Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

Nhóm sinh viên thực hiện “ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỘNG LỰC” xin cam đoan:Đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN DÙNG CHO HỌCTẬP”, dựa trên sự cố gắng, nỗ lực của cả nhóm, giúp đỡ từ ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Lớp: 18DL1

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022

Người hướng dẫn: ThS Đỗ Phú Ngưu

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tài Nguyên 1811504210127

Trần Tiến Kha 1811504210114 Mai Huy Đạt 1811504210207

Nhận xét người hướng dẫn

i

Nhận xét của người phản biện

iii

Tên đề tài: “Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập”

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tài Nguyên 1811504210127 18DL1

Mai Huy Đạt 1811504210207 18DL2

Trần Tiến Kha 1811504210114 18DL1 Lớp học phần: Đồ án tốt nghiệp động lực (221DTNDL04)

Học phần đồ án tốt nghiệp là một trong những học phần cuối cùng và nó mangtính quyết định của sinh viên Đòi hỏi người học phải am hiểu và có kiến thức chuyênsâu về ngành Với học phần đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em tham gia đăng ký đề tài

“Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập”

Trên cơ sở những kiến thức đã học ở trường, cộng với sự tìm tòi Nhóm sinh viênchúng em đã thiết kế mô hình với mục đích là nền tảng ban đầu để phát triển và đưasản phẩm thực tế với giá thành cạnh tranh ra thị trường Bên cạnh đó, mô hình nàycũng phục vụ công tác học tập

Nhóm em đã tham khảo một số mẫu mô hình trên thị trường, sau đó lên kế hoạchcho bảng thiết kế cho mô hình của mình Thông qua những mẫu đã tham khảo và tìmhiểu thì chúng em đã thiết kế được mẫu cho riêng mình Đề tài chúng em gồm nhữngcông việc chính như thiết kế khung sườn, bảo dưỡng các chi tiết và chạy thành công

mô hình Trong quá trình thiết kế mô hình hiểu được cấu tạo, nguyên lý, nhiệm vụ,chức năng của từng chi tiết có trong mô hình đã được thầy hướng dẫn bàn giao Tìmhiểu và đưa ra giải pháp thiết kế mô hình sao cho hiệu quả nhất Nhận biết được các hư

hỏng cách khắc phục những vấn đề đó Hiểu rõ hơn về hệ thống phanh khí nén, ngoài

ra còn tìm hiểu thêm hệ thống ABS trên phanh khí nén Về phần thử nghiệm đo đượcmomem lực phanh trên mô hình

v

KHOA CƠ KHÍ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đỗ Phú Ngưu

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tài Nguyên 1811504210127

1 Tên đề tài: “Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập”

2 Các thông số, tài liệu ban đầu.

3 Nội dung chính của đồ án:

‐ Mục đích ý nghĩa của đề tài

‐ Tổng quan về hệ thống phanh

‐ Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

‐ Kiểm tra, chạy thử nghiệm mô hình

‐ Đánh giá kết quả thực hiện

4 Các sản phẩm dự kiến: Một mô hình có thể vận hành tốt, sinh viên dễ dàng hiểu rõ

hơn về hệ thống phanh khí nén, báo cáo đồ án tốt nghiệp đúng quy định

5 Ngày nhận đồ án: 14/2/2022

6 Ngày nộp đồ án: 24/6/2022

7 Kết quả dự kiến đạt được

‐ 01 mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

‐ 01 Báo cáo đồ án tốt nghiệp khoảng 60 trang, đề cương

Đà Nẵng, ngày … …tháng … năm 2022

Đỗ Phú Ngưu

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân cần chuyên chở khốilượng lớn về hàng hóa và hành khách Nên ô tô trở thành một trong những phương tiệnchủ yếu, phổ biến để chuyên chở hàng hóa và hành khách, được sử dụng rộng rãi trênmọi lĩnh vực đời sống kinh tế - xã hội con người Phanh ô tô là một bộ phận rất quantrọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn ở tốc độ cao Nên hệ thống phanh ô tôcần thiết bảo đảm: bền vững, tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính ổn địnhcủa xe, điều chỉnh lực phanh được để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành

Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng

Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là “Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí néndùng cho học tập” Tuy là một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích cùa

đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiếnthức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực

tế Do đó việc thiết kế mô hình này thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và bổích

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Đỗ Phú Ngưu, các thầy trongkhoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiếnthức đã học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này Mặc dù vậy, do kiến thức của em cóhạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh những thiếu sót Em mongcác thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn hảo hơn

Nhóm thực thiện đề tài xin gửi lời cảm ơn tới thầy ThS Đỗ Phú Ngưu đã tận tìnhhướng dẫn, giúp đỡ nhóm trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Nhóm xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong khoa Cơ khí đã chỉ dạy cho nhómnhững kiến thức nền tảng ngành tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm tìm hiểu đề tài.Xin cảm ơn các anh và các bạn đã có nhiều góp ý để nhóm thực hiện tốt đề tài.Chương 1:

vii

Nhóm sinh viên thực hiện “ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỘNG LỰC” xin cam đoan:

Đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN DÙNG CHO HỌCTẬP”, dựa trên sự cố gắng, nỗ lực của cả nhóm, giúp đỡ từ phía nhà trường và dưới sựhướng dẫn nhiệt tình của thầy Thạc sĩ Đỗ Phú Ngưu

Mọi thông số kỹ thuật, số liệu phân tích, viết báo cáo, xây dựng mô hình đều donhóm sinh viên chúng em tự tìm hiểu, phân tích kỹ càng một cách khách quan, uy tín,trung thực, có nguồn gốc rõ ràng Nhóm chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu

có sự không trung thực trong quá trình nghiên cứu đề tài này

Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2022

Nhóm sinh viên thực hiện

(Chữ ký, họ và tên sinh viên)

MỤC LỤC

Nhận xét người hướng dẫn

Nhận xét, đánh giá của doanh nghiệp

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Công dụng của hệ thống phanh

1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh

1.3 Phân loại

1.4 Kết cấu hệ thống phanh trên ô tô

1.4.1 Cơ cấu phanh

1.4.1.1 Cơ cấu phanh guốc

1.4.1.2 Cơ cấu phanh đĩa

1.4.1.3 Cơ cấu phanh dải

1.4.2 Dẫn động phanh

1.4.2.1 Dẫn động bằng thủy lực

1.4.2.2 Dẫn động phanh khí nén

1.5 Giới thiệu chung về hệ thống ABS trên phanh khí nén

1.5.1 Khái niệm

1.5.2 Cấu tạo và hoạt động

1.5.2.1 Bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm (ECU)

1.5.2.2 Van chấp hành ABS

1.5.2.3 Cảm biến tốc độ xe

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu chung về phanh khí nén

2.1.1 Khái niệm

2.1.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống phanh khí nén

2.1.3 Nguyên lý làm việc

ix

2.1.5 Nhiệm vụ - yêu cầu hệ thống phanh khí nén

2.1.5.1 Nhiệm vụ

2.1.5.2 Yêu cầu

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các bộ phận trên hệ thống phanh khí nén 22 2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van phanh kép

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phanh trước

2.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cơ cấu phanh sau

2.2.4 Máy nén khí

2.2.5 Bình chứa và van xả khí

2.2.6 Bầu phanh

2.2.6.1 Bầu phanh đơn

2.2.6.2 Bầu phanh kép (Bầu lốc kê)

2.3 Tính toán

2.3.1 Tính toán thiết kế cơ cấu phanh (xe Ben Hyundai Ex8 GT)

2.3.1.1 Các số liệu đã biết

2.3.1.2 Xác định tọa độ trọng tâm của xe theo chiều dọc

2.3.1.3 Xác định momen cần sinh ra ở các cơ cấu phanh

2.3.2 Xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh

2.3.2.1 Các số liệu cơ bản

2.3.2.2 Xác định momen phanh do cơ cấu phanh trước sinh ra

2.3.2.3 Xác định momen phanh do cơ cấu phanh sau sinh ra

2.3.3 Xác định áp suất phanh

Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN DÙNG CHO HỌC TẬP

3.1 Thiết kế khung mô hình

3.2 Bảo dưỡng các chi tiết và tiến hành lắp lên khung

3.2.1 Những nội dung bảo dưỡng cơ cấu phanh

3.2.2 Chuẩn bị nơi thực hành tháo lắp bảo dưỡng

3.2.2.1 Dụng cụ

3.2.2.2 Vật tư – giẻ sạch

3.2.3 Lắp các chi tiết lên khung

3.3 Những lưu ý khi sử dụng mô hình phanh khí nén dùng cho học tập

3.4 So sánh về hệ thống phanh khí nén và phanh thủy lực

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng [1] 7

Hình 1.2 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thủy lực [1] 10

Hình 1.3 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp [1] 11

Hình 1.4 Sơ đồ dẫn động thủy lực trợ lực chân không [1] 12

Hình 1.5 Sơ đồ dẫn động ô tô đơn không kéo moóc [1] 14

Hình 1.6 Cơ cấu phanh đĩa ABS 15

Hình 1.7 ECU [2] 16

Hình 1.8 Trạng thái van chấp hành ABS khi không làm việc [2] 17

Hình 1.9 Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giảm áp [2] 17

Hình 1.10 Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giữ áp [2] 18

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén [2] 20

Hình 2.2 Kết cấu của van phanh kép [2] 22

Hình 2.3 Cơ cấu phanh trước [2] 23

Hình 2.4 Cơ cấu phanh sau 24

Hình 2.5 Máy nén khí trên ô tô [2] 25

Hình 2.6 Máy nén khí sử dụng trên mô hình 26

Hình 2.7 Bình chứa 27

Hình 2.8 Van xả [2] 27

Hình 2.9 Khi phanh [2] 28

Hình 2.10 Không phanh [2] 28

Hình 2.11 Bầu phanh kép [2] 29

Hình 2.12 Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô (trường hợp ô tô đầy tải) [3] 30

Hình 2.13 Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh (trường hợp ô tô đầy tải) [3] 31

Hình 2.14 Sơ đồ tính [3] 34

Hình 2.15 Biểu đồ phân bố áp suất trên má phanh [3] 36

Hình 3.1 Mô hình tham khảo 40

Hình 3.2 Gia công và chế tạo khung 41

Hình 3.3 Hoàn thiện khung mô hình 42

Hình 3.4 Chi tiết đã được vệ sinh và bảo dưỡng 43

xi

Hình 3.6 Lắp máy nén khí 44Hình 3.7 Mô hình hoàn thiện 80% 44Hình 3.8 Mô hình hoàn thiện 45

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

Z Hợp lực các phản lực thẳng góc từ đường tác dụnglên bánh xe

a, b mm Khoảng cách trọng tâm của xe đến trục bánh

J p m/s2 Gia tốc chậm dần khi phanh

hg mm Toạ độ trọng tâm xe theo chiều cao

d k mm Đường kính vòng tròn cơ sở của cam

l k mm Chiều dài đòn dẫn động cam trước

S1 mm2 Diện tích làm việc của màng bầu phanh

CHỮ VIẾT TẮT:

ABS (Anti-lock Braking System) Hệ thống chống hãm cứng bánh xe

ECU (Electronic Control Unit) Bộ điều khiển điện tử

ESC (Electronic Stability Control) Hệ thống điều khiển cân bằng điện tử

xiii

MỞ ĐẦU

Hệ thống phanh khí nén trên ô tô ngày càng phát triển hoàn thiện về kếtcấu và quá trình điều khiển, nâng cao tính năng an toàn cho xe ô tô Nhiềuthành tựu khoa học, công nghệ được ứng dụng ngày càng phổ biến trên ô tô nóichung và hệ thống phanh khí nén nói riêng Trên cơ sở phân tích, đánh giá cáccông trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam, đồ án đề xuất các nội dung

và phương pháp nghiên cứu

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật điện tử thìtất cả các hệ thống trên ô tô nói chung và hệ thống phanh nói riêng ngày đượchoàn thiện hơn, chất lượng hơn và tối ưu hơn

Hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn khi xe vận hành trên đường

đó là hệ thống phanh Tai nạn giao thông do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớnnhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên Chính vì vậy hiện nay hệ thốngphanh ngày càng được cải tiến Đặc biệt với các xe tải lớn hệ thống phanh là vôcùng quan trọng do xe có trọng lượng lớn nên khi xe chạy gặp các chướng ngạivật trên đường mà hệ thống phanh không làm việc tốt sẽ rất nguy hiểm Vì thế

em quyết định lựa chọn đề tài thiết kế hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập,

từ đó làm quen với hệ thống phanh khí nén hiện đại ngày nay, giúp em hiểu sâuhơn về hệ thống phanh và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong hệ thống,

để thuận lợi cho việc thiết kế, sửa chữa hệ thống phanh khí nén sau này

Vì vậy em chọn đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH KHÍNÉN DÙNG CHO HỌC TẬP”

Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tìm hiểu kết cấu và nguyên lýhoạt động của các chi tiết trong hệ thống phanh

Em hy vọng đề tài này như là một tài liệu chung nhất để giúp người sửdụng tự tìm hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc, cũng như cách khắc phục các hưhỏng nhằm sử dụng và bảo dưỡng hệ thống phanh một cách tốt nhất để đảm bảo

an toàn cho người và tài sản

2 Mục đích của đề tài

Với yêu cầu nội dung của đề tài, mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành

đề tài như sau:

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 14

Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

- Nắm được cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh khí nén, hiểu được cấu tạo,nguyên lý hoạt động các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh khí nén

3 Đối tượng nghiên cứu

- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong của hệ thốngphanh khí nén

- Vị trí và công dụng của các bộ phận trong hệ thống phanh khí nén

4 Bố cục thuyết minh

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 15 Mai Huy Đạt

Nguyễn Tài Nguyên

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Công dụng của hệ thống phanh

Trên ô tô phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng đảm bảo cho ô tô chuyểnđộng an toàn ở mọi chế độ nhờ đó mới phát huy hết khả năng động lực, nângcao tốc độ ô tô cũng như là năng suất vận chuyển của xe Hệ thống phanh đượcdùng để:

- Giảm tốc độ của ô tô đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiếtnào đó

- Giữ ô tô đứng yên trên đường dốc với thời gian không hạn chế

1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh

Nói chung hệ thống phanh là một hệ thống an toàn của xe nên để đảm nhận đượcvai trò này khi thiết kế cũng như khi làm việc hệ thống phanh cần phải đảm bảo nhữngyêu cầu sau:

- Làm việc bền vững, tin cậy Để đạt được điều này hệ thống phanh của ô

tô bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh đó là: Phanh làm việc (phanh chính),phanh dự trữ và phanh dừng, ngoài ra đối với các ô tô có tải trọng lớn hoặc ô tôhay làm việc ở các vùng đồi núi thường xuyên phải xuống dốc dài còn có loạiphanh chậm dần dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ ô tô máy kéo khôngvượt quá tốc độ cho phép hoặc để giảm dần tốc độ của ô tô nhằm tránh cho hệthống phanh chính làm việc quá nhiều gây mòn nhanh má phanh và sinh ranhiệt độ cao

- Các loại phanh trên có thể có các bộ phận chung và nhiệm vụ của nhaunhưng để đảm bảo an toàn chúng phải có ít nhất hai bộ phận điều khiển và dẫnđộng độc lập, ngoài ra để tăng thêm độ tin cậy hệ thống phanh chính còn đượcphân thành các dòng độc lập để nếu có một dòng nào hỏng thì các dòng còn lạivẫn có thể làm việc bình thường

- Có hiệu quả phanh cao, khi phanh đột ngột với cường độ lớn trongtrường hợp nguy hiểm Hay phải đảm bảo gia tốc chậm dần cực đại để quãngđường phanh ngắn nhất

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ô tô khiphanh Để phanh được êm dịu và để người lái cảm giác điều khiển được đúngcường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo quan hệ tỷ lệ giữa lựctác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở các bánh xe,

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 16

Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

chính vì điều này trong các loại dẫn động thuỷ lực có trợ lực hay dẫn động khínén đều có cơ cấu tỷ lệ đảm bảo quan hệ này Đồng thời để đạt được yêu cầutrên phải không được có hiện tượng tự siết khi phanh

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạnchế

- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô máy kéo khi phanh Muốnvậy cần phải phân bố lực phanh ra các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải đảm bảomột số yêu cầu chính như sau:

+ Không có hiện tượng khoá cứng hay trượt các bánh xe khi phanh vì:Các bánh xe nếu các bánh trước bị trượt sẽ làm cho ô tô bị trượt ngang còn cácbánh xe sau bị trượt có thể làm cho ô tô máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu

xe Ngoài ra khi các bánh xe bị trượt còn gây ra mòn lốp, giảm hiệu quả phanh

+ Lực phanh trên các bánh xe phải và trái trên cùng một cầu phải khôngđược sai lệch quá phạm vi cho phép (không vượt quá 15% giá trị lực phanh lớnnhất)

+ Không có hiện tượng tự phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng vàkhi quay vòng

+ Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh phải cao để cơ cấu phanhđược nhỏ gọn đồng thời phải ổn định trong mọi điều kiện sử dụng để hiệu quảphanh được đảm bảo

+ Toàn bộ động năng của ô tô khi phanh sẽ biến thành nhiệt năng do đó

hệ thống phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt

+ Để giảm lao động cho người lái lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hayđòn điều khiển phải nhỏ, đồng thời để điều khiển được thuận tiện hành trìnhtương ứng của bàn đạp phải nằm trong một phạm vi cho phép

1.3 Phân loại

Hệ thống phanh gồm có các cơ cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc củacác bánh xe hoặc một trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh

để dẫn động cơ cấu phanh

Tùy theo tính chất điều khiển mà chia ra:

- Phanh chân

- Phanh tayTùy theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực màchia ra:

- Phanh truyền lực.

Theo bộ phận tiến hành phanh, cơ cấu phanh còn chia ra:

- Phanh đĩa: theo số lượng đĩa quay còn chia ra:

+ Một đĩa quay+ Nhiều đĩa quay

- Phanh trống - guốc: Theo đặc tính cân bằng thì được chia ra:

+ Phanh cân bằng+ Phanh không cân bằng+ Phanh dãi

Theo đặc điểm hình thức dẫn động, truyền động phanh thì chia ra:

- Phanh cơ khí

- Phanh thủy lực (phanh dầu)

- Phanh khí nén (phanh hơi)

- Phanh điện từ

- Phanh liên hợpPhanh truyền động bằng cơ khí thì được dùng làm phanh tay và phanhchân ở một số ô tô trước đây Nhược điểm của loại phanh này là đối với phanhchân, lực tác động lên bánh xe không đồng đều và kém nhạy, điều khiển nặng

nề, nên hiện nay ít sử dụng Riêng đối với phanh tay thì chỉ sử dụng khi ô tôdừng hẳn và hỗ trợ cho phanh chân khi phanh gấp và thật cần thiết, nên hiệnnay nó vẫn được sử dụng phổ biến trên ô tô

Phanh truyền động bằng thủy lực thì được dùng phổ biến trên ô tô du lịch

và xe ô tô tải trọng nhỏ

Phanh truyền động bằng khí nén thì được dùng trên ô tô tải trọng lớn và ô

tô hành khách Ngoài ra nó còn dùng trên ô tô vận tải, tải trọng trung bình cóđộng cơ diesel cũng như trên các ô tô kéo đoàn xe

Phanh truyền động bằng điện thì được dùng trên các đoàn ô tô, ô tô kéonhiều rơ moóc

Phanh truyền động liên hợp thủy khí thì được dùng trên các ô tô và đoàn ô

tô có tải trọng lớn và rất lớn

1.4 Kết cấu hệ thống phanh trên ô tô

1.4.1 Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên

lý ma sát Trong quá trình phanh động năng của ô tô được biến thành nhiệt năng

ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 18

Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

Kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ cũng có hai phần chính là: Các phần tử

ma sát và cơ cấu ép

Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điềuchỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủylực,

Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống - guốc, đĩa haydải Mỗi dạng có một đặc điểm riêng biệt

1.4.1.1 Cơ cấu phanh guốc

Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:

- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moay ơ bánh xe

- Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh)

- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định vịhầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh

- Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động,

sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ralực ma sát để phanh bánh xe lại

- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanh cầnphải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,2  0,4) mm để cho phanh nhả đượchoàn toàn Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hành trình của

cơ cấu ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay lượng tiêu thụ không khí nén,tăng thời gian chậm tác dụng, Để tránh những hậu quả xấu đó, phải có cơ cấu để điềuchỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh

Có hai phương pháp để điều chỉnh: Bình thường bằng tay và tự động

Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh (Hình 1.1).Các sơ đồ này khác nhau ở chỗ:

- Dạng và số lượng cơ cấu ép

- Số bậc tự do của các guốc phanh

Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép

và do vậy khác nhau ở:

Hiệu quả làm việc

- Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc

- Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe

- Mức độ phức tạp của kết cấu

Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, được sử dụng thông dụng nhất

là các sơ đồ trên hình 1.1a và 1.1b Tức là sơ đồ với guốc phanh một bậc tự do,

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 19 Mai Huy Đạt

Nguyễn Tài Nguyên

quay quanh hai điểm cố định đặt cùng phía và một cơ cấu ép Sau đó đến các sơ

Hình 1.1 Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng [1]

a Ép bằng cam; b Ép bằng xi lanh thủy lực; c Hai xi lanh ép, guốc phanh một bậc tự do; d Hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do; e Cơ cấu phanh tự cường hóa.

1.4.1.2 Cơ cấu phanh đĩa

Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ô tô du lịch

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 20

Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

Phanh đĩa có các loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng

ma sát quay

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghéphai kim loại khác nhau

Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống guốc như sau:

- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phảiđiều chỉnh

- Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0,050,15) mm nên rất nhạy, giảm đượcthời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động

+ Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá trị củachúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạngcủa kết cấu Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí trong bánh xe

+ Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

+ Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay

- Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:+ Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín

+ Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh

- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt xước

+ Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nênkhi động cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng đểkết hợp làm phanh dừng

1.4.1.3 Cơ cấu phanh dải

Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích Vì nó dùng phối hợpvới ly hợp chuyển hướng tạo được một kết nối rất đơn giản và gọn

Phanh dải có một số loại, khác nhau ở phương pháp nối đầu dải phanh và do đókhác nhau ở hiệu quả phanh

Phanh dải đơn giản không tự siết: Khi tác dụng lực, cả hai đầu dải phanh đượcrút lên siết vào trống phanh Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu quả phanhkhông phụ thuộc chiều quay Nhược điểm là hiệu quả phanh không cao

Phanh dải đơn giản tự siết một chiều: Nhờ có một đầu được nối cố định nên hiệuquả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần Tuy vậy khi phanhthường dễ bị giật, không êm

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 21 Mai Huy Đạt

Nguyễn Tài Nguyên

Phanh dải loại kép: Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nào thì hiệuquả phanh của nó cũng không đổi và luôn luôn có một nhánh tự siết.

Phanh dải loại bơi: Nó làm việc tương tự như phanh dải đơn giản tự siết, nhưnghiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay

Tất cả các loại phanh dải đều có chung nhược điểm là áp suất trên bề mặt ma sátphân bố không đều Nên má phanh mòn không đều và tải trọng hướng kính tác dụnglên trục lớn

1.4.2 Dẫn động phanh

Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh

Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính: cơ khí, thủy lực và khínén Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu suất thấp và khóđảm bảo phanh đồng thời các bánh xe Nên đối với hệ thống phanh làm việc của ô tôđược sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực và khí nén

Lực tác động lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển phanh cũng như hành trìnhbàn đạp và đòn điều khiển phanh phụ thuộc ở momen phanh cần sinh ra và các thông

số dẫn động phanh

1.4.2.1 Dẫn động bằng thủy lực

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vận tải

có tải trọng nhỏ, gồm các cụm chủ yếu sau: xy lanh phanh chính, bộ trợ lực phanh, xylanh làm việc ở các bánh xe

- Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là:

+ Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ

+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dòng dẫnđộng chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh ép vào trống phanh

+ Hiệu suất cao

+ Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp

+ Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấuphanh

- Nhược điểm của dẫn động thủy lực:

+ Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn độngkhông làm việc được

+ Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợlực để giảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 22

Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

+ Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rungđộng và momen phanh không ổn định

+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng

Các loại sơ đồ phân dòng dẫn động:

- Theo hình thức dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm hai loại:

+ Truyền động phanh một dòng: Truyền động phanh một dòng được sử dụngrộng rãi trên một số ô tô trước đây vì kết cấu của nó đơn giản

+ Truyền động phanh nhiều dòng: Dẫn động hệ thống phanh làm việc nhằmmục đích tăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ cấu điềukhiển chung là bàn đạp phanh Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng cònlại vẫn phanh được ô tô - máy kéo với một hiệu quả phanh nào đó

Mỗi sơ đồ đều có các ưu nhược điểm riêng Vì vậy, khi chọn sơ đồ phân dòngphải tính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính:

+ Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

+ Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

+ Mức độ phức tạp của dòng dẫn động

Thường sử dụng nhất là sơ đồ hình (1.2a) sơ đồ phân dòng theo yêu cầu Ðây là

sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầutrước

Khi dùng các sơ đồ hình (1.2b, c và d) sơ đồ phân dòng chéo, sơ đồ phân 2 dòngcho cầu trước, 1 dòng cho cầu sau và sơ đồ phân dòng chéo cho cầu sau 2 dòng chocầu trước thì hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo không thấp hơn50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ hình (1.2b và d) lực phanh sẽkhông đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai dòng bị hỏng.Ðiều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tay đòn âm)

- Sơ đồ hình 1.2e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

c)b)

a)

Hình 1.2 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thủy lực [1]

- Theo loại năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm 3 loại:+ Dẫn động tác động trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉbằng lực tác dụng người lái.

+ Dẫn động tác động gián tiếp: Cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ lựcngười lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp

+ Dẫn động dùng bơm và các bộ tích năng: lực tác dụng lên cơ cấu phanh là áplực của chất lỏng cung cấp từ bơm và các bộ tích năng thủy lực

Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp

Sơ đồ và nguyên lý làm việc: (Hình 1.3)

1,8 Xy lanh bánh xe; 3,4 Piston trong xy lanh chính;

2,7 Ðường ống dẫn dầu đến xy lanh bánh xe; 5 Bàn đạp phanh; 6 Xy lanh chính

- Nguyên lý làm việc:

+ Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh 5, piston 4 trong xylanh chính 6 sẽdịch chuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy piston 3 dịch chuyển sang trái Do

đó áp suất trong khoang B cũng tăng lên theo Chất lỏng bị ép đồng thời theo các ống

2 và 7 đi đến các xy lanh bánh xe 1 và 8 để thực hiện quá trình phanh

+ Khi người lái nhả bàn đạp phanh 5 thì dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, cácpiston trong xy lanh của bánh xe 1 và 8 sẽ ép dầu trở về xylanh chính 6, kết thúc mộtlần phanh

Dẫn động tác động gián tiếp:

- Dẫn động thủy lực dùng bầu trợ lực chân không

- Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trongđường nạp của động cơ để tạo lực phụ cho người lái Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả trợ

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 24

B 6

A

7

8

5 4

3 2

1

Hình 1.3 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp [1]

Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

lực, kích thước của các bộ trợ lực chân không thường phải lớn hơn và chỉ thích hợpvới các xe có động cơ xăng cao tốc

- Sơ đồ dẫn động thuỷ lực trợ lực chân không: (Hình 1.4)

Hình 1.4 Sơ đồ dẫn động thủy lực trợ lực chân không [1]

1,2 Ðường ống dẫn dầu phanh đến xy lanh bánh xe; 3 Xy lanh chính; 4 Ðường nạp động cơ; 5 Bàn đạp; 6 Lọc; 7 Van chân không; 8 Cần đẩy; 9 Van không khí;

10 Vòng cao su của cơ cấu tỷ lệ; 11 Màng (hoặc piston) trợ lực; 12 Bầu trợ lực chân

không

- Nguyên lý làm việc:

+ Bầu trợ lực chân không 12 có hai khoang A và B được phân cách bởi piston

11 (hoặc màng) Van chân không 7, làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A và B khinhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 9, làm nhiệmvụ: Cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường thôngcủa khoang A khi đạp phanh Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ: Làm nhiệm vụ đảm bảo

sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh

+ Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 quavan một chiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không

+ Khi nhả phanh: Van chân không 7 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang

B qua van này và có cùng áp suất chân không

+ Khi phanh: Người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phảilàm van chân không 7 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 25

Mai Huy Đạt

Nguyễn Tài Nguyên

9 mở ra cho không khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A Ðộ chênh lệch áp suất giữahai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực vàqua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xy lanhchính 3, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xy lanh bánh xe để thực hiệnquá trình phanh Khi lực tác dụng lên piston 11 tăng thì biến dạng của vòng cao su 10cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van khôngkhí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực không đổi Muốn tănglực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần 8 lại dịch chuyển sang phải làmvan không khí 9 mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A Ðộ chênh áp tăng lên,vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần 8,làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi

và tỷ lệ với lực đạp Khi lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và

độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại

+ Bộ trợ lực chân không có hiệu quả thấp, nên thường được sử dụng trên các ô

tô du lịch và tải nhỏ

1.4.2.2 Dẫn động phanh khí nén

Dẫn động phanh bằng khí nén được dùng nhiều ở ô tô vận tải có tải trọng cỡtrung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như: máy nén khí, van điều chỉnh áp suất,bình chứa, van phân phối, bầu phanh

Ưu, nhược điểm:

- Ưu điểm:

+ Ðiều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

+ Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khí có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn cóthể làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm)

+ Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác nhau, như:Phanh rơ moóc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén,

+ Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động

- Nhược điểm:

+ Ðộ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn

+ Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn củachất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10 - 15) lần Nên kích thước và khối lượng củadẫn động lớn

+ Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

+ Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 26

Thiết kế mô hình hệ thống phanh khí nén dùng cho học tập

Sơ đồ dẫn động chính: Dẫn động phanh trên ô tô đơn

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 27 Mai Huy Đạt

Nguyễn Tài Nguyên

Sơ đồ và nguyên lý làm việc:

10

9

8 7

Hình 1.5 Sơ đồ dẫn động ô tô đơn không kéo moóc [1]

1 Máy nén khí; 2.Van an toàn; 3 Bộ điều chỉnh áp suất; 4 Bộ lắng lọc và tách ẩm;

5 Van bảo vệ kép; 6,10 Các bình chứa khí nén; 7,9 Các bầu phanh xe kéo; 8 Tổng

van phân phối

Nguyên lý làm việc:

- Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộ lắng lọc

và tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào các bình chứa 6 và 10 Van an toàn 2 có nhiệm

vụ bảo vệ hệ thống khi bộ điều điều chỉnh áp suất 3 có sự cố Các bộ phận nói trên hợpthành phần cung cấp (phần nguồn) của dẫn động

- Từ bình chứa không khí nén đi đến các khoang của van phân phối 8 Ở trạngthái nhả phanh, van 8 đóng đường không khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh và

mở thông các bầu phanh với khí quyển

- Khi phanh: Người lái tác dụng lên bàn đạp, van 8 làm việc: Cắt đường thôngcác bầu phanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh 7 và 9,tác dụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh lái xelại

SVTH: Trần Tiến Kha GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 28