thiết kế cải tiến hệ thống phanh xe zin-130

Do đó xe tải chiếm một vị trí quan trọng trong sự phát triểncủa xã hội, nó dùng để vận chuyển hàng hóa một cách linh hoạt.Với việc mở rộng đờng xá và ngày càng đợc nâng cao về chấtlợng v

lời nói đầu

Trong thời đại khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, cáctiến bộ khoa học kỹ thuật đã đợc ngành công nghiệp ôtô ápdụng đa vào trong các sản phẩm của mình nhằm đáp ứng caonhất những yêu cầu, đòi hỏi chất lợng ngày càng cao của xã hội

ở nớc ta ngày nay quá trình công nghiệp hóa và hiện đạihóa đang diễn ra rất nhanh, các phơng tiện giao thông ngàycàng phát triển, các công ty liên doanh lắp ráp ôtô tại Việt Namcũng đã đa ra nhiều loại xe ngày càng hiện đại

Tuy nhiên các loại xe này đa số là các loại xe du lịch, để xã hộiphát triển thì cơ sở hạ tầng là một yếu tố hết sức quan trọng

Do đó xe tải chiếm một vị trí quan trọng trong sự phát triểncủa xã hội, nó dùng để vận chuyển hàng hóa một cách linh hoạt.Với việc mở rộng đờng xá và ngày càng đợc nâng cao về chấtlợng vì thế tốc độ trung bình của ôtô ngày càng đợc nângcao, để ôtô hoạt động an toàn ở tốc độ cao thì hệ thốngphanh của ôtô phải đảm bảo sự tin cậy từ đó có thể nâng cao

- Lựa chọn và thiết kế cơ cấu phanh, dẫn động phanhnhằm đạt mômen phanh và lực phanh yêu cầu, đảm bảo cho

xe khi chuyển động cũng nh khi dừng xe

- Thiết kế các cụm chi tiết trong hệ thống dẫn độngphanh một cách phù hợp

Qua thời gian hơn 3 tháng và dới sự giúp đỡ tận tình củacác thầy giáo trong bộ môn ÔTÔ và dới sự hớng dẫn tận tình củathầy giáo Võ Văn Hờng đồ án tốt nghiệp của em đã hoànthành Do cha có kinh nghiệm nên đồ án của em không tránhkhỏi những sai sót Em rất mong sự chỉ bảo của các thầy giáotrong bộ môn và các bạn đồng nghiệp để đồ án này đợc hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội 5/2004 Sinh viên: PhạmHữu Thành

phần nội dung

phần I: kiểm nghiệm hệ thống phanh

Hệ thống phanh trên xe ZIN-130 là hệ thống phanh khí mộtdòng khí nén,truyền động phanh gồm có : máy nén khí, van

điều chỉnh áp suất, bình chứa khí nén, van phân phối, cácống dẫn khí, bầu phanh

Do áp suất của không khí (50ữ70 N/cm2) ít hơn so với ápsuất chất lỏng (500ữ1000N/cm2) ở phanh dầu, cho nên trọng lợngcủa truyền động phanh khí lớn hơn nhiều

Vì là dẫn động một dòng khí nén với điều kiện khí hậuViệt Nam nóng và ẩm cho nên độ tin cậy của hệ thống phanh

xe ZIN-130 là không cao, để nâng cao độ tin cậy và an toànkhi sử dụng xe thì việc thiết kế cải tiến hệ thống phanh trên

xe ZIN-130 là cần thiết Để việc thiết kế cải tiến hệ thốngphanh đợc hoàn chỉnh thì trớc hết ta phải tiến hành kiểmnghiệm hệ thống phanh để đảm bảo các thông số phải phùhợp cho việc thiết kế cải tiến

7 B Chiều rộng tấm ma sát m 0,07và

0,08

8 L Chiều dài cơ sở của xe m 3,8

9 hg Chiều cao trọng tâm của

0,165

0,04

kiểm nghiệm cơ cấu phanh

Khi kiểm nghiệm cơ cấu phanh guốc, trớc tiên ta phải thừanhận một số giả thiết sau đây:

1: áp suất tại thời điểm nào đó trên má phanh tỉ lệ thuậnvới biến dạng hớng kính của điểm đó khi phanh nghĩa là coi

nh má phanh tuân theo định luật Huc Điều này thừa nhậntrong phạm vi biến dạng

2:khi phanh trống phanh và guốc phanh không bị biếndạng mà chỉ có má phanh bị (tấm ma sát) biến dạng Có lý do

đó bởi vì tấm ma sát làm bằng vật liệu có độ cứng nhỏ hơn

guốc phanh và trống phanh, hơn nữa guốc phanh và trốngphanh thờng có gân tăng cứng.

3:Bề mặt làm việc của má phanh ép sát vào bề mặt củatrống phanh 100%

4:quy luật phân bố áp suất trên má phanh theo quy luậthình sin

áp suất tại một điểm nào đó đợc xác định theo côngthức:

q=qmax.sin

Trong đó : q:áp suất tại điểm cần tính

qmax:áp suất cực đại trên má phanh

:góc ôm xác định vị trí điểm cần tính

I: xác định mô men phanh yêu cầu tại các cơ cấu

phanh.

Mô men phanh yêu cầu tại các cơ cấu phanh.

Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảogiảm đợc tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần cực

đại trong thời hạn cho phép

Với xe thiết kế các cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở các cơcấu bánh xe thì momen phanh tính toán cần sinh ra ở cơ cấuphanh đợc tính theo công thức nh sau:

- Momen phanh ở một cơ cấu phanh cầu trớc

Mp”= (hdtkhtp ôtô-máykéo) (2)

Trong đó:

+ G-trọng lợng của ôtô khi đầy tải: G=93440(N)

+ L-chiều dài cơ sở của ôtô: L=3,8(m)

+ -hệ số bám của bánh xe với mặt đờng khi phanh

Khi thiết kế cải tiến hệ thống phanh xe ZIN-130 vì là xecủa liên xô cũ hệ thống phanh không có ABS, là loại xe vận tải

Để tính toán thiết kế cải tiến phanh guốc, trớc hết ta phảitính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc nh gócxác định điểm đặt lực , bán kính của lực tổng hợp tácdụng lên má phanh.

:Góc từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm

ma sát

:Góc ôm của tấm ma sát

= +

* Tính 1 cho cơ cấu phanh trớc

Theo xe tham khảo ta có các thông số chọn đợc:

vËy : 1 = arctg (0,10185) =5,820

* TÝnh cña c¬ cÊu phanh sau:

Theo xe tham kh¶o ta cã c¸c th«ng sè:

(hdtkhtp)(4)

=245,07 (mm) =0,245 m.

*Tính cho cơ cấu phanh sau:

các góc đặt má phanh đã xác định ở trên:

Các thông

số

Cơ cấu phanh trớc Cơ cấu phanh

sauGuốc trớc Guốc sau Guốc trớc Guốc sau  (độ

và bán kính nghĩa là xác định đợc hớng và điểm đặt lực

h-ớng tâm N là thành phần lực của lực tổng hợp (gồm có N và lựctiếp tuyến T: R=N+T).

Cả hai cơ cấu phanh trớc và phanh sau lực R tạo với lực Nmột góc và đợc xác định bằng công thức nh sau:

Đo các giá trị trên họa đồ ta đợc các lực sau:

+ Lực đo cam tác dụng lên guốc phanh :

P’1=12994,6 N

IV.phanh êm dịu và ổn định của ôtô khi phanh (hiện tợng

tự xiết)

Phanh êm dịu và tính ổn định khi phanh phụ thuộc vào

sự phân bố đều lực phanh ở bánh xe phải và trái khi các bánh

xe không bị gài cứng, phụ thuộc vào sự ổn định của momenkhi phanh Mp đối với cơ cấu phanh đã có, khi hệ số ma sát thay

đổi trong giới hạn có thể của nó (thờng = 0,28-0,3) và khảnăng bị xiết của cơ cấu phanh Nếu các momen ở các bánh xephải và các bánh xe trái sai lệch so với momen phanh tính toánkhoảng (10%-15%), khi hệ số thay đổi thì sự ổn định của

ôtô khi phanh (khi phanh không bị lệch hớng ) vãn đảm bảobằng cách giữ tay lái Trong quá trình phanh có thể xảy rahiện tợng tự xiết , hiện tợng tự xiết xảy ra khi má phanh bị épvào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác dụngcủa P của truyền động lên guốc phanh Trong trờng hợp nhvậy , đứng về mặt lý thuyết thì momen phanh và Mp sẽ tiếntới vô cùng Điều này rất nguy hiểm đối với lái xe vì nó làm mấttính dẫn hớng và ổn định khi phanh

Đối với guốc phanh trớc, theo công thức (5) thì hiện tợng tựxiết xảy ra khi

M’p1 tiến tới vô cùng hay C( )=0

Tức là : .(6)

V kiểm nghiệm các kích thớc má phanh.

Kích thớc của má phanh guốc chọn trên cơ sở đảm bảo masát riêng, áp suất trên má phanh, tỷ số trọng lợng toàn bộ của máphanh và chế độ làm việc của phạnh

1.công ma sát riêng L.

xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của

ôtô chạy với vận tốc của ôtô khi bắt đầu phanh xe

L= = =3000-7000 (KN.m/m2) (hdtktthtp)(7)

Trong đó :

G: trọng lợng

V0: vận tốc của ôtô khi bắt đầu phanh và lấy:

Víi xe tham kh¶o ta cã :

q1=

(9)

Trong đó :

b1:chiều rộng má phanh cầu trớc b1=0,08 m

M’p: momen sinh ra ở cầu trớc M’p=6324 Nm

: góc ôm của má phanh trớc (radian)

Vậy điều kiện này cũng đợc thỏa mãn.

3 Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh.

Trong quá trình phanh, động năng của ôtô chuyển thànhnhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra ngoài môi trờngkhông khí

Ta có phơng trình cân bằng năng lợng :

Wd1-Wd2 = = m

(12)

Trong đó :

m: khối lợng của ôtô khi đầy tải: m=9525 kg

V1,V2: vận tốc của ôtô bắt đầu và sau khi phanh

mt: khối lợng các chi tiết và các trống phanh bị nung nóng

mt=4.19 = 76 kg

C: nhiệt dung riêng của các chi tiết bị nung nóng đối vớithép và gang thì.

Khi phanh ngặt trong thời gian ngắn, số hạng thứ hai cóthể bỏ qua do đó ta có thể xác định sự tăng nhiệt độ trốngphanh là :

t0= <150

(13)

sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh ngặt ở vận tốcmax V1=30 km/h V1=8,3 m/s cho đến khi dừng hẳn V2=0không vợt quá 150

đồng thời ta đa thêm vào hệ số an toàn là n=1,5 trong khitính toán bền cho trống phanh.

áp suất bên trong trống phanh đợc tính theo công thức:

q= (14)

Trong đó:

Mp: mômen phanh do guốc phanh trớc và sau sinh ra

Qua phân tích và tính toán ở phần (A) ta thấy rằng áp suấtsinh ra trên bề mặt trống phanh ở cơ cấu phanh trớc lớn hơn ởcơ cấu phanh cầu sau nên ta chỉ tính toán bền cho cơ cấuphanh cầu trớc

Theo lý thuyết về ứng suất và biến dạng của ống dầy chứa

áp suất bên trong ta có áp suất phát sinh trong ống khi chịu lựcbên trong là

σn=

(15)

(16) Trong đó:

σn: ứng suất phát sinh theo phơng hớng tâm

στ: ứng suất phát sinh theo phơng tiếp tuyến a: bán kính trống phanh a=210 mm

b: bán kính ngoài của trống phanh b=225mm

r’: khoảng cách từ tâm ống đến điểm cầntính

Qua 2 công thức trên ta thấy :

Vậy trống phanh đợc chế tạo đủ điều kiện làm việc.

II.tính bền guốc phanh:

Theo kết quả tính toán ở trên ta thấy rằng guốc phanh trớccủa cơ cấu phanh sau chịu lực lớn nhất vì vậy ta tiến hànhtính toán bền cho guốc phanh trớc của cơ cấu phanh sau

1.tìm tọa độ trọng tâm của mặt cắt ngang guốc

R’2: bán kính trọng tâm phần diện tích dới tính đến tâmtang trống.

Thay các giá trị tìm đợc vào (18) ta có:

Rth=173,4 mm

Kích thớc từ trọng tâm guốc đến tâm tang trống là:

R1

d b

c R3

Hình 1: sơ đồ guốc phanh.

2.tính bền guốc phanh

ở đây ta trình bày cách tính gần đúng vì tính chínhxác guốc phanh là rất phức tạp Để xác định đợc tiết diện nguyhiểm nhất của guốc phanh ta phải vẽ đợc biểu đồ nội lực:

ở trên ta đã xác định đợc họa đồ lực phanh ta dựng lênguốc phanh trớc của cơ cấu phanh trớc là :

2 thành phần và thay vào mặt cắt đó các nội lực QY, N2,và Uu1,

ở nửa dới là QY1,Nz2và Uu2 cùng giá trị nhng ngợc với phần trên

a ta xÐt c©n b»ng ®o¹n trªn cña guèc phanh (h×nh 2).

ë ®©y :φ gãc t¹o bëi trôc Y-Y vµ tia OA

U1x U1y

Y C

c X

d

c Vẽ biểu đồ ứng suất tác dụng lên guốc phanh.

Từ kết quả ở bảng 3 và bảng 4 ta vẽ đợc biểu đồ nội lựccủa guốc phanh là:

NZ,QY,Mu (hình 4)

Từ biểu đồ nội lực trên hình 4 ta thấy rằng trong quá trìnhphanh thì mặt cắt B-B là mặt cắt nguy hiểm nhất vì vậy

khi tính bền ta chỉ cần tính bền cho guốc phanh tại mặt cắtB-B đợc thể hiện trên hình 5.

c

a b

3

1 2

Hình 5 : Mặt cắt ngang của guốc phanh.

Đối với tiết diện hình chữ T, để kiểm nghiệm bền ta cầntính ứng suất tại các điểm 1,2,3

-ứng suất pháp do QY và Mu gây ra đợc xác định theo côngthức sau:

σZ=

(24)

Trong đó: σZ: ứng suất pháp dô NZ và Mu gây ra

F: diện tích tiết diện chữ T

Ri: bán kính cong tại điểm đang xét

Rth: bán kính đờng trung hòa

+ Tại điểm 1:

R1=200 mm

QY=-33032 (N)

ứng suất tiếp do Nz gây ra:

Theo DuRapxki thì ứng suất tiếp đợc tính theo công thức

τ =

(25)

Trong đó:

τ: ứng suất tiếp do QY gây ra

NZ: lực cắt theo biểu đồ nội lực

SX: mômen quán tính của tiết diện đối vớitrục quán tính

JX: mômen quán tính của tiết diện

6,2

37,9 30,08

Từ biểu đồ nội lực ta thấy:

Tại điểm 1: phân tố chịu ứng suất đơn ( chịu nén )

Tại điểm 2: phân tố chịu trạng thái ứng suất phẳng

Tại điểm 3: phân tố chịu ứng suất đơn ( trạng thái chịukéo )

Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất khi đó ứng suấttổng hợp tại điểm 3 là:

III tính bền đờng ống dẫn động phanh

ống dẫn động phanh có nhiệm vụ truyền đợc áp suất tạimáy nén khí đến các bộ phận khác với áp suất (7kg/cm2) Vìvậy đờng ống cần phải đảm bảo chịu đợc áp suất cao khi làmviệc không bị biến dạng, dạn nứt, dò rỉ Khi tính toán ta coi đ-ờng ống dẫn khí nh loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiềudài khá lớn

Trong đó:

P: áp suất bên trong đờng ống

P=7kg/cm2 S: bề dầy của ống dẫn

τC< [τ] =4000 (N/cm2).

Thỏa mãn điều kiện cắt

Tính theo điều kiện chèn dập:

bộ phận hiện có trên xe hoàn toàn đáp ứng, thỏa mãn các

điều kiện làm việc ban đầu.Tuy nhiên để đáp ứng đòi hỏingày càng cao của một bộ phận đóng vai trò quan trọng trên

xe nh khả năng an toàn của hệ thống, hiệu quả phanh Ta thấyrằng cần phải cải tiến hệ thống phanh để đạt đợc độ an toàncao hơn

phần III :đặt vấn đề và lựa trọn phơng án cải tiến

- Khi một vị trí nào đó của hệ thống phanh có sự cố (hở ờng khí) thì hiệu quả phanh sẽ kém hoặc mất tác dụng hoàntoàn Điều này rất nguy hiểm khi xe đang hoạt động trên địahình đồi núi, lên dốc, xuống dốc, hoặc đang ở tốc độ cao

- Do tính năng phải thờng xuyên hoạt động ở địa hìnhphức tạp, xe phải lên xuống dốc liên tục, động cơ phải làm việc

ở số vòng quay thấp, khí nén đợc cung cấp ít hơn trong khi

đó, ngời lái phải thờng xuyên rà phanh để giảm vận tốc của xekhi xuống dốc Làm áp suất khí nén trong hệ thống giảmxuống mà máy nén khí không kịp bổ xung, do vậy mômenphanh không đảm bảo để phanh, điều này rất nguy hiểm

Do làm việc lâu dài, lái xe không tuân thủ các chế độkiểm tra, không điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tangtrống làm cho khe hở giữa má phanh và tang trống vợt quá giớihạn cho phép dẫn đến hành trình dịch chuyển của thanh

đẩy tăng Tuy nhiên hành trình dịch chuyển của thanh đẩy

có giới hạn, do đó không đảm bảo lực ép của má phanh lêntang trống dẫn đến mômen phanh không đảm bảo phanh xe

đợc an toàn

Ngoài ra một số sự cố thờng xảy ra đối với hệ thống phanh

nh : rách màng bầu phanh, lò so van phân phối hỏng, van ởtông phanh bị mòn …

Hệ thống phanh đợc thiết kế phải đảm bảo đợc những yêucầu sau đây:

- Quãng đờng phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong ờng hợp nguy hiểm Muốn có quãng đờng phanh ngắn nhấtthì phải đảm bảo đợc gia tốc chậm dần cực đại

- Phanh phải êm dịu trong bất kỳ trờng hợp nào để đảm bảo

sự ổn định của ôtô khi phanh

- Điều khiển dễ dàng, tức là lực tác dụng lên bàn đạp hoặc

đòn điều khiển không lớn

- Truyền động phanh có độ nhạy cao

- Không có hiện tợng tự xiết khi phanh

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

- luôn giữ dợc tỷ lệ thuận giữa lực bàn đạp hoặc đòn điềukhiển với lực bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trênbánh xe

- Có khả năng phanh khi ôtô đứng trong thời gian dài

Qua phân tích các u nhợc điểm của xe ZIN-130 và các yêucầu sử dụng cũng nh yêu cầu sử dụng cũng nh yêu cầu của một

số xe hiên tại thì thiết kế cải tiến hệ thống phanh nhằm nângcao tính an toàn và mở rộng phạm vi hoạt động là cần thiết Để nâng cao tính an toàn cho xe khi chuyển động, hớngcải tiến tập trung vào việc thiết kế thêm một hệ thống phanh

dự phòng Hệ thống này đợc đa vào nhằm mục đích thay thế

hệ thống phanh chính khi hệ thống phanh nằy gặp sự cố.Mặc

dù trên xe ZIN-130 đã có sẵn hệ thống phanh tay nhng việcthiết kế thêm một hệ thống phanh tay dự phòng nữa là cầnthiết vì hai hệ thống này làm việc độc lập với nhau

Ta phân tích tính năng và tác dụng của hệ thống phanhtay trên xe ZIN-130

Hệ thống phanh tay của xe ZIN-130 đợc đặt ở đuôi trục thứcấp của hộp số, có tác dụng là phanh xe lâu dài khi xe đứngyên trên đờng dốc hoặc có thể sử dụng phanh tay để phanh

xe khi xe có vận tốc nhỏ do hệ thốnh phanh tay đặt ở đuôitrục thứ cấp của hệ thống truyền lực, khi phanh có nghĩa làhãm cứng không cho truyền động từ động cơ xuống bánh xe,vận tốc góc của bánh xe đột ngột bằng không do đó rất nguy

hiểm khi ôtô đang ở vận tốc cao Khi tốc độ của ôtô đang lớn

mà sử dụng phanh tay thì xe sẽ bị quay ngang

Việc thiết kế hệ thống phanh dự phòng cho hệ thốngphanh xe ZIN-130 phải đạt yêu cầu là khi hệ thống phanhchính gặp sự cố thì hệ thống phanh dự phòng phải đợc sửdụng ngay Điều kiện khí hậu Việt Nam nóng và ẩm, điều này

sẽ gây cho các đờng ống khí bị h hỏng do đó việc thiết kếmột hệ thống phanh dự phòng nhằm giải quyết vấn đề khi hệthống phanh chính bị dò dỉ khí nén và đảm bảo độ an toànkhi chuyển động

Ta nghiên cứu sơ đồ hệ thống phanh xe ZIN-130 đang đợc

sử dụng trong hiện tại

11 10

Để thực hiện việc cải tiến hệ thống phanh ta đa ra các

ph-ơng án thiết kế để có thể lựa chọn đợc một phph-ơng án tối u

Nh đã trình bày ở mục đặt vấn đề là sẽ thiết kế một hệthống phanh dự phòng chỉ còn lựa chọn một phơng án tối utrong các phơng án đặt ra đó

Các phơng án về dẫn động đặt ra khi thiết kế hệ thốngphanh dự phòng là:

đợc tối đa cơ cấu phanh của xe

Hệ thống phanh dự phòng đợc thiết kế riêng biệt với hệthống phanh chính nên ta phải thiết kế thêm các cụm chi tiếtsau:

-van chia dòng đợc chia ra trong đó:

+một dòng dùng cho hệ thống phanh dựphòng

+một dòng dùng cho hệ thống phanhchính

-van dự phòng

-Đờng dẫn khí phanh dự phòng

-Bầu phanh kép có hai khoang dùng riêng cho hệ thốngphanh chính và hệ thống phanh dự phòng