- Cỏc thụng số lựa chọn ban đầu:
+ Đường ống làm bằng hợp kim đồng cú = 2600 (kG/cm2). + p - Áp suất bờn trong đường ống (p = 120 kG/cm2). + R - Bỏn kớnh bờn trong đường ống dẫn, R = 3 (mm) = 0,3 (cm).
+ s- Chiều dầy của ống dẫn, s = 0,5 (mm) = 0,05 (cm) - Tớnh toỏn bền kiểm tra theo sức bền vật liệu:
SVTH: Phạm Văn Sinh Lớp: Cơ khớ ụ tụ K11 29
Khớ tớnh cú thể coi đường ống dẫn dầu là loại vỏ mỏng bịt kớn hai đầu và cú chiều dài khỏ lớn.
Ứng suất được tớnh như sau:
s R p t *
Với: p - Áp suất bờn trong đường ống (p = 120 kG/cm2).
R - Bỏn kớnh bờn trong đường ống dẫn, R = 3 (mm) = 0,3 (cm). s - Chiều dầy của ống dẫn, s = 0,5 (mm) = 0,05 (cm).
2 120 * 0, 3 720( / ) 0, 05 t KG cm
Cắt ống bằng mặt phẳng vuụng gúc với trục của ống thỡ ứng suất phỏp ntỏc dụng lờn thành vỏ ống phải cõn bằng với ỏp suất của chất lỏng tỏc dụng lờn diện tớch mặt cắt ngang của ống. n 2rRs p R 2 0 2 * 360( / ) 2 2 t n p R KG cm s Vậy ta cú: 2 2 2 2 2 360 720 805( / ) n t kG cm Đường ống làm bằng hợp kim đồng cú = 2600 (kG/cm2). So sỏnh thấy 2 805(KG cm/ ) đường ống dẫn động đủ bền
3.3.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRỢ LỰC PHANH
3.3.1.ĐẶT VẤN ĐỀ
Bộ trợ lực cú tỏc dụng tăng lực phanh tỏc dụng lờn bỏnh xe giỳp phanh cú hiệu quả cao hơn. Người điều khiển chỉ cần tỏc dụng một lực vừa phải lờn bàn đạp phanh cũng cú thể tạo được một lực phanh lớn đủ để phanh cú hiệu quả nhất. Trong trường hợp xe sử dụng hệ thống cường húa bằng khớ nộn thỡ người lỏi khi đạp phanh chỉ cú tỏc dụng mở van khớ cho bộ trợ lực phanh hoạt động, lỳc này lực phanh hoàn toàn là do khớ nộn tạo nờn.
- Phõn loại bộ trợ lực Trợ lực chõn khụng
*Đặc điểm: Sử dụng ngay độ chõn khụng ở đường ống nạp của động cơ, đưa độ chõn khụng này vào khoang A của bộ trợ lực, cũn khoang B khi phanh được thụng với khớ trời.
Hỡnh 3.1.Sơ đồ bộ trợ lực chõn khụng.
1.Pitụng xylanh chớnh; 2.Vũi chõn khụng; 3.Màng chõn khụng; 4.Van chõn khụng; 5.Van khớ; 6.Van điều khiển; 7.Lọc khớ; 8.Thanh đẩy; 9.bàn đạp.
Tới các bánh xe Khí trời A B E 1 2 3 4 5 6 7 8 9
SVTH: Phạm Văn Sinh Lớp: Cơ khớ ụ tụ K11 31
*Nguyờn lý làm việc:
Khi khụng phanh cần đẩy 9 dịch chuyển sang phải kộo van khớ 6 và van điều khiển 7 sang phải, van khớ tỡ sỏt van điều khiển đúng đường thụng với khớ trời, lỳc này buồng A thụng với buồng B qua hai cửa E và F và thụng với đường ống nạp. Khụng cú sự chờnh lệch ỏp suất ở 2 buồng A, B, bầu trợ lực khụng làm việc.
Khi phanh dưới tỏc dụng của lực bàn đạp, cần đẩy 9 dịch chuyển sang trỏi đẩy cỏc van khớ 6 và van điều khiển 7 sang trỏi. Van điều khiển tỡ sỏt van chõn khụng thỡ dừng lại cũn van khớ tiếp tục di chuyển tỏch rời van điều khiển. Lỳc đú đường thụng giữa cửa E và F được đúng lại và mở đường khớ trời thụng với lỗ F, khi đú ỏp suất của buồng B bằng ỏp suất khớ trời, cũn ỏp suất buồng A bằng ỏp suất đường ống nạp (= 0,5 KG/cm2). Do đú giữa buồng A và buồng B cú sự chờnh ỏp suất (= 0,5 KG/cm2). Do sự chờnh lệch ỏp suất này mà màng trợ lực dịch chuyển sang trỏi tỏc dụng lờn pittụng 1 một lực cựng chiều với lực bàn đạp của người lỏi và ộp dầu tới cỏc xi lanh bỏnh xe để thực hiện quỏ trỡnh phanh.
Nếu giữ chõn phanh thỡ cần đẩy 9 và van khớ 6 sẽ dừng lại cũn piston 1 tiếp tục di chuyển sang trỏi do chờnh ỏp. Van điều khiển 7 vẫn tiếp xỳc với van chõn khụng 5 nhờ lũ xo nhưng di chuyển cựng piston 1, đường thụng giữa lỗ E, F vẫn bị bịt kớn. Do van điều khiển 7 tiếp xỳc với van khớ 6 nờn khụng khớ bị ngăn khụng cho vào buồng B. Vỡ thế piston khụng dịch 1 chuyển nữa và giữ nguyờn lực phanh hiện tại.
Khi nhả bàn đạp phanh, lũ xo 11 kộo đũn bàn đạp phanh về vị trớ ban đầu, lỳc đú van 6 bờn phải được mở ra thụng giữa buồng A và buồng B qua cửa E và F, khi đú hệ thống phanh ở trạng thỏi khụng làm việc.
*Ưu điểm: Tận dụng được độ chờnh ỏp giữa khớ trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc mà khụng ảnh hưởng đến cụng suất của động cơ, vẫn đảm bảo được trọng tải chuyờn chở và tốc độ khi ụtụ chuyển động.
*Nhược điểm: Độ chõn khụng khi thiết kế lấy là 0,5 KG/cm2, ỏp suất khớ trời là 1KG/cm2, do đú độ chờnh ỏp giữa hai buồng của bộ trợ lực khụng lớn. Muốn cú lực trợ lực lớn thỡ phải tăng tiết diện của màng, do đú kớch thước của bộ trợ lực tăng lờn. Phương ỏn này chỉ thớch hợp với phanh dầu loại loại xe du lịch, xe vận tải, xe khỏch cú tải trọng nhỏ và trung bỡnh.
Trợ lực chõn khụng kết hợp với thuỷ lực:
*Nguyờn lý làm việc:
Khi chưa phanh van khụng khớ 7 được đúng lại, van điều khiển 8 mở ra nhờ lũ xo cụn 8' đẩy màng 9 mang theo pittụng phản hồi 10 đi xuống. Buồng III thụng với buồng II và buồng IIa qua ống 15. Như vậy ỏp suất buồng IIa, IIb bằng nhau và bằng ỏp suất chõn khụng ở họng hỳt của đường ống nạp.
bđ a 4 2 5 1 14 3 10 11 8 9 15 7 8' 6 13 12
Hỡnh 3.6 Sơ đồ bộ trợ lực chõn khụng kết hợp với thủy lực. 1. Xy lanh chớnh, 2. Cổ hỳt động cơ , 3. van một chiều , 4. Màng trợ lực ,
5. Vỏ trợ lực , 6. lọc khớ , 7. Van khụng khớ , 8. Van điều khiển , 8'. Lũ xo cụn ,
9. Van màng , 10. Piston phản hồi ,11 . Piston xilanh trợ lực ,
SVTH: Phạm Văn Sinh Lớp: Cơ khớ ụ tụ K11 33
Khi phanh người lỏi tỏc dụng lờn bàn đạp phanh một lực cần thiết qua hệ thống đũn, đẩy pittụng ở xi lanh chớnh đi, ỏp suất phớa sau piston xilanh 1 tăng lờn qua ống dẫn dầu lờn xilanh của bộ trợ lực, qua van bi 12 mở dầu đi đến xilanh bỏnh xe khắc phục khe hở giữa trống phanh và mỏ phanh. Đồng thời ỏp suất này tỏc dụng piston 11 và tỏc dụng lờn piston phản hồi 10 . Khi ỏp suất dầu đạt khoảng 1,3 Mpa sẽ đẩy piston phản hồi 10 thắng được lực lũ xo cụn 8' và đi lờn, nú mở van khụng khớ 7 ra và đúng van điều khiển 8 lại. Lỳc này ỏp suất khớ trời là 1 KG/cm2 đi vào ống 15 để vào buồng IIa, cũn buồng IIb vẫn là buồng chõn khụng. Do sự chờnh ỏp ở buồng IIa và buồng IIb, piston màng 4 dịch chuyển sang phải qua thanh đẩy, đẩy piston 11 của bộ trợ lực đi sang phải, ỏp suất sau piston này được tăng lờn và dẫn đến cỏc xi lanh bỏnh xe để tiến hành đẩy cỏc mỏ phanh ra tiếp xỳc với trống phanh để hóm bỏnh xe lại.
Khi dừng chõn phanh ở vị trớ nào đú, piston 11 sẽ tiếp tục dịch chuyển một chỳt sang phải vỡ màng trợ lực 4 cũn tiếp tục bị uốn. Do vậy mà ở khoang dưới piston phản hồi 10, ỏp suất sẽ giảm bớt và màng van 9 sẽ hạ xuống cựng pison phản hồi 10 cho đến khi van khụng khớ đúng lại trong khi van điều khiển vẫn đúng. Độ chờnh ỏp giữa 2 khoang IIa và IIb khụng đổi, màng 4 và piston 11 khụng dịch chuyển nữa, ỏp suất dầu trong đường ống giữ giỏ trị khụng đổi, mụmen phanh ở cỏc bỏnh xe giữ nguyờn giỏ trị
Khi nhả bàn đạp phanh lũ xo ở bàn đạp kộo bàn đạp về vị trớ ban đầu, lũ xo hồi vị màng trợ lực đẩy piston 11 của xi lanh chớnh về vị trớ cũ, lũ xo cụn 8' đẩy piston của bộ trợ lực về vị trớ cũ, van 8 mở ra, van khụng khớ 7 đúng lại, ỏp suất buồng IIa, IIb lại bằng nhau và bằng ỏp suất chõn khụng (0,5 kG/cm2). Ở cỏc bỏnh xe thỡ cỏc lũ xo kộo mỏ phanh về vị ban đầu để nhả mỏ phanh tỏch ra khỏi trống phanh .
*Ưu điểm: Tận dụng được độ chờnh ỏp giữa khớ trời và đường ống nạp. Bảo đảm được quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp với lực phanh.
*Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, phải cần thờm xilanh thuỷ lực. Hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực điều khiển bằng điện tử.
ECU
Hỡnh 3.7 Sơ đồ trợ lực điện.
1. Bộ trợ lực điện, 2.Lừi thộp, 3.Cuộn dõy, 4. Cần đẩy,
5.Xylanh phanh chớnh, 6. Bộ điều khiển, 7. Xilanh phanh bỏnh xe.
*Nguyờn lý làm việc:
Phần trợ lực điện gồm lừi thộp 2 được đặt trong ống thộp, phớa trờn ống thộp là cuộn dõy từ hoỏ 3. Khi cuộn dõy được cấp những chuỗi xung điện từ khỏc nhau từ bộ điều khiển thỡ dũng điện trung bỡnh trong cuộn dõy cũng thay đổi, nú từ hoỏ ống thộp làm cho ống thộp trở thỏnh một nam chõm điện hỳt lừi thộp tiến về phớa phải, thụng qua cần đẩy 4 đẩy cỏc piston di chuyển tạo ỏp lực dầu trong hệ thống phanh. Khi chõn phanh dừng lại ở một vị trớ nào đú thỡ cảm biến sẽ xỏc định vị trớ của lừi thộp, đồng thời một cảm biến thứ 2 trờn đường ỏp suất dầu gửi tớn hiệu về hộp điều khiển để hộp điều khiển xỏc định mức chuỗi xung đó được xỏc lập giữ nguyờn lực phanh hiện thời. Nếu tiếp tục đạp phanh thờm nữa, thỡ 2 cảm biến trờn thay đổi tớn
SVTH: Phạm Văn Sinh Lớp: Cơ khớ ụ tụ K11 35
hiệu và hộp điều khiển sẽ tạo ra một chuỗi xung khỏc để tăng thờm dũng điện vào cuộn dõy.
*Ưu điểm: Cú thể thiết kế đồng hoỏ cho nhiều loại xe chỉ cần thay đổi phần lập trỡnh.
*Nhược điểm:.Giỏ thành cao. Bộ cường hoỏ khớ nộn: 2 1 3 4 8 7 6 5 9 10 11 Hỡnh 3.8 Cường hoỏ khớ nộn.
1. Bàn đạp; 2. Lũ xo hồi vị; 3, 4.Đũn; 5. Piston; 6.Lũ xo hồi vị; 7. Piston; 8. Bỡnh chứa khớ nộn; 9. Van; 10. Piston; 11. Thanh dạng ống
*Nguyờn lý làm việc:
Khi tỏc dụng một lực lờn bàn đạp phanh, qua cỏc đũn dẫn động, ống 11 đẩy van 9 mở ra, khớ nộn từ bỡnh chứa 8 qua van 9 vào khoang A và B tạo ra lực đẩy piston 5 của xilanh lực, đồng thời đẩy piston 7 của xilanh chớnh về phớa phải ỏp suất dầu được tăng lờn và dẫn đến cỏc xi lanh làm việc ở cỏc bỏnh xe. Trong khi đú ở khoang A ỏp suất cũng tăng lờn, tỏc dụng lờn piston 10 đến một giỏ trị nào đú thỡ
cõn bằng với lực đẩy của cỏnh tay đũn 3, piston tuỳ động 10 sẽ dịch chuyển sang trỏi làm cho van 9 đúng lại (khi người lỏi đạp phanh giữ nguyờn ở vị trớ nào đú thỡ van 9 được đúng lại, khi lại đạp tiếp thỡ ống 11 lại đi về phớa phải van 9 lại mở ra, khi nộn lại tỏc dụng lờn piston 5, đẩy sang phải, ỏp suất dầu lại tăng lờn dẫn đến cỏc xilanh bỏnh xe).
Khi nhả bàn đạp phanh, piston 10 và ống 11 được lũ xo kộo sang trỏi trở về vị trớ ban đầu, van 9 được đúng lại, khi đú ỏp suất cao đi qua ống 11 và xả ra ngoài khụng khớ. Toàn bộ hệ thống phanh ở trạng thỏi khụng làm việc.
*Ưu điểm: Lực cường hoỏ lớn vỡ ỏp suất khớ nộn cú thể từ 5 – 7 KG/cm2.
* Nhược điểm:Số lượng cỏc cụm trong hệ thống phanh nhiều, kết cấu phức tạp. Đối với cỏc loại xe khụng lắp mỏy nộn khớ thỡ khụng sử dụng bộ cường hoỏ kiểu này.
*Kết luận: Trong 4 phương ỏn trợ lực núi trờn, phương ỏn nào cũng đảm bảo được quan hệ tỷ lệ giữa lực tỏc dụng lờn bàn đạp và lực phanh, như vậy là đó đảm bảo được yờu cầu trước tiờn đối với bộ trợ lực. Vấn đề cũn lại là ta phải chọn ra một phương ỏn phự hợp với bố trớ trờn xe và đạt hiệu quả về kinh tế. Trờn thực tế, hệ thống phanh được thiết kế cho xe Minibus 16 chỗ cú kớch thước ở trờn. Với kớch thước đú thỡ cả 4 phương ỏn trợ lực trờn đều cú thể bố trớ được trờn xe và đều cú thể tạo ra được lực phanh yờu cầu. Như vậy 4 phương ỏn trờn trong trường hợp này chỉ khỏc nhau hiệu quả kinh tế. Từ những phõn tớch ưu nhược điểm đó núi ở trờn nhận thấy, phương ỏn 1 là phương ỏn cú tớnh kinh tế hơn hẳn vỡ những lớ do sau:
Bộ trợ lực chõn khụng mà phương ỏn đưa ra cú kết cấu đơn giản nhất, Khụng phức tạp như trợ lực khỏc với quỏ nhiều cỏc cụm chi tiết như van phanh, bộ ECU...., chỉ cú một xilanh thuỷ lực so với 2 xilanh thuỷ lực của trợ lực chõn khụng kết hợp thuỷ lực. Điều này cho phộp hạ giỏ thành sản xuất và tạo thuận lợi cho việc bảo dưỡng sửa chữa, dễ chế tạo.
SVTH: Phạm Văn Sinh Lớp: Cơ khớ ụ tụ K11 37
Với lực phanh yờu cầu như đó tớnh toỏn ta hoàn toàn cú thể thiết kế được một bộ trợ lực cú kớch thước nhỏ, từ đú cú thể cú nhiều phương ỏn bố trớ
Do sử dụng độ chờnh ỏp giữa khớ trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc nờn khụng ảnh hưởng đến cụng suất của động cơ. Hơn nữa việc sử dụng độ chõn khụng cũn làm tăng hiệu quả phanh, khi phanh sẽ làm hệ số nạp giảm do đú cụng suất của động cơ cú giảm, lỳc đú tốc độ của ụtụ sẽ chậm lại một ớt.
Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của bộ trợ lực chõn khụng:
* Nguyờn lý làm việc:
Trạng thỏi khụng đạp phanh: Van khớ 17 được nối với cần điều khiển van và bị kộo sang phải do lũ xo hồi van khớ 13; van điều khiển 16 bị đẩy sang trỏi bởi lũ xo van điều khiển 15; do đú van khớ 17 sẽ tiếp xỳc với van điều khiển 16, vỡ vậy khớ từ bờn ngoài qua lọc khớ và bị chặn lại khụng vào được buồng thay đổi ỏp suất D. Lỳc này van chõn khụng bị tỏch ra khỏi van điều khiển 16 làm thụng cỏc của thụng khớ giữa buồng thay đổi ỏp suất D với buồng ỏp suất khụng đổi A; do đú khụng cú sự chờnh lệch ỏp suất giữa
buồng A với buồng D. Kết quả là pitụng trợ lực bị đẩy sang phải bởi lũ xo màng.
Trạng thỏi khi đạp phanh: Khi đạp phanh, cần điều khiển van đẩy van khớ 17 dịch chuyển sang trỏi. Van điều khiển 16 bị đẩy ộp vào van khớ bởi lũ xo van điều khiển 15 và ộp sỏt dần vào đến khi tiếp xỳc với van chõn khụng.
C B I 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 2 1 3 D A Hỡnh 3.1.Bộ trợ lực chõn khụng.
1.Vớt điều chỉnh; 2.Phớt thõn trợ lực; 3.Lũ xo màng; 4.ống nối;5.Thõn sau trợ lực; 6.Màng trợ lực; 7.Thõn trước trợ lực; 8.Tấm đỡ lũ xo; 9.Thõn van; 10.Bu lụng; 11.Phớt thõn van; 12.Cần điều khiển; 13.Lũ xo hồi van khớ; 14.Lọc khớ; 15.Lũ xo van điều khiển; 16.Van điều khiển; 17.Van
khớ; 18.Đĩa phản lực; 19.Miếng hóm.
Vỡ vậy, đường thụng giữa hai khoang A và D bị đúng lại. Khi van khớ 17 dịch chuyển tiếp sang trỏi nú sẽ tỏch ra khỉ van điều khiển 16 do đú sẽ mở đường thụng khớ trời với buồng ỏp suất thay đổi D. Như vậy, ỏp suất trong khoang A là ỏp suất của họng hỳt cũn ỏp suất trong khoang D là ỏp suất khớ trời; cho nờn cú sự chờnh lệch ỏp suất giữa 2 khoang này. Điều đú dẫn đến việc ộp màng trợ lực sang trỏi đồng thời làm cho ty đẩy dịch sang trỏi, như vậy nú sẽ
SVTH: Phạm Văn Sinh Lớp: Cơ khớ ụ tụ K11 39