Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.4 Kết quả thực nghiệm
4.4.3 Kết quả thực nghiệm 3: Thực nghiệm thay đổi khối lượng xe
Với vận tốc ban đầu vo = 30km/h, phanh xe ở tay số 3, thay đổi khối lượng xe ở các trường hợp, kết quả thực nghiệm được thể hiện thông qua các biểu đồ Hình 4.18, 4.19, 4.20 và 4.21 dưới đây.
Hình 4. 18 Biểu vận tốc xe trong quá trình phanh thu năng lượng ở trường hợp khối lượng khác nhau
Hình 4. 19 Biểu đồ năng lượng thu được Eamax và tỉ lệ thu năng α (%) theo động năng Ev(J) ở vo ban đầu tương ứng.
- 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6
Vận tốc (km/h)
Thời gian (s) Test, No 3, pgo=85bar, Vo = 30 km/h, m = 1800 kg Test, No 3, pgo=85bar, Vo = 30 km/h, m = 2400 kg
5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Áp suất (bar)
Thời gian (s) Test, No 3, pgo=85bar, Vo = 30 km/h, m = 1800 kg Test, No 3, pgo=85bar, Vo = 30 km/h, m = 2400 kg
103
Hình 4. 20 Biểu đồ thể tích dầu thủy lực thu được trong bình tích áp năng thủy khí theo trường hợp khối lượng xe thay đổi
Hình 4. 21 Biểu đồ năng lượng thu được Eamax và tỉ lệ thu năng α (%) ở các trường hợp thay đổi khối lượng xe.
- 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
Test, No 3, pgo=85bar, Vo = 30 km/h, m
= 1800 kg
Test, No 3, pgo=85bar, Vo = 30 km/h, m
= 2400 kg Thể tích dầu thủy lực Vf(lit)
Thể tích dầu thủy lực Vf (lit)
Test, No 3, pgo=85bar, Vo
= 30 km/h, m = 1800 kg
Test, No 3, pgo=85bar, Vo
= 30 km/h, m = 2400 kg
Ev (J) 71,103 91,937
Eamax (J) 19120 22809
Eamax/Ev (%) 26.89 24.81
- 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000 100,000
Năng lượng (J)
104
Từ kết quả thí nghiệm 3 được thể hiện ở biểu đồ Hình 4.18, 4.19, 4.20 và 4.21, nhận thấy:
Đối với khối lượng xe m = 1800 kg, thời gian phanh từ vận tốc vo=30km/h xe có năng lượng động năng 71103(J) đến khi xe dừng lại khoảng tph=13(s), gia tốc trung bình avtb=0.64(m/s2), bình tích năng thu được Vf = 2,0 lit; áp suất tăng từ 85bar lên đến 97.3bar, năng lượng thu được 19120(J), đạt tỉ lệ α=26.89%.
Đối với khối lượng xe m = 2400 kg, thời gian phanh từ vận tốc vo=30km/h có năng lượng động năng 91937(J) đến khi xe dừng lại khoảng tph=15(s), gia tốc trung bình avtb=0.56(m/s2), bình tích năng thu được Vf = 2,33 lit; áp suất tăng từ 85bar lên đến 99.63bar, năng lượng thu được 22809(J), đạt tỉ lệ α=24.81%.
4.5 Đánh giá kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán mô phỏng
Để kiểm chứng mô hình nghiên cứu, luận án đã kiểm chứng sử dụng kết quả giữa mô hình mô phỏng ở chương 3 để tính toán theo điều kiện thí nghiệm với kết quả thực nghiệm, thông số so sánh là tỉ lệ thu năng đạt được ở các tay số 1,2,3 và 4 sau quá trình phanh thu năng Bảng 4. 4 Bảng so sánh kết quả giá trị tỉ lệ thu năng giữa mô phỏng với thực nghiệm
Các trường hợp Tỉ lệ thu năng α (%)
(sai lệch %) Mô hình lý thuyết Thực nghiệm
Tay số 1, pgo =85bar, vo =7.5km/h 33 34.5 4.35 Tay số 2, pgo =85bar, vo =15km/h 30 31.75 5.51 Tay số 3, pgo =85bar, vo =30km/h 27 24.81 8.11 Tay số 4, pgo =85bar, vo =50km/h 23 24.65 6.69
So sánh kết quả trên bảng 4.4 ta thấy giá trị sai lệch tỉ lệ thu năng giữa mô hình và thực nghiệm có giá trị cao nhất là 8,11%. Với những giả thiết đã được chấp nhận khi xây dựng mô hình mô phỏng thì sai lệch này có thể chấp nhận được.
4.6 Chu kỳ phanh dừng cho mô hình thực nghiệm
Mô hình thực nghiệm được thực hiện trên xe chuyên dùng sẵn có, do vậy khi gắn thêm hệ thống thu năng thủy lực trên xe, khối lượng xe tăng thêm dẫn đến cần bổ sung thêm năng lượng trong quá trình di chuyển. Do đó để đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh thu năng thủy lực, ta cần xét đến quan hệ năng lượng thu được và năng lượng bổ sung do sự lắp thêm hệ thống này. Năng lượng bổ sung thêm này gồm năng lượng tăng thêm do tăng khối lượng bởi gắn thêm hệ thống và năng lượng do điều khiển hệ thống. Trong quá trình phanh thu năng thủy lực, năng lượng điều khiển chủ yếu nằm ở mạch công suất là cụm van điều khiển, bỏ qua tiêu hao ở mạch điều khiển do đó xét đến hiệu quả ta có thể xét đến quan hệ biểu thức (4.1) dưới đây.
105
Ea – (Evan + Emth) ≥0 (4.1) Trong đó
Ea – năng lượng động năng thu được [J]:
Ea = αEv (4.2) α - tỉ lệ thu năng [%];
Ev - năng lượng động năng xe ở vận tốc v [J];
Evan - năng lượng tiêu tốn do hoạt động của van điện từ
Evan = Pvan.tph (4.3) Pvan – Công suất tiêu thu điện của van (W);
tph – Thời gian phanh thu năng lượng (s);
Emth – năng lượng tăng thêm do khối lượng gắn thêm hệ thống phanh thu năng thủy lực trên xe [J]:
Emth = Lph.Fphmht (4.4) Lph – chu kỳ phanh dừng [m], là khoảng cách khoảng cách dừng xe giữa 2 lần liên tiếp;
Fphmht – lực cản do khối lượng tăng thêm của hệ thống thu năng lượng, lực này được xác định:
Fphmht = f.mht.g[N] (4.5) Trong đó: f – hệ số cản lăn;
g – gia tốc trọng trường [m/s2];
mht – khối lượng tăng do lắp thêm hệ thống phanh trên xe[kg];
Do đó từ (4.1), (4.2), (4.3), (4.4), (4.5) ta có:
V van ph
ph
ht
L P .t
f.m .g
(4.6)
phmax V van ph
ht
L P .t
f.m .g
(4.7) Trong đó:
Lphmax – chu kỳ phanh tối đa [m]
Biểu thức (4.7), (4.8) sử dụng để xác định giới hạn chu kỳ phanh tối đa đảm bảo hiệu quả khai thác của hệ thống thu năng thủy lực lắp trên mô hình xe vận hành trên cung đường đã chọn. Nếu khoảng cách chu kỳ phanh thực tế sử dụng càng nhỏ hơn giá trị giới hạn này thì hiệu quả thu năng lượng càng cao.
Để đánh giá hiệu quả khai thác cho mô hình thực nghiệm ta sử dụng biểu thức (4.7) và xét mô hình thực nghiệm phanh thu năng ở tay số 4, vận tốc phanh ban đầu là 50km/h, hiệu quả thu hồi năng lượng α =24.65%.
Thay các giá trị:
106
α = 0.2465; Ev=255380(J); f =0.018; Pvan=29W; tph=34(s); mht= 80(kg); g=9.81(m/s2);
Vào biểu thức (4.6) ta có:
Lph ≤ 4386(m) 4,38(km)
Như vậy theo quan điểm quan hệ giữa năng lượng thu được và năng lượng tiêu hao thì mô hình xe thực nghiệm đưa vào vận hành trên cung đường, nếu chạy tốc độ phanh ban đầu 50km/h thì chu kỳ phanh dừng lớn nhất cần nhỏ hơn 4,38 km.
Kết luận chương 4
1) Luận án đã tiến hành thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất làm việc ban đầu của bình áp năng thủy khí, ảnh hưởng của khối lượng xe và vận tốc phanh khác nhau ở các tay số tương ứng đến khả năng thu năng lượng của hệ thống phanh thu năng thủy lực.
2) Kết quả thí nghiệm đã cho thấy được khả năng thu hồi năng lượng của mô hình thực nghiệm hệ thống: Tỉ lệ thu năng đạt được cao ở tay số thấp, giảm dần ở tay số cao (ở tay số 1, vận tốc phanh ban đầu vo=7,5km/h, tỉ lệ thu α = 34.5%; tay số 2, vận tốc phanh ban đầu vo=15km/h, α=31.75%; tay số 3, vận tốc phanh ban đầu vo=30km/h, α
= 24.81%; tay số 4, vận tốc phanh ban đầu vo=50km/h, α=24.65%); Áp suất bình áp năng ban đầu càng cao thì tỉ lệ thu được càng lớn (pgo=75 bar, =23.49%; pgo=85 bar,
=24.81%; pgo=95 bar, = 25.46%);
3) Đánh giá kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán trên mô hình lý thuyết cho thấy sai lệch tối đa tỉ lệ thu năng là 8.11%.
4) Luận án đã chỉ ra chu kì phanh nhỏ nhất cho mô hình thực nghiệm, nếu sử dụng xe mô hình thực nghiệm 2,5 tấn đưa vào vận hành trên cung đường lựa chọn, yêu cầu chu kỳ phanh cần nhỏ hơn 4,38 km.
107
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
1) Đề xuất cấu hình hệ thống phanh thu năng lượng động năng bằng hệ thống truyền động thủy lực lắp đặt trên xe chuyên dùng thu gom chở rác loại 2,5 tấn và loại xe chuyên dùng có tính năng tương đương;
2) Luận án đã mô hình mô phỏng hệ thống phanh thu năng thủy lực trong quá trình phanh thu năng và quá trình tái sử dụng hỗ trợ tăng tốc xe chuyên dùng bằng năng lượng từ bình áp năng thủy lực;
3) Luận án đã thiết kế, chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm thành công hệ thống phanh thu năng lượng động năng bằng hệ thống truyền động thủy lực lắp đặt trên đối tượng xe chuyên dùng thu gom rác 2,5 tấn, kết quả thử nghiệm đã chỉ ra:
- Tỉ lệ thu năng đạt được cao ở tay số thấp và giảm dần ở tay số cao;
- Áp suất ban đầu bình áp năng thủy lực càng cao thì tỉ lệ thu đạt được càng lớn;
- Trong trường hợp phanh thu năng từ vận tốc phanh ban đầu 30km/h đến khi xe dừng, áp suất làm việc bình áp năng thủy lực ban đầu 100bar thì tỉ lệ thu năng đạt được khoảng 25%.
4) Có thể khai thác động năng bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực kết nối với hộp chia công suất trên dòng xe chuyên dùng thu gom rác loại 2,5 tấn và dòng xe chuyên dùng có tính năng tương đương.
Kiến nghị
Từ các kết quả nghiên cứu trên Luận án đưa ra một số kiến nghị:
1) Do điều kiện hạn chế về thời gian và kinh phí nên đề tài chưa thực nghiệm quá trình tái sử dụng, nếu được đầu tư sẽ tiếp tục tiến hành nghiên cứu để hoàn thiện đánh giá khả năng tái sử dụng năng lượng thu được;
2) Nghiên cứu mở rộng khả năng ứng dụng hệ thống phanh thu năng thủy lực lắp trên xe chuyên dùng di chuyển cả ở địa hình đồi núi, khi đó ta có thể kết hợp các hệ thống phanh nguyên bản xe, hệ thống phanh thu năng và phanh bằng động cơ để nâng cao hiệu quả phanh khi xe di chuyển ở vùng đồi núi.