TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN VÀ ABS KHÍ NÉN 8 1.1 T ổ ng quan v ề h ệ th ố ng phanh khí nén
C ấ u t ạ o chung h ệ th ố ng phanh khí nén
1.1.1.1 Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam.
Cơ cấu phanh tang trống là một hệ thống phổ biến trên ô tô, sử dụng guốc phanh cố định để tạo ra lực phanh Khi bánh xe quay, mặt trụ trong của tang trống tiếp xúc với các má phanh, tạo ra ma sát cần thiết để dừng xe Quá trình phanh hiệu quả nhờ vào sự tương tác giữa bề mặt tang trống và các má phanh, đảm bảo an toàn khi lái xe.
Cơ cấu phanh tang trống được phân loại dựa trên cách bố trí và điều khiển các guốc phanh, tạo ra nhiều dạng khác nhau Trong hệ thống phanh khí nén, cơ cấu phanh thường sử dụng phương pháp điều khiển bằng cam.
1- Chốt guốc phanh; 2- Mâm phanh; 3- Tấm chắn; 4- Êcu; 5- Tấm đệm chốt guốc phanh; 6- Khoá hãm; 7- Guốc phanh; 8- Lò xo hồi vị; 9- Tấm ma sát; 10- Trục con lăn; 11- Cam ép; 12- Con lăn; 13- Đòn điều chỉnh; 14- Trục cam phanh.
Hình 1.1 C ấ u t ạo cơ cấ u phanh d ạ ng cam
Cơ cấu phanh này chỉ dùng cho xe có tải trọng lớn và dùng cho hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
Cơ cấu phanh được thiết kế đối xứng qua trục, với xi lanh khí nén điều khiển cam xoay 11 để ép guốc phanh 7 vào trống phanh Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống, trong khi phần cố định bao gồm mâm phanh 2 được gắn chắc chắn trên dầm cầu.
Cụm cơ cấu phanh được lắp trên mâm phanh 2, kết nối cứng với bích cầu, với các tấm ma sát 9 hình lưỡi liềm được lắp trên hai guốc phanh 7 Các guốc phanh tựa tự do lên các bánh lệch tâm trên mâm phanh, cho phép định tâm chính xác so với trống phanh Cam quay có biên dạng Cycloit hoặc Acsimet, khi phanh cam ép 11 chuyển động sẽ đẩy các guốc phanh ra, áp sát vào bề mặt trống phanh để thực hiện quá trình phanh Giữa cam ép và guốc phanh có con lăn 12 để giảm ma sát và tăng hiệu quả phanh, trong khi bốn lò xo hồi vị 8 giúp guốc phanh trở về vị trí nhả phanh.
Cam tác động lên các guốc phanh với chuyển vị tương đương, dẫn đến việc má phanh bị mòn gần như đồng đều Do đó, kích thước của các má phanh trên cả hai guốc phanh trong cơ cấu này gần như bằng nhau.
1.1.1.2 Hệ thống dẫn động điều khiển phanh
Hệ thống dẫn động đóng vai trò quan trọng trong việc truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh Để hoạt động hiệu quả, hệ thống này cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và an toàn.
Độ nhạy cần thiết của hệ thống;
Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển đến cơ cấu phanh của ôtô;
Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường
Hệ thống dẫn động phanh thủy lực sử dụng truyền động thủy tĩnh kết nối từ cơ cấu điều khiển đến xylanh bánh xe, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
Thời gian chậm tác dụng ngắn
Tạo được lực ép trên cơ cấu phanh đồng đều và đồng thời, làm tăng tính ổn định của ô tô khi phanh
Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô khác nhau, khi đó chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh
Nhược điểm của hệ thống dẫn động thủy lực:
Tỷ số truyền thấp hạn chế khả năng tăng lực điều khiển cho cơ cấu phanh, do đó, khi cần lực phanh lớn, người dùng phải sử dụng hành trình bàn đạp dài hơn hoặc áp dụng trợ lực.
Hiệu suất truyền giảm khi nhiệt độ thay đổi
Trong hệ thống dẫn động phanh ô tô, lực điều khiển từ người lái tác động vào bàn đạp nhanh và tỉ lệ thuận với lực phanh Đối với ô tô tải lớn và xe buýt, việc sử dụng hệ thống thủy lực không phù hợp do yêu cầu năng lượng điều khiển lớn, dễ gây mệt mỏi cho người lái Ngược lại, hệ thống phanh khí nén cho phép lực điều khiển nhỏ hơn, áp suất trong ống dẫn không cao và có khả năng dẫn động xa đến các cơ cấu phanh cần thiết, đồng thời dễ dàng tích hợp hệ thống điều khiển tự động.
Hệ thống phanh dẫn động khí nén có nhược điểm là có nhiều chi tiết, kích thước lớn và giá thành cao Độ nhạy của hệ thống này kém, dẫn đến thời gian bắt đầu hoạt động của phanh lâu hơn, do không khí bị nén khi chịu lực từ người lái.
Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 1.2)
Hình 1.2 Sơ đồ c ấ u t ạ o d ẫn độ ng phanh khí nén
1 Máy nén khi 4 Cụm van chia, bảo vệ
2 Bộđiều chỉnh áp suất 5 Bình chứa khí nén mạch I
3 Bình làm khô 6 Bình chứa khí nén mạch II a) Nguồn cung cấp 7 Van phân phối hai dòng b) Cụm điều khiển 8 Bầu phanh và cơ cấu phanh trước c) Cơ cấu chấp hành: 9 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau d) Các đường ống dẫn khí
Giới thiệu về xe tham khảo
B ả ng 1.1 Thông s ố xe tham kh ả o
DẪN ĐỘNG 4x2, tay lái thuận ĐỘNG CƠ
Model: YC4F115-20 – 4 Xylanh thẳng hàng – TURBO Euro 2
Dung tích xi lanh(cc) 3,907 Công suất Max (KW/rpm) 85/3200 Momen xoắn cực đại
Tiêu hao nhiên liệu tại tốc độ 60km/h (lit/km)
Kích thước ngoài (mm) 5990x2190x2570 Kích thước thùng (mm) 3700x2000x600 Chiều dài cơ sở (mm) 3400
Khoảng sáng gầm xe (mm)
Chiều dài vết bánh xe trước (mm)
Chiều dài vết bánh xe sau (mm)
Chiều cao trọng tâm hg
Tổng trọng lượng G (Kg) 7685 Phân bố lên trục 1 (Kg) 2685 Phân bố lên trục 2 (Kg) 5000 Khối lượng cho phép lớn nhất trên trục (kG)
Tốc độ tối đa (Km/h) 95
HỆ THỐNG LÁI Cơ khí có trợ lực thủy lực
Kiểu tang trống / dẫn động khí nén
Kiểu tang trống / tác động lên bánh sau / có lò xo tích năng tại bầu phanh Áp suất Áp suất làm việc của hệ thống là 7 kg/cm 2
Phụ thuộc Nhíp hợp kim dạng nửa elip, ống giảm chấn thuỷ lực
1.1.2.2 Hệ thống phanh khí nén trên xe a Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén không có ABS
Nguyên lý làm việc của hệ thống
Khí nén được cung cấp từ máy nén khí, đi qua van điều áp và bộ lọc tách nước, sau đó đến van an toàn kép trước khi tới hai bình chứa khí Van an toàn kép đảm bảo hoạt động độc lập của hai bình chứa, tạo ra hai nguồn cung cấp khí riêng biệt cho hai dòng dẫn động phanh.
Hình 1.3 Sơ đồ h ệ th ố ng phanh trên xe tham kh ả o
Dẫn động phanh trục trước bắt đầu từ bình khí 5 qua khoang dưới của tổng van 8, đi tới các bầu phanh của trục trước 9, 10
Dẫn động phanh cầu sau bắt đầu từ bình khí 6, qua khoang trên của tổng van
8, đi tới van gia tốc 12, tới các bầu phanh của cụm cầu sau 14, 15
Dòng khí nhả phanh dừng bắt đầu từ bình khí 5, 6, đi qua van điều khiển 11 và van xả nhanh 13, sau đó đến các bầu tích năng dạng lò co của cụm cầu sau 14, 15, nơi các lò xo được ép để thực hiện quá trình nhả phanh.
Khi thực hiện phanh dừng, việc xoay tay van 11 sẽ làm xả hết khí nén đang ép các lò xo tích năng Điều này khiến các lò xo bung ra, từ đó xoay trục cam và ép các guốc phanh vào bánh xe sau, thực hiện quá trình nhả phanh tay.
Van điều áp 2 không chỉ điều chỉnh áp suất làm việc trong hệ thống mà còn đóng vai trò là van an toàn Nó thực hiện nhiệm vụ dừng hoặc khởi động máy nén khí khi áp suất trong hệ thống vượt quá hoặc thấp hơn giới hạn cho phép.
Van an toàn 3 ngả giữ cho xe hoạt động bình thường khi xe mất đi một dòng hơi. b Các bộ phận trên hệ thống phanh
Van phân phối có chức năng điều khiển việc mở và đóng các van để cấp hoặc ngừng cung cấp khí nén Khoang trên có cửa vào D nối với bình chứa khí và cửa ra C kết nối với các bầu phanh ở bánh xe Tương tự, khoang dưới có cửa vào E và cửa ra A, cùng với một cửa thông khí F chung cho cả hai khoang Mỗi khoang được trang bị một van điều khiển: Van 2 trong khoang trên điều chỉnh các van nạp 7 và van xả 6, trong khi van 11 ở khoang dưới kiểm soát các van nạp 9 và van xả 10.
Nguyên lý hoạt động của van như sau:
Ở trạng thái không phanh như thể hiện hình 1.4, các bầu phanh tại các bánh xe được nối thông với khí trời do các van xả 6 và 10 mở.
1 Pittông lớn khoang dưới; 2,11 Van điều khiển; 3 Ty đẩy; 4.Phần tử đàn hồi; 5 Pittông khoang trên; 6,10.Van xả; 7,9 Van nạp ; 12 Pittông nhỏ
Hình 1.4 Van phân ph ố i d ẫn độ ng hai dòng
Khi phanh, lực từ bàn đạp truyền qua phần tử đàn hồi tới pittông, khiến pittông dịch chuyển xuống Van xả đóng lại, ngăn không cho cửa C thông với khí trời Khi pittông tiếp tục di chuyển, van nạp mở ra, cho phép khí nén từ cửa D đi qua khoang dưới tới cửa C, từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Đồng thời, khí nén từ khoang trên cũng được dẫn qua lỗ nhỏ xuống khoang trên pittông.
Khi pittông con 12 di chuyển xuống, van xả 10 sẽ đóng lại, trong khi van nạp 9 mở ra, cho phép khí nén từ cửa E đi qua cửa A đến các bầu phanh ở bánh xe.
Trong hệ thống phanh, khoang trên được điều khiển bằng dẫn động cơ khí, trong khi khoang dưới sử dụng khí nén từ khoang trên Nếu khoang trên mất khí và ngừng hoạt động, khi phanh, ty đẩy 3 sẽ đi xuống, tác động lên con đội 8 và đẩy pittông nhỏ.
Khoang dưới thực hiện quá trình phanh trên một cầu còn lại khi có sự điều khiển từ ty đẩy 3 Nếu lái xe đạp phanh đột ngột, khoang dưới sẽ được điều chỉnh do khí nén không kịp cung cấp qua lỗ B để điều khiển pittông lớn 1.
Tính chép hình của tổng van thể hiện qua quá trình tác động của lực Q Khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào dưới pittông 5, sau đó qua cửa C đến các bầu phanh ở bánh xe Áp suất khí trong khoang dưới pittông 5 tăng dần cho đến khi đạt được áp lực đủ để thắng lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 và đẩy pittông lên cho đến khi van nạp đóng lại Khi cả van nạp và van xả đều đóng, áp suất khí nén không còn tăng và pittông 5 đạt trạng thái cân bằng Quá trình tương tự cũng diễn ra ở khoang dưới.
Áp suất trong hệ thống phanh chỉ có một giá trị tương ứng với lực tác động lên bàn đạp Điều này cho phép người lái điều chỉnh cường độ phanh theo ý muốn của mình.
Bầu phanh xe có cấu trúc giống như xi lanh lực tác động một chiều, với vỏ bầu phanh được gắn cố định trên vỏ cầu Đòn đẩy được tựa chặt trên pittong đẩy và di chuyển để điều khiển cam quay, giúp cải thiện hiệu suất phanh.
Bầu phanh được chia làm 2 loại chính:
Bầu phanh đơn: là loại tác dụng một chiều
Bầu phanh kép: có tác dụng hai chiều (bầu phanh tích năng)
Bầu phanh đơn dạng màng gồm hai nữa vỏ cố định trên cầu xe, với màng cao su chia bầu phanh thành hai khoang Khoang bên trái dẫn khí nén từ van phân phối, trong khi khoang bên phải thông với khí quyển Lò xo hồi vị đẩy màng cao su về vị trí ban đầu khi không phanh Màng cao su được hỗ trợ bởi tấm đỡ, kết nối với thanh đẩy dẫn động cam quay để điều khiển cơ cấu phanh Chiều dài thanh đẩy có thể điều chỉnh qua đai ốc, đảm bảo vị trí phù hợp với cam quay.
Nguyên lý làm việc của bầu phanh đơn dạng màng:
Khi không có phanh, màng cao su sẽ trở về vị trí bên trái nhờ vào lò xo hồi vị Khi thực hiện phanh, khí nén với áp suất cao được dẫn vào khoang bên trái của bầu phanh, đẩy màng cao su và đòn đẩy dịch chuyển sang bên phải, tạo ra sự xoay cần thiết.
Khi nhả phanh, lò xo hồi vị sẽ đẩy màng cao su, kéo đòn đẩy về vị trí ban đầu Đồng thời, khí nén ở khoang bên trái sẽ được thoát ra ngoài qua ống, kết thúc quá trình phanh.
Hình 1.5 B ầu phanh trướ c (b ầu phanh đơn)
Nguyên lý làm việc của bầu phanh:
T ổ ng quan h ệ th ố ng ABS khí nén
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) là một phần quan trọng trong hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại Nó giúp ngăn chặn tình trạng bó cứng bánh xe khi phanh, từ đó nâng cao độ ổn định của xe, rút ngắn quãng đường phanh và cải thiện khả năng điều khiển quay vòng, rất cần thiết khi phải tránh chướng ngại vật.
Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:
Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì tăng tính an toàn phanh với dẫn động hai dòng;
Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa
Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân không
Năm 1978, hệ thống phanh ABS được ứng dụng thương mại trên ô tô, giúp điều chỉnh áp suất phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực ABS hoạt động bằng cách giữ, giảm hoặc tăng áp suất đến các xi lanh phanh bánh xe, nhằm ngăn chặn hiện tượng trượt lết trong quá trình phanh.
Năm 1989, hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống trượt quay TSC, cho phép điều chỉnh mô men phanh và mô men từ động cơ đến các bánh xe Hệ thống này còn có khả năng điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho động cơ để hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men Tuy nhiên, thời điểm đó, số kênh điều khiển còn hạn chế, chỉ có thể điều khiển một hoặc hai kênh cho toàn bộ cầu hoặc một cầu xe, và sử dụng van điều hòa lực phanh cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các bánh.
Năm 1994, hệ thống phanh ABS đã được tích hợp với hệ thống cân bằng điện tử EBD, đánh dấu sự chuyển mình từ các hệ thống cơ khí sang các giải pháp điện tử Hệ thống phanh ABS trong giai đoạn này bắt đầu điều khiển nhiều kênh, cho phép kiểm soát từng bánh xe một cách độc lập.
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển điện tử và tự động hóa đã dẫn đến việc hoàn thiện các hệ thống điều khiển trên ô tô, từ đó nâng cao tính tiện nghi và an toàn khi sử dụng xe.
Hệ thống phanh ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tốc độ chuyển động và tính an toàn chủ động Dựa trên công nghệ ABS, hệ thống phanh hiện đại tích hợp nhiều chức năng ưu việt, không chỉ giảm tốc độ hay dừng xe mà còn hỗ trợ trong quá trình khởi động và tăng tốc Hệ thống này giúp kiểm soát hiện tượng quay vòng thiếu và thừa, từ đó tăng cường tính ổn định của xe khi di chuyển qua các khúc cua.
Một số sự kết hợp của ABS với các hệ thống khác:
ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử (Electronic Brake-force Distribution – EBD) và hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist
ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control (TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR)
ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Electronic Stability Program – ESP)
Trong những năm qua, quá trình hoàn thiện và tối ưu hóa hiệu quả làm việc của hệ thống phanh đã được chú trọng Hệ thống ABS hiện nay hoạt động tối ưu, đáp ứng các yêu cầu nâng cao về chất lượng phanh của ô tô, đảm bảo an toàn và hiệu suất tối đa trong việc dừng xe.
ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh và chuyển động của ôtô
Hệ thống cần hoạt động ổn định và linh hoạt, đảm bảo khả năng điều khiển hiệu quả trong mọi điều kiện tốc độ của xe và trên tất cả các loại địa hình, từ đường bê tông khô với độ bám tốt đến đường đóng băng có độ bám kém.
Hệ thống phanh cần tối ưu hóa khả năng phanh của từng bánh xe trên đường để nâng cao tính ổn định khi điều khiển và giảm thiểu quãng đường phanh Điều này đảm bảo hiệu quả phanh không phụ thuộc vào cách thức phanh của người lái, dù là phanh đột ngột hay phanh từ từ.
Khi phanh xe trên đường với các hệ số bám khác nhau, như hai bánh xe bên phải chạy trên mặt đường trơn trượt và hai bánh bên trái trên đường khô, mô men xoay quanh trục đứng qua trọng tâm xe sẽ luôn xảy ra Lúc này, hệ thống ABS cần can thiệp để giảm tốc độ tăng của mô men quay, giúp người lái có đủ thời gian điều chỉnh thông qua hệ thống lái.
Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh gấp trong lúc đang quay vòng
Hệ thống cần có chức năng tự kiểm tra, chẩn đoán và đảm bảo an toàn Mạch kiểm soát phải liên tục theo dõi hoạt động của hệ thống một cách toàn diện Khi phát hiện lỗi có khả năng ảnh hưởng đến hiệu suất của ABS, hệ thống sẽ thông báo cho lái xe qua đèn báo, và lúc đó, phanh sẽ hoạt động như một hệ thống phanh thông thường.
1.2.1.2 Phân loại hệ thống ABS
Ta có sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển trên ABS
Hình 1.10 Sơ đồ phân lo ạ i d ẫn động điề u khi ể n
Kênh điều khiển Cảm biên vận tốc Cảm biến vận tốc (thay thế)
3 cảm biến 2 cảm biến 2 cảm biến
Phân loại theo kiểu điều khiển a Điều khiển 4 kênh độc lập (kiểu (1), (2))
Các dòng có thể điều khiển 4 kênh độc lập, theo kiều cầu trước/ cầu sau hoặc điều khiển chéo (X)
Hệ thống phanh 3 kênh hiện nay rất phổ biến, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc lực phanh giữa các bánh xe, từ đó nâng cao sự ổn định của xe khi di chuyển.
Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển độc lập còn 2 bánh cầu sau vẫn sử dụng điều khiển chung c Điều khiển 2 kênh ( kiểu (4),(5),(6))
Kiểu điều khiển này chỉ sử dụng 2 kênh để điều khiển 4 bánh xe, dẫn đến sự phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh Mặc dù có ưu điểm về chi phí thấp, nhưng không đảm bảo ổn định tốt cho xe khi di chuyển, vì vậy kiểu điều khiển này ít được áp dụng trên các phương tiện hiện nay.
Ngoài ra trong hệ thống thủy lực còn có cách phân loại theo cơ cấu chấp hành gồm: van 2 vị trí, và van 3 vị trí
1.2.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS
1.2.2.1 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Hình 1.11 Sơ đồ l ự c và mô men tác d ụ ng lên bánh xe khi phanh
Khi phanh, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:
P ξ – lực đẩy từ khung xe truyền đến; rb
Gb – tải trọng tác dụng lên bánh xe;
Zb – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe;
Mf – Mô men cản lăn;
Mjb – Mô men quán tính
Cơ cấu phanh tạo ra mô men phanh Mp để hãm bánh xe, khiến bánh xe giảm tốc độ Khi bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, nó còn chịu thêm mô men quán tính Mjb tác động cùng chiều với chiều quay của bánh xe.
Bánh xe chịu tác dụng của mô men cản lăn Mf ngược chiều chuyển động, nhưng mô men này nhỏ hơn nhiều so với mô men phanh Mp Trong quá trình phanh, mô men cản lăn có thể được bỏ qua, chỉ còn lại mô men phanh có tác dụng hãm bánh xe Mô men phanh này tạo ra lực phanh Pp có phương tiếp tuyến, ngược với chiều của lực Pξ, giúp giảm tốc độ chuyển động của ô tô Lực phanh được xác định theo công thức: b p p r.
1.2.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐIỂN HÌNH VÀ KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ
Các công ngh ệ ch ế t ạo điể n hình
Nền công nghiệp ô tô là thước đo quan trọng cho khả năng phát triển khoa học kỹ thuật của một quốc gia, vì sự phát triển của ngành này sẽ thúc đẩy sự hình thành và phát triển của các ngành công nghiệp phụ trợ Tại Việt Nam, một quốc gia đang trong quá trình phát triển, ngành công nghiệp phụ trợ ô tô đã có những bước tiến đáng kể, mở ra nhiều cơ hội mới cho nền kinh tế.
Trong mười năm qua, ngành công nghiệp ôtô tại Việt Nam đã được đầu tư và phát triển mạnh mẽ, tập trung chủ yếu vào sản xuất các chi tiết phụ trợ cho xe con và xe tải nhẹ Mặc dù một số cụm chi tiết phức tạp như động cơ và hệ thống điều khiển điện tử vẫn chủ yếu phải nhập khẩu, nhưng các doanh nghiệp như Trường Hải, Xuân Kiên và VEAM đã sản xuất và lắp ráp thành công nhiều loại xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về xe tải nhẹ và một phần xe con trong nước.
Công nghệ gia công áp lực, hay còn gọi là Metal forming technology, đã ra đời từ sớm và phát triển mạnh mẽ ở các quốc gia công nghiệp tiên tiến như Đức, Mỹ, Nga và Nhật Bản Công nghệ này dựa trên khả năng biến dạng dẻo của kim loại để tạo hình trong khuôn thông qua tác động của lực bên ngoài Các yếu tố chính của công nghệ bao gồm vật liệu, khả năng biến dạng dẻo, cấu trúc của các bộ phận khuôn và thiết bị dập, cùng với quy trình công nghệ hợp lý.
Công nghệ chế tạo hiện đại cho phép sản xuất các sản phẩm dạng tấm như vỏ và nắp thông qua phương pháp dập tấm Đối với các sản phẩm dạng khung bệ, công nghệ dập khối và ghép nối được áp dụng, trong khi các chi tiết dạng ống dẫn được chế tạo bằng dập vuốt thủy cơ sử dụng chất lỏng Ngoài ra, các chi tiết truyền động trong động cơ như bánh răng, khớp nối và tay biên cũng được sản xuất bằng công nghệ dập khối.
Hình 2.1 Các c ụ m chi ti ế t chính trong ô tô con
2.1.1 Các công nghệ chế tạo trong gia công áp lực
2.1.1.1 Chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ
Trong ô tô, nhiều chi tiết như nắp capô, cánh cửa và nắp cốp sau được sản xuất chủ yếu bằng công nghệ dập vuốt với chiều sâu dập vuốt thấp Công nghệ này đã đạt được nhiều thành tựu, đặc biệt là việc ứng dụng hệ thống chặn đàn hồi và chặn cục bộ với lực chặn thay đổi, phổ biến ở Đức trong ngành sản xuất ô tô và máy bay Tuy nhiên, việc dập vuốt các chi tiết lớn với mức độ thấp thường gặp khó khăn trong việc đạt độ sắc nét ở góc cạnh và hiện tượng đàn hồi Để khắc phục điều này, phương pháp dập vuốt có kéo và gân vuốt thường được ưu tiên sử dụng.
Theo sơ đồ nguyên lý hình 2.2, chày được kết nối với đế khuôn (bàn máy), trong khi cối được gắn với đầu trượt Tại vị trí ban đầu, chặn sẽ nâng lên đến cùng chiều cao với chày.
44 khi cao hơn chày để tạo lực nâng ban đầu), phôi tấm được đặt lên bề mặt phẳng của chặn
Trong quá trình dập vuốt, cối di chuyển xuống cùng với đầu trượt để ép phôi và tạo lực kẹp ban đầu Khi cối tiếp tục đi xuống, phôi sẽ được chày vuốt vào trong cối, hình thành chi tiết Quá trình này được thực hiện trên máy ép thủy lực với xilanh đẩy dưới Việc chế tạo chày cối có kích thước chính xác gặp khó khăn trong công nghệ dập vuốt truyền thống Tuy nhiên, việc ứng dụng chất lỏng, cao su và polyurethane làm chày hoặc cối đã cải tiến công nghệ dập vuốt, giúp tiết kiệm thời gian gia công khuôn, giảm thiểu kim loại sử dụng, tăng cường mức độ dập vuốt và cho phép tạo hình chi tiết phức tạp Nguyên lý và sản phẩm dập thủy cơ được minh họa rõ ràng, trong đó chất lỏng đóng vai trò cối, tạo áp lực cần thiết để ép phôi vào biên dạng chày.
Hình 2.3 D ậ p vu ố t th ủy cơ ứ ng d ụ ng ch ấ t l ỏ ng
Công nghệ dập bằng xung điện từ, bên cạnh các công nghệ dập bằng chất lỏng, đã được áp dụng và đang trong quá trình nghiên cứu Những công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hình các chi tiết phức tạp và có kích thước lớn.
2.1.1.2 Chế tạo chi tiết dạng khối
Các chi tiết dạng khối như tay biên, trục khuỷu và khớp nối trong ô tô thường được sản xuất bằng công nghệ dập khối, đáp ứng yêu cầu cao về cơ tính và khả năng chịu tải trọng động Công nghệ dập khối đã có nhiều cải tiến, giúp nâng cao độ chính xác sản phẩm thông qua việc sử dụng các bộ khuôn kín và công nghệ gia công ảo Quá trình dập có thể được thực hiện ở nhiều trạng thái khác nhau, bao gồm nguội, nửa nóng, bán lỏng và nhiệt độ cao.
Hình 2.4 Chi ti ế t d ạ ng kh ố i và công ngh ệ
Trong ngành công nghiệp ô tô, hình 2.4a minh họa các chi tiết dạng khối phổ biến Hai công nghệ sản xuất chính cho các chi tiết này là dập khối khuôn hở/kín và ép chảy, như thể hiện trong hình 2.4b và 2.4c Quá trình dập khối thường được thực hiện bằng các loại máy như dập búa, máy ép thủy lực dập nóng và máy ép ma sát trục vít.
Hình 2.5 Quy trình công ngh ệ và khuôn d ậ p kh ố i
Ép chảy thường được thực hiện trên máy ép thủy lực nằm ngang Tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ dập khối trong các nhà máy hiện vẫn ở mức độ thấp, chủ yếu chỉ dừng lại ở việc chuẩn bị phôi Sự phát triển của công nghệ này còn gặp nhiều hạn chế.
Thiếu thiết bị tạo lực lớn, thiết bị nung công suất cao và thị trường tiêu thụ là những thách thức hiện nay Ép chảy Profile định hình cho kim loại màu đang trở thành xu hướng tại các nước công nghiệp phát triển, không chỉ dừng lại ở việc tạo phôi có đường sinh thẳng mà còn kết hợp với thiết bị uốn liên tục, giúp tạo ra các khung dàn nhẹ và chống uốn tốt Ví dụ về thiết kế công nghệ dập cho chi tiết tay biên cho thấy quy trình này bao gồm ba bước chính (ép trụ, dập thô, dập tinh) và hai bước phụ (tạo chuôi kẹp kìm, cắt biên) Do quy trình biến dạng khối phức tạp, cần thực hiện nghiên cứu và thử nghiệm trước khi sản xuất hàng loạt Tại các nước công nghiệp phát triển, quá trình dập khối thường được mô phỏng trên máy tính trước khi tiến hành chế tạo thử nghiệm và sản xuất hàng loạt.
2.1.1.3 Chế tạo chi tiết dạng ống
Phương pháp dập tạo hình vật liệu kim loại bằng chất lỏng đã được nghiên cứu từ những năm 50 của thế kỷ 20, chủ yếu áp dụng cho hai dạng phôi là phôi tấm và phôi ống Các thuật ngữ tương ứng bao gồm dập tĩnh/thủy cơ phôi tấm (HBU), dập áp lực cao bên ngoài (AHU) và bên trong ống (IHU) Dập thủy tĩnh chi tiết tấm yêu cầu áp lực chất lỏng từ 500at đến 2000at, trong khi phôi ống cần áp lực cao hơn, từ 1000 đến 4000at, nên còn được gọi là áp lực cao bên trong Sơ đồ nguyên lý của phương pháp IHU được trình bày trong hình 2.6.
Hình 2.6 Nguyên lí d ậ p chi ti ế t ố ng ch ữ T
Theo nguyên lý hình 2.6, quy trình bắt đầu bằng việc đưa ống vào khuôn, sau đó khuôn trên hạ xuống và ép khuôn dưới bằng lực đóng khuôn Fs Tiếp theo, các chày dọc trục được sử dụng để đóng kín hai đầu ống, và chất lỏng được bơm đầy vào bên trong Trong công đoạn tạo hình, chất lỏng với áp lực thích hợp cùng với các chuyển động điều khiển của chày dọc trục và chày đối áp sẽ làm cho phôi ống biến dạng và phình ra theo hình dạng của khuôn Cuối cùng, sau khi tạo hình, quá trình tháo khuôn và gỡ sản phẩm được thực hiện.
Hình 2.7 Các d ạ ng s ả n ph ẩ m ứ ng d ụ ng IHU
Dập chi tiết dạng ống chữ T là nguyên lý cơ bản của phương pháp IHU, hiện đang được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô Phương pháp này đặc biệt hữu ích cho việc sản xuất các đường ống xả và ống dẫn liệu có hình dáng phức tạp Hình 2.7 minh họa các chi tiết dạng ống được tạo hình bằng chất lỏng áp lực cao bên trong.
2.1.1.4 Chế tạo chi tiết dạng khung
Cơ cấ u ch ấ p hành và phân tích tính công ngh ệ gia công
2.2.1.Vai trò, nhiệm vụ và nguyên lý làm việc của cơ cấu chấp hành
61 a Vai trò và nhiệm vụ
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) là một phần quan trọng trong hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại Hệ thống này giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, tăng cường độ ổn định của xe, rút ngắn quãng đường phanh và cải thiện khả năng điều khiển khi cần tránh chướng ngại vật Cụm van ABS hoạt động dưới sự điều khiển của ECU, nhận tín hiệu từ cảm biến để điều chỉnh mô men phanh, đảm bảo độ trượt bánh xe ở mức tối ưu với hệ số bám lớn nhất Nguyên lý làm việc của cụm van ABS được chia thành ba trạng thái khác nhau để tối ưu hóa lực phanh.
Chế độ tăng áp là trạng thái làm việc liên tục của cụm van cơ cấu chấp hành, trong đó hai van điện từ duy trì trạng thái mở khi mạch từ chưa được kích hoạt.
Hình 2.26 Ch ế độ tăng áp củ a van ABS
Khí nén áp suất cao được đưa vào từ cửa I thông qua van điện từ 8, sau đó tiếp tục di chuyển vào khoang 2 và ép màng 1, làm kín đường thông ra đường xả Đồng thời, van điện từ 7 cũng mở, cho phép dòng khí nén ép màng 4 lên phía trên, ngăn chặn dòng khí áp suất cao từ bầu.
Cửa xả phanh được điều khiển thông qua vị trí của hai van điện từ, giúp mở và đóng hai màng 1 và 4 Khi đó, khí nén áp suất cao từ bình chứa sẽ được dẫn trực tiếp đến bầu phanh, thực hiện hiệu quả quá trình phanh.
Để thực hiện chế độ giữ áp cho van điện từ số 8, lực từ được cung cấp từ mạch từ 11 giúp đóng van, trong khi dòng khí nén áp suất cao được dẫn lên khoang 9 để ép màng.
Khi ngăn dòng khí cấp vào bầu phanh, van điện từ 7 vẫn mở do mạch từ 10 chưa được cấp điện Dòng khí áp suất cao sẽ đẩy màng 4 lên trên, cách ly khoang O với cửa xả.
Hình 2.27 Ch ế độ gi ữ áp c ủ a van ABS
Như vậy áp suất tại bầu phanh không đổi do bị cách ly với khoang I và cửa xả X, van thực hiện trạng thái giữ áp cho hệ thống
Khi van 7 đóng, mạch từ 10 hoạt động ngăn dòng khí áp suất cao vào khoang 6 Áp suất lớn trong bầu phanh đẩy màng 4 xuống dưới, trong khi khí nén trong bầu phanh được kết nối với khoang xả để thực hiện quá trình giảm áp.
2.2.2 Phân tích tính phức tạp của chi tiết trên cụm cơ cấu chấp hành
Cụm van cơ cấu chấp hành có độ phức tạp cao và ứng dụng công nghệ chế tạo tiên tiến nhằm tối ưu hóa tính năng làm việc Để đảm bảo hiệu suất, việc chuẩn bị phôi cần được thực hiện một cách kỹ lưỡng, bao gồm thiết kế, lựa chọn phôi và phân bố lượng dư hợp lý.
63 quyết định tới giá thành của sản phẩm Để phân tích được chi tiết và tỷ mỷ, tác giả phân cụm van ra làm 4 phần :
Nắp van được thiết kế với các lỗ bắt vít và một lỗ khoan nối giữa khoang 1 và khoang 2, yêu cầu độ chính xác cao trong quá trình khoan Bề mặt nắp van phức tạp có thể được chế tạo thông qua phương pháp dập hoặc đúc áp lực.
Lò xo trên nắp đảm bảo cho màng luôn đóng cản trở dòng khí đi tới khoang xả
Thân van có thiết kế phức tạp, bao quanh các đường khí nén áp suất cao, giúp tiết kiệm vật liệu chế tạo mà vẫn đảm bảo độ cứng vững cao Độ dày của thân van dao động từ 2 – 5 mm Để thuận tiện cho việc lắp đặt, trên thân van được bố trí lỗ gá đặt để cố định cụm van lên khung xe bằng bu lông.
Với thiết kế phức tạp, phôi thân van được sản xuất qua phương pháp đúc Gia công các đường khí chủ yếu sử dụng kỹ thuật khoan, nhưng kích thước và độ sâu của các đường khí khác nhau, yêu cầu công nghệ khoan tiên tiến.
Trên bề mặt cuộn từ cần gia công, cần thiết phải khoan 2 lỗ để lắp lõi van điện từ, vì sự thay đổi vị trí của lõi này sẽ ảnh hưởng đến các trạng thái làm việc của cụm van chấp hành Do đó, việc tính toán đường kính lỗ thông khí giữa các khoang là rất quan trọng, đảm bảo rằng lực từ và lực lò xo đủ mạnh để vượt qua áp lực khí nén tác động lên lõi van.
Cụm van được kết nối với ống cứng qua rắc co 2 đầu ren, với đường khí vào và ra có kích thước 65 Vật liệu chế tạo là hợp kim nhôm, tuy nhiên, tính chất vật lý của nhôm không đảm bảo chất lượng của ren trong côn Do đó, hệ thống ren trong được xử lý bề mặt để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong quá trình tháo lắp và sửa chữa.
Cửa xả được kết nối với thân thông qua hệ thống vít cấy và cũng có lỗ để đặt lõi van điện từ Lỗ của lõi van điện từ được nối thông với khoang trên thân nhờ vào vị trí đóng mở của màng ngăn Đường khí từ lỗ tới màng khí được thực hiện qua một lỗ khoan công nghệ, với chiều sâu khoan lên tới 55mm và đường kính lỗ khoan là 2mm.
Nhận tín hiệu điều khiển dòng từ ECU ABS gửi tới thực hiện đóng mở các lõi van điện từ
Lõi van điện từ được bao quanh bởi mạch từ, và mạch từ này cần cung cấp lực từ đủ lớn để giúp lõi van vượt qua lực đàn hồi của lò xo cũng như áp lực khí nén tác động lên nó.
Hình 2.32 Lõi van điệ n t ừ ABS
