Nghiên cứu công nghệ thu hồi để tái sử dụng năng lượng bằng hệ thống truyền động thủy lực khi phanh xe cơ giới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Luyện Văn Hiếu NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THU HỒI ĐỂ TÁI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BẰNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC KHI PHANH XE CƠ GIỚI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Luyện Văn Hiếu NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THU HỒI ĐỂ TÁI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BẰNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC KHI PHANH XE CƠ GIỚI Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ SỸ LỘC TS TRẦN KHÁNH DƯƠNG Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Cơng trình thực Bộ mơn Máy Tự động thủy khí, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn khoa học PGS.TS Ngô Sỹ Lộc TS Trần Khánh Dương, kết nghiên cứu luận án trung thực, khách quan chưa tác giả khác cơng bố cơng trình khác Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày TẬP THỂ HƯỚNG DẪN PGS.TS Ngô Sỹ Lộc TS Trần Khánh Dương tháng năm Người cam đoan Luyện Văn Hiếu LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh cố gắng nỗ lực thân, Tôi nhận động viên giúp đỡ lớn nhiều thầy cô giáo tập thể nghiên cứu khoa học Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngô Sỹ Lộc TS Trần Khánh Dương - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn anh, em nghiên cứu sinh, cao học sinh viên khóa thuộc mơn Máy Tự động thủy khí - Viện Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hết lòng hỗ trợ, động viên suốt thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn anh, em đồng nghiệp Khoa Cơ khí Động lực, lãnh đạo trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, Công ty Cổ phần Công nghệ ô tô Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ thời gian vật chất để tơi hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lòng kính u biết ơn tới đại gia đình, bạn bè thực động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày tháng Nghiên cứu sinh Luyện Văn Hiếu năm MỤC LỤC DANH MỤC KÍ HIỆU iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Năng lượng động xe giới 1.2 Hệ thống phanh xe giới 1.3 Công suất tần suất phanh phương tiện xe giới 1.4 Sự phát triển hệ thống phanh thu thủy lực giới 10 1.5 Tình hình nghiên cứu phát triển hệ thống phanh thu thủy lực xe giới nước ta 14 1.6 Nghiên cứu khai thác động xe chuyên dùng nước ta 15 Kết luận chương 15 Chương MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHANH THU NĂNG THỦY LỰC 17 2.1 Lựa chọn phương án xây dựng mơ hình hệ thống phanh thu thủy lực 17 2.2 Xây dựng mơ hình hệ thống thu thủy lực xe chuyên dùng thu gom chở rác loại 2,5 23 2.2.1 Cấu hình hệ thống phanh thu thủy lực xe chuyên dùng thu gom rác 2,5 23 2.2.2 Mơ hình hóa q trình phanh thu thủy lực 27 2.2.2.1 Động lực học trình phanh xe đường nằm ngang 27 2.2.2.2 Các phần từ thủy lực hệ thống phanh thu thủy lực 31 2.3 Một số phương án tái sử dụng lượng động 40 2.3.1 Phương án phanh tái sử dụng hệ thống chuyên dùng cấu nâng hạ 40 2.3.2 Phương án lắp thêm mô tơ thủy lực 42 2.3.3 Phương án thay đổi bơm thủy lực thành cụm bơm/mơ tơ kết hợp 44 2.3.4 Mơ hình hóa q trình tái sử dụng lượng trường hợp hỗ trợ di chuyển 48 Kết luận chương 55 Chương KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH THU NĂNG THỦY LỰC 56 3.1 Khảo sát trình phanh thu thủy lực 56 3.1.1 Mơ q trình phanh thu thủy lực xe chuyên dùng chương trình Matlab - Simulink 56 3.1.2 Một số kết khảo sát trình phanh thu lượng động mơ hình mơ 57 3.1.2.1 Khảo sát trường hợp phanh khẩn cấp trường hợp phanh hệ thống phanh thu thủy lực 57 i 3.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng mức áp suất làm việc ban đầu bình tích áp pgo khác 60 3.1.2.3 Khảo sát ảnh hưởng vận tốc phanh ban đầu khác 65 3.1.2.4 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng xe 71 3.1.2.5 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng riêng bơm đến phanh thu hồi lượng động 76 3.2 Khảo sát trình tái sử dụng lượng từ bình áp 80 3.2.1 Mơ hình mơ trình tăng tốc xe chương trình Matlab - Simulink 81 3.2.2 Khảo sát trình tái sử dụng hỗ trợ tăng tốc xe 81 Kết luận chương 89 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 90 4.1 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 90 4.2 Phương pháp nghiên cứu, đối tượng thực nghiệm phương pháp đo 90 4.2.1 Phương pháp nghiên cứu 90 4.2.2 Đối tượng thực nghiệm 90 4.2.3 Phương pháp đo 94 4.3 Quy trình thực nghiệm 96 4.4 Kết thực nghiệm 97 4.4.1 Kết thực nghiệm 1: Thực nghiệm ảnh hưởng áp suất làm việc ban đầu đến trình phanh thu lượng động 97 4.4.2 Kết thực nghiệm 2: Thực nghiệm phanh thu lượng xe theo vận tốc ban đầu phanh khác theo tay số tương ứng 99 4.4.3 Kết thực nghiệm 3: Thực nghiệm thay đổi khối lượng xe 102 4.5 Đánh giá kết thực nghiệm kết tính tốn mơ 104 4.6 Chu kỳ phanh dừng cho mơ hình thực nghiệm 104 Kết luận chương 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113 PHỤ LỤC 114 Phụ lục Thông số kỹ thuật ô tô khảo sát 114 Phụ lục Mơ hình mơ chương trình Simulink 118 Phụ lục Dữ liệu nhập từ chương trình Matlab 121 Phụ lục Mạch điều khiển hệ thống phanh thu thủy lực 131 Phụ lục Chương trình chạy phần mềm Arduino 131 Phụ lục Một số hình ảnh q trình thí nghiệm 134 ii DANH MỤC KÍ HIỆU STT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị a Khoảng cách từ trọng tâm xe đến véc tơ phản lực Z1 av Gia tốc xe m/s2 avtb Gia tốc phanh trung bình m/s2 b Khoảng cách từ trọng tâm xe đến véc tơ phản lực Z2 C Tỷ số truyền chung cấu phanh d Đường kính ống dẫn dầu dp Lưu lượng riêng bơm thủy lực m3/vòng dm Lưu lượng riêng mơ tơ thủy lực m3/vòng E Động vật J 10 Ea Năng lượng bình tích J 11 Eamax Năng lượng bình tích lớn J 12 Ekq Động khối rắn chuyển động quay J 13 Ekt Động khối rắn chuyển động tịnh tiến J 14 Ev Động xe vận tốc v J 15 Evan Năng lượng điện cung cấp van J 16 Fbam Lực bám bánh xe N 17 Fphmht Lực cản tăng thêm hệ thống phanh N 18 G Trọng lượng xe N 19 Ght Trọng lượng tăng thêm hệ thống phanh N 20 g Gia tốc trọng trường 21 H Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đường 22 hw 23 itrp Tỷ số truyền từ trục bơm đến trục bánh xe 24 ih Tỷ số truyền hộp số sàn 25 io Tỷ số truyền truyền lực 26 iptc Tỷ số truyền từ trục PTO đến trục thứ cấp hộp số 27 K Hệ số khí động học tơ 28 k Hệ số đa biến khí 29 L 30 Lph m m m m/s2 Khoảng cách từ điểm đặt lực cản khơng khí Pw đến mặt đường Khoảng cách từ điểm đặt lực véc tơ phản lực Z1 đến Z2 Chu kỳ phanh m m m m iii 31 Lphmax Chu kỳ phanh lớn lần liên tiếp m 32 lm Chiều dài đường ống dẫn dầu nhánh tái sử dụng m 33 lp Chiều dài đường ống dẫn dầu nhánh thu m 34 Mbxp Mô men phanh bánh xe N.m 35 Mbxk Mô men kéo bánh xe N.m 36 Mp Mô men bơm thủy lực Nm 37 Mm Mô men mô tơ thủy lực Nm 38 Mtchs Mơ men vị trí trục thứ cấp hộp số Nm 39 m Khối lượng vật, Khối lượng xe kg 40 mht Khối lượng tăng thêm hệ thống phanh kg 41 Pw Lực cản không khí N 42 P’ Lực dẫn động tác dụng lên guốc phanh N 43 Pj Lực quán tính sinh phanh N 44 Pr1 Lực cản lăn bánh trước xe N 45 Pr2 Lực cản lăn bánh sau xe N 46 Pp Lực phanh tổng cộng bánh xe chủ động N 47 Pp1 Lực phanh khí đặt bánh trước N 48 Pp2 Lực phanh khí đặt bánh sau N 49 Ppp 50 Pk 51 Lực phanh hệ thống phanh thu thủy lực đặt bánh sau N Lực kéo bánh chủ động N Pvan Công suất van điện từ W 52 pao Áp suất nạp ban đầu khí N/m2 53 pcr Áp suất dầu thủy lực buồng cửa bơm thủy lực N/m2 54 pcv 55 pcrm Áp suất dầu thủy lực buồng cửa mô tơ thủy lực N/m2 56 pcvm Áp suất dầu thủy lực buồng cửa vào mô tơ thủy lực N/m2 57 pg Áp suất khí trình làm việc N/m2 58 pgo Áp suất làm việc ban đầu khí N/m2 59 pf Áp suất dầu thủy lực cửa vào bình tích áp thủy lực N/m2 60 Qp Lưu lượng bơm thủy lực m3/s 61 Z1 62 Z2 Áp suất dầu thủy lực buồng cửa vào bơm thủy lực Phản lực thẳng góc từ mặt đường lên bánh xe trước Phản lực thẳng góc từ mặt đường lên bánh xe sau iv N/m2 N N 63 Vao Thể tích khí nạp m3 64 Vgo Thể tích làm việc ban đầu khí m3 65 Vg Thể tích khí nén q trình nạp m3 66 Vf Thể tích dầu thủy lực đẩy vào bình tích áp m3 67 v Vận tốc vật m/s 68 vo Vận tốc xe phanh ban đầu m/s 69 vt Vận tốc xe thời điểm ngừng phanh t m/s 70 bx Tốc độ bánh xe 1/s 71 bxoi Tốc độ bánh xe thứ i tương ứng vận tốc xe vo 1/s 72 m Vận tốc góc trục mơ tơ thủy lực 1/s 73 p Tốc độ góc trục bơm 1/s 74 ti 75 Jqt Mơ men qn tính vật trục quay kgm2 76 Jbx Mơ men qn tính bánh xe kgm2 77 Ji 78 Jd 79  80 Vận tốc góc thời điểm t chi tiết thứ i quay quanh trục qua khối tâm Mơ men qn tính chi tiết thứ i quay quanh trục qua khối tâm Mơ men qn tính bánh đà chi tiết chuyển động quay động 1/s kgm2 kgm2 Tỉ lệ thu % max Tỉ lệ thu lớn % 81 ct Tỉ lệ thu chu trình % 82 Re Hệ số rây nơn 83 rbx Bán kính làm việc bánh xe m 84 rt Bán kính tang trống phanh m 85  Hệ số cản phụ thuộc vào hệ số Re 86  Độ nhớt động học dầu 87 tph Thời gian phanh 88  89  Hệ số tính đến ảnh hưởng trọng khối chuyển động quay xe Hệ số bám 90  Hiệu suất truyền động hệ thống ruyền lực 91 mp Hiệu suất khí bơm thủy lực 92 mm Hiệu suất khí mô tơ thủy lực m2/s s v hiệu suất truyền động từ trục thứ cấp hộp số đến bơm 93 ηtcp 94 vp Hiệu suất thể tích bơm thủy lực 95 vm Hiệu suất thể tích mơ tơ thủy lực 96  Khối lượng riêng dầu 97  Hệ số tổn thất cục đường dẫn dầu 98 v 99 vd 100 Evo Động xe vận tốc vo 101 plp Tổn thất đường ống nhánh từ bơm đến bình tích N/m2 102 pp N/m2 103 pm Chênh lệch áp suất buồng đẩy với buồng vào bơm thủy lực Chênh lệch áp suất buồng đẩy với buồng vào mô tơ thủy lực thủy lực kg/m3 hệ số cản phụ thuộc vào ống, phụ thuộc vào độ đồng tiết diện chảy Vận tốc trung bình dầu m/s DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên gọi CBED Cumulo Brake Energy Drive CHD Cumulo Hydrostatic Drive FC Full scale HDA Hydraulic Drive Assist HLA Hydraulic Launch Assist HPA Hydraulic Power Assist HRB Hydrostatic Regenerative Braking NCS Nghiên cứu sinh MT Manual transmission 10 PHHV Parallel hydraulic hybrid vehicle 11 PTO Power take-off 12 RBS Regenerative Braking system vi J N/m2 ... đường loại xe có tần xuất phanh cao, công suất phanh mức cao; Xe tải thu c nhóm có tần suất phanh thấp thu c dòng xe có cơng suất phanh cao; xe tơ có tần xuất phanh dừng lớn xe tải lại dòng xe có... suất phanh công suất phanh phương tiện xe giới Từ hình 1.6 dòng xe thu gom chở rác loại xe có tần xuất phanh dừng cao nhất, công suất phanh cao nhất; Xe nâng, xe gom chuyển cạp hàng, xe buýt xe. .. mẫu xe như: xe thu gom rác, xe bus Với hệ thống HDA lắp xe thu gom rác, giúp cho xe giảm đến 25% [35] mức tiêu hao nhiên liệu so với xe thường Để phản ánh cụ thể hiệu thu hệ thống phanh thu thủy