MỤC LỤC
MỤC LỤC......1
LỜI NÓI ĐẦU.. 2
Chương I. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 4
Đặt vấn đề. 4
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu: 7
1.1. Công dụng. 7
1.2. Phân loại. 7
1.3. Yêu cầu. 7
2. Giới thiệu về xe thiết kế: 8
3. Lựa chọn phương án thiết kế: 9
3.1. Lựa chọn cơ cấu phanh: 9
3.2. Lựa chọn dẫn động phanh: 11
4. Bố trí của hệ thống phanh khí nén: 14
Chương II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ABS THIẾT KẾ.. 15
1. Vai trò của hệ thống ABS và lý thuyết cơ bản về ABS: 15
1.1. Tầm quan trọng của hệ thống ABS. 15
1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS cơ sở : 17
2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS: 19
3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số cụm chi tiết trong hệ thống thiết kế. 23
3.1. Cảm biến tốc độ: 23
3.2. Bộ điều khiển trung tâm.. 24
3.3. Các bộ nhớ (MEMORY): 24
3.4. Bộ vi xử lý : 25
4. Van điều khiển áp xuất khí nén. 26
Chương III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH.. 30
1. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh. 30
1.1. Một số chi tiết chính. 30
1.2. Tính Toán Mômen Phanh: 30
1.3. Tính Toán Cơ Cấu Phanh. 32
1.4. Lực tác dụng lên cơ cấu phanh: 35
2. Tính toán và kiểm nghiệm bền guốc phanh. 38
2.1. Kiểm bền guốc phanh : 40
2.2. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh: 48
Chương IV. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG.. 49
1. Lựa chọn sơ đồ dẫn động cho xe thiết kế: 49
1.1. Phương án1 4S/3K: 50
1.2. Phương án 2 6S/4K: 51
1.3. Phương án 3 6S/6K: 52
1.4. Phương án 4 6S/3K: 54
1.5. Cơ sở lựa chọn sơ đồ: 55
1.6. Sơ đồ phương án chọn: 56
1.7. Nguyên lý làm việc của hệ thống: 57
2.Tính toán dẫn động phanh. 59
2.1. Thiết kế tính toán bầu phanh trước. 59
2.2. Thiết kế tính toán bầu phanh sau: 61
Lực tác dụng lên thanh đẩy. 61
KẾT LUẬN.. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 68
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Mục tiêu tới năm 2025 nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp. Để đạt được mục tiêu đó, rất nhiều các khu công nghiệp đã được xây dựng ở nhiều tỉnh thành trong cả nước. Đi cùng với đó mạng lưới giao thông ngày càng được cải thiện để đáp ứng nhu cầu trao đổi hàng hóa giữa các khu công nghiệp trong cả nước. Trong hệ thống giao thông vận tải nước ta ngành giao thông đường bộ đóng vai trò chủ đạo, phần lớn hàng hóa và người được vận chuyển trong nội địa bằng ô tô.
Tuy nhiên cùng với những lợi ích vô cùng to lớn mà ô tô mang lại đối với sự phát triển của nền kinh tế và con người, thì một vấn đề đáng lo ngại đặt ra là vấn đề ô nhiễm môi trường và tai nạn giao thông gây thiệt hại về tài sản và con người.
Theo thống kê của các nước trong những nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ thì có tới 10÷15% do hư hỏng máy móc trục trặc về kỹ thuật. Trong những nguyên nhân do hư hỏng về máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì tỉ lệ tai nạn do các cụm của ô tô gây nên được thống kê như sau:
- Phanh chân 52,2 ÷ 74,4%
- Phanh tay 4,9 ÷16,1%
- Lái 4,9 ÷ 19,2%
- Ánh sáng 2,3 ÷ 8,7%
- Bánh xe 2,5 ÷ 10%
- Các hư hỏng khác 2 ÷ 18,2%
Từ những thông kê trên thấy rằng, tai nạn giao thông do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên. Chính vì vậy hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Đối với ô tô vận tải chở dầu đường dài hệ thống phanh được đặc biệt quan tâm. Do vận chuyển hàng hóa đặc trưng là chất lỏng, dễ xảy ra cháy nổ khi xảy ra va chạm. Đồng thời để nâng cao hiệu quả kinh tế khi vận chuyển thì thường dùng các xe có tải trọng lớn, do xe có tải lớn vì vậy quán tính xe là lớn, và do đặc trưng của việc chuyên chở chất lỏng gây tải trọng động khi phanh nên rất khó điều khiển,đặc biệt xe chạy trên đường dài lái xe dễ mệt mỏi phản xạ kém rất dễ gây nguy hiểm.Vì vậy khi thiết kế hệ thống phanh cho loại xe này cần quan tâm đến tính ổn định, khả năng điều khiển đẽ dàng và hiệu quả của hệ thống.
Trên cơ sở đó em được giao đề tài:
“Thiết kế hệ thống phanh ABS cho ô tô vận tải chở dầu đường dài 26 tấn”
Nhận thức được tầm quan trọng của hệ thống phanh đối với xe chở dầu đường dài với nhiệm vụ được giao, em đã thực hiện những nội dung sau:
- Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh ABS
- Thiết kế cơ cấu phanh trên hệ thống phanh ABS
- Phân tích sự làm việc của hệ thống phanh ABS
- Thiết kế cụm van điều khiển và chi tiết điển hình
Đề tài được thực hiện tại bộ môn ô tô và xe chuyên dụng trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Sau hơn 3 tháng thực hiện với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân em và với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn em đã hoàn thành nhiệm vụ của mình. Tuy nhiên với những hiểu biết và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được các thầy chỉ bảo thêm để em ngày càng trở nên hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn ô tô và xe chuyên dùng và đặc biệt là thầy giáo : PGS.TS ………………. đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất có thể để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………..
Chương I
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Đặt vấn đề:
Ô tô nói chung là phương tiện giao thông vận tải đường bộ có khả năng vận tải hàng hóa, hành khách phục vụ mục đích phát triển kinh tế xã hội, quân sự.
Ô tô tải là phương tiện vận tải có động cơ được dùng với mục đích chuyên chở hàng hóa. Tùy vào tải trọng mà xe tải có thể phân ra thành xe tải nhỏ, xe tải vừa, xe tải lớn...
Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô, với công dụng chính như: Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi đang chuyển động, hay có khả năng giữ cho xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có mặt của người lái xe.
Ngay nay hầu hết hệ thống phanh trên ô tô đã được bố trí hệ thống ABS. Hệ thống ABS được sử dụng với mục đích nâng cao hiệu quả phanh cho ô tô trông mọi trường hợp chuyển động, cụ thể bao gồm: Rút ngắn quãng đường phanh và đảm bảo tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh.
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu:
1.1.Công dụng.
Hệ thống phanh là một trong các cụm đảm bảo an toàn chuyển động cho ôtô. Trong quá trình phanh, động năng của xe được chuyển hoá thành nhiệt năng do ma sát giữa trống phanh (đĩa phanh) với má phanh nhờ vậy có thể giảm được tốc độ chuyển động của xe, dừng hẳn hoặc giữ xe ở một vị trí nhất định.
1.2. Phân loại.
Theo công dụng:
+ Hệ thống phanh chính (phanh chân).
+ Hệ thống phanh dừng (phanh tay).
+ Hệ thống phanh dự phòng.
+ Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ).
Theo kết cấu của cơ cấu phanh:
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
2. Giới thiệu về xe thiết kế:
Xe thiết kế là loại xe téc chở dầu đường dài, trọng lượng toàn bộ của xe khá lớn (26 tấn). Xe 3 cầu với 2 cầu sau là cầu chủ động. Xe chạy đường dài, với lượng hàng chở lớn, và chở loại hàng đặc thù là chất lỏng dễ gây cháy nổ nếu xảy ra va chạm.
3. Lựa chọn phương án thiết kế:
3.1. Lựa chọn cơ cấu phanh:
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen phanh hãm trên bánh xe nhằm chuyển động năng của ô tô thành các dạng năng lượng khác (như nhiệt năng) khi phanh ôtô. Trong quá trình sử dụng thì cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp làm giảm tốc độ góc củ bánh xe và có những yêu cầu cao về hiệu quả phanh, tính ổn định làm việc trong điều kiện làm việc như :
+ Đảm bảo tạo ta mômen cao và ổn định khi làm việc.
+ Có lực điều khiển vào cơ cấu nhỏ.
+ Kết cấu nhỏ gọn có thể đặt trong lòng bánh xe.
+ Đảm bảo thoát nhiệt, hệ số ma sát ổn định.
3.2. Lựa chọn dẫn động phanh:
Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Và phải đảm bảo được các yêu cầu về :
+ Độ nhạy cần thiết của hệ thống;
+ Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển đến cơ cấu phanh của ôtô;
+ Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường.
Kết luận: Từ những phân tích ở trên ta chọn dẫn động phanh kiểu khí nén với mục đích là lực bàn đạp nhỏ nhưng lại sinh ra được mômen phanh lớn. Do xe tải có không gian bố trí rộng vì vậy các chi tiết cồng kềnh không gặp khó khăn khi bố trí. Đồng thời sự chăm sóc bảo dưỡng sửa chửa thay thế đơn giản.
4. Bố trí của hệ thống phanh khí nén:
Lựa chọn sơ đồ phanh khí nén cơ bản như hình 1.3:
Nguyên lý làm việc: Máy nén khí 1 được dẫn động bằng động cơ qua bộ truyền dây đai. Khí nén được điều chỉnh áp suất bằng bộ điều chỉnh 2 sau đó được làm khô bằng bộ lọc 3, khí nén qua van chia dòng và bảo vệ đến bình chứa khí 5 và 6. Khi người lái đạp phanh thì van phân phối mở khí nén thường trực sẵn ở van phân phối qua đường ống dẫn (d) đến các bầu phanh bánh xe trước và sau. Khí nén tác dụng vào màng của bầu phanh làm ty đẩy dịch chuyển làm xoay cam, cam xoay ép má phanh vào trống phanh, thực hiện quá trình phanh.
Chương II
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ABS THIẾT KẾ
1. Vai trò của hệ thống ABS và lý thuyết cơ bản về ABS:
1.1.Tầm quan trọng của hệ thống ABS
Chức năng của hệ thống phanh là để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe bằng cách sử dụng 2 loại lực cản. Lực cản thứ nhất là lực cản giữa má phanh và tang trống phanh, lực cản thứ 2 là giữa lốp và mặt đường.
Chúng ta đã biết rằng lực cản giữa lốp và mặt đường chính lực bám sinh ra ở bánh xe phanh và được xác định bằng công thức :
Pφ = φ.Gφ
Qua các đồ thị chúng ta thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì hệ số bám dọc và bám ngang đều lớn.
Mục đích của bộ chống hãm cứng bánh xe (ABS) là duy trì hệ số trượt giữa bánh xe và mặt đường khi phanh trong mọi điều kiện nằm trong khoảng 10%–30% để đảm bảo hệ số bám dọc và bám ngang đều cao nhằm tận dụng được trọng lượng bám ở từng bánh xe. Do đó hệ thống này đảm bảo được hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh cao.
1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS cơ sở :
Như phần trên đã nêu, hệ thống ABS kiểm soát chặt chẽ sự phanh bánh xe thông qua độ trượt của bánh xe. Hệ thống ABS đảm bảo cho độ trượt nằm trong vùng trượt tối ưu.
Hệ thống hoạt động như sau: khi lái xe tác dụng lên bàn đạp mở van phân phối (5), khí từ bình đến bầu phanh bánh xe, khí nén ép màng của bầu phanh làm ti đẩy của màng dịch chuyển, cam xoay đi một góc, guốc phanh quay quanh chốt, ép sát má phanh vào trống thực hiện quá trình phanh. Cảm biến 1 có nhiệm vụ đo vận tốc góc của bánh xe và gửi tín hiệu tới bộ vi xử lý trung tâm ECU 2.
2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS:
Cảm biến tốc độ ở mỗi bánh xe sẽ truyền thông tin về tốc độ góc của mỗi bánh xe tương ứng về hộp điều khiển phanh ABS (ECU ABS). ECU sẽ căn cứ vào thông tin được truyền từ các cảm biến bánh xe sẽ xác định được tình trạng của các bánh xe bằng một chương trình được lập trình và cài đặt trong hộp ABS ECU. Khi ABS ECU nhận thấy cần phải can thiệp (bánh xe đang có hiện tượng trượt bị trượt lết) thì ABS ECU sẽ ưa ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành là các van điện từ đóng, mở hoặc chế độ giữ để điều chỉnh áp suất khí tối ưu đến mỗi bầu phanh bánh xe. Đảm bảo hệ số trượt trong giới hạn cho phép, không cho hiện tượng trượt lết xảy ra.
2.1. Các chế độ làm việc :
+ Chế độ giảm áp:
ECU chuyển tín hiệu đặt van điện từ ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc của bánh xe, vì vậy giảm áp suất khí trên mỗi bầu phanh bánh xe. Sau khi áp suất giảm, ECU chuyển van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi về chế độ thay đổi tốc độ của bánh xe. Nếu ECU thấy rằng áp suất khí cần giảm hơn nữa nó sẽ giảm tiếp áp suất khí nén.
+ Chế độ giảm áp :
Khi áp suất khí trong bầu phanh bánh xe tăng từ từ bởi sự điều tiết của các van điện từ do ECU điều khiển (sau chế độ giữ và tăng áp) bánh xe lại có xu hướng bị bó cứng. Vì vậy, ECU lại chuyển tín hiệu điều khiển đến các van điện từ để thực hiện chế độ “giảm áp” và áp suất khí trong bầu phanh bánh xe giảm do cửa khí vào bầu phanh bị đóng bớt lại.
Chu kỳ của các giai đoạn diễn ra khá nhanh, có thể từ 2 đến 10 lần trong 1 giây.
2.2. Kiểm soát độ trượt bánh xe:
Trong quá trình điều khiển áp suất phanh, hệ thống ABS cần thiết tạo ra vùng làm việc của bánh xe bị phanh trong khoảng độ trượt λ0 tối ưu, giá trị này phụ thuộc vào từng trạng thái nền đường. Trên đường tốt có hệ số bám cao thì giá trị λ0 =10%-30%. Các hệ thống ABS ngày nay sử dụng cảm biến đo vận tốc bánh xe theo thời gian và xác lập các mối quan hệ sau:
- Vận tốc tức thời của bánh xe;
- Gia tốc góc của bánh xe;
- Độ trượt của bánh xe.
Quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc được mô tả trên hình 4.5
Vân tốc của ô tô Vxe được hình thành trên cơ sở vận tốc quay của các bánh xe bị phanh vk , các bánh xe liên kết đàn hồi với nền trên khung vỏ cho nên :
vxe > vk hay vk = vxe(1-λ).
2.3. Phương pháp điều khiển hệ thống:
Trong các chương trình thiết lập của ECU ABS các mô đun điều khiển áp suất có liên quan trong hệ thống với nhau. Tùy thuộc vào loại cảm biến, thiết lập phương trình điều khiển có thể phân chia ra một số nguyên tắc điều khiển khác nhau như sau:
- Điều khiển mức thấp “ SL “.
- Điều khiển mức cao “ SH”.
- Điều khiển độc lập “ IR “.
- Điều khiển độc lập cải biên “ IRM “.
4. Van điều khiển áp xuất khí nén (cơ cấu chấp hành )
* Nguyên lý hoạt động của van:
Tùy theo tín hiệu của ECU gửi đến mà van hoạt động ở các trạng thái khác nhau khi hoạt động van có thể có các tạng thái tăng áp, giữ áp hay giảm áp
- Trạng thái phanh (quá trình tăng áp)
Trạng thái này được thực hiện khi người lái bắt đầu thực hiện đạp bàn đạp phanh để thực hiện phanh.Và trong quá trình phanh độ trượt của bánh xe nằm trong giới hạn trượt cho phép. Lúc này cả 2 van A và B đều mở tín hiệu từ ECU gửi đến là ON với cả hai van.
- Trạng thái giữ phanh(trạng thái giữ áp):
Trong quá trình phanh bàn đạp phanh giữ ở một vị trí xác định nào đó, phù hợp với khả năng bám của mặt đường, mặt đường ổn định, độ trượt của bánh xe nằm trong giới hạn cho phép thường giới hạn trrượt trong khoảng từ 10% đến 30%. Thì lúc này ECU gửi tín hiệu đến đóng van A(A ở trạng thái Off ) đồng thời van B vẫn ở trạng thái ON. Do van A đóng nên khí từ van phân phối đến cửa (5) thì bị ngăn lại, áp suất trên khoang trên của piston(4) là không đổi.
- Trạng thái nhả phanh (trạng thái giảm áp):
Khi ECU phát hiện độ trượt ngoài giới hạn cho phép (lúc này người lái vẫn đạp phanh) thì ECU sẽ gửi tín hiệu đến đóng hai van điện từ lúc này cả hai van ở trạng thái là ( Off ) khi đó cửa thông khí của khoang trên của (4) mở do ( 8 ) đóng vì vậy piston 4 đi lên tách khỏi đế (15) làm mở cửa thông với khí trời (13) do vậy khí nén từ bầu phanh sẽ xả ra ngoài thông qua cửa (13) áp suất trong bầu phanh giảm đi nên áp lực má phanh tác dụng lên tang trống giảm đi, mômen phanh giảm đi
Quá trình tăng áp, giữ áp hay giảm áp diễn ra một cách liên tục tùy thuộc vào tín hiệu từ bộ xử lý trung tâm, cấp tín hiệu đóng mở các van điện từ trong qus trình phanh.
Chương III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH
1. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh
1.1. Một số chi tiết chính
1.1.1.Trống phanh:
Trống phanh phải có độ cứng vững lớn và trọng lượng bé, đồng thời phải đảm bảo diện tích cần thiết để truyền nhiệt được tốt. Nguyên liệu làm trống phanh phải có hệ số ma sát cao và mòn đều đặn ở bất kỳ nhiệt độ nào. Nhiệt độ ở một số chỗ tiếp xúc giữa trống phanh và má phanh có khi lên đến nhiệt độ chảy của gang. Kết cấu của trống phanh phải đảm bảo ma sát tốt. Trống phanh thường làm bằng gang hoặc gang hợp kim( có thành phần Niken , đồng, Môdiphen).
1.1.2. Guốc phanh:
Guốc phanh thường được chế tạo bằng các phương pháp hàn dập hoặc đúc, vật liệu thường bằng gang. Trên bề mặt guốc phanh có đặt má phanh. Má phanh được ghép với guốc phanh bằng đinh tán hoặc phương pháp dán. Các đinh tán phải bằng kim loại mềm để khi má phanh mòn đến đinh tán thì bề mặt trống phanh không bị xước.
1.2.Tính Toán Mômen Phanh:
Khi thiết kế hệ thống phanh thì một yêu cầu đặt ra là hệ thống phanh phải có khả năng tiêu hao năng lượng động năng chuyển đông của ô tô khi phanh với thời gian là ngắn nhất. Để đạt được điều đó thì mômen phanh sinh ra trong quá trình phanh phải đạt được giá trị lớn nhất có thể.
Ppmax = Pj
Trong đó Pj = j.G là lực bám giữa bánh xe và đường, với j là hệ số bám, G là trọng lượng toàn bộ ô tô. Như vậy mômen phanh cực đại được tính như sau:
Mp max= j.G.rbx
G: Trọng lượng của ôtô khi đầy tải G= 260000 (N)
L: Chiều dài cơ sơ của xe L= 5,8(m)
a, b, h : Toạ độ trọng tâm của xe h=1,23 (m), a=4,015 (m), b= 1,785(m)
g: Gia tốc trọng trường g = 10 ( m/s2 )
Jmax: Gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh Jmax = (7 - 8) (m/s2 ) Chọn Jmax = 7,5 m/s2
Theo kích thước lốp là 10,00 - 20 tức là 254 - 508 (mm) ; B = 254 mm; d = 508 mm ;
Thay số ta có ro = 508 (mm), rbx = 508 . 0,945 = 480 (mm)
Mô men phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở một bánh xe cầu trước là Mp= 21845(N.m)
Mô men phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở một bánh xe cầu sau là Mp = 16202(N.m)
1.3. Tính Toán Cơ Cấu Phanh
Với giả thiết cơ bản là :
+ Khi tính toán các công thức tuân theo định luật Húc
+ Bỏ qua sự phân bố không đều lực lên má phanh
Ta có:
F: là tổng diện tích má phanh của cơ cấu phanh
M: khối lượng tác dụng lên một bánh xe
p: đối với ô tô tải chọn trong khoảng từ 2,5 ÷ 4.104 (MPa)
Chọn giá trị của P là 3.104 (MPa) ta tính được giá trị của diện tích bề mặt ma sát của má phanh cơ cấu phanh trước và sau là :
Cơ cấu phanh trước Ft = Mt.p với Mt = 40000 (N) ta được Ft = 0,133 (m2)
Cơ cấu phanh sau Fs = Ms.p với Ms= 45000 (N) ta được Fs= 0,15 (m2)
Do chọn loại cơ cấu phanh đối xứng qua trục và có diện tích của má trước và sau là như nhau. Với góc ôm của má phanh cầu sau là 1150 bán kính của tang trống sau là 210 (mm).
Kích thước của cơ cấu phanh trước và sau sau khi tính toán thể hiện như bảng 2.
1.4. Lực tác dụng lên cơ cấu phanh:
Tác dụng lên cơ cấu phanh khi phanh có các lực:
Lực đẩy của cam Fpt và Fps.
Phản lực của má phanh và trống phanh Fnt , Fns và µFnt ,µFns
Phản lực tại chốt guốc phanh Fxt, Fxs và Fzt , Fzs
Với giả thiết các lực Fnt và Fns có phương đi qua tâm của cơ cấu phanh. Chiếu các lực tác dụng lên cơ cấu phanh theo hai phương ngang và đứng ta được các phương trình cân bằng sau.
Fx + Fp – Fn = 0
Fz - µFn = 0
Phương trình cân bằng mômen quanh chốt phanh : Fp.h + µFn.rt – Fn.a = 0
Lực tác dụng nên cơ cấu phanh trước là: Fz =µ.Fn= 0,35. 183569=64249 (N)
Giá trị các lực tác dụng lên cơ cấu phanh trước thể hiện như bảng 3.
2. Tính toán và kiểm nghiệm bền guốc phanh
Các thông số của tiết diện guốc phanh.
Tiết diện má phanh gồm 3 phần: F1, F2 và F2’ với trọng tâm tương ứng là G1, G2 và G2’.
2.1. Kiểm bền guốc phanh :
Áp lực từ tang trống tác dụng qua má phanh lên guốc phanh là rất phức tạp. Để đơn giản trong tính toán ta coi áp lực này phân bố đều trên toàn bộ diện tích guốc phanh tiếp xúc với má phanh.
Để tính bền guốc phanh ta cần xác định tiết diện nguy hiểm của guốc phanh.Do đó ta phải vẽ biểu đồ nội lực của guốc phanh.
Từ biểu đồ nội lực ta xác định được tiết diện nguy hiểm là tại G.
2.2. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh:
Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra ngoài không khí.
V1: Tốc độ bắt đầu phanh. V1= 30(km/h) = 8,33(m/s)
V2 : Tốc độ kết thúc phanh. V2= 0.
Do đó ta có : mt > 123 (kg)
Trên thực tế, xe tải loại này có khối lượng các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng khoảng 135 kg do đó điều kiện bền nhiệt thoả mãn.
Chương IV
LỰA CHỌN SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG
1. Lựa chọn sơ đồ dẫn động cho xe thiết kế:
Với đặc trưng của xe tải là vận tốc không lớn như xe con, các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cũng thấp hơn so với xe con, đồng thời giá thành của xe tải lại cần thấp. Vì vậy kết cấu của hệ thống ABS được trang bị cũng đơn giản hơn.
Tùy theo những yêu cầu cụ thể mà khi thiết kế hệ thống ABS có thể chọn lựa phương án khác nhau cả về bố trí cũng như sự phức tạp.
1.1. Phương án1 4S/3K:
Đây là sơ đồ sử dụng 4 cảm biến với 2 cảm biến đặt tại bánh xe cầu trước và mỗi cầu sau của xe sử dụng một cảm biến. Mỗi cầu xe sử dụng một kênh điều khiển. Với sơ đồ bố trí như vậy có những ưu nhược điểm sau:
- Ưu điểm: Ưu điểm lớn nhất của sơ đò này là khá đơn giản. Góp phần giảm giá thành của hệ thống với việc giảm bớt cảm biến ở bánh xe cầu sau.
- Nhược điểm: Với việc bố trí ít cảm biến như vậy sẽ làm giảm tính chính xác của việc đo độ trượt các bánh xe. Đồng thời sử dụng chung một van điều khiển áp suất cho 2 bánh xe, sẽ làm giảm hiệu quả của hệ thống ABS do không tận dụng được tối đa lực bám giữa các bánh xe riêng biệt.
1.3. Phương án 3 6S/6K:
Đây là sơ đồ sử dụng 6 cảm biến ở 6 bánh xe và 6 kênh điều khiển mỗi bánh xe sử dụng một kênh điều khiển. Với cách bố trí như vậy có những ưu điểm và nhược điểm sau.
- Ưu điểm: Đây là phương án bố trí đầy đủ nhất. Với việc sử dụng 6 cảm biến ở 6 bánh xe thì tín hiệu thu được về độ trượt là chính xác. Như vậy tín hiệu điều khiển tới các kênh điều khiển là chính xác. Việc bố trí 6 kênh điều khiển ở 6 bánh xe sẽ tận dụng được tối đa lực bám tại các bánh xe như vậy hiệu quả phanh sẽ là cao nhất.
- Nhược điểm: Việc bố trí nhiều cảm biến và nhiều kênh điều khiển sẽ đội giá thành của sản phẩm lên cao.Mà đối với các xe tải thì giá thanhg sản phẩm là yếu tố quan trọng.
1.4. Phương án 4 6S/3K:
Đây là phương án sử dụng 6 cảm biến đặt tại 6 bánh xe và sử dụng 3 kênh điều khiển một cho cầu trước và 2 bánh xe cùng phía của cầu sau sử dụng chung một kênh điều khiển.
- Ưu điểm: Việc sử dụng 6 cảm biến đặt tại 6 bánh xe thì độ trượt được đo chính xác.So với phương án 6S/6K thì phương án này dùng ít kênh điều khiển hơn nên giá thành sẽ cạnh tranh hơn.Phù hợp với xe tải với yêu cầu là giá thành thấp.
- Nhược điểm: So với phương án 6S/6K thì hiệu quả phanh của phương án này giảm đi do không tân dụng được hết khả năng bám ở các bánh xe.
1.5. Cơ sở lựa chọn sơ đồ:
Với yêu cầu thực tế của xe thiêt kế có kích thước khá lớn, đồng thời giá thành có tính cạnh tranh thì phương án 6S/3K là hợp lý nhất.
Để đi tới lựa chọn phương án này ta đi vào phân tích một số vấn đề sau:
Xe thiết kế có tải trọng khá lớn vì vậy quán tính của xe khi chuyển động là khá lớn. Vì vậy khi phanh cơ cấu phanh phải tận dụng tối đa khả năng bám để hiệu quả phanh là cao nhất, nhưng do xe chở mặt hàng dễ cháy nổ vì vậy sự ổn định khi phanh cũng cần được quan tâm.
+ Xét sự quay thân xe:
Như vậy sự quay thân xe còn chịu ảnh hưởng của toàn bộ khối lượng ô tô và chiều rộng B của xe.
Trong trường hợp thiết kế với một kênh điều khiển trên cầu trước thì Pt=Pp như vậy Mz=0 như vậy không gây ra sự quay thân xe quanh cầu trước giúp đảm bảo tính dẫn hướng của cầu trước.
Ở cầu sau lực phanh của 2 bánh xe trên cùng một cầu là khác nhau do sử dụng kênh điều khiển khác nhau, nhưng sự ảnh hưởng tơi tới sự quay thân xe là chậm vì vậy không ảnh hưởng nhiều tới tính dẫn hướng.
Kết luận: Qua việc phân tích ưu điểm của 4 sơ đồ điển hình ở trên ta. Với các tiêu chí riêng cho xe thiết kế là hiệu quả phanh tính dẫn hướng cũng như giá thành của sản phẩm ta chọn sơ đồ 6S/3K làm sơ đồ thiết kế. Sơ đồ này đảm bảo được tiêu trí đặt ra là giá thành thấp và tính năng của hệ thống phanh đáp ứng được với xe tải chạy đường dài.
1.6. Sơ đồ phương án chọn:
Sơ đồ phương án thiết kế như hình 4.6.
2. Tính toán dẫn động phanh
2.1.Thiết kế tính toán bầu phanh trước.
Bầu phanh thường có dạng màng hoặc piston, áp suất tác dụng lên màng được chuyển thành lực trên ty đẩy tác động lên thanh dẫn động trục cam như thể hiện trên hình vẽ.
Ta có:
l: Cánh tay đòn, chọn theo xe tham khảo, l = 180 (mm)
P1’,P2’ : Lực đẩy của cam lên guốc trước và guốc sau.Ta có
P1’ = Fpt = 49462 (N)
P2’ = Fps = 128872 (N)
Đường kính của bầu phanh:
Thay các giá trị vào ta có: D = 189 (mm).
Diện tích bao kín của bầu phanh:
FB = FA/K
K : Hệ số dự trữ năng lượng, lấy K = 0,8
FB =27915/0,8 = 34938 (mm2)
Đường kính bao kín của bầu phanh: Dbp = 211 (mm)
2.2. Thiết kế tính toán bầu phanh sau:
Lực tác dụng lên thanh đẩy.
Từ họa đồ lực phanh ta có:
P1” =36685 (N)
P2” =95583(N)
h : Khoảng cách giữa hai lực P, chọn theo xe tham khảo h = 40 mm
Thay số vào ta có: Qt = 14696,5 (N)
Diện tích bao kín của bầu phanh:
FB = FA/K
K : Hệ số dự trữ năng lượng, lấy K = 0,8
FB =20767/0,8 = 25959 (mm2)
Đường kính bao kín của bầu phanh: Dbp = 182 (mm)
* Tính toán lò xo của bộ tích lũy năng lượng:
- Công dụng: Đẩy màng phanh và ty phanh để phanh xe lại trong trường hợp bình chứa khí bị rò rỉ và khi phanh dừng.
- Yêu cầu: Lò xo chế tạo có độ cứng đủ lớn để đẩy màng phanh và ty đẩy phanh xe lại ngay trong trường hợp khẩn cấp. Nhưng cũng phải thu nhanh trong trường hợp nhả phanh tay. Phải có đủ độ bền và độ cứng vững theo yêu cầu.
Khi tính toán lò xo của bộ tích lũy năng lượng ta chú ý một số điểm sau:
+ Theo tiêu chuẩn Việt nam, khi tiến hành thử phanh tay trên bệ thử, yêu cầu lực phanh do phanh tay sinh ra phải đạt được bằng 18% trọng lượng toàn bộ xe.
+ Khi nhả phanh tay chỉ cần áp suất khí nén Pj = 0,4.106 N/m2 cũng đủ để nén lò xo trở về vị trí ban đầu.
Thay số vào ta tính được mômen M =4212,5(N.m)
Từ mômen ta tính được các lực tác dụng của cam lên guốc trước và sau là: P1"= 9708(N), P2"= 28414(N)
Số vòng toàn bộ của lò xo.
Theo công thức kinh nghiệm: n0= n+ (1÷2) vòng = 3+2 = 5 (vòng)
Bước của lò xo :
Theo công thức t = (0,15÷0,3)Dlx = 21÷25,2 (mm). Chọn t = 22(mm)
Chiều dài toàn bộ của lò xo :
Theo công thức kinh nghiệm: H = n0.t = 5.22 = 110 (mm)
KẾT LUẬN
Sau hơn 3 tháng thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ thống phanh ABS cho xe vận tải chở dầu đường dài 26 tấn” tại bộ môn ô tô và xe chuyên dùng. Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy trong bộ môn và các bạn cùng lớp, em đã hoàn thành đề tài.
Sau khi nhận được đề tài với những kiến thức về chuyên ngành đã được trang bị trong quá trình học tập tại trường và với một ý thức rất cao về sự quan trọng của hệ thống phanh trên xe ô tô. Em đã tiến hành thực hiện các công việc sau:
Bắt đầu đề tài với việc tìm hiểu về xe thiết kế với những đặc trưng nổi bật như là xe chở dầu là mặt hàng dễ gây cháy nổ, khối lượng chuyên chở là khá lớn, xe chạy trên đường dài, kích thước bao của xe lớn. Sau khi tìm hiểu được nhưng số liệu tham khảo của xe cần thiết kế. Qua phân tích về những đặc điểm của xe thiết kế, và tìm hiểu về những tiêu chuẩn của hệ thống phanh đề tài đã đưa ra được phương án thiết kế hệ thống phanh. Với việc chọn cơ cấu phanh tang trống đảm bảo những yêu cầu của hệ thống phanh thiết kế như khả năng che kín tốt rất quan trọng với xe chạy trên đường dài, giá thành rẻ phù hợp với xe tải, khả năng chịu được lực phanh lớn. Hệ thống dẫn động khí nén đảm bảo lực điều khiển nhẹ nhàng phù hợp với xe đường dài lái xe dễ mệt mỏi. Hệ thống sử dụng hệ thống bầu phanh tích trữ năng lượng vì vậy tính an toàn là rất cao. Hệ thống phanh thiết kế đáp ứng theo tiêu chuẩn hiện hành với dẫn động hai dòng. Có các hệ thống phanh chính, phanh dự phòng, phanh dừng. Đảm bảo tính an toàn chuyển động của xe. Sau khi lựa chọn phương án thiết kế em tiến hành tính toán các bộ phận của hệ thống, tính toán kiểm bền cơ cấu phanh trước và sau. Tính toán bầu phanh trước và sau, tính van điều khiển áp suât khí nén.
Với hệ thống phanh ABS thiết kế đề tài lựa chọn phương án sử dụng 6 cảm biến đặt tại 6 bánh xe và 3 kênh điều khiển, một cho cầu trước và hai bánh cùng phía của cầu sau dùng chung một kênh điều khiển, với việc lựa chọn này thì tính cạnh tranh của sản phẩm cao, đồng thời tính năng của hệ thống cũng đạt yêu cầu. Do sử dụng một kênh điều khiển hai bánh cầu trước thì tính ổn định hướng khi phanh là khá tốt. Ở hai cầu sau với 2 kênh điều khiển ở 2 phía với việc điều khiển chọn “sự lựa chọn thấp” sẽ đảm bảo tận dụng được lực bám khi phanh ở các bánh xe.
Đặc biệt hệ thống sử dụng van điều khiển điện từ kết hợp với van R12 có tác dụng xả khí nhanh khắc phục được nhược điểm của hệ thống phanh khí nén là độ chậm tác dụng lớn.
Bên cạnh những vấn đề đạt được do thời gian có hạn nên đồ án của em không chánh khỏi những hạn chế. Nhiều vấn đề chưa đề cập đến như là đồ án chưa đi sâu vào cơ sở lý thuyết ABS, để nâng cao hiệu quả phanh và tính ổn định hướng hệ thống cần kết hợp giữa ABS và ASR. Hệ thống chưa được trang bị bộ điều chỉnh khe hở tự động giữa má phanh và trống phanh.
Đề tài tuy đã hoàn thành nhưng không chánh khỏi những thiếu sót. Em mong được các thầy giúp đỡ để rút kinh nghiệm và hoàn thiện mình hơn.
Một lần nữa em xin cảm ơn các thầy trong bộ môn và đặc biệt là thầy giáo : PGS.TS………………. đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bài giảng thiết kế tính toán ôtô
PGS. TS Nguyễn Trọng Hoan (2007).
2. Hướng dẫn thiết kế hệ thống phanh ô tô máy kéo
Dương Đình Khuyến (1995).
3. Lý thuyết ô tô máy kéo
Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái,
Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (1998).
4. Sổ tay công nghệ chế tạo máy
Trần Văn Địch - Nguyễn Hữu Lộc
5. Dung sai và đo lường cơ khí
An Hiệp - Trần Vĩnh Hưng (1999).
6. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí
Trịnh Chất - Lê Văn Uyển (2000).
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"