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

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘICễNG QUANG VINH Xây dựng mơ hình tính tốn sự biến đổi áp suet trong dẫn động phanh khí nén hai dòng trên xe ô tô tảiChuyờn ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CễNG QUANG VINH

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Cơ khớ động lực

Người hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Hữu Nam

MụC LụC

Các ký hiệu dùng chung trong luận văn 3

DANH MụC HìNH Vẽ, Đồ THị và bảng biểu 4

Lời mở đầu 6

CHƯƠNG I Đặc điểm PHANH KHí NéN TRÊN Ô TÔ 8

1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phanh 8

1.2 Đặc điểm của hệ thống phanh khí nén 8

1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu và các mục tiêu của luận văn 13

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHáP MÔ phỏng TậP TRUNG TRONG TíNH TOáN Dẫn động khí nén 15

2.1 Đặc điểm phơng pháp xây dựng mô hình tính toán hệ thống khí nén 15

2.2 Phơng trình toán học mô tả dòng khí qua các phần tử của dẫn động khí nén 17

2.2.1 Phơng trình lu lợng nguồn cung cấp khí nén 17

2.2.2 Lu lợng và biến đổi áp suất khí nén qua đờng ống 18

2.2.3 Lu lợng và biến đổi áp suất không khí nạp vào một dung tích 19

2.2.4 Lu lợng và biến đổi áp suất khí nén qua các van 23

CHƯƠNG 3 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 Cửu Long 28

3.2 Các chế độ làm việc đặc trng trong dẫn động phanh khí nén 29

3.3 Sơ đồ khối mô tả dẫn động của hệ thống phanh khí 31

3.4 Xây dựng phơng trình toán học theo phơng 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 nhả phanh 45

3.5 Mô phỏng quá trình nạp khí xe Cửu Long 46

3 5.1 Mô phỏng hoạt động của máy nén khí 46

3.5.2 Mô phỏng lu lợng và sự biến đổi áp suất khí nén qua đờng ống 47

3.5.3 Mô phỏng lu lợng và sự biến đổi áp suất khí nén nạp vào bình khí 48

3.5.4 Mô phỏng lu lợng và biến đổi áp suất khí nén qua van 49

3.6 Mô phỏng quá trình làm việc hệ thống phanh khí nén xe Cửu Long 51

3.6.1 Mô phỏng quá trình nạp khí 51

3.6.2 Mô phỏng quá trình đạp phanh 53

3.6.3 Mô phỏng quá trình nhả phanh 55

Chơng 4 Khảo sát dẫn động Hệ thống Phanh khí nén xe ô tô cửu long 57

4.1 Các thông số tính toán 57

4.2 Phân tích kết quả các quá trình làm việc của dẫn động phanh xe Cửu Long 60

4.2.1 Phân tích kết quả qúa trình nạp khí 60

4.2.2 Phân tích kết quả quá trình đạp phanh 63

4.2.3 Phân tích kết quả quá trình nhả phanh 65

CHƯƠNG 5 KếT LUậN 68

Tài liệu tham khảo 70

Phụ lục 71

Các ký hiệu dùng chung trong luận văn

A Hệ số thực nghiệm, A = 0,654

B Hệ số thực nghiệm, B = 1,13

fi Tiết diện đợc khảo sát của phần tử thứ i m2

k Chỉ số đoạn nhiệt, đối với không khí k = 1,4

li Chiều dài của đoạn ống thứ i m

.

m Lu lợng khí qua điểm nút m3/s

pi áp suất dòng khí tại tiết diện thứ i N/m2

DANH MụC HìNH Vẽ, Đồ THị và bảng biểu

Hình 2.1 Lu lợng đi qua điểm nút 16

Hình 2.2 Điểm nút khảo sát một mạch nối ghép 16

Hình 2.3 Đờng đặc tính lu lợng của máy nén khí xe ZIL130 17

Hình 2.5 Sơ đồ mô phỏng dòng khí vào bình khí nén 20

Hình 2.6 Lu lợng và áp suất vào dung tích thay đổi 21

Hình 2.7 lu lợng dòng khí qua điểm nút một và có dung tích thay đổi 21

Hình 2.8 Sơ đồ các loại van 24

Hình 2.9 Sơ đồ mô phỏng dòng khí qua van 26

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén xe tải 28

Hình 3.2 Sơ đồ mạch nạp khí hệ thống dẫn động phanh 31

Hình 3.3 Phân chia các điểm nút tính toán mạch nạp khí 31

Hình 3.4 Điểm nút tính toán dẫn động mạch đạp phanh cầu trớc 38

Hình 3.5 Điểm nút tính toán mạch đạp phanh dẫn động cầu sau 41

Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của máy nén khí 47

Hình 3.7 Modul máy nén khí 47

Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng lu lợng và sự biến đổi áp suất 48

của khí nén qua đờng ống 48

Hình 3.9 Modul mô phỏng lu lợng và sự biến đổi 48

áp suất của khí nén qua đờng ống 48

Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng lu lợng và biến đổi áp suất khí nén vào bình khí nén 49

Hình 3.11 Modul mô phỏng lu lợng và biến đổi 49

áp suất của khí nén vào bình khí nén 49

Hình 3.12 Sơ đồ mô phỏng lu lợng và sự biến đổi áp suất của khí nén qua van 50

Hình 3.13 Modul mô phỏng lu lợng và biến đổi áp suất khí nén qua van 50

Hình 3.14 M ô phỏng lu lợng và biến đổi áp suất qua van điều chỉnh áp suất 51

Hình 3.15 Mô đun mô phỏng lu lợng đi qua van điều chỉnh áp suất 51

Hình 3.16 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí của hệ thống 53

Hình 3.17 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí vào bầu phanh trớc trong quá trình đạp phanh 54

Hình 3.18 Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp khí vào bầu phanh sau trong quá trình đạp phanh 55

Hình 3.19 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh trớc 55

Hình 3.20 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh sau 56

Hình 4.1 Thời gian đầu nạp vào các bình khí 60

Hình 4.2 Biến đổi áp suất thời gian sau 5s nạp vào các bình khí 61

Hình 4.3 Đồ thị nạp khí vào bầu phanh khi đạp phanh lần 1 63

Hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh trớc 65

Hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng quá trình xả khí từ bầu phanh sau 66

BảNG Bảng 2.1 Thông số hình học của một số van thông dụng 23

Bảng 1 Thông số tính toán xe ô tô Cửu Long 8 tấn4 57

Bảng 4.2 Thời gian nạp khí tại các vị trí đạt áp suất 74%Pmax 62

Bảng 4.3 Thời gian nạp khí tại các vị trí đạt áp suất 4,55.105N/m2 62

Bảng 4.4 Số lần đạp phanh và sự giảm áp suất trong bình khí 64

Lời mở đầu Trong tiến trình xây dựng đất nớc theo xu thế công nghiệp hóa, nhu cầu vận tải hàng hóa, con ngời, ngày càng gia tăng, trong đó số lợng về chủng loại ô tô ngày càng nhiều, tốc độ trung bình chuyển động ngày càng tăng Từ những năm của thập kỷ

80 nớc ta đã tiến hành nhập khẩu các dòng xe có kết cấu tiên tiến, từ những năm 1990

đến nay đã tiến hành nghiên cứu lắp ráp, chế tạo phục vụ nhu cầu trong nớc Các hoạt

động phục vụ nhu cầu vận tải đã mở ra tiến trình hội nhập khoa học, kỹ thuật tiên tiến

và cũng nằm trong tiến trình công nghiệp hóa đất nớc

Trên thế giới và ở nớc ta hiện nay, kết cấu trên xe ôtô đã và đang hoàn thiện không ngừng trớc những sức ép, cạnh tranh của toàn cầu về: an toàn, chất lợng, giá cả, mức tiêu thụ nhiên liệu, môi trờng Sự hoàn thiện kết cấu của hệ thống phanh ôtô

đóng một vai trò quan trọng, trong đó có hệ thống dẫn động phanh khí nén

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 ngời, hàng hoá vận chuyển và phơng tiện giao thông Trên các xe ô tô hiện đại thờng dùng hệ thống phanh khí dẫn động nhiều dòng độc lập đợc 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 đợc sử dụng rộng rãi không chỉ đối với xe du lịch mà còn trên các xe tải, xe chở khách

Cho đến nay, ở nớc ta các công trình nghiên cứu tính toán hệ thống phanh dẫn

động khí nén đang ở giai đoạn phát triển không ngừng và đã có các nghiên cứu về quá trình động học của dẫn động phanh cũng nh khảo sát, phân tích các nhân tố ảnh hởng

đến quá trình làm việc của dẫn động phanh khí nén tuy nhiên hiệu quả của các công trình nghiên cứu đó vẫn còn nhiều mặt hạn chế

dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất trong dẫn động phanh khí nén ở trong các chế độ làm việc của hệ làm căn cứ cho việc xác định, lựa chọn các phần tử trong hệ thống phanh đảm bảo cho quá trình lu thông và vận hành xe an toàn

Nội dung đề tài bao gồm:

- Đặc điểm hệ thống phanh khí nén

- Phơng pháp mô phỏng tập trung trong tính toán dẫn động hệ thống phanh

- Xây dụng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất trong hệ thống phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải

- Khảo sát quá trình biến đổi áp suất trong hệ thống phanh xe Cửu Long

- Đánh giá nhận xét các giai đoạn làm việc của dẫn động phanh xe Cửu Long

Trong quá quá trình thực hiện tôi gặp không ít những khó khăn vớng mắc, nhng với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, cùng sự giúp đỡ tận tình của Thầy hớng dẫn, những ý kiến chân tình từ các bạn đồng nghiệp Tôi đã hoàn thành các nội dung yêu cầu của luận văn

Tôi xin chân thành cám ơn PGS TS Phạm Hữu Nam cùng tập thể các Thầy giáo trong Viên Cơ Khí Động lực - Trờng Đại học BKHN, các bạn đồng nghiệp

-đã giúp đỡ, hớng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn

Hà nội ngày 15 thán g 3 năm 2014

Công Quang Vinh

CHƯƠNG I Đặc điểm PHANH KHí NéN TRÊN Ô TÔ

1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phanh

Hệ thống phanh trên ô tô có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận hành và lu thông trên đờng Hệ thống phanh có chức năng giảm tốc độ chuyển động của ôtô cho đến khi dừng hẳn ở vị trí nào đó hoặc đến một vận tốc nhất định theo yêu cầu của ngời lái Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tính

ổn định và an toàn cho xe Qúa trình phanh xe đợc thực hiện bằng cách tạo ra lực ma sát giữa phần quay của trống phanh và phần đứng yên của cơ cấu phanh trên xe, động năng của xe đợc chuyển hóa thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát và đợc truyền ra môi trờng xung quanh

Hệ thống phanh trên ô tô bao gồm các bộ phận chính: cơ cấu phanh và dẫn động phanh

- Cơ cấu phanh: đợc bố trí cùng bánh xe, thực hiện các chức năng của các cơ cấu

ma sát nhằm tạo ra mô men hãm trên các bánh xe của ô tô khi phanh;

- Dẫn động phanh: gồm các chi tiết liên kết từ cơ cấu điều khiển nh (bàn đạp, cần kéo phanh, các ống dẫn) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh Dẫn

động phanh làm nhiệm vụ truyền lực điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh

1.2 Đặc điểm của hệ thống phanh khí nén

Trong hệ thống đẫn động phanh với dòng xe ô tô tải vừa và lớn, khi phanh yêu cầu lực tác dụng lên cơ cấu phanh là rất lớn, do vậy không thể sử dụng đẫn động phanh thủy lực thông thờng, mà phải sử dụng dẫn động phanh khí nén hoặc kết hợp

thủy lực khí nén Dẫn động phanh khí nén có u điểm lực điều khiển lên bàn đạp phanh nhỏ, nhng lực do áp suất trong đờng ống tạo ra lực phanh lớn trên cơ cấu phanh Tuy nhiên hệ thống phanh khí nén còn tồn tại một số nhợc điểm là độ nhạy kém, thời gian chậm tác dụng lớn, kích thớc các kết cấu trong hệ thống cồng kềnh, chỉ thích hợp cho các ô tô vận tải vừa và lớn

Môi chất công tác trong dẫn động phanh khí là không khí Chất khí và chất lỏng

có một số tính chất giống nhau nhng 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, dới 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, không tức thời nh trong dẫn động phanh kiểu thuỷ lực, do đó trong các tính toán quá trình động học của dòng khí nén cần có các thông số đặc trng cho tính chịu nén của không khí Khối lợng riêng của không khí nén thay đổi rất lớn khi áp suất hay nhiệt độ khối khí thay đổi

Hệ thống phanh trên các xe ôtô vận tải có tải trọng trung bình và lớn, các xe chở khách từ 24 chỗ ngồi trở lên thờng sử dụng dẫn động phanh kiểu khí nén hoặc thuỷ - khí, điện thuỷ khí vì dẫn động phanh thuỷ lực thông thờng đơn giản không đủ đáp ứng - -

đợc yêu cầu về lực phanh trên các xe tải trọng lớn

Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản về nhiệt động học, các định luật thực nghiệm về chất khí cho phép khảo sát và tính toán các thông số trạng thái khí (p V T, , ) của quá trình đẳng nhiệt (định luật Boyle Mariotte), quá trình đẳng áp (định luật Gay Lussac), -quá trình đẳng tích (định luật Charles) Đối với khối lợng m khí theo định luật hợp nhất của chất khí ta luôn có đẳng thức: const

Trong hệ thống dẫn động khí nén thực tế, lu lợng dòng khí còn bị các tổn thất

do khắc phục sức cản khi đi qua các phần tử khí động Đặc trng cho sự tổn thất này là

hệ số cản khí động Trị số của hệ số cản phụ thuộc vào kết cấu, đặc tính dòng chảy và ξchế độ làm việc của của phần tử khí động Các trị số này thờng đợc xác định bằng thực nghiệm

Do mức độ phức tạp của các quá trình xảy ra trong hệ thống dẫn động khí nén nên

cho đến nay vẫn cha tìm đợc biểu thức toán học chính xác nhằm mô tả hàm lu lợng Trong tính toán vẫn phải sử dụng các công thức kinh nghiệm hoặc các công thức gần đúng đợc xây dựng dựa trên cơ sở một loạt các giả thiết nên độ chính xác không cao Hiện nay có nhiều công thức để tính lu lợng khí Công thức Xanh- -vơ năng và Van- -xê li cho dòng khí chảy đoạn nhiệt qua vòi phun có hai trờng hợp:

- dòng khí chảy dới tới hạn (ứng với σ >0,528) 

1 2

1

2 )

(

σ σσ

ϕ

- dòng khí chảy trên tới hạn (ứng với σ <0,528), giá trị σgh = 0,528 gọi là áp suất không thứ nguyên ở chế độ chảy giới hạn của dòng khí

579,01

22588,0)

−

=

kgh

σ

ϕ

Công thức của F.E Sal- -vi lơ: trong khảo sát thực tế, dòng chảy trong các ống dẫn

và các thiết bị khí cũng nh thuỷ lực thờng chỉ đạt các giá trị nhỏ hơn so với trị số σgh

và có dạng:

21

1)

ϕ

−

−

=B

A1)(

Khi lấy A = 0,654 và B = 1,13 thì cuối cùng, phơng trình tính lu lợng khí đi qua tiết lu có dạng:

σ

σà

−

−

=

13,1

1654

,0

RT

pvfdt

gh

Ngoài ra còn nhiều công thức tính hàm lu lợng của các tác giả khác nhng trong

đề tài chỉ sử dụng các công thức của N.P Mết-li-úc bởi sử dụng công thức này trong các bài toán thì có thể đơn giản hoá bài toán đi rất nhiều (không còn chế độ 2 dòng chảy nữa) và đặc biệt là khi ứng dụng cụ thể cho thấy công thức này cho kết quả rất gần với thực nghiệm

Một hệ thống dẫn động khí nén là sự nối ghép của nhiều phần tử khí động và có các chế độ làm việc đặc trng Việc tính toán động học đối với hệ dẫn động phanh khí nén nhằm khảo sát qui luật biến đổi của áp suất khí nén theo thời gian tại các điểm bất

kỳ trong hệ dẫn động, các nhân tố gây ra tổn thất lu lợng, làm chậm quá trình xác lập trị số áp suất khí nén ở đầu ra của hệ thống (tại các van điều khiển, các bầu phanh ).Trong các giáo trình đại học [1, 2, 5] hớng dẫn tính toán dẫn động phanh khí nén thờng chỉ giới hạn ở việc tính toán các thông số cơ bản nh tính chọn máy nén khí, diện tích làm việc của các van, các bầu phanh nhằm đảm bảo khả năng tạo lực phanh phù hợp với tải trọng tĩnh đặt trên các bánh xe của ôtô Các công thức tính toán ở đây cho phép xác định đợc các quan hệ lực với các dịch chuyển của các van, hành trình của pít tông trong bầu phanh khi thực hiện quá trình phanh Nhợc điểm của các tính toán này là ở chỗ không khảo sát đợc qui luật biến đổi theo thời gian của áp suất, lu lợng dòng khí qua các vị trí, phần tử trong hệ dẫn động do đó cũng khó khăn khi phân tích ảnh hởng của các thông số kết cấu, chế độ dòng chảy đến sự làm việc của hệ thống

Các tác giả N.F Mết Lúc, V.P, Av- -tu-sen kô [12] và nhiều tác giả khác đã tiến hành nghiên cứu quá trình động học trong dẫn động khí nén và thủy lực Sử dụng phơng pháp mô phỏng tập trung các tác giả N.F Mết Lúc, V.P, Av- -tu-sen-kô đã xây dựng các phơng trình mô tả biến đổi của lu lợng, áp suất qua các phần tử khí động (tiết lu, thể tích khí) Các kết quả nghiên cứu này có thể dùng làm cơ sở để tính toán, khảo sát quá trình động học trong một hệ dẫn động khí nén có nối ghép nhiều phần tử khí động phức tạp

Trên các ôtô hiện đại, dẫn động hệ thống phanh không sử dụng loại một dòng mà

sử dụng hệ dẫn động nhiều dòng (đối với hệ phanh chính thông dụng là dẫn động hai

dòng) có khả năng làm việc độc lập nhờ đó làm tăng tính an toàn chuyển động của ôtô

đặc biệt khi có xảy ra sự cố h hỏng cục bộ ở trên đờng ống dẫn, trong các van điều khiển hoặc h hỏng riêng rẽ ở các xi lanh phanh bánh xe Đối với hệ thống phanh khí nén dẫn động nhiều dòng, mỗi dòng có nguồn năng lợng (bình chứa khí riêng), có tín hiệu điều khiển riêng và có tính độc lập tơng đối với các tín hiệu điều khiển ở các dòng khác Với đặc điểm này việc tính toán các phần tử trong hệ thống phanh khí nén dẫn động nhiều dòng sẽ có nhiều điểm khác với tính toán ở dẫn động phanh một dòng Nhằm nâng cao chất lợng phanh của ôtô trong hệ thống phanh các xe hiện đại sử dụng bộ tự động điều chỉnh lực phanh cho các bánh xe cầu sau hoặc bộ chống hãm cứng các bánh xe khi phanh Bộ điều chỉnh lực phanh làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh

áp suất trong dẫn động ra bầu phanh của các bánh xe cầu sau, không cho lực phanh vợt quá giới hạn bám của các bánh xe với mặt đờng, nhờ đó làm tăng tính ổn định của xe trong quá trình phanh

Các hãng sản xuất ôtô, các trung tâm nghiên cứu trên thế giới đã tiến hành các nghiên cứu cơ bản cũng nh 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 thờng không đợc công bố rộng rãi Đối với lĩnh vực nghiên cứu chế tạo ôtô trong nớc, cho đến nay cha có công trình nghiên cứu, tính toán dẫn động phanh khí hai dòng cũng nh khảo sát quá trình hoạt động của dẫn động phanh khí có trang bị ABS

Tính toán động học đối với hệ thống dẫn động phanh khí nén rất phức tạp do số lợng các phơng trình vi phân liên hệ các thông số khí động giữa các phần tử đợc nối ghép, các thông số trạng thái dòng khí Trớc đây khi cha có phơng 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 [12] 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 tơng 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, phơng 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 lợng 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

1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu và các mục tiêu của luận văn

Để đạt đợc các chỉ tiêu chất lợng, số lợng và tính chất kỹ thuật công nghệ cao của các các chi tiết, cụm chi tiết trên ô tô và các hệ thống trên ô tô sẽ đợc "nội địa hóa"dần, các nhà máy, cơ sở chế tạo rất cần các tài liệu hớng dẫn, cách tính toán, các mô hình khảo sát nghiên cứu có độ tin cậy cao và cho kết quả tính toán sát với thực nghiệm Việc xây dựng mô hình nghiên cứu quá trình động học trong dẫn động phanh khí nén trên các ô tô hiện đại đối với công nghệ ô tô trong nớc có một ý nghĩa khoa học, thực tiễn và cấp bách

Xuất phát từ các nhu cầu nêu trên, tôi đã chọn đề tài:

“Xây dựng mô hình tính toán sự biến đổi áp suất

trong dẫn động phanh khí nén hai dòng trên xe ô tô tải“

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

 Nghiên cứu đặc điểm hệ thống phanh khí nén

 Nghiên cứu phơng pháp xây dựng mô hình tính toán dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải

 Mô phỏng trong tính toán dẫn động phanh khí nén của xe ô tô tải Cửu Long 8 tấn.Nội dung của luận văn đợc trình bày trong 4 chơng Trong chơng 1 trình bày nhiệm vụ, đặc điểm hệ thống phanh, môt số phơng pháp nghiên cứu, tính toán với hệ thống phanh, đa ra u nhợc điểm của hệ thống phanh khí nén và hệ thống phanh thủy lực, từ đó có cách lựa chọn nghiên cứu hệ thống dẫn động phanh khí nén phù hợp cho dòng xe tải vừa và nặng Nội dung chơng 2 đa ra phơng pháp mô phỏng tập trung trong tính toán dẫn động hệ thống khí nén Từ đó xây dựng các phơng trình tính toán biến đổi lu lợng và áp suất khí nén qua các điểm nút và hệ phơng trình mô tả hoạt

động của toàn hệ thống Từ cơ sở xây dựng mô hình tính toán chơng 2 về hệ thống khí nén, sang chơng 3 đợc áp dụng để xây dựng mô hình tính toán dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô tải Thực chất của phơng pháp này là thành lập các phơng trình toán học thông qua các quy luật biến đổi lu lợng ,áp suất các phần tử của hệ thống từ máy nén khí đến các bầu phanh qua ba quá trình làm việc của dẫn động phanh Chơng

4 trình bày các nội dung liên quan đến tính toán, khảo sát hệ thống dẫn động phanh khí nén đối với xe ô tô Cửu Long, Sử dụng phần mềm Matlab và công cụ Simulink tính toán và mô phỏng các đặc điểm quá trình nạp khí từ máy nén đến bình chứa khí nén và quá trình đạp phanh, xả phanh của xe Cửu Long Chơng 5 tổng kết những vấn

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHáP MÔ phỏng TậP TRUNG TRONG TíNH

TOáN Dẫn động khí nén 2.1 Đặc điểm phơng pháp xây dựng mô hình tính toán hệ thống khí nén

Khi nghiên cứu động học của hệ thống dẫn động phanh khí nén cần phải thiết lập

đợc các phơng trình vi phân mô tả quá trình làm việc của hệ thống Vì trong thực tế bản chất vật lý của các hiện tợng xảy ra trong hệ thống rất phức tạp nên việc mô phỏng một cách chính xác là không thể thực hiện đợc, đặc biệt là quá trình quá độ Do vậy, ngời ta thờng phải sử dụng các phơng pháp mô phỏng gần đúng để giải quyết bài toán này Cho đến nay có rất nhiều phơng pháp mô phỏng và đều thể những u nhợc điểm riêng Khi nghiên cứu động học của hệ thống dẫn động phanh khí nén trên

xe ô tô có nhiều phơng pháp để nghiên cứu Một trong những phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi nhất là phơng pháp mô phỏng có tên gọi là “Mô phỏng tập trung” Bản chất của phơng pháp này là tính toán động học khí nén qua các phần tử của hệ thống dẫn động phanh khí nén (máy nén khí, các bình chứa khí, đờng ống dẫn khí và van phân chia, van hạn chế áp suất, van phanh chính, các bầu phanh ở các bánh xe, các van phụ) thực hiện theo các nguyên tắc sau:

- Thể tích khí chứa trong phần tử đợc coi là tập trung tại một dung tích Dung tích này có thể là không đổi hoặc biến đổi trong quá trình hệ thống làm việc (quá trình tính toán) sức cản dòng chuyển động của các phần tử khí đợc tập trung bằng một tiết lu, tiết lu này có thể có tiết diện không đổi hoặc có thể thay đổi Đặc trng sức cản khí động qua mỗi phần tử là hệ số cản khí động ξ

- áp dụng qui tắc điểm nút để tính lu lợng khí đi qua điểm nút của sơ đồ mô phỏng

Qua mỗi phần tử có cản khí động phức tạp (ví dụ: cản của ống và van; cản của các

đoạn ống có các đờng cong khác nhau ), hệ số cản khí động đợc tính theo nguyên lý cộng (xếp chồng) các tổn thất

- Mối ghép giữa các phần tử gọi là điểm nút Tổng lu lợng khí đi vào và ra khỏi

điểm nút (có xét đến dấu) tại thời điểm xét bằng 0

∑

=

−n

i

i vaoAm1

)

=

=m

j

j raAm1

0)( (2.2)

Hình 2.1 Lu lợng đi qua điểm nút

Từ sơ đổ 2 ta có phơng trình lu lợng khí tức thời đi qua điểm A nh sau:1

m&1 - m2- m&3 - m&4 + m5= 0 (2.3)

Hình 2.2 biểu diễn phân chia các điểm nút (Y1 và Y2) để khảo sát tính toán cho một mạch nối ghép gồm các phần tử: máy nén khí, van điều chỉnh áp suất (có thể tích

V1) và bình ngng (có thể tích V2)

Hình 2 Điểm nút khảo sát một mạch nối ghép 2

Phơng pháp chung để tính toán các thông số trạng thái của hệ thống là tiến hành tính toán lần lợt từng nút theo trình tự kể từ đầu vào lần lợt tới các nút kế tiếp sau Lấy kết quả tính áp suất cuối của nút trớc làm áp suất đầu vào cho nút sau Phơng pháp “Mô phỏng tập trung” có u điểm là tơng đối đơn giản, dễ thực hiện Mặc dù khối lợng tính toán lớn nhng nó cho phép nghiên cứu hệ thống phức tạp có những giả thiết gần giống với thực tế với độ chính xác cao

2.2 Phơng trình toán học mô tả dòng khí qua các phần tử của dẫn động khí nén

Trong hệ thống dẫn động khí nén, có nhiều phần tử hệ thống:

Nguồn cấp (máy nén khí); Các đờng ống dẫn; các bình khí nén; các loại van Mỗi phần tử đều có những kết cấu, chế độ làm việc đặc trng riêng Để khảo sát động học chung của dẫn động phanh khí nén cần phải xây dựng các phơng trình mô tả hoạt

động của từng phần tử trong hệ thống

2.2.1 Phơng trình lu lợng nguồn cung cấp khí nén

Máy nén khí là nguồn cung cấp khí cho toàn bộ hệ thống phanh khí Nó là bơm Pit tông, dẫn động bằng đai truyền từ pu li trục khuỷu động cơ Lu lợng của máy nén khí

là hàm của các thông số vận tốc làm việc và đối áp trên đầu ra của máy nén Các đặc tính lu lợng của máy nén khí thờng đợc xác định bằng thực nghiệm của nhà máy chế tạo

Hình 2.3 Đờng đặc tính lu lợng của máy nén khí xe ZIL130

1: ứng với tốc độ 500 vòng/phút

2: ứng với tốc độ 750 vòng/phút

3: ứng với tốc độ 1000 vòng/phút

4: ứng với tốc độ 1250 vòng/phút

5: ứng với tốc độ 1500 vòng/phút

6: ứng với tốc độ 1750 vòng/phút

7: ứng với tốc độ 2000 vòng/phút

Dựa trên đờng đặc tính lu lợng của máy nén khí trên hình 2.3 ta có thể viết

phơng trình lu lợng máy nén khí nh sau:

2.2.2 Lu lợng và biến đổi áp suất khí nén qua đờng ống

Đờng ống có chiều dài l, đờng kính ống d sẽ đợc mô phỏng bằng một nút

tính toán Y gồm áp suất trớc khi vào đờng ống p1; lu lợng khí m&1, dung tích V2, áp

suất p2 trong đờng ống và áp suất p3, lu lợng m&2 của phần tử sau đờng ống đợc

thể hiện trên hình 2.4

- Sơ đồ mô phỏng đờng ống:

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng đờng ống

- Phơng trình lu lợng của ống (tại điểm nút Y):

m1 - m&2 - mE = 0 (2.6)

- Phơng trình hàm khí động:

2 1

2 1 1

2

2

ppB

ppAp

3 2 2 3 3

ppB

ppApv

k

(

2 1

2 1 1 2

ppApv

3 2 2 3

ppApv

f2 - diện tích tiết diện ngang của đờng ống, m2;

f3 - tiết diện ngang của phần tử sau đờng ống, m2;

à2 - Hệ số lu lợng của dòng khí;

à3 - Hệ số lu lợng của dòngkhí

Đối với ống dẫn thẳng, tiết diện không đổi, hệ số cản phụ thuộc vào hệ số ma sát

λ = 0,028, đờng kính d và đặc biệt là chiều dài đờng ống l

d

long λ

ξ = (2.8)

2.2.3 Lu lợng và biến đổi áp suất không khí nạp vào một dung tích

xảy ra với hai trờng hợp Lu lợng khí dợc nạp vào một thể tích không đổi và lu

lợng khí đợc nạp vào một thể tích thay đổi với mỗi quá trình nạp vào các dung tích

trên thì quá trình biến đổi lu lợng vào các thể tích là khác nhau, có thể tích thay đổi mỗi trờng hợp nạp khí vào các dung tích đều phải có cách tính và xác định khác nhau

Ví dụ nh lu lợng khí vào một bình khí nén có thể tích không đổi, thì cách tính và

xác định hàm lu lợng đơn giản hơn lu lợng khí vào một dung tích thay đổi, vì thể tích thay đổi có liên quan đến sự thay đổi thể tích si lanh, lò xo và các diện tích của phần chứa khí

* Lu lợng và biến đổi áp suất khí nén vào một dung tích không đổi (bình chứa khí nén)

1 0

0 Bp p

ppApv

1 0

0 Bp p

ppApv

f - tiết diện của đờng ống dẫn vào bình khí, m2;

po - áp suất ở đầu vào của bình khí, N/m2;

p1 - áp suất tức thời của bình khí, N/m2;

V - Thể tích của bình khí và đờng ống nối, m3;

à - Hệ số lu lợng của bình khí và đờng ống nối

* Lu lợng và biến đổi áp suất khí nén vào một dung tích thay đổi

Trong thực tế các cơ cấu chấp hành đều có các dung tích thay đổi trong quá

trình làm việc Ví dụ, đối với một xi lanh công tác (Hình 2.7) quá trình nạp, xảy ra 3 giai đoạn I, II, III Giai đoạn đầu pít tông cha di chuyển, áp suất tăng từ 0 đến pI, thời gian thực hiện là t1 Giai đoạn II pít tông bắt đầu di chuyển, đi hết hành chình thì dừng lại, áp suất tăng từ pI đến p , thời gian thực hiện là tII 2 Giai đoạn III pít tông đứng yên,

áp suất tăng từ pII đến pmax, thời gian thực hiện là t3 .

Trong 3 giai đoạn trên giai đoạn I và giai đoạn III ứng với trờng hợp dung tích không đổi

Trong giai đoạn II, thể tích làm việc V của xi lanh thay đổi:

V = V0 + F.y,

Trong đó F là diện tích tiết diện của pít tông

y độ dịch chuyển của pít tông

Vo thể tích ban đầu

- Sơ đồ mô phỏng dòng khí vào một dung tích thay đổi

Hình 2.6 Lu lợng và áp suất vào dung tích thay đổi

Hình 2.7 lu lợng dòng khí qua điểm nút và có một dung tích thay đổi

Khi nạp khí:

1

1 1

1

ppB

ppApvfdt

dypFdt

dpk

FyV

o

o o gh o

−

−

=+

dt

dybdt

yd

mp I ms k (2.15) Trờng hợp khối lợng chuyển động mp nhỏ, bỏ qua lực cản nhớt, lực cản ma sát của các vòng làm kín, thu đợc công thức đơn giản:

c y - (p1 - pI)F = 0 (2.16)

)(p1 pIc

F

y= − và

dt

dpc

Fdt

1 0 0

ppB

ppApv

f gh

−

−

à (2.18)

2.2.4 Lu lợng và biến đổi áp suất khí nén qua các van

Trong hệ thống phanh khí có nhiều loại van nh: van hạn chế áp suất (van an toàn), van chia (van bảo vệ nhiều ngả), van tăng tốc, van nhả phanh nhanh Van đợc đặc trng bởi hệ số cản và thể tích Thông thờng, thể tích của van nhỏ và đợc coi là không đổi Tuỳ từng loại van mà tiết diện van thay đổi hoặc không thay đổi Đặc trng quá trình động học của dòng khí qua van là hệ số cản của van phụ thuộc chủ yếu vào kiểu van và các kích thớc đặc trng cho tiết diện thông qua của van Tiết diện thông qua của van phụ thuộc vào hình dạng và hành trình làm việc của van Trong dẫn động phanh khí ôtô thờng sử dụng các van có tiết diện phẳng hoặc côn đợc trình bày trong hình 2.7 Hành trình lớn nhất của van đợc xác định bởi khoảng cách diện tích tiết diện của van ở trạng thái đỏng hoàn toàn đến trạng thái van mở hoàn toàn

Bảng 2.1 Thông số hình học của một số van thông dụng

Sơ

đồ

Diện tích tiết diện thông

qua của van ứng với độ

nâng van h

Hành trình nâng van hmax

a πDh

4D

b πDh

D

dD44

2

−

c

2sin)sin2

)sin2sin2(sin

α

αα

α

DD

sin)

sin2sin2(sin

α

αα

α

α

odD

D

Hình 2.8 Sơ đồ các loại van

Khi tính toán ở chế độ khi van mở hoàn toàn, diện tích tiết diện theo phơng

ngang (diện tích thông qua) của van của các thiết bị điều khiển có thể coi là hằng số

Có thể sử dụng công thức kinh nghiệm để tính hệ số cản của van:

Với van nạp tiết diện phẳng

=

Dho

oαγ

= 0 , 55 4 0 , 1

D

bTo

α (2.20)

γ0= 0,8 ữ 1,4

Với van xả tiết diện phẳng:

2155,01,04

bT

ξ (2.21)

Với van xả tiết diện côn

214,02,07,2

h

ξ (2.22)

Với van nạp hình côn

215,06,

đờng ống có diện tích fT2 (tiết diện fT2chọn làm tiết diện tính toán)

Sức cản đờng ống nối giữa bình khí và van phanh:

vao T

2

2 2

2 (2.25)

Hệ số cản qui đổi chung của hệ thống

2

2 2 2

T T

f

ff

f

ξξ

nh vËy, thÓ tÝch tríc khi më van th× nhá nhng khi x¶ khÝ th× thÓ tÝch ®îc coi lµ lín v« cïng

1

p

pRT

pv

p

pRT

pv

f gh ϕ

dt

dpkRTV

⇒

1 0

1 0 0 1 1

ppB

ppApv

2 1 1 2 2

ppB

ppApv

k

(

1 0

1 0 0 1

ppApv

2 1 1 2 2

ppB

ppApv

f1 - diÖn tÝch tiÕt diÖn th«ng qua cña van, m2;

f2 - tiÕt diÖn ngang cña cña ®êng èng sau van, m2;

po - ¸p suÊt dßng khÝ ë ®Çu ra cña m¸y nÐn khÝ, N/m2;

p1 - ¸p suÊt dßng khÝ ë ®Çu ra cña van, N/m2;

p2 - ¸p suÊt dßng khÝ ë ®Çu ra cña ®êng èng sau van, N/m2;

µ1 - HÖ sè lu lîng cña van;

µ - HÖ sè lu lîng cña ®êng èng sau van

* Kết luận: Qua các phân tích, tính toán thu đợc trình bày ở trên có thể rút ra nhận xét và kết luận sau:

- Nghiên cứu quá trình động học trong dẫn động khí nén, có thể sử dụng phơng pháp mô phỏng tập trung Phơng pháp mô phỏng tập trung thuận tiện cho việc xây dựng mô hình toán học của dẫn động tại các điểm nút, biết đợc sự biến đổi lu lợng

và áp suất của hệ thống trong các quá trình làm việc

- Phơng pháp mô phỏng tập chung phục vụ cho mục đích nghiên cứu, khảo sát các yếu tố ảnh hởng đến quá trình làm việc của hệ thống sau này

- Các phơng trình vi phân hoàn toàn có thể giải đợc trên máy tính nhờ các phần mềm ứng dụng MatLab và công cụ mô phỏng SimuLink

CHƯƠNG 3 Xây dựng Mô hình tính toán dẫn động

PHANH KHí NéN HAI DòNG xe ô tô CửU lONG

3.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén hai dòng xe ô tô Cửu Long

H ình 3.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén xe tải

1 Máy nén khí ; 2 Bộ điều chỉnh áp suất ; 3 Bộ lọc nớc và làm khô khí

10 Bầu phanh và cơ cấu; 11 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau;

Các phần tử chức năng của hệ thống dẫn động phanh khí nén gồm:

- Máy nén khí 1 là nguồn cung cấp khí nén cho toàn bộ hệ thống, máy nén khí đợc dẫn động bằng truyền động dây đai từ trục khuỷu động cơ áp suất do máy nén tạo ra

đến 0.7 MPa.Trong máy nén khí có bố trí cơ cấu giảm tải hoạt động khi áp suất trong

hệ thống dẫn động đạt đến giá trị áp suất định mức 0.7MPa Cơ cấu giảm tải của máy nén khí đợc nối thông với bộ điều chỉnh áp suất Thời gian làm việc có tải của máy

nén khí thờng chiếm 10% thời gian làm việc của ôtô

- Các bình khí 5,6,7 là dung tích chứa khí nén cho hệ thống Bình chứa khí nén chế tạo bằng vỏ thép, bên ngoài và bên trong đợc sơn lớp sơn chống rỉ Các bình chứa

đợc đặt ở vị trí thấp nhất của hệ thống phanh để cho nớc có thể ngng tụ lại, nhờ có van đặt ở dới đáy bình mà nớc có thể ngng thoát ra ngoài Trên xe, hệ thống phanh chính có 3 bình chứa khí nén dự trữ khí nén trong các bình đảm bảo phanh đợc nhiều lần sau khi máy nén khí ngừng làm việc

- Bộ điều chỉnh áp suất 2 làm chức năng của van an toàn, nó có nhiệm vụ giữ cho

áp suất của hệ thống không vợt quá áp suất quy định đồng thời đa máy nén khí về trạng thái làm việc không tải để tăng tuổi thọ cho máy nén khí Bộ điều chỉnh áp suất

đợc đặt trên khối xi lanh của máy nén khí và nối thông với khoang nạp của cơ cấu giảm tải

- Van an toàn đợc bố trí tại bình chứa khí nén gần máy nén khí Van an toàn hoạt động khi bộ điều chỉnh áp suất bị hỏng Khi áp suất khí nén của hệ thống đạt giá trị giới hạn thì van an toàn làm việc và xả khí ra khỏi bình chứa khí nén

-

Các bầu phanh 10,11 ở các bánh xe thuộc cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ tạo thành lực ép lên thanh đẩy để dịch chuyển cam quay của cơ cấu phanh Trên hệ thống các xe tải thờng sử dụng bầu phanh kiểu màng

- Tổng van phanh 9 dùng để đóng mở hệ thống phanh (cung cấp khí nén hoặc ngừng cung cấp) theo yêu cầu của ngời lái Tổng van là một bộ phận rất quan trọng của dẫn động phanh bằng khí nén, nó đảm bảo độ nhạy của dẫn động và quá trình phanh đợc tốt Trên xe vận tải sử dụng tổng van phanh loại hai tầng bố trí cùng trong một vỏ, có cơ cấu tuỳ động kiểu màng , lò xo và các van hình côn làm bằng cao su – thép Cơ cấu tuỳ

động có tác dụng thuận (ở tầng dới) dùng để điều khiển phanh ô tô kéo, còn cơ cấu tuỳ

động tác dụng nghịch (ở tầng trên) dùng để điều khiển phanh rơ mooc

3.2 Các chế độ làm việc đặc trng trong dẫn động phanh khí nén

Hệ thống dẫn động phanh khí nén trên ôtô là sự nối ghép của nhiều phần tử khí

động, mỗi phần tử có chức năng và nhiệm vụ riêng Tuỳ thuộc vào chế độ làm việc của

hệ thống (nạp khí cho bình khí, đạp phanh, xả phanh ) các van điều khiển sẽ có trạng thái đóng mở phối hợp khác nhau Để tiện cho việc nghiên cứu quá trình động học có thể phân chia các trạng thái làm việc của dẫn động khí nén của hệ thống phanh chính ra

3 chế độ làm việc đặc trng là: chế độ nạp khí, chế độ đạp phanh và chế độ xả phanh

Qúa trình nạp khí là quá trình khí nén từ máy nén khí qua các phần tử (đờng ống

dẫn vào bình trung gian ) đến các bình khí nén của hệ thống Đặc trng cho quá trình này là sự tăng áp suất trong các bình khí Trong chế độ này, máy nén khí thờng làm việc với tốc độ vòng quay lớn nhất

Qúa trình đạp phanh là quá trình từ khi đạp lên bàn đạp phanh, khí nén từ bình khí

nén của dẫn động phanh qua khoang trên của van phanh chính, đến van phanh rơmooc

và khí từ bình khí nén của dẫn động phanh qua khoang dới của van phanh chính đến các bầu phanh trớc và sau Đặc điểm của quá trình này là sự tăng áp suất khí nén vào các bầu phanh, nhờ đó lực phanh tác dụng lên bánh xe sẽ tăng lên Trong quá trình này

sẽ xảy ra hiện tợng xả khí (giảm áp suất) từ bình khí nén để nạp đầy cho các bầu phanh (là các phần tử có dung tích thay đổi)

Q úa trình xả khí (nhả phanh) là quá trình khi nhả phanh (không đạp lên bàn đạp

phanh), khí nén từ bầu phanh thoát ra khí quyển, các chi tiết của bầu phanh trở về vị trí ban đầu

Việc phân chia 3 quá trình làm việc của dẫn động phanh khí nén nhằm khoanh vùng, phân nhỏ để dễ khảo sát các biến đổi về lu lợng và áp suất khí nén qua từng phần tử của hệ thống Qua đó xác định rõ và dễ phân tích các nhân tố ảnh hởng Mặt khác, mỗi chế độ có đặc điểm khác nhau, yêu cầu khác nhau nên việc tính toán cũng khác nhau Việc phân chia các chế độ làm việc về cơ bản không ảnh hởng tới các thông số cần nghiên cứu, khảo sát và có thể cho kết quả đáng tin cậy

Trong quá trình làm việc, các thông số trạng thái của không khí trong hệ thống dẫn

động phanh luôn luôn biến đổi Để nghiên cứu lu lợng, áp suất của dòng khí qua mỗi phần tử của hệ thống dẫn động phanh cần phải xây dựng đợc các hệ phơng trình vi phân để mô tả toán học Qua đó tìm ra đợc các kết quả bằng số để có thể xác định rõ

đợc các thông số trạng thái của không khí trong hệ thống dẫn động phanh

3.3 Sơ đồ khối mô tả dẫn động của hệ thống phanh khí

Các chế độ làm việc đặc trng của dẫn động phanh khí nén gồm 3 chế độ:

- Chế độ nạp khí từ máy nén cho các bình chứa

- Chế độ đạp phanh, cung cấp khí nén từ các bình chứa đến các bầu phanh ở bánh

- Chế độ xả phanh để xả không khí từ bầu phanh ra ngoài khí quyển

Để tính toán và xác định đợc các chế độ làm việc đặc trng trong hệ đẫn động phanh khí nén, ta phân chia các mạch phần tử của hệ thống theo phơng pháp điểm nút

* Sơ đồ tính toán dẫn động phanh khí nén theo phơng pháp điểm nút

Hình 3.3 Phân chia các điểm nút tính toán mạch nạp khí

* Giải thích các ký hiệu trên sơ đồ

l1- Chiều dài đờng ống từ máy nén khí đến van điều chỉnh áp suất, m

l2- Chiều dài đờng ống từ van điều chỉnh áp suất đến bình trung gian , m

l3 - Chiều dài đờng ống từ bình trung gian đến van bảo vệ 3 ngả, m

l41 - Chiều dài đờng ống từ van bảo vệ 3 ngả tới bình khí cầu trớc, m

l42 - Chiều dài đờng ống từ van bảo vệ 3 ngả tới bình khí cầu sau, m

l43 - Chiều dài đờng ống từ van bảo vệ 3 ngả tới bình khí phanh tay, m

l51 - Chiều dài đờng ống từ bình khí cầu trớc đến van phanh chính, m

l52 - Chiều dài đờng ống từ bình khí cầu sau đến van phanh chính, m

l53 - Chiều dài đờng ống từ bình khí phanh tay đến van phanh tay, m

V1 - Thể tích qui đổi về van điều chỉnh áp suất (van an toàn), m3

V2 - Thể tích qui đổi về bình trung gian (bình ngng), m3

V3 - Thể tích qui đổi về van bảo vệ 3 ngả, m3

V41 - Thể tích qui đổi về bình khí nén cầu trớc, m3

V42 -Thể tích qui đổi về bình khí nén cầu sau , m3.

V43 -Thể tích qui đổi về bình khí nén phanh tay, m3

V51 - Thể tích van phanh chính cầu trớc và ống dẫn từ bình khí nén cầu trớc đến van phanh chính, m3.

V52- Thể tích van phanh chính cầu sau và ống dẫn từ bình khí nén cầu sau đến vanphanh chính, m3.

V53 - Thể tích ống dẫn từ bình khí nén phanh tay đến van phanh tay, m3.

à1 - Hệ số lu lợng ở nút Y1 (van điều chỉnh áp suất)

f1 - Tiết diện ngang thông qua của van điều chỉnh áp suất, m2

à2 - Hệ số lu lợng ở nút Y2(bình trung gian)

f2 -Tiết diện ngang của đờng ống từ van điều chỉnh áp suất đến bình khí trung gian, m2

à3 - Hệ số lu lợng ở nút Y3(van bảo vệ 3 ngả)

f3-Tiết diện ngang thông qua của van bảo vệ 3 ngả, m2

à41 - Hệ số lu lợng ở nút Y41(bình khí cầu trớc)

f41 -Tiết diện của đờng ống từ van bảo vệ 3 ngả đến bình khí cầu trớc, m2

à42 - Hệ số lu lợng ở nút Y42(bình khí cầu sau)

f42 -Tiết diện ngang của đờng ống từ van chia đến bình khí cầu sau, m2

à43 - Hệ số lu lợng ở nút Y43(bình khí phanh tay)

f43 -Tiết diện ngang của đờng ống từ van chia đến bình khí phanh tay, m2

3.4 Xây dựng phơng trình toán học theo phơng pháp điểm nút mô tả chế độ

làm việc đặc trng hệ thống phanh

Chế độ làm việc đặc trng của dẫn động phanh khí nén là các quá trình: nạp khí

cho các bình chứa, chế độ đạp phanh: khí nén từ các bình chứa cung cấp cho các bầu

phanh bánh xe, chế độ xả phanh: không khí từ bầu phanh đợc xả ra ngoài

01 1 2 1

2 1 2

2 1 0

1 0 0

VpBp

pPAvfp

Bp

ppAp

3 2

3 2 3

3 2 1

2 1 1

VpBp

ppAvfp

Bp

ppAp

3

42 3

42 3 42

42 41 3

41 3 3 41 41 3 2

3 2 2

ppAvfp

Bp

ppApvfp

Bp

ppAp

51 41 41 51 51 41 3

41 3 3

VpBp

ppApvfp

Bp

PPA

52 42 42 52 52 42 3

42 3 3

Vp

Bpp pA

pvfp

BpP PA

m&43−m&53−m&E43=0 (3.11)

+ Phơng trình hàm khí động học:

53 43

53 43 43 53 53 43 3

43 3 3 43

VpBp

ppApvfp

Bp

PPApv

51 41 41 51

VpBp

ppApv

52 42 42 52

VpBp

ppApv

53 43 43

VpBp

ppAp

v

f gh

à 3.18) ( Tổng hợp các phơng trình tính toán tại các nút (sơ đồ 3.3) ta đợc hệ phơng trình

vi phân mô tả quá trình nạp khí của hệ thống

1 1 0

2 1

2 1 2

2 1 0

1 0 0

VpBp

pPAvfp

Bp

ppA

3

42 3

42 3 42

42 41 3

41 3 3 41 41 3 2

3 2 2

ppAvfp

Bp

ppApvfp

Bp

ppA

51 41 41 51 51 41 3

41 3 3

VpBp

ppApvfp

Bp

PPAp

v

042 42 52 42

52 42 42 52 52 42 3

42 3 3 42

VpBp

ppApvfp

Bp

PPAp

53 43 43 53 53 43 3

43 3 3

VpBp

ppApvfp

Bp

PPAp

v

à

051 51 51 41

51 41 41

VpBp

ppAp

v

f gh

à

052 52 52 42

52 42 42

VpBp

ppAp

53 43 43

VpBp

ppAp

v

f gh

à

* Nhận xét

Từ các thông số kết cấu đầu vào của hệ thống dẫn động phanh (máy nén khí,

van hạn chế áp suất, bình ngng, van bảo vệ ba ngả, bình chứa khí tiết diện đờng ống dẫn khí ), bằng phơng pháp mô phỏng tập chung ta xác định đợc các mối quan hệ

- Các thông số dòng chảy đi qua điểm nút;

- Các thông số dòng chảy đi qua tiết lu;

- Các thông số dòng chảy đi vào dung tích

Từ các mối quan hệ trên xây dựng đợc các phơng trình toán học mô tả các quy luật biến đổi áp suất của hệ thống theo thời gian tại các nút

- Giải các phơng trình trên ta tìm đợc các thông số đầu ra là áp suất và xác định

đợc thời gian tối đa hệ thống đạt đợc áp suất định mức mà xe có thể hoạt động an

toàn và thời gian tối thiểu mà áp suất của hệ thống đạt đợc giá trị lớn nhất (Pmax)

- Khi mô phỏng hoạt động của hệ thống từ các phơng trình toán học tại các điểm nút còn cho ta biết ảnh hởng của từng phần tử trong hệ thống đến quá trình nạp khí, từ

đó có thể đa ra các phơng pháp nghiên cứu, cải tiến kết cấu phần tử cho phù hợp, khắc phục đợc các nhợc điểm trong hệ thống

3.4.2 Qúa trình đạp phanh

Quá trình đạp phanh là quá trình khí nén từ bình khí, qua van phanh chính điền

đầy các bầu phanh Trong quá trình này xảy ra hiện tợng giảm áp suất trong bình khí

và tăng dần áp suất ở trong bầu phanh Nh vậy, quá trình đạp phanh thực chất là việc thực hiện làm đầy một thể tích (bầu phanh) và xả khí ở thể tích khác đợc nối với nó (bình khí)

Khi bỏ qua sự thay đổi nhiệt độ khí trong các thể tích đợc nạp, thể tích xả khí

và không có sự rò rỉ khí thì phơng trình vi phân mô tả sự thay đổi trạng thái khí trong thể tích đợc nạp đầy là:

( )

1 0

1 0 0 1 1

1

ppB

ppApvfdt

áp suất trong bầu phanh thì áp suất trong bình chứa khí nén giảm Nh vậy, áp suất p0

(áp suất của bình chứa khí nén) là thay đổi

Sử dụng phơng trình trạng thái Claperon Mendeleep có thể viết: