Từ một số kết quả tổng hợp ở thí nghiệm 2 được thể hiện thông qua biểu
đồ Hình 4.15; 4.16; 4.17 và 4.18 đã chỉ ra được khả năng thu hồi năng lượng
của mô hình hệ thống phanh thu năng lượng động năng ở các tay số theo
tốc độ tương ứng:
Trường hợp xe đi với tay số 1, vận tốc phanh ban đầu vo=7.5km/h, năng
lượng động năng Ev=5746(J), thời gian phanh khoảng tph= 2(s), gia tốc
phanh trung bình avtb=1.04(m/s2), dầu thủy lực thu được được Vf=0.00023
m3(0,23 lit), áp suất tăng lên đến pg =86,3 (bar), năng lượng thu được Eamax
= 1982(J), đạt tỉ lệ thu α = 34.5%;
0.23
0.83
2.33
5.17
-
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Test, No 1 (Vo = 7.5
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 2 (Vo = 15
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 3 (Vo = 30
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 4 (Vo = 50
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 1
(Vo = 7.5
km/h, pgo =
85bar)
Test, No 2
(Vo = 15
km/h, pgo =
85bar)
Test, No 3
(Vo = 30
km/h, pgo =
85bar)
Test, No 4
(Vo = 50
km/h, pgo =
85bar)
Ev (J) 5746 22984 91937 255380
Eamax (J) 1982 7298 22809 62957
Eamax/Ev (%) 34.50 31.75 24.81 24.65
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
Năng lượng (J)23
Trường hợp xe đi với tay số 2 và vo=15km/h, năng lượng động năng
Ev=22984(J) thời gian phanh khoảng tph= 6(s), gia tốc phanh trung bình
avtb=0.64(m/s2), dầu thủy lực tích được Vf=0.00083 m3(0,83 lít), áp suất
tăng lên đến pg =89.75 (bar), năng lượng thu được Eamax = 7298(J), đạt tỉ lệ
thu α=31.75%;
Trường hợp xe đi với tay số 3 và vo=30km/h, năng lượng động năng
Ev=91937(J), thời gian phanh khoảng tph= 15(s), gia tốc phanh trung bình
avtb=0.56(m/s2), dầu thủy lực tích được Vf=0.00233 m3(2,33 lít), áp suất
tăng lên đến pg =99.63 (bar), năng lượng thu được Eamax = 22809(J), đạt tỉ
lệ thu α = 24.81%;
Trường hợp xe đi với tay số 4 và vo=50km/h, năng lượng động năng
Ev=255380(J), thời gian phanh khoảng tph= 35(s), gia tốc phanh trung bình
avtb=0.4(m/s2), dầu thủy lực tích được Vf=0.00517 m3(5,17 lít), áp suất
tăng lên đến pg =124,22 (bar), năng lượng thu được Eamax = 62957(J), đạt tỉ
lệ thu α=24.65%.
27 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 490 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt 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, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ết hợp với nghiên cứu thực nghiệm vật lý có tham khảo các kết quả
nghiên cứu ở trong nước và quốc tế.
+ Nghiên cứu lý thuyết: Mô hình lý thuyết phù hợp với môi trường
Matlab-Simulink được xây dựng, các đặc tính công tác được nghiên cứu và
đánh giá.
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Hệ thống được thiết kế, lựa chọn, chế tạo,
lắp đặt, thử nghiệm, tỉ lệ thu năng đã được đánh giá và so sánh với kết quả
nghiên cứu lý thuyết.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án đã vận dụng nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để
chỉ rõ cụ thể phương pháp thu năng lượng động năng trong quá trình phanh
xe chuyên dùng thu gom rác bằng hệ thống truyền động thủy lực sử dụng
bình áp năng thủy lực để tích trữ, năng lượng thu được sẽ được tái sử dụng
trên chính phương tiện xe đó.
Công nghệ phanh thu năng lượng động năng xe cơ giới ngày càng được
sử dụng rộng rãi ở nhiều nước, tuy nhiên ở nước ta nghiên cứu về công nghệ
này còn hạn chế, do đó nội dung nghiên cứu của luận án góp phần vào kho
nguồn tài liệu bổ trợ cho các nhà sản xuất xe chuyên dùng ở nước ta, thúc
đẩy sự phát triển hệ thống phanh thu động năng bằng hệ thống truyền động
thủy lực sử dụng bình áp năng thủy lực lắp trên dòng xe chuyên dùng thu
gom rác.
1.5. Các điểm mới của luận án đạt được
- Đề xuất được 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
tải trọng 2,5 tấn;
- 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;
- Đánh giá tỉ lệ thu năng của hệ thống phanh thu năng thủy lực trên xe
chuyên dùng thu gom rác loại 2,5 tấn theo chế độ vận hành xe như: thay đổi
tay số truyền - vận tốc xe, áp suất bình áp năng thủy lực và khối lượng xe;
6
- 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.
1.6. Cấu trúc của luận án: Trình bày trong 4 chương
2. NỘI DUNG CHÍNH
2.1 Mô hình hệ thống phanh thu năng thủy lực trên xe chuyên dùng thu
gom rác 2,5 tấn
2.1.1. Cấu hình hệ thống phanh thu năng thủy lực
Hình 2. 10 Cấu hình sơ đồ hệ thống phanh thu năng thủy lực trên xe chuyên
dùng thu gom chở rác 2,5 tấn
2.1.2. Mô hình quá trình phanh thu năng thủy lực
Hình 2. 2 Lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang
Phương trình cân bằng lực khi phanh xe trên đường nằm ngang (Hình
2.2) như sau:
Pj = Pp1 + Pp2+Ppp+ Pr1 + Pr2 + Pw+ Pη (2.5)
pacc
Bé ®iÒu khiÓn
Arduino Uno R3
V1
Br
pacc
CLPTO
CL
§éng c¬ Hép sè sµn
Hép
PTO
S¬ ®å bµn ®¹p phanh
V1
CL
1
2
3
4 5 6 8 9
7
ÐT4 (chÕ ®é off)
CLPTO
Phanh thu n¨ng lîng
Phanh thêng cña xe
10 11
Ly hîp
12
Ppp
v
P
jPw
Pr1 Z1 Z2
Pr2 Pp2
O
Y
x
ba
L
rbx
h
A B
h
w
bx
G
P
p1
7
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;
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 cách bánh xe sau;
Hình 2. 3 Sơ đồ quá trình phanh bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực
Tỉ lệ thu năng lượng
Để đánh giá khả năng thu năng của hệ thống phanh thu năng thủy
lực, 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)
M
bxp
Mp
§éng c¬ Hép sè MT
Hép PTO
B¬m thñy lùc
Thïng chøa dÇu
B×nh tÝch n¨ng
Ly hîp
i0
iptc
§êng truyÒn c«ng suÊt khi phanh
8
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:
Trong trường hợp thu 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
2.1.3. Một số phương án tái sử dụng năng lượng động năng
Năng lượng tích trữ được trong quá trình phanh thu năng có thể được tái
sử dụng hỗ trợ di chuyển hoặc phục vụ cơ cấu nâng hạ như cấu hình thể
hiện phương án hình 2.16 và Hình 2.22; Cấu hình này có thể được ứng dụng
trên dòng xe chuyên dùng tự đổ sử dụng thu gom rác và các xe chuyên dùng
có tính năng tương đương.
9
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)
Hình 2. 22 Sơ đồ hệ thống phanh thu năng thủy lực phương án thay cụm bơm
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
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
10
2.2 Khảo sát khả năng thu năng của hệ thống phanh thu năng thủy
lực bằng chương Matlab - Simulink trên xe chuyên dùng 2,5 tấn.
2.2.1. Kết quả trường hợp phanh khẩn cấp và phanh bằng hệ thống phanh
thu năng thủy lực
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
Hình 3. 1 Biểu đồ gia tốc xe trong
quá trình phanh trường hợp bằng
hệ thống thu năng và trường hợp
phanh khẩn cấp
Hình 3. 2 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. 6 Biểu đồ áp suất bình áp
năng trong quá trình phanh trường
hợp bằng hệ thống thu năng và
trường hợp phanh khẩn cấp
Với điều kiện vận tốc phanh ban đầu của xe vo=30km/h, xe không tải m
=1700kg (theo biểu thức (2.52) Ev =67631(J)) ta thấy:
- Trong trường hợp cần phanh khẩn cấp, hệ thống phanh cơ khí và hệ
thống phanh thu năng thủy lực cùng hoạt động, thông số quãng đường
phanh và gia tốc phanh đáp ứng được điều kiện an toàn cho xe (quãng
đường phanh Sph =9,33 5,0 m/s2), trong
11
trường hợp này hệ thống thu năng thủy lực cùng hoạt động và đã thu được
Ea =3079 (J) đạt tỉ lệ thu năng = 4.55%;
- Trong trường hợp nếu xe hoạt động được trong điều kiện đảm bảo, ta
có thể phanh hãm xe hoàn toàn bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực khi
đó năng lượng thu được lên đến Ea = 18429 (J) tỉ lệ thu năng tăng cao đạt
đến mức = 27,25%.
2.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của áp suất làm việc ban đầu khác nhau
pgo
Hình 3. 8 Biểu đồ vận tốc xe trong
quá trình phanh trường hợp pgo khác
nhau
Hình 3. 15 Biểu đồ áp suất bình áp
năng trong quá trình phanh trường
hợp pgo khác nhau
Với áp suất làm việc ban đầu của bình áp năng, với áp suất càng tăng thì
thời gian dừng xe tph cành nhanh (tph = 16,78; 13,8; 11,7; 10,2 s), tỉ lệ thu
năng α càng tăng lên (.
2.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của vận tốc phanh ban đầu khác nhau
Hình 3. 3 Biểu đồ vận tốc xe trong
quá trình phanh thu năng ở các
trường hợp vận tốc phanh ban đầu
khác nhau theo các tay số
Hình 3. 4 Biểu đồ áp suất bình áp
năng trong quá trình phanh thu ở các
trường hợp vận tốc phanh ban đầu
khác nhau theo các tay số
12
Kết quả đã phản ánh rõ ở tất cả các tay số về khả năng thu của hệ thống
thu năng thủy lực đều đạt được hiệu quả nhất định, tốc độ xe giảm (Hình
3.1), năng lượng thu được đều đạt được (Hình 3.2), tỉ lệ thu năng có sự ổn
định ở trong cùng tay số, tỉ lệ thu năng đạt được cao ở tay số thấp, giảm dần
ở tay số cao (Tay số 1, α 33%; Tay số 2, α 30%; Tay số 3, α 27%; Tay
số 4, α 24%; Tay số 5, α 22%). Với cùng vận tốc, tỉ lệ thu năng đạt được
cao ở tay số thấp;
2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xe
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi khối lượng xe theo 3
trường hợp khác nhau: m =1800; 2400; 3000kg, đã chỉ ra rằng với khối
lượng xe tăng lên, tỉ lệ thu năng lượng động năng có xu hướng giảm (α =
28,9%; 27,3%; 25,8%). Tuy nhiên mức chênh lệch tỉ lệ thu năng không lớn.
Hình 3. 5 Biểu đồ giá trị áp suất
bình áp năng trong quá trình
phanh thu năng trường hợp khối
lượng xe m =1800; 2400; 3000kg
Hình 3. 6 Biểu đồ miền giá vận tốc xe
trong quá trình phanh thu năng lượng xe
vo =30km/h, pgo=85bar, khối lượng xe m
=1800; 2400; 3000kg
2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng riêng bơm đến quá trình phanh
thu hồi năng lượng động năng
Hình 3. 42 Biểu đồ áp suất bình áp
năng trong quá trình phanh thu năng
lượng lưu lượng riêng dp khác nhau
Hình 3. 7 Biểu đồ vận tốc xe trong
quá trình phanh thu năng lượng xe
lưu lượng riêng dp khác nhau
13
Từ kết quả nghiên cứu quá trình phanh thu năng lượng động năng từ vận
tốc ban đầu phanh vo=30km/h, Ev =91937(J) trên xe mô hình để ở tay số
3, cùng áp suất bình áp năng thủy khí đặt ở 85(bar), nghiên cứu quá trình
phanh ở 3 trường hợp: dp=8.4cc/rev; 14cc/rev; 25cc/rev; ta nhận thấy, lưu
lượng riêng của bơm thủy lực càng lớn năng lượng thu được càng tăng (Ea
= 20059; 25066; 33265(J), tỉ lệ thu năng α = 21,8%; 27,3%; 36,2%).
2.3 Khảo sát quá trình tái sử dụng năng lượng từ bình áp năng
2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng riêng mô tơ thủy lực dm
Trong nghiên cứu này, ta sử dụng kết quả thu năng trong một lần phanh
ở tốc độ 30km/h, ở tay số 3, áp suất làm việc ban đầu pgo =85bar, kết quả
thu được áp suất pmax = 101,05 bar, với số liệu này ta sẽ đánh giá khả năng
tăng tốc xe khi hoạt động tái sử dụng năng lượng từ mức áp suất pmax =
101,05 bar giảm về đến áp suất dừng hoạt động hệ thống pstop= pgo =85bar.
Hình 3. 89 Biểu đồ vận tốc xe
trường hợp dm khác nhau
Hình 3. 91 Biểu đồ quãng đường di
chuyển xe trường hợp dm khác nhau
Nhận xét: Năng lượng áp năng thủy lực đã được sử dụng để di chuyển
xe ở tay số 1, thể hiện thông qua mức giảm áp suất của bình từ mức áp suất
101.05 bar về mức áp suất dừng pstop = 85 bar và lượng dầu thủy lực cung
cấp đến mô tơ thủy lực 2.53 (lit), với cả 2 trường hợp (dm =14cc/rev;
25cc/rev) thì di xe đều di chuyển được quãng đường nhất định (Skeo =13,96
m; 7,82 m), tuy nhiên với lưu lượng riêng càng lớn thì vận tốc xe đạt được
càng cao (vmax =4.98 m/s; 7,44 m/s).
2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng mức áp suất pga khác nhau
14
Thực tế trong quá trình vận hành xe, mức năng lượng hay mức áp suất
bình áp năng từ quá trình thu được là khác nhau, vì vậy ta cần nghiên cứu
ảnh hưởng mức áp suất bình áp năng đến khả năng tăng tốc xe, trong nghiên
cứu này luận án sẽ đánh giá quá trình tăng tốc xe theo các mức áp suất thu
được tích trữ bình áp năng pga =100bar; 125bar; 150bar. Năng lượng tái
được sử dụng về mức áp suất làm việc nhỏ nhất của bình, pstop =85 bar.
Hình 3. 97 Biểu đồ vận tốc xe
trường hợp pga khác nhau
Hình 3. 99 Biểu đồ quãng đường di
chuyển xe trường hợp pga khác nhau
Nhận xét: Kết quả trường hợp khởi hành xe (tay số 1) từ nguồn năng
lượng bình áp năng theo các mức áp suất khác nhau, một lần nữa đã thể
hiện rõ hơn về khả năng tái sử dụng của hệ thống. Với mức áp suất thu được
từ quá trình phanh khác nhau càng lớn (pga= 100; 125;150bar) thì quãng
đường di chuyển tăng (Skeomax=13; 29; 40 m), vận tốc xe lớn nhất tăng (vxemax
=4,79; 8,47; 11,19 km/h).
2.4 Nghiên cứu thực nghiệm
2.4.1 Mục đích và phạm vi nghiên cứu
Mục đích thực nghiệm
Trong nghiên cứu của luận án, chương 4 cần đạt được mục tiêu sau:
Đánh giá tính khả thi của mô hình đề xuất, đồng thời kiểm chứng mô hình
lý thuyết đã được nghiên cứu ở chương 2, 3 của luận án.
Phạm vi thực nghiệm
15
Thí nghiệm đo các thông số cơ bản là áp suất bình áp năng thủy lực và
vận tốc xe trong quá trình phanh từ vận tốc phanh ban đầu vo đến khi dừng
xe theo các trường hợp:
- Thay đổi áp suất làm việc ban đầu của bình áp năng thủy lực;
- Thay đổi vận tốc xe theo các tay số tương ứng;
- Thay đổi khối lượng xe khác nhau.
2.4.2 Đối tượng thực nghiệm và phương pháp đo
2.4.2.1 Đối tượng thực nghiệm
Đối tượng xe ô tô chuyên dụng thu gom rác loại 2,5 tấn
Từ kết quả khảo sát ở chương 3, các thiết bị trên hệ thống phanh thu
năng lượng đã được lựa chọn phù hợp với mô hình xe thực nghiệm.
Hình 4. 2 Ảnh bơm bánh
răng thủy lực trên xe
Hình 4. 3 Ảnh van thủy lực điều
khiển
Hình 4. 4 Ảnh thiết bị đồ hồ đo áp suất, cảm biến thủy lực và công tắc áp suất
trên hệ thống
16
Hình 4. 5 Ảnh thùng chứa dầu thủy lực và nguồn điện ắc quy
Để điều khiển hoạt động của hệ thống trong quá trình phanh, bộ điều
khiển đã được thiết kết bằng chương trình Proteus và sử dụng Card Arduino
Uno R3 đã được nạp code chương trình hoạt động theo lưu đồ thuật toán
điều khiển như sơ đồ hình 4.7. Vì tín hiệu điều khiển từ Card Arduino Uno
R3 có điện áp tối đa 5V, do đó để điều khiển hoạt động van điện từ điện áp
24V, luận án đã chế tạo thêm phần mạch khuếch đại công suất ta sử dụng
transitor công suất (xem hình 4.6).
Hình 4. 6 Ảnh bộ điều khiển sử dụng mạch
Arduino Uno R3 gắn trên ca bin xe
Hình 4. 7 Lưu đồ thuật toán
điều khiển mô hình hệ thống
thu năng thủy lực
2.4.2.2 Phương pháp đo
Thông số cơ bản trong quá trình đo là áp suất bình áp năng thủy lực
và vận tốc xe được đã được xây dựng.
Đo vận tốc xe
B¾t ®Çu
Cã CLPTO?
Có Br ? Pacc < Pmax?
Göi tÝn hiÖu ®Õn V1
Sai
KÕt thóc
§óng
§óng
Sai
Sai
§óng
ChÕ ®é t¸i
sö dông
Có CL ?
Sai
§óng
KÕt nèi PTO
17
Để đo vận tốc xe trong quá trình phanh xe, luận án đã xây dựng hệ thống
đo có dạng như sơ đồ như Hình 4.8;
Hình 4. 8 Sơ đồ cấu trúc đo vận tốc xe trên mô hình thí nghiệm xe chuyên
dùng
Hệ thống đo được thực hiện dựa trên nguyên lý đếm xung, cánh xung
bằng thép được gắn ở đầu trục bánh xe, mỗi lần cánh xung quay đến vị trí
lắp cảm biến tiệm cận (cảm biến từ điện), cảm biến hoạt động xác nhận
bằng tín hiệu dạng điện áp, tín hiệu này có mức điện áp theo nguồn điện
cấp (tác giả sử dụng nguồn điện 12V có sẵn trên ô tô để cấp cho cảm biến).
Điện áp tiếp nhận cổng digital ở mạch Arduino có mức điện áp tối đa 5V,
do đó ta sử dụng linh kiện điện tử bộ cách ly quang PC817 [65] [66] để
chuyển đổi hạ áp sang tín hiệu có mức điện áp phù hợp với mạch Arduino
5V, nguồn 5V được lấy từ bo mạch Arduino, tín hiệu này được cung cấp
đến chân digital số 2 trên mạch Arduino, từ tín hiệu dạng xung này thông
qua chương trình đã được viết và nạp vào mạch Arduino ta sẽ đo được vận
tốc xe theo thời gian thực, giá trị đo được là vận tốc (km/h) theo trục thời
gian giây (s).
Đo áp suất bình áp năng thủy khí
Để đo áp suất bình áp năng thủy khí trên phương tiện di chuyển, luận án
đã xây dựng được mô hình đo số liệu áp suất bình tích năng thủy lực
của hệ thống phanh có sơ đồ như Hình 4.9.
Hệ thống đo áp suất bình áp năng thủy lực được xây dựng sử dụng Card
Arduino kết nối với máy tính, thông qua chương trình Matlab được mở rộng
chạy thêm nền tảng ứng dụng Arduino IO để kết nối chương trình Matlab
với card Arduino thông qua cổng USB để thu nhận dữ liệu từ cảm biến theo
18
thời gian thực, tín hiệu từ cảm biến là dạng điện áp được cấp đến chân
Analog A0 trên Card Arduino Uno R3. Kết quả giá trị tín hiệu đo được theo
đơn vị áp suất là bar, trục thời gian là giây (s).
Hình 4. 9 Sơ đồ cấu trúc đo áp suất bình áp năng thủy khí trên mô hình thí
nghiệm xe chuyên dùng
2.5 Kết quả thực nghiệm
Kết quả giá trị đo được là giá trị áp suất bình áp năng thủy khí (giá trị
tín hiệu đo) là bar, giá trị tín hiệu đo vận tốc xe trong quá trình phanh thu
năng lượng động năng là km/h và trục thời gian là giây, trên cơ sở quy
hoạch thực nghiệm ta có được kết quả thí nghiệm:
2.5.1 Kết quả thực nghiệm 1: Thực nghiệm ảnh hưởng của áp suất làm
việc ban đầu đến quá trình phanh thu năng lượng động năng
Hình 4. 10 Biểu đồ quá trình giảm tốc độ trong quá trình phanh xe thu
năng lượng xe chạy ở tay số 3, theo 3 mức pgo khác nhau
-
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7
V
ận
t
ốc
(
k
m
/h
)
Thời gian(s)
Test, pgo=75bar
Test, pgo=85bar
Test, pgo=95bar
19
Từ kết quả trên cho ta thấy, từ vận tốc phanh ban đầu quá trình phanh
thu năng diễn ra:
Trường hợp 1: ở mức áp suất pgo=75 bar, thời gian phanh là 16s, gia tốc
phanh trung bình là 0,52 (m/s2);
Trường hợp 2: ở mức áp suất pgo=85 bar, thời gian phanh là 15s; gia tốc
phanh trung bình 0,56 (m/s2);
Trường hợp 3: ở mức áp suất pgo= 95 bar, thời gian phanh là 14s, gia tốc
phanh trung bình là 0,60 (m/s2);
Hình 4. 11 Biểu đồ áp suất bình áp năng thủy khí trong quá trình phanh xe
thu năng lượng với mức pgo khác nhau.
Hình 4. 12 Biểu đồ thể tích dầu thu được trong quá trình phanh xe thu năng
lượng với mức pgo khác nhau.
-
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8
Á
p
s
u
ất
(
ba
r)
Thời gian (s)
Thực nghiệm, pgo=95bar
Thực nghiệm, pgo=85bar
Thực nghiệm, pgo=75bar
2.51
2.33
2.14
1.90
2.00
2.10
2.20
2.30
2.40
2.50
2.60
Thực nghiệm, pgo=75bar Thực nghiệm, pgo=85bar Thực nghiệm, pgo=95bar
T
hể
t
íc
h
dầ
u
(l
it
)
20
Hình 4. 13 Biểu đồ tỉ lệ thu năng trong quá trình phanh xe thu năng lượng với
mức pgo khác nhau.
Khi xe phanh ở tốc độ ban đầu 30km/h, năng lượng động năng của xe ở
vận tốc ban đầu Ev tính theo công thức tính (3.43) là 91937(J), từ Hình
4.11, 4.12 và 4.13 chỉ ra rằng:
Trường hợp 1: ở áp suất pgo=75 bar, áp suất thu được lớn nhất là 88(bar),
thể tích dầu thủy lực thu được 2,51(lít), năng lượng thu được 21600(J) đạt
tỉ lệ 23.49%;
Trường hợp 2: ở áp suất pgo=85 bar, áp suất thu được lớn nhất là
99.63(bar), thể tích dầu thủy lực thu được 2,33(lít), năng lượng thu được
22809(J) đạt tỉ lệ 24.81%;
Trường hợp 3: ở áp suất pgo=95 bar, áp suất thu được lớn nhất là
111.26(bar), thể tích dầu thủy lực thu được 2,14(lít), năng lượng thu được
23408(J) đạt tỉ lệ 25.46%;
2.5.2 Kết quả thực nghiệm 2: Thực nghiệm phanh thu năng lượng xe
theo vận tốc ban đầu phanh khác nhau theo tay số tương ứng.
Thực nghiệm,
pgo=75bar
Thực nghiệm,
pgo=85bar
Thực nghiệm,
pgo=95bar
Ev (J) 91,937 91,937 91,937
Eamax (J) 21,600 22,809 23,408
Eamax/Ev (%) 23.49 24.81 25.46
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
N
ăn
g
lư
ợ
n
g(
J)
21
Hình 4. 14 Biểu đồ áp suất bình áp năng thủy khí trong quá trình phanh xe
thu năng lượng theo tay số và vận tốc vo khác nhau
Hình 4. 15 Biểu đồ vận tốc xe trong quá trình phanh thu năng lượng theo tay
số và vận tốc phanh ban đầu vo khác nhau
-
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Á
p
su
ất
b
ìn
h
á
p
n
ăn
g
(b
ar
)
Thời gian(s)
Test, No 1 (Vo = 7.5 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 2 (Vo = 15 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 3 (Vo = 30 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 4 (Vo = 50 km/h, pgo = 85bar)
-
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
V
ận
t
ố
c(
k
m
/h
)
Thời gian(s)
Test, No 1 (Vo = 7.5 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 2 (Vo = 15 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 3 (Vo = 30 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 4 (Vo = 50 km/h, pgo = 85bar)
22
Hình 4. 1 Biểu đồ thể tích dầu thủy lực thu được trong bình tích áp năng thủy khí
theo các tay số và vận tốc phanh ban đầu vo tương ứng.
Hình 4. 17 Biểu đồ năng lượng thu được Eamax và tỉ lệ thu năng α (%) theo
động năng Ev(J) ở vo ban đầu tương ứng.
Từ một số kết quả tổng hợp ở thí nghiệm 2 được thể hiện thông qua biểu
đồ Hình 4.15; 4.16; 4.17 và 4.18 đã chỉ ra được khả năng thu hồi năng lượng
của mô hình hệ thống phanh thu năng lượng động năng ở các tay số theo
tốc độ tương ứng:
Trường hợp xe đi với tay số 1, vận tốc phanh ban đầu vo=7.5km/h, năng
lượng động năng Ev=5746(J), thời gian phanh khoảng tph= 2(s), gia tốc
phanh trung bình avtb=1.04(m/s2), dầu thủy lực thu được được Vf=0.00023
m3(0,23 lit), áp suất tăng lên đến pg =86,3 (bar), năng lượng thu được Eamax
= 1982(J), đạt tỉ lệ thu α = 34.5%;
0.23
0.83
2.33
5.17
-
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Test, No 1 (Vo = 7.5
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 2 (Vo = 15
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 3 (Vo = 30
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 4 (Vo = 50
km/h, pgo = 85bar)
Test, No 1
(Vo = 7.5
km/h, pgo =
85bar)
Test, No 2
(Vo = 15
km/h, pgo =
85bar)
Test, No 3
(Vo = 30
km/h, pgo =
85bar)
Test, No 4
(Vo = 50
km/h, pgo =
85bar)
Ev (J) 5746 22984 91937 255380
Eamax (J) 1982 7298 22809 62957
Eamax/Ev (%) 34.50 31.75 24.81 24.65
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
N
ăn
g
lư
ợ
n
g
(J
)
23
Trường hợp xe đi với tay số 2 và vo=15km/h, năng lượng động năng
Ev=22984(J) thời gian phanh khoảng tph= 6(s), gia tốc phanh trung bình
avtb=0.64(m/s2), dầu thủy lực tích được Vf=0.00083 m3(0,83 lít), áp suất
tăng lên đến pg =89.75 (bar), năng lượng thu được Eamax = 7298(J), đạt tỉ lệ
thu α=31.75%;
Trường hợp xe đi với tay số 3 và vo=30km/h, năng lượng động năng
Ev=91937(J), thời gian phanh khoảng tph= 15(s), gia tốc phanh trung bình
avtb=0.56(m/s2), dầu thủy lực tích được Vf=0.00233 m3(2,33 lít), áp suất
tăng lên đến pg =99.63 (bar), năng lượng thu được Eamax = 22809(J), đạt tỉ
lệ thu α = 24.81%;
Trường hợp xe đi với tay số 4 và vo=50km/h, năng lượng động năng
Ev=255380(J), thời gian phanh khoảng tph= 35(s), gia tốc phanh trung bình
avtb=0.4(m/s2), dầu thủy lực tích được Vf=0.00517 m3(5,17 lít), áp suất
tăng lên đến pg =124,22 (bar), năng lượng thu được Eamax = 62957(J), đạt tỉ
lệ thu α=24.65%.
2.5.3 Kết quả thực nghiệm 3: Thực nghiệm thay đổi khối lượng xe
Với vận tốc phanh ban đầu vo = 30km/h, xe ở tay số 3, thay đổi khối
lượng xe ở trường hợp m =1800kg và m=2400kg, kết quả thí 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
-
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6
V
ận
t
ố
c
(k
m
/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
24
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.
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. 21Biểu đồ năng lượng thu được Eamax và tỉ lệ thu năng α (%) ở các
trường hợp thay đổi khối lượng xe.
Từ kết quả thí nghiệm 3 được thể hiện ở biểu đồ Hình 4.18, 4.19, 4.20
và 4.21, nhận xét kết quả nhận được như sau:
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
Á
p
s
uấ
t
(b
ar
)
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
-
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)
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
N
ăn
g
l
ư
ợ
n
g
(
J)
25
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/
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- tom_tat_luan_an_nghien_cuu_cong_nghe_thu_hoi_de_tai_su_dung.pdf