Thiết lập quy trình tính toán kéo xe tải

LƯƠNG DUYÊN THIỆN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC THIẾT LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN KÉO XE TẢI LƯƠNG DUYÊN THIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật Cơ khí động lực KHÓA 2012A Hà Nội – Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LƯƠNG DUYÊN THIỆN THIẾT LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN KÉO XE TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật Cơ khí động lực NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS VÕ VĂN HƯỜNG Hà Nội – Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Lương Duyên Thiện MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 10 1.1.Tổng quan hệ thống truyền lực ô tô 10 1.2 Các toán tính kéo ô tô 14 1.2.1 Tính toán thiết kế 15 1.2.2 Tính toán kiểm nghiệm 16 1.3 Nội dung đề tài 17 Chương TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 19 2.1 Cơ sở lý luận 19 2.1.1 Phương pháp Jazar 20 2.1.2 Tính theo Le-đec-man 23 2.1.3 Tính theo Le-đec-man hiệu chỉnh 23 2.2 Tính toán đặc tính động xe tải 26 2.2.1 Tính toán kiểm nghiệm 27 2.2.2 Tính toán thiết kế 29 Chương PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN VÀ TÍNH TOÁN SỨC KÉO XE TẢI 32 3.1 Cơ sở lý luận 32 3.1.1 Đặc tính kéo lý tưởng 32 3.1.2 Phân chia tỷ số truyền theo Jante 37 3.2 Đặc điểm số phương pháp phân chia tỷ số truyền 44 3.2.1 Cấp số nhân 44 3.2.2 Cấp số điều hòa 45 3.3 Tính toán kéo hệ truyền lực 50 3.4 Thiết kế kiểm nghiệm hệ thống truyền lực 51 3.4.1 Kiểm nghiệm hệ thống truyền lực xe LIFAN LF3070 51 3.4.2 Tính toán hệ truyền lực xe thiết kế 54 Chương THIẾT KẾ CÁC HỆ TRUYỀN LỰC XE TẢI 60 4.1 Kết cấu hộp số 62 4.2 Một số kết cấu hộp số xe tải đặc trưng 67 4.2.1 Hộp số khí 67 4.2.2 Hộp số tự động AMT xe tải 83 4.2.3 Hộp số thủy xe tải (TCCT) 88 KẾT LUẬN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ hệ truyền lực ô tô 10 Hình 1.2 Một số loại động 11 Hình 1.3 Các hộp số khí có cấp (z) 11 Hình 1.4 Hộp số thủy 12 Hình 1.5 Hộp số vô cấp 13 Hình 1.6 Hệ truyền lực lai 13 Hình 2.1 Đặc tính động 19 Hình 2.2 Đặc tính động xe LIFAN LF3070 tính theo Jazar 27 Hình 2.3 Đặc tính động xe LIFAN LF3070 tính theo Lây đec man 28 Hình 2.4 Đặc tính động xe thiết kế tính theo Jazar 30 Hình 2.5 Đặc tính động xe thiết kế tính theo Lây đec man 31 Hình 3.1 Đường đặc tính kéo lý tưởng thực tế 33 Hình 3.2 Đặc tính kéo thực tế (4 số) đặt tính kéo lý tưởng 33 Hình 3.3 Đặc tính động đặc tính kéo xe 38 Hình 3.4 Đặc tính động điểm việc lý tưởng 38 Hình 3.5 Sơ đồ xác định số tay số 40 Hình 3.6 Đặc tính công suất 46 Hình 3.7 Biểu đồ vận tốc lực kéo 47 Hình 3.8 Đặc tính kéo 47 Hình 3.9 Quan hệ vận tốc-số vòng quay động với tỷ số truyền 48 Hình 3.10 Quan hệ công suất chọn tỷ số truyền lực cuối 49 Hình 3.11 Đặc tính mô men ô tô 50 Hình 3.12 Đồ thị đặc tính kéo xe LIFAN LF3070 52 Hình 3.13 Đồ thị nhân tố động lực học xe LIFAN LF3070 53 Hình 3.14 Đồ thị gia tốc xe LIFAN LF3070 54 Hình 3.15 Đồ thị đặc tính lý tưởng xác định nk 55 Hình 3.16 Đồ thị đặc tính kéo 57 Hình 3.17 Đồ thị nhân tố động lực học 58 Hình 3.18 Đồ thị gia tốc xe 59 Hình 4.1 Hệ truyền lực xe tải 61 Hình 4.2 Hệ truyền lực xe tải nhiều trục 61 Hình 4.3 Sơ đồ hộp số trục cố định 62 Hình 4.4 Hộp số có trục cố định hộp số hành tinh 63 Hình 4.5 Hộp số hành tinh tỷ số truyền 64 Hình 4.6 Hộp số Wilson(a) Simpson (b) 64 Hình 4.7 Hộp số Thủy ZF Revigneaux 65 Hình 4.8 Sơ đồ lực số HS Ravigneaux 65 Hình 4.9 Phương án thiết kế số lùi 67 Hình 4.10 Sơ đồ hộp số đơn số 68 Hình 4.11 Hộp số 6(12) số ZF S 6-66 68 Hình 4.12 Hộp số có số truyền tăng 69 Hình 4.13 Sơ đồ hộp số có số truyền tăng đặt sau 69 Hình 4.14 Phương án bố trí hộp số kép 70 Hình 4.15 Phương án bố trí hộp số kép 70 Hình 4.16 Sơ đồ hộp số kép số ZF 9S 109 71 Hình 4.17 Kết cấu hộp số ZF 9S 109 72 Hình 4.18 Sơ đồ hộp số 16 số ZF 16S221 73 Hình 4.19 Kết cấu hộp số ZF16S221 73 Hình 4.20 Cơ cấu điều khiển Hộp số ZF 16S221 74 Hình 4.21 Hộp số Eaton Twin Splitter TSO-1162 74 Hình 4.22 Sơ đồ chuyển số hộp số Eaton Twin Splitter 75 Hình 4.23 Sơ đồ chuyển số hộp số Eaton RTSO-17316A 76 Hình 4.24 Đặc tính động theo tốc độ ôtô 77 Hình 4.25 Hộp số phụ số truyền tăng 80 Hình 4.26 Hộp số truyền tăng bánh hành tinh 82 Hình 4.27 Cấu trúc chung hệ truyền lực hộp số tự động xe tải 83 Hình 4.28 Sơ đồ hộp số xe tải nhẹ 84 Hình 4.29 Hộp số xe tải nhẹ số 6AMT ZF eTronic 6AS 380 VO 84 Hình 4.30 Sơ đồ chuyển số hộp số Mercedes-Benz 16 số 85 Hình 4.31 Hộp số 16 Mercedes-Benz PowerShift 86 Hình 4.32 Sơ đồ chuyển số hộp số ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD 86 Hình 4.33 Hộp số ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD 87 Hình 4.34 Cơ cấu gài số HS ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD 87 Hình 4.35 Nguyên lý ly hợp thủy lực Biến mô thủy thực 88 Hình 4.36 Nguyên lý biến mô thủy lực 89 Hình 4.37 Sơ đồ hộp số ZF 16S 221 90 Hình 4.38 Hộp số “ZF-Transmatic” 90 Hình 4.39 Sơ đồ chuyển số hộp số 12 số “12 AS 2740 TO” 91 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a, b, c, a’, b’, c’: Các hệ số đặc tính động Fk,id : Đặc tính kéo lý tưởng Fke : Đặc tính động sinh Η : Hiệu suất i0 : Tỷ số truyền lực iv : Tỷ số truyền biến mô ip : Tỷ số truyền hộp số phụ ij : Tỷ số truyền hộp số m : khối lượng ô tô fr : Hệ số cản lăn αft : Góc dốc ρn : Mật độ không khí Cn : Hệ số khí động A : Diện tích cản không khí BM : Biến mô H : Số cao Me : Mô men động Pe : Công suất động 82 tồn chảy cửa xả van (24) thùng chứa, piston (23) tụt xuống, áp suất hệ thống giảm cực tiểu, dầu qua van chiều (32) hệ thống làm mát Hộp số truyền tăng bánh hành tinh kép (hình 4.26): Đặc điểm hộp số hình (4.26) có hai bánh hành tinh với mục đích giảm tỷ số truyền Một điểm khác biệt van điều khiển áp suất (22); lò xo (23) hạn chế áp suất tối đa, van bi (24) hạn chế áp suất tối thiểu Ở chế độ chọn truyền tăng, dòng điện vào van điện từ (25), piston (28) đóng van bi (33), áp suất dầu xy-lanh (3) tăng dần lúc vạn hạn chế áp suất tối đa đóng; ly hợp bị phanh áp suất thắng đươc lò xo (1), khoảng 260300 N/cm2 Van (24) cho hệ thống có áp suất tối thiểu Hình 4.26 Hộp số truyền tăng bánh hành tinh Lò xo hồi vị; vành mở ly hợp; piston đóng mở ly hợp; ly hợp kép; bánh ngoại luân; bánh mặt trời; trục thứ cấp; khớp chiều; 10 khung hành tinh; 11 khung bánh ngoại luân; 12 ly hợp kép; 13 côn cố định ly hợp kép; 15 bơm; 17 bi đóng mở ly hợp; 18 trục vào từ hộp số; 22 van điều chỉnh áp suất; 33 van bi; 29 cần số 83 4.2.2 Hộp số tự động AMT xe tải Hộp số tự động hoàn toàn hoàn chỉnh vào cuối 1990 Nó đặc trưng (i) tự động phần tử điều khiển, (ii) tự động đóng ngắt ly hợp chuyển số, (iii) tự động chuyển số, (iv) trao đổi thông tin điều khiển ECU động ECU hộp số.Ly hợp tự động hoàn toàn lái xe hai thao tác với Pedal gia tốc Pedal phanh Ngoài cho phép lái xe chuyển qua lại mốt tự động mốt chuyển số thường Cấu trúc hộp số tự động hình 3.29 Sau trình bày số hộp số điển hình Hình 4.27 Cấu trúc chung hệ truyền lực hộp số tự động xe tải a Hộp số tự động ZF 6AS 380 VO Đây hộp số xe tải nhẹ tự động số Sơ đồ hình (4.28) kết cấu hình (4.29) 84 Hình 4.28 Sơ đồ hộp số xe tải nhẹ Hình 4.29 Hộp số xe tải nhẹ số 6AMT ZF eTronic 6AS 380 VO Trục sơ cấp (ly hợp); cấu đóng mở ly hợ; cấu sang số; TCU; gắc điện nối với điện xe; giắc nối hộp số; trục thư cấp hộp số; cảm biến tốc độ; cuộn dây điện hộp số 85 Hình 4.30 Sơ đồ chuyển số hộp số Mercedes-Benz 16 số Hình 4.30 hộp số Mercedes-Benz 16 số (2x4x2) với hai hộp số phụ trước sau sang số điện tử khí nén G241-16K Hộp số G241-16K dùng cho xe tải nặng Hãng Mercedes-Benz, sang số tự động khí điện tử, 16 số, hộp số phụ trước hai số, hộp số số hộp số phụ sau số có kết cấu hành tinh Hộp số dạng trục thông thường Cấu trúc cụ thể xem hình 4.31 86 Hình 4.31 Hộp số 16 Mercedes-Benz PowerShift I Hộp số phụ trước; II Hộp số chính; III Hộp số phụ sau; trục sơ cấp; trục thứ cấp; trục trung gian; Phanh hãm trục trung gian; Cụm hành tinh hộp số phụ; Bơm dầu; trục bơm dầu; piston chuyển số hộp số chính; trục piston; 10 gài hộp số chính; 11 ống gài hộp số chính; 12/13/14 ống gài số hộp số chính; 15/16/17 nạng gài hộp số chính; 18 cần chọ số; 19 trục thứ cấp Hình 4.32 Sơ đồ chuyển số hộp số ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD 87 Hình 4.33 Hộp số ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD Hình 4.34 Cơ cấu gài số HS ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD 88 4.2.3 Hộp số thủy xe tải (TCCT) a Ly hợp biến mô thủy lực Động đốt có số vòng quay cực tiểu Để khởi động từ vận tốc o, phải vượt qua khác vận tốc số vòng quay thấp động số vòng quay đầu hệ truyền lực Biến mô thủy lực phân tố quan trọng hộp số thủy có nhiệm vụ khởi động xe cách hoàn hảo hệ thống AT Nó không biến đổi số vòng quay ly hợp thủy lực mà khuých đại mô men Với truyền động thủy tĩnh, nguyên lý truyền động áp suất thể tích; truyền động thủy động sử dụng quán tính dòng chảy Chất lỏng định hình thành dòng thủy lực kín Bơm giữ chức “máy quay” làm turbine chuyển động Năng lượng học (mô men động cơ) quay bơm biến thành lượng thủy lực bơm, chuyển hóa thành lượng học turbine Nguyên lý giải thích theo hình (4.35) Hình 4.35 Nguyên lý ly hợp thủy lực Biến mô thủy thực 89 Hình 4.36 Nguyên lý biến mô thủy lực Bơm; Turbine; Bánh phản ứng; Ổ đỡ bánh phản ứng vỏ BM; vỏ biến mô (cố định); Trục rỗng bơm; Vỏ biếm mô nối với bơm; Khớp chiều; Trục vào hộp số Ưu điểm biến mô: (i) Phụ thuộc tải thay đổi tỷ số truyền liên tục (ii) Liên kết mền động hệ truyền lực Nhược điểm: (i) Hiệu suất thấp vùng tải lớn (ii) Phức tạp cho hộp số đặt sau Hộp số thủy xe tải thuộc nhóm bán tự động, có thị phần bé Phần hộp số biến mô thủy lực, ly hợp khóa biến mô, ly hợp Biến mô chế tạo từ năm 1960 với mục đích giải vấn đề khởi động xe tải nặng có hộp số sang số tay Hình 4.37 sơ đồ hộp số ZF 16S 221 90 Ecosplit 16 số sàn Biến mô TCC giữ chức khởi động xe Ly hợp hộp số (như thông thường ) dùng để chuyển số Hình 4.37 Sơ đồ hộp số ZF 16S 221 Hình 4.38 Hộp số “ZF-Transmatic” Bơm dầu cho HS chính; Đòn mở ly hợp hộp số; nạng chọn số; Bi-tì; ly hợp ma sát; BM; khóa BM;9 piston khóa BM; 10 khớp chiều; 11 lọc dầu; 12 bơm dầu cho biến mô; CGH cặp bánh số cao (hộp số phụ trước); CGL cặp bánh số thấp; R số lùi; D số tiến 91 Hình 4.39 Sơ đồ chuyển số hộp số 12 số “12 AS 2740 TO” Trên sở hộp số ZF 16S 221 hãng ZF sản xuất hộp số tự động “ZF TCTronic 12TC 2740 TO” với 12 số tự động hệ thống chuyển số khí-điện tử Hộp số có số Kết cấu hình 4.40 92 Hình 4.40 Hộp số “ZF TC-Tronic” Bm; khóa BM; Giảm chấn; Bơm dầu cho BM;6 ly hợp ma sát; cấu gài+ điện tử điều khiển; cấu mỏ ly hợp; phanh (HS); 11 trục thứ cấp 93 KẾT LUẬN Vận chuyển hàng hóa nhu cầu tất yếu tiến trình phát triển kinh tế Việt Nam Với điều kiện sở hạ tầng xe tải phương tiện phù hợp điều kiện sử dụng Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu, thiết kế quy trình tính toán kéo cho xe tải nhằm nâng cao tính sử dụng phương tiện Luận văn:”Thiết lập quy trình tính toán kéo xe tải” trình bày vấn đề sau: (1) Tổng quan thiết kế tính toán hệ thống truyền lực ô tô: Trong phần tác giả trình bày toán sử dụng để kiểm nghiệm thiết kế (2) Trình bày phương pháp xây dựng đặc tính động đốt theo (i) Le-đec-man hiệu chỉnh theo Jazar Và áp dụng để tính toán đường đặc tính động đốt số loại xe (3) Phương pháp phân chia tỷ số truyền: Tác giả trình bày hai phương pháp chọn tỷ số truyền cấp số nhân cấp số điều hòa Với yêu cầu xe con, hai cấp số không đáp ứng toán thực tế đưa đặc tính động đốt sát với đặc tính kéo lý tưởng Vì luận văn trình bày phương pháp xây dựng tỷ số truyền theo Jante Với phương pháp ta xác định xác số tay số lựa chọn bước nhảy tay số theo mục tiêu thiết kế Trong luận văn tác giả kiểm nghiệm hộp số loại xe tải sử dụng phổ biến Việt Nam thiết kế hệ truyền lực dựa vào xe sở cho (4) Trình bày số sơ đồ hộp số phổ biến, sở cho việc lựa chọn hộp số phù hợp cho hệ thống truyền lực thiết kế 94 Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ kỹ thuật tác giả nghiên cứu, tính toán cho vài loại xe tải điển hình Từ đưa đánh giá phương pháp tính toán phân chia tỷ số truyền Ta nhận thấy việc tính toán đặc tính động đốt theo Lây đéc man hiệu chỉnh phân chia tỷ số truyền theo Jante phù hợp đạt kết mong muốn 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Văn Hường (2012), Bài giảng động lực học ô tô (Bài giảng viết tay), ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Đức Lập (2000), Lý thuyết xe quân Học viên KT quân Reza N Jazar (2005) Vehicle Dynamics Springer Newyork Henning Holzmann (2003) Adaptive Modelle fuer die Kraftfahrzeugdynamik Springer Berlin, Newyork, Paris, Mailand, Tokio, London, Hongkong Popp K./Schiehlen W (1993) Fahrzeugdynamik B.G Teubner Stuttgart Hans-Peter Willumeit (1998) Modelle und Modellierungsverfahren in der Fahrzeugdynamik , B.G Teubner Stuttgart Raesh Rajamani (2006) Vehiccle Dynamics and Control Springer Berlin Heidelberg New York Werner Schiehlen (2007) Dynamical Analysis of Vehicle Systems: Theoretical Foundations and Advanded Applications ICMS- Courses and Lectures no.497, SprinerWienNewYork Harald Naunheimer (2011), Automotive Transmissions, NXB Springer New York, London, Heidelberg 10 Wallentowitz/Reif; Mítschke/Manfred (2004) , Dynamik der Kraftfahrzeuge, NXB Springer Berlin, Heidelberg, New York 11 Wong, J.Y (1978), Theory of Ground Vehicles, NXB John Wiley & Sons, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore 96 12 Rill Georg (2003), Vehicle Dynamics ( Bài giảng Đại học ứng dụng Regensburg CHLB Đức) 13 Hermann Appel (1995) Grundlagen der Kraftfahrzeugtechnik II TU Berlin 14 Manfred Mitschke/Henning Wallentowitz (2003) Dynamik der Kraftfahrzeuge Springer Berlin, Newyork, Paris, Mailand, Tokio, London, Hongkong 15 Rolf Isermann (2010) Elektronisches Management motorischer Fahrzeugantriebe, Vieweg+Teubner 16 Robert Bosch GmbH (2004) Sicherheits-und Komfortsysteme Vieweg & Sohn Wiesbaden 17 Jante, Alfred (1972): Theorie des Kraftwagens, nxb Technik, Berlin ... tính toán vào mục tiêu đề tài ta chia thành phần cho quy trình tính toán kéo xe tải sau: - Tính toán đặc tính động đốt trong: Thực chất việc tính toán hai thông số đường đặc tính mô men đặc tính. .. thích ứng động 2.2 Tính toán đặc tính động xe tải Tác giả tính toán đặc tính động đốt cho số loại xe hành kết để thiết kế xe tải theo yêu cầu từ loại xe tương tự 27 2.2.1 Tính toán kiểm nghiệm... bảo cho xe có vận tốc lớn đường tốt có khả chuyển động loại đường có hệ số cản lớn Hiện có hai dạng tính toán kéo bản: - Tính toán thiết kế; - Tính toán kiểm nghiệm 15 1.2.1 Tính toán thiết kế