1. CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN 1.1 Nguyên lý ma sát
Để xe di chuyển, động cơ của xe cần phải chuyển năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ học. Năng lượng cơ học này từ động cơ truyền đến bánh xe dẫn hướng thông qua hệ thống truyền lực. Yếu tố cuối cùng để di chuyên xe là lực kéo mà bánh xe tác động lên mặt đường.
Ma sát là lực chống lại sự chuyển động của hai bề mặt tiếp xúc nhau. Để dừng xe, phải có lực tác dụng của má phanh lên trống phanh, tạo ra ma sát. Ma sát này sinh ra nhiệt.
Động cơ chuyển nhiệt năng thành năng lượng chuyển động, phanh phải chuyển năng lượng chuyển động về lượng nhiệt năng. Ma sát giữa trống phanh và má phanh sinh ra nhiệt trong khi giảm năng lượng quay của trống phanh và bánh xe. Nhiệt tạo ra được hấp thụ nhờ trống phanh kim loại, trống phanh sẽ tỏa toàn bộ năng lượng nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh. Lượng nhiệt trống phanh có thể hấp thụ phụ thuộc vào độ dày của kim loại. Khi ma sát chỉ được tạo ra giữa má phanh và trống phanh, bánh xe dừng lại. Nhân tố cuối cùng để dừng xe là ma sát giữa bánh xe và mặt đường.
1.2. Khối lượng và tốc độ
Nếu động cơ 200 mã lực tăng tốc xe từ 0 lên 100 Km/h trong 1 phút, thử tưởng tượng năng lượng cần để dừng chiếc xe đó. Nhất là việc phải xe dừng ở tình trạng khẩn cấp, giả sử thời gian dừng chỉ là 6 giây (chỉ 1/10 thời gian xe đạt được 100 Km/h).
Để dừng xe trong 1/10 thời gian mà xe tăng tốc đòi hỏi lực phanh lớn gấp 10 lần lực tăng tốc – xấp xỉ bằng 2000 mã lực. Nếu xe có 6 bánh, mỗi bánh phải cung cấp 1/6 lực phanh. Và nếu lực phanh của một trong hai bánh xe được điều chỉnh không chính xác, bánh xe còn lại sẽ phải chịu lực lớn hơn và cơ cấu sẽ phải chịu đựng lực phanh lớn hơn. Nếu sử dụng phanh liên tục sẽ tăng lượng nhiệt tích lũy trên trống phanh và trống phanh không tỏa ra kịp. Quá nhiệt dẫn đến phanh bị phá hủy hoặc phanh không ăn.
Hầu hết má phanh hoạt động tốt nhất ở khoảng 250 – 425oC. Điều quan trọng là năng lượng cần để dừng xe không tạo ra nhiệt phá hủy phanh. Quãng đường cần thiết để dừng xe phụ thuộc vào tốc độ và trọng lượng của xe, bên cạnh các yếu tố cơ bản như năng lượng, nhiệt, ma sát. Lực phanh dùng để dừng xe phụ thuộc trực tiếp vào khối lượng và tốc độ. Ví dụ: Nếu trọng lượng gấp đôi, lực phanh phải tăng gấp đôi để có thể dừng xe trong cùng quãng đường. Nếu tốc độ tăng gấp đôi, lực phanh phải tăng gấp 4 lần để có thể dùng xe trong cùng một quãng đường.
Ví dụ: Để dừng xe trọng tải 1400 Kg ở tốc độ 16 Km/h sẽ cần quãng đường 30m khi thực hiện phanh ở điều khiển bình thường. Nếu xe đó có toàn tải là 2800 Kg ở tốc độ 32 Km/h thì cần một lực phanh bằng 8 lần lực phanh dùng để dừng xe ở quãng đường 30m. Ngoài ra, lực này phải nhiều hơn lực phanh cung cấp, vì xe sẽ không chuyển động khi lực phanh nằm trong giới hạn trên.
Hình 1.3 2. NGUYÊN TẮC HÌNH THÀNH LỰC PHANH
2.1. Nguyên tắc sử dụng cơ cấu đòn bầy
Hệ thống phanh dùng nhiều nguyên tắc vật lý để đạt được hiệu quả cơ học.
Nguyên tắc thông dụng nhất là đòn bẩy.
Đòn bẩy nằm trên chốt gọi là điểm tựa. Khoảng cách từ A đến C là 4 mét và từ C đến B là 1 mét, tỷ lệ là 4:1. Lực sẽ được nhân theo nguyên lý đòn bẩy.
Nhìn vào hệ thống đòn bẩy đơn giản:
Nếu lực đi xuống 100 Kg được cung cấp tại A, thì lực hướng lên tại B là 400Kg.
Hình 1.2 2.2. Nguyên tắc sử dụng áp lực khí
Sử dụng áp lực khí
Ta cũng có thể nhân lực lên bằng việc dùng không khí để tăng ưu điểm kết cấu cơ khí. Mọi người đều có thể cảm thấy lực của không khí vào những ngày có gió. Không khí có thể được nén vào không gian nhỏ hơn bình thường và tạo ra áp lực lớn. Ví dụ như khí nén trong vỏ xe chịu được khối lượng của xe. Không gian chứa khí nén càng, lực tác dụng của khí nén càng lớn. Lực càng tạo ra lớn và sẽ được dùng để tăng hiệu quả cơ khí.
Nếu cung cấp khí nén có áp suất không đổi vào ống có diện tích 1cm2 và
Khí được nén càng nhiều trong bình chứa, lực tác dụng lên bề mặt của nút chặn càng lớn
2.3. Nguyên tắc sử dụng kết hợp đòn bẩy và áp lực khí
Trong thực tế, ống hình tròn và nút chặn là màng ngăn làm bằng kim loại dẻo tác động lên thanh đẩy. Nếu khí nén có áp suất 120 PSI tác dụng lên màng có diện tích 30 inch2 thì sinh ra được lực có giá trị 3.600 lb. Cung cấp lực này đến thanh đẩy để dịch chuyển đòn xoay 6 inch hoạt động bằng càng và mômen tổng cộng bằng 21.600 inch pound (3600x6), hoặc 1.800 foot pound (21.600/12). Moment phanh cần từ 25 – 30 foot pound để giữ bánh xe. Việc so sánh này chỉ minh họa lực đạt được từ việc dùng kết hợp đòn bẩy cơ học và áp lực khí.
Hình 1.4
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến đoạn đường khi phanh Gồm 3 yếu tố:
oPhản ứng của người lái.
oĐộ chậm của phanh.
oĐoạn đường phanh.
Phản xạ của người lái: Thời gian phản ứng gọi là “thời gian suy nghĩ”. Thời gian suy nghĩ bắt đầu từ thời điểm nhận ra nguy hiểm cho tới khi đạp bàn đạp phanh. Thời gian này khoảng ắ giõy.
Thời gian trễ: Để đạt được áp suất khí cần thiết, đòi hỏi phải có thời gian để khí đi từ bình chứa đến bầu phanh và. Có thể nói, thời gian trễ là khoảng thời gian khí di chuyển trong hệ thống phanh ( xấp xỉ 4/10 giây).
Quãng đường phanh: Là đoạn đường xe di chuyển từ khi đạp bàn đạp phanh cho đến khi xe dừng lại. Quãng đường phanh phụ thuộc vào khả năng tạo ra ma sát của má phanh, tỏa nhiệt của trống phanh và bám chặt lên mặt đường của vỏ.
Hệ thống phanh phải được kiểm tra và điều chỉnh trước khi đưa xe vào sử dụng. Xe tải nặng đòi hỏi hệ thống phanh khí nén mạnh nên được áp dụng cơ cấu đòn bẩy và áp lực khí. Khi phanh phải tính toán nhiệt lượng tạo ra bởi ma sát. Nếu lượng nhiệt quá lớn, hiệu quả phanh sẽ giảm. Tải càng lớn thì quán tính càng cao, lực cần để dừng xe càng lớn.
Điều quan trọng cần nhớ rằng, xe được trang bị hệ thống phanh khí nén với đòn xoay điều chỉnh cũng không thể dừng nhanh như xe chở khách.
PHẦN II