Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

******&******

NGÔ VĂN GIANG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY

HỢP CÓ CƯỜNG HÓA KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KHẮC TUÂN

Thái Nguyên, 01/2016

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

******&******

NGÔ VĂN GIANG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY

HỢP CÓ CƯỜNG HÓA KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên, 06/2016

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Vừa qua theo Đề án quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến

2020 tầm nhìn đến 2030 Chính phủ đã đề ra mục tiêu phát triển ngành công nghiệp ô

tô thành ngành Công nghiệp quan trọng của đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe tải, xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dùng; phấn đấu trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng và một số cụm chi tiết có giá trị cao trong chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô thế giới, góp phần vào tăng trưởng kinh tế

và thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác Vì thế, mục tiêu trước mắt

để phát triển ngành công nghiệp ô tô đó là phải chuẩn bị nguồn nhân lực chuyên ngành

có kỹ thuật cao và từng bước nghiên cứu, chế tạo các cụm chi tiết nhằm thúc đẩy nhanh việc nội địa hóa sản xuất các tổng thành, hệ thống trên ô tô Đáp ứng nhu cầu thực tiễn đó, hiện nay, hầu hết các cơ sở đào tạo sinh viên chuyên ngành ô tô, ngoài việc tập trung đào tạo lý thuyết đều chú trọng tới công tác đào tạo kỹ năng thực hành thí nghiệm

Để nâng cao kỹ năng thực hành, thí nghiệm trong đào tạo sinh viên đại học, các thiết bị thực hành, thí nghiệm và mô hình đào tạo có vai trò chủ đạo Song một khó khăn đó là các mô hình được cung cấp trên thị trường bởi các công ty thiết bị trường học thường chủ yếu nhằm mục tiêu nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của các hệ thống hoặc tổng thành ô tô Các mô hình này phù hợp cho tạo nghề ở bậc học cao đẳng, trung cấp Tuy nhiên, một trong những yêu cầu đặt ra ở bậc học đại học, đó là sinh viên cần có kỹ năng nghiên cứu lý thuyết và làm sáng tỏ lý thuyết thông qua thí nghiệm, thực hành Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo các mô hình đào tạo đáp ứng được mục tiêu đào tạo đại học là một yêu cầu rất cần thiết hiện nay

Nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết ban đầu cho việc thiết kế chế tạo các hệ thống trên ô tô trong đó có cụm ly hợp và hệ thống dẫn động, việc nghiên cứu đặc tính động học, động lực học và ảnh hưởng của các bộ phận kết cấu đến hoạt động của hệ thống, tải trọng tác động lên các bộ phận từ đó cho phép ta xác định được các thông số kết cấu tối ưu cho các cụm chi tiết trong hệ thống là một việc làm rất quan trọng

Chính vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp

có cường hóa khí nén trên ô tô” với mục tiêu nghiên cứu động học, động lực học của

hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa trên cơ sở đó chế tạo được mô hình phục vụ cho công tác thực hành và thí nghiệm của sinh viên chuyên ngành Công nghệ ô tô là một đề tài có ý nghĩa thực tiễn và cần thiết hiện nay

2 Các công trình đã công bố liên quan đến đề tài

Đã có rất nhiều các công trình công bố nghiên cứu về động học và động lực học của ly hợp và hệ dẫn động điều khiển ly hợp trên ô tô

1 Analysis of the Influence of Clutch Pedal to Vehicle Comfort Jiangchuan Li, Feng Deng, Shaojin Liu and Hao Hu Các tác giả đã đưa ra nghiên cứu lý thuyết về ảnh

hưởng của hành trình bàn đạp, lực tác dụng đến sự thoải mái và sự tiện nghi êm dịu của ô tô khi chuyển động

2 Smooth engagement for automotive dry clutch, F Garofalo et

al (2001) Dựa trên mô hình được đơn giản hóa bài báo đã mô phỏng quá trình trượt

của ly hợp và điều khiển phù hợp tốc độ của động cơ đốt trong

3 Model and control of a wet plate clutch, M.J.W.H Edelaar (1997) Tác giả đã đưa ra mô hình mô phỏng và điều khiển ly hợp kiểu ma sát ướt Mô

hình được kiểm chứng bằng nghiên cứu thực nghiệm

4 The influence of the interface coefficient of friction upon the propensity to judder in automotive clutches, D Centea, H Rahnejat and M.T Menday (2001) Bài báo phân tích nguyên nhân của dao động xoắn

trong hệ thống truyền lực, xây dựng mô hình động lực học phi tuyến, các kết quả tính toán và thực nghiệm được đưa ra để kiểm chứng mô hình

5 Mô phỏng và tính toán động lực học hệ thống truyền lực thủy cơ trên ô tô, Nguyễn Trọng Hoan, Nguyễn Khắc Tuân (2005) Trong bài báo các tác giả đã trình bày

phương pháp xây dựng mô hình tính toán động lực học hệ thống truyền lực Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp đến tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực

6 Dry Clutch Control for Automotive Applications, Pietro J Dolcini · Carlos Canudas

de Wit Hubert Béchart (2011) Các tác giả đã trình bày một cách chi tiết về quy luật

điều khiển ly hợp ma sát khô trên ô tô, các kết quả tính toán và thí nghiệm liên quan

Đối với các mô hình đào tạo Ở các nước phát triển, ngành công nghiệp ô tô đã

đi trước chúng ta hàng vài thập kỉ Song song với đó là sự phát triển của hệ thống các

cơ sở đào tạo phục vụ cho sự phát triển của ngành này, đặc biệt là công việc đào tạo các kỹ sư và kỹ thuật viên ô tô Tại tất cả các trạm bảo hành, bảo trì của các hãng xe lớn như Toyota, Ford, Huyndai, Honda ở các nước phát triển đều trang bị các mô hình đào tạo để hỗ trợ công việc của các kỹ sư và kỹ thuật viên Đối với mỗi hãng xe để phát triển thị phần, trong chiến lược kinh doanh của mình các hãng xe đều có những hệ thống chăm sóc khách hàng riêng Với mỗi sản phẩm được tung ra thị trường, các hãng

xe này đều có mô hình riêng sử dụng cho việc đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên cũng như các kỹ sư bảo trì nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ

Hình 1 Một mô hình đào tạo ly hợp do TradeKorea Hàn Quốc cung cấp

Ở Việt Nam khi phát triển một mẫu xe mới, do không có mô hình đào tạo, đa số các công ty liên doanh ô tô thường phải cử các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật sang các nước sở tại để học nghề về mỗi một mẫu xe mới ra mắt

Do nhu cầu của thị trường, hiện nay có một số công ty chuyên chế tạo mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy nghề như công ty Tân Phát, công ty Nam Tiến Phát, Công ty cổ phần kỹ nghệ Gamma, công ty Văn Lang, trung tâm cơ khí chính xác Bách Khoa

Hình 2 Mô hình ly hợp dẫn động cơ khí công ty thiết bị Sun

Hình 3 Mô hình cắt bổ ly hợp với dẫn động kiểu cơ khí của công ty Nam Tiến Phát

Các mô hình do các công ty trong nước cung cấp trên thị trường thường dưới dạng

- Mô hình cắt bổ chết: là loại mô hình chỉ quan sát được cấu tạo các cụm chi tiết

- Mô hình cắt bổ chuyển động được: là loại mô hình có thể quan sát được cấu tạo chi tiết và hoạt động của các cụm chi tiết trong mô hình

Các mô hình này chủ yếu phục vụ cho đào tạo nghề ở các trường cao đẳng, không phù hợp với mục đích thực hành, thí nghiệm trong đào tạo đại học

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Cung cấp thêm cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế chế tạo hệ dẫn động ly hợp

- Chế tạo được mô hình hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có cường hóa khí nén phục

vụ cho thí nghiệm, thực hành của sinh viên các chuyên ngành Cơ khí động lực và công nghệ ô tô

4 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu động học, động lực học hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có cường hóa khí nén

- Nghiên cứu chế tạo mô hình ly hợp và hệ dẫn động ly hợp

5 Nội dung nghiên cứu

Phần mở đầu

Chương 1 Tổng quan về ly hợp và hệ thống dẫn động ly hợp có trợ lực trên ô tô Chương 2 Nghiên cứu động lực học hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén Chương 3  Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén Kết luận

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: phương pháp mô hình hóa hệ thống và mô phỏng số bằng phần mềm Matlab

- Nghiên cứu thực nghiệm: trên mô hình thực

- Dùng để tách nối giữa động cơ với hệ thống truyền lực khi khởi hành, dừng xe, chuyển số và phanh xe

- Trong các hệ truyền lực với hộp số cơ khí, việc dùng ly hợp tách tức thời động

cơ khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập đầu răng hoặc các khớp gài giúp cho quá trình sang số được dễ dàng

- Đóng êm dịu động cơ đang làm việc với hệ thống truyền lực giúp cho mô men xoắn ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ do vậy mà xe khởi hành và tăng tốc

êm

- Tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực để giảm khối lượng quán tính của xe và động cơ làm việc liên tục ( không bị chết máy ) qua đó nâng cao hiệu quả phanh, nâng cao hiệu suất làm việc và nâng cao tuổi thọ xe

- Ly hợp có tác dụng như một cơ cấu an toàn bảo đảm cho động cơ và hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải dưới tác dụng của tải trọng động và mô men quán tính

b Các yêu cầu đặt ra cho hệ thống ly hợp:

- Hệ thống ly hợp phải truyền được toàn bộ mô men xoắn từ động cơ sang hệ thống truyền lực ở các chế độ làm việc khác nhau

- Đóng êm dịu để tăng từ từ mô men quay lên trục của hệ thống truyền lực

- Mở dứt khoát, nhanh để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực nhằm giảm va đập khi sang số

- Theo phương pháp phát sinh lực ép có: ly hợp lò so ép (hình trụ, đĩa), ly hợp bán ly tâm, ly hợp ly tâm

-Theo kết cấu cơ cấu ép có: ly hợp thường đóng, ly hợp thường mở

d Cấu tạo và hoạt động của ly hợp

Hiện nay trên ô tô dùng phổ biến ly hợp ma sát khô thường đóng sử dụng lò so

ép hình trụ hoặc lò so đĩa

- Ly hợp ma sát với lò xo ép hình trụ

+ Cấu tạo : gồm có đĩa ly hợp làm bằng thép, bên ngoài gắn vành đệm ma sát, mayơ của đĩa bị động lồng vào rãnh then hoa trục sơ cấp Đĩa bị động này, luôn luôn bị ép giữa đĩa ép và bánh đà bằng lò xo trụ

Hình 1 1 Ly hợp ma sát lò xo ép hình trụ + Hoạt động :

Khi tách (hay mở) ly hợp để gài số, người lái xe phải tác dụng một lực lên bàn đạp, qua càng cắt ly hợp, cần ép, đĩa ép dịch chuyển về phía phải, ép lò xo, mở rộng khoảng cách giữa bánh đà và đĩa ép, làm cho đĩa bị động tách khỏi bánh đà Do đó truyền động từ động cơ hay bánh đà sang trục sơ cấp hay hộp số bị ngắt

Hình 1 2 Đĩa ma sát 1- Lò xo giảm chấn; 2- mayơ ở rãnh then hoa; 3- Đinh tán;

Hầu hết bánh đà và đĩa ép có dấu cân bằng động Sau khi cân bằng động, chúng được làm dấu để khi bảo dưỡng hộp số hay ly hợp, lắp lại đúng vị trí đã cân bằng + Hoạt động :

Hình 1 3 Ly hợp ma sát lò xo đĩa Khi đạp bàn đạp ly hợp, lực từ bàn đạp sẽ được truyền đến càng cắt ly hợp tác động vòng bi cắt ly hợp dịch chuyển sang trái và ép mạnh vào lò xo đĩa làm đĩa ép

chuyển động sang phải (hình vẽ) Sự chuyển động của đĩa ép sẽ làm đĩa ly hợp tách khỏi bánh đà và quay tự do Do đĩa ly hợp được kết nối với trục sơ cấp của hộp số bằng then hoa, vì vậy khi đĩa ép được tách ra thì chuyển động từ bánh đà không được truyền tới hộp số

Khi nhả ly hợp lực đàn hồi của lò xo đĩa sẽ đẩy vòng bi chuyển động ngược lại

và đĩa ép sẽ ép chặt đĩa ly hợp vào bánh đà Do vậy, khi bánh đà quay thì mô men từ bánh đà sẽ truyền qua đĩa ly hợp làm trục sơ cấp cùng động cơ quay

1.1.2 Ý nghĩa của hệ thống :

Để truyền được mô men lớn thì lực ép của ly hợp để liên kết bánh đà của động

cơ với hệ thống truyền lực phải đủ lớn, do đó để đóng mở ly hợp đòi hỏi người lái xe tác dụng lên bàn đạp ly hợp một lực rất lớn, điều đó dẫn đến công việc của người lái

xe quá nặng nhọc, gây ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và độ an toàn khi khai thác thiết bị Để khắc phục vấn đề trên chúng ta phải tìm các giải pháp giảm nhẹ cường độ làm việc cho người lái xe cũng như nâng cao độ tin cậy của hệ thống, vấn đề này được giải quyết một cách hữu hiệu nhờ áp dụng, lắp đặt hệ thống , trợ lực cho hệ thống dẫn động ly hợp

Các yêu cầu đặt ra với các hệ thống dẫn động ly hợp là:

 Hệ thống dẫn động ly hợp phải đảm bảo độ tin cậy trong quá trình khai thác sử dụng

 Đảm bảo lực bàn đạp và hành trình bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép, hệ thống có đặc tính động học phù hợp yêu cầu hoạt động ly hợp khi mở phải dứt khoát, khi đóng êm dịu

 Hệ thống phải đơn giản, dễ bố trí lắp đặt, kiểm tra và bảo dưỡng sửa chữa

 Đối với sơ đồ dẫn động cơ khí trợ lực khí nén, lực bàn đạp được truyền xuống

cơ cấu tuỳ động để mở van khí thông qua các cơ cấu đòn dẫn động, các cơ cấu tuỳ động sẽ đảm bảo lực tác động lên cơ cấu đòn mở tỷ lệ tuyến tính với lực bàn đạp Ngoài ra để ly hợp vẫn có thể hoạt động khi hệ thống trợ lực hỏng hóc,

bộ phận tuỳ động sẽ được nối cứng để truyền được lực bàn đạp cho đòn mở

 Với hệ thống dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén, nguyên lý làm việc cũng hoàn toàn tương tự, chỉ có điểm khác biệt là lực bàn đạp truyền xuống cơ cấu tuỳ động sẽ thông qua hệ thống thuỷ lực Hệ thống thuỷ lực có nhiệm vụ vừa mở ly hợp vừa làm dịch chuyển piston của cơ cấu tuỳ động để mở van khí

1.2.1 Hệ thống dẫn động thuỷ lực, trợ lực khí nén

a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1 4 Dẫn động ly hợp kiểu thủy lực, cường hóa khí nén

1 – Bàn đạp ly hợp; 2 – Lò xo hồi vị cho bàn đạp ly hợp; 3 – Xi lanh chính; 4 – Ống dẫn dầu; 5 – Xi lanh khí nén; 6 – Piston trợ lực; 7 – Cần đẩy; 8 – Xi lanh công tác; 9 – Piston xi lanh công tác; 11 – Cần đẩy piston xi lanh công tác; 12 – Nạng mở; 13 – Bạc mở; 14 – Ống dẫn dầu; 15 – Pis ton; 16 – Cốc; 17 – Màng; 18 – Van xả; 19 – Lò xo hồi vị màng; 20 – Lò xo hồi vị van; 21 - Van nạp khí nén; 22 - Đường ống dẫn khí nén; 23 – Lò xo hồi vị bi tê

Trong sơ đồ nguyên lý

 Bàn đạp ly hợp được nối với pistong xi lanh chính

 Nạng mở ly hợp 12 được nối với piston xi lanh công tác 9 và piston xi lanh trợ lực 6

 Cơ cấu mở van trợ lực được nối thông với hệ thống thuỷ lực qua đường ống14

 Khoang B và xi lanh công tác nối thông với nhau, khoang A thông với bình khí nén

 Bộ phận trợ lực được liên kết trực tiếp với cơ cấu thuỷ lực mở ly hợp

+ Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp: (vị trí trung gian)

Ở giai đoạn này lực trợ lực có xu hướng tiếp tục đẩy piston trợ lực 6 sang phải,

do piston 6 liên kết với piston xi lanh công tác 9 lên cũng đẩy piston 9 tiếp tục chuyển động sang phải Giai đoạn này thể tích xi lanh công tác tăng lên mà chất lỏng không được bổ xung do đó áp suất trong cả hệ thống sẽ giảm, do tác động của lực lò xo hồi vị van 20 và lò xo hồi vị màng 19 làm cho van nạp khí nén 21 đóng lại và có xu hướng

mở van xả 18 Khi tổng lực trợ lực và lực bàn đạp ly hợp thông qua hệ thống thuỷ lực cân bằng với

tổng lực ép (lực lò xo ép và các lò xo hồi vị) thì hệ thống được giữ lại

+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp 1, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 2

kéo bàn đạp trở về vị trí ban đầu, piston của xi lanh chính 3 dịch chuyển theo bàn đạp

ly hợp làm cho áp suất chất lỏng trong toàn hệ thống giảm xuống, dưới tác dụng của lò

xo hồi vị van 20, lò xo hồi vị màng 19 và lực khí nén tác dụng lên đế van nạp 21, van

nạp 21 đóng lại van xả 18 được mở ra thông xi lanh công tác và khoang B với khí trời,

áp suất trợ lực giảm xuống Do tác dụng của lò xo ép ly hợp ly hợp đóng lại

+ Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:

Người lái tác dụng lên bàn đạp thông qua piston 3 tạo ra dầu có áp suất cao tác động lên piston 15 làm cho piston 15 dịch chuyển sang trái, khi đi hết hành trình xi lanh bị chặn lại Do người lái tiếp tục tác động lên bàn đạp ly hợp do vậy áp suất dầu trong hệ thống tiếp tục tăng tác động lên piston xi lanh công tác 9 để mở ly hợp Vậy khi hệ thống trợ lực không hoạt động hệ thống dẫn động ly hợp vẫn đảm bảo mở ly hợp nhưng với hành trình dài hơn

1.2.2 Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van dịch chuyển

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 1 5 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van dịch chuyển

1 - Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 - Thanh kéo; 4 - Chạc quay; 5 - Thanh kéo; 6 –

Lò xo hồi vị; 7 - Đòn quay; 8 – Cần đẩy; 9 – Nắp van phân phối; 10 – Thân van phân phối; 11 - Đường ống dẫn khí; 12 – Van phân phối; 13 - Đường ống dẫn khí; 14 – Ti đẩy van phân phối; 15 – Cần đẩy ; 16 – Nạng mở; 17 – Xi lanh lực; 18 - Đòn quay; 19 – Bạc mở; 20 – Lò xo hồi vị bạc mở ; 21 - Lò xo ép van; 22 – Lò xo hồi vị ti đẩy Trong sơ đồ nguyên lý

+ Bàn đạp ly hợp được nối với vỏ van thông qua đòn quay 2, 7, thanh kéo 3, 5,

chạc quay 4, thanh đẩy 8

+ Bi tê 19 và nạng mở 16 được nối với ti đẩy 14 thông qua cần đẩy 15

+ Van phân phối 12 được ép vào vỏ van nhờ lò xo ép

+ Phần cơ khí được nối với phần trợ lực thông qua đòn quay 18

và thân van phân phối 10 chuyển dich sang phải tác động lên nạng mở 16 làm cho nạng mở 16 quay quanh O4 đẩy bạc mở 19 dịch chuyển sang trái Khi bạc mở 19 dịch chuyển hết hành trình tự do và chạn vào đòn mở ly hợp, do lực tác động mở ly hợp chưa đủ thắng lực lò xo ép ly hợp lên ti đẩy 14, cần đẩy 15, nạng mở 16 đứng lại Do người lái vẫn tiếp tục tác động lực lên bàn đạp do đó các cụm chi tiết phía trái ti đẩy tiếp tục dịch chuyển sang phải, khi vỏ van và van phân phối đi hết khe hở giữa ti đẩy với van phân phối đầu ti đẩy 14 tì vào van 12 làm cho van 12 mở ra Khí nén từ khoan

A qua van 12 sang khoang B sau đó theo đường ống 13 vào xi lanh công tác 17 tác động lên piston trong xi lanh công tác đẩy dịch chuyển lên trên làm quay đòn quay 18 quanh O4 đẩy bạc mở sang trái để mở ly hợp Đồng thời khi dịch chuyển của vỏ van

và ti đẩy đi hết khe hở ‘h’ giữa vỏ van và ti đẩy nắp bên phải của van phân phối tì vào

ốc hạn chế hành trình trên cần đẩy 15 tác động lên nạng mở 16, bi tê 19 mở ly hợp Vậy lực mở ly hợp trong hệ thống này bao gồm lực khí nén và lực tác động người lái qua hệ thống cơ khí

+ Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp:

Ở trạng thái này lực trợ lực có xu hướng tác động lên piston xi lanh trợ lực 17 đẩy nó tiếp tục dịch chuyển, do vỏ van lyên kết với bàn đạp nó sẽ dừng lại, ty đẩy nối với nạng mở và piston xi lanh lực do đó có xu hướng vẫn dịch chuyển sang phải lên đóng van phân phối 12 lại và mở thông thể tích làm việc của hệ thống trợ lực với khí trời qua lỗ a trên ti đẩy Khi tổng lực trợ lực và lực bàn đạp ly hợp thông qua lò xo hồi

vị ti đẩy cân bằng với tổng lực ép (lực lò xo ép và các lò xo hồi vị) thì hệ thống được giữ lại

+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp

Dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp 1 trở về vị trí ban đầu, thông qua các đòn quay 2, 4, 7 và các thanh kéo 3, 5 cụm van phân phối dịch chuyển sang trái Dưới tác dụng của lò xo hồi vị ti đẩy 22 và lò xo ép van 21 ép ti đẩy và van vào vỏ van, khi

đó van khí nén đóng lại, khoang B van phân phối và xi lanh công tác thông với không khí qua lỗ a trên thân ti đẩy, áp suất trong hệ thống trợ lực giảm về áp suất không khí

Ly hợp dưới tác dụng lò xo ép được đóng lại

+ Hệ thống trợ lực không hoạt động

Trường hợp hệ thống trợ lực không hoạt động, người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp thông qua hệ thống các khâu khớp đẩy vỏ van, van phân phối và ti đẩy dịch

chuyển Khi bạc mở chạm nào đòn mở ly hợp và vỏ van dịch chuyển hết khe hở h,

toàn bộ hệ thống nối cứng với nhau và hoạt động tương tự như hệ thống dẫn động mở

ly hợp kiểu cơ khí

1.2.3 – Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van đứng yên

a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1 6 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van đứng yên

1- Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 – Thanh kéo đứng; 4 – Chạc quay; 5 – Thanh kéo ngang; 6 – Lò xo hồi vị; 7 - Đòn quay; 8 – Rãnh trượt;9 - Đòn mở van; 10 – Cần đẩy;

11 – Xy lanh lực; 12 – Piston xy lanh lực; 13 – Vỏ van phân phối; 14 – Van phân phối;

15 – Ti đẩy; 16 – Nạng mở; 17 – Bạc mở; 18 – Lò xo hồi vị bạc mở; 19 – thanh liên kết; 20 – Lò xo ép van; 21 – Lò xo hồi vị ti đẩy

Trong sơ đồ nguyên lý ở trên

+ Bàn đạp ly hợp liên kết với cơ cấu mở van khí nén qua đòn quay 2, 7, thanh kéo đứng 3, thanh kéo ngang 5, chạc quay 4, và thanh liên kết 19

+ Phần trợ lực liên kết trực tiếp với nạng mở

+ Lực bàn đạp truyền sang cơ cấu mở ly hợp qua rãnh trượt 8

+ Khoang A thông với bình khí nén, khoang B thông với xi lanh công tác

b Nguyên lý làm việc

+Ở trạng thái đóng ly hợp:

Khi hệ thống chưa làm việc lò xo ép van 20, lò xo hồi vị ti đẩy 21 ép van phân phối 14 và ti đẩy 15 vào vỏ van, khoang A thông với bình khí nén còn khoang B và xi lanh công tác được thông với khí trời

+ Ở hành trình mở ly hợp:

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp 1 một lực Q làm cho đòn quay 2 quay quanh O1, nhờ thanh kéo 3 chạc quay 4 quay quanh O2 kéo thanh kéo ngang 5 chuyển động sang trái, khi đó đòn quay 7 quay quanh O3 kéo thanh liên kết 19 dịch chuyển sang phải theo rãnh trượt 8 (rãnh trượt 8 nằm trên cần đẩy 10) làm đòn mở 9 quay quanh khớp quay trên cần đẩy 10 tác động lên ti đẩy 15 làm ti đẩy 15 dịch chuyển sang trái tỳ vào van phân phối 14 để mở van Khi van phân phối 14 mở, khí nén từ bình qua van phân phối, qua ống dẫn đến xy lanh lực11, tác động lên piston 12 làm piston 12 dịch chuyển sang phải đẩy cần đẩy 10 cùng dịch chuyển sang phải, làm nạng mở 16 quay quanh O4 tỳ vào bạc mở 17 và đẩy 17 dịch chuyển sang trái tác động vào đòn mở ly hợp Khi đòn quay 7 đi hết hành trình rãng trượt 8 lực bàn đạp thông qua 8 truyền sang cần đẩy 10, nạng mở 16, bạc mở 17 cùng với lực trợ lực mở ly hợp

+Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp:

ở giai đoạn người lái giữ bàn đạp ly hợp, khí nén vẫn tiếp tục được cung cấp vào xi lanh lực do đó lực trợ lực có xu hướng vẫn đẩy cần đẩy 10 sang phải Do đầu nối thanh liên kết 19 với đòn quay 7 đứng lại còn khớp quay trên cần đẩy 10 dịch chuyển sang phải đẩy đòn mở van 9 quay ngược chiều kim đồng hồ, làm giảm lực tác động lên ti đẩy15 đóng van khí nén lại

Lực lò xo ép cân bằng với lực trợ lực và lực bàn đạp hệ thống được giữ lại

+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp:

Lực tác dụng lên bàn đạp ly hợp mất đi dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp

1 trở về vị trí ban đầu, thông qua các đòn quay 2,4,7 và các thanh kéo 3, 5 đòn mở 9 không tác dụng lực lên ti đẩy 15, lò xo hồi vị ti đẩy và van phân phối tác động làm van

phân phối đóng lại Khí nén từ xi lanh 11 qua đường dẫn trở về và thoát ra ngoài không khí qua lỗ trên ti đẩy15 làm giảm lực trợ lực, dưới tác dụng của lò xo ép ly hợp đóng lại

+Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:

Người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp thông qua các cơ cấu dẫn động làm cho đòn 7 quay quanh O3, khi đòn quay 7 đi hết hành trình rãnh trượt 8 sẽ tác động vào cần đẩy 10 đẩy cần đẩy 10 dịch chuyển sang phải để mở ly hợp trong trường hợp này hệ thống làm việc tương tự hệ thống dẫn động mở ly hợp kiểu cơ khí

1.3 Một số phương án điều khiển ly hợp trên ô tô

Trên bảng 1.1 và bảng 1.2 trình bày đặc điểm của cụm ly hợp, phương án dẫn động ly hợp và kích thước của một số bộ trên ô tô hiện nay

Bảng 1 1 Kiểu ly hợp và dẫn động ly hợp ở một số loại xe

7 Ford Tarus

Mercury Sable

10 ZIL 133, 133G 133

GYA, BYA

12 Nissan Blue bird

Sylphy

16 Huyndai HD 310 Xitec Thủy lực Khí nén đĩa

Bảng 1 2 Kích thước dẫn động ly hợp kiểu thủy lực

Xilanh chính Xilanh công tác Xilanh Hành trình toàn bộ Hành trình tự do

Chương 2 MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG

DẪN ĐỘNG LY HỢP CÓ TRỢ LỰC KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

2.1 Phương pháp nghiên cứu động lực học hệ thống dẫn động ly hợp có trợ lực khí nén trên ô tô

2.1.1 Khái quát về phương pháp mô phỏng

Tính toán động lực học của các hệ thống nói chung hệ thống dẫn động ly hợp nói riêng cho phép xác định được các thông số: lực, mômen tác dụng lên hệ thống trong quá trình làm việc Các thông số này là cơ sở để đánh giá chất lượng của một

hệ thống Đối với một hệ thống đã được thiết kế sẵn thông số này mang tính chất kiểm nghiệm, còn với công tác thiết kế chế tạo các hệ thống mới, thông số này có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc tìm ra các kết cấu tối ưu

Việc tính toán động lực học của các hệ thống có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau Trong luận văn này, tác giả lựa chọn phương pháp mô phỏng để nghiên cứu động lực học của hệ dẫn động ly hợp

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về mô phỏng Mô phỏng theo định nghĩa thuật ngữ được hiểu là thực nghiệm quan sát và điều khiển được trên mô hình của đối tương khảo sát Theo Từ điển Bách khoa toàn thư thì mô phỏng được hiểu là mô hình hoá các đối tượng trong thế giới thực bằng cách sử dụng máy tính Trong kỹ thuật có thể hiểu mô phỏng là sự nghiên cứu hệ thống thực thông qua mô hình, đảm bảo tính tương tự giữa kết quả của hệ thống thực trong cùng một điều kiện khảo sát với một sai số nhỏ nhất có thể chấp nhận được [5]

Trình tự của bài toán mô phỏng một hệ thống thông thường như sau [5,6]:

- Xây dựng mô hình cơ học (vật lý)

- Xây dựng mô hình tính toán (hệ phương trình vi phân)

- Giải hệ phương trình đánh giá kết quả

Ý nghĩa của việc mô phỏng:

- Cho phép tìm hiểu các hiện tượng vật lý xảy ra trong hệ thống mà không cần tiến hành thực nghiệm;

- Tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí trong quá trình thiết kế, chế tạo

Hạn chế

- Mức độ chính xác và tin cậy của kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào phương pháp và các giả thiết trong quá trình mô phỏng;

- Đối với các bài toán phức tạp, khối lượng tính toán lớn đòi hỏi máy tính mạnh, thời gian tính toán dài

2.1.2 Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng các hệ thống dẫn động thủy khí

Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp như hệ thống kết thủy lực, khí nén để xây dựng mô hình toán học người ta thường chia hệ thống thành các hệ thống con riêng biệt sau đó xây dựng quan hệ liên kết giữa các hệ thống con này[3,6]

2.1.2.1 Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động khí nén

Các hệ thống dẫn động bằng khí nén bao gồm nguồn cung cấp khí nén (bơm, các van an toàn , các bình chứa…) và các thiết bị khác như van điều khiển và các xi lanh chấp hành

Để nghiên cứu động lực học của hệ thống cần phải thiết lập được các phương trình mô tả quá trình làm việc của hệ thống hay nói cách khác là mô phỏng toán học

hệ thống Tuy nhiên bản chất vật lý của các hiện tượng xẩy ra trong hệ thống rất phức tạp và việc mô phỏng một cách hoàn toàn chính xác là không thể thực hiện được, đặc biệt là quá độ Do vậy, người ta thường phải sử dụng các phương pháp mô phỏng gần đúng để giải quyết bài toán này Hiện nay có nhiều phương pháp mô phỏng, tuy nhiên phương pháp mô phỏng tập trung được sử dụng khá phổ biến do nó

có ưu điểm là tương đối đơn giản và cho phép nghiên cứu các hệ thống phức tạp với

độ chính xác cao

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

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

- Tổng lưu lượng đi vào một điểm nút của hệ thống bằng tổng lưu lượng đi ra khỏi điểm nút của đó

Phương pháp tập trung cho phép đơn giản hóa bài toán mô phỏng và bài toán này được quy về việc xác định các thông số sau:

- Quan hệ giữa các thông số của dòng chảy đi qua một điểm nút

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

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

a Phương trình lưu lượng tại một điểm nút

Đối với sơ đồ trên hình 2.1 ta có:

b Phương trình lưu lượng đi qua tiết lưu

Phương trình lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu

Trong đó:

: lưu lượng tức thời qua tiết lưu

: hệ số lưu lượng:

fc, f là tiết diện của dòng khí và của lỗ tiết lưu

v* : là vận tốc giới hạn : ( – vận tốc truyền song trong không khí);

k=1,4 ; T: nhiệt độ tuyệt đối; R=287,14m2/(s2K)

po, p1 - áp suất trước và sau tiết lưu;

hàm lưu lượng, với  là áp suất không thứ nguyên:

1

2

Hình 2 1 Mô tả một điểm nút

Hình 2 2 Tiết lưu và ký hiệu của nó trên sơ đồ mô phỏng

Hàm lưu lượng  ( )thể hiện quy luật biến đổi lưu lượng khí đi qua theo áp suất không thứ nguyên

Trong đó là hàm tốc độ dòng khí

Do mức độ phức tạp của các quá trình xảy ra trong hệ thống mà cho tới nay người ta chưa tìm được biểu thức chính xác mô tả hàm lưu lượng Trong các tính toán vẫn phải sử dụng các công thức kinh nghiệm hoặc các công thức gần đúng được xây dựng dựa trên hàng loạt các giả thiết

Theo Saint-Vernant tồn tại hai chế độ dòng chảy của chất khí tùy thuộc vào áp suất không thứ nguyên Nghĩa là tồn tại một giá trị tới hạn  =0,528 Saint-Vernant

đã xây dựng được công thức thực nghiệm sau:

- Nếu σ>0,528 thì

- Nếu σ≤ 0,528 thì

Theo các nghiên cứu của F.E Sanville trên các loại van và đường ống thực

đã đưa ra công thức kinh nghiệm:

Trong đó σ* xác định từ thực nghiệm

Theo công thức tính hàm lưu lượng của Giáo sư N.P Metliuc, thì

Trong đó:

Đối với hệ thống khí nén trên ô tô B=1,13 Vì vậy nếu theo Saint-Vernant

φmax(σ) =φ(σ*)=0,579 thì có: A=Bφmax(σ)=1,13.0,579=0,654

Do đó, kết hợp các công thức của Saint- Vernany và N.P Metliuc ta có công thức tính lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu dạng như sau[4]:

(2.1)

A, B: các hệ số thực nghiệm

c Phương trình lưu lượng đi vào một dung tích:

Xét xilanh công tác như hình 2.3, quá trình nạp vào xilanh xảy ra theo 3 giai đoạn:

- Giai đoạn I: piston chưa dịch chuyển, áp suất tăng từ 0 tới pI, thời gian thực hiện là tI

- Giai đoạn II: piston bắt đầu dịch chuyển, đi hết hành trình và dừng lại, lúc này áp suất tăng từ pI đến pII, thời gian thực hiện là tII

- Giai đoạn III: piston đứng yên, áp suất tăng từ pII đến pIII, thời gian thực hiện

(2.2)

Do dung tích không đổi, V = const nên

Hình 2 4 Lưu lượng đi vào dung tích không đổi

Áp dụng kết quả tính cho một nhánh tiết lưu dung tích (D-E) trên hình ta có: tại nút Y, lưu lượng qua tiết lưu D bằng lưu lượng đi vào dung tích không đổi E, kết hợp các phương trình (2.1) và ( 2.3) ta có

Trường hợp xả khí:

+ Trường hợp lưu lượng đi vào dung tích thay đổi

Hình 2.5 Lưu lượng đi vào dung tích thay đổi

Sơ đồ mô phỏng của một nhánh D-E có dung tích thay đổi Giải kết hợp phương trình (2.1) và (2.4) ta có:

Xét phương trình chuyển động của pít tông:

trong đó: Pms- lực ma sát:

fms - hệ số ma sát giữa đệm làm kín và thành xi lanh;

Fk- diện tích tiếp xúc;

b- hệ số ma sát nhớt

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

P = C.y , với C là độ cứng quy đổi

Vậy phương trình chuyển động có dạng:

Trong một số trường hợp đặc biệt: mp nhỏ có thể bỏ qua được; bỏ qua ma sát nhớt; bỏ qua fms thì

Kết hợp phương trình (2.4) ta

được:

Thông thường khi tính toán nếu V thay đổi không đáng kể thì có thể coi

V=const

2.1.2.2 Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động thủy lực

Cũng tương tự trường hợp các hệ thống dẫn động khí nén, việc mô phỏng các

hệ thống dẫn động thủy lực gặp rất nhiều khó khăn do mức độ phức tạp của các quá trình vật lý xảy ra trong các hệ thống Phần lớn các hệ thống dẫn động thủy lực trên ô

tô đều là phi tuyến và được mô tả bằng các phương trình phi tuyến[4] Các nguyên nhân chính gây lên phi tuyến đó là: đặc tính tải, sự biến dạng của các phần tử trong

hệ thống, sự sụt áp trên đường ống, ma sát

A Các mô hình nghiên cứu hệ dẫn động thủy lực

Để giảm bớt mức độ phức tạp của bài toán mô phỏng người ta thường phải chấp nhận một số giả thiết đơn giản hóa Tùy theo mức độ yêu cầu và đặc thù của bài toán mà người ta sử dụng các giả thiết đơn giản hóa khác nhau, vì vậy mà cho tới nay tồn tại rất nhiều dạng mô hình toán học khác nhau Tuy nhiên, ta có thể phân chúng ra 3 dạng cơ bản sau đây:

- Mô hình truyền sóng

- Mô hình đàn hồi

- Mô hình không đàn hồi

a Mô hình truyền sóng -Đối với chất lỏng không nhớt:

Ta có phương trình truyền sóng:

- Đối với chất lỏng nhớt

Trong đó: P,Q : áp suất và lưu lượng chất lỏng

: khối lương riêng của chất lỏng E: mô đun đàn hồi thể tích F: diện tích tiết diện đường ống :hệ số cản

Đây là mô hình hoàn chỉnh hơn cả, nó cho phép nghiên cứu những quá trình phức tạp với độ chính xác cao Mô hình này thường được áp dụng cho những trường hợp đường ống dài Việc tính toán rất phức tạp của nó

b Mô hình đàn hồi

Coi chât 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

Trong mô hình này người ta coi lưu lượng chất lỏng đi vào hệ thống được chia thành 2 thành phần : Qdh là lượng bù cho sự đàn hồi của hệ thống và Q2 là lượng chất lỏng thực hiện công hữu ích:

Trong đó V0: là thể tích ban đầu của chất lỏng trong hệ thống

Ψ(p): hệ số giãn nở của hệ thống chất lỏng

c Mô hình không đàn hồi:

Đây là mô hình đơn giản nhất, chất lỏng không nén được và các phần tử hệ thống là tuyệt đối cứng( không đàn hồi)

Mô hình này quá đơn giản và không mô phỏng chính xác các quá trình vật lý xẩy ra trong hệ thống nên rất ít khi được sử dụng

B Các dạng phương trình mô tả động lực học của hệ thống dẫn động thủy lực:

Một cách tổng quát, hệ phương trình mô tả động lực học của hệ thống thủy lực gồm 3 dạng phương trình, tương ứng với các quá trình xảy ra trong hệ thống:

- Các phương trình chuyển động của các chi tiết động trong hệ thống,

thường được xây dựng theo nguyên lý Dalambe, còn gọi là phương trình lực và mô men

- Các phương trình dòng chảy của chất lỏng trong hệ thống

- Các phương trình lưu lượng

a Các phương trình chuyển động:

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 (momen) đặt lên

chúng Đối với các phần tử chuyển động tịnh tiến:

Trong đó:

m – Khối lượng quy về chi tiết chuyển động

x - Dịch chuyển của chi tiết chuyển động

Đối với các chi tiết chuyển động quay

J – Momen quán tính của các khối lượng chuyển động quay

 - Góc quay của chi tiết động

Tổng các momen chủ động Tổng các momen chủ cản Trong trường hợp tổng quát, khối lượng quy đổi m bao gồm khối lượng của các chi tiết động mr và khối lượng của chất lỏng công tác mi

Khối lượng của các chi tiết động quy về piston như sau:

msi và Jsi là khối lượng và momen quán tính của phần tử thứ i so với trục đi qua khối tâm của nó

Li, fi – độ dài và tiết diện của đoạn thứ i

F – diện tích của piston

Cần lưu ý rằng, khối lượng quy đổi của chất lỏng có thể được thay bằng tổn thất quán tính trong phương trình Becnuli Tổn thất quán tính của cột áp như sau:

Trong đó V là vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống

b Phương trình dòng chảy chất lỏng

Tất cả các phần tử trong hệ thống thủy lực đều có hiệu ứng cản trở chuyển động của chất lỏng và do vậy chúng gây ra tổn thất cho dòng chảy, còn gọi là tổn thất thủy lực Tổn thất thủy lực được thể hiện dưới dạng tổn thất áp suất và phụ thuộc vào chế độ chảy Trong các tính toán để đơn giản người ta thường coi tổn thất thủy lực trong trường hợp dòng chảy ổn định và không ổn định là như nhau [4]

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

số Reynol:

V – Vận tốc trung bình của dòng chảy, d- đường kính ống, - Hệ số độ nhớt động học của chất lỏng

+ Tổn thất trên đường ống tiết diện tròn:

Ở chế độ chảy tầng (Re < 2320) tổn thất áp suất trên đoạn ống dài l được tính theo công thức poiselles:

Trong đó: Hệ số nhớt động học của chất lỏng

l, f : Là độ dài và diện tích tiết diện ống

Q: Lưu lượng chất lỏng:

hay

Với hệ số cản ở chế độ chảy tầng trong tính toán thực tế có thể lấy

Ở chế độ Chảy rối (Re > 2320):

t- Hệ số tổn thất do ma sát ở chế độ chảy rối: đối với các thành ống kim loại nhẵn

có thể lấy tương đối chính xác hay được xác định theo công thức t = 0,3164.Re-0,25

Người ta nhận thấy rằng trong các hệ thống điều khiển thủy lực tồn tại vận tốc giới hạn V* tương ứng với giá trị giới hạn của số reynolds( Re=2320) nghĩa là ta có:

- Dòng chảy là chảy tầng nếu V< V*

- Dòng chảy là chảy rối nếu V> V*

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

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 hai đoạn trước và sau V*

Theo GS Metliuk thì có thể sử dụng một công thức chung cho cả hai chế độ dòng chảy:

+ Tổn thất cục bộ

Tổn thất cục bộ có thể chia thành hai loại như sau:

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

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

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức sau:

Trong đó: ξ:hệ số cản cục bộ, phụ thuộc vào kết cấu của bộ phận gây cản và chế độ dòng chảy, nó được xác định bằng thực nghiệm

Trong tính toán có thể thay tổn thất cục bộ bằng tổn thất trên đường ống tương đương với độ dài:

Tiết lưu có thể dược phân thành 2 loại: tiết lưu điều chỉnh được và tiết lưu không điều chỉnh được Lưu lượng đi qua tiết lưu được tính như sau:

Trong đó: : là hệ số lưu lượng, phụ thuộc vào độ nhớt, độ thu hẹp dòng chảy

F: diện tích tiết diện mặt cắt ngang của ống, : độ chênh áp trước và sau tiết lưu

c Phương trình lưu lượng

Tổng đại số của các lưu lượng qua một nút bằng 0

Sơ đồ trên hình 3.8-b đặc trưng cho các hệ thống điều khiển nguồn cung cấp

áp suất là bơm hay bình tích năng Trong trường hợp này, áp suất được cấp cho hệ thống (qua van phân phối 1) phụ thuộc vào quy luật di chuyển h(t) của con trượt ( hoặc là độ mở của van) Cũng tương tự như trên, trong khi tính toán thường chọn một số quy luật điển hình của h theo t như: bậc thanh, tuyến tính( H 3.8-b)

Hình 2 8 Các sơ đồ dẫn động thủy lực trên ô tô

a)- Sơ đồ thủy lực có nguồn là xi lanh chính:

b)- Sơ đồ hệ thống có bơm nguồn, điều khiển bằng van phân phối:

Trong cả hai trường hợp trên ngoại lực pztác động lên cần pít tông chấp hành 3(tải) chính là phản lực từ các cơ cấu bị điều khiển

Mô hình thủy lực đàn hồi với các thông số tập trung tại các nút được xây dựng với một số giả thiết sau:

- Các quá trình sóng xẩy ra trong hệ thống không ảnh hưởng đến quá trình quá

độ do độ dài đường ống tương đối ngắn

- Độ nhớt, khối lượng riêng và nhiệt độ của chất lỏng và lượng khí không hòa tan trong nó không thay đổi trong quá trình quá độ

- Không có rò rỉ trong hệ thống

Theo mô hình này, một đoạn i bất kỳ trong hệ thống có thể dược biểu diễn như trên hình 2.9, nó bao gồm các thông số sau: khối lượng mi, tiết diện ống fi, cản thủy lực Ri và hệ số giãn nở

Hình 2 9 Sơ đồ mô phỏng một đoạn của hệ thống thủy lực có đàn hồi

và các thông số tập trung

Phương trình cân bằng áp suất tại đoạn ống bất kỳ của hệ thống thủy lực dược viết như sau:

pv và pr là áp suất tại đầu vào và đầu ra của đoạn đang xét

Nếu gọi x là di chuyển của cột chất lỏng trong đoạn ống xét, vận tốc v của nó là:

Thay các biểu thức vào biểu thức trên ta được:

Áp suất tại đầu vào của hệ thống được tính cho hai sơ đồ a và b trên hình 2.8 như sau:

- ở sơ đồ a, nếu bỏ qua khối lượng của pít tông xi lanh chính và các mất mát do

ma sát:

po

(3

5)

( i +

1 )

với F1 là diện tích hữu ích của pít tông

- ở sơ đồ b , áp suất p tại lối vào của đường ống được xác định từ phương trình lưu lượng:

Trong đó : là hệ số lưu lượng; b: bề rộng cửa sổ của con trượt phân phối; h(t) : dịch chuyển của con trượt

Phương trình cân bằng lưu lượng tại nút thứ i:

Nghĩa là lưu lượng đi qua nút i dược phân thành hai thành phần : Qi+1 đi tiếp vào đoạn sau và Qidh là lưu lượng chất lỏng tổn hao do sự giãn nở (do đàn hồi, chịu nén) của phần tử của hệ thống Sự giãn nở được đặc trưng bởi hệ số giãn nở Ψ(p), nó không phải là hằng số mà phụ thuộc vào áp suất

Hình 2 10 Sơ đồ mô phỏng hệ thống thủy lực có 2 phần tử đàn hồi

Trong quá trình mô phỏng, tùy theo việc phân bố các thể tích chất lỏng cho các nút mà ta thu được các sơ đồ tính toán với mức độ phức tạp khác nhau: sơ đồ nhiều phần tử đàn hồi, sơ đồ 2 phần tử đàn hồi và sơ đồ 1 phần tử đàn hồi [4]

Sơ đồ nhiều phần tử đàn hồi có độ chính xác cao hơn cả vì nó mô tả hệ thống một cách chi tiết tuy nhiên với sơ đồ này phương trình toán học mô tả hệ thống khá phức tạp Sơ đồ 2 phần tử đàn hồi thích hợp với các trường hợp khi mà lượng chất lỏng phân bố tại các xilanh là tương đương Người ta nhận thấy rằng, trong phần lớn các trường hợp sơ đồ có một phần tử đàn hồi có thể cho ta độ chính xác chấp nhận được nếu chọn đúng điểm tập trung khối lượng

2.3 Mô phỏng và tính toán động lực học hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực

có trợ lực khí nén trên ô tô

2.3.1 Xây dựng mô hình toán học mô phỏng hệ thống

Trên hình 2.11 trình bày sơ đồ hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có cường hóa khí nén trên ô tô[14,15,16]

Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống dẫn động ly hợp kiểu thủy lực

có cường hóa khí nén

Piston trợ lực, 2.xilanh chính, 3 van khí nén, 4 Van xả khí, 5 Màng, 6 Piston van

phân phối, 7 Piston công tác

Dựa trên sơ đồ cấu tạo ta có thể xây dựng được sơ đồ mô phỏng hệ thống dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có trợ lực khí nén như trên hình 2.11