Mô phỏng và khảo sát hệ thống dẫn động phanh khí nén trên ô tô tải cỡ lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN BẰNG MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN Ơ TƠ TẢI CỠ LỚN (N3) Chuyên ngành : KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN THANH QUANG Hà Nội – Năm2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu: Mô khảo sát hệ thống dẫn động phanh khí nén tơ tải cỡ lớn (N ) riêng hướng dẫn thầy TS Nguyễn Thanh Quang Đề tài thực Bộ môn ôtô xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết trình bày luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình Hà Nội, ngày 18 tháng 09 năm 2012 Tác giả Nguyễn Văn Bằng MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA………………………………………………………………….1 LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN .8 MỞ ĐẦU 12 Chương I: ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG PHANH BẰNG KHÍ NÉN TRÊN Ơ TƠ TẢI 14 1.1 Tổng quan tình hình sản xuất lưu hành xe tải Việt Nam giới 14 1.2 Tổng quan hệ thống dẫn động phanh khí nén 15 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống dẫn động phanh khí nén xe tải 15 1.2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống phanh khí nén .16 1.2.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc van phân phối hai dòng cho xe tải .17 1.2.4 Van phanh gia tốc 23 1.3 Đặc điểm hệ thống dẫn động phanh khí nén xe tải: 25 1.3.1 Thời gian chậm tác dụng: 25 1.3.2 Các biện pháp làm giảm độ chậm tác dụng hệ thống: .25 1.4 Nội dung luận văn 26 Chương II: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 28 2.1 Phương pháp mơ phỏng: .28 2.2 Phương trình lưu lượng qua tiết lưu: 29 2.3 Phương trình lưu lượng vào dung tích .32 2.3.1 Lưu lượng tức thời vào dung tích khơng đổi 32 2.3.2 Lưu lượng tức thời vào dung tích thay đổi: 33 2.4 Phương trình lưu lượng điểm nút: .35 2.5 Các phương trình tính tốn: 35 2.5.1 Các phương pháp tính tốn: .35 2.5.2 Giới thiệu khái quát phần mềm Matlab 38 Chương III: MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG PHANH KHÍ NÉN 40 3.1 Đặt vấn đề .40 3.2 Mơ tính tốn hệ thống dẫn động phanh khí nén với dung tích khơng đổi .41 3.2.1 Giới thiệu chung xác định sơ đồ hệ thống dẫn động phanh: 41 3.2.2 Xây dựng mơ hình hệ thống phanh khí nén: 42 3.2.3 Mơ hình tốn học phương pháp giải: 43 3.2.4 Các giả thiết tính tốn: .45 3.2.5 Lập giải hệ phương trình vi phân 46 3.3 Mơ tính tốn hệ thống dẫn động phanh khí nén với dung tích thay đổi 62 3.3.1 Mơ tính tốn hệ thống dẫn động phanh khí nén cầu trước 63 3.3.2 Mơ tính tốn hệ thống dẫn động phanh khí nén với dung tích thay đổi cầu sau .68 3.4 So sánh trường hợp có dung tích thay đổi dung tích khơng thay đổi.72 3.4.1 Hệ thống phanh cầu trước 73 3.4.2 Hệ thống phanh cầu sau 75 3.5 Mơ tính tốn hệ thống dẫn động phanh khí nén với dung tích thay đổi có lắp van gia tốc .79 3.5.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động hệ thống phanh: 79 3.5.2 Mơ hình tốn học phương pháp giải: 79 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC………………………………………………………………………….89 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN TT Ký tự Giải thích ký tự Đơn vị Hệ thống phanh khí nén với dung tích khơng đổi P1 Áp suất tổng phanh cầu trước N/m2 P2 Áp suất từ tổng phanh đến ngã ba cầu trước ( nút 2) N/m2 P3 Áp suất từ ngã ba đến bát phanh trái cầu trước ( nút 3) N/m2 P4 Áp suất từ ngã ba đến bát phanh phải cầu trước ( nút 4) N/m2 P5 Áp suất tổng phanh cầu sau (nút 5) N/m2 P6 Áp suất tổng phanh ngã ba thứ cầu sau ( nút ) N/m2 P7 Áp suất từ ngã ba thứ đến ngã ba trái cầu sau ( nút ) N/m2 P8 Áp suất từ ngã ba thứ đến ngã ba phải cầu sau ( nút ) N/m2 P 9,11 10 P 10,12 Áp suất từ ngã ba bên phải cầu sau đến hai bát phanh phải cầu sau ( nút 9,11 ) Áp suất từ ngã ba bên trái cầu sau đến hai bát phanh trái cầu sau (nút 10,12) N/m2 N/m2 Hệ thống phanh khí nén với dung tích thay đổi 11 P 1t Áp suất tổng phanh cầu trước N/m2 12 P 2t Áp suất từ tổng phanh đến ngã ba cầu trước ( nút 2) N/m2 13 P 3t Áp suất từ ngã ba đến bát phanh trái cầu trước ( nút 3) N/m2 14 P 4t Áp suất từ ngã ba đến bát phanh phải cầu trước ( nút 4) N/m2 15 P 5t Áp suất tổng phanh cầu sau (nút 5) N/m2 16 P 6t Áp suất tổng phanh ngã ba thứ cầu sau ( nút ) N/m2 17 P 7t Áp suất từ ngã ba thứ đến ngã ba trái cầu sau ( nút ) N/m2 18 P 8t Áp suất từ ngã ba thứ đến ngã ba phải cầu sau ( nút ) N/m2 19 P 9t,11t 20 P 10t,12t Áp suất từ ngã ba trái cầu sau đến hai bát phanh trái cầu sau ( nút ) Áp suất từ ngã ba bên trái cầu sau đến hai bát phanh trái cầu sau (nút 10,12) N/m2 N/m2 Hệ số cản 21 µf1 Hệ số cản tổng phanh cầu trước 22 µf Hệ số cản đường ống từ tổng phanh đến ngã ba cầu 23 µf Hệ số cản đường ống từ ngã ba đến bát phanh trái cầu 24 µf Hệ số cản đường ống từ ngã ba đến bát phanh phải cầu 25 µf 26 µf Hệ số cản đường ống từ tổng phanh đến ngã ba cầu thứ 27 µf Hệ số cản đường ống từ ngã ba cầu thứ đến ngã ba 28 µf trước trước trước Hệ số cản tổng phanh cầu sau cầu sau bên phải cầu sau Hệ số cản đường ống từ ngã ba cầu thứ đến ngã ba m2 m2 m2 m2 m2 m2 m2 m2 bên trái cầu sau 29 µf 9,11 30 µf10,12 Hệ số cản đường ống từ ngã ba bên phải cầu sau đến hai bát phanh bên phải cầu sau Hệ số cản đường ống từ ngã ba bên trái cầu sau đến hai bát phanh bên trái cầu sau m2 m2 µ Hệ số lưu lượng 32 f Diện tích tiết diên đường ống 33 B Hệ số xác định thực nghiệm 1.13 34 V* Vận tốc truyền sóng khơng khí m/s 35 F Diện tích màng bát phanh (piston) m2 36 C Độ cứng quy đổi 37 V Thể tích m3 38 y Khoảng dịch chuyển màng bát phanh M 39 x Khoảng dịch chuyển piston van gia tốc M 40 mi Lưu lượng qua tiết lưu thứ i 41 mE Lưu lượng vào dung tích 31 m2 DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG LUẬN VĂN TT Bảng Tên bảng Bảng 3.1 Số liệu tính tốn cầu trước 42 Bảng 3.2 Số liệu tính tốn cầu sau 46 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN TT Hình vẽ Tên hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén 15 Hình 1.2 Cấu tạo van phân phối ( tổng van phanh) 18 Hình 1.3 Van gia tốc 24 Hình 3.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén khơng lắp van gia tốc 42 Hình 3.2 Sơ đồ mơ hệ thống dẫn động phanh khí nén 43 Hình 3.3 Đặc tính van phân phối 45 Hình 3.4 Sơ đồ mơ hệ thống phanh trước 46 Hình 3.5 Hình 3.6 10 Hình 3.7 Sơ đồ mơ áp suất bát phanh bánh xe p 11 Hình 3.8 Sơ đồ mô áp suất bát phanh bánh xe p 12 Hình 3.9 13 Hình 3.10 14 Hình 3.11 Sơ đồ mơ áp suất p khối simulink matlab Sơ đồ mô áp suất p khối simulink matlab khối simulink matlab khối simulink matlab Sơ đồ khối mô hệ thống phanh trước khối simulink matlab Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống phanh trước Sơ đồ mô hệ thống phanh sau không lắp van gia tốc 49 50 50 51 51 53 54 15 Hình 3.12 16 Hình 3.13 17 Hình 3.14 18 Hình 3.15 19 Hình 3.16 20 Hình 3.17 21 Hình 3.18 22 Hình 3.19 23 Hình 3.20 24 Hình 3.21 25 Hình 3.22 26 Hình 3.23 Sơ đồ mơ áp suất đầu vào tổng p khối Simulink matlab Sơ đồ mô áp suất đầu vào p từ tổng p khối Simulink matlab Sơ đồ mô áp suất p khối Simulink matlab Sơ đồ mô áp suất p khối Simulink matlab Sơ đồ mô áp suất p khối Simulink matlab Sơ đồ mô áp suất p 10 khối Simulink matlab Sơ đồ mô áp suất p 11 khối Simulink matlab Sơ đồ mô áp suất p 12 khối Simulink matlab Sơ đồ khối mô phanh sau khối Simulink matlab Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống phanh sau Sơ đồ mơ phanh trước với dung tích thay đổi Sơ đồ khối mô phanh trước với dung tích thay đổi khối Simulink matlab 57 58 58 59 59 60 60 60 61 62 63 66 27 Hình 3.24 28 Hình 3.25 29 Hình 3.26 30 Hình 3.27 31 Hình 3.28 32 Hình 3.29 33 Hình 3.30 Sơ đồ mơ hành trình piston (màng bát phanh) cầu trước khối Simulink matlab Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống phanh trước dung tích bát phanh thay đổi Sơ đồ khối mơ phanh sau có dung tích thay đổi khối Simulink matlab Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống phanh sau dung tích bát phanh thay đổi Sơ đồ khối so sánh mô phanh trước khối Simulink matlab Kết so sánh áp suất p p 1t vào dung tích khơng thay đổi thay đổi hệ thống phanh trước Kết so sánh áp suất p p 2t vào dung tích khơng thay đổi thay đổi hệ thống phanh trước 67 67 71 72 73 73 74 Kết so sánh áp suất p 3,4 p 3t,4t hệ thống 34 Hình 3.31 phanh trước lưu lượng tức thời vào dung tích 74 khơng thay đổi thay đổi 35 Hình 3.32 36 Hình 3.33 37 Hình 3.34 38 Hình 3.35 Sơ đồ khối so sánh mô phanh sau khối simulink Matlab Kết so sánh áp suất p p 5t vào dung tích khơng thay đổi thay đổi hệ thống phanh sau Kết so sánh áp suất p p 6t vào dung tích không thay đổi thay đổi hệ thống phanh sau Kết so sánh áp suất p 7,8 p 7t,8t vào dung tích khơng thay đổi thay đổi hệ thống phanh sau 10 76 77 77 78 Giá trị (µf )max tương ứng với trạng thái van mở hế cỡ, xmax hành trình tối piston Như , hệ phương trình mơ tả dẫn động phanh sau có sử dụng van gia tốc gồm có 12 phương trình (5 – 16) Nếu bỏ qua ma sát, bỏ qua khe hở van, bỏ qua lực lị xo van, bỏ qua khối lượng piston phương trình chuyển động piston van gia tốc viết sau: m x = F B p A – F B p B –K x - P lx hay: x = FA F p A − B pB K K Hình 3.41- Sơ đồ khối mơ hệ thống phanh sau có lắp van gia tốc khối simulink Matlab Khối PTGT mơ hành trình dịch chuyển piston van gia tốc 83 Khối PT vi phân mô áp suất đầu vào từ tổng phanh đến van gia tốc Khối PT vi phân mô áp suất khoang A van gia tốc Khối PT vi phân mô áp suất khoang B van gia tốc Khối PT vi phân mô áp suất từ van gia tốc đến ngã ba chia khí nén bên trái, phải cầu sau Khối PT vi phân mơ áp suất từ ngã ba chia khí nén đến ngã ba bên phải cầu sau Khối PT vi phân 12 mô áp suất từ ngã ba chia khí nén đến ngã ba bên trái cầu sau Khối PT vi phân 10,11 mô áp suất hai bát phanh bên phải cầu sau Khối PT vi phân 13,14 mô áp suất hai bát phanh bên trái cầu sau Hình 3.39- Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống phanh sau có lắp van gia tốc 84 (p 5t )gt áp suất nút hệ thống phanh sau với dung tích thay đổi có lắp van gia tốc (p 6t )gt áp suất nút hệ thống phanh sau với dung tích thay đổi có lắp van gia tốc (p 7t,8t )gt áp suất nút 7, nút hệ thống phanh sau với dung tích thay đổi có lắp van gia tốc (p 9t,12t )gt áp suất nút 9, nút 12của hệ thống phanh sau với dung tích thay đổi có lắp van gia tốc (p 10t,11t,13t,14t )gt áp suất nút 10,11,13,14, ( bát phanh cầu sau) hệ thống phanh sau với dung tích thay đổi có lắp van gia tốc Từ đồ thị ta thấy người lái tác dụng vào bàn đạp phanh làm mở van tổng phanh, áp suất truyền tới khoang A van gia tốc tăng nhanh Nhờ mà bình khí nối với van gia tốc mở nhanh chóng cung cấp vào khoang C B tới đường ống đến bầu phanh bánh xe sau để thực trình phanh Qua đồ thị ta thấy áp suất vị trí tăng nhanh đến p max khoảng thời gian 2s, có nút 7, nút 2s đạt 6.4KG/cm2, bát phanh sau p 10 , p 11 , p 13 , p 14 , đạt 2.8KG/cm2 2s đạt 6.7KG/cm2 (95.71%) thời gian 0,6s Vậy so với tiêu chuẩn thời gian chậm tác dụng hệ thống phanh khí nén tô đạt yêu cầu 85 KẾT LUẬN Đề tài thực việc mơ phỏng, khảo sát ,tính tốn động lực học hệ thống dẫn động khí nén ô tô tải cỡ lớn loại N Các kết nghiên cứu, khảo sát rút số kết luận sau: Đã nghiên cứu xây dựng mô hình tốn học chi hệ thống dẫn động phanh khí nén phù hợp với kết cấu nguyên lý làm việc chúng , nhằm phục vụ cho việc tính tốn qng đường phanh tơ Các kết tính tốn phù hợp với quy luật khẳng định mơ hình tốn học xây dựng , có độ xác độ tin cậy cao Mơ hình tính tốn khảo sát cho phép đề xuất số giải pháp nhằm tăng hiệu phanh ô tô Sử dụng công cụ Simulink phần mềm Matlab để giải tốn mơ làm đơn giản q trình tính tốn cho kết có độ xác cao Hơn phần mềm Matlab cho phép sử dụng kết mô hệ thống dẫn động áp suất bát phanh dạng véc tơ làm số liệu tính tốn qng đường phanh Phương pháp cho phép tính tốn qng đường phanh có kể đến q trình tăng áp suất bát phanh Kết nghiên cứu đề tài cho phép đưa số giải pháp kỹ thuật nhà thiết kế hệ thống phanh khí nén tơ: lựa chọn thông số kết cấu tối ưu cho hệ thống phanh (chiều dài, đường kính ống dẫn khí, thể tích bát phanh, van gia tốc) Tóm lại: Luận văn xây dựng thành cơng phương pháp mơ phỏng, tính tốn động lực học hệ thống dẫn động phanh khí nén ô tô tải cỡ lớn N ,đúng với nguyên lý làm việc thực tế hệ thống với trợ giúp công cụ Simulink phần mềm Matlab Các kết Luận văn dược sử dụng tài liệu tham khảo nhà thiết kế tơ q trình thiết kế hệ thống phanh khí nén tơ tải cỡ lớn N 86 Phương pháp mơ hình tính tốn sử dụng để nghiên cứu tính tốn hệ thống dẫn động thủy khí, có hệ thống phanh dẫn động thủy khí nhằm tính tốn xác qng đường phanh tô 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Метлюк н.Ф , Динамика пневматических игдравлических приводов автомобилей Мосқва, (1985) J.Y.Wong, Theory of ground vehicles John Wiley & Sons, INC, 2001 Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, (2000), Lý thuyết ô tô máy kéo NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Automotive Brake Systems Robert Bosch GmbH, (1995) PGS Nguyễn Trọng Hoan (2007), Động lực học hệ thống thủy khí tơ Trần Văn Nghĩa, Tin học ứng dụng thiết kế khí NXB Giáo Dục 88 PHỤ LỤC Các sơ đồ tính tốn chi tiết Simulink mơ tính tốn hệ thống dẫn động phanh khí nén với dung tích thay đổi cầu trước (Hình 1,2 3,4) Hình1: Sơ đồ mô áp suất p 1t khối Simulink Matlab 89 Hình 2: Sơ đồ mơ áp suất p 2t khối Simulink Matlab Hình 3: Sơ đồ mơ áp suất p 3t khối Simulink Matlab 90 Hình 4: Sơ đồ mô áp suất p 4t khối Simulink Matlab = 91 Các sơ đồ tính tốn chi tiết Simulink mơ tính tốn hệ thống dẫn động phanh khí nén với dung tích thay đổi cầu sau (Hình 5,6 7,8,9,10,11,12,13) Hình 5: Sơ đồ mô áp suất đầu vào từ tổng p 5t khối simulink Matlab 92 Hình 6: Sơ đồ mơ áp suất ngã ba chia khí nén p 6t khối simulink Matlab 93 Hình 7: Sơ đồ mơ áp suất ngã ba chia khí nén p 7t tới hai bánh xe bên phải cầu sau khối simulink Matlab 94 Hình 8: Sơ đồ mơ áp suất ngã ba chia khí nén p 8t tới hai bánh xe bên trái cầu sau khối Simulink Matlab Hình 9: Sơ đồ mơ áp suất p 9t cầu sau khối Simulink Matlab 95 Hinh 10: Sơ đồ mô áp suất p 10t cầu sau khối Simulink Matlab Hình11:Sơ đồ mơ áp suất p 11t cầu sau khối Simulink Matlab 96 Hình 12: Sơ đồ mơ áp suất p 12t cầu sau khối Simulink Matlab Hình 13: Sơ đồ mơ hành trình dịch chuyển màng bát phanh (piston) cầu sau khối Simulink Matlab 97 ... cứu: Chương I: Đặc điểm hệ thống dẫn động phanh khí nén ô tô tải Chương II: Phương pháp mô dẫn động khí nén Chương III: Mơ khảo sát hệ thống dẫn động phanh khí nén tô tải cỡ lớn (N ) Phần kết luận:... điểm hệ thống dẫn động phanh khí nén tơ tải Chương II: Phương pháp mơ dẫn động khí nén Chương III: Mô khảo sát hệ thống dẫn động phanh khí nén tơ tải cỡ lớn 27 Chương II: PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG DẪN... chung hệ thống dẫn động phanh khí nén xe tải 18 19 16 15 14 13 12 11 17 Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén 15 10 Trên hình thể sơ đồ điển hình hệ thống dẫn động phanh khí nén tơ tải,