Nghiên cứu phương pháp tính toán xác định quãng đường phanh ô tô có trang bị hệ thống phanh dẫn động khí nén

Nghiên cứu phương pháp tính toán xác định quãng đường phanh ô tô có trang bị hệ thống phanh dẫn động khí nén Nghiên cứu phương pháp tính toán xác định quãng đường phanh ô tô có trang bị hệ thống phanh dẫn động khí nén luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và Xe chuyên

dụng, Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2013

Tác giả

Phạm Văn Trung

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc

đến PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, Thầy đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu

đáo về mặt chuyên môn để tôi hoàn thành luận văn này

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp

đã giúp đỡ tạo, điều kiện về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học tập và làm luận văn

Tác giả

Phạm Văn Trung

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 9

1.1 Giới thiệu về hệ thống phanh dẫn động khí nén 9

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 20

1.3 Vấn đề nghiên cứu 27

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG LỰC HỌC DẪN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 30

2.1 Phương pháp mô phỏng tập trung 30

2.2 Phương trình lưu lượng đi qua tiết lưu 32

2.3 Phương trình lưu lượng đi vào dung tích 36

2.4 Phương trình lưu lượng tại điểm nút 38

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH PHANH CỦA HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 40

3.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh xe tham khảo (kamaz5320) 40

3.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả quá trình phanh của hệ thống phanh dẫn động khí nén 42

3.3 Mô phỏng dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén 45

3.4 Các thông số của xe tham khảo (Kamaz5320) 49

3.5 Kết Quả mô phỏng quá trình đạp phanh 50

3.6 Tính toán quãng đường phanh 54

3.7 Các giải pháp giảm thiểu quãng đường phanh của hệ thống phanh dẫn động khí nén 59

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ởViệt

Nam 27

Bảng 3.1 Các thông số xe tham khảo 51

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén 10

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén điển hình 11

Hình 1.3 Cấu tạo máy nén khí trên xe ZIL-130 13

Hình 1.4 Bộ điều chỉnh áp suất 14

Hình 1.5 Cấu tạo tổng van phanh 2 tầng của ôtô ZIL-130 15

Hình 1.6 Van an toàn 16

Hình 1.7 Bầu phanh và đòn điều chỉnh cơ cấu phanh 17

Hình 1.8 Cơ cấu phanh bánh trước 19

Hình 1.9 Cơ cấu phanh bánh sau 20

Hình 1.10 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh theo vận tốc bắt đầu phanh v1 và theo hệ số bám  25

Hỡnh 2.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng khớ nộn 31

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng dẫn động phanh 32

Hình 2.3 Tiết lưu và ký hiệu của nó trên sơ đồ mô phỏng 32

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng đi vào dung tích 36

Hình 2.5 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng đi vào dung tích thay đổi 37

Hình 2.6 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng tại điểm nút 39

Hình 3.1 Sơ đồ dẫn động phanh Kamaz 5320 40

Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng dẫn động phanh chính trên ôtô Kamaz 5320 42

Hình 3.3 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất 47

Hình 3.4 Modul mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi 48

áp suất của khí nén qua đường ống 48

Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi 48

áp suất của khí nén qua van 48

Hình 3.6 Modul mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi 49

áp suất của khí nén qua van 49

Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng và biến đổi áp suất của khí nén vào bầu phanh 49

Hình 3.8 Modul sơ đồ mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất của khí nén vào bầu phanh 49

Hình 3.9 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu trước 52

Hình 3.10 Quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu trước 52

Hình 3.11 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu sau 53

Hình 3.12 Quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu sau 53

Hình 3.13 Sơ đồ tính toán bầu phanh 55

Hình 3.13 Quãng đường phanh khi phanh ở tốc độ 8,3 m/s 56

Hình 3.14 Quãng đường phanh khi phanh ở tốc độ 9,7m/s 57

Hình 3.15 Quãng đường phanh khi phanh ở tốc độ 11 m/s 58

Hình 3.16 Quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu trước 60

Hình 3.17 Quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu sau 61

Hình 3.18 Quãng đường phanh khi chọn lai tiết diện cho từng đoạn ốngvới vân tốc bắt đầu phanh là 8,3/s 61

Hình 3.19 Quãng đường phanh khi chọn lai tiết diện cho từng đoạn ống với vân tốc bắt đầu phanh là 9,7m/s 62

Hình 3.20 Quãng đường phanh khi chọn lai tiết diện cho từng đoạn ống với vân tốc bắt đầu phanh là 11m/s 63

Hình 3.21 Sơ đồ cấu tạo van 63

tăng tốc 63

Hình 3.22.Sơ đồ mô phỏng dẫn động cầu sau lắp thêm van tăng tốc 64

Hình 3.23 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu sau khi lắp thêm van gia tốc 66 Hình 3.24 Quá trình nạp khí vào bầu phanh cầu sau khi lắp thêm van tăng tốc 67 Hình 3.25 Quãng đường phanh khi lắp thêm van tăng tốc với vận tốc bắt đầu

phanh là 8,3m/s 67 Hình 3.26 Quãng đường phanh khi lắp thêm van tăng tốc với vận tốc bắt đầu

phanh là 9,7 m/s 68 Hình 3.27 Quãng đường phanh khi lắp thêm van tăng tốc với vận tốc bắt đầu

phanh là 11 m/s 68

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội con người ngày càng phát triển, nhu cầu giao thông vận tải càng tăng, hàng năm trên thế giới sản xuất 48 triệu ô tô và hiện nay có khoảng 600 triệu ô tô đang hoạt động Điều đó cho thấy mật độ xe trên đường ngày càng cao Cùng với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới ngày nay được hoàn thiện và nâng cao, đáp ứng những mục tiêu chủ yếu về khả năng chuyên chở, về tốc độ, độ bền, an toàn và kinh tế

Số lượng xe càng nhiều, tốc độ xe càng lớn thì vấn đề an toàn trong vận tải ô

tô cần được đặc biệt quan tâm

Qua số liệu thống kê ở một số nước phát triển người ta thấy số vụ tai nạn giao thông hàng năm rất lớn:

Từ những số liệu trên, có thể nhận rõ vị trí, tầm quan trọng của hệ thống phanh ô tô trong việc nâng cao tính kinh tế và an toàn chuyển động

Cụ thể: trong các vụ tai nạn giao thông do tình trạng kỹ thuật xe gây nên thì phần lớn do hệ thống phanh (74,4%)

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

Cho đến nay, ở nước ta các công trình nghiên cứu tính toán hệ thống phanh khí nén thường chỉ dừng ở giai đoạn tính toán tĩnh mà chưa có các nghiên cứu đầy

đủ 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

Xuất phát từ thực tế trên, đề tài: “Nghiờn cứu phương phỏp tớnh toỏn xỏc

định quóng đường phanh ô tô có trang bị hệ thống phanh dẫn động khí nén ” sẽ

góp phần đáng kể trong quá trình nghiên cứu, cải thiện dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén, đặc biệt đối với thế hệ xe cũ

Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan cùng tập thể các thầy giáo trong Viện cơ khí động lực – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

Học viên

Phạm Văn Trung

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Để bảo đảm cho ôtô chuyển động an toàn ở tốc độ cao, cho phép lái xe điều chỉnh được tốc độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm nhằm nâng cao năng suất vận chuyển thì trên ôtô được trang bị hệ thống phanh Hầu hết các ôtô hiện nay thường bố trí hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc và dẫn động phanh bằng thuỷ lực, khí nén hoặc phối hợp giữa thuỷ lực và khí nén Trên các ôtô vận tải loại trung bình và lớn, các xe buýt nội thị và xe chở khách từ 24 chỗ ngồi trở lên thường sử dụng hệ thống phanh dẫn động khí nén ở dẫn động phanh khí nén để dẫn động các cơ cấu phanh người ta sử dụng năng lượng của khí nén, lái xe chỉ cần sinh lực để điều khiển van phân phối khí nén Điều này cho phép giảm nhẹ sức lao động của lái xe và có thể tạo ra lực phanh lớn mà không cần lực tác động lên bàn đạp phanh lớn

1.1 Giới thiệu về hệ thống phanh dẫn động khí nén

1.1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động khí nén

Hệ thống phanh là một tập hợp các cơ cấu được liên kết với nhau để thực hiện quá trình phanh xe Hiện nay, trên các ôtô hiện đại tồn tại bốn hệ thống phanh khác nhau về chức năng, có kết cấu phức tạp và thường dùng chung các phần tử như nguồn năng lượng, van phanh, cơ cấu phanh Bốn hệ thống phanh đó là:

+ Hệ thống phanh công tác (còn gọi là hệ thống phanh chính) dùng để điều chỉnh tốc độ chuyển động của ôtô trong điều kiện chuyển động bất kỳ

+ Hệ thống phanh dừng dùng để giữ cố định xe trên đường khi dừng xe trong thời gian tuỳ ý

+ Hệ thống phanh dự trữ dùng để dừng xe trong trường hợp hư hỏng hệ thống phanh công tác

+ Hệ thống phanh phụ dùng để giữ tốc độ chuyển động của ôtô không đổi trong thời gian dài hoặc để điều chỉnh tốc độ của ôtô ở giới hạn nào đấy khác không Trên các ôtô hiện nay thường đóng vai trò hệ thống phanh phụ là động cơ

đốt trong làm việc ở chế độ phanh Trên các ôtô vận tải cỡ lớn hoặc ôtô buýt người

ta sử dụng thiết bị phanh chuyên dùng - được gọi là phanh chậm dần

Ngoài ra, các xe đời mới còn có thể có hệ thống phanh tự động

Trên hình 1.1 là sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén:

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén

Hệ thống phanh khí nén gồm có nguồn năng lượng khí nén, dẫn động phanh

và cơ cấu phanh

Nguồn năng lượng của hệ thống phanh khí nén là máy nén khí đảm bảo cung cấp khí nén tới từng phần tử trong hệ thống để phanh xe Cũng có thể coi nguồn năng lượng như là một bộ phận không thể tách rời của hệ thống

Dẫn động phanh bao gồm các phần tử làm nhiệm vụ truyền dẫn năng lượng

từ nguồn đến cơ cấu phanh và điều khiển năng lượng này trong quá trình truyền để

có thể phanh với các cường độ phanh khác nhau Dẫn động phanh được chia thành bốn khối cơ bản: khối tích năng, khối điều khiển, khối truyền và khối chấp hành Khối tích năng là các bình chứa khí nén, các bình tích năng…có nhiệm vụ tích trữ năng lượng dưới dạng thế năng để đảm bảo khả năng phanh thường xuyên, vào bất

cứ thời điểm nào Khối điều khiển của dẫn động phanh có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu điều khiển và điều chỉnh nguồn năng lượng truyền đến cơ cấu phanh Khối

Phản hồi

Dẫn động phanh

Cơ cấu phanh

Máy nén khí Người lái

điều khiển của dẫn động phanh có thể là tổng van phanh, van phanh rơ moóc… Khối truyền là tập hợp các thiết bị truyền dẫn năng lượng cũng như truyền tín hiệu điều khiển phanh trong toàn hệ thống, ví dụ: các đường ống dẫn, các đầu nối ghép, các van tăng tốc… Khối chấp hành trong dẫn động phanh chính là các bầu phanh có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng truyền từ khối tích năng thành cơ năng tác dụng trực tiếp lên cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là thiết bị dùng để trực tiếp tạo ra và thay đổi lực cản nhân tạo

để phanh xe Hệ thống phanh công tác, hệ thống phanh dừng, hệ thống phanh dự trữ

sử dụng cơ cấu phanh loại ma sát ở đây lực cản nhân tạo được tạo ra nhờ ma sát thay đổi giữa phần quay (rô to) và phần không quay (stato) Phần rô to của cơ cấu phanh được liên kết cứng với bánh xe ôtô Tuỳ theo kết cấu của cơ cấu phanh chia ra: phanh guốc, phanh dải và phanh đĩa Tuỳ theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh

xe hoặc ở trục truyền của hệ thống truyền lực mà chia ra thành cơ cấu phanh bánh

xe và cơ cấu phanh trục truyền Cơ cấu phanh của hệ thống phanh phụ thường là động cơ hoặc thiết bị chuyên dùng

Trên cơ sở sơ đồ khối như hình 1.1, sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh khí nén điển hình được thể hiện như trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén điển hình

1 Máy nén khí; 2 Tổng van phanh; 3 Đường ống dẫn ra rơ mooc;4 Đầu nối; 5 Van điều khiển phanh rơ mooc; 6 Bình chứa khí phanh rơ mooc; 7 Cơ cấu phanh;

8 Bầu phanh; 9 Bình chứa khí nén của ôtô kéo

Cấu tạo chung của hệ thống phanh khí nén gồm có: máy nén khí 1 đóng vai trò là nguồn năng lượng, các van phanh 2 và 5 thuộc khối điều khiển; khối truyền gồm các đường ống dẫn khí, ống mềm, đầu nối, khối tích năng là các bình chứa khí nén 9 và 6, khối chấp hành là các bầu phanh 8

Theo sơ đồ trên hình 1.2, khi lái xe đạp chân lên bàn đạp phanh, khí nén từ bình chứa 9 qua van phanh 2 và đi đến bầu phanh làm xoay cam của của cơ cấu doãng má phanh, ép sát guốc phanh vào tang phanh thực hiện quá trình phanh ôtô kéo Đồng thời, khí nén trên đường ống dẫn ra rơmoóc sẽ qua van phanh 2 xả ra ngoài khí trời Sự giảm áp đó trên đường ống 3 sẽ là tín hiệu điều khiển van phanh rơmoóc làm việc để thực hiện phanh rơmoóc Khi nhả bàn đạp phanh thì khí nén từ bầu phanh ôtô kéo theo đường dẫn xả ra ngoài khí trời qua cửa xả ở van phanh 2, còn khí nén ở bầu phanh rơmoóc thì xả ra ngoài khí trời qua van xả nằm trong van phanh rơmoóc

1.1.2 Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén

1.1.2.1 Máy nén khí

Máy nén khí - với vai trò là nguồn năng lượng của hệ thống có nhiệm vụ tạo

ra khí nén nạp đầy cho các bình chứa, từ đó khí nén được cung cấp cho hệ thống phanh và các bộ phận khác như cụm gạt nước, còi, cơ cấu đóng mở cửa lên xuống

Trên các ôtô hiện nay thường sử dụng máy nén khí một cấp - hai xilanh với năng suất đến 250 lít/phút Hình 1.3 mô tả máy nén khí trên xe ZIL-130, làm mát bằng nước cả ở thân và nắp máy Hệ thống làm mát và bôi trơn được nối với các hệ thống tương ứng của động cơ Máy nén khí được dẫn động bằng truyền động đai từ trục khuỷu động cơ Năng suất của nó đạt 250 lít/phút ở tốc độ 2500 vòng/phút của trục khuỷu động cơ, tạo ra áp suất 7 Kg/cm2

Hình 1.3 Cấu tạo máy nén khí trên xe ZIL-130

1 Vỏ–giá đỡ; 2 Moayơ; 3,48 Vỏ; 4 Vít hãm; 5 Đệm chắn dầu; 6,49 ổ bi; 7 Thân; 8 Puli; 9 Khối xilanh; 10 Thanh truyền;11 Xécmăng dầu; 12 Nắp hãm;

13 Chốt pitông; 14 Xécmăng khí; 15 Bạc lót; 16 Piston; 17,27,32,39 Đế van; 18 Van nén; 19 Lò xo van nén; 20,51 Đai ốc; 21 Nắp máy; 22 Nắp đế van; 23 Đường khí nạp; 24 Đế chặn van; 25 Lò xo van nạp; 26 Van nạp; 28 Đũa đẩy; 29

Lò xo đòn ngang; 30 Buồng chia khí và giảm áp; 31 Rãnh dẫn; 33 Nắp điều chỉnh; 34 Lò xo; 35 Vỏ bộ điều chỉnh áp suất; 36 Thanh đẩy hình trụ; 37 Van xả của bộ điều chỉnh áp suất; 38 Van nạp của bộ điều chỉnh áp suất; 40 Bầu lọc; 41 Đòn ngang; 42 Con trượt; 43 Đầu nối với ống từ bầu lọc; 44 Bộ điều áp; 45 Điểm nối ống dẫn dầu bôi trơn; 46 Bạc làm kín; 47 Lò xo bạc làm kín; 50 Nắp thanh truyền; 52 Bạc đầu to thanh truyền; 53 Trục khuỷu;54.Đường ra của dầu bôi trơn;B.Rãnh thoát khí

Thân của máy nén khí 7, khối xilanh 9 và nắp máy 21 được đúc từ gang xám Mỗi piston 16 có 3 xec măng: 2 xec măng khí 14 và xec măng dầu 11 Piston 16 được nối với thanh truyền bằng chốt 13 Chốt này được hạn chế dọc trục bằng nắp hãm 12 Thanh truyền 10 lắp ghép với trục khuỷu 53 nhờ bạc 52 và các nắp rời 50 Trên nắp máy, phía trên hai xilanh có hai van nén 18 Van nén tỳ vào đế 17 nhờ lực

lò xo 19 Phía bên mỗi buồng nén có các van nạp 26 tỳ vào đế tựa 27 bằng lò xo 25

Cơ cấu giảm tải gồm đũa đẩy 28, đòn ngang 41 và các con trượt 42

1.1.2.2 Bộ điều chỉnh áp suất

Bộ điều chỉnh áp suất đặt trên khối xilanh của máy nén khí là một phần tử thuộc khối điều khiển trong dẫn động phanh khí nén, có tác dụng tự động giữ áp suất khí nén trong hệ thống nằm trong giới hạn 0,6  0,77 MPa đồng thời giảm tải cho máy nén khí áp suất này đảm bảo cho dòng khí nén từ các bình chứa đến các bầu phanh (đến áp suất 0,45 MPa) với tốc độ giới hạn không đổi (bằng tốc độ âm thanh) và với lưu lượng trong một giây lớn nhất, nhờ vậy đảm bảo được thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh ngắn nhất

Hình 1.4 Bộ điều chỉnh áp suất

1 Chụp bảo vệ; 2 Chụp điều chỉnh; 3 Lò xo; 4 Bi tỳ; 5 Cần của van; 6 Đai ốc hãm; 7 Rãnh dẫn; 8 Lưới lọc; 9 Thân; 10 Nút; 11 Lọc dùng kim loại gốm; 12 Vòng đàn hồi; 13 Van nạp; 14 Van xả; 15 Đế van nạp; 16 Đế van xả;17 Đệm điều chỉnh; 18 Vòng chặn; I Khí nén áp suất cao từ bình chứa; II Cửa thoát khí ra ngoài khí trời; III Khí từ khối giảm áp của máy nén

Hình 1.4 mô tả cấu tạo của bộ điều chỉnh áp suất: khoang trong thân 9 nối với khoang dưới con trượt 42 trong hình 1.3 qua cửa III và nhờ rãnh 7 có hai van bi

13 và 14 Lưới lọc 8 dùng để lọc dầu và nước lẫn vào trong khí nén khi đi qua cửa III Hai van bi chịu lực ép của lò xo 3 thông qua cần đẩy 5 Van nạp 13 có đế tựa 15

có vòng đệm đàn hồi 12 Kết cấu này không cho van bi dính vào đế tựa Đế tựa 16 của van thải 14 là mặt mút dẫn hướng của cần đẩy 5 ống dẫn hướng 16 có rãnh nối thông khoang của các viên bi với khí trời Phần dưới của bộ điều chỉnh áp suất nối thông với bình chứa khí qua cửa I

1.1.2.3 Tổng van phanh

Khí nén sau khi được nạp đầy trong các bình chứa sẽ được điều khiển thời điểm và lưu lượng cung cấp vào hệ thống thông qua một thiết bị có tác dụng như một van khóa gọi là tổng van phanh Tuỳ thuộc vào dẫn động một dòng, hai dòng hoặc có phanh rơmoóc mà kết cấu của tổng van phanh có những đặc điểm khác nhau Dưới đây là cấu tạo của tổng van phanh 2 tầng dùng cho dẫn động phanh 1 dòng

Hình 1.5 Cấu tạo tổng van phanh 2 tầng của ôtô ZIL-130

1 Thanh dẫn động van phanh; 2 Chụp bảo vệ; 3,29,33 Tay đòn; 4,31,34 Bulông điều chỉnh hành trình; 5,27 Lò xo cân bằng; 6 ống dẫn hướng; 7 Cần đẩy van

phanh rơmoóc; 8 Thân van; 9 Màng; 10,17 Đế van xả; 11 Vòng làm kín; 12,18 Van xả; 13 Đệm điều chỉnh; 14,19 Van nạp; 15 Đế van nạp; 16 Cửa khí quyển;

20 Nắp công tắc đèn phanh; 21 Đầu nối dây; 22 Lò xo công tắc; 23 Các đầu dây; 24 Tiếp điểm công tắc đèn phanh; 25 Thân công tắc; 26 Rãnh dẫn khí; 28 Thân tầng van phanh ôtô; 30 Đai ốc hãm; 32 Lẫy liên động phanh tay; A Đường khí tới phanh rơmoóc; B Đường khí từ bình chứa khí nén; C Đường khí tới phanh ôtô

Hình 1.5 mô tả cấu tạo tổng van phanh loại hai tầng bố trí trong cùng một vỏ,

có cơ cấu tuỳ động kiểu màng và các van phanh hình côn làm bằng cao su - thép

Cơ cấu tuỳ động có tác dụng thuận (ở tầng dưới) dùng để điều khiển phanh ôtô kéo

Cơ cấu tuỳ động tác dụng nghịch (ở tầng trên) dùng để điều khiển phanh rơmoóc

1.1.2.4 Van an toàn

Hình 1.6 Van an toàn

1 Đế van; 2 Thân van; 3 Van bi; 4 Lò xo;

5 Đai ốc hãm; 6 Vít điều chỉnh; 7 Thanh đẩy

Hình 1.6 thể hiện cấu tạo của van an toàn, gồm có đế van 1, thân van 2, van

bi 3, lò xo van 4, đai ốc hãm 5, vít điều chỉnh 6 điều chỉnh lực ép lò xo cũng là điều chỉnh áp suất và thanh đẩy 7 Van an toàn được dùng để phòng ngừa cho hệ thống khí nén khỏi bị tăng áp suất quá lớn trong trường hợp bộ tự động điều chỉnh áp suất

bị hư hỏng

Van an toàn thường được bố trí ở một trong các bình chứa khí nén của ôtô, gần máy nén khí nhất và được điều chỉnh để áp suất mở van trong khoảng 0,9 0,95 MPa

Van được điều chỉnh nhờ vít 6 và được hãm nhờ đai ốc 5 Trong quá trình sử dụng, trạng thái làm việc bình thường của van được duy trì bằng cách đều đặn xả

khí để làm sạch bụi bẩn, sau đó kiểm tra sự kín khít của van khi hệ thống làm việc bình thường

Khi áp suất trong bình chứa lớn hơn quy định thì khí nén sẽ từ đường dẫn trong đế van đẩy viên bi 3 thắng sức cản của lò xo 4, đẩy thanh đẩy 7 dịch sang phải Khí nén sẽ được xả bớt ra ngoài khí trời qua lỗ trên thân van, cho đến khi áp suất trong bình giảm xuống dưới 0,9 MPa thì viên bi lại tỳ chặt vào đế van, đóng cửa thông với khí trời

1.1.2.5 Bầu phanh

Hình 1.7 Bầu phanh và đòn điều chỉnh cơ cấu phanh

1 Thân bầu phanh; 2 Màng; 3 Cần đẩy; 4 Nắp bầu phanh; 5 ống mềm; 6,7 Lò xo; 8 Đệm kín; 9 Bu lông; 10 Nạng; 11 Đòn điều chỉnh; 12 Trục vít; 13 Bi định vị; 14 Trục của trục vít; 15 Bánh răng; 16 Trục của cam quay; 17 Nắp

Bầu phanh chính là khối chấp hành của dẫn động phanh khí nén

Nhiệm vụ của bầu phanh là tạo lực ép lên cần đẩy để quay được cam quay của cơ cấu phanh

Hình 1.7 thể hiện cấu tạo chi tiết của bầu phanh loại màng: cần đẩy 3 của bầu phanh được ghép nối với đòn điều chỉnh 11 nhờ nạng 10 và chốt Khí nén đi vào ống mềm 5 ép màng 2 dịch chuyển cùng cần đẩy sang phải, thông qua đòn 11 làm quay cam của cơ cấu phanh thực hiện phanh xe Sau khi nhả bàn đạp phanh, nhờ các lò xo hồi vị 7 và 8 cộng với sự giảm áp từ phía đường ống mà màng 2 trở về vị trí ban đầu

Bầu phanh loại piston cũng có cấu tạo và cơ chế hoạt động tương tự như trên Khi đó màng 2 sẽ được thay bằng piston có các vòng làm kín khí được ép ngay vào các rãnh trên thân piston Piston cũng trở về vị trí ban đầu sau khi nhả phanh nhờ các lò xo hồi vị

1.1.2.6 Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là thiết bị trực tiếp tạo ra và thay đổi lực cản để phanh xe bằng cách tạo ra mômen phanh cần thiết và giữ ổn định về chất lượng phanh trong quá trình sử dụng Hệ thống phanh khí nén sử dụng cơ cấu phanh loại ma sát Lực cản được tạo ra nhờ ma sát thay đổi giữa phần quay (tang phanh) và phần không quay (guốc phanh) Phần quay được liên kết cứng với bánh xe ôtô

Cơ cấu phanh trong hệ thống phanh khí nén là loại phanh guốc, chốt tựa một phía và chuyển dịch của các guốc như nhau Khi bố trí cơ cấu phanh kiểu này, cơ cấu doãng má phanh sử dụng cam phanh đối xứng Thường ở cầu trước sử dụng cam phanh biên dạng thân khai, còn ở cầu sau lại sử dụng cam phanh biên dạng ácsimét Bởi vì nếu cùng một giá trị mômen đặt lên trục cam phanh thì ở cam phanh ácsimét sẽ nhận được tổng lực tác dụng lên guốc lớn hơn so với cam phanh thân khai do cam phanh ácsimét có đường kính vòng tròn cơ sở nhỏ hơn Tuy nhiên, ở cam ácsimét điểm đặt lực đẩy không ổn định nên trong quá trình làm việc cam nhanh mòn hơn

Khi cam quay thì chuyển dịch của guốc về hai phía là như nhau, do vậy mà đảm bảo giá trị phản lực pháp tuyến và lực ma sát như nhau đối với cả guốc trước

và guốc sau vì thế nên các tấm ma sát sẽ mòn như nhau, không phát sinh các lực phụ tác dụng lên ổ trục bánh xe, cơ cấu phanh được cân bằng Hiệu quả phanh theo

hai chiều là như nhau Sự cân bằng của cơ cấu phanh và mô men phanh do guốc trước và guốc sau tạo ra bằng nhau sẽ tạo ra cơ sở giữ ổn định chất lượng phanh vì vậy nó được áp dụng rộng rãi trên các ô tô loại lớn

Các hình 1.8 và 1.9 thể hiện kết cấu của cơ cấu phanh bánh xe cầu trước và cầu sau ZIL-130

Hình 1.8 Cơ cấu phanh bánh trước

1 Dầm cầu trước; 2 Thanh ngang hình thang lái; 3 Bulông; 4 Đầu nối; 5 ổ bi đỡ; 6 Đai ốc; 7 Chốt tựa; 8 Tang phanh; 9,10 ổ bi đỡ moayơ; 11 Vòng hãm; 12 Vòng đệm chặn; 13 Đai ốc hãm; 14 Đệm đai ốc; 15-25 Vỏ; 16 Moayơ; 17 Ngõng trục; 18 Cam; 19 Đệm điều chỉnh; 20 Trục đứng; 21 Đòn điều chỉnh; 22 Trục vít; 23 Bánh vít; 24 Vành răng; 26 Chốt bi; 27 Guốc phanh; 28 Nạng; 29 Đai ốc hãm; 30 Thanh nối; 31 Bầu phanh; 32 Lò xo hồi vị

Hình 1.9 Cơ cấu phanh bánh sau

1 Tang phanh; 2 Guốc phanh; 3 Mâm phanh; 4,20 Đai ốc; 5 Chốt tựa guốc phanh; 6 Giá đỡ; 7,28 Vỏ cơ cấu cam; 8 Cam; 9 Con lăn; 10,14 Phớt chắn; 11,13 ổ bi; 12 Đai ốc ngoài; 15 Đai ốc điều chỉnh; 16 Vòng hãm; 17 Đai ốc hãm; 18 Bán trục; 19 Vỏ cầu; 21 Moayơ; 22 Đai ốc trong; 23 Lò xo hồi vị; 24 Giá đỡ con lăn; 25 Trục con lăn;26 Bầu phanh; 27 Thanh nối; 29 Đòn điều chỉnh

Trên đây là kết cấu một số phần tử điển hình mà bất cứ một hệ thống phanh dẫn động khí nén cũng đều phải có Tuy nhiên tuỳ thuộc vào cấu tạo của từng đòng

xe riêng mà trong hệ thống phanh còn có thêm một số phần tử khác như bộ phận lọc nước, van bảo vệ, van hạn chế áp suất, van tăng tốc Do thời gian nghiên cứu không nhiều nên trong đồ án sẽ không giới thiệu về kết cấu của các phần tử này

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

1.2.1 Gia tốc chậm dần khi phanh

Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá hiệu quả phanh ôtô Gia tốc chậm dần càng lớn thì hiệu quả phanh càng cao

Khi phanh trên đường bằng thì lực phanh PP chiếm khoảng 98% tổng các lực cản trong quá trình phanh Do đó ta có thể coi lực phanh sẽ cân bằng với lực quán tính Mặt khác, khả năng tiếp nhận lực phanh ở các bánh xe còn phụ thuộc rất nhiều vào khả năng bám của các bánh xe với đường

Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh được xác định theo công thức sau:

đà Khi đó giá trị  sẽ giảm xuống giá trị  ' bé hơn nhiều, JPmax sẽ tăng lên

JPmax phụ thuộc vào hệ số bám  giữa lốp với mặt đường Giá trị hệ số bám lớn nhất max = 0,7 0,8  trên đường nhựa tốt Nếu coi  = 1 và gia tốc trọng trường g = 10m/s2 thì gia tốc chậm dần cực đại khi phanh trên đường nhựa tốt, khô, nằm ngang có thể đạt trị số: JPmax = 7,0 8,0[m/ s ]  2

Trong quá trình phanh chậm dần, ôtô chỉ đạt gia tốc phanh chậm dần nhỏ hơn JPmax khoảng 2  3 lần Phanh cấp tốc chỉ xảy ra trong những tình huống đặc biệt nguy hiểm và chỉ chiếm khoảng 5 10% tổng số lần phanh

1.2.2 Thời gian phanh

Thời gian phanh cũng là một trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh cũng như chất lượng quá trình phanh Thời gian phanh càng nhỏ tức là hiệu quả phanh càng cao

Công thức (2.1) được thể hiện dưới dạng vi phân như sau:

dt dv g.



 =

Muốn xác định thời gian phanh cần tích phân lượng dt trong giới hạn vận tốc

từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầu phanh v1 tới thời điểm vận tốc v2 ở cuối quá trình phanh Công thức xác định thời gian phanh như sau:

Nếu phanh ôtô đến khi dừng hẳn thì v2 = 0, khi đó thời gian phanh nhỏ nhất

tPmin được tính như sau:

1.2.3 Quãng đường phanh

Quãng đường phanh SP là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả phanh cũng như chất lượng quá trình phanh của ôtô So với các chỉ tiêu khác thì chỉ tiêu này mang tính trực quan và thực tế nhất, giúp lái xe xử lý tốt khi phanh trên đường Chỉ tiêu này thường được đưa vào trong các tài liệu tính năng kỹ thuật của ôtô, có kèm theo giá trị vận tốc bắt đầu phanh tương ứng Quãng đường phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt

Khi phanh, phương trình chuyển động của ô tô có thể được viết như sau:

i- hệ số kể đến quán tính của các khối lượng quay trong hệ thống truyền lực (khi phanh nếu ngắt ly hợp thì hệ số này là không đáng kể) Đối với ô tô con, khi tính toán có thể lấy gần đúng i = 1,05

Công thức (1) có thể viết dưới dạng sau:

i

p p

M

R P

R P

R P

M dS

V

i

P P P P

VdV M

2 2

2 1ln

2

.

V C P P P

V C P P P C

M

S

i f p

i f p i

+

 +

=

i f p

i

P P P

V C C

M

S

2 11

ln 2

P p =  =

Tuy nhiên, trong thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phanh làm giảm hiệu quả của nó và quãng đường phanh sẽ bị tăng lên Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố trên người ta đưa thêm hệ số  vào công thức trên:

Như vậy, quãng đường phanh nhỏ nhất được tính như sau:

=

i

i

i f Mg

V C C

M S

)(

1ln2

=

i

i

i f Mg

V C C

M S

)(

1ln2

1

V t

=

i

i

i f Mg

V C C

M

S

)(

1ln2

hưởng của khối lượng quay  và phụ thuộc vào hệ số bám  giữa bánh xe với mặt đường Để giảm quãng đường phanhcần giảm hệ số , nên người lái cần cắt ly hợp rồi mới phanh

Các công thức (2.1), (2.5), (2.9) về mặt lý thuyết không phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ G của ôtô Nhưng ba công thức trên đều phụ thuộc vào hệ số bám ,

mà hệ số  lại phụ thuộc vào tải trọng G của ôtô Khi G tăng lên thì  giảm, do đó gia tốc phanh chậm dần sẽ giảm còn thời gian phanh và quãng đường phanh sẽ tăng lên Vì vậy, thực nghiệm đã chứng minh được rằng quãng đường phanh của xe con,

xe tải và xe khách khác nhau mặc dù bắt đầu phanh ở cùng một vận tốc v1 Đồ thị trên hình 2.1 mô tả mối quan hệ đó:

Hình 1.10 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường

phanh theo vận tốc bắt đầu phanh v 1 và theo hệ

số bám 

Đồ thị trên hình 2.1 đã cho thấy rằng

vận tốc bắt đầu phanh v1 càng cao thì quãng đường phanh SP càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc vào bình phương của vận tốc v1, đồng thời hệ số bám càng cao thì quãng đường phanh SP càng giảm

1.2.4 Lực phanh và lực phanh riêng

Ba chỉ tiêu quan trọng nhất đã được xem xét ở trên Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh Tuy nhiên chỉ tiêu này chỉ được dùng thuận lợi nhất khi thử phanh ôtô trên bệ thử

Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ôtô được xác định theo công thức:

P P

K

M P r

Trong đó : M P là mômen phanh của các cơ cấu phanh, [N.m]

r K là bán kính tính toán của bánh xe, [m]

Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của ôtô Lực phanh riêng được xác định theo công thức (2.18):

P P

P G

Lực phanh riêng đạt cực đại khi lực phanh đạt cực đại:

Pmax Pmax

Ngoài ra có thể sử dụng thông số lực phanh riêng cho từng cầu xe  P1, P2 Các giá trị này dùng để đánh giá khả năng sử dụng trọng lượng bám ở từng cầu

và sự phát triển nền công nghiệp của nước đó Việt Nam hiện đang sử dụng hai chỉ tiêu là quãng đường phanh và gia tốc chậm dần cực đại khi phanh

Tại Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường được quy định tại tiêu chuẩn 22 TCN 224-2001: “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện cơ giới đường bộ” do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành ngày 05/12/2001 Tiêu chuẩn này quy định thử xe ở chế độ không tải, trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằng phẳng và khô, được đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu: SP hoặc JPmax, hệ số bám

 không nhỏ hơn 0,6 Vận tốc bắt đầu phanh là 30[Km/h] hay là 8,33[m/s]

Loại ôtô Quãng đường phanh

SP [m]

Gia tốc phanh

JPmax [m/s2] Ôtô con, kể cả ôtô con chuyên dùng

đến 09 chỗ (kể cả người lái) Không lớn hơn 7,2 Không nhỏ hơn 5,8 Ôtô tải có trọng lượng toàn bộ

không lớn hơn 8000KG, ôtô khách

trên 09 chỗ (kể cả người lái) có tổng

chiều dài không lớn hơn 7,5m

Không lớn hơn 9,5 Không nhỏ hơn 5,0

Ôtô tải hoặc đoàn ôtô có trọng

lượng toàn bộ lớn hơn 8000KG, ôtô

khách trên 09 chỗ (kể cả người lái)

có tổng chiều dài lớn hơn 7,5m

Không lớn hơn 11 Không nhỏ hơn 4,2

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ở

Việt Nam

1.3 Vấn đề nghiên cứu

Môi chất công tác trong dẫn động phanh khí là không khí nén 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 dẫn đến thời gian tác động phanh chậm làm giảm hiệu quả phanh Chính vỡ vậy chỳng ta cần nghiên cứu tính toán xác định độ chậm tác dụng của hệ thống phanh dẫn động khí nén để từ đó đưa ra giải pháp giảm thiểu quóng đường 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

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 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

Xuất phát từ các nhu cầu nêu trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiờn cứu phương phỏp

tớnh toỏn xỏc định quóng đường phanh ô tô có trang bị hệ thống phanh dẫn động khí nén” Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là tính chính xác thời gian chậm tác dụng

của hệ thống dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén

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

1 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của hệ thống dẫn động phanh khí

2 Sử dụng công cụ Simulink để mô phỏng trên máy tính quá trình động lực học của dẫn động phanh khí nén

3 Đo đạc các thông số của hệ thống dẫn động phanh khí nén trên một xe cụ thể (Kamaz) để làm bộ số liệu tính toán khảo sát quá trình động lực học trong dẫn động phanh khí nén Tiến hành tính toán thời gian chậm tác dụng trên mô hình đã xây dựng

4 Đánh giá các kết quả thu được, trên cơ sở đó đề xuất cỏc giải phỏp giảm thiểu thời gian chậm tác dụng

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận văn được trình bày trong bốn chương:

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Giới thiệu về hệ thống phanh dẫn động khí nén, các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh và khái quát về vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở lý thuyết động lực học dẫn động điều khiển hhệ thống phanh khí nén

Đưa ra một số sơ đồ dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén điển hình,

từ đó thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực học quá trình phanh

Chương 3 Mô phỏng dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén

Từ hệ phương trình vi phân đã được thiết lập trong chương 2, xây dựng chương trình tính toán trên phần mềm MATLAB – Simulink Nhập thông số đầu vào sẽ cho ta kết quả tính toán Trên cơ sở đánh giá kết quả tính toán, dưa ra các dề xuất giảm thiểu thời gian chạm tác dụng của hệ thống và tính quãng đường phanh

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG LỰC HỌC DẪN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN

2.1 Phương pháp mô phỏng tập trung

Một trong những nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén là độ chậm tác dụng lớn

Để nghiên cứu xác định độ chậm tác dụng của hệ thống phanh dẫn động khí nén,chúng ta cần phải thiết lập được các phương trình mô tả quá trình làm việc của

hệ thống hay nói các khác là mô phỏng toán học hệ thống Tuy nhiên bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong hệ thống rất phức tạp và việc mô phỏng một cách hoàn toàn chính xác là không thể thực hiện được, đặc biệt là quá 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 tới nay có khá nhiều phương pháp mô phỏng và nói chung chúng đều có các ưu nhược điểm riêng Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp mô phỏng tập trung, nó có ưu điểm là tương đối đơn giản, dễ thực hiện và cho phép nghiên cứu những hệ thống phức tạp với độ chính xác cao

Bản chất của phương pháp mô phỏng tập trung dựa trên 2 nguyên tắc sau:

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

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

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

sử dụng trên các xe tải cỡ trung bình và cỡ lớn

Sử dụng những quy tắc trên ta có thể biến đổi sơ đồ hệ thống phanh trên hình 2.1 thành sơ đồ mô phỏng có dạng như thể hiện trên hình 2.2

pmax

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng

khí nén

1- Tổng van; 2, 3- Các bát phanh trước;

4- Bộ điều hoà lực phanh; 5, 6- Các bát phanh sau

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng dẫn động phanh

Vớ dụ trờn cho thấy, phương phỏp mụ phỏng tập trung cho phộp đơn giản hoỏ bài toỏn mụ phỏng và quy về việc xỏc định:

- quan hệ giữa cỏc thụng số dũng chảy đi qua điểm nỳt;

- quan hệ giữa cỏc thụng số dũng chảy đi qua tiết lưu;

- quan hệ giữa cỏc thụng số dũng chảy đi vào dung tớch

2.2 Phương trỡnh lưu lượng đi qua tiết lưu

1- Lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu

Hỡnh 2.3 Tiết lưu và ký hiệu của nú trờn sơ đồ mụ phỏng

Phương trình lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu:

*

max 1

=



fc, f- tiết diện của dòng khí và của lỗ tiết lưu;

v* - vận tốc giới hạn:v =* kRT (~ 330 m/ s - vận tốc truyền sóng trong không khí);

đúng được xây dựng dựa trên cơ sở một loạt các giả thiết nên thiếu chính xác Các sai số này được bù trừ trong hệ số , còn  thì được xác định bằng thực nghiệm Theo Saint-Venant tồn tại 2 chế độ dòng chảy của chất khí tùy thuộc vào áp suất không thứ nguyên  Nghĩa là tồn tại một giá trị giới hạn * = 0,528:

k

1 2

- đối với các van công nghiệp: * = 0,2 - 0,4;

- ống  = 3 - 20 mm, l < 30 mm: * < 0,1

F E Sanville, dựa trên kết quả nghiên cứu trên các loại van và đường ống thực

đã đưa ra công thức kinh nghiệm:

*1

trong đó * được xác định bằng thực nghiệm

Khi * = 0,5 thì ( ) =2 (1−) - ta lại có công thức Saint-Venant

Có thể thấy trong công thức này sự tồn tại của 2 chế độ dòng chảy gây khó khăn cho việc tính toán, còn thêm vấn đề nữa là phải xác định bằng thực nghiệm giá trị 

1654,0

Có thể thấy ngay rằng nếu sử dụng công thức này trong các tính toán thì ta có thể đơn giản hoá bài toán đi khá nhiều (không còn 2 chế độ dòng chảy nữa) hơn nữa các ứng dụng cụ thể đã cho thấy công thức này cho kết quả rất gần với thực nghiệm

Vì vậy trong các tính toán sau này ta sẽ sử dụng công thức trên Nghĩa là ta có công thức tính lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu: