Xây dựng quy trình thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén ô tô tải loại N3 đáp ứng yêu cầu phân bố lực phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ECE

Xây dựng quy trình thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén ô tô tải loại N3 đáp ứng yêu cầu phân bố lực phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ECE Xây dựng quy trình thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén ô tô tải loại N3 đáp ứng yêu cầu phân bố lực phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ECE luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Trang 1

l Bộ giáo dục và đào tạo

trường đại học bách khoa hà nội

*****

Nguyễn văn hạnh

Xây dựng quy trình thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén ô tô tảI loại n3 đáp ứng yêu cầu phân bố lực

phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ece

Chuyên ngành: Kỹ thuật Ôtô và Xe chuyên dụng

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

kỹ thuật ôtô và xe chuyên dụng

Người hướng dẫn khoa học: Pgs.Ts Nguyễn trọng hoan

Hà nội – Năm 2012

Trang 2

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và Xe chuyên

dụng, Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào

Tác giả

Nguyễn Văn Hạnh

Trang 3

2

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, Thầy đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo

về mặt chuyên môn để tôi hoàn thành luận văn này

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp

đã giúp đỡ tạo, điều kiện về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học tập và làm luận văn

Tác giả

Nguyễn Văn Hạnh

Trang 4

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 8

MỞ ĐẦU 9

1 Lý do chọn đề tài 9

2 Mục đích nghiên cứu 9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

3.1 Đối tượng nghiên cứu 9

3.2 Phạm vi nghiên cứu 10

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 10

5 Phương pháp nghiên cứu 10

5.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết 10

5.2 Phương pháp mô hình hóa 10

5.3 Phương pháp phân loại và hệ thống hóa 11

5.3 Phương pháp giải thuyết 11

5.4 Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động 11

5.5 Phương pháp chuyên gia 11

6 Cấu trúc luận văn 11

NỘI DUNG 12

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 12

1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động khí nén 12

1.2 Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén loại một dòng 14

1.2.1 Sơ đồ kết cấu chung 14

1.2.2 Máy nén khí 15

Trang 5

4

1.2.3 Bộ điều chỉnh áp suất 16

1.2.4 Tổng van phanh 16

1.2.5 Van an toàn 17

1.2.6 Bầu phanh 18

1.2.7 Cơ cấu phanh 18

1.3 Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén loại nhiều dòng 20

1.3.1 Sơ đồ dẫn động 20

1.3.2 Tổng van phanh hai ngăn 23

1.3.3 Van bảo vệ một ngả 24

1.3.4 Van bảo vệ ba ngả 25

1.4 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 26

1.4.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 26

1.4.2 Thời gian phanh 27

1.4.3 Quãng đường phanh 28

1.4.4 Lực phanh và lực phanh riêng 32

1.5 Vấn đề nghiên cứu 36

Chương 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN Ô TÔ TẢI LOẠI N3 ĐÁP ỨNG TIÊU CHUẨN ECE 39

2.1 Phân loại ô tô theo trọng lượng 39

2.2 Động lực học quá trình phanh của ô tô 39

2.4 Cơ sở lý thuyết về tiêu chuẩn ECE đối với ô tô tải loại N3 41

2.5 Quy trình tính toán thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén cho ô tô tải loại N3 đáp ứng tiêu chuẩn ECE 43

2.5.1 Thông số của xe tính toán 43

2.5.2 Giai đoạn 1: Tính toán cho trường hợp phân bố lực phanh lý tưởng 44

2.5.3 Giai đoạn 2: Tính toán quá trình phanh với tỷ lệ lực phanh giữa các cầu không đổi 46

Trang 6

5

2.5.4 Giai đoạn 3: Tính toán cho hệ thống phanh thực có sử dụng bộ điều hoà lực phanh có khả năng thay đổi một cách tự động tỷ lệ mô men phanh cầu trước

và cầu sau 48

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THÔNG PHANH DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN Ô TÔ TẢI LOẠI N3 ĐÁP ỨNG TIÊU CHUẨN ECE 52

3.1 Tính toán thiết kế hệ thống phanh khí nén ôtô MAZ-63031 52

3.1.2 Quá trình phanh với tỷ lệ phân bố lực phanh lý tưởng 52

3.1.3 Quá trình phanh với tỷ lệ lực phanh giữa các cầu không đổi 56

3.1.4 Quá trình phanh với tỷ lệ mô men phanh giữa cầu trước và cầu sau thay đổi 59

3.2 Tính toán thiết kế hệ thống phanh khí nén ô tô Howo 371 64

3.2.2 Quá trình phanh với tỉ lệ phân bố lực phanh lý tưởng 64

3.3 Tính toán thiết kế hệ thống phanh khí nén ô tô Kamaz 6520 69

3.3.2 Quá trình phanh với tỉ lệ phân bố lực phanh lý tưởng 70

3.4 Nhận xét và đánh giá 75

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Trang 7

6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu Tên hình vẽ, đồ thị Trang

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén 13 Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén điển hình 13 Hình 1.3 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén một dòng 14 Hình 1.4 Cấu tạo máy nén khí trên xe ZIL-130 15

Hình 1.6 Cấu tạo tổng van phanh 2 tầng của ôtô ZIL-130 17

Hình 1.8 Bầu phanh và đòn điều chỉnh cơ cấu phanh 18

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh khí nén nhiều dòng 21

Hình 1.15 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh theo vận tốc bắt

Hình 2.6

Đồ thị giới hạn phạm vi phân bố của các đường quan hệ giữa

hệ số lực phanh T của xe kéo và áp suất pM trong đường điều

khiển hệ thống phanh rơ moóc và bán moóc

51

Hình 3.2

Đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám tại cầu

trước và cụm cầu sau của ôtô đầy tải (đường liền) và không tải

(đường đứt) của ôtô MAZ-63031 với hệ số lực phanh với điều

58

Trang 8

7

kiện tỷ lệ phân bố lực phanh giữa các cầu là không đổi

Hình 3.3

Đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám cầu trước

và cụm cầu sau của ôtô không tải (đường đứt) và đầy tải

(đường liền) của ôtô MAZ loại 6 x 4 với hệ số lực phanh trong

trường hợp tỷ lệ lực phanh giữa các cầu được điều chỉnh

63

Hình 3.4 Ô tô Howo 371 - 3 chân (thùng hàng 5,6m) 64

Hình 3.5

(đường đứt) của ôtô Howo 371 với hệ số lực phanh với điều

66

Hình 3.6

và cầu sau của ôtô không tải (đường đứt) và đầy tải (đường

liền) của ôtô Howo 371 với hệ số lực phanh trong trường hợp

tỷ lệ lực phanh giữa các cầu được điều chỉnh

69

Hình 3.8

(đường đứt) của ôtô Kamaz 6520 với hệ số lực phanh với điều

72

Hình 3.9

và cầu sau của ôtô không tải (đường đứt) và đầy tải (đường

liền) của ôtô Kamaz 6520 với hệ số lực phanh trong trường

hợp tỷ lệ lực phanh giữa các cầu được điều chỉnh

75

Hình 3.10

Đồ thị so sánh quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám

tại cầu trước và cụm cầu sau của ôtô đầy tải (đường liền) và

không tải (đường đứt) với hệ số lực phanh với điều kiện tỷ lệ

phân bố lực phanh giữa các cầu là không đổi

76

Hình 3.11

Đồ thị so sánh quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám

cầu trước và cụm cầu sau của ôtô không tải (đường đứt) và

đầy tải (đường liền) với hệ số lực phanh trong trường hợp tỷ

lệ lực phanh giữa các cầu được điều chỉnh

77

Trang 9

8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Số hiệu Tên hình vẽ, đồ thị Trang

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

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

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

Bảng 3.1 Kết quả tính toán các thông số với tỷ lệ phân bố lực phanh lý

Bảng 3.2 Kết quả tính toán các thông số với tỷ lệ phân bố lực phanh

Bảng 3.3 Các thông số cơ bản của các loại ôtô MAZ 60

Bảng 3.5 Kết quả tính toán các thông số với tỷ lệ phân bố lực phanh lý

giữa các cầu không đổi của ô tô Howo 371 67 Bảng 3.7 Kết quả tính toán các thông số với tỷ lệ phân bố lực phanh

giữa các cầu thay đổi của xe Howo 371 69 Bảng 3.8 Kết quả tính toán các thông số với tỷ lệ phân bố lực phanh lý

giữa các cầu không đổi của ô tô Kamaz 6520 72

giữa các cầu thay đổi của xe Kamaz 6520 75

Trang 10

bị trượt lết, xe mất ổn định

Như vậy, để có được hiệu quả phanh cực đại cần thoả mãn điều kiện là lực phanh tác dụng trên các cầu ôtô tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên các cầu đó trong khi phanh

Trong quá trình tính toán thiết kế hệ thống phanh chính của ô tô cần đặt ra các tiêu chuẩn, một trong những tiêu chuẩn đó có quy định N013, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505 áp dụng cho các ôtô loại N3 không trang bị hệ thống chống hãm cững bánh xe ABS

Qua những phân tích trên cho thấy đề tài: “Xây dựng quy trình thiết kế hệ

thống phanh dẫn động khí nén ô tô tải loại N3 đáp ứng yêu cầu phân bố lực

phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ECE” rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Vì vậy tôi đã quyết định chọn đề tài này làm luận văn tốt nghiệp

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén cho ô

tô tải loại N3 đáp ứng phân bố đều lực phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ECE R13

Sử dụng đồ thị các vùng giới hạn của các đường cong hệ số sử dụng trọng lượng bám để tính toán hệ thống phanh chính và kiểm tra tiêu chuẩn ECE

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Tiêu chuẩn ECE R13 áp dụng cho ô tô tải loại N3

Quy trình tính toán thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén cho ô tô tải loại N3 đáp ứng tiêu chuẩn ECE R13

Tính toán thiết kế hệ thống phanh chính cho một số ô tô loại N3 cụ thể

Trang 11

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu kết cấu của hệ thống phanh dẫn động khí nén

Phân tích sự phân bố lại trọng lượng lên các cầu trước và cầu sau của ô tô trong quá trình phanh

Tìm hiểu quy định N013, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505 áp dụng cho các ôtô loại N3 không trang bị hệ thống chống hãm cững bánh xe ABS

Xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén ô tô tải loại N3 đáp ứng yêu cầu phân bố lực phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ECE

Xây dựng thuật toán tính toán các tham số của hệ thống phanh dẫn động khí nén các ô tô loại N3 bằng phần mềm Matlab

Xác định đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám cầu trước và cầu sau của ôtô trong trường hợp không tải và đầy tải để kiểm tra tiêu chuẩn ECE

Xác định sự cần thiết phải bố trí điều hòa lực phanh và tính toán các thông số của nó nhằm đáp ứng tiêu chuẩn ECE

Đưa ra nhận xét sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu của ô tô tải loại N3 (chiều cao trọng tâm, chiều dài cơ sở và tải trọng của xe) đến việc tính toán các thông số của hệ thống phanh chính nhằm đáp ứng tiêu chuẩn ECE

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

Hệ thống hóa, phân tích nhiệm vụ và kết cấu của hệ thống phanh dẫn động khí nén trên ô tô tải loại N3

5.2 Phương pháp mô hình hóa

Phân tích đặc tính vật lý của ô tô trong quá trình phanh, phân tích tham số vật lý của hệ thống phanh dẫn động khí nén

Trang 12

11

5.3 Phương pháp phân loại và hệ thống hóa

Phân loại và hệ thống hóa nội dung theo từng nhiệm vụ của đề tài

5.3 Phương pháp giải thuyết

Xây dựng bài toán tính toán thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén cho các loại ô tô tải N3 đáp ứng tiêu chuẩn ECE

5.4 Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động

Vận dụng bài toán kiểm nghiệm tính toán hệ thống phanh dẫn động khí nén cho một số ô tô tải loại N3 cụ thể

5.5 Phương pháp chuyên gia

Góp ý của các chuyên gia, thầy cô giáo chuyên môn trong việc xây dựng giả thuyết khoa học và tiếp cận giải quyết bài toán khoa học

6 Cấu trúc luận văn

Trang 13

12

NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG BẰNG KHÍ

NÉN VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Để bảo đảm cho ôtô chuyển động an toàn ở tốc độ cao, cho phép lái xe điều chỉnh được tốc độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm thì trên ôtô được trang bị hệ thống phanh Hầu hết các ôtô hiện nay thường bố trí hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc và dẫn động phanh bằng thuỷ lực, khí nén hoặc phối hợp giữa thuỷ lực và khí nén Trên các ôtô vận tải loại trung bình và lớn, các xe buýt nội thị và xe chở khách từ 24 chỗ ngồi trở lên thường sử dụng hệ thống phanh dẫn động khí nén Ở dẫn động phanh khí nén để dẫn động các cơ cấu phanh người

ta sử dụng năng lượng của khí nén, lái xe chỉ cần sinh lực để điều khiển van phân phối khí nén Điều này cho phép giảm nhẹ sức lao động của lái xe và có thể tạo ra lực phanh lớn mà không cần lực tác động lên bàn đạp phanh lớn

1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động khí nén

Hệ thống phanh là một tập hợp các cơ cấu được liên kết với nhau để thực hiện quá trình phanh xe Hiện nay, trên các ôtô hiện đại tồn tại bốn hệ thống phanh khác nhau về chức năng, có kết cấu phức tạp và thường dùng chung các phần tử như nguồn năng lượng, van phanh, cơ cấu phanh Bốn hệ thống phanh đó là:

+ Hệ thống phanh công tác (còn gọi là hệ thống phanh chính) dùng để điều chỉnh tốc độ chuyển động của ôtô trong điều kiện chuyển động bất kỳ

+ Hệ thống phanh dừng dùng để giữ cố định xe trên đường khi dừng xe trong thời gian tuỳ ý

+ Hệ thống phanh dự trữ dùng để dừng xe trong trường hợp hư hỏng hệ thống phanh công tác

+ Hệ thống phanh phụ dùng để giữ tốc độ chuyển động của ôtô không đổi trong thời gian dài hoặc để điều chỉnh tốc độ của ôtô ở giới hạn nào đấy khác không

Ngoài ra, các xe đời mới còn có thể có hệ thống phanh tự động

Trên hình 1.1 là sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén:

Trang 14

13

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén

Hệ thống phanh khí nén gồm có nguồn năng lượng khí nén, dẫn động phanh

và cơ cấu phanh Trên cơ sở sơ đồ khối như hình 1.1, sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh khí nén điển hình được thể hiện như trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén điển hình

1 Máy nén khí; 2 Tổng van phanh; 3 Đường ống dẫn ra rơ mooc; 4 Đầu nối; 5 Van điều khiển phanh rơ mooc; 6 Bình chứa khí phanh rơ mooc; 7 Cơ cấu phanh;

8 Bầu phanh; 9 Bình chứa khí nén của ôtô kéo

Cấu tạo chung của hệ thống phanh khí nén gồm có: máy nén khí 1 đóng vai trò là nguồn năng lượng, các van phanh 2 và 5 thuộc khối điều khiển; khối truyền

Phản hồi

Dẫn động phanh

Cơ cấu phanh

Máy nén khí Người lái

Trang 15

14

gồm các đường ống dẫn khí, ống mềm, đầu nối, khối tích năng là các bình chứa khí nén 9 và 6, khối chấp hành là các bầu phanh 8

1.2 Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén loại một dòng

1.2.1 Sơ đồ kết cấu chung

Hệ thống phanh khí nộn một dũng được thể hiện trên hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén một dòng

Cấu tạo chung của hệ thống phanh này gồm có: máy nén khí 7 đóng vai trò là nguồn năng lượng, các van phanh 2 và 6 thuộc khối điều khiển; khối truyền gồm các đường ống dẫn khí, ống mềm, đầu nối, khối tích năng là bình chứa khí nén, khối chấp hành là các bầu phanh

Nguyên lý làm việc: khi đạp lên bàn đạp phanh, khí nén từ bình chứa qua van phanh và đi đến bầu phanh làm xoay cam phanh của của cơ cấu doãng má phanh, ép sát guốc phanh vào tang phanh thực hiện quá trình phanh xe Đồng thời, khí nén trên đường ống dẫn ra rơmoóc sẽ qua van phanh xả ra ngoài khí trời Sự giảm áp đó trên đường ống nối ra rơmoóc sẽ là tín hiệu điều khiển van phanh rơmoóc làm việc

để thực hiện phanh rơmoóc Khi nhả bàn đạp phanh thì khí nén từ bầu phanh ôtô kéo theo đường dẫn xả ra ngoài khí trời qua cửa xả ở van phanh, còn khí nén ở bầu phanh rơmoóc thì xả ra ngoài khí trời qua van xả nằm trong van phanh rơmoóc

Ưu điểm: điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, tạo được lực phanh lớn Trong trường hợp xe kéo rơmooc, thì dẫn động phanh bằng khí nén đảm bảo chế độ

Trang 16

ở thân và nắp máy

Hình 1.4 Cấu tạo máy nén khí trên xe ZIL-130

1 Vỏ–giá đỡ; 2 Moayơ; 3,48 Vỏ; 4 Vít hãm; 5 Đệm chắn dầu; 6,49 ổ bi; 7 Thân;

8 Puli; 9 Khối xilanh; 10 Thanh truyền;11 Xécmăng dầu; 12 Nắp hãm; 13 Chốt pitông; 14 Xécmăng khí; 15 Bạc lót; 16 Piston; 17,27,32,39 Đế van; 18 Van nén;

19 Lò xo van nén; 20,51 Đai ốc; 21 Nắp máy; 22 Nắp đế van; 23 Đường khí nạp;

24 Đế chặn van; 25 Lò xo van nạp; 26 Van nạp; 28 Đũa đẩy; 29 Lò xo đòn ngang;

30 Buồng chia khí và giảm áp; 31 Rãnh dẫn; 33 Nắp điều chỉnh; 34 Lò xo; 35 Vỏ

bộ điều chỉnh áp suất; 36 Thanh đẩy hình trụ; 37 Van xả của bộ điều chỉnh áp suất;

38 Van nạp của bộ điều chỉnh áp suất; 40 Bầu lọc; 41 Đòn ngang; 42 Con trượt; 43 Đầu nối với ống từ bầu lọc; 44 Bộ điều áp; 45 Điểm nối ống dẫn dầu bôi trơn; 46 Bạc làm kín; 47 Lò xo bạc làm kín; 50 Nắp thanh truyền; 52 Bạc đầu to thanh truyền; 53 Trục khuỷu; 54 Đường ra của dầu bôi trơn;B.Rãnh thoát khí

Trang 17

16

1.2.3 Bộ điều chỉnh áp suất

Bộ điều chỉnh áp suất có tác dụng tự

động giữ áp suất khí nén trong hệ thống nằm

trong giới hạn 0,6  0,77 MPa đồng thời

giảm tải cho máy nén khí Áp suất này đảm

bảo cho dòng khí nén từ các bình chứa đến

các bầu phanh (đến áp suất 0,45 MPa) với

tốc độ giới hạn không đổi (bằng tốc độ âm

thanh) và với lưu lượng trong một giây lớn

nhất, nhờ vậy đảm bảo được thời gian chậm

tác dụng của hệ thống phanh ngắn nhất Hình 1.5 Bộ điều chỉnh áp suất

1 Chụp bảo vệ; 2 Chụp điều chỉnh; 3 Lò xo; 4 Bi tỳ; 5 Cần của van; 6 Đai ốc hãm; 7 Rãnh dẫn; 8 Lưới lọc; 9 Thân; 10 Nút; 11 Lọc dùng kim loại gốm; 12 Vòng đàn hồi; 13 Van nạp; 14 Van xả; 15 Đế van nạp; 16 Đế van xả;17 Đệm điều chỉnh; 18 Vòng chặn; I Khí nén áp suất cao từ bình chứa; II Cửa thoát khí ra ngoài khí trời; III Khí từ khối giảm áp của máy nén

Hình 1.5 mô tả cấu tạo của bộ điều chỉnh áp suất: khoang trong thân 9 nối với khoang dưới con trượt 42 trong hình 1.3 qua cửa III và nhờ rãnh 7 có hai van bi

13 và 14 Lưới lọc 8 dùng để lọc dầu và nước lẫn vào trong khí nén khi đi qua cửa III Hai van bi chịu lực ép của lò xo 3 thông qua cần đẩy 5 Van nạp 13 có đế tựa 15

có vòng đệm đàn hồi 12 Kết cấu này không cho van bi dính vào đế tựa Đế tựa 16 của van thải 14 là mặt mút dẫn hướng của cần đẩy 5 Ống dẫn hướng 16 có rãnh nối thông khoang của các viên bi với khí trời Phần dưới của bộ điều chỉnh áp suất nối thông với bình chứa khí qua cửa I

1.2.4 Tổng van phanh

Khí nén sau khi được nạp đầy trong các bình chứa sẽ được điều khiển thời điểm và lưu lượng cung cấp vào hệ thống thông qua một thiết bị có tác dụng như một van khóa gọi là tổng van phanh Tuỳ thuộc vào dẫn động một dòng, hai dòng

mà kết cấu của tổng van phanh có những đặc điểm khác nhau Dưới đây là cấu tạo của tổng van phanh 2 tầng dùng cho dẫn động phanh 1 dòng

Trang 18

17

Hình 1.6 Cấu tạo tổng van phanh 2 tầng của ôtô ZIL-130

1 Thanh dẫn động van phanh; 2 Chụp bảo vệ; 3,29,33 Tay đòn; 4,31,34 Bulông điều chỉnh hành trình; 5,27 Lò xo cân bằng; 6 ống dẫn hướng; 7 Cần đẩy van phanh rơmoóc; 8 Thân van; 9 Màng; 10,17 Đế van xả; 11 Vòng làm kín; 12,18 Van xả; 13 Đệm điều chỉnh; 14,19 Van nạp; 15 Đế van nạp; 16 Cửa khí quyển;

20 Nắp công tắc đèn phanh; 21 Đầu nối dây; 22 Lò xo công tắc; 23 Các đầu dây; 24 Tiếp điểm công tắc đèn phanh; 25 Thân công tắc; 26 Rãnh dẫn khí; 28 Thân tầng van phanh ôtô; 30 Đai ốc hãm; 32 Lẫy liên động phanh tay; A Đường khí tới phanh rơmoóc; B Đường khí từ bình chứa khí nén; C Đường khí tới phanh

Hình 1.6 mô tả cấu tạo tổng van phanh loại hai tầng bố trí trong cùng một vỏ,

có cơ cấu tuỳ động kiểu màng và các van phanh hình côn làm bằng cao su - thép

Cơ cấu tuỳ động có tác dụng thuận (ở tầng dưới) dùng để điều khiển phanh ôtô kéo

Cơ cấu tuỳ động tác dụng nghịch (ở tầng trên) dùng để điều khiển phanh rơmoóc

1.2.5 Van an toàn

Hình 1.7 Van an toàn

1 Đế van; 2 Thân van; 3 Van bi; 4 Lò xo;

5 Đai ốc hãm; 6 Vít điều chỉnh; 7 Thanh đẩy

Trang 19

18

Hình 1.7 thể hiện cấu tạo của van an toàn, gồm có đế van 1, thân van 2, van

bi 3, lò xo van 4, đai ốc hãm 5, vít điều chỉnh 6 điều chỉnh lực ép lò xo cũng là điều chỉnh áp suất và thanh đẩy 7 Van an toàn được dùng để phòng ngừa cho hệ thống khí nén khỏi bị tăng áp suất quá lớn trong trường hợp bộ tự động điều chỉnh áp suất

bị hư hỏng Thường được bố trí ở một trong các bình chứa khí nén của ôtô, gần máy nén khí nhất và được điều chỉnh để áp suất mở van trong khoảng 0,9 0,95 MPa

1.2.6 Bầu phanh

Hình 1.8 Bầu phanh và đòn điều chỉnh cơ cấu phanh

1 Thân bầu phanh; 2 Màng; 3 Cần đẩy; 4 Nắp bầu phanh; 5 ống mềm; 6,7 Lò xo; 8 Đệm kín; 9 Bu lông; 10 Nạng; 11 Đòn điều chỉnh; 12 Trục vít; 13 Bi định vị; 14 Trục của trục vít; 15 Bánh răng; 16 Trục của cam quay; 17 Nắp

Hình 1.8 thể hiện cấu tạo chi tiết của bầu phanh loại màng: cần đẩy 3 của bầu phanh được ghép nối với đòn điều chỉnh 11 nhờ nạng 10 và chốt Khí nén đi vào ống mềm 5 ép màng 2 dịch chuyển cùng cần đẩy sang phải, thông qua đòn 11 làm quay cam của cơ cấu phanh thực hiện phanh xe Sau khi nhả bàn đạp phanh, nhờ các lò xo hồi vị 7 và 8 cộng với sự giảm áp từ phía đường ống mà màng 2 trở về vị trí ban đầu

1.2.7 Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là thiết bị trực tiếp tạo ra và thay đổi lực cản để phanh xe bằng cách tạo ra mômen phanh cần thiết và giữ ổn định về chất lượng phanh trong quá trình sử dụng Hệ thống phanh khí nén sử dụng cơ cấu phanh loại ma sát Lực cản

Trang 20

19

được tạo ra nhờ ma sát thay đổi giữa phần quay (tang phanh) và phần không quay (guốc phanh) Phần quay được liên kết cứng với bánh xe ôtô

Hình 1.9 Cơ cấu phanh bánh trước

1 Dầm cầu trước; 2 Thanh ngang hình thang lái; 3 Bulông; 4 Đầu nối; 5 ổ bi đỡ; 6 Đai ốc; 7 Chốt tựa; 8 Tang phanh; 9,10 ổ bi đỡ moayơ; 11 Vòng hãm; 12 Vòng đệm chặn; 13 Đai ốc hãm; 14 Đệm đai ốc; 15-25 Vỏ; 16 Moayơ; 17 Ngõng trục; 18 Cam; 19 Đệm điều chỉnh; 20 Trục đứng; 21 Đòn điều chỉnh; 22 Trục vít; 23 Bánh vít; 24 Vành răng; 26 Chốt bi; 27 Guốc phanh; 28 Nạng; 29 Đai ốc hãm; 30 Thanh nối; 31 Bầu phanh; 32 Lò xo hồi vị

Khi cam quay thì chuyển dịch của guốc về hai phía là như nhau, do vậy mà đảm bảo giá trị phản lực pháp tuyến và lực ma sát như nhau đối với cả guốc trước

và guốc sau vì thế nên các tấm ma sát sẽ mòn như nhau, không phát sinh các lực phụ tác dụng lên ổ trục bánh xe, cơ cấu phanh được cân bằng Hiệu quả phanh theo hai chiều là như nhau Sự cân bằng của cơ cấu phanh và mô men phanh do guốc trước và guốc sau tạo ra bằng nhau sẽ tạo ra cơ sở giữ ổn định chất lượng phanh vì vậy nó được áp dụng rộng rãi trên các ô tô loại lớn

Các hình 1.9 và 1.10 thể hiện kết cấu của cơ cấu phanh bánh xe cầu trước và cầu sau ZIL-130

Trang 21

20

Hình 1.10 Cơ cấu phanh bánh sau

1 Tang phanh; 2 Guốc phanh; 3 Mâm phanh; 4,20 Đai ốc; 5 Chốt tựa guốc phanh; 6 Giá đỡ; 7,28 Vỏ cơ cấu cam; 8 Cam; 9 Con lăn; 10,14 Phớt chắn; 11,13 ổ bi; 12 Đai ốc ngoài; 15 Đai ốc điều chỉnh; 16 Vòng hãm; 17 Đai ốc hãm; 18 Bán trục; 19 Vỏ cầu; 21 Moayơ; 22 Đai ốc trong; 23 Lò xo hồi vị; 24 Giá đỡ con lăn; 25 Trục con lăn;26 Bầu phanh; 27 Thanh nối; 29 Đòn điều chỉnh

Trên đây là kết cấu một số phần tử điển hình mà bất cứ một hệ thống phanh dẫn động khí nén cũng đều phải có Tuy nhiên tuỳ thuộc vào cấu tạo của từng đòng

xe riêng mà trong hệ thống phanh còn có thêm một số phần tử khác như bộ phận lọc nước, van bảo vệ, van hạn chế áp suất, van tăng tốc…

1.3 Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén loại nhiều dòng

1.3.1 Sơ đồ dẫn động

Trên nhiều loại xe tải, hệ thống phanh khí nén gồm nhiều dòng làm việc độc lập: hệ thống phanh công tác, hệ thống phanh dự bị, hệ thống phanh dừng, hệ thống phanh phụ Dẫn động các hệ thống phanh này bằng khí nén

Trang 22

21

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh khí nén nhiều dòng

A- đầu ra kiểm tra các đường dẫn IV; B , E - van các đầu ra kiểm tra các đường dẫn III; C- van kiểm tra đầu ra các đường dẫn I; D- đầu ra kiểm tra các đường dẫn II; - đầu ra kiểm tra của tay đòn dừng động cơ; P- đầu nối dẫn động một dòng; 1- Bầu phanh kiểu 24; 2- Đèn kiểm tra sự làm việc của hệ thống phanh; 3- còi; 4- Van khí điều khiển phanh phụ trợ; 5- Van điều khiển nhả phanh khi có sự cố; 6- Đồng hồ

áp suất hai kim; 7- Van phanh tay; 8- Xi lanh dẫn động ngừng cung cấp nhiên liệu; 9- Máy nén khí; 10- Bộ điều chỉnh áp suất; 11- Bộ bảo hiểm chống đóng băng; 12- Van bảo vệ hai ngả; 13- Bình khí phanh chân cụm bánh sau; 14- Van trích không khí; 15- Van bảo vệ ba ngả; 16- Bình khí phanh phù trợ; 17- Van đầu ra kiểm tra các đường phanh IV; 18- Bình hơi đường phanh tay;19,20- Bầu phanh và bình tích năng; 21- Van gia tốc; 22- cảm biến khi phanh tay; 23- Van kiểm tra đầu ra; 24- Van hai đường dẫn; 25- Van bảo vệ một phía ; 26- Khóa ngắt; 27- Đèn sau; 28- Đầu nối kiểu “ПaЛМ”; 29 Đầu nối kiểu A; 30- Van điều khiển phanh rơ moóc dẫn động một dòng; 31- cảm biến tín hiệu phanh; 32- Van điều khiển phanh rơ moóc dẫn động hai dòng kép; 33- Bộ điều hoà lực phanh; 34- Bình chứa khí nén phanh cụm bánh xe cầu trước; 35- Cảm biến giảm áp suất trong bình chứa; 36- Xi lanh khí nén cơ cấu dẫn động bướm điều tiết hệ thống phanh phụ; 37- Bộ ắc qui; 38- Van tổng phanh hai buồng; 39- đóng van điện từ rơmoóc; 40- Bộ hạn chế áp suất;

Ngoài ra trên xe còn được trang bị cơ cấu dẫn động nhả phanh sự cố để đảm bảo xe vẫn có thể chuyển động được trong trường hợp xe tự phanh do khí nén trong các dòng dẫn động bị dò hoặc có sự cố Như vậy trên xe có năm dòng dẫn động khí

nén làm việc độc lập Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh xe được chỉ ra trên hình 1.11

- Dòng phanh I:

Dẫn động phanh chân cho các bánh xe cầu trước gồm một phần của van ba ngả 15, bình khí nén 20 lít có van xả cặn và cảm biến sụt áp trong bình 35, một

Trang 23

22

phần đồng hồ áp lực hai kim, buồng dưới của van tổng phanh hai buồng số 38, van kiểm tra ở đầu van C, van 40 hạn chế áp lực ở hai bầu phanh trước, cơ cấu phanh bánh trước, các ống dẫn, ống nối giữa các cơ cấu Ngoài ra còn có các ống dẫn từ buồng dưới của van tổng phanh 38 dẫn đến van điều khiển phanh rơ moóc dẫn động hai dòng 32

- Dòng phanh II:

Dẫn động cụm phanh các bánh cầu sau gồm một phần van ba ngả 15, bình khí nén 13 dung tích 40 lít có van xả cặn và cảm biến sụt áp trong bình 14, một phần đồng hồ áp suất hai kim, buồng trên van tổng phanh hai buồng 38, van kiểm tra đầu ra D,bộ điều hoà lực phanh 33 Hai bầu phanh của cơ cấu phanh sau (̀cầu sau), ống nối giữa các cơ cấu Ngoài ra còn có các ống dẫn từ buồng trên tổng phanh 38 đến van điều khiển phanh rơ moóc 32

- Dòng phanh III:

Dẫn động phanh dự phòng, phanh tay và dẫn động phanh rơ moóc gồm một phần van bảo vệ hai ngả 12 và hai bình chứa khí nén 18 dung tích 40 lít có van xả cặn và cảm biến sụt áp trong bình, hai van kiểm tra ở đầu ra B và E, van phanh tay

7, van tăng tốc 21, một phần của van thoát với hai đường dẫn, bốn bầu tích năng bằng lò xo 19, cảm biến thứ 2 báo độ sụt áp trong đường phanh của bầu tích năng Van 32 điều khiển phanh rơ moóc có đường dẫn động hai dòng, ba đầu nối, trong đó đầu nối kiểu A dẫn động một dòng của phanh rơ moóc và hai đầu nối ̀dẫn động hai dòng phanh rơ moóc, cảm biến hơi 31 và các đường ống dẫn giữa các cơ cấu

- Dòng phanh IV:

Dẫn động hệ thống phanh phụ trợ và các nguồn tiêu thụ khác gồm một phần van bảo vệ hai ngả 12, bình hơi 16 dung tích 40 lít có van xả khí cặn và cảm biến sụt áp, van 17 kiểm tra đầu ra A của van khí nén, xi lanh 8 dẫn động cắt nhiên liệu, cảm biến 39 điều khiển bằng điện hơi, hai xi lanh 36 dẫn động bướm tiết lưu đóng đường ống xả của động cơ và các đường ống dẫn, ống nối giữa các cơ cấu

Từ đường dẫn động hệ thống phanh phụ trợ IV khí nén đi vào các nguồn tiêu thụ phụ như gạt mưa, tín hiệu hơi, trợ lực ly hợp, và các cơ cấu khác

Trang 24

23

- Dòng phanh V:

Mạch dẫn động này dùng để cung cấp khi nén cho hệ thống nhả phanh sự cố của hệ thống phanh dừng: Gồm một phần van bảo vệ ba ngả 15, van hơi 5, một phần van thông qua hai đường dẫn 24 và hệ thống các ống dẫn, ống nối Dẫn động phanh hơi của rơ moóc nối vào xe kéo có ba đường: đường dẫn động một dòng, đường cung cấp và đường điều khiển (phanh dẫn động hai dòng) Trên các xe kéo đầu nối 28 và 29 nằm ở đầu của ba ống mềm của các đường dẫn động nêu trên, các đầu nối này được bắt trên các thanh giữ, trên các xe có thùng thông dụng đầu nối 28

và 29 được bắt trên ụ đỡ ở phía sau của khung xe

1.3.2 Tổng van phanh hai ngăn

Các đầu ra V1 và V2 của tổng van được nối thông với các bình hơi của hai dòng dẫn động phanh chân riêng rẽ Từ đầu ra Z1 khí nén được đưa xuống bộ trợ lực khí nén của cầu trước và từ đầu ra Z2 khí nén được đưa xuống bộ điều hoà lực phanh và bộ trợ lực khí nén của cầu sau

Hình 1.12 Tổng van phanh

1- Cần điều khiển; 2- Vít tỳ; 3- Chụp bảo vệ; 4- Con lăn; 5- Vỏ cần điều khiển; 6- Con đội; 7- Vít cấy; 8- Đĩa; 9- Mặt bích; 10, 12, 16, 21- Lò xo; 11- Vỏ trên; 13,18- Vòng tỳ; 14- Pit tông nhỏ; 15- Vỏ dưới; 17- Van ngăn dưới; 19, 22, 27- Vòng làm kín; 20- Van thông khí trời; 23- Pit tông lớn; 24- Van ngăn trên; 25- Pit tông tùy động trên; 26- Phần tử đàn hồi; Z 1 - Đầu ra dòng khí nén phanh cầu trước;

Z 2 - Đầu ra dòng khí nén phanh cầu sau; V 1 và V 2 - Đầu ra các bình khí nén; a- Lỗ

Trang 25

Khoang trên pít tông lớn 23 của ngăn dưới của tổng van phanh Khi di chuyển xuống dưới, pít tông lớn đóng lỗ xả của van 17 và tách van này khỏi đế van trong vỏ dưới 15 Khí nén từ đầu ra V2 sẽ sang Z2 và tiếp theo đến các cơ cấu chấp hành của dòng phanh chân thứ hai Đồng thời với áp suất tăng ở đầu ra Z2 làm tăng áp suất dưới pit tông 14 và 23, do đó làm cân bằng lực, tác dụng đẩy pit tông 23 lên trên Do vậy ở đầu ra Z2 cũng có áp suất khí nén tương ứng với lực lên cần điều khiển tổng van phanh Đây chính là tác dụng tuỳ động ở ngăn dưới của tổng van phanh

1.3.3 Van bảo vệ một ngả

Hình 1.13 Van bảo vệ một ngả

1- Van trả; 2- Màng; 3- Pit tông; 4- Lò xo; 5- Vít điều chỉnh; 6- Nắp;

7- Vít 8- Thân van; a- Đầu vào; b- Đầu ra

Trang 26

1.3.4 Van bảo vệ ba ngả

Khí nén đến van bảo vệ ba ngả từ dòng cấp khí nén, khi đạt một áp suất mở xác định nhờ lực của lò xo 6 và 9, mở các van 3 và 12, khí nén qua các đầu ra vào hai dòng chính Đồng thời khí nén tác dụng lên màng 5 và 11, nâng màng lên Sau khi mở van trả 13 và 14, khí nén mở van 15 và qua đầu ra đi vào dòng phụ

Hình 1.14 Van bảo vệ ba ngả

1- Thân; 2- Nắp; 3, 12, 15- Các van; 4, 10, 17- Lò xo dẫn hướng; 5, 11, 16- Màng; 6, 9, 18- Lò xo; 7- Chụp bảo vệ; 8- Vít điều chỉnh; 13, 14- Van trả; 19- Đĩa

lò xo; 20- Bạc dẫn hướng; 21- Lò xo van trả; 22- Đĩa lò xo van trả; 23- Lò xo

Khi một trong các dòng chính bị hỏng, áp suất trong dòng và trong khoang thân van sẽ tụt đi, van của dòng chính còn tốt và van trả của dòng phụ sẽ đóng lại, ngăn tụt áp suất trong dòng chính và dòng phụ Khi giảm áp suất khi trong khoang thân van đến giá trị cho phép, van của dòng bị hỏng được đóng lại Khí nén từ máy

Trang 27

26

nén khí điền đầy dòng tốt qua van trả 13 hoặc 14 Khí nén sẽ không vào dòng bị hỏng Khi đạt áp suất ở trên đường vào trong van cao hơn mức độ quy định, van của dòng bị hỏng sẽ mở và phần khí dư sẽ đi qua dòng bị hỏng thoát ra ngoài khí quyển

áp suất khí này được duy trì và không khí không lọt vào dòng còn tốt

Trong trường hợp dòng phụ bị hỏng, áp suất trong hai dòng chính bị tụt xuống và trong khoang thân van đến lúc này vẫn chưa đóng van 15 của dòng phụ Tiếp theo khí nén trong van bảo vệ ba ngả ở trong các dòng chính sẽ duy trì áp suất

mở van của dòng phụ Trong trường hợp ngừng cấp khí nén vào van bảo vệ ba ngả,

các van 3 và 12 của dòng chính sẽ đóng, để ngăn giảm áp trong cả ba dòng

1.4 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

1.4.1 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

Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh được xác định theo công thức sau:

Trang 28

27

phanh) thì cần giảm hệ số  Chẳng hạn trong trường hợp phanh cấp tốc, người lái nên cắt ly hợp để tách động cơ đang làm việc ra khỏi hệ thống truyền lực, loại bỏ được lực quán tính do gia tốc khối lượng quay của động cơ mà chủ yếu là của bánh

đà Khi đó giá trị  sẽ giảm xuống giá trị  ' bé hơn nhiều, JPmax sẽ tăng lên

lớn nhất max = 0,7 0,8  trên đường nhựa tốt Nếu coi  = 1 và gia tốc trọng trường g = 10m/s2 thì gia tốc chậm dần cực đại khi phanh trên đường nhựa tốt, khô,

Pmax

J = 7,0 8,0[m/ s ]  Trong quá trình phanh chậm dần, ôtô chỉ đạt gia tốc phanh chậm dần nhỏ hơn JPmax khoảng 2  3 lần Phanh cấp tốc chỉ xảy ra trong những tình huống đặc biệt nguy hiểm và chỉ chiếm khoảng 5 10% tổng số lần phanh

1.4.2 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

Công thức (2.1) được thể hiện dưới dạng vi phân như sau:

Muốn xác định thời gian phanh cần tích phân lượng dt trong giới hạn vận tốc

từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầu phanh v1 tới thời điểm vận tốc v2 ở cuối quá trình phanh Công thức xác định thời gian phanh như sau:

Nếu phanh ôtô đến khi dừng hẳn thì v2 = 0, khi đó thời gian phanh nhỏ nhất

tPmin được tính như sau:

Trang 29

28

Công thức (2.5) cho thấy thời gian phanh nhỏ nhất tPmin không phụ thuộc vào trọng lượng xe mà phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh ôtô v1, phụ thuộc vào hệ số ảnh hưởng của khối lượng quay  và phụ thuộc vào hệ số bám  giữa bánh xe với mặt đường Để giảm thời gian phanh, người lái nên cắt ly hợp khi phanh

1.4.3 Quãng đường phanh

a) 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

Công thức tính quãng đường phanh được xác định trên cơ sở biểu thức (1.2) bằng cách nhân hai vế của biểu thức (1.2) với một lượng vi phân dS:

Giá trị quãng đường phanh SP được xác định bằng cách tích phân một lượng

dS theo biểu thức trong giới hạn vận tốc từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầu phanh

v1 tới thời điểm vận tốc v2 ở cuối quá trình phanh Công thức xác định quãng đường phanh như sau:

Nếu phanh ôtô đến khi dừng hẳn thì v2 = 0, ta có thời gian phanh nhỏ nhất

SPmin được tính như sau:

Trang 30

29

Công thức (1.9) cho thấy rằng quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc bậc hai vào vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v1, phụ thuộc vào hệ số ảnh hưởng của khối lượng quay  và phụ thuộc vào hệ số bám  giữa bánh xe với mặt đường Để giảm quãng đường phanhcần giảm hệ số , nên người lái cần cắt ly hợp rồi mới phanh

Các công thức (1.1), (1.5), (1.9) về mặt lý thuyết không phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ G của ôtô Nhưng ba công thức trên đều phụ thuộc vào hệ số bám ,

mà hệ số  lại phụ thuộc vào tải trọng G của ôtô Khi G tăng lên thì  giảm, do đó gia tốc phanh chậm dần sẽ giảm còn thời gian phanh và quãng đường phanh sẽ tăng lên Vì vậy, thực nghiệm đã chứng minh được rằng quãng đường phanh của xe con,

xe tải và xe khách khác nhau mặc dù bắt đầu phanh ở cùng một vận tốc v1 Đồ thị trên hình 1.1 mô tả mối quan hệ đó:

Đồ thị trên hình 1.15 đã cho

thấy rằng vận tốc bắt đầu phanh v1

càng cao thì quãng đường phanh SP

càng lớn vì quãng đường phanh phụ

thuộc vào bình phương của vận tốc

v1, đồng thời hệ số bám  càng cao

thì quãng đường phanh SP càng giảm

Hình 1.15 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng

đường phanh theo vận tốc bắt đầu phanh

v1 và theo hệ số bám 

b) Quãng đường phanh thực tế

Các công thức (1.1), (1.4), (1.8) xác định gia tốc chậm dần, thời gian phanh

và quãng đường phanh đều mang tính lý thuyết, trong điều kiện lý tưởng với các giả thiết đã được đặt ra Khi đó, áp suất khí nén trong hệ thống được coi như đạt giá trị cực đại ngay tại thời điểm bắt đầu phanh và thời gian phản ứng của lái xe không được kể đến 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 theo các công thức (1.5), (1.9)

Trang 31

30

Để xác định quãng đường

phanh thực tế cần nghiên cứu quá

trình phanh qua các đồ thị thực

nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực

phanh PP sinh ra ở bánh xe (hoặc

mômen phanh MP) với thời gian

t Đồ thị này được gọi là giản đồ

phanh (hình 1.16) Hình 1.16 Giản đồ phanh

Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm và qua giản đồ phanh có thể phân tích và thấy được bản chất của quá trình phanh

Trên giản đồ, gốc toạ độ được coi là thời điểm người lái phát hiện ra chướng ngại vật ở phía trước và nhận thức được rằng cần phải phanh xe Thời gian các giai đoạn trong quá trình phanh thực tế được xác định cụ thể gồm có:

- 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 Thời gian này được xác định theo công thức (1.1) Trong thời gian này lực phanh và gia tốc chậm dần có giá trị không đổi

- 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:

Trang 32

31

tP = t1 + t2 + t3 + t4 (1.10)

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:

SP = S1 + S2 + S3 + S4 (1.11) Trong đó :

S1 + S2 = v1.(t1 + t2) (1.12)

2 3

P Pmax là lực phanh ôtô trên đoạn đường S4, [N]

v 4 là vận tốc ban đầu của ôtô trên đoạn đường S4, [m/s]

Trang 33

1.4.4 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:

P P

K

M P r

=

(1.18)

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 P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của ôtô Lực phanh riêng được xác định theo công thức (1.18):

P P

P G

 =

(1.19) Lực phanh riêng đạt cực đại khi lực phanh đạt cực đại:

Pmax Pmax

Ngoài ra có thể sử dụng thông số lực phanh riêng cho từng cầu xe  P1, P2 Các giá trị này dùng để đánh giá khả năng sử dụng trọng lượng bám ở từng cầu

Trang 34

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

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 định kỳ trên đường ở Việt Nam

Loại ôtô Quãng đường phanh

SP [m]

Gia tốc phanh

JPmax [m/s2] Ôtô con, kể cả ôtô con chuyên dùng

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

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 ] )

Trang 35

34

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 Liên Xô cũ )

Stt 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

2 Ô tô buýt > 8 chỗ ngồi

7,0 5,3 4,9

3 Ô tô buýt với trọng

6,0 4,5 4,1

4 Ô tô tải với trọng lượng

5,5 4,1 3,8

5,5 4,0 3,7

5,5 4,0 3,6

5,5 4,0 3,7

5,5 3,9 3,6

Trang 36

35

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

( tiêu chuẩn Liên Xô cũ )

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

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

Trang 37

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]

1.5 Vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phanh của ô tô xảy ra hiện tượng phân bố lại trọng lượng trong quá trình phanh

Phương trình cân bằng mô men quanh điểm O2:

trong đó lực quán tính với j là gia tốc phanh

Hình 1.17 Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi phanh

Trang 38

và Trong các biểu thức 1.22 và 1.23 ta có thể thấy:

chính là trọng lượng tĩnh trên cầu trước, và:

là trọng lượng tĩnh trên cầu sau

Vậy ta có thể viết lại các biểu thức 1.22 và 1.23 dưới dạng sau:

(1.24) (1.25) với: gọi là hệ số phân bố lại tải trọng cầu trước khi phanh;

gọi là hệ số phân bố lại tải trọng cầu sau khi phanh Như vậy, mô men phanh cần thiết trên các cầu được tính:

Gb jh

g

G Gb L

Ga jh

g

G Ga L

Gb =

2

G L

Ga =

1 1 1

G p = =

2 2 2

gb

h j L

2

1

bx g T

ga

h j L

Trang 39

38

Qua biểu thức 1.22 và 1.23 cho thấy tải trọng tại cầu trước và cầu sau phụ thuộc vào gia tốc phanh Khi gia tốc phanh lớn, tải trọng tác dụng lên cầu trước tăng, tại cầu sau giảm làm giảm hệ số sử dụng trọng lượng bám, các bánh xe tại cầu sau

có xu hướng bị trượt lết, xe mất ổn định

Như vậy, để có được hiệu quả phanh cực đại cần thoả mãn điều kiện là lực phanh tác dụng trên các cầu ôtô tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên các cầu đó trong khi phanh

Trong quá trình tính toán thiết kế hệ thống phanh chính của ô tô cần đặt ra các tiêu chuẩn, một trong những tiêu chuẩn đó có quy định N013, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505 áp dụng cho các ôtô loại N3 không trang bị hệ thống chống hãm cững bánh xe ABS

Để tiện lợi cho việc vận dụng tiêu chuẩn trên trong quá trình tính toán thiết

kế, người ta thường sử dụng đồ thị các vùng giới hạn của các đường cong hệ số sử dụng trọng lượng bám để kiểm tra tiêu chuẩn ECE

Luận vặn thực hiện nhiệm vụ xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén ô tô tải N3 đáp ứng yêu cầu phân bố lực phanh trên các cầu theo tiêu chuẩn ECE

Trang 40

39

Chương 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN Ô TÔ TẢI LOẠI N3 ĐÁP ỨNG TIÊU

CHUẨN ECE 2.1 Phân loại ô tô theo trọng lượng

Theo trọng lượng toàn bộ ôtô và rơ moóc được phân thành các nhóm được ký hiệu bằng các chữ cái:

a) Ôtô chở người: ký hiệu M

- M1: ôtô chở người có số chỗ ngồi không quá 8 không kể người lái;

- M2: ôtô chở người có số chỗ ngồi lớn hơn 8 và trọng lượng toàn bộ dưới 5 tấn;

- M3: ôtô chở người có trọng lượng toàn bộ từ 5 tấn trở lên

b) Ôtô chở hàng: ký hiệu N

- N1: ôtô chở hàng có trọng lượng toàn bộ dưới 3,5 tấn;

- N2: ôtô chở hàng có trọng lượng toàn bộ 3,5  12 tấn;

- N3: ôtô chở hàng có trọng lượng toàn bộ trên 12 tấn

c) Rơ moóc và bán moóc: ký hiệu O

- O1: rơ moóc và bán moóc có trọng lượng toàn bộ dưới 0,75 tấn;

- O2: rơ moóc và bán moóc có trọng lượng toàn bộ 0,75  3,5 tấn;

- O3: rơ moóc và bán moóc có trọng lượng toàn bộ 3,5  10 tấn;

- O4: rơ moóc và bán moóc có trọng lượng toàn bộ trên 10 tấn

Ngoài ra các loại phương tiện khác cũng được phân loại và ký hiệu với các chữ cái riêng, chẳng hạn: T - máy kéo nông lâm nghiệp, G- xe mọi địa hình,

2.2 Động lực học quá trình phanh của ô tô

Bài toán nghiên cứu khảo sát quá trình phanh có nhiệm vụ xác định các thông số tối ưu cho các cơ cấu và dẫn động phanh, đảm bảo hiệu quả phanh và độ

ổn định của ôtô khi phanh, đồng thời chỉ ra được sự cần thiết phải bố trí bộ điều hoà lực phanh cùng với các thông số của nó

Phương trình chuyển động của ôtô khi phanh có thể được viết như sau:



=

dt

dS kF f G T dt

S d g

G

a a

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	2,43 MB