- ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MARKOV NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT CƠ CẤU PHANH CHÍNH TRÊN HỆ THỐNG PHANH. - TH Ủ Y KHÍ. - Hệ thống phanh dẫn động hỗn hợp thủy lực-khí nén có k ế t c ấ u r ấ t ph ứ c t ạp và thường đượ c trang b ị trên các xe v ậ n t ả i c ỡ l ớn. - Độ tin c ậ y, tình tr ạ ng kỹ thuật của hệ thống phanh quyết định đến tính an toàn chuy ển động, tính điề u khi ể n c ủ a ô tô. - Vi ệ c nghiên c ứu đánh giá đượ c tình tr ạ ng k ỹ thu ậ t c ủ a toàn bộ hệ thống phanh cũng như của từng cụm và ph ầ n t ử riêng bi ệ t trong h ệ th ống có ý nghĩa rấ t quan trọng. - Bài báo trình bày cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình Markov dựa trên phân tích đặc điể m k ế t c ấ u c ủ a h ệ th ố ng phanh th ủ y khí nh ằ m đánh giá được tình trạng kỹ thuật của cả hệ thống và các phần tử. - Dựa trên bộ thông số đầu vào là t ầ n su ất hư hỏng đượ c th ố ng kê t ừ các đơn vị s ử dụng, kết quả đầu ra là độ tin cậy và các quy luật suy gi ảm độ tin c ậ y c ủ a c ả h ệ th ố ng và các ph ầ n tử trong hệ thống phanh. - T ừ khóa: Hệ thống phanh thủy khí, độ tin cậy, mô hình Markov.. - Có những thống kê cho thấy rằng 15% tai nạn giao thông hàng năm ở nước ta đối với đối tượng là xe tải và xe khách liên quan đến trục trặc của hệ thống phanh. - Điều này cho thấy hệ thống phanh đóng một vai trò rất quan trọng đối với tính an toàn chuyển động của ô tô. - Do đó, việc nghiên cứu khảo sát độ tin cậy và an toàn của h ệ th ố ng phanh là r ấ t c ầ n thi ế t. - Có nhi ều phương pháp khác nhau để khảo sát, đánh giá tình trạng kỹ thuật của các hệ thống, bài báo tập trung trình bày phương pháp xây dựng mô hình Markov và ứng dụng trong nghiên cứu xác định tình trạng kỹ thuật hệ thống phanh thủy khí trên xe tải hạng trung.. - Với mô hình dự báo độ tin cậy trên cơ sở lý thuyết Markov có có thể cung cấp cơ sở để thiết kế, điều chỉnh và t ối ưu hóa chỉ s ố độ tin c ậ y. - K ế t qu ả d ự báo độ tin cậy sẽ chỉ rõ được các phần tử có độ tin cậy thấp, từ đó có thể có những điều chỉnh chu kỳ tác động kỹ thuật nằm mục đích nâng cao độ tin cậy của các cụm và toàn bộ hệ thống phanh [1]. - Mô hình Markov dự báo độ tin cậy có thể được ứng dụng với nhiều hệ thống động lực h ọ c [2]. - Có m ộ t s ố nghiên c ứu đã chỉ ra r ằng đố i v ớ i h ệ th ố ng phanh th ủ y khí trang b ị trên ô tô t ả i h ạ ng trung,. - h ạ ng n ặ ng và ô tô ch ở khách t ỷ l ệ xu ấ t hi ệ n l ỗ i trong h ệ thống có thể được xem như là những hằng số và như vậy tuổi thọ trung bình của phần tử và hệ thống biến đổi theo m ột hàm lũy thừa nào đó [3]. - Đồ ng th ờ i, t ốc độ thay đổi giữa các trạng thái trong hệ thống phanh cũng có thể coi như là các hằng số khác nhau phụ thuộc vào t ầ n su ấ t xu ấ t hi ện hư hỏ ng và kh ả năng sử a ch ữ a ph ụ c hồi. - Đây chính là điều kiện tiên quyết để ứng dụng mô hình Markov trong phân tích, đánh giá và dự báo độ tin c ậ y cho các c ụ m và ph ầ n t ử trong h ệ th ố ng phanh. - K ế t quả khảo sát bằng mô hình Markov sẽ cho phép dự trù được vật tư thay thế, hiệu chỉnh chu kỳ tác động kỹ thu ậ t nh ằ m c ả i thi ệ n hi ệ u qu ả c ủ a công tác b ảo dưỡ ng, sửa chữa [5].. - Phân tích c ấ u trúc h ệ th ố ng phanh th ủ y khí trên xe v ậ n t ả i h ạ ng trung. - Sơ đồ cấu trúc hệ thống phanh dẫn động thủy khí trang bị trên các xe vận tải hạng trung được thể hiện trên Hình 1. - Máy nén khí được trích công suất từ động cơ đốt trong cung cấp khí nén cho các bình chứa.. - Người lái điều khiển hệ thống phanh chính thông qua t ổ ng van phanh 28 cung c ấ p khí nén áp su ấ t cao qua các van và hệ thống đường ống đến xi lanh thủy khí 24. - Pít tông trong xi lanh khí nén 24 tác động đến pít tông trong xi lanh th ủ y l ự c m ắ c n ố i ti ế p d ồ n d ầ u th ủ y l ự c áp su ấ t cao t ớ i các xi lanh phanh bánh xe 23 ti ế n hành quá trình phanh. - Ngoài hệ thống phanh chính trên x e còn đượ c trang b ị thêm các ch ức năng củ a h ệ thống phanh dự phòng, bổ trợ.. - N ế u ch ỉ xét cho h ệ th ố ng phanh chính, có th ể chia chúng thành các phần: (i). - Nguồn cung cấp năng lượng bao gồm máy nén khí, van hạn chế áp suất, các bình khí nén. - Ph ần điề u khi ể n là t ổ ng van phanh hai tầng nhận tác dụng từ lực bàn đạp phanh do người lái tác động, đóng và mở các cửa van cấp khí nén áp su ấ t cao t ớ i các xi lanh khí nén. - Ph ầ n d ẫn độ ng gồm các đường ống dẫn khí nén, thủy lực, pít tông của xi lanh khí nén và thủy lực, xi lanh phanh thủy lực kép t ạ i các bánh xe. - Ph ần cơ cấ u phanh bao g ồ m các má phanh và tang trống tạo ra mô men phanh tại các bánh xe khi thực hiện quá trình phanh xe. - Đây chính là giả thi ế t chính khi xây dựng mô hình khảo sát độ tin cậy của hệ thống phanh chính dựa trên mô hình Markov. - Độ tin c ậ y c ủ a h ệ th ống đượ c tính toán cho mô hình các cụm và hệ thống có khả năng phục hồi khi được mắc nối tiếp nhau.. - Mô hình Markov kh ảo sát độ tin c ậ y c ủa cơ c ấ u phanh trên h ệ th ố ng phanh th ủ y khí trên xe v ậ n t ả i h ạ ng trung. - Mô hình Markov đặ c bi ệ t thích h ợp để phân tích h ệ thống phức hợp [6]. - Các nội dung tác động kỹ thuật để giảm thiểu sự suy giảm tình trạng kỹ thuật trong quá trình khai thác, v ớ i m ộ t h ệ th ố ng phanh th ủ y khí có nhi ề u c ụ m và ph ầ n t ử c ấ u thành là r ấ t l ớn. - Đồ ng th ờ i, dựa trên bộ số liệu thống kê hư hỏng của các phần tử trong h ệ th ố ng phanh t ại các cơ sở s ử d ụ ng ô tô (b ộ s ố liệu thống kê được lấy từ dữ liệu ghi chép nhiều năm tại các đơn vị quản lý và sử dụng xe ở khu vực miền núi phía B ắ c), b ằng phương pháp tính toán trung bình th ống kê, cường độ hư hỏ ng trung bình c ủa cơ cấ u phanh được xác định đối với xe hoạt động sau 37.500km là 0,0599h -1 . - Như đã giả thiết ở phần đầu, cường độ hư hỏ ng có th ể được coi là không đổi đố i v ớ i phần lớn hệ thống cơ khí phức tạp, tương tự như đối với giá tr ị cường độ hư hỏ ng, th ờ i gian trung bình gi ữ a hai l ần hư hỏ ng c ủa cơ cấu phanh bánh xe được xác đị nh qua bộ số liệu thống kê thực nghiệm là 48.735km xe chạy. - Theo sổ tay kỹ thuật, thời gian sửa chữa để khắc ph ục hư hỏ ng t ại cơ cấ u phanh c ủ a m ỗ i bánh xe là trung bình là 2h, do đó cường độ sửa chữa là 0,5 [7]. - Các trạng thái hoạt động của cơ cấu phanh được thể hiện trên B ảng 1 và sơ đồ Markov chuy ể n gi ữ a các tr ạ ng thái đề cập ở trên được thể hiện trên Hình 2.. - S 0 : Hệ thống tốt, hệ thống có xác suất làm việc không h ỏ ng P 0 = 1.. - S 1 : Suy giảm chất lượng phanh do hư hỏng ở cơ cấu phanh một bên bánh xe cầu trước.. - Sơ đồ khối chức năng hệ thống phanh dẫn động thủy khí trên xe vận tải hạng trung 1. - Bình khí nén. - Xi lanh ng ắ t cung c ấ p nhiên li ệ u. - Xi lanh đóng nắp ống xả bằng khí nén. - Xi lanh phanh bánh xe. - Xi lanh khí nén. - S 2 : Suy gi ả m ch ất lượng phanh do hư hỏ ng ở cơ cấu phanh một bên bánh xe cầu sau.. - S 3 : Hệ thống xảy ra hư hỏng ở tất cả các cơ cấu phanh bánh xe cầu trước, dẫn đến hư hỏng hệ thống.. - S 4 : Hệ thống xảy ra hư hỏng ở tất cả các cơ cấu phanh bánh xe c ầ u sau, d ẫn đế n h ư hỏ ng h ệ th ố ng.. - S 5 : Hệ thống xảy ra sự cố do hư hỏng ở tất cả các cơ cấ u phanh bánh c ầu xe trướ c và c ầ u sau, d ẫn đế n coi như hư hỏng hệ thống.. - Hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống nhằm xác định xác suất của hệ thống và xác suất c ủ a các tr ạng thái đượ c xây d ựng đố i v ớ i h ệ th ố ng phanh chính và cơ cấu phanh như thể hiện ở phương trình (2).. - (3) Trong đó: s là phép toán biến đổi Laplace, P (i=0÷5) (s) là xác su ấ t c ủ a h ệ th ống tương ứ ng v ớ i các tr ạ ng thái t ừ S 0 ÷S 5 , λ j,k (h -1 ) tương ứng là tần suất hư hỏng và cường độ phục hồi chuyển tiếp giữa các trạng thái.. - Các trạng thái của Cơ cấu phanh và Hệ thống Trạng. - Cơ cấu phanh cầu. - Hệ thống phanh chính. - Sơ đồ chuyển các trạng thái mô hình Markov. - B ộ s ố li ệu đầu vào cho tính toán đượ c th ể hi ệ n trong Bảng 2 theo như các phân tích đã chỉ ra ở trên dựa trên bộ số liệu thống kê tại cơ sở sử dụng xe cũng như sổ tay ph ụ c v ụ cho quá trình công ngh ệ b ảo dưỡ ng và sửa chữa các cụm và hệ thống trên xe.. - K ế t qu ả kh ả o sát v ớ i b ộ s ố li ệu đầ u vào cho th ấ y rằng khi xác suất làm việc không hỏng của cơ cấu phanh P 0 giảm xuống dưới ngưỡng 0,8, tương ứng với hành trình xe ch ạ y là 47.830km. - Trên Hình 4 th ể hi ệ n xác su ấ t xu ấ t hi ện hư hỏ ng của các trạng thái khác tương ứng từ S 1 …S 5 . - Từ quy luật này nhận thấy rằng xác suất xảy ra hư hỏng với tr ạ ng thái S 1 và S 2 là như nhau và luôn có giá trị l ớ n nhất. - Điều này có thể giải thích rằng hệ thống phanh là đối xứng theo chiều dọc thân xe và việc xảy ra hư hỏng ở 1 cơ cấu phanh trên một cầu xe (cả trước và sau) đều luôn là trường hợp có khả năng xảy ra nhiều nhất. - Có thể giải thích tương tự với quy luật biến đổi xác su ất hư hỏ ng ở hai tr ạ ng thái S 3 và S 4 , tuy nhiên khả năng xảy ra hư hỏng của cả hai cơ cấu phanh cùng một thời điểm trên cùng 1 cầu xe là thấp hơn.. - K ế t qu ả t ổ ng h ợ p xác su ấ t x ả y ra các tr ạ ng thái tương ứng với chu kỳ tác động kỹ thuật được thể hiện trên Bảng 3. - Với quy định là 50.000km, xác su ấ t làm vi ệ c không h ỏ ng c ủ a h ệ th ố ng P 0 là 0,796 dưới ngưỡng cho phép là 0,8. - Có thể giải thích kết quả nêu trên đó là bộ số liệu thống kê được l ấ y t ừ các đơn vị s ử d ụng xe trên đị a bàn mi ề n núi phía Bắc, với đặc điểm địa hình nhiều dốc cao, nhiệt độ và độ ẩm lớn sẽ gây tác động tiêu cực rất lớn đối với cơ c ấ u phanh nói riêng và h ệ th ố ng phanh nói chung c ủ a ô tô. - Do vậy, hệ thống phanh có cường độ hoạt động cao hơn.. - Bài báo đã trình bày được nội dung và phương pháp xây dựng mô hình Markov nhằm đánh giá tình tr ạ ng k ỹ thu ậ t c ủa cơ cấ u phanh trên h ệ th ố ng phanh dẫn động thủy lực khí nén kết hợp trên cơ sở phân tích cấu trúc của hệ thống, sử dụng bộ số liệu thống kê làm đầ u vào. - Giá tr ị xác su ấ t làm vi ệ c không h ỏ ng c ủ a h ệ th ố ng theo các tr ạng thái tương ứng được xác đị nh thông qua phương pháp nêu trên có độ tin cậy tốt sau khi so sánh v ới các ngưỡng quy đị nh c ủ a nhà s ả n xu ấ t.. - Từ đó nhận thấy mô hình Markov xây dựng được có tính khả dụng cao trong nghiên cứu xác định độ tin c ậy cũng như tình trạ ng k ỹ thu ậ t c ủ a các c ụ m và h ệ th ố ng ph ứ c t ạ p. - cấu phanh P 0 theo hành trình xe chạy. - Xác suất của các trạng thái xuất hiện hư hỏng theo hành trình xe chạy. - Xác suất của các trạng thái của hệ thống tại các thời điểm thực hiện các tác động kỹ thuật theo chu kỳ Xác. - Sửa chữa vừa (50.000km). - kỳ tác động kỹ thuật với mức sửa chữa vừa xuống 47.000km xe chạy để đảm bảo duy trì được ngưỡng xác su ấ t làm vi ệ c không h ỏ ng c ủ a toàn h ệ th ố ng luôn lớn hơn hoặc bằng 0,8. - Tuy nhiên, bài báo mới chỉ xây dựng được mô hình Markov với 6 trạng thái đặc trưng và ph ầ n nhi ề u t ập trung vào hư hỏ ng c ủa cơ cấ u phanh.. - Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tiếp tục phát triển mô hình nêu trên cho các cụm khác của toàn bộ hệ thống như các van điề u khi ể n, van b ả o v ệ , xi lanh th ủ y khí.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt