Thiết kế cải tiến HTP xe ZIL130 theo hướng chia dòng, điều chỉnh lực phanh cho các bánh xe cầu sau

Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Trong công cuộc xây dựng cơ sơ vật chất cho chủ nghĩa xã hội của đất nớc ta, chúng ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Trong các ngành nghề, thì phơng tiện vận tải ôtô hiện nay là một khâu quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, với khả năng chuyên chở đa dạng các loại hàng hoá và phạm vi hoạt động đợc trên mọi địa hình khác nhau. Để đảm bảo đợc các yêu cầu an toàn trong chuyển động trên các địa hình phức tạp và vận dụng tối đa khả năng vận chuyển của ôtô. Thì các hệ thống trên ôtô nh hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ thống truyền lực, ngày càng phải đợc nâng cao chất lợng và độ tin cậy để đáp ứng đợc các yêu cầu đặt ra. Trong tất cả các hệ thống, thì hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng, nó quyết định đến khả năng bảo đảm an toàn cho ôtô, nâng cao đợc tốc độ trung bình của xe khi chuyển động, cũng nh năng suất vận chuyển và giảm đợc giá thành vận chuyển. Với những yêu cầu đòi hỏi đó, em đợc giao đề tài: thiết kế cải tiến hệ thống phanh trên xe ZIL 130 . Đối với xe ZIL130 là xe có hệ thống phanh khí nén đẫn động một dòng . Với đặc điểm nh vậy cho nên trong thực tế sử dụng thì hệ thống phanh của xe ZIL 130 độ an toàn không cao. Bởi vì do đẫn động một dòng cho nên nếu các đờng ống dẫn khí nén bị dò rỉ, bục màng bầu phanh, các đầu mối bị hở thì hiệu quả của cả hệ thống phanh sẽ kém đi rất nhiều. Hơn nữa do sự phân bố lực phanh không đều cho cả cầu trớc và cầu sau cho nên bánh xe sinh ra trợt lết trên đờng dẫn đến hiện tợng lốp mòn không đều và tăng lợng tiêu hao nhiên liệu, giảm tính kinh tế của xe. Để khắc phục các nhợc điểm cơ bản của hệ thống phanh xe ZIL 130, em đi vào hớng thiết kế cải tiến hệ thống phanh dẫn động khi nén một dòng thành dẫn động khí nén hai dòng làm việc độc lập, đợc bảo vệ bằng van bảo vệ đôi. Dòng I dẫn động cho cơ cấu phanh cầu trớc, dòng II dẫn động cho cơ cấu phanh cầu sau. 1 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp Đồng thời để đảm bảo phân bố lực phanh hợp lý cho các cầu xe, nâng cao kinh tế cho xe. Em sẽ bố trí bộ điều hoà lực phanh cho cầu sau. Với hớng cải tiến này sẽ tăng hiệu quả phanh, bảo đảm tính an toàn cho xe cao hơn và tăng đợc năng suất vận chuyển. Trong quá trình thực hiện đồ án bằng sự cố gắng của bản thân tìm hiểu và vận dụng các kiến thức đã học, tìm hiểu thực tế. Rất mong đợc sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy trong bộ môn ôtô, đặc biệt là thầy Phạm Hữu Nam để đồ án của em đợc hoàn thành đúng kế hoạch. Em xin chân thành cảm ơn ! 2 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp Chơng i tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh xe ZIL130 I.Các thông số kỹ thuật cơ bản xe ZIL130 1 Trọng lợng bản thân G 0 = 42183 N Phân bố tải trọng khi không tải G 1 = 20797 N, G 2 = 21386 N 2 Trọng lợng toàn bộ xe khi đầy tải: G = 93440 N 3 Phân bố tải trọng khi đầy tải Cầu trớc: 25260 N Cầu sau : 68179 N 4 kích thớc lốp 9.00 - 20 5 đờng kính trong của tang trống: 420 mm 6 Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm cam đẩy má phanh : 160 mm 7 Khoảng cách từ tâm bánh xe đến điểm tựa chốt quay : 165 mm 8 Góc ôm tấm ma sát 0 - Bánh xe trớc : 120 o - Bánh xe sau : 126 o 9 Góc bố trí tấm ma sát: Trớc 30 o Sau 35 o 10 Chiều rộng tấm ma sát : Trớc 70 mm và sau 100 mm 11 Chiều rộng cam mở các má phanh 36.5 mm và 40.7 mm 12 Số lợng bình chứa khí : 02 13 Dung tích 1 bình chứa khí : 35 lít 14 Chiều dài cơ sở xe : L= 3800 mm 15 Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải : hg = 1340 mm 16 Công suất Ne max = 150 mã lực / 3200 (v/p) 17 áp suất lốp khi đầy tải: 35 N/cm 2 3 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp 18 Quãng đờng phanh(m)/ tốc độ bắt đầu phanh (Km/h) = 27(m)/50(Km/h) 19 Khoảng sáng gầm xe : hs = 270 mm 20 Vận tốc lớn nhất 90 Km/h 21 kích thớc xe Dài x Rộng X cao (mm) = 6675 x 2500 x 2100 22 Kích thớc thùng xe Dài x Rộng X cao (mm) = 3752 x 2325 x 575 23 Năng suất máy nén khí 222 (l/ph) 24 áp suất van điều hoà 0,65- 0,75 (MN/m 2 ) 25 áp suất van an toàn 0,9-0,95 (MN/m 2 ) 26 Hành trình tự do bàn đạp phanh 10-15 (mm) 27 Đờng kính làm việc màng cao su tr- ớc:129, sau: 148 (mm) II.Xác định toạ độ trọng tâm xe ZIL130 ở chế toàn tải Toạ độ trọng tâm xe xác định theo công thức : mmL GG G a 27733800. 6817925260 68179 . 21 2 = + = + = a = 2773 mm b = L a = 3800 2773 = 1027 mm h g = 1340 mm III.Xác định mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mômen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu trớc là: Theo công thức (1-1) HDTKHTP. bx gmax ' p r. b.g h.J 1 L2 b.G M += Trong đó: G : Trọng lợng ô tô khi đầy tải G=93440 N L : Chiều dài cơ sở của ô tô L= 3800 mm 4 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp J max : Gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh J max = 6 m/s 2 g : Gia tốc trọng trờng g = 9.81 m/s 2 : hệ số bám của bánh xe = 0.6 r bx : bán kính lăn của bánh xe r bx =r. =1/2.D. : hệ số biến dạng của lốp = 0.93 mm 448,82 .25.4 2 20 9,000,93 25.4 2 d b0,93.r bx = += += hg : toạ độ trọng tâm của xe h g = 1340 mm a = 2773 mm b = 1027 mm Vậy ta có mômen phanh của : 1. Đối với cầu trớc: 82,448.6,0. 1027.81,9 1340.6 1 3800.2 1027.93440 ' += p M NmM p 6406 ' = 2. Đối với cầu sau: NmM M r ag hJ L aG M p p bx g p 6339 82,448.6,0. 2773.81,9 1340.6 1 3800.2 2773.93440 . . 1 .2 . " " max " = = = IV. Tính toán cơ cấu phanh: 1. Xác định góc và bán kính của lực tổng hợp tác dụng lên mômen phanh a. Xác định góc : Theo công thức (2-1) HDTKHTP ô tô 210 21 2sin2sin.2 2cos2cos + = cầu trớc: 1 : Góc tính từ tâm guốc phanh tới chỗ tán tấm ma sát 5 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp 1 = 30 o 0 : Góc ôm tấm ma sát. 0 = 120 o 2 = 0 + 1 = 150 o 0 1 1 0)0( 0 150.2sin30.2sin14,3. 180 120 .2 150.2cos30.2cos == = + = arctg tg oo oo Cầu sau: 0 = 126 o 1 = 35 o 2 = 161 o o oo oo arctg tg 4)0749,0(2 0749,0 161.2sin35.2sin14,3. 180 126 .2 161.2cos35.2cos 2 == = + = b. Xác định bán kính Theo công thức (2-2) HDTKHTP ta có: 02100 22 0 211 sin).cos( 2sin )cos(cosr.2 ++ = Trong đó : r t : Bán kính tang trống r t = 210 mm Cầu trớc: mm246 120sin.180cos14,3. 180 120 .2120sin14,3. 180 120 )150cos30(cos210.2 0002 2 00 1 = + = Cầu sau : mm247 126sin.196cos14,3. 180 150 .2125sin14,3. 180 120 )161cos35(cos210.2 0002 2 00 2 = + = 2. Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phơng pháp hoạ đồ 6 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp hoạ đồ lực phanh trước r1' p1' r2' p2' u1' u2' o2' o1' n1' r1' x1' y1' y2' u2' u1' p2' p1' r2' n2' x2' Hình 1 Khi tính toán cơ cấu phanh ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc phanh để đảm bảo cho tổng mômen phanh sinh ra ở guốc phanh trớc (M p1 ,M p1 ) và guốc phanh sau (M p2 ,M p2 ) bằng mômen phanh tính toán mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe. x2'' u1'' r1'' p1'' o1'' o2'' hoạ đồ lực phanh sau u2'' r2'' p2'' r1'' n1'' x1'' y1'' y2'' u1'' u2'' p1'' p2'' n2'' r2'' 7 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp Hình 2 Khi đã chọn các thông số kết cấu 1 , 2 , 0 , r t ta đã tính đợc góc và bán kính nghĩa là ta đã xác định đợc hớng và điểm đặt lực N (hớng vào tâm). Lực R là lực đẩy tổng hợp của N và T lực R tạo với lực N một góc Theo công thức (2-3) HDTKHTP ta tính đợc góc à== 1 1 1 N T tg à : hệ số mát giữa tấm ma sát với tang trống à = 0,3 ta chọn cùng chỉ số à cho cả má trớc và má sau của cơ cấu phanh. à =0,3 = tg = 16,7 o Bán kính r 0 đợc xác định theo công thức (2-5) HDTKHTP 2 0 1 .r à+ à = Với cầu trớc: mmr 70 3,01 3,0 .07,245 1 . 22 1 ' 0 = + = + = à à Với cầu sau: mmr 71 3,01 3,0 .89,247 1 .2 22 " 0 = + = + = à à Nh vậy : Mômen sinh ra ở cơ cấu phanh của 1 bánh xe , theo công thức (2-4) ' 0 ' 2 ' 1 ' 2p ' 1p ' p R)RR(MMM +=+= " 0 " 2 " 1 " 2p " 1p " p R)RR(MMM +=+= Ta xác định các lực : U, R , P bằng hoạ đồ lực. Do cơ cấu sử dụng cam ép (phanh khí) thì lực P 1 và P 2 tác dụng lên hai guốc phanh sẽ khác nhau . ở trờng hợp này khi cam quay 2 guốc phanh sẽ dịch chuyển nh nhau, do áp suát tác dụng lên 2 má phanh bằng nhau R 1 = R 2 , R 1 , R 2 đợc xác định theo công thức (2-7) HDTKHTP: Phanh trớc: 8 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp N r M RR p 45757 07,0.2 6406 '2 0 ' ' 2 ' 1 ==== Tỷ lệ mm N mm R 105 45757 == à Đo trên hoạ đồ ta có : )(16995.3939 )(33990.7878 )(30504 105 45757 .7070 )(13073 105 45757 .3030 ' 2 ' 2 ' 1 ' 1 ' 2 2 ' ' 1 ' 1 NUmmU NUmmU NPmmP NPmmP === === === === à à Phanh sau: )(44640 071,0.2 6339 2 N r M RR ==== tỷ xích mm N mm R 94 44640 == à Đo trên hoạ đồ ta có: )(149663030 )(334246767 )(339236868 )(14966.3030 2 " " 2 " 1 " 1 " 2 " 2 1 " 1 " NUmmU NUmmU NPmmP NPmmP === === === === à à à à 3.Hiện tợng tự xiết Hiện tợng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh. Hiện tợng tự xiết xảy ra khi 22 b b à 007,1 1027246 1027 2222 = = b b 9 Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp Nên à = 0,3 <1,007 từ kết quả trên ta thấy cơ cấu phanh không xảy ra hiện tợng tự xiết. 4.Kiểm tra kích thớc má phanh Để đảm bảo công ma sát riêng, áp suất trên má phanh, tỷ số trọng lợng toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh. a.Công ma sát riêng L Xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ năng lợng của ôtô chạy với vận tốc khi bắt đầu phanh. Theo công thức (2- 39) HDTKHTP ta có: )(4000][ 2 . 2 2 0 m kNm L gF vG L == Trong đó : G: trọng lợng toàn bộ của ôtô khi đầy tải G =93440 (N) V o : vận tốc của ôtô lúc bắt đầu phanh, lấy V o =50 Km/h =13,88 m/s g : gia tốc trọng trờng g =9,81 (m/s 2 ) F : diện tích toàn bộ các má phanh ở các cơ cấu phanh it n i oi brF 1 = = Trong đó: m: số lợng các má phanh m =8 oi : góc ôm của má phanh thứ i, tính theo radian: 01 = 02 = 03 = 04 = 0 = )(09.214,3. 180 120 rad = 05 = 06 = 07 = 08 = 0 = )(19,214,3. 180 126 rad = R t : bán kính trống phanh 210 (mm) b i : chiều rộng má phanh thứ i b 1 = b 2 = b 3 = b 4 = 70 (mm) 10 . phanh hợp lý cho các cầu xe, nâng cao kinh tế cho xe. Em sẽ bố trí bộ điều hoà lực phanh cho cầu sau. Với hớng cải tiến này sẽ tăng hiệu quả phanh, bảo đảm. hiệu quả của cả hệ thống phanh sẽ kém đi rất nhiều. Hơn nữa do sự phân bố lực phanh không đều cho cả cầu trớc và cầu sau cho nên bánh xe sinh ra trợt lết trên