LỜI NÓI ĐẦU
Sản xuất ôtô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ôtô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển. Ở nước ta, số ôtô tư nhân cũng đang phát triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ ôtô lưu thông trên đường ngày càng cao. Do mật độ ôtô trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan tâm.
Ở nước ta, số vụ tai nạn giao thông đang trong tình trạng báo động. Theo tài liệu thống kê. Năm 2013 cả nước để xảy ra 14.442 vụ tai nạn giao thông làm chết hơn 11.449 người chết và bị thương xấp xỉ 10.633 người.
Đối với sinh viên ngành cơ khí ôtô việc thiết kế, nghiên cứu về hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Để giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh. Từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ôtô. Đó là lý do em được giao và nhận đề tài làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống phanh - phần dẫn động phanh dựa trên cơ sở xe tải Hyundai HD72 - 3,5 tấn ”. Với những nội dung cơ bản được trình bày như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh trên xe ô tô.
Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống phanh trên xe tải Hyundai HD72.
Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động phanh trên xe tải Hyundai HD72 .
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
1.1. Giới thiệu về xe ô tô Hyundai HD - 3,5 tấn.
1.1.1.Gới thiệu chung về xe.
Xe Hyundai HD72 là dòng xe thương mại của tập đoàn Hyundai Hàn Quốc với các sản phẩm xe tải HD72 gồm các kiểu như: Hyundai HD72 thùng lửng, hyundai HD72 mui bạt, hyundai HD72 đông lạnh, hyundai HD72 gắn cầu và tải ben.... Đặc điểm nổi bật của xe Hyundai HD72 là ngoại thất được thiết kế hiện đại năng động, kiểu dáng khí động học giúp tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi vận hành. Được thiết kế nội thất rộng rãi và tiện nghi tạo, không gian rộng rãi giúp tài xế cảm giác thoải mái khi lái xe trên chặng đường dài. Xe có trang bị điều hòa nhiệt độ hai chiều nóng và lạnh, hệ thống âm thanh có đầu đĩa CD, Radio FM/AM, cửa sổ điện, hệ thống gương chiếu hậu lớn, tay lái trợ lực điều chỉnh hai hướng giúp cho quá trình điều khiển xe dễ dàng.
Hiện nay trên thị trường Việt Nam do phù hợp với cung đường giao thông, nhu cầu vận chuyển của người dân, giá cả phù hợp nên dòng đời xe Hyundai HD72 loại 3,5 tấn được nhập khẩu nguyên chiếc vào Việt Nam rất nhiều với đầy đủ các chũng loại, kiểu dáng. Hình 1.1 là hình dáng xe tải Hyundai HD72 - 3,5 tấn kiểu thùng lửng.
1.1.2. Thông số kỹ thuật của xe tải Hyundai HD72 - 3,5 tấn.
1.1.2.1. Sơ đồ tổng thể của xe.
Hình dáng và một số kích thước cơ bản của xe tải Hyundai HD72 - 3,5 tấn được thể hiện trên hình 1.2.
1.1.2.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản.
Các thông số cơ bản của xe tải Hyundai HD72 được chỉ ra trong bảng 1.1.
1.1.3. Giới thiệu chung về các cụm và hệ thống chính của xe tải Huyndai HD72 - 3,5 tấn.
1.1.3.1. Động cơ.
Xe ô tô tải Hyundai HD72 được trang bị kiểu động cơ Diesel. Hình 1.3 là hình dáng động cơ Diesel D4DB.
a. Hệ thống làm mát:
Làm mát động cơ lắp trên Hyundai HD72 được sử dụng chất lỏng loại Êtylen - glycon chống đông, chống gỉ để làm mát động cơ. Người ta sử dụng phương pháp làm mát tuần hoàn cưởng bức một vòng kín. Nước từ két nước được bơm nước hút vào động cơ để làm mát. Nước sau khi đi làm mát động cơ được đưa trở lại két nước để làm mát.
Bơm nước kiểu ly tâm truyền động từ trục khuỷu qua dây đai hình thang.
Quạt gió có 8 cánh uốn cong và được đặt sau két nước làm mát để hút gió, làm tăng lượng gió qua két làm mát nước.
Két làm mát nước được đặt trước đầu của ôtô để tận dụng lượng gió qua két để làm mát nước.
b. Hệ thống bôi trơn:
Hệ thống bôi trơn cưỡng bức với dầu bôi trơn được lọc toàn phần.
Bơm dầu kiểu: Bánh răng dẫn động bởi trục khuỷu thông qua dây đai.
Làm mát dầu kiểu bằng nước.
Dung tích dầu bôi trơn: 5,2 [lít].
Dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức nhờ bơm dầu tạo ra áp lực để đưa dầu đi bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát.
1.1.3.2. Hệ thống lái.
Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau: Vành lái, trục lái, cơ cấu lái, các đòn dẫn động lái, bánh xe dẫn hướng.
Đối với xe tải Hyundai HD72 đang khảo sát thì dùng cơ cấu kiểu bánh răng, thanh răng, có trợ lực thủy lực.
1.1.3.3. Hệ thống treo.
Bộ phận treo trước của xe là thuộc dạng treo không phụ thuộc (Độc lập), từng bánh xe được gắn độc lập với thân xe thông qua các đòn, bộ phận giãm chấn, đàn hồi. Các bánh xe được độc lập di chuyển tương đối với khung vỏ. Bộ phận đàn hồi với kết cấu tay đòn chữ A, có trục xoắn và giảm xóc ống.
Bộ phận treo sau thuộc kiểu phụ thuộc các bánh xe đặt trên dầm cầu liền, bộ phận giãm chấn và ống đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền. Phần tử đàn hồi thuộc loại nhíp là bán elip, có giãm xóc ống.
1.1.3.4. Hệ thống truyền lực.
- Ly hợp được sử dụng là lọai khô, đĩa đơn dùng lò xo đĩa ép.
- Hộp số cơ khí gồm các bộ phận chính sau:
+ Bộ bánh răng truyền động.
+ Bộ điều tốc.
+ Các thanh điều khiển.
1.1.3.5. Hệ thống điện.
Hệ thống điện sử dụng ác quy PINACO 12V một chiều loại một dây, máy phát điện xoay chiều. Đánh lữa bán dẫn.
1.1.3.6. Bộ phận khác.
Khung vỏ xương, có kết cấu kiểu khung chịu lực với hai dầm dọc hai bên và các xà ngang có tiết diện hở.
1.2. Giới thiệu chung về hệ thống phanh.
1.2.1. Công dụng.
Hệ thống phanh có công dụng quan trọng trong quá trình đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô, nó cho phép người lái giảm tốc độ của xe cho đến khi dừng hẳn hoặc giảm đến một tốc độ nào đó, giữ cho xe cố định khi dừng đó. Qua đó, nâng cao được vận tốc trung bình và năng suất vận chuyển của ô tô.
1.2.2. Phân loại.
Hệ thống phanh trên ô tô thường được phân loại theo như sau:
1.2.2.1. Theo công dụng.
- Hệ thống phanh chính (Phanh chân).
- Hệ thống phanh dừng (Phanh tay).
- Hệ thống phanh chậm dần (Phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ).
1.2.2.2. Theo kết cấu của cơ cấu phanh.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
- Hệ thống phanh kết hợp cả hai loại cơ cấu phanh trên.
1.2.2.3. Theo dẫn động phanh.
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.
- Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực.
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén.
- Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén - thuỷ lực.
1.2.2.4. Theo các cơ cấu bổ trợ cho hệ thống phanh.
- Hệ thống phanh có cường hóa.
- Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh.
- Hệ thống phanh có chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock brake system).
- Hệ thống phanh có phân bố lực phanh điện tử EBD (Electronic brake-force distribution).
- Hệ thống phanh có hỗ trợ phanh khẩn cấp BA (Brake assist).
1.2.3. Yêu cầu.
Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất ở bất kỳ chế độ chuyển động nào, ngay cả khi dừng xe tại chỗ, đảm bảo thoát nhiệt tốt.
- Có độ tin cậy làm việc cao để ôtô chuyển động an toàn.
- Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh phải nhỏ và đảm bảo phanh xe êm dịu trong mọi trường hợp.
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện và có tính tuỳ động.
1.3. Giới thiệu về các hệ thống phanh (HTP) thường gặp.
Hiện nay các hệ thống phanh (HTP) thường được sử dụng trên ô tô như: Hệ thống phanh dẫn động cơ khí, hệ thống phan dẫn động thủy lực, hệ thống phanh khí nén, hệ thống phanh thủy khí và hệ thống phanh có ABS, BA, EBD.
1.3.1. Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.
1.3.1.1. Sơ đồ nguyên lý.
Sơ đồ nguyên lý HTP dẫn động cơ khí được biểu diễn như dưới hình 1.4.
1.3.1.2. Đặc điểm kết cấu.
Sơ đồ dẫn động phanh bằng cơ khí bao gồm:
1. Tay phanh; 2. Thanh dẫn; 3,5. Con lăn của dây cáp; 4. Dây cáp phía trước; 6. Thanh dẫn trung gian; 7. Trục; 8,10. Dây cáp dẫn động phanh; 9. Thanh cân bằng; 12. Trục lệch tâm của thanh ép; 13. Guốc phanh.
1.3.1.3. Ưu, nhược điểm.
- Ưu điểm: Có độ tin cậy làm việc cao, độ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài.
- Nhược điểm: Hiệu suất truyền lực không cao, thời gian phanh lớn.
1.3.1.4. Phạm ví ứng dụng.
Hệ thống phanh dẫn động cơ khí thường được sử dụng trên các loại xe tải có tải trọng lơn.
1.3.2. Hệ thống phanh dẫn động thủy lực.
1.3.2.1. Sơ đồ nguyên lý.
Sơ đồ nguyên lý HTP dẫn động thủy lực được biểu diễn như dưới hình 1.5.
1.3.2.2. Đặc điểm kết cấu.
Sơ đồ dẫn động phanh bằng thủy lực bao gồm:
1. Bàn đạp phanh; 2. Xylanh chính; 3,5. Xylanh công tác; 4,6. Guốc phanh; 7. Lò xo hồi vị; 8. Chốt tựa; 9. Đường ống dầu.
1.3.2.3. Ưu, nhược điểm.
- Ưu điểm: Kết cấu gọn, có thể điều chỉnh dễ dàng theo cảm tính.
- Nhược điểm: Khi sử dụng phanh người cần phải có tác động lực phanh lớn.
1.3.2.4. Phạm vi sử dụng.
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực được sử dụng trên các loại xe du lịch, xe tải nhỏ (Không cần lực thắng lớn).
1.3.4. Hệ thống phanh dẫn động thủy - khí.
1.3.4.1. Sơ đồ nguyên lý.
Sơ đồ nguyên lý HTP dẫn động thủy - khí được biểu diễn như dưới hình 1.7.
1.3.4.2. Đặc điểm kết cấu.
Sơ đồ dẫn động phanh bằng thủy - khí nén bao gồm:
1. Van phân phối; 2. Dẫn động phanh rơmóc; 3. Đường ống; 4,6. Xylanh chính thủy lực; 5,7. Bầu hơi sinh lực; 8,10. Xylanh công tác thủy lực; 9,11. Cơ cấu phanh.
1.3.4.3. Ưu, nhược điểm.
a. Ưu điểm:
- Có khả năng truyền động với công suất lớn và áp suất cao.
- Cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi bảo dưỡng chăm sóc ít.
- Có khả năng điều chỉnh vận tốc làm việc tính cấp hoặc vô cấp.
- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc vào nhau.
- Giảm kích thước, khối lượng cả hệ thống bằng cách nâng cao áp suất làm việc.
- Các phần tử được tiêu chuẩn háo tạo điều kiện thiết kế và chế tạo.
b. Nhược điểm:
- Hiệu suất không cao do mất mát đường ống, sự rò rỉ của các phần tử.
- Khi phụ tải thay đổi khó giữ được tốc độ làm việc ổn định do tính nén khí của chất lỏng và độ đàn hồi của đường ống.
- Khi mới khởi động, nhiệt đọ hệ thống thay đổi dẫn tới thay đổi độ nhớt chất lỏng và kéo theo làm thay đổi vận tốc làm việc.
1.3.4.4. Phạm vi ứng dụng.
Hệ thống phanh thủy- khí được sử dụng trên các loại xe tải cở lớn, xe nhiều cầu.
1.3.5. Hệ thống phanh dẫn động có ABS, BA, EBD.
1.3.5.1. Hệ chống bó cứng bánh xe ABS (Anti-lock Brake System).
a. Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống ABS:
Sơ đồ làm việc cảu hệ thống ABS được biểu diễn như dưới hình 1.8.
b. Đặc điểm kết câu:
1. ECU ABS; 2. Bộ chấp hành phanh; 3. Cảm biến tốc độ bánh xe; 4. Rô to cảm biến.
c. Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Gọn nhẹ.
+ Không bị bó cứng khi phanh, ổn định hướng.
+ An toàn cao khi phanh, rút ngán quãng đường phanh. Kiểm soát được độ trượt bánh xe.
- Nhược điểm:
+ Hao dầu, nhanh mòn má phanh khi có các hạt bụi vào má phanh.
+ Dễ mất lái khi điều khiển sai cách, tỷ lệ lật úp xe cao hơn.
d. Phạm vi sử dụng:
Thường được sử dụng trên các loại xe ô to du lịch, xe máy.
1.3.5.2. Hệ thống hỗ trợ phanh gấp BA (Brake assist).
a. Sơ đồ cấu tạo:
Sơ đồ cấu tạo của hệ thống BA được thể hiện như dưới hình 1.9.
b. Đặc điểm kết cấu:
1. Cảm biến tốc độ; 2. Màng gắn cảm biến; 3. Xylanh phanh chính; 4. Nam châm; 5. Cảm biến mở; 6. Khoang công tác; 7. Bộ xử lý trung tâm; 8. Khoang chân không; 9. Bàn đạp phanh.
c. Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Sử dụng hệ thống BA sẽ tạo xung lực tối đa trên bàn đạp phanh.
+ Nâng cao độ an toàn cho lái xe.
- Nhược điểm:
Khả năng nguy cơ xe bị lật rât cao do tình huống phanh khẩn cấp làm cho bộ khếch đại đẩy lực phanh đến trạng thái tối đa.
d. Phạm vi sử dụng:
Hệ thống phanh BA được sử dụng trên các lọa xe du lịch, xe máy.
1.3.5.3. Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD (Electric brake force distribution).
EBD trong ABS dùng EBD để thực hiện việc phân phối lực phanh giữa bánh trước và sau theo điều kiện xe chạy. Ngoài ra trong khi quay vòng nó cũng điều khiển lực phanh các bánh bên phải và bên trái giúp duy trì ổn định của xe.
a. Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
Giúp điều khiển việc thay đổi lực phanh tác động lên từng bánh xe trong điều kiện khác nhau như: Tốc độ xe, tải trọng, tình trạng mặt đương..
- Nhược điểm:
Cầu kỳ, phức tạp, gia sthành cao.
b. Phạm vi sử dụng:
Được sử dụng trên các loại xe ô tô du lịch, xe khách..
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG
PHANH TRÊN XETẢI HYUNDAI HD72
2.1. Cơ cấu phanh.
Trên xe tải Hyundai HD72.D4DB là loại xe động cơ đặt phía trước, dẫn động cầu sau. Xe được trang bị hệ thống phanh tang trống, mạch kép thủy lực có trợ lực chân không. Trên xe được trang bị hệ thống khả năng an toàn mang tính động chủ động đặc biệt với bốn kênh hệ thống ABS điện tử tích hợp Brakeforce Distribution (EBD). Khi hệ thống cảm biến khóa phanh trong các điều kiện bất lợi hoặc đường trơn, hệ thống này rất dễ dàng điều khiển và có thể kiểm soát áp lực phanh cho tất cả các bánh xe bằng điều khiển thủy lực. Trường các hợp khẩn cấp hệ thống sẽ tự động gia tăng áp lực phanh.
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh chính xe tải Hyundai HD72.D4DB được thể hiện như dưới hình 2.1.
2.1.1. Đặc điểm kết cấu.
Qua hình 2.1 ta thấy HT phanh chính xe tải Hyundai HD72 gồm:
1. Xylanh phanh chính; 2. Bàn đạp phanh; 3. Xylanh bánh xe; 4. Pittông bánh xe; 5. Guốc phanh; 6. Má phanh; 7. Trống phanh; 8. Lò xò hồi vị; 9. Chốt phanh; 10. Bộ điều hòa lực phanh; 11. Đường dẫn dầu tới cơ cấu phanh sau; 12. Trợ lực phanh; 13. Đường dẫn dầu tới cơ cấu phânh trước.
Hệ thống phanh chính trên xe tải Hyundai HD72 là hệ thống phanh thủy lực, hai dòng độc lập, có trợ lực chân không. Cơ cấu phanh là cơ cấu phanh tang trống có chốt tựa riêng rẽ về một phía.
- Các cụm, bộ phận cơ bản của hệ thống phanh chính trên xe tải Hyundai HD72 bao gồm như sau:
+ Dẫn động phanh bố trí trên khung xe gồm: Bàn đạp phanh, xylanh chính và đường dầu phanh, xylanh phanh bánh xe.
+ Trợ lực phanh: Có tác dụng làm giảm nhẹ lực tác dụng của người lái lên bàn đạp phanh. Là loại trợ lực thủy khí.
+ Cơ cấu phanh gồm: Guốc phanh, lò xo hồi vị, trống phanh, má phanh.
2.1.2. Nguyên lý làm việc.
a. Khi phanh:
Người lái đạp lên bàn đạp phanh (2) qua hệ thống đòn bẩy đẩy pittông của xylanh phanh chính (1) dịch chuyển đẩy dầu trong buồng xylanh, dầu bị ép có áp suất cao trong xylanh và được dẫn qua đường ống dẫn dầu (11), (13). Dầu áp suất cao được đưa tới buồng của xylanh phanh của cơ cấu phanh, dầu đẩy pittông chuyển động đẩy hai guốc phanh (5) có má phanh áp sát vào tang trống (7) (ép má phanh vào trống phanh) thực hiện quá trình phanh bánh xe do trống phanh gắn liền với moayơ của bánh xe.
b. Khi thôi phanh:
Lò xo hồi vị (8) kéo hai má phanh về vị trí ban đầu, dưới tác dụng của lò xò các pittông sẽ về vị trí ban đầu ép dầu trở lại buồng dầu của xylanh phanh chính (1). Xylanh phanh chính trong dẫn động phanh hai mạch độc lập được mô tả ở phần sau.
2.1.2. Cơ cấu phanh guốc.
Cơ cấu phanh trên xe tải Hyundai HD72 bào gồm cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau. Cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau trên xe đều được sử dụng cơ cấu phanh dạng tang trống (Phanh guốc). Kết cấu của cơ cấu phanh guốc sử dụng trên xe được thể hiện như dưới hình 2.2.
Hình 2.2. Kết cấu cơ cấu phanh guốc.
2.1.2.1. Đặc điểm kết cấu.
Qua hình 2.2 ta thấy đặc điểm của kết cấu phanh guốc trên xe tải Hyundai HD72 gồm:
1. Vít xã khí; 2. Chặn bụi; 3. Đường dẫn dầu; 4. Bu lông và đệm; 5. Guốc phanh; 06. Đệm chắn bụi; 07. Chốt; 08. Pittông bánh xe; 09. Xylanh bánh xe; 10. Cuppen; 11. Lò xo; 12. Mâm phanh; 13. Lò xo hồi vị; 14. Má phanh; 15. Cam lệch tâm. 16. Lò xo; 17. Bulông; 18.Guốc phanh.
- Guốc phanh: Được chế tạo bằng thép, có hai guốc là loại chốt tựa cùng phía đầu trên dựa vào cơ cấu nhả, đầu dưới dựa vào cơ cấu điều chỉnh, trên mặt có gia công các lỗ để gá lò xo hồi vị của guốc phanh và cơ cấu điều chỉnh.
- Má phanh: Có độ cong theo độ cong của guốc phanh. Được chế tạo bằng vật liệu ma sát. Má phanh được gắn với guốc phanh bằng một loại keo đặc biệt.
- Mâm phanh: Được thiết kế chế tạo để gắn cụm phanh, mâm phanh được gắn bằng bu lông vào trục bánh xe. Trên mâm phanh có các lỗ, vấu lồi để gắn xy lanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay.
- Trống phanh: Được gắn vào trục bánh xe, ở ngay bên trong bánh xe và quay cùng bánh xe. Trống phanh được chế tạo từ gang xám, trên trống phanh có gia công các lỗ để định vị má phanh.
Trống phanh quay cùng với bánh xe, guốc phanh sẽ ép vào với bánh xe từ bên trong.
2.1.2.2. Nguyên lý hoạt động.
Qua hình 2.2 ta thấy: Dòng dầu có áp suất cao từ xylanh chính tới xylanh phanh bánh xe (9), dưới áp suất của dầu, làm píttông (8) dịch chuyển đẩy guốc phanh (18) về phía trống phanh thực hiện quá trình phanh, làm giảm tốc độ của xe và dừng xe. Khi thôi đạp phanh thì dưới tác dụng của lò xo hồi vị (13) kéo guốc phanh (18) tách khỏi trống phanh.
2.1.2.3. Ưu điểm, nhược điểm của phanh guốc.
a. Ưu điểm:
- Ít bị bào mòn.
- Ít phải bảo dưỡng thường kỳ.
b. Nhược điểm:
- Hiệu quả phanh thấp khi phanh xe ở tốc độ cao. Nếu phanh ở tốc độ cao nhiều lần sẽ dẫn đến phanh không ăn (Nguy hiểm cho người điều khiển).
- Hệ thống làm mát kém. Do có các lỗ thủng sinh ra nhiều nhiệt, thoát nước kém, tỏa nhiệt kém.
- Kết cấu cồng kềnh.
- Bảo dưỡng và thay thế mất nhiều thời gian.
2.2. Dẫn động phanh.
Dẫn động phanh có nhiệm vụ là nhận lực tác dụng của người lái vào bàn đạp phanh, truyền lực qua các cơ cấu đến xylanh chính, nén ép và tạo áp suất cao cho dầu truyền đến xylanh phanh bánh xe, tạo ra lực tác dụng vào các má phanh, guốc phanh để thực hiện quá trình phanh xe.
Dẫn động phanh của hệ thống phanh dẫn động thủy lực, trợ lực chân không bao gồm: Bàn đạp phanh, xylanh chính, cơ cấu tín hiệu, các đường ống dẫn và các ống nối mềm giữa xylanh phanh chính và các xy lanh phanh bánh xe.
2.2.1. Xylanh phanh chính.
2.2.1.1. Nhiệm vụ.
Xylanh phanh chính là một cơ cấu chuyển đổi lực tác dụng của bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực, xylanh phanh chính có hai buồng chứa hai pít tông tạo ra áp suất thủy lực trong đường ống phanh của hai nhánh trong hệ thống.
2.2.1.2. Đặc điểm kết cấu.
Kết cấu của xylanh phanh chính của xe tải Huyndai HD72 được biểu diễn dưới hình 2.3.
Hình 2.3. Kết cấu xylanh phanh chính xe tải HD72.
Qua hình 2.3 ta thấy:
1. Đền phía trước; 2. Đệm cao su; 3. Ống dẫn dầu; 4. Cổ ống dẫn dầu; 5. Đền phía sau; 6. Cửa bù dầu; 7. Cửa dầu vào; 8. Thân xylanh; 9. Lò xo hồi số 2; 10. Vòng đệm; 11. Bát cao su; 12. Vít chặn; 13. Píttông số 2; 14. Đệm làm kín; 15. Phanh hảm; 16. Lò xo hồi số 1; 17. Bát cao su; 18. Pít tông số 1; 19. Đệm làm kín; 20. Phớt đầu ngoài; 21. Vòng chặn; 22. Phanh hảm.
- Xylanh phanh chính là xylanh kép, tức là trong xylanh phanh chính có hai píttông tương ứng với chúng là hai khoang chứa dầu riêng biệt, dẫn đến hai nhánh phanh.
- Thân xylanh được đúc bằng gang trên thân có gia công các lỗ bù, lỗ thông qua, đồng thời đây cũng là chi tiết để gá đặt các chi tiết khác.
- Pít tông: Mỗi buồng của xylanh chính có một pít tông. Mỗi píttông có một lò xo hồi vị riêng, píttông được chế tạo bằng nhôm đúc, phía đầu làm việc có gờ cố định gioăng làm kín, trên mỗi píttông có khoan lỗ và có khoang chứa dầu để bù dầu trong hành trình trả. Phía đuôi của pít tông khoang thứ nhất có hốc để chứa đầu cần đẩy.
- Cúp ben: Làm bằng cao su chịu dầu phanh, dịch chuyển trong xylanh cùng với píttông có tác dụng làm kín khi dầu có áp suất cao ở hành trình nén.
2.2.1.3. Nguyên lý hoạt động.
Nguyên lý chung: Khi đạp bàn đạp phanh, lực bàn đạp truyền qua cần đẩy vào xylanh chính để đẩy píttông trong xy lanh này tạo ra dầu có áp lực cao, lực của áp suất thủy lực bên trong xy lanh chính được truyền qua các đường ống dầu phanh đến các xylanh phanh bánh xe thực hiện quá trình phanh.
2.2.1.4. Các chế độ làm việc của xylanh chính.
a. Khi không đạp phanh: Khi không đạp phanh thì chế đệ làm việc của xylanh chính được thực hiện như sau:
Qua hình 2.3 ta thấy: Khi không đập phanh thì cúp ben của pít tông số 1 và số 2 nằm giữa cửa vào (7) và cửa bù (6) làm cho xylanh và bình dầu thông nhau. Píttông số 2 bị lực của lò xo hồi vị thứ 2 đẩy sang phải, nhưng không thể chuyển động hơn nữa do có bu lông hãm (12).
b. Khi đạp phanh: Khi đạp phanh thì chế đệ làm việc của xylanh chính được thể hiện như sau:
Qua hình 2.3 ta thấy: Khi đạp phanh thông qua dẫn động, píttông số 1 dịch sang trái và cúp ben của píttông này bịt kín cửa bù để chặn đường đi của xylanh này vào buồng chứa. Khi píttông này bị đẩy thêm nó làm tăng áp suất thủy lực bên trong xylanh chính. Áp suất này tác dụng vào các xylanh phanh bánh sau. Do cũng có một áp suất dầu như vậy tác dụng lên píttông số 2, píttông số 2 hoạt động tương tự như píttông số 1 và tác dụng lên các xylanh bánh trước.
c. Khi nhả bàn đạp phanh: Khi nhả bàn đạp phanh thì chế đệ làm việc của xylanh chính được thể hiện như sau:
Qua hình 2.3 ta thấy: Khi nhả bàn đạp phanh thì các píttông bị áp suất dầu và lực lò xo hồi vị đẩy về vị trí ban đầu. Tuy nhiên do dầu không chảy từ xylanh bánh xe về ngay lập tức, nên áp suất dầu trong xylanh chính giảm nhanh trong một thời gian ngắn (Tạo thành độ chân không). Kết quả là dầu trong bình chứa sẽ chảy vào xylanh qua cửa vào (7) và nhiều lỗ ở đỉnh píttông và quanh chu vi của cúp ben píttông. Sau khi pít tông trở về vị trí ban đầu, dầu phanh dần dần chảy từ xylanh phanh về xylanh chính rồi chảy vào bình chứa qua các cửa bù dầu (6). Các cửa bù này cũng điều hòa sự thay đổi thể tích dầu trong xylanh do nhiệt độ thay đổi. Điều này tránh cho áp suất thủy lực tăng lên trong xylanh khi không đạp phanh.
2.2.1.5. Trường hợp hoạt động không bình thường (Có sự cố trong hệ thống)
Trong trường hợp hoạt động không bình thường, nghãi là có sự cố trong hệ thống như hiện tượng bị rò rỉ dầu phái sau. Hiện tượng này được thể hiện như sau:
Qua hình 2.3 ta thấy: Rò rỉ dầu từ dòng phanh cầu sau khi đạp phanh píttông số 1 dịch sang trái tuy nhiên không sinh ra áp suất dầu ở phía sau của xylanh. Vì vậy pít tông số 1 nén lò xo hồi vị để tiếp tục với píttông số 2 đẩy píttông số 2 sang trái. Píttông số 2 làm tăng áp suất dầu phía trước xylanh vì vậy làm 2 phanh nối với phía trước xylanh hoạt động.
Tương tự qua hình 2.3 ta thấy: Rò rỉ dầu từ dòng phanh cầu trước do áp suất dầu không sinh ra ở phía trước xylanh, pít tông số 2 bị đẩy sang trái đến khi nó chạm vào thành xylanh. Khi píttông số 1 bị đẩy tiếp sang trái, áp suất dầu phía sau xylanh tăng cho phép 2 phanh nối với phía sau xylanh hoạt động.
2.3. Hệ thống phanh dừng trên xe tải Hyundai HD72.
2.3.1. Công dụng.
Hệ thống phanh dừng trên xe tải Hyundai HD72 dùng để dừng, hãm ô tô trên địa hình mặt đường phẳng, dốc, giữ xe cố định trong thời gian tùy ý. Ngoài ra còn sử dụng khi gặp sự cố hỏng phanh chính.
2.3.3. Đặc điểm kết cấu.
Kết cấu của hệ thống phanh dừng gồm 2 phần: Cơ cấu phanh và dẫn động phanh.
- Cơ cấu phanh dừng được bố trí kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xe phía sau.
- Dẫn động phanh của hệ thống phanh dừng là dẫn động cơ khí bằng cáp được bố trí và hoạt động độc lập với dẫn động phanh chính và được điều khiển bằng tay. Hệ thống dẫn động của cơ cấu phanh dừng loại này thường bao gồm: Cần điều khiển trên buồng lái thông qua các đòn và dây cáp dẫn tới cơ cấu phanh đặt tại bánh xe, các cơ cấu điều khiển từ phanh tay đặt trong cơ cấu phanh nhận dịch chuyển nhờ dây cáp lồng vào cơ cấu phanh.
2.3.3.1. Cơ cấu phanh dừng.
Cơ cấu phanh dừng trên xe tải Hyundai HD72 trùng với cơ cấu phanh sau của xe. Trống phanh bắt với moayơ nhờ các êcu bánh xe. Guốc phanh đặt trên mâm phanh nhờ chốt tựa, các lò xo hồi vị, chốt và lò xo chống rung. Phía dưới chốt phanh có thanh tựa, có thể điều chỉnh được chiều dài nhằm điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh. Cáp điều khiển luồn qua mâm phanh móc vào một đầu cần guốc phanh tay. Thanh đẩy guốc phanh tay có lò xo tỳ vào một guốc phanh tay có tác dụng truyền êm lực kéo từ cần guốc phanh tay tới thanh đẩy và giúp cho thanh đẩy luôn ở vị trí đúng (Tránh bó phanh).
2.3.4. Nguyên lý hoạt động phanh dừng.
2.3.4.1. Khi chưa phanh.
Người lái chưa tác động vào cần kéo phanh, chốt điều chỉnh nằm ở vị trí bên phải, dưới tác dụng của lò xo kéo guốc phanh nên má phanh cách tang trống một khoảng nhất định.
2.3.4.2. Khi phanh xe.
Người lái kéo cần phanh tay, dây cáp dịch chuyển sang trái kéo theo chạc điều chỉnh thông qua các đòn bẩy, đẩy guốc phanh và má phanh ép sát vào trống phanh thực hiện quá trình phanh xe, nếu để nguyên vị trí đó cần kéo phanh được cố định nhờ cá hãm.
2.3.4.3. Khi thôi phanh.
Người lái nhả cá hãm cần kéo phanh tay, các chi tiết lại trở về vị trí khi chưa phanh nhờ các lò xo hồi vị, lò xo kéo má phanh, do đó xe không bị phanh nữa.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN
ĐỘNG PHANH TRÊN XE TẢI HYUNDAI HD72
3.1. Xác định Mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh.
Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép. Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất, tức là sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh cho xe. Muốn đảm bảo điều kiện đó lực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe để làm cho xe dừng lại.
- Ga: Là trọng lượng toàn bộ của ôtô.
- G1: Là trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu trước khi xe đầy tải
- G2: Là trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu sau khi xe đầy tải.
- Z1: Là phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh trước của xe.
- Z2: Là phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh sau của xe.
- L0: Là chiều dài cơ sở của xe.
- P1, P2: Là áp suất dẫn động tương ứng cầu trước và cầu sau.
- Điểm đặt tại tọa độ trọng tâm của xe, phương chiều được biểu diễn như hình vẽ.
Gọi Z1, Z2 lần lượt là phản lực pháp tuyến tại mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước và cầu sau.
Theo Catalogue xe Hyundai HD72 thì trọng lượng toàn bộ của xe là: Ga = 6695 [kG] = 66950 [N]
Với tải trọng cho phép chở của xe thiết kế yêu cầu là: 3,5 tấn = 3500 [kG].
Ta đặt: x: Là tải trọng phân bố lên cầu trước khi xe đầy tải.
y: Là tải trọng phân bố lên cầu sau khi xe đầy tải.
Mặt khác, tải trọng phân bố lên cầu trước bằng 30%, còn tải trọng lên cầu sau là 70% (Theo Tài liệu Cơ sở thiết kế ô tô). Vậy ta lập được phương trình tương ứng là:
x+y =3500.
x+y =3500.
=> x = 330 [kG], y = 3170 [kG].
Vậy:
G1 =1620 + 330 = 1950 [kG].
G2 =1380 + 3170 = 4500 [kG].
Nhận xét: Như vậy trong trường hợp xe đầy tải thì ta thấy trong lượng phân bố ra cầu trước bằng 43% trọng lượng phân bố ra cầu sau. Trong trường hợp này là hợp lý so với yêu cầu thiết kế.
3.1.1. Xác định khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm của xe: a
Lấy mô men tại điểm O1 ta có:
Ga.a - Z2.L0 = 0 (3. 1)
Thay số vào ta được: a = 2510 [mm].
3.1.2. Xác định khoảng cách từ cầu sau đến tọa độ trọng tâm của xe: b
Từ sơ đồ hình 3.1 ta thấy:
L0 = a + b [mm]
b = L0 - a = 3735 - 2510 = 1224 [mm]
3.1.4. Xác định bán kính bánh xe: rbx
Theo tài liệu sản xuất của xe tham khảo Hyundai HD72 ta có kí hiệu lốp: 7.5R-16-12PR.
- λ: Là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp. (Theo tài liệu [2]: Lý Thuyết ô tô). Đối với xe tải ta chọn lốp có áp suất thấp: λ = 0,93 ÷ 0,935. Chọn: λ = 0,93
- B: Là bề rộng lốp: B= 7,5 [inch].
- d: Là đường kính lazang được tính bằng inch: d =16 [inch].
Do vậy: rbx = 0,37 [m]
Với:
+ Jmax : Là gia tốc chậm dần khi phanh. Chọn: Jmax= 6 [m/s2].
+ g: Là gia tốc trọng trường, lấy: g = 9,81 [m/s2]
+ φ: Là hệ số bám của bánh xe với mặt đường. Chọn: φ = 0,6.
Vậy: Mômen phanh cần sinh ra ở cầu phanh trước và phanh sau tương ứng là: MP1 = 271,44 [kG.m] và MP2 = 274,05 [kG.m].
3.2. Thiết kế dẫn động phanh.
3.2.1. Các thống số của dẫn động phanh.
Theo tài liệu (Lý thuyết ô tô máy kéo, theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ) ta có bảng các thông số của dẫn động phanh theo giá trị tối đa của lực điều khiển và hành trình tương ứng như bảng 3.1 sau:
Qua bảng 3.1 ta lấy các giá trị thuộc chủng loại ôtô vận tải và khách tương ứng sau:
- Lực cực đại tác dụng vào bàn đạp phanh: Qbđmax = 700 [N].
- Hành trình bàn đạp cực đại của bàn đạp phanh: Sbđ ≤ 180 [mm].
3.2.2. Thiết kế xylanh phanh chính.
Hệ thống dẫn động điều khiển hệ thống phanh cần thỏa mãn điều kiện sau:
Qbđ [Qbđ]
Và Sbđ[Sbđ]
Khi tính toán, chọn: [Qbđ] 700 [N]; [Sbđ] 180 [mm].
Giả thiết rằng hai pittông của xylanh chính có cùng kích thước, bỏ qua lực tác dụng của các lò xo hồi vị các pittông trên. Lực tác dụng lên bàn đạp phanh với áp suất dẫn động đã chọn:
(3.8)
Sbđ= (3.9)
Trong đó:
- η: Là hiệu suất dẫn động:
-: Là khe hở cần thiết để nhả phanh: [mm].
-: Là lượng dịch chuyển của pittông xylanh chính khi các má phanh ép sát vào trống phanh. được xác định như sau:
(3.10)
Nếu coi hành trình của pittông xylanh bánh xe: x1 = x2 = 2 (Khe hở giữa má phanh và tang trống). Khi còn mới khe hở này có thể lấy giá trị từ: 0,3 ÷ 0,6 [mm].
Mặt khác theo biểu thức (3.9) với hành trình bàn đạp có thể chọn trước nằm trong giới hạn cho phép (Bởi không gian bố trí bàn đạp) nên có thể xác định được:
(3.11)
Nhưng đối với xylanh chính loại kép ta tính hành trình bàn đạp như sau:
(3.12)
Vậy ta có: (3.13)
Với:
+: Là hệ số bổ sung, tính đến trường hợp phanh ngặt, thể tích của truyền động thủy lực tăng lên:
+ : Là khe hở giữa má phanh và tang trống: = 0,5 [mm].
+ : Là khe hở cần thiết để nhả phanh: = 2 [mm]
+ : Là hệ số bổ sung: = 1,1
+ l/l’: Là tỷ số truyền động cơ khí: l/l’= 6
Thay vào biểu thức (3.13) ta có:
=>
Sbđ ≤ 180 [mm] ta tính được: D ≥ 22,42 [mm].
Qua tương quan giữa xylanh cơ cấu phanh và xylanh chính ta sẽ chọn: D = 40 [mm] = 4 [cm].
Áp suất của hệ thống thủy lực thường nằm trong khoảng: pi = 50 ÷ 120 [kG/cm2]. Ta chọn áp suất của hệ thống thủy lực: pi = 80 [kG/cm2].
Thay D vào biểu thức (3.8) ta tính đươc lực tác dụng lên bàn đạp:
=
=> Qbđ= 182,03 [kG]= 1820,3 [N]
Như vậy, lực tác động lên bàn đạp vượt quá yêu cầu cho phép nên ta phải sử dụng trợ lực phanh.
3.2.3. Thiết kế trợ lực phanh.
3.2.3.1. Hệ số trợ lực.
Từ công thức xác định lực trên bàn đạp:
=>
Trong đó:
- Qbđ: Là lực do người lái sinh ra tại bàn đap. Chọn: Qbđ = 700 [N] = 70 [kG].
- D: Là đường kính xy lanh chính: D = 40 [mm] = 4 [cm]
- pi: Là áp suất dầu sinh ra trong hệ thống: pi =80 [kG/cm2].
- l/ l’: Là kích thước các đòn của bàn đạp phanh: l/l’ = 6.
- : Là hiệu suất dẫn động: = 0,92
Khi có bộ trợ lực ta chọn lực bàn đạp cực đại của người lái: 700 [N] = 70 [kG]. Kết hợp với lực của bộ trợ lực sinh ra trên hệ thống phanh tạo ra áp suất cực đại ứng với trường hợp phanh gấp vào: 80 [kG/ cm2].
Do đó áp suất dầu do người lái đạp phanh sinh ra là:
=> = 30,76 [kG/cm2]
Áp suất do bộ trợ lực sinh ra là:
Ptl = Pi – Pnl
=> Ptl = 80 - 30,76 = 49,24 [kG/cm2]
Vậy, hệ số trợ lực phanh là: Ktl = = = 2,6
3.2.3.2. Xác định kích thước màng trợ lực.
Để tạo được lực tác dụng lên thanh đẩy pittông thuỷ lực phải có độ chênh lệch áp giữa buống A và buồng B tạo nên áp lực tác dụng lên pittông số 1.
Lực do bộ trợ lực sinh ra là:
= 49,24. = 672,23 [kG]
Xét sự cân bằng của màng trợ lực:
Qtl = (p0-p’). Fm – Plx => Qtl = Δp. Fm -PLX
Trong đó:
- Qtl : Là lực do bộ trợ lực sinh ra.
- P0: Là áp suất khí quyển.
-: Là áp suất chân không.
-: Là độ chênh áp giữa buồng trước và buồng sau:=0,5 [kG/cm2]
-: Là diện tích màng trợ lực:
(3.14)
- Dm: Là đường kính màng trợ lực.
- Plx: Là lực lò xo hồi vị: Plx = 3 [kG].
Do đó từ biểu thức (3.14) suy ra:
= 41,48 [cm].
Vậy: Ta chọn đường kính xylanh màng trợ lưc là: Dm = 41,48 [cm] = 410 [mm].
3.2.3.3. Tính lò xo bộ trợ lực.
a. Xác định đường kính dây lò xo:
Áp dụng theo công thức:
d ≥ (3.15)
Trong đó:
- Plx: Là lực ép lò xo: Plx= 3 [kG].
- k: Là hệ số tập chung ứng suất: k = 1,11.
-: Là ứng suất soắn cho phép: = 6000 [kG/cm2].
- Dtb: Là đường kính trung bình của vòng lò xo:
Dtb = = = 93 [mm].
Với:
+ D1: Là đường kính đầu bé của lò xo côn. Theo tài liệu (Cơ sở thiết kế ô tô) ta chọn: D1 = 71 [mm].
+ D2: Là đường kính đầu to của lò xo côn. Theo tài liệu (Cơ sở thiết kế ô tô) ta chọn: D2 = 115 [mm].
Vậy thay vào công thức (3.15) ta được:
d ≥ = 0,24 [cm] = 2,4 [mm].
Do đó chọn đường kính lò xo là: d = 3 [mm].
b. Xác định vòng làm việc của lò xo:
Áp dụng công thức:
n0 = (3.16)
Trong đó:
- : Là độ chuyển vị của lò xo: = 1,5 [cm]
- G: Là mô đun đàn hồi của vật liệu: G = 8,5.105 [kG/cm2]
Vậy thay vào công thức (3.16) ta xác định được số vòng làm việc của lò xo như sau:
n0 = = 4 [vòng]
c. Xác định số vòng toàn bộ của lò xo:
Số vòng toàn bộ của lò xo được xác định như sau:
n= n0 + (1÷ 2) = 4 +(1÷ 2) [vòng].
Ta chọn: n = 6 [vòng].
d. Xác định bước của lò xo:
Bước của lò xo được xác định như sau:
t = (0,15÷ 0,3).Dtb
t = (0,15÷ 0,3).93 = (14 ÷ 28) [mm]
Ta chọn bước của lò xo là: t = 14 [mm].
e. Xác định chiều dài toàn bộ của lò xo:
Chiều dài toàn bộ của lò xo được tính theo công thức sau:
H0 = n.t = 6.14 = 84 [mm].
f. Kiểm tra độ bền của lò xo:
Áp dụng công thức:
= = = 3255,5 [kG/cm2].
Theo giới hạn bền cho phép của thép làm lò xo là G68 có: [] = 600 [kG/cm2]. Do đó ≤ [] = 600 [kG/cm2] nên lò xo đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
3.2.4. Thiết kế bộ điều hòa lực phanh.
Bộ điều hòa lực phanh lắp trên xe ô tô dùng để tự động điều chỉnh áp lực phanh ở các bánh xe sau theo sự thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau. Nhờ vậy sẽ tăng được hiệu quả phanh và đảm bảo được sự chuyển động của ô tô khi phanh.Từ ưu, nhược điểm của từng loại, em chọn bộ điều hòa lực phanh kiểu pittông vi sai còn gọi là bộ điều hòa hai thông số. Vì có kết cấu đơn giản và đường đặc tính thực tế gần sát với đường đặc tính lý tưởng. Kết cấu của bộ điều hòa lực phanh kiểu pittông vi sai được thể hiện dưới hình 3.4.
Hình 3.4. Kết cấu bộ điều hòa lực phanh kiểu pittông-vi sai.
3.2.4.1. Đặc điểm kết cấu.
Qua hình 3.4 ta thấy bộ điều hòa lực phanh kiểu pittông vi sai gồm có các bộ phận cơ bản sau:
1. Thân bộ điều hòa; 2. Lò xo cảm biến tải; 3. Lò xo; 4. Phớt; 5. Pittông; p1, p2: Áp suất dầu ở xylanh chính và xylanh bánh sau.
3.2.4.2. Nguyên lý làm việc.
Thân van (1) được gắn trên giá xe có lò xo cảm biến tải (2) tỳ vào một đầu của pittông (5). Tùy theo mức độ chở tải mà lực tác dụng lên pittông nhiều hay ít.
Khi chưa hoạt động, lò xo (3) đẩy pittông (5) lên trên làm pittông (5) không tiếp xúc với phớt (4) nên đường dầu thông từ xylanh chính đến xylanh bánh sau, lúc này p1=p2.
Khi áp suất dầu tăng cao, lực do áp suất dầu tác dụng lên đầu trên của pittông (5) sẽ cân bằng với lực đẩy lên (Lực đẩy của lò xo cảm biến tải (2), của áp suất dầu tác dụng lên đầu dưới của pittông nên pittông (5) tiếp xúc với phớt (4) ngăn không cho dầu ra bánh sau do đó p2 được hạn chế. Sau đó, nếu tiếp tục đạp phanh, áp suất dầu vào p1 tăng lên làm cân bằng trên bị phá vỡ khi đó pittông (5) mở ra và p2 lại tăng lên cho đến khi đạt được sự cân bằng mới.
3.2.4.3. Yêu cầu phân bố lực phanh tối ưu ở các bánh xe.
Để có hiệu quả phanh cao nhất thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước Pp1 và bánh xe sau Pp2 phải tuân theo:
(3.17)
Nếu coi bán kính bánh xe trước rb1 và bánh xe sau rb2 bằng nhau trong quá trình phanh, ta có thể viết quan hệ giữa mômen phanh ở bánh xe trước Mp1 và bánh xe sau Mp2 như sau:
(3.18)
Từ (3.17) và (3.18) ta có:
(3.19)
Trong đó:
- Mp1: Là mômen phanh cần sinh ra ở bánh xe trước.
- Mp2: Là mômen phanh cần sinh ra ở bánh xe sau.
- a: Là khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm của xe.
- b: Là khoảng cách từ cầu sau đến tọa độ trọng tâm của xe.
- hg: Là chiều cao trọng tâm của xe.
- j: Là hệ số bám. Theo tài liệu (Lý thuyết ô tô máy kéo) ta có hệ số bám: j = (0,1 ÷ 0,8).
Như vậy, muốn đảm bảo được hiệu quả phanh tốt nhất thì mômen phanh sinh ra ở các bánh xe trước Mp1 và mômen phanh sinh ra ở bánh xe sau Mp2 phải tuân theo (3.19).
Mômen sinh ra ở các bánh xe trước Mp1 và ở các bánh xe sau Mp2 có thể xác định từ điều kiện bám theo biểu thức sau:
(3.20)
Đối với xe đã chất tải nhất định, ta có a, b, hg cố định cho các giá trị j khác nhau vào biểu thức (3.19) và (3.20) ta sẽ được các giá trị Mp1 và Mp2. Từ đó có thể vẽ được đồ thị: Mp1 = f1(j) và Mp2 = f2(j) với hệ số bám j như dưới hình 3.4.
Hình 3.5. Đồ thị chỉ quan hệ giữa mômen phanh Mp1 và Mp2 với hệ số bám j.
Qua hình 3.5 ta thấy: Mômen phanh ở các bánh xe tỷ lệ thuận với áp suất sinh ra trong dẫn động phanh. Nghĩa là:
Mp1 = k1.P1
Mp2 = k2.P2
Trong đó:
- P1; P2: Là áp suất dẫn động phanh của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau.
- k1, k2: Là hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau.
Hình 3.6. Đường đặc tính lý tưởng của ô tô.
Như vậy, để đảm bảo phanh lý tưởng thì áp suất dẫn động ra cơ cấu phanh trước P1 và áp suất dẫn động ra cơ cấu phanh sau P2 phải thoả mãn điều kiện:
(3.21)
Hình 3.7. Đồ thị quan hệ giữa áp suất P2 và P1.
Trong điều kiện phanh lý tưởng. Đồ thị này còn gọi là đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hoà lực phanh trong trường hợp: 1- đầy tải, 2 - không tải.
Muốn bảo đảm đường đặc tính lý tưởng nói trên thì bộ điều hoà lực phanh phải có kết cấu rất phức tạp. Các bộ điều hoà lực phanh trong thực tế chỉ bảo đảm được đường đặc tính gần đúng với đặc tính lý tưởng.
Hình 3.8. Đường đặc tính có dạng gấp khúc.
OAB. Đầy tải; OCD. Không tải.
Tóm lại, bộ điều hoà lực phanh đảm bảo cho áp suất dẫn động ra phanh sau và phanh trước theo quan hệ gần sát với đường đặc tính lý tưởng, làm cho cơ cấu phanh không bị bó cứng, do đó tăng được hiệu quả phanh.
3.2.4.2. Cơ sở điều chỉnh áp lực phanh.
a. Vấn đề sử dụng trọng lượng bám:
Đa số các loại phanh dầu dùng trên các ô tô hiện nay có áp suất dầu phân bố về các bánh xe trước và bánh xe sau như nhau, hoặc sự phân bố chia theo một tỷ lệ tuỳ theo trọng lượng ở các bánh xe thay đổi.
Sự phân bố lực phanh được đánh giá bằng hệ số:
(3.22)
Trong đó:
- Pp1: Là lực phanh ở các bánh trước.
- Pp2: Là lực phanh của toàn xe.
Đối với mỗi hệ số: b = const sẽ được chọn ứng với mỗi loại hệ số bám j (Theo cường độ phanh) mà tại đó khi phanh sẽ đạt hiệu quả tốt nhất.
Công thức tính hệ số bám của xe được xác định như sau:
(3.23)
Trong đó :
- L0: Là chiều dài cơ sở của ô tô.
- b: Là khoảng cách từ trọng tâm của xe đến bánh xe sau.
- hg: Là chiều cao trọng tâm xe.
Các trị số L0, b, hg ở mỗi loại xe ta đã biết và là giá trị cố định khi ta tính toán j. Đối với mỗi loại xe giá trị b chọn trước ta chỉ tính được một hệ số bám tốt nhất ở một loại đường nhất định.
b. Đồ thị quan hệ áp suất P1, P2:
Đối với các loại phanh trên ôtô có áp suất phân bố về các bánh xe trước và bánh xe sau như nhau, trên trục hoành thể hiện áp suất bánh xe trước là p1, trên trục tung thể hiện áp suất bánh xe sau là p2 thì quan hệ của nó là đường nghiêng 450, gọi là đường đặc tính thực tế (Khi chưa đặt bộ điều hoà lực phanh).
Trên thực tế khi phanh do có lực quán tính Pj tác dụng cho nên trọng lượng được dồn về cầu trước và giảm tải cho cầu sau.
Mômen phanh sinh ra ở các bánh xe của cầu trước và cầu sau lại tỷ lệ thuận với trọng lượng cho nên trên thực tế sử dụng thì cần tăng mômen phanh cho cầu trước và giảm mômen phanh cho cầu sau. Bộ điều chỉnh lực phanh sẽ giải quyết vấn đề này.
Khi xây dựng đường đặc tính lý tưởng, ta xây dựng ở hai trường hợp khi xe không chở tải với trọng lượng là G0, và khi xe chở đầy tải với trọng lượng là Ga.
Với các cường độ phanh khác nhau, thông qua hệ số bám của bánh xe với mặt đường với các hệ số j khác nhau, thể hiện thông qua áp suất phanh ở bánh xe trước là p1 và các bánh xe sau là p2. Ta có được hai đường cong là G0 và Ga là các đường đặc tính lý tưởng khi phanh.
Trên đồ thị ta thấy giữa đường áp suất thực tế và đường áp suất lý tưởng khi phanh khá xa nhau. Để thấy rõ, tại điểm A trên đường cong G0 gióng xuống trục hoành ta có P10H và gióng sang trục tung ta có P20H và từ A gióng sang đường đặc tính thực tế ta có P1 và P2.
P10H và P20H là hai áp suất tối ưu cần thiết phân ra các bánh xe cầu trước và các bánh xe cầu sau.
Đồ thị quan hệ áp suất p1 và p2:
Nếu theo đường đặc tính thực tế thì P2 > P20H, còn tại P20H cắt đường đặc tính thực tế thì lại có P1< P10H (Áp suất sinh ra ở các bánh xe nằm cao hơn đường cong lý tưởng thì các bánh xe dễ bị bó và sinh ra trượt). Các bánh xe có thể bị trượt nếu áp suất phanh sinh ra lớn hơn áp suất phanh tối ưu (Pi> P0H) hoặc khi phanh các bánh xe vẫn còn lăn nếu áp suất phanh sinh ra nhỏ hơn áp suất phanh tối ưu (P0H> Pi ).
Hình 3.9. Đồ thị quan hệ p1, p2.
Sự khác biệt trên đây còn thể hiện rõ rệt hơn khi xe chở đầy tải. Qua đồ thị ta thấy mỗi điểm trên đường cong tối ưu đều ứng với một tỷ số (p1/p2) khác nhau và mỗi đường cong tối ưu lại ứng với một tải trọng Ga nào đó của xe khi chuyên chở và khi đó lại có các tỷ số (p/p2 ) khác nhau theo từng điểm xem xét.
Lực phanh tối ưu: Pj = j.Ga phụ thuộc vào tải trọng Ga tác dụng lên bánh xe và phụ thuộc vào hệ số bám j giữa bánh xe tiếp xúc với mặt đường. Khi xe chạy trên đường trọng tải chuyên chở tác dụng lên các bánh xe có thể thay đổi (Chạy không chở tải, chở non tải, chở đủ tải, chở quá tải) và khi phanh trọng lượng lại dồn lên cầu trước và giảm tải cho cầu sau tuỳ theo cường độ phanh, đường xá cũng rất khác nhau nên hệ số bám j thay đổi cũng khác nhau tuỳ theo đường nhựa, đường đá, đường đất.
Như vậy lực phanh sinh ra sao cho phải phù hợp với hai thông số trên. Nếu lớn quá thì bánh xe dễ bị trượt làm hao mòn lốp, tổn hao nhiên liệu làm ảnh hưởng đến kinh tế. Nếu nhỏ quá thì lực phanh sinh ra không đủ để hãm phanh làm ảnh hưởng đến an toàn chuyển động vì quãng đường phanh, thời gian phanh sẽ lớn. Lực phanh sinh ra ở các bánh xe còn tuỳ thuộc vào áp suất p1, p2 truyền ra bánh xe trước và bánh xe sau. Vì vậy điều hoà lực phanh sao cho để có lực phanh tối ưu ở các bánh xe là rất cần thiết.
3.2.4.3. Tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh.
a. Các thông số cần xác định:
+ j: Là hệ số bám: j = 0,1 ÷ 0,8
+ G0: Là trọng lượng của xe khi không tải: G0 = 3000 [kG].
+ Ga: Là trọng lượng của xe khi đầy tải: Ga = 6695 [kG].
+ p10H; p20H: Là áp suất dư trong hệ thống phanh: p10H = p20H = 0,2 [MPa].
+ rbx: Là bán kính làm việc của bánh xe: rbx = 366,4 [mm].
+ rtd1: Là bán kính trung bình của tấm ma sát bánh xe trước và sau:
rtd1 = 80 [mm].
+ ra: Là khoảng cách từ phương của lực phanh đến tâm bánh xe:
Ra = 115 [mm].
+ d1; d2: Là đường kính xy lanh ở các bánh xe trước và sau: d1 = 48 [mm]; d2= 38 [mm]; hg = 1200 [mm]; a = 769,87 [mm]; b = 2965,13 [mm].
+ L0: Là chiều dài cơ sở: L0 = 3735 [mm].
+ C: Là hệ số chuyển đổi cơ cấu phanh: C =2
Ta lập bảng giá trị áp suất phân bố ra cầu trước và cầu sau khi xe chạy không tải và đầy tải phụ thuộc vào hệ số bám φ. Áp suất tạo nên trong dẫn động phanh ở các cơ cấu phanh của xe sẽ có các giá trị khác nhau. Các giá trị áp suất phân bố ra cầu trước và cầu sau khi xe chạy không tải và đầy tải phụ thuộc vào hệ số bám φ được thể hiện dưới bảng 3.2.
Từ quan hệ: p1 = p2 ta lập được một biểu thức quan hệ áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau.
- Giá trị φTN là hệ số bám của xe với mặt đường ở thời điểm bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc ở chế độ đầy tải. Từ (3.24) và (3.25) ta xác định được hệ số bám φ đạt được là: φ = 0,61.
Vậy, tại các giá trị φ và thay vào các phương trình p1, p2 và p01, p02 ta có các giá trị tương ứng với các trường hợp sau:
- Đầy tải : p1 = p2 = 3,08 [MPa].
- Không tải : p01= p02 = 1,50 [MPa].
Như vậy, ở chế độ không tải và đầy tải, khi xe chạy trên đường có hệ số bám: φ = 0,61 thì phanh đạt hiệu quả cao nhất.
d. Lập phương trình quan hệ áp suất p1, p2:
Đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh là những đường xiên tạo với đường biểu diễn áp suất p1 những góc b. Do đó có thể lập phương trình cho đường xiên đó. Ta có:
p2 = A.p1+B
Trong đó :
- A: Là hệ số góc: A = tgb = 0,21.
=> B = Yb - Xb.tgb = 3,31- 4,17.0,21 = 2,43.
Vậy: p2 = 0,21.p1 + 2,43 [Mpa].
Mối quan hệ này biểu thị sự quan hệ áp suất trong dẫn động của cơ cấu phanh cầu sau. Mối quan hệ này biểu thị bằng đường đặc tính điều chỉnh của bộ điều hoà lực phanh khi làm việc, như vậy p2 phụ thuộc p1, tức là phụ thuộc vào cường độ phanh và sự phân bố tải trọng tác dụng lên các cầu xe khi phanh.
e. Chọn và xác định thông số kết cấu:
Gọi D là đường kính của pitông vi sai, chọn: D = 30 [mm].
Ta có: A= (3.27)
Trong đó:
- A: Là hệ số góc hay độ dốc của đường đặc tính điều chỉnh so với đường biểu diễn của áp suất pdđ1: A= = 0,21.
- S1: Là diện tích của mặt dưới của pittông. Được xác định theo biểu thức sau:
[mm2]
- S2: Là diện tích của phần đỉnh pittông. Được xác định theo biểu thức sau:
[mm2]
Các thông số cơ bản của pittông vi sai được thể hiện dưới hình 3.9.
Hình 3.10. Sơ đồ tính toán bộ piston vi sai.
D. Đường kính pittông; d. Đường kính cổ pittông; d’. Đường kính chốt tỳ (Tỳ lên ụ hạn chế).
Thay các giá trị S1, S2 vào (3.27) ta có:
tgβ =
Suy ra: d = [3.28]
Ở chế độ toàn tải ta có: tgβ = 0,21; D = 30 [mm]; d’ = 5 [mm] thay số vào (3.28) ta xác định được: d = 26,7 [mm] 26 [mm].
Như vậy đường kính cổ pittông vi sai: d = 26 (mm).
Như ta đã nói ở trên bộ điều hoà lực phanh làm việc theo hai thông số:
+ Áp suất phanh (Qua lực tác dụng lên bàn đạp).
+ Tải trọng tác dụng lên cầu sau.
Tải trọng tác dụng lên cầu sau là thông số được đánh giá gần đúng thông qua tín hiệu phản hồi bằng cách thay đổi khoảng cách giữa vỏ xe và vỏ cầu. Sự thay đổi này là thông tin tác dụng vào bộ đàn hồi của bộ điều hoà lực phanh từ đây tín hiệu được truyền tới cụm van thuỷ lực dưới tác dụng của lực đàn hồi.
3.2.5. Kiểm tra khả năng làm việc của dẫn động phanh.
3.2.5.1. Tính toán xác định công ma sát riêng.
Công ma sát riêng được xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô tô ở vận tốc nào đó.
Áp dụng công thức:
(3.29)
Trong đó:
- Ga: Trọng lượng toàn bộ của ô tô khi đầy tải: Ga = 6695 [kG] = 669,5 [KN].
- : Vận tốc của ô tô khi bắt đầu phanh: Lấy = 30 [Km/h] = 8,3 [m/s].
- g: Gia tốc trọng trường: g = 9,81 [].
-: Tổng diện tích toàn bộ má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh của ôtô []. Tổng diện tích toàn má phanh được áp dụng theo công thức
= (3.30)
Với:
+ m: Là số lượng má phanh trước và phanh sau: mt+ms=12.
+rts: Là bán kính trống phanh sau: rts = 0,127 [m].
+ rtt: Là bán kính trống phanh trước: rts = 0, 27 [m].
+ bis: Là chiều rộng má phanh: bis = 0,055 [m].
+ bit: Là chiều rộng má phanh: bit = 0,040 [m].
+ bos: Là góc ôm của má phanh sau: bos= 106˚ = 1,85 [rad].
+ bot: Là góc ôm của má phanh sau: bot = 107˚ = 1,86 [rad].
Vậy: Thay các giá trị vào công thức (3.30) ta được tổng diện tích má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh trên ô tô là:
= 4(1,86.0,127.0,040)+4(.1,85.0,127.0,055) = 0,147 [m2].
Thay tất cả các giá trị đã có vào công thức (3.29) có:
= 159915 [N/m2].
Như vây, ta thấy trị số công ma sát riêng của dẫn động phanh xe Hyundai HD72 thoả mãn điều kiện cho phép.
3.2.5.2.Tính toán xác định áp lực trên bề mặt má phanh.
Giả thiết áp lực trên bề mặt má phanh phân bố đều, ta có:
[MN/m2]. (3.31)
Trong đó:
- q2: Áp suất trên bề mặt ma sát.
- : Mô men sinh ra ở một dẫn động phanh: = 2740,5 [N.m].
- : Hệ số ma sát: = 0,4.
- : Góc ôm của má phanh: [rad].
- rt : Bán kính trống phanh: rt =135 [mm] = 0,135 [m].
- b: Chiều rộng má phanh: b = 55 [mm] = 0,055 [m].
Thay vào công thức (3.31) được:
q2 = 4 [MN/m2].
Giá trị cho phép áp suất trên bề mặt má phanh theo yêu cầu thì:
[q] =1,24,0 [/].
Do đó áp suất trên bề mặt tính toán má phanh cơ cấu phanh sau xe tải Hyundai HD72 thoả mãn giá trị cho phép.
3.2.5.3.Tính toán nhiệt trong quá trình phanh.
Trong dẫn động phanh, động năng của ô tô sẽ chuyển thành nhiệt năng ở trong trống phanh và các chi tiết khác, một phần nhiệt thoát ra môi trường không khí. Phương trình cân bằng nhiệt khi phanh do lực phanh Pp gây lên sau quãng đường phanh ds và thời gian dt:
(3.32)
Trong đó:
- G: Trọng lượng xe không tải: G= 3000 [KG].
- g: Gia tốc trọng trường: g= 9,81 [m/s2].
- v1, v2: Vận tốc ban đầu và vận tốc cuối quá trình phanh [m/s].
- Gt: Khối lượng tang phanh và các chi tiết của trống phanh. Trên xe tải Hyundai HD72: G=12 [KG].
- C: Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng: [J/KG.độ]. Chọn: C = 0,13[Kcal/KG.độ].
-T: Hiệu nhiệt độ giữa trống phanh và môi trường: [0C].
- K : Hệ số truyền nhiệt trống phanh và không khí: [w/m2.10C].
- t: Thời gian phanh: [s].
- Ft: Diện tích làm mát của tang trống: [m2].
- Z: Số bánh xe có cơ cấu phanh: Z= 6.
- V: Vận tốc vòng của trống phanh [Km/h].
Số lượng thứ nhất vế phải là phần năng lượng làm nung nóng trống phanh, còn số hạng thứ hai là phần năng lượng truyền ra ngoài không khí.
Khi phanh cấp tốc, năng lượng truyền ra ngoài coi như không đáng kể, cho nên số hạng thứ hai coi như bỏ qua.
Suy ra ta có:
P. (3.33)
Sau khi tích phân phương trình (3.33) ta được:
T= T + (3.34)
Với:
- T: Nhiệt độ của tang phanh.
- T: Nhiệt độ của môi trường không khí.
- V: Vận tốc của ô tô khi bắt đầu phanh: V = 30 [Km/h].
Độ tăng nhiệt độ của tang phanh khi phanh ở vận tốc 30 [Km/h] cho đến khi dừng hẳn là T:
T = T- T = 3,45 [˚C].
Theo quy định, khi phanh với tốc độ 30 [km/h] cho đến khi xe dừng hẳn nhiệt độ tang phanh không được tăng quá 15˚C. Vậy dẫn động phanh sau xe đảm bảo thoát nhiệt tốt.
3.2.5.4. Kiểm tra hiện tượng tự xiết của dẫn động phanh.
Hiện tượng tự xiết của dẫn động phanh sau xảy ra phải thỏa mãn điều kiện:
c.(cosδ + μsinδ) – μ.ρ = 0 (3.35)
Do áp suất trên bề mặt má phanh phân bố đều: p = const.
Thay các giá trị ta được: 0,15.(cos0 + 0,4sin0) - 0,4.0,26 = 0,046.
Không thỏa mãn điều kiện tự xiết.
Như vậy, từ kết quả tính toán trên ta thấy dẫn động phanh trên xe Hyundai HD72 được thiết kế để có thể tránh hiện tượng tự xiết, đảm bảo cho phanh êm dịu và ổn định.
Nhận xét: Sau khi tính toán các kết quả kiểm nghiệm đều nằm trong giới hạn cho phép. Vì vậy dẫn động phanh xe tải Hyundai HD72 bảo đảm an toàn trong quá trình chuyển động.
KẾT LUẬN
Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống phanh - phần dẫn động phanh dựa trên cơ sở xe tải Hyundai HD72 - 3,2 tấn” đến nay em đã hoàn thành đề tài đồ án được giao.
Trong đề tài này, em đi sâu tìm hiểu tính năng hoạt động , tính toán thiết kế hệ thống phanh - phần dẫn động phanh. Từ đó hiểu sâu hơn về hệ thống dẫn động phanh, kiểm nghiệm kết quả tính toán thiết kế dẫn động phanh của xe thiết kế so với số liệu tham khảo thực tế.
Mặc dù đã cố gắng học tập và tìm hiểu nhiều kiến thức vào đồ án, nhưng do thời gian có hạn, kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế. Do đó đồ án của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô và các bạn góp ý, chỉ bảo để kiến thức và đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa Cơ khí, đặc biệt là thầy giáo: PGS.TS. ……………., người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ trong cả quá trình em làm và hoàn thành tốt đồ án này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội,…, ngày….. tháng… năm …….
Người thực hiện
(Ký)
…………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lý thuyết ô tô. Cao Trọng Hiền - Đào Mạnh Hùng (2010), Nhà xuất bản Giao thông vận tải.
2. Bài giảng cấu tạo ô tô. Trương Mạnh Hùng (2006), Trường đại học Giao thông vận tải.
3. Giáo trình khai thác ô tô. Nguyễn Văn Dũng (2006), Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự.
4. Bài giảng môn học lý thuyết ô tô. Phan Minh Đức (2007), Nhà xuất bản Đà Nẵng.
5. Lý Thuyết ô tô Máy Kéo. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (1996), Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"