Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị đo ghi áp suất trong hệ thống phanh khí nén

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Lê Thuận NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐO – GHI ÁP SUẤT TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Lê Thuận NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐO – GHI ÁP SUẤT TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hồ Hữu Hải Hà Nội, 2013 ` LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học độc lập em Các thông tin, số liệu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể Kết nghiên cứu luận văn đắn, trung thực chưa có cơng bố cơng trình nghiên cứu khác HỌC VIÊN Vũ Lê Thuận i ` LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp có ý nghĩa thiết thực quan trọng trình học tập cơng tác thân em học viên Xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Hồ Hữu Hải, người tận tình hướng dẫn suốt trình thực luận văn Cám ơn thầy giáo Viện Cơ khí Động lực, phịng thí nghiệm, Viện Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội toàn thể bạn đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng, nhiên trình độ chuyên mơn cịn hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy, bạn đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2013 HỌC VIÊN Vũ Lê Thuận ii ` DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Ghi liệu suất khí nén q trình phanh dạng file text 57 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh khí nén Hình 1.2 Sử dụng hai bình khí xe tải Hình 1.3 Sử dụng ba bình khí xe tải Hình 1.4 Sử dụng hai bình khí xe rơ mc Hình 1.5 Sử dụng ba bình khí xe Rơ mooc Hình 1.6 Sơ đồ lực mômen tác dụng lên bánh xe phanh Hình 1.7 Đồ thị thay đổi quãng đường phanh nhỏ 14 Hình 1.8 Đo áp suất động Pitot 20 Hình 1.9 Đo áp suất màng 20 Hình 1.10 Các vị trí đo áp suất 21 Hình 1.11 Máy đo áp suất MANOMETER 22 Hình 1.12 Máy đo áp suất PCE-932 22 Hình 1.13 Máy đo áp suất, độ cao, nhiệt độ khơng khí tốc độ gió kiểu Kestrel 2500 24 Hình 2.1 Sơ đồ khối cấu trúc thiết bị 28 Hình 2.2 Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ 29 Hình 2.3 Lị xo ống 30 Hình 2.4 Cấu tạo ống xi phông .30 Hình 2.5 Sơ đồ màng đo áp suất .31 Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo màng dẻo có tâm cứng 31 Hình 2.7 Bộ chuyển đổi kiểu cảm ứng 32 Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý biến đổi kiểu biến áp vi sai 32 Hình 2.9 Bộ chuyển đổi kiểu điện dung 33 Hình 2.10 Cảm biến kiểu áp trở 33 iii ` Hình 2.11 Cảm biến SENSYS M5156-10286X-010-BG 34 Hình 2.12 Đặc tính tín hiệu đầu cảm biến 35 Hình 2.13 Khối cung cấp nguồn .36 Hình 2.14 Khối xử lý tín hiệu cảm biến áp suất bầu phanh bình chứa khí nén 36 Hình 2.15 Sơ đồ chân bố trí tín hiệu Reset VXL 38 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối với máy tính theo chuẩn RS232 40 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý tổng thể bo mạch 42 Hình 1.18 Bo mạch thu nhận xử lý tín hiệu 42 Hình 2.19 Giao diện Front Panel 45 Hình 2.20 Giao diện Block Diagram 46 Hình 2.21 Phần cứng thiết bị 47 Hình 2.22 Sơ đồ Block Diagram phần mềm 48 Hình 2.23 Sơ đồ giao diện với người sử dụng 49 Hình 3.1 Xe thí nghiệm 54 Hình 3.2 Lắp đặt cảm biến bình chứa 55 Hình 3.3 Lắp đặt cảm biến bầu phanh .55 Hình 3.4 Phần cứng thiết bị 56 Hình 3.5 Kết nối thiết bị với máy tính 56 Hình 3.6 Đo áp suất hiển thị lên máy tính 57 iv ` MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC BẢNG Error! Bookmark not defined.iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii MỤC LỤC v MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Ý nghĩa đề tài Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh 1.1.1 Công dụng hệ thống phanh .3 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Yêu cầu kết cấu 1.2 Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén 1.2.1.Cơ cấu phanh tang trống điều khiển cam 1.2.2 Dẫn động hệ thống phanh khí nén 1.3 Sự phanh ôtô 1.3.1 Lực phanh sinh bánh xe 1.3.2 Các tiêu đánh giá chất lượng trình phanh 11 1.4 Kiểm định kỹ thuật hệ thống phanh 17 1.4.1 Kiểm định theo tiêu chuẩn thông thường 17 1.4.2 Kiểm định nghiên cứu 17 1.5 Thí nghiệm nghiên cứu hệ thống phanh 17 1.5.1 Thí nghiệm để kiểm định 18 1.5.2 Thí nghiệm để nghiên cứu phát triển hệ thống 18 1.6 Ðo ghi áp suất khí nén 18 v ` 1.6.1 Mục đích đo ghi .18 1.6.2 Các phương pháp đo áp suất 19 1.6.3 Các vị trí cần đo áp suất 20 1.6.4 Các thiết bị đo ghi áp suất có thị trường 22 1.7 Những công trình nghiên cứu có liên quan 26 1.8.1 Mục tiêu 27 1.8.2 Nội dung nghiên cứu 27 Chương NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO GHI ÁP SUẤT KHÍ NÉN 2.1 Nguyên lý đo thiết bị đo ghi áp suất khí nén 28 2.2 Thiết kế thiết bị đo 29 2.3.1 Các loại cảm biến áp suất 29 2.3.2 Lựa chọn cảm biến 34 2.3.3 Các mô đun thiết bị đo - ghi áp suất 35 2.3.4 Thiết kế phần mềm hiển thị máy tính .42 Chương QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO GHI ÁP SUẤT KHÍ NÉN 3.1 Các tính năng, thông số thiết bị 50 3.2 Các nút/phím chức 50 3.3 Quy trình thí nghiệm hệ thống phanh khí nén với thiết bị chế tạo 50 3.3.1 Các bước chuẩn bị 50 3.3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm 51 3.4 Kết thực nghiệm với thiết bị 54 3.4.1 Lắp đặt thiết bị xe thí nghiệm 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 vi ` MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Hệ thống phanh ơtơ đóng vai trị quan trọng việc đảm bảo an tồn giao thơng đường Các hệ thống phanh tự động điều chỉnh nghiên cứu ứng dụng ôtô nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe tiêu chuẩn an toàn hệ thống phanh Tại Việt Nam chưa có hệ thống thiết bị phục vụ nghiên cứu phát triển hệ thống phanh tự động điều chỉnh lực phanh mà chủ yếu hệ thống thiết bị kiểm định kỹ thuật trạng thái hệ thống phanh Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị đo - ghi áp suất hệ thống phanh có ý nghĩa thực tiễn việc nghiên cứu hệ thống phanh ôtô Việt Nam Hệ thống đo - ghi áp suất dùng cho nghiên cứu phát triển hệ thống phanh địi hỏi phải có độ xác cao, thời gian đáp ứng nhanh lưu giữ kết đo theo thời gian phục vụ trình nghiên cứu phân tích kết đo nhằm phát triển hệ thống điều khiển trình phanh Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy thiết bị đo đòi hỏi phải có phương pháp quy trình khoa học Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị đo - ghi áp suất có ý nghĩa khoa học Do đó, luận văn thực đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị đo - ghi áp suất hệ thống phanh khí nén” II Mục đích nghiên cứu Thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị đo - ghi áp suất hệ thống phanh khí nén phục vụ nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phanh Thiết kế, chế tạo đề xuất quy trình thử nghiệm, tiến hành thử nghiệm xe để đánh giá thay đổi áp suất số vị trí quan trọng hệ thống dẫn động khí nén Nghiên cứu loại thiết bị đo ghi áp suất có, thiết kế chế tạo thiết bị đo áp suất khí nén hệ thống phanh, thiết kế chế tạo mạch kết nối thu thập ` liệu đo, xây dựng phần mềm giao diện ghi lưu liệu, hiển thị kết đo nghiên cứu đánh giá sai số thiết bị III Ý nghĩa đề tài Hiện nay, trung tâm đăng kiểm xe giới việc kiểm định hệ thống phanh kiểm định bệ thử với thiết bị thử chuyên dụng Với quy trình thử nghiệm hệ thống phanh thế, khó đánh giá làm việc hệ thống, đặc biệt trình điều khiển hệ thống phanh khí nén Khác với quy trình kiểm định phanh thơng thường, quy trình thực nghiệm đánh giá q trình làm việc hệ thống phanh địi hỏi phải khoa học để phục vụ cho việc nghiên cứu, phát triển hệ thống phanh khí nén ` * Điều lưu ý phần mềm: Áp suất bầu phanh bình khí thay đổi liên tục, thơng số thời gian lấy mẫu xử lý quan trọng Thời gian nhỏ giá trị hiển thị giá trị thực tế gần Với tốc độ xử lý Atmega8 tốc độ chuyển đổi ADC sử dụng thiết kế bo mạch thời gian lấy mẫu thiết bị 1/140 giây (0.007 giây) Tức là, sau 0.007 giây VXL gửi tín hiệu mã hóa giá trị áp suất để xử lý hiển thị Hình 2.22 Sơ đồ Block Diagram phần mềm Giao diện với người sử dụng thiết kế đơn giản, dễ sử dụng, gồm tính sau: - Vùng 1: Đường dẫn tới vị trí lưu giữ số liệu dạng file text - Vùng 2: Các nút chức khởi động (Start) tạm dừng (Stop) trình thu nhận liệu - Vùng 3: Giá trị áp suất bình chứa bầu phanh - Vùng 4: Các giá trị áp suất bình chứa khí nén áp suất bầu phanh sau hiển thị 48 ` - Vùng 5: Công cụ lựa chọn giá trị hiển thị theo trục x y Cùng công cụ để thao tác với đồ thị - Vùng hiển thị giá trị áp suất: Đồ thị áp suất khí nén vẽ vùng Đồ thị có trượt di chuyển mở rộng khả quan sát đồ thị cho người dùng Vùng hiển thị đồ thị áp suất đo Áp suất bầu phanh Áp suất bình chứa Hình 2.23 Hình ảnh giao diện với người sử dụng 49 ` Chương QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO - GHI ÁP SUẤT KHÍ NÉN 3.1 Các tính năng, thơng số thiết bị Các thông số thiết bị Giá trị Phạm vi đo Từ - 10 bar Độ xác cảm biến 0.5% Kích thước Bo mạch điện 90 x 100 x 20 mm Cảm biến Φ22.2 mm Trọng lượng 120 gram Nguồn điện cấp vào - 30 VDC Kích thước ren cảm biến M12x1.2 3.2 Các nút/phím chức - ON/OFF: Trên bo mạch có cơng tắc On/Off cho thiết bị - RESET: Trên bo mạch có cơng tắc Reset, nhấn nút ấn thiết bị khởi động lại từ đầu 3.3 Quy trình thí nghiệm hệ thống phanh khí nén với thiết bị chế tạo 3.3.1 Các bước chuẩn bị Chuẩn bị thiết bị Bao gồm thiết bị sau: - Cảm biến đo áp suất SENSYS M5156 - 1028X – 010 – BG (Dải áp suất đo từ ÷ 10bar) - Mạch điện: Bao gồm phần tử thiết bị đo lắp đặt kết nối trước với - Máy vi tính có cài đặt phần mềm Labview - Các thiết bị kết nối, dây nối tín hiệu 50 ` Chuẩn bị xe Xe ôtô sử dụng hệ thống phanh khí nén đảm bảo thông số kỹ thuật hoạt động tốt Chuẩn bị dụng cụ tháo lắp - Cờ lê, khẩu, trịng - Tơ vít, kìm cắt điện - Băng tan, băng keo điện… Chuẩn bị chạy phần mềm giao diện file exe, driver liên quan 3.3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm Sau thực xong bước chuẩn bị ta thực bước thử nghiệm sử dụng thiết bị đo - ghi áp suất hệ thống phanh khí nén ơtơ sau: Bước 1: Lắp đặt kết nối khí: Xe ôtô thử nghiệm đặt đường phẳng, khô ráo, nơi có bóng dâm nhiệt độ khơng q 360C, ánh sáng tốt Đưa chìa khóa điện vị trí OFF tắt máy, kéo chặt phanh tay Xác định vị trí van xả khí nén bình chứa khí Tiến hành xả hồn tồn khí nén khỏi hệ thống phanh, sau đóng chặt van xả lại Xác định vị trí lắp đặt cảm biến phù hợp - Vị trí thứ nhất: Trên đường bình khí nén tổng đến cấu chấp hành phía sau - Vị trí thứ hai: Ngay trước đường vào bình chứa khí nén phanh sau Sử dụng dụng cụ tháo lắp phù hợp để lắp cảm biến vào vị trí xác định Chú ý: Trong trình lắp cảm biến vào hệ thống phanh nén cần sử dụng băng tan cách (bảo đảm mối ghép khơng bị lọt khí), lực siết vừa đủ (mối ghép không bị lỏng, ren khơng bị cháy) 51 ` Bước 2: Kết nối tín hiệu điện Các tín hiệu điện cần lắp đặt gồm có: Nguồn 12V, 220V, cảm biến, tín hiệu phanh, thiết bị - Nguồn cung cấp điện 12V cho cảm biến tín hiệu phanh: Lấy từ Ắc qui ơtơ - Nguồn cung cấp điện cho máy tính: lấy từ nguồn điện 220V Pin (nếu Laptop) - Nguồn cung cấp điện cho thiết bị: lấy từ cổng USB máy tính Kết nối thiết bị: Gồm có đầu vào: - Đầu vào số 1: Kết nối với âm Ắc qui (dây màu xanh); - Đầu vào số 2: Kết nối với tín hiệu phanh (dây màu ghi ); - Đầu vào số 3: Kết nối với đầu cảm biến áp suất bình chứa khí nén tổng (dây màu tím); - Đầu vào số 4: Kết nối với đầu cảm biến bầu phanh sau (dây màu trắng); Kết nối Cảm biến: Hai đầu dây cần kết nối gồm: - Đầu cấp nguồn yêu cầu >=12VDC