Phanh khí nén – Part 1: Cơ bản về Phanh Khí nén

Phanh khí, phanh hơi hay chính thức hơn là hệ thống phanh khí nén, là một loại phanh ma sát dành cho xe (các xe cỡ lớn, xe tải,…) trong đó khí nén ép lên pít-tông được sử dụng để tạo áp lực lên má phanh hoặc guốc phanh cần thiết để dừng xe. Phanh hơi được sử dụng trên các loại xe hạng nặng lớn, đặc biệt là những phương tiện kéo rơ-moóc phải được liên kết với hệ thống phanh, chẳng hạn như xe tải, xe buýt, rơ-moóc và sơ mi rơ-moóc, tàu hỏa.

George Westinghouse lần đầu tiên phát triển hệ thống phanh hơi để sử dụng trong dịch vụ đường sắt. Ông được cấp bằng sáng chế về phanh hơi an toàn hơn vào ngày 5 tháng 3 năm 1872. Westinghouse đã thực hiện nhiều thay đổi để cải tiến phát minh phanh khí của mình, dẫn đến nhiều dạng phanh tự động. Vào đầu thế kỷ 20, sau khi những ưu điểm của nó đã được chứng minh trong việc sử dụng đường sắt, nó đã được các nhà sản xuất xe tải và phương tiện đường bộ hạng nặng áp dụng.

Phanh hơi thường được sử dụng trên xe tải nặng và xe buýt. Áp suất vận hành điển hình là khoảng 100–120 psi hoặc 690–830 kPa hoặc 6,9–8,3 bar. Hệ thống phanh khí nén được chia thành hệ thống cung cấp và hệ thống điều khiển.

Tại sao chúng ta sử dụng phanh khí nén?

Phanh hơi được sử dụng trên xe hạng nặng vì một số lý do:

• Hệ thống phanh khí sử dụng một lực lớn hơn nhiều để tác động lên phanh so với hệ thống phanh thủy lực. Lực lớn hơn này là rất cần thiết để đối phó với tải trọng nặng của xe thương mại, xe tải hạng nặng.
• Việc cung cấp không khí là không giới hạn, vì vậy hệ thống phanh khí không bao giờ có thể cạn kiệt chất công tác như hệ thống phanh thủy lực. Rò rỉ nhỏ không dẫn đến hỏng phanh.

• Hệ thống phanh khí có khả năng chịu đựng tốt hơn đối với những rò rỉ nhỏ. Chỉ một rò rỉ nhỏ nhất trong hệ thống phanh thủy lực cũng có thể dẫn đến hỏng phanh. Hệ thống phanh khí bao gồm một máy nén để tạo ra nhiều khí nén hơn khi cần thiết. Do đó, khi có rò rỉ, lượng áp suất bị mất không đáng kể so với lượng áp suất mà máy nén tạo ra.

• Khớp nối đường khí dễ gắn và tháo hơn so với đường thủy lực; Nguy cơ không khí lọt vào chất lỏng thủy lực được loại bỏ, cũng như việc xả khí khi bảo dưỡng. Mạch phanh khí trên rơ-moóc có thể dễ dàng gắn vào và tháo ra.

• Không khí không chỉ đóng vai trò là chất lỏng để truyền lực mà còn tích trữ thế năng khi nó bị nén, vì vậy nó có thể dùng để kiểm soát lực tác dụng; chất lỏng thủy lực gần như không thể nén được. Hệ thống phanh khí bao gồm một bình khí dự trữ đủ năng lượng để dừng xe nếu máy nén bị hỏng.

• Khí nén vốn có trong hệ thống có thể được sử dụng cho các ứng dụng phụ kiện mà hệ thống thủy lực không làm được, chẳng hạn như còi hơi và bộ điều chỉnh ghế ngồi.

• Phanh khí nén được sử dụng trên các loại xe hạng nặng vì chúng đã được chứng minh có khả năng dừng các phương tiện này một cách an toàn.

Nhược điểm của phanh khí

• Hệ thống phanh khí thường có giá cao hơn.

• Phanh khí nén không khí, và yêu cầu cần loại bỏ độ ẩm trong không khí, do đó phát sinh thêm máy sấy. Như vậy giá thành sẽ nâng cao, chi phí bảo dưỡng cũng cao và phức tạp. Trường hợp máy sấy bị hỏng, hệ thống phanh có thể bị đóng băng ở những nơi lạnh.

• Tiếng ồn khi phanh lớn. Bạn thường nghe tiếng “Xì” rất lớn khi một chiếc xe tải hoặc xe bus phanh. Tiếng ồn này có thể vượt giới hạn quy định của nhiều quốc gia.

• Hệ thống phanh khí có độ trễ khi phanh cao, do đó quãng đường phanh cao hơn các loại phanh khác.

• Vận hành phanh khí đòi hỏi lái xe cần được đào tạo bài bản để đảm bảo lái xe an toàn.

Các bộ phận cơ bản của phanh khí

Sơ đồ trên là mô hình đơn giản, cơ bản cho một hệ thống phanh khí nén:

• Một máy nén để bơm không khí, với một van điều chỉnh để điều khiển máy nén.

• Đường dẫn khí để cho phép không khí có áp đi qua giữa các bộ phận của hệ thống phanh khí.

• Bình chứa (tích áp) để lưu trữ khí nén

• Bàn đạp phanh (thường được gọi là van chân, van chính) để tác động phanh bằng cách dẫn khí nén từ bình chứa đến phanh.

• Cơ cấu phanh, bao gồm bầu phanh, bộ điều chỉnh, má phanh và tang trống hoặc rôto, để truyền lực do khí nén tạo ra thông qua liên kết cơ học để tác dụng phanh.

Hệ thống phanh khí nén hoạt động như thế nào?

Phanh khí hoạt động bằng cách sử dụng khí nén thay vì chất lỏng thủy lực. Phanh khí có thể là phanh tang trống hoặc phanh đĩa, hoặc kết hợp cả hai.

Không khí được điều áp bởi một máy nén gắn với động cơ. Sau đó, máy nén khí sẽ bơm không khí vào các bình chứa khí để lưu trữ khí nén cho đến khi cần thiết.

Áp suất không khí được sử dụng để tác động vào phanh và nhả phanh tay.

Phanh tay sẽ được tương tác bởi lực lò xo trong buồng hãm lò xo khi áp suất không khí trong buồng được giải phóng. Điều này cũng cho phép phanh tay được sử dụng làm hệ thống phanh khẩn cấp. Nếu áp suất không khí giảm xuống quá thấp, lực tác dụng bởi lò xo trong buồng hãm sẽ có thể thắng lực do không khí tác dụng lên màng ngăn và tác dụng phanh lên tất cả các bánh xe.

Giống như phanh thủy lực, khi người lái nhấn bàn đạp phanh, áp suất không khí sẽ được áp dụng, giống như áp suất thủy lực trong mạch phanh thủy lực lên bánh xe khi đạp phanh.

Bài này là phần đầu tiên, giới thiệu cơ bản về hệ thống phanh khí. Trong các bài sau, sẽ trình bày chi tiết các thành phần cũng như nguyên lý hoạt động của nó.