MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán thiết kế hệ thống phanh khí nén trên xe ô tô tải ĐHBK  

LỜI NÓI ĐẦU.. 3

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH.. 5

1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh.5

1.1.1. Công dụng hệ thống phanh. 5

1.1.2. Phân loại5

1.1.3. Yêu cầu kết cấu. 6

1.2. Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén.7

1.2.1.Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam.7

1.2.2. Hệ thống dẫn động điều khiển phanh.8

1.3. Giới thiệu về xe tham khảo.11

1.3.1. Thông số kỹ thuật.11

1.3.2. Hệ thống phanh khí nén trên xe.12

CHƯƠNG 2:23

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH CẦU TRƯỚC.. 23

2.1.  Xác định momen phanh cần thiết trên cơ cấu phanh sau.23

2.2. Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh dạng tang trống.25

2.2.1 Xác định góc δ và bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh cơ cấu phanh cầu trước.25

2.2.2. Xác định các lực tác dụng lên má phanh theo họa đồ lực phanh.29

2.2.3. Kiểm tra hiện tượng tự xiết.32

2.2.4. Xác định chiều rộng má phanh.33

2.2.5. Kiểm nghiệm má phanh.33

2.2.6. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh.35

2.3. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống.37

2.3.1. Tính bền trống phanh.37

2.3.2. Tính bền chốt guốc phanh.38

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DẪN ĐỘNG  PHANH .39

3.1. Thiết kế tính toán bầu phanh trước.39

3.3 .Tính toán van điều khiển.41

3.3.1. Sơ đồ tính toán. 41

3.3.2. Tính toán buồng trên. 41

3.3.3 Tính toán buồng dưới42

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN VAN CHẤP HÀNH.. 44

4.1 Các chế độ làm việc và nguyên lý hoạt động của van chấp hành:44

4.3Kết cấu van chấp hành:51

4.3 Tính toán tiết diện của Van điện từ. 52

4.3 Tính toán lực từ cuộn dây trong van chấp hành ……………………53. 

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG.. 58

5.1. Phân Tích Kết Cấu, Chọn Dạng Sản Xuất58

5.2. Lập Quy Trình Công Nghệ. 58

KẾT LUẬN.. 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 63

LỜI NÓI ĐẦU

Nền công nghiệp ô tô trong nước đang nỗ lực tìm chỗ đứng của mình, khi phải cạnh tranh với nhiều nhà sản xuất nước ngoài. Chính sách của nhà nước là chú trọng phát triển vào phân khúc xe tải tải trọng nhỏ để gia tăng sức tiêu thụ trong nước.

Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn chuyển động của ô tô. Để đạt các chỉ tiêu hiệu quả, ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc, hệ thống phanh trên ô tô ngày càng được hoàn thiện về bố trí, kết cấu, lắp đặt và vận hành. Sự phát triển của khoa học, công nghệ kỹ thuật điện, điện tử và điều khiển tự động ngày càng ứng dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô nói chung, hệ thống phanh nói riêng.

Hệ thống chống bó cứng bánh xe và chống trượt quay bánh xe (hệ thông phanh tích cực) khi phanh ra đời với mục đích nâng cao hiệu quả phanh cho ô tô trong mọi trường hợp chuyển động, đảm bảo tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh. Các hệ thống đó trên xe đang ngày được phát triển và kết hợp cùng với các hệ thống hỗ trợ khác như EBD, BAS, ESP...

Hệ thống phanh tích cực là hệ thống không thể thiếu trên ô tô ở nhiều quốc gia,còn tại Việt Nam, đây vẫn là thiết bị chưa bắt buộc phải trang bị trên các dòng xe tải có trọng tải nhỏ. Hầu hết các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô trong nước chưa nghiên cứu để làm chủ công nghệ đó và phát triển thương mại sản phẩm xe tải lắp ráp hệ thống phanh tích cực. Các liên doanh ô tô cũng không nghiên cứu sản phẩm này tại Việt Nam mà chỉ lắp ráp từ phụ kiện nhập ngoại. Tuy nhiên với điều kiện khí hậu và đặc điểm cơ sở hạ tầng giao thông vận tải nước ta còn rất kém chất lượng , nên khi xe ô tô tham gia giao thông thường xuyên xảy ra hiện tượng trượt quay và trượt lết dẫn tới nguy hiểm tính mạng cho người tham gia giao thông. Vì vậy, nhằm nâng cao tính năng an toàn, chất lượng và khả năng cạnh tranh của ô tô tải sản xuất lắp ráp trong nước, e đã nghiên cứu đề tài tốt nghiệp “thiết kế hệ thống phanh khí nén tích cực cho ô tô tải” tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS 

 

CHƯƠNG 1         TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH

1.1.  Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh.

1.1.1.  Công dụng hệ thống phanh

• Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết hoặc dừng hẳn ôtô ở một vị trí nhất định.
• Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đường dốc.

1.1.2.  Phân loại

1.1.2.1.  Theo công dụng

Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:

• Hệ thống phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động.
• Hệ thống phanh dừng (phanh tay), dùng đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng.
• Hệ thống chậm dần (phanh bổ trợ) (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ), dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc dài).

1.1.2.2.  Theo kết cấu của cơ cấu phanh

Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:

• Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải.
• Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống.
• Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.

1.1.2.3.  Theo dẫn động phanh

Theo dẫn động hệ thống phanh được chia ra:

• Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
• Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực
• Hệ thống phanh dẫn động  liên hợp: khí nén - thuỷ lực, …
• Hệ thống phanh có cường hoá (có trợ lực).

1.1.2.4.  Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ô tô khi phanh. Ta có các loại sau:

• Hệ thống phanh có bộ điều hòa lực phanh, dùng để điều chỉnh momen phanh ở cơ cấu phanh, làm thay đổi momen phanh trên cầu trước và cầu sau.
• Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS). Ngoài ra còn có một số hệ thống kết hợp với ABS (ASR, ESP,…) để tăng khả năng cơ động và khả năng ổn định của xe khi phanh.

1.1.3.   Yêu cầu kết cấu

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:

• Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.
• Đảm bảo sự ổn định chuyển động của xe và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.
• Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần điều khiển không lớn, phù hợp khả năng điều khiển liên tục của người lái.
• Dẫn động phanh có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh.
• Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để đảm sử dụng hết trọng lượng bám của khi phanh ở các cường độ khác nhau.
• Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng.
• Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe
• Có khả năng giữ ôtô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên đường dốc.
• Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng.

1.2. Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén.

1.2.1.Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam.

Cơ cấu phanh tang trống được dùng khá phổ biến  trên ô tô. Trong cơ cấu dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ trong của tang trống quay cùng bánh xe. Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát giữa bề mặt tang trống và các má phanh.

Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều khiển các guốc phanh thành các dạng  khác nhau. Trong trường hợp sử dụng cơ cấu phanh trên hệ thống phanh thuần túy khí nén, ta thường sử dụng cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.

• Cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.

Hình 1.1 : Cấu tạo cơ cấu phanh dạng cam

1- Chốt guốc phanh; 2- Mâm phanh; 3- Tấm chắn; 4- Êcu; 5- Tấm đệm chốt guốc phanh; 6- Khoá hãm; 7- Guốc phanh; 8- Lò xo hồi vị; 9- Tấmma sát; 10- Trục con lăn; 11- Cam ép; 12- Con lăn; 13- Đòn điều chỉnh; 14- Trục cam phanh;

• Đặc điểm

Cơ cấu phanh này chỉ dùng cho xe có tải trọng lớn và dùng cho hệ thống  phanh dẫn động bằng khí nén.

Cơ cấu phanh được bố trí kiểu đối xứng qua trục, có xi lanh khí nén điều khiển cam xoay 11 ép guốc phanh 7 vào trống phanh. Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống. Phần cố định bao gồm mâm phanh 2 được cố định trên dầm cầu.

• Nguyên lý làm việc :

Cụm cơ cấu phanh lắp trên mâm phanh 2, nối cứng với bích cầu, các tấm ma sát 9 có cấu tạo hình l­ưỡi liềm t­ương ứng với đặc tính mài mòn của chúng và đ­ược lắp trên hai guốc phanh 7. Trên các guốc phanh có tán tấm ma sát (má phanh). Các guốc phanh này tựa tự do lên các bánh lệch tâm lắp trên mâm phanh 2, trục của các guốc phanh cùng với các mặt tựa lệch tâm cho phép định tâm đúng các guốc phanh so với trống phanh khi lắp ráp các cơ cấu. Cam quay được chế tạo liền trục, với biên dạng Cycloit (hoặc Acsimet). Khi phanh cam ép 11 sẽ chuyển động đẩy các guốc phanh ra làm cho nó áp sát vào bề mặt trống phanh để thực hiện quá trìng phanh, giữa cam ép 11 và guốc 7 có lắp con lăn 12 nhằm giảm ma sát và tăng hiệu quả phanh, bốn lò xo hồi vị 8 trả guốc phanh về vị trí nhả phanh.

Sự tác động của cam lên các guốc phanh với các chuyển vị như nhau, má phanh bị mòn gần như đều nhau, do vậy các má phanh trên cả hai guốc phanh của cơ cấu có kích thước gần như bằng nhau.

1.2.2.   Hệ thống dẫn động điều khiển phanh.

Hệ thống dẫn động có tác dụng truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn

đạp phanh đến cơ cấu phanh. Hệ thống dẫn động  phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

• Độ nhạy cần thiết của hệ thống;
• Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển đến cơ cấu phanh của ôtô;
• Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường.

Trong dẫn động phanh thủy lực sử dụng truyền động thủy tĩnh nối liền từ cơ cấu điều khiển tới xylanh bánh xe. Hệ thống dẫn động phanh thủy lực có các ưu điểm sau :

• Thời gian chậm tác dụng ngắn.
• Tạo được lực ép trên cơ cấu phanh đồng đều và đồng thời, làm tăng tính ổn định của ô tô khi phanh.
• Kết cấu đơn giản.
• Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô khác nhau, khi đó chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.

Nhược điểm của hệ thống dẫn động thủy lực:

• Tỷ số truyền không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơ cấu phanh, khi yêu cầu lực tác dụng phanh lớn cần phải hành trình bàn đạp lớn hoặc dùng trợ lực.
• Hiệu suất truyền giảm khi nhiệt độ thay đổi.

Trong hệ thống dẫn động có điều khiển bằng thủy lực trên ô tô con và ô tô tải nhỏ, lực điều khiển của người lái tác dụng vào bàn đạp nhanh, tỉ lệ thuận với lực điều khiển tại các cơ cấu phanh. Dẫn động điều khiển phanh của ô tô tải lớn và ôtô bus đòi hỏi năng lượng điều khiển lớn do vậy không nên dùng hệ dẫn động thủy lực do cần có lực điều khiển lớn, gây mệt mỏi cho người lái. Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn đạp phanh nhỏ, áp suất trên đường ống không cao và cho phép dẫn động dài tới các cơ cấu phanh cần thiết. Hơn nữa hệ thống phanh khí nén còn dễ dàng bố trí điều khiển tự động.

Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén là số lượng các chi tiết nhiều, kích thước lớn và có giá thành cao, độ nhạy của hệ thống kém, nghĩa là thời gian hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ khi người lái bắt đầu tác dụng lực là khá lớn do không khí bị nén khi chịu lực.

Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 2).

Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén

a)     Nguồn cung cấp

1. Máy nén khi                               4. Cụm van chia, bảo vệ
2. Bộ điều chỉnh áp suất                5. Bình chứa khí nén mạch I
3. Bình làm khô                             6. Bình chứa khí nén mạch II

b)    Cụm điều khiển:  7. Van phân phối hai dòng

c)    Cơ cấu chấp hành:  8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước

9. Bầu phanh và cơ cấu phanh sau

d)      Các đường ống dẫn khí

+)  Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút không khí từ ngoài khí quyển, nén không khí tới áp suất cần thiết (0,7 -  0.9 Mpa) hay (7 - 9 kg/cm²), đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén làm việc. Áp suất  làm việc lớn nhất của máy nén khí là 11 kg/cm². Nếu áp suất vượt quá giới hạn này thì van điều áp sẽ ngắt máy nén khí không cho làm việc nữa. Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén. Do vậy khí nén phải đảm bảo khô, sạch, có áp suất ở mức an toàn khi làm việc.

1.3. Giới thiệu về xe tham khảo.

1.3.1. Thông số kỹ thuật.

MODEL		LF3070G1-2
DẪN ĐỘNG		4x2, tay lái thuận.
ĐỘNG CƠ		Model: YC4F115-20  – 4 Xylanh thẳng hàng – TURBO Euro 2
		Dung tích xi lanh(cc)		3,907
		Công suất Max (KW/rpm)		85/3200
		Momen xoắn cực đại (Nm/rpm)		300/2200
		Tỷ số nén		18:1
		Tiêu hao nhiên liệu tại tốc độ 60km/h (lit/km)		15
THÔNG SỐ CƠ BẢN		Kích thước ngoài (mm)		5990x2190x2570
		Kích thước thùng (mm)		3700x2000x600
		Chiều dài cơ sở (mm)		3400
		Khoảng sáng gầm xe (mm)		240
		Chiều dài vết bánh xe trước (mm)		1720
		Chiều dài vết bánh xe sau (mm)		1640
		Chiều cao trọng tâm hg (mm)		980
		Khả năng vượt dốc		20 %
		Tự trọng (Kg)		4510
		Tải trọng (Kg)		2980
		Tổng trọng lượng G (Kg)		7685
		Phân bố lên trục 1 (Kg)		2685
		Phân bố lên trục 2 (Kg)		5000
		Khối lượng cho phép lớn nhất trên trục (kG)	Trục 1	4000
			Trục 2	8000
		Tốc độ tối đa (Km/h)		95
		Số chỗ ngồi		03
		Bình nhiên liệu (lít)		80
CỠ LỐP		Trước/sau : 8.25-20 / 8.25-20
HỆ THỐNG LÁI		Cơ khí có trợ lực thủy lực
HỆ THỐNG PHANH	Phanh chính	Kiểu tang trống / dẫn động khí nén.
	Phanh tay	Kiểu tang trống / tác động lên bánh sau / có lò xo tích năng tại bầu phanh.
Áp suất	Áp suất làm việc của hệ thống là 7 kg/cm2
HỆ THỐNG TREO		Phụ thuộc .Nhíp hợp kim dạng nửa elip, ống giảm chấn thuỷ lực.

1.3.2.  Hệ thống phanh khí nén trên xe.

1.3.2.1.  Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén :

Hình 1.3:  Sơ đồ hệ thống phanh trên xe tham khảo

• Nguyên lý làm việc của hệ thống.

Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van điều áp 2, qua bộ lọc tách nước 3, qua van an toàn kép 4, tới các bình chứa khí 5 và 6. Van an toàn kép 4 đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động độc lập với nhau tạo thành hai nguồn cung cấp khí độc lập cho hai dòng dẫn động phanh.

Dẫn động phanh trục trước bắt đầu từ bình khí 5 qua khoang dưới của tổng van 8, đi tới các bầu phanh của trục trước 9, 10.

Dẫn động phanh cầu sau bắt đầu từ bình khí 6, qua khoang trên của tổng van 8, đi tới van gia tốc 12, tới các bầu phanh của cụm cầu sau 14, 15.

Dòng khí nhả phanh dừng bắt đầu từ bình khí 5, 6 qua van điều khiển 11, qua van xả nhanh 13, đi tới các bầu tích năng dạng lò co của cụm cầu sau 14, 15 ép các lò xo thực hiện nhả phanh.

Khi thực hiện phanh dừng, xoay tay van 11, khí nén đang ép các lò xo tích năng lập tức bị xả hết, các lò xo bung ra làm xoay trục cam ép các guốc phanh bánh xe sau, thực hiện nhả phanh tay.

Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm việc trong hệ thống bằng cách dừng hoặc khởi động máy nén khí khi áp suất trong hệ thống vượt quá giới hạn hoặc quá thấp.

Van an toàn 3 ngả giữ cho xe hoạt động bình thường khi xe mất đi một dòng hơi.

1.3.2.2.  Các bộ phận của hệ thống phanh.

1. Van phân phối.

Hình 1.4.  Van phân phối dẫn động hai dòng

1. Pittông lớn khoang dưới; 2,11 .Van điều khiển; 3. Ty đẩy; 4.Phần tử đàn hồi; 5. Pittông khoang trên; 6,10.Van xả; 7,9 Van nạp ; 12 Pittông nhỏ.

 

Hình 1.4:   Van phân phối dẫn động hai dòng

Van phân phối có tác dụng mở và đóng hoặc mở các van để cấp hoặc ngừng cấp khí nén để mở hoặc đóng các van. Khoang trên có cửa vào là D được nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối tới các bầu phanh tại các bánh xe. Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào là E và cửa ra là A. Ngoài ra còn có một cửa thông với khí trời F chung cho cả hai khoang. Mỗi khoang có một van điều khiển: Van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở các van nạp 7 và van xả 6, còn van 11 của khoang dưới điều khiển các van nạp 9 và van xả 10.

Nguyên lý hoạt động của van như sau:

-        Ở trạng thái không phanh như thể hiện trên hình vẽ, các bầu phanh tại các bánh xe được nối thông với khí trời do các van xả 6 và 10 mở.

-        Khi phanh, lực Q truyền từ bàn đạp tới tác dụng lên pittông 5 thông  qua phần tử đàn hồi 4 làm pittông dịch chuyển đi xuống. Đầu tiên, van xả 6 đóng lại không cho cửa C thông với khí trời nữa, sau đó khi pittông tiếp tục đi dich chuyển đi xuống thì van nạp 7 mở ra và khí nén chờ sẵn ở cửa D đi qua van nạp, qua khoang dưới 5 tới cửa C rồi từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh. Đồng thời, khí nén từ khoang trên đi qua lỗ nhỏ B xuống khoang trên pittông 1 đẩy pittông con 12 đi xuống. Nhờ đó van xả 10 đóng lại, rồi van nạp 9 mở ra cho khí nén đi từ cửa E  sang cửa A để đi tới các bầu phanh tại các bánh xe.

-        Như vậy, trong trường hợp phanh bình thường như mô tả trên đây, khoang trên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, còn khoang dưới được điều khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên. Nếu khoang trên bị mất khí, không hoạt động nữa thì khi phanh, ty đẩy 3 đi xuống tác động lên con đội 8 và đẩy pittông nhỏ 12 của khoang dưới  đi xuống thực hiện quá trình phanh trên một cầu còn lại.

-        Trong trường hợp lái xe đạp phanh đột ngột thì khoang dưới cũng được điều khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để điều khiển pittông lớn 1.

-        Tính chép hình của tổng van được thể hiện như sau. Ứng với một lực tác động Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào bên dưới pittông 5 và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại các bánh xe. Áp suất khí trong khoang dưới pittông 5 tăng dần lên cho tới khi áp lực của khí nén cùng với lực lò xo thằng được lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 lại và đẩy pittông đi lên cho tới khi van nạp đóng lại. Lúc này cả van nạp và van xả đều đóng, ấp suất khí nén dẫn tới các bầu phanh không tăng nữa và pittông  5 ở trạng thái cân bằng. Quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra đối với khoang dưới. Như vậy, ứng với một lực Q nhất định (tương ứng với một lực trên bàn đạp) áp suất trong dẫn động phanh chỉ có một giá trị tương ứng. Nhờ vậy mà người lái có thể điều khiển được cường độ phanh theo ý muốn.

2. Bầu phanh trước.

Bầu phanh xe có cấu trúc như xi lanh lực tác động một chiều. Vỏ của bầu phanh được bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên pittong đẩy và dịch

chuyển để điều khiển cam quay.

Bầu phanh được chia làm 2 loại chính:

-        Bầu phanh đơn: là loại tác dụng một chiều.

-        Bầu phanh kép: có tác dụng hai chiều (bầu phanh tích năng).

Cấu tạo của bầu phanh đơn dạng màng gồm: hai nữa vỏ của bầu phanh được bắt cố định trên cầu xe. Màng cao su bố trí giữa hai nữa vỏ, chia bầu phanh thành 2 khoang. Khoang bên trái có cửa dẫn khí nén từ van phân phối xuống, khoang bên phải có lỗ thông với khí quyển R. Lò xo hồi vị có tác dụng đẩy màng cao su về vị trí ban đầu khi không phanh. Màng cao su được đỡ bởi tấm đỡ, gắn liền với thanh đẩy dẫn động cam quay, đóng mở cơ cấu phanh. Chiều dài của thanh đẩy được điều chỉnh nhờ đai ốc 9, nhằm tạo nên vị trí thích hợp với cam quay.

Nguyên lý làm việc của bầu phanh đơn dạng màng:

-        Khi không phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, màng cao su về vị trí tận cùng bên trái. Khi phanh, khí nén có áp suất cao được dẫn tới khoang bên trái của bầu phanh, đẩy màng cao su và đòn đẩy dịch chuyển về bên phải, thực hiện sự xoay cam trong cơ cấu phanh. Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, đẩy màng cao su, kéo đòn đẩy về vị trí ban đầu. Khí nén ở khoang bên trái theo đường ống thoát ra ngoài không khí, kết thúc quá trình phanh.

Hình 1.5 : Bầu phanh trước (bầu phanh đơn).

3. Bầu phanh sau.    

Nguyên lý làm việc của bầu phanh:

-        Ban đầu khi chưa phanh: Khoang P thông với khí quyển, khoang B ban đầu khi chưa phanh được cấp khí nén ép lò xo 14 đẩy cần đẩy sang bên trái, không tác dụng vào màng cao su số 6.

-        Khi phanh chân: Khí nén được cấp vào khoang A thực hiện đẩy màng sang bên phải qua đó đẩy đòn đẩy sang phải thực hiện phanh, khi nhả phanh khí nén rút khỏi cửa A, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 9 sẽ đẩy cơ cấu về vị trí cân bằng ban đầu.

-        Khi phanh tay (phanh đỗ): Thực hiện ngắt khí nén ở cửa B ra, qua đó do sự chênh lệch về áp suất, lò xo tích năng 14 được đẩy sang bên phải ép thằng vào màng đẩy sang phải thực hiện phanh cứng (phanh rất lâu), muốn nhả phanh ra thì điều chỉnh mở ốc số 1 ra để đưa hệ thống trở về vị trí cân bằng và cấp khí nén vào B.

Hinh 1.6: Kết cấu loại bầu phanh tích năng (bầu phanh kép)

1. Ốc điều chỉnh   2. Ống đẩy  3. Vỏ bầu phanh   4. Ống dẫn khí  5. Vỏ trong  6. Màng cao su   7. Đòn đẩy   8. Thân bầu phanh  9. Lò xo hồi vị  10. Tấm đỡ   11. Bạc đẩy   12. Vòng tỳ   13. Piston tích năng   14. Lò xo tích năng
2. Điều khiển phanh chân           P- Thông với khí quyển
3. Điều khiển nhả phanh            S- Khoang thông với A

Q- Khoang thông với B              T- Khoang tích năng.

4. Van xả nhanh

Hình 1.7:  Van xả nhanh

Sau khi nhả bàn đạp phanh, khí từ các bầu phanh không hồi về bình chứa mà được xả nhanh ra ngoài thông qua van xả khí đặt gần bầu phanh. Thông thường, hay bố trí ở cầu trước. Với cầu sau, van xả nhanh thường được tích hợp vào van gia tốc.

Dòng khí từ van phân phối đi vào cổng “service port”, tác động mở van nạp và đóng van xả khí, cung cấp khí vào 2 bầu phanh thông qua 2 cổng “delivery port”. Khi nhả bàn đạp phanh, yêu cầu khí trong bầu phanh phải được xả nhanh và triệt để. Do van phân phối ở xa nên lượng khí trong bầu phanh không được xả ở van phân phối, mà được xả ngay gần bầu phanh qua van xả nhanh.

Dòng khí từ bầu phanh đẩy màng đàn hồi, mở van xả (do khí nén ở cổng “service port” không còn, gây ra sự chênh lệch áp suất), khí nén được xả ra không khí qua cổng “delivery port”.

5. Van gia tốc (Relay valve).

Hình 1.8 : Van gia tốc (Relay valve)

Hệ thống phanh khí nén có nhược điểm là độ chậm tác dụng lớn, đặc biệt là ở trên cơ cấu phanh nằm xa van phanh chân (bầu phanh sau). Do khoảng cách từ bầu phanh sau tới van phân phối là tương đối dài (đặc biệt trên xe tải lớn), nên độ chậm tác dụng thường lớn hơn. Vì vậy, ta bố trí một van gia tốc ở giữa van phanh chân và bầu phanh, gần bình chứa khí nén.

Trên van gia tốc có một đường khí từ bình khí tới, và một đường khí từ van phân phối xuống. Dòng khí từ van phân phối đóng vai trò là dòng khí điều khiển để mở van khí, nối thông dòng khí từ bình tới 2 bầu phanh phía sau, sẽ hạn chế được độ chậm tác dụng của hệ thống. Tổng cộng trên van có 4 cổng dẫn khí. Vì dòng khí từ van phanh chân chỉ có tác dụng điều khiển đóng mở van khí, nên van gia tốc đóng vai trò tương tự như một rơle (relay valve).

6. Van bảo vệ kép (van chia dòng, bảo vệ 2 dòng khí nén)

Hình 1.9: Van chia dòng và bảo vệ 2 dòng khí nén (van an toàn kép)

Công dụng của van chia dòng cấp khí cho 4 nhánh và tạo nên các dòng khí độc lập. Khi một hay một số dòng khí bị mất áp suất, các dòng khí còn lại vẫn làm việc bình thường. Do vậy, van có chức năng bảo vệ khả năng độc lập giữa các dòng cung cấp khí nén.

Cấu tạo của van như hình vẽ trên.

Nguyên lý hoạt động của van:

-        Dòng khí từ máy nén khí tới cổng I, qua các lỗ của van một chiều, đẩy pittong tỳ, mở van nạp, cung cấp khí nén tới các khoang II, và III đi tới các bình chứa khí nén, cung cấp khí nén tới các cầu trước và sau. Dòng khí nén cho phanh tay được cung cấp từ cả 2 bình khí, như sơ đồ trên.

CHƯƠNG 2:

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH CẦU TRƯỚC

2.1.    Xác định momen phanh cần thiết trên cơ cấu phanh sau.

Hình 2.1 : Sơ đồ các lực tác dụng khi phanh

-        : Phản lực mặt đường tác dụng lên cầu trước và sau.

-        G: Trọng lượng toàn bộ xe.

-        h_g: Chiều cao trọng tâm ô tô

-        a,b: Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước và cầu sau.

-        P_j: Lực quán tính xuất hiện khi phanh

-        L: Chiều dài cơ sở.

Momen trên cơ cấu phanh được xác định theo điều kiện đảm bảo bánh xe không bị lết khi phanh.

P_Pmax = P_φ = φ.G

Phương trình cân bằng momen quanh điểm O₂:

∑M_O2­=L.Z₁ – G.b - P_j.h_g=0

 Phản lực của đường tác dụng lên bánh xe cầu trước

 Tương tự ta có phản lực của đường tác dụng lên bánh xe cầu sau

 Ta có:  

 Do trong quá trình phanh trọng lượng xe dồn về phía trước nên ta có:

 Với

-        : Hệ số phân bố lại tải trọng cầu trước khi phanh

-        : Hệ số phân bố lại tải trọng cầu sau khi phanh

Momen phanh cực đại trên cơ cấu phanh cầu trước:

Momen phanh cực đại trên cơ cấu phanh cầu sau:

• a; b; h_g : tọa độ trọng tâm (mm).
• L: chiều dài cơ sở (mm).
• φ: hệ số bám. Chọn φ = 0.65
• j_max : gia tốc phanh cực đại (m/s²).

j_max = φ.g = 0,65 . 9,81 = 6.38 (m/s²)

• r_bx: bán kính lăn (mm).
• λ₀ : hệ số kể tới sự biến dạng của lốp. Chọn λ = 0.945.

Momen phanh cần sinh ra trên cơ cấu phanh cầu trước:

Momen phanh cần sinh ra trên cơ cấu phanh cầu sau:

2.2.   Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh dạng tang trống.

2.2.1  Xác định góc δ và bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh cơ cấu phanh cầu trước.

 Hình 2.3: Xác định lực tác dụng lên má phanh

Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh được phân làm hai thành phần:

• Thành phần hướng kính N (phương đi qua tâm O tạo với trục X – X góc δ, hướng vào tâm). Điểm đặt của N được xác định qua hai thông số: δ và ρ (khoảng cách từ tâm O tới điểm đặt lực N.

 Xét 1 phần tử nhỏ trên má phanh có vị trí được xác định bởi góc β và bị giới hạn bởi góc dβ.

Giả thiết má phanh phân bố theo quy luật sin, ta có

           dN = q_max.sin(β.b.r₁).dβ                (b:  Bề rộng của má phanh)

         

          

          

         

         

• Thành phần tiếp tuyến T (phương vuông góc với N). 

Giả thiết: dT = µq_max.sin(β.b.r₁).dβ

Ta có : dT=µ.dN    (với µ là hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống)

Lực R có điểm đặt trùng với N, phương tạo với N góc φ với , và khoảng cách từ tâm O tới phương tác dụng của R là r₀.

Ta có:

Góc δ cho phép xác định phương của lực N, chưa xác định được điểm đặt, còn

Giá trị của nó được tính bởi công thức

Do momen phanh được tạo bởi lực ma sát T nên gọi khoảng cách từ O đến điểm đặt lực là ρ ta có:        M_p = Tρ         =>      

 

  =>   

 Trong đó :  

r_T  là bán kính tang trống  ta có r_T =160 (mm) =0,16(m)

β_t1-Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu cuối tấm ma sát

β_t2-Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu trên tấm ma sát 

β_t2  =  β_t1  +  β_t0                β_t0 - Góc ôm của tấm ma sát.

Với kết cấu cơ cấu phanh đã chọn, sự tác động của cam lên các guốc phanh với chuyển vị như nhau, má phanh bị mòn gần như đều nhau, do vậy các má phanh trên hai guốc có kích thước bằng nhau.

 

Thông số	Cầu trước
	Má trước (’)	Má sau (’’)
rt (mm)	160
(o)	25	25
(o)	110	110
(o)	135	135
c (mm)	120
a (mm)	120
(o)	15

 

Hình 2.4:  Bảng thông số kích thước bố trí cơ cấu phanh

→               

Và:                

Bán kính r₀ xác định theo công thức:

Chọn hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống là µ = 0,3. Với ρ_t  thay vào công thức trên ta đ­ược

Và φ = arctg(0,3) = 16,7^o.

Thông số	Cầu trước
	Má trước(’)	Má sau(’’)
6,560
r(mm)	183
16,670
r0(mm)	53

Hình 2.5:  Bảng thông số xác định họa đồ lực phanh

2.2.2.  Xác định các lực tác dụng lên má phanh theo họa đồ lực phanh.

vCách xây dựng họa đồ:

Dựng hệ trục X-X và Y-Y (Y-Y đi qua tâm O và tâm chốt phanh).

Xác định và vẽ các lực tác dụng lên guốc phanh trước và sau :

Hình 2.6: Họa đồ lực phanh cơ cấu phanh trước

• Lực P: do cam sinh ra.  Phương, chiều, đã xác định thông qua thông số a = 120 mm.
• Lực R: do trống phanh tác dụng lên má phanh. R chia làm 2 thành phần N và T như trên. Điểm đặt của lực R xác định qua lực N dựa vào 2 thông số δ và ρ. Phương N đi qua tâm O, hướng vào tâm. Dựa vào (δ_t ρ_t) ta vẽ được các lực P₁; R₁ và P₂; R₂. Kéo dài phương của P₁ và R₁ cắt nhau tại O₁, P₂ và R₂ cắt nhau tại O₂.
• Lực U: do chốt phanh tác dụng lên guốc phanh. Điểm đặt của U_1,2 tại tâm của chốt phanh O’ và O’’. Tại trạng thái cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0, tức là phương của ba lực cắt nhau tại một điểm, đó là O_1,2. Do đó phương của lực U_1,2 đi qua điểm O_1,2. Để xác định chiều của U_1,2 ta dựa vào họa đồ vecto lực trên mỗi guốc phanh ta dễ dàng suy ra chiều của chúng vì 3 lực này tam ra tam giác lực.

Do cam có biên dạng đối xứng nên khi tác động các má phanh của guốc trước và guốc sau có khoảng cách dịch chuyển bằng nhau. Trong khi đó, hai má phanh có kích thước bằng nhau nên biến dạng của chúng cũng bằng nhau và vì vậy, áp suất trên các má phanh cũng sẽ bằng nhau. Điều này có nghĩa là các phản lực từ trống phanh tác dụng lên các guốc phanh trước và sau bằng nhau:

R₁ = R₂ = R.

Vẽ họa đồ vectơ lực: (i = 1; 2).

• Trên các đường thẳng song song với phương của R, dựng  các đoạn thằng A_iB_i = R.
• Từ B_i dựng đoạn thẳng song song với U_i.
• Từ A_i dựng đoạn thẳng song song với P_i.
• Từ đây ta có các đa giác lực và xác định được chiều của các lực P, U.

vTính toán các lực P, R, U.

Quan sát họa đồ ta thấy, lực T­_i là thành phần gây ra momen phanh trên cơ cấu phanh, do đó ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa lực R và momen phanh.

Ta có phương trình:              

          Tỉ lệ xích của họa đồ là:    

Vậy ta có:               

2.2.3.   Kiểm tra hiện tượng tự xiết.

Hiện tượng tự xiết là hiện tượng khi má phanh ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động của lực P là lực của cam ép tác dụng vào guốc phanh. Khi thiết kế ta tránh không xảy ra hiện tượng tự xiết này vì nó sẽ gây nguy hiểm khi xe chuyển động trên đường, cơ cấu phanh làm việc giật cục, không êm dịu, lái xe không thể kiểm soát được cường độ phanh theo ý muốn.

Trong trường hợp như vậy mô men phanh M_p , đứng về phương diện lý thuyết, thì khi xảy ra hiện tượng tự xiết, mô men phanh tiến tới vô tận.

Kiểm tra hiện tượng tự xiết cho guốc trước. Mối quan hệ giữa lực P và mô men phanh theo phương pháp giải tích thì ta có:

• a: khoảng cách từ tâm bánh xe đến điểm đặt lực P.
• c: khoảng cách giữa trục X và lực tổng hợp U.

Theo công thức trên thì khi mô men phanh tiến tới vô tận thì xảy ra hiện tượng tự xiết và khi đó ta có:

Với hệ số ma sát như trên sẽ xảy hiện tượng tự xiết ta thay số các giá trị đã tính toán ở phần trên vào công thức ta có:

δ^’ = 6,56 độ ; ρ’= 183 mm ; c =  120 mm

Ta thấy rằng khi chọn hệ số ma sát như trên (µ=0.3) không xảy ra hiện tượng tự xiết.

Vậy với các thông số như trên không xảy ra hiện tượng tự xiết ở guốc trước cơ cấu phanh trước.

Với guốc sau của cơ cấu phanh trước:

 Ta thấy trong mọi trường hợp vì vậy               

 Nghĩa là đối với guốc sau không bao giờ xảy ra hiện tượng tự xiết

2.2.4.   Xác định chiều rộng má phanh.

Ta có áp suất giới hạn trên bề mặt má phanh:  [q]= 1,5 ÷ 2,0 (MN/m²).

Theo biểu thức tính áp suất giới hạn ta có:

→ Chọn b = 95 mm.

2.2.5.  Kiểm nghiệm má phanh.

a.           Công ma sát riêng L.

Ta tiến hành kiểm tra công ma sát riêng tại vận tốc 60 km/h kể từ lúc bắt đầu phanh tới lúc dừng hẳn.

Công ma sát riêng được tính theo công thức:         

Trong đó:     

• G : trọng lượng xe khi đầy tải.
• V₀: Tốc độ của xe khi bắt đầu phanh lấy: V₀= V_max=60 (km/h) = 16,67 (m/s)
• F_∑ = F₁+F₂ : diện tích tiếp xúc của các má phanh trên 2 cầu.

                           Trong đó: - F₁ : tổng diện tích má phanh sau

- F₁ = ∑β_0i.r_t.b_i       (i là số má phanh, có i= 4 má)

    = 4.1,92.0,16.0,09 = 0,11(m²).

- F₂ : tổng diện tích má phanh trước

  F₂ = ∑β_0i.r_t.b_i   (i là số má phanh, có i= 4 má) 

      =  4.1,92.0,16.0,095 = 0,12 (m²).

Vậy tổng diện tích ma sát F_S= 0,11 + 0,12 = 0,23 (m²).

Thay số vào công thức ta được:

Vậy  L = 464,07 (J/cm²) <  [L] =1000 (J/cm^2).        

Kết luận: Kích thước má phanh đã chọn đảm bảo công ma sát riêng.

b.          Áp suất trên bề mặt ma sát q.

Áp suất trên bề mặt ma sát được tính theo công thức:  

Trong đó :

• M_PT: Mômen sinh ra của cơ cấu phanh trước của xe khi đầy tải:

            M_PT = 5761,21 (Nm) ;                             

• F₂: tổng diện tích má phanh trước  F₂ = 0,12( m²);
• µ:  hệ số ma sát giữa trống phanh với má phanh μ = 0,3;

Thay vào biểu thức trên ta được                 

Áp suất giới hạn cho phép đối với má phanh là

Kết luận: Với má phanh đã chọn thì áp suất riêng trên bề mặt ma sát của guốc phanh trước nằm trong giới hạn cho phép.

c.           Tỷ số p.

Tỷ số p là tỷ số giữa khối lượng toàn bộ của ô tô G và tổng diện tích các má phanh F_S :

Với [p] = (2,5÷3,5) .10⁴ (N/m²) đối với ô tô tải.

Ta có:

Kết luận: Vậy, kích thước của má phanh đã chọn thỏa mãn tất cả các điều kiện làm việc của nó.

2.2.6.  Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh.

Khi phanh, động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng. Một phần năng lượng nhiệt này làm nóng các cơ cấu, một phần tỏa ra môi trường xung quanh.

Nếu nhiệt lượng làm nóng các cơ cấu lớn có thể dẫn đến làm hỏng các chi tiết của cơ cấu phanh như làm mất tính đàn hồi của lò xo. Mặt khác, nhiệt độ cao ở má phanh sẽ ảnh hưởng đến hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh và vì vậy sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả phanh.

Phương trình cân bằng năng lượng trong quá trình phanh là:    

Do khi phanh đột ngột ở thời gian ngắn nên thời gian t nhỏ có nghĩa lượng nhiệt toả ra ngoài không khí là rất nhỏ.

               , nên bỏ qua .

Sự tăng nhiệt độ được xác định bằng công thức sau:  

      Trong đó:

• v₁ : Vận tốc ban đầu khi phanh.
• v₂ : Vận tốc xe sau khi phanh v₂ = 0.
• m_t : khối lượng của các trống phanh
• C: Nhiệt dung của chi tiết nung nóng C = 500(J/kg.độ).

Yêu cầu với vận tốc v₁ = 30 (km/h),  v₂ = 0 thì t⁰ phải < 15⁰

Từ công thức trên ta có :

Trên thực tế tổng khối lượng của các chi tiết bị nung nóng gồm 4 tang trống phanh trước và sau là lớn hơn 35,29 (kg) do vậy với cơ cấu phanh đã chọn đảm bảo sự thoát nhiệt theo yêu cầu.

2.3. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống.

2.3.1. Tính bền trống phanh.

Dựa vào trạng thái chịu lực của trống phanh trong quá trình phanh ta thấy trống phanh làm việc gần giống như một ống có thành dày chịu áp suất bên trong. Trong quá trình tính toán ta giả thiết rằng áp suất phân bố trên bề mặt trống phanh là không đổi, đồng thời ta đưa thêm vào hệ số an toàn là n = 1,5 trong khi tính toán bền cho trống phanh.

Áp suất bên trong trống phanh được tính theo công thức:

Theo lý thuyết về ứng suất và biến dạng của ống thành dày chứa áp suất bên trong có áp suất phát sinh trong ống khi chịu lực bên trong là:

• Ứng suất pháp tuyến tác dụng lên trống phanh:
• Ứng suất tiếp tuyến tác dụng lên trống phanh:

Trong đó:

-        a’’- Bán kính trong của trống:  a’’= 160(mm)

-        b’’- Bán kính ngoài của trống:   b’’=169(mm)

-        r - Khoảng cách từ tâm đến điểm cần tính khi r = a’’ thì  và  đạt giá trị cực đại:

 = -q = - 41.10⁵ (N/m² )

 =  (N/m²)

• Ứng suất tổng hợp tác dụng lên trống phanh

 (N/m²)

Để đảm bảo an toàn ta lấy thêm hệ số an toàn n=1,5

 = 751.10⁵.1,5 = 113.10⁶ (N/m²)  

 = 380.10⁶ (N/m²) 

Kết luận: Trống phanh đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

2.3.2. Tính bền chốt guốc phanh.

 Chốt guốc phanh được tính bền theo chế độ chịu cắt và chèn dập.

Trong đó:

-        d - Đường kính chốt:  chọn d = 24 (mm) = 24.10^-3 (m)

-        l - Chiều dài tiếp xúc của chốt với guốc phanh  l = 40.10^-3 (m)

-        n -  Số chốt phanh chịu lực: n = 1.

-        U₁ - Lực lớn nhất tác dụng lên chốt

Cơ cấu phanh trước:

 < []

< []

Kết luận: Như vậy chốt phanh đã thỏa mãn cả hai điều kiện cắt và chèn dập

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DẪN ĐỘNG  PHANH .

3.1. Thiết kế tính toán bầu phanh trước.

Bầu phanh thường có dạng màng hoặc pittông, áp suất tác dụng lên màng pittông được dịch chuyển thành lực trên ti đẩy tác dụng lên thanh dẫn động trục cam như thể hiện trên sơ đồ tính toán hình 3.1

Hình 3.1:  Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên thanh đẩy

• Xét cân bằng tại cam ép

Phương trình cân bằng lực:

Q₁.L.h_T = (P₁^/ + P₂^/).h/2                (*)

Trong đó:

L – cánh tay đòn, chọn theo xe tham khảo: L = 160 mm = 0,160 (m)

h_T – hiệu suất truyền động của cam. h_T = 0,85

P₁^/, P₂^/ - lực đẩy của cam lên guốc trước và guốc sau.

Từ hoạ đồ lực phanh ta có:

P₁^/ = 15098  N.

P₂^/ = 37514 N.

h – khoảng cách giữa hai lực P₁^/ và P₂^/,

chọn theo xe tham khảo: h = 50 mm = 0,05 m.

Thay số vào công thức (*) ta được:

• Xét sự cân bằng của màng phanh

Trong đó:

Q₁ – Lực tác dụng lên thanh đẩy của bầu phanh. Q₁ = 9671,32  N.

P_j - Áp suất trong của bầu phanh, P_j = 0.7 MN/m².

D₁ - Đường kính hiệu dụng của màng phanh.

h₁ – Hệ số tính đến độ nạp khí vào bầu phanh, h₁ = 1.

h_2­ – Hệ số tính đến tổn hao do ma sát, h₂ = 0,95

P_lx – Lực ép lò xo, theo kinh nghiệm lấy: P_lx = 140 N.

Thay các giá trị trên vào công thức ta có:

• Diện tích hiệu dụng của bầu phanh
• Diện tích bao kín của bầu phanh: F_B = F_A / K

K – hệ số dự trữ năng lượng, lấy K = 0,8

Vậy: F_B = 12861 / 0,8 = 16076  mm².

• Đường kính bao kín của bầu phanh

Kết luận: Bầu phanh trên đảm bảo yêu cầu đặt ra. Kiềm tra thấy phù hợp với loại buồng phanh kiểu 24.

3.3 .Tính toán van điều khiển.

3.3.1.  Sơ đồ tính toán

Hình 3.2: Sơ đồ tính toán van phân phối

A,B – Khí nén đi ra các cầu. D,E – Khí nén từ bình chứa đến.

3.3.2.  Tính toán buồng trên

Lực tác dụng lên piston 2 là lực của người lái xe tác dụng lên bàn đạp Q_bđ thông qua hệ thống dẫn động cơ khí.

P = Q_bđ .i_bđ .h

Trong đó:

Q_bđ - Lực của người lái tác dụng lên bàn đạp.

i_bđ - Tỷ số truyền của cơ cấu dẫn động.

h– Hiệu suất của cơ cấu dẫn động.

Mặt khác ta có:

P = P_j.S₂ + P_lx1 + P_lx2

P = P_j .S₂ + C₁d₁ + C₂d₂

Trong đó:

P_j - Áp suất khí nén, P_j­  = 0,7 MN/m².

S₂ – Diện tích mặt piston 2.

C₁,C₂ - Độ cứng của lò xo 1 và 2.

d₁,d₂ - Độ biến dạng của lò xo 1 và 2.

Khi đạp phanh: P_j tăng ; C tăng ; d tăng dẫn đến P tăng.

* Tính S₂   

Khi thiết kế, chọn các thông số về đường kính của Piston 2 theo xe tham khảo.

Chọn: D = 70mm, d = 25 mm.

Độ cứng của lò xo 1 và lò xo 2 phải đảm bảo đóng mở dứt khoát tránh các trường hợp đóng mở cưỡng bức khi chưa có lực tác dụng. Tránh các trường hợp cộng hưởng.

Khi thiết kế chọn P_lx1 và P_lx2 theo xe tham khảo:

 P_lx1 = 500 N;

 P_lx2 = 300 N

* Vậy lực tác dụng lên Piston 2 là:

P = 0,7.10⁶.33,5.10^-4 + 500 +300 = 3145 N.

* Tính lực tác dụng lên bàn đạp Q_bđ

Trong đó:

i_dđ - Tỷ số truyền dẫn động từ bàn đạp đến Piston 2

Theo xe tham khảo lấy i_dđ = 8.

h – Hiệu suất truyền lực của bàn đạp, h= 0,95.

* Kết luận: Các kích thước của buồng trên đảm bảo giá trị lực bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép.

3.3.3 Tính toán buồng dưới

Kết cấu của Piston 1:

 Hình 3.3: Kết cấu Piston 1

Piston 1 được điều khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên.

Ta có phương trình cân bằng lực:

P_j .S_1t = P_j .S_1d + P_lx3 + P_lx4                         (*)

Trong đó:

P_j - Áp suất khí nén , P_j = 0,7 MN/m².

S_1t – Diện tích phần trên của Piston 1.

S_1d – Diện tích phần dưới của Piston 1.

P_lx3 ,P_lx4 – Lực lò xo 3 và 4

Theo xe tham khảo chọn:

P_lx3 = P_lx1 = 500 N.

P_lx4 = P_lx2 = 300 N.

Từ Piston 2 ta xác định được kích thước sau của Piston 1

D_1t = 0,12(m), d =0,025 (m)

Ta có: 

Từ công thức (*) ta có:

Do đó: 

Chương 4: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN VAN CHẤP HÀNH

4.1 Các chế độ làm việc và nguyên lý hoạt động của van chấp hành:

+ Phanh bình thường:

Trong đó:

-cửa A1 nối với bình chứa khí

-cửa A2 nối với tổng van

-cửa B nối với bầu phanh

-cửa C thông với khí trời

 

Van I mở , van I’ đóng

Van II đóng , van II’ mở

Van III mở, van III đóng

Tổng phanh mở cấp khí nén từ bình chứa tới bầu phanh tạo ra lực phanh .

+Xảy ra hiên tượng trượt lết :

• giảm áp:

Van I mở , van I’ đóng

Van II mở , van II’ đóng

Van III đóng , van III’ mở

Khí nén trong bầu phanh được xả bớt ra ngoài qua của C nhờ van III’ mở.

 

 

• Giữ áp :

Van I mở , van I’ đóng

Van II mở , van II’ đóng

Van III mở , van III’ đóng

Khi khí nén trong bầu phanh xả bớt ra ngoài tới áp suất vừa đủ thì van III mở điều khiển van III’ đóng để giữ áp suất không đổi.

• tăng áp:

Van I mở , van I’ đóng

Van II đóng , van II’ mở

Van III mở, van III’ đóng

Khi giữ áp tới 1 khoảng thời gian cần thiết , ECU điều khiển cho van II đóng lại để van II’mở, tăng áp suất khí nén tới bầu phanh để tăng hiệu quả phanh.

Cả 3 quá trình trên lặp đi lăp lại nhiều lần trong suốt quá trình phanh cho tới khi hiện tượng trượt lết kết thúc.

+Xáy ra hiện tượng trượt quay:

• Tăng áp:

Van I đóng , van I’ mở

Van II mở, van II’ đóng

Van III mở, van III đóng

Khí nén được cấp trực tiếp từ bình chứa khí tới bầu phanh nhờ van I’ mở.

• Giữ áp :

Van I mở , van I’ đóng

Van II mở , van II’ đóng

Van III mở , van III’ đóng

Khi khí nén trong bầu phanh được cấp tới áp suất vừa đủ thì van I mở điều khiển van I’ đóng để giữ áp suất không đổi.

 

• Giảm áp:

Van I mở , van I’ đóng

Van II mở , van II’ đóng

Van III đóng , van III’ mở

Áp suất được giữ không đổi trong 1 khoảng thời gian vừa đủ sau đó phải xả bớt  khí nén trong bầu phanh ra ngoài qua của C nhờ van III’ mở để tăng hiệu quả truyền lực.

Cả 3 chế độ trên hoạt động liên tục trong suốt quá trình phanh cho tói khi hiện tựơng trượt quay kết thúc.

Cả 2 hiện tượng trượt quay và trượt lết , các van I, II và III đều được điều khiển bởi ECU với tín hiệu đầu vào lấy từ các cảm biến tốc độ ở các bánh xe.

4.3              Kết cấu van chấp hành:

+ Cụm van chống trượt lết:

+ Cụm van chống trượt quay:

Bằng các đường dẫn nối 2 cụm van trên như trên sơ đồ kết cấu , ta được cụm van chấp hành có tác dụng trượt lết và chống trượt quay .

4.3 Tính toán tiết diện của Van điện từ

Trong quá trình làm việc, lượng khí nén ra vào bầu phanh sau là liên tục theo quá trình điều khiển, vì vậy trong mỗi lần thực hiện một lệnh điều khiển hệ thống phải đảm bảo lượng khí được cung cấp đến bầu phanh phải đủ để thực hiện quá trình phanh.

Ta có diện tích hiệu dụng của bầu phanh cơ cấu phanh sau khi đã tính đến hệ số tích lũy năng lượng là :

F_B= 16076,8 mm²_­  

(lấy từ chương 3 : tính toán bầu phanh)

Thể tích khí tiêu hao ở 1 bầu phanh sau trong mỗi lần phanh là:

 

Trong đó : Độ dịch chuyển màng Ss = 19,5mm được chọn từ xe tham khảo.

Áp suất khí nén của hệ thống : Pj=0,7 MN/mm²

Tần số điều khiển đóng mở khi thực hiện đóng mở van điện từ của hệ thống ABS là : f­_s = 7 Hz

Suy ra: thời gian đóng mở một lần ngắn nhất của van điện từ là : t_s= 1/21 s.

Lưu lượng khí nén đi qua lỗ thông khí nhỏ nhất của van trong một lần đóng mở là :

Q= Vp/ts=0,25/(1/21)=5,25 (l/s)

Lưu lượng khí nén đi qua van phụ thuộc vào độ chênh áp trước và sau van và tiết diện của van.

Ở trường hợp , khi áp suất ở sau cơ cấu chấp hành bằng không là khi đó độ chênh áp giữa trước và sau cơ cấu chấp hành là lớn nhất : 0,7 MN/mm²

Đường kính lỗ van nhỏ nhất để thỏa mãn điều kiện trên là :

Thiết kế chọn d_s=3 mm là đảm bảo đủ yêu cầu.

4.3 Tính toán lực từ cuộn dây trong van chấp hành .

Xác định lực hút điện từ :

Trong đó :

F : Lực điện từ (N)

P_lx : Lực lò xo hồi vị. chọn lò xo có độ cứng để thỏa mãn

=>

a : gia tốc trung bình của van

 Để đảm bảo tần số đóng mở của van trong thời gian ngắn nhất là 1/21 s với quãng dịch chuyển của van là 1,5 mm.

 Vận tốc trung bình đạt được là : v_v=1,5.21=31,5 mm/s

    Gia tốc trung bình đạt được là : a=v_v/t=31,5.21=661,5 mm/s² = 0,66 m/s².

a=0,66 m/s²

m : khối lượng lõi solenoid (kg)  :

Với :

 : Khối lượng riêng của lõi van điện từ. = 7800 (kg/m³)

V : Thể tích của lõi van (m³)

d : đường kính ngoài ống từ thông. d = 9.10^-3 (m)

h : chiều dài lõi van. h = 20.10^-3 (m)

 Độ cứng của lò xo chọn là: C_lx=(1/5.9,92.10^-3.0,66)/(1,5.10^-3)=0,873 N/m

 Suy ra :                 

Trong đó:

 : từ thông

      S : Tiết diện của loi van điện từ (m²)

      IW : suất từ động

      G: từ dẫn mạch từ

Nếu bỏ qua từ thông tản, ta có biểu thức tính từ dẫn ở khe hở không khí, đạo hàm từ dẫn và suất từ dẫn rò ta có :

Trong đó :

 : Từ dẫn mạch từ (H)

 : Hệ số từ thẩm vật liệu từ. Với không khí = 4.10^-7 (H/m)

Suất từ động (I.w) của cuộn dây được tính theo công thức :

d : đường kính lõi van  d = 9.10^-3 (m)

 : khe hở.  = 0.5(mm) = 0,0005 (m)

 : Hệ số từ thẩm vật liệu từ. Với không khí = 4.10^-7 (H/m)

D : Đường kính ngoài cuộn dây. D = 21.10^-3 (m)

d : Đường kính lõi van điện từ. d = 9.10^-3 (m)

 

 

Vậy ta có :

Mặt khác ta lại có :

Hay :

Trong đó :

q : tiết diện dây quấn (m²)

(I.w) : Suất từ động của cuộn dây. (Iw) = 4405 (A.v)

 : Điện trở suất của đồng. = 2,2.10^-8 ()

U : Hiệu điện thế nguồn. U = 12 (V)

l_tb : Chiều dài trung bình của một vòng dây

D : Đường kính ngoài cuộn dây. D = 21.10^-3 (m)

d : Đường kính ngoài ống từ thông. d = 9.10^-3 (m)

Suy ra :

Đường kính dây quấn :

Tính cả khe hở không khí thì đường kính dây được tính là :

  d_dq = 0,7+0,05=0,75 (mm)

Số vòng cuộn dây w được xác định theo công thức :

Với :

(I.w) : Suất từ động của cuộn dây. (Iw) = 4405 (A)

q : tiết diện dây quấn lúc này là .

  (mm²)=0,44.10^-6(m²)

j : Mật độ dòng điện trong dây quấn ở chế độ làm việc dài hạn.    

 j = 1,54(A/mm²)

               Chọn j = 3.10⁶ (A/m²)

 (vòng)

CHƯƠNG 5:        THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH

5.1. Phân Tích Kết Cấu, Chọn Dạng Sản Xuất

5.1.1. Phân tích kết cấu

Chi tiết lõi Solenoid trong cụm lõi từ của van chấp hành .

Chức năng nhiệm vụ:  thực hiện việc đóng mở van từ của cơ cấu chấp hành trong hoạt động điều khiển áp suất bầu phanh của van chấp hành .

Khi lắp ghép lõi Solenoid được lắp lỏng với mối lắp ghép H7/e6 để giúp nó có thể chuyển động dễ dàng dưới tác dụng của lực từ.

Vì lõi Solenoid có nhiệm vụ đóng mở van từ nên có các yêu cầu trong gia công như sau:

 - Mặt A và mặt B  có độ chính xác gia công ca Ra=1.25

 - Mặt C gia công ở độ chính xác thấp hơn với Rz=20

 - Rãnh khí có yêu cầu kỹ thuật không cao.

5.1.2. Chọn dạng sản xuất

Do tính chất sản xuất mang tính sửa chữa và cải tiến nhỏ, cho nên ta chọn sản xuất là đơn chiếc.

5.2. Lập Quy Trình Công Nghệ

5.2.1. Phương pháp tạo phôi

Chi tiết có dạng hình trụ bậc, đường kính lớn nhất là 11 mm.

Dạng sản xuất là đơn chiếc.

5.2.2. Thiết kế quy trình công nghệ

 Nguyên công 1:

Bước 1 :  Tiện mặt ngoài với đường kính 8mm

* Định vị:

+ Kẹp phôi lên máy tiện T616 bằng mâm cặp 3 chấu.

+ Định vị chi tiết bằng bề mặt trụ của phôi.

*Dụng cụ:

+ Dao  tiện được chế tạo bằng thép P8.

* Chế độ cắt:

+ Tốc độ cắt: V = 145 mm/ph                   

+ Chiều sâu cắt: t = 1 mm

+ Lượng chạy dao: S = 0,2 mm/vòng

Bước 2 Tiện rãnh 3mm

* Định vị và kẹp chặt:

+ chi tiết được kẹp bằng mâm kẹp 3 chấu cuả máy tiện

* Chọn máy:

+ Chọn máy tiện T616

* Chọn dao:

+ Chọn dao tiện bằng thép gió có kí hiệu P8

* Chế độ cắt:

 Tiện rãnh rộng 3mm

+ Lượng dư gia công:       

+ Chiều sâu cắt: t = 0,5 (mm)

+ Lượng chạy dao: Tra bảng 5-11 (Sổ tay công nghệ chế tạo máy) ta có:                                                                                     

S = 0,1 (mm/vòng)         

+ Tốc độ cắt: 

Trong đó:

T – Trị số trung bình của tuổi bền khi gia công. T = 40

C_v – Hệ số điều chỉnh, tra bảng 5-17(STCNCTM) ta có:

          C_v = 328, x = 0,12, y = 0,5, m = 0,28

Hệ số: 

Trong đó:

k_mv– Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công, tra bảng (5-4): k_mv = 1

k_uv– Hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt, tra bảng (5-6): k_uv =1

k_nv– Hệ số phụ thuộc vào tình trạng bề mặt, tra bảng(5-31): k_lv = 0,9

Do đó:  k_v = 0,9.1.1 = 0,9

Vậy: 

Bước 3 : Tiện các mặt vát,

  * Định vị và kẹp chặt:

+ Chi tiết được kẹp chặt trên kẹp 3 chấu của máy tiện

* Chọn máy:

+ Chọn máy tiện T15K6

* Chọn dao:

+ Chọn dao tiện bằng thép gió có kí hiệu P8

* Chế độ cắt:

+ Lượng dư gia công:

+ Độ sâu cắt : t=2 mm

+ Bước tiến dao : 0.1 mm/vòng

Bước 4 :  Tiện cắt đứt chi tiết.

* Chọn dao : dao tiện bằng thép gió có kí hiệu P8

* Chế độ cắt :

          + Độ sâu cắt : t= 2.5 mm

          + bước tiến dao : s=0.1 mm/vòng

Nguyên công 2 và 3 : Phay rãnh thoát khí.

Bước 1: phay rãnh khí số

* Chi tiết được kẹp chặt nhờ đồ gá lắp ghép. Như hình vẽ.

* Máy phay: T15K6

* Chọn dao: dao phay đĩa chế tạo bằng thép gió có ký hiệu P8 có độ dày bằng bề rộng của rãnh khí là :

 2,5 mm

* Chế độ cắt :

+ tốc độ cắt; 148 mm/ phút

+ chiều sâu cắt : t= 1,2 mm

+ bước tiến dao : 0,1 mm/vòng

Bước 2 : phay rãnh khí số 2

* thay đổi vị trí gá đặt chi tiết bằng nửa mặt trụ đối diện

* chế độ cắt như ở bước 1.

Nguyên công 4 : Mài các bề mặt làm việc:

* Chọn máy: mài phẳn tinh bằng đá mài hình trụ trêm máy có bàn từ quáy

* Chế độ mài:  

+ tốc độ chuyển động của bàn máy: v= 40  m/phút

+ lượng chạy dao theo chiều sâu và vòng quay của bàn : s=0,005 mm

Nguyên công 5: Kiểm tra chi tiết.

+ Kiểm tra kích thước chi tiết.

+ Độ nhám các bề mặt làm mặt làm việc

+ Độ trụ của mặt trụ

KẾT LUẬN

 

Đề tài thiết kế hệ thống phanh khí nén tích cực cho xe tải nhỏ là một đề tài còn khá mới nhưng lại được ứng dụng trong thực tiễn. Đây là một đề tài thiết thực, không chỉ góp phần nâng cao kiến thức trong nhà trường mà còn là cơ sở phục vụ cho quá trình nghiên cứu các hệ thống điều khiển phanh khác, đồng thời hỗ trợ cho công tác thiết kế hệ thống phanh hiện đại đang được khai thác ở Việt Nam, đáp ứng được xu hướng phát triển không ngừng của nền công nghiệp ô tô Việt Nam

Trong vài năm trở lại đây, hệ thống phanh khí nén tích cực là một phần không thể thiếu trên các xe tải . Dù  đây còn là một vấn đề khá mới với điều kiện công nghệ ô tô ở Việt Nam nhưng lại là rất cần thiết. Do đó đề tài đã thiết kế tính toán một hệ thống phanh khí nén tích cực cho ô tô tải .Phương pháp tiếp cận để giải quyết nhiệm vụ của để tài là tính toán ,thiết kế bản vẽ. Sau khi đi vào tìm hiểu, phân tích những hệ thống đang được sử dụng hiện nay trên các xe, đề tài đã lựa chọn ra một hệ thống phù hợp với xe tham khảo, đồng thời có khả năng hoạt động tốt trên nhiều loại mặt đường khác nhau, ổn định hơn khi phanh, đặc biệt tiện nghi cho các loại xe lắp ráp trong nước và cho người sử dụng.

Với thời lượng 15 tuần để hoàn thành đề tài và một phần kiến thức còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của em không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy trong hội đồng và bộ môn để có thể hiểu sâu hơn về đồ án của em.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]  Omron, Catalog “Cylindrical Proximity Sensor E2A”.

[2]  Hyundai Sevice, Chonan Technical Service Training Center, “Anti-Lock      Brake System for Hyundai Commercial Vehicles”, năm 2010.

[3]  Philips Semiconductors, “Rotational Speed Sensors”, năm 1999.

[4]  Meritor Wabco, “Antilock Braking System for truck”, năm 2011.

[5]  GS.TSKH  Nguyễn Hữu Cẩn, “ Lý thuyết ô tô, máy kéo”, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, năm 2005.

[6] Microchip technology, “dspic30F4011/4012 Data sheet, High-performance, 16-bit digital signal controller”,năm 2010.

 [7]  PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan, “Bài giảng thiết kế tính toán ôtô”, NXB ĐHBK Hà Nội (2007).

[8]  Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1 và 2)”, NXB Giáo dục (198).

[9]  PGS, TS. Ninh Đức Tốn – TS. Đỗ Trọng Hùng, “Hướng dẫn làm bài tập dung sai”, Nhà xuất bản ĐHBK Hà Nội (2000).

[10] Nguyễn Khắc Trai, “Kỹ thuật chẩn đoán ô tô”, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 2007.