BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐẶNG HUY CƯỜNG

NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG
HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN ƠTƠ TẢI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
PGS. TS. HỒ HỮU HẢI

Hà Nội - năm 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
- Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và
chưa hề được sử dụng để bảo vệ trong một học vị nào.
- Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các
thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Đặng Huy Cường


MỤC LỤC
Lời cam đoan
Mục lục

Danh mục các bảng số liệu
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1- Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
2- Mục đích của đề tài ............................................................................................ 2
3- Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 2
4- Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 2
5- Nội dung yêu cầu ............................................................................................... 3
Chương I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 4
1.1 Tổng quan về tình hình sản xuất xe tải ở việt nam........................................... 4
1.2 Hệ thống phanh khí nén.................................................................................... 5
1.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh khí nén ........................................... 5
1.2.2 Đặc điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén. ................................... 11
1.3 Tình hình nghiên cứu hệ thống phanh khí nén ............................................... 13
1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về hệ thống phanh khí nén .............. 13
1.3.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam về hệ thống phanh khí nén. ............ 14
1.4 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 15
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu................................................................................ 15
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 15
Chương II. XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH KHÍ
NÉN .......................................................................................................................... 16
2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình mơ phỏng ................................................ 16
2.1.1 Động lực học của dịng khí nén............................................................... 16


2.1.2 Phương trình trạng thái ........................................................................... 19
2.1.3 Giới thiệu về Mathlab-Simulink................................................................................. 20
2.2 Lưu lượng đi vào dung tích ........................................................................... 25
2.2.1 Lưu lượng đi vào dung tích khơng đổi.................................................... 25
2.2.2 Lưu lượng tức thời đi vào dung tích thay đổi. ........................................ 25

2.2.3 Phương trình lưu lượng tại điểm nút. ...................................................... 26
2.3 Hệ phương trình vi phân mơ tả hệ thống dẫn động khí nén ........................... 27
2.3.1 Hệ phương trình vi phân mô tả tổng van phân phối ............................... 27
2.3.2 Hệ phương trình vi phân mơ tả lưu lượng đi qua ngã ba ........................ 29
2.3.3 Hệ phương trình vi phân mơ tả lưu lượng đi vào bầu phanh .................. 30
2.4 Hệ phương trình vi phân mơ tả hệ thống phanh khí nén ................................ 31
2.4.1 Hệ phương trình vi phân mơ tả tổng van phân phối ............................... 31
2.4.2 Hệ phương trình vi phân mơ tả ngã ba .................................................... 31
2.4.3 Hệ phương trình vi phân mơ tả bầu phanh .............................................. 32
2.5 Mơ hình hệ thống phanh khí nén ................................................................... 32
Chương III. MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN VÀ KẾT QUẢ ... 34
3.1 Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh khí nén .................................. 34
3.1.1 Mơ hình tổng van phân phối ................................................................... 34
3.1.2 Mơ hình dẫn động phanh khí nén cho cầu trước ..................................... 36
3.1.3 Mơ hình dẫn động phanh khí nén cho cầu sau ........................................ 38
3.2 Kết quả mô phỏng .......................................................................................... 41
3.2.1 Các thơng số khơng đổi để tính tốn ....................................................... 41
3.2.2 Các trường hợp mô phỏng....................................................................... 41
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 55
PHỤ LỤC................................................................................................................. 56


DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 3.1 Các thông số khơng đổi trong q trình mơ phỏng ...................................... 41
Bảng 3.2 Bảng thơng số mơ phỏng khi thay đổi đường kính ống khí nén .................. 42
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tiết diện ống đến thời gian chậm tác dụng .......................... 44
Bảng 3.4 Bảng thông thông số mô phỏng khi thay đổi chiều dài ống khí nén ............ 45
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của chiều dài các đoạn ống tới thời gian chậm tác dụng .......... 47
Bảng 3.6 Bảng thông thông số mô phỏng khi thay đổi kích thước đường kính màng

phanh .............................................................................................................. 48
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của đường kính màng phanh tới thời gian chậm tác dụng ........ 51


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén ............................................................6
Hình 1.2 Tổng van 2 khoang ..............................................................................................7
Hình 1.3 Bầu phanh trước ..................................................................................................9
Hình 1.4 Bầu phanh sau .................................................................................................. 10
Hình 2.1 Lưu lượng đi vào dung tích khơng đổi ............................................................ 25
Hình 2.2 Lưu lượng đi vào dung tích thay đổi ............................................................... 25
Hình 2.3 Lưu lượng tại điểm nút..................................................................................... 27
Hình 2.4 Mơ hình tổng van phân phối ............................................................................ 27
Hình 2.5 Mơ hình tổng khoang trên ................................................................................ 27
Hình 2.6 Mơ hình tổng khoang dưới .............................................................................. 28
Hình 2.7 Mơ hình lưu lượng đi qua ngã ba .................................................................... 29
Hình 2.8 Mơ hình mơ tả bầu phanh ................................................................................ 30
Hình 2.9 Sơ đồ mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh khí nén trong Mathlab-Simulink. 33
Hình 3.1 Sơ đồ mơ phỏng lưu lượng qua tổng van phân phối ...................................... 34
Hình 3.2 Sơ đồ mơ phỏng lưu lượng qua tổng van trên ................................................. 35
Hình 3.3 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng qua tổng van dưới................................................ 35
Hình 3.4 Sơ đồ mơ phỏng lưu lượng tại ngã ba cầu trước ............................................. 36
Hình 3.5 Sơ đồ mơ phỏng lưu lượng vào bầu phanh trước trái ..................................... 36
Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng lưu lượng vào bầu phanh trước phải.................................... 37
Hình 3.7 Sơ đồ mơ phỏng áp suất trong bầu phanh trước trái ....................................... 37
Hình 3.8 Sơ đồ mơ phỏng mômen phanh sinh ra trên cơ cấu phanh trước trái............. 38
Hình 3.9 Sơ đồ mơ phỏng lưu lượng qua ngã ba cầu sau .............................................. 38
Hình 3.10 Sơ đồ mơ phỏng lưu lượng đi vào bầu phanh sau trái .................................. 39
Hình 3.11 Sơ đồ mơ phỏng lưu lượng đi vào bầu phanh sau phải................................. 39
Hình 3.12 Sơ đồ mơ phỏng áp suất bầu phanh sau trái .................................................. 40

Hình 3.13 Sơ đồ mô phỏng mômen phanh sinh ra trên cơ cấu phanh sau trái .............. 40
Hình 3.14 Áp suất tại ngã ba cầu trước (P1 ) ................................................................... 42
Hình 3.15 Áp suất tại ngã ba cầu sau (P2 ) ...................................................................... 42
Hình 3.16 Lưu lượng tại đầu ra khoang trên của van phân phối( Q1 ) ........................... 42
Hình 3.17 Lưu lượng tại đầu ra khoang dưới của van phân phối( Q2 ) .......................... 42


Hình 3.18 Lưu lượng vào bầu phanh trước trái (Q v1 ) .................................................... 43
Hình 3.19 Lưu lượng vào bầu phanh sau trái (Qv3 ) ....................................................... 43
Hình 3.20. Áp suất tại bầu phanh trước trái (Pb1 )........................................................... 43
Hình 3.21. Áp suất tại bầu phanh sau trái (Pb3) .............................................................. 43
Hình 3.22 Dịch chuyển của màng phanh trước trái (y1 ) ................................................ 43
Hình 3.23 Dịch chuyển của màng phanh sau trái (y 3) ................................................... 43
Hình 3.24 Mơmen phanh sinh ra trên cơ cấu phanh trước trái (M 1 ) ............................. 44
Hình 3.25 Mơmen phanh sinh ra trên cơ cấu phanh sau trái (M3 ) ................................ 44
Hình 3.26 Lưu lượng tại đầu ra khoang trên của van phân phối (Q1 ) ........................... 45
Hình 3.27 Lưu lượng tại đầu ra khoang dưới của van phân phối( Q2 ) .......................... 45
Hình 3.28 Áp suất tại ngã ba cầu trước (P1 ) ................................................................... 46
Hình 3.29 Áp suất tại ngã ba cầu sau (P2 ) ...................................................................... 46
Hình 3.30 Lưu lượng vào bầu phanh trước trái (Q v1 ) .................................................... 46
Hình 3.31 Lưu lượng vào bầu phanh sau trái (Qv3 ) ....................................................... 46
Hình 3.32 Áp suất tại bầu phanh trước trái (Pb1 )............................................................ 46
Hình 3.33 Áp suất tại bầu phanh sau trái (Pb3) ............................................................... 46
Hình 3.34 Dịch chuyển của màng phanh trước trái (y1 ) ................................................ 47
Hình 3.35 Dịch chuyển của màng phanh sau trái (y 3) ................................................... 47
Hình 3.36 Áp suất tại ngã ba cầu trước (P1 ) ................................................................... 48
Hình 3.37 Áp suất tại ngã ba cầu sau (P2 ) ...................................................................... 48
Hình 3.38 Lưu lượng tại đầu ra khoang trên của van phân phối (Q1 ) ........................... 49
Hình 3.39 Lưu lượng tại đầu ra khoang dưới của van phân phối (Q2 ) .......................... 49
Hình 3.40 Áp suất tại bầu phanh trước trái (Pb1 )............................................................ 49

Hình 3.41 Áp suất tại bầu phanh sau trái (Pb3) ............................................................... 49
Hình 3.42 Lưu lượng vào bầu phanh trước trái (Q v1 ) .................................................... 49
Hình 3.43 Lưu lượng vào bầu phanh sau trái (Qv3 ) ....................................................... 49
Hình 3.44 Dịch chuyển của màng phanh trước trái (y1 ) ................................................ 50
Hình 3.45 Dịch chuyển của màng phanh sau trái (y 3) ................................................... 50
Hình 3.46 Mơmen phanh sinh ra tại cơ cấu phanh trước trái (M1 )................................ 50
Hình 3.47 Mơmen phanh sinh ra tại cơ cấu phanh sau trái (M 3) ................................... 50


MỞ ĐẦU
1- ĐẶT VẤN ĐỀ
Sản xuất ô tô trên thế giới ngày một tăng, ô tô trở thành phương tiện vận
chuyển quan trọng về hàng hóa và hành khách cho các nghành kinh tế quốc dân.
Trong những năm gần đây, do nhu cầu vận tải đường bộ tại Việt Nam tăng rất
nhanh, một số cơ sở trong nước đã thiết kế chế tạo các loại xe có khả năng tải trọng
lớn để nâng cao năng lực vận chuyển và giảm giá thành nhập khẩu để tạo nên những
dòng xe phục vụ cho chuyên chở các loại hàng hóa có trọng tải lớn cũng như các
loại xe khách có dung tích chỗ ngồi lớn. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế, chế tạo
cũng còn tồn tại một số vấn đề, đặc biệt là trong việc kiểm thử, đánh giá chất lượng
của xe. Một trong những mối quan tâm hàng đầu là chất lượng và hiệu quả hoạt
động của hệ thống phanh, bởi nó liên quan trực tiếp tới đến an tồn giao thơng khi
lưu hành và các tiêu chuẩn mang tính chất pháp lý. Trên thực tế, các loại xe vận tải
cỡ lớn này đều được trang bị hệ thống phanh khí nén mà nhược điểm nổi bật của hệ
thống này là thời gian chậm tác dụng tương đối lớn, nó sẽ dẫn tới thời gian phanh
và quãng đường phanh tương đối lớn và có thể vượt trên mức quy định gây nguy
hiểm cho phương tiện và mọi người khi tham gia giao thông. Điều này càng trở nên
nghiêm trọng hơn đối với các hệ thống dẫn động phanh trên những các xe có chiều
dài cơ sở lớn, bởi vì chiều dài tổng cộng của các đoạn đường ống dẫn tới các bầu
phanh ở bánh xe xa nhất là rất lớn. Trong những trường hợp như vậy, rất khó đảm
bảo được thời gian chậm tác dụng của hệ thống trong phạm vi cho phép của các tiêu

chuẩn đã được quy định. Tuy nhiên, thực tế hiện nay, vẫn chưa có một phương pháp
tính tốn hay thử nghiệm thực tế nào cho phép có thể kết luận một cách chắc chắn
rằng hệ thống phanh đã được thiết kế, chế tạo đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn theo
quy định hiện hành, vì các thiết bị kiểm định chẩn đốn hiện có thường chỉ đo được
lực phanh sinh ra tại các bánh xe, mà không đo được thời gian chậm tác dụng của
hệ thống dẫn động.

1


Dựa trên tình hình thực tế hiện nay, việc tính tốn để biết được một cách
tương đối chính xác thời gian chậm tác dụng của một hệ thống dẫn động phanh
bằng khí nén trong khi thiết kế và chế tạo là một việc hết sức bức thiết, đặc biệt là
trong điều kiện cịn nhiều khó khăn như ở Việt Nam.
Được sự hướng dẫn tận tình của:
Thầy giáo, phó giáo sư tiến sĩ Hồ Hữu Hải, giảng viên: Bộ mơn Ơ tơ và xe
chun dụng, Viện Cơ khí động lực Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng sự
giúp đỡ tận tình của các thầy trong trong bộ mơn Ơ tơ và xe chuyên dụng và các bạn
đồng nghiêp, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài với nội dung sau:
“Nghiên cứu mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống phanh khí nén cho ơ tơ tải”

2- MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Sau khi nghiên cứu hệ thống dẫn động phanh khí nén trên xe tải, với các số
liệu cụ thể của hệ thống, dùng phương pháp mơ phỏng để tính tốn thời gian chậm
tác dụng của hệ thống. Trên cơ sở đó tìm ra các giải pháp thích hợp để cải thiện chất
lượng, tối ưu hóa hệ thống, nhằm đạt được kết quả mong muốn khi thiết kế và sửa
dụng.

3- ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Các hệ thống dẫn động phanh khí nén trên xe tải.

- Các thiết bị, cơ cấu và các cụm chi tiết trong hệ thống dẫn động phanh khí
nén trên xe tải.

4- PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động phanh khí
nén trên xe tải.
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị, các bộ phận và các
cụm chi tiết của hệ thống dẫn động phanh khí nén trên xe tải.
- Nghiên cứu xác định các số liệu của một số cụm chi tiết và các bộ phận của
hệ thống cần nghiên cứu và tính tốn.

2


- Nghiên cứu phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống dẫn động
phanh bằng khí nén.
- Nghiên cứu phương pháp tính tốn thời gian chậm tác dụng của hệ thống.
- Nghiên cứu phương án giảm thời gian chậm tác dụng của hệ thống.
- Phân tích kết quả, rút ra kết luận để tối ưu hóa hệ thống.

5- NỘI DUNG YÊU CẦU
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu, xây dựng mơ hình hệ thống phanh khí
nén, mơ phỏng hệ thống phanh khí nén và kết quả mơ phỏng.

3


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT XE TẢI Ở VIỆT NAM

Trong những năm gần đây, do chính sách mở cửa của Nhà nước và nhiều
nước trên thế giới đã có quan hệ hợp tác với nước ta trên nhiều lĩnh vực, nhiều cơ
sở liên doanh được hình thành và phát triển, các sản phầm trong nước ngày một đa
dạng, phong phú về hình dáng và mẫu mã, chất lượng sản phẩm ngày càng cao đáp
ứng được yêu cầu của người sử dụng.
Để các sản phẩm phổ biến rộng rãi, đáp ứng yêu cầu của khách hàng trong cả
nước, việc vận chuyển hàng hóa với tải trọng lớn và vận chuyển hành khách liên
tỉnh và liên vùng đã trở thành một nhu cầu tối cần thiết và là nhiệm vụ thời sự của
các cơ sở sản xuất và các doanh nghiệp vận tải.
Trước tình hình và nhiệm vụ đó, một số các cơ sở trong nước và liên doanh
với nước ngoài như: Trung tâm khoa học công nghệ môi trường – Trường đai học
Giao thơng vận tải, Trung tâm cơ khí đường bộ, Công ty ô tô Trường Hải, Công ty
ô tô Xuân Kiên, Huyndai Việt Nam, Coneco Việt Nam, ...đã thiết kế, chế tạo, lắp
ráp các loại xe tải có tải trọng lớn, các loại xe chở khách có dung tích hành khách
lớn để đáp ứng nhanh chóng với sự phát triển về nhu cầu về vận tải hàng hóa và
hành khách, tạo điều kiện để chi phí để từ đó có thể giảm giá thành cạnh tranh với
các doanh nghiệp nước ngồi.
Trong q trình tính tốn và thiết kế, chế tạo và kiểm tra độ bền của ơ tơ nói
riêng và đồn xe nói chung, việc đảm bảo an tồn khi sử dụng là một nhiệm vụ
được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên vẫn còn rất nhiều vấn đề còn tồn tại trong quá
trình thiết kế chế tạo, đặc biệt là trong việc kiểm định đánh giá chất lượng của toàn
xe, và một trong những vấn đề quan ngại hàng đầu đó là đánh giá chất lượng và
hiệu quả của q trình phanh. Trên thực tế, các loại xe có tải trọng lớn đều được
trang bị hệ thống phanh khí nén. Đặc điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén đó

4


là thời gian chậm tác dụng, bởi vì hệ thống cần phải có một thời gian để khí nén
điền đầy tồn bộ thể tích của hệ thống trước khi phát huy tác dụng. Với điều kiện

khoa học kỹ thuật của Việt Nam hiện nay, việc trang bị các thiết bị có khả năng có
thể đánh giá được tồn bộ tình trạng kỹ thuật của hệ thống phanh nói chung và thời
gian chậm tác dụng của hệ thống khí nén nói riêng là một việc rất khó khả thi. Như
vậy trong q trình tính tốn và thiết kế việc đảm bảo thời gian chậm tác dụng cho
toàn hệ thống theo các tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép là rất khó bởi vì đặc tính của
khí nén là có khả năng chịu nén và nó chịu tác động của rất nhiều yếu tố như nhiệt
độ, áp suất, trạng thái, điều kiện dòng chảy,... Vì vậy trong tính tốn thiết kế cần
quan tâm tới thời gian chậm tác dụng của hệ thống trên cơ sở mơ hình hóa và mơ
phỏng để tối ưu hóa tất cả các thơng số từ đó làm giảm thời gian chậm tác dụng của
hệ thống, từ đó chất lượng và hiệu quả của quá trình phanh mới được đảm bảo.

1.2 HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN
1.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh khí nén
Trên hình 1.1 thể hiện sơ đồ nguyên lý của hệ thống dẫn động phanh bằng
khí nén của ơtơ tải có 3 cầu. Hệ thống gồm có nguồn cung cấp khí nén, dẫn động
phanh chính với 2 dịng độc lập và dẫn động phanh dừng và phanh dự phịng.
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van an điều áp 2, qua bộ
lọc tách nước 3, van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6. Van an tồn kép 4
đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành 2
nguồn cung cấp khí độc lập cho 2 dịng dẫn động phanh. Van bảo vệ 17 có nhiệm
vụ ngắt bình chứa kính 17 khơng cho thơng với hệ thống nếu có sự cố lọt khí trên
đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.

5


17

20
18


1

2

3

4

5
21
6

10

12

19
7

8

11

15

13

22


16

23

14

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén
1- Máy nén khí
10- Bàn đạp phanh
17- Van bảo vệ
2- Van điều áp
11- Tổng van phân phối
18, 19- Bình chứa khí
3- Bộ lọc tách nước 12- Van hạn chế áp suất
20- Van điều khiển phanh dừng
4- Van an toàn kép 13- Bầu phanh trước
21- Van gia tốc
5, 6- Bình chứa khí 14- Bộ điều hịa lực phanh 22, 23- Bầu tích năng
7, 8- Ống dẫn khí
15, 16- Bầu phanh sau
Dẫn động phanh chính gồm có 2 dịng độc lập với nhau. Dịng dẫn động
phanh cầu trước bắt đầu từ bình khí 6 đi qua ống dẫn 7, qua khoang trên của tổng
van 11, qua van hạn chế áp suất 12 tới các bầu phanh 13. Dòng dẫn động phanh cầu
sau đi từ bình khí 5 qua ống dẫn 8, qua khoang dưới của tổng van 11, qua bộ điều
hoà lực phanh 14 tới các bầu phanh 15, 16 của cụm cầu sau.
Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ thống
chung, gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21 và các
bầu tích năng dạng lị xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ơtơ.
Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động phanh trên các ơtơ tải
thường là máy nén dạng pít tơng có 2 xi lanh. Máy nén được thiết kế với năng suất

sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khí trên ơtơ sau khi khởi động động cơ.
Trong khi ôtô hoạt động, nếu hệ thống đã được cung cấp đủ khí nén thì máy nén
tạm thời ngừng cung cấp khí và chuyển sang làm việc ở chế độ không tải nhờ một
van điều khiển tự động.

6


Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm
việc trong hệ thống trong phạm vi giới hạn nhất định.
Bộ tách nước 3 có tác dụng tách hơi nước lẫn trong khơng khí và ngưng tụ
lại thành nước rồi xả ra ngồi, tránh không cho hơi nước lọt vào các bộ phận của hệ
thống phanh và làm gỉ chúng.
1- Van phân phối.
Tổng van trong dẫn động phanh khí có nhiệm vụ điều khiển q trình cấp
khí nén từ các bình khí tới các bầu phanh tại các bánh xe. Yêu cầu cơ bản đối với
tổng van khí là tính chép hình, nghĩa là áp suất phanh tại các bánh xe phải tỷ lệ với
lực tác dụng trên bàn đạp, đồng thời ứng với mỗi vị trí của bàn đạp điều khiển áp
suất phanh phải có một giá trị xác định tương ứng.
Để đáp ứng những yêu cầu nêu trên, kết cấu của tổng van tương đối phức
tạp. Hơn nữa, để có được 2 dịng dẫn động độc lập cho phanh chính thì tổng van
phải có 2 khoang độc lập. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tổng van 2 khoang điển hình
được thể hiện trên hình 1.2.

Q

4

3


5

6

2

7

C
D

1

8

B

9

A
12

E
1

10

F

Hình 1.2 Tổng van 2 khoang

1. Piston

4. Phần tử đàn hồi

2. Van trên 5. Piston
3. Ty đẩy

7. Van nạp khoang trên

10. Van xả khoang dưới

8. Con đội

11. Van dưới

6. Van xả khoang trên 9. Van nạp khoang dưới 12. Piston

7


Mỗi khoang của tổng van điều khiển một dòng dẫn động cầu trước hoặc cầu
sau. Khoang trên có cửa vào là D được nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối
tới các bầu phanh tại các bánh xe. Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào là E
và cửa ra là A. Ngồi ra cịn có một cửa thơng khí trời F chung cho cả 2 khoang.
Mỗi khoang có một van điều khiển: van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở các
van nạp 7 và van xả 6, còn van 11 của khoang dưới điều khiển các van nạp 9 và van
xả 10.
Ở trạng thái khơng phanh như thể hiện trên hình vẽ, các bầu phanh tại các
bánh xe được nối thơng với khí trời do các van xả 6 và 10 đang mở.
Khi phanh, lực Q truyền từ bàn đạp tới tác dụng lên pít tơng 5 thơng qua

phần tử đàn hồi 4 làm pít tơng dịch chuyển đi xuống. Đầu tiên, van xả 6 đóng lại
khơng cho cửa C thơng với khí trời nữa, sau đó khi pít tơng tiếp tục dịch chuyển đi
xuống thì van nạp 7 mở ra và khí nén chở sẵn ở cửa D đi qua van nạp, qua khoan
dưới pít tơng 5 tới cửa C rồi từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện q trình
phanh. Đồng thời, khí nén từ khoang trên đi qua lỗ nhỏ B xuống khoang trên pít
tơng 1 đẩy pít tơng này cùng với pít tơng con 12 đi xuống. Nhờ đó van xả 10 đóng
lại, rồi van nạp 9 mở ra cho khí nén đi từ cửa E sang cửa A để đi tới các bầu phanh
tại các bánh xe.
Như vậy, trong trường hợp phanh bình thường như mô tả trên đây, khoang
trên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, cịn khoang dưới được điều
khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên. Nếu khoang trên bị mất khí, khơng hoạt
động nữa thì khi phanh, ty đẩy 3 đi xuống tác động lên con đội 8 và đẩy pít tơng
nhỏ 12 của khoang dưới đi xuống thực hiện q trình phanh trên một cầu cịn lại.
Trong trường hợp lái xe đạp phanh đột ngột thì khoang dưới cũng được điều
khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để điều khiển pít tơng lớn 1.
Tính chép hình của tổng van được thể hiện như sau. Ứng với một lực tác
động Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào bên dưới pít
tơng 5 và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại các bánh xe. Áp suất khí trong
khoang dưới pít tông 5 tăng dần lên cho tới khi áp lực của khí nén cùng với lực lị

8


xo thắng được lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 lại và đẩy pít tơng đi lên cho
tới khi van nạp đóng lại. Lúc này cả van nạp và van xả đều đóng, áp suất khí nén
dẫn tới các bầu phanh khơng tăng nữa và pít tơng 5 ở trạng thái cân bằng. Quá trình
tương tự cũng xảy ra đối với khoang dưới.
Như vậy, ứng với một lực Q nhất định (tương ứng với một lực trên bàn đạp)
áp suất trong dẫn động phanh chỉ có một giá trị tương ứng. Nhờ vậy mà người lái có
thể điều khiển được cường độ phanh theo ý muốn.

2- Bầu phanh trước.
1
2

3
4

5

6

Hình 1.3 Bầu phanh trước
1. Đầu nối

3. Thân dưới

5.Bu lơng bắt bầu phanh

2. Màng phanh

4. Lị xo

6. Ty đẩy

Bầu phanh trước là bầu phanh đơn. Cấu tạo của bầu phanh đơn gồm có vỏ 1
được ghép bằng hai nửa giữa hai nửa có màng 2, chia bầu phanh thành hai khoang.
Khoang bên trái có cửa dẫn khí nén từ van phân phối đến, cịn khoang bên phải
thơng với khí trời. Mặt dưới của màng ngăn phía thơng với khí trời có tấm chặn nối
liền với thanh đẩy 7. Lị xo hồi vị 4 có tác dụng đẩy màng ngăn về vị trí ban đầu.
Sau thanh đẩy 7 là địn quay gắn liền với trục cam ép để đóng mở cơ cấu phanh. Khi

van phân phối hoạt động khí nén có áp suất cao được dẫn tới khoang bên trái của

9


bầu phanh, áp lực của khí nén tác dụng lên màng ngăn ép lên tấm chặn và đẩy thanh
đẩy 7 quay trục cam ép thực hiện phanh bánh xe, Khi thơi phanh khí nén ở khoang
bên trái theo đường ống qua cửa xả trong van phân phối thốt ra ngồi. Dưới tác
dụng của lò xo hồi vị 4 đẩy màng phanh kéo thanh đẩy 7 trở về vị trí ban đầu kết
thúc quá trình phanh.
3- Bầu phanh sau.
Dùng để truyền động cho các cơ cấu phanh của bánh xe sau khi đạp phanh
chân, kéo phanh dự phịng và phanh tay.

6

7
8

5

9

4
3
2
10
11

1


Hình 1.4 Bầu phanh sau
1. Thân dưới

4. Đầu nối với van phanh tay

7. Ống nối

10. Ty đẩy

2. Đĩa tỳ

5. Piston bầu tích năng

8. Ty kéo

11. Lị xo cơn

3.Màng phanh

6. Lị xo tích năng

9. Ống tỳ

Bầu phanh sau là bầu phanh kép có hai bầu phanh được ghép nối tiếp với
nhau, Một bầu phanh chính và một bầu phanh dự phịng (kết hợp cùng phanh tay ).
Bầu phanh chính nằm ở phía dưới, có cấu tạo và ngun lí hoạt động giống như bầu
phanh đơn đã trình bày ở trên.

10



Bầu phanh dự phịng dạng xi lanh pittơng khí cũng được pittông chia xi lanh
thành hai khoang, Bên trái thông với khí trời cịn khoang bên phải thơng với thơng
với van phân phối dự phòng (van phanh tay qua cửa 4. Pittơng 5 gắn liền với thanh
đẩy 8 tì lên màng ngăn và tấm chặn của bầu phanh chính đẩy thanh 10 quay cam ép
thực hiện phanh bằng năng lượng của lị xo khi mất khí nén. Vì vậy khi hệ thống
phanh hoạt động bình thường thì van phân phối dự phịng phải cấp khí nén tới cửa 4
để pitơng 5 nén lò xo lại làm cho thanh đẩy 8 khơng tì vào màng ngăn và tấm chặn
của bầu phanh chính. Khi phanh chân hoạt động bầu phanh chính làm việc bình
thường.
Vì lí do nào đó khi xe đang chuyển động hoặc đứng yên trên đường dốc mà
mất khí nén thì lập tức lị xo 6 sẽ ép pitơng 5 để đẩy thanh 10 quay cam ép thực hiện
phanh bánh xe.

1.2.2 Đặc điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén.
Đặc điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén là thời gian chậm tác dụng,
đó là thời gian kể từ khi người lái tác động vào bàn đạp phanh cho đến khi áp suất
trong bầu phanh xa nhất đạt áp suất quy định (ứng với thời điểm má phanh ép sát
vào trống phanh). Thời gian này đối với hệ thống phanh dẫn động thủy lực là rất
nhỏ, còn đối với hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén thì thời gian phản ứng
tương đối lớn (thường lớn hơn phanh dẫn động thủy lực hàng chục lần). Điều này
càng thể hiện rõ ràng và nghiêm trọng trong trường hợp ứng với các xe có chiều dài
cơ sở lớn, bởi vì chiều dài tổng cộng của các đoạn ống dẫn tới cơ cấu chấp hành có
thể lên tới 25 mét. Trong những trường hợp như vậy, rất khó có thể đạt được thời
gian chậm tác dụng của hệ thống nằm trong giới hạn cho phép của các tiêu chuẩn
hiện hành, nếu như khơng có các biện pháp thích hợp. Thơng thường, trên các hệ
thống dẫn động khi nén, để giảm thời gian chậm tác dụng, người ta có thể áp dụng
nhiều biện pháp khác nhau để đạt được yêu cầu mong muốn.
Để giảm thời gian chậm tác dụng của hệ thống, ta có thể áp dụng các biện

pháp sau đây:

11


- Lựa chọn tiết diện thông qua tối ưu nhất của các ống dẫn và thiết bị làm
việc.
Vấn đề này là một tiêu chí rất quan trọng, nó có ảnh hưởng trực tiếp tới thời
gian chậm tác dụng và ngày càng được chú ý, tuy nhiên giải quyết triệt để, cần phải
thực hiện hàng loạt các khảo sát kể cả về lý thuyết và thực nghiệm. Bởi vì nếu ta
tăng đường kính của đường ống nối quá mức sẽ làm gia tăng giá thành của kết cấu
đồng thời làm gia tăng tổn hao khí nén.
Trong cơ cấu dẫn động nhiều nhánh, sự lựa chọn mặt cắt thông qua cua ống
và thiết bị hợp lý là một vấn đề khó khăn và chỉ có thể giải quyết được bằng cách sử
dụng lý thuyết hệ thống tối ưu.
- Sử dụng van gia tốc
Việc trang bị các van gia tốc thường được thực hiện ở những trục dẫn chính
dài, nó làm giảm thời gian chậm tác dụng một cách đáng kể, tuy nhiên lại làm phức
tạp thêm hệ thống và là xấu những đặc tính của hệ thống bởi vì xuất hiện vùng
khơng nhạy cảm. Việc ứng dụng nó cần đặc biệt lưu ý sao cho mặt cắt thông qua
cũng như vùng không nhạy cảm nhỏ nhất. Tuy vậy, việc lắp van gia tốc cũng dẫn
tới việc tăng kích thước và khối lượng không mong muốn của hệ thống nên thật cần
thiết mới sử dụng van gia tốc.
- Sử dụng các loại van hiệu chỉnh.
Đó là biện pháp hiệu quả làm tăng khả năng phản ứng của hệ thống dẫn động
khí nén, cách sử dụng thiết bị hiệu chỉnh chỉ được áp dụng khi mọi khả năng của
phương pháp thứ nhất khơng cịn nữa.
Ưu điểm nổi bật của van hiệu chỉnh là nó khơng địi hỏi kết cấu dẫn động
q phức tạp nhưng vẫn làm tăng khả năng phản ứng nhanh của hệ thống hiện hành
mà khơng làm xấu đi đặc tính tĩnh và những tác động tùy động. Trong hệ thống dẫn

động, ta có thể trang bị các van này để giảm thời gian chậm tác dụng của hệ thống.
Ngoài các biện pháp trên, trong thiết kế chế tạo cũng cần quan tâm đến tối
ưu chiều dài của các phân đoạn ống dẫn trong hệ thống và việc bố trí các van điều
khiển tại các vị trí sao cho hợp lý, có như vậy sự dẫn động các dịng khí nén sẽ hợp

12


lý và khả năng phản ứng của hệ thống tăng nhanh, thời gian chậm tác dụng cua hệ
thống sẽ được giảm tối đa.

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN
Đế mơ hình hóa và mơ phỏng động lực học hệ thống phanh khí nén, người ta
đã áp dụng rất nhiều phương pháp mô phỏng. Mỗi phương pháp mô phỏng có một
cách tiếp cận khác nhau với động lực học hệ thống khí nén, với mỗi phương pháp
đó các kết quả nghiên cứu đã đạt được những thành tựu đáng kể và có khả năng áp
dụng vào thực tiễn để kiểm tra, đánh giá chất lượng của hệ thống phanh khí nén.

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về hệ thống phanh khí nén
Trên thế giới đã có rất nhiều các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều khía cạnh
khác nhau về hệ thống phanh khí nén. Có thể kể đến các cơng trình nghiê cứu như
1. Cơng trình nghiên cứu với đề tài: “wheel slip control with moving slipding
surface for traction control system” của K.CHUN và M.SUNWOO đại học
Hanyang –seoul-Hàn Quốc (11/4/2004); trong đó tác giả đã phân tích được q
trình điều khiển, tiến hành mơ phỏng bằng phần mềm Matlab- Simulink và được thử
nghiệm trên xe điện (electric car) cơng trình đã đạt được :
- Đã tính tới yếu tố thời gian tăng tốc và thời gian phản ứng của hệ thống
- Mô phỏng được quá trình điều khiển
- Kiểm nghiệm trong phịng thí nghiệm trên loại xe điện nhỏ
Hạn chế của đề tài :

- Mới chỉ kiểm nghiệm dưới dạng mơ hình đơn giản
- Mơ hình mới kiểm tra được trên xe điện, khơng xét tới hệ thống phanh
dùng dẫn động khí nén
2. Cơng trình nghiên cứu với đề tài: “A Simulation Model for Vehicle
Braking Systems Fitted with ABS” của tác giả Terry D. Day Sydney G. Roberts
thuộc tập đoàn Engineering Dynamics Corporation (4/3/2002); trong đó tác giả đã
phân tích được q trình điều khiển của ABS, phạm vi điều khiển của ABS và ảnh
hưởng của hệ số bám, vận tốc phanh đến quãng đường phanh. Tuy nhiên hạn chế
của đề tài mới chỉ nghiên cứu về quy trình, quá trình điều khiển của ABS và ảnh
hưởng của hệ thống phanh có trang bị ABS tới áp suất phanh trong hệ thống, tới

13


quãng đường phanh và vận tốc góc của bánh xe. Đề tài giới hạn trong hệ thống
phanh thủy lực, chưa xét đến động lực học phanh khí nén.

1.3.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam về hệ thống phanh khí nén.
Những kết quả nghiên cứu về hiệu quả của hệ thống phanh khí nén được
trang bị trên ơ tơ tải sản suất ở Việt Nam đến nay còn rất nhiều hạn chế, chưa có
cơng trình chun sâu nghiên cứu tổng thể về hệ thống. Một số cơng trình đã được
thực hiện ở Việt Nam hoặc ở nước ngoài của các tác giả Việt Nam chủ yếu đi sâu
vào nghiên cứu một phần trong hệ thống như hệ thống phanh như:
1. Đề tài: “Xây dựng mơ hình nghiên cứu q trình làm việc của hệ thống
phanh khí nén trên xe tải 2009”. Đề tài đã mơ tả hệ thống phanh khí nén trên xe tải
theo phương pháp mô phỏng tập trung. Nội dung của đề tài đã giải quyết được vấn
đề mơ hình hóa hệ thống phanh khí nén nói chung, đã tính tốn được thời gian chậm
tác dụng của hệ thống và kiểm nghiệm được sự ảnh hưởng của một số thông số đến
thời gian chậm tác dụng của hệ thống. Tuy nhiên, mơ hình đưa ra vẫn chỉ giới hạn
ở dạng đơn giản, các giả thiết phải chấp nhận nhiều các thông số của hệ số thực

nghiệm nên làm cho kết quả tính tốn chưa được chính xác.
2. Đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng động lực học dẫn động điều khiển hệ thống
phanh khí nén trên ơ tơ qn sự ( Zil 130)”. Phương pháp xây dựng mơ hình của nội
dung đề tài này cũng dựa trên cách tiếp cận vấn đề của phương pháp mô phỏng tập
trung và cũng đã kiểm tra được thời gian chậm tác dụng của hệ thống khi thay đổi
các thông số kết cấu. Tuy nhiên, giới hạn của đề tài lại mới chỉ dừng lại ở việc
nghiên cứu trên xe Zil 130, cho nên tính ứng dụng thực tiễn vào đề tài chỉ dừng lại ở
xe Zil 130 mà chưa thể mang tính phổ biến và rộng rãi.
3. Đề tài: “Nghiên cứu về tính chính xác thời gian chậm tác dụng của hệ
thống dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén”. Đề tài cũng được xây dựng
trên cơ sở phương pháp mô phỏng tập trung và đã tính tốn được thời gian chậm tác
dụng của hệ thống dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén khí thay đổi các
thơng số của hệ thống. Nhìn chung, đề tài đã đạt được nhiều kết quả quan trọng, tuy
nhiên, nội dung của đề tài vẫn còn bị hạn chế bởi các hệ số thực nghiệm nên làm

14


cho kết quả tính tốn vẫn chưa đạt được độ chính xác cao.

1.4 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu.
Mục tiêu của tác giả khi nghiên cứu đề tài: “Mơ hình hóa và mơ phỏng hệ
thống phanh khí nén trên xe tải” đó là:
- Nghiên cứu kết cấu của hệ thống phanh khí nén trên xe tải
- Nghiên cứu động lực học của dịng khí nén trong hệ thống phanh
- Nghiên cứu phương pháp mơ hình hóa một hệ thống điều khiển nói chung
và hệ thống phanh khí nén nói riêng
- Khảo sát thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh khí nén khi thay đổi
các thơng số kết cấu, từ đó đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số đến sự hoạt

động của hệ thống phanh.

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài là ứng dụng các phương trình
động lực học dịng khí để xây dựng mơ hình mơ phỏng các bộ phận và tồn bộ hệ
thống của hệ thống phanh khí nén bằng phần mềm Mathlab-Simulink. Để mơ hình
hóa hệ thống phanh khí nén, ta sử dụng cơ sở lý thuyết của động lực học dịng chảy
khí nén, phương trình liên tục, phương trình lưu lượng đi qua điểm nút, phương
trình Naiver-Stokes,... Nội dung chủ đạo của phương pháp đó là tính tốn lưu lượng
chảy qua một đoạn đường ống bất kỳ, khi nó phụ thuộc vào độ chênh áp, hệ số tiết
lưu và các hệ số trạng thái khác. Từ cơ sở này, ta xây dựng các mơ hình mơ tả tổng
van phân phối, các đường ống và các bầu phanh để tìm ra thời gian chậm tác dụng
của hệ thống khi thay đổi các thông số kết cấu của hệ thống nhằm xác định các
thông số tối ưu cho hệ thống phanh khí nén.

15


CHƯƠNG II
XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH
KHÍ NÉN
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG
2.1.1 Động lực học của dịng khí nén
Cơ sở việc phân tích các đặc tính động lực học của hệ thống khí nén là các
định luật cơ bản và các phương trình chủ yếu của lưu lượng chất lỏng. Về mặt lý
thuyết mà nói sự chuyển động của một phần tử chất lỏng trong trạng thái vật lý và
hóa học cân bằng có thể được xác định rõ ràng nếu chúng ta biết được áp suất, nhiệt
độ, vận tốc theo khơng gian và thời gian. Hơn thế nữa, đặc tính về tỷ trọng và độ
nhớt của chất lỏng là các biến số để xác định trạng thái của một phần tử chất lỏng.
Vì vậy, một cách tổng quát, chúng ta có 7 biến số cần thiết để xác định động lực học

của chất lỏng. Có 3 thành phần vận tốc (u;v;w) theo 3 phương (x; y; z); áp suất (P),
nhiệt độ (T), khối lượng riêng (ρ) và độ nhớt (µ). Vì vậy nên, có 7 cơng thức cần
thiết để lập thành hệ phương trình 7 biến (u; v; w; P; ρ; µ; T) với thời gian. Đây là
nền tảng lý thuyết cho việc mơ hình hóa động lực học các hệ thống chất lỏng bao
gồm hệ thống với môi chất không nén được (thủy lực) và hệ thống với môi chất có
khả năng nén đươc (khí nén).
Cơ sở để xây dựng các phương trình mơ tả lưu lượng của chất lỏng mà khơng
quan tâm tới lưu lượng cảu dịng chảy tự nhiên theo các mối liên hệ sau:
- Định luật Newton về sự chuyển động cho tất cả các phần tử chất lỏng ở trạng
thái tức thời. Đây là định luật mơ tả sự bảo tồn động lượng của phần tử chất lỏng
được xác định từ phương trình Naiver-Stokes. (3 phương trình)
-Phương trình liên tục hay định luật mơ tả sự bảo toàn khối lượng của phần tử
chất lỏng (1 phương trình).
- Định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động lực học, mơ tả sự bảo tồn năng
lượng của phần tử chất lỏng (1 phương trình).
- Phương trình trạng thái, mô tả mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ.

16


- Các công thức thực nghiệm về áp suất theo hàm số áp suất và nhiệt độ.
Rõ ràng, các mối liên hệ về trạng thái trên đây sẽ tuân theo 1 hệ phương trình
có 7 biến (u; v; w; P; ρ; µ; T). Tuy nhiên, một điều bất lợi là các phương trình này
lại phi ttuyến và kết quả là chúng hiếm khi được sử dụng để mơ hình hóa một hệ
thống thủy lực. Và thực tế, một vài giả thuyết mơ hình mơ tả lưu lượng và điều kiện
hoạt động được đơn giản hóa trong các phương trình động lực .
Mục đích của đơn giản hóa khơng phải là làm mất đi tính chất chung nhất,
trong tài liệu này, chúng ta thừa nhận rẳng, khí được sử dụng trong mơ phỏng được
giả thuyết như khí thực (ví dụ như khí tn theo phương trình trạng thái). Hơn nữa,
ta cũng thừa nhận, tác động ban đầu với khí là khơng đáng kể, độ nhớt là 1 hằng số

và lưu lượng là 1 thứ nguyên. Như vậy, có 4 biến (u; P; T; ρ) còn lại để xác định thứ
nguyên cho lưu lượng của dịng khí. Sự phù hợp của 4 phương trình đó là NaiverStockes mơ tả vân tốc (u) theo phương x; phương trình liên tục; định luật bảo tồn
năng lượng và phương trình trạng thái. Trong khí nén ứng dụng, lưu lượng tỷ lệ, Q,
được sử dụng để thay cho lưu lượng vận tốc, u. Hơn nữa, sự thực là khí có khả năng
chịu nén cao và khối lơngj khơng đổi, vì vậy lưu lượng trọng lượng hay khối lượng
được sử dụng phổ biến hơn lưu lượng thể tích để mơ tả lưu lượng đi và dung tích.
Lưu lượng khối được xác định như sau:

Q w = γ.u.A
Trong đó:

(1)

γ trọng lượng riêng của chất khí (γ = ρ.g)
ρ khối lượng riêng của chất khí
g gia tốc trọng trường
A tiết diện thơng qua

Vì vậy, chúng ta có 4 phương trình mơ tả mối liên hệ giữa áp suất chất khí và
lưu lượng đi vào dung tích
(2)
Trong đó:

P: áp suất bên trong dung tích
C n : dung lượng chất khí

17


Q w,in : lưu lượng vào trong dung tích

Q w,out : lưu lượng ra khỏi dung tích
Chú ý rằng, dung lượng chất khí, C n , được quyết định bởi tính chịu nén. Để
xác định Cn, ta áp dụng phương trình năng lượng. Tuy nhiên, rất khó để xác định
giá trị của C n theo phương pháp tích phân hay thực nghiệm. Vì vậy, giá trị của C n
có 2 khả năng xảy ra với các điều kiện đẳng nhiệt ( cho trường hợp áp suất thay đổi
rất chậm) hay đoạn nhiệt (áp suất thay đổi rất nhanh) và được biểu thị như sau:

Trong đó:

(đẳng nhiệt)

(3)

(đoạn nhiệt)

(4)

V dung tích
k

nhiệt trị riêng (với khí = 1,4)

R hằng số chất khí
T

nhiệt độ chất khí

Chú ý rằng, trong phương trình (2), biến loại A là áp suất P, và biến loại T là
lưu lượng khối, Q w . Để phù hợp cho tất cả các dạng mơ hình kiểu A-D-T, chúng ta
cần nhận biết được biến loại D. Rõ ràng, biến kiểu D là lưu lượng phản kháng. Để

tính lưu lượng chảy qua các gờ, cạnh của miệng lỗ, kiểu D là hàm liên hệ giữa kiểu
A (P) vvà biến kiểu T (Q w) được biểu thị như sau:
- Nếu dòng chảy là hạ âm (P du > P du,tứcthời ):
(5)
- Nếu dòng chảy là có tốc độ âm thanh hoặc siêu âm (P du ≤ P du, tứcthời )
(6)

(7)

18