TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ
Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Hình 1 Cấu tạo chung hệ thống phanh
Hệ thống phanh ô tô bao gồm các bộ phận chính như cơ cấu phanh và dẫn động phanh Hiện nay, ngoài những bộ phận cơ bản, hệ thống phanh còn được trang bị thêm các thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả phanh.
Cơ cấu phanh ô tô được lắp đặt gần bánh xe, có nhiệm vụ tạo ra mômen hãm thông qua các cơ cấu ma sát, giúp giảm tốc độ và dừng xe an toàn.
Dẫn động phanh là hệ thống bao gồm các bộ phận kết nối từ cơ cấu điều khiển như bàn đạp phanh và cần kéo phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh Chức năng của dẫn động phanh là truyền và khuếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển đến các chi tiết thực hiện hoạt động của phanh.
Côngdụng
Hệ thống phanh là yếu tố quan trọng đảm bảo an toàn cho ô tô, giúp giảm tốc độ hoặc dừng xe theo yêu cầu của người lái Trong quá trình phanh, động năng của xe được chuyển hóa thành nhiệt năng thông qua ma sát giữa trống phanh (đĩa phanh) và má phanh Điều này cho phép xe dừng lại một cách an toàn và hiệu quả.
- Giảm được tốc độ của xe, dừng xe hoặc đỗ xe
- Duy trì vận tốc của ô tô một giá trị nhất định khi xe chuyển động xuống dốc
- Đảm bảo cho ô tô đứng yên trên đường kể cả trên đường dốc cũng như khi có mặt người lái
- Trên máy kéo hoặc trên một số xe chuyên dụng hệ thống phanh còn được kết hợp với hệ thống lái dùng để quay vòng xe.
Phân loại
Phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe chuyển động, hoặc dừng hẳn xe
Phanh phụ (phanh tay), dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng
Phanh bổ trợ, bao gồm phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ, được sử dụng để tiêu hao một phần động năng của ôtô trong các tình huống cần phanh lâu dài, chẳng hạn như khi phanh trên dốc dài.
- Hệ thống phanh chính (phanh chân);
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay);
- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ)
* Theo kết cấu của cơ cấu phanh
- Hệ thống phanh kết hợp với cơ cấu phanh tang trống
- Hệ thống phanh kết hợp với cơ cấu phanh đĩa
- Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
- Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực
- Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
- Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén, …
- Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực
* Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh
Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ôtô 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)
*Theo các cơ cấu bổ trợ cho hệ thống phanh
- Hệ thống phanh có chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock brake system);
- Hệ thống phanh có phân bố lực phanh điện tử EBD (Electronic brake-force distribution);
- Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh;
- Hệ thống phanh có cường hóa;
- Hệ thống phanh có hỗ trợ phanh khẩn cấp BA (Brake assist).
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 bảo quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm
Điều khiển dễ dàng và thuận tiện: lực tác động lên bàn đạp hoặc cần kéo điều khiển được thiết kế phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người.
Đảm bảo sự ổn định của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp
Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa 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 cơ cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng
Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạp khác nhau
Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên nền đường dốc
Đảm bảo hệ thống phanh hoạt động tin cậy trong mọi tình huống, ngay cả khi có sự cố xảy ra với một phần của hệ thống điều khiển.
TÌM HIỂU CẤU TẠO HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN
Giới thiệu hệ thống dẫn động khí nén
George Westinghouse (1846-1914) là một doanh nhân và kỹ sư nổi tiếng người Mỹ, nổi bật trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai Ông là người sáng lập Westinghouse Electric và là đối thủ của nhà phát minh Thomas Edison Năm 1869, Westinghouse nhận ra tầm quan trọng của hệ thống phanh thủy lực và sự kém hiệu quả của hệ thống phanh thô sơ, từ đó ông đã phát minh ra hệ thống phanh khí nén với van ba ngả đầu tiên Sáng chế này đã có ý nghĩa lớn đối với ngành giao thông vận tải, đặc biệt là ngành đường sắt trong thời kỳ đó.
Cơ cấu phanh khí nén bao gồm các thành phần chính như bàn đạp, máy nén khí, bình chứa khí nén, bộ điều chỉnh áp suất, van điều khiển, đồng hồ báo áp suất và bầu phanh bánh xe Những bộ phận này hoạt động cùng nhau để đảm bảo hệ thống phanh hoạt động hiệu quả và an toàn.
- Ngày nay hệ thống phanh khí nén là một loại hệ thống phanh thường được sử dụng trên các loại ô tô tải vừa, lớn và ô tô chở khách
- Tùy theo tải trọng và hiệu suất làm việc của xe sẽ có thể có một hoặc nhiều hơn số bình chứa khí nén
Ngày nay, phanh khí nén đang được cải tiến và phát triển nhờ sự kết hợp giữa nghiên cứu và công nghệ hiện đại Điều này không chỉ tăng cường độ an toàn mà còn nâng cao tính bền vững cho hệ thống phanh khí nén, đảm bảo sự an toàn và ổn định cho xe trong quá trình vận hành.
Hệ thống phanh khí nén trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất ở bất kì chế độ chuyển động nào, ngay cả khi dừng xe tại chỗ, đảm bảo thoát nhiệt tốt
- Hoạt động êm dịu, lực phanh sinh ra phải ổn định trong suốt quá trình phanh
- Điều khiển nhẹ nhàng để giảm nhẹ cường độ lao động của người lái xe
- Có độ nhạy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp nguy hiểm
- Đảm bảo mômen phanh trên các bánh xe phải theo nguyên tắc sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh đối với mọi cường độ
Sản phẩm không gặp hiện tượng tự xiết và có khả năng thoát nhiệt hiệu quả, đồng thời sở hữu hệ số ma sát cao và ổn định Điều này giúp duy trì tỉ lệ thuận giữa lực đạp phanh và lực phanh được sinh ra trong cơ cấu phanh.
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
1 - Máy nén khí; 2 -Bình khí nén; 3 -Van phân phối; 4-Bầu phanh; 5 -Ống dẫn khí nén; 6 –Bàn đạp phanh; 7- Đồng hồ kiểm tra áp suất
Bàn đạp phanh: nhiệm vụ truyền lực phanh từ tổng phanh tác dụng lên các chi tiết của cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh
Bầu phanh: Tạo ra được lực đẩy tác dụng lên đòn điều chỉnh khe hở má phanh thông qua một cần đẩy quay cam tác động phanh xe
Hình 2.3: Bầu Phanh Bình chứa khí nén: Dùng để chứa khi nén cho toàn bộ hệ thống (Đủ cho 10 lần đạp phanh khi máy nén khí bị hỏng).
Ưu, nhược điểm của hệ thống phanh khí nén
-Lực đạp phanh nhẹ nhàng, dễ điều khiển và không cần bổ trợ lực phanh
-Hiệu quả và lực tác dụng phanh cao, nên được sử dụng rộng rãi trên các ô tô tải trọng trung bình và lớn
- Có khả năng điều khiển hệ thống phanh rơ mooc bằng cách nối hệ thống phanh rơ mooc với hệ thống phanh của ô tô kéo
-Có độ nhạy thấp hơn phanh điện lực
-Kích thước và trọng lượng các cụm hệ thống lớn và giá thành cao
Phân tích kết cấu phanh
- Cơ cấu phanh đĩa (phanh đĩa) được dùng phổ biến trên ô tô con, có thể ở cả cầu trước và cầu sau, do có những ưu điểm chính:
Cơ cấu phanh đĩa đảm bảo mômen phanh ổn định ngay cả khi hệ số ma sát thay đổi, giúp bánh xe phanh hoạt động hiệu quả và ổn định, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao.
Thoảt nhiệt tốt, khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn
Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát
Dễ dàng bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh
Hình 2.3 Phanh đĩa có giá đỡ cố định Hình 2.4 Phanh đĩa có giá đỡ di động
Nhược điểm của phanh đĩa:
Bụi bẩn có thể dễ dàng bám vào má phanh và đĩa phanh, đặc biệt khi xe di chuyển qua vùng bùn lầy, dẫn đến giảm ma sát giữa chúng và làm giảm hiệu quả phanh.
Má phanh phải chịu được ma sát và nhiệt độ lớn hơn
Cơ cấu phanh đĩa được phân thành hai loại chính: loại có giá đỡ xilanh cố định và loại có giá đỡ xilanh di động Các bộ phận quan trọng của cơ cấu phanh đĩa bao gồm nhiều thành phần thiết yếu.
Đĩa phanh được lắp và quay cùng với moay ơ của bánh xe
Giá đỡ xilanh và xilanh điều khiển được thiết kế với các đường dẫn dầu áp suất cao và ốc xả khí, bên trong xilanh chứa các pit tông.
Hai má phanh phẳng, đặt ở hai bên đĩa phanh và được tiếp nhận lực điều khiển bởi các pit tông trong xilanh bánh xe
14 b Cơ cấu phanh guốc (phanh tang trống)
Hình 2.5 Cơ cấu phanh guốc
Guốc phanh được chế tạo từ thép, bao gồm hai guốc với chốt tựa cùng phía Phần đầu trên dựa vào cơ cấu nhả, trong khi phần đầu dưới dựa vào cơ cấu điều chỉnh Ngoài ra, trên bề mặt guốc phanh còn được gia công với các lỗ để lắp đặt lò xo hồi vị và cơ cấu điều chỉnh.
Lò xo điều chỉnh có vai trò quan trọng trong hệ thống phanh, với độ cứng lớn giúp cố định guốc phanh khi không sử dụng Để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu, khe hở giữa má phanh và trống phanh cần đạt tiêu chuẩn 0,12mm, vừa đủ để tránh ma sát khi không phanh và không quá xa để hạn chế hành trình phanh của người lái.
- Má phanh: Có độ cong của guốc phanh Được chế tạo bằng vật liệu ma sát
Má phanh được gắn với guốc phanh bằng một loại keo đặc biệt
Mâm phanh là bộ phận quan trọng được thiết kế để gắn cụm phanh, được cố định bằng bu lông vào trục bánh sau Trên mâm phanh có các lỗ và vấu lồi để lắp đặt xi lanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay, đảm bảo hiệu suất phanh an toàn và hiệu quả.
Trống phanh là bộ phận gắn vào trục bánh xe, nằm ngay bên trong và quay cùng với bánh xe Được chế tạo từ gang xám, trống phanh có các lỗ gia công để định vị má phanh Khi bánh xe quay, guốc phanh sẽ ép vào trống phanh từ bên trong, tạo ra lực phanh cần thiết.
Phanh tang trống hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng áp suất thủy lực để ngăn chặn lốp quay Áp suất này được truyền từ xi lanh chính đến xi lanh phanh, giúp ép guốc phanh vào trống, từ đó tạo ra lực phanh hiệu quả.
Trống phanh quay cùng với lốp xe, nhưng khi áp suất không đến được xi lanh phanh của bánh xe, lực lò xo phản hồi sẽ đẩy guốc phanh rời khỏi mặt trong của trống, đưa nó trở về vị trí ban đầu Việc trống phanh bao quanh quốc phanh khiến cho việc tiêu tán nhiệt phát sinh trở nên khó khăn.
Hình 2.6 Nguyên lý làm việc phanh guốc
Bảng 1 So sánh phanh đĩa và phanh tang trống
Phanh đĩa Phanh tang trống Ưu điểm - Hiệu quả phanh cao hơn nhiều so với phanh tang trống
- Thiết kế hở nên tản nhiệt tốt hơn, giúp duy trì hiệu quả phanh sau thời gian dài
- Thiết kế hở cũng giúp tạo thuận lợi cho khâu chẩn đoán hư hỏng và sửa chữa hệ thống
- Thiết kế hở giúp các bụi kim loại thoát ra ngoài khỏi hệ thống phanh
- Trọng lượng thấp hơn phanh tang trống
- Có cơ chế tự làm sạch đĩa phanh
- Chi phí lắp đặt, sửa chữa thấp hơn so với phanh đĩa
- Kết cấu đơn giản, toàn bộ thành phần được tích hợp bên trong tang trống, tạo thuận lợi cho việc bảo dưỡng, sửa chữa
- Thiết kế bao kín nên phù hợp nhiều điều kiện khí hậu, khó hỏng hơn
- Thiết kế bao kín cũng giúp các bụi, cát lọt vào bên trong
- Có khả năng cường hoá (phù
16 mỗi khi phanh hợp với ô-tô tải có khối lượng lớn)
- Chi phí lắp đặt cũng như thay thế và sửa chữa cao hơn so với phanh tang trống
- Thiết kế hở nên các bề mặt ma sát dễ bị hỏng do bám bụi, cát, khi vận hành
- Không có khả năng cường hoá (phù hợp với ô tô con)
- Hiệu quả phanh thấp hơn so với phanh đĩa
Thiết kế bao kín của hệ thống phanh làm cho khả năng làm mát kém hơn so với phanh đĩa Việc sử dụng phanh trong thời gian dài có thể dẫn đến giảm hiệu suất phanh do sự giãn nở nhiệt của các thành phần trong cơ cấu phanh.
- Trọng lượng lớn hơn so với phanh đĩa c) Cơ cấu phanh tay
-Phanh trên ô tô được dùng để:
Đỗ xe trên đường, kể cả đường bằng hay trên dốc
Hệ thống phanh trên ô tô phải bao gồm phanh chính và phanh dự phòng, được điều khiển riêng biệt để đảm bảo ô tô có thể dừng lại ngay cả khi phanh chính gặp sự cố Phanh tay, với khả năng đỗ xe tối đa trên dốc 18%, được thiết kế để thực hiện chức năng phanh dự phòng Phanh tay bao gồm hai bộ phận chính: cơ cấu phanh và dẫn động phanh, với cơ cấu điều khiển thuận tiện cho người lái.
Cơ cấu phanh có thể được bố trí kết hợp với phanh của bánh xe phía sau hoặc riêng biệt trên trục ra của hộp số Dẫn động phanh tay hoạt động độc lập với phanh chính, thường là dẫn động cơ khí với độ tin cậy cao Một số ô tô tải sử dụng cơ cấu phanh chung với phanh chính, trong đó phanh tay được điều khiển bằng lò xo tích năng, đặt trong bầu phanh Phanh tay có cơ cấu phanh ở các bánh xe sau, đảm bảo hiệu quả và an toàn khi sử dụng.
Hình 2.7 Phanh tay tại cơ cấu phanh bánh sau
6 guốc phanh; 7 vành răng; 8 đòn quay; 9 thanh chống
Cơ cấu phanh được thiết kế với các đòn quay và thanh chống nối giữa cáp kéo và guốc phanh Khi kéo phanh tay, cáp chuyển động làm đòn quay quay quanh điểm D, dịch chuyển thanh chống và ép guốc phanh trái vào tang trống, tạo điểm tựa cố định Tiếp theo, điểm D quay và ép guốc phanh phải vào tang trống, khiến hai guốc phanh ép sát vào tang trống để thực hiện phanh bánh xe Đối với cơ cấu phanh đĩa ở cầu sau, sử dụng các kết cấu đẩy khóa pit tông trong xilanh bánh xe, cho thấy sự đa dạng trong các kết cấu liên hợp giữa phanh tay và phanh chân hiện nay.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của dẫn động phanh khí nén
* Sơ đồ nguyên lý dẫn động hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
Hình 2.8 Sơ đồ dẫn động bằng cơ khí
1 – Tay phanh; 2 – Thanh dẫn; 3,5 – Cơn lăn của dây cáp; 4 – Dây cáp phía trước;
6 – Thanh dẫn trung gian; 7 – Trục; 9 – Thanh cân bằng; 8,10 – Dây cáp dẫn động phanh; 12 – Trục lệch tâm của thanh ép
Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh bao gồm thanh dẫn 1 nằm dưới vùng điều khiển và thanh dẫn 2 được kết nối với dây cáp Các con lăn 3,5 giúp dẫn hướng dây cáp 4, được gắn vào mút thanh dẫn trung gian 6, trong khi trục 7 kết nối với thanh cân bằng 9 Thanh dẫn 6 được lắp với bản lề trên giá đỡ, giúp thanh cân bằng 9 phân bố đều lực phanh qua dây cáp 8 và 10 tới cơ cấu phanh bánh xe phía sau Đòn dây cáp nối với đòn bẩy ép tác động lên guốc phanh qua tấm đỡ, với đòn bẩy ép lắc trên trục lệch tâm 12 Khi kéo phanh 1, dây cáp tác động lên đòn bẩy, hãm bánh xe và thực hiện quá trình phanh Khi nhả phanh, đòn bẩy ép trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo hồi vị, kết thúc quá trình phanh.
* Cấu tạo, nguyên lý trợ lực phanh chân không:
Hình 2.9 Sơ đồ trợ lực phanh chân không
Buồng chân không hoạt động độc lập với đường hút của động cơ, giúp tạo ra chân không khi động cơ hoạt động và hút hết không khí ở buồng bên trái Khi người lái đạp phanh, cần điều khiển van sẽ được đẩy để thực hiện chức năng phanh.
Khi người lái nhấn bàn đạp phanh, thân van mở ra và piston bầu trợ lực đóng lại, cho phép không khí đi vào buồng làm việc Lực hút chân không từ động cơ tạo ra lực cường hóa phanh, truyền từ bàn đạp đến cần đẩy và xi lanh phanh chính Khi nhả bàn đạp, thân van đóng lại, piston bầu trợ lực mở ra, giữ cả hai buồng trong môi trường chân không, trong khi lò xo đẩy đĩa phản lực về vị trí ban đầu.
Hình 2.10 Cách hoạt động khi đạp chân phanh b) Dẫn động khí nén
* Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh dẫn động khí nén:
Hình 2.11 Sơ đồ phanh khí nén
1 – Máy nén khí; 2 – Buồng chứa; 3 – Van phân phối; 4 – Bầu phanh; 5 - Ống dẫn khí nén; 6 – Bàn đạp phanh; 7 – Đồng hồ kiểm tra áp suất
Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh khí nén được sử dụng chủ yếu trên ô tô vận tải cỡ lớn và trung bình Khi người lái tác động lên bàn đạp phanh, khí nén từ bình chứa được dẫn qua tổng van để đến đầu phanh, thực hiện quá trình phanh Khi bàn đạp phanh được thả ra, tổng van sẽ ngắt kết nối giữa bình chứa khí nén và đường ống dẫn, đồng thời mở đường ống thông với không khí bên ngoài, cho phép khí nén thoát ra và guốc phanh nhả khỏi trống phanh.
Hình 2.12 Sơ đồ hoạt động phanh hơi c Dẫn động thủy – khí kết hợp
* Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh thủy – khí:
Hình 2.14 Sơ đồ phanh thủy – khí
Hệ thống phanh ô tô bao gồm nhiều thành phần quan trọng như tổng phanh liên hợp, đường ống dẫn tới phanh rơmooc và ô tô kéo, các xy lanh và bình chứa dầu Dẫn động phanh có thể sử dụng thủy lực, mang lại độ nhạy cao nhưng yêu cầu lực điều khiển lớn trên bàn đạp Ngược lại, dẫn động khí nén có ưu điểm là lực điều khiển nhỏ nhưng độ nhạy kém, dẫn đến thời gian tác dụng chậm Để kết hợp ưu điểm của cả hai hệ thống, nhiều ô tô tải và ô tô buýt trung bình, lớn hiện nay sử dụng hệ thống dẫn động phối hợp giữa thủy lực và khí nén.
Dẫn động khí nén và dẫn động thuỷ lực là hai thành phần chính trong hệ thống điều khiển Phần khí nén bao gồm tổng van phanh 1 kết hợp với các cơ cấu tuỳ động pittông và xilanh 4, 6, được kết nối qua đường ống 3 và ngăn dưới của tổng van Ngăn trên của tổng van dẫn khí nén đến rơmooc qua đường ống 2, tạo áp suất tác động lên các pittông trong xilanh, từ đó tạo lực đẩy cho các pittông trong hệ thống thuỷ lực 4 và 6 Hệ thống thuỷ lực bao gồm hai đường dẫn dầu độc lập, trong đó xi lanh chính 4 kết nối với bốn xi lanh công tác 8, tác động lên guốc phanh ở cầu giữa và trước, trong khi xi lanh chính 6 tác động lên guốc phanh 12 thông qua xi lanh công tác 11.
Bộ điều chỉnh lực phanh
Trong hệ thống phanh thủy lực và phanh khí nén, áp suất được truyền đến các bánh xe của cầu trước và cầu sau có thể giống nhau hoặc khác nhau.
Một số hệ thống phanh sử dụng van phân phối hoặc xilanh chính hai dòng với áp suất khí nén và thủy lực, tạo ra các dòng phanh khác nhau Mức độ thay đổi áp suất giữa các dòng phụ thuộc vào lực bàn đạp, không bị ảnh hưởng bởi lực thẳng đứng trên cầu xe Mặc dù chất lượng phanh được cải thiện, nhưng hệ thống này chỉ phù hợp trong một số tình huống cụ thể khi phanh trên đường.
Hiện nay, hệ thống phanh ô tô sử dụng van phân phối hoặc xilanh chính với hai dòng có áp suất đồng đều Hệ thống này bao gồm bộ điều hòa lực phanh, tự động điều chỉnh áp suất cho cầu sau Bộ điều hòa lực phanh có nhiều dạng cấu trúc khác nhau, trong đó có những thiết kế điển hình.
Điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất hoạt động dựa trên sự thay đổi áp suất sau xilanh chính, còn được gọi là bộ điều hòa tĩnh.
Điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất hoạt động dựa trên sự thay đổi áp suất sau xilanh chính và tải trọng tác động lên các bánh xe của cầu, thuộc loại bộ điều hòa hai thông số.
Bộ điều hòa tĩnh chỉ điều chỉnh áp lực dầu dựa trên áp suất sau xilanh chính, dẫn đến áp suất dầu không thay đổi khi tải trọng trên bánh xe sau biến động lớn Hiện nay, bộ điều hòa hai thông số được ưa chuộng hơn vì khả năng hoạt động hiệu quả hơn so với bộ điều hòa tĩnh.
Hình 2.15 Đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh hai thông số
Bộ điều hòa lực phanh có vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất phanh Đường nét đứt thể hiện mối quan hệ giữa áp suất p trong xilanh bánh xe trước và sau khi không sử dụng bộ điều hòa, trong khi đường cong liền phản ánh mối quan hệ lý tưởng giữa áp suất trong xilanh bánh xe Đặc biệt, đường liền gãy khúc cho thấy mối quan hệ áp suất khi có bộ điều hòa lực phanh, cho thấy sự cải thiện đáng kể về chất lượng phanh khi so sánh với điều kiện lý tưởng.
Nguyên lý hoạt động hệ thống phanh khí nén
1) Nguyên lý hoạt động của máy nén khí
Hình 2.16: Cấu tạo máy nến khí
Nguyên lý thay đổi thể tích trong máy nén khí dựa trên việc không khí được dẫn vào buồng chứa và sau đó buồng chứa sẽ dần được thu nhỏ lại Theo định luật Boyle-Mariotte, khi thể tích giảm, áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên Các loại máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này bao gồm máy nén khí piston, bánh răng và cánh gạt.
Nguyên lý động năng trong máy nén khí dựa vào việc dẫn không khí vào buồng chứa và gia tốc nó bằng một bộ phận quay tốc độ cao Sự chênh lệch vận tốc tạo ra áp suất khí nén cao, từ đó tạo ra lưu lượng và công suất lớn Một ví dụ tiêu biểu cho nguyên lý này là máy nén khí ly tâm.
Nguyên lý ăn khớp trong máy nén khí trục vít bao gồm hai trục vít: trục vít đực và trục vít cái Khi máy hoạt động, không khí được bơm vào và hai trục vít quay ngược chiều nhau, tạo ra quá trình ăn khớp Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào qua cửa nạp và truyền vào buồng khí giữa các trục vít Tại đây, không khí được nén giữa các bánh răng trước khi được đưa tới cửa xả.
2) Bộ điều chỉnh áp suất khí nén
Hình 2.17: Van điều áp khí nén
Thiết bị van điều áp khí nén hoạt động dựa trên sự chênh lệch về áp suất khí nén cơ cấu hoạt động của nó như sau:
Khí nén đi vào thiết bị và khi đạt đủ áp lực, sẽ nâng màng van, đẩy trục van lên Lúc này, van đĩa (Popet valve) ở trạng thái đóng nhờ lực nén của lò xo và lực kéo từ trục van Nếu áp suất đầu ra cao hơn áp suất cài đặt của lò xo, khí nén sẽ thoát ra ngoài qua lỗ thông hơi Ngược lại, nếu áp suất đầu ra thấp hơn, van điều chỉnh áp suất khí nén sẽ mở rộng cho đến khi đạt được áp suất cài đặt.
3) Nguyên lý hoạt động của bầu trợ lực phanh ô tô
Bộ trợ lực phanh hoạt động dựa trên sự chênh lệch giữa chân không của động cơ và áp suất khí quyển, từ đó tạo ra lực mạnh (tăng lực) tỷ lệ thuận với lực nhấn của bàn đạp.
* Nguyên lý hoạt động của bầu trợ lực phanh khi không được tác động
Hình 2.18 Bầu trợ lực phanh không tác động
Van không khí được kết nối với cần điều khiển và bị lò xo phản hồi kéo về phía bên phải, trong khi van điều chỉnh bị lò xo đẩy sang phía bên trái Điều này dẫn đến việc van không khí tiếp xúc với van điều chỉnh, làm cho không khí bên ngoài bị chặn lại bởi lưới lọc và không thể vào buồng áp suất biến đổi.
Trong tình huống này, van chân không của thân van được tách khỏi van điều chỉnh, tạo ra một kết nối giữa lỗ A và B Do luôn có chân không trong buồng áp suất không đổi, buồng áp biến đổi cũng sẽ có chân không vào thời điểm này.
* Nguyên lý hoạt động của bầu trợ lực phanh khi được tác động:
Hình 2.19 Bầu trợ lực phanh khi tác động
Khi người lái đạp bàn đạp phanh, van đẩy không khí sẽ được điều khiển để di chuyển sang bên trái Lò xo van điều chỉnh cũng hỗ trợ di chuyển van không khí sang bên trái cho đến khi nó tiếp xúc với van chân không, từ đó làm kín lối thông giữa lỗ A và B.
Khi van không khí di chuyển sang bên trái, khoảng cách giữa van điều chỉnh và không khí bên ngoài tăng lên, cho phép không khí bên ngoài dễ dàng lọt vào bên trong buồng áp suất qua lỗ.
Sau khi không khí được lọc qua lưới, độ chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổi khiến piston di chuyển sang trái Sự di chuyển này làm cho đĩa phản lực đẩy cần đẩy bộ trợ lực sang trái, từ đó làm tăng kích thước của hệ thống phanh.
* Nguyên lý hoạt động bầu trợ lực phanh khi giữ phanh
Hình 2.21 Bầu phanh khi giữ phanh
Khi người lái đạp phanh không hoàn toàn, van điều khiển sẽ ngừng hoạt động, nhưng piston vẫn tiếp tục di chuyển sang trái do áp suất chênh lệch Lò xo của van điều khiển giữ cho van tiếp xúc với van chân không, mặc dù nó di chuyển theo piston.
Khi van điều khiển di chuyển sang bên trái và tiếp xúc với van không khí, không khí bên ngoài sẽ bị chặn lại, không thể vào buồng áp suất biến đổi Do đó, áp suất trong buồng này vẫn duy trì ổn định.
Có một sự chênh lệch áp suất ổn định giữa buồng áp suất biến đổi và buồng áp suất không đổi, dẫn đến việc piston ngừng di chuyển và duy trì lực phanh.
*Nguyên lý làm việc khi phanh được tác động tối đa
Hình 2.22 Bầu phanh chịu tác động tối đa
Khi người lái đạp phanh tối đa, van không khí sẽ hoàn toàn tách rời khỏi van điều khiển, khiến buồng áp suất thay đổi được nạp đầy không khí từ bên ngoài Kết quả là độ chênh lệch áp suất giữa buồng này và áp suất không đổi đạt mức cao nhất, tạo ra tác dụng cường hóa tối đa lên piston Dù người lái có tăng cường lực đạp phanh, tác dụng cường hóa lên piston vẫn không thay đổi, và lực bổ sung chỉ tác động lên cần đẩy bộ trợ lực, truyền tới xylanh chín.
* Nguyên lý làm việc khi nhả phanh và cơ cấu khi không có chân không
Khi chân không không tác động vào bộ trợ lực phanh, sẽ không có sự chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất thay đổi, dẫn đến cả hai buồng đều được nạp đầy không khí Khi bộ trợ lực phanh ở trạng thái "off", piston sẽ được lò xo màng ngăn đẩy về phía bên phải, làm cho phanh được nhả ra.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHANH KHÍ NÉN
THÔNG SỐ XE THAM KHẢO
Thông số xe Kí hiệu
Giá trị Đơn vị Trọng lượng của ô tô khi đầy tải
Trọng lượng phân ra cầu trước
Trọng lượng phân ra cầu sau
Chiều cao trọng tâm xe hg 0.8 m
TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH
3.2.1 Tính toán động lực học của ô tô khi phanh
48 a Lực phanh sinh ra ở bánh xe
Mp: momen phanh tác dụng lên bánh xe
Pp: Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
Rb: bán kính làm việc của bánh xe
Mà lực phanh của ô tô lại bị giới hạn bởi lực bám giữa bánh xe với mặt đường, nghĩa là:
Ppmax – Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường;
Zb – phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe; φ – Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường;
Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe:
Trong quá trình phanh, bánh xe giảm tốc độ chuyển động, dẫn đến sự xuất hiện của mômen quán tính Mjb Mômen này có hướng cùng chiều với chuyển động của bánh xe.
Hình 3.1.Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên bánh xe khi phanh
Mômen cản lăn tác động ngược chiều với chuyển động của bánh xe, gây ra hiệu ứng hãm bánh xe Khi phanh xe, tổng lực phanh được biểu thị bằng Ppo, ảnh hưởng đến khả năng dừng của phương tiện.
Trong quá trình phanh ô tô, động năng và thế năng của xe bị tiêu hao do ma sát giữa má phanh và trống phanh, lốp và mặt đường, cũng như để khắc phục lực cản lăn, lực cản không khí và ma sát trong động cơ Năng lượng tiêu hao khi phanh phụ thuộc vào chế độ phanh của ô tô, ảnh hưởng đến lực tác dụng lên xe.
Xét trường hợp ô tô chuyển động trên đường bằng (α = 0), ta có sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh
G: là trọng lượng toàn tải của ô tô đặt tại trọng tâm xe
G = 21750 N Z1, Z2: Phản lực thẳng góc lên bánh xe phía trước và bánh xe sau của ô tô khi phanh
Pf1, Pf2: lực cản lăn ở bánh xe phía trước và bánh xe sau của ô tô
Trong đó: f: là hệ số cản lăn của bánh xe với mặt đường
P f1 , Pf2: lực phanh ở các bánh xe trước và bánh xe sau của ô tô, ngược chiều với chiều chuyển động của xe
Pj: lực quán tính đặt tại trọng tâm và cùng chiều với chiều chuyển động của ô tô
Jp: gia tốc chậm dần khi hãm phanh g: gia tốc trọng trường g =9,81(m/s2)
Pω: lực cản của không khí
Pω = K.F.v2 L: chiều dài cơ sở của ô tô
L = 2765 mm a, b: là khoảng cách từ tâm xe tới cầu trước và cầu sau a = = = 1659mm b = = = 1106mm hg: là khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đường
Khi phanh xe, tốc độ ô tô giảm dần, do đó Pω và các lực Pf1, Pf2 trở nên rất nhỏ so với lực phanh, cho phép chúng ta bỏ qua những lực này Để xác định mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh, cần phân tích các yếu tố liên quan đến lực phanh và cách chúng tác động lên hệ thống.
Mômen phanh đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống phanh, giúp giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô một cách an toàn với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mômen phanh tính toán cần cho cơ cấu phanh cầu trước là :
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mômen phanh tính toán cần cho cơ cấu phanh cầu sau là:
R b : là bán kính làm việc trung bình của bánh xe
Xe Hyundai Santa Fe sử dụng lốp 235/55 R19 Vậy bán kính thiết kế r0 của bánh xe ô tô Hyundai Santa Fe :
Bán kính làm việc của bánh xe được tính theo công thức:
Với λ là hệ số kể đến sự biến dạng chiều cao của lốp Chọn λ = 0,935
= λ = 0,935 370 = 346 mm là hệ số phân bố lại trọng lượng khi phanh ở cầu trước và cầu sau
Jpmax: Gia tốc phanh lớn nhất của ô tô Chọn Jpmax=6,3 (m/s2)
G1,G2 là tải trọng phân bố lên cầu trước và cầu sau:
Trong nghiên cứu về động lực học của ô tô, trọng lực tác động lên xe được xác định bởi hai lực: Z1 = 8700 N và Z2 = 13050 N Khoảng cách từ trọng tâm của xe tới cầu trước là a = 1659mm, trong khi khoảng cách tới cầu sau là b = 1106mm Chiều cao trọng tâm của xe được chọn là hg = 0,5m đối với ô tô con.
Thay các thông số vào các công thức, ta có
= 1 + = 1.19 Thay m1 và m2 vào các công thức và
Rd =Rv - - (mm) Trong đó:
Rv: Bán kính vành bánh xe; Rv = = 25,4 = 241,3 (mm)
: Độ dày vành bánh xe, lấy = 5 (mm) : Khoảng cách khe hở giữa vành bánh xe và đĩa phanh Chọn
Rd = 241,3 – 5 – 48 = 188,3 (mm) Chọn bán kính đĩa phanh là: Rd = 180 (mm)
* Bán kính trung bính của tấm ma sát Rtb
Gọi R1: Bán kính trong của vòng ma sát
R2: Bán kính ngoài của vòng ma sát
Lấy R1 = 0,6.R2 = 0,6 180 = 108 (mm) Lúc này Rtb sẽ được tính:
Rtb = x = x = 147 (mm) e) Cơ cấu phanh sau:
Vì kích thước bánh trước và sau của xe giống nhau nên Rd = 188,3 (mm) Vậy ta chọn bán kính của phanh đĩa là :
2 Bán kính trung bình của tấm ma sát
Gọi R1 : là bán kính trong của vòng ma sát
R2 : là bán kính ngoài của vòng ma sát
3 Tính đường kính xi lanh
Hình 2.2.Sơ đồ tính toán phanh đĩa
Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh dạng đĩa quay được xác định như sau:
- Hệ số ma sát: = 0,3 m- Số đôi bề mặt má phanh Chọn m= 2 P- Lực ép má phanh vào đĩa phanh rtb- Bán kính đặt lực:
Với , - là bán kính bên trong, ngoài tấm ma sát
R2 = 180 mm Theo xe tham khảo ta chọn
Mặt khác: n- Số ống xi lanh làm việc Chọn n = 2 p0-Áp suất chất lỏng trong hệ thống p0 = 5 8 (MPa) Chọn p0 = 7 (Mpa) d- Đường kính xi lanh
BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN
4 1Bảo dưỡng phanh khí nén
• Làm sạch bên ngoài các bộ phận
• Kiểm tra chảy rỉ và hư hỏng bên ngoài các bộ phận
• Kiểm tra tác dụng của bàn đạp phanh và phanh tay
• Kiểm tra áp suất của máy nén khí và bình chứa khí nén
• Tra mỡ chốt bàn đạp phanh, đầu ty đẩy
• Kiểm tra và vặn chặt các bộ phận
• Kiểm tra toàn bộ đường dẫn khí nén hệ thống phanh
4.2Tháo lắp cầu phanh, tổng phanh và bầu phanh lốc kê xe tải
Quy trình tháo rời các bộ phận
• Chuẩn bị dụng cụ và nơi làm việc
• Bộ dụng cụ tay nghề tháo lắp hệ thống phanh
• Làm sạch bên ngoài bộ phận
• Dùng giẻ lau làm sạch bên ngoài các bộ phận
• Tháo rời cơ cấu phanh:
• Tháo lò xo guốc phanh
• Tháo chốt lệch tâm và guốc phanh
• Tháo cụm trục cam tác động
• Tháo rời tổng phanh điều khiển:
• Tháo pít tông, van và các lò xo
• Tháo công tắc đèn báo phanh
• Tháo rời bầu phanh bánh xe:
• Tháo màng cao su và lò xo
• Làm sạch chi tiết và kiểm tra:
• Dùng giẻ sạch và dung dịch rửa làm sạch các chi tiết
Ngược lại quy trình tháo (sau khi sửa chữa và thay thế các chi tiết hư hỏng)
• Khi lắp các lò xo của bầu phanh cần tránh gây tai nạn
• Tra mỡ các chốt, cam lệch tâm, cụm trục cam tác động
• Thay thế các chi tiết theo định kỳ bảo dưỡng (đệm cao su, cúp pen, phanh hãm, má phanh)
• Điều chỉnh khe hở của má phanh
4.4 Bảo dưỡng bên ngoài hệ thống phanh khí nén:
• Làm sạch bên ngoài các bộ phận
• Kiểm tra bên ngoài các bộ phận của hệ thống phanh
• Kiểm tra áp suất khí nén và xả nước của bình chứa khí nén
• Kiểm tra và điều chỉnh hành trình bàn đạp phanh
• Kiểm tra và điều chỉnh khe hở của má phanh
• Kiểm tra và vệ sinh công nghiệp
• Kiểm tra và quan sát kỹ các chi tiết bị nứt và chờn hỏng ren
• Kiểm tra áp suất khí nén trên đồng hồ của máy khí luôn báo đủ quy định
• Kiểm tra, điều chỉnh hành trình bàn đạp phanh và khe hở của các má phan
