Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí nghiên cứu nâng cao hiệu quả thu hồi năng lượng của hệ thống phanh tái sinh trên ô tô

LÝ LỊCH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU SINH I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ tên: DƯƠNG TUẤN TÙNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/07/1980 Nơi sinh: Hà Nam Quê quán: Hà Nam Dân tộc: Kinh Học vị cao nhất: Thạc Sỹ Năm, nước nhận học vị: 2010, Việt Nam Chức vụ: Trưởng ngành CNKT ô tô Khoa Đào tạo Chất lượng cao Đơn vị công tác : Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh Chỗ ở riêng địa liên lạc: 40A, tổ 9, khu phố 3, phường An Bình, TP Biên Hịa, Tỉnh Đồng Nai Điện thoại liên hệ: 0914805623 Email: tungdt@hcmute.edu.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học - Hệ đào tạo: Chính qui - Nơi đào tạo: Trường Đại học Sư hạm Kỹ thuật TP HCM - Ngành học: Cơ khí động lực - Nước đào tạo: Việt Nam Năm tốt nghiệp: 2004 Sau đại học - Thạc sĩ chun ngành: Cơ khí tơ Năm cấp bằng: 2010 - Nơi đào tạo: trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM – Việt Nam - Ngoại ngữ: Tiếng Anh Mức độ sử dụng: Giao tiếp tốt III Q TRÌNH CƠNG TÁC - 2004-2005: Làm việc cơng ty tơ TOYOTA Biên Hịa - 2005 đến nay: Giảng viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM IV LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU/CHUYÊN MÔN - Hệ thống truyền lực ô tô - Hệ thống điều khiển chuyển động ô tô - Hệ thống phanh tái sinh ô tô - Kỹ thuật sửa chữa thân vỏ sơn xe i V CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5.1 Các cơng trình cơng bố TT Tên cơng trình Tên tác giả Thiết kế, chế tạo m áy phân tích màu sơn tơ Dương Tuấn Tùng An overview of research and proposed experiment model of regenerative braking system based on the conventional vehicle powertrain Nghiên cứu thiết kế mô động lực học thu hồi lượng từ hệ thống phanh ô tô Duong Tuan Tung Dương Tuấn Tùng Nơi công bố (tên tạp chí, tuyển tập) Tạp chí khoa học công nghệ trường Đại học Kỹ thuật số 85-2011, ĐH Bách khoa Hà Nội Năm công bố 2011 The International Conference of Green Technology and Sustainable Development 2nd, HCMUTE, 2014 2014 Hội nghị khoa học công nghệ tồn quốc Cơ khí lần thứ Tp.Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 11 năm 2015 2015 Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc Cơ khí lần thứ Tp.Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 11 năm 2015 2015 Một nghiên cứu thực nghiệm thu hồi lượng tái tạo phanh áp dụng cho xe tơ có kiểu hệ thống truyền lực truyền thống Dương Tuấn Tùng Nghiên cứu mô đặc tính động lực tơ dựa phần mềm AVL Cruise Dương Tuấn Tùng Tạp chí khoa học giáo dục kỹ thuật, Đại học SPKT Tp.HCM 2016 Research on kinetic energy recovery of conventional vehicle based on regenerative braking system Duong Tuan Tung The Fifth International Multi-Conference on Engineering and T echnology Innovation 2016 (IMETI2016), 2016 ii Taichung Taiwan, November, 2016 Research on using PID algorithm to control the inertial energy recovery of vehicle based on regenerative braking system Research on braking force distribution in regenerative braking system apply to conventional vehicle 10 11 5.2 TT Duong Tuan Tung IEEE International Conference on Systems Science and Engineering, July 2123, 2017, HCMUTE 2017 Duong Tuan Tung IEEE International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD) December 2018 2018 Research on controlling of Journal of Technical experiment model to Duong Tuan Education Science, evaluate of kinetic Tung 2018 energy recovery system based on driving cycles Research on Designing Journal of Science & the Regenerative Duong Tuan Technology, Braking System Apply Tung Technical University to Conventional No 135 (2019) Vehicle Research on improving IJSRD - International the fuel consumption of Journal for Scientific conventional Duong Tuan Research & powertrain vehicle by Tung Development| Vol 7, using a kinetic energy Issue 03, 2019 | ISSN recovery system (online): 2321-0613 Các đề tài nghiên cứu khoa học thực Tên đề tài nghiên cứu/ Lĩnh vực ứng dụng Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống sơn tự động Năm hồn thành 2006 iii Đề tài cấp (NN, Bộ, ngành, trường) Nghiên cứu khoa học cấp Trường T2006-64 2018 2019 2019 Trách nhiệm tham gia đề tài Chủ trì Thiết kế phần mềm tra công thức màu sơn ô tô Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phân tích màu sơn ô tô Thiết kế mạch điều khiển mơ hình hệ thống phanh ABS máy tính Nghiên cứu đề xuất phương án tích trữ lượng phanh tơ Nghiên cứu, tính tốn mơ hình thử nghiệm bánh đà siêu tốc ứng dụng cho hệ thống phanh tái tạo lượng ô tô Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống phanh tái tạo lượng áp dụng cho xe tơ có kiểu hệ thống truyền lực truyền thống Nghiên cứu điều khiển hệ thống thu hồi lượng qn tính tơ dựa hệ thống phanh tái tạo lượng Nghiên cứu vấn đề quản lý lượng thu hồi phân phối lực phanh hệ thống phanh tái sinh ô tô 10 Nghiên cứu tối ưu hóa lượng thu hồi từ hệ thống phanh tái sinh ô tô 2010 Nghiên cứu khoa học cấp Trường T2010-22 Chủ trì 2012 Nghiên cứu khoa học cấp Trường trọng điểm T2011-12TĐ Chủ trì 2013 Nghiên cứu khoa học cấp Trường T2012-13 Chủ trì 2014 Nghiên cứu khoa học cấp Trường T2014-60 Chủ trì 2015 Nghiên cứu khoa học cấp Trường T2015-63 Chủ trì 2016 Nghiên cứu khoa học cấp Trường trọng điểm T2016-63TĐ Chủ trì 2017 Nghiên cứu khoa học cấp Trường trọng điểm T2017-28TĐ Chủ trì 2018 Nghiên cứu khoa học cấp Trường trọng điểm T2018-97TĐ Chủ trì 2019 Nghiên cứu khoa học cấp Trường trọng điểm T2019-97TĐ Chủ trì iv LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa được cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan tham khảo cho việc thực luận án được trích dẫn rõ ràng Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2020 (Ký tên ghi rõ họ tên) v LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ ngành Kỹ thuật Cơ khí “Nghiên cứu nâng cao hiệu thu hồi lượng hệ thống phanh tái sinh tơ” kết q trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng tác giả suốt thời gian qua với giúp đỡ tận tình quý thầy, cô giáo Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhà khoa học ngành ô tô, bạn bè, đồng nghiệp Đặc biệt tác giả xin bày tỏ biết ơn đến quý thầy hướng dẫn PGS-TS Đỗ Văn Dũng PGS-TS Nguyễn Trường Thịnh trực tiếp hướng dẫn tận tình, ln giúp đỡ, quan tâm đôn đốc NCS để luận án được hoàn thành Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu nhà trường, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí Động lực, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Khoa Đào tạo Chất lượng cao môn chuyên môn tạo điều kiện giúp đỡ để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ Sau cùng, NCS xin cảm ơn gia đình ln ở bên cạnh động viên suốt thời gian qua để NCS hoàn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Trân trọng! Tp Hồ Chí Minh, 15 tháng 06 năm 2020 Nghiên cứu sinh Dương Tuấn Tùng vi TÓM TẮT Thu hồi lượng phanh hướng nghiên cứu cứu lĩnh vực ô tô giới nước Các hướng nghiên cứu vấn đề thường gắn liền với đối tượng nghiên cứu áp dụng dòng xe điện, xe lai điện xe sử dụng động đốt truyền thống Một mục tiêu hướng nghiên cứu thu hồi nguồn lượng bị lãng phí hệ thống phanh để tái sử dụng lại nhằm giải tốn lượng tơ Bên cạnh đó, xe sử dụng động đốt ngồi việc giải tốn lượng hướng nghiên cứu cịn góp phần vào việc nghiên cứu giảm khí thải nhiễm mơi trường phương tiện gây nên Luận án tiến sĩ tính tốn, thiết kế thử nghiệm hệ thống thu hồi lượng phanh được lắp thêm lên xe tơ có kiểu hệ thống truyền lực truyền thống Dựa mơ hình tính tốn đó, thuật tốn điều khiển phân phối lực phanh tái sinh PSO được xây dựng nhằm tối ưu hóa lượng thu hồi đảm bảo tính ổn định phanh Ngồi ra, chu trình lái xe tiêu chuẩn được đưa vào mơ hình nghiên cứu mơ thực nghiệm để từ tìm quy luật phân bố lượng thu hồi trình xe phanh giảm tốc Kết nghiên cứu cho thấy xe được trang bị thêm hệ thống thu hồi lượng phanh được cải thiện từ 10,49% đến 24,44% suất tiêu hao nhiên liệu tùy thuộc vào chu trình thử nghiệm Luận án được trình bày chương bao gồm 112 trang (không kể phần tài liệu tham khảo phụ lục) Trong đó, chương trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu hệ thống thu hồi lượng phanh đề xuất hướng nghiên cứu mơ hình nghiên cứu Chương nghiên cứu sinh tính tốn xây dựng được mơ hình toán hệ thống thể mối quan hệ thông số đầu vào như: hệ số khối lượng quay; vận tốc xe thời điểm giảm tốc; thống số thu hồi lượng với lượng thu hồi được trình xe phanh giảm tốc được thể thơng qua cường độ dịng điện, điền áp máy phát phát q trình phanh xảy Ngồi ra, chương trình bày việc xây dựng mơ hình mơ vii dựa phương trình tốn xây dựng được Từ sở xây dựng điều khiển PID để điều khiển mơ hình hệ thống phanh tái sinh theo chu trình lái xe tiêu chuẩn Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu thu hồi lượng vấn đề ổn định phanh chiến lược điều khiển phân phối lực phanh tái sinh lực phanh khí được nghiên cứu phân tích chương Bài toán điều khiển phân phối lực phanh tái sinh toán tối ưu đa mục tiêu Trong chương này, nghiên cứu sinh phân tích so sánh thuật toán điều khiển phân phối lực phanh tái sinh đảm bảo cân hai tiêu chí lượng thu hồi được lớn mà thỏa mãn điều kiện đảm bảo an toàn ổn định phanh Do đó, việc sử dụng thuật tốn PSO tối ưu hóa điều khiển phân phối lực phanh chương đóng vai trị quan trọng vào việc nâng cao hiệu phanh tái sinh hệ thống Để đánh giá hiệu hệ thống thu hồi lượng phanh, mơ hình thí nghiệm được thiết kế tính tốn chương Mơ hình thực nghiệm được thực ở hai giai đoạn: thử nghiệm xe để tính tốn lượng thu hồi được ở dải vận tốc bắt đầu phanh khác băng thử (mơ hình bán thực nghiệm) để thử nghiệm theo chu trình lái xe tiêu chuẩn Từ kết thực nghiệm thu được, đường cong xu hướng phân phối lượng theo vận tốc xe được xây dựng phương pháp nội suy để từ thấy được vùng phân bố lượng thu hồi được xe trình phanh giảm tốc viii ABSTRACT The brake energy regeneration is a new direction in doing researches of the automotive industry domestically and globally These researches usually use the electric vehicle, hybrid vehicle and internal combustion engine vehicle as the main subject to go deep One of the main objects of this study is to recover the wasted energy in the braking system for reusing which will solve the energy problem on automobiles in general Besides, this study does not only deal with the energy problems but also the pollution that internal combustion engine vehicles produce during their working process This Doctoral thesis has already calculated, designed and run experiments on a regenerative braking system when the brake was installed on a vehicle having a traditional powertrain system Based on the mathematic model, PSO, the control algorithm distributing regenerative braking energy, was built in order to maximize the regenerative energy efficiency and stabilize the vehicle during the braking phase More than that, the standard driving cycles were also put into the model simulations and real-world experiments which were to find out the laws of regenerative energy distribution in the braking or deceleration phase The results pointed out clearly that the vehicles equipped with the regenerative braking system were capable of increasing the fuel consumption efficiency from 10.49% to 24.44% based on the cycles applied This thesis is divided into chapters including 112 pages (exclude the preferences and appendix) Chapter showed a general perspective on the regenerative braking system study and a proposal on researching direction and model Chapter has done the calculations and constructions of the system’s mathematic model which clearly pointed out the relationship between these input data: rotating mass coefficient; vehicle deceleration velocity; energy regenerative system parameters in term of current intensity (A) and voltage (V) of the alternator whenever the brake pedal is pressed From that fundament, the PID control module is built to optimize the regenerative braking system based on standard driving cycles ix One of the most important aspects directly affecting the energy restoration efficiency and vehicle stability while braking is the strategic control method on distributing mechanical braking force along with the regenerative one which will be discussed further in chapter The regenerative energy distribution is a multiobjectives efficiency problem The researcher has analyzed and compared the control algorithm to ensure the two following objects are met: the regenerative energy is maximized while the safety and stability conditions while braking are maintained Therefore, using the PSO algorithm in optimizing the control method for braking force distribution played a vital role in enhancing the system efficiency To evaluate the efficiency of the system while braking, an experimental model was designed and calculated in chapter An empirical model was used in the two following stages: run an experiment to calculate the regenerative energy in various velocity ranges when starting the braking process and on the dynamometer (semiempirical model) to meet with the standard driving cycles From the experiment results, the tendency curve of energy distribution based on vehicle velocity was established by the interpolation method in order to clarify the energy distributing area of the vehicle when deceleration or braking happened x 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 865 946 1020 1096 1164 1239 1302 1379 1608 1683 1759 1830 1898 1972 2048 2103 2247 2317 2261 2226 2138 2047 1967 1871 1789 1701 1622 1538 1429 1330 1241 1163 1077 985 892 763 675 587 492 381 279 186 15.979 16.764 17.642 18.543 19.328 20.294 21.037 21.916 22.703 23.306 24.031 24.627 25.232 25.769 26.026 26.425 26.843 27.006 26.843 26.493 25.835 25.103 24.236 23.231 22.417 21.687 21.009 20.146 19.433 18.217 17.528 16.413 14.628 13.285 11.673 9.981 8.601 7.132 5.816 4.437 2.831 1.439 5.781 6.276 6.807 7.325 7.913 8.404 8.817 9.367 9.864 10.183 10.534 10.967 11.352 11.631 11.934 12.236 12.382 12.489 12.135 11.827 11.539 10.845 10.428 10.026 9.513 9.273 8.722 8.034 7.429 6.895 6.137 5.783 5.019 4.529 4.085 3.612 3.187 2.714 2.236 1.765 1.422 1.026 92.374599 105.210864 120.089094 135.827475 152.942464 170.550776 185.483229 205.287172 223.942392 237.324998 253.142554 270.084309 286.433664 299.719239 310.594284 323.3363 332.370026 337.277934 325.739805 313.332711 298.110065 272.242035 252.733008 232.914006 213.252921 201.103551 183.240498 161.852964 144.367757 125.606215 107.569336 94.916379 73.417932 60.167765 47.684205 36.051372 27.411387 19.356248 13.004576 7.831305 4.025682 1.476414 56 57 98 0.717 0.634 0.454578 Bảng số liệu moment thu xe bắt đầu phanh ở tốc độ xe 50 km/h Vận tốc xe bắt đầu phanh 50km/h Thời gian phanh 17s Thời gian bánh đà quay tự 40s Thời gian lấy mẫu: 1s Hệ số qui đổi: 2.34 mV/Nm Điện áp Thời Tốc độ máy phát phát gian (RPM) U(V) 0 0 91 1.816 168 3.421 217 4.925 276 6.3047 328 7.062 374 8.319 445 9.827 507 10.384 10 579 11.628 11 648 12.998 12 725 14.347 13 794 15.167 14 865 15.979 15 946 16.764 16 1020 17.642 17 1096 18.543 18 1164 19.328 19 1239 20.294 20 1302 21.037 21 1379 21.916 22 1608 22.703 23 1683 23.306 24 1759 24.031 25 1830 24.627 26 1898 25.232 27 1972 25.769 28 2048 26.026 29 2103 26.425 - Dòng điện qua tải I(A) Monent phanh tái sinh (N.m) 0 0.162 0.571 0.927 1.304 1.831 2.239 2.744 3.129 3.715 4.267 4.803 5.218 5.781 6.276 6.807 7.325 7.913 8.404 8.817 9.367 9.864 10.183 10.534 10.967 11.352 11.631 11.934 12.236 0.563 0.9364 1.282 2.137 3.017 4.701 7.35 9.05 10.684 11.88 15.083 18.1 18.376 19.658 21.116 22.65 24.133 27.149 27.35 29.915 30.47 31.197 32.479 33.291 35.043 36.199 39.216 44.658 45.249 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 Code SPline 2247 2317 2261 2226 2138 2047 1967 1871 1789 1701 1622 1538 1429 1330 1241 1163 1077 985 892 763 675 587 492 381 279 186 98 26.843 27.006 26.843 26.493 25.835 25.103 24.236 23.231 22.417 21.687 21.009 20.146 19.433 18.217 17.528 16.413 14.628 13.285 11.673 9.981 8.601 7.132 5.816 4.437 2.831 1.439 0.717 Ta xây dựng hàm cubicspline () để nội suy: function y = cubicspline (xData, yData, x) %Ham xap xi bang da thuc bac spline %Cu phap: [yi,f] = cubicspline(xData, yData, x) n = length(xData); c = zeros(n‐1, 1); d = ones(n, 1); e = zeros(n‐1, 1); k = zeros(n, 1); c(1:n‐2) = xData(1:n‐2) ‐ xData(2:n‐1); d(2:n‐1) = 2*(xData(1:n‐2) ‐ xData(3:n)); e(2:n‐1) = xData(2:n‐1) ‐ xData(3:n); k(2:n‐1) = 6*(yData(1:n‐2) ‐ yData(2:n‐1)) /(xData(1:n‐2) ‐ xData(2:n‐1)) ‐ 6*(yData(2:n‐1) ‐ yData(3:n)) 12.382 12.489 12.135 11.827 11.539 10.845 10.428 10.026 9.513 9.273 8.722 8.034 7.429 6.895 6.137 5.783 5.019 4.529 4.085 3.612 3.187 2.714 2.236 1.765 1.422 1.026 0.634 50.256 53.547 11.538 5.128 -1.282 -2.991 -15.812 2.991 9.402 27.35 36.752 44.872 47.009 44.017 41.88 27.35 21.795 20.513 17.094 12.821 11.538 9.829 9.829 8.547 5.128 2.137 0 ./(xData(2:n‐1) ‐ xData(3:n)); [c, d, e] = band3(c, d e); k = band3sol(c, d, e, k); i = findseg(xData, x); h = xData(i) ‐ xData(i+1); y = ((x ‐ xData(i+1))^3/h ‐ (x ‐ xData(i+1))*h)*k(i)/6.0 ‐ ((x ‐ xData(i))^3/h ‐ (x ‐ xData(i))*h)*k(i+1)/6.0 + yData(i)*(x ‐ xData(i+1))/h ‐ yData(i+1)*(x ‐ xData(i))/h; Ta có chương trình ctcubicspline.m dùng nội suy: clear all, clc x1 = 0:0.1:5; y1 = (x1+1).^2; while x = input(ʹx = ʹ); if isempty(x) fprintf(ʹKet thucʹ); break end y = cubicspline(xData, yData, x) fprintf(ʹ\nʹ) end Trendline1 moothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.9999952 Goodness of fit: SSE: 1.03e+05 R-square: 0.8158 Adjusted R-square: 0.7154 RMSE: 28.71 Code function [fitresult, gof] = createFit(v, nl) %CREATEFIT(V,NL) % Create a fit % % Data for 'trendline1' fit: % X Input : v % Y Output: nl % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:01:24 %% Fit: 'trendline1' [xData, yData] = prepareCurveData( v, nl ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.9999951973847; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline1' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl vs v', 'trendline1', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v ylabel nl grid on ################################################################### Trendline2 Smoothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.99988886 Goodness of fit: SSE: 1.511e+05 R-square: 0.7161 Adjusted R-square: 0.5666 RMSE: 23.75 Code function [fitresult, gof] = createFit(v2, nl2) %CREATEFIT(V2,NL2) % Create a fit % Data for 'trendline2' fit: % X Input : v2 % Y Output: nl2 % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:07:34 %% Fit: 'trendline2' [xData, yData] = prepareCurveData( v2, nl2 ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.999888858650065; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline2' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl2 vs v2', 'trendline2', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v2 ylabel nl2 grid on ################################################################### Trendline3 Smoothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.9999997 Goodness of fit: SSE: 1.439e+06 R-square: 0.6752 Adjusted R-square: 0.3238 RMSE: 69.4 function [fitresult, gof] = createFit(v3, nl3) %CREATEFIT(V3,NL3) % Create a fit % Data for 'trendline3' fit: % X Input : v3 % Y Output: nl3 % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:14:21 %% Fit: 'trendline3' [xData, yData] = prepareCurveData( v3, nl3 ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.999999695868438; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline3' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl3 vs v3', 'trendline3', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v3 ylabel nl3 grid on ########################################################### Smoothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.99996173 Goodness of fit: SSE: 2.815e+06 R-square: 0.511 Adjusted R-square: 0.3288 RMSE: 55.83 Code function [fitresult, gof] = createFit(v4, nl4) %CREATEFIT(V4,NL4) % Create a fit % Data for 'trendline4nl' fit: % X Input : v4 % Y Output: nl4 % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:21:35 %% Fit: 'trendline4nl' [xData, yData] = prepareCurveData( v4, nl4 ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.999961729799589; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline4nl' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl4 vs v4', 'trendline4nl', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v4 ylabel nl4 Tính tốn, thiết kế cụm chi tiết cho hệ thống thu hồi lượng Trục vào Trục 7.1 Xác định số vòng quay trục Công suất trục vào: P01 = 24 (kw) Chọn sơ tỷ số truyền: ih = 0.9 Số vòng quay trục vào n01 = 2600( ) Số vòng qua trục n02 = n01 ih = 0,9.2600 = 2893( ) Số vòng quay bánh trung tâm: nZ31 = nZ32 = vg ph vg ph vg n01 ph i1 n01 = 2600 ( ) ; n02 = nZ11 = nZ21 = 12759 ( vg n01 ph i = 8979( ); nZ12 = vg vg ) ; nZ22 = 5938 ( ) ph ph 7.2 Xác định mô men xoắn trục vg = 2893 ( ) ph Từ số vịng quay cơng suất trục vào ta chọn sơ momen xoắn trục sau: + Mômen xoắn trục vào T01 = 9,55 106 P01 = 88017(N mm) n01 + Mômen xoắn bánh mặt trời sau T12 = 79216(N mm) + Mômen xoắn bánh hành tinh trước T21 = 55042(N mm) 7.3 Tính tốn thơng số bánh hành tinh kép Xác định ứng suất cho phép  Đối với cặp bánh ăn khớp Ứng suất tiếp xúc cho phép σ0Hlim ) ZV ZR K XH K HL σH = ( δH Trong đó: +σ0Hlim : ứng suất tiếp xúc cho phép, tra bảng 6.2 [2]: Cấp nhanh: σ0Hlim = 2HRC + 70 = 2.290 + 700 = 650MPa Cấp chậm: σ0Hlim = 17HRC + 200 = 17.50 + 200 = 1050MPa + ZR : hệ số xét đến độ nhám bề mặt làm việc + ZV : hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng + KXH : hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước bánh + KHL : hệ số tuổi thọ + H : hệ số an toàn tiếp xúc, tra bảng - Cấp nhanh : H = 1,1 - Cấp chậm : H = 1,2 Khi thiết kế sơ chọn: ZVZRKXH = Cơng thức tính ứng suất tiếp xúc có dạng: [σH ] = ( K HL = σ0Hlim δH ) K HL mH N HO √N H Trong đó: NHO: số chu kì thay đổi ứng suất sở thử tiếp xúc - Cấp nhanh: NHO2 = 30HB2,4 = 30.2902,4 = 24,37.106 - Cấp chậm:NHO1 = 30HB2,4 = 30.4822,4 = 82,50.106 mH: bậc đường cong mỏi thử tiếp xúc HB: độ cứng Brinen: - Cấp nhanh: HB = 290 - Cấp chậm: HB = 482 (HRC = 50) + NH: Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương NH2 = 60ct Σ (n2 − n0 ) NH1 = 60ct Σ (n1 − n0 ) Trong đó: - c: số bánh vệ tinh, c = - t : tổng thời gian làm việc (tải tĩnh) 24 365.10 = 46720(h) 35 Với cấp nhanh: truyền (Z12 - Z22) t Σ = 24 NH12 = 60.4.46720(n02 − n12 ) = 6,8241 106 NH12 > NH02 => K HL2 = NH22 = 60.46720(n22 − n02 ) = 8535 106 NH22 > NH02 => K HK2 = Do với bánh thẳng: σ0Flim K HL1 650 [σH ] = [σH12 ] = [σH22 ] = = = 590,91MPa δH 1,1 - Với cấp chậm: truyền (Z11 - Z21) - NH21 = 60.46720(n21 − n01 ) = 3240,49 106 NH21 > NH01 => K HL2 = NH11 > NH01 => K HL1 = Do với bánh thẳng σ0Flim K HL1 1050 [σH ] = [σH21 ] = [σH11 ] = = = 875MPa δF 1,2 Ứng suất uốn cho phép [σF ] = ( Trong đó: + [σF ] σ0Flim ) YR YS K XF K FC K FL δF : ứng suất uốn cho phép +[σ0Flim ] : ứng suất giới hạn, tra bảng 6.2 [2]: - Cấp nhanh: σ0Flim = 1,5HB = 1,5.290 = 522MPa Cấp chậm : σ0Flim = 550MPa + δF : hệ số an tồn tính uốn, tra bảng 6.2 [2] δF = 1,75 + YR : hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám bề mặt lượn chân + YS : hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhạy ứng suất vật liệu tập trung ứng suất + K XF : hệ số xét đến kích thước bánh ảnh hưởng đến độ bền uốn Khi tính sơ : YR YS K XF = + K FC : hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải trọng + K FL : hệ số tuổi thọ mF K FL = √ NFO NF Trong đó: mF : bậc đường cong mỏi thử tải uốn; NF0 : chu kì thay đổi ứng suất, NF0 = 106 ; NF : số chu kì thay đổi ứng suất tương đương Vì: NF1 = NH1 ; NF2 = NH2 nên :NF1 > NF0 ; NF1 > NF0 => K FL1 = K FL2 = Vậy : σ0Flim [σF ] = ( ) K FL K FC δF Với bánh trung tâm Z11, Z12: K FC = - bánh làm việc phía 550 = 314,29MPa 1,75 522 [σF12 ] = = 298,29MPa 1,75 [σF11 ] = Với bánh vệ tinh Z21, Z22: K FC = 0,75 - bánh làm việc phía [σF22 ] = [σF12 ] 0,75 = 298,29.0,75 = 223,71MPa [σF21 ] = [σF11 ] 0,75 = 314,29.0,75 = 235,72MPa Đối với cặp bánh ăn khớp Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh cấp nhanh Z32 2,4 NHO = 30HHB = 30 2302,4 = 13,97.106 ; NH32 = Trong đó: NH22 = 8535 106 ; u22−32 = Z32 Z22 NH22 q u22−32 = 7939,5 106 = 4,3; q = =>K H32 > K HO => K HL32 = Tra bảng:  H  1,1 σ0Hlim = 2HB + 70 = 2.230 + 70 = 530MPa [σH ]32 = σ0Hlim δH K HL 530.1 1,1 = 418,8MPa Với bánh cấp chậm Z31 2,4 NHO = 30HHB = 302302,4 = 13,97.106 ; NH31 = Trong đó: q = 4; NH21 = 3240,49 106 ; u21−31 = Z31 Z21 NH21 q u21−31 = 3812 106 = 3,4 =>K H31 > K HO => K HL31 = Tra bảng 6.2 [2]: δh = 1,1 σ0Hlim = 2HB + 70 = 2.230 + 70 = 530MPa [σH ]31 = σ0Hlim δH K HL = 530.1 1,1 = 418,8MPa Ứng suất uốn cho phép σ0Flim [σF ]3 = K FC K FL δF Trong đó: σ0Flim =1,8HB=1,8.230=414=MPa; K FC = (bánh làm việc phía) δF = 1,75 Vì: NF31 = NH31 ; NF32 = NH32 ; Nên NF31 > NFO ; NF32 > NFO => K FL32 = K FL31 = 1; NF31 > NFO ; NF32 > NFO [σF ]3 = [σF31 ] = [σF32 ] = 414 = 236,57MPa 1,75 7.4 Xác định thông số truyền bánh hành tinh kép Do vật liệu bánh ăn khớp bánh ăn khớp khác nhau, số truyền chọn trước thoả mãn yêu cầu tỷ số truyền kích thước hình học nên ta tính thiết kế truyền ăn khớp (Z11 - Z21) (Z12 - Z22) Với truyền ăn khớp (Z21 - Z31) (Z22 - Z32) tính kiểm nghiệm bền Tính truyền bánh ăn khớp Bộ truyền cấp nhanh (Z12 - Z22) Đường kính vịng lăn bánh nhỏ được xác định theo công thức sau: dw22 = K d √ Tn K hΣ (u + 1) (2.5) [σH ]2 u ψbd Trong đó: + dw22 : đường kính bánh hành tinh sau + K d : hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh loại bánh răng,tra bảng K d = 77MPa1/3 + Tn : Mômen xoắn bánh hành tinh Tn = T12 = 19804(Nmm) + [σH ] : ứng suất tiếp xúc cho phép: [σH ] = 590,91 MPa +q : số bánh vệ tinh, q = + ψbd : hệ số, tra bảng 4.2 [1]: ψbd = bw dwn Với truyền đồng A, tra bảng 6.28 [2]: Chọn ψbd = 0,63 + u : tỷ số truyền: u = Z12 Z22 = 2,29 Với Z22, Z12 chọn ở phần trước + K HΣ : hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành cho bánh vệ tinh: K HΣ = K c + K 0Hβ − Với : - KC : hệ số phân bố không tải trọng cho bánh vệ tinh K c = 1,1 (khi sử dụng bánh trung tâm bánh vệ tinh) - K 0Hβ : hệ số phân bố không tải trọng chiều rộng vành K 0Hβ = 1,2 với c = ψbd = 0.63 K HΣ = 1,1 + 1,2 − = 1,3 Ta có: Thay số vào công thức (2.5): dw22 = 77 √ 19804.1,3 (2,29 + 1) = 42,5 (mm) 590,912 2,29.0,63 + Chiều rộng vành răng: bw12 = Ψbd12 dw12 = 0,63.42.5 = 26 (mm) Chọn bw = 30 Theo 6.8 [2] ta có : m= bw12 (12÷15) = 30 (12÷15) = (2 ÷ 2.5) Tra bảng 6.8 [2]: Chọn m = 2,5 + Đường kính vịng lăn bánh vệ tinh Z22 dw22 = mZ22 = 2,5.17 = 42,5 (mm) + Đường kính vịng lăn bánh bao Z32 dw32 = mZ32 = 2,5 73 = 182.5 (mm) + Đường kính vòng lăn bánh trung tâm Z12 dw12 = mZ12 = 2,5.39 = 97,5 (mm) Tính truyền cấp chậm (Z11 - Z21) Tương tự với truyền (Z11 - Z21) Ta có: K d = 77MPa1/3 ; Tn = T11 /4 = 55042(Nmm); q = 4; u = 1,4 ψbd31 = 0,63; + K FΣ = 1,2 Như ta có: dw21 = 77 √ 55042.1,2 (1,4 + 1) = 47,5 (mm) 8752 1,4.0,63 Chọn bw = 30, m = 2,5 + Đường kính vịng lăn bánh vệ tinh cấp chậm Z21 Z11 Z21 = 𝑑𝑤21 = 𝑚𝑍22 = 2,5.19 = 47,5 (𝑚𝑚) + Đường kính vịng lăn bánh trung tâm Z11 𝑑𝑤11 = 𝑚𝑍11 = 2,5.27 = 67.5 (𝑚𝑚) + Đường kính vịng lăn bánh trung tâm Z31 𝑑𝑤31 = 𝑚𝑍22 = 2,5.65 = 162,5 (𝑚𝑚)