關(guān)于汽車的初中科技論文1500字
關(guān)于汽車的初中科技論文1500字
汽車與其它交通工具相比?具有“遠距差效益”、“時差效益”和“運輸質(zhì)量差效益”的特點。下面是小編精心推薦的關(guān)于汽車的初中科技論文1500字，希望你能有所感觸!
關(guān)于汽車的初中科技論文1500字篇一
汽車液壓助力系統(tǒng)
摘 要：目前汽車助力裝置的主流是真空助力和氣壓助力。真空助力結(jié)構(gòu)小巧，但存在安全隱患;氣壓助力安全性好，但結(jié)構(gòu)龐大。高液壓存儲倉的目的是提供一種小巧且安全性兼顧的裝置。高液壓存儲倉的基本工作原理是利用制冷劑的壓力特性，用制冷劑充當儲壓劑來儲存壓力液的能量。使整罐壓力液能夠以高達20～25 MPa的準恒壓向外作功。討論了液壓倉的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、儲壓劑選擇的難題、抑制泄漏的措施、超臨界CO2的特性，在此基礎(chǔ)上，提出了存儲高液壓的超臨界CO2液壓倉的設計思路，用超臨界CO2和溫控相配合，得到了準恒高壓壓力液，實現(xiàn)了小巧且安全性兼顧，由此產(chǎn)生新型的制動、轉(zhuǎn)向、離合助力器。
關(guān)鍵詞：助力系統(tǒng);真空制動;氣壓制動;轉(zhuǎn)向助力;液壓倉
中圖分類號：U463.52+1文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.02.12
根據(jù)助力的原理不同可以將其分為四大類：真空助力、氣壓助力、液壓助力以及電動助力。
真空助力裝置的優(yōu)勢是簡單緊湊，幾乎所有的小型汽車都采用了真空助力器，并且為了加強其安全性還建立了國家標準[1]。但是真空助力的安全性還是有很大的漏洞，因為真空助力都要取決于發(fā)動機的狀態(tài)，只有發(fā)動機工作時才會產(chǎn)生真空助力，發(fā)動機熄火后不再產(chǎn)生真空。轎車因為空間小，通常難以安裝真空罐，所以已經(jīng)形成的真空助力只能完成一次制動助力[2]，隨后就是助力消失，其后果是引起制動乏力、轉(zhuǎn)向很重，存在安全隱患。
氣壓助力裝置的優(yōu)勢是安全可靠，如果能像大型車一樣采用氣壓助力就不用擔心發(fā)動機熄火。根據(jù)國家標準[3]，發(fā)動機熄火后仍可保證連續(xù)5次踩到底全行程制動助力，所以氣壓助力可以保證行車安全。但是氣壓助力并不適合小型車，其主要缺點是必須有空氣壓縮機、貯氣罐、制動閥等裝置，使結(jié)構(gòu)復雜、笨重、成本高。另外，其管路工作壓力低，一般為0.5～0.7 MPa，因而制動氣室的直徑必須設計得大些，且只能置于制動器外部，再通過桿件和凸輪或楔塊驅(qū)動制動蹄，這就增加了簧下質(zhì)量，并且制動氣室排氣還有很大噪聲。液壓控制―氣壓助力器本質(zhì)上還是氣壓助力器。
電動助力是采用電動機作為動力源，優(yōu)點是可靠、體積適中。缺點主要包括：(1)需要大大加強發(fā)電和儲電能力。(2)經(jīng)過發(fā)電機和電動機兩次能量轉(zhuǎn)換，效率損失大。(3)目前只能用于方向助力，制動助力要另建一套系統(tǒng)。
采用液壓助力是很好的方案，液壓助力的優(yōu)點是：作用滯后時間較短(0.1～0.3 s);工作壓力高(可達10～25 MPa)，使助力裝置結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小;機械效率較高(液壓系統(tǒng)有自潤滑作用)。但是因為液體的不可壓縮性，所以液壓無法直接儲存，在沒有壓力液存儲的情況下，當需要用到液壓驅(qū)動時，需要啟動液泵，反應不會很及時，并且需要一個功率較大的泵，才能迅速產(chǎn)生足夠的液壓。如果像儲氣筒一樣有一個儲液罐儲存了高壓液體，使整罐壓力液能夠以高達10～25 MPa的壓力迅速向外作功，那么液壓助力必定是最優(yōu)方案。
直接用壓縮液體的辦法去儲存液壓是不可能的，本文提出的是一種間接儲存液壓的裝置――液壓倉。
1 液壓倉的基本工作原理
液壓倉的基本工作原理是通過制冷劑的壓力特性來儲存壓力液的能量。液壓倉對于制冷劑的選用僅關(guān)心其壓力值，即只關(guān)心其壓力、溫度和密度之間的關(guān)系和儲存壓力的特性，并不關(guān)心其制冷特性，所以在液壓倉中將制冷劑改稱儲壓劑。以R717(氨)為例分析其儲壓特性，臨界溫度為132.25 ℃，臨界壓力為11.333 MPa。當溫度高于凝固點-77.65 ℃低于臨界溫度132.25 ℃時，R717處于氣液汽共存的狀態(tài)，該狀態(tài)的每個溫度值都唯一對應著一個壓力值(即飽和蒸汽壓)，比如將液壓倉溫度控制在125 ℃，R717的飽和蒸汽壓就維持在9.97 MPa，將這個飽和蒸汽壓變?yōu)閴毫σ旱膲毫Γ@就是液壓倉的思路。
液壓倉包括動密封和靜密封兩大類[4]，每大類又包括基本型液壓倉、超臨界流體高壓型液壓倉和增壓缸高壓型液壓倉3種。
圖1所示是基于飽和蒸汽壓的基本型活塞式液壓倉，簡稱基本型活塞式液壓倉，是3種動密封型液壓倉的基礎(chǔ)?；钊鸋S將缸筒腔GT隔離成液壓腔YYQ和儲壓腔CYQ兩個子腔，假定儲壓腔中充注了氣液共存的R717充當儲壓劑，液壓倉溫度控制在125 ℃，這時，儲壓腔壓力恒等于R717的飽和蒸汽壓9.97 MPa，其壓力不會因活塞HS的移動而變化。由于液壓腔與儲壓腔之間是一個活塞，所以兩個腔壓力相等，即液壓腔中的壓力液都儲存了相當?shù)哪芰?，壓力大小等于儲壓腔的壓?.97 MPa。當對外作功時，儲壓劑推動活塞擠壓壓力液，壓力液以等于9.97 MPa壓力值向外作功，壓力液從滿腔直至流完，壓力都會自動維持在9.97 MPa附近。
圖1中，液壓腔端部有注液口ZYK和排液口PYK，可以注入或排出壓力液。當補液液泵的壓力大于儲壓劑的飽和蒸汽壓時，壓力液注入液壓腔并擠推活塞向儲壓腔方向移動，將氣態(tài)儲壓劑壓縮成液態(tài)儲壓劑，進行儲壓。WZC為儲壓腔位置開關(guān)，當活塞觸碰到它時補液液泵停機。WZY為“缺壓力液”的報警傳感器。QCJ為儲壓劑漏完報警傳感器。BCK為儲壓劑補充口。
根據(jù)國家標準[5]，汽車液壓按最高工作液壓分為10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa 4個壓力級，對于這么高的壓力級，液壓倉有兩大疑點需要分析，一是儲壓劑的密封問題，二是有無合適的儲壓劑。
2 儲壓劑的密封問題
活塞處無疑是儲壓劑的泄漏源，動密封是無法做到完全密封的，在這么高的壓力下，如何保證儲壓劑的密封，要分以下兩種情況分析。
(1)液壓倉處于正常工作狀態(tài)。這時，壓力液腔中或多或少存儲著壓力液，壓力液腔與儲壓劑腔是壓力平衡的，所以儲壓劑向壓力液腔方向泄漏是一種無壓差的滲漏，這是很微弱的泄漏。為了進一步減小滲漏，可以采用夾心層式活塞(圖2)，活塞HS由上下兩個“半活塞”HSx和HSy夾一個油封腔YFQ組成。HSx和HSy通過滑動柱HDZ和滑動套HDT相結(jié)合，可以滑動而改變兩者的距離(即夾心層油封腔YFQ的厚度)，油封腔中充滿壓力液，所以是增加了一級無壓差密封，在油封腔中的壓力液泄漏完之前，儲壓劑的泄漏可以忽略，從而使密封更加可靠。油封腔中的壓力液也存在泄漏問題，泄漏后需要補充，半活塞HSx上有一個單向閥DXF，當液壓腔壓力大于油封腔壓力時，允許液壓腔中的壓力液進入油封腔，反之不行。所以，油封腔中的壓力液只要有泄漏，就總會得到補充。 (2)液壓倉處于長時間停止工作的狀態(tài)。液壓腔中壓力液會慢慢泄漏完畢，活塞一邊是儲壓腔的高壓力，一邊是大氣壓，形成了大壓差泄漏，這種泄漏比無壓差泄漏嚴重得多，所以要設法抑制。方案之一是采用橡膠密封墊MFD(圖1)進行密封，壓力液泄漏完畢后，活塞會將密封墊壓緊，達到密封效果，同時，油封腔也能協(xié)助密封。
3 儲壓劑的討論
儲壓劑的選用，重點是需在合理的溫控下具有足夠高的飽和蒸汽壓。目前資料表明[6]，儲壓劑的選用是一個大難題――沒有合適的儲壓劑?，F(xiàn)將幾種有充當儲壓劑潛力的制冷劑列表如下(表1)。
合理的溫控，就汽車而言，將液壓倉溫度控制在60～110 ℃是合理的選擇，因為發(fā)動機的冷卻液最高溫度約110 ℃。假如要控制在60 ℃以下，夏天的溫度加上汽車的溫度，很快就突破60 ℃，還要提供制冷才可以到60 ℃，顯然不合理。難題是，溫度定在60～110 ℃時，就只有硫化氫和氨的飽和蒸汽壓較高，硫化氫劇毒，不予考慮，而氨(即R717)，當溫度為110 ℃時，飽和蒸汽壓為7.578 MPa，如果要(勉強及格)達到10 MPa，溫度要控制在125 ℃，無法利用已有的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)加熱，需要單獨設置一套125 ℃的加熱恒溫系統(tǒng)，這就比較麻煩。更不利的是氨的臭氣，稍有泄漏就會引起反感。
綜上所述，目前儲壓劑壓力范圍可達到5～10 MPa，但難以達到10 MPa，借此界定5～10 MPa為次高壓，10～25 MPa為高壓，高壓也就是國標規(guī)定的壓力級范圍[4]?；拘鸵簤簜}只能形成次高壓，要產(chǎn)生高壓壓力液，只能是另辟蹊徑。有3種辦法，一是增壓缸高壓型液壓倉，這在結(jié)構(gòu)上將有較復雜的變化，擬另專題討論;二是研究新的高壓儲壓劑;三就是下文將討論的超臨界流體CO2(類似的有NO2)的液壓倉。
4 基于超臨界CO2的液壓倉可行性研究
作為儲壓劑，CO2的主要優(yōu)點是[7-8]：環(huán)境友好，并且在60～110 ℃之間作為超臨界流體儲壓劑使用的壓力正好可以滿足要求。缺點就是因為臨界溫度偏低而無法作為飽和蒸汽壓型的儲壓劑使用。
超臨界CO2的壓力不但隨溫度上升而增加，而且還隨CO2密度增加而增加，而活塞的運動必定使CO2密度改變，所以，要像飽和蒸汽壓那樣維持壓力恒定是不可能的，只能考慮讓壓力維持在可接受的變化范圍。為簡化敘述，下面均以壓力范圍在20～25 MPa為例進行分析。
超臨界CO2高壓液壓倉(圖3)的結(jié)構(gòu)實際上就是在前述的“基本型活塞式液壓倉”基礎(chǔ)上增加了一個儲壓劑輔助腔FZQ(輔助罐FZG)。該輔助腔與儲壓主腔CYQ連通，加大了儲壓腔的總?cè)莘e，以減小儲壓劑密度變化率，從而減小壓力的波動。所以，超臨界CO2液壓倉的設計要復雜些，需要進行許多計算，包括壓力、溫度、CO2密度、輔助腔容積與儲壓主腔容積之比。
現(xiàn)已知，壓力設定在20～25 MPa，溫度設定在60～110 ℃比較合理，而且分析圖4得知，超臨界CO2正好在這個溫區(qū)的壓力非常理想[7-8]。根據(jù)圖4估算得到表2中的密度值，根據(jù)表2 ，通過對60 ℃和110 ℃的兩組數(shù)據(jù)的計算和對比來看趨勢，確定相對合理的溫度、密度、輔助腔的大小等參數(shù)。
對超臨界CO2高壓液壓倉結(jié)構(gòu)，設：儲壓主腔容積VC與液壓腔容積VY之和為VCY，即VC+VY=VCY;溫控在110℃;所需的輔助腔容積為V110;儲壓劑總質(zhì)量為M。
根據(jù)超臨界CO2高壓液壓倉結(jié)構(gòu)可知：VCY為固定值，由于活塞的運動，VC在0～VCY之間變化。
當活塞移動到最頂部時，儲壓腔總?cè)莘e達到最大值Vmax= VCY+V110，儲壓劑密度達到最小值M/(V110+VCY)，由表2得知，20 MPa對應著CO2的最小密度為430 kg/m3，所以得到
當活塞到最底部時，儲壓主腔容積VC等于0，儲壓腔總?cè)莘e達到最小值Vmin= V110，儲壓劑密度達到最大值M/V110。由表2得知，25 MPa對應著CO2的最大密度為550 kg/m3，所以得到
同理，當溫控為100 ℃時，輔助腔為儲壓主腔的5倍;當溫控為60 ℃時，得到輔助腔應該為儲壓主腔最大值的12.33倍。
根據(jù)以上分析可知，在20～25 MPa的壓力區(qū)間，作為儲壓劑的CO2，溫度越高則密度變化范圍越寬松，輔助腔就不需要太大，溫控為100～110 ℃時的綜合特性較理想。根據(jù)壓力反饋調(diào)節(jié)溫度，當壓力小于23 MPa時提高溫度使壓力上升，當壓力大于25 MPa時降低溫度使壓力下降，將壓力控制在23～25 MPa范圍內(nèi)。
5 體積估算
根據(jù)制動和轉(zhuǎn)向助力的能量需求，計算液壓倉體積。
根據(jù)國家標準[3]，產(chǎn)生最大制動作用時的踏板力，對于座位數(shù)小于或等于9的小型載客汽車應不大于500 N，踏板行程不得超過120 mm;對于其它車輛踏板力應不大于700 N，踏板行程不得超過150 mm。也就是說，駕駛員制動作功的上限Amax為
國家標準要求儲存的能量可以提供連續(xù)5次踩到底全行程制動，而0.6 L容積的液壓倉儲存的能量即可提供18次踩到底全行程制動。當然，這些儲存的能量還要用于轉(zhuǎn)向助力，考慮到還有液壓泵的后續(xù)支持，這么大的能量儲存已經(jīng)足夠用于大貨車的助力。
6 結(jié)論和展望
液壓倉只需0.6 L容積即可儲存足夠用于大貨車助力的能量，所以在結(jié)構(gòu)上比真空助力裝置更小巧緊湊。液壓倉的液壓是目前氣壓助力壓力的40倍，液壓的可靠性和被密封性都要優(yōu)于氣壓，所以液壓倉在安全性上超過氣壓助力裝置。即，液壓倉集中并超過了真空助力和氣壓助力兩者的優(yōu)點而避免了兩者的缺點。
超臨界流體液壓倉可以得到25 MPa甚至更高壓力的液壓，由于利用活塞兩邊壓力平衡原理設計的夾心層式活塞的結(jié)構(gòu)，使儲壓劑的泄漏問題基本解決。
要形成25 MPa級的恒定液壓，除了上述的超流體CO2方案外，還可以進行其它方案的研究，有以下幾種研究方向。
(1)研究出在60～100 ℃時飽和蒸汽壓處于20～25 MPa區(qū)間的儲壓劑，將使液壓倉更加小巧簡單。
(2)目前水的飽和蒸汽壓最高，365 ℃時飽和蒸汽壓為20 MPa，374 ℃時臨界飽和蒸汽壓為22 MPa，如果解決這么高的溫控并且解決高溫狀態(tài)下的密封問題，同樣可以使液壓倉更加小巧簡單。
(3)采用增壓缸提高壓力和采用封閉式液壓倉結(jié)構(gòu)，這兩個問題都已經(jīng)解決，但還有進一步研究的空間。
點擊下頁還有更多>>>關(guān)于汽車的初中科技論文1500字