Đồ án môn học truyền động điện

Với tốc độ gia tăng về số lượng cũng như về chủng loại của các phương tiệngiao thông đường bộ dẫn đến một nhu cầu cấp thiết là phải đặt ra một hệ thống kiểmtra an toàn cho các loại phươn

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kính tế quốc dân đòi hỏi cần chuyênchở khối lượng lớn hàng hoá và hành khách Tính cơ động cao, tính việt dã và khảnăng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô đã trở thành mộttrong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở hàng hoá và hành khách.Với sựphát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành chế tạo ôtô đã đạt được nhiềutiến bộ vượt bậc Ô tô ngày càng được cải thiện, tải trọng vận chuyển tăng lên, tốc

độ ngày càng cao, tính kinh tế và độ bền nâng cao Đi đôi với việc cải tiến mẫu

mã, nâng cao tính tiện nghi, giảm giá thành , một trong những ưu tiên hàng đầucủa các nhà chế tạo ô tô là nâng cao tính an toàn cho người sử dụng Quan trọngnhất trong các hệ thống an toàn của ô tô là hệ thống phanh

Với tốc độ gia tăng về số lượng cũng như về chủng loại của các phương tiệngiao thông đường bộ dẫn đến một nhu cầu cấp thiết là phải đặt ra một hệ thống kiểmtra an toàn cho các loại phương tiện cơ giới đường bộ Để đảm bảo tính chính xác,khách quan cho việc đánh giá kết quả kiểm tra này, cần thiết phải có một loạt cácthiết bị kiểm tra chuyên dùng Do đó em chọn đề tài “Thiết kế bệ thử phanh ô tô”.Sau thời gian hơn ba tháng tìm hiểu nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tậntình của Thầy T.s Nguyễn Hoàng Việt đến nay em đã hoàn thành xong đồ án tốtnghiệp được giao

Với những nhận thức còn hạn chế về nhiều mặt, đồ án này không tránh khỏinhững thiếu sót, em rất mong được sự thông cảm và nhận được nhiều ý kiến đónggóp của các thầy giáo, cô giáo, các kỹ sư cũng như các bạn bè sinh viên

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2007

Sinh viên thực hiện :

Ngô Công Tới

là một trong nhưng vấn đề bức thiết và được xã hội quan tâm Việc nâng cao khả năngkiểm tra, chẩn đoán các hư hỏng đối với các phương tiện cơ giới đường bộ bắt buộcphải có các thiết bị chuyên dụng Công tác lắp ráp, bảo dưỡng, sữa chữa của ngànhcông nghiệp ôtô - máy kéo ngày càng được ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuậtnhiều hơn, nhằm nâng cao độ chính xác cũng như sự đồng nhất về chất lượng sảnphẩm.

Ðể xác định chất lượng của hệ thống phanh ta có thể sử dụng hai phươngpháp 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 cómột số nơi sử dụng phương pháp này Phương pháp này có một số ưu điểm là vốnđầu tư ít, kết quả kiểm tra sát với điều kiện thực tế Tuy nhiên khi thử phanh bằngphương pháp này cần phải có một diện tích sử dụng lớn, thời gian thử kéo dài, kếtquả kiểm tra phụ thuộc vào chất lượng đường sá, thời tiết, nhất là sự chủ quan củangười kiểm tra Mặt khác, với tốc độ ngày càng cao thì phương pháp này gây mất antoàn 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 chậthẹp

Kết quả đo có độ chính xác cao, dễ dàng cơ khí hoá, tự động hoá và lưu trữkết 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 kiệnđường 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 lýchất lượng tiên tiến được ưu tiên hàng đầu Việc thử phanh trên bệ thử đảm bảođược tính đồng nhất, tính chính xác và trung thực về kết quả kiểm tra Nó đáp ứngđược 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 vàothực tế Em chọn đề tài “Thiết kế bệ thử phanh ô tô tải trọng dưới 10 tấn trên mộttrục” Trong phạm vi đề tài này, dựa trên cơ sở lý thuyết đã học cộng với một số bệthử 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 tậntình 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

* Mục đích đề tài:

Là tạo ra một cơ sở lý thuyết rỏ ràng trong việc thiết kế bệ thử phanh, thôngqua đó nâng cao được hiệu quả sử dụng bệ thử Tức là kết quả kiểm tra phanh đượcphản ánh chính xác hơn và tăng tính bền khi sử dụng bệ thử

* Ý nghĩa của đề tài:

Là tài liệu hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu về lĩnh vực chẩn đoán tìnhtrạng 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

2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH.

2.1 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 hẳnhoặc đến một tốc độ nào đó

Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tạichỗ 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 caotốc 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 trườnghợp nguy hiểm

- Đảm bảo hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh ổn định trong các điềukiện 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 hayđòn điều khiển phù hợp

- Để đảm bảo quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điềukhiển 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 ởcác 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 lựcphanh 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 Theonghiên 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 hơnmột 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 điềuchỉnh lực phanh và hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS)

- Phanh chậm dần: sử dụng cho các loại ô tô có tải trọng lớn hay hoạt động ởcác vùng đồi dốc, dùng để khống chế tốc độ động cơ khi đổ dốc dài hoặc làm giảmtốc độ ô tô trước khi dừng hẳn Các loại phanh chậm dần thường gặp là phanh độngcơ

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 mộtdòng, 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 lựcphanh (chân không, khí nén ), căn cứ vào phương pháp tác dụng (trực tiếp, giántiếp ) v.v

2.2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH

Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh có thể dùng các chỉ tiêu sau: giatốc 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 tiêuchuẩn kiểm tra cho phép ô tô lưu hành trên đường, nội dung phần tiêu chuẩn đánhgiá 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 Jpmax (m/s2) 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 phanhchính) cho phép ôtô lưu hành trên đường Do Bộ GTVT Việt Namquy định ngày 05 tháng 12 năm 2001

Chủng loại ô tô

Quãng đườngphanh

Sp (m)

Gia tốc phanh

Jpmax (m/s2)

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 5,8Nhóm 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

7,5m

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

Khi phanh, quỹ đạo chuyển động của ô tô không lệch quá 80 so với phươngchuyển 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 Gođối với tất cả các loại xe

- Sai lệch trên một trục: (giữa bánh bên phải và bánh bên trái)

KSL = max 100 %

min max





p

p p

P

P P

KSL 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 hoặctổng lực phanh không nhỏ hơn 16% trọng lượng toàn bộ phương tiện không tải khithử trên băng thử

Tiêu chuẩn này chủ yếu sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đíchcho phép ô tô lưu hành trên đường nhằm đảm bảo an toàn khi chuyển động Đối vớicác cơ sở nghiên cứu hay thiết kế hay chế tạo thì cần áp dụng các tiêu chuẩn nghiêmngặt hơn, ở Việt Nam đang thử nghiệm áp dụng tiêu chuẩn về hệ thống phanhTCVN 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 lớnnhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng củachúng 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.

dừng, phanh dự trữ

- Ô tô du lịch

- Ô tô tải, khách

500700

150180Bằng tay đòn Phanh dự trữ và

phanh dừng

- Ô tô du lịch

- Ô tô tải, khách

400600

160220

Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu đánh giá được cho tươngứng với 3 dạng thử khác nhau:

Thử 0: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanhcòn nguội và thường được tiến hành cho 2 trường hợp: Động cơ được tách và khôngtách 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 đểcho các cơ cấu phanh nóng lên sau đó đến giai đoạn thử chính để xác định hiệu quảphanh

Thử II: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi ô tô chuyển độngxuống dốc dài

Các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh chính và phanh dừng của Liên Xô được thểhiện trong: bảng 2.3 và bảng 2 4

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh chính

Lực tácdụng lênbàn đạpPbđ(N)(≤)

Dạngthử

Quãngđườngphanh.Sp(

m),()

Gia tốcchậm dần

ổn định.Jp(m/s2),()1

43,254,057,5

7,05,45,0

Lực tácdụng lênbàn đạpPbđ(N)(≤)

Dạngthử

Quãngđườngphanh.Sp(

m),()

Gia tốcchậm dần

ổn định.Jp(m/s2),()

25,832,334,3

7,05,34,9

32,140,142,7

6,04,54,1

44,856,059,6

5,54,13,85

25,031,333,3

5,54,03,7

17,221,522,9

5,54,03,77

Đoàn ô tô với

26,533,135,2

5,54,03,7

18,423,024,5

5,53,93,6

Bảng 2.4 Các tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả hệ thống phanh dựtrữ

TT Chủng loại ô tô

Tốc độtrước khiphanhV0,(Km/h)

Lực tác dụng lên

bộ phận điều khiểnbàn đạp Pbđ,N, (≤)

Quãngđườngphanh Sp(m)

(  )

Gia tốcchậm dần

ổn định

Jp (m/s2)

(  )

Tayđòn

3 PHÂN TÍCH CÁC BỆ THỬ PHANH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.

3.1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU PHÂN LOẠI BỆ THỬ PHANH

- 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 cùngmột 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 thửphanh phải đảm bảo an toàn khi đang hoạt động, điều kiện làm việccủa nhân viênđược 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 thiếttrong nhà xưởng, dễ bảo quản, tránh mưa nắng xuống bệ thử và càc nhân viên kiểm traxe

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 kiểusàn di động) Động năng này có giá trị gần bằng động năng chuyển động của ô tô ởtốc 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 quaybánh xe (tang quay hoặc con lăn quay), kết quả thử không phụ thuộc vào công suấtđộng cơ điện mà phụ thuộc vào các cơ cấu đo (cảm biến gia tốc phanh, cảm biến lựcphanh 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 đểthắng 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 củacon lăn Khi phanh nguồn năng lượng dẫn động được ngắt, lực phanh đo đượcthông qua việc đo mômen quán tính nên kết quả phụ thuộc vào mômen quay củabánh đà

Bệ thử loại này tiêu tốn năng lượng ít hơn do khi phanh chỉ sử dụng nănglượng 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 dùngcho một vài loại xe xác định

Theo kết cấu và nguyên lý làm việc, bệ thử phanh được chia ra:

- Bệ thử kiểu tấm

- 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 tacòn các phân loại khác.

3.2 PHÂN TÍCH MỘT SỐ LOẠI BỆ THỬ PHANH

3.2.1 Bệ thử kiểu sàn di động Hình 3.1

2

4 3

5

6 1

Giá trị lực phanh Pp:

Pp = G0.j

Pp = Pkmax + Pf + Pj

Trong đó:

- 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

- j: gia tốc dịch chuyển của sàn

Lực Pj phụ thuộc vào vận tốc thử nên rất khó xác định, chính vì vậy, phươngpháp này không cho kết quả chính xác

 Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

- Kết cấu bệ thử đơn giản

- Chế tạo sàn, lực kế, con lăn v.v… dễ dàng

* Nhược điểm:

- 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 điềuchỉnh lực phanh giữa các bánh xe là không thể được

- Không xác định được các chỉ tiêu phanh còn lại

3.2.2 Bệ thử kiểu băng tải- tang quay Hình 3.2

4 3

Hình 3.2 Bệ thử kiểu băng tải- tang quay

1 Lực kế; 2 Băng tải; 3 Ô tô thử; 4 Tang quay

Nguyên lý làm việc :

Cho hai bánh xe ô tô đi vào băng tải 2, móc kéo sau xe được móc vào một đầulực 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 xexuất 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

 Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

- 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

* Nhược điểm:

- Chỉ xác định được lực phanh đồng thời của hai bánh xe, do vậy việc điềuchỉnh 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 thiếuchính xác đo.

- Băng tải dễ bị hỏng nên phải thay liên tục gây tốn kém và làm gián đoạncông 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

05

06

0809

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

Khi đo hiệu quả phanh trên bệ thử cần căn cứ vào các quan hệ sau đây:

Ed =   02    2

2

1 2

1

k k

J V

Trong đó:

- m: khối lượng ôtô

- 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:

p J

V

2

2 0

Vì: V1 = 0

- Jpd: 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:

r

J m

pd d k

J    Trong đó:

- 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:

EB =   . 2    . 2

2

1

v dc v k

J   Tổng lực phanh đo được trên bệ thử có công thức:

Sp = 2 2

2

2

c PB

P r

J J

V

 Trong đó:

- JpB: gia tốc phanh trên bệ thử quán tính

- Jc: mômen quán tính khối lượng của các chi tiết chuyển động quay

+ 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

* Nhược điểm:

- Thiết bị đo lường tương đối khó kiếm

- Khi thay đổi tải trọng xe phải tính lại mômen quán tính của bánh đà, do đórất phức tạp

3.2.4 Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân bằng Hình 3.4

05

07

06 08

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 giảmtốc; 6 Động cơ điện; 7 Cảm biến lực phanh; 8 Bánh xe kiểm tra

Nguyên lý làm việc:

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 kiểmtra 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 hãmlại, con lăn chủ động dừng làm cho bánh răng bị động cấp chậm dừng, trong khi đóđộng cơ điện vẫn truyền mômen đến bánh răng chủ động cấp nhanh Bánh răng chủđộng cấp chậm dẫn động bởi động cơ điện lúc này có xu hướng quay hành tinhquanh bánh răng bị động cấp chậm, chuyển động hành tinh này sẽ kéo hộp giảm tốcxoay đi một góc với một mô men cân bằng Mh Mômen này chính bằng mômenphanh của bánh xe kiểm tra 8 Để đo mômen này người ta dùng các cơ cấu đo khácnhau: điện, thuỷ lực, cơ khí v v gắn vào tay đòn của hộp giảm tốc cân bằng

 Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

- Xác định được mômen phanh trên mỗi bánh xe, mức độ chênh lệch mômenphanh 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

- Kết cấu chắc chắn

* Nhược điểm:

- 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

08

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), chođộng cơ điện 6 làm việc, mômen truyền từ động cơ qua bộ truyền xích 5, qua hộpgiảm 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, mômenphanh 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 nguồnđiện 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 phanhcủa bánh xe Để đo mômen phanh này người ta dùng phương pháp đo khác nhau:điện, thuỷ lực, cơ khí v v

 Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

- Xác định được mômen phanh trên mỗi bánh xe, mức độ chênh lệch mômenphanh 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 đườngphanh vv một cách thuận tiện

- 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

07

0208

06

12

09

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

Nguyên lý làm việc:

Cho các bánh xe trên cùng một cầu đi vào các con lăn ma sát 1, bật cầu daocho động cơ 6 làm việc, mômen từ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc 4 đến lihợp 3 và đến con lăn ma sát chủ động Thông qua bộ truyền xích 2 con lăn chủ độngquay sẽ làm con lăn bị động quay theo cùng với vận tốc góc, các con lăn quay sẽlàm bánh xe cần kiểm tra quay theo

Khi bánh xe kiểm tra 8 quay ổn định, người lái tiến hành đạp phanh, mômenphanh sẽ tác động vào cặp bánh răng nhỏ thông qua con lăn chủ động và làm dịchchuyển đòn tác động vào cảm biến 7 Lúc đó đồng hồ đo sẽ cho biết kết quả giá trịlực 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 khínén

 Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

- 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 lựcphanh 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

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:

- Về kết cấu:

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

đảm bảo cho việc lưu trữ, xử lý số liệu, thống kê được nhanh chóng, tiện lợi và chínhxác.

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 bệthử 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 điệnkhông 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 mộttrục

Để nâng cao tính chính xác của phương pháp đo, bệ thử có trang bị thêm cáccảm 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 cácmôđun xử lý kết quả phục vụ công tác lưu trữ, hiển thị và in ấn kết quả

3.4 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ BỆ THỬ

3.4.1 Sơ đồ cấu tạo.

Thiết bị kiểm tra phanh kiểu động cơ- hộp giảm tốc cân bằng được cấu thànhbởi 3 thành phần chính: Bệ thử, bảng điều khiển và đồng hồ hiển thị

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 mộtkhối Trục hộp giảm tốc được gắn lên hai ổ đở tự định tâm Điều này có nghĩa là cảhộp giảm tốc và động cơ điện có thể quay tự do quanh tâm của nó Cảm biến lựcphanh 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 củađộng cơ điện Ðầu ra của hộp giảm tốc và đầu của con lăn được liên kết với nhaubăng bộ truyền xích.

Ở giửa 2 con lăn có 1 con quay trơn bằng thép có kích thước (dxl), cách đầubên trái một đoạn (b), có khoan lỗ Ðối diện với vị trí khoan lỗ này có giá gắn mộtcảm biến tốc độ Con lăn này quay trơn quay quanh trục của nó và trục này được bắtvào giá đỡ bằng bu lông Phía dưới của giá có lắp một cảm biến đóng vai trò nhưmột 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 théptấm 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 nềnbằng các bulông

8

5

6

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 conlăn 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 bộphận nắp đậy và nắp chắn an toàn đảm bảo cho bộ con lăn không lệch khỏi vị trí khivận hành

- Bảng hiển thị 11:

Bảng hiển thị được bố trí phía trước đầu xe theo hướng xe vào kiểm tra đểtạo 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 haibánh (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 vitính 12, máy in 10 và thiết kế thêm một phần mềm xử lý Ðối việc phát triển củacông nghệ thông tin hiện nay thì đây là một việc hoàn toàn có thể làm được

3.4.2 Nguyên lý hoạt động.

Cho xe tiến thẳng vào bệ thử, các bánh xe nằm giữa 2 con lăn ma sát và đècon lăn nhôm quay trơn 6 làm nhả công tăc an toàn lúc này trên bảng hiển thị đènbáo 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 phầntrên, do bộ con lăn được treo trên 4 cảm biến cân trọng lượng Nên lúc này, trọnglượng 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 thànhgiá trị trọng lượng thật, hiển thị trên bảng hiển thị Trọng lượng cao hay thấp phụthuộc vào độ cong của cảm biến cân.

Chọn chế độ thử: việc xác định chế độ thử sẽ quy định tốc độ thử, sử dụngcho các tiêu chuẩn đánh giá của từng loại xe

Tiếp theo người điều khiển nhấn công tắc điều khiển (nút remote) để điềukhiển cho thiết bị hoạt động Ðộng cơ điện 1 sẽ khởi động kéo con lăn ma sát quayngược 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 độngxích 9 giữa trục thứ cấp hộp giảm tốc và con lăn chủ động, làm các con lăn ma sát 8chuyển 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 bắtđầu 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 chậmlại Sự chuyển động chậm lại này tác động trực tiếp lên rôto của động cơ điện trongkhi sức điện động trong động cơ điện vẫn giữ nguyên Tốc độ của rôto chậm lại làmtăng sự trượt của véctơ quay điện từ của stato và rôto gây nên mômen chống lại sựtrượt 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 củacảm biến lực Nên nó kéo một đầu cảm biến dịch chuyển theo Một đầu cảm biến bịngàm chặt vào khung Do đó cảm biến bị uốn cong gây nên sự thay đổi điện trởtrong 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 hiểnthị Bộ xử lý ghi nhận giá trị lực phanh, kết hợp với giá trị trọng lượng được lưu trữlúc đầu Từ đó tính toán ra hiệu quả phanh (lực phanh riêng) và độ lệch lực phanhcủa 2 bánh xe

Hiệu quả phanh:

p p

G: trọng lượng ôtô phân bố lên cầu đang xét [KN]

Ppm ax: lực phanh của bánh xe có giá trị lớn hơn [KN]

Ppm in: lực phanh của bánh xe có giá trị nhỏ [KN]

Như đã đề cập ở phần cấu tạo, trong hệ thống có bố trí con lăn quay trơn,được dẫn động bằng ma sát của bánh xe Ngoài nhiệm vụ an toàn là đóng ngắt côngtắc an toàn, con lăn quay trơn còn có nhiệm vụ đo hệ số trượt của bánh xe nhờ cảmbiến tốc độ gắn đối diện với các lỗ khoan trên con lăn Nó ngắt dòng điện động cơ

và lưu lại kết quả thời điểm hệ số trượt vượt quá một giá trị cho phép Theo kết quảthực nghiệm thì lực phanh đạt giá trị cao nhất khi hệ số trượt là 20% Do đó khiphát hiện bánh xe bên nào trong quá trình phanh tạo được độ trượt cho phép thì bộ

xử lý sẽ ngắt rơle điều khiển, nhờ đó đảm bảo cho việc đánh giá kết quả phanh sátvới điều kiện hoạt động thực tế của xe Đồng thời đảm bảo an toàn cho hệ thống vàngười điều khiển

Phấn xử lý kết quả tổng hợp căn cứ vào tiêu chuẩn đã được cài đặt sẵn trong

bộ điều khiển để đưa ra kết luận và in kết quả kiểm tra

4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH.

4.1 CHỌN THÔNG SỐ BAN ĐẦU

4.1.1 Chọn chế độ thử.

4.1.1.1 Tải trọng thử

Tải trọng thử là một khoảng dao động tuỳ vào số lượng chủng loại ô tô cầnthử Tải trọng thử cần thiết là một thông số hết sức quan trọng để tính toán các chitiết 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, tachọn chế độ tải trọng cho bệ thử như sau:

Tải trọng tối đa trên một trục: 10 000 kg

4.1.1.2 Tốc độ thử

Việc xác định vận tốc thử của bệ thử phải đảm bảo hợp lý Nếu chọn vận tốcthử nhỏ quá sẽ làm cho kết quả thử không chính xác, không sát với điều kiện hoạtđộng của ô tô Nhưng nếu chọn vận tốc thử quá lớn sẽ gây rung động lớn, khôngđảm bảo điều kiện ổn định của quá trình thử, gây mất an toàn Mặt khác, khi chọnvận tốc thử lớn thì kết cấu bệ thử sẽ lớn, cồng kềnh gây nên sự tiêu tốn công suấtlớn

Đối với việc thử phanh trên đường thì vận tốc được chọn là vận tốc mà xethường hoạt động là hợp lý và sát với thực tế nhất Tuy nhiên, hiện nay vận tốc ô tôngày càng được nâng cao và việc thử phanh với vận tốc như thế là một công việchết sức nguy hiểm Tùy theo điều kiện công nghệ của mỗi quốc gia hay hiệp hội đểquy định vận tốc thử phanh phù hợp Tiêu chuẩn châu Âu, Nhật, Mỹ chọn vận tốcthử cho xe từ 60- 80 km/h, tiêu chuẩn Liên Xô GOST 25478- 82 chọn vận tốc thửphanh từ 40- 80 km/h Hiện nay, vận tốc thử phanh trên đường theo Tiêu chuẩn ViệtNam 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 thốngphanh 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 Nếuvận tốc thử từ 2- 7km/h thì đã có khả năng phát hiện từ 90- 95% các hư hỏng, nhưvậy 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 quảđược 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 chỉtiêu chính để tính toán khoảng cách giữa các con lăn Khoảng cách này một mặtphải đảm bảo độ ổn định khi bệ thử hoạt động, mặt khác phải đảm bảo cho ô tô ravào bệ thử được dễ dàng

Dựa vào các thông số khảo sát ta xác định được các giá trị giới hạn của bánkính 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 thiếtchọn ô tô con R2 VAN của hãng KIA sản suất năm 1994 [2] Lắp lốp xe có ký hiệu145sr12 Với kí hiệu lốp trên, ta có thể xác định được bán kính thiết kế của lốp theocông thức sau:

d

Trong đó:

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:

- Với lốp áp suất cao:  = 0,945 ÷ 0,950

Lốp ô tô thông thường là loại lốp áp suất thấp, ta chọn  = 0,93

Vậy: rbx min = 0,93 297,4 = 276,6 mm

* Xác định bán kính bánh xe lớn nhất:

- Bán kính bánh xe lớn nhất thông dụng được lắp trên ô tô tải nặng, ta chọnbánh xe của ô tô tải URAL-4320 của Liên Xô cũ có ký hiệu lốp 14.00-20 Tương tựnhư trên ta có thể xác định được bán kính thiết kế của lốp theo công thức sau:

- 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

12

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 từtăng 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 sốbám Khi tăng tải trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ số bám giảm đi một ít và đồthị có dạng tuyến tính

Sự khác biệt giữa trạng thái mặt đường ảnh hưởng lớn đến hệ số bám Khiđường ướt thì các ảnh hưởng của áp suất trong lốp, của tốc độ chuyển động và tảitrọng 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 xethì lúc đầu hệ số bám tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độtrượt 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 bámcực 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 sửdụng 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 mặtđường)

Loại đường và tình trạng mặt đường Hệ số bám φd

Đường nhựa hoặc đường bêtông :

- khô và sạch

- ướtĐường đất:

- pha sét, khô

- ướt

0,7  0,80,35  0,450,5  0,650,2  0,4

Đường cát:

- khô

- ướt

0,2  0,30,4  0,5

Hệ số bám của lốp và con lăn  gọi là hệ số bám của bệ thử (φb ) phụ thuộcvào tính chất ma sát của vật liệu phủ bề mặt con lăn và áp suất lốp, trạng thái bề mặtcủa lốp xe Hệ số bám của bệ thử b không được nhỏ hơn 0,6 Chọn hệ số bám của

bệ thử φb = 0,65

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CON LĂN

4 2.1 Chọn phương án bố trí con lăn.

d) c)

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 vụtruyền lực từ nguồn dẫn động đến bánh xe thông qua lực bám Việc tính toán tốt cácthông 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 caohơn 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 mụcđích 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 chủđộng để làm giảm kích thước và trọng lượng bệ thử Nhưng việc bố trí con lăn bịđộng có đường kính nhỏ hơn trong một phạm vi nào đó không có lợi về mặt chịulực (tải trọng phân bố lên con lăn bị động thường lớn hơn) và làm tăng sự trượt bởicon lăn bị động cũng tham gia truyền lực

Đường tâm trục con lăn (hai con lăn có đường kính bằng nhau) bố trí ngangnhau 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 bánkính 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 đểthỏa mãn điều kiện vượt dốc đối với xe có bán kính bánh xe nhỏ thì khoảng cáchtrục 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 tiếncủa xe thấp hơn con lăn chủ động phía sau một khoảng a (hình 4.2.b)

thiết nhỏ nhất đối với loại ô tô du lịch ZAZ-968 “ ZAPORDES ” và khoảng cáchthử 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

- Cỡ lốp: 6,15-13

- Số lượng lốp : 4+1

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:

Lmin = Bo- 2.B/2- 2.a mm

Trong đó :

-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:

B

Bo

Lmin a

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:

Lmax = Bo + 2.B + 2.a mm

Trong đó :

- 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:

Lmax = 2000 + 2  355,6 + 2  100 = 2911,2 mm

Chọn: Lmax = 3000 mm

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 lựcbám 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, tảitrọng ), 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 đườngkính con lăn

Điều kiện tác dụng của lốp xe với sự quay của con lăn và với mặt đường làkhác nhau, trong quá trình đó có sự thay đổi của lực phân bố ở các vị trí tiếp xúccủa 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 lănnhỏ hơn diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường còn áp lực riêng thì lớn hơn Thựcnghiệm cho thấy áp lực riêng của lốp xe và con lăn lớn hơn 30 ÷ 35 %, điều đó dẫnđến thay đổi hệ số bám

Theo các tài liệu được công bố thì độ cong của con lăn ảnh hưởng đến độ trượtcủa bánh xe, tức là độ trượt phụ thuộc vào đường kính của con lăn Nói một cáchtổng quát hơn thì độ trượt của lốp xe và bề mặt con lăn phụ thuộc vào tỷ số đườngkính của con lăn với đường kính của bánh xe Sự quan hệ được thể hiện trên đồ thịhình 4.5

0,2 0,4 0,6 0,8 a(%) 0

20 40 60 80

S T (%)

Hình 4.5 Đồ thị quan hệ độ trượt bánh xe theo tỷ số a = Dcl /Dbx.

Trên đồ thị hình 4.5, ST là độ trượt giữa bánh xe và mặt con lăn, a là tỷ số giữađường kính con lăn và đường kính bánh xe Dựa vào đồ thị này ta thấy sự trượt tươngđối ổn định khi a > 0,4, bắt đầu tăng khi a = 0,25 ÷0,4 và tăng rất nhanh khi tỷ số a <0,2.

Để đảm bảo độ trượt ổn định, ta chọn hệ số a = 0,27 Dựa vào hệ số này,đường kính con lăn được tính như sau:

4.2.4 Tính toán thiết kế chiều dài con lăn.

Chiều dài con lăn được xác định phụ thuộc và khoảng cách thử cần thiết lớnnhất và nhỏ nhất của bệ thử Ta có thể xác định chiều dài con lăn như sau:

Ta chọn: δ = 30 mm

Bề mặt con lăn được chế tạo có khá nhiều dạng (hình 4.7) Thông thườngngười ta chế tạo bề mặt con lăn sao cho hệ số bám đạt được không nhỏ hơn 0,6 Cáccon lăn có bề mặt nhẵn sẽ không thích hợp do có hệ số bám thấp Các bề mặt củacon lăn có thể làm bằng thép và được gia công chế tạo thành các vết khía, các rãnhhoặc các gân, nhưng để tăng độ bám, trên bề mặt con lăn thường được phủ một lớpnhựa nhân tạo, bêtông, đá nhám

3

1

5 4

2

1

Hình 4.6 Kết cấu bề mặt con lăn

a) Con lăn có bề mặt khía nhám; b) Con lăn có bề mặt phủ vật liệu ma sát

1 Trục con lăn; 2 Phần xương tang chịu lực; 3 Rãnh khía tạo độ bám;

4.Vật liệu ma sát; 5 Lưới kim loại

Các kiểu bề mặt con lăn có khía nhám chế tạo đơn giản, đạt được hệ số bámkhá cao nhưng nó thường dẫn đến phá huỷ các hoa lốp Để bề mặt con lăn khi thử

xe không phá huỷ các hoa lốp, người ta chế tạo trên bề mặt con lăn các rãnh có gânđan chéo nhau một góc 1200

Loại kết cấu bề mặt con lăn phủ lớp vật liệu ma sát có nhiều ưu điểm hơn do

hệ số bám cao mà không làm hại lốp Tuy nhiên, loại con lăn này chế tạo phức tạphơn và vì vậy giá thành sẽ cao

Bề mặt con lăn được chọn là loại bề mặt phủ vật liệu ma sát Hỗn hợp vật liệu

ma sát là bêtông nhựa trộn với chất dính kết Để tăng khả năng chịu tải và độ dínhkết, ở giữa lớp vật liệu ma sát có đặt một lưới kim loại

4.2.6 Tính toán khoảng cách tâm giữa các con lăn.

Khoảng cách tâm giữa hai con lăn được xác định theo hai điều kiện Trước hết,khoảng cách phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện ổn định của xe khi thử Xe phải đảmbảo không bị văng ra khỏi bệ thử khi bệ thử hoạt động Mặt khác, khoảng cách nàyphải không lớn quá để giúp xe có thể vượt ra khỏi bệ thử một cách dễ dàng sau khi

đã thử xong

Đây là hai điều kiện cần phải thoả mãn đồng thời Trong hai điều kiện đó cầnphải chú ý một vấn đề căn bản là phân tích sự tương hỗ về hệ số lực bám giữa lốpôtô và con lăn và về góc lọt của bánh xe giữa hai bề mặt con lăn Khi bánh xe bịquay cùng con lăn nhờ động cơ điện dẫn động và khi phanh xe lại.

Xét sơ đồ phân bố lực như hình 4.7, khi động cơ điện quay dẫn động con lănquay và thông qua ma sát giữa bề mặt con lăn kéo bánh xe quay theo Sau một thờigian, con lăn và bánh xe quay với tốc độ ổn định (hình 4.7.a)

2: lực ma sát giữa bánh xe và con lăn 1 và 2

fms: là hệ số ma sát tổng cộng của các ổ trục, moay ơ bánh xe

o

o 2

o 1

B G

Hình 4.7 Sơ đồ tác dụng lực tương hỗ giữa các con lăn và bánh xe

a) Khi bánh xe quay ổn định và chưa đạp phanh; b) Khi đạp phanh

1 Bánh xe kiểm tra; 2 Con lăn bị động; 3 Con lăn chủ động

Khi bắt đầu đạp phanh, lực phanh sẽ sinh ra một mômen phanh trong bánh xengược chiều chuyển động của bánh xe Mômen này tác dụng lên 2 điểm tỳ A và Btrên các con lăn một cặp ngẫu lực Pp (hình 4.7.b) Cặp ngẫu lực này có các tác dụngngược nhau đối với 2 con lăn Nó làm tăng trọng lượng phân bố lên trục con lăn 1

và làm giảm trọng lượng phân bố lên trục con lăn 2 Và lực ma sát sinh ra trên các

bề mặt con lăn tương ứng cũng biển đổi theo