Thiết kế hệ thống phanh ô tô tải n3 theo tiêu chuẩn ECE r13 (Có bản vẽ)

Ô tô (phương ngữ Bắc Bộ) hay xe hơi (phương ngữ Nam Bộ) hoặc car (tiếng Anh) là loại phương tiện giao thông chạy bằng 4 bánh có chở theo động cơ của chính nó. Tên gọi ôtô được nhập từ tiếng Pháp (automobile), tên tiếng Pháp xuất phát từ từ auto (tiếng Hy Lạp, nghĩa là tự thân) và từ mobilis (tiếng La Tinh, nghĩa là vận động). Từ automobile ban đầu chỉ những loại xe tự di chuyển được gồm xe không ngựa và xe có động cơ. Còn từ ô tô trong tiếng Việt chỉ dùng để chỉ các loại có 4 bánh. Chữ xe hơi bắt nguồn từ chữ Hoa 汽車, phát âm theo Hán Việt là khí xa. Còn người Nhật gọi xe hơi là 自動車 (Tự động xa) nghĩa là xe tự động. Các kiểu khác nhau của xe hơi gồm các loại xe: xe buýt, xe tải.Có khoảng 1,32 tỷ chiếc xe được sử dụng trên toàn thế giới vào năm 2016.2 Khi lần đầu tiên ra mắt, xe hơi được hoan nghênh như một (phương tiện) cải tiến về môi trường so với ngựa. Trước khi nó ra mắt ở thành phố New York; hơn 10,000 tấn phân hàng ngày được dọn khỏi các đường phố. Tuy nhiên, năm 2006, các xe hơi là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí và tiếng ồn cũng như ảnh hưởng tới sức khoẻ trên khắp thế giới.

Link cad: https://drive.google.com/drive/folders/1WsVY57igVlgOLUkPluyFxEUi7F08PQbk MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH 5

I CÔNG DỤNG 5

II PHÂN LOẠI 5

1 Theo đặc điểm điều khiển 5

2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh 5

3 Theo dẫn động phanh 9

4 Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh 10

III YÊU CẦU KẾT CẤU 10

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 12

I SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG 12

II PHÂN TÍCH KẾT CẤU 13

1 Phần cung cấp khí nén 13

2 Cụm điều khiển (van phân phối hai dòng) 14

3 Bầu phanh bánh xe 18

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN ECE R13 22

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIÊU CHUẨN 22

II TIÊU CHUẨN ECE R13 24

III QUY TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨN ECE R13 25

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH 27

I TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨN ECE R13 27

1 Quá trình phanh với tỷ lệ phân bố lực phanh lý tưởng 30

2 Quá trình phanh với tỷ lệ lực phanh giữa các cầu không đổi 35

3 Quá trình phanh với tỷ lệ mô men phanh giữa cầu trước và cụm cầu sau thay đổi 38

II TÍNH TOÁN MỘT SỐ PHẦN TỬ TRONG DẪN ĐỘNG PHANH 44

1 Tính năng suất máy nén khí 44

2 Tính toán bầu phanh tích năng 45

IV TÍNH BỀN CƠ CẤU PHANH 48

1 Xác định các thành phần lực tác dụng lên guốc phanh 48

2 Kiểm nghiệm cơ cấu phanh 53

CHƯƠNG 5: CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT HỆ THỐNG PHANH 58

I MỘT SỐ TIÊU CHUẨN CƠ BẢN TRONG KIỂM TRA HIỆU QUẢ PHANH 58

1 Các yêu cầu cơ bản khi kiểm tra hệ thống phanh 58

2 Một số tiêu chuẩn trong kiểm tra 59

II HƯ HỎNG TRONG HỆ THỐNG PHANH 61

1 Cơ cấu phanh 61

2 Dẫn động điều khiển 63

3 Các thông số chẩn đoán cơ bản 65

III XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ PHANH 65

1 Đo quãng đường phanh SP trên đường 65

2 Đo gia tốc chậm dần, thời gian phanh trên đường 66

3 Đo lực phanh hoặc mô men phanh trên bệ thử 66

IV CHẨN ĐOÁN CƠ CẤU PHANH 68

V CHẨN ĐOÁN DẪN ĐỘNG PHANH 71

1 Đối với phanh thủy lực 71

2 Đối với hệ thống phanh khí nén 74

3 Đối với hệ thống phanh thủy lực khí nén 76

KẾT LUẬN CHUNG 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

LỜI NÓI ĐẦU

Trên thế giới ngày nay, công nghiệp ô tô ngày càng phát triển vượt bậc.Năm 1885 Karl Benz phát minh ra chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ xăngnhư một cải tiến về môi trường, thay thế cho xe ngựa kéo Ô tô đã dần trở thànhphương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hóa cho các ngànhkinh tế quốc dân, đồng thời là phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nềnkinh tế phát triển

Nhưng cùng với sự phát triển đó, tai nạn giao thông (TNGT) ngày càng giatăng Theo thống kê, TNGT đường bộ là loại TNGT phổ biến và làm nhiềungười thiệt mạng, bị thương nhất ở các quốc gia đang phát triển Đối với ô tô,nguyên nhân xảy ra tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tainạn do kỹ thuật gây nên Chính vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càngđược cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngàycàng nghiêm ngặt và chặt chẽ

Đề tài của em được giao là: “Thiết kế hệ thống phanh xe tải 23 tấn theo tiêuchuẩn ECE R13” với các nhiệm vụ chính:

 Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phanh

 Lựa chọn phương án thiết kế

 Tìm hiểu tiêu chuẩn ECE R13

 Tính toán hệ thống phanh theo tiêu chuẩn

 Tính toán một số phần tử dẫn động và tính bền cơ cấu phanh

 Tìm hiểu phương pháp chẩn đoán kỹ thuật hệ thống phanh

Sau 3 tháng thực hiện đồ án tại bộ môn “Ô tô và xe chuyên dụng – Trường

đại học Bách Khoa Hà Nội” dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan cùng sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn em đã hoàn thành đồ án

tốt nghiệp của mình Do thời gian có hạn, trong quá trình làm đồ án em khôngthể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổsung của các thầy và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Ánh

II PHÂN LOẠI

Hệ thống phanh được phân chia theo tính chất hình thành hệ thống phanh:

1 Theo đặc điểm điều khiển

- Phanh chính (phanh chân) dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động;

- Phanh phụ (phanh tay) dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái vàdùng làm phanh dự phòng;

- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ) dùng để tiêuhao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trêndốc dài,…)

2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là bộ phận thực hiện tiêu hao động năng của xe khi phanh vàđược điều khiển từ các cơ cấu trên buồng lái Cơ cấu phanh thường dùng trên cơ

sở tạo ma sát giữa phần quay và phần cố định Trên ô tô thường sử dụng hai loại

cơ cấu phanh: tang trống và đĩa

2.1 Cơ cấu phanh tang trống

Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điềukhiển các guốc phanh thành các dạng:

- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục, được sử dụng trên đẫn động

phanh thủy lực và khí nén Đối với dẫn động thủy lực, cơ cấu phanh thườngđược bố trí trên cầu sau ô tô con và tải nhỏ, có xi lanh thủy lực điều khiển épguốc phanh vào trống phanh Đối với dẫn động khí nén, cơ cấu phanh được bố trí

trên cầu trước ô tô tải vừa và nặng, có xi lanh khí nén điều khiển cam xoay épguốc phanh vào trống phanh

- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm, chỉ dùng với xi lanh thủy lực

và được bố trí ở cầu trước của ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ Kết cấu bố trí sao chovới chuyển động tiến (theo chiều quay ω) cả hai guốc phanh đều là guốc siết, khi) cả hai guốc phanh đều là guốc siết, khilùi trở thành hai guốc nhả Như vậy hiệu quả phanh khi tiến lớn, khi lùi nhỏ

- Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi, cả hai đầu các guốc phanh đều chịu

tác động trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trượt Kết cấu của cơ cấu phanhdạng bơi dùng cho ô tô tải với hệ thống dẫn động phanh thủy lực điều khiển khínén

- Cơ cấu phanh dạng tự cường hóa, có khả năng gia tăng hiệu quả tạo nên

mô men phanh dưới tác dụng của lực điều khiển Do sự biến đổi nhanh mô menphanh khi gia tăng lực điều khiển nên tính chất ổn định mô men kém, chỉ sửdụng kết cấu này khi cần thiết

Hình 1.1: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực

Hình 1.2: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén Đối với cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén:

 Cam Acsimet: biên dạng chế tạo đơn giản, bố trí cam quay và guốc

phanh đối xứng qua trục, dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làmviệc lớn, ảnh hưởng tới hiệu quả sinh ra mô men phanh của cơ cấuphanh khác nhau nhiều

 Cam Cycloit: cho phép dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làm

việc nhỏ hơn nên được dùng phổ biến

 Ưu điểm:

- Mô men phanh lớn do diện tích tiếp xúc giữa má phanh, trốngphanh lớn

- Cơ cấu phanh được che kín trong quá trình làm việc

- Má phanh lâu mòn hơn

- Giá thành rẻ

 Nhược điểm:

- Thoát nhiệt kém

- Trọng lượng lớn

- Kém ổn định hơn, khi tiến và lùi hiệu quả phanh không đều

2.2 Cơ cấu phanh đĩa

Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa được chia thành loại có giá đỡ xi lanh cố định vàloại có giá đỡ xi lanh di động

Hình 1.3: Cơ cấu phanh đĩa

Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa gồm:

- Đĩa phanh được lắp và quay cùng với moay ơ của bánh xe,

- Giá đỡ xi lanh đồng thời là xi lanh điều khiển, trên đó bố trí cácđường dẫn dầu áp suất cao, bên trong xi lanh có các piston

- Hai má phanh phẳng đặt ở hai bên đĩa phanh và được tiếp nhận lựcđiều khiển bởi các piston trong xi lanh bánh xe

 Ưu điểm:

- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mô men phanh ổn định khi hệ số masát thay đổi, điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt

độ cao;

- Thoát nhiệt tốt, khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn;

- Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát;

- Khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ nên tác động nhanh hơn,hành trình bàn đạp ngắn và dễ bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh– đĩa phanh

 Nhược điểm:

- Giá thành cao;

- Áp suất tác dụng lên má phanh lớn nên yêu cầu vật liệu tốt hơn;

- Khi phanh sinh ra các lực phụ tác dụng lên ổ bi bánh xe;

- Kết cấu hở, dễ dính bụi, bùn đất nên các tấm ma sát của loại phanhnày mòn nhanh hơn phanh guốc, ít dùng trên xe tải

3.3 Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén

Dẫn động phanh khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điềukhiển cung cấp khí nén tới các bầu phanh bánh xe, tại bầu phanh áp suất khí néntạo lực tác dụng lên guốc phanh, thực hiện phanh ô tô Do đó có ưu điểm lựcđiều khiển trên bàn đạp nhỏ, áp suất trên đường ống không cao và cho phép dẫnđộng dài tới các cơ cấu phanh cần thiết, nhưng nhược điểm là độ nhạy kém (thờigian chậm tác dụng lớn), các kết cấu có kích thước lớn, vì thế thích hợp với các ô

tô tải vừa và lớn

3.4 Hệ thống phanh dẫn động liên hợp thủy lực – khí nén

Hệ thống tận dụng ưu điểm của cả hai loại dẫn động phanh thủy lực và khínén sử dụng trên các ô tô tải, ô tô buýt trung bình và lớn

3.5 Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực

Hệ thống dẫn động điều khiển đòi hỏi làm việc thường xuyên để điều khiểntốc độ và dừng ô tô, các bộ truyền thủy tĩnh không cho phép có tỷ số truyền dẫnđộng lớn, do vậy cần thiết giảm nhẹ lực bàn đạp phanh Bộ trợ lực phanh sử

dụng trong hệ thống phanh thủy lực với các nguồn năng lượng trợ lực khác nhaunhư: chân không, khí nén, thủy lực, điện… Trên ô tô con và ô tô tải nhẹ phổ biếndùng trợ lực chân không cho hệ thống dẫn động phanh thủy lực

4 Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điềukhiển ô tô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:

- Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh);

- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS)

Trên hệ thống phanh có ABS còn có thể bố trí các liên hợp điều chỉnh: hạnchế trượt quay, ổn định động học ô tô… nhằm hoàn thiện khả năng cơ động, ổnđịnh của ô tô khi không điều khiển phanh

III YÊU CẦU KẾT CẤU

Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảoquãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm;

- Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp haycần kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người;

- Đảm bảo sự ổn định chuyển động của ô tô và phanh êm dịu trongmọi trường hợp;

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quangiữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh;

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơcấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng;

- Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với cáccường độ lực bàn đạp khác nhau;

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Từ đặc điểm, yêu cầu của xe thiết kế là loại ô tô tải N3 và các phân tích từchương 1, lựa chọn cơ cấu phanh tang trống với dẫn động phanh điều khiển khínén có hoặc không sử dụng bộ điều hòa lực phanh phụ thuộc vào quá trình tínhtoán

I SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động phanh nén

Trên hình vẽ thể hiện sơ đồ nguyên lí của hệ thống dẫn động phanh bằngkhí nén của ô tô tải có 3 cầu Hệ thống gồm có nguồn cung cấp khí nén, dẫnđộng phanh chính với 2 dòng độc lập, dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van điều áp 2, qua bộ lọctách nước 3, van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6 Van an toàn kép 4đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành 2nguồn cung cấp khí độc lập cho 2 dòng dẫn động phanh Van bảo vệ 17 có

Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệthống chung gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21

và các bầu tích năng dạng lò xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ô tô

II PHÂN TÍCH KẾT CẤU

 Bộ tự động điều chỉnh áp suất

Bộ tự động điều chỉnh áp suất được bố trí nằm cạnh máy nén khí, cùng cơcấu giảm áp thực hiện nhiệm vụ duy trì áp suất của khí nén ở một giá trị nhấtđịnh (0,75 – 0,85 MPa) Khi áp suất trong hệ thống vượt quá giá trị cho phép, bộđiều chỉnh áp suất và cơ cấu giảm áp tạo tác động phản hồi giúp máy nén khílàm việc không tải

b Bộ lọc hơi nước và làm khô khí nén

Máy nén khí hút không khí từ ngoài khí quyển với độ ẩm khác nhau vàđược đưa vào hệ thống cung cấp Hơi nước trong hệ thống khí nén có thể tạo racặn tại các bình chứa khí nén, trên đường ống làm chậm hay tác nghẽn tác dụngtruyền áp suất và gây gỉ các chi tiết kim loại, do vậy cần thiết tách hơi nước khỏikhí nén thông qua bộ lọc và làm khô

2 Cụm điều khiển (van phân phối hai dòng)

a Cấu tạo

Cấu tạo của van phân phối được mô tả trên hình vẽ, chia làm 3 cụm chính:bàn đạp, cụm van điều khiển dòng khí phía trên (tới các bánh xe phía sau), cụmvan điều khiển dòng khí phía dưới (tới các bánh xe phía trước)

Hình 2.2: Van phân phối dẫn động

hai dòng

1- Chụp che bụi 2- Lò xo hồi vị piston trên 3- Vòng hãm đế van trên 4- Piston dưới

5- Lò xo hồi vị van dưới 6- Thân van dưới

7- Van xả khí 8- Đế đỡ lò xo hồi vị van dưới 9- Van dưới

10- Lò xo hồi vị piston dưới 11- Lò xo hồi vị van trên 12- Van trên

13- Lò xo đỡ trục xuyên tâm 14- Lò xo ép piston trên 15- Piston trên

16- Thân van trên 17- Nắp van phanh 18- Vít điều chỉnh 19- Cốc ép

20- Con lăn

21- Bàn đạp phanh

- Cụm van điều khiển dòng phanh sau:

Nhiệm vụ chính của cụm van trên là điều khiển đóng mở dòng phanh dẫn racầu sau của ô tô Cum van điều khiển dòng phanh sau bao gồm: nắp van phanh

17 và các chi tiết nằm trong thân van trên 16 Piston trên 15 được giữ và dịchchuyển trong thân van 16 bởi các lò xo hồi vị 2, lò xo ép 14 Mặt dưới của piston

15 là đế van trong của cụm van Khi không phanh, van 12 đóng đường cung cấpkhí nén từ C sang A, đồng thời mở đường dẫn khí A, qua lỗ rỗng xuyên tâm trênpiston dưới 4, thông ra khí quyển E Nhờ cấu trúc như trên, cụm van điều khiểndòng phanh sau là một van kép thực hiện hai chức năng: đóng mở đường khí nén

từ C sang A, và mở đóng đường khí từ A ra cửa xả E

- Cụm van điều khiển dòng phanh trước:

Cụm van điều khiển dòng phanh trước bao gồm: piston 4 nằm dưới thânvan trên 16 và các chi tiết nằm trong thân van dưới 6

Piston 4 có lõi là ống trụ rỗng làm nhiệm vụ xả khí ra khí quyển Pistonđược ép lên trên nhờ lò xo hồi vị 10 Mặt dưới của piston 4 là đế van trong củacụm van dưới Đế van trong dịch chuyển cùng cụm piston 4 Dưới tác dụng của

lò xo 5, van 9 (nằm dưới piston 4), ép sát vào đế van ngoài

Khi không phanh, van 9 đóng đường cung cấp khí nén từ D sang B, đồngthời mở đường dẫn khí ra khí quyển Lò xo 5 tỳ lên đế đỡ 8 và luôn có xu hướng

ép van 9 đóng kín đường cung cấp khí nén từ D sang B Đế đỡ 8 được cố địnhbởi vòng khóa hở miệng, nằm trong thân van dưới 6

Van 12 chế tạo bằng cao su và được định dạng nhờ ống trụ dẫn hướng, van

có thể dịch chuyển lên xuống theo trục dẫn hướng

Cụm van điều khiển dòng phanh trước là một van kép thực hiện hai chứcnăng: đóng mở đường khí nén từ D sang B và mở đóng đường khí từ B ra cửa E

b Nguyên lý làm việc

- Khi không phanh: lò xo 5 và lò xo 11 giữ cho van trên 12 và van dưới 10

đóng cửa nạp, khí từ bình chứa tới các cửa C, D bị chặn lại và thường trực ở đó.Không khí có áp suất bằng áp suất khí quyển thông vào đường A và đường Bqua đường E cho phép các bầu phanh bánh xe ở trạng thái nhả phanh, bánh xelăn trơn

- Khi phanh, bàn đạp phanh quay quanh chốt cố định O, ép con lăn 20 tỳ lên

cốc ép 19 đi xuống Khi đã khắc phục xong khe hở tự do, bích chặn ép lò xo 14

tỳ vào piston trên 15 xuống Ban đầu, đế trong của van tiếp xúc với mặt van 12,đường khí A ra khí quyển bị đóng lại, đế van trong tiếp tục đi xuống, tách đếngoài của van khỏi mặt van 12, van nạp khí nén trên bắt đầu mở Khí nén đi từcửa C qua van nạp ngăn trên thông sang cửa A để dẫn đến các bầu phanh bánh

xe sau

Đồng thời với quá trình này, ở cạnh cửa A có một lỗ nhỏ thông với mặtdưới của piston trên 15, và một lỗ khác thông với mặt trên của piston dưới 4 Vớipiston trên, áp suất khí nén có tác dụng cùng chiều với lực đẩy của lò xo hồi vị 2tăng lực đẩy lên piston 15 gây cảm giác nặng cho người lái

Với piston dưới, chiều tác dụng của lực bàn đạp qua piston trên 15 đẩypiston 4 đi xuống ép sát vào mặt van dưới 9, đường thông B ra khí quyển Eđóng, piston 4 tách đế ngoài của van khỏi mặt van 9, van nạp khí nén bắt đầu

mở Khí nén đi từ cửa D qua van 9 thông sang cửa B để dẫn đến các bầu phanhbánh xe trước

Mặt khác, áp suất khí nén qua lỗ nhỏ tác dụng lên mặt trên của piston dưới

4 đẩy piston dưới đi xuống Lực khí nén của khoang trên (từ C sang A) cùngchiều lực bàn đạp hỗ trợ đẩy piston 4 đi xuống làm nhanh quá trình đóng mởcụm van dưới

- Khi nhả phanh, bàn đạp phanh 21 trở về vị trí ban đầu, cốc ép 19 được đẩy

về vị trí ban đầu dưới tác động của lực lò xo hồi vị, đẩy piston dưới 4 và pistontrên 15 dịch chuyển lên trên Quá trình dịch chuyển xảy ra: đóng van cấp khí nén

và mở van thông khí quyển Như vậy dòng cấp khí nén từ C sang A và từ D sang

B bị ngắt và nối thông đường khí A, B ra khí quyển E Khí nén từ các bầu phanhđược xả ra ngoài nhờ lò xo hồi vị ở cơ cấu phanh và bầu phanh bánh xe, quátrình phanh kết thúc

- Rà phanh: là quá trình phanh xe và duy trì phanh ở một mức độ nhất định

nhằm giữ ô tô ở tốc độ nào đó Khi rà phanh, ban đầu người lái phanh xe bằngcách tăng dần lực điều khiển bàn đạp, sau đó không tăng và giữ nguyên bàn đạp

ở vị trí nào đó

Khi người lái tăng dần lực bàn đạp, các van cấp khí đang mở rộng dần vàtạo điều kiện cho tăng dần áp suất sau van Áp suất khí nén thông qua các lỗ nhỏtăng dần, tác dụng lên mặt dưới của piston 15 và mặt trên của piston 4

Giữ nguyên vị trí bàn đạp (không tăng lực điều khiển), áp suất sau van sẽtiếp tục tăng theo quán tính dòng khí và có xu hướng đẩy piston trên 15 dịch lên,tạo điều kiện cho van 12 đi lên, đóng mặt van 12 với đế van ngoài, bịt đường khícấp cho đường A, áp suất sau van 12 không tăng được nữa Khi đó, áp suất ở mặttrên piston dưới 4 không tăng được nữa, tạo điều kiện cho piston 4 đi lên, đóngmặt van 9 với đế van ngoài, bịt đường khí cấp cho đường B, áp suất sau van 9không tăng được nữa Lực bàn đạp không tăng nhưng duy trì ở mức độ nhất định

chưa đủ để mở van xả khí Do đó trong trường hợp rà phanh các van đều nằmtrong trạng thái đóng kín Áp suất khí nén sau van duy trì ở mức độ nhất định vàbầu phanh không tăng lực điều khiển, cơ cấu phanh vẫn bị phanh ở mức độtương ứng với vị trí bàn đạp phanh, tạo nên trạng thái rà phanh ở cơ cấu phanh

mở van nạp khí từ đường D sang B Nhưng do không có áp suất hỗ trợ mở cụmvan dưới của dòng phanh sau (phía trên), do vậy hành trình và lực bàn đạp yêucầu lớn hơn

Khi dòng phanh trước bị hỏng: nếu dòng phanh trước bị mất áp suất, quátrình đóng mở cụm van trên vẫn thực hiện được Khi tiếp tục đạp phanh, piston

15 đi xuống, đẩy tiếp piston 4 đóng van xả và mở van cấp cho cụm van dưới Haidòng khí vẫn được ngăn cách nhờ piston 4, đảm bảo cho dòng phanh sau vẫnhoạt động

Khi một trong hai dòng phanh bị hỏng, vùng áp suất cao tại một dòngphanh được ngăn cách với dòng phanh còn lại nhờ piston 4 và các phớt cao subao kín, đảm bảo cho dòng phanh có áp suất vẫn hoạt động

3 Bầu phanh bánh xe

Bầu phanh bánh xe có cấu trúc như xi lanh lực tác động một chiều Vỏ củabầu phanh được bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên piston đẩy và dịchchuyển để điều khiển cam quay

Bầu phanh bánh xe có nhiệm vụ tạo lực khí nén đẩy đòn đẩy dịch chuyển,tạo nên xoay cam quay ở cơ cấu phanh

a Bầu phanh đơn

Hình 2.3: Bầu phanh đơn

Màng 5 được đỡ bằng tấm đỡ 4, và nối liền với đòn đẩy 6 Đòn đẩy 6 vàđầu nối 10 liên kết bắt ren với nhau, tạo thành đòn đẩy dẫn động quay cam quayđóng mở cơ cấu phanh Chiều dài của đòn đẩy được điều chỉnh nhờ đai ốc 9,nhằm tạo nên vị trí thích hợp với cam quay

Nguyên lý làm việc:

Khi không phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 2, màng 5 ở vị trí tận cùngphía trên Khi phanh, khí nén có áp suất cao được dẫn tới khoang trên của bầuphanh qua lỗ P, đẩy màng 5 và đòn đẩy 6 dịch chuyển về xuống dưới, thực hiện

sự xoay cam quay trong cơ cấu phanh Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xohồi vị 2 đẩy màng 5, kéo đòn 6 trở về vị trí ban đầu Khí nén ở khoang trên theođường ống quay về van phân phối thoát ra ngoài, kết thúc quá trình phanh

b Bầu phanh tích năng

Cấu tạo của bầu phanh và các trạng thái làm việc thể hiện trên hình 2.4:

Hình 2.4: Bầu phanh tích năng

13- Piston tích năng 14- Lò xo tích năng A-Điều khiển phanh chân

B-Điều khiển nhả phanh

T- Khoang tích năng

S- Thông với A P-Thông với khí quyển

Q-Khoang thông với B

Bầu phanh tích năng gồm: hai bầu phanh được ghép nối tiếp nhau, một bầuphanh chính và một bầu phanh tích năng

Bầu phanh chính có cấu tạo và nguyên lý làm việc trên cơ sở bầu phanh đơndạng màng Trong bầu phanh chính có hai khoang: khoang P thông với khíquyển, khoang S thông với đường cấp và thoát khí nén khi phanh từ van phânphối

Bầu phanh tích năng dạng xi lanh piston khí cũng chia làm hai khoang:khoang T thông với khí trời nhờ đường ống 4, còn khoang Q thông với vanphanh tay qua đường dẫn B Trong khoang tích năng T gồm: vỏ bầu phanh tích

năng 3, piston tích năng 13, ốc điều chỉnh 1 Toàn bộ các chi tiết của buồng tíchnăng đặt nối tiếp với bầu phanh chính thông qua ống đẩy 2

Nguyên lý làm việc:

Trạng thái ban đầu, khi chưa có khí nén, dưới tác dụng của lò xo tích năng

14, đẩy piston 13, ống đẩy 2, màng 6 và đòn đẩy 7 về bên phải, thực hiện phanhbánh xe Đây là trạng thái phục vụ việc đỗ xe trên dốc (c – chức năng phanh tay).Khi không phanh (a), máy nén khí đạt áp suất khoảng 0,6 MPa, đường Bđược cấp khí từ bình chứa khí (hoặc van phanh tay) vào khoang Q Khí nén đẩypiston tích năng 13, nén lò xo tích năng về bên trái Dưới tác dụng của lò xo hồi

vị 9, màng 6 dịch chuyển sang trái, kéo cam quay cơ cấu phanh về vị trí nhảphanh, bánh xe lăn trơn

Khi phanh bằng phanh chân (b), van phân phối mở đường khí vào đường Atới khoang S, đồng thời trong khoang Q có khí nén, màng 6 bị dịch chuyển vềbên phải, đòn đẩy 7 sẽ kéo cam quay thực hiện xoay cam để phanh bánh xe.Khi thôi phanh, khí nén theo đường A thoát ra ngoài qua van phân phối,thực hiện sự nhả phanh

Nếu trên ô tô không còn khí nén, lò xo tích năng 14 luôn có xu hướng đẩyống đẩy 2 và đòn đẩy 7 về trạng thái phanh làm cơ cấu phanh bị phanh cứng.Bầu phanh tích năng có thể thay thế cho chức năng của phanh tay hoặc phanhkhẩn cấp, do đó thường được bố trí trên các cầu sau của ô tô tải và rơ mooc

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN ECE R13

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIÊU CHUẨN

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

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

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

δ' – hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay;

Ga – trọng lượng toàn bộ của xe;

∑T – tổng các lực phanh tại các bánh xe;

f – hệ số cản lăn;

S – quãng đường xe chạy;

k – hệ số cản không khí;

F – diện tích cản chính diện của ô tô

Khi phanh có ngắt động cơ hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay có thểcoi bằng 1 (= 1,02 ÷ 1,04)

Để đánh giá hiệu quả phanh ô tô người ta có thể sử dụng hệ số lực phanh γT:

Để đánh giá mức độ sử dụng khả năng bám tại các bánh xe khi phanh người

ta đưa ra khái niệm hệ số bám hiệu dụng φi:

Với sự phân bố lực phanh lý tưởng ta có được gia tốc cực đại:

G a g(6)

Khi phanh tới giới hạn lết tại một cầu nào đó trong khi tại các cầu kháckhông sử dụng hết khả năng bám thì hệ số bám hiệu dụng sẽ nhỏ hơn hệ số bám,

Hiện nay, vấn đề về hiệu quả phanh và phân bố lực phanh giữa các cầu saocho đảm bảo ổn định chuyển động ô tô khi phanh đang nhận được sự quan tâmngày càng lớn.

II TIÊU CHUẨN ECE R13

Theo quy định No13, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505, các ô tôloại N3 không trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS cần đáp ứng cácyêu cầu sau:

 Đối với φ = 0,2 ÷ 0,8 cần đạt được γT≥ 0,1 + 0,85 (φ – 0,2);

 Đối với mọi chế độ tải trọng đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầutrước phải nằm trên đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau với mọi giá trịcủa γT = 0,15 ÷0,30 Điều này cần được coi là đạt yêu cầu nếu với các giá trị đócác đường cong hệ số bám hiệu dụng của mỗi cầu nằm giữa hai đường thẳngsong song với đường lý tưởng, được thể hiện bởi phương trình sau:

φ = γT± 0,8 (8)

và nếu với γT≥ 0,3 đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau thỏa mãn:

γT≥ 0,1 + 0,74( φ – 0,38)Các miền phân bố các đường cong hệ số bám hiệu dụng được thể hiện trênhình 1:

trí của đường cong hệ số

bám hiệu dụng cầu sau:

φ= γ T−0,018

0,74

Hình 1: Các vùng giới hạn của các đường cong hệ số bám hiệu dụng

III QUY TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨNECE R13

Việc tính toán khảo sát quá trình phanh ô tô được thực hiện theo 3 giai đoạnnhư sau:

1 Tính toán cho trường hợp phân bố lực phanh lý tưởng Theo kết quả tínhtoán này người ta xác định kết cấu và các kích thước của cơ cấu phanh, dẫn độngphanh và áp suất khí nén sử dụng trong hệ thống

2 Tính toán cho hệ thống phanh thực với các thông số đã được chọn theo kếtquả tính toán của giai đoạn 1 có kể đến việc sử dụng các cụm, các thiết bị tiêuchuẩn với điều kiện tỷ lệ giữa mô men phanh cầu trước và cầu sau là không đổi.Kết quả tính toán được đối chiếu với tiêu chuẩn E/ECE/TRANS/505 và xác địnhnhu cầu cần sử dụng bộ điều hòa lực phanh

3 Tính toán cho hệ thống phanh thực có sử dụng bộ điều hòa lực phanh cókhả năng thay đổi một cách tự động tỷ lệ mô men phanh cầu trước và cầu sau

Dựa trên các kết quả tính toán này người ta điều chỉnh lại các thông số của dẫnđộng phanh và xác định mức độ đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn

Trong khi tính toán ta chấp nhận một số giả thiết sau:

- Áp suất khí nén trong dẫn động phanh tại cửa vào của các bộ điều hòa lựcphanh là bằng nhau tại thời điểm phanh,

- Ma sát giữa các lá nhíp và đặc tính của hệ thống treo không gây ảnhhưởng lớn tới quá trình phanh

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH

I TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨN ECE R13

Thông số cơ bản xe tham khảo:

Xe tham khảo: ô tô Kamaz – 65115 (6×4)

Hình 4.1: Ô tô Kamaz 65115 (4 × 6)

Trọng lượng

Động cơ

Sơ đồ tính toán và các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình phanh thể hiệntrên hình 4.2:

Hình 4.2: Sơ đồ tính toán

- Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán:

Ga – trọng lượng toàn bộ của ô tô;

G1, G2 – trọng lượng tác dụng lên bánh xe cầu trước và cầu sau;

L – chiều dài cơ sở ô tô;

c, b, hg – tọa độ trọng tâm ô tô;

rk – bán kính lăn bánh xe;

T1, T2 – lực phanh trên cầu trước và cầu sau;

a – gia tốc chậm dần khi phanh;

g – gia tốc rơi tự do;

γT – hệ số lực phanh;

∑T – tổng các lực phanh tại các bánh xe;

MT1, MT2 – mô men phanh trên các bánh xe cầu trước và cụm cầu sau;

MT – mô men phanh trên bánh xe;

Q – lực trên ty đẩy bầu phanh;

p – áp suất khí nén trong hệ thống phanh;

p1, p2 – áp suất khí nén trong các bầu phanh cầu trước và sau;

φ1, φ2 – hệ số bám hiệu dụng trên các cầu trước và sau;

K – hệ số mô đun áp suất;

lp – độ dài cần nối của điều hòa lực phanh;

β – góc nghiêng tức thời của cần nối của điều hòa lực phanh;

β01, β02 – góc nghiêng của cần nối điều hòa lực phanh tương ứng với trườnghợp ô tô đầy tải và ô tô không tải ở trạng thái tĩnh;

f0, f01 – độ võng nhíp gây nên bởi tải tác dụng lên 2 bánh sau trong trạngthái tĩnh tương ứng với các trường hợp ô tô đầy tải và ô tô không tải;

Δf – biến thiên độ võng tĩnh của nhíp.f – biến thiên độ võng tĩnh của nhíp

Thay các số liệu vào ta được:

 Khi đầy tải:

Thay các số liệu tính toán ta được:

 Khi đầy tải:

 Khi không tải:

Các giá trị mô men phanh tối ưu:

Việc lựa chọn các kích thước của bầu phanh và áp suất khí nén trong dẫnđộng phanh để đảm bảo được hiệu quả phanh đã định được tiến hành trên cơ sở:

 Lực phanh tại các bánh sau phải đảm bảo tận dụng được lực bám tại cácbánh sau của ô tô đầy tải ở trạng thái tĩnh trên đường có hệ số bám không nhỏhơn 0,65;

 Lực phanh trên các bánh trước cần phải không nhỏ hơn giá trị tối ưu của

nó khi phanh ô tô đầy tải với gia tốc 0,6g

Từ các điều kiện trên ta có:

T2 ≥ G2φ = 2746 KG; T1≥ 2777 KG

Từ các tính toán động lực học cơ cấu phanh ta tìm được biểu thức quan hệgiữa mô men phanh MT tại bánh xe với lực Q đặt trên ty đẩy của bầu phanh:

 A – hệ số phụ thuộc vào kết cấu của cơ cấu phanh;

 lk – chiều dài cần tác động cam ép;

 dk – đường kính quy ước của cam ép;

 μ – hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh;

 h1, h2 – cánh tay đòn tính từ điểm đặt lực lên đầu guốc phanh tới tâmcam ép

Hệ số A được xác định theo công thức sau:

 l – khoảng cách từ tâm trống phanh tới tâm quay của guốc phanh;

 α0 – tọa độ góc xác định điểm bắt đầu của má phanh;

 β0 – góc ôm của má phanh

Lực phanh tại bánh xe:

T = M T

r k =

1,7Q

0.478(14 )Khi đó:

Q= 0,478 T

1,7 =0,281(15)

Thay các giá trị T1 và T2 vào biểu thức trên ta được:

Tại cầu sau: Q2≥ 0,281× 2746 = 772 KG

Tại cầu trước: Q1≥ 0,281× 2777 = 780 KG

Sau khi lựa chọn kích thước các bầu phanh theo các dãy tiêu chuẩn, ta thấyđối với loại ô tô đang xét có thể chọn các bầu phanh loại 24, 26, 28, 30 tùy theo

áp suất khí nén sử dụng trong hệ thống

Bảng thể hiện giá trị lực Q (KG) tương ứng:

p = 6 KG/cm2

p = 7 KG/cm2

Như vậy có thể chọn kiểu bầu phanh 24 cho cả cầu trước và cầu sau Khi

đó, thay giá trị Q vào công thức (12) ta được:

p2=M T 2+59,5 249,33Trong đó MT1 và MT2 là các giá trị tối ưu của các mô men phanh trên cáccầu trước và sau (xem bảng 1)

Kết quả tính toán p1 và p2 cũng được cho trong bảng 1

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

Giá trị tối ưu của tổng lực phanh (đáp ứng được hệ số lực phanh theo yêucầu) được tính theo công thức 10 Mặt khác, tổng lực phanh bằng tổng cáclực phanh tác dụng trên các bánh xe cầu trước và cụm cầu sau:

∑T = 2T 1 + 4T 2 (17)

Sử dụng các công thức 14 và 16 (bầu phanh loại 24) ta tìm được quan hệgiữa lực phanh tại các bánh xe cầu trước và cầu sau với áp suất khí nén trong cácbầu phanh:

∑T =6 T = 6

0,478(249,33 p – 59,5)=

1496 p−357

0,478

Biến đổi công thức trên bằng cách thay ∑T = G a (a/g) ta được biểu thức

quan hệ giữa áp suất khí nén trong dẫn động phanh và hệ số lực phanh:

Giá trị các lực T1, T2 được xác định theo các công thức (18) và (19), trong

đó áp suất tính được theo công thức (20)

Giá trị các tải trọng trên các cầu G1, G2 được tính theo các công thức (8),(9) Kết quả tính toán các thông số theo hệ số lực phanh được cho trong bảng 2

Đầy tải

p (KG/cm 2 ) 0.239 0.954 1.670 2.386 3.102 3.817 4.533

Hình 4.3: Đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám tại cầu trước và cụm cầu sau của ô tô đầy tải (đường liền) và không tải (đường đứt) với lực phanh riêng với điều kiện tỷ lệ phân bố lực phanh giữa các cầu là không đổi.

Phân tích các kết quả tính toán thể hiện trên bảng 2 và đồ thị ta rút ra kếtluận:

 Trong trường hợp tỷ lệ mô men giữa cầu trước và cụm cầu sau không đổi,

hệ thống phanh chính của ô tô Kamaz dạng 6×4 khi đầy tải đáp ứng các tiêuchuẩn của Liên Xô cũ về hiệu quả phanh (với áp suất khí nén trong hệ thốngbằng 6KG/cm2, gia tốc chậm dần đạt 0,65g) và các tiêu chuẩn của quy định

No13, tiêu chuẩn E/ECE/324 về phân bố lực phanh giữa các cầu (các đường cong

hệ số bám hiệu dụng phụ thuộc vào lực phanh riêng và quan hệ giữa lực phanhriêng với áp suất không vượt ra khỏi miền giới hạn)

 Đối với ô tô không tải, hệ thống phanh chính không đáp ứng các tiêuchuẩn về hiệu quả phanh (khi gia tốc đạt 5m/s2 các bánh xe cầu sau trượt lết trênđường khô) và không đáp ứng tiêu chuẩn của quy định N013, tiêu chuẩn E/ECE/

324 về phân bố lực phanh giữa các cầu (các đường cong hệ số bám hiệu dụngphụ thuộc vào lực phanh riêng và quan hệ giữa lực phanh riêng với áp suấtkhông nằm hoàn toàn trong các miền giới hạn)

Các kết luận trên cho thấy hệ thống phanh cần được trang bị bộ điều hòalực phanh có khả năng thay đổi một cách tự động tỷ lệ giữa áp suất trong bầuphanh cầu trước và áp suất trong các bầu phanh cầu sau theo sự phân bố lại tảitrọng tác dụng lên cụm cầu sau trong khi phanh

3 Quá trình phanh với tỷ lệ mô men phanh giữa cầu trước và cụm cầu sau thay đổi

Để điều chỉnh tỷ lệ lực phanh người ta sử dụng bộ điều hòa lực phanh loạitia Bộ điều hòa được lắp trên dẫn động phanh cầu sau và điều chỉnh áp suất khínén dẫn tới các bầu phanh cầu sau theo tải trọng tác dụng lên cầu sau

Sơ đồ bố trí bộ điều hòa được thể hiện trên hình 4.4, còn đặc tính của nóđược thể hiện trên hình 4.5

Hình 4.4: Sơ đồ bố trí bộ điều hòa lực

O - vị trí nằm ngang của cần điều chỉnh

Bộ điều hòa được lắp trên khung ô tô Thanh kéo 1 (hình 4.4) có đầu trênnối với phần tử đàn hồi 3 lắp trên cầu ô tô Khi tải tác dụng lên cụm cầu thay đổi,khung xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng làm cần 2 quay quanh tâm O.Nhờ đó mà bộ điều hòa điều chỉnh tỷ lệ giữa áp suất vào và ra khỏi điều hòa.Trước tiên cần xác định các thông số lắp ráp của bộ điều hòa lực phanh(chiều dài thanh đòn lp và góc β) Sau đó phải xác định hệ số K – hệ số điềuchỉnh áp suất khí nén cấp từ bộ điều hòa đến các bầu phanh khi ô tô ở trạng tháitĩnh, đầy tải và không tải với các điều kiện sau: lực phanh các bánh sau cần phảiđảm bảo tận dụng khả năng bám tại cầu sau ở trạng thái tĩnh đầy tải và không tảitrên đường có hệ số bám φ = 0,65 ÷ 0,8; nghĩa là:

0,65G 2 ≤ T 2 ≤ 0,8G 2

Sử dụng giá trị của G2 trong bảng 2 ta được:

Đối với ô tô đầy tải: 2746 KG ≤ T2≤ 3380 KG

Đối với ô tô không tải: 926 KG ≤ T2 ≤ 1140 KG

Biến đổi công thức (19) ta được biểu thức quan hệ giữa lực phanh và ápsuất khí nén cấp vào bầu phanh:

p2=0,478 T2+ 59,5

249,33

Thay các giá trị của T2 vào ta được:

Khi đầy tải:

5,50 KG/cm2≤ p2≤ 6,72 KG/cm2 , ta chọn p2 = 6 KG/cm2Khi không tải:

 p – áp suất dẫn vào bộ điều hòa lực phanh;

 p2 – áp suất dẫn ra khỏi bộ điều hòa

Thay các giá trị của p và p2 ta được:

Khi đầy tải: K = 6/6 = 1

Khi không tải: K = 6/2,4 = 2,5

Theo đặc tính tĩnh của điều hòa lực phanh (hình 4.5) ta xác định các góc đặtcủa cần điều chỉnh:

Khi đầy tải: K = 1, β = 25o – 40o, ta chọn β0 = 30o;

Khi không tải: K = 4, β01 = -13o

Độ dài cần điều chỉnh lp có thể được tính theo sơ đồ lắp đặt (hình 4.4):