Báo cáo Thi công mô hình dàn trãi các chi tiết của hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thi công mô hình dàn trãi các chi tiết của hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THI CÔNG MÔ HÌNH DÀN TRÃI CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC HỘPS K C 0 0 3 9 5 9 SỐ TỰ ĐỘNG MÃ SỐ: T2014-56 SKC0 0 5 5 3 2 Tp. Hồ Chí Minh, 11/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THI CÔNG MÔ HÌNH DÀN TRÃI CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Mã số: T2014-56 Chủ nhiệm đề tài: GVC.ThS.NGUYỄN VĂN TOÀN TP. HCM, Tháng 11/2014
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THI CÔNG MÔ HÌNH DÀN TRÃI CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Mã số: T2014-56 Chủ nhiệm đề tài: GVC.ThS.NGUYỄN VĂN TOÀN TP. HCM, Tháng 11/2014
4. DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CƯU ĐỀ TÀI 1. Nguyễn Tấn Lộc. 2. Nguyễn Minh Lạc. ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 1. Bộ môn khung gầm. 2. Xưởng đồng sơn. 3. Bộ môn động cơ. 1
5. MỤC LỤC Danh mục viết tắt trang 3 Thông tin kết quả nghiên cứu trang 4 I. Phần mở đầu trang 5 II. Nội dung nghiên cứu trang 7 III. Khái quát về hộp số trang 8 3.1 khái quát về hộp số tự động trang 8 3.2 khái quát vể hệ thống điều khiển thủy lực trang 9 3.3 Chức năng nhiệm vụ của hệ thống điều khiển thủy lực trang 10 3.4 Các van thủy lực cơ bản trong hộp số tự động trang 11 IV phương pháp kiểm tra và sửa chữa hộp số tự động trang 28 V. Thi công chế tạo mô hình trang 30 VI. kết luận và đề nghị trang 37 VII. Tài liệu tham khảo trang 38 2
6. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT M/T (Manual Transmission): hộp số. A/T (Automatic Transmision): hộp số tự động. ECT: Electronic Control Transmission I/S (Input shaft): Trục sơ cấp. O/S (Output shaft): Trục thứ cấp. T/G (Transmission Gears): các bánh răng số. i: tỉ số truyền (gear ratios). O/D (overdrive): Tăng tốc. R (Reverse): số lùi. R/G: Ring gears (bánh răng bao) S/G: Sun gears (bánh răng mặt trời) C/P: Planetary carrier (cần dẫn bánh răng hành tinh) P/U: Planetary gears unit (bộ bánh răng hành tinh) 3
7. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tp. HCM, ngày 5 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thi công mô hình dàn trải các chi tiết của hệ thống điều khiển thuỷ lực hộp số tự động. - Mã số: T2014-56 - Chủ nhiệm: GVC.ThS.Nguyễn Văn Toàn. - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: tháng 1/2014 đến tháng 12/2014 2. Mục tiêu: Tạo ra một mô hình với khung giá có 4 bánh xe đẩy và dàn trãi các van thủy lực của mạch dầu hộp số tự động. Nghiên cứu lắp đặt các đồng hồ đo để kiểm tra áp suất thủy lực. Giới thiệu chức năng các van chính trong mạch thủy lực. 3. Tính mới và sáng tạo: - Tạo được một mô hình mô phỏng các bộ phận mạch thủy lực của hộp số tự động A/T. 4. Kết quả nghiên cứu: xây dựng quy trình chẩn đoán tìm pan trên hệ thống thủy lực và tạo được một mô hình dàn trãi các loại van thủy lực cơ bản của hệ thống. 5. Sản phẩm: một mô hình dàn trải mạch thủy lực điều khiển hộp số tự động. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: mô hình được hoàn chỉnh có thể bán hoặc chuyển giao để phục vụ công tác đào tạo trong các khoa bộ môn công nghệ ô tô có giảng dạy về hệ thống truyền động ô tô. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) GVC.ThS.Nguyễn Văn Toàn 4
8. I. PHẦN MỞ ĐẦU Tổng quan Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước: việc nghiên cứu chế tạo mô hình dạy học thì hiện nay có nhiều công ty trong và ngoài nước đang làm. Tuy nhiên mảng nghiên cứu về chế tạo mô hình về loại này thì giá thành cao và thiếu tính sư phạm. Với mong muốn có một sản phẩm đồ dùng dạy học mà muốn mua thì không tìm được trên thị trường. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, hộp số A/T được chế tạo và lắp đặt phổ biến trên các ô tô. Kích thước và kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ. Hệ thống điều khiển tương đối phức tạp. Đề tài: “Thi công mô hình dàn trải các chi tiết của hệ thống điều khiển thuỷ lực hộp số tự động.” được thực hiện nhằm giúp cho người học có phương pháp tiếp cận nhanh và dễ hiểu về kết cấu các van thủy lực trong trong hộp số tự động. Mục tiêu Tạo ra một mô hình dàn trãi các van thủy lực trong hộp số tự động. Lắp trên khung giá để di chuyển thuận tiện. Lắp đặt các đồng hồ đo kiểm đánh giá mức độ hoàn chỉnh của hệ thống thủy lực điều khiển hố tự động Cách tiếp cận Tìm hiểu và nghiên cứu thị trường cung cấp thiết bị dạy học trong và ngoài nước, nhu cầu của các cơ sở đào tạo nguồn nhân lực, các tài liệu có liên quan đến mảng đề tài. Phương pháp nghiên cứu Tham khảo các tài liệu liên quan Chế tạo lắp ráp, dùng chi tiết thật và ứng dụng các phương pháp gia công cắt gọt chi tiết thật để tạo ra được sản phẩm như mong muốn. Thực nghiệm, thí nghiệm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Van thủy lực trong các loại hộp số lắp trên ô tô. Ưu nhược điểm các mạch thủy lực điều khiển hộp số tự động từ đó tìm ra đối tượng và chọn lựa những ứng dụng thực tiển của đề tài. Nội dung nghiên cứu: Kết cấu nguyên lý hoạt động các van thủy lực của hộp số lắp trên ô tô. Nghiên cứu dàn trãi các chi tiết thật của mạch dầu trong hộp số tự động với mục đích giúp người học, người dạy dể dàng tiếp cận trong việc tìm hiểu về cấu tạo và xử lý sự cố trong hệ thống điều khiển thủy lực của hộp số. 5
9. . ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa các loại ô tô từ du lịch cho đến xe buýt, xe chuyên dùng đều lắp hộp số tự động và hệ thống điều khiển thủy lực với kết cấu rất phức tạp, để cung cấp cho sinh viên có thể hệ thống được hoạt động của hệ thống điều khiển thủy lực có kiến thức kỹ năng cơ bản đủ đáp ứng nhu cầu sửa chữa và bảo dưỡng hộp số tự động. Thực tế hiện nay lực lượng kỹ thuật viên có trình độ sửa chữa và sự qua tâm của giới thợ trẻ về hộp số tự động là rất ít. Một số trường kỹ thuật còn gặp nhiều khó khăn trong việc đầu tư về giảng dạy về hộp số tự động, đặc biệt là mô hình trợ huấn cụ học tập. Vì vậy đề tài “Thi công mô hình dàn trải các chi tiết của hệ thống điều khiển thuỷ lực hộp số tự động.” được chọn với mục đích:  Thể hiện được các chi tiết bên trong hệ thống điều khiển thủy lực của hộp số tự động để phục vụ công việc giảng dạy thực hành cho sinh viên chuyên ngành cơ khí động lực thuộc các hệ đào tạo, các bậc đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp  Nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập vì người học có thể thấy được các chi tiết thực tế bên trong mô hình, kết hợp với tài liệu nghiên cứu có thể giúp người học dể tiếp cận hơn. Đề tài: “Thi công mô hình dàn trải các chi tiết của hệ thống điều khiển thuỷ lực hộp số tự động.” được thực hiện nhằm giúp cho người học có phương pháp tiếp cận nhanh và dễ hiểu về kết cấu các kiểu van của hệ thống điều khiển thủy lực trong trong hộp số. 6
10. II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Giới hạn của đề tài Giới hạn của đề tài là nghiên cứu kết cấu các van thủy lực trong hộp số tự động để từ đó phân tích chọn lựa và tạo ra một mô hình có đầy đủ các van của một mạch thủy lực phục vụ công tác giảng dạy và học tập. 2.2. Giới thiệu tổng quát chung về hộp số tự động.  Những ưu, nhược điểm của hộp số tự động: Ưu điểm :  Giúp người lái đơn giản hơn trong việc lái xe đặc biệt là cho nữ giới.  Nhiều hệ thống và kết cấu hộp số tự động ngày càng hoàn thiện hơn. Nhược điểm : Bảo dưỡng sửa chữa đối với xe lắp hộp số tự động gặp nhiều khó khăn. 7
11. PHẦN III KHÁI QUÁT VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 3.1 Khái quát về hộp số tự động  Đặc tính - Các loại xe lắp ộp số tự động điều khiển bằng điện tử ECT, lái xe không cần phải chuyển số mà việc chuyển lên hay xuống đến số thích hợp nhất được thực hiện một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo tải động cơ và tốc độ xe. - ECU điều khiển tốt nhất thời điểm chuyển số theo điều kiện hoạt động, ly hợp khóa biến mô có thể hoạt động ngay cả ở dải tốc độ thấp, vì vậy giảm tiêu hao nhiên liệu.  Các bộ phận chính của hộp số tự động: - Bộ biến mô - Bộ truyền động cơ khí - Hệ thống điều khiển thủy lực. - Hệ thống điều khiển điện tử. - Dầu hộp số tự động. Hình 1: sơ đồ tổng quát hộp số tự động 8
12. 3.2.Khái quát về hệ thống điều khiển thủy lực 3.2.1 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động loại AT Hệ thống điều khiển thủy lực AT biến đổi tín hiệu tải của động cơ (góc mở của bướm ga) và tín hiệu tốc độ xe thành các áp suất thủy lực khác nhau để tham gia vào quá trình điều khiển chuyển số và điều khiển khóa biến mô (như hình 2). Hệ thống này bao gồm: một bơm dầu, van điều khiển, van điều áp sơ cấp, van điều áp thứ cấp, van bướm ga, van điều biến bướm ga, van cắt giảm áp, van điều khiển bộ tích năng, van điều biến số thấp, van điều biến số trung gian, van nối tiếp số truyền tăng, cac van chuyển số 1-2, 2-3, 3-4, van tín hiệu-van rơ le khóa biến mô. van ly tâm và một thân van. Bánh răng dẫn động bơm đầu ăn khớp với bánh bơm của biến mô vì vậy có cùng tốc độ góc với động cơ, van ly tâm được dẫn động bằng bánh răng chủ động vi sai và biến tốc độ xe thành tín hiệu thủy lực gởi đến thân van. Thân van chứa rất nhiều khoang và lắp rất nhiều van mở hay đóng các khoang để gởi các tín hiệu điều khiển thủy lực đến các bộ phận khác nhau của bộ truyền bánh răng hành tinh. Hình 2: sơ đồ hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động loại AT 9
13. 3.2.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động loại ECT: Hệ thống điều khiển thủy lực ECT biến đổi tín hiệu tải của động cơ (góc mở của bướm ga) và tín hiệu tốc độ xe thành các tín hiệu về điện và cung cấp đến ECU điều khiển, từ đó ECU tính toán để cấp điện đến các van điện từ khác nhau để điều khiển chuyển số và điều khiển khóa biến mô (như hình 3). Hệ thống này cũng bao gồm: một bơm dầu, van điều khiển, van điều áp sơ cấp, van điều áp thứ cấp, van bướm ga, van điều biến bướm ga, van cắt giảm áp, van điều khiển bộ tích năng, van điều biến số thấp, van điều biến số trung gian, các van chuyển số 1-2, 2-3, 3-4 được điều khiển bởi van điện từ số 1 và van điện từ số 2, còn van tín hiệu thì được điều khiển bởi van điện từ số 3-van rơ le khóa biến mô. một thân van. Hình 3: sơ đồ hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động loại ECT 3.3. Chức năng nhiệm vụ của hệ thống điều khiển thủy lực: - Điều khiển áp suất thủy lực do bơm tạo ra. 10
14. - Cung cấp dầu có áp suất đến bộ biến mô và điều khiển sự hoạt động của cơ cấu khóa biến mô. - Chuyển hóa tín hiệu tải trọng động cơ và tốc độ xe thành tín hiệu ‘’thủy lực” phục vụ cho việc điều khiển chuyển số. - Bôi trơn và làm mát các chi tiết chuyển động quay trong hộp số. - Cung cấp áp suất thủy lực đến các phanh và ly hợp điều khiển hoạt động của cơ cấu hành tinh. 3.4 Các van thủy lực cơ bản trong hộp số tự động A140L (hình 4) Van điều khiển được điều khiển bằng cần chọn số, có nhiệm vụ cung cấp áp suất chuẩn tới các van chuyển số từ đó cung cấp đến các phanh ly hợp. Van điều áp sơ cấp điều chỉnh áp suất do bơm tạo ra thành áp suất chuẩn làm cơ sở cung cấp áp suất để tạo các áp suất khác như áp suất ly tâm, áp suất bướm ga, áp suất biến mô. Van điều áp thứ cấp nhận áp suất chuẩn từ van điều áp sơ cấp để tạo ra áp suất biến mô và bôi trơn. Van bướm ga được điều khiển bằng cáp bướm ga qua bàn đạp ga, chuyển tín hiệu chuẩn thành tín hiệu áp suất bướm ga làm tín hiệu điều khiển van chuyển số. Van điều biến bướm ga cắt giảm bớt một lượng áp suất của van bướm ga khi áp suất bướm ga khi áp suất bướm ga tăng đột ngột. Van ly tâm được dẫn động từ trục ra tương ứng với tốc độ xe nhận áp suất chuẩn và tạo ra áp suất ly tâm tương ứng với tốc độ xe. Van cắt giảm áp suất nó sẽ cắt giảm bớt áp suất bướm ga một lượng khi áp suất ly tâm tăng cao. Van tín hiệu khóa biến mô nhận tín hiệu từ van ly tâm và các phanh ly hợp để quyết định thời điểm đóng mở ly hợp. Van rơle khóa biến mô nó quyết định hướng dòng chảy để khóa hay mở cơ cấu khóa biến mô. Các van chuyển số 1-2, 2-3, 3-4 nhận các tín hiệu về áp suất để mở dầu đến các khoang phù hợp tới các phanh, ly hợp tương ứng. Van điều khiển bộ tích năng có nhiệm vụ làm giảm và đập khi pitông phanh, ly hợp làm việc. 11
15. Ngoài ra còn có các van khác và các van một chiều tiết lưu phục vụ trong hệ thống điều khiển thủy lực. Hình 4: sơ đồ vị trí van thủy lực của hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động loại AT 12
16. 3.4.1 Van điều khiển Van này được nối với cần chọn số ở khoang lái, tùy vào vị trí cần chọn số mà van sẽ cung cấp dầu có áp suất chuẩn từ một khoang đến các khoang khác để có các chế độ số “P”, “R”, “N”, “2”, “D” và “L” như hình 5 Hình 5: Van điều khiển. 3.4.2 Van điều áp sơ cấp Hình 6: Van điều áp sơ cấp. Van điều áp sơ cấp điều chỉnh áp suất thủy lực (áp suất chuẩn) và cung đến các bộ phận tương ứng với công suất của động cơ để tránh mất mát công suất bơm. Ở vị trí phía dưới của van điều áp sơ cấp, lực căng của lò xo và áp suất của bộ điều biến (bằng diện tích mặt C nhân áp suất bộ điều biến bướm ga) tác dụng lên phần 1 của van làm cho pitông van có xu hướng bị đẩy lên. Ở vị trí phía trên lực 13
17. nhấn (bằng diện tích của A nhân áp suất chuẩn) có tác dụng ấn pitông van đi xuống. Áp suất chuẩn được điều chỉnh bằng sự cân bằng của hai lực trên. Khi xe đang chạy lùi, áp suất chuẩn từ van điều khiển tác dụng lên phần 2 và lực đẩy từ B và C (bằng diện tích B-C nhân áp suất chuẩn) kết hợp với lực từ C (bằng diện tích C nhân áp suất bộ điều biến bướm ga) có tác dụng làm phần 1 có xu hướng đi lên. Chính điều này tạo ra một áp suất chuẩn cao hơn so với khi ở dãy “D”, và “2”, giúp tránh cho các phanh và ly hợp không bị trược do mô men xoắn cao. Hơn nữa do áp suất bộ điều biến thấp cao hơn so với bộ điều biến bươm ga tại vị trí 1 tác dụng ở dãy “L” nên áp suất chuẩn trong dãy “L” cao hơn so với dãy “D” hay “2”. FSPLX 1 BG SAPC = FLX+S1PBG PC SA Trong đó: FLX: lực lò xo van điều áp sơ cấp PC.: ápsuất chuẩn SA: điện tích pít tông buồng A S1: điện tích pít tông buồng 1 3.4.3. Van điều áp thứ cấp A Hình 7: Van điều áp thứ cấp. Van này điều chỉnh áp suất cung cấp cho bộ biến mô và áp suất bôi trơn nhờ sự cân bằng giữa hai lực, lực căng của lò xo cân bằng với áp lực đẩy từ buồng A. 14
18. FLX FLX=PBM.SA PBM SA Trong đó: FLX: lực lò xo van điều áp thứ cấp PBM.: ápsuất biến mô SA: điện tích pít tông buồng A 3.4.4 Van bướm ga Van bướm ga có công dụng tạo ra áp suất dầu điều khiển tương ứng với góc nhấn của bàn đạp ga (công suất đầu ra của động cơ). Bằng cách khi chân ga được nhấn, chốt chuyển xuống số thấp bị ấn lên trên qua cáp dẫn động bướm ga và cam bướm ga làm cho van điều biến bướm ga dịch chuyển lên trên, qua lò xo mở khoang áp suất để tạo ra áp suất bướm ga. Áp suất này cũng tác dụng lên phần B của van điều biến bướm ga, cùng với áp suất có được từ van cắt giảm áp lại tác dụng lên phần A đẩy van bướm ga xuống một chút. Van điều biến bướm ga sẽ đóng khoang áp suất chuẩn lại khi lực ấn và lực lò xo cùng tác động lên nó cân bằng nhau FFLX chot LXBG FLXchốt = PBG.[SB-SA]+ FLXBG PBG SSBA Trong đó: FLXchốt: lực lò xo chốt. FLXBG: lực lò xo bướm ga. PBG.: ápsuất Bướm ga. SA: điện tích pít tông buồng A SB: điện tích pít tông buồng B 15
19. Hình 8: Van bướm ga 3.4.5 Van cắt giảm áp Van cắt giảm áp có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất cắt tác động lên van bướm ga và nó được dẫn động bằng áp suất ly tâm và áp suất bướm ga. Việc cungcấp áp suất cắt đến van bướm ga theo cách này làm giảm áp suất bướm ga để tránh cho bơm dầu khỏi bị mất mát công suất không cần thiết. Áp suất ly tâm tác dụng lên phần A của pittông van làm nó đi xuống, mở đường thông từ van bướm ga để cung cấp áp suất bướm ga đến các van khác. Do sự chênh lệch về đường kính pittông (của hai phần A và B) trong khi chụi cùng chịu tác động của áp suất từ van bướm ga nên pittông van cắt giảm áp bị đi lên và sự cân bằng giữa lực ấn xuống do áp suất ly tâm và áp suất bướm ga trở thành áp suất cắt giảm áp. Hình 9: Van cắt giảm áp. 16
20. 3.4.6 Van điều biến bướm ga Van điều biến bướm ga (hình 8) này tạo ra áp suất điều biến bướm ga, nó làm giảm bớt áp suất bướm ga khi bướm ga mở rộng. Điều này làm cho áp suất điều biến bướm ga tác dụng lên van điều áp sơ cấp do vậy làm thay đổi áp suất chuẩn gần đúng với sự thay đổi công suất phát ra từ động cơ. Van điều biến làm giảm áp suất từ van điều khiển để giảm va đập khi hộp số được chuyển đến dãy ‘’L’’ áp suất chuẩn được cắt giảm khi qua van điều biến thấp đến van chuyển số quán tính thấp đến phanh số lùi và số một B3. Đồng thời lúc đó áp suất điều biến thấp tác dụng đến van điều áp sơ cấp làm tăng áp suất chuẩn lên một lượng chống hiện tượng trượt phanh ly hợp do mômen tăng. Hình 10: Van điều biến bướm ga. 17
21. Hình 11: biểu diễn quan hệ áp suất chuẩn với độ mở cánh bướm ga 3.4.7 Van ly tâm Hình 12: Sơ đồ nguyên lý làm việc của van ly tâm. Van ly tâm được dẫn động bằng bánh răng bị động ly tâm ăn khớp với bánh răng chủ động vi sai. Van cân bằng áp suất chuẩn từ van điều khiển (của dãy “D”, “2” và “L”) và áp suất ly tâm do nó tạo ra để tạo ra áp suất thủy lực tương ứng với tốc độ xe. 18