thiết kế cải tiến hệ thống phanh xe zin-130

Với việc mở rộng đờng xá và ngày càng đợc nâng cao về chất lợng vìthế tốc độ trung bình của ôtô ngày càng đợc nâng cao, để ôtô hoạt động an toàn ở tốc độ cao thì hệ thống phanh của ôtô p

lời nói đầu

Trong thời đại khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, các tiến bộ khoa học

kỹ thuật đã đợc ngành công nghiệp ôtô áp dụng đa vào trong các sản phẩm củamình nhằm đáp ứng cao nhất những yêu cầu, đòi hỏi chất lợng ngày càng caocủa xã hội

ở nớc ta ngày nay quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đang diễn rarất nhanh, các phơng tiện giao thông ngày càng phát triển, các công ty liêndoanh lắp ráp ôtô tại Việt Nam cũng 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 hội phát triển thì cơ

sở hạ tầng là một yếu tố hết sức quan trọng Do đó xe tải chiếm một vị trí quantrọng trong sự phát triển của xã hội, nó dùng để vận chuyển hàng hóa một cáchlinh hoạt Với việc mở rộng đờng xá và ngày càng đợc nâng cao về chất lợng vìthế tốc độ trung bình của ôtô ngày càng đợc nâng cao, để ôtô hoạt động an toàn

ở tốc độ cao thì hệ thống phanh của ôtô phải đảm bảo sự tin cậy từ đó có thểnâng cao đợc năng suất vận chuyển

Từ thực tế đó em đã nhận đề tài “Thiết kế cải tiến hệ thống phanh xe 130’’

Việc thiết kế cải tiến hệ thống phanh xe ZIN-130 nhằm giải quyết các vấn

- Thiết kế các cụm chi tiết trong hệ thống dẫn động phanh một cách phùhợp

Qua thời gian hơn 3 tháng và dới sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo trong

bộ môn ÔTÔ và dới sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Võ Văn Hờng đồ án tốtnghiệp của em đã hoàn thành Do cha có kinh nghiệm nên đồ án của em khôngtránh khỏi những sai sót Em rất mong sự chỉ bảo của các thầy giáo trong bộmôn và các bạn đồng nghiệp để đồ án này đợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội 5/2004

Sinh viên: Phạm Hữu Thành

phần nội dung

phần I: kiểm nghiệm hệ thống phanh

Hệ thống phanh trên xe ZIN-130 là hệ thống phanh khí một dòng khínén,truyền động phanh gồm có : máy nén khí, van điều chỉnh áp suất, bình chứakhí nén, van phân phối, các ống dẫn khí, bầu phanh

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

Vì là dẫn động một dòng khí nén với điều kiện khí hậu Việt Nam nóng và

ẩm cho nên độ tin cậy của hệ thống phanh xe ZIN-130 là không cao, để nângcao độ tin cậy và an toàn khi sử dụng xe thì việc thiết kế cải tiến hệ thống phanhtrên xe ZIN-130 là cần thiết Để việc thiết kế cải tiến hệ thống phanh đợc hoànchỉnh thì trớc hết ta phải tiến hành kiểm nghiệm hệ thống phanh để đảm bảo cácthông số phải phù hợp cho việc thiết kế cải tiến

8 L Chiều dài cơ sở của xe m 3,8

9 hg Chiều cao trọng tâm của xe m 1,45

10 0 Góc ôm của tấm ma sát độ 120 và 125

11 1 Góc bố trí tấm ma sát độ 20 và 25

12 D Khoảng cách từ tâm quay đến

điểm tựa chốt quay m 0,165

0,04

kiểm nghiệm cơ cấu phanh

Khi kiểm nghiệm cơ cấu phanh guốc, trớc tiên ta phải thừa nhận một số giảthiết sau đây:

1: áp suất tại thời điểm nào đó trên má phanh tỉ lệ thuận với biến dạng hớngkính của điểm đó khi phanh nghĩa là coi nh má phanh tuân theo định luật Huc

Điều này thừa nhận trong phạm vi biến dạng

2:khi phanh trống phanh và guốc phanh không bị biến dạng mà chỉ có máphanh bị (tấm ma sát) biến dạng Có lý do đó bởi vì tấm ma sát làm bằng vậtliệu có độ cứng nhỏ hơn guốc phanh và trống phanh, hơn nữa guốc phanh vàtrống phanh thờng có gân tăng cứng

3:Bề mặt làm việc của má phanh ép sát vào bề mặt của trống phanh 100% 4:quy luật phân bố áp suất trên má phanh theo quy luật hình sin

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

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 bảo giảm đợc tốc độhoặc 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 cơ cấu bánh xe thìmomen phanh tính toán cần sinh ra ở cơ cấu phanh đợc tính theo công thức nhsau:

- Momen phanh ở một cơ cấu phanh cầu trớc

Mp’= r bx

gb

hg J

L

Gb



) max 1

Mp”= r bx

a g

hg J

L

Ga



)

max 1

(

(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 xe của liên xô cũ hệthống phanh không có ABS, là loại xe vận tải có vận tốc trung bình do đó tachọn hệ số bám của xe là =0,6

Từ đó ta có Jmax =  g: Lấy g=10(m/s2 ) nên ta có Jmax=6 m/s2

+rbx: bán kính làm việc của bánh xe

II: kiểm nghiệp cơ cấu phanh guốc.

Để tính toán thiết kế cải tiến phanh guốc, trớc hết ta phải tính toán các thông

số cơ bản của cơ cấu phanh guốc nh góc xác định điểm đặt lực  , bán kính 

của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

1: Tính góc xác định điểm đặt lực

 là góc tạo bởi lực hớng tâm N với trục X-X,  đợc xác định theo côngthức:

tg =

2 1

0

2 1

2 2

2

2 2

Cos Cos







(hdtkhtp) (3) trong đó:

1:Góc từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát

 0:Góc ôm của tấm ma sát

2=1+ 0

* Tính  1 cho cơ cấu phanh trớc

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

* Tính 2của cơ cấu phanh sau:

Theo xe tham khảo ta có các thông số:

Bán kính  là bán kính xác định điểm đặt lực tổng hợp R tác dụng lên guốcphanh theo công thức:

0 2 1 0 0 2

2 1

sin ) cos(

2 sin

.

) cos (cos

*Tính 1 cho cơ cấu phanh trớc:

: Hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống

 đợc lấy bằng 0,3

 : Bán kính đã xác định ở trên

: Góc tạo bởi lực R và R’ và đợc xác định nh sau:

tg      0 , 3

N T

Từ các thông số cơ bản của cơ cấu phanh đã tìm đợc Ta có đợc bảng sau:

Bảng 2: thông số kết cấu cơ cấu phanh.

Các thông số Cơ cấu phanh trớc Cơ cấu phanh sau

Cả hai cơ cấu phanh trớc và phanh sau lực R tạo với lực N một góc  và đợcxác định bằng công thức nh sau:

tg  =    0 , 3

N

T

=16,70





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

+ Lực đo cam tác dụng lên guốc phanh :

N

Tỷ lệ xích: 1090 , 59 ( )

40

9 , 43622

B¶ng 3: c¸c gi¸ trÞ lùc t¸c dông lªn guèc phanh:

C¸c th«ng sè C¬ cÊu phanh tríc C¬ cÊu phanh sau

IV.phanh êm dịu và ổn định của ôtô khi phanh (hiện ợng tự xiết).

Phanh êm dịu và tính ổn định khi phanh phụ thuộc vào sự phân bố đều lựcphanh ở bánh xe phải và trái khi các bánh xe không bị gài cứng, phụ thuộc vào

sự ổn định của momen khi phanh Mp đối với cơ cấu phanh đã có, khi hệ số masát thay đổi trong giới hạn có thể của nó (thờng = 0,28-0,3) và khả năng bịxiết của cơ cấu phanh Nếu các momen ở các bánh xe phải và các bánh xe tráisai lệch so với momen phanh tính toán khoảng (10%-15%), khi hệ số  thay đổithì 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 ra hiện tợng tự xiết , hiệntợng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát màkhông cần tác dụng của P của truyền động lên guốc phanh Trong trờng hợp nhvậy , đứng về mặt lý thuyết thì momen phanh và Mp sẽ tiến tới vô cùng Điềunày rất nguy hiểm đối với lái xe vì nó làm mất tính dẫn hớng và ổn định khiphanh

Đối với guốc phanh trớc, theo công thức (5) thì hiện tợng tự xiết xảy ra khi M’p1 tiến tới vô cùng hay C(cos    sin  )=0

cos

C

C



 (6) Trong đó:

C: khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt quay của má phanh

- Với má phanh trớc của cơ cấu phanh ta có :

Nh vậy ở guốc trớc của cơ cấu phanh sau không sảy ra hiện tợng tự xiết

Ta dễ dàng nhận thấy khi sảy ra hiện tợng tự xiếtlực tổng hợp R1 sẽ đi quatâm quay O1 của guốc phanh

V kiểm nghiệm các kích thớc má phanh

Kích thớc của má phanh guốc chọn trên cơ sở đảm bảo ma sát riêng, áp suấttrên má phanh, tỷ số trọng lợng toàn bộ của má phanh và chế độ làm việc củaphạnh

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

2

F g

V G





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

2 ' 4 [b t r t 0 r t b s ot os

[ ] ( 1 , 5 2 , 0 )

.

b

Mp q

2

'



 r t b

p M

(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

1 01

0

'' ''

.

b

p M

2 02

0

'' ''

.

b

p M

Ngoài các chỉ tiêu trên, thời hạn làm việc của má phanh còn đợc đánh giábằng tỷ số:

p =



F M

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 thành nhiệt năng ở trốngphanh và một phần thoát ra ngoài môi trờng không khí

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

t: thời gian phanh

Trong công thức (12) số hạng thứ nhất là phần năng lợng làm nung nóngtrống phanh, số hạng thứ hai là phần năng lợng truyền ra ngoài không khí

Khi phanh ngặt trong thời gian ngắn, số hạng thứ hai có thể bỏ qua do đó ta

có thể xác định sự tăng nhiệt độ trống phanh là :

t0=

C m

V V m

t 2

) ( 1  2

<150 (13)

sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh ngặt ở vận tốc max V1=30 km/h

V1=8,3 m/s cho đến khi dừng hẳn V2=0 không vợt quá 150

đồng thời ta đa thêm vào hệ số an toàn là n=1,5 trong khi tính toán bền cho trốngphanh.

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

q=

0

'

p r b

M

.(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 suất sinh ra trên bề mặttrống phanh ở cơ cấu phanh trớc lớn hơn ở cơ cấu phanh cầu sau nên ta chỉ tínhtoán bền cho cơ cấu phanh 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 lực bên trong là

2 2

' 1

.

r

b a

b

a q

2 2

' 1

.

r

b a

b

a q

(16) Trong đó:

σn: ứng suất phát sinh theo phơng hớng tâm

στ: ứng suất phát sinh theo phơng tiếp tuyến

a q

- στ: luôn là ứng suất kéo vì : 2 2

2

.

a b

a q

2 2

) ' 1 (

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 trớc của cơ cấu phanhsau chịu lực lớn nhất vì vậy ta tiến hành tính toán bền cho guốc phanh trớc củacơ cấu phanh sau

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

a: Kích thớc từ trục X-X đến trọng tâm G:

YC1=

2 1

1

2

F F

F Y

b d

2 1 ' ' R

F R F

F F

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

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

R2

R1

d b

c R3

ở trên ta đã xác định đợc họa đồ lực phanh ta dựng lên guốc phanh trớc củacơ cấu phanh trớc là :

đó guốc phanh này ở vị trí lực thành phần hớng tâm N1 ta cắt ra thành 2 thànhphần và thay vào mặt cắt đó các nội lực QY, N2,và Uu1, ở nửa dới là QY1,Nz2và Uu2

a ta xét cân bằng đoạn trên của guốc phanh (hình 2)

ở đây :φ góc tạo bởi trục Y-Y và tia OA

.[

0 ) sin(

.

0 ) (

.

1 1

a P M

P Q

Cos P N

t u

Z

(19)

rt: bán kính tang trống: rt=210 mm

- Xét cân bằng tại điểm A ta có:

0

0

1 1

y z

M

Sin P

Q

Cos P

(

[

0 )

75 , 56 25

(

0 )

75 , 56 25

(

0 0

1

0 0

1

0 0

1

Cos R

a P M

Sin P Q

Cos P

N

t u

y z

Qy2 O

X

U1x U1y

Y C

c X

d

H×nh 3

-XÐt c©n b»ng t¹i ®iÓm B ta cã :

Cos C

U M

Sin U

Cos U

Q

U Sin

U N

y x

u

y x

Y

Y x

z

)

1 (

.

.

cos

1 1

2

1 1

1 1

2

1 1

1 1

.

.

2

0 1

0 1

2

0 1

0 1

2

u

Y X

Y

Y X

Z

M

Sin U

Cos U

Q

C os U

Sin U

Hình 4: Biểu đồ nội lực.

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 lực của guốc phanh là:

NZ,QY,Mu (hình 4)

Từ biểu đồ nội lực trên hình 4 ta thấy rằng trong quá trình phanh thì mặt cắtB-B là mặt cắt nguy hiểm nhất vì vậy khi tính bền ta chỉ cần tính bền cho guốcphanh tại mặt cắt B-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 cần tính ứng suất tại các

điểm 1,2,3

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

σZ= .( 1 )

i th

U Y

R

R F

M F

Q





(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

ứng suất tiếp do Nz gây ra:

Theo DuRapxki thì ứng suất tiếp đợc tính theo công thức

τ =

C X

X Z

J

S N

.

.

(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 với trục quán tính

JX: mômen quán tính của tiết diện

C: Chiều dầy phần bị cắt

+ Xác định mômen quán tính JX:

JX= 2 1 1

3 2 1 2 2 2

3 3

12

).

( 12

).

(

F Y a R R F Y C R R

Thay các giá trị vào ta có:

JX=4934000 mm4

+ Xác định mômen tĩnh tại tiết diện SX:

SX= 

C F

Y: tọa độ trọng tâm phần bị cắt đối với trục trung hòa

Trên hình vẽ ta thấy tại điểm 1 và 3 có:

10,8

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 chịu kéo )

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

22

2 4



Z   (28) Thay các giá trị vào (28) ta có:

σ2=100,2 (N/mm2)

Guốc phanh đợc chế tạo bằng thép có [σZ]=400N/mm2 Vì vậy các giá trị ứngsuất tại các điểm đã xét đều thỏa mãn điều kiện bền

III tính bền đờng ống dẫn động phanh

ống dẫn động phanh có nhiệm vụ truyền đợc áp suất tại máy nén khí đến các

bộ phận khác với áp suất (7kg/cm2) Vì vậy đờng ống cần phải đảm bảo chịu đợc

áp suất cao khi làm việc không bị biến dạng, dạn nứt, dò rỉ Khi tính toán ta coi

đờng ống dẫn khí nh loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài khá lớn

Má phanh quay quanh chốt phanh đợc tính theo cắt và chèn dập.

Tính theo điều kiện cắt:

τC= 12

.

4

d

U



(30)

Thỏa mãn điều kiện cắt.

Tính theo điều kiện chèn dập:

σch=

d l

U

.

1

Trong đó:

l: chiều dài tiếp xúc chốt với guốc phanh

an toàn của hệ thống, hiệu quả phanh Ta thấy rằng cần phải cải tiến hệ thốngphanh để đạt đợc độ an toàn cao hơn

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

- Do tính năng phải thờng xuyên hoạt động ở địa hình phức tạp, xe phải lênxuống dốc liên tục, động cơ phải làm việc ở số vòng quay thấp, khí nén đợc cungcấp ít hơn trong khi đó, ngời lái phải thờng xuyên rà phanh để giảm vận tốc của

xe khi xuống dốc Làm áp suất khí nén trong hệ thống giảm xuống mà máy nénkhí không kịp bổ xung, do vậy mômen phanh không đảm bảo để phanh, điều nàyrất nguy hiểm.

Do làm việc lâu dài, lái xe không tuân thủ các chế độ kiểm tra, không điềuchỉnh khe hở giữa má phanh và tang trống làm cho khe hở giữa má phanh vàtang trống vợt quá giới hạn 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 đókhông đảm bảo lực ép của má phanh lên tang trống dẫn đến mômen phanhkhông đảm bảo phanh xe đợc an toàn

Ngoài ra một số sự cố thờng xảy ra đối với hệ thống phanh nh : rách màngbầu phanh, lò so van phân phối hỏng, van ở tông phanh bị mòn …

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

- Quãng đờng phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trờng hợp nguy hiểm.Muốn có quãng đờng phanh ngắn nhất thì phải đảm bảo đợc gia tốc chậm dầncực đại

- Phanh phải êm dịu trong bất kỳ trờng hợp nào để đảm bảo sự ổn định của ôtôkhi phanh

- Điều khiển dễ dàng, tức là lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiểnkhông 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 điều khiển với lực bàn

đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trên bánh 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 yêu cầu 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 nâng cao tính an toàn và mở rộng phạm vi hoạt động làcần thiết

Để nâng cao tính an toàn cho xe khi chuyển động, hớng cải tiến tập trungvào việc thiết kế thêm một hệ thống phanh dự phòng Hệ thống này đợc đa vàonhằm mục đích thay thế hệ thống phanh chính khi hệ thống phanh nằy gặp sựcố.Mặc dù trên xe ZIN-130 đã có sẵn hệ thống phanh tay nhng việc thiết kếthêm một hệ thống phanh tay dự phòng nữa là cần thiết vì hai hệ thống này làmviệc độc lập với nhau

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

Hệ thống phanh tay của xe ZIN-130 đợc đặt ở đuôi trục thứ cấp của hộp số, cótác dụng là phanh xe lâu dài khi xe đứng yên 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 là hãm cứng không chotruyền động từ động cơ xuống bánh xe, vận tốc góc của bánh xe đột ngột bằngkhông do đó rất nguy hiểm khi ôtô đang ở vận tốc cao Khi tốc độ của ôtô đanglớn mà sử dụng phanh tay thì xe sẽ bị quay ngang

Việc thiết kế hệ thống phanh dự phòng cho hệ thống phanh xe ZIN-130 phải

đạt yêu cầu là khi hệ thống phanh chính gặp sự cố thì hệ thống phanh dự phòngphải đợc sử dụng ngay Điều kiện khí hậu Việt Nam nóng và ẩm, điều này sẽ gâycho các đờng ống khí bị h hỏng do đó việc thiết kế một hệ thống phanh dự phòngnhằm giải quyết vấn đề khi hệ thống phanh chính bị dò dỉ khí nén và đảm bảo độ

an toàn khi chuyển động

Ta nghiên cứu sơ đồ hệ thống phanh xe ZIN-130 đang đợc sử dụng tronghiện tại

7 6

11 10

Hình 8:sơ đồ dẫn động phanh xe ZIN-130 trớc cải tiến.

1:máy nén khí; 2:van điều chỉnh áp xuất; 3,4:bình chứa khí nén;

5:van an toàn; 6:van phân phối đơn; 7,8:bầu phanh

II chọn phơng án thiết kế

Để thực hiện việc cải tiến hệ thống phanh ta đa ra các phơng án thiết kế để

có thể lựa chọn đợc một phơng án tối u Nh đã trình bày ở mục đặt vấn đề là sẽthiết kế một hệ thống phanh dự phòng chỉ còn lựa chọn một phơng án tối u trongcác phơng án đặt ra đó

Các phơng án về dẫn động đặt ra khi thiết kế hệ thống phanh dự phòng là: +Dẫn động bằng cơ khí

+Dẫn động bằng khí nén

+Dẫn động bằng thủy lực

+Dẫn động bằng điện

Trong các phơng án dẫn động đa ra ta thấy là dẫn động phanh của xe

ZIN-130 là bằng khí nén do đó ta có thể chọn phơng án dẫn động phanh dự phòngbằng khí nén là khả thi nhất vì lợi dụng đợc nguồn khí nén có sẵn trên xe và tậndụng đợc tối đa cơ cấu phanh của xe

Hệ thống phanh dự phòng đợc thiết kế riêng biệt với hệ thống phanh chínhnên ta phải thiết kế thêm các cụm chi tiết sau:

-van chia dòng đợc chia ra trong đó:

- Cơ cấu phanh chung với hệ thống phanh chính

-Dẫn động bằng khí nén.Khí nén từ bình khí đi qua van chia khí và quavan điều khiển hệ thống phanh dự phòng đến bầu phanh kép tác dụng lực lêncam quay sau đó thực hiện quá trình phanh xe

Đây là sơ đồ dẫn động phanh sau khi đợc cải tiến:

14

10 11

1

4

7 6

2 3

5

9 8

13 12

Hình9: sơ dồ dẫn động hệ thống phanh xe ZIN-130 sau khi đợc cải tiến

1: máy nén khí; 2:van hạn chế áp suất; 3:van chia khí; 4,5,8:bình chứa khí

nén; 6,9:van an toàn; 10:van phanh tay; 7:tổng phanh chính.

Nguyên lý làm việc:

Máy nén khí 1 đợc dẫn động từ động cơ sẽ bơm khí nén đến các bình chứakhí nén Khi sử dụng hệ thống phanh chính ngời lái tác dụng vào bàn đạp phanh,bàn đạp sẽ dẫn động đến đòn van phân phối, lúc đó khí nén sẽ đi từ bình chứaqua van phân phối đến bầu phanh sau và bát phanh trớc Màng của bầu phanh ép

và dẫn động cam phanh quay do đó các má phanh ép vào trống phanh và thựchiện quá trình phanh xe Khi hệ thống phanh chính gặp sự cố không dùng đợc thìkhông khí nén từ bình chứa khí vẫn cung cấp cho hệ thống phanh, do cấu tạo đặcbiệt của van chia khí nên hai hệ thống này làm việc độc lập với nhau Khi kéovan phanh tay, khí nén từ bình tích năng của bầu phanh kép đợc xả ra ngoàikhông khí và đòn dẫn động cam chuyển động thực hiện quá trình phanh xe Tổng phanh chính là loại van kép kiểu pittông do đó có thể điều khiển đợc cả

hệ thống phanh xe và hệ thống phanh rơ moóc

Dẫn động bằng khí nén đảm bảo chế độ phanh rơ moóc khác ôtô kéo, do đóphanh xe dợc ổn định, khi rơ moóc đợc tách ra khỏi ôtô kéo thì phanh rơ moóc bịphanh một cách tự động

Sau khi đã chọn phơng án thiết kế ta sẽ tiến hành tính toán các cụm chínhsau đây

+ Số liệu ban đầu chúng ta có dựa trên cơ sở xe tham khảo là xe ZIN-130

thiết kế tính toán dẫn động phanh.

I.máy nén khí

Năng suất của máy nén khí đợc xác định theo công thức ;

Q=i  d2 s.n v (l/phút) (hdtktthtp)(30)

của ta đảm bảo cung cấp cho hệ thống phanh ôtô Trong thực tế máy nén khí chỉlàm việc trong khoảng 10%-20% thời gian làm việc của ôtô thời gian còn lạinên để máy chạy không tải để tăng tuổi thọ làm việc.

II van phân phối khí

Van phân phối khí dùng để đóng mở hệ thống phanh (cung cấp hoặc ngừngcung cấp khí nén) theo yêu cầu của ngời lái Van phân phối là bộ phận rất quantrọng của truyền động bằng khí, nó đảm bảo độ nhạy của truyền động quá trìnhphanh đợc tốt

Van phân phối có hai loại:

+ Loại màng

+ Loại piston

Trên xe tham khảo là xe ZIN-130 sử dụng loại van piston

1.Sơ đồ nguyên lý làm việc của van phân phối:

6

14

15 16 17

12

13

11 10

26

Hình10: Van phân phối

1: vỏ chắn bụi; 2: thanh đẩy; 3:càng gạt; 4: lò xo cân bằng; 5:ống dẫn

h-ớng; 7: tấm đỡ lò xo; 8: màng đẩy; 9: con đẩy; 10:van không khí; 11:van khí nén; 12: thân van trớc; 13:phớt làm kín; 14:bulông; 15:van thân sau; 17:van khí nén; 18:lò xo hồi vị; 19: màng cao su; 21: van không khí; 22: tấm đỡ lò xo; 23: điã ép; 24: cốc ép màng ; 25:lò xo cân bằng; 26:ống tùy động; 27:càng gạt; 28:ụ tỳ; 29: chốt tựa; 30:vỏ van; 31:chốt hãm.

Nguyên lý làm việc của van nh sau:

Khi không phanh do tác dụng của các lò xo hồi vị và lò xo cân bằng đòn, dẫn

động đẩy tận cùng van 10, van 17 đóng, van 11 và van 21 mở Nh vậy dòng khínén trong khoang của van rơ moóc không thông với khí trời mà thông với van

điều chỉnh phanh ở rơ moóc và thông với bình chứa khí cấp cho phanh rơ moóc.Còn van xe kéo thì khí nén không vào đợc trong khoang van vì van 17 đóng

Nh vậy cơ cấu phanh đều không thực hiện quá trình phanh

Khi đạp phanh thì thông qua hệ thống đòn dẫn động mà thanh 3 dịch chuyểnsang trái khi đó thanh 6 cũng dịch chuyển theo và lò xo cân bằng 4 bị nén thêm

Do áp suất khí nén cao nên màng 8 và piston 9 dịch sang trái làm mở van 10 khi

đó khoang van rơ moóc đợc thông với khí trời qua cửa van 10 và lỗ nhỏ trên đầupiston 9, áp suất trong khoang giảm đi Khi đó van điều chỉnh phanh rơ moóc sẽthực hiện mở van để cấp khí nén (từ bình chứa khí cho phanh rơ moóc) cho bầuphanh và dẫn động cơ cấu phanh rơ moóc thực hiện phanh rơ moóc

Khi áp suất trong khoang van rơ moóc giảm thì áp lực do khí nén tác dụnglên màng phanh cũng giảm, khi đó lò xo cân bằng đẩy thanh 6, đòn 3 về bênphải và áp thanh 27 quay sang phải lúc đó thanh 27 ép đòn 26 đẩy piston dịchsang phải khi đó cửa van 21 đóng lại và cửa van 17 mở ra khí nén từ bình chứaqua cửa van 17 vào khoang van và đến các bầu phanh thực hiện quá trình phanh

xe kéo, đồng thời áp suất trong khoang van xe kéo cao, áp lực tác dụng lên côngtắc đèn báo phanh bật sáng Việc phanh xe kéo đợc thực hiện sau phanh rơ moóckhoảng 3 giây

2 tính toán van phân phối.

Để tính toán van phân phối ta xét sơ đồ tính toán sau:

Cm Qm

Q1

Vm C1

R1 R1' Z1 Z1'

C2 C1

Vx

Z2' R2 Z2 R2

Qx Qx

C1

C1

Qm

Hình 11: Sơ đồ tính toán van phân phối.

Xét các lực tác động vào khâu tùy động (piston) và van khí các van của tổngvan đóng

*Đối với van rơ moóc:

Ta có phơng trình cân bằng của piston van điều khiển rơ moóc :

Qm +Pm(Fm – Fv) + C1.S1 – Cm.Sm +R1=0 (hdtktthtp)

Phơng trình cân bằng đối với van rơmoóc nh sau:

Z’1-R’1=C’1.S’1 +Pm.Fv +(Pb-Pm).Fv (hdtktthtp)

*Đối với xe kéo:

Ta có phơng trình cân bằng của piston nh sau:

Qx –Px (Fx-Fv) +C2.S2 –R2=0 (hdtktthtp)

Phơng trình cân bằng đối với van nh sau:

Z’2+R’2=C’2.S’2+Px.Ft + (Pb-Px)Fx (hdtthtp)

Trong đó :

Qm: lực tác dụng từ khâu m đến piston của van rơmoóc

Pm: áp suất nén ở màng điều khiển của rơmoóc

Fm: diện tích màng của van rơ moóc

Fv: diện tích làm việc của van (xem các van có diện tích làm việc nh nhau)

C1,S1:độ cứng và độ dịch chuyển của lò xo C1

Cm,Sm: độ cứng và độ dịch chuyển của lò xo Cm

R1,R’1: lực tác dụng của van xả rơ moóc

Z1,Z’1: lực tác dụng của van xả rơ moóc

C’1,S’1: độ cứng và độ dịch chuyển của lò xo C’1

Pb: áp suất bình khí nén

Qx: áp suất nén ở màng điều khiển xe kéo

Fx: diện tích màng ở van kéo

C2,S2: độ cứng và độ dịch chuyển của lò xo C2.

R2,R’2: lực tác dụng ở van xả xe kéo

Z2,Z’2: lực tác dụng ở van nạp xe kéo

C’2,S’2: độ cứng và độ dịch chuyển của lò xo C’2

Ta xét điều kiện cân bằng của cơ cấu tùy động (van,màng, lò xo) với giả thiết

bỏ qua lực ma sát, lực lò xo hồi vị vì các lực nằy nhỏ không đáng kể

Mặt khác van phân phối khí đảm bảo cho áp suất không khí trong dẫn động

tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên bàn đạp, để chứng minh điều này ta xét van phânphối đơn sau:

C Q

Fm(P2-P1)

Fv(P3-P2)

P3 P2

Lực bàn đạp tỷ lệ thuận với dịch chuyển của bàn đạp , nghĩa là hiện tợng tùy

động tiến hành theo chuyển dịch

C S

2

.