MỤC ÐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Ô tô là phương tiện chủ yếu để vận chuyển hàng hóa và hành khách trên các tuyến đường bộ Việt Nam cũng như các nước khác trên thế giới.
Ngày nay với sự phát triển lớn mạnh của khoa học- công nghệ và nền kinh tế cũng như sự gia tăng dân số, nên đòi hỏi số lượng cũng như tốc độ của ôtô được tăng lên, dẫn đến mật độ phương tiện giao thông ngày càng cao, vấn đề an toàn giao thông là một trong nhưng vấn đề bức thiết và được xã hội quan tâm Việc nâng cao khả năng kiểm tra, chẩn đoán các hư hỏng đối với các phương tiện cơ giới đường bộ bắt buộc phải có các thiết bị chuyên dụng Công tác lắp ráp, bảo dưỡng, sữa chữa của ngành công nghiệp ôtô - máy kéo ngày càng được ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật nhiều hơn, nhằm nâng cao độ chính xác cũng như sự đồng nhất về chất lượng sản phẩm. Ðể xác định chất lượng của hệ thống phanh ta có thể sử dụng hai phương pháp sau đây: phương pháp thử phanh trên đường và phương pháp thử phanh trên bệ thử.
- Ðối với phương pháp thử phanh trên đường: Ðây là phương pháp phổ biến trong thời gian trườc đây, ở nước ta cũng có một số nơi sử dụng phương pháp này Phương pháp này có một số ưu điểm là vốn đầu tư ít, kết quả kiểm tra sát với điều kiện thực tế Tuy nhiên khi thử phanh bằng phương pháp này cần phải có một diện tích sử dụng lớn, thời gian thử kéo dài, kết quả kiểm tra phụ thuộc vào chất lượng đường sá, thời tiết, nhất là sự chủ quan của người kiểm tra Mặt khác, với tốc độ ngày càng cao thì phương pháp này gây mất an toàn cho người lái và phương tiện, tiêu tốn nhiên liệu, rung động các chi tiết.
- Ðối với phương pháp thử trên bệ thử:
Là phương pháp hiện đại có nhiều ưu điểm nổi bật:
Kết cấu nhỏ gọn thuận tiện cho việc bố trí trong các điều kiện nhà xưỡng chật hẹp.
Kết quả đo có độ chính xác cao, dễ dàng cơ khí hoá, tự động hoá và lưu trữ kết quả phục vụ cho công tác thống kê và phân tích hư hỏng.
Thời gian thao tác nhanh, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, điều kiện đường sá.
Tuy nhiên, phương pháp này còn có những nhược điểm sau:
- Ðòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn.
- Ðiều kiên thử không sát với kiện thực tế sử dụng xe.
Qua việc phân tích đánh giá ưu, khuyết điểm của hai phương pháp thử trên. Bênh cạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng các hệ thống quản lý chất lượng tiên tiến được ưu tiên hàng đầu Việc thử phanh trên bệ thử đảm bảo được tính đồng nhất, tính chính xác và trung thực về kết quả kiểm tra Nó đáp ứng được hầu hết các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế xã hội của thời đại ngày nay và nhất là sự an toàn cho con người và phương tiện kiểm tra Với những yêu cầu thực tế như đã nêu trên đồng thời để làm quen với việc áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế Em chọn đề tài “Thiết kế bệ thử phanh ô tô tải trọng dưới 10 tấn trên một trục” Trong phạm vi đề tài này, dựa trên cơ sở lý thuyết đã học cộng với một số bệ thử hiện có, em tiến hành thực hiện phân tích những ưu nhược điểm của một số loại bệ thử để nghiên cứu thiết kế một bệ thử phanh Thông qua đề tài này và với sự tận tình chỉ bảo của thầy giáo hướng dẫn là một cơ hội tốt để em củng cố vốn kiến thức đã học và thu lượm thêm một số kiến thức quý báu cho bản thân.
Là tạo ra một cơ sở lý thuyết rỏ ràng trong việc thiết kế bệ thử phanh, thông qua đó nâng cao được hiệu quả sử dụng bệ thử Tức là kết quả kiểm tra phanh được phản ánh chính xác hơn và tăng tính bền khi sử dụng bệ thử.
Là tài liệu hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu về lĩnh vực chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ô tô bằng bệ thử Đặc biệt là tài liệu tham khảo cho những ai tự thiết kế, chế tạo bệ thử phanh để phục vụ cho công tác kiểm tra, nghiên cứu và sữa chữa.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
2.1.1 Công dụng của hệ thống phanh.
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó.
Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên mặt đường ngang hoặc trên nền nghiêng.
Như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng.
- Nó cho phép ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc.
- Nhờ đó mà người sử dụng có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khai thác triệt để năng suất vận chuyển của phương tiện.
2.1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh.
Hệ thống phanh phải đảm bảo các yêu cầu chính như sau:
- Luôn luôn hoạt động ổn định, độ tin cậy cao, bền vững.
- Phanh êm dịu để đảm bảo tính tiện nghi và an toàn cho người sử dụng.
- Luôn đảm bảo tính ổn định và điều khiển khi phanh.
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm.
- Đảm bảo hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh ổn định trong các điều kiện khác nhau về nhiệt độ, thời tiết Khả năng thoát nhiệt tốt.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực điều khiển tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển phù hợp.
- Để đảm bảo quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điều khiển được đúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo quan hệ tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở các bánh xe (cơ cấu tỷ lệ) Không có hiện tượng tự siết khi phanh.
- Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô khi phanh, sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thoả mãn các điều kiện sau:
- Lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ với lực pháp tuyến lên chúng Theo nghiên cứu, hệ số tỷ lệ giữa lực phanh và trọng lượng chính bằng hệ số bám.
- Sai lệch lực phanh trên các bánh xe phải và trái cùng một cầu phải nhỏ hơn một giới hạn cho phép.
- Không xảy ra hiện tượng bó cứng, trượt lê các bánh xe Để đảm bảo các yêu cầu này, trên các ô tô hiện đại người ta sử dụng bộ điều chỉnh lực phanh và hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS).
Nhằm đảm bảo độ tin cậy, tính an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh được thiết kế bao gồm các loại phanh sau:
- Phanh chính: phanh này được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.
- Phanh dự trữ: dùng để phanh ô tô trong trường hợp phanh chính bị hỏng, thường được sử dụng các dạng bầu tích năng lượng (lò xo, khí nén ).
- Phanh dừng: dùng để giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc Phanh thường điều khiển bằng tay đòn nên còn gọi là phanh tay. Trên một số ô tô người ta kết hợp phanh dừng và phanh dự trữ.
- Phanh chậm dần: sử dụng cho các loại ô tô có tải trọng lớn hay hoạt động ở các vùng đồi dốc, dùng để khống chế tốc độ động cơ khi đổ dốc dài hoặc làm giảm tốc độ ô tô trước khi dừng hẳn Các loại phanh chậm dần thường gặp là phanh động cơ.
Các loại phanh trên có thể dùng chung và kiêm nhiệm chức năng của nhau, nhưng chúng phải có ít nhất là hai bộ phận điều khiển và dẫn động độc lập.
2.1.4 Phân loại hệ thống phanh.
- Căn cứ theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: phanh bánh xe, phanh truyền lực.
- Căn cứ theo dạng phần tử ma sát, phanh chia ra: phanh guốc, phanh đĩa, phanh dãi.
- Căn cứ theo loại dẫn động, phanh chia ra: phanh cơ khí, phanh thuỷ lực, phanh khí nén, phanh điện từ, phanh liên hợp
- Căn cứ theo phương án bố trí dòng dẫn động, phanh chia ra: phanh một dòng, phanh hai dòng độc lập, phanh hai dòng bố trí chéo
Ngoài ra, người ta còn có một số cách phân loại khác căn cứ vào loại trợ lực phanh (chân không, khí nén ), căn cứ vào phương pháp tác dụng (trực tiếp, gián tiếp ) v.v
CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH
Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh có thể dùng các chỉ tiêu sau: gia tốc chậm dần, thời gian phanh, quãng đường phanh và lực phanh
2.2.1 Tiêu chuẩn kiểm tra phanh của Việt Nam.
Tiêu chuẩn 22-TCVN 224-2001 ban hành kèm theo Quyết định số 4134/2001/
QĐ -GTVT ngày 05 tháng 12 năm 2001 của bộ giao thông vận tải dùng làm tiêu chuẩn kiểm tra cho phép ô tô lưu hành trên đường, nội dung phần tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh như sau: [1].
- Hiệu quả phanh chính khi thử trên đường: Điều kiện thử: trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông ximăng bằng phẳng và khô, hệ số bám (không nhỏ hơn 0,6).
Hiệu quả phanh được đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu quãng đường phanh
Sp (m) hoặc gia tốc chậm dần Jp max (m/s 2 ) với chế độ thử phương tiện không tải ở tốc độ 30km/h và được qui định như sau: (bảng 2.1).
Bảng 2.1 Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ôtô lưu hành trên đường Do Bộ GTVT Việt Nam quy định ngày 05 tháng 12 năm 2001
Nhóm 1: ô tô con, kể cả ô tô chuyên dùng đến 09 chỗ ngồi (kể cả người lái) Không lớn hơn 7,2 Không nhỏ hơn 5,8 Nhóm 2 : ô tô tải có trọng lượng toàn bộ không lớn hơn 8000kg, ô tô khách có trên 09 chỗ ngồi (kể cả người lái) có tổng chiều dài không lớn hơn
Không lớn hơn 9,5 Không nhỏ hơn 5,0
Nhóm 3: ô tô hoặc đoàn ô tô có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 8000kg, ô tô khách trên 09 chỗ ngồi (kể cả người lái) có tổng chiều dài lớn hơn 7,5 m.
Không lớn hơn 11 Không nhỏ hơn 4,2
Nhóm 4: mô tô 3 bánh, xe lam và xích lô máy Không lớn hơn 8,2
Khi phanh, quỹ đạo chuyển động của ô tô không lệch quá 8 0 so với phương chuyển động ban đầu và không lệch khỏi hành lang 3,5 m.
Hiệu quả phanh chính khi thử trên băng thử:
+ Chế độ thử: phương tiện không tải.
- Tổng lực phanh không nhỏ hơn 50% trọng lượng phương tiện không tải Go đối với tất cả các loại xe.
- Sai lệch trên một trục: (giữa bánh bên phải và bánh bên trái).
K SL không được lớn hơn 25%
Hiệu quả phanh dừng xe (điều khiển bằng tay hoặc chân).
+ Chế độ thử : phương tiện không tải.
- Dừng được ở độ dốc 20 % đối với tất cả các loại xe khi thử trên dốc hoặc tổng lực phanh không nhỏ hơn 16% trọng lượng toàn bộ phương tiện không tải khi thử trên băng thử.
Tiêu chuẩn này chủ yếu sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đích cho phép ô tô lưu hành trên đường nhằm đảm bảo an toàn khi chuyển động Đối với các cơ sở nghiên cứu hay thiết kế hay chế tạo thì cần áp dụng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn, ở Việt Nam đang thử nghiệm áp dụng tiêu chuẩn về hệ thống phanh TCVN 5658-1999.
2.2.2 Tiêu chuẩn của Liên Xô.
Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớn nhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của chúng Giá trị được thể hiện ở bảng 2.2.
Bảng 2.2 Giá trị tối đa của lực điều khiển và hành trình tương ứng.
Hệ thống phanh Chủng loại ô tô
(mm) Bằng tay đòn Phanh chân, phanh dừng, phanh dự trữ
150 180 Bằng tay đòn Phanh dự trữ và phanh dừng
160 220 Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu đánh giá được cho tương ứng với 3 dạng thử khác nhau:
Thử 0: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường được tiến hành cho 2 trường hợp: Động cơ được tách và không tách khỏi hệ thống truyền lực
Thử I: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên Dạng thử này bao gồm hai giai đoạn, giai đoạn thử sơ bộ để cho các cơ cấu phanh nóng lên sau đó đến giai đoạn thử chính để xác định hiệu quả phanh.
Thử II: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi ô tô chuyển động xuống dốc dài.
Các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh chính và phanh dừng của Liên Xô được thể hiện trong: bảng 2.3 và bảng 2 4.
Bảng 2.3 Tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh chính.
Tốc độ trước khi phanh V0, Km/h
Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ(N)(≤)
Gia tốc chậm dần ổn định.Jp (m/s 2 ),() 1 Ô tô du lịch và Micrôbuyt với số chỗ ngồi ≤ 8
Tốc độ trước khi phanh V0, Km/h
Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ(N)(≤)
Gia tốc chậm dần ổn định.Jp
8CN và trọng lượng toàn bộ
3 Ô tô buýt với trọng lượng toàn bộ > 5 tấn
4 Ô tô tải, trọng lượng toàn bộ
5,5 4,1 3,8 5 Ô tô tải, trọng lượng toàn bộ từ 3,5 tấn đến
6 Ô tô tải, trọng lượng toàn bộ
5,5 4,0 3,7 7 Đoàn ô tô với trọng lượng toàn bộ từ 3,5 đến 12 tấn.
8 Đoàn ô tô với trọng lượng toàn bộ > 12 tấn.
Bảng 2.4 Các tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả hệ thống phanh dự trữ.
Tốc độ trước khi phanh V0,(Km/h)
Lực tác dụng lên bộ phận điều khiển bàn đạp Pbđ,N, (≤)
Gia tốc chậm dần ổn định
Micrôbuyt với số chỗ ngồi 8.
2 Ô tô buýt > 8 CN và trọng lượng toàn bộ ≤ 5 tấn.
3 Ô tô buýt với trọng lượng toàn bộ > 5 tấn.
4 Ô tô tải, trọng lượng toàn bộ 12 tấn.
PHÂN TÍCH CÁC BỆ THỬ PHANH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
CÔNG DỤNG, YÊU CẦU PHÂN LOẠI BỆ THỬ PHANH
Bệ thử phanh là thiết bị tỉnh tại được thiết kế nhằm mục đích đánh giá hiệu quả hệ thống phanh thông qua việc đo thông số trong quá trình phanh trên các bánh xe Tuỳ theo loại bệ thử mà ta có phương pháp đo đạc tính toán để ra kết quả khác nhau
Một bệ phanh được thiết kế hoàn chỉnh cần phải đảm bảo các yêu cầu đặt ra như sau:
- Về giá thành và kết cấu: bệ thử phanh phải có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành có thể chấp nhận được, kết cấu bền vững chắc chắn.
- Về độ chính xác: lực phanh phải phản ánh lên lực kế hoặc đồng hồ hiển thị phải đảm bảo độ chính xác, không phụ thuộc vào yếu tố chủ quan.
- Về sử dụng điều chỉnh: vận hành bệ thử đơn giản, dễ dàng, thời gian thử ngắn, chất lượng thử đạt yêu cầu.
- Về tính vạn năng: đo được nhiều chủng loại xe khác nhau với các kích thước chiều rộng cơ sở và các kiểu kích thước lốp khác nhau, tải trọng khác nhau trong phạm vi quy định.
- Về chức năng đánh giá: xác định được nhiều yếu tố đánh giá hiệu quả phanh: lực phanh, quãng đường phanh, thời gian phanh vv của mỗi bánh xe trên cùng một cầu và tính đồng thời phanh của các bánh xe.
- Điều kiện làm việc của nhân viên vận hành, tính an toàn của thiết bị: bệ thử phanh phải đảm bảo an toàn khi đang hoạt động, điều kiện làm việccủa nhân viên được đảm bảo như: ô nhiểm, tiếng ồn vv
- Ngoài ra bệ thử phải có kích thước nhỏ gọn để giảm diện tích bố trí cần thiết trong nhà xưởng, dễ bảo quản, tránh mưa nắng xuống bệ thử và càc nhân viên kiểm tra xe.
3.1.3 Phân loại bệ thử phanh
Theo phương pháp tạo lực phanh, chia ra các loại sau:
- Bệ thử dùng động năng của xe:
Bệ thử này dùng nguyên lí hấp thụ động năng của ô tô khi phanh (bệ thử kiểu sàn di động) Động năng này có giá trị gần bằng động năng chuyển động của ô tô ở tốc độ phanh xác định Do thử ở tốc độ xác định nên kết quả khó chính xác, không an toàn.
- Bệ thử dùng năng lượng động cơ điện:
Bệ thử kiểu này dựa vào công suất của động cơ điện để dẫn động làm quay bánh xe (tang quay hoặc con lăn quay), kết quả thử không phụ thuộc vào công suất động cơ điện mà phụ thuộc vào các cơ cấu đo (cảm biến gia tốc phanh, cảm biến lực phanh vv ) nên kết quả đo đảm bảo tính chính xác.
Bệ thử này tiêu tốn năng lượng nhiều do sử dụng công suất động cơ điện để thắng lực cản do phanh, nhưng cho kết quả chính xác, đảm bảo an toàn khi thử xe.
- Bệ thử dùng khối lượng quán tính:
Bệ thử kiểu này cũng dùng động cơ điện để dẫn động nhưng có gắn thêm bánh đà ở các tang quay hoặc con lăn quay nhằm mục đích tăng mômen quán tính của con lăn Khi phanh nguồn năng lượng dẫn động được ngắt, lực phanh đo được thông qua việc đo mômen quán tính nên kết quả phụ thuộc vào mômen quay của bánh đà.
Bệ thử loại này tiêu tốn năng lượng ít hơn do khi phanh chỉ sử dụng năng lượng của bánh đà, nhưng khi thay đổi tải trọng thử phải tính lại mômen của bánh đà nên rất tốn thời gian Loại bệ thử này chỉ phù hợp với loại bệ thử chuyên dùng cho một vài loại xe xác định.
Theo kết cấu và nguyên lý làm việc, bệ thử phanh được chia ra:
- Bệ thử kiểu tang quay hoặc con lăn quay gồm:
+ Bệ thử kiểu tang quay hoặc con lăn quay tốc độ chậm.
+ Bệ thử kiểu tang quay hoặc con lăn quay tốc độ nhanh.
Theo sự kiểm tra đồng thời ở các bánh xe, bệ thử chia ra:
- Bệ thử kiểm tra phanh ở một bánh xe.
- Bệ thử kiểm tra phanh ở hai bánh xe.
- Bệ thử kiểm tra phanh ở ba bánh xe.
- Bệ thử kiểm tra phanh ở đồng thời tất cả các bánh xe.
Ngoài ra, tuỳ theo kết cấu, phương pháp đo và các trang thiết bị phụ người ta còn các phân loại khác.
PHÂN TÍCH MỘT SỐ LOẠI BỆ THỬ PHANH
3.2.1 Bệ thử kiểu sàn di động Hình 3.1
Hình 3.1 Bệ thử kiểu sàn di động
1 Lực kế; 2 Con lăn; 3 Ô tô thử; 4 Sàn ma sát; 5 Đường ray; 6 Dầm ngang. Nguyên lý làm việc:
Cho xe chạy với tốc độ kiểm tra đi vào sàn ma sát 4, khi các bánh xe vào hẳn trong sàn thì người lái tiến hành đạp phanh Lực phanh tác động vào sàn ma sát làm sàn chuyển động theo, nhờ hệ thống con lăn 2 Sàn ma sát lại được gắn vào một đầu của lực kế, còn đầu kia được nối vào dầm cố định Do đó khi sàn chuyển động sẽ kéo lực kế từ đó ta biết được giá trị P kmax tác dụng vào lực kế.
Giá trị lực phanh Pp:
- Go: trọng lượng ô tô thử.
- j: gia tốc chậm dần khi phanh.
- Pkmax: lực lớn nhất tác dụng vào lực kế.
- Pf: lực cản lăn của sàn xe.
- Pj: lực quán tính chuyển động của sàn xe.
Muốn xác định được Pp chính xác thì ta phải xác định chính xác các lực Pkmax,
Pf, Pj Trong đó ta xác định được:
* Pkmax: đọc theo giá trị được ghi trên lực kế.
* Lực cản lăn ta xác định như sau: Pf = Gs.f
- Gs: trọng lượng toàn bộ sàn.
- f: hệ số cản lăn giữa con lăn và ray:
- G: trọng lượng toàn bộ sàn.
- j: gia tốc dịch chuyển của sàn.
Lực Pj phụ thuộc vào vận tốc thử nên rất khó xác định, chính vì vậy, phương pháp này không cho kết quả chính xác.
- Kết cấu bệ thử đơn giản.
- Chế tạo sàn, lực kế, con lăn v.v… dễ dàng.
- Kết quả không chính xác, phụ thuộc vào vận tốc thử.
- Chỉ đo được đồng thời tổng lực phanh của tất cả các bánh xe Nên việc điều chỉnh lực phanh giữa các bánh xe là không thể được.
- Không xác định được các chỉ tiêu phanh còn lại.
- Bệ thử có kích thước lớn.
- Phương pháp thử không an toàn, do chất lượng hệ thống phanh của xe thử chưa xác định được và đòi hỏi thao tác phải chính xác.
- Kết quả không chính xác nên phải thử nhiều lần vì vậy không kinh tế.
3.2.2 Bệ thử kiểu băng tải- tang quay Hình 3.2
Hình 3.2 Bệ thử kiểu băng tải- tang quay.
1 Lực kế; 2 Băng tải; 3 Ô tô thử; 4 Tang quay.
Cho hai bánh xe ô tô đi vào băng tải 2, móc kéo sau xe được móc vào một đầu lực kế còn đầu kia cuả lực kế được móc vào vị trí cố định Cho động cơ làm việc, thông qua hệ thống truyền lực, băng tải 2 chuyển động làm bánh xe quay, khi bánh xe quay với tốc độ ổn định người lái tiến hành đạp phanh Giữa băng tải và bánh xe xuất hiện lực phanh Pp, lực này có tác dụng đẩy xe về phía trước và kéo lực kế, lực kế cho biết giá trị của lực phanh Pp
- Kết cấu bệ thử đơn giản, gọn nhẹ.
- Lực phanh được phản ánh chính xác lên lực kế.
- Có thể đặt bệ thử trong nhà nên ít phụ thuộc thời tiết.
- Bảo đảm an toàn trong việc thử xe.
- Chỉ xác định được lực phanh đồng thời của hai bánh xe, do vậy việc điều chỉnh lực phanh đều giữa hai bánh xe không thực hiện được.
- Không ổn định khi thử vì độ cứng vững của băng tải rất kém dẫn đến thiếu chính xác đo.
- Băng tải dễ bị hỏng nên phải thay liên tục gây tốn kém và làm gián đoạn công việc.
- Không sát điều kiện thực tế làm việc của ô tô.
3.2.3 Bệ thử kiểu quán tính (bệ thử con lăn cao tốc) Hình 3.3
Hình 3.3 Bệ thử kiểu quán tính.
1 Con lăn ma sát; 2 Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3 Ly hợp; 4 Hộp giảm tốc;
5 Bộ truyền xích giữa động cơ và hộp giảm tốc; 6 Động cơ điện;
8 Bánh xe kiểm tra; 9 Cảm biến tốc độ; 11.Bánh đà.
Cho các bánh xe thử đi vào các con lăn ma sát 1, khởi động động cơ điện 6, động cơ điện kéo các con lăn ma sát 1 quay làm bánh xe kiểm tra 8 quay Khi bánh xe kiểm tra 8 quay đạt vận tốc thử, người lái xe tiến hành đạp phanh Ở thời điểm này, ly hợp 3 ngắt dẫn động từ động cơ điện đến con lăn ma sát, nghĩa là các bánh xe quay tự do cùng với cặp con lăn Đồng thời ở thời điểm bắt đầu phanh, các cảm biến được đóng để ghi lại số vòng quay của con lăn để xác định quãng đường phanh.
Khi đo hiệu quả phanh trên bệ thử cần căn cứ vào các quan hệ sau đây:
- Nếu ô tô chuyển động trên đường với vận tốc cho trước có động năng:
- G: tổng các mômen quán tính các khối lượng chuyển động quay quy về bánh xe.
- ωk: vận tốc góc của bánh xe.
- Vo: vận tốc lúc bắt đầu phanh.
Khi phanh ôtô trên đường với vận tốc lúc bắt đầu phanh V0 đến khi dừng hẳn, ta tính quãng đường phanh như sau:
Ta có: dS pd = Vdt p S pd V dt p
- J pd : gia tốc phanh khi phanh trên đường.
- δi: hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của ôtô.
Lực phanh của ô tô lúc đó là:
- rd: bán kính động học của bánh xe. Động năng khi thử xe trên bệ thử con lăn quán tính sẽ là:
- G: mômen quán tính khối lượng của các con lăn và bánh đà.
- v: vận tốc góc của các con lăn.
- Jdc: mômen quán tính khối lượng của roto động cơ điện.
- ωdc: vận tốc góc của động cơ điện.
Nếu ta coi v = ωdc, ta có thể viết:
Tổng lực phanh đo được trên bệ thử có công thức:
Quãng đường phanh đo được trên bệ thử quán tính được xác định từ công thức:
- JpB: gia tốc phanh trên bệ thử quán tính.
- Jc: mômen quán tính khối lượng của các chi tiết chuyển động quay và của bánh xe ôtô.
+ Xác định được nhiều yếu tố đánh giá hiệu quả phanh:
- Đo được trị số quãng đường phanh của mỗi bánh xe.
- Lực phanh của mỗi bánh xe.
+ Giảm được công suất của động cơ điện dẫn động.
- Thiết bị đo lường tương đối khó kiếm.
- Khi thay đổi tải trọng xe phải tính lại mômen quán tính của bánh đà, do đó rất phức tạp.
3.2.4 Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân bằng Hình 3.4
Hình 3.4 Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân bằng.
1 Con lăn ma sát; 2 Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3 Li hợp;
4 Hộp giảm tốc cân bằng; 5 Bộ truyền xích từ động cơ điện đến hộp giảm tốc; 6 Động cơ điện; 7 Cảm biến lực phanh; 8 Bánh xe kiểm tra.
Cho bánh xe thử đi vào bốn con lăn ma sát 1, khởi động động cơ điện 6, thông qua hệ thống truyền lực dẫn động con lăn ma sát quay làm cho bánh xe kiểm tra 8 quay theo Khi bánh xe quay với tốc độ ổn định, người lái tiến hành đạp phanh, mômen phanh của bánh xe sẽ tác động lên hai con lăn làm các con lăn cũng bị hãm lại, con lăn chủ động dừng làm cho bánh răng bị động cấp chậm dừng, trong khi đó động cơ điện vẫn truyền mômen đến bánh răng chủ động cấp nhanh Bánh răng chủ động cấp chậm dẫn động bởi động cơ điện lúc này có xu hướng quay hành tinh quanh bánh răng bị động cấp chậm, chuyển động hành tinh này sẽ kéo hộp giảm tốc xoay đi một góc với một mô men cân bằng M h Mômen này chính bằng mômen phanh của bánh xe kiểm tra 8 Để đo mômen này người ta dùng các cơ cấu đo khác nhau: điện, thuỷ lực, cơ khí v v gắn vào tay đòn của hộp giảm tốc cân bằng.
- Xác định được mômen phanh trên mỗi bánh xe, mức độ chênh lệch mômen phanh ở các bánh xe trên một cầu và tổng mômen phanh trên tất cả các bánh xe.
- Cho kết quả nhanh, thuận tiện cho người sử dụng.
- Hộp cân bằng có thể cải tiến từ hộp số ô tô.
- Có thể lắp đặt được cơ cấu đo thời gian và cơ cấu đo quãng đường phanh.
- Tiêu tốn công suất của động cơ điện nhiều hơn so với bệ thử kiểu quán tính.
- Động cơ thường xuyên phải làm việc quá tải.
3.2.5 Bệ thử kiểu động cơ cân bằng Hình 3.5
Hình 3.5 Bệ thử kiểu động cân bằng.
1 Con lăn ma sát; 2 Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3 Ly hợp; 4 Hộp giảm tốc;
5 Bộ truyền xích từ động cơ đến hộp giảm tốc; 6 Động cơ điện;
7 Cảm biến lực phanh; 8 Bánh xe kiểm tra; 9 Cảm biến tốc độ; 10 Bánh đà. Nguyên lý làm việc:
Cho bánh xe đi vào các con lăn ma sát 1 (mỗi bánh xe đi vào hai con lăn), cho động cơ điện 6 làm việc, mômen truyền từ động cơ qua bộ truyền xích 5, qua hộp giảm tốc 4, li hợp 3 đến con lăn ma sát chủ động Các co lăn ma sát quay làm bánh xe kiểm tra quay theo.
Khi bánh xe kiểm tra quay với tốc độ ổn định, người lái đạp phanh, mômen phanh của bánh xe sẽ tác động lên hai con lăn ma sát 1, làm các con lăn này bị hãm lại, qua hệ thống truyền lực làm cho rôto động cơ điện dừng, trong khi đó nguồn điện vẫn cấp vào cho động cơ điện, qua lực từ trường làm stato quay quanh trục của nó một góc với một mômen cân bằng Mh Mômen này chính bằng mômen phanh của bánh xe Để đo mômen phanh này người ta dùng phương pháp đo khác nhau: điện, thuỷ lực, cơ khí v v
- Xác định được mômen phanh trên mỗi bánh xe, mức độ chênh lệch mômen phanh ở các bánh xe trên một cầu và tổng mômen phanh trên tất cả các bánh xe.
- Cho kết quả nhanh, thuận tiện cho người sử dụng.
- Hộp cân bằng có thể cải tiến từ hộp số ô tô.
- Có thể lắp đặt được cơ cấu đo thời gian và cơ cấu đo quãng đường phanh vv một cách thuận tiện.
- Hệ thống điều khiển nhẹ nhàng.
- Tiêu tốn công suất của động cơ điện nhiều hơn so với bệ thử kiểu quán tính.
- Do mômen phanh đo được truyền qua nhiều cấp trung gian của hộp giảm tốc và bộ truyền xích nên đã làm giảm độ chính xác.
- Kết cấu cồng kềnh hơn so với bệ thử hộp giảm tốc cân bằng.
- Việc thiết kế phần động cơ cân bằng rất khó thực hiện, phức tạp.
3.2.6 Bệ thử kiểu con lăn có cảm biến đo lực Hình 3.6
Hình 3.6 Bệ thử kiểu con lăn có cảm biến đo lực.
1 Con lăn ma sát; 2 Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3 Li hợp;
4 Hộp giảm tốc; 6 Động cơ điện; 7 Cảm biến lực phanh; 8 Bánh xe thử.
9 Cảm biến tốc độ; 12 Bộ truyền bánh vít trục vít
Cho các bánh xe trên cùng một cầu đi vào các con lăn ma sát 1, bật cầu dao cho động cơ 6 làm việc, mômen từ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc 4 đến li hợp 3 và đến con lăn ma sát chủ động Thông qua bộ truyền xích 2 con lăn chủ động quay sẽ làm con lăn bị động quay theo cùng với vận tốc góc, các con lăn quay sẽ làm bánh xe cần kiểm tra quay theo.
Khi bánh xe kiểm tra 8 quay ổn định, người lái tiến hành đạp phanh, mômen phanh sẽ tác động vào cặp bánh răng nhỏ thông qua con lăn chủ động và làm dịch chuyển đòn tác động vào cảm biến 7 Lúc đó đồng hồ đo sẽ cho biết kết quả giá trị lực phanh của từng bánh xe Cảm biến 7 bắt đầu hoạt động nhờ tín hiệu điều khiển từ cảm biến vận tốc 9, tức là lúc tốc độ vòng giảm thì mới có tín hiệu. Để tạo thuận tiện cho xe ra vào, bệ thử có trang bị hệ thống nâng hạ bằng khí nén
- Hệ thống điều khiển đơn giản, thuận tiện cho người sử dụng.
- Kết cấu gọn, chắc chắn, độ tin cậy cao.
- Cho kết quả chính xác, nhanh của từng bánh xe, mức độ chênh lệch lực phanh của từng bánh xe trên một cầu và tổng lực phanh trên tất các bánh xe.
- Thời gian thử ngắn và thử được nhiều loại xe khác nhau với tải trọng khác nhau.
- Việc chế tạo cảm biến đo lực phanh của từng bánh xe phức tạp, giá thành cao.
- Hộp giảm tốc có bộ truyền trục vít- bánh vít nên phải dùng vật liệu đắt tiền(như hợp kim đồng) để làm bánh vít.
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ
Qua việc phân tích, so sánh các kiểu bệ thử đã giới thiệu ở trên, em nhận thấy bệ kiểu hộp giảm tốc cân bằng (hình 3.4) có nhiều ưu điểm nhất so với thử các kiểu bệ thử khác như:
Kết cấu gọn chắc chắn hơn các loại bệ thử khác như: Bệ thử kiểu sàn di động, bệ thử kiểu băng tải- tang quay và động cơ cân bằng.
- Về sử dụng điều chỉnh:
Vận hành bệ thử khi thử xe đơn giản, dễ dàng, thời gian thao tác sử dụng ngắn hơn so với bệ thử sàn di động, băng tải tang quay và bệ thử kiểu quán tính.
- Về tính vạn năng: Đo được nhiều chủng loại xe khác nhau với các tải trọng khác nhau trong phạm vi qui định mà không phải có thao tác phức tạp như bệ thử kiểu quán tính.
- Về an toàn khi vận hành:
Yêu cầu an toàn được bảo đảm đối với nhân viên và người lái xe so với bệ thử kiểu sàn di động và băng tải quay.
Một ưu điểm rất quan trọng so với tất cả các loại bệ thử khác là nếu dùng hệ thống đo điện tử (cảm biến đo lực) thay cho lực kế bình thường thì sẽ cho kết quả nhanh, chính xác, thời gian thử ngắn nên thuận tiện cho người sử dụng Tuổi thọ, độ tin cậy của cảm biến đo lực rất cao Hơn nữa ngày nay khoa học kỹ thuật đã phát triển rất nhanh, việc thử xe ngày càng nhiều nên dùng hệ thống đo điện tử là rất cần thiết, nó đảm bảo cho việc lưu trữ, xử lý số liệu, thống kê được nhanh chóng, tiện lợi và chính xác. Đặc biệt để gọn nhẹ về kết cấu, sau khi tham khảo bệ thử phanh ô tô (AHS) tại: Xưởng AVL-Khoa Cơ Khí Giao Thông- Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng và bệ thử phanh ô tô (MB800) của trung tâm đăng kiểm xe cơ giới Đà Nẵng Trong phạm vi đề tài đồ án tốt nghiệp, em chọn phương án thiết kế bệ thử phanh ô tô một trục, theo kiểu động cơ hộp giảm tốc cân bằng Đây là loại bệ thử dùng động cơ điện không đồng bộ 3 pha nối liền hộp giảm tốc, dạng con lăn hoạt động trên nguyên lý đo mômen cân bằng, bằng cảm biến đo lực, kiểm tra đồng thời hai bánh xe trên một trục. Để nâng cao tính chính xác của phương pháp đo, bệ thử có trang bị thêm các cảm biến vận tốc để hổ trợ xử lý kết quả.
Trên bệ thử có trang bị thêm các cảm biến cân để đo trọng lượng trục và các môđun xử lý kết quả phục vụ công tác lưu trữ, hiển thị và in ấn kết quả.
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ BỆ THỬ
Thiết bị kiểm tra phanh kiểu động cơ- hộp giảm tốc cân bằng được cấu thành bởi 3 thành phần chính: Bệ thử, bảng điều khiển và đồng hồ hiển thị.
Gồm 2 bộ con lăn bên trái và bên phải Hai bộ con lăn này có kết cấu giống nhau nên chỉ xét một bên.
Một bộ con lăn gồm 2 con lăn có kích thước (DxL) Bề mặt ngoài được bao phủ một lớp hổn hợp ma sát tạo độ bám Hai đầu được nối với 2 ổ đỡ tự định tâm. Đường tâm của 2 con lăn bố trí lệch nhau một khoảng (a) Ðể 2 con lăn quay đồng tốc với nhau, 2 đầu phía ngoài của con lăn chủ động và bị động được gắn 2 đĩa xích có cùng đường kính và liên kết với nhau bằng truyền động xích.
Phía bên ngoài của mỗi bộ con lăn được bố trí 1 động cơ điện, hộp giảm tốc và cảm biến lực phanh Ðộng cơ điện và hộp giảm tốc được gắn với nhau thành một khối Trục hộp giảm tốc được gắn lên hai ổ đở tự định tâm Điều này có nghĩa là cả hộp giảm tốc và động cơ điện có thể quay tự do quanh tâm của nó Cảm biến lực phanh 1 đầu được ngàm vào khung sườn của bệ thử, đầu kia vào đòn bẩy bằng bulông và đòn bẩy này bắt chặt vào thân hộp giảm tốc tức là bắt chặt vào stato của động cơ điện Ðầu ra của hộp giảm tốc và đầu của con lăn được liên kết với nhau băng bộ truyền xích. Ở giửa 2 con lăn có 1 con quay trơn bằng thép có kích thước (dxl), cách đầu bên trái một đoạn (b), có khoan lỗ Ðối diện với vị trí khoan lỗ này có giá gắn một cảm biến tốc độ Con lăn này quay trơn quay quanh trục của nó và trục này được bắt vào giá đỡ bằng bu lông Phía dưới của giá có lắp một cảm biến đóng vai trò như một công tắc an toàn Toàn bộ cụm chi tiết được định vị bằng bu lông và có lắp hai lò xo hồi vị có tác dụng luôn ép con lăn này sát vào bề mặt lốp xe
Tất cả các chi tiết trên được lắp trên bộ khung sườn được cấu tạo bằng thép tấm dập hình chữ [ liên kết với nhau bằng các thanh dầm và hàn cứng.
Bộ khung sườn của bệ thử nằm trên hai dầm chữ I và được bắt chặt vào nền bằng các bulông.
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí bệ thử phanh.
1 Động cơ điện; 2 Hộp giảm tốc; 3 Cảm biến lực phanh; 4 Bánh xe kiểm tra;
5 Con lăn chủ động; 6 Con lăn trơn; 7 Cảm biến tốc độ; 8 Con lăn bị động;
9 Bộ truyền xích; 10 Máy in; 11 Bảng điều khiển; 12 Máy tính.
Phía ngoài hai dầm chữ I được bắt 4 bulông dùng để điều chỉnh khi lắp đặt. Các cảm biến cân trọng lượng được bắt chặt vào khung sườn bằng mối hàn một đầu có bulông điều chỉnh chĩa vào bề mặt của dầm chữ I của hầm lắp đặt Mỗi bộ con lăn gồm bốn cảm biến cân trọng lượng và được bắt đối xứng về hai phía.
Ngoài các chi tiết chính trên, còn có những bulông, đệm điều chỉnh, các bộ phận nắp đậy và nắp chắn an toàn đảm bảo cho bộ con lăn không lệch khỏi vị trí khi vận hành.
Bảng hiển thị được bố trí phía trước đầu xe theo hướng xe vào kiểm tra để tạo thuận lợi cho việc quan sát của người kiểm tra.
Cấu tạo của bảng hiển thị gồm: Đồng hồ thể thị lực phanh: Bao gồm hai kim thể hiện cho lực phanh của hai bánh (trái và phải) Mặt đồng hồ hiển thị hai thang đo, thang đo trong từ 0 đến 8kN, thang đo ngoài đến 30kN. Đèn báo nhận tín hiệu từ remote điều khiển Đèn báo tín hiệu an toàn của hệ thống.
Tủ điều khiển bao gồm các công tắc chính, bộ nguồn, các rơle điều khiển, khởi động từ, Card máy in, Card khuyếch đại tín hiệu và các phụ kiện đi dây…
Ngoài ra, để hỗ trợ việc in ấn và xử lý kết quả, có thể sử dụng một máy vi tính 12, máy in 10 và thiết kế thêm một phần mềm xử lý Ðối việc phát triển của công nghệ thông tin hiện nay thì đây là một việc hoàn toàn có thể làm được.
Cho xe tiến thẳng vào bệ thử, các bánh xe nằm giữa 2 con lăn ma sát và đè con lăn nhôm quay trơn 6 làm nhả công tăc an toàn lúc này trên bảng hiển thị đèn báo an toàn sẽ thôi nhấp nháy cho phép các thiết bị sẵn sàng hoạt động
Khi bánh xe kiểm tra đã ổn định trên bệ thử, theo cấu tạo đã trình bày ở phần trên, do bộ con lăn được treo trên 4 cảm biến cân trọng lượng Nên lúc này, trọng lượng của xe làm các cảm biến cân bị uốn cong làm thay đổi giá trị điện trở của cảm biến Sự thay đổi này được báo về bộ xử lý trong tủ điều khiển và chuyển đổi thành giá trị trọng lượng thật, hiển thị trên bảng hiển thị Trọng lượng cao hay thấp phụ thuộc vào độ cong của cảm biến cân.
Chọn chế độ thử: việc xác định chế độ thử sẽ quy định tốc độ thử, sử dụng cho các tiêu chuẩn đánh giá của từng loại xe.
Tiếp theo người điều khiển nhấn công tắc điều khiển (nút remote) để điều khiển cho thiết bị hoạt động Ðộng cơ điện 1 sẽ khởi động kéo con lăn ma sát quay ngược chiều với chiều tiến bánh xe kiểm tra 4 Nhằm giảm sự quá tải của điện lưới, hai động cơ điện sẽ lần lượt được khởi động một cách tuần tự nhờ rơle thời gian.
Rôto của động cơ điện quay, thông qua hộp giảm tốc 2 và các bộ truyền động xích 9 giữa trục thứ cấp hộp giảm tốc và con lăn chủ động, làm các con lăn ma sát 8 chuyển động quay Hai con lăn phía trước và phía sau quay đồng tốc cùng với nhau, nhờ bộ truyền xích và kéo bánh xe quay nhờ ma sát giữa con lăn ma sát và bánh xe, đồng thời bánh xe lại kéo con lăn trơn quay theo.
Khi tốc độ ổ định, đèn báo trên bảng hiển thị thôi nhấp nháy, người lái bắt đầu đạp phanh cho xe dừng lại Trong quá trình đạp phanh, do ma sát giữa bánh xe và con lăn, bánh xe sẽ cản lại sự chuyển động của con lăn làm con lăn quay chậm lại Sự chuyển động chậm lại này tác động trực tiếp lên rôto của động cơ điện trong khi sức điện động trong động cơ điện vẫn giữ nguyên Tốc độ của rôto chậm lại làm tăng sự trượt của véctơ quay điện từ của stato và rôto gây nên mômen chống lại sự trượt đó và tác động ngược trở lại stato của động cơ điện.
Do dộng cơ điện và hộp giảm tốc có thể quay quanh trục của nó Nên lúc này nó sẽ dịch chuyển một góc nào đó, hộp giảm tốc được bắt chặt với cánh tay đòn của cảm biến lực Nên nó kéo một đầu cảm biến dịch chuyển theo Một đầu cảm biến bị ngàm chặt vào khung Do đó cảm biến bị uốn cong gây nên sự thay đổi điện trở trong cảm biến Sự thay đổi này được báo về bộ xử lý trung tâm trong tủ điều khiển và được chuyển đổi thành giá trị lực phanh thể hiện trên đồng hồ của màn hình hiển thị Bộ xử lý ghi nhận giá trị lực phanh, kết hợp với giá trị trọng lượng được lưu trữ lúc đầu Từ đó tính toán ra hiệu quả phanh (lực phanh riêng) và độ lệch lực phanh của 2 bánh xe.
P p Ðộ lệch lực phanh trên một trục:
Pp: lực phanh tổng cộng rên trục xét [KN].
G: trọng lượng ôtô phân bố lên cầu đang xét [KN].
P p m ax : lực phanh của bánh xe có giá trị lớn hơn [KN].
P p m in : lực phanh của bánh xe có giá trị nhỏ [KN].
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH
CHỌN THÔNG SỐ BAN ĐẦU
Tải trọng thử là một khoảng dao động tuỳ vào số lượng chủng loại ô tô cần thử Tải trọng thử cần thiết là một thông số hết sức quan trọng để tính toán các chi tiết cũng như tính bền kết cấu cho bệ thử.
Dựa vào các số liệu khảo sát về các chủng loại ô tô hiện có đang hoạt động, ta chọn chế độ tải trọng cho bệ thử như sau:
Tải trọng tối đa trên một trục: 10 000 kg.
Việc xác định vận tốc thử của bệ thử phải đảm bảo hợp lý Nếu chọn vận tốc thử nhỏ quá sẽ làm cho kết quả thử không chính xác, không sát với điều kiện hoạt động của ô tô Nhưng nếu chọn vận tốc thử quá lớn sẽ gây rung động lớn, không đảm bảo điều kiện ổn định của quá trình thử, gây mất an toàn Mặt khác, khi chọn vận tốc thử lớn thì kết cấu bệ thử sẽ lớn, cồng kềnh gây nên sự tiêu tốn công suất lớn. Đối với việc thử phanh trên đường thì vận tốc được chọn là vận tốc mà xe thường hoạt động là hợp lý và sát với thực tế nhất Tuy nhiên, hiện nay vận tốc ô tô ngày càng được nâng cao và việc thử phanh với vận tốc như thế là một công việc hết sức nguy hiểm Tùy theo điều kiện công nghệ của mỗi quốc gia hay hiệp hội để quy định vận tốc thử phanh phù hợp Tiêu chuẩn châu Âu, Nhật, Mỹ chọn vận tốc thử cho xe từ 60- 80 km/h, tiêu chuẩn Liên Xô GOST 25478- 82 chọn vận tốc thử phanh từ 40- 80 km/h Hiện nay, vận tốc thử phanh trên đường theo Tiêu chuẩn Việt Nam 22- TCN 224- 2001 là 30km/h [6], [7]. Đối với việc thử phanh trên bệ thử, nếu vận tốc thử nhỏ hơn 2 km/h thì không đo được lực phanh chính xác và không thể phát hiện hết hư hỏng của hệ thống phanh Một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nếu vận tốc thử nhỏ hơn2km/h thì chỉ phát hiện được từ 40- 45% những hư hỏng của hệ thống phanh Nếu vận tốc thử từ 2- 7km/h thì đã có khả năng phát hiện từ 90- 95% các hư hỏng, như vậy thì không cần phải chọn vận tốc thử cao hơn.
Dựa vào các kết quả nghiên cứu trên và để đảm bảo cho việc đánh giá kết quả được chính xác, ta chọn các vận tốc thử là 2,5 km/h.
4.1.2 Chọn bán kính bánh xe.
Bán kính bánh xe là một thông số rất quan trọng, nó được sử dụng làm chỉ tiêu chính để tính toán khoảng cách giữa các con lăn Khoảng cách này một mặt phải đảm bảo độ ổn định khi bệ thử hoạt động, mặt khác phải đảm bảo cho ô tô ra vào bệ thử được dễ dàng.
Dựa vào các thông số khảo sát ta xác định được các giá trị giới hạn của bán kính bánh xe.
* Xác định bán kính bánh xe nhỏ nhất:
Bán kính bánh xe nhỏ nhất được lấy theo bánh xe của ô tô du lịch Giả thiết chọn ô tô con R2 VAN của hãng KIA sản suất năm 1994 [2] Lắp lốp xe có ký hiệu 145sr12 Với kí hiệu lốp trên, ta có thể xác định được bán kính thiết kế của lốp theo công thức sau: ro =
B: chiều rộng tính theo mm, B = 145 mm d: đường kính vành bánh xe tính theo inch, d = 12“
Thay thế số liệu, ta được: r o =
Do đó, bán kính động học bánh xe được tính: r bx = r o
Tong đó: là hệ số biến dạng của lốp được chọn phụ thuộc vào loại lốp.
- Với lốp áp suất thấp: = 0,930 ÷ 0,935
- Với lốp áp suất cao: = 0,945 ÷ 0,950
Lốp ô tô thông thường là loại lốp áp suất thấp, ta chọn = 0,93.
* Xác định bán kính bánh xe lớn nhất:
- Bán kính bánh xe lớn nhất thông dụng được lắp trên ô tô tải nặng, ta chọn bánh xe của ô tô tải URAL-4320 của Liên Xô cũ có ký hiệu lốp 14.00-20 Tương tự như trên ta có thể xác định được bán kính thiết kế của lốp theo công thức sau: ro = 14 20 2 25 , 4
4.1.3 Xác định hệ số bám.
Hệ số bám φ b giữa bánh xe chủ động và con lăn phải đảm bảo tương đương được điều kiện bám thực tế khi phanh các bánh xe trên mặt đường Hệ số bám của bánh xe và mặt đường trong thực tế phụ thuộc nhiều yếu tố như:
- Vật liệu bề mặt đường: bê tông, bê tông nhựa, đất, sỏi, đá dăm .
- Vật liệu chế tạo lốp, áp suất lốp và dạng hoa lốp.
- Tình trạng của đường: khô, ướt.
- Tốc độ chuyển động của ô tô.
- Tải trọng tác dụng lên bánh xe.
Hình 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám. a) Áp suất trong lốp; b) Tốc độ chuyển động của ôtô; c) Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe; d) Độ trượt giữa bánh chủ động và mặt đường. x
1 Đường khô; 2 Đường ướt. Đồ thị hình 4.1.a) cho thấy quan hệ giữa áp suất lốp và hệ số bám Nếu từ từ tăng áp suất P trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên rồi sau đó lại giảm xuống. Đồ thị hình 4.1.b) cho thấy quan hệ giữa tốc độ chuyển động của ô tô và hệ số bám. Khi xe khởi động là lúc hệ số bám cao nhất, khi tốc độ tăng lên thì hệ số bám giảm từ từ theo đường cong. Đồ thị hình 4.1.c) cho thấy quan hệ giữa tải trọng thẳng đứng của ô tô và hệ số bám Khi tăng tải trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ số bám giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính.
Sự khác biệt giữa trạng thái mặt đường ảnh hưởng lớn đến hệ số bám Khi đường ướt thì các ảnh hưởng của áp suất trong lốp, của tốc độ chuyển động và tải trọng thẳng đứng trên bánh xe đến hệ số bám càng lớn. Đồ thị hình 4.1.d) cho thấy quan hệ giữa hệ số trượt của bánh xe chủ động và hệ số bám Hệ số trượt của bánh xe chủ động và mặt đường ảnh hưởng rất lớn đến hệ số bám Từ đồ thị ta thấy khi tăng độ trượt (trượt lê hay trượt quay) của bánh xe thì lúc đầu hệ số bám tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt 15- 25% Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám giảm, khi độ trượt S = 100% (nghĩa là lốp bị trượt lê hoàn toàn) thì hệ số bám giảm 20%- 30% so với hệ số bám cực đại khi đường ướt còn có thể giảm hơn nữa, đến 50- 60%.
Do hệ số bám phụ thuộc bởi nhiều yếu tố khác nhau và việc xác định các yếu tố này để áp dụng trong tính toán gặp nhiều khó khăn, cho nên thường người ta sử dụng giá trị hệ số bám trung bình, phụ thuộc vào loại đường theo bảng 4.1:
Bảng 4.1 Hệ số bám ( theo loại đường và tình trạng mặt đường).
Loại đường và tình trạng mặt đường Hệ số bám φ d Đường nhựa hoặc đường bêtông :
Hệ số bám của lốp và con lăn gọi là hệ số bám của bệ thử (φ b ) phụ thuộc vào tính chất ma sát của vật liệu phủ bề mặt con lăn và áp suất lốp, trạng thái bề mặt của lốp xe Hệ số bám của bệ thử b không được nhỏ hơn 0,6 Chọn hệ số bám của bệ thử φ b = 0,65.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CON LĂN
4 2.1 Chọn phương án bố trí con lăn.
Hình 4.2 Các phương án bố trí con lăn. a Các con lăn đường kính bằng nhau bố trí ngang nhau. b Các con lăn đường kính bằng nhau bố trí lệch nhau. c Các con lăn đường kính khác nhau bố trí ngang nhau. d Các con lăn đường kính khác nhau bố trí lệch nhau.
1 Bánh xe kiểm tra; 2 Con lăn sau (con lăn chủ động);
3 Con lăn trước ( con bị động).
Con lăn là chi tiết quan trọng nhất trong cấu tạo của bệ thử Nó có nhiệm vụ truyền lực từ nguồn dẫn động đến bánh xe thông qua lực bám Việc tính toán tốt các thông số kết cấu của con lăn sẽ giúp cho việc thiết kế bệ thử được hợp lý, gọn nhẹ và đảm bảo các chỉ tiêu, hiệu quả mong muốn.
Các con lăn có thể có đường kính bằng nhau hoặc khác nhau, các trục con lăn có thể bố trí có chiều cao so với đáy bệ thử bằng nhau hoặc con lăn sau bố trí cao hơn con lăn trước Các phương án bố trí con lăn được thể hiện như trên hình 4.2.
Thông thường người ta bố trí con lăn phía sau là con lăn chủ động nhằm mục đích tăng lực bám do dưới tác dụng của lực phanh trọng tâm của trục có xu hướng bị đẩy về phía sau làm tăng áp lực lên bề mặt con lăn sau. Đường kính con lăn bị động có thể bố trí nhỏ hơn đường kính con lăn chủ động để làm giảm kích thước và trọng lượng bệ thử Nhưng việc bố trí con lăn bị động có đường kính nhỏ hơn trong một phạm vi nào đó không có lợi về mặt chịu lực (tải trọng phân bố lên con lăn bị động thường lớn hơn) và làm tăng sự trượt bởi con lăn bị động cũng tham gia truyền lực. Đường tâm trục con lăn (hai con lăn có đường kính bằng nhau) bố trí ngang nhau tức là đường tâm trục hai con lăn cùng nằm trên mặt phẳng ngang có ưu điểm là lắp đặt hai con lăn đơn giản và xe vào ra bệ thử từ hai phía Nhưng kiểu bố trí này có nhược điểm là xe bị đẩy về phía sau khi thử phanh cấp tốc Đặc biệt là khi bán kính bánh xe thử thay đổi lớn, nếu để thỏa mãn điều kiện ổn định, khi thử đối với xe có bán kính bánh xe lớn thì khoảng cách trục của hai con lăn phải lớn, ngược lại để thỏa mãn điều kiện vượt dốc đối với xe có bán kính bánh xe nhỏ thì khoảng cách trục của hai con lăn phải nhỏ Do đó để khắc phục nhược điểm này ta chọn phương án bố trí hai con lăn lệch nhau, đối với con lăn bị động phía trước theo chiều tiến của xe thấp hơn con lăn chủ động phía sau một khoảng a (hình 4.2.b).
4.2.2 Xác định khoảng cách thử cần thiết.
Khoảng cách thử cần thiết phụ thuộc vào chiều rộng cơ sở của ô tô cần kiểm tra.
Dựa vào các thông số khảo sát, ta nhận thấy chiều rộng cơ sở của ô tô dao động khá rộng Để đảm bảo tính vạn năng của thiết bị, ta chọn khoảng cách thử cần thiết nhỏ nhất đối với loại ô tô du lịch ZAZ-968 “ ZAPORDES ” và khoảng cách thử cần thiết lớn nhất cho loại ô tô tải URAL- 4320 [2].
* Khoảng cách thử nhỏ nhất: Hình 4.3.
Ta xác định khoảng cách thử cần thiết nhỏ nhất đối với loại ô tô du lịch ZAZ-
968 “ ZAPORDES ” nơi sản xuất Liên Xô cũ Ôtô này có các thông số cơ bản sau :
- Chiều rộng cơ sở nhỏ nhất (cầu trước): 1200 mm.
Hình 4.3 Sơ đồ tính khoảng cách thử cần thiết nhỏ nhất.
Như vậy chiều rộng nhỏ nhất cần thiết của bệ thử là:
-Bo: chiều rộng cơ sở của ô tô, Bo = 1200 mm.
- B: chiều rộng lốp xe, B = 6,15 inch = 156,2 mm.
- a: khoảng cách an toàn giữa lốp xe và thành bệ, a = 100 mm.
Thay thế số liệu, ta được:
* Khoảng cách thử lớn nhất: Hình 4.4.
Ta xác định khoảng cách thử cần thiết lớn nhất đối với loại ô tô tải URAL- 4320.Nơi sản xuất Liên Xô cũ Các thông số cơ bản của loại ô tô này như sau:
- Chiều rộng cơ sở lớn nhất (cầu sau ): 2000 mm.
Hình 4.4 Sơ đồ tính khoảng cách thử cần thiết lớn nhất.
Như vậy chiều rộng lớn nhất cần thiết của bệ thử là:
- Bo: chiều rộng cơ sở của ô tô, Bo = 2000 mm.
- B: chiều rộng lốp xe, B = 14 in = 335,6 mm.
- a: khoảng cách an toàn giữa lốp xe và thành bệ, 100 mm
Thay thế số liệu, ta được:
4.2.3 Tính toán thiết kế đường kính con lăn :
Như chúng ta đã biết, con lăn truyền lực đến bánh xe nhờ lực bám, mà lực bám thì phụ thuộc vào hệ số bám giữa bề mặt con lăn và bánh xe.
Ngoài các yếu tố thuộc về kết cấu của lốp xe (áp suất lốp, dạng hoa lốp, tải trọng ), hệ số bám giữa bánh xe chủ động và con lăn phụ thuộc các yếu tố như: nguyên liệu chế tạo bề mặt con lăn, hình dạng bề mặt con lăn và đặc biệt là đường kính con lăn. Điều kiện tác dụng của lốp xe với sự quay của con lăn và với mặt đường là khác nhau, trong quá trình đó có sự thay đổi của lực phân bố ở các vị trí tiếp xúc của lớp bề mặt lốp Đại lượng đặc trưng cho sự phân bố áp lực riêng ở chỗ tiếp xúc là hệ số ma sát và lực cản dao động.
Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng diện tích tiếp xúc giữa lốp với bề mặt con lăn nhỏ hơn diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường còn áp lực riêng thì lớn hơn Thực nghiệm cho thấy áp lực riêng của lốp xe và con lăn lớn hơn 30 ÷ 35 %, điều đó dẫn đến thay đổi hệ số bám.
Theo các tài liệu được công bố thì độ cong của con lăn ảnh hưởng đến độ trượt của bánh xe, tức là độ trượt phụ thuộc vào đường kính của con lăn Nói một cách tổng quát hơn thì độ trượt của lốp xe và bề mặt con lăn phụ thuộc vào tỷ số đường kính của con lăn với đường kính của bánh xe Sự quan hệ được thể hiện trên đồ thị hình 4.5.
Hình 4.5 Đồ thị quan hệ độ trượt bánh xe theo tỷ số a = Dcl /Dbx.
Trên đồ thị hình 4.5, S T là độ trượt giữa bánh xe và mặt con lăn, a là tỷ số giữa đường kính con lăn và đường kính bánh xe Dựa vào đồ thị này ta thấy sự trượt tương đối ổn định khi a > 0,4, bắt đầu tăng khi a = 0,25 ÷0,4 và tăng rất nhanh khi tỷ số a
