nghiên cứu tính toán động học hệ thống dẫn động phanh của ô tô hino ff3h

Trên mỗi loại ô tô khác nhau sẽ đợc trang bị các hệ thống phanh có kết cấu khác nhau nh: hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí, hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén, hệ thống phanh dẫn độn

Lời nói đầu

Hiện nay, nghành công nghiệp Ô tô trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã và đang có những bớc phát triển mạnh mẽ Ô tô đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nh: Giao thông vận tải, nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, quốc phòng ….Để đáp ứng đ Để đáp ứng đ ợc xu thế đó, nghành công nghiệp Ô tô Việt Nam đã ra đời Hàng loạt các liên doanh sản xuất lắp ráp

Ô tô đợc thành lập nhằm cung cấp cho thị trờng những loại ô tô có kết cấu, tải trọng và giá thành phù hợp với yêu cầu của thị trờng trong nớc.

Ngày nay khi thiết kế chế tạo một chiếc ô tô mới, ngoài việc lựa chọn kết cấu, mẫu mã, chủng loại, giá cả ….Để đáp ứng đ của ô tô và thị hiếu của thị tr ờng thì một trong những quan tâm hàng đầu là tính năng an toàn khi chuyển động của ô tô Tính năng an toàn khi chuyển động đợc thể hiện rõ rệt nhất ở sự làm việc của hệ thống phanh Trên mỗi loại ô tô khác nhau sẽ đợc trang bị các hệ thống phanh có kết cấu khác nhau nh: hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí, hệ thống phanh dẫn

động bằng khí nén, hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực, hệ thống phanh dẫn

động bằng khí nén _ thuỷ lực ….Để đáp ứng đ Trong các hệ thống phanh này thì hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén _ thuỷ lực là một trong những hệ thống phanh đảm bảo rất tốt các yêu cầu khi hoạt động của hệ thống phanh nh: độ ổn định, độ tin cậy, hiệu quả phanh, tính năng điều khiển nhẹ nhàng cho ngời lái ….Để đáp ứng đ và đang đ ợc trang bị phổ biến trên các loại xe tải cỡ trung và cỡ lớn trong đó có ô tô Hino FF3H.

Đối với sinh viên chuyên nghành Cơ khí ô tô, ngoài việc phải nắm bắt rõ về kết cấu, nguyên lý hoạt động ….Để đáp ứng đ của từng cụm tổng thành, từng hệ thống, từng bộ phận trên xe thì việc nghiên cứu tính toán chúng cũng vô cùng cần thiết và hữu ích Có thể nói đồ án thiết kế tốt nghiệp là một nhiệm vụ bắt buộc phải hoàn thành của mỗi sinh viên khi chuẩn bị ra trờng nhng quan trọng hơn nó còn là dịp để mỗi sinh viên vận dụng nhuần nhuyễn những kiến thức đã đợc trang bị để giải quyết một vấn đề cụ thể theo chuyên môn đợc đào tạo.

Xuất phát từ những lý do trên và mong muốn đợc thiết kế một hệ thống dẫn

động phanh hoàn chỉnh, em đã lựa chọn đề tài: Nghiên cứu tính toán động học“Nghiên cứu tính toán động học

hệ thống dẫn động phanh của ô tô Hino FF3H ” Trong đồ án tốt nghiệp này

trình bày những nội dung chính sau:

Chơng 1: Nghiên cứu về kết cấu, nguyên lý hoạt động của cơ cấu phanh và dẫn động phanh của hệ thống phanh khí nén _ thuỷ lực đợc trang bị trên ô tô Hino FF3H.

Chơng 2 của đồ án tập trung vào tính toán động học của hệ thống dẫn động phanh ô tô hino FF3H Đây là chơng cốt lõi của đồ án với nội dung chủ yếu là xây dựng hệ phơng trình vi phân mô tả quá trình làm việc của hệ thống dẫn động phanh dựa trên mô hình tính toán động đợc thiết lập theo kết cấu của hệ thống phanh ô tô Hino FF3H.

Chơng 3 của đồ án tập trung vào mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống dẫn động phanh ô tô Hino FF3H bằng phần mềm Matlab _ Simulink

Sau 3 tháng làm việc khẩn trơng, nghiêm túc của bản thân dới sự hớng dẫn

tận tình của TS Nguyễn Văn Bang và ThS Bùi Vĩnh Phúc em đã hoàn thành các

nội dung của đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên do trình độ bản thân và thời gian còn hạn chế nên đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thày giáo cùng tham gia chỉ bảo, góp ý để đồ án của em đựơc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Bang và ThS Bùi Vĩnh Phúc cùng tập thể giáo viên Bộ môn Cơ khí Ô tô _ Trờng đại học Giao thông vận tải đã

tận tình hớng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành đồ án này.

kết cấu hệ thống phanh ô tô HINO FF3H

I.1 Cấu tạo chung của hệ thống phanh ô tô HINO FF3H

Ô tô HINO FF3H sử dụng loại phanh dẫn động khí nén – thuỷ lực.Trong đó không khí nén tạo ra lực dẫn động, còn truyền động thuỷ lực thì dẫn

động lực đó tới cơ cấu phanh bánh xe

- Sơ đồ cấu tạo :

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

áp suất; 12-Bộ sấy khí; 13-Bầu dầu phanh; 14- Công tắc đèn báo mức dầu phanh; 15- xi lanh phanh khí nén – thuỷ lực; 16- Công tắc đèn báo áp suất; 17- Cụm phanh bánh xe sau; 18- Van điện từ; 19- Van điều khiển phanh động cơ; 20- Máy nén khí.

Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh ô tô HINO FF3H đợc trình bày trên hình 1.Qua sơ đồ cấu tạo, ta có thể có thể nhận thấy hệ thống phanh đợc chia thành bacụm chính:

+ Phần cung cấp khí nén: Gồm máy nén khí 20, các bình chứa chứa khí nén,

bộ điều chỉnh áp suất khí nén, bộ phận sấy khô khí nén trớc khi cung cấp khí nénvào các bình chứa và các van một chiều

+ Phần điều khiển bằng khí nén: Các đờng ống dẫn khí từ các bình khí nénqua van phân phối khí nén 2 và đến xi lanh phanh khí nén-thuỷ lực 15 Qua xi lanhphanh khí nén- thuỷ lực, áp suất khí nén sẽ gây ra áp suất dầu và truyền tới xi lanhphanh bánh xe

+ Phần dẫn động thuỷ lực: Gồm bình chứa dầu 13 cung cấp dầu phanh cho xilanh phanh chính Các đờng ống dầu truyền áp suất thuỷ lực từ xi lanh phanh chính

đến các xi lanh công tác trên các cơ cấu phanh bánh xe

- Nguyên lý hoạt động:

Khi động cơ làm việc, nhờ cơ cấu dẫn động từ trục khuỷu đến máy nén khílàm cho máy nén khí 20 hoạt động Máy nén khí sẽ bơm khí nén vào khoang chứa 9qua van kiểm tra 7 áp suất trong khoang chứa 9 đợc xác định qua đồng hồ 1 đặttrong buồng lái Khi mới bắt đầu khởi động động cơ, áp suất trong khoang chứa 9còn thấp, đèn 10 sáng Sau vài phút, áp suất trong khoang chứa 9 đã đủ mức cầnthiết, đèn 10 báo hiệu phanh đã sẵn sàng và xe có thể khởi hành Bộ điều chỉnh ápsuất khí 11 có tác dụng điều chỉnh mức áp suất trong khoang chứa 9 Nếu áp suấttrong khoang chứa 9 vợt quá mức cho phép thì van hạn chế áp suất mở ra cho khí nén từ khoang chứa 9 về ngợc lại máy nén khí 20 nhằm làm giảm sự tiêu hao côngsuất cho máy nén khí 20 Vì một lý do nào đó mà áp suất trong khoang chứa 9 vọtlên qúa cao thì một lợng khí nén đợc xả ra thông qua van an toàn 8

Khí nén từ khoang chứa 9 đợc chia làm hai dòng riêng riêng biệt cấp vàokhoang chứa 5 và 6 qua các van kiểm tra 7 Khi phanh, ngời lái tác động lên bàn

đạp phanh, van phân phối khí nén 2 mở cung cấp khí nén từ khoang chứa 5 và 6 đếncác xi lanh phanh khí nén-thuỷ lực15 Các xi lanh phanh khí nén-thuỷ lực 15

các cơ cấu phanh bánh xe trớc và sau Tại các xi lanh công tác, áp suất dầu tạo áplực lên các piston đẩy guốc phanh áp sát vào trống phanh, tiến hành quá trìnhphanh.

Ngoài ra trên xe còn đợc trang bị thêm bộ phận sấy khô khí nén 12 Nh vậykhí nén đi từ máy 20 trớc khi vào khoang chứa 9 sẽ đợc bộ phận 12 sấy khô nhằmhạn chế tối đa lợng hơi nớc lọt vào khoang chứa 9 Hơi nớc có trong khí nén có thểtạo ra cặn tại các bình khí nén, làm chậm tác dụng của khí nén và giảm áp suất khínén

Năng lợng do ngời lái tạo ra thông qua các bàn đạp phanh chỉ dùng để mởvan phân phối khí nén Năng lợng tạo nên áp lực dầu thể hiện qua máy nén khí Cácguốc phanh đợc điều khiển bằng áp suất thuỷ lực

Khi phanh xe, ngời lái tác dụng lên bàn đạp phanh một lực làm cho van phânphối mở thông đờng khí nén tới các xi lanh phanh khí nén-thuỷ lực, khí nén có ápsuất cao qua đờng ống dẫn đến mặt sau của piston đẩy piston, cần đẩy về phía trớc,nén dầu trong xilanh phanh chính đến các xilanh bánh xe, đẩy các piston, cúp pentrong xy lanh bánh xe dịch chuyển làm cho các má phanh bung ra thực hiện quátrình phanh

Khi không phanh, van phân phối khí nén sẽ ở trạng thái đóng các đờng thôngvới xi lanh phanh khí nén-thuỷ lực , mở đờng thông với khí trời xả khí nén ra ngoàikhông khí Dới tác dụng của lò xo hồi vị, piston sẽ trở về về vị trí ban đầu Lò xohồi vị của các má phanh trong cơ cấu phanh cũngkéo các guốc phanh lại đồng thời

ép các piston trong xy lanh bánh xe lại, đẩy dầu hồi về xy lanh phanh chính kếtthúc quá trình phanh

Trong hệ thống phanh có các van hạn chế áp lực để đảm bảo áp suất khí néntrong hệ thống luôn ổn định ở một giá trị nhất định giúp cho hệ thống phanh luôn

đảm bảo hoạt động an toàn

- Ưu điểm: Hệ thống phanh của ô tô Hino FF3H kết hợp đợc u điểm của cảphanh khí và phanh dầu cụ thể là độ nhạy cao, hiệu suất lớn, phanh đợc đồng thờicác bánh xe, điều khiển xe nhẹ nhàng

- Nhợc điểm: Có kết cấu phức tạp, giá thành cao, nhiều cụm kích thớc lớn,chăm sóc kỹ thuật phức tạp, luôn phải kiểm tra sự bao kín của hệ thống khí nén vàthuỷ lực.

I.2 Dẫn động phanh ô tô HINO FF3H

Dẫn động phanh trên ô tô HINO FF3H đợc thực hiện nhờ máy nén khí, vanphân phối khí nén và xi lanh phanh khí nén - thuỷ lực Máy nén khí đóng vai trò lànguồn cung cấp khí nén Van phân phối khí nén dùng để đóng mở dòng khí nén vàphân phối cho các dòng phanh bánh trớc và sau Trong xi lanh phanh khí nén - thuỷlực, khí nén tạo ra lực dẫn động, đẩy dầu thuỷ lực tới các xy lanh của cơ cấu phanhbánh xe

1 Nguồn khí nén

Nguồn khí nén cung cấp cho hệ thống phanh ô tô Hino FF3H đợc đảm bảobởi máy nén khí Máy nén khí hoạt động nhờ một cơ cấu dẫn động đợc trích côngsuất từ trục khuỷu của động cơ Khi động cơ hoạy động thì sẽ dẫn động máy nén khí hoạt động theo Khi máy nén khí hoạt động nó sẽ cung cấp khí nén với áp suấtcao vào các bình chứa khí nén Bình chứa khí nén đợc chia thành các khoang chứariêng rẽ để cấp tới các dòng phanh bánh xe trớc và sau

Chỉ khi nào áp suất trong các khoang chứa khí nén do máy nén khí cung cấp

đủ lớn thì khi đó đèn báo trong khoang lái mơí tắt báo hiệu hệ thống phanh đã sẵnsàng làm việc thì khi đó xe mới có thể khởi hành an toàn

1 2 3

Hình 2:Sơ đồ bộ phận cung cấp khí nén:

1-Bộ phận sấy khô khí nén; 2-Máy nén khí; 3- Bình chứa khí nén.

2 Dẫn động khí nén

Van phân phối khí nén dùng để điều khiển và phân phối dòng khí nén tới các

xi lanh phanh khí nén – thuỷ lực để thực hiện quá trình phanh Van phân phối đợc

điều khiển bởi bàn đạp phanh của ngời lái Trong van phân phối có hai cụm van

điều khiển hai dòng khí nén đến dòng phanh trớc và dòng phanh sau Mỗi cụm van

có một hệ thống ti đẩy, đế van và các gioăng cao su làm kín

Hình 3 Van phân phối khí nén ô tô hino FF3H:

1- Phớt cao su; 2- Lò xo hồi vị; 3- vòng hãm; 4- Piston số 2; 5- Lò xo hồi vị; 6- Thân van số 2; 7- Van xả khí; 8- Đế van xả khí; 9- Đế van số 2; 10-

Lò xo hồi vị piston số 2; 11- Lò xo hồi vị piston số 1; 12- Đế van số 1; 13-

Lò xo đế piston số 1; 14- Lò xo hồi vị số 1; 15- Piston số 1; 16- Thân van

số 1; 17- Nắp van phanh; 18- Vít điều chỉnh; 19 Ty đẩy; 20- Chốt; 21- Bàn đạp phanh; A- Đờng tới dòng phanh bánh sau; B- Đờng tới dòng

phanh bánh trớc; C- Đờng từ bình khí nén cho phanh sau; D- Đờng từ

bình khí nén cho phanh trớc; E- đờng thông khí trời.

- Kết cấu của van phân phối khí nén đợc chia thành 3 cụm chính (hình 3)

+ Cụm bàn đạp: Bàn đạp phanh 21 có cơ cấu hoạt đông kiểu đòn bẩy với một

đầu là vít điều chỉnh 18, đầu kia là trục lăn 20 Vít 18 tì vào nắp 17 để hạn chế hànhtrình của trục lăn 20 khi nhả phanh

+ Cụm điều khiển dòng phanh sau: Piston chính 15 đợc cân bằng bởi các lò xo

đỡ 13, lò xo hồi vị và lò xo chính 14 Dới tác dụng của lực căng lò xo 11, đế van 12tiếp xúc với thân van phân phối, đóng đờng cung cấp khí nén từ C sang A

+ Cụm điều khiển dòng phanh trớc: Piston 4, lõi là một đờng ống làm nhiệm

vụ xả khí Đế van 9 tiếp xúc với thân van phân phối dới tác dụng của lò xo 5, đóng

đờng khí nén từ D sang B

- Nguyên lý làm việc:

+ Trạng thái phanh: Lực đạp của ngời lái tác dụng lên bàn đạp 21, qua lò xo 14

đẩy piston 15 đi xuống đóng van xả Piston 15 tiếp tục đi xuống đẩy đế van 12 đixuống để mở van cung cấp để khí nén đi từ bình chứa (khoang C ) đến dòng phanhbánh sau ( khoang A ) Khí nén ở khoang A qua lỗ thông vào khoang G, đẩypiston 4 đi xuống đóng van xả, sau đó đẩy đế van 9 đi xuống, mở van cung cấp đểkhí từ bình chứa ( khoang D ) đến dòng phanh bánh trớc ( khoang B )

+ Trạng thái nhả phanh: Khi nhả bàn đạp phanh, áp suất khí nén trong khoang

A đẩy piston 15 đi lên, dới tác dụng của lò xo 11 đế van 12 đi lên đóng van cungcấp lại, ngăn không cho khí nén từ khoang C truyền sang khoang A Piston 15 tiếptục đi lên mở van xả, khí nén từ khoang A và dòng phanh sau ra ngoài không khíqua đờng E Khí nén trong khoang G trên Piston 4 sẽ đi qua khoang A và xả rakhông khí qua khoang E Do lực đẩy lò xo 10 và áp lực khí nén bên d ới Piston 4sẽlàm Piston 4 đi lên, đóng van cung cấp khí từ khoang D sang khoang B, mở van xảcho khí nén trong khoang B và dòng phanh trớc thoát ra ngoài không khí quakhoang E

+ Trạng thái rà phanh - phanh và giữ phanh ở mức độ nhất định:

*Đối với dòng phanh sau, áp suất khí nén trong khoang A tác động lên đáypiston 15 cùng với lực lò xo 2 đến khi thắng đợc lực lò xo 14 sẽ đẩy piston đi lên,

đóng van cung cấp lại áp suất khí nén trong dòng phanh sau ( khoang A ) duy trì

ở một giá trị nhất định, không tiếp tục tăng do không có khí nén cung cấp từkhoang C sang nữa Trạng thái cân bằng của piston 15 đợc thiết lập bởi lực lò xo

14 ( lực đạp phanh ) , lực các lò xo phản hồi và áp suất khí nén trong khoang A *Đối với dòng phanh trớc, khi áp suất khoang B bên dới piston tăng lên cùngvới lực lò xo 10 đến khi thắng lực do áp suất bên trên piston (áp suất phanh sau)gây nên sẽ đẩy piston 4 đi lên, đóng van cung cấp lại áp suất khí nén trong dòngphanh trớc đợc duy trì ở giá trị nhất định tơng ứng với mức độ phanh Trạng tháicần bằng đợc xác lập bởi áp suất bên trên và dới piston cùng với lực lò xo 10 ởtrạng thái cân bằng, lò xo 11 và lò xo 5 đóng các van xả lại, ngăn không cho khítrong các dòng phanh thoát ra ngoài áp suất dòng phanh sau và dòng phanh trớc đ-

ợc giữ ở một mức độ nhất định, tơng ứng với áp suất dầu ở trạng thái rà phanh

+ Khi dòng phanh trớc bị hỏng: Giả sử dòng phanh trớc bị hở, khí nén ở dòngphanh sau đợc ngăn cách với dòng phanh trớc bởi piston 4, đảm bảo cho dòngphanh sau vẫn họat động bình thờng

+ Khi dòng phanh sau bị hỏng: Giả sử dòng phanh sau bị hở, không còn áplực khí nén lên trên piston4 để đẩy piston 4 đi xuống Khi tiếp tục đạp nhanh,piston15 đi xuống cho đến khi tiếp xúc với piston 4, đẩy piston 4 đi xuống, đóngvan và mở van cung cấp, đảm bảo cho dòng phanh trớc vẫn họat động bình thờng

+ Buồng tạo áp lực thủy lực do khí nén (II): Đợc tạo bởi xi lanh 4 và piston số

2 Piston 2 sẽ chia xi lanh 4 thành 2 khoảng M và N Trên piston 2 có gioăng cao

su 1 hình xuyến nằm bao ngoà có tác đụng làm kín Lò xo trụ 3 tạo khả năng hồi vị

cho piston 2 Khoang chứa khí nén N có thể thông với khí trời nhờ lỗ thông khí 5

và các màng lọc không khí Khí nén đợc cấp từ van phân phối khí nén vào khoang

M của xi lanh 4 qua lỗ A Xi lanh khí nén 4 và xi lanh thủy lực 8 đợc liên kết vớinhau thông qua đòn đẩy 15 và cố định với piston 2 nhờ ê cu 14 Để tạo kín giữabuồng khí nén và buồng dầu, ngời ta dùng phớt bạc kín kẹp

ở dới buồng 4 ngời ta bố trí chốt 13 Giữa chốt 13 có rãnh, trên đó tỳ một chốt

hình chỏm cầu nối với công tắc 10 Công tắc này dùng để bật đèn cảnh bảo khi mònmá phanh

Piston lực 2 đợc lắp chặt với thanh đẩy 15 nhờ đai ốc 14 Trên piston có lắpcúp pen 1 để tăng độ bao kín giữa piston 2 với xy lanh 4 Khi cha đạp phanh thìpiston lực 2 luôn nằm ở phía trái của xi lanh 4 nhờ lò xo hồi vị piston 3 Đầu thanh

đẩy 15 luôn tì vào piston thuỷ lực 11 trong xy lanh chính 8 để dẫn động cho pistonnày dịch chuyển áp suất trong xy lanh lực 4 luôn cân bằng với áp suất bên ngoàinhờ bình thông khí trời 5 Điều đó giúp cho sự dịch chuyển của piston lực 11 không

bị ảnh hởng Để ngăn không cho dầu thuỷ lực chảy vào buồng làm việc của xy lanhkhí nén, giữa thanh đẩy 15 và bạc dẫn hớng có hai phớt chắn dầu 12 lắp ngợc chiềunhau

Hình 5 Xi lanh phanh khí nén - thuỷ lực ô tô Hino FF3H:

1- Cúp pen; 2- Piston lực; 3- Lò xo hồi vị piston; 4- Xy lanh; 5- Bầu thông khí trời; 6- Đầu rắc nối; 7- Van hạn chế áp lực; 8- Xy lanh thuỷ lực (xy lanh chính); 9- Vít xả khí; 10- Công tắc chuyển mạch; 11- Piston thuỷ lực; 12- Phớt chắn dầu; 13- Chốt đẩy; 14- Đai ốc; 15- Thanh đẩy; A- Khí nén từ van phanh tới; B- Đờng dầu từ bầu phanh tới; C- Đờng dầu đến xy lanh bánh xe;

Dầu thuỷ lực trong xy lanh chính 8 luôn đợc bổ xung kịp thời từ bầu dầu phanhthông qua van kiểm tra 7 kết hợp với van hạn chế áp lực nằm trong piston thuỷ lực

11 Vít xả khí 9 dùng để xả “Nghiên cứu tính toán động họcair” khi dầu thuỷ lực trong xy lanh chính có lẫn bọtkhí Trong xi lanh phanh khí nén – thuỷ lực còn có công tắc chuyển mạch 10 dùng

để báo đèn phanh mỗi khi piston lực dịch chuyển đến chạm vào ti đẩy của van vàlàm cho van dịch chuyển

ở trạng thái đóng để tránh lọt khí vào xi lanh thuỷ lực 8

+Trạng thái phanh: Khí nén đợc cấp bởi van phân phối khí nén điền đầy khoang

M của xi lanh 4 qua lỗ A áp lực của khí nén thắng lực căng của lò xo 3 đẩy piston 2chuuyển dịch sang phải Lúc này van trụ chữ U bịt đờng dầu, không cho dầu lọt vào xilanh thuỷ lực 8 tạo nên buồng kín trong xi lanh thuỷ lực 8

Tiếp tục tăng áp lực khí nén, piston thuỷ lực 11 tiếp tục dịch chuyển sang phải

do lực đẩy của đòn đẩy 15 làm tăng áp lực dầu và đẩy dầu từ xi lanh thuỷ lực 11cấpcho các xi lanh phanh bánh xe nhờ lỗ C Dới áp lực dầu, các guốc phanh đợc đẩy sátvào trống phanh tiến hành quá trình phanh

+ Trạng thái rà phanh: áp suất khí nén không đạt giá trị lớn nhất áp lực khínén sẽ cân bằng với lực căng lò xo 3 và áp lực dầu trong xi lanh thuỷ lực 8, do đó sẽgiữ nguyên piston của xi lanh thủy lực ở một vị trí nhất định tạo nên áp suất dầu tớicác xi lanh phanh bánh xe giữ nguyên ở trạng thái rà phanh

+ Cơ cấu báo mòn mà phanh: Khi má phanh mòn, khe hở giữa má phanh vàtang trống lớn, piston của xi lanh thủy lực dịch chuyển hết sang phải Dới tác độngcủa áp suất khí nén trong khoang M của xi lanh 4, làm cho piston khí nén 2 chạm vàochốt 13 làm cần đẩy di chuyển, khiến cho chỏm cầu trợt khỏi rãnh Khi đó chốt hìnhchỏm cầu đóng công tắc bật đèn báo mòn má phanh Lúc này cần phải điều chỉnh lạikhe hở giữa má phanh và tang trống

* Ưu điểm: Lực bàn đạp nhỏ do không trực tiếp tạo áp suất dầu, hành trình bàn

đạp nhỏ, áp suất dầu có thể đạt đến 132 KG/cm2 Kết cấu gọn, có hai dòng riêng biệt

đảm bảo an toàn khi điều khiển

* Nhợc điểm:

+ Có kết cấu phức tạp, giá thành cao

+ Chiếm không gian lớn

+ Bảo dỡng, sửa chữa và chuẩn đoán phức tạp

I.3 Cơ cấu phanh ô tô HINO FF3H

1 Cơ cấu phanh trớc.

- Cấu tạo

Cơ cấu phanh có nhiệm vụ áp sát guốc phanh cùng với má phanh vào trốngphanh tạo ma sát lớn hãm cứng các bánh xe khi cần thiết hoặc làm giảm tốc độ xe Cơ cấu phanh đợc chia làm hai phần:

Phần quay gồm tang trống đợc bắt với moay ơ bánh xe nhờ các bu lông, bênngoài có các bánh xe lắp thành khối cùng quay

Phần tĩnh là các chi tiết còn lại lắp trên mâm phanh nh xy lanh bánh xe, cácguốc phanh, lò xo hồi vị v.v

Giữa phần tĩnh và phần động cùng đợc định vị với nhau thông qua hai ổ bi côn.Trống phanh hình trụ đợc bắt cố định với moay ơ bánh xe bằng vít, phía trong trònnhẵn để tiếp xúc với má phanh, xơng má phanh hình cung tròn, mặt cắt ngang chữ

T để tăng khả năng chịu lực, có các lỗ để tán má phanh Má phanh đợc làm từ Ami

- ăng ép với bột đồng để tăng ma sát và độ bền Các lò xo hồi vị đợc lắp vào hai

đầu của guốc phanh để kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu khi thôi phanh

Hình 5 Cơ cấu phanh trớc ô tô Hino FF3H:

1- Má phanh; 2- Guốc phanh; 3- Lò xo hồi vị guốc phanh; 4- Lỗ kiểm tra; 5- Đai ốc hãm guốc phanh; 6- Đinh tán; 7- ốc điều chỉnh khe hở má phanh; 8- Tấm hãm ê cu điều chỉnh; 9- Xy lanh bánh xe; 10- Trống phanh.

Đặc điểm của cơ cấu phanh trớc của xe HINO FF3H là cơ cấu phanh dạngtang trống đối xứng nhau qua tâm bánh xe Xi lanh điều khiển guốc phanh là loạithủy lực Đầu tựa dới của quốc phanh có hình dạng cong, do đó khả năng tự lựa,

đảm bảo cho các má phanh tiếp xúc và mòn đều trong quá trình sử dụng Guốcphanh đợc các lò xo hồi vị kẹp chặt giữ cho 2 má phanh ở kích thớc nhỏ nhất Máphanh đợc tán trên bề mặt guốc phanh bằng đinh tán Guốc phanh đợc định vị trên mâm phanh bằng các đai ốc 5 Cơ cấu định vị này chạy trên một rãnh tròn cókích thớc lớn hơn đờng kính của đai ốc 5, tâm rãnh là đầu tựa của guốc phanh, bánkính bằng khoảng cách từ đầu tự đến đai ốc 5 Các đầu của guốc phanh đợc tì lên cácrãnh trên xi lanh công tác đảm bảo cho guốc phanh không bị xê dịch theo phơng trụccủa bánh xe Vít điều chỉnh má phanh 7 có hình dạng hoa khế, trên rãnh có tì lên bởimột lẫy chống tự xoay Khe hở giữa má phanh và tang trống đợc điều chỉnh bằngcách xoay vít 7 cho má phanh ép sát vào tang trống cho đến khi không xoay đợcnữa thì xoay ngợc lại khoảng 2 rãnh, nhận biết nhờ tiếng động của lẫy tì trên vít 7

Nguyên lý làm việc

Khi cha đạp phanh, khí nén trong bình chứa không đợc đa đến xi lanh phanhkhí nén-thuỷ lực nên piston trong xy lanh chính cha dịch chuyển Dầu phanh cha bịnén, áp suất dầu trong xi lanh phanh bánh xe không có do đó lò xo hồi vị kéo cho

guốc phanh cụp vào không cho má phanh tì vào tang trống đồng thời trong xi lanhphanh bánh xe, lò xo hồi vị luôn đẩy cho piston tỳ sát vào guốc phanh giúp cho khihoạt đông không gây ra tiếng kêu.

Khi tác dụng lực vào bàn đạp phanh, cần đẩy của piston thuỷ lực sẽ đẩypiston thuỷ lực đi xuống, ti đẩy sẽ ấn van đi xuống làm mở đờng thông khí từ cửavào tới cửa ra tới các xi lanh phanh khí nén-thuỷ lực làm dịch chuyển piston của xilanh chính làm tăng áp suất dầu và đẩy qua van một chiều, qua đờng ống đến xilanh phanh bánh xe Xi lanh phanh bánh xe nhận đợc dầu có áp suất cao lập tức

đẩy piston bung ra tác dụng vào guốc phanh làm hai má bung ra hai bên, tác dụngvào trống phanh, sinh ra ma sát hãm trống phanh không cho chuyển động

Khi thôi phanh, ngời lái không tác dụng vào bàn đạp phanh, van phân phốikhí nén đóng đờng khí nén tới các xi lanh phanh khí nén – thuỷ lực, piston trong

xy lanh phanh chính không bị lực đẩy, dầu trong xi lanh phanh chính bị tụt ápsuất, dầu trong xilanh phanh bánh xe có áp lực cao sẽ đẩy ngợc lại về xi lanh

phanh chính làm giảm áp suất, đồng thời lò xo kéo guốc phanh ra khỏi trống phanhtrở về vị trí ban đầu khi cha làm việc Dầu trong xy lanh phanh bánh xe theo các đ-ờng dầu trở về xi lanh phanh chính, giữa má phanh và trống phanh có khe hở vàquá trình phanh kết thúc

- Ưu điểm: Do cơ cấu phanh bố trí đối xứng qua tâm nên khi xe chuyển

động tiến, cả 2 má phanh đều xiết vào trống phanh nên đạt hiệu quả phanh cao.Guốc phanh trớc và guốc phanh sau làm việc nh nhau nên 2 má phanh mòn đềutrong quá trình sử dụng

- Nhợc điểm: Khi xe lùi các guốc phanh làm việc phải giống guốc sau của cơcấu phanh 1 xi lanh bố trí đối xứng trục, vì vậy mà hiệu quả phanh khi xe lùi sẽgiảm đi đáng kể, thấp hơn 2 lần khi xe tiến Tuy nhiên khi xe lùi vận tốc thởng nhỏ,

do đó vẫn đảm bảo men phanh cần thiết

2 Cơ cấu phanh sau.

Cơ cấu phanh sau đợc lắp trên các bánh xe cầu sau Kết cấu của cơ cấuphanh sau khác cơ cấu phanh trớc về bố trí các điểm đẩy của guốc phanh Cơ cấuphanh trớc là loại cơ cấu phanh có hai xy lanh hai điểm đẩy và lực đặt lên các guốcphanh bằng nhau Cơ cấu phanh sau là loại cơ cấu phanh có hai xy lanh bốn điểm

đẩy ( còn gọi là phanh bơi) Nh vậy cơ cấu phanh sau có cấu tạo và nguyên lý hoạt

động thơng tự nh của cơ cấu phanh trớc Tuy nhiên do mô men phanh cầu sau hơncầu trớc nên xi lanh công tác, guốc phanh và chiều rộng má phanh cơ cấu phanh

sau lớn hơn của cơ cấu phanh trớc Ngoài ra, khi cần kiểm tra khe hở giữa máphanh và tang trống, ngời ta đa thớc lá vào lỗ 4 để đo khe hở Khe hở giữa máphanh và trống phanh ở vị trí cách đầu trên của má phanh 30mm bằng 0,25mm vàcách đầu dới của má phanh 25mm bằng 0,12mm

Nguyên lý làm việc

Cũng tơng tự nh cơ cấu phanh trớc, khi cha đạp phanh, dầu phanh cha bị nén,

áp suất dầu trong xi lanh phanh chính không có do đó lò xo hồi vị kéo cho

Hình 6 Cơ cấu phanh sau ô tô Hino FF3H:

1- Má phanh; 2- Guốc phanh; 3- Lò xo hồi vị guốc phanh; 4- Lỗ kiểm

tra; 5- Đai ốc hãm guốc phanh; 6- Đinh tán; 7- ốc điều chỉnh khe hở má phanh; 8- Tấm hãm ê cu điều chỉnh; 9- Xy lanh bánxe; 10- Trống phanh.

guốc phanh cụp vào không cho má phanh tì vào tang trống đồng thời lò xo trongxilanh phanh bánh xe đẩy cho piston tỳ sát vào guốc phanh giúp cho khi hoạt đôngkhông gây ra tiếng kêu Khi tác dụng lực vào bàn đạp phanh, dầu phanh có áp suấtcao qua van một chiều, qua đờng ống đến xi lanh phanh bánh xe Xi lanh phanhbánh xe nhận đợc dầu có áp suất cao lập tức đẩy piston bung ra tác dụng vào guốcphanh làm hai má bung ra hai bên, tác dụng vào trống phanh, sinh ra ma sát hãmtrống phanh không cho bánh xe quay làm cho ô tô bị giảm tốc độ hoặc dừng hẳn

Chơng II Tính toán động học hệ thống phanh ô tô hino ff3h II.1.Khái niệm về tính toán tĩnh và tính toán động dẫn động phanh.

1 Khái niệm về tính toán tĩnh

Trên thực tế, khi xây dựng đờng đặc tính tĩnh của dẫn động phanh ngời ta ờng tính toán các đại lợng ở trạng thái tĩnh tơng ứng với một vị trí làm việc nào đócủa cơ cấu dẫn động mà bỏ qua ảnh hởng của hệ thống động lực học

th-Nh vậy tính toán tĩnh là quá trình xác lập mối quan hệ giữa các đại lợng cầnnghiên cứu ở trạng thái tĩnh mà không kể tới ảnh hởng của sự quá độ của hệ thốngdẫn động

Kết quả cuối cùng của quá trình tính toán tĩnh thông thờng là các đờng đặctính biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số cần đánh giá Đờng đặc tính tĩnh củavan phân phối khí nén của ô tô Hino FF3H đợc xây dựng dựa trên việc xác lập quan

hệ giữa áp lực khí nén ở đầu ra của van phân phối với vị trí góc của bàn đạp phanh

Đối với cơ cấu dẫn động phanh bằng khí nén thì van phân phối khí nén sẽ đảm bảocho áp suất khí nén trong dẫn động tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên bàn đạp phanhhay chính là tỉ lệ thuận với vị trí góc của bàn đạp phanh

Hình 7 Đờng đặc tính của van phân phối khí nén xe Hino FF3H:

a- Bàn đạp phanh; b- Đờng đặc tính của van phân phôí khí nên.

P1: 0,1 - 0,3 kg/cm2 A1: 2,30 – 4,30

P2: 1,4 - 2 kg/cm2 A2: 90 –120

P3: 4,1 - 4,9 kg/cm2 A3: 140 –170

Để đánh giá chất lợng của hệ thống điều khiển tại xi lanh phanh khí nén thuỷ lực ngời ta xây dựng đờng đặc tính giữa áp suất khí nén và áp suất thuỷ lựctrong xi lanh phanh khí nén – thuỷ lực ở cùng một thời điểm phanh.

Hình 8 Quan hệ áp suất khí nén và thuỷ lực trong xi lanh phanh

khí nén – thuỷ lực của ô tô hino FF3H:

a : (132 ± 7) kg/cm2 ; b : (0,18 ± 0,1) kg/cm2

c :ứng với khi đạp phanh thật ngặt: 6 kg/cm2

Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa áp suất khí nén và áp suất thuỷ lực trong xi

lanh phanh khí nén – thuỷ lực của ô tô hino FF3H là tỉ lệ thuận Ban đầu khi ápsuất khí nén còn nhỏ thì áp suất thuỷ lực sẽ không có Khi áp suất khí nén đạt

khoảng 0,18 kg/cm2 tơng ứng với thời điểm bắt đầu rà phanh thì áp suất trong dầuthuỷ lực mới bắt đầu có Tiếp tục đạp phanh thì áp suất khí nén tăng đồng thời ápsuất của dầu thuỷ lực cũng tăng theo, khi áp suất của khí nén trong xi lanh khí nén

đạt giá trị cực đại ( 6 kg/cm2) thì áp suất của dầu phanh trong xi lanh thuỷ lực ( xilanh phanh chính ) cũng đạt giá trị tối đa vào khoảng (132 ± 7) kg/cm2

Nh vậy, ta thấy áp suất khí nén cực đại tai đầu vào của van phân phối khí nén( 7 kg/cm2) và áp suất khí nén cực đại tại xi lanh phanh khí nén – thuỷ lực( 6 kg/cm2 ) đã có sự chênh lệch đáng kể Điều này chứng tỏ rằng các kết quả tính

toán ở trạng thái tĩnh của hệ thống dẫn động phanh cha thật sự chính xác và chaphản ánh đúng thực tế diễn biến quá trình làm việc của dẫn động phanh.

Sở dĩ có sự sai khác nh vậy là khi tính toán ta đã bỏ qua sự quá độ của hệthống và coi nh trong quá trình dẫn động là hoàn toàn lý tởng và không có tổn hao.Với những quan điểm này thì việc tính toán sẽ trở nên đơn giản hơn rất nhiều tuyrằng kết quả thu đợc cha đạt độ chính xác cao Để có đựơc kết quả chính xác vàphản ánh sát hơn quá trình làm việc của dẫn động phanh thì ta cần phải tính toán hệ

thống ở trạng thái động

2.Khái niệm về tính toán động.

Trên thực tế bất kỳ một hệ thống dẫn động phanh của xe nào cũng có sự quá

độ của nó khi hoạt động Nếu ta chỉ xem xét và tính toán động học của hệ thống

mà bỏ qua sự quá độ của hệ thống ( tức là tính toán hệ thống ở trạng thái tĩnh) thìkết quả thu đợc sẽ không thể chính xác bằng khi ta tính toán ở trạng thái động Dovậy để có đợc kết quả chính xác nhất khi tính toán động học của dẫn động phanhthì ta tiến hành tính toán hệ thống dẫn động ở trạng thái động Việc tính toán nàytuy là rất phức tạp và đòi hỏi phải có phơng pháp mô phỏng chính xác sự làm việc của dẫn động phanh nhng kết quả thu đợc sẽ rất chính xác và có ý nghĩa cao đốivới công tác thiết kế một cơ cấu dẫn động phanh hoàn chỉnh Đây cũng chính là u

điểm lớn nhất của phơng pháp tính này so với phơng pháp tính toán dẫn độngphanh ở trạng thái tĩnh

Vậy tính toán động dẫn động phanh thực chất là việc tính toán hệ thống dẫn

động mà có kể tới sự quá độ của hệ thống Đối với hệ thống dẫn động phanh thì sựquá độ của hệ thống chính là sự chậm tác dụng của hệ thống Do kết cấu phức tạpcủa hệ thống dẫn động phanh thì mỗi khi ngời lái tác dụng lực lên bàn đạp phanh

để thực hiện quá trình phanh, dòng khí nén và dầu thuỷ lực trong hệ thống dẫn

động phanh sẽ phải đi qua các van và những đờng ống dẫn có tiết diện và hìnhdạng thay đổi Tại các van và các đờng ống này sẽ có các thành phần làm cản trở

sự chuyển động của dòng khí nén và dòng dầu phanh do đó sẽ làm tổn hao về ápsuất và làm tăng thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh Tuy thời gian thựchiện quá trình phanh xảy ra rất nhanh nhất là khi thực hiện phanh ngặt nhng nhữngnhân tố này vẫn có những ảnh hởng lớn tới toàn bộ quá trình phanh Vì vậy khi tínhtoán động dẫn động phanh thì phải kể đến sự có mặt của chúng trong các phơngtrình toán học

Để giải quyết đợc bài toán tính toán động dẫn động phanh thì công việc đầu

toán này sẽ xây dựng hệ phơng trình vi phân mô tả diễn biến sự làm việc của hệthống Cuối cùng giải hệ phơng trình vi phân này trên máy tính dựa trên các sốliệu ban đầu đã có của hệ thống dẫn động phanh và những đIều kiện ràng buộc củadẫn động phanh ta sẽ có đợc kết quả tính toán với độ chính xác cao

II.2 Thiết lập mô hình tính toán động của dẫn động phanh ô tô Hino

FF3H

Dựa trên sơ đồ hệ thống phanh ô tô Hino FF3H ta tiến hành thiết lập môhình tính toán hệ thống dẫn động phanh ở mô hình này các phần tử có liên quantới động học của dẫn động phanh sẽ đợc xem xét và biểu diễn ở hình vẽ số 9

Hình 9 Mô hình tímh toán động của dẫn động phanh loại

khí nén – thuỷ lực:

1-Máy nén khí; 2- Van đIều hoà áp lực; 3- Bình chứa khí chung; 4- Bìmh chứa khí nén dòng phanh sau; 5- Bình chứa khí nén dòng phanh trớc; 6-Van phân phối khí nén; 7- Xi lanh phanh khí nén – thuỷ lực; 8-Xi lanh phanh bánh xe phía sau; 9- Xi lanh phanh bánh xe phía trớc.

II.3.Xây dựng hệ phơng trình vi phân mô tả quá trình làm việc của hệ thống dẫn động phanh ô tô Hino FF3H

1.Xây dựng hệ phơng trình vi phân mô tả quá trình làm việc của phần dẫn

- Nhiệt độ khí nén trong hệ thống không thay đổi trong gian quá trình quá độ

- Bỏ qua ma sát và quán tính các chi tiết chuyển động của các van

- Thể tích các khoang công tác của các van phân phối khí nén và xi lanh phanh khínén không thay đổi trong suốt quá trình hoạt động

Để có thể xây dựng đợc hệ phơng trình vi phân mô tả đầy đủ và chính xác củaphần dẫn động khí nén thì ta dựa trên cơ sở của 2 dạng phơng trình đó là:

-Phơng trình lu lợng đi qua tiết lu vào dung tích có dạng tổng quát sau:

P V f dt

dm

D D

1 '

Trong đó: - Hệ số lu lợng xác định bằng thực nghiệm;

f - Tiết diện thông qua của tiết lu;

V th - Vận tốc lan truyền giới hạn của chất khí;

T - Nhiệt độ tuyệt đối;

P,P0- áp suất trớc và sau tiết lu

-Phơng trình lu lợng tại một điểm nút bất kỳ có dạng tổng quát sau:

0 1

Trong đó n : số nhánh tai nút ta đang xét.

lu lợng của dòng khí đi qua nhánh thứ i của nút.

Căn cứ vào 2 phơng trình này và áp dụng đối với mô hình tính toán đã lập ở phần trên, sau khi đã biến đổi ta thu đợc các phơng trình lu lợng sau:

-Tại tiết diện Y1 trên đờng ống nối từ bình chứa khí 3 tới bình cha khí 5:

 

5 3

5 3 3 1

B B

B B P P

P P P f Y

4 3 3 2 2

.

B B

B B B

P P B

P P P f Y

1 4 4 1 3

.

K B

K B B

P P P f Y

2 5 5 2 4

.

K B

K B B

P P P f Y





-Tại tiết diện Y5: Vị trí sát mép đầu vào của xi lanh phanh khí nén của dòng

phanh bánh xe cầu sau :  

1 1

1 1

1 3

XK K

K

P P P f Y

2 2

2 4 6

.

XK K

XK K

K td

P P B

P P P f Y





Trong đó:

P B 3 , P B 4 , P B 5 - áp suất khí nén trong các bình chứa tơng ứng 3, 4và 5;

P K1 , P K2 - áp suất khí nén tại buồng phân phối khí nén đến dòng phanh bánh xe cầu sau và cầu trớc của van phân phối khí nén;

P XK1 , P XK2 - áp suất khí nén tại xi lanh phanh khí nén của dòng phanh bánh xe cầu sau và cầu trớc;

 f1,  f2 - Diện tích hiệu dụng của các đờng ống dẫn khí nén từ bình chứa 3 tới các bình 5 và bình 4;

 f td1… ftd4- Diện tích hiệu dụng tơng đơng của các đờng ống dẫn có sự thay đổi về hình dạng hình học và có sự ảnh hởng của các van tơng ứng.Các giá trị tơng đơng này đợc xác định nh sau:

      

   2

1

2 3

1 3

1

.

.

K

K td

f f

f f f

2 4

2

.

.

K

K td

f f

f f f

1 5

3

.

.

X

X td

f f

f f f

2 6

4

.

.

X

X td

f f

f f f

 f3…   f6 - Diện tích hiệu dụng của các đờng ống dẫn khí nén;

 f K1,  f K2- Diện tích hiệu dụng của các cửa vào của van phân phối khí nén dòng phanh bánh xe cầu sau và dòng phanh bánh xe cầu trớc;

 f X1,  f X2- Diện tích hiệu dụng của các cửa vào của xi lanh phanh khí nén dòng phanh bánh xe cầu sau và dòng phanh bánh xe cầu trớc

Ngoài ra để mô tả chính xác hơn diễn biến quá trình phanh ta cần xây dựng thêm các phơng trình thể hiện sự thay đổi áp suất khí nén trong các bình chứa

*Đối với bình chứa 3:

 

3

2 1

3

B

th B

k

V

Y Y V A k P Q k B

V th - Vận tốc chảy tới hạn của dòng khí;

Q k - Năng suất của máy nén khí;

Q k V k.n k.a b.P B3

Với: V k - Thể tích công tác của máy nén khí;

nk - Số vòng quay của trục máy nén khí;

P B3 - áp suất khí nén trong bình chứa 3.

Khi máy nén khí, van điều chỉnh áp lực và bình chứa cùng đồng thời làm việc thìphơng trình mô tả sự làm việc của chúng là :

0

3

B k

min 3

P P

P P

P P

B

Vậy thay vào ta đợc phơng trình

4 3 3 2 5

3

5 3 3 1 3

3

3

.

.

.

3

B B

B B B B

B

B B B B

th B

B k

P P B

P P P f P

P B

P P P f V

V A k V

P Q

k B

4

B

th V

Y Y V A k B

1 4 4 1 4

3

4 3 3 2

4

K B

K B B td B

B

B B B B

th

P P B

P P P f P

P B

P P P f V

V A k B

5

B

th V

Y Y V A k B

2 5 5 2 5

3

5 3 3 1

.

5

K B

K B B td B

B

B B B B

th

P P B

P P P f P

P B

P P P f V

V A

k B

1

K

th V

Y Y V A k K

1 1

1 3 1

4

1 4 4 1

.

1

XK K

XK K

K td K

B

K B B td K

th

P P B

P P P f P

P B

P P P f V

V A

k K

1 1

1 3

1 . . . .

.

1

XK K

XK K

K td K

th

P P B

P P P f V

V A

k XK

P  (6)

V K1 thể tích của khoang khí nén dòng phanh sau của van phân phối khí nén