Mô hình hóa quá trình tái sử dụng năng lượng trườn- 123docz.net

Chương 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH THU NĂNG THỦY LỰC

2.3 Một số phương án tái sử dụng năng lượng động năng

2.3.4 Mô hình hóa quá trình tái sử dụng năng lượng trường hợp hỗ trợ di chuyển

Hình 2. 27 Sơ đồ các thành phần lực tác dụng lên xe khi tăng tăng tốc trên đường nằm ngang Trong đó:

Pw – Lực cản gió [N];

pacc

1 3 5

6 7 8 11

10 V2

12 15

13 1

rbx

A B

bx Mbx v

G Pj Pw

Pr1

Z1 Z2

Pr2 Pk

O Y

a b L

Pr1, Pr2 – Lực cản lăn bánh trước, lực cản lăn bánh sau [N];

Pk – lực kéo [N];

G – trọng lượng xe [N];

Pj- lực quán tính[N];

Z1, Z2 – phản lực thẳng góc từ mặt đường lên các bánh xe trước và sau[N];

Chiếu các thành phần véc tơ lực lên phương OX ta có phương trình cân bằng các lực trong quá trình tăng tốc xe:

Pk - Pw - Pr1 - Pr2 - Pj = 0 (2.61) Lực cản không khí Pw [48]

Pw = KFv2 (2.62) Trong đó: K - hệ số cản không khí;

F - diện tích chính diện của xe [m2];

v - vận tốc của xe khi tăng tốc được xác định:

t v 0

v = a dt  (2.63) t - thời gian tăng tốc [s];

av - gia tốc của xe [m/s2];

Pj: Lực quán tính sinh ra trong khi tăng tốc

P = δ G dv

g dt (2.64)

Trong đó:

G - trong lượng của xe [N];

g - gia tốc trọng trường, g=9,81[m/s2];

 - là hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối chuyển động quay của xe, hệ số  được xác định như sau [48]:

2 2

d h o bxi

2 bx

(J i i J )

δ = 1 +

m.r



(2.65) Trong đó:

ih - tỷ số truyền hộp số;

io - tỷ số truyền truyền lực chính;

 - hiệu suất truyền lực;

Jd – mô men quá tính cụm bánh đà [kgm2];

Jbxi-tổng mô men quán tính của các bánh xe [kgm2];

50 m – khối lượng xe [kg];

Lực kéo tại các bánh xe chủ động: Pk [48]

bxk k

P M

 r (2.66) Trong đó: Mbxk - mô men kéo tại bánh xe [N.m]

rbx - bán kính làm việc của bánh xe [m].

Hình 2. 28 Sơ đồ phối trộn công suất động cơ với công suất từ bình áp năng cấp đến bánh xe

bxk e trm m

N = .N   .N (2.67)

bxk h o e trm ptc o m

M = .i i M    i i M (2.68)

e m

ptc o h o

= =

i i i i



  (2.69)

Trong trường hợp chỉ sử dụng năng lượng bình tích năng để tăng tốc kéo xe:

từ (2.67), (2.68) và (2.69) => Nbxk =trm.Nm (2.70)

bxk bxkm trm ptc o m

M   0 M =  i i M (2.71)

trm ptc o m

bxk bxkm

bx bx bx

i i M

M M

P r r r

   (2.72)

m bx

ptc o

= i i

 

Trong đó: Nm – công suất của mô tơ thủy lực [W]

Nm = Mmm

Mm - mô men tại trục của mô tơ thủy lực [Nm]

Ne – công suất tại động cơ [W]; Ne = Me.d

Me - mô men tại động cơ [Nm]

Khíp 1 chiÒu B×nh tÝch n¨ng

Hép sè Hép PTO

Bánh xe Mô tơ TL

Mm m

Me e Mbx bx

iptc Thùng chứa dầu

Nbx

Mbxk - mô men tại bánh xe trong trường hợp kéo [Nm]

 - hiệu suất truyền lực ih - tỷ số truyền hộp số

imtc - tỷ số truyền từ trục mô tơ đến trục thứ cấp hộp số.

m - tốc độ góc trục của mô tơ bx - tốc độ góc trục bánh xe

Mối quan hệ giữa vận tốc dài ô tô với vận tốc góc bánh xe bx

ω = v

r (2.73) Mô men mô tơ thủy lực Mm được xác định [12]:

m m mm

d .Δp .η

M = 2π (2.74) dm - lưu lượng riêng của motor [m3/vòng];

ηmm - hiệu suất cơ khí của mô tơ thủy lực;

pm - chênh lệch áp suất giữa buồng đẩy với buồng vào của mô tơ [N/m2];

m cvm crm

p = (p - p )

 (2.75) pcvm - áp suất cửa vào của mô tơ thủy lực [N/m2]

g lm

pcvm  p  p (2.76) pg – áp suất bình tích năng thủy khí [N/m2];

plm - tổn thất áp suất trên đường ống dẫn từ bình tích năng đến mô tơ thủy lực[N/m2];

lm lm1 lm2

Δp = Δp + Δp (2.77) Tổn thất dọc đường là tổn thất xảy ra trên đường di chuyển của chất lỏng, chủ yếu là do ma sát. Ta có biểu thức tính xác định tổn thất áp suất dọc đường khi chất lỏng chảy tầng như sau [51]:

2 m d

lm1 v

p 10.( l )

d 2.g

      [N/m2] (2.78) Trong đó:

 - khối lượng riêng của dầu [kg/m3];

g - gia tốc trọng trường [m/s2];

 - hệ số cản phụ thuộc vào hệ số Raynon (Re);

lm - chiều dài đường ống nhánh tái sử dụng [m];

d - đường kính ống dẫn dầu [m];

v - hệ số cản phụ thuộc vào ống, phụ thuộc vào độ đồng đều của tiết diện chảy;

52 vd - vận tốc trung bình của dầu [m/s];

Tổn thất cục bộ là tổn thất xảy ra khi dòng chất lỏng chảy qua các thiết bị thủy lực như van hoặc do biến dạng hay thay đổi hướng vận tốc của dòng chảy. Tổn thất áp suất do lực cản cục bộ được tính theo biểu thức sau [51]:

2 d lm 2

p 10. .v 2.g

   [N/m2] (2.79) Từ (2.78) và (2.79) tổn thất toàn bộ đường dẫn dầu từ bình đến mô tơ thủy lực là:

2 d m

lm v m

p 10.( l )

d 2.g

        [N/m2] (2.80) Trong đó:

 - khối lượng riêng của dầu [kg/m3];

g - gia tốc trọng trường[m/s2];

 - hệ số cản phụ thuộc vào hệ số Raynon (Re), trường hợp chảy tầng [53];

  Re (2.81) v .dd

Re

 (2.82)

m - hệ số tổn thất cục bộ, được xác định theo từng vị trí trên đường ống nhánh tái sử dụng;

l - chiều dài đường ống [m];

d - đường kính ống dẫn dầu [m];

v - độ nhớt động học của dầu [m2/s];

vd - vận tốc trung bình của dầu [m/s], vận tốc trung bình của dầu thủy lực được xác định:

vd Qm

 A (2.83) Trong đó: Q - lưu lượng chảy trong đường ống [m3/s], đường dẫn nối bình tích năng với mô tơ thủy lực với do đó Q = Qm.

A - tiết diện đường ống (m2), sử dụng tiết diện ống tròn

A = (.d2)/4 (2.84)

d 2

v = 4.Q

π.d (2.85)

Hình 2. 29 – Trạng thái hoạt động của bình áp năng trong quá trình xả a-trường hợp nạp khí áp suất pao ban đầu; b-trường hợp áp suất làm việc ban đầu; c-

trường hợp áp suất đang làm việc; d-trường hợp áp suất bắt đầu xả.

Tương tự (2.37) ta có phương trình trạng thái khí:

k k k k

ao ao go go g g ga ga

p V  p V  p V = p V

(2.86) Trong đó: k - hệ số mũ đoạn nhiệt, chọn khí ni tơ k =1,4;

pga - áp suất bình áp năng sau khi thu năng[N/m2];

Vga - thể tích khí bình áp năng sau khi thu năng[m3];

pg - áp suất bình áp năng trong quá trình làm việc [N/m2];

Vg - thể tích khí bình áp năng trong quá trình làm việc[m3];

pao - áp suất khí nạp ban đầu[N/m2];

Vao - thể tích khí náp bình áp năng ban đầu[m3];

pgo - áp suất khí làm việc ban đầu[N/m2];

Vao - thể tích khí làm việc ban đầu[m3];

Từ hình 2.31 ta có: Vfm = Vg - Vga (2.87)

 Vg = Vga + Vfm

Vfm - Thể tích dầu được xả ra ngoài tái sử dụng [m3];

Giả thiết từ bình áp năng đến mô tơ không xảy ra rò rỉ đầu khi đó quan thể tích dầu xả với lưu lượng thực tế của mô tơ được xác định:

fm m

V = Q dt (2.88) Qm- lưu lượng thực tế của mô tơ

m m

Q d .ω 2 .η

 (2.89) Trong đó: vm - hiệu suất thể tích của mô tơ.

m - tốc độ góc trục của mô tơ dm - lưu lượng riêng của môtơ.

pao ,Vao pgo ,Vgo

pg , Vg

a b c

KhÝ N2 KhÝ N2 KhÝ N2

Dầu thủy lực

pga , Vga

d KhÝ N2

Vfm = Vg-Vga

54 Từ (2.86) ta có:

1 1.4

ga ao pao

V V pga

 

 

(2.90)

1.4 g

ga g

p = p .(V )

V (2.91)

1.4 g

max ga fm

p = p .( V )

V + V (2.92)

1.4 g

max ga

p = p .( V )

V + Q dt (2.93)

 Áp suất tối thiểu bình tích năng pmin

Theo [48] để xe di chuyển được thì xe phải thỏa mãn điều kiện kéo bám cản:

Fb Pk  Pc (2.94) Fb – lực bám ở bánh xe[N];

Pk- lực kéo [N];

Pc- lực cản [N];

Pc = Pw +Pr1 +Pr2 + Pj

Do vậy từ (2.103) ta có:

 Pk  Pc = Pw +Pr1 +Pr2 + Pj (2.95) Từ (2.62, 2.64, 2.72, 2.95) ta có:

bxk 2 bx

M G dv

K.F.v + δ + f.G

r  g dt

(2.96) Kết hợp (2.71, 2.72, 2.75, 2.76, 2.96)  ta có

2 bx

g lm crm

m trm mm ptc o

2π.r (K.F.v + δG dv + f.G)

p g dt + Δp + p

d .η .η .i i

 (2.97)

Do đó áp suất nhỏ nhất sử dụng cho xe tăng tốc pmin được xác định qua biểu thức sau:



2 bx

min lm crm

m trm mm ptc o

2π.r (K.F.v + δG dv + f.G)

p g dt + Δp + p

d .η .η .i i

 (2.98)

Kết luận chương 2

1) Đã đề xuất cấu hình hệ thống phanh thu năng thủy lực trên xe chuyên dùng thu gom chở rác loại 2,5 tấn;

2) Đã đề xuất cấu hình một số phương án tái sử dụng năng lượng từ bình áp năng thủy lực;

3) Đã mô hình hóa hệ thống phanh thu năng thủy lực trong quá trình phanh thu năng và quá trình tái sử dụng năng lượng bình áp năng thủy lực hỗ trợ di chuyển.