Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu hamm

Nội dung đề tài gồm Nghiên cứu tổng quan Cơ sở lý thuyết Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử trên xe lu Hamm Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu Hamm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HỆ

THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

TRÊN XE LU HAMM

Sinh viên thực hiện: TRẦN TẤN THỊNH

Đà Nẵng – Năm 2019

cơ sở thuật toán suy luận mờ, đã áp dụng thực hiện cho một số hệ hống cụ thể là hệ thống nhiên liệu Commonrail và hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu Hamm Sử dụng kiến thức thực tiễn từ các chuyên gia để vận dụng kết hợp với ứng dụng Fuzzy Matlab để thiết kế bộ điều khiển mờ với kết quả chẩn đoán được hiển thị trực tiếp trên màn hình điện thoại Bằng cách dự báo những bộ phận có khả năng hư hỏng trên xe sẽ giúp người dùng sẽ thuận tiện biết được những hư hỏng trên xe khi người điều khiển

xe lu Hamm không phải là kỹ thuật viên sửa chữa Mặt khác, để giảm tính kinh tế cũng như sự nhẹ nhàng và thuận tiện khi di chuyển thì việc ứng dụng điều khiển mờ để tạo

ra bộ chẩn đoán trên trên xe lu Hamm là vấn đề cấp thiết

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Phạm Minh Nhãn Số thẻ sinh viên: 103140101

Trần Tấn Thịnh Số thẻ sinh viên: 103140118 Lớp: 14C4B Khoa: Cơ khí giao thông Ngành: Kỹ thuật cơ khí

1 Tên đề tài đồ án:

“THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG TRÊN XE LU HAMM”

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan (Phần chung)

2.3 Công cụ Matlab và ứng dụng Fuzzy logic trong Matlab

Chương 3 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống điều khiển nhiên

liệu điện tử trên xe lu Hamm (Phần riêng)

4.1 Cơ sở thiết kế

4.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ

4.3 Kết quả và bàn luận

Chương 4 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy

lực trên xe lu Hamm (Phần riêng)

5/ Hiển thị kết quả (4 bản A3)

6 Họ tên người hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 09/06/2019

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền kinh tế hội nhập như nước ta hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của xã hội kéo theo sự đa dạng các phương tiện giao thông cả về số lượng, chủng loại và chất lượng

Việc bảo dưỡng sửa chữa ngày càng phức tạp đòi hỏi việc tối ưu hóa trong công tác bảo dưỡng sửa chữa, một trong những công việc quan trọng đó là công tác chẩn đoán kỹ thuật

Trong quá trình khai thác sử dụng, tính năng kỹ thuật của các hệ thống, các bộ phận chi tiết trong động cơ thay đổi dần theo chiều hướng xấu đi Xác định tình trạng

kỹ thuật của động cơ mà không cần tháo rời là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong công tác chẩn đoán

Việc chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống, tổng thành của động cơ là một công việc hết sức quan trọng và cần thiết Với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực chẩn đoán này, đề tài đề cập đến vấn đề ứng dụng lý thuyết mờ vào công tác chẩn đoán

Trên cơ sở lý thuyết mờ, một số công trình nghiên cứu về ứng dụng lý thuyết mờ trong các chẩn đoán kỹ thuật, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Th.S Phạm

Quốc Thái, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bộ điều khiển mờ (FUZZY LOGIC) chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm”

Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo TS Phạm Quốc Thái, các thầy cô trong khoa Cơ khí Giao thông đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài

Sinh viên thực hiện

Ký tên

Trần Tấn Thịnh

CAM ĐOAN

Đề tài này là công trình nghiên cứu của nhóm tôi tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Phạm Quốc Thái Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Trần Tấn Thịnh

DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

BẢNG 1 1 Thông số kỹ thuật xe lu Hamm 3412Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định

BẢNG 2.1 Các dạng hàm phụ thuộc chọn trong chẩn đoán 8245

Bảng 3.1 Hư hỏng thường gặp trên hệ thống Commonrail 60

Bảng 3.2 Các thông số chẩn đoán vào ra 62

Bảng 3.3 Thông số dùng chẩn đoán 64

Bảng 3.4 Cơ sở tri thức chẩn đoán 65

Bảng 3.5 Ma trận chẩn đoán hệ thống nhiên liệu CommonRail 69

Bảng 3.6 Bảng luật IF –THEN 70

Bảng 4.1 Cơ sở phân tích chẩn đoán 79

Bảng 4.2 Thông số chẩn đoán vào và ra 82

Bảng 4.5 Ma trận chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực 89

Bảng 4.6 Bảng luật IF –THEN 89

BẢNG 4.1 Cơ sở phân tích chẩn đoán 79 BẢNG 4.2 Thông số chẩn đoán vào và ra 82

BẢNG 4.3 Các thông số chản đoán vào và ra trong bộ điều khiển 84

BẢNG 4.4 Cơ sở tri thức 85

BẢNG 4.5 Ma trận chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực 89

BẢNG 4.6 Bảng Luật IF –THEN 89

………

HÌNH 1.1 Cấu tạo xe lu Hamm 3

HÌNH 1.2 Thông số cơ bản của xe lu Hamm 3

HÌNH 1.3 Cảm biến bàn đạp ga 6

HÌNH 1.4 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 6

HÌNH 1.5 Cảm biến vị trí trục khuỷu 7

HÌNH 1.6 Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam 8

HÌNH 1.7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 8

HÌNH 1.8 Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước 9

HÌNH 1.9 Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước 9

HÌNH 1.10 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 10

HÌNH 1.11 Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ 10

HÌNH 1.12 Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở 11

HÌNH 1.13 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 11

HÌNH 1.15 Sơ đồ cảm biến áp suất đường ống nạp 12

HÌNH 1.16 Cảm biến áp suất trên ống Rail 13

HÌNH 1.17 Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D 15

HÌNH 1.18 Sơ đồ mạch điện bộ đếm 15

HÌNH 1.19 Sơ đồ bộ nhớ trung gian 16

HÌNH 1.20 Sơ đồ mạch bộ khuyếch đại 16

HÌNH 1.21 Bộ ổn áp 16

HÌNH 1.22 Giao tiếp ngõ ra 16

HÌNH 1.23 Cấu tạo bơm cao áp 17

HÌNH 1.24 Ống phân phối nhiên liệu 18

HÌNH 1.25 Cấu tạo vòi phun 19

HÌNH 1.26 Hoạt động khi vòi phun đóng 19

HÌNH 1.27 Hoạt động khi vòi phun mở 20

HÌNH 1.28 Sơ đồ mạch thủy lực tổng thể trên xe lu Hamm 3412 22

HÌNH 1.29 Sơ đồ truyền công trong hệ thống thủy lực xe lu Hamm 24

HÌNH 1.30 Sơ đồ mạch cụm bơm chính 24

HÌNH 1.31 Mặt cắt ngang của bơm chính 25

HÌNH 1.32 Cụm pít tông điều khiển hướng 26

HÌNH 1.33 Van an toàn 27

HÌNH 1.34 Van giảm áp 28

HÌNH 1.35 Van giảm áp suất nạp 29

HÌNH 1.36 Sơ đồ mạch thủy lực cụm động cơ di chuyển 29

HÌNH 1.37 Mặt cắt ngang của động cơ thủy lực 30

HÌNH 1.38 Van xả 31

HÌNH 1.40 Mạch thủy lực bộ lọc dầu 3232

HÌNH 2.1 Sơ đồ hệ thống tự động chẩn đoán 36

HÌNH 2.2 Sơ đồ hệ thống tự động điều khiển có tự chẩn đoán 36

HÌNH 2.3 Mã kiểm tra của động cơ ở chế độ bình thường 41

HÌNH 2.4 Dạng mã hư hỏng 12 và 31 41

HÌNH 2.5 Xóa mã lỗi bằng cách tháo cầu chì EFI hoặc cầu chì OP 42

HÌNH 2.6 Biểu diễn luật hợp thành nhiều điều kiện 51

HÌNH 2.7 Biểu diễn hàm phụ thuộc hai điều kiện 52

HÌNH 2.8 Biểu diễn luật hợp thành nhiều điều kiện 52

HÌNH 2.9 Cơ cấu hệ thống chuyên gia mờ 54

HÌNH 2.10 Giao diện Matlab 55

HÌNH 2.11 Cửa sổ làm việc của Matlab 56

HÌNH 2.12 Cửa sổ soạn thảo fuzzylogic 56

HÌNH 2.13 Cửa sổ nhập số lượng biến vào ra 57

HÌNH 2.14 Cửa sổ xây dựng các biến vào ra 57

HÌNH 2.15 Cửa sổ xây dựng các luật điều khiển 58

HÌNH 2.16 Cửa sổ hiển thị kết quả 59

HÌNH 3.1 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ 66

HÌNH 3.2 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ 66

HÌNH 3 3 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ 67

HÌNH 3.4 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ bơm 67

HÌNH 3.5 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ 67

HÌNH 3.6 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ lọc 68

HÌNH 3.7 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ 68

HÌNH 3.8 Luật của bộ điều khiển mờ 71

HÌNH 3.9 Kết quả quan hệ giữa các biến vào và ra 72

HÌNH 3.10 Quan hệ truyền đạt thứ nhất của bộ chẩn đoán mờ 73

HÌNH 3.11 Quan hệ truyền đạt thứ hai của bộ chẩn đoán mờ 74

HÌNH 3.12 Quan hệ truyền đạt thứ ba của bộ chẩn đoán mờ 75

HÌNH 3.13 Quan hệ truyền đạt thứ tư của bộ chẩn đoán mờ 77

HÌNH 3.14 Màn hình hiển thị chẩn đoán 78

HÌNH 4.1 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Áp suất làm việc” 86

HÌNH 4.2 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Tiếng ồn tại cụm bơm” 86

HÌNH 4.1 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Nhiệt độ dầu thủy lực” 87

HÌNH 4.2 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Tốc độ di chuyển” 87

HÌNH 4.3 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Bơm chính di chuyển” 87

HÌNH 4.4 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Van đa chức năng” 88

HÌNH 4.5 Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Lọc thủy lực” 89

HÌNH 4.6 Luật của bộ điều khiển mờ 91

HÌNH 4.7 Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ nhất 92

HÌNH 4.8 Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ hai 93

HÌNH 4.9 Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ ba 94

HÌNH 4.12 Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ tư 95

HÌNH 4.13 Sơ đồ khối ứng dụng hiển thị chẩn đoán 96

HÌNH 4.14 Màn hình hiển thị chẩn đoán 97

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

LỜI NÓI ĐẦU v

CAM ĐOAN vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 2

1.1 Xe lu Hamm 2

1.1.1 Giới thiệu chung 2

1.1.2 Kết cấu và các thông số cơ bản 3

1.2 Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử 6

1.2.1 Tín hiệu ngõ vào 6

1.2.2 Bộ phận chấp hành 17

1.3 Hệ thống truyền động thủy lực 20

1.3.1 Mạch thủy lực trên xe lu Hamm 3412 22

1.3.2 Các cấu thành của HTTĐTL trên xe lu Hamm 3412 24

1.3.2.1 Cụm bơm thủy lực 24

1.3.2.2 Cụm động cơ thủy lực 29

1.3.2.3 Các chi tiết phụ 31

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35

2.1 Kỹ thuật chẩn đoán 35

2.1.1 Giới thiệu chung 35

2.1.2 Cơ sở lý thuyết về hệ thống chẩn đoán trên ôtô 35

2.1.3 Các phương pháp chẩn đoán 37

2.2 Điều khiển mờ 43

2.2.1 Giới thiệu về lý thuyết mờ 43

2.2.2 Tập mờ 44

2.2.3 Các phép tính logic với tập mờ 46

2.3 Công cụ Matlab và ứng dụng Fuzzy logic trong Matlab 54

2.3.1 Giới thiệu về Matlab 54

2.3.2 Giới thiệu về ứng dụng fuzzy logic trong matlab 56

2.3.3 Nhập số lượng biến vào ra 57

2.3.4 Xây dựng các biến vào ra 57

2.3.5 Xây dựng các luật điều khiển 58

2.3.6 Hiển thị kết quả 59

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMONRAIL TRÊN XE LU HAMM BẮNG CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN MỜ 60

3.1 Các hư hỏng thường gặp của hệ thống nhiên liệu CommonRail 60

3.2 Lựa chọn các thông số chẩn đoán vào và ra 61

3.3 Xây dựng hệ thống chuẩn đoán 64

3.3.1 Cơ sở tri thức 64

3.3.2 Bảng luật phù hợp 68

3.3.3 Giải mờ 71

3.4 Đánh giá kết quả 72

3.4.1 Trường hợp thứ nhất 72

3.4.2 Trường hợp thứ hai 73

3.4.3 Trường hợp thứ ba 74

3.4.4 Trường hợp thứ tư 76

3.5 Hiển thị kết quả 77

Chương 4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN XE LU HAMM 79

4.1 Cơ sở thiết kế bộ chẩn đoán 79 4.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy

4.2.1 Lựa chọn các thông số chẩn đoán vào và ra 82

4.2.2 Định nghĩa thập mờ con và lựa chọn thông số hàm phụ thuộc 84

4.2.3 Phân khoảng mờ cho các biến chẩn đoán đầu ra 86

4.2.3.1 Sự phân khoảng mờ đối với biến vào là áp suất làm việc 86

4.2.3.2 Sự phân khoảng mờ đối với biến vào tiếng ồn tại cụm bơm 86

4.2.3.3 Sự phân khoảng mờ đối với biến vào nhiệt độ dầu thủy lực 87

4.2.3.4 Sự phân khoảng mờ đối với biến vào tốc độ di chuyển 87

4.2.3.5 Sự phân khoảng mờ đối với biến ra bơm chính di chuyển 87

4.2.3.6 Sự phân khoảng mờ đối với biến ra van đa chức năng 88

4.2.3.7 Sự phân khoảng mờ đối với biến ra lọc thủy lực 88

4.2.4 Xây dựng bảng luật điều khiển 88

4.2.5 Giải mờ 90

4.3 Kiểm nghiệm bộ điều khiển đã thiết kế 91

4.3.1 Trường hợp 1 91

4.3.2 Trường hợp 2 92

4.3.3 Trường hợp 3 93

4.3.4 Trường hợp 4 95

4.4 Hiển thị kết quả 96

KẾT LUẬN 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

MỞ ĐẦU

Cùng với xu hướng phát triển về khoa học kỹ thuật công nghệ thì nền công nghiệp ô tô cũng phát triển không ngừng và luôn ứng dụng những thành tựu mới vào trong sản xuất Đặc biệt từ những năm 80 của thế kỷ XX, công nghệ điện tử đã được ứng dụng trên ô tô dần dần thay thế các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí Qua nhiều thập niên điện tử trở thành một trong những nhân tố quan trọng không thể thiếu được trên ô

tô Không những giúp động cơ ô tô điều khiển chính xác hơn và còn làm giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất động cơ…

Với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng công nghệ thông tin vào trong lĩnh vực chẩn đoán này, đề tài đề cập đến vấn đề ứng dụng lý thuyết mờ vào công tác chẩn đoán các lỗi của hệ thống nhằm rút ra những kết luận chính xác giúp cho các kỹ thuật viên nhanh chóng khắc phục các hư hỏng một cách nhanh nhất

Thấy được mục đích, ý nghĩa to lớn của việc chẩn đoán nên em đã chọn đề tài

“ứng dụng điều khiển mờ (Fuzzy logic) trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của

hệ thống nhiên liệu commonrail trên xe lu Hamm ” làm đề tài tốt nghiệp của mình

Việc nghiên cứu đề tài sẽ cho em có cơ hội được tiếp thu những kiến thức mới trên cơ

sở tổng hợp các kiến thức đã được học trong trường, đồng thời giúp em tự tin hơn sau khi ra trường để có thể bắt đầu công việc của mình một cách tốt nhất

Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1 Xe lu Hamm

1.1.1 Giới thiệu chung

Xe lu Hamm là loại máy xây dựng dùng để phục vụ các công trình xây dựng công nghiệp, giao thông, thủy lợi, nông nghiệp và các công trình cơ sở hạ tầng khác có nhu cầu đầm nén Xe lu Hamm thường có khối lượng lớn với hai trống sắt hình trụ, có lực nén lớn Một số máy có trống sắt rung để tác động nén vật liệu hiệu quả

Thông thường xe lu Hamm 2 bánh thép được định nghĩa và hiểu đơn giản là máy dùng để đầm chặt nền đất công trình và có thể tự hành được Máy lu bao gồm xe

lu và một số loại máy đầm không thể tự hành

Công dụng của xe lu: nhằm làm cho đất được nén chặt lại, khối lượng riêng và độ bền chặt của đất tăng lên để đủ sức chịu tác dụng của tải trọng, chống lún, nứt nẻ chống thấm

Với khả năng leo dốc rất tốt kết hợp với tự khóa khác biệt, ngoài ra hệ thống giảm chấn giúp cho xe lu Hamm có thể vận hành êm ái, giúp tối ưu cho lái xe cảm giác thoải mái khi làm việc

- Ưu điểm xe lu rung Hamm:

+ Lực lu rung âm sâu Đầm nèn hiệu quả trên mọi địa hình Nhanh đạt độ cứng K98, tốn ít nhiên liệu

+ Hệ thống điện và động cơ lu Hamm được thiết kế "nhiệt đới hóa" phù hợp đặc biệt với điều kiện nhiên liệu và khí hậu tại Việt Nam

+ Cabin và ghế lái được thiết kế hoàn hảo, có tầm nhìn rộng, bao quát được tất cả xung quanh

+ Có khả năng leo dốc vượt trội với chế độ khóa tự động

Mối nối trống lu 3 điểm – chassis (Công nghệ độc quyền của lu Hamm) đảm bảo cho lu rung vận hành êm ái, ổn định và an toàn, đem lại sự thoải mái tối đa cho thợ vận hành Mối nối 3 điểm trên xe lu Hamm làm tăng khả năng bám nền, lực lu nền phân bổ đồng đều, tăng hiệu quả thi công trên mọi địa hình

Lọc tách nước được bổ sung giúp bảo vệ động cơ tốt hơn, phù hợp hơn với điều kiện nhiên liệu tại Việt Nam

Mái che của lu Hamm được thiết kế chống lật, cứng cáp hiện đại

Trang bị chức năng điều tiết lưu lượng thuỷ lực, tăng lực đẩy cầu sau khi leo dốc, tăng khả năng leo dốc, vận hành thi công ngang dốc

Nắp đậy bảo vệ màn hình điều khiển luôn được trang bị tiêu chuẩn trên mọi

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của xe lu Hamm 3412

Kích thước lốp

Động cơ Diesel

Nhà sản xuất DEUTZ

(theo [2])

1.2 Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử

1.2.1 Tín hiệu ngõ vào

1.2.1.1 Cảm biến bàn đạp ga

Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ Dùng làm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiên liệu và thời gian phun nhiên liệu Đây là loại cảm biến Hall có

độ bền cao

Hình 1.3 Cảm biến bàn đạp ga 1- Cụm bàn đạp ga, 2- Giắc nối

Hình 1.4 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga

1- IC Hall, 2- Nam châm Khi bật khóa điện đến vị trí ON, ECU sẽ cấp điện áp nguồn VCC (5V) cho cảm biến vị trí bàn đạp ga thông qua các cặp chân VCP1-EP1 và VCP2-EPA2 Khi bàn đạp

ga được đạp, sẽ có điện áp ra từ các chân VPA1 và VPA2 từ cảm biến Điện áp ra của

2 chân VPA1 và VPA2 tăng dần từ 0~5V khi bàn đạp ga từ vị trí không đạp đến vị trí đạp tối đa Trong đó tín hiệu ra VPA1 dùng làm tín hiệu chính để điều khiển động cơ, tín hiệu VPA2 là tín hiệu dự phòng dùng phát hiện hư hỏng cảm biến Nhờ sự thay đổi

điện áp ra của 2 chân tín hiệu từ cảm biến mà ECU biết được chính xác mức độ đạp ga của tài xế

cơ dùng để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vòng quay động cơ Đĩa tạo tín hiệu

NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu) Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ

Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải

2

Hình 1.6 Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam 1- Mạch đầu vào G; 2- Mạch đầu vào NE; 3- xung mỗi 3600CA;

4- 1800CA; 5- Xung mỗi 7200CA

1.2.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ sử dụng loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm, khi nhiệt độ nước làm mát tăng, giá trị điện trở cảm biến giảm và ngược lại, ECU dùng tín hiệu này để phát hiện tình trạng nhiệt độ động cơ

Hình 1.7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1- Điện trở; 2- Thân cảm biến; 3- Chất cách điện; 4- Giắc cắm; 5- Đầu cắm điện

G

NE

1

2 ECU

30CA

Hình 1.8 Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước Khi khóa điện bật ON, ECU cấp điện áp 5V đến chân THW của cảm biến, khi nhiệt độ nước thay đổi, điện trở cảm biến thay đổi, điện áp rơi trên 2 đầu điện trở cảm biến thay đổi như sau: khi nhiệt độ tăng → điện trở cảm biến giảm → điện áp tại chân THW giảm và ngược lại ECU xác định được nhiệt độ động cơ thông qua giá trị điện

áp rơi này

Hình 1.9 Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước

1.2.1.5 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp được nắp trên đường khí nạp của động cơ dùng để

phát hiện nhiệt độ của không khí nạp vào

Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ không khí nạp và kết hợp với cảm biến áp suất để xác định lượng không khí nạp đi vào động cơ

Điện trở (kΩ)

Nhiệt độ 0 C ( 0 F)

1

R

1

Hình 1.10 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 1- Điên trở nhiệt NTC ; 2- Thân cảm biến; 3- Lớp cách điện ; 4- Đầu nối dây

Hình 1.11 Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ 1- Khối cảm biến; 2- Điện trở nhiệt 3- Khối điều khiển PC; 4- Điện trở giới hạn dòng Gồm một điện trở nhiệt loại NTC đặt ở đầu cảm biến nối với đầu ghim (4), thông qua lớp cách điện (3) Giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường quanh nó (nhiệt

độ khí nạp) thay đổi Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và điện trở giảm khi nhiệt độ tăng Điện trở loại này được gọi điện trở có hệ số nhiệt âm

Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mà PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp phù hợp với tỉ lệ hoà trộn hỗn hợp không khí - nhiên liệu Nguồn điện cung cấp cho mạch là VR =5V Ta có: VR = VR 1 + VR 2 Khi R2 thay đổi → VR1 thay đổi:

Hình 1.12 Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở 1- Đường giá trị điện trở lý tưởng; 2- Đường giá trị điện trở lớn nhất

3- Đường giá trị điện trở thấp nhất

1.2.1.6 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Cảm biến này nhận biết nhiệt độ nhiên liệu bằng nhiệt điện trở bên trong, lắp trực tiếp trên bơm cao áp

Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, vì vậy cần hỗn hợp đậm

Vì thế khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện

áp THF cao được đưa đến ECU Dựa trên tín hiệu này ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ

Hình 1.13 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 1- Nhiệt điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Giắc cắm Ngược lại khi nhiệt độ nhiên liệu cao, một tín hiệu điện áp thấp THF gửi đến ECU làm giảm lượng nhiên liệu phun

Hình 1.14 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được nối tiếp nên điện áp THF thay đổi khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi

1.2.1.7 Cảm biến áp suất đường ống nạp

Hình 1.15 Sơ đồ cảm biến áp suất đường ống nạp 1- Chip silic, 2- Buồng chân không,3- Thân cảm biến, 4- Lọc không khí, 5- IC, 6-

Chip silicon,7- Ống hướng, 8- Giắc cắm Cảm biến này gắn một IC cảm nhận áp suất đuờng nạp như một tín hiệu PIM ECU dựa vào tính hiệu này xác định thời gian phun cơ bản

Cấu tạo gồm một chip silic kết hợp với một buồng chân không được duy trì ở

độ chân không định mức, được gắn vào bộ cảm biến này Một phía của chip này được

lộ ra với áp suất đường ống nạp và phí bên kia thông với buồng chân không bên trong

Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp

có thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi Một thay đổi về áp suất của đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của chip này dao động theo mức biến dạng này tín hiệu điện áp mà IC biến đổi từ sự dao động của giá trị điện trở này gọi là tín hiệu PIM

1.2.1.8 Cảm biến áp suất nhiên liệu

Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi màng cảm biến Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn gắn trên màng cảm biến, dùng

để chuyển áp suất thành tín hiệu điện Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào mạch khuếch đại tín hiệu và đưa đến ECU

Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc-

- Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở áp suất 180 MPa ) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở

- Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V

đạt khoảng 2% Nếu cảm biến áp suất ống bị hỏng thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn trong ECU

1.2.1.9 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)

Bộ điều khiển điện tử đảm nhiện nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng loại của nhà chế tạo Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu đi thích hợp Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dòng Vì lí do này bộ điều khiển có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà chế tạo Trong đồ án này ta thường dùng ECU để chỉ chung cho bộ điều khiển điện tử

Chức năng hoạt động cơ bản :

Bộ điều khiển ECU hoạt động theo dạng tín hiệu nhị phân điện áp cao biểu hiện cho số1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0 trong hệ số nhị phân có hai số 0 và 1

Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là 1 bít Một dãy 8 bít sẽ tương đương 1byte hoặc một từ (word) Byte này được dùng biểu hiện cho một lệnh hoặc một mẫu thông tin Một mạch tổ hợp (IC) tạo byte và trữ byte đó Số byte mà IC có thể chứa là có giới hạn khoảng 64 kilobyte hoặc 256 kilobyte Mạch tổ hợp IC còn gọi là con chíp IC, vì hình dạng của nó IC có chức năng tính toán và tạo ra quyết định gọi là bộ vi xử lý (microprosessor) Bộ vi xử lý có thể là loại 8 bít, 16 bít hay cao hơn, số bít càng cao thì việc tính toán càng nhanh Thông tin gửi đến bộ vi xử lý từ một con IC thường được gọi là bộ nhớ Trong bộ nhớ chia ra làm nhiều loại:

+ ROM: (read only memory): Dùng trữ thông tin thường trực, bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không ghi vào được PROM (programable Read Only Memory): cơ bản giống ROM ngoài thông tin của nó đã được cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý Ngoài ra trang bị thêm nhiều công dụng khác

+ RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữ thông tin

Bộ vi xử lý có thể nhập bội duy nhỏ cho RAM, RAM có hai loại:

+ Loại RAM xoá được: Bộ nhớ mất khi mất nguồn

+ Loại RAM không xoá được: Giữ duy trì bộ nhớ dù khi tháo nguồn Ngoài bộ nhớ, bộ vi xử lý ECU còn có một đồng hồ để tạo ra xung ổn định và chính xác

+ Bộ đếm (counter)

+ Bộ nhớ trung gian (Buffer)

+ Bộ khuyếch đại

+ Bộ ổn áp

a) Bộ chuyển đổi A/D (Anlog to digital converter)

Dùng chuyển đổi các tín hiệu tương tự từ đầu vào thay đổi điện trở như trong các cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, cảm biến vị trí bướm ga thành các tín hiệu số

để bộ vi xử lý hiểu được Ngoài ra còn dùng một điện trở hạn chế dòng giúp bộ chuyển đổi A/D đo điện áp rơi trên cảm biến

Hình 1.17 Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D b) Bộ đếm (counter)

Dùng để đếm xung Ví dụ như từ cảm biến vị trí trục khuỷu rồi gửi lượng đếm về

bộ xử lý

Hình 1.18 Sơ đồ mạch điện bộ đếm

c) Bộ nhớ trung gian (Buffer)

Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số Nó không gửi lượng đếm như trong bộ đếm Bộ phận chính là một transtor sẽ đóng mở theo cực tính

của tín hiệu xoay chiều

Hình 1.19 Sơ đồ bộ nhớ trung gian d) Bộ khuếch đại (Amplifier)

Dùng để khuyếch đại tín hiệu từ các cảm biến gửi đến rồi sau đó gửi đến bộ xử lý

Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý đưa đến các transitor công suất điều khiển rơle, solenoid môtơ Các transitor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU

Hình 1.22 Giao tiếp ngõ ra

Chức năng thực tế:

Về mặt điện tử chức năng của ECU là xác định lượng phun nhiên liệu, định thời điểm phun nhiên liệu và lượng khí nạp vào phù hợp với các điều kiện lái xe dựa trên các tín hiệu nhận được từ các cảm biến và công tắc khác nhau Ngoài ra ECU chuyển các tín hiệu để vận hành các bộ phận chấp hành cụ thể:

Điều khiển thời điểm phun: Được quyết định theo cảm biến chân ga, tốc độ…

Điều khiển lượng phun: Tức là xác định thời điểm phun, thời gian này quyết định theo

Tín hiệu phun cơ bản: Được xác định theo tín hiệu tốc độ động cơ và cảm biến chân ga

Tín hiệu hiệu chỉnh: Được xác định từ các cảm biến (nhiệt độ, vị trí, mức độ tải, thành phần khí thải và từ các điều kiện của động cơ như: điện áp bình)

1- Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận; 2- Trục dẫn động; 3- Pít tông bơm cao áp

4- Van ngắt; 5- Van an toàn; 6- Ống nối dầu cao áp; 7- Van điều chỉnh áp suất

8- Đường dầu hồi; 9- Cam lệch tâm

b a

5 4

9

8 7

6 3

2 1

Khi bơm hoạt động nhiên liệu từ thùng chứa được chuyển tới van điều khiển nạp ECU sẽ điều khiển van đóng mở để cung cấp lượng nhiên liệu cho bơm áp cao làm việc ECU nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống Rail để điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho bơm áp cao Khi áp suất nhiên liệu trên ống Rail cao ECU sẽ gửi tín hiệu cho van điều khiển nạp để đóng bớt lại, khi áp suất nhiên liệu thấp ECU sẽ gửi tín hiệu đến van điều khiển nạp để mở rộng cửa nạp tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho bơm áp cao Quá trình hoạt động của bơm cứ diễn ra liên tục như vậy trong suốt quá trình hoạt động của động cơ Với loại bơm 3 piston hướng kính này trong một vòng quay của trục cam dẫn động cả 3 piston đều hoạt động nhiên liệu có áp suất cao được bơm tạo ra chuyển tới ống Rail của hệ thống Loại bơm này có thể tạo ra

áp suất cực đại là 197 Mpa

1.2.2.2 Ống phân phối ( Rail )

Hình 1.24 Ống phân phối nhiên liệu 1:cảm biến áp suất ống rail; 2:ống rail; 3: van giới hạn áp suất

Ống phân phối có kết cấu đơn giản dạng hình ống hoặc hình cầu có thể tích phù hợp Ống có thể chứa nhiên liệu với áp suất cao khoảng 197 Mpa được tạo ra bởi bơm

cao áp, và phân phối nhiên liệu đó qua các tuy ô tới các vòi phun của xylanh

- Cảm biến áp suất nhiên liệu được lắp ở một đầu của ống phân phối Cảm biến này phát hiện áp suất trong ống phân phối và truyền tín hiệu tới ECU, lúc này ECU sẽ

gửi tín hiệu điều khiển cho van xả áp suất và van điều khiển nạp hoạt động

- Bộ hạn chế áp suất nhiên liệu được lắp ở một đầu của ống phân phối Khi áp suất trong ống lên cao thắng được sức căng lò xo, van hạn chế áp suất mở một lượng nhiên liệu sẽ đi qua van trở về đường dầu hồi Khi áp suất nhiên liệu giảm xuống không thắng được sức căng của lò xo thì lúc này van sẽ đóng lại Van xả áp suất khi áp suất nhiên liệu của ống phân phối trở lên cao hơn áp suất phun mong muốn thì van xả

áp suất nhận được một tín hiệu từ ECU động cơ để mở van và phân phối nhiên liệu trở

về thùng nhiên liệu

1.2.2.3 Vòi Phun

Cấu tạo vòi phun

Hình 1.25 Cấu tạo vòi phun Nguyên lý hoạt động của vòi phun

Hình 1.26 Hoạt động khi vòi phun đóng

Nhiên liệu với áp suất cao từ ống Rail thông qua các tuy ô cao áp, đến vòi phun Dầu có áp suất cao luôn luôn được đưa đến chờ sẵn ở vòi phun và tại đây nhiên liệu được chia ra làm hai đường

- Đường thứ nhất nhiên liệu được đưa tới khoang chứa dầu áp suất cao ở kim phun và đẩy kim phun lên

- Đường thứ hai nhiên liệu được đưa tới khoang áp suất cao phía trên chốt tỳ Khi van xả áp đóng áp suất ở buồng phía trên chứa phía trên của chốt tỳ tạo ra một lực lớn hơn lực đẩy kim phun ở khoang áp suất phía dưới giữ kim phun ở vị trí đóng

Hình 1.27 Hoạt động khi vòi phun mở

Khi ECU gửi tín hiệu đến vòi phun, van xả áp bị hút lên nén lò xo lại dầu ở khoang chứa áp suất cao phía trên chốt tỳ đi qua van xả áp ra đường dầu hồi làm cho

áp suất ở đây giảm xuống lúc này áp suất khoang phía dưới kim phun được giữ nguyên, thắng sức căng của lò xo 1 đẩy kim phun đi lên và phun nhiên liệu với áp suất cao vào trong buồng cháy của động cơ, kết thúc qua trình phun, khi ECU ngắt tín hiệu điều khiển vòi phun van xả áp đóng lại lúc này áp suất ở khoang phía của chốt tỳ lại tạo ra một lực tác động lên chốt tỳ đẩy kim phun đóng lại, kết thúc quá trình phun

+ Truyền động thủy động: với phương pháp truyền động này không có mối liên

hệ cứng giữa khâu chủ động và khâu bị động Để truyền chuyển động tới khâu bị động (trục tuabin), động năng được sử dụng làm quay bánh bơm Ở đây, trục bánh bơm quay được nhờ nhận trực tiếp chuyển động quay của trục động cơ hoặc cơ năng khác + Truyền động thể tích: là phương pháp truyền động có chức năng đảm bảo mối liên hệ cứng (trong giới hạn không thể nén được của chất lỏng) giữa khâu chủ động và khâu bị động của bộ truyền động thủy lực, có truyền dẫn năng lượng do bơm tạo ra đến bộ phận chấp hành (xy lanh thủy lực hoặc động cơ thủy lực) qua chất lỏng công tác để truyền vào một khoang kín

Ưu, nhược điểm của phương pháp truyền động thủy lực:

Ưu điểm:

- Dễ thực hiện điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của

bộ phận làm việc trong máy ngay cả khi máy đang làm việc

- Truyền động công suất làm việc lớn và xa

- Cho phép đảo chiều chuyển động của các bộ phận làm việc của máy dễ dàng

- Có thể đảm bảo cho máy làm việc ổn định không phụ thuộc vào sự thay đổi tải trọng ngoài

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất của truyền động nhỏ

- Do chất lỏng làm việc trong truyền động thủy lực là dầu khoáng nên có điều kiện bôi trơn tốt các chi tiết

- Truyền chuyển động êm hầu như không có tiếng ồn

- Độ tin cậy và độ bền cao

- Điều khiển nhẹ nhàng

Nhược điểm:

- Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng làm việc dễ bị rò rỉ hoặc không khí

dễ bị lọt vào, làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định của truyền động

- Vận tốc truyền động bị hạn chế vì phải đề phòng hiện tượng va đập thủy lực, tổn thất cột áp, tổn thất công suất lớn và xâm thực

- Yêu cầu chất lỏng làm việc tương đối phức tạp, độ nhớt phải thích hợp ít thay

- Áp lực dầu công tác khá cao đòi hỏi công nghệ chế tạo đạt độ chính xác cao, do

đó giá thành của bộ truyền động thủy lực đắt hơn các bộ truyền động khác

1.3.1 Mạch thủy lực trên xe lu Hamm 3412

Hình 1.28 Sơ đồ mạch thủy lực tổng thể trên xe lu Hamm 3412 1-Cụm động cơ di chuyển trước; 2- Cụm động cơ rung; 3- Cụm động cơ di chuyển

sau; 4- Bộ chia thủy lực; 5- Két làm mát; 6- Thùng dầu; 7- Lọc thủy lực; 8,10- Van

điều khiển bơm chính; 9,11-Cụm bơm chính; 12- Động cơ

(theo [10]) Nguyên lý hoạt động:

Cặp cụm bơm chính (9)(11) là loại bơm pit tông thay đổi lưu lượng được gắn

đồng trục với nhau và được dẫn động bởi động cơ (12) Cặp cụm bơm chính khi hoạt

động sẽ được bơm mồi hút dầu thủy lực qua bộ lọc hút (7) và đưa vào bơm, sau đó

cụm bơm này sẽ bơm dầu thủy lực tới các bộ phận cơ cấu chấp hành

Khi cần điều khiển ở vị trí trung gian, van điều khiển (10) không hoạt động, góc

nghiêng đĩa bằng không dẫn đến không suất hiện dòng dầu cao áp đến các động cơ di

chuyển trước (1) và động cơ di chuyển sau (3)

Khi cần điều khiển ở vị trí tiến hoặc lùi, van điều khiển (10) nhận tín hiệu đẩy

cuộc solenoid trong van Lúc này van (10) cung cấp lượng dầu vào cụm pít tông điều

khiển ở trong bơm chính (11) Điều này làm tăng góc nghiêng của đĩa nghiêng trong

bơm chính (11) Dòng áp cao đẩy từ cụm bơm chính (11) đến các động cơ di chuyển

trước (1) và di chuyển sau (3) Dòng áp thấp sẽ được trả về cụm bơm chính (11) thông

qua đường dầu hồi

Khi nhận tín hiệu rung, van điều khiển (8) nhận tín hiệu đẩy cuộc solenoid trong

van Lúc này van (8) cung cấp lượng dầu vào cụm pít tông điều khiển ở trong bơm

chính (9) Điều này làm tăng góc nghiêng của đĩa nghiêng trong bơm chính (9) Dòng

áp cao đẩy từ cụm bơm chính (9) đến động cơ thủy lực rung (2).Dòng áp thấp sẽ được trả về cụm bơm chính (9) thông qua đường dầu hồi

Các phần tử cơ bản của hệ thống truyền động thủy lực:

Bơm chính: Bơm chính là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu Trong hệ thống truyền động thủy lực xe lu Hamm 3412 sử dụng hai loại bơm là bơm pit tông rô to hướng trục đều thuộc loại bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc: khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén

Động cơ thủy lực (Motor thủy lực): là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ Dưới tác dụng áp suất, các phần tử của động cơ quay

Van điều khiển: Van điều khiển được dùng để đổi chiều dòng chảy và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định Nhờ vậy có thể đảo chiều chuyển động của bộ phận chấp hành hoặc điều khiển nó chuyển động theo một quy luật nhất định

Cơ cấu tiết lưu: cơ cấu tiết lưu được dùng để điều chỉnh hay hạn chế lưu lượng chất lỏng trong hệ thống bằng cách gây sức cản đối với dòng chảy

Các loại van: Van một chiều dùng để giữ cho chất lỏng chỉ chảy theo một chiều; van an toàn được dùng để bảo đảm cho hệ thống được an toàn khi có quá tải; van giảm

áp được dùng để hạ áp suất được cấp từ nguồn xuống phù hợp với yêu cầu nơi tiêu thụ, đồng thời có thể giữ cho áp suất nơi đó luôn luôn không đổi; bộ điều tốc phối hợp hoạt động giữa van tiết lưu và van điều áp làm ổn định được lưu lượng (vận tốc) của động

cơ thủy lực, làm cho chúng không phụ thuộc vào sự biến đổi của phụ tải

Ống dẫn: Các ống dẫn dùng để dẫn chất lỏng (năng lượng) từ bơm đến động cơ thủy lực Tùy theo điều kiện làm việc, người ta dùng loại ống dẫn mềm hoặc cứng Vì các ống dẫn thường phải chịu áp suất cao nên cần chú ý đến sức bền của ống và độ khít ở các mối nối Mặt khác khi lắp ráp các ống có áp suất cao, cần tránh lắp quá găng, gây ứng suất trước trong thành ống để tránh nứt, vỡ ống

Thùng chứa chất lỏng: Yêu cầu đối với một thùng chứa chất lỏng trong hệ thống truyền động thủy lực là đảm bảo đủ lượng dầu làm việc trong hệ thống, đảm bảo lọc sạch và làm nguội dầu tốt

Bộ lọc dầu: phải đặt các bộ lọc dầu trong hệ thống để lọc các cặn bẩn của dầu, bảo đảm cho hệ thống truyền động thủy lực làm việc bình thường Khi tính toán hay sử dụng bộ lọc cần chú ý đảm bảo lọc tốt nhưng cần giảm sức cản của lọc đối với dòng

1.3.2 Các cấu thành của HTTĐTL trên xe lu Hamm 3412

Hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu Hamm bao gồm bơm thủy lực để tạo dòng áp suất, xy lanh thủy lực và động cơ thủy lực là phụ tải Giữa các phần tử cơ bản còn có ống dẫn dầu, các van điều khiển và các bộ phận phụ trợ thủy lực đặc biệt như bình lọc, bộ làm mát, bình tích áp và các bộ phận khác

Hình 1.29 Sơ đồ truyền công trong hệ thống thủy lực xe lu Hamm

1.3.2.1 Cụm bơm thủy lực

Cụm bơm thủy lực dùng cho xe lu Hamm là loại bơm Rexroth AA4VG Cụm bơm này là loại bơm pít tông hướng trục thay đổi lưu lượng cho đĩa nghiêng Cụm bơm được sử dụng riêng biệt cho hệ thống thủy lực mạch kín

Hình 1.30 Sơ đồ mạch cụm bơm chính 1-Bơm; 2- Cụm pít tông điều khiển; 3- Thùng dầu; 4- Van điều khiển hướng; 5- Van

đa chức năng; 6- Tiết lưu; 7- Van giảm áp suất nạp; 8- Van giảm áp, A,B- Cửa ra áp suất công tác Q- Cửa vào áp suất tăng áp; Fe- Cửa ra áp suất tăng áp; PS- Cửa vào áp điều khiển; X1,X2 Nút đo áp điều khiển; G- Nút đo áp suất tăng áp; MH- Nút đo áp

công tác; S Cửa hút

Trên hình 1.5 là sơ đồ thủy lực của cụm bơm Trọng cum bơm gồm, bơm (1) là loại bơm pit tông gắn đồng trục và được dẫn động từ động cơ, các loại van như van ổn

áp, van an toàn, van giảm áp giúp ổn đinh áp suất, chống quá tải của bơm trong quá trình vận hành, bảo vệ mạch hệ thống, van điều khiển hướng liển kết với cụm pít tông điều khiển đĩa ngiêng Khi nhận được tín hiệu, van điều khiển làm thay đổi hành trình

dịch chuyển của cụm pít tông điều khiển (2) dẩy đĩa nghiêng một góc tương ứng

a) Bơm chính

Bơm là một bộ phận của truyền động thuỷ lực, nó biến đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng dòng chất lỏng công tác Chất lỏng công tác chảy theo ống dẫn đến động cơ thuỷ lực và được biến đổi thành cơ năng của khâu bị động, động cơ thuỷ lực

để làm cho cơ cấu chấp hành hoạt động

Bơm chính của hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu Hamm 3412 là loại bơm piston – roto hướng trục loại đĩa nghiêng thuộc loại bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc: khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén Loại bơm này có hai khối xy lanh (bơm kép) Một khối xy lanh truyền động thủy lực đến các động cơ thủy lực di chuyển, khối xy lanh còn lại truyền động thủy lực đến động cơ thủy lực rung

Kết cấu:

Hình 1.31 Mặt cắt ngang của bơm chính 1- Vòng phớt; 2- Trục; 3- Vòng chặn; 4- Vỏ; 5- Vòng bi; 6- Đĩa nghiêng; 7- Vòng giữ đế; 8- Đế pít tông; 9- Pít tông; 10- Đĩa phân phối; 11- Trục; 12- Vòng đệm;

13- Khối xi lanh Trục bơm được dẫn động từ động cơ Khi động cơ quay dẫn động trục bơm quay, khối xi lanh quay theo Trong khối xi lanh gồm có 9 pít tông (9) Đĩa phân phối (10) là đĩa nghiêng (6) được định vị với vỏ bơm

Khối xi lanh (12) sẽ làm các pit tông (9) trong khối xi lanh quay theo Các pit tông (9) được nối khớp cầu với các đế pit tông (8), các đế pit tông này được giữ lại bởi vòng giữ đế (7) được gắn lên đĩa nghiêng (6) Vì vậy vị trí của khối xi lanh sẽ thay đổi theo đĩa nghiêng Khi pit tông quay thì vị trí của các pit tông sẽ lần lượt thay thế lẫn nhau Đế pit tông nào có xu hướng trượt xuống đĩa nghiêng thì làm cho thể tích của khoang trong xy lanh tăng và áp suất giảm nên các khoang này được nối với các ống hút thông qua đĩa phân phối (11) và hút dầu vào các xy lanh Đế pit tông nào có xu hướng trượt lên đĩa nghiêng thì làm cho thể tích của các khoang trong xy lanh giảm và

áp suất tăng nên các khoang này được nối với đường ống đẩy thông qua đĩa phân phối (11) đưa dầu cao áp tới các bộ phận trung gian và cơ cấu chấp hành (theo [3])

b) Van điều khiển

Van điều khiển là dạng van phối hợp giữa hai loại van: van phân phối và van tiết lưu, kết hợp với tín hiệu điều khiển điện hoặc thủy lực Trong xe lu Hamm 3412, van điều khiển cho cụm bơm di chuyển nhận tín hiệu điều khiển bằng thủy lực, van điều khiển cho cụm bơm rung nhận tín hiệu điều khiển bằng điện

Hình 1.32 Cụm pít tông điều khiển hướng 1- Nắp; 2- Vít; 3- Vòng hãm; 4- Vỏ; 5- Pít tông; 6- Rảnh, 7- Đệm kín; 8- Lo xo; 9- Đế

lo xo; 10- Vòng chặn; 11- Ốc; 12- Trục; A,B- Cửa lưu chất Dầu thủy lực vào van điều khiển qua cửa lưu chất A và B; van điều khiển cũng nhận được tín hiệu từ đòn đẩy liên kết với rảnh (6); cần điều khiển đĩa nghiêng liên kết với van điều khiển của rảnh (13) Khi pít tông điều khiển di chuyển;cần điều khiển làm thay đổi đĩa nghiêng với một góc tương ứng với hành trình dịch chuyển của pít tông

Nếu áp lực chất lỏng vào cửa A bằng áp lực chất lỏng vào của B thì lúc này pit tông không dịch chuyển Lực lo xo tại hai khoang cân bằng với nhau Góc đĩa nghiêng không đổi

Nếu áp lực chất lỏng vào cửa A lớn hơm áp lực chất lỏng vào của B; lúc này áp lực giữa 2 khoang A và B chênh áp với nhau dấn đến pít tông dịch chuyển qua phải cho đến khi cân bằng lực do lực nén của lo xo (7) Góc đĩa nghiêng thay đổi tương ứng với độ dịch chuyển của pit tông Khi áp suất nạp giảm bởi van giảm áp; lo xo (8) đẩy pít tông (5) về lại vị trí trung giang Việc này làm giảm góc nghiêng của đĩa nghiêng trong bơm; dòng ra cao áp của bơm giảm (theo [3], [5]) c) Van đa chức năng

Van đa chức năng được thiết kết cho phép thực hiện hai chức năng chính; vừa là van giảm áp; vừa là van một chiều

Hình 1.33 Van an toàn 1- Vỏ van; 2-Lo xo; 3- Pít tông; 4- Vít chặt; 5- Đệm ; 6- Đệm kín; 7- Lo xo;

8;11- Cửa lưu chất; 9- Đế lo xo; 10- Van côn; 12- Đế van

Áp suất làm việc cực đại trong hệ thống được giới hạn bởi van này Van hạn chế

áp suất mạch chính đến một giá trị định mức và có thể thay đổi được Van này cũng bảo vệ để tránh phá hủy các thành phần hệ thống tương tự như van giảm áp POR Dầu

từ đường áp cao vào van thông qua cửa (8) Lực lo xo (7) ép van côn (10) tì lên đế lo

xo (9) Dòng áp cao tác động lên lo xo (7) Khi dòng áp cao này đạt tới giá trị cực đại định mức; van côn (10) bị đẩy xuống; dòng dầu cao áp dẫn về mạch áp suất thấp qua cửa lưu chất (11) Lúc này van làm việc với chức năng như van giảm áp

Van chức năng cũng làm việc như là một van một chiều trong mạch thủy lực kín Khi áp suất tại cửa lưu chất (8) (tại mạch áp suất thấp) thấp hơn áp suất nạp (áp suất

điều khiển) tại cửa lưu chất (11) Áp suất nạp này nâng đế van (10); dòng áp nạp chảy qua mạch áp suất thấp khi van mở Khi áp suất mạch áp suất thấp đạt đến giá trị bằng

áp suất nạp; lo xo (7) hồi vị đẩy đế lo xo (9) tì lên đế van (12); van đóng (theo [3]) d) Van giảm áp (POR valve)

Van giảm áp được đặt trong các bơm chính Van giảm áp có chức năng giới hạn

áp suất cực đại của dòng áp cao Van này ngăn ngừa dòng quá tải tác động liên tục vào cụm van an toàn (van đa chức năng) Van giảm áp được cài đặt áp suất định mức tại

450 bar; thấp hơn van an toàn 20 bar Khi van mở; dầu thủy lực có áp suất nạp vào van điều khiển; lúc này van điều khiển làm giảm góc đĩa nghiêng

Hình 1.34 Van giảm áp 1- Bu lông điều chỉnh; 2- Ốc; 3- Vỏ van; 4;9- Đệm kín; 5;16- Đế lo xo; 6- Van; 7- Pít tông; 8- Đế van; 10- Vỏ; 11;13;14;15- Cửa lưu chất; 16-Ống dẫn hướng; 17- Lo xo Chất lỏng tại mạch có áp suất cao đi vào van giảm áp qua cửa lưu chất (11) hay (13); con trượt di chuyển lên trên nếu áp suất cao tại cửa lưu chất (11); con trược di chuyển xuống dưới nếu áp suất cao tải cửa lưu chất (13) Chất lỏng có áp suất cao được dẫn lên qua lỗ thông của con trượt (12)

Khi áp suất cao bằng áp suất định mức cài đặt; áp lực này làm di chuyển pít tông (7) và đẩy van (6) ép lo xo (15); mở cửa lưu chất (15) và dòng dầu nap vào van điều khiển thông qua cửa lưu chất (15) về thùng

Van (6) còn thực hiện hai chức năng Van này được điều chỉnh để duy trì áp suất làm việc cho đến khi tải trọng giảm Van này cũng duy trì áp suất điều khiển để góc đĩa nghiêng vừa đủ lớn khi hệ thống bị rò rỉ Áp suất cài đặt định mức có thể thay đổi khi nới lỏng ốc(2) và thay đổi qua bu lông (1) (theo [3], [5])