Tài liệu Nghiên cứu công nghệ thu hồi để tái sử dụng năng lượng bằng hệ thống truyền động thủy lực khi phanh xe cơ giới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------- Luyện Văn Hiếu NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THU HỒI ĐỂ TÁI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BẰNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC KHI PHANH XE CƠ GIỚI Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 9520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 Công trình được thực hiện tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ------------------------------- Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Ngô Sỹ Lộc 2. TS. Trần Khánh Dương Phản biện 1: ……………………………………..……. Phản biện 2: ………………………………………..…. Phản biện 3: …………………………………………… Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….giờ, ngày ….. tháng …. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Luyện Văn Hiếu, Ngô Sỹ Lộc, Trần Khánh Dương (2015). Công nghệ thu hồi năng lượng động năng sử dụng bình tích áp thủy lực. Tuyển tập Công trình – Hội nghị Khoa học Cơ học thủy khí toàn quốc năm 2015. tr. 325-332; 2. Luyện Văn Hiếu, Ngô Sỹ Lộc, Trần Khánh Dương (2016). Nghiên cứu hiệu quả thu hồi động năng xe chuyên dùng bằng bình tích năng thủy khí. Tuyển tập Công trình – Hội nghị Khoa học Cơ học thủy khí toàn quốc năm 2016. tr. 223-233; 3. Luyện Văn Hiếu, Ngô Sỹ Lộc, Trần Khánh Dương (2018). Giới thiệu hệ thống thực nghiệm phanh thu hồi năng lượng động năng bằng bình tích năng thủy lực trên xe ô tô chuyên dùng. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 3 năm 2018. tr. 58-65; 4. Luyện Văn Hiếu, Ngô Sỹ Lộc, Trần Khánh Dương (2018). Một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm hệ thống phanh thu năng lượng động năng sử dụng bình tích áp thủy lực lắp trên xe thu gom rác 2,5 tấn. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 4 năm 2018. tr. 100-106; 5. Luyen Van Hieu, Ngo Sy Loc, Tran Khanh Duong (2018). A Hydraulic Regenerative Braking System: Some Modeling and ExperimentalResults. Journal of Science & Technology technical universities, No 127B, 2018, page 57-62. 6. Luyen Van Hieu, Ngo Sy Loc, Tran Khanh Duong (2018). Studying hydraulic regenerative braking system on the dump truck. The first International Conference on Fluid Machinery and Automation Systems 2018, page 68-73; 7. Luyen Van Hieu, Ngo Sy Loc, Tran Khanh Duong, Pham Van Hai and Dong Minh Tuan (2018). Modeling and simulating specialized vehicle regenerative braking system. The first International Conference on Fluid Machinery and Automation Systems 2018, page 347-352. 3 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do lựa chọn đề tài Hiện nay, năng lượng hóa thạch truyền thống đang dần cạn kiệt [1], để phát triển bền vững kinh tế, cũng như bảo vệ môi trường là yêu cầu cấp bách đối với mọi quốc gia. Ngày 25 tháng 11 năm 2015 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050. Do vậy vấn đề tiết kiệm năng lượng, cũng như khai thác các nguồn năng lượng tái tạo đang được ưu tiên phát triển ở nước ta hiện nay [2]. Hiện nay xe chuyên dùng sử dụng thu gom chở rác ở nước ta với số lượng lớn [3], hệ thống phanh của dòng xe này đang sử dụng thường là hệ thống phanh dạng ma sát, trong quá trình phanh hãm xe, hệ thống phanh kiểu này thực hiện biến đổi động năng của xe sang nhiệt năng, tiêu tán ra môi trường xung quanh, không được thu hồi, hơn nữa do đặc điểm khai thác mà dòng xe này có tần xuất phanh dừng cao, công suất phanh lớn, dẫn đến sự lãng phí năng lượng, ngoài ra còn sản sinh ra lượng khí phát thải lớn gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên để thay thế hết các dòng xe đang lưu hành này trong điều kiện kinh tế khó khăn ở nước ta là một công việc khó khăn, do đó hướng nghiên cứu để phát triển một hệ thống phanh thu năng thủy lực trên các dòng xe chuyên dùng thu gom chở rác cần được đặt ra. Nhằm hướng đến phát triển một hệ thống phanh có khả năng khai thác, thu năng lượng động năng trên xe chuyên dùng thu gom chở rác, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ thu hồi để tái sử dụng năng lượng bằng hệ thống truyền động thủy lực khi phanh xe cơ giới” là nội dung nghiên cứu trong luận án. 1.2. Mục đích nghiên cứu - Đề xuất cấu hình một hệ thống thủy lực có khả năng thu hồi năng lượng động năng khi phanh xe chuyên dùng thu gom rác tải trọng 2,5 tấn; - Từ cấu hình đề xuất, nghiên cứu đánh giá khả năng phanh thu năng lượng động năng của hệ thống phanh như một hàm số của các thông số vận hành như: tốc độ xe theo các tay số, khối lượng xe và thông số áp suất bình áp năng thủy lực. 1.3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Xe chuyên dùng thu gom chở rác sử dụng hộp số sàn có gắn hộp chia công suất hạng nhẹ. 4 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tỉ lệ thu năng bằng hệ thống truyền động thủy lực sử dụng bình áp năng lắp kết nối với hộp chia công suất trên xe chuyên dùng thu gom chở rác loại 2,5 tấn di chuyển ở vùng đồng bằng. Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp nghiên cứu tính toán lý thuyết kết 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; 5 - 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 S¬ ®å bµn ®¹p phan pacc 5 6 4 3 8 9 7 V1 10 11 Phanh thu n¨ng lîng Phanh thêng cña xe 2 ÐT4 (chÕ ®é off) Hép PTO 1 CLPTO Ly hîp §éng c¬ Hép sè sµn CL CLPTO pacc V1 Bé ®iÒu khiÓn Arduino Uno R3 12 Br CL 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 v P Pw j x Y O h h w G P r1 A ZP 1  p1 P b a L bx r bx P BP r2 pp p2 Z2 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) 6 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; B×nh tÝch n¨ng M Mp i Ly hîp §éng c¬ bxp B¬m thñy lùc Hép PTO Thïng chøa dÇu ptc Hép sè MT i0 §êng truyÒn c«ng suÊt khi phanh 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: E (2.49) 100% a   Trong đó:  - tỉ lệ thu năng.  p go Vgo  Ea= k -1   1k  V  g     1  V  go 7     (2.50) 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 ΔE v = E vo =[ m.v o n + J 2 .ω bxo bxi 2 i=1 ] (2.52) 2 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. 8 13 12 pacc 1 11 5 4 6 7 10 8 9 V1 3 6a 6b 2 Hép ÐT4 PTO 1 Ly hîp CLPTO Hép sè sµn §éng c¬ CL V1Bé ®iÒu CLPTO pacc Br CL khiÓn Arduino Uno R3 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) 14 13 15 1 V2 12 S¬ ®å bµn ®¹p phanh pacc 6 7 9 8 5 11 10 V1 4 A B Phanh thu n¨ng lîng 3 2 C E Phanh thêng cña xe ÐT4 Hép PTO 1 CLPTO Ly hîp §éng c¬ Hép sè sµn CL CLPTO V1 V2 Bé ®iÒu khiÓn Arduino Uno R3 pacc Br CL M¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn Hình 2. 22 Sơ đồ hệ thống phanh thu năng thủy lực phương án thay cụm bơm thủy lực 9 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. 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 vận tốc 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 Hình 3. 2 Biểu đồ quãng đường năng trong quá trình phanh phanh xe trong quá trình phanh trường hợp bằng hệ thống thu trường hợp bằng hệ thống thu năng và trường hợp phanh khẩn năng và trường hợp phanh khẩn cấp 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 < 9,5m và gia tốc phanh av =7,03 > 5,0 m/s2), trong 10 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 E a = 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 11 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 Hình 3. 6 Biểu đồ miền giá vận tốc xe bình áp năng trong quá trình trong quá trình phanh thu năng lượng xe phanh thu năng trường hợp khối vo =30km/h, pgo=85bar, khối lượng xe m lượng xe m =1800; 2400; 3000kg =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 Hình 3. 7 Biểu đồ vận tốc xe trong năng trong quá trình phanh thu năng quá trình phanh thu năng lượng xe lượng lưu lượng riêng dp khác nhau lưu lượng riêng dp khác nhau 12 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 p go =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 p max = 101,05 bar giảm về đến áp suất dừng hoạt động hệ thống pstop= pgo =85bar. Hình 3. 89 Biểu đồ vận tốc xe Hình 3. 91 Biểu đồ quãng đường di trường hợp dm khác nhau 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 p stop = 85 bar và lượng dầu thủy lực cung cấp đến mô tơ thủy lực 2.53 (lit), với cả 2 trường hợp (d m =14cc/rev; 25cc/rev) thì di xe đều di chuyển được quãng đường nhất định (S keo =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 13 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 Hình 3. 99 Biểu đồ quãng đường di chuyển xe trường hợp pga khác nhau 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 (p ga= 100; 125;150bar) thì quãng đường di chuyển tăng (S keomax=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 14 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 v o 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 Hình 4. 3 Ảnh van thủy lực điều răng thủy lực trên xe khiển Hình 4. 4 Ảnh thiết bị đồ hồ đo áp suất, cảm biến thủy lực và công tắc áp suất trên hệ thống 15 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). B¾t ®Çu Sai Có CL ? §óng KÕt nèi PTO Sai Cã CLPTO? §óng §óng Sai Có Br ? Sai Pacc < Pmax? §óng ChÕ ®é t¸i Göi tÝn hiÖu ®Õn V1 sö dông KÕt thóc 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 16 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 17 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 40 35 Vận tốc (km/h) 30 Test, pgo=75bar 25 Test, pgo=85bar 20 Test, pgo=95bar 15 10 5 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 Thời gian(s) 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 18 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); 120 100 Áp (bar)suất 80 60 Thực nghiệm, pgo=95bar Thực nghiệm, pgo=85bar 40 Thực nghiệm, pgo=75bar 20 Thời gian (s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718 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. Thể tích dầu (lit) 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 2.51 2.33 2.14 Thực nghiệm, pgo=75bar Thực nghiệm, pgo=85bar Thực nghiệm, pgo=95bar Hình 4. 12 Biểu đồ thể tích dầu thu được trong quá trình phanh xe thu năng lượng với mức pgo khác nhau. 19 (J)lượng gNăn 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Ev (J) Eamax (J) Eamax/Ev (%) Thực nghiệm, Thực nghiệm, Thực nghiệm, pgo=75bar 91,937 21,600 pgo=85bar 91,937 22,809 pgo=95bar 91,937 23,408 23.49 24.81 25.46 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. 20