Nghiên cứu đặc tính động lực học của ôtô với hệ thống truyền lực cơ khí và hệ thống truyền lực thuỷ cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI …………….. VŨ ANH SƠN Nghiªn cøu ®Æc tÝnh ®éng lùc häc Cña « t« víi hÖ thèng truyÒn lùc c¬ khÝ Vµ hÖ thèng truyÒn lùc thuû c¬ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hoá NLN Mã số: 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN NGỌC QUẾ HÀ NỘI, 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................i 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 05 tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn Vũ Anh Sơn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................ii 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 và giáo viên trong khoa ðộng lực, trường CðN cơ ñiện Phú Thọ, nơi tôi ñang công tác ñã hết sức tạo ñiều kiện và giúp ñỡ tôi trong quá trình công tác,học tập và thực hiện ñề tài. 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 05 tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn Vũ Anh Sơn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................iii MỤC LỤC Lời cam ñoan…………………………………………………………………..i Lời cảm ơn........................................................................................................ii Mục lục………………………………………………………………………iii Danh mục bảng……………………………………………………………….vi Danh mục hình……………………………………………………………...viii MỞ ðẦU ........................................................................................................ i TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI .................................................................. 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU ............................... 4 1.1. VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ............................................................................................ 4 1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ......................................... 7 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI..................................... 7 1.4. KẾT LUẬN CHUNG.............................................................................. 9 Chương 2 ..................................................................................................... 10 CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................... 10 2.1. HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC THỦY LỰC............................................ 10 2.1.1. Truyền lực thuỷ tĩnh .......................................................................... 10 2.2 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ðỘNG... 18 2.2.1 Các ñường ñặc tính của ñộng cơ.......................................................... 18 2.1.2. Mô men chủ ñộng.............................................................................. 22 2.1.3 Các lực tác dụng lên ôtô ..................................................................... 25 2.1.4. Các lực cản chuyển ñộng của ô tô....................................................... 28 2.3. TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ........................................ 32 2.3.1. Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất............................................ 32 2.3.2 Cân bằng công suất............................................................................ 36 2.3. NHÂN TỐ ðỘNG LỰC HỌC VÀ ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC...... 39 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................iv 2.3.1. Nhân tố ñộng lực học ô tô.................................................................. 39 2.3.2 ðặc tính ñộng lực học của ô tô ........................................................... 41 2.3.3. Sử dụng ñường ñặc tính ñộng lực học của ñộng cơ............................ 43 2.6. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH ðỘNG HỌC LÝ THUYẾT ..................................................................................................... 54 Chương 3 XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC LÝ THUYẾT ..................................................................................................... 55 3.1. XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ CÓ HỘP SỐ CƠ HỌC.................................................................................................. 55 3.1.1 Xây dựng ñường ñặc tính của ñộng cơ cho xe UAZ - 31512 ............... 55 3.2 CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT LÝ THUYẾT.......................................... 57 3.2.2. Khảo sát theo lý thuyết ....................................................................... 57 3.2.3. Kết quả và phân tích kết quả khảo sát lý thuyết .................................. 57 3.3. XÂY DỰNG ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ CÓ HỘP SỐ THỦY CƠ.................................................................................................... 67 3.3.1. Các ñường ñặc tính ñộng lực học cơ bản của xe ô tô Toyota - Crown......... 67 Chương 4 ..................................................................................................... 73 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .............................................. 73 4.1. MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ..................................... 73 4.2. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC BẰNG THỰC NGHIỆM.............................................................................. 74 4.2.1. Cơ sở lý luận của phương pháp........................................................... 74 4.2.2. Các thông số cần ño và yêu cầu thiết bị .............................................. 75 4.3. TÍNH NĂNG KỸ THUẬT THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM........................... 76 4.3.1. Thiết bị ño vận tốc.............................................................................. 76 4.3.2. Xe thí nghiệm và lắp ñặt thiết bị thí nghiệm ....................................... 81 4.4. THIẾT LẬP SƠ ðỒ ðO VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ............ 84 4.4.1. Thiết lập sơ ñồ ño vận tốc................................................................... 84 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................v Thiết bị ño vận tốc SENSOR - V1 ñược liên kết với máy tính thông qua các thành phần liên kết. Khi ñó có thể xử lý thông tin ño lường một cách thuận tiện, ví dụ hiệu chỉnh thiết bị, chuyển ñổi cổng ño, hiển thị kết quả trên màn hình ñể tiện theo dõi thí nghiệm và ghi lại các kết quả ño…Trong ñề tài này sử dụng phần mềm DASYLAB kết hợp với Sensor - V1 ñể tiến hành thí nghiệm xác ñịnh gt và quãng ñường phanh của ô tô máy kéo trên ñường [19], [21], [15]. ..................................................................................................... 84 4.5. ðIỀU KIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM ........................... 86 4.5.1 ðiều kiện thí nghiệm............................................................................ 86 4.5.2 Các phương án thí nghiệm................................................................... 86 4.6. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM....................... 86 4.6.1 Thí nghiệm 1 ....................................................................................... 87 4.6.2 Thí nghiệm 2 ....................................................................................... 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 96 KẾT LUẬN.................................................................................................. 96 KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 96 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................vi DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Tỷ số truyền ................................................................................. 59 Bảng 3.2. Thông số hệ số cản lăn ................................................................. 59 Bảng 3.3 Giá trị một số thông số liên quan ñến lực cản không khí .............. 61 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Hệ thống truyền lực thủy tĩnh....................................................... 10 Hình 2.2. Sự phối hợp của bơm và mô tơ thuỷ lực....................................... 11 Hình 2.3. Ly hợp thủy lực............................................................................ 13 Hình 2.4. Biến mô thủy lực.......................................................................... 14 Hình 2.5. Sự làm việc của biến mô thủy lực ................................................ 15 Hình 2.6. Bộ biến mô kết hợp với hộp số cơ khí.......................................... 17 Hình 2.7. ðường ñặc tính tốc ñộ ngoài của ñộng cơ xăng............................ 20 Hình 2.8. ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ .......................................... 22 Hình 2.9. Sơ ñồ ñộng học hệ thống truyền lực của ô tô............................... 23 Hình 2.10 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng........................ 25 Hình 2.11. Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô......................................................... 28 Hình 2.12. ðồ thị cân bằng lực kéo khi ñộ trượt δ = 0 ................................ 34 Hình 2.13. ðồ thị cân bằng công suất .......................................................... 38 Hình 2.14. ðặc tính ñộng lực học của ô tô................................................... 42 Hình 2.15. Xác ñịnh khả năng tăng tốc của ô tô theo ñồ thị nhân tố ñộng lực học............................................................................................... 45 Hình 2.16. ðồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền............................................. 47 Hình 2.17. ðồ thị gia tốc của một số ôtô tải................................................ 47 Hình 2.18. ðồ thị xác ñịnh thời gian tăng tốc của ô tô ................................. 48 Hình 2.19. ðồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số ........................................ 49 Hình 2.20. ðồ thị quãng ñường tăng tốc ..................................................... 50 Hình 2.21. ðồ thị nhân tố ñộng lực học của ôtô khi chuyển ñộng với tải trọng ñầy G và khi không ñủ tải Gx = 0,5G.................................. 52 Hình 2.22. ðồ thị tia theo nhân tố ñộng lực học khi tải trọng thay ñổi ......... 53 Hình 3.1. ðường ñặc tính tốc ñộ ñộng cơ .................................................... 57 Hình 3.2 ðồ thị cân bằng lực kéo ................................................................ 58 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................viii Hình 3.3. ðồ thị cân bằng công suất kéo UAZ............................................. 62 Hình 3.4. ðặc tính nhân tố ñộng lực hoc của ô tô UAZ ............................... 63 Hình 3.5. ðồ thị gia tốc của ô tô UAZ ......................................................... 64 Hình 3.6. ðồ thị quãng ñường tăng tốc của ô tô UAZ.................................. 65 Hình 3.7. ðồ thị ñặc tính tốc ñộ ngoài của ñộng cơ Toyota Crown.............. 67 Hình 3.8. ðồ thị ñặc tính ra của hệ thống ñộng cơ - bộ biến mô thủy lực..... 68 Hình 3.9. ðồ thị nhân tố ñộng lực học Toyota Crown ................................. 69 Hình 3.10. ðồ thị cân bằng lực kéo ô tô Toyota Crown ............................... 69 Hình 3.11. ðồ thị ñặc tính gia tốc của xe Toyota Crown ............................. 70 Hình 4.2 Cảm biến quang học E3F3 ño tần số quay..................................... 79 Hình 4.6. Hình ảnh xe UAZ - 31512........................................................... 83 Hình 4.13. Sơ ñồ xử lý thông tin thí nghiệm ño vận tốc trên phần mềm Dasylab7.0[15] ............................................................................ 86 Hình 4.14. Thí nghiệm tăng tốc thứ nhất trên ñường nhựa........................... 88 Hình 4.16. Thí nghiệm tăng tốc ô tô Toyota Crown hộp tự ñộng (AT) ........ 95 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................ix DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn giải ðơn vị tính 1 f Hệ số cản lăn N/m 2 2 G Trọng lượng toàn bộ xe N 3 Gϕ Trọng lượng bám N 4 g Gia tốc trọng trường m/s2 5 Id, Ihs, … Mô men quán tính các chi tiết quay: ñộng cơ, hộp số, … kg.m2 6 δ ðộ trượt % 7 Me, Mmax (MM) Mô men ñộng cơ, mô men lớn nhất của ñộng cơ Nm 8 m Khối lượng xe kg 9 Ne, Nmax (NH) Công suất ñộng cơ, Công suất ñịnh mức của ñộng cơ kW 10 ne Số vòng quay trục khuỷu ñộng cơ v/ph 11 nM, nH Số vòng quay trục khuỷu ñộng cơ ứng với mô men xoắn lớn nhất và công suất lớn nhất của ñộng cơ v/ph 12 Pc Lực cản chuyển ñộng thẳng N 13 Pk Lực kéo tiếp tuyến N 14 Pϕ Lực bám N 15 Pw Lực cản không khí N 16 Pj Lực quán tính N 17 Pd Lực kéo dư N 18 R Bán kính quay vòng của xe m 19 r Bán kính ñộng học bánh xe m Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................x 20 rd Bán kính ñộng lực học bánh xe m 21 ηm Hiệu suất hệ thống truyền lực 22 ϕ Hệ số bám 23 ψ Hệ số cản tống cộng 24 ω Vận tốc góc của bánh chủ ñộng rad/s2 25 jx Gia tốc tịnh tiến của xe m/s 2 26 vx Vận tốc chuyển ñộng thẳng của xe km/h 27 D Nhân tố ñộng lực học 28 S Quãng ñường xe chạy m 29 aδ Hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay không ñều trong HTTL 30 kw Hệ số cản không khí Ns2/m4 31 F Diện tích cản không khí m2 32 W Nhân tố cản không khí Ns2/m2 33 Nk Công suất kéo kW 34 α Góc dốc mặt ñường ñộ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................1 MỞ ðẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI Xe ôtô là loại phương tiện ñược sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau. Việc nghiên cứu ñể nâng cao hiệu quả sử dụng loại phương tiện vận tải này luôn là vấn ñề ñược nhiều nhà khoa học, kỹ thuật, ñộng lực học quan tâm giải quyết. Trong những thập kỷ gần ñây, sự phát triển của nghành ñộng lực học cũng như nghành công nghệ chế tạo ôtô trên thế giới ñã có những bước tiến bộ nhảy vọt, ñem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao. Do ñó các loại xe thuộc thế hệ kỹ thuật trước ñã dần dần kém hiệu quả so với các loại ôtô hiện ñại. Tuy nhiên, các loại xe hiện ñại có giá thành rất cao so với thực trạng của nền kinh tế hiện tại ở các nước chậm và ñang phát triển. Ở nước ta hiện nay, ngành chế tạo ôtô vẫn chưa phát triển hoặc ở dạng manh mún nên hầu hết các loại xe ñang lưu hành ñều ñược nhập từ nước ngoài với ña dạng chủng loại. Trong ñó các loại xe thuộc thế hệ cũ vẫn còn tồn tại khá nhiều. Nhược ñiểm chính của các loại xe này là chi phí nhiên liệu riêng cao hơn nhiều so với các loại xe hiện ñại cùng công suất và cùng chủng loại. Loại xe UAZ do Liên Xô (cũ) chế tạo ñược nhập vào nước ta từ nhiều năm trước với số lượng tương ñối lớn, chủ yếu phục vụ cho quân ñội và các công việc ở các cơ quan dân sự có yêu cầu tính cơ ñộng cao. Hiện nay, loại xe này vẫn còn ñược sử dụng khá phổ biến, chủ yếu là ở các tỉnh miền núi, trung du. Tuy nhiên, chất lượng kỹ thuật có giảm sút và ñặc biệt là suất tiêu hao nhiên liệu cao hơn nhiều so với các loại ôtô thế hệ mới cùng công suất. Tính năng và hiệu quả của ôtô phụ thuộc vào chất lượng thiết kế, chế tạo và ñiều kiện sử dụng. Việc ñánh giá chất lượng xe có thể theo một số phương pháp khác nhau tuỳ thuộc vào mục ñích và phương tiện xác ñịnh các chỉ tiêu cần ñánh giá. Trong ñó nhóm các chỉ tiêu về ñộng lực học, tính an toàn ñiều khiển và tính tiết kiệm nhiên liệu ñược sử dụng phổ biến hơn. [7] Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................2 ðặc tính ñộng lực học của ôtô ñược thể hiện qua các chuyển vị, vận tốc, gia tốc, tần số và biên ñộ dao ñộng theo các phương khác nhau khi ôtô chuyển ñộng trong ñiều kiện mặt ñường không bằng phẳng hoặc do tác ñộng ñiều khiển như tăng giảm ga, quay vòng hoặc khi phanh. ðặc tính ñộng lực học ảnh hưởng trực tiếp ñến khả năng khởi hành và tăng tốc, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, ñộ êm dịu và tính an toàn chuyển ñộng… Việc tính toán hoặc xác ñịnh chính xác các chỉ tiêu ñánh giáñặc tính ñộng lực học của ôtô là một vấn ñề rất khó thực hiện vì các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, mà trong ñó có các yếu tố xảy ra ngẫu nhiên. Ngày nay với sự phát triển nhanh của công nghệ thông tin và các thiết bị nghiên cứu thực nghiệm, nhiều bài toán phức tạp có thể giải quyết một cách nhanh chóng với ñộ chính xác cao giúp cho các quá trình tính toán thiết kế, chế tạo rất thuận lợi, chính xác và cũng là yếu tốt quyết ñịnh chất lượng các loại xe hiện ñại. Một thành tựu cũng rất lớn là ñã xuất hiện những thiết bị và phương pháp hiện ñại ñể nghiên cứu ñánh giá chất lượng ôtô thông qua con ñường thực nghiệm, cho phép kiểm tra chất lượng thiết kế, tình trạng kỹ thuật trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và ñảm bảo ñộ chính xác cao, giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế, chọn chế ñộ sử dụng các loại xe ôtô rất có hiệu quả. ðối với các loại xe thuộc thế hệ kỹ thuật trước ñang và ñã ñược sử dụng trong hệ thống giao thông ở Việt Nam, việc tính toán kiểm tra ñặc tính ñộng lực học của các loại ôtô này là tương ñối khó khăn phức tạp vì hầu hết các loại xe nhập ngoại ñã cũ nên không có ñầy ñủ các thông số thiết kế, các ñặc tính của các phần tử ñàn hồi, ñặc tính ñộng cơ… Do vậy việc nghiên cứu thực nghiệm ñể ñánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các loại ôtô cũ trước ñây ở Việt Nam là vấn ñề mang tính cấp thiết và có tính khả thi cao. Xuất phát từ những lý do trên và ñược sự nhất trí, quan tâm giúp ñỡ của PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế, tôi ñã lựa chọn ñề tài luận văn Thạc sỹ: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................3 “Nghiên cứu ñặc tính ñộng lực học của ôtô với hệ thống truyền lực cơ khí và hệ thống truyền lực thủy cơ ” với mục ñích nhằm góp phần xây dựng cơ sở khoa học và lựa chọn chế ñộ sử dụng hợp lý cho các loại ôtô ở Việt Nam. ðề tài cũng làm cơ sở ñể tìm hiểu và nghiên cứu phân tích và so sánh ñặc tính ñộng lực học của hai loại ô tô có hộp số cơ học và ô tô với hộp số thủy cơ ñồng thời ñảm bảo an toàn cho người và ô tô khi sử dụng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1. VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ ðặc tính ñộng lực học của ô tô thể hiện ở hàng loạt các chỉ tiêu sử dụng như khả năng khởi hành và tăng tốc, tính năng ñiều khiển, tính êm dịu chuyển ñộng, ñộ bền và tuổi thọ của các chi tiết, năng suất vận chuyển…[17]. Với những lý do trên, chúng tôi nhận thấy ñề tài “Nghiên cứu ñặc tính ñộng lực học của ôtô với hệ thống truyền lực cơ khí và hệ thống truyền lực thủy cơ” là một ñề tài tương ñối mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cho việc sử dụng có hiệu quả cao trong thực tế vận chuyển cho loại xe ô tô ñang nghiên cứu và ñồng thời có thể ñem áp dụng cho các loại xe khác nhau về các mặt liên quan ñến cácñặc tính ñộng lực học. Ô tô là loại phương tiện vận chuyển trên ñường bộ ñược sử dụng ñại ña số và rất hữu ích. Do ñó việc nghiên cứu hoàn thiện thiết kế, nâng cao chất lượng chế tạo, mở rộng tính năng và phạm vi sử dụng của ô tô luôn là ñề tài thường trực thu hút nhiều nhà khoa học kỹ thuật trên thế giới say mê, tìm tòi, nghiên cứu và quan tâm giải quyết. Ô tô là loại thiết bị có kết cấu phức tạp, chuyển ñộng với tốc ñộ cao và thường xuyên thay ñổi, hoạt ñộng trên nhiều loại ñịa hình khác nhau. Do ñó các ñặc tính ñộng lực học thay ñội rất phức tạp, các giá trị của các thông số ñặc trưng như vận tốc, gia tốc thay ñổi trong phạm vi rộng với các quy luật khác nhau tuỳ thuộc vào kết cấu và ñiều kiện chuyển ñộng cụ thể. ðể có ñiều kiện nghiên cứu kỹ lưỡng về sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu và ñiều kiện sử dụng, việc nghiên cứu cácñặc tính ñộng lực học của ô tô thường ñược phân theo 3 hướng chính: ñặc tính ñộng lực học theo phương chuyển ñộng, các ñặc tính ñộng lực học theo phương thẳng ñứng và các ñặc tính ñộng lực Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................5 học theo phương ngang. Tuy nhiên, các thông số ñộng lực học của ô tô thay ñổi do sự tác ñộng ñồng thời của các ngoại lực theo các phương khác nhau, nghĩa là phải giải quyết bài toán ñộng lực học trong không gian thì mới ñáp ứng ñầy ñủ nhất. Các ñặc tính ñộng lực học của ô tô ảnh hưởng rất lớn ñến năng suất vận chuyển, hiệu quả kinh tế, tính năng ñiều khiển và an toàn chuyển ñộng… Sự nghiên cứu các ñăc tính ñộng lực học của ô tô là một trong những nhiệm vụ trọng tâm khi nghiên cứu các tính năng sử dụng cũng như việc nghiên cứu thiết kế ô tô. Trải qua nhiều giai ñoạn nghiên cứu, các thành tựu của các công trình khoa học trên thế giới ñã ñưa ra các bài toán lý thuyết tiệm cận gần ñến với các quá trình ñộng lực học diễn ra trong thực tê thực nghiệm. ðây cũng là những cơ sở quan trọng và mang tính quyết ñịnh cho việc nghiên cứu hoàn thiện kết cấu và chế tạo thành công các xe ô tô hiện ñại ngày nay. ðiển hình của các nội dung nghiên cứu lý thuyết về các ñặc tính ñộng lực học của ô tô trong giai ñoạn hiện nay là sử dụng phương pháp số kết hợp với các phần mềm hiện ñại ñể mô phỏng các quá trình ñộng lực học, trên cơ sở tìm kiếm các phương án tính toán thiết kế hợp lý và hiệu quả. Các quá trình chuyển ñộng của ô tô xảy ra rất phức tạp với sự tác ñộng của nhiều yếu tố, bao gồm cả các yếu tố ngẫu nhiên của mặt ñường, khả năng phản xạ của người lái nên việc nghiên cứu lý thuyết dù hoàn hảo ñến mấy cũng cần phải có những nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng. Trong nhiều trường hợp cụ thể, các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cũng ñã ñem lại hiểu quả rất cao hỗ trợ cho các quá trình nghiên cứu hiệu chỉnh thiết kế hoặc nghiên cứu thăm dò các phương án thiết kế mới, hỗ trợ cho việc tổ chức khai thác các loại ô tô trở nên có hiệu quả hơn. Về phương diện nghiên cứu thực nghiệm, cùng với sự tiến bộ nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị ño lường vật lý có ñộ chính xác cao, việc ứng dụng tin học vào chính xác hoá nghiên cứu thực nghiệm là ñiều Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................6 không thể phủ nhận, các phương pháp và hệ thống thiết bị nghiên cứu các tính năng sử dụng và các ñặc tính ñộng lực học của ô tô cũng tiến bộ rất nhanh, ñáp ứng ngày càng cao các yêu cầu trong nghiên cứu. Trong những giai ñoạn sớm hơn, do sự hạn chế của các tính năng kỹ thuật của các thiết bị ño, việc xác ñịnh các thông số ñộng lực học của ô tô trên ñường gặp rất nhiều khó khăn và hầu hết các nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc xác ñịnh giá trị trung bình hoặc có thể ghi lại ở dạng ảnh. Mặt khác, các phương tiện xử lý các kết quả thí nghiệm cũng chỉ ra nhiều mặt hạn chế, ñặc biệt là khi nghiên cứu các quá trình ñộng lực học máy nói chung và ñộng lực học chuyển ñộng của ô tô nói riêng. Ngày nay, nhiều loại thiết bị ño hiện ñại kết hợp sử dụng máy vi tính ñã cho phép có thể ño ñược cùng lúc nhiều thông số với ñộ chính xác rất cao, có thể lưu lại các giá trị ño ở dạng số theo từng thời ñiểm ño (tức là ño theo hàm thời gian). Nhờ ñó mà có thể ghi lại quá trình chuyển ñộng của ô tô, có thể sử dụng các thông tin ñó cho các nghiên cứu tiếp theo rất thuận tiện và ñạt hiệu quả cao. Ví dụ, khi sử dụng Sensor xác ñịnh vận tốc của ô tô V1 do Cộng hoà Liên bang ðức chế tạo kết hợp sử dụng máy vi tính và phần mềm DASYLAB 7.0 có thể ño và ghi lại vận tốc chuyển ñộng của ô tô theo phương dọc và phương ngang thân xe. Trên cơ sở ñó có thể xử lý các kết quả thí nghiệm phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo như xác ñịnh gia tốc, quãng ñường của ô tô ở các thời ñiểm khác nhau. Có thể nói ñây là những tiến bộ rất nổi bật trong việc nghiên cứu cácñặc tính ñộng học và ñộng lực học của ô tô. Ngoài ra, nếu kết hợp sử dụng các ñầu ño lực và mô men cùng với sensor vận tốc V1 thì khả năng nghiên cứu các quá trình ñộng lực học bằng thực nghiệm còn ñược mở rộng hơn và ý nghĩa của các kết quả nghiên cứu sẽ cao hơn nữa. [16], [20]. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................7 Tóm lại, trong những năm gần ñây các nghiên cứu về ñộng lực học chuyển ñộng của ô tô ñã ñạt ñược mức ñộ rất cao kể cả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. 1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu một số ñặc tính ñộng lực học của ô tô nhằm góp phần xây dựng cơ sở khoa học ñể ñánh giá chất lượng về ñộng lực học chuyển ñộng của một số xe ô tô với hệ thống truyền lực cơ học và ô tô với hệ thống truyền lực thủy cơ nhằm giúp cho người sử dụng ñạt hiệu quả kinh tế và an toàn chuyển ñộng. Nhiệm vụ nghiên cứu ñề tài: ðể ñạt ñược mục tiêu trên, trong ñề tài ñã thực hiện ñược các nhiệm vụ chính sau ñây: - Xây dựng mô hình nghiên cứu khảo sát ñặc tính ñộng lực học của ô tô có hộp số cơ học với ô tô có hộp số thủy cơ - Nghiên cứu thực nghiệm ñể biết ñược một số thông số ñộng lực học của loại ô tô nghiên cứu - Phân tích và so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm ñể có các kết luận cụ thể về sự giống và khác nhau về ñặc tính ñộng lực học của ô tô có hộp số cơ học với ô tô có hộp số thủy cơ. 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI Chất lượng về ñộng lực học của ô tô thường ñược ñánh giá qua khả năng khởi hành và tăng tốc với các tải trọng khác nhau, ở các số truyền khác nhau, trong những ñiều kiện ñường xá khác nhau. Những khả năng này thường ñược thể hiện trên ñường ñặc tính ñộng lực học của ô tô. ðể xây dựng ñường ñặc tính ñộng lực học có thể thực hiện theo hai phương pháp: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................8 - ðường ñặc tính ñộng lực học ñược xây dựng trên cơ sở sử dụng ñường ñặc tính ñộng cơ và sử dụng các công thức toán học ñể tính các chỉ tiêu ñộng lực học và thường gọi là ñường ñặc tính lý thuyết [21]. - ðường ñặc tính ñộng lực học ñược xây dựng theo các số liệu khảo nghiệm xe trên ñường và thường ñược gọi là ñường ñặc tính thực nghiệm. [17], [20]. Khi sử dụng phương pháp thứ nhất ñòi hỏi phải có ñường ñặc tính ñộng cơ, một số thông số kết cấu của xe và một số thông số về ñiều kiện sử dụng. Phương pháp này có ưu ñiểm nổi bật là tính toán ñơn giản, nhanh, dễ ñặt ra các phương án khảo sát ảnh hưởng của từng thông số. Tuy nhiên có nhược ñiểm là không thể xem xét ảnh hưởng ñồng thời của nhiều yếu tố và mặt khác do phải sử dụng một số giả thiết nên ñộ chính xác của các kết quả nghiên cứu có những hạn chế nhất ñịnh. ðối với phương pháp thứ hai, ñể ño ñược trực tiếp các thông số ñòi hỏi phải có các thiết bị hiện ñại, ñặc biệt là phải có khả năng ño ñược các tín hiệu thay ñổi theo thời gian với tần số cao và phải có khả năng ghi lại theo quá trình diễn biến của các thông số. Các loại thiết bị này thường ñắt tiền nên chỉ ñược trang bị ở các cơ quan nghiên cứu khoa học. Hiện nay, tại Khoa cơ ñiện, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñược trang bị loại thiết bị ño ñược quá trình ñộng lực học chuyển ñộng của xe ô tô. Do ñó trong ñề tài này sử dụng phương pháp xây dựng ñường ñặc tính ñộng lực học của ô tô bằng thực nghiệm. Một lý do khác là hầu hết các loại xe ô tô do Liên Xô (cũ) sản xuất từ những năm 1970 - 1980 rất khó khăn trong việc cập nhật và tra cứu số liệu và các thông số khác của chủng loại xe. Do ñó mà sử dụng phương pháp thực nghiệm ñể nghiên cứu ñặc tính ñộng lực học của các loại ô tô này là tương ñối hợp lý cho việc sử dụng làm sao cho vấn ñề chi phí nhiên liệu trở nên giảm bớt vấn ñề cấp bách hơn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................9 Nội dung của phương pháp thực nghiệm là tuỳ thuộc vào tính năng kỹ thuật của hệ thống thiết bị và phương pháp xử lý số liệu. Do vậy trong luận văn này chúng tôi xin ñược ñề xuất một phương pháp, sẽ ñược trình bày chi tiết ở chương kết quả nghiên cứu thực nghiệm sau ñây. 1.4. KẾT LUẬN CHUNG Qua phân tích tổng quan và theo mục ñích nghiên cứu của ñề tài này chúng tôi có thể rút ra một số kết luận sau ñây: - Việc nghiên cứu ñặc tính ñộng lực học của ô tô có hộp số cơ học với ô tô có hộp số thủy cơ cho ta kết quả ñánh giá và so sánh chính xác về chất lượng ñộng lực học của ô tô. Và ñối với loại ô tô có hộp số cơ học vì còn khá phổ biến hiện nay và do mối quan hệ liên kết giữa bộ môn ðộng lực Khoa Cơ ñiện trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội với Học viện kỹ thuật quân sự khoa Xe – Máy do ñó mà rất thuận lợi cho chúng tôi trong việc bố trí ñịa ñiểm và ñối tượng xe cần thí nghiệm. - Việc sử dụng phương pháp thực nghiệm ñể kiểm tra chất lượng ñộng lực học (khả năng khởi hành và tăng tốc, khả năng vượt dốc) của các loại xe ô tô nhất là trên loại xe UAZ – 31512 và xe Toyota Crown là hợp lý và cần thiết. - Thực nghiệm ñánh giá và so sánh chất lượng ñộng lực học của ô tô có hộp số cơ học (MT) với ô tô có hộp số tự ñộng (AT) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................10 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC THỦY LỰC Ngày nay hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo ñược sử dụng hệ thống truyền lực thủy lực, nó gồm có hai dạng cơ bản là truyền lực thủy ñộng và truyền lự._.c thủy tĩnh[22] - Truyền lực thủy ñộng là dạng truyền ñộng sử dụng ñộng năng của chất lỏng ñể truyền mô men xoắn từ chi tiết làm việc này sang chi tiết làm việc khác. - Truyền lực thủy tĩnh là dạng truyền ñộng sử dụng áp suất của dòng chất lỏng ñể truyền mô men xoắn từ chi tiết làm việc này sang chi tiết làm việc khác. 2.1.1. Truyền lực thuỷ tĩnh Hình 2.1. Hệ thống truyền lực thủy tĩnh Trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh, ñể truyền lực từ ñộng cơ tới các bánh chủ ñộng của xe, người ta sử dụng dạng truyền ñộng sử dụng chất lỏng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................11 chịu áp lực nhất ñịnh. Quá trình hoạt ñộng của HTTL thủy tĩnh có thể ñược mô tả như sau: Khi ñộng cơ hoạt ñộng, cơ năng từ ñộng cơ ñược bơm biến thành thủy năng, sau ñó một mô tơ lại biến thủy năng thành cơ năng trở lại cho các bánh xe truyền ñộng. Vì vậy truyền ñộng thủy tĩnh ñảm nhiệm cả chức năng của ly hợp lẫn hộp số. Loại truyền lực thủy tĩnh là loại truyền lực thay ñổi các số truyền vô cấp. Khi làm việc chất lỏng ñược chứa ñầy trong hệ thống và làm việc theo chu trình khép kín (bơm - ống dẫn - ñộng cơ thủy lực). ðể nâng cao hiệu suất sử dụng ñảm bảo vai trò vừa là bơm vừa là ñộng cơ thủy lực, người ta sử dụng loại mô tơ có hai chế ñộ làm việc (chế ñộ bơm thủy lực và chế ñộ ñộng cơ thủy lực). loại này là máy piston, hiện ñang ñược sử dụng rất rộng rãi trên ô tô, máy kéo [6]. Hình 2.2. Sự phối hợp của bơm và mô tơ thuỷ lực Trong quá trình làm việc tùy theo kết cấu của bơm và ñộng cơ thủy lực, có thể có sự chuyển ñổi cố ñịnh hay biến ñổi, và phối hợp với sự biến ñổi hay cố ñịnh, mà người ta chế tạo và ñược phân loại như sau: - Bơm chuyển ñổi cố ñịnh truyền ñộng cho mô tơ chuyển ñổi cố ñịnh. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................12 - Bơm chuyển ñổi biến ñổi truyền ñộng cho mô tơ chuyển ñổi cố ñịnh. - Bơm chuyển ñổi cố ñịnh truyền ñộng cho mô tơ chuyển ñổi biến ñổi. - Bơm chuyển ñổi biến ñổi truyền ñộng cho mô tơ chuyển ñổi biến ñổi. Trên hình biểu diễn hình 2.2. Hệ thống này có nhiều ưu ñiểm. Những ưu ñiểm của truyền ñộng thủy tĩnh: - Là loại truyền ñộng thay ñổi vô cấp với khoảng rất rộng. - ðiều khiển dễ dàng, êm dịu không bị gối trục. - Sang số khi ñang chạy, vậy thuận lợi khi xe chạy trên ñường có ñịa hình phức tạp. - Cho mô men lớn nên dễ khởi ñộng. - Giảm ñược một số cụm, cơ cấu (hộp số, ly hợp), nên kết cấu gọn, ñem lại lực lớn. - Giảm tải trọng ñột biến, làm tăng tuổi thọ cho hệ thống, chăm sóc bảo dưỡng dễ dàng. - Có thể dùng bơm ñể truyền ñộng cho bộ phận khác (hệ thống nâng hạ và những phần phía sau của xe) nâng cao khả năng hoạt ñộng của xe. Tuy nhiên, khi sử dụng HTTL thủy lực còn có nhược ñiểm: do hệ thống làm việc với áp suất cao (8 - 35 MN/m2), ứng suất lớn nên ñòi hỏi vật liệu chế tạo có ñộ bền cao, công nghệ chế tạo ñòi hỏi chính xác. Việc làm kín khó khăn, hiệu suất làm việc thay ñổi phụ thuộc vào chất lượng và nhiệt ñộ dầu, vì vậy hiệu suất chỉ ñạt η = 0.75 - 0.85. Nhưng do hệ thống có nhiều ưu ñiểm nên hệ thống này vẫn ñược dùng nhiều trên ô tô, máy kéo [11], [6]. 2.1.1.2. Truyền lực thủy ñộng Như ta ñã biết ly hợp ma sát không cho phép trượt lâu dài khi làm việc, vì sự hao mòn, hư hỏng tăng nhanh. Nhưng ly hợp hoặc biến mô thủy lực cho phép làm việc trong ñiều kiện trượt lâu dài giữa bánh chủ ñộng (bánh bơm) và bánh bị ñộng (bánh tuabin); cho phép trục khuỷu ñộng cơ quay ở số vòng quay cao một cách ổn ñịnh khi ô Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................13 tô, máy kéo chuyển ñộng với vận tốc thấp. Nhờ ñó mà nó tăng tốc một cách nhanh chóng ở ngay giá trị lớn của mô men. Trên ô tô - máy kéo hiện nay, cùng với việc sử dụng hộp số cơ khí người ta ñã trang bị hầu hết là hệ thống truyền lực thủy cơ. Hệ thống truyền lực thủy cơ thường dùng là ba loại chủ yếu sau ñây [1, 22]: - Ly hợp thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí. - Biến mô thủy lực. - Biến mô thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí. a. Ly hợp thủy lực Trong các HTTL, ly hợp ma sát là loại hoạt ñộng theo nguyên tắc ma sát khô, ly hợp thủy lực ñược truyền mô men bằng chất lỏng [22, 24]. Hình 2.3. Ly hợp thủy lực 1 - Tuabin; 2 - Hướng dòng chảy; 3 - Dòng chảy trung bình; 4 – Bánh bơm; 5 - Vòng trong; 6 - Vòng ngoài;7 - Trục ra; 8 - Vòng làm kín. Ly hợp thủy lực có 4 là bánh bơm (bánh chủ ñộng) ñược gắn với bánh ñà; có 1 là tuabin (bánh bị ñộng) gắn với trục sơ cấp hộp số. Bên trong của bánh bơm và tua bin ñều có các cánh dẫn dầu chúng ñược ghép nối tạo thành một hộp kín trong ñó chứa ñầy dầu, biểu thị trên hình 2.3. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................14 I - trục dẫn ñộng; II - trục bị dẫn. 1 - moayơ cố ñịnh; 2 - khớp một chiều; 3 - tuabin; 4 - bánh bơm; 5 – bánh phản ứng Khi làm việc, ñộng cơ quay làm cho bánh ñà cùng bánh bơm quay theo, lúc này dầu chứa trong không gian các cánh bơm chịu lực ly tâm chuyển ñộng từ phía tâm trục rời xa trục quay tới cửa thoát văng ra khỏi bánh bơm ñi vào tuabin, dầu tạo ra lực xung tác dụng vào các cánh của tuabin làm cho tuabin quay theo hướng cùng chiều quay của bơm. Thông thường giữa hai bánh công tác của bơm và tuabin khi hoạt ñộng có sự trượt nhẹ, nên hai tốc ñộ nb và nt khác nhau và thường nt < nb, vậy hiệu suất truyền nhỏ hơn 1. Khi xe hoạt ñộng ñộ trượt nhỏ nhất là 2% So với ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực có ưu ñiểm là: các chi tiết ít bị mòn hỏng truyền lực êm, không ồn không giật khi thay ñổi tốc ñộ xe. Nhược ñiểm của ly hợp thủy lực là hiêụ suất truyền hơi thấp, nên hơi bị tốn nhiên liệu; nếu không có cơ cấu ñặc biệt thì không thể dùng biện pháp ñóng ly hợp gài số, ñẩy xe hoặc nhả phanh, cho xe lăn xuống dốc ñể khởi ñộng ñộng cơ như trường hợp ly hợp ma sát. Do những nhược ñiểm kể trên, ngày nay trên ô tô, máy kéo người ta dùng nhiều nhất là loại biến mô thủy lực.Thực tế cho thấy, ở Mỹ thì xe du lịch lắp ly hợp thủy lực khoảng 9 %, khi ñó xe buýt trong thành phố lắp bộ biến mô thủy lực chiếm 100 % [8, Tr.139]. b. Bộ biến mô thủy lực Hình 2.4. Biến mô thủy lực Cũng như ly hợp thủy lực, trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................15 người ta thay biến mô thủy lực vào vị trí của ly hợp ma sát và hộp số có cấp nhằm thực hiện truyền lực vô cấp. Biến mô thủy lực cũng có những bộ phận giống như ly hợp thủy lực gồm: bánh bơm B, tuabin T và thêm vào ñó là bánh phản ứng D. Việc truyền mô men xoán cũng giống như ly hợp thủy lực ñược thực hiện bằng việc sử dụng ñộng năng của chất lỏng tuần hoàn trong các bánh công tác của biến mô thủy lực hay ly hợp thủy lực. Theo sơ ñồ cấu tạo trên hình 2.5: Bánh bơm ly tâm B ñược dẫn ñộng quay từ trục khuỷu ñộng cơ I; bánh tuabin T nối với bánh xe chủ ñộng của ô tô qua hệ thống dẫn ñộng cơ khí II và bánh phản ứng D nối với moay ơ cố ñịnh 1 nhờ khớp nối một chiêù 2. Hình 2.5. Sự làm việc của biến mô thủy lực Tất cả ba bánh công tác của bộ biến mô thủy lực tạo thành buồng kín, gọi là vòng tuần hoàn; trên vòng tuần hoàn này có sự chuyển ñộng liên tục của dòng chất lỏng từ bánh bơm qua bánh tuabin, từ bánh tuabin qua bánh phản ứng và từ bánh phản ứng ngược trở lại bánh bơm khi bánh bơm ñã quay. Dòng chất lỏng chảy từ bánh bơm ñập vào các cánh của bánh tuabin, do ñó bánh tuabin quay quanh trục của nó và làm trục II quay. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................16 Do có mô men xoắn MD của bánh xe phản ứng mà có sự biến ñổi mô men xoắn từ trục bánh bơm tới trục bánh tuabin. Mô men xoắn hình thành là do các cánh của bộ phận phản ứng cố ñịnh làm thay ñổi hướng của dòng chất lỏng chảy từ bánh tuabin quay trở lại bánh bơm. Nếu bánh xe phản ứng có khả năng quay tự do trong dòng chất lỏng thì việc biến ñổi mô men sẽ không xẩy ra và biến mô thủy lực trở thành ly hợp thủy lực khi ñó còn gây cản trở cho việc truyền ñộng, dẫn ñến hiệu suất của bộ truyền giảm. Hệ thống truyền ñộng thủy lực có nhiều ưu ñiểm, nhưng hiệu suất thấp so với các xe có truyền ñộng cơ khí. ðể khắc phục nhược ñiểm ñó, trong bộ biến mô người ta lắp thêm ly hợp ma sát ñể nâng cao hiệu suất của nó mà vẫn ñảm bảo sự làm việc êm dịu khi thay ñổi tải hay thay ñổi ñiều kiện làm việc của xe. Sự bố trí ñó ñược tính toán hợp lý, ñể khi xe hoạt ñộng ñạt ñến một tỷ số truyền (ibm) thích hợp, thì lúc ñó ly hợp ma sát làm việc, nối cứng giữa bánh bơm (bánh chủ ñộng) và bánh tuabin (bánh bị ñộng) thành một khối, tạo thành sự truyền ñộng thẳng. Bởi thế không còn xẩy ra hiện tượng trượt trong truyền ñộng thủy lực [9]. Mặt khác hệ thống truyền lực dùng biến mô thủy lực ñã làm thay ñổi mô men ñược cải thiện hơn so với ly hợp thủy lực. Nhưng hệ số biến mô còn rất bé, ñể cải thiện hơn người ta ghép thêm hộp số cơ vào trước hoặc sau biến mô hay ly hợp thủy lực, có thể là hộp số thông thường hoặc cơ cấu hành tinh vi sai. Như vậy nó ñảm bảo việc mở rộng mô men truyền, ñáp ứng ñược khả năng làm việc của các loại ô tô, máy kéo khác nhau. Hiện nay HTTL loại này hầu hết ñã ñược trang bị trên các xe hiện ñại. Hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo ñược dùng nhiều nhất là truyền lực thủy cơ kết hợp, ñó là truyền lực biến mô thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí, hình 1 - 4c [9]. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................17 Hình 2.6. Bộ biến mô kết hợp với hộp số cơ khí Ưu ñiểm của truyền lực thủy lực: - ðiều khiển ô tô nhẹ nhàng. - Tăng tốc ô tô nhanh chóng và êm dịu. - Nâng cao chất lượng kéo của ô tô và tính kinh tế nhiên liệu. - Nâng cao ñược tính năng cơ ñộng của ô tô. - Giảm ñược tải trọng ñộng lên hệ thống truyền lực... Với những ưu ñiểm kể trên, việc nghiên cứu và vẽ ñồ thị ñặc tính ñộng lực học của hệ thống này là việc làm rất cần thiết. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................18 2.2 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ðỘNG 2.2.1 Các ñường ñặc tính của ñộng cơ Các ñặc tính ñộng lực học của ô tô liên quan nhiều ñến tính toán thiết kế, chế tạo và sử dụng ô tô [1]. ðộng cơ ñặt trên các xe ô tô chủ yếu là ñộng cơ ñốt trong loại piston. Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế thể hiện rõ trên ñường ñặc tính làm việc của nó. ðặc tính làm việc của ñộng cơ chi phối ñặc ñiểm cấu tạo và khả năng làm việc của nó.Vì vậy cần phải nắm vững các ñường ñặc tính của ñộng cơ ñể cho việc giải quyết vấn ñề cơ bản trong lý thuyết ô tô như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng ñộng lực học của ô tô. ðường ñặc tính của ñộng cơ chia làm hai loại: ðường ñặc tính tốc ñộ và ñường ñặc tính tải trọng [4], [7]. a. ðường ñặc tính tốc ñộ ðường ñặc tính tốc ñộ là ñồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (chí phí nhiên ñể sản sinh ra một ñơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc ñộ góc ω của trục khuỷu. Các loại ñộng cơ ñiezel lắp trên ô tô ñều có bộ ñiều tốc (máy ñiều chỉnh tốc ñộ) ñể duy trì tốc ñộ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản MC) thay ñổi. ðường ñặc tính tốc ñộ của ñộng cơ Diezel phụ thuộc rất lớn vào ñặc tính của bộ ñiều tốc, do ñó nó còn gọi là ñường ñặc tính tự ñiều chỉnh. Có 2 loại ñường ñặc tính tự ñiều chỉnh [4], [7]: - ðường ñặc tính tốc ñộ ngoài gọi là ñường ñặc tính ngoài. - ðường ñặc tính cục bộ Các ñường ñặc tính của ñộng cơ nhận ñược bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng. ðường ñặc tính ngoài của ñộng cơ nhận ñược khi khảo nghiệm ñộng cơ ở chế ñộ cung cấp nhiên liệu cực ñại, tức là khi ñặt tay thuớc nhiên liệu (ở Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................19 ñộng cơ diezel) ở vị trí cực ñại hoặc mở bướm ga hoàn toàn (ở ñộng cơ xăng). Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga ñặt ở vị trí trung gian sẽ nhận ñuợc ñường ñặc tính cục bộ. Như vậy ở các ñộng cơ lắp bộ ñiều tốc ña chế ñộ (máy ñiều chỉnh mọi chế ñộ) sẽ có ñường ñặc tính ngoài và ñường ñặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga. Qua ñó ta thấy rằng, ở chế ñộ tốc ñộ nn công suất ñộng cơ ñạt giá trị cực ñại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng ñạt giá trị cực tiểu gemax, khi ñó ñộng cơ làm việc có hiệu quả nhất và ñược gọi là chế ñộ làm việc danh nghĩa hoặc chế ñộ làm việc ñịnh mức. Ở chế ñộ này các chỉ tiêu của ñộng cơ cũng có tên gọi tương ứng: Công suất ñịnh mức Nm= Nemax , mô men quay ñịnh mức Mn và số vòng quay ñịnh mức nn. Khoảng biến thiên tốc ñộ từ số vòng quay ñịnh mức nn ñến số vòng quay chạy không nck phụ thuộc vào ñộ không ñồng ñều của bộ ñiều tốc. Phần ñồ thị tương ứng khoảng tốc ñộ nn – nck ñược gọi là nhánh tự ñiều chỉnh (các ñường ñồ thị có dạng ñường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc ñộ nhỏ hơn nn là nhánh không có ñiều tốc hoặc nhánh quá tải (các ñồ thị dạng ñường cong). Ở nhánh quá tải công suất của ñộng cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là ñộng cơ làm việc kém hiệu quả. Ngoài ra, các chi tiết của ñộng cơ sẽ chịu tải trọng lớn ñồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém ñi do tốc ñộ quay của trục khuỷu thấp dẫn ñến tăng tốc ñộ mài mòn các chi tiết và còn một số nhược ñiểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng ñộng cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ ñược phép sử dụng ñể khắc phục các hiện tượng quá tải tức thời . Ở nhánh quá tải mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi ñạt giá trị cực ñại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên mô men ñộng cơ sẽ giảm xuống rồi ngừng quay. Do vậy ñộng cơ chỉ có thể hoạt ñộng ñược với tải trọng Mc nM. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................20 Trên hình 2.7 là ñường ñặc tính tốc ñộ ngoài của ñộng cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b). ðể ñánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của ñộng cơ ñối với sự tăng tải, người ta ñưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và ñược xác ñịnh. axm M n M k M = (2.1) Trong ñó : Mmax - mô men quay cựcñại của ñộng cơ. Mn - mô men quay ñịnh mức của ñộng cơ. Hình 2.7. ðường ñặc tính tốc ñộ ngoài của ñộng cơ xăng a - Không có hạn chế số vòng quay; b - có hạn chế số vòng quay. ðộng cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện tượng quá tải càng tốt. Ở các ñộng cơ diezel thông thường kM =1.1÷ 1.25, còn ở ñộng cơ xăng kM = 1.1 ÷ 1.35. Ô tô thường làm việc với tải trọng thay ñổi ngẫu nhiên, trong phạm vi rộng nhiều khi người lái không kịp trở phản xạ ñể ñiều chỉnh ga hoặc thay số truyền và dẫn ñến bị chết máy. Do vậy chỉ nên sử dụng công suất ñộng cơ nhỏ hơn công suất ñịnh mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở nhánh tự ñiều chỉnh. Mức ñộ sử dụng công suất ñộng cơ ñược ñánh giá bởi hệ số sử dụng tải trọng: c n M M γ = (2.2) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................21 Trong ñó: Mc là mô men cản ñặt trên trục khuỷu ; Mn là mô men quay ñịnh mức của ñộng cơ; ðường ñặc tính tốc ñộ ngoài ñược sử dụng như một tài liệu kỹ thuật ñể ñánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của ñộng cơ. Trong lý thuyết ô tô thường sử dụng ñể tính toán tính ñặc tính ñộng lực học. Việc xây dựng chính xác ñường ñặc tính của ñộng cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm. Tuy nhiên nếu chấp nhận ñộ chính xác tương ñối cũng có thể chấp nhận phương pháp giải tích kết hợp một số công thức hoặc thực nghiệm. Một trong những công thức hay ñược sử dụng là công thức S.R.Lay ðecman [2], dạng như sau: 2 3 . . .e n n n n n n n N N a b c n n n       = + +          (2.3) Trong ñó: Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc ñộ quay của ñộng cơ tương ứng với một ñiểm bất kỳ trên ñường ñặc tính ngoài; Nn, nn - công suất ñịnh mức (công suất cực ñại ), và số vòng quay ñịnh mức; a, b, c - các hệ số thực nghiệm ñược chọn theo loại ñộng cơ; ở ñộng cơ xăng a = b = c = 1; ở ñộng cơ diezel 4 kỳ a = 0,5 ÷ 0,7; b = 1,5 ÷1,3; c = 1; Giá trị của mô men quay ñược xác ñịnh theo công thức : n1,047 N10 M e 4 e = (2.4) Trong ñó: Ne - công suất ñộng cơ, kW n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph Me - mô men quay của ñộng cơ, Nm Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3), (2.4) ta có thể xây dựng ñược một cách gần ñúng các ñường cong Ne = f(n) và Me = f(n). Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................22 b. ðường ñặc tính tải trọng ðường ñặc tính tải trọng là ñồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu và chi phí nhiên liệu giờ GT với mô men quay của ñộng cơ Me, thể hiện trên hình 2.8. Hình 2.8. ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối quan hệ ñó hoàn toàn giống như ñã phân tính trên ñường ñặc tính tốc ñộ. Nhưng ñường ñặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn ñề nghiên cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của ô tô. Vì nhánh ñiều chỉnh trong ñường ñặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay ñổi mô men từ 0 ñến Mn) có thể bố trí ñược rộng hơn so với nhánh ñiều chỉnh ở ñường ñặc tính tốc ñộ (trong khoảng nn – nck). Nhờ ñó khi xác ñịnh giá trị của các thông số trên ñồ thị sẽ chính xác hơn. Tuy nhiên, ñể ñánh giá tính năng kinh tế kỷ thuật của ñộng cơ thì ñường ñặc tính tốc ñộ thể hiện ñầy ñủ hơn, dễ so sánh giữa các ñộng cơ với nhau thông qua chí phí nhiên liệu riêng ge. 2.1.2. Mô men chủ ñộng Khi ô tô làm việc công suất và mô men quay của ñộng cơ ñược truyền qua hệ thống truyền lực rồi ñến các bánh xe chủ ñộng ñể tạo ra sự chuyển ñộng tịnh tiến của ô tô . Trên hình 2.9 ñược trình bày sơ ñồ ñơn giản của hệ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................23 thống truyền lực ô tô gồm ly hợp chính 2, hộp số 3, truyền lực chính 4 và hộp vi sai 5. Hình 2.9. Sơ ñồ ñộng học hệ thống truyền lực của ô tô 1 - ñộng cơ; 2 - ly hợp ;3 - hộpsố; 4 - truyền lực chính; Mô men quay do ñộng cơ truyền ñến các bánh chủ ñộng ñược gọi là mô men chủ ñộng và thường ñược ký hiệu là Mk. Giá trị của mô men quay Mk phụ thuộc vào mô men quay của ñộng cơ Me, tỷ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực. Ngoài ra còn phụ thuộc vào chế ñộ chuyển ñộng của ô tô. - Khi ô tô chuyển ñộng ổn ñịnh : Mk = Me.i.ηm (2.5) Trong ñó: Me - mô men quay của ñộng cơ, Nm i, ηm - tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực, - Khi ô tô chuyển ñộng không ổn ñịnh: ' . . . . . .x kk e d m x x x k d dd M M J i J i J dt dt dt ω ωω η η = ± ±∑ ±    (2.6) Trong ñó: Jd, d dt ω là mô men quán tính của các chi tiết chuyển ñộng không ñều trong ñộng cơ qui ñổi ñến trục khuỷu và gia tốc góc của ñộng cơ. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................24 Jx, x d dt ω là mô men quán tính và gia tốc góc của chi tiết thứ x trong hệ thống truyền lực. Jk, k d dt ω là mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ ñộng. Trong công thức (2.6) dấu (+) ñược sử dụng cho trường hợp chuyển ñộng chậm dần ñều và dấu (-) là khi chuyển ñộng nhanh dần. Mối liên hệ giữa gia tốc tịnh tiến của xe và gia tốc góc của bánh xe chủ ñộng có thể ñược biễu diển qua biểu thức: k k k dω dω r a = .r = . dt dt i Trong ñó : a - gia tốc tịnh tiến của xe, m/s2 rk - bán kính bánh xe chủ ñộng, m i - là tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực, Từ ñó suy ra hệ thức sau: . ; . ;x kx k k k d dd a a a i i dt r dt r dt r ω ωω = = = Sau khi thay các giá trị trên vào công thức (2.6) và bằng phép biến ñổi ñơn giản nhận ñược mô men chủ ñộng khi chuyển ñộng không ổn ñịnh : M’k= Mk+ Mak (2.7) Trong ñó: Mk là mô men chủ ñộng của ôtô khi chuyển ñộng ổn ñịnh. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................25 2.1.3 Các lực tác dụng lên ôtô a. Lực kéo tiếp tuyến và lực bám Quá trình tác ñộng tương hỗ giữa bánh xe với mặt ñường hoặc ñất xảy ra rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng có thể biểu diễn như hình 2.10. Hình 2.10 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng Dưới tác dụng của mô men chủ ñộng Mk bánh xe tác ñộng lên mặt ñường một lực tiếp tuyến, ngược lại mặt ñường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển ñộng với ô tô, có tác dụng làm cho máy 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 là phản lực của mặt ñường tác dụng lên bánh xe do mô men chủ ñộng gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển ñộng của ô tô. Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi ô tô chuyển ñộng ổn ñịnh ñược xác ñịnh theo công thức: . .k e m k k k M M i P r r η = = (2.8) Trong ñó: Mk - mô men chủ ñộng, Nm Me - mô men quay của ñộng cơ, Nm i, ηm - tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................26 rk - bán kính bánh xe chủ ñộng. Qua ñó ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ ñạt giá trị cực ñại Pkmax khi sử dụng số truyền có tỷ số lớn nhất i = imax và mô men quay ñộng cơ ñạt giá trị lớn nhất Me=Mmax, nghĩa là: ax ax. .em m m k k M i P r η = (2.9) Khi ô tô chuyển ñộng không ổn ñịnh mô men chủ ñộng còn phụ thuộc 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. Lực kéo tiếp có thể ñược xác ñịnh theo công thức: ' k ak k k k k M M P P r r = = ± (2.10) Trong ñó: M’k là mô men chủ ñộng khi chuyển ñộng không ổn ñịnh, Nm Mak là mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển ñộng quay không ñều trong hệ thống truyền lực và trong ñộng cơ, Nm Pk, Pk’ là lực kéo tiếp tuyến khi chuyển ñộng ổn ñịnh và khi chuyển ñộng không ổn ñịnh, N Trong công thức (2.10) ak k M r lấy dấu dương khi chuyển ñộng chậm dần và lấy dấu âm khi chuyển ñộng nhanh dần. b. Lực bám và hệ số bám Như phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết quả của tác ñộng tương hỗ giữa bánh xe và mặt ñường. Do ñó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến 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 xẩy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc ñó trị số của giá trị lực kéo tiếp tuyến sẽ ñạt giá trị cực ñại. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................27 Giá trị cực ñại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe ñược gọi là lực bám Pφ nghĩa là: φ kmaxP = P Về bản chất, lực bám ñược tạo thành bởi hai thành phần chính: lực ma sát giữa bánh xe và mặt ñường; sức chống cắt của ñất ñược sinh ra do tác ñộng của các mấu bám. Khi chuyển ñộng trên ñường cứng, lực bám ñược tạo thành do các lực ma sát, còn khi chuyển ñộng trên ñất nền mềm lực bám ñược tạo thành do lực cản ma sát, và lực chống cắt của ñất. Do vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào ñặc ñiểm cấu tạo của bánh xe, tính chất mặt ñường và tải trọng pháp tuyến. Khi chuyển ñộng trên mặt ñường nằm ngang (hình2.10) tải trọng pháp tuyến Gk là phần trọng lượng ô tô tác dụng lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản thân của bánh xe. Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ ñược cân bằng với phản lực pháp tuyến Zk của mặt ñường. Thực nghiệm cũng ñã khẳng ñịnh rằng, lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải trọng pháp tuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận. Do ñó mối quan hệ này thường hay ñược sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe. Tỷ số giữa lực bám Pφ và trọng pháp tuyến Gk ñược gọi là hệ số bám và thường ñược ký hiệu là φ: k P G ϕϕ = (2.11) Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng ñể ñánh giáñặc tính bám của ô tô. Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di ñộng và trạng thái mặt ñường. Doñặc tính phức tạp và ña dạng của ñiều kiện sử dụng ô tô cũng như sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm và ñộ chính xác của các số liệu chỉ mang tính chất tương ñối. Trên cơ sở công thức (2.11) ta có thể viết: . .k kP G Zϕ ϕ ϕ= = (2.12) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................28 Như vậy ñiều kiện cần ñể ô tô có thể chuyển ñộng ñược là: kP Pϕ< (2.13) ðiều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển ñộng của ô tô sẽ bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ ñộng. Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ ñộng của ô tô cần phải xét cho 2 trường hợp: - Khi ñủ bám sẽ tính theo mô men của ñộng cơ, có thể sử dụng công thức (2.11) hoặc (2.12). - Khi không ñủ bám sẽ tính theo lực bám: axkmP Pϕ= (2.14) 2.1.4. Các lực cản chuyển ñộng của ô tô a. Lực cản lăn Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng trong lốp khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt ñường, trong các ổ trục bánh xe, lực cản không khí chống lại sự quay của bánh xe, và sự tiêu hao năng lượng cho việc tạo thành vết bánh xe. Hình 2.11. Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô Do phụ thuộc ñồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác ñịnh mức ñộ tiêu hao năng lượng của từng thành phần riêng là rất khó khăn. Bởi vậy người ta Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................29 qui tất cả các thành phần tiêu hao năng lượng cho quá trình lăn của bánh xe thành một lực cản và gọi là lực cản lăn. Như vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng ñến lực cản lăn của ô tô. Thực nghiệm ñã chứng tỏ rằng phản lực pháp tuyến của mặt ñường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Do ñó có thể xác ñịnh lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lượng của máy G, sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại ñược quy thành một hệ số f và có thể viết : . .f fk fnP P P f Z f G= + = + (2.15) Trong ñó: Pfk- lực cản lăn của bánh chủ ñộng, N Pfn - lực cản lăn của các bánh chủ ñộng, N f- hệ số cản lăn, Z -phản lực pháp tuyến, N G- trọng lượng của ô tô, kG α - ñộ dốc mặt ñường; Z = G.cosα; Biểu thức (2.15) có thể viết lại một cách tổng quát hơn: . cosfP f G α= (2.16) b. Lực cản dốc Khi ô tô lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần lực G.sinα có phương song song với mặt ñường và ñược gọi là lực cản dốc, ký hiệu Pα: . cosP f Gα α= (2.17) Trong ñó: G - trọng lượng xe, kG α - góc dốc mặt ñường, ñộ Tuy nhiên Pα chỉ gây ra cản chuyển ñộng khi ôtô lên dốc, còn khi xuống dốc nó sẽ có tác dụng ñẩy xe chuyển ñộng. Song ñể tiện cho việc nghiên cứu, trong lý thuyết ô tô quy ước chung cho cả hai trường hợp cùng sử dụng một thuật ngữ. c. Lực cản không khí Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................30 Khi ô tô chuyển ñộng sẽ làm di chuyển các bộ phận không khí bao quanh xe, làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản không khí. Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc ñộ chuyển ñộng, hình dáng bề mặt chắn gió phía trước. Giá trị của lực cản không khí có thể xác ñịnh theo công thức thực nghiệm: 2 W wP = k .v (2.18) Trong ñó: kw - hệ số cản không khí, v - tốc ñộ chuyển ñộng tương ñối giữa ô tô với không khí, m/s d. Lực cản quán tính Khi ô tô chuyển ñộng có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương song song với phương chuyển ñộng và ñiểm ñặt tại tâm của ô tô. Nếu chuyển ñộng chậm dần ñều, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển ñộng và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển ñộng của ô tô. Ngược lại khi chuyển ñộng nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển ñộng và gọi là lực cản quán tính. Giá trị của lực quán tính có thể xác xem như tạo thành bởi hai thành phần: ' '' j j jP = P + P (2.19) Trong ñó: Pj ’ - lực cản quán tính tịnh tiến, N Pj ’’- lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển ñộng quay không ñều trên ô tô gây ra, N Lực quán tính tịnh tiến Pj ’ có thể xác ñịnh theo công thức: G P = j. g (2.20) Trong ñó: j- gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2 G- trọng lượng của ô tô, kG g- gia tốc trọng trường, m/s2 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................31 Thành phần lực quán tính Pj’’ ñược xác ñịnh theo công thức: '' ak an k n M M P = + r r (2.21) Trong ñó: Mak mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển ñộng quay không ñều quy dẫn ñến trục bánh chủ ñộng. Man mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng). n an n j M = j. r Jn ,rn – mô men quán tính và bán kính quán tính của bánh bánh xe dẫn hướng. Thay các giá trị Mak và Man vào (2.21), sau ñó thay các giá trị của Pj’ và P’’j vào (1.19) ta sẽ nhận ñược lực cản quán tính chung của ô tô. 2 2 2 2 . . . . . 1 d m x x x k nj k n J i J i J JG g P a g G r r η η  + + = + +       ∑ (2.22) ðặt 2 2 2 2 . . . . 1 d m x x x k na k n J i J i J Jg G r r η η δ  + + = + +     ∑ (2.23) Thay δa vào (2.22) ta có: .j a G P g δ= (2.24) Trong ñó δa ñược gọi là hệ số quy ñổi khối lượng tính ñến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển ñộng quay không ñều trong hệ thống truyền lực và trong ñộng cơ của ô tô. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................32 2.3. TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 2.3.1. Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất 2.3.1.1. Cân bằng lực kéo Năng suất vận chuyển ñược ñánh giá bởi khối lượng hàng hoá và quãng ñường vận chuyển ñược trong một ñơn vị thời gian. Nó phụ thuộc vào trọng tải và tốc ñộ chuyển ñộng trung bình của ô tô. Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào cácñặc tính kéo bám vàñặc._. chính xác cao hơn. 4.3. TÍNH NĂNG KỸ THUẬT THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 4.3.1. Thiết bị ño vận tốc Sensor vận tốc V1-Datron [19] do CHLB ðức chế tạo ñược thiết kế ở dạng sensor vận tốc loại quang học, có khả năng ño ñược các thành phần vận tốc dịch chuyển theo hai phương vuông góc. Nhờ bộ xử lý dữ liệu, các giá trị ño sẽ ñược tính toán tổng hợp thành vận tốc tuyệt ñối của xe và góc lệch của véc tơ vận tốc tuyệt ñối so với phương trục dọc của xe. Sensor vận tốc V1 ñược kết nối với máy tính thông qua bộ chuyển ñổi và phần mềm Davit-Bus. Sai số của thiết bị không quá ± 0,5%. Sensor tốc ñộ Datron - V1 ñược thiết kế ở dạng sensor vận tốc loại quang học, trọng lượng xe nhẹ, chắc chắn, dùng ñể ño góc trượt không tiếp xúc và góc lệch hướng của xe ñược kiểm tra (Hình 4.1). Kết cấu tế bào quang ñiện kép phát ra hai tín hiệu véc tơ chuyển vị tương ñối. Sau ñó, các giá trị ñó sẽ ñược tính toán nhờ bộ vi xử lý dữ liệu ñể thành: + Chuyển vị dọc (tín hiệu xung) + Chuyển vị ngang (Tín hiệu xung) + Phương rê ngang (tín hiệu số) + Vận tốc ngang (tín hiệu tương tự) + Vận tốc dọc (tín hiệu tương tự) Trên cơ sở vận tốc ngang và vận tốc dọc ta có: + Góc lệch hướng (tín hiệu tương tự) + Tốc ñộ tổng hợp (tín hiệu tương tự) Những tính năng cơ bản của cảm biến V1: Tần số ra của các linh kiện ñiện tử: 0÷40Hz Dải tốc ñộ ño: 0,4 ÷ 310km/h Khoảng cách lắp cảm biến so với mặt ñường: 420mm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................77 ðộ lệch cho phép khi lắp ráp: Theo phương ngang: ±8o; theo phương thẳng ñứng: ±4o ðiện áp cung cấp: một chiều, 10,4÷14V Dải nhiệt ñộ cho phép sử dụng: - 24oC ÷ 80oC Sai số khi ño: ±0,4% Trọng lượng cảm biến: 1,2 kg Một bộ phận quan trọng nữa ñó là bộ gom xử lý DATRON DAVIT - BUS ,ñược kết nối với máy vi tính. Trong ñó có phần mềm hiệu chuẩn và Setup sensor có các khả năng sau: - Tự ñộng nhận biết sensor. - Lựa chọn tùy ý các tín hiệu ño. Hình 4.1: Sơ ñồ kích thước Sensor Datron V1 φ42 φ50 90 158 67 15 0 27 10 0 52 0 60 M6 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................78 - Giao diện trực tiếp với bề mặt chắn tia tế bào quang ñiện khi hiệu chỉnh khoảng cách. - Hiệu chuẩn các tín hiệu ra dạng số và tương tự. - Tự ñộng kiểm tra các chức năng của sensor. - Hiển thị trực tiếp các giá trị ño bằng ñồ thị. * Nguyên lý làm việc: Sensor DatronV1 áp dụng nguyên lý về sự tương quan quang học. Khi có nguồn ñiện cung cấp cho Sensor DatronV1 thì ñèn phát sẽ phát sáng và chiếu xuống mặt ñất, ánh sáng phản xạ từ mặt ñất chiếu lên ñèn thu phía sau. Khi ñó hình ảnh của mặt ñường ñược chiếu xuyên qua thấu kính lên trên lưới của mảng ñiốt ñược sắp xếp theo những khoảng bằng nhau. Cho nên các dòng ñiện quang của các mảng ñiốt có tần số xác ñịnh tỷ lệ với vận tốc tương ñối của mảng ñiôt so với mặt ñường. Khi ñó tín hiệu ñược ñưa vào xử lý, khoảng cách dịch chuyển ñược tính toán theo phương và ñộ lớn. • Cảm biến ño tần số quay của trục khuỷu ñộng cơ Trong ñiều kiện không gian thực tế trên ñộng cơ của ô tô thí nghiệm, giải pháp thích hợp nhất ñối với việc ño tự ghi tần số quay của trục ñộng cơ là sử dụng cảm biến quang không tiếp xúc (photo sensor), kết nối với bộ phận xử lý tín hiệu (hình 4.2). Vật ñích phản ðiều chỉnh ñộ ðèn chỉ thị Hình dáng bề ngoài 0 V (xanh) ðiều khiển Tín hiệu ra 12-24 VDC (nâu) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................79 Hình 4.2 Cảm biến quang học E3F3 ño tần số quay Cảm biến quang có hai photo diod ñược gắn phía ñầu, trong ñó có một diod phát tia hồng ngoại và một diod thu tia hồng ngoại. Trên vành puly ñầu trục cơ của ñộng cơ, ta dán một miếng giấy phản quang. Sensor ñược gắn cố ñịnh trên thân máy sao cho trục sensor hướng vuông góc với vật phản xạ (miếng giấy dán), với khoảng cách chừng 10 cm. Khi puly trục cơ quay, cứ mỗi vòng quay có một lần tia tới phát ra từ diod phát ñược phản xạ trở lại diod thu và tạo ra trong mạch ñiện một xung ñiện áp, xung ñiện áp này ñược chuẩn hoá thành xung vuông TTL có biên ñộ là 5V ñược ñưa tới bộ gom vào máy tính. Từ ñó chỉ cần ño tần số xung f sẽ tính ra ñược tần số quay n của trục ño nhờ quan hệ (4.1): p f n pn f 60 60 =⇒= (4.1) Trong ñó p là số xung trong một vòng quay Với ñộ chính xác 0,2 - 0,5%, với tần số cảm nhận và biến ñổi rất lớn, ñây rõ ràng là một phương pháp ño tốc ñộ quay hết sức ưu việt. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................80 ðể xác ñịnh vận tốc theo hai phương người ta thiết kế 2 mảng diôt ñể ghi lại khoảng cách dịch chuyển theo 2 phương ñó. Tín hiệu ñầu ra, ñược phát ra bởi mỗi tín hiệu chuyển vị thành phần, các chuyển vị thành phần tương ñương với mỗi xung số của tín hiệu ñầu ra. Việc bù các tín hiệu trong bộ xử lý ñược xác ñịnh theo chuyển ñộng dọc và ngang. Khuếch ñại/ Bộ lọc Hệ thống xử lý Tín hiệu ra Hình 4.3. Sơ ñồ nguyên lý hoạt dộng của Sensor V1 1- Gương phản chiếu(mảng 1), 2- Mặt hội tụ, 3- thấu kính, 4- Mặt ñường, 5- Gương phản chiếu (mảng 2) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................81 Sơ ñồ biểu diễn các chuyển vị thành phần và kết nối thiết bị Trong ñó x là phương dọc, y là phương ngang và 1, 2 tương ứng là chuyển vị thành phần. Trên hình 3.8 là sơ ñồ kết nối của sensor DatronV1. Sensor V1 phải ñược lắp trên ô tô theo một số yêu cầu nhất ñịnh: lắp chắc chắn; khoảng cách từ thiết bị ñến mặt ñường phải ñúng theo qui ñịnh. Sensor V1 ñược nối với bộ xử lý tín hiệu, sau ñó ñược nối với máy tính ñể kết hợp với phần mềm DASYLAB xử lý các thông tin ño và có thể tiến hành xử lý kết quả theo mục ñích nghiên cứu. 4.3.2. Xe thí nghiệm và lắp ñặt thiết bị thí nghiệm Xe nguyên bản là xe UAZ - 31512 do Liên Xô (cũ) sản xuất ñược nhập vào Việt Nam từ những năm 1973. Loại xe này là loại xe 2 cầu chủ ñộng, có tính cơ ñộng cao. Trong thời kỳ chiến tranh chống Mỹ, chủ yếu ñược sử dụng trong quân ñội và ñã phát huy tốt tính năng của nó. Sau khi chiến tranh kết thúc, các xe này ñã ñược chuyển dần sang phục vụ nhu cầu của xã hội trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp và vận tải. Mặt khác vì ñiều kiện thực nghiệm loại xe UAZ này tại khoa cơ ñiện trường ðHNN - Hà Nội là không có và ñiều kiện thử trên các loại ñường khác nhau và ñủ quãng ñường cho xe chạy ñạt ñến giá trị vận tốc cần ño. Do ñó chúng tôi ñã tiến hành thí nghiệm ño các thông số ñộng lực học của loại xe Hình 4.4. Sơ ñồ biểu diễn các chuyển vị thành phần Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................82 UAZ - 31512 này tại cơ sở 2 trung tâm thực hành thuộc Học viện kỹ thuật quân sự, Bộ quốc phòng ñóng trên ñịa bàn thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc. ðây là nơi mà Bộ môn ðộng lực Khoa Cơ ñiện trường ðHNN - Hà Nội có quan hệ về ñào tạo và nghiên cứu khoa học. Do vậy các thầy giáo trong bộ môn và cơ sở 2 của Học viên KTQS ñã rất tạo ñiều kiện và nhiệt tình giúp ñỡ cho chúng tôi cả về ô tô thí nghiệm cũng như không gian mặt ñường ñể có thể tiến hành thí nghiệm ño ñạc các thông số một cách ñầy ñủ và chính xác. Hình ảnh xe thí nghiệm ñược thể hiện trên (hình 4.6). Hệ thống thiết bị có thể bố trí gọn trong xe. Hình 4.5. Sơ ñồ kết nối các thiết bị ño 1- Bộ chuyển ñổi AD, 2- Cáp truyền tín hiệu, 3- Máy vi tính, 4- Bộ xử lý tín hiệu từ Sensor V1, 5- Sensor V1, 6- Nguồn cấp cho ñèn sáng, 7- Cáp giao diện với máy tính 8- Tín hiệu cho ñèn; Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................83 Hình 4.6. Hình ảnh xe UAZ - 31512 Hình 4.7. Lắp ñặt cảm biến V1 ño vận tốc tịnh tiến Hình 4.8. Lắp ñặt cảm biến ño vận tốc quay bánh xe Hình 4.9. Lắp cảm biến ño số vòng quay trục khuỷu Hình 4.10. Kết nối các thiết bị ño vào thiết bị xử lý số liệu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................84 4.4. THIẾT LẬP SƠ ðỒ ðO VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 4.4.1. Thiết lập sơ ñồ ño vận tốc Thiết bị ño vận tốc SENSOR - V1 ñược liên kết với máy tính thông qua các thành phần liên kết. Khi ñó có thể xử lý thông tin ño lường một cách thuận tiện, ví dụ hiệu chỉnh thiết bị, chuyển ñổi cổng ño, hiển thị kết quả trên màn hình ñể tiện theo dõi thí nghiệm và ghi lại các kết quả ño…Trong ñề tài này sử dụng phần mềm DASYLAB kết hợp với Sensor - V1 ñể tiến hành thí nghiệm xác ñịnh gt và quãng ñường phanh của ô tô máy kéo trên ñường [19], [21], [15]. Khi tiến hành thử phanh có thể xẩy ra trường hợp xe chuyển ñộng không thẳng do người lái chưa xoay các bánh lái thẳng hướng. ðể kiểm tra nguyên nhân này chúng tôi sử dụng thêm một thiết bị khác ñể ño góc xoay của các bánh hướng dẫn. Như vậy hệ thống ño sẽ có nguồn thông tin vào là vận tốc chuyển ñộng ñược cung cấp từ Sensor - V1. Sơ ñồ khối hệ thống kết nối thiết bị ñược mô tả như hình 4.11. Trên hình 4.12, 4.13 là sơ ñồ nguyên lý truyền và xử lý thông tin ño trong quá trình thí nghiệm xe trên ñường. Thiết bị Sensor - V1 cảm nhận ñược hai thành phần vận tốc của xe là:vận tốc dọc theo máy Vx và vận tốc ngang Vy. Thông tin sơ cấp của vận tốc là ở dạng ñiện áp do hiệu ứng quang học với giá trị rất nhỏ. Sau ñó ñược KÕt qu¶ thÝ nghiÖm M¸y tÝnh ¤ t« TN PhÇn mÒm thu thËp vµ xö lý Dasylab §iÒu kiÖn chuyÓn ®éng C¶m biÕn Bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu Bé chuyÓn ®æi A/D Hình 4.11. Sơ ñồ hệ thống thông tin ño lường khi thí nghiệm ô tô Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................85 ñưa lên bộ phận khuếch ñại, tiếp theo ñược bộ phận chuyển ñổi A/D chuyển thành tín hiệu số rồi ñưa vào máy tính, lúc này các thành phần vận tốc có ñơn vị của tín hiệu số. Các tín hiệu này ñược phần mềm DASYLAB tiếp tục xử lý, cụ thể là: Tính tỷ lệ xích thang ño và chuyển ñổi tín hiệu sang ñơn vị vận tốc (km/h) hoặc (m/s). Các giá trị ño ñược sẽ ñược hiển thị trên màn hình ở dạng số, dạng ñồ thị ñể người tổ chức thí nghiệm tiện theo dõi và ñiều khiển các quá trình ño. Sau cùng các kết quả ño sẽ ñược ghi thành tệp ñể chuẩn bị cho các công việc xử lý tiếp theo. KhuÕch ®¹i Sensor V1 vyvx ChuyÓn ®æi A/D TÝnh tû lÖ xÝch thang ®o (km/h) Ghi sè liÖu vµo ®Üa HiÓn thÞ trªn mµn h×nh VyVx vyvx vyvx vy vx Hình 4.12. Sơ ñồ nguyên lý ño và xử lý thông tin ño Worksheet ño lường trong thí nghiệm 1-module A/D; 2-module lọc nhiễu; 3-module tỉ lệ; 4- module ñếm tần số; 5- module tính toán; 6-module thống kê; 7-module hiển thị số; 8-module hiển thị ñồ thị; 10-module ghi file số liệu TN 1 4 2 3 5 6 7 8 9 PMD-1608: A I Filter00 Scal ing00 Dig. Meter00 Recorder00Formula00 Puls-Analy00 Statistics00 Write00 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................86 Read00 Differenti00 Fi lter00 Scal ing00Recorder00 Recorder01 Stati stics00 X/Y Chart00 Formula00 Adapt00 Worksheet xử lý kết quả thí nghiệm Hình 4.13. Sơ ñồ xử lý thông tin thí nghiệm ño vận tốc trên phần mềm Dasylab7.0[15] 4.5. ðIỀU KIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM 4.5.1 ðiều kiện thí nghiệm Thí nghiệm ñược tiến hành trên ñường nhựa bằng phẳng thuộc khu vực huấn luyện và dạy thực hành lái xe của trường Học viện Kỹ thuật quân sự cơ sở 2 ñóng trên ñịa bàn Thành phố Vĩnh Yên – tỉnh Vĩnh Phúc. ðể bảo ñảm an toàn cho xe và người thí nghiệm, ñồng thời có số liệu so sánh tương ñối với các kết quả nghiên cứu lý thuyết, một số thí nghiệm ñược tiến hành ở số truyền nhỏ nhất là thí nghiệm ñối với xe UAZ 31512 của Liên Xô (cũ) và xe Toyota Crown số tự ñộng AT 4 cấp, mức ga cực ñại. 4.5.2 Các phương án thí nghiệm Thí nghiệm 1: Tiến hành thí nghiệm với xe UAZ – 31512 hộp số cơ khí 4 số tiến trên loại ñường nhựa bằng phẳng tại một khu vực an toàn ở thành phố Vĩnh Yên. Thí nghiệm 2: Tiến hành thí nghiệm với xe Toyota – Crown hộp số tự ñộng 4 cấp trên ñường nhựa bằng phẳng trên ñịa bàn thành phố Vĩnh Yên. 4.6. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Dưới ñây là kết quả các thông số ñộng học thu ñược gồm kết quả ño và xử lý thí nghiệm dưới dạng ñồ thị. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................87 ðối với các ñồ thị kết quả ño, các ñường ñồ thị theo hướng từ trên xuống dưới: - ðối với thí nghiệm xe UAZ: ðồ thị thể hiện các loại thông số sau: Jx = f(t) (m/s2), Vx = f(t) (km/h), t (s); ñồ thị quan hệ gia tốc – vận tốc (Vx – Jx). - ðối với thí nghiệm xe Toyota Crown: ðồ thị thể hiện các loại thông số sau: Vx = f(t) (km/h), ne = f(t) (v/ph), Jx = f(t) (m/s 2), t (s); ñồ thị quan hệ phụ thuộc gia tốc - vận tốc (Vx – Jx). Sử dụng phần mềm DasyLab, sau khi có kết quả ño chúng tôi tiến hành xử lý ñể có các thông số ñộng lực học ñã tương ứng với từng thí nghiệm. 4.6.1 Thí nghiệm 1 4.6.1.1. ðồ thị kết quả ño - Thí nghiệm ñộng lực học ñối với ô tô UAZ – 31512: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................88 Hình 4.14. Thí nghiệm tăng tốc thứ nhất trên ñường nhựa Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................89 Hình 4.15. Thí nghiệm tăng tốc thứ hai trên ñường cát sỏi 4.6.1.2 Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm - Phân tích kết quả thí nghiệm tăng tốc trên ñường nhựa + Khi tăng tốc ở số truyền 1 trên ñồ thị ta thấy ứng với vận tốc bắt ñầu tăng từ 0 km/h ñến 22 km/h thì ứng với gia tốc của ô tô lúc này ñạt giá trị cực ñại tại ñiểm 1,8 m/s2 và bắt ñầu tăng từ Jx = 0 ñến Jx = 1,8 m/s 2. + Bắt ñầu quá trình chuyển số xảy ra trên ñồ thị ta thấy ở số truyền 1 thì cả Vx và Jx ñều giảm dần theo thời gian, trên ñồ thị Vx ta thấy quá trình xảy ra từ số truyền 1 sang số truyền 2 giá trị giảm từ 22km/h xuống 17km/h và tương ứng trên ñồ thị Jx giảm nhanh từ 1,1m/s 2 xuống – 0,4m/s2 (do vậy ta thấy Jx giảm nhiều tại quá trình chuyển số từ số 1 sang số 2 với khoảng 1,5m/s2 và gia tốc ñã giảm thấp nhanh chóng về gia tốc âm tức là ñã xảy ra quá trình chuyển ñộng chậm dần do ñó ñã là giảm vận tốc của ô tô từ 22 xuống 17km/h tương ứng với 1,1 xuống – 0,4m/s2 của gia tốc). + Khi tăng tốc ở số truyền 2 tương ứng trên ñồ thị ta rút ra nhận xét ở trên ñường Vx = f(t) thì vận tốc tăng lên từ 17 ñến 35km/h. Khi ñó trên ñồ thị Jx = f(t) thì gia tốc ñạt giá trị cực ñại tăng nhanh trở lại sau khi kết thúc giai ñoạn chuyển số từ số 1 lên số 2 Jx từ - 0,4 ñến 1,7m/s 2 ñạt cực ñại tại 1,7m/s2 ứng với ñiểm kết thúc chuyển số. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................90 + Quá trình chuyển số và tăng tốc từ số 2 lên số 3 và tăng tốc của số 3 ñược thể hiện trên ñường Vx = f(t) ta có nhận xét sau: Vx giảm khi chuyển số từ 35km/h xuống 32km/h ứng với Jx = f(t) giảm từ 0,8m/s2 xuống -0,4m/s2. Kết thúc quá trình chuyển số từ số, quá trình tăng tốc từ số 2 lên số 3 của ô tô thì Vx tăng trong khoảng (32 – 42km/h) còn Jx ổn ñịnh hơn trong khoảng giá trị từ 0,6 ñến 0,8m/s2 + Quá trình chuyển số từ số 3 lên số 4 ñược thể hiện trên ñồ thị vận tốc: Vx giảm từ 42km/h xuống 36km/h còn trên ñồ thị Jx = f(t) thì Jx cũng giảm nhanh tương ứng từ 0,6m/s2 xuống -0,4 m/s2 ở giữa quá trình chuyển số của ô tô (khi người lái ngắt ly hợp, gài số rồi lại nối ly hợp). - Trên ñồ thị gia tốc: Jx dao ñộng trong khoảng giá trị tương ñối ổn ñịnh hẹp (0,1 – 0,4 m/s2) * Nhận xét Vx và Jx theo thời gian + Quá trình chuyển số: - Trên ñồ thị Vx = f(t) Từ số truyền 1 lên số truyền 2: thực hiện quá trình chuyển số mất t = 2,5s Từ số truyền 2 lên số truyền 3: thực hiện quá trình chuyển số mất t = 2,5s Từ số truyền 3 lên số truyền 4: thực hiện quá trình chuyển số mất t = 2,5s Và khoảng vận tốc thay ñổi theo chiều giảm xuống ở cả 3 lần chuyển số ñều tương ñương không có chênh lệch lớn (khoảng 3 – 5 km/h) - Trên ñồ thị Jx = f(t) Khoảng gia tốc thay ñổi theo chiều giảm xuống nhưng mức ñộ thay ñổi khá chênh lệch về giá trị từ số 1 sang số 2: Jx thay ñổi từ 1,1m/s 2 xuống – 0,5m/s2; từ số 2 sang số 3: Jx thay ñổi từ 0,8m/s 2 xuống – 0,6m/s2; từ số 3 sang số 4: Jx thay ñổi từ 0,6m/s 2 xuống – 0,5m/s2. ðiều này chỉ ra rằng giá trị gia tốc lớn thể hiện ô tô ñang chuyển ñộng ở số truyền thấp (số 1, số 2) + Quá trình tăng tốc: - ðồ thị Vx = f(t) thì: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................91 từ 0 – 22km/h (hết tăng tốc số 1) với thời gian tăng tốc hết t = 5.5s từ 17 – 35km/h (hết tăng tốc số 2) với thời gian tăng tốc hết t = 3s từ 32 – 42km/h (hết tăng tốc số 3) với thời gian tăng tốc hết t = 4s Vậy nói lên rằng thời gian tăng tốc của số 2 và số 3 là tương ñối ñều, khi ở số 4 không ñạt ñược hết quá trình tăng tốc vì người lái thấy có sự nguy hiểm cho người và thiết bị, mặt khác ñây là loại ô tô cũ nên các tính năng an toàn và ñiều khiển không ñược ñảm bảo ñủ an toàn khi ô tô chuyển ñộng ở tốc ñộ quá lớn. Do ñó khi tốc ñộ ñạt ñến khoảng 50km/h của quá trình tăng tốc số 4 thì người lái giảm ga và bắt ñầu ñạp phanh, vì vậy mà quá trình tăng tốc của xe ở số 4 là không ñược thực hiện hoàn toàn. Ngoài ra ñối với ô tô khi bắt ñầu chuyển ñộng thì vận tốc thay ñổi rất nhiều (số 1) từ 0 – 22km/h, còn ở số 3 sự thay ñổi từ 32km/h ñến 42km/h. Thể hiện rằng khoảng tăng tốc ở số 1 là lớn nhất và ở số 3 là thấp nhất trong 3 số truyền mà ô tô ñã ñạt ñược trong quá trình thí nghiệm. Lý do là tỷ số truyền của ô tô ở số 1 lớn hơn so với các số còn lại nên mô men xoắn cũng lớn hơn tương ứng với gia tốc cực ñại của ô tô ở số 1 (Jmax = 1,7m/s 2) cũng lớn hơn so với các giá trị gia tốc của ô tô ở các số truyền còn lại. - Phân tích kết quả thí nghiệm tăng tốc trên ñường cát sỏi + Trên ñồ thị thí nghiệm tăng tốc ô tô UAZ trên loại ñường cát sỏi thì ta thấy rằng: - Quá trình tăng tốc của ô tô ở số truyền 1 vận tốc bắt ñầu tăng lên từ 0 ñến 16km/h tương ứng với gia tốc cực ñại ñạt giá trị 1,2m/s2, và bắt ñầu tăng từ jx = 0 ñến jx = 1,2m/s 2. + Bắt ñầu quá trình chuyển số xảy ra trên ñồ thị ta thấy ở số truyền 1 thì cả Vx và Jx ñều giảm dần theo thời gian, trên ñồ thị Vx ta thấy quá trình xảy ra từ số truyền 1 sang số truyền 2 giá trị giảm từ 19km/h xuống 16km/h và tương ứng trên ñồ thị Jx giảm nhanh từ 0,8m/s 2 xuống – 0,4m/s2 (do vậy ta thấy Jx giảm nhiều tại quá trình chuyển số từ số 1 sang số 2 với khoảng 1,2m/s2 và Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................92 gia tốc ñã giảm thấp nhanh chóng về gia tốc âm tức là ñã xảy ra quá trình chuyển ñộng chậm dần do ñó ñã là giảm vận tốc của ô tô từ 19km/h xuống 16km/h tương ứng với 0,8 xuống – 0,4m/s2 của gia tốc). - Quá trình tăng tốc và chuyển số của ô tô ở số 2 sang số 3 thể hiện: Vx tăng lên từ 16km/h ñến 22km/h ở quá trình tăng tốc ở số 2, Vx giảm từ 22 xuống 20km/h ở quá trình chuyển số - Quá trình tăng tốc và chuyển số của ô tô từ số 3 sang số 4 ñược thể hiện trên ñồ thị: giảm từ 39km/h xuống 37km/h ở quá trình chuyển số, còn quá trình tăng tốc chưa thực hiện ñược vì có thể khi ñó hêt ñoạn ñường tăng tốc nên ở số 4 ô tô chưa tăng tốc ñược và ñã giảm tốc khi Vx = 39km/h Ta nhận thấy sự khác biệt về thời gian của quá trình tăng tốc của ô tô ñược thể hiện tương ñối rõ nét ở 3 số truyền ñầu trên hai loại ñường ñã thí nghiệm: Thời gian tăng tốc ở số truyền 1 chênh lệch nhau khoảng 2,5 (s), ở ñồ thị tăng tốc 1(trên ñường nhựa) là 5,5(s) còn ở ñồ thị tăng tốc 2 (trên ñường cát sỏi) là 8(s). Chứng tỏ một ñiều trên loại ñường khác nhau thì khả năng tăng tốc của ô tô cũng khác nhau và thể hiện bằng thời gian tăng tốc và gia tốc của ô tô chênh lệch nhau khoảng 0,6m/s2 về giá trị cực ñại. Thời gian tăng tốc ở số truyền 2 chênh lệch nhau khoảng 0,75(s) và gia tốc cũng chênh lệch nhau khoảng 0,6m/s2 về giá trị cực ñại. Thời gian tăng tốc của ô tô ở số 3 chênh lệch nhau là khoảng 2,25(s), ở ñồ thị tăng tốc 1 là 4(s) còn ở ñồ thị tăng tốc 2 là 6,25(s). + Kết luận: Từ phân tích trên với hai loại ñồ thị tương ứng với hai loại ñường ñã tiến hành thí nghiệm thì ô tô khả năng tăng tốc tốt phụ thuộc và ñiều kiện ñường xá và loại ñường thể hiện là ở các hệ số cản lăn f ở ñường nhựa thấp hơn so với ñường cát sỏi. 4.6.2 Thí nghiệm 2 4.6.2.1 ðồ thị kết quả thí nghiệm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................93 - Thí nghiệm ñộng lực học ñối với ô tô Toyota Crown: Thí nghiệm quá trình tăng tốc của xe Toyota Crown với hộp số AT 4 cấp 4.6.2.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm - Trên ñồ thị thí nghiệm quá trình tăng tốc của xe có hộp số tự ñộng thì thể hiện trên ñường VX = f(t) từ quá trình tăng tốc và sang số ñều rất phẳng và mịn. + Quá trình tăng tốc của số 1 thì VX = 26km/h; ne = 2400v/ph; trị số gia tốc trung bình ở số 1 jX = 1,2m/s 2 và cực ñại khoảng 1,5m/s2. Ở quá trình tăng tốc và chuyển số của ô tô ở số 2 thì vận tốc tăng từ 24 – 70km/h tương ứng với số vòng quay ne tăng từ 2400v/ph – 3600v/ph và gia tốc tịnh tiến của xe lớn nhất 1,3m/s2 và trung bình khoảng 0,9m/s2. + Ở quá trình tăng tốc và chuyển số của ô tô ở số 3 ta thấy vận tốc ñã ñạt ñến giá trị rất cao trên ñồ thị và ñạt tới khoảng 90km/h (vì lý do ñiều kiện ñường xá ñể chạy ô tô thí nghiệm là không ñảm bảo ñầy ñủ tính an toàn cho người và thiết bị thí nghiệm do ñó trong quá trình tăng tốc ở số 3 chỉ mới ñang ñược thực hiện thì người lái ñã thực hiện việc giảm ga và ñạp phanh ở quãng ñường cuối của ñường thí nghiệm do vậy trên ñồ thị thực tế ta thấy vận tốc ñang tăng ñột ngột giảm nhanh từ số vòng quay 3400v/ph xuống 2000v/ph trong thời gian rất nhanh chỉ khoảng 2,5(s)) nên ở vận tốc này chúng tôi chỉ ñưa ra nhận xét cho hai quá trình tăng tốc và chuyển số của xe Toyota Crown ở số 1 và số 2 và một phần của số 3 khi ñồ thị vẫn tuân theo qui luật ñã ñược nghiên cứu trước ñó. - Như vậy ta có kết luận so sánh như sau: Thí nghiệm của xe có hộp số tự ñộng thì trên ñồ thị (hình 4.16) vậy ta thấy rằng ñường Vx rất mềm và rất nhẵn tại các quá trình chuyển số của ô tô vận tốc tăng trên ñường vận tốc là tương ñối ñều từ 0 ñến 90km/h. Do sự trượt của ly hợp ñối với ô tô có hộp số thủy cơ với biến mô thủy lực là rất nhỏ khi ô tô ñang chuyển ñộng nên trên ñồ thị chúng tôi phải lấy ñường cong ne = f(t) ñể phân tích ñánh giá và so Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................94 sánh ñối với quá trình tăng tốc và chuyển số của ô tô, và các ñiểm không nhẵn trong quá trình chuyển số trên ñường Vx ñược thể hiện rõ nét hơn trên ñường cong ne. Tức là số vòng quay của ñộng cơ vẫn giảm xuống khi quá trình chuyển số diễn ra trên ô tô hộp số tự ñộng. Ở số 1: ne giảm từ 2400v/ph xuống 1900v/ph Ở số 2: ne giảm từ 3700v/ph xuống 2600v/ph Ngoài ra trên ñường jx thể hiện sự giảm trị số nhưng là rất nhỏ ở cả số 1 sang số 2 và số 2 sang số 3 của quá trình chuyển số ta thấy chỉ khoảng từ 0,1 – 0,3m/s2. Tại ñây chúng tôi có sự so sánh về trị số gia tốc trong quá trình chuyển số của hai loại ô tô ñang nghiên cứu, và dựa vào sự phân tích về trị số giảm của gia tốc jx. Ở ô tô hộp số cơ học thì tốc ñộ giảm trị số gia tốc là rất lớn và khoảng giảm gia tốc lớn và trên ñồ thị (hình 4.14, 4.15) thể hiện khoảng dao ñộng từ 0,5 – 2m/s2 và thời gian chuyển số cũng lớn hơn nhiều . ðiều này nói lên rằng ô tô có hộp số cơ học thì khả năng tăng tốc của xe rất nhanh nhưng ñồng nghĩa cũng giảm tốc nhanh khi người lái bắt ñầu chuyển số cho ñến khi kết thúc quá trình này (chứng tỏ phụ thuộc nhiều vào khả năng ñiều khiển thành thục xe của người lái và ñộ nhạy của hệ thống truyền lực nhất là cơ cấu gài số và sự ăn khớp chính xác của các chi tiết trong hệ thống) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................95 Hình 4.16. Thí nghiệm tăng tốc ô tô Toyota Crown hộp tự ñộng (AT) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1. ðã tìm hiểu các tính năng ñộng lực học của ô tô UAZ - 31512, các ñặc tính cũng như các thông số kỹ thuật làm cơ sở cho việc sử dụng có hiệu quả khi ô tô chuyển ñộng trên các loại ñường khác nhau. 2. ðã xây dựng ñược cơ sở lý thuyết cơ bản về các tính năng của ôtô như ñặc tính ñộng lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố ñộng lực học, chương trình khảo sát cũng tương ñối phù hợp với lý thuyết và quy luật chuyển ñộng của xe. 3. Thành lập ñược chương trình tính toán và mô phỏng bằng phần mềm Matlab có khả năng mô phỏng và thay ñổi nhiều phương án khảo sát. 4. ðã tiến hành thực nghiệm cụ thể cho 2 loại xe UAZ – 31512 loại xe chỉ huy ñược sử dụng trong quốc phòng và dân sự và loại xe phổ dụng dân sự Toyota Crown, ñã ño và khảo sát ñược một số thông số liên quan ñến ñặc tính ñộng lực học của ô tô, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố ñộng lực học, gia tốc, tình trạng mặt ñường, ñặc tính ñộng cơ. Từ ñó làm cơ sở ñể xây dựng các quan hệ so sánh về sự phụ thuộc của ô tô có hộp số cơ khí khi chuyển ñộng với ô tô có hộp số thuỷ cơ khi chuyển ñộng trong các trường hợp tương tự về khảo nghiệm. KIẾN NGHỊ 1. Tiến hành thực nghiệm ño các thông số ñặc tính của ñộng cơ và ô tô, yếu tố ảnh hưởng ñến ñặc tính chuyển ñộng mà ñặc biệt là hệ số cản lăn, hệ số cản không khí, các thông số kỹ thuật của xe như mômen quán tính, hiệu suất của hệ thống truyền lực, hệ số bám v.v…, nhập vào mô hình mô phỏng ñể cho kết quả mô phỏng sát thực hơn nữa với thực nghiệm, ñánh giá mô phỏng chuẩn xác hơn. 2. Tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện ñặc tính ñộng lực học các chỉ tiêu kính tế kỹ thuật, mở rộng phương án nghiên cứu có kể ñến các ảnh hưởng của Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................97 các yếu tố sử dụng khác như mức tải trọng, mức ga cũng như ñiều kiện ñường xá như chuyển ñộng trên ñường dốc dọc dốc ngang hay ñường vòng. 3. Tiếp tục nghiên cứu ñặc tính ñộng lực học của ô tô sử dụng hộp số tự ñộng cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm vì ñây là loại hệ thống truyền lực mới còn nhiều vấn ñề cần làm sáng rõ như sự làm việc ñồng thời giữa bộ biến ñổi mômen quay và ñộng cơ cũng như hiệu suất của hệ thống truyền lực thủy cơ. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................98 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2000), Lý thuyết ô tô – máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 2. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan ðình Kiên (1986), Thiết kế và tính toán ô tô – máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 3. Nguyễn Thành Bắc, Nguyễn ðức Phú (1994), Chẩn ñoán trạng thái kỹ thuật ô tô, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 4. ðinh Ngọc Ân (1995), Khai thác kỹ thuật các kết cấu mới của ô tô hiện ñại, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 5. Tạ Duy Liêm (1999), Cơ sở Matlab và ứng dụng, NXB Giáo dục, Hà Nội 6. Lê Văn Doanh, Trần Khắc Tuấn (1995), 101 thuật toán và chương trình, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 7. Vũ Liêm Chính (2001), Giáo trình ðộng lực học máy, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 8. Trần Mạnh Hùng (2007), Giáo trình: ðo lường không ñiện trong nghiên cứu thử nghiệm máy. 9. Nguyễn Quang Phùng (2003), Matlab & Simulink, NXB Khoa học và kỹ thuật. 10. Nguyễn Ngọc Quế (2007), Giáo trình: Ô tô máy kéo và xe chuyên dụng, ðại học Nông nghiệp Hà Nội. 11. Nguyễn Ngọc Quế, Ảnh hưởng sơ ñồ truyền ñộng ñếnñặc tính kéo bám của máy kéo khi làm việc trên dốc ngang, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Số 09/2006, trang 42-44. 12. Nguyễn Hoài Sơn, ðỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm (2002), Ứng dụng Matlab trong tính toán kỹ thuật, NXB ðại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh. 13. Ngô Thành Bắc (1995), Ôtô các nước tư bản, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................99 14. Nguyễn Khắc Trai (1997), Tính ñiều khiển và quỹ ñạo chuyển ñộng của ô tô, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội. 15. Bùi Hải Triều, Hàn Trung Dũng, ðặng Tiến Hòa, Nông Văn Vìn (2001), Ô tô – máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 16. Bùi Hải Triều (2003), Giáo trình: Chẩn ñoán ñộng cơ, ðại học Nông nghiệp I, Hà Nội. 17. Nông Văn Vìn (2000), Giáo trình: ðộng lực học chuyển ñộng máy kéo- ô tô, ðại học Nông nghiệp I, Hà Nội. 18. Nông Văn Vìn (1998), Nghiên cứuñặc tính kéo bám của máy kéo bánh khi làm việc trên dốc ngang, Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Tài liệu tiếng Bungari. 19. Nông Văn Vìn, Hàn Trung Dũng (2002), Ứng dụng Sensor vận tốc V1 – Datron ñể nghiên cứuñặc tính chuyển ñộng của ô tô – máy kéo, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 20. Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Thượng Cát, Kỹ thuật ño lường các ñại lượng vật lý, NXB Giáo dục, Hà Nội. 21. Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Hữu Nam (2004) Thí nghiệm Ôtô, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 22. Lại Huy Tài (2006), Nghiên cứu xây dựng ñặc tính ñộng lực học của ô tô với hệ thống truyền lực thủy lực, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 23 - Lưu Văn Hy, Chung Thế Quang, Nguyễn Phước Hậu, Huỳnh Kim Ngân, ðỗ Tấn Dân (2003), Hệ thống truyền lực, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 24 - Bùi Hải Triều (2002), Truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực - Bài giảng cho Cao học khoá 13, Trường ðHNNI, Hà Nội. 25. Nguyễn Lương Huy (2010), Nghiên cứu xây dựng ñường ñặc tính ñộng lực học của quá trình chuyển số của ô tô có hộp số tự ñộng, Luận văn thạc sỹ 26. Tài liệu sử dụng phần mềm DASYLab 7.0. Tiếng Anh 27. OpenJoint–Stock Company “ Ulyanovsky Avtomobylny Zavod ” Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................100 Instruction Manual YAЗ – 31512, YAЗ – 31514, YAЗ – 31519, YAЗ – 3153 (2001) 28. Datalog.GmbH (2000), DASYLab version 7.6. Use Guide, Germany. 29. Datron – Messtechnik GmbH (2000), Datron V – Sensor. User Manual, Germany. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật....................i ._.