thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh ô tô dẫn động bằng khí nén

Theo thời gian hệ thống phanh phát triển với các kiểu khác nhau: kiểu phanh trống, phanh đĩa, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh thủy khí, phanh chống hãm cứng ABS, hệ thống ESP…, từ h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ DẪN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN

MÃ SỐ: T2011- 36

S 0 9

S KC 0 0 3 3 5 6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ

I ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU:

1 Đối tượng nghiên cứu là mô hình:

 Đáp ứng nhu cầu cải cách Giáo dục về thay đổi nội dung, phương pháp, phương tiện dạy và học nói chung Cụ thể là ngày càng hoàn thiện

kỹ năng thực hành cho sinh viên nói riêng đồng thời tạo điều kiện thuận lợi và linh hoạt cho giáo viên trong công tác giảng dạy thực hành nói chung

 Ngoài ra nó cùng với các phương tiện dạy thực hành như, CD-ROM, video tape, DVD, TV,… phân phối các hoạt động, các quá trình, các sự kiện đào tạo và học tập, giúp cho người học có thể tự học khi không có sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên từ đó phát huy tính tự học, khả năng tư duy sáng tạo của người học, người học có thể tự ôn tập, kiểm tra, đánh giá kiến thức đã lĩnh hội được thông qua chương “Kiểm tra kiến thức”, các hình thức truyền đạt của giáo viên qua những kinh nghiệm thực tế có được

để có thể truyền đạt những kiến thức, kỹ năng , kỹ xảo cho người học thì

mô hình giúp cho hoc sinh có thể trực quan tượng hình nhằm cung cấp những kinh nghiệm giả tạo qua việc phản ảnh cấu trúc không gian thực của đối tượng nghiên cứu Qua đó học sinh sẽ có được điều kiện dể dàng để đi sâu vào bản chất của các vật thực, đồng thời mô hình giúp cho người học khắc phục một số khó khăn như vật thể cồng kềnh, quá lớn, quá nhỏ hay hiếm có trong thực tế, hay trong trường hợp cần cho học sinh quan sát một cách chi tiết về sự hoạt động của vật thể mà với vật thật chúng ta không thể quan sát được, hay dùng để hình thành cho học sinh những khái niệm mang tính trừu tượng mô hình cũng giúp cho học sinh trong việc quan sát cảm tính, hình thành biểu tượng ban đầu và lại tiết kiệm được thời gian và tiền bạc

Tóm lại : mô hình cùng với nhiều hình thức dạy học khác trong nền

giáo dục hiện đại ngày nay không những mang lại cho người học có được một con đường giúp học sinh lĩnh hội tri thức khoa học và kỹ năng thực hành một cách nhanh nhất hiệu quả nhất và tiếp cận với những kiến thức thực tế nhất, cô động nhất, tổng quát nhất, thuận lợi và hứng thú qua các

mô hình, làm cho học sinh có sự tò mò tự tìm hiểu Ngoài ra mô hình còn cho học sinh biết được quy trình sử dụng, nguyên lí hoat động và cấu tạo của từng chi tiết bộ phận cụ thể Điều này giúp ích rất nhiều cho người học dần dần hình thành những kỹ năng nghề cơ bản làm cơ sở phát triển kỹ năng nghề nghiệp trong tương lai

2 Đối tượng nghiên cứu là “hệ thống phanh ô tô” :

 Trong ngành công nghệ ôtô có rất nhiều lĩnh vực cần được nghiên cứu và minh họa bằng mô hình để phục vụ ngày một tốt hơn cho công tác học tập

và giảng dạy thì đề tài “HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ” cũng là vấn đề đang được quan tâm:

 Hệ thống phanh là một hệ thống quan trọng trên ôtô, là bộ phận dùng để giảm chuyển động các bánh xe, đồng thời góp phần an toàn và ổn định khi

xe chuyển động

 Hệ thống phanh nói chung góp phần hết sức quan trọng vào việc giúp cho

xe được điều khiển an toàn theo đáp ứng nhu cầu cần thiết của người lái trong mọi tình huống

II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI :

Nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với mục tiêu sau:

- Thực hiện nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp ráp mô hình “hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải” trên sa bàn là một phương tiện dạy học trực quan tượng hình nhằm cung cấp những kinh nghiệm hữu ích qua việc phản ảnh cấu trúc không gian thực của đối tượng nghiên cứu Qua đó học sinh sẽ

có được điều kiện dể dàng để đi sâu vào bản chất của các vật thực

- Thông qua mô hình hệ thống phanh giúp cho học sinh nắm được một cách đầy đủ và sâu sắc hơn về hệ thống phanh nói chung

- Đồng thời qua mô hình và tài liệu lí thuyết làm cơ sở tham khảo cho những chuyên đề về hệ thống phanh một cách bổ ích

III TÌNH HÌNH Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:

 Hiện nay, so với các quốc gia đang phát triển khác trong khu vực và trên thế giới, nền Giáo dục nước ta vẫn còn thấp và còn một khoảng cách, nhưng không phải yếu kém về khả năng mà chính là khoảng cách về trình

độ khoa học kỹ thuật và tính thực tiễn trong Giáo dục, đặc biệt là trang thiết bị và cơ sở vật chất trang bị cho các trường, các trung tâm dạy nghề còn rất nghèo nàn, lạc hậu, trong đó có những thiết bị đã hư hỏng hoặc nếu còn hoạt động thì cũng đã lỗi thời hàng vài thập niên… đã gây trở ngại lớn cho công tác giảng dạy và học tập Song muốn có một phòng thí nghiệm, một mô hình thực tế để phục vụ cho việc đào tạo thì phải đầu tư một khoản tiền rất lớn để mua máy móc từ nước ngoài Ai trong chúng ta cũng nhận thấy điều này trong những năm qua Nhà Nước, các ngành, các cấp cũng đã

nổ lực không ngừng đầu tư ngân sách cho Giáo Dục & Đào Tạo cũng như

đề ra phương pháp giáo dục mới nhằm từng bước đưa nền Giáo dục nước

ta sánh ngang với các nước trong khu vực và trên thế giới Song do hoàn cảnh đất nước về phát triển kinh tế còn thấp nên cho đến nay vấn đề đầu tư trang thiết bị cho Giáo Dục vẫn là một vấn đề nan giải, đang là thách thức trở ngại lớn cho ngành Giáo Dục nói riêng và toàn xã hội nói chung

 Như vậy, bài toán đặt ra cho chúng ta là làm sao để nâng cao chất lượng đào tạo, gắn liền giữa lý thuyết và thực hành, giữa những cái học trong trường và ngoài xã hội…do đó cần phải đổi mới cho bằng được phương pháp dạy và học cho phù hợp sao cho người học là trọng tâm của

quá trình dạy học, người thầy chỉ là người hướng dẫn động viên, đôn đốc, khuyến khích tính tự học của người học, phát huy tính sáng tạo, đức tính cần cù siêng năng chịu thương chịu khó vốn có của người Việt Nam, nhằm làm cho chất lượng giáo dục ngày càng tăng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đồng thời có tính tiết kiệm và phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh kinh tế của nước ta

 Nhà trường và Khoa cơ khí động lực nhận thấy việc truyền đạt và tiếp thu bài giảng với sự trợ giúp của mô hình là một trong những giải pháp cho vấn đề đã nêu trên, nó vừa có ý nghĩa thời đại khoa học kỹ thuật vừa

có ý nghĩa kinh tế xã hội trong công tác đào tạo ở nước ta và đặc biệt là đối với Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

IV NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI:

 Trong thời gian qua mặc dù ngành Giáo dục cố gắng rất nhiều, song hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại, là trở lực lớn cho Giáo dục, sự phát triển kinh tế- xã hội và tiến trình hội nhập với thế giới Đó là:

 Giáo trình, tài liệu mới, tài liệu truyền thống (sách, báo, tạp chí…) giúp cho người học hiểu được tính cơ bản của vấn đề chuyên môn Còn thực tiển sẽ bị hạn chế do thiếu phương tiện thực tập

 Chưa cập nhật được những thay đổi của khoa học kỹ thuật, chưa ứng dụng nhiều lợi ích của công nghệ thông tin vào Giáo dục (như việc chỉnh lý sách giáo khoa, thi cử…)

 Đặc biệt Tài liệu sống (giáo trình điện tử, mô phỏng, mô hình…) chưa được đầu tư phát triển đúng mức ngoại trừ ở một số trường lớn

 Đã áp dụng nhiều hình thức để thay đổi phương pháp dạy và học nhưng còn mang nặng hình thức vì thiếu sự đồng bộ về vật chất, phương pháp

và chuyên môn

 Khoa cơ khí động lực đã đưa ra đề tài này chính là mong muốn góp phần giải quyết những tồn tại nêu trên

PHẦN II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

1 Chức năng của hệ thống phanh:

 Như ta đã biết hệ thống phanh cùng với những hệ thống và bộ phận khác được trang bị trên ôtô có vai trò hết sức quan trọng làm nên chiếc xe đáp ứng nhu cầu về sự an toàn, ngày càng hoàn thiện hơn về sự thuận tiện,

dể dàng khi sử dụng Không chỉ có thế mà nó còn phải đáp ứng được dễ dàn khi sử dụng, muốn có được điều đó thì chúng ta phải ngày càng phải nâng cao công nghệ kỹ thuật làm cho chiếc xe ngày càng hoàn thiện, hiện đại đáp ứng yêu ngày càng cao của người sử dụng

 Hệ thống phanh nói chung là một hệ thống rất quan trọng trên ôtô, là

bộ phận dùng để giảm chuyển động quay của các bánh xe cũng như giúp cho xe có khả năng dừng hẵn một cách đột ngột khi có sự cố trên đường, đồng thời góp phần ổn định khi xe chuyển động hoặc giữ cho xe ở một vị trí nhất định Đảm bảo ô tô hoạt động an toàn ở mọi tốc độ, đặc biệt là ở tốc độ cao Do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển

 Lịch sử hình thành hệ thống phanh gắn liền với lịch sử phát triển của ô

tô Ở những thế hệ xe đầu tiên thì hệ thống phanh có cấu tạo đơn giản và nhiêm vụ của nó chỉ là giảm tốc hoặc dừng chuyển động, do đó ở các loại

xe đó thì tính năng điều khiển của nó rất là khó khăn Theo thời gian hệ thống phanh phát triển với các kiểu khác nhau: kiểu phanh trống, phanh đĩa, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh thủy khí, phanh chống hãm cứng ABS, hệ thống ESP…, từ hệ thống phanh thủy lực đến hệ thống phanh khí nén, phanh bằng điện …Tất cả đều nhằm mục đích tăng tính năng điều khiển an toàn và phù hợp với tải trọng cho từng loại xe, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng và điều khiển xe, cải thiện tính năng an toàn cho xe Để đáp ứng nhu cầu cải thiện độ êm dịu của xe khi chuyển động, sự nhẹ nhàng khi điều khiển phanh mà vẫn luôn mang lại tính hiệu quả cao nhất khi dùng hệ thống phanh khí nén Sử dụng trên nguyên lý dùng áp suất không khí để điều khiển phanh thông qua sự điều khiển mở van phanh trong cơ cấu điều khiển vì vậy mà sự điều khiển phanh khá nhẹ nhàng và êm dịu

 Từ khi có hệ thống phanh khí nén thì hầu hết trên các dòng xe tải xe buýt, tải nặng, xe kéo Rơ mooc đều được sử dụng hệ thống phanh khí nén,

mà trong đó riêng dòng xe tải, xe buýt (có tải trọng lớn), xe kéo RƠ mooc thường được sử dụng hệ thống phanh khí nén

2 Phân loại:

Có rất nhiều cách phân loại hệ thống phanh:

Phân loại theo công dụng điều khiển trên xe:

- Phanh chân điều khiển giảm tốc hoặc dừng xe

- Phanh tay điều khiển đỗ xe hoặc phanh khẩn cấp

Phân loại theo cơ cấu phanh:

Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của xe

Do vậy, nó phải đảm bảo các yêu cầu khắt khe, nhất là đối với xe có tốc độ cao Những yêu cầu của hệ thống phanh

 Quãng đường phanh ngắn nhất:

Khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm Muốn có quãng đường phanh ngắn nhất thì phải đảm bảo gia tốc chậm dần cực đại.Tăng khả năng

an toàn và ổ định của hệ thống phanh, phân phối lực phanh hợp lý theo tải trọng phân phối trên từng cầu xe

 Ổn định khi phanh:

Phanh phải êm dịu trong bất kỳ mọi trường hợp, đảm bảo tính ổn định hướng chuyển động của ôtô

 Hiệu quả đối với điều khiển phanh:

Điều khiển phải nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp phanh hay phanh tay ở mức hợp lý

Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều giữa các lần phanh

 Khã năng ổn định hướng tốt:

Không xảy ra hiện tượng lệch hướng khi phanh

Tránh hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường, vì khi trượt lết bánh xe

sẽ nhanh mòn làm mất khả năng dẫn hướng của xe

 Giữ xe đứng yên trên dốc mà không bị tuột dốc

 Cải thiện độ bền và độ tin cậy :

Ngoài các yêu cầu trên, hệ thống phanh còn phải đảm bảo chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ, độ bền cao và các yêu cầu chung về cơ khí

cả khi đang nằm trên đường dốc

Hệ thống phanh bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, nhờ đó mà nâng cao năng suất vận chuyển

Trên các ôtô đều sử dụng hai hệ thống phanh độc lập, một loại được điều khiển bằng bàn đạp, còn một loại được điều khiển bằng tay đòn

Phanh chân tạo ra lực tác động lên các guốc phanh, còn phanh tay gây lực hãm phụ trên bánh sau chủ động hoặc hãm ở khu vực giữa hệ thống truyền động Phanh chân là phanh chính và được dùng trong suốt quá trình ôtô lăn bánh, còn phanh tay dùng để hãm ôtô dừng tại chỗ và được dự phòng thay cho phanh chân khi phanh chân bị hỏng

II Lý thuyết về quá trình phanh trên ô tô

1 Lực phanh và các mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh:

Khi đạp phanh thì ở các cơ cấu phanh tạo ra mômen ma sát còn gọi là mômen phanh Mp Tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với đường xuất hiện lực phanh (Pp) ngược với chiều chuyển động của ô tô

Với:

Mp – Mômen phanh tác dụng lên bánh xe

Pp – Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

rb – Bán kính tính toán của bánh xe

Khi Mp tăng thì Pp tăng, nhưng Pp không thể tăng một cách tuỳ ý Bởi vì lực phanh lớn nhất giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường nghĩa là:

Trong đó:

P - Lực bám dọc giữa bánh xe với mặt đường

Z b - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe

 - Hệ số bám dọc giữa bánh xe với mặt đường

Khi phanh, ngoài mômen phanh, còn có mômen quán tính Mjb và mômen cản lăn tác dụng lên bánh xe Bởi vậy lực phanh hãm tổng cộng tác dụng lên bánh xe sẽ là:

Trong quá trình phanh, do Mp tăng dần nên Pp cũng tăng dần lên và đến một lúc nào đó: Pp = Ppmax = P thì các bánh xe bị trượt lết Khi bánh xe bị trượt lết hoàn toàn thì hệ số bám φ giảm xuống giá trị min cho nên lực phanh cũng giảm xuống giá trị nhỏ nhất, dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất

Ngoài ra, nếu các bánh xe trước bị trượt lết sẽ làm mất tính dẫn hướng khi phanh, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lết sẽ làm mất tính ổn định khi phanh

Ta thấy rằng để có Pp lớn thì cả hệ số bám và Zb đều phải có giá trị lớn Cho nên để sử dụng hết toàn bộ trọng lượng bám của xe, chúng ta phải bố trí

cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe

Khi phanh, động năng hoặc thế năng của xe bị tiêu hao do ma sát giữa má phanh và trống phanh, giữa lốp và mặt đường cũng như để khắc phục các lực cản chuyển động

Nếu mômen phanh càng lớn thì cơ năng biến thành nhiệt năng giữa trống phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đường càng tăng

Khi bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn thì công ma sát giữa trống phanh và

má phanh cũng như sự cản lăn không có nữa, tất cả năng lượng hầu như biến thành nhiệt năng ở vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường

Sự trượt lết sẽ làm giảm hiệu quả phanh, tăng độ mòn của lốp, tăng độ trượt dọc và ảnh hưởng xấu đến tính ổn định ngang của xe

2 Lực phanh ô tô và điều kiện bảo đảm phanh tối ƣu

a) Lực phanh ô tô:

Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh như phân tích hình dưới đây:

Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh bao gồm:

- Trọng ượng toàn bộ của ô tô G đặt tại trọng tâm

- Lực cản lăn ở các bánh xe trước và sau Pf1, Pf2

- Phản lực thẳng góc tác dụng lên bánh xe trước và sau Z1, Z2

- Lực phanh ở các bánh xe trước và sau Pp1, Pp2

- Lực cản không khí Pω

- Lực quán tính Pj do khi phanh có gia tốc chậm dần

Lực quán tính Pj được xác định như sau:

Ở đây:

g - gia tốc trọng trường (g = 9.8 m/s2)

jb – gia tốc chậm dần khi phanh

Khi phanh thì lực cản không khí và lực cản lăn Pf1 và Pf2 không đáng

kể, có thể bỏ qua Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1.5 ÷ 2%

j b

g

G

P j =

Bằng cách lập phương trình cân bằng mômen của các lực tác dụng lên ô

tô khi phanh đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, ta có thể xác định các phản lực thẳng góc Z1 và Z2 tác dụng lên bánh xe cầu trước và cầu sau:

Trong đó:

a, b, hg - Toạ độ trọng tâm của ô tô

L - Chiều dài cơ sở của ô tô

G1, G2 - Tải trọng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau khi phanh Các lực phanh sinh ra ở các bánh xe cầu trước và sau sẽ là:

Để sử dụng hết trọng lượng bám của ô tô thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe trước và sau và lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là:

b) Điều kiện bảo đảm phanh tối ƣu:

Phanh tối ưu có nghĩa là quá trình phanh đạt hiệu quả cao nhất Quá trình phanh có hiệu quả cao nhất thể hiện qua các chỉ tiêu như sau:

Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong qua trình phanh lại thay đổi do lực quán tính Pj tác dụng lên xe

Trong trường hợp phanh có hiệu quả nhất thì tỷ số giữa các lực phanh ở các bánh xe trước và sau là:

Trong quá trình phanh thì lực cản lăn Pf1 và Pf2 không đáng kể, có thể bỏ qua, do đó có thể viết:

Ta được tỷ số giữa các lực phanh như sau:

Biểu thức (*) chính là điều kiện để đảm bảo sự phanh có hiệu quả nhất Nghĩa là để đảm bảo phanh tối ưu thì khi phanh quan hệ giữa các lực phanh

P p1 và P p2 phải luôn luôn thoả mãn biểu thức (*)

Do trong quá trình phanh toạ độ trọng tâm (a, b, hg) và hệ số bám dọc luôn thay đổi cho nên tỷ số giữa các lực phanh luôn thay đổi Muốn vậy, phải

thay đổi mômen phanh M p1 và M p2 sinh ra ở các cơ cấu phanh đặt ở cầu trước và cầu sau

Để thay đổi M pi thì phải thay đổi áp suất dầu hay khí nén dẫn đến các xy

lanh ở các bánh xe (phanh dầu) hoặc đến các bầu phanh (phanh khí)

Ở hệ thống phanh thường, sự thay đổi áp suất nói trên là không có, nên khi phanh gấp, sau một thời gian ngắn trong tổng thời gian phanh, thì G1 (hoặc Z1) tăng lên, G2 (hoặc Z2) giảm xuống, dẫn đến lực bám P1 tăng lên, P2 giảm xuống và hậu quả là:

P p1 < P1

P p2 > P2

Điều này làm cho các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng và trượt lết hoàn toàn.lúc này chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng lên xe là cầu sau sẽ trượt ngang, làm cho độ ổn định của xe giảm nhanh, xe bị quay ngang và có khả năng bị lật đổ

Để tránh xảy ra hiện tượng này, hiện nay trên nhiều xe đã bố trí bộ điều hoà lực phanh hoặc bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh Các cơ cấu này

sẽ tự động điều chỉnh lực phanh ở các bánh xe bằng cách thay đổi quan hệ áp suất dẫn động phanh đến các cơ cấu phanh ở cầu trước và cầu sau, giúp phanh ổn định và an toàn hơn

III Kết cấu-nguyên lý hoạt động các bộ phận chính trong hệ thống

* Đới với hệ thống phanh khí nén bao gồm các bộ phận sau:

Sơ đồ tổng quát của hệ thống phanh khí nén được trình bày như hình

dưới

Hình 3: Sơ đồ hệ thống phanh hơi

1 Máy nén; 2 Bộ điều chỉnh áp suất; 3 Đồng hồ áp; 4,5 Bình khí nén;

6 Bầu phanh; 7 Cam; 8 Van điều khiển; 9 Bàn đạp phanh; 10 Ống mềm;

 Nguyên lý hoạt động:

Khi đạp chân phanh (9), nắp van của van điều khiển (8) sẽ thay đổi vị trí bầu phanh (6) và cắt đứt đường thông với khí trời và bắt đầu nối thông với bình chứa khí nén đi vào các bầu phanh, đẩy màng các bầu phanh áp vào cán làm quay đòn và cam, banh đầu guốc phanh để hãm tang trống Nếu nhả chân khỏi bàn đạp phanh (9) sẽ cắt đứt đường không khí nén tới các bầu phanh (6) và nối các bầu phanh với khí trời, áp suất khí trong bầu phanh giảm xuống và các guốc phanh trượt về vị trí ban đầu dưới tác dụng của lò

xo, nhờ đó các bánh xe làm việc binh thường

1 Thanh đẩy; 2 Đế lò xo; 3 Lò xo cân bằng áp suất; 4 Piston sơ cấp; 5 Lò

xo hồi vị piston sơ cấp; 6 Van rơle sơ cấp; 7 Lò xo hồi vị van rơle sơ cấp;

8 Lò xo hồi vị piston thứ cấp; 9.Piston thứ cấp; 10 Van rơle thứ cấp; 11 Lò

xo hồi vị van rơle thứ cấp; 12 Cửa xả

Cấu tạo của tổng van có thể chia làm ba phần riêng biệt lắp ghép vào nhau thông qua đai ốc: phần trên, phần thân trên và phần thân dưới

Phần trên gồm nắp và thanh đẩy, phần này tiếp xúc trực tiếp bàn đạp phanh và chịu lực tác dụng của người điều khiển

Phần thân trên gồm có đế của lò xo (2) nằm dưới thanh đẩy và chịu tác dụng của lò cân bằng áp suất (3), piston tầng sơ cấp (4) chịu tác dụng giữ và đẩy lên của lò xo hồi vị (5) Van rơle sơ cấp (6) được đẩy vào đế của thân để làm kín bằng lò xo (7), van rơle (6) đóng mở bằng lò xo (7) và piston sơ cấp (4) Piston tầng thứ cấp được lò xo (9) giữ và kéo tựa vào piston tầng sơ cấp Phần thân dưới gồm có van rơle sơ cấp (10), van này được đẩy vào đế của thân để làm kín bằng lò xo (9), van rơle (6) đóng mở bằng lò xo (9) và piston tầng thứ cấp

Tổng van phân phối là một van điều khiển, nó làm việc khi có sự tác động lên bàn đạp và cung cấp áp suất khí nén qua các van rơle phù hợp với góc nghiêng của bàn đạp

Tổng van phân phối gồm hai van điều khiển, van sơ cấp và van thứ cấp, mỗi van có một cửa vào A cung cấp khí nén từ bình chứa và cửa ra B để dẫn khí nén đến các bầu van trợ phanh

Tổng van phân phối phanh điều khiển phụ thuộc nhau về mặt cơ khí nhưng chúng hoạt động độc lập nhau (sơ cấp và thứ cấp) Do đó, nếu một trong hai rơle bị trục trặc, thì rơle còn lại vẫn có thể hoạt động và làm cho phanh có hiệu lực và bảo đảm an toàn cho ôtô

2 Nguyên lý hoạt động:

a) Tác động phanh:

Khi người điều khiển tác động vào bàn đạp phanh, tức tác động lên đế lò

xo (2) thông qua thanh đẩy nén lò xo (3) làm lò xo này đẩy piston sơ cấp (4)

để piston này nén lò xo hồi vị (5) và đi xuống Khi piston (4) đi xuống đẩy van rơle sơ cấp (6) đi xuống và làm nén lò xo hồi vị (5), lúc này van rơle (6)

mở cho khí nén từ cửa cung cấp sơ cấp A đến các cửa ra sơ cấp B, từ đó khí nén được cung cấp tới bầu trợ lực phanh của bốn cơ cấu phanh cầu sau và cầu trước Khi van rơle sơ cấp (6) hoạt động, một phần khí nén ở tầng sơ cấp phía trên đi qua lỗ a (hình 4) trên thân của tổng van, do đó sẽ làm tăng áp suất tác động lên mặt trên của piston thứ cấp (9) và làm cho piston này đi xuống Lúc này nếu tiếp tục tác dụng vào ban đạp phanh thì piston sơ cấp (4) tiếp tục đi xuống và đầu dưới của piston này chạm với piston thứ cấp làm cho piston thứ cấp tiếp xúc và đẩy van rơle thứ cấp (10) đi xuống để tạo ra khe hở, nên khí nén từ cửa cung cấp thứ cấp A đi vào các cửa ra thứ cấp B,

từ đó khí nén được cung cấp tới bầu van trợ lực phanh của hai cơ cấu phanh của cầu giữa

b) Cân bằng:

Khi góc đạp được giữ không đổi, thì áp suất khí nén tạo ra khi đạp bàn đạp sẽ ổn định ở mức tương ứng với góc đạp đó Khi đạp từng bước một, đường xả (12) không có khí nén thoát ra bên ngoài nhưng các van rơle sơ cấp (6) và van rơ le thứ cấp (10) vẫn mở để cung cấp khí nén đến phía sau các

van rơle như đã nói đến ở trước Khi khí nén làm việc thì đồng thời tạo ra áp suất ở phần dưới piston sơ cấp (4) và piston thứ cấp (9) để đẩy nó đi lên

 Khi góc đạp bàn đạp ở vị trí rà phanh

Khi người điều khiển giữ nguyên vị trí góc đạp cố định ở chế độ ra phanh thì luôn luôn có áp suất khí nén ở phía dưới các piston sơ cấp (4) và piston thứ cấp (9) sẽ nâng các piston này đi lên và làm nén lò xo cân bằng (3) Đồng thời, các lò xo hồi vị (7, 11) nâng các van rơle (6, 10) để chúng được ép xác vaò đế của các piston (4, 9) Ngoài ra, các van rơle (6, 10) tiếp tục đi lên để tiếp xúc với các đế của thân buồng tổng làm đóng đường cung cấp khí nén từ các cửa vào A sang các cửa ra B Lúc này thì áp suất khí nén ổn định Việc cân bằng áp suất được điều chỉnh nhờ vào lực căng của lò so (3)

Hình 5: Thân vỏ tổng van

Hình 6: Khí nén thoát

ra ngoài

Khi người điều khiển phanh ở chế độ phanh gấp thì lúc này lực tác dụng lên piston thứ cấp lớn làm nén mạnh lò xo (3) và lò xo này đẩy piston sơ cấp (4) xuống vị trí thấp nhất đồng thời đẩy van rơle sơ cấp (6) và piston thứ cấp (9) xuống, van rơ le sơ cấp (6) mở lớn nhất cho khí nén từ cửa vào A ra cửa

B ở tầng sơ cấp Khi piston thứ cấp (9) đi xuống sẽ đẩy van thứ cấp (10) mở

ở vị trí lớn nhất và khí nén thông qua từ cửa A ra cửa B ở tầng thứ cấp Do lực tác động lớn nên nên mặc dù phần khí nén tác động ép lại lò so (3) nhằm cân bằng áp suất và đóng van rơle nhưng lúc này lò so cân bằng (3) đã chịu nén max nên không thể nén lại và không thể đóng van cung cấp được Khí nén luôn cung cấp cho bầu van đến khi nhả chân phanh

và thoát ra ngoài qua đường xả Lúc khí nén từ ở tầng sơ cấp cũng chạy ngược lại vào buồng sơ cấp và thoát ra ngoài qua lỗ rỗng ở piston thứ cấp Kết thúc quá trình phanh

c) Khi một trong hai hệ thống dẫn sơ cấp hay thứ cấp có sự cố

Trường hợp hệ thống dẫn động phanh thứ cấp bị sự cố không hoạt động được, thì van rơle sơ cấp vẫn hoạt động bình thường, bởi vì piston sơ cấp mở van sơ cấp một khoảng mới tác dụng tới van rơle thứ cấp Làm việc chỉ có van sơ cấp

Trường hợp hệ thống dẫn động phanh sơ cấp bị sự cố không hoạt động được, thì hệ thống phanh khí nén tầng thứ cấp làm việc vẫn bình thường lúc này lực đạp bàn đạp phanh lớn hơn bình thường, thì phía dưới của piston sơ cấp (4) chạm vào phía trên của piston thứ cấp (9) để đế của piston (9) đẩy trực tiếp van rơle (10) tạo áp suất khí nén ổn định Làm việc chỉ có van sơ cấp

Tổng van khí nén được điều khiển bằng bàn đạp hoạt động nhẹ nhàng và rất tiện lợi, đảm bảo cho sự tác động của cơ cấu phanh theo thứ tự là: Khí nén tác động đến cơ cấu phanh tầng sơ cấp trước, trước khi tác động cơ cấu phanh tầng thứ cấp Điều này đảm bảo ôtô chuyển động trên đường được an toàn vì tránh được hiện tượng xe bị mất lái

Đây chính là điểm đặc biệt quan trọng nhất và không thể thiếu được của tổng van khí nén mà các nhà chế tạo đặc biệt quan tâm

II Van rơle (van xả nhanh)

1 Cấu tạo:

Nắp bầu van (1) và thân bầu van (2) làm từ kim loại đúc và được liên kết bằng 4 bulông đai ốc Piston (3) là một tấm nhựa cứng và phần dưới của piston là một ty đẩy, van lò xo (5) được ép kín với thân đế bằng lò xo hồi vị (6) để có tác dụng đóng mở khí nén từ cửa II sang cửa III

Hình 7: Kết cấu bầu van rơle

1 Nắp bầu van; 2 Piston; 3 Lò xo hồi vị piston; 4 Thân bầu van;

5 van rơle; 6 Lò xo hồi vị rơle; I Khí nén tổng van đến; II Khí

nén tới bầu phanh; III Khí nén bình khí nén tới; IV Cửa xả;

A Buồng trên; B Buồng dưới; C Khoang dưới

2 Nguyên lý hoạt động:

a) Khi bầu van rơle chƣa hoạt động:

Khi người điều khiển chưa tác động phanh mở đường khí nén từ tổng van đến bầu van rơle thì bầu van rơle không hoạt động

Piston (2) được lò xo (3) đẩy lên ép sát phía dưới nắp bầu van, van rơle (5) cũng chịu tác dụng đẩy của lò xo (6) ép sát vào thân đế ngằn cách khoang trên và khoang dưới, lúc này cửa xả IV mở thông cho khoang dưới C đường ống nối từ khoang dưới C tới xylanh lực với khí quyển

b) Khi tác động bầu van hoạt động:

Khi người điều khiển tác động phanh mở đường khí nén từ tổng van đến bầu van rơle thì bầu van rơle hoạt động

Khí nén từ tổng van phân phối đi vào buồng trên A bầu van tại cửa I có áp suất điều khiển tác dụng lên piston (2), làm cho piston dịch chuyển xuống và nén

lò xo (3) lại Đầu dưới của ty tiếp xúc với đế van rơle, lúc này cửa xả IV đóng ngắt đường thông từ khoang dưới C ra ngoài khí quyển Piston tiếp tục

đi xuống đồng thời ty ép đế van rơle đi xuống theo làm van rơle tách khỏi thân đế mở cho buồng dưới piston B thông với khoang dưới C nghĩa là

đường nối từ cửa II đến cửa III thông Lúc này khí nén đi từ cửa III vào khoang dưới C và truyền từ khoang dưới C qua van rơle tới cửa II đi đến xylanh lực - tạo ra việc cường hóa lực phanh

c) Khi thôi tác động phanh:

Khi người điều khiển nhấc chân ra khỏi bàn đạp phanh, tổng van khí nén ngắt đường cung cấp khí nén tới bầu van đồng thời xả khí nén trong buồng điều khiển A ra bên ngoài khí quyển Lúc này áp suất trong buồng dưới piston B lớn hơn áp suất trong buồng A, thì nó cùng với lực lò xo sẽ tác động làm nâng piston đi lên, ty van được nâng lên từ vị trí cân bằng, van rơle và ty van được mở, cửa II và cửa xả được thông với nhau, khí nén trong buồng dưới piston B và trong ống cung cấp xylanh lực bị đẩy ngược lại được xả ra ngoài khí quyển

III Phanh tay:

Hệ thống phanh tay hay còn gọi là phanh đậu xe, được vận hành bằng cơ khí, có công dụng giữ cho xe đứng yên mỗi khi đậu xe, dù xe đang đậu ở những nơi độ dốc khác nhau Những nơi có độ ma sát giữa vỏ xe và mặt đường kém, phanh đậu xe sẽ giữ không cho bánh xe quay Cơ cấu phanh tay phải có khóa cài kiểu cơ cấu bánh cóc để duy trì vị trí phanh của nó Phanh tay có thể dùng chung guốc phanh và trống phanh hoặc đĩa phanh với phanh hành trình, nhưng chúng phải tác động riêng biệt Ngoài ra cơ cấu điều khiển của phanh tay phải không liên hệ với hoạt động của phanh hành trình

Thật ra, phanh tay không được thiết kế cho khả năng dừng khi xe đang chạy, mà chỉ yêu cầu là giữ xe đứng yên khi xe đã dừng Nếu ai cố gắng dừng xe mà chỉ dùng phanh tay thì sẽ thấy nó không thích hợp và nguy hiểm như thế nào Nếu phanh tay không nhả ra hoàn toàn khi xe đang chạy sẽ dẫn đến sớm bị mòn, bố phanh láng bóng do hiện tượng trượt bố phanh

2 Nguyên lý hoạt động:

Khi cần sử dụng phanh tay, người điều khiển khóa đường ống dẫn khí nén đến buồng áp suất, màng cao su của buồng áp suất không bị áp suất của khí nén tác động nên chiều dài của lò xo giãn ra tác động lên các chi tiết liên kết làm cho má phanh cùng guốc phanh ép sát vào tang trống hãm ôtô chuyển động Khi không cần sử dụng, người điều khiển mở khóa khí nén sẽ tràn vào làm tăng áp suất trong buồng áp suất, các cơ cấu liên kết tác động theo làm cho các má phanh tách khỏi tang trống, như vậy ôtô có thể di chuyển động được

IV Bầu phanh:

Hiện nay trên ôtô tải và ôtô khách thường sử dụng 2 loại bầu phanh: bầu

phanh đơn và bầu phanh kép

1 Bầu phanh đơn (bầu phanh trước)

Hình 9: Cấu tạo

bầu phanh đơn

2 Bầu phanh kép (bầu phanh sau)

a) Cấu tạo:

Đây là loại bầu phanh dùng chung cho cả hệ thống phanh làm việc,

phanh dự trữ và phanh dừng

Bầu phanh gồm có hai phần:

- Phần dưới là bầu phanh thông thường, điều khiển bằng khí nén từ hệ thống phanh chính

- Phần trên bầu phanh được gọi là buồng lò xo tích năng, điều khiển bằng khí nén qua van phanh dừng

Màng của bầu phanh được chế tạo từ cao su định hình, với một - hai lớp sợi cốt, chiều dày màng từ (3 ÷ 6)mm Thân và nắp bầu phanh được dập

từ thép cácbon thấp Các lò xo được chế tạo từ thép hợp kim có thành phần cácbon cao

Hình 10: Cấu tạo bầu phanh kép

Hình 11: Kết cấu của bầu phanh sau và bầu tích năng

b) Nguyên lý hoạt động:

Ở trạng thái nhả phanh, màng bầu phanh (12) chiếm vị trí trên cùng, piston (8) của bầu phanh tích năng dưới tác dụng của không khí nén đi vào khoang A từ van diều khiễn phanh dừng bị đẫy lên trên, ép lò xo phanh dừng (9) lại

Khi phanh bằng phanh làm việc, khí nén từ tổng van phân phối, đi vào khoang phía trên màng (12), ép thanh đẩy (19) dịch chuyển xuống dưới, tác dụng lên cơ cấu phanh

Khi phanh bằng phanh dự trữ hay phanh dừng, khí nén từ khoang A sẽ thoát ra ngoài qua đường thông ở tổng van điều khiển Dưới tác dụng của lò

xo phanh dừng (9), piston (3) lúc này tác dụng lên cần đẩy (6) và ép đĩa đỡ

màng (14) đi xuống để thực hiện quá trình phanh

1 Đầu nối đường khí nén; 2 Bu lông nhã phanh dừng; 3 Đai ốc; 4 Nắp che bụi; 5 Thân bầu phanh dừng; 6 Cần đẩy; 7-Đệm làm kín; 8 Pít tông; 9 Lò

xo phanh dừng; 10 Đầu nối đường khí nén; 11 Vòng liên kết giữa hai bầu phanh; 12 Màng bầu phanh; 13 Vòng tỳ; 14 Đĩa đỡ màng; 15 Lò xo hồi vị;

16 Thân bầu phanh làm việc; 17 Ống định vị lò xo; 18 Bu lông bắt bầu

phanh vào giá; 19 Thanh đẩy

Cụm lò xo tích năng là một bộ phận tác dụng ngược Vì thế, nó sẽ tự động làm việc và phanh ôtô lại, khi áp suất trong dẫn động giảm xuống hoặc khi có sự rò rỉ khí nén Để có thể nhả phanh cưỡng bức khi cần thiết, bầu phanh có trang bị cơ cấu mở cơ khí gồm: bu lông 2, đai ốc 3 và vòng tỳ 13

Hình 14: Trạng thái của bầu phanh kép khi đạp phanh.

Hình 13: Trạng thái của bầu phanh khi xe đang hoạt động.

Hình 12: Trạng thái của bầu phanh kép khi xe đang dừng.

V Bình chứa khí nén:

1 Cấu tạo:

Hình 15: Kết cấu bình khí nén

1 Van an toàn; 2 Van khí một chiều; A B C Các khoang chứa khí nén;

I Đường khí vào từ máy nén; II Đường vào khoang B;

III Đường vào khoang C

Bình chứa khí nén của ôtô gồm hai bình khí làm thành ba khoang được nối với nhau thông qua các đường ống và các rơle một chiều

Bình khí nén được làm bằng thép tấm có khả năng chịu áp suất cao Trên đường vào khoang B và C có các van khí một chiều (2) tác dụng chỉ cho khí nén vào, trên đường cấp khí của khoang A có van an toàn (1) nhằm ổn định

áp suất khí nén trong bình chứa

Với cấu tạo ba khoang chứa khí như trên, hệ thống cung cấp khí đảm bảo

an toàn tránh tối thiểu hiện tượng mất khí khi có sự cố bình khí nén và máy nén