Bài viết này giới thiệu về tính toán, thiết kế bệ thử phanh có chất tải cho ô tô nhằm hạn chế tối đa sự sai khác hiệu quả phanh giữa thử nghiệm trên bệ thử và trên đường. Nguyên tắc thiết kế là sử dụng cơ sở vật chất có sẵn tại các trung tâm đăng kiểm xe cơ giới và không thay đổi bố trí mặt bằng các dây truyền.
TNU Journal of Science and Technology 226(07): 64 - 71 DESIGNING A LOADED BRAKE TESTBED FOR VEHICLES USING THE DEPENDENT SUSPENSION SYSTEM Vu Van Tan* University of Transport and Communications ARTICLE INFO Received: 03/02/2021 Revised: 01/5/2021 Published: 11/5/2021 KEYWORDS Brake test bed Trucks IW4-MAHA Braking performance Brake test ABSTRACT Currently, all vehicle registration centers are applying the procedure to check the quality of the brake system when vehicles are in unloaded mode Although this procedure still guarantees a quality of the brake system according to the current standard TCN 224-2001, it still hides the risk of traffic accidents in terms of the loaded mode This paper introduces the calculation and design of a loaded brake test platform for vehicles in order to minimize the difference in braking efficiency between testing on the test platform and on the road The design principle is to use available facilities at vehicle registration centers and not change the layout of the lines Two hydraulic cylinders that are linked to the axle via the belt will generate a maximum load of 150000 (N) Therefore, the design scheme can be met in assessing the braking efficiency at each axle for most of the commercial vehicles in circulation The results of the paper are important theoretical backgrounds for the future study of loaded brake testbed THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH CĨ CHẤT TẢI CHO Ơ TƠ SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO PHỤ THUỘC Vũ Văn Tấn Trường Đại học Giao thơng Vận tải THƠNG TIN BÀI BÁO Ngày nhận bài: 03/02/2021 Ngày hoàn thiện: 01/5/2021 Ngày đăng: 11/5/2021 TỪ KHĨA Bệ thử phanh Ơ tơ tải IW4-MAHA Hiệu phanh Kiểm tra hệ thống phanh TÓM TẮT Hiện nay, tất trung tâm đăng kiểm xe giới áp dụng quy trình kiểm tra chất lượng hệ thống phanh ô tô chế độ khơng tải Mặc dù quy trình đánh giá đảm bảo chất lượng hệ thống phanh ô tô theo tiêu chuẩn hành TCN 224-2001, nhiên tiền ẩn nguy tai nạn giao thông sai khác chế độ tải trọng ô tô chuyển động đường Bài báo giới thiệu tính tốn, thiết kế bệ thử phanh có chất tải cho ô tô nhằm hạn chế tối đa sai khác hiệu phanh thử nghiệm bệ thử đường Nguyên tắc thiết kế sử dụng sở vật chất có sẵn trung tâm đăng kiểm xe giới không thay đổi bố trí mặt dây truyền Hai xy lanh thủy lực liên kết với cầu xe ô tô thông qua dây đai tạo tải trọng tối đa 150000 (N) cầu Do phương án thiết kế đáp ứng việc đánh giá hiệu phanh cầu xe cho hầu hết ô tô thương mại lưu hành Kết báo sở lý thuyết quan trọng việc nghiên cứu thử nghiệm bệ thử phanh có chất tải tương lai DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.3981 Email: vvtan@utc.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 64 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 64 - 71 Giới thiệu Hiện nay, tất trung tâm đăng kiểm xe giới Việt Nam áp dụng chế độ đánh giá lực phanh tơ khơng tải Quy trình đánh giá đảm bảo chất lượng hệ thống phanh ô tô theo tiêu chuẩn hành TCN 224-2001 [1] Tuy nhiên, kết thử nghiệm mẫu ô tô tải [2] cho thấy rằng, hệ thống phanh đảm bảo theo tiêu chuẩn tải trọng chất lên tơ có tiềm gây an tồn giao thơng Điều phù hợp với xu hướng nước phát triển Mỹ, Đức, Pháp, Nhật việc đánh giá chất lượng hệ thống phanh nhằm giảm nguy tai nạn giao thông liên quan đến hệ thống phanh [3] Việc áp dụng xây dựng quy chuẩn bệ thử phanh có chất tải áp dụng trước tiên cho tơ tải trọng lớn như: đồn xe sơ mi rơ moóc, xe tải nặng, xe khách hai tầng [4] Do tải trọng lớn có thay đổi liên tục nên dạng ô tô thường gây vụ tai nạn hệ thống phanh chưa đáp ứng yêu cầu lực phanh tình khẩn cấp [5] Ba phương án chất tải thường gặp kể đến là: - Phương án 1: Chọn khối nặng có khối lượng phù hợp đặt lên thùng xe [6] Do đặc điểm đa dạng hàng hóa khơng gian bố trí trung tâm đăng kiểm, phương án khơng hiệu Do phù hợp trung tâm nghiên cứu, đánh giá hệ thống phanh không nên áp dụng trung tâm đăng kiểm - Phương án 2: Dùng thiết bị chất tải chuyên dùng di động hình [7] Trong thực tế, phương án áp dụng trung tâm đăng kiểm chuyên dụng cho ô tô đầu kéo ô tô tải thùng hở Ưu điểm phương án thay đổi tải trọng tơ cách đơn giản mà không làm thay đổi kết cấu bố trí trung tâm đăng kiểm xe giới Tuy nhiên, nhược điểm phương án kể đến áp dụng cho số ô tô đặc thù làm cho bố trí khơng gian dây truyền kiểm định trở nên chật hẹp Điều làm tăng thời gian kiểm định đơn vị phương tiện Do phương án áp dụng tồn giới [8] Hình Thiết bị chất tải di động Hình Bệ thử phanh chất tải trực tiếp lên cầu - Phương án 3: Chất tải từ lên, tức bệ thử đứng yên dùng xy lanh thuỷ lực kéo cầu xe xuống Đối với phương án này, tải trọng chất trực tiếp lên cầu cần kiểm tra hình Cách tiếp cận có ưu điểm bố trí trung tâm đăng kiểm khơng thay đổi, tải trọng thay đổi chất lên cầu xe cho nhiều loại ô tô sử dụng hệ thống treo phụ thuộc Nhưng thiết kế dây truyền đăng kiểm phải bố trí kết cấu đảm bảo cứng vững để tạo dải tải trọng đủ lớn an toàn [9] Trong nghiên cứu tác giả lựa chọn phương án để thiết kế bệ thử phanh lăn loại lực có chất tải với sơ đồ thể hình Bệ thử thiết kế gồm: Một móng bê tơng chịu lực đỡ hai bên bệ thử phần móng bê tơng chịu lực có bố trí hai cấu chất tải http://jst.tnu.edu.vn 65 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 64 - 71 hai xi lanh thủy lực Phương án có ưu điểm đơn giản, giá thành lắp đặt rẻ cho tính ổn định bệ thử cao Hình Phương án thiết kế bệ thử phanh có chất tải Hình Phương án bố trí lăn lệch 1- Bánh xe kiểm tra; 2- Con lăn sau; 3- Con lăn trước Tính tốn lựa chọn bệ thử 2.1 Tính chọn cụm lăn bệ thử Tải trọng tác dụng lên cụm lăn bệ thử gồm 02 thành phần: Phần tĩnh tự trọng ô tô phân bố lên cầu phần chất tải cấu chất tải Dựa vào số liệu khảo sát chủng loại ô tô hoạt động kết khuyến cáo cho số ô tô tải, ô tô khách, ô tô đầu kéo sơ mi rơ moóc [4], [9], tác giả chọn: - Tải trọng thử tối đa lên cầu ô tô 150000 (N) - Tốc độ thử 4,6 km/h tương đương với số vòng quay lăn là: 12,775 (rad/s) - Hệ số bám lăn với lốp khô 0,9, ướt 0,8 - Các lăn đường kính bố trí lệch thể hình với thông số D = 0,202 (m), L = 0,4 (m), a = 0,04 (m), B = 1,0 (m) Kiểu bố trí có ưu điểm hạn chế tượng tơ bị đẩy phía sau thử phanh dừng Động điện: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe, lăn bệ thử thể hình 5, đó: Zt2- tải trọng lớn trên bánh xe chất tải; - hệ số bám bánh xe lăn; , - góc hợp đường nối tâm bánh xe hai lăn với phương dọc Hình Sơ đồ lực tác dụng lên lăn bánh xe ô tô thử phanh [10] 1- Bánh xe kiểm tra; 2- Con lăn trước; 3- Con lăn sau Phản lực lăn trước sau với bánh xe xác định sau: Z t ( Sin + ) Z1 = [Cos ( Sin + ) + Cos ( Sin − )] http://jst.tnu.edu.vn 66 (1) Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology Z2 = 226(07): 64 - 71 Z t ( Sin − ) [Cos ( Sin + ) + Cos ( Sin − )] (2) Mô men cản lăn trước sau: M = Z 1. Rcl , M = Z Rcl (3) Trong đó: Rcl - Bán kính lăn Mơ men cản tổng cộng hai lăn xác định: Zt ( Sin + Sin ) [Cos ( Sin + ) + Cos ( Sin − )] N CL = M CL Công suất cản lăn: M = M1 + M = N DC = Công suất cần thiết động điện: NCL (4) (5) (6) Trong đó: = 0,816 - Hiệu suất truyền từ động đến lăn Từ (4), (5), (6) công suất cần thiết động điện: 7500.9,81 12, 775 N DC = ( Sin120 42, + Sin24012, ) [Cos120 42,.( Sin24012, + ) + Cos24012,.( Sin120 42, − )] 0,816 = 10,54 ( kW ) Do vậy, động điện lựa chọn có số hiệu 4A160S6Y3 với cơng suất 11,0 kW vận tốc quay 970 vòng/phút [11] Tỷ số truyền dẫn động xác định là: idd = 7, 2.2 Lựa chọn bệ thử phanh Căn thông số động điện, dẫn động trang bị có trung tâm đăng kiểm Việt Nam nay, tác giả lựa chọn bệ thử phanh lăn loại lực IW4 hãng MAHA làm bệ thử có chất tải để kiểm định hệ thống phanh ô tô Bệ thử IW4 bệ thử lăn loại lực gồm hai nửa độc lập thể hình Hình Khối bê tơng gắn giá đỡ bệ thử Hình Bố trí bệ thử IW4 Bệ thử có kích thước sau: Kích thước giới hạn 1150x1060 (mm), khoảng cách hai cảm biến trọng lượng 965 (mm) Kích thước thùng chứa động điện lăn 1150 (mm), rộng 820 (mm), sâu 57,5 (mm) Thiết kế móng chịu lực đặt thiết bị http://jst.tnu.edu.vn 67 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 64 - 71 Bệ thử thiết kế mơ tả hình gồm: móng bê tơng chịu lực đỡ hai bên bệ thử phần móng bê tơng chịu lực có bố trí hai cấu chất tải hai xy lanh thủy lực Móng chịu lực gồm khối bê tơng cốt thép là: Khối bê tông cốt thép chữ [ để gá đặt giá đỡ bệ thử phanh; bê tông cốt thép hình chữ nhật làm đáy để đỡ khối bê tơng dầm bê tơng cốt thép mặt cắt hình chữ nhật Ba khối đúc bê tông thành khối có cốt thép thơng suốt đảm bảo độ cứng vững ổn định 3.1 Thiết kế khối bê tông để gá đặt giá đỡ bệ thử Khối bê tơng để lắp giá đỡ bệ thử có kích thước hình 7, xác định có cốt thép = 6(mm) đan với kích thước 10x10 Chiều dài hèm gắn vào bê tông 180 (mm) Chiếu lên hai phương dọc ngang, ta có chiều dài theo phương dọc ngang 180.Cos450 = 127,3 (mm) Theo [12], để bảo đảm độ bền liên kết hèm bê tông, chọn chiều dầy khối bê tơng 30 (cm) Do kích thước bao khối là: dài 1440 (mm), rộng 1500 (mm), cao 800 (mm), dầy 300 (mm) 3.2 Thiết kế móng đỡ bệ thử Khảo sát loại tơ mà bệ thử đo được, có khoảng cách thử nhỏ Lmin = 900 (mm) khoảng cách thử lớn Lmax = 2800 (mm) hình Hình Kích thước móng đỡ bệ thử Hình Giới hạn khoảng cách thử Do khoảng cách từ đầu lăn đến giới hạn bệ 150 (mm) nên khoảng hai bệ thử 600 (mm) Vị trí điểm tâm hai phẳng đỡ khối bê tông gá giá bệ thử L = 600 + (1440 + 1440)/2 = 2040 (mm) Việc thiết kế móng đặt bệ thử phải đảm bảo tận dụng sở vật chất sẵn có trung tâm đăng kiểm hầm kiểm tra gầm ô tô Qua đo đạc trực tiếp trung tâm đăng kiểm 29-07D, lấy hầm kiểm tra sở đặt bệ thử, hầm có chiều sâu 1,5 (m), rộng 0,75 (m) Do chiều cao móng là: 1,5 + 0,3 – 0,8 = 1,0 (m) Kích thước tổng thể móng thể chi tiết hình Tải trọng tác dụng lên móng gồm hai thành phần P1, P2 với vị trí đặt lực hình 10, bao gồm: Lực tác dụng bánh xe lên móng, giá trị lớn P1 = 75000 (N); Lực tác dụng cấu chất tải, giá trị lớn P2 = 50000 (N) Để đảm bảo độ bền vững kết cấu theo điều kiện uốn, xoắn, nén kết cấu dầm thiết kế đánh giá thông qua phần mền CATIA, với kết cấu tổng thể hình 11 Thiết kế cấu chất tải 4.1 Lựa chọn kết cấu xy lanh Căn vào thông số hình học điều kiện làm việc xy lanh lựa chọn kết cấu xy lanh hình 12 http://jst.tnu.edu.vn 68 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 64 - 71 Hình 11 Tổng thể móng bệ thử lăn loại lực có chất tải Hình 10 Lực tác dụng lên móng Hình 12 Kết cấu xy lanh 4.2 Xác định thông số xy lanh - Xác định đường kính xy lanh: Khi làm việc, xy lanh tạo lực neo P, đường kính xy lanh phải thoả mãn: q (d − d12 ) KxP (7) Trong đó: P - tải trọng tác dụng lên cán piston, P = 50000(N); d - đường kính xy lanh thuỷ lực; d1 - đường kính cán piston, chọn d/d1 = 2; q - áp suất dầu trung bình hệ thống thuỷ lực, q =1000 [N/cm2]; K - hệ số dự trữ, K = 1,1 d 16 K P 16 1,1 50000 Từ công thức (7) q KPd = = 9,75 (cm), 3 q 1000 đó, đường kính xy lanh chọn d = 100 (mm) - Xác định chiều dày thành xy lanh: Chiều dày thành xy lanh sau: Trong đó: = http://jst.tnu.edu.vn t q.d (8) ch n 69 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 64 - 71 Chọn vật liệu chế tạo xy lanh thép hợp kim 25 Mn2 nên = 3600 Mpa; n = - Hệ số ch dự trữ bền Từ công thức (8) t = 6,9 (mm), chọn chiều dầy thành xy lanh t = (mm) - Xác định đường kính cán pít tơng: Đường kính cán pít tơng d1 tính chọn theo tiêu chuẩn dựa vào tỷ số d/d1 kiểm tra bền Chọn tỷ số d/d1 theo tiêu chuẩn Đức [9]: 50/28 - 63/36 - 80/45 - 100/56 - 125/70 - 160/90 200/110 Ở đây, đường kính chọn d1= 56 (mm) Các kích thước khác lựa chọn theo kết cấu thể bảng Bảng Kích thước xy lanh thuỷ lực STT Kích thước Chiều dài xy lanh Độ cao đế xy lanh Chiều cao chốt quay xy lanh Chiều dài cần đẩy pít tơng Chiều cao piston Khoảng cách từ đáy piston vị trí thấp tới đáy xy lanh Hành trình pít tơng Ký hiệu Ll Hdxl Hcpt L2 L3 Giá trị 500 110 40 550 65 Đơn vị mm mm mm mm mm L4 30 mm S 300 mm Mô tả không gian bệ thử phanh có chất tải hồn chỉnh thể thơng qua phần mềm CATIA hình 13 Hình 13 Tổng thể bệ thử phanh có chất tải Kết luận Bài báo đề cập phương án thiết kế bệ thử phanh lăn loại lực có chất tải nhằm nâng cao khả đánh giá chất lượng hệ thống phanh ô tô sử dụng hệ thống treo phụ thuộc Nguyên tắc thiết kế dựa vào sở vật chất, bố trí có sẵn trung tâm đăng kiểm xe giới cách sử dụng bệ thử phanh IW4 hãng MAHA Tải trọng cho phép lớn bệ thử phanh 150000 (N), điều cho phép đánh giá hệ thống phanh cầu cho hầu hết ô tô thương mại lưu hành Bài báo đưa sơ đồ bố trí, kết cấu bệ thử phanh có chất tải Kết nghiên cứu hoàn toàn chưa áp dụng trung tâm đăng kiểm Việt Nam Do vậy, hướng phát triển tiến hành đánh giá thực nghiệm Lời cảm ơn Tác giả báo xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Văn Bang đồng hành trình nghiên cứu bệ thử phanh có chất tải đồng nghiệp Trung tâm kiểm định xe giới 29-07D http://jst.tnu.edu.vn 70 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 64 - 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1] Ministry of Transport, Technical safety standards and environmental protection of road motor vehicles, No TCN 224-2001, 2001 [2] V T Vu, "Testing and evaluating efficiency of brake system on trucks," (in Vietnamese), Journal of Water Resources and Environmental Engineering, Thuy Loi University, vol 71, pp 86-92, 2020 [3] D K Vu, "Research on the loaded braking test system," (in Vietnamese), Master thesis in engineering, University of Transport and Communications, 2010 [4] CITA, Recommendation of the International Automobile Registry Science and Technology Publishing House (in Vietnamese), 2007 [5] D F Moore, "Design of a prototype braking simulator," Tribology International, vol 13, pp 159-164, 1980 [6] G Li, and C Chen, "Design of the Wind Channel for the Test-Bed of Aerodynamic Brake," Applied Mechanics and Materials, vol 275, pp 584-589, 2013 [7] X Zou, F Wang, and G Sun, "Software development for brake test-bed based on electrical inertia simulation," International Conference on Remote Sensing, Environment and Transportation Engineering, China, 2011 [8] Y Hu, "The Research on Test-Bed Test System of Automobile Eddy Current Retarder," International Conference on Future Electrical Power and Energy Systems, China, 2012 [9]V B Nguyen, "Designing the loaded test platform for the vehicle brake system," (in Vietnamese), Scientific and technological research project at ministerial level, Ministry of Education and Training, 2009 [10] V B Nguyen, K S Do, and V T Vu, "The need to load up on the vehicle axles when checking the brake system," (in Vietnamese), Journal of Transportation, Ministry of Transport, vol 8, pp 44-45, 2010 [11] Q C Nguyen, Fiber reinforced concrete and steel reinforced concrete Transportation Publishing House (in Vietnamese), 2008 [12] T T Leu, Structural mechanics Science and Technology Publishing House (in Vietnamese), 2006 http://jst.tnu.edu.vn 71 Email: jst@tnu.edu.vn ... tải nhằm nâng cao khả đánh giá chất lượng hệ thống phanh ô tô sử dụng hệ thống treo phụ thuộc Nguyên tắc thiết kế dựa vào sở vật chất, bố trí có sẵn trung tâm đăng kiểm xe giới cách sử dụng bệ. .. sát chủng loại ô tô hoạt động kết khuyến cáo cho số ô tô tải, ô tô khách, ô tô đầu kéo sơ mi rơ moóc [4], [9], tác giả chọn: - Tải trọng thử tối đa lên cầu ô tô 150000 (N) - Tốc độ thử 4,6 km/h... chọn bệ thử phanh lăn loại lực IW4 hãng MAHA làm bệ thử có chất tải để kiểm định hệ thống phanh ô tô Bệ thử IW4 bệ thử lăn loại lực gồm hai nửa độc lập thể hình Hình Khối bê tơng gắn giá đỡ bệ thử