MỤC LỤC

1. MỤC ÐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI. 1

2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH. 3

2.1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ. 3

2.1.1. Công dụng của hệ thống phanh. 3

2.1.2. Yêu cầu của hệ thống phanh. 3

2.1.3. Các loại phanh. 4

2.1.4. Phân loại hệ thống phanh. 4

2.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH. 5

2.2.1. Tiêu chuẩn kiểm tra phanh của Việt Nam. 5

2.2.2. Tiêu chuẩn của Liên Xô. 6

3. PHÂN TÍCH CÁC BỆ THỬ PHANH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 10

3.1. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU PHÂN LOẠI BỆ THỬ PHANH. 10

3.1.1. Công dụng. 10

3.1.2. Yêu cầu. 10

3.1.3. Phân loại bệ thử phanh. 10

3.2.  PHÂN TÍCH MỘT SỐ LOẠI BỆ THỬ PHANH. 12

3.2.1.  Bệ thử kiểu sàn di động. Hình 3.1. 12

3.2.2. Bệ thử kiểu băng tải- tang quay. Hình 3.2. 14

3.2.3. Bệ thử kiểu quán tính (bệ thử con lăn cao tốc). Hình 3.3. 15

3.2.4. Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân bằng. Hình 3.4. 18

3.2.5. Bệ thử kiểu động cơ cân bằng. Hình 3.5. 19

3.2.6. Bệ thử kiểu con lăn có cảm biến đo lực. Hình 3.6. 21

3.3. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ. 22

3.4. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ BỆ THỬ. 23

3.4.1.  Sơ đồ cấu tạo. 23

3.4.2.  Nguyên lý hoạt động. 25

4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH. 28

4.1. CHỌN THÔNG SỐ BAN ĐẦU. 28

4.1.1. Chọn chế độ thử. 28

4.1.2. Chọn bán kính bánh xe. 29

4.1.3. Xác định hệ số bám. 30

4.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CON LĂN. 32

4. 2.1. Chọn phương án bố trí con lăn. 32

4.2.2. Xác định khoảng cách thử cần thiết. 33

4.2.3. Tính toán thiết kế đường kính con lăn : 36

4.2.4. Tính toán thiết kế chiều dài con lăn. 37

4.3. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN. 45

4.3.1. Tính công suất cần thiết. 45

4.3.2. Chọn động cơ điện. 46

4.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ. 47

4.4.1.  Tính toán thiết kế hộp giảm tốc. 48

4.4.2. Tính toán thiết kế bộ truyền xích. 56

4.4.2.1. Tính toán bộ truyền xích từ động cơ đến con lăn. 57

4.5. THIẾT BỊ ĐO. 64

4.5.1.  Sơ lược các loại thiết bị đo. 64

4.5.2. Cảm biến đo lực phanh. 65

4.5.3. Cảm biến trọng lượng. 70

4.5.4. Cảm biến vận tốc trượt. 72

4.6.  HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. 76

4.6.1. Sơ đồ cấu tạo. 76

4.6.2. Nguyên lý làm việc. 77

4.6.2. Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng. 83

4.7. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỀN MÓNG. 84

4.7.1. Chọn móng. 84

4.7.2. Tính toán kích thước móng. 84

5. QUY TRÌNH THỬ PHANH. 88

5.1. KIỂM TRA SƠ BỘ. 88

5.2. CHỌN CHẾ ĐỘ KIỂM TRA. 88

5.3. THAO TÁC KIỂM TRA. 90

5.4. XỬ LÝ KẾT QUẢ. 90

6. CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG PHANH THÔNG QUA KẾT QUẢ KIỂM TRA TRÊN BỆ THỬ. 92

6.1. HIỆU QUẢ PHANH THẤP. 92

6.2. LỰC PHANH LỆCH. 97

7. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA BỆ THỬ ĐƯỢC THIẾT KẾ. 100

7.1. SAI LỆCH HIỆU QUẢ PHANH DO SAI SỐ KHI ĐO TRỌNG LƯỢNG TRỤC.. 100

7.2. SAI SỐ DO KẾT CẤU HOA LỐP. 100

7.3. CÁC TRUỜNG HỢP KHÁC. 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 102

LỜI NÓI ĐẦU

   Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kính tế quốc dân đòi hỏi cần chuyên chở khối lượng lớn hàng hoá và hành khách. Tính cơ động cao, tính việt dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô đã trở thành một trong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở hàng hoá và hành khách.Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành chế tạo ôtô đã đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc. Ô tô ngày càng được cải thiện, tải trọng vận chuyển tăng lên, tốc độ ngày càng cao, tính kinh tế và độ bền nâng cao... Đi đôi với việc cải tiến mẫu mã, nâng cao tính tiện nghi, giảm giá thành..., một trong những ưu tiên hàng đầu của các nhà chế tạo ô tô là nâng cao tính an toàn cho người sử dụng. Quan trọng nhất trong các hệ thống an toàn của ô tô là hệ thống phanh.

Với tốc độ gia tăng về số lượng cũng như về chủng loại của các phương tiện giao thông đường bộ dẫn đến một nhu cầu cấp thiết là phải đặt ra một hệ thống kiểm tra an toàn cho các loại phương tiện cơ giới đường bộ. Để đảm bảo tính chính xác, khách quan cho việc đánh giá kết quả kiểm tra này, cần thiết phải có một loạt các thiết bị kiểm tra chuyên dùng. Do đó em chọn đề tài “Thiết kế bệ thử phanh ô tô”.

Sau thời gian hơn ba tháng tìm hiểu nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy ……… đến nay em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp được giao.

          Với những nhận thức còn hạn chế về nhiều mặt, đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự thông cảm và nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo, các kỹ sư cũng như các bạn bè sinh viên.                         

                                                                                         ……, ngày…..tháng…..năm 20….

                                                                                                  Sinh viên thực hiện :    

                                                                                                    ......…………..

1. MỤC ÐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI.

Ô tô là phương tiện chủ yếu để vận chuyển hàng hóa và hành khách trên các tuyến đường bộ Việt Nam cũng như các nước khác trên thế giới.

Ngày nay với sự phát triển lớn mạnh của khoa học- công nghệ và nền kinh tế cũng như sự gia tăng dân số, nên đòi hỏi số lượng cũng như tốc độ của ôtô được tăng lên, dẫn đến mật độ phương tiện giao thông ngày càng cao, vấn đề an toàn giao thông là một trong nhưng vấn đề bức thiết và được xã hội quan tâm. Việc nâng cao khả năng kiểm tra, chẩn đoán các hư hỏng đối với các phương tiện cơ giới đường bộ bắt buộc phải có các thiết bị chuyên dụng. Công tác lắp ráp, bảo dưỡng, sữa chữa của ngành công nghiệp ôtô - máy kéo ngày càng được ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật nhiều hơn, nhằm nâng cao độ chính xác cũng như sự đồng nhất về chất lượng sản phẩm.

Ðể xác định chất lượng của hệ thống phanh ta có thể sử dụng hai phương pháp sau đây: phương pháp thử phanh trên đường và phương pháp thử phanh trên bệ thử.

- Ðối với phương pháp thử phanh trên đường:

Ðây là phương pháp phổ biến trong thời gian trườc đây, ở nước ta cũng có một số nơi sử dụng phương pháp này. Phương pháp này có một số ưu điểm là vốn đầu tư ít, kết quả kiểm tra sát với điều kiện thực tế. Tuy nhiên khi thử phanh bằng phương pháp này cần phải có một diện tích sử dụng lớn, thời gian thử kéo dài, kết quả kiểm tra phụ thuộc vào chất lượng đường sá, thời tiết, nhất là sự chủ quan của người kiểm tra. Mặt khác, với tốc độ ngày càng cao thì phương pháp này gây mất an toàn cho người lái và phương tiện, tiêu tốn nhiên liệu, rung động các chi tiết.

- Ðối với phương pháp thử trên bệ thử:

Là phương pháp hiện đại có nhiều ưu điểm nổi bật:

Kết cấu nhỏ gọn thuận tiện cho việc bố trí trong các điều kiện nhà xưỡng chật hẹp.

Kết quả đo có độ chính xác cao, dễ dàng cơ khí hoá, tự động hoá và lưu trữ kết quả phục vụ cho công tác thống kê và phân tích hư hỏng.

Thời gian thao tác nhanh, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, điều kiện đường sá.

   Tuy nhiên, phương pháp này còn có những nhược điểm sau:

           - Ðòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn.

           - Ðiều kiên thử không sát với kiện thực tế sử dụng xe.

            Qua việc phân tích đánh giá ưu, khuyết điểm của hai phương pháp thử trên. Bênh cạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng các hệ thống quản lý chất lượng tiên tiến được ưu tiên hàng đầu. Việc thử phanh trên bệ thử đảm bảo được tính đồng nhất, tính chính xác và trung thực về kết quả kiểm tra. Nó đáp ứng được hầu hết các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế xã hội của thời đại ngày nay và nhất là sự an toàn cho con người và phương tiện kiểm tra. Với những yêu cầu thực tế như đã nêu trên đồng thời để làm quen với việc áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Em chọn đề tài “Thiết kế bệ thử phanh ô tô tải trọng dưới 10 tấn trên một trục”. Trong phạm vi đề tài này, dựa trên cơ sở lý thuyết đã học cộng với một số bệ thử hiện có, em tiến hành thực hiện phân tích những ưu nhược điểm của một số loại bệ thử để nghiên cứu thiết kế một bệ thử phanh. Thông qua đề tài này và với sự tận tình chỉ bảo của thầy giáo hướng dẫn là một cơ hội tốt để em củng cố vốn kiến thức đã học và thu lượm thêm một số kiến thức quý báu cho bản thân.

            * Mục đích đề tài:

            Là tạo ra một cơ sở lý thuyết rỏ ràng trong việc thiết kế bệ thử phanh, thông qua đó nâng cao được hiệu quả sử dụng bệ thử. Tức là kết quả kiểm tra phanh được phản ánh chính xác hơn và tăng tính bền khi sử dụng bệ thử.

            * Ý nghĩa của đề tài:

            Là tài liệu hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu về lĩnh vực chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ô tô bằng bệ thử. Đặc biệt là tài liệu tham khảo cho những ai tự thiết kế, chế tạo bệ thử phanh để phục vụ cho công tác kiểm tra, nghiên cứu và sữa chữa.      

2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH.

2.1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ.

2.1.1. Công dụng của hệ thống phanh.

          Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó.

          Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên mặt đường ngang hoặc trên nền nghiêng.

          Như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng.

          - Nó cho phép ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc.

          - Nhờ đó mà người sử dụng có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khai thác triệt để năng suất vận chuyển của phương tiện.

2.1.2. Yêu cầu của hệ thống phanh.

          Hệ thống phanh phải đảm bảo các yêu cầu chính như sau:

- Luôn luôn hoạt động ổn định, độ tin cậy cao, bền vững.

- Phanh êm dịu để đảm bảo tính tiện nghi và an toàn cho người sử dụng.

- Luôn đảm bảo tính ổn định và điều khiển khi phanh.

            - Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm.

            - Đảm bảo hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh ổn định trong các điều kiện khác nhau về nhiệt độ, thời tiết. Khả năng thoát nhiệt tốt.

            - Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực điều khiển tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển phù hợp.

             - Để đảm bảo quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điều khiển được đúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo quan hệ tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở các bánh xe (cơ cấu tỷ lệ). Không có hiện tượng tự siết khi phanh.

          - Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô khi phanh, sự phân bố lực phanh giữa  các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ với lực pháp tuyến lên chúng. Theo nghiên cứu, hệ số tỷ lệ giữa lực phanh và trọng lượng chính bằng hệ số bám.

- Sai lệch lực phanh trên các bánh xe phải và trái cùng một cầu phải nhỏ hơn một giới hạn cho phép.

- Không xảy ra hiện tượng bó cứng, trượt lê các bánh xe.

          Để đảm bảo các yêu cầu này, trên các ô tô hiện đại người ta sử dụng bộ điều chỉnh lực phanh và hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS).

2.1.3. Các loại phanh.

          Nhằm đảm bảo độ tin cậy, tính an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh được thiết kế bao gồm các loại phanh sau:

        - Phanh chính: phanh này được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.

             - Phanh dự trữ: dùng để phanh ô tô trong trường hợp phanh chính bị hỏng, thường được sử dụng các dạng bầu tích năng lượng (lò xo, khí nén..).

      - Phanh dừng: dùng để giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc. Phanh thường điều khiển bằng tay đòn nên còn gọi là phanh tay. Trên một số ô tô người ta kết hợp phanh dừng và phanh dự trữ.

       - Phanh chậm dần: sử dụng cho các loại ô tô có tải trọng lớn hay hoạt động ở các vùng đồi dốc, dùng để khống chế tốc độ động cơ khi đổ dốc dài hoặc làm giảm tốc độ ô tô trước khi dừng hẳn. Các loại phanh chậm dần thường gặp là phanh động cơ.

              Các loại phanh trên có thể dùng chung và kiêm nhiệm chức năng của nhau, nhưng chúng phải có ít nhất là hai bộ phận điều khiển và dẫn động độc lập.

2.1.4. Phân loại hệ thống phanh.

            - Căn cứ theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: phanh bánh xe, phanh truyền lực.

             - Căn cứ theo dạng phần tử ma sát, phanh chia ra: phanh guốc, phanh đĩa, phanh dãi.

          - Căn cứ theo loại dẫn động, phanh chia ra: phanh cơ khí, phanh thuỷ lực, phanh khí nén, phanh điện từ, phanh liên hợp ...

          - Căn cứ theo phương án bố trí dòng dẫn động, phanh chia ra: phanh một dòng, phanh hai dòng độc lập, phanh hai dòng bố trí chéo...

          Ngoài ra, người ta còn có một số cách phân loại khác căn cứ vào loại trợ lực phanh (chân không, khí nén...), căn cứ vào phương pháp tác dụng (Trực tiếp, gián tiếp...) v.v...

2.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH.

         Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh có thể dùng các chỉ tiêu sau: gia tốc chậm dần, thời gian phanh, quãng đường phanh và lực phanh.

2.2.1. Tiêu chuẩn kiểm tra phanh của Việt Nam.

        Tiêu chuẩn: 22-TCVN 224-2001 ban hành kèm theo Quyết định số 4134/2001/QĐ -GTVT ngày 05 tháng 12 năm 2001 của bộ giao thông vận tải dùng làm tiêu chuẩn kiểm tra cho phép ô tô lưu hành trên đường, nội dung phần tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh như sau: [1].

        - Hiệu quả phanh chính khi thử trên đường:

         Điều kiện thử: trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông ximăng bằng phẳng và khô, hệ số bám (không nhỏ hơn 0,6).

         Hiệu quả phanh được đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu quãng đường phanh Sp (m) hoặc gia tốc chậm dần Jpmax (m/s²) với chế độ thử phương tiện không tải ở tốc độ 30km/h và được qui định như sau: (bảng 2.1).

         Bảng 2.1. Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ôtô lưu hành trên đường. Do Bộ GTVT Việt Nam quy định ngày 05 tháng 12 năm 2001.   

Khi phanh, quỹ đạo chuyển động của ô tô không lệch quá 8⁰ so với phương chuyển động ban đầu và không lệch khỏi hành lang 3,5 m.

Hiệu quả phanh chính khi thử trên băng thử:

         + Chế độ thử: phương tiện không tải.

-     Tổng lực phanh không nhỏ hơn 50% trọng lượng phương tiện không tải Go đối với tất cả các loại xe.

-     Sai lệch trên một trục: (giữa bánh bên phải và bánh bên trái).

KSL =

                                  KSL không được lớn hơn 25%

         Hiệu quả phanh dừng xe (điều khiển bằng tay hoặc chân).

         + Chế độ thử : phương tiện không tải.

- Dừng được ở độ dốc 20 % đối với tất cả các loại xe khi thử trên dốc hoặc tổng lực phanh không nhỏ hơn 16% trọng lượng toàn bộ phương tiện không tải khi thử trên băng thử.

Tiêu chuẩn này chủ yếu sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đích cho phép ô tô lưu hành trên đường nhằm đảm bảo an toàn khi chuyển động. Đối với các cơ sở nghiên cứu hay thiết kế hay chế tạo thì cần áp dụng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn, ở Việt Nam đang thử nghiệm áp dụng tiêu chuẩn về hệ thống phanh TCVN 5658-1999.

2.2.2. Tiêu chuẩn của Liên Xô.

Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớn nhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của chúng. Giá trị được thể hiện ở bảng 2.2.

Bảng 2.2. Giá trị tối đa của lực điều khiển và hành trình tương ứng.

          Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu đánh giá được cho tương ứng với 3 dạng thử khác nhau:

          Thử 0: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường được tiến hành cho 2 trường hợp: Động cơ được tách và không tách khỏi hệ thống truyền lực

          Thử I: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên. Dạng thử này bao gồm hai giai đoạn, giai đoạn thử sơ bộ để cho các cơ cấu phanh nóng lên sau đó đến giai đoạn thử chính để xác định hiệu quả phanh.

          Thử II: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi ô tô chuyển động xuống dốc dài.

          Các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh chính và phanh dừng của Liên Xô được thể hiện trong: bảng 2.3 và bảng 2. 4.

Bảng 2.3. Tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh chính.

Bảng 2.4. Các tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả hệ thống phanh dự trữ.

3. PHÂN TÍCH CÁC BỆ THỬ PHANH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.

3.1. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU PHÂN LOẠI BỆ THỬ PHANH.

3.1.1. Công dụng.

         Bệ thử phanh là thiết bị tỉnh tại được thiết kế nhằm mục đích đánh giá hiệu quả hệ thống phanh thông qua việc đo thông số  trong quá trình phanh trên các bánh xe. Tuỳ theo loại bệ thử mà ta có phương pháp đo đạc tính toán để ra kết quả khác nhau.

3.1.2. Yêu cầu.

          Một bệ phanh được thiết kế hoàn chỉnh cần phải đảm bảo các yêu cầu đặt ra như sau:

- Về giá thành và kết cấu: bệ thử phanh phải có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành có thể chấp nhận được, kết cấu bền vững chắc chắn.

- Về độ chính xác: lực phanh phải phản ánh lên lực kế hoặc đồng hồ hiển thị phải đảm bảo độ chính xác, không phụ thuộc vào yếu tố chủ quan.

- Về sử dụng điều chỉnh: vận hành bệ thử đơn giản, dễ dàng, thời gian thử ngắn, chất lượng thử đạt yêu cầu.

- Về tính vạn năng: đo được nhiều chủng loại xe khác nhau với các kích thước chiều rộng cơ sở  và các kiểu kích thước lốp khác nhau, tải trọng khác nhau trong phạm vi quy định.

- Về chức năng đánh giá: xác định được nhiều yếu tố đánh giá hiệu quả phanh: lực phanh, quãng đường phanh, thời gian phanh...vv... của mỗi bánh xe trên cùng một cầu và tính đồng thời phanh của các bánh xe.

- Điều kiện làm việc của nhân viên vận hành, tính an toàn của thiết bị: bệ thử phanh phải đảm bảo an toàn khi đang hoạt động, điều kiện làm việccủa nhân viên  được đảm bảo như: ô nhiểm, tiếng ồn ..vv...

          - Ngoài ra bệ thử phải có kích thước nhỏ gọn để giảm diện tích bố trí cần thiết trong nhà xưởng, dễ bảo quản, tránh mưa nắng xuống bệ thử và càc nhân viên kiểm tra xe.

3.1.3. Phân loại bệ thử phanh.

         Theo phương pháp tạo lực phanh, chia ra các loại sau:

- Bệ thử dùng động năng của xe:      

Bệ thử này dùng nguyên lí hấp thụ động năng của ô tô khi phanh (bệ thử kiểu sàn di động). Động năng này có giá trị gần bằng động năng chuyển động của ô tô ở tốc độ phanh xác định. Do thử ở tốc độ xác định nên kết quả khó chính xác, không an toàn.

- Bệ thử dùng năng lượng động cơ điện:

          Bệ thử kiểu này dựa vào công suất của động cơ điện để dẫn động làm quay bánh xe (tang quay hoặc con lăn quay), kết quả thử không phụ thuộc vào công suất động cơ điện mà phụ thuộc vào các cơ cấu đo (cảm biến gia tốc phanh, cảm biến lực phanh..vv...) nên kết quả đo đảm bảo tính chính xác.

          Bệ thử này tiêu tốn năng lượng nhiều do sử dụng công suất động cơ điện để thắng lực cản do phanh, nhưng cho kết quả chính xác, đảm bảo an toàn khi thử xe.

- Bệ thử dùng khối lượng quán tính:

          Bệ thử kiểu này cũng dùng động cơ điện để dẫn động nhưng có gắn thêm bánh đà ở các tang quay hoặc con lăn quay nhằm mục đích tăng mômen quán tính của con lăn. Khi phanh nguồn năng lượng dẫn động được ngắt, lực phanh đo được thông qua việc đo mômen quán tính nên kết quả phụ thuộc vào mômen quay của bánh đà.

          Bệ thử loại này tiêu tốn năng lượng ít hơn do khi phanh chỉ sử dụng năng lượng của bánh đà, nhưng khi thay đổi tải trọng thử phải tính lại mômen của bánh đà nên rất tốn thời gian. Loại bệ thử này chỉ phù hợp với loại bệ thử chuyên dùng cho một vài loại xe xác định.

         Theo kết cấu và nguyên lý làm việc, bệ thử phanh được chia ra:

- Bệ thử kiểu tấm.

- Bệ thử kiểu tang quay hoặc con lăn quay gồm:

          + Bệ thử kiểu tang quay hoặc con lăn quay  tốc độ chậm.

          + Bệ thử kiểu tang quay hoặc con lăn quay tốc độ nhanh.

         Theo sự  kiểm tra đồng thời ở các bánh xe, bệ thử chia ra:

- Bệ thử kiểm tra  phanh ở một bánh xe.

- Bệ thử kiểm tra phanh ở hai bánh xe.

- Bệ thử kiểm tra phanh ở ba bánh xe.

- Bệ thử kiểm tra phanh ở đồng thời tất cả các bánh xe.

         Ngoài ra, tuỳ theo kết cấu, phương pháp đo và các trang thiết bị phụ người ta còn các phân loại khác.

3.2.  PHÂN TÍCH MỘT SỐ LOẠI BỆ THỬ PHANH.

3.2.1.  Bệ thử kiểu sàn di động. Hình 3.1

Hình 3.1. Bệ thử kiểu sàn di động

1. Lực kế; 2. Con lăn; 3. Ô tô thử; 4. Sàn ma sát; 5. Đường ray; 6. Dầm ngang.

Nguyên lý làm việc:

            Cho xe chạy với tốc độ kiểm tra đi vào sàn ma sát 4, khi các bánh xe vào hẳn trong sàn thì người lái tiến hành đạp phanh. Lực phanh tác động vào sàn ma sát làm sàn chuyển động theo, nhờ hệ thống con lăn 2. Sàn ma sát lại được gắn vào một đầu của lực kế, còn đầu kia được nối vào dầm cố định. Do đó khi sàn chuyển động sẽ kéo lực kế từ đó ta biết được giá trị Pkmax  tác dụng vào lực kế.

            Giá trị lực phanh Pp:

                                                                   Pp = G0.j

                                                          Pp   = Pkmax + Pf + Pj                           

Trong đó:

- Go: trọng lượng ô tô thử.

- j:  gia tốc chậm dần khi phanh.

- Pkmax: lực lớn nhất tác dụng vào lực kế.

- Pf:  lực cản lăn của sàn xe.

- Pj:  lực quán tính chuyển động của sàn xe.

         Muốn xác định được Pp chính xác thì ta phải xác định chính xác các lực Pkmax, Pf, Pj. Trong đó ta xác định được:

* Pkmax: đọc theo giá trị được ghi trên lực kế.

* Lực cản lăn ta xác định như sau:  Pf = Gs.f

Trong đó:      

            - Gs: trọng lượng toàn bộ sàn.

           - f:  hệ số cản lăn giữa con lăn và ray:

                                                            Pj =.j

            Trong đó:

                     - G: trọng lượng toàn bộ sàn.

                    - j:  gia tốc dịch chuyển của sàn.

         Lực Pj phụ thuộc vào vận tốc thử nên rất khó xác định, chính vì vậy, phương pháp này không cho kết quả chính xác.

·        Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

         - Kết cấu bệ thử đơn giản.

         - Chế tạo sàn, lực kế, con lăn v.v… dễ dàng.

* Nhược điểm:

         - Kết quả không chính xác, phụ thuộc vào vận tốc thử.

         - Chỉ đo được đồng thời tổng lực phanh của tất cả các bánh xe. Nên việc điều chỉnh lực phanh giữa các bánh xe là không thể được.

         - Không xác định được các chỉ tiêu phanh còn lại.

         - Bệ thử có kích thước lớn.

         - Phương pháp thử không an toàn, do chất lượng hệ thống phanh của xe thử chưa xác định được và đòi hỏi thao tác phải chính xác.

         - Kết quả không chính xác nên phải thử nhiều lần vì vậy không kinh tế.

3.2.2. Bệ thử kiểu băng tải- tang quay. Hình 3.2

Hình 3.2. Bệ thử kiểu băng tải- tang quay.

1. Lực kế; 2. Băng tải; 3. Ô tô thử; 4. Tang quay.

Nguyên lý làm việc :

         Cho hai bánh xe ô tô đi vào băng tải 2, móc kéo sau xe được móc vào một đầu lực kế còn đầu kia cuả lực kế được móc vào vị trí cố định. Cho động cơ làm việc, thông qua hệ thống truyền lực, băng tải 2 chuyển động làm bánh xe quay, khi bánh xe quay với tốc độ ổn định người lái tiến hành đạp phanh. Giữa băng tải và bánh xe xuất hiện lực phanh Pp, lực này có tác dụng đẩy xe về phía trước và kéo lực kế, lực kế cho biết giá trị của lực phanh Pp .       

·        Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

         - Kết cấu bệ thử đơn giản, gọn nhẹ.

         - Lực phanh được phản ánh chính xác lên lực kế.

         - Có thể đặt bệ thử trong nhà nên ít phụ thuộc thời tiết.

         - Bảo đảm an toàn trong việc thử xe.

* Nhược điểm:

         - Chỉ xác định được lực phanh đồng thời của hai bánh xe, do vậy việc điều chỉnh lực phanh đều giữa hai bánh xe không thực hiện được.

          - Không ổn định khi thử vì độ cứng vững của băng tải rất kém dẫn đến thiếu chính xác đo.

         - Băng tải dễ bị hỏng nên phải thay liên tục gây tốn kém và làm gián đoạn công việc.

         - Không sát điều kiện thực tế làm việc của ô tô.

3.2.3. Bệ thử kiểu quán tính (bệ thử con lăn cao tốc). Hình 3.3

Hình 3.3. Bệ thử kiểu quán tính.

1. Con lăn ma sát; 2. Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3. Ly hợp; 4. Hộp giảm tốc;

 5. Bộ truyền xích giữa động cơ và hộp giảm tốc; 6. Động cơ điện;

8. Bánh xe kiểm tra; 9. Cảm biến tốc độ; 11.Bánh đà.

Nguyên lý làm việc:

            Cho các bánh xe thử đi vào các con lăn ma sát 1, khởi động động cơ điện 6, động cơ điện kéo các con lăn ma sát 1 quay làm bánh xe kiểm tra 8 quay. Khi bánh xe kiểm tra 8 quay đạt vận tốc thử, người lái xe tiến hành đạp phanh. Ở thời điểm này, ly hợp 3 ngắt dẫn động từ động cơ điện đến con lăn ma sát, nghĩa là các bánh xe quay tự do cùng với cặp con lăn. Đồng thời ở thời điểm bắt đầu phanh, các cảm biến được đóng để ghi lại số vòng quay của con lăn để xác định quãng đường phanh.

          Khi đo hiệu quả phanh trên bệ thử cần căn cứ vào các quan hệ sau đây:

         - Nếu ô tô chuyển động trên đường với vận tốc cho trước có động năng:

                                         Ed  =         

            Trong đó:

                          -  m:  khối lượng ôtô.

- G: tổng các mômen quán tính các khối lượng chuyển động quay quy về bánh xe.

                        - ωk: vận tốc góc của bánh xe.

                       - Vo: vận tốc lúc bắt đầu phanh.

         Khi phanh ôtô trên đường với vận tốc lúc bắt đầu phanh V0 đến khi dừng hẳn, ta tính quãng đường phanh như sau:

         Ta có:

 dSpd = Vdtp Þ Þ = .   

            Vì:       V1 = 0.

            Với        Jpd =                                                                         

          Trong đó:

                - Jpd: gia tốc phanh khi phanh trên đường.

                - δi: hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của ôtô.

         Lực phanh của ô tô lúc đó là:

                                                    Ppd = Jpd                       

          Suy ra:                                 Sp = .                     

         Trong đó:

                -  rd: bán kính động học của bánh xe.

         Động năng khi thử xe trên bệ thử con lăn quán tính sẽ là:

              EB =            

          Trong đó:

                - G: mômen quán tính khối lượng của các con lăn và bánh đà.

                - wv: vận tốc góc của các con lăn.

                - Jdc: mômen quán tính khối lượng của roto động cơ điện.

                - ωdc: vận tốc góc của động cơ điện.

         Nếu ta coi  wv = ωdc, ta có thể viết:

                      EB =          

         Tổng lực phanh đo được trên bệ thử có công thức:

                                     PpB = JpB                           

         Quãng đường phanh đo được trên bệ thử quán tính được xác định từ công thức:

                            Sp =                    

               Trong đó:

                      - JpB: gia tốc phanh trên bệ thử quán tính.

                      - Jc: mômen quán tính khối lượng của các chi tiết chuyển động quay và  của bánh xe ôtô.

                                    Jc =   

Với:

            i = 

·        Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

           + Xác định được nhiều yếu tố đánh giá hiệu quả phanh:

            - Đo được trị số quãng đường phanh của mỗi bánh xe.

            - Lực phanh của mỗi bánh xe.

           + Giảm được công suất của động cơ điện dẫn động.

* Nhược điểm:

          - Thiết bị đo lường tương đối khó kiếm.

          - Khi thay đổi tải trọng xe phải tính lại mômen quán tính của bánh đà, do đó rất phức tạp.

3.2.4. Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân bằng. Hình 3.4.

Hình 3.4. Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân bằng.

1. Con lăn ma sát; 2. Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3. Li hợp;

4. Hộp giảm tốc cân bằng; 5. Bộ truyền xích từ động cơ điện đến hộp giảm tốc; 6. Động cơ điện; 7. Cảm biến lực phanh; 8. Bánh xe kiểm tra.

Nguyên lý làm việc:

            Cho bánh xe thử đi vào bốn con lăn ma sát 1, khởi động động cơ điện 6, thông qua hệ thống truyền lực dẫn  động con lăn ma sát quay làm cho bánh xe kiểm tra 8 quay theo. Khi bánh xe quay với tốc độ ổn định, người lái tiến hành đạp phanh, mômen phanh của bánh xe sẽ tác động lên hai con lăn làm các con lăn cũng bị hãm lại, con lăn chủ  động dừng làm cho bánh răng bị động cấp chậm dừng, trong khi đó động cơ điện vẫn truyền mômen đến bánh răng chủ động cấp nhanh. Bánh  răng chủ động cấp chậm dẫn động bởi động cơ điện lúc này có xu hướng quay hành tinh quanh bánh răng bị động cấp chậm, chuyển động hành tinh này sẽ kéo hộp giảm tốc xoay đi một góc với một mô men cân bằng Mh. Mômen này chính bằng mômen phanh của bánh xe kiểm tra 8. Để đo mômen này người ta dùng các cơ cấu đo khác nhau: điện, thuỷ lực, cơ khí..v..v.. gắn vào tay đòn của hộp giảm tốc cân bằng.

·        Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

            - Xác định được mômen phanh trên mỗi bánh xe, mức độ chênh lệch mômen phanh ở các bánh xe trên một cầu và tổng mômen phanh trên tất cả các bánh xe.

            - Cho kết quả nhanh, thuận tiện cho người sử dụng.

            - Hộp cân bằng có thể cải tiến từ hộp số ô tô.

            - Có thể lắp đặt được cơ cấu đo thời gian và cơ cấu đo quãng đường phanh.

            - Kết cấu chắc chắn.

* Nhược điểm:

         - Tiêu  tốn công suất của động cơ điện nhiều hơn so với bệ thử kiểu quán tính.

         - Động cơ thường xuyên phải làm việc quá tải.

3.2.5. Bệ thử kiểu động cơ cân bằng. Hình 3.5

Hình 3.5. Bệ thử kiểu động cân bằng.

1. Con lăn ma sát; 2. Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3. Ly hợp; 4. Hộp giảm tốc;

5. Bộ truyền xích từ động cơ đến hộp giảm tốc; 6. Động cơ điện;

7. Cảm biến lực phanh; 8. Bánh xe kiểm tra; 9. Cảm biến tốc độ; 10. Bánh đà.

Nguyên lý làm việc:

         Cho bánh xe đi vào các con lăn ma sát 1 (mỗi bánh xe đi vào hai con lăn), cho động cơ điện 6 làm việc, mômen truyền từ động cơ qua bộ truyền xích 5, qua hộp giảm tốc 4, li hợp 3 đến con lăn ma sát chủ động. Các co lăn ma sát quay làm bánh xe kiểm tra quay theo.

         Khi bánh xe kiểm tra quay với tốc độ ổn định, người lái đạp phanh, mômen phanh của bánh xe sẽ tác động lên hai con lăn ma sát 1, làm các con lăn này bị hãm lại, qua hệ thống truyền lực làm cho rôto động cơ điện dừng, trong khi đó nguồn điện vẫn cấp vào cho động cơ điện, qua lực từ trường làm stato quay quanh trục của nó một góc với một mômen cân bằng Mh. Mômen này chính bằng mômen phanh của bánh xe. Để đo mômen phanh này người ta dùng phương pháp đo khác nhau: điện, thuỷ lực, cơ khí..v..v..

·        Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

            - Xác định được mômen phanh trên mỗi bánh xe, mức độ chênh lệch mômen phanh ở các bánh xe trên một cầu và tổng mômen phanh trên tất cả các bánh xe.

            - Cho kết quả nhanh, thuận tiện cho người sử dụng.

            - Hộp cân bằng có thể cải tiến từ hộp số ô tô.

         - Có thể lắp đặt được cơ cấu đo thời gian và cơ cấu đo quãng đường phanh..vv..một cách thuận tiện.

           - Hệ thống điều khiển nhẹ nhàng.

* Nhược điểm:

            - Tiêu  tốn công suất của động cơ điện nhiều hơn so với bệ thử kiểu quán tính.

            - Do mômen phanh đo được truyền qua nhiều cấp trung gian của hộp giảm tốc và bộ truyền xích nên đã làm giảm độ chính xác.

            - Kết cấu cồng kềnh hơn so với bệ thử hộp giảm tốc cân bằng.           

            - Việc thiết kế phần động cơ cân bằng rất khó thực hiện, phức tạp.

3.2.6. Bệ thử kiểu con lăn có cảm biến đo lực. Hình 3.6

Hình 3.6. Bệ thử kiểu con lăn có cảm biến đo lực.

1. Con lăn ma sát; 2. Bộ truyền xích giữa 2 con lăn; 3. Li hợp;

4. Hộp giảm tốc; 6. Động cơ điện; 7. Cảm biến lực phanh; 8. Bánh xe thử.             9. Cảm biến tốc độ; 12. Bộ truyền bánh vít trục vít.    

 Nguyên lý làm việc:

          Cho các bánh xe trên cùng một cầu đi vào các con lăn ma sát 1, bật cầu dao cho động cơ 6 làm việc, mômen từ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc 4 đến li hợp 3 và đến con lăn ma sát chủ động. Thông qua bộ truyền xích 2 con lăn chủ động quay sẽ làm con lăn bị động quay theo cùng với vận tốc góc, các con lăn quay sẽ làm bánh xe cần kiểm tra quay theo.

         Khi bánh xe kiểm tra 8 quay ổn định, người lái tiến hành đạp phanh, mômen phanh sẽ tác động vào cặp bánh răng nhỏ thông qua con lăn chủ động và làm dịch chuyển đòn tác động vào cảm biến 7. Lúc đó đồng hồ đo sẽ cho biết kết quả giá trị lực phanh của từng bánh xe. Cảm biến 7 bắt đầu hoạt động nhờ tín hiệu điều khiển từ cảm biến vận tốc 9, tức là lúc tốc độ vòng giảm thì mới có tín hiệu.

            Để tạo thuận tiện cho xe ra vào, bệ thử có trang bị hệ thống nâng hạ bằng khí nén.                              

§  Ưu nhược điểm chính:

* Ưu điểm:

         - Hệ thống điều khiển đơn giản, thuận tiện cho người sử dụng.

         - Kết cấu gọn, chắc chắn, độ tin cậy cao.

         - Cho kết quả chính xác, nhanh của từng bánh xe, mức độ chênh lệch lực phanh của từng bánh xe trên một cầu và tổng lực phanh trên tất các bánh xe.

         - Thời gian thử ngắn và thử được nhiều loại xe khác nhau với tải trọng khác nhau.

* Nhược điểm:

         - Việc chế tạo cảm biến đo lực phanh của từng bánh xe phức tạp, giá thành cao.

         - Hộp giảm tốc có bộ truyền trục vít- bánh vít nên phải dùng vật liệu đắt tiền (như hợp kim đồng) để làm bánh vít.

3.3. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ.

         Qua việc phân tích, so sánh các kiểu bệ thử đã giới thiệu ở trên, em nhận thấy bệ kiểu hộp giảm tốc cân bằng (hình 3.4) có nhiều ưu điểm nhất so với thử các kiểu bệ thử khác như:

      - Về kết cấu:

          Kết cấu gọn chắc chắn hơn các loại bệ thử khác như: Bệ thử kiểu sàn di động, bệ thử  kiểu băng tải- tang quay và động cơ cân bằng.

     - Về sử dụng điều chỉnh:

         Vận hành bệ thử khi thử xe đơn giản, dễ dàng, thời gian thao tác sử dụng ngắn hơn so với bệ thử sàn di động, băng tải tang quay và bệ thử kiểu quán tính.

     - Về tính vạn năng:

         Đo được nhiều chủng loại xe khác nhau với các tải trọng khác nhau trong phạm vi qui định mà không phải có thao tác phức tạp như bệ thử kiểu quán tính.

     - Về an toàn khi vận hành:

         Yêu cầu an toàn được bảo đảm đối với nhân viên và người lái xe so với bệ thử kiểu sàn di động và băng tải quay.

     - Về kết quả đo:

          Một ưu điểm rất quan trọng so với tất cả các loại bệ thử khác là nếu dùng hệ thống đo điện tử (cảm biến đo lực) thay cho lực kế bình thường thì sẽ cho kết quả nhanh, chính xác, thời gian thử ngắn nên thuận tiện cho người sử dụng. Tuổi thọ, độ tin cậy của cảm biến đo lực rất cao. Hơn nữa ngày nay khoa học kỹ thuật đã phát triển rất nhanh, việc thử xe ngày càng nhiều nên dùng hệ thống đo điện tử là rất cần thiết, nó đảm bảo cho việc lưu trữ, xử lý số liệu, thống kê được nhanh chóng, tiện lợi và chính xác.

         Đặc biệt để gọn nhẹ về kết cấu, sau khi tham khảo bệ thử phanh ô tô (AHS) tại: Xưởng AVL-Khoa Cơ Khí Giao Thông- Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng và bệ thử phanh ô tô (MB800) của trung tâm đăng kiểm xe cơ giới Đà Nẵng. Trong phạm vi đề tài đồ án tốt nghiệp, em chọn phương án thiết kế bệ thử phanh ô tô một trục, theo kiểu động cơ hộp giảm tốc cân bằng. Đây là loại bệ thử dùng động cơ điện không đồng bộ 3 pha nối liền hộp giảm tốc, dạng con lăn hoạt động trên nguyên lý đo mômen cân bằng, bằng cảm biến đo lực, kiểm tra đồng thời hai bánh xe trên một trục.

         Để nâng cao tính chính xác của phương pháp đo, bệ thử có trang bị thêm các cảm biến vận tốc để hổ trợ xử lý kết quả.

         Trên bệ thử có trang bị thêm các cảm biến cân để đo trọng lượng trục và các môđun xử lý kết quả phục vụ công tác lưu trữ, hiển thị và in ấn kết quả.

3.4. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ BỆ THỬ.

3.4.1.  Sơ đồ cấu tạo.

            Thiết bị kiểm tra phanh kiểu động cơ- hộp giảm tốc cân bằng được cấu thành bởi 3 thành phần chính: Bệ thử, bảng điều khiển và đồng hồ hiển thị.

- Bệ thử:

            Gồm 2 bộ con lăn bên trái và bên phải. Hai bộ con lăn này có kết cấu giống nhau nên chỉ xét một bên.

            Một bộ con lăn gồm 2 con lăn có kích thước (DxL). Bề mặt ngoài được bao phủ một lớp hổn hợp ma sát tạo độ bám. Hai đầu được nối với 2 ổ đỡ tự định tâm. Đường tâm của 2 con lăn bố trí lệch nhau một khoảng (a). Ðể 2 con lăn quay đồng tốc với nhau, 2 đầu phía ngoài của con lăn chủ động và bị động được gắn 2 đĩa xích có cùng đường kính và liên kết với nhau bằng truyền động xích.

Phía bên ngoài của mỗi bộ con lăn được bố trí 1 động cơ điện, hộp giảm tốc và cảm biến lực phanh. Ðộng cơ điện và hộp giảm tốc được gắn với nhau thành một khối. Trục hộp giảm tốc được gắn lên hai ổ đở tự định tâm. Điều này có nghĩa là cả hộp giảm tốc và động cơ điện có thể quay tự do quanh tâm của nó. Cảm biến lực phanh 1 đầu được ngàm vào khung sườn của bệ thử, đầu kia vào đòn bẩy bằng bulông và đòn bẩy này bắt chặt vào thân hộp giảm tốc tức là bắt chặt vào stato của động cơ điện. Ðầu ra của hộp giảm tốc và đầu của con lăn được liên kết với nhau băng bộ truyền xích.

            Ở giửa 2 con lăn có 1 con quay trơn bằng thép có kích thước (dxl), cách đầu bên trái một đoạn (b), có khoan  lỗ. Ðối diện với vị trí khoan lỗ này có giá gắn một cảm biến tốc độ. Con lăn này quay trơn quay quanh trục của nó và trục này được bắt vào giá đỡ bằng bu lông. Phía dưới của giá có lắp một cảm biến đóng vai trò như một công tắc an toàn. Toàn bộ cụm chi tiết được định vị bằng bu lông và có lắp hai lò xo hồi vị có tác dụng luôn ép con lăn này sát vào bề mặt lốp xe.

Tất cả các chi tiết trên được lắp trên bộ khung sườn được cấu tạo bằng thép tấm dập hình chữ [ liên kết với nhau bằng các thanh dầm và hàn cứng.

            Bộ khung sườn của bệ thử nằm trên hai dầm chữ I và được bắt chặt vào nền bằng các bulông.

                                      Hình 3.7. Sơ đồ bố trí bệ thử phanh.

1. Động cơ điện; 2. Hộp giảm tốc; 3. Cảm biến lực phanh; 4. Bánh xe kiểm tra;

5. Con lăn chủ động; 6. Con lăn trơn; 7. Cảm biến tốc độ; 8. Con lăn bị động;

9. Bộ truyền xích; 10. Máy in; 11. Bảng điều khiển; 12. Máy tính.

            Phía ngoài hai dầm chữ I được bắt 4 bulông dùng để điều chỉnh khi lắp đặt. Các cảm biến cân trọng lượng được bắt chặt vào khung sườn bằng mối hàn một đầu có bulông điều chỉnh chĩa vào bề mặt của dầm chữ I của hầm lắp đặt. Mỗi bộ con lăn gồm bốn cảm biến cân trọng lượng và được bắt đối xứng về hai phía.

            Ngoài các chi tiết chính trên, còn có những bulông, đệm điều chỉnh, các bộ phận nắp đậy và nắp chắn an toàn đảm bảo cho bộ con lăn không lệch khỏi vị trí khi vận hành.

            - Bảng hiển thị 11:

            Bảng hiển thị được bố trí phía trước đầu xe theo hướng xe vào kiểm tra để tạo thuận lợi cho việc quan sát của người kiểm tra.

            Cấu tạo của bảng hiển thị gồm:

            Đồng hồ thể thị lực phanh: Bao gồm hai kim thể hiện cho lực phanh của hai bánh (trái và phải). Mặt đồng hồ hiển thị hai thang đo, thang đo trong từ 0 đến 8kN, thang đo ngoài đến 30kN.

            Đèn báo nhận tín hiệu từ remote điều khiển. 

            Đèn báo tín hiệu an toàn của hệ thống.

            Tủ điều khiển bao gồm các công tắc chính, bộ nguồn, các rơle điều khiển, khởi động từ, Card máy in, Card khuyếch đại tín hiệu và các phụ kiện đi dây…

            Ngoài ra, để hỗ trợ việc in ấn và xử lý kết quả, có thể sử dụng một máy vi tính 12, máy in 10 và thiết kế thêm một phần mềm xử lý. Ðối việc phát triển của công nghệ thông tin hiện nay thì đây là một việc hoàn toàn có thể làm được.

3.4.2.  Nguyên lý hoạt động.

             Cho xe tiến thẳng vào bệ thử, các bánh xe nằm giữa 2 con lăn ma sát và đè con lăn nhôm quay trơn 6 làm nhả công tăc an toàn lúc này trên bảng hiển thị đèn báo an toàn sẽ thôi nhấp nháy cho phép các thiết bị sẵn sàng hoạt động.

            Khi bánh xe kiểm tra đã ổn định trên bệ thử, theo cấu tạo đã trình bày ở phần trên, do bộ con lăn được treo trên 4 cảm biến cân trọng lượng. Nên lúc này, trọng lượng của xe làm các cảm biến cân bị uốn cong làm thay đổi giá trị điện trở của cảm biến. Sự thay đổi này được báo về bộ xử lý trong tủ điều khiển và chuyển đổi thành giá trị trọng lượng thật, hiển thị trên bảng hiển thị. Trọng lượng cao hay thấp phụ thuộc vào độ cong của cảm biến cân.

            Chọn chế độ thử: việc xác định chế độ thử sẽ quy định tốc độ thử, sử dụng cho các tiêu chuẩn đánh giá của từng loại xe.

            Tiếp theo người điều khiển nhấn công tắc điều khiển (nút remote) để điều khiển cho thiết bị hoạt động. Ðộng cơ điện 1 sẽ khởi động kéo con lăn ma sát quay ngược chiều với chiều tiến bánh xe kiểm tra 4. Nhằm giảm sự quá tải của điện lưới, hai động cơ điện sẽ lần lượt được khởi động một cách tuần tự nhờ rơle thời gian.

            Rôto của động cơ điện quay, thông qua hộp giảm tốc 2 và các bộ truyền động xích 9 giữa trục thứ cấp hộp giảm tốc và con lăn chủ động, làm các con lăn ma sát 8 chuyển động quay. Hai con lăn phía trước và phía sau quay đồng tốc cùng với nhau, nhờ bộ truyền xích và kéo bánh xe quay nhờ ma sát giữa con lăn ma sát và bánh xe, đồng thời bánh xe lại kéo con lăn trơn quay theo.

            Khi tốc độ ổ định, đèn báo trên bảng hiển thị thôi nhấp nháy, người lái bắt đầu đạp phanh cho xe dừng lại. Trong quá trình đạp phanh, do ma sát giữa bánh xe và con lăn, bánh xe sẽ cản lại sự chuyển động của con lăn làm con lăn quay chậm lại. Sự chuyển động chậm lại này tác động trực tiếp lên rôto của động cơ điện trong khi sức điện động trong động cơ điện vẫn giữ nguyên. Tốc độ của rôto chậm lại làm tăng sự trượt của véctơ quay điện từ của stato và rôto gây nên mômen chống lại sự trượt đó và tác động ngược trở lại stato của động cơ điện.

            Do dộng cơ điện và hộp giảm tốc có thể quay quanh trục của nó. Nên lúc này nó sẽ dịch chuyển một góc nào đó, hộp giảm tốc được bắt chặt với cánh tay đòn của cảm biến lực. Nên nó kéo một đầu cảm biến dịch chuyển theo. Một đầu cảm biến bị ngàm chặt vào khung. Do đó cảm biến bị uốn cong gây nên sự thay đổi điện trở trong cảm biến. Sự thay đổi này được báo về bộ xử lý trung tâm trong tủ điều khiển và được chuyển đổi thành giá trị lực phanh thể hiện trên đồng hồ của màn hình hiển thị. Bộ xử lý ghi nhận giá trị lực phanh, kết hợp với giá trị trọng lượng được lưu trữ lúc đầu. Từ đó tính toán ra hiệu quả phanh (lực phanh riêng) và độ lệch lực phanh của 2 bánh xe.

            Hiệu quả phanh:

                       Hp =

            Ðộ lệch lực phanh trên một trục:

                        Ks =

            Trong đó:

                    Pp: lực phanh tổng cộng rên trục xét [KN].

                     G: trọng lượng ôtô phân bố lên cầu đang xét [KN].

                    Pp^{m ax}:  lực phanh của bánh xe có giá trị lớn hơn [KN].

                   Pp^{m in}: lực phanh của bánh xe có giá trị nhỏ  [KN].

            Như đã đề cập ở phần cấu tạo, trong hệ thống có bố trí con lăn quay trơn, được dẫn động bằng ma sát của bánh xe. Ngoài nhiệm vụ an toàn là đóng ngắt công tắc an toàn, con lăn quay trơn còn có nhiệm vụ đo hệ số trượt của bánh xe nhờ cảm biến tốc độ gắn đối diện với các lỗ khoan trên con lăn. Nó ngắt dòng điện động cơ và lưu lại kết quả thời điểm hệ số trượt vượt quá một giá trị cho phép. Theo kết quả thực nghiệm thì lực phanh đạt giá trị cao nhất khi hệ số trượt là 20%. Do đó khi phát hiện bánh xe bên nào trong quá trình phanh tạo được độ trượt cho phép thì bộ xử lý sẽ ngắt rơle điều khiển, nhờ đó đảm bảo cho việc đánh giá kết quả phanh sát với điều kiện hoạt động thực tế của xe. Đồng thời đảm bảo an toàn cho hệ thống và người điều khiển.

          Phấn xử lý kết quả tổng hợp căn cứ vào tiêu chuẩn đã được cài đặt sẵn trong bộ điều khiển để đưa ra kết luận và in kết quả kiểm tra.

4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH.

4.1. CHỌN THÔNG SỐ BAN ĐẦU.

4.1.1. Chọn chế độ thử.

4.1.1.1. Tải trọng thử.

         Tải trọng thử là một khoảng dao động tuỳ vào số lượng chủng loại ô tô cần thử. Tải trọng thử cần thiết là một thông số hết sức quan trọng để tính toán các chi tiết cũng như tính bền kết cấu cho bệ thử.

          Dựa vào các số liệu khảo sát về các chủng loại ô tô hiện có đang hoạt động, ta chọn chế độ tải trọng cho bệ thử như sau:

         Tải trọng tối đa trên một trục: 10 000 kg.

4.1.1.2. Tốc độ thử.

          Việc xác định vận tốc thử của bệ thử phải đảm bảo hợp lý. Nếu chọn vận tốc thử nhỏ quá sẽ làm cho kết quả thử không chính xác, không sát với điều kiện hoạt động của ô tô. Nhưng nếu chọn vận tốc thử quá lớn sẽ gây rung động lớn, không đảm bảo điều kiện ổn định của quá trình thử, gây mất an toàn. Mặt khác, khi chọn vận tốc thử lớn thì kết cấu bệ thử sẽ lớn, cồng kềnh gây nên sự tiêu tốn công suất lớn.

          Đối với việc thử phanh trên đường thì vận tốc được chọn là vận tốc mà xe thường hoạt động là hợp lý và sát với thực tế nhất. Tuy nhiên, hiện nay vận tốc ô tô ngày càng được nâng cao và việc thử phanh với vận tốc như thế là một công việc hết sức nguy hiểm. Tùy theo điều kiện công nghệ của mỗi quốc gia hay hiệp hội để quy định vận tốc thử phanh phù hợp. Tiêu chuẩn châu Âu, Nhật, Mỹ chọn vận tốc thử cho xe từ 60- 80 km/h, tiêu chuẩn Liên Xô GOST 25478- 82 chọn vận tốc thử phanh từ 40- 80 km/h. Hiện nay, vận tốc thử phanh trên đường theo Tiêu chuẩn Việt Nam 22- TCN 224- 2001 là 30km/h [6], [7].

          Đối với việc thử phanh trên bệ thử, nếu vận tốc thử nhỏ hơn 2 km/h thì không đo được lực phanh chính xác và không thể phát hiện hết hư hỏng của hệ thống phanh. Một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nếu vận tốc thử nhỏ hơn 2km/h thì chỉ phát hiện được từ 40- 45% những hư hỏng của hệ thống phanh. Nếu vận tốc thử từ 2- 7km/h thì đã có khả năng phát hiện từ 90- 95% các hư hỏng, như vậy thì không cần phải chọn vận tốc thử cao hơn.

          Dựa vào các kết quả nghiên cứu trên và để đảm bảo cho việc đánh giá kết quả được chính xác, ta chọn các vận tốc thử là 2,5 km/h.

4.1.2. Chọn bán kính bánh xe.

          Bán kính bánh xe là một thông số rất quan trọng, nó được sử dụng làm chỉ tiêu chính để tính toán khoảng cách giữa các con lăn. Khoảng cách này một mặt phải đảm bảo độ ổn định khi bệ thử hoạt động, mặt khác phải đảm bảo cho ô tô ra vào bệ thử được dễ dàng.

          Dựa vào các thông số khảo sát ta xác định được các giá trị giới hạn của bán kính bánh xe.

          * Xác định bán kính bánh xe nhỏ nhất:

          Bán kính bánh xe nhỏ nhất được lấy theo bánh xe của ô tô du lịch. Giả thiết chọn ô tô con R2 VAN của hãng KIA sản suất năm 1994 [2]. Lắp lốp xe có ký hiệu 145sr12. Với kí hiệu lốp trên, ta có thể xác định được bán kính thiết kế của lốp theo công thức sau:

                                      ro =  [mm]                            

                 Trong đó:

                            B: chiều rộng tính theo  mm, B = 145 mm

                            d: đường kính vành bánh xe tính theo inch, d = 12“

          Thay thế số liệu, ta được:

                                             ro = = 297,4 mm

          Do đó, bán kính động học bánh xe được tính:

                                                           rbx  = lro

                 Tong đó: l là hệ số biến dạng của lốp được chọn phụ thuộc vào loại lốp.  

                 - Với lốp áp suất thấp: l = 0,930 ÷ 0,935

                 - Với lốp áp suất cao: l =  0,945 ÷ 0,950

                 Lốp ô tô thông thường là loại lốp áp suất thấp, ta chọn l  = 0,93.

          Vậy:    rbx min = 0,93. 297,4 = 276,6 mm.

          * Xác định bán kính bánh xe lớn nhất:

- Bán kính bánh xe lớn nhất thông dụng được lắp trên ô tô tải nặng, ta chọn bánh xe của ô tô tải URAL-4320 của Liên Xô cũ có ký hiệu lốp 14.00-20. Tương tự như trên ta có thể xác định được bán kính thiết kế của lốp theo công thức sau:

                                               ro =  = 609,6 mm

          Vậy:    rbx max = 0,93. 609,6 = 567 mm

4.1.3. Xác định hệ số bám.

         Hệ số bám φb giữa bánh xe chủ động và con lăn phải đảm bảo tương đương được điều kiện bám thực tế khi phanh các bánh xe trên mặt đường . Hệ số bám của bánh xe và mặt đường trong thực tế phụ thuộc nhiều yếu tố như:

-         Vật liệu bề mặt đường: bê tông, bê tông nhựa, đất, sỏi, đá dăm .. .

-         Vật liệu chế tạo lốp, áp suất lốp và dạng hoa lốp.

-         Tình trạng của đường: khô, ướt.

-         Tốc độ chuyển động của ô tô.

-         Tải trọng tác dụng lên bánh xe.     

Hình 4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám.

a) Áp suất trong lốp; b) Tốc độ chuyển động của ôtô;

c) Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe; d) Độ trượt giữa bánh chủ động và mặt đường.

1. Đường khô;  2. Đường ướt.

          Đồ thị hình 4.1.a) cho thấy quan hệ giữa áp suất lốp và hệ số bám. Nếu từ từ tăng áp suất P trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên rồi sau đó lại giảm xuống. Đồ thị hình 4.1.b) cho thấy quan hệ giữa tốc độ chuyển động của ô tô và hệ số bám. Khi xe khởi động là lúc hệ số bám cao nhất, khi tốc độ tăng lên thì hệ số bám giảm từ từ theo đường cong.

          Đồ thị hình 4.1.c) cho thấy quan hệ giữa tải trọng thẳng đứng của ô tô và hệ số bám. Khi tăng tải trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ số bám giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính.

          Sự khác biệt giữa trạng thái mặt đường ảnh hưởng lớn đến hệ số bám. Khi đường ướt thì các ảnh hưởng của áp suất trong lốp, của tốc độ chuyển động và tải trọng thẳng đứng trên bánh xe đến hệ số bám càng lớn.

          Đồ thị hình 4.1.d) cho thấy quan hệ giữa hệ số trượt của bánh xe chủ động và hệ số bám. Hệ số trượt của bánh xe chủ động và mặt đường ảnh hưởng rất lớn đến hệ số bám. Từ đồ thị ta thấy khi tăng độ trượt (trượt lê hay trượt quay) của bánh xe thì lúc đầu hệ số bám tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt 15- 25%. Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám giảm, khi độ trượt S = 100% (nghĩa là lốp bị trượt lê hoàn toàn) thì hệ số bám giảm 20%- 30% so với hệ số bám cực đại khi đường ướt còn có thể giảm hơn nữa, đến 50- 60%.

          Do hệ  số bám phụ thuộc bởi nhiều yếu tố khác nhau và việc xác định các yếu tố này để áp dụng trong tính toán gặp nhiều khó khăn, cho nên thường người ta sử dụng giá trị hệ số bám trung bình, phụ thuộc vào loại đường theo bảng 4.1:

          Bảng 4.1. Hệ số bám ( theo loại đường và tình trạng mặt đường).

         Hệ số bám của lốp và con lăn j gọi là hệ số bám của bệ thử (φb ) phụ thuộc vào tính chất ma sát của vật liệu phủ bề mặt con lăn và áp suất lốp, trạng thái bề mặt của lốp xe. Hệ số bám của bệ thử jb không được nhỏ hơn 0,6. Chọn hệ số bám của bệ thử φb = 0,65.

4.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CON LĂN.

4. 2.1. Chọn phương án bố trí con lăn.

Hình 4.2. Các phương án bố trí con lăn.

a.      Các con lăn đường kính bằng nhau bố trí ngang nhau.

b.      Các con lăn đường kính bằng nhau bố trí lệch nhau.

c.      Các con lăn đường kính khác nhau bố trí ngang nhau.

d.      Các con lăn đường kính khác nhau bố trí lệch nhau.

1. Bánh xe kiểm tra; 2. Con lăn sau (con lăn chủ động);

3. Con lăn trước ( con bị động).

         Con lăn là chi tiết quan trọng nhất trong cấu tạo của bệ thử. Nó có nhiệm vụ truyền lực từ nguồn dẫn động đến bánh xe thông qua lực bám. Việc tính toán tốt các thông số kết cấu của con lăn sẽ giúp cho việc thiết kế bệ thử được hợp lý, gọn nhẹ và đảm bảo các chỉ tiêu, hiệu quả mong muốn.

         Các con lăn có thể có đường kính bằng nhau hoặc khác nhau, các trục con lăn có thể bố trí có chiều cao so với đáy bệ thử bằng nhau hoặc con lăn sau bố trí cao hơn con lăn trước. Các phương án bố trí con lăn được thể hiện như trên hình 4.2.

         Thông thường người ta bố trí con lăn phía sau là con lăn chủ động nhằm mục đích tăng lực bám do dưới tác dụng của lực phanh trọng tâm của trục có xu hướng bị đẩy về phía sau làm tăng áp lực lên bề mặt con lăn sau.

         Đường kính con lăn bị động có thể bố trí nhỏ hơn đường kính con lăn chủ động để làm giảm kích thước và trọng lượng bệ thử. Nhưng việc bố trí con lăn bị động có đường kính nhỏ hơn trong một phạm vi nào đó không có lợi về mặt chịu lực (tải trọng phân bố lên con lăn bị động thường lớn hơn) và làm tăng sự trượt bởi con lăn bị động cũng tham gia truyền lực.

         Đường tâm trục con lăn (hai con lăn có đường kính bằng nhau) bố trí ngang nhau tức là đường tâm trục hai con lăn cùng nằm trên mặt phẳng ngang có ưu điểm là lắp đặt hai con lăn đơn giản và xe vào ra bệ thử từ hai phía. Nhưng kiểu bố trí này có nhược điểm là xe bị đẩy về phía sau khi thử phanh cấp tốc. Đặc biệt là khi bán kính bánh xe thử thay đổi lớn, nếu để thỏa mãn điều kiện ổn định, khi thử đối với xe có bán kính bánh xe lớn thì khoảng cách trục của hai con lăn phải lớn, ngược lại để thỏa mãn điều kiện vượt dốc đối với xe có bán kính bánh xe nhỏ thì khoảng cách trục của hai con lăn phải nhỏ. Do đó để khắc phục nhược điểm này ta chọn phương án bố trí hai con lăn lệch nhau, đối với con lăn bị động phía trước theo chiều tiến của xe thấp hơn con lăn chủ động phía sau một khoảng a (hình 4.2.b).

4.2.2. Xác định khoảng cách thử cần thiết.

         Khoảng cách thử cần thiết phụ thuộc vào chiều rộng cơ sở của ô tô cần kiểm tra.

            Dựa vào các thông số khảo sát, ta nhận thấy chiều rộng cơ sở của ô tô dao động khá rộng. Để đảm bảo tính vạn năng của thiết bị, ta chọn khoảng cách thử cần thiết nhỏ nhất đối với loại ô tô du lịch ZAZ-968 “ ZAPORDES ” và khoảng cách thử cần thiết lớn nhất cho loại ô tô tải URAL- 4320 [2].

         * Khoảng cách thử nhỏ nhất: Hình 4.3.

         Ta xác định khoảng cách thử cần thiết nhỏ nhất đối với loại ô tô du lịch ZAZ-968 “ ZAPORDES ” nơi sản xuất Liên Xô cũ. Ôtô này có các thông số  cơ bản sau :

-         Chiều rộng cơ sở nhỏ nhất (cầu trước):     1200 mm.

-         Cỡ lốp:                   6,15-13.

-         Số lượng lốp :       4+1.

Hình 4.3. Sơ đồ tính khoảng cách thử cần thiết nhỏ nhất.

          Như vậy chiều rộng nhỏ nhất cần thiết của bệ thử là:

                                    Lmin = Bo- 2.B/2- 2.a                                   mm.

              Trong đó :

- Bo: chiều rộng cơ sở của ô tô,  Bo = 1200 mm.

- B: chiều rộng lốp xe, B = 6,15 inch = 156,2 mm.

- a: khoảng cách an toàn giữa lốp xe và thành bệ, a = 100 mm.

         Thay thế số liệu, ta được:

                        Lmin = 1200- 156,2- 2100  = 843,8 mm.

          Chọn:  Lmin = 800 mm.

        * Khoảng cách thử lớn nhất: Hình 4.4.

          Ta xác định khoảng cách thử cần thiết lớn nhất đối với loại ô tô tải URAL-4320.Nơi sản xuất Liên Xô cũ. Các thông số cơ bản của loại ô tô này như sau:

-         Chiều rộng cơ sở lớn nhất (cầu sau ):  2000 mm.

-         Cỡ lốp:            14.00-20.

-         Số lượng lốp: 6+1.

Hình 4.4. Sơ đồ tính khoảng cách thử cần thiết lớn nhất.

          Như vậy chiều rộng lớn nhất cần thiết của bệ thử là:

                               Lmax = Bo + 2.B + 2.a                           mm.

              Trong đó :

-         Bo: chiều rộng cơ sở của ô tô, Bo = 2000 mm.

-         B: chiều rộng lốp xe, B = 14 in = 335,6 mm.

-         a: khoảng cách an toàn giữa lốp xe và thành bệ, 100 mm

          Thay thế số liệu, ta được:

            Lmax = 2000 + 2  355,6 + 2  100  = 2911,2 mm.

          Chọn: Lmax = 3000 mm.

4.2.3. Tính toán thiết kế đường kính con lăn :

           Như chúng ta đã biết, con lăn truyền lực đến bánh xe nhờ lực bám, mà lực bám thì phụ thuộc vào hệ số bám giữa bề mặt con lăn và bánh xe.

          Ngoài các yếu tố thuộc về kết cấu của lốp xe (áp suất lốp, dạng hoa lốp, tải trọng...), hệ số bám giữa bánh xe chủ động và con lăn phụ thuộc các yếu tố như: nguyên liệu chế tạo bề mặt con lăn, hình dạng bề mặt con lăn và đặc biệt là đường kính con lăn.

         Điều kiện tác dụng của lốp xe với sự quay của con lăn và với mặt đường là khác nhau, trong quá trình đó có sự thay đổi của lực phân bố ở các vị trí tiếp xúc của lớp bề mặt lốp. Đại lượng đặc trưng cho sự phân bố áp lực riêng ở chỗ tiếp xúc là hệ số ma sát và lực cản dao động.

         Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng diện tích tiếp xúc giữa lốp với bề mặt con lăn nhỏ hơn diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường còn áp lực riêng thì lớn hơn. Thực nghiệm cho thấy áp lực riêng của lốp xe và con lăn lớn hơn 30 ÷ 35 %, điều đó dẫn đến thay đổi hệ số bám.

          Theo các tài liệu được công bố thì độ cong của con lăn ảnh hưởng đến độ trượt của bánh xe, tức là độ trượt phụ thuộc vào đường kính của con lăn. Nói một cách tổng quát hơn thì độ trượt của lốp xe và bề mặt con lăn phụ thuộc vào tỷ số đường kính của con lăn với đường kính của bánh xe. Sự quan hệ được thể hiện trên đồ thị hình 4.5.

Hình 4.5. Đồ thị quan hệ độ trượt bánh xe theo tỷ số a = Dcl /Dbx.

         Trên đồ thị hình 4.5, ST là độ trượt giữa bánh xe và mặt con lăn, a là tỷ số giữa đường kính con lăn và đường kính bánh xe. Dựa vào đồ thị này ta thấy sự trượt tương đối ổn định khi a > 0,4, bắt đầu tăng khi a =  0,25 ÷0,4 và tăng rất nhanh khi tỷ số a < 0,2.

          Để đảm bảo độ trượt ổn định, ta chọn hệ số a = 0,27. Dựa vào hệ số này, đường kính con lăn được tính như sau:

                                               Dcl = a Dbx = 2aRbx

Ở đây: ta lấy giá trị Rbx là giá trị đường kính bánh xe kiểm tra lớn nhất được xác định ở mục 4.1.2, Rbx = 567 mm.

                                      Dcl = 2 ´ 0,27 ´ 567 = 306,18 mm.

         Chọn: Dcl = 300 mm.

4.2.4. Tính toán thiết kế chiều dài con lăn.

         Chiều dài con lăn được xác định phụ thuộc và khoảng cách thử cần thiết lớn nhất và nhỏ nhất của bệ thử. Ta có thể xác định chiều dài con lăn như sau:

                                                        Lcl = 0,5.( Lmax - Lmin).

         Dựa và các giá trị Lmax, Lmin đã tính ở mục 4.2.2, ta có:

                                               Lcl = 0,5´ ( 3000- 800) = 1100 mm.

         Như vậy, ta chọn Lcl = 1100 mm.

4.2.5. Bề mặt con lăn.

         Phần chịu lực của tang con lăn được chế tạo bằng thép CT5, có chiều dày được chọn theo kinh nghiệm. Vì bệ thử cần thiết kế cho các  loại xe có tải trọng dưới 10 tấn cho một cầu nên bề dày con lăn tương đối lớn: δ = (25¸35) mm.

         Ta chọn: δ  = 30 mm.

         Bề mặt con lăn được chế tạo có khá nhiều dạng (hình 4.7). Thông thường người ta chế tạo bề mặt con lăn sao cho hệ số bám đạt được không nhỏ hơn 0,6. Các con lăn có bề mặt nhẵn sẽ không thích hợp do có hệ số bám thấp. Các bề mặt của con lăn có thể làm bằng thép và được gia công chế tạo thành các vết khía, các rãnh hoặc các gân, nhưng để tăng độ bám, trên bề mặt con lăn thường được phủ một lớp nhựa nhân tạo, bêtông, đá nhám ...

a)                                                                     b)

Hình 4.6. Kết cấu bề mặt con lăn.

a) Con lăn có bề mặt khía nhám; b) Con lăn có bề mặt phủ vật liệu ma sát.

1. Trục con lăn; 2. Phần xương tang chịu lực; 3. Rãnh khía tạo độ bám;

4.Vật liệu ma sát;  5. Lưới kim loại.

         Các kiểu bề mặt con lăn có khía nhám chế tạo đơn giản, đạt được hệ số bám khá cao nhưng nó thường dẫn đến phá huỷ các hoa lốp. Để bề mặt con lăn khi thử xe không phá huỷ các hoa lốp, người ta chế tạo trên bề mặt con lăn các rãnh có gân đan chéo nhau một góc 120⁰.   

         Loại kết cấu bề mặt con lăn phủ lớp vật liệu ma sát có nhiều ưu điểm hơn do hệ số bám cao mà không làm hại lốp. Tuy nhiên, loại con lăn này chế tạo phức tạp hơn và vì vậy giá thành sẽ cao.

         Bề mặt con lăn được chọn là loại bề mặt phủ vật liệu ma sát. Hỗn hợp vật liệu ma sát là bêtông nhựa trộn với chất dính kết. Để tăng khả năng chịu tải và độ dính kết, ở giữa lớp vật liệu ma sát có đặt một lưới kim loại.

4.2.6.  Tính toán khoảng cách tâm giữa các con lăn.

         Khoảng cách tâm giữa hai con lăn được xác định theo hai điều kiện. Trước hết, khoảng cách phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện ổn định của xe khi thử. Xe phải đảm bảo không bị văng ra khỏi bệ thử khi bệ thử hoạt động. Mặt khác, khoảng cách này phải không lớn quá để giúp xe có thể vượt ra khỏi bệ thử một cách dễ dàng sau khi đã thử xong.

         Đây là hai điều kiện cần phải thoả mãn đồng thời. Trong hai điều kiện đó cần phải chú ý một vấn đề căn bản là phân tích sự tương hỗ về hệ số lực bám giữa lốp ôtô và con lăn và về góc lọt của bánh xe giữa hai bề mặt con lăn. Khi bánh xe bị quay cùng con lăn nhờ động cơ điện dẫn động và khi phanh xe lại.

         Xét sơ đồ phân bố lực như hình 4.7, khi động cơ điện quay dẫn động con lăn quay và thông qua ma sát giữa bề mặt con lăn kéo bánh xe quay theo. Sau một thời gian, con lăn và bánh xe quay với tốc độ ổn định (hình 4.7.a).

         Ta có:

                                                    P^tj1 = G.fms.cosa.

                                                    P^tj2 = G.fms.cosb.

         Trong đó: P^tj1; P^tj2: lực ma sát giữa bánh xe và con lăn 1 và 2.

                          fms: là hệ số ma sát tổng cộng của các ổ trục, moay ơ bánh xe.

                                    a)                                                                     b)

Hình 4.7. Sơ đồ tác dụng lực tương hỗ giữa các con lăn và bánh xe.

a)     Khi bánh xe quay ổn định và chưa đạp phanh; b) Khi đạp phanh.

1. Bánh xe kiểm tra; 2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động.

          Khi bắt đầu đạp phanh, lực phanh sẽ sinh ra một mômen phanh trong bánh xe ngược chiều chuyển động của bánh xe. Mômen này tác dụng lên 2 điểm tỳ A và B trên các con lăn một cặp ngẫu lực Pp (hình 4.7.b). Cặp ngẫu lực này có các tác dụng ngược nhau đối với 2 con lăn. Nó làm tăng trọng lượng phân bố lên trục con lăn 1 và làm giảm trọng lượng phân bố lên trục con lăn 2. Và lực ma sát sinh ra trên các bề mặt con lăn tương ứng cũng biển đổi theo.

            Hợp lực của các lực ma sát và trọng lực R hợp với đường thẳng đứng một góc γ tăng dần theo mômen phanh. Cho đến khi γ > α thì điều kiện mất ổn định xảy ra. Nếu lúc này nếu hệ số ma sát đủ lớn để bánh xe không bị trượt thì bánh xe sẽ bị bật ra khỏi bệ thử. (hình 4.8).

                                    a)                                                                     b)

Hình 4.8. Sơ đồ sự mất ổn định giữa bánh xe và con lăn khi phanh.

a)     Bánh xe quay ổn định khi phanh; b) Mất ổn định.

1. Bánh xe kiểm tra;  2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động.

* Tính toán bố trí con lăn theo điều kiện ổn định:

            Một nhận xét được rút ra khi phân tích sự tác dụng tương hổ giữa các con lăn và bánh xe ở phần trên là ở vị trí bắt đầu mất ổn định thì thành phần trọng lượng phân bố lên con lăn phía trước bị triệt tiêu.

             Các thành phần lực tác dụng lên trục bánh xe còn lại bao gồm:

-         Trọng lượng trục kiểm tra G.

-         Lực ma sát của con lăn phía sau, P^tj1.

P^tj1 = j .G /cos a

-         Lực cản lăn của các cầu còn lại tác dụng lên cầu kiểm tra PS.

Ps = fms . Gs

fms:  hệ số cản giữa bánh xe trục còn lại với mặt đường.

Gs: trọng lượng của trục còn lại.

Hình 4.9. Sơ đồ tính toán độ ổn định bánh xe.

1. Bánh xe kiểm tra; 2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động.

         Bỏ qua sự biến dạng của lốp xe do điều kiện tải trọng thay đổi, ta chiếu các lực lên phương, chiều chuyển động (phương ngang) ta được phương trình điều kiện cân bằng như sau:

                                              G.tga  + Ps – P^tj1.cosa  ³   0

         Hay:                              G.tga  + Gs .fms  ³  j.G

         Chia 2 vế cho G, ta có:          

          tga  + fms.(Gs /G)  ³  j

                                              tga  ³   j -  fms.(Gs /G)

                   Trong đó:

                                   j: hệ số bám giữa mặt lốp và bề mặt lô.

                                     fms: hệ số cản giữa bánh xe trục còn lại với mặt nền.

                                     G: trọng lượng cầu kiểm tra.

                                     Gs: trọng lượng cầu còn lại.

    Với các loại xe tham khảo tài liệu [2], tỷ lệ Gs/G nằm trong khoảng (0,7÷ 1,4).

Ta xét các quá trình thử phanh cho các trường hợp sau:

+  Kiểm tra phanh chính:

          Khi kiểm tra phanh chính, ta lấy cầu trước làm giá trị tính toán vì cầu trước xe không tải thường có trọng lượng lớn hơn cầu sau. Ta xét khi Gs/G =0,7 (giá trị nhỏ nhất).

                                                       fms = fc + fp

        Với:

                        fc = 0,018 ÷ 0,02 :  hệ số cản lăn. 

                       fp = 0,3 : hiệu quả phanh sau nhỏ nhất.

                      j = 0,7  : hệ số bám khi bánh xe bắt đầu trượt hoàn toàn.

            Thay thế số liệu ta tính được:

                                           tga  ³  0,7 -  (0,02+0,3) ´ 0,7

                                          tga  ³  0,476

              a  ³  25⁰30’

          + Kiểm tra phanh dừng:        

            Phanh dừng ô tô thường bố trí ở cầu sau. Hiệu quả phanh dừng theo thống kê thường nhỏ hơn 50% trọng lượng trục. Như vậy, khi kiểm tra phanh dừng ta có các số liệu sau:

            Với      fc = 0,018 ÷ 0,02 : hệ số cản lăn.  

                       fp = 0: hiệu quả phanh trước nhỏ nhất.

                      j = 0,5: hệ số bám khi bánh xe bắt đầu trượt hoàn toàn.

                       Gs/G =  1,4: giá trị lớn nhất.

            Thay thế số liệu ta tính được:

                                           tga  ³  0,5 -  (0,02+0) ´ 1,8

                                          tga  ³  0,472

                 a  ³  25⁰26’                                                    

Từ các trường hợp trên ta chọn  a  = 26⁰.

* Tính bố trí con lăn theo điều kiện đưa ô tô ra khỏi bệ thử:

            Tính bố trí con lăn theo điều kiện đưa ôtô ra khỏi bệ thử, trong trường hợp này ta tính cho ôtô du lịch vì loại này có bán kính bánh xe nhỏ nhất do đó nó vượt khỏi bệ thử là khó khăn nhất.

            Để xe ra khỏi bệ thử thì góc b phải thoả mãn điều kiện vượt dốc của xe.

            Xuất phát từ điều kiện vượt dốc của xe :

                                                Pkmax  ³  Pf +Pi

                  Trong đó:

             - Pkmax: lực kéo lớn nhất của bánh xe.

             Pkmax = j.G

            - j: hệ số bám giữa bánh xe và bề mặt con lăn.

                 - G: trọng lượng cầu chủ động.

- j = 0,65.

- Gs/G = 1(Đối với xe du lịch trọng phân bố lên hai cầu tương đương nhau).

            - Pf:  lực cản lăn.

Pf = fc . (Gs + G)

            - Pi: lực cản lên dốc (Là trọng lượng cầu kiểm tra chiếu lên phương chuyển động).

                            Pi = tgb . G    

         Thay thế các biểu thức vào ta được:

                                                  j.G ³  fc (Gs + G) + tg b .G

          Chia hai vế cho G và rút gọn ta được:

                                                 tg b £  j - fc (1 + Gs / G )

                         tg b £  0,65- 0,02(1 + 1 )

                         tg b £  0,61

                             b £  31⁰23’

          Chọn b = 30⁰

* Tính các kích thước bố trí con lăn theo α và b:

Hình 4.10. Tính kích thước bố trí con lăn.

1. Bánh xe kiểm tra; 2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động.

         Dựa vào các góc ổn định α = 26⁰ và góc vượt b = 30⁰  đã tính toán ở phần trên, ta tiến hành tính toán các kích thước bố trí con lăn như sơ đồ hình 4.11.

          Gọi khoảng cách bố trí con lăn sau cao hơn con lăn trước một đoạn là a, và góc hợp bởi đường nối tâm hai con lăn và mặt phẳng ngang là γ:

          Do đường tròn (A,Rbxmax) và đường tròn (B,Rbxmin) luôn tiếp xúc với 2 đường tròn (O1,Dcl/2); (O2,Dcl/2).

            Nên ta luôn có:

                               O1M = O2M

                       Hay:     (0,5.Dcl + Rbxmax).sin(a - g) = (0,5.Dcl + Rbxmin).sin(b + g) 

         Ở đây, do ô tô có bán kính lốp lớn có độ ổn định kém nhất nên ta lấy thông số bán kính lốp xe lớn nhất để tính điều kiện ổn định.

         Ta có:

                                     Rbxmax = 567 mm  (mục 4.1.2).    

         Do ô tô con có bán kính lốp nhỏ có khả năng vượt dốc kém nhất nên ta lấy thông số bán kính lốp xe nhỏ nhất để tính điều kiện vượt con lăn.

                                   †  Zbxmin = 276,6  (mục 4.1.2).        .

          đặt:

                        Rmၡx = 0,5Dcl ī Rbxmax耠

                              = 0,5300 +567 = 717 mm.

Rmin = 0,5Dcl + Rbxmin  

                 Ƞ            = 0,5300 +276,6 = 426ࠬ6 mm耮

         Biến đổi lượng giác phương trình trên, ta được:

        Р         ဠ   Rmax䀮(sina.cosg -cos a.sin g) = Rmin.(si聮b.cosg 耫cosb.sin g)

          Chia hai vế cho cosγ, khai triển vǠ rút gọn, ta đư廣c:

                                    ဠtgg =

                                     tgg = = 0,09963

                                        g = 5⁰41^’

         Từ đó, ta có thể tính được khoảng cách giữa hai con lăn:

                         L = O1F = O1O2.cosγ = 2.MO1.cosγ

                                    OM = 2.Rmax.sin(α-γ).cosγ.

                                     L =  2.717.sin(26⁰-5⁰41^’).c os(5⁰41^’ )

                                   L =  497,4667 mm.

            Chọn số quy tròn:    L = 497 mm.

                                     a = L .tg g = 497.tg 5⁰41’ = 47,4 mm.

            Chọn quy tròn:         a = 47 mm.

4.3. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN.

4.3.1. Tính công suất cần thiết.

            Công suất cần thiết được tính theo công thức:

                                                    [kW]

               Trong đó:

                  - N: công suất trên con lăn, [kW].

                  - Ppmax: lực phanh lớn nhất trên con lăn, [N].

                  - P = 0,5.Kq.jmax.G.g

                  - Kq: hệ số sử dụng tải trọng trên bệ thử, Kq =0,7.

                  - jmax: hệ số bám lớn nhất giữa bánh xe và con lăn, jmax = 0,75.

                  - G: khối lượng lớn nhất của trục thử.

               - Khi thử xe trên bệ thử ta chỉ thử xe không tải do đó tải trọng trục thử bằng khoảng 50% tải trọng tối đa trên trục, G­ = 0,510000 = 5000 kg.

                  - g: gia tốc trọng trường,  g =9,81 m/s.

                  - P = 0,5 ´ 0,7  0,75 5000  9,81 = 12785,625 N

                  - v: vận tốc dài của con lăn, [m/s]

                               v = 2,5 km/h = 0,694 m/s.       

                           η: hiệu suất của bộ truyền:         

            Với      η1 = 0,96   - hiệu suất bộ truyền xích

                        η2 = 0,97    - hiệu suất bộ truyền bánh răng

                        η3 = 0,995  - hiệu suất của một cặp ổ lăn

           η4 =  1        - hiệu suất của khớp nối

Thay thế số liệu ta được:

                     Η  = 0,816

                                    = 10,3 KW.

4.3.2. Chọn động cơ điện.

          Dựa vào công suất cần thiết tính toán được, ta tiến hành chọn động cơ điện. Động cơ điện cần chọn phải có công suất lớn hơn công suất cần thiết. Do tính chất làm việc của bệ thử phanh, động cơ điện được chọn là loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha. Động cơ phải có khả năng quá tải ngắn hạn lớn, làm việc ổn định trong điều kiện thoát nhiệt kém, độ ẩm lớn (do phải bố trí trong hầm kín).

          Chọn động cơ điện A0C2-52-4^* là loại động cơ điện không đồng bộ ba pha có hệ số trượt cao được che kín, có quạt gió và có các thông số kỹ thuật sau [3]: 

                        - Công suất động cơ:            N =  11 KW.

                        - Số vòng quay định mức:   n  = 1500 vòng/phút.

                        - Hiệu điện thế:                     220 / 380 V

                      - Hiệu suất:                            η = 0,815

           - Trọng lượng:                      G = 107 kg

           - Mômen mở máy:                Mm = 2.Mđm.  

4.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ.

         Để truyền dẫn mômen quay được tạo ra bởi động cơ điện đến tang quay (con lăn ma sát) cần phải có một hệ thống dẫn động cơ khí. Hệ thống dẫn động cơ khí mỗi bên của bệ thử hoạt động độc lập nhau và bao gồm các bộ phận chính sau:

1.      Hộp giảm tốc.

2.      Bộ truyền xích từ hộp giảm tốc đến con lăn.

3.      Bộ truyền xích giữa hai đến con lăn.

* Phân phối tỷ số truyền cho các bộ truyền:

         Việc phân phối tỷ số truyền cho các bộ truyền là một việc làm phức tạp. Tuỳ theo các tiêu chí đặt ra khác nhau mà ta có cách phân phối tỷ số truyền khác nhau.

         Đối với bệ thử phanh, mục tiêu quan trọng hàng đầu là các bộ truyền phải đảm bảo kích thước nhỏ gọn.

         Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động cơ khí được tính:

Trong đó:

-         ndc = 1500 v/p: tốc độ động cơ điện.

-         ncl: tốc độ con lăn.

= 44,2 v/p

          * Sơ bộ phân tỷ số truyền cho các bộ truyền như sau:

1.      Tỷ số truyền bộ truyền xích từ hộp giảm tốc đến con lăn: ix1 = 2

2.      Tỷ số truyền hộp giảm tốc: ih = 17

3.      Tỷ số truyền bộ truyền xích giữa hai con lăn: ix2 = 1.

4.4.1.  Tính toán thiết kế hộp giảm tốc.

4.4.1.1.  Chọn loại hộp giảm tốc.

         Theo như cấu tạo của phần thiết kế sơ bộ bệ thử phanh, hộp giảm tốc của bệ thử được nối đồng trục với động cơ thành một khối. Để hệ thống có thể làm việc được với yêu cầu đề ra, Hộp giảm tốc được chọn phải thuộc loại hộp giảm tốc đồng trục. Nhằm mục đích đồng bộ và tiêu chuẩn hoá các bộ phận của bệ thử, hộp giảm tốc được chọn là hộp giảm tốc đa dụng được chế tạo sẵn.

         Hộp giảm tốc được chọn là hộp giảm tốc ba cấp đồng trục. Động cơ điện dẫn động trực tiếp trục sơ cấp, trục thứ cấp được nối với bộ truyền xích đến con lăn. Sở dĩ chúng ta chọn bộ truyền bánh răng trụ ba cấp loại đồng trục là do loại hộp giảm tốc này có trọng lượng bé hơn so với các loại khác có cùng công suất. Kết cấu của hộp giảm tốc loại này rất nhỏ ngọn, nhất là kích thước chiều dài được giảm đáng kể, rất thuận tiện cho việc bố trí bệ thử.

         Hộp giảm tốc đồng trục ba cấp ngoài việc phát huy được ưu điểm của hộp giảm tốc đồng trục hai cấp còn tận dụng được hết khả năng chịu tải của bộ truyền cấp nhanh. Tuy nhiên, hộp giảm tốc này có một nhược điểm là cấu tạo phức tạp, khó chế tạo. Mặt khác, khoảng cách các gối đỡ trục trung gian thứ hai khá lớn. Nhưng trong điều kiện cần thiết phải hạn chế không gian bố trí thì việc chọn hộp giảm tốc này là hợp lý.

         Các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc được chọn là bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng. Loại bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng có khả năng truyền tải lớn hơn bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cùng kích thước từ 1,2 ÷ 1,3 lần, sự truyền tải cũng đảm bảo tính êm dịu, giảm va đập nhờ hệ số trùng khớp lớn hơn 1. Khi bố trí các bộ truyền trong hộp giảm tốc, chiều góc nghiêng răng được bố trí ngược chiều để hạn chế lực dọc trục trên trục trung gian.

         Trong phạm vi đề tài, em không đi sâu vào thiết kế hộp giảm tốc mà chỉ tiến hành chọn loại hộp giảm tốc có kết cấu và tỷ số truyền phù hợp và tiến hành kiểm nghiệm lại một số thông số kết cấu chính. Mọi công thức và số liệu tham khảo phần này lấy theo tài liệu [3].

4.4.1.2. Các thông số kết cấu chính của hộp giảm tốc.             

         Cấu tạo hộp giảm tốc được thể hiện trên bản vẽ 03. Các thông số chính của hộp giảm tốc như sau:

Hình 4.12. Sơ đồ hộp giảm tốc.

1. Trục sơ cấp; 2. Trục thứ cấp; 3. Bộ truyền cấp nhanh; 4. Bộ trung gian;

 5. Bộ truyền cấp chậm.

-         Kích thước bao: 420 x 300 x 280 mm.

-         Tỷ số truyền:   17.

-         Khối lượng toàn bộ:  120 kg.

         Bảng 4.1. Các thông số của bộ truyền bánh răng.

4.4.1.3. Kiểm nghiệm bền bộ truyền cấp chậm.

              * Chọn vật liệu:

         Vật liệu bánh răng nhỏ là thép 45 tôi cải thiện có các thông số:

             sb = 800 N/mm² ; sch = 450N/mm² ; HRC = 50

         Vật liệu bánh răng lớn là thép 45 tôi cải thiện có các thông số:

             sb = 700 N/mm² ; sch = 400N/mm² ; HRC = 50

              * Ứng suất tiếp xúc cho phép:

         Ứng suất mỏi tiếp xúc cho phép được tính :

                                                        [s]tx = [s]Notx . kN'

           Trong đó:

                      - kN’: hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, do thời gian làm việc thực tế của bệ thử rất ít nên ta chọn kN’=1.

                  - [σ]Notx = 17. HRC: ứng suất tiếp xúc cho phép.

[s]tx1 = 17´50´1 = 850 N/mm².

[s]tx2 = 17´50´1 = 850 N/mm².

               * Ứng suất uốn cho phép:

Giới hạn mỏi uốn của thép được tính:      s-1  = ( 0,4÷0,6) sb.

         -  Đối với bánh răng nhỏ (thép 45):             s-1 = 0,45. 800 = 360 N/mm²

         -  Đối với bánh răng lớn  (thép 45):                         s-1 = 0,45.700 = 315 N/mm²

         Vì ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động nên ta tính ứng suất uốn cho phép theo công thức:                 [s]u =

         Trong đó:

            - s0:  giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động, s0 = 1,5.s-1.

            - Kn'':  hệ số chu kỳ ứng suất, Kn'' = 1.

            - n: hệ số an toàn, chọn n = 1,5.

            - Ks: hệ số tập trung ứng suất chân răng, chọn Ks = 1,8.

         Thay vào công thức ta có:

            + Đối với bánh răng nhỏ: 

[s]u1 == 200 N/mm²

            + Đối với bánh răng lớn : 

[s]u2 == 175 N/mm²

              * Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

              Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng nhỏ theo công thức:         

                                 su1 =

              Trong đó:

                        θ’’: hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải khi tính sức bền uốn bánh răng nghiêng so với bánh răng thẳng, θ’’ = (1,4÷1,6), chọn θ’’ =1,5.

                        b: chiều rộng bánh răng, b = 45 mm.

                        n: vận tốc bánh răng nhỏ.

                                    n =   = 353 v/ph.

                        mn: môdun pháp tuyến, mn = 3.

                        K: hệ số tải trọng, với v < 3 m/s, ta lấy K = 1,2.                                       

                                     = 20,8  ≤ b.

                        N: công suất của bộ truyền, N = 11 KW.

                        Z1: số răng của bánh nhỏ, Z1 = 18.

                        y1: hệ số dạng răng, được tra theo số răng tương đương.

              Số răng tương đương được tính theo công thức:

                                    Ztd = Z/cos²b.

                        Bánh răng nhỏ:         Ztd1 = 18/ cos²16⁰46’ = 19,63.

                        Bánh răng lớn:          Ztd2 = 72/ cos²16⁰46’ = 78,54.

              Tra bảng (3-18) ta được:

                        y1 = 0,392

                        y2 = 0,471

              Thay số liệu vào công thức ta được:

                                    su1 =     = 166,6 N/mm².

            So sánh với ứng suất cho phép:  [s]u1 = 200 N/mm², ta nhận thấy: su1<[s]u1.

Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng lớn:

                                     su2 = su1.y1/y2 = 166,60.392/0,471 = 138,6 N/mm².

So sánh với ứng suất cho phép:  [s]u2 = 175 N/mm², ta nhận thấy: su2<[s]u2.

Như vậy bộ truyền cấp chậm đảm bảo độ bền uốn.

* Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột:

            Trong trường hợp bánh răng bị quá tải đột ngột khi mở máy, ta có:

            Hệ số quá tải: Kqt = Mqt/M = 2.

                        Trong đó:

                                    Mqt: mômen xoắn quá tải.

                                    M: mômen xoắn.

            Ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép:

                        [σ]txqt = 2,5.[σ]Notx = 2,5.17.HRC.

                        [σ]txqt = 2,5.17.50 = 2125 N/mm².

            Ứng suất uốn quá tải cho phép:

                        [σ]uqt = 0,8.σb.

              Đối với bánh răng nhỏ:  [σ]uqt1 = 0,8.800 = 640 N/mm².

              Đối với bánh răng nhỏ:  [σ]uqt2 = 0,8.700 = 560 N/mm².

         + Ứng suất tiếp xúc khi quá tải đột ngột đối với bánh lớn:

      σtxqt2   = = 826 N/mm².

         Trong đó:

              b2: bề rộng bánh răng lớn, b2 = 38 mm.

              n2: số vòng quay của bánh răng lớn, n2 = 353 v/ph.

              θ’: hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải tính theo sức bền tiếp xúc, θ’= 1,15÷1,35, chọn θ’=1,25.

              K: hệ số tải trọng,  K = 1,2.

         So sánh với tiếp xúc khi quá tải cho phép:    σtxqt   < [σtxqt ] = 2125 N/mm².

         Như vậy, sức bền tiếp xúc bộ truyền cấp chậm khi chịu quá tải đột ngột được thoả mãn.

         + Kiểm nghiệm sức bền uốn theo công thức:

       σuqt = σu.Kqt.

         Đối với bánh nhỏ: σuqt1 = 166,6.2 = 333,2 N/mm².

         Đối với bánh lớn: σuqt2 = 138,6.2 = 277,2 N/mm².

         So sánh với: [σuqt1] = 640 N/mm² và  [σuqt2 ] = 560 N/mm² ta nhận thấy sức bền uốn của bộ truyền khi quá tải đột ngột được đảm bảo.

4.4.1.4. Kiểm nghiệm độ bền cấp nhanh và cấp trung gian.

         Độ bền cấp nhanh và cấp trung gian có cùng  môdun nên chỉ tiến hành kiểm nghiệm bền cho bộ truyền cấp trung gian.

              * Chọn vật liệu:

         Vật liệu bánh răng nhỏ là thép 45 thường hoá có các thông số:

             sb = 60 N/mm² ; sch = 300N/mm² ; HB = 190.

         Vật liệu bánh răng lớn là thép 40 tôi cải thiện có các thông số:

             sb = 500 N/mm² ; sch = 260N/mm² ; HB = 170.

              * Ứng suất tiếp xúc cho phép:

         Ứng suất mỏi tiếp xúc cho phép được tính :

                                                        [s]tx = [s]Notx . kN'

           Trong đó:

                      - kN’: hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, do thời gian làm việc thực tế của bệ thử rất ít nên ta chọn kN’=1.

                  - [σ]Notx = 2,6.HB.

Ứng suất tiếp xúc cho phép.

[s]tx1 = 2,6.190.1 = 494 N/mm².

[s]tx2 = 2,6.170.1 = 442 N/mm².

               * Ứng suất uốn cho phép:

Giới hạn mỏi uốn của thép được tính:    s-1  = ( 0,4÷0,6) sb.

         -  Đối với bánh răng nhỏ (thép 45):             s-1 = 0,43. 600 = 258 N/mm².

         -  Đối với bánh răng lớn  (thép 45):                         s-1 = 0,43.500 = 215 N/mm².

         Vì ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động nên ta tính ứng suất uốn cho phép theo công thức:                 [s]u =

         Trong đó :

            - s0:  giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động, s0 = 1,5.s-1

            - Kn'':  hệ số chu kỳ ứng suất, Kn’' = 1.

            - n: hệ số an toàn, chọn n = 1,5

            - Ks: hệ số tập trung ứng suất chân răng, chọn Ks = 1,8.

         Thay vào công thức ta có:

            + Đối với bánh răng nhỏ: 

[s]u1 == 143,3 N/mm²

            + Đối với bánh răng lớn: 

[s]u2 == 119,44 N/mm²

* Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

              Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng nhỏ theo công thức:         

                                   su1 =

              Trong đó:

                        θ’’: hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải khi tính sức bền uốn bánh răng nghiêng so với bánh răng thẳng, θ’’ = (1,4÷1,6), chọn θ’’ =1,5.

                        b: chiều rộng bánh răng, b = 28 mm.

                        n: vận tốc bánh răng nhỏ.

                                    n =   = 882,3 v/ph.

                        mn: môdun pháp tuyến, mn = 2.

                        K: hệ số tải trọng, với v < 3 m/s, ta lấy K = 1,2.                                       

                                     = 14,74  ≤ b.

                        N: công suất của bộ truyền, N = 11 KW.

                        Z1: số răng của bánh nhỏ, Z1 = 22.

                        y1: hệ số dạng răng, được tra theo số răng tương đương.

              Số răng tương đương được tính theo công thức:

                                    Ztd = Z/cos²b.

                        Bánh răng nhỏ:         Ztd1 = 22/ cos²15⁰45’ = 23,75.

                        Bánh răng lớn:          Ztd2 = 55/ cos²15⁰45’ = 59,37.

              Tra bảng (3-18) ta được:

                        y1 = 0,353

                        y2 = 0,471

              Thay số liệu vào công thức ta được:

                                    su1 =     = 139,3 N/mm².

So sánh với ứng suất cho phép: [s]u1 = 143,3 N/mm², ta nhận thấy: su1<[s]u1.

Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng lớn:

                                     su2 = su1.y1/y2 = 139,3.0,353/0,471 = 104,4 N/mm².

So sánh với ứng suất cho phép:  su2< [s]u2 = 119,4 N/mm².

Như vậy bộ truyền cấp trung gian đảm bảo độ bền uốn.

* Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột:

            Trong trường hợp bánh răng bị quá tải đột ngột khi mở máy, ta có:

            Hệ số quá tải: Kqt = Mqt/M = 2.

                        Trong đó:

                                    Mqt: mômen xoắn quá tải.

                                    M: mômen xoắn.

Ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép:

                        [σ]txqt = 2,5.[σ ]N otx = 2,5.2,6.HB.

Đối với bánh răng nhỏ:  [σ]txqt1 = 2,5.2,6.190 = 1235 N/mm².

Đối với bánh răng lớn:  [σ]txqt1 = 2,5.2,6.170 = 1105 N/mm².

Ứng suất uốn quá tải cho phép:

                        [σ]uqt = 0,8.σb.

              Đối với bánh răng nhỏ:  [σ]uqt1 = 0,8.600 = 480 N/mm².

              Đối với bánh răng nhỏ:  [σ]uqt2 = 0,8.500 = 400 N/mm².

         Ứng suất tiếp xúc khi quá tải đột ngột đối với bánh lớn:

 σtxqt1  = = 637,6N/mm².

         Trong đó:

              b2: bề rộng bánh răng lớn, b2 = 38 mm.

              n2: số vòng quay của bánh răng lớn, n2 = 822,3 v/ph.

              θ’: hệ số phản ánh sự tăng khả năng tải tính theo sức bền tiếp xúc, θ’= 1,15÷1,35, chọn θ’=1,25.

              K: hệ số tải trọng,  K = 1,2.

         So sánh với ứng suất tiếp xúc khi quá tải cho phép:      σtxqt   < [σtxqt ].

         Như vậy, sức bền tiếp xúc bộ truyền cấp chậm khi chịu quá tải đột ngột được thoả mãn.

* Kiểm nghiệm sức bền uốn theo công thức:

       σuqt = σu.Kqt.

         Đối với bánh nhỏ: σuqt1 = 139,3.2 = 278,6 N/mm².

         Đối với bánh lớn: σuqt2 = 104,4.2 = 208,8 N/mm².

         So sánh với: [σuqt1] = 480 N/mm² và  [σuqt2 ] = 400 N/mm², ta nhận thấy sức bền uốn của bộ truyền trung gian khi quá tải đột ngột được đảm bảo.

4.4.2. Tính toán thiết kế bộ truyền xích.

            Cấu tạo bệ thử có 2 bộ truyền xích. Một bộ truyền xích từ động cơ điện đến con lăn chủ động sau và một bộ truyền xích giữa hai con lăn. Để đơn giản cho việc chế tạo cũng như bảo dưỡng sửa chữa, ta chọn hai bộ truyền cùng một loại xích.

Việc tính toán được tiến hành cho bộ truyền xích từ động cơ điện đến con lăn sau, bởi vì bộ truyền này chịu tải trọng lớn hơn. Mọi công thức và số liệu tham khảo phần này lấy theo tài liệu [3].

4.4.2.1. Tính toán bộ truyền xích từ động cơ đến con lăn.

4.4.2.1.1. Chọn loại xích.

Do vận tốc bộ truyền không lớn, Vcon lăn = 0,694 m/s, nên ta chọn loại xích ống con lăn. Loại xích ống con lăn có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền nên đảm bảo tính kinh tế trong sử dụng.

Hình 4.13. Sơ đồ tính toán loại xích ống con lăn.

1. Má trong; 2. Má ngoài; 3. Chốt; 4. Con lăn.

4.4.2.1.2. Chọn số răng các bánh xích.

* Chọn số răng bánh xích nhỏ:

Số răng bánh xích nhỏ được lựa chọn phù hợp với tỷ số truyền, nhằm đảm bảo được khả năng chống mài mòn, tránh được hiện tượng va đập trong quá trình vận hành, đảm bảo bộ truyền nhỏ gọn và tránh hiện tượng cắt chân răng khi chế tạo đĩa xích. Theo yêu cầu tỷ số truyền đã cho i = 2 và tốc độ quay rất thấp nên nhằm giảm thiểu tối đa kích thước bộ truyền, ta chọn số răng đĩa xích dẫn Z1 = 13.

* Chọn số răng bánh xích lớn:

            Số răng đĩa xích lớn (đĩa xích bị dẫn) được tính theo công thức:

                                    Z2 =  i ´ Z1 = 2 ´ 13 =  26

            Ta chọn:         Z2 =  26

                                  Þ

4.4.2.1.3.  Xác định bước xích t.

Bước xích t được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong bản lề và số vòng quay trong một phút của đĩa xích phải nhỏ hơn số vòng quay giới hạn.

Tính hệ số điều kiện sử dụng:

                                    k = kđ . kA . ko . kđc . kb . kc

Trong đó:

- kđ: hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài, với tải trọng êm (khi phanh) chọn  kđ = 1.

- kA: hệ số xét đến chiều dài xích, giả sử ta chọn A < 25t ; kA = 1,25.

- k0: hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, với bộ truyền nằm ngang k0=1.

- kđc: hệ số tính đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, với bộ truyền có căng xích bằng một trong hai đĩa xích, ta chọn kđc = 1.

- kb: hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, với chế độ bôi trơn định kỳ trong môi trường có bụi bẩn ta chọn  kb=1,5.

- kc: hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền, với bộ truyền làm việc chỉ một ca ta chọn kc = 1.

Thay thế số liệu ta được:

                                    k = 1´1,25´1´1´1,5´ 1 = 1,875

Xác định công suất tính toán của bộ truyền xích:

                                    Nt = k . kZ . kn . N

Trong đó:

-         N: công suất danh nghĩa của bộ truyền (KW).

                    N = Nđc.ηh.ηol

                    Nđc: công suất động cơ điện: Nđc = 11 KW.

                    ηh: hiệu suất truyền hộp giảm tốc: ηh = 0,98.

                    ηol: hiệu suất truyền của ổ lăn: ηol =0,995.

N = 11. 0,98.0,995=10,726 KW.

      Với Z01, n01 là số răng và số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở, ta lấy Z01=25 và n01= 200 vg/ph.     

-         kZ: hệ số răng đĩa dẫn:

                        kZ = Z01 / Z1 = 25 / 13 = 1,923

-         n1: số vòng quay đĩa dẫn :

n1 =  ncl .ix1 =  44,2 ´ 2 = 88,4.

-         kn: hệ số vòng quay đĩa dẫn :

                        kn = n1 /n01= 88,4 / 200  = 0,442.

Thay thế số liệu ta được:

                        Nt = 1,875 .1,923 .0,442 . 10,726  =  17,156 kW.

Tra bảng (6-4) và (6-1), ta chọn được loại xích có các thông số như sau:

- Bước xích:                                t = 31,75 mm.

- Diện tích bản lề xích:             F = 262,2 mm².

- Khả năng truyền tải:                N = 20,1 KW.

- Tải  trọng phá  hỏng:               Q = 70 kN.

- Khối lượng 1 mét xích:           q1 = 3,73 kg.

*  Kiểm nghiệm lại số vòng quay giới hạn:

Tra bảng (6-5) số vòng quay giới hạn cho phép của đĩa dẫn ta được: ngh = 690v/p. Như vậy, với số vòng quay đĩa dẫn n = 88,4 vòng/phút, bộ truyền đảm bảo yêu cầu.

4.4.2.1.4 .  Xác định khoảng cách trục A và số mắt xích X.

Khoảng cách trục A của bộ truyền xích bị khống chế bởi khoảng cách giữa các con lăn và kích thước bệ thử, khoảng cách trục của hai con lăn là  500 mm, nên ta chọn khoảng cách trục của bộ truyền xích từ hộp giảm tốc đến bộ truyền xích là 270mm .

* Xác định số mắt xích X:

Số mắt xích được xác định theo công thức:

                        X =

                 Trong đó : Z1: số răng của đĩa xích dẩn Z1 = 13

                                   Z2: số răng của đĩa xích bị dẩn Z­2 = 26

                                     t: bước xích t = 31,75mm.

                                     A: khoảng cách trục của hai bánh xích A = 270mm.

Thay thế các số liệu vào công thức ta được:

                        X == 37,01

Do số mắt xích phải là số nguyên chẵn nên ta chọn X = 38

* Kiểm nghiệm số lần va đập của bản lề trong một giây u.

Số lần va đập trong một giây của bản lề được kiểm tra theo công thức:

                                     < [u]

            Trong đó :

            - Z: số răng của bánh dẫn, Z = 13

            - n: số vòng quay trong một phút của bánh dẫn, n = 88,4 vòng/phút

            - X: số mắt xích, X = 38

            Thay thế số liệu ta được:

                                     = 1,75

            Theo bảng (6-7) số liệu số lần va đập cho phép trong một giây của loại xích ống con lăn có bước xích t = 31,75 là  [u] = 25 cho nên điều kiện được thỏa mãn.

* Tính chính xác khoảng cách trục A.

Dựa vào số mắt xích đã chọn ta xác định lại chính xác khoảng cách trục A.

                        A =

                 Trong đó :

                                    Z1: số răng của đĩa xích dẩn Z1 = 13

                                   Z2: số răng của đĩa xích bị dẩn Z­2 = 26

                                     t: bước xích t = 31,75mm

                                     X: số mắc xích X = 38

                        = 286,14 mm

            Để đảm bảo độ võng bình thường, tránh cho xích khỏi bị căng quá, ta giảm khoảng cách trục A một khoảng ΔA = 0,004.A = 0,004.286,14 = 1,14 mm.

Như vậy khoảng cách chính xác trục A tính toán được là A = 285 mm.

4.4.2.1.5. Tính các kích thước của đĩa xích. Công thức (6-1).

Các kích thước của đĩa xích được tính theo công thức:

- Đường kính vòng chia:                 dc= t/sin(180/Z);

- Đường kính vòng đỉnh:                 da = t [0,5 + cotg (180/Z)];

- Đường kính vòng chân:                df = dc -2r

- Bán kính góc lượn:                                    r = 0,5025 d1 + 0,05

- Đường kính con lăn:                      d1 = 19,05 mm

Trong đó:

                    t: bước xích t = 31,75 mm

                    Z: số răng của đĩa xích.

Thay thế số liệu ta có các thông số của đĩa xích như bảng 4.2.

Bảng 4.2. Thông số đĩa xích.

4.4.2.1.6. Tính lực tác dụng lên trục.

Lực R tác dụng lên trục được tính theo công thức:

                               R = kt.P = = =20802 N.

              Trong đó:

kt: là hệ số xét đến tác dụng của trọng lương xích lên trục, với bộ truyền nằm ngang ta lấy kt = 1,15.                       

          Sau khi tính toán thiết kế ta có các thông số của bộ truyền xích từ hộp giảm tốc đến con lăn chủ động: bảng 4.3.

Bảng 4.3. Các thông số của bộ truyền xích từ hộp giảm tốc đến con lăn chủ động.

4.4.2.2. Tính toán bộ truyền xích giữa hai con lăn.

         Bộ truyền xích giữa hai con lăn có tỷ số truyền bằng 1. Ta chọn cùng loại xích như bộ truyền đã tính ở phần trên, và để đơn giản cho việc chế tạo ta chọn kích thước bánh xích đúng bằng bánh bị dẫn của bộ truyền này. Do bộ truyền xích giữa hai con lăn chịu tải ít hơn nên ta không cần kiểm nghiệm bền lại.

* Xác định số mắt xích X:

      Do khoảng cách trục giữa hai con lăn là 497, do đó khoảng cách trục của hai của bộ truyền là A = 497 mm. Số mắt xích được xác định theo công thức:

                        X =

                Trong đó:

                                    Z1:  số răng của đĩa xích dẫn Z1 = 26

                                   Z2: số răng của đĩa xích bị dẫn Z­2 = 26

                                     t: bước xích t = 31,75mm.

                                   A: khoảng cách trục giữa 2 bánh xích A = 497mm.

                         X =  = 57,5

Do số mắc xích phải là số nguyên chẵn nên ta chọn X = 58

* Tính chính xác khoảng cách trục A:

            Dựa vào số mắc xích đã chọn ta xác định lại chính xác khoảng cách trục A, theo công thức:                   

A =

                 Trong đó:

                                     Z1: số răng của đĩa xích dẩn Z1 = 26.

                                   Z2: số răng của đĩa xích bị dẩn Z­2 = 26.

                                     t: bước xích t = 31,75mm.

                                   X: số mắc xích X = 58.

                        = 508 mm.

            Để đảm bảo độ võng bình thường, tránh cho xích khỏi bị căng quá, ta giảm khoảng cách trục A một khoảng: A = 0,004.A = 0,004.508 = 2,032 mm.

Như vậy khoảng cách chính xác trục A tính toán được là A = 505,968 mm.

            Sau khi tính toán thiết kế ta có các thông số của bộ truyền xích từ con lăn chủ động đến con lăn bị động (bảng 4.4).

         Bảng 4.4. Các thông số của bộ truyền xích từ con lăn chủ động đến con lăn bị động.

4.5. THIẾT BỊ ĐO.

4.5.1.  Sơ lược các loại thiết bị đo.

         Thiết bị đo lường là một vấn đề rất được chú trọng khi thiết kế bệ thử phanh. Độ chính xác, mức độ phức tạp của kết cấu, khả năng hoạt động tin cậy của thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào các thiết bị đo lường. Việc chọn lựa các thiết bị đo khác nhau sẽ cho các loại kết cấu cũng như kết quả đo khác nhau. Ngoài ra, chọn thiết bị đo lường cũng là một yếu tố quyết định đến giá thành thiết bị.

            Có rất nhiều phương pháp đo khác nhau như:

- Phương pháp cơ khí: là phương pháp thông qua các truyền động cơ khí để nhận kết quả đo, như lực kế lò xo...

- Phương pháp thuỷ khí.

- Phương pháp dùng điện.

          Trong hệ thống bệ thử phanh được thiết kế có rất nhiều thông số cần đo đếm như trọng lượng trục ô tô, lực phanh, vận tốc, thời gian... Các giá trị này đều là các đại lượng vật lý không điện. Các phương pháp đo đại lượng vật lý không điện rất khó có thể chuyển đổi, tính toán xử lý và lưu trữ, vì vậy cần phải chuyển đổi các giá trị này thành các giá trị điện.

         Các chuyển đổi các thông số đo từ giá trị không điện thành các giá trị điện gọi là chuyển đổi đo lường sơ cấp. Chuyển đổi đo lường sơ cấp được thực hiện được nhờ các thiết bị chuyển đổi gọi là cảm biến (sensor).

         Các cảm biến được phân thành các loại sau:

- Dựa vào nguyên lý chuyển đổi ta có các loại sau: cảm biến điện trở, cảm biến điện từ, cảm biến tĩnh điện, cảm biến hoá điện, nhiệt điện...

- Dựa theo tính chất nguồn điện ta có: cảm biến máy phát (cảm biến tích cực), cảm biến thông số (cảm biến thụ động).

- Dựa theo phương pháp đo ta có: cảm biến đo biến đổi trực tiếp, cảm biến biến đổi bù ...

- Dựa vào kiểu đo ta có: cảm biến quang học, cảm biến biến dạng, cảm biến vận tốc, cảm biến nhiệt độ, cảm biến gia tốc, cảm biến rung...

- Dựa vào hiệu ứng vật lý biến đổi năng lượng ta có: cảm biến hiệu ứng  nhiệt điện, cảm biến hiệu ứng hoả điện, cảm biến hiệu ứng áp điện, cảm biến hiệu ứng quang điện, cảm biến hiệu ứng cảm ứng điện từ ...

         Trong bệ thử phanh được thiết kế, có các loại cảm biến sau để làm thiết bị đo:

- Đo lực phanh, đo trọng lượng: cảm biến điện trở lực căng hoạt động theo hiệu ứng tenzô, cảm biến điện áp.

- Đo vận tốc: cảm biến tích cực loại cảm kháng.

            Ngoài ra, còn có cảm biến kiểm tra vị trí an toàn loại điện dung, các cảm biến nhận tín hiệu điều khiển từ xa sử dụng hiệu ứng quang điện và cảm biến đo thời gian.

4.5.2. Cảm biến đo lực phanh.

         Dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống, lực phanh bánh xe tác dụng lên con lăn được truyền đến động cơ- hộp giảm tốc làm cụm này quay đi một góc hay nói đúng hơn là gây ra một biến dạng trên đầu đo. Sự quan hệ giữa ứng lực và biến dạng được biểu diễn bằng lý thuyết sức bền vật liệu.

s = E (Dl/ l)

           Trong đó:

-         σ : ứng suất phát sinh trong đầu đo [N/m², kG/cm²].

-         E: môđun đàn hồi của vật liệu.

-         Δl/l: biến dạng dài tương đối của đầu đo.

         Để đo lực phanh, ta đo sự biến dạng sinh ra của đầu đo Δl/l khi chịu tác dụng của mômen phanh bằng cảm biến biến dạng. Phương pháp này gọi là phương pháp chuyển đổi điện trở lực căng.

4.5.2.1.  Cấu tạo nguyên lý hoạt động.

         Khi dây dẫn chịu sự biến dạng cơ khí thì điện trở của nó thay đổi, hiện tượng đó gọi là hiệu ứng tenzô. Chuyển đổi điện trở làm việc dựa trên hiệu ứng tenzô gọi là chuyển đổi điện trở tenzô hoặc là chuyển đổi điện trở lực căng. Chuyển đổi điện trở lực căng có 3 loại: chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh, lá mỏng và màng mỏng. Cảm biến được sử dụng cho bệ thử phanh là loại cảm biến chuyển đổi điện trở lực căng loại dây mảnh.

         Cấu tạo của cảm biến được thể hiện trên hình 4.14. Trên thanh thép có tiết diện hình vuông, người ta giảm độ cứng bằng cách khoét phần giữa một lỗ hình chữ nhật. Về hai phía trên và dưới trong lỗ này người ta dán một lớp chất dẻo cách điện hoặc giấy mỏng bền. Trên lớp cách điện này, người ta dán một sợi dây điện trở hình răng lược có đường kính rất nhỏ (0,02- 0,03mm). Dây được chế tạo bằng các vật liệu như constantan, nicrôm, hợp kim platin- iriđi. Hai đầu dây được nối với các lá đồng dùng để nối với mạch đo thông qua dây dẫn ra ngoài. Toàn bộ phần dây điện trở và mạch đo được đúc liền khối bằng chất dẻo. Các chuyển đổi được dán lên đối tượng bằng loại keo dán đặc biệt như bθ-2, bθ-4, axêton xenluloic v.v ...

         Khi cần đo bị biến dạng, gây nên một biến dạng dài Δl trên dây dẫn và điện trở của dây dẫn biến đổi theo một lượng ΔR.

Hình 4.14. Cảm biến lực phanh.

1. Dây dẫn; 2. Cảm biến điện trở lực căng; 3. Bề mặt khảo sát;

4. Đầu đo; 5. Dây dẫn;  6. Lớp nhựa bảo vệ.

         Ta có:                         ΔR/R = f (Δl/l)

          Hay:                              eR = f (e1)

         Ta biết công thức tính điện trở dây dẫn là:

                                                R = rl/s

           Trong đó:       

-         ρ: điện trở suất dây dẫn.

-         l: chiều dài dây dẫn.

-         s: tiết diện dây dẫn.

Do đó:           

Hay:                            eR = er + el - es

Trong đó:

- eR = ΔR/R: sự biến thiên tương đối của điện trở chuyển đổi khi bị biến dạng.

- el = Δl / l: sự biến thiên tương đối theo chiều dài của dây dẫn.

- es = Δs/s: sự biến thiên tương đối theo tiết diện dây dẫn, đặc trưng cho sự thay đổi kích thước hình học của chuyển đổi.

- eρ = Δρ/ρ: sự biến thiên tương đối của điện trở suất, đặc trưng cho sự thay đổi tính chất vật lý của vật liệu chuyển đổi.

         Ứng suất có trong chi tiết cần nghiên cứu phụ thuộc vào môđun đàn hồi E của vật liệu chi tiết theo công thức:

                        s = E (Dl/ l)

            Phương trình biến đổi của chuyển đổi lực căng có thể biểu diễn dưới dạng:                                     ΔR /R =σK/E

            K: độ nhạy chuyển đổi. K= eR/el.

         Ứng suất cơ của chi tiết được giới hạn trong khoảng 20% ÷ 30% giới hạn đàn hồi.

4.5.2.2. Tính chất của chuyển đổi điện trở lực căng.

         Kim loại sử dụng làm đầu đo phần lớn thuộc họ hợp kim Niken. Ngoài ra, các loại vật liệu bán dẫn cũng được dùng chế tạo chuyển đổi lực căng. Các chuyển đổi này có các tính chất cơ bản như sau:

          - Điện trở suất: điện trở suất của vật liệu dùng dây dẫn phải đủ lớn để không cần dây quá dài làm tăng kích thước cảm biến, song cũng không giảm tiết diện quá nhỏ vì sẽ làm giảm dòng đo và làm giảm độ nhạy.

         - Ảnh hưởng của nhiệt độ:

          Nói chung, do vật liệu chế tạo chuyển đổi điện trở lực căng là kim loại có độ biến dạng tương đối Δl trong giới hạn đàn hồi không lớn hơn 2,5.10^-3. Do đó Δl vào khoảng (1,25 ÷ 10) tức là sự thay đổi tương đối không vượt quá 1% khi đối tượng chịu ứng suất lớn nhất. Do vậy sự nóng lên của điện trở làm ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo. Hệ số chuyển đổi có sự liên quan đến nhiệt độ theo biểu thức:

                     K(T) = Ko{1 + aK(T- T0)}

Trong đó:

-         Ko: hệ số đầu đo ở nhiệt độ chuẩn To (To = 25⁰C).

-         αK: hệ số thực nghiệm, αK đối với một số chất như sau:

+ Nichrome V: aK = - 0,04% / ⁰C.

+ Constantan: aK = + 0,01% / ⁰C.

            Để chuyển đổi làm việc được tốt, hệ số nhiệt độ cần bé. Mặt khác, cần bù nhiệt độ trong mạch đo.

            - Ảnh  hưởng của ứng lực đến độ tuyến tính:

          Trong giới hạn đàn hồi, hệ số đầu đo của chuyển đổi điện trở lực căng dây kim loại không đổi, do đó mối quan hệ giữa sự thay đổi của điện trở và biến dạng là tuyến tính. Đây là một tính chất rất quan trọng đối với các loại đầu đo cần độ chính xác cao trong phạm vi rộng.

4.5.3.2. Sơ đồ mạch đo cảm biến.

       Chuyển đổi điện trở lực căng được mắc với dạng mạch cầu một chiều, xoay chiều hoặc phân áp (hình 4.15).

                                  a)                                                            b)

c)

Hình 4.15. Sơ đồ mạch đo cảm biến lực phanh.

a) Mạch cầu chỉ có 1 nhánh hoạt động với điện trở bù nhiệt.

b) Mạch cầu với 2 nhánh hoạt động đối xứng.

            c) Mạch phân áp.

4.5.2.4.  Sai số và phạm vi ứng dụng.

         Sai số của cảm biến điện trở tenzô chủ yếu do độ chính xác khắc độ của cảm biến. Không thể khắc độ trực tiếp đơn chiếc, chúng được chế tạo hàng loạt và chuẩn sơ bộ. Sai số sau khi chuẩn sơ bộ có thể đạt tới 1 ÷ 5 %. Các sai số còn do biến dạng dư của keo dán khi sấy khô, do sự giãn nở khác nhau giữa cảm biến và chi tiết dán. Chính vì vậy, khi sử dụng cần có quy trình công nghệ kiểm tra dán chuẩn (cân chỉnh) và chọn vị trí chính xác. Sai số sau khi chuẩn có thể đạt tới 0,2 ÷ 0,5 % khi đo biến dạng tĩnh, và 1 ÷ 1,5 % khi đo biến dạng động.

4.5.3. Cảm biến trọng lượng.

4.5.3.1. Cấu tạo nguyên lý hoạt động.

          Tương tự cảm biến đo lực phanh, cảm biến trọng lượng cũng được sử dụng loại cảm biến tenzô nhưng khác với cảm biến đo lực phanh, cảm biến đo lực phanh chịu mômen uốn còn cảm biến đo trọng lượng chịu nén. Nguyên lý hoạt động giống cảm biến đo lực phanh nhưng phương pháp dán cảm biến dây điện trở khác với cảm biến đo lực phanh. Phương pháp dán cảm biến dây điện trở ở cảm biến đo trọng lượng  được thể hiện ở hình 4.16.

                                       a)                                                                    b)

                                   Hình 4.16. Phương pháp dán dây điện trở.

a) Một nhánh làm việc và có bù trừ nhiệt; b)  Hai nhánh làm việc có bù trừ nhiệt.

          Theo sơ đồ hình 4.16.a) (đo trọng lượng) khi có một nhánh làm việc R1 (nhánh đo) thì cảm biến bù trừ nhiệt R4 được dán thẳng góc với phương tác dụng lực nén P. Ngoài việc bù trừ ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi dán cảm biến R4 theo vị trí như trên sẽ bù trừ được sự mất mát độ nhạy ở nhánh làm việc do cảm biến bị biến dạng theo chiều ngang.

          Dán cảm biến theo sơ đồ hình 4.16.b) sẽ tăng độ nhạy lên hai lần khi có cảm biến bù trừ nhiệt. Ngoài ra trong sơ đồ này còn bù trừ được cả ảnh hưởng khi thanh uốn.

          - Nguyên lý đo: có hai phương pháp đo dùng cầu đo như sau: phương pháp cân bằng và phương pháp không cân bằng.

          Ở phương pháp cân bằng khi cầu đo bị mất cân bằng do cảm biến bị biến dạng dưới tác dụng lực, người ta tiến hành cân bằng lại cầu để cho dụng cụ đo mắc trên nhánh chéo của cầu chỉ ở số không. Theo giá trị cầu phụ cân bằng sẽ xét được sự thay đổi của đại lượng cần đo.

          Ở phương pháp không cân bằng khi cầu đo bị mất cân bằng do cảm biến bị biến dạng dưới tác dụng lực, người ta không tiến hành cân bằng lại cầu mà dùng sự thay đổi chỉ số trên dụng cụ đo mắc trên nhánh chéo để xét sự thay đổi của đại lượng cần đo. Do đó, phương pháp không cân bằng vạn năng hơn.

Hình 4.17. Sơ đồ mắc cảm biến vào cầu đo để đo trọng lượng.

1. Cảm biến dây điên trở; 2. Thanh nén; 3. Nhánh cầu đo; 4. Máy khuyếch đại;

5. Máy ghi sóng.

          Trên hình 4.17 trình bày nguyên lý sơ đồ cầu đo để đo trọng lượng. Cảm biến dây điện trở 1 dán trên thanh nén 2 và một nhánh của cầu đo 3. Khi có lực P tác dụng lên thanh nén sẽ làm thay đổi điện trở của cảm biến dán trên nó, do đó cầu bị mất cân bằng. Trên nhánh đo chéo sẽ có hiệu điện thế, hiệu điện thế này không quá vài milivôn và dòng điện trong mạch đo chéo không đủ để cho máy ghi sóng 5 làm việc, vì thế tín hiệu trước khi vào máy ghi sóng 5 phải qua máy khuyếch đại 4.

4.5.4. Cảm biến vận tốc trượt.

4.5.4.1.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

         Để phù hợp với vị trí lắp đặt, kết cấu và đặc điểm hoạt động của bệ thử, ta chọn loại cảm biến xung chuyển đổi cảm ứng có cấu tạo như hình 4.18.

Hình 4.18. Cảm biến đo tốc độ bánh xe

1. Nam châm vĩnh cửu; 2. Cuộn dây; 3. Lõi sắt từ; 4. Con lăn trơn; 5. Lỗ hổng;

a: khe hở không khí.

         Trong cảm biến đo vận tốc được chọn có cuộn dây đo quấn quanh một lõi thép chịu tác động của từ trường một nam châm vĩnh cửu. Cuộn được đặt đối diện với một con lăn bằng thép trơn có khoan lỗ. Nhờ lò xo mà con lăn luôn tỳ sát vào bánh xe.

         Khi con lăn ma sát quay làm bánh xe quay theo, bánh xe lúc này đóng vai trò chủ động kéo con lăn trơn quay theo. Khe hở không khí của mạch từ thay đổi làm từ trở của mạch từ của cuộn dây biến thiên một cách tuần hoàn làm xuất hiện trong cuộn dây một sức điện động có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ quay.        

         Ta có:

         Trong đó:

-         W: số vòng cuộn dây.

-         Rδ = G: từ trở của khe hở không khí.

-         δ :  chiều dài khe hở không khí.

-         μ0:  độ từ thẩm của không khí

-         S : tiết diện thực của cuộn dây.

         Từ thông thay đổi do vị trí tương đối của cuộn dây và con lăn thay đổi làm thay đổi khe hở không khí và từ trở của mạch từ thay đổi. Khi từ thông Φ thay đổi, móc vòng qua cuộn dây sẽ sinh ra một sức điện động e.

                        RM = RMo + k.RMo.X

         Trong đó:

-         FM: sức từ động của nam châm.

-         W: số vòng dây của cuộn cảm ứng.

-         RM: từ trở của mạch từ.

-         X: đại lượng đo.

-         RMo: từ trở của mạch từ khi X =0.

-         k: hệ số phụ thuộc vào cấu trúc chuyển đổi.

Xem như: ΔRM << RM, ta có phương trình:

Với:

 S: là độ nhạy của chuyển đổi.

         Khi trục quay quanh lõi sắt từ, khe hở không khí giữa các đầu cực từ biến thiên theo quy luật hình sin. Một cách gần đúng, ta có từ trở của mạch từ và từ thông sẽ thay đổi theo dạng hình sin:

                        Ft = [0,5(Fmax+Fmin) +0,5(Fmax-Fmin)]. Sin 2nwt

         Sức điện động trong cuộn dây:

            Trong đó:

-         Fmax , Fmin: giá trị từ thông lớn nhất và nhỏ nhất

-         sα: tiết diện của cuộn dây.

-         n: số lỗ trên con lăn trơn.

-         ω: tốc độ của con lăn.

-         B: cường độ từ trường của nam châm vĩnh cửu.

            Ta có thể vẽ mạch tương đương của chuyển đổi như sơ đồ trên hình vẽ 4.19.

Hình 4.19. Mạch tương đương của chuyển đổi cảm ứng điện từ.

         Các đại lượng trên sơ đồ như sau:

-         RL, L: là điện trở thực và điện cảm của cuộn dây.

-         Rt: điện trở tải.

Ứng với điều kiện ban đầu, độ nhạy toán tử của mạch có dạng:

Với:

-          : hằng số thời gian của mạch.

-          : hệ số tỷ lệ.

          Từ các phương trình đặc trưng của chuyển đổi, ta cũng thấy rằng sức điện động ở đầu ra tỉ lệ với tốc độ của biến thiên của tín hiệu vào. Do đó, muốn đo tín hiệu phải lắp thêm bộ phân tích ở đầu ra của chuyển đổi.

          Ta cũng có thể mắc sơ đồ mạch chuyển đổi tín hiệu thiết bị đo như sau:

Hình 4.20. Sơ đồ mạch chuyển đổi tín hiệu.

1. Con lăn; 2. Cuộn dây; 3. Bộ khuyếch đại tín hiệu; 4. Thiết bị tính;

5. Bộ hiển thị; 6. Máy phát xung.

4.6.  HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.

4.6.1. Sơ đồ cấu tạo.

Hình 4.21. Sơ đồ hệ thống điều khiển.

1. Cảm biến an toàn; 2. Cảm biến tốc độ; 3. Cảm biến lực phanh; 4. Cảm biến trọng lượng; 5. Bộ khuyếch đại tín hiệu; 6. Bộ biến đổi dạng sóng vuông; 7. Bộ vi xử lý;

8. Bảng hiển thị; 9. Máy in; 10. Máy tính; 11. Động cơ điện;

12. Bộ chuyển đổi RS232; 13. Bộ chuyển đổi ADC; 14. Bộ xử lý trung tâm.

            Cảm biến an toàn 1, cảm biến tốc độ 2, cảm biến lực phanh 3, cảm biến trọng lượng 4 được bố trí vào các vị trí tương ứng của bệ thử (thể hiện ở bản vẽ tổng thể bệ thử 07). Trong đó: cảm biến an toàn 1 được nối thẳng vào bộ vi xử lý 7, cảm biến tốc độ 2 qua bộ biến đổi dạng sóng vuông trước khi đến bộ vi xử lý 7, cảm biến lực phanh 3 và cảm biến trọng lượng 4 qua bộ khuyếch đại tín hiệu 5 trước khi đưa qua bộ chuyển đổi ADC sau đó vào bộ vi xử lý 7.

              Bộ xử lý trung tâm 14 bao gồm: bộ khuyếch đại tín hiệu 5, bộ biến đổi dạng sóng 6, Bộ vi xử lý 7, bộ chuyển đổi ADC 13 và bộ chuyển đổi RS232.

              Ngoài ra bệ thử còn được trang bị: bảng hiển thị 8, máy in 9, Máy tính 10.

4.6.2. Nguyên lý làm việc.

            Bộ điều khiển điện tử là một tổ hợp các linh kiện điện tử được hàn trên một board mạch. Nó có chức năng chính là phải nhận biết tình trạng hoạt động và xử lí tín hiệu của bệ thử thông qua các cảm biến tương ứng, để tính toán và đưa ra kết quả chính xác nhất cũng như đảm bảo an toàn cho thiế bị và con người. Các chức năng của từng bộ phận như sau:

            * Cảm biến: cảm biến trọng lượng 3, cảm biến lực phanh 4, cảm biến tốc độ 2: (xem mục 4.5).

- Cảm biến an toàn: cảm biến an toàn có vai trò như một công tắc an toàn,        được bố trí phía dưới cao lăn trơn thực hiện việc cung cấp tín hiệu cho bộ vi xử lý. Cảm biến an toàn làm việc được nhờ trọng lượng của trục thử đè lên con lăn trơn. Vì vậy cảm biến an toàn thường dùng là các công tắc hành trình.

* Bộ biến đổi dạng sóng vuông: tín hiệu từ cảm biến tốc độ là tín hiệu hình sin, nhưng bộ vi xử lý chỉ làm việc với các tín hiệu số nên cần phải biến đổi tín hiệu sóng hình sin thành tín hiệu sóng vuông để vi xử lý có thể đọc được.

- Nguyên lý hoạt động:

            Thực chất đây là mạch so sánh, trạng thái đầu ra chuyển sang V- khi điện áp vào V-in có giá trị vượt ngưỡng tham chiếu dương V2, sau đó dùng mạch hồi tiếp âm qua điện trở R3 để giữ trạng thái đầu ra cho đến khi điện áp vào V-in bị hạ xuống thấp hơn 1 ngưỡng tham chiếu âm V2’.

Quá trình chuyển mạch được mô tả qua sơ đồ sau:

Hình 4.23.  Sơ đồ chuyển trạng thái Trigger schmitt.

Các điện áp tham chiếu V2 và V2’ được tính như sau :

     Ta có:  

            Với: R₁₂₃  = R₁ // R₂ // R₃

=>         Biến đổi công thức, ta có:                  

           * Bộ khuếch đại tín hiệu: tín hiệu thu được từ cảm biến có biên độ rất nhỏ nên cần phải được khuyếch đại lên để có dải biến đổi rộng hơn nhằm gia tăng độ chính xác trong phép đo. Bộ khuyếch đại tín hiệu thường dùng là cầu wheatstone.

Hình 4.24. Cầu wheatstone.

Ta có:

                                        S =

              Trong đó:

                        : sự thay đổi tương đối của điện trở.

                        = .

                        K: hệ số cảm biến.

                        : độ dãn dài tương đối của cảm biến.

* Bộ ADC: là bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Tín hiệu từ các cảm biến đưa về là tín hiệu tương tự, để bộ vi xử lý có thể hiểu được thì phải chuyển sang tín hiệu số.

- Để kết nối nguồn tín hiệu tương tự với hệ thống xử lý tín hiệu số, người ta sử dụng các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) nhằm chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số hoặc bộ chuyển đổi số - tương tự (DAC) để chuyển đổi từ số sang tương tự.

- Nguyên tắc làm việc của bộ chuyển đổi ADC như sau:

Hình 4.24. Nguyên tắc làm việc của bộ chuyển đổi ADC.       

      Đầu tiên, tín hiệu tương tự cần chuyển đổi UA(t) đưa đến mạch lấy mẫu. Tại đây, mạch lấy mẫu sẽ thực hiện 2 công việc:

   - Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những thời điểm khác nhau và cách đều nhau về mặt thời gian (nghĩa là rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian).

   - Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không bị thay đổi trong quá trình chuyển đổi tiếp theo (tức là trong quá trình lượng tử hoá và mã hoá).

   Tiếp theo, mạch lượng tử hoá có nhiệm vụ rời rạc hoá tín hiệu tương tự về mặt biên độ. Sau mạch lượng tử hoá là mạch mã hoá, tại đây kết quả lượng tử hoá được sắp xếp lại theo một quy luật nhất định nào đó tuỳ thuộc vào mã yêu cầu trên đầu ra của bộ chuyển đổi. Phép biến đổi lượng tử hoá và mã hoá gọi chung là phép biến đổi ADC.

Quá trình lấy mẫu được thực hiện theo định lý lấy mẫu Kachenhicop. Thông tin trong tín hiệu tương tự sẽ không bị ảnh hưởng khi lấy mẫu nếu thoả mãn 2 điều kiện sau:

- Tín hiệu gốc uA(t) liên tục theo thời gian và có băng tần hữu hạn. Tần số cao nhất là fC.

- Tần số lấy mẫu f_S = 2f_C.

* Bộ vi xử lý: tiếp nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý số liệu và xuất ra bảng hiển thị, máy in hoặc chuyển dữ liệu lên máy tính.

           Về cơ bản, hai khái niệm và vi xử lý và vi điều khiển không khác nhau nhiều. Vi xử lý là thuật ngữ chung đề cập đến kỹ thuật ứng dụng công nghệ vi điện tử, công nghệ tích hợp và khả năng xử lý theo chương trình vào các lĩnh vực khác nhau. Vào những giai đoạn đầu trong quá trình phát triển công nghệ vi xử lý, các chip được chế tạo chỉ tích hợp những phần cứng thiết yếu như CPU cùng các mạch giao tiếp giữa CPU và các phần cứng khác. Trong giai đoạn này, các phần cứng khác kể cả bộ nhớ thường không được tích hợp trên chip mà phải kết nối ra bên ngoài. Các phần cứng này được gọi là các ngoại vi. Về sau nhờ sự phát triển vượt bậc của công nghệ tích hợp, các ngoại vi cũng được tích hợp vào bên trong IC và người ta gọi vi xử lý đã được tích hợp các ngoại vi là vi điều khiển. Việc tích hợp thêm các ngoại vi vào trong cùng một IC với CPU tạo ra nhiều lợi ích như làm giảm thiểu các ghép nối bên ngoài, giảm số lượng linh kiện điện tử phụ, đơn giản hoá việc thiết kế, ...

         Về cơ bản, kiến trúc một bộ vi điều khiển bao gồm những phần cứng sau:

-         Ðơn vị xử lý trung tâm (CPU).

-         Các bộ nhớ (Memories).

-         Các cổng vào ra song song (Parallel I/O port).

-         Các cổng vào ra nối tiếp (Serial I/O port).

-         Các bộ đếm, bộ định thời.

           Ngoài ra đối với một số vi điều khiển cụ thể còn có thêm một số phần cứng khác như bộ biến đổi tương tự sang số ADC, bộ biến đổi số sang tương tự DAC, các mạch điều chế dạng sóng WG, điều chế độ rộng xung PWM,...

           Bộ não của mỗi vi xử lý hay vi điều khiển chính là CPU. Các phần cứng khác chỉ là các cơ quan chấp hành dưới quyền của CPU. Mỗi cơ quan này có một có chế hoạt động nhất định mà CPU phải tuân theo khi giao tiếp với chúng. Ðể có thể giao tiếp và điều khiển các cơ quan chấp hành (các ngoại vi), CPU sử dụng 3 loại tín hiệu cơ bản là: tín hiệu địa chỉ (address), tín hiệu dữ liệu (data) và tín hiệu điều khiển (control). Tập hợp các đường tín hiệu có cùng chức năng gọi là các BUS.                                                Như vậy ta sẽ có: bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển.

             Hiện nay ở Việt Nam, có nhiều loại vi điều khiển được sử dụng tuy nhiên về cơ bản có các họ vi điều khiển sau:

-         Họ vi điều khiển của Microchip

-         Họ vi điều khiển AVR của ATMEL

-         Họ vi điều khiển 68HCxx của Motorola

-         Họ vi điều khiển Psoc của CYPRESS

-         Họ vi điều khiển 8051 của INTEL.

-         Và một số họ khác.

          * Bộ chuyển đổi RS232: máy tính giao tiếp nối tiếp với các thiết bị khác thông qua cổng COM sử dụng giao thức RS232. Trong giao thức nối tiếp RS232, chuẩn điện áp của mức 1 và mức 0 khác so với chuẩn điện áp mức 1 và mức 0 ở vi xử lý. Do đó cần phải có bộ chuyển đổi mức logic để giữa vi xử lý và máy tính có thể giao tiếp được với nhau.

            Để đảm bảo sự tương thích giữa các thiết bị truyền dữ liệu nối tiếp do các hãng khác nhau sản xuất, năm 1960 hiệp hội công nghiệp điện tử EIA đã xây dựng một chuẩn dao diện được gọi là RS232. Năm 1963, chuẩn này được cải tiến và gọi là RS232A, RS232B và RS232C vào những năm 1965 và 1969. Tài liệu này chỉ đề cập đến RS232. Ngày nay, RS232 là chuẩn dao diện I/O được sử dụng rộng rãi nhất. Tuy nhiên, do chuẩn này ra đời đã khá lâu, trước khi có họ mạch vi điện tử TTL, vì vậy các mức điện áp vào/ra của nó không tương thích với TTL. Ở RS232, mức 1 tương ứng từ -3V÷ -25V, còn mức 0 tương ứng từ +3V ÷+25V, khoảng từ -3V ÷ +3V không xác định. Do đó để nối RS232 với máy tính đều phải qua bộ biến đổi điện áp như MAX 232 để chuyển mức logic TTL sang mức điện áp của RS232 và ngược lại.

            * Bảng hiện thị 8, máy in 9, máy tính 10: (xem mục 3.4).

          Vậy tín hiệu được truyền từ các cảm biến lực phanh 3 và cảm biến trọng lượng 4, thông qua bộ khuyếch đại tín hiệu 5, đến bộ chuyển đổi ADC thành tín hiệu tương tự sang số. Cảm biến tốc độ 2 thu được dưới dạng tín hiệu sóng hình sin được đưa qua bộ biến đổi dạng sóng vuông để thu được tín hiệu số. Sau đó tất cả các tín hiệu này được đưa về bộ vi xử lí 7. Bộ vi xử lí 7 có nhiệm vụ xử lí và tính toán theo một chương trình đã nạp sẵn, sau đó xuất kết quả lên bảng hiển thị 8, máy in 9  hoặc gửi số liệu lên máy tính 10  thông qua bộ chuyển đổi RS232.

           Cảm biến an toàn 1 có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho bộ vi xử lí 7 thực hiện việc đóng ngắt động cơ 11 đảm bảo an toàn cho con người và các thiết bị khi có sự cố xảy ra.

4.6.2. Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng.

          * Ưu điểm:

          - Cho kết quả: hiệu quả phanh của từng bánh xe, mức độ lệch ở các bánh xe trên cùng một trục và tổng lực phanh ở tất cảc các bánh xe nhanh, chính xác.

          - Thời gian thử ngắn.

          - Lưu lại kết quả phục vụ cho công tác kiểm tra lần sau và chẩn đoán hư hỏng của hệ thống.

          - Xây dựng được đồ thị lực phanh ngay trên bệ thử nhờ các phần mềm đã được cài đặt sẵn trong máy tính.

          - Kết cấu gọn nhẹ dễ bố trí.

          - Thao tác điều khiển dễ dàng, giảm được nhân công lao động.

          * Nhược điểm:

          - Chế tạo các thiết bị phức tạp.

          - Giá thành đắt.

          * Phạm vi sử dụng:

          Với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin như hiện nay việc trang bị hệ thống điều khiển điện tử cho bệ thử phanh ô tô là một việc rất đơn giãn và không tốn nhiều thời gian. Do các thiết bị kể trên hiện nay trên thị trường trong nước rất nhiều. Đặc biệt với sự bùng nổ của ngành xe hơi trong thời gian gần đây, đòi hỏi các nhà sản xuất cũng như các trung tâm đăng kiểm xe cơ giới, việc trang bị hệ thống điều khiển điện tử cho bệ thử phanh là rất cần thiết.

4.7. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỀN MÓNG.

4.7.1. Chọn móng.

          Khi làm việc, bệ thử sẽ gây rung động cho móng và lan truyền ra xung quanh. Nếu nền móng không được thiết kế tốt, rung động sẽ làm ảnh hưởng đến các thiết bị, ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân vận hành. Một nền móng thiết kế phải đạt các yêu cầu sau:

           - Chắc chắn, tính ổn định cao, đảm bảo độ cứng vững.

           - Không cho phép có những độ lún và những biến dạng làm mất sự hoạt động bình thường của bệ thử.

                        - Không cho phép có những chấn động mạnh làm cản trở sự hoạt động của bệ thử và người điều khiển.

- Kết cấu gọn nhẹ, bố trí hợp lý trong một tổng thể gồm nhiều thiết bị.

          Thiết kế móng ngoài việc tính toán được lực do các thiết bị gây ra, cần phải nghiên cứu khảo sát tốt điều kiện địa chất của địa điểm đặt thiết bị, để có kích thước tính toán thích hợp.

          Liên kết giữa bệ thử và móng là liên kết tựa. Móng của loại bệ thử được chọn là loại móng khối, móng được đổ thành các khối bê tông có gắn các dầm thép chữ U để đỡ bệ thử. Các dầm chữ U được hàn với các ngạnh thép để liên kết với khối bê tông. Mọi công thức tính toán và số liệu tham khảo phần này lấy theo tài liệu [11].

4.7.2. Tính toán kích thước móng.

Hình 4.25. Sơ đồ tính toán móng.

          * Tính sơ bộ diện tích móng theo yêu cầu giới hạn thẳng đứng.

Ta có: chuyển vị của móng được tính theo biểu thức (7-71):               =

            Trong đó:

                        - [Az]: chuyển vị cho phép của móng, chọn [Az] = 0,5 [mm].

                        - Pz: lực kích thích theo phương thẳng đứng [N].

Pz = Gkh + Gx

            Gkh: trọng lượng của khung và thiết bị lắp trên nó.

            Trọng lượng của khung bao gồm:

+ Hai động cơ điện có khối lượng: 2.107 = 214Kg.

+ Hai hộp giảm tốc có khối lượng:  2.120 = 240 Kg.

           + Khối lượng của các thiết bị phụ như: 2 con lăn, các ổ đỡ, bộ truyền xích…chọn Gp = 100 Kg.

Vậy Gkh = 214 + 240 + 100 = 554Kg.

            Gx: trọng lượng của trục ôtô kiểm tra, Gx = 10,000Kg.

 Do đó:                   Pz = 554 + 10000 = 10554 Kg.

            - Theo biểu thức (7-8):        Kz = F.Cz  

            Trong đó:

                        F: diện tích tối thiểu của móng [m²].

            Cz: hệ số nén đều của móng, chọn Cz = 3000 [tấn/m³].

- μz: hệ số động lực.

 μz =

            Trong đó:

+ ω: tốc độ con lăn:  ω == = 4,63 s^-1.

            + λz: tần số dao động riêng của móng:

                                                ηz = = 1,002.

            Thay biểu thức (7-8) vào (7-71) rút ra ta được:

            Thay số:

                        == 7,05 m².

            Vậy diện tích móng tối thiểu của móng: F =7,05 m².

            Với kích thước bao của bệ thử (axb) = 4700 x 900 mm. Đặc biệt để thuận tiện cho việc kiểm tra các hệ thống trước khi đưa xe vào thử, người ta làm thêm một hầm quan sát phía trước bệ thử. Vì vậy ta chọn: F = 10 m² = 5000 x 2000 mm.

         Chiều cao móng được xác định theo kết cấu bệ thử, với chiều cao bệ thử 400 mm, khe hở giữa bệ thử và đáy móng 100 mm, ta chọn chiều cao của móng là 800 mm.

         * Kiểm tra vùng cộng hưởng của móng:

         + Tần số lực kích thích theo phương dao động:

         Dao động thẳng đứng:   λz =

         Trong đó:

- Kz: hệ số độ cứng đàn hồi khi nén đều.

            Kz = Cz.F = 3000.10 = 30000 Tấn/m.

- m: khối lượng của móng máy:           m =

Với:    Pz = 10554 Kg.

            Qm = V.q

Trong đó:

-         q: trọng lượng riêng của bê tông, q = 2,7 Tấn/m³.

-         V: thể tích của móng máy.

Do bệ thử đặt gọn trong lòng móng máy nên, V = Vm – Vb

m = 10,554+[5.2.0,8 - 4,57.0,9(0,4+0,1)].2,7 = 26,44 Tấn.

         Thay thế số liệu ta được: λz = = =33,68 s^-1.

         Xét tỷ số .

         - Nếu 0,75 <<1,25 thì móng sẽ dao dộng trong vùng cộng hưởng.

         - Nếu <0,75 và >1,25 thì móng sẽ dao động ngoài vùng cộng hưởng.

         Ở đây ta có:

            = = 0,137 < 0,75.

         Vậy dao động của móng nằm ngoài vùng cộng hưởng, do đó móng thiết kế nằm ngoài vùng dao động cộng hưởng.

         Sau khi kiểm nghiệm bền móng xong, móng đạt yêu cầu ta tiến hành lắp đặt các thiết bị của bệ thử.

5. QUY TRÌNH THỬ PHANH.

 5.1. KIỂM TRA SƠ BỘ.

               Xe trước khi vào bệ thử phải được kiểm tra sơ bộ. Việc kiểm tra sơ bộ có thể phát hiện những hư hỏng thông thường, sự cố để khắc phục trước khi thử trên bệ thử.

              Nội dung của kiểm tra sơ bộ gồm:

              - Kiểm tra độ kín khít của hệ thống môi chất dẫn động phanh ( không khí, dầu phanh). Nếu có sự rò rỉ, cần thiết phải khắc phục trước khi kiểm tra trên bệ thử.

              - Kiểm tra áp suất lốp: áp suất lốp xe có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thử phanh. Nên phải kiểm tra trước khi đưa lên bệ thử. Các thông số về áp suất lốp được cho trên bảng 5.1.

              - Kiểm tra tình trạng của lốp xe: tình trạng của lốp xe có ảnh hưởng đến hệ số bám. Theo qui định, lốp xe đi vào kiểm tra không được bong, tróc nứt, vỡ, chiều cao hoa lốp không được nhỏ hơn 1,5 mm đối với xe tải và không nhỏ hơn 2mm đối với xe khách, xe con. Mặt khác, lốp xe vào kiểm tra phải rửa sạch sẽ, không bám đất cát bụi bẩn làm ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra và tuổi thọ của thiết bị.

              Ngoài ra cần phải kiểm tra tình trạng hoạt động của các cơ cấu dẫn động, tình trạng cấp khí nén (của hệ thống phanh dẫn động khí nén), kiểm tra mức dầu phanh trong bầu chứa dầu...

              Việc kiểm tra kỹ thuật, trước khi đưa xe vào kiểm tra trên bệ thử sẽ làm giảm được thời gian thử phanh, loại bỏ được thời gian kiểm tra không cần thiết và đảm bảo cho việc giữ gìn khai thác thiết bị được hiệu quả hơn.

5.2. CHỌN CHẾ ĐỘ KIỂM TRA.

              Theo tiêu chuẩn Việt Nam khi kiểm tra phanh trên bệ thử thì không có chế độ thử riêng cho từng loại xe. Nhưng theo tiêu chuẩn các nước khác như tiêu chuẩn Liên Xô, tiêu chuẩn Châu âu thì xe được chia thành nhiều nhóm và mỗi nhóm có một tiêu chuẩn kiểm tra riêng, do đó các bệ thử phải có các chế độ thử khác nhau. Mỗi chế độ thử khác nhau ở tốc độ thử và tiêu chuẩn đánh giá kết quả.Các chế độ được qui định trên bệ thử gồm:

              Chế độ 1: kiểm tra xe tải xe rơmooc.

              Chế độ 2: kiểm tra xe đầu kéo.

              Chế độ 3: kiểm tra xe khách.

              Chế độ 4: kiểm tra xe du lịch.

              Chế độ 5: kiểm tra xe đặc biệt.

              Bảng 5.1. Tiêu chuẩn lốp của một số loại xe.

              Trong khi kiểm tra trên bệ thử cần lưu ý, đối với chế độ 4 dùng để thử xe con ở tốc độ nhanh (5km/h). Nên không được dùng để thử xe có tải trọng lớn có thể gây quá tải cho động cơ điện.

5.3. THAO TÁC KIỂM TRA.

              Sau khi xe đã đứng yên trên bệ thử, đồng hồ hiển thị trọng lượng cân sẽ thôi dao động. Khởi động động cơ điện, động cơ điện sẽ quay và thông qua hệ thống dẫn động cơ khí làm con lăn quay theo. Con lăn sẽ kéo bánh xe quay theo nhờ ma sát giữa bề mặt con lăn và bánh xe.

              Ðể giảm tải cho lưới điện do dòng khởi động rất lớn (55A cho một động cơ điện), 2 động cơ sẽ được khởi động lần lượt sau một khoảng thời gian được xác định.

              Khi bánh xe quay ổn định, ta tiến hành đạp phanh. Lúc này, đồng hồ hiển thị sẽ cho ta biết hiệu quả phanh trên từng bánh xe và độ lệch giữa chúng. Có 2 khả năng có thể xảy ra:

        - Thiết bị dừng lại do cảm nhận được độ trượt của bánh xe và con lăn lớn hơn độ trượt cho phép.

         - Thiết bị dừng lại sau khoảng thời gian 5 giây nhận thấy lực phanh bằng hằng số.

              Khi thiết bị dừng lại, lưu kết quả kiểm tra cho số hiệu trục tương ứng. Tiếp tục kiểm tra trục kế tiếp cho đến hết.

              Có 2 chi tiết quan trọng trong quá trình đạp phanh đó là lực tác dụng lên bàn đạp và thời gian đạp phanh.

              Khi kiểm tra, nếu trục nào có lắp hệ thống phanh dừng thì tiến hành kiểm tra các thao tác tương tự kiểm tra phanh chính.

5.4. XỬ LÝ KẾT QUẢ.

              Sau khi đã kiểm tra xong, kết quả đánh giá được thông qua các chỉ tiêu sau:

                   - Hiệu quả phanh chính: đánh giá bằng lực phanh riêng.

                 Trong đó:    Pi: tổng lực phanh chính tác dụng lên trục thứ i.

                                     G: trọng lượng toàn bô của xe.

                     - Hiệu quả phanh dừng:

                  Trong đó:    Pi: tổng lực phanh chính tác dụng lên trục thứ i.

                                     G: trọng lượng toàn bộ của xe.

              * Lưu ý:

               Ðối với xe 2 cầu chủ động sau truyền lực nối tiếp có phanh dừng bố trí ở hệ truyền lực thì chỉ lấy giá trị ở 1 cầu.

               - Ðộ lệch trên 1 trục: chỉ có 2 phương pháp đánh giá.

              Phương pháp 1:      Ks =

              Phương pháp 2:      Ks =

              Mỗi một quốc gia, hiệp hội có một tiêu chuẩn riêng, mỗi loại xe được đánh giá theo một tiêu chuẩn khác nhau hoặc giống nhau. Ðối với tiêu chuẩn Việt Nam, một xe đủ điều kiện hoạt động trên đường khi hiệu quả phanh đạt: [1].

        - Hiệu quả phanh chính:     Hp   ≥ 50%

        - Hiệu quả phanh dừng:      Hp  ≥16%

        - Ðộ lệch: Ks ≤ 25% theo phương pháp 1 hoặc Ks < 8% theo phương pháp 2.

              * Nhận xét:

              Tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh được nêu trên của Việt nam chưa sát với điều kiện thực tế sử dụng. Nó chỉ phù hợp với đánh giá tổng quát để cấp phép lưu hành cho ôtô trên đường công cộng. Ðối với các cơ sở nghiên cứu hay thiết kế chế tạo thì cần áp dụng tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn, ở Việt Nam đang thử nghiệm áp dụng tiêu chuẩn hệ thống phanh TCVN 5658-1999.

6. CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG PHANH THÔNG QUA KẾT QUẢ KIỂM TRA TRÊN BỆ THỬ.

              Kết quả hiệu quả phanh kiểm tra trên bệ thử chỉ phản ánh kết quả chung của hệ thống mà không đưa ra được những hư hỏng cụ thể. Dựa vào kinh nghiệm thực tế ta có thể chẩn đoán được những hư hỏng cụ thể dựa trên nguyên tắc kết hợp giữa các chế độ kiểm tra và các cách phối hợp khác nhau để hổ trợ kết quả chẩn đoán. Qua lý thuyết đã học, phân tích các chức năng của bệ thử, có thể đưa ra một số chẩn đoán hư hỏng cụ thể của hệ thống phanh khi kiểm tra trên bệ thử như sau: Dựa vào kết quả kiểm tra trên băng thử (AHS) tại xưởng AVL – Khoa Cơ Khí Giao Thông - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.

6.1. HIỆU QUẢ PHANH THẤP.

              Hiệu quả phanh trên một trục thấp do nhiều nguyên nhân. Khi bệ thử cho một kết quả là hiệu quả phanh thấp cần phân biệt cụ thể 3 trường hợp sau:

-  Lực tác dụng nhỏ.

-  Hệ số ma sát của cơ cấu phanh nhỏ.

-  Độ trượt quá lớn (táp phanh).

            * Lưu ý:

               Lực tác dụng lên hệ thống ở đây không phải là lực tác dụng lên bàn đạp phanh, ta loại trừ những khả năng này. Bởi vì, lực phanh do chủ quan của người lái. Lần lượt kiểm tra để tìm những nguyên nhân hư hỏng theo các bước sau:

- Nguồn năng lượng dẫn động.

Trước hết, cần kiểm tra nguồn năng lượng dẫn động:

Đối với hệ thống phanh dẫn động khí nén và hệ thống phanh trợ lực khí nén, cần kiểm tra áp suất khí nén trong bình chứa, đây là nguyên nhân gây nên sự thiếu hụt áp lực phanh. Áp suất khí nén thấp có thể do các nguyên nhân như: Máy nén làm việc kém, có sự rò rỉ trong hệ thống dẫn động, tắc nghẹt các van hệ thống dẫn, van điều áp ngắt sớm, bó kẹt…Các hư hỏng này được phát hiện nhờ các đồng hồ đo áp suất, quan sát sự làm việc khi phanh của các cơ cấu phanh.

Hình 6.1. Hiệu quả phanh thấp do áp suất nén không khí không đủ.

Đối với hệ thống phanh trợ lực chân không cần kiểm tra bơm hút, đường ống nối bầu trợ lực và đường ống hút. Khi có sự cố ở nguồn năng lượng dẫn động của loại phanh có thể dễ dàng nhận thấy do lực tác dụng bàn đạp phanh tăng lên.

-         Cơ cấu dẫn động phanh, cơ cấu phanh:

Tiếp theo cần kiểm tra sự hoạt động của các cơ cấu dẫn động phanh. Các cơ cấu dẫn động cơ khí như bầu phanh, cam phanh, trục quả đào đều có thể quan sát sự hoạt động từ bên ngoài. Sau khi kiểm tra quan sát, ta tiến hành loại trừ những hư hỏng do bó kẹt, gãy vỡ, biến dạng …

Các hư hỏng do nhiều nguyên nhân này thường rất dễ nhận biết khi kiểm tra trên bệ thử. Nó biểu hiện bằng một kết quả khác thường là hiệu quả phanh thấp, hoặc đột ngột giảm (do gãy vỡ, biến dạng), đồ thị lực phanh hình 6.2.

Hình 6.2. Bó kẹt cơ cấu phanh bên phải.

Một số hư hỏng thường gặp của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực là bó kẹt xi lanh công tác. Sự bó kẹt khó phát hiện nhất là bó kẹt một phía hoặc bó kẹt có gờ, làm hạn chế hành trình của piston. Các gờ này tạo ra có thể do một số nguyên nhân khác. Gờ xi lanh công tác đặc biệt khó xử lý trong trường hợp hệ thống phanh có bộ điều chỉnh khe hở tự động.

            Khi gặp trường hợp này, kết quả kiểm tra trên màn hình rất dễ nhầm như hệ số ma sát thấp. Để khắc phục cần phải tháo toàn bộ cơ cấu phanh và hệ thống xi lanh công tác đánh bóng bề mặt xi lanh công tác hoặc thay thế.

-         Sai số do điều chỉnh phanh:

Để loại trừ nguyên nhân hư hỏng do cơ cấu dẫn động, cần tiến hành điều chỉnh phanh (điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh). Điều chỉnh phanh không đúng cũng làm cho hiệu quả phanh thấp, nhưng nó thể hiện rõ rệt hơn ở độ lệch lực phanh. Khi điều chỉnh phanh mà hiệu quả kiểm tra thể hiện trên bệ thử lập tức được cải thiện rõ rệt thì nguyên nhân chính của hư hỏng là do điều chỉnh sai, nhưng nếu hiệu quả có tăng nhưng tăng chút ít thì hư hỏng do nguyên nhân khác.

            Đối với hệ thống phanh thuỷ lực ngoài việc điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh thì cần tiến hành kiểm tra sự lọt khí trong đường ống dẫn.

- Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh thấp:

Đây là nguyên nhân chính gây nên hiệu quả phanh thấp. Sau khi các nguyên nhân đã nêu trên lần lượt bị loại trừ, thì nguyên nhân chính có thể là do hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh. Để xác định nguyên nhân hư hỏng do nguyên nhân này cần tiến hành thử từng bánh xe mới có kết quả chính xác. Các nguyên nhân làm suy giảm hệ ma sát bao gồm:

+ Má phanh mòn: trong quá trình làm việc má phanh sẽ bị mòn đến một giới hạn nào đó thì làm cho các đầu đinh tán chạm vào trống phanh gây cào xướt, hệ số ma sát giảm rõ rệt.

+ Biến cứng: má phanh trống phanh bị biến cứng (chai) có thể do nguyên nhân làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao kéo dài. Có thể xử lý bằng phương pháp đánh đá, mài hoặc tiện lại các bề mặt hư hỏng.

Các trường hợp này khi thử trên bệ thử ngoài hiệu quả phanh thấp còn nghe thấy được tiếng rít, cọ xát của kim loại từ cơ cấu phanh.

- Lọt dầu mỡ: do trong quá trình làm việc có sự rò rỉ dầu mỡ từ moay ơ bánh xe, hoặc từ chính xi lanh công tác (của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực) bám vào các bề mặt má phanh làm má phanh bị chai, hệ số ma sát giảm. Đối với trường hợp này, cần phải thay toàn bộ má phanh mới.

Trong trường hợp này hiệu quả phanh sau khi đạt một giá trị nào đó sẽ không tăng nữa dù đã điều chỉnh tối thiểu khe hở giữa má phanh và trống phanh.

+ Tiếp xúc kém: hay gặp sau khi mới bảo dưỡng sữa chữa, do các bề mặt tiếp xúc không tốt gây nên hiện tượng áp suất tiếp xúc cục bộ quá lớn gây cháy,  biến cứng cục bộ hoặc má phanh bị mòn thành bột bị chèn vào giữa má phanh và trống  phanh làm hệ số ma sát giảm.

Một trường hợp hay xảy ra sau khi bảo dưỡng, sữa chữa là do độ nhấp nhô bề mặt trống phanh lớn. Độ nhấp nhô càng lớn nếu trong quá trình gia công bề mặt trống phanh lượng chạy dao lớn. Do quá trình cạo rà lắp ráp chủ yếu là cạo rà má phanh và chạy rà hệ thống không đủ để mài mòn các vết nhấp nhô nhọn sắc nên xảy ra hiện tượng cào xướt bề mặt.

Có thể nhận biết hư hỏng loại này, hiệu quả phanh trong các lần đạp phanh sau thường bị giảm dần.

+ Cơ cấu điều khiển gián tiếp:

Ngoài các nguyên nhân trên, một trong những nguyên nhân gây nên lực phanh kém là do sự hư hỏng trong cơ cấu điều khiển phụ trợ gián tiếp. Các cơ cấu này có thể kể đến là:

Cơ cấu tỷ lệ: là cơ cấu đảm nhận sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên bàn đạp của người lái và lực tác dụng lên cơ cấu phanh. Khi có sự hư hỏng ở bộ phanh này, có 2 khả năng có thể xảy ra, lực điều khiển phanh hoặc bị giảm hoặc bị tăng. Khi hệ thống tỷ lệ bị giảm lực phanh sẽ giảm, ngược lại sẽ gây nên hiện tượng táp phanh (Lực phanh tăng đột ngột không theo sự điều khiển của người lái).

Có thể nhận biết hư hỏng này thông qua cảm nhận của người lái khi không điều khiển được lực phanh như ý muốn.

Cơ cấu điều khiển gián tiếp: có một số hệ thống phanh có cơ cấu này nhằm một số mục đích nâng cao hiệu quả phanh. Bao gồm bộ điều khiển khuyếch đại,van gia tốc, bộ điều khiển phối hợp (ví dụ: bộ điều khiển một trong các dòng phanh chân trước, phanh chân sau, phanh tay ô tô cùng kéo theo dẫn động phanh rơmooc…), bộ điều khiển ngược (ví dụ: Khi phanh rơmooc, dòng điều khiển từ ô tô bị ngắt sẽ làm phát sinh dòng hơi phanh đến các bánh xe của rơmooc, kết cấu này nhằm mục đích trong trường hợp bị tách rời khỏi ô tô, mooc sẽ tự động phanh lại..).

Hình 6.3. Hiệu quả phanh trục sau thấp do bó kẹt bộ điều hoà lực phanh.

Một số cơ cấu điều khiển gián tiếp này do trong quá trình sử dụng ít hoạt động nên bị bó kẹt, làm giảm hiệu quả phanh. Khi thử trên bệ thử các hư hỏng này được nhận biết khi có một trục, hoặc hệ thống chịu sự điều khiển của một cơ cấu điều khiển gián tiếp đột ngột có hiệu quả thấp hơn hẳn so với hiệu quả phanh các trục còn lai.

- Hiện tượng phanh tự siết:

Hiện tượng phanh tự siết là hiện tượng má phanh tự siết vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động của lực dẫn động. Ta có công thức tính mômen phanh (chỉ xét má tự siết):

Trong đó:

P: Lực tác dụng lên đầu guốc phanh.

h: Khoảng cách từ tâm quay đến điểm đặt lực.

μ: Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh.

A,B: là các hệ số kết cấu.

Hình 6.4. Xảy ra hiện tượng tự siết ở cơ cấu phanh.

Như vậy, hiện tượng tự siết xảy ra khi μ < A/B, hoặc μ < tgα (α: là góc nghiêng của mặt nêm). Khi có hiện tượng tự siết xảy ra, lực phanh sẽ đột ngột tăng ngay sau khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh. Bánh xe bị hãm cứng sẽ gây nên hiện tượng trượt trên con lăn trơn, gây nên tín hiệu ngắt nguồn dẫn động động cơ. Hiệu quả phanh trong trường hợp này thường chỉ đạt (30÷40)% (thấp hơn yêu cầu).

            Trên đồ thị lực phanh, sẽ cho ta một đường dốc và ngắt đột ngột. Kết quả này in ra hoàn toàn tương tự kết quả của hệ thống có hiệu quả phanh thấp do các nguyên nhân khác nhau. Nên cần phát hiện phân biệt rõ để có thể chọn phương pháp sữa chữa thích hợp. Đồ thị dạng hình 6.4.

6.2. LỰC PHANH LỆCH.

Độ lệch hiệu quả phanh vượt quá mức cho phép là nguyên nhân không đạt yêu cầu chiếm tỷ lệ đến 70% khi kiểm tra hệ thống phanh trên bệ thử. Độ lệch hiệu quả phanh có thể do nhiều nguyên nhân, trong đó có thể nỗi bật các nguyên nhân chính sau:

- Lực tác dụng không đều.

- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh không đều có thể phân thành 2 trường hợp:

Cường độ tác dụng không đều và tốc độ tác dụng không đều. Lực tác dụng không đều, do bó kẹt hoặc ma sát giữa các khâu dẫn động lớn. Nguyên nhân này thường có thểt khắc phục được ngay trên bệ thử.

- Hệ số ma sát không đều.

Hệ số ma sát giữa các cơ cấu phanh không đều thường do nhiều nguyên nhân vật liệu khác nhau, độ mài mòn khác nhau, độ bóng, do nhấp nhô bề mặt khác nhau, sự có mặt của các chất bẩn, dầu mỡ…

Khi gặp trường hợp hiệu quả phanh không đều ta thường tiến hành các bước kiểm tra riêng từng cơ cấu phanh. Nếu hiệu quả của một cơ cấu phanh nào đó thấp thì tiến hành các bước chẩn đoán khắc phục như: phần hiệu quá kém (phần 6.2.). Lực phanh riêng từng cơ cấu phanh phải đạt hiệu quả (25÷30)%, trọng lượng trục và phải lệch nhau không quá 8%.

Sau khi khắc phục được tình trạng hiệu quả phanh thấp của từng bánh xe riêng rẽ, ta tiến hành kiểm tra lại hiệu quả phanh của toàn bộ trên trục. Nếu kết quả hiệu quả phanh giữa 2 bánh xe vẫn lệch thì xem xét các nguyên nhân sau:

- Do hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh:

Hiện nay do chủng loại má phanh ở thị trường khá đa dạng, khi bảo dưỡng nếu chỉ thay thế hoặc sữa chữa một phía của trục xe thì rất dễ gây nên hiện tượng hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh không đều. Chính vì vậy, một lưu ý khi sữa chữa bảo dưỡng hệ thống phanh cần phải sữa chữa đồng bộ, tránh tiết kiệm tận dụng lại các má phanh cũ vì như vậy rất dễ gây nên sự lệch hiệu quả phanh do hệ số ma sát không đều.

Hình 6.5. Lệch phanh do hệ số ma sát các cơ cấu phanh không đều.

Một nguyên nhân thường gặp của tình trạng này là do trong quá trình sử dụng có một phía bị dầu mỡ bám vào má phanh (chảy phớt moay ơ, chảy cuppen…). Việc thay thế một phía hoặc tận dụng lại má phanh bị dính dầu mỡ là điều nên tránh.

          Đồ thị trên băng thử cho ta 2 đường lệch nhau. Đoạn đầu hiệu quả phanh của 2 bên gần như tương đương nhau nhưng sau đó lệch dần ngày càng lớn (hình 6.5).

Để khắc phục hiện tượng này, có các biện pháp sau:

- Thay thế hoặc sữa chữa đồng bộ má phanh về cả 2 phía trục.

- Đổi vị trí của một má phanh tương ứng cho nhau.

+ Do sai số hình học của trống phanh:

Các hư hỏng này thường gặp ngay sau khi vừa gia công, sữa chữa hệ thống phanh. Các trống phanh sau khi gia công có trường hợp không đồng tâm với moay ơ bánh xe. Sai số hình học này sẽ làm khe hở giữa má phanh và trống phanh thay đổi theo chu kỳ.

Như vậy, giả thiết lực tác dụng ngoài không đổi thì lực phanh tác dụng lên  má phanh thay đổi (do thành phần lực cần thiết để ép má phanh vào trống phanh thay đổi). Lực phanh sẽ biến đổi theo chu kỳ có tần số phụ thuộc vào tốc độ quay của con lăn. Đồ thị phanh trong trường hợp này là các đường có dạng hình sin (hình 6.6).

Nếu pha đầu của 2 bánh xe phải và trái cùng nhau, ta sẽ có một kết quả phanh đồng đều. Nếu pha đầu của 2 bánh xe phải và trái lệch nhau, ta sẽ có một kết quả phanh có độ lệch biến thiên. Thông thường, bệ thử sẽ cho kết quả cuối cùng là độ lệch lớn nhất, nhưng trường hợp này kết quả cho thấy, kết quả cuối cùng của hiệu quả phanh là đạt yêu cầu, đồ thị hình 6.6.

Hình 6.6. Hiện tượng sai số hình học của trống phanh.

Để khắc phục tình trạng này, cần phải tiến hành gia công sữa chữa lại trống phanh.         

7. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA BỆ THỬ ĐƯỢC THIẾT KẾ.

              Như đã trình bày ở phần cấu tạo và nguyên lý làm việc của bệ thử phanh, có một số nhược điểm cần chú ý của loại bệ thử trong thiết kế này khi ứng dụng để làm thiết bị kiểm tra đánh giá hiệu quả phanh cho ô tô lưu hành trên đường.

              Loại trừ những nguyên nhân là do chủ quan của người điều khiển thiết bị cũng như người điều khiển ô tô, ta thường gặp một số trường hợp sai số làm ảnh hưởng đến kết quả đo sau:

7.1. SAI LỆCH HIỆU QUẢ PHANH DO SAI SỐ KHI ĐO TRỌNG LƯỢNG TRỤC.

              Sai số trọng lượng trục được sử dụng để tính hiệu quả phanh. Thiết bị lưu nhận số liệu đo trọng lượng cân trục xe ngay thời điểm bắt đầu khởi động động cơ. Như đã trình bày ở phần cảm biến, do các cảm biến cân bố trí về một phía nên khi xe vào bệ thử chưa ổn định (còn dao động) thì số liệu cân trọng lượng trục vẫn còn dao động. Khởi động động cơ trong thời điểm này sẽ cho kết quả hiệu quả phanh không chính xác. Nếu trọng lượng trục được ghi nhận thấp hơn trọng lượng thực tế thì hiệu quả phanh đo được sẽ cao và ngược lại.

7.2. SAI SỐ DO KẾT CẤU HOA LỐP.

              Một số loại lốp có hoa lốp đang sử dụng cho ô tô ở vùng đồi núi, địa hình phức tạp (GAT 66, ATMT...) có các rảnh gần trùng với phương ngang của lốp gây nên sự chuyển động giật của con lăn. Chuyển động này phản ánh không chính xác làm hệ thống điều khiển ngắt dẫn động và đọc kết quả sai thậm chí một số trường hợp không đọc được kết quả.

7.3. CÁC TRUỜNG HỢP KHÁC.

              - Trường hợp ô tô có 2 cầu chủ động sau, truyền lực nối tiếp và không có vi sai hành tinh (Kraz 257,Reo2,5T...). Trong trường hợp này chỉ có thể kiểm tra phanh từng bánh một.Tuy nhiên, kết quả chỉ thể hiện được hiệu quả phanh mà không thể hiện được độ lệch giữa các bánh xe và kết quả hiệu quả phanh cũng thiếu chính xác.

              Ðây là hạn chế của loại bệ thử phanh một trục. Hạn chế này có thể khắc phụ bằng các cách sau:

               - Kiểm tra riêng từng bánh xe, sau đó tính toán thủ công kết quả.

              - Tháo trục các đăng truyền động từ cầu giữa đến cầu sau.

              - Tháo bớt một bán trục.

              Ngoài ra còn có một số trường hợp không kiểm tra được trên bệ thử loại này như: ô tô 3 bánh, loại có chiều rộng lớn quá hoặc nhỏ quá. Tuy nhiên, số lượng các loại phương tiện đặc biệt này như đã nêu có rất ít, nên hầu hết tất cả các loại ôtô hiện nay đang hoạt động đều có thể kiểm tra trên bệ thử loại này.

LỜI KẾT LUẬN

   Qua một thời gian hơn 3 tháng để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã cơ bản nắm được nguyên lí, kết cấu và một số vấn đề lí thuyết liên quan khi tiến hành thiết kế hoàn chỉnh một bệ thử  phanh.

   Hiện nay bệ thử phanh là một thiết bị ngày càng được trang bị phổ biến cho các đơn vị bảo dưỡng, sửa chữa ô tô, các đơn vị quản lí chất lượng kĩ thuật …Việc nghiên cứu nắm bắt những vấn đề thuộc về bệ thử phanh giúp cho cán bộ kỹ thuật bổ sung những kiến thức rất cần thiết.

   Trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn T.s Nguyễn Hoàng Việt, ban lãnh đạo Trạm đăng kiểm Đà Nẵng cũng như sự góp ý của các bạn bè sinh viên. Không có gì hơn, cho em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất.

   Do thời gian, kiến thức còn hạn chế, vì vậy đề tài này không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự quan tâm chỉ bảo của quý thầy, cô giáo để em có thể rút ra được những bài học cho bản thân trong suốt con đường nghề nghiệp sau này.    

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Giáo trình đào tạo Đăng kiểm viên, Tập 1.Cục Đăng kiểm Việt Nam, 1999.

2. Thông số kỹ thuật một số ôtô thông dụng. Cục Đăng kiểm Việt Nam, 1999.

3. Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm. Thiết kế chi tiết máy. Nhà xuất bản giáo dục năm 1998.

4. Nguyễn Hữu Cẩn - Dư Quốc Thịnh - Phạm Minh Thái - Nguyễn Văn Thái - Lê Thị Vàng. Lý Thuyết Ô Tô- máy Kéo. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật năm 1998.

5. Nguyễn Hữu Cẩn - Phan Đình Kiên. Thiết kế và tính toán Ô tô Máy kéo (Tập 2). Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội năm 1987.

6. GS.TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn - PGS.TS. Phạm Hữu Nam.Thí nghiệm ôtô. Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội - 2004.

7. GS.TSKH. Nguyễn Hữu Cấn. Phanh ô tô. Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội 2004.

8. Phan Quốc Phô - Nguyễn Đức Chiến.Giáo trình cảm biến. Nhà xuất bản khoa học kỹ thật Hà Nội 2005.

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"