Thiết kế cải tạo hệ thống phanh cho xe tải chở cột điện theo tiêu chuẩn ECE r13

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 mục lục Trang Lời nói đầu . 2 Chơng I. Những vấn đề chung và hệ thống phanh cho ô tô 4 1.1. Vấn đề chở hàng siêu trờng . 4 1.2. Giới thiệu chung về xe HINO 5 1.3. Hệ thống phanh của xe HINO FF3H . 7 Chơng II. Tiêu chuẩn ECE, cơ sở lý luận và phơng pháp tính . 22 2.1. Các thông số của xe HINO FF3H sau khi đã thay đổi . 22 2.2. Tiêu chuẩn ECE, cơ sở lý luận và công thức tính toán . 23 2.3. Kiểm tra theo ECE với tỉ số phân chia lực phanh cũ 33 2.4. Xác định tỉ số mới với xe kéo dài theo tiêu chuẩn ECE . 34 2.5. Đề xuất phơng án cải tạo 35 Chơng III. Kiểm nghiệm hệ thống phanh . 37 3.1. Tính toán lực, mô men tác dụng và kiểm tra bền cơ cấu phanh trớc. 37 3.2. Tính toán lực, mô men tác dụng và kiểm tra bền cơ cấu phanh sau 55 3.3. Kết luận khả năng đáp ứng của cơ cấu phanh cũ 69 Chơng IV. Thiết kế cải tiến 70 4.1. Cơ sở cho việc cải tiến . 70 4.2. Thiết kế lại van điều khiển thuỷ lực . 70 Kết luận chung . 75 Tài liệu tham khảo . 77 1 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 Lời mở đầu Hiện nay vấn đề về giao thông đờng bộ đang là vấn đề đợc rất nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm. Trong các phơng tiện giao thông đờng bộ thì ô tô là phơng tiện chủ yếu vì nó không những đa dạng về chủng loại mà nó còn là một phơng tiện vận chuyển dễ dàng trên mọi địa hình với giá thành thấp. ở nớc ta hiện nay, các xe ô tô đang lu hành chủ yếu là của nớc ngoài, đợc lắp ráp tại các nhà máy liên doanh và cũng có một phần là xe nhập cũ. Các loại xe này đã đáp ứng đợc nhu cầu vận tải trong nớc và cũng đáp ứng đợc các tiêu chuẩn quốc tế. Tuy nhiên do nhu cầu chuyên biệt của từng điều kiện công tác, chúng ta đang cần đa ra đợc xe có kích thớc lớn, một trong số đó là xe chở cột điện. Hiện nay số nhà máy có khả năng sản xuất cột điện lớn chỉ nằm ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Với tốc độ đô thị hoá ở nớc ta đòi hỏi phải có xe chuyên dụng vận chuyển từ nhà máy đến nơi tập kết và lắp đặt. Thông thờng xe chở cột điện đợc dùng để vận chuyển trên các tuyến đờng dài liên tỉnh nh từ thành phố Hồ Chí Minh đi miền Trung hoặc từ Hà Nội đi miền Trung, vì vậy nhu cầu về xe thân dài là rất cần thiết. Khi kéo dài thân xe để phù hợp với mục đích vận chuyển, nhiều tính năng của xe đã bị thay đổi nên không còn đáp ứng đợc các tiêu chuẩn nh trớc, vì vậy cần phải kiểm tra tính toán và có thể một số bộ phận phải thiết kế lại. Trong các bộ phận của xe thì hệ thống phanh đóng một vai trò hết sức quan trọng vì nó liên quan đến vấn đề an toàn chuyển động của xe và vấn đề an toàn giao thông, ảnh hởng trực tiếp đến sinh mạng và tài sản con ngời. Trên cơ sở đó em đợc giao đề tài: Thiết kế cải tạo hệ thống phanh cho xe tải chở cột điện theo tiêu chuẩn ECE R13 . Nội dung đề tài bao gồm: 2 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 - Tìm hiểu kết cấu hệ thống phanh trên ô tô. - Tiêu chuẩn ECE R13, cơ sở lý luận và phơng pháp tính. - Tính toán, kiểm nghiệm bền cơ cấu phanh. - Thiết kế cải tiến. Đề tài đợc tiến hành tại bộ môn Ô tô trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Sau hơn ba tháng thực hiện, với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành công việc yêu cầu của đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Khắc Trai và các thầy trong bộ môn đã giúp đỡ, hớng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Hà Nội ngày 16 tháng 5 năm 2004 Sinh viên thực hiện Nguyễn Tiến Vũ Linh 3 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 chơng i những vấn đề chung và hệ thống phanh cho ô tô 1.1. Vấn đề chở hàng siêu trờng: Luật Đờng bộ của Việt Nam đã quy định với tất cả các loại xe, kích thớc vật đợc chở trên xe không đợc vợt quá kích thớc bao ngoài của xe. Vấn đề chở hàng dài hiện nay có 3 phơng án sau: + Nối thêm rơ moóc: + Gác vật dài lên đầu xe (với những vật không dài hơn kích thớc xe): + Kéo dài thân xe đảm bảo hàng không vợt ra ngoài kích thớc xe: 4 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 Cột điện cỡ lớn đợc chế tạo với chiều dài 10m nên phơng án đợc chọn là phơng án 3. Xe cơ sở thiết kế là xe HINO. Hiện nay ở Việt Nam đã lắp ráp các xe sát xi hoàn chỉnh và đang đợc dùng để chuyển đổi mục đích sử dụng. Nội dung đề tài là thiết kế cải tạo hệ thống phanh cho xe này nhằm tạo nên phơng tiện chuyên chở chuyên dùng, đảm bảo an toàn giao thông. Để chở đợc cột điện 10 m, thân xe đợc kéo dài 1,2 m. Sau khi kéo dài, xe phải đảm bảo điều kiện an toàn giao thông, cụ thể là hệ thống phanh phải đợc thiết kế theo tiêu chuẩn ECE R13. 1.2. Giới thiệu chung về xe Hino: HINO là một hãng xe lớn có uy tín của Nhật Bản, chuyên sản xuất các loại xe vận tải có công thức bánh xe là 4x2 với cầu sau chủ động. Hiện nay chúng ta đang cần chuyển đổi một số loại xe sang chuyên dụng. Trên cơ sở những xe đã đợc lắp ráp ở Việt Nam phục vụ cho việc chuyên chở vật dài, em đã chọn series FF3H. Mẫu xe F là tiêu chuẩn mới của hãng HINO. Công nghệ hiện đại kết hợp với thiết kế tiên tiến đã mang lại cho HINO F tính năng mạnh mẽ cùng sự thoải mái và dễ dàng khi điều khiển. Các đặc điểm cơ bản: Tải trọng tối đa đạt 14,2 tấn. Động cơ: Xe FF 3H sử dụng loại động cơ Diesel HO7D, 6 máy thẳng hàng, đợc bố trí dới buồng lái. Công suất cực đại đạt 195 mã lực (ở số vòng quay 2900 v/ph). Mô men xoắn cực đại đạt 500 N.m (ở số vòng quay 1700 v/ph). Dung tích xi lanh 7412 cc. Ly hợp: là loại ly hợp ma sát khô, một đĩa. Hộp số chính: sáu số tiến, một số lùi, có đồng tốc từ số 2 đến số 6. Các đăng: là loại các đăng khác tốc kép. Bánh xe: sử dụng loại lốp có săm Radial. 5 Hino HINO C D B 5050 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 Hệ thống lái: cơ khí có trợ lực thuỷ lực. Hệ thống phanh: Hệ thống phanh thuỷ lực điều khiển bằng khí nén loại có 2 dòng độc lập. Hình dáng cơ bản của xe đợc trình bày trên hình 1.1 Hình 1.1 Hình dáng chung của xe HINO FF3H 6 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 Bảng thông số tính năng kỹ thuật của xe Hino FF 3H Đặc tính kỹ thuật đơn vị ff3h Chiều dài cơ sở mm 5050 Tổng trọng tải kG 14200 Tự trọng xe kG 4300 Động cơ Công suất cực đại Mô men xoắn cực đại Đờng kính, hành trình Piston Dung tích xi lanh Mã lực N.m mm cc Động cơ Diesel HO7D 6 máy thẳng hàng 195 (2900 v/ph) 500 (1700 v/ph) 110 x 130 mm 7412 Hộp số Sáu số tiến, một số lùi, đồng tốc từ số 2 đến số 6 Hệ thống lái Trợ lực thuỷ lực, dễ điều khiển Hệ thống phanh Hệ thống phanh thuỷ lực điều khiển bằng khí nén, 2 dòng Kích thớc bao ngoài (B x C x D) mm 8720 x 2440 x 2610 Cỡ lốp 10.00 20 R 14PR Tốc độ cực đại Km/h 112 Khả năng vợt dốc tan ()% 27.3 Cabin Cabin lật với cơ cấu thanh xoắn và thiết bị khoá an toàn dễ điều khiển Thùng nhiên liệu lít 115 1.3. Hệ thống phanh của xe Hino FF3H: - Đặc điểm chung: là loại dẫn động thuỷ lực điều khiển bằng khí nén có 2 dòng độc lập. Cơ cấu phanh trớc và sau đếu sử dụng loại tang trống với các guốc phanh đối xứng nhau qua tâm và xi lanh thuỷ lực đóng vai trò điều khiển guốc phanh. Phanh tay đặt ở trục thứ cấp của hộp số chính, dẫn động cơ khí. 7 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 1.3.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh xe Hino FF 3H: Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phanh Đờng đậm : Đờng ống dẫn khí Đờng mảnh : Đờng ống dẫn dầu Đờng đứt nét : Có thể đợc trang bị thêm 1. Đồng hồ báo áp suất 2. Cơ cấu phanh bánh tr- ớc 3. Van kiểm tra 4. Van an toàn 5. Bình chứa khí nén cho dòng phanh sau 6. Bình chứa khí nén cho dòng phanh trớc 7. Bình chứa khí nén chung (để tách nớc) 8. Công tắc đèn cảnh báo áp suất thấp (450 kPa hoặc nhỏ hơn) 9. Bộ điều chỉnh áp suất 10. Bộ phận sấy khô khí nén 11. Bình chứa dầu phanh 12. Công tắc đèn cảnh báo mức dầu phanh 13. Van điều khiển thuỷ lực 14. Công tắc đèn cảnh báo mòn 15. Cơ cấu phanh sau 16. Van điện từ 17. Xi lanh điều khiển phanh động cơ 18. Van điều khiển khí nén 19. Công tắc đèn phanh 20. Máy nén khí 8 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 - Cấu tạo: Qua sơ đồ cấu tạo, ta có thể nhận thấy hệ thống phanh đợc chia thành ba cụm chính: + Phần cung cấp khí nén: Gồm máy nén khí, các bình chứa khí nén, bộ điều chỉnh áp suất, bộ phận sấy khô khí nén trớc khi cung cấp khí nén vào các bình chứa và các van một chiều. + Phần điều khiển bằng khí nén: Các đờng ống dẫn khí từ các bình chứa khí nén qua van điều khiển khí nén 18 và đến van điều khiển thuỷ lực 13. Qua van điều khiển thuỷ lực, áp suất khí nén chuyển thành áp suất dầu. + Phần dẫn động thuỷ lực: Gồm bình chứa dầu 11 cung cấp dầu cho xi lanh 13. Các đờng ống dẫn dầu truyền áp suất thuỷ lực từ xi lanh 13 đến các xi lanh công tác trên các cơ cấu phanh bánh xe. - Nguyên lý hoạt động: Máy nén khí 20 đợc dẫn động bởi động cơ sẽ bơm khí nén vào bình 7 qua van kiểm tra 3. áp suất trong bình 7 đợc xác định qua đồng hồ 1 đặt trong buồng lái. Khi mới bắt đầu khởi động động cơ, áp suất trong bình 7 còn thấp, đèn 8 sáng. Sau vài phút, áp suất trong bình 7 đã đủ mức cần thiết, đèn 8 tắt báo hiệu phanh đã sẵn sàng và xe có thể khởi hành. Bộ điều chỉnh áp suất khí 9 có tác dụng điều chỉnh mức áp suất cho phép trong bình 7. Nếu áp suất trong bình 7 vợt quá mức điều chỉnh thì 9 mở ra cho khí nén từ bình 7 về ngợc lại máy nén khí 20, giảm sự tiêu hao công suất cho máy 20. Vì một lý do nào đó mà áp suất trong bình 7 vọt lên quá cao thì một lợng khí nén sẽ đợc xả ra thông qua van an toàn 4. Khí nén từ bình 7 đợc chia làm 2 dòng riêng biệt cấp vào bình 5 và 6 qua các van kiểm tra 3. Khi phanh, ngời lái tác động lên bàn đạp phanh, van phanh 18 mở cung cấp khí nén từ bình 5 và 6 đến các van điều khiển thuỷ lực 13. Các van điều khiển thuỷ lực 13 chuyển áp suất khí nén thành áp suất dầu phanh truyền đến các xi lanh công tác tại các cơ cấu phanh bánh xe trớc và sau. 9 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Vũ Linh - Ôtô K44 Tại các xi lanh công tác, áp suất dầu tạo áp lực lên các piston đẩy guốc phanh áp sát vào trống phanh, tiến hành quá trình phanh. Hiện nay các xe đợc trang bị thêm bộ phận sấy khô khí nén 10. Nh vậy khí nén đi từ máy 20 trớc khi vào bình 7 qua van 3 sẽ đợc bộ phận 10 sấy khô nhằm hạn chế tốt đa lợng hơi nớc lọt vào bình 7. Hơi nớc có trong khí nén có thể tạo ra cặn tại các bình khí nén, làm chậm tác dụng của khí nén và làm giảm áp suất khí nén. Năng lợng do ngời lái tạo ra thông qua bàn đạp phanh chỉ dùng để mở van điều khiển khí nén. Năng lợng tạo nên áp lực dầu thể hiện qua máy nén khí. Các guốc phanh đợc điều khiển bằng áp suất thuỷ lực. - Ưu điểm: Hệ thống này kết hợp đợc u điểm của cả phanh khí và phanh dầu cụ thể là độ nhạy cao, hiệu suất lớn, phanh đợc đồng thời các bánh xe , điều khiển nhẹ nhàng. - Nhợc điểm: có kết cấu phức tạp, giá thành cao, nhiều cụm kích thớc lớn, chăm sóc kỹ thuật phức tạp, luôn phải kiểm tra sự bao kín của hệ thống khí nén và thuỷ lực. 10