TÍNH TOÁN KIỂM TRA HỆ THỐNG PHANH
1. Xác định mô men phanh thực tế sinh ra ở cơ cấu phanh
1.1 Cơ cấu phanh loại guốc
Sự khác nhau của các cơ cấu phanh loại guốc là ở cách bố trí các điểm cố định của guốc phanh và đặc tính của lực dẫn động. Hình dưới đây trình bày bốn sơ đồ cơ cấu phanh loại guốc cơ bản nhất.
Sơ đồ các cơ cấu phanh loại guốc
a, Có điểm đặt riêng rẽ một phía và các lực dẫn động bằng nhau
b, Như a nhưng với độ dịch chuyển góc bằng nhau (thường sử dụng trong hệ thống phanh dẫn động khí nén)
c, Điểm đặt cố định 2 phía với lực dẫn động bằng nhau
d, Có một điểm tựa
1.1.1 Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ một phía và các lực dẫn động bằng nhau (sơ đồ a)
| Theo sơ đồ a lực dẫn động P làm quay guốc phanh trước xung quanh điểm đặt cố định ngược chiều kim đồng hồ và ép nó vào trống phanh đang quay. trên sơ đồ biểu thị các phản lực pháp tuyến X1 và Y1 với quan hệ Y1 = f.X1. |
Trong đó:
RX1, RY1 – là các phản lực ở các điểm đặt cố định của guốc phanh
Viết phương trình cân bằng mô men của tất cả các lực so với điểm cố định của guốc phanh trước. Từ đó theo biểu thức Y1 = f.X1 rút ra
Y1 = (P.f.h)/(0,5h-f.R)
Như vậy mô men ma sát ở guốc phanh trước:
MP1 = Y1.R = (P.f.h.R) / (0,5h – f.R)
Các lực tác dụng lên guốc phanh sau hoàn toàn tương tự, do đó mô men ma sát ở guốc phanh sau là:
MP2 = Y2.R = (P.f.h.R) / (0,5h + f.R)
Mô men phanh tổng cộng của cơ cấu phanh
MP = MP1 + MP2
Cơ cấu phanh này còn gọi là cơ cấu phanh không cân bằng vì X1, X2 và Y1, Y2 không bằng nhau. vì X1 > X2 và Y1 > Y2,số lần phanh khi xe chuyển động tiến nhiều hơn khi lùi. nên cường độ làm việc và hao mòn của tấm ma sát phía trước lớn hơn phí sau rất nhiều. nên khi chế tạo nên làm tấm ma sát trước dài hơn tấm sau.
Chú ý: các ký hiệu sử dụng trong công thức:
h – Khoảng cách từ điểm chốt cố định tới tâm xi lanh phanh bánh xe hoặc tâm cam ép đối với cơ cấu phanh dẫn động khí nén.
R – Bán kính trống phanh
f – Hệ số ma sát của cặp trống phanh, má phanh thông thường chọn f = 0.3 (tùy theo loại vật liệu chế tạo má phanh).
P – Lực tác dụng lên guốc phanh P = f0(pd2/4)
1.1.2 Cơ cấu phanh có điểm đặt cố định riêng rẽ về một phía và các guốc phanh có dịch chuyển góc như nhau (sơ đồ b)
| Ở cơ cấu phanh này các phản lực tiếp tuyến và pháp tuyến bằng nhau X1 = X2 và Y1 = Y2. Mô men ma sát ở các guốc phanh ở sơ đồ này cũng giống như ở sơ đồ a nhưng mô men ma sát ở các guốc phanh bằng nhau.MP1 = MP2 |
Mô men tổng cộng của cơ cấu phanh như sau:
Trị số mô men này không thay đổi khi xe chuyển động lùi. Cơ cấu phanh này có cường độ ma sát ở các tấm ma sát như nhau và được gọi là cơ cấu phanh cân bằng.
1.1.3 Cơ cấu phanh có điểm đặt cố định riêng rẽ về hai phía và lực dẫn động bằng nhau (sơ đồ c)
Trong kết cấu này các phản lực pháp tuyến, tiếp tuyến và mô men ma sát ở các guốc phanh bằng nhau
X1 = X2; Y1 = Y2; MP1 = MP2
Mô men phanh tổng cộng như sau:
Cơ cấu phanh này thuộc loại cân bằng, cường độ hao mòn của các tấm ma sát giống nhau vì chế độ làm việc của hai guốc phanh như nhau. Khi xe chuyển động lùi, mô men phanh giảm xuống khá nhiều, do đó hiệu quả phanh khi tiến và lùi rất khác nhau.
1.1.4 Cơ cấu phanh tự cường hóa. có một điểm tựa (sơ đồ d)
Theo sơ đồ thì guốc phanh sau được tì vào chốt cố định và bản thân guốc phanh sau lại đóng vai trò là chốt chặn của guốc phanh trước.
Mô men ma sát ở guốc phanh trước xác định:
Mô men ma sát của guốc phanh sau:
Mô men phanh tổng cộng như sau:
Do MP1 < MP2 nên X1 < X2; Y1 < Y2 nên cơ cấu phanh này thuộc loại không cân bằng. Sự hao mòn guốc phanh sau sẽ lớn hơn guốc phanh trước. Nên chế tạo tấm ma sát guốc phanh sau dài hơn guốc phanh trước.
1.2 Cơ cấu phanh loại đĩa
Phanh đĩa ngày càng được sử dụng nhiều trên ôtô có 2 loại phanh đĩa: loại đĩa quay và loại vỏ quay. Phanh đĩa có nhiều ưu điểm so với phanh guốc. Áp suất trên bề mặt ma sát của má phanh giảm và phân bố đều. Má phanh ít mòn và mòn đều nên ít phải điều chỉnh, điều kiện làm mát tốt. Mô men phanh khi xe tiến cũng như lùi là như nhau, lực chiều trục tác dụng lên đĩa là cân bằng, có khả năng làm việc với khe hở bé nên giảm được thời gian tác dụng phanh. Nhược điểm là khó giữ được sạch các bề mặt ma sát.
Mô me phanh được xác định như sau:
MP = 2.P.RTB.f
Ở đây:
RTB – Bán kính ma sát trung bình của đia
f – Hệ số ma sát
P – Lực ép tấm ma sát lên đĩa P = f0(pd2/4)
f0 – Áp suất dầu trong xi lanh thông thường f0 = (100 – 130KG/cm2 phụ thuộc vào hệ dẫn động phanh)
d – Đường kính xi lanh phanh bánh xe
2. Tính toán lực tác dụng lên guốc phanh P theo hệ dẫn động phanh
2.1 Dẫn động phanh thủy lực
P = f0(pd2/4) (KG)
d – Đường kính xi lanh phanh bánh xe (cm)
f0 – Áp suất dầu trong xi lanh (KG/cm2)
f0 = (Pbd.ibd)/(pD2xlc/4)
Trong đó:
Pbd – Lực tác dụng tối đa của người lái lên bàn đạp phanh chọn P = 25KG
ibd – Tỷ số truyền của hệ dần động cơ khí từ bàn đạp tới xi lanh phanh chính.
Dxlc – Đường kính xi lanh phanh chính (cm)
Với hệ thống phanh dẫn động thủy lực có trợ lực chân không hoặc khí nén thì f0 = (Pbd.ibd).Kc/(pD2xlc/4)
Ở đây: Kc – Hệ số cường hóa
2.2 Dẫn động phanh bằng khí nén
Ở hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén. khi người lái tác dụng một lực tối đa lên bàn đạp phanh thì van phân phối sẽ điều khiển áp suất khí nén trong dẫn động phanh đạt giá trị cực đại, bằng với áp suất trong bình chứa. Như vậy lực tác dụng lên guốc phanh P được xác định như sau:
P = p.S.ik (KG)
Trong đó:
p -Áp suất khí nén trong dẫn động phanh; chọn p = 8KG/cm2
S – Diện tích bầu phanh S = (pD2bp/4) (cm2)
ik – Tỷ số truyền cơ cấu cam phanh
3. Xác định các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
3.1 Gia tốc chậm dần lớn nhất khi phanh được tính theo công thức
Jpmax = (åMPi.g)/(G0.rbx) (m/s2)
3.2 Quãng đường phanh ngắn nhất
Spmin = (V20/2.Jpmax).mp
V0 – Tốc độ chuyển động của ôtô trước khi phanh V = 30km/h
mp – Hệ số xét đến sự không đồng đều lực phanh ở các bánh xe mp = 1,23
3.3 Tính mô men phanh cần thiết (theo điều kiện bám)
Theo điều kiện bám, để đảm bảo cho các bánh xe không bị trượt lê khi phanh, Mô men phanh cần thiết sinh ra ở một cơ cấu phanh của cầu trước và cầu sau là:
MP1 = (G/2.L).(b + j/g . hg).rbx .j
MP2 = (G/2.L).(a – j/g . hg) rbx . j
Ở đây : j – Hệ số bám, j = 0,6
a, b, hg – Các tọa độ trọng tâm ôtô khi đầy tải
j – Gia tốc khi phanh, j = 6 m/s2
g – Gia tốc trọng trường; g = 9,81
L – Chiều dài cơ sở
3.4 Kiểm tra độ ổn định của ô tô khi phanh
Để đánh giá một cách tổng quát chất lượng hệ thống phanh, ngoài các chỉ tiêu về hiệu quả phanh, cần phải quan tâm đến độ ổn định của ô tô khi phanh.
Hệ số phân bố lực phanh giữa các trục ở loại đường có hệ số bám tối ưu j0 = 0,6 được xác định bằng biểu thức:
bT = PT1/PT = (b + jhg)/L = 0,42
Lực phanh riêng :
– Cầu trước : gT1 = PT1/Z1 = bT . j . L / (b + jhg)
– Cầu sau : gT2 = PT2/Z2 = (1 – bT) . j . L / (a – jhg)
– Cả xe : gT = PT / G = j
Các kết quả tính toán lực phanh riêng được lập bảng như sau :
| j | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,55 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,75 |
| gT1 | ||||||||
| gT2 | ||||||||
| gT | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,55 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,75 |
Chú ý: Theo bảng giá trị lực phanh riêng thì ở loại đường có hệ số bám j = (0,55 – 0,65) các bánh xe trục trước và trục sau phải được hãm cứng đồng bộ (giá trị lực phanh riêng xấp xỉ nhau). Nếu cầu trước và cầu sau được hãm cứng trước thì ôtô sẽ bị mất ổn định khi phanh.
3.5 Kiểm tra hiệu quả khi phanh bằng bầu tích năng lò xo
Khi trong hệ thống không có khí nén thì lò xo của bầu tích năng sẽ tạo lực đẩy làm quay trục quả đào và hãm cứng các bánh xe sau. Trong trường hợp này mô men phanh cần có để giữ ô tô đứng yên trên đường dốc được xác định bằng công thức:
MT = G . Sina . rbx
ở đây : MT = 2PLx . ik . Rt . m. (a + c)/c;
PLx – Lực đẩy của lò xo trong bầu tích năng;
Các thông số cơ bản của lò xo trong bầu tích năng gồm : Số vòng làm việc n; đường kính dây lò xo d (cm); đường kính trung bình của lò xo D (cm); biến dạng lớn nhất: f = 4 cm; mô duyn đàn hồi: G = 8 .106 KG/cm2.
Độ cứng của lò xo bầu tích năng :
C = G . d4 / 8 D3. n = (KG/cm)
Lực đẩy của lò xo bầu tích năng :
PLx = C . f = (KG)
Góc dốc mà xe có thể đứng yên được xác định bằng biểu thức :
Sin a = MT / G . rbx.
Đỗ Văn Kha (TomS) 