Nghiên cứu môi trường động lực học quá trình phanh liên hợp của máy vận chuyển trên dường bồi dốc

Luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp I

Lời cam đoan

- Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a sử dụng để bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đ8 đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ8 đ−ợc chỉ

rõ nguồn gốc

Tác giả

Phan Đắc Yến

Lời cảm ơn Lời cảm ơn

Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học Cơ khí khoá 13, trường Đại học Nông nghiệp I Hà nội Tôi đã nhận

được sự giúp đỡ, giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô giáo trong nhà trường

Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô giáo trong nhà trường, các thầy cô khoa Cơ điện

Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí, các bạn đồng nghiệp trường Cao đẳng Công nghiệp và xây dựng Uông Bí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khoá học

Đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình chu đáo của thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Quế người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành

Một lần nữa cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới mọi sự giúp đỡ quí báu Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà nội ngày tháng năm 2006

Tác giả

Phan Đắc Yến

Mục lục

Lời cam đoan 2

Lời cảm ơn 3

Mục lục 4

Danh mục bảng vi

Danh mục hình vii

1 Mở đầu 10

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 10

1.2 Mục đích, nhiệm vụ của đề tài 13

1.2.1 Mục đích 13

1.2.2 Nhiệm vụ của đề tài 13

1.3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 14

1.3.1 ý nghĩa khoa học 14

1.3.2 ý nghĩa thực tiễn 14

2 Tổng quan 15

2.1 Hệ thống dẫn động phanh khí nén trên máy kéo 15

2.1.1 Sơ đồ chung 15

2.1.2 Các cụm chi tiết chính trong hệ thống 16

2.2 ý nghĩa và điều kiện sử dụng hợp lý máy kéo để vận chuyển trong nông nghiệp 17

2.3 Phương pháp và đối tượng nghiên cứu của đề tài 27

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu 27

2.3.2 Đối tượng nghiên cứu 29

2.3.3 Mô hình tính toán được sử dụng trong đề tài 31

3 Cơ sở lý thuyết 32

3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống phanh 32

3.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phanh 32

3.1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh liên hợp máy 32

3.2 Cơ sở lý thuyết về phanh bánh xe 34

3.2.1 Lực phanh sinh ra ở bánh xe 34

3.2.2 Sự trượt của bánh xe khi phanh 35

3.2.3 Sự lăn của bánh xe đàn hồi 38

3.3 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 40

3.3.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 40

3.3.2 Thời gian phanh 40

3.3.3 Qu8ng đường phanh 41

3.3.4 Lực phanh và lực phanh riêng 42

3.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả phanh 43

3.4.1 ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh 43

3.4.2 ảnh hưởng của mô men phanh 43

3.4.3 ảnh hưởng của hệ số bám ϕ 45

3.5 ổn định liên hợp máy khi phanh 47

3.6 Giản đồ phanh và chỉ tiêu phanh thực tế 49

3.7 Các tiêu chuẩn an toàn giao thông (về phanh) 51

3.7.1 Tiêu chuẩn Việt Nam 51

3.7.2 Tiêu chuẩn châu Âu 52

4 Xây dựng mô hình toán học nghiên cứu động lực học quá trình phanh liên hợp máy 54

4.1 Các giả thiết 54

4.2 Mô hình toán 56

4.2.1 Lực tác dụng lên liên hợp máy trong quá trình phanh 56

4.2.2 Phương trình cân bằng lực khi phanh liên hợp máy 57

4.2.3 Quy luật biến đổi lực phanh và gia tốc chậm dần liên hợp máy 60

4.2.5 Xác định các phản lực pháp tuyến động lực của liên hợp máy 65

4.3 Các phương án khảo sát và chương trình tính toán 66

4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của chênh lệch thời gian tác động của cơ cấu phanh máy kéo và cơ cấu phanh rơ moóc ∆t đến quá trình phanh liên hợp máy67 4.3.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh V0 đến quá trình phanh liên hợp máy 68

4.3.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của góc dốc mặt đường đến hiệu quả phanh liên hợp máy 69

4.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám ϕ đến hiệu quả quá trình phanh liên hợp máy 70

4.4 Lưu đồ thuật giải 71

4.5 Kết luận phần 4 72

5 kết quả tính toán 73

5.1 ảnh hưởng của sự chênh lệch về thời gian tác động của cơ cấu phanh máy kéo và cơ cấu phanh rơ moóc đến quá trình phanh 73

5.2 ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh V0 đến quá trình phanh 76

5.3 ảnh hưởng của độ dốc mặt đường đến quá trình phanh 77

5.4 ảnh hưởng của hệ số bám ϕ đến quá trình phanh 79

6 Kết luận và đề nghị 82

6.1 Kết luận 82

6.2 Đề nghị 83

Tài liệu tham khảo 84

Phụ Lục 85

Danh mục bảng

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ - 80 30Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của rơ moóc 2PTS - 4M 31Bảng 3.1 Phụ thuộc của hệ số bám ϕX (%) vào vận tốc chuyển động V 37Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của hệ số bám ngang ϕY vào hệ số trượt λ và góc

lăn lệch δ của lốp 38 Bảng 3.3 Hệ số bám trên các loại đường 46Bảng 3.4 Tiêu chuẩn châu Âu về thử phanh 53

Danh mục hình

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh dẫn động khí nén của máy kéo 15

Hình 2.2 Máy nén khí 16

Hình 2.3 Tổng phanh 19

Hình 2.4 Sơ đồ làm việc của tổng phanh hơi 20

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý làm việc của phanh rơ moóc 21

Hình 2.6 Cơ cấu phanh ở bánh xe rơ moóc 25

Hình 3.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 34

Hình 3.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy theo độ ………….trượt tương đối λ của bánh xe khi phanh 36

Hình 3.3 Quan hệ qu8ng đường phanh và hệ số bám ϕ với vận tốc bắt đầu phanh của ô tô hay liên hợp máy 44

Hình 3.4 Quan hệ giữa hệ số C và à 45

Hình 3.5 Sự phụ thuộc của hệ số bám ϕ vào độ nhám của mặt đường δ 46

Hình 3.6 Sự phụ thuộc của hệ số bám ϕ vào vận tốc và tải trọng 47

Hình 3.7 Giản đồ phanh 49

Hình 4.1 Mô hình phẳng khi phanh liên hợp máy 56

Hình 4.2 Quy luật biến đổi lực phanh 60

Hình 4.3 Sự thay đổi lực phanh liên hợp máy khi phanh máy kéo và phanh rơ moóc tác động đồng thời 61

Hình 4.4 Sự thay đổi lực phanh LHM 62

khi phanh máy kéo tác động trước ( t1K < t1M ) 62

Hình 4.5 Sự thay đổi lực phanh LHM 63

khi phanh máy kéo tác động sau ( t1K > t1M ) 63

Hình 4.6 Sơ đồ các lực tác dụng lên liên hợp máy khi tách khớp 64

Hình 4.7 Lưu đồ thuật giải khảo sát bài toán động lực học 71

Hình 5.1 Kết quả khảo sát khi phanh máy kéo và rơ moóc tác động đồng thời 73

Hình 5.2 Kết quả khảo sát khi phanh máy kéo tác động trước (t1K<t1M) 74

Hình 5.3 Kết quả khảo sát khi phanh rơ moóc tác động trước (t1M<t1K) 74

Hình 5.4 Kết quả khảo sát khi thay đổi thông số vận tốc V0=30km/h 76

Hình 5.5 Kết quả khảo sát khi thay đổi góc dốc α = 150 78

Hình 5.6 Kết quả khảo sát khi thay đổi góc dốc α = 200 78

Hình 5.7 Kết quả khảo sát khi thay đổi ϕmk = 0,35;ϕm = 0,3 79

Hình 5.8 Kết quả khảo sát khi thay đổi ϕmk = 0,8;ϕm = 0,75 80

1 Mở đầu

1.1 tính cấp thiết của đề tài

Trong xu thế phát triển kinh tế của tất cả các nước trên thế giới, giao thông vận tải luôn có tầm quan trọng hàng đầu Ngày nay, các phương tiện vận tải luôn được đổi mới, ngày càng hoàn thiện và hiện đại thoả m8n nhu cầu khắt khe của con người, nhưng đó chỉ là những phương tiện vận tải nhập ngoại

đắt tiền

Nước ta là một nước nông nghiệp, sản xuất nông nghiệp luôn chiếm tỷ trọng lớn trong nền kinh tế quốc dân, ngành nông nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế, thu nhập từ nông nghiệp góp phần ổn định và nâng cao đời sống cho đa số nhân dân, đồng thời góp phần ổn định kinh tế, chính trị của đất nước Đó là nền tảng vững chắc để phát triển công nghiệp và các ngành khác Một trong những vấn đề để phát triển nông nghiệp được Đảng

và nhà nước đặc biệt chú trọng, đó là cơ khí hoá nông nghiệp và hiện đại hoá nông nghiệp Thực hiện chủ trương đó, hàng loạt máy kéo và liên hợp máy công suất lớn phục vụ nông nghiệp được nhập về từ các quốc gia x8 hội chủ nghĩa ở Đông Âu, mà cụ thể là Liên Xô cũ từ những năm trước đây

Với việc trang bị nhiều thiết bị máy nông nghiệp, sản xuất nông nghiệp

ở nước ta đ8 có những thành quả và bước tiến nhất định, năng suất lao động

được nâng cao, năng suất và chất lượng cây trồng ngày càng được cải thiện, giảm hẳn cường độ lao động chân tay cho người nông dân, bước đầu thực hiện mục tiêu biến nông nghiệp thành nền sản xuất lớn

Để đạt được những thành tựu to lớn đó, chúng ta không thể không kể

đến một yếu tố giúp cho ngành nông nghiệp phát triển, đó chính là sự phát triển của cơ giới hoá trong sản xuất và vận chuyển nông, lâm nghiệp Nó luôn giữ một vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta hiện nay

Nhưng đất nước càng phát triển thì mật độ ô tô, máy kéo và liên hợp

máy tham gia giao thông trên đường ngày càng cao (do đường sá ngày càng

được cải thiện tốt hơn), cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết hàng đầu luôn luôn phải quan tâm

“ ở nước ta trong năm 2005 theo thống kê của Uỷ ban An toàn giao thông quốc gia, số vụ tai nạn giao thông đường bộ là 14.141 vụ, làm chết 11.184 người, số người bị thương 11.760 người”[10]

Tai nạn giao thông không những gây thiệt hại lớn về người, mà còn gây thiệt hại lớn về tài sản của nhà nước và của công dân

“ Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ữ 70

% do con người gây ra (như lái xe say rượu, buồn ngủ, mệt mỏi v.v.), 10 ữ 15% do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật và 20 ữ 30 % do đường sá quá xấu

Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các cụm của ô tô và liên hợp máy gây nên được thống kê như sau:

Từ các số liệu nêu trên thấy rằng, tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ

lệ lớn nhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên”[2]

Hệ thống phanh trên ô tô, máy kéo hay liên hợp máy dùng khi quay vòng, giảm vận tốc chuyển động hoặc để dừng khi cần thiết

Hiệu quả của quá trình phanh ảnh hưởng rất nhiều đến an toàn giao thông, đến tốc độ trung bình khi vận chuyển, ảnh hưởng đến chất lượng công việc và năng suất của ô tô, máy kéo và liên hợp máy khi làm việc trong các

điều kiện khác nhau do đó ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế nói chung Vì vậy

việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quá trình phanh liên hợp máy là một trong những vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm, để tìm ra phương hướng giải quyết chung

Quá trình phanh là một quá trình giảm vận tốc của máy kéo hay liên hợp máy, nhờ tác động của người lái vào hệ thống phanh Chất lượng phanh

được đánh giá qua các chỉ tiêu bao gồm: gia tốc chậm dần khi phanh, qu8ng

đường phanh, thời gian phanh và lực phanh Đặc biệt khi phanh phải đảm bảo

ổn định chuyển động thẳng của máy kéo hay liên hợp máy

Chất lượng phanh máy kéo hay liên hợp máy trong quá trình phanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

Chất lượng chế tạo hệ thống phanh và tình trạng kỹ thuật của hệ thống phanh, đồng thời không thể không kể đến các tác nhân bên ngoài như tình trạng đường, cũng như chất lượng của mặt đường v.v

Do đặc thù của liên hợp máy vận chuyển trên các loại đường có hệ số bám rất thấp và đặc biệt là các loại đường này không có tính đồng nhất và có

địa hình phức tạp khác nhau như di chuyển trên đồng ruộng, trên đường có độ dốc ngang, dốc dọc cao, hệ số bám giữa các bánh xe chênh lệch lớn v.v

Vì vậy trong quá trình phanh liên hợp máy sẽ bị ảnh hưởng rất lớn bởi các yếu tố nêu trên, quỹ đạo chuyển động của liên hợp máy sẽ bị biến đổi so với quá trình phanh lý tưởng Sự mất ổn định đó gây ra nhiều tác hại như gây

ra tai nạn khi tham gia giao thông trên đường, phá huỷ các sản phẩm như cây trồng, vườn ươm nếu phanh trong quá trình liên hợp máy chăm sóc cây hoặc

di chuyển trên đồng ruộng và đặc biệt là khi phanh trên đường đồi dốc, thì liên hợp máy có thể bị lật đổ

Xuất phát từ những nhận định và đánh giá trên, với sự học hỏi, tìm hiểu của bản thân, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo T.S Nguyễn Ngọc Quế

và sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Động lực học, khoa Cơ

điện, trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội Tôi tiến hành nghiên cứu với đề

tài: “Nghiên cứu mô hình động lực học quá trình phanh của liên hợp máy vận chuyển trên đường đồi dốc”

1.2 Mục đích, nhiệm vụ của đề tài

1.2.1 Mục đích

Nghiên cứu khảo sát mô hình động lực học quá trình phanh của liên hợp máy trên đường dốc, khi thời gian tác động vào các cụm phanh của rơ moóc và của máy kéo là khác nhau, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số sử dụng như vận tốc ban đầu V0, hệ số bám ϕX, góc dốc của đường v.v đến chất lượng phanh của liên hợp máy Từ các kết quả nghiên cứu sẽ xác định được các thông số động lực học, ứng dụng vào thực tế khi sử dụng, điều chỉnh hệ thống phanh liên hợp máy và khi vận hành liên hợp máy vận chuyển trên đường dốc,

để đảm bảo an toàn tối đa cho liên hợp máy, góp một phần nhỏ vào việc giảm thiểu tai nạn giao thông do các nguyên nhân về hệ thống phanh gây nên

1.2.2 Nhiệm vụ của đề tài

- Xây dựng mô hình nghiên cứu tính toán động lực học quá trình phanh của liên hợp máy gồm máy kéo MTZ - 80, lắp đặt với rơ moóc 2PTS - 4M có

bố trí cơ cấu phanh rơ moóc

- Khảo sát động lực học của liên hợp máy khi chuyển động và phanh,

có sự chênh lệch về thời gian tác động của các cụm phanh máy kéo và các cụm phanh rơ moóc

- Mô phỏng động lực học quá trình phanh liên hợp máy

- Khảo sát động lực học của liên hợp máy khi chuyển động và phanh với tốc độ ban đầu khác nhau

- Khảo sát động lực học của liên hợp máy khi chuyển động và phanh với hệ số bám của bánh xe với mặt đường khác nhau

- Khảo sát động lực học của liên hợp máy khi chuyển động và phanh trên đường có độ dốc khác nhau

- Xây dựng một chương trình tính toán trên máy tính, để phân tích ảnh hưởng của thời gian tác động của các cơ cấu phanh liên hợp máy đến qu8ng

đường phanh, thời gian phanh, gia tốc chậm dần khi phanh trong quá trình phanh liên hợp máy

- Dựa vào các kết quả đạt được đưa ra các kết luận, đề nghị, lời khuyên trong quá trình sử dụng khi khai thác các liên hợp máy, để đạt được hiệu quả kinh tế cao và an toàn lao động

1.3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 ý nghĩa khoa học

Trên liên hợp máy kéo với rơ moóc thường trang bị hệ thống phanh cho các bánh xe sau của máy kéo và các bánh xe rơ moóc Việc phanh các bánh xe sau của máy kéo và các bánh xe của rơ moóc có những đặc thù riêng, chất lượng phanh liên hợp vận chuyển này phụ thuộc vào nhiều thông số kết cấu và

điều kiện sử dụng

Nghiên cứu mô hình động lực học quá trình phanh liên hợp máy vận chuyển trên đường đồi dốc, để thấy được ảnh hưởng của các thông số kết cấu

và điều kiện sử dụng đến quá trình phanh

Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số đến hiệu quả quá trình phanh các liên hợp máy trên đường đồi dốc 1.3.2 ý nghĩa thực tiễn

Việc nghiên cứu thành công đề tài sẽ góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông, nâng cao khả năng an toàn vận chuyển cho các liên hợp máy trong quá trình sử dụng để đạt hiệu quả kinh tế cao

2 Tổng quan

2.1.1 Sơ đồ chung

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh dẫn động khí nén của máy kéo [11]

Hệ thống khí nén trên máy kéo dùng để dẫn động phanh ở các bánh xe làm việc, cung cấp hơi nén cho cơ cấu gạt m−a (lau kính), cơ cấu đóng mở ly hợp, bơm lốp cho các xăm của bánh xe, dẫn động khí để nạp nhiên liệu vào bình chứa nhiên liệu Sơ đồ hệ thống phanh khí nén đ−ợc trình bày trên hình 2.1 Để tạo ra nguồn dự trữ khí nén cho hệ thống, trong hệ thống có máy nén khí và các bình chứa hơi Trong thời gian phanh máy kéo, khí nén từ các bình chứa nạp vào các buồng phanh và nó làm h8m các bánh xe [11]

1 - gạt m−a (lau kính), 2 - máy nén khí, 3 - guốc phanh, 4 - buồng phanh, 5

- bàn đạp phanh, 6 - cần phanh trung tâm, 7 - van xả, 8 - bình chứa hơi, 9

- van xả khí nén, 10 - bàn đạp phanh rơ moóc, 11 - tổng phanh, 12 - van phân ly, 13 - đầu nối ống, 14 - van an toàn, 15 - thân van an toàn, 16 -

đồng hồ áp suất, 17 - đầu nối ống

1 - pu ly dẫn động, 2 - thân máy, 3 - nắp máy, 4 - van áp suất (van xả), 5

- van nạp, 6 - kênh giảm áp suất (giảm tải), 7 - đệm điều chỉnh, 8 - nắp

điều chỉnh, 9 - cần đẩy, 10 - ống nối, 11 - van bi, 12 - ống thép, 13- lỗ dẫn hơi nén, 14 - phin lọc, 15 - ống dẫn dầu, 16 - đệm điều chỉnh

2.1.2 Các cụm chi tiết chính trong hệ thống

Cơ cấu piston trục khuỷu thanh truyền bao gồm các piston với các vòng găng (xéc măng), các chốt piston, các thanh truyền Trục khuỷu có hai cổ trục

chính và hai cổ biên Đầu trục khuỷu lắp pu ly dẫn động bằng lắp ghép then và h8m bằng ê cu h8m

Dẫn động cho pu ly máy nén khí bằng bộ truyền dẫn đai ma sát hình thang Cơ cấu van gồm hai van xả 4 và hai van nạp 5, cùng với các lò xo đóng van Do độ chân không giảm ở trong xi lanh, khi hành trình của piston từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), không khí được nạp vào trong

xi lanh khi qua bộ lọc khí Khi piston từ ĐCD lên ĐCT, các van nạp đóng, khí nén mở van xả, nạp khí vào các bình chứa [11]

b Các bình chứa khí nén

Các bình chứa khí nén 8 (hình 2.1) có dạng hình trụ, bằng kim loại dùng để dự trữ không khí nén Dung tích bình chứa khí nén có thể cung cấp cho 8 ữ 10 lần phanh

Bình chứa lắp dưới cửa vào ca bin ở phía bên trái, lắp trên dầm của nửa khung phía trước của máy kéo

ở mỗi một bình chứa có van 7 để xả các tạp chất (dầu bôi trơn, hơi nước) ở bình chứa bên phải có van 9 để xả khí khi cần sử dụng khí nén cho bơm lốp [11]

c Van an toàn, van cắt nối, đồng hồ báo

Van an toàn 14 (hình 2.1) có tác dụng khi áp suất đột ngột tăng cao, hay khi bị hư hỏng bộ điều chỉnh áp suất sẽ tự động xả khí nén ra môi trường

Cấu tạo van an toàn gồm có thân hình trụ, ở phía dưới là ống nối trong

có van bi cầu và có vít điều chỉnh cùng với lò xo để nén van vào đế van Nếu

áp suất hơi nén trong hệ thống cao hơn 9,5 kg/cm2, van bi được nâng lên, không khí từ hệ thống thoát ra ngoài qua kênh ở thân Sức nén của lò xo được

điều chỉnh bằng vít Kiểm tra sự làm việc của van bằng cách xoay thanh 15 Trong hệ thống khí nén của máy kéo còn có van 12 nối với đầu nối 13, van 9

để xả khí bơm lốp, đồng hồ đo áp suất 16, bộ lau kính 1, tổng phanh 11 và các ống dẫn khí nén [11]

Van 12 gọi là van cắt nối, dùng để cắt hơi nén từ hệ thống phanh hơi của máy kéo với hệ thống phanh hơi của rơ moóc Van bao gồm có thân, nút van hình côn, lò xo và cần điều khiển Nếu cần điều khiển ở vị trí dọc thân là van mở, nếu quay vuông góc với thân là van đóng [11]

Đầu nối dùng để nối ống dẫn khí nén của máy kéo với ống dẫn khí nén của rơ moóc Nó bao gồm van một chiều cùng với lò xo, các nắp và đệm làm kín Trong trường hợp cắt rơ moóc ra khỏi máy kéo thì tháo ống nối, còn van một chiều thì đóng để hơi nén trong máy kéo không thoát ra ngoài

Bộ phân phối hơi dùng để nối thông bình chứa hơi của rơ moóc với các buồng hơi của bánh xe rơ moóc khi phanh

Đồng hồ áp lực được lắp đặt trên bảng lắp các thiết bị đo Nó có hai thang đo dưới và trên Thang đo trên thể hiện áp suất khí nén của bình chứa, còn thang đo dưới thể hiện áp suất ở các bầu phanh khi phanh Khi không có áp suất trong bình chứa, không được cho máy kéo di chuyển Khi tụt áp suất khí nén trong khi máy kéo đang di chuyển phải dừng lại khắc phục hư hỏng [11]

d Tổng phanh

Tổng phanh (hình 2.3) là loại tổng phanh tổng hợp, dùng để điều khiển phanh bánh xe máy kéo và rơ moóc Nó được lắp ở dầm khung bên phải dưới

ca bin máy kéo Trong thân chung của tổng phanh gồm hai xéc xi (tổng phanh

đơn) Xéc xi dưới để điều khiển phanh máy kéo còn xéc xi trên để điều khiển phanh rơ moóc [11]

ở mỗi một xéc xi của tổng phanh, giữa thân và nắp có lắp màng đàn hồi bằng vải cao su 8 cùng với đế của van xả

Mỗi một nắp có lắp đặt hai van bao gồm van nạp 10 và van xả 12, các van được lắp trên một đường trục, có chung một lò xo

Trong thân của tổng phanh bố trí hai cần đẩy 7 và 15 cùng với các lò

xo Lắp với thân của tổng van là vỏ các đòn bẩy 1, ở trong nó gồm có hai đòn bẩy và thanh kéo 4 dẫn động bằng chân của người lái [11]

Hình 2.3 Tổng phanh [11]

Hành trình của các đòn bẩy được điều chỉnh bằng bu lông điều chỉnh 2

và 5 Màng của xéc xi dưới đồng thời chịu nén của hai lò xo ở vị trí thể hiện hình 2.4 a), lò xo cần đẩy phía trên đẩy màng cùng với đế của hai van về phía phải, còn lò xo của màng xéc xi dưới đẩy màng cùng với đế của hai van về phía trái Van xả của xéc xi phanh rơ moóc nén vào đế và mở van xả 2, nối thông bình chứa hơi của máy kéo với bộ phận phân phối hơi của rơ moóc ở hai khoang của bộ phận phân phối hơi phanh rơ moóc có áp suất như nhau Không khí nén được đưa đến bình chứa khí nén của phanh rơ moóc [11]

Hình 2.3 Tổng phanh [11]

1- vỏ của các đòn dầm, 2, 5 - các bu lông điều chỉnh, 3 -

cam, 4 - thanh kéo, 6 - vỏ dẫn hướng, 7 - cần đẩy, 8 -

màng, 9, 11 - các đế van, 10 - van nạp, 12 - van xả, 13 -

công tắc tín hiệu phanh, 14 - màng công tác tín hiệu

phanh, 15 - thoi đẩy của xéc xi phanh máy kéo

Hình 2.4 Sơ đồ làm việc của tổng phanh hơi [11]

Trong thời gian này, ở xéc xi phanh máy kéo, van nạp nén vào đế của

nó và ngăn sự nối thông của bình chứa hơi với các buồng phanh, còn van xả

12 mở, sẽ thông khí từ các buồng phanh với môi trường (bánh xe máy kéo

được mở phanh)

Khi tiếp tục đạp vào bàn đạp phanh, cần đẩy phía trên chạm vào bu lông hạn chế 9 hình 2.4 b) và nửa dưới của đòn bẩy 7 di chuyển về bên phải, làm dịch chuyển cùng với nó cần đẩy của xéc xi phanh máy kéo Cần đẩy của xéc

xi này đẩy màng cùng với đế của van 11 (hình 2.3) về bên phải đến điểm tựa Van xả đóng lỗ thoát hơi ra môi trường, van nạp mở thông lỗ mà qua lỗ này nạp hơi vào các buồng phanh của bánh xe máy kéo, phanh đóng Đồng thời hơi nén cũng nén lên màng 14 xi nhan báo hiệu dừng, làm đóng tiếp điểm của

đèn xi nhan dừng ở dưới đèn sau Khi áp suất nén trong các buồng phanh bánh

xe đạt 5,0 kg/cm2, lực đạp phanh không biến đổi, màng cùng với đế van 11 di chuyển về bên trái do áp suất của khí nén Hai van dịch chuyển về trái nhưng cả van nạp và van xả đều đóng áp lực hơi nén ở các buồng phanh tăng hay giảm khi phanh phụ thuộc vào lực đạp vào bàn đạp phanh [11]

a) khi phanh mở; b) khi phanh đóng; 1,4 - các đế van, 2 - van nạp, 3 - van xả, 5 - thanh kéo, 6 - lò xo của hai van (van kép), 7 - đòn nén, 8 - đòn trên, 9 - vít (bu lông điều chỉnh), A - ống dẫn vào mạch hơi nén rơ moóc, B - ống nối đến các bầu phanh của máy kéo, D - lỗ thoát ra môi trường, C - ống dẫn khí từ bình chứa vào

C

b)

D

C a)

2

1 - guốc phanh, 2 - buồng phanh, 3 - phin lọc, 4 - ống dẫn khí nén, 5 - lò xo, 6 - van bi, 7 - piston trên, 8 - piston dưới, 9 - cần đẩy, 10 - van, 11 - bình chứa hơi

của rơ moóc, A; Б;В - các khoang của bộ phân phối hơi

e Nguyên lý làm việc của phanh rơ moóc

Sơ đồ nguyên lý làm việc của phanh rơ moóc thể hiện ở hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý làm việc của phanh rơ moóc [11]

Không khí từ các bình chứa của máy kéo qua tổng phanh, nạp vào khoang

A và nạp vào bình chứa 11 của phanh rơ moóc Van bi 6 chỉ cho phép cho hơi nén từ bình chứa hơi của máy kéo nạp vào bình chứa hơi của rơ moóc Khi phanh của rơ moóc ngắt (lúc chưa phanh) thì có áp suất không khí ở hai phía piston 7 như nhau, piston và cần đẩy 9 cùng lò xo 5 ở vị trí trên (hình 2.5)

Khí nén ở các buồng phanh bánh xe rơ moóc qua lỗ ở cần đẩy 9 thông với ngoài môi trường còn van 10 đóng Khi xéc xi trên của tổng phanh hoạt

động (van nạp 10 đóng, van xả 12 mở - hình 2.3) sẽ thông mạch khí nén ở phía dưới piston 7 của van phân phối rơ moóc (hình 2.5) với môi trường áp suất khoang dưới piston 7 giảm, ở mạch nối trên piston 7 dưới tác dụng của khí nén được lấy từ bình chứa 11 của rơ moóc vào khoang A của bộ phân phối làm đẩy piston cùng cần đẩy đi xuống mở van 10 (hình 2.5) Khí nén từ bình chứa 11 nạp vào buồng phanh 2 của bánh xe rơ moóc và phanh đóng [11]

Khi nhả bàn đạp phanh, hay không kéo cần phanh tay rơ moóc, không khí nén từ các bình chứa khí của máy kéo thông qua xéc xi trên của tổng phanh lại

được nạp vào bình chứa khí của rơ moóc, áp suất ở khoang A và khoang dưới piston 7 cân bằng Dưới tác dụng của lò xo 5, piston cùng với cần đẩy được nâng lên, van 10 đóng, khoang hơi của các buồng phanh rơ moóc thông với môi trường bằng lỗ rỗng của cần đẩy, kết quả phanh rơ moóc được mở [11]

Phanh rơ moóc khi dừng thực hiện bằng phanh tay (cần 6 hình 2.1)

được lắp liên kết với cần phanh dừng 10 của máy kéo Khi h8m máy kéo, cần

10 của phanh dừng máy kéo quay cùng với trục quả đào 3 (hình 2.3), nó làm dịch chuyển cần đẩy của xéc xi tổng phanh rơ moóc Dưới tác dụng của lò xo, màng và đế van rời khỏi van xả và không khí thoát ra khỏi mạch dẫn phanh rơ moóc, còn các bánh xe rơ moóc được h8m lại [11]

f Bảo dưỡng hệ thống phanh

- Hàng ngày vào cuối ca làm việc, phải tiến hành mở van xả của bình chứa để xả các chất bẩn (nước, dầu bôi trơn), về mùa đông nó có thể làm tắc các ống dẫn do nhiệt độ môi trường xuống thấp t0 ≤ 00C Trước khi tháo rơ moóc, phải kiểm tra mở hay không van chia hơi (chi tiết 12 hình 2.1) Nếu rơ moóc tách với máy kéo thì tháo mạch hơi ở đầu nối và van một chiều ở trạng thái đóng [11]

- Trước khi khởi hành, phải theo dõi áp suất hơi nén trong hệ thống, áp suất không được thấp hơn 4,5 kg/cm2 Khi động cơ không làm việc và phanh

mở, áp suất khí nén trong hệ thống phải đạt (giữ được) trong thời gian 30 phút không nhỏ hơn 1 kg/cm2, còn khi đóng phanh phải giữ được 1,5 kg/cm2 [11]

- Sau mỗi 60 giờ làm việc, kiểm tra độ căng của dây đai máy nén khí, nếu cần thiết phải điều chỉnh nó

- Sau mỗi 240 giờ làm việc, bôi trơn bằng mỡ Xô li đol vào bạc của các trục quả đào phanh bánh xe Mỡ Xô li đol bơm vào vú mỡ bằng mỡ sạch đến khi xuất hiện mỡ qua khe hở Sau đó kiểm tra và điều chỉnh các phanh bánh

xe và cơ cấu dẫn động của chúng [11]

- Sau mỗi 960 giờ làm việc, bôi trơn bằng mỡ Xô li đol cho cặp trục vít bánh vít, các đòn điều chỉnh cho đến khi xuất hiện mỡ ở khe hở

- Sau 1900 giờ làm việc hoặc trong trường hợp hệ thống làm việc không

ổn định thì tháo tổng phanh ra khỏi máy kéo, tháo rời nó, rửa các chi tiết bằng dầu hỏa, làm sạch nó bằng dẻ mềm, bôi trơn cho nó một lớp mỏng mỡ циАтим – 201 Lắp lại và kiểm tra hành trình chuyển động dễ dàng của các cần đẩy, màng, lò xo, các van và các đòn bẩy Kiểm tra khi cần thiết điều chỉnh lại hành trình tự do của các van nạp tổng phanh, điều chỉnh hành trình

tự do của các đòn tổng phanh [11]

- Tháo nắp máy nén khí, làm sạch muội ở piston, các van, các kênh, các

đế van, lò xo, kiểm tra tình trạng các vòng kín của piston plonggiơ Các vòng mòn thay mới, các van bị mòn nhiều hoặc hư hỏng, thay mới Làm sạch các đế van đạt đến độ bóng nhoáng của vành đế

- Tháo khỏi máy kéo các bình chứa, làm sạch bằng khí nén và nước nóng và thử nghiệm nó bằng nước có áp suất 13 kg/cm2 Không được dò chảy nước khi thử nghiệm Không được phép thử nghiệm bình chứa bằng khí nén

- tháo các buồng phanh ra khỏi máy kéo, tháo rời nó, làm sạch bụi bẩn, kiểm tra tình trạng của các màng và lò xo Sau đó lắp đặt các buồng phanh này theo khoảng cách A (hình 2.1), khoảng cách này 74 ữ 75 mm [11]

- Điều chỉnh độ căng của dây đai truyền động cho máy nén khí bằng cách thay đổi số lượng đệm 16 (hình 2.2) giữa hai nửa của pu ly 1 Độ võng bình thường của dây đai 10 ữ 15 mm khi ấn vào vị trí giữa của nó 1 lực 6 ữ 7

KG Khi áp suất trong hệ thống hơi nén tăng, lớn hơn 10,5 kg/cm2 phải điều chỉnh van an toàn bằng vít, hạ thấp áp suất xuống còn 9,0 ữ 10,5 kg/cm2 [11]

- Tháo rời tổng phanh, làm sạch chi tiết và đưa vào xưởng điều chỉnh

- Hành trình tự do của van nạp 10 (2,5 ữ 3 mm) điều chỉnh bằng các

đệm lắp đặt ở đế của van nạp hành trình của van kiểm tra bằng thước hay

thước cặp đo sâu qua lỗ của nắp khi đế van bị nén Hành trình của đòn bẩy (quay) của tổng phanh khi không cấp không khí nén được lắp đặt 1 ữ 2 mm

+ Khi thực hiện điều chỉnh không hoàn toàn thì tiến hành quay chốt của trục vít 8 của đòn quay đến vị trí h8m Hành trình bình thường của cần đẩy khi

đạp bàn đạp phanh phải đạt 15 ữ 20 mm [11]

+ Sau đó kiểm tra lại sự làm việc đồng thời của tất cả các má phanh của bánh xe và nhiệt độ của trống phanh, nếu cần thiết phải điều chỉnh lại

+ Điều chỉnh hoàn toàn phanh ở bánh xe tiến hành sau khi thay guốc

ma sát Kiểm tra, nếu cần thiết điều chỉnh các ổ của hộp giảm tốc bánh xe máy kéo Nới lỏng ê cu của chốt 1 của các guốc phanh, xoay trùng dấu được

đánh ở đầu chốt để dấu này trùng với dấu kia

+ Trên guốc phanh, quay đòn điều chỉnh 7 và định tâm để các má phanh tiếp xúc đều với trống phanh bằng cách quay trục lệch tâm 1 của các guốc phanh theo chiều này hay chiều kia

+ Dùng căn lá kiểm tra sự tiếp xúc đều của các guốc phanh với trống phanh với khoảng cách 20 ữ 30 mm bắt đầu từ đầu của các guốc Khi nén các guốc phanh thì căn lá có chiều dày 0,1 mm không chui lọt giữa má phanh và trống phanh, bỏ đòn quay 7 và giữ trục của bánh lệch tâm của guốc phanh, quay nó và vặn chặt các ê cu của nó [11]

+ Thực hiện nối liên kết giữa đòn quay 7 với cần đẩy của buồng phanh Sau đó tiến hành thực hiện điều chỉnh không hoàn toàn bằng quay trục vít

Hình 2.6 Cơ cấu phanh ở bánh xe rơ moóc [11]

- Sau khi điều chỉnh, khe hở giữa má phanh và trống phanh phải đạt:

2.2 ý nghĩa và điều kiện sử dụng hợp lý máy kéo để vận chuyển trong nông nghiệp

Năng suất vận chuyển trong nông nghiệp sẽ được nâng cao nếu ta sử dụng rộng r8i máy kéo, nhất là vấn đề vận chuyển bên trong nông trường, các cơ sở sản xuất

Nếu dùng ô tô để hoàn thành toàn bộ vòng vận chuyển, thì do tính chất thời vụ của nông nghiệp ta phải làm tăng số lượng ô tô, làm cho vốn đầu tư quá lớn, do đó giá thành vận chuyển tăng Một số máy kéo không sử dụng sau khi đ8 làm đất, gieo trồng v.v, ta có thể sử dụng vào công tác vận chuyển

Ngoài ra trong điều kiện đường giao thông xấu và khi chạy trên đồng ruộng thì sử dụng máy kéo để vận chuyển tốt hơn là ô tô

Phần lớn trong trường hợp vận chuyển trong nông nghiệp (trên đồng ruộng) và trên đường không phải là đường công cộng (đường đất) thì liên hợp máy kéo vận chuyển có hiệu quả kinh tế cao hơn ô tô

Kết quả tính toán và kinh nghiệm thực tế cho biết, khoảng 60 ữ 75% vòng vận chuyển bên trong cơ sở nông nghiệp và 10 ữ 15% vòng vận chuyển bên ngoài cơ sở được hoàn thành bởi liên hợp máy thì sẽ có hiệu quả kinh tế cao [7]

Việc sử dụng rộng r8i máy kéo với rơ moóc để vận chuyển hàng nông nghiệp không chỉ giảm nhu cầu về ô tô, làm tăng và san dần tải trọng cho máy kéo mà còn làm giảm rất nhiều chi phí vận chuyển và làm giảm giá thành sản phẩm nông nghiệp [7]

Phần lớn vòng vận chuyển trong nông nghiệp là vận chuyển phục vụ cho các máy thu hoạch Công việc này phải làm khẩn trương và trong điều kiện đường giao thông khó khăn Những liên hợp máy vận chuyển được xếp hàng trong lúc đang chạy với tải trọng thay đổi và với tốc độ bằng tốc độ của máy thu hoạch Điều kiện đường sá và chế độ làm việc của liên hợp máy vận chuyển luôn thay đổi, vì vậy khi hành trình nhận hàng của xe lớn và cự ly vận chuyển không lớn ta nên dùng máy kéo kéo rơ moóc [7]

2.3 Phương pháp và đối tượng nghiên cứu của đề tài

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tính toán mô hình động lực học quá trình phanh của liên hợp máy có rơ moóc, khi hàm biểu diễn chúng là các hàm xác định hoặc các hàm ngẫu nhiên, trước hết cần xây dựng mô hình toán và sử dụng các phương pháp giải phù hợp để tính toán Xây dựng mô hình toán phải phản ánh được những đặc điểm cơ bản của hệ thống, thích hợp với việc sử dụng phương pháp hiện đại

Thiết lập phương trình vi phân diễn tả các mối quan hệ giữa các thông

số đầu vào và các đặc trưng của mô hình Hệ các phương trình vi phân này và các điều kiện giới hạn được coi là mô hình toán của hệ thống

Để giải hệ phương trình vi phân cần sử dụng các phương pháp giải phù hợp tuỳ thuộc vào đặc điểm của mô hình nghiên cứu Để lựa chọn mô hình phù hợp nhất ta đưa ra một số phương pháp tính toán sau:

a Phương pháp giải tích

Theo phương pháp giải tích, sau khi lựa chọn mô hình mô tả động lực học quá trình phanh và mô hình tính toán kết hợp với các thông số của hệ thống, dựa vào các định luật cơ học, đề tài mô tả các chuyển động của các cơ

hệ cơ học bằng các phương trình vi phân biểu diễn quỹ đạo chuyển động của trọng tâm máy kéo và trọng tâm của rơ moóc Có thể giải các phương trình này bằng phương pháp giải tích Đối với mô hình tuyến tính, việc giải các phương trình này có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau, lời giải nhận

được chắc chắn sẽ có độ chính xác khác nhau, điều đó còn phụ thuộc vào từng phương pháp giải

b Phương pháp số

Do quá trình phanh của liên hợp máy có đặc tính phi tuyến, vì thế hệ phương trình vi phân biểu diễn quy luật chuyển động của liên hợp máy trong quá trình phanh khi có thời gian tác động của cơ cấu phanh đầu máy khác với

thời gian tác động của cơ cấu phanh rơ moóc, với giả thiết hệ số bám đồng

đều, tốc độ ban đầu khác nhau, tốc độ đạp phanh khác nhau, đây là hệ phương trình vi phân bậc hai, ta có thể sử dụng phương pháp số để giải bài toán này

Một trong những phương pháp giải gần đúng được sử dụng rộng r8i trong các bài toán về động lực học liên hợp máy là phương pháp Ranghe - Kutta ưu điểm của phương pháp này là có thể áp dụng để giải cho nhiều bài toán khác nhau, với điều kiện giới hạn khác nhau

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, với tốc độ sử

lý và thu thập số liệu rất nhạy và chính xác, với độ chuẩn xác cao cho hiệu quả tối ưu trong tính toán và có thể thực hiện được các yêu cầu phức tạp của các bài toán đặt ra Vì vậy phương pháp số được sử dụng ngày càng rộng r8i

Trong phương pháp số áp dụng để giải một cách gần đúng các phương trình vi phân phi tuyến, thì phương pháp giải của Runghe - Kutta là phương pháp giải được sử dụng rộng r8i nhất Với nhiệm vụ của đề tài, khi nghiên cứu

động lực học quá trình phanh liên hợp máy trên đường dốc cũng sẽ ứng dụng phương pháp Ranghe - Kutta để giải gần đúng hệ phương trình vi phân bậc hai của mô hình

Trình tự cách giải của phương pháp này bao gồm các bước chính sau: Giải phương trình vi phân bậc nhất :

y’ = f(t,y); với y(t0) = y0; (2.1) Khi cho số gia thời gian ∆t và tk = t0 + k.∆t;với (k = 0,1,2, ,n) thì giá trị của hàm số yk+1 ở tại tk+1 được xác định theo yk ở thời điểm tk như sau:

Khi nghiên cứu mô hình động lực học quá trình phanh của liên hợp máy kéo với rơ moóc bằng lý thuyết, cần có sự chính xác và phù hợp với thực

tế Trên cơ sở thực tế sử dụng tại nước ta và trên cơ sở các thiết bị sẵn có của

bộ môn Động lực học, khoa Cơ điện, trường Đại học Nông nghiệp I, chúng tôi chọn liên hợp máy kéo MTZ - 80 với rơ moóc 2PTS - 4M để làm đối tượng nghiên cứu của đề tài

Máy kéo MTZ - 80 là loại máy kéo 4 bánh hơi, chỉ có cầu sau là chủ

động, có tính vạn năng do Liên Xô cũ chế tạo Máy kéo chỉ bố trí phanh cho các bánh xe chủ động ở cầu sau, cụ thể là bố trí trên hai bán trục của cặp truyền lực cuối cùng, có cơ cấu phanh cấu tạo loại phanh đĩa

Rơ moóc 2PTS - 4M là loại rơ moóc 4 bánh hơi, có bố trí phanh ở cả 4 bánh xe, cấu tạo cơ cấu phanh loại tang trống

Dẫn động phanh trong hệ thống sử dụng là dẫn động phanh khí nén Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ - 80 đ−ợc trình bày trong bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của rơ moóc 2PTS - 4M đ−ợc trình bày trong bảng 2.2

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ - 80 [8]

15 Khoảng cách điểm moóc đến trọng tâm rơ moóc m 1,50

18 Mô men quán tính khối l−ợng với trục ngang J’

Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của rơ moóc 2PTS - 4M [7]

2.3.3 Mô hình tính toán được sử dụng trong đề tài

Ngày nay với sự phát triển của các mô hình toán trong hệ thống cơ học

hệ nhiều vật, đang giúp cho việc mô phỏng toán học quá trình chuyển động của liên hợp máy, trong quá trình phanh được thuận lợi hơn Vì vậy bài toán

động lực học của liên hợp máy khi phanh, nhằm mục đích mô phỏng toán học các yếu tố về vận tốc, về gia tốc chậm dần khi phanh, qu8ng đường phanh, thời gian phanh trên các loại đường có độ dốc, có sự chênh lệch về thời gian tác động (∆t) của cơ cấu phanh máy kéo với cơ cấu phanh rơ moóc, coi hệ số bám giữa các bánh xe như nhau, vận tốc bắt đầu phanh khác nhau v.v

Các mô tả như trên của mô hình toán nhằm rút ra các chuyển vị cơ bản, xác định trạng thái động lực học, rút ra các kết luận, các giải pháp hợp lý để nâng cao khả năng an toàn chuyển động khi phanh của liên hợp máy

Giải bài toán động lực học khi phanh liên hợp máy là một vấn đề phức tạp và khó khăn, vì vậy trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chúng tôi xây dựng mô hình nghiên cứu trên cơ sở một số giả thiết, song vẫn đảm bảo độ tin cậy và chính xác cần thiết của mô hình với quá trình thực Số lượng phương trình được thiết lập vừa đủ để giải bài toán

3 Cơ sở lý thuyết

3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống phanh

3.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phanh

Quá trình phanh liên hợp máy là quá trình tạo ra lực cản chuyển động, nhằm mục đích giảm tốc độ của liên hợp máy đến một giá trị mong muốn hay làm cho liên hợp máy dừng hẳn Trên liên hợp máy người ta sử dụng phương pháp dùng lực ma sát sinh ra ở cơ cấu phanh, nhằm tạo ra mô men cản lại chuyển động quay của các bánh xe

Khi đánh giá về mặt biến đổi năng lượng thì thấy: quá trình phanh ở

đây thực chất là quá trình biến đổi động năng chuyển động của liên hợp máy thành nhiệt năng sinh ra giữa hai bề mặt ma sát của cơ cấu phanh và của bánh

xe với mặt đường, giữa các phần tử vật chất chế tạo bánh xe ở các bánh xe của máy kéo cũng như các bánh xe của rơ moóc Chính vì vậy để một hệ thống phanh có hiệu quả nó phải thoả m8n một loạt các yêu cầu riêng

3.1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh liên hợp máy

a Khả năng tích nhiệt của hệ thống phanh

Đây chính là khả năng hệ thống phanh có thể biến đổi động năng chuyển động của liên hợp máy thành nhiệt năng và thải ra môi trường xung quanh Yêu cầu này đòi hỏi vật liệu làm đôi bề mặt ma sát của cơ cấu phanh trên máy kéo và trên rơ moóc phải có tính năng làm việc ở nhiệt độ cao mà không thay đổi tính chất vật lý Khả năng tản nhiệt nhanh của trống phanh, khả năng này phụ thuộc rất nhiều vào bề mặt làm việc của các cặp ma sát bố trí ở các bên bánh xe máy kéo và rơ moóc

b Yêu cầu về thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh

Khi hệ thống phanh làm việc bao giờ cũng có sự trễ nhất định của nó Do

đó nếu sự trễ đó càng ngắn thì quá trình phanh càng có hiệu quả Vì vậy yêu cầu này là thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh càng ngắn càng tốt

c Yêu cầu về lực bám trong quá trình phanh

Đây là yêu cầu tận dụng khả năng bám của các bánh xe máy kéo và của các bánh xe rơ moóc với mặt đường

Sự bám của bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám ϕ

Hệ số bám ϕ cũng thay đổi do liên hợp máy di chuyển trên các loại đường khác nhau Lực phanh cực đại theo điều kiện bám bằng hệ số bám nhân với trọng lượng toàn bộ của máy kéo hoặc liên hợp máy Khi lực phanh lớn hơn lực bám bánh xe sẽ bị trượt trên đường

Hiện nay trên các xe hiện đại thường lắp hệ thống điều hoà lực phanh nhằm đảm bảo lực phanh tối ưu

Theo thực nghiệm hệ số bám ϕ phụ thuộc bởi nhiều yếu tố như:

- Loại mặt đường và tình trạng mặt đường; kết cấu và vật liệu sản xuất lốp;

áp suất không khí ở trong lốp; tải trọng tác dụng lên bánh xe; tốc độ chuyển động của xe; điều kiện nhiệt độ làm việc; độ trượt bánh xe với mặt đường

Lực phanh tốt nhất khi có trị số bằng lực bám PP = Pϕ Nếu lực phanh lớn hơn lực bám PP > Pϕ, bánh xe sẽ bị trượt lê [1]

d Yêu cầu về đảm bảo sự ổn định của liên hợp máy khi phanh và khả năng

điều khiển của liên hợp máy

Sự ổn định của liên hợp máy khi phanh là khả năng duy trì hướng chuyển động của liên hợp máy

Để đảm bảo được yêu cầu này lực phanh phải đều giữa hai bánh xe chủ

động và các bánh xe rơ moóc, đồng thời các bánh xe không bị bó cứng

e Yêu cầu về nhả phanh

Yêu cầu này đòi hỏi quá trình phanh máy kéo phải được kết thúc ngay khi người lái dời chân khỏi bàn đạp phanh để thời gian nhả phanh được ngắn nhất, nâng cao tính cơ động cho liên hợp máy trong quá trình vận chuyển

3.2 Cơ sở lý thuyết về phanh bánh xe

3.2.1 Lực phanh sinh ra ở bánh xe

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh, thông qua cơ cấu dẫn động, cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát, còn gọi là mô men phanh MP nhằm h8m bánh xe lại

Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh được trình bày trên hình 3.1 Lúc đó bánh xe sẽ xuất hiện lực tiếp tuyến PP ngược chiều với chiều chuyển động, phản lực tiếp tuyến này gọi là lực phanh và được xác định:

P p b

M P r

Trong đó:

MP - mô men phanh tại các bánh

xe do cơ cấu phanh sinh ra, Nm;

PP - lực phanh tác dụng tại điểm

tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, N;

rb - bán kính động lực học của

bánh xe, m;

Lực phanh lớn nhất bị giới hạn

bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt

Pϕ - lực bám giữa bánh xe với mặt đường, N;

PPmax - lực phanh cực đại sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt

đường, N;

Zb - phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe, N;

ϕ - hệ số bám của bánh xe với mặt đường [1]

Khi phanh, bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần Do đó trên bánh

xe xuất hiện mô men quán tính Mjb tác dụng, mô men này cùng với chiều chuyển động của bánh xe, ngoài ra còn có mô men cản lăn Mf tác dụng, mô men này ngược với chiều chuyển động Như vậy bánh xe chịu tác dụng lực tổng cộng PP0:

3.2.2 Sự trượt của bánh xe khi phanh

Trong tính toán động lực học của quá trình phanh, thường sử dụng giá trị hệ số bám cho trong các bảng Hệ số bám này được xác định bằng thực nghiệm khi bánh xe bị trượt lê 100%

Thực tế, hệ số bám của bánh xe với mặt đường ngoài việc phụ thuộc vào loại đường, tình trạng mặt đường, còn phụ thuộc khá nhiều vào độ trượt của bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh

Hình 3.2 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy của bánh xe với mặt đường, theo độ trượt tương đối λ(%) giữa bánh

v - vận tốc của liên hợp máy, m/s;

ωb - vận tốc góc của bánh xe đang phanh, rad/s;

rb - bán kính làm việc của bánh xe, m [3]

Hệ số bám dọc được hiểu là tỷ số của lực phanh tiếp tuyến PP trên tải trọng Gb

P G

Trong đó: Gb - tải trọng tác dụng lên bánh xe, N;

Pp - lực phanh, N

Hình 3.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy theo độ trượt

tương đối λ của bánh xe khi phanh [3]

Khi chưa phanh, lực phanh tiếp tuyến bằng không thì hệ số bám dọc ϕxcũng bằng không

Từ đồ thị hình 3.2 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại ϕxmax ở giá trị độ trượt tối ưu λ0 Thực nghiệm chứng tỏ rằng giá trị λ0 thường nằm trong giới hạn 15 ữ 25% ở giá trị độ trượt tối ưu không những đảm bảo hệ số bám dọc ϕx có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang ϕy cũng có giá trị khá cao Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là λ0 thì:

Lực phanh cực đại sẽ đạt được: PPmax = ϕxmax.Gb (3.6)

Nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo ổn định tốt khi phanh [3] Tuy nhiên để thấy rõ hơn, ta có thể căn cứ vào các số liệu của giáo sư Potlich E.G và giáo sư Ilarionnop B.A khi tiến hành thực nghiệm nghiên cứu

sự thay đổi của hệ số bám ϕX phụ thuộc vào hai nhân tố độ trượt λ, vận tốc v

Số liệu thực nghiệm được đánh giá theo hệ số bám ϕX(%) với vận tốc chuyển

động của xe với các loại đường theo bảng 3.1 [8]

Bảng 3.1 Phụ thuộc của hệ số bám ϕX (%) vào vận tốc chuyển động V

Tốc độ chuyển động của xe (km/h) Loại đường

định Ngoài ra hệ số bám ngang ϕY còn phụ thuộc vào góc lệch bên δ’ của lốp

và phụ thuộc vào hệ số trượt λ

Số liệu thực nghiệm đánh giá sự phụ thuộc của hệ số bám ngang ϕY vào góc lệch bên δ của lốp và hệ số trượt λ theo bảng 3.2 [8]

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của hệ số bám ngang ϕY vào hệ số trượt λ và góc

Ví dụ: Tại λ = 1; δ = 20 ta có ϕy = 0,017

3.2.3 Sự lăn của bánh xe đàn hồi

Bản chất vật lý của hiện tượng bám giữa bánh xe với mặt đường rất phức tạp, luôn biến đổi phụ thuộc vào đặc tính chuyển động của bánh xe Vì lốp có tính đàn hồi, nên dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, các phần tử cao su bị biến dạng, bán kính của bánh xe trong quá trình lăn sẽ không còn đồng nhất [9]

ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, bán kính nhỏ hơn bán kính thật của bánh xe Do vận tốc dài của các điểm trên vòng tròn ngoài của bánh xe sẽ khác nhau, chúng tỷ lệ thuận với bán kính tại khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, các phần tử cao su có vận tốc nhỏ hơn vận tốc dài ở các vùng khác

Vận tốc của các lớp cao su sẽ bị giảm dần khi đi vào khu vực tiếp xúc

và tăng dần khi đi ra khỏi khu vực tiếp xúc

Các lớp cao su ở phía ngoài của bánh xe sẽ bị nén lại khi đi vào và d8n

ra khi đi ra khỏi khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường Sự dịch trượt

của lớp cao su mặt ngoài, gây ra hiện tượng trượt cục bộ của bánh xe trong quá trình lăn

Khi phanh sự trượt cục bộ cũng sẽ tăng lên cùng với quá trình tăng của lực phanh bánh xe và đạt tới giá trị cực đại (trượt hoàn toàn) khi bánh xe bắt

đầu bị h8m cứng, trượt lết trên mặt đường

Đặc điểm biến dạng của các phần tử cao su trên vòng tròn ngoài của bánh xe là khác nhau Vùng biến dạng rõ rệt nhất là ở nửa vòng tròn phía dưới của bánh xe Tính chất của ma sát trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt

đường cũng rất phức tạp, nó phụ thuộc vào trạng thái đôi bề mặt tiếp xúc và trạng thái lăn của bánh xe

Khi trạng thái tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường là khô thì ma sát tiếp xúc là ma sát khô, khi mặt đường bị ướt thì hệ số ma sát giảm đáng kể, ta

có trạng thái ma sát nửa ướt

Khi bánh xe bị h8m cứng, cơ chế tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường hoàn toàn thay đổi, xe bị trượt lết trên mặt đường, khi đó ma sát giữa bánh xe với mặt đường là ma sát trượt

Hệ số ma sát trượt thường nhỏ hơn hệ số ma sát tĩnh và càng nhỏ hơn nhiều hệ số bám vì vậy: với cùng một loại đường và khả năng tạo ra lực phanh

là như nhau, thì ở các bánh xe trong quá trình phanh mà các bánh xe không bị trượt lết trên mặt đường, sẽ đạt được qu8ng đường phanh ngắn hơn so với các

xe trong quá trình phanh bánh xe bị trượt lết trên mặt đường

Nếu trên cùng một xe, có bánh xe bị bó cứng, có bánh xe không bị bó cứng, sẽ dẫn đến hiện tượng xe bị mất ổn định

Ngoài ra, khi bánh xe lăn, một phần động năng sẽ được tiêu hao cho quá trình biến dạng lốp, làm lưu thông lớp không khí bị dồn nén trong khoang lốp Còn nếu bánh xe bị trượt, thì phần năng lượng này chủ yếu dùng để mài mòn lớp cao su

ở vùng tiếp xúc Điều này ảnh hưởng lớn tới tuổi thọ của các lốp xe [9]

3.3 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

3.3.1 Gia tốc chậm dần khi phanh

Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để

đánh giá chất lượng phanh ô tô hay liên hợp máy Khi thử nghiệm phanh thực

tế cho ta thấy: các lực cản không khí Pω, các lực cản lăn Pf, và các lực cản do

ma sát trong hệ thống Pη cản lại sự chuyển động của ô tô hay liên hợp máy vận chuyển, có giá trị rất nhỏ so với lực phanh PP Lực phanh chiếm khoảng 98% trong tổng số các lực cản lại chuyển động của ô tô hay liên hợp máy [3]

Bỏ qua các lực có giá trị nhỏ nói trên, và khi liên hợp máy phanh trên

đường bằng, viết phương trình cân bằng lực theo phương chuyển động và rút gọn ta có công thức tính lực quán tính của liên hợp máy khi phanh:

=

=

(3.9)

δi - hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của liên hợp máy

Từ biểu thức (3.9) ta thấy gia tốc chậm dần cực đại khi phanh phụ thuộc vào hệ số bám ϕ giữa lốp với mặt đường [3]

3.3.2 Thời gian phanh

Đây cũng là một trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt [3]

Để xác định thời gian phanh, từ biểu thức (3.9) ta có:

.

P

i

g dv

J dt

ϕ δ

= =