Tổng quan chi tiết Hệ thống phanh

HỆ THỐNG PHANH 1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1. Công dụng Hệ thống phanh dùng để: Giảm tốc độ của ôtô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó. Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang. Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng: Nó đảm bảo cho ôtô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc Nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe máy. 1.1.2. Yêu cầu Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau: Làm việc bền vững, tin cậy; Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm; Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa; Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế; Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh; Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng; Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng; Có khả năng thoát nhiệt tốt; Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ. Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ôtô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh, là: Phanh làm việc: phanh này là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường đưọc điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân. Phanh dự trữ: Dùng để phanh ôtô máy kéo trong trường hợp phanh chính hỏng. Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ. Dùng để giữ cho ôtô máy kéo đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc. Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn nên còn gọi là phanh tay. Phanh chậm dần: Trên các ôtô máy kéo tải trọng lớn (như: xe tải, trọng lượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn; xe khách lớn hơn 5 tấn) hoặc làm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 2 chuyển động xuống các dốc dài, còn phải có loại phanh thứ tư là phanh chậm dần, dùng để: Phanh liên tục, giữ cho tốc độ của ôtô máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc; Để giảm dần tốc độ của ôtô máy kéo trước khi dừng hẳn. Các loại phanh trên có thể có các bộ phận 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. Ngoài ra, để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn được phân thành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn làm việc bình thường. Để có hiệu quả phanh cao: Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng được toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh. Muốn vậy, lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên chúng. Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay dùng dẫn động khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọng lượng toàn bộ lớn. Để đánh giá hiệu quả phanh người ta sử dụng hai chỉ tiêu chính, là: gia tốc chậm dần và quãng đường phanh. Ngoài ra cũng có thể dùng các chỉ tiêu khác, như: Lực phanh hay thời gian phanh. Giá trị yêu cầu của các chỉ tiêu này có thể tham khảo trong bảng 11, 12 và 13. Cần chú ý rằng: các chỉ tiêu quy định về hiệu quả phanh cho phép do từng quốc gia hay từng hiệp hội quy định riêng dựa vào nhiều yếu tố, như: nguồn gốc và chủng loại các ôtô đang lưu hành, điều kiện đường xá , trình độ tổ chức kiểm tra kỹ thuật, các trang thiết bị kiểm tra v.v. Bảng 11: Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ôtô lưu hành trên đường Do Bộ GTVT Việt Nam quy định năm 1995. Cần cập nhật số liệu ở QCVN 092015 S TT Chủng loại ôtô Quãng đường phanh Sp, m () Gia tốc chậm dần ổn định Jp, ms2 () 1 Ôtô du lịch và các loại ôtô khác thiết kế trên cơ sở ôtô du lịch 2 Ôtô vận tải trọng lượng toàn bộ  8 tấn và ôtô khách có chiều dài toàn bộ  7,5 m 3 Ôtô vận tải hoặc đoàn ôtô có trọng lượng toàn bộ > 8 tấn và ôtô khách có chiều dài toàn bộ > 7,5 m Tiêu chuẩn trình bày ở bảng trên được cho ứng với chế độ thử: Ôtô không tải, chạy trên đường nhựa khô, nằm ngang Vận tốc bắt đầu phanh là 30 Kmh (8,33 ms). Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 3 Do yêu cầu về tốc độ của ôtô ngày càng tăng, cho nên có xu hướng tăng vận tốc thử phanh để cho phép ôtô lưu hành trên đường. Tuy vậy thử phanh ở tốc độ cao là rất nguy hiểm, nhất là khi điều kiện chưa cho phép có những bãi thử chuyên dùng. Vì thế ở nước ta hiện nay vẫn đang áp dụng tốc độ thử hạn chế là 30 Kmh. Số liệu cho ở bảng trên chỉ sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đích cho phép ôtô lưu hành trên đường để đảm bảo an toàn chuyển động. Đối với các các cơ sở nghiên cứu hay thiết kế chế tạo thì cần áp dụng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn. Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 4 Bảng 12: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính (Tiêu chuẩn của Liên Xô). S TT Chủng loại ôtô Tốc độ trước khi phanh V0,Kmh Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ, N () Dạng thử Quãng đường phanh Sp, m () Gia tốc chậm dần ổn định Jp, ms2 () 1 Ôtô du lịch và Micrôbuys với số chỗ ngồi = 8 80 500 3,2 4,0 7,5 7,0 5,4 5,0 2 Ôtô buys > 8 chỗ ngồi và trọng lượng toàn bộ = 5 tấn 60 700 0 I II 5,8 2,3 4,3 7,0 5,3 4,9 3 3 Ôtô buys với trọng lượng toàn bộ > 5 tấn 60 700 0 I II 2,1 0,1 2,7 6,0 4,5 4,1 4 Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ < 3,5 tấn 70 700 0 I II 4,8 6,0 9,6 5,5 4,1 3,8 5 Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ từ 3,5 tấn đến 12 tấn 50 700 0 I II 5,0 1,3 3,3 5,5 4,0 3,7 6 Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ > 12 tấn 40 700 0 I II 7,2 1,5 2,9 5,5 4,0 3,6 7 Đoàn ôtô với trọng lượng toàn bộ từ 3,5 đến 12 tấn 50 700 0 I II 6,5 3,1 5,2 5,5 4,0 3,7 8 Đoàn ôtô với trọng lượng toàn bộ > 12 tấn 440 700 0 I II 8,4 3,0 4,5 5,5 3,9 3,6 Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu được cho tương ứng với ba dạng thử khác nhau, là: Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 5 Bảng 13: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ (Tiêu chuẩn của Liên Xô). S TT Chủng loại ôtô Tốc độ trước khi phanh V0,Kmh Lực tác dụng lên bộ phận điều khiển N () Quãng đường phanh Sp, m () Gia tốc chậm dần ổn định Jp, ms2 () Tay đòn Bàn đạp 1 Ôtô du lịch và Micrôbuys với số chỗ ngồi = 8 80 4 400 5 500 90,1 3,0 2 Ôtô buys > 8 chỗ ngồi và trọng lượng toàn bộ = 5 tấn 60 52,2 3,0 3 Ôtô buys với trọng lượng toàn bộ > 5 tấn 60 52,2 3,0 4 Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ < 3,5 tấn 70 600 700 79,0 2,8 5 Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ từ 3,5 tấn đến 12 tấn 50 42,5 2,8 6 Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ > 12 tấn 40 28,4 2,8 7 Đoàn ôtô với trọng lượng toàn bộ từ 3,5 đến 12 tấn 50 44,0 2,8 8 Đoàn ôtô với trọng lượng toàn bộ > 12 tấn 40 29,6 2,8 Thử “0”: Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường tiến hành cho hai trường hợp: động cơ được tách và không tách 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. Đạng thử này bao gồm hai giai đoạn: Thử sơ bộ: Để cho các cơ cấu phanh nóng lên Thử chính: Để xác định hiệu quả phanh. Thử “II”: Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi ôtô máy kéo chuyển động xuống các dốc dài. Khi phanh bằng phanh dự trữ hoặc bằng các hệ thống khác thực hiện chức năng của nó, gia tốc chậm dần lớn nhất cần phải đạt 3 ms2 đối với ôtô khách và 2,8 ms2 đối với ôtô tải. Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổng lực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó có thể tạo ra. Khi thử (theo cả 2 chiều: đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại quay lên dốc) phanh dừng cần phải giữ được ôtô máy kéo chở đầy tải và động cơ tách khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên trên mặt dốc có độ nghiêng không nhỏ hơn 25%. Hệ thống phanh chậm dần cần phải đảm bảo cho ôtô máy kéo, khi chuyển động xuống các dốc dài 6 Km, độ dốc 7%, tốc độ không vượt quá 30±2 Kmh (8,33±0,6 ms), mà không cần sử Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 6 dụng các hệ thống phanh khác. Khi phanh bằng phanh này, gia tốc chậm dần của ôtô máy kéo thường đạt khoảng 0,6÷2,0 ms2 . Để quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điều khiển 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 ở bánh xe. Đồng thời không có hiện tượng tự xiết khi phanh. Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh, sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiện chính sau: Lực phanh trên các bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằng nhau. Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất. Không xảy ra hiện tượng khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh. Vì: Các bánh xe trước trượt sẽ làm ôtô máy kéo bị trượt ngang; Các bánh xe sau trượt có thể làm ôtô máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu xe. Ngoài ra, các bánh xe bị trượt còn gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám. Để đảm bảo các yêu cầu này, trên ôtô máy kéo hiện đại người ta sử dụng các bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock Braking System ABS). Hình 1.1. Sự thay đổi hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối  của bánh xe ( được tính theo công thức: ; Ở đây: Va Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ôtô. b Tốc độ góc của bánh xe. rb Bán kính lăn của bánh xe. Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 7 90 Hình 1.3. Các trường hợp bánh xe bị trượt ngang khi phanh. a Cầu sau bị trượt; b Cầu trước bị trượt; c Quá trình giảm trượt. Hình 1.4. Sơ đồ trượt ngang ôtô khi các bánh sau bị hãm cứng trên mặt đường có hệ số bám nhỏ. Hình 1.2. Sơ đồ lực tác dụng ở vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và quan hệ giữa các hệ số bám dọc và ngang. x=XZ y=YZ Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 8 Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớn nhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của chúng. Giá trị quy định của những chỉ tiêu này cho trong bảng 14. Bảng 1 4: Giá trị tối đa cho phép của lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của chúng đối với hệ thống phanh ôtô (Tiêu chuẩn của Liên Xô). Phương pháp điều khiển Hệ thống phanh Chủng loại ôtô Pbđmax (N) Sbđmax (mm) Bằng bàn đạp Làm việc, dự trữ và phanh dừng Du lịch Vận tải và khách 500 700 150 180 Bằng tay đòn Dự trữ và dừng Du lịch Vận tải và khách 400 600 160 220 1.1.3. Phân loại Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: Phanh bánh xe và phanh truyền lực. Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra: Phanh guốc, phanh đĩa và phanh dải. Theo loại dẫn động, phanh chia ra: Phanh cơ khí, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác nhau). ) ) ) Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính. a Phanh trốngGuốc; b Phanh đĩa; c Phanh dải. Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô Hệ thống phanh Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 9 1.2. Kết cấu hệ thống phanh chính Để thực hiện nhiệm vụ của mình, hệ thống phanh luôn phải có hai phần kết cấu chính sau: Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản. Trong quá trình phanh động năng của ôtô máy kéo được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường. Dẫn động phanh: Để điều khiển các cơ cấu phanh. 1.2.1. Cơ cấu phanh Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát, kết cấu cơ cấu phanh bao giờ cũng phải có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép. Ngoài ra, cơ cấu phanh còn có một số bộ phận phụ khác, như: Bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủy lực... Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống Guốc, Đĩa hay Dải. Mỗi dạng có đặc điểm kết cấu riêng biệt. 1.2.1.1. Loại trống guốc: a. Thành phần cấu tạo: Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất. Cấu tạo gồm: Trống phanh: là một trống quay hình trụ gắn với moay ơ bánh xe Các guốc phanh: trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh) Mâm phanh: là một đĩa cố định, bắt chặt với dầm cầu. Là nơi lắp đặt và định vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh Cơ cấu ép: khi phanh, cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo nên lực ma sát phanh bánh xe lại. Bộ phận điều chỉnh khe hở và xả khí (chỉ có đối với dẫn động thủy lực). b. Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá: Có nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh (Hình 1.6). Các sơ đồ này khác nhau ở: Dạng và số lượng cơ cấu ép Số bậc tự do của các guốc phanh Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép Và do vậy, khác nhau ở: Hiệu quả làm việc Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe Mức độ phức tạp của kết cấu

HỆ THỐNG PHANH 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1 Công dụng Hệ thống phanh dùng để: - Giảm tốc độ ôtô máy kéo dừng hẳn đến tốc độ cần thiết - Ngồi ra, hệ thống phanh cịn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéo đứng yên chỗ mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang Với công dụng vậy, hệ thống phanh hệ thống đặc biệt quan trọng: - Nó đảm bảo cho ôtô máy kéo chuyển động an toàn chế độ làm việc - Nhờ phát huy hết khả động lực, nâng cao tốc độ suất vận chuyển xe máy 1.1.2 Yêu cầu Hệ thống phanh cần đảm bảo yêu cầu sau: - Làm việc bền vững, tin cậy; - Có hiệu phanh cao phanh đột ngột với cường độ lớn trường hợp nguy hiểm; - Phanh êm dịu trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi an toàn cho hành khách hàng hóa; - Giữ cho ơtơ máy kéo đứng n cần thiết, thời gian không hạn chế; - Đảm bảo tính ổn định điều khiển ơtơ máy kéo phanh; - Khơng có tượng tự phanh bánh xe dịch chuyển thẳng đứng quay vòng; - Hệ số ma sát má phanh với trống phanh cao ổn định điều kiện sử dụng; - Có khả nhiệt tốt; - Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an tồn chuyển động trường hợp, hệ thống phanh ôtô máy kéo phải có tối thiểu ba loại phanh, là: - Phanh làm việc: phanh phanh chính, sử dụng thường xuyên tất chế độ chuyển động, thường đưọc điều khiển bàn đạp nên gọi phanh chân - Phanh dự trữ: Dùng để phanh ôtô máy kéo trường hợp phanh hỏng - Phanh dừng: Cịn gọi phanh phụ Dùng để giữ cho ôtô máy kéo đứng yên chỗ dừng xe không làm việc Phanh thường điều khiển tay đòn nên gọi phanh tay - Phanh chậm dần: Trên ôtô máy kéo tải trọng lớn (như: xe tải, trọng lượng toàn lớn 12 tấn; xe khách - lớn tấn) làm việc vùng đồi núi, thường xuyên phải Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt chuyển động xuống dốc dài, cịn phải có loại phanh thứ tư phanh chậm dần, dùng để: - Phanh liên tục, giữ cho tốc độ ôtô máy kéo không tăng giới hạn cho phép xuống dốc; - Để giảm dần tốc độ ôtô máy kéo trước dừng hẳn Các loại phanh có phận chung kiêm nhiệm chức Nhưng chúng phải có hai phận điều khiển dẫn động độc lập Ngoài ra, để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh cịn phân thành dòng độc lập để dịng bị hỏng dịng cịn lại làm việc bình thường Để có hiệu phanh cao: - Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn - Phân phối mô men phanh bánh xe phải đảm bảo tận dụng toàn trọng lượng bám để tạo lực phanh Muốn vậy, lực phanh bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến đường tác dụng lên chúng - Trong trường hợp cần thiết, sử dụng trợ lực hay dùng dẫn động khí nén bơm thủy lực để tăng hiệu phanh xe có trọng lượng tồn lớn Để đánh giá hiệu phanh người ta sử dụng hai tiêu chính, là: gia tốc chậm dần quãng đường phanh Ngồi dùng tiêu khác, như: Lực phanh hay thời gian phanh Giá trị yêu cầu tiêu tham khảo bảng 1-1, 1-2 1-3 Cần ý rằng: tiêu quy định hiệu phanh cho phép quốc gia hay hiệp hội quy định riêng dựa vào nhiều yếu tố, như: nguồn gốc chủng loại ôtô lưu hành, điều kiện đường xá , trình độ tổ chức kiểm tra kỹ thuật, trang thiết bị kiểm tra v.v Bảng 1-1: Tiêu chuẩn hiệu phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ơtơ lưu hành đường - Do Bộ GTVT Việt Nam quy định năm 1995 Cần cập nhật số liệu QCVN 09/2015 S TT Quãng đường phanh Chủng loại ôtô Sp, m () Gia tốc chậm dần ổn định Jp, m/s2 () Ơtơ du lịch loại ôtô khác thiết kế sở ơtơ du lịch Ơtơ vận tải trọng lượng tồn  ơtơ khách có chiều dài tồn  7,5 m Ơtơ vận tải đồn ơtơ có trọng lượng tồn bộ3 > ơtơ khách có chiều dài tồn > 7,5 m Tiêu chuẩn trình bày bảng cho ứng với chế độ thử: - Ơtơ khơng tải, chạy đường nhựa khô, nằm ngang - Vận tốc bắt đầu phanh 30 Km/h (8,33 m/s) Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Do yêu cầu tốc độ ơtơ ngày tăng, có xu hướng tăng vận tốc thử phanh phép ôtô lưu hành đường Tuy thử phanh tốc độ cao nguy hiểm, điều kiện chưa cho phép có bãi thử chuyên dùng Vì nước ta áp dụng tốc độ thử hạn chế 30 Km/h Số liệu cho bảng sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đích cho phép ôtô lưu hành đường để đảm bảo an toàn chuyển động Đối với các sở nghiên cứu hay thiết kế chế tạo cần áp dụng tiêu chuẩn nghiêm ngặt Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Bảng 1-2: Các tiêu đánh giá hiệu hệ thống phanh (Tiêu chuẩn Liên Xô) TT S Chủng loại ơtơ Ơtơ du lịch Micrơbuys với số chỗ ngồi = Ơtơ buys > chỗ ngồi trọng lượng toàn = Ơtơ buys với trọng lượng tồn > Ơtơ tải, trọng lượng tồn < 3,5 Ơtơ tải, trọng lượng tồn từ 3,5 đến 12 Ơtơ tải, trọng lượng tồn > 12 Đồn ơtơ với trọng lượng tồn từ 3,5 đến 12 Đồn ơtơ với trọng lượng toàn > 12 Tốc độ trước Lực tác phanh dụng lên bàn V0,Km/h đạp Pbđ, N () 80 Dạng thử 500 60 700 60 700 70 700 50 700 40 700 50 700 440 700 I II I II I II I II I II I II I II Quãng đường phanh Gia tốc chậm dần ổn định Jp, Sp, m () m/s2 () 3,2 4,0 7,5 5,8 2,3 4,3 2,1 0,1 2,7 4,8 6,0 9,6 5,0 1,3 3,3 7,2 1,5 2,9 6,5 3,1 5,2 8,4 3,0 4,5 7,0 5,4 5,0 7,0 5,3 4,9 6,0 4,5 4,1 5,5 4,1 3,8 5,5 4,0 3,7 5,5 4,0 3,6 5,5 4,0 3,7 5,5 3,9 3,6 Đối với hệ thống phanh chính, giá trị tiêu cho tương ứng với ba dạng thử khác nhau, là: Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Bảng 1-3: Các tiêu đánh giá hiệu hệ thống phanh dự trữ (Tiêu chuẩn Liên Xô) TT S Chủng loại ôtô Tốc độ trước phanh V0,Km/h Lực tác dụng lên phận điều khiển N () Tay đòn Ơtơ du lịch Micrơbuys với số chỗ ngồi = Ơtơ buys > chỗ ngồi trọng lượng toàn = Ơtơ buys với trọng lượng tồn > Ơtơ tải, trọng lượng tồn < 3,5 Ơtơ tải, trọng lượng toàn từ 3,5 đến 12 Ơtơ tải, trọng lượng tồn > 12 Đồn ơtơ với trọng lượng tồn từ 3,5 đến 12 Đồn ơtơ với trọng lượng tồn > 12 80 400 Bàn đạp 500 Quãng đường phanh Gia tốc chậm dần ổn định Sp, m () Jp, m/s2 () 90,1 3,0 60 52,2 3,0 60 52,2 3,0 79,0 2,8 50 42,5 2,8 40 28,4 2,8 50 44,0 2,8 40 29,6 2,8 70 600 700 - Thử “0”: Để xác định hiệu hệ thống phanh chính, cấu phanh cịn nguội thường tiến hành cho hai trường hợp: động tách không tách khỏi hệ thống truyền lực - Thử “I”: Để xác định hiệu hệ thống phanh chính, cấu phanh làm việc nóng lên Đạng thử bao gồm hai giai đoạn: - Thử sơ bộ: Để cho cấu phanh nóng lên - Thử chính: Để xác định hiệu phanh - Thử “II”: Để xác định hiệu hệ thống phanh chính, ơtơ máy kéo chuyển động xuống dốc dài Khi phanh phanh dự trữ hệ thống khác thực chức nó, gia tốc chậm dần lớn cần phải đạt m/s2 ôtô khách 2,8 m/s2 ôtô tải Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu phanh đánh giá tổng lực phanh thực tế mà cấu phanh tạo Khi thử (theo chiều: đầu xe hướng xuống dốc ngược lại - quay lên dốc) phanh dừng cần phải giữ ôtô máy kéo chở đầy tải động tách khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên mặt dốc có độ nghiêng không nhỏ 25% Hệ thống phanh chậm dần cần phải đảm bảo cho ôtô máy kéo, chuyển động xuống dốc dài Km, độ dốc 7%, tốc độ không vượt 30±2 Km/h (8,33±0,6 m/s), mà không cần sử Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt dụng hệ thống phanh khác Khi phanh phanh này, gia tốc chậm dần ôtô máy kéo thường đạt khoảng 0,6÷2,0 m/s2 Để q trình phanh êm dịu để người lái cảm giác, điều khiển cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cấu đảm bảo quan hệ tỷ lệ thuận lực tác dụng lên bàn đạp đòn điều khiển với lực phanh tạo bánh xe Đồng thời khơng có tượng tự xiết phanh Để đảm bảo tính ổn định điều khiển ơtơ máy kéo phanh, phân bố lực phanh bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn điều kiện sau: - Lực phanh bánh xe phải trái cầu phải Sai lệch cho phép không vượt 15% giá trị lực phanh lớn - Không xảy tượng khóa cứng, trượt bánh xe phanh Vì: Các bánh xe trước trượt làm ôtô máy kéo bị trượt ngang; Các bánh xe sau trượt làm ơtơ máy kéo tính điều khiển, quay đầu xe Ngoài ra, bánh xe bị trượt gây mòn lốp, giảm hiệu phanh giảm hệ số bám Để đảm bảo yêu cầu này, ôtô máy kéo đại người ta sử dụng điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock Braking System - ABS) Hình 1.1 Sự thay đổi hệ số bám dọc x hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối  bánh xe ( tính theo cơng thức: ; Ở đây: Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến ơtơ b - Tốc độ góc bánh xe rb - Bán kính lăn bánh xe Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt x=X/Z y=Y/Z Hình 1.2 Sơ đồ lực tác dụng vết tiếp xúc bánh xe với mặt đường quan hệ hệ số bám dọc ngang 90 Hình 1.3 Các trường hợp bánh xe bị trượt ngang phanh a- Cầu sau bị trượt; b- Cầu trước bị trượt; c- Quá trình giảm trượt Hình 1.4 Sơ đồ trượt ngang ôtô bánh sau bị hãm cứng mặt đường có hệ số bám nhỏ Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Yêu cầu điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện đánh giá lực lớn cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển hành trình tương ứng chúng Giá trị quy định tiêu cho bảng 1-4 Bảng 1- 4: Giá trị tối đa cho phép lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển hành trình tương ứng chúng hệ thống phanh ôtô (Tiêu chuẩn Liên Xô) Phương pháp điều khiển Bằng bàn đạp Bằng tay đòn Hệ thống phanh Chủng loại ôtô Làm việc, dự trữ - Du lịch phanh dừng - Vận tải khách Dự trữ dừng - Du lịch - Vận tải khách Pbđmax (N) Sbđmax (mm) 500 700 400 600 150 180 160 220 1.1.3 Phân loại - Theo vị trí bố trí cấu phanh, phanh chia loại: Phanh bánh xe phanh truyền lực - Theo dạng phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra: Phanh guốc, phanh đĩa phanh dải - Theo loại dẫn động, phanh chia ra: Phanh khí, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh điện từ phanh liên hợp (kết hợp loại khác nhau) ) ) ) Hình 1.5 Sơ đồ ngun lý loại phanh a- Phanh trống-Guốc; b- Phanh đĩa; c- Phanh dải Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 1.2 Kết cấu hệ thống phanh Để thực nhiệm vụ mình, hệ thống phanh ln phải có hai phần kết cấu sau: - Cơ cấu phanh: Là phận trực tiếp tạo lực cản Trong trình phanh động ôtô máy kéo biến thành nhiệt cấu phanh tiêu tán môi trường - Dẫn động phanh: Để điều khiển cấu phanh 1.2.1 Cơ cấu phanh Là phận trực tiếp tạo lực cản làm việc theo nguyên lý ma sát, kết cấu cấu phanh phải có hai phần là: Các phần tử ma sát cấu ép Ngoài ra, cấu phanh cịn có số phận phụ khác, như: Bộ phận điều chỉnh khe hở bề mặt ma sát, phận để xả khí dẫn động thủy lực Phần tử ma sát cấu phanh có dạng: Trống - Guốc, Đĩa hay Dải Mỗi dạng có đặc điểm kết cấu riêng biệt 1.2.1.1 Loại trống - guốc: a Thành phần cấu tạo: Đây loại cấu phanh sử dụng phổ biến Cấu tạo gồm: - Trống phanh: trống quay hình trụ gắn với moay bánh xe - Các guốc phanh: bề mặt gắn ma sát (còn gọi má phanh) - Mâm phanh: đĩa cố định, bắt chặt với dầm cầu Là nơi lắp đặt định vị hầu hết phận khác cấu phanh - Cơ cấu ép: phanh, cấu ép người lái điều khiển thông qua dẫn động, ép bề mặt ma sát guốc phanh tỳ chặt vào mặt trống phanh, tạo nên lực ma sát phanh bánh xe lại - Bộ phận điều chỉnh khe hở xả khí (chỉ có dẫn động thủy lực) b Các sơ đồ tiêu đánh giá: Có nhiều sơ đồ để kết nối phần tử cấu phanh (Hình 1.6) Các sơ đồ khác ở: - Dạng số lượng cấu ép - Số bậc tự guốc phanh - Đặc điểm tác dụng tương hỗ guốc với trống, guốc với cấu ép Và vậy, khác ở: - Hiệu làm việc - Đặc điểm mài mòn bề mặt ma sát guốc - Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục bánh xe - Mức độ phức tạp kết cấu Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hình 1.6 Các sơ đồ phanh trống guốc Hình 1.7 Các cấu phanh thông dụng sơ đồ lực tác dụng: a- Ép cam; b- Ép xi lanh thủy lực; cHai xi lanh ép, guốc phanh bậc tự do; d- Hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Hình 1.8 Các cấu phanh guốc tự cường hóa Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 10 + Lực cần tác dụng lên bàn đạp (Pbđ): Để tạo áp suất (pmax) yêu cầu, cần phải tác dụng lên bàn đạp lực: 2  dc(1.47)  r1    r1  Pbd = mPc   = mpm ax  4  r2   r2    Ở đây: r 1, r - Các kích thước ghi sơ đồ tính  - Hiệu suất dẫn động bàn đạp, thừa nhận 0,86  0,92 m - Số cần (khoang) xi lanh bố trí song song Vì số lần phanh ngặt với hiệu phanh cực đại chiếm (5  10)% số lần phanh chung Nên lực lớn cho phép bàn đạp phanh lớn nhiều so với lực cho phép bàn đạp ly hợp Cụ thể: [Pbđ] = 500  700 N + Hành trình làm việc bàn đạp (Slv):  k n  r (1.48)  Slv =   d ki x i +  + '+ ' '    d i =1  r1   c  Trong đó: k - Hệ số tính đến biến dạng đàn hồi đường ống Khi tính tốn lấy 1,07 1,1;  = (1,5  2,5) mm - Khe hở piston xi lanh đẩy nối với bàn đạp; ' '' - Hành trình khơng tải piston xi lanh chính; n - số lượng piston xi lanh bánh xe điều khiển xi lanh chính; xi - Hành trình piston xi lanh bánh xe thứ i, xi xác định sau: xi = (0 + m)(h' + h'')/h'' Ở đây: 0 - Khe hở hướng kính má phanh trống phanh phần má; m - Độ mịn hướng kính cho phép má phanh; h' h'' - Các kích thước xem hình 1.98 Thông thường xi = 1,5  4,5 mm - phanh guốc xi = 0,1  0,35 - phanh đĩa Hình 1.98 Sơ đồ tính tốn hành trình bàn đạp dẫn động phanh thuỷ lực Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 91 + Hành trình tồn bàn đạp (Sbđ): Sbđ = (1,4  1,6)Slv (1.49) Tức hành trình tồn bàn đạp cần phải lớn hành trình làm việc từ (40  60)% Lượng tăng thêm dự trữ cần thiết để đảm bảo tạo áp suất làm việc cực đại chọn, tính đến biến dạng đàn hồi, biến dạng nhiệt chi tiết thể tích chất lỏng cần thiết để điều khiển đèn báo phanh Để điều khiển phanh thuận tiện, hành trình tồn bàn đạp không vượt 150  180 mm (giá trị nhỏ dùng cho ôtô du lịch) Khi chọn trước Pbđ Sbđ giới hạn cho phép, giải đồng thời phương trình (1.47) (1.48), ta xác định đường kính xi lanh d c kích thước r1 r2 ngược lại: chọn trước kích thước xác định Pbđ Sbđ Trong trường hợp không đảm bảo cho Pbđ Sbđ đồng thời nằm giới hạn quy định phải sử dụng trợ lực + Tính tốn trợ lực: Nhiệm vụ tính toán gồm: - Xác định hệ số trợ lực - Chọn loại sơ đồ trợ lực - Xác định thơng số trợ lực chọn Hệ số trợ lực: dùng để đánh giá hiệu tác dụng trợ lực xác p K y = max định sau: (1.50) p 'max Ở đây: pmax p'max - áp suất cực đại hệ thống, tương ứng với trợ lực làm việc không làm việc Rõ ràng: K y = Pbdtt Pbdch + Pbdtl P = = + bdtl Pbdch Pbdch Pbdch (1.51) Ở đây: pbđtt - Lực cực đại cần thiết tác dụng lên bàn đạp (khi khơng có trợ lực), tính tốn theo cơng thức (1.47) pbđch - Lực cực đại cần tác dụng lên bàn đạp có trợ lực, chọn theo điều kiện thuận tiện điều khiển pbđtl - Phần lực đạp giảm nhẹ nhờ tác dụng trợ lực Khi chọn trước pbđch tính pbđtt theo (1.47), ta xác định giá trị Ky cần thiết tiến hành tính tốn trợ lực theo trình tự sau: - Căn vào giá trị Ky xác định được, vào đặc điểm cụ thể xe dẫn động phanh để chọn loại sơ đồ trợ lực phù hợp; - Trên sở sơ đồ chọn, xác định thông số kết cấu đảm bảo giá trị Ky cần thiết Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hồng Việt 92 Tính tốn trợ lực chân khơng: Trên hình 1.99 sơ đồ tính tốn trợ lực chân khơng đặc tính Từ sơ đồ, rõ ràng: K y = 1+ Ở đây: p.Sp( m) − ( Plx + Pms ) Pbdtl = 1+ Pbd i bd .Pbd p - Độ chênh áp hai khoang A B trợ lực; - Diện tích hiệu dụng piston hay màng Sp(m) bầu trợ lực; Plx, Pms - Lực lò xo lực ma sát cản trở chuyển động chi tiết trợ lực; ibđ = r2/r1 - Tỷ số truyền bàn đạp Khi độ chênh áp p vậy, lực trợ lực chưa đạt giá trị cực đại, Ky tăng tỷ lệ với lực đạp xác định từ điều kiện cân đĩa cao su (cơ cấu tỷ lệ) trợ lực Do biến dạng cao su tỷ lệ thuận với áp suất nên viết:  p S p ( m ) Pc Pd = = S d − Sc Sc S d Từ đú suy ra:  p S p ( m ) = Pc ( S d − Sc ) ( S − Sc ) = Pbd ibd d Sc Sc Trong đó: Sđ, Sc - Diện tích tương ứng đĩa cao su đầu cần tác dụng lên Bởi vậy: S d − Sc ( Plx + Pms ) − (1.52) Sc ibd .Pbd Đặc tính trợ lực trường hợp tương ứng với đoạn AB đồ thị Khi p đạt giá trị cực đại độ chân không đường nạp, lực trợ lực đạt giá trị cực đại khơng đổi (đoạn BC đặc tính), cịn hệ số trợ lực Ky đạt cực đại ứng với Pbđ = Pb, sau bắt đầu giảm Trong trường hợp này: p S − ( Plx + Pms ) (1.53) K y = + max p ( m ) ibd .Pbd Ky =1+ Ở đây: pmax - Độ chân khơng max đường nạp động Khi tính tốn lấy pmax = 0,05 MPa = 0,5 Kg/cm2 Công thức (1.53) cho phép ta xác định kích thước Hình 1.99 Sơ đồ tính tốn trợ lực chân khơng (a) đặc tính trợ lực (b) aKết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 93 piston hay màng trợ lực, biết Ky thơng số khác Để vẽ đặc tính cần sử dụng công thức xây dựng ứng với giai đoạn làm việc tương ứng Khi cho (1.52) (1.53) xác định giá trị lực tác dụng lên bàn đạp điểm B (khi lực trợ lực đạt cực đại): pmax S p ( m ) Sc (1.54) Pb = ibd .( S d − Sc ) Chú ý rằng: dùng trợ lực, hành trình bàn đạp tăng lên lượng Str = tr.ibđ Ở đây: Str = 1,2  1,5 mm - khe hở cần đẩy piston trợ lực Đối với trợ lực chân không loại 2, sơ đồ tính có dạng hình 1.100 Từ điều kiện cân màng trợ lực, viết phương trình: pxlc F3 = Fm ( p2 − p3 ) + F7 ( p1 − p2 ) + Plx Ở đây: pxlc (1.55) - Áp suất dầu xi lanh chính; F3, F7, Fm - Diện tích tương ứng piston 3, van khơng khí màng cấu tỷ lệ; p1, p2, p3 Plx - Áp suất tương ứng khoang I, II III; - Lực lò xo van khơng khí Một cách gần đúng, coi: pxlcF3  Fm(p2 - p3) = p.Fm , đó: p = (pxlcF3)/Fm Rõ ràng độ chênh áp p đạt giá trị cực đại áp suất khoang II áp suất khí quyển, tức p2 = p1 p = pmax  0,05 MPa (độ chân không khoang III hay đường nạp động cơ) Lực tác dụng lên piston hay màng bầu trợ lực độ chênh áp sinh là: Qc = pFp đây: Fp(m) - Diện tích hiệu dụng piston hay màng bầu trợ lực Lực Qc tạo thêm áp suất phụ cho hệ thống: pc = (pFp)/F11 đây: F11 - Diện tích piston 11 xi lanh làm việc Như vậy, áp suất tổng cộng chất lỏng hệ thống là: F F p = p xlc + pc = p xlc + p xlc p Fm F11 Hay:  F F  p = p xlc 1 + p  Fm F11   (1.56) Trong phương trình (1.56), hệ số khơng thứ ngun đứng cạnh thừa số p xlc biểu thức xác định gần hệ số trợ lực Ky (không kể đến ảnh hưởng lực cản lực lò xo tác dụng lên van khơng khí), tức là: Ky =1+ F3 Fp Fm F11 Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hồng Việt 94 Hình 1.100 Sơ đồ tính tốn trợ lực chân khơng loại Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hồng Việt 95 Tính tốn trợ lực khí nén: Sơ đồ đặc tính trợ lực hình 1.101 Hình 1.101 Sơ đồ tính tốn trợ lực khí nén Tương tự tính tốn trợ lực chân khơng, từ sơ đồ ta viết: Ky =1+ px F2 − ( Plx + Pms ) (a + b) ibd .Pbd b (1.55) Ở đây: px - áp suất khí nén khoang A B trợ lực Khi px chưa đạt giá trị max áp suất bình chứa, tăng tỷ lệ với lực đạp xác định từ điều kiện cân piston cấu tỷ lệ: P − C1 f1 px = = F1 Ở đây: Pbd ibd a − C1 f1 ( a + b) F1 (1.56) - Độ cứng biến dạng lị xo 1; F1 , F2 - Diện tích tương ứng piston tỷ lệ piston trợ lực; a, b - Các cánh tay đòn đòn Khi px đạt giá trị cực đại áp suất bình chứa, lực trợ lực đạt giá trị cực đại khơng tăng lên nữa, lúc đó: C1, f1 Ky =1+ pmax F2 − ( Plx + Pms ) (a + b) ibd .Pbd b (1.57) Từ biểu thức xác định kích thước piston trợ lực thông qua giá trị F 2, Ky Pbđ Cho px = pmax, từ (1.56) xác định lực tác dụng lên bàn đạp (P b) hiệu trợ lực đạt giá trị cực đại Áp suất xi lanh xác định theo công thức: bi p x F2 + Pbd bd (1.58) a+b p0 = F0 Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 96 Ở đây: F0 F2 - Diện tích piston xi lanh xi lanh lực 1.3.2.2 Dẫn động khí nén: Tính tốn tĩnh học dẫn động phanh khí nén, bao gồm: - Tính tốn phần cung cấp dẫn động - Tính tốn van phân phối a Tính tốn phần cung cấp: + Nhiệm vụ: - Tính tốn thể tích bình chứa - Xác định suất máy nén khí + Trình tự: - Thể tích bình chứa: thể tích bình chứa cần phải chọn với lượng dự trữ đủ lớn để giảm tải cho máy nén, đảm bảo cho phải làm việc có tải khoảng 10% đến 30% thời gian chuyển động ơtơ, thời gian cịn lại máy nén làm việc không tải để tăng tuổi thọ Điều kiện cụ thể hóa thành điều kiện sau: Tổng thể tích bình chứa cần phải chọn để đảm bảo sau tám lần đạp phanh liên tục, áp suất khí nén khơng giảm xuống thấp nửa áp suất đạt lần đạp phanh thứ nhất, tức là: p9  0,5p1 (1.59) Ở đây: p1 p9 - áp suất tuyệt đối hệ thống, tương ứng với lần phanh thứ thứ chín Áp dụng phương trình trạng thái pV = mRT = const cho hệ thống dẫn động khí nén, viết: p1(Vbc + Vt) = p0Vbc > p1 = p0Vbc/(Vbc + Vt) p2(Vbc + Vt) = p1Vbc = p0Vbc2 /(Vbc + Vt) > p2 = p1Vbc/(Vbc + Vt) = p0Vbc2/(Vbc + Vt)2 (1.60) pn = p0Vnbc / (Vbc + Vt)n Ở đây: pn - áp suất hệ thống phanh lần thứ n p0 - áp suất tính tốn Vt - tổng thể tích cần phải nạp khí nén toàn dẫn động lần phanh: Vt = Vbầu + Vvan + Vống ( 1.61) Các thể tích đễ dàng xác định tính tốn hay thực nghiệm có sơ đồ bố trí dẫn động Giải phương trình (1.60) theo điều kiện (1.59) với n = n = 9, ta xác định tổng thể tích bình chứa: Vbc  11,05Vt, tính tốn lấy trịn Vbc = 12Vt Trong dẫn động khí nén ôtô máy kéo nay, sử dụng chủ yếu hai cỡ bình chứa tiêu chuẩn 20 40 lít Khi biết Vt chọn cỡ bình ta dễ dàng xác định số lượng bình chứa cho dịng dẫn động hệ thống phanh Đối với phanh dừng, phanh dự trữ phanh phụ khác cần phải có bình chứa riêng - Năng suất máy nén khí: chọn sở sau: ➢ Đảm bảo nạp nhanh đầy bình chứa sau khởi động động ➢ Giữ cho áp suất hệ thống không giảm giới hạn cho phép phanh liên tục hay có dị rỉ nhỏ mà máy nén thường xuyên làm việc Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 97 Theo điều kiện trên, suất khối lượng máy nén Q m thường chọn  lần lượng khí nén tiêu thụ phút, tức là: Qm = (4  6)mt Trong đó: mt - lượng khí nén tiêu thụ phút, tính sau: mt = mk. [Kg/ph] Ở đây:  - Số lần phanh ngặt phút Khi tính tốn thừa nhận  =1 mk = ptVt/(RT) - Khối lượng khơng khí, tiêu thụ cho lần phanh, Kg pt - áp suất khơng khí bầu phanh phanh, Pa R - số riêng khí, J/(Kg.Ko) T - Nhiệt độ tuyệt đối, Ko Khi tính toán thừa nhận: pt = 7.105 Pa, R = 287,14 J/(Kg.Ko), T = 293oK Như vậy, suất thể tích cần thiết máy nén là: Qv = Qm.RT/pv (1.62) Ở đây: pv - áp suất khơng khí đầu vào máy nén, thường áp suất khí quyển, tức là: pv = 0,1 MPa Máy nén trang bị cần phải có suất thể tích tối thiểu giá trị Q v tính Nếu khơng có số liệu suất máy nén, tính kiểm tra theo thơng số kết cấu theo cơng thức: id Snv (1.63) [l / ph] 4000 Ở đây: i - Số lượng xi lanh máy nén khí d - Đường kính xi lanh, cm S - Hành trình piston, cm n - Số vòng quay trục máy nén, vg/ph v - Hiệu suất truyền khí máy nén Đối với máy nén dùng ôtô: v = 0,50  0,75 Qmn = b Tính tốn van phân phối: + Sơ đồ tính: hình 1.102 Hình 1.102 Sơ đồ tính toán van phân phối + Nhiệm vụ: Xác định thơng số kết cấu chính, đảm bảo cho van có đường đặc tính tĩnh cần thiết, như: đường kính (D) piston hay màng tỷ lệ, độ cứng (C) lực nén ban đầu Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hồng Việt 98 (F30) lị xo tỷ lệ 3, hay ngược lại: xây dựng, kiểm tra đánh giá đường đặc tính tĩnh van, biết trước thơng số kết cấu + Các số liệu cần biết trước: - Hành trình Sbđmax bàn đạp, lực Pbđmax cần tác dụng lên bàn đạp - Khe hở h0 van cần piston - Dịch chuyển hmax van - Áp suất max khơng khí bình chứa pbc đầu van phân phối pmax (thường thường pmax = pbc tính tốn lấy 0,6 MPa = Kg/cm2) - Vùng không nhạy khả thông qua van (khả thông qua van phụ thuộc vào diện tích tiết diện cửa đường kính van - xác định tính tốn động lực học) + Trình tự tính tốn: đặc tính tĩnh (Hình 1.103) Tính tốn van phân phối tiến hành theo đoạn đường Hình 1.103 Đặc tính tĩnh van phân phối Đoạn oa tương ứng với dịch chuyển piston tỷ lệ bàn đạp từ vị trí ban đầu đến vị trí mà van (hình 1.102) bắt đầu mở Đoạn vùng không nhạy ban đầu van Đoạn ab biểu diễn trình tăng áp suất pC khoang C: van mở bàn đạp dịch chuyển từ vị trí Sa đến Sb Đoạn bc tương ứng với hành trình trả bàn đạp từ S b đến Sc Trong khoảng áp suất khoang C chưa kịp giảm xuống Đây vùng không nhạy thứ hai van Đoạn cd biểu diễn trình giảm áp suất pC bàn đạp tiếp tục trở vị trí ban đầu Từ sơ đồ tính tốn van (hình 1.102), dựa vào quan hệ động học động lực học chi tiết, ta viết phương trình sau ; - Phương trình dịch chuyển bàn đạp: S bd = ( x + h + h0 )ibd (1.64) Ở đây: ibđ = r2/r1 - Tỷ số truyền bàn đạp; x - Biến dạng lò xo tỷ lệ 3; h - Dịch chuyển (độ mở) van 1; h0 - Khe hở ban đầu van đầu piston - Phương trình cân lực tác dụng lên piston 2: Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 99 Pbd ibd = D pC  R (1.65) Ở đây: pC - Áp suất khơng khí khoang C van; R - Lực cản chuyển động piston van Trong trường hợp tổng quát: R = R0 + R1 + R2 Ở đây: R0 - Lực cản chuyển động piston (khi van chưa mở) Lực tổng lực ma sát khô piston xi lanh (Rms0) lực lò xo trả (Rlx), tức R0 = Rms0 + Rlx ; R1 = [d1l1pB + (d32 - d12)(pB - pC)/4] - Lực cản chuyển động van 1, đây: pB = pbc = pmax - Áp suất khoang B, áp suất bình chứa  - Hệ số ma sát vịng cao su làm kín thành xi lanh (thường  = 0,08) l1 - Chiều rộng vành tiếp xúc vịng cao su làm kín van với thành xi lanh d1, d3 - Đường kính tương ứng trụ trượt đường kính đế van van Chiều rộng đế van đường kính d1và d3 chọn để áp suất pB ép chặt van xuống đế van Áp suất tiếp xúc van đế thường lấy (1,25  1,30)pB pC = Lực cản chuyển động van khơng có chênh lêch áp suất khoang, tức pC = pB = pBC nhỏ Vì thế, tính tốn thực tế R1 thường bỏ qua khơng đáng kể R2 - Lực cản chuyển động piston sinh vòng làm kín cao su bị khí nén ép lên thành xi lanh Nếu ký hiệu, l2 chiều rộng vành tiếp xúc vịng làm kín xi lanh, thì: R2 = Dl2pc Nếu chi tiết có dạng màng R2 =0 Như viết: R  R0 + R2 = Rms0 + Rlx (1.66) + Dl2pC Áp dụng công thức cho đoạn đường đặc tính, ta xác định được: S a = ho ibd  (1.67) - Đối với điểm a: R0  Pa = ibd  S b = S max = (ho + x max + hmax )ibd - Đối với điểm b: Pb = Pmax   (1.68) D [ R0 + D ( l + ) p B ]   =  ibd S c = (ho + x max )ibd - Đối với điểm c:   D (1.69) {D( − l ) p B + Rlx − Rms ]   Pc =  ibd Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 100 Sd = Sbd Khi( pc − po ) = 0  ( Rlx − Rms )  Pd =  i bd - Đối với điểm d: (1.70 ) Ở đây: xmax hmax - Biến dạng max lò xo tỷ lệ 3; hmax - Dịch chuyển max van 1, thường thường h0 nằm giới hạn 2,5  mm Nếu Rlx Rms Pd = Bởi điểm d trùng với gốc toạ độ Vùng không nhạy lực đoạn bc (do lực ma sát đổi chiều) thể qua giá trị: Pbc = Pb - Pc = 2(Rms0 +(1.71) Dl2pbc)/ibđ Các công thức từ (1.64) đến (1.71) sử dụng tính tốn thiết kế tính tốn kiểm tra van phân phối Khi thiết kế, đường kính d2, d3 dịch chuyển hmax, ho chọn trước dựa vào khả thơng qua cần thiết van (khi tính tốn động lực học) Đường kính D piston tỷ lệ chọn sở kết cấu tương tự có tính đến khả rút gọn kích thước đến tối thiểu Lực ép ban đầu F30 lò xo chọn theo điều kiện F30 = R0 = Rlx + Rms0 Lực cực đại lò xo 3, F3max = F30 + C.xmax chọn cho pc = q.pmax cốc trượt tỳ sát vào piston (hệ số q thường lấy 0,7  0,85), tức là: F3max = R0 + C.xmax = R0 + Dl2q.pmax + q.pmax (D /4) Từ rút ra: xmax = [Dq.pmax(l2 + D/4)]/C (1.72) Thế (1.72) vào (1.68) khử tỷ số truyền ibđ bàn đạp, sau biến đổi ta nhận biểu thức xác định độ cứng lò xo: D D )[ R0 + pmaxD( l + )] 4 C= D SmaxPmax − (h0 + hmax )[ R0 + pmaxD( l + )] qpmaxD( l + (1.73) Khi tính tốn kiểm tra, theo phương trình từ (1.67) đến (1.73) ta xây dựng đường đặc tính tính tốn van tiến hành đánh giá theo giá trị Smax, Pmax độ nhạy (Độ nhạy van nay, kiểm tra theo giá trị p ptb = 0,3 MPa vào khoảng 0,05 MPa) Khi kiểm tra, cần thiết hiệu chỉnh số thơng số kết cấu Nếu van phân phối loại hai khoang giống bố trí song song tính tốn, giá trị Pmax tất phương trình thay (P max/2) 1.4 Phanh dừng phanh chậm dần 1.4.1 Phanh dừng 1.4.1.1 Kết cấu Kết cấu cấu phanh phanh dừng nói chung khơng có khác biệt nhiều so với cấu phanh phanh Phần tử ma sát phanh dừng có dạng trống guốc, dạng đĩa hay dải Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 101 Khác với dẫn động phanh chính, dẫn động phanh dừng thường loại khí kiểu địn, cáp kéo có cấu khố (để giữ chặt địn điều khiển cố định vị trí phanh) hay dùng lị xo tích (đối với phanh dùng dẫn động khí nén) Phanh dừng lắp đặt trục truyền lực (ở đầu trục thứ cấp hộp số hay sau trục đăng mặt bích bánh chủ động truyền lực chính) bánh xe (chung cấu phanh với phanh chính) Phanh dừng thường tác dụng lên bánh sau ô tơ Phanh dừng lắp trục truyền lực (cịn gọi phanh truyền lực) thường sử dụng xe du lịch cỡ lớn, xe khách xe tải Phanh dừng truyền lực có dẫn động điều khiển đơn giản làm việc hiệu Tuy có nhược điểm tải trọng tác dụng lên đăng, truyền lực bán trục phanh lớn Nên gây gẫy vỡ cụm chịu tải phanh Phanh dừng lắp bánh xe (còn gọi phanh bánh xe) có cấu phanh chung với phanh có dẫn động điều khiển độc lập, có ưu điểm khơng gây tải trọng lớn tác dụng lên chi tiết hệ thống truyền lực phanh, lại địi hỏi phải có lực dẫn động lớn Vì loại phanh thường sử dụng nhiều xe du lịch cỡ nhỏ Trên hình 1.104 kết cấu điển hình phanh dừng loại dải loại đĩa lắp đầu trục thứ cấp hộp số Trống (hình 1.104a) đĩa (hình 1.104b) nối với trục thứ cấp hộp số Đối với cấu phanh dải, kéo đòn điều khiển, đòn ép (dạng cam) kéo hai đầu dải phanh qua kéo 5, siết chặt vào trống phanh Lị xo có tác dụng cho phép địn điều khiển dịch chuyển dải phanh siết chặt vào trống phanh, để đảm bảo cấu khố ln ln trùng khớp Đối với phanh đĩa, kéo đòn điều khiển, guốc 10 ép chặt vào đĩa phanh nhờ đòn ép 11 12 quay quanh chốt lắp giá đỡ Hình 1.104 Sơ đồ kết cấu phanh dừng loại dải loại đĩa a- Loại dải; b- Loại đĩa; 1- trống phanh; 2- Dải phanh; 3- Gối đỡ; 4- Đòn ép; 5- Thanh kéo; 6- Lò xo; 7- Đĩa phanh; 8- Giá đỡ; 9- Chốt lề; 10- Guốc phanh; 11, 12- Đòn ép Phanh dừng loại dải thường sử dụng ô tô nhiều cầu, tải trọng lớn, ô tô tự đổ làm việc mỏ, ô tơ BelAZ (hình 1.105) kích thước nhỏ gọn mà tạo mô men phanh lớn Hơn phanh dải có kết cấu đơn giản rẻ phanh trống guốc Kết cấu nguyên lý làm việc phanh dừng BelAZ tương tự mô tả Trên hình 1.106 kết cấu phanh dừng loại trống guốc ô tô họ MAZ lắp mặt bích bánh chủ động truyền lực cầu sau Trống phanh gang lắp mặt bích đăng sau trục bánh côn chủ động Trong trống phanh lắp hai guốc phanh loại hàn-dập 16 19 Đầu Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 102 guốc tỳ vào chốt tỳ bắt chặt đai ốc lên mâm phanh nối cứng với te truyền lực cầu sau Giữa đầu guốc lắp cấu điều chỉnh kiểu ren vít với đai ốc hình Trên mâm phanh lắp chốt quay với địn quay ngồi Đòn quay nối với đòn ép 11 lắp lề chốt 12 guốc 19, qua khâu nối 10 Địn 11 có vấu lắp rãnh 13 nối chốt 15 với guốc phanh thứ hai giữ vị trí ban đầu lị xo Hình 1.105 Phanh dừng ô tô BelAZ 1- Thanh kéo; 2, 3- Đai ốc đệm điều chỉnh; 4, 8- Tai đầu dải phanh; 5, 6- Lò xo trả; 7- Đầu tỳ; 9- Đai thép; 10- Dải phanh; 11- Trống quay; 12- Gối đỡ; 13Thanh giằng; 14- Đòn kéo; 15- Đầu nối; 16- Cam ép; 17, 18, 19- Đai ốc bu lông điều chỉnh khe hở; 20- Gối đỡ; 21- Bu lơng điều chỉnh khe hở; 22- Lị xo Địn ngồi nhờ dây cáp 24 21, kéo 23 đòn trung gian 22 nối với tay kéo 20 lắp giá đỡ bảng đồng hồ buồng lái Tay kéo 20 có cấu cóc hãm để giữ chặt trạng thái kéo phanh Thanh kéo 23 qua đòn gánh 25 kéo 26 nối với đòn quay 27 van điều khiển dẫn động phanh rơ moóc Khi kéo tay kéo 20, qua hệ thống dẫn động khí, địn ngồi địn quay đi, qua tay nối 10 làm đòn ép 11 quay theo ép lên đẩy 13 đẩy guốc phanh tách ép chặt vào trông phanh Khi phanh ô tô phanh dừng, qua đòn gánh 25 kéo 26 làm phanh rơ moóc hoạt động Điều chỉnh phanh dừng thực nhờ đai ốc hình 18 đầu cáp nối với địn quay ngồi Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hồng Việt 103 Hình 1.106 Phanh dừng truyền lực ô tô họ MAZ 1- Bánh côn chủ động; 2- Trống phanh; 3- Mâm phanh; 4- Chốt tỳ; 5, 14, 17- Lò xo trả; 6- Nạng kéo; 7, 9- Đòn quay; 8, 12, 15- Chốt quay; 10- Tay nối; 11- Đòn ép; 13- Thanh đẩy; 16, 19- Guốc phanh; 18- Đai ốc hình sao; 20- Tay kéo; 21, 24- Cáp kéo; 22, 25, 27- Địn quay; 23, 26- Thanh kéo Trên hình 1.107 kết cấu phanh dừng lắp bánh xe xe du lịch cỡ nhỏ Trên hình 1.108 kết cấu phanh dừng dẫn động cam hãng Bendix Trên tơ vận tải đồn xe kéo moóc sử dụng phổ biến loại phanh dừng bánh xe dùng lị xo tích trình bày phần dẫn động phanh khí nén Loại phanh dừng tin cậy hiệu Nó tự động phanh tô lại áp suất dẫn động bị giảm Nhược điểm làm tăng kích thước khối lượng dẫn động phanh Kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hồng Việt 104 Hình 1.107 Phanh dừng lắp bánh xe dẫn động khí cáp kéo 1, 5- Guốc phanh; 3- Đòn ép; 4, 9- Cam đào; 6- Lò xo; 7- Cáp kéo; 8- Vỏ bọc cáp; 10- Thanh đẩy Hình 1.108 Phanh dừng lắp bánh xe hãng Bendix 1- Đòn quay; 2, 7- Má phanh; 3- Đầu tỳ điều chỉnh được; 4- Piston; 5, 9- Cam ép; 6- Đầu tỳ guốc phanh; 8- Trục cam Kết cấu, tính tốn thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 105