Báo cáo Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh ô tô dẫn động bằng khí nén (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh ô tô dẫn động bằng khí nén (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ DẪN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: T2011- 36 S K C 0 0 3 3 5 6 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ DẪN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN MÃ SỐ : T2011-36 Thuộc nhóm ngành: KHOA HỌC KỸ THUẬT Chủ nhiệm đề tài: GVC.ThS. NGUYỄN VĂN TOÀN Đơn vị : KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TP.HỒ CHÍ MINH, 11/2011
3. PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: 1. Đối tượng nghiên cứu là mô hình:  Đáp ứng nhu cầu cải cách Giáo dục về thay đổi nội dung, phương pháp, phương tiện dạy và học nói chung. Cụ thể là ngày càng hoàn thiện kỹ năng thực hành cho sinh viên nói riêng đồng thời tạo điều kiện thuận lợi và linh hoạt cho giáo viên trong công tác giảng dạy thực hành nói chung.  Ngoài ra nó cùng với các phương tiện dạy thực hành như, CD-ROM, video tape, DVD, TV, . phân phối các hoạt động, các quá trình, các sự kiện đào tạo và học tập, giúp cho người học có thể tự học khi không có sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên từ đó phát huy tính tự học, khả năng tư duy sáng tạo của người học, người học có thể tự ôn tập, kiểm tra, đánh giá kiến thức đã lĩnh hội được thông qua chương “Kiểm tra kiến thức”, các hình thức truyền đạt của giáo viên qua những kinh nghiệm thực tế có được để có thể truyền đạt những kiến thức, kỹ năng , kỹ xảo cho người học thì mô hình giúp cho hoc sinh có thể trực quan tượng hình nhằm cung cấp những kinh nghiệm giả tạo qua việc phản ảnh cấu trúc không gian thực của đối tượng nghiên cứu. Qua đó học sinh sẽ có được điều kiện dể dàng để đi sâu vào bản chất của các vật thực, đồng thời mô hình giúp cho người học khắc phục một số khó khăn như vật thể cồng kềnh, quá lớn, quá nhỏ hay hiếm có trong thực tế, hay trong trường hợp cần cho học sinh quan sát một cách chi tiết về sự hoạt động của vật thể mà với vật thật chúng ta không thể quan sát được, hay dùng để hình thành cho học sinh những khái niệm mang tính trừu tượng mô hình cũng giúp cho học sinh trong việc quan sát cảm tính, hình thành biểu tượng ban đầu và lại tiết kiệm được thời gian và tiền bạc. Tóm lại : mô hình cùng với nhiều hình thức dạy học khác trong nền giáo dục hiện đại ngày nay không những mang lại cho người học có được một con đường giúp học sinh lĩnh hội tri thức khoa học và kỹ năng thực hành một cách nhanh nhất hiệu quả nhất và tiếp cận với những kiến thức thực tế nhất, cô động nhất, tổng quát nhất, thuận lợi và hứng thú qua các mô hình, làm cho học sinh có sự tò mò tự tìm hiểu. Ngoài ra mô hình còn cho học sinh biết được quy trình sử dụng, nguyên lí hoat động và cấu tạo của từng chi tiết bộ phận cụ thể. Điều này giúp ích rất nhiều cho người học dần dần hình thành những kỹ năng nghề cơ bản làm cơ sở phát triển kỹ năng nghề nghiệp trong tương lai. 2. Đối tượng nghiên cứu là “hệ thống phanh ô tô” :  Trong ngành công nghệ ôtô có rất nhiều lĩnh vực cần được nghiên cứu và minh họa bằng mô hình để phục vụ ngày một tốt hơn cho công tác học tập 1
4. và giảng dạy thì đề tài “HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ” cũng là vấn đề đang được quan tâm: . Hệ thống phanh là một hệ thống quan trọng trên ôtô, là bộ phận dùng để giảm chuyển động các bánh xe, đồng thời góp phần an toàn và ổn định khi xe chuyển động. . Hệ thống phanh nói chung góp phần hết sức quan trọng vào việc giúp cho xe được điều khiển an toàn theo đáp ứng nhu cầu cần thiết của người lái trong mọi tình huống. II. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI : Nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với mục tiêu sau: - Thực hiện nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp ráp mô hình “hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải” trên sa bàn là một phương tiện dạy học trực quan tượng hình nhằm cung cấp những kinh nghiệm hữu ích qua việc phản ảnh cấu trúc không gian thực của đối tượng nghiên cứu. Qua đó học sinh sẽ có được điều kiện dể dàng để đi sâu vào bản chất của các vật thực. - Thông qua mô hình hệ thống phanh giúp cho học sinh nắm được một cách đầy đủ và sâu sắc hơn về hệ thống phanh nói chung. - Đồng thời qua mô hình và tài liệu lí thuyết làm cơ sở tham khảo cho những chuyên đề về hệ thống phanh một cách bổ ích. III. TÌNH HÌNH Ở TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC:  Hiện nay, so với các quốc gia đang phát triển khác trong khu vực và trên thế giới, nền Giáo dục nước ta vẫn còn thấp và còn một khoảng cách, nhưng không phải yếu kém về khả năng mà chính là khoảng cách về trình độ khoa học kỹ thuật và tính thực tiễn trong Giáo dục, đặc biệt là trang thiết bị và cơ sở vật chất trang bị cho các trường, các trung tâm dạy nghề còn rất nghèo nàn, lạc hậu, trong đó có những thiết bị đã hư hỏng hoặc nếu còn hoạt động thì cũng đã lỗi thời hàng vài thập niên đã gây trở ngại lớn cho công tác giảng dạy và học tập. Song muốn có một phòng thí nghiệm, một mô hình thực tế để phục vụ cho việc đào tạo thì phải đầu tư một khoản tiền rất lớn để mua máy móc từ nước ngoài. Ai trong chúng ta cũng nhận thấy điều này trong những năm qua Nhà Nước, các ngành, các cấp cũng đã nổ lực không ngừng đầu tư ngân sách cho Giáo Dục & Đào Tạo cũng như đề ra phương pháp giáo dục mới nhằm từng bước đưa nền Giáo dục nước ta sánh ngang với các nước trong khu vực và trên thế giới. Song do hoàn cảnh đất nước về phát triển kinh tế còn thấp nên cho đến nay vấn đề đầu tư trang thiết bị cho Giáo Dục vẫn là một vấn đề nan giải, đang là thách thức trở ngại lớn cho ngành Giáo Dục nói riêng và toàn xã hội nói chung.  Như vậy, bài toán đặt ra cho chúng ta là làm sao để nâng cao chất lượng đào tạo, gắn liền giữa lý thuyết và thực hành, giữa những cái học trong trường và ngoài xã hội do đó cần phải đổi mới cho bằng được phương pháp dạy và học cho phù hợp sao cho người học là trọng tâm của 2
5. quá trình dạy học, người thầy chỉ là người hướng dẫn động viên, đôn đốc, khuyến khích tính tự học của người học, phát huy tính sáng tạo, đức tính cần cù siêng năng chịu thương chịu khó vốn có của người Việt Nam, nhằm làm cho chất lượng giáo dục ngày càng tăng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đồng thời có tính tiết kiệm và phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh kinh tế của nước ta.  Nhà trường và Khoa cơ khí động lực nhận thấy việc truyền đạt và tiếp thu bài giảng với sự trợ giúp của mô hình là một trong những giải pháp cho vấn đề đã nêu trên, nó vừa có ý nghĩa thời đại khoa học kỹ thuật vừa có ý nghĩa kinh tế xã hội trong công tác đào tạo ở nước ta và đặc biệt là đối với Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. IV. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI:  Trong thời gian qua mặc dù ngành Giáo dục cố gắng rất nhiều, song hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại, là trở lực lớn cho Giáo dục, sự phát triển kinh tế- xã hội và tiến trình hội nhập với thế giới. Đó là: Giáo trình, tài liệu mới, tài liệu truyền thống (sách, báo, tạp chí ) giúp cho người học hiểu được tính cơ bản của vấn đề chuyên môn. Còn thực tiển sẽ bị hạn chế do thiếu phương tiện thực tập. Chưa cập nhật được những thay đổi của khoa học kỹ thuật, chưa ứng dụng nhiều lợi ích của công nghệ thông tin vào Giáo dục (như việc chỉnh lý sách giáo khoa, thi cử ). Đặc biệt Tài liệu sống (giáo trình điện tử, mô phỏng, mô hình ) chưa được đầu tư phát triển đúng mức ngoại trừ ở một số trường lớn. Đã áp dụng nhiều hình thức để thay đổi phương pháp dạy và học nhưng còn mang nặng hình thức vì thiếu sự đồng bộ về vật chất, phương pháp và chuyên môn. Khoa cơ khí động lực đã đưa ra đề tài này chính là mong muốn góp phần giải quyết những tồn tại nêu trên. 3
6. PHẦN II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 1. Chức năng của hệ thống phanh: Như ta đã biết hệ thống phanh cùng với những hệ thống và bộ phận khác được trang bị trên ôtô có vai trò hết sức quan trọng làm nên chiếc xe đáp ứng nhu cầu về sự an toàn, ngày càng hoàn thiện hơn về sự thuận tiện, dể dàng khi sử dụng. Không chỉ có thế mà nó còn phải đáp ứng được dễ dàn khi sử dụng, muốn có được điều đó thì chúng ta phải ngày càng phải nâng cao công nghệ kỹ thuật làm cho chiếc xe ngày càng hoàn thiện, hiện đại đáp ứng yêu ngày càng cao của người sử dụng. Hệ thống phanh nói chung là một hệ thống rất quan trọng trên ôtô, là bộ phận dùng để giảm chuyển động quay của các bánh xe cũng như giúp cho xe có khả năng dừng hẵn một cách đột ngột khi có sự cố trên đường, đồng thời góp phần ổn định khi xe chuyển động hoặc giữ cho xe ở một vị trí nhất định. Đảm bảo ô tô hoạt động an toàn ở mọi tốc độ, đặc biệt là ở tốc độ cao. Do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển . Lịch sử hình thành hệ thống phanh gắn liền với lịch sử phát triển của ô tô. Ở những thế hệ xe đầu tiên thì hệ thống phanh có cấu tạo đơn giản và nhiêm vụ của nó chỉ là giảm tốc hoặc dừng chuyển động, do đó ở các loại xe đó thì tính năng điều khiển của nó rất là khó khăn. Theo thời gian hệ thống phanh phát triển với các kiểu khác nhau: kiểu phanh trống, phanh đĩa, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh thủy khí, phanh chống hãm cứng ABS, hệ thống ESP , từ hệ thống phanh thủy lực đến hệ thống phanh khí nén, phanh bằng điện Tất cả đều nhằm mục đích tăng tính năng điều khiển an toàn và phù hợp với tải trọng cho từng loại xe, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng và điều khiển xe, cải thiện tính năng an toàn cho xe. Để đáp ứng nhu cầu cải thiện độ êm dịu của xe khi chuyển động, sự nhẹ nhàng khi điều khiển phanh mà vẫn luôn mang lại tính hiệu quả cao nhất khi dùng hệ thống phanh khí nén. Sử dụng trên nguyên lý dùng áp suất không khí để điều khiển phanh thông qua sự điều khiển mở van phanh trong cơ cấu điều khiển vì vậy mà sự điều khiển phanh khá nhẹ nhàng và êm dịu. Từ khi có hệ thống phanh khí nén thì hầu hết trên các dòng xe tải xe buýt, tải nặng, xe kéo Rơ mooc đều được sử dụng hệ thống phanh khí nén, mà trong đó riêng dòng xe tải, xe buýt (có tải trọng lớn), xe kéo RƠ mooc thường được sử dụng hệ thống phanh khí nén. 2. Phân loại: Có rất nhiều cách phân loại hệ thống phanh: Phân loại theo công dụng điều khiển trên xe: - Phanh chân điều khiển giảm tốc hoặc dừng xe. - Phanh tay điều khiển đỗ xe hoặc phanh khẩn cấp. 4
7. Phân loại theo cơ cấu phanh: - Phanh đĩa. - Phanh trống. - Phanh đai. Phân loại theo vị trí bố trí cơ cấu phanh: - Bố trí ở bánh xe. - Bố trí trên hệ thống truyền lực. Phân loại theo dẫn động phanh: - Phanh cơ khí. - Phanh thủy lực. - Phanh thủy khí. - Phanh khí nén. 3. Yêu cầu Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của xe. Do vậy, nó phải đảm bảo các yêu cầu khắt khe, nhất là đối với xe có tốc độ cao. Những yêu cầu của hệ thống phanh.  Quãng đường phanh ngắn nhất: Khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm. Muốn có quãng đường phanh ngắn nhất thì phải đảm bảo gia tốc chậm dần cực đại.Tăng khả năng an toàn và ổ định của hệ thống phanh, phân phối lực phanh hợp lý theo tải trọng phân phối trên từng cầu xe.  Ổn định khi phanh: Phanh phải êm dịu trong bất kỳ mọi trường hợp, đảm bảo tính ổn định hướng chuyển động của ôtô.  Hiệu quả đối với điều khiển phanh: Điều khiển phải nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp phanh hay phanh tay ở mức hợp lý. Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều giữa các lần phanh.  Khã năng ổn định hướng tốt: Không xảy ra hiện tượng lệch hướng khi phanh. Tránh hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường, vì khi trượt lết bánh xe sẽ nhanh mòn làm mất khả năng dẫn hướng của xe.  Giữ xe đứng yên trên dốc mà không bị tuột dốc.  Cải thiện độ bền và độ tin cậy : Ngoài các yêu cầu trên, hệ thống phanh còn phải đảm bảo chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ, độ bền cao và các yêu cầu chung về cơ khí. 5
8. PHẦN III CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHANH I. Công dụng Hệ thống phanh của ôtô dùng để làm cho ôtô đang chạy được giảm bớt tốc độ hoặc được dừng bánh nhanh, nó còn giữ cho ôtô đứng yên tại chỗ kể cả khi đang nằm trên đường dốc. Hệ thống phanh bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, nhờ đó mà nâng cao năng suất vận chuyển. Trên các ôtô đều sử dụng hai hệ thống phanh độc lập, một loại được điều khiển bằng bàn đạp, còn một loại được điều khiển bằng tay đòn. Phanh chân tạo ra lực tác động lên các guốc phanh, còn phanh tay gây lực hãm phụ trên bánh sau chủ động hoặc hãm ở khu vực giữa hệ thống truyền động. Phanh chân là phanh chính và được dùng trong suốt quá trình ôtô lăn bánh, còn phanh tay dùng để hãm ôtô dừng tại chỗ và được dự phòng thay cho phanh chân khi phanh chân bị hỏng. II. Lý thuyết về quá trình phanh trên ô tô. 1. Lực phanh và các mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh: ω Gb Mjb M O p P V x r M f b Pp Zb Hình 1: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh. Khi đạp phanh thì ở các cơ cấu phanh tạo ra mômen ma sát còn gọi là mômen phanh Mp. Tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với đường xuất hiện lực phanh (Pp) ngược với chiều chuyển động của ô tô. Ta có: Mp Pp rb 6
9. Với: Mp – Mômen phanh tác dụng lên bánh xe. Pp – Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường. rb – Bán kính tính toán của bánh xe. Khi Mp tăng thì Pp tăng, nhưng Pp không thể tăng một cách tuỳ ý. Bởi vì lực phanh lớn nhất giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường nghĩa là: Ppmax= P = Zb. Trong đó: P - Lực bám dọc giữa bánh xe với mặt đường. Zb - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe. - Hệ số bám dọc giữa bánh xe với mặt đường. Khi phanh, ngoài mômen phanh, còn có mômen quán tính Mjb và mômen cản lăn tác dụng lên bánh xe. Bởi vậy lực phanh hãm tổng cộng tác dụng lên bánh xe sẽ là: Mp + Mf - Mjb Mf - Mjb P = = P + h r p b rb Trong quá trình phanh, do Mp tăng dần nên Pp cũng tăng dần lên và đến một lúc nào đó: Pp = Ppmax = P thì các bánh xe bị trượt lết. Khi bánh xe bị trượt lết hoàn toàn thì hệ số bám φ giảm xuống giá trị min cho nên lực phanh cũng giảm xuống giá trị nhỏ nhất, dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất. Ngoài ra, nếu các bánh xe trước bị trượt lết sẽ làm mất tính dẫn hướng khi phanh, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lết sẽ làm mất tính ổn định khi phanh. Ta thấy rằng để có Pp lớn thì cả hệ số bám và Zb đều phải có giá trị lớn. Cho nên để sử dụng hết toàn bộ trọng lượng bám của xe, chúng ta phải bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe. Khi phanh, động năng hoặc thế năng của xe bị tiêu hao do ma sát giữa má phanh và trống phanh, giữa lốp và mặt đường cũng như để khắc phục các lực cản chuyển động. Nếu mômen phanh càng lớn thì cơ năng biến thành nhiệt năng giữa trống phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đường càng tăng. Khi bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn thì công ma sát giữa trống phanh và má phanh cũng như sự cản lăn không có nữa, tất cả năng lượng hầu như biến thành nhiệt năng ở vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường. 7