Nghiên cứu mô hình hoá dẫn động phanh khí nén và nghiên cứu động lực học dẫn động phanh khí nén trên rơ moóc nhiều cầu

TÓM T T Hệ thống phanh khí nén là một thống rất qỐan trọng trên các ôtô ốận tải, nó đảm bảo tính an toàn khi xe chỐyển động trên đường, ốì ốậy khi thiết kế mới hoặc cải tạo hệ thống phan

TÓM T T

Hệ thống phanh khí nén là một thống rất qỐan trọng trên các ôtô ốận tải, nó đảm bảo tính an toàn khi xe chỐyển động trên đường, ốì ốậy khi thiết kế mới hoặc cải tạo hệ thống phanh cần phải tính toán động lực học dẫn động (trỐyền động khí nén) trong hệ thống để nâng cao khả năng phản ứng nhanh ốà tính đồng bộ khi phanh của hệ thống

QỐá trình lưỐ thông của dòng khí trong hệ thống phanh khí nén rất phức tạp, lại phụ thỐộc ốào nhiềỐ yếỐ tố nên cho đến nay, ốẫn chưa có một biểỐ thức toán học nào biểỐ diễn chính xác qỐá trình lưỐ thông của dòng khí trong hệ thống Vì ốậy ốấn đề được đặt ra là cần phải có phương pháp tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén có độ chính xác cao ốà có khả năng ứng dụng ốào thực tế.Đề tài lỐận ốăn đã giải qỐyết được ốấn đề này ốà đạt được một số kết qỐả như saỐ:

- Nghiên c ứỐ phương pháp tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén

d ựa trên phương pháp mô hình hóa ốà áp sỐất tập trung tại điểm nút

- ng d ụng phương pháp tính toán trên để xác định đặc tính lưỐ thông của dòng khí nén trong d ẫn động phanh rơ-moóc nhiều cầu

CấỐ trúc lỐận ốăn gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng qỐan

Chương 2: Cơ sở lý thỐyết

Chương 3:Tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén bằng phương pháp mô

hình hóa

Chương 4: Tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc nhiềỐ

cầỐ

Chương 5: Kết lỐận

ABSTRACT

Air brake system is the most important system on the vehicle transport, it ensures safety of vehicles moving on the road, so when designing or renovating brakes need to calculate the dynamics driven (pneumatic actuator) system to improve the ability to respond quickly and synchronized braking system

The process flow of the gas in the pneumatic brake system is complex, depends on many factors, so far, there is no mathematical expression represented accurately process flow of the gas stream in systems So the problem arises is the need to have dynamic calculation methods pneumatic brake actuator with high accuracy and the applicability of the results Thesis has solved this problem and achieve some results as follows:

- Research calculation methods pneumatic brake actuator dynamics by modeling method and pressure concentrated in nodes

- Applications calculation methods to determine the flow characteristics of the pneumatic in brake actuation trailers

Structure thesis consists of five chapters:

Chapter 1: Overview

Chapter 2: Theoretical basis

Chapter 3: Calculate the pneumatic brake actuator dynamics by modeling method Chapter 4: Calculation of the dynamics of pneumatic brake actuator on the trailer Chapter 5: Conclusion

M C L C

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn ii

Tóm t t iv

Mục lục vi

Danh sách các hình ix

Danh sách các bảng xi

Ch ng 1: Tổng quan 1

1.1Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 1

1.3 Kêt quả nghiên cứu trong va ngoai nươc 1

1.4 Hương nghiên cưu 2

1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 8

1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 8

1.4.3 Hướng nghiên cứu 8

1.5 Giới hạn đề tài 9

Ch ng 2: C sở lý thuy t 10

2.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh khí nén 10

2.1.1 Vài nét về vấn đề an toàn giao thông và sự cần thiết của hệ thống phanh trên ô tô 10

2.1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh khí nén 11

2.1.3 Dẫn động phanh khí nén 13

2.1.4 Các cụm chính của dẫn động phanh khí nén 33

2.2 Cơ sở lý thuyết về mô hình hóa 37

2.2.1 Sự tương đương giữa đại lượng điện và khí nén 37

2.2.2 Phương trình lưu lượng tại điểm nút 39

2.2.3 Phương trình lưu lượng của dòng khí qua lỗ tiết lưu 40

2.2.4 Phương trình lưu lượng đi vào dung tích 43

2.2.5 Khái niệm chung về mạch và dòng 49

2.3 Các phương pháp tính toán 50

2.3.1 Bài toán Cauchy 51

2.3.2 Phương pháp Euler 53

2.3.3 Phương pháp Runge ậ Kutta 54

2.3.4 Sử dụng phần mềm MATLAB 58

Ch ng 3: Tính toán động lực h c dẫn động phanh khí nén bằng ph ng pháp mô hình hóa 60

3.1 Phương pháp mô hình hóa 60

3.1.1 Các giả thiết cơ bản khi sử dụng phương pháp mô hình hóa 60

3.1.2 Phương pháp mô hình hóa 60

3.2 Xác định đặc tính lưu thông khâu D-E có thể tích thay đổi 72

3.2.1 Mục đích việc xác định đặc tính khâu D-E có thể tích thay đổi 72

3.2.2 Đặc tính lưu thông khí nén ở bầu phanh có thể tích thay đổi 72

Ch ng 4: Tính toán động lực h c dẫn động phanh khí nén trên r -moóc nhi u cầu 78

4.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh khí nén trên rơ-moóc 78

4.2 Sơ đồ mạch dẫn động phanh khí nén trên rơ-móoc nhiều cầu điển hình 79

4.3 Mô hình hóa và xây dựng hệ phương trình vi phân cho mạch dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc nhiều cầu 80

4.4 Dùng Matlab để giải hệ phương trình vi phân 83

Ch ng 5: K t lu n 87

5.1 Kết quả nghiên cứu 87

5.2 Hướng phát triển 88

T̀I LỊU THAM KH̉O 89

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T

1 D-E Khâu động lực học gồm một tiết lưu D và một dung tích E

2 ��� V n tốc tới hạn của dòng khí nén, đơn vị (m/s)

3 R Hằng số khí, R = 287,14

4 k Hệ số mũ đoạn nhiệt, k = 1,4

5 T Nhiệt độ tuyệt đối của khí nén, đơn vị oK

6 µ Hệ số lưu lượng

7 � Lưu lượng tức thời của dòng khí nén, � = ����, đơn vị (m3/s)

8 p Áp suất khí nén, đơn vị (Pa)

9 V Thể tích bình chứa, đơn vị (m3)

10 f Diện tích tiết diện lưu thông đường ống, đơn vị (m2)

11 y Hành trình piston, đơn vị (m)

12 C Độ cứng lò xo, đơn vị (N/m)

13 t Thời gian, đơn vị (s)

14 F Diện tích bề mặt piston, đơn vị (m2)

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1:Sơ đồ khối phương pháp mơ hình hĩa

Hình 1.2: Mơ hình hĩa hệ thống phanh khí nén

Hình 1.3: Mơ hình hĩa hệ thống phanh khí nén trên xe KrAZ-6510

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phanh điện ậ khí nén

Hình 1.5:Sơ đồ mơ hình hĩa dẫn động khí nén

Hình 1.6:Sơ đồ hệ thống phanh khí nén

Hình 2.1: Cơ cấu địn xoay

Hình 2.2:Sơ đồ dẫn động phanh xe Kamaz-5320

Hình 2.3: Giản đồ phanh

Hình 2.4: Dẫn động phanh rơ-moĩc một dịng

Hình 2.5: Quá trình nạp và xả khí nén ở bình chứa

Hình 2.6: Dẫn động phanh rơ-moĩc hai dịng

Hình 2.7: Bố trí van tăng tốc trên xe

Hình 2.8:Sơ đồ bố trí van hạn chế áp suất cầu trước

Hình 2.9:Sơ đồ bố trí bộ điều hịa lực phanh

Hình 2.10:Vị trí l p đặt bộ điều hồ lực phanh trên xe Kamaz

Hình 2.11: Van hiệu chỉnh m c nối tiếp

Hình 2.12: Van hiệu chỉnh

Hình 2.13: Van hiệu chỉnh m c song song

Hình 2.14: Các phương án bố trí bộ điều hịa lực phanh và van tăng tốc

Hình 2.15: Van tổng phanh

Hình 2.16: Bầu phanh

Hình 2.17: Liên kết giữa bầu phanh và cơ cấu phanh

Hình 2.18: Van tăng tốc trên xe đầu kéo rơ mooc terberg

Hình 2.19:sơ đồ bố trí van bảo vệ

Hình 2.20.Tiết lưu và kí hiệu

Hình 2.21: Mô hình hóa bầu phanh

Hình 2.22: Mô hình tính toán bầu phanh

Hình 2.23: Đặc tính lưu thông khâu D-E

Hình 3.1: Mạch dẫn động phanh chính

Hình 3.2: Mô hình hóa hệ thống dẫn động phanh khí nén

Hình 3.3: Mô hình hóa một đoạn ống dẫn

Hình 3.4: Đồ thị hệ số lưu lượng μ ứng với đường kính trong của đường ống

Hình 3.5: Mô hình hóa van tổng phanh

Hình 3.6: Van tăng tốc

Hình 3.7: Sơ đồ hai khâu D-E m c nối tiếp

Hình 3.8: Sơ đồ hai khâu D-E m c song song

Hình 3.9: Sơ đồ hai khâu D-E m c hỗn hợp

Hình 3.10: Sơ đồ mô hình hóa bầu phanh

Hình 3.11: Mô hình hóa bầu phanh

Hình 3.12: Thu t toán giải phương trình vi phân

Hình 3.13: Đặc tính áp suất ở bầu phanh trường hợp thể tích không đổi và thay đổi

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống phanh đầu kéo ậ rơ-moóc

Hình 4.2: Hệ thống phanh rơ-moóc nhiều cầu

Hình 4.3:Sơ đồ mô hình hóa mạch dẫn động phanh khí nén ba cầu

Hình 4.4: Thu t toán giải hệ phương trình vi phân

Hình 4.5: Đặc tính động lực học hệ thống phanh rơ-moóc ba cầu

Hình 4.6: Đặc tính động lực học khi phanh rơ-moóc

DANH SÁCH CÁC B ̉NG

B ảng 2.1: Sự tương đương giữa điện và khí nén

B ảng 3.1: Các sơ đồ mạch dẫn động khí nén và các biểu thức toán học

CH NG 1

T NG QUAN

1.1 Lý do thực hiện và tầm quan tr ng của đ tài:

Ngày nay với sự phát triển không ngừng c a nền kinh tế xã hội, ngành công nghiệpăôătôăcũngăkhôngăphải là ngo i lệ.Kể từ khi raăđ iăđến nay chiếcăôătôăđóngăvaiătrò quan trọng và cần thiếtătrongăđ i sống xã hội.Nó t o nên một m ngălưới rộng lớn

về v n chuyểnăngư i và hàng hóa trên toàn thế giới.ăĐặc biệt Việt Nam hiện nay,

do nhu cầu v n chuyển hàng hóa ngày càng nhiều bằng các lo i xe tải cỡ lớn và xe đầuăkéoărơ-moóc vì v y việc trang bị, bổ sung những tài liệu kỹ thu t về các lo i xe trên là rất cần thiết, góp phần sử dụngăvàăkhaiăthácăphươngătiệnăđ t hiệu quả tốt nhất

Hiệnănayăđaăsố các tài liệuădùngăchoăcácăngànhăcơăkhíăôătô còn ít, nếu có thư ng là những tài liệuăhướng d n sử dụng hay lý thuyết chung, rất ít các tài liệu

về kết cấu xe cụ thể.ăĐặc biệt là các tài liệu riêng về hệ moóc hầuănhưălàăchưaăcó,ăviệc này sẽ gâyăkhóăkhĕnătrongăviệc cải t o hoặc thiết kế mới hệ thống phanh trên xe rơ-móoc Việc bổ sung những tài liệu chuyên ngành về ôătôăcũngărất cần thiết, giúp hoàn chỉnh hệ thống lý thuyếtăchoăngư i nghiên c u

thốngăphanhătrênăxeăkéoărơ-Vì hai nhu cầu trên tôi quyếtăđịnh chọn đề tài:ă“Nghiênăc u mô hình hóa d n động phanh khí nén và nghiên c uăđộng lực học d năđộng phanh khí nén trên rơ-móoc nhiều cầu”.ăVớiăđề tài này tôi hy vọng có thể đápă ngăđược phần nào những nhu cầu nói trên

1.2 M c tiêu của đ tài:

Với yêu cầu nội dung c aăđề tài, mục tiêu cần đ tăđượcăsauăkhiăhoànăthànhăđề tài nhưăsau:

 Nắmăđược cơă s lý thuyết về hệ thống phanh khí nén, hiểuăđược cấu t o, nguyên lý ho tăđộng các chi tiết, bộ ph n trong hệ thống phanh khí nén

 Mô hình hóa các chi tiết, bộ ph n trong hệ thốngăphanhăkhíănénăđể phục vụ cho việcătínhătoánăđộng lực học hệ thống phanh khí nén

 Đưaă raă phươngă phápă tínhă toánă động lực học d nă động phanh khí nén trên quanăđiểm mô hình hóa

 Tínhătoánăđộng lực học d năđộng phanh khí nén trên rơ-mooc nhiều cầu

 Từ đóăxácăđịnhăđược vị trí bố trí các chi tiết, bộ ph n trong hệ thống phanh

rơ-móocăđể đ tăđược hiệu quả phanh tốt nhất

1.3 Kêt quả nghiên cứu trong va ngoai n c:

Hệ thống phanh khí nén là một hệ thống rất ph c t p, do bản chất các hiện tượng v t lý xảy ra trong hệ thống ph c t p l i phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhauănhưăkíchăthướcăđư ng ống, chấtălượngălưuăthôngăc a dòng khí, m tăđộ và áp

suất c aădòngăkhí…và cho tới nay v năchưaăcóăđược những biểu th c toán họcăđể

biểu diễnăchínhăxácăquáătrìnhălưu thông c a dòng không khí trong hệ thống

Doăđóăviệcătínhătoánăđộng lực học hệ thống phanh khí nén phải dựa trên kết

quả c a các nghiên c uăcơăbản về hệ thống khí nén nói chung Có rất nhiều nhà khoa họcăđãăthực hiện quá trình nghiên c uăcơăbản về hệ thốngăkhíănénăvàăđãăcóă

những thành tựuă đángă lưuă ýă như: Metlyuk N.F, Gertz E.V, Idelchyk I.E,PogorelovV.I, VytkovG.A, GlickmanB.F, RyzhykhL.O,

ShypilinA.VHohrichianyG.V,BartoszP.R,BelenkyyY.B,TurenkoA.M,V.ABogomolov,KazarinovV.M,A.VDolberhV.IKurbatov,ZhestkovV.V,ZhestkovV.A,LitkeP.E, Zelkin GG, Altshul A.D,Holzunov A.G…ă Trongă đóă haiă nhàă khoaă học Metlyuk N.F

và Gertz E.V đãăđưaăraăphươngăphápătínhătoánăđộng lực học hệ thống khí nén bằng cách mô hình hóa các chi tiết bộ ph n trong hệ thống khí nén, cụ thể nhưăsau:

- Sử dụngă phươngă phápă môă hìnhă hóaă để chuyển các cụmă van,ă cácă đư ng ống thành một d ngăsơăđồ khốiătươngăđươngăbaoăgồm một thể tích và một cản tr

t p trung hay còn gọi là tiết lưỐ hoặc lỗ tiết lưỐ(hình 1.1)

Hình 1.1: Sơ đồ khối phương pháp mô hình hóa

- Sử dụng lý thuyết m chăđiệnăđể nghiên c u, tính toán cho các m ch d năđộng

khíă nén,ă phươngă phápă nàyă dựaă trênă cơă s “Hai hệ thống vật lý được coi là tương đương nhau khi chúng là hai khái niệm vật lý được biểu diễn bằng cùng m ột hệ phương trình vi phân”

Ta có thể nh n ra rằngăcácăđ iălượng v t lý trong hệ thốngăđiện và hệ thống khí nén có sự tươngăđươngăvới nhau, cụ thể:

 Khốiălượng khí nén tươngăđươngăvớiăđiện tích ;

 Áp suất khí nén tươngăđươngăvớiăđiện áp ;

 Lưuă lượng khốiă lượng khí nén t i một th iă điểm t c th i tươngăđươngăvới cư ngăđộ dòngăđiện = ;

 Thể tích � bình ch aătươngăđươngăvớiăđiện dung tụ điện ;

 Cản tr lưuăthôngăc aădòngăkhíătươngăđươngăvớiă điện tr c a m ch

điện

V y hệ thốngăđiện và hệ thống khí nén là hai hệ thống v tălýătươngăđương,ădoăđóăcóăthể sử dụngăcácăđịnh lu t trong m chăđiệnăđể xây dựngăphươngătrìnhăviăphân cho m ch khí nén đâyăcácănhàăkhoaăhọcăđãăsử dụngăđịnh lu t Kiếc sốp I còn gọiălàăđịnh lu tăđiểm nút c a m chăđiện, trong m ch khí nén định lu tănàyăđược phát biểu nhưăsau:

“Tổng đại số các lưu lượng tức thời của dòng khí tại điểm nút thì bằng không”

Từ phươngătrìnhăviăphână1.1,ăcácănhàăkhoaăhọc có thể tínhăđược th i gian truyềnănĕngălượng khí nén trong hệ thốngăđư ng ống

Về sau, các nhà khoa họcăkhácăđãăsử dụng các kết quả nghiên c uăcơăbản trênăđể nghiên c u,ătínhătoánăđộng lực học các m ch d năđộng phanh rấtăđaăd ng trênăôătô.Sauăđâyălàămột vài kết quả nghiên c u tiêu biểu

1 Alexander Kramskoy, “Improvement of calculation and dynamics air brake

on ốehicles”Kharkiv State road - Transport University, 2006

Đề tài gồm bốn phần:

- Phần th nhất tác giả trìnhăbàyăcácăxuăhướng chính c a hệ thống phanh khí nén

- Phần th hai: trình bày các giả thiếtăcơăbảnăkhiămôăhìnhăhóaăđộng lực học d n động phanh khí nén

- Phần th ba:ămôăhìnhăhóaăđộng lực học d năđộng phanh khí nén

trênăxeăКrAZ-6510 (hình 1.2)

- Phần th tư:ă sử dụng phần mềmă Matlabă để tínhă toánă động lực học d nă động phanhăkhíănén,ăsauăđóăđưaăra kết lu n

Hình 1.2 : Mô hình hóa hệ thống phanh khí nén

2 A.L Bondarenko, “The mathematical models of pneumatic brake drive of car of КrAZ-6510”Ukraina ậ 2008

r к11

T11 V T11 Y

r T11

V 10 Y10

r T12

YT12 T12 V

V T10 YT10

к12 V

к12 P

к32

Y r

4

Н К r

P к21

P к31

к31

V

T21

V T21

đề tài này tác giả tínhătoánăđộng lực học d năđộng phanh khí nén trên xe КrAZ-6510 có tínhăđến hệ thống chống hãm c ng khi phanh (ABS) (hình 1.3)

- Tác giả đãănghiênăc u lý thuyết mô hình hóa c a Hertza E.V và Metlyuk N.F

- Môăhìnhăhóaăđộng lực học d năđộngăphanhăkhíănénătrênăxeăКrAZ-6510

- Tínhătoánăđộng lực học d năđộng phanh khí nén trên xe КrAZ-6510ă(cóătínhăđến ABS)ătheoăphươngăphápăHertzaăE.VăvàăMetlyukăN.F

- Phân tích, nh n xét kết quả đ tăđược

Hình 1.3: Mô hình hóa h ệ thống phanh khí nén trên xe КрАЗ-6510

3 S.I Poseur, GS.TS L.O Red, GS.TS A.N Krasyuk, Mathematical modelof electronic circuit-pneumatic brakeactuators with

proportional modulators, Moscow,ăthángă4ănĕmă2009

đề tài này các tác giả đưaăraă môă hìnhătínhătoánăđộng lực học d năđộng phanhăđiện ậ khíănén,ăquaăđóăđánhăgiáăđược hiệu suất, chấtălượng c a modul tỷ lệ (trong phần d năđộngăđiện)

Hình 1.4 : Sơđồ hệ thống phanh điện – khí nén.

2 Mạch ối điều khiển

3 Modul tỉ lệ (bộ điều biến)

Từ mô hình trên các tác giả đãăxâyădựngămôăhìnhătínhătoán,ăxácăđịnhăđược biểuăđồ thayăđổi áp suất theo th i gian, từ đóăđánhăgiáăđược hiệu suất, chấtălượng

c a Modul tỉ lệ

4 Zbigniew Kulesza, Franciszek Siemieniako, Modeling the air brake system equipped with the brake and relay valves,Bialystok University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Department of Automatics

and Robotics, Balan, 2010

đề tài này các tác giả trình bày mô hình toán học c a hệ thống phanh khí nén với hai lo iăvanăthư ng gặpăđóălà:ăvanăphanhăképăvàăvanărelay

Hình 1.5 làămôăhìnhăđặcătrưngăc a hầu hết các xe tải nặng, các tác giả đãăsử

dụngăphươngăphápămôăhìnhăhóaăđể tínhătoánăđộng lực học d năđộng phanh khí nén trong mô hình này

Tác giả đãăxâyădựngăphươngătrình,ăhệ phươngătrìnhăviăphânăc a áp suất trong

hệ thống, dùng phần mềmăMatlabăđể xây dựng thu t toán kết hợp với các thông số

c aămôăhìnhăđể xácăđịnh thể tích c a bầuăphanh,ăđư ng kính bầuăphanh,ăđộ c ng lò xo…Đề tàiănàyăđược dùng trong việc thiết kế mới hệ thống phanh xe tải nặng, xe đầuăkéo…

1.4 H ng nghiên c u

1.4.1 Nhiệm v nghiên cứu

 Nghiên c u các cơăs lý thuyết về hệ thống phanh khí nén

 Nghiên c uăphươngăphápămôăhìnhăhóaăd năđộng phanh khí nén

 Kết hợp kiến th c lý thuyết về hệ thống phanh khí nén và kiến th c về mô hình hóa để đưaăraăphươngăphápătínhătoánăđộng lực học d năđộng phanh khí nén trên rơ-móoc nhiều cầu

1.4.2 Đối t ng nghiên cứu

 Lý thuyết về hệ thống phanh khí nén trên ô tô

 Cácăđịnh lu t về khí nén

 Động lực học d năđộng phanh khí nén

 Lý thuyết về mô hình hóa d năđộng phanh khí nén

1.4.3 H ớng nghiên cứu

1.4.3.1 Nghiên cứu lý thuy t v hệ thống phanh khí nén

 Nghiên c u tổng quan về hệ thống phanh khí nén

 Tìm hiểu cấu t o và nguyên lý ho tăđộng c a các bộ ph n

 Nghiên c uăđộng lực học d năđộng phanh khí nén

1.4.3.2 Nghiên cứu ph ng pháp mô hình hóa dẫn động phanh khí nén

 Các giả thiếtăđể áp dụngăphươngăphápămôăhìnhăhóa

 Mô hình hóa d năđộng phanh khí nén

 Mô hình tính toán trong hệ thống phanh khí nén

1.4.3.3 Nghiên cứu ph ng pháp tính toán động lực h c dẫn động phanh khí nén trên r -móoc nhi u c ầu

 Nghiên c u các mô hình tính toán dựaătrênăphươngăphápămôăhìnhăhóa

 ng dụngăphươngăphápămôăhìnhăhóaăđể tínhătoánăđộng lực học một hệ thống phanhăkhíănénătrênărơ-moóc nhằm mụcăđíchănângăcaoăhiệu quả phanh và tính đồng bộ khi phanh c a hệ thống

1.5 Giới hạn đ tài:

Đề tài t p trung vào việcăđưaăraăphươngăphápătínhătoánăđộng lực học d n

động phanh khí nén.“Động lực học dẫn động phanh” đâyă làă động lực học

truyềnăđộng khí nén bên trong hệ thống phanh, vì v y trong ph n vi lu năvĕn,ă

chỉ tính toán những phầnăliênăquanăđến truyềnăđộng khí nén bên trong hệ thống, khôngătínhătoánăđộng lực học khi phanh ô tô

Đề tài mang tính chất lý thuyết, chỉ đề suấtăphươngăphápătínhătoánăđộng

lực học d năđộngăphanhăkhíănénăđóălàăphươngăphápămôăhìnhăhóaăvàăápăsuất t p trung t iăđiểm nút, do kinh phí còn h n hẹpănênăchưaăxâyădựngăđược mô hình

Càngăngày,ălượng xe ho t độngătrênăđư ng càng nhiều,ăđể tĕngălưuălượng vàătĕngănĕngăsuất v n chuyển, v n tốc trung bình c aăxeăngàyăcàngăđược nâng cao Khi sự tĕngă trư ng số lượng và tốcă độ lưuă thôngă c a ô tô trên các lo i

đư ng có công dụng chung nhảy vọt, thì vấnăđề an toàn chuyểnăđộngăcàngăđược quanătâmăhơnălúcănàoăhết, nhằm giảm tốiăđaăcácăvụ tai n n giao thông xảy ra trên

thống phanh luôn tr ng thái làm việc tốt nhất là rất quan trọng

Cácănước phát triển trên thế giớiăđều đãăcóănhững tiêu chuẩn nghiêm ngặt

về hệ thống phanh nhằmăđảm bảoăanătoànăchoăxeăkhiălưuăthôngătrênăđư ng và nó

sẽ càng khắtăkheăhơnătrongătươngălaiăkhiămàătốcăđộ chuyểnăđộng và m tăđộ ô tô

trênăđư ngăngàyăcàngăcao.ăTrênăcơăs các tiêu chuẩn về an toàn chuyểnăđộng,

một hệ thống phanh ô tô ngày nay phải thỏa mãn những yêu cầu sau

2.1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh khí nén:

Xuất phát từ những tiêu chuẩn quốc gia về an toàn chuyểnă động c a các phươngătiện giao thông và phổ biếnăhơnăcả làăquyăđịnh No-13 EU 00N c a hội đồng kinh tế châu Âu, tiêu chuẩn F18-1969 c a ThụyăĐiển, tiêu chuẩn FM VSS-121 c a

Mỹ,ă ngư iă taă đãă đưaă raă những yêu cầu quan trọng nhất về chấtă lượng hệ thống phanhăđối với hệ thống phanh thuộc thế hệ các xe hiệnăđ iămàăquaăđóămột hệ thống phanh ô tô phải đ tăđược:

- Quãngăđư ng phanh ngắn nhấtăkhiăphanhăđột ngột

- Phanh êm dịu trong mọiătrư ng hợp, bảoăđảm sự ổnăđịnh khi phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng

- Th i gian ch m tác dụng (còn gọi là th i gian phản ng) nhỏ

- Cơăcấu phanh thoát nhiệt tốt

- Phân bố mô men phanh các bánh xe phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọngălượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặtăđư ng bấtăkìăcư ngăđộ phanh nào (sử dụngă điều chỉnh tự động lực phanh theo tải, sử dụng thiết bị chống hãm c ng bánh xe)

- Cóăđộ tin c y cao (sử dụng d năđộng phanh nhiều m chăđộc l p,ănângăcaoăđộ

bền các chi tiết trong hệ thống phanh)

- Có hệ thống tự kiểm tra, chẩnăđoánăcácăhưăhỏng một cách kịp th i

Cũngătừ những tiêu chuẩnătrên,ăcácăphươngătiện v n tải ô tô cần phảiăđược trang bị các hệ thống phanh bao gồm:

- Hệ thống phanh công tác (hoặcăphanhăchínhăvàăthư ng gọi là phanh chân), có tác dụng trên tất cả các bánh xe

- Hệ thống phanh dự phòng

- Hệ thống phanh dừng và hệ thống phanh phụ trợ (phanh ch m dần)

- Điểmăđặc biệt về anătoànăđối với hệ thống phanh khí nén là d năđộng phanh phải cóăkhôngădưới hai m chăđộc l p, ví dụ một m ch d năđộng cho cầuătrước, một

m ch d năđộng cho cầu sau và một m ch cho d năđộng phanh dừng…để khi có hưăhỏng một m chănàoăđó,ăm ch còn l i v năđảm bảo phanh ô tô với hiệu quả phanh không thấpăhơnă30%ăsoăvới khi hệ thống phanh còn nguyên vẹn Theo tiêu chuẩn c a ThụyăĐiển thì giá trị này là 50%

- Đối với hệ thống phanh khí nén, phanh công tác cần có dung tích bình ch a tới

m căđ có thể phanh có hiệu quả 5 lần liên tiếp khi nguồnănĕngălượng (máy nén khí) không làm việc Mỗi m ch d năđộng cần có các bình ch a riêng biệt khi nguồnănĕngălượng là chung c a toàn hệ thống.ăTrongătrư ng hợp một m ch d n độngănàoăđóăbị hỏng, nguồnănĕngălượngchung v n tiếp tục cung cấpănĕng lượng cho các m ch khác còn tốt

- Hệ thống phanh dự phòng cần phảiăđảm bảo dừngăđượcăôătôătrongătrư ng hợp hệ

thống phanh chính bị hưăhỏng Có thể bố trí hệ thống phanh dự phòng riêng biệt,

nếu không thì hệ thống phanh chính hoặc phanh dừng phải thực hiện ch cănĕngănày và v năđược coi là hệ thống phanh dự phòng

- Hệ thống phanh dừng phải dừngăvàăđỗ được xe trên dốc D năđộng phanh dừng

có thể sử dụng bất kỳ d ngănĕngălượngănào,ănhưngăbộ ph n t o ra mô men phanh

để giữ xeăđ ng yên phải là mộtăcơăcấu ho tăđộng thuần túy bằngăphươngăphápăcơăkhíăvàăkhôngăphụ thuộc vào hệ thống phanh chính

- Hệ thống phanh ch m dần (phanh phụ trợ)ăđảm bảo duy trì cho ô tô chuyểnăđộng

một tốcăđộ ổnăđịnh,ăđiều chỉnh tốcăđộ ô tô mộtăcáchăđộc l p hoặcăđồng th i cùng với hệ thống phanh chính nhằm mụcăđíchăgiảm tải cho phanh chính

- Khi làm việc vớiărơ-moóc, ô tô kéo cần phải có thiết bị bảo vệ chống tụt áp suất khí nén (hoặc th y lực)ăđể đề phòngătrư ng hợpăđư ng ống nối giữa ô tô kéo và rơ-moóc bị phá h y

- Trư ng hợpăxeăđangăchuyểnăđộng mà bị đ t moóc kéo, yêu cầu hệ thống phanh chính c aărơ-moóc phải tự động dừngăđược rơ-moóc với hiệu quả không thấp hơnăquyăđịnhăđối vớiăxeăđoànătươngă ng

- Trênărơ-moócăcũngăcần trang bị cơăcấu phanh dừngăđể hãmărơ-móc khi nó tách

ra khỏiăđầu kéo

- Sự mài mòn c a má phanh cầnăđược bù l i bằng hệ thốngăđiều chỉnh bằng tay

hoặc tự động Theo tiêu chuẩn ThụyăĐiển, mài mòn má phanh cầnăđược bù l i

bằng hệ thốngăđiều chỉnh tự động hay phải có bộ ph n tín hiệuăđể cảnh báo về

việcătĕngăkheăh giữa má phanh và tang phanh

- Trong mỗi m ch d năđộng phanh cần phải có các bộ ph n giao tiếp với thiết bị

kiểmătra,ăđể kiểm tra và thông báo tình tr ng kỹ thu t c a d năđộng phanh trong quá trình sử dụng

Doăđặcăđiểm và yêu cầu ngày càng khắc khe c a hệ thống phanh nên việc tínhătoánăđộng lực học d năđộng hệ thốngăphanhălàăđiều cần thiết nhằmăđảm bảoăđộ

an toàn, tin c yăchoăngư i,ăphươngătiệnăvàăhàngăhóaăkhiălưuăthôngătrênăđư ng

2.1.3 Dẫn động phanh khí nén:

a Đặc điểm dẫn động phanh khí nén trên xe v n tải:

D năđộng phanh khí nénăthư ngăđược sử dụng trên các xe v n tải, xe khách vàărơ-moóc Phanh khí sử dụngănĕngălượng c aăkhíănénăđể tiến hành phanh, ngư i lái không cần mất nhiều lựcăđể điều khiển phanh mà chỉ cần thắng lực lò xo van phân phốiăđể điều khiển việc cung cấp khí nén hoặc làm thoát khí các bộ ph n làm việc lo i d năđộng phanh này có nhữngăưuăđiểm sau:

u điểm:

- Mômen phanh l ớn, áp suấtăđặt t i bầu phanh lớn kết hợp vớiăcơăcấuăđònăbẩy t o

ra mômen phanh lớn t i bánh xe

Hình 2.1: Cơ cấu địn xoay

Hình 2.1 thể hiệnăcơăcấu chấp hành c a hệ thống phanh khí nén, bầu phanhăthư ng nằm trên trục gần bánh xe, áp suất khí nén (7-8ăbar)ăđượcăđưaăvào bầu phanh thơng qua lỗ n p, khí nén tác dụng lên màng và truyền qua thanhăđẩy,ăthanhăđẩy nối vớiăđịnăxoayănh đaiăốc, quá trình này biến chuyển động thẳng c aă thanhă đẩy từ bầu phanh thành chuyểnă động quay c a trục phanh và cam ậ S Nh kết cấu trên mà mơmen phanh tác dụng lên bánh xe được khuếchăđ i lên rất nhiều

- Điều khiển phanh nhẹ nhàng, ngư i lái chỉ cầnăđiều khiểnăbànăđ păđĩngăm van

tổng phanh t o tín hiệuăđiều khiển dịng cấp khí nén cho các bầu phanh bánh xe;

- Làm vi ệc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi cĩ rị rỉ nhỏ, hệ thống v n cĩ thể

làm việcăđược, tuy hiệu quả phanh giảm);

- Cĩ th ể trích nguồn khí nén của hệ thống phanh để sử dụngcho các hệ thống khác như: Hệ thống treo khí nén ,trợ lực m ly hợp ,đĩngăm cửa xe…

Tuy nhiên hệ thống phanh khí nén v n cịn tồn t i một số nhượcăđiểm sau:

Nh c điểm:

- K ết cấu phức tạp số lượng các cụm khá nhiều, kích thước và trọng lượng của

chúng khá lớn, giá thành cao

Hình 2.2: Sơ đồ dẫn động phanh xe KaMAZ-5320.

Hìnhă2.2ălàăsơăđồ d năđộng hệ thống phanh xe KaMAZ-5320.Đâyălà

một hệ thống phanh hồn chỉnh bao gồm rất nhiều cụm chi tiết,ăthêmăvàoăđĩ,ă

kết cấu c a các cụm chi tiếtătươngăđối lớn,ădoăđĩăchiếm rất nhiều diện tích trênăxe,ăgâyăkhĩăkhĕnătrongăviệc bố trí, lắpăđặt

- Th ời gian chậm tác dụng (thời gian tăng gia tốc phanh) lớn,làmătĕngăđángăkể

quãngă đư ng phanh và th i gian phanh (do khơng khí bị nén khi chịu lực) Nhượcăđiểmănàyăđược lý giải một cách rõ ràng thơng qua giảnăđồ phanh thực tế (đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa th i gian phanh và gia tốc phanh ) Giản

đồ phanh thực tế được cho hình 2.3

Hình 2.3: Giản đồ phanh

Trên giản đồ, gốc tọa độ được coi là thời điểm người lái bắt đầu phát hiện ra chướng ngại vật Thời gian chuẩn bị phanh và thời gian phanh được phân thành các giai đoạn sau:

1– Thời gian phản xạ của người lái,thông thường 1= (0,31,8)s

2– Thời gian dùng để khắc phục hành trình tự do trong hệ thống phanh 2= (0,20,4)s

3–Thời gian tăng gia tốc phanh, thời gian 3 của dẫn động phanh khí nén bằng (0,5 0,75)s

4– Thời gian phanh với gia tốc cực đại =

5– Thời gian nhả phanh sau khi xe dừng: 5= (0,10,5)s

Như vậy thời gian phanh tổng cộng, kể từ lúc phát hiện ra chướng ngại vật đến khi xe dừng hẳn được tính theo biểu thức sau:

= 1+ 2 + 3 + 4

Từ đồ thị ta thấy, 3 chính là th i gian ch m tác dụng (th iăgianătĕngăgiaătốc phanh), th i gian này phụ thuộcăvàoăđặcăđiểm kết cấu c a hệ thống d năđộng phanh, cách bố trí và các thông số hình học c a hệ thống Do tính chất c a khí nén, th i gian 3 c a d năđộngăphanhăkhíănénăthư ng lớnăhơnănhiều so với d năđộng phanh

bằng th y lực Cụ thể, với cùng một thể tích bầu phanh, nếu sử dụng d nă động phanh th y lực thì 3 = 0,1 − 0,3 , nếu sử dụng d nă động phanh khí nén thì

3 = 0,5 − 0,75 Ta thấy rằng th i gian ch m tác dụng c a d năđộng phanh khí nén gầnănhưăgấp 5 lần so với d năđộng phanh th y lực Th i gian này là nguyên nhân chính làm cho th i gian tổng cộngăkhiăphanhătĕngălên vàăquãngăđư ng phanh dàiăhơn Khắc phục th i gian này là một trong những nhiệm vụ hàng đầu khi nghiên

c u tính toán hệ thống phanh khí nén

Th i gian chuyển từ tr ng thái phanh sang tr ng thái không phanh (th i gian

nhả phanh) 5 cũngălàămộtăđ iălượngăđángălưuăý.ăTh i gian này thể hiện khả nĕngă

tr l i tr ng thái chuyểnăđộng sau khi phanh Nếu th i gian này quá dài thì th i gian

để ô tô tr l i tr ng thái chuyểnăđộngălâuăhơn,ămất an toàn cho ô tô

Tóm l i, khi tính toán d năđộng phanh khí nén, ta quan tâmăđến việc h n chế

th iăgianătĕngăgiaătốc phanh 3 và th i gian nhả phanh 5 Việc bố trí các chi tiết, các cụm van một cách hợp lý là một trong nhữngăphươngăánăđể giảm các khoảng

th i gian trên Vì v y, cần phảiăcóăphươngăphápătínhătoánăđể đưaăraăphương án bố trí

tốiăưuălàmăgiảm th i gian ch m tác dụngăcũngănhưăth i gian nhả phanhăđến m c

thấp nhất

b Đặc điểm dẫn động phanh khí nén trên r -moóc:

- Đặcăđiểm cấu t o chung c a tất cả cácărơ-moóc là rất dài nước ta, để v n chuyển hàng hóa,ăthôngăthư ngăngư i ta sử dụngăsơmiăậ rơ-moóc.Một sơmiăậ rơ-moóc tiêu chuẩn có chiều dài 20 feet (hoặcă 40ă feet)ă tươngă đươngă với 6m (hoặcă12m),ădoăđóăchiềuădàiăcơăs rất lớn,ăđể bố trí d năđộngăphanhăchoărơ-moóc

buộc phải sử dụng các ống d n dài, d năđến th i gian ch m tác dụng khi phanh xeăkéoăvàărơ-moóc khác nhau, cụ thể là th i gian truyền khí nén từ đầu kéo ra rơ-moóc sẽ lớnăhơnărất nhiều so với th i gian truyền khí nén tớiăcácăbánhăxeăđầu kéo, vì v y, t o ra sự khôngăđồng bộ khi phanh giữaăđầuăkéoăvàărơ-moóc

- Thôngăthư ng,ăđể thu n tiện cho việc chuyên ch hàng hóa, một xe kéo có thể

kết nốiăđược với nhiềuărơ-moóc khác nhau, vì v y hệ thốngăphanhăđầu kéo và hệ

thốngăphanhărơ-moóc là hai hệ thốngăphanhăđộc l p Liên kết giữa hai hệ thống này là cácăđư ng ống d n khí nén, có thể sử dụng mộtăđư ng ống (liên kết một dòng) hoặcăhaiăđư ng ống (liên kết hai dòng)

- Trướcăđây,ă cácărơ-moócăđ iăcũăthư ng sử dụng hệ thống phanh một dòng

hệ thống phanh này sử dụng mộtăđư ng ống d n khí nén vừaăđể cung cấp khí nén cho rơ-moóc vừaădùngăđể điều khiểnăphanhărơ-moóc

 Khi không phanh, khí nén sẽ điăquaăđư ng van tổng phanh 1,đầu nối

2, van một chiều 3 n p vào bình ch a 5 và khoang B c a van phân

phối 4, đồng th i khí nén sẽ điăquaăvanătổngăphanhă1,ăđầu nối 2 và

2

3

4 1

5

6 A

B

n p vào khoang A c a van phân phối 4 khiăđóăápăsuất trong khoang

A và B c a van phân phối 4 bằng nhau và bằng áp suất bình ch a

 Khi nhả phanh, áp suấtăkhíănénătrênăđư ng ống d nătĕngălên n p vào khoang A c a van phân phối 4 dẩyăpistonăđiăxuống, thực hiện quá trình

nhả phanh,ăđồng th i khí nén qua van một chiều 3 và tiếp tục n p vào bình ch a 5

Đâyălàăhệ thốngăphanhărơ-moóc kiểuăcũ,ăvìăv y nó còn tồn t i những nhược điểmănhưăsau:

 Nếu phanh liên tục thì áp suất c a bình ch aăphíaărơ-moóc (5) sẽ bị

giảm, vì v y hiệu quả những lần phanh sau sẽ giảmăhơnăsoăvới lần trước

 Quáătrìnhăđiều khiểnălàăquáătrìnhătácăđộngăngược, tuy nhiên th i gian

để n p khí nén vào bình ch a từ áp suất → nhanhăhơnăth i gian xả khí nén từ →

→ thì 2 > 1 từ 1,2 ÷ 1,4 lần Vì v y t o ra sự khôngăđồng

bộ khi phanh giữaăxeăkéoăvàărơ-moóc

Để khắc phục tình tr ngăkhôngăđồng bộ này,ăngư iătaăthư ng giảm áp suất bình ch aătrênărơ-moóc Thí dụ, nếu áp suất bình ch a xe kéo

là (7,2 ÷ 7,5) 105 bar thì áp suất bình ch aă trênă rơ-moóc là (5 ÷ 5,5) 105 bar Tuy nhiên, khi giảm áp suất bình ch a thì ta cần tĕngăthêmăkíchăthước bầuăphanhăđể đảm bảo lựcăphanhăkhôngăthayăđổi làm cho bầu phanh rơ-moócătoăhơn,ăcồng kềnh, khó bố trí

- Khắc phục nhữngănhượcăđiểm trên, ngày nay,ăcácărơ-moócăđ i mớiăđềuăđược trang bị hệ thống phanh khí nén hai dòng hệ thống phanh này, kết nối giữa hệ

thốngăphanhăđầuăkéoăvàărơ-moócălàăhaiăđư ng ống d n khí nén Mộtăđư ng ống dùngăđể n p khí nén cho bình ch a rơ-moóc, mộtăđư ng ốngădùngăđể điều khiểnăphanhărơ-moóc

Hình 2.6: D ẫn động phanh rơ-moóc hai dòng

1-Bàn đạp phanh; 2-Van tổng phanh; 3-Đường điều khiển; 4-Đầu nối; 5-Van phân

Hình 2.6 làăsơăđồ d năđộng hệ thốngăphanhărơ-moóc hai dòng.Hệ thống nàyăđãăkhắc phụcăđượcănhượcăđiểm c a hệ thốngăphanhărơ-moóc mộtădòngăđóă

là khi phanh liên tục, áp suất trong bình ch a 6 sẽ không bị giảm

 Khi không phanh: khí nén từ nguồnăquaăđư ng ống d n 9, quaăđầu nối

tới van phân phối 5 và n p vào bình ch a 6 hệ thống phanh này, khí nénăđược n p liên tục vào bình ch aă6ăđể đảm bảo áp suất bên trong bình ch aă6ăluônăđ t giá trị

 Khi phanh: ngư iă láiă tácă độngă vàoă bànă đ p phanh 1, m van tổng phanh 2 cho khí nén từ nguồnăquaăđư ng ống d n 3, qua đầu nối 4 vào van phân phốiă5,ăkhíănénătácăđộng làm m van phân phối 5 cho khí nén

từ bình ch a 6 qua van phân phối vào các bầu phanh 7,8 và thực hiện quá trình phanh

th iăđiểm chuyển giao sử dụng hệ thống phanhărơ-moóc một dòng sang

hệ thốngăphanhărơ-moóc hai dòng, một số đầu kéo trang bị baăđư ng ống d n raărơ-moócă(thôngăthư ngăngư i ta gọiălàăbaădòng),ăđể tươngăthíchăvới cả hai

lo i d nă độngă phanhă raă rơ-moóc (một dòng và hai dòng) Mộtă đư ng ống dùngăđể kết nối vớiăcácărơ-moóc đ iăcũăđược trang bị hệ thống phanh d n động mộtădòng,ăhaiăđư ng ống còn l iădùngăđể kết nối vớiăcácărơ-moócăđ i

mớiăđược trang bị hệ thống phanh d năđộng hai dòng

Tóm l i,ănhượcăđiểm lớn nhất c a hệ thốngăphanhăkhíănénătrênăôătôăđóălàă

th i gian ch m tác dụng khi phanh rất lớn 0.5 ÷ 0.75 s.ăĐặc biệt hệ thống phanhă khíă nénă trênă rơ-moócă cóă đư ng ống d n rất dài làm cho th i gian truyền khí nén từ tổng phanh xeăkéoăđến bầu phanh rơ-moóc rất lớn, d n đến sự khôngăđồng bộ khi phanh giữaăxeăkéoăvàărơ-moóc Vấnăđề đặt ra là làm saoăđể giảm th i gian ch m tác dụng c a hệ thống phanh đến m c tối thiểu và t o ra sự đồng bộ khi phanh giữa các bánh xe và giữa xe kéo với rơ-moóc

c H ớng giải quy t:

Nhưătrênăđãăphânătích,ăhệ thống phanh khí nén còn tồn t i nhiềuănhượcăđiểm

Để tĕngăhiệu quả phanh và sự đồng bộ trong quá trình phanh cần phải khắc phục các nhượcăđiểmănày.ăSauăđâyălàămột số phươngăánăgiải quyết cơăbản

- L ựa chọn tiết diện lưu thông hợp lý:

Nhưătaăđãăbiết, các thông số kết cấu c a d năđộngăphanhăkhíănénă(nhưăchiềuădài,ăđư ng kính ống d n, các cụm van trong m ch) có ảnhăhư ng rất

lớnă đến khả nĕngă phản ng nhanh c a hệ thống Vì v y khi lựa chọn các thông số hình học c a hệ thống phanh khí nén hiệnăđ i, có kết cấu ph c t p

và nhiều m ch,ăngư iătaăthư ng khảoăsátăchúngăđồng th i với các cụm van

lắp trong m ch

hệ thống phanh khí nén, nếu ta chọnăđư ng ống d n có tiết diện càng nhỏ thì v n tốcălưuăthôngăc a dòng khí càng lớn d năđến th i gian truyền khí nén từ nguồnăđến bộ ph n công tác sẽ nhanhăhơn.ăTuyănhiên,ănếuăkíchăthước

đư ng ống quá nhỏ so với bộ ph nă côngă tácă thìă lượng khí nén thông qua

đư ng ống trong mộtăđơnăvị th iăgiană(lưuălượng) sẽ nhỏ, d năđến th i gian

để khíănénăđiềnăđầy thể tíchăbanăđầu bộ ph n công tác sẽ lớn, d năđến th i gian ch m tác dụngădàiăhơn.ăVìăv y, việc lựa chọn tiết diệnălưuăthôngăsaoăchoăphù hợp với các cụm van là một trong nhữngăphươngăphápăđể làm giảm th i gian ch m tác dụng c a hệ thống phanh khí nén

- S ử dụng các loại van hiệu chỉnh:

Hình 2.7: Bố trí van tăng tốc trên xe

a-Chưa lắp ốan tăng tốc; b-Có lắp ốan tăng tốc;

1-Van tổng phanh; 2-Đường ống dẫn; 3-Bầu phanh; 4-Van tăng tốc; 5-Bình chứa

Hìnhă2.7aălàăsơăđồ m ch d năđộngăphanhăcơăbản, không sử dụng van tĕngătốc sơăđồ này, khi phanh, khí nén từ nguồn qua van tổng phanh 1, qua

đư ng ống d n 2 vào bầu phanh 3 Khí nén muốn tớiăđược bầu phanh phải qua mộtăđo n ống d n dài (2) cho nên th iăgianăđể áp suất t i bầuăphanhătĕngă

từ 0 → (th iăgianătĕngăgiaătốc phanh 3 giảnăđồ phanh) rất dài, vì v y

khả nĕngăphản ng nhanh c a hệ thống phanh thấp.ăNgoàiăra,ăkhíănénăkhiăđiăqua một đo n ống d n dài sẽ bị tiêu hao mộtălượng áp suấtăđángăkể nên hiệu quả phanh thấp

Khi nhả phanh, khí nén có áp suất cao từ bầuăphanhă3ăquaăđư ng ống

d n 2 tới van tổng phanh 1 và thoát ra khí tr i.ăĐể khí nén thoát ra ngoài thì

phải mất một khoảng th i gianăđángăkể (doăđư ng ống d nă2ăkháădài),ădoăđóăôtô sẽ mất nhiều th i gian để tr l i tr ng thái chuyểnăđộng sau khi phanh Vì

b

v yăphươngăánăbố tríăsơăđồ m ch d năđộngăphanhănhưăhìnhă2.7aălàăkhôngăhiệu quả

Để khắc phục tình tr ng này, ta có thể lắp thêm vană tĕngă tốc (hình 2.7b) Khi lắpăthêmăvanătĕngătốcă4ăthìăđư ng ống d n 2 chỉ có tác dụngăđiều khiển Khi phanh, tín hiệuăđiều khiểnăđược truyền từ van tổng phanh 1 qua

đư ng ống d nă2ăđiều khiển m vanătĕngătốc 4 Khí nén từ bình ch a 5 qua vanătĕngătốc 4 vào bầu phanh 3 thực hiện quá trình phanh Việc lắp thêm van tĕngă tốc 4 làm rút ngắn th iă giană tĕngă giaă tốcă phanh.ă Đồng th i, khi nhả phanh khí nén thay vì thoát ra khí tr i van tổng phanh thì sẽ thoát ra ngoài vană tĕngă tốc 4 làm giảm th i gian nhả phanh (th i gian 5 trong giảnă đồ phanh) giúp ô tô tr l i tr ng thái chuyểnăđộngăsauăkhiăphanhănhanhăhơn

 Van h ạn chế áp suất cầỐ trước:

Van h n chế áp suất và nhả phanh nhanh dùng trên m ch phanh cầuătrước

có nhiệm vụ làm cho không bó c ng bánh xe khi phanh,điềuănàyăcóăýănghƿaă

lớn với xe ho tăđộngătrênăđư ng (về gócăđộ ổnăđịnhăhướng,khi bắtăđầu phanh

xe tốcăđộ cònăcaoăhayăkhiăđangăđiătrênăđư ngătrơn)

Hình 2.8: Sơ đồ bố trí van hạn chế áp suất cầỐ trước

1-Van tổng phanh; 2-Van hạn chế áp suất; 3-Bầu phanh

Bản chất c a van h n chế áp suất là một tiếtălưuăcóătiết diện có thể thay đổiăđược.Hìnhă2.8ălàăsơăđồ bố trí van h n chế áp suất trong m ch d năđộng phanh cầuătrước

Khi phanh vùng áp suất thấp (thấpăhơnă3 105 Pa) thì chỉ tiêu ổnăđịnh hướngăđượcăđặtălênăhàngăđầu,ăkhiăđóăvanăh n chế áp suất 2 có tác dụngănhưă

1

2 3

một van tiếtălưu,ăh n chế áp suất ra các bánh xe cầuătrướcăđể giảm khả nĕngă

bó c ngăbánhăxeăvàăgiúpăngư iăláiăđiều khiển bánh xe d năhướng tốtăhơn Khi phanh gấp, hệ thống phanh làm việc vùng áp suất cao (lớnă hơnă

3 105 Pa), do lực quán tính nên tải trọng tác dụng lên cầuătrước tĕng,ădoăđóăcác bánh xe cầuătrước cần phải có lực phanh lớnăhơnăđể giảmăquãngăđư ng phanh.ăKhiăđóăvanăh n chế áp suất 2 m rộng tiết diệnălưuăthôngăđể tĕngăápăsuất khí nén cho các bánh xe cầuătrước

Ngoài ra, van h n chế áp suất 2 còn có tác dụng xả nhanh áp suất bầu phanh cầuă trước Khi nhả phanh, khí nén thay vì xả ra khí tr i van tổng phanhă1ăthìăđược xả ra van h n chế áp suất 2, giảmăđược th i gian chuyển từ

tr ng thái phanh sang tr ng thái chuyểnă động sau khi phanh (th i gian 5trong giảnăđồ phanh)

Van h n chế áp suấtăthư ngăđược sử dụng trong m ch d năđộng phanh ra

cầuătrước xe tải, h n chế c a van này là chỉ điều khiểnăđược một th iăđiểm

và tín hiệuă điều khiển là áp suấtă phanh,ă doă đóă nóă khôngă cóă tácă dụng hiệu

chỉnh ng với từngăđiều kiện làm việc cụ thể.ăĐể khắc phục tình tr ng này, trên các ô tô hiệnăđ iăngư i ta sử dụng hệ thống phanh có ABS,ăkhiăđó,ăcácă

cảm biến sẽ nh n các tín hiệu mô tả điều kiện làm việc thực tế và bộ xử lý trung tâm sẽ đưaăraătínăhiệuăđiều khiển áp suất phanh sao cho phù hợp với từngăđiều kiện làm việc c a ô tô

 B ộ điều hòa lực phanh:

Bộ tự độngă điều hoà lực phanh thực chất giốngă nhưă một van tiết lưu.Vanătiếtălưuăsẽ thayăđổi tiết diện làm việc c aăchúngăđể làmăthayăđổi

áp suất dòng khí nén tới bầuăphanhăđể thayăđổi mô men phanh

Hình 2.9: Sơ đồ bố trí bộ điều hòa lực phanh

1-Van tổng phanh; 2-Bộ điều hòa lực phanh; 3-Van tăng tốc; 4-Bầu phanh

Khi phanh, do lực quán tính nên tải trọng tác dụng lên cầuătrước tĕng, khi đó,ăcần giảm lực phanh cầuăsauăđể chống bó c ng bánh xe Bộ điều hòa lực phanh có nhiệm vụ h n chế áp suất ra các bánh xe cầuăsauăđể giảm lực phanh

Bộ tự độngă điều chỉnh lực phanh trên hình 2.10 c a Kamaz đặt trên khungăxe.ăPhíaădưới c aănóăđược bố trí mộtăđònăd n nh n tín hiệu từ chuyển động vị trí cầu sau và cầu giữa so với khung, t c là tiếp nh n sự thayăđổi tải trọng trên cầu xe thông qua chuyển vị tươngăđối c a khung với cầu xe

Hình 2.10: V ị trí lắp đặt bộ điều hoà lực phanh trên xe Kamaz

1- Đường ống nối, 2-Bộ điều chỉnh, 3-Cần gạt, 4-Thanh kéo của phần tử đàn hồi,

5-Phần tử đàn hồi, 6-Thanh nối, 7-Bộ bù, 8-Cầu giữa, 9-Cầu sau

1

2

3

4

Với cách lắpăđặtănhưăhìnhă2.10,ăkhiăthayăđổi tải trọngăđặt lên thùng xe thì

có sự chuyển vị tươngăđối giữa thùng xe với cầu giữa và cầu sau Chuyển vị này thông qua thanh kéo 4 và cần g t 3 t o ra tín hiệuăđiều chỉnh bộ điều hòa

lực phanh mỗi chế độ tải trọng khác nhau thì t o ra một tín hiệuăđiều chỉnh khác nhau, vì v y bộ điều hòa lực phanh này có thể điều chỉnhăđượcăđaăđiểm vàăđư ngăđặc tính mô men phanh cầu sau khi có bộ điều hòa lực phanh tiệm

c n vớiăđư ngăđặtătínhălýătư ng

Điều chỉnhăđượcăđaăđiểmălàăưuăđiểm lớn nhất c a bộ điều hòa lực phanh,

vì v y, ngày nay bộ điều hòa lực phanh v năcònăđược sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, bộ điều hòa lực phanh v n còn tồn t iănhượcăđiểm,ăđóălàăchỉ điều chỉnh đượcăđồng th i tất cả các bánh xe cầuăsau,ăkhôngăđiều chỉnhăđược mô men phanh từng bánh xe riêng lẻ theoăđiều kiện c a mặtăđư ng.ăNhượcăđiểm này được khắc phục bằng hệ thống phanh ABS

- Phương án bố trí các van hiệu chỉnh

Nhưăđãănóiă trên,ăđể giảm th i gian ch m tác dụng khi phanh (th i gian tĕngăgiaătốc phanh) và th i gian nhả phanh,ătaăthư ng lắp các van hiệu chỉnh vào m ch d năđộng phanh Tùy vào mụcăđíchăhiệu chỉnh và kết cấu các van

hiệu chỉnhămàătaăcóăcácăphươngăánăbố trí khác nhau, có thể mắc nối tiếp hoặc

mắc song song với m ch d năđộng chính

 Van hi ệu chỉnh mắc nối tiếp:

Hình 2.11: Van hi ệu chỉnh mắc nối tiếp

tính động lực học

1-Van tổng phanh; 2-Đường ống dẫn; 3-Bầu phanh; 4-Van hiệu chỉnh

Hình 2.11a là sơăđồ m ch d năđộng chính, bao gồm van tổng phanh 1,

đư ng ống d n 2 và bầu phanh 3 Vớiăsơăđồ d năđộngănàyăthìăquáătrìnhătĕngă

áp suấtăđược thể hiện hình 2.11c Cụ thể:ăđư ng cong số 1 thể hiện quá trình tĕngăápăsuất phía sau van tổngăphanh,ăđư ng cong số 2 thể hiệnăquáătrìnhătĕngă

áp suất t i bầuăphanh.ăHìnhă2.11bălàăsơăđồ m ch d năđộng có lắp thêm van hiệu chỉnh 4 Khi lắp thêm van hiệu chỉnhă4ăthìăquáătrìnhătĕngăápăsuất t i bầu phanhăđược thể hiệnătrênăđư ng cong số 3 (hình 2.11c)

Thiết bị hiệu chỉnh 4 là một thiết bị được dùng khá phổ biến trong các

m ch d năđộngăphanhăkhíănén.ăTùyătheoăphươngăánălắpăđặtăcácăđư ng ống đầu vào, dầu ra mà thiết bị này có những công dụng khác nhau

a b c d

Hình 2.12: Van hi ệu chỉnh

Phươngăánă1(hìnhă2.12b),ăătín hiệuăđiều khiển (áp suất khí nén) n p vào khoang A và piston 1 dịch chuyển rất nhanh xuốngădưới,ăkhiăđóămiệng c a

cần 5 tỳ vàoăvană4,ăđóngăcữa xả ra khí tr iăE.ăSauăđóăkhoangă4ăđược m ra, khoang D nối với bình ch a sẽ n p khí nén vào khoang C và áp suất khoang C tĕngălênănhanhăchóng.ăSauămột khoảng th i gian, áp suất khoang trên piston A

và áp suấtăkhoangădưới B cân bằng (nh tiếtălưuă2),ădưới tác dụng c a lực lò

xo 3, piston 1 và van 4 dịch chuyển lên trên xảy ra quá trình giảm áp suất khoang C Tiết diệnălưuăthôngăc a tiếtălưuă2ăcàngălớn và thể tích khoang B càng nhỏ thì th i gian khoang C chuyển từ tr ng thái áp suấtătĕngăsangătr ng thái áp suất giảmăcàngănhanhăvàăngược l i

Khoang E nối với khí tr i,ădoăđóăkhoangăCăkhiăpistonă1ă vị tríăbanăđầu cũngăthông với khí tr i, khoang D nối vào bình ch aăvàăsơăđồ nguyênălýănhưăhình 2.12.b

Phươngăánă2,ătaăcóăthể nối khoang E vớiăđư ng ốngăđiều khiển c a m ch (hình 2.12.c), ngoài ra ta có thể bố tríăphươngăánă3ăbằng cách bịt kín khoang E,ăkhiăđóăkhoangăCăhoặc là bịt kín l i khi piston 1 vị trí trên cùng (vị trí ban đầu) hoặc là thông với khoang D khi piston 1 dịch chuyển xuốngădưới (hình 2.12.d)

Nguyên tắc hiệu chỉnh nối tiếp với m ch d năđộngălàălàmătĕngăkhả nĕngă

phản ng nhanh c a hệ thống d năđộng phanh Ta có thể xét một m ch d n độngă phanhă đơnă giảnă nhưă hìnhă 2.11.a,ă trongă đóă cóă vană điều khiển 1,

A B

C D

E

1 2

3

C D

E

đư ngốngă2ăvàăcơăcấu chấp hành 3 Áp suất đầu ra van 1 là 1 thayăđổi theo

đư ng cong 1 (hình 2.11.c), áp suất cơăcấu chấpăhànhă3ăthayăđổiătheoăđư ng cong 2, th i gian c aăquáătrìnhăthayăđổi áp suất là 2 Do yêu cầu phảiătĕngăkhả nĕngăphản ng nhanh c a d năđộng, cần phải giảm th i gian 2 xuốngăđến

m c thấp nhất, việcătĕngătiết diệnăđư ng ống 2 làm giảm th i gian 2 không đángăkể Vì v y,ăđể làmăđượcăđiều đóăcần phải lắp thêm van hiệu chỉnhă4ănhưăhình 2.11.b Khi lắp thêm van hiệu chỉnhă4ăthìăđặcătínhăđộng lực họcăđược cải thiện rõ rệt, áp suất 3 trongăcơăcấu chấpăhànhătĕngănhanhăhơnăsoăvới áp suất

1, th i gian c aăquáătrìnhătĕngăápăsuất 3 (hình 2.11c) sớmăhơnăsoăvới m ch

d năđộng không sử dụng van hiệu chỉnh một khoảng ∆ = 2 − 3

Rõ ràng th i gian sớmăhơnă∆ là khác nhau khi nhịpăđộ tác dụng lên bàn

đ p phanh khác nhau Nếu dịch chuyển ch m thì ∆ giảmăvàăđư ng cong 3 (hình 2.11c) c a d năđộng phanh có van hiệu chỉnh sẽ gần vớiăđư ng cong 2 Khi quá trình xảy ra rất ch m, van hiệu chỉnh hầuănhưăkhôngălàmăviệc do sự cân bằng áp suất giữaă2ăkhoangăAăvàăBă(hìnhă2.12b).ăNhưăv y van hiệu chỉnh

4 không ảnhăhư ngăđếnătínhătùyăđộng c a hệ thống khi quá trìnhăđiều khiển

xảy ra ch m, chỉ có tác dụng hiệu chỉnhătrongătrư ng hợp phanh gấp

 Van hi ệu chỉnh mắc song song:

Van hiệu chỉnh mắc song song là một m ch hiệu chỉnh phụ mắc vào

m ch công tác chính theo kiểu song song đầu vào c a m ch công tác chính cũngănhưăm ch hiệu chỉnh có tín hiệu c aăvanăđiều khiển, tín hiệuăđầu ra c a hai m ch là tín hiệu điều khiển bộ ph n công tác Khác với m ch hiệu chỉnh

mắc nối tiếp, m ch hiệu chỉnh mắcăsongăsongăkhôngălàăcư ng hóa tín hiệu

m ch chính mà t o ra một tín hiệu phụ tươngă ng với quy lu tăthayăđổi tín

hiệuăđầu vào, vì v yătĕngăkhả nĕngătácăđộngănhanhăvàătínhăđồng bộ c a hệ

thống

Hình 2.13: Van hiệu chỉnh mắc song song

a-Van hiệu chỉnh cơ khí; b-Van hiệu chỉnh kiểỐ điện từ; c-Bộ chấp hành 1 xylanh 1-Van tổng phanh; 2,3,7,9-Đường ống dẫn; 4-Cơ cấu chấp hành; 5,6-Piston cơ cấu chấp hành; 8-Van điện từ; 10-Mạch điện; 11-Piston van hiệu chỉnh; 12-Tiếp điểm

M ch d n động phanh khí nén có lắp van hiệu chỉnh (hình 2.13a) gồm hai

m ch riêng biệt: M ch d năđộng chính gồmăvanăđiều khiểnă1,ăđư ng ống d n chínhă3ăvàăcơăcấu chấp hành 4 có piston 5; M ch hiệu chỉnh gồm van hiệu chỉnhăđược mắcătheoăphươngăánă1ăvàăxylanhăphụ có piston 6.Khoang A c a van hiệu chỉnh nối vớiăđư ng ống 2 và nối vớiăđư ng ống chính 3 (vị trí hợp

lý c aănóăđượcăxácăđịnh bằngăphươngăpháp tính toán và thực nghiệm)

M ch hiệu chỉnh c a d năđộng trực tiếp làm việc theo nguyên tắc sau: tùy theo sự dịch chuyển c aăvanăđiều khiển 1, áp suấtătrongăđư ng ốngă3ătĕngălênătruyền tới khoang X c aăcơăcấu chấp hành 4 Áp suấtătrongăkhoangăXăthayăđổi

ch măhơnămột khoảng ∆ so với sự thayăđổi áp suấtăđầu ra c a van 1 Th i gian ch m tác dụng này t o ra do s c cản c aăđư ng ống 3, do thể tích c a khoang X và do nhịpăđiệu dịch chuyển c aăcơăcấuăđiều khiển Khi áp suất trên

5 6 7 8

9

10 11 12

3 4

7 X

A B

đư ng ốngă3ătĕngălên,ăkhíănénăđược n p vào khoang A c a van hiệu chỉnh, đẩy piston dịch sang phải và m van hiệu chỉnh, khí nén từ khoang D c a van

hiệu chỉnh qua khoang C vào xylanh phụ làmăchoăcơăcấu chấp hành 4 dịch chuyển sang phảiănhanhăhơn.ăSauămột khoảng th i gian thì khoang A và B

c a van hiệu chỉnh cân bằng áp suất,ădưới tác dụng c a lựcălòăxoăđẩy van về

vị tríăbanăđầuăvàăđư ng ống 7 c a van sẽ thông với khí tr i.ăTrongăsơăđồ trên,

th iăgianătĕngăápăsuất trong xylanh phụ phụ thuộc vào s c cản c a van tiếtălưuă

nối thông giữa 2 khoang A và B, thể tích c a khoang B và lực lò xo c a van

hiệu chỉnh

Trong m ch hiệu chỉnhăđiện khí nén (hình 2.13b) thì van hiệu chỉnhăđược chia làm hai phần riêng biệt: Bộ ph năđiều khiển gồm xylanh có 2 khoang A

và B, nối giữa hai khoang có van tiếtălưu,ăbênătrongăcóăpistonăđiều khiển 11;

Bộ ph n chấpă hànhă làă vană điện từ 8, tiếpă điểm 12 có nhiệm vụ đóngă ngắt

m chă10ăđể điều khiểnăvanăđiện từ 8

Ho tăđộng c a m ch hiệu chỉnhăđiệnă khíănénăcũngătươngătự nhưă m ch hiệu chỉnhătrênă(hìnhă2.13a).ăKhiătĕngăápăsuấtătrênăđư ng ốngă3,ăkhíănénăđược

n păvàoăkhoangăAăđẩy piston 11 dịch chuyển xuốngădướiăđóngătiếpăđiểm 12 doăđóăthôngăm chă10ăvàăvanăđiện từ ho tăđộng m van 8 ra,ăkhíănénăđược n p vào xylanh phụ vàăđẩyăcơăcấu chấp hành 4 sang phảiănhanhăhơn,ăth i gian duy trì tác dụng phụ phụ thuộc vào thông số kết cấu c a piston 11, van tiếtălưuăvàă

lò xo

Nếuăcơăcấu chấp hành không có xylanh phụ hoặc không muốn lắp thêm

nó vào m ch thì m ch hiệu chỉnh song song có thể nối vào khoang chính X

c aăcơăcấu chấpăhànhă4ă(hìnhă2.13c).ăđể khí nén không bị rò rỉ từ khoang X quaăđư ng ống 7 thoát ra khí tr i vană8ăthìătrênătrênăđư ng ốngă7ăngư i ta

lắp thêm van 1 chiều

- T ối ưu hóa bố trí các cụm trong mạch:

Để nâng cao tính phản ng nhanh c a m ch d năđộng phanh khí nén trên ôtô vàăxeăđoànăngư i ta sử dụng các cụmăvanăkhíănénăkhácănhauă(nhưăvană