Đồ án thiết kế hệ thống phanh thủy khí

Loại xe HINO-FG.CB Loại xe HINO - FG8JPSB Kích thước & Trọng lượng Kích thước xe: Dài x Rộng x Cao mm 9.550 x 2.500 x 3.950 Chiều dài sở mm 5.530 Kích thước thùng: Dài x Rộng x Cao mm 7.400 x 2.500 x 2.550 Công thức bánh xe 4x2 Trọng lượng thân kG 5.905 Trọng tải cho phép chở kG 8.850 Trọng lượng toàn kG 14.950 Số chỗ ngồi 03 Động Diesel HINO J08E-UG tuabin tăng nạp két làm mát khí nạp, máy thẳng hàng Loại Đường kính x hành trình piston mm 112 x 130 Thể tích làm việc cm3 7.684 PS/rpm 235/2.500 N.m/rpm 706/1.500 lít 200 Cơng suất lớn Mơmen xoắn cực đại Dung tích thùng nhiên liệu Khung xe Hộp số số tiến, số lùi, đồng tốc từ đến số Trợ lực toàn phần, điều chỉnh độ nghiêng, cao thấp Hệ thống lái Hệ thống phanh Thủy lực, điều khiển khí nén Trước: Lá nhíp dạng e-lip giảm chấn thủy lực Sau: Nhíp nhíp phụ gồm nhíp dạng bán e-lip Hệ thống treo Tỷ số truyền cầu sau 5,125 : Cỡ lốp Tốc độ cực đại 10.00-20-16PR km/h 106 Khả vượt dốc θ% 38,3 Bán kính quay vịng m 9,5 nhỏ Cabin Lật với cấu xoắn thiết bị khóa an tồn Tính tốn thiết kết cấu phanh 1.1 Xác định mô men cần thiết sinh cấu phanh cầu trước cầu sau Theo công thức (1.1 1.2 Trong sách TKHTP ĐHBK ) ta có *) Đối với cấu phanh cầu trước: Mct1 G = 2.L0 (b +  '.hg ). rbx (3 - 1) *) Đối với cấu phanh cầu sau: Mct2 G = 2.L0 (a -  '.hg ). rbx Trong đó: G -Trọng lượng tồn tơ đầy tải L-Chiều dài sở ô tô (L = 5530 mm) g-Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2) hg-Chiều cao trọng tâm ô tô đầy tải Với xe thiết kế có hg = 1100(mm) a - Khoảng từ trọng tâm đến cầu trước (3 - 2) b - Khoảng từ trọng tâm đến cầu sau  - Hệ số bám bánh xe với mặt đường có ( = 0,6  0,8), chọn  = 0,7 jmax φ’ – Hệ số đặc trưng cường độ phanh (φ’ = g ) rbx- Bán kính lăn bánh xe *) Các tính tốn khác: - Trọng lượng ô tô đầy tải: G = Ga1 + Ga2 = 14950 (KG) - Bán kính lăn bánh xe: + Theo ( LT Ơ TƠ ) ta có: rbx =  r0 Trong đó:  - Hệ số kể đến biến dạng lốp Chọn loại lốp có áp suất thấp ( = 0,93  0,935), chọn  = 0,932 r0 - Bán kích thiết kế xác định theo công thức r0 = ( B + ) 25,4 = ( 10 + 20/2) 25,4 = 508 (mm) Suy ra: rbx =  r0 = rbx = 0,932 508  473,46 (mm ) - Khoảng cách từ tâm cầu trước cầu sau đến trọng tâm ô tô + Khoảng từ trọng tâm đến cầu trước: 10500.5530 a = = 14950 = 3884 (mm) + Khoảng từ trọng tâm đến cầu sau: b = L -a = 5530 – 3884 = 1646 (mm) Thay giá trị vào công thức (3-1) (3-2) G = 14950 (KG) L = 5,530 (m)  = 0,7 a = 3,884(m) g = 9,81 ( m/s2) rbx = 0,473 (m) b = 1,646 (m) hg = 1,1 (m) Ta xác định mô men cần thiết sinh cấu phanh cầu: Mp  mi �Gi  rbx ; mi – hệ số phân bố lại tải trọng phanh mi   jmax �hg g �b 1 jmax �hg L �Gi g G ; +) Đối với cấu phanh cầu trước: m1   M 1p  �1,1 �1, 47 5,53 �4485 9,81 14950 ; 1, 47 �4485 0, �0, 472 �1089, 2( kG.m)  10892( Nm) +) Đối với cấu phanh cầu sau: m2   M 2p  jmax �hg g �a  1 jmax �hg �1,1  1 �0,80 L �G2 5,53 �10465 g 9,81 14950 G ; 0,80 �10465 0, �0, 472 �1383,1( kG.m)  13831( Nm) M pct1 Tỷ số: A = M pct  b   h 1, 646  0, 7.1,1   0, 776 a   h 3,884  0,7.1,1 Thỏa mãn A (0,5 – 1,0) 1.2 Xác định thông số cấu phanh Hệ thốnh phanh thiết kế cho xe tơ tải, có đặt cấu phanh guốc tất bánh xe Ngoài xe sử dụng chung loại lốp để tiện cho việc thay trình sử dụng 1.2.1 Quy luật phân bố áp suất má phanh Áp suất má phanh phân bố theo quy luật hình sin: Hình 1.2.2 Xác định bán kính tang trống (rt): Việc lựa chọn bán kính trống phanh (r t), chọn theo kích thước vành bánh xe Với kích thước lốp (10 – 20) bán kính trống phanh xác định dựa theo sơ đồ (Hình 3-1) Trong đó: B - Bề rộng lốp H - Chiều cao lốp D - Đường kính bánh xe d - Đường kính vành bánh xe Sửa hình Hình 3.1: Sơ đồ xác định bán kính trống phanh v - Chiều dày vành bánh xe (v =  mm), chọn v = (mm) tt - Chiều dày trống phanh (tt =  12 mm), chọn tt = 10 (mm) kk - Khoảng cách khe hở vành bánh xe tang trống (kk = 30  55 mm), chọn kk = 50 (mm) Từ ta tính bán kính tang trống theo công thức sau: Rt = - (v + tt + kk) (*) Thay giá trị sau vào (*) ta bán kính trống phanh v = (mm); tt = 10 (mm); kk = 50 (mm); d = 20 (inch) Vậy ta có bán kính trống phanh: Rt = 25,4 - (4 + 10 + 40) = 200 (mm), chọn Rt = 200(mm) 1.2.3 Các thống số khác ( a, c, e, ) chọn theo kinh nghiệm: Để chọn thông số ta dựa vào hình (3-2) a o t c e o1 Hình 2: Xác định hệ số theo kinh nghiệm Trong đó: + Khoảng cách từ tâm cấu phanh đến xi lanh lực (a), chọn a = 0,8 Rt = 0,8 200 = 160 (mm) + Khoảng cách từ tâm cấu phanh đến chốt tựa (c) chọn c = 0,8 Rt =0,8 200 = 160 (mm), + Khoảng cách từ tâm chốt tựa đến điểm ma sát (e), chọn e = 0,85 Rt = 0,85 200 =170 (mm) + Hệ số ma sát má phanh trống phanh ( = 0,3  0,35 ), chọn  = 0,3 1.3 Xác định góc (δ) bán kính (ρ) lực tổng hợp tác dụng lên má phanh: Góc δ (góc tạo trục Ox đường thẳng qua tâm O với điểm đặt lực pháp tuyến N): tan   cos2 1  cos2  2  sin 1  sin  ; Với: β1 – Góc đầu má phanh; β2 – Góc cuối má phanh; β0 = β2 – β1: Góc ơm má phanh Bán kính ρ lực tổng hợp R (phản lực trống phanh tác dụng lên má phanh) hay khoảng cách từ tâm O đến điểm đặt lực R xác định: 2rt  cos1  cos    02  sin    cos    1  sin  ; Trên sở chọn trước thông số kết cấu: β 1; β2 ta xác định hướng điểm đặt lực N1 1.3.1 Đối với cấu phanh cầu trước a Má trước 1  210 ;   1390 ;   1180  2, 059rad tg t1   t1   t cos  �210   cos  �1390  �2, 059  sin  �210    sin �1390  60  0,105 �200  cos 210  cos1390  2, 059  sin 1180  �2, 059 cos  210  139  sin118  232, 44(mm) b Má sau 1  390 ;   1150 ;   760  1,326rad tg s1  cos �390  cos �1150  0,194 �1,326  sin �390  sin �1150  s1 110   s �200  cos 390  cos1150  1,3262  sin 760  �1,326 cos  390  1150  sin 760 1.3.2 Đối với cấu phanh cầu sau a Má trước 1  200 ;   1400 ;   1200  2, 094rad tg  t  t2 cos  �200   cos  �1400  �2, 094  sin  �200   sin  �140  5050 '  0,102  214,3( mm)   t �200  cos 200  cos1400  2, 0942  sin 1200  �2, 094 cos  200  1400  sin1200 �233,37( mm) b Má sau 1  250 ;   1250 ;   1000  1, 745rad tg  s cos  �250   cos  �1250  �1, 745  sin  �250   sin  �1250   s2 100 45'   s 1.4 �200  cos 250  cos1250   0,19 1, 7452  sin 1000  �1, 745cos  250  1250  sin1000 �223,82(mm) Xác định lực tác dụng lên guốc phanh phương pháp họa đồ Guốc phanh phải chịu lực: Lực P dẫn động phanh tạo ra, cụ thể piston xylanh công tác đặt cấu phanh Phương, chiều, điểm đặt lực xác định theo kết cấu cấu phanh Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh, điểm đặt lực coi đặt tâm quay guốc phanh O1, nhiên phương, chiều, độ lớn chưa biết Phản lực R trống phanh tác dụng lên má phanh Lực chưa biết điểm đặt, phương, chiều, độ lớn Cả lực có yếu tố chưa biết, để xác định lực người ta dùng phương pháp dựng hình gọi phương pháp họa đồ lực phanh 1.4.1 Xác định góc φ cấu phanh Lực R1 lực tổng hợp N1 T1 tan 1  T1  1 N1 ; Góc φ1 xác định: Với μ1 hệ số ma sát ma sát với tang trống, thường μ = 0,3 Như vậy, ta xác định được: φ1 ≈ 16,6990 Nghĩa xác định hướng R1 Góc φ má phanh trước sau có hệ số ma sát 1.4.2 Xác định bán kính r0 Với R biết, moment phanh sinh cấu phanh bánh xe là: M p  M 1p  M p2  R1r0  R2 r0  ( R1  R2 ) r0 ; Trong bán kính r0 khoảng cách từ tâm O tới phương lực R, xác định theo công thức: r0    1  ; a Cơ cấu phanh cầu trước Má trước r0't  232, 44 0,3  0,32  66, 79( mm) Má sau r0' s  214, 29 0,3  0,32 �61,58( mm) b Cơ cấu phanh cầu sau Má trước r0''t  233, 37 0,3  0,32  67, 06( mm) Má sau r0''s  223,82 0,3  0,32 �64,32( mm) 1.4.3 Xây dựng họa đồ lực phanh Phanh dẫn động thủy lực với xylanh công tác chung cho hai guốc phanh trước sau lực tác động nhau: Pt = Ps = P Họa đồ xây dựng cho guốc phanh Các bước gồm có: - Xác định thơng số hình học cấu phanh vẽ sơ đồ theo tỷ lệ, vẽ lực tác dụng - Tính góc δ bán kính ρ, từ xác định điểm đặt lực R - Tính góc φ vẽ phương lực R Kéo dài phương lực R t P cắt Ot, kéo dài phương lực Rs P cắt Os - Để xác định phương U cần lưu ý rằng, trạng thái cân tổng u r ur ur lực tác dụng lên guốc phanh 0: P+R+U  Vì lực phải tạo thành tam giác khép kín Tức chúng đồng quy điểm, điểm Ot Os Như vậy, để xác định phương lực U cần nối Ot với O1 Os với O2 - Trên hình vẽ, lấy lực P đặt song song ngược chiều Từ lực P dựng tam giác lực cho guốc phanh cách vẽ đường song song với lực R U có họa đồ Thông số Cơ cấu phanh trước Cơ cấu phanh sau Má trước 15 21 139 118 160 160 60 232,44 66,79  1 2 0 a (mm) c (mm) 0  (mm) r0 (mm) Má sau 15 39 115 76 160 160 110 214,29 61,58 Má trước 15 20 140 120 160 160 5050’ 233,37 67,06 Má sau 15 25 125 100 160 160 10045’ 223,82 64,32 Cơ cấu phanh cầu trước Y1t Y1s O1t Pt Ps O1s X1t R1s T1t 9 U1s P1s U1t R1t 0 0 P1t U1t 9 R1t R1s ß0 ß1 U1t Y1 Hình – 12 Họa đồ lực phanh cấu phanh cầu trước 1 Đo trực tiếp đoạn Rt Rs , tính tỷ lệ: Rt1 325,3917 k 1 �2,17 Rs 149,8296 ; Kết hợp ta có hệ phương trình: 1 1 � �Rt r0t  Rs r0 s  M p �1 �Rt  kRs  X1t O1 T1s U1s O X1s X1s O2 U1s Y1s � 0, 06679 Rt1  0, 06158 Rs1  10892 � � �1 �Rt  2,17 Rs  ; Giải hệ phương trình ta được: � �Rt �114450,38( N ) �1 �Rs �52742,11( N ) Trên họa đồ ta đo giá trị Rt  325,3917 ta có tỷ lệ xích:  114450,38 �351, 73 325,3917 Từ họa đồ lực phanh ta đo được: P = 100 (mm); Ut1 = 239,2194 (mm); Us1 = 56,7098 (mm) Ta tính lực cịn lại: P   100*351, 73  35173   N  ;                         U1t  239, 2194*351, 73 �84140, 64  N  ;                         U1s  56, 7098*351, 73  �19946,54  N  Cơ cấu phanh cầu sau Y2t Y2s O2t Pt Ps O2s X2t R2s T2t 7 U2s 4 5 P2s U2t R2t 0 0 P2t U2t 2 R2t R2s X2s ß0 U2s O ß1 U2t Y2t Hình – Họa đồ lực phanh cấu phanh cầu sau 2 Đo trực tiếp đoạn Rt Rs , tính tỷ lệ: Ts2 X2t 3 O1 X2s O2 U2s Y2s Rt2 326,3078  �2, 21 Rs2 147, 6507 ; k Kết hợp ta có hệ phương trình: 2 2 � �Rt r0t  Rs r0 s  M p �2 �Rt  kRs  � 0, 06706 Rt2  0, 06432 Rs2  13831 � ��2 �Rt  2, 21Rs  ; Giải hệ phương trình ta được: � �Rt �143827,1( N ) �2 �Rs �65080,14( N ) Trên họa đồ ta đo giá trị Rt  334, 7589 ta có tỷ lệ xích:  143827,1 �440, 77 326,3078 Từ họa đồ lực phanh ta đo được: P = 100 (mm); Ut2 = 240,3223 (mm); Us2 = 54,4509 (mm) Ta tính lực cịn lại: P   100* 440, 77  44077   N  ;                         U t2  240,3223* 440, 77 �105926,86  N  ;                         U 2s  54, 4509* 440, 77  �24000,32  N  1.5 Kiểm tra tượng tự siết 1.5.1 Đối với guốc trước cấu phanh Quan hệ lực Pt Mp có dạng: Biểu thức cho thấy, c  cos  t   sin  t   t  M p � � Điều có nghĩa moment phanh guốc trước cấu phanh trở nên vô lớn, tượng tự siết Điều kiện xảy tượng tự siết là:  c cos  t    t  c sin  t a Với cấu phanh cầu trước �  t1  60 � �1 �t  232, 44(mm) 161�cos 60 �  �0, 74 �0,3 232, 44  161�sin 60 Vậy khơng có tượng tự siết xảy với guốc trước cấu phanh cầu trước b Với cấu phanh cầu sau �  t2  5,83 � �2 �t  233,37(mm) 161�cos 5,83 �  �0, 74 �0,3 233,37  161�sin 5,83 Vậy khơng có tượng tự siết xảy với guốc trước cấu phanh cầu sau 1.5.2 Đối với guốc sau cấu phanh Mp   s Ps  c cos   a   s Ps  c cos   a   c  cos  s   sin  s    s c cos  s     s  sin  s  Từ họa đồ thấy  s  c sin  s  trường hợp, vậy: c cos  s     s  sin  s  1.6 Với cấu guốc sau phanh tượng tự siết Xác định kích thước má phanh Đối với cấu phanh guốc, kích thước má phanh xác định dựa điều kiện: công ma sát riêng, áp suất lên bề mặt má phanh, tỷ số p, chế độ làm việc cấu phanh 1.6.1 Công ma sát riêng Khi phanh ô tô chuyển động với vận tốc v dừng hẳn (v = 0) tồn động tơ coi chuyển thành công ma sát L cấu phanh: L G.V02 2g Với: G = 14950 (kG) trọng lượng ô tô đầy tải; V0 = 50 (km/h) = 13,89 (m/s) tốc độ ô tô bắt đầu phanh; Gọi tổng diện tích má phanh A∑ ta có: m A�  � 0i rb t i i 1 Với: ; m – Số lượng má phanh, m = 8; Β0i – Góc ơm má phanh thứ I; rt – Bán kính trống phanh, rt = 200 (mm); bi – Chiều rộng má phanh thứ i, tham khảo xe thực tế ta có b t = 155 (mm), bs = 165 (mm) A�   � �200 �508519(mm2 )  5085,19(cm2 )  118  76  �160   1200  1000  �190 � � � 180 ; Công ma sát riêng tính theo cơng thức: G.V02 14950 �13,892 l  �28,9( KGm / cm )  283, 6( J / cm2 ) g A� �9,81 �5085,19  2836(kNm / m ) Đối với ô tô vận tải: l = 3000 – 7000 (kNm/m2); Vậy thỏa mãn điều kiện: l � l   3000 �7000(kNm / m ) 1.6.2 Áp suất bề mặt má phanh Áp suất bề mặt má phanh giới hạn sức bền vật liệu: M 1pt Rt1 �r01 q  � q   1,5 �2, 0( MN / m ) 2  bt rt   bt rt  ; �q  143827,1�0, 06706 �2.106 ( N / m2 ) � q  120 �  0,3 �0,190 �0, 22 � 1800 ; Ta kiểm tra với [q] = MN/m2 vị trí có moment phanh lớn nhất, guốc trước cấu phanh Để xác định bề rộng má phanh Ta được: Bề rộng má phanh cấu phanh trước: 160 (mm); Bề rộng má phanh cấu phanh sau: 190 (mm) 3.2.6 Đánh giá thời hạn làm việc phanh tỷ số p p G 14950   3.104 (kG / m ) g A� 9,81.0,508519 ; Với ô tô tải: p = 2,5 – 3,5.104 (kG/m2) Thỏa mãn điều kiện 3.2.7 Kiểm tra tăng nhiệt tang trống Trong điều kiện, phanh với tốc độ v = 8,33 m/s dừng hoàn toàn; tăng nhiệt độ trống phanh khơng q 150K Trong q trình phanh, động ôtô chuyển thành nhiệt trống phanh chi tiết khác, phần nhiệt ngồi mơi trường khơng khí Theo phương trình cân lượng ta có: G.Vo2 t  2.mt C (3-17) Trong đó: G-Trọng lượng tơ (G = 14950 kG) g - Gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s2) Vo - chọn Vo = 8,33 (m/s) mt - Khối lượng tang trống chi tiết bị nung nóng chọn (mt =80 kg) C - Nhiệt dung chi tiết bị nung nóng, chọn vật liệu chi tiết bị nung gang thép (C = 500J/kg.độ) t  G.Vo2 14950.8,332   120 �150 2.mt C 2.80.500 ; Tính tốn dẫn động phanh 2.1 Tính tốn dẫn động phanh thủy lực Sơ đồ tính tốn hệ thống thủy lực Nhiệm vụ q trình tính tốn dẫn động phanh thủy lực bao gồm việc xác định thông số nó: đường kính xylanh cơng tác; đường kính xylanh chính; tỷ số truyền động 2.1.1 Đường kính xy lanh cơng tác Đường kính xylanh cơng tác tính sở lực P xác định xây dựng họa đồ lực phanh: 4P  pi d Với: ; P – Lực ép xylanh lên guốc phanh; pi – Áp suất dầu làm việc hệ thống phanh (80 – 120 kG/cm2 ~ 7,8 Mpa – 11,8 MPa); chọn pi = 10 MPa a Đối với cấu phanh cầu trước P = 35173 (N); pi = 10MPa d �35173  0, 067(m)  67(mm)  �107 ; b Đối với cấu phanh cầu sau P = 44077 (N); pi = 10MPa d �44077  0, 075(m)  75(mm)  �107 ; 2.1.2 Đường kính xylanh Sơ đồ tính xylanh thủy khí Kích thước xylanh khí lực khí thể cần thiết đặt lên màng xác định sở chọn trước hai thông số Xét điều kiện cân xylanh ta có:  Dk2  Dd2 pki �  pi � 4 ; ۴� pki Dk pi Dd2 Với: (MPa); Dk – Đường kính bầu khí trợ lực; Dd – Đường kính xy lanh thủy lực chính; Pi – Áp suất dầu tác động lên piston xylanh thủy lực, pi = 10 Pki – Áp suất khí thể đặt lên màng bầu trợ lực khí nén, ô tô thông thường pki = ~ (kG/cm2), chọn pki = (kG/cm2) ~ 0,6 (MPa) Như vậy, chọn trước đường kính xylanh dầu Dd = 35 (mm) ta tính đường kính làm việc màng bầu phanh: Dk  Dd pi 10  35 � �143(mm) pki 0, Lực tác dụng lên đẩy bầu phanh tính theo cơng thức:  Dk2 Pth  pki 12 ; Trong đó: pki – Áp suất bầu phanh (N/m2), pki = 0,6 (MPa); Dk – Đường kính làm việc màng, Dk = 0,143 (m); η1 – Hệ số tính đến độ nạp khơng khí vào bầu phanh: η1 = 1; η2 – Hiệu suất học bầu phanh: η2 = 0,95  �0,1432 � Pth  0, 6.106 � �0,95  9154,5( N ) 2.1.3 Hành trình làm việc piston xylanh Hành trình làm việc piston xylanh cấu phanh trước (x1) sau (x2) xác định sau: x  a  c  0    c ; đây: δ0 – Khe hở trung bình má phanh tang trống ~ 0,25 (mm); τ – Độ mịn đường kính cho phép má phanh, [τ] = 0,5 (mm); a – Khoảng cách từ tâm trống phanh đến điểm đặ lực P, a = 160 (mm); c – Khoảng cách từ tâm trống phanh đến chốt cố định má phanh, c = 160 (mm); � x  x1  x2   161  161  0, 25  0,5  �3, 02(mm) 160 ; Hành trình xylanh lực cho piston dịch chuyển phải có độ lớn dư, để khơng gian phía trước piston mà piston chiếm chỗ trình dịch chuyển phải lớn tổng thể tích dầu vào xylanh làm việc cấu phanh phanh, ta có phương trình sau: � d �  Dd2 S0  2� x� b �4 � ; Suy ra: �d �x b Dd2 ; S0  Với: S0 – Khoảng dịch chuyển piston xylanh; X – Khoảng dịch chuyển piston xylanh công tác bánh xe, x = 3,02 (mm); d – Đường kính xylanh cơng tác bánh xe, d = 75 (mm); ηb – Hệ số bổ sung phanh ngặt, ηb = 1,05 � S0  �752 �3, 02 �1, 05 �29( mm) 352 2.2 Tính tốn phần dẫn động khí nén 2.2.1 Máy nén khí Năng suất máy nén khí xác định theo cơng thức: Q i. d S n.V (lit / phut ) 4000 ; 2.2.2 Bình chứa khí nén 2.2.3 Van phân phối  ... cấu phanh Hệ thốnh phanh thiết kế cho xe tơ tải, có đặt cấu phanh guốc tất bánh xe Ngồi xe cịn sử dụng chung loại lốp để tiện cho việc thay trình sử dụng 1.2.1 Quy luật phân bố áp suất má phanh. .. trí có moment phanh lớn nhất, guốc trước cấu phanh Để xác định bề rộng má phanh Ta được: Bề rộng má phanh cấu phanh trước: 160 (mm); Bề rộng má phanh cấu phanh sau: 190 (mm) 3.2.6 Đánh giá thời... trống phanh xác định dựa theo sơ đồ (Hình 3-1) Trong đó: B - Bề rộng lốp H - Chiều cao lốp D - Đường kính bánh xe d - Đường kính vành bánh xe Sửa hình Hình 3.1: Sơ đồ xác định bán kính trống phanh