Phanh khí nén: Cấu tạo, nguyên lý, ưu và nhược điểm

Hệ thống phanh khí nén là một công nghệ phổ biến được sử dụng rộng rãi trên các xe hạng nặng, mang lại hiệu suất và an toàn trong quá trình vận hành. Tuy nhiên, có phải bạn đã nắm rõ đầy đủ thông tin từ: cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ưu nhược điểm của hệ thống phanh này không? Bài viết dưới đây, Hyundai Kinh Bắc sẽ giúp bạn khám phá chi tiết về hệ thống phanh khí nén.

Hệ thống phanh khí nén là gì?

Hệ thống phanh khí nén là một loại hệ thống phanh sử dụng khí nén để tạo ra lực phanh và kiểm soát quá trình phanh trên các phương tiện giao thông. Hệ thống này được sử dụng chủ yếu trên các phương tiện lớn như ô tô, xe tải, xe buýt và xe lửa.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh khí nén như thế nào?

Cấu tạo

Cũng như nhiều hệ thống phanh khác trên ô tô thì phanh khí nén cấu tạo bởi các bộ phận chính và phụ. Các thành phần chính của hệ thống như sau: 

• Máy nén khí: Đây là bộ phận tạo ra áp suất khí nén. Máy nén khí thường được động cơ xe hoặc hệ thống điện của xe cung cấp năng lượng để nén không khí và tạo ra áp suất khí nén cần thiết.
• Bình chứa khí nén: Đóng vai trò lưu trữ áp suất khí nén được tạo ra bởi máy nén. Bình chứa khí nén giúp duy trì áp suất ổn định và cung cấp khí nén khi cần thiết.
• Van điều khiển: Hệ thống phanh khí nén sử dụng các van điều khiển để kiểm soát luồng khí nén đến các bộ phận phanh trên bánh xe. Các van này được điều khiển bằng cách đạp pedan phanh và có thể kết hợp với các thiết bị điều khiển khác như bộ điều khiển chống bó cứng phanh (ABS) và bộ điều khiển lực kéo (Traction Control System).
• Ống dẫn khí: Áp suất khí nén từ bình chứa khí nén được truyền đến các bộ phận phanh trên bánh xe thông qua hệ thống ống dẫn khí. Ống dẫn khí chịu trách nhiệm vận chuyển khí nén đến các điểm sử dụng.
• Bộ phanh trên bánh xe: Đây là bộ phận cuối cùng của hệ thống phanh khí nén. Áp suất khí nén được áp dụng lên bộ phanh trên bánh xe, tạo ra lực phanh thông qua ma sát giữa bộ phanh và bề mặt phanh trên bánh xe. Bộ phanh trên bánh xe có thể là hệ thống phanh đĩa hoặc phanh tang trống, tùy thuộc vào loại xe.

Hệ thống phanh khí nén thường được kết hợp với các thiết bị bổ sung như bộ điều khiển chống bó cứng phanh (ABS) để hạn chế trượt bánh xe trong quá trình phanh, tăng khả năng kiểm soát và tránh mất lái. Ngoài ra, còn có các van giảm áp, bộ điều khiển áp suất và các cảm biến để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của hệ thống phanh khí nén.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh nén khí (hệ thống phanh khí nén) dựa trên nguyên tắc chuyển đổi năng lượng từ áp suất khí nén thành lực phanh để giảm tốc độ hoặc dừng lại phương tiện. Dưới đây là quá trình hoạt động cơ bản của hệ thống phanh nén khí:

• Tạo áp suất khí nén: Hệ thống bao gồm một máy nén khí, thường được động cơ xe hoặc hệ thống điện cung cấp năng lượng để nén không khí và tạo ra áp suất khí nén. Máy nén khí sẽ hút không khí từ môi trường, nén nó và đẩy vào hệ thống.
• Lưu trữ áp suất khí nén: Áp suất khí nén được lưu trữ trong bình chứa khí nén. Bình chứa này giúp duy trì áp suất ổn định trong hệ thống và cung cấp khí nén khi cần thiết.
• Truyền áp suất khí nén: Áp suất khí nén được truyền từ bình chứa khí nén đến bộ phận phanh trên bánh xe thông qua hệ thống ống dẫn khí. Ống dẫn khí chịu trách nhiệm vận chuyển khí nén từ bình chứa đến các bộ phận phanh.
• Áp suất áp dụng lên bộ phanh: Khi người lái đạp pedan phanh, van điều khiển trong hệ thống phanh khí nén được kích hoạt. Van này cho phép áp suất khí nén từ bình chứa chuyển đến bộ phận phanh trên bánh xe. Áp suất này được chuyển đổi thành lực phanh, tạo ra ma sát giữa bộ phanh và bề mặt phanh trên bánh xe.
• Lực phanh và giảm tốc độ: Lực phanh được tạo ra bởi áp suất khí nén khi được áp dụng lên bộ phận phanh trên bánh xe. Lực phanh này tạo ma sát giữa bộ phanh và bề mặt phanh trên bánh xe, gây giảm tốc độ hoặc dừng lại phương tiện.
• Kiểm soát và cân bằng: Hệ thống phanh nén khí cũng đáng chú ý vì khả năng kiểm soát và cân bằng lực phanh tại từng bánh xe riêng biệt. Điều này giúp tăng khả năng kiểm soát và ổn định trong quá trình phanh, đặc biệt trong tình huống trượt hoặc mất kiểm soát.

Tóm gọn lại thì hệ thống phanh nén khí hoạt động bằng cách tạo ra áp suất khí nén và sử dụng nó để tạo lực phanh. Khi người lái đạp pedan phanh, áp suất khí nén được áp dụng lên bộ phận phanh trên bánh xe, tạo ra ma sát giữa bộ phận phanh và bề mặt phanh trên bánh xe, từ đó làm giảm tốc độ hoặc dừng lại phương tiện.

Ưu – Nhược điểm của hệ thống phanh nén khí

Ưu điểm

Hệ thống phanh nén khí có nhiều ưu điểm quan trọng như hiệu suất phanh tốt, khả năng phanh liên tục, khả năng kiểm soát và cân bằng, an toàn và độ tin cậy cao, khả năng hoạt động đa dạng và tiết kiệm năng lượng.

Chính những ưu điểm này đã làm cho hệ thống phanh nén khí trở thành một lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô và các lĩnh vực khác có yêu cầu phanh an toàn và hiệu suất cao. Như vậy, có thể nói việc sử dụng hệ thống phanh nén khí trong phương tiện có nhiều ưu điểm quan trọng. Dưới đây là một số ưu điểm chính:

• Hiệu suất phanh tốt: Hệ thống phanh nén khí cung cấp hiệu suất phanh tốt và đáng tin cậy. Áp suất khí nén có thể tạo lực phanh lớn hơn so với hệ thống phanh khác như phanh thủy lực. Điều này cho phép phương tiện dừng lại nhanh chóng và an toàn.
• Khả năng phanh liên tục: Hệ thống phanh nén khí có khả năng phanh liên tục trong thời gian dài mà không gây mất hiệu suất. Việc làm mát và xả nhiệt tốt hơn so với hệ thống phanh khác, như phanh đĩa, giúp tránh hiện tượng mất hiệu suất do quá nhiệt.
• Khả năng kiểm soát và cân bằng: Hệ thống phanh nén khí cho phép kiểm soát và cân bằng lực phanh tại từng bánh xe riêng biệt. Điều này cải thiện khả năng kiểm soát và ổn định của phương tiện trong quá trình phanh, đặc biệt trong trường hợp trượt hay mất kiểm soát.
• An toàn và độ tin cậy cao: Hệ thống phanh nén khí được thiết kế để đạt độ tin cậy cao và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt. Áp suất khí nén có thể duy trì trong thời gian dài mà không yêu cầu sự can thiệp thường xuyên, giúp giảm nguy cơ hỏng hóc và đảm bảo an toàn khi phanh.
• Khả năng hoạt động đa dạng: Hệ thống phanh nén khí có khả năng hoạt động đa dạng trên nhiều loại phương tiện, bao gồm ô tô, xe tải, xe buýt và các loại phương tiện công nghiệp khác. Nó cũng tương thích với hầu hết các hệ thống truyền động và có thể tích hợp với các hệ thống phanh khác như ABS (Hệ thống chống bó cứng phanh) để tăng cường hiệu suất phanh.
• Tiết kiệm năng lượng: Hệ thống phanh nén khí có khả năng thu hồi năng lượng và sử dụng lại nó. Khi người lái thả pedan phanh, năng lượng từ quá trình giảm tốc độ có thể được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và lưu trữ lại trong bình chứa. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả năng lượng của phương tiện.

Nhược điểm

Mặc dù hệ thống phanh nén khí có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có một số nhược điểm so với hệ thống phanh khác. Dưới đây là một số nhược điểm chính của hệ thống phanh nén khí:

• Độ trễ: Hệ thống phanh nén khí có độ trễ nhất định khi người lái đạp pedan phanh và lực phanh được tạo ra. Áp suất khí nén cần thời gian để truyền từ bình chứa đến bộ phận phanh trên bánh xe. Điều này có thể gây một khoảng thời gian trễ nhỏ giữa lúc người lái đạp pedan phanh và lúc lực phanh thực sự được áp dụng.
• Phụ thuộc vào nguồn cung cấp năng lượng: Hệ thống phanh nén khí phụ thuộc vào một nguồn cung cấp năng lượng bên ngoài, chẳng hạn như máy nén khí hoặc hệ thống điện. Nếu nguồn cung cấp này gặp sự cố hoặc mất điện, hệ thống phanh nén khí có thể không hoạt động hiệu quả hoặc không hoạt động được.
• Phức tạp và chi phí bảo dưỡng: Hệ thống phanh nén khí có cấu trúc và thành phần phức tạp hơn so với hệ thống phanh khác như phanh thủy lực. Điều này có thể làm tăng độ phức tạp của việc bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống, đồng thời tăng chi phí bảo dưỡng trong quá trình vận hành.
• Trọng lượng và không gian: Hệ thống phanh nén khí yêu cầu các thành phần như bình chứa khí nén và ống dẫn khí, điều này có thể làm tăng trọng lượng của phương tiện và yêu cầu không gian bổ sung để lắp đặt các thành phần này. Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng thiết kế của phương tiện.
• Khó khắc phục sự cố: Trong trường hợp xảy ra sự cố, việc khắc phục hệ thống phanh nén khí có thể phức tạp hơn và đòi hỏi kiến thức kỹ thuật cao hơn. Điều này có thể gây khó khăn cho việc sửa chữa và bảo trì hệ thống.

Trong trường hợp xảy ra sự cố, việc khắc phục hệ thống phanh nén khí có thể phức tạp hơn và đòi hỏi kiến thức kỹ thuật cao hơn

Tuy nhược điểm này tồn tại, hệ thống phanh nén khí vẫn được sử dụng rộng rãi và được đánh giá là một giải pháp an toàn và hiệu quả trong nhiều ứng dụng xe hơi và xe công nghiệp. Trên đây là toàn bộ thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ thống phanh khí nén. Hi vọng những thông tin trên là hữu ích dành cho quý vị.