Nghiên cứu mô hình hoá dẫn động phanh khí nén và nghiên cứu động lực học dẫn động phanh khí nén trên rơ moóc nhiều cầu

iv TÓM TT                    - Nghiên c   ng lc hc dng phanh khí nén dt tp trung tm nút. - ng d a dòng khí nén trong d-moóc nhiu cu.  : Chương 1:  Chương 2:  Chương 3: hình hóa. Chương 4:    -  Chương 5:  v ABSTRACT Air brake system is the most important system on the vehicle transport, it ensures safety of vehicles moving on the road, so when designing or renovating brakes need to calculate the dynamics driven (pneumatic actuator) system to improve the ability to respond quickly and synchronized braking system. The process flow of the gas in the pneumatic brake system is complex, depends on many factors, so far, there is no mathematical expression represented accurately process flow of the gas stream in systems. So the problem arises is the need to have dynamic calculation methods pneumatic brake actuator with high accuracy and the applicability of the results. Thesis has solved this problem and achieve some results as follows: - Research calculation methods pneumatic brake actuator dynamics by modeling method and pressure concentrated in nodes. - Applications calculation methods to determine the flow characteristics of the pneumatic in brake actuation trailers. Structure thesis consists of five chapters: Chapter 1: Overview. Chapter 2: Theoretical basis. Chapter 3: Calculate the pneumatic brake actuator dynamics by modeling method. Chapter 4: Calculation of the dynamics of pneumatic brake actuator on the trailer. Chapter 5: Conclusion. vi  Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn ii Tóm tt iv Mục lục vi Danh sách các hình ix Danh sách các bảng xi  1 1.1Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 1 1.3 Kêt qua ̉ nghiên cứu trong va  ngoa  i nươ  c 1 1.4 Hươ  ng nghiên cư  u 2 1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 8 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 8 1.4.3 Hướng nghiên cứu 8 1.5 Giới hạn đề tài 9  10 2.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh khí nén 10 2.1.1 Vài nét về vấn đề an toàn giao thông và sự cần thiết của hệ thống phanh trên ô tô 10 2.1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh khí nén 11 2.1.3 Dẫn động phanh khí nén 13 2.1.4 Các cụm chính của dẫn động phanh khí nén 33 2.2 Cơ sở lý thuyết về mô hình hóa 37 2.2.1 Sự tương đương giữa đại lượng điện và khí nén 37 2.2.2 Phương trình lưu lượng tại điểm nút 39 vii 2.2.3 Phương trình lưu lượng của dòng khí qua lỗ tiết lưu 40 2.2.4 Phương trình lưu lượng đi vào dung tích 43 2.2.5 Khái niệm chung về mạch và dòng 49 2.3 Các phương pháp tính toán 50 2.3.1 Bài toán Cauchy 51 2.3.2 Phương pháp Euler 53 2.3.3 Phương pháp Runge ậ Kutta 54 2.3.4 Sử dụng phần mềm MATLAB 58  mô hình hóa 60 3.1 Phương pháp mô hình hóa 60 3.1.1 Các giả thiết cơ bản khi sử dụng phương pháp mô hình hóa 60 3.1.2 Phương pháp mô hình hóa 60 3.2 Xác định đặc tính lưu thông khâu D-E có thể tích thay đổi 72 3.2.1 Mục đích việc xác định đặc tính khâu D-E có thể tích thay đổi 72 3.2.2 Đặc tính lưu thông khí nén ở bầu phanh có thể tích thay đổi 72 -moóc  78 4.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh khí nén trên rơ-moóc 78 4.2 Sơ đồ mạch dẫn động phanh khí nén trên rơ-móoc nhiều cầu điển hình 79 4.3 Mô hình hóa và xây dựng hệ phương trình vi phân cho mạch dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc nhiều cầu 80 4.4 Dùng Matlab để giải hệ phương trình vi phân 83  87 5.1 Kết quả nghiên cứu 87 5.2 Hướng phát triển 88  89 viii  STT Ký hiệu Giải thích ký hiệu 1 D-E Khâu động lực học gồm một tiết lưu D và một dung tích E. 2   Vn tốc tới hạn của dòng khí nén, đơn vị (m/s). 3 R Hằng số khí, R = 287,14. 4 k Hệ số mũ đoạn nhiệt, k = 1,4. 5 T Nhiệt độ tuyệt đối của khí nén, đơn vị o K. 6 µ Hệ số lưu lượng. 7  Lưu lượng tức thời của dòng khí nén,  =   , đơn vị (m 3 /s) 8 p Áp suất khí nén, đơn vị (Pa). 9 V Thể tích bình chứa, đơn vị (m 3 ). 10 f Diện tích tiết diện lưu thông đường ống, đơn vị (m 2 ). 11 y Hành trình piston, đơn vị (m). 12 C Độ cứng lò xo, đơn vị (N/m). 13 t Thời gian, đơn vị (s). 14 F Diện tích bề mặt piston, đơn vị (m 2 ). ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1:Sơ đồ khối phương pháp mô hình hóa. Hình 1.2: Mô hình hóa hệ thống phanh khí nén. Hình 1.3: Mô hình hóa hệ thống phanh khí nén trên xe KrAZ-6510. Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phanh điện ậ khí nén. Hình 1.5:Sơ đồ mô hình hóa dẫn động khí nén. Hình 1.6:Sơ đồ hệ thống phanh khí nén. Hình 2.1: Cơ cấu đòn xoay. Hình 2.2:Sô ñoà daãn ñoäng phanh xe Kamaz-5320. Hình 2.3: Giản đồ phanh. Hình 2.4: Dẫn động phanh rơ-moóc một dòng. Hình 2.5: Quá trình nạp và xả khí nén ở bình chứa. Hình 2.6: Dẫn động phanh rơ-moóc hai dòng. Hình 2.7: Bố trí van tăng tốc trên xe. Hình 2.8:Sơ đồ bố trí van hạn chế áp suất cầu trước. Hình 2.9:Sơ đồ bố trí bộ điều hòa lực phanh. Hình 2.10:Vị trí lp đặt bộ điều hoà lực phanh trên xe Kamaz. Hình 2.11: Van hiệu chỉnh mc nối tiếp. Hình 2.12: Van hiệu chỉnh. Hình 2.13: Van hiệu chỉnh mc song song. Hình 2.14: Các phương án bố trí bộ điều hòa lực phanh và van tăng tốc. Hình 2.15: Van tổng phanh. Hình 2.16: Bầu phanh. Hình 2.17: Liên kết giữa bầu phanh và cơ cấu phanh. Hình 2.18: Van tăng tốc trên xe đầu kéo rơ mooc terberg. Hình 2.19:sơ đồ bố trí van bảo vệ. Hình 2.20.Tiết lưu và kí hiệu. x Hình 2.21: Mô hình hóa bầu phanh. Hình 2.22: Mô hình tính toán bầu phanh. Hình 2.23: Đặc tính lưu thông khâu D-E. Hình 3.1: Mạch dẫn động phanh chính. Hình 3.2: Mô hình hóa hệ thống dẫn động phanh khí nén. Hình 3.3: Mô hình hóa một đoạn ống dẫn. Hình 3.4: Đồ thị hệ số lưu lượng  ứng với đường kính trong của đường ống. Hình 3.5: Mô hình hóa van tổng phanh. Hình 3.6: Van tăng tốc. Hình 3.7: Sơ đồ hai khâu D-E mc nối tiếp. Hình 3.8: Sơ đồ hai khâu D-E mc song song. Hình 3.9: Sơ đồ hai khâu D-E mc hỗn hợp. Hình 3.10: Sơ đồ mô hình hóa bầu phanh. Hình 3.11: Mô hình hóa bầu phanh. Hình 3.12: Thut toán giải phương trình vi phân. Hình 3.13: Đặc tính áp suất ở bầu phanh trường hợp thể tích không đổi và thay đổi. Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống phanh đầu kéo ậ rơ-moóc. Hình 4.2: Hệ thống phanh rơ-moóc nhiều cầu. Hình 4.3:Sơ đồ mô hình hóa mạch dẫn động phanh khí nén ba cầu. Hình 4.4: Thut toán giải hệ phương trình vi phân. Hình 4.5: Đặc tính động lực học hệ thống phanh rơ-moóc ba cầu. Hình 4.6: Đặc tính động lực học khi phanh rơ-moóc. xi DANH SÁCH CÁC BNG Bng 2.1: Sự tương đương giữa điện và khí nén. Bng 3.1: Các sơ đồ mạch dẫn động khí nén và các biểu thức toán học. LUNăVĔNăTHCăSƾ HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 1 - GVHD: TS. NguyễnăNước  1 TNG QUAN 1.1 Lý do thc hin và tm quan trng c tài: Ngày nay với sự phát triển không ngừng ca nền kinh tế xã hội, ngành công nghiệpăôătôăcũngăkhôngăphải là ngoi lệ.Kể từ khi raăđiăđến nay chiếcăôătôăđóngăvaiă trò quan trọng và cần thiếtătrongăđi sống xã hội.Nó to nên một mngălưới rộng lớn về vn chuyểnăngưi và hàng hóa trên toàn thế giới.ăĐặc biệt  Việt Nam hiện nay, do nhu cầu vn chuyển hàng hóa ngày càng nhiều bằng các loi xe tải cỡ lớn và xe đầuăkéoărơ-moóc vì vy việc trang bị, bổ sung những tài liệu kỹ thut về các loi xe trên là rất cần thiết, góp phần sử dụngăvàăkhaiăthácăphươngătiệnăđt hiệu quả tốt nhất. Hiệnănayăđaăsố các tài liệuădùngăchoăcácăngànhăcơăkhíăôătô còn ít, nếu có thưng là những tài liệuăhướng dn sử dụng hay lý thuyết chung, rất ít các tài liệu về kết cấu xe cụ thể.ăĐặc biệt là các tài liệu riêng về hệ thốngăphanhătrênăxeăkéoărơ- moóc hầuănhưălàăchưaăcó,ăviệc này sẽ gâyăkhóăkhĕnătrongăviệc cải to hoặc thiết kế mới hệ thống phanh trên xe rơ-móoc. Việc bổ sung những tài liệu chuyên ngành về ôătôăcũngărất cần thiết, giúp hoàn chỉnh hệ thống lý thuyếtăchoăngưi nghiên cu. Vì hai nhu cầu trên tôi quyếtăđịnh chọn đề tài:ă“Nghiênăcu mô hình hóa dn động phanh khí nén và nghiên cuăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên rơ- móoc nhiều cầu”.ăVớiăđề tài này tôi hy vọng có thể đápăngăđược phần nào những nhu cầu nói trên. 1.2 Mc tiêu c tài: Với yêu cầu nội dung caăđề tài, mục tiêu cần đtăđượcăsauăkhiăhoànăthànhăđề tài nhưăsau: LUNăVĔNăTHCăSƾ HVTH:ăĐặng QuốcăCưng - 2 - GVHD: TS. NguyễnăNước  Nắmăđược cơă s lý thuyết về hệ thống phanh khí nén, hiểuăđược cấu to, nguyên lý hotăđộng các chi tiết, bộ phn trong hệ thống phanh khí nén.  Mô hình hóa các chi tiết, bộ phn trong hệ thốngăphanhăkhíănénăđể phục vụ cho việcătínhătoánăđộng lực học hệ thống phanh khí nén.  Đưaă raă phươngăphápă tínhă toánăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên quanăđiểm mô hình hóa.  Tínhătoánăđộng lực học dnăđộng phanh khí nén trên rơ-mooc nhiều cầu.  Từ đóăxácăđịnhăđược vị trí bố trí các chi tiết, bộ phn trong hệ thống phanh rơ-móocăđể đtăđược hiệu quả phanh tốt nhất. 1.3     nghiên cu       : Hệ thống phanh khí nén là một hệ thống rất phc tp, do bản chất các hiện tượng vt lý xảy ra trong hệ thống phc tp li phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhauănhưăkíchăthướcăđưng ống, chấtălượngălưuăthôngăca dòng khí, mtăđộ và áp suất caădòngăkhí…và cho tới nay vnăchưaăcóăđược những biểu thc toán họcăđể biểu diễnăchínhăxácăquáătrìnhălưu thông ca dòng không khí trong hệ thống. Doăđóăviệcătínhătoánăđộng lực học hệ thống phanh khí nén phải dựa trên kết quả ca các nghiên cuăcơăbản về hệ thống khí nén nói chung. Có rất nhiều nhà khoa họcăđãăthực hiện quá trình nghiên cuăcơăbản về hệ thốngăkhíănénăvàăđãăcóă những thành tựuă đángă lưuă ýă như: Metlyuk N.F, Gertz E.V, Idelchyk I.E,PogorelovV.I, VytkovG.A, GlickmanB.F, RyzhykhL.O, ShypilinA.VHohrichianyG.V,BartoszP.R,BelenkyyY.B,TurenkoA.M,V.ABogomol ov,KazarinovV.M,A.VDolberhV.IKurbatov,ZhestkovV.V,ZhestkovV.A,LitkeP.E, Z elkin GG, Altshul A.D,Holzunov A.G…ă Trongă đóă haiă nhàă khoaă học Metlyuk N.F và Gertz E.V đãăđưaăraăphươngăphápătínhătoánăđộng lực học hệ thống khí nén bằng cách mô hình hóa các chi tiết bộ phn trong hệ thống khí nén, cụ thể nhưăsau: - Sử dụngă phươngăphápă môă hìnhă hóaă để chuyển các cụmă van,ă cácă đưng ống thành một dngăsơăđồ khốiătươngăđươngăbaoăgồm một thể tích và một cản tr tp trung hay còn gọi là ti hoặc l ti(hình 1.1). [...]... lu t về khí nén  Động lực học d n động phanh khí nén  Lý thuyết về mơ hình hóa d n động phanh khí nén 1.4.3 H ớng nghiên cứu 1.4.3.1 Nghiên cứu lý thuy t v hệ thống phanh khí nén  Nghiên c u tổng quan về hệ thống phanh khí nén  Tìm hiểu cấu t o và ngun lý ho t động c a các bộ ph n  Nghiên c u động lực học d n động phanh khí nén 1.4.3.2 Nghiên cứu ph ng pháp mơ hình hóa dẫn động phanh khí nén  Các... H ng nghiên c u 1.4.1 Nhiệm v nghiên cứu  Nghiên c u các cơăs lý thuyết về hệ thống phanh khí nén  Nghiên c uăphươngăphápămơ hình hóaăd n động phanh khí nén  Kết hợp kiến th c lý thuyết về hệ thống phanh khí nén và kiến th c về mơ hình hóa để đưaăraăphươngăphápătínhătốn động lực học d n động phanh khí nén trên rơ- móoc nhiều cầu 1.4.2 Đối t ng nghiên cứu  Lý thuyết về hệ thống phanh khí nén trên. .. phanh khí nén trên rơ- mc nhằm mụcăđíchănângăcaoăhiệu quả phanh và tính đồng bộ khi phanh c a hệ thống 1.5 Giới hạn đ tài: Đề tài t p trung vào việcăđưaăraăphươngăphápătínhătốn động lực học d n động phanh khí nén. Động lực học dẫn động phanh đâyă làă động lực học truyềnă động khí nén bên trong hệ thống phanh, vì v y trong ph n vi lu năvĕn,ă chỉ tính tốn những phầnăliênăquanăđến truyền động khí nén bên... tínhătốn động lực học d n động hệ thống phanh làăđiều cần thiết nhằmăđảm bảoăđộ an tồn, tin c yăchoăngư i,ăphươngătiện và hàngăhóaăkhiălưuăthơng trên đư ng 2.1.3 Dẫn động phanh khí nén: a Đặc điểm dẫn động phanh khí nén trên xe v n tải: D n động phanh khí nén thư ngăđược sử dụng trên các xe v n tải, xe khách và rơ- mc Phanh khí sử dụngănĕngălượng c a khí nén để tiến hành phanh, ngư i lái khơng cần mất nhiều lực để... dụngăphươngăphápămơ hình hóa  Mơ hình hóa d n động phanh khí nén  Mơ hình tính tốn trong hệ thống phanh khí nén 1.4.3.3 Nghiên cứu ph ng pháp tính tốn động lực h c dẫn động phanh khí nén trên r -móoc nhi u cầu  Nghiên c u các mơ hình tính tốn dựa trên phươngăphápămơ hình hóa HVTH:ăĐặng QuốcăCư ng - 8- GVHD: TS NguyễnăăNước LU NăVĔNăTH CăSƾ  ng dụngăphươngăphápămơ hình hóaăđể tínhătốn động lực học một hệ thống phanh khí nén trên rơ- mc... nhất tác giả trìnhăbàyăcácăxuăhướng chính c a hệ thống phanh khí nén - Phần th hai: trình bày các giả thiếtăcơăbảnăkhiămơ hình hóa động lực học d n động phanh khí nén - Phần th ba:ămơ hình hóa động lực học d n động phanh khí nén trên xeăКrAZ6510 (hình 1.2) - Phần th tư:ă sử dụng phần mềmă Matlabă để tínhă tốnă động lực học d nă động phanh khí nén, ăsauăđóăđưaăra kết lu n V к21 V к31 Yк21 Yк31 rк21 3... giả đã nghiên c u lý thuyết mơ hình hóa c a Hertza E.V và Metlyuk N.F - Mơ hình hóa động lực học d n động phanh khí nén trên xeăКrAZ-6510 - Tínhătốn động lực học d n động phanh khí nén trên xe КrAZ-6510ă(cóătínhăđến ABS)ătheoăphươngăphápăHertzaăE.V và MetlyukăN.F - Phân tích, nh n xét kết quả đ tăđược Hình 1.3: Mơ hình hóa hệ thống phanh khí nén trên xe КрАЗ-6510 3 S.I Poseur, GS.TS L.O Red, GS.TS A.N... mơă hình tínhă tốnă động lực học d nă động phanh điện ậ khí nén, ăquaăđóăđánhăgiáăđược hiệu suất, chấtălượng c a modul tỷ lệ (trong phần d n động điện) HVTH:ăĐặng QuốcăCư ng -5- GVHD: TS NguyễnăNước LU NăVĔNăTH CăSƾ Hình 1.4: Sơđồ hệ thống phanh điện – khí nén 1 Bàn đạp phanh điện 2 Mạch ối điều khiển 3 Modul tỉ lệ (bộ điều biến) 4 Bình khí nén 5 Bầu phanh 6 ng dẫn khí nén Để tínhătốn động lực học khí. .. thống, khơngătínhătốn động lực học khi phanh ơ tơ Đề tài mang tính chất lý thuyết, chỉ đề suấtăphươngăphápătínhătốn động lực học d n động phanh khí nén đóălàăphươngăphápămơ hình hóa và ápăsuất t p trung t iăđiểm nút, do kinh phí còn h n hẹpă nênăchưaăxâyădựngăđược mơ hình thực tế để kiểm nghiệmăphươngăphápătínhătốn trên phần tính tốnă động lực học d nă động phanh rơ- mc nhiều cầu chỉ tínhătốnăchoătrư... iăgianătĕngăgiaătốc phanh) , th i gian này phụ thuộcăvàoăđặcăđiểm kết cấu c a hệ thống d n động phanh, cách bố trí và các thơng số hình học c a hệ thống Do tính chất c a khí nén, th i gian 3 c a d n động phanh khí nén thư ng lớnăhơn nhiều so với d n động phanh = 0,1 − 0,3 , nếu sử dụng d nă động phanh khí nén thì bằng th y lực Cụ thể, với cùng một thể tích bầu phanh, nếu sử dụng d nă động = 0,5 − 0,75 . việcătínhătoán động lực học hệ thống phanh khí nén.  Đưaă raă phươngăphápă tínhă toán động lực học dn động phanh khí nén trên quanăđiểm mô hình hóa.  Tínhătoán động lực học dn động phanh khí nén trên. thuyếtăchoăngưi nghiên cu. Vì hai nhu cầu trên tôi quyếtăđịnh chọn đề tài:ă Nghiên cu mô hình hóa dn động phanh khí nén và nghiên cu động lực học dn động phanh khí nén trên rơ- móoc nhiều cầu .ăVớiăđề. 4.2 Sơ đồ mạch dẫn động phanh khí nén trên rơ- móoc nhiều cầu điển hình 79 4.3 Mô hình hóa và xây dựng hệ phương trình vi phân cho mạch dẫn động phanh khí nén trên rơ- moóc nhiều cầu 80 4.4