Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC CÓ TRỢ LỰC BẰNG KHÍ NÉN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Văn Trọng 1711250662 17DOTB2 Trần Thanh Thi 1711060627 17DOTB2 Trần Hải Dương 1711250047 17DOTB2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌN.

Tính cấp thiết của đề tài

Ngành giao thông hiện nay đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế và đời sống xã hội Việt Nam, với ô tô là phương tiện giao thông phổ biến nhất Sự gia tăng về số lượng, chủng loại và tốc độ của ô tô đang diễn ra, đồng thời chất lượng đường giao thông cũng được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách Tuy nhiên, mật độ giao thông và tốc độ di chuyển của ô tô cũng tăng lên, điều này làm cho việc đảm bảo an toàn giao thông trở nên đặc biệt quan trọng nhằm giảm thiểu tai nạn Do đó, hệ thống phanh của ô tô đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo đảm an toàn trong quá trình di chuyển.

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ, người dùng ô tô có thể lựa chọn từ nhiều loại hệ thống phanh khác nhau như phanh thủy lực, khí nén, phanh đĩa và phanh tang trống Đặc biệt, trong vận chuyển hàng hóa nặng, hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho cả xe và tính mạng con người.

Để lựa chọn một hệ thống phanh an toàn, dễ sử dụng và hiệu quả, cần xem xét khả năng hoạt động ở tốc độ cao và trên các địa hình đèo dốc.

1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Khi ô tô vận chuyển hàng hóa nặng trên các loại mặt đường và địa hình khác nhau, tài xế luôn phải đối mặt với nhiều rủi ro trong quá trình di chuyển Điều này khiến việc sở hữu một hệ thống phanh an toàn và hiệu quả trở nên cực kỳ quan trọng Dù xe có chở khối lượng hàng hóa nhỏ hay lớn, một hệ thống phanh tốt sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ tai nạn và bảo đảm an toàn cho tài xế cũng như hàng hóa.

3 cũng phải đảm bảo được chất lượng an toàn tính mạng là trên hết Chính vì thế hệ thống phanh sẽ chiếm vị trí cao trong ô tô [3]

1.1.3 Ý nghĩa đề tài Đề tài của chúng em muốn góp phần làm tăng khả năng, chất lượng và sự phổ biến của hệ thống phanh trên ô tô đến người lái xe Và không chỉ gia tăng về công dụng mà chúng em muốn cải tiến thêm những chi tiết khác vào nhằm đảm bảo chất lượng phanh hiệu quả, an toàn mà còn nhẹ nhàng khi sử dụng giúp cho người tài xế dù khi di chuyển trên đoạn đường dài hay tốc độ cao vẫn an tâm về tính mạng trong mọi tình huống rủi ro có thể xảy ra [6]

1.1.4 Lý do chọn đề tài

Mất phanh và bó cứng phanh khi lái xe là nguyên nhân chính dẫn đến những vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng Những tai nạn này không chỉ gây thiệt hại lớn về phương tiện mà còn đe dọa đến tính mạng con người.

Hiện nay, ô tô sử dụng nhiều loại hệ thống phanh như phanh thủy lực chân không, phanh đĩa và phanh tang trống Việc mòn phanh, cứng phanh và cảm giác sử dụng phanh nặng đang trở thành vấn đề đáng chú ý đối với người lái xe Nếu gặp sự cố, việc cần phải tác động một lực lớn lên bàn đạp phanh hoặc không đủ lực có thể khiến phanh không hoạt động hiệu quả, dẫn đến những tình huống nguy hiểm không mong muốn.

Nhóm đã quyết định nghiên cứu đề tài “Thiết kế chế tạo hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén” nhằm cải thiện hiệu quả phanh cho người lái xe Hệ thống này giúp phanh nhẹ nhàng và an toàn hơn, từ đó giảm thiểu nguy cơ tai nạn cho bản thân, phương tiện và người tham gia giao thông.

Tình hình nghiên cứu

Hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không là một trong những hệ thống phanh hiệu quả cao, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô Hệ thống này giúp giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe đang chuyển động, đồng thời giữ cho xe ổn định trong quá trình di chuyển.

Khi đứng yên trên đường dốc trong thời gian dài, đặc biệt là trên máy kéo hoặc các xe chuyên dụng, hệ thống phanh thường được kết hợp với hệ thống lái để giúp quay vòng xe dễ dàng hơn.

Hệ thống phanh đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu cho tất cả các bánh xe, giúp giảm quãng đường phanh khi gặp tình huống nguy hiểm và mang lại cảm giác điều khiển nhẹ nhàng Lực tác động lên bàn đạp hoặc cần kéo được thiết kế phù hợp với khả năng của người sử dụng, đảm bảo ổn định cho ô tô và phanh êm dịu, hạn chế hiện tượng trượt bánh xe Cơ cấu phanh có khả năng thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong mọi điều kiện, đảm bảo độ tin cậy ngay cả khi một phần của hệ thống bị hư hỏng Mỗi mạch dẫn động phanh cần có các bộ phận giao tiếp với thiết bị kiểm tra để theo dõi tình trạng kỹ thuật trong quá trình sử dụng.

Chúng em đề xuất thay thế “Hệ thống phanh thủy lực chân không” bằng “Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén” nhằm mang lại những ưu điểm vượt trội, hiệu quả cao hơn và đảm bảo an toàn hơn trong quá trình sử dụng.

Hệ thống phanh thủy lực trợ lực bằng khí nén đã xuất hiện trên thị trường Việt Nam và quốc tế, nhưng chưa phổ biến rộng rãi Phần lớn các sản phẩm và nghiên cứu hiện tại chủ yếu được lắp đặt trên các xe có trọng tải lớn trên 8 tấn, như xe tải Hyundai 15 tấn — thùng ben Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đang phát triển hệ thống này cho các loại xe có tải trọng nhỏ hơn 5 tấn, cụ thể là xe tải Mitsubishi Fuso Canter 7.5T (4,2 tấn), nhằm đáp ứng nhu cầu của các phương tiện nhẹ hơn.

5 cầu kỹ thuật trong những cung đường khó, cần sử dụng tối đa khả năng phanh của hệ thống phanh.

Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu chính của đề tài là phát triển các phương án nâng cấp hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không thành hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén, nhằm nâng cao hiệu quả và năng suất làm việc.

Để khắc phục tình trạng phanh không đủ lực và giảm mệt mỏi cho người điều khiển khi thường xuyên sử dụng phanh, cần nâng cao hiệu quả phanh, đặc biệt khi xe chở tải trọng lớn.

Hoàn thiện và ứng dụng thực tiễn hệ thống phanh mới trên xe, đảm bảo vận hành hiệu quả và đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật, an toàn, vượt trội hơn so với loại phanh trợ lực chân không thông thường.

Nhiệm vụ đề tài

Hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho các dòng xe hiện nay, giúp hạn chế tai nạn giao thông do sự cố phanh Việc duy trì và kiểm tra định kỳ hệ thống phanh không chỉ bảo vệ tính mạng người lái mà còn giảm thiểu rủi ro cho các phương tiện khác trên đường.

Bài viết xác định những điểm hạn chế của hệ thống phanh thủy lực truyền thống và nghiên cứu cải thiện các yếu điểm này thông qua phương án mới Đồng thời, các số liệu cần thiết được tính toán để đảm bảo hệ thống phanh đáp ứng tiêu chuẩn an toàn của đường bộ.

 Thay thế các cụm chi tiết của hệ thống phanh truyền thống bằng các chi tiết của hệ thống phanh thủy lực khí nén

 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, thay thế “Hệ thống phanh thủy lực chân không” thành “ Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén”

Phương pháp nghiên cứu

Mục tiêu của thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén trên ô tô là đảm bảo tính thực tiễn Để đạt được điều này, nghiên cứu sẽ áp dụng các phương pháp nghiên cứu phù hợp với nội dung đề tài.

 Phương pháp nghiên cứu phân tích và tổng hợp lý thuyết: Thu thập, tổng thông tin từ các nguồn tài liệu như: Sách, báo, đồ án các khoá trước

 Phương pháp nghiên cứu kế thừa các công thức đã thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm mô hình hoá bao gồm việc chạy thử và thu thập các thông số từ mô hình, từ đó so sánh và đánh giá dữ liệu để đưa ra phương án khả thi nhằm hoàn thành đồ án.

 Phương pháp tiếp cận các đồ án nghiên cứu, thiết kế hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén đã có trên thực tế

 Phương pháp nghiên cứu khoa học: Tìm hiểu nghiên cứu ưu nhược điểm của hệ thống, thiết bị đang có trên thị trường

 Ứng dụng các phần mềm autocad, solickword… đưa ra bản vẽ và mô phỏng hệ thống, mô hình sản phẩm,…

Các kết quả đạt được của đề tài

Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người lái, giúp tránh các sự cố như mất lực phanh và lực tác dụng không đủ lên bàn đạp Hệ thống này cũng hỗ trợ hiệu quả trong việc phanh các loại ô tô vận chuyển hàng hóa nặng Qua đó, bài viết mong muốn cung cấp kiến thức cho độc giả về tầm quan trọng và ý nghĩa của hệ thống phanh này trong cuộc sống Đặc biệt, hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai, nhất là trong thị trường ô tô tại Việt Nam.

Kết cấu đồ án

Nội dung đồ án gồm các phần:

Chương 2: Tính toán thiết kế

Chương 3: Thi công lắp ráp, thực nghiệm

Chương 4: Đánh giá kết quả, kết luận

Các bộ phận thay thế của hệ thống phanh xe tải Misubishi Fuso Canter 7.5T

Để chuyển đổi hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không sang hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén, cần thay thế các bộ phận như máy nén khí, bộ làm khô khí nén, bình chứa khí nén, van phân phối và xylanh phanh chính trợ lực khí nén.

Sơ đồ các bộ phận thay thế:

Hình 2.4: Hình sơ đồ các bộ phận được thay thế

 Quy trình thực hiện thay thế các bộ phận bộ trợ lực chân không ( hình 2.3):

 Tháo bỏ cụm bộ trợ lực chân không, xylanh phanh chính, bình chứa chân không, bơm chân không

 Thay thế van phân phối ở bàn đạp phanh

 Chế tạo bộ truyền động đai nối với trục khuỷu động cơ để kéo máy nén khí

 Gá máy nén khí và lắp dây đai dẫn động máy nén khí với một đầu trục động cơ

 Lắp đặt bình chứa khí nén lên thân xe

 Lắp đặt cụm bộ trợ lực khí nén, xylanh phanh chính

 Gắn đường ống khí nén từ máy nén khí tới bình chứa, van phân phối và bộ trợ lực khí nén

2.1.1 Thay thế bơm chân không thành máy nén khí

2.1.1.1 Bơm chân không trong hệ thống khi chưa thay thế

Hình 2.5: Cấu tạo của bơm chân không

Cấu tạo của bơm chân không (hình 2.5):

1 – Van kiểm tra 3 – Vòng chữ O 5 - Rotor

2 – Xylanh 4 – Cánh quạt 6 – Thân bơm

Rotor của bơm chân không có ba cánh quạt lưu động, khi quay, các cánh quạt sẽ ép vào mặt trong của vỏ bơm nhờ lực ly tâm do rotor lắp lệch tâm Quá trình này hút không khí từ bình chứa chân không qua đầu vào, sau đó nén và đẩy không khí ra khỏi đầu ra Chu kỳ hút, nén, và đẩy được lặp lại để tạo ra chân không trong bình chứa Van an toàn được thiết kế để ngăn không khí hoặc dầu động cơ chảy ngược từ bơm chân không về bình chứa khi động cơ dừng hoạt động.

2.1.1.2 Máy nén khí thay thế cho bơm chân không

Máy nén khí tạo ra khí nén với áp suất nhất định để cung cấp cho hệ thống Loại máy nén khí sử dụng piston được dẫn động bằng dây curoa, lấy công suất từ động cơ Piston bằng nhôm có chốt bơi, với sự dịch chuyển dọc trục được hạn chế bởi các vòng hãm Không khí từ ống góp của động cơ đi vào các xylanh qua van lá nạp Piston nén khí và đẩy vào hệ thống qua van lá tăng áp ở đỉnh xylanh Khối xylanh và nắp được làm mát bằng chất lỏng từ hệ thống làm mát của động cơ.

Hình 2.6: Kết cấu máy nén

Cấu tạo máy nén (hình 2.6):

1 Khối xylanh; 2 Nắp máy; 3 Piston; 4 Bánh đà; 5 Thanh truyền; 6 Trục khuỷu;

7 Cơ cấu van đẩy; 8 Cơ cấu van hút; 9 đủa đẩy

Máy nén khí được sử dụng là loại máy nén khí hai piston (hình 2.6) và được lai nhờ động cơ của ôtô

Máy nén khí bao gồm nhiều bộ phận quan trọng như khối xylanh, nắp máy, piston, bánh đà, thanh truyền, trục khuỷu, cơ cấu van đẩy, cơ cấu van hút, đũa đẩy và thiết bị triệt áp Những thành phần này phối hợp với nhau để kiểm soát áp suất khí nạp ở mức tính toán trước, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho máy nén khí.

Bảng 2.1: Thông số chi tiết máy nén khí (hình 2.7)

Loại Công suất Lưu lượng Khối lượng Đường kính và hành trình

Máy nén khí piston 2 xylanh 2 HP với công suất 3,7 CFM và trọng lượng 25 kg là thiết bị phổ biến cho ô tô, đặc biệt cho các xe có tải trọng từ 4 tấn đến 40 tấn Kích thước của máy là 55 x 35 mm, phù hợp với nhu cầu sử dụng trong ngành công nghiệp vận tải.

Bánh đà được lắp ở đầu trục khuỷu và được dẫn động từ động cơ, giúp piston chuyển động tịnh tiến trong lòng xylanh Khi piston ở điểm chết trên, cơ cấu van đẩy đóng lại, làm giảm áp suất trong xylanh và tạo độ chân không, khiến cơ cấu van hút mở ra cho không khí từ môi trường vào xylanh qua màng lọc Khi piston xuống tới điểm chết dưới và bắt đầu đi lên, van hút đóng lại, không khí bị nén tạo áp suất cao, thắng lực lò xo van đẩy mở van, khí nén trong xylanh được ép ra cung cấp cho bình chứa khí nén.

Hình 2.8: Máy nén khí được thay thế

Việc chuyển đổi từ bơm chân không sang bơm khí nén yêu cầu phải có các chi tiết bổ sung như cách bố trí máy nén khí, bộ phận dẫn động, đường ống dẫn khí nén và bình chứa khí nén.

Bình chứa khí nén được chế tạo từ thép lá hàn chắc chắn, với lớp sơn chống gỉ bên trong và bên ngoài Dung tích của bình là 25 lít, có kích thước đường kính 250 mm và chiều dài 550 mm Bình có khả năng chịu áp lực từ 12 đến 15 kg/cm², đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc lưu trữ khí nén.

Hình 2.9: Bình khí nén được lắp đặt trên xe

Khí nén dự trữ trong bình phải đảm bảo phanh được 8 — 10 lần đạp phanh khi máy nén không làm việc

Bình chứa khí nén đảm bảo đủ yêu cầu theo TCVN 8366 : 2010 “Bình chịu áp lực — yêu cầu về thiết kế và chế tạo”

Hình 2.10: Bình khí nén được thay thế

Việc chuyển đổi hệ thống trợ lực phanh từ chân không sang khí nén yêu cầu thay đổi bộ phận dự trữ nguồn khí, từ bình chân không sang bình chứa khí nén với áp suất cao, nhằm cung cấp khí cho bộ dẫn động phanh.

2.1.3 Van an toàn (bộ điều chỉnh áp suất)

Hình 2.11: Cấu tạo van an toàn

1.Thân; 2 Ống chụp; 3 Bi; 4 Lò xo; 5 Đũa đẩy;

6 Đường khí ra; 7 Đường khí vào

Van an toàn là một bộ phận cơ khí quan trọng giúp điều chỉnh cơ cấu van triệt áp của máy nén khí, đảm bảo duy trì áp suất khí nén trong bình chứa ở mức khoảng 0,60 đến 0,75 MPa trong quá trình động cơ hoạt động.

Van an toàn gồm ( hình 2.11) có thân (1), ống chụp (2), các viên bi (3), lò xo

Đũa đẩy được sử dụng trong cơ chế hoạt động của lò xo, với hai viên bi ở hai đầu, giúp đẩy đũa và hai viên bi xuống để bịt lỗ thông với đầu đường khí vào Người dùng có thể điều chỉnh lực ép của lò xo bằng cách vặn ống chụp.

Van an toàn đóng vai trò quan trọng trong bình chứa khí nén, giúp điều chỉnh áp suất khí nén và đảm bảo giới hạn an toàn cho hệ thống.

Van một chiều giúp khí nén được nạp vào bình chứa một cách hiệu quả, ngăn chặn hiện tượng khí quay ngược lại nguồn cấp là máy nén, từ đó giảm thiểu nguy cơ máy nén khí bị quá tải công suất.

Bộ chia hơi được lắp giữa bình chứa khí nén và xylanh phanh chính, nhận tín hiệu từ van phân phối Nó giúp giảm thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh bằng cách đưa khí nén trực tiếp từ bình chứa tới buồng trợ lực của xylanh phanh khi đạp phanh, và xả khí ra ngoài khi nhả phanh mà không cần qua van phân phối.

Hình 2.13: Bộ chia hơi loại nối nhanh dùng cho ống hơi bằng nhựa

Bộ chia hơi giá rẻ với nhiều kích cỡ và kiểu dáng đa dạng được ưa chuộng nhờ tính tiện lợi trong lắp ráp Tuy nhiên, sản phẩm này có nhược điểm là độ bền không cao, dễ bị rò rỉ khí sau thời gian dài sử dụng, và chỉ phù hợp cho ống dẫn khí bằng nhựa.

Hình 2.14: Bộ chia hơi loại dùng cho ống đồng

Hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén xe tải Misubishi Fuso Canter 7.5T sau khi

Sau khi thực hiện việc thay thế các bộ phận, chúng tôi đã chuyển đổi hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không sang hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén hoàn chỉnh.

Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén sau khi thay thế các chi tiết:

Hình 2.24: Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén sau khi thay thế

Cấu tạo sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén (hình 2.24):

1 - Máy nén khí 2 - Bộ làm khô khí nén

3 - Van an toàn 4 - Đồng hồ khí nén

5 - Van một chiều 6 - Bình chứa khí nén

7 - Van phân phối 8 - Bộ chia hơi

9 - Cụm xylanh phanh chính bộ trợ lực khí nén

10 - Cơ cấu phanh cầu trước 11 - Cơ cấu phanh cầu sau

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Máy nén khí hoạt động thông qua bộ điều chỉnh áp suất và bộ làm khô khí nén, sau đó khí nén sẽ đi qua van một chiều vào bình chứa Áp suất trong bình chứa khí nén được kiểm soát bởi van một chiều.

Khi thực hiện phanh, khí nén từ bình chứa khí nén được truyền qua van phân phối để mở đường ống dẫn khí nén đến các bộ chia hơi.

Bộ chia hơi điều khiển van mở thông bình chứa với buồng trợ lực của cụm xylanh phanh chính Áp suất khí nén tác động lên màng hơi trong buồng trợ lực, tạo ra lực đẩy cho piston thủy lực dịch chuyển, làm tăng áp suất dầu trong ống thủy lực Áp suất này tác động lên piston xylanh phanh bánh xe, tạo ra lực cần thiết để dẫn động các cơ cấu phanh của cầu trước và cầu sau, hoàn thành quá trình phanh.

Khi nhả bàn đạp phanh, piston điều khiển của van phân phối cắt đường khí điều khiển bộ chia hơi từ bình chứa khí nén Van của bộ chia hơi trở về vị trí ban đầu, mở thông buồng trợ lực của xylanh phanh chính với khí trời Dưới tác dụng của lò xo hồi trong buồng trợ lực và các cơ cấu phanh bánh xe, màng trợ lực và cụm piston thủy lực của xylanh phanh chính dịch chuyển sang trái, kết thúc quá trình phanh.

Bộ chia hơi thời gian giúp giảm đáng kể tác dụng của hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén, nhờ vào việc kết nối buồng trợ lực của xylanh phanh chính với bình chứa khí nén khi đạp phanh và khí trời khi nhả phanh, mà không qua van phân phối.

Tính toán hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén

2.3.1 Các bước thực hiện tính toán

Sau khi thay thế các bộ phận của bộ trợ lực, cần tiến hành tính toán để kiểm tra sự ổn định và tính tương thích của các bộ phận mới với bộ phận cũ Mục tiêu chính của việc này là đánh giá hiệu quả phanh, đảm bảo momen phanh đạt yêu cầu và các chi tiết đáp ứng tiêu chuẩn ngành cũng như tiêu chuẩn Việt Nam.

Hình 2.25: Sơ đồ khối quy trình tính toán

Dựa trên momen phanh cần thiết và cấu tạo của cơ cấu phanh, chúng ta có thể tính toán lực tác dụng lên cơ cấu phanh Từ lực này và thông số đường kính xylanh bánh xe, ta có thể suy ra áp suất thủy lực cần thiết, từ đó thiết lập tỉ lệ giữa đường kính momen phanh và đường kính xylanh.

29 trong khoảng áp suất làm việc của hệ thống từ đó chọn được bộ trợ lực phù hợp

Việc lựa chọn phương án tính toán mô men phanh tại các bánh xe và ngược về bộ trợ lực giúp xác định rõ ràng mô men phanh cần thiết, lực tác dụng lên cơ cấu phanh, cũng như áp suất thủy lực cần thiết, từ đó làm cho bài toán trở nên rõ ràng và dễ hiểu hơn.

Hình 2.26: Sơ đồ khối truyền động áp suất trong hệ thống phanh

Hình 2.27: Sơ đồ momen phanh, lực phanh, các áp suất tác dụng của hệ thống phanh Các bước thực hiện tính toán như sau:

1 Xác định Momen phanh cần thiết của hệ thống phanh

2 Xác định áp suất thủy lực cần thiết

3 Chọn bộ trợ lực khí nén phù hợp trên cơ sở áp suất thủy lực cần thiết và áp suất khí nén cần thiết

4 Xác định áp suất khí nén cần thiết sau khi chọn được bộ trợ lực khí nén

5 Tính toán chọn máy nén khí, bình chứa khí nén

6 Kiểm tra lượng áp suất khí nén tiêu hao đảm bảo hoạt động theo tiêu chuẩn Việt Nam

7 Kiểm tra độ bền má phanh

2.3.2 Thông số sử dụng trong tính toán

Bảng 3.1: Thông số chung xe tải Misubishi Fuso Canter 7.5T

STT Thông số Đơn vị Kích thước

2 Chiều dài cơ sở mm 3850

4 Trọng lượng bản thân kg 2440

5 Tải trọng hàng hóa kg 4200

Phân bố lên trục trước kg 2600

Phân bố lên trục sau kg 4900

Công suất lớn nhất vòng/phút 2900

Momen xoắn lớn nhất vòng/phút 1600

8 Tốc độ chuyển động lớn nhất km/h 100

9 Bán kính quay vòng nhỏ nhất m 6.8

10 Khả năng vượt dốc tối đa % 42

12 Hệ thống phanh thủy lực

14 Tỉ số truyền Số tiến: 5.380 -

Các số liệu cơ bản của hệ thống phanh dùng trong tính toán

- Số cơ cấu phanh bánh xe ở cầu trước và cầu sau i1 = i2 = 2

- Kích thước bộ trợ lực:

 Đường kính màng trợ lực Dm = 114,3 mm

 Đường kính xylanh phanh chính Dxlc = 23,8 mm

 Khe hở giữa cán piston và piston xylanh phanh chính 0,15 mm

- Kích thước cơ cấu phanh:

 Đường kính xylanh phanh bánh xe

 Bánh xe trước: dbx1 = 31,75 mm

 Bánh xe sau: dbx2 = 31,75 mm

 Đường kính trống phanh trước và sau Dtr = 320 mm

- Khe hở giữa má phanh và tang trống δbx = 0,1 mm

- Hành trình làm việc của piston và xylanh bánh xe hbx = 0,2 mm

- Hành trình làm việc của piston và xylanh phanh chính:

4 4 4 bx bx xlc xlc bx bx d d D

- Hành trình làm việc của màng trợ lực

2.3.3 Tính toán hệ thống phanh xe tải Misubishi Fuso Canter Fe 7.5t

2.3.3.1 Xác định tạo độ trọng tâm

Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc

Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm trục trước:

Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm trục sau: b= L – a = 3850 – 2515 = 1312 (mm) = 1,335 (m) (1.5)

Bảng 3.2: Tải trọng phân bố các cầu và tọa độ trọng tâm theo chiều dọc

Theo thông số kết cấu của nhà sản xuất hg= 1,35 (m)

2.3.3.2 Xác định momen phanh cần thiết

Theo lý thuyết ô tô xác định các hệ số m1, m2 như sau [1]: max 1

Trong công thức 2,538 - 2 = 0,73 (1.7), các hệ số m1 và m2 đại diện cho sự thay đổi tải trọng tác động lên cầu trước và sau Chiều cao trọng tâm của ô tô được ký hiệu là hg, trong khi g là gia tốc trọng trường Cuối cùng, jmax biểu thị gia tốc chậm dần cực đại khi phanh.

 ' - hệ số đặc trưng cường độ phanh ( '= j max g )

Khi tính toán ta có thể chọn  '= 0,4 ÷ 0,5 chọn  '= 0,5

Momen phanh cần thiết sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu trước là:

Momen phanh cần thiết sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu sau là:

M M - Momen phanh cần thiết ở cầu trước trái và phải

M M - Momen phanh cần thiết ở cầu sau trái và phải

G1 G2 là tải trọng tương ứng tác động lên bánh xe trước và sau khi xe đứng yên trên bề mặt phẳng Hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường được ký hiệu là φ, với giá trị dao động từ 0,7 đến 0,8; trong trường hợp này, chọn φ = 0,7 Bán kính lăn của bánh xe được ký hiệu là r bx.

Với là hệ số biến dạng của lốp  = 0,945

34 r 0là bán kính thiết kế 0

 2 = 393,7 (mm) (1.11) Thông số kích thước lốp 7.50 — 16 —14PR tức là B = 190,5 mm; d 406,4 mm

2.3.3.3 Xác định áp suất thủy lực cần thiết

Từ momen phanh cần thiết và cấu trúc của hai hệ thống phanh trên xe tải Mitsubishi Fuso Canter 7.5T, ta có thể xác định lực tác dụng lên các cơ cấu phanh Dựa vào lực này và đường kính xylanh phanh bánh xe, chúng ta có thể tính toán áp suất thủy lực cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống phanh.

Sơ đồ các lực tác dụng lên guốc phanh cầu trước và cầu sau:

Hình 2.28: Sơ đồ các lực tác dụng lên guốc phanh cầu trước

Hình 2.29: Sơ đồ các lực tác dụng lên guốc phanh cầu sau

Theo kết cấu và tính toán ô tô, momen phanh do các cơ cấu phanh bánh xe sinh ra là:

P1, P2 - là lực tác dụng lên guốc phanh ở cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau

1 r tr , r tr 2 - là bán kính trống phanh cầu trước và sau r tr 1 = r tr 2 = 160mm

=0,16(m) h1, h2 - là khoảng cách từ tâm xylanh phanh đến chốt tựa ở cơ cấu phanh trước và sau h1 = h2 = 250 (mm) = 0,25 (m) à - là hệ số ma sỏt giữa guốc phanh và trống phanh à = 0,3

Từ công thức tính trên suy ra:

Lực tác dụng lên một guốc phanh cầu trước là:

Lực tác dụng lên một guốc phanh cầu sau là:

    14,65 (kg) Áp suất thủy lực cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh cầu trước là:

36 Áp suất thủy lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh sau là:

2.3.3.4 Tính toán áp suất khí nén cần thiết cho hệ thống phanh Để xác định được áp suất khí nén cần thiết cho hệ thống phanh (2.30) ta tính ngược về từ Momen phanh cần thiết suy ra áp suất thủy lực, lập tỉ lệ Dm Dxlc trong khoảng áp suất làm việc của hệ thống phanh từ đó chọn được bộ trợ lực phù hợp

Lựa chọn phương án này giúp xác định được mô men phanh cần thiết, lực tác dụng lên cơ cấu phanh và áp suất thủy lực cần thiết, từ đó làm rõ bài toán và thuận lợi cho các bước tính toán tiếp theo.

Hình 2.30: Áp suất tác dụng lên cụm xylanh phanh chính trợ lực khí nén

Dựa vào hình (2.30) áp suất tác dụng lên cụm xylanh bộ trợ lực khí nén

2 ra kn m tl xlc tl m kn xlc p S p S p D suy p D

Mặt khác áp suất khí nén cực đại cho phép của hệ thống phanh nằm trong giới hạn từ 5000 — 8000 kN/m 2 tức là từ 5 — 8 kg/cm 2

Các phương án lựa chọn: pkn = 5 kg/cm 2

Với pkn = 5 kg/cm 2 ta có tỉ lệ:

Từ tỉ lệ trên ta lựa chọn được loại bộ trợ lực khí nén có:

Bảng 3.3: Thông số Dm, Dxlc tương ứng với áp suất khí nén 5kg/cm 2

5.5 inch 15/16 inch pkn= 8 kg/cm 2

Với pkn = 8 kg/cm 2 ta có tỉ lệ:

Từ tỉ lệ trên ta lựa chọn loại bộ trợ lực khí nén có:

Bảng 3.4: Thông số Dm, Dxlc tương ứng với áp suất khí nén 8 kg/cm 2

So sánh hai phương án, ta nhận thấy rằng hệ thống phanh với áp suất nhỏ 5 Kg/cm² vẫn có khả năng đáp ứng momen phanh cần thiết trong giới hạn cho phép.

Khi áp suất khí nén tăng cao, yêu cầu về đường ống và các bộ phận trở nên phức tạp và nghiêm ngặt hơn Vì vậy, việc lựa chọn sử dụng bộ trợ lực khí nén là rất cần thiết.

Dm=5,5 inch Dxlc/16 inch sử dụng trên xe

Dựa vào thông số bộ trợ lực khí nén đã lựa chọn, chúng ta có thể tính toán ngược lại áp suất khí nén thông qua áp suất thủy lực cần thiết Áp suất khí nén cần thiết cho cơ cấu phanh cầu trước được xác định như sau:

  (kg/cm 2 ) (1.20) [1] Áp suất khí nén cần thiết cho cơ cấu phanh cầu sau là:

Dựa vào giá trị áp suất khí nén của hệ thống phanh ở hai cầu, áp suất làm việc của hệ thống trợ lực khí nén được chọn trong khoảng 5,9 đến 8 kg/cm², theo tiêu chuẩn TCVN 2144:2008 về "Hệ thống và bộ phận thủy lực/khí nén - áp suất danh nghĩa".

2.3.3.5 Tính toán hệ thống khí nén

Xác định lượng khí nén tiêu hao sau mỗi lần đạp phanh

Sau mỗi lần đạp phanh, lượng khí nén sẽ bị hao hụt, bao gồm thể tích khí nén trong đường ống từ van phân phối đến cụm xy lanh phanh chính, cộng với thể tích màng trợ lực dịch chuyển.

Trong đó: l0 là chiều dài đường ống khí nén từ van phân phối đến cụm xylanh phanh chính l0 = 350 cm

Hm - Hành trình làm việc của màng trợ lực

(1.25) d0 - Đường kính ống khí nén

Năng suất máy nén khí được xác định dựa trên khả năng nạp nhanh và đầy bình chứa sau khi khởi động, đồng thời duy trì áp suất gần với mức tính toán khi phanh liên tục Hiện nay, năng suất máy nén khí trên xe dao động từ 60 đến 250 lít/phút, với số vòng quay của máy nén khí thường xuyên được điều chỉnh để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Giả sử ta chọn máy nén khí loại Q = 100 (lít/phút), số vòng quay n = 1250 (vòng/phút)

Thời gian phục hồi lượng khí nén sau mỗi lần đạp phanh

Thời gian phục hồi lượng khí nén sau mỗi lần đạp phanh được xác định như sau:

Kiểm tra số lần đạp phanh tối đa khi máy nén khí không làm việc

Khi máy nén khí không hoạt động, hệ thống phanh của xe cải tiến sẽ sử dụng khí nén dự trữ trong bình chứa Sau mỗi lần đạp phanh, áp suất khí nén trong bình giảm dần từ 8 kg/cm² xuống 5,9 kg/cm².

Theo kĩ thuật nhiệt, phương trình trạng thái đẳng nhiệt ta có: t t s s p V  p V

Thiết kế hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén

2.4.1 Bản vẽ khung mô hình

Khung mô hình là chi tiết chính là nơi gá và cố định các bộ phận, chi tiết, kết cấu chính của hệ thống phanh thủy lực khí nén

Khung đảm bảo bố trí được đầy đủ các chi tiết của mô hình vật lý

Hình 2.32: Bản vẽ khung mô hình

Khung mô hình được thiết kế bằng sắt 6x4 có hình dạng chữ nhật với kích thước tổng thể là 1000mm chiều dài, 600mm chiều rộng và 40mm chiều cao.

 Khung được chia làm 2 hình chữ nhật đứng và ngang:

- Khung hình chữ nhật đứng có các thông số chiều dài, rộng, cao lần lượt là 250mm x 40mm x 600mm

Khung hình chữ nhật có kích thước chiều dài 630mm, chiều rộng 40mm và chiều cao 600mm Sản phẩm này được thiết kế bằng phần mềm Autocad 3D và 2D, cho phép hiển thị rõ ràng các thông số kỹ thuật cùng hình ảnh mô phỏng của khung mô hình.

Sau khi đã xác định thông số kỹ thuật và phần mềm và tiến hành quá trình vẽ

2.4.2 Bản vẽ van phân phối

Hình 2.33: Bản vẽ van phân phối

Bản vẽ van phân phối (Hình 2.33) đã được nhóm thống nhất thông qua quá trình tính toán thiết kế kỹ lưỡng, nhằm lựa chọn và thực hiện việc mô phỏng bằng phần mềm Autocad 2D và 3D.

- Cỏc thụng số lỗ khớ ứ20, chiều rộng mặt đỏy 80mm, dày 10mm

- Có chức năng truyền khí nén từ bình khí nén đến bầu trợ lực phanh

- Vị trí lắp đặt nằm dưới bàn đạp phanh

- Sau khi đã xác định thông số kỹ thuật và phần mềm và tiến hành quá trình vẽ

2.4.3 Bản vẽ máy nén khí

Hình 2.34: Bản vẽ máy nén khí

(Hình 2.34) là bản vẽ máy nén khí được sử dụng trực tiếp trên mô hình là loại máy nén khí sử dụng nguồn điện 12V

Công suất: 12V: 500W, công suất khởi động Max: 1690W

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật máy nén khí

Loại Công suất Lưu lượng

Piston 0.73 HP 1.35 CFM6,4 lít/phút

Sau khi đã xác định thông số kỹ thuật và phần mềm và tiến hành quá trình vẽ

2.4.4 Bản vẽ bình khí nén

Hình 2.35: Bản vẽ bình khí nén

(Hình 2.35) là bản vẽ bình khí nén làm bằng thép có dung tích bình chứa là

25 lít, kích thước R = 100 mm, L = 200 mm, đường kính các ống xã và cấp hơi lần lượt là 20mm và 10mm

Bình chứa khí nén chịu được áp lực 12 — 15kg/cm 2

Bình chứa khí nén đảm bảo đủ yêu cầu theo TCVN 8366 : 2010 “Bình chịu áp lực — yêu cầu về thiết kế và chế tạo”

Bản vẽ được thể hiện thông qua phần mền Autocad 2D, 3D

Sau khi đã xác định thông số kỹ thuật và phần mềm và tiến hành quá trình vẽ

2.4.5 Bản vẽ bộ trợ lực phanh

Hình 2.36: Bản vẽ bộ trợ lực phanh

Bản vẽ chi tiết bộ trợ lực phanh của hãng Nabco Nhật Bản, được áp dụng cho xe tải Hino FC9JLTA, đã được thể hiện bằng phần mềm Autocad 2D.

Vvv… cùng môt số chi tiết khác được thể hiện trên bản vẽ Autocad 2D

Sau khi đã xác định thông số kỹ thuật và phần mềm và tiến hành quá trình vẽ

Sau khi đã hoàn thành các hình vẽ ta tiến hành kiểm tra lại kích thước và xuất file PDF

Hình 2.37: Bản vẽ guốc phanh

(Hình 2.37) là bản vẽ guốc phanh, một bộ phận không thể thiếu trong mô hình hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén

Gồm có các bộ phận chính:

- Xylanh chính: piston và cuppen

- Tấm ma sát guốc phanh

- Lò xo phản hồi Được thể hiện chi tiết kích thước trên phần mềm Autocad 2D

Sau khi đã xác định thông số kỹ thuật và phần mềm và tiến hành quá trình vẽ

Sau khi đã hoàn thành các hình vẽ ta tiến hành kiểm tra lại kích thước và xuất file PDF

2.4.7 Bản vẽ lắp ghép bộ trợ lực phanh và guốc phanh

Hình 2.38: Bản vẽ lắp ghép bộ trợ lực phanh và guốc phanh bản 2D

(Hình 2.38) là hình vẽ 2D của bộ trợ lực khí nén và guốc phanh sau khi được lắp ráp các chi tiết và bộ phận lại với nhau

Dùng các lệnh “LINE”, “CIRCLE”, “ART”, “TRIM” v.v.v…., để cắt ghép các chi tiết theo đúng các kích thước đã cho

Sau khi đã hoàn thành các hình vẽ ta tiến hành kiểm tra lại kích thước và xuất file PDF

Hình 2.39: Bản vẽ lắp ghép bộ trợ lực phanh và guốc phanh bản 3D

(Hình 2.38, 2.39) là bản vẽ lắp ghép bộ trợ lực phanh và guốc phanh Ta tiến hành các bước thực hiện như sau:

- Lắp ghép các chi tiết đã được vẽ và mô phỏng ở hình 2.36 ( Bộ trợ lực phanh), 2.37 (Guốc phanh)

- Mô phỏng bằng lệnh “ REVOLVE1 OF HOP ”

- Tiếp đến sử dụng lệnh “ BOSS-EXTRUDE1 OF 8B” để cắt ráp các guốc phanh

- Mô phỏng bằng lệnh “ REVOLVE1 OF HOP ”

- Tiếp đến sử dụng lệnh “ BOSS-EXTRUDE1 OF 8B, CUT-EXTRUDE1,2 ” để cắt ráp bộ trợ lực phanh

- Dùng lệnh “ SWEEP1 OF ORG ” Để nối các đầu của các chi tiết lại với nhau

2.4.8 Bản vẽ bố trí các chi tiết của hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén

Hình 2.40: Bản vẽ bố trí các chi tiết

Bản vẽ trong Hình 2.40 thể hiện quá trình bố trí các bộ phận quan trọng như máy nén khí, bơm khí nén, bàn đạp phanh, các cụm cơ cấu phanh và bộ trợ lực phanh sau khi đã tính toán các thông số cần thiết trên phần mềm Autocad.

Sau khi đã hoàn thành các hình vẽ ta tiến hành kiểm tra lại kích thước và xuất file PDF

2.4.9 Các bộ phận trong hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén

Hình 2.41: Các loại bu lông, đai ốc

Thiết kế 3D bu lông và đai ốc (Hình 2.41) được sử dụng để lắp ráp và kết nối các chi tiết rời rạc thành một khối hoàn chỉnh, như máy nén khí, bình khí nén và các thiết bị khác trong hệ thống mô hình và trên xe.

Việc lựa chọn bu lông và đai ốc cần phải tương thích với kích thước của từng chi tiết lắp ghép để tránh sai số trong quá trình lắp đặt, từ đó đảm bảo độ cứng vững cho các chi tiết được ghép nối.

Việc thiết kế chi tiết bu lông — đai ốc 3D giúp người đọc dễ hình dung chi tiết

Lò xo nén hồi vị, như trong thiết kế 3D (Hình 2.42), đóng vai trò quan trọng trong bộ trợ lực phanh và guốc phanh Nó giúp giữ má phanh không bị bó vào tang trống khi không có tác dụng phanh, đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống phanh.

Việc chọn lò xo nén cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống phanh để đảm bảo tính ổn định trong hoạt động Lựa chọn sai lò xo có thể dẫn đến sự cố trong hệ thống, gây hư hỏng cho các chi tiết liên quan.

2.4.9.4 Ống nối, ống dẫn khí, dẫn dầu

Hình 2.43: Ống nối, ống dẫn khí, dẫn dầu…

Thiết kế 3D của các loại ống nối dẫn khí và dẫn dầu (Hình 2.43) rất quan trọng Việc lựa chọn đúng loại ống nối và ống dẫn phù hợp với công dụng sẽ giúp kết nối các chi tiết một cách hiệu quả, tránh được các sự cố không mong muốn.

Việc chọn sai ống và thông số kích thước có thể dẫn đến hệ thống phanh hoạt động không ổn định, thậm chí gây ra vỡ và hư hỏng cho mạng lưới ống dẫn trong hệ thống phanh.

 Có 2 loại ống dẫn được sử dụng trong hệ thống:

Ống dẫn khớ nộn được chế tạo từ cao su với kích thước ứ12, thường được lắp đặt từ máy nén khí đến bình khí nén, cũng như từ van phân phối đến cụm xylanh chính hỗ trợ lực khí nén.

- Loại ống dẫn dầu thủy lực: Được sử dụng bằng ống dẫn bằng đồng với kích thước ứ6, lắp từ xylanh chớnh đến cỏc xylanh con cơ cấu phanh

Bộ phận chính trong hệ thống này giúp tăng áp lực dầu nhờ lực đẩy của khí nén, thông qua màn lực và xylanh chính Các kích thước và thông số kỹ thuật đã được xác định để tiến hành vẽ mô phỏng 3D bằng phần mềm Solidworks.

(Hình 2.45) Là chi tiết nằm bao quanh pitton lực, tạo nên một cơ cấu dẫn động

Vòng cao su có khả năng làm kín hơi hiệu quả, chịu được áp lực tốt, và sở hữu độ bền cao cùng độ dẻo dai Chúng được thiết kế để bao kín piston, đảm bảo chức năng ngăn chặn sự thất thoát khí nén.

Vỏ xylanh lực đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra không gian nén khí và duy trì áp suất làm việc, ngay cả khi điều kiện thay đổi trong chu kỳ hút và nén Đồng thời, nó cũng bảo vệ các chi tiết bên trong khỏi những tác động từ môi trường bên ngoài.