Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô và dịch vụ vận tải đường bộ, dòng xe tải trung Hyundai HD120 được sử dụng phổ biến nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa với khối lượng lớn. Để đảm bảo an toàn chuyển động ở các dải tốc độ và tải trọng khác nhau, hệ thống phanh đóng vai trò quyết định đến việc giảm tốc độ, dừng đỗ khẩn cấp và giữ xe cố định trên đường dốc. Xe Hyundai HD120 trang bị hệ thống phanh liên hợp thủy lực trợ lực khí nén (hệ thống phanh thủy khí), kết hợp giữa khả năng truyền lực nhanh nhạy của dầu phanh và nguồn năng lượng cường hóa lớn từ áp lực khí nén.

Nhằm làm rõ cơ sở kết cấu và nâng cao năng lực thực hành kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ thống phanh thuỷ khí dòng xe Hyundai HD 120" được thực hiện tại Khoa Cơ khí Động lực – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên (năm 2024). Đề tài giải quyết các nhiệm vụ trọng tâm sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan lý thuyết động lực học phanh và phân loại các hệ thống phanh trên ô tô.
  2. Phân tích chi tiết kết cấu, sơ đồ nguyên lý hoạt động của từng cụm chi tiết trong hệ thống phanh thủy khí trên dòng xe Hyundai HD120.
  3. Xây dựng quy trình chẩn đoán, phương pháp kiểm tra và các bước tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa thực tế cho các cụm tổng thành: máy nén khí, bộ điều chỉnh áp suất, bình khí nén, tổng van khí nén, bộ trợ lực phanh và cơ cấu phanh bánh xe.
  • Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ hệ thống dẫn động và cơ cấu phanh thủy khí trang bị trên xe tải Hyundai HD120.
  • Phạm vi nghiên cứu: Đặc tính kỹ thuật, sơ đồ bố trí, hoạt động động lực học và công nghệ bảo dưỡng, tháo lắp sửa chữa theo tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình động lực học

Đồ án vận dụng các lý thuyết cơ bản về cơ học chuyển động và ma sát phanh ô tô:

  • Mối quan hệ lực phanh và lực bám mặt đường: Mô men phanh $M_p$ tại moay-ơ bánh xe tạo ra phản lực tiếp tuyến $P_p$ ngược chiều chuyển động: $$P_p = \frac{M_p}{r_{bx}}$$ Lực phanh cực đại bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường: $P_p \le P_\varphi = Z_b \cdot \varphi$ (trong đó $r_{bx}$ là bán kính làm việc của bánh xe, $Z_b$ là tải trọng pháp tuyến tác dụng lên bánh xe, $\varphi$ là hệ số bám).
  • Công thức diện tích tiếp xúc ma sát (diện tích quét):
    • Đối với phanh tang trống: $S_A = D \times \pi \times S_w$ (với $D$ là đường kính tang trống, $S_w$ là chiều rộng má phanh).
    • Đối với phanh đĩa: $S_A = 2 \cdot P_r \times \pi - 2[(P_r - P_w) \times \pi]$ (với $P_r$ là bán kính ngoài má phanh, $P_w$ là chiều rộng má phanh).
  • Năng suất máy nén khí: Được xác định theo công thức: $$V_k = \frac{i \cdot \pi \cdot d^2 \cdot S \cdot n \cdot \eta}{4}$$ Trong đó: $i$ là số xi lanh máy nén, $d$ là đường kính xi lanh, $S$ là hành trình piston, $n$ là số vòng quay trục khuỷu máy nén, $\eta$ là hiệu suất nạp truyền khí ($\eta = 0{,}5 \div 0{,}75$).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp kỹ thuật: Khảo cứu cấu tạo chi tiết, đường dẫn khí, mạch dầu và hoạt động liên động giữa các khối van khí nén, cơ cấu trợ lực và xi lanh thủy lực.
  • Phương pháp quy trình công nghệ: Mô tả chi tiết trình tự các bước tháo, kiểm tra sai lệch, thay thế phụ tùng và lắp đặt cân chỉnh các cụm chi tiết theo tài liệu kỹ thuật sửa chữa ô tô.
  • Nguồn dữ liệu: Tài liệu hướng dẫn sửa chữa chính hãng Hyundai, giáo trình chuyên ngành Cơ khí Động lực và các khảo nghiệm thực tế trên xe Hyundai HD120.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

Chương này trình bày toàn diện về công dụng, yêu cầu an toàn, động lực học phanh và phân loại các hệ thống phanh trên ô tô:

  • Yêu cầu kỹ thuật: Đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất (gia tốc chậm dần cực đại), phanh êm dịu, lực điều khiển bàn đạp tỷ lệ thuận với hành trình, độ nhạy cao, phân phối lực phanh đều trên cùng một cầu và thoát nhiệt tốt ở cơ cấu ma sát. Quy chuẩn an toàn bắt buộc phải có tối thiểu phanh làm việc (phanh chân), phanh dừng (phanh tay), phanh dự trữ và phanh chậm dần (đối với xe tải $> 12$ tấn, xe khách $> 5$ tấn).
  • Chế độ phanh: Phân chia thành phanh cấp tốc (gia tốc lớn nhất, tiêu tán khoảng 90% động năng qua cơ cấu phanh, chiếm 5–10% tổng số lần phanh), phanh chậm dần, phanh dừng và phanh bằng động cơ/hộp số.
  • Phân loại hệ thống phanh:
    • Hệ thống phanh tay: Dẫn động cơ khí gắn trên trục thứ cấp hộp số hoặc dẫn động khí nén sử dụng buồng tích năng lò xo.
    • Hệ thống phanh chân: Phân tích ưu nhược điểm giữa dẫn động thủy lực thuần túy, dẫn động khí nén thuần túy và dẫn động hỗn hợp thủy khí.
Đặc tính so sánh Phanh thủy lực thuần túy Phanh khí nén thuần túy Phanh thủy lực trợ lực khí nén (Thủy khí)
Môi chất công tác Dầu phanh Khí nén Khí nén (điều khiển, trợ lực) + Dầu phanh (dẫn động ép)
Lực bàn đạp Lớn khi không trợ lực Rất nhỏ (chỉ thắng lực lò xo tổng van) Nhỏ, điều khiển nhẹ nhàng
Độ nhạy tác động Cao, đáp ứng tức thời Chậm hơn do tính nén của khí Rất cao, tận dụng tính không nén của dầu
Phạm vi áp dụng Xe con, xe tải nhẹ Xe tải nặng, xe khách lớn Xe tải trung và nặng (như Hyundai HD120)
Độ phức tạp kết cấu Đơn giản, ít cụm chi tiết Kích thước lớn, nhiều cụm van Phức tạp, kết hợp cả cụm khí và mạch thủy lực

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG PHANH THỦY KHÍ TRÊN ÔTÔ HYUNDAI HD 120

Chương 2 phân tích chuyên sâu sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng bộ phận thuộc hệ thống phanh thủy khí xe Hyundai HD120:

                                                                          [Xi lanh lực khí nén]
                                                                          [Xi lanh chính thủy lực]
                                                                       [Cơ cấu phanh tang trống bánh xe]
  1. Máy nén khí: Loại 2 xi lanh dẫn động từ động cơ qua đai truyền, thân làm mát bằng nước, các chi tiết trục khuỷu và bạc lót được bôi trơn cưỡng bức từ đường dầu chính của động cơ. Trang bị thiết bị triệt áp hoạt động khi áp suất hệ thống đạt khoảng $0{,}75\text{ MPa}$ bằng cách mở thông van hút của cả hai xi lanh với môi trường để ngắt nạp.
  2. Bộ điều chỉnh áp suất: Điều chỉnh đóng mở đường khí điều khiển thiết bị triệt áp, duy trì áp suất bình khí nén ổn định trong dải $0{,}60 \div 0{,}75\text{ MPa}$ ($0{,}70 \div 0{,}735\text{ MPa}$ bắt đầu mở viên bi đẩy khí sang cơ cấu triệt áp).
  3. Bình khí nén: Cấu tạo từ thép tấm chịu áp lực cao, gồm 2 bình ghép thành 3 khoang (A, B, C) nối tiếp qua các van một chiều và bố trí van an toàn tại khoang A nhằm chống hiện tượng sụt áp đồng loạt khi có rò rỉ.
  4. Tổng van khí nén (Van phân phối 2 tầng): Gồm tầng sơ cấp (cấp khí cho 4 cụm phanh cầu trước và sau) và tầng thứ cấp (cấp khí cho cầu giữa). Các tầng điều khiển cơ khí phụ thuộc nhưng dẫn động khí nén độc lập. Thiết kế van đảm bảo cung cấp áp suất khí cho tầng sơ cấp trước nhằm giữ ổn định hướng chuyển động, chống mất lái. Phân tích rõ các trạng thái: rà phanh (lò xo cân bằng giữ áp suất ổn định theo góc đạp), phanh gấp (các van mở cực đại) và cơ chế dự phòng khi một trong hai tầng bị sự cố rò rỉ.
  5. Bộ trợ lực phanh khí nén - thủy lực:
    • Bầu van rơle: Nhận tín hiệu điều khiển từ tổng van để đóng mở đường khí nén trực tiếp từ bình chứa vào xi lanh lực với áp suất làm việc lớn hơn $7\text{ kG/cm}^2$.
    • Cụm xi lanh lực và xi lanh chính thủy lực: Piston lực khí nén liên kết trực tiếp với piston thủy lực qua ty đẩy để ép dầu phanh cao áp đến các xi lanh bánh xe.
    • Công tắc đèn báo mòn má phanh: Khi má phanh mòn quá mức hoặc hệ thống dầu bị rò rỉ sụt áp, hành trình piston lực vượt quá giới hạn định mức, đáy piston tỳ vào ty đẩy đóng tiếp điểm điện làm đèn cảnh báo trên bảng táp-lô sáng liên tục qua rơ-le nam châm điện.
  6. Cơ cấu phanh bánh xe: Loại phanh tang trống guốc phanh đối xứng. Tang trống chế tạo từ thép dập kết hợp vành ma sát gang đúc; má phanh bằng vật liệu amiăng-đồng (atbét đồng) tán cố định vào xương guốc phanh thép chữ T bằng đinh tán ri-vê; xi lanh công tác loại kép (1 lòng xi lanh, 2 piston đẩy ra hai phía, có lò xo định vị và vít xả gió); khe hở má phanh được cân chỉnh thông qua trục cam lệch tâm.

CHƯƠNG III: CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHANH THỦY KHÍ XE HYUNDAI HD 120

Chương 3 tập trung vào công nghệ chẩn đoán, đánh giá hiệu quả và hướng dẫn quy trình tháo lắp, bảo dưỡng sửa chữa từng cụm cơ cấu:

  • Phương pháp chẩn đoán và kiểm tra hiệu quả phanh:
    • Đo quãng đường phanh trên đường thực nghiệm: Xác định cự ly dừng xe từ các vận tốc tiêu chuẩn.
    • Đo gia tốc chậm dần: Đánh giá độ nhạy và tính ổn định biến đổi đều khi hãm xe.
    • Đo lực phanh và hành trình bàn đạp: Kiểm tra lực phanh trên bệ thử con lăn và đo độ rơ tự do, khe hở bàn đạp phanh.
  • Quy trình tháo lắp và sửa chữa máy nén khí: Các dạng hỏng điển hình (mòn xéc măng, xước xi lanh, mòn bạc thanh truyền, hỏng cụm van hút/đẩy). Quy trình tháo bộ bơm phun, cụm đầu máy nén; kỹ thuật lắp thanh truyền, xéc măng piston và hộp xupáp hút.
  • Quy trình tháo lắp và hiệu chỉnh tổng van khí nén: Kiểm tra các dấu ký hiệu cân chỉnh, tháo lắp piston rơle sơ cấp/thứ cấp, gioăng làm kín, vòng đệm đàn hồi, vòng chặn van nạp và hiệu chỉnh khe hở bàn đạp sau lắp ráp.
  • Quy trình bảo dưỡng bộ trợ lực phanh: Tháo ốc thân xi lanh lực, kiểm tra thay thế vòng đệm chữ O, gioăng chén piston thủy lực, vòng chặn và phục hồi bề mặt làm việc của piston.
  • Quy trình bảo dưỡng cơ cấu phanh bánh xe: Khắc phục hiện tượng mất ma sát và bó kẹt cơ cấu phanh. Trình tự tháo lò xo hoàn lực, thay thế tấm ma sát má phanh, gia công láng bề mặt tang trống, bảo dưỡng xi lanh bánh xe (thay cup-pen cao su) và quy trình chuẩn về hút xả khí (xả gió), nạp bổ sung dầu phanh vào hệ thống.

Kết quả và đóng góp

  • Tổng hợp đầy đủ thông số làm việc chuẩn của hệ thống phanh xe Hyundai HD120:
Thông số / Cụm chi tiết Giá trị kỹ thuật định mức
Áp suất duy trì trong bình khí nén $0{,}60 \div 0{,}75\text{ MPa}$
Ngưỡng áp suất mở bộ điều chỉnh áp suất $0{,}70 \div 0{,}735\text{ MPa}$
Áp suất khí nén cấp vào bộ trợ lực $> 7\text{ kG/cm}^2$
Hiệu suất nạp truyền khí máy nén ($\eta$) $0{,}50 \div 0{,}75$
Kết cấu bình chứa khí nén 2 bình thép, 3 khoang chức năng (A, B, C)
Cấu trúc tổng van phân phối 2 tầng độc lập (Sơ cấp phanh trước/sau, Thứ cấp phanh giữa)
Kết cấu cơ cấu phanh Tang trống, xi lanh kép 2 piston, má phanh tán atbét đồng
  • Đóng góp kỹ thuật: Đồ án chuẩn hóa quy trình tháo lắp, kiểm tra, cân chỉnh cơ cấu tổng van 2 tầng và bộ trợ lực thủy khí, cung cấp các bước xử lý cụ thể cho các lỗi thường gặp như hiện tượng lọt khí, tụt áp suất dầu và bó kẹt phanh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nội dung đề tài chủ yếu tập trung vào hệ thống phanh thủy khí cơ - khí nén truyền thống trên dòng xe Hyundai HD120; chưa đi sâu vào việc khảo sát tích hợp với các hệ thống điện tử hỗ trợ an toàn hiện đại như hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) hay hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD).
  • Hướng mở rộng: Mở rộng nghiên cứu ứng dụng các thiết bị chẩn đoán điện tử chuyên dụng, nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu ma sát phi amiăng và tối ưu hóa chu kỳ bảo dưỡng dự đoán cho hệ thống phanh thủy khí xe tải.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo kỹ thuật trực quan và chi tiết cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Làm tài liệu học tập, thực hiện đồ án môn học Sửa chữa ô tô, đồ án Kết cấu ô tô hoặc Khóa luận tốt nghiệp về hệ thống gầm và hệ thống phanh.
  • Kỹ thuật viên, thợ sửa chữa tại các garage, xưởng dịch vụ: Tham khảo quy trình công nghệ tháo lắp chuẩn, tra cứu thông số áp lực khí nén và các bước xả gió nạp dầu cho dòng xe tải Hyundai.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống phanh trên xe Hyundai HD120 thuộc loại dẫn động nào và có ưu điểm gì?

Hệ thống phanh trên xe Hyundai HD120 là hệ thống phanh thủy lực trợ lực bằng khí nén (phanh thủy khí). Hệ thống phối hợp ưu điểm của cả hai loại: lực đạp bàn đạp nhẹ (nhờ áp suất khí nén trợ lực $> 7\text{ kG/cm}^2$), độ nhạy cao, truyền lực đồng thời đến các bánh xe và kết cấu cơ cấu phanh nhỏ gọn hơn phanh khí nén thuần túy.

2. Thiết bị triệt áp trên máy nén khí hoạt động như thế nào khi áp suất bình chứa đạt định mức?

Khi áp suất khí nén trong bình đạt khoảng $0{,}75\text{ MPa}$, bộ điều chỉnh áp suất đưa khí nén vào đẩy các piston triệt áp đi lên, thông qua đũa đẩy giữ mở cưỡng bức các van hút của cả hai xi lanh máy nén. Khí nén qua lại tự do giữa các xi lanh và thoát ra ngoài, ngắt hoàn toàn việc cấp khí nén vào bình chứa.

3. Tại sao tổng van khí nén của xe Hyundai HD120 lại được thiết kế chia làm 2 tầng sơ cấp và thứ cấp?

Tổng van phân phối được thiết kế 2 tầng độc lập để đảm bảo an toàn vận hành: khi tác động phanh, khí nén cấp cho tầng sơ cấp (cầu trước và cầu sau) trước tầng thứ cấp (cầu giữa) nhằm tránh hiện tượng mất lái. Đồng thời, nếu một trong hai tầng bị rò rỉ sự cố, tầng còn lại vẫn hoạt động độc lập để tạo lực phanh dừng xe an toàn.

4. Cơ chế kích hoạt đèn cảnh báo phanh trên xe Hyundai HD120 diễn ra khi nào?

Đèn cảnh báo phanh trên bảng táp-lô được kích hoạt khi má phanh bị mòn quá mức hoặc hệ thống thủy lực bị rò rỉ tụt áp. Khi đó, hành trình dịch chuyển của piston lực khí nén vượt quá phạm vi kiểm soát tiêu chuẩn, đáy piston lực sẽ chạm vào ty đẩy của công tắc điện làm đóng mạch rơ-le nam châm điện, giữ đèn sáng liên tục để cảnh báo người lái.

5. Áp suất khí nén trong bình chứa của xe Hyundai HD120 được duy trì trong dải giá trị nào?

Áp suất khí nén trong bình chứa được bộ điều chỉnh áp suất và van an toàn duy trì ổn định trong khoảng $0{,}60 \div 0{,}75\text{ MPa}$ ($6 \div 7{,}5\text{ bar}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ thống phanh thuỷ khí dòng xe Hyundai HD 120" của sinh viên Khoa Cơ khí Động lực – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết động lực học phanh và phân tích chi tiết kết cấu các cụm chi tiết phanh thủy khí. Công trình làm rõ nguyên lý làm việc của máy nén khí, tổng van phân phối 2 tầng, bộ trợ lực khí nén - thủy lực và cơ cấu phanh tang trống bánh xe. Đồng thời, đề tài đã xây dựng thành công quy trình công nghệ chẩn đoán, tháo lắp, kiểm tra và bảo dưỡng sửa chữa chuẩn xác, mang tính ứng dụng thực tiễn cao cho công tác đào tạo và bảo dưỡng kỹ thuật ô tô.