1 hệ thống phanh 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1 Công dụng Hệ thống phanh dùng để: - Giảm tốc độ ôtô máy kéo dừng hẳn đến tốc độ cần thiết - Ngoài ra, hệ thống phanh có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéo đứng yên chỗ mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang Với công dụng vậy, hệ thống phanh hệ thống đặc biệt quan trọng: - Nó đảm bảo cho ôtô máy kéo chuyển động an toàn chế độ làm việc - Nhờ phát huy hết khả động lực, nâng cao tốc độ suất vận chuyển xe máy 1.1.2 Yêu cầu Hệ thống phanh cần đảm bảo yêu cầu sau: - Làm việc bền vững, tin cậy; - Có hiệu phanh cao phanh đột ngột với cường độ lớn trường hợp nguy hiểm; - Phanh êm dịu trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi an toàn cho hành khách hàng hóa; - Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên cần thiết, thời gian không hạn chế; - Đảm bảo tính ổn định điều khiển ôtô máy kéo phanh; - Không có tượng tự phanh bánh xe dịch chuyển thẳng đứng quay vòng; - Hệ số ma sát má phanh với trống phanh cao ổn định điều kiện sử dụng; - Có khả thoát nhiệt tốt; - Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trường hợp, hệ thống phanh ôtô máy kéo phải có tối thiểu ba loại phanh, là: Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Ngun Hoµng ViƯt - Phanh lµm viƯc: phanh phanh chính, sử dụng thường xuyên tất chế độ chuyển động, thường đưọc điều khiển bàn đạp nên gọi phanh chân - Phanh dự trữ: Dùng để phanh ôtô máy kéo trường hợp phanh hỏng - Phanh dừng: Còn gọi phanh phụ Dùng để giữ cho ôtô máy kéo đứng yên chỗ dừng xe không làm việc Phanh thường điều khiển tay đòn nên gọi phanh tay - Phanh chậm dần: Trên ôtô máy kéo tải trọng lớn (như: xe tải, trọng lượng toàn lớn 12 tấn; xe khách - lớn tấn) làm việc vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống dốc dài, phải có loại phanh thứ tư phanh chậm dần, dùng để: - Phanh liên tục, giữ cho tốc độ ôtô máy kéo không tăng giới hạn cho phép xuống dốc; - Để giảm dần tốc độ ôtô máy kéo trước dừng hẳn Các loại phanh có phận chung kiêm nhiệm chức Nhưng chúng phải có hai phận điều khiển dẫn động độc lập Ngoài ra, để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh phân thành dòng độc lập để dòng bị hỏng dòng lại làm việc bình thường Để có hiệu phanh cao: - Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn - Phân phối mô men phanh bánh xe phải đảm bảo tận dụng toàn trọng lượng bám để tạo lực phanh Muốn vậy, lực phanh bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến đường tác dụng lên chúng - Trong trường hợp cần thiết, sử dụng trợ lực hay dùng dẫn động khí nén bơm thủy lực để tăng hiệu phanh xe có trọng lượng toàn lớn Để đánh giá hiệu phanh người ta sử dụng hai tiêu chính, là: gia tốc chậm dần quÃng đường phanh Ngoài dùng tiêu khác, như: Lực phanh hay thời gian phanh Giá trị yêu cầu tiêu tham khảo bảng 1-1, 1-2 1-3 Cần ý rằng: tiêu quy định hiệu phanh cho phÐp tõng quèc gia hay tõng hiÖp héi quy định riêng dựa vào nhiều yếu tố, như: nguồn gốc chủng loại ôtô lưu hành, điều kiện đường xá , trình độ tổ chức kiểm tra kỹ thuật, trang thiết bị kiểm tra v.v Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Bảng 1-1: Tiêu chuẩn hiệu phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ôtô lưu hành đường - Do Bộ GTVT Việt Nam quy định năm 1995 Stt Chủng loại ôtô Ôtô du lịch loại ôtô khác thiết kế sở ôtô du lịch Ôtô vận tải trọng lượng toàn ôtô khách có chiều dài toàn 7,5 m Ôtô vận tải đoàn ôtô có trọng lượng toàn > ôtô khách có chiều dài toàn > 7,5 m QuÃng đường phanh Sp, m () Gia tốc chậm dần ổn định Jp, m/s2 () 7,2 5,8 9,5 5,0 11 4,2 Tiªu chuẩn trình bày bảng cho ứng với chế độ thử: - Ôtô không tải, chạy đường nhựa khô, nằm ngang - Vận tốc bắt đầu phanh 30 Km/h (8,33 m/s) Do yêu cầu tốc độ ôtô ngày tăng, có xu hướng tăng vận tốc thử phanh phép ôtô lưu hành đường Tuy thử phanh tốc ®é cao lµ rÊt nguy hiĨm, nhÊt lµ ®iỊu kiện chưa cho phép có bÃi thử chuyên dùng Vì nước ta áp dụng tốc độ thử hạn chế 30 Km/h Số liệu cho bảng sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đích cho phép ôtô lưu hành đường để đảm bảo an toàn chuyển động Đối với các sở nghiên cứu hay thiết kế chế tạo cần áp dụng tiêu chuẩn nghiêm ngặt Bảng 1-2: Các tiêu đánh giá hiệu hệ thống phanh (Tiêu chuẩn Liên Xô) Tốc Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Lực Dạn QuÃn Gia tốc Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Stt Chđng lo¹i ôtô Ôtô du lịch Micrôbuys với số chỗ ngồi Ôtô buys > chỗ ngồi trọng lượng toàn Ôtô buys với trọng lượng toàn > Ôtô tải, trọng lượng toàn < 3,5 Ôtô tải, trọng lượng toàn từ 3,5 đến 12 Ôtô tải, trọng lượng toàn > 12 Đoàn ôtô với trọng lượng toàn từ 3,5 đến 12 Đoàn ôtô với trọng lượng toàn > 12 độ trước phanh V0,K m/h tác dụng lên bàn đạp Pbđ, N () 80 500 60 700 60 700 70 700 50 700 40 700 50 700 40 700 g thö chậm dần ổn định Jp, m/s2 () I II I II g ®­ên g phan h Sp, m () 43,2 54,0 57,5 25,8 32,3 34,3 I II I II I II I II I II 32,1 40,1 42,7 44,8 56,0 59,6 25,0 31,3 33,3 17,2 21,5 22,9 26,5 33,1 35,2 6,0 4,5 4,1 5,5 4,1 3,8 5,5 4,0 3,7 5,5 4,0 3,6 5,5 4,0 3,7 I II 18,4 23,0 24,5 5,5 3,9 3,6 7,0 5,4 5,0 7,0 5,3 4,9 §èi víi hƯ thống phanh chính, giá trị tiêu cho tương ứng với ba dạng thử khác nhau, là: Bảng 1-3: Các tiêu đánh giá hiệu hệ thống phanh dự trữ (Tiêu chuẩn Liên Xô) Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Tốc Lực tác QuÃng độ dụng lên đường Stt Chủng loại «t« tr­íc bé phËn phanh ®iỊu Sp, m () phanh khiển V0,K N () m/h Tay Bà đòn n đạ p Ôtô du lịch 80 400 500 90,1 Micrôbuys với số chỗ ngồi Ôtô buys > chỗ 60 52,2 ngồi trọng lượng toàn Ôtô buys với 60 52,2 trọng lượng toàn > Ôtô tải, trọng 70 79,0 lượng toàn < 600 700 3,5 Ôtô tải, trọng 50 42,5 lượng toàn từ 3,5 đến 12 Ôtô tải, trọng 40 28,4 lượng toàn > 12 Đoàn ôtô với 50 44,0 trọng lượng toàn từ 3,5 đến 12 Đoàn ôtô với 40 29,6 trọng lượng toàn > 12 Gia tốc chậm dần ổn định Jp, m/s2 () 3,0 3,0 3,0 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 - Thử 0: Để xác định hiệu hệ thống phanh chính, cấu phanh nguội thường tiến hành cho hai trường hợp: động tách không tách khỏi hệ thống truyền lực Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt - Thử I: Để xác định hiệu hệ thống phanh chính, cấu phanh đà làm việc nóng lên Đạng thử bao gồm hai giai đoạn: - Thử sơ bộ: Để cho cấu phanh nóng lên - Thử chính: Để xác định hiệu phanh - Thử II: Để xác định hiệu hệ thống phanh chính, ôtô máy kéo chuyển động xuống dốc dài Khi phanh phanh dự trữ hệ thống khác thực chức nó, gia tốc chậm dần lớn cần phải đạt m/s2 ôtô khách 2,8 m/s2 ôtô tải Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu phanh đánh giá tổng lực phanh thực tế mà cÊu phanh cđa nã cã thĨ t¹o Khi thư (theo chiều: đầu xe hướng xuống dốc ngược lại - quay lên dốc) phanh dừng cần phải giữ ôtô máy kéo chở đầy tải động tách khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên mặt dốc có độ nghiêng không nhỏ 25% Hệ thống phanh chậm dần cần phải đảm bảo cho ôtô máy kéo, chuyển động xuống dốc dài Km, độ dốc 7%, tốc độ không vượt 302 Km/h (8,330,6 m/s), mà không cần sử dụng hệ thống phanh khác Khi phanh phanh này, gia tốc chậm dần ôtô máy kéo thường đạt khoảng 0,6ữ2,0 m/s2 Để trình phanh êm dịu để người lái cảm giác, điều khiển cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cấu đảm bảo quan hệ tỷ lệ thuận lực tác dụng lên bàn đạp đòn điều khiển với lực phanh tạo bánh xe Đồng thời tượng tự xiết phanh Để đảm bảo tính ổn định điều khiển ôtô máy kéo phanh, phân bố lực phanh bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mÃn điều kiện sau: - Lực phanh bánh xe phải trái cầu phải Sai lệch cho phép không vượt 15% giá trị lực phanh lớn - Không xảy tượng khóa cứng, trượt bánh xe phanh Vì: Các bánh xe trước trượt làm ôtô máy kéo bị trượt ngang; Các bánh xe sau trượt làm ôtô máy kéo tính điều khiển, quay đầu xe Ngoài ra, bánh xe bị trượt gây mòn lốp, giảm hiệu phanh giảm hệ số bám Để đảm bảo yêu cầu này, ôtô máy kéo đại người ta sử dụng điều chỉnh lùc phanh hay hƯ thèng chèng h·m cøng b¸nh xe (Antilock Braking System - ABS) Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hình 1.1 Sự thay đổi hệ số bám dọc x hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối bánh xe ( tính theo công thức: Va b rb 100% ; đây: Va Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến ôtô b - Tốc độ góc bánh xe rb - Bán kính lăn bánh xe Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt x=X/Z y=Y/Z Hình 1.2 Sơ đồ lực tác dụng vết tiếp xúc bánh xe với mặt đường quan hệ hệ số bám dọc ngang Hình 1.3 Các trường hợp bánh xe bị trượt ngang phanh a- Cầu sau bị trượt; b- Cầu trước bị trượt; c- Quá trình giảm trượt Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hình 1.4 Sơ đồ trượt ngang ôtô bánh sau bị hÃm cứng mặt đường có hệ số bám nhỏ Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Yêu cầu điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện đánh giá lực lớn cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển hành trình tương ứng chúng Giá trị quy định tiêu cho bảng 1-4 Bảng 1- 4: Giá trị tối đa cho phép lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển hành trình tương ứng chúng hệ thống phanh ôtô (Tiêu chuẩn Liên Xô) Phương Hệ thống pháp phanh điều khiển Bằng bàn đạp Làm việc, dự trữ phanh dừng Bằng tay đòn Dự trữ dừng Chủng loại ôtô Pbđmax (N) Sbđmax (mm) - Du lịch - Vận tải khách - Du lịch - Vận tải khách 500 700 150 180 400 600 160 220 1.1.3 Phân loại - Theo vị trí bố trí cấu phanh, phanh chia loại: Phanh bánh xe phanh truyền lực - Theo dạng phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra: Phanh guốc, phanh đĩa phanh dải - Theo loại dẫn động, phanh chia ra: Phanh khí, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh điện từ phanh liên hợp (kết hợp loại khác nhau) a) b) c) Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý loại phanh a- Phanh trống-Guốc; b- Phanh đĩa; c- Phanh dải Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 1.2 KÕt cÊu hƯ thèng phanh chÝnh §Ĩ thùc hiƯn nhiệm vụ mình, hệ thống phanh phải có hai phần kết cấu sau: - Cơ cấu phanh: Là phận trực tiếp tạo lực cản Trong trình phanh động ôtô máy kéo biến thành nhiệt cấu phanh tiêu tán môi trường - Dẫn động phanh: Để điều khiển cấu phanh 1.2.1 Cơ cấu phanh Là phận trực tiếp tạo lực cản làm việc theo nguyên lý ma sát, kết cấu cấu phanh phải có hai phần là: Các phần tử ma sát cấu ép Ngoài ra, cấu phanh có số phận phụ khác, như: Bộ phận điều chỉnh khe hở bề mặt ma sát, phận để xả khí dẫn động thủy lực Phần tử ma sát cấu phanh có dạng: Trống - Guốc, Đĩa hay Dải Mỗi dạng có đặc điểm kết cấu riêng biệt 1.2.1.1 Loại trống - guốc: a Thành phần cấu tạo: Đây loại cấu phanh sử dơng phỉ biÕn nhÊt CÊu t¹o gåm: - Trèng phanh: trống quay hình trụ gắn với moay bánh xe - Các guốc phanh: bề mặt gắn ma sát (còn gọi má phanh) - Mâm phanh: đĩa cố định, bắt chặt với dầm cầu Là nơi lắp đặt định vị hầu hết phận khác cấu phanh - C¬ cÊu Ðp: phanh, c¬ cÊu Ðp ng­êi lái điều khiển thông qua dẫn động, ép bề mặt ma sát guốc phanh tỳ chặt vào mặt trống phanh, tạo nên lực ma sát phanh bánh xe lại - Bộ phận điều chỉnh khe hở xả khí (chỉ có dẫn động thủy lực) b Các sơ đồ tiêu đánh giá: Có nhiều sơ đồ để kết nối phần tử cấu phanh (Hình 1.6) Các sơ đồ khác ở: - Dạng số lượng cấu ép - Số bậc tự guốc phanh - Đặc điểm tác dụng tương hỗ guốc với trống, guốc với cấu ép Và vậy, khác ở: - Hiệu làm việc Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 10 Tính toán trợ lực khí nén: Sơ đồ đặc tính trợ lực hình 1.101 Hình 1.101 Sơ đồ tính toán trợ lực khí nén Tương tự tính toán trợ lực chân không, từ sơ đồ ta cã thÓ viÕt: Ky  1 p x F2  ( Plx  Pms ) ( a  b) ibd .Pbd b (1.55) đây: px - áp suất khí nén khoang A B trợ lực Khi px chưa đạt giá trị max áp suất bình chứa, tăng tỷ lệ với lực đạp xác định từ điều kiện cân piston cđa c¬ cÊu tû lƯ: P  C1 f1 px   F1 Pbd ibd a  C1 f1 ( a b) F1 (1.56) đây: C1, f1 - Độ cứng biến dạng lò xo 1; F1 , F2 - DiƯn tÝch t­¬ng øng cđa piston tỷ lệ piston trợ lực; a, b - Các cánh tay đòn đòn Khi px đạt giá trị cực đại áp suất bình chứa, lực trợ lực đạt giá trị cực đại không tăng lên nữa, lúc đó: Ky pmax F2  ( Plx  Pms ) (a  b) ibd .Pbd b Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Ngun Hoµng ViƯt (1.57) 122 Tõ biĨu thøc nµy cã thể xác định kích thước piston trợ lực thông qua giá trị F2, Ky Pbđ Cho px = pmax, từ (1.56) xác định lực tác dụng lên bàn đạp (Pb) hiệu trợ lực đạt giá trị cực đại áp suất xi lanh xác định theo công thức: p x F2 Pbd p0 bibd ab (1.58) F0 đây: F0 vµ F2 - DiƯn tÝch piston xi lanh chÝnh xi lanh lực 1.3.2.2 Dẫn động khí nén: Tính toán tĩnh học dẫn động phanh khí nén, bao gồm: - Tính toán phần cung cấp dẫn động - Tính toán van phân phối a Tính toán phần cung cÊp: + NhiƯm vơ: - TÝnh to¸n thĨ tÝch c¸c bình chứa - Xác định suất máy nén khí + Trình tự: - Thể tích bình chứa: thể tích bình chứa cần phải chọn với lượng dự trữ đủ lớn để giảm tải cho máy nén, đảm bảo cho phải làm việc có tải khoảng 10% đến 30% thời gian chuyển động ôtô, thời gian lại máy nén làm việc không tải để tăng tuổi thọ Điều kiện cụ thể hóa thành điều kiện sau: Tổng thể tích bình chứa cần phải chọn để đảm bảo sau tám lần đạp phanh liên tục, áp suất khí nén không giảm xuống thấp nửa áp suất đạt lần đạp phanh thứ nhất, tức là: (1.59) p9 0,5p1 đây: p1 p9 - áp suất tuyệt đối hệ thống, tương ứng với lần phanh thứ thứ chín áp dụng phương trình trạng thái pV = mRT = const cho hƯ thèng dÉn ®éng khÝ nÐn, cã thĨ viÕt: p1(Vbc + Vt) = p0Vbc p2(Vbc + Vt) = p1Vbc = p0Vbc2 pn = p0Vnbc / (Vbc + Vt) Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 123 đây: pn - áp suất hệ thống phanh lần thứ n p0 - áp suất tính toán Vt - tổng thể tích cần phải nạp khí nén toàn dẫn động lÇn phanh: (1.61) Vt = VbÇu + Vvan + Vèng Các thể tích đễ dàng xác định tính toán hay thực nghiệm đà có sơ đồ bố trí dẫn động Giải phương trình (1.60) theo điều kiện (1.59) với n = n = 9, ta xác định tổng thể tích bình chứa: Vbc 11,05Vt, tính toán lấy tròn Vbc = 12Vt Trong dẫn động khí nén ôtô máy kéo nay, sử dụng chủ yếu hai cỡ bình chứa tiêu chuẩn 20 40 lít Khi biết Vt chọn cỡ bình ta dễ dàng xác định số lượng bình chứa cho dòng dẫn động hệ thống phanh Đối với phanh dừng, phanh dự trữ phanh phụ khác cần phải có bình chứa riêng - Năng suất máy nén khí: chọn sở sau: Đảm bảo nạp nhanh đầy bình chứa sau khởi động động Giữ cho áp suất hệ thống không giảm giới hạn cho phép phanh liên tục hay có dò rỉ nhỏ mà máy nén thường xuyên làm việc Theo điều kiện trên, suất khối lượng máy nén Qm thường chọn lần lượng khí nén tiêu thụ phút, tức là: Qm = (4 6)mt Trong đó: mt - lượng khí nén tiêu thụ phút, tính sau: mt = mk. [Kg/ph] đây: - Số lần phanh ngặt phút Khi tính toán có thÓ thõa nhËn  =1 mk = ptVt/(RT) - Khèi lượng không khí, tiêu thụ cho lần phanh, Kg pt - áp suất không khí bầu phanh phanh, Pa R - h»ng sè riªng cđa khÝ, J/(Kg.Ko) T - NhiƯt ®é tut ®èi, Ko Khi tÝnh to¸n thõa nhËn: pt = 7.105 Pa, R = 287,14 J/(Kg.Ko), T = 293oK Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 124 Như vậy, suất thể tích cần thiết máy nén là: (1.62) Qv = Qm.RT/pv đây: pv - áp suất không khí đầu vào máy nén, thường áp suất khí quyển, tức là: pv = 0,1 MPa Máy nén trang bị cần phải có suất thể tích tối thiểu giá trị Qv tính Nếu số liệu suất máy nén, tính kiểm tra theo thông số kết cấu nã theo c«ng thøc: Qmn  id Snv 4000 [l / ph] (1.63) đây: i - Số lượng xi lanh máy nén khí d - Đường kính xi lanh, cm S - Hành trình piston, cm n - Số vòng quay trục máy nén, vg/ph v - Hiệu suất truyền khí máy nén Đối với máy nén dùng ôtô: v = 0,50 0,75 b Tính toán van phân phối: + Sơ đồ tính: hình 1.102 + Nhiệm vụ: Xác định thông số kết cấu chính, đảm bảo cho van có đường đặc tính tĩnh cần thiết, như: đường kính (D) piston hay màng tỷ lệ, độ cứng (C) lực nén ban đầu (F30) lò xo tỷ lệ 3, hay ngược lại: xây dựng, kiểm tra đánh giá đường đặc tính tĩnh van, đà biết trước thông số kết cấu + Các số liệu cần biết trước: - Hành trình Sbđmax bàn đạp, lực Pbđmax cần tác dụng lên bàn đạp - Khe hở h0 van cần piston - Dịch chuyển hmax van - áp suất max không khí bình chứa pbc đầu van phân phối pmax (thường thường pmax = pbc tính toán lấy 0,6 MPa = Kg/cm2) - Vùng không nhạy khả thông qua van (khả thông qua van phơ thc vµo diƯn tÝch tiÕt diƯn cưa vµ đường kính Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 125 van - xác định tính toán động lực học) + Trình tự tính toán: Tính toán van phân phối tiến hành theo đoạn đường đặc tính tĩnh (Hình 1.103) Hình 1.103 Đặc tính tĩnh van phân Hình 1.102 Sơ đồ tính toán van phân phối phối Đoạn oa tương ứng với dịch chuyển piston tỷ lệ bàn đạp từ vị trí ban đầu đến vị trí mà van (hình 1.102) bắt đầu mở Đoạn vùng không nhạy ban đầu van Đoạn ab biểu diễn trình tăng áp suất pC khoang C: van mở bàn đạp dịch chuyển từ vị trí Sa đến Sb Đoạn bc tương ứng với hành trình trả bàn đạp từ Sb đến Sc Trong khoảng áp suất khoang C chưa kịp giảm xuống Đây vùng không nhạy thứ hai van Đoạn cd biểu diễn trình giảm áp suất pC bàn đạp tiếp tục trở vị trí ban đầu Từ sơ đồ tính toán van (hình 1.102), dựa vào quan hệ động học động lực học chi tiết, ta viết phương trình sau ; - Phương trình dịch chuyển bàn ®¹p: S bd  ( x  h  h0 )ibd (1.64) đây: ibđ = r2/r1 - Tỷ số truyền bàn đạp; x - Biến dạng lò xo tỷ lệ 3; h - Dịch chuyển (độ mở) van 1; h0 - Khe hở ban đầu van đầu piston - Phương trình cân lực tác dụng lên piston 2: Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 126 Pbd ibd D (1.65) pC R đây: pC - áp suất không khí khoang C van; R - Lực cản chuyển động piston van Trong trường hợp tổng quát: R = R0 + R1 + R2 đây: R0- Lực cản chuyển ®éng cña piston (khi van ch­a më) Lùc tổng lực ma sát khô piston xi lanh (Rms0) lực lò xo trả (Rlx), tøc lµ R0 = Rms0 + Rlx ; R1= [d1l1pB + (d32 - d12)(pB - pC)/4] - Lùc c¶n chun ®éng cđa van 1, ë ®©y: pB = pbc = pmax - ¸p suÊt khoang B, b»ng ¸p suÊt bình chứa - Hệ số ma sát vòng cao su làm kín thành xi lanh (thường  = 0,08) l1 - ChiỊu réng vµnh tiÕp xóc vòng cao su làm kín van với thành xi lanh d1, d3 - Đường kính tương ứng trụ trượt đường kính đế van van Chiều rộng đế van đường kính d1và d3 chọn để ¸p st pB cã thĨ Ðp chỈt van xng đế van áp suất tiếp xúc van đế th­êng lÊy b»ng (1,25  1,30)pB pC = Lực cản chuyển động van chênh lêch áp suất khoang, tức pC = pB = pBC rÊt nhá V× thÕ, tính toán thực tế R1 thường bỏ qua không đáng kể R2- Lực cản chuyển động piston sinh vòng làm kín cao su bị khí nén ép lên thành xi lanh Nếu ký hiệu, l2 chiều rộng vành tiếp xúc vòng làm kín xi lanh, thì: R2 = Dl2pc Nếu chi tiết có dạng màng R2 =0 Như vËy cã thÓ viÕt: R  R0 + R2 = Rms0 + Rlx + Dl2pC (1.66) áp dụng công thức cho đoạn đường đặc tính, ta xác định được: - Đối với điểm a: S a  ho ibd  R0  Pa  ibd  Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt (1.67) 127 S b  S max  (ho  x max hmax )ibd - Đối với điểm b: Pb  Pmax  (1.68) D [ R0  D (  l  ) p B ]     ibd S c  (ho  x max )ibd - Đối với điểm c: D {D (  l ) p B  Rlx  Rms ]   Pc   ibd - Đối với điểm d: S d S bd Khi ( p c  p o )    ( R lx  R ms )  Pd i bd (1.69) (1.70) đây: xmax - Biến dạng max lò xo tỷ lệ 3; hmax - DÞch chun max cđa van 1, th­êng th­êng h0 hmax nằm giới hạn 2,5 mm NÕu Rlx Rms th× Pd = Bëi vËy điểm d trùng với gốc toạ độ Vùng không nhạy lực đoạn bc (do lực ma sát đổi chiều) thể qua giá trị: Pbc = Pb - Pc = 2(Rms0 + Dl2pbc)/ibđ (1.71) Các công thức tõ (1.64) ®Õn (1.71) cã thĨ sư dơng tÝnh to¸n thiÕt kÕ cịng nh­ tÝnh to¸n kiĨm tra van phân phối Khi thiết kế, đường kính d2, d3 dịch chuyển hmax, ho chọn trước dựa vào khả thông qua cần thiết van (khi tính toán động lực học) Đường kính D piston tỷ lệ chọn sở kết cấu tương tự có tính đến khả rót gän kÝch th­íc ®Õn tèi thiĨu Lùc Ðp ban đầu F30 lò xo chọn theo điều kiÖn F30 = R0 = Rlx + Rms0 Lùc cùc đại lò xo 3, F3max = F30 + C.xmax chọn cho pc = q.pmax cốc trượt tỳ sát vào piston (hệ số q th­êng lÊy b»ng 0,7  0,85), tøc lµ: F3max = R0 + C.xmax = R0 + Dl2q.pmax + q.pmax (D2/4) Tõ ®ã rót ra: xmax = [Dq.pmax(l2 + D/4)]/C (1.72) Thế (1.72) vào (1.68) khử tỷ số truyền ibđ bàn đạp, sau biến đổi ta nhận biểu thức xác định độ cứng lò xo: Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 128 D D )[ R0  p maxD( l2  )] 4 D  (h0  hmax )[ R0  p maxD( l2  )] qp maxD( l2  C S max Pmax (1.73) Khi tÝnh to¸n kiĨm tra, theo phương trình từ (1.67) đến (1.73) ta xây dựng đường đặc tính tính toán van tiến hành đánh giá theo giá trị Smax, Pmax độ nhạy (Độ nhạy van nay, kiểm tra theo giá trị p ptb = 0,3 MPa vào khoảng 0,05 MPa) Khi kiểm tra, cần thiết hiệu chỉnh số thông số kết cấu Nếu van phân phối loại hai khoang gièng bè trÝ song song th× tÝnh toán, giá trị Pmax tất phương trình thay (Pmax/2) 1.4 Phanh dừng phanh chËm dÇn 1.4.1 Phanh dõng 1.4.1.1 KÕt cÊu KÕt cÊu cấu phanh phanh dừng nói chung khác biệt nhiều so với cấu phanh phanh Phần tử ma sát phanh dừng có dạng trống guốc, dạng đĩa hay dải Khác với dẫn động phanh chính, dẫn động phanh dừng thường loại khí kiểu đòn, cáp kéo có cấu khoá (để giữ chặt đòn điều khiển cố định vị trí phanh) hay dùng lò xo tích (đối với phanh dùng dẫn động khí nén) Phanh dừng lắp đặt trục truyền lực (ở đầu trục thứ cấp hộp số hay sau trục đăng mặt bích bánh côn chủ động truyền lực chính) bánh xe (chung cấu phanh với phanh chính) Phanh dừng thường tác dụng lên bánh sau ô tô Phanh dừng lắp trục truyền lực (còn gọi phanh truyền lực) thường sử dụng xe du lịch cỡ lớn, xe khách xe tải Phanh dừng truyền lực có dẫn động điều khiển đơn giản làm việc hiệu Tuy có nhược điểm tải trọng tác dụng lên đăng, truyền lực bán trục phanh lớn Nên gây gẫy vỡ cụm chịu tải phanh Phanh dừng lắp bánh xe (còn gọi phanh bánh xe) có cấu phanh chung víi phanh chÝnh nh­ng cã dÉn ®éng ®iỊu khiển độc lập, có ưu điểm không gây tải trọng lớn tác dụng lên chi tiết hệ thống truyền lực phanh, lại đòi hỏi phải có lực dẫn động Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 129 lớn Vì loại phanh thường sử dụng nhiều xe du lịch cỡ nhỏ Trên hình 1.104 kết cấu điển hình phanh dừng loại dải loại đĩa lắp đầu trục thứ cấp hộp số Trống (hình 1.104a) đĩa (hình 1.104b) nối với trục thứ cấp hộp số Đối với cấu phanh dải, kéo đòn điều khiển, đòn ép (dạng cam) kéo hai đầu dải phanh qua kéo 5, siết chặt vào trống phanh Lò xo có tác dụng cho phép đòn điều khiển dịch chuyển dải phanh đà siết chặt vào trống phanh, để đảm bảo cấu khoá luôn trùng khớp Đối với phanh đĩa, kéo đòn điều khiển, guốc 10 ép chặt vào đĩa phanh nhờ đòn ép 11 12 quay quanh chốt lắp giá đỡ Hình 1.104 Sơ đồ kết cấu phanh dừng loại dải loại đĩa a- Loại dải; b- Loại ®Üa; 1- trèng phanh; 2- D¶i phanh; 3- Gèi ®ì; 4- Đòn ép; 5Thanh kéo; 6- Lò xo; 7- Đĩa phanh; 8- Giá đỡ; 9- Chốt lề; 10- Guốc phanh; 11, 12- Đòn ép Phanh dừng loại dải thường sử dụng ô tô nhiều cầu, tải trọng lớn, ô tô tự đổ làm việc mỏ, ô tô BelAZ (hình 1.105) kích thước nhỏ gọn mà tạo mô men phanh lớn Hơn phanh dải có kết cấu đơn giản rẻ phanh trống guốc Kết cấu nguyên lý làm việc phanh dừng BelAZ tương tự đà mô tả Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 130 Trên hình 1.106 kết cấu phanh dừng loại trống guốc ô tô họ MAZ lắp mặt bích bánh côn chủ động cđa trun lùc chÝnh cÇu sau Trèng phanh b»ng gang lắp mặt bích đăng sau trục bánh côn chủ động Trong trống phanh lắp hai guốc phanh loại hàn-dập 16 19 Đầu guốc tỳ vào chốt tỳ bắt chặt đai ốc lên mâm phanh nối cứng với te truyền lực cầu sau Giữa đầu guốc lắp cấu ®iỊu chØnh kiĨu ren vÝt víi ®ai èc h×nh Trên mâm phanh lắp chốt quay với đòn quay Đòn quay nối với đòn ép 11 lắp lề chốt 12 guốc 19, qua khâu nối 10 Đòn 11 cã vÊu l¾p r·nh cđa 13 nèi b»ng chốt 15 với guốc phanh thứ hai giữ vị trí ban đầu lò xo Hình 1.105 Phanh dõng cđa « t« BelAZ 1- Thanh kÐo; 2, 3- Đai ốc đệm điều chỉnh; 4, 8- Tai đầu dải phanh; 5, 6- Lò xo trả; 7- Đầu tỳ; 9- Đai thép; 10- Dải phanh; 11- Trống quay; 12- Gối đỡ; 13Thanh giằng; 14- Đòn kéo; 15- §Çu nèi; 16- Cam Ðp; 17, 18, 19- §ai èc bu lông điều chỉnh khe hở; 20- Gối đỡ; 21- Bu lông điều chỉnh khe hở; 22- Lò xo Đòn nhờ dây cáp 24 21, kéo 23 đòn trung gian 22 nối với tay kéo 20 lắp giá đỡ bảng đồng hồ buồng lái Tay kéo 20 có cấu cóc hÃm để giữ chặt trạng thái kéo phanh Thanh kéo 23 qua đòn gánh 25 kéo Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 131 26 nối với đòn quay 27 van điều khiển dẫn động phanh rơ moóc Khi kÐo tay kÐo 20, qua hƯ thèng dÉn ®éng khí, đòn đòn quay đi, qua tay nối 10 làm đòn ép 11 quay theo ép lên đẩy 13 đẩy guốc phanh tách ép chặt vào trông phanh Khi phanh ô tô phanh dừng, qua đòn gánh 25 kéo 26 làm phanh rơ moóc hoạt động Điều chỉnh phanh dừng thực nhờ đai ốc hình 18 đầu cáp nối với đòn quay Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 132 Hình 1.106 Phanh dừng truyền lực ô tô họ MAZ 1- Bánh côn chủ động; 2- Trống phanh; 3- M©m phanh; 4- Chèt tú; 5, 14, 17- Lò xo trả; 6- Nạng kéo; 7, 9- Đòn quay; 8, 12, 15- Chốt quay; 10- Tay nối; 11- Đòn ép; 13- Thanh đẩy; 16, 19- Guốc phanh; 18- Đai ốc hình sao; 20- Tay kéo; 21, 24- Cáp kéo; 22, 25, 27- Đòn quay; 23, 26- Thanh kéo Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 133 Trên hình 1.107 kết cấu phanh dừng lắp bánh xe xe du lịch cỡ nhỏ Trên hình 1.108 kết cấu phanh dừng dẫn động cam hÃng Bendix Trên ô tô vận tải đoàn xe kÐo mỗc sư dơng phỉ biÕn lo¹i phanh dõng bánh xe dùng lò xo tích đà trình bày phần dẫn động phanh khí nén Loại phanh dừng tin cậy hiệu Nó tự động phanh ô tô lại áp suất dẫn động bị giảm Nhược điểm làm tăng kích thước khối lượng dẫn động phanh Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 134 Hình 1.107 Phanh dừng lắp bánh xe dẫn động khí cáp kéo 1, 5- Guốc phanh; 3- Đòn ép; 4, 9- Cam đào; 6- Lò xo; 7- Cáp kéo; 8- Vỏ bọc cáp; 10- Thanh đẩy Hình 1.108 Phanh dừng lắp bánh xe hÃng Bendix 1- Đòn quay; 2, 7- Má phanh; 3- Đầu tỳ điều chỉnh được; 4- Piston; 5, 9- Cam ép; 6- Đầu tỳ guốc phanh; 8- Trục cam Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 135 1.4.1.2 Tính toán 1.4.2 Phanh chậm dần Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống phanh Biên soạn : TS Ngun Hoµng ViƯt 136