Nghiên cứu mô phỏng phanh hỗ trợ sử dụng từ trường ứng dụng trên xe tải nhỏ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu mô phanh hỗ trợ sử dụng từ trường ứng dụng xe tải nhỏ Bùi Hữu Điều Dieu.BH212663M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thanh Tùng Trường Khoa Cơ khí : : Cơ khí động lực HÀ NỘI, 8/2023 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Bùi Hữu Điều Đề tài luận văn: Nghiên cứu mô phanh hỗ trợ sử dụng từ trường ứng dụng xe tải nhỏ Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô Mã số học viên: 20212663M Tác giả, người hướng dẫn khoa học hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 03/08/2023 với nội dung sau: x Bổ sung cập nhật chương tổng quan (trang 19) x Bổ sung giải thích kí tự: ƒ Giải thích thơng số tải trọng xe (trang 40) ƒ Giải thích tỉ số truyền xe (trang 41) ƒ Giải thích thơng số xe đổ đèo (trang 40) ƒ Giải thích giá trị mô men yêu cầu với phanh hỗ trợ (trang 43) x Bổ sung giải thích tên gọi phiên phanh nghiên cứu để phân biệt với mô hình phanh khác nhóm (trang 44) x Bổ sung số thông số kết cấu MRB2: ƒ Các vùng dầu cụ thể phanh MRB2 (trang 45) ƒ Các kích thước thiết kế sở MRB2 (trang 45) x Bổ sung giải thích cường độ từ trường trung bình H tính tốn mơ men lớp dầu (trang 50) x Cập nhật nội dung đánh gía tối ưu mô men MRB2: Bỏ mục đánh giá yếu tố góc nghiêng tối ưu MRB2 (trang 55) x Thay đổi tên chỉnh sửa nội dung chương 4: Mơ tả lại cấu hình đề xuất bệ thử thí nghiệm MRB2 (trang 56) x Thay đổi vị trí kết luận chương khơng cách trang Ngày 26 tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tên đề tài: Nghiên cứu mô phanh hỗ trợ sử dụng từ trường ứng dụng xe tải nhỏ Họ tên học viên: Bùi Hữu Điều MSHV: 20212663M GV hướng dẫn: TS Trần Thanh Tùng Những nội dung nghiên cứu: - Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu - Chương Cơ sở lý thuyết luận văn - Chương Thiết kế, mô phỏng, tính tốn đánh giá khả làm việc phanh từ trường (MRB2) - Chương Đề xuất thiết kế, gia công lắp đặt bệ thử nghiệm phanh từ trường Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Trần Thanh Tùng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Trần Thanh Tùng tạo hội hướng dẫn em làm đề tài: “Nghiên cứu mô phanh hỗ trợ sử dụng từ trường ứng dụng xe tải nhỏ” Cùng với hỗ trợ nhiệt tình thầy Khoa, bạn thành viên phịng nghiên cứu câu lạc Và mơn học ý nghĩa bổ sung thêm kiến thức thầy khoa Khoảng thời gian năm học tập làm việc để hoàn thành luận văn cao học không dài không ngắn để em có kỷ niệm khó quên Một lần em xin cảm ơn sâu sắc tới thầy Trần Thanh Tùng – người hướng dẫn tiếp lửa cho em để em hồn thành luận văn Em xin chúc thầy mạnh khỏe thành công hành trình nghiệp thầy Cảm ơn tồn thể bạn đồng hành anh quãng thời gian làm luận văn Bách Khoa Chúc bạn có kết học tập tốt phát triển tương lai Hy vọng có hội bước xã hội phía bên ngồi TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Luận văn đưa bối cảnh toán: Xe tải nhỏ đổ đèo địa hình Việt Nam, tác dụng trọng lực làm tăng vận tốc, từ điều kiện nhóm nghiên cứu đề xuất mơ hình phanh hỗ trợ xe đổ đèo sử dụng vật liệu dầu từ trường Mơ hình phanh thiết kế phần mềm Siemens NX, xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn sử dụng giải Altair Flux để mơ từ trường vị trí dầu từ trường, từ tính tốn mơ men phanh Luận văn bao gồm chương với nội dung chính: Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu, đối tượng ứng dụng động cơ, mục đích nghiên cứu luận văn Đặt toán xe đổ đèo chọn mơ hình phanh hỗ trợ ứng dụng dầu từ trường để nghiên cứu hiệu phanh Chương 2: Trình bày lý thuyết liên quan đến cấu tạo, đặc tính dầu từ trường (MRF), định luật điện từ, áp dụng mơ hình nghiên cứu để tính tốn ứng suất, mơ men sinh MRF hoạt động với phần mềm Altair Flux Ngoài ra, luận văn trình bày vị trí lắp phanh xe (mơ hình) mơ men cần sinh phanh để đáp ứng yêu cầu toán xe đổ đèo Chương 3: Luận văn đưa mơ hình phanh từ trường có kết cấu phù hợp, gọn gàng xây dựng cơng thức tính tốn mơ men phanh cho vị trí dầu, từ cho kết mô phỏng, mô men phanh đáp ứng u cầu tốn Bên cạnh đó, tính tốn độ bền phanh hoạt động theo ứng suất, theo nhiệt độ sinh đưa kết luận ổn định phanh Cuối cùng, luận văn trình bày số so sánh ảnh hưởng kết cấu tới mô men phanh sinh Chương 4: Trong chương này, nhóm tác giả đề xuất xây dựng bệ thử nghiệm phanh từ trường: phần khí, phần điều khiển phụ kiện kèm khác với mục đích thử nghiệm để đánh giá hiệu phanh từ trường mô thực nghiệm HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC  LỜI CẢM ƠN 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU 7 CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 9 1.1 Tổng quan dầu từ trường ứng dụng 9  Ứng dụng làm giảm chấn từ trường 10  Ứng dụng làm phanh từ trường 10  Một số thiết kế phanh từ trường 12 1.2 Đối tượng ứng dụng đề tài nghiên cứu 18 1.3 Động mục đích nghiên cứu 19  Động nghiên cứu đề tài 19  Mục đích nghiên cứu đề tài 20 Kết luận chương 21 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LUẬN VĂN 22 2.1 Lý thuyết dầu từ trường lưu biến (MRF) 22  Thành phần cấu tạo 22  Đặc tính dầu từ trường 24  Các chế độ hoạt động dầu từ trường (MRF) 29  Mơ hình mơ hình tốn học áp dụng để nghiên cứu MRF 31 2.2 Các định luật điện từ 32  Định luật Ampere 32  Định luật Gauss 32  Định luật Ohm 33  Định luật Kirchhoff 33  Mạch từ với lớp dầu từ trường 34 2.3 Phần mềm giải thuật Altair Flux 35 2.4 Tính tốn mơ men sinh cho số trường hợp phanh từ trường 37  Mô hình lớp dầu lớp có bề mặt vng góc với trục quay 37  Mơ hình lớp dầu có bề mặt vành khăn 38  Mơ hình lớp dầu có bề mặt tạo với trục quay góc nghiêng 39 2.5 Lựa chọn mơ hình phanh từ trường làm đối tượng nghiên cứu 39  Xe sở toán 40  Lựa chọn mơ hình phanh vị trí lắp ráp 41  Phân tích tốn xe đổ đèo tính tốn mơ men cần thiết 42 Kết luận chương 43 CHƯƠNG THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA PHANH TỪ TRƯỜNG (MRB) 44 3.1 Xây dựng mơ hình phanh từ trường MRB 44  Lớp dầu vành khăn (lớp dầu C) 46  Lớp dầu có bề mặt vng góc với trục quay phanh 46  Lớp dầu có bề mặt tạo với trục quay góc nghiêng 47  Tổng mơ men sinh phanh từ trường 47 3.2 Mơ phỏng, tính tốn, phân tích đánh giá mô men sinh phanh 47  Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn 47  Thiết lập thông số vật liệu điều kiện mô 48  Kết mô phanh từ trường MRB2 49  Tính tốn mơ men phanh sinh 50  Kiểm bền chi tiết phanh từ trường trình làm việc 52 Tính tốn nhiệt sinh phanh hoạt động phương pháp mô 54   Đánh giá thay đổi mô men phanh cường độ dòng điện 55 Kết luận chương 55 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ, GIA CÔNG LẮP ĐẶT BỆ THỬ NGHIỆM PHANH TỪ TRƯỜNG 56 4.1 Xây dựng mơ hình hệ thống thử nghiệm phanh từ trường 56 4.2 Các phận bệ thử nghiệm phanh từ trường 57 Kết luận chương 61 Tài liệu tham khảo 62 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1Các trạng thái hoạt động vật liệu dầu từ trường 9 Hình 1.2 Cấu trúc hạt từ trước sau chịu tác động từ trường 9 Hình 1.3 Giảm chấn từ trường Magneride 10 Hình 1.4 Mơ hình nghiên cứu phanh từ trường 11 Hình 1.14 Một số mẫu xe tải chở hàng phổ biến Việt Nam 18 Hình 1.15 Dòng xe tải chở hàng cỡ nhỏ 19 Hình 1.16 Mơ tả xe đổ đèo 20 Hình 2.1 Các thành phần dầu từ trường 22 Hình 2.2 Dầu từ trường (MRF) trạng thái: bình thường có từ trường tác dụng 22 Hình 2.3 Các hạt từ tính kính hiển vi 23 Hình 2.4 Cấu trúc hạt từ MRF từ trường tác dụng 25 Hình 2.5 Một số trạng thái hoạt động dầu từ trường 25 Hình 2.6 Độ nhớt số loại MRF theo tốc độ cắt 26 Hình 2.7 a) Ứng suất lớn theo thành phần thể tích hạt (dưới mật độ từ thông 1T) – b) Độ nhớt theo thành phần thể tích hạt 26 Hình 2.8 a) Ứng suất chảy tối đa so với từ trường - b) Đặc tính B-H, cho công thức chất lỏng khác (φw phần trọng lượng hạt) 26 Hình 2.9 Độ thị biểu diễn mối quan hệ cường độ từ trường - ứng suất chảy đường B-H vật liệu MRF 27 Hình 2.10 Sơ đồ tỉ lệ cắt - ứng suất cắt mơ hình BingHam thực nghiệm 28 Hình 2.11 MRF - Chế độ chảy 29 Hình 2.12 MRF - Chế độ cắt 30 Hình 2.13 MRF - Chế độ ép 30 Hình 2.14 MRF - Chế độ kẹp 31 Hình 2.15 Ứng xử mơ hình Bing-ham 32 Hình 2.16 Cường độ từ trường: a) vòng dây b) N vòng dây 32 Hình 2.17 Từ thơng mạch điện 33 Hình 2.18 Tổng lực từ tác động 34 Hình 2.19 Mạch từ với lớp dầu từ trường 34 Hình 2.20 Quy trình mơ phần tử hữu hạn công nghiệp 35 Hình 2.21 Ứng dụng phần mềm mơ phần tử hữu hạn với Altair Engineering 36 Hình 2.22 Ứng dụng Altair flux lĩnh vực mô từ trường 36 Hình 2.23 Ứng dụng Flux lĩnh vực sạc pin xe không dây 37 Hình 2.24 Phân tố dầu từ trường có bề mặt vng góc với trục quay phanh đĩa 37 Hình 2.25 Phân tố dầu từ trường vùng dầu hình vành khăn 38 Hình 2.26 Mặt cắt lớp dầu nghiêng 39 Hình 2.27 Mơ hình xe sở dựng lên sau đo đạc 40 Hình 2.28 Vị trí MRB xe 41 Hình 2.29 Mơ hình phanh lắp lên xe 42 Hình 2.30 Phân tích lực tác dụng xe đổ đèo 42 Hình 3.1 Các phận mơ hình phanh từ trường MRB2 44 Hình 3.2 Lớp dầu MRB2 44 Hình 3.3 Mơ tả vị trí lớp dầu MRB2 45 Hình 3.4 Kích thước thiết kế MRB2 45 Hình 3.5 Lớp dầu C phanh từ trường MRB2 46 Hình 3.6 Lớp dầu E phanh từ trường MRB2 46 Hình 3.7 Lớp dầu A phanh từ trường MRB2 47 Hình 3.8 Mơ hình phần tử hữu hạn MRB2 48 Hình 3.9 Mơ tả cuộn dây dẫn điện phần mềm Flux 49 Hình 3.10 Thiết lập điều kiện biên cho mơ hình phanh từ trường 49 Hình 3.11 Kết mơ - Cảm ứng từ B phanh từ trường 50 Hình 3.12 Kết mơ - Cường độ từ trường H phanh từ trường 50 Hình 3.13 So sánh mô men sinh khu vực dầu A 52 Hình 3.14 So sánh mơ men sinh khu vực dầu E 52 Hình 3.15 Nhiệt độ thay đổi phanh từ trường hoạt động 54 Hình 3.16 So sánh mô men sinh phanh từ trường dòng điện 55 Hình 4.2 Kết cấu bệ thử phanh 57 Hình 4.3 Động bước lai trình điều khiển 57 Hình 4.4 Hộp số sử dụng bệ thử nghiệm phanh 58 Hình 4.5 Các phận phanh từ trường MRB2 cuộn dây sau lắp đặt 58 Hình 4.6 Phanh sau lắp lên bệ thử 59 Hình 4.7 Thiết kê cảm biến đo lực 60 Hình 4.8 Biến áp, mạch cấp nguồn, mạch điều khiển driver điều khiển động 60 Hình 4.9 Bảng mạch điều khiển 61 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh số kiểu phanh từ trường 17 Bảng 2.1 Bảng so sánh số loại chất lỏng mang 24 Bảng 2.2 Thông số tải trọng xe 40 Bảng 2.3 Thông số làm việc nguồn động lực xe 41 Bảng 2.4 Tỉ số truyền xe 41 Bảng 2.5 Các thơng số phân tích xe đổ đèo 42 Bảng 3.1 Thông số dầu MRF-140CG 48 Bảng 3.2 Thông số vật liệu thép 1045 48 Bảng 3.3 Kết mô mà mơ men sinh vị trí dầu 51 Bảng 3.4 Kết mô kiểm bền số chi tiết MRB2 53 Bảng 3.5 Kết mô đánh giá độ bền đĩa quay 53 Bảng 3.6 Kết mô đánh giá độ bền đĩa giữ (1) 53 Bảng 3.7 Kết mô đánh giá độ bền đĩa giữ (2) 54 CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan dầu từ trường ứng dụng Vật liệu thông minh theo định nghĩa vật liệu có đặc tính hoạt động thay đổi cách thay đổi yếu tố bên dịng điện, từ trường, điện dung…Trong đó, dầu từ trường (Magneto-rheological fluid hay MRF) loại vật liệu thơng minh phản ứng tác dụng từ trường, thay đổi đặc tính chúng ứng suất chảy độ nhớt Sự thay đổi diễn nhanh chóng, đảo ngược kiểm sốt cách kiểm sốt từ trườngg tác dụngg lên chúng g Hình 1.1Các trạng thái hoạt động vật liệu dầu từ trường Loại chất lỏng từ trường khám phá phát triển lần đầu Jacob Rabinow Cục Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ vào cuối năm 1940 Điều thú vị dầu từ trường (MRF) giới thiệu gần lúc với loại vật liệu thông minh khác chất lỏng điện trường (Electro-rheological fluid hay ERF) điều khiển điện trường số lượng sáng chế ấn phẩm báo cáo vào cuối năm 1940 đầu năm 1950 chất lỏng MR vượt xa với chất lỏng ER Chất lỏng MR loại dầu, từ gọi chung cho dầu từ trường dầu từ trường Hình 1.2 Cấu trúc hạt từ trước sau chịu tác động từ trường Dựa đặc tính học đó, dầu từ trường (MRF) ứng dụng thiết bị MR điều khiển từ trường ứng dụng Bên cạnh đó, phanh từ trường thiết bị nghiên cứu ứng dụng rộng rãi lĩnh vực xe hơi, rô-bốt công nghiệp trang thiết bị y tế Ngoài nồng độ chất hạt sắt từ cột chất lỏng, đặc tính liên quan khác kể đến: x Độ nhớt dầu từ trường (MRF) khơng có từ trường Hình 3.8 Mơ hình phần tử hữu hạn MRB2 Mơ hình vẽ NX, xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn HyperWorks chạy mô giải Altair Flux Thiết lập thông số vật liệu điều kiện mô Thiết lập thông số vật liệu Thông số vật liệu nhập vào phần mềm Altair Flux – Material Management Có cách để khai báo đặc tính vật liệu: Từ tài liệu bên nhập liệu từ kho liệu Altair riêng Đặc tính vật liệu mô tả bên dưới[30]: Bảng 3.1 Thông số dầu MRF-140CG Đặc tính dầu từ trường MRF-140CG Thơng số Ứng suất chảy lớn (kPa) 50-100 Cường độ từ trường lớn (kA/m) ‫׽‬250 Độ nhớt (Pa.s) 0.1-1.0 Nhiệt độ hoạt động (ºC) từ - 40 đến 150 Độ ổn định Không bị ảnh hưởng hầu hết tạp chất Thời gian phản hồi (ms)