TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tổng quan về các loại phương tiện giao thông và yêu cầu của hệ thống
1.1.1 Thực trạng về nhu cầu sử dụng các loại phương tiện giao thông
Trong bối cảnh Hà Nội phát triển nhanh chóng với sự gia tăng dân số do di cư, nhu cầu đi lại ngày càng cao đã dẫn đến sự bùng nổ phương tiện cá nhân, đặc biệt là xe máy Giai đoạn 2011 - 2016, chiều dài đường đô thị chỉ tăng 3,85%/năm, trong khi số lượng xe máy tăng 6,7%/năm và ôtô tăng 10,2%/năm Hiện nay, Hà Nội có khoảng 5,5 triệu xe máy và 500.000 ôtô, chưa kể hơn 1 triệu phương tiện từ các tỉnh khác tham gia giao thông, cho thấy áp lực lớn lên hạ tầng giao thông của thành phố.
GTCC đã có những bước tiến, nhưng chỉ đáp ứng được hơn 10% nhu cầu đi lại của TP, chưa thực sự đóng vai trò chủ lực trong mạng lưới giao thông Thủ đô Xe buýt vẫn chưa đủ hấp dẫn, khiến người dân chủ yếu lựa chọn xe máy để di chuyển hàng ngày Bên cạnh đó, ý thức chấp hành luật lệ giao thông và văn hóa giao thông của một bộ phận người dân vẫn còn thấp, dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông, ô nhiễm môi trường và mất an toàn giao thông Hà Nội đang đối mặt với một vấn đề đặc thù, đó là lượng xe máy quá lớn, gây ảnh hưởng tiêu cực đến giao thông và môi trường sống của thành phố.
- Đồng bộ các giải pháp:
Trước tình hình ùn tắc giao thông và ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng tại TP, Đề án “Tăng cường quản lý phương tiện giao thông đường bộ” đã được ra đời nhằm mục tiêu giảm thiểu tình trạng này.
Đề án “Hà Nội, giai đoạn 2017 - 2020, tầm nhìn đến 2030” là cần thiết trong bối cảnh mở rộng đô thị và khoảng cách giữa các chức năng sống, làm việc và học tập ngày càng lớn, dẫn đến nhu cầu di chuyển gia tăng Để xây dựng hệ thống giao thông văn minh, hiện đại, bền vững, cần phát triển hạ tầng giao thông đồng bộ với đô thị, tập trung nguồn lực nâng cấp đường, xây cầu vượt và cải tạo nút giao thông Đồng thời, phát triển hệ thống giao thông thông minh để quản lý và xử lý vi phạm Đối với giao thông công cộng (GTCC), cần đẩy nhanh tiến độ hệ thống vận tải khối lượng lớn, mở rộng mạng lưới BRT và các phương tiện vận tải nhỏ để đảm bảo người dân dễ dàng tiếp cận GTCC trong khoảng cách 300 - 500m với thời gian chờ không quá 5 - 10 phút Cần bổ sung xe buýt nhỏ để kết nối hành khách với phương tiện lớn và tăng thời gian phục vụ của xe buýt để phục vụ nhu cầu đi lại hàng ngày của người dân.
- Xây dựng văn hóa giao thông:
Cuộc đấu tranh chống ùn tắc giao thông và giảm tai nạn giao thông cần được coi như một cuộc chiến thực sự, trong đó văn hóa giao thông đóng vai trò then chốt Để xây dựng văn hóa giao thông, cần nâng cao ý thức chấp hành luật lệ an toàn giao thông, kết hợp giữa văn hóa truyền thống và hiện đại, đồng thời tôn trọng quy tắc quốc tế Điều này bao gồm việc thực hiện nghiêm pháp luật, xử lý các vi phạm, xây dựng thói quen nhường nhịn và tuyên truyền sâu rộng về luật giao thông Nếu không có văn hóa trong giao thông, việc ùn tắc và tai nạn vẫn sẽ xảy ra, bất chấp hạ tầng tốt đến đâu Cần tăng cường tuyên truyền lợi ích của giao thông công cộng (GTCC) và khuyến khích cán bộ, công nhân viên Nhà nước sử dụng GTCC, đồng thời các doanh nghiệp cũng nên hỗ trợ người lao động từ bỏ phương tiện cá nhân Đối với phương tiện cá nhân, cần áp dụng phí đường cao và lệ phí gửi xe trong khu vực nội thành, với một phần lợi nhuận được sử dụng để hỗ trợ GTCC, từ đó đảm bảo công bằng xã hội và khuyến khích người dân chuyển sang sử dụng GTCC.
1.1.2 Thực trạng tai nạn giao thông
Theo Tổng cục Thống kê (Bộ Kế hoạch và Đầu tư), từ 16/1/2019 đến 15/2/2019, cả nước ghi nhận 1.295 vụ tai nạn giao thông, trong đó có 703 vụ nghiêm trọng và 592 vụ va chạm, dẫn đến 627 người chết, 392 người bị thương và 640 người bị thương nhẹ So với cùng kỳ năm trước, số vụ tai nạn giao thông trong tháng 2 giảm 18,2%, với các vụ nghiêm trọng giảm 10,6% và va chạm giảm 25,7% Số người chết giảm 13,6%, trong khi số người bị thương tăng 10,7% và số người bị thương nhẹ giảm 21,5%.
Trong dịp Tết Nguyên Đán năm nay, tai nạn giao thông đã giảm so với năm trước, với 276 vụ xảy ra trong 9 ngày nghỉ, dẫn đến 183 người chết và 241 người bị thương, trung bình mỗi ngày có 31 vụ tai nạn Tuy nhiên, một số vụ tai nạn nghiêm trọng đã xảy ra, bao gồm vụ tai nạn ngày 23/1 tại Bình Thuận giữa xe khách và xe máy làm 2 người chết; vụ ngày 27/1 tại Quảng Trị giữa xe máy và xe ben cũng làm 2 người chết và 1 người bị thương nặng; vụ ngày 8/2 tại Thanh Hóa giữa ô tô khách và ô tô con làm 3 người chết và 5 người bị thương; vụ ngày 12/2 trên quốc lộ 2 giữa xe khách và xe tải làm 8 người bị thương; và vụ ngày 13/2 trên cao tốc Hà Nội-Lào Cai giữa xe ô tô 7 chỗ và xe khách làm 9 người bị thương.
Nguyên nhân chính dẫn đến các vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng là do ý thức kém của người tham gia Trong tháng qua, đã xảy ra hai trường hợp lái xe ô tô dừng nghỉ trên đường cao tốc Hà Nội-Lào Cai, ngồi ăn uống ngay tại làn đường ứng cứu khẩn cấp, làm tăng nguy cơ tai nạn cho các phương tiện khác Cần thiết phải có chế tài nghiêm khắc để xử lý những hành vi này.
Trong hai tháng đầu năm, cả nước ghi nhận 2.822 vụ tai nạn giao thông, trong đó có 1.529 vụ nghiêm trọng và 1.293 vụ va chạm, dẫn đến 1.356 người chết, 814 người bị thương và 1.355 người bị thương nhẹ So với cùng kỳ năm trước, số vụ tai nạn giảm 15,6%, trong đó tai nạn nghiêm trọng giảm 8,8% và va chạm giảm 22,5% Số người chết giảm 10%, trong khi số người bị thương tăng 4,4% và thương nhẹ giảm 22% Trung bình mỗi ngày, cả nước xảy ra 46 vụ tai nạn, bao gồm 25 vụ nghiêm trọng và 21 vụ va chạm, với 22 người chết, 13 người bị thương và 22 người bị thương nhẹ.
1.1.3 Những thách thức tiềm ẩn về an toàn giao thông
Theo ông Khuất Việt Hùng, phó chủ tịch chuyên trách Uỷ ban an toàn giao thông quốc gia, năm 2018, cả nước ghi nhận hơn 8.000 ca tử vong do tai nạn giao thông, với thiệt hại ước tính từ 5-12 tỷ USD mỗi năm Tổng thiệt hại dự kiến trong giai đoạn 2015-2030 lên tới khoảng 130 tỷ USD Để giải quyết thách thức này, sự hợp tác giữa Nhà nước, nhà khoa học, doanh nghiệp và các tổ chức là rất cần thiết trong việc đảm bảo an toàn giao thông Ông Hùng nhấn mạnh rằng ý thức, thói quen và hành vi lái xe của người tham gia giao thông là những thách thức lớn nhất mà chúng ta cần đối mặt.
Thói quen tham gia giao thông sau khi uống rượu bia vẫn còn phổ biến, do đó, chính quyền cần tăng cường tuyên truyền về tác hại của tai nạn giao thông liên quan đến nồng độ cồn Khi người dân nhận thức đúng đắn, họ sẽ có khả năng thay đổi hành vi Bên cạnh đó, việc áp dụng chế tài xử phạt nặng, như phạt lũy tiến, là cần thiết để răn đe những hành vi vi phạm trật tự an toàn giao thông.
Ông Khuất Việt Hùng chia sẻ về các chiến lược an toàn giao thông ở Việt Nam đến năm 2021 với tầm nhìn đến năm 2030, nhấn mạnh mục tiêu giảm 5-10% tai nạn giao thông và thương vong hàng năm Ông cũng cho rằng cần hoàn thiện hệ thống pháp luật về an toàn giao thông, bao gồm Luật giao thông đường bộ, nâng cao chất lượng nguồn nhân lực và tăng cường năng lực thể chế Việc hình thành hệ dữ liệu quốc gia và chia sẻ dữ liệu đến các cơ quan liên quan sẽ góp phần nâng cao hiệu quả trong việc xử lý chế tài tiếp theo.
Cảnh sát giao thông sẽ chuyển dữ liệu xử phạt cho Thanh tra giao thông để theo dõi và xử lý các trường hợp tái phạm với mức phạt nặng hơn Chính quyền địa phương đang tăng cường ứng dụng công nghệ, trang bị camera quan sát và lực lượng tuần tra để đảm bảo trật tự an toàn giao thông.
Nhiều ý kiến đề xuất Bộ Giáo dục và Đào tạo cần cải cách phương pháp tuyên truyền nhằm thay đổi hành vi vi phạm pháp luật an toàn giao thông trong trường học, đặc biệt là đối với học sinh phổ thông Đồng thời, chính quyền các thành phố lớn cần quy hoạch hệ thống giao thông công cộng, không gian ngầm và khu dân cư, cũng như xây dựng các công trình hạ tầng giao thông và hoàn thiện trung tâm điều hành giao thông để giảm thiểu tình trạng ùn tắc.
Tổng quan về hệ thống phanh
1.2.1 Những vấn đề chung về hệ thống phanh trên ô tô
Hệ thống phanh có chức năng giảm tốc độ chuyển động của xe tới vận tốc chuyển động nào đó, dừng hẳn hoặc giữ xe ở vị trí nhất định
Giữ xe lâu dài trên đường, đặc biệt là trên đường dốc
Hệ thống phanh đảm bảo cho xe chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó nâng cao năng suất vận chuyển cho ô tô
+ Phân loại theo công dụng:
- Hệ thống phanh chính (phanh công tác)
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ)
+ Phân loại theo kết cấu;
- Hệ thống phanh có cơ cấu phanh guốc
- Hệ thống phanh có cơ cấu phanh đĩa
- Hệ thống phanh có cơ cấu phanh đai
+ Phân loại theo dẫn động phanh:
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén
- Hệ thống phanh dẫn động kết hợp thủy lực và khí nén
+ Phân loại theo mức độ hoàn thiện chất lƣợng phanh:
- Hệ thống phanh có bộ điều chỉnh lực phanh
- Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe ABS
Để đảm bảo an toàn cho các phương tiện giao thông, các quy định như NO-13EYSK của Hội đồng Kinh tế Châu Âu, tiêu chuẩn F18-1969 của Thụy Điển và tiêu chuẩn FM VSS-121 của Mỹ đã được áp dụng rộng rãi.
Hệ thống phanh của các xe hiện đại cần đáp ứng những yêu cầu quan trọng sau đây: phải đảm bảo hiệu suất cao, độ bền lâu dài và khả năng phản ứng nhanh chóng trong mọi điều kiện lái xe.
- Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột
- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp, bảo đảm sự ổn định khi phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng, cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt
- Thời gian chậm tác dụng nhỏ
Mômen phanh tại bánh xe phải tuân thủ mối quan hệ giữa trọng lượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường, bất kể cường độ phanh là bao nhiêu.
- Có độ tin cậy cao, có hệ thống tự kiểm tra, chẩn đoán các hƣ hỏng một cách kịp thời
- Không có hiện tƣợng tự xiết khi phanh
- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh phải cao, ổn định trong mọi điều kiện sử dụng
- Đảm bảo tránh trượt lết bánh xe trên đường Vì khi trượt lết gây ra mòn lốp và làm mất khả năng dẫn hướng của xe…
- Ngoài ra hệ thống phanh cần chiếm ít không gian, trọng lƣợng nhỏ, độ bền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí
- Phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hưởng lẫn nhau Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố
- Đảm bảo ổn định của ôtô khi phanh (Đƣợc đánh giá bằng phanh s và góc lệch)
- Giữ đƣợc tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp phanh và lực sinh ra ở cơ cấu phanh
- Bố trí hợp lý để dễ dàng điều chỉnh chăm sóc và bảo dƣỡng
Phanh chân và phanh tay hoạt động độc lập, không ảnh hưởng đến nhau Trong trường hợp phanh chân gặp sự cố, phanh tay có thể được sử dụng như một phương án dự phòng hiệu quả.
Xuất phát từ yêu cầu nói trên, Em lựa chọn đề tài nghiên cứu với tiêu đề
Thiết kế hệ thống phanh cho ôtô vận tải cỡ nhỏ nhằm đảm bảo hiệu quả làm việc và an toàn cho người và hàng hóa Hệ thống phanh cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo sự an toàn tối đa trong quá trình vận hành.
+ Cơ cấu phanh guốc có điểm đặt cố định riêng rẽ về một phía các lực dẫn động bằng nhau:
Hình 1.1: Cơ cấu phanh bánh trước
Khi các lực dẫn động bằng nhau và các tham số của guốc phanh giống nhau, mômen ma sát trên guốc phanh trước thường lớn hơn guốc phanh sau Điều này xảy ra vì mômen ma sát ở guốc phanh trước có xu hướng tăng cường lực dẫn động, trong khi ở guốc phanh sau lại có xu hướng chống lại lực dẫn động, đặc biệt khi xe di chuyển lùi sẽ xảy ra hiện tượng ngược lại.
Cơ cấu phanh không cân bằng dẫn đến sự hao mòn không đồng đều giữa tấm ma sát trước và tấm ma sát sau khi xe di chuyển Để giảm thiểu sự khác biệt này, người ta thường thay thế cả hai tấm ma sát cùng lúc và thiết kế tấm ma sát trước dài hơn tấm sau.
Cơ cấu phanh này, như thể hiện trong hình 1.1, có khe hở giữa guốc phanh và trống phanh được điều chỉnh thông qua cam lệch tâm Đồng thời, guốc phanh được định tâm bởi chốt với vòng đệm lệch tâm có điểm cố định.
Cơ cấu phanh guốc có điểm cố định riêng rẽ về 1 phía và các guốc phanh có dịch chuyển gốc nhƣ sau:
Hình 1.2: Kết cấu phanh xe
Cơ cấu phanh cân bằng (hình 1.2) tạo ra mômen ma sát đồng đều ở các guốc phanh, với trị số không thay đổi khi xe lùi Cường độ ma sát ở các tấm ma sát cũng giống nhau, nhờ vào profin cam ép đối xứng, dẫn đến các guốc phanh có chuyển động góc đồng nhất Để điều chỉnh khe hở giữa chống phanh và guốc phanh, cơ cấu trục vít và bánh vít được sử dụng nhằm thay đổi vị trí của cam ép và chốt lệch tâm ở điểm cố định.
Cơ cấu guốc có điểm đặt cố định riêng rẽ về hai phía và lực dẫn động bằng nhau:
Hình 1.3: Cơ cấu phanh xe UAZ-452
Cơ cấu phanh này có thiết kế cân bằng, giúp cho độ hao mòn của các tấm ma sát giống nhau Khi xe lùi, độ làm việc của hai guốc phanh tương đương, nhưng mômen phanh giảm đáng kể, dẫn đến hiệu quả phanh khi tiến và lùi có sự khác biệt rõ rệt.
Cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa trống phanh và guốc phanh là cam lệch tâm và chốt lệch tâm
Cơ cấu phanh loại hơi:
Cơ cấu phanh sử dụng hai xilanh để tác động lực lên đầu trên và đầu dưới của guốc phanh Khi phanh, các guốc phanh di chuyển ngang và ép má phanh sát vào trống phanh Sự ma sát tạo ra khiến các guốc phanh quay theo chiều của trống phanh, mỗi guốc phanh sẽ tác động lên piston.
Lực và đẩy của ống xilanh làm việc tỳ sát vào điểm cố định, giúp cấu trúc thiết kế đạt hiệu quả phanh đồng đều khi tiến và lùi, như thể hiện trong sơ đồ cơ cấu phanh ở hình 1.4.
Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu phanh hơi
Cơ cấu phanh tự cường hóa:
Hình 1.5: Cơ cấu phanh xe GAZ
Guốc phanh sau, khi được tỳ vào chốt cố định, đóng vai trò là chốt chặn cho guốc phanh trước Lực dẫn động của guốc phanh sau được truyền từ guốc phanh trước thông qua chốt kì trung gian Từ điều kiện cân bằng các lực tác dụng lên guốc phanh trước theo phương ngang, có thể xác định được tác động lên guốc phanh trước.
Cơ cấu phanh không cân bằng dẫn đến guốc phanh sau bị hao mòn nhiều hơn guốc phanh trước, làm giảm mômen phanh khi xe lùi Vì lý do này, tấm ma sát của guốc phanh sau thường dài hơn tấm ma sát của guốc phanh trước Để điều chỉnh khe hở giữa guốc phanh và trống phanh, có thể sử dụng các cơ cấu ren trong chốt tỳ trung gian, từ đó thay đổi chiều dài của chốt này.
Phanh đĩa là loại phanh phổ biến trên xe có vận tốc cao, thường được lắp đặt ở cầu trước Hiện nay, phanh đĩa được sử dụng rộng rãi cho cả cầu trước và cầu sau nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội.
- Khối lƣợng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn, tổng khối lƣợng các chi tiết không treo nhỏ, nâng cao tính êm dịu và bám đường của xe
- Khả năng thoát nhiệt ra môi trường dễ dàng
Ý nghĩa của đề tài
Mật độ ô tô ngày càng cao và tốc độ di chuyển gia tăng đã dẫn đến tình trạng tai nạn giao thông trở thành vấn đề nghiêm trọng cần được chú ý Trong những năm gần đây, Việt Nam ghi nhận số vụ tai nạn và người chết do tai nạn giao thông ở mức đáng lo ngại Theo thống kê, khoảng 60-70% tai nạn giao thông do con người gây ra, 10-15% do hư hỏng máy móc và 20-30% do điều kiện đường xá kém Trong số các nguyên nhân liên quan đến máy móc, tỷ lệ tai nạn do các cụm của ô tô như phanh chân (52,2-74,4%), phanh tay (4,9-16,1%), và các hư hỏng khác cũng chiếm tỷ lệ không nhỏ.
Tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn kỹ thuật, điều này dẫn đến việc cải tiến liên tục hệ thống phanh Các tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo và sử dụng hệ thống phanh hiện nay ngày càng trở nên nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Hệ thống phanh trên ô tô có vai trò quan trọng trong việc giảm tốc độ hoặc dừng xe khi cần thiết, giúp người lái điều chỉnh lượng nhiên liệu vào động cơ Nhờ vào hệ thống phanh, người lái có thể tăng cường tốc độ di chuyển trung bình của ô tô và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Với sự gia tăng của vận tốc di chuyển, việc nghiên cứu và hoàn thiện chức năng của hệ thống phanh càng trở nên cần thiết để bảo đảm an toàn cho người sử dụng.
Em đã chọn đề tài “Thiết kế tính toán hệ thống phanh” để nghiên cứu về cấu trúc cơ bản của hệ thống phanh và thiết kế tính toán cho một loại xe cụ thể Đây là cơ hội để em áp dụng kiến thức từ môn học “Thiết kế tính toán ôtô” vào thực tiễn.
Mục tiêu, nội dung, phương pháp, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hệ thống phanh cho xe ô tô tải cỡ nhỏ được thiết kế với kết cấu đơn giản, đảm bảo độ tin cậy cao và hoạt động êm ái Thiết kế này không chỉ bảo vệ an toàn cho người và hàng hóa trên xe mà còn đảm bảo an toàn cho các phương tiện khác tham gia giao thông.
- Tổng quan vấn đề nghiên cứu
- Đề xuất lựa chọ phương án thiết kế
- Tính toán, thiết kế hệ thống phanh
- Tính toán khảo sát quá trình phanh ôto
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết
Hệ thống hóa phân tích nhiệm vụ và kết cấu của hệ thống phanh trên oto
Lựa chọn phương án thiết kế phù hợp là bước quan trọng, cần vận dụng kiến thức từ các môn học liên quan như Cấu tạo ô tô máy kéo và Lý thuyết ô tô máy kéo.
Cơ sở thiết kế máy để tính toán các bộ phận cho hệ thống phanh ô tô
- Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động:
Xây dựng bài toán tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe ôto cụ thể
+ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng: Tình hình tai nạn giao thông do sử dụng ôto hiện nay
Đề tài nghiên cứu tập trung vào cơ sở lý thuyết cho việc tính toán tình trạng hệ thống phanh, đồng thời thực hiện các phép tính liên quan đến hệ thống phanh trên ô tô.
ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Đề xuất phương án thiết kế
2.1.1 Phương án 1: Dẫn động phanh cơ khí:
Dẫn động phanh cơ khí bao gồm các thanh, đòn bẩy và dây cáp, nhưng thường không được sử dụng để điều khiển nhiều cơ cấu phanh do khó đảm bảo phanh đồng thời cho tất cả các bánh xe Sự không đồng nhất trong độ cứng của các thanh dẫn động khiến việc phân bố lực phanh cần thiết trở nên khó khăn Vì vậy, dẫn động cơ khí chủ yếu được áp dụng trong hệ thống phanh dừng thay vì hệ thống phanh chính.
Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động phanh bằng cơ khí
1 Tay phanh 7 Thanh cân bằng
2 Thanh dẫn 8,9 Dây cáp dẫn động phanh
3 Con lăn dây cáp 10 Gía
5 Trục 12 Xilanh phanh bánh xe
6 Thanh kéo Đặc điểm: Chủ yếu dùng cho phanh tay
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh bao gồm các thành phần chính như thanh dẫn, tay phanh, dây cáp và các con lăn dẫn hướng Thanh dẫn 1 nằm dưới bảng điều khiển, trong khi thanh dẫn 2 kết nối với dây cáp Các con lăn 3 và 5 giúp dẫn hướng dây cáp 4, được gắn vào mút thanh dẫn trung gian 6 Trục 7 kết nối thanh dẫn với thanh cân bằng 9, giúp phân bố đều lực phanh qua dây cáp 8 và 10 tới cơ cấu phanh của bánh xe phía sau Đòn dây cáp nối với đòn bẩy ép tác động lên guốc phanh thông qua tấm đỡ, trong khi đòn bẩy ép lắc trên trục lệch tâm 12.
Khi kéo phanh 1, dây cáp tác dụng lên đòn bẩy và hãm bánh xe lại, thực hiện quá trình phanh
Khi nhã phanh, đòn bẩy ép trở về vị trí ban đầu dưới tác động của lò xo hồi vị, kết thúc quá trình phanh
- Ƣu điểm: +) Độ tin cậy làm việc cao
+) Độ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài
- Nhƣợc điểm: +)Hiệu suất truyền lực không cao
2.1.2 Phương án 2: Dẫn động phanh khí nén: Để giảm lực điều khiển trên bàn đạp, đối với ôto tải trung bình và lớn người ta thường sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn dạp chủ yếu dùng để điều khiển van phanh phối còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện
Dẫn động phanh khí nén giúp giảm lực điều khiển trên bàn đạp phanh và không cần sử dụng dầu phanh Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là độ nhạy kém do sự nén khí khi chịu lực.
Hình 2.2 Cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén
1 Máy nén khí 7 Bình chứa khí
2 Bầu lọc khí 8 Van phân phối
3 Bộ điều chỉnh áp suất 9 Bầu phanh
4 Đồng hồ áp suất 10 Cam phanh
5 Bàn đạp phanh 11 Lò xo cơ cấu phanh
6 Phanh an toàn 12 Guốc phanh Đặc điểm, nguyên lí:
+) Lực tác dụng lên bàn đạp phanh chỉ để mở van phân phối nên giảm nhẹ sự làm việc của lái xe khi phanh
+) Áp suất khí nén trong dẫn động thường bằng (6-7 KG/cm 2 )
+) Khi cần dung hệ thống phanh rơmoóc có thể bố trí thêm 1 số cụm van, nhƣ van phanh rơmoóc, bầu phanh, bình khí nén
Khi đạp phanh, khí nén từ bình chứa được phân phối qua van đến các bầu phanh Màng phanh tác động lên ty đẩy, khiến ty đẩy tác động lên đòn quay, xoay cam phanh và ép guốc phanh vào trống phanh, thực hiện quá trình phanh xe hiệu quả.
* Dẫn động phanh khí nén 1 dòng:
Hình 2.3 Dẫn động phánh khí nén một dòng
1 Máy nén khí 4 Van điều chỉnh
2 Van điều chỉnh áp suất 5 Đường ống dẫn khí
3 Bình chứa khí nén 6 Các bầu phanh
Khí trời được hút vào máy nén khí qua van điều chỉnh và được dẫn đến bình chứa khí nén Sau đó, khí nén sẽ được lưu trữ và chờ tại van điều khiển.
Khi người lái xe nhấn bàn đạp phanh, van (4) sẽ được mở, cho phép dòng khí nén từ van (4) đi qua ống dẫn (5) tới các bầu phanh (6) để thực hiện quá trình phanh.
Khi nhả bàn đạp, van (4) sẽ đóng lại, ngắt kết nối giữa bình chứa khí và các bầu phanh Đồng thời, van (4) mở đường ống thông với không khí bên ngoài, cho phép khí nén từ bầu phanh thoát ra Lò xo hồi vị trí sẽ kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu, kết thúc quá trình phanh.
Hệ thống có cấu tạo đơn giản và dễ lắp ráp, nhưng độ an toàn và độ tin cậy lại không cao Điều này dẫn đến độ nhạy của hệ thống thấp, gây ra thời gian chậm tác dụng lớn.
+) Điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, gọn nhẹ
+) Có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ôto
+) Có thể sử dụng không khí nén cho các bộ phận làm việc nhƣ hệ thống treo loại khí
+) Độ chậm tác dụng lớn so với dẫn động thủy lực
+) Số lượng các cụm khá nhiều, kích thước và trọng lượng của chúng khá lớn, giá thành cao
Hệ thống phanh không đảm bảo an toàn và tin cậy nếu có bất kỳ điểm rò rỉ nào trên đường ống, dẫn đến việc toàn bộ hệ thống phanh không hoạt động hiệu quả.
* Dẫn động phanh khí nén 2 dòng:
Hình 2.4 Dẫn động khí nén hai dòng
1 Máy nén khí 5 Van điều chỉnh
2 Bộ chia dòng 6,7 Đường ống dẫn khí nén
3,4 Các bình chứa 8,9 Các bầu phanh trước và sau
Khí nén từ máy nén khí được dẫn đến bộ chia dòng và sau đó chuyển tới bình chứa, nơi nó được lưu trữ tại van điều khiển Khi người lái xe nhấn bàn đạp phanh, khí nén từ van điều khiển sẽ được chia thành hai dòng.
Một dòng khí nén đi theo đường ống dẫn (6) để tới các bầu phanh (9) (dùng để phanh các bánh xe trước)
Một dòng khí nén đi theo đường ống dẫn (7) để tới các bầu phanh (8) (dùng để phanh các bánh xe sau)
+) Đảm bảo độ an toàn và tin cậy cao vì 1 trong 2 dòng khí nén bị rò rỉ thì ta vẫn có thể sử dụng dòng khí nén còn lại
+) Phương án này có kết cấu phức tạp, van bảo vệ 2 ngả, van phân phối
2 tầng, trang thiết bị cồng kềnh hơn
2.1.3.Phương án 3: Dẫn động phanh thủy lực ( hệ thống phanh dầu )
Dẫn động phanh thủy lực được sử dụng phổ biến trong hệ thống phanh chính của ô tô du lịch và ô tô vận tải nhỏ, trung bình Hệ thống này bao gồm các chi tiết truyền lực từ bàn đạp đến cơ cấu phanh, giúp các guốc phanh bung ra để thực hiện quá trình phanh Trong phanh dầu, chất lỏng được sử dụng để truyền lực, với đặc điểm nổi bật là tất cả các bánh xe đều được phanh đồng thời, vì áp suất trong đường ống chỉ tăng lên khi tất cả các má phanh ép sát vào trống phanh.
Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống phanh dầu của ôto
Hệ thống phanh dầu bao gồm hai phần chính: truyền động phanh và cơ cấu phanh Truyền động phanh được lắp đặt trên khung xe, bao gồm bàn đạp, xilanh chính với bầu chứa dầu để tạo áp suất cao, cùng với các ống dẫn dầu.
3 đến các cơ cấu phanh Cơ cấu phanh đặt ở bánh xe gồm có: xilanh làm việc 4, má phanh 5, lò xo kéo 6, trống phanh 7
Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh ô tô bắt đầu khi người lái tác động vào bàn đạp, làm cho hệ thống đòn đẩy piston trong xilanh, tạo áp suất cao trong xilanh và đường ống dẫn Chất lỏng áp suất cao tác động lên piston ở xilanh thứ hai, thắng lực lò xo và đẩy má phanh ép sát vào trống phanh, giúp thực hiện quá trình phanh Khi người lái nhả bàn đạp, lò xo sẽ kéo má phanh về vị trí ban đầu, đồng thời các piston trong xilanh sẽ ép dầu quay trở lại xilanh chính.
Phanh dầu hoạt động dựa trên nguyên lý thủy lực tĩnh học, trong đó áp suất từ bàn đạp phanh được truyền đến các xilanh làm việc Lực tác động lên các má phanh phụ thuộc vào đường kính piston của các xilanh này Để tạo ra mômen phanh khác nhau giữa bánh xe trước và bánh xe sau, chỉ cần điều chỉnh đường kính piston của các xilanh làm việc.
Lựa chọn phương án thiết kế
Qua 3 phương án trên, với từng phương án đã nêu thì em đã chọn phương án 3 “Dẫn động phanh thủy lực 2 dòng”
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Các số liệu và các thông số tính toán
STT Tên thông số Gía trị Đơn vị
1 Loại ôto Xe tải Thaco K165
3 Trọng lƣợng toàn bộ 4720 KG
4 Phân bố trục trước/sau 1335/1190 KG
5 Chiều dài cơ sở 4720 mm
6 Kích thước tổng thể(D*R*C) 5610*1900*2555 mm
3.1.2 Các thông số dùng trong thuyết minh
STT Tên gọi Kí hiệu Đơn vị
1 Trọng lực toàn bộ ôtô Kg
2 Lực pháp tuyến của cầu trước Z1 N
3 Lực pháp tuyến của cầu sau Z2 N
5 Vận tốc của ôto V Km/h
6 Lực cản của không khí Pw N
7 Lực cản lăn của cầu trước Pf1 N
8 Lực cản lăn của cầu sau Pf2 N
9 Lực phanh của cầu trước Pp1 N
10 Lực phanh của cầu sau Pp2 N
11 Chiều dài cơ sở L mm
12 Chiều dài từ cầu trước đến trọng tâm của ôto A mm
13 Chiều dài từ cầu sau đến trọng tâm của ôto B mm
14 Gia tốc chậm dần khi phanh J m/s 2
15 Tải trọng phân bố lên cầu trước Gat Kg
16 Tải trọng phân bố lên cầu sau Gas Kg
17 Chiều cao trọng tâm hg mm
20 Bán kính thiết kế của bánh xe Rtk mm
21 Bán kính của bánh xe rbx mm
22 Hệ số kể đến biến dạng của lốp
23 Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh Jmax m/s 2
24 Mômen phanh cầu trước Mpt Nm
25 Mômen phanh cầu sau Mps Nm
26 Ký hiệu của lốp B-d Inch
27 Bán lính vành xe Rv mm
28 Bán kính trống phanh Rt mm
29 Khe hở giữa má phanh và trống phanh mm
30 Số nhánh của xilanh chính M
32 Hành trình bàn đạp Sbđ mm
33 Hành trình tự do So mm
34 Hành trình của cần xilanh chính Scần mm
35 Tỉ số truyền của bàn đạp r2/r1
36 Hành trình không tải của piston mm
37 Khe hở giữa đòn bẩy và piston mm
38 Góc ôm của má phanh Độ
39 Góc cuối của má phanh 2 Độ
40 Mômen phanh của một cơ cấu phanh bánh sau M1s Nm
41 Mômen phanh của một cơ cấu phanh bánh trước M1t Nm
42 Mômen phanh của một guốc trước bánh sau M1st Nm
43 Công ma sát riêng Lms J/cm 2
44 Diện tích của các má phanh F m 2
45 Diện tích của các má phanh trước Ft m 2
46 Diện tích cảu các má phanh sau Fs m 2
47 Khối lƣợng của trống phanh mt Kg
48 Nhiệt dung riêng của vật liệu làm trống phanh C J/Kg độ
49 Khối lƣợng riêng của vật liệu làm trống phanh
50 Góc đầu má phanh 1 Độ
51 Đường kính các xilanh bánh xe dki mm
52 Đường kính các xilanh bánh xe trước dt mm
53 Đường kính các xilanh bánh xe sau ds mm
54 Đường kính xilanh chính dc mm
55 Áp suất cho phép của dẫn động Pmax Mn/m 2
56 Hệ số tính đến sự giãn nở của các đường ống K
57 Hành trình của xilanh bánh xe thứ nhất XI mm
58 Hiệu suất của dẫn động phanh ɳ
Tính toán mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh
3.2.1 Đối với cơ cấu phanh trước:
Hình 3.1 Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ôto khi phanh
- a, b: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục bánh xe trước/sau
- Ga: Trọng lƣợng toàn bộ của xe
- Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước và sau
- hg: Chiều cao trọng tâm xe
- Lo: Chiều dài cơ sở
Viết phương trình cân bằng mômen khi bánh xe đứng yên: (Hình 3.1) + Phương trình cân bằng momen tại O1:
Thay các giá trị vào (3.1) ta đƣợc: a = =
- Khi phanh sẽ có các lực tác dụng lên xe :
+) Trọng lƣợng toàn bộ Ga đặt tại trọng tâm O
+) Lực cản lăn pf1 và pf2
+) Phản lực thẳng góc Z1 và Z2
+) Lực phanh tác dụng lên bánh xe trước/sau Pp1 và Pp2
+) Lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần
Lực phanh Pp1 và Pp2 tác động tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, ngược chiều với hướng di chuyển của ô tô Trong khi đó, lực quán tính Pj tại trọng tâm xe lại có chiều cùng với hướng di chuyển của ô tô.
- Lực quán tính Pj đƣợc xác định theo biểu thức sau :
- Trong đó: +) g: Gia tốc trọng trường (g9,81 m/s 2 )
+) Jp: Gia tốc chậm dần khi phanh
Khi phanh, lực cản không khí và lực cản lăn có thể được bỏ qua vì chúng không đáng kể, chỉ gây sai số từ 1.5% đến 2% Do đó, phương trình cân bằng lực khi xe phanh theo phương song song với mặt đường sẽ được đơn giản hóa.
Để tối ưu hóa trọng lượng bám của ô tô, hệ thống phanh được lắp đặt ở cả bánh trước và bánh sau, trong đó lực phanh lớn nhất tác động lên toàn bộ xe.
Ppmax = Ga φ (3.6) - Hệ số bám của mặt đường theo giáo trình lý thuyết ô tô máy kéo được xác định là φ = (0,6-0,7) Khi hệ số bám quá thấp, bánh xe có thể bị trượt quay, do đó chúng ta chọn hệ số bám mặt đường là φ = 0,6.
Khi ô tô thực hiện phanh khẩn cấp với tốc độ bất kỳ cho đến khi dừng hẳn (v=0), gia tốc phanh đạt giá trị cực đại Giá trị này, Jpmax, được xác định từ phương trình cân bằng lực quán tính trong quá trình phanh.
- Phương trình cân bằng mômen tại O1 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
Z2.L0+ Pjmax.hg – Ga.a = 0 Với Pjmax≤ Pφ Ta chọn Pjmax= Ga.φ
- Phương trình cân bằng mômen tại O2 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
Trọng lượng bám ở mỗi bánh xe Gb phụ thuộc vào phản lực pháp tuyến Z tại bánh xe khi phanh Khi ô tô phanh khẩn cấp từ tốc độ bất kỳ đến khi dừng hẳn (v=0), gia tốc phanh cực đại có thể được xác định từ lực quán tính lớn nhất khi phanh Pj Sau khi biến đổi, trọng lượng bám ở mỗi bánh xe trước và sau sẽ được tính toán.
= 2885,67 (N) (3.11) Suy ra lực phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau:
Pbx2 = Gb2 φbx= 2885,67.0,6 = 1731,4 (N) (3.13) Momen phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau là:
Mbx= Pbx1.Rbx (3.14) Trong đó: Rbx: là bán kính làm việc trung bình của bánh xe
Theo đề bài ra : Rbx=0,45
Mbx2= Pbx2.Rbx= 1731.4.0,45 = 779,13 (N.m) Lực phanh tổng hợp tác dụng lên toàn bộ xe :
Pb = Pbx1+Pbx2 = 2504,9+1731,4 = 3936,3 (N) Xét điều kiện bám thì ta có : Pb≤G φ = 4720.0,6,9.81= 27781,9 (N)
Vậy lực phanh sinh ra trên toàn bộ xe thỏa mãn điều kiện bám
3.2.2 Hệ số phân bố lực phanh trên các trục bánh xe
Mômen phanh tại các bánh xe được tạo ra bởi cơ cấu phanh lắp đặt ở đó, và có nhiều kiểu cơ cấu phanh khác nhau Do đó, trên một chiếc xe, có thể tồn tại các cơ cấu phanh khác nhau cho trục bánh xe trước và trục bánh xe sau Ngay cả khi cùng một kiểu cơ cấu phanh, kết cấu và kích thước cụ thể có thể khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu phân bố mômen phanh trên các trục.
Để lựa chọn cơ cấu phanh hợp lý, cần đánh giá tỷ số phân bố mômen phanh giữa trục trước và trục sau dựa trên hệ số phân bố lực phanh K12.
Với xe tải, trọng lượng được phân bố 30% lên trục trước và 70% lên trục sau, nhưng do trọng tâm cao, hệ số phân bố lực phanh K12=1,45 là hợp lý Do đó, có thể sử dụng cơ cấu phanh giống nhau cho cả trục trước và trục sau Chúng ta quyết định chọn phanh trống guốc với cơ cấu cam ép cho cả cầu trước và cầu sau của xe.
3.2.3 Phân tích chọn kiểu, loại cho hệ thống phanh oto thiết kế
Chọn sơ đồ phân dòng chính
Để tăng độ tin cậy cho hệ thống phanh, cần có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập, đảm bảo rằng khi một dòng gặp sự cố, các dòng còn lại vẫn hoạt động Hiện nay, sơ đồ phân dòng theo các cầu được sử dụng phổ biến nhất, bởi đây là sơ đồ đơn giản nhưng hiệu quả, giúp giảm thiểu tác động khi dòng phanh cầu trước bị hỏng Mặc dù đây là sơ đồ dẫn động phanh đơn giản, nhưng mức độ đối xứng lực phanh vẫn nằm trong giới hạn cho phép khi một trong hai dòng dẫn động gặp sự cố.
Hình 3.2 Sơ đồ phân dòng chính trên oto
1- Bộ phận phân dòng (xilanh chính); Bánh xe trước; Bánh xe sau; 4,5- Các dòng dẫn động
Chọn sơ đồ dãn dộng phanh:
Sau khi phân tích các ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của các sơ đồ dẫn động phanh trên ô tô, chúng tôi quyết định chọn dẫn động phanh bằng khí nén do những ưu điểm nổi bật của nó.
+) Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ. +) Làm việc tin cậy cao hơn dẫn động thủy lực.
+) Dễ phối hợp với các cơ cấu sửdụng khí nén khác.
+) Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình dẫn động.
Thiết kế hệ thống phanh
Hình 3.3Sơ đồ tính toán cơ cấu cam ép
Cơ cấu phanh ở cầu trước sử dụng kiểu trống guốc với cơ cấu ép kiểu cam kép, mang lại tính đối xứng hoàn toàn về mặt kết cấu Với hệ thống tang trống này, hai guốc phanh được ép cưỡng bức bởi cam kép có hành trình nâng giống nhau, tạo ra moment tổng đồng đều cho hiệu suất phanh tối ưu.
Do sử dụng cơ cấu ép bằng cam nên M P1 =MP2; A1=A2; B1=B2=B, tức là:
Từ điều kiện cân bằng cam ép ta có:
P2+P1=P1(1+ )= (3.18) Thay biểu thức vào(2.17) ta đƣợc:
Trong đó: Pd- Lực tác dụng lên đòn cam ép: lk- Chiều cao đòn dk - Đường kính vòng tròn cơ sở của profin cam
Thế biểu thức của P1, P2 (3.19a,b) vào (3.15) và momen phanh do 2 guốc sinh ra bằng nhau, A1=A2 và B1=B2, ta nhận đƣợc:
Do sử dụng cơ cấu ép bằng cam nên momen sinh ra ở 2 guốc phanh:
Hình 3.4 Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh trống guốc
Do guốc 1 bậc tự do có phân bố áp suất không đều, với áp suất tối đa qmax xảy ra tại điểm có góc α 0, hàm phân bố áp suất được mô tả bởi ψ(α) = sin(α) Kích thước A và B được xác định dựa trên các yếu tố này.
- Trong đó: α1, α2 là các thông số kết cấu về góc đặt đầu, cuối của tấm ma sát tính bằng [rad]
- Các thông số trong tính toán.Với μ là hệ số ma sát trƣợt giữa má phanh và tang trống
Theo kinh nghiệm, có thể chọn giá trị μ = 0,3 với h là khoảng cách từ tâm quay của điểm tỳ cố định đến phương lực ép P Bán kính bánh xe được xác định theo đề tài là Rbx = 450 mm, dựa trên thông số kỹ thuật của xe KAMAZ.
5320 có thể lấy đường kính tang trống Dt = (0,8:0,9).Rbx. Đối với cơ cấu phanh trước ta có:
- Đường kính tang trống Dt = 0,8.Rbx = 0,8.450 = 360 (mm)
- Khoảng cách từ tâm bánh xe đến chỗ má phanh: h1 = 0,8.rt = 0,8.180
Với α 0 = 10 độ là góc đặt tâm quay của điểm tựa cố định guốc phanh, khoảng cách từ tâm quay của điểm tựa cố định đến tâm quay của bánh xe được xác định.
= 0,146 (m) (3.25) Trong tính toán thiết kế, có thể chọn các góc và theo kinh nghiệm sao cho hiệu số ( - )= ÷ Chọn = và Thay số liệu đã có vào (3,23), (3,24) ta đƣợc:
= 0,905 Thay tất cả các thông số vào ta có lực ép ở cơ cấu phanh trước kiểu trống guốc phía trước là:
= 41107,73 (N) (3.26b) Suy ra momen phanh do các guốc tạo ra cho tang trống cầu sau:
+ Cơ cấu phanh sau ta có:
- Đường kính tang trống D t =0,84.Rbx=0,84.45080 (mm)
- Khoảng cách từ tâm bánh xe đến chỗ đẩy má phanh: h1= 0,8.rt= 0,8.190 = 152 (mm)
Với 0 là góc đặt tâm quay của điểm tựa cố định guốc phanh, khoảng cách từ tâm quay của điểm tựa cố định đến tâm quay bánh xe được xác định rõ ràng.
- Trong tính toán thiết kế, có thể chọn các góc và theo kinh nghiệm sao cho hiệu số ( - )= 90 0 -110 0 Chọn % 0 và = 135 0
- Thay số liệu đã có vào (2,23), (2,24) ta đƣợc:
- Thay tất cả các thông số vào ta có lực ép ở cơ cấu phanh trước kiểu trống guốc phía trước là:
- Suy ra momen phanh do các guốc tạo ra cho tang trống cầu sau:
3.3.2 Tính toán xác định bề rộng má phanh
Bề rộng má phanh quyết định diện tích làm việc của má phanh ép lên tang trống, và khi bề rộng này tăng, diện tích làm việc cũng tăng theo, giúp giảm áp lực trên mỗi đơn vị diện tích và giảm mức độ mài mòn trong mỗi lần phanh Tuy nhiên, nếu bề rộng má phanh tăng quá mức, sẽ làm giảm tính đồng đều của áp lực phân bố, dẫn đến mòn không đều và giảm hiệu quả phanh.
Khi các thông số đã được xác định theo yêu cầu, bề rộng má phanh sẽ được tính toán dựa trên áp suất cho phép [q] trong quá trình phanh.
Với kiểu cơ cấu phanh tang trống, bề rộng má phanh b đƣợc xác định theo momen phanh Mg do mỗi guốc tạo ra cho tang trống nhƣ sau: b= = (3.31)
Bán kính tang trống được ký hiệu là r t, trong khi góc ôm má phanh được biểu thị bằng ký hiệu α Áp suất tác dụng lên má phanh được ký hiệu là q, với giá trị áp suất làm việc của bề mặt ma sát được chọn là nhỏ hơn giá trị giới hạn q=1,65 Giá trị q nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2,0 MN/m².
- Đối với phanh trước bề rộng má phanh như sau: (Mp1= 4907,54 (N.m) b=
Chọn bề rộng má phanh của các cơ cấu phanh trước b=0,13(m)0(mm)
- Đối với phanh sau bề rộng má phanh nhƣ sau: (Mp1= 4345,09 [N.m]) b=
Chọn bề rộng má phanh của cơ cấu phanh trước b=0,135(m)5(mm)
3.3.3 Tính toán kiểm tra các thông số lien quan khác của cơ cấu phanh
Tính toán kiểm tra công trượt riêng:
Kích thước má phanh cần được xác định không chỉ dựa trên áp suất làm việc phải nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho phép để đảm bảo tuổi thọ, mà còn phải xem xét công ma sát trượt riêng để má phanh hoạt động hiệu quả trong thời gian dài Điều này là bởi vì nếu áp suất làm việc của má phanh giống nhau nhưng tốc độ xe tải khi bắt đầu phanh lớn hơn, thì má phanh sẽ nhanh chóng bị mòn.
Công ma sát trượt riêng được định nghĩa là công ma sát trượt của má phanh trong quá trình phanh trên một đơn vị diện tích làm việc của má phanh Khi ô tô bắt đầu phanh với vận tốc v1, công ma sát trượt L sẽ thu toàn bộ động năng của xe cho đến khi ô tô dừng lại hoàn toàn (v2=0).
- Trong đó: ma là khối lƣợng toàn bộ của ôto đày tải khi phanh
Ga là trọng lƣợng toàn bộ của ôto (N) v1 là tốc độ oto khi bắt đầu phanh (m/s 2) g là gia tốc trọng trường (g= 9,81 m/s 2)
- Tổng diện tích làm việc của tất cả các má phanh có thể đƣợc xác định:
Thế số đã biết ta có:
=0.385(m) Suy ra công trƣợt riêng là:
Trị số công ma sát riêng khi bắt đầu phanh với tốc độ trung bình bằng một nửa tốc độ cực đại (v1=0,5.vmax) cho đến khi xe dừng hẳn (v2=0) cần phải nằm trong giới hạn cho phép [Lr] = 3÷7 [MJ/m²] đối với ô tô tải.
Với vmax0[km/h]= 30,556[m/s] suy ra v1=0,5, vmax,278[m/s]
= 1,43( ) (3.37) [ Lr]= 3÷7 [MJ/m 2 ] đối với ôto tải
[Lr]= 4÷15 [MJ/m 2 ] đối với ôto du lịch
Vậy Lr< [Lr] thỏa mãn yêu cầu
- Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh:
Trong quá trình phanh, động năng của ô tô bị tiêu tán do ma sát trượt, chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng má phanh và trống phanh, đồng thời một phần nhiệt được truyền ra môi trường không khí Tuy nhiên, khi phanh gấp trong thời gian ngắn, nhiệt sinh ra không kịp truyền ra môi trường hoặc chỉ truyền ra không đáng kể Do đó, trong thiết kế, để đảm bảo an toàn về nhiệt, chúng ta có thể giả định rằng tang trống sẽ hấp thụ toàn bộ nhiệt năng trong quá trình phanh.
Vậy ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau:
Trong đó: mp là tổng khối lƣợng các tang trống:
C là nhiệt dung riêng của vật liệu làm tang trống, thường là thép hoặc gang, với giá trị C là 500 J/kg Độ tăng nhiệt độ của tang trống khi phanh từ tốc độ ô tô v1 = 8,33 m/s đến khi dừng hẳn (v2 = 0) không được vượt quá 15 độ C Khi phanh gấp với tốc độ trung bình bằng nửa tốc độ cực đại, độ tăng nhiệt độ cũng không được vượt quá 125 độ C.
Kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc 8,33 m/s cho thấy rằng khối lượng tổng cộng của trống phanh cần đủ lớn để đảm bảo nhiệt độ không vượt quá 10 độ C.
Kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc v = 0,5.vmax là rất quan trọng Điều này cho thấy khối lượng tổng cộng của trống phanh cần phải đủ lớn để đảm bảo rằng nhiệt độ không tăng quá mức cho phép.
100 0 khi phanh với vận tốc v = 16,67 (m/s) mp =
= 1101,72 [Kg] (3.40) Nhƣ vậy để đảm bảo điều kiện bền nhiệt, thì khối lƣợng của mỗi trống phanh của xe tải phải bằng: mt= ,8775[Kg] 82[Kg] (3.41)
Xác định bề dày tang trống từ công thức khối lƣợng trống phanh nhƣ sau: mt= [(rt+ )2-rt
2].(b+ (3.42) Trong đó: rt là bán kính trung bình của tang trống (m) b là chiều rộng má phanh (m) khối lƣợng riêng của vật liệu làm tang trống
Tính toán dẫn động phần thủy lực
Hình 3.5 Sơ đồ tính toán hệ thống thủy lực
Quá trình tính toán dẫn động phanh thủy lực có nhiệm vụ xác định các thông số cơ bản như đường kính xilanh công tác, đường kính xilanh chính và tỉ số truyền dẫn động.
3.4.1 Đường kính xilanh công tác Đường kính xilanh công tác của bánh sau d được tính trên cơ sở lực P đã đƣợc xác định khi xây dựng họa đồ lực phanh : d= √ Trong đó: P- là lực ép của xilanh phanh lên guốc phanh (P= 36240 [N] )
Pi- áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn pi= 10 (MPa)
Hình 3.6 Sơ đồ tính xilanh thủy khí
Kích thước của xilanh khí và lực khí thể cần thiết đặt lên màng có thể được xác định trên cơ sở chọn trước một trong hai thông số
Xét điều kiện cân bằng tại xilanh chính ta có: pki = Trong đó : Dd- đường kính xilanh dẫn động thủy lực
Dk- đường kính xilanh dẫn động khí nén
Pi- áp suất dầu tác dụng lên piston (pi0 [kg])
Pki- áp suất khí thể đặt lên piston khí nén, trên các ôto tải thông thường (pki= 6 [kg])
Như vậy nếu ta chọn trước đường kính xilanh dầu là Dd= 3,5(cm) ta sẽ tính được đường kính xilanh khí :
= 3,5.√ = 14,3 (cm) Vậy lực khí thể cần thiết phải có để cung cấp cho hệ thống phanh là :
3.4.3 Hành trình làm việc của piston trong các xilanh
Hành trình làm việc của piston trong các xilanh ở các cơ cấu phanh trước (x1) và sau (x2) được xác định như sau:
Trong đó : - khe hở trung bình giữa má phanh và tang trống = 0,25 (mm)
Độ mòn đường kính cho phép của má phanh là 0,5mm, trong khi khoảng cách từ tâm trống đến điểm đặt lực P là 161mm Khoảng cách từ tâm trống phanh đến chốt cố định của má phanh cũng cần được xác định để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu.
Hành trình của xilanh lực cho piston cần có độ lớn dƣ để đảm bảo không gian phía trước piston trong quá trình dịch chuyển phải bằng hoặc lớn hơn tổng thể tích dầu đi vào các xilanh làm việc ở cơ cấu phanh khi phanh.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các yếu tố quan trọng liên quan đến chuyển động của piston trong xilanh Cụ thể, so là khoảng dịch chuyển của piston trong xilanh, trong khi x đại diện cho khoảng dịch chuyển của piston trong các xilanh công tác ở bánh xe, với giá trị x là 3,1 mm Cuối cùng, d là đường kính của các xilanh công tác ở bánh xe, được ký hiệu là dp (mm).
Dd- Đường kính của xilanh lực (Dd= 35 [mm]) ɳ b - Hệ số bổ sung khi phanh ngặt (ɳb= 1,05)
3.4.4 Hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính
Piston xilanh chính có vai trò quan trọng trong việc truyền lực từ bàn đạp và bộ trợ lực phanh, tạo ra áp suất cao trong hệ thống phanh Áp suất này chỉ được hình thành khi tất cả khe hở trong hệ thống đã được khắc phục Hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính được xác định bằng công thức h = [( + ).2+ + + ].K.
Trong cơ cấu phanh cầu trước/sau, x1 và x2 đại diện cho hành trình dịch chuyển của piston công tác, với x1 = x2 = 3 mm Đường kính xilanh công tác được ký hiệu là d1 và d2, tương ứng với phanh cầu trước và sau Số lượng trục bánh xe của cầu trước và sau được ký hiệu là n1 và n2 Đối với xe khách có công thức bánh xe 4.4 hoặc 4.2, n1 và n2 đều bằng 1.
Dđk là đường kính xilanh dầu điều khiển đóng mở van của bộ trợ lực phanh bằng chân (Dđkmm)
Dc là đường kính xilanh chính (Dc= 19mm)
Khe hở thông dầu trong xilanh chính ở trạng thái không phanh là 1 và 2, với kích thước 1,5mm Khoảng cách dịch chuyển của piston trợ lực để điều khiển đóng mở van của bộ trợ lực được chọn là 1mm.
K là hệ tính đến độ đàn hồi của hệ thống K 1,05 1,07, chọn K=1,06
Vậy với các thông số đã có, ta xác định đƣợc hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính: h = [(
Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh
3.5.1 Tỷ số truyền bàn đạp phanh Đòn bàn đạp có nhiệm vụ truyền lực đạp của lái xe lên piston của xilanh chính Vì vậy dịch chuyển của bàn đạp phanh có thể đƣợc xác định :
Sbđ = (h+ k).ibđ (3.43) Trong đó: h- là hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính
- là khe hở cần thiết giữa cần đẩy và piston xilanh chính ibđ- là tỷ số truyền khuếch đại lực từ bàn đạp đến piston xilanh chính
Công thức tính hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính h vào (3.43) cần được thay đổi để đảm bảo rằng giá trị hình hành bàn đạp lớn nhất không vượt quá giới hạn cho phép khi phanh mòn đến mức tối thiểu Điều này nhằm hiệu chỉnh hành trình cực đại [sbđ] một cách chính xác và an toàn.
(h+ k)ibđ [sbđ] Đối với xe khách [sbđ] = (150-180) (mm) Chọn [s bđ ] = 160 (mm)
3.5.2 Hành trình bàn đạp s bđ
Hành trình bàn đạp phanh thực tế sbđ khi không xét đến hiện tƣợng mòn m (tức m = 0) có thể đƣợc tính :
Với m = 0 thì X1=X2=1 (mm), ta có : h’ = [(
= 70 (mm) Hành trình làm việc của piston xilanh chính khi cho các khe hở bằng 0:
Ta có tỷ số giữa hành trình thực tế của bàn đạp s bđ so với hành trình làm viếc slv bằng :
So với tỷ số kinh nghiệm hiện nay nằm trong khoảng (1,4 1,6) là phù hợp
3.5.3 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa tính trợ lực
Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh để thực hiện quá trình phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất yêu cầu nhƣ sau :
Trong đó: Dxl là đường kính xilanh cung cấp dầu cho các xilanh công tác (Dxl=Dcmm)
Áp suất làm việc của dầu trong hệ thống là Pd = 8 MN/m2, với hiệu suất piston-xilanh Ƞxl đạt 0,95 và hiệu suất bàn đạp Ƞbđ đạt 0,9 Do đó, lực đạp cần phải tác dụng khi chưa tính đến trợ lực sẽ được xác định dựa trên các thông số này.
Giá trị lực bàn đạp được tính toán là 506,3 N, cao hơn so với yêu cầu cho phép nhằm đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng cho lái xe Đối với các xe khách hiện nay, lực bàn đạp cần nằm trong khoảng [Pbđ] = (200÷400) Do đó, việc trang bị hệ thống trợ lực là cần thiết.
3.5.4 Đường kính xilanh của bầu trợ lực Để giảm nhẹ lực điều khiển phanh cho hệ thống phanh trên xe khách, ta dùng bộ trợ lực chân không với độ chênh lệch chân không P = 0,05( ) Lực trợ lực đƣợc tạo ra nhờ nguyên lý chênh lệch áp suất giữa 2 ngăn của bầu trợ lực đƣợc xác định nhƣ sau :
Ptl= Suy ra đường kính bầu trợ lực Db :
=0,2 (m)= 200 (mm) Kích thước bầu trợ lực của các xe hiện nay thường nằm trong khoảng giá trị từ : D b (200÷400) (mm)
Vậy với Db= 200 (mm) suy ra thỏa mãn
Kết luận
Dựa trên việc nghiên cứu đặc tính và cấu tạo của ô tô vận tải cỡ nhỏ, tôi đã đề xuất phương án thiết kế hệ thống phanh cho loại xe này Qua việc phân tích ưu nhược điểm của từng phương án, tôi đã lựa chọn phương án tối ưu nhằm đạt được mục tiêu thiết kế "Hệ thống phanh cho ô tô vận tải cỡ nhỏ".
Qua quá trình tính toán, tôi đã xác định các thông số thiết bị bao gồm bề rộng má phanh, hành trình dịch chuyển của đầu guốc di động và hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh.
Sử dụng các phương pháp tính toán trong các môn học như sức bền vật liệu, cơ học lý thuyết và lý thuyết ô tô máy kéo, kết hợp với kiến thức về vẽ kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính, em đã thiết kế và xây dựng bản vẽ cho một số bộ phận chính.
Sử dụng phương pháp tính toán trong môn thủy lực và máy thủy lực, tôi đã tiến hành tính toán và lựa chọn các bộ phận thiết yếu của hệ thống thủy lực, bao gồm bơm và van phân phối.
Bản luận văn đã đạt kết quả tốt, nhưng do thời gian hạn chế, một số cơ cấu và chi tiết phụ của bộ phận chỉ được chọn, kiểm tra hoặc thiết kế theo hình thức chép hình mà chưa có điều kiện thiết kế cụ thể và chính xác.
Kiến nghị 51 Tài liệu tham khảo
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống phanh cho ô tô vận tải cỡ nhỏ là một vấn đề cấp thiết trong ngành công nghiệp Việc phát triển các thiết bị tối ưu cho hệ thống phanh không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng Do đó, cần thúc đẩy nhiều công trình nghiên cứu hơn nữa để đáp ứng nhu cầu thực tiễn trong lĩnh vực này.
Mặc dù nhận được sự hướng dẫn tận tình từ thầy cô, đặc biệt là cô Đặng Thị Hà, cùng sự hỗ trợ từ bạn bè, nhưng trình độ kiến thức của bản thân vẫn còn hạn chế Đây là lần đầu tiên tôi làm quen với thiết kế khoa học, do đó, đề tài vẫn còn nhiều thiếu sót và sai sót trong tính toán.
Chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp từ bạn bè và ý kiến đánh giá của thầy cô để bản khóa luận được hoàn thiện hơn và có thể áp dụng hiệu quả vào thực tế.