Chương 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH THU NĂNG THỦY LỰC
2.2 Xây dựng mô hình hệ thống thu năng thủy lực trên xe chuyên dùng thu gom chở rác loại 2,5 tấn
2.2.2 Mô hình hóa quá trình phanh thu năng thủy lực
2.2.2.1 Động lực học trong quá trình phanh xe trên đường nằm ngang
Trong trường hợp khi ô tô đang chạy trên đường nằm ngang tiến hành quá trình phanh ta có thể mô tả các thành phần lực tác dụng lên ô tô khi phanh thể hiện như trên hình 2.13.
Hình 2. 13 Lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang
Chiếu các thành phần lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang ta có phương trình cân bằng lực khi phanh như sau:
Pj = Pp1 + Pp2+Ppp+ Pr1 + Pr2 + Pw+ Pη (2.5) Trong đó:
Pj - lực quán tính sinh ra trong khi phanh;
Pp1, Pp2 - lực phanh sinh ra ở bánh trước và bánh sau xe do hệ thống phanh ma sát (Hệ thống phanh nguyên bản của xe);
Ppp - lực phanh sinh ra ở bánh xe chủ động (bánh sau xe) do hệ thống phanh thu năng thủy lực;
Ppp v
Pj Pw
Pr1
Z1 Z2
Pr2 Pp2
O Y
x
b a
L
rbx
h
A B
hw
bx G
Pp1
28
Pr1, Pr2 - lực cản lăn ở các bánh trước và bánh sau;
Pη - lực cản do ma sát trong hệ thống truyền động;
Pw - lực cản không khí;
Z1, Z2 - phản lực thẳng góc từ mặt đường lên các bánh xe trước và các bánh xe sau;
Hình 2. 14 Sơ đồ quá trình phanh bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực
Lực cản lăn ở các bánh trước và sau xe Pr1, Pr2
Lực cản lăn xuất hiện ngay khi các bánh xe có xu hướng quay, lực cản lăn của xe là tổng lực cản lăn ở các bánh xe [47] [48].
Khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược với chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường [47].
Lực cản lăn phát sinh là do biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và mặt đường [47] .
Giả thiết độ cứng bánh xe không đổi, mặt đường ổn định, do đó có thể giả thiết hệ số cản lăn không thay đổi trong quá trình phanh, do vậy khi tính toán lực cản lăn tổng cộng của xe ta có thể đơn giản xác định theo công thức sau [47]:
Pr = Pr1+Pr2 = f.G (2.6) Trong đó: f - hệ số cản lăn của đường với bánh xe.
G - trọng lượng ô tô;
Nếu đường nhựa và bê tông tốt: f = 0,015 ÷0,018 [10]
Lực phanh sinh ra ở bánh trước và bánh sau xe do hệ thống phanh ma sát (hệ thống phanh nguyên bản của xe): Pp1, Pp2
Các lực phanh này được xác định từ mô men cơ cấu phanh [47]
Mbxp Mp
Động cơ Hộp số MT
Hộp PTO Bơm thủy lực
Thùng chứa dầu B×nh tÝch n¨ng
Ly hợp
i0 iptc
Đường truyền công suất khi phanh
29
p1 p1
bx
P M
r (2.7)
p 2 p 2
bx
P M
r (2.8) Mp1, Mp2 - mô men cơ cấu phanh bánh trước và mô men cơ cấu phanh bánh sau [Nm];
rbx - bán kính làm việc bánh xe (giả thiết bán kính bánh trước và bánh sau xe như nhau) [m];
Trường hợp cơ cấu phanh sử dụng loại tang trống, lực dẫn động bằng nhau và các xi lanh bánh xe ở về cùng một phía, theo [47] khi đó mô men cơ cấu phanh được xác định:
Mp = 2P’rtC (2.9) P’ – lực dẫn động tác dụng lên guốc phanh [N];
rt – bán kính tang trống phanh [m];
C – tỷ số truyền chung của cơ cấu phanh; Tỷ số truyền chung cơ cấu phanh được xác định:
2
C 1,14 0,5
(2.10) - hệ số ma sát, nếu = 0,35 => C = 1,05
Lực phanh sinh ra ở bánh xe chủ động do hệ thống phanh thu năng thủy lực Ppp
Lực phanh này được xác định:
bxp pp
bx
P M
r (2.11) Mbxp - mô men phanh đặt tại bánh xe do hệ thống phanh thu năng thủy lực [Nm];
rbx – bán kính làm việc của bánh xe [m], giả thiết bán kính bánh xe không đổi, nên trong tính toán giá trị bán kính bánh xe là không đổi.
Mô men phanh tại bánh xe do hệ thống phanh thu năng thủy lực được xác định theo đường truyền công suất [49] phanh như sau:
p p trp p
trp
bx bxp bxp
i
M M
M M
(2.12) Do đó => bxp trp p ptc o p
trp trp
i M i .i .M
M
(2.13) ηtrp - hiệu suất đường truyền công suất từ bánh xe đến bơm;
p - tốc độ góc bơm thủy lực [1/s];
30
p=bx.iptc.io (2.14)
bx-tốc độ góc bánh xe [1/s];
bx bx
v
r (2.15) Mp – mô men bơm thủy lực [Nm];
iptc- tỷ số truyền từ trục bơm thủy lực đến trục thứ cấp hộp số;
io- tỷ số truyền truyền lực chính cầu chủ động;
rbx- bán kính làm việc của bánh xe [m];
Lực cản không khí Pw: Lực cản không khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hình dáng khí động học của xe, diện tích cản chính diện của xe, vận tốc xe, mật độ không khí, … Theo [47] [48] lực cản không khí xác định theo biểu thức sau:
Pw = KFv2 (2.16) K - hệ số cản khí động học (trường hợp ô tô tải K=0.58 [50]);
F - diện tích chính diện của xe [m2];
v - vận tốc dài của xe [m/s], vận tốc của xe khi phanh được xác định [49]:
t
0 v
0
v v a dt (2.17) vo - vận tốc ban đầu của xe khi phanh [m/s]
av - gia tốc của xe [m/s2]
Lực quán tính Pj được tính theo công thức:
j
P G dv
g dt (2.18) Trong đó:
- hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô;
t- thời gian phanh;
g - gia tốc trọng trường (g =9.81m/s2);
v - vận tốc bắt đầu phanh;
Theo [49] hệ số ảnh hưởng của các trọng khối quay của hệ thống truyền lực trên ô tô được xác định như sau:
2 2
d h o bx
2 bx
(J i i J ).g
1 G.r
(2.19)
31
Jd - mô men quán tính của bánh đà và các chi tiết chuyển động quay của động cơ [kg.m2];
Jbx - mô men quán tính của bánh xe [kg.m2];
rbx - bán kính làm việc của bánh xe [m];
ih - tỉ số truyền của hộp số ở cấp số đang gài;
io - tỷ số truyền lực chính;
- hiệu suất của hệ thống truyền lực;
- Trường hợp ngắt ly hợp trên đường nằm ngang khi phanh xe
Khi ngắt ly hợp trên hệ thống truyền lực của xe, khi đó bánh đà và các chi tiết chuyển động của động cơ được ngắt khỏi hệ thống truyền lực, do đó trong tính toán ta có Jd = 0, từ biểu thức (2.19) hệ số được xác định:
bx 2 bx
J .g 1 G.r
(2.20) - Trong trường hợp nếu xe di chuyển ở cung đường có độ dốc như ở vùng đồi núi. Trường hợp để ly hợp trên hệ thống truyền lực của xe đóng, khi đó phương pháp sử dụng động cơ để phanh hãm khi xe xuống dốc được sử dụng, hệ thống phanh thu năng thủy lực đề xuất không hoạt động do đó đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực của xe.
- Trong trường hợp chỉ sử dụng hệ thống phanh thu năng thủy lực để phanh xe trên đường nằm ngang. Trường hợp không sử dụng hệ thống phanh cơ khí khi đó trong tính toán, Pp1=0, Pp2=0, khi đó phương trình cân bằng lực khi phanh bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực sẽ là: