Đồ án tốt nghiệp: Thi công mô hình phanh khí nén - ĐH SPKT

Đồ án tốt nghiệp thi công mô hình phanh khí nén chi tiết. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phanh ô tô.

• Tác giả: Nguyễn Vinh Quang
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Toàn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Thi Công Mô Hình Phanh Khí Nén
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan về hệ thống phanh khí nén

Hệ thống phanh khí nén là một trong những hệ thống an toàn quan trọng nhất trên các phương tiện giao thông, đặc biệt là xe tải và xe buýt. Công nghệ này được phát minh bởi George Westinghouse vào cuối thế kỷ 19 và đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại. Mô hình phanh khí nén được thiết kế để giáo dục sinh viên về nguyên lý hoạt động, cấu tạo chi tiết và quy trình bảo dưỡng của hệ thống này. Mô hình này cung cấp một nền tảng thực tiễn giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cơ chế phanh áp lực khí, lực phanh và các thành phần liên quan. Việc học tập qua đồ án mô hình phanh khí nén giúp nâng cao kỹ năng kỹ thuật và khả năng ứng dụng trong thực tế của các kỹ sư tương lai.

1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của phanh khí nén

Phanh khí nén được phát minh bởi kỹ sư Mỹ George Westinghouse năm 1869, mở ra cuộc cách mạng trong an toàn giao thông. Ban đầu, phanh hơi được ứng dụng trên tàu hỏa trước khi được áp dụng rộng rãi trên ô tô. Sự phát triển của công nghệ phanh khí nén đã giải quyết những hạn chế của phanh cơ học truyền thống, cung cấp độ an toàn và hiệu suất cao hơn cho các phương tiện hạng nặng.

1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản

Hệ thống phanh khí nén điển hình bao gồm các thành phần chính: máy nén khí, bình chứa khí, van điều áp, van chia ngả bảo vệ hai dòng, van an toàn kép, tổng van phanh, bầu phanh bánh xe và bầu phanh tích năng. Nguyên lý hoạt động dựa trên sử dụng áp lực khí nén để kích hoạt các bầu phanh, tạo lực ma sát trên bánh xe nhằm dừng hoặc làm chậm phương tiện.

II. Cấu tạo chi tiết các thành phần chính

Mỗi thành phần trong mô hình hệ thống phanh khí nén có vai trò cụ thể và quan trọng. Máy nén khí kiểu piston là trái tim của hệ thống, liên tục cung cấp khí nén với áp lực ổn định. Bình chứa khí đóng vai trò lưu trữ và duy trì áp lực khí, trong khi bộ lọc hơi và làm khô đảm bảo chất lượng khí bằng cách loại bỏ độ ẩm và tạp chất. Van chia ngả bảo vệ hai dòng bảo vệ hệ thống phanh trước và sau, van an toàn kép ngăn ngừa quá áp. Tổng van phanh điều khiển toàn bộ quá trình phanh, trong khi bầu phanh là những xi lanh nhỏ nhận lực từ khí nén và chuyển thành lực cơ học để phanh bánh xe.

2.1. Máy nén khí và hệ thống cung cấp

Máy nén khí kiểu piston hoạt động dựa trên nguyên lý nén khí bằng sự chuyển động của piston trong xi lanh. Nó được vận hành bởi động cơ xe, tạo ra áp lực khí cao được lưu trữ trong bình chứa khí nén. Van điều áp duy trì áp lực ổn định trong hệ thống, thường từ 6-8 bar, ngăn quá áp và đảm bảo hiệu suất phanh ổn định và an toàn.

2.2. Hệ thống điều khiển và bầu phanh

Tổng van phanh là thiết bị điều khiển chính, nhận tín hiệu từ bàn đạp phanh và phân phối khí nén đến các bầu phanh bánh xe tương ứng. Bầu phanh đơn sử dụng lực khí nén đẩy piston, tạo ra lực phanh tác động lên bánh xe. Bầu phanh tích năng kết hợp lực nén khí với lực lò xo để đảm bảo phanh không dự phòng khi mất áp lực, tăng cường an toàn.

III. Quy trình phát hiện và khắc phục hư hỏng

Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phanh khí nén là công việc quan trọng đảm bảo an toàn giao thông và tuổi thọ của phương tiện. Các hư hỏng thường gặp bao gồm: phanh kém hiệu lực, bàn đạp phanh chạm sàn xe (phanh không ăn), tiếng kêu ồn khác thường, và xe bị kéo lệch khi phanh. Kiểm tra cơ cấu phanh cần thực hiện định kỳ, bao gồm kiểm tra bên ngoài về rò rỉ khí, tình trạng các ống dẫn, và kiểm tra khi vận hành để đánh giá hiệu suất phanh. Nội dung bảo dưỡng chủ yếu là kiểm tra áp lực khí, thay thế màng bầu phanh hỏng, điều chỉnh khe hở, và làm sạch các lỗ thông hơi trong bầu phanh.

3.1. Các hư hỏng phổ biến và triệu chứng

Phanh kém hiệu lực thường do rò rỉ khí, bàn đạp phanh chạm sàn là tín hiệu hệ thống mất áp lực hoặc màng bầu phanh hỏng. Tiếng kêu ồn có thể từ lò xo hồi bị yếu hoặc guốc phanh mài mòn. Xe kéo lệch khi phanh chỉ định áp lực bất đối xứng giữa hai bên, cần kiểm tra van chia ngả và bầu phanh.

3.2. Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ

Kiểm tra bên ngoài bao gồm quan sát rò rỉ dầu, nước trên các ống dẫn và bầu phanh. Kiểm tra khi vận hành đánh giá hiệu suất phanh qua quãng đường phanh và độ mềm của bàn đạp. Bảo dưỡng định kỳ cần thay thế màng bầu phanh mỗi 3-5 năm, kiểm tra áp lực hệ thống, làm sạch bộ lọc khí, và bôi trơn các khớp.

IV. Thiết kế và thi công mô hình thực tế

Đồ án thi công mô hình phanh khí nén được thiết kế và xây dựng nhằm mục đích giáo dục, giúp sinh viên có cơ hội học tập trực tiếp về hệ thống phanh khí nén. Mô hình kiểu bàn là giải pháp tối ưu cho môi trường giảng dạy, cho phép quan sát sơ đồ cấu tạo, các thành phần chính, và quá trình hoạt động một cách rõ ràng. Thiết kế sa bàn sử dụng khung thép chắc chắn hỗ trợ tất cả thành phần hệ thống bao gồm máy nén khí, bình chứa, van điều áp, tổng van phanh, bầu phanh và các ống dẫn khí nén. Tài liệu hướng dẫn sử dụng đi kèm với mô hình giúp người sử dụng hiểu rõ quy trình hoạt động từng phần, từ cung cấp khí nén đến kích hoạt phanh, và cách thực hiện bảo dưỡng, sửa chữa các thành phần.

4.1. Phương án thiết kế và bố trí mô hình

Mô hình kiểu bàn được thiết kế với bố trí hợp lý, tất cả thành phần được đặt trên mặt bàn phẳng giúp dễ quan sát. Khung sa bàn được chế tạo từ thép hình chữ U, cung cấp độ bền vững cao. Sơ đồ cấu tạo được thể hiện rõ ràng qua ống dẫn khí màu sắc khác nhau, giúp người học dễ dàng theo dõi luồng khí từ máy nén đến bầu phanh.

4.2. Tài liệu hướng dẫn và hoạt động của mô hình

Tài liệu hướng dẫn sử dụng cung cấp mô tả chi tiết về hoạt động từng phần của hệ thống. Quá trình phanh bắt đầu từ máy nén khí cung cấp khí nén vào bình chứa, van điều áp duy trì áp lực, tổng van phanh phân phối khí đến bầu phanh, tạo ra lực phanh trên bánh xe. Hướng dẫn cũng bao gồm cách kiểm tra, điều chỉnh áp lực, phát hiện rò rỉ, và thay thế các bộ phận hư hỏng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU I. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Người ta đã tìm ra nhiều cách để sử dụng không khí áp dụng vào các công việc. Ví dụ: Các máy khoan khí nén sử dụng không khí để khoan hay phá bê tông, cưa đôi khi cũng hoạt động nhờ không khí, các tải trọng nặng thường được đỡ bởi các bánh hơi.

Hầu hết các xe lớn phụ thuộc vào khí nén để có thể phanh an toàn và hiệu quả. Vì vậy, ta có thể ứng dụng không khí trong công việc là do tính chất có thể bị nén của nó và đề tài sau đây xoay quanh việc sử dụng khí nén vào phanh cho các xe tải, xe lớn tải trọng nặng. Qua việc khảo sát việc học tập chuyên môn của học sinh hiện nay nhất là thực hành chuyên môn của sinh viên Sư Phạm Kỹ Thuật tp.HCM còn khá là thiếu thốn trang thiết bị thực tập, có rất nhiều sinh viên phải làm chung một thiết bị hay chỉ có thể kiến tập. Ví dụ như thiết bị để thực hành mô hình hệ thống phanh khí nén.

Như vậy thiết bị để dạy học là rất cần thiết, thiết kế đồ án tốt nghiệp chế tạo mô hình hệ thống phanh hơi sẽ góp phần nâng cao hiểu biết của sinh viên. Đối với các học sinh học Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề ô tô thì kiến thức chuyên môn là những kiến thức rất mới nên việc truyền đạt kiến thức cho học sinh cũng rất khó nếu chỉ truyền đạt bằng lý thuyết hay qua các hình vẽ và thực hành trên các xe ô tô thì sinh viên cũng sẽ rất khó hiểu, bị hạn chế quan sát vì các chi tiết của hệ thống khác che lấp mất. Nếu như sinh viên được học các bài học về hệ thống bằng các mô hình thì những nhược điểm trên sẽ được khắc phục, học sinh có thể nắm bắt được ngay hệ thống mình đang học về cấu tạo, nguyên lí hoạt động và có thể tháo lắp các chi tiết ngay trên sa bàn. Qua đó việc thiết kế mô hình hệ thống phanh hơi là cần thiết góp phần nâng cao thiết bị dạy học, giúp sinh viên học thực hành chuyên môn được tốt hơn.

Dựa trên thực tế các vật có thể chế tạo được mô hình sao cho tính kinh tế cao sẽ thiết kế hệ thống phanh hơi dùng trên xe tải. Mục tiêu nghiên cứu Để thực hiện được mô hình hệ thống phanh khí nén ta cần phải nắm bắt được tất cả các yếu tố có liên quan tới mô hình như nguyên lí hoạt động của hệ thống nói chung và các chi tiết nói riêng. Cụ thể việc nghiên cứu được thể hiện qua sơ đồ sau: Hình dạng và kích Hệ thống phanh khí Nhiệm vụ, cấu tạo, thước của các chi nén trên xe ô tô nguyên lí hoạt động tiết Tính toán kích Chọn vật liệu và Chọn phương pháp thước của mô hình cách thức làm sa thiết kế mô hình theo kích thước hệ bàn thống Hoàn thành sa bàn hệ thống phanh khí nén 3. Đối tượng nghiên cứu Trên thực tế hệ thống phanh hơi được bố trí trên xe thì nó phải được bố trí theo kết cấu của xe nên khi giảng dạy cho sinh viên sẽ rất phức tạp và học sinh sẽ khó hình dung và hiểu được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của chúng.

Vì vậy để học sinh tiếp thu 1 cách nhanh nhất cho học sinh ta sẽ tách hệ thống phanh khí nén ra khỏi xe nhưng vẫn thể hiện được cấu tạo và hoạt động của chúng một cách chính xác và thực tiễn. Qua đây ta nghiên cứu về phương pháp chế tạo mô hình hệ thống phanh hơi. Nhiệm vụ nghiên cứu Nhằm nâng cao kiến thức cho sinh viên trong quá trình học tập ta sẽ nghiên cứu sâu về các bài học về hệ thống phanh hơi trên ô tô trong chương trình thực tập chuyên ngành của sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Để thực hiện được mục đích trên ta sẽ đi vào 7 nghiên cứu các phương án triển khai các bộ phận của hệ thống phanh hơi trên mô hình và chọn được phương án tối ưu nhất sau đó sẽ thi công mô hình theo phương án đã chọn.

Phạm vi nghiên cứu Trong đồ án tốt nghiệp đây phạm vi nghiên cứu là thiết kế được mô hình hệ thống phanh khí nén dưới dạng mô hình mô phỏng chức năng nhiệm vụ của hệ thống, cấu tạo nguyên lý hoạt động của hệ thống. Đặc biệt phải xây dựng lên được mục đích bài học, bài thực tập ứng dụng cũng như công việc tháo lắp của mô hình. Giả thuyết khoa học Khi thiết kế mô hình hệ thống phanh hơi phải đưa ra được các giả thuyết khoa học. So với cách giảng dạy trước đây với phương tiện dạy học là các hình vẽ mô phỏng về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng thì bây giờ thay bằng mô hình thì nó sẽ tăng được tính trực quan cho sinh viên.

Đây cũng là một điều kiện rất tốt để học sinh nâng cao được kiến thức chuyên môn và kỹ năng bảo dưỡng, sửa chữa và hiệu chỉnh hệ thống phanh khí nén một cách tốt nhất. Phương pháp nghiên cứu Để đề tài nghiên cứu được thành công ta phải dựa trên nhiều phương pháp nghiên cứu như: nghiên cứu tài liệu để biết được cơ sở và các số liệu chính xác để thiết kế cơ bản. Nghiên cứu bằng thực nghiệm để biết được các phương pháp mà trước đây người khác đã thiết kế, dựa vào đó mà ta chọn lọc những ý tưởng hay để áp dụng vào việc nghiên cứu đề tài của mình. Ngoài hai phương pháp trên ta cần phải hỏi ý kiến của các chuyên gia, những người có kiến thức chuyên sâu về thiết kế các sản phẩm nay hay những sản phẩm tương tự để đề tài của mình được hoàn thiện và có ít sai sót hơn.NỘI DUNG II.

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ 1. Lịch sử ra đời của phanh hơi Hin ̀ h1 George Westinghouse (1846-1914) George Westinghouse (1846-1914) là doanh nhân, kỹ sư người Mỹ. Ông là một trong những người đi đầu công nghiệp điện thế kỷ XIX và là một trong những người nổi bật trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai. Ông là nhà sáng lập Westinghouse Electric.

Ông là một trong những người khuyến khích sử dụng điện xoay chiều vì thấy được khả năng ưu việt của nó. Chính vì điều này mà trong kinh doanh, ông là đối thủ của nhà phát minh vĩ đại Thomas Edison, người ủng hộ việc sử dụng điện một chiều. Cuộc đối đầu giữa họ được 9 gọi bằng cái tên chiến tranh các dòng điện. Ông cũng là người phát minh ra phanh hơi vào năm 1868 có ý nghĩa lớn trong giao thông vận tải, đặc biệt là giao thông đường sắt.

Tàu hỏa, xe buýt và các xe đầu kéo đều lựa chọn phanh khí nén mà không sử dụng phanh thuỷ lực bởi vì dầu phanh có thể bị chảy hết khỏi hệ thống nếu có rò rỉ, còn khí nén thì không bị như vậy. Mặt khác, các phương tiện nêu trên thuộc nhóm vận tải hạng nặng (cả người và hàng hóa) nên yêu cầu về độ an toàn là tối quan trọng. Một đoàn tàu cao tốc sử dụng phanh thủy lực sẽ trở thành một đoàn tàu tử thần lao đi với tốc độ của một viên đạn nếu chẳng may dầu phanh bị rò rỉ. Trước khi phanh khí nén ra đời, các đoàn tàu hỏa sử dụng một hệ thống phanh thô sơ cần có người điều khiển ở mỗi toa (người gác phanh) để kéo phanh tay khi có hiệu lệnh của lái tàu.

Kiểu phanh thủ công thiểu hiệu quả này sau đó bị thay thế bằng hệ thống phanh khí nén trực tiếp, tức là sử dụng một máy nén cung cấp khí nén thông qua một ống dẫn vào bình chứa khí của mỗi toa. Khi lái tàu nhấn phanh, các đường ống được điền đầy khí nén để ép cứng các má phanh. Vào năm 1869, một kỹ sư tên là George Westinghouse - người thực sự nhận ra tầm quan trọng của tính an toàn đối với ngành công nghiệp đường sắt non trẻ lúc bấy giờ - đã sáng chế ra hệ thống phanh khí nén sử dụng van ba ngả đầu tiên, dùng cho xe chở khách chạy trên đường ray. Phanh của Westinghouse có nguyên lý hoạt động ngược hẳn so với kiểu phanh khí nén trực tiếp.

Van ba ngả, như tên gọi của nó, có ba cửa nối tới ba đường khí khác nhau: một cửa dành cho ống dẫn chính từ bình tích khí, một cửa dẫn tới các xi-lanh công tác của cơ cấu phanh và cửa còn lại thông với các bình chứa phụ. Và như vây, một hệ thống “van ba ngả” sẽ thực hiện các chức năng sau: 10 - Nạp khí: Hệ thống cần được nạp đầy khí nén thì mới có thể nhả phanh. Nghĩa là, khi xe không hoạt động, nó luôn trong tình trạng được phanh. Chỉ khi áp suất trong hệ thống đạt tới mức thích hợp thì cơ cấu phanh dừng mới thôi tác dụng, xe sắn sàng hoạt động.

- Tác dụng phanh: Khi người điều khiển đạp phanh thì áp suất trong hệ thống sẽ giảm xuống. Còn khi lượng khí trọng hệ thống giảm thì van ba ngả sẽ cho phép khí hồi về các bình chứa, đồng thời cơ cấu phanh thực hiện chức năng phanh. - Nhả phanh: Sau khi thực hiện tác dụng phanh thì một lượng khí nén sẽ bị xả ra ngoài, sau đó áp suất trong hệ thống được tăng để nhả phanh. Thay vì dùng lực cơ học hay áp suất khí nén trực tiếp để tác dụng phanh giống như phanh thủy lực ngày nay, Westinghouse sử dụng một bình chứa luôn được cung cấp đầy khí nén ở áp suất công tác để nhả phanh.

Nói cách khác, chế độ phanh trong hệ thống “van ba ngả” luôn được duy trì hoàn toàn cho đến khi có một lượng khí nén bị đẩy ra ngoài không khí. Điều tài tình nhất ở đây là giả sử toàn bộ khí nén bị rò rỉ hết ra ngoài thì mặc nhiên cơ cấu phanh dừng sẽ được kích hoạt một cách tự động và hãm cả đoàn tàu lại. Trong khi đó, nếu phanh thuỷ lực bị rò rỉ hết dầu phanh thì sẽ thực sự là một thảm họa. Ý tưởng của Westinghouse chính là những nguyên lý cơ bản cho các hệ thống phanh khí nén hiện đại đang được sử dụng rộng rãi trên tàu hỏa, xe buýt và đầu kéo.

Cấu tạo của một hệ thống phanh kiểu khí nén điển hình trên xe tải và xe buýt - Máy nén khí (air compressor): nén và bơm khí tới các bình chứa để sẵn sàng sử dụng.