Xây dựng phương pháp tính toán thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh dẫn động thuỷ khí trên ô tô tải cỡ lớn

TS Nguyễn Trọng Hoan và sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Ôtô và Xe chuyên dụng, Viện Cơ khí Động lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: Xây dựng phư

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

môc lôc Trang

3.5.3 Giải hệ phương trình vi phân và kết quả 62 3.5.3.1 Giải hệ phương trình vi phân hệ thống dẫn động phanh

môc lôc Trang

3.5.1.Thiết lập phương trình hệ thống dẫn động cầu sau 59

3.5.2.Thiết lập phương trình hệ thống dẫn động cầu trước 60 3.5.3 Giải hệ phương trình vi phân và kết quả 62

3.5.3.1 Giải hệ phương trình vi phân hệ thống dẫn động phanh sau 62

4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chậm tác dụng của hệ thống 75

4.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của độ nhớt chất lỏng 75

4.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng quy đổi 77

4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích xy lanh bánh xe 79

4.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của vị trí đặt xy lanh thuỷ khí 80

4.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của đường kính ống dẫn khí 81

mở đầu a- Đặt vấn đề

Sản xuất ôtô trên thế giới và Việt nam ngày một tăng, ôtô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân Trong những năm gần đây do nhu cầu vận tải đường bộ tại việt nam tăng rất nhanh, một số cơ sở trong nước ta đã thiết kế, lắp ráp các loại xe tải cỡ lớn như: KAMAZ, KRAZ để tạo thành những xe hoạt động có hiệu quả trong việc vận tải hàng hoá, với giá thành thấp hơn nhiều so với các hình thức vận tải khác Tuy nhiên, ngành công nghiệp này vẫn đang trong giai đoạn sơ khai nên còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra các loại ôtô chất lượng cao, không những phục vụ cho nhu cầu sản xuất trong nước mà còn hướng đến xuất khẩu Trong bối cảnh như vậy, việc nghiên cứu động lực học ôtô phục vụ cho quá trình thiết kế chế tạo, các cụm, các hệ thống trên xe và tiến tới chế tạo những chiếc ôtô hoàn chỉnh mang thương hiệu Việt Nam đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc tế là rất quan trọng và cần thiết Đối với ôtô tải, một trong những vấn đề

được quan tâm hàng đầu là chất lượng và hiệu quả của hệ thống phanh, bởi vì nó liên quan trực tiếp đến an toàn giao thông và các tiêu chuẩn mang tính pháp lý

Ôtô tải loại N3 thường được trang bị hệ thống phanh có dẫn động thuỷ khí tương đối phức tạp Để có thể thiết kế được hệ thống phanh có hiệu quả và độ tin cậy cao thì cần tìm hiểu các quá trình xảy ra trong hệ thống, đặc biệt là quá trình quá độ

Do đó, luận văn đã đề ra nhiệm vụ nghiên cứu, khảo sát quá trình quá độ xẩy ra trong hệ thống phanh thuỷ khí bằng phương pháp mô phỏng với sự hỗ trợ của các công cụ tin học hiện đại Phương pháp này cho phép đánh giá sơ bộ hiệu

điều chỉnh kết cấu hoặc tìm ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả phanh trước khi đưa ra sản xuất thử nghiệm Với cách làm như vậy, người ta có thể tiết kiệm được thời gian, công sức và tiền của, giảm bớt các thử nghiệm và nhờ đó rút ngắn được thời gian thiết kế và tiết kiệm chi phí

Với sự học hỏi và tìm hiểu của bản thân, dưới sự hướng dẫn trực tiếp, tận tình của thầy PGS TS Nguyễn Trọng Hoan và sự giúp đỡ của các thầy cô trong

bộ môn Ôtô và Xe chuyên dụng, Viện Cơ khí Động lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

Xây dựng phương pháp tính toán thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh dẫn động thuỷ khí trên ôtô tải cỡ lớn ( N3)

B/ Mục đích đề tài

Mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thuỷ khí trên ôtô tải, khảo sát quá trình quá độ xảy ra trong đó nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của hệ thống và đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả phanh ôtô

C/ Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của Đề tài là hệ thống phanh dẫn động thuỷ khí trên

ôtô tải loại N3 (Có trọng lượng toàn bộ trên 12 tấn) và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống

D/ nội dung luận văn

Phần mở đầu:

A/ Đặt vấn đề

B/ Mục đích đề tài

C/ Đối tượng nghiên cứu

D/ Phạm vi nghiên cứu

Chương I: Đặc điểm của hệ thống dẫn động phanh thuỷ khí trên ôtô tải cỡ lớn Chương II: Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thuỷ khí

Chương III: Mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thuỷ khí

Chương IV: Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của hệ

thống

Phần kết luận

CHƯƠNG I

Đặc điểm của hệ thống dẫn động phanh thuỷ khí

trên ôtô tảI cỡ lớn 1.1 Tổng quan về tỡnh hỡnh sản xuất và lưu hành xe tải ở Việt Nam

và trờn thế giới

Ngày nay, khi ôtô trở thành phương tiện vận chuyển chủ chốt đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới, số lượng ôtô ngày càng tăng nhanh hơn nên ở nhiều nơi, nhiều lúc chúng đã đặt ra những vấn đề không nhỏ đối với xã hội loài người Chỉ riêng hai cường quốc về công nghiệp ôtô là Mỹ và Nhật hàng năm sản xuất khoảng 24- 25 triệu chiếc (năm 1992 Nhật sản xuất 12,5 triệu chiếc) Trong

đó ôtô du lịch chiếm tỷ lệ 70- 80%, ôtô tải chiếm 18- 20%, các loại ôtô khác chiếm 1- 3%

Với số lượng ôtô ngày càng tăng như vậy, đã đặt ra nhiều vấn đề lớn cho xã hội như ô nhiễm môi trường, tai nạn giao thông, Trong đó, tai nạn giao thông

đã trở thành một mối quan tâm lớn của xã hội bởi vì ôtô đã trở thành phương tiện giao thông gây chết người nhiều nhất so với các loại phương tiện khác

ở Việt Nam, tính đến hết tháng 09- 2007 có khoảng 105.343 ôtô và 2.291.438 mô tô được đăng ký lưu hành trên đường Tai nạn giao thông đường bộ đang có

xu hướng tăng mặc dù Chính phủ đã đưa ra nhiều giải pháp về an toàn giao thông Theo số liệu của Uỷ Ban an toàn giao thông Quốc gia, riêng 9 tháng năm

2007, cả nước có khoảng 11.034 vụ tai nạn giao thông, không những gây thiệt hại lớn về người mà còn gây thiệt hại về tài sản của nhà nước và của công dân

Tính từ 1 tháng 01 năm 2007 đến 31 tháng 12 năm 2007 cả nước có khoảng 105.034 xe ôtô các loại đã được đăng ký và lưu hành, có 2.291.343 xe mô tô

được đăng ký, với tốc độ tăng trưởng như hiện nay các phương tiện cơ giới đường

bộ tăng vọt lên như vậy thì vấn đề tai nạn giao thông xảy ra càng nhiều, tính từ 01- 01- 2007 đến 09- 2007 số vụ tai nạn tăng lên là: 11.034 vụ

Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60- 70% do con người gây ra như (lái xe say rượu, mệt mỏi, buồn ngủ, …) và 10- 15% do hư hỏng máy móc, trục tặc về kỹ thuật, 20 - 30% do đường xá quá xấu

Trong số các nguyên nhân hư hỏng do máy móc, trục trặc kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các cụm, hệ thống trên ôtô gây nên được thống kê như sau:

Các số liệu trên cho thấy rằng, tai nạn giao thông do hệ thống phanh chiếm

tỷ lệ cao nhất Do vậy các yêu cầu đối với hệ thống phanh, được pháp lý hoá thông qua các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, ngày càng trở nên khắt khe hơn

Để đáp ứng được những tiêu chuẩn này, các nhà sản xuất phải thường xuyên cải tiến hệ thống phanh cho ôtô nhằm nâng cao hiệu quả và tính ổn định khi phanh, tăng tính an toàn chuyển động

Vì những lý do trên, việc mô phỏng hệ thống dẫn động phanh để xác định hiệu quả phanh và tìm các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả phanh đáp ứng các

thÕ, ph−¬ng ph¸p m« pháng vµ tÝnh to¸n víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh sÏ gióp cho c¸c nhµ thiÕt kÕ tiÕt kiÖm ®−îc thêi gian vµ kinh phÝ cho qu¸ tr×nh thiÕt kÕ vµ hoµn thiÖn hÖ thèng phanh Trong ®iÒu kiÖn thiÕu thèn vÒ trang thiÕt bÞ thÝ nghiÖm nh− ë n−íc ta hiÖn nay th× ®©y lµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu rÊt thÝch hîp

vµ hoµn toµn kh¶ thi

1.2 Đặc điểm của hệ thống phanh ô tô tải cỡ lớn

Hệ thống phanh thường dùng trên loại xe này là dẫn động phanh khí nén và dẫn động phanh thủy khí

1.2.1 Dẫn động phanh khí nén

Dẫn động phanh khí nén được sử dụng rộng rãi trên ô tô tải cỡ lớn và trung bình, đặc biệt lớn, để dẫn động các cơ cấu phanh người ta sử dụng năng lượng khí nén, lực của người lái chỉ để mở van tổng phanh do đó mà giảm được sức lao động của người điều khiển

Tùy theo liên kết của xe cơ sở với rơ moóc mà dẫn động phanh khí nén có thể

áp của hệ thống trong giới hạn cho phép, đồng hồ đo áp suất 6 đặt trong buồng lái giúp người lái có thể quan sát được, khi bàn đạp phanh 4 trở về vị trí ban đầu tổng van phanh ngắt liên hệ giữa bình khí nén với ống dẫn để cho ống dẫn thông

với khớ trời, khớ nộn thoỏt ra ngoài khỏi bầu phanh và guốc phanh nhả ra khỏi trống phanh

Hình 1.1: Dẫn động phanh khớ nộn một dũng 1: Máy nén khí, 2: Van an toàn, 3: Bầu phanh, 4: Bàn đạp phanh, 5: Bình chứa khí nén, 6: Đồng hồ áp suất, 7: Tổng van phanh, 8: Bầu phanh

- Dẫn động phanh khớ nộn 2 dũng đ−ợc thể hiện trên hình 1.2

Nguyờn lý làm việc:

Khi phanh người lỏi tỏc động lờn bàn đạp qua hệ thống đũn đến van phõn phối 1 và mở cho dũng khớ nộn ỏp suất cao vào cỏc bầu phanh 9 từ đú sẽ dẫn động cam phanh ộp guốc phanh vào trống phanh để tiến hành phanh xe

Hệ thống phanh 2 dũng chia dũng khớ của cỏc phanh bỏnh trước và dũng khớ cỏc bỏnh sau làm việc riờng biệt do vậy làm cho hệ thống phanh cú tớnh

an toàn cao

H×nh 1.2: Dẫn động phanh khí nén hai dòng 1: M¸y nÐn khÝ, 2: BÇu läc, 3:Van ®iÒu chØnh ¸p suÊt, 4:B×nh chøa khÝ nÐn, 5,6:Van ph©n phèi, 7: Van nÐn khÝ, 8: èng nèi, 9: BÇu phanh b¸nh xe, 10: Van

an toµn

• Ưu điểm của hệ thống phanh khí nói chung:

- Điều khiển dễ dàng, nhẹ nhành, kết cấu đơn giản, tạo được lực phanh lín

- Có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ô tô

- Có thể sử dụng không khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống phanh treo loại khí

• Nhược điểm của hệ thống phanh khí nén:

- Số lượng cỏc cụm chi tiết khỏ nhiều, kớch thước và trọng lượng của chỳng khỏ lớn, giỏ thành cao

Dẫn động phanh là cơ cấu thủy lực gồm tổng phanh và cỏc cơ cấu xi lanh phanh chớnh, xi lanh bỏnh xe

Dẫn động phanh cú loại 1 dũng và loại 2 dũng, loại 2 dũng khỏc loại 1 dũng

là dầu phanh từ tổng phanh được chia làm 2 dũng đi đến cỏc xi lanh bỏnh xe trước và sau, ngoài ra nú cũn cú ưu điểm là khi một dũng bị hỏng thỡ dũng kia vẫn làm việc bỡnh thường làm tăng tính an toàn khi chuyển động

Trong hệ thống phanh dẫn động thủy lực Tổng phanh làm nhiệm vụ tạo ỏp suất dầu đủ lớn để đưa đến cỏc xi lanh bỏnh xe, ỏp suất dầu tăng lờn nhờ sự tỏc động của lực bàn đạp qua cỏc cơ cấu dẫn động

Dưới đây là các loại cơ cấu dẫn động thuỷ lực 1 và 2 dòng được áp dụng

* Cơ cấu dẫn động phanh thuỷ lực 1 dòng được thể hiện trên hình 1.3

Nguyên lý làm việc:

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp 2 qua hệ thống đòn sẽ đẩy piton nằm trong

đường ống dẫn dầu 4 Chất lỏng với áp suất lớn đi đến các xy lanh bánh xe và thắng lực lò xo và tiến hành ép guốc phanh vào trống phanh

Khi không phanh nữa thì người điều khiển không tác dụng lực lên bàn

đạp phanh nữa các lò xo hồi vị kéo các guốc phanh về vị trí cũ đẩy dầu hồi về

xy lanh chính

Hình 1.3: Dẫn động phanh thuỷ lực 1 dòng 1: Xy lanh bánh xe, 2:Bàn đạp phanh, 3: Tổng phanh, 4: Đường ồng dẫn dầu

đến các bánh xe

* Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực 2 dòng được thể hiện trên hình 1.4

Dẫn động phanh 2 dòng được bố trí nhiều sơ đồ khác nhau với mục đích đảm bảo ổn định và tính năng động cao Đối với sơ đồ trên khi chất lỏng ở dòng I hay dòng II hỏng thì dòng còn lại vẫn làm việc bình thường

Nguyên lý làm việc:

Khi tác dụng từ bàn đạp thì qua cơ cấu dầu được ép và tạo áp suất cao đi đến

bộ chia dòng 2-3 ở đây dầu được chia làm 2 dòng đi đến các cơ cấu phanh bánh trước và sau Tại cơ cấu phanh bánh xe thì áp lực dầu thắng các lực lò xo làm cho guốc phanh ép vào trống phanh và ôtô được phanh

Cơ cấu chia dòng sẽ làm nhiệm vụ tự động không cung cấp dầu vào một dòng khi dòng đó bị hỏng, dòng còn lại không bị ngừng cung cấp nên tiếp tục thực hiện quá trình phanh

Hình 1.4: Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực 2 dòng I: Đường ống dẫn dầu phanh đến các bánh xe trước, II: Đường ống dẫn dầu phanh đến các bánh xe sau, 1: Tổng phanh, 2-3: Bộ phận chia dòng, 4-5: van, 6: Xy lanh phanh bánh xe

* Ưu điểm của dẫn động phanh thủy lực: là kớch thước nhỏ gọn và trọng

lượng cỏc chi tiết bộ do cú ỏp suất dầu cao, thời gian phanh nhỏ đảm bảo phanh đồng thời cỏc bỏnh xe lại cựng một lỳc vỡ dầu lỳc nào cũng cú sẵn trong hệ thống, hơn nữa, sự phõn bố lực phanh giữa cỏc cầu phụ thuộc vào kớch thước piton ở xi lanh bỏnh xe

* Nhược điểm của dẫn động phanh thủy lực:

Năng lượng dùng để phanh xe là do người lái tạo nên vì vậy không thể sử dụng trên các loại xe lớn

Dẫn động phanh thủy khí là kết hợp giữa thủy lực và khí nén, trong đó phần thủy lực có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, t¹o ®−îc lùc phanh lín, đồng thời đảm bảo cho độ nhậy (thời gian chậm tác dụng) cao, phanh cùng một lúc được tất cả các bánh xe Phần khí nén cho phép điều khiển dễ dàng, nhẹ nhàng và khả năng huy động, điều khiển phanh rơ moóc

Dẫn động phanh loại này thường được áp dụng ở các loại xe vận tải cỡ lớn,

có trọng tải cao và áp dụng cho xe nhiều cầu

*Ưu điểm của hệ thống dẫn động phanh thủy khí:

Kết hợp được những ưu điểm của hai loại hệ thống phanh thủy lực và khí nén

và khắc phục được nhược điểm của từng loại khi làm việc

Phần khí nén có nhiệm vụ là dẫn động do vậy mà tạo cho người điều khiển không phải tác dụng lực lớn vào bàn đạp

Phần thủy lực có nhiệm vụ là cơ cấu chấp hành nên thời gian chậm tác dụng

là nhỏ, phần thủy lực có kích thước nhỏ gọn, dễ bố trí

*Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động thủy khí:

Có nhược điểm của hai loại phanh thủy lực và khí nén

Kích thước của hệ thống phanh liên hợp là rất cồng kềnh và phức tạp, khó khăn cho khi bảo dưỡng và chăm sóc hệ thống

Khi phần dẫn động khí nén bị hỏng thì dẫn đến cả hệ thống ngừng làm việc cho nên trong hệ thống phanh này ta cần chú ý đặc biệt tới cơ cấu dẫn động bằng khí nén

Khi sử dụng hệ thống phanh thủy khí thì giá thành cũng rất cao, có nhiều cụm chi tiết và cơ cấu đắt tiền

1.2.4 Một số sơ ®ồ, nguyên lý làm việc của hệ thống phanh thủy khí thường dùng trên các loại xe tải cỡ lớn

1.2.4.1 Sơ đồ, hệ thống phanh thủy khớ trờn xe ụ tụ URAL – 4320 đ−ợc thể

hiện trên hình 1.5

Hình 1.5: Sơ đồ, hệ thống phanh thủy khớ trờn xe ụ tụ URAL – 4320

1: Máy nén khí, 2: Bộ điều chỉnh áp suất, 3: Van bảo vệ 2 ngả, 4: Van bảo vệ 1 ngả, 5: Bình chứa khí nén , 6: Phanh tay, 7: Khoá điều khiển phanh rơ moóc, 8: Van tách, 9: Đầu nối, 10: Đồng hồ áp suất, 11: Tổng van phanh, 12: Xy lanh khí nén, 13: Cơ cấu xi lanh piton bánh xe, 14: Đầu nối phân nhánh, 15: Xy lanh cung cấp nhiên liệu, 16: Bàn đạp phanh

Nguyờn lý làm việc:

- Khi làm việc thỡ người điều khiển tỏc động một lực vào bàn đạp phanh 16

để mở van phanh, lỳc này khớ nộn đó được mỏy nộn khớ 1 cung cấp cho bỡnh khớ

nén 5 và khí nén đi vào hệ thống qua tổng van phanh và cơ cấu piton xi lanh khí, lực tác động của dòng khí đẩy piton thủy lực tạo cho dầu trong xi lanh có áp suất cao nhờ các đường ống đi vào cơ cấu xi lanh bánh xe làm cho guốc phanh ép chặt vào trèng phanh

- Khi làm việc van bảo vệ 2 ngả 3 có tác dụng là tách dòng khi thành 2 dòng riêng biệt và tự động ngắt 1 dòng khí hỏng để duy trì sự làm việc của mạch không hỏng Bộ điều chỉnh áp suất sẽ phân bố áp suất, tự động giữ áp suất khí nén trong giới hạn 0,0-0,77Mpa Áp suất này đảm bảo cho luồng khí nén từ các bình vào các bầu phanh với tốc độ giới hạn không đổi

1.2.4.2 Sơ đồ, hệ thống phanh thủy lực khí trên xe ô tô HYUNDAI ®−îc thÓ

hiÖn trªn h×nh 1.6

Nguyên lý làm việc:

-Động cơ làm việc thì máy nén khí làm việc và nén khí đến một áp suất nhất định và được kiểm tra bằng đồng hồ áp suất rồi được đưa tới các bình chứa khí nén

-Khi thực hiện quá trình phanh thì ta đạp bàn đạp phanh làm cho van phân phối mở và khí nén từ bình chứa đến mở van ở các bầu phanh chính của các cầu

đề cho dòng khí từ bình chứa tới ép piton màng trong bầu phanh chính đẩy piton dầu trong bầu phanh chính và đưa dầu tới các xilanh bánh xe và thực hiện quá trình phanh

-Khi không phanh thì nhờ các lực lò xo hồi vị kéo các guốc phanh lại và dầu hồi về bình dầu lúc này khí nén không hồi về bình chứa mà thông với khí quyển

và áp suất trong buồng phanh giảm, lò xo hồi vị trong bầu phanh đẩy piton màng dịch chuyển về vị trí ban đầu và dừng quá trình phanh

H×nh 1.6: Sơ đồ, hệ thống phanh thủy lực khí trên xe ô tô HYUNDAI

1: §ång hå ¸p suÊt, 2: C¬ cÊu phanh b¸nh xe, 3: M¸y nÐn khÝ, 4: B×nh läc h¬i n−íc, 5: B×nh khÝ nÐn, 6: C¬ cÊu phanh b¸nh xe, 7: C¬ cÊu phanh b¸nh xe,

8: Van ph©n phèi, 9: C¬ cÊu phanh b¸nh xe, 10: BÇu phanh tay, 11: Van x¶ khÝ, 12: Van 3 ng¶, 13: C¬ cÊu phanh b¸nh xe, 14: C¬ cÊu phanh b¸nh xe, 15: BÇu phanh chÝnh cña cÇu gi÷a vµ tr−íc, 16: BÇu phanh chÝnh cña phanh cÇu sau, 17: B×nh dÇu, 18: Van chuÈn ®o¸n, 19: Van x¶ phanh, 20: B×nh ng−ng tô h¬i

- Phần cơ cấu chấp hành của hệ thống phanh thủy khí là thủy lực có ưu điểm các bánh xe ăn đều, đây là một yếu tố quan trọng đảm bảo tính ổn định của xe khi hoạt động đặc biệt là trên các xe tải cỡ lớn

- Đa phần hệ thống phanh kiểu này được lắp trên các xe tải cỡ lớn nên ống dài dẫn đến thời gian chậm tác dụng của hệ thống là rất lớn

Quỏ trỡnh phanh ụ tụ được chia làm ba giai đoạn:

Giai đoạn 1 (T1): Thời gian phản ứng của người lỏi tớnh từ khi người lỏi phỏt hiện nguy hiểm và đặt chõn lờn bàn đạp

Giai đoạn 2 (T2): Thời gian bắt đầu đạp phanh đến khi phanh bắt đầu hoạt động (Hành trỡnh tự do bàn đạp, khe hở cỏc van)

Giai đoạn 3 (T3): Thời gian chậm tỏc dụng của hệ thống

1.3.2 Thời gian chậm tỏc dụng của hệ thống:

Thời gian chậm tỏc dụng của hệ thống (Thời gian phản ứng) của hệ thống dẫn động phanh là thời gian kể từ khi người lỏi tỏc động vào bàn đạp phanh cho đến khi ỏp suất trong xi lanh phanh xa nhất đạt mức quy định (ứng với thời điểm mỏ phanh ộp sỏt vào tang trống phanh)

1.3.3.Quá trình quá độ

Quá trình quá độ trong hệ thống phanh được hiểu là quá trình biến thiên áp suất trong hệ thống trước khi đạt được giá trị ổn định Quá trình này được mô tả trên đồ thị hình 1.8

p

t

Giá trị ổn định Giá trị định mức h

ι

Hình 1.8: Đồ thị quá trình quá độ

Chất l−ợng của quá trình quá độ đ−ợc đánh giá thông qua độ quá điều chỉnh h, thời gian phản ứng của hệ thống τ và số lần giao động n

Hệ thống đ−ợc đánh giá là tốt nếu τ là nhỏ, h là nhỏ hoặc không tồn tại và

n là nhỏ

Vì vậy, Đề tài sẽ mô phỏng, khảo sát quá trình quá độ xảy ra trong hệ thống phanh thuỷ khí và đánh giá chất l−ợng của hệ thống qua 3 thông số trên

chương II phương pháp mô phỏng

hệ thống dẫn động phanh thuỷ khí 2.1 - Phương pháp Mô phỏng dẫn động khí nén

2.1.1 Phương pháp mô phỏng;

Để nghiên cứu động lực học của một hệ thống bất kỳ cần phải thiết lập

được các phương trình mô tả quá trình làm việc của nó hay nói cách khác là mô phỏng toán học hệ thống Tuy nhiên, do bản chất vật lý của các hiện tựơng xảy ra trong hệ thống dẫn động khí nén rất phức tạp nên cho tới nay, việc mô phỏng một cách hoàn toàn chính xác là không thể thực hiện được, đặc biệt là các quá trình quá độ Do vậy, người ta thường sử dụng các phương pháp mô phỏng gần đúng

để giải quyết bài toán này Hiện nay có khá nhiều phương pháp mô phỏng các hệ thống khí nén và nói chung chúng đều có ưu nhược điểm riêng Trong luận văn

sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng đã được áp dụng và kiểm chứng bằng các kết quả nghiên cứu các hệ thống khí nén của ôtô, đó là phương pháp mô phỏng tập trung của GS Metliuc [ ]

Để giải bài toán mô phỏng hệ thống phanh dẫn động khí nén có thể sử dụng nhiều công cụ khác nhau Hiện nay, nhờ sự phát triển của công nghệ tin học, phương pháp thông dụng nhất để giải các bài toán loại này là sử dụng các phần mềm chuyên dụng Luận văn sẽ sử dụng một trong những phần mềm hiện đại và

đang được ứng dụng phổ biến hiện nay là Matlab 7.0

2.1.2.Phương pháp mô phỏng tập trung

Cho tới nay có khá nhiều phương pháp mô phỏng và chúng đều có ưu và nhược điểm riêng Do đó trong đề tài này tác giả chỉ đi sâu vào một phương pháp

đã được sử dụng rất hiệu quả trong việc tính toán các hệ thống dẫn động khí nén trên ôtô khá ưu việt và tiện lợi gọi là phương pháp mô phỏng tập trung

* Bản chất của phương pháp mô phỏng tập trung dựa trên hai nguyên tắc:

- Thể tích khí tất cả các phần tử của hệ thống ( van, đường ống, cơ cấu chấp hành ) được coi là tập trung tại một dung tích và sức cản của các phần tử này tập trung tại một tiết lưu

- áp dụng quy tắc tính dòng điện đi qua điểm nút để tính lưu lượng khí đi qua điểm nút của sơ đồ mô phỏng

-Khi áp dụng phương pháp mô phỏng tập trung cho phép đơn giản hoá bài toán mô phỏng và quy về việc xác định:

+ Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi qua điểm nút

+ Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi qua tiết lưu

+ Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi vào dung tích

Dung tích không đổi : V=const

Dung tích thay đổi : V= f(t)

2.1.2.1 Phương trình lưu lượng đi qua tiết lưu:

* Lưu lương tức thời đi qua tiết lưu:

Hình.2.1: Tiết lưu và kí hiệu trên sơ đồ

Phương trình lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu

Trong đó:

m. D: lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu

à- hệ số lưu lượng: à=

f v

(Saint- venant, Sau vill, ….) Nhưng ở đây ta sẽ sử dụng hàm lưu lượng do giáo sư N.P Metliuc đề xuất:

( )

σ

σσ

ϕ

ư Β

ư Α

A,B : xác định bằng thực nghiệm, đối với hệ thống khí nén trên ôtô ta có: A= 0,654; B =1.13

Vậy hàm lưu lương là:

( )

σ

σσ

1 654 0

Khi đó ta có công thức tính lưu lượng túc thời đi qua tiết lưu

.

(1)

2.1.2.2.Phương trình lưu lượng đi vào dung tích:

* Lưu lượng tức thời vào dung tích không đổi:

Từ phương trình trạng thái chất khí:

m. E =

dt

dv RT

P dt

E

dp kRT

v B

D

σ

σà

P fv

0 1 0

*

1

P BP

P P A v

*Lưu lượng tức thời đi vào dung tích thay đổi:

Phần lớn các cơ quan chấp hành đều là các dung tích có thể tích thay đổi trong quá trình làm việc Chẳng hạn, đối với một xi lanh công tác ( hình 2.3) quá trình nạp xả ra 3 giai đoạn: I, II, III

V - Thể tích làm việc ở giai đoạn II

V0- Thể tích làm việc lúc đầu ở giai đoạn II

F - Diện tích tiết diện của piston

Y- Khoảng dịch chuyển của piston

Sơ đồ mô phỏng của một nhánh D - E có dung tích thay đổi được thể hiện trên hình sau

1 0

p Bp

p p

ư

ư

(5) Đối với trường hợp xả khí ta có:

0 1 Fp1

dt

dp k

1 0

p Bp

p p

ư

ư

Phương trình dịch chuyển piston: y

p (p p I)F P P ms

dt

y d

m 22 = 1ư ư ư Trong đó:

b - Hệ số ma sát nhớt

P - Lực sinh công hữu ích, trong phần lớn các trường hợp

P = Cy, với C là độ cứng quy đổi

Vậy phương trình chuyển động có dạng

mp

dt

dy b dt

F dt

Fy V

1 0

p Bp

p p

ư

ư

(6) Trong các phép toán , nếu thể tích thay đổi không đáng kể thì nên coi V=const để đơn giản mô hình toán học của hệ thống

2 1.2.3 Phưong trình lưu lượng tại điểm nút:

Trên sơ đồ đưòng dẫn khí của hệ thống phanh khí thưòng có điểm nút, tại mỗi điển nút sẽ có nhiều nhánh đi vào và đi ra hình 2.5 Để tính lưu lượng đi qua điểm nút người ta áp dụng quy tắc tính dòng điện

3

2

1

.

0

= + +

2.2.1.1 M« h×nh truyÒn sãng

* §èi víi chÊt láng kh«ng nhít:

t

Q f x

Q f x

x

Q f

Trong đó: p,Q : áp suất và lưu lượngchất lỏng;

∂ : Khối lượng riêng của chất lỏng;

2.2.1.2 Mô hình đàn hồi

Coi chất lỏng là nén được và phân bố tập trung tại một hoặc hai dung tích (còn gọi là mô hình với các thông số tập trung có kể đến ảnh hưởng của tính đàn hồi của các phần tử trong hệ thống)

2.2.1.3 Mô hình không đàn hồi

Đây là mô hình đơn giản nhất, chất lỏng không nén được và các phần tử của

Mô hình này quá đơn giản và không mô phỏng chính xác các quá trình vật

lý xảy ra trong hệ thống nên rất ít khi được sử dụng mà thường sử dụng mô hình

đàn hồi

2.2.2 Mô hình đàn hồi

2.2.2.1 Phương trình dòng chảy chất lỏng

Tất cả các phần tử trong hệ thống thuỷ lực đều có hiệu ứng cản trở chuyển

động của chất lỏng và do vậy chúng gây nên tổn thất cho dòng chảy, gọi là tổn thất thuỷ lực Tổn thất thuỷ lực được thể hiện dưới dạng tổn thất áp suất và phụ thuộc và chế độ chảy

Trong các tính toán, người ta thường coi tổn thất thuỷ lực trong trường hợp chuyển động ổn định và không ổn định là như nhau

Người ta phân biệt 2 chế độ chảy: Chảy tầng và chảy rối Việc chuyển từ chế độ chảy tầng sang chế độ chảy rối xảy ra trong những điều kiện nhất định,

được tính toán qua số Reynolds Re:

* Tổn thất trên đường ống tiết diện tròn

ở chế độ chảy tầng (Re < 2300), tổn thất áp suất trên đoạn ống dài l được tính theo công thức Poiselles:

Q R Q d

vl f

vlV

p l =8πρ =128ρ4 = 1

Trong đó:

v: hệ số độ nhớt động học;

l và f độ dài và tiết diện đường ống;

2 1

2 1

2

lQ V

Dòng chảy rối nếu V > V*

Vì vậy để đánh giá tổn thất có thể sử dụng công thức sau:

*

0 433

, 0

0 8

V khi V

l

V V khi f

vl

p l

λρπρ

Công thức trên cho kết quả tính toán tương đối chính xác tuy nhiên công việc tính toán khá phức tạp do phải giải bài toán thành 2 đoạn trước và sau V* Theo GS.Metliuk thì có thể sử dụng một công thức chung cho cả hai chế độ dòng chảy:

2

443 , 0 5

,

f

l k V

Tổn thất cục bộ có thể phân thành 2 loại như sau:

- Các bộ phận tiết lưu (con trượt, van các loại, tiết lưu …)

- Các bộ phận chuyển tiếp (góc ngoặt, ống nối, chạc ba …)

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức sau:

2 2

2

2f Q V

ζ: Hệ số lưu lượng, phụ thuộc vào độ nhớt, độ thu hẹp dòng chảy

f: diện tích mặt cắt ngang của tiết lưu;

Q Q

Q1 = 2+

( )

dt

dp V p

Q dh =ψ . o

Trong đó Vo là thể tích ban đầu của chất lỏng trong hệ thống

Trong nhiều trường hợp người ta bỏ qua Qdh và thay vào đó là một lò xo quy

ước bố trí trong xi lanh công tác Khi đó phương trình biến dạng đàn hồi của xi lanh được viết:

V

E F

C

2

=

Fp : Diện tích pít tông

Ecl : mô đun đàn hồi của chất lỏng

2.2.2.3 Phương trình chuyển động của piton

- Các phương trình chuyển động thể hiện sự cân bằng của các chi tiết chuyển động trong hệ thống dưới tác dụng của các lực (hay mô men) đặt lên

m : Khối l−ợng quy về chi tiết chuyển động;

x : Dịch chuyển của chi tiết động;

J : Mô men quán tính quy đổi của các chi tiết quay;

ϕ : Góc quay của chi tiết động;

si si

V m m