Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết kế hệ thống phanh khí nén đáp ứng theo tiêu chuẩn ece

Bộ giáo dục và đào tạo
TR-ờng đại học bách khoa hà nội
******

Nguyễn viết thiêm

Nghiên cứu ph-ơng pháp tính toán
thiết kế hệ thống phanh khí nén đáp ứng
theo tiêu chuẩn ECE

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Kỹ thuật cơ khí động lực

Hà nội năm 2013


Bộ giáo dục và đào tạo
TR-ờng đại học bách khoa hà nội
******

Nguyễn viết thiêm

Nghiên cứu ph-ơng pháp tính toán
thiết kế hệ thống phanh khí nén đáp ứng
theo tiêu chuẩn ECE
Chuyên ngành : kỹ thuật cơ khí động lực

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Kỹ thuật cơ khí động lực

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học:

1. ts. D-ơng ngọc khánh
2. ts. Lê hồng quân

Hà nội năm 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của
TS. Dƣơng Ngọc Khánh. Đề tài đƣợc thực hiện tại Bộ môn Ơ tơ và Xe chun
dụng, Viện Cơ khí Động lực, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, kết
quả trình bày trong luận văn là hồn tồn trung thực và chƣa từng đƣợc công bố
trong bất kỳ công trình nào.
Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Viết Thiêm

1


LỜI CẢM ƠN
Với tƣ cách là tác giả của luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
TS. Dƣơng Ngọc Khánh, thầy đã hƣớng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt
chun mơn để tơi hồn thành luận văn này.
Đồng thời tơi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các bạn đồng
nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện về cơ sở vật chất trong thời gian tôi học và làm
luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những
ngƣời đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong thời gian tôi học và làm luận

văn.
Tác giả

Nguyễn Viết Thiêm

2


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...............................................................................8
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN ............................11
1.1. Cơng dung của hệ thống phanh ......................................................................11
1.2. Phân loại hệ thống phanh ................................................................................11
1.2.1. Theo đặc điểm điều khiển ........................................................................11
1.2.2. Theo kết cấu của cơ cấu phanh ................................................................11
1.2.3. Theo dẫn động phanh ...............................................................................14
1.2.4. Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh .................................................15
1.3. Yêu cầu kết cấu ...............................................................................................15
1.4. Cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động khí nén ...........................................16
1.5. Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén loại một dịng ...............18
1.5.1. Sơ đồ kết cấu chung .................................................................................18
1.5.2. Máy nén khí ..............................................................................................19
1.5.3. Bộ điều chỉnh áp suất ...............................................................................19
1.5.4. Tổng van phanh ........................................................................................22
1.5.5. Van an toàn ...............................................................................................22
1.5.6. Bầu phanh .................................................................................................22
1.5.7. Cơ cấu phanh ............................................................................................25

1.5.8. Bộ điều hoà lực phanh ..............................................................................27
1.5.9. Van gia tốc................................................................................................30
1.6. Thực trạng về hệ thống phanh khí nén ở Việt Nam hiện nay .........................33
Chƣơng 2 - TIÊU CHUẨN ECE VỀ HỆ THỐNG PHANH ....................................35
2.1. Phân chia lực phanh ........................................................................................35
2.2. Thời gian phản ứng .........................................................................................40
2.2.1. Yêu cầu chung ..........................................................................................40

3


2.2.2. Xe cơ giới .................................................................................................40
2.2.3. Moóc, bán moóc .......................................................................................42
2.2.4. Chỗ nối thử áp suất ...................................................................................43
2.2.5. Ví dụ về thiết bị mô phỏng .......................................................................43
2.3. Yêu cầu về nguồn năng lƣợng đối với hệ thống phanh khí nén .....................44
2.3.1. Dung tích của bình chứa khí nén (bình tích năng) ...................................44
2.3.2. Năng suất của nguồn năng lƣợng .............................................................46
Chƣơng 3 - XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHANH DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN ĐÁP ỨNG TIÊU CHUẨN ECE .........48
3.1. Kiểm nghiệm hệ thơng phanh theo tiêu chí phân chia lực phanh trong tiêu
chuẩn ECE .............................................................................................................48
3.1.1. Kiểm nghiệm cho xe tải 22,4 tấn..............................................................48
3.1.2. Kiểm nghiệm cho xe tải 25 tấn.................................................................51
3.2. Xây dựng phƣơng pháp tính tốn thiết kế hệ thống phanh khí nén đáp ứng
tiêu chuẩn ECE về tiêu chí phân chia lực phanh ...................................................54
3.2.1. Cơ sở tính tốn .........................................................................................54
3.2.2. Tính tốn xác định áp suất, hệ số điều chỉnh áp suất và góc đặt cần điều
chỉnh của bộ điều hịa lực phanh ........................................................................55
3.2.3. Tính tốn độ dài cần điều chỉnh lP của bộ điều hòa lực phanh.................56

3.2.4. Xác định các giá trị tức thời của góc  và hệ số điều chỉnh áp suất K theo
hệ số lực phanh cho các trƣờng hợp ô tô đầy tải và không tải ...........................57
3.2.5. Xác định hệ số sử dụng trọng lƣợng bám của các bánh xe với mặt đƣờng.
............................................................................................................................58
3.2.6. Xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lƣợng bám tại bánh xe
cầu trƣớc và cầu sau với hệ số lực phanh ...........................................................58
3.2.7. Ứng dụng tính tốn bộ điều hịa lực phanh cho xe tham khảo .................58
3.3. Kiểm nghiệm hệ thống phanh theo tiêu chí thời gian phản ứng trong tiêu
chuẩn ECE cho xe tải 25 tấn ..................................................................................67
3.3.1. Xác định các thơng số tính tốn ...............................................................67
4


3.3.2. Xây dựng đồ thị quan hệ gữa thời gian phản ứng và biến thiên của áp suất
trong bầu phanh ..................................................................................................67
3.4. Tính tốn thiết kế van gia tốc .........................................................................68
3.4.1. Sơ đồ tính tốn..........................................................................................68
3.4.2. Các thơng số chọn trƣớc ...........................................................................69
3.4.3. Hành trình tự do của piston 5 ...................................................................69
3.4.4. Hành trình của piston dƣới 3 ....................................................................69
3.4.5. Tính tốn thiết kế lị xo van gia tốc: .........................................................69
3.5. Kiểm nghiệm lại hệ thống phanh sau khi đã tính tốn thiết kế van gia tốc ....71
3.6. Lựa chọn nguồn năng lƣợng ...........................................................................72
3.7. Nhận xét và đánh giá ......................................................................................72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................77

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực ..............................................12
Hình 1.2 Cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén................................................12
Hình 1.3 Cơ cấu phanh đĩa ........................................................................................13
Hình 1.4 Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén. ....................................................17
Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén điển hình .......................................18
Hình 1.6 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén một dịng ..........................................18
Hình 1.7 Bộ điều chỉnh áp suất .................................................................................20
Hình 1.8 Van phân phối dẫn động hai dịng .............................................................21
Hình 1.9 Van an tồn ................................................................................................22
Hình 1.10 Bầu phanh đơn .........................................................................................23
Hình 1.11 Bầu phanh tích năng .................................................................................24
Hình 1.12 Cơ cấu phanh bánh trƣớc .........................................................................26
Hình 1.13 Cơ cấu phanh bánh sau.............................................................................27
Hình 1.14 Bộ điều hồ lực phanh..............................................................................29
Hình 1.15 Sơ đồ ngun lí van gia tốc ......................................................................30
Hình 1.16 Kết cấu van gia tốc ...................................................................................32
Hình 1.17 Xe tải N3 sử dụng phanh khí nén ..............................................................34
Hình 1.18 Xe bus sử dụng phanh khí nén .................................................................34
Hình 2.1 Đồ thị tiêu chuẩn ECE cho loại xe N1 ........................................................37
Hình 2.2 Đồ thị tiêu chuẩn ECE cho loại xe M1 .......................................................38
Hình 2.3 Đồ thị tiêu chuẩn ECE cho loại không phải M1 và N1 ...............................39
Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị mơ phỏng .............................................................................43
Hình 3.1 Sơ đồ phân bố lực tác dụng của xe 22,4 tấn...............................................48
Hình 3.2 Đồ thị kiểm nghiệm về phân bố lực phanh theo tiêu chuẩn ECE của xe
22,4 tấn khi không trang bị bộ điều hịa lực phanh ...................................50
Hình 3.3 Sơ đồ lực tác dung của xe 25 tấn ...............................................................51

6

Hình 3.4 Đồ thị kiểm nghiệm về phân bố lực phanh theo tiêu chuẩn ECE của xe 25
tấn khi không trang bị bộ điều hịa lực phanh............................................53
Hình 3.5 Sơ đồ bố trí bộ điều hịa lực phanh ............................................................54
Hình 3.6 Đặc tính tĩnh bộ điều hịa lực phanh. .........................................................55
Hình 3.7 Đặc tính đàn hồi tĩnh của nhíp sau xe ơ tơ .................................................57
Hình 3.8 Đồ thị tiêu chuẩn ECE khi trang bị bộ điều hịa lực phanh của xe 22,4 tấn
....................................................................................................................62
Hình 3.9 Đồ thị tiêu chuẩn ECE khi trang bị bộ điều hịa lực phanh của xe tải 25T 66
Hình 3.10 Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống phanh sau có van gia tốc ...................68
Hình 3.11 Sơ đồ tính tốn van gia tốc .......................................................................68
Hình 3.12 Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống phanh sau có van gia tốc. ..................71
Hình 3.13 Đồ thị kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn ECE của xe 22,4 tấn và xe 25 tấn: a.
Xe 22,4 tấn; b. Xe 25 tấn ...........................................................................73
Hình 3.14 Đồ thị tiêu chuẩn ECE cuar xe 22,4 tấn và xe 25 tấn khi trang bị bộ điều
hòa lực phanh: a. Xe 22,4 tấn; b. Xe 25 tấn ...............................................74
Hình 3.15 Đồ thị so sánh áp suất ở bầu phanh cầu sau khi không lắp van gia tốc và
có trang bị van gia tốc ................................................................................75

7


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 3.1 Các số liệu tính tốn xe 22,4 tấn ................................................................49
Bảng 3.2 Kết quả tính tốn các thông số với hệ số lực phanh phân bố giữa các cầu
khi khơng có bộ điều hịa lực phanh của xe 22,4 tấn .................................49
Bảng 3.3 Các thơng tính tốn của xe 25 tấn..............................................................51
Bảng 3.4 Thơng số kết quả tính toán các với hệ số lực phanh phân bố giữa các cầu

khi khơng có bộ điều hịa lực phanh của xe 25 tấn ....................................52
Bảng 3.5 Kết quả tính tốn các thông số với hệ số lực phanh phân bố giữa các cầu
khi trang bị bộ điều hòa lực phanh ............................................................61
Bảng 3.6 Kết quả tính tốn các thơng số với hệ số lực phanh phân bố giữa các cầu
khi trang bị bộ điều hòa lực phanh xe tải 25 tấn ........................................65

8


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong q trình tính tốn thiết kế hệ thống phanh theo quy trình cũ thƣờng
không đặt ra các tiêu chuẩn ngay từ ban đầu, do đó sau khi thiết kế xong kiểm
nghiệm lại, nếu khơng đạt theo các tiêu chuẩn thì phải đi thiết kế lại.
Trong q trình phanh của ơ tơ xảy ra hiện tƣợng phân bố lại trọng lƣợng
trong quá trình phanh. Tải trọng tại cầu trƣớc và cầu sau của xe phụ thuộc vào gia
tốc phanh. Khi gia tốc phanh lớn, tải trọng tác dụng lên cầu trƣớc tăng, tại cầu sau
giảm làm giảm hệ số sử dựng trọng lƣợng bám, các bánh xe tại cầu sau có xu hƣớng
bị trƣợt lết, xe mất ổn định.
Vì vậy, vấn đề tính tốn thiết kế hệ thống phanh theo các tiêu chuẩn là một
vấn đề cấp thiết, trong đó có tiêu chuẩn ECE.
Qua những phân tích trên cho thấy đề tài: "Nghiên cứu phƣơng pháp tính
tốn thiết kế hệ thống phanh khí nén đáp ứng theo tiêu chuẩn ECE" rất có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn. Vì vậy, tơi đã quyết định chọn đề tài này làm luận văn
tốt nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng phƣơng pháp tính tốn thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén
cho ơ tơ đáp ứng tiêu chuẩn ECE.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống phanh dẫn động khí nén trên ô tô.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Hệ thống phanh dẫn động khí nén trên một số loại xe.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu kết cấu của hệ thống phanh dẫn động khí nén.
Tìm hiểu tiêu chuẩn ECE áp dụng cho các ô tô không trang bị hệ thống
chống hãm cùng bánh xe ABS.

9


Phân tích sự phân bố lại lực phanh lên các cầu trƣớc và cầu sau của ơ tơ
trong q trình phanh.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Vận dụng bài toán kiểm nghiệm tính tốn hệ thống phanh dẫn động khí nén
cho một số xe cụ thể.
Xây dựng bài tốn tính tốn thiết kế hệ thống phanh dẫn động khí nén đáp
ứng tiêu chuẩn ECE.
6. Cấu trúc luận văn
Mở đầu
Nội dung
- Chƣơng 1 : Tổng quan hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén.
- Chƣơng 2: Tiêu chuẩn ECE về hệ thống phanh.
- Chƣơng 3: Xây dựng phƣơng pháp tính tốn hệ thống phanh dẫn động khí
nén đáp ứng tiêu chuẩn ECE.
Kết luận.

10

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN
1.1. Cơng dung của hệ thống phanh
Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động, dừng hẳn ô tô, hoặc
giữ ô tô đứng yên trên một độ dốc nhất định.
1.2. Phân loại hệ thống phanh
Hệ thống phanh đƣợc phân chia theo tính chất hình thành hệ thống phanh:
1.2.1. Theo đặc điểm điều khiển
- Phanh chính (phanh chân) dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động.
- Phanh phụ (phanh tay) dùng để đỗ xe khi ngƣời lái rời khỏi buồng lái và dùng
làm phanh dự phòng.
- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ) dùng để tiêu hao
bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc
dài,…).
1.2.2. Theo kết cấu của cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là bộ phận thực hiện tiêu hao động năng của xe khi phanh và
đƣợc điều khiển từ các cơ cấu trên buồng lái. Cơ cấu phanh thƣờng dùng trên cơ sở
tạo ma sát giữa phần quay và phần cố định. Trên ô tô thƣờng sử dụng hai loại cơ
cấu phanh: tang trống và đĩa.
a) Cơ cấu phanh tang trống
Cơ cấu phanh tang trống đƣợc phân loại theo phƣơng pháp bố trí và điều khiển
các guốc phanh thành các dạng:
- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục: đƣợc sử dụng trên đẫn động
phanh thủy lực và khí nén. Đối với dẫn động thủy lực, cơ cấu phanh thƣờng đƣợc
bố trí trên cầu sau ơ tơ con và tải nhỏ, có xi lanh thủy lực điều khiển ép guốc phanh
vào trống phanh. Đối với dẫn động khí nén, cơ cấu phanh đƣợc bố trí trên cầu trƣớc
ơ tơ tải vừa và nặng, có xi lanh khí nén điều khiển cam xoay ép guốc phanh vào
trống phanh.
- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm: chỉ dùng với xi lanh thủy lực và
đƣợc bố trí ở cầu trƣớc của ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ. Kết cấu bố trí sao cho với
11

chuyển động tiến (theo chiều quay ω) cả hai guốc phanh đều là guốc siết, khi lùi trở
thành hai guốc nhả. Nhƣ vậy hiệu quả phanh khi tiến lớn, khi lùi nhỏ.
- Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi: cả hai đầu các guốc phanh đều chịu tác
động trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trƣợt. Kết cấu của cơ cấu phanh dạng
bơi dùng cho ô tô tải với hệ thống dẫn động phanh thủy lực điều khiển khí nén.
- Cơ cấu phanh dạng tự cường hóa: có khả năng gia tăng hiệu quả tạo nên mơ
men phanh dƣới tác dụng của lực điều khiển. Do sự biến đổi nhanh mô men phanh
khi gia tăng lực điều khiển nên tính chất ổn định mơ men kém, chỉ sử dụng kết cấu
này khi cần thiết.

Hình 1.1 Cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực

Hình 1.2 Cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén.

12


Đối với cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén:
- Cam Acsimet: biên dạng chế tạo đơn giản, bố trí cam quay và guốc phanh đối
xứng qua trục, dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làm việc lớn, ảnh hƣởng tới
hiệu quả sinh ra mô men phanh của cơ cấu phanh khác nhau nhiều.
- Cam Cycloit: cho phép dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làm việc nhỏ
hơn nên đƣợc dùng phổ biến.
* Ƣu điểm:
+ Mô men phanh lớn do diện tích tiếp xúc giữa má phanh, trống phanh lớn.
+ Cơ cấu phanh đƣợc che kín trong q trình làm việc.
+ Má phanh lâu mịn hơn.
+ Giá thành rẻ.

* Nhƣợc điểm:
+ Thoát nhiệt kém.
+ Trọng lƣợng lớn.
+ Kém ổn định hơn, khi tiến và lùi hiệu quả phanh không đều.
b) Cơ cấu phanh đĩa
Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa đƣợc chia thành loại có giá đỡ xi lanh cố định và
loại có giá đỡ xi lanh di động.

Hình 1.3 Cơ cấu phanh đĩa

13


Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa gồm:
- Đĩa phanh đƣợc lắp và quay cùng với moay ơ của bánh xe.
- Giá đỡ xi lanh đồng thời là xi lanh điều khiển, trên đó bố trí các đƣờng dẫn
dầu áp suất cao, bên trong xi lanh có các piston.
- Hai má phanh phẳng đặt ở hai bên đĩa phanh và đƣợc tiếp nhận lực điều khiển
bởi các piston trong xi lanh bánh xe.
* Ƣu điểm:
+ Cơ cấu phanh đĩa cho phép mô men phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi,
điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao.
+ Thoát nhiệt tốt, khối lƣợng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn.
+ Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát.
+ Khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ nên tác động nhanh hơn, hành trình
bàn đạp ngắn và dễ bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh – đĩa phanh.
* Nhƣợc điểm:
+ Giá thành cao.
+ Áp suất tác dụng lên má phanh lớn nên yêu cầu vật liệu tốt hơn.
+ Khi phanh sinh ra các lực phụ tác dụng lên ổ bi bánh xe.

+ Kết cấu hở, dễ dính bụi, bùn đất nên các tấm ma sát của loại phanh này mịn
nhanh hơn phanh guốc, ít dùng trên xe tải.
1.2.3. Theo dẫn động phanh
a) Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
Dẫn động cơ khí có ƣu điểm là độ tin cậy cao, nhƣng lực tác dụng bàn đạp
lớn. Loại này chỉ đƣợc dùng trong phanh tay.
b) Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực
Dẫn động phanh thủy lực có ƣu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao
(do dầu khơng bị nén). Nhƣợc điểm của nó là tỉ số truyền của dẫn động không lớn
nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy, hệ thống dẫn động
phanh thủy lực thƣờng đƣợc dùng trên ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ.

14


c) Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
Dẫn động phanh khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều
khiển cung cấp khí nén tới các bầu phanh bánh xe, tại bầu phanh áp suất khí nén tạo
lực tác dụng lên guốc phanh, thực hiện phanh ô tô. Do đó có ƣu điểm lực điều khiển
trên bàn đạp nhỏ, áp suất trên đƣờng ống không cao và cho phép dẫn động dài tới
các cơ cấu phanh cần thiết, nhƣng nhƣợc điểm là độ nhạy kém (thời gian chậm tác
dụng lớn), các kết cấu có kích thƣớc lớn, vì thế thích hợp với các ơ tơ tải vừa và lớn.
d) Hệ thống phanh dẫn động liên hợp thủy lực – khí nén
Hệ thống tận dụng ƣu điểm của cả hai loại dẫn động phanh thủy lực và khí nén
sử dụng trên các ơ tơ tải, ơ tơ buýt trung bình và lớn.
e) Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực
Hệ thống dẫn động điều khiển địi hỏi làm việc thƣờng xuyên để điều khiển
tốc độ và dừng ô tô, các bộ truyền thủy tĩnh không cho phép có tỷ số truyền dẫn
động lớn, do vậy cần thiết giảm nhẹ lực bàn đạp phanh. Bộ trợ lực phanh sử dụng
trong hệ thống phanh thủy lực với các nguồn năng lƣợng trợ lực khác nhau nhƣ:

chân khơng, khí nén, thủy lực, điện… Trên ô tô con và ô tô tải nhẹ phổ biến dùng
trợ lực chân không cho hệ thống dẫn động phanh thủy lực.
1.2.4. Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh
Hệ thống phanh đƣợc hoàn thiện theo hƣớng nâng cao chất lƣợng điều khiển ô
tô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:
- Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh).
- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS).
Trên hệ thống phanh có ABS cịn có thể bố trí các liên hợp điều chỉnh: hạn chế
trƣợt quay, ổn định động học ơ tơ… nhằm hồn thiện khả năng cơ động, ổn định
của ô tô khi không điều khiển phanh.
1.3. Yêu cầu kết cấu
Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng
đƣờng phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trƣờng hợp nguy hiểm.
15


- 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 ngƣời.
- Đảm bảo sự ổn định chuyển động của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trƣờng
hợp.
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tƣơng quan giữa lực bàn
đạp với sự phanh của ô tô trong q trình thực hiện phanh.
- Cơ cấu phanh thốt nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh
trong mọi điều kiện sử dụng.
- Hạn chế tối đa hiện tƣợng trƣợt lết bánh xe khi phanh với các cƣờng độ lực
bàn đạp khác nhau.
- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên nền đƣờng dốc.
- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi trƣờng
hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hƣ hỏng.

Để bảo đảm cho ơ tơ chuyển động an tồn ở tốc độ cao, cho phép lái xe điều
chỉnh đƣợc tốc độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm thì trên ơ
tơ đƣợc trang bị hệ thống phanh. Hầu hết các ô tơ hiện nay thƣờng bố trí hệ thống
phanh với cơ cấu phanh guốc và dẫn động phanh bằng thuỷ lực, khí nén hoặc phối
hợp giữa thuỷ lực và khí nén. Trên các ơ tơ vận tải loại trung bình và lớn, các xe
buýt nội thị và xe chở khách từ 24 chỗ ngồi trở lên thƣờng sử dụng hệ thống phanh
dẫn động khí nén. Ở dẫn động phanh khí nén để dẫn động các cơ cấu phanh ngƣời
ta sử dụng năng lƣợng của khí nén, lái xe chỉ cần sinh lực để điều khiển van phân
phối khí nén. Điều này cho phép giảm nhẹ sức lao động của lái xe và có thể tạo ra
lực phanh lớn mà khơng cần lực tác động lên bàn đạp phanh lớn.
1.4. Cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động khí nén
Hệ thống phanh là một tập hợp các cơ cấu đƣợc liên kết với nhau để thực
hiện quá trình phanh xe. Hiện nay, trên các ô tô hiện đại tồn tại bốn hệ thống phanh
khác nhau về chức năng, có kết cấu phức tạp và thƣờng dùng chung các phần tử
nhƣ: nguồn năng lƣợng, van phanh, cơ cấu phanh... Bốn hệ thống phanh đó là:

16


- Hệ thống phanh cơng tác (cịn gọi là hệ thống phanh chính) dùng để điều
chỉnh tốc độ chuyển động của ô tô trong điều kiện chuyển động bất kỳ.
- Hệ thống phanh dừng dùng để giữ cố định xe trên đƣờng khi dừng xe trong
thời gian tuỳ ý.
- Hệ thống phanh dự trữ dùng để dừng xe trong trƣờng hợp hƣ hỏng hệ
thống phanh công tác.
- Hệ thống phanh phụ dùng để giữ tốc độ chuyển động của ô tô không đổi
trong thời gian dài hoặc để điều chỉnh tốc độ của ô tô ở giới hạn nào đấy khác
khơng.
Ngồi ra, các xe đời mới cịn có thể có hệ thống phanh tự động.
Trên hình 1.4 là sơ đồ khối của hệ thống phanh khi nén:

Hình 1.4 Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén.
Hệ thống phanh khí nén gồm có nguồn năng lƣợng khí nén, dẫn động phanh
và cơ cấu phanh. Trên cơ sở sơ đồ khối nhƣ hình 1.4, sơ đồ cấu tạo của hệ thống
phanh khí nén điển hình đƣợc thể hiện nhƣ trên hình 1.5.
Cấu tạo chung của hệ thống phanh khí nén gồm có: máy nén khí 1 đóng vai
trị là nguồn năng lƣợng, các van phanh 2 và 5 thuộc khối điều khiển; khối truyền
gồm các đƣờng ống dẫn khí, ống mềm, đầu nối, khối tích năng là các bình chứa khí
nén 9 sà 6, khối chấp hành là các bầu phanh 8.

17


Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén điển hình
1. Máy nén khí; 2. Tổng van phanh; 3. Đường ống dẫn ra rơ mooc; 4. Đầu nối; 5.
Van điều khiển phanh rơ mooc; 6. Bình chứa khí phanh rơ mooc; 7. Cơ cấu phanh;
8. Bầu phanh; 9. Bình chứa khí nén của ơ tơ kéo
1.5. Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén loại một dịng
1.5.1. Sơ đồ kết cấu chung
Hệ thống phanh khí nén một dịng đƣợc thể hiện trên hình 1.6

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén một dòng

18


Câu tạo chung của hệ thống phanh này gồm có: máy nén khí 7 đóng vai trị
là nguồn năng lƣợng, các van phanh 2 và 6 thuộc khối điều khiển; khối truyền gồm
các đƣờng ống dẫn khí, ống mềm, đầu nối, khối tích năng là bình chứa khí nén, khối
chấp hành là các bầu phanh.

Nguyên lý làm việc: khi đạp lên bàn đạp phanh, khí nén từ bình chứa qua
van phanh và đi đến bầu phanh làm xoay cam phanh của của cơ cấu doãng má
phanh, ép sát guốc phanh vào tang trống thực hiện quá trình phanh xe. Đồng thời,
khí nén trên đƣờng ống dẫn ra rơ mc sẽ qua van phanh xả ra ngồi khí trời. Sự
giảm áp đó trên đƣờng ống nối ra mc sẽ là tín hiệu điều khiển van phanh làm việc
để thực hiện phanh rơ mc. Khi nhả bàn đạp phanh thì khí nén từ bầu phanh ô tô
keo theo đƣờng dẫn xả ra ngồi khí trời qua cửa xả ở van phanh, cịn khí nén ở bầu
phanh rơ mc thì xả ra ngồi khí trời qua van xả nằm trong van phanh rơ moóc.
Ƣu điểm: điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, tạo đƣợc lực phanh lớn.
Nhƣợc điểm: hệ thống phanh làm việc phụ thuộc vào chế độ làm việc của
động cơ đốt trong, độ nhạy kém so với dẫn động phanh thuỷ lực, kết cấu cồng kềnh
do nhiều cụm kích thƣớc lớn, giá thành cao.
1.5.2. Máy nén khí
Hệ thống phanh khí nén làm việc với khơng khí đƣợc nén tới áp suất nhất
định, do vậy trên động cơ bố trí máy nén khí với nhiệm vụ cung cấp ổn định khơng
khí sạch có áp suất. Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động phanh trên
các ô tô tải thƣờng là máy nén khí dạng piston 2 xi lanh. Máy nén đƣợc thiết kế với
năng suất sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khí trên ơ tô sau khi khởi động
động cơ.
1.5.3. Bộ điều chỉnh áp suất
Bộ điều chỉnh áp suất có tác dụng tự động giữ áp suất khí nén trong hệ thống
nằm trong giới hạn 0,6 ÷
0,77 MPa đồng thời giảm tải cho máy nén khí. áp suất này
đảm bảo cho dịng khí nén từ các bình chứa đến các bầu phanh (đến áp suất 0,45
MPa) với tốc độ giới hạn không đổi (bằng tốc độ âm thanh) và với lƣu lƣợng trong

19


một giây lớn nhất nhờ vậy đảm bảo đƣợc thời gian chậm tác dụng của hệ thống

phanh ngắn nhất.
Hình 1.7 mô tả cấu tạo của bộ điều chỉnh áp suất: khoang trong thân 9 nối
với khoang dƣới con trƣợt 42 trong hình 1.3 qua cửa III và nhờ rãnh 7 có hai van bi
13 và 14. Lƣới lọc 8 dùng để lọc dầu và nƣớc lẫn vào trong khí nén khi đi qua cửa
III. Hai van bi chịu lực ép của lị xo 3 thơng qua cần đẩy 5. Van nạp 13 có đế tựa 15
có vịng đệm đàn hồi 12 . Kết cấu này khơng cho van bi dính vào đế tựa. Đế tựa 16
của van thải 14 là mặt mút dẫn hƣớng của cần đẩy 5 . ống dẫn hƣớng 16 có rãnh nối
thơng khoang của các viên bi với khí trời. Phần dƣới của bộ điều chỉnh áp suất nối
thơng với bình chứa khí qua cửa I.

Hình 1.7 Bộ điều chỉnh áp suất
1. Chụp bảo vệ; 2. Chụp điều chỉnh; 3. Lò xo; 4. Bi tỳ; 5. Cần của van; 6. Đai ốc
hãm; 7. Rãnh dẫn; 8. Lưới lọc; 9. Thân; 10. Nút; 11. Lọc dùng kim loại gốm;
12.Vòng đàn hồi; 13. Van nạp; 14. Van xả; 15. Đế van nạp; 16. Đế van xả; l7. Đệm
điều chỉnh; 18. Vịng chặn; I. Khí nén áp suất cao từ bình chứa; II. Cửa thốt khí ra
ngồi khí trời; III. Khí từ khối giảm áp của máy nén.

20


Hình 1.8 Van phân phối dẫn động hai dịng
P1 , P2. Cửa khí nén từ bình khí tới; R. Cửa xả khí; B1. Cửa ra cơ cấu phanh sau; B2.
Cửa ra cơ cấu phanh trước; 1 . Chụp che bụi; 2. Lò xo hồi vị piston trên; 3. Vòng hãm đế
van trên; 4. Piston dưới; 5. Lò xo hồi vị van dưới; 6. Thân van dưới; 7. Van xả khí; 8. Đế
đỡ lò xo hỏi vị van dưới; 9. Van dưới; 10. Lò xo hồi vị piston dưới; 11. Lò xo hồi vị van
trên; 12 . Van trên; 13. Lò xo đỡ trục xuyên tâm; 14. Lò xo ép piston trên; 15. Piston
trên; 16. Thân van trên; 17. Nắp van phanh; 18. Vít điều chỉnh; 19. Cốc ép; 20. Chốt tỳ;
21 . Con lăn; 22. Bàn đạp Phanh.

21

1.5.4. Tổng van phanh
Khí nén sau khi đƣợc nạp đầy trong các bình chứa sẽ đƣợc điều khiển thời
điểm và lƣu lƣợng cung cấp vào hệ thống thông qua một thiết bị có tác dụng nhƣ
một van khóa gọi là tổng van phanh. Tuỳ thuộc vào dẫn động một dòng, hai dịng
mà kết cấu của tổng van phanh có những đặc điểm khác nhau. Dƣới đây là cấu tạo
của tổng van phanh 2 tầng dùng cho dẫn động phanh 1 dịng.
1.5.5. Van an tồn
Hình 1.9 thể hiện cấu tạo của van an tồn, gồm có đế van 1, thân van 2, van
bị 3, lò xo van 4, đai ốc hãm 5, vít điều chỉnh 6 điều chỉnh lực ép lị xo cũng là điều
chỉnh áp suất và thanh đẩy 7. Van an tồn đƣợc dùng để phịng ngừa cho hệ thống
khí nén khỏi bị tăng áp suất quá lớn trong trƣờng hợp bộ tự động điều chỉnh áp suất
bị hƣ hỏng. Thƣờng đƣợc bố trí ở một trong các bình chứa khí nén của ơ tơ, gần
máy nén khí nhất và đƣợc điều chỉnh để áp suất mở van trong khoảng 0,9 ÷0,95
MPa.

Hình 1.9 Van an tồn
1.5.6. Bầu phanh
Bầu phanh bánh xe có cấu trúc nhƣ xi lanh lực tác động một chiều. Vỏ của bầu
phanh đƣợc bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên piston đẩy và dịch chuyển
để điều khiển cam quay.
Bầu phanh bánh xe có nhiệm vụ tạo lực khí nén đẩy địn đẩy dịch chuyển, tạo
nên xoay cam quay ở cơ cấu phanh.
a) Bầu phanh đơn

22


Hình 1.10 Bầu phanh đơn

1,7. Nửa vỏ; 2. Lị xo hồi vị; 3. Đầu nối khí; 4. Tấm đỡ; 5. Màng cao su; 6. Địn
đẩy; 8. Bu lơng bắt với giá; 9. Đai ốc điều chỉnh;

10. Đầu nối chữ U

Cấu tạo của bầu phanh đơn dạng màng gồm: hai nửa vỏ của bầu phanh 1,7.
Màng cao su 5 bố trí giữa hai nửa vỏ, chia bầu phanh thành hai khoang. Khoang
trên có cửa P dẫn khí nén từ van phân phối đến, khoang dƣới có lỗ thơng R với khí
quyển. Lị xo hồi vị 2 có tác dụng đẩy màng 5 về vị trí ban đầu khi khơng phanh.
Màng 5 đƣợc đỡ bằng tấm đỡ 4, và nối liền với đòn đẩy 6. Đòn đẩy 6 và đầu nối 10
liên kết bắt ren với nhau, tạo thành đòn đẩy dẫn động quay cam quay đóng mở cơ
cấu phanh. Chiều dài của đòn đẩy đƣợc điều chỉnh nhờ đai ốc 9, nhằm tạo nên vị trí
thích hợp với cam quay.
Nguyên lý làm việc:
Khi khơng phanh, dƣới tác dụng của lị xo hồi vị 2, màng 5 ở vị trí tận cùng
phía trên. Khi phanh, khí nén có áp suất cao đƣợc dẫn tới khoang trên của bầu
phanh qua lỗ P, đẩy màng 5 và đòn đẩy 6 dịch chuyển về xuống dƣới, thực hiện sự
xoay cam quay trong cơ cấu phanh. Khi nhả phanh, dƣới tác dụng của lò xo hồi vị 2
đẩy màng 5, kéo đòn 6 trở về vị trí ban đầu. Khí nén ở khoang trên theo đƣờng ống
quay về van phân phối thốt ra ngồi, kết thúc quá trình phanh.
23