Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền lực thủy lực trên xe chuyên dụng

TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC THỦY LỰC TRÊN XE CHUYÊN DỤNG

Khái niệm chung về ô tô máy kéo và xe chuyên dụng

1.1.1 Khái niệm a) Khái niệm chung Ô tô, máy kéo và xe chuyên dụng là các xe tự hành, chúng được thiết kế và chế tạo để hoàn thành các dạng công việc khác nhau, do công dụng và tính chất công việc không giống nhau nên mặc dù có đặc điểm chung là xe tự hành song chúng có kết cấu cụ thể, cũng như được trang bị thiết bị đặc biệt để thực hiện các công việc riêng, vì vậy chúng rất đa dạng về chủng loại và phong phú về kết cấu Để giảm nhẹ cường độ lao động, đặc biệt trong các lĩnh vực cần chi phí nhân công lớn như san ủi, đào mương, bốc xếp hàng, thu hoạch gỗ… người ta trang bị máy công tác chuyên dụng lắp cho máy kéo hoặc ô tô, khi đó máy kéo hoặc ô tô được gọi là xe chuyên dụng dùng để hoàn thành công việc với hiệu suất cao b) Khái niệm xe chuyên dụng

Xe chuyên dụng là loại phương tiện bao gồm ôtô, máy kéo và đầu kéo, được thiết kế để thực hiện các công việc đặc thù trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, khai thác mỏ, vận chuyển và bốc xếp hàng hóa Khác với ô tô và máy kéo thông thường, xe chuyên dụng được liên kết với các máy công tác chuyên dụng nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế trong các nhiệm vụ như đào mương, xúc đất đá và san ủi mặt bằng Xe chuyên dụng bao gồm hai phần chính: xe cơ sở và máy công tác chuyên dụng đi kèm.

1.1.2 Phân loại ô tô máy kéo và xe chuyên dụng Để đáp ứng những yêu cầu về sử dụng và nâng cao hiệu quả kinh tế của xe máy, người ta đã chế tạo ra rất nhiều loại ô tô, máy kéo và xe chuyên dụng khác nhau về công suất, tính năng sử dụng, tính năng kỹ thuật và khác nhau về kết cấu Thông thường ô tô, máy kéo và xe chuyên dụng được phân loại như sau: a) Phân loại ô tô

Ô tô được phân loại dựa trên công dụng, loại động cơ và tính năng, bao gồm ô tô du lịch, ô tô tải và ô tô chuyên dùng Ngoài ra, ô tô cũng được phân chia theo loại nhiên liệu sử dụng, như nhiên liệu lỏng, khí và điện Bên cạnh đó, có sự phân loại ô tô theo tính năng cơ động, với ô tô có tính năng cơ động thấp và ô tô có tính năng cơ động cao.

- Theo công dụng phân máy kéo thành các loại chính: máy kéo dùng trong nông nghiệp (máy kéo công dụng chung, vạn năng và chuyên dùng) và công nghiệp

- Theo cấu tạo bộ phận di động được phân thành các loại: máy kéo bánh bơm, máy kéo xích và máy kéo nửa xích

- Theo kết cấu của khung chia thành các loại sau: máy kéo có khung, máy kéo nửa khung và máy kéo không khung

Máy kéo được phân loại dựa trên loại động cơ sử dụng, bao gồm ba loại chính: máy kéo sử dụng động cơ diesel, máy kéo sử dụng động cơ xăng và máy kéo sử dụng động cơ điện.

Máy kéo được phân loại theo lớp lực kéo, với các mức như 0,2; 0,6; 0,9; 1,4; 2; 3; 4; 5; 6; 9; và 15 tấn Những máy kéo có lực kéo trên 6 tấn thường được sử dụng trong công nghiệp, trong khi máy kéo từ 0,2 đến 1,4 tấn thường là loại bánh bơm Các loại máy kéo có lực kéo từ 2 đến 5 tấn có thể là loại bánh hoặc xích, còn loại có lực kéo trên 6 tấn chủ yếu là xích hoặc nửa xích Xe chuyên dụng là các thiết bị tự hành, với phần máy cơ sở gồm nhiều bộ phận và hệ thống giống nhau như động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh và hệ thống di động Sự phân loại xe chuyên dụng thường dựa vào loại xe và loại công việc mà chúng thực hiện.

Xe chuyên dụng được phân loại dựa trên loại xe cơ sở mà chúng được lắp đặt, bao gồm xe ô tô chuyên dụng và máy kéo chuyên dụng, chẳng hạn như ô tô hoặc máy kéo cần cẩu Ngoài ra, xe chuyên dụng còn được phân loại theo hệ thống di động của xe cơ sở, bao gồm xe chuyên dụng dùng xích, xe chuyên dụng dùng bánh lốp hoặc xe chuyên dụng kết hợp cả bánh lốp và bánh xích.

- Theo loại công việc mà xe chuyên dụng đảm nhận, dựa vào loại công việc mà xe chuyên dụng cần hoàn thành, chia ra:

Xe chuyên dụng là phương tiện thiết yếu cho việc vận chuyển hàng hóa, bao gồm ô tô vận chuyển và trộn bê tông, máy kéo, cũng như ô tô tự đổ Ngoài ra, xe với rơmoóc cũng được sử dụng để chở các hàng hóa đặc biệt siêu trường và siêu nặng.

Xe chuyên dụng là thiết bị quan trọng trong việc làm đất, bao gồm máy kéo xích, ô tô và máy kéo bánh Những phương tiện này được trang bị các máy công tác đặc biệt để thực hiện các nhiệm vụ như đào đất, san ủi, cạp đất và xúc đất, góp phần nâng cao hiệu quả trong các công trình xây dựng và nông nghiệp.

Xe bốc xếp hàng hóa bao gồm các loại xe nâng hàng sử dụng động cơ điện hoặc động cơ diesel, xe xúc lật có khả năng đổ hàng phía trước hoặc phía sau, cùng với xe cần cẩu.

Xe công dụng đặc biệt được trang bị các thiết bị chuyên dụng để thực hiện những nhiệm vụ cụ thể như cứu hỏa, cứu thương và thu hoạch gỗ Những loại xe này đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu khẩn cấp và hỗ trợ các hoạt động sản xuất, góp phần nâng cao hiệu quả công việc.

- Theo phương pháp điều khiển máy công tác phân thành các loại: xe chuyên dụng điều khiển cơ khí, điều khiển thủy lực hay điều khiển khí nén…

Xe chuyên dụng là tổ hợp của một loạt các hệ thống, gồm những bộ phận chính như sau:

- Động cơ (Bộ phận tạo nguồn động lực chính cho xe); Khung và bệ máy;

- Hệ thống truyền lực; Hệ thống di động và hệ thống treo;

- Hệ thống điều khiển bao gồm hệ thống lái, hệ thống phanh và hệ thống điều khiển máy công tác kéo theo;

- Cơ cấu quay máy công tác (hoặc quay toa xe);

- Các thiết bị phụ trợ, an toàn, chiếu sáng, tín hiệu hoặc các thiết bị điều khiển điện tử để xử lý số liệu và điều khiển tự động.

Các hệ thống truyền lực trên xe chuyên dụng

Hệ thống truyền lực (HTTL) trên xe chuyên dụng là một tổ hợp các cơ cấu và hệ thống, có chức năng truyền mô men quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động HTTL không chỉ biến đổi trị số và chiều của mô men quay mà còn cho phép xe dừng lâu mà động cơ vẫn hoạt động Hệ thống này cũng có khả năng trích một phần công suất từ động cơ để cung cấp cho bộ phận làm việc của máy công tác Tùy thuộc vào cấu tạo của từng loại xe, HTTL có thể có nhiều thiết kế khác nhau.

1.2.2 Hệ thống tuyền lực có cấp (truyền lực cơ khí)

Người lái thường ngồi phía sau để quan sát các máy công tác, vì vậy khớp nối 2 được bố trí giữa ly hợp 1 và hộp số 3, giúp hộp số máy kéo nằm ngay dưới buồng lái, tạo điều kiện cho cơ cấu điều khiển hộp số đơn giản và thuận tiện Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của thiết kế này là số cấp số hạn chế, không đáp ứng được đầy đủ các điều kiện chuyển động.

Hệ thống truyền lực có cấp bao gồm nhiều thành phần quan trọng như cầu sau chủ động, hai cầu chủ động và máy kéo xích Các bộ phận chính trong hệ thống này bao gồm ly hợp, khớp nối, hộp số, truyền lực chính, vi sai, truyền lực cuối cùng, bán trục, cầu sau, hộp phân phối, truyền lực cac đăng, bộ truyền bánh răng nón, bộ phận chuyển hướng, bánh sao chủ động và dải xích Sơ đồ hệ thống này thể hiện cách thức hoạt động và kết nối giữa các thành phần để đảm bảo hiệu suất truyền lực hiệu quả.

1.2.3 Hệ thống tuyền lực vô cấp

Truyền lực vô cấp có khả năng điều chỉnh tỷ số truyền một cách liên tục, từ giá trị cao nhất khi khởi động hoặc khi tải trọng tăng đến giá trị thấp nhất khi tải trọng giảm Nhờ đó, động cơ luôn hoạt động ở chế độ tải trọng định mức với mức tiêu thụ nhiên liệu tối ưu Nó cũng thực hiện chức năng của một hộp số tự động, tự động thay đổi tỷ số truyền một cách êm ái và liên tục theo tải trọng của động cơ, giúp xe đạt hiệu suất gia tốc tối đa, vượt trội hơn so với hộp số tự động phân cấp.

Nguyên lý cấu tạo của bộ truyền lực vô cấp kiểu truyền đai bao gồm hai loại tỷ số truyền: tỷ số truyền lớn và tỷ số truyền nhỏ Bộ truyền này được cấu thành từ các thành phần chính như bánh đai chủ động, bánh đai bị động, đai thang và bộ điều khiển.

Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp kiểu đĩa quay với con lăn bao gồm ba phần chính: đĩa chủ động, đĩa tỳ và đĩa bị động Hệ thống này có khả năng điều chỉnh tỷ số truyền, với ba trạng thái: tỷ số truyền bằng 1, tỷ số truyền lớn nhất và tỷ số truyền nhỏ nhất.

Hình 1-4 Sơ đồ HTTL vô cấp kiểu truyền lực thủy tĩnh: 1-Bơm thủy tĩnh; 2- Môtơ; 3- Truyền lực chính (hoặc bánh xe động cơ)

Các bộ truyền thủy động hiện nay trong hệ thống truyền lực thường có hai loại chính: ly hợp thủy lực và bộ biến đổi mô men quay Bộ truyền thủy động đơn giản bao gồm bánh công tác, bánh bơm và bánh tuabin, thường được gọi là khớp thủy lực hoặc ly hợp thủy lực Trong hệ thống này, trị số mômen chủ động M1 được truyền từ bơm 1, trong khi mômen bị động M2 tại bánh tuabin 2 luôn giữ giá trị bằng nhau.

Bài viết trình bày nguyên lý kết cấu của các bộ truyền động thủy động, bao gồm nhiều loại ly hợp và bộ biến mô Cụ thể, có ly hợp thủy lực đơn giản, ly hợp thủy lực có vách ngăn, và ly hợp thủy lực có buồng thoát Ngoài ra, còn có các loại bộ biến mô như bộ biến mô một cấp với tuốc bin hướng tâm và dọc trục, bộ biến mô có tuốc bin ly tâm, cũng như các bộ truyền thủy động phối hợp với một hoặc hai bánh phản lực Cuối cùng, bài viết cũng đề cập đến bộ biến mô hai cấp và ba cấp, với các thành phần chính như bánh bơm, bánh tuốc bin, bánh phản lực, cơ cấu vách ngăn, buồng thoát, và khớp một chiều.

Truyền lực thủy tĩnh là hệ thống sử dụng chất lỏng áp suất cao để truyền lực từ động cơ đến cầu chủ động hoặc bánh xe của ô tô và máy kéo Hệ thống này bao gồm hai bộ phận chính: bơm và mô tơ thủy tĩnh, được kết nối qua ống dẫn và van điều khiển Động cơ đốt trong cung cấp cơ năng cho bơm, giúp bơm chuyển đổi cơ năng thành thủy năng (áp năng) của dầu Dầu áp suất cao sau đó được dẫn vào mô tơ, nơi mô tơ biến đổi thủy năng thành cơ năng, vận hành bánh chủ động của ô tô, máy kéo hoặc các thiết bị chuyên dụng.

Truyền động thủy tĩnh trong hệ thống truyền lực của ô tô máy kéo có khả năng thay thế cả ly hợp và hộp số, đồng thời có thể đảm nhiệm chức năng của truyền lực chính và vi sai trong một số trường hợp Hệ thống truyền lực thủy tĩnh cho phép điều chỉnh liên tục mô men quay và tốc độ di chuyển của ô tô máy kéo.

HTTL điện cơ bao gồm hai phần chính: bộ truyền lực điện và bộ giảm tốc cơ khí Trong hệ thống này, máy phát điện được đặt sau động cơ đốt trong, cho phép dòng điện từ máy phát truyền tới động cơ điện Khi động cơ điện quay, nó tạo ra mô men, và mô men này được truyền đến các bánh xe chủ động thông qua bộ truyền cơ khí.

HTTL điện cơ có thể được thực hiện theo hai sơ đồ khác nhau Sơ đồ 1 - 6 a cho thấy truyền động từ động cơ điện đến các bánh xe chủ động tương tự như HTTL có cấp (cơ khí) Trong khi đó, sơ đồ 1 - 6 b mô tả trường hợp dẫn động độc lập, trong đó mỗi bánh xe chủ động được trang bị một động cơ điện và bộ phận giảm tốc Phương án dẫn động độc lập này mang lại ưu điểm về tính gọn nhẹ, khi toàn bộ hệ thống truyền động điện cơ được tích hợp ngay trong lòng bánh xe chủ động.

Hệ thống truyền lực điện cơ bao gồm các thành phần chính như động cơ, máy phát điện, động cơ điện, trục các đăng, truyền lực chính và bộ vi sai, bán trục, dây dẫn điện, cùng với động cơ điện và hộp giảm tốc Các phần này hoạt động phối hợp để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của hệ thống truyền động.

Truyền động điện cơ là công nghệ phổ biến trên các xe tự đỗ siêu nặng tại các mỏ và công trường lớn Bên cạnh đó, nó cũng được ứng dụng trên một số ô tô và đoàn xe nhiều cầu chủ động, khi các hệ thống truyền lực khác trở nên cồng kềnh và nặng nề.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống truyền lực thủy tĩnh (TLTT)

Hình 1-7 Sơ đồ cấu tạo bộ truyền thủy tĩnh bơm, mô tơ dạng pittông

Hình 1-8 Cấu tạo bộ truyền thủy tĩnh với bơm chuyển đổi biến đổi và mô tơ chuyển đổi cố định

Dựa vào loại bơm thủy tĩnh và mô tơ, có thể phân chia TLTT thành các loại chính: bơm bánh răng ăn khớp trong hoặc ăn khớp ngoài, bơm và mô tơ dạng pittông, cùng với bơm và mô tơ dạng mấu cam.

Dựa vào dạng liên kết giữa bơm và mô tơ người ta chia TLTT hay hộp số thủy tĩnh ra làm bốn loại cơ bản sau:

- Bơm chuyển đổi cố định truyền dầu áp suất cao (truyền động) cho mô tơ chuyển đổi cố định;

- Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định;

- Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi;

- Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi

Trong HTTL của xe chuyên dụng, TLTT được dùng phổ biến nhất là loại bơm và mô tơ dạng pittông hướng trục

1.3.2 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của TLTT dạng pittông hướng trục

Có nhiều loại truyền lực thủy tĩnh và bơm thủy tĩnh khác nhau, trong đó loại truyền lực thủy tĩnh (TLTT) dạng pittông được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống truyền lực của ôtô, máy kéo và xe chuyên dụng hiện nay Nguyên lý cấu tạo của TLTT dạng pittông là yếu tố quan trọng trong việc hiểu rõ cách thức hoạt động của hệ thống này.

Nguyên lý cấu tạo và sơ đồ cấu tạo của TLTT dạng pittông được trình bày trên hình 1-7 và hình 1-8

Trong truyền lực thủy tĩnh, các pittông đóng vai trò quan trọng trong việc truyền lực giữa các pittông khác trong mô tơ Tất cả các pittông nằm trong cùng một khối xylanh và quay quanh một trục, đồng thời chúng cũng di chuyển song song với trục hình học của khối xylanh.

Hình 1-7 mô tả cấu tạo của bộ truyền thủy tĩnh bao gồm một pittông bơm và một pittông mô tơ Để thực hiện chuyển động qua lại và chức năng biến đổi năng lượng, tốc độ cũng như chiều chuyển động, người ta gắn một bộ phận gọi là cam mặt đầu vào đầu của bơm và mô tơ, với một đầu của các pittông tựa khớp với mặt cam này.

Cụm bơm - mô tơ là thành phần chủ yếu trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh, bên cạnh đó còn có các bộ phận khác như thùng dầu, bơm nạp, bộ lọc dầu, bộ phận làm mát và hệ thống điều khiển.

Hình 1-9 Sơ đồ liên kết các bộ phận trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh b) Tính chất truyền lực của TLTT

Chúng ta sẽ xem xét hoạt động của TLTT dạng pittông trong các sơ đồ biến đổi như sau:

Trong truyền lực thủy tĩnh, công suất đầu vào của bơm luôn tương đương với công suất đầu ra trên trục mô tơ cộng với tổn thất thủy lực trong hệ thống Do tổn thất thủy lực thường rất nhỏ, nên có thể coi rằng Nb = Nm.

Hình 1-10 Phương án liên kết bơm với môtơ: a) Bơm chuyển đổi cố định -

Mô tơ chuyển đổi cố định; b) Bơm chuyển đổi biến đổi - Mô tơ chuyển đổi cố định

Phương án 1 sử dụng bơm chuyển đổi cố định kết hợp với mô tơ chuyển đổi cố định, tạo thành một bộ truyền bánh răng với tỷ số truyền bằng 1 Trong phương án này, mô men và tốc độ của đầu vào và đầu ra luôn tương đương nhau, miễn là kích thước hình học của bơm và mô tơ là giống nhau.

Phương án 2 sử dụng bơm chuyển đổi biến đổi với mô tơ chuyển đổi cố định, cho phép cam mặt đầu của bơm thay đổi từ trạng thái thuận sang trạng thái đổi chiều quay Khi tốc độ trục bơm không đổi, tốc độ đầu ra sẽ thay đổi trong khi mômen xoắn giữ nguyên Phương án này mang lại bộ truyền có tốc độ đầu ra biến đổi nhưng mômen xoắn vẫn cố định.

Hình 1-11 Phương án liên kết bơm với môtơ a) Bơm chuyển đổi cố định-

Mô tơ chuyển đổi biến đổi; b) Bơm chuyển đổi biến đổi-Mô tơ chuyển đổi biến đổi

Phương án 3 sử dụng bơm chuyển đổi cố định kết hợp với mô tơ chuyển đổi biến đổi, dẫn đến sự thay đổi tốc độ đầu ra Khi mômen ở đầu vào cố định và sự chuyển đổi của mô tơ tăng, tốc độ đầu ra sẽ tăng nhưng mômen xoắn ở đầu ra sẽ giảm, và ngược lại.

Phương án 4: Bơm chuyển đổi biến đổi - mô tơ chuyển đổi biến đổi cho phép quá trình biến đổi mômen và tốc độ giữa bơm và mô tơ linh hoạt hơn, có khả năng nhận được nhiều sự phối hợp như các phương án trước đó Tuy nhiên, nhược điểm lớn của phương án này là cấu tạo phức tạp và chi phí cao, do đó chỉ được áp dụng cho một số loại xe có công dụng đặc biệt.

1.3.3 Đảo chiều quay trong mạch bơm - môtơ Để thực hiện đảo chiều quay của trục truyền lực ra, ta có thể thay đổi vị trí cam mặt đầu của bơm hoặc của mô tơ chuyển đổi biến đổi (hình 1-12) Khi cam mặt đầu của bơm hoặc mô tơ ở vị trí thẳng đứng, mặt phẳng cam vuông góc với đường tâm của pittông, khi đó lưu lượng của dầu ở đầu ra của bơm bằng không, trục ra không quay, ôtô máy kéo ở vị trí số không Khi cam mặt đầu nghiêng đi về một phía (hình 1-12a) lúc đó đường dầu vào và ra có một chiều xác định, chiều quay của trục ra có chiều nhất định giả sử đó là chiều tiến - ta có chuyển động tiến của xe

Hình 1-12 Chuyển động tiến và lùi của ôtô, máy kéo được thực hiện nhờ bơm hay mô tơ chuyển đổi biến đổi

Khi điều khiển cam mặt đầu di chuyển ngược lại với vị trí (a) như hình 1-12 c, các đường dẫn dầu vào và ra sẽ bị đảo ngược, dẫn đến việc ô tô máy kéo thực hiện chuyển động lùi.

Từ vị trí cam mặt đầu của bơm chuyển đổi biến đổi, khi nghiêng tối đa theo hướng tiến với tốc độ tối đa, đến vị trí nghiêng tối đa khi chuyển động lùi với tốc độ tối đa, cam mặt đầu sẽ đi qua vị trí "0", hay còn gọi là số không.

Việc thay đổi chiều chuyển động là hợp lý, nhưng cần giảm tốc độ tiến về vị trí "0" trước khi tăng tốc độ lùi Nếu đẩy cam quá nhanh qua vị trí "0", xe vẫn giữ tốc độ quán tính, do đó cần phải phanh để dừng hẳn trước khi chuyển sang chế độ lùi Trong quá trình hoạt động, bộ truyền thủy tĩnh cũng có tính chất phanh, được gọi là phanh bằng động cơ thủy lực.

Các phần tử trong hệ thống TLTT

1.4.1 Bơm và mô tơ thủy lực

Bơm thủy lực có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thủy lực, trong khi mô tơ thủy lực chuyển đổi năng lượng này thành năng lượng cơ học để vận hành các bộ phận của máy công tác Bơm thủy lực thường nhận truyền động từ động cơ điện khi hệ thống hoạt động tĩnh tại, hoặc từ động cơ trên các thiết bị tự hành như máy kéo và xe chuyên dụng.

Bơm và mô tơ thủy lực được phân loại dựa trên hoạt động thành hai dạng: thể tích làm việc thay đổi và không thay đổi Thể tích làm việc của bơm là lượng dầu được cung cấp trong một vòng quay, trong khi thể tích làm việc của mô tơ là lượng dầu mà nó tiếp nhận sau mỗi vòng quay.

Tất cả các máy thủy tĩnh đều có khả năng hoạt động thuận nghịch, nhưng một số loại thường được ưu tiên sử dụng cho chức năng bơm hoặc mô tơ thủy lực Các máy này thường được phân loại thành các loại chính, trong đó có máy thủy lực kiểu bánh răng.

Máy thủy lực hoạt động dựa trên nguyên tắc cuốn dầu theo dạng quay, với hai loại phổ biến là máy bánh răng và máy vành răng Những máy này có thể được sử dụng như bơm hoặc mô tơ thủy lực, và được phân loại thành hai dạng: máy bánh răng ăn khớp ngoài và máy bánh răng ăn khớp trong.

Hình 1-13 Hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp ngoài a) Dạng đơn, b) Dạng kép

Hình 1-14 Bơm bánh răng ăn khớp trong 1-Vành răng trong;

2-Rôto có răng ngoài b) Máy thủy lực cánh quay

Bơm cánh quay có hai loại chính: bơm không cân bằng và bơm cân bằng Các thành phần chính của bơm bao gồm cánh quay, rôto, và vành rôtô Hệ thống này còn có rãnh định hướng, cửa hút, cửa đẩy và cửa nạp, giúp tối ưu hóa quá trình bơm Ngoài ra, máy pittông hướng trục cũng là một phần quan trọng trong hệ thống bơm này.

Hình 1-16 Máy pittông hướng trục trục nghiêng: 1- Trục chủ động; 2- Đĩa chủ động; 3- Cần pittông; 4- Pittông; 5- Khối xylanh; 6- Chốt tựa; 7- Vỏ lắc; 8-

Vỏ cố định; 9- Đĩa điều khiển; 10- Rãnh điều khiển; S- Phía nạp;

UT- Điểm chết dưới d) Máy thủy lực pittông hướng kính

Hình 1-17 Máy hướng kính tựa trong: 1-Pittông; 2-Khối xylanh; 3-Vỏ; 4-Chốt điều khiển; 5-Vành trượt; 6-Đế trượt

1.4.2 Các van thủy lực Để điều khiển hoặc điều chỉnh năng lượng cũng như công suất, trên các hệ thống thủy lực sử dụng rất nhiều các van khác nhau a) Van phân phối

Van phân phối được chia thành hai loại chính: van phân phối không tiết lưu và van phân phối tiết lưu Van không tiết lưu chỉ dùng để khởi động, dừng lại và điều chỉnh chiều dòng dầu, trong khi van tiết lưu cho phép điều chỉnh lưu lượng một cách linh hoạt hơn Các van này có khả năng thay đổi số lượng vị trí trung gian giữa hai điểm đầu và cuối của hành trình Bài viết này sẽ giới thiệu một số cấu trúc van phân phối phổ biến nhất được sử dụng trên máy kéo và xe chuyên dụng.

Hình 1-18 Van phân phối con trượt 3/3 tác động bằng tay có lò xo trả về: 1- Con trượt; 2- Lò xo b) Van chặn

Van chặn có chức năng ngăn dòng dầu chảy theo một hướng và cho phép lưu thông theo hướng ngược lại Các thành phần chặn thường được sử dụng bao gồm bi cầu hoặc đầu côn, tạo thành cấu trúc của van đế tựa.

Hình 1-19 Van chặn dòng đơn c) Van áp suất

Công suất thủy lực P = p.Q có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi lưu lượng Q hoặc áp suất p Để kiểm soát lưu lượng, có thể sử dụng van phân phối, trong khi van áp suất được dùng để điều chỉnh áp suất.

Van áp suất là thiết bị quan trọng trong hệ thống, có nhiều loại với chức năng khác nhau, thường được sử dụng làm van an toàn Chúng giúp duy trì áp suất hoạt động trong giới hạn cho phép, ngăn ngừa hỏng hóc cho các thiết bị như đường ống và đầu nối Điều kiện cần thiết là áp suất thực tế phải nhỏ hơn áp suất tối đa cho phép (p1 < p1max).

Van giới hạn áp suất điều khiển trực tiếp bao gồm hai dạng chính: dạng con trượt và dạng đế tựa côn Các thành phần quan trọng của van này bao gồm lò xo, lỗ khoan, rãnh điều khiển, giảm chấn và đế tựa côn Những bộ phận này phối hợp với nhau để điều chỉnh và kiểm soát áp suất hiệu quả trong hệ thống.

Trong hệ thống thủy lực, bên cạnh các phần tử cơ bản, còn tồn tại nhiều thành phần quan trọng khác như các loại van khác nhau, bình tích áp thủy lực, ống nối cứng, ống nối mềm, khớp nối và các van phân phối Những phần tử này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.

Tình hình nghiên cứu về hệ thống TLTT

1.5.1 Hồ Hữu Hải, Model hydrostatickeho pohonu se dvema hydromototy v MATLABU-SIMULINKU

Bài báo khoa học giới thiệu mô hình mô phỏng hệ thống bơm và động cơ thủy lực bít tông hướng trục, cùng với van điều khiển trong hệ thống thủy lực mạch kín sử dụng Matlab - Simulink Mô phỏng này khảo sát hệ thống thủy lực mạch kín với hai bơm thủy lực kết nối song song đến hai động cơ thủy lực, điều khiển chuyển động của xe thông qua van điều khiển servo Đây là cơ sở cho đề tài nghiên cứu luận văn, bao gồm các công thức và kết quả tính toán được áp dụng trong luận văn.

1.5.2 Nguyễn Ngọc Quế (2007), Giáo trình Ô tô máy kéo và xe chuyên dụng ,

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Giáo trình dành cho sinh viên chuyên ngành kỹ thuật cơ khí giúp nắm vững nội dung môn học, hiểu nguyên lý kết cấu và hoạt động của các hệ thống trên ô tô máy kéo Sinh viên sẽ có cái nhìn tổng quát về quá trình cải tiến và phát triển ô tô máy kéo và xe chuyên dụng, từ các hệ thống truyền động cơ học đến thủy lực, cũng như từ điều khiển bằng tay đến tự động Với kiến thức vững vàng về nguyên lý cấu tạo, sinh viên tốt nghiệp có khả năng tham gia quản lý và khai thác sử dụng xe máy một cách hiệu quả, đạt được hiệu quả kinh tế cao.

Một số nội dung kiến thức chung chuyên ngành của giáo tình này đã dược sử dụng trong phần đánh giá tổng quan của đề tài này

1.5.3 Nguyễn Đình Tứ, Ứng dụng Matlab - Simulink để giải bài toán động lực học hệ thủy lực quay , Trường Đại học GTĐS Matxcơva (Miit)

Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu về mô hình hóa và mô phỏng hệ thủy lực quay mạch hở thông qua ứng dụng Matlab - Simulink Những kết quả này có thể áp dụng trong nghiên cứu động lực học của hệ thủy lực chuyển động quay mạch hở, giúp đưa ra các kết quả mô phỏng cho từng cấu trúc riêng biệt.

Bài viết đánh giá rằng việc tính toán các thông số động lực học của hệ thủy lực trong Matlab - Simulink diễn ra nhanh chóng và dễ dàng hơn so với các ngôn ngữ lập trình phổ biến như Pascal và Fortran Hệ thống này cho phép xử lý dữ liệu, đồ họa, cũng như thay đổi các hệ số và thông số cơ bản của mô hình như thời gian, bước tính và phương pháp tính một cách linh hoạt, đơn giản và chính xác.

1.5.4 Kim Heybroek (2008), Saving Energy in Construction Machinery using Displacement Control Hydraulics , Department of Management and Engineering, Linkửping University, Linkửping, Sweden

Luận án này trình bày một hệ thống thủy lực mới được thiết kế đặc biệt cho máy móc xây dựng, với chức năng tách biệt và sử dụng máy thủy lực chuyên dụng cho từng hệ thống Hệ thống này bao gồm một mạch điều khiển cho phép phục hồi năng lượng và bốn van riêng biệt, giúp kiểm soát các xi lanh trên bốn phần tải Tùy theo loại van được chọn, hệ thống còn có thể tích hợp các tính năng của hệ thống điều khiển van thông thường, như kiểm soát dòng chảy Nó hỗ trợ cả xi-lanh đối xứng và bất đối xứng, với khả năng điều khiển tải trọng đối xứng trong hai trạng thái hoạt động khác nhau.

Nghiên cứu này cho thấy những lợi ích năng lượng từ các khái niệm mới thông qua cả lý thuyết và thực tiễn Ứng dụng chính của nghiên cứu là phương tiện kích thước bánh xe, với kết quả đo cho thấy việc sử dụng bánh xe trong chu kỳ xe chạy ngắn có thể giảm 10% mức tiêu thụ nhiên liệu Theo lý thuyết, điều này tương ứng với việc giảm 20% mức tiêu thụ năng lượng cho hệ thống thủy lực.

1.5.5 Erin E Kruse (2001), Nonlinear Modeling and Simulation of a Hydrostatic

Drive System , Michigan technological University Đề tài nghiên cứu các thao tác thực hiện trên chiếc cần cẩu tàu cẩu Hải quân

Mỹ đang phát triển một sáng kiến Hải quân nhằm cải thiện quy trình bốc dỡ hàng hóa trong điều kiện biển động, giảm thiểu thời gian và rủi ro Sáng kiến này bao gồm việc thử nghiệm bộ điều khiển kiểu treo tự do, cho phép tiếp tục các hoạt động bốc dỡ Luận án này tập trung vào việc phát triển mô hình phi tuyến, hệ thống nhận dạng và mô phỏng hệ thống lái thủy lực của cẩu Hagglunds TG3637 Mục tiêu của mô hình là xác định các thành phần có thể hiệu chỉnh cẩu, phát triển các chiến lược điều khiển tiên tiến và đánh giá hiệu quả của phương pháp treo tự do trong các mô phỏng.

1.5.6 Tonglin Shang (2004), Improving Performance of an Energy Efficient Hydraulic Circuit , Department of Mechanical Engineering University of

Mạch thủy lực phản ứng nhanh thường có hiệu suất năng lượng thấp, trong khi các mạch năng lượng hiệu quả có thể có phản ứng chậm Sự gia tăng chi phí năng lượng và yêu cầu về hiệu suất cao đã thúc đẩy nhu cầu cải thiện hiệu quả của các mạch thủy lực mà vẫn đảm bảo phản ứng năng động tốt Luận văn này giới thiệu một cấu hình mạch thủy lực mới, chứng minh được hiệu suất cao, tính năng động và hiệu quả vượt trội.

Hệ thống động cơ máy bơm thủy lực điều khiển được nghiên cứu vì hiệu quả mạch cao, không có tổn thất điện năng giữa bơm và động cơ Để nâng cao sự đáp ứng động của máy bơm, động cơ một chiều được thiết kế để điều khiển trực tiếp swashplate bơm và tốc độ dòng chảy Các máy bơm và động cơ DC đã được mô hình hóa toán học và xác định các thông số qua thực nghiệm Dựa trên mô hình và kết quả thực nghiệm, một bộ điều khiển PID phi tuyến được thiết kế cho động cơ DC.

Mục tiêu, ý nghĩa của đề tài 22 Chương 2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC THỦY LỰC

1.6.1 Mục tiêu, ý nghĩa đề tài a) Mục tiêu:

Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực thủy lực mạch kín (truyền động thủy lực) trên xe chuyên dụng

Mô phỏng nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số kết cấu của các máy thủy lực đến các thông số làm việc của hệ thống b) Ý nghĩa :

- Ý nghĩa khoa học: Đề xuất phương pháp đánh giá các hoạt động của hệ thống thủy lực đến các thông số làm việc riêng của hệ thống

Tính toán thiết kế các thông số kết cấu hệ thống động lực thủy lực phù hợp với điều kiện làm việc môi trường

Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng cho các nhà sản xuất, giúp họ định hướng phát triển sản phẩm và đưa ra cảnh báo cần thiết cho người sử dụng khi vận hành các hệ thống tương tự.

1.6.2 Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết Để đáp ứng các mục tiêu đã đưa ra, ta tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:

- Tiến hành tìm hiểu về các hệ thống truyền động nói chung và hệ thống truyền lực thủy lực nói riêng

Xây dựng mô hình mô phỏng cho bơm, mô tơ thủy lực, bơm bù, và các van như van tràn, van điều khiển áp suất là rất quan trọng Những mô hình này giúp phân tích và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống truyền lực thủy lực mạch kín.

Tiến hành khảo sát mô phỏng các điều kiện làm việc của hệ thống truyền lực thủy lực, đồng thời đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến hiệu suất làm việc của hệ thống Dựa trên kết quả mô phỏng, tiến hành nhận xét và đưa ra kết luận về hiệu quả hoạt động của hệ thống này.

Phương pháp nghiên cứu được tiến hành với việc xây dựng các mô hình mô phỏng trên máy tính bằng ứng dụng Matlab - Simulink

Chương 2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC THỦY LỰC TRÊN XE CHUYÊN DỤNG TRONG MATLAB - SIMULINK

Sơ lược về Matlab - Simulink

MATLAB là phần mềm mạnh mẽ của Mathworks (Mỹ) chuyên xử lý toán học, đặc biệt qua các phép toán trên ma trận (MAT - Matrix) Phần mềm này được phát triển bởi các chuyên gia toán học và máy tính với các thuật toán trong thư viện công cụ xử lý toán học (LAB - Laboratory) MATLAB cung cấp nhiều mô đun khác nhau, phục vụ cho các lĩnh vực và chuyên ngành cụ thể, với định hướng hỗ trợ nghiên cứu, thiết kế và lập trình Đối với các bài toán cơ học, người dùng thường phải thực hiện qua nhiều bước trong ngôn ngữ lập trình thông thường.

- Xây dựng mô hình cơ học  Xây dựng mô hình toán học  Áp dụng phương pháp toán  Xây dựng thuật toán  Lập trình

Trong môi trường Matlab ta không cần quan tâm nhiều đến việc sử dụng phương pháp toán

2.1.2 Phạm vi ứng dụng phần mềm Matlab

Matlab là một công cụ tính toán mạnh mẽ, giúp người dùng tính toán nhanh chóng các giá trị của biểu thức phức tạp và lưu trữ những giá trị này vào bộ nhớ máy tính.

Malab cung cấp công cụ xử lý dữ liệu mạnh mẽ, bao gồm véc tơ và ma trận, cho phép tính toán hiệu quả các biểu thức dựa trên dữ liệu đầu vào là véc tơ.

Phần mềm Matlab cung cấp các hàm để giải quyết các vấn đề thường gặp trong kỹ thuật như:

- Xử lý các đa thức (nhân, chia, tìm điểm 0 (nghiệm) của đa thức)

- Giải các phương trình tổng quát

- Giải hệ phương trình tuyến tính

- Giải hệ phương trình vi phân

- Xử lý các tín hiệu đo bằng phép khai triển furier nhanh

- Các phép nội suy để xử lý dữ liệu trong bảng

- Thuật giải bài toán tối ưu

- Phép tích phân vi phân

Matlab là một công cụ lập trình mạnh mẽ, cho phép người dùng phát triển các ứng dụng đa dạng Bên cạnh đó, Matlab còn cung cấp các mô đun ứng dụng chuyên biệt, hỗ trợ nghiên cứu sâu và phân tích dữ liệu hiệu quả.

- Giải các phương trình vi phân đạo hàm riêng phục vụ để giải quyết các bài toán bền dùng phương pháp phần tử hữu hạn

- Simulink cho phép mô phỏng các cơ cấu máy

- Stateflow: để nghiên cứu các dòng chảy khí hay chất lỏng

- Fuzzy logic: nghiên cứu lôgic mờ

2.1.3 Sử dụng SIMULINK trong mô phỏng các hệ động lực a) Các thao tác cơ bản

SIMULINK là phần mềm mô phỏng dựa trên sơ đồ khối, chuyên dùng để mô phỏng các hệ động lực Sản phẩm này tích hợp trong MATLAB, tận dụng nhiều hàm của MATLAB và cho phép trao đổi dữ liệu linh hoạt giữa hai môi trường, nâng cao khả năng ứng dụng của nó.

Khi mô phỏng hệ thống phức tạp với nhiều phần tử kết nối, việc tạo ra các mô đun độc lập để mô phỏng các hệ thống con giúp tăng tính cấu trúc cho sơ đồ mô phỏng Những mô đun này không chỉ dễ theo dõi và quan sát mà còn thuận tiện cho việc sửa chữa, góp phần nâng cao hiệu quả trong quá trình mô phỏng.

Trình tự thực hiện một quá trình mô phỏng gồm các bước cơ bản:

Bước đầu tiên trong quá trình nghiên cứu là xây dựng mô hình toán học, nhằm tạo ra hệ phương trình mô tả hoạt động của hệ thống và thể hiện các quy luật vật lý chung liên quan.

Bước 2: Xây dựng sơ đồ mô phỏng trên máy tính bằng công cụ Simulink của

Matlab bao gồm các bước chính như lựa chọn các khối chức năng phù hợp từ thư viện để mô phỏng các thành phần trong hệ phương trình vi phân Sau đó, người dùng cần nối ghép các khối chức năng trong sơ đồ mô phỏng bằng cách sử dụng các đường truyền tín hiệu, đảm bảo kết nối các khớp theo đúng trình tự và chức năng trong cấu trúc của hệ thống cần khảo sát.

Bước 3: Nhập giá trị các thông số vào các khối chức năng của mô hình Bước 4: Thiết lập các điều khiển trong quá trình mô phỏng

Bước 5: Chạy chương trình và xuất kết quả mô phỏng

Bước 6 trong quá trình mô phỏng là đánh giá và nhận xét kết quả Để xây dựng mô hình, trước tiên, bạn cần khởi động MATLAB bằng cách nháy đúp chuột vào biểu tượng MATLAB trên màn hình Tiếp theo, tại dòng nhắc của MATLAB, gõ "simulink" hoặc nháy chuột vào biểu tượng Simulink trên thanh công cụ để mở chương trình SIMULINK, từ đó cửa sổ thư viện Simulink sẽ xuất hiện Bạn có thể nháy chuột vào biểu tượng "New" để tạo một mô hình mô phỏng mới hoặc chọn "Open" để mở một file mô phỏng đã có trước đó, tương tự như cách hoạt động của các phần mềm khác trong Windows.

Để bắt đầu xây dựng mô hình, trước tiên bạn cần mở thư viện các khối của Simulink bằng cách nhấp chuột vào mục Simulink và chọn các nhóm khối phù hợp.

Trong MATLAB thư viện của Simulink phân làm 8 nhóm:

- Nhóm các khối xử lý tín hiệu liên tục;

- Nhóm các khối xử lý tín hiệu rời rạc;

- Nhóm các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab;

- Nhóm các khối thực hiện việc gọi hàm từ hàm truyền;

- Nhóm các khối thực hiện thao tác toán học (Math);

- Nhóm các khối xử lý tín hiệu;

- Nhóm các khối thực hiện chức năng xuất kết quả (Sinks);

- Nhóm các khối thực hiện chức năng nhập dữ liệu (Sources);

Các nhóm này bao gồm nhiều khối chức năng cho phép thực hiện các phép toán phân tích động lực học trên các khối toán học chuẩn, từ tín hiệu đầu vào, các phép toán xử lý, hàm chuẩn, hàm do người dùng tự xây dựng, đến quản lý dữ liệu đầu ra.

Các thao tác cơ bản khi thực hiện trên Simulink:

Để sao chép một khối từ thư viện vào cửa sổ mô hình, bạn cần chọn khối, sau đó giữ chuột kéo và thả khối vào cửa sổ mô hình Nếu bạn muốn sao chép một khối trong cửa sổ mô hình, hãy nhấn phím Ctrl và kéo khối đến vị trí mong muốn để tạo bản sao.

- Để xoá khối hãy chọn nó và ấn phím Delete

Tiếp theo, chúng ta sẽ kết nối các khối để tạo thành mô hình phản ánh hệ thống đã được mô tả bằng toán học Dựa trên phương trình trạng thái ban đầu, cần xác định các tín hiệu đầu vào cho từng khối và chỉ định đầu ra cho các tín hiệu, bao gồm các bước tính toán tiếp theo hoặc xuất kết quả.

Bước cuối cùng trong quá trình xây dựng sơ đồ khối mô phỏng là đổi tên các khối để dễ dàng đọc và hiểu Để chỉnh sửa tên mô hình, hãy nháy chuột vào tên của nó và thực hiện biên tập Để ghi mô hình vào đĩa, nháy chuột vào biểu tượng Save trên thanh công cụ, sau đó đặt tên tệp trong hộp thoại và nhấn Save Để gán giá trị cho các thông số của mô hình, bạn cần kích đúp chuột vào khối tương ứng.

Trước khi bắt đầu chạy chương trình mô phỏng, cần xác lập các thông số điều khiển cho quá trình này Bạn có thể thực hiện điều này bằng cách chọn mục Simulation/Parameter từ menu kéo xuống trong cửa sổ mô hình, hoặc nhanh chóng ấn tổ hợp phím Ctrl + E.

Mô hình mô phỏng bơm thủy lực

Hình 2-1 Sơ đồ bơm và mạch bơm thủy lực

Bơm thủy lực quay có chức năng đẩy dầu thủy lực từ cửa hút đến cửa đẩy qua hệ thống ống dẫn, cung cấp dầu cho động cơ thủy lực (mô tơ) Quá trình này làm cho trục động cơ quay, chuyển đổi năng lượng thủy lực thành cơ năng.

Khi hệ thống hoạt động, nếu áp suất dầu vượt mức cho phép, van điều khiển sẽ mở để dầu chảy từ nhánh áp suất cao sang nhánh áp suất thấp Nếu áp suất vẫn tiếp tục cao, van an toàn sẽ mở để dầu chảy về bồn chứa Đồng thời, bơm dầu nhỏ (bơm bù) cùng với van hạn chế áp suất sẽ cung cấp thêm dầu cho hệ thống, đảm bảo không bị thiếu hụt dầu.

Mô hình mô phỏng của hệ thống khảo sát tập trung vào bơm pít tông hướng trục với khả năng điều chỉnh thể tích riêng, kết hợp với bơm bánh răng được lắp đặt cùng bơm chính để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Dựa trên kết quả từ các tài liệu tham khảo, chúng tôi xác định lưu lượng tại các cửa đẩy và cửa hút của bơm [m³/s] thông qua các công thức (1) và (2).

- Q B1 : Lưu lượng đi qua cửa đẩy của bơm [m 3 /s];

- Q B2 : Lưu lượng đi qua cửa hút của bơm [m 3 /s];

-  B : thông số điều chỉnh thể tích của bơm;

Hằng số thể tích của bơm (D B) được định nghĩa là lượng dầu mà bơm có thể chuyển từ cửa hút sang cửa đẩy sau một vòng quay, đạt cực đại ở thể tích làm việc, được đo bằng mét khối trên radian (m³/rad).

-  B : vận tốc góc của bơm [rad/s];

- z: số lượng pít tông của bơm;

- Z hg : hệ số rò rỉ lưu lượng trong khoang bơm (Tổn thất cục bộ) [m 5 /N.s];

- Z ehg : hệ số rò rỉ lưu lượng giữa các khoang bơm với bên ngoài (Tổn thất ra ngoài) [m 5 /N.s];

- V B1 : thể tích không gian làm việc nối với cửa đẩy của bơm [m 3 ];

- V B2 : thể tích không gian làm việc nối với cửa hút của bơm [m 3 ];

- K e : mô đun đàn hồi thể tích của dầu công tác [N/m 2 ];

- p: độ chênh áp suất giữa khoang đẩy và khoang hút của bơm;

- p 1 : áp suất tại cửa đẩy của bơm (Dòng áp lực cao) [Pa];

- p 2 : áp suất tại cửa hút của bơm (Dòng áp lực thấp) [Pa];

Từ các phương trình trên, ta lập sơ đồ mô phỏng bơm trong Matlab - Simulink như sau:

Hình 2-2 Sơ đồ mô phỏng bơm chính

Theo sơ đồ trên, ta có:

* Đầu vào của khối gồm:

- p 1 : áp suất tại cửa đẩy của bơm;

- p 2 : áp suất tại cửa hút của bơm;

- Thông số điều chỉnh thông số tốc độ quay bơm;

- V g : Thể tích làm việc của bơm;

- Zhg: hệ số rò rỉ lưu lượng nội bộ (tổn thất cục bộ);

- Zehg: hệ số rò rỉ lưu lượng ra ngoài hệ thống (tổn thất ra ngoài);

- K e : mô đun đàn hồi thể tích của dầu công tác;

- z: số lượng pít tông của bơm;

* Đầu ra của khối gồm:

- Q B1 : lưu lượng tại cửa đẩy của bơm (Q 1 );

- Q B2 : lưu lượng tại cửa hút của bơm (Q 2 ).

Mô hình mô phỏng động cơ thủy lực

Động cơ thủy lực hoạt động bằng cách tiếp nhận dòng chất lỏng áp suất cao từ bơm dầu qua ngõ a, chuyển đổi áp năng thành cơ năng để làm quay trục động cơ, và sau đó dầu sẽ thoát ra qua ngõ b.

Hệ thống khảo sát mô phỏng là động cơ píttông hướng trục với thể tích làm việc riêng điều chỉnh Vì động cơ này có thể tích riêng nhỏ, nên cần thiết phải sử dụng bộ giảm tốc trước khi kết nối truyền động đến bánh xe, tức là bộ truyền lực cuối cùng.

* Lưu lượng tại các cửa đẩy và cửa hút của động cơ được xác định như lưu lượng của bơm, theo các công thức (3) và (4) như sau [m 3 /s]:

-  M : thông số điều chỉnh thể tích của động cơ Đối với động cơ không điều chỉnh được thể tích làm việc thì β M = 1;

Hằng số thể tích của động cơ (D M) được đo bằng đơn vị [m³/rad], thể hiện lượng dầu bơm có khả năng chuyển từ cửa hút sang cửa đẩy sau mỗi vòng quay đạt cực đại của thể tích làm việc.

-  M : vận tốc góc của động cơ [rad/s];

- z: số lượng pít tông của động cơ;

- Z in : hệ số rò rỉ lưu lượng trong khoang động cơ (Tổn thất cục bộ) [m 5 /N.s];

- Z ex : hệ số rò rỉ lưu lượng giữa các khoang động cơ với bên ngoài (Tổng thất ra ngoài) [m 5 /N.s];

- K e : mô đun đàn hồi thể tích của dầu công tác [N/m 2 ];

- V M1 , V M2 : lần lượt là thể tích không gian làm việc của động cơ nối với cửa đẩy và cửa hút của động cơ [m 3 ];

- p: độ chênh áp suất giữa khoang đẩy và khoang hút của động cơ;

- p 1 : áp suất tại cửa hút của động cơ (Dòng áp lực cao) [Pa];

- p 2 : áp suất tại cửa đẩy của động cơ (Dòng áp lực thấp) [Pa];

* Phương trình chuyển động của trục động cơ được xác định theo công thức như sau:

- J M : mô men quán tính của các chi tiết chuyển động của động cơ quy về trục động cơ [kgm 2 ]

- M tải : mô men tải trọng bên ngoài tác động lên trục động cơ [Nm]

- M M : mô men tiềm năng có thể sinh ra trên trục động cơ [Nm] và được xác định theo công thức:

Từ các phương trình (3), (4) và (5) ở trên, ta lập được sơ đồ mô phỏng động cơ trong Matlab - Simulink như sau:

Hình 2-4 Sơ đồ mô phỏng động cơ

- Q M1 : lưu lượng tại ngõ vào của động cơ;

- Q M2 : lưu lượng tại ngõ ra của động cơ

- D M : hằng số thể tích của động cơ;

- M: mô men cản bánh xe;

- Thông số điều chỉnh tốc độ bơm;

- J: mô men quán tính của bánh xe qui về trục động cơ;

- Zin : hệ số lưu lượng rò rỉ nội bộ;

- Zex : hệ số lưu lượng rò rỉ ra ngoài hệ thống;

- b : hệ số cản ma sát;

- i : tỉ số truyền lực cuối cùng;

- p 1 : áp suất tại cửa hút động cơ (cửa đẩy của bơm);

- p 2 : áp suất tại cửa đẩy động cơ (cửa hút của bơm);

- Vận tốc góc trục động cơ;

Mô hình mô phỏng bơm bù và các van điều khiển

Hệ thống thủy lực mạch kín bao gồm các thành phần chính như bơm có điều chỉnh thể tích, động cơ có điều chỉnh thể tích, và các đường dầu số I và II Bên cạnh đó, hệ thống còn có bơm bù, van an toàn, van điều khiển, đường điều khiển, bồn chứa và van một chiều Các van an toàn (van tràn) đảm bảo an toàn cho hệ thống trong quá trình hoạt động.

Hệ thống thủy lực hoạt động nhờ bơm thủy lực, đẩy dầu từ cửa hút qua cửa đẩy theo đường ống dầu 3 đến động cơ thủy lực 2, làm cho động cơ quay Sau khi dầu quay trục động cơ, nó sẽ đi qua cửa thoát động cơ theo đường ống dầu 4 và tiếp tục trở lại cửa hút của bơm, tạo thành một hệ thống thủy lực mạch kín Trong hệ thống này, đường dầu số I là dòng có áp lực cao, trong khi đường dầu số II là dòng có áp lực thấp.

Trong quá trình hoạt động của mạch thủy lực, dầu thường bị tổn thất do rò rỉ từ đường ống, bơm và mô tơ, cũng như do cặn bẩn và mạt kim loại sinh ra từ ma sát Để ngăn ngừa tình trạng thiếu dầu, có thể dẫn đến xâm thực và va đập, cần phải bổ sung lượng dầu hao hụt Bơm bù, thường là bơm bánh răng, có nhiệm vụ bơm dầu đã được làm mát và lọc sạch cặn bẩn vào hệ thống qua dòng dầu áp lực thấp thông qua van một chiều Trong suốt quá trình hoạt động, van tràn luôn đảm bảo rằng áp suất trong hệ thống không thấp hơn áp suất nguồn bù dầu tối thiểu.

Khi hệ thống hoạt động, nếu áp lực dầu trong đường dầu số I vượt quá giá trị giới hạn áp suất tối đa (p1 > p0max) do các yếu tố như thay đổi tốc độ bơm hoặc gặp cản lực lớn, van an toàn sẽ mở để cho phép dầu từ nhánh số 3 chảy về nhánh số 4 Điều này giúp giảm áp lực trong đường ống 3, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Khi áp suất trong đường dầu số II đạt đến giá trị giới hạn đã định, trong khi áp suất ở đường dầu số I vẫn còn cao, van 10 sẽ di chuyển xuống dưới nhờ cơ chế điều khiển Dầu có áp lực cao từ đường dầu số I sẽ chảy qua van 10 và van 9 vào bồn chứa Quá trình này tiếp tục diễn ra cho đến khi hệ thống đạt trạng thái ổn định.

Khi hệ thống hoạt động, áp lực trong đường dầu số I thấp và đường dầu số II cao Nếu áp lực cao vượt quá giới hạn cho phép, van an toàn sẽ mở để giảm áp lực trong đường ống 4 bằng cách cho dầu chảy từ nhánh 4 về nhánh 3 Trong quá trình này, nếu áp suất trong đường dầu số I đạt giá trị quy định nhưng áp suất trong đường dầu số II vẫn vượt mức cho phép, thì van điều khiển sẽ tác động lên con trượt của van 10, khiến dầu có áp lực cao từ đường dầu số II được điều chỉnh.

II chảy qua van 10 qua van 9 về bồn chứa; chu trình liên tục đến khi hệ thống hoạt động ổn định thì kết thúc

* Trên cơ sở lý thuyết hoạt động của hệ thủy lực nêu trên và từ các công thức (1) và (2) ta xác định áp suất p 1 (áp lực cao) như sau:

- Q B : Lưu lượng đầu ra của bơm [m 3 /s];

- Q M : Lưu lượng đầu vào của động cơ [m 3 /s];

- Q BB : Lưu lượng từ nhánh có áp suất cao đến nhánh có áp suất thấp của hệ thống thủy lực mạch kín [m 3 /s]

Nếu p1 lớn hơn áp suất được thiết lập trước p0 lúc này van giảm áp mở ra và lưu lượng qua van tràn là:

Q BB = (p 1 - p 2 ).Z vb (khi p 1 > p 0 ), và ngược lại thì Q BB = 0 (10)

Lưu lượng chảy qua van tràn (Q VT) được đo bằng mét khối trên giây (m³/s) Khi áp suất vượt quá giá trị tối đa p0max, van tràn sẽ mở ra để đảm bảo áp suất trong hệ thống luôn duy trì ở mức nhỏ hơn hoặc bằng p0max.

Q VT = p 1 Z (khi p 1 > p 0max ), và ngược lại thì Q VT = 0 (11)

- Z vb : hệ số lưu lượng van tràn [m 5 /N.s];

- Z: hệ số lưu lượng van an toàn [m 5 /N.s];

- V B : thể tích lý thuyết của bơm [m 3 ];

- V M : thể tích lý thuyết của động cơ [m 3 ];

- V ong : thể tích của đường ống [m 3 ];

* Tương tự ta xác định áp suất p 2 (áp lực thấp) như sau:

- Q B : Lưu lượng đầu vào của bơm [m 3 /s];

- Q M : Lưu lượng đầu ra của động cơ [m 3 /s];

- Q BS : Lưu lượng bổ sung vào hệ thống [m 3 /s]

Khi xảy ra tổn thất bên ngoài dẫn đến thiếu dầu, cần đảm bảo áp lực làm việc trong hệ thống ống không thấp hơn giá trị pmin Nếu áp suất giảm xuống dưới mức pmin, van một chiều sẽ mở ra để duy trì áp suất hệ thống luôn lớn hơn hoặc bằng pmin.

Q BS = 0, khi min(p 1 , p 1 ) ≥ p BS và Q VT = (p BS - min(p 1 , p 1 )).Z 1 ,khi min(p 1 , p 1 ) < p BS (15)

- Z 1 : hệ số lưu lượng van một chiều [m 5 /N.s];

- p BS : áp suất bổ sung dầu vào hệ thống được xác định bởi công thức sau: dt V V Ke Q Q Q p BS   [( BBS  p  BS ) /( 0 , 5 BBS  ong )] (16)

- Q BBS : Lưu lượng bơm bổ sung vào hệ thống [m 3 /s];

- V BBS : thể tích của bơm với đầu ra [m 3 ];

Từ các phương trình trên, ta lập được sơ đồ mô phỏng bơm bù trong Matlab - simulink như sau:

Dựa trên lý thuyết hoạt động của bơm bù và công thức (15), chúng tôi đã xây dựng sơ đồ mô phỏng nguyên lý hoạt động của van một chiều.

Hình 2-6 Sơ đồ mô phỏng van một chiều

- áp suất phía sau van một chiều là giá trị p1 hoặc p2;

- áp suất trước ban một chiều là giá trị áp suất sau bơm bù;

- Z 1 : hệ số lưu lượng van một chiều

- Q BS : lưu lượng đi qua van một chiều để bổ sung vào hệ thống

Từ các kết quả trên ta lập sơ đồ mô phỏng bơm bù như sau:

Hình 2-7 Sơ đồ mô phỏng bơm bù

- p 1 : áp suất dòng áp lực cao (áp suất tại cửa đẩy của bơm);

- p 2 : áp suất dòng áp lực thấp (áp suất tại cửa hút của bơm);

- Vgb: thể tích bơm bù;

- Zhgb: hệ số tổn thất lưu lượng van tràn của bơm bù;

- Q BS : lưu lượng đi qua van một chiều để bổ sung vào hệ thống

- Q 1 : lưu lượng tại ngõ ra của bơm (ngõ vào động cơ);

- Q 2 : lưu lượng tại ngõ vào của bơm (ngõ ra động cơ)

* Từ các công thức (10) và (11) ta lập sơ đồ mô phỏng van tràn như sau:

Hình 2-8 Sơ đồ mô phỏng van tràn

- p0max: áp suất nguồn tối đa;

- p 01 : áp suất nguồn bù dầu;

+ Zvb: hệ số tổn thất lưu lượng van tràn;

Tương tự như trên từ các công thức (10) và (11) ta lập sơ đồ mô phỏng van luân chuyển qua lại như sau:

Hình 2-9 Sơ đồ mô phỏng van luân chuyển

- p 0max : giá trị áp suất nguồn tối đa;

- Zv: hệ số lưu lượng rò rỉ của van tràn;

Dựa trên các phương trình và kết quả mô phỏng lưu lượng qua van tràn và van luân chuyển, mô hình mô phỏng bơm luân chuyển được thiết lập dựa trên áp suất p1 và p2.

Hình 2-10 Sơ đồ mô phỏng cụm van và bơm bù

Mô hình mô phỏng lực cản

Hệ số lực cản mô men bánh xe (Zat) khi xe chuyển động có giá trị như sau: f

- M: Mô men cản bánh xe

- f: hệ số cản lăn, thông thường f = 0,3

Từ phương trình trên ta thiết lập mô hình mô phỏng lực cản trong Matlab

Hình 2-11 Sơ đồ mô phỏng lực cản

- M: Mô men cản bánh xe

* Đầu ra của khối là:

- Zat: Hệ số lực cản mô men bánh xe.

Mô hình mô phỏng hệ thống động lực thủy lực

Dựa trên các mô hình mô phỏng các bộ phận của hệ thống thủy lực, chúng tôi tiến hành thiết lập mô hình mô phỏng toàn bộ hệ thống động lực thủy lực trên xe chuyên dùng trong Matlab - Simulink Mô hình này được xây dựng với giả định mô đun đàn hồi của dầu không đổi, không xét đến tính dao động trong đường ống cao áp do ảnh hưởng của bình tích áp, và bỏ qua tổn thất của đường ống dẫn cùng các co nối.

Hình 2-12 Sơ đồ mô phỏng hệ thống động lực thủy lực

- Hệ số điều chỉnh thể tích bơm, mô tơ

- Zat: Hệ số lực cản mô men bánh xe

- Vận tốc chuyển động của xe;

- Giá trị áp suất cao và thấp trong hệ thống (Đồ thị áp suất).

MÔ PHỎNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

Thiết lập thông số mô hình và mô phỏng hệ thống

3.1.1 Thiết lập các thông số ban đầu Để mô phỏng khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến các thông số làm việc của hệ thống động lực thủy lực trên các xe chuyên dùng Luận văn tiến hành mô phỏng khảo sát hệ thống liên quan trên xe chuyên dùng sử dụng bơm và mô tơ thuỷ lực mạch kín

Hệ thống sử dụng bơm thủy lực pít tông hướng trục A4VG và động cơ thủy lực pít tông hướng trục A6VM của Bosch Rexroth, với các thông số ban đầu được thiết lập rõ ràng.

- Số liệu bơm và van tràn:

+ K = 1,667.10 9 [N/m 2 ],mô đun đàn hồi của dầu thủy lực;

+ p0max = 40.10 6 [Pa],giá trị áp suất nguồn tối đa;

+ V1 = 0,002 [m 3 ], thể tích nhánh đường ống dẫn 1;

+ V2 = 0,002 [m 3 ], thể tích nhánh đường ống dẫn 2;

+ Zhg = 1,05.10 -12 [m 3 /N.s], hệ số lưu lượng rò rỉ nội bộ;

+ Zehg = 0,15.10 -12 [m 3 /N.s], hệ số lưu lượng rò rỉ ra ngoài hệ thống;

+ Zv = 6,0.10 -9 [m 3 /N.s], hệ số lưu lượng rò rỉ của van tràn;

+ M = 350 [Nm], mô men cản bánh xe;

+ Dm = 54,8.10 -6 /2.π [m 3 /rad], hằng số thể tích động cơ;

+ J = 3,7 [kgm 2 ], mô men quán tính của bánh xe qui về trục động cơ;

+ Zin = 1,1.10 -12 [m 3 /N.s], hệ số lưu lượng rò rỉ nội bộ;

+ Zex = 0,2.10 -12 [m 3 /N.s], hệ số lưu lượng rò rỉ ra ngoài hệ thống;

+ b = 0,02, hệ số cản ma sát;

+ i = 20, tỉ số truyền lực cuối cùng;

+ Vgb = 14,5.10 -6 [m 3 ], thể tích bơm bù;

+ Zvb = 5,0.10 -12 [m 3 /N.s], hệ số tổn thất lưu lượng ra ngoài của bơm bù; + Zhgb = 1,5.10 -10 [m 3 /N.s], hệ số tổn thất lưu lượng nội bộ của bơm bù;

+ p01 = 10 6 [Pa], áp xuất nguồn bù dầu;

+ Z1 = 3,0.10 -9 [m 3 /N.s], hệ số tổn thất lưu lượng van một chiều;

3.1.2 Mô phỏng khảo sát hệ thống với các thông số ban đầu

Dựa trên các thông số hệ thống đã thiết lập, chúng ta tiến hành khảo sát mô phỏng để xác định quy luật vận tốc chuyển động của xe và áp suất tác động trong hệ thống Các giá trị được sử dụng trong khảo sát bao gồm mô men cản bánh xe M = 350 [Nm] và vòng quay của bơm n = 67 [vòng/s].

Hình 3-1 Đồ thị vận tốc chuyển động của xe

Dong ap luc cao Dong ap luc thap

Hình 3-2 Đồ thị áp suất dòng dầu nhánh áp lực cao và thấp

* Các tình huống tiến hành thực hiện khảo sát mô phỏng hoạt động của hệ thống như sau:

- Mô phỏng hệ thống khi đảo chiều làm việc của bơm thủy lực (Hệ thống bình thường mà bơm quay chiều ngược lại)

Mô phỏng hệ thống đã được thực hiện với các giá trị số vòng quay bơm ở nhiều mức khác nhau Qua khảo sát, chúng tôi đã so sánh kết quả đạt được từ các tốc độ bơm khác nhau, từ đó rút ra những nhận định quan trọng về hiệu suất hoạt động của hệ thống.

- Mô phỏng hệ thống với các giá trị về thể tích làm việc riêng của bơm ở các mức khác nhau

- Mô phỏng hệ thống với các giá trị thể tích làm việc riêng của động cơ ở các mức khác nhau

- Mô phỏng hệ thống với các giá trị mô men cản tác dụng (thay đổi mô men cản bánh xe) ở các mức khác nhau

Khảo sát mô phỏng hệ thống với các tỉ số truyền lực cuối cùng khác nhau giúp đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống Việc thay đổi tỉ số truyền lực cuối cùng cho phép phân tích các kết quả đạt được, từ đó đưa ra nhận xét về hiệu suất và tính khả thi của từng mức tỉ số.

Mô phỏng hệ thống dưới tác động của các điều kiện khác nhau giúp đánh giá mức độ ảnh hưởng đến các thông số hệ thống Các giả thuyết thực tế như tăng tốc đột ngột, giảm tốc đột ngột, và thay đổi tải trọng đột ngột sẽ được áp dụng để phân tích hiệu suất và khả năng hoạt động của hệ thống.

Mô phỏng hệ thống khi đảo chiều làm việc của bơm thủy lực

Với mô hình mô phỏng và thông số kết cấu đã được xác định, chúng tôi tiến hành khảo sát hệ thống với mô men cản bánh xe M = 350 [Nm] và điều chỉnh chiều quay của bơm ở mức 67 [vòng/s].

Kết quả về vận tốc chuyển động của xe và giá trị áp suất của hệ thống được thể hiện quan các đồ thị sau:

Kết quả khảo sát cho thấy mô hình mô phỏng hoạt động đáp ứng đầy đủ yêu cầu Khi bơm thủy lực quay theo chiều thuận, đồ thị vận tốc của xe hiển thị giá trị dương, cho thấy xe di chuyển tiến Ngược lại, khi bơm đảo chiều, đồ thị vận tốc chuyển sang giá trị âm, biểu thị xe di chuyển lùi Bên cạnh đó, các thông số áp suất ở hai nhánh dầu áp lực cao và thấp cũng thay đổi tương ứng khi dòng dầu làm việc đảo chiều.

3.3 Mô phỏng hệ thống với các giá trị số vòng quay của bơm thủy lực ở các mức khác nhau

Mô phỏng hệ thống hoạt động bình thường với các thông số đã thiết lập ban đầu không thay đổi, ta thiết lập số vòng quay của bơm ở các mức khác nhau tương ứng với mô men cản bánh xe M = 350 [Nm] Các giá trị về thời gian, vận tốc chuyển động của xe và áp suất trong hệ thống được trình bày chi tiết trong Bảng 3.1.

Thời gian xe đạt vận tốc cực đại [s] 1,2 2 3,5 3,5 6 Giá trị vận tốc cực đại của xe [m/s] 0,55 1,16 2,15 3,14 4,15 Áp suất

Thời gian áp suất vượt giới hạn nguồn [s] được ghi nhận lần lượt là 0,55, 1,2, 2,7, 4,3 và 6 Áp suất ổn định của dòng áp lực cao [Pa] tương ứng với các giá trị 3,5.10^6, 3,8.10^6, 4.10^6, 4,4.10^6 và 5.10^6 Kết quả mô phỏng cụ thể cho từng trường hợp về vận tốc chuyển động của xe và áp suất của hệ thống được trình bày chi tiết qua đồ thị trong phụ lục kèm theo.

Từ các kết quả mô phỏng trên ta có những nhận xét:

Thời gian để xe đạt vận tốc cực đại và giá trị vận tốc cực đại của xe có mối quan hệ tỉ lệ thuận với số vòng quay của bơm Cụ thể, khi số vòng quay của bơm thấp, xe sẽ nhanh chóng đạt vận tốc tối đa nhưng giá trị vận tốc cực đại sẽ thấp Ngược lại, nếu số vòng quay của bơm cao, xe sẽ đạt được vận tốc lớn hơn.

Số vòng quay của bơm càn lớn làm tăng thời gian áp suất trong dòng áp lực cao vượt quá giới hạn nguồn càn Tuy nhiên, giá trị áp suất ổn định trong dòng áp lực cao không có sự thay đổi đáng kể.

Số vòng quay của bơm có tác động trực tiếp đến các thông số làm việc của hệ thủy lực, bao gồm vận tốc của xe, áp suất và thời gian vượt ngưỡng giới hạn áp suất của dòng áp lực cao.

3.4 Mô phỏng hệ thống với các giá trị thể tích làm việc riêng của bơm khác nhau

Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát mô phỏng hệ thống mạch kín với các vòng quay của bơm thay đổi theo từng mức khác nhau Việc điều chỉnh thể tích làm việc của bơm và bơm bù được thực hiện mà không ảnh hưởng đến cấu trúc hệ thống Các thông số quan trọng như mô men cản bánh xe M = 350 [Nm], vòng quay của bơm n = 67 [vòng/s], cùng với thời gian, vận tốc chuyển động của xe và áp suất trong hệ thống được trình bày chi tiết trong bảng 3.2.

Thể tích bơm bù [cm 3 ] 11 24,5 46

Thời gian xe đạt vận tốc cực đại [s] 4,6 10,7 20,6

Vận tốc cực đại của xe[m/s] 2,9 6,9 13,0 Áp suất

Thời gian áp suất vượt giới hạn nguồn là 4,2, 10,0 và 20 giây, trong khi áp suất ổn định của dòng áp lực cao đạt các giá trị 4,3.10^6, 5,4.10^6 và 6,9.10^6 Pa Kết quả mô phỏng cho từng trường hợp về vận tốc chuyển động của xe và áp suất của hệ thống được trình bày chi tiết qua các đồ thị trong phụ lục kèm theo.

Với hệ mạch kín khảo sát, từ các kết quả mô phỏng thay đổi thể tích làm việc riêng của bơm ở trên ta có những nhận xét:

Thời gian để xe đạt vận tốc cực đại và chuyển động ổn định tỉ lệ thuận với thể tích của bơm; bơm có thể tích làm việc nhỏ giúp xe nhanh chóng đạt vận tốc tối đa, nhưng giá trị vận tốc cực đại lại thấp Ngược lại, bơm có thể tích lớn sẽ làm thời gian ổn định áp suất kéo dài.

- Thể tích làm việc riêng của bơm càng lớn thì vận tốc xe càng lớn, thời gian áp suất ở dòng áp lực cao vượt giới hạn càng lâu

Khi điều chỉnh thể tích làm việc riêng của bơm, với sự biến đổi từ 4,65 lần, sẽ dẫn đến sự thay đổi đáng kể về vận tốc chuyển động của xe, đạt tới 4,8 lần, trong khi áp suất làm việc của dòng áp lực cao chỉ thay đổi khoảng 1,6 lần.

Thay đổi thể tích làm việc riêng của bơm và bơm bù ảnh hưởng đến các thông số làm việc của hệ thủy lực, bao gồm vận tốc của xe, áp suất, và thời gian vượt áp suất của dòng áp lực cao.

3.5 Mô phỏng hệ thống với giá trị thể tích làm việc riêng của động cơ ở mức khác nhau

Hệ thống thủy lực mạch kín được khảo sát mô phỏng với mô men cản bánh xe M = 350 [Nm] và tốc độ quay của bơm là 67 vòng/s Trong quá trình nghiên cứu, giá trị thể tích làm việc riêng của động cơ được thay đổi ở các mức khác nhau, đảm bảo không làm thay đổi kết cấu hệ thống Các thông số về thời gian, vận tốc chuyển động của xe và áp suất hệ thống được trình bày chi tiết trong bảng 3.3.

Thể tích động cơ [cm 3 ] 80 107 140

Thời gian xe đạt vận tốc cực đại [s] 2,8 1,6 1

Vận tốc cực đại của xe [m/s] 2,6 2,73 1,6 Áp suất

Thời gian áp suất vượt giới hạn nguồn là 2,3, 1,3 và 0,8 giây, trong khi áp suất ổn định của dòng áp lực cao đạt 3,3.10^6, 2,8.10^6 và 2,4.10^6 Pa Kết quả mô phỏng cho từng trường hợp về vận tốc chuyển động của xe và áp suất của hệ thống được trình bày chi tiết qua đồ thị trong phụ lục kèm theo.

Với hệ mạch kín khảo sát, từ các kết quả mô phỏng thay đổi thể tích làm việc riêng của động cơ ở trên ta có những nhận xét:

Thời gian để xe đạt vận tốc cực đại và chuyển động ổn định tỉ lệ nghịch với thể tích làm việc riêng của động cơ; tức là, động cơ có thể tích làm việc riêng nhỏ sẽ giúp xe nhanh chóng đạt tốc độ tối đa, nhưng giá trị tốc độ cực đại lại cao Ngoài ra, thời gian để áp suất hệ thống ổn định cũng tỉ lệ nghịch với thể tích của động cơ.

Mô phỏng hệ thống khi thay đổi tỉ số truyền lực cuối cùng

Với hệ mạch kín đã thiết lập, chúng tôi tiến hành khảo sát mô phỏng bằng cách điều chỉnh các thông số cụ thể như thể tích làm việc của bơm 110,4 cm³ và bơm bù 24,5 cm³, cùng với số vòng quay của bơm đạt 56 vòng/s Thể tích làm việc của động cơ là 107 cm³ và mô men cản bánh xe là 350 Nm Chúng tôi lần lượt thay đổi tỉ số truyền lực cuối cùng mà không làm thay đổi cấu trúc hệ thống Các giá trị về thời gian, vận tốc chuyển động của xe và áp suất trong hệ thống được trình bày chi tiết trong bảng 3.5.

Tỉ số truyền lực cuối cùng 10 15 20 25

Thời gian xe đạt vận tốc cực đại [s] 2,4 2,4 2,4 2,4

Vận tốc cực đại của [m/s] 6,14 4,12 3,07 2,47 Áp suất

Thời gian áp suất vượt giới hạn nguồn là 2,1 giây, trong khi áp suất ổn định của dòng áp lực cao dao động từ 2,8.10^6 Pa đến 4,0.10^6 Pa Kết quả mô phỏng cụ thể cho từng trường hợp về vận tốc chuyển động của xe và áp suất của hệ thống được trình bày chi tiết qua các đồ thị trong phụ lục kèm theo.

Dựa trên hệ mạch kín khảo sát và các kết quả mô phỏng, có thể rút ra những nhận xét quan trọng về sự thay đổi tỉ số truyền lực cuối cùng của hệ truyền động.

- Khi thay đổi tỉ số truyền lực cuối cùng của hệ truyền động không ảnh hưởng đến thời gian đạt vận tốc cực đại và ổn định xe

Tỉ số truyền lực cuối cùng của hệ truyền động tăng 2,2 lần dẫn đến giá trị vận tốc cực đại của xe giảm 2,49 lần Sự gia tăng tỉ số truyền cũng làm giảm áp suất làm việc ổn định của dòng áp lực cao, cụ thể là giảm 1,42 lần.

Tỉ số truyền lực cuối cùng của hệ truyền động ảnh hưởng đến vận tốc của xe và thông số áp suất của hệ thủy lực, nhưng không tác động đến thời gian và áp suất của dòng áp lực thấp.

Mô phỏng với các điều kiện khác tác động vào hệ thống

Hệ thống mạch kín được khảo sát mô phỏng với các thông số cụ thể như sau: thể tích làm việc riêng của bơm là 65,2 cm³, bơm bù có thể tích làm việc riêng 14,5 cm³, tốc độ quay của bơm đạt 67 vòng/s, và thể tích làm việc riêng của động cơ là 54,8 cm³ Mô men cản bánh xe được xác định là M = 1.000 Nm Thời gian, vận tốc chuyển động của xe và áp suất trong hệ thống cũng được mô tả chi tiết.

3.8.1 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi thay đổi tốc độ bơm đột ngột Đặt giả thuyết với hệ thống mạch kín như ở mục 3.8 Khi xe đang chuyển động bình thường vì một lý do nào đó bơm đột ngột ngừng quay Ta tiến hành khảo sát các thông số hoạt động của hệ thống, như sau:

Hình 3-7 Đồ thị hệ số điều chỉnh tốc độ bơm

Khi hệ thống đang hoạt động tốc độ bơm ngừng quay đột ngột (ở giây thứ

Khi xe ngừng chuyển động đột ngột, lực quán tính lớn khiến xe tiếp tục di chuyển chậm dần trước khi dừng hẳn sau hơn 5 giây Việc bơm ngừng quay tạo ra áp suất va đập giữa dòng áp lực thấp và cao, ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống như đã được mô tả trong đồ thị.

Như vậy, khi xe đang chuyển động nếu bơm dừng quay đột ngột gây ảnh hưởng đến hệ thống

3.8.2 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi đột ngột đảo chiều quay bơm Đặt giả thuyết với hệ thống mạch kín như ở mục 3.8 Khi xe đang chuyển động bình thường thì đột ngột đảo ngược chiều quay của bơm Ta tiến hành khảo sát các thông số hoạt động của hệ thống, như sau:

Hình 3-10 Đồ thị hệ số điều chỉnh tốc độ bơm

Khi hệ thống hoạt động, việc đảo ngược chiều quay của bơm đột ngột (ở giây thứ 16) khiến xe chuyển động ngược lại một cách bất ngờ Tuy nhiên, do lực quán tính lớn, xe vẫn tiếp tục di chuyển chậm lại trước khi chuyển hướng hoàn toàn sau hơn 10 giây Sự đảo chiều của bơm tạo ra áp suất va đập giữa dòng áp lực thấp và cao, ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống như đã thể hiện trong đồ thị.

Khi hệ thống đang hoạt động, việc đột ngột đảo chiều chuyển động của xe và bơm có thể ảnh hưởng tiêu cực đến các thông số làm việc của hệ thống.

3.8.3 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi tải tăng đột ngột Đặt giả thuyết với hệ thống thủy lực mạch kín và các thông số hệ thống được thiết lập như ở mục 3.8, khi hệ thống đang hoạt động bình thường thì bất ngờ phải vượt qua chướng ngại vật (Đặt giả thuyết là tăng gấp đôi mô men cản bánh xe: mô đất hoặc khối đá, khối vật liệu cản đường…) sau đó xe tiếp tục chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang Ta tiến hành khảo sát mô phỏng các thông số hoạt động của hệ thống, như sau:

Hình 3-13 Đồ thị mô men cản bánh xe

Khi hệ thống hoạt động bình thường, việc vượt qua chướng ngại vật khiến xe tiếp tục chuyển động trên mặt phẳng với vận tốc không thay đổi đáng kể, chỉ có rung động nhẹ Tuy nhiên, hành động này tạo ra áp suất cao trong dòng áp lực, như thể hiện trong đồ thị, nhưng áp suất vẫn nằm trong giới hạn cho phép.

Khi hệ thống hoạt động bình thường, việc bất ngờ vượt qua chướng ngại vật có thể làm thay đổi các thông số làm việc và gây ra tác động tiêu cực đến hiệu suất của hệ thống.

3.8.4 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi đột ngột giảm tải Đặt giả thuyết với hệ thống thủy lực mạch kín và các thông số hệ thống được thiết lập như ở mục 3.8, khi hệ thống đang hoạt động bình thường thì bất ngờ giảm tải đột ngột (Đặt giả thuyết là mô men cản bánh xe về giá trị gần bằng không như đi qua: hố sâu, lòng kênh…) Ta tiến hành khảo sát các thông số hoạt động của hệ thống, như sau:

Khi hệ thống hoạt động bình thường và bất ngờ giảm tải, vận tốc chuyển động của xe chỉ bị ảnh hưởng nhẹ, nhưng sự giảm tải đột ngột có thể gây ra áp suất giảm đột ngột trong dòng áp lực cao Mặc dù mô men cản bánh xe gần như bằng không do nội ma sát, áp suất trong dòng áp lực cao vẫn duy trì ở một mức nhất định để vượt qua lực cản.

Như vậy, khi hệ thống đang hoạt động bình thường thì bất ngờ giảm tải nó sẽ gây ảnh hưởng đến thông số áp suất của hệ thống

3.8.5 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi mô men cản bánh xe quá lớn Đặt giả thuyết với hệ thống mạch kín như ở mục 3.8, khi hệ thống đang hoạt động bình thường thì bất ngờ tăng tải mô men cản bánh xe với giả thuyết là mô men cản bánh xe quá lớn (M vượt nhiều lần mức cho phép, xem như khóa cứng bánh xe) Ta tiến hành khảo sát mô phỏng các thông số hoạt động của hệ thống đến thông số làm việc, như sau:

Khi hệ thống hoạt động bình thường, bất ngờ xảy ra tình trạng tăng tải mô men cản bánh xe, giả định mô men cản quá lớn như khóa cứng bánh xe, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chuyển động của xe, khiến xe chậm lại và có xu hướng chạy lùi Để khắc phục lực cản này, dòng dầu áp lực cao sẽ hoạt động vượt mức giới hạn áp suất cho phép; tuy nhiên, nhờ vào việc thiết lập giới hạn áp suất, xe không thể vượt qua được lực cản này.

Khi hệ thống hoạt động bình thường, một sự gia tăng đột ngột mô men cản bánh xe, với giả thuyết là mô men này quá lớn (như trường hợp khóa cứng bánh xe), sẽ ảnh hưởng đến các thông số của hệ thống.

Với hệ mạch kín khảo sát, các kết quả mô phỏng cho thấy sự thay đổi trong các điều kiện tác động và hệ thống, như việc bơm đột ngột ngừng quay, đảo chiều quay bơm, hoặc tăng giảm tải, đã mang lại những nhận xét quan trọng.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực Thủy Lực Trên Xe Chuyên Dụng
Tác giả	Hồ Văn Yên
Người hướng dẫn	PGS.TS. Hồ Hữu Hải
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	1,92 MB