1.3.1 lựa chọn cơ cấu phanh:
Từ việc phân tích −u nh−ợc điểm của các cơ cấu phanh, khi thiết kế cho xe tải vừa ta chọn cơ cấu phanh guốc có điểm đặt cố định riêng rẽ về một phía lực dẫn động bằng nhau.
1.3.2. lựa chọn dẫn động phanh:
Từ việc phân tích −u nh−ợc điểm và phạm vi sử dụng cửa các ph−ơng án dẫn động khi thiết kế cho xe tham khảo ta lựa chọn dẫn động phanh kiểu kết hợp khí nén thuỷ- lực hai dòng có nhiều −u điểm nhất, đáp ứng đ−ợc các yêu cầu về mômen phanh, lực điều khiển và độ nhạy cao.
Sơ đồ bố trí của hệ thống phanh khí nén-thuỷ lực.
Hình 1.14: Cơ cấu phanh có điểm đặt cố định riêng rẽ về một phía, các lực dẫn động bằng nhau
1. Chụp cao su chắn bụi; 2. Xi lanh; 3. Mâm phanh; 4. Lò xo; 5. Tấm kẹp; 6. Guốc phanh; 7. Má phanh.
3 4 5 7 8
2 1
6
Trên Hình 1.15 trình bày sơ đồ hệ thống phanh khí nén thuỷ lực. Hệ thống phanh khí nén thủy lực bao gồm có máy nén khí dẫn động bằng động cơ ô tô bình chứa khí nén, van điều khiển, xi lanh lực-van điều khiển và xi lanh phanh chính (Ba bộ phận này kết hợp thành một cụm), các loại đ−ờng ống dẫn, cụm cơ cấu phanh.
1.4. Phân tích một số cụm của hệ thống phanh thiết kế. 1.4.1 Máy nén khí. 1.4.1 Máy nén khí.
Máy nén khí đảm bảo cung cấp khí vào các bình chứa cho hệ thống phanh.
Nguyên lý làm việc: Máy nén khí đ−ợc dẫn động bằng truyền động đai từ trục khuỷu động cơ. D−ới tác dụng của độ chân không sinh ra trong xy lanh của máy nén khí, không khí đ−ợc hút vào máy nén khí và khi vào trong không khí đ−ợc nén lại và có áp suất cao sau đó đ−ợc đ−a tới bình chứa khí nén qua các ống dẫn động.
Hình 1.15: Sơ đồ bố trí của hệ thống phanh khí nén-thủy lực
1. Máy nén khí; 2. Van điều khiển; 3. Cơ cấu phanh bánh tr−ớc; 4. Xilanh khí; 5.Bình dầu; 6. Xilanh chính; 7. Bình chứa khí nén; 8. Cơ cấu phanh sau;
1.4.2 Cụm van phanh khí nén.
Cấu tạo: Chia làm 3 cụm chính
Cụm bàn đạp: Bàn đạp phanh 21 có cơ cấu hoạt động kiểu đòn bẩy với một đầu là vít điều chỉnh 18, đầu kia là trục lăn 20. Vít 18 tì vào nắp 17 để hạn chế hành trình của trục lăn 20 khi nhả phanh.
Cụm điểu khiển dòng phanh sau: Pistôn chính 15 đ−ợc cân bằng bởi các lò xo đỡ 13, lò xo hồi vị 2 và lò xo chính 14. D−ới tác dụng của lực căng lò xo 11, đế van 12 tiếp xúc với thân van phanh, đóng đ−ờng cung cấp khí nén từ C sang A.
Cụm điều khiển dòng phanh tr−ớc: Piston 4, lõi là 1 đ−ờng ống làm nhiệm vụ xả khí. Đế van 9 tiếp xúc với thân van phanh d−ới tác dụng của lò xo 5, đóng đ−ờng cung cấp khí nén từ D sang B.
Nguyên lý làm việc:
- Trạng thái phanh: Lực đạp của ng−ời lái tác động lên bàn đạp 21, qua lò xo 14 đẩy piston 15 đi xuống đóng van xả, sau đó đẩy đế van 12 đi xuống mở van cung cấp để khí nén đi từ bình chứa (khoang C) đến dòng phanh bánh sau
Hình 1.17: Kết cấu cụm van phanh kép
1. Cốc nắp; 2. Lò xo hồi vị piston số 1; 3. Vòng hãm đế van số 1; 4. Piston số 2; 5. Lò xo hồi vị đế van số 2; 6. Thân van số 2; 7. Van kiểm tra;
8. Vòng hãm đế van số 2; 9. Đế van số 2; 10. Lò xo hồi vị piston số 2; 11. Lò xo hồi vị đế van số 1; 12. Đế van số 113. Lò xo đỡ piston số 1; 14. Lò xo chính; 15. Piston số 1; 16. Thân van số 117. Nắp van phanh;
18. Vít điều chỉnh; 19. ống;20. Trục lăn; 21. Bàn đạp phanh A. Đ−ờng tới dòng phanh bánh sau; B. Đ−ờng tới dòng phanh bánh tr−ớc
C. Đ−ờng từ bình khí nén cho dòng phanh sau;
(khoang A). Khí nén ở khoang A qua lỗ thông vào khoang G, đẩy piston 4 đi xuống đóng van xả, sau đó đẩy đế van 9 đi xuống, mở van cung cấp để khí nén từ bình chứa (khoang D) đến dòng phanh bánh tr−ớc (khoang B)
- Trạng thái nhả phanh: Khi nhả bàn đạp phanh, áp suất khí nén trong khoang A đẩy piston15 đi lên, d−ới tác dụng của lò xo 11 đế van 12 đi lên đóng van cung cấp lại, ngăn không cho khí nén từ khoang C truyền sang khoang A. Piston 15 tiếp tục đi lên mở van xả, xả khí nén từ khoang A và dòng phanh sau ra ngoài không khí qua đ−ờng E. Khí nén trong khoang G trên piston 4 xả ra không khí qua khoang A. Do lực lò xo 10 và áp lực khí nén bên d−ới piston, piston 4 đi lên, t−ơng tự nh− với dòng phanh sau, đóng van cung cấp khí từ khoang D sang khoang B, mở van xả cho khí nén trong khoang B và dòng phanh tr−ớc thoát ra ngoài.
- Trạng thái rà phanh – phanh và giữ phanh ở mức độ nhất định: ở dòng phanh sau, áp suất khí nén trong khoang A tác động lên đáy piston 15 cùng với lực lò xo 2 đến khi thắng đ−ợc lực lò xo 14 sẽ đẩy piston đi lên, đóng van cung cấp lại. áp suất dòng phanh sau (khoang A) duy trì ở một giá trị nhất định, không tiếp tục tăng do không có khí nén cung cấp từ khoang C. Trạng thái cân bằng của piston 15 đ−ợc thiết lập bởi lực lò xo 14 (lực đạp phanh), lực các lò xo phản hồi và áp suất khí nén trong khoang A. T−ơng tự nh− dòng phanh sau, khi áp suất khoang B bên d−ới piston 4 tăng lên cùng với lực lò xo 10 đến khi thắng lực do áp suất bên trên piston (áp suất phanh sau) gây nên sẽ đẩy piston 4 đi lên, đóng van cung cấp lại. áp suất dòng phanh tr−ớc đ−ợc duy trì ở giá trị nhất định t−ơng ứng với mức độ phanh. Trạng thái cân bằng đ−ợc xác lập bởi áp suất bên trên và d−ới piston cùng với lực lò xo 10. ở trạng thái cân bằng, lò xo 11 và lò xo 5 đóng các van xả lại, ngăn không cho khí trong các dòng phanh thoát ra ngoài. áp suất dòng phanh sau và dòng phanh tr−ớc đ−ợc giữ ở một mức độ nhất định, t−ơng ứng với áp suất dầu ở trạng thái rà phanh.
- Khi dòng phanh tr−ớc bị hỏng: Giả sử dòng phanh tr−ớc bị hở, khí nén ở dòng phanh sau đ−ợc ngăn cách với dòng phanh tr−ớc bởi piston 4, đảm bảo cho dòng phanh sau vẫn hoạt động bình th−ờng.
- Khi dòng phanh sau bị hỏng: Giả sử dòng phanh sau bị hở, không còn áp lực khí nén lên trên piston 4 để đẩy piston 4 đi xuống. Khi tiếp tục đạp phanh, piston 15 đi xuống cho đến khi tiếp xúc với piston 4, đẩy piston 4 đi xuống, đóng van xả và mở van cung cấp, đảm bảo cho dòng phanh tr−ớc vẫn hoạt động bình th−ờng.
1.4.3 Cụm xilanh khí nén - thuỷ lực
Cấu tạo: Gồm 2 cụm chính
Xi lanh chính thuỷ lực (I): Gồm có vỏ, piston 10 và xi lanh 9. Bình chứa chất lỏng cấp vào qua lỗ B nhờ van điều khiển 7. Dầu đ−ợc dẫn vào lõi piston 10 thông qua một van đóng có dạng tròn, tiết diện hình chữ U và cấp cho xi lanh 9. Từ xi lanh 9 dầu sẽ dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe qua lỗ C. Trên vỏ xi lanh 9 có van xả khí. Trên rãnh piston 10 có gioăng tròn làm bằng cao su để tạo kín giữa xi lanh 9 và piston 10.
Buồng tạo áp lực thuỷ lực do khí nén (II): Gồm có buồng 4 dạng hình trụ. Bên trong đ−ợc chia làm 2 khoang M và N nhờ piston 2. Gioăng cao su 1 hình xuyến nằm bao ngoài Piston 2 có tác dụng làm kín. Lò xo cấu trúc dạng trụ 3 tạo khả năng hồi vị cho Piston 2. Khoang N có thể thông với khí trời nhờ lỗ thông khí 5 và các màng lọc không khí. Khí nén đ−ợc cấp từ van phanh kép vào khoang M qua lỗ A. Xi lanh khí nén và xi lanh thuỷ lực đ−ợc liên kết với nhau thông qua đòn đẩy 13 và cố định với piston 2 nhờ ê cu 14. Để tạo kín giữa buồng khí và buồng dầu, ng−ời ta dùng phớt bạc kín kép. Cấu trúc đầu nối giữa hai xi lanh dạng có khe hở.
ở d−ới buồng 4 ng−ời ta bố trí chốt 13.Giữa chốt 13 có rãnh, trên đó tỳ một chốt hình chỏm cầu nối với công tắc 12. Công tắc này dùng để cảnh báo đèn khi mòn má phanh.
Nguyên lý làm việc:
- Trạng thái không phanh: Van phanh kép đóng, không cung cấp khí nén vào khoang M do đó áp suất trong khoang M thấp, lực căng của lò xo 3 đẩy piston 2 hết sang trái, khiến thể tích của khoang M đạt nhỏ nhất. Khí trời qua lỗ 5 và l−ới lọc điền vào khoang N. Dầu phanh đ−a vào lỗ B, qua van một chiều chảy vào buồng xi lanh 9 nhờ một van trụ tiết diện chữ U. Lúc này dầu có áp suất thấp. Van 7 ở trạng thái đóng để tránh lọt khí vào xi lanh 9
- Trạng thái phanh: Khí nén đ−ợc cấp bởi van phanh điền đầy khoang M qua lỗ A. áp lực của khí nén thắng lực căng của lò xo 3 đẩy piston 2 chuyển dịch sang phải. Lúc này van trụ dạng chữ U bịt đ−ờng dầu, không cho dầu lọt vào xi lanh 9 tạo nên buồng kín trong xi lanh 9. Tiếp tục tăng áp lực khí nén, piston 10 dịch chuyển sang phải làm tăng áp lực dầu và cấp cho các xi lanh bánh xe nhờ lỗ
Hình 1.18: Kết cấu cụm xi lanh khí nén thủy lực
1. Vòng làm kín; 2. Piston; 3. Lò xo hồi vị;
4. Thành xi lanh; 5. Lỗ thông khí; 6. Đầu nối ống dẫn dầu; 7. Van điều hiển; 8. Van xả khí; 9. Xi lanh phanh chính; 10. Piston xi lanh phanh chính;
11. Nắp; 12. Công tắc cảnh báo mòn; 13. Cần đẩy; 14. Đai ốc; A. Đ−ờng khí nén vào (từ van phanh); B. Đ−ờng bổ sung dầu phanh;
C. D−ới áp lực dầu, các guốc phanh đ−ợc đẩy sát vào trống phanh tiến hành quá trình phanh.
- Trạng thái rà phanh: áp suất khí nén không đạt giá trị lớn nhất. áp lực khí nén sẽ cân bằng với lực căng lò xo 3 và áp lực dầu trong xi lanh 9, do đó sẽ giữ nguyên piston của xi lanh thuỷ lực ở một vị trí nhất định tạo nên áp suất dầu ra các xi lanh bánh xe giữ nguyên ở trạng thái rà phanh.
- Cơ cấu báo mòn má phanh: Khi má phanh mòn, khe hở giữa má phanh và tang trống lớn, piston của xi lanh thuỷ lực dịch chuyển hết sang phải d−ới tác động của piston khí nén, làm cho piston khí nén chạm vào chốt 13 làm trục tr−ợt 11 di chuyển, khiến cho chỏm cầu tr−ợt khỏi rãnh. Khi đó chốt hình chỏm cầu khởi động công tắc điện bật sáng đèn báo mòn má phanh, cần phải điều chỉnh lại.
Ưu điểm: Lực bàn đạp nhỏ do không trực tiếp tạo áp suất dầu, hành trình bàn đạp nhỏ, áp suất dầu có thể đạt đến 180 ữ 240 kG/cm2. Kết cấu gọn, có hai dòng riêng biệt đảm bảo an toàn khi điều khiển.
Nh−ợc điểm:
• Có kết cấu phức tạp, giá thành cao. • Chiếm không gian lớn.
Ch−ơng II
Thiết kế tính toán hệ thống phanh
2.1. đặc tính kỹ thuật của ôtô tảI hyunđai 5 tấn
Trên ôtô lắp động cơ diezel D6BJ, 6 xilanh thẳng hàng. Công suất lớn nhất 170 mã lực ở số vòng quay 2900v/ph; mô men xoắn lớn nhất: 43,5KG.m ở số vòng quay 1800 v/ph.
- Hộp số cơ khí 6 tốc độ với tỷ số truyền ở các tay số: 6,903; 4,206; 2,320; 1,414; 1,000; 0,747; số lùi: 6,903.
- Cầu sau chủ động, truyền động kiểu bánh răng côn xoắn 1 cấp, tỷ số truyền i0= 5,835.
- Hệ thống treo thuỷ lực với phần tử đàn hồi kiểu nhíp lá nửa êlip, giảm chấn ống thuỷ lực.
- Hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực, cơ cấu phanh kiểu má phanh, tang trống đặt ở tất cả các bánh xe.
Hình 2.1: Tuyến hình ôtô tải HyunĐai 5 tấn
4250 7650 1754 2240 2460 2120 5300 1660 265
- Hệ thống lái kiểu hộp lái cơ khí thông th−ờng với dẫn động điều khiển lái tới hai bánh xe dẫn h−ớng trục tr−ớc nhờ hệ thống thanh đòn kiểu hình thang lái.
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của ô tô tảI hyunđai 5 tấn
TT Thông số Đơn vị ÔTÔ nguyên thuỷ
1 Kích th−ớc bao
Dài x Rộng x Cao mm 7650 x 2240 x 3150
2 Chiều dài cơ sở mm 4250
3 Kích th−ớc thùng xe mm 5300 x 2120 x 2100 4 Vết bánh xe tr−ớc / sau mm 1754 / 1660
5 Số ng−ời cho phép chở ng−ời 03 Trọng l−ợng bản thân kG 4540
+ Phân bố lên trục tr−ớc kG 2230 6
+ Phân bố lên trục sau kG 2310 7 Tải trọng cho phép kG 5000 Trọng l−ợng toàn bộ kG 9705
+ Phân bố lên trục tr−ớc kG 3275 8
+ Phân bố lên trục sau kG 6430
Động cơ D6BJ, diesel, 4 kỳ, 6 xi lanh thẳng hàng, làm mát bằng n−ớc
- Dung tích động cơ cm3 7545
-Công suất cực đại động cơ ml/v/p 170/2900 9
- Mô men xoắn cực đại kG.m/v/p 43,5/1800 10 Cỡ lốp + Tr−ớc + Sau inch inch 8.25 - 16 8.25 - 16 11 Bán kính quay vòng nhỏ nhất m 7,4 12 Vận tốc lớn nhất km/h 100
2.2. Xác địnhh mô men phanh cần thiết sinh ra tại cơ cấu phanh.
Mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh ôtô phải thoả mãn các yêu cầu sau:
• Có thể giảm đ−ợc tốc độ của ô tô đến một giá trị nào đó hoạc dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần J nằm trong giới hạn cho phép.
• Đạt hiệu quả phanh cao nhất và đảm bảo sự ổn định của xe khi phanh, có nghĩa là mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh của một trục bánh xe phải bằng nhau và tỷ lệ thuận với tải trọng thẳng đứng tác dụng lên trục đó.
• Sử dụng hoàn toàn trọng l−ợng bám với mọi c−ờng độ phanh.
Giả thiết:
• Giả sử ô tô chuyển động đều trên đ−ờng bằng phẳng, không kéo theo rơ moóc.
• Mômen sinh ra ở bánh xe bên phải và bánh xe bên trái trên cùng một cầu là nh− nhau.
2.2.1. Xác định khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu tr−ớc (a), khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu sau (b).
Từ sơ đồ ta có: Lấy ph−ơng trinh mômen đối với O1
1 2. 2 . 0
O
m z L G a
∑ = − =
=> a Z2 *L G = ; b Z1*L G = Trong đó:
a: Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu tr−ớc; b: Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau;
Z1 Trọng l−ợng phân bố lên cầu tr−ớc; Z1 =3275 KG; Z2 Trọng l−ợng phân bố lên cầu sau; Z2= 6430 KG; L: Chiều dài cơ sở, L =4250mm = 4,25 m;
G: Trọng l−ợng toàn bộ khi đầy tải; G =9705 KG ;
Thay số vào ta có: 6430 .4250 2816 2,816 9705 a = = mm = m 3275 .4250 1434 1, 434 9705 b = = mm = m 2.2.2. Xác định mômen phanh.
Theo điều kiện bám để dảm bảo cho các bánh xe không bị tr−ợt lê khi phanh, mômen phanh cần thiết sinh ra ở một cơ cấu phanh là:
Từ sơ đồ ta có:
+ Đối với cơ cấu phanh cầu tr−ớc là:
Lấy ph−ơng trình mômen với điểm O2
2 0 mo ∑ = ' 1. . j. g 0 Z L G b P h ⇒ − − =
Tải trọng tác dụng lên cầu tr−ớc:
' 1 . . . . . . . p g j g P g G G b j h G b P h g G j Z b h L L L g + + ⎛ ⎞ = = = ⎜ + ⎟ ⎝ ⎠
Tải trọng tác dụng lên 1 bánh xe cầu tr−ớc
' ' 1 1 1 '