Lời nói đầu Vận tải đờng đóng vai trò vô quan trọng hệ thống giao thông đặc biệt với tình hình giao thông nớc ta Khi khối lợng hàng hóa chuyên chở ngày lớn, để tăng tính hiệu kinh tế nhiều công ty đa vào khai thác số loại xe tải siêu trọng, đặc biệt vận tải vùng mỏ Tuy nhiên đặc thù kết cấu xe tải siêu trọng vùng mỏ, đồng thời đợc đa vào sử dụng gần nên hiểu biết loại xe hạn chế Trong chơng trình học sinh viên ngành ô tô có đề cập đến song cha thật đầy đủ chi tiết Để góp phần bổ sung kiến thức xe tải siêu trọng, đuợc chấp thuận môn em thực đồ án tốt nghiệp với đề tài Nghiên cứu hệ thống phanh xe tải siêu trọng dựa sở hệ thống phanh xe Volvo A40D Hệ thống phanh xe A40D xa lạ với hệ thống phanh truyền thống thờng gặp, gồm có phanh chậm dần động hết hợp với hộp số, hệ thống phanh phanh thủy lực áp suất cao dùng bơm, phanh đỗ hệ thống truyền lực với cấu phanh đĩa dẫn động khí nén Đồ án gồm sáu chơng: - Chơng 1: Tổng quan hệ thống phanh xe tải Volvo A40D - Chơng 2: Hệ thống phanh chậm dần - Chơng 3: Hệ thống phanh - Chơng 4: Hệ thống phanh đỗ - Chơng 5: Điều khiển hệ thống phanh - Chơng 6: Kiểm nghiệm hệ thống phanh Trong trình làm đồ án, gặp nhiều khó khăn thiếu thốn tài liệu thực tế không tránh đợc thiếu sót Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Võ Văn Hờng thầy môn hớng dẫn, Hà Nội Ngày 30 tháng năm giúp đỡ tận tình 2008 Sinh viên Chơng Tổng quan hệ thống phanh xe tải Volvo A40D 1.1 Giới thiệu chung xe Volvo A40D A40D xe tải mỏ tự trút có kết cấu khung mềm, có ba cầu Xe hoạt động địa hình phức tạp, đờng mỏ, mặt đờng gồ ghề phẳng, hệ số bám, cản lăn thay đổi nhiều thời tiết thay đổi (đờng khô so với đờng ớt) Đờng không thẳng, có nhiều đoạn có bán kính cong nhỏ, có nhiều dốc với độ dốc khác (có độ dốc lớn) Do xe thiết kế có khoảng sáng gầm xe lớn dẫn đến xe có trọng tâm cao Đặc biệt xe đợc thiết kế thành hai khối riêng biệt liên kết với khớp có hai bậc tự Một khối phần đầu xe đặt lên cầu trớc, phần bố trí động cơ, hộp số, ca bin, bơm thuỷ lực, máy nén khí cấu điều khiển Khối lại phần thân đặt lên hai cầu, cầu cầu sau, phần bố trí ben với cấu nâng hạ, cấu dẫn động đến cầu Khớp liên kết thân đầu có hai bậc tự do, cho phép đầu xe quay quanh trục thẳng đứng trục nằm ngang Kết cấu cho phép xe quay vòng với bán kính nhỏ động mặt đờng xấu kết cấu xe dài (tỷ lệ chiều rộng/chiều dài nhỏ) so với loại xe mỏ thờng thấy Mô men truyền cấu cầu sau trục đăng nằm lòng khớp Xe A40D có đặc điểm kỹ thuật sau: Vận tốc thấp, vận tốc tối đa 55 km/h, vận tốc trung bình 20-30 km/h Khối lợng thay đổi có tải lớn, không tải nặng 31 300 kg, khối lợng toàn đầy tải 68 270 kg Tải trọng khoảng 37 Truyền lực dạng hộp số tự động (biến mô thuỷ lực kết hợp với hộp số hành tinh) kết hợp với hộp số phụ tạo 12 tỷ số truyền tiến tỷ số truyền lùi Dạng dẫn động: Bình thờng dẫn động cầu trớc cầu giữa, dẫn động cầu, điều khiển khoá vi sai cầu cầu với 1.2 Thông số kỹ thuật xe Volvo A40D Kích thớc dùng lốp 29.5 R-25 Kích thớc không tải Chiều dài toàn Ký hiệu A Chiều dài phần đầu A1 Chiều dài phần thân A2 Chiều dài ben B Chiều cao lớn C Chiều cao ca bin C1 Chiu rộng ca bin C2 Khoảng cách xe Khoảng cách lái Khoảng cách cầu Khoảng cách cầu sau từ cầu trớc tới mũi từ cầu trớc tới khớp từ cầu trớc đến từ cầu đến Chiều cao ben D E F G J mm 11 310 469 428 730 746 326 768 100 276 451 940 075 Khối lợng Khối lợng xe không tải kg 31 300 Khối lợng đặt lên cầu trớc (không tải) 16 300 Khối lợng đặt lên cầu sau cầu 14 (không tải) 970 Khối lợng đặt lên cầu trớc (toàn tải) 19 170 Thông số Kiểu động D12C AAE2 (của Volvo) kỹ thuật động - Diesel, kỳ, xy lanh thẳng hàng - Điều khiển phun diesel điện tử - Có tăng áp làm mát khí nạp Công suất lớn 307 Kw 800 vòng/phút Mô men lớn 052 Nm 200 1.3 Yêu cầu hệ thống phanh xe tải mỏ Do điều kiện hoạt động xe nh nên hệ thống phanh xe A40D có yêu cầu sau Làm việc ổn định, hệ thống phanh làm việc liên tục mô men phanh bánh xe sinh ổn định Để đảm bảo an toàn xe phải có hệ thống phanh dự phòng, phanh hỏng dừng xe an toàn Đảm bảo giữ xe đứng yên đờng có độ dốc lớn Khi phanh xe, đảm bảo xe trạng thái ổn định, không làm khả điều khiển xe Điều khiển hệ thống phanh nhẹ nhàng, tạo tiện lợi cho ngời lái 1.4 Các thành phần hệ thống phanh xe A40D Hệ thống phanh chính: Làm nhiệm vụ giảm vận tốc với gia tốc lớn dừng hẳn xe Là hệ thống phanh thuỷ lực dùng bình tích áp thuỷ khí, điều khiển tổng van phanh chân Cơ cấu phanh dạng nhiều đĩa ma sát ớt đợc làm mát dầu Hệ thống phanh rà (phanh chậm dần): Giảm vận tốc xe mức vừa phải, giữ cho xe chạy chậm xuống dốc dài Giảm nặng nhọc cho hệ thống phanh chính, tăng độ an toàn, đồng thời tạo thuận lợi cho ngời lái xe Thực cách phanh hệ thống truyền lực, phối hợp phanh hộp số động Điều khiển ECU, ngời lái phải điều khiển công tắc Hệ thống phanh đỗ (phanh dừng): Nhiệm vụ giữ xe dừng thời gian dài Phanh hệ thống truyền lực, điều khiển khí nén với cấu phanh dạng đĩa ma sát khô Hệ thống phanh dự phòng: Dùng để dừng xe trờng hợp khẩn cấp hệ thống phanh gặp cố Hệ thống đợc tích hợp với hệ thống phanh đỗ Chơng Điều khiển hệ thống phanh 5.1 thiết bị điều khiển hệ thống phanh buồng lái Trên buồng lái có thiết bị điều khiển sau 5.1.1 Bàn đạp phanh Bàn đạp phanh có hai mức (Hình 5.1.1) - Mức A: Kích hoạt phanh động mức cao - Mức B: Tác động đến tổng van phanh chân điều khiển phanh Hình 5.1.1: Bàn đạp phanh chính, đồng thời kích hoạt phanh động mức cao 5.1.2 Bàn đạp phanh chậm dần Bàn đạp phanh chậm dần có hai mức nh hình 5.1.2 - Mức A: Kích hoạt phanh động mức cao - Mức B: Kích hoạt phanh hộp số đồng thời kích hoạt phanh động Hình 5.1.2: Bàn đạp phanh chậm dần mức cao 5.1.2 Các công tắc điều khiển - Công tắc kích hoạt phanh động mức thấp - Công tắc kích hoạt phanh động mức cao - Công tắc kích hoạt phanh tự động - Công tắc điều khiển phanh đỗ 5.2 Điều khiển hệ thống phanh Mô men phanh xe đợc sinh tổng cộng hệ thống phanh xe, phối hợp hệ thống phanh tạo nhiều mức độ phanh khác nhằm tạo phù hợp với nhiều yêu cầu phanh nhiều trờng hợp khác 5.2.1 Điều khiển hệ thống phanh chậm dần a ECU kích hoạt phanh chậm dần mức cao ngời lái thực thao tác sau: - Tác động vào bàn đạp phanh chậm dần (ở mức A mức B) - Tác động vào bàn đạp phanh (khi công tắc phanh động mức cao trạng thái ON) ECU kích hoạt phanh động công tắc kích hoạt phanh động trạng thái ON Phanh động đợc ECU cho phép kích hoạt khi: - Bàn đạp ga trạng thái tự - Tốc độ động 100 vòng/phút - Nhiệt độ động 70 oC b Phanh hộp số đợc kích hoạt bàn đạp phanh chậm dần mức B (đạp phanh sâu) Khi phanh hộp số đợc kích hoạt đồng thời ECU điều khiển khóa vi sai hộp số phụ, hệ thống truyền lực làm việc chế độ ì Phanh hộp số đợc ECU cho phép kích hoạt khi: - Bàn đạp ga trạng thái tự - Vận tốc xe km/h - Hộp số trạng thái gài số - Dầu hộp số không nóng 5.2.2 Điều khiển hệ thống phanh Hệ thống phanh làm việc ngời lái tác động vào bàn đạp phanh mức B, bàn đạp tác động vào tổng van phanh chân, điều khiển hệ thống phanh làm việc Hệ thống phanh đợc tích hợp chế độ phanh tự động đổ ben (chỉ phanh cầu cầu sau) để giúp ngời lái điều khiển phanh xe lên ben Để kích hoạt chế độ phanh tự động, công tắc phanh tự động trạng thái ON Khi cần điều khiển nâng hạ ben vị trí lên ben, ECU tự động kích hoạt chế độ phanh tự động làm việc (thông qua điều khiển van điện 5.3 (hình 3.1.1), cần điều khiển ben chuyển sang vị trí khác phanh Khi phanh tự động đợc thực ECU tự động điều khiển hộp số tự động số N ECU cho phép thực chế độ phanh tự động khi: - áp suất dầu hệ thống phanh đủ lớn - Vận tốc xe dới km/h 5.2.3 Điều khiển hệ thống phanh đỗ Phanh đỗ đợc kích hoạt công tắc phanh đỗ trạng thái ON, vi sai hộp số phụ bị khóa, đồng thời ECU điều khiển hộp số sô N Khi tắt hệ thống phanh đỗ, bật công tắc sang vị trí OFF Phanh đỗ đợc ECU tự động kích hoạt khi: - áp suất dầu hai dòng phanh - Động không hoạt động khóa điện vị trí tắt động Phanh đỗ đợc tích hợp chức phanh khẩn cấp, trờng hợp khẩn cấp kích hoạt phanh đỗ cách bật công tắc phanh đỗ sang trạng thái ON Chơng Kiểm nghiệm số tiêu hệ thống phanh 6.1.Kiểm nghiệm cấu phanh 6.1.1.Xác định mô men phanh yêu cầu cấu phanh Xác định mô men phanh cấu phanh dựa vào khả bám bánh xe Xe có cầu, nhng cầu sau treo dạng cân khoảng cách cầu sau cầu không lớn, ta coi hai cầu tơng đơng nhau: Mô men phanh cấu phanh cầu trớc: jmax h g Gb (1 + ) rbx 2L gb p1 = Mô men phanh cấu phanh cầu sau cầu giữa: p2 = jmax h g Ga (1 ) rbx 4L ga Trong đó: G: Trọng lợng đầy tải xe, G = 682 700 N a, b, hg: Tọa độ trọng tâm xe Dựa vào thông số kết cấu tham khảo có: a = 3,899 m, b = 1,522 m, hg = 1,781 m L: Chiều dài sở xe, L = 5,421 m g: Gia tốc trọng trờng, lấy g = 10 m/s2 jmax: Gia tốc phanh lớn nhất, gia tốc phanh lớn phụ thuộc vào khả bám: Jmax = g Do xe chạy đờng yếu, hệ số bám thấp, ta chọn = 0,5 rbx: Bán kính lăn bánh xe rbx = 1(B+d/2).25,4 1: Hệ số biến dạng bánh xe, lấy = 0,93 Xe dùng lốp 29.5 R25 rbx = 0,93.(29,5 + 25/2).25,4 = 992 (mm) = 0,992 (m) Vậy mô men phanh yêu cầu cấu phanh: p1 = 682 700.1,522 5.1,781 (1 + ) 0,5.0,992 = 75348 (Nm) 2.5,421 10.1,522 p2 = 682 700.3,899 5.1,781 (1 ) 0,5.0,992 = 46981 (Nm) 4.5,421 10.3,899 6.1.2 Kiểm nghiệm mô men thực tế sinh cấu phanh Cơ cấu phanh dạng phanh nhiều đĩa kiểu ly hợp, phần tiếp xúc đĩa bị động đĩa ép hình vành rp Rp 130 mm, bán kính R2 = R2 R1 khăn có bán kính R1 = 180 mm Pít tông sinh lực ép có kích thớc: Rp = 160 mm, rp = 150 mm Mô men phanh sinh mô men ma sát đĩa phanh, tơng tự nh ly hợp ma sát nhiều đĩa, mô men phanh đợc tính bằng: M = 2àFNRàzà Trong đó: à: Hệ số ma sát, môi trờng dầu, với vật liệu chế tạo đĩa chủ động bị động = 0,3 (gốm thép) FN: Lực ép lên đĩa chủ động (ở pít tông sinh ra) Lực đợc tính bằng: FN = pp.Sp Với: pp: áp suất dầu hệ thống dẫn động phanh cấu phanh, theo thiết kế p p = 13,8 MPa Sp: Diện tích bề mặt làm việc pít tông sinh lực, pít tông dạng hình vành khăn có tiết diện: Sp = (R 2p rp2 ) = (0,16 0,15 ) = 9,739.10 (m2) FN = 13,8.106.9,739.10-3 = 134 400 (N) Rà: Bán kính tơng đơng điểm đặt lực ma sát R 32 R 13 Rà = R R 11 0,183 0,133 = = 0,156 (m) 0,18 0,132 zà: Số đôi bề mặt ma sát Đối với cấu phanh trớc zà1 = 6, với cấu phanh sau zà2 = Nh mô men sinh cấu phanh trớc sau (giữa) là: M1 = 2.0,3.134 400.0,156.6 = 75 479 (Nm) M2 = 2.0,3.134 400.0,156.4 = 50 319 (Nm) So sánh với mô men yêu cầu cấu phanh mà ta tính (Mp1 = 75 348 Nm, Mp2 = 46 981 Nm), ta thấy mô men phanh thực tế sinh ta cấu phanh tơng đơng với mô men phanh yêu cầu với độ chênh lệch không cao Nh cấu phanh đảm bảo sinh mô men phanh theo yêu cầu 6.1.3 Kiểm nghiệm độ bền cấu phanh a áp suất bề mặt đĩa ma sát: áp suất bề mặt đĩa ma sát đợc tính công thức: q= FN Sà Trong đó: Sà: Diện tích bề mặt ma sát Sà = ( R 22 R 12 ) = (0,18 0,132 ) = 0,0487 (m2) q= 134400 = 2700000 (Pa) = 2,7 (MPa) < [p] = (MPa) 0,0487 b Công ma sát riêng: Để đánh giá độ mài mòn bề mặt ma sát tuổi thọ chúng, đa khái niệm công ma sát công ma sát riêng Khi phanh xe, động xe đợc chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt mặt ma sát, hay động xe đợc chuyển hóa thành công ma sát Khi quy công theo đơn diện tích bề mặt ma sát đợc công ma sát riêng Công ma sát: Gv L= 2g Trong đó: G: Trọng lợng xe đầy tải v: Vận tốc xe phanh, ta coi trờng hợp phanh xe vận tốc lớn đến xe dừng hẳn Xe có vận tốc lớn v = 55 km/h = 15,3 m/s 68270.15,32 L= = 7967000 (J) Công ma sát riêng: l= L F Trong đó: - F tổng diện tích tất bề mặt ma sát: F = m.Sà m số mặt ma sát tất cấu phanh, m = 56 F = 56.0,0487 = 2,73 (m2) l= 7967000 = 2918000 (J/m2) = 291,8 (J/cm2) 2,73 < [l] = 400 ữ 000 (J/cm2) Nh đảm bảo điều kiện công ma sát riêng 6.1.4 Kiểm nghiệm then hoa đĩa phanh Các đĩa phanh đợc lắp với moay vỏ then hoa Các then cho phép đĩa phanh trợt dọc trục truyền mô men phanh Then moay vỏ dầy đợc xẻ rãnh liên khối nên đảm bảo bền, phải kiểm nghiệm độ bền cho then hoa đĩa phanh, gồm then then đĩa phanh Ta kiểm tra cấu phanh trớc cấu phanh trớc có mô men phanh lớn Các then thuộc dạng then chữ nhật, ta kiểm tra theo ứng suất cắt ứng suất chèn dập: c = 4M1 [c] z1z lb( D + d) cd = 8M1 [cd] z z l( D d ) a Với đĩa có then hoa có: z1: Số lợng đĩa có then hoa ngoài, z1 = z2: Số lợng then đĩa, z2 = 16 l: Chiều dày đĩa, l = mm D: Đờng kính then, D = 372 mm d: Đờng kính then hoa, d = 358 mm b: Chiều rộng then, b = 10 mm c = 4.75479 = 22,3.10 (Pa) = 22,3 (MPa) 6.16.3.10(372 + 358).10 cd = 8.75479 = 20,5.10 (Pa) = 20,5 (MPa) 2 6.16.3.(372 358 ).10 Đĩa phanh đợc chế tạo thép C40 có: [c] = 25 MPa > c = 22,3 MPa [cd] = 50 MPa > cd = 20,5 MPa Nh then đĩa phanh thỏa mãn yêu cầu ứng suất cắt ứng suất chèn dập b Với đĩa có then hoa trong: z1: Số lợng đĩa có then hoa trog, z1 = z2: Số lợng then đĩa, z2 = 16 l: Chiều dày đĩa, l = mm D: Đờng kính then, D = 354 mm d: Đờng kính then hoa, d = 340 mm b: Chiều rộng then, b = 10 mm c = 4.75479 = 24,5.10 (Pa) = 24,5 (MPa) 6.16.3.10(354 + 340).10 cd = 8.75479 = 31,5.10 (Pa) = 31,5 (MPa) 2 6.16.3.(354 340 ).10 Ta thấy: [c] = 25 MPa > c = 24,5 MPa [cd] = 50 MPa > cd = 31,5 MPa Nh then đĩa phanh đủ bền 6.2.Kiểm nghiệm phân chia mô men phanh Mô men lý tởng theo điều kiện bám cho cấu phanh cầu trớc cầu sau (và cầu giữa) đợc xác định công thức: M p1 = Grbx ( b + h g ) 2.L M p2 = Grbx ( a h g ) 4.L Trong trờng hợp không tải: G = 313 000 N, a = 595 mm, hg1 = 300 mm Trong trờng hợp toàn tải: G = 682 000 N, a = 899 mm, hg1 = 781 mm Với hệ số bám thay đổi khoảng [05] Dựa vào hai công thức ta xây dựng đợc quan hệ Mp1 Mp2 hệ số bám thay đổi Dựa vào kết cấu cấu phanh thông số hệ thống phanh, ta xác định đợc tỷ lệ phân chia lực phanh thực tế, phần kiểm nghiệm cấu phanh ta xác định đợc: M p1 M p2 = z à1 zà2 = = 1,5 Từ ta xây dựng đợc đồ thị phân chia lực phanh M p2 75 x1000 Nm 50 Thực tế Toàn tải Không tải 50 80 M p1 x1000 Nm Dựa vào đồ thị ta thấy xe không tải, phanh ổn định, phân chia lực phanh tận dụng đợc tơng đối tốt lực bám xe đầy tải Tuy nhiên kết không thực xác việc xác định tọa độ trọng tâm (chiều cao trọng tâm) không đợc xác, số thông số kết cấu lấy theo tham khảo Đồng thời kiểm nghiệm, coi cầu sau cầu nh nhau, thực tế khoảng cách hai cầu lớn nên có phân bố mô men bám hai cầu khác Do việc tính kiểm nghiệm mang tính tham khảo, để việc kiểm nghiệm đợc xác thông số đầu vào phải đợc tính toán xác Kết luận Đồ án hoàn thành, góp phần kiến thức loại xe siêu trọng nói chung hệ thống phanh nói riêng, giúp cho việc học tập nghiên cứu có thêm thông tin mảng lạ Hệ thống phanh xe Volvo A40D đợc hợp thành từ ba hệ thống riêng biệt: - Phanh chính: Hệ thống phanh thủy lực áp suất cao với cấu phanh dạng ly hợp nhiều đĩa ma sát ớt - Phanh chậm dần: Phanh động kết hợp với phanh hộp số (phanh hệ thống truyền lực) - Phanh đỗ: Phanh hệ thống truyền lực với cấu phanh dạng đĩa, dùng bầu phanh khí nén Ngoài phanh đợc ngời lái điều khiển trực tiếp qua tổng van, hệ thống phanh lại đợc điều khiển ECU Đây bớc phát triển việc điều khiển phanh, giúp cho việc điều khiển hệ thống đợc xác giảm nhẹ nặng nhọc cho ngời lái, tăng độ an toàn cho xe Cũng xu hớng phát triển công nghệ nói chung, công nghệ ô tô nói riêng, việc điều khiển lập trình hệ thống ô tô ngày đợc nâng cao Các kết phần kiểm nghiệm độ xác không cao thông số đầu vào phải tham khảo ớc lợng, không xác định xác đợc, đồng thời tính toán coi hai cầu sau nh Do bớc tình kết kiểm nghiệm phần mang tính tham khảo, việc đánh giá xác đòi hỏi phải có thông số đầu vào xác bớc tính chặt chẽ Tài liệu tham khảo Hớng dẫn thiết kế hệ thống phanh ô tô máy kéo Dơng Đình Khuyến Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 1995 Cấu tạo gầm ô tô tải, ô tô buýt PGS TS Nguyễn Khắc Trai NXB Giao Thông Vận Tải 2007 Lý thuyết ô tô máy kéo Nguyễn Hữu Cẩn, D Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật 2005 Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí Trịnh Chất Lê Văn Uyển NXB Giáo Dục 2000 Tài liệu kỹ thuật hãng: Volvo, Bosch, Bendix Website: www.patentstorm.us ... dầu điều khiển phanh cầu trớc: Khi thực phanh ( ạp phanh) , mở van phanh chân cho dầu từ cụm tích phanh cầu trớc tới cấu phanh cầu trớc điều khiển phanh Khi phanh (nhả bàn đạp), van phanh chân trở... khiển Chơng Phanh chậm dần Hệ thống phanh chậm dần làm việc kết hợp phanh động phanh hộp số 2.1 Phanh động (Engine brake VEB) VEB hệ thống phanh động Volvo phát triển (Volvo Engine Brake) gồm hai... thống phanh xe tải siêu trọng dựa sở hệ thống phanh xe Volvo A40D Hệ thống phanh xe A40D xa lạ với hệ thống phanh truyền thống thờng gặp, gồm có phanh chậm dần động hết hợp với hộp số, hệ thống phanh