3. Tính toán thiết kế hệ thống phanh
3.3. Tớnh toỏn dẫn ủộng phanh
3.3.1. Hành trỡnh dịch chuyển ủầu piston xilanh cụng tỏc của cơ cấu ộp.
Hành trỡnh dịch chuyển của piston cụng tỏc x1 [mm] của cơ cấu ộp phanh ủĩa ủược xỏc ủịnh bằng: x1 = δ0.
+ Với cơ cấu phanh ủĩa, khe hở hướng trục δ0 thường khỏ nhỏ với giỏ trị vào khoảng 0,3ữ0,5[mm]. Chỳ ý trong kiểu cơ cấu phanh ủĩa thỡ khe hở hướng trục δ0 thường ủược tự ủiều chỉnh bằng chớnh ma sỏt giữa ủĩa phanh và mỏ phanh. Chớnh vỡ vậy cơ cấu phanh ủĩa cú ưu ủiểm nổi bật hơn hẳn cơ cấu phanh trống guốc là ủộ chậm tác dụng nhỏ.
Chọn δ0 = 0,5[mm], ta có: x1=0,5[mm].
Trong truyền ủộng phanh dầu, ủể tạo ra lực ộp cho cơ cấu phanh chỳng ta thường dựng piston ủể truyền lực ộp P lờn guốc phanh.
+ ðối với kiểu cơ cấu phanh guốc: hành trình dịch chuyển của piston công tác x2 [mm] của cơ cấu ộp ủược xỏc ủịnh:
x2 = ( )( )
b b a δ δo + m +
(3.44a)
trong ủú δo là khe hở hướng kớnh trung bỡnh giữa mỏ phanh và trống phanh. Khe hở hướng kớnh trung bỡnh thường δo ủược ủiều chỉnh theo kinh nghiệm từ 0,5 ủến 0,6[mm]. Cũn δm là ủộ mũn hướng kớnh cho phộp của mỏ phanh và tang trống. Khi lượng mũn hướng kớnh ủạt ủến giỏ trị cho phộp nằm trong khoảng 1,0ữ1,2[mm] thỡ hành trỡnh bàn ủạp sẽ ủạt giỏ trị cực ủại cho phộp [Sbd] mà tại ủú cần phải ủiều chỉnh lại khe hở hướng kính trung bình δo.
Chọn δo = 0,5[mm] và δm = 1[mm] và với a = b = 136[mm] thì ta có:
x2 = ( )( )
136 136 136 1 5 ,
0 + +
= 3[mm] (3.44b)
3.3.2. ðường kính xy lanh chính và xy lanh công tác.
3.3.2.1. ðường kính xy-lanh công tác.
ðường kớnh xy-lanh cụng tỏc dk ở cỏc cơ cấu phanh ủược xỏc ủịnh từ lực ộp yêu cầu tương ứng Pk.
d k
k π.p
d = 4.P (3.45a)
trong ủú Pk là lực ộp yờu cầu ở cơ cấu phanh thứ k; pd là ỏp suất làm việc của dầu phanh trong hệ thống. Khi phanh với lực phanh lớn nhất thì áp suất dầu phanh trong hệ thống hiện nay nằm trong khoảng:
Hệ thống phanh không có bơm dầu hổ trợ: pd≈ 5÷10[MN/m2]
+ Với cơ cấu phanh trước, có lực ép P1 = 31360,6,236[N] và với áp suất dầu pd = 8[MN/m2] thỡ ta cú ủường kớnh xy-lanh cụng tỏc ở cơ cấu phanh trước bằng:
≈
= 6
1 π.8.10 4.31360,6
d 0,045[m] (3.45b)
+ Với cơ cấu phanh sau, có lực ép P2 = 7752,531 [N] và với pd = 8[MN/m2] thỡ ta cú ủường kớnh xy-lanh cụng tỏc ở cơ cấu phanh sau bằng:
≈
= 6
2 π.8.10 4.7752,531
d 0,023[m] (3.45c)
3.3.2.2. ðường kính xy-lanh chính.
ðường kớnh xy lanh chớnh Dc sẽ ủược xỏc ủịnh từ tỷ số khuếch ủại thủy lực ik như sau:
2
c k
k D
i d
= (3.46)
trong ủú ik là tỷ số khuếch ủại thủy lực của xy-lanh cụng tỏc thứ k so với xy-lanh chính.
Trong thực tế kinh nghiệm ủối với hệ thống phanh dầu kiểu cơ cấu phanh ủĩa thỡ tỷ số ủường kớnh cú thể từ 1,0 ủến 1,7 nờn tỷ số khuếch ủại thủy lực cú thể lờn ủến ik = 2,89. Vỡ vậy, trong tớnh toỏn thiết kế cú thể tớnh ủường kớnh xy-lanh chớnh theo giỏ trị trung bỡnh gần ủỳng như sau:
+
≈ 2,9
d 1,0 d 2 D 1
2 kmax 2
kmin
c (3.47a)
Ở ủõy dkmin là giỏ trị nhỏ nhất của cỏc ủường kớnh xy-lanh cụng tỏc; dkmax là giỏ trị lớn nhất của cỏc ủường kớnh xy-lanh cụng tỏc; cũn cỏc số 1,0 và 2,9 là hệ số kinh nghiệm ủó nờu ở trờn.
Thế số với cỏc giỏ trị ủường kớnh xy lanh cụng tỏc ủó tớnh, ta cú:
+
≈ 2,9
0,045 1,0
0,023 2
D 1
2 2
c = 0,0254[m] (3.47b)
ðường kớnh xy-lanh ủiều khiển trợ lực cú thể lấy bằng ddk = Dc = 0,0254[m].
3.3.3. Hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính.
Piston chớnh cú nhiệm vụ truyền lực từ bàn ủạp và bộ trợ lực phanh (nếu cú) ủể tạo ra ỏp suất cao trong hệ thống khi phanh. Áp suất cao trong hệ thống chỉ bắt ủầu hỡnh thành khi tất cả cỏc khe hở trong hệ thống phanh ủó ủược khắc phục, nờn hành trỡnh dịch chuyển của piston xilanh chớnh h[mm] ủược xỏc ủịnh.
2
2 2
1 1 1 2 2 2
1 2
2 2 2
1. . . 2. . .
.2 dk. dk .
c c c
d x n d x n d
h K
d d δ δ δ d
= + + + + (3.48a)
Theo [5], trong ủú:
x1, x2 là hành trình dịch chuyển của piston công tác ở cơ cấu phanh cầu trước/sau. Ta có: x1 = 0,5[mm] ;x2 = 3[mm]. Số “1” bên cạnh x1 là chỉ số piston công tác trong mỗi cơ cấu phanh trước, số “2” bên cạnh x2 là chỉ số piston công tác trong mỗi cơ cấu phanh sau.
n1, n2 tương ứng là số lượng trục bánh xe của cầu trước/sau. Với xe du lịch có công thức bánh xe 4x4 hoặc 4x2 thì n1 = n2 = 1.
d1, d2 lần lượt là ủường kớnh xilanh cụng tỏc ở cơ cấu phanh cầu trước, cầu sau, ta cú: d1 = 45[mm], d2 = 23[mm]. Chỉ số “2” bờn ngoài ngoặc ủơn xỏc ủịnh có hai cơ cấu phanh trên mỗi trục bánh xe trước/sau.
ddk là ủường kớnh xilanh dầu ủiều khiển ủúng mở van của bộ trợ lực. Cú thể chọn ddk = dc = 25,4[mm].
dc là ủường kớnh xilanh chớnh.
δ1, δ2 lần lượt là khe hở thông dầu trong xilanh chính ở trạng thái không phanh ứng với các dòng trước/sau.δ1, δ2 = 1÷2[mm]. Chọn δ1 = δ2 = 2[mm].
δdk là khoảng dịch chuyển của piston trợ lực ủể ủiều khiển ủúng mở van của bộ trợ lực. δdk = 1÷2[mm]. Chọn δdk = 1[mm].
K là hệ số tớnh ủến ủộ ủàn hồi của hệ thống. Thường K ≈ 1,05ữ1,07.
Chọn K = 1,07.
Thế tất cả các thông số, ta có hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính:
2 2 2 [ ]
2 2 2
1.0,5.1.45 2.3.1.23 25, 4
.2 2 2 1. .1,07 19, 24
25, 4 25, 4 25, 4
h mm
= + + + + =
(3.48b)
3.3.4. Hành trỡnh và tỷ số truyền bàn ủạp phanh.
Hỡnh 3-8. Sơ ủồ tớnh hành trỡnh bàn ủạp phanh xe Navara D40.
đòn bàn ựạp phanh có nhiệm vụ truyền lực ựạp của lái xe lên piston của xy- lanh chớnh. Vỡ vậy dịch chuyển của ủầu bàn ủạp phanh cú thể ủược xỏc ủịnh:
Sbd = (h+δ.K).ibd (3.49)
trong ủú h là hành trỡnh dịch chuyển của piston xy-lanh chớnh; δ là khe hở cần thiết giữa cần ủẩy và piston xy-lanh chớnh; ibd là tỷ số khuếch ủại lực từ bàn ủạp ủến piston xy-lanh chớnh; và thường ủược gọi là tỷ số truyền bàn ủạp.
Thay công thức tính hành trình dịch chuyển của piston xy-lanh chính h (3.48b) vào cụng thức (3.49) với ủiều kiện giỏ trị hành trỡnh bàn ủạp lớn nhất ứng với lỳc mỏ phanh mũn ủến giới hạn phải hiệu chỉnh khụng ủược vượt quỏ giỏ trị cho phộp ủối với hành trỡnh cực ủại [Sbd]:
(h+δ.K).ibd∈[ ]Sbd (3.50a)
ðối với ôtô du lịch: [Sbd] = 80÷100 [mm]; chọn [Sbd] = 90[mm] với khe hở δ
= 0,5[mm] thỡ ta cú tỷ số truyền bàn ủạp:
( + )=
= 19,24 0,5.1,07
ibd 90 4,55 (3.50b)
Hành trỡnh bàn ủạp phanh thực tế Sbd khi khụng xột ủến lượng mũn δm (tức δm = 0) cú thể ủược tớnh:
Sbd = ( ) bd
* δ.K.i
h + (3.51a)
Với δm = 0 thì x = 1[mm], ta có:
h* = .1,07
25,4 1.25,4 2 2 2 25,4 . 2.1.1.23 25,4
1.1.1.45
2 2 2
2 2
2
+ + +
+ (3.51b)
= 15,58[mm]
Nên: Sbd = (15,58+0,5.1,07).4,55 = 73,34[mm]
Theo công thức tính hành trình ở trên, ta có thể tính hành trình làm việc khi cho các khe hở bằng không; tức là δ1 = δ2 = δdk = δm = δ = 0.
h** = .2 .1,07
25,4 2.1.1.23 25,4
1.1.1.45
2 2 2
2
+ (3.52a)
= 10,23[mm]
Slv = h**.ibd (3.52b)
Nên: Slv = 10,23.4,55 = 46,55[mm]
Ta cú tỷ số giữa hành trỡnh thực tế của bàn ủạp Sbd so với hành trỡnh làm việc của bàn ủạp Slv bằng:
Kbd/lv =
55 , 46
34 ,
= 73
lv bd
S
S = 1,57
So với tỷ số kinh nghiệm hiện nay nằm trong khoảng 1,4÷1,6 là phù hợp.
3.3.5. Lực cần thiết tỏc dụng lờn bàn ủạp phanh.
Lực cần thiết phải tỏc dụng lờn bàn ủạp phanh (khi chưa tớnh ủến trợ lực) ủể thực hiện quá trình phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất yêu cầu như sau:
. .2
4. . .
c d
bủ
bủ bủ xl
P d p i π
≥ η η (3.53a)
trong ủú: dc: ủường kớnh xilanh chớnh, dc = 25,4[mm].
pd: áp suất làm việc của dầu trong hệ thống, pd =8[MN/m2].
ibủ: tỷ số truyền bàn ủạp, ibd = 4,55.
ηbủ: hiệu suất của bàn ủạp, kể ủến tổn thất truyền lực tớnh từ bàn ủạp ủến piston xilanh chớnh. ηbủ ≈ 0,85ữ0,90. Chọn ηbủ =0,9.
ηxl: hiệu suất xột ủến tổn thất truyền lực do ma sỏt của piston với xilanh chính. ηxl ≈ 0,92÷0,95. Chọn ηxl =0,95.
Thế số, ta cú lực ủạp cần phải tỏc dụng khi chưa tớnh ủến trợ lực:
2 6 [ ]
3,1415.0, 0254 .8.10
1041, 556 4.4, 55.0, 9.0, 95
Pbủ ≥ = N (3.53b)
Theo [5], giỏ trị tớnh toỏn về lực bàn ủạp này so với yờu cầu cho phộp nhằm bảo ủảm ủiều khiển nhẹ nhàng cho lỏi xe ủối với cỏc ụtụ hiện nay ủối với xe du lịch nằm trong khoảng [Pbủ] ≈ 200ữ300[N] thỡ cần thiết phải trợ lực.
Khi có bộ phận trợ lực (trực tiếp hay gián tiếp) thì công thức tổng quát tính cỏc lực cần thiết phải cú ủể thực hiện quỏ trỡnh phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất yêu cầu như sau:
xl d 2 xl tl
tl tl bd bd
bd 4.η
.p .η π.D
.i P .η .i
P + ≥ (3.54a)
trong ủú ủại lượng itl là tỷ số truyền khuếch ủại lực, tớnh từ xy-lanh trợ lực (trợ lực chõn khụng hoặc trợ lực khớ nộn) ủến piston của xy-lanh cung cấp dầu cho cỏc xy- lanh cụng tỏc. ðại lượng ηtl là hiệu suất của bộ phận trợ lực, kể ủến tổn thất truyền lực tớnh từ xy-lanh trợ lực ủến piston xy-lanh cung cấp dầu cho cỏc xy-lanh cụng tác.
Trong trường hợp trợ lực trực tiếp thì itl = 1; còn hiệu suất ηtl có thể chọn bằng 0,95. Lực bàn ủạp cần phải tỏc dụng lờn bàn ủạp trong trường hợp cú trợ lực có thể chọn theo giới hạn nhỏ [Pbd] = 200[N].
Khi ủú lực yờu cầu của bộ trợ lực Ptl ủược xỏc ủịnh bằng:
[ ]
tl tl
bd bd bd xl
d 2 xl
tl i .η
.η .i 4.η P
.p π.D P
−
≥ (3.54b)
Thế số ta có :
1.0,95
.4,55.0,90 00
4.0,95 2 .8.10 π.0,0254 P
6 2
tl
−
≥ = 3629,121[N] (3.54c)
3.3.6. ðường kính xy-lanh của bầu trợ lực.
ðể giảm nhẹ lực ủiều khiển phanh cho hệ thống phanh trờn xe du lịch, chỳng ta thường dựng bộ trợ lực kiểu chõn khụng với ủộ chờnh lệch chõn khụng ∆p = 0,05[MN/m2]. Lực trợ lực ủược tạo ra nhờ nguyờn lý chờnh lệch ỏp suất giữa hai ngăn của bầu trợ lực ủược xỏc ủịnh như sau:
4 p . P π.D
2 b tl
= ∆ (3.55)
Suy ra ủường kớnh bầu trợ lực Db:
p π..
Db 4.Ptl
= ∆ (3.56a)
Thế số ta có :
b 6
π.0,05.10 4.3629,121
D = = 0,304[m] = 304[mm] (3.56b)
Kích thước bầu trợ lực của các loại xe hiện nay thường nằm trong khoảng giá trị từ Db≈ 200[mm] ủến 400[mm].