phanh trên

bệ thử

Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe Chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Hữu Nam Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tụy của Thầy giáo hướng dẫn

và các Thầy trong Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng để em được hoàn thành luận văn này Do thời gian, trình độ còn hạn chế đề tài không thể tránh khỏi những sai sót nhất định Kính mong được sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các Thầy và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện và đầy đủ hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo

Tác giả xin chân thành cảm ơn

10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

1.1 Tầm quan trọng của hệ thống phanh ôtô

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô theo ý muốn của người lái Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ trên mặt đường ngang hoặc trên nền nghiêng nhất định Hệ thống phanh có vai trò đặc biệt quan trọng trên ô tô, bởi nó cho phép ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế

độ làm việc Nhờ đó mà người sử dụng có thể phát huy hết tính năng động lực học, nâng cao tốc độ và khai thác triệt để năng suất vận chuyển của ô tô

Để đáp ứng được các nhiệm vụ trên, hệ thống phanh cần phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:

Hệ thống phanh phải sử dụng được hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh để đạt hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe Đảm bảo quãng đường phanh là ngắn nhất, kể cả phanh khẩn cấp trong trường hợp nguy hiểm

Khi phanh phải êm dịu trong mọi trường hợp, không được có hiện tượng va đập các chi tiết, gây tiếng kêu, ồn hoặc rung lắc ô tô

Đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtô, khi phanh bảo đảm tốc độ của ô tô phải có xu hướng chậm dần đều, không làm lệch quỹ đạo chuyển động và hành lang phanh quá quy định

Lực tác dụng lên bàn đạp phanh phù hợp Hệ thống phanh phải bố trí hệ thống trợ lực để giảm lực đạp của người lái, nhưng cũng phải đảm bảo yêu cầu khi phanh người lái phải có cảm giác

Hệ thống dẫn động phanh có độ nhạy cao, đảm bảo được tỷ lệ thuận giữa lực bàn đạp và lực phanh sinh ra ở các bánh xe Khi phanh độ chậm tác dụng của hệ thống phải nhỏ và khi người lái thay đổi lực đạp thì lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh cũng thay đổi theo một tỷ lệ nhất định

Khi phanh đảm bảo không có hiện tượng tự siết, cơ cấu phanh phải có điều kiện thoát nhiệt tốt Thời gian tăng lực phanh không được quá nhanh làm cho người lái khó kiểm soát được ô tô và có thể dẫn đến bó cứng bánh xe khi phanh gây mất

an toàn

11

Phải có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao, ổn định trong điều kiện sử dụng Khi ô tô phanh ở cường độ cao, thời gian phanh dài gây ra nóng cơ cấu phanh do vậy giữa má phanh và trống phanh phải hạn chế tối đa được hiện tượng chai cứng bề mặt

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh ô tô

Để đánh giá chất lượng phanh ô tô thường sử dụng hai chỉ tiêu là: hiệu quả phanh và ổn định hướng khi phanh

1.2.1 Hiệu quả phanh

Hiệu quả phanh là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm giảm tốc độ chuyển động của ô tô khi phanh, các thông số để đánh giá hiệu quả phanh ô tô là: quãng đường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian phanh và lực phanh

Quãng đường phanh (S p ):

Quãng đường phanh là đoạn đường mà xe ô tô tiếp tục di chuyển tính từ thời điểm bắt đầu đạp phanh đến khi xe dừng hẳn Đây là chỉ tiêu mà người điều khiển

xe thường quan tâm nhất và có thể nhận biết được một cách trực quan điều đó giúp người điều khiển xử lý tốt các tình huống khi phanh xe ô tô trên đường

Khi phanh quãng đường nhỏ nhất của ô tô được tính theo biểu thức sau:

: là hệ số bám của bánh xe với mặt đường

v1: là vận tốc ô tô lúc bắt đầu quá trình phanh

v2: là vận tốc ô tô lúc kết thúc quá trình phanh

j: là hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô tô

Từ biểu thức (1.1) nhận thấy rằng quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào

Gia tốc chậm dần khi phanh (J p ):

Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh ô tô

Biểu thức xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh là:

Jp max: là gia tốc chậm dần cực đại

i : là hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô

Thời gian phanh ( t p ):

Thời gian phanh được xác định theo biểu thức sau:

13

j p

và khi thử trên đường gây mất an toàn, quá trình lắp đặt phức tạp mất rất nhiều thời gian nên hiện nay rất ít sử dụng

Từ biểu thức (1.5) nhận thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng với hệ bám 

Để đánh giá hiệu quả phanh bằng chỉ tiêu lực phanh riêng chỉ cần xác định được hai thông số đo là: trọng lượng của ô tô và lực phanh ở bánh xe Hai thông số này có thể đo rất thuận lợi khi xe ô tô ở trạng thái tĩnh, thời gian đo nhanh chóng và không gây mất an toàn Đo lực phanh riêng được ứng dụng rộng rãi trong thực tế để đánh giá hiệu quả phanh ô tô trong lưu hành bằng thiết bị chuyên dùng đó là bệ thử phanh kiểu con lăn

1.2.2 Ổn định hướng khi phanh

Trong quá trình phanh thì trục dọc của ô tô có thể bị xoay đi một góc nào đó

so với quỹ đạo chuyển động trước khi phanh Nguyên nhân là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái và tạo thành mô men quay vòng Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm

A của ô tô (hình 1.1)

y 1

R

y 2y

V

Hình 1.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Ổn định hướng khi phanh là chỉ tiêu đánh giá khả năng ô tô bị lệch quỹ đạo chuyển động cuối quá trình phanh so với quỹ đạo trước khi phanh

Các thành phần lực bên phải: là Pph1 của trục trước và Pph2 của trục sau Còn ở các bánh xe bên trái: có Ptr1 của trục trước và Ptr2 của trục sau

Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là:

Pph = Pph1 + Pph2 Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái là:

Trong trường hợp tổng lực phanh bên phải Pph lớn hơn tổng lực phanh bên trái

Ptr , thì ô tô sẽ quay theo chiều mũi tên như trên hình vẽ quanh trọng tâm của ô tô

Mô men quay vòng Mq được xác định theo biểu thức:

Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm của xe có thể viết như sau:

15

b R a R M

I z q  y1  y2

Các lực Ry1 và Ry2 nhỏ hơn nhiều so với Mq , để đơn giản cho tính toán có thể

bỏ qua thành phần của hai lực này

Công thức tính góc lệch  được viết như sau:

2

2

q z

M t I

  (1.7)

Từ biểu thức (1.7) cho thấy góc lệch  tỉ lệ thuận với mô men quay thân xe

Mq , với bình phương thời gian t và tỷ lệ nghịch với mô men quán tính I z của ô tô quanh trục Z đi qua trọng tâm A của nó

Theo tiêu chuẩn 22-TCN-224-2001 của Bộ GTVT Việt Nam năm 2001 quy định góc lệch tối đa cho phép max ≤ 80 so với phương chuyển động ban đầu và không lệch khỏi hành lang phanh 3,5 m (hình 1.2) thì ô tô được cấp phép lưu hành trên đường

Hình 1.2 Sơ đồ hành lang phanh ô tô 1.3 Các phương pháp kiểm tra chất lượng phanh ô tô

Ðể xác định chất lượng phanh ô tô thường sử dụng các phương pháp kiểm tra phanh ở trên đường và kiểm tra phanh trên bệ

1.3.1 Kiểm tra phanh trên đường

Quá trình phanh thường xảy ra trong thời gian rất ngắn, chỉ vài giây Vì vậy

16

cũng gây khó khăn cho việc đo các thông số để đạt các yêu cầu về độ chính xác cần thiết Các phương pháp dùng cho kiểm tra phanh ô tô trên đường là:

Đo quãng đường phanh bằng phương pháp dùng súng phun:

Để xác định quãng đường phanh này cần phải đánh dấu được vị trí của ôtô ứng với lúc người lái bắt đầu đạp lên bàn đạp phanh cho đến khi ô tô đã dừng hẳn

có thể xác định chiều dài quãng đường phanh Thiết bị dùng để đánh dấu thời điểm bắt đầu phanh này được gọi là “súng phun” Cấu tạo của súng phun được thể hiện trên hình 1.3

Hình 1.3 Súng phun để đánh dấu thời điểm bắt đầu phanh Súng phun gồm có đầu phun (1), trong đầu phun có chứa chất đánh dấu Đầu phun được gắn chặt với thanh (3), thanh này có thể chuyển động lên xuống trong bộ kẹp chặt (4) và được cố định với bộ kẹp chặt bằng các bulông Ở đầu phun có nến đánh lửa (2) Nến đánh lửa được nối bằng dây dẫn (6) với bộ tăng điện thế (5) Bộ tăng điện thế lại được gắn chặt với bộ kẹp chặt Bộ tăng điện thế được cung cấp điện từ ắc quy của ôtô qua dây dẫn (6)

Khi đo người lái đạp chân lên bàn đạp phanh sẽ đóng cặp tiếp điểm nối kín mạch điện và ở nến đánh lửa sẽ phát sinh tia lửa điện đốt cháy thuốc nổ tạo áp suất cao đẩy chất đánh dấu xuống mặt đường với tốc độ rất lớn Nhờ thế mà đánh dấu được chính xác vị trí thời điểm bắt đầu phanh Khoảng cách đo được từ vị trí đánh dấu trên mặt đường đến vị trí của súng phun lúc xe đã dừng hẳn sẽ cho biết quãng

Đo gia tốc chậm dần khi phanh bằng phương pháp sử dụng gia tốc kế:

Hình 1.4 Giảm tốc kế loại con lắc để đo gia tốc chậm dần khi phanh

Để đo gia tốc chậm dần cực đại khi phanh có thể dùng giảm tốc kế loại con lắc Phương pháp đo là gắn gia tốc kế vào xe ô tô để đo gia tốc chậm dần cực đại khi phanh Khi lắp đặt sao cho con lắc nằm ở vị trí thẳng đứng, song song với phương chuyển động của xe và điều chỉnh cho kim chỉ ban đầu đúng vào vạch 0 Cho xe chuyển động với tốc độ quy định và tiến hành đạp phanh Trong quá trình phanh con lắc của gia tốc kế lệch đi một góc tương ứng với giá trị gia tốc chậm dần khi phanh

Giảm tốc kế loại con lắc (hình 1.4) có kết cấu đơn giản, nó gồm con lắc (1) được treo trong một vỏ hộp kín bằng nhựa (2) Khi phanh do có lực quán tính làm cho con lắc nghiêng đi một góc và kim chỉ gia tốc cũng nghiêng theo Gia tốc càng lớn thì con lắc nghiêng càng nhiều Trên vỏ nhựa có thang chia độ để chỉ theo đơn

vị gia tốc (m/s2) Thân gia tốc có các núm cao su (3) hình côn dùng để gắn gia tốc

kế vào vỏ ô tô Khi ấn mạnh các núm cao su vào bề mặt phẳng của ô tô thì dưới

Đo quãng đường phanh bằng phương pháp dùng bánh xe số 5:

Hình 1.5 Bánh xe só 5 và lắp đặt trên xe Phương pháp này dùng một bánh xe bên ngoài gắn thêm vào ô tô mà trên đó

có đặt cảm biến để đo tốc độ của ô tô lúc bắt đầu đạp phanh và tín hiệu của cảm biến này đưa về máy tính để xác định quãng đường phanh của ô tô

Thiết bị bánh xe số 5 được thể hiện trên hình 1.6, bao gồm cảm biến (1) để đo tốc độ và cảm biến (2) để đếm số vòng quay Bánh xe số 5 được gắn chặt vào phía sau của ô tô kiểm tra Khi kiểm tra phanh thì bánh xe số 5 sẽ lăn theo xe ô tô, các tín hiện của cảm biến được đưa về máy tính để tính toán và xác định quãng đường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh

Ngoài ra, việc xác định tốc độ bắt đầu phanh và quãng đường phanh còn có thể nhờ các đồng hồ hiện số Trên máy ghi sóng thường có bộ phận để đánh dấu thời gian Như vậy khi dùng bánh xe số 5 cùng với máy ghi sóng có thể xác định quãng đường phanh, tốc độ bắt đầu phanh và thời gian phanh Cả ba thông số này

19

đều được ghi cùng một lúc trên máy ghi sóng

Ưu điểm dùng bánh xe số 5 để xác định tốc độ bắt đầu phanh đảm độ chính xác cao, vì bánh xe số 5 không có tải trọng tác dụng lên nó, do đó bán kính bánh xe không bị thay đổi trong quá trình phanh và từ đó xác định tốc độ bắt đầu phanh rất chính xác Tuy nhiên phương pháp này cũng còn một số nhược điểm là lắp đặt mất nhiều thời gian và rất phức tạp, vẫn phải thử trên đường gây mất an tôàn Phương pháp dùng bánh xe số 5 này chủ yếu được dùng trong điều kiện nghiên cứu khoa học

1.3.2 Kiểm tra phanh trên bệ thử

Kiểm tra phanh trên bệ là phương pháp đánh giá hiệu quả phanh bằng cách đo lực phanh riêng Các bệ thử được sử dụng để đánh giá hiệu quả phanh ô tô có nhiều loại, mỗi loại lại có những ưu nhược điểm nhất định Dưới đây là một số loại bệ thử phanh đã được sử dụng

Bệ thử phanh kiểu sàn di động:

2

4 3

5

6 1

Hình 1.6 Bệ thử kiểu sàn di động

1 Lực kế 2 Con lăn 3 Ô tô thử 4 Sàn ma sát 5 Đường ray 6 Dầm ngang

Bệ thử phanh kiểu sàn di động sử dụng nguyên lí hấp thụ động năng của ô tô khi phanh Động năng này có giá trị gần bằng động năng chuyển động của ô tô ở tốc

độ phanh xác định (hình 1.7)

20

Nguyên lý hoạt động

Khi kiểm tra phanh cho xe chạy với tốc độ kiểm tra (12km/h) đi vào sàn ma sát, khi các bánh xe vào hẳn trong sàn thì người lái tiến hành đạp phanh Lực phanh tác động vào sàn ma sát làm sàn chuyển động theo, nhờ hệ thống con lăn Sàn ma sát được gắn vào một đầu của lực kế, còn đầu kia được nối vào dầm cố định Do đó khi sàn chuyển động sẽ kéo lực kế, từ đó có thể xác định được giá trị lực phanh Nhược điểm của bệ thử loại này là chỉ xác định được tổng lực phanh của các bánh xe Do thử ở tốc độ cao kết quả khó chính xác, không an toàn và diện tích thử lớn nên hiện nay ít dùng

Bệ thử kiểu tang quay:

43

Hình 1.7 Bệ thử kiểu tang quay quán tính

1 Lực kế 2 Băng tải 3 Ô tô thử 4 Tang quay

Bệ thử kiểu này cũng dùng động cơ điện để dẫn động nhưng có lắp thêm bánh

đà ở các tang quay nhằm mục đích tăng mô men quán tính Khi phanh nguồn năng lượng dẫn động được ngắt (hình 1.8)

Nguyên lý hoạt động

Cho hai bánh xe trên một trục của ô tô đi vào tang quay, móc vào sau xe một đầu lực kế còn đầu kia của lực kế được móc vào vị trí cố định Cho động cơ điện làm việc, thông qua hệ thống truyền lực, tang quay chuyển động làm bánh xe quay,

21

khi bánh xe quay với tốc độ ổn định người lái tiến hành đạp phanh Giữa tang quay

và bánh xe xuất hiện lực đẩy xe về phía trước và sẽ kéo theo lực kế Giá trị đo được trên lực kế sẽ cho biết giá trị lực phanh của ô tô

Bệ thử loại này tiêu tốn năng lượng ít hơn do khi phanh chỉ sử dụng năng lượng của bánh đà, nhưng khi thay đổi tải trọng thử phải tính lại mô men của bánh

đà nên rất tốn thời gian Loại bệ thử này chỉ phù hợp với bệ thử chuyên dùng cho một vài loại xe xác định

Bệ thử kiểu con lăn:

4

1

3

2 9

8

5

6

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí bệ thử phanh kiểu con lăn

1 Động cơ điện 2 Hộp giảm tốc 3 Lực kế 4 Bánh xe kiểm tra 5 Con lăn chủ động 6 Con lăn phụ 7 Cảm biến tốc độ 8 Con lăn bị động 9 Bộ truyền xích

Bệ thử kiểu con lăn sử dụng nguyên lý đo mô men cân bằng giữa bánh xe phanh và mô men cản trên động cơ điện

Sơ đồ bố trí bệ thử phanh kiêu con lăn sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo được thể hiện trên hình 1.8

22

Nguyên lý hoạt động

Người vận hành lái xe vào bệ thử, khi bánh xe đã được đặt trên các con lăn sẽ tiến hành khởi động động cơ điện Khi bánh xe quay với tốc độ ổ định, người vận hành bắt đầu đạp phanh do ma sát giữa bánh xe và con lăn, bánh xe sẽ cản lại sự chuyển động của các con lăn làm con lăn bị hãm lại Sự chuyển động chậm lại này tác động trực tiếp lên rôto của động cơ điện, trong khi sức điện động trong động cơ điện vẫn được giữ nguyên Do đó làm tăng sự trượt từ trường quay trong động cơ điện gây mô men chống lại sự trượt đó và tác động ngược trở lại stato, stato lại tác động vào lực kế Giá trị lực này bằng với lực phanh của bánh xe tác động lên các con lăn

Bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ đặt kiểu treo có ưu điểm là đảm bảo an toàn khi thử xe (do xe thử ở trạng thái tĩnh), chiếm diện tích bé, chế độ thử

ổn định và có thể tiến hành thử ở bất cứ thời tiết nào vì bệ thử được đặt trong phòng Bên cạnh đó bệ thử loại này cũng có một số nhược điểm là tiêu tốn năng lượng nhiều do sử dụng động cơ điện để dẫn động bánh xe trong quá trình kiểm tra Hiện nay bệ thử phanh loại này được dùng phổ biến tại các trạm kiểm định, các cơ

sở đào tạo và nhà máy sản xuất, lắp ráp ô tô

Bệ thử phanh con lăn hoạt động dựa trên nguyên lý là đo lực ma sát Để đánh giá được lực phanh sinh ra ở bánh xe thì cần phải tăng được lực ma sát (tăng hệ số bám) của các con lăn Trị số lực phanh đo được phụ thuộc rất nhiều vào lực bám giữa bánh xe với các con lăn và các thông số kết cấu của bệ thử (như bán kính bánh

xe, đường kính con lăn và khoảng cách giữa các con lăn ) Trên cơ sở những đặc điểm của bệ thử phanh kiểu con lăn thì những nghiên cứu về vấn đề này còn chưa nhiều cần thiết phải có những nghiên cứu đầy đủ hơn

1.3.3 Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh ô tô của Việt Nam

Bộ giao thông vận tải Việt Nam ban hành quy định tiêu chuẩn hiệu quả phanh

ô tô trong lưu hành Các chỉ tiêu về hiệu quả phanh ô tô được quy định trong bảng 1.2, xe ô tô đảm bảo đạt yêu cầu này khi kiểm tra trên bệ thử kiểu con lăn tại các trạm đăng kiểm thì được cấp phép lưu hành trên đường của Việt Nam

23

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn 22-TCVN-224-2001 về hiệu quả phanh thử trên đường

Loại ôtô

Vận tốc khi phanh(km/h)

Quãng đường phanh (m)

Gia tốc phanh lớn nhất (m/s2)

Ô tô con và các loại ô tô khác thiết kế trên cơ

sở ô tô con

30

Ô tô tải trọng lượng toàn bộ nhỏ hơn 80 KN

Ô tô tải hoặc đoàn ô tô có trọng lượng toàn bộ

lớn hơn 80 KN và ô tô khách có chiều dài toàn

bộ lớn hơn 7,5 m

Tiêu chuẩn 22-TCVN-224-2001 về tính ổn định hướng của ôtô khi phanh trong điều kiện sử dụng góc lệch cho phép max ≤ 80 so với phương chuyển động ban đầu và không lệch khỏi hành lang phanh 3,5 m

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn 22-TCVN 224-2001 về hiệu quả phanh thử trên bệ

Tổng lực phanh chính so với trọng lượng

Tổng lực phanh dừng so với trọng lượng

Sai lệch lực phanh trên một trục

1.4 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về bệ thử kiểu con lăn 1.4.1 Một số kết quả nghiên cứu ngoài nước

Bệ thử phanh kiểu con lăn được trang bị tại các trạm đăng kiểm, các nhà máy

24

sản xuất lắp ráp ô tô và các cơ sở đào tạo ngành công nghệ ô tô Các chủng loại bệ thử phanh hiện nay rất nhiều, chủ yếu vẫn do các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển sản xuất Các nhà sản xuất bệ thử phanh hầu như không công bố những nghiên cứu của mình mà chỉ có một số ít các nhà khoa học nghiên cứu về lĩnh vực bệ thử phanh kiểu con lăn như:

Nghiên cứu: ‘Performance of MOT brake testers whith varying: Tyre pressures, distance between rollers and roughness of rollers’ của các tác giả: Carolina Senabre, Emilio Velasco và Sergio Valero Bài báo đã nghiên cứu và xem xét sự khác nhau trong số liệu đo bằng cảm biến lực trên bệ thử phanh ở trạm đăng kiểm Bộ giao thông vận tải Tây Ban Nha (MOT), với sự thay đổi của các thông số như áp suất lốp, khoảng cách giữa các con lăn và độ nhám bề mặt con lăn Tuy nhiên nghiên cứu này chủ yếu đánh giá về độ chính xác của cảm biến lực và so sánh sai khác về hiệu suất của ba thiết bị đo MOT 390, MOT410, MOT450 theo sự thay đổi của các thông số áp suất lốp, khoảng cách giữa các con lăn và độ nhám của bề mặt con lăn Kết luận của bài báo đánh giá hiệu suất do sự thay đổi của các thông số

áp suất lốp là 2,5-3%, do khoảng cách giữa các con lăn là 11% và do độ nhám của

bề mặt con lăn 4-20% Nghiên cứu đã chỉ ra được rằng thiết bị kiểm tra phanh MOT

là thiết bị không phù hợp để kiểm tra các hệ thống phanh xe ô tô bởi vì kết quả đo sai khác nhau

Nghiên cứu: ‘The Theoretical Analysis of Test Result’s Erros for the Roller Type Automobile Brake Tester’ của các tác giả: Jun Li, Xiaojing Zha, and Dongsheng Wu Bài báo nghiên cứu bệ thử phanh con lăn và phân tích một số yếu

tố ảnh hưởng và đã kết luận rằng khi tăng hệ số bám giữa bánh xe kiểm tra với con lăn sẽ tăng được lực phanh đáng kể Do ảnh hưởng của cấu trúc bệ thử phanh ở những nơi khác nhau, nó sẽ cho kết quả kiểm tra là khác nhau và đây là lỗi không thể tránh khỏi trong xử lý kết quả và đây là nguyên nhân chính làm sai khác kết quả

đo Trong khi đó sai khác kết quả do góc hợp bởi giữa bánh xe và con lăn là nhỏ và chấp nhận được Tuy nhiên các tác giả chưa phân tích các trạng thái của con lăn và mặt sàn (nền) chưa có những kiểm nghiệm thực tế

25

1.4.2 Một số kết quả nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu bệ thử phanh nhằm để sử dụng và đánh giá chất lượng phanh của

ô tô được chính xác hơn Ở Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này như:

Đề tài: ‘Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính bánh xe và hệ số bám của con lăn đến trị số lực phanh cực đại đo trên bệ thử phanh’ là bài báo đăng trên tạp chí khoa học Hội kỹ sư ô tô Việt Nam năm 2002 của TS.Phạm Hữu Nam Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tác giả đã nghiên cứu, phân tích một số yếu tố ảnh hưởng do thay đổi hệ số bám, bán kính bánh xe đến trị số lực phanh Bài báo đã chứng minh tính tương đương của thử phanh trên bệ và thử phanh trên đường

Tuy nhiên nghiên cứu trên mới chỉ xem xét trường hợp bánh xe kiểm tra trên

bệ thử với các con lăn mà chưa xét đến ảnh hưởng của bánh xe còn lại của ô tô trên mặt sàn nhà

1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu

Kiểm tra định kỳ hiệu quả phanh ô tô để phương tiện đảm bảo điều kiện lưu hành trên đường là một quy định bắt buộc của Bộ giao thông vận tải Việt Nam Công tác kiểm tra, đánh giá hiệu quả phanh hầu hết là được thực hiện trên bệ thử kiểu con lăn Trước những công việc trên đòi hỏi các kỹ thuật viên kiểm định, các

cơ sở đào tạo, của ngành công nghệ ô tô phải có những kiến thức sâu sắc về bệ thử phanh kiểu con lăn Trong khi đó các nhà sản xuất bệ thử phanh chủ yếu cung cấp những thông tin về sử dụng và vận hành mà không công bố những thông tin và số liệu nghiên cứu đầy đủ về bệ thử phanh Những nghiên cứu về lĩnh vực này còn ít

Do vậy, tôi đã chọn đề tài “Xây dựng mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn” đề tài thực hiện với những mục tiêu và nội dung cụ thể sau:

Mục tiêu của đề tài:

Phân tích nguyên lý làm việc và nguyên lý đo trên bệ thử phanh kiểu con lăn Xây dựng được mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn

Khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến kết quả đo bằng lý thuyết và thực

26

nghiệm Từ đó đưa ra các khuyến cáo cho các kỹ thuật viên và người sử dụng khi vận hành bệ thử phanh con lăn

Nội dung của đề tài:

Nội dung của đề tài được trình bày trong 4 chương

Chương 1 Tổng quan về hệ thống phanh ô tô

Trong chương này trình bày các nội dung:

Tầm quan trọng của hệ thống phanh ô tô

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh ô tô

Các phương pháp kiểm tra chất lượng phanh ô tô

Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về bệ thử phanh kiểu con lăn

Đặt vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở khoa học của bệ thử phanh kiểu con lăn

Trong chương này trình bày các nội dung:

Bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo đơn giản

Nguyên lý đo của bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ điện đặt treo Các biểu thức tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn

Các biện pháp giảm mài mòn bánh xe

Chương 3 Xây dựng mô hình tính toán và khảo sát bệ thử phanh tecnotest

Trong chương này trình bày nội dung:

Giới thiệu về bệ thử phanh tecnotest

Đặc điểm của bệ thử phanh tecnotest

Xây dựng mô hình tính toán lực phanh trên bệ thử kiểu con lăn

Mô phỏng số bằng phần mềm MatLab & Simulink

Khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố đến trị số lực phanh trên máy tính

Chương 4 Khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố đến trị số lực phanh bằng thực nghiệm

Trong chương này trình bày các nội dung:

Mục đích khảo nghiệm

Khảo nghiệm trên bệ thử

27

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BỆ THỬ PHANH

KIỂU CON LĂN 2.1 Bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo đơn giản 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bệ thử phanh kiểu con lăn

sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo đơn giản

1 Bánh xe 2 Con lăn ma sát 3 Khớp nối 4 Động cơ điện 5 Lực kế

Kết cấu một số chi tiết chính của bệ thử phanh:

Con lăn: là chi tiết rất quan trọng trong bệ thử phanh, có kết cấu dạng hình trụ tròn Trên bề mặt con lăn có phủ một lớp vật liệu để tạo ma sát Nhiệm vụ của con lăn là truyền - nhận mômen (hay lực phanh) giữa con lăn với bánh xe và ngược lại bằng lực bám (lực ma sát) Để đảm bảo đo được lực phanh lớn trên bệ thử thì các con lăn khi chế tạo thường phải có hệ số bám φ ≥ 0,6

Động cơ điện: dùng để cấp mô men làm quay bánh xe khi thử phanh

Khớp nối: có nhiệm vụ nối trục con lăn với trục động cơ điện để truyền chuyển động từ động cơ điện đến các con lăn và ngược lại

Lực kế: dùng để đo lực phanh trên bánh xe bằng phương pháp đo gián tiếp phản lực trên stato (vỏ) của động cơ điện

28

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Cho bánh xe cần thử phanh đi vào các con lăn ma sát và khởi động động cơ điện, thông qua hệ thống truyền lực dẫn động con lăn ma sát quay làm cho bánh xe kiểm tra quay theo Khi bánh xe quay với tốc độ ổn định, người lái tiến hành đạp phanh Mômen phanh của bánh xe tác động lên con lăn ma sát làm các con lăn này

bị hãm lại, trong khi đó động cơ điện vẫn truyền mô men đến các con lăn Do đó, trên stato (vỏ) của động cơ điện có xu hướng quay quanh trục và tỳ vào lực kế Giá trị lực này chính bằng lực phanh của bánh xe tác động lên con lăn

2.2 Nguyên lý đo lực trên bệ thử phanh con lăn sử dụng động cơ điện đặt treo Khi phân tích nguyên lý đo lực trên bệ thử phanh kiểu con lăn, để đơn giản hóa ta giả thiết bánh xe thử được đặt trên một con lăn ma sát và được thể hiện trên hình 2.1 Theo lý thuyết ô tô, khi phanh thì lực phanh cực đại Pp max được giới hạn bởi lực bám Pφ giữa bánh xe và mặt đường:

Như vậy, trong trường hợp bánh xe khi phanh trên bệ thử con lăn, lực phanh cực đại cũng bị giới hạn bởi lực bám (hay lực ma sát) giữa bánh xe và con lăn Trong trường hợp phanh không xảy ra trượt, mô men phanh (Mp) là:

29

điện (hình 2.2) thì ta có:

Mcl = Mtr trong đó: Mtr là mô men trên trục động cơ đện

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động của động cơ điện và con lăn

1.Con lăn 2 Khớp nối 3 Động cơ điện 4 Lực kế Trên bệ thử phanh dùng động cơ điện đặt kiểu treo có thể đo gián tiếp mô men phanh trên vỏ động cơ điện bằng cách đặt một lực kế (như hình 2.3)

Để xác định mô men trên vỏ động cơ điện, ta có:

Mvo = Mtr= Mcl = Mp = ℓ.Pp hay Mvo = ℓ.Fms

30

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý đo lực (mô men) trên vỏ động cơ điện

1 Lực kế 2 Tay đòn 3 Vỏ động cơ điện Như vậy, khi biết cánh tay đòn (ℓ) và giá trị lực đo trên lực kế thì ta hoàn toàn xác định được mô men trên vỏ động cơ điện

2.3 Các biểu thức tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn

Trong thực tế để bánh xe khi thử phanh được ổn định, các bệ thử được bố trí hai con lăn (hình 2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ bệ thử bố trí tâm hai con lăn cùng trên một mặt phẳng

31

L: là khoảng cách tâm hai con lăn

 : là góc hợp thành bởi các đường nối tâm bánh xe và tâm các con lăn trước và sau so với đường thẳng vuông góc với mặt phẳng ngang

PP1, PP2: là các lực tiếp tuyến của con lăn tác dụng lên bánh xe

H1, H2: là các phản lực pháp tuyến của con lăn tác dụng lên bánh xe

Rcl: là bánh kính con lăn  cl: là vận tốc góc của con lăn

Rbx: là bánh kính bánh xe bx: là vận tốc góc của bánh xe

Mp: là mô men phanh

Các công thức liên hệ giữa bán kính bánh xe Rbx, bán kính con lăn Rcl với các thông số kết cấu khác của bệ được xác định qua quan hệ hình học:

L =( Rcl+ Rbx).2sinα (2.1)

Khi bánh xe đặt trên bệ thử thì diện tích tiếp xúc giữa lốp với con lăn nhỏ hơn diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường Còn áp lực riêng thì lớn hơn, thực nghiệm cho thấy áp lực riêng của lốp xe và con lăn lớn hơn 30 ÷ 35 %, điều đó dẫn đến thay đổi hệ số bám

Trong nghiên cứu thực nghiệm [6] chứng minh được rằng độ trượt của lốp xe

và bề mặt con lăn phụ thuộc vào tỷ số đường kính của con lăn với đường kính của bánh xe Sự quan hệ được thể hiện trên đồ thị hình 2.5

Hình 2.5 Đồ thị quan hệ độ trượt giữa bánh xe và con lăn

λ: là độ trượt giữa bánh xe và con lăn

32

a : là tỷ số đường kính giữa con lăn và bánh xe

Từ đồ thị nhận thấy sự trượt tương đối ổn định khi a > 0,4, nhưng bắt đầu tăng khi a = 0,25 ÷ 0,4 và tăng rất nhanh khi tỷ số a < 0,2 Để đảm bảo độ trượt

ổn định, hiện nay các bệ thử phanh đều có hệ số a ≥ 0,35

Trị số các góc  biến đổi phụ thuộc vào bán kính bánh xe của mỗi loại xe đưa vào bệ thử Để tính góc  ta giải phương trình (2.1) Vậy phương trình có thể viết như sau:

Lấy phương trình (2.6) nhân với (sin ); phương trình (2.5) nhân (cos) Sau

(2.5) (2.6)

33

 H2be2 sin 2H1beH2be(cos2  sin2) G bxbecos (2.8)

Lấy phương trình (2.7) cộng với phương trình (2.8), ta được:

 H1besin2H2beH1becos2H1sin 2 G bxsin (2.9)

Lấy phương trình (2.6) nhân với (becos); phương trình (2.5) nhân với (besin) Sau đó lấy (2.6) trừ (2.5), ta được:

 H1be2 sin 2H1becos2H1besin2H2be G bxbecos (2.10)

Ta lấy phương trình (2.9) trừ đi phương trình (2.10), ta được:

Từ biểu thức trong bảng 2.1 nhận thấy lực phanh cực đại Ppmax phụ thuộc vào

hệ số bám của bệ thử be và góc α Điều kiện để bánh xe làm việc ổn định trên bệ thử là các trị số phản lực H1 và H2 > 0, hay bánh xe luôn tỳ vào hai con lăn trong quá trình phanh Khi đó trị số lực phanh Ppmax là lớn nhất Nếu H1 = 0:

Hình 2.6 Sơ đồ bệ thử bố trí tâm hai con lăn không cùng một mặt phẳng Theo hình 2.6 xác định các quan hệ hình học của bệ thử như sau:

35

L =( Rcl+ Rbx).(sinα+ sinβ) (2.11)

H =( Rcl+ Rbx).(cosα- cosβ) (2.12)

L: là khoảng cách tâm hai con lăn

H: là độ nâng của con lăn chủ động phía sau so với vị trí tâm của con lăn phia trước;

 và : là góc hợp thành bởi các đường nối tâm bánh xe và tâm các con lăn trước và sau với đường thẳng vuông góc với mặt phẳng ngang

Trị số các góc  và  biến đổi phụ thuộc vào bán kính bánh xe của mỗi loại xe đưa vào bệ thử Để tính các góc  và  ta giải hệ hai phương trình (2.11) và (2.12), trong đó ta thay điều kiện Rcl = 0,35Rbx vào phương trình (2.11) và (2.12) Vậy hệ phương trình có thể viết như sau:

2, 7R cos

2

b

H ctg L

L

H arctg

H arctg

(2.18) (2.19)

 X = H 1 .sinα + Pp1 .cosα - H2 sinβ + Pp2 .cosβ = 0 (2.20)

  Y = H1 .cosα - Pp1 .sinα + H2 cosβ + Pp2 .sinβ ∑ Gbx = 0 (2.21)

H1, H2 là các phản lực pháp tuyến của con lăn trước và sau tác dụng lên bánh

xe, Pp1, Pp2 là các lực phanh tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe, Gbx là tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe

Để tính được lực H1 và H2 ta giải hệ phương trình trong đó ta nhận thấy rằng lực phanh cực đại Pp1max= H1 be và Pp2max= H2 be , thay các giá trị này vào phương trình (2.20) & (2.21), ta được:

Để tìm H1 ta giải hệ hai phương trình (2.22) và (2.23)

Nhân phương trình (2.20) với cosβ, phương trình (2.21) với sinβ Sau đó cộng hai phương trình lại ta được:

38

2 1

Tính H2 ta cũng phải giải hệ phương trình (2.22) và (2.23)

Để giải hệ phương trình này ta nhân phương trình (2.22) với cosα, phương trình (2.23) với sinα sau đó lấy (2.23) trừ (2.22), ta được:

hệ tgα ≤ be Các bệ thử chế tạo hiện nay thường có hệ số bám φbe ≥ 0,6 Từ đó có thể xác định được vùng trị số giới hạn của các góc α và β đảm bảo điều kiện làm việc ổn định và điều kiện tự ra khỏi bệ là:

Ppmax = Kq φbe Gbx