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 MƠ HÌNH HỆ THỐNG
PHANH THỦY LỰC CĨ TRỢ LỰC BẰNG KHÍ NÉN
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ
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 MƠ HÌNH HỆ THỐNG
PHANH THỦY LỰC CĨ TRỢ LỰC BẰNG KHÍ NÉN
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ

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


LỜI CẢM ƠN
Việc hoàn thành tiểu luận tốt nghiệp sau bốn năm học tập tại Trường Đại học
Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh đánh dấu một cột mốc quan trọng trong con
đường học tập nghiên cứu của nhóm. Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
các Thầy, các Cô trong trường Đại học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh đã
truyền dạy những kiến thức quý báu trong suốt bốn năm học tại trường.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS. Nguyễn Phụ
Thượng Lưu đã tận tình hướng dẫn cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện tiểu
luận này. Trong quá trình làm việc, chúng em khơng những được học tập từ thầy
những đức tính q báu mà cịn tiếp thu được nhiều kinh nghiệm rất bổ ích.
Đồng thời, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy, cơ trong
khoa Viện đã tận tình chỉ dẫn, trực tiếp giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện tốt nhất
cho chúng em hoàn thành tốt đề tài tiểu luận này.
Tuy đã cố gắng nhưng chúng em không tránh khỏi những sai sót trong q
trình thực hiện. Do đó, chúng em rất mong nhận được sự góp ý quý báu từ thầy cô
và bạn bè.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ....................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... vii
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
Chương 1 .......................................................................................................................... 2
GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 2
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 2
1.1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 2
1.1.2. Tầm quan trọng của đề tài ................................................................................ 2
1.1.3. Ý nghĩa đề tài................................................................................................... 3
1.1.4. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 3
1.2. Tình hình nghiên cứu .............................................................................................. 3
1.3. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 5
1.4. Nhiệm vụ đề tài ...................................................................................................... 5
1.5. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 5
1.6. Các kết quả đạt được của đề tài ............................................................................... 6
1.7. Kết cấu đồ án .......................................................................................................... 6
Chương 2 .......................................................................................................................... 7
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ................................................................ 7
2.1. Các bộ phận thay thế của hệ thống phanh xe tải Misubishi Fuso Canter 7.5T .......... 9
2.1.1. Thay thế bơm chân không thành máy nén khí ................................................. 10
2.1.1.1. Bơm chân khơng trong hệ thống khi chưa thay thế .................................. 10
2.1.1.2. Máy nén khí thay thế cho bơm chân khơng .............................................. 11

2.1.2. Bình chứa khí nén .......................................................................................... 13
2.1.3. Van an toàn (bộ điều chỉnh áp suất)................................................................ 15
2.1.4: Van một chiều ................................................................................................ 16
2.1.5. Bộ chia hơi..................................................................................................... 16

iii


2.1.6. Cụm xylanh phanh chính trợ lực khí nén thay thế cho xylanh phanh chính trợ
lực chân khơng ........................................................................................................ 17
2.1.7. Van phân phối ................................................................................................ 22
2.1.8. Đường ống dẫn khí nén, dẫn dầu phanh .......................................................... 25
2.2. Hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén xe tải Misubishi Fuso Canter 7.5T sau khi
thay thế........................................................................................................................ 26
2.3.Tính tốn hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén ................................................. 27
2.3.1. Các bước thực hiện tính tốn .......................................................................... 28
2.3.2. Thơng số sử dụng trong tính tốn ................................................................... 30
2.3.3. Tính tốn hệ thống phanh xe tải Misubishi Fuso Canter Fe 7.5t ...................... 32
2.3.3.1. Xác định tạo độ trọng tâm ....................................................................... 32
2.3.3.2. Xác định momen phanh cần thiết ............................................................. 33
2.3.3.3. Xác định áp suất thủy lực cần thiết .......................................................... 34
2.3.3.4. Tính tốn áp suất khí nén cần thiết cho hệ thống phanh ........................... 36
2.3.3.5. Tính tốn hệ thống khí nén ...................................................................... 38
2.3.3.6. Kiểm tra độ bền má phanh ....................................................................... 42
2.4. Thiết kế hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén...................................... 45
2.4.1. Bản vẽ khung mơ hình ................................................................................... 45
2.4.2. Bản vẽ van phân phối ..................................................................................... 46
2.4.3. Bản vẽ máy nén khí ........................................................................................ 47
2.4.4. Bản vẽ bình khí nén ....................................................................................... 48
2.4.5. Bản vẽ bộ trợ lực phanh ................................................................................. 49

2.4.6. Bản vẽ guốc phanh ......................................................................................... 50
2.4.7. Bản vẽ lắp ghép bộ trợ lực phanh và guốc phanh ............................................ 51
2.4.8. Bản vẽ bố trí các chi tiết của hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén 53
2.4.9. Các bộ phận trong hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén ............... 54
2.4.9.1 Bu lơng, đai ốc ......................................................................................... 54
2.4.9.2. Lị xo nén ................................................................................................ 55
2.4.9.4 Ống nối, ống dẫn khí, dẫn dầu .................................................................. 55
2.4.9.5 Trục ty đẩy ............................................................................................... 56
2.4.9.6 Vòng cao su ............................................................................................. 57
2.4.9.7. Vỏ xylanh lực .......................................................................................... 57
2.4.9.8 Nắp xylanh lực ......................................................................................... 58
2.4.9.9. Piston lực ................................................................................................ 58
2.4.9.10. Bộ trợ lực phanh .................................................................................... 59

iv


2.4.9.11 Tấm ma sát guốc phanh .......................................................................... 60
2.4.9.12. Guốc phanh ........................................................................................... 61
2.4.9.13. Bản vẽ mô phỏng .................................................................................. 62
2.4.9.14. Bản vẽ mơ phỏng 3D mơ hình hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng
khí nén ................................................................................................................. 63
Chương 3: ....................................................................................................................... 64
THI CƠNG LẮP RÁP, THỰC NGHIỆM ........................................................................ 64
3.1. Thi cơng, lắp ráp, mơ hình vật lý ........................................................................... 64
3.2. Các bước xây dựng mơ hình ................................................................................. 64
3.3. Thực nghiệm......................................................................................................... 76
3.3.1.Thực nghiệm các kết quả sau khi tính tốn ...................................................... 76
3.3.2. Ứng dụng Festo Fluidsim mơ phỏng truyền động khí nén trong hệ thống phanh
thủy lực trợ lực khí nén ............................................................................................ 76

3.3.2.1. Giới thiệu phần mềm Festo Fluidsim ....................................................... 76
3.3.2.2. Thư viện của Festo Fluidsim ................................................................... 78
3.3.3. Thiết lập Festo FluidSIM mô phỏng truyền động khí nén trong hệ thống phanh
thủy lực trợ lực khí nén ............................................................................................ 81
Chương 4 ........................................................................................................................ 89
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN ........................................................................ 89
4.1. Đánh giá kết quả ................................................................................................... 89
4.1.1. Về lý thuyết ................................................................................................... 89
4.1.2. Về thực hành .................................................................................................. 90
4.1.3. Đánh giá chung về đồ án ................................................................................ 94
4.2. Các thuận lợi, khó khăn khi làm đồ án .................................................................. 95
4.2.1. Thuận lợi ....................................................................................................... 95
4.2.2. Khó khăn ....................................................................................................... 95
4.3. Kết luận ................................................................................................................ 95
4.4. Kiến nghị .............................................................................................................. 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 97
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 98

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Thông số chi tiết máy nén khí (hình 2.7) .......................................................... 12
Bảng 3.1: Thơng số chung xe tải Misubishi Fuso Canter 7.5T.......................................... 30
Bảng 3.2: Tải trọng phân bố các cầu và tọa độ trọng tâm theo chiều dọc .......................... 32
Bảng 3.3: Thông số Dm, Dxlc tương ứng với áp suất khí nén 5kg/cm2 ............................... 37

Bảng 3.4: Thơng số Dm, Dxlc tương ứng với áp suất khí nén 8 kg/cm2 .............................. 37
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật máy nén khí ........................................................................ 47

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Xe tải suzuki 500kg (nguồn internet) ................................................................. 7
Hình 2.2: Xe tải ISUZU 270 QKR (nguồn internet) ........................................................... 7
Hình 2.3: Xe tải Mitsubishi Fuso Canter 7.5T (nguồn internet) .......................................... 8
Hình 2.4: Hình sơ đồ các bộ phận được thay thế ............................................................... 9
Hình 2.5: Cấu tạo của bơm chân khơng ........................................................................... 10
Hình 2.6: Kết cấu máy nén .............................................................................................. 11
Hình 2.7: Máy nén khí. .................................................................................................... 12
Hình 2.8: Máy nén khí được thay thế ............................................................................... 13
Hình 2.9: Bình khí nén được lắp đặt trên xe ..................................................................... 13
Hình 2.10: Bình khí nén được thay thế ............................................................................ 14
Hình 2.11: Cấu tạo van an tồn ........................................................................................ 15
Hình 2.12: Van một chiều. ............................................................................................... 16
Hình 2.13: Bộ chia hơi loại nối nhanh dùng cho ống hơi bằng nhựa ................................. 16
Hình 2.14: Bộ chia hơi loại dùng cho ống đồng ............................................................... 17
Hình 2.15: Cấu tạo chi tiết bộ trợ lực chân khơng ............................................................ 17
Hình 2.16: Cụm xylanh phanh chính trợ lực khí nén được thay thế .................................. 18
Hình 2.17: Cụm xylanh phanh chính trợ lực khí nén ........................................................ 19
Hình 2.18: Bộ trợ lực khí nén và xylanh phanh chính sử dụng loại của hãng Nabco của

Nhật Bản được sử dụng trên xe tải Hino FC9JLTA.......................................................... 20
Hình 2.19: Kết cấu xylanh chính và piston thủy lực. ........................................................ 21
Hình 2.20: Cấu tạo van phân phối .................................................................................... 23
Hình 2.21: Hình ảnh thực tế van phân phối ...................................................................... 24
Hình 2.22: Ống dẫn khí cho hệ thống phanh .................................................................... 25

vii


Hình 2.23: Ống đồng từ xylanh chính đến các xylanh con bánh xe .................................. 25
Hình 2.24: Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén sau khi thay thế ...................... 26
Hình 2.25: Sơ đồ khối quy trình tính tốn ........................................................................ 28
Hình 2.26: Sơ đồ khối truyền động áp suất trong hệ thống phanh ..................................... 29
Hình 2.27: Sơ đồ momen phanh, lực phanh, các áp suất tác dụng của hệ thống phanh ..... 30
Hình 2.28: Sơ đồ các lực tác dụng lên guốc phanh cầu trước ........................................... 34
Hình 2.29: Sơ đồ các lực tác dụng lên guốc phanh cầu sau .............................................. 34
Hình 2.30: Áp suất tác dụng lên cụm xylanh phanh chính trợ lực khí nén ........................ 36
Hình 2.31: Sơ đồ phân bố áp suất trên bề mặt má phanh .................................................. 42
Hình 2.32: Bản vẽ khung mơ hình ................................................................................... 45
Hình 2.33: Bản vẽ van phân phối ..................................................................................... 46
Hình 2.34: Bản vẽ máy nén khí........................................................................................ 47
Hình 2.35: Bản vẽ bình khí nén ....................................................................................... 48
Hình 2.36: Bản vẽ bộ trợ lực phanh ................................................................................. 49
Hình 2.37: Bản vẽ guốc phanh ......................................................................................... 50
Hình 2.38: Bản vẽ lắp ghép bộ trợ lực phanh và guốc phanh bản 2D................................ 51
Hình 2.39: Bản vẽ lắp ghép bộ trợ lực phanh và guốc phanh bản 3D................................ 52
Hình 2.40: Bản vẽ bố trí các chi tiết ................................................................................. 53
Hình 2.41: Các loại bu lơng, đai ốc .................................................................................. 54
Hình 2.42: Lị xo nén ....................................................................................................... 55
Hình 2.43: Ống nối, ống dẫn khí, dẫn dầu… .................................................................... 55

Hình 2.44: Trục ty đẩy..................................................................................................... 56
Hình 2.45: Vịng cao su ................................................................................................... 57
Hình 2.46: Vỏ xylanh lực ................................................................................................ 57
Hình 2.47: Nắp xylanh lực ............................................................................................... 58
Hình 2.48: Piston lực ....................................................................................................... 58

viii


Hình 2.50: Bộ trợ lực phanh ............................................................................................ 59
Hình 2.51: Tấm ma sát guốc phanh.................................................................................. 60
Hình 2.52: Guốc phanh.................................................................................................... 61
Hình 2.53: Bản vẽ mơ phỏng ........................................................................................... 62
Hình 2.54: Bản vẽ mơ phỏng 3D mơ hình hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén.
........................................................................................................................................ 63
Hình 3.1: Bản vẽ bố trí các chi tiết ................................................................................... 64
Hình 3.2: Dụng cụ loe ống đồng, ống đồng và các đầu nối, ống hơi bặng nhựa PU (nguồn
internet) ........................................................................................................................... 64
Hình 3.3: Cờ lê, bắn túyp sử dụng pin, đầu típ các loại (nguồn internet) [11] ................... 65
Hình 3.4: Dầu phanh thủy lực Mekong VH 3-2 (nguồn internet) ...................................... 65
Hình 3.5: Khung đỡ mơ hình (bản vẽ) ............................................................................. 66
Hình 3.6: Ảnh thực tế khung mơ hình .............................................................................. 66
Hình 3.7: Lắp máy bơm khí nén vào khung ..................................................................... 67
Hình 3.8: Bản vẽ máy nén khí ......................................................................................... 68
Hình 3.9: Bình khí nén .................................................................................................... 68
Hình 3.10: Lắp bình khí nén vào khung ........................................................................... 69
Hình 3.11: Lắp bộ trợ lực phanh ...................................................................................... 69
Hình 3.12: Van phân phối khí sau khi được gắn các đầu nối để kết nối với ống hơi ......... 70
Hình 3.13: Cắt và loe ống đồng ....................................................................................... 71
Hình 3.14: Ống dẫn dầu phanh thủy lực sau khi qua xử lý và được lắp vào hệ thống phanh

........................................................................................................................................ 71
Hình 3.15: Q trình lắp ống dẫn khí nén ........................................................................ 72
Hình 3.16: Hơi từ máy bơm nạp vào bình khí nén (hơi nén đi vào) .................................. 72
Hình 3.17: Áp lực khí nén chuyền đến các cơ cấu chấp hành (qua van phân phối đến cụm
trợ lực phanh) .................................................................................................................. 73

ix


Hình 3.18: Đường ống cấp hơi sau khi bố trí ................................................................... 73
Hình 3.19: Các cụm cơ cấu phanh ................................................................................... 74
Hình 3.20: Làm khung cho cơ cấu phanh ......................................................................... 74
Hình 3.21: Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén (sau khi lắp ráp) .......................... 75
Hình 3.22: Giao diện chính của Festo FluidSIM .............................................................. 77
Hình 3.23: Thư viện của Festo FluidSIM ......................................................................... 78
Hình 3.24. Các loại van trong thư viện của Festo FluidSIM ............................................. 79
Hình 3.25: Các phần tử máy nén, lọc khí, bình chứa khí trong thư viện của Festo FluidSIM
........................................................................................................................................ 79
Hình 3.26: Các phần tử chấp hành piston đơn, kép trong thư viện của ............................. 79
Festo FluidSIM ............................................................................................................... 79
Hình 3.27:Thư viện điện – điện tử của Festo FluidSIM.................................................... 80
Hình 3.28: Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén trên xe tải Mitsubishi Fuso
Canter 7.5T .................................................................................................................... 81
Hình 3.29: Sơ đồ hệ thống truyền động khí nén trong hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí
nén mơ phỏng bằng Festo FluidSIM ................................................................................ 82
Hình 3.30: Thiết lập thơng số máy nén khí ...................................................................... 83
Hình 3.31: Thiết lập thơng số bộ lọc khí nén.................................................................... 83
Hình 3.32: Thiết lập thơng số bình chứa khí nén .............................................................. 84
Hình 3.33: Thiết lập thơng số van 3/2 .............................................................................. 84
Hình 3.34: Thiết lập thơng số van tiết lưu ........................................................................ 85

Hình 3.35: Thiết lập bộ trợ lực xylanh phanh chính ......................................................... 86
Hình 3.36: Thiết lập đường kính màng, đường kính xylanh trợ lực phanh ........................ 86
Hình 3.37: Chạy mơ phỏng .............................................................................................. 87
Hình 3.38: Thời gian nạp đầy khí vào bình chứa .............................................................. 87
Hình 3.39: Kết quả áp suất bình chứa sau 8 lần đạp phanh liên tiếp ................................. 88

x


Hình 4.1: Bản vẽ thiết kế mơ hình vật lý. ......................................................................... 90
Hình 4.2: Mơ hình sản phẩm khi hồn thiện..................................................................... 91
Hình 4.3: Phần mềm Festo Fluidsim ................................................................................ 92
Hình 4.4: Các bộ phận của hệ thống ................................................................................ 92
Hình 4.5: Các thơng số sau khi thực nghiệm trên mơ hình ............................................... 93

xi


LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta đang trong thời kì hội nhập và phát triển. Sự phát triển mạnh mẽ của
tất cả các nghành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần chuyên chở khối lượng lớn hàng hóa
và hành khách. Hiện nay ở nước ta số lượng ô tô cũng đang phát triển cùng với sự
tăng trưởng của nền kinh tế. Vì vậy, chính phủ đặt ra mục tiêu phát triển nghành
cơng nghiệp ô tô Việt Nam trở thành nghành công nghiệp mũi nhọn của đất nước.
Hàng loạt các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô đã ra đời nhằm cung cấp cho thị trường
các loại ơ tơ có kết cấu, tải trọng, giá thành phù hợp với nhu cầu ngày càng cao của
khách hàng.
Việc không ngừng nghiên cứu và phát triển của các nước tiên tiến trên thế
giới cho ra đời những chiếc ơ tơ vận tải có chất lượng cũng như tính an tồn cực kì
cao. Để hội nhập cũng như theo kịp với các nước trên thế giới, chúng ta cần phải

liên tục nghiên cứu tìm ra những điểm hạn chế và thay đổi nó. Đó cũng là vấn đề
mà rất nhiều ban nghành, tổ chức, cá nhân đặc biệt quan tâm.
Trên cơ sở đó chúng em thực hiện đề tài:
“Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén”

1


Chương 1

GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
1.1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay ngành giao thơng giữ vai trị rất quan trọng trong nền kinh tế và đời
sống xã hội của nước ta. Trong đó, ơ tơ là một trong những phương tiện giao thơng
phổ biến và chiếm vị trí rất quan trọng nhất. Ngoài số lượng, chủng loại cũng như
tốc độ chuyển động của ôtô trên đường ngày càng nâng cao. Và chất lượng đường
giao thông cũng không ngừng được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu vận chuyển khối
lượng lớn hàng hóa và hành khách. Bên cạnh đó mật độ giao thông cũng như vận
tốc chuyển động của ô tô trên đường tăng lên, thì việc đảm bảo an tồn giao thơng
có tầm quan trọng đặc biệt để tránh việc giảm thiểu tai nạn giao thông trên đường là
rất quan trọng. Vì thế vai trị của hệ thống phanh là rất quan trọng trong việc đảm
bảo an toàn chuyển động của ô tô [2].
Ngày nay dựa trên hệ thống phanh cổ điển mà người dùng sử dụng các loại
phanh trên ô tô đa dạng như hệ thống phanh thủy lực, khí nén, phanh đĩa, phanh
tang trống,…Và nhu cầu vận chuyển hàng hóa có trọng lượng lớn đi xa thì hệ thống
phanh lại chiếm một vị trí rất quan trọng để đảm bảo an tồn cho xe và tính mạng
con người.
Vì vậy, vấn đề được đặt ra là làm thế nào để lựa chọn một hệ thống phanh an
toàn, sử dụng dễ dàng, nhẹ nhàng và hiệu quả, năng suất cao khi phanh dừng bánh ở

tốc độ cao hay các địa hình đèo dốc.
1.1.2. Tầm quan trọng của đề tài
Khi ơ tơ vận chuyển hàng hóa khối lượng lớn trên những mặt đường, địa
hình khác nhau, vấn đề các rủi ro khi di chuyển cũng là một ác mộng lớn của tài xế
vì bất cứ lúc nào cũng có thể xảy ra. Do đó, người tài xế rất cần đến một hệ hống
phanh an tồn hiệu quả cao, vì dù xe có vận chuyển khối lượng nhỏ hay cao thì

2


cũng phải đảm bảo được chất lượng an tồn tính mạng là trên hết. Chính vì thế hệ
thống phanh sẽ chiếm vị trí cao trong ơ tơ [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 tồn mà cịn 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, bó cứng phanh khi đang lái xe cũng là một trong những nguyên
nhân gây ra những vụ tai nạn giao thông rất nghiêm trọng. Những tai nạn này đa số
sẽ gây tổn thất rất lớn về về phương tiện và đặc biệt là tính mạng con người.
Hiện nay trên ơ tơ có những loại phanh về hệ thống phanh thủy lực chân
không, hệ thống phanh đĩa, tang trống,…việc xảy ra các hiện tượng mòn phanh,
cứng phanh, sử dụng phanh nặng đối với người lái xe trên các hệ thống này cũng
đang được đề cập đến rất nhiều. Vì nếu khi gặp sự cố mà người lái xe phải sử dụng
một lực khá lớn lên bàn đạp phanh của những hệ thống phanh trên hoặc không tác
động lực lên bàn đạp phanh khơng đủ thì phanh sẽ khơng hoạt động hết tính năng an
tồn, chính vì thế có thể xảy ra những tình huống khơng mong muốn.[3]

Do vậy, nhóm đã chọn đề tài “ Thiết kế chế tạo hệ thống phanh thủy lực có
trợ lực khí nén” để hỗ trợ người lái xe phanh hiệu quả nhất, nhẹ nhàng nhất và an
toàn nhất khi lái xe để tránh gây ra các tai nạn đáng tiếc cho bản thân, phương tiện
và cho người khác khi tham gia giao thơng.
1.2. Tình hình nghiên cứu
Đề tài “Hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không”, đây là một trong
những hệ thống phanh có hiệu quả phanh cao cũng có mật đó liên quan đến đề tài
của nhóm em. Hệ thống này là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển
động của ô tô như: Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe đang chuyển động, giữ xe

3


đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài, đặc biệt trên máy kéo hoặc
trên một số xe chuyên dụng hệ thống phanh còn được kết hợp với hệ thống lái dùng
để quay vịng xe.
Hệ thống phanh này có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa
là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp
nguy hiểm, điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi. Lực tác dụng lên bàn đạp hay
cần kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người. Đảm
bảo sự ổn định của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp, hạn chế tối đa hiện
tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạp khác nhau. Cơ cấu
phanh thốt nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát của cơ cấu phanh trong mọi điều
kiện sử dụng, đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong
mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng.
Trong mỗi mạch dẫn động phanh cần phải có các bộ phận giao tiếp với thiết bị kiểm
tra, để kiểm tra và thơng báo tình trạng kỹ thuật của dẫn động phanh trong quá trình
sử dụng.[4]
Và đây cũng chính là đề tài mà chúng em muốn hướng tới để thay thế “Hệ
thống phanh thủy lực chân không” thành “Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí

nén” sẽ có những ưu điểm hay hơn, hiệu quả cao và an tồn hơn mà nhóm em sẽ
hướng tới trong đề tài.
 Hiện nay hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén theo những thơng
tin nghiên cứu, tìm hiểu và tổng hợp của nhóm thì đã xuất hiện trên thị
trường Việt Nam và quốc tế. Tuy nhiên những hệ thống đang sử dụng tại thì
trường Việt Nam và quốc tế còn chưa được phổ biến rộng rãi, phần lớn các
nghiên cứu và sản phẩm được lắp đặt trên những xe có trọng tải lớn trên 8
tấn ví dụ như trên xe tải Hyundai 15 tấn — thùng ben. Cịn về phần nghiên
cứu của nhóm em đang phát triển hệ thống này trên những loại xe có tải
trọng nhỏ từ 5 tấn trở xuống ứng dụng trên xe tải Misubishi Fuso Canter
7.5T (4,2 tấn), để những xe có trọng tải nhỏ có thể đáp ứng được những yêu

4


cầu kỹ thuật trong những cung đường khó, cần sử dụng tối đa khả năng
phanh của hệ thống phanh.
1.3. Mục đích nghiên cứu
 Mục đích nghiên cứu chính của đề tài là tìm ra các phương án nâng cấp
những tính năng hiệu quả mà “ Hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không”
thành “ Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén” có hiệu quả cao
hơn và năng suất làm việc tốt hơn.[3]
 Khắc phục tình trạng phanh không đủ lực, giảm sự mệt mỏi của người điều
khiển khi phải sử dụng phanh nhiều, nâng cao hiệu quả phanh khi xe có tải
trọng lớn.[3]
 Hồn thiện và ứng dụng thực tiễn khi lắp lên xe và vận hành có hiệu quả,
đảm bảo đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật, an tồn và hiệu quả hơn loại phanh
trợ lực chân không thông thường.[3]
1.4. Nhiệm vụ đề tài
 Xác định tầm quan trọng của hệ thống phanh trên các dòng xe hiện nay, hạn

chế các trường hợp tai nạn liên quan đến giao thông do các sự cố về phanh.
 Xác định được các điểm hạn chế của hệ thống phanh thủy lực truyền thống,
từ đó nghiên cứu cải thiện những điểm yếu của hệ thống bằng phương án
mới, tính tốn các số liệu cần thiết nhằm đảm bảo theo tiêu chuẩn của đường
bộ.[6]
 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 tốn, thiết kế, thay thế “Hệ thống phanh thủy lực chân
không” thành “ Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén” .
1.5. Phương pháp nghiên cứu
 Mục tiêu thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén
trên ơ tô phù hợp với thực tế nên phương pháp nghiên cứu đề tài được dựa
trên các phương pháp nghiên cứu sau:

5


 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 mơ hình hố: chạy thử và thu thập các thơng số từ
mơ hình so sánh và đánh giá số liệu từ đó đưa ra phương án khả thi để 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,…
1.6. Các kết quả đạt được của đề tài

Sự có mặt của “Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén” trên ơ tơ giúp
người lái xe tránh các sự cố rủi ro như: Mất lực phanh, lực tác dụng lên bàn đạp
phanh khơng đủ,…ngồi ra cịn giúp các loại ơ tơ vận chuyển hàng hóa có khối
lượng lớn phanh tốt, nhanh và hiệu quả cao. Qua những ý trên thấy được ý nghĩa và
tầm quan trọng trong thực tiễn của hệ thống. Nhóm muốn đề tài này hướng đến
người đọc trang bị kiến thức từ đó hiểu rõ hơn về “Hệ thống phanh thủy lực có trợ
lực khí nén” trên ơ tơ, nắm được tầm quan trọng và ý nghĩa nó mang lại cho cuộc
sống. Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực khí nén ơ tơ trong tương lai có tiềm năng
phát triển rất lớn, nhất là đối với thị trường ô tô tại Việt Nam.
1.7. Kết cấu đồ án
Nội dung đồ án gồm các phần:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tính tốn thiết kế
Chương 3: Thi công lắp ráp, thực nghiệm
Chương 4: Đánh giá kết quả, kết luận

6


Chương 2

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH
Hầu hết các dịng xe hiện nay có trọng tải từ 500kg – dưới 5 tấn toàn bộ đều
sử dụng phanh thủy lực chân không. Ưu điểm của hệ thống là áp dụng trên các dịng
xe nhỏ vì lực của bàn đạp đủ lớn để tạo áp lực cho hệ thống dẫn động phanh.

Hình 2.1: Xe tải suzuki 500kg (nguồn internet)
Xe Suzuki Carry Truck 655kg (hình 2.1), sử dụng rộng rãi tại khu vực Đông
Nam Á, phù hợp với điều kiện thời tiết Việt Nam. Dịng xe với kích thước nhỏ gọn
thuận tiện cho việc vận chuyển những loại hàng hóa, giao thơng đô thị ở Việt Nam.

Xe được trang bị hệ thống phanh rất đơn giản, kể cả khơng có trợ lực phanh.

Hình 2.2: Xe tải ISUZU 270 QKR (nguồn internet)
Trên dịng xe 500kg ta có dịng xe đến từ Nhật Bản, một đại diện của thương
hiệu IUSUZU (hình 2.2). Với mã là 270 QKR dòng xe với trọng tải 1,9 tấn – 2,5

7


tấn, dòng xe này sử dụng phổ biến ở Việt Nam nhằm mục đích vận chuyển hàng
hóa đơng lạnh,… Xe vẫn trang bị hệ thống phanh thủy lực, tuy nhiên đã được nâng
cấp lên có sử dụng bộ trợ lực chân khơng làm cho lực phanh có cải thiện.
Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực chân khơng tuy được sử dụng phổ biến
nhưng vẫn có nhược điểm: Khơng thể làm tỷ số truyền lớn được vì thế nếu hệ thống
phanh thủy lực khơng có trợ lực chỉ dùng cho các ơtơ có trọng lượng nhỏ, lực tác
dụng lên bàn đạp phanh lớn. Khi bị hư hỏng, rò rỉ dầu hoặc vỡ đường ống thì cả hệ
thống khơng làm việc được. Hiệu suất truyền động sẽ giảm ở nhiệt độ thấp.
Tại nước ta, nhu cầu thay thế bộ trợ lực chân khơng thành bộ trợ lực khí nén
lớn, được các tài xế xe tải lựa chọn nhiều. Vì vậy, việc tính tốn thay thế bộ trợ lực
chân khơng nhưng vẫn đảm bảo momen phanh và các chi tiết thay thế phù hợp với
tiêu chuẩn nghành, tiêu chuẩn Việt Nam là cần thiết.
Về phần này nhóm em xin áp dụng thay thế “Hệ thống phanh thủy lực trợ lực
chân không” thành “Hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bằng khí nén” trên Xe tải
Misubishi Fuso Canter 7.5T.

Hình 2.3: Xe tải Mitsubishi Fuso Canter 7.5T (nguồn internet)
Xe tải Misubishi Fuso Canter 7.5T (hình 2.3) do Nhật Bản sản xuất có tải
trọng 4,2 tấn hiện đang được sử dụng khá phổ biến ở nước ta. Xe tải Misubishi Fuso
Canter 7.5T [12] có hệ thống phanh chính dùng loại thủy lực mạch kép và bộ trợ lực
chân khơng. Trong q trình sử dụng, các chi tiết của bộ trợ lực chân không bị hư

hỏng nhưng khó khắc phục được dẫn đến làm hiệu quả phanh của xe giảm.

8


2.1. Các bộ phận thay thế của hệ thống phanh xe tải Misubishi Fuso Canter
7.5T
Để chuyển đổi từ hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không được trang bị
sẵn trên xe thành hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén, ta cần thay thế một số bộ
phận trong hệ thống đó là: máy nén khí, bộ làm khơ 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 khơng ( hình
2.3):
 Tháo bỏ cụm bộ trợ lực chân khơng, 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.

9

2.1.1. Thay thế bơm chân khơng thành máy nén khí
2.1.1.1. Bơm chân khơng trong hệ thống khi chưa thay thế

Hình 2.5: Cấu tạo của bơm chân không
Cấu tạo của bơm chân khơng (hình 2.5):
1 – Van kiểm tra

3 – Vịng chữ O

5 - Rotor

2 – Xylanh

4 – Cánh quạt

6 – Thân bơm

 Nguyên lí hoạt động:
Một rotor với ba cánh quạt lưu động, khi rotor quay các cánh quạt được ép tỳ
vào mặt trong của vỏ bơm nhờ trợ lực ly tâm rotor được lắp lệch tâm với vỏ. Khi
rotor quay khơng khí trong bình chứa chân khơng được hút qua đầu vào của bơm
rồi được nén trước khi đẩy qua đầu ra. Chu kì hút nén đẩy được lặp đi lặp lại để tạo
chân khơng trong bình chứa chân khơng.Van an tồn đảm bảo khơng có khơng khí
hoặc dầu động cơ chảy từ bơm chân khơng ngược về bình chứa chân không khi
động cơ dừng.

10

2.1.1.2. Máy nén khí thay thế cho bơm chân khơng
Máy nén khí có nhiệm vụ tạo thành khí nén dưới một áp suất nhất định để
cung cấp cho hệ thống. Sử dụng loại máy nén khí có kiểu piston dẫn động máy nén
khí bằng dây curoa lấy cơng suất từ một trục của động cơ. Piston được làm bằng
nhơm có chốt bơi, sự dịch chuyển dọc trục của các chốt trong đỉnh piston được hạn
chế bởi các vịng hãm. Khơng khí từ ống góp nạp của động cơ đi vào các xylanh
máy nén qua van lá nạp. Piston nén khí qua và ép vào hệ thống khí nén van lá tăng
áp nằm ở đỉnh xylanh. Khối xylanh và nắp được làm mát bằng chất lỏng dẫn từ hệ
thống làm mát 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 ơtơ.
Máy nén khí (hình 2.6) bao gồm: khối xylanh (1), nắp máy (2), piston (3),
bánh đà (4), thanh truyền (5), trục khuỷu (6), cơ cấu van đẩy (7), cơ cấu van hút (8),
đũa đẩy (9) và thiết bị triệt áp dùng để khống chế áp suất khí nạp ở mức tính tốn
trước.

11


Hình 2.7: Máy nén khí.
Bảng 2.1: Thơng số chi tiết máy nén khí (hình 2.7)
Loại

Cơng suất

Lưu lượng

Khối lượng

Đường kính và
hành trình

2 Piston

2 HP

3,7 CFM=100 lít/phút

25 kg

55 x 35 mm

Ơ tơ thường dùng máy nén khí loại piston, máy nén 2 xylanh được sử dụng
rộng rãi dùng cho xe có tải trọng từ 4 tấn đến 40 tấn.
Nguyên lý hoạt động:
Bánh đà (4) được lắp ở đầu trục khuỷu (6) được dẫn động từ động cơ nhờ đó
piston (3) chuyển động tịnh tiến trong lòng khối xylanh (1). Khi piston nằm ở vị trí
điểm chết trên và bắt đầu hành trình đi xuống thì cơ cấu van đẩy (7) đóng đồng thời
áp suất trong lịng xylanh giảm tạo độ chân khơng trong xylanh làm cho cơ cấu van
hút (8) mở ra, cho khơng khí mơi trường sẽ đi qua màng lọc trước cửa hút vào trong
lòng xylanh. Khi piston xuống tới điểm chết dưới và bắt đầu hành trình đi lên thì lúc
này cơ cấu van hút đóng lại làm cho khơng khí bị nén lại tạo áp suất cao thắng lực
lị xo van đẩy mở van, khí nén trong xylanh được ép đi cung cấp cho bình chứa khí
nén.

12


Hình 2.8: Máy nén khí được thay thế
Việc thay đổi từ bơm chân khơng sang bơm khí nén (hình 2.8) địi hỏi ta cần
phải có các chi tiết khác kèm theo: từ cách bố trí máy nén khí, bộ phận dẫn động
máy nén khí, đường ống dẫn khí nén, bình chứa khí nén,…
2.1.2. Bình chứa khí nén
Bình chứa khí nén (hình 2.9) dự trữ khí nén được chế tạo bằng cách hàn thép
lá bên ngồi và bên trong có sơn chống gỉ. Dung tích bình chứa là 25 lít, kích thước
Ф = 250 mm, L = 550 mm. Bình chứa khí nén chịu được áp lực 12 - 15kg/cm3.

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 khơng 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”.

13