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

hiện nhiều lần phanh vấn đề này trở nên phức tạp với điều kiện thử ở nước ta, để đơn giản hơn ta xác định tỉ lệ thu năng lượng phanh trong một lần phanh, thông số tỉ lệ thu năng α là thương số giữa năng lượng thu được vào bình tích áp với động năng giảm của xe trong một lần phanh như sau: a v E 100% E    (2.49) Trong đó:  - tỉ lệ thu năng. 1 k go go g a go p V V = k -1 V E 1           (2.50) 38 pgo – áp suất làm việc ban đầu của khí [N/m2] Vgo - thể tích làm việc ban đầu của khí tương ứng với pgo [m3] pg - áp suất của khí nén [N/m2] Vg - thể tích của khí khi bị nén tương ứng với pg [m3] Ev – Độ biến thiên động năng của xe ở vận tốc phanh ban đầu vo đến vt Hệ thống phanh thu năng hoạt động trong trường hợp ngắt ly hợp, do đó ta bỏ qua ảnh hưởng của trọng khối quay của cụm bánh đà và các chi tiết có trọng khối nhỏ trên đường truyền lực, biến thiên động năng của xe ở vận tốc phanh ban đầu vo đến vt được xác định: 2 2 2 2 o bxi bxo t bxi bxt v vo vt i=1 i=1 m.v J m.v J ΔE = [ ] - [ ] 2 2 2 2 .ω .ω = E - E + +  n n (2.51) Trong trường hợp phanh thu năng đến khi xe dừng vt =0 (Evt=0), động năng xe được xác định: 2 2 o bxi bxo v vo i=1 m.v J ΔE E [ ] 2 2 .ω = = + n (2.52) m – khối lượng xe [kg]; vo- vận tốc xe phanh ban đầu [1/s]; vt- vận tốc xe ở thời điểm ngừng phanh t [1/s]; Jbxi -mô men quán tính bánh xe thứ i [kgm2]; bxo-vận tốc góc bánh xe ở vận tốc phanh ban đầu[rad/s]; bxt-vận tốc góc bánh xe ở thời điểm dừng phanh t[rad/s]; n – số bánh xe  Yêu cầu bơm thủy lực: Thông qua các thông số quan trọng là tốc độ làm việc, lưu lượng riêng và áp suất làm việc của bơm thủy lực. Đối với tốc độ làm việc của bơm thủy lực lớn nhất phải nằm trong miền tốc độ giới hạn thiết kế của bơm thủy lực chọn lựa. np ≤ [np] (2.53) np – tốc độ vòng quay của bơm thủy lực [vg/ph] [np] - tốc độ vòng quay giới hạn cho bơm thủy lực [vg/ph] Đối với áp suất làm việc lớn nhất của bơm thủy lực làm việc trong trường hợp phanh thu năng cần thỏa mãn điều kiện áp suất làm việc giới hạn của hệ thống truyền động thủy lực trên xe chuyên dùng, mặt khác áp suất lựa chọn này và lưu lượng riêng của bơm cần phải đảm 39 bảo để hệ thống truyền lực đảm bảo điều kiện bền trong quá trình phanh thu năng. Do đó tại vị trí hộp số sàn ta có yêu cầu về sức chịu mô men của hộp số như sau: Mtchs ≤ [Mhs] (2.54) [Mhs] - Sức chịu mô men của hộp số [Nm] Từ quan hệ về hiệu suất bộ truyền cơ khí [49], ta có quan hệ công suất truyền từ trục thứ cấp hộp số đến bơm thủy lực thông qua hiệu suất truyền động ηtcp theo biểu thức dưới đây: p p tcp tc tchs .M .M     (2.55) p ptc tc i    (2.56) Mtchs - mô men vị trí trục thứ cấp hộp số [Nm]; Mp – mô men bơm thủy lực [Nm]; iptc - tỷ số truyền từ trục PTO đến trục thứ cấp của hộp số; p - vận tốc góc bơm [1/s]; tc - vận tốc góc trục thứ cấp [1/s]; ηtcp - hiệu suất truyền động từ trục thứ cấp hộp số đến bơm thủy lực; Từ (2.55) và (2.56) mô men tại vị trí trục thứ cấp hộp số, được xác định: ptc p tchs tcp i .M M   (2.57) Theo [51] bơm thủy lực với lưu lượng riêng cố định thì mô men trên trục được xác định theo biểu thức dưới đây: p p p mp d . p M 2 .     (2.58) Trong đó: dp - lưu lượng riêng của bơm [m3/vòng]; pp - chênh lệch áp suất giữa buồng đẩy với buồng vào của bơm (N/m2); mp – hiệu suất cơ khí của bơm; Từ (2.54), (2.55), (2.56), (2.57) và (2.58) ta có: ptc p tchs hs tcp i .M M [M ]   (2.59) ptc p p tchs hs mp tcp i .d . p M [M ] 2 . .       (2.60) 40 Biểu thức (2.60) sử dụng để kiểm tra thông số bơm thủy lực, thông số kết cấu cụm hộp chia công suất và hộp số đảm bảo sức chịu mô men yêu cầu. 2.3 Một số phương án tái sử dụng năng lượng động năng Để nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống, năng lượng tích trữ được trong quá trình thu năng cần phải được tái sử dụng, để tái sử dụng lại nguồn động năng tích trữ luận án đưa ra một số phương án như sau: 2.3.1 Phương án phanh tái sử dụng trên hệ thống chuyên dùng cơ cấu nâng hạ. Hiện nay dòng xe chuyên dùng sử dụng thu gom rác, có hệ thống tự đổ bằng ben thủy lực sử dụng nhiều ở nước ta. Do đó phương án phanh thu động năng và tái sử dụng cho cơ cấu nâng hạ là có tính khả thi, phương án này hình thành trên cơ sở cấu hình hệ thống thu năng thủy lực hình 2.10 được phát triển và bố trí thêm hệ thống nâng hạ sử dụng 1 ben thủy lực, phương án có sơ đồ cấu tạo như hình 2.16. Hình 2. 16 Sơ đồ phương án hệ thống thu năng thủy lực và tái sử dụng lại năng lượng vào hệ thống công tác chuyên dùng nâng hạ ben thủy lực (chế độ phanh thu năng) Sơ đồ cấu tạo của hệ thống gồm: 1- thùng chứa dầu thủy lực; 2- bơm thủy lực; 3- van điều khiển chế độ; 4- van điều khiển hệ thống phanh thu năng; 5 – đường dầu hồi; 6(6a, 6b)- Van một chiều; 7 – cảm biến áp suất; 8 – công tắc áp suất; 9 – Đồng hồ đo áp; 10 – Bình áp năng; 11- nhánh dầu cấp lên hệ thống công tác chuyên dùng; 12 – van điều khiển hệ thống chuyên dùng; 13 – Xi lanh thủy lực. V1 Bé ®iÒu khiÓn Arduino Uno R3 Br pacc pacc CLPTO CL §éng c¬ Hép sè sµn Hép PTO V1 CL 1 2 4 5 6 7 1011 8 ÐT4 CLPTO 9 Ly hîp 13 12 3 1 6a 6b 41 Nguyên lý hoạt động của hệ thống - Trường hợp phanh thu động năng: Quá trình hoạt động tương tự như hệ thống phanh thu năng đề xuất. - Trong trường hợp tái sử dụng năng lượng: Để hoạt động cơ cấu nâng ben thủy lực 13, điều khiển van 12 để dầu áp cao thủy lực từ bình áp năng được đẩy vào ben thủy lực giúp hoạt động cơ cấu nâng, chế độ hoạt động này thể hiện như sơ đồ Hình 2.17. Dầu thủy lực từ bình áp năng đến nhánh tái sử dụng 11, qua van điều khiển số 12, đẩy vào khoang xi lanh hoạt động cơ cấu nâng. Hình 2. 17 Sơ đồ phương án hệ thống trường hợp tái sử dụng năng lượng vào cơ cấu công tác nâng ben thủy lực - Trong trường hợp nếu năng lượng tích trữ không đủ, Hình 2. 18 Sơ đồ hoạt động bổ sung áp năng thủy lực từ bơm để công tác nâng ben thủy lực V1 pacc Hép PTO 1 2 4 5 6 7 10 11 8 9 13 12 3 6a 6b V1 pacc 1 2 4 5 6 7 1011 8 9 13 12 3 Hép PTO 42 Trường hợp tích trữ không đủ, ta bổ sung từ nguồn bơm thủy lực, điều khiển van số 3 hoạt động ở chế độ bổ sung cấp năng lượng từ bơm thủy lực cho hệ thống để cơ cấu nâng nhận tiếp năng lượng bổ sung, chế độ này hoạt động như hình 2.18. Khi điều khiển van số 3 hoạt động ở chế độ bổ sung, dầu thủy lực từ bơm thủy lực qua van số 3, qua van 1 chiều vào hệ thống vào nhánh 11, đi qua van 12, đẩy vào khoang xi lanh bổ sung hoạt động cho cơ cấu nâng. - Trong trường hợp xả dầu thủy lực về thùng chứa, hoạt động của chế độ thể hiện như sơ đồ nguyên lý trên hình 2.19. Hình 2. 19 Sơ đồ hoạt động trong trường hợp hạ ben xả dầu về thùng chứa 2.3.2 Phương án lắp thêm mô tơ thủy lực Đặc điểm chung của phương án là quá trình phanh thu năng ta sử dụng bơm thủy lực, còn quá trình tái sử dụng ta sử dụng động cơ thủy lực phục vụ cho hỗ trợ di chuyển xe. Yêu cầu của hệ thống là cần lắp thêm bộ phận kết nối giữa cụm động cơ thủy lực với hộp số. Để thực hiện phương án này trên cơ sở dòng xe chuyên dùng, ta cần bố trí thêm cụm liên kết giữa hộp chia công suất với cụm động cơ thủy lực, cần phải có khớp một chiều. Chi tiết phương án được thể hiện trên Hình 2.20 V1 pacc Hép PTO 1 2 4 5 6 7 1011 8 9 13 12 3 1 43 Hình 2. 20 Sơ đồ hệ thống thu và tái sử dụng năng lượng động năng trên xe chuyên dùng tác giả đã đề xuất trên Hội nghị cơ học thủy khí toàn quốc năm 2016 Đặc điểm cấu tạo hệ thống phanh tái sinh mắc song song – Parallel hydraulic regenerative braking (PHRB). Hệ thống PHRB gồm có các bộ phận: 1-Bình chứa dầu thủy lực; 2 - Bơm thủy lực; 3- Van an toàn; 4- nhánh thủy lực của xe chuyên dùng; 5-Van phân phối 3/2 ; 6-Van 1 chiều; 7- Van khóa; 8 - Bình tích năng thủy khí; 9- Van điều khiển 2/2; 10-mô tơ thủy lực; 11 - khớp 1 chiều; 12- Ly hợp PTO; 13 - Bộ điều khiển; pacc - tín hiệu áp suất từ bình tích áp; Br - tín hiệu từ bàn đạp chân phanh; Acc – tín hiệu từ bàn đạp chân ga; Công tắc – tín hiệu từ công tắc; VI – tín hiệu điều khiển hoạt động van 5; VII – tín hiệu điều khiển hoạt động van 9; VIII – tín 10 11 12 VIII LHPTO pacc 7 3 4 5 6 8 9 Hép PTO d Bé ®iÒu khiÓn (13) Br ACC C«ng t¾c d VI VII VIII VI VII 1 §éng c¬ pacc Hép sè MT 44 hiệu điều khiển hoạt động ly hợp xe; d tín hiệu tốc độ bánh đà trục khuỷu; Hộp PTO - hộp power take-off. Nguyên lý hoạt động của hệ thống PHRB: Khi kích hoạt hệ thống PHRB (bật công tắc), hệ thống PHRB sẽ ở chế độ chờ hoạt động theo 3 chế độ: Chế độ xe hoạt động bình thường, chế độ thu hồi năng lượng động năng khi phanh và chế độ tái sử dụng năng lượng từ bình tích năng. Chế độ xe hoạt động bình thường: Ở chế độ này bộ điều khiển của hệ thống sẽ không gửi tín hiệu để điều khiển nguồn điện cung cấp cho các van thủy lực, khi đó dầu thủy lực thông qua bơm thủy lực và đường dẫn dầu sẽ tuần hoàn khép từ thùng chứa  qua bơm  qua van số 5 (VI)  về thùng chứa. Chế độ thu hồi năng lượng động năng khi phanh xe: Thu hồi giai đoạn 1: khi có tín hiệu Br và tín hiệu tốc độ không tải của động cơ d>kt, trong trường hợp này bộ điều khiển chỉ gửi tín hiệu VI để điều khiển van 5 hoạt động; Thu hồi giai đoạn 2: khi có tín hiệu Br và tín hiệu khi động cơ giảm về tốc độ không tải tín hiệu tốc độ động cơ d  kt thì bộ điều khiển gửi cả 2 tín hiệu đến VI và đến VIII; Khi van 5 hoạt động, dầu thủy lực được bơm thủy lực đẩy qua van số 5, qua van một chiều 6 và được nạp vào bình tích năng thủy khí 8. Trường hợp vận tốc bánh đà của động cơ về đến tốc độ không tải, khí đó sẽ có tín hiệu VIII để điều khiển ngắt ly hợp trên đường truyền lực (nếu sử dụng hệ thống PHRB tự động) hoặc thông báo cho người điều khiển ngắt ly hợp (nếu sử dụng hệ thống PHRB bán tự động). Trường hợp nếu áp suất trong bình tăng lên đến pmax, bộ điều khiển sẽ ngắt tín hiệu điều khiển đến van VI. Chế độ tái sử dụng năng lượng từ bình tích năng hỗ trợ di chuyển: Khi tác động vào bàn đạp chân ga, nếu có tín hiệu Acc được gửi đến bộ điều khiển cùng điều kiện áp suất bình tích năng pg > pmin và không có tín hiệu điều khiển cần số, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu VII điều khiển nguồn điện cung cấp đến van 9, van 9 hoạt động, dầu từ bình tích năng đi qua van 9 cung cấp cho mô tơ thủy lực hoạt động. Nếu trường hợp áp suất bình tích năng giảm xuống pmin hoặc người điều khiển tác động vào cần số, hoặc người điều khiển ngắt chân ga khi đó bộ điều khiển sẽ tác động ngắt tín hiệu điều khiển VII, van số 9 sẽ ngắt dòng dầu, mô tơ thủy lực ngừng hoạt động. 2.3.3 Phương án thay đổi bơm thủy lực thành cụm bơm/mô tơ kết hợp Đây là một trong các hướng phát triển của đề tài, để sử dụng phương án này, cần thay thế bơm thủy lực thành cụm bơm/mô tơ thủy lực kết hợp, phương án có sơ đồ thiết kế như hình 2.21. 45 Hình 2. 21 Sơ đồ hệ thống phanh thu năng thủy lực phương án thay cụm bơm thủy lực Đặc điểm cấu tạo của phương án gồm các bộ phận: 1- Thùng chứa dầu; 2- Van thủy lực; 3- Cụm bơm/mô tơ thủy lực kết hợp; 4- Van điều khiển bổ sung; 5- Van điều khiển phanh; 6- Đường dầu hồi; 7- van một chiều; 8 – cảm biến áp suất; 9- công tắc áp suất; 10-Đồng hồ áp suất; 11- Bình áp năng; 12- Van điều khiển chế độ tái sử dụng; 13- Van điều khiển nâng hạ ben; 14 – Xi lanh thủy lực; 15 - Nhánh dầu thủy lực tái sử dụng; ĐT4- Bộ đồng tốc hộp PTO; Br - Tín hiệu báo từ bàn đạp chân phanh; pacc – Tín hiệu từ cảm biến áp suất; V1 – Tín hiệu điều khiển hoạt động van phanh; V2, V3 – Tín hiệu điều khiển hoạt động van; Hộp PTO - Power take-off; CL- Tín hiệu báo ngắt ly hợp; CLPTO – Tín hiệu báo kết nối hộp PTO; V1 Bé ®iÒu khiÓn Arduino Uno R3 Br pacc pacc CLPTO CL §éng c¬ Hép sè sµn Hép PTO S¬ ®å bµn ®¹p phanh V1 CL 1 3 5 6 7 8 11 ÐT4 CLPTO Phanh thu n¨ng l­îng Phanh th­êng cña xe 10 Ly hîp V2 V2 4 2 9 12 15 14 13 1 M¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn A B C E 46 - Sơ đồ chế độ hoạt động trong trường hợp phanh thu năng (Hình 2.22) Hình 2. 22 Sơ đồ hệ thống hoạt động trong trường hợp phanh thu năng thủy lực - Sơ đồ chế độ hoạt động trương trường hợp hỗ trợ di chuyển (Hình 2.23) Hình 2. 23 Trường hợp tái sử dụng hỗ trợ di chuyển V1 pacc 1 3 5 6 7 8 11 10 V2 4 2 9 12 15 14 13 1 Mp p V1 pacc 1 3 5 6 7 8 11 10 V2 4 2 9 12 15 14 13 1 Mm m 47 - Sơ đồ chế độ hoạt động cơ cấu nâng ben thủy lực (Hình 2.24) Hình 2. 24 Sơ đồ trường hợp hỗ trợ cơ cấu nâng ben thủy lực - Sơ đồ chế độ bổ sung hoạt động cơ cấu nâng ben thủy lực (Hình 2.25) Hình 2. 25 Trường hợp bổ sung năng lượng nâng ben thủy lực V1 pacc 1 3 5 6 7 8 11 10 V2 4 2 9 12 15 14 13 1 v V1 pacc 1 3 5 6 7 8 11 10 V2 4 2 9 12 15 14 13 1 Mp p v 48 - Sơ đồ chế động hoạt động xả dầu về thùng chứa (Hình 2.26) Hình 2. 26 Trường hợp xả dầu về thùng chứa 2.3.4 Mô hình hóa quá trình tái sử dụng năng lượng trường hợp hỗ trợ di chuyển Theo phương án tái sử dụng hỗ trợ cho di chuyển như đã đề suất, xét mô hình xe di chuyển trên đường thẳng nằm ngang như trên hình 2.27: 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]; V1 pacc 1 3 5 6 7 8 11 10 V2 4 2 9 12 15 14 13 1 v rbx h A B h w bxMbx v G P jPw Pr1 Z1 Z2 Pr2 Pk O Y x ba L 49 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 j G dv P = δ 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]; 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 bx M P 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 mN = .N .N   (2.67) bxk h o e trm ptc o mM = .i i M i i M   (2.68) em bx 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) => bxk trm mN = .N (2.70) bxk bxkm trm ptc o mM 0 M = i i M   (2.71) trm ptc o mbxk bxkm k bx bx bx i i MM 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 B¸nh xe M« t¬ TL Mm m Me e Mbx bx io ih iptc Thïng chøa dÇu Nbx 51 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 bx v ω = r (2.73) Mô men mô tơ thủy lực Mm được xác định [12]: m m mm m 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 crmp = (p - p ) (2.75) pcvm - áp suất cửa vào của mô tơ thủy lực [N/m2] g lmcvmp 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 lm2Δp = 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 dm lm1 v .vl p 10.( ) 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 .v p 10. 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 dm lm v m .vl p 10.( ) 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]; 64 Re   (2.81) d v .d 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: md Q v 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) m d 2 4.Q v = π.d (2.85) 53 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 mV = Q dt (2.88) Qm- lưu lượng thực tế của mô tơ m m m vm d .ω Q 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 DÇu thñy lùc pga , Vga d KhÝ N2 V fm = V g- V g a 54 Từ (2.86) ta có: 1 1.4 ga ao pao pga V V         (2.90) 1.4 g ga ga g V p = p .( ) V (2.91) 1.4 g ga max ga fm V p = p .( ) V + V (2.92) 1.4 g m ga max ga V p = p .( ) 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: 2bxk 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 G dv 2π.r (K.F.v + δ + f.G) g dt p + 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 G dv 2π.r (K.F.v + δ + f.G) g dt p + Δp + p d .η .η .i i  (2.98) 55 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. 56 Chương 3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH THU NĂNG THỦY LỰC Theo như Chương 2 đã trình bày về cấu hình và mô hình hóa hệ thống phanh thu năng thủy lực trên xe chuyên dùng, để tiến đến xây dựng một hệ thống phanh này trong thực tế ta cần phải nghiên cứu khảo sát trước bằng mô hình lý thuyết, bước này giúp cho chúng ta đánh giá được tính khả thi của hệ thống, cũng như tính toán và lựa chọn được các thông số phù hợp cho giai đoạn thiết kế xây dựng một hệ thống phanh thu năng thủy lực. 3.1 Khảo sát quá trình phanh thu năng thủy lực Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài đối tượng xe chuyên dùng, phạm vi sử dụng ở vùng đồng bằng, ta sẽ tiến hành khảo sát quá trình phanh thu năng bằng hệ thống được thực hiện trong 1 lần phanh từ vận tốc vo đến khi xe dừng vt = 0. 3.1.1 Mô phỏng quá trình phanh thu năng thủy lực xe chuyên dùng bằng chương trình Matlab - Simulink Trên cơ sở các phương trình mô phỏng quá trình phanh thu năng lượng động năng xe chuyên dùng như đã trình bày ở Chương 2, ta xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình phanh thu năng lượng động năng bằng chương trình Matlab - Simulink, chi tiết được thể hiện ở phần Phụ lục 2. Để tính toán và lấy kết quả quá trình phanh thu năng lượng động năng của hệ thống bằng phần mềm Matlab – Simulink [57] [58], ta xây dựng lưu đồ tính toán các thông số trong quá trình phanh thu năng của hệ thống được thực hiện theo như Hình 3.1 dưới đây. Hình 3. 1 Lưu đồ tính toán các thông số trong quá trình phanh thu năng lượng động năng B¾t ®Çu NhËp sè c¸c liÖu ®Çu vµo vµ dt TÝnh to¸n c¸c th«ng sè VÏ ®å thÞ th«ng sè tÝnh theo thêi gian t KÕt thóc ThiÕt lËp th«ng sè pg, av, v XuÊt sè liÖu v  §óng Sai 57 3.1.2 Một số kết quả khảo sát quá trình phanh thu năng lượng động năng bằng mô hình mô phỏng 3.1.2.1 Khảo sát trường hợp phanh khẩn cấp và trường hợp phanh bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực Trong quá trình vận hành xe, hoạt động của hệ thống phanh trên đường là đa dạng, có trường hợp cần phanh giảm tốc và có trường hợp cần phanh khẩn cấp; Trong phương án xây dựng hệ thống phanh thu năng thủy lực, ta vẫn giữ nguyên hoạt động của hệ thống phanh nguyên bản của xe (hệ thống phanh cơ khí), khi đó có trường hợp phanh khẩn cấp hệ thống phanh thu năng và hệ thống phanh cơ khí sẽ cùng hoạt động và trường hợp phanh chỉ sử dụng hệ thống phanh thu năng thủy lực. Cơ sở áp dụng chế độ phanh khẩn cấp là tiêu chuẩn kiểm tra phanh định kỳ trên đường ở Việt Nam hiện nay [59] với thông số áp dụng cho đối tượng nghiên cứu như sau: - Xe chạy ở khối lượng không tải, m =1700 kg; - Tốc độ bắt đầu phanh vo =30km/h; - Quãng đường yêu cầu phanh Sp ≤ 9,5 (m); - Gia tốc yêu cầu avmax ≥ 5,0 (m/s2);  Thông số chương trình nhập số liệu đầu vào Thông số chương trình nhập số liệu đầu vào được viết trên môi trường Matlab, nội dung chi tiết được trình bày ở mục 3.1 phần phụ lục 3.  Kết quả Một số kết quả tính toán 2 trường hợp được thể hiện bằng các biểu đồ: Thông số vận tốc xe (hình 3.2), gia tốc (hình 3.3), quãng đường phanh (hình 3.4), vận tốc góc bơm thủy lực (hình 3.5), áp suất bình tích năng (hình 3.6), năng lượng thu được (hình 3.7). Hình 3. 2 Biểu đồ vận tốc xe trong quá trình phanh trường hợp bằng hệ thống thu năng và trường hợp phanh khẩn cấp 58 Hình 3. 3 Biểu đồ gia tốc xe trong quá trình phanh trường hợp bằng hệ thống thu năng và trường hợp phanh khẩn cấp Hình 3. 4 Biểu đồ quãng đường phanh xe trong quá trình phanh trường hợp bằng hệ thống thu năng và trường hợp phanh khẩn cấp Hình 3. 5 Biểu đồ vận tốc bơm thủy lực trong quá trình phanh trường hợp bằng hệ thống thu năng và trường hợp phanh khẩn cấp 59 Hình 3. 6 Biểu