Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT PHÁT SINH TRONG QÚA TRÌNH PHANH TỚI HIỆU QUẢ PHANH

CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT PHÁT SINH TRONG QÚA TRÌNH PHANH TỚI HIỆU QUẢ PHANH

Tải bản đầy đủ - 0trang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



Với V 0 = 30 km/h và V = 0, mức gia tăng nhiệt độ cho phép là:

[T] = 15o.

Như vậy, các kích thước của má phanh cần được tính tốn lựa chọn sao cho

thoả mãn tất cả các điều kiện trên.

2.1.2. Phanh liên tục trên dốc dài.

2.1.2.1 Trường hợp ngắt động cơ khi phanh

Để khảo sát ảnh hưởng của hiện tượng chở quá tải tới hiệu quả phanh trong

quá trình phanh liên tục trên dốc dài mà động cơ bị ngắt ra khỏi hệ thống truyền lực

(hộp số để ở số 0), ta xét sơ đồ như trên hình 2.1.



Gsinα

Pp2







Pf2

G

Pp1



Pf1



α



Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng theo phương dọc xe khi phanh trên

đường dốc

Độ dốc của đường được xác định qua góc α, như vậy, lực chủ động đẩy xe

chạy xuống dốc là Gsinα.

Giả sử người lái dùng phanh để giữ vận tốc chuyển động ổn định: V = const,

khi đó ta có phương trình cân bằng lực như sau:

Gsinα = P p + P f + P ω



(2.3)



Trong đó:



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



37



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



- P p = P p1 + P p2 là tổng lực phanh tại các bánh xe;

- P f = P f1 + P f2 là tổng lực cản lăn tại các bánh xe:

P f = f.G



(2.4)



Với f là hệ số cản lăn;

- P ω là lực cản khơng khí:

P ω = 0,5C D ρFV2



(2.5)



Trong đó:

CD: Hệ số cản khơng khí;

ρ: Mật độ khơng khí (kg/m3);

F: Diện tích cản chính diện (m2);

V: Vận tốc tương đối giữa ơ tơ và khơng khí (m/s).

Như vậy, để duy trì vận tốc V khơng đổi, lực phanh cần thiết là:

Pp = Gsinα - Pf - Pω



(2.6)



Để tıń h mức gia tăng nhiê ̣t đô ̣ khi phanh, ta viế t phương trıǹ h cân bằ ng nhiê ̣t:

Pp dS

= Gt cdT + At ktVTdt

427



(2.7)



Trong đó:

S – quañ g đường phanh (m);

Gt – tro ̣ng lươ ̣ng tang trố ng và các chi tiế t bi ̣nung nóng (KG);

c – nhiê ̣t dung riêng của vâ ̣t liê ̣u tang trố ng (đố i với thép và gang: c = 0,125

kkal/KG.oC;

dT – mức gia tăng nhiê ̣t đô ̣ sau thời gian dt;

kt – hê ̣ số truyề n nhiê ̣t giữa tang trố ng và không khı́ (lương nhiê ̣t truyề n vào

không khı́ từ 1 m2 diê ̣n tıć h bề mă ̣t tang trố ng trong mô ̣t đơn vi ̣ thời gian với mức

chênh nhiê ̣t đô ̣ giữa tang trố ng và không khı́ là 1oC và vâ ̣n tố c tiế p tuyế n của tang

trố ng là 1 m/s);

V – vâ ̣n tố c tiế p tuyế n của tang trố ng (m/s);

T – mức chênh nhiê ̣t đô ̣ giữa tang trố ng Tt và không khı́ Tk: T = Tt – Tk.



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



38



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



Trong trường hơ ̣p phanh ngă ̣t, thời gian phanh rấ t ngắ n thı̀ có thể bỏ qua số

ha ̣ng thứ hai ở vế phải của biể u thức (2.7). Khi phanh liên tu ̣c trong thời gian dài thı̀

lươ ̣ng nhiê ̣t toả ra môi trường không khı́ chiế m tỷ tro ̣ng đáng kể cầ n tı́nh đế n lươ ̣ng

nhiê ̣t này. Biế n đổ i biể u thức (2.7) và lấ y tıć h phân ta đươ ̣c:



Gc  P

− t ln  p − At ktT  + C

S=

At kt  427





(2.8)



với C là hằ ng số thời gian.

Do khi bắ t đầ u phanh S = 0 và T = 0, nên ta có:

C=



Pp

Gt c

ln

At kt 427



(2.9)



Kế t hơ ̣p các biể u thức (2.8) và (2.9) ta đươ ̣c biể u thức tıń h nhiê ̣t đô ̣ tang

trố ng:

Pp

Tt =

Tk +

427 At kt



SA k

− t t



1 − e Gt c

















(2.10)



Để tı́nh mức gia tăng nhiê ̣t đơ ̣ khi phanh một cách chính xác hơn, ta sử dụng

phương trıǹ h cân bằ ng nhiê ̣t:

dS p

dT

P=

mt c

+ At kτ VtT

p

dt

dt



(2.11)



trong đó: Sp – quañ g đường phanh (m); mt – khối lươ ̣ng tang trố ng và các chi tiế t bi ̣

nung nóng (KG); c – nhiê ̣t dung riêng của vâ ̣t liê ̣u tang trố ng (đố i với thép và gang:

c = 500J/kg.độ); dT – mức gia tăng nhiê ̣t đơ ̣ sau thời gian dt; Aτ- diện tích truyền

nhiệt của tang trống (diện tích xung quanh); kτ – hê ̣ số truyề n nhiê ̣t giữa tang trố ng

và không khı;́ Vt – vâ ̣n tố c tiế p tuyế n của tang trố ng (m/s); T – mức chênh nhiê ̣t đô ̣

giữa tang trố ng Tt và không khı́ Tk: T = Tt – Tk.

Nếu coi người lái dùng phanh để giữ vận tốc không đổi Va = const trên dốc

thì biể u thức (2.11) có thể được viết dưới dạng:

PpVa mt c

=



dT

+ At kτ VtT

dt



(2.12)



Từ đó, ta có biểu thức tính mức gia tăng nhiệt độ như sau:



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



39



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



tp



T =∫

0



(P V



p a



− At kτ VtT )

mt c



dt



LUẬN VĂN THẠC SĨ



(2.13)



trong đó tp là thời gian phanh.

Giải kết hợp phương trình (2.13) ta thu được kết quả là mức gia tăng nhiệt

độ T khi phanh ô tô trên dốc với vận tốc Va không đổi trên quãng đường Sp =Va.tp.

2.1.2.2 Trường hợp phanh kết hợp với gài số

Để tăng cường khả năng hãm xe, người lái thường kết hợp phanh với sử

dụng số hợp lý. Lúc này động cơ sinh ra mô men phanh bổ sung Mep. Mơ men này

được tính như sau.

Giả thiết rằng người lái dùng phanh chính kết hợp với cài số để giữ vận tốc

chuyển động ổn định trên dốc, lực phanh được xác định theo công thức sau:

Pp = G.sinα - Pf - Pω - Pep



(2.14)



Trong công thức trên:

Pp là tổng lực phanh do hệ thống phanh sinh ra tại các bánh xe;

Pf là tổng lực cản lăn tại các bánh xe: Pf = f.G, với f là hệ số cản lăn;

Pω là lực cản khơng khí: Pω = 0,5CDρFVa2, với CD là hệ số cản khơng khí; ρ

là mật độ khơng khí (kg/m3); F là diện tích cản chính diện (m2); Va là vận tốc

chuyển động của ơ tô (m/s).

Pep là lực phanh do động cơ sinh ra tại bánh xe:

Pep =



M ep .iH

rd



trong đó: Mep là mơ men phanh của động cơ; iH là tỷ số truyền của hệ thống truyền

lực; rd là bán kính bánh xe.

Để tính tốn mơ men phanh của động cơ, cần có đặc tính động cơ do nhà sản

xuất cung cấp. Do khơng có số liệu thực nghiệm cụ thể, luận văn đã dựa trên đặc

tính kéo ơ tơ trên hình 2.2, được lấy từ tài liệu “Automotive Transmissions:

Fundamentals, Selection, Design and Application” [3].

Có thể thấy rằng mơ men phanh của động cơ tăng gần như tuyến tính theo

vận tốc quay của nó, nên:



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



40



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



M ep = M ep min + kep ( ne − ne min )



Trong đó:



kep =



M ep max − M ep min

ne max − ne min



Ta có: kep = 0,12, nên:

Mep = 132 + 0,12.(ne – 600)



Hình 2.2. Đặc tính kéo ơ tơ tải



Vận tốc quay bánh xe:

Vận tốc động cơ: ne =



nb =



30 Va

π 3, 6.rd



30 Va

ii

π 3, 6.rd 0 hi



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



41



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



Lực phanh của động cơ tại bánh xe: Pep =



M ep .i0 .ih1

rd



LUẬN VĂN THẠC SĨ



.



Như vậy, dựa trên các cơng thức đã được xây dựng trên đây, có thể tính được

mức gia tăng nhiệt độ trên cơ cấu phanh trong điều kiện phanh liên tục trên dốc cho

các trường hợp khác nhau: ngắt động cơ và có động cơ.

2.2. SỰ PHỤ THUỘC CỦA HỆ SỐ MA SÁT VÀO NHIỆT ĐỘ.

Các loại vật liệu ma sát đều có hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ. Mức đô ̣

cũng như quy luâ ̣t phu ̣ thuô ̣c của hê ̣ số ma sát vào nhiê ̣t đô ̣ thay đổ i theo loa ̣i vâ ̣t

liê ̣u ma sát. Các kế t quả nghiên cứu cho thấ y, khi nhiê ̣t đô ̣ tăng lên thı̀ hê ̣ số ma sát

thay đổ i theo các quy luâ ̣t khác nhau với các giai đoa ̣n tăng và giảm.



Hê ̣ số ma sát



Má phanh xe đua



Má phanh thường



Má phanh hỗn hơ ̣p



Nhiê ̣t đô ̣ (oC)

Hıǹ h 2.3. Sự phu ̣ thuô ̣c của hê ̣ số ma sát vào nhiê ̣t đô ̣ của mô ̣t số loa ̣i

vâ ̣t liê ̣u

Trên hı̀nh 2.3 là mô ̣t số vı́ du ̣ điể n hıǹ h thể hiê ̣n mố i quan hê ̣ giữa hê ̣ số ma

sát với nhiê ̣t đô ̣ của các loa ̣i má phanh khác nhau. Đố i với ma phanh thường, hê ̣ số

ma sát giảm ma ̣nh sau 300oC. Nhưng đố i với má phanh dành cho xe đua, hê ̣ số ma

sát giữ đươ ̣c giá tri cao

và ổ n đinh

̣

̣ ngay cả khi nhiê ̣t đô ̣ đa ̣t tới 800 – 900oC.



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



42



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



Sự phu ̣ thuô ̣c của hê ̣ số ma sát nói chung có thể đươ ̣c mô tả như trên hıǹ h

2.3. Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ ra những kết quả khác nhau. Trên hình 2.4 là

một ví dụ: các loa ̣i vâ ̣t liê ̣u tố t có thể duy trı̀ hê ̣ số ma sát cao khi nhiê ̣t đô ̣ vươ ̣t quá

300oC, còn đố i với các loa ̣i vâ ̣t liê ̣u thường thı̀ hê ̣ số ma sát bắ t đầ u giảm ma ̣nh sau

200oC.



Hê ̣ sớ ma sát, µ



Vâ ̣t liê ̣u tố t



Vâ ̣t liê ̣u thường



Nhiê ̣t đô ̣ của các bề mă ̣t ma sát



Hı̀nh 2.4. Sự phụ thuộc của hê ̣ số ma sát vào nhiê ̣t độ



2.3. SỰ SUY GIẢM HIỆU QUẢ PHANH DO NHIỆT ĐỘ

2.3.1. Ảnh hưởng của nhiêṭ đô ̣ tới hê ̣ số ma sát.

Như đã trình bày trên đây, các loại vật liệu ma sát sử dụng trong các cơ cấu

phanh ô tơ hiện nay đều có hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ. Tuy nhiên, mức đô ̣

cũng như quy luâ ̣t của sự phu ̣ thuô ̣c này thay đổ i theo loa ̣i vâ ̣t liê ̣u [1,2,…].



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



43



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



Hình 2.5. Quy luật thay đổi hệ số ma sát theo nhiệt độ của một số vật liệu



µ



Hình 2.6. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



44



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



Các kết quả nghiên cứu cho thấy, đố i với má phanh thông dụng, ở nhiệt độ

nhỏ hơn 200 – 2500C hệ số ma sát không thay đổi nhiều theo nhiệt độ, nhưng sẽ

giảm ma ̣nh sau khi vượt qua 3000C. Nhưng đố i với các loại má phanh dành cho xe

đua, hê ̣ sớ ma sát có thể giữ đươ ̣c giá tri ̣cao và ổ n đinh

̣ ngay cả khi nhiê ̣t đô ̣ đa ̣t tới

800 – 900oC. Đối với các loại vật liệu thường dùng cho má phanh hiện nay, sự thay

đổi của hệ số ma sát theo nhiệt độ có quy luật giảm dần gần như tuyến tính như trên

hình 2.5.

Trong một số nghiên cứu, người ta chấp nhận giả thiết hệ số ma sát giảm

tuyến tính theo nhiệt độ nhằm đơn giản hố bài tốn mà khơng gây sai số lớn.

Chẳng hạn, theo The Automotive Chassis Volume 1 (trang 306) [2] sự phụ thuộc

của hệ số ma sát theo nhiệt độ được mô tả như trên hình 2.6.

Hiện nay, các kết quả nghiên cứu khơng đưa ra được cơng thức mơ tả chính

xác mối quan hệ giữa hệ số ma sát với nhiệt độ, do nó khơng chỉ phụ thuộc loại vật

liệu mà còn nhiều yếu tố khác. Vì vậy, theo tài liệu [2], để đơn giản hố q trình

tính tốn có thể giả thiết rằng hệ số ma sát giảm tuyến tính theo nhiệt độ. Khi đó, ta

có thể mơ tả quy luật này như sau :

= µ0 − δ .Tt

µ



trong đó: µ0 là hệ số ma sát ở cơ cấu phanh nguội, µ là hệ số ma sát ở cuối quá trình

phanh và δ là hệ số thực nghiệm.

Với các số liệu tham khảo từ các tài liệu các tài liệu [1,2] và một số tài liệu

khác, giá trị của các thơng số trên được lấy như sau: µ0 = 0,4 và δ = 0,00035.

2.3.2. Ảnh hưởng của nhiêṭ đô ̣ tới hê ̣ sớ truyền nhiệt.

Trong khi tính tốn nhiệt, hệ số truyền nhiệt kτ được lấy theo các tài liệu

tham khảo [4]. Tuy nhiên, hệ số này cũng thay đổi theo nhiệt độ, và quy luật của nó

khơng được mơ tả cụ thể bằng cơng thức tính tốn.

Hệ số truyền nhiệt kτ thay đổi theo nhiệt độ với quy luật phụ thuộc vào loại

vật liệu. Đối với các loại gang kτ giảm dần theo nhiệt độ. Để đơn giản hố q trình



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



45



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



LUẬN VĂN THẠC SĨ



tính tốn, trong nghiên cứu này đã chấp nhận giả thiết quy luật biến thiên của kτ như

sau:

k=

kτ 0 − λ.Tt

τ



(2.15)



trong đó: kτ0 là giá trị của kτ ở nhiệt độ chuẩn và λ là hệ số thực nghiệm.

Giá trị cụ thể của các thông số trên phụ thuộc vào thành phần hố học của

từng loại gang. Khi tính tốn, kτ và λ được xác định từ các số liệu trong Handbook

of Heat Tranfer [4] với các giá trị sau: kτ0 = 50 và λ = 0,028.

2.3.3. Đánh giá mức suy giảm hiệu quả phanh.

Các loa ̣i cơ cấ u phanh của ô tô hiê ̣n nay đề u hoa ̣t đô ̣ng dựa trên nguyên lý

tiêu tán năng lươ ̣ng chuyể n đô ̣ng nhờ ma sát. Ma sát biế n đô ̣ng năng chuyể n đô ̣ng

của ô tô thành nhiê ̣t năng và thải nó ra ngoài không khı́ qua các chi tiế t của cơ cấ u

phanh (chủ yế u là qua trố ng hoă ̣c đıã phanh). Như vâ ̣y, lực phanh ta ̣i các bánh xe

đươ ̣c hıǹ h thành nhờ ma sát sinh ra trong cơ cấ u phanh. Mố i quan hê ̣ giữa lực phanh

và hê ̣ số ma sát có thể đươ ̣c viế t dưới da ̣ng tổ ng quát như sau:

Pp = µ.Kcp



(2.16)



Trong đó: µ là hê ̣ sớ ma sát; Kcp là hê ̣ số phu ̣ thuô ̣c vào kế t cấ u của cơ cấ u phanh.

Biể u thức trên cho thấ y, nế u trong quá trıǹ h phanh mà hê ̣ số ma sát thay đổ i

thı̀ lực phanh cũng thay đổ i theo. Nghıã là hiê ̣u quả phanh phu ̣ thuô ̣c vào giá tri ̣của

hê ̣ số ma sát trong quá trıǹ h phanh.

Các nghiên cứu đã chı̉ ra rằ ng, đối với một loại vật liệu, hê ̣ số ma sát phu ̣

thuô ̣c vào nhiề u yế u tố như nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩ m, vâ ̣n tố c trươ ̣t, … Trong đó, yế u tố ảnh

hưởng lớn nhấ t đế n hê ̣ số ma sát chı́nh là nhiê ̣t đô ̣. Trong bài báo này chỉ trình bày

các kết quả đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số ma sát.

Do lực phanh tỷ lệ thuận với hệ số ma sát, nên hiệu quả phanh còn lại sau khi

phanh liên tục trên dốc hq được đánh giá như sau:



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



46



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



hq =



LUẬN VĂN THẠC SĨ



µ

.100%

µ0



Hệ số hq cho biết hiệu quả phanh của cơ cấu phanh “nóng” (sau q trình

phanh liên tục) so với cơ cấu phanh “nguội”.

2.4 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN BẰNG MATLAB SIMULINK

Để tính tốn nhiệt độ trong các cơ cấu phanh của ơ tơ và hiệu quả phanh còn lại sau

khi xuống dốc dài cần phải thực hiện các tính tốn, trong đó có việc giải phương

trình vi phân (5). Vì vậy, luận văn đã sử dụng cơng cụ Simulink trong phần mềm

Matlab. Chương trình tính tốn được thể hiện trên hình 2. 5.



Hình 2.7. Chương trình tính tốn hiệu quả phanh còn lại bằng Matlab - Simulink

Các trường hợp tính tốn được thực hiện với các điều kiện đầu vào như sau:

độ dốc, vận tốc chuyển động, quãng đường di chuyển. Thời gian tính tốn tương

ứng với thời gian cần thiết để ô tô đi hết quãng đường đã chọn với vận tốc không

đổi (chọn trước).

Các trường hợp tính tốn cụ thể và các số liệu đầu vào được trình bày trong chương

3.



GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN



47



HVTH: LÊ QUỐC HƯNG



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT PHÁT SINH TRONG QÚA TRÌNH PHANH TỚI HIỆU QUẢ PHANH

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×