Xây dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất trong dẫn động phanh khí nén hai dòng trên xe ô tô tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA H NI CễNG QUANG VINH Xây dựng mô hình tính toán biến đổi áp suet dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải Chuyên ngành: kỹ thuật Cơ khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Cơ khí động lực Người hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Hữu Nam Hà Nội - 2014 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131969151000000 MôC LôC Các ký hiệu dùng chung luận văn DANH MôC HìNH Vẽ, Đồ THị bảng biểu Lời mở đầu CHƯƠNG I Đặc điểm PHANH KHí NéN TRÊN Ô TÔ 1.1 NhiƯm vơ cđa hƯ thèng phanh 1.2 Đặc điểm cđa hƯ thèng phanh khÝ nÐn 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu mục tiêu luận văn 13 CHƯƠNG PHƯƠNG PHáP MÔ TậP TRUNG TRONG TíNH TOáN Dẫn ®éng khÝ nÐn 15 2.1 Đặc điểm phơng pháp xây dựng mô hình tính toán hệ thống khí nén 15 2.2 Phơng trình toán học mô tả dòng khí qua phần tử dẫn động khí nén 17 2.2.1 Phơng trình lu lợng nguồn cung cÊp khÝ nÐn 17 2.2.2 Lu lợng biến đổi áp suất khí nÐn qua ®êng èng 18 2.2.3 Lu lợng biến đổi áp suất không khí nạp vào dung tích 19 2.2.4 Lu lợng biến đổi áp suất khí nén qua c¸c van 23 CHƯƠNG Xây dựng Mô hình tính toán dẫn động PHANH KHí NéN HAI DòNG xe ô tô CửU lONG 28 3.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô Cöu Long 28 3.2 Các chế độ làm việc đặc trng dẫn động phanh khÝ nÐn 29 3.3 Sơ đồ khối mô tả dẫn động hệ thống phanh khÝ 31 3.4 Xây dựng phơng trình toán học theo phơng pháp điểm nút mô tả chế độ 33 3.4.1 Quá trình nạp khí 33 3.4.2 Qúa trình đạp phanh 37 3.4.3 Quá trình nh¶ phanh 45 3.5 Mô trình n¹p khÝ xe Cưu Long 46 5.1 Mô hoạt ®éng cđa m¸y nÐn khÝ 46 3.5.2 Mô lu lợng biến đổi áp suất khí nén qua đờng ống 47 3.5.3 Mô lu lợng biến đổi áp suất khí nén nạp vào bình khí 48 3.5.4 Mô lu lợng biến đổi áp suất khí nén qua van .49 3.6 Mô trình lµm viƯc hƯ thèng phanh khÝ nÐn xe Cưu Long 51 3.6.1 Mô trình n¹p khÝ 51 3.6.2 Mô trình đạp phanh 53 3.6.3 Mô trình nhả phanh 55 Chơng Khảo sát dẫn động Hệ thống Phanh khÝ nÐn xe « t« cưu long 57 4.1 Các thông số tính toán 57 4.2 Phân tích kết trình làm viƯc cđa dÉn ®éng phanh xe Cưu Long 60 4.2.1 Phân tích kết qúa trình nạp khí 60 4.2.2 Phân tích kết trình đạp phanh 63 4.2.3 Ph©n tích kết trình nhả phanh 65 CHƯƠNG KếT LUậN 68 Tài liệu tham khảo 70 Phô lôc 71 C¸c ký hiệu dùng chung luận văn Ký hiệu ý nghĩa Đơn vị đo A Hệ số thực nghiệm, A = 0,654 B HÖ sè thùc nghiÖm, B = 1,13 fi Tiết diện đợc khảo sát phần tử thứ i k Chỉ số đoạn nhiệt, không khí k = 1,4 li Chiều dài đoạn ống thứ i m m Lu lợng khí qua điểm nút m3 /s pi áp suất dòng khí tiết diện thứ i N/m2 R H»ng sè khÝ lý tëng, ®èi víi không khí R=287,14 T Nhiệt độ tuyệt đối dòng khÝ T = 273 oK o V vgh ThÓ tÝch m3 Vận tốc giới hạn dòng khí vgh 370 m/s m2 m2/(s 2Ko) K µi HƯ sè lu lợng vị trí thứ i i Hệ số cản vị trí thứ i Hệ số ma sát = 0,028 C1 Độ cứng lò xo bầu phanh trớc N/m C2 Độ cứng lò xo bầu phanh sau N/m DANH MụC HìNH Vẽ, Đồ THị bảng biểu Hình 2.1 Lu lợng qua điểm nút 16 Hình 2.2 Điểm nút khảo sát mạch nối ghÐp 16 Hình 2.3 Đờng đặc tính lu lợng máy nén khÝ xe ZIL130 17 H×nh 2.5 Sơ đồ mô dòng khí vào bình khí nÐn 20 H×nh 2.6 Lu lợng áp suất vào dung tích thay ®ỉi 21 H×nh 2.7 lu lợng dòng khí qua điểm nút có dung tích thay đổi 21 Hình 2.8 Sơ đồ loại van 24 H×nh 2.9 Sơ đồ mô dòng khí qua van 26 H×nh 3.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén xe tải 28 H×nh 3.2 Sơ đồ mạch nạp khí hệ thống dẫn động phanh 31 Hình 3.3 Phân chia điểm nút tính toán mạch nạp khí 31 Hình 3.4 Điểm nút tính toán dẫn động mạch đạp phanh cầu trớc 38 Hình 3.5 Điểm nút tính toán mạch đạp phanh dẫn động cầu sau 41 Hình 3.6 Sơ đồ mô hoạt động cđa m¸y nÐn khÝ 47 Hình 3.7 Modul máy nén khí 47 Hình 3.8 Sơ đồ mô lu lợng biến đổi áp suất 48 cđa khÝ nÐn qua ®êng èng 48 H×nh 3.9 Modul mô lu lợng biến đổi 48 ¸p suÊt cđa khÝ nÐn qua ®êng èng 48 Hình 3.10 Sơ đồ mô lu lợng biến đổi áp suất khí nén vào bình khí nén 49 Hình 3.11 Modul mô lu lợng biến đổi 49 ¸p st cđa khÝ nÐn vào bình khí nén 49 Hình 3.12 Sơ đồ mô lu lợng biến đổi áp suất khí nén qua van 50 Hình 3.13 Modul mô lu lợng biến đổi áp suất khí nén qua van 50 Hình 3.14 Mô lu lợng biến đổi áp suất qua van điều chỉnh áp suất 51 Hình 3.15 Mô đun mô lu lợng qua van điều chỉnh áp suất 51 Hình 3.16 Sơ đồ mô trình nạp khí hệ thống 53 Hình 3.17 Sơ đồ mô trình nạp khí vào bầu phanh trớc trình đạp phanh 54 Hình 3.18 Sơ đồ mô trình nạp khí vào bầu phanh sau trình đạp phanh 55 Hình 3.19 Sơ đồ mô trình xả khí từ bầu phanh trớc 55 Hình 3.20 Sơ đồ mô trình xả khí từ bầu phanh sau 56 H×nh 4.1 Thêi gian đầu nạp vào bình khí 60 Hình 4.2 Biến đổi áp suất thời gian sau 5s nạp vào bình khí 61 Hình 4.3 Đồ thị nạp khí vào bầu phanh đạp phanh lần 63 Hình 4.4 Sơ đồ mô trình xả khí từ bầu phanh trớc 65 Hình 4.5 Sơ đồ mô trình xả khí từ bầu phanh sau 66 BảNG Bảng 2.1 Thông số hình học số van thông dụng 23 Bảng 4.1 Thông số tính toán xe ô tô Cửu Long 57 Bảng 4.2 Thời gian nạp khí vị trí đạt áp suất 74%Pmax 62 Bảng 4.3 Thời gian nạp khí vị trí đạt áp suất 4,55.105N/m2 62 Bảng 4.4 Số lần đạp phanh giảm áp suất bình khí 64 Lời mở đầu Trong tiến trình xây dựng đất nớc theo xu công nghiệp hóa, nhu cầu vận tải hàng hóa, ngời, ngày gia tăng, số lợng chủng loại ô tô ngày nhiều, tốc độ trung bình chuyển động ngày tăng Từ năm thập kỷ 80 nớc ta đà tiến hành nhập dòng xe có kết cấu tiên tiến, từ năm 1990 đến đà tiến hành nghiên cứu lắp ráp, chế tạo phục vụ nhu cầu nớc Các hoạt động phục vụ nhu cầu vận tải đà mở tiến trình hội nhập khoa học, kỹ thuật tiên tiến nằm tiến trình công nghiệp hóa đất nớc Trên thÕ giíi vµ ë níc ta hiƯn nay, kÕt cÊu xe ôtô đà hoàn thiện không ngừng trớc sức ép, cạnh tranh toàn cầu về: an toàn, chất lợng, giá cả, mức tiêu thụ nhiên liệu, môi trờng Sự hoàn thiện kết cấu hệ thống phanh ôtô đóng vai trò quan trọng, ®ã cã hƯ thèng dÉn ®éng phanh khÝ nÐn Hiện nay, xe hệ đà sử dụng hệ thống phanh với tính năng, tiêu kỹ thuật cao nhằm đáp ứng qui định ngày khắt khe đảm bảo an toàn cho ngời, hàng hoá vận chuyển phơng tiện giao thông Trên xe ô tô đại thờng dùng hệ thống phanh khí dẫn động nhiều dòng độc lập đợc sử dụng thay cho hệ thống phanh dòng nhằm tăng mức độ an toàn hiệu cho xe Các hệ thống phanh có trang bị chống hÃm cứng bánh xe phanh đợc sử dụng rộng rÃi không xe du lịch mà xe tải, xe chở khách Cho đến nay, nớc ta công trình nghiên cứu tính toán hệ thống phanh dẫn động khí nén giai đoạn phát triển không ngừng đà có nghiên cứu trình động học dẫn động phanh nh khảo sát, phân tích nhân tố ảnh hởng đến trình làm việc dẫn động phanh khí nén nhiên hiệu công trình nghiên cứu nhiều mặt hạn chế Xuất phát từ thực tế trên, đề tài: Xây dựng mô hình tính toán biến đổi áp suất dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải góp phần đáng kể trình nghiên cứu, cải thiện dẫn ®éng ®iỊu khiĨn hƯ thèng phanh khÝ nÐn, ®Ỉc biƯt ®èi víi thÕ hƯ xe cị Mơc ®Ých x©y dựng mô hình tính toán biến đổi áp suất dẫn động phanh khí nén chế độ làm việc hệ làm cho việc xác định, lựa chọn phần tử hệ thống phanh đảm bảo cho trình lu thông vận hành xe an toàn Nội dung đề tài bao gồm: - Đặc điểm hệ thống phanh khí nén - Phơng pháp mô tập trung tính toán dẫn động hệ thống phanh - Xây dụng mô hình tính toán biến đổi áp suất hệ thống phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải - Khảo sát trình biến đổi áp suất hệ thống phanh xe Cửu Long - Đánh giá nhận xét giai đoạn làm việc dẫn động phanh xe Cửu Long Trong quá trình thực gặp khó khăn vớng mắc, nhng với cố gắng, nỗ lực thân, giúp đỡ tận tình Thầy hớng dẫn, ý kiến chân tình từ bạn đồng nghiệp Tôi đà hoàn thành nội dung yêu cầu luận văn Tôi xin chân thành cám ơn PGS -TS Phạm Hữu Nam tập thể Thầy giáo Viên Cơ Khí Động lực - Trờng Đại học BKHN, bạn đồng nghiệp đà giúp đỡ, hớng dẫn tận tình tạo điều kiện tốt để hoàn thành luận văn Hà nội ngày 15 tháng năm 2014 Công Quang Vinh CHƯƠNG I Đặc điểm PHANH KHí NéN TRÊN Ô TÔ 1.1 Nhiệm vụ hệ thống phanh Hệ thống phanh ô tô có vai trò quan trọng trình vận hành lu thông đờng Hệ thống phanh có chức giảm tốc độ chuyển động ôtô dừng hẳn vị trí đến vận tốc định theo yêu cầu ngời lái Ngoài hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng việc bảo đảm tính ổn định an toàn cho xe Qúa trình phanh xe đợc thực cách tạo lực ma sát phần quay trống phanh phần đứng yên cấu phanh xe, động xe đợc chuyển hóa thành nhiệt cấu ma sát đợc truyền môi trờng xung quanh Hệ thống phanh ô tô bao gồm phận chính: cấu phanh dẫn động phanh - Cơ cấu phanh: đợc bố trí bánh xe, thực chức cấu ma sát nhằm tạo mô men hÃm bánh xe ô tô phanh; - Dẫn động phanh: gồm chi tiết liên kết từ cấu điều khiển nh (bàn đạp, cần kéo phanh, ống dẫn) tới chi tiết điều khiển hoạt động cấu phanh Dẫn động phanh làm nhiệm vụ truyền lực điều khiển hoạt động cấu phanh 1.2 Đặc điểm hệ thống phanh khí nén Trong hệ thống đẫn động phanh với dòng xe ô tô tải vừa lớn, phanh yêu cầu lực tác dụng lên cấu phanh lớn, sử dụng đẫn động phanh thủy lực thông thờng, mà phải sử dụng dẫn động phanh khí nén kết hợp thủy lực-khí nén Dẫn động phanh khí nén có u điểm lực điều khiển lên bàn đạp phanh nhỏ, nhng lực áp suất đờng ống tạo lực phanh lớn cấu phanh Tuy nhiên hệ thống phanh khí nén tồn số nhợc điểm độ nhạy kém, thời gian chậm t¸c dơng lín, kÝch thíc c¸c kÕt cÊu hƯ thống cồng kềnh, thích hợp cho ô tô vận tải vừa lớn Môi chất công tác dẫn động phanh khí không khí Chất khí chÊt láng cã mét sè tÝnh chÊt gièng nhng có nhiều điểm khác nên phải có công thức riêng để tính toán thông số trạng thái chất khí Khác với chất lỏng, không khí có khả chịu nén, dới tác dụng áp suất, thể tích không khí bị thay đổi lan truyền áp suất dẫn động khí nén bị chậm, không tức thời nh dẫn động phanh kiểu thuỷ lực, tính toán trình động học dòng khí nén cần có thông số đặc trng cho tính chịu nén không khí Khối lợng riêng không khí nén thay đổi lớn áp suất hay nhiệt độ khối khí thay đổi Hệ thống phanh xe ôtô vận tải có tải trọng trung bình lớn, xe chở khách từ 24 chỗ ngồi trở lên thờng sử dụng dẫn động phanh kiểu khí nén thuỷ khí, điện-thuỷ-khí dẫn động phanh thuỷ lực thông thờng đơn giản không đủ đáp ứng đợc yêu cầu lực phanh xe tải trọng lớn Trong lĩnh vực nghiên cứu nhiệt động học, định luật thực nghiệm chất khí cho phép khảo sát tính toán thông số trạng thái khí (p, V, T) trình đẳng nhiệt (định luật Boyle-Mariotte), trình đẳng áp (định luật Gay Lussac), trình đẳng tích (định luật Charles) Đối với khối lợng m khí theo định luật hợp chất khí ta có đẳng thức: pV = const T Nhà vật lý Clapeyron đà xây dựng phơng trình liên hệ trạng thái p, V, T, m cho khí lý tëng : pV = m µ RT Nhµ vËt lý Vander Walls nghiên cứu trạng thái chất khí thực đà đa phơng trình liên hệ xÐt víi mol khÝ thùc: a    p +  ( V − b) = RT a, b số thực nghiƯm V   Trong hƯ thèng dÉn ®éng khÝ nén thực tế, lu lợng dòng khí bị tổn thất khắc phục sức cản qua phần tử khí động Đặc trng cho tổn thất hệ số cản khí động Trị số hệ số cản phụ thuộc vào kết cấu, đặc tính dòng chảy chế độ làm việc của phần tử khí động Các trị số thờng đợc xác định thực nghiệm Do mức độ phức tạp trình xảy hệ thống dẫn động khí nén nên