Xây dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất trong dẫn động phanh khí nén hai dòng trên xe ô tô tải

dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất trong dẫn động phanh khí nén ở trong các chế độ làm việc của hệ làm căn cứ cho việc xác định, lựa chọn các phần tử trong hệ thống phanh đảm bảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CễNG QUANG VINH

Xây dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suet

trong dẫn động phanh khí nén hai dòng trên xe ô tô tải

Chuyờn ngành: kỹ thuật Cơ khớ động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Cơ khớ động lực

Người hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Hữu Nam

Hà Nội - 2014

MụC LụC

Các ký hiệu dùng chung trong luận văn 3

DANH MụC HìNH Vẽ, Đồ THị và bảng biểu 4

Lời mở đầu 6

CHƯƠNG I Đặc điểm PHANH KHí NéN TRÊN Ô TÔ 8

1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phanh 8

1.2 Đặc điểm của hệ thống phanh khí nén 8

1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu và các mục tiêu của luận văn 13

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHáP MÔ phỏng TậP TRUNG TRONG TíNH TOáN Dẫn động khí nén 15

2.1 Đặc điểm phương pháp xây dựng mô hình tính toán hệ thống khí nén 15

2.2 Phương trình toán học mô tả dòng khí qua các phần tử của dẫn động khí nén 17

2.2.1 Phương trình lưu lượng nguồn cung cấp khí nén 17

2.2.2 Lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén qua đường ống 18

2.2.3 Lưu lượng và biến đổi áp suất không khí nạp vào một dung tích 19

2.2.4 Lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén qua các van 23

CHƯƠNG 3 Xây dựng Mô hình tính toán dẫn động PHANH KHí NéN HAI DòNG xe ô tô CửU lONG 28

3.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô Cửu Long 28

3.2 Các chế độ làm việc đặc trưng trong dẫn động phanh khí nén 29

3.3 Sơ đồ khối mô tả dẫn động của hệ thống phanh khí 31

3.4 Xây dựng phương trình toán học theo phương pháp điểm nút mô tả chế độ 33

3.4.1 Quá trình nạp khí 33

3.4.2 Qúa trình đạp phanh 37

3.4.3 Quá trình nhả phanh 45

3.5 Mô phỏng quá trình nạp khí xe Cửu Long 46

3 5.1 Mô phỏng hoạt động của máy nén khí 46

3.5.2 Mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất khí nén qua đường ống 47

3.5.3 Mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất khí nén nạp vào bình khí 48

3.5.4 Mô phỏng lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén qua van 49

3.6 Mô phỏng quá trình làm việc hệ thống phanh khí nén xe Cửu Long 51

3.6.1 Mô phỏng quá trình nạp khí 51

3.6.2 Mô phỏng quá trình đạp phanh 53

3.6.3 Mô phỏng quá trình nhả phanh 55

Chương 4 Khảo sát dẫn động Hệ thống Phanh khí nén xe ô tô cửu long 57

4.1 Các thông số tính toán 57

4.2 Phân tích kết quả các quá trình làm việc của dẫn động phanh xe Cửu Long 60

4.2.1 Phân tích kết quả qúa trình nạp khí 60

4.2.2 Phân tích kết quả quá trình đạp phanh 63

4.2.3 Phân tích kết quả quá trình nhả phanh 65

CHƯƠNG 5 KếT LUậN 68

Tài liệu tham khảo 70

Phụ lục 71

Các ký hiệu dùng chung trong luận văn

A Hệ số thực nghiệm, A = 0,654

B Hệ số thực nghiệm, B = 1,13

fi Tiết diện được khảo sát của phần tử thứ i m2

k Chỉ số đoạn nhiệt, đối với không khí k = 1,4

.

pi áp suất dòng khí tại tiết diện thứ i N/m2

DANH MụC HìNH Vẽ, Đồ THị và bảng biểu

Hình 2.1 Lưu lượng đi qua điểm nút 16

Hình 2.2 Điểm nút khảo sát một mạch nối ghép 16

Hình 2.3 Đường đặc tính lưu lượng của máy nén khí xe ZIL130 17

Hình 2.5 Sơ đồ mô phỏng dòng khí vào bình khí nén 20

Hình 2.6 Lưu lượng và áp suất vào dung tích thay đổi 21

Hình 2.7 lưu lượng dòng khí qua điểm nút và có một dung tích thay đổi 21

Hình 2.8 Sơ đồ các loại van 24

Hình 2.9 Sơ đồ mô phỏng dòng khí qua van 26

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén xe tải 28

Hình 3.2 Sơ đồ mạch nạp khí hệ thống dẫn động phanh 31

Hình 3.3 Phân chia các điểm nút tính toán mạch nạp khí 31

Hình 3.4 Điểm nút tính toán dẫn động mạch đạp phanh cầu trước 38

Hình 3.5 Điểm nút tính toán mạch đạp phanh dẫn động cầu sau 41

Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của máy nén khí 47

Hình 3.7 Modul máy nén khí 47

Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất 48

của khí nén qua đường ống 48

Hình 3.9 Modul mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi 48

áp suất của khí nén qua đường ống 48

Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén vào bình khí nén 49

Hình 3.11 Modul mô phỏng lưu lượng và biến đổi 49

áp suất của khí nén vào bình khí nén 49

Hình 3.12 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất của khí nén qua van 50

Hình 3.13 Modul mô phỏng lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén qua van 50

Hình 3.14 Mô phỏng lưu lượng và biến đổi áp suất qua van điều chỉnh áp suất 51

Hình 3.15 Mô đun mô phỏng lưu lượng đi qua van điều chỉnh áp suất 51

Hình 3.16 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí của hệ thống 53

Hình 3.17 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí vào bầu phanh trước trong quá trình đạp phanh 54

Hình 3.18 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí vào bầu phanh sau trong quá trình đạp phanh 55

Hình 3.19 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh trước 55

Hình 3.20 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh sau 56

Hình 4.1 Thời gian đầu nạp vào các bình khí 60

Hình 4.2 Biến đổi áp suất thời gian sau 5s nạp vào các bình khí 61

Hình 4.3 Đồ thị nạp khí vào bầu phanh khi đạp phanh lần 1 63

Hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh trước 65

Hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh sau 66

BảNG Bảng 2.1 Thông số hình học của một số van thông dụng 23

Bảng 4.1 Thông số tính toán xe ô tô Cửu Long 8 tấn 57

Bảng 4.2 Thời gian nạp khí tại các vị trí đạt áp suất 74%Pmax 62

Bảng 4.3 Thời gian nạp khí tại các vị trí đạt áp suất 4,55.105N/m2 62

Bảng 4.4 Số lần đạp phanh và sự giảm áp suất trong bình khí 64

Lời mở đầu Trong tiến trình xây dựng đất nước theo xu thế công nghiệp hóa, nhu cầu vận tải hàng hóa, con người, ngày càng gia tăng, trong đó số lượng về chủng loại ô tô ngày càng nhiều, tốc độ trung bình chuyển động ngày càng tăng Từ những năm của thập kỷ

80 nước ta đã tiến hành nhập khẩu các dòng xe có kết cấu tiên tiến, từ những năm 1990

đến nay đã tiến hành nghiên cứu lắp ráp, chế tạo phục vụ nhu cầu trong nước Các hoạt

động phục vụ nhu cầu vận tải đã mở ra tiến trình hội nhập khoa học, kỹ thuật tiên tiến

và cũng nằm trong tiến trình công nghiệp hóa đất nước

Trên thế giới và ở nước ta hiện nay, kết cấu trên xe ôtô đã và đang hoàn thiện không ngừng trước những sức ép, cạnh tranh của toàn cầu về: an toàn, chất lượng, giá cả, mức tiêu thụ nhiên liệu, môi trường Sự hoàn thiện kết cấu của hệ thống phanh ôtô

đóng một vai trò quan trọng, trong đó có hệ thống dẫn động phanh khí nén

Hiện nay, các xe thế hệ mới đã sử dụng hệ thống phanh với những tính năng, chỉ tiêu kỹ thuật cao nhằm đáp ứng các qui định ngày càng khắt khe đảm bảo an toàn cho người, hàng hoá vận chuyển và phương tiện giao thông Trên các xe ô tô hiện đại thường dùng hệ thống phanh khí dẫn động nhiều dòng độc lập được sử dụng thay thế cho hệ thống phanh một dòng nhằm tăng mức độ an toàn hiệu quả cho xe Các hệ thống phanh có trang bị bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh được sử dụng rộng rãi không chỉ đối với xe du lịch mà còn trên các xe tải, xe chở khách

Cho đến nay, ở nước ta các công trình nghiên cứu tính toán hệ thống phanh dẫn

động khí nén đang ở giai đoạn phát triển không ngừng và đã có các nghiên cứu về quá trình động học của dẫn động phanh cũng như khảo sát, phân tích các nhân tố ảnh hưởng

đến quá trình làm việc của dẫn động phanh khí nén tuy nhiên hiệu quả của các công trình nghiên cứu đó vẫn còn nhiều mặt hạn chế

dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất trong dẫn động phanh khí nén ở trong các chế độ làm việc của hệ làm căn cứ cho việc xác định, lựa chọn các phần tử trong hệ thống phanh đảm bảo cho quá trình lưu thông và vận hành xe an toàn

Nội dung đề tài bao gồm:

- Đặc điểm hệ thống phanh khí nén

- Phương pháp mô phỏng tập trung trong tính toán dẫn động hệ thống phanh

- Xây dụng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất trong hệ thống phanh khí nén hai

dòng xe ô tô tải

- Khảo sát quá trình biến đổi áp suất trong hệ thống phanh xe Cửu Long

- Đánh giá nhận xét các giai đoạn làm việc của dẫn động phanh xe Cửu Long

Trong quá quá trình thực hiện tôi gặp không ít những khó khăn vướng mắc, nhưng với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, cùng sự giúp đỡ tận tình của Thầy hướng dẫn, những ý kiến chân tình từ các bạn đồng nghiệp Tôi đã hoàn thành các nội dung yêu cầu của luận văn

Tôi xin chân thành cám ơn PGS -TS Phạm Hữu Nam cùng tập thể các Thầy giáo trong Viên Cơ Khí Động lực - Trường Đại học BKHN, các bạn đồng nghiệp

đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn

Hà nội ngày 15 tháng 3 năm 2014

Công Quang Vinh

CHƯƠNG I Đặc điểm PHANH KHí NéN TRÊN Ô TÔ 1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phanh

Hệ thống phanh trên ô tô có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận hành và lưu thông trên đường Hệ thống phanh có chức năng giảm tốc độ chuyển động của ôtô cho đến khi dừng hẳn ở vị trí nào đó hoặc đến một vận tốc nhất định theo yêu cầu của người lái Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tính

ổn định và an toàn cho xe Qúa trình phanh xe được thực hiện bằng cách tạo ra lực ma sát giữa phần quay của trống phanh và phần đứng yên của cơ cấu phanh trên xe, động năng của xe được chuyển hóa thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát và được truyền ra môi trường xung quanh

Hệ thống phanh trên ô tô bao gồm các bộ phận chính: cơ cấu phanh và dẫn động phanh

- Cơ cấu phanh: được bố trí cùng bánh xe, thực hiện các chức năng của các cơ cấu

ma sát nhằm tạo ra mô men hãm trên các bánh xe của ô tô khi phanh;

- Dẫn động phanh: gồm các chi tiết liên kết từ cơ cấu điều khiển như (bàn đạp, cần kéo phanh, các ống dẫn) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh Dẫn

động phanh làm nhiệm vụ truyền lực điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh

1.2 Đặc điểm của hệ thống phanh khí nén

Trong hệ thống đẫn động phanh với dòng xe ô tô tải vừa và lớn, khi phanh yêu cầu lực tác dụng lên cơ cấu phanh là rất lớn, do vậy không thể sử dụng đẫn động phanh thủy lực thông thường, mà phải sử dụng dẫn động phanh khí nén hoặc kết hợp thủy lực-khí nén Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm lực điều khiển lên bàn đạp phanh nhỏ, nhưng lực do áp suất trong đường ống tạo ra lực phanh lớn trên cơ cấu phanh Tuy nhiên hệ thống phanh khí nén còn tồn tại một số nhược điểm là độ nhạy kém, thời gian chậm tác dụng lớn, kích thước các kết cấu trong hệ thống cồng kềnh, chỉ thích hợp cho các ô tô vận tải vừa và lớn

Môi chất công tác trong dẫn động phanh khí là không khí Chất khí và chất lỏng

có một số tính chất giống nhau nhưng cũng có rất nhiều điểm khác nhau nên phải có

các công thức riêng để tính toán thông số trạng thái của chất khí Khác với chất lỏng, không khí có khả năng chịu nén, dưới tác dụng của áp suất, thể tích không khí bị thay

đổi vì vậy lan truyền áp suất trong dẫn động khí nén bị chậm, không tức thời như trong dẫn động phanh kiểu thuỷ lực, do đó trong các tính toán quá trình động học của dòng khí nén cần có các thông số đặc trưng cho tính chịu nén của không khí Khối lượng riêng của không khí nén thay đổi rất lớn khi áp suất hay nhiệt độ khối khí thay đổi

Hệ thống phanh trên các xe ôtô vận tải có tải trọng trung bình và lớn, các xe chở khách từ 24 chỗ ngồi trở lên thường sử dụng dẫn động phanh kiểu khí nén hoặc thuỷ - khí, điện-thuỷ-khí vì dẫn động phanh thuỷ lực thông thường đơn giản không đủ đáp ứng

được yêu cầu về lực phanh trên các xe tải trọng lớn

Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản về nhiệt động học, các định luật thực nghiệm về chất khí cho phép khảo sát và tính toán các thông số trạng thái khí (p, V, T) của quá

trình đẳng nhiệt (định luật Boyle-Mariotte), quá trình đẳng áp (định luật Gay Lussac), quá trình đẳng tích (định luật Charles) Đối với khối lượng m khí theo định luật hợp nhất của chất khí ta luôn có đẳng thức: const

T

pV = Nhà vật lý Clapeyron đã xây dựng phương trình liên hệ các trạng thái p, V, T, m cho khí lý tưởng : pV m RT

Trong hệ thống dẫn động khí nén thực tế, lưu lượng dòng khí còn bị các tổn thất

do khắc phục sức cản khi đi qua các phần tử khí động Đặc trưng cho sự tổn thất này là

hệ số cản khí động ξ Trị số của hệ số cản phụ thuộc vào kết cấu, đặc tính dòng chảy và chế độ làm việc của của phần tử khí động Các trị số này thường được xác định bằng thực nghiệm

Do mức độ phức tạp của các quá trình xảy ra trong hệ thống dẫn động khí nén nên

cho đến nay vẫn chưa tìm được biểu thức toán học chính xác nhằm mô tả hàm lưu lượng Trong tính toán vẫn phải sử dụng các công thức kinh nghiệm hoặc các công thức gần đúng được xây dựng dựa trên cơ sở một loạt các giả thiết nên độ chính xác không cao Hiện nay có nhiều công thức để tính lưu lượng khí Công thức Xanh-vơ-năng và Van-xê-li cho dòng khí chảy đoạn nhiệt qua vòi phun có hai trường hợp:

- dòng khí chảy dưới tới hạn (ứng với σ >0,528) 

k

1 2

1

2 )

(

σ σ σ

ϕ

- dòng khí chảy trên tới hạn (ứng với σ <0,528), giá trị σgh = 0,528 gọi là áp suất không thứ nguyên ở chế độ chảy giới hạn của dòng khí

579,01

22588,0)

−

=

k gh

σ

ϕ

Công thức của F.E Sal-vi-lơ: trong khảo sát thực tế, dòng chảy trong các ống dẫn

và các thiết bị khí cũng như thuỷ lực thường chỉ đạt các giá trị nhỏ hơn so với trị số σgh

và có dạng:

2

1 1 )

Khi lấy A = 0,654 và B = 1,13 thì cuối cùng, phương trình tính lưu lượng khí đi qua tiết lưu có dạng:

σ

σà

−

−

=

13,1

1654

,0

RT

p v f dt

gh

Ngoài ra còn nhiều công thức tính hàm lưu lượng của các tác giả khác nhưng trong

đề tài chỉ sử dụng các công thức của N.P Mết-li-úc bởi sử dụng công thức này trong các bài toán thì có thể đơn giản hoá bài toán đi rất nhiều (không còn chế độ 2 dòng chảy nữa) và đặc biệt là khi ứng dụng cụ thể cho thấy công thức này cho kết quả rất gần với thực nghiệm

Một hệ thống dẫn động khí nén là sự nối ghép của nhiều phần tử khí động và có các chế độ làm việc đặc trưng Việc tính toán động học đối với hệ dẫn động phanh khí nén nhằm khảo sát qui luật biến đổi của áp suất khí nén theo thời gian tại các điểm bất

kỳ trong hệ dẫn động, các nhân tố gây ra tổn thất lưu lượng, làm chậm quá trình xác lập trị số áp suất khí nén ở đầu ra của hệ thống (tại các van điều khiển, các bầu phanh ) Trong các giáo trình đại học [1, 2, 5] hướng dẫn tính toán dẫn động phanh khí nén thường chỉ giới hạn ở việc tính toán các thông số cơ bản như tính chọn máy nén khí, diện tích làm việc của các van, các bầu phanh nhằm đảm bảo khả năng tạo lực phanh phù hợp với tải trọng tĩnh đặt trên các bánh xe của ôtô Các công thức tính toán ở đây cho phép xác định được các quan hệ lực với các dịch chuyển của các van, hành trình của pít tông trong bầu phanh khi thực hiện quá trình phanh Nhược điểm của các tính toán này là ở chỗ không khảo sát được qui luật biến đổi theo thời gian của áp suất, lưu lượng dòng khí qua các vị trí, phần tử trong hệ dẫn động do đó cũng khó khăn khi phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu, chế độ dòng chảy đến sự làm việc của hệ thống

Các tác giả N.F Mết-Lúc, V.P, Av-tu-sen-kô [12] và nhiều tác giả khác đã tiến hành nghiên cứu quá trình động học trong dẫn động khí nén và thủy lực Sử dụng phương pháp mô phỏng tập trung các tác giả N.F Mết-Lúc, V.P, Av-tu-sen-kô đã xây dựng các phương trình mô tả biến đổi của lưu lượng, áp suất qua các phần tử khí động (tiết lưu, thể tích khí) Các kết quả nghiên cứu này có thể dùng làm cơ sở để tính toán, khảo sát quá trình động học trong một hệ dẫn động khí nén có nối ghép nhiều phần tử khí động phức tạp

Trên các ôtô hiện đại, dẫn động hệ thống phanh không sử dụng loại một dòng mà

sử dụng hệ dẫn động nhiều dòng (đối với hệ phanh chính thông dụng là dẫn động hai

dòng) có khả năng làm việc độc lập nhờ đó làm tăng tính an toàn chuyển động của ôtô

đặc biệt khi có xảy ra sự cố hư hỏng cục bộ ở trên đường ống dẫn, trong các van điều khiển hoặc hư hỏng riêng rẽ ở các xi lanh phanh bánh xe Đối với hệ thống phanh khí nén dẫn động nhiều dòng, mỗi dòng có nguồn năng lượng (bình chứa khí riêng), có tín hiệu điều khiển riêng và có tính độc lập tương đối với các tín hiệu điều khiển ở các dòng khác Với đặc điểm này việc tính toán các phần tử trong hệ thống phanh khí nén dẫn động nhiều dòng sẽ có nhiều điểm khác với tính toán ở dẫn động phanh một dòng Nhằm nâng cao chất lượng phanh của ôtô trong hệ thống phanh các xe hiện đại sử dụng bộ tự động điều chỉnh lực phanh cho các bánh xe cầu sau hoặc bộ chống hãm cứng các bánh xe khi phanh Bộ điều chỉnh lực phanh làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh

áp suất trong dẫn động ra bầu phanh của các bánh xe cầu sau, không cho lực phanh vượt quá giới hạn bám của các bánh xe với mặt đường, nhờ đó làm tăng tính ổn định của xe trong quá trình phanh

Các hãng sản xuất ôtô, các trung tâm nghiên cứu trên thế giới đã tiến hành các nghiên cứu cơ bản cũng như tính toán cụ thể đối với dẫn động phanh khí nén trên các

ôtô hiện đại, tuy nhiên các số liệu, công thức tính toán này thường không được công bố rộng rãi Đối với lĩnh vực nghiên cứu chế tạo ôtô trong nước, cho đến nay chưa có công trình nghiên cứu, tính toán dẫn động phanh khí hai dòng cũng như khảo sát quá trình hoạt động của dẫn động phanh khí có trang bị ABS

Tính toán động học đối với hệ thống dẫn động phanh khí nén rất phức tạp do số lượng các phương trình vi phân liên hệ các thông số khí động giữa các phần tử được nối ghép, các thông số trạng thái dòng khí Trước đây khi chưa có phương tiện máy tính

điện tử, các tính toán phải thực hiện bằng tay nên không những mất nhiều thời gian mà còn phải chấp nhận những giả thiết đơn giản nhằm đảm bảo cho khả năng thực hiện các tính toán [12] Những điều đó làm hạn chế độ chính xác, tin cậy giữa kết quả tính theo mô hình lý thuyết và thực tế Do đó mà ta chỉ xác định một cách tương đối thời gian chậm tác dụng của hệ thống dẫn động (Đối với phanh dẫn động khí nén thời gian chậm tác dụng từ 0,3 - 1s )

Ngày nay, phương tiện máy tính điện tử đã phát triển trở thành công cụ trợ giúp

đắc lực để tính toán kỹ thuật đặc biệt đối với việc tính toán các quá trình động học các

hệ thống năng lượng Sử dụng phần mềm tính toán MATLAB cùng công cụ Simulink của nó sẽ cho phép ta mô phỏng quá trình động học trong dẫn động phanh khí nén, tiến hành tính toán nhanh và cho kết quả với độ chính xác và tin cậy cao hơn

1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu và các mục tiêu của luận văn

Để đạt được các chỉ tiêu chất lượng, số lượng và tính chất kỹ thuật công nghệ cao của các các chi tiết, cụm chi tiết trên ô tô và các hệ thống trên ô tô sẽ được "nội địa hóa"dần, các nhà máy, cơ sở chế tạo rất cần các tài liệu hướng dẫn, cách tính toán, các mô hình khảo sát nghiên cứu có độ tin cậy cao và cho kết quả tính toán sát với thực nghiệm Việc xây dựng mô hình nghiên cứu quá trình động học trong dẫn động phanh khí nén trên các ô tô hiện đại đối với công nghệ ô tô trong nước có một ý nghĩa khoa học, thực tiễn và cấp bách

Xuất phát từ các nhu cầu nêu trên, tôi đã chọn đề tài:

“Xây dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất

trong dẫn động phanh khí nén hai dòng trên xe ô tô tải“

Để thực hiện được nhiệm vụ trên trong đề tài cần nghiên cứu những vấn đề sau:

 Nghiên cứu đặc điểm hệ thống phanh khí nén

 Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình tính toán dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải

 Mô phỏng trong tính toán dẫn động phanh khí nén của xe ô tô tải Cửu Long 8 tấn Nội dung của luận văn được trình bày trong 4 chương Trong chương 1 trình bày nhiệm vụ, đặc điểm hệ thống phanh, môt số phương pháp nghiên cứu, tính toán với hệ thống phanh, đưa ra ưu nhược điểm của hệ thống phanh khí nén và hệ thống phanh thủy lực, từ đó có cách lựa chọn nghiên cứu hệ thống dẫn động phanh khí nén phù hợp cho dòng xe tải vừa và nặng Nội dung chương 2 đưa ra phương pháp mô phỏng tập trung trong tính toán dẫn động hệ thống khí nén Từ đó xây dựng các phương trình tính toán biến đổi lưu lượng và áp suất khí nén qua các điểm nút và hệ phương trình mô tả hoạt

động của toàn hệ thống Từ cơ sở xây dựng mô hình tính toán chương 2 về hệ thống khí nén, sang chương 3 được áp dụng để xây dựng mô hình tính toán dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải Thực chất của phương pháp này là thành lập các phương trình toán học thông qua các quy luật biến đổi lưu lượng ,áp suất các phần tử của hệ thống từ máy nén khí đến các bầu phanh qua ba quá trình làm việc của dẫn động phanh Chương

4 trình bày các nội dung liên quan đến tính toán, khảo sát hệ thống dẫn động phanh khí nén đối với xe ô tô Cửu Long, Sử dụng phần mềm Matlab và công cụ Simulink tính toán và mô phỏng các đặc điểm quá trình nạp khí từ máy nén đến bình chứa khí nén và quá trình đạp phanh, xả phanh của xe Cửu Long Chương 5 tổng kết những vấn

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHáP MÔ phỏng TậP TRUNG TRONG TíNH

TOáN Dẫn động khí nén 2.1 Đặc điểm phương pháp xây dựng mô hình tính toán hệ thống khí nén

Khi nghiên cứu động học của hệ thống dẫn động phanh khí nén cần phải thiết lập

được các phương trình vi phân mô tả quá trình làm việc của hệ thống Vì trong thực tế bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong hệ thống rất phức tạp nên việc mô phỏng một cách chính xác là không thể thực hiện được, đặc biệt là quá trình quá độ Do vậy, người ta thường phải sử dụng các phương pháp mô phỏng gần đúng để giải quyết bài toán này Cho đến nay có rất nhiều phương pháp mô phỏng và đều thể những ưu nhược điểm riêng Khi nghiên cứu động học của hệ thống dẫn động phanh khí nén trên

xe ô tô có nhiều phương pháp để nghiên cứu Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp mô phỏng có tên gọi là “Mô phỏng tập trung” Bản

chất của phương pháp này là tính toán động học khí nén qua các phần tử của hệ thống dẫn động phanh khí nén (máy nén khí, các bình chứa khí, đường ống dẫn khí và van phân chia, van hạn chế áp suất, van phanh chính, các bầu phanh ở các bánh xe, các van phụ) thực hiện theo các nguyên tắc sau:

- Thể tích khí chứa trong phần tử được coi là tập trung tại một dung tích Dung tích này có thể là không đổi hoặc biến đổi trong quá trình hệ thống làm việc (quá trình tính toán) sức cản dòng chuyển động của các phần tử khí được tập trung bằng một tiết lưu, tiết lưu này có thể có tiết diện không đổi hoặc có thể thay đổi Đặc trưng sức cản khí động qua mỗi phần tử là hệ số cản khí động ξ

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

Qua mỗi phần tử có cản khí động phức tạp (ví dụ: cản của ống và van; cản của các

đoạn ống có các đường cong khác nhau ), hệ số cản khí động được tính theo nguyên lý cộng (xếp chồng) các tổn thất

- Mối ghép giữa các phần tử gọi là điểm nút Tổng lưu lượng khí đi vào và ra khỏi

điểm nút (có xét đến dấu) tại thời điểm xét bằng 0

1

0)( (2.2)

Hình 2.1 Lưu lượng đi qua điểm nút

Từ sơ đổ 2.1 ta có phương trình lưu lượng khí tức thời đi qua điểm A như sau:

m&1 - m&2- m&3 - m&4 + m&5= 0 (2.3)

Hình 2.2 biểu diễn phân chia các điểm nút (Y1 và Y2) để khảo sát tính toán cho một mạch nối ghép gồm các phần tử: máy nén khí, van điều chỉnh áp suất (có thể tích

V1) và bình ngưng (có thể tích V2)

Hình 2.2 Điểm nút khảo sát một mạch nối ghép

Phương pháp chung để tính toán các thông số trạng thái của hệ thống là tiến hành tính toán lần lượt từng nút theo trình tự kể từ đầu vào lần lượt tới các nút kế tiếp sau Lấy kết quả tính áp suất cuối của nút trước làm áp suất đầu vào cho nút sau Phương pháp “Mô phỏng tập trung” có ưu điểm là tương đối đơn giản, dễ thực hiện Mặc dù khối lượng tính toán lớn nhưng nó cho phép nghiên cứu hệ thống phức tạp có những giả thiết gần giống với thực tế với độ chính xác cao

2.2 Phương trình toán học mô tả dòng khí qua các phần tử của dẫn động khí nén

Trong hệ thống dẫn động khí nén, có nhiều phần tử hệ thống:

Nguồn cấp (máy nén khí); Các đường ống dẫn; các bình khí nén; các loại van Mỗi phần tử đều có những kết cấu, chế độ làm việc đặc trưng riêng Để khảo sát động học chung của dẫn động phanh khí nén cần phải xây dựng các phương trình mô tả hoạt

động của từng phần tử trong hệ thống

2.2.1 Phương trình lưu lượng nguồn cung cấp khí nén

Máy nén khí là nguồn cung cấp khí cho toàn bộ hệ thống phanh khí Nó là bơm Pit tông, dẫn động bằng đai truyền từ pu li trục khuỷu động cơ Lưu lượng của máy nén khí

là hàm của các thông số vận tốc làm việc và đối áp trên đầu ra của máy nén Các đặc tính lưu lượng của máy nén khí thường được xác định bằng thực nghiệm của nhà máy chế tạo

Hình 2.3 Đường đặc tính lưu lượng của máy nén khí xe ZIL130

1: ứng với tốc độ 500 vòng/phút

2: ứng với tốc độ 750 vòng/phút

3: ứng với tốc độ 1000 vòng/phút

4: ứng với tốc độ 1250 vòng/phút

5: ứng với tốc độ 1500 vòng/phút

6: ứng với tốc độ 1750 vòng/phút

7: ứng với tốc độ 2000 vòng/phút

Dựa trên đường đặc tính lưu lượng của máy nén khí trên hình 2.3 ta có thể viết

phương trình lưu lượng máy nén khí như sau:

= (2.5)

i - số xy lanh của máy nén khí i = 2

d- đường kính xy lanh máy nén khí d = 6 cm

s - hành trình của pít tông máy nén khí, s = 3.8 cm

n - Số vòng quay của trục khuỷu máy nén khí, vòng/phút

a, b - hệ số thực nghiệm

2.2.2 Lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén qua đường ống

Đường ống có chiều dài l, đường kính ống d sẽ được mô phỏng bằng một nút

tính toán Y gồm áp suất trước khi vào đường ống p1; lưu lượng khí m&1, dung tích V2, áp

suất p2 trong đường ống và áp suất p3, lưu lượng m&2 của phần tử sau đường ống được

thể hiện trên hình 2.4

- Sơ đồ mô phỏng đường ống:

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng đường ống

- Phương trình lưu lượng của ống (tại điểm nút Y):

m&1 - m&2 - m&E = 0 (2.6)

- Phương trình hàm khí động:

2 1

2 1 1 2

2

p p B

p p A p

3 2 2 3 3

p p B

p p A p v

2 1 1 2 2

p p B

p p A p v

3 2 2 3 3

p p B

p p A p v

f2 - diện tích tiết diện ngang của đường ống, m2;

f3 - tiết diện ngang của phần tử sau đường ống, m2;

à2 - Hệ số lưu lượng của dòng khí;

à3 - Hệ số lưu lượng của dòngkhí

Đối với ống dẫn thẳng, tiết diện không đổi, hệ số cản phụ thuộc vào hệ số ma sát

λ = 0,028, đường kính d và đặc biệt là chiều dài đường ống l

d

l ong λ

ξ = (2.8)

2.2.3 Lưu lượng và biến đổi áp suất không khí nạp vào một dung tích

Trong thực tế kỹ thuật lưu lượng của một dòng khí nạp vào một dung tích, thường xảy ra với hai trường hợp Lưu lượng khí dược nạp vào một thể tích không đổi và lưu

lượng khí được nạp vào một thể tích thay đổi với mỗi quá trình nạp vào các dung tích

trên thì quá trình biến đổi lưu lượng vào các thể tích là khác nhau, có thể tích thay đổi

mỗi trường hợp nạp khí vào các dung tích đều phải có cách tính và xác định khác nhau

Ví dụ như lưu lượng khí vào một bình khí nén có thể tích không đổi, thì cách tính và

xác định hàm lưu lượng đơn giản hơn lưu lượng khí vào một dung tích thay đổi, vì thể tích thay đổi có liên quan đến sự thay đổi thể tích si lanh, lò xo và các diện tích của phần chứa khí

* Lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén vào một dung tích không đổi (bình chứa

1 0 0

p p B

p p A p v

1 0 0

p p B

p p A p v

f - tiết diện của đường ống dẫn vào bình khí, m2;

po - áp suất ở đầu vào của bình khí, N/m2;

p1 - áp suất tức thời của bình khí, N/m2;

V - Thể tích của bình khí và đường ống nối, m3;

à - Hệ số lưu lượng của bình khí và đường ống nối

* Lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén vào một dung tích thay đổi

Trong thực tế các cơ cấu chấp hành đều có các dung tích thay đổi trong quá

trình làm việc Ví dụ, đối với một xi lanh công tác (Hình 2.7) quá trình nạp, xảy ra 3 giai đoạn I, II, III Giai đoạn đầu pít tông chưa di chuyển, áp suất tăng từ 0 đến pI, thời gian thực hiện là t1 Giai đoạn II pít tông bắt đầu di chuyển, đi hết hành chình thì dừng lại, áp suất tăng từ pI đến pII, thời gian thực hiện là t2 Giai đoạn III pít tông đứng yên,

áp suất tăng từ pII đến pmax, thời gian thực hiện là t3.

Trong 3 giai đoạn trên giai đoạn I và giai đoạn III ứng với trường hợp dung tích không đổi

Trong giai đoạn II, thể tích làm việc V của xi lanh thay đổi:

V = V0 + F.y,

Trong đó F là diện tích tiết diện của pít tông

y độ dịch chuyển của pít tông

Vo thể tích ban đầu

- Sơ đồ mô phỏng dòng khí vào một dung tích thay đổi

Hình 2.6 Lưu lượng và áp suất vào dung tích thay đổi

- Sơ đồ mô phỏng một nhánh D-E có dung tích thay đổi

Hình 2.7 lưu lượng dòng khí qua điểm nút và có một dung tích thay đổi

Khi n¹p khÝ:

1

1 1

1

p p B

p p A p v f dt

dy p F dt

dp k

Fy V

o

o o gh o

−

−

=+

dt

dy b dt

y d

F

y= − vµ

dt

dp c

F dt

1 0 0

p p B

p p A p v

f gh

−

−

2.2.4 Lưu lượng và biến đổi áp suất khí nén qua các van

Trong hệ thống phanh khí có nhiều loại van như: van hạn chế áp suất (van an toàn), van chia (van bảo vệ nhiều ngả), van tăng tốc, van nhả phanh nhanh Van được đặc trưng bởi hệ số cản và thể tích Thông thường, thể tích của van nhỏ và được coi là không đổi Tuỳ từng loại van mà tiết diện van thay đổi hoặc không thay đổi Đặc trưng quá trình động học của dòng khí qua van là hệ số cản của van phụ thuộc chủ yếu vào kiểu van và các kích thước đặc trưng cho tiết diện thông qua của van Tiết diện thông qua của van phụ thuộc vào hình dạng và hành trình làm việc của van Trong dẫn động phanh khí ôtô thường sử dụng các van có tiết diện phẳng hoặc côn được trình bày trong hình 2.7 Hành trình lớn nhất của van được xác định bởi khoảng cách diện tích tiết diện của van ở trạng thái đỏng hoàn toàn đến trạng thái van mở hoàn toàn

Bảng 2.1 Thông số hình học của một số van thông dụng

Sơ

đồ

Diện tích tiết diện thông

qua của van ứng với độ

44

2

−

c

2 sin ) sin 2

) sin 2 sin 2 ( sin

1

2

α

αα

α

D D

d

2 sin ) sin 2

sin )

sin 2 sin 2 ( sin

1

2 2

α

αα

αα

o

d D

D

Hình 2.8 Sơ đồ các loại van

Khi tính toán ở chế độ khi van mở hoàn toàn, diện tích tiết diện theo phương ngang (diện tích thông qua) của van của các thiết bị điều khiển có thể coi là hằng số

Có thể sử dụng công thức kinh nghiệm để tính hệ số cản của van:

Với van nạp tiết diện phẳng

=

D h o

oαγ

2

155,01,04

b T

Với van xả tiết diện côn

2 14 , 0 2 , 0 7 , 2

h

ξ (2.22)

Với van nạp hình côn

2 15 , 0 6 ,

đường ống có diện tích fT2 (tiết diện fT2 chọn làm tiết diện tính toán)

Sức cản đường ống nối giữa bình khí và van phanh:

vao T

2 (2.25)

Hệ số cản qui đổi chung của hệ thống

2

2 2 2

T T

f

f f

như vậy, thể tích trước khi mở van thì nhỏ nhưng khi xả khí thì thể tích được coi là lớn vô cùng

- Sơ đồ mô phỏng van:

Hình 2.9 Sơ đồ mô phỏng dòng khí qua van

- Phương trình lưu lượng của van (tại điểm nút Y):

m&1 - m&2 - m&E = 0 (2.27)

- Phương trình hàm khí động:

 

0

1 1

1

p

p RT

p v

p

p RT

p v

dt

dp kRT V

⇒

1 0

1 0 0 1 1

p p B

p p A p v

2 1 1 2 2

p p B

p p A p v

1 0 0 1 1

p p B

p p A p v

2 1 1 2 2

p p B

p p A p v

f1 - diện tích tiết diện thông qua của van, m2;

f2 - tiết diện ngang của của đường ống sau van, m2;

po - áp suất dòng khí ở đầu ra của máy nén khí, N/m2;

p1 - áp suất dòng khí ở đầu ra của van, N/m2;

p2 - áp suất dòng khí ở đầu ra của đường ống sau van, N/m2;

à1 - Hệ số lưu lượng của van;

à - Hệ số lưu lượng của đường ống sau van

* Kết luận: Qua các phân tích, tính toán thu được trình bày ở trên có thể rút ra

nhận xét và kết luận sau:

- Nghiên cứu quá trình động học trong dẫn động khí nén, có thể sử dụng phương pháp mô phỏng tập trung Phương pháp mô phỏng tập trung thuận tiện cho việc xây dựng mô hình toán học của dẫn động tại các điểm nút, biết được sự biến đổi lưu lượng

và áp suất của hệ thống trong các quá trình làm việc

- Phương pháp mô phỏng tập chung phục vụ cho mục đích nghiên cứu, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của hệ thống sau này

- Các phương trình vi phân hoàn toàn có thể giải được trên máy tính nhờ các phần mềm ứng dụng MatLab và công cụ mô phỏng SimuLink

CHƯƠNG 3 Xây dựng Mô hình tính toán dẫn động

PHANH KHí NéN HAI DòNG xe ô tô CửU lONG

3.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô Cửu Long

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén xe tải

1 Máy nén khí ; 2 Bộ điều chỉnh áp suất ; 3 Bộ lọc nước và làm khô khí

4 Van chia và bảo vệ; 5 Bình khí cầu trước; 6 Bình khí phanh tay;

7 Bình khí cầu sau; 8 Đường ống dẫn khí phanh tay; 9 Van phanh hai dòng ;

10 Bầu phanh và cơ cấu; 11 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau;

12 đường ống dẫn khí vào bầu phanh trước và bầu sau

Các phần tử chức năng của hệ thống dẫn động phanh khí nén gồm:

- Máy nén khí 1 là nguồn cung cấp khí nén cho toàn bộ hệ thống, máy nén khí được dẫn động bằng truyền động dây đai từ trục khuỷu động cơ áp suất do máy nén tạo ra

đến 0.7 MPa.Trong máy nén khí có bố trí cơ cấu giảm tải hoạt động khi áp suất trong

hệ thống dẫn động đạt đến giá trị áp suất định mức 0.7MPa Cơ cấu giảm tải của máy nén khí được nối thông với bộ điều chỉnh áp suất Thời gian làm việc có tải của máy

nén khí thường chiếm 10% thời gian làm việc của ôtô

- Các bình khí 5,6,7 là dung tích chứa khí nén cho hệ thống Bình chứa khí nén chế tạo bằng vỏ thép, bên ngoài và bên trong được sơn lớp sơn chống rỉ Các bình chứa

được đặt ở vị trí thấp nhất của hệ thống phanh để cho nước có thể ngưng tụ lại, nhờ có van đặt ở dưới đáy bình mà nước có thể ngưng thoát ra ngoài Trên xe, hệ thống phanh chính có 3 bình chứa khí nén dự trữ khí nén trong các bình đảm bảo phanh được nhiều lần sau khi máy nén khí ngừng làm việc

- Bộ điều chỉnh áp suất 2 làm chức năng của van an toàn, nó có nhiệm vụ giữ cho

áp suất của hệ thống không vượt quá áp suất quy định đồng thời đưa máy nén khí về trạng thái làm việc không tải để tăng tuổi thọ cho máy nén khí Bộ điều chỉnh áp suất

được đặt trên khối xi lanh của máy nén khí và nối thông với khoang nạp của cơ cấu giảm tải

- Van an toàn được bố trí tại bình chứa khí nén gần máy nén khí Van an toàn hoạt động khi bộ điều chỉnh áp suất bị hỏng Khi áp suất khí nén của hệ thống đạt giá trị giới hạn thì van an toàn làm việc và xả khí ra khỏi bình chứa khí nén

- Các bầu phanh 10,11 ở các bánh xe thuộc cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ tạo thành lực ép lên thanh đẩy để dịch chuyển cam quay của cơ cấu phanh Trên hệ thống các xe tải thường sử dụng bầu phanh kiểu màng

- Tổng van phanh 9 dùng để đóng mở hệ thống phanh (cung cấp khí nén hoặc ngừng cung cấp) theo yêu cầu của người lái Tổng van là một bộ phận rất quan trọng của dẫn động phanh bằng khí nén, nó đảm bảo độ nhạy của dẫn động và quá trình phanh được tốt Trên xe vận tải sử dụng tổng van phanh loại hai tầng bố trí cùng trong một vỏ, có cơ cấu tuỳ động kiểu màng , lò xo và các van hình côn làm bằng cao su – thép Cơ cấu tuỳ

động có tác dụng thuận (ở tầng dưới) dùng để điều khiển phanh ô tô kéo, còn cơ cấu tuỳ

động tác dụng nghịch (ở tầng trên) dùng để điều khiển phanh rơ mooc

3.2 Các chế độ làm việc đặc trưng trong dẫn động phanh khí nén

Hệ thống dẫn động phanh khí nén trên ôtô là sự nối ghép của nhiều phần tử khí

động, mỗi phần tử có chức năng và nhiệm vụ riêng Tuỳ thuộc vào chế độ làm việc của

hệ thống (nạp khí cho bình khí, đạp phanh, xả phanh ) các van điều khiển sẽ có trạng thái đóng mở phối hợp khác nhau Để tiện cho việc nghiên cứu quá trình động học có thể phân chia các trạng thái làm việc của dẫn động khí nén của hệ thống phanh chính ra

3 chế độ làm việc đặc trưng là: chế độ nạp khí, chế độ đạp phanh và chế độ xả phanh

Qúa trình nạp khí là quá trình khí nén từ máy nén khí qua các phần tử (đường ống

dẫn vào bình trung gian ) đến các bình khí nén của hệ thống Đặc trưng cho quá trình này là sự tăng áp suất trong các bình khí Trong chế độ này, máy nén khí thường làm việc với tốc độ vòng quay lớn nhất

Qúa trình đạp phanh là quá trình từ khi đạp lên bàn đạp phanh, khí nén từ bình khí

nén của dẫn động phanh qua khoang trên của van phanh chính, đến van phanh rơmooc

và khí từ bình khí nén của dẫn động phanh qua khoang dưới của van phanh chính đến các bầu phanh trước và sau Đặc điểm của quá trình này là sự tăng áp suất khí nén vào các bầu phanh, nhờ đó lực phanh tác dụng lên bánh xe sẽ tăng lên Trong quá trình này

sẽ xảy ra hiện tượng xả khí (giảm áp suất) từ bình khí nén để nạp đầy cho các bầu phanh (là các phần tử có dung tích thay đổi)

phanh), khí nén từ bầu phanh thoát ra khí quyển, các chi tiết của bầu phanh trở về vị trí ban đầu

Việc phân chia 3 quá trình làm việc của dẫn động phanh khí nén nhằm khoanh vùng, phân nhỏ để dễ khảo sát các biến đổi về lưu lượng và áp suất khí nén qua từng phần tử của hệ thống Qua đó xác định rõ và dễ phân tích các nhân tố ảnh hưởng Mặt khác, mỗi chế độ có đặc điểm khác nhau, yêu cầu khác nhau nên việc tính toán cũng khác nhau Việc phân chia các chế độ làm việc về cơ bản không ảnh hưởng tới các thông số cần nghiên cứu, khảo sát và có thể cho kết quả đáng tin cậy

Trong quá trình làm việc, các thông số trạng thái của không khí trong hệ thống dẫn

động phanh luôn luôn biến đổi Để nghiên cứu lưu lượng, áp suất của dòng khí qua mỗi phần tử của hệ thống dẫn động phanh cần phải xây dựng được các hệ phương trình vi phân để mô tả toán học Qua đó tìm ra được các kết quả bằng số để có thể xác định rõ

được các thông số trạng thái của không khí trong hệ thống dẫn động phanh

3.3 Sơ đồ khối mô tả dẫn động của hệ thống phanh khí

Các chế độ làm việc đặc trưng của dẫn động phanh khí nén gồm 3 chế độ:

- Chế độ nạp khí từ máy nén cho các bình chứa

- Chế độ đạp phanh, cung cấp khí nén từ các bình chứa đến các bầu phanh ở bánh

- Chế độ xả phanh để xả không khí từ bầu phanh ra ngoài khí quyển

Để tính toán và xác định được các chế độ làm việc đặc trưng trong hệ đẫn động phanh khí nén, ta phân chia các mạch phần tử của hệ thống theo phương pháp điểm nút

* Sơ đồ tính toán dẫn động phanh khí nén theo phương pháp điểm nút

Hình 3.3 Phân chia các điểm nút tính toán mạch nạp khí

* Giải thích các ký hiệu trên sơ đồ

l1- Chiều dài đường ống từ máy nén khí đến van điều chỉnh áp suất, m

l2- Chiều dài đường ống từ van điều chỉnh áp suất đến bình trung gian , m

l3 - Chiều dài đường ống từ bình trung gian đến van bảo vệ 3 ngả, m

l41 - Chiều dài đường ống từ van bảo vệ 3 ngả tới bình khí cầu trước, m

l42 - Chiều dài đường ống từ van bảo vệ 3 ngả tới bình khí cầu sau, m

l43 - Chiều dài đường ống từ van bảo vệ 3 ngả tới bình khí phanh tay, m

l51 - Chiều dài đường ống từ bình khí cầu trước đến van phanh chính, m

l52 - Chiều dài đường ống từ bình khí cầu sau đến van phanh chính, m

l53 - Chiều dài đường ống từ bình khí phanh tay đến van phanh tay, m

V1 - Thể tích qui đổi về van điều chỉnh áp suất (van an toàn), m3

V2 - Thể tích qui đổi về bình trung gian (bình ngưng), m3

V3 - Thể tích qui đổi về van bảo vệ 3 ngả, m3

V41 - Thể tích qui đổi về bình khí nén cầu trước, m3

V42 -Thể tích qui đổi về bình khí nén cầu sau , m3.

V43 -Thể tích qui đổi về bình khí nén phanh tay, m3

V51 - Thể tích van phanh chính cầu trước và ống dẫn từ bình khí nén cầu trước đến van phanh chính, m3.

V52- Thể tích van phanh chính cầu sau và ống dẫn từ bình khí nén cầu sau đến van phanh chính, m3.

V53 - Thể tích ống dẫn từ bình khí nén phanh tay đến van phanh tay, m3.

à1 - Hệ số lưu lượng ở nút Y1 (van điều chỉnh áp suất)

f1 - Tiết diện ngang thông qua của van điều chỉnh áp suất, m2

à2 - Hệ số lưu lượng ở nút Y2 (bình trung gian)

f2 -Tiết diện ngang của đường ống từ van điều chỉnh áp suất đến bình khí trung gian, m2

à3 - Hệ số lưu lượng ở nút Y3 (van bảo vệ 3 ngả)

f3-Tiết diện ngang thông qua của van bảo vệ 3 ngả, m2

à41 - Hệ số lưu lượng ở nút Y41 (bình khí cầu trước)

f41 -Tiết diện của đường ống từ van bảo vệ 3 ngả đến bình khí cầu trước, m2

à42 - Hệ số lưu lượng ở nút Y42 (bình khí cầu sau)

f42 -Tiết diện ngang của đường ống từ van chia đến bình khí cầu sau, m2

à43 - Hệ số lưu lượng ở nút Y43 (bình khí phanh tay)

f43 -Tiết diện ngang của đường ống từ van chia đến bình khí phanh tay, m2

3.4 Xây dựng phương trình toán học theo phương pháp điểm nút mô tả chế độ

làm việc đặc trưng hệ thống phanh

Chế độ làm việc đặc trưng của dẫn động phanh khí nén là các quá trình: nạp khí

cho các bình chứa, chế độ đạp phanh: khí nén từ các bình chứa cung cấp cho các bầu

phanh bánh xe, chế độ xả phanh: không khí từ bầu phanh được xả ra ngoài

1 1 2 1

2 1 2

2 1 0

1 0 0

V p Bp

p P A v f p

Bp

p p A p

3 2

3 2 3

3 2 1

2 1 1

V p Bp

p p A v f p

Bp

p p A p

3

42 3

42 3 42

42 41 3

41 3 3 41 41 3 2

3 2 2

p p A v f p

Bp

p p A p v f p

Bp

p p A p

51 41 41 51 51 41 3

41 3 3

V p Bp

p p A p v f p

Bp

P P A

52 42 42 52 52 42 3

42 3 3

V p Bp

p p A p v f p

Bp

P P A

m&43−m&53−m&E43=0 (3.11)

+ Phương trình hàm khí động học:

53 43

53 43 43 53 53 43 3

43 3 3 43

V p Bp

p p A p v f p

Bp

P P A p v

51 41 41 51

V p Bp

p p A p v

52 42 42 52

V p Bp

p p A p v

53 43 43

V p Bp

p p A p

1 1 0

2 1

2 1 2

2 1 0

1 0 0

V p Bp

p P A v f p

Bp

p p A

3

42 3

42 3 42

42 41 3

41 3 3 41 41 3 2

3 2 2

p p A v f p

Bp

p p A p v f p

Bp

p p A

51 41 41 51 51 41 3

41 3 3 41

V p Bp

p p A p v f p

Bp

P P A p

52 42 42 52 52 42 3

42 3 3 42

V p Bp

p p A p v f p

Bp

P P A p

53 43 43 53 53 43 3

43 3 3 43

V p Bp

p p A p v f p

Bp

P P A p

51 41 41

V p Bp

p p A p

52 42 42

V p Bp

p p A p

53 43 43

V p Bp

p p A p

v

f gh

à

* Nhận xét

Từ các thông số kết cấu đầu vào của hệ thống dẫn động phanh (máy nén khí,

van hạn chế áp suất, bình ngưng, van bảo vệ ba ngả, bình chứa khí tiết diện đường ống dẫn khí ), bằng phương pháp mô phỏng tập chung ta xác định được các mối quan hệ

- Các thông số dòng chảy đi qua điểm nút;

- Các thông số dòng chảy đi qua tiết lưu;

- Các thông số dòng chảy đi vào dung tích

Từ các mối quan hệ trên xây dựng được các phương trình toán học mô tả các quy luật biến đổi áp suất của hệ thống theo thời gian tại các nút

- Giải các phương trình trên ta tìm được các thông số đầu ra là áp suất và xác định

được thời gian tối đa hệ thống đạt được áp suất định mức mà xe có thể hoạt động an

toàn và thời gian tối thiểu mà áp suất của hệ thống đạt được giá trị lớn nhất (Pmax)

- Khi mô phỏng hoạt động của hệ thống từ các phương trình toán học tại các điểm nút còn cho ta biết ảnh hưởng của từng phần tử trong hệ thống đến quá trình nạp khí, từ

đó có thể đưa ra các phương pháp nghiên cứu, cải tiến kết cấu phần tử cho phù hợp, khắc phục được các nhược điểm trong hệ thống

3.4.2 Qúa trình đạp phanh

Quá trình đạp phanh là quá trình khí nén từ bình khí, qua van phanh chính điền

đầy các bầu phanh Trong quá trình này xảy ra hiện tượng giảm áp suất trong bình khí

và tăng dần áp suất ở trong bầu phanh Như vậy, quá trình đạp phanh thực chất là việc thực hiện làm đầy một thể tích (bầu phanh) và xả khí ở thể tích khác được nối với nó (bình khí)

Khi bỏ qua sự thay đổi nhiệt độ khí trong các thể tích được nạp, thể tích xả khí

và không có sự rò rỉ khí thì phương trình vi phân mô tả sự thay đổi trạng thái khí trong thể tích được nạp đầy là:

1 0

1 0 0 1 1

1

p p B

p p A p v f dt