Nghiên cứu mô hình hoá dẫn động phanh khí nén và nghiên cứu động lực học dẫn động phanh khí nén trên rơ moóc nhiều cầu

iv
TÓM TT




      



 
 


- Nghiên c   ng lc hc dng phanh khí nén
dt tp trung tm nút.
- ng d a
dòng khí nén trong d-moóc nhiu cu.
 :
Chương 1: 
Chương 2: 
Chương 3:
hình hóa.
Chương 4:    -

Chương 5: 

v
ABSTRACT

Air brake system is the most important system on the vehicle transport, it
ensures safety of vehicles moving on the road, so when designing or renovating
brakes need to calculate the dynamics driven (pneumatic actuator) system to
improve the ability to respond quickly and synchronized braking system.
The process flow of the gas in the pneumatic brake system is complex,
depends on many factors, so far, there is no mathematical expression represented
accurately process flow of the gas stream in systems. So the problem arises is the
need to have dynamic calculation methods pneumatic brake actuator with high
accuracy and the applicability of the results. Thesis has solved this problem and
achieve some results as follows:
- Research calculation methods pneumatic brake actuator dynamics by
modeling method and pressure concentrated in nodes.
- Applications calculation methods to determine the flow characteristics of the
pneumatic in brake actuation trailers.
Structure thesis consists of five chapters:
Chapter 1: Overview.
Chapter 2: Theoretical basis.
Chapter 3: Calculate the pneumatic brake actuator dynamics by modeling method.
Chapter 4: Calculation of the dynamics of pneumatic brake actuator on the trailer.
Chapter 5: Conclusion.

vi

Trang tựa TRANG
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Lời cảm ơn ii
Tóm tt iv
Mục lục vi
Danh sách các hình ix
Danh sách các bảng xi
 1
1.1Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài 1
1.2 Mục tiêu của đề tài 1
1.3 Kêt qua
̉
nghiên cứu trong va

ngoa

i nươ

c 1
1.4 Hươ

ng nghiên cư

u 2
1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 8
1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 8

1.4.3 Hướng nghiên cứu 8
1.5 Giới hạn đề tài 9
 10
2.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh khí nén 10
2.1.1 Vài nét về vấn đề an toàn giao thông và sự cần thiết của hệ thống
phanh trên ô tô 10
2.1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh khí nén 11
2.1.3 Dẫn động phanh khí nén 13
2.1.4 Các cụm chính của dẫn động phanh khí nén 33
2.2 Cơ sở lý thuyết về mô hình hóa 37
2.2.1 Sự tương đương giữa đại lượng điện và khí nén 37
2.2.2 Phương trình lưu lượng tại điểm nút 39

vii
2.2.3 Phương trình lưu lượng của dòng khí qua lỗ tiết lưu 40
2.2.4 Phương trình lưu lượng đi vào dung tích 43
2.2.5 Khái niệm chung về mạch và dòng 49
2.3 Các phương pháp tính toán 50
2.3.1 Bài toán Cauchy 51
2.3.2 Phương pháp Euler 53
2.3.3 Phương pháp Runge ậ Kutta 54
2.3.4 Sử dụng phần mềm MATLAB 58

mô hình hóa 60
3.1 Phương pháp mô hình hóa 60
3.1.1 Các giả thiết cơ bản khi sử dụng phương pháp mô hình hóa 60
3.1.2 Phương pháp mô hình hóa 60
3.2 Xác định đặc tính lưu thông khâu D-E có thể tích thay đổi 72
3.2.1 Mục đích việc xác định đặc tính khâu D-E có thể tích thay đổi 72
3.2.2 Đặc tính lưu thông khí nén ở bầu phanh có thể tích thay đổi 72

-moóc
 78
4.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh khí nén trên rơ-moóc 78
4.2 Sơ đồ mạch dẫn động phanh khí nén trên rơ-móoc nhiều cầu điển hình 79
4.3 Mô hình hóa và xây dựng hệ phương trình vi phân cho mạch dẫn động
phanh khí nén trên rơ-moóc nhiều cầu 80
4.4 Dùng Matlab để giải hệ phương trình vi phân 83
 87
5.1 Kết quả nghiên cứu 87
5.2 Hướng phát triển 88
 89



viii


STT
Ký hiệu
Giải thích ký hiệu
1
D-E
Khâu động lực học gồm một tiết lưu D và một dung tích E.
2



Vn tốc tới hạn của dòng khí nén, đơn vị (m/s).
3
R

Hằng số khí, R = 287,14.
4
k
Hệ số mũ đoạn nhiệt, k = 1,4.
5
T
Nhiệt độ tuyệt đối của khí nén, đơn vị
o
K.
6
µ
Hệ số lưu lượng.
7

Lưu lượng tức thời của dòng khí nén,  =


, đơn vị (m
3
/s)
8
p
Áp suất khí nén, đơn vị (Pa).
9
V
Thể tích bình chứa, đơn vị (m
3
).
10
f

Diện tích tiết diện lưu thông đường ống, đơn vị (m
2
).
11
y
Hành trình piston, đơn vị (m).
12
C
Độ cứng lò xo, đơn vị (N/m).
13
t
Thời gian, đơn vị (s).
14
F
Diện tích bề mặt piston, đơn vị (m
2
).









ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1:Sơ đồ khối phương pháp mô hình hóa.

Hình 1.2: Mô hình hóa hệ thống phanh khí nén.
Hình 1.3: Mô hình hóa hệ thống phanh khí nén trên xe KrAZ-6510.
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phanh điện ậ khí nén.
Hình 1.5:Sơ đồ mô hình hóa dẫn động khí nén.
Hình 1.6:Sơ đồ hệ thống phanh khí nén.
Hình 2.1: Cơ cấu đòn xoay.
Hình 2.2:Sô ñoà daãn ñoäng phanh xe Kamaz-5320.
Hình 2.3: Giản đồ phanh.
Hình 2.4: Dẫn động phanh rơ-moóc một dòng.
Hình 2.5: Quá trình nạp và xả khí nén ở bình chứa.
Hình 2.6: Dẫn động phanh rơ-moóc hai dòng.
Hình 2.7: Bố trí van tăng tốc trên xe.
Hình 2.8:Sơ đồ bố trí van hạn chế áp suất cầu trước.
Hình 2.9:Sơ đồ bố trí bộ điều hòa lực phanh.
Hình 2.10:Vị trí lp đặt bộ điều hoà lực phanh trên xe Kamaz.
Hình 2.11: Van hiệu chỉnh mc nối tiếp.
Hình 2.12: Van hiệu chỉnh.
Hình 2.13: Van hiệu chỉnh mc song song.
Hình 2.14: Các phương án bố trí bộ điều hòa lực phanh và van tăng tốc.
Hình 2.15: Van tổng phanh.
Hình 2.16: Bầu phanh.
Hình 2.17: Liên kết giữa bầu phanh và cơ cấu phanh.
Hình 2.18: Van tăng tốc trên xe đầu kéo rơ mooc terberg.
Hình 2.19:sơ đồ bố trí van bảo vệ.
Hình 2.20.Tiết lưu và kí hiệu.

x
Hình 2.21: Mô hình hóa bầu phanh.
Hình 2.22: Mô hình tính toán bầu phanh.
Hình 2.23: Đặc tính lưu thông khâu D-E.

Hình 3.1: Mạch dẫn động phanh chính.
Hình 3.2: Mô hình hóa hệ thống dẫn động phanh khí nén.
Hình 3.3: Mô hình hóa một đoạn ống dẫn.
Hình 3.4: Đồ thị hệ số lưu lượng  ứng với đường kính trong của đường ống.
Hình 3.5: Mô hình hóa van tổng phanh.
Hình 3.6: Van tăng tốc.
Hình 3.7: Sơ đồ hai khâu D-E mc nối tiếp.
Hình 3.8: Sơ đồ hai khâu D-E mc song song.
Hình 3.9: Sơ đồ hai khâu D-E mc hỗn hợp.
Hình 3.10: Sơ đồ mô hình hóa bầu phanh.
Hình 3.11: Mô hình hóa bầu phanh.
Hình 3.12: Thut toán giải phương trình vi phân.
Hình 3.13: Đặc tính áp suất ở bầu phanh trường hợp thể tích không đổi và thay đổi.
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống phanh đầu kéo ậ rơ-moóc.
Hình 4.2: Hệ thống phanh rơ-moóc nhiều cầu.
Hình 4.3:Sơ đồ mô hình hóa mạch dẫn động phanh khí nén ba cầu.
Hình 4.4: Thut toán giải hệ phương trình vi phân.
Hình 4.5: Đặc tính động lực học hệ thống phanh rơ-moóc ba cầu.
Hình 4.6: Đặc tính động lực học khi phanh rơ-moóc.





xi
DANH SÁCH CÁC BNG

Bng 2.1: Sự tương đương giữa điện và khí nén.
Bng 3.1: Các sơ đồ mạch dẫn động khí nén và các biểu thức toán học.

LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 1 - GVHD: TS. NguyễnăNước
 1
TNG QUAN

1.1 Lý do thc hin và tm quan trng c tài:
Ngày nay với sự phát triển không ngừng ca nền kinh tế xã hội, ngành công
nghiệpăôătôăcũngăkhôngăphải là ngoi lệ.Kể từ khi raăđiăđến nay chiếcăôătôăđóngăvaiă
trò quan trọng và cần thiếtătrongăđi sống xã hội.Nó to nên một mngălưới rộng lớn
về vn chuyểnăngưi và hàng hóa trên toàn thế giới.ăĐặc biệt  Việt Nam hiện nay,
do nhu cầu vn chuyển hàng hóa ngày càng nhiều bằng các loi xe tải cỡ lớn và xe
đầuăkéoărơ-moóc vì vy việc trang bị, bổ sung những tài liệu kỹ thut về các loi xe
trên là rất cần thiết, góp phần sử dụngăvàăkhaiăthácăphươngătiệnăđt hiệu quả tốt
nhất.
Hiệnănayăđaăsố các tài liệuădùngăchoăcácăngànhăcơăkhíăôătô còn ít, nếu có
thưng là những tài liệuăhướng dn sử dụng hay lý thuyết chung, rất ít các tài liệu
về kết cấu xe cụ thể.ăĐặc biệt là các tài liệu riêng về hệ thốngăphanhătrênăxeăkéoărơ-
moóc hầuănhưălàăchưaăcó,ăviệc này sẽ gâyăkhóăkhĕnătrongăviệc cải to hoặc thiết kế
mới hệ thống phanh trên xe rơ-móoc. Việc bổ sung những tài liệu chuyên ngành về
ôătôăcũngărất cần thiết, giúp hoàn chỉnh hệ thống lý thuyếtăchoăngưi nghiên cu.
Vì hai nhu cầu trên tôi quyếtăđịnh chọn đề tài:ă“Nghiênăcu mô hình hóa dn
động phanh khí nén và nghiên cuăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên rơ-
móoc nhiều cầu”.ăVớiăđề tài này tôi hy vọng có thể đápăngăđược phần nào những
nhu cầu nói trên.
1.2 Mc tiêu c tài:
Với yêu cầu nội dung caăđề tài, mục tiêu cần đtăđượcăsauăkhiăhoànăthànhăđề tài
nhưăsau:
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 2 - GVHD: TS. NguyễnăNước
 Nắmăđược cơă s lý thuyết về hệ thống phanh khí nén, hiểuăđược cấu to,

nguyên lý hotăđộng các chi tiết, bộ phn trong hệ thống phanh khí nén.
 Mô hình hóa các chi tiết, bộ phn trong hệ thốngăphanhăkhíănénăđể phục vụ
cho việcătínhătoánăđộng lực học hệ thống phanh khí nén.
 Đưaă raă phươngăphápă tínhă toánăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên
quanăđiểm mô hình hóa.
 Tínhătoánăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên rơ-mooc nhiều cầu.
 Từ đóăxácăđịnhăđược vị trí bố trí các chi tiết, bộ phn trong hệ thống phanh
rơ-móocăđể đtăđược hiệu quả phanh tốt nhất.
1.3 



nghiên cu 





:
Hệ thống phanh khí nén là một hệ thống rất phc tp, do bản chất các hiện
tượng vt lý xảy ra trong hệ thống phc tp li phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác
nhauănhưăkíchăthướcăđưng ống, chấtălượngălưuăthôngăca dòng khí, mtăđộ và áp
suất caădòngăkhí…và cho tới nay vnăchưaăcóăđược những biểu thc toán họcăđể
biểu diễnăchínhăxácăquáătrìnhălưu thông ca dòng không khí trong hệ thống.
Doăđóăviệcătínhătoánăđộng lực học hệ thống phanh khí nén phải dựa trên kết
quả ca các nghiên cuăcơăbản về hệ thống khí nén nói chung. Có rất nhiều nhà
khoa họcăđãăthực hiện quá trình nghiên cuăcơăbản về hệ thốngăkhíănénăvàăđãăcóă
những thành tựuă đángă lưuă ýă như: Metlyuk N.F,
Gertz E.V, Idelchyk I.E,PogorelovV.I, VytkovG.A, GlickmanB.F, RyzhykhL.O,
ShypilinA.VHohrichianyG.V,BartoszP.R,BelenkyyY.B,TurenkoA.M,V.ABogomol

ov,KazarinovV.M,A.VDolberhV.IKurbatov,ZhestkovV.V,ZhestkovV.A,LitkeP.E, Z
elkin GG, Altshul A.D,Holzunov A.G…ă Trongă đóă haiă nhàă khoaă học Metlyuk N.F
và Gertz E.V đãăđưaăraăphươngăphápătínhătoánăđộng lực học hệ thống khí nén bằng
cách mô hình hóa các chi tiết bộ phn trong hệ thống khí nén, cụ thể nhưăsau:
- Sử dụngă phươngăphápă môă hìnhă hóaă để chuyển các cụmă van,ă cácă đưng ống
thành một dngăsơăđồ khốiătươngăđươngăbaoăgồm một thể tích và một cản tr
tp trung hay còn gọi là ti hoặc l ti(hình 1.1).
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 3 - GVHD: TS. NguyễnăNước

Hình 1.1: kh.
- Sử dụng lý thuyết mchăđiệnăđể nghiên cu, tính toán cho các mch dnăđộng
khíănén,ă phươngă phápănàyădựaătrênă cơăs “Hai hệ thống vật lý được coi là
tương đương nhau khi chúng là hai khái niệm vật lý được biểu diễn bằng
cùng một hệ phương trình vi phân”
Ta có thể nhn ra rằngăcácăđiălượng vt lý trong hệ thốngăđiện và hệ thống khí
nén có sự tươngăđươngăvới nhau, cụ thể:
 Khốiălượng khí nén  tươngăđươngăvớiăđiện tích ;
 Áp suất khí nén  tươngăđươngăvớiăđiện áp ;
 Lưuă lượng khốiă lượng khí nén ti một thiă điểm tc thi


tươngă
đươngăvới cưngăđộ dòngăđiện=


;
 Thể tích  bình chaătươngăđươngăvớiăđiện dung tụ điện ;
 Cản tr lưuă thôngăcaădòngăkhíătươngă đươngăvớiăđiện tr  ca mch
điện.

Vy hệ thốngăđiện và hệ thống khí nén là hai hệ thống vtălýătươngăđương,ă
doăđóăcóăthể sử dụngăcácăđịnh lut trong mchăđiệnăđể xây dựngăphươngătrìnhăviă
phân cho mch khí nén.  đâyăcácănhàăkhoaăhọcăđãăsử dụngăđịnh lut Kiếc sốp I
còn gọiălàăđịnh lutăđiểm nút ca mchăđiện, trong mch khí nén định lutănàyăđược
phát biểu nhưăsau:
“Tổng đại số các lưu lượng tức thời của dòng khí tại điểm nút thì bằng không”




=1
=






=1
= 0 (1.1)
Với  =


:ălưuălượng tc thi ca dòng khí tiăđiểm nút.
r
1
V
Y
1
1

2
3
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 4 - GVHD: TS. NguyễnăNước
Từ phươngătrìnhăviăphână1.1,ăcácănhàăkhoaăhọc có thể tínhăđược thi gian
truyềnănĕngălượng khí nén trong hệ thốngăđưng ống.
Về sau, các nhà khoa họcăkhácăđãăsử dụng các kết quả nghiên cuăcơăbản
trênăđể nghiên cu,ătínhătoánăđộng lực học các mch dnăđộng phanh rấtăđaădng
trênăôătô.Sauăđâyălàămột vài kết quả nghiên cu tiêu biểu.
1. Alexander Kramskoy, vement of calculation and dynamics air brake
Kharkiv State road - Transport University, 2006.
Đề tài gồm bốn phần:
- Phần th nhất tác giả trìnhăbàyăcácăxuăhướng chính ca hệ thống phanh khí nén.
- Phần th hai: trình bày các giả thiếtăcơăbảnăkhiămôăhìnhăhóaăđộng lực học dn
động phanh khí nén.
- Phần th ba:ămôăhìnhăhóaăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trênăxeăКrAZ-
6510 (hình 1.2).
- Phần th tư:ă sử dụng phần mềmă Matlabă để tínhă toánă động lực học dnă động
phanhăkhíănén,ăsauăđóăđưaăra kết lun.

Hình 1.2: Mô hình hóa h thng phanh khí nén.
2. A.L. Bondarenko, “The mathematical models of pneumatic brake drive of
rAZ-Ukraina ậ 2008.
m
P
r
В К
В К
V
В К

Y
P
к11
Y
к11
к11
V
r
к11
T11
V
T11
Y
r
T11
V
10
Y
10
r
T12
Y
T12
T12
V
r
T10
10
r
к12

r
к12
Y
V
T10
Y
T10
к12
V
к12
P
1 2
3
3
2
2
4
к32
Y
r
r
Y
T31
T31
V
T31
3
3
2
2

22
4
Н К
r
Н К
V
Н К
Y
T30
r
T30
V
T30
Y
r
30
1
r
Y
к22
P
к22
к22
к22
V
Y
30
V
30
r

Y
к21
к21
P
к21
к21
V
P
m
r
Y
к31
к31
P
к31
к31
V
T21
V
T21
T21
Y
r
r
Y
T22
T22
V
T22
T32

V
T32
T32
Y
r
V
к32
к32
к32
P
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 5 - GVHD: TS. NguyễnăNước
 đề tài này tác giả tínhătoánăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên xe
КrAZ-6510 có tínhăđến hệ thống chống hãm cng khi phanh (ABS) (hình 1.3).
- Tác giả đãănghiênăcu lý thuyết mô hình hóa ca Hertza E.V và Metlyuk N.F.
- Môăhìnhăhóaăđộng lực học dnăđộngăphanhăkhíănénătrênăxeăКrAZ-6510.
- Tínhătoánăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên xe КrAZ-6510ă(cóătínhăđến
ABS)ătheoăphươngăphápăHertzaăE.VăvàăMetlyukăN.F.
- Phân tích, nhn xét kết quả đtăđược.

Hình 1.3: Mô hình hóa h th-6510.
3. S.I. Poseur, GS.TS. L.O. Red, GS.TS. A.N. Krasyuk, Mathematical
modelof electronic circuit-pneumatic brakeactuators with
proportional modulators, Moscow,ăthángă4ănĕmă2009.
 đề tài này các tác giả đưaăraămôăhìnhătínhă toánă động lực học dnăđộng
phanhăđiện ậ khíănén,ăquaăđóăđánhăgiáăđược hiệu suất, chấtălượng ca modul tỷ lệ
(trong phần dnăđộngăđiện).
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 6 - GVHD: TS. NguyễnăNước

Hình 1.4:  h thng n  khí nén.
1. n.
2. Mu khin.
3. Modul t l (b u bin).
4. Bình khí nén.
5. Bu phanh.
6. ng dn khí nén.
Để tínhătoánăđộng lực học khí nén trong mô hình này các tác giả đãăsử dụng
phươngăphápămôăhìnhăhóaăca GS.Metlyuk,ămôăhìnhănhưăsau:

Hình 1.5: mô hình hóa dng khí nén.
1: Modul t l ng ng dn
3: Bu phanh p
0
: Áp sut bình khí nén.
p
1
: Áp sut bên trong modul t l p
2
: Áp sung ng.
p
3
: Áp sut ti bu phanh. V
1
: Th tích modul t l.
V
2
: Th ng ng. V
3
: Th tích bu phanh.

Từ mô hình trên các tác giả đãăxâyădựngămôăhìnhătínhătoán,ăxácăđịnhăđược
biểuăđồ thayăđổi áp suất theo thi gian, từ đóăđánhăgiáăđược hiệu suất, chấtălượng
ca Modul tỉ lệ.
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 7- GVHD: TS. NguyễnăăNước
4. Zbigniew Kulesza, Franciszek Siemieniako, Modeling the air brake system
equipped with the brake and relay valves,Bialystok University of
Technology, Faculty of Mechanical Engineering Department of Automatics
and Robotics, Balan, 2010.
 đề tài này các tác giả trình bày mô hình toán học ca hệ thống phanh khí
nén với hai loiăvanăthưng gặpăđóălà:ăvanăphanhăképăvàăvanărelay.

Hình 1.6: h thng phanh khí nén.
1, 15: Ngun cung cp khí nén. 2, 16: Van an toàn.
3: Bình khí nén mch I. 4: Bình cha mch II.
5, 6, 8, 9, 10, 14, 18, 20, 21: ng dn. 7: Van phanh kép.
11, 13, 22, 23: Bu phanh. 17: Bình khí nén van relay.
19: Van relay.
Hình 1.5 làămôăhìnhăđặcătrưngăca hầu hết các xe tải nặng, các tác giả đãăsử
dụngăphươngăphápămôăhìnhăhóaăđể tínhătoánăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén
trong mô hình này.
Tác giả đãăxâyădựngăphươngătrình,ăhệ phươngătrìnhăviăphânăca áp suất trong
hệ thống, dùng phần mềmăMatlabăđể xây dựng thut toán kết hợp với các thông số
caămôăhìnhăđể xácăđịnh thể tích ca bầuăphanh,ăđưng kính bầuăphanh,ăđộ cng lò
xo…Đề tàiănàyăđược dùng trong việc thiết kế mới hệ thống phanh xe tải nặng, xe
đầuăkéo…

LUNăVĔNăTHCăSƾ

HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 8- GVHD: TS. NguyễnăăNước
1.4 




1.4.1 Nhim v nghiên cu.
 Nghiên cu các cơăs lý thuyết về hệ thống phanh khí nén.
 Nghiên cuăphươngăphápămôăhìnhăhóaădnăđộng phanh khí nén.
 Kết hợp kiến thc lý thuyết về hệ thống phanh khí nén và kiến thc về mô
hình hóa để đưaăraăphươngăphápătínhătoánăđộng lực học dnăđộng phanh khí
nén trên rơ-móoc nhiều cầu.
1.4.2 ng nghiên cu.
 Lý thuyết về hệ thống phanh khí nén trên ô tô.
 Cácăđịnh lut về khí nén.
 Động lực học dnăđộng phanh khí nén.
 Lý thuyết về mô hình hóa dnăđộng phanh khí nén.
1.4.3 ng nghiên cu.
1.4.3.1 Nghiên cu lý thuyt v h thng phanh khí nén.
 Nghiên cu tổng quan về hệ thống phanh khí nén.
 Tìm hiểu cấu to và nguyên lý hotăđộng ca các bộ phn.
 Nghiên cuăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén.
1.4.3.2 Nghiên cng phanh khí nén.
 Các giả thiếtăđể áp dụngăphươngăphápămôăhìnhăhóa.
 Mô hình hóa dnăđộng phanh khí nén.
 Mô hình tính toán trong hệ thống phanh khí nén.
1.4.3.3 Nghiên cng lc hc dng phanh
khí nén trên r-móoc nhiu cu.

 Nghiên cu các mô hình tính toán dựaătrênăphươngăphápămôăhìnhăhóa.
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 9- GVHD: TS. NguyễnăăNước
 ng dụngăphươngăphápămôăhìnhăhóaăđể tínhătoánăđộng lực học một hệ thống
phanhăkhíănénătrênărơ-moóc nhằm mụcăđíchănângăcaoăhiệu quả phanh và tính
đồng bộ khi phanh ca hệ thống.
1.5 Gii h tài:
Đề tài tp trung vào việcăđưaăraăphươngăphápătínhătoánăđộng lực học dn
động phanh khí nén.ng lc hc d    đâyă làă động lực học
truyềnăđộng khí nén bên trong hệ thống phanh, vì vy trong phn vi lunăvĕn,ă
chỉ tính toán những phầnăliênăquanăđến truyềnăđộng khí nén bên trong hệ thống,
khôngătínhătoánăđộng lực học khi phanh ô tô.
Đề tài mang tính chất lý thuyết, chỉ đề suấtăphươngăphápătínhătoánăđộng
lực học dnăđộngăphanhăkhíănénăđóălàăphươngăphápămôăhìnhăhóaăvàăápăsuất tp
trung tiăđiểm nút, do kinh phí còn hn hẹpănênăchưaăxâyădựngăđược mô hình
thực tế để kiểm nghiệmăphươngăphápătínhătoánătrên.
 phần tính toánăđộng lực học dnăđộngăphanhărơ-moóc nhiều cầu chỉ
tínhătoánăchoătrưng hợpătĕngăápăsuâtăphanhăkhiăngưi lái phanh gấpă(phanhăđột
ngột) vìăđâyălàătìnhăhuống nguy hiểm nhất,ăđòiăhỏi sự đồng bộ khi phanh giữa
các cầu xe.







LUNăVĔNăTHCăSƾ

HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 10- GVHD: TS. NguyễnăăNước

 LÝ THUYT

2.1  s lý thuyt v h thng phanh khí nén:
2.1.1 Vài nét v v an toàn giao thông và s cn thit ca h thng phanh
trên ô tô:
Cùng với sự phát triển ca các ngành kinh tế, giao thông vn tảiăvàăđặc
biệtălàăgiaoăthôngăđưng bộ (ch yếu là giao thông ô tô) đóngămột vai trò quan
trọng trong nền kinh tế.  nhiềuă nước trên thế giới, kể cả nhữngă nước công
nghiệp tiên tiếnănhưăMỹ,ăĐc, Nga, Nht…ăgiaoăthôngăôătôăđãăđảm nhn vn
chuyểnăđếnă2/3ălượngăhàngăhóaăvàăhànhăkháchăđiăliăhàngănĕm.
Càngăngày,ălượng xe hot độngătrênăđưng càng nhiều,ăđể tĕngălưuălượng
vàătĕngănĕngăsuất vn chuyển, vn tốc trung bình caăxeăngàyăcàngăđược nâng
cao. Khi sự tĕngă trưng số lượng và tốcă độ lưuă thôngă ca ô tô trên các loi
đưng có công dụng chung nhảy vọt, thì vấnăđề an toàn chuyểnăđộngăcàngăđược
quanătâmăhơnălúcănàoăhết, nhằm giảm tốiăđaăcácăvụ tai nn giao thông xảy ra trên
đưng.
Về mặtăphươngătiện (ô tô), chấtălượng và tình trng kỹ thut các hệ thống
điều khiểnă nhưă phanh,ă lái…đóngă vaiă tròă quană trọng cho xe hotă động trên
đưng,ăđặc biệt hệ thống phanh là hệ thống ảnhăhưng trực tiếp tới sinh mng
conăngưi và hàng hóa trên xe, vì vy việcăđảm bảo tình trng kỹ thut ca hệ
thống phanh luôn  trng thái làm việc tốt nhất là rất quan trọng.
Cácănước phát triển trên thế giớiăđều đãăcóănhững tiêu chuẩn nghiêm ngặt
về hệ thống phanh nhằmăđảm bảoăanătoànăchoăxeăkhiălưuăthôngătrênăđưng và nó
sẽ càng khắtăkheăhơnătrongătươngălaiăkhiămàătốcăđộ chuyểnăđộng và mtăđộ ô tô
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 11- GVHD: TS. NguyễnăăNước
trênăđưngăngàyăcàngăcao.ăTrênăcơăs các tiêu chuẩn về an toàn chuyểnăđộng,
một hệ thống phanh ô tô ngày nay phải thỏa mãn những yêu cầu sau.
2.1.2 Yêu cu ca h thng phanh khí nén:
Xuất phát từ những tiêu chuẩn quốc gia về an toàn chuyểnă động ca các
phươngătiện giao thông và phổ biếnăhơnăcả làăquyăđịnh N
o
-13 EU 00N ca hội đồng
kinh tế châu Âu, tiêu chuẩn F18-1969 ca ThụyăĐiển, tiêu chuẩn FM VSS-121 ca
Mỹ,ă ngưiă taă đãă đưaă raă những yêu cầu quan trọng nhất về chấtă lượng hệ thống
phanhăđối với hệ thống phanh thuộc thế hệ các xe hiệnăđiămàăquaăđóămột hệ thống
phanh ô tô phải đtăđược:
- Quãngăđưng phanh ngắn nhấtăkhiăphanhăđột ngột.
- Phanh êm dịu trong mọiătrưng hợp, bảoăđảm sự ổnăđịnh khi phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng.
- Thi gian chm tác dụng (còn gọi là thi gian phản ng) nhỏ.
- Cơăcấu phanh thoát nhiệt tốt.
- Phân bố mô men phanh  các bánh xe phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn
trọngălượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặtăđưng  bấtăkìăcưngăđộ
phanh nào (sử dụngă điều chỉnh tự động lực phanh theo tải, sử dụng thiết bị
chống hãm cng bánh xe).
- Cóăđộ tin cy cao (sử dụng dnăđộng phanh nhiều mchăđộc lp,ănângăcaoăđộ
bền các chi tiết trong hệ thống phanh).
- Có hệ thống tự kiểm tra, chẩnăđoánăcácăhưăhỏng một cách kịp thi.
Cũngătừ những tiêu chuẩnătrên,ăcácăphươngătiện vn tải ô tô cần phảiăđược
trang bị các hệ thống phanh bao gồm:
- Hệ thống phanh công tác (hoặcăphanhăchínhăvàăthưng gọi là phanh chân), có
tác dụng trên tất cả các bánh xe.
- Hệ thống phanh dự phòng.

- Hệ thống phanh dừng và hệ thống phanh phụ trợ (phanh chm dần).
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 12- GVHD: TS. NguyễnăăNước
- Điểmăđặc biệt về anătoànăđối với hệ thống phanh khí nén là dnăđộng phanh phải
cóăkhôngădưới hai mchăđộc lp, ví dụ một mch dnăđộng cho cầuătrước, một
mch dnăđộng cho cầu sau và một mch cho dnăđộng phanh dừng…để khi có
hưăhỏng một mchănàoăđó,ămch còn li vnăđảm bảo phanh ô tô với hiệu quả
phanh không thấpăhơnă30%ăsoăvới khi hệ thống phanh còn nguyên vẹn. Theo
tiêu chuẩn ca ThụyăĐiển thì giá trị này là 50%.
- Đối với hệ thống phanh khí nén, phanh công tác cần có dung tích bình cha tới
mcăđ có thể phanh có hiệu quả 5 lần liên tiếp khi nguồnănĕngălượng (máy nén
khí) không làm việc. Mỗi mch dnăđộng cần có các bình cha riêng biệt khi
nguồnănĕngălượng là chung ca toàn hệ thống.ăTrongătrưng hợp một mch dn
độngănàoăđóăbị hỏng, nguồnănĕngălượngchung vn tiếp tục cung cấpănĕng lượng
cho các mch khác còn tốt.
- Hệ thống phanh dự phòng cần phảiăđảm bảo dừngăđượcăôătôătrongătrưng hợp hệ
thống phanh chính bị hưăhỏng. Có thể bố trí hệ thống phanh dự phòng riêng biệt,
nếu không thì hệ thống phanh chính hoặc phanh dừng phải thực hiện chcănĕngă
này và vnăđược coi là hệ thống phanh dự phòng.
- Hệ thống phanh dừng phải dừngăvàăđỗ được xe trên dốc. Dnăđộng phanh dừng
có thể sử dụng bất kỳ dngănĕngălượngănào,ănhưngăbộ phn to ra mô men phanh
để giữ xeăđng yên phải là mộtăcơăcấu hotăđộng thuần túy bằngăphươngăphápă
cơăkhíăvàăkhôngăphụ thuộc vào hệ thống phanh chính.
- Hệ thống phanh chm dần (phanh phụ trợ)ăđảm bảo duy trì cho ô tô chuyểnăđộng
 một tốcăđộ ổnăđịnh,ăđiều chỉnh tốcăđộ ô tô mộtăcáchăđộc lp hoặcăđồng thi
cùng với hệ thống phanh chính nhằm mụcăđíchăgiảm tải cho phanh chính.
- Khi làm việc vớiărơ-moóc, ô tô kéo cần phải có thiết bị bảo vệ chống tụt áp suất
khí nén (hoặc thy lực)ăđể đề phòngătrưng hợpăđưng ống nối giữa ô tô kéo và

rơ-moóc bị phá hy.
- Trưng hợpăxeăđangăchuyểnăđộng mà bị đt moóc kéo, yêu cầu hệ thống phanh
chính caărơ-moóc phải tự động dừngăđược rơ-moóc với hiệu quả không thấp
hơnăquyăđịnhăđối vớiăxeăđoànătươngăng.
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 13- GVHD: TS. NguyễnăăNước
- Trênărơ-moócăcũngăcần trang bị cơăcấu phanh dừngăđể hãmărơ-móc khi nó tách
ra khỏiăđầu kéo.
- Sự mài mòn ca má phanh cầnăđược bù li bằng hệ thốngăđiều chỉnh bằng tay
hoặc tự động. Theo tiêu chuẩn ThụyăĐiển, mài mòn má phanh cầnăđược bù li
bằng hệ thốngăđiều chỉnh tự động hay phải có bộ phn tín hiệuăđể cảnh báo về
việcătĕngăkheăh giữa má phanh và tang phanh.
- Trong mỗi mch dnăđộng phanh cần phải có các bộ phn giao tiếp với thiết bị
kiểmătra,ăđể kiểm tra và thông báo tình trng kỹ thut ca dnăđộng phanh trong
quá trình sử dụng.
Doăđặcăđiểm và yêu cầu ngày càng khắc khe ca hệ thống phanh nên việc
tínhătoánăđộng lực học dnăđộng hệ thốngăphanhălàăđiều cần thiết nhằmăđảm bảoăđộ
an toàn, tin cyăchoăngưi,ăphươngătiệnăvàăhàngăhóaăkhiălưuăthôngătrênăđưng.
2.1.3 Dng phanh khí nén:
a. m dng phanh khí nén trên xe vn ti:
Dnăđộng phanh khí nénăthưngăđược sử dụng trên các xe vn tải, xe khách
vàărơ-moóc. Phanh khí sử dụngănĕngălượng caăkhíănénăđể tiến hành phanh, ngưi
lái không cần mất nhiều lựcăđể điều khiển phanh mà chỉ cần thắng lực lò xo  van
phân phốiăđể điều khiển việc cung cấp khí nén hoặc làm thoát khí  các bộ phn làm
việc.  loi dnăđộng phanh này có nhữngăưuăđiểm sau:
m:
- Mômen phanh ln, áp suấtăđặt ti bầu phanh lớn kết hợp vớiăcơăcấuăđònăbẩy to
ra mômen phanh lớn ti bánh xe.

LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 14- GVHD: TS. NguyễnăăNước

Hình 2.1: u  xoay.
Hình 2.1 thể hiệnăcơăcấu chấp hành ca hệ thống phanh khí nén, bầu
phanhăthưng nằm trên trục gần bánh xe, áp suất khí nén (7-8ăbar)ăđượcăđưaă
vào bầu phanh thơng qua lỗ np, khí nén tác dụng lên màng và truyền qua
thanhăđẩy,ăthanhăđẩy nối vớiăđònăxoayănh đaiăốc, q trình này biến chuyển
động thẳng caă thanhăđẩy từ bầu phanh thành chuyểnă động quay ca trục
phanh và cam ậ S. Nh kết cấu trên mà mơmen phanh tác dụng lên bánh xe
được khuếchăđi lên rất nhiều.
- u khin phanh nh nhàng, ngưi lái chỉ cầnăđiều khiểnăbànăđpăđóngăm van
tổng phanh to tín hiệuăđiều khiển dòng cấp khí nén cho các bầu phanh bánh xe;
- Làm vic tin cng thy lc (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vn có thể
làm việcăđược, tuy hiệu quả phanh giảm);
- Có th trích ngun khí nén ca h thng phanh  s dngcho các h thng
: Hệ thống treo khí nén ,trợ lực m ly hợp ,đóngăm cửa xe…
Tuy nhiên hệ thống phanh khí nén vn còn tồn ti một số nhượcăđiểm sau:
m:
- Kt cu phc tp số lượng các cụm khá nhiều, kích thước và trọng lượng của
chúng khá lớn, giá thành cao.
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 15- GVHD: TS. NguyễnăăNước

Hình 2.2:Sô ñoà daãn ñoäng phanh xe KaMAZ-5320.
Hìnhă2.2ălàăsơăđồ dnăđộng hệ thống phanh xe KaMAZ-5320.Đâyălà

một hệ thống phanh hoàn chỉnh bao gồm rất nhiều cụm chi tiết,ăthêmăvàoăđó,ă
kết cấu ca các cụm chi tiếtătươngăđối lớn,ădoăđóăchiếm rất nhiều diện tích
trênăxe,ăgâyăkhóăkhĕnătrongăviệc bố trí, lắpăđặt.
- Thi gian chm tác dng (thia tc phanh) ln,làmătĕngăđángăkể
quãngă đưng phanh và thi gian phanh (do không khí bị nén khi chịu lực).
Nhượcăđiểmănàyăđược lý giải một cách rõ ràng thông qua giảnăđồ phanh thực tế
(đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thi gian phanh 

và gia tốc phanh 

). Giản
đồ phanh thực tế được cho  hình 2.3.
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 16- GVHD: TS. NguyễnăăNước

Hình 2.3:Gin  phanh.
Trên giản đồ, gốc tọa độ được coi là thời điểm người lái bắt đầu
phát hiện ra chướng ngại vật. Thời gian chuẩn bò phanh và thời gian phanh
được phân thành các giai đoạn sau:

1
– Thời gian phản xạ của người lái,thông thường 
1
= (0,31,8)s.

2
– Thời gian dùng để khắc phục hành trình tự do trong hệ thống
phanh. 

2
= (0,20,4)s.

3
–Thời gian tăng gia tốc phanh, thời gian 
3
của dẫn động phanh
khí nén bằng (0,5 0,75)s.

4
– Thời gian phanh với gia tốc cực đại  = .

5
– Thời gian nhả phanh sau khi xe dừng: 
5
= (0,10,5)s.
Như vậy thời gian phanh tổng cộng, kể từ lúc phát hiện ra chướng
ngại vật đến khi xe dừng hẳn được tính theo biểu thức sau:
t t t t t
1 2 3 4 5
Ppmax
t
Jpmax
Pp
Jp
0
1
2
3
4

5
LUNăVĔNăTHCăSƾ
HVTH:ăĐặng QuốcăCưng

- 17- GVHD: TS. NguyễnăăNước
= 
1
+ 
2
+ 
3
+ 
4

Từ đồ thị ta thấy, 
3
chính là thi gian chm tác dụng (thiăgianătĕngăgiaătốc
phanh), thi gian này phụ thuộcăvàoăđặcăđiểm kết cấu ca hệ thống dnăđộng phanh,
cách bố trí và các thông số hình học ca hệ thống. Do tính chất ca khí nén, thi
gian 
3
ca dnăđộngăphanhăkhíănénăthưng lớnăhơnănhiều so với dnăđộng phanh
bằng thy lực. Cụ thể, với cùng một thể tích bầu phanh, nếu sử dụng dnă động
phanh thy lực thì 
3
=

0,1 0,3

, nếu sử dụng dnă động phanh khí nén thì


3
=

0,5 0,75

. Ta thấy rằng thi gian chm tác dụng ca dnăđộng phanh khí
nén gầnănhưăgấp 5 lần so với dnăđộng phanh thy lực. Thi gian này là nguyên
nhân chính làm cho thi gian tổng cộngăkhiăphanhătĕngălên vàăquãngăđưng phanh
dàiăhơn. Khắc phục thi gian này là một trong những nhiệm vụ hàng đầu khi nghiên
cu tính toán hệ thống phanh khí nén.
Thi gian chuyển từ trng thái phanh sang trng thái không phanh (thi gian
nhả phanh) 
5
cũngălàămộtăđiălượngăđángălưuăý.ăThi gian này thể hiện khả nĕngă
tr li trng thái chuyểnăđộng sau khi phanh. Nếu thi gian này quá dài thì thi gian
để ô tô tr li trng thái chuyểnăđộngălâuăhơn,ămất an toàn cho ô tô.
Tóm li, khi tính toán dnăđộng phanh khí nén, ta quan tâmăđến việc hn chế
thiăgianătĕngăgiaătốc phanh 
3
và thi gian nhả phanh 
5
. Việc bố trí các chi tiết,
các cụm van một cách hợp lý là một trong nhữngăphươngăánăđể giảm các khoảng
thi gian trên. Vì vy, cần phảiăcóăphươngăphápătínhătoánăđể đưaăraăphương án bố trí
tốiăưuălàmăgiảm thi gian chm tác dụngăcũngănhưăthi gian nhả phanhăđến mc
thấp nhất.
b. m d-moóc:
- Đặcăđiểm cấu to chung ca tất cả cácărơ-moóc là rất dài.  nước ta, để vn
chuyển hàng hóa,ăthôngăthưngăngưi ta sử dụngăsơmiăậ rơ-moóc.Một sơmiăậ

rơ-moóc tiêu chuẩn có chiều dài 20 feet (hoặcă 40ă feet)ă tươngă đươngă với 6m
(hoặcă12m),ădoăđóăchiềuădàiăcơăs rất lớn,ăđể bố trí dnăđộngăphanhăchoărơ-moóc