Nghiên cứu mối quan hệ giữa mô men phanh và lực dẫn động trên các loại cơ cấu phanh

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ MEN PHANH VÀ LỰC DẪN ĐỘNG TRÊN CÁC LOẠI CƠ CẤU PHANH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT... --- PHẠM QUỐC HOÀNG NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ MEN PHANH VÀ LỰC DẪN

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ MEN PHANH VÀ LỰC

DẪN ĐỘNG TRÊN CÁC LOẠI CƠ CẤU PHANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

- PHẠM QUỐC HOÀNG

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ MEN PHANH VÀ LỰC DẪN

ĐỘNG TRÊN CÁC LOẠI CƠ CẤU PHANH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

MỤC LỤC Lời nói đầu Trang 7

CHƯƠNG 1: Tổng Quan Trang 9 1.1 Giới thiệu chung về hệ thông phanh Trang 9

1.1.1 Chức năng, nhiệm vụ Trang 9

1.1.2 Đặc điểm cấu tạo Trang 10 1.1.2.1 Cơ cấu phanh Trang 10 1.1.2.2 Các loại dẫn động phanh Trang 15

1.2 Các chỉ tiêu hiệu quả phanh và tiêu chuẩn Trang 19

1.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Trang 19 1.2.2 Gia tốc chậm dần khi phanh Trang 19 1.2.3 Thời gian phanh Trang 20 1.2.4 Quãng đường phanh Trang 20 1.2.4.1 Quãng đường phanh lý thuyết Trang 20 1.2.4.2 Quãng đường phanh thực tế Trang 21 1.2.5 Lực phanh và lực phanh riêng Trang 23 1.2.6 Một số tiêu chuẩn Trang 24

1.3 Mối quan hệ giữa mômen phanh và lực dẫn động Trang 30 1.4 Nội dung nghiên cứu của luận văn Trang 31 CHƯƠNG 2: Quan hệ giữa lực dẫn động và mô men phanh tại bánh xe

2.2.2 Phương pháp sử dụng các công thức gần đúng Trang 39 2.2.2.1 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc Trang 39 2.2.2.2 Các lực tác dụng lên guốc phanh Trang 40 2.2.2.3 Xác định mô men phanh cần thiết tại các bánh xe Trang 43

CHƯƠNG 3: Tính toán khảo sát các loại cơ cấu phanh Trang 49 3.1 Các thông số kỹ thuật cả xe tham khảo Trang 49 3.2 Tính toán mô men phanh cần thiết tại bánh xe Trang 50 3.3 Tính toán cơ cấu phanh Trang 51

3.3.1 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh Trang 52 3.3.2 Cơ cấu phanh kiểu “Simplex” dẫn động thuỷ lực Trang 53 3.3.2.1 Đặc điểm cấu tạo Trang 53 3.3.2.2 Tính toán theo phương án 1 Trang 54 3.3.2.3 Tính toán theo phương án 2 Trang 55 3.3.2.4 So sánh và đánh giá Trang 57 3.3.2.5 Xác định đường kính xi lanh và áp suất thuỷ lực Trang 57 3.3.3 Cơ cấu phanh kiểu “Simplex” dẫn động khí nén-cam ép Trang 59 3.3.3.1 Đặc điểm cấu tạo Trang 59 3.3.3.2 Tính toán theo phương án 1 Trang 59 3.3.3.3 Phương án 2 Trang 60 3.3.3.4 Xác định kích thước của bầu phanh Trang 62 3.3.4 Cơ cấu phanh kiểu “Duplex” dẫn động thuỷ lực Trang 64 3.3.4.1 Đặc điểm cấu tạo Trang 64 3.3.4.2 Tính toán cơ cấu phanh theo phương án 1 Trang 65 3.3.4.3 Tính toán cơ cấu phanh theo phương án 2 Trang 65 3.3.5 Cơ cấu phanh tự cường hoá Trang 67 3.3.5.1 Đặc điểm cấu tạo Trang 67 3.3.5.2 Tính toán cơ cấu phanh tự cường hoá Trang 68 3.3.6 So sánh các loại cơ cấu phanh dẫn động thuỷ lực Trang 68

KẾT LUẬN Trang 70

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ở Việt Nam Trang 24 Bảng 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính (Tiêu chuẩn của Nga) Trang 25 Bảng 1.3 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ (tiêu chuẩn Nga) Trang 27 Bảng 2.1 Hệ số ma sát của các loại vật liệu má phanh Trang 43 Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật ô tô HYUNDAI HD160 Trang 49 Bảng 3.2 Các thông số tính toán của cơ cấu phanh guốc Trang 53 Bảng 3.3 Sự phụ thuộc của Ps theo hệ số k Trang 55 Bảng 3.4 Kết quả tính toán lực dẫn động theo các giả thiết phân bố áp suất

Trang 56 Bảng 3.5 Kết quả tính toán cơ cấu phanh “Simplex” dẫn động thuỷ lực

Trang 57 Bảng 3.6 Kết quả tính toán đường kính xi lanh và áp suất dẫn động Trang 58 Bảng 3.7 Kết quả tính toán cơ cấu phanh dẫn động cam ép Trang 61

Bảng 3.8 Các thông số của một số loa ̣i bầu phanh Trang 62 Bảng 3.9 Kết quả tính toán bầu phanh khí nén Trang 64 Bảng 3.10 Kết quả tính cơ cấu phanh “Duplex” dẫn động thuỷ lực Trang 66 Bảng 3.11 So sánh lực dẫn động cần thiết trên các loại cơ cấu phanh Trang 69

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cơ cấu phanh guốc Trang 10 Hình 1.2 Cơ cấu phanh kiểu “Simplex” Trang 12 Hình 1.3 Cơ cấu phanh kiểu “Duplex” Trang 13 Hình 1.4 Cơ cấu phanh kiểu “Duo-Duplex” Trang 13 Hình 1.5 Cơ cấu phanh đĩa Trang 13 Hình 1.6 Cơ cấu phanh đĩa kiểu khung cố định Trang 14

Hình 1.7 Cơ cấu phanh đĩa kiểu khung bơi Trang 14

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực Trang 15 Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén Trang 17 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy khí Trang 18

Hình 1.11 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh theo vận tốc bắt đầu phanh v 1

và theo hệ số bám ϕ Trang 20

Hình 1.12 Giản đồ phanh Trang 21 Hình 2.1 Các thông số hình học của cơ cấu phanh Trang 32 Hình 2.2 Sơ đồ phân bố mô men phanh trên các guốc phanh Trang 33 Hı̀nh 2.3 Hoạ đồ lực phanh Trang 35 Hı̀nh 2.4 Trang 37 Hình 2.5 Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh tang trống Trang 40 Hình 2.6 Sơ đồ tı́nh toán phản lực tại các cầu của ô tô khi phanh Trang 45 Hình 2.7 Trang 47 Hình 3.1 Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi phanh Trang 50 Hình 3.2 Các thông số kết cấu của cơ cấu phanh guốc Trang 52 Hình 3.3 Cơ cấu phanh kiểu “Simplex” dẫn động thuỷ lực Trang 54 Hình 3.4 Sự phụ thuộc của Ps theo hệ số k Trang 55 Hình 3.5 Mối quan hệ giữa đường kính xi lanh và áp suất dẫn động Trang 58 Hình 3.6 Cơ cấu phanh kiểu “simplex” dẫn động bằng cam ép Trang 59

Hình 3.7 Sơ đồ tính toán bầu phanh Trang 63

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cơ cấu phanh “Duplex” dẫn động thuỷ lực

Trang 65 Hình 3.9 So sánh hai loại cơ cấu phanh “Simplex” và “Duplex” Trang 67

Hình 3.10 Cơ cấu phanh tự cường hoá Trang 67

Hình 3.11 So sánh quan hệ áp suất dẫn động và đường kính xi lanh của các loại cơ cấu phanh Trang 69

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 trong một học vị nào

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

Tác giả

Phạm Quốc Hoàng

LỜI NÓI ĐẨU

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển Ở nước ta xe ô tô cũng đang phát triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng cao

Do mật độ ôtô tham gia trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao, ô tô tham gia giao thông ở nhiều loại đường và đại hình khác nhau cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan tâm

Ở nước ta, số vụ tai nạn giao thông đang trong tình trạng báo động Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con người gây ra, 10 ÷ 15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 ÷ 30% là do đường sá quá xấu Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì theo thống kê cho thấy tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn (52 ÷ 75%) Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ

Ðối với học viên ngành cơ khí ô tô việc khảo sát, nghiên cứu, tính toán về hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết

ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh Trong đề tài này em tập trung nghiên cứu mối quan hê ̣ giữa mô men phanh và lực dẫn động trên các loa ̣i cơ cấu phanh

Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, giảng viên

Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội, cùng sự giúp đỡ tận tình của thầy trong Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng ,

em tiến hành nghiên cứu đề tài với nội dung sau:

− Tı̀m hiểu tổng quan về hê ̣ thống phanh ô tô và quá trı̀nh phanh; các chi tiêu đánh giá hiê ̣u quả phanh và các yếu tố ảnh hưởng;

− Tı̀m hiểu các phương pháp tı́nh toán lực dẫn động theo mô men phanh;

− Xây dựng quan hê ̣ giữa lực dẫn động và mô men cho các loa ̣i cơ cấu phanh;

− Tı́nh toán cụ thể cho các da ̣ng cơ cấu phanh và phân tı́ch đánh giá từng

loa ̣i

Em hy vọng đề tài này như là một tài liệu chung nhất để giúp người sử dụng

tự tìm hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc một cách tốt nhất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH

1.1.1 Chức năng, nhiệm vụ

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ chuyển động của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó theo yêu cầu của người lái Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ cho ô tô dừng ở ngang dốc trong thời gian lâu dài hoặc cố định xe trong thời gian dừng xe (phanh tay)

Đối với ô tô, máy kéo hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng vì nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc độ cao hoặc dừng xe trong tinh huống nguy hiểm nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận chuyển, tăng được tính động lực

Trên ôtô thường có các hệ thống phanh sau: phanh chính, phanh dừng và phanh dự phòng

Phanh chính phải là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống phanh khác Nó có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô đang chuyển động khi cần thiết Hệ thống phanh này được điều khiển bằng chân và thường được dẫn động bằng khí nén hoặc thuỷ lực

Phanh dừng có nhiệm vụ giữ cho ôtô ở trạng thái dừng trong thời gian dài,

nó phải có khả năng giữ cho ôtô đỗ được trên độ dốc nhất định (tuỳ theo tiêu chuẩn quy định) Phanh dừng thường được dẫn động bằng cơ khí, điều khiển bằng tay

Phanh dự phòng có nhiệm vụ thay thế tạm thời cho phanh chính khi hệ thống phanh này bị sự cố trên đường Phanh dự phòng và phanh dừng có thể sử dụng chung một hệ thống

Ngoài ra trên một số loại ôtô thường có bố trí hệ thống phanh bổ trợ, có tác dụng giảm tốc độ ôtô ở các dốc dài mà không phải sử dụng tới phanh chính hoặc các phanh khác Hệ thống phanh này có thể là phanh thuỷ lực, bố trí ở trục thứ cấp

của hộp số hoặc phanh bằng động cơ với một van điều khiển đặt trên đường xả khí của động cơ

1.1.2 Đặc điểm cấu tạo

1.1.2.1 Cơ cấu phanh

Trên các ô tô hiện đại sử dụng phổ biến 2 loại cơ cấu phanh: phanh tang trống (phanh guốc) và phanh đĩa Phanh guốc sử dụng chủ yếu trên các ôtô có tải trọng lớn: ôtô tải, ôtô chở khách và một số loại ôtô con Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên ôtô con, đă ̣c biê ̣t là ở các cơ cấu phanh trước

Hình 1.1 Cơ cấu phanh guốc

- Phanh guốc (Phanh tang trống) hay còn gọi là phanh trống: Là loại phanh

sử dụng má phanh áp vào mặt của guốc phanh mà khi tác động lực sẽ ép vào mặt trong của trống phanh, bộ phận thanh được liên kết với bánh xe Hầu hết guốc phanh của xe du lịch được cấu tạo bởi hai miếng ghép lại Độ cong của vành guốc

phù hợp với mặt trong của trống phanh, bề mặt của vành guốc được gắn với má phanh Guốc phanh được chế tạo từ nhôm đúc, có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt Guốc phanh có nhiều hình dáng khác nhau, các kiểu đa dạng của guốc phanh được nhân dạng bằng số hiệu guốc được chỉ định bởi viện Tiêu chuẩn vật liệu ma sát (FMSI: Fricho n Materials Standards Institute) Thông thường guốc phanh được đặt hàng theo sự chế tạo, kiểu xe, năm sản xuất đối với từng loại xe riêng để đạt được

- Mâm phanh: Được thiết kế, chế tạo để gắn cụm phanh, mâm phanh được gắn bằng bulong vào trục bánh sau hoặc khớp lái ở cầu trước, trên mâm phanh cũng

có các lỗ, vấu lồi để gắn xilanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay

- Lò xo phanh: Cụm phanh tang trống thông thường sử dụng hai lò xo, một

bộ kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, một bộ dùng để giữ guốc phanh tựa vào mâm phanh Các lò xo gắn thêm thường được dùng để vận hành cơ cấu tự điều chỉnh và chống trạng thái chùng lỏng của hệ thống phanh tay Lò xo trả về của guốc phanh có nhiệm vụ rất then chốt, đặc biệt ở loại phanh trợ động Trong khi nhả phanh ra, các lò xo này sẽ kéo guốc phanh trở về và đẩy piston trở về trạng thái ban

- Cơ cấu có 2 guốc xiết, kiểu “Duplex” (hình 1.3) và “Duo-Duplex” (hình 1.4)

Trên các ô tô con, cơ cấu phanh tang trống ít khi được sử dụng và chủ yếu là loại “Simplex” trên cầu sau

c)

Hình 1.2 Cơ cấu phanh kiểu

“Simplex”

Cơ cấu tạo lực ép:

a) cam; b) nêm; c) xi lanh thủy lực

Các bộ phận chı́nh:

1- mô men phanh; 2- lực xiết; 3- lực nhả; 4- chiều quay của guốc; 5- cơ cấu tạo lực ép; 6- guốc xiết (chủ động);

Cơ cấu phanh đĩa thường được sử dụng trên ô tô con (hình 1.5)

Hình 1.5 Cơ cấu phanh đĩa

Hình 1.4 Cơ cấu phanh kiểu

1- mô men phanh; 2- lực xiết; 3-

chiều quay của guốc; 4- xi lanh

thủy lực; 5- chốt tựa của guốc;

6- guốc xiết.

Cơ cấu phanh đĩa có 2 loại: khung cố định (hình 1.6) và khung bơi (hình 1.7)

Cơ cấu phanh đĩa khung cố định thường được dùng trên các ô tô con loại lớn

và trên các ô tô thể thao vì nó có độ bền cao Nhược điểm của nó là nhạy cảm với nhiệt độ khi phanh trong thời gian dài

Cơ cấu phanh đĩa khung bơi được sử dụng phổ biến hơn do kết cấu gọn, thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hẹp

So với phanh tang trống, phanh đĩa có những ưu điểm sau:

- Có trọng lượng nhỏ;

- Khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (0,05 – 0,1 mm), nhờ đó cho phép tăng khá nhiều tỷ số truyền dẫn động phanh;

- Thoát nhiệt các bề mặt ma sát tốt;

- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh cân bằng;

- Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát

Hình 1.7 Cơ cấu phanh đĩa

kiểu khung bơi

Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực điển hình

sử dụng trên ôtô được thể hiện trên hình 1.8 Hiện nay, do yêu cầu về an toàn chuyển động ngày càng cao dẫn động phanh chính của ôtô thường có 2 dòng độc lập, nếu một trong 2 dòng có sự cố thì dòng còn lại phải đảm bảo được hiệu quả phanh nhất định

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực

Dẫn động phanh hoạt động theo nguyên lý thuỷ tĩnh: xi lanh chính tiếp nhận

và biến đổi lực điều khiển của người lái thành áp suất chất lỏng truyền tới các xi lanh công tác tại các bánh xe Với nguyên lý hoạt động như vậy, toàn bộ năng lượng dùng để phanh ôtô đều do người lái sinh ra, nên nếu yêu cầu về lực phanh lớn thì người lái sẽ không đáp ứng được hoặc chóng mệt mỏi Vì vậy, dẫn động thuỷ lực chỉ sử dụng trên các ôtô con và ôtô tải loại nhỏ Để giảm nhẹ lực tác động của người lái, trong hệ thống dẫn động thường có bố trí bộ phận trợ lực bằng chân không 2

Ngoài ra, trong hệ thống còn có bộ điều hoà lực phanh nằm trên dòng dẫn động cầu sau Bộ điều hoà có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất chất lỏng trong dòng dẫn động phanh cầu sau sao cho lực phanh ở đây không vượt quá lực bám để tránh cho các bánh xe khỏi bị trượt lết trong mọi điều kiện phanh

Trên đây chỉ là một ví dụ điển hình, trong thực tế, dẫn động phanh thuỷ lực

có kết cấu và cách bố trí các phần tử rất đa dạng Cách chia dòng dẫn động phanh cũng khác nhau tuỳ theo ôtô cụ thể

b) Dẫn động khí nén

Dẫn động phanh bằng khí nén là một bộ phận của hệ thống phanh khí nén, hoạt động nhờ áp lực của khí nén để điều khiển, phân phối và truyền áp lực đến các bầu phanh bánh xe thực hiện quá trình phanh ô tô theo yêu cầu của người lái và đảm bảo an toàn giao thông khi vận hành trên đường

Trên hình 1.9 thể hiện sơ đồ nguyên lý của hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén của ôtô tải có 3 cầu Hệ thống gồm có nguồn cung cấp khí nén, dẫn động phanh chính với 2 dòng độc lập và dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng

Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van an điều áp 2, qua bộ lọc tách nước 3, van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6 Van an toàn kép 4 đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành 2 nguồn cung cấp khí độc lập cho 2 dòng dẫn động phanh Van bảo vệ 17 có nhiệm

vụ ngắt bình chứa kính 17 không cho thông với hệ thống nếu có sự cố lọt khí trên đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng

Dẫn động phanh chính gồm có 2 dòng độc lập với nhau Dòng dẫn động phanh cầu trước bắt đầu từ bình khí 6 đi qua ống dẫn 7, qua khoang trên của tổng van 11, qua van hạn chế áp suất 12 tới các bầu phanh 13 Dòng dẫn động phanh cầu sau đi từ bình khí 5 qua ống dẫn 8, qua khoang dưới của tổng van 11, qua bộ điều hoà lực phanh 14 tới các bầu phanh 15, 16 của cụm cầu sau

Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ thống chung, gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21 và các bầu tích năng dạng lò xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ôtô

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén

Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động phanh trên các ôtô tải thường là máy nén dạng pít tông có 2 xi lanh Máy nén được thiết kế với năng suất sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khí trên ôtô sau khi khởi động động cơ Trong khi ôtô hoạt động, nếu hệ thống đã được cung cấp đủ khí nén thì máy nén tạm thời ngừng cung cấp khí và chuyển sang làm việc ở chế độ không tải nhờ một van điều khiển tự động

Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm việc trong hệ thống trong phạm vi giới hạn nhất định

Bộ tách nước 3 có tác dụng tách hơi nước lẫn trong không khí và ngưng tụ lại thành nước rồi xả ra ngoài, tránh không cho hơi nước lọt vào các bộ phận của hệ thống phanh và làm gỉ chúng

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy khí 1- Bàn đạp phanh; 2- tổng van khí; 3,4- xi lanh thủy khí; 5- nguồn

cấp khí nén; 6- bánh xe cầu trước; 7- bánh xe cầu giữa; 8- bánh xe

điểm là tác động nhanh Còn phần khí nén có ưu điểm là lực điều khiển nhỏ, giúp giảm nhẹ lao động cho người lái

Để giảm tối đa độ châ ̣m tác dụng của hê ̣ thống, phần dẫn động khı́ nén được thiết kế sao cho chiều dài đường ống là ngắn nhất có thể

d) Dẫn động điện

Hiện nay trên một số ô tô con hiện đại người ta sử dụng dẫn động phanh bằng điện Ưu điểm của hệ thống này là điều khiển nhẹ nhàng, tác động nhanh và dễ tích hợp với các hệ thống điều khiển trên xe tạo thành một hệ thống đồng bộ nâng

cao tính an toàn

1.2 CÁC CHỈ TIÊU HIỆU QUẢ PHANH VÀ TIÊU CHUẨN

1.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Có bốn chỉ tiêu chính thức được dùng để đánh giá hiệu quả phanh:

- Gia tốc chậm dần khi phanh

- Thời gian phanh

- Quãng đường phanh

- Lực phanh hoặc lực phanh riêng

1.2.2 Gia tốc chậm dần khi phanh

Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá hiệu quả phanh ôtô Gia tốc chậm dần càng lớn thì hiệu quả phanh càng cao

Khi phanh trên đường bằng thì lực phanh PP chiếm khoảng 98% tổng các lực cản trong quá trình phanh Do đó ta có thể coi lực phanh sẽ cân bằng với lực quán tính Mặt khác, khả năng tiếp nhận lực phanh ở các bánh xe còn phụ thuộc rất nhiều vào khả năng bám của các bánh xe với đường

1.2.3 Thời gian phanh

Thời gian phanh cũng là một trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh cũng như chất lượng quá trình phanh Thời gian phanh càng nhỏ tức là hiệu quả phanh càng cao

1.2.4 Quãng đường phanh

1.2.4.1 Quãng đường phanh lý thuyết

Quãng đường phanh SP là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả phanh cũng như chất lượng quá trình phanh của ôtô So với các chỉ tiêu khác thì chỉ tiêu này mang tính trực quan và thực tế nhất, giúp lái xe xử lý tốt khi phanh trên đường Chỉ tiêu này thường được đưa vào trong các tài liệu tính năng kỹ thuật của ôtô, có kèm theo giá trị vận tốc bắt đầu phanh tương ứng Quãng đường phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt

Về mặt lý thuyết, quãng đường phanh Sp phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh v1 và hệ số bám

Đồ thị trên hình 1.11 cho

thấy rằng vận tốc bắt đầu phanh

v1 càng cao thì quãng đường

ϕ

ϕ

1.2.4.2 Quãng đường phanh thực tế

Trên thực tế, quãng đường phanh và thời gian phanh thực tế không phải được tính từ khi phanh bắt đầu có hiệu quả mà phải tính từ khi người lái nhận được tín hiệu để phanh Do đó, tP và SP sẽ lớn hơn so với các giá trị tính toán lý thuyết

xe (hoặc mômen phanh

MP) với thời gian t Đồ

thị này được gọi là giản

- t1: thời gian phản xạ của người lái, tức là từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh Thời gian này phụ thuộc vào trình độ của người lái Thời gian t1 thường nằm trong giới hạn t1 = 0,3 ÷ 0,8s

- t2: thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh do phải khắc phục hành trình tự do trong hệ thống, tức là thời gian từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào tang phanh Thời gian này phụ thuộc vào kết cấu dẫn động phanh, đối với phanh khí nén t2 = 0,2 ÷ 0,4s

- t3: thời gian tăng lực phanh và tăng gia tốc chậm dần Thời gian này cũng phụ thuộc vào kết cấu dẫn động phanh, với phanh khí nén t3 = 0,5 ÷1s

- t4: thời gian phanh hoàn toàn với lực phanh cực đại PPmax và với gia tốc chậm dần cực đại JPmax

- t5: thời gian nhả phanh sau khi xe dừng, lực phanh giảm dần về 0 Đối với phanh khí nén t2 = 1,5 ÷ 2s

Khi ôtô đã dừng hoàn toàn thì thời gian phanh t5 không ảnh hưởng đến quãng đường phanh nhỏ nhất Như vậy thời gian phanh thực tế tổng cộng kể từ lúc

có tín hiệu phanh đến khi phanh dừng hẳn sẽ là:

Từ giản đồ phanh cho thấy ở thời gian t1 + t2, lực phanh và gia tốc chậm dần bằng không Lực phanh và gia tốc bắt đầu tăng lên từ thời điểm A là điểm khởi đầu của thời gian t3 Cuối thời gian t3, lực phanh và gia tốc chậm dần đạt giá trị cực đại

và giữ không đổi trong suốt thời gian t4 Cuối thời gian t4, gia tốc chậm dần và lực phanh bắt đầu giảm Hết thời gian t5, lực phanh bằng không Gia tốc chậm dần trong thời gian t4 được gọi là gia tốc chậm dần ổn định

Tuy nhiên, giản đồ phanh trên đây đã được đơn giản hóa, còn giản đồ phanh lấy từ thực nghiệm có dạng đường gợn sóng nhấp nhô

Nếu kể đến thời gian phản xạ của người lái và thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế được xác định như sau:

1.2.5 Lực phanh và lực phanh riêng

Ba chỉ tiêu quan trọng nhất đã được xem xét ở trên Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh Tuy nhiên chỉ tiêu này chỉ được dùng thuận lợi nhất khi thử phanh ôtô trên bệ thử

Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ôtô được xác định theo công thức:

Trong đó : M P là mômen phanh của các cơ cấu phanh, [N.m]

r K là bán kính tính toán của bánh xe, [m]

Lực phanh riêng là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của ôtô Lực phanh riêng được xác định theo công thức (1.19):

Lực phanh riêng đạt cực đại khi lực phanh đạt cực đại:

(1.5)Công thức (1.20) cho thấy lực phanh riêng cực đại có giá trị bằng hệ số bám Như vậy, về mặt lý thuyết, lực phanh riêng cực đại có thể đạt được giá trị 70 ÷ 80% trên mặt đường nhựa khô nằm ngang Nhưng trong thực tế, giá trị đạt được chỉ trong khoảng 45 ÷ 65%

Ngoài ra có thể sử dụng thông số lực phanh riêng cho từng cầu xe Các giá trị này dùng để đánh giá khả năng sử dụng trọng lượng bám ở từng cầu

(1.6)

P P

P P

Cả bốn chỉ tiêu trên đều có giá trị ngang nhau, nghĩa là khi đánh giá chất lượng phanh chỉ cần dùng một trong bốn chỉ tiêu đó Việc dùng chỉ tiêu nào để đánh giá hiệu quả phanh là tuỳ thuộc vào tình hình trang thiết bị đo lường của từng nước

và sự phát triển nền công nghiệp của nước đó Việt Nam hiện đang sử dụng hai chỉ tiêu là quãng đường phanh và gia tốc chậm dần cực đại khi phanh

1.2.6 Một số tiêu chuẩn

Tại Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường được quy định tại tiêu chuẩn 22 TCN 224-2001: “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện cơ giới đường bộ” do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành ngày 05/12/2001 Tiêu chuẩn này quy định thử xe ở chế độ không tải, trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằng phẳng và khô, được đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu: SP hoặc JPmax, hệ số bám không nhỏ hơn 0,6 Vận tốc bắt đầu phanh là 30[Km/h] hay là 8,33[m/s]

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ở

đến 09 chỗ (kể cả người lái) Không lớn hơn 7,2 Không nhỏ hơn 5,8 Ôtô tải có trọng lượng toàn bộ

không lớn hơn 8000KG, ôtô khách

trên 09 chỗ (kể cả người lái) có tổng

chiều dài không lớn hơn 7,5m

Không lớn hơn 9,5 Không nhỏ hơn 5,0

ϕ

Ôtô tải hoặc đoàn ôtô có trọng

lượng toàn bộ lớn hơn 8000KG, ôtô

khách trên 09 chỗ (kể cả người lái)

có tổng chiều dài lớn hơn 7,5m

Không lớn hơn 11 Không nhỏ hơn 4,2

Tiêu chuẩn trình bày ở bảng 1-1 trên được cho ứng với chế độ thử: Ô tô không tải, chạy trên đường nhựa khô, nằm ngang Vận tốc bắt đầu phanh là 30 [ Km/h ] ( 8,33 [ m/s ] )

Do yêu cầu về tốc độ ô tô ngày càng tăng, cho nên có xu hướng tăng vận tốc thử phanh để cho phép lưu hành trên đường Tuy vậy thử phanh ở tốc độ cao là rất nguy hiểm, nhất là trong điều kiện chưa cho phép có những bãi thử chuyên dùng Vì thế ở nước ta vẫn đang áp dụng tốc độ thử phanh là 30 [ Km/h]

Số liệu cho ở bảng 1-1 chỉ sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm cho phép ô tô lưu hành trên đường để đảm bảo an toàn chuyển động Đối với các cơ sở nghiên cứu hay thiết kế chế tạo thì cần áp dụng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn

Bảng 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính

( Tiêu chuẩn của Nga )

tt

Chủng loại ô tô Tốc độ

trước khi phanh

Vo[Km/h]

Lực tác dụng lên bàn đạp

Pbđ [ N ] (≤ )

Dạng thử

Quãng đường phanh

Sp [ m ] (≤ )

Gia tốc chậm dần

ổn định

Jp [ m/g ] (≥ )

7,0 5,4 5,0

7,0 5,3 4,9

Ô tô buýt với trọng

6,0 4,5 4,1

Ô tô tải với trọng

5,5 4,1 3,8

Ô tô tải với trọng

5,5 4,0 3,7

Ô tô tải với trọng

5,5 4,0 3,6

5,5 4,0 3,7

5,5 3,9 3,6

Bảng 1.3: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ

( tiêu chuẩn Nga )

Stt

Chủng loại ô tô

Tốc độ trước khi thử

Vo [Km/h]

Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ [ N ] (≤ )

Quãng đường phanh

Sp [ m ] (≤ )

Gia tốc chậm dần ổn định

Jp [ m/s2] (≥ )

Tay đòn

Bàn đạp

Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu được cho tương ứng ba dạng thử khác nhau là

Thử " O ": Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường tiến hành hai trường hợp: động cơ được tách và không tách ra khỏi hệ thống truyền lực

Thử " I ": Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên Dạng thử này bao gồm hai giai đoạn:

Thử sơ bộ: Để cho các cơ cấu phanh nóng lên

Thử chính: Để xác định hiệu quả phanh

Thử " II ": Để xác định hiệu quả phanh chính, khi ô tô, máy kéo chuyển động xuống dốc dài

Khi phanh bằng phanh dự trữ hoặc bằng các hệ thống phanh khác thực hiện các chức năng của nó, gia tốc chậm dần lớn nhất cần phải đạt 3 [ m/s2 ] đối với ô tô khách và 2,8 [ m/s2 ] đối với ô tô tải

Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổng lực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó có thể tạo ra Khi thử (theo cả hai chiều: đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại - quay lên dốc) phanh dừng cần phải giữ được ô tô- máy kéo chở đầy tải và động cơ tách ra khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên trên dốc có độ nghiêng không nhỏ hơn 25%

Hệ thống phanh chậm dần cần phải đảm bảo cho ô tô - máy kéo, khi chuyển động xuống các dốc dài 6 [ Km ], độ dốc 7 %, tốc độ không vượt quá 30±2 [ Km/h ] ( 8,33±0,6 [ m/s ]), mà không cần sử dụng các hệ thống phanh khác Khi phanh bằng phanh này, gia tốc của ô tô, máy kéo thường đạt khoảng 0,6÷2,0 [ m/s2]

Để quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điều khiển được đúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thời không có hiện tượng tự xiết khi phanh

1.3 MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ MEN PHANH VÀ LỰC DẪN ĐỘNG

Như đã trình bày trên đây, các cơ cấu phanh trên ô tô hiện nay rất đa dạng đặc biệt là phanh guốc Chúng được sử dụng kết hợp với các loại dẫn động phanh sao cho đạt được hiệu quả mong muốn trong từng trường họp cụ thể

Lực dẫn động tác dụng lên cơ cấu phanh được hình thành từ áp suất thủy lực hoặc khí nén hoặc từ tác động cơ khí (nêm) Mối quan hệ giữa lực dẫn động với mô men phanh tại bánh xe phụ thuộc vào kết cấu cụ thể của cơ cấu phanh Việc xác định mối quan hệ này ở các loại cơ cấu phanh guốc là rất phức tạp do đặc thù kết cấu của nó

Một trong những phương pháp thường được sử dụng là xây dựng họa đồ lực phanh để xác định các lực tác dụng lên cơ cấu phanh từ mô men phanh đã biết Phương pháp này khá phức tạp và có độ chính xác phụ thuộc nhiều vào việc dựng hình Hơn nữa, trong các tính toán mô phỏng hệ thống phanh bằng các phần mềm hoặc chương trình tính toán trên máy tính thì việc vẽ họa đồ là không thực hiện được

Phương pháp thứ hai là sử dụng các công thức gần đúng thể hiện mối quan

hệ giữa lực dẫn động và mô men phanh tại bánh xe cho từng loại cơ cấu phanh

Do được xây dựng một cách gần đúng, nên các công thức này thường có nhiều dạng khác nhau [7] Để so sánh, đánh giá các công thức cần có những tính toán cụ thể

Vì những lý do trên, luận văn đã nghiên cứu lựa chọn phương pháp và thực hiện các tính toán cụ thể nhằm đánh giá độ chính xác của các phương pháp tính toán Đồng thời các kết quả tính toán cũng cho phép đánh giá từng loại cơ cấu phanh

Do đối tượng nghiên cứu là ô tô tải, nên luận văn chỉ trình bày các nghiên cứu và kết quả tính toán liên quan đến cơ cấu phanh guốc

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN:

- Nội dung chính của luận văn

+ Đề tài nghiên cứu: nghiên cứu mối quan hệ giữa mô men phanh và lực

dẫn động trên các loại cơ cấu phanh

+ Mục tiêu nghiên cứu: xây dựng quan hệ giữa lực dẫn động và momen cho

các loại cơ cấu phanh

+ Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết

CHƯƠNG 2 QUAN HỆ GIỮA LỰC DẪN ĐỘNG VÀ MÔ MEN PHANH TẠI

BÁNH XE

Hiện nay, có nhiều phương pháp để xác định quan hệ giữa mô men phanh và lực dẫn động Dưới đây trı̀nh bày hai phương pháp tương đối thông dụng

2.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CƠ CẤU PHANH GUỐC

Các thông số kết cấu của cơ cấu phanh được thể hiện trên hình 2.1

Các thông số hình học của cơ cấu phanh gồm có bán kính tang trống rt, góc

ôm của má phanh β0, toạ độ điểm đặt lực lực a Ngoài ra để phục vụ cho việc tính toán người ta xây dựng hệ trục vuông góc X-X và Y-Y, trong đó trục Y-Y được lấy

Hình 2.1 Các thông số hình học của cơ cấu phanh

đi qua tâm O của cơ cấu phanh và tâm quay O1 của guốc phanh Các góc β1, β2được tính từ trục Y-Y, nên:

Các thông số của guốc phanh sau cũng được xác định tương tự Trong quá trình tính toán, để phân biệt các guốc trước và sau người ta đánh dấu (') cho các thông số của guốc trước và dấu (") cho các thông số của guốc sau

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC DẪN ĐỘNG VÀ MÔ MEN PHANH

2.2 1 Phương pháp họa đồ

Đối với phanh guốc, mô men phanh tại bánh xe được tạo bởi 2 guốc phanh Theo vị trí của chúng ta gọi là guốc trước và guốc sau Chẳng hạn đối với cơ cấu phanh cầu trước thể hiện trên sơ đồ hình 2.2 ta có:

Tương tự như vậy đối với cơ cấu phanh sau:

(2.2)

1 2

"

1 '

2.2.1.1 Các lực tác dụng lên guốc phanh

Guốc phanh phải chịu 3 lực:

• Lực Ps do dẫn động phanh sinh ra, cụ thể là do pít tông của xi lanh công tác trong trường hợp dẫn động thuỷ lực và do cam ép trong trường hợp dẫn động khí nén Phương, chiều và điểm đặt của lực này đã biết theo kết cấu của cơ cấu phanh

• Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh, điểm đặt của lực này được coi là đặt tại tâm quay của guốc phanh O1, tuy nhiên phương, chiều và độ lớn thì chưa biết

• Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh Lực này chưa biết cả

về điểm đặt phương, chiều và độ lớn

Như vậy, cả 3 lực trên đều có những thông số chưa biết Để xác định được các lực này người ta sử dụng phương pháp dựng hình gọi là hoạ đồ lực phanh

Ở đây, cần lưu ý rằng lực tác dụng từ trống phanh lên má phanh R không phải là lực tập trung mà phân bố dọc theo má phanh Thực tế cho thấy lực này phân

bố không đều dọc theo má phanh mà có quy luật phân bố gần với quy luật sin:

q được gọi là lực phân bố hay áp suất trên má phanh

q

q=

2 1

0

2 1

2sin2

sin2

2cos2

cos

ββ

β

ββ