Thiết kế bệ thử nghiệm chuẩn đoán kéo cho xe tải có tự trọng 3,5 tấn

TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
Thiết kế môn học
chẩn đoán kỹ thuật ôtô
Đề tài: Thiết kế bệ thử nghiệm chẩn đoán kéo cho xe tải có
tự trọng 3,5 tấn
Chơng I:Lựa chọn phơng án thiết kế.
I. Các ph ơng án thử chất l ợng kéo:
1.1.Bệ lực đo ở trạng thái tĩnh:
Hình 1- 1
Sơ đồ bệ lực đo lực kéo ở trạng thái tĩnh
A- Bệ thử lực với tấm phẳng chuyển động.
B- Bệ thử lực với tấm phẳng không chuyển động.
C- Bệ thử lực với các con lăn.
D- Bệ thử lực với thiết bị tác dụng mô men xoắn tới bánh xe.
1- Lực tác dụng do áp lực chất lỏng hoặc khí nén từ bệ thử truyền
đến.
2- Cảm biến đo áp lực.
3- Tấm phẳng chuyển động.
4- Đồng hồ đo lực.
5- Bánh xe.
6- Giá tựa giữ cho ôtô không chuyển động.
7- Tấm phẳng không chuyển động.
8- Con lăn.
Nguyên lý làm việc chung của loại bệ thử này dựa trên cơ sở cân bằng lực
tác dụng từ bệ thử với lực hãm của bánh xe đứng yên. Tăng dần lực tác dụng từ
TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
bệ thửcho đến khi bánh xe hãm bắt đầu quay( lực đẩy cân bằng với lực hãm) ,
lúc đó đồng hồ đo 4 sẽ chỉ giá trị lực hãm của bánh xe thí nghiệm.
Nhợc điểm của các loại bệ thử này là kết quả đo không chính xác vì nó
không mô phỏng đợc quá trình phanh thực tế trên đờng khi thử nghiệm. Do vậy
nó đợc ít sử dụng trong sản xuất.

1.3.2.Bệ thử lực đo ở trạng thái động:
Để đo đợc lực kéo ở trạng thái động bệ lực với các con lăn đợc sử dụng
phổ biến. Bệ kiểu này bao gồm động cơ điện, các con lăn và thiết bị đo. Bệ thử
cho phép đo lực kéo trong quá trình quay bánh xe ở vận tốc V=2- 10 Km/h. Lực
kéo đợc xác định theo giá trị mô men xoắn xuất hiện khi phanh bánh xe.
Bệ thử con lăn dạng lực cũng có nhiều loại: loại đo hiệu quả hãm
bằng cảm biến lực, loại đo bằng đồng hồ so kiểu lực kế.
z
4
z
3
z
1
z
2
Hình 1- 2
Sơ đồ bệ thử con lăn dạng lực
1. Bộ truyền động xích hoặc đai
2. Con lăn
3. Hộp cân bằng
4. Tay đòn truyền lực
5. Đồng hồ đo lực
6. Động cơ điện
7. Bộ truyền trục vít bánh vít
6
5
4
3
2
7

1
TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
Nguyên lý một cụm của bệ thử kéo con lăn dạng lực đo bằng đồng hồ so
kiểu lực kế. Bệ thử bao gồm các con lăn đợc nối với nhau bằng xích, Các con
lăn đợc dẫn động quay từ động cơ điện qua bộ truyền bánh vít trục vít và hai cặp
bánh răng trụ. Các cặp bánh răng này đợc đặt trong khung cân bằng. Đòn 4 để
truyền lực từ khung cân bằng đến đồng hồ so kiểu lực kế 5. Khi kéo các bánh xe
ôtô, do tác dụng mô men phản lực khung cân bằng sẽ quay với cờng độ tỷ lệ với
mô men phanh. Lực quay của khung cân bằng đợc chỉ ra trên đồng hồ 5. Trong
trờng hợp này mô men kéo đựơc xác định bởi công thức.
3142
42
zzzz
zPlz
M
T

=
[KGm]
Trong đó
P- là lực chỉ trên đồng hồ kiểu lực kế 5.
l- Là cánh tay đòn đặt lực P.
z
1
,z
2
,z
3
,z
4

- Số răng của các bánh răng trụ trong khung cân bằng.

Bệ thử kéo con lăn dạng lực đo trực tiếp mô men hãm nhờ cảm biến mô
men kéo là loại bệ thử hiện nay đợc sử dụng rộng dãi nhất. Phần tử chủ yếu của
bệ là hai cụm con lăn đặt dới hai cụm bánh xe của một trục. Mỗi cụm con lăn
bao gồm : khung, các con lăn, động cơ điện và thiết bị đo.
Hình 1 - 3
Sơ đồ bệ thử lực với thiết bị đo là cảm biến lực kéo.
1.Cảm biến lực kéo.
2.Hộp số.
3.Động cơ.
4.ổ bi.
5.Khung.
6.Con lăn.
7.Thiết bị nâng hạ.
8.Đo lực phanh.
Khung 5 của bệ thử đựơc đặt trên các tấm đỡ đàn hồi để giảm rung khi thí
nghiệm. Bề mặt các con lăn 6 có gân hoặc phủ bê tông để tăng khả năng
bám.Nhờ bộ truyền động xích các con lăn đều là chủ động, do vậy tăng đợc
TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
trọng lợng bám, giảm đợc sự trợt khi thí nghiệm. Hộp giảm tốc 4 có vai trò nh
khung cân bằng. trên tay gạt của nó đặt cảm biến lực phanh 1 . Tấm đỡ 9 giúp
ôtô đi ra khỏi bệ thử dễ dàng. Giá trị lực hãm đo đợc lớn nhất phụ thuộc vào lực
bám giữa bánh xe với con lăn.
1.2: Chuẩn đoán chất lợng kéo trên bệ thử quán tính:
Bệ thử quán tính đợc chia ra làm hai loại chủ yếu sau:
-Loại sử dụng lực bám giữa bánh xe với mặt tựa( Bệ tấm phẳng, Bệ con
lăn quán tính ) Phơng pháp chuẩn đoán của loại bệ thử này dựa trên cơ sở đo lực
quán tính xuất hiện trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với bề mặt tựa trong quá
trình phanh.

-Loại không sử dụng lực bám giữa bánh xe với bề mặt tựa.
a, Bệ thử kéo tấm phẳng quán tính:
Nguyên tắc chuẩn đoán của bệ thử kéo tấm phẳng quán tính là không sử
dụng quán tính của bệ thử mà chỉ dùng khối lợng chuyển động tịnh tiến và
chuyển động quay của ôtô.

Hình 1- 4
Bệ thử kéo tấm phẳng quán tính
1.Hộp thiết bị đo
2.Tấm phẳng.
3.Cảm biến đo độ dịch chuyển
Bao gồm bốn tấm phẳng với bề mặt khía nhám để tăng hệ số bám. các
cảm biến 3 để đo độ dịch chuyển tấm phẳng 2 khi kéo. Hộp đo 1 dùng để biến
đổi các tín hiệu nhận đợc từ cảm biến 3. Khi thử nghiệm ngời lái cho ôtô đi vào
bệ thử với tốc độ 6- 12 Km/h. Và dừng lại đột ngột trên tấm phẳng khi phanh.
Khi đó trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với tấm phẳng xuất hiện lực quán tính
cân bằng với lực phanh làm các tấm dịch chuyển. Độ dịch chuyển các tấm
phẳng đựơc ghi bởi các cảm biến thuỷ lực, cơ khí, hay khí nén.
TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
Bệ thử tấm phẳng có u điểm cơ bản là có năng suất chẩn đoán cao, công
nghệ chuẩn đoán đơn giản. Nhng nó tồn tại một số nhợc điểm: độ ổn định hệ số
bám kém vì bệ thờng xuyên có bụi bẩn và ớt, chiếm diện tích nhà xởng lớn vì
phải có đoạn đờng tăng tốc, gây khí thải độc hại cho phân xởng...
b,Bệ thử kéo con lăn quán tính:
Khác với bệ thử tấm phẳng quán tính, bệ thử con lăn quán tính chỉ sử
dụng quán tính của bệ thử trên cơ sở cân bằng với quán tính của ôtô khi kéo trên
đờng. Nó gồm có hai loại chính : Loại dẫn động từ động cơ ôtô, loại dẫn động từ
động cơ điện. Cả hai loại đều sử dụng lực bám giữa bánh xe với bề mặt tựa.
A B C
Hình 1-5

Bệ thử con lăn (A,B) và băng tải (C) quán tính
1.Bánh xe
2.6.Con lăn
3.Hộp giảm tốc.
4.Động cơ.
5.Xích truyền động
7.Bánh đà
8.Băng tải.
Bệ thử con lăn dẫn động từ động cơ ôtô( Hình 1-5 A) Bao gồm các cụm
con lăn 2,6 có liên hệ động học với bánh đà 7 .Các con lăn đợc dẫn động quay
từ bánh xe chủ động của ôtô. Nhợc điểm của loại này là hao tốn nhiên liệu và
khí thải làm ô nhiễm môi trờng không gian sản xuất.
Bệ thử kéo băng tải quán tính ô( Hình 1-5 C).Bao gồm các con lăn trên đó
trên đó đặt tấm vải bọc cao su. Bệ cũng đợc dẫn động từ động cơ ôtô, bệ này chỉ
dùng để thí nghiệm xe con.
Bệ thử kéo con lăn quán tính dẫn động bằng động cơ điện(Hình 1- 5 B).
Gồm hai cụm bánh đà đặt riêng rẽ dới bánh xe của một trục, các con lăn nhận
truyền động từ động cơ điện và dẫn động quay các bánh xe ôtô. Bệ loại này có
khả năng kiểm tra lực kéo của từng cầu, các chi phí trong quá trình thử nhỏ,
không ô nhiễm môi trờng, do vậy nó đợc sử dụng khá phổ biến ở các xí nghiệp.
A
Sơ đồ bệ thử quán tính để thử lực kéo không sử dụng lực
bám
TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
Nguyên lý làm việc của tất cả các loại bệ thử quán tính có sử dụng lực
bám giữa bánh xe với bề mặt tựa về bản chất là nh nhau. Trên các loại bệ thử
kéo con lăn quán tính co thể đo mô men kéo theo mô men phản lực xuất hiện
trên trục của bệ thử đoạn giữa bánh đà với con lăn.
Để đảm bảo đợc độ tin cậy của kết quả chẩn đoán thì các loại bệ thử con
lăn quán tính phải mô hình hoá đợc quá trình chuyển động thực tế của ôtô trên

đờng và trên bệ thử phải tơng đơng nhau. Đây là một nhợc điểm dẫn đến loại bệ
thử này không chẩn đoán đợc cho nhiều loại xe.
c, Bệ thử kéo quán tính không sử dụng lực bám:
Bệ thử quán tính không sử dụng lực bám cho phép đo trực tiếp mô men
phanh ở cơ cấu phanh, bệ kiểu này gồm hai loại:
-Loại bánh xe ôtô tựa trên con lăn( Hình 1- 8 A).Trong trờng hợp này con
lăn chỉ có tác dụng đỡ bánh xe mà không tham gia trong thành phần bệ thử.
-Loại treo bánh xe lên bằng hệ thống kích nâng(Hình 1- 8 B).
So với loại bệ thử con lăn kiểu quán tính thì loại bệ thử này có khả năng
loại trừ đợc sự trợt của bánh xe với con lăn. Khử đợc sự sai khác về cản lăn trên
đờng và trên bệ thử
A
B
Hình 1- 8
Nguyên lý làm việc chung của loại bệ thử: động cơ điệ kéo bánh xe ôtô quay
đến tốc độ 50 70 Km/h sau đó đạp phanh đột ngột sau đó ngắt điện vào động
cơ.Dựa vào thời gian quay của các khối lợng quán tính ta co thể xác định đợc
lực kéo trên các bánh xe chủ động.
Trên hình 1-9 Trình bầy sơ đồ bệ thử quán tính không sử dụng lực bám,
để đo mô men kéo trên các bánh xe chủ động mà không cần chất tải lên thùng
xe.
TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
Hình 1-9
Bệ quán tính không dùng lực bám
Khi thí nghiệm bánh xe ôtô đợc nâng khỏi mặt đờng và nối với bán trục 5
của hộp vi sai 4. Bán trục 6 đựơc hãm cứng động cơ điện 1 qua bánh đà 2 sẽ dẫn
động toàn bộ hệ thống quay đến tốc độ 60-70 Km/h. Đạp phanh đồng thời cắt
động cơ điện 1.Lúc đó các nửa trục 5 và trục 6 bằng nhau. Dùng cảm biến mô
men đặt trên trục 6 ta có thể đo đựơc mô men phanh và quãng đờng phanh ở chế
độ mô men phanh cực đại ( ngời lái đạp phanh cực đại)

Cơ sở tính toán thiết kế bệ thử cũng dựa trên phơng trình cân bằng động
năng khi phanh ôtô trên bệ thử và trên đờng.
So với nhóm bệ thử dạng lực hẹ thử phanh quán thnhs thử đợc ở tốc độ
cao hơn, tạo ra quá trình phanh trên bệ thử sát bới thực tế hơn ( về nhiệt độ trống
phanh, về sự thay đổi của hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống, về hệ số
bám...).Do vậy khả năng phát hiện ra các h hỏng của hệ thống phanh cũng lớn
hơn. Nhng tính vạn năng của bệ quán tính không cao so khó thay đổi đợc mô
men quán tính của bánh đà, kết cấu của bệ phức tạp và độ ổn định khi thí
nghiệm kém.
II.Lựa chọn ph ơng án thiết kế:
Dựa vào đặc tính kỹ thuật, u nhợc điểm của các loại bệ thử trên kết hợp với
tình hình thực tế ở Việt nam ta có thể đa ra một loại bệ thử có các điều kiện về
kinh tế, kỹ thuật có thể đáp ứng đợc với công tác thử nghiệm cho các loại xe
không đồng đều về chủng loại, hình dáng, kích thớc đang đợc sử dụng ở Việt
nam. Bệ thử này phải đáp ứng đợc các nhu cầu sau:
+ Chi phí sản xuất, lắp ráp sử dụng nhỏ.
+ Chiếm diện tích nhỏ.
+ Độ ổn định cao, đòi hỏi trình độ vận hành sử dụng không cao lắm.
+ Tính vạn năng cao.
TKMH: Chẩn đoán kỹ thuật ôtô Bộ môn: Cơ khí Ôtô
Từ các thực tế yêu cầu trên ta chọn phơng án thiết kế bệ thử lực, đo lực kéo
ở trạng thái động, bệ thử dạng con lăn, thiết bị chất tải là phanh điện. Đo lực
kéo ở chế độ tốc độ ứng với mô menn xoắn cực đại của động cơ, vận tốc ôtô khi
thử khoảng ( 2- 10) km/h ở tay số 1. Máy điện làm việc ở chế độ hãm tái sinh.
Các thông số của ôtô thử nghiệm: Xe tải KIA RHINO, 4T
Trọng tải: 4000 (kg)
Tự trọng: 3500 (kg)
Trọng lợng toàn bộ: 7500 (kg)
Dung tích công tác: 4,1 (l)
Công suất cực đại(ml)/số vòng quay(v/ph): 105/3600

Mô men cực đại (KGm)/số vòng quay (v/ph): 28/2000
Kích thớc lốp: 7,5-16
Kích thớc bao: 7000 x 2175 x 2400
Chiều dài cơ sở: 3770
Vệt bánh trớc: 1770
Vệt bánh sau: 1610
Kích thớc thùng xe: 4600 x 2025 x 400
Tải trọng tác dụng lên cầu trớc: 1050(kg)
Tải trọng tác dụng lên cầu sau : 2450(kg)
Trong đó : r
bx
= . r
0

Với lốp có áp suất cao thì (=0,945ữ0,95), chọn = 0,945.

)(7,3934,25.
2
16
5,7
0
mmr =






+=
Vậy : r

bx
= . r
0
= 0,945 . 393,7 = 372 (mm) .
===========