Khảo sát động lực học chuyển động thắng xe ô tô hai cầu chủ động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Vò §×nh TiÕn Kh¶o s¸t ®éng lùc häc chuyÓn ®éng th¼ng xe « t« hai cÇu chñ ®éng LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Cơ khí Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế HÀ NỘI - 2009 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………… LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng ñược sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2009 Tác giả luận văn Vũ ðình Tiến Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………… LỜI CẢM ƠN Có ñược kết quả nghiên cứu này, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến: Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế - Bộ môn ðộng lực – Khoa Cơ ñiện- Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ, ñóng góp nhiều ý kiến khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này. Tập thể các thầy cô giáo bộ môn ðộng lực - khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ, tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của ñề tài. Các ñồng chí lãnh ñạo Viện Khoa học hình sự - Bộ Công an, tập thể Phòng 3 - Viện Khoa học hình sự, nơi tôi ñang công tác ñã hết sức tạo ñiều kiện và giúp ñỡ tôi trong quá trình công tác và học tập. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên, tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù ñã hết sức cố gắng hết sức mình nhưng do khó khăn về tài liệu, thiết bị, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp từ các Thầy, cô và bạn bè ñồng nghiệp ñể luận văn này ñược hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2009 Tác giả luận văn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ðẦU ...................................................... Error! Bookmark not defined. PHẦN I ......................................................... Error! Bookmark not defined. TỔNG QUAN ............................................... Error! Bookmark not defined. 1.1 Tổng quan về xe ô tô hai cầu chủ ñộng ............. Error! Bookmark not defined. 1.1.1 Ứng dụng và ñặc ñiểm cơ bản của xe ô tô hai cầu chủ ñộng ..........Error! Bookmark not defined. 1.1.2 Phân loại ô tô hai cầu chủ ñộng ....................... Error! Bookmark not defined. 1.2 Mục ñích và nhiệm vụ của ñề tài ........................ Error! Bookmark not defined. 1.2.1 Mục ñích của ñề tài ............................................ Error! Bookmark not defined. 1.2.2 Nhiệm vụ của ñề tài ........................................... Error! Bookmark not defined. 1.3 Phương pháp nghiên cứu...................................... Error! Bookmark not defined. 1.3.1 Phương pháp lý thuyết....................................... Error! Bookmark not defined. 1.3.2. Phương pháp thực nghiệm ............................... Error! Bookmark not defined. 1.4. ðối tượng nghiên cứu .......................................... Error! Bookmark not defined. PHẦN II ........................................................ Error! Bookmark not defined. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁNError! Bookmark not defined. 2.1 Cơ sở lý thuyết ....................................................... Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Mô men chủ ñộng .............................................. Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Lực kéo................................................................. Error! Bookmark not defined. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. 2.1.3 Lực bám................................................................ Error! Bookmark not defined. 2.1.4 Hệ số bám ............................................................ Error! Bookmark not defined. 2.1.5 Sự trượt của bánh xe chủ ñộng ........................ Error! Bookmark not defined. 2.1.6 Cân bằng lực kéo ................................................ Error! Bookmark not defined. 2.2 Hệ thống truyền lực, phân chia mô men tới các cầu chủ ñộng ............ Error! Bookmark not defined. 2.2.1 Hệ thống truyền lực............................................ Error! Bookmark not defined. 2.2.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô hai cầu chủ ñộng ......Error! Bookmark not defined. 2.2.3 Phân bố lực kéo tới các bánh xe chủ ñộng..... Error! Bookmark not defined. 2.2.3.1 Hệ thống truyền lực một cầu chủ ñộng Error! Bookmark not defined. 2.2.3.2 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng không có vi sai giữa các cầu............................................................................ Error! Bookmark not defined. 2.2.3.3 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng có vi sai giữa các cầu .................................................................................. Error! Bookmark not defined. 2.3 Mô hình toán học khảo sát ñộng lực học xe ô tô hai cầu chủ ñộng..... Error! Bookmark not defined. 2.3.1 Sơ ñồ ñộng học và nguyên tắc làm việc của xe UAZ31512 ............ Error! Bookmark not defined. 2.3.2 Mô hình toán tổng quát của ôtô ....................... Error! Bookmark not defined. 2.3.3 Mô hình toán khối ly hợp.................................. Error! Bookmark not defined. 2.3.4 Mô hình toán hộp số có cấp.............................. Error! Bookmark not defined. 2.3.5 Mô hình toán khối vi sai.................................... Error! Bookmark not defined. 2.3.5.1 ðộng học vi sai ........................................ Error! Bookmark not defined. 2.3.5.2 Mô hình toán học khối vi sai................. Error! Bookmark not defined. 2.3.6 Mô hình toán tương tác bánh-ñất..................... Error! Bookmark not defined. 2.3.6.1 ðộng lực học bánh xe bị ñộng .............. Error! Bookmark not defined. 2.3.6.2 ðộng lực học bánh xe chủ ñộng ........... Error! Bookmark not defined. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. 2.3.7 Phương trình vi phân chuyển ñộng của xe..... Error! Bookmark not defined. PHẦN III....................................................... Error! Bookmark not defined. MÔ PHỎNG CHUYỂN ðỘNG CỦA XE..... Error! Bookmark not defined. BẰNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK-SIMDRIVELINE...........Error! Bookmark not defined. 3.1 Giới thiệu Matlab - Simulink – Simdriveline ... Error! Bookmark not defined. 3.2. Mô hình mô phỏng khối ñộng cơ ...................... Error! Bookmark not defined. 3.3 Mô hình mô phỏng khối ly hợp ma sát khô ...... Error! Bookmark not defined. 3.4 Mô hình mô phỏng hộp số có cấp ñơn giản.............Error! Bookmark not defined. 3.5 Mô hình khảo sát khối vi sai................................ Error! Bookmark not defined. 3.6 Mô hình khảo sát mối quan hệ ñất – bánh ........ Error! Bookmark not defined. 3.7 Mô phỏng khối thân xe trong Simulink – Simdriveline Error! Bookmark not defined. 3.8 Mô hình khảo sát tổng hợp .................................. Error! Bookmark not defined. 3.9 Các phương án và kết quả khảo sát .................... Error! Bookmark not defined. 3.9.1 Chạy thử mô hình ............................................... Error! Bookmark not defined. 3.9.2 Các phương án khảo sát .................................... Error! Bookmark not defined. 3.9.3 Kết quả và phân tích kết quả khảo sát lý thuyết .........Error! Bookmark not defined. 3.9.3.1 Phương án 1 ..................................................... Error! Bookmark not defined. 3.9.3.2 Phương án 2................................. Error! Bookmark not defined. 3.9.3.3 Phương án 3 ..................................................... Error! Bookmark not defined. 3.9.3.4 Phương án 4 ..................................................... Error! Bookmark not defined. 3.9.4 Nhận xét kết quả mô phỏng lý thuyết ............. Error! Bookmark not defined. PHẦN IV ...................................................... Error! Bookmark not defined. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.................. Error! Bookmark not defined. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. 4.1 Mục ñích và phương pháp thí nghiệm ............... Error! Bookmark not defined. 4.1.1 Mục ñích thí nghiệm .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.1.2 Phương pháp thí nghiệm ................................... Error! Bookmark not defined. 4.1.2.1 Thiết bị ño................................................. Error! Bookmark not defined. 4.1.2.2 Lắp ñặt thiết bị thí nghiệm..................... Error! Bookmark not defined. 4.1.2.3 Thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm ... Error! Bookmark not defined. 4.2 ðiều kiện và các phương án thí nghiệm ........... Error! Bookmark not defined. 4.2.1 ðiều kiện .............................................................. Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Các phương án thí nghiệm ................................ Error! Bookmark not defined. 4.3. Kết quả và phân tích kết quả thực nghiệm....... Error! Bookmark not defined. 4.3.1 Phương án 1......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.3.2 Phương án 2......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Phương án 3......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.3.4 Phuơng án 4 ......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.4 Nhận xét kết quả thực nghiệm............................. Error! Bookmark not defined. PHẦN V........................................................ Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................... Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN CHUNG.................................... Error! Bookmark not defined. KIẾN NGHỊ .................................................. Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………… DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ ñồ hệ thống truyền lực.............. Error! Bookmark not defined. Hình 2.2 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộngError! Bookmark not defined. Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường ..... Error! Bookmark not defined. Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốpError! Bookmark not defined. Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào tải trọng thẳng ñứng Error! Bookmark not defined. Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc Error! Bookmark not defined. Hình 2.6 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào ñộ trượt Error! Bookmark not defined. Hình 2.7 ðường ñặc tính trượt của máy kéo. Error! Bookmark not defined. Hình 2.8 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô ............ Error! Bookmark not defined. Hình 2.9 Sơ ñồ truyền lực xe ô tô hai cầu chủ ñộngError! Bookmark not defined. Hình 2.10 Quan hệ ñộng học giữa hai cầu chủ ñộngError! Bookmark not defined. Hình 2.11 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô máy kéo làm việc trên dốc ngangError! Bookmark not defined. Hình 2.12 Sơ ñồ ñộng học hệ thống truyền lực xe UAZ 31512Error! Bookmark not defined. Hình 2.13 Mô hình vật lý khối ly hợp ma sát khôError! Bookmark not defined. Hình 2.14 Mô hình vật lý khảo sát hộp số có cấp ñơn giảnError! Bookmark not defined. Hình 2.15 Bộ vi sai và nguyên lý làm việc của bộ vi saiError! Bookmark not defined. Hình 2.16 Mô hình vật lý khảo sát khối vi sai theo dòng lựcError! Bookmark not defined. Hình 2.17 Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe bị ñộngError! Bookmark not defined. Hình 2.18 Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ ñộngError! Bookmark not defined. Hình 2.19 Mô hình lực và mô men tác dụng lên ô tôError! Bookmark not defined. Hình 3.1 Hệ thống thư viện phần mềm Matlab - SimulinkError! Bookmark not defined. Hình 3.2 Thư viện của SimDriveline............ Error! Bookmark not defined. Hình 3.3 Khối mô phỏng ñộng cơ xăng........ Error! Bookmark not defined. Hình 3.4 Mô hình mô phỏng ly hợp ma sát khôError! Bookmark not defined. Hình 3.5 Mô hình mô phỏng hộp số cơ khí ñơn giản một số truyềnError! Bookmark not defined. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………… Hình 3.6 Mô hình mô phỏng hộp số cơ khí có 5 cấp số truyềnError! Bookmark not defined. Hình 3.7 Mô hình mô phỏng khối vi sai ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3.8 Mô hình mô phỏng mối quan hệ ñất bánhError! Bookmark not defined. Hình 3.9 Bảng thiết lập các thông số cho bánh xeError! Bookmark not defined. Hình 3.10 Mô hình mô phỏng khối thân xe .. Error! Bookmark not defined. Hình 3.11 Các thông số cần thiết lập cho khối thân xeError! Bookmark not defined. Hình 3.12 Mô hình khảo sát tổng hợp .......... Error! Bookmark not defined. Hình 3.13 Mô hình mô phỏng khối truyền lực cuối cùng, thân xe, bánh xeError! Bookmark not defined. Hình 3.14 ðường ñặc tính ñộng cơ ............ Error! Bookmark not defined. Hình 3.15 Khảo sát tốc ñộ ly hợp................. Error! Bookmark not defined. Hình 3.16 Tín hiệu ñiều khiển chân ga và ly hợpError! Bookmark not defined. Hình 3.17 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 1Error! Bookmark not defined. Hình 3.18 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 1Error! Bookmark not defined. Hình 3.19 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 2Error! Bookmark not defined. Hình 3.20 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 2Error! Bookmark not defined. Hình 3.21 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 3Error! Bookmark not defined. Hình 3.22 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 3Error! Bookmark not defined. Hình 3.23 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 4Error! Bookmark not defined. Hình 3.24 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 4Error! Bookmark not defined. Hình 4.1 Cảm biến V1 và nguyên lý hoạt ñộng của cảm biến V1Error! Bookmark not defined. Hình 4.2 Cảm biến quang học E3F3............. Error! Bookmark not defined. Hình 4.3 Lắp ñặt cảm biến V1 ño vận tốc tịnh tiếnError! Bookmark not defined. Hình 4.4 Lắp ñặt cảm biến ño vận tốc quay bánh xeError! Bookmark not defined. Hình 4.5 Lắp cảm biến ño số vòng quay trục khuỷuError! Bookmark not defined. Hình 4.6 Kết nối các thiết bị ño vào thiết bị xử lý số liệuError! Bookmark not defined. Hình 4.7 Sơ ñồ hệ thống gom và xử lý tín hiệu ñoError! Bookmark not defined. Hình 4.8 Worksheet ño các thông số ............ Error! Bookmark not defined. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………… Hình 4.9 Worksheet tính toán xử lý kết quả thí nghiệmError! Bookmark not defined. Hình 4.10 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí nghiệm 1 ...................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 4.11 ðộ trượt cầu sau phương án thí nghiệm 1Error! Bookmark not defined. Hình 4.12 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí nghiệm 2 ...................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 4.13 ðộ trượt, hệ số không tương ứng ñộng học phương án thí nghiệm 2................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 4.14 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí nghiệm 3 ...................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 4.15 ðộ trượt cầu sau phương án thí nghiệm 3Error! Bookmark not defined. Hình 4.16 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí nghiệm 4 ...................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 4.17 ðộ trượt, hệ số không tương ứng ñộng học phương án thí nghiệm 4................................................................... Error! Bookmark not defined. DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường ..... Error! Bookmark not defined. Bảng 2.1 Hệ số cản lăn trên các loại ñường . Error! Bookmark not defined. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………….. DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn giải ðơn vị tính 1 fc Hệ số cản chuyển ñộng thẳng N/m2 2 fcl Hệ số cản lăn N/m2 3 G Trọng lượng xe N 4 Gi Trọng lượng xe ñặt lên bánh tỳ thứ i N 5 Gϕ Trọng lượng bám N 8 g Gia tốc trọng trường m/s2 9 Id, Ihs, … Mô men quán tính các chi tiết quay: ñộng cơ, hộp số, … kg.m2 10 δ ðộ trượt % 11 Me, Mmax Mô men, mô men lớn nhất của ñộng cơ N/m 12 m Khối lượng xe kg 13 Ne, Nmax Công suất tự do, công suất ñịnh mức của ñộng cơ kW 14 nd Số vòng quay trục khuỷu ñộng cơ v/ph 15 nM, nN Số vòng quay trục khuỷu ñộng cơ ứng với mô men xoắn lớn nhất và công suất lớn nhất của ñộng cơ v/ph 16 pc Lực cản chuyển ñộng thẳng N 17 pk Lực kéo tiếp tuyến N 18 pϕ Lực bám N 19 pd Lực kéo theo ñộng cơ N Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………….. 20 pw Lực cản không khí N 21 pj Lực quán tính N 22 R Bán kính quay vòng của xe m 23 r Bán kính ñộng học bánh xe m 24 rd Bán kính ñộng lực học bánh xe m 25 β Hệ số dự trữ mô men ly hợp m 26 ς Hệ số khối lượng quay 27 Qφ Lực suy rộng N 28 ηtl, ηx,… Hiệu suất hệ thống truyền lực 29 ϕ, ϕn Hệ số bám, hệ số bám tức thời 30 φdc Góc quay của trục khuỷu ñộng cơ rad 31 φ•• dc Gia tốc góc của trục khuỷu ñộng cơ rad/s2 32 φcd, φk Góc quay của bánh chủ ñộng rad 33 φ•• cd, φ •• k Gia tốc góc của bánh chủ ñộng rad/s 2 34 τ Ứng suất trượt của nền N/m2 35 a Gia tốc chuyển ñộng thẳng của xe m/s2 36 vx Vận tốc chuyển ñộng thẳng của xe km/h Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. MỞ ðẦU Trong ñời sống xã hội hiện nay, ô tô và máy kéo ñược sử dụng phổ biến trên nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, công – nông nghiệp, an ninh quốc phòng, chiếm vị trí quan trọng trong sự nghiệp phát triển ñất nước. Với ñiều kiện ñịa hình, ñường xá ña dạng, phức tạp ở nước ta, các cơ quan, doanh nghiệp, cá nhân có xu hướng sử dụng nhiều hơn loại xe ô tô hai hay nhiều cầu chủ ñộng. Vì vậy, loại xe này ngày càng xuất hiện nhiều tại Việt Nam. ðặc ñiểm chung của loại xe này là khả năng thích ứng cao với nhiều dạng ñịa hình, tình trạng mặt ñường do sự phân chia mô men giữa các cầu chủ ñộng tuỳ theo hệ số bám ñường của lốp xe với mặt ñường, phát huy tối ña khả năng của ñộng cơ, hạn chế tối ña quá tải ñối với ñộng cơ và hệ thống truyền lực, hệ thống di chuyển của xe. Xe ôtô hai cầu chủ ñộng xuất hiện từ rất lâu trong ngành công nghiệp ôtô trên thế giới cũng như ở Việt Nam, từ cấu tạo ñơn giản ñến ñiều khiển tự ñộng, trong rất nhiều hãng ô tô hiện nay. Sự phân chia mô men giữa các cầu chủ ñộng ảnh hưởng nhiều ñến các tính năng ñộng lực học của xe, như khả năng kéo bám, ñộ ổn ñịnh khi quay vòng. Mỗi loại xe khác nhau, sự ảnh hưởng này khác nhau, tuỳ thuộc vào cấu tạo của hệ thống truyền lực của xe. Tuy nhiên, những nghiên cứu về sự ảnh hưởng này chưa ñược quan tâm nhiều. ðể ñưa ra những khuyến cáo giúp người sử dụng có thể phát huy tối ña khả năng hoạt ñộng của xe, ñược sự giúp ñỡ của PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế - Bộ môn ðộng lực - Khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Khảo sát ñộng lực học chuyển ñộng thẳng xe ô tô hai cầu chủ ñộng” Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ðỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về xe ô tô hai cầu chủ ñộng 1.1.1 Ứng dụng và ñặc ñiểm cơ bản của xe ô tô hai cầu chủ ñộng Trong khoảng một thế kỷ qua, ngành công nghiệp ô tô ñã phát triển rất mạnh mẽ. Ước tính vận tải bằng ô tô chiếm 82% tổng khối lượng hàng hoá nội ñịa tại các nước ñang phát triển [21]. Tại Việt Nam, tỷ lệ này khoảng 60- 70%. Xu hướng phát triển là hiện ñại hoá công nghệ sản xuất, tự ñộng quá trình ñiều khiển nhằm tăng tính kinh tế, ñộ tin cậy, an toàn và thân thiện với môi trường. ðịa hình ña dạng, hạ tầng cơ sở còn thiếu thốn, nhất là nông thôn và miền núi của nước ta, tạo nên hệ thống ñường giao thông cũng rất ña dạng: ñường nhựa, bê tông, ñuờng rải ñá, ñường ñất xen kẽ nhau. ðể ñáp ứng nhu cầu phát triển các vùng núi, nông thôn, nhu cầu ñi lại, hiện nay xe ô tô hai cầu chủ ñộng ñược sử dụng ngày càng nhiều, do loại xe này có tính năng việt dã cao, có khả năng di chuyển trên ñường gồ ghề, trơn trượt, ñồi núi. ðiều kiện ñể xe chuyển ñộng là ñộ bám giữa bánh xe với mặt ñường. Lực bám lớn nhất phụ thuộc vào trọng lượng bám trên các bánh xe chủ ñộng: Pkmax= Pϕ= ϕ.Gϕ Trong ñó: Pkmax: Lực kéo cực ñại tại các bánh xe chủ ñộng; ϕ: Hệ số bám; Gϕ: Trọng lượng bám phân bố trên cầu chủ ñộng. Ở các xe một cầu chủ ñộng, trọng lượng bám trên cầu chủ ñộng nhỏ hơn trọng lượng của bản thân xe, trên xe hai cầu chủ ñộng (4x4), trọng lượng bám bằng trọng lượng xe, phát huy ñược tối ña trọng lượng ñể ñạt lực kéo cực ñại. Do ñó xe có thể chạy trên ñường dốc, gồ ghề hay trơn trượt có hệ số bám ñường thấp, khả năng xuất phát và tăng tốc tốt. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 1.1.2 Phân loại ô tô hai cầu chủ ñộng Ô tô hai cầu chủ ñộng rất ña dạng về chủng loại. Nhìn chung, chúng thường ñược phân chia theo sự truyền công suất giữa các cầu chủ ñộng thành hai loại: làm việc bán thời gian và làm việc toàn thời gian. Xe làm việc bán thời gian thường xuyên sử dụng hai bánh chủ ñộng, chỉ chuyển ñổi thành bốn bánh chủ ñộng khi nguời lái thấy cần thiết. Loại xe này thường có cơ cấu gài cầu trong hộp số phụ, khi sử dụng một cầu chủ ñộng, cơ cấu gài không làm việc, mô men chủ ñộng chỉ truyền tới một cầu của xe. Khi xe chuyển ñộng trên ñường xấu, người lái sẽ gài cầu ñể xe làm việc ở chế ñộ hai cầu chủ ñộng. Ưu ñiểm của loại xe làm việc bán thời gian: tránh hiện tượng tuần hoàn công suất giữa các cầu xe, dễ ñiều khiển khi quay vòng khi sử dụng một cầu. Tuy nhiên, nhược ñiểm của loại xe này là: khi gài hai cầu thường có hiện tượng bó cứng, trượt lết, khi quay vòng, gây khó lái và tuần hoàn công suất. Loại xe 4 bánh chủ ñộng làm việc toàn thời gian có thêm vi sai ñặt giữa hai cầu nằm trong hộp số (vi sai giữa các cầu). Khi quay vòng, xe sẽ không bị bó, trượt lết, không gây tuần hoàn công suất. ðể tránh mất lực kéo khi bánh xe bị trượt trên ñường trơn, người ta sử dụng vi sai chống trượt hoặc khoá vi sai. 1.2 Mục ñích và nhiệm vụ của ñề tài 1.2.1 Mục ñích của ñề tài Khảo sát ñộng lực học chuyển ñộng thẳng của xe ô tô khi sử dụng một và hai cầu chủ ñộng khi di chuyển trong các ñiều kiện mặt ñường khác nhau. Từ ñó thấy ñược ưu nhược ñiểm của ôtô khi sử dụng một hay hai cầu chủ ñộng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 1.2.2 Nhiệm vụ của ñề tài Nghiên cứu lý thuyết các tính chất ñộng lực học của xe ô tô, hệ thống truyền lực trên ô tô. Xây dựng mô hình toán, mô hình khảo sát trên máy tính và mô phỏng quá trình chuyển ñộng trong những ñiều kiện mặt ñường khác khi sử dụng một cầu và khi sử dụng hai cầu chủ ñộng. ðể thấy rõ ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng như ñiều kiện ñường xá, yếu tố bám, quá trình khởi hành và tăng tốc ñến tính năng ñộng lực học của ôtô với một và hai cầu chủ ñộng, ñề tài tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, khảo sát một số tính chất ñộng lực học của xe ô tô UAZ 31512 khi chuyển ñộng trên một số nền ñường khác nhau ñể kiểm nghiệm mô hình và so sánh với kết quả của nghiên cứu lý thuyết. 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp lý thuyết Xây dựng ñược mô hình tính toán và các phương pháp phù hợp ñể nghiên cứu. Mô hình này phải phản ánh ñược những ñặc ñiểm cơ bản của hệ thống, thích hợp với việc giải và mô phỏng bằng phương pháp hiện ñại. Thiết lập phương trình vi phân diễn tả các mối quan hệ giữa các thông số ñầu ra, ñầu vào, các thông số ñặc trưng và các ñiều kiện giới hạn. Giải phương trình vi phân tuỳ thuộc vào ñặc ñiểm của mô hình nghiên cứu, các thông số ñầu vào và mục ñích nghiên cứu. Luận văn sử dụng phương pháp mô hình hoá: Các mô hình khảo sát ñược xây dựng bằng các phần mềm hiện ñại Simulink và Simdriveline có khả năng ñưa các yếu tố ñiều khiển, các yếu tố cơ hệ, yếu tố quan hệ ñất-bánh xe vào mô hình, giải với ñộ chính xác cao và giao diện dễ sử dụng. 1.3.2. Phương pháp thực nghiệm Phương pháp sử dụng các thiết bị ñể xác ñịnh trị số các thông số ñầu ra trực tiếp và qua tính toán khi thực nghiệm ñể kiểm chứng mô hình lý thuyết. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Nghiên cứu thực nghiệm cho kết quả tin cậy vì khi thí nghiệm, tất cả các yếu tố ảnh hưởng của ngoại cảnh cũng như các hệ số trong mô hình lý thuyết là thực. Hiện nay nhiều công trình nghiên cứu khoa học thường phối hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ñể cho kết quả chính xác hơn, sau khi thí nghiệm một số thông số hoặc hệ số ñược lấy từ kết quả thực nghiệm ñưa trở lại mô hình lý thuyết ñể giải và chỉnh lý. Trong ñiều kiện ñề tài chúng tôi tiến hành thực nghiệm chủ yếu là ñề kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết, các thiết bị ño cũng như ñối tượng thí nghiệm thí nghiệm cần ñược lựa chọn sao cho phù hợp với mục ñích cũng như nội dung của luận văn. 1.4. ðối tượng nghiên cứu ðối tượng nghiên cứu là ôtô hai cầu chủ ñộng UAZ 31512. Loại xe này có cấu tạo ñơn giản, khi sử dụng có thể gài một cầu chủ ñộng hoặc gài hai cầu tuỳ theo ñiều kiện ñường xá, hiện nay ôtô này còn dùng khá phổ biến ở nước ta ñặc biệt trong các lực lượng vũ trang, trong kiểm lâm và sử dụng nhiều trong ñiều kiện ñường xấu như ñường ñồi dốc, ñường rừng v.v… Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Mô men chủ ñộng Khi ô tô – máy kéo làm việc, công suất và mô men quay của ñộng cơ ñược truyền qua hệ thống truyền lực ñến các bánh xe chủ ñộng ñể tạo ra chuyển ñộng tịnh tiến của ôtô, máy kéo. Mô men quay do ñộng cơ truyền ñến các bánh chủ ñộng gọi là mô men chủ ñộng Mk.[4][22] Hình 2.1 trình bày sơ ñồ ñơn giản của hệ thống truyền lực Hình 2.1 Sơ ñồ hệ thống truyền lực Khi ô tô chuyển ñộng ổn ñịnh: Mk = Me.i.ηm (2.1) Khi ô tô chuyển ñộng không ổn ñịnh: Mk’ = ( Me ± Jd. dt dω ).i.ηm ± xxxx idt dJ ηω ...∑ ±Jk. dt d kω (2.2) Trong ñó: Me - Mô men quay của ñộng cơ i, ηm - Tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Jd, dt dω - Mô men quán tính của các chi tiết chuyển ñộng không ñều quy ñổi ñến trục khuỷu và gia tốc góc ñộng cơ. Jx, dt d xω - Mô men quán tính và gia tốc của các chi tiết thứ x trong hệ thống truyền lực. Jk, dt d kω - Mô men quán tính và gia tốc góc của bánh xe chủ ñộng. Trong công thức trên, dấu (+) ñược sử dụng khi chuyển ñộng chậm dần, dấu (-) ñược sử dụng khi chuyển ñộng nhanh dần. Mối liên hệ giữa gia tốc của xe và gia tốc góc của bánh chủ ñộng: a = dt d kω .rk = dt dω . i rk Trong ñó: a – Gia tốc của xe rk – Bán kính ñộng học bánh xe chủ ñộng Suy ra: dt dω = i r a k . ; dt d xω = x x i r a . ; dt d kω = k a r Ta ñược: Mk’ = Mk ± Mak Mak - Tổng mô men của các lực quán tính tiếp tuyến các khối lượng chuyển ñộng quay không ñều quy dẫn ñến bánh xe chủ ñộng. Mak = k kxxxmd r JiJiJ a ∑ ++ ηη .... . 22 (2.3) 2.1.2 Lực kéo Quá trình tương tác ñộng tương hỗ giữa bánh xe với mặt ñường hoặc mặt ñất xảy ra rất phức tạp. Về nguyên lý, có thể biều diễn như sau: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Hình 2.2 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng Dưới tác ñộng của mô men chủ ñộng, bánh xe tác ñộng lên mặt ñường một lực tiếp tuyến Pfk, ngược lại mặt ñường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển ñộng với xe có giá trị bằng lực Pfk (Pk = Pfk). Phản lực Pk có tác dụng làm cho xe chuyển ñộng. Do vậy, phản lực tiếp tuyến Pk ñược gọi là lực kéo tiếp tuyến, ñôi khi còn ñược gọi là lực chủ ñộng. Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến Pk là phản lực của ñất tác dụng lên bánh xe do mô men chủ ñộng gây ra, có chiều cùng chiều với chuyển ñộng của xe. Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi xe chuyển ñộng ổn ñịnh ñược xác ñịnh theo công thức: Pk = k k r M = k m r η.i.M e (2.4) Trong ñó: Mk: Mô men chủ ñộng; Me: Mô men của ñộng cơ; I, ηm: tỉ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực; Rk: Bán kính bánh xe chủ ñộng. Lực kéo tiếp tuyến sẽ ñạt ñược giá trị cực ñại Pkmax khi sử dụng ñược tỷ số truyền lớn nhất i=imax và mô men Me= Memax. Khi xe chuyển ñộng không ổn ñịnh thì mô men chủ ñộng còn phụ thuộc vào gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển ñộng quay không ñều trong hệ thống truyền lực và trong ñộng cơ. Kể ñến các yếu tố này, lực kéo ñược xác ñịnh bằng: P’k= k k r M ' = Pk ± k ak r M (2.5) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 2.1.3 Lực bám Giá trị lực kéo không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ ñộng cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với ñất hoặc mặt ñường. Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc ñó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng ñạt tới giá trị cực ñại. Giá trị cực ñại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe ñược gọi là lực bám Pϕ: Pϕ = Pkmax Về bản chất, lực bám ñược tạo thành bởi hai thành phần chính: Lực ma sát giữa xe và mặt ñường, sức chống cắt của ñất sinh ra do tác ñộng của các mấu bám. Khi chuyển ñộng trên ñường cứng, lực bám ñược tạo thành do lực ma sát, còn khi chuyển ñộng trên nền ñất mềm, lực bám ñược tạo thành do các lực ma sát và lực chống cắt của ñất. Do vậy, lực bám sẽ phụ thuộc vào ñặc ñiểm cấu tạo của bánh xe, cơ lý tính của ñất và tải trọng pháp tuyến. 2.1.4 Hệ số bám Tỷ số giữa lực bám và tải trọng pháp tuyến ñược gọi là._. hệ số bám và ñược ký hiệu là ϕ. ϕ = kG Pϕ ⇒ Pϕ= ϕ.Gk = ϕ.Zk Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng ñể ñánh giá tính chất bám của ô tô. Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di chuyển và trạng thái mặt ñường. ðiều kiện cần ñể xe có thể chuyển ñộng ñược: Pk<Pϕ. ðiều kiện này cho thấy khả năng chuyển ñộng của xe sẽ bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe chủ ñộng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Các công trình nghiên cứu [1], [4] và [22] ñã chỉ ra rằng trị số cụ thể của hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau và ñể thuận tiện nghiên cứu người ta chia các nhân tố ra làm 2 nhóm chính: Nhóm 1: Các nhân tố mà mức ñộ ảnh hưởng tới hệ số bám ít thay ñổi, bao gồm: loại ñường, trạng thái mặt ñường, kết cấu và tình trạng lốp. Ảnh hưởng của các nhân tố này ñã ñược nghiên cứu kỹ bằng thực nghiệm. Các kết quả nghiên cứu thường ñược công bố dưới dạng bảng hoặc ñồ thị. Nhóm 2: Các nhân tố luôn thay ñổi trong quá trình chuyển ñộng của xe, gồm: vận tốc chuyển ñộng, ñộ trượt của bánh xe. Vận tốc chuyển ñộng của xe, ñộ trượt của các bánh xe càng lớn thì hệ số bám giảm. Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường [4],[22] Loại ñường và tình trạng mặt ñường Hệ số bám trung bình ðường nhựa và ñường bê tông Khô sạch Ướt 0,7 – 0,8 0,35 – 0,45 ðường ñất ðất pha cát, khô Ướt 0,5 – 0,6 0,2 – 0,4 ðường cát Khô Ướt 0,2 – 0,3 0,4 – 0,5 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp [4], [22] Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào tải trọng thẳng ñứng [4],[22] Hình 2.5 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc [4], [22] Hình 2.6 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào ñộ trượt [4], [22] Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Các ñồ thị cho thấy: Khi tăng áp suất lốp, hệ số bám lúc ñầu tăng lên, sau ñó lại giảm. Khi vận tốc xe tăng, hệ số bám giảm dần theo ñường cong. Khi tăng tải trọng pháp tuyến, hệ số bám tăng theo dạng tuyến tính. Khi ñường ướt, ảnh hưởng của áp suất lốp, tải trọng pháp tuyến và vận tốc xe ñến hệ số bám càng lớn. Trong một số trường hợp nghiên cứu, ñể ñơn giản quá trình tính toán ta thường bỏ qua sự thay ñổi hệ số bám vào ñộ trượt. Tuy nhiên, trong thực tế, khi ñộ trượt thay ñổi dẫn ñến hệ số bám thay ñổi rất lớn. Khi tăng ñộ trượt (trượt lê hoặc trượt quay), hệ số bám lúc ñầu tăng nhanh chóng ñến giá trị cực ñại khi ñộ trượt khoảng 20-25%, ñộ trượt tiếp tục tăng, hệ số bám giảm, ñến khi trượt hoàn toàn thì hệ số bám giảm khoảng 20-30% giá trị cực ñại, lên ñến 50-60% khi ñường ướt. Bản chất vật lý của hiện tượng rất phức tạp, liên quan ñến quá trình biến dạng của vật liệu lốp xe, biến dạng nền ñường. Người ta thường xác ñịnh mối quan hệ này bằng thực nghiệm. ðể thuận lợi trong nghiên cứu, cần biểu diễn quan hệ =ϕ f(δ) bằng giải tích. Theo Coraghenski [12], quan hệ này như sau: de)..ba( c +δ+=ϕ δ− (2.6) Trong ñó: a, b, c, d: các hằng số xác ñịnh từ thực nghiệm e: cơ số của logarit = 2,718 2.1.5 Sự trượt của bánh xe chủ ñộng ðối với các xe ô tô – máy kéo, hiện tượng lăn không trượt chỉ là giả thiết lý tưởng , thực tế luôn xảy ra hiện tượng trượt của các bánh xe. Các khái niệm cơ bản: - Vận tốc lý thuyết: vận tốc tịnh tiến của trục bánh xe khi lăn không trượt, thường ký hiệu là vt, và ñược tính bằng công thức: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. vt = v0 = r.ω - Vận tốc thực: vận tốc bánh xe khi lăn trong ñiều kiện có trượt v ≠ vt. - ðộ trượt δ: một thông số dùng ñể ñánh giá mức ñộ trượt của bánh xe và ñược xác ñịnh bởi tỷ số giữa ñộ mất mát vận tốc (∆v = vt – v) và vận tốc lý thuyết: δ = t t v vv − .100 % (2.7) Khi trượt quay: δ = 0÷100 % Khi trượt lê: δ = -∞÷ 0 ðộ trượt quay δ là một trong các thông số quan trọng dùng ñể ñánh giá tính chất bám của bánh xe chủ ñộng, tính năng kéo bám và tính năng phanh của ô tô – máy kéo. ðộ trượt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Các thông số cấu tạo của các bánh xe, các tính chất cơ lý tính của ñất, tải trọng pháp tuyến trên các cầu và lực cản chuyển ñộng của ô tô – máy kéo. Các quan hệ này thường ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm. ðộ trượt của xe phụ thuộc vào lực kéo tiếp tuyến Pk hay lực kéo ở moóc Pm. Quan hệ này rất phức tạp, muốn xây dựng chính xác mối quan hệ này chỉ có thể thực hiện ñược bằng thực nghiệm. PGS.TS Nông Văn Vìn [23] ñã xây dựng dạng ñường ñặc tính trượt phụ thuộc vào lực kéo Pk như hình 2.7. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Hình 2.7 ðường ñặc tính trượt của máy kéo Hình 2.7 biểu diễn sự phụ thuộc ñộ trượt vào lực kéo tiếp tuyến Pk (hay Pm) tương ứng với các trọng lượng khác nhau. Trên cùng một nền ñất, cùng hệ thống di ñộng nhưng ñường ñặc tính trượt phụ thuộc lực kéo khác nhau khi trọng lượng của xe khác nhau. 2.1.6 Cân bằng lực kéo Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô: Hình 2.8 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 1) Lực kéo tiếp tuyến - Nếu ñủ bám, lực kéo tiếp tuyến ñược tính theo mô men ñộng cơ: Pk = k m r η.i.M e - Nếu không ñủ bám (bị trượt hoàn toàn), lực kéo tiếp tuyến ñược tính theo hệ số bám: Pk = ϕ.Zk 2) Lực cản lăn Khi bánh xe chuyển ñộng trên mặt ñường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt ñường và ngược với chiều chuyển ñộng tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt ñường. Lực cản phát sinh là do có sự biến dạng của lốp và ñường, do sự tạo thành vết bánh xe trên ñường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp xe và ñường. Lực cản lăn ñược tính theo công thức: Pf = f.G.cosα Trong ñó: f: Hệ số cản lăn nói chung của ô tô máy kéo Bảng 2.2 Hệ số cản lăn trên các loại ñường [4] Loại ñường Hệ số bám trung bình ðường nhựa tốt ðường bê tông ðường rải ñá ðường ñất khô ðường ñất ướt ðường cát ðất sau khi cày 0,015-0,018 0,012 – 0,015 0,023 – 0,030 0,025 – 0,035 0,050 – 0,15 0,10 – 0,30 0,12 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 3) Lực quán tính Khi ô tô chuyển ñộng không ổn ñịnh (lúc tăng tốc hoặc giảm tốc) sẽ xuất hiện lực quán tính. Lực quán tính này do gia tốc của các khối lượng chuyển ñộng tịnh tiến và gia tốc các khối lượng chuyển ñộng quay của ô tô máy kéo. Pj = dt dv g G a ..δ δa - hệ số tính ñến ảnh hưởng các chi tiết chuyển ñộng quay không ñều trong hệ thống truyền lực. δa = 1+        + ++∑ 22 22 n n k kxxxmd r J r JiJiJ G g ηη (2.8) Jd, Jx, Jk , Jn – tương ứng với mô men quán tính của ñộng cơ, chi tiết quay thứ x, bánh chủ ñộng và bánh bị ñộng; ix - tỷ số truyền từ chi tiết quay thứ x ñến bánh chủ ñộng. 4) Lực cản không khí Ô tô-máy kéo khi chuyển ñộng sẽ làm thay ñổi áp suất không khí trên bề mặt của xe, làm xuất hiện các dòng xoáy khí ở phần sau của ô tô-máy kéo và gây ra ma sát giữa không khí và bề mặt xe, do ñó sẽ phát sinh lực cản không khí Pw, thực nghiệm ñã chứng tỏ rằng lực cản không khí có thể xác ñịnh theo biểu thức sau: Pw =F.kwv2 Trong ñó: kw: hệ số cản không khí, phụ thuộc vào hình dạng ô tô, chất lượng bề mặt ô tô và mật ñộ không khí. F: diện tích cản chính diện của xe. v: tốc ñộ tương ñối giữa ô tô và không khí 5) Lực cản dốc Pα = G.sinα Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 6) Lực cản ở móc kéo: tuỳ loại máy và ñiều kiện làm việc, lực cản này ñược xác ñịnh theo các phương pháp khác nhau, có thể bằng thực nghiệm hoặc tính toán lý thuyết. 7) Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển ñộng Phương trình cân bằng lực kéo theo nguyên lý D’Alambert: Pk = Pf ±Pα±Pj +Pw +Pm Dấu (±) trước Pα tương ứng lên hoặc xuống dốc; dấu (±) trước Pj tương ứng chuyển ñộng nhanh hoặc chậm dần. Phương trình vi phân chuyển ñộng: ( )[ ]wmfk a PPPPP G g a dt dv ++±−== αδ ðặt Pc = Pf ±Pα+ Pw+Pm Công thức trên ñược viết gọn: [ ]ck a PP G g a dt dv −== δ (2.9) Pc ñược gọi là thành phần lực cản chung của ô tô máy kéo. Khi chuyển ñộng ổn ñịnh, phương trình cân bằng có dạng: Pk = Pc ðiều kiện ñể ô tô máy kéo có thể chuyển ñộng ñược là: Pc < Pkmax<Pϕ Nếu Pkmax< Pc <Pϕ, xe không chuyển ñộng ñược, ñộng cơ sẽ dừng quay. Nếu Pkmax> Pc >Pϕ, xe không chuyển ñộng ñược do các bánh chủ ñộng bị trượt quay hoàn toàn. 2.2 Hệ thống truyền lực, phân chia mô men tới các cầu chủ ñộng 2.2.1 Hệ thống truyền lực Hệ thống truyền lực của ôtô và máy kéo là tập hợp của tất cả các cơ cấu nối từ ñộng cơ tới bánh xe chủ ñộng, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt nối, ñổi chiều quay, biến ñổi giá trị mô men truyền. Chức năng của hệ thống truyền lực như sau: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Truyền, biến ñổi mô men và số vòng quay từ ñộng cơ tới bánh xe chủ ñộng sao cho phù hợp giữa chế ñộ làm việc của ñộng cơ và mô men cản sinh ra trong quá trình máy kéo và ôtô chuyển ñộng. Cắt dòng truyền lực trong thời gian ngắn hoặc dài. Thực hiện ñổi chiều quay ñể thay ñổi chiều chuyển ñộng cho xe. Tạo khả năng chuyển ñộng mềm mại và êm dịu trên ñường. Các loại ôtô và máy kéo bánh thường trang bị ñộng cơ ñốt trong dùng nhiên liệu ñiêzen hoặc xăng, ngày nay do xuất hiện các loại ñộng cơ mới như ñộng cơ rôto quay (ñộng cơ Wankel), ñộng cơ sử dụng nhiên liệu hyñrô phân hủy kim loại rắn hay thậm chí từ nước v.v.. làm thay ñổi cấu trúc của hệ thống truyền lực. Hệ thống truyền lực trên ôtô máy kéo hiện nay có các loại phổ biến sau: Hệ thống truyền lực cơ khí bao gồm các bộ truyền ma sát, các hộp biến tốc, hộp phân phối (hay còn gọi là hộp số phụ), truyền ñộng các ñăng, bộ truyền vi sai, truyền lực cuối cùng. Hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực bao gồm các bộ truyền cơ khí kết hợp với bộ truyền thủy lực. Hệ thống truyền lực thuỷ lực bao gồm bơm thủy lực, các ñộng cơ thủy lực, van ñiều chỉnh và hệ thống ống dẫn. Hệ thống truyền lực ñiện từ bao gồm nguồn ñiện, các ñộng cơ ñiện, rơle ñiện từ dây dẫn. Theo ñặc ñiểm truyền mô men quay chúng ñều có thể là hệ thống truyền lực có cấp hoặc vô cấp, ñiều khiển bằng cần số (manual transmissions:MT) hay HTTL ñiều khiển tự ñộng (automatic transmissions: AT). 2.2.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô hai cầu chủ ñộng Sơ ñồ cấu trúc chung hệ thống truyền lực hai cầu chủ ñộng: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Hình 2.9 Sơ ñồ truyền lực xe ô tô hai cầu chủ ñộng ðộng lực học kéo của xe có bốn bánh chủ ñộng phụ thuộc vào sơ ñồ dẫn ñộng tới việc phân bố lực kéo giữa các bánh xe trước và sau. Hiện nay, người ta dùng hai loại dẫn ñộng: dẫn ñộng cứng và dẫn ñộng vi sai. Những ô tô có dẫn ñộng cứng hai trục chủ ñộng hầu như luôn không có sự tương ứng ñộng học giữa các bánh xe trên cầu trước và trên cầu sau, ñể hạn chế mức ñộ không tương ứng ñộng học do dẫn ñộng cứng gây ra, người ta sử dụng các loại xe có thiết kế hệ thống truyền lực bố trí vi sai nằm giữa cầu chủ ñộng trước và sau. ðối với xe có hai cầu nối cứng, khi chuyển ñộng trên mặt ñường bằng phẳng, có sự không tương ứng ñộng học giữa các bánh xe: tốc ñộ vòng lý thuyết của bánh trước và bánh sau khác nhau trong khi cùng vận tốc tịnh tiến, nguyên nhân có thể sai lệch bán kính bánh xe, ñộ mài mòn, áp suất không khí trong lốp, sự dao ñộng của tải trọng thẳng ñứng. Sự cân bằng vận tốc tịnh tiến của hai trục chủ ñộng chỉ ñạt ñược khi có sự trượt quay hoặc trượt lết của các bánh xe. Trong trường hợp xe quay vòng, mỗi trục của xe phải cùng lúc ñi ñược những quãng ñường khác nhau, nhưng hai trục lại ñược xem như gắn với Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. khung với cùng một vận tốc tịnh tiến. Không thể ñảm bảo sự ñồng bộ vận tốc vòng của các bánh xe trước và sau trên thực tế. Sự cân bằng vận tốc chỉ ñạt ñược trong ñiều kiện có sự trượt quay hay trượt lết của các bánh xe, vì sự trượt quay làm giảm vận tốc tịnh tiến, còn trượt lết làm tăng vận tốc tịnh tiến của các bánh xe. ðánh giá tính không tương thích ñộng học giữa các cầu chủ ñộng bằng hệ số không tương thích ñộng học k k =vt2 /vt1 Trong ñó vt2 và vt1 là vận tốc lý thuyết tương ứng của bánh sau và bánh trước. Khi di chuyển trên ñường do vận tốc thực tế của hai cầu phải bằng nhau do ñó nếu gọi ñộ trượt tương ứng của cầu chủ ñộng sau và trước là 2δ và 1δ ta có ñiều kiện cân bằng như sau: vt1( 1- 1δ ) = vt2( 1- 2δ ) Ta có: 1δ = 1-k( 1- 2δ ) (2.11) Giả ñịnh các bánh xe cầu sau quay nhanh hơn các bánh xe cầu trước. Trị số δ1 trong trường hợp này có giá trị dương, vì các bánh xe quay nhanh bao giờ cũng làm việc với mức ñộ trượt quay nào ñó. Còn các bánh xe quay chậm, ñộ trượt có thể có giá trị âm, dương hay bằng không. Nếu giá trị này âm, các bánh xe quay chậm sẽ bị trượt lết, nếu bằng không bánh xe lăn không trượt quay, trượt lết, nếu dương thì bánh xe trượt quay, nhưng trị số trượt quay nhỏ hơn bánh xe quay nhanh hơn. Chỉ tiêu kéo tốt nhất khi hệ số k = 1. Khi ñó, các bánh xe ở hai cầu chủ ñộng ñều quay với cùng một ñộ trượt như nhau, làm việc với chất lượng bám như nhau. Khi tồn tại sự không tương ứng ñộng học, chất lượng bám của các bánh xe quay chậm sẽ ñược sử dụng ở mức ñộ nhỏ hơn so với chất lượng bám của các bánh xe quay nhanh. ðộ không tương ứng ñộng học càng lớn thì chất lượng bám của các bánh xe trên hai trục càng khác nhau, xấu nhất khi các Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. bánh xe quay chậm bị trượt lết, trong trường hợp này, các bánh này ñã trở thành bánh bị ñộng. Hình 2.10 Quan hệ ñộng học giữa hai cầu chủ ñộng Trong trường hợp xe có các bánh sau quay nhanh, bánh trước bị trượt lết, sẽ xuất hiện công suất ký sinh không có lợi cho xe, cơ chế như sau: Các bánh xe trước sẽ chịu tác ñộng của lực kéo tiếp tuyến âm –Pk” có chiều ngược lại với chiều chuyển ñộng của xe. Lực này tạo nên một mô men xoắn, truyền tới các bánh sau qua hệ thống truyền lực, cùng với mô men từ ñộng cơ tạo nên lực kéo tiếp tuyến dương Pk’ tại các bánh sau. Một phần lực kéo tiếp tuyến Pk’ ñược truyền qua khung tới các bánh quay chậm ñể khắc phục lực kéo tiếp tuyến âm Pk”. Như vậy, công suất ñược tạo bởi – Pk” ñược lưu thông theo một vòng khép kín. Phần công suất này gọi là công suất ký sinh. Công suất ký sinh không phải là nguồn năng lượng bổ sung mà chỉ gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực và tăng tổn thất cơ khí. Công suất ký sinh phát sinh rõ nét khi làm việc trong những ñiều kiện mà không cho phép nhận ñược sự khác biệt cần thiết về trị số ñộ trượt giữa các bánh chủ ñộng cầu trước và cầu sau ñủ ñể bù lại sự không tương ứng ñộng học giữa chúng. Hiện tượng lưu thông công suất cũng xuất hiện ở xe có vi sai giữa các cầu chủ ñộng khi vi sai bị gài cứng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 2.2.3 Phân bố lực kéo tới các bánh xe chủ ñộng 2.2.3.1 Hệ thống truyền lực một cầu chủ ñộng Lực kéo cực ñại: Pkmax = Pϕ = ϕ.G Khi ñiều kiện chuyển ñộng ở hai bánh xe khác nhau, tức là có ϕmin và ϕmax Do ñặc ñiểm của vi sai nên lực kéo có ích sẽ cho bánh xe có hệ số bám nhỏ là ϕmin[4],[22]. Lực kéo lớn nhất tại cầu chủ ñộng là: Pkmax = 2Pkmin = ϕmin.Gϕ (2.12) Với ñiều kiện chuyển ñộng tương tự, nếu không có vi sai thì các bánh xe ở hai bên có thể coi là ñược nối với nhau bằng một trục cứng. Trong trường hợp này, lực kéo cực ñại có thể phát huy ñược tại cầu chủ ñộng là: Pkmax = 2 1 .ϕmin.Gϕ + 2 1 .ϕmax.Gϕ = 2 1 .Gϕ(ϕmax+ϕmin) (2.13) Như vậy, khi không có vi sai giữa các bánh thì lực kéo cực ñại trên cầu chủ ñộng có thể lớn hơn nhiều khi có vi sai. Khi sử dụng loại vi sai tăng nội ma sát, lực kéo cực ñại phát huy trên cầu chủ ñộng là: Pkmax = Pk1+Pk2 = Pk1 + k’δ.Pk1 = 2 1 'δk+ .ϕmin.Gϕ (2.14) 'kδ : Hệ số khoá vi sai ðặt tỷ số ϕG Pmax = ϕ*, gọi là hệ số bám hiệu dụng. Như vậy, ñối với vi sai tăng nội ma sát, hệ số bám hiệu dụng sẽ là: ϕ* = 2 1 'δk+ .ϕmin (2.15) Mối quan hệ giữa lực kéo và hệ số bám ñược thay bằng việc xét mối quan hệ giữa hệ số bám hiệu dụng và hệ số bám nhỏ nhất. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 2.2.3.2 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng không có vi sai giữa các cầu Xe ô tô hai cầu chủ ñộng có trọng lượng bám phân bố trên cả 2 cầu, và là trọng lượng của xe. Trong các nghiên cứu trước ñây [4];[22];[11], lực kéo của xe ô tô phụ thuộc vào hệ số bám của bánh xe và mô men ma sát của vi sai. Pkmax =f(ϕ1, ϕ2, Mms) Ở trường hợp ô tô sử dụng bộ vi sai giữa các bánh xe là loại tăng nội ma sát, lực kéo cực ñại trên các bánh xe tại cầu trước và cầu sau có thể tính theo công thức: PΣ = P1max+P2max = 2. 2 1 'δk+ .ϕmin.Gϕ = ( '1 δk+ ).Gϕ.ϕmin (2.16) ðặt tỷ số: ϕG P∑ = ϕ**, gọi là hệ số bám hiệu dụng của xe ô tô có bốn bánh chủ ñộng. Khi ñó, công thức tính lực kéo tổng cộng ñược viết lại theo hệ số bám hiệu dụng là: ϕ** = ( '1 δk+ ).ϕmin (2.17) 2.2.3.3 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng có vi sai giữa các cầu Vi sai cầu dùng ñể phân mô men truyền ñến vi sai ra các cầu. Thông thường mô men phân phối ra các cầu trước và sau ñối với ô tô hai cầu tỷ lệ với trọng lượng bám. Ở loại xe ô tô có bố trí vi sai kiểu này, lực kéo cực ñại trên các cầu chủ ñộng ñược xác ñịnh theo công thức sau: PΣ = Pkmax1 + k”δ.Pkmax2 = 2 1 'δk+ (Gϕ.ϕmin1 + k”δ.Gϕ.ϕmin2) (2.18) Trong ñó sự liên ñộng giữa các cầu trước và sau ñược thể hiện qua hệ số khóa vi sai k”δ của vi sai giữa các cầu. Lúc ñó: ϕ** = 2 1 'δk+ .(ϕmin1 + k”δ.ϕmin2) (2.19) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Thông thường, tỷ lệ phân chia mô men ra cầu trước và câu sau bằng nhau nên k”δ =1. Khi ñó hệ số bám hiệu dụng cũng tăng gấp ñôi và phù hợp với kiều xe hai cầu chủ ñộng làm việc liên tục, khi gặp chướng ngại vật, xe ô tô sẽ tự ñộng ñiều chỉnh phân chia mô men tới các cầu phù hợp với hệ số bám tại các bánh xe thông qua vi sai giữa các cầu, giảm tác hại của mô men phụ trong hệ thống truyền lực, các chi tiết sẽ không bị quá tải. Trong một công trình nghiên cứu lý thuyết về tính năng kéo bám của ôtô máy kéo khi sử dụng vi sai giữa các bánh và vi sai giữa các cầu [15], tác giả ñã chỉ ra giá trị của lực kéo tổng các trường hợp khoá và không khoá vi sai: Cơ cấu vi sai trên các máy kéo bánh thường ñược thiết kế thêm cơ cấu khóa vi sai. Khi vi sai không bị khóa ký hiệu là V và khi bị khóa ký hiệu là K. Các chỉ số 1,2,3 viết sau V và K ký hiệu tương ứng cho cơ cấu vi sai nối các bánh trước, nối cầu trước với cầu sau, nối hai bánh cầu sau. Ký hiệu máy kéo hai cầu chủ ñộng 4x4; một cầu chủ ñộng là 4x2. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Hình 2.11 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô máy kéo làm việc trên dốc ngang Các sơ ñồ truyền ñộng có thể thực hiện theo 9 phương án. Lực bám tổng cộng Pj và hệ số bám theo phương chuyển ñộng jX của máy kéo cho từng phương án có thể xác ñịnh theo hệ thống công thức sau: 1−Phương án 1: (K1−K2−K3), máy kéo 4x4, khóa tất cả các vi sai      −=== ==∑ βϕϕϕ βϕ ϕ ϕ ϕϕ 22 cos tg Z P GPP X i (2.20) 2− Phương án 2: (V1−K2−K3), máy kéo 4x4, khóa vi sai nối 2cầu và vi sai cầu sau Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. ( ) ( )        − −− = − −− =++= ϕβϕβ ββϕ ϕβϕβ βββϕϕϕϕ tgghL tggfhaL tgghL tggfhaLGPPPP t T X T T 0 0 0 0 432 cot cot .cot cot cos2 (2.21) 3− Phương án 3: (K1−V2−K3), máy kéo 4x4, khóa vi sai cầu trước và sau ( ) ( )        + −− = + −− =+= ϕβϕβ ββϕ ϕβϕβ βββϕϕϕ tgghL tggfhaL tgghL tggfhaLGPPP t T X T T 0 0 0 0 21 cot cot cot cot cos)(2 (2.22) 4− Phương án 4: (V1− K2−V3), máy kéo 4x4, khóa vi sai nối 2 cầu ( ) ( )   −= −=+= ϕββϕ ϕβββϕϕϕ tgg tggGPPP X 0 042 cot1 cot1cos22 (2.23) 5− Phương án 5: (V1−V2−V3), máy kéo 4x4 ( )( ) ( ) ( )( ) ( )      −+ −−− = −+ −−− == ϕββ ϕββϕ ϕββ ϕβββϕϕ tgghL tggfhaL tgghL tggfhaLGPP T T X T T 0 0 0 0 2 cot12 cot1 cot12 cot1 cos24 (2.24) 6− Phương án 6: (K3) , máy kéo 4x2, cầu sau chủ ñộng, khóa vi sai      = − − =+= ϕϕ ϕ ϕ βϕϕϕ X T T hL fhaGPPP cos43 (2.25) 7− Phương án 7: (V3) , máy kéo 4x2, cầu sau chủ ñộng ( )( ) ( ) ( )     −= −− −− == ϕββϕ ϕ ϕββ βββϕϕ tgg tgghL tggfha GPP X T T 0 0 0 4 cot1 cot1 cot1 cos2 (2.26) 8−. Phương án 8: (K1), máy kéo 4x2, cầu trước chủ ñộng, khóa vi sai      = + −− =+= ϕϕ ϕ ϕ βϕϕϕ X T T hL fhaLGPPP cos21 (2.27) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 9− Phương án 9: (V1), máy kéo 4x2, cầu trước chủ ñộng ( )( ) ( ) ( )     −= −+ −−− == ϕββϕ ϕ ϕββ βββϕϕ tgg tgghL tggfhaL GPP X T T 0 0 0 2 cot1 cot1 cot1 cos2 (2.28) Lực kéo cực ñại có thể tính theo công thức: PTmax= Pj−fGcosb (2.29) 2.3 Mô hình toán học khảo sát ñộng lực học xe ô tô hai cầu chủ ñộng 2.3.1 Sơ ñồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc của xe UAZ31512 Sơ ñồ cấu tạo: Hình 2.12 Sơ ñồ cấu tạo hệ thống truyền lực xe UAZ 31512 Nguyên tắc làm việc: Mô men từ ñộng cơ ñược truyền từ ñộng cơ qua hệ thống truyền lực tới bánh xe. Hệ thống truyền lực của xe khá ñơn giản gồm ly hợp ma sát khô, hộp số cơ khí bánh răng thẳng. Truyền và ngắt mô men ñến cầu trước không dùng vi sai mà nhờ cơ cấu gài cầu trước trong hộp số phụ. Mô men từ hộp số phụ ñến truyền lực chính của các cầu ñược truyền qua trục cácñăng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Từ sơ ñồ cấu tạo trên ñây, ta thấy ôtô UAZ 31512 không trang bị vi sai giữa hai cầu chủ ñộng, việc gài cầu trước ñược tiến hành bằng các dịch chuyển bánh răng trên trục trung gian của hộp số phụ. Với sơ ñồ ñộng học như trên trong sử dụng sẽ xuất hiện hiện tượng không tương thích ñộng học thể hiện qua hệ số k như trình bày ở mục 2.2.2 trên ñây. 2.3.2 Mô hình toán tổng quát của ôtô Coi khối ñộng cơ- hệ thống truyền lực-bánh chủ ñộng là một cơ hệ. Khi xe chuyển ñộng, nếu quy dẫn toàn bộ khối lượng của cơ hệ về bánh chủ ñộng của xe thì cơ hệ sẽ có một bậc tự do là góc quay φk. Áp dụng phương trình Lagrăng loại II [2],[12]: k k k d T T Q dt φφφ•  ∂ ∂  − =   ∂∂  (2.30) Trong ñó: k Qφ : Lực suy rộng. φk: Toạ ñộ suy rộng T: ðộng năng của xe ðộng năng của xe ñược tính theo công thức: 21 . . 2 kp T Jς φ•= (2.31) ς : Hệ số tính ñến các khối lượng chuyển ñộng quay; Jp: mô men quán tính khối lượng tính với ñiểm tiếp xúc mặt ñường của bánh xe Ta có: 0 k T φ ∂ = ∂ ; . .p k k T Jς φ φ • • ∂ = ∂ d dt k T φ•  ∂  =  ∂  . .p kJς φ •• (2.32) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Nguyên công của tất cả nội lực và ngoại lực: . . ®cc.(1 ) .dc dc dc tl c kA M M Mδ δφ δφ η δφ= − − −∑ ( . . ).dc tl tl c kA M i Mδ η δφ= −∑ ( ). .k c k kA p p rδ δφ= −  ∑ Lực suy rộng: ( ). k k c k k AQ p p rφ δ δφ= = − ∑ (2.33) Từ (2.20), (2.22), (2.23) suy ra phương trình vi phân mô tả chuyển ñộng khối ñộng cơ-truyền lực-bánh chủ ñộng: ( ) . k k c p r p p J φ ς •• = − (2.34) Trên ñây là mô hình toán tổng quát khảo sát ñộng lực ôtô, ñể khảo sát ñược mô hình này cần xây dựng thuật toán cũng như trương trình giải trên máy tính tương ñối phức tạp và không thuận tiện, hiện nay có nhiều phần mềm chuyên dụng việc nghiên cứu ñộng lực học ôtô thường ñược nghiên cứu dưới dạng các khối như trình bày dưới ñây. 2.3.3 Mô hình toán khối ly hợp Khối ly hợp kết nối giữa ñộng cơ và hộp số, tham số ñiều khiển ly hợp là lực ép p lên các bề mặt ma sát. Các thông số ñộng lực học của ly hợp gồm: mô men ñộng cơ (Md), mô men ma sát (Mms), lực ép lên các bề mặt ma sát (P), mô men quán tính phần chủ ñộng và bị ñộng (Icd,Ibd), vận tốc góc và gia tốc góc phần chủ ñộng và bị ñộng. Hình 2.13 Mô hình vật lý khối ly hợp ma sát khô Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Mdc: Mô men ñộng cơ truyền lên khâu chủ ñộng Jcd, εcd: Mô men quán tính và gia tốc phần chủ ñộng Jbd, εbd: Mô men quán tính và gia tốc phần bị ñộng Mms: Mô men ma sát; Mc: Mô men cản quy dẫn về trục bị ñộng của ly hợp P: Áp lực lên bề mặt ma sát Áp dụng nguyên lý D’Almber, ta có phương trình ñộng lực học của phần chủ ñộng và bị ñộng: . cd cd dc ms dJ M M dt ω = − (2.35) . bd bd ms c dJ M M dt ω = − (2.36) . . bd cd ms dc bd c cd d dM M J M J dt dt ω ω = − = + (2.37) Khi ñóng ly hợp hoàn toàn, tức là không có sự trượt giữa phần chủ ñộng với phần bị ñộng, hay ωcd = ωbd=ω, ta có: ( ).dc c bd cd dM M J J dt ω − = + (2.38) Mô men ma sát ñược xác ñịnh theo công thức [5]: max. . . .( )ms tb m ghM z R P P Pµ= − (2.39) Trong ñó: Icd, Ibd: mô men quán tính phần chủ ñộng, phần bị ñộng ωcd, ωbd: vận tốc góc phần chủ ñộng, phần bị ñộng µ, z: hệ số ma sát, số ñĩa ma sát Pmax: áp lực lớn nhất lên bề mặt ñĩa ma sát Rrb: bán kính trung bình ñĩa ma sát Pmin: tín hiệu áp lực vào Pgh: Giới hạn áp suất nhỏ nhất Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. 2.3.4 Mô hình toán hộp số có cấp Hình 2.14 Mô hình vật lý khảo sát hộp số có cấp ñơn giản Hộp số có cấp ñơn giản gồm các cặp bánh răng ăn khớp có trục quay cố ñịnh, với các tỷ số truyền khác nhau. Mô hình khảo sát thực chất là một cặp bánh răng ăn khớp. Sử dụng nguyên lý D’Alambert xây dựng các phương trình chuyển ñộng của cơ hệ. Thay liên kết bánh răng số 1 và số 2 bằng mô men M1, M2 ta có: Phương trình chuyển ñộng của cụm bánh răng số 1 1 1 1. 0e dM M J dt ω − − = Phương trình chuyển ñộng của cụm bánh răng số 2 2 2 2. 0c dM M J dt ω − − = 2 1 MM i = . Do ñó ta có phương trình vi phân mô tả chuyển ñộng của hộp số có cấp ñơn giản như sau: 2 2 2 1 . . e cM i Md dt J J i ω − = + (2.40) 2.3.5 Mô hình toán khối vi sai 2.3.5.1 ðộng học vi sai Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Cơ cấu vi sai ñảm bảo cho các bánh xe chủ ñộng quay với vận tốc góc khác nhau (khi quay vòng, khi kích thước bánh xe trái và phải không giống nhau hoàn toàn và khi ñường không bằng phẳng. Vi sai ñối xứng phân phối mô men ra các nửa trục. Vi sai không ñối xứng phân phối mô men ra các cầu chủ ñộng trong ô tô nhiều cầu chủ ñộng. Hình 2.15 Bộ vi sai và nguyên lý làm việc của bộ vi sai Vi sai không ñối xứng thường dùng trong hộp phân phối của ô tô nhiều cầu. Do không ñối xứng, mô men phân bố ra các cầu sẽ khác nhau theo một tỷ lệ ñịnh trước phụ thuộc theo trọng lượng bám giữa các cầu. Vỏ vi sai ñược gắn liền và quay ñồng tốc với bánh răng 5. Bánh răng hành tinh quay tự do quanh trục của chúng và khi quay luôn ăn khớp với các bánh răng nửa trục, ñồng thời bánh hành tinh có thể quay cùng với vỏ 1 trong mặt phẳng thẳng ñứng. Vi sai là cơ cấu 2 bậc tự do. Khi ô tô chuyển ñộng thẳng và sức cản ở hai bánh chủ ñộng bằng nhau, bán kính lăn các bánh chủ ñộng bằng nhau thì các bánh răng nửa trục có cùng số vòng quay n0 với vỏ vi sai. Khi ñó bánh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. răng hành tinh không quay quanh trục của nó mà chỉ có tác dụng như một cái nêm nối cứng vỏ vi sai với các bánh răng nửa trục và quay cùng với vỏ vi sai. Khi quay vòng sang trái, nửa trục trái (gần tâm quay vòng hơn) sẽ giảm số vòng quay ñi một ñại lượng là: n2. ' 2 Z Z n2: số vòng quay của bánh răng hành tinh Z1: số răng của bánh răng hành tinh Z2: số răng của bánh răng nửa trục bên trái Nếu trước khi quay vòng, tốc ñộ quay của bánh răng nửa trục trái (bằng nửa trục phải và vỏ vi sai) là n0 thì khi quay nó sẽ giảm còn lại: n’= n0 - n2. ' 2 Z Z Số vòng quay của trục phải sẽ tăng lên: n” = n0 + n2. " 2 Z Z Nếu vi sai ñối xứng thì Z’ = Z”, suy ra: n’ + n” = 2 n0 Nếu hãm hoàn toàn một bánh răng nửa trục, bánh răng hành tinh sẽ quay chung quanh trục của nó và lăn trên bánh răng nửa trục trái ñứng yên. Giả sử vỏ trục vi sai ñứng yên (n0 = 0), ta có: n’ = n” ðiều này có nghĩa là nếu quay bánh trái theo một chiều thì bánh phải sẽ quay ngược chiều với số vòng quay bằng nhau. Cơ cấu vi sai làm nhiệm vụ phân phối mô men ra các bánh chủ ñộng. Khi không kể ñến ma sát, mô men ñược phân phối ñều. Thực tế luôn có ma sát giữa các bánh răng, nên sự phân phối này là không ñều dù số vòng quay của các bánh chủ ñộng là bằng nhau. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp…………….. Giả sử ô tô chuyển ñộng ổn ñịnh, phương trình cân bằng mô men: M0 = M’ + M” M0 – mô men truyền ñến vỏ hộp vi sai M’ – mô men truyền lên nửa trục trái M” – mô men truyền lên nửa trục phải Khi vận tốc quay của các nửa trục khác nhau sẽ xuât hiện mô men ma sát Mr, công suất mất mát do ma sát Nr ñược tính như sau: Nr = Mr.       − 2 "' ωω ω’: vận tốc góc của nửa trục trái ω”: vận tốc góc của nửa trục phải Mặt khác, công suất truyền ñến các nửa trục phải bằng công suất trên vỏ vi sai trừ ñi công suất hao tổn do ma sát trong vi sai: N’ + N” = N0 – Nr Kết quả cuối cùng: M’ = 0,5( M0 – Mr ) M” = 0,5( M0 + Mr) Như vậy, tỷ số mô men trên các nửa trục phụ thuộc mô men ma sát Mr trong hộp vi sai. Mô men ma sát càng lớn M’ và M” càng khác nhau. Từ các biểu thức trên, ta có: M” = M’ + Mr Mô men nội ma sát có ._.