Mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực trên ô tô

Mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực trên ô tô Mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực trên ô tô Mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực trên ô tô luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Học viên Nguyễn Văn Hà xin có lời cam đoan danh dự về công trình

khoa học này của mình Toàn bộ các thông tin, số liệu trình bày trong luận văn là do học viên sưu tầm, tập hợp sau đó phân tích, lựa chọn để trình bày theo mục tiêu của đề tài Các mô hình bài toán khảo sát, các phương trình tính toán, các kết quả đạt được là do học viên thiết lập và giải quyết dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Nếu có điều gì không đúng, học viên xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ

Hà nội ngày tháng năm 2008

Học Viên

Nguyễn Văn Hà

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Lời nói đầu 1

Chương II: Tổng quan vấn để nghiên cứu 4

1.1 Công dụng, yêu cầu chung của hệ thống phanh 4

1.1.1 Công dụng 4

1.1.2 Yêu cầu chung 4

1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của hệ thống phanh thuỷ lực 5

1.2.1 Sơ đồ cấu tạo 5

1.2.2 Nguyên lý làm việc 5

1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh dầu một số xe 6

1.3.1 Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực được áp dụng trên xe MAZDA 6 6

1.3.2 Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực được áp dụng trên xe NISSAN - TERRANO 7

1.4 ưu nhược điểm của hệ thống phanh thuỷ lực 8

1.5 Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu hệ thống phanh 9

1.5.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh 9

1.5.2 Bản chất của việc nghiên cứu quá trình phanh 10

1.5.3 Những nghiên cứu đối với hệ thống phanh 13

1.5.4 Vấn đề nghiên cứu 15

Chương II: Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực 18 2.1 Các tính chất cơ bản của chất lỏng công tác 18

2.1.1 Khối lượng riêng và trọng lượng riêng 18

2.1.2 Tính nhớt 18

2.1.3 Tính giãn nở theo nhiệt độ 19

2.2.1 Mô hình truyền sóng 23

2.2.2 Mô hình đàn hồi 23

2.2.3 Mô hình không đàn hồi 24

2.3 Mô hình đàn hồi hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực 24

2.3.1 Phương trình chuyển động 25

2.3.2 Phương trình dòng chảy chất lỏng 27

2.3.3 Phương trình lưu lượng 31

Chương III: Mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực trên xe ôtô du lịch 34

3.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực 34

3.2 Sơ đồ mô phỏng 35

3.3 Phương trình toán học mô tả quá trình hoạt động của hệ thống 36

3.3.1 Phương trình mô tả hệ thống phanh cầu sau 36

3.3.2 Phương trình mô tả hệ thống phanh cầu trước 42

3.4 Thiết lập hệ phương trình mô hình rút gọn 48

3.4.1 Thiết lập phương trình mô hình rút gọn hệ thống phanh cầu sau 49

3.4.2 Thiết lập phương trình mô hình rút gọn hệ thống phanh cầu trước 54 3.5 Phương pháp giải hệ phương trình vi phân 59

3.5.1 Đặt bài toán 60

3.5.2 Phương pháp ơle hoặc ơle cải tiến 60

3.5.3 Phương pháp Runge - Kutta 61

3.5.4 Phương pháp Runge Kutta Fehlberg (RKF45) 62

Nhận xét: 64

3.6 Kết quả giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống phanh 67

3.6.1 Kết quả tại hệ thống dẫn động phanh cầu sau 67

3.6.2 Kết quả tại hệ thống dẫn động phanh cầu trước 69

3.6.3 So sánh biến thiên áp suất tại xilanh bánh xe cầu trước và sau 72

của hệ thống phanh 75

4.1 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng làm việc của hệ thống phanh 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 đến hiệu quả làm việc của hệ thống phanh 78

4.1.3 ảnh hưởng lượng khí không hoà tan (a) trong chất lỏng công tác đến chất lượng làm việc của hệ thống phanh 81

4.1.4 ảnh hưởng của đường kính ống dẫn dầu phanh (d) đến chất lượng làm việc của hệ thống phanh 84

4.2 Kết luận 85

Kết luận 87

1 Về mặt phương pháp 87

2 Tính đúng đắn của phương pháp 87

3 Khả năng ứng dụng của phương pháp 88

4 Khả năng mở rộng của đề tài 89

Tài liệu tham khảo 90

Phụ lục

B¶ng 3.1: C¸c th«ng sè tÝnh to¸n 66

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực hai dòng 5

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phanh dầu trên xe MAZDA 6 6

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống phanh dầu trên xe NISSAN- TERRANO không có ABS 7

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống phanh dầu trên xe NISSAN- TERRANO có ABS 8

Hình 1.5 Sơ đồ quá trình phanh ôtô 11

Hình 1.6 Đồ thị quá trình quá độ 12

Hình 2.1 Sự phân lớp dòng chảy 18

Hình 2.2 Sơ đồ dẫn động phanh bằng thuỷ lực đơn giản trên ôtô 24

Hình 2.3 Sơ đồ mô phỏng một đoạn của hệ dẫn động thuỷ lực có đàn hồi và các thông số tập trung 27

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng một điểm nút của hệ dẫn động thuỷ lực có đàn hồi và các thông số tập trung 31

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực 2 dòng 35

Hình 3.2: Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh sau 35

Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh trước 36

Hình 3.4: Sơ đồ mô hình quy đổi xilanh công tác 41

Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng rút gọn hệ thống phanh thuỷ lực cầu sau 49

Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng rút gọn hệ thống phanh cầu trước 54

Hình 3.6: Đồ thị áp suất tại xilanh bánh xe cầu sau 67

Hình 3.7: Đồ thị dịch chuyển của píttông thứ cấp xi lanh chính 68

Hình 3.8: Đồ thị dịch chuyển của píttông xi lanh bánh xe cầu sau 68

Hình 3.9: Đồ thị áp suất bánh xe cầu trước 69

Hình 3.10: Đồ thị dịch chuyển của píttông sơ cấp xi lanh chính 70

Hình 3.11: Đồ thị dịch chuyển của píttông xilanh bánh xe cầu trước 70

Hình 3.12: Đồ thị biến thiên áp suất giữa bánh xe trước và sau 72

Hình 3.13: Đồ thị dịch chuyển pittông xilanh bánh xe cầu trước và sau 72 Hình 4.1:Đồ thị áp suất tại các xilanh bánh xe cầu sau khi độ nhớt thay đổi 76

khi độ nhớt thay đổi 77

Hình 4.4: Đồ thị áp suất tại các xilanh bánh xe cầu sau khi độ 79

cứng quy đổi (C) thay đổi 79

Hình 4.5: Đồ thị dịch chuyển pittông tại xilanh bánh xe cầu sau 79

khi độ cứng quy đổi (C) thay đổi 79

Hình 4.6: Đồ thị dịch chuyển pittông thứ cấp xilanh chính 80

khi độ cứng quy đổi C thay đổi 80

Hình 4.7: Đồ thị áp suất ở xilanh bánh xe cầu sau khi lượng khí 81

không hoà tan (a) thay đổi 81

Hình 4.8: Đồ thị dịch chuyển pittông thứ cấp xilanh chính khi khi lượng khí không hoà tan (a) thay đổi 82

Hình 4.9: Đồ thị dịch chuyển các pittông xilanh bánh cầu sau khi lượng khí không hoà tan (a) thay đổi 82

Hình 4.10: Đồ thị áp suất ở xilanh bánh xe cầu sau khi đường kính ống dẫn (d) thay đổi 84

Hình 4.11: Đồ thị dịch chuyển pittông thứ cấp xilanh chính khi 84

đường kính ống dẫn (d) thay đổi 84

Hình 4.12: Đồ thị dịch chuyển pittông xilanh bánh xe khi đường kính ống dẫn (d) thay đổi 85

Gxe Trọng lượng của xe ôtô N

Pp ; P0 Lực phanh và lực phanh riêng N

Ppmax;P0max Lực phanh cực đại và lực phanh riêng cực đại N

v1; v2 Vận tốc ôtô lúc trước khi phanh và sau khi phanh m/s

ϕ Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường

δ Hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ôtô

Eu; Ea Mô đun đàn hồi của chất lỏng đẳng nhiệt, đoạn nhiệt MPa

pi;pmax áp suất dầu và áp suất dầu lớn nhất của hệ thống phanh N/m2

Ec; Ecs Mô đun đàn hồi của chất lỏng lẫn khí đẳng nhiệt và

Eao Thông số phụ thuộc vào chất lỏng và nhiệt độ N/m2

Aa Thông số phụ thuộc vào chất lỏng và nhiệt độ

a Thể tích tương đối của chất khí không hoà tan %

Qi Lưu lượng của chất lỏng (dầu phanh) m3/s

ρ Khối lượng riêng của chất lỏng (dầu phanh) kg/m2

f Diện tích tiết diện đường ống dẫn động m2

Fi Diện tích tiết diện các xilanh hay pittông m2

xi;zi ;yi Dịch chuyển của các pittông m

Ci Độ cứng quy đổi của các phần tử cơ cấu phanh N/m

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

Di Đường kính các loại ống, xilanh pittông m

υ Độ nhớt động học của chất lỏng công tác m/s2

mi Khối lượng tập trung của chất lỏng tại nút thứ i kg

λt ;λl Hệ số tổn thất do ma sát ở chế độ chẩy rối và hệ số cản ở chế độ chẩy tầng

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

kε Hệ số kể đến độ nhám của thành ống

Ri Sức cản thuỷ lực tại các đoạn thứ i

kb Hệ số ma sát nhớt

ODEs Hệ phương trình vi phân (Hệ PTVP)

LờI NóI ĐầU

ôtô là phương tiện giao thông đường bộ quan trọng trong mạng lưới giao thông Nhu cầu giao thông vận tải liên tục gia tăng cùng với khả năng vận chuyển hàng hoá, con người một cách linh hoạt và đa dạng trên khắp các nẻo

đường từ nông thôn đến thành thị Nhu cầu sử dụng tăng dẫn đến việc sản xuất

ôtô trên thế giới ngày càng tăng nhanh đã gây nhiều vấn đề lớn cho xã hội như

ô nhiễm môi trường, tai nạn giao thông, an ninh năng lượng, Trong đó, tai nạn giao thông đã trở thành một mối quan tâm lớn của xã hội vì nó trở thành phương tiện giao thông gây chết người nhiều nhất so với các loại phương tiện khác Theo thống kê của các nước thì tai nạn giao thông đường bộ có đến 60-70% sự cố do con người gây ra, 10-15% do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật và 20-30% do đường xá xấu Trong nguyên nhân hư hỏng do máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các cụm của ôtô gây nên được thống

kê như sau: phanh chân 52,2-74,4%, phanh tay 4,9-16,1%, lái 4,9-19,2%, chiếu sáng 2,3-8,7%, bánh xe 2,5-10%, các hư hỏng khác 2-18,2%; Riêng ở Việt Nam những năm gần đây số vụ tai nạn giao thông và số người chết do tai nạn giao thông là rất lớn (năm 2002 có khoảng 27.484 vụ tai nạn giao thông làm chết 12.989 người chết và 30,772 người bị thương)

Với các số liệu nêu trên thấy rằng có nhiều nguyên nhân khách quan nhưng rõ ràng là công nghệ an toàn chưa đạt hiệu quả mong muốn, tai nạn do

hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên

Đặc biệt khi hiện nay vận tốc của ôtô được nâng lên cao cũng sẽ đòi hỏi các quy định hay các tiêu chuẩn liên quan ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn

để đảm bảo an toàn giao thông

Mặt khỏc, với mục tiờu xõy dựng và phỏt triển ngành cụng nghiệp ụ tụ

Việt Nam trở thành một ngành cụng nghiệp quan trọng của đất nước (Thủ tướng Chớnh phủ đó cú Quyết định số 177/2004/QĐ-TTg về việc phờ duyệt

Quy hoạch phỏt triển ngành cụng nghiệp ụ tụ VN đến năm 2010, tầm nhỡn đến 2020) Theo đú, cụng nghiệp ụ tụ là ngành cụng nghiệp quan trọng cần được

ưu tiờn phỏt triển để gúp phần phục vụ cú hiệu quả quỏ trỡnh cụng nghiệp húa, hiện đại húa và xõy dựng tiềm lực an ninh, quốc phũng của đất nước

Trờn cơ sở đú, ngành cụng nghiệp ụtụ Việt Nam đó đề ra mục tiờu cho

10 năm tới là trở thành Tập đoàn kinh tế mạnh, lấy sản phẩm ụ tụ là trọng điểm Phấn đấu đến năm 2010 đỏp ứng 80% nhu cầu xe khỏch, xe buýt với tỷ

lệ phần sản xuất trong nước đạt 80%, xuất khẩu đạt 20%; Đỏp ứng 40% nhu cầu xe tải nhẹ, với phần sản xuất trong nước đạt 70%, xuất khẩu 20%; Đỏp ứng 15% nhu cầu cỏc loại xe 4 chỗ ngồi trở lờn với tỷ lệ phần sản xuất trong nước đạt 40% Để nõng cao tỷ lệ nội địa húa, ngành cụng nghiệp ụtụ Việt Nam sẽ tập trung đầu tư cho cỏc chương trỡnh trọng điểm sản xuất phụ tựng như: sản xuất và lắp rỏp động cơ, hộp số, cầu chủ động v.v Nghiờn cứu, khảo sỏt năng lực doanh nghiệp cơ khớ, đỏnh giỏ khả năng thiết kế của cỏc đơn vị trong cả nước để cú phương ỏn phục vụ chương trỡnh nội địa húa ụ tụ Với rất nhiều lý do trên luận văn đề ra nhiệm vụ "Mô phỏng và khảo sát

động lực học hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực trên ôtô"

Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài là sử dụng phương pháp mô phỏng để đánh giá chất lượng và hiệu quả của hệ thống dẫn động phanh ôtô trong quá trình thiết kế, từ đó chúng ta có thể điều chỉnh các thông số kết cấu hoặc tìm ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống phanh trước khi đưa vào sản xuất Với cách làm như vậy, người ta có thể tiết kiệm

được thời gian, công sức, tiền của cho công tác thử nghiệm và rút ngắn được thời gian thiết kế

Về phương pháp nghiên cứu, luận văn này sử dụng phương pháp mô phỏng với 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) để từ đó thiết lập hệ các phương trình vi phân chuyển động của các chi tiết chuyển động, phương trình dòng chảy chất lỏng và phương trình lưu lượng của hệ thống Việc giải hệ phương trình này, luận văn sử dụng phương pháp số (phương pháp Runge-Kutta-Fehlberg-RKF45) thông qua phần mềm MAPLE 10

Luận văn bao gồm 4 chương

Mở đầu :

Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương II: Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ

Chương II Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Công dụng, yêu cầu chung của hệ thống phanh

1.1.1 Công dụng

- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô cho đến khi dừng hẳn hoặc

đến một tốc độ cần thiết nào đó và giữ cho ôtô đứng yên trên đường dốc

- Hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng, nó đảm bảo cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, nâng cao năng suất vận chuyển

1.1.2 Yêu cầu chung

Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe

Do vậy nó chấp nhận những yêu cầu khắt khe nhất là đối với xe cao tốc, chủ yếu là thời gian hoạt động ở tốc độ cao

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, có thể điều khiển theo ý muốn hay có quãng đường phanh ngắn nhất, gia tốc chậm dần phải cao

- Quá trình phanh phải êm dịu, sự thay đổi gia tốc phanh phải đều đặn, nhằm

đáp ứng tính điều khiển, tính ổn định trong mọi trạng thái hoạt động

- Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng kể cả phanh chính (phanh chân) và phanh phụ (phanh tay)

- Đảm bảo sự phân bố mômen phanh trên các bánh xe phù hợp với trọng lượng bám khi phanh với cường độ bất kỳ

- Hiệu quả phanh ít thay đổi kể cả khi phanh liên tục nhiều lần

- Có độ tin cậy cao, ngay cả trong trường hợp có một phần của hệ thống phanh hư hỏng thì hệ thống vẫn có khả năng dừng ôtô

- Không có hiện tượng tự xiết phanh

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra xung quanh

- Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao ổn định trong mọi

điều kiện sử dụng

- Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đèn điều khiển với lực phanh trên cơ cấu phanh

Ngoài ra còn các yêu cầu khác như chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ,

độ bền cao,

1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của hệ thống phanh thuỷ lực

1.2.1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực hai dòng

1 Bàn đạp phanh 4 Bình chứa dầu

2 Bộ trợ lực phanh 5 Cơ cấu phanh trước

3 Xilanh chính 6 Bộ điều chỉnh

7 Cơ cấu phanh sau

Cấu tạo của hệ thống phanh thuỷ lực (hình 1.1) bao gồm hai bộ phận chính: Dẫn động phanh và cơ cấu phanh Truyền động phanh bố trí trên khung

vỏ gồm: Bàn đạp phanh, xilanh con, hai guốc phanh với má phanh và các lò

xo Cơ cấu phanh đặt ở các bánh xe

1.2.2 Nguyên lý làm việc

ở hệ thống phanh dầu, lực tác dụng từ bàn đạp phanh được truyền đến cơ cấu hãm phanh thông qua chất lỏng (dầu phanh) ở các đường ống

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh, pittông trong xilanh chính dịch chuyển nên dầu bị ép và sinh ra áp suất cao sẽ tác dụng lên hai bề mặt của các pittông ở xilanh con, các pittông dịch chuyển đẩy má phanh áp sát vào tang trống Quá trình phanh bắt đầu

Khi nhả bàn đạp phanh, pittông trong xilanh chính không còn lực tác dụng nên áp suất dầu trong đường ống giảm xuống Lò xo trong cơ cấu hãm kéo hai má phanh tách khỏi tang trống để kết thúc quá trình phanh

Hai đầu trên của guốc phanh ép các pittông trong xilanh con lại dịch chuyển vào trong, đẩy dầu từ trong xilanh con và đường ống để trở lại xilanh chính

1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh dầu một số xe

1.3.1 Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực được áp dụng trên xe MAZDA 6

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phanh dầu trên xe MAZDA 6

1 Hệ thống lái đặt bên trái 6 Cơ cấu phanh trước

2 Hệ thống lái đặt bên phải 7 Cơ cấu phanh sau

1 Bộ trợ lực phanh 4 Cơ cấu phanh trước

2 Xilanh chính 5.Cơ cấu phanh sau

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống phanh dầu trên xe NISSAN- TERRANO có ABS

1 Bộ trợ lực phanh 4 Cơ cấu phanh trước

2 Xilanh chính 5.Cơ cấu phanh sau

3 ABS với hệ thống phân phối lực phanh điện tử

1.4 ưu nhược điểm của hệ thống phanh thuỷ lực

Chúng ta có thể thấy rằng các ưu nhược đểm của hệ thống phanh thuỷ lực như sau:

Ưu điểm

- Hệ thống phanh dầu có kết cấu đơn giản, độ nhạy tốt và hiệu suất cao

- Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại ôtô khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

Nhược điểm

- Lực tác dụng lên bàn đạp phanh lớn

- Hiệu suất truyền động giảm ở nhiệt độ thấp

- Khi có vị trí nào đó hư hỏng, chảy dầu thì cả hệ thống phanh đều không làm việc

Hệ thống phanh dầu sử dụng trên ôtô ngày nay rất hoàn thiện khắc phục

được những nhược điểm cơ bản của hệ thống phanh thuỷ lực Bộ trợ lực phanh làm giảm lực điều khiển của người lái Trong hệ thống phanh dầu có bộ phận

điều chỉnh lực phanh hay bộ chống hãm cứng bánh xe ABS Tất cả hệ thống phanh dầu trên ôtô du lịch đều là loại dẫn động hai dòng với xilanh chính kép trên hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy và độ an toàn cho chuyển động

1.5 Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu hệ thống phanh

1.5.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh

Trên thực tế, chỉ tiêu đánh giá tổng hợp quá trình phanh trên ôtô là hiệu quả phanh và ổn định hướng chuyển động khi phanh

a Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Từ các cơ sở lý thuyết [12] đã nghiên cứu người ta dùng bốn chỉ tiêu

đánh giá hiệu quả phanh như sau:

- Quãng đường phanh (Smin) : Smin = (v v )

g 2

2 2 2

1 −ϕ

δ (1i) Với δ là hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ôtô; g là gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2) ; ϕ là hệ số bám giữa lốp và mặt đường; v1, v2

là các vận tốc trước và sau khi phanh ôtô

Khi phanh đến lúc ôtô dừng hẳn v2 = 0 tức là Smin =

g 2

v 12ϕ

δ (2i)

Từ biểu thức (2i) trên cho thấy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào bình phương vận tốc chuyển động của ôtô từ lúc bắt đầu phanh (v1), phụ thuộc vào hệ số bám (ϕ) và ảnh hưởng của các khối lượng quay (δ)

- Gia tốc chậm dần khi phanh Jmax: Jmax =

δ

ϕ g (3i)

Từ biểu thức (3i) thấy rằng để gia tăng gia tốc chậm dần cực đại khi phanh cần phải giảm hệ số δ và hệ số bám ϕ giữa lốp và mặt đường

- Thời gian phanh tmin: tmin =

g

v 1ϕ

xe

p

G

P)

- Lực phanh riêng cực đại sẽ ứng với lực phanh cực đại:

P0max= =ϕ =ϕ

xe xe xe

max p

G

G.G

P

(5i)

Với: G là trọng lượng của ôtô; Ppmax là lực phanh cực đại

Từ biểu thức (5i) thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng hệ số bám ϕ, Trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh thì chỉ tiêu quãng đường phanh là

đặc trưng nhất và có ý nghĩa quan trọng nhất, vì khi biết được quãng đường phanh cho phép người lái hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật mà họ phải xử trí để khỏi xẩy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở tốc

độ ban đầu nào đấy

b Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hướng của ôtô khi phanh

Để đánh giá tính ổn định hướng của ôtô khi phanh người ta dùng một trong các chỉ tiêu sau đây:

- Góc lệch của ôtô khi phanh β

- Độ lệch của ôtô khi phanh

- Hành lang cho phép mà ôtô không được vượt ra ngoài ở cuối quá trình phanh

- Hệ số không đồng đều lực phanh

1.5.2 Bản chất của việc nghiên cứu quá trình phanh

Để nghiên cứu tìm hiểu được đầy đủ các vấn đề của hệ thống phanh nói chung hay hệ thống phanh dầu nói riêng, người ta tiến hành tính toán hệ thống phanh ở trạng thái tĩnh và trạng thái động

Tính toán hệ thống phanh ở trạng thái tĩnh là quá trình xác lập mối quan

hệ giữa các đại lượng cần nghiên cứu ở trạng thái tĩnh, chủ yếu dựa vào các phương trình lập được từ các mô hình cơ học Kết quả cuối cùng của quá trình tính này cho chúng ta thu được các đường đặc tính tĩnh của hệ thống dẫn

động Các đường đặc tính tĩnh của hệ thống dẫn động là sự phụ thuộc của áp lực trong các cơ cấu chấp hành của dẫn động vào lực hoặc áp lực điều khiển của các lực, áp lực tăng chậm và tăng đều Cách tính này thường đơn giản và chưa phản ánh được tính sát thực quá trình phanh của hệ thống hay nói cách khác chưa cho biết được quy luật tăng áp suất trong hệ thống

Để vấn đề nghiên cứu được sáng tỏ hơn chúng ta tiến hành tính toán hệ thống phanh ở trạng thái động, thực chất là nghiên cứu quá trình phanh ôtô xảy ra các trạng thái như thế nào ?, các thông số liên quan với nó thay đổi ra sao ?,

Quỏ trỡnh phanh ụ tụ được chia làm ba giai đoạn (hỡnh 1.5):

Giai đoạn 1 (t1): Thời gian phản ứng của người lỏi tớnh từ khi người lỏi phỏt hiện nguy hiểm, gặp chướng ngại vật 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 của bàn đạp, khe hở cỏc van)

Giai đoạn 3 (t3): Thời gian chậm tỏc dụng của hệ thống (là thời gian từ khi người lỏi đạp bàn đạp phanh đến khi ỏp suất trong hệ thống đạt tới 0,9Pmax)

b Thời gian chậm tác dụng

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 xilanh phanh xa nhất đạt mức quy định (ứng với thời điểm mỏ phanh ộp sỏt vào tang trống phanh)

c 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 thông qua mối quan hệ giữa áp suất trong hệ thống dẫn động phanh với thời gian khi người lái tác động đột ngột lên bàn đạp (lực bàn đạp biến thiên theo quy luật bậc thang) (hình 1.6)

Hệ thống được đánh giá là tốt nếuτ là nhỏ, h là nhỏ hoặc không tồn tại

và n là nhỏ

Như vậy, việc mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống phanh thuỷ lực trên ôtô thực chất là khảo sát quá trình quá độ xảy ra trong hệ thống phanh thuỷ lực và đánh giá chất lượng của hệ thống phanh thuỷ lực thông qua 3 thông số trên

1.5.3 Những nghiên cứu đối với hệ thống phanh

Các nghiên cứu về động học và động lực học của hệ thống dẫn động phanh ôtô là quá trình khảo sát, nghiên cứu, tính toán các thông số liên quan

đến hệ thống phanh như các chỉ tiêu hiệu quả của hệ thống phanh, tính ổn

định hướng của ôtô khi phanh và đặc biệt là nghiên cứu quá trình thay đổi áp suất chất lỏng trong hệ thống dẫn động phanh

ở Việt Nam cho đến nay các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực phanh

ôtô chưa nhiều, đặc biệt là các công trình nghiên cứu liên quan đến việc mô phỏng hệ thống phanh thuỷ lực

Dưới đây là một vài đề tài nghiên cứu đã thực hiện về việc nghiên cứu hệ thống phanh

Tỏc giả Lại Năng Vũ (Cục Xe mỏy – Mỏy, Tổng cục Kỹ thuật, Bộ Quốc Phũng) thực hiện nghiờn cứu ảnh hưởng vận tốc chuyển động của ụ tụ và hệ

số bỏm giữa bỏnh xe với mặt đường đến hiệu quả phanh của hệ thống phanh dẫn động thủy lực cú bộ chống hóm cứng bỏnh xe (ABS) trờn ụ tụ du lịch bằng phương phỏp mụ phỏng trờn mỏy tớnh [14]

Đề tài sử dụng phương phỏp mụ phỏng và tớnh toỏn cỏc thụng số đỏnh giỏ quỏ trỡnh phanh ụ tụ trờn mỏy tớnh với cụng cụ Matlab-Simulink để mụ phỏng quỏ trỡnh làm việc của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực trờn xe ụ tụ

du lịch cú hệ thống ABS trờn mỏy tớnh, nhằm khảo sỏt ảnh hưởng của vận tốc

chuyển động của ụ tụ và hệ số bỏm giữa bỏnh xe với mặt đường đến vận tốc, quóng đường và thời gian phanh

Cỏc kết quả mụ phỏng tớnh toỏn thu được cho thấy, hệ thống phanh cú ABS làm việc hiệu quả cao hơn hệ thống phanh khụng cú ABS Khi phanh xe trờn đường cú ϕxmax = 0,5, khi vận tốc của xe trước khi phanh tăng 1 m/s (tương ứng với 3,6km/h) thỡ quóng đường phanh tăng khoảng 3,5 ữ 6,5m, thời gian phanh tăng khoảng 0,2 giõy Ở cựng vận tốc của xe trước khi phanh, khi

ϕxmax giảm 0,2 (từ 0,7 xuống 0,5) thỡ quóng đường phanh tăng khoảng 13 ữ 15m, thời gian phanh tăng khoảng 1,4 ữ 1,5 giõy Khi phanh ở vận tốc 21m/s (76.5km/h) trờn cựng loại đường, khi ABS bị hỏng, quóng đường phanh tăng khoảng 1m, thời gian phanh tăng khoảng 0,6 giõy, bỏnh xe bị trượt lết trờn đường gõy mất ổn định hướng chuyển động của xe Như vậy, phương phỏp nghiờn cứu bằng mụ phỏng trờn mỏy tớnh là phương phỏp được sử dụng phổ biến hiện nay Phương phỏp này tương đối đơn giản, cho phộp khảo sỏt mối quan hệ tốc độ của xe - điều kiện đường - hiệu quả phanh nhanh chúng và tiết kiệm Cỏc kết quả mụ phỏng tớnh toỏn cụ thể trong nghiờn cứu này tương đối chớnh xỏc, phự hợp với lý thuyết và cú thể tin cậy được

Tác giả Trương Mạnh Hùng (Đại Học Giao Thông Vận Tải) tiến hành tính toán tĩnh và tính toán động hệ thống dẫn động phanh khí nén trên ôtô tải

cỡ trung và cỡ lớn Trong nội dung bản luận văn này tác giả đã lần lượt tiến hành nghiên cứu hệ thống dẫn động phanh, tính toán tĩnh hệ thống dẫn động

và tính toán động bằng phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động phanh khí nén từ đó xác định các thông số hợp lý cho hệ thống dẫn động phanh Kết quả

đạt được là các giá trị thông số hệ thống phanh tại trạng thái tĩnh (trạng thái xác lập) và các đồ thị quan hệ giữa áp suất, dịch chuyển với thời gian của các phần tử trong hệ thống, ngoài ra việc khảo sát các thông số ảnh hưởng để tìm

ra các thông số hợp lý cho hệ thống

Tỏc giả Tụ Văn Thiểm tiến hành 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) [11] Tác giả đã sử dụng công cụ Simulink - trong phần mềm MATLAB

để tiến hành giải hệ phương trình vi phân mô tả quá trình hoạt động của hệ thống dẫn động phanh thuỷ khí trên ôtô Kết quả đạt được của đề tài là các quan hệ thời gian tăng áp suất giữa hai cầu xe, cũng thông qua đồ thị quan hệ giữa độ dịch chuyển của các pittông xilanh bánh xe Ngoài ra tác giả cũng đã tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hệ thống dẫn động phanh để từ

đó chọn ra được các thông số kết cấu thích hợp và tối ưu nhất Một trong những hạn chế của đề tài là trong quá trình mô phỏng và tính toán tác giả đã

đơn giản hoá bài toán bằng cách bỏ qua sự ảnh hưởng của các thông số quan trọng đặc trưng cho tính chịu nén của chất lỏng và tính đàn hồi của hệ thống

Điều đó dẫn đến việc mô phỏng không có sự chính xác nhất định và chưa phản ánh một cách sát thực nhất quá trình hoạt động của hệ thống

1.5.4 Vấn đề nghiên cứu

Hiện nay có nhiều phương pháp để tiến hành mô hình hoá hệ thống

phanh thuỷ lực như [6]: Mô hình truyền sóng, mô hình đàn hồi, mô hình không đàn hồi Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trên thực tế với mô hình truyền

sóng thường có độ phức tạp cao, còn mô hình không đàn hồi lại không mô phỏng chính xác và quá đơn giản Do vậy hiện nay người ta thường lựa chọn mô hình đàn hồi (mô hình với các thông số tập trung có kể đến ảnh hưởng của tính đàn hồi của các phần tử trong hệ thống) với 3 phần tử đàn hồi là có độ

chính xác cao hơn cả vì nó mô tả hệ thống một cách chi tiết và đầy đủ các tính chất làm việc của hệ thống Tuy nhiên, với mô hình này chúng ta sẽ thu được một hệ phương trình vi phân bậc hai phi tuyến nên việc giải tương đối phức tạp

Trong mô hình đàn hồi, lưu lượng chất lỏng bị tổn thất là do tính nén

được của chất lỏng và sự biến dạng đàn hồi của hệ đường ống trong quá trình

hoạt động của hệ thống phanh Các lý thuyết [6] đã giả thiết rằng lưu lượng chất lỏng đi vào hệ thống được chia thành hai thành phần: Q1= Q2+Qđh với Q2

là lưu lượng chất lỏng thực hiện công hữu ích còn Qdh là lượng bù cho sự đàn hồi của hệ thống

Qdhψ(pi)

) p p ( 0165 0 n

/ 1 max 0

a ao

max a ao a

0

e a ) p (

a p

A E

p A E ln A

) a 1 ( 0182 , 0 )

Ea0 Giá trị áp suất p trong mô hình bài toán này là một giá trị chưa biết

và đang cần phải xác định, mặt khác, hệ số ψ(p) lại phụ thuộc vào áp suất p, do đó nó cũng là một trong các nguyên nhân gây ra sự phi tuyến tại một số phương trình vi phân mô tả sự hoạt động tả hệ thống

Trong một vài phương trình của hệ phương trình vi phân mô tả qá trình hoạt động của hệ thống phanh thuỷ lực có chứa giá tri áp suất p, nên việc sử dụng công cụ Simulink là khó có thể giải được, vì trên thực tế

simulink là công cụ thích hợp cho việc giải hệ phương trình vi phân có hệ

số là hằng

Xét một cách cụ thể, việc mô phỏng hệ thống phanh thuỷ lực có xét điến tính đàn hồi của các phần tử trong hệ thống, ta sẽ gặp phải một hệ phương trình vi phân phi tuyến cấp 2, cấp 3 hoặc 4 (ODEs), có sự phi tuyến và phức tạp Để giải hệ phương trình vi phân phi tuyến này, nếu sử dụng các phương pháp giải tích hay phương pháp khác thì không thể đạt được kết quả như đã phân tích trên Vì vậy bản luận văn này sẽ tiếp cận theo hướng giải bằng phương pháp số, cụ thể là phương pháp “Runge Kutta Fehlberg (RKF45)” [17]

đã được tích hợp trong phần mềm MAPLE 10

chương II phương pháp mô phỏng

hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực 2.1 Các tính chất cơ bản của chất lỏng công tác

Chúng ta đã biết rằng chất lỏng công tác trong hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực có đặc trưng cơ bản sau đây[6]

2.1.1 Khối lượng riêng và trọng lượng riêng

Khối lượng riêng ρ của chất lỏng là tỷ số giữa khối lượng M của chất lỏng và thể tích mà nó chiếm chỗ:

V

M

=

ρ (kg/m3) Trọng lượng riêng γ của chất lỏng là tỷ số giữa trọng lượng G của chất lỏng và thể tích mà nó chiếm chỗ:

V

G

=

γ (N/m3) Như vậy mối quan hệ giữa khối lượng và trọng lượng riêng là: γ = ρ.G

2.1.2 Tính nhớt

Chất lỏng không chuyển động như một thể thống nhất mà tạo thành các lớp chuyển động tương đối với nhau, do vậy giữa chúng xuất hiện hiệu lực ma sát nhớt, lực này được tính theo công thức Newtơn:

Sdy

à - hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào chất lỏng, nó đặc trưng cho tính nhớt, và được gọi là hệ số nhớt động lực

Để đặc trưng cho độ nhớt của chất lỏng người ta sử dụng hệ số độ nhớt

Đối với một chất lỏng, các hệ số ν, à không có giá trị cố định mà thay

đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất, , trong đó ảnh hưởng nhiều nhất tới độ nhớt là nhiệt độ Nói chung độ nhớt của chất lỏng tăng theo

áp suất nhưng lại giảm khi nhiệt độ tăng

2.1.3 Tính giãn nở theo nhiệt độ

Sự giãn nở của chất lỏng khi bị nóng lên được đặc trưng bởi hệ số giãn nở nhiệt βt:

dT

dV.V

V0 - là thể tích ban đầu của chất lỏng;

dV - lượng biến đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi một lượng bằng dT

2.1.4 Tính chịu nén

Tính chịu nén của chất lỏng thể hiện khả năng thay đổi thể tích ban đầu của nó khi áp suất thay đổi Tính chịu nén ảnh hưởng sấu đến khả năng làm việc của hệ thống: độ chậm tác dụng tăng, hiệu suất giảm, có khă năng gây mất ổn định Khả năng chịu nén của chất lỏng được đặc trưng bởi môdun đàn

hồi thể tích Tuỳ thuộc vào tốc độ biến dạng của chất lỏng mà người ta phân biệt môđun đàn hồi đẳng nhiệt và môđun đàn hồi đoạn nhiệt

Môđun đàn hồi đẳng nhiệt ký hiệu là Eu được sử dụng khi quá trình thay

đổi áp suất xẩy ra với tốc độ chậm và nhiệt độ không thay đổi:

V

p.V

∆

∆

=Trong đó:

∆p = p1 - p0, với p0 và p1 là áp suất tại các thời điểm đầu và cuối;

∆V = V1 - V0, với V0 và V1 là thể tích tại thời điểm đầu và cuối

Trong trường hợp áp suất biến thiên nhanh người ta sử dụng môđun đàn hồi đoạn nhiệt Ea:

dV

dp.V

Ea =Giá trị của các môđun đàn hồi thể tích phụ thuộc vào chất lỏng, áp suất, nhiệt độ, vận tốc biến dạng và tính chất của quá trình nhiệt động lực học

Đối với nhiều loại dầu khoáng, môđun đàn hồi đoạn nhiệt Ea là hàm bậc nhất của áp suất; Ea = Ea0 + Aa.p

Trong đó: Ea (Mpa) và Aa (const) là các thông số phụ thuộc vào loại chất lỏng và nhiệt độ

Chất lỏng trong các hệ thông thuỷ lực thường là hỗn hợp hai pha bao gồm chất lỏng và chất khí Không khí tồn tại trong chất lỏng dưới dạng hoà tan hoặc không hoà tan Chất khí hoà tan hầu như không làm ảnh hưởng đến các tính chất của chất lỏng Chất khí không hoà tan tồn tại dưới dạng các bọt khí Khả năng nén được của chất khí lớn hơn nhiều so với chất lỏng nên môđun đàn hồi của chất lỏng có chứa các bọt khí giảm đi đáng kể Thông thường lượng khí không hoà tan trong các chất lỏng công tác của hệ thống thuỷ lực nằm trong khoảng 0,5 % đến 6%

Tương tự như trên, môđun đàn hồi của chất lỏng có lẫn không khí cũng

được theo hai trường hợp đẳng nhiệt (ECS) và đoạn nhiệt (EC)

- Trong trường hợp đẳng nhiệt:

V

p.V

Để thể hiện lượng chất khí không hoà tan trong chất lỏng người ta sử dụng khái niệm thể tích tương đối của chất khí không hoà tan kí hiệu là a Nếu tại áp suất ban đầu p0 , thể tích của chất lỏng công tác là V0C và thể tích tương

đối của chất khí không hoà tan là a thì thể tích chất khí là: V0K = a.V0C, còn thể tích của chất lỏng thuần nhất sẽ là: V0CL = (1-a).V0C

Với khái niệm trên đây, môđun đàn hồi của chất lỏng thực (có lẫn không khí) có thể được xác định theo công thức:

EC =

pAE

a1p

pnpa

pAE

pAE

)a1()p

p(a

a 0

n / 1 0

a 0

0 a 0 n

/ 1 0

+

−+

; với n = 1,4

2.1.5 Tính đàn hồi của hệ thống thuỷ lực

Hệ thống thuỷ lực bao gồm tập hợp của nhiều phần tử khác nhau (đường ống, các van, giăng phớt làm kín, ) Dưới tác dụng của ấp suất chất lỏng, các phần tử trên sẽ phải chịu biến dạng Vì vậy người ta sử dụng khái niệm tính

đàn hồi của hệ thống để đặc trưng khả năng biến dạng của các phần tử trong

thuyết để tính Ψ(p) Khi tính toán hệ thông thuỷ lực và thuỷ khí trên ôtô, có thể sử dụng công thức gần đúng (dựa trên kết quả thực nghiệm) như sau:

0

p p 0165 0 n

/ 1 max 0

a ao

max a ao a

e a )

p (

a p

A E

p A E

ln A

) a 1 ( 0182 , 0 )

2.2 Các mô hình mô phỏng

Như chúng ta đã biết, việc mô phỏng các hệ thống dẫn động thuỷ lực gặp rất nhiều khó khăn do mức độ phức tạp của các quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống Hơn nữa, phần lớn các hệ thống dẫn động thuỷ lực trên ôtô đều là phi tuyến, nghĩa là chúng được mô tả bởi các phương trình tuyến tính và phi tuyến Do vậy việc giải các hệ phương trình này càng trở nên phức tạp hơn Sau đây là các nguyên nhân chính gây nên phi tuyến:

2.2.1 Mô hình truyền sóng

* Đối với chất lỏng không nhớt:

x

Qf

Et

p

t

Qfxp

Qfxp

x

Qf

Et

2.2.2 Mô hình đàn hồi

Với mô hình loại này, chúnh ta 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)

P v

t

Hình 2.2 Sơ đồ dẫn động phanh bằng thuỷ lực đơn giản trên ôtô

Hệ thống bao gồm xilanh chính 1, xilanh chấp hành 3 và đường ống 2

áp suất trong hệ thống được tạo bởi xilanh chính do tác động của người lái Trong trường hợp này, lực cần đặt lên cần pittông Pv không phải là hằng số mà thường thay đổi theo thời gian: Pv(t) Khi tính toán mô phỏng, người ta thường giả định một số quy luật biến thiên của Pv theo thời gian, quy luật này có thể

là quy luật bậc thang và tuyến tính (hình 2.2) hoặc có thể sử dụng hàm mũ hay hàm tuần hoàn Ngoại lực Pz tác động lên cần pittông chấp hành 3(tải) chính là phản lực từ phía các cơ cấu bị điều khiển

Mô hình hệ thống phanh thuỷ lực đàn hồi với các thông số tập trung tai các nút được xây dựng với một số giả thuyết 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 hoà tan trong nó không thay đổi trong quá trình quá độ

- Không có rò rỉ trong hệ thống

Từ các giả thiết và nhận xét trên chúng ta đi thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của hệ thống phanh thuỷ lực Chúng bao gồm có 3 dạng phương trình tương ứng với các quá trình xảy ra trong hệ thống như sau:

- Các phương trình chuyển động của các chi tiết động trong hệ thống (thường được xây dựng theo nguyên lý Dalămbe), hay còn gọi là phương trình lực hay mô men:

- Đối với các phần tử chuyển động tịnh tiến:

dt

xdmTrong đó:

m - khối lượng quy về chi tiết chuyển động

x - dịch chuyển của chi tiết động

2

2

MM

dt

dJTrong đó:

J - mô men quán tính quy đổi của các chi tiết quay;

ϕ - góc quay của chi tiết động;

si si r

V

JV

Vmm

f

lFm

pj =ρTrong đó V là vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống

2.3.2 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

Do tổn thất nên áp suất tại một điểm bất kỳ trên sơ đồ tính toán được biểu thị bằng biểu thức sau:

xi

mi

xi+1(i+1)

là tổn thất trên đoạn từ nút thứ i đến i+1

Tổn thất thuỷ lực bao gồm 3 dạng: tổn thất dọc theo đường ống pi, tổn thất cục bộ pm và tổn thất quán tính của khối lượng chất lỏng chuyển động pj: Tổn thất dọc theo đường ống phụ thuộc vào chế độ dòng chảy Nếu như ở chế độ chẩy tầng tổn thất tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy thì chế độ chảy rối tổn thất tỷ lệ với bình phương vận tốc

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:

υ

ReVới V : vận tốc trung bình của dòng chảy;

d : đường kính ống

υ : hệ số độ nhớt động học của chất lỏng

 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:

QRQd

l128f

lV8

d

l128

df2

df2

lQV

d2

2 t l

df2

Người ta nhận thấy rằng trong các hệ thống điều khiển thuỷ lực tồn tại vận tốc giới hạn V* tương ứng với giá trị giới hạn của số Reynolds (Re=2300), nghĩa là ta có:

Dòng chảy tầng nếu V < V*

Dòng chảy rối nếu V > V*

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

*

l

VVkhiV

f

l433,0

VV0khif

l8p

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

vl5,27

kε - Hệ số kể đến độ nhám của thành ống

 Tổn thất cục bộ

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

f2

V2

=ζρ

=