Đồ án Toán: tốt nghiệp tính toán kiểm tra hệ thống phanh khi xe chờ quá tải

Hướng dẫn tính toán và kiểm tra hệ thống phanh xe khi chở quá tải. Phân tích kỹ thuật chi tiết, đánh giá hiệu suất phanh trong điều kiện tải trọng vượt mức.

• Tác giả: Trần Trung Trực
• Người hướng dẫn: MSc. Đặng Quý
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Tính toán kiểm tra hệ thống phanh khi xe chở quá tải
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài tính toán kiểm tra hệ thống phanh xe quá tải

Đề tài tính toán kiểm tra hệ thống phanh khi xe chở quá tải là một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô. Đề tài này tập trung vào việc phân tích cấu tạo hệ thống phanh của xe tải Hyundai HD78, một mẫu xe thương mại phổ biến tại Việt Nam. Mục đích chính của đồ án tốt nghiệp này là xác định các thông số phanh cần thiết, tính toán mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh, và đánh giá hiệu suất phanh trong hai trường hợp: xe chở đúng tải và quá tải. Thông qua những số liệu tính toán cụ thể, đề tài sẽ chứng minh sự mất an toàn khi xe vận chuyển quá tải và đề xuất các giải pháp cải thiện.

1.1. Giới hạn vấn đề và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp được giới hạn trong việc tính toán và kiểm tra hệ thống phanh trên xe Hyundai HD78. Nghiên cứu tập trung vào cơ cấu phanh trước (phanh đĩa) và cơ cấu phanh sau (phanh guốc), cùng với các bộ phận liên quan như xy lanh chính, trợ lực chân không. Dữ liệu được lấy từ thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, áp dụng kiến thức từ lý thuyết ô tô và thiết kế ô tô.

1.2. Thông số kỹ thuật xe và sơ đồ cấu tạo

Xe Hyundai HD78 được chọn làm đối tượng nghiên cứu với các thông số kỹ thuật cụ thể về khối lượng, tải trọng, và các thông số động học. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh được trình bày chi tiết, bao gồm đường ống phanh, van phân bố áp suất, và các cơ cấu phanh. Việc hiểu rõ cấu trúc này là nền tảng để thực hiện tính toán kiểm tra hiệu quả và chính xác.

II. Tính toán mômen phanh cần thiết trong các trường hợp tải trọng

Tính toán mômen phanh là bước quan trọng để xác định khả năng dừng xe trong các tình huống khác nhau. Mômen phanh cần thiết phải đủ lớn để giảm tốc độ xe một cách an toàn, đặc biệt khi xe chở quá tải. Quá trình tính toán bao gồm xác định lực phanh tổng thể cần thiết dựa trên khối lượng xe, sau đó phân bố lực này giữa cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau theo quy luật phân bố tối ưu. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian phanh, quãng đường phanh và gia tốc chậm dần của xe.

2.1. Xác định mômen phanh khi xe chở đúng tải

Khi xe chở đúng tải, mômen phanh cần thiết được tính toán dựa trên tổng khối lượng toàn bộ (xe + hàng hóa cho phép). Lực phanh tổng thể được xác định từ điều kiện dừng khẩn cấp, sau đó phân bố cho cơ cấu phanh đĩa ở cầu trước và cơ cấu phanh guốc ở cầu sau theo tỷ lệ tiêu chuẩn. Kết quả tính toán mômen phanh này là cơ sở so sánh với trường hợp quá tải.

2.2. Tính toán mômen phanh khi xe chở quá tải

Khi xe chở quá tải, mômen phanh cần thiết tăng đáng kể do khối lượng tăng lên. Tuy nhiên, hệ thống phanh được thiết kế với khả năng hạn chế, có thể không đủ sinh ra mômen phanh cần thiết. Sự chênh lệch giữa mômen phanh cần thiết và mômen phanh có thể sinh ra là nguyên nhân dẫn đến mất an toàn, làm tăng quãng đường phanh và nguy hiểm tai nạn.

III. Đánh giá các chỉ tiêu hiệu suất phanh trong hai trường hợp tải trọng

Các chỉ tiêu đánh giá quá trình phanh bao gồm gia tốc chậm dần, thời gian phanh, quãng đường phanh, và lực phanh riêng của từng cơ cấu. Những chỉ tiêu này phản ánh hiệu suất thực tế của hệ thống phanh khi xe vận hành. So sánh các chỉ tiêu giữa trường hợp xe chở đúng tải và quá tải sẽ cho thấy mức độ giảm hiệu suất phanh. Một gia tốc chậm dần thấp hơn khi quá tải chứng tỏ xe cần thời gian và quãng đường dài hơn để dừng lại, tạo nguy hiểm cho an toàn giao thông.

3.1. Chỉ tiêu phanh khi xe chở đúng tải

Khi xe hoạt động ở tải trọng thiết kế, gia tốc chậm dần đạt giá trị tối đa mà hệ thống phanh có thể cung cấp. Thời gian phanh và quãng đường phanh nằm trong giới hạn an toàn theo tiêu chuẩn. Lực phanh riêng tại cầu trước cao hơn cầu sau, đảm bảo cân bằng và ổn định xe khi phanh. Những chỉ tiêu này là tham chiếu để đánh giá hiệu suất.

3.2. Chỉ tiêu phanh khi xe chở quá tải

Khi xe chở quá tải, gia tốc chậm dần giảm đáng kể do khối lượng tăng nhưng mômen phanh bị hạn chế. Thời gian phanh và quãng đường phanh tăng lên gây nguy hiểm. Lực phanh riêng có thể không đủ phân bố tối ưu, dễ gây mất cân bằng xe. Những hiện tượng này chứng minh sự mất an toàn khi xe chở quá tải.

IV. Thiết kế và cải tiến cơ cấu phanh để đảm bảo an toàn

Thiết kế cơ cấu phanh là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất phanh đủ tin cậy. Cơ cấu phanh đĩa ở cầu trước cần đủ diện tích liên hệ, cơ cấu phanh guốc ở cầu sau phải có độ khuôn dạng tối ưu để sinh ra mômen phanh lớn. Quy luật phân bố áp suất trên má phanh phải được tính toán chính xác để đạt hiệu suất cao nhất. Các biện pháp cải tiến bao gồm nâng cao khả năng giải tỏa nhiệt của phanh, sử dụng vật liệu ma sát chất lượng cao, và tối ưu hóa bán kính hiệu dụng của cơ cấu phanh.

4.1. Tính toán cơ cấu phanh đĩa cầu trước

Cơ cấu phanh đĩa cầu trước được tính toán dựa trên lực phanh phân bố tại cầu này. Diện tích liên hệ giữa má phanh và đĩa phải đủ lớn, bán kính hiệu dụng cần tối ưu để sinh ra mômen phanh cần thiết. Tính toán phải xem xét cả hai trường hợp xe chở đúng tải và quá tải để đảm bảo an toàn.

4.2. Tính toán cơ cấu phanh guốc cầu sau

Cơ cấu phanh guốc cầu sau có tính toán phức tạp hơn vì phải xem xét quy luật phân bố áp suất trên má phanh. Góc δ và bán kính ρ của lực tổng hợp phải được xác định chính xác. Trong trường hợp áp suất phân bố đều, tính toán được đơn giản hóa nhưng vẫn đảm bảo sinh ra mômen phanh đủ lớn cho cả hai điều kiện tải trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Trong thời buổi hiện đại, các nƣớc trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang chạy đua phát triển kinh tế. Công nghiệp là một trong những nhân tố quan trọng đƣợc hầu hết các quốc gia xem là trọng điểm để phát triển và ngành công nghiệp ô tô cũng không ngoại lệ. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp ô tô hiện nay rất phát triển và đạt đƣợc nhiều những thành tựu lớn, tiêu biểu là sự ra đời của Công ty trách nhiệm hữu hạn sản xuất và Kinh doanh VinFast, là một nhà sản xuất ô tô của Việt Nam thành lập năm 2017. Hiện nay, thị trƣờng ô tô Việt Nam rất sôi động và giàu tiềm năng phát triển với sự tham gia của nhiều công ty, tập đoàn nhƣ Thaco Trƣờng Hải, Hyundai Thành Công,… là những tập đoàn trong nƣớc bên cạnh những tập đoàn ô tô lớn và lâu đời trên thế giới nhƣ Toyota, Mercedes-Benz, Ford,… Ngành công nghiệp ô tô phát triển còn là động lực rất lớn thúc đẩy các ngành kinh tế khác phát triển bởi vì ô tô là phƣơng tiện đƣợc sử dụng rất phổ biến trong chuyên chở hành khách và vận chuyển hàng hoá.

Trong đó, việc vận chuyển hàng hoá hiện nay là rất quan trọng do quy mô sản xuất của các doanh nghiệp ngày càng lớn, lƣợng nguyên liệu cần thiết và thành phẩm sau sản xuất ngày càng nhiều, chính vì vậy nhu cầu vận chuyển tăng lên rất nhanh làm tăng lƣợng sử dụng của ô tô tải. Cũng chính vì nhu cầu vận tải tăng cao, nên một số tài xế, doanh nghiệp vận tải đã cố ý chở quá tải trọng cho phép của xe với mục đích chính là nâng cao lợi nhuận dẫu biết rằng điều này là vi phạm pháp luật và dễ gây ra những tai nạn giao thông đáng tiếc. Hầu hết những tai nạn giao thông do hƣ hỏng, trục trặc kỹ thuật phần lớn là do hệ thống phanh. Có thể nói hệ thống phanh là hệ thống quan trọng nhất trong việc đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông.

Khi chở quá tải, có thể hệ thống phanh của xe sẽ không còn đủ an toàn nữa, gây nguy hiểm cho cả bản thân ngƣời lái và những ngƣời tham gia giao thông gần đó. 1 Chính vì những lý do trên, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “ Tính toán kiểm tra hệ thống phanh khi xe chở quá tải ”. Giới hạn vấn đề Trong đồ án này, chúng em sẽ tính toán, kiểm tra hệ thống phanh sử dụng trên xe Hyundai HD78 qua các phần nhƣ sau: - Tính toán mômen phanh cần thiết phải sinh ra ở các cơ cấu phanh khi chở đúng tải và khi quá tải. - Tính toán các chỉ tiêu đánh giá quá trình phanh khi chở đúng tải và khi quá tải.

- Tính toán cơ cấu phanh khi chở quá tải. - Tính toán dẫn động phanh. - Phân tích tính ổn định của ô tô khi phanh. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE Hyundai HD78 là dòng xe tải đƣợc nhập khẩu trực tiếp từ Hyundai Hàn Quốc.

Với công nghệ tiên tiến, Hyundai Hàn Quốc đã tạo ra sản phẩm HD78 với thiết kế hiện đại, khả năng vận hành ƣu việt và sự bền bỉ theo thời gian. Hyundai HD78 sử dụng động cơ D4DD là động cơ Diesel 4 kỳ, 4 xy lanh thẳng hàng, làm mát bằng dung dịch và phun nhiên liệu trực tiếp. Về truyền động, xe sử dụng ly hợp 1 đĩa điều khiển bằng thuỷ lực, kết hợp với hộp số 5 cấp (5 số tiến, 1 số lùi). Hệ thống lái, xe sử dụng cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

Hệ thống phanh: - Phanh chính: dẫn động thuỷ lực 2 dòng, có trợ lực chân không, phanh đĩa ở cầu trƣớc và phanh guốc ở cầu sau. - Phanh tay: dẫn động cơ khí, tác dụng lên trục thứ cấp hộp số. Hệ thống treo, Hyundai HD78 có hệ thống treo cầu trƣớc và cầu sau đều là hệ thống treo phụ thuộc, sử dụng nhíp bán elip, giảm chấn thuỷ lực tác dụng 2 chiều. Thông số kỹ thuật của xe Hyundai HD78.

KÍCH THƢỚC (mm) Tổng thể (D x R x C) Overall dimension 5275 x 2030 x 2355 Thùng xe (D x R x C) Cargo dimension 3410 x 1920 x 380 Chiều dài cơ sở Wheelbase 2780 Vệt bánh xe trƣớc/sau Front/rear tread 1665/1495 Khoảng sáng gầm xe Ground clearance 235 Bán kính quay vòng nhỏ nhất Minimum turning radius 5.2 m KHỐI LƢỢNG (kg) Không tải Empty vehicle weight 3005 Tải trọng Load weight 4500 Toàn bộ Gross weight 7800 Số chỗ ngồi Number of seats 3 ĐỘNG CƠ Diesel 4 kỳ, 4 xy lanh, Loại Type làm mát bằng dung dịch Tiêu chuẩn khí thải Emission standard Euro 3 Dung tích xy lanh (cm3) Displacement 3907 Đƣờng kính x hành trình Bore x Stroke 104 x 115 piston (mm) Tỷ số nén Compression ratio 17.5 : 1 Công suất cực đại (kW/rpm) Max. Power 103/2800 Momen xoắn cực đại (Nm/rpm) Max. Torque 372/1600 TRUYỀN ĐỘNG 1 đĩa ma sát, điều khiển Ly hợp Clutch thuỷ lực Hộp số Transmission Số sàn, 5 cấp số Tỷ số truyền tay số 1 1st gear ratio 5.380 3 Tỷ số truyền tay số 2 2nd gear ratio 3.208 Tỷ số truyền tay số 3 3rd gear ratio 1.700 Tỷ số truyền tay số 4 4th gear ratio 1.000 Tỷ số truyền tay số 5 5th gear ratio 0.722 Tỷ số truyền số lùi Reverse gear ratio 5.380 HỆ THỐNG LÁI Loại Type Kiểu bi tuần hoàn Góc quay vòng trong/ngoài Inner/outer turning angle 44o/34o HỆ THỐNG TREO Loại Type Phụ thuộc, nhíp bán elip Thuỷ lực, tác dụng 2 Giảm chấn Shock absorber chiều HỆ THỐNG PHANH Thuỷ lực 2 dòng, trợ Phanh chính Service brake lực chân không Dẫn động cơ khí, tác Phanh tay/phanh đỗ xe Parking brake dụng lên trục thứ cấp hộp số Áp suất dầu trong hệ thống Oil pressure in brake 10 MN/m2 phanh system LỐP VÀ MÂM XE Bánh đơn ở cầu trƣớc, Loại Type bánh đôi ở cầu sau Lốp Tire 7.50R 16 12PR Mâm Wheel 6.00GS 16 SDC-127 4  Sơ đồ kích thƣớc tổng thể Hyundai HD78 Hình 1. Kích thƣớc tổng thể xe Hyundai HD78.

5 Chƣơng 2: SƠ ĐỒ CẤU TẠO HỆ THỐNG PHANH 2. CẤU TẠO HỆ THỐNG PHANH HYUNDAI HD78 Hệ thống phanh trên xe Hyundai HD78 gồm: - Hệ thống phanh chính (phanh chân): dẫn động thuỷ lực 2 dòng, trợ lực chân không, phanh đĩa ở cầu trƣớc và phanh guốc ở cầu sau. - Hệ thống phanh đỗ xe (phanh tay): dẫn động cơ khí, tác dụng vào trục thứ cấp của hộp số. - Ngoài ra còn có hệ thống phanh khí xả.

Các bộ phận chính hệ thống phanh trên xe Hyundai HD78. Bình chân không. Ống chân không. Trợ lực phanh.

Xy lanh chính. Bình chứa dầu. Cơ cấu phanh trước Cơ cấu phanh trƣớc là phanh đĩa, 1 xy lanh ép. Cấu tạo cơ cấu phanh trƣớc.

 Thông số kỹ thuật Đƣờng kính ngoài đĩa phanh : 304 mm Đƣờng kính trong đĩa phanh : 164 mm 7 Bề rộng má phanh: 104 mm Bề dày má phanh: 12.5 mm Đƣờng kính xy lanh bánh xe : 76 mm  Đặc điểm  Ưu điểm - Toả nhiệt tốt: do phần lớn đĩa phanh đƣợc tiếp xúc không khí nên nhiệt sinh ra do quá trình phanh dễ dàng toả vào không khí. - Cấu tạo đơn giản: phanh đĩa có cấu tạo đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh dễ dàng. - Thoát nƣớc tốt: lực ly tâm sẽ loại bỏ dễ dàng nƣớc bám vào đĩa phanh trong thời gian ngắn. - Không cần điều chỉnh phanh: khe hở phanh đƣợc điều chỉnh tự động bằng các phốt cao su.

- Thời gian tác dụng phanh nhanh: phanh đĩa có khả năng làm việc với khe hở bé nên thời gian đáp ứng phanh nhanh chóng.  Nhược điểm - Má phanh phải chịu ma sát và nhiệt độ lớn: do má phanh bị giới hạn về kích thƣớc nên áp suất dầu cần lớn hơn để tạo lực phanh đủ lớn, vì vậy má phanh phải chịu đƣợc ma sát và nhiệt độ cao hơn. Má phanh cũng có tiếng rít do sự tiếp xúc giữa đĩa phanh và má phanh. - Bề mặt ma sát khó giữ sạch: do đĩa phanh tiếp xúc trực tiếp với môi trƣờng bên ngoài nên dễ dàng bị dính bụi bẩn, làm giảm hiệu quả ma sát giữa má phanh và đĩa phanh.

- Lực phanh nhỏ nên chỉ thích hợp với các xe tải trọng vừa và nhỏ. Cơ cấu phanh sau Cơ cấu phanh sau là phanh guốc. Cấu tạo cơ cấu phanh sau.  Thông số kỹ thuật Đƣờng kính xy lanh bánh xe : 28,57 mm Đƣờng kính trong trống phanh : 320mm Bề rộng má phanh : 85 mm Bề dày má phanh : 10 mm Góc ôm má phanh : 110˚ Góc đầu má phanh: 16˚  Đặc điểm  Ưu điểm - Chi phí lắp đặt, bảo trì, bảo dƣỡng, sữa chữa thấp hơn phanh đĩa.

- Thiết kế kín nên thích hợp với nhiều điều kiện đƣờng khác nhau: hầu hết các bộ phận của phanh guốc đều nằm trong trống phanh nên không tiếp xúc với môi trƣờng bên ngoài, ít bị bám bẩn hơn. - Có khả năng cƣờng hoá để phù hợp với các loại xe tải trọng lớn. 9  Nhược điểm - Hiệu quả phanh thấp hơn phanh đĩa. - Thoát nhiệt kém hơn: do thiết kế của phanh guốc là kín nên việc thoát nhiệt kém hơn phanh đĩa.

- Trọng lƣợng nặng. - Phải điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh: sự mòn của má phanh làm tăng khe hở giữa má phanh và trống phanh, làm giảm độ cao tối thiểu của chân phanh, làm tăng hành trình của piston trong xy lanh bánh xe, làm chậm thời gian tác dụng của phanh. Xy lanh chính Hình 2. Xy lanh chính.

Cupben cao su. Lò xo hồi vị. 10  Công dụng Xy lanh chính là bộ phận quan trọng không thể thiếu trong dẫn động phanh bằng thuỷ lực. Khi đạp phanh, xy lanh chính biến đổi lực đạp thành áp suất dầu, truyền qua các đƣờng ống đến từng cơ cấu phanh để điều khiển các cơ cấu phanh làm việc.

 Thông số kỹ thuật Đƣờng kính xy lanh chính : 31.15 mm Hành trình piston : 31 mm Hành trình piston 1 : 17 mm Hành trình piston 2 : 14 mm  Nguyên lý làm việc Xy lanh chính loại song song sẽ cung cấp áp suất thuỷ lực độc lập cho hệ thống phanh cầu trƣớc và cầu sau. Nếu một trong hai hệ thống phanh cầu trƣớc hoặc cầu sau gặp sự cố, thì hệ thống phanh còn lại sẽ đảm bảo khả năng phanh cho xe nhƣng hiệu quả sẽ giảm đi so với điều kiện bình thƣờng. Khi ngƣời lái đạp bàn đạp phanh, piston số 1 sẽ dịch chuyển sang trái làm tăng áp suất trong buồng 1, chính áp suất này sẽ đẩy piston số 2 dịch chuyển sang trái và cũng có tác dụng làm tăng áp suất ở buồng 2.