Hệ thống truyền lực hybrid thủy - cơ điều khiển vô cấp dùng cho xe tải nhỏ

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu phân tích lựa chọn cấu hình hộp số phân nhánh thủy - cơ, thiết kế mạch truyền động và điều khiển thủy lực, định cỡ các phần tử thủy lực, định cỡ bộ phận thu hồi, tích lũy và tái sử dụng năng lượng khi phanh phù hợp với điều kiện vận hành của xe chuyên dụng và xe tải cỡ nhỏ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống truyền lực hybrid thủy - cơ điều khiển vô cấp dùng cho xe tải nhỏ

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID THỦY - CƠ ĐIỀU KHIỂN VÔ CẤP DÙNG CHO XE TẢI NHỎ HYDROMECHANICAL CVTs TRANSMISSION FOR A SMALL TRUCK CHU VĂN HUỲNH*, BÙI HẢI TRIỀU, NGUYỄN THÀNH NAM Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải *Email liên hệ: huynhcv@utt.edu.vn cơ khí sang số dưới tải trọng [1-3]). Ngoài ra, nhờ một Tóm tắt bộ biến tốc thủy tĩnh kết nối song song với bộ truyền Điều khiển tỷ số truyền vô cấp, thu hồi, tích lũy và cơ khí, hệ thống truyền lực hybrid thủy - cơ còn có tái sử dụng năng lượng khi phanh là những tính khả năng phanh không hao mòn, khả năng thu hồi, tích năng quan trọng của hệ thống truyền lực hiện đại, lũy và tái sử dụng năng lượng khi phanh. Do đó, lựa có khả năng tiết kiệm năng lượng và thân thiện với chọn cấu hình phù hợp, xác định kết cấu và định cỡ môi trường. Bài báo giới thiệu một số kết quả phần tử truyền lực và các bộ phận chức năng kèm theo nghiên cứu phân tích lựa chọn cấu hình hộp số là những nghiên cứu cần thiết để phát triển ứng dụng phân nhánh thủy - cơ, thiết kế mạch truyền động công nghệ truyền lực hybrid thủy - cơ trên xe tải và xe và điều khiển thủy lực, định cỡ các phần tử thủy chuyên dụng. lực, định cỡ bộ phận thu hồi, tích lũy và tái sử 2. Phân tích động học và xác định các thông số dụng năng lượng khi phanh phù hợp với điều kiện kết cấu của HS PNCS trang bị cho xe tải nhỏ vận hành của xe chuyên dụng và xe tải cỡ nhỏ. 2.1. Lựa chọn cấu hình HS PNCS Từ khóa: Truyền động vô cấp, hộp số phân nhánh công suất, hộp số thủy cơ, phanh tái sinh. Abstract CVTs control, energy recovery, storage and reuse during braking are important features of modern powertrains, which are energy efficient and environmentally friendly. The article presents some research results, analysis, selection of hydraulic-mechanical branched gearbox Hình 1. Sơ đồ nguyên lý của HS PNCS có cấu hình CRO configuration, design of hydraulic transmission + P/M1, P/M2 - Bơm/động cơ thuỷ lực của bộ biến tốc and control circuits, sizing of hydraulic elements, thủy tĩnh; sizing of recovery parts, accumulate and reuse + i1 - Tỉ số truyền phân nhánh công suất; energy when braking in accordance with the + i2 - Tỉ số truyền nhập dòng công suất; operating conditions of specialized vehicles and + R - Bánh răng bao; small trucks. + C - Cần dẫn; Keywords: Continuously variable transmission, + S - Bánh răng và số răng bánh răng mặt trời. power split transmission, hydro-mechanical +Me, Mp, MM, Ms - Lần lượt là mô men của: động cơ, transmission, regenerative braking. bơm, mô tơ thủy lực và đầu ra của HS PNCS; +ne, np, n M, ns - Lần lượt là số vong quay của: động cơ, 1. Đặt vấn đề bơm, mô tơ thủy lực và đầu ra của HS PNCS. Hệ thống tuyền lực hybrid thủy - cơ (phát triển trên cơ sở hộp số phân nhánh công suất (HS PNCS)) đang Để hình thành một HS PNCS đơn giản, có thể có được sử dụng ngày càng rộng rãi trên xe chuyên dụng 12 phương án kết nối giữa bộ biến tốc thủy tĩnh với (máy nông, lâm nghiệp). Tuy nhiên, việc nghiên cứu, bộ hành tinh 3 trục. Trong đó, phù hợp nhất với xe ứng dụng HS PNCS trên ô tô, đặc biết là trên ô tô tải chuyên dụng là cấu hình CRO [4], trục sơ cấp của hộp còn chưa được nghiên cứu ở Việt Nam. HS PNCS kết số kết nối với cần dẫn C (catier), vành răng R (ring) hợp được ưu điểm về điều khiển vô cấp số vòng quay dẫn động bộ biến tốc thủy lực và nhập dòng tại đầu ra với hiệu suất truyền lực cao (tương đương với hộp số O (out). Cấu hình CRO có ưu điểm là đơn giản, có tỷ SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 389
HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 lệ phân nhánh công suất thủy lực giảm tuyến tính khi Và: tăng tỉ số truyền hộp số, dẫn đến hiệu suất truyền lực PR i tăng dần đến hiệu suất của hộp số cơ khí. Ngoài ra với = 0 (10) Pe i + iH 0 cấu hình CRO, HS PNCS còn có trạng thái số 0 và i1.i2 thay đổi tỉ số truyền êm dịu, vô cấp, không ngắt dòng lực kéo, cho khả năng loại bỏ ly hợp ma sát. HS PNCS Trục ra là trục động cơ thủy lực P/M2: với cấu hình CRO được trình bày trên Hình 1. (1+i0). H i nM i1 1+i0 i Trục thứ cấp của hộp số có thể chọn là trục bánh iG = = ; iR = ; PR = 0 Pe (11) ne iH iH i răng mặt trời hoặc trục động cơ thủy lực, tùy thuộc i0 + i0 + i0 + H i1.i2 i1.i2 i1.i2 vào cách chọn tỉ số truyền của hộp số. Mô men và số vòng quay được phân nhánh theo quan hệ sau: 2.2. Phân tích, lựa chọn, xác định tỉ số truyền của các phần tử truyền lực ne ZS + ZR = nS .ZS +nR .ZR (1) Me = MS + MR (2) Các tỉ số truyền i 0, iG, iH, i1 và i 2 được xác định Ms ZS theo các điều kiện: = (3) Me ZS + ZR - iG ≈ 0 ÷ 1 tương đương với một hộp số có só MR ZR truyền thẳng. Điều kiện này được thỏa mãn thuận lợi = (4) Me ZS + ZR hơn nếu chọn trục ra của hộp số là trục P/M2; Từ tỉ số truyền biến tốc thủy lực (iH) và các cặp - Số vòng quay lớn nhất của bơm P/M1, npmax ≈ ne; bánh răng: - Tỷ lệ phân nhánh P R/P e ≤ 0,5 ở các chế độ làm việc chính của xe [1, 3]. nM VPM1 MM VPM1 1 Đối tượng nghiên cứu là HS PNCS dùng cho dòng = =i ; = = ; (5) nP VPM2 H MP VPM2 iH xe tải nhẹ, trên thí dụ xe chở rác 2,5 tấn, có công suất n M n i1 = R = PM1 ; i2 = M . (6) lớn nhất của động cơ 38kW/3000v/ph. nP MR nS Theo điều kiện đơn giản trong kết cấu và điều khiển, dễ tìm được các linh kiện có thể chọn i0 = 2, bộ Xác định được các quan hệ tỉ số truyền: iG = nS/n e biến tốc có thể tích P/M2 không đổi. hoặc nM/n e; iR = n R/n e và thành phần phân nhánh công suất của hộp số cho các trường hợp: Tỉ số truyền i 1 được xác định theo điều kiện npmax≈ne. - Trục ra là trục bánh răng mặt trời: Với cấu hình CRO, n = n æç1+i0 ö÷ = 2 n do đó i1 = 2 . Rmax e e 3 è i0 ø 3 Z i (1+ R ). H nS ZS i1.i2 Theo điều kiện: iG = = (7) ne ZR iH + ì (1+ i0 ). H max üï ZS i1.i2 i ï n i1.i2 ïiGmax = = M = 1ï ZR ï ne + iH max ï ï i ï í ý 0 PR MR nR ZS i1.i2 (12) = . = (8) ïP i ï Pe Me ne ZR + iH ï =R 0 £ 0,5 ï ZS i1.i2 ï Pe i + iH max ï ïî 0 i1.i2 ïþ Trong đó: + PR, P e - Lần lượt là công suất của: bánh răng bao Xác định được iHmax = 3, i2 = 9 PR = 0,148 . và động cơ; 23 Pe + ZR, ZS - Lần lượt là số răng của bánh răng bao, Tại giá trị PR = 0,5 , xác định được iG = 27 tương bánh răng mặt trời. Pe 46 Gọi ZR/ZS = i0 là tỉ số truyền cơ sở của bộ truyền ứng iH = 12 , do đó khoảng tỉ số truyền của HS PNCS hành tinh đơn sẽ có: 23 iH có hiệu suất hợp lý là 27 £ iG £ 1 tương ứng với (1+ i0 ). 46 i1.i2 iG = (9) i0 + iH khoảng điều khiển tỉ số truyền thủy lực là 12 £ iH £ 3 . i1.i2 23 390 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021)
HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 2.3. Truyền động phân tầng VPwpDp VMwM Dp V Để HS PNCS luôn làm việc trong khoảng tỉ số = ³ 38kW; P = 3 2P 2P VM truyền có hiệu suất truyền lực hợp lý khi xe chuyển động trong các điều kiện vận hành khác nhau cần bố Trong đó: Δp là chênh lệch áp suất giữa nhánh trên trí nối tiếp một bộ truyền 2 cấp tại trục ra của hộp số. và nhánh dưới của mạch thủy lực. Hai cấp truyền phân tầng, có tầng nhanh phù hợp với Kết quả tính toán, lựa chọn: V P = 50cm3/vòng, VM điều kiện chuyển động của xe trên đường tốt (bằng = 16cm3/vòng, Δp =160 bar, áp suất giới hạn 200 bar. phẳng, chất lượng tốt) và tầng chậm phù hợp với điều Các thông số của bộ tích áp được xác định theo kiện đường xấu (đèo dốc, chất lượng mặt đường kém). động năng khi phanh xe chuyên dụng và khả năng tích Trong khuôn khổ bài báo, không có điều kiện để phân lũy năng lượng của thiết bị. tích chi tiết về cơ sở lựa chọn tỉ số truyền phân tầng Cân bằng năng lượng khi phanh và tích lũy có dạng: theo các chế độ làm việc điển hình của các loại xe V2 nghiên cứu, có thể dự kiến sơ bộ một hộp số phân tầng EV = WH = W12 = -ò pdV (13) đơn giản với tỉ số truyền tầng nhanh ip1 = 1 và tầng V1 chậm ip = 1 với ip = nra . Trong đó: 2 nvao mv02 n Jbxi .wb2x0 2 å 2.4. Các phần tử thủy lực của bộ biến tốc + EV =( + ) là động năng của xe i =1 2 Sơ đồ đầy đủ của mạch truyền động và điều khiển bộ biến tốc thủy lực trên HS PNCS dùng cho xe tải trong trường hợp phanh dừng (với: m là khối lượng nhẹ được trình bày tại Hình 2. Chức năng thu hồi, tích của xe; v0 là vận tốc chuyển động của xe; i là số bánh lũy và tái sử dụng lượng khi phanh được thực hiện bởi xe; ωbx là vận tốc góc của bánh xe); bộ tích áp bố trí trên nhánh vào của bơm chính. + WH là năng lượng thủy lực và W12 là công nén Cụm bơm 2 và các van 3, 4 có nhiệm vụ bổ sung khí; dầu và giữ áp suất của nhánh nạp trong chế độ bơm +V1, V2 là thể tích của bình tích áp trước và sau khi nén; 9 0 8 + p là áp suất thủy lực của nhánh dưới. 1 4 Đối với quá trình đa biến [1, 5]: 3 5 é n-1 ù 1 1 êæ p2 ö 2 1 W12 = pV ç ÷ n -1ú (14) 6 n -1êè p1 ø ú 4 5 êë úû 4 7 Quá trình nạp, xả tích áp khi phanh là quá trình nén, giãn nhanh; do đó có thể tính theo quá trình đoạn Hình 2. Sơ đồ mạch truyền động và điều khiển bộ nhiệt, n = k = 1,41 (hệ số nén đa biến). biến tốc thủy lực của HS PNCS Đối với một thể tích V1 và áp suất nén cực đại p 2, 1. Bơm thể tích; 2. Bơm phụ; 3. Van giới hạn áp suất đường tồn tại một tỷ lệ áp suất tối ưu tương ứng quá trình nạp; 4. Van chặn dòng; 5. Van giới hạn áp suất đường dầu đoạn nhiệt: cao áp; 6. Động cơ thủy lực thể tích không đổi; 7. Bình tích áp; 8. Van phân phối 2/2; 9. Ổ cắm thủy lực. æ p2 ö 1 ç p ÷ = k1-k = 0,308 của bơm 1 và động cơ 6 trong khoảng (5 ÷ 10 bar). è 1 øt.u Van phân phối 8 chỉ chuyển sang vị trí 1 khi hỗ trợ Từ đó có thể xác định thể tích khí ban đầu theo khởi hành và tăng tốc từ năng lượng tích áp. Ổ cắm 9 công thức [1, 6]: để kết nối truyền dẫn năng lượng thủy lực đến các bộ phận công tác chuyên dụng. WH (k-1) V0 = (15) Cần tính toán, xác định là các thông số kết cấu của é k -1 ù æp ök bơm, động cơ và bộ tích áp. p0 êêç 2 ÷ -1úú è p1 ø Bơm và động cơ thủy lực cần thỏa mãn điều kiện: ëê ûú SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 391
HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Chọn p0 = 0,9p1; p1 = 10bar cho lần phanh đầu tiên TÀI LIỆU THAM KHẢO với m = 2500kg, v 0 = 50km/h, xác định được thể tích [1] D. Will, H. Strohl, N. Gebhardt, Hydraulik - v0 = 21dm3. Grumdlagen, Komponenten, Schalttungen Áp suất p1 và p2 tăng dần theo mỗi lần phanh và Springer Verlag Berlin, 1999. đạt đến p2max là giá trị giới hạn áp suất của bộ biến tốc [2] H. Murrenhoff, H. Wallentowitz, Fluidtechnik fur thủy lực. mobile Anwendungen, Institut fur Kraftfahwensen 3. Kết luận Aachen, 1998. Hybrid thủy - cơ trên cơ sở HS PNCS là một giải [3] Skirde. E, Gigling M., Hydrostatik fur leistungs pháp truyền lực mới phù hợp với xe tải nhỏ và xe verzweigte Getriebe, VDI/MEG Kologium chuyên dụng. Lựa chọn cấu hình hợp lý, xác định các Agrartechnik, Mobilhydraulik, Braunschweig, thông số kết cấu, động học và chiến lược điều khiển 1996. phù hợp cùng với nghiên cứu bổ sung phần tử thu hồi, [4] P.D.Súy, T.M.Hoàng, B.H.Triều, Hiệu suất truyền tích lũy và tái sử dụng động năng khi phanh là những động của hộp số phân nhánh công suất. Tạp chí kết quả ban đầu góp phần phát triển ứng dụng truyền lực hybrid thủy - cơ trên ô tô và xe chuyên dụng. Cơ khí Việt Nam, Số 6/2018. Hệ thống truyền lực hybrid thủy - cơ trên, thí dụ [5] Findeisen D., Olhydraulik, Springer Verlag, 1994. ứng dụng cho xe chở rác 2,5 tấn có thể sử dụng làm [6] Rotthauser S., Verfahren zur Berechnung cơ sở để thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm truyền hydropneumatikcher Speicher Diss, RWTH động thủy cơ với HS PNCS, hướng đến thiết kế chế Aachen, 1993. tạo mẫu HS PNCS thay thế hộp số cơ khí phân cấp trên xe tải. Ngày nhận bài: 29/6/2021 Ngày nhận bản sửa: 05/8/2021 Ngày duyệt đăng: 20/8/2021 392 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021)