kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe zil 130 khi tăng tải 2 tấn

Đồ án tốt nghiệp Phần I tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Hệ thống phanh trên xe Zil-130 hiện nay là hệ thống phanh dẫn động khí nén một dòng. Truyền động phanh gồm có máy nén khí, van điều chỉnh áp suất, bình chứa khí nén, van phân phối, các ống dẫn khí và bầu phanh. Vì điều kiện khí hậu ở Việt nam là nóng và ẩm cho nên độ tin cậy của hệ thống phanh xe Zil-130 là không cao, để nâng cao độ tin cậy và an toàn khi sử dụng xe thì việc thiết kế cải tiến hệ thống phanh là cần thiết. Để việc thiết kế cải tiến hệ thống phanh đợc hoàn chỉnh hơn. Trớc hết ta đi kiểm nghiệm hệ thống phanh để đảm bảo các thông số phù hợp cho việc thiết kế cải tiến. Một số giả thiết khi tiến hành kiểm nghệm: 1. áp suất tại thời điểm nào đó trên má phanh tỷ lệ thuận với biến dạng hớng kính của điểm đó khi phanh nghĩa là má phanh . 2. Toàn bộ diện tích làm việc của má phanh ép vào bề mặt trống phanh. 3. Khi phanh trống phanh và guốc phanh không bị biến dạng mà chỉ có má phanh bị biến dạng. Có lý do đó bởi vì tấm ma sát làm bằng vật liệu có độ cứng nhỏ hơn guốc phanh và trống phanh, hơn nữa guốc phanh và trống phanh thờng có gân tăng cứng. 4. Quy luật phân bố áp suất trên má phanh theo quy luật hình sin. áp suất tại một điểm nào đó đợc xác định theo công thức: q = q max .sin Trong đó: q: áp suất tại điểm cần tính q max : áp suất cực đại cần tính : góc ôm xác định vị trí điểm cần tính. Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 1 - Đồ án tốt nghiệp I. Các số liệu ban đầu. Số liệu ban đầu dùng để tính toán và kiểm nghiệm hệ thống phanh đợc lấy theo xe tham khảo ở đây là xe Zil 130. Hình PI.1. Kích thớc cơ bản của xe Zil-130 Các số liệu khác đợc đa ra dạng bảng: Bảng 1: TT Đại lợng Tên gọi Đơn vị Trị số 1 G o Trọng lợng bản thân N 43000 2 G Trọng lợng toàn bộ của xe khi đầy tải N 95250 3 G 01 Trọng lợng phân ra cầu trớc N 25750 4 G 02 Trọng lợng phân ra cầu sau N 69500 5 Kí hiệu lốp 9,00-20 6 D t Đờng kính tang trống m 0,42 7 B Chiều rộng tấm ma sát m 0,07-0,08 8 L Chiều dài cơ sở của xe m 3,8 9 H g Chiều cao trọng tâm của xe m 1,45 10 Góc ôm của tấm ma sát độ 120 và 125 11 1 Góc bố trí tấm ma sát độ 20 và 25 12 D Khoảng cách từ tâm bánh xe đến điểm tựa chốt quay m 0,165 13 C Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm cam đẩy má phanh m 0,16 14 K Khoảng cách hai lực tì của cam vào má phanh m 0,01 15 Dung tích bình chứa khí nén l 35 16 Chiều rộng cam mở má phanh m 0,04 Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 2 - Đồ án tốt nghiệp II. xác định Mô men yêu cầu ở các cơ cấu phanh khi tăng tải 2 tấn 1. Xác định trọng tâm của xe khi tăng tải Với giả thiết khi tăng tải thì tải trọng đợc phân bố đều trên thùng xe. Khi đó tại trọng tâm của thùng xe sẽ có thêm một lc G = 20000(N) Hình PI.2. Sơ đồ tính Dựa vào sơ đồ trên ta có thể xác định đợc toạ độ trọng tâm nh sau: Lấy mômen đối với điểm O 2 G 1 = G(178,5/3800) = 940 (N) Suy ra. G 2 = G - G 1 = 20000 940 =19060 (N) Nh vậy ta có : - Trọng lợng phân ra cầu trớc và cầu sau của xe khi tăng tải là: G 1 = G 01 + G 1 = 25750 + 940 = 26690 (N) Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 3 - G G 2 G 1 G a b 6675 1075 3800 2157 575 950 3622 179 Đồ án tốt nghiệp G 2 = G 02 + G 2 = 69500 + 19060 = 88560 (N) - Toạ độ trọng tâm của xe khi tăng tải là: a = (G 2 .L)/G = (88560.3,8)/115250 = 2,92 (m) b = L- a = 3,8 2,92 = 0,88 (m) Chiều cao toạ độ trọng tâm lấy h g = 1,6 (m) 2. Tính toán Mômen phanh Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm đợc tốc độ của xe hoặc dừng hẳn xe với gia tốc chậm dần trong thời gian cho phép. Mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh đợc tính nh sau: + Mômen phanh yêu cầu ở cơ cấu phanh trớc M p1 = G 1 bx g P r g hJ b L G M += max 1 2 [I. 1] + Mômen phanh cần có ở cơ cấu phanh sau: M p2 = G 2 bx g P r g hJ a L G M = max 2 2 [I. 2] Trong đó : Trọng lợng của ôtô khi tăng tải: G = 115250 (N). Chiều dài cơ sở của ôtô: L = 3,8 (m). Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trớc: a = 2,92 (m). Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau: b = 0,88 (m). Chiều cao trọng tâm xe: h g = 1,6 (m). Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 4 - Đồ án tốt nghiệp Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh: max J = 5,88(m/s 2 ). Gia tốc trọng trờng: g = 9,81(m/s 2 ). Hệ số bám của bánh xe với mặt đờng chọn = 0,6 do xe không có hệ thống ABS. Bán kính lăn của bánh xe và đợc xác định theo mối quan hệ sau: r bx = .r 0 trong đó : r 0 = 4,25 2 + d B Theo kí hiệu của lốp ta có: B = 9(inc). d = 20(inc). hệ số biến dạng lốp: = 0,93. ).(448,0)(4484,25 2 20 993,0 mmmr == += r = 0,448 (m). Thay các giá trị ở trang 4 vào [I. 1] và [I. 2] ta đợc : Mômen phanh yêu cầu ở các bánh xe trớc là : ).(7422448,0 88,0.81,9 6,1.88,5 1 8,3.2 88,0.115250 6,0 1 NmM P = += Mômen phanh yêu cầu ở các bánh xe sau là : ).(8067448,0 92,2.81,9 6,1.88,5 1 8,3.2 92,2.115250 6,0 2 NmM P = = Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 5 - Đồ án tốt nghiệp III . Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh guốc. Để tính toán kiểm nghiệm phanh guốc, trớc hết ta phải tính toán các thông số cơ bản nh góc xác định điểm đặt phản lực tác dụng từ trống phanh lên các guốc phanh trớc và sau (), bán kính đặt phản lực tác dụng từ trống phanh lên các guốc phanh trớc và sau (). 1. Tính góc xác định điểm đặt lực Hình PI.3 Góc là góc xác định điểm đặt của lực N và đây cũng chính là điểm đặt của lực R. Góc này đợc xác định theo công thức dới đây. 210 21 2sin2sin2 2cos2cos + =tg [I. 3] Trong đó các góc 1 , 0 , 2 là các góc hình học phụ thuộc kết cấu cơ cấu phanh theo (Hình PI.4) + Góc 1 ở cơ cấu phanh trớc Trong đó: 1 : Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu cuối tấm ma sát 1 = 20 0 0 : Góc ôm của tấm ma sát 0 = 120 0 . Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 6 - y N N N x Đồ án tốt nghiệp 2 : Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu trên tấm ma sát 2 = 1 + 0 =120 0 +20 0 =140 0 . b b 00 a a b b 11 P P a a r r t t Y Y X X b b 22 Hình.PI.4. Các thông số hình học của cơ cấu phanh. Thay các góc 1 , 0 , 2 vào [I. 3] ta đợc: 10185,0 280sin40sin)180/120(2 280cos40cos 00 00 1 = + = tg 82,5 1 = . + Góc 2 ở cơ cấu phanh sau Trong đó : 1 : Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu cuối tấm ma sát 1 = 25 0 0 : Góc ôm của tấm ma sát 0 = 125 0 . 2 : Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu trên tấm ma sát 2 = 1 + 0 =125 0 +25 0 =150 0 . Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 7 - Đồ án tốt nghiệp Thay các góc 1 , 0 , 2 vào [I. 3] ta đợc: 0238,0 300sin50sin)180/125(2 300cos50cos 00 00 2 = + = tg 37,1 2 = . 2. Tính bán kính điểm đặt lực Hình PI.5 Theo [TL1] ta có thể xác định bán kính theo công thức: = ) 2 sin( ) 2 sin(4 0 0 0 + T r [I. 4] Trong đó: r T : Là bán kính tang trống r T = 0,21 (m). 0 : Góc ôm của tấm ma sát 0 = 125 0 . + Cơ cấu phanh trớc Thay r T , 0 vào [I. 4] ta đợc: 1 = ) 2 120 sin( 180 120 ) 2 120 sin(21,0.4 + = 0,2457 (m) Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 8 - r 0 R 0 Đồ án tốt nghiệp + Cơ cấu phanh sau Thay r T , 0 vào [I. 4] ta đợc: 2 = ) 2 125 sin( 180 125 ) 2 125 sin(21,0.4 + = 0,2242 (m) 3. Xác định góc Góc là góc tạo bởi lực tổng hợp R với lực N (Hình PI.5). Từ quan hệ hình học ta có tg = N N N T . à = = [I. 5] : Là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống có trị số từ ( 0,25 0,3 ). Ta chọn = 0,3. Thay vào [I. 5] ta có: o arctg 7,16)3,0( == 4. Xác định r 0 Theo [TL2] thì bán kính r 0i xác định theo công thức : r 0i = 2 1 . à à + i Với à =0,3, 1 = 0,2457 (m), 2 = 0,2242 (m). Ta đợc ).(07,0 3,01 3,0 2457,0 2 1 0 mr = + = ).(064,0 3,01 3,0 2242,0 2 2 0 mr = + = Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 9 - Đồ án tốt nghiệp 5. Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh Để xác đinh lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh ta có thể dùng phơng pháp hoạ đồ lực. Khi tính toán cơ cấu phanh ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc phanh để đảm bảo cho tổng mô men phanh sinh ra ở guốc phanh trớc và sau bằng mô men phanh tính toán của mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe. Khi đã chọn đợc các thông số kết cấu 0 , 1 , 2 , r và xác định đợc góc và bán kính nghĩa là xác định đợc hớng và điểm đặt các lực. Lực N 1 , N 2 với hai lực này hớng vào tâm 0. Lực R 1 là tổng hợp của lực N 1 và T 1 Nh vậy mômen sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe là : M P = M P1 +M P2 = R 1 .r 0 1 + R 2 .r 01 Cách xác định các lực bằng phơng pháp hoạ đồ lực Đối với cơ cấu phanh dẫn động các guốc phanh bằng khí nén, cơ cấu tác động cuối cùng là cam ép. Trên xe Zil - 130 các biên dạng cam có dạng đối xứng nên khi tác động, các má phanh của guốc phanh trớc và sau có các khoảng dịch chuyển bằng nhau. Trong điêù kiện đó nếu kích thớc của các má phanh nh nhau thì biến dạng của chúng cũng bằng nhau và vì vậy áp suất trên các má phanh cũng bằng nhau. Điêù này có nghĩa là các phản lực từ trống phanh lên các guốc phanh trớc và sau là bằng nhau. R = R = R - Quy trình xác định các lực bằng phơng pháp hoạ đồ: + Xây dựng hoạ đồ lực. 1. Xác định các thông số hình họccủa cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đùng tỷ lệ, vẽ các lực P 2. Tính góc và bán kính , từ đó xác định điểm đặt của lực R 3. Tính góc và vẽ các phơng của lực R. Kéo dài phơng của lực R và P cắt nhau tại O, kéo dài phơng của P và R cắt nhau tại O. Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 10 - [...]... của cơ cấu phanh trớc là: Ps = ks Pd = 25 2,0 92 166,14 = 418 82 (N) Us = ks Ud = 21 2,056 93,67 = 19863 (N) Bảng 2 Các thông số má phanh Thông số Cơ cấu phanh trớc Má trớc Má sau 0 10 10 20 20 1 (độ) 140 140 2 (độ) 120 120 0 (độ) a (mm) 150 170 c (mm) 165 165 5, 82 5, 82 0(độ) 24 5,7 24 5,7 (mm) r0 (mm) 70 70 5 Kiểm tra hiện tợng tự xiết : Cơ cấu phanh sau Má trớc Má sau 10 10 25 25 150 150 125 125 150 170... ks = R R ' s ' d = 63 023 = 25 2,0 92 (N/mm) 25 0 Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 14 - T'' Đồ án tốt nghiệp Từ đó ta có các lực tại má trớc của cơ cấu phanh sau là: Ps = ks Pd = 25 2,0 92 76,17 = 1 920 2 (N) Us = ksUd = 25 2,0 92 183,97 = 46377 (N) + Má sau của cơ cấu phanh sau Pd = 166,14 (mm) Rd = 25 0 (mm) Ud = 88,5 (mm) Suy ra hệ số tỷ lệ ks ks = R R ' s ' = d 63 023 = 25 2,0 92 (N/mm) 25 0 Từ đó ta có các lực... nghiệp F1 = a.b = 100.11 = 1100 (mm2) F2 diện tích phần dới chữ T: F2 = c.d = 22 .60 = 1 320 (mm2) Y2= Yc1+Yc2 =R1' - R2' Trong đó: b 2 R1'= R1 = 20 1 11 = 199,5(mm) 2 R1: Bán kính trọng tâm phần diện tích trên, tính đến tâm tang trống R2'= R2 d 60 = 190 = 160(mm) 2 2 R2: Bán kính trọng tâm phần diện tích dới, tính đến tâm tang trống Y2 = b + d 11 + 60 = = 35,5(mm), 2 2 Thay vào [II 4] ta đợc : YC1 =... [TL2]): 2 m V1 V2 2 2 T = mT CT 0 + Ft kT dT [I 12] 0 Trờng hợp phanh ngặt, thời gian phanh rất ngắn nên lợng nhiệt toả ra ngoài không khí rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua: t FT k T d t 0 0 Nên sự tăng nhiệt độ đợc xác định bằng công thức sau: 2 m(V 21 V2 ) T = 2mT C [I 13] 0 Trong đó: m : Khối lợng của xe m = 11 525 (kg), V1 : Vận tốc ban đầu lấy V1= 30 km/h = 8,3 m/s V2 : Vận tốc xe sau khi phanh V2=... 9] 2 àb1 rT 0 2 Trong đó: b1: là chiều rộng má phanh trớc : b1= 0,08 (m) rt : bán kính trống phanh : rt = 0 ,21 (m) 0 : là góc ôm má phanh: 0 = 120 o Thay số vào ta đợc: q1 = 1,67(Mpa) Vì q1 < [q1] nên thoả mãn điều kiện + Cơ cấu phanh sau: M P2 q2 = 2 b r 2 2 T 0 [I 10] Trong đó: b1: là chiều rộng má phanh sau : b2= 0,11 (m) rt : bán kính trống phanh : rt = 0 ,21 (m) 0 : là góc ôm má phanh: 0 = 125 o... 0,001 32 (m2) Y- toạ độ trọng tâm phần bị cắt đối với trục trung hoà Trên hình guốc phanh chữ T nên tại điểm 1,3 có dF = 0 nên Sx=0 tại điểm 2: Sx=Y2.Fc Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 32 - Đồ án tốt nghiệp Y2 = R1- Rth = 199,5 175,8 = 23 ,7 Suy ra: Sx = 0, 023 7.0,001 32 = 31 ,28 4.10-6 (m3 ) JX : Mômen quán tính của tiết diện ( R2 R3 ).C 3 Ta có : J X = 12 Với: 2 + YC 2 F2 + ( R1 R2 ) a 3 + Y 12 C1 2 F1... Họa đồ lực phanh của cơ cấu trớc Mô men phanh tại các bánh xe : Mpbx = ro.R + ro.R = 2. R.ro Rt = Rt = Rt = M bx p 2. ro = 7 422 = 53014 (N) 2. 0,07 Từ họa đồ lực phanh ta đo đợc các độ dài các véctơ lực: + Má trớc của cơ cấu phanh Pd = 73,64 (mm) Rd = 25 0 (mm) Ud = 1 82, 82 (mm) Suy ra hệ số tỷ lệ kt Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 12 - T'' Đồ án tốt nghiệp kt = R R ' t ' = d 53014 = 21 2,056 (N/mm) 25 0 Từ đó... lực tại má trớc của cơ cấu phanh trớc là: Pt = kt Pd = 21 2,056 73,64 = 15615 (N) Ut = kt Ud = 21 2,056 1 82, 82 = 38768 (N) + Má sau của cơ cấu phanh Pd = 167,36 (mm) Rd = 25 0 (mm) Ud = 93,67 (mm) Suy ra hệ số tỷ lệ kt kt = R R '' t '' d = 53014 = 21 2,056 (N/mm) 25 0 Từ đó ta có các lực tại má trớc của cơ cấu phanh trớc là: Pt = kt Pd = 21 2,056 167,36 = 35490 (N) Ut = kt Ud = 21 2,056 93,67 = 19863 (N)... Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 21 - Đồ án tốt nghiệp a :Bán kính trong của trống phanh a = 21 0 mm b:Bán kính ngoài của trống phanh b = 22 8 mm r: Khoảng cách từ tâm ống đến điểm cần tính Qua hai công thức [II.1], [II 3] ta thấy b2 qa 2 1 >0 n : Luôn là ứng suất nén vì : b 2 a 2 và r 2 < 0 do vậy n < 0 b2 qa 2 1 >0 t : Luôn là ứng suất kéo vì : b 2 a 2 và r 2 > 0 Ta thấy rằng khi r = a thì n đạt... 35,5.1100 = 16,14(mm) 1100 + 1 320 Yc2 = Y2 - Yc1 = 35,5 16,14=19,36 (mm) b Tính bán kính đờng trung hoà : F1 + F2 = 175,8( mm) Rth = F1 + F2 R '1 R ' 2 Vậy khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm guốc phanh là RG = R2'+ YC2=160 +19,36 =179,36(mm) 2 Kiểm tra bền guốc phanh Đối với guốc phanh để kiểm tra bền là rất phức tạp do vậy khi tính toán ở đây ta chỉ lấy các giá trị gần đúng Ta kiểm tra tại những tiết diện . Hảo - Ôtô -K45 - 2 - Đồ án tốt nghiệp II. xác định Mô men yêu cầu ở các cơ cấu phanh khi tăng tải 2 tấn 1. Xác định trọng tâm của xe khi tăng tải Với giả thiết khi tăng tải thì tải trọng đợc phân. (độ) 140 140 150 150 0 (độ) 120 120 125 125 a (mm) 150 170 150 170 c (mm) 165 165 165 165 0 (độ) 5, 82 5, 82 1,37 1,37 (mm) 24 5,7 24 5,7 22 4 ,2 224 ,2 r 0 (mm) 70 70 64 64 5. Kiểm tra hiện t ợng tự xiết. án tốt nghiệp Phần I tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Hệ thống phanh trên xe Zil- 130 hiện nay là hệ thống phanh dẫn động khí nén một dòng. Truyền động phanh gồm có máy nén khí, van điều