Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô LỜI MỞ ĐẦU ‘Thí nghiệm ôt ô’ là một môn học không thể thiếu đối đối với sinh viên ngành động lực Giúp sinh viên không những có trang bị kiến thức lý t học mà còn có được những vận dụng những gì được học vào thực tế Sau khi được Thầy giáo Lê Văn Tụy trang bị kiến thức môn ‘Thí nghiệm ôtô’ bản thân em đã có một kiến thức lý thuyết vững vàng, có một cái nhìn tổng quan hơn về quá trình làm việc của ôtô cũng như mục đích của quá trình làm thí nghiệm ôtô Để có được kiến thức thực tế chúng em tiếp tục được Thầy giáo Phùng Minh Nguyên ở ‘Trung tâm thí nghiệm ôtô và máy công trình- ĐH Bách Khoa’, hướng dẫn và trang bị thêm kiến thức cũng như các thao tác làm thí nghiệm trong môn ‘Thực hành thí nghiệm ôtô’ Ở đây em được làm thí nghiệm đo lực phanh ôtô trên băng thử và đo lực cản chuyển động của xe trên đường cùng với các bạn trong nhóm Sau khi hoàn thành thí nghiệm, giúp em có đầy đủ kiến thức lý thuyết lẫn thực tế và đó là nền tản cho các công việc sau này Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tụy đã dạy bảo tận tình, hướng dẫn cụ thể trong quá trình học để em hoàn thành bài tiểu luận này Đà nẵng: 10/ 10/ 2012 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tặng SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 2 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy ĐO LỰC CẢN TỔNG CỘNG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG I PHẦN LÝ THUYẾT 1 Cơ sở lý thuyết Hình 1.1: Lực tác dụng lên ôtô khi ôtô chuyển động trên đường bằng có gia tốc Trong đó: G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô Ff1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động Ff2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động Fω – Lực cản không khí Pj – Lực quán tính của ô tô khi chuyển động Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau Mf1, Mf2 – Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động Khi ô tô đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt lý hợp thì ô tô chịu tác dụng của các lực: - Lực cản lăn; - Lực cản không khí; - Lực quán tính của ô tô; SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 3 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang, lúc này ta có phương trình chuyển động của ô tô như sau: Fk= Ff + Fω - Fj Trong đó: Fk – lực kéo tiếp tuyến sinh ra tại bánh xe chủ động; Ff = Ff1 + Ff2, - Lực cản lăn sinh ra ở các bánh xe cầu chủ động và bị động; Giả sử hệ số cản lăn trên bánh xe trước và sau là bằng nhau f1 = f2 = f Ff=G.f=G.f 0 (1+ Suy ra: V2 ) 1500 f0 – hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe, v – tốc độ chuyển động của ô tô tính theo m/s, G – trọng lượng ô tô tác dụng lên bánh xe F ω, Fj – Lực cản không khí và lực quán tính do chuyển động tịnh tiến của ô tô (bỏ qua lực quán tính do chuyển động quay của các chi tiết) Với Fω= K.V2 V – tốc độ tương đối giữa không khí và ô tô, m/s Ta xem không khí tĩnh tuyệt đối khi làm thí nghiệm, tức là V = Voto Và Fj= G dv g dt G – trọng lượng toàn bộ của ô tô, N dv dt – gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2 → Phương trình cân bằng khi xe lăn trơn (cắt ly hợp ) với gia tốc chậm dần: Ff + Fω - Fj = 0 SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 4 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô Ff + Fω - ↔ Suy ra: G dv =0 g dt G dv =Ff+Fω g dt Mặt khác ta có : Ff + Fω= G.f + K.V2 Ff + Fω=G.f0 (1+ Hay: Đặt : TS Lê Văn Tụy V2 ) + K.V 2 1500 F0 = G.f0 ; F1 = 0 ; F2 = Suy ra: Fj= K+ G dv =F0 +F1 +F2 g dt G.f 0 1500 V2 * Kết luận: Lực quán tính do chuyện động chậm dần của xe đóng vai trò là lực kéo, để xe chuyển động được thì lực quán tính bằng lực cản Vì vậy để xác định đặc tính lực cản của ô tô trên đường ta xác định lực quán tính chậm dần của ô tô Như vậy phương pháp là đo biến thiên tốc độ theo thời gian (dv/dt) SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 5 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy 2 Phương pháp đo Cho xe gia tốc đến một vận tốc (Vmax) nào đó, ta ngưng cung cấp nhiên liệu, cắt li hợp và cho xe lăn trơn trên đường và khi đó xe chuyển động chậm dần đều Phương pháp là đo biến thiên tốc độ theo thời gian Ta có bảng số liệu đo được: ti t1 t2 t3 … tn SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT Vi V1 V2 V3 … Vn 6 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy 3 Xử lý số liệu + Bước 1: - Dùng Microsoft Excel vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ thay đổi giữa vận tốc V(m/s) theo thời gian t(s) khi xe chuyển động chậm dần - Sử dụng công cụ Add Tirendline trong excel để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3 Ta có được đồ thị sau: Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn vận tốc chuyển động của xe theo thời gian và hàm xấp xỉ bậc 3 + Bước 2: Lấy đạo hàm dv/dt của đa thức V(t) ta được: dv =a1 +2a 2 t+3a 3 t 2 dt ti t1 Tính t2 Ta lập được bảng t3 … tn Vi V1 V2 V3 … Vn (dv/dt)i (dv/dt)1 (dv/dt)2 (dv/dt)3 … (dv/dt)n Pci Pc1 Pc2 Pc3 Fc = Fj = - G dv g dt tính Pcn + Bước 3: Sau khi tính được Pc ta xây dựng đồ thị lực cản tổng cộng theo tốc độ và dùng công cụ Add tirendline để xấp xỉ Pc bậc 2 theo tốc độ ta được: Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ lực cản tổng cộng của đường theo vận tốc và xấp xỉ bậc hai hàm Pc theo V + Bước 4: SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 7 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô Đặt: TS Lê Văn Tụy F0 = a 0 ; F1 = a 1và F2 = a 2 Fc =F0 +F1.V+F2 V 2 = G(f 0 +f1.V+f 2 V 2 ) + K.V 2 Ta có: f0 = Suy ra: F0 F F −K ; f1 = 1 và f 2 = 2 G G G *Biện luận: Nếu f1 ≈ 0 ⇒ G.f(1+ V2 ) 1500 Nếu f 2 ≈ 0 ⇒ G(a+b.V) ⇒ K=F2 II PHẦN TÍNH TOÁN 1.Đề bài tính toán -Cho: Xe có trọng lượng G = 24000 [N] (nhóm 7) Gia tốc trọng trường g = 9,8 [m/s²] Giả thiết xe chạy ở đường nằm ngang, chuyển động chậm dần đều Thí nghiệm lăn trơn trên đường tốt Và cho: Fc = Ff + Fω Với: Ff = G(a + b.V) Fω = K.V² - Tính: a, b và K SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 8 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy 2 Bảng số liệu cho trước (nhóm 7) TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 t[s] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 V[m/s] 16.713 16.298 15.89 15.488 15.092 14.702 14.318 13.94 13.567 13.2 12.839 12.482 13 24 12.13 SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 9 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 11.784 11.442 11.104 10.771 10.442 10.118 9.797 9.4801 9.167 8.8573 8.5511 8.248 7.9481 7.6511 7.3568 7.0652 6.7761 6.4894 6.2048 5.9222 3 Xử lí số liệu - Ta xây dựng đồ thị đường đặc tính vận tốc V theo t ( V = f(t)) như sau Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của V theo t - Dùng công cụ AddTirenline để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3 ta được: Hình 2.2 Xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3 -Tính đạo hàm của vận tốc theo thời gian: (dv/dt) dv/dt= - 0,209 + 0,00166t – 0,0000093t² (*) Từ (*) ta có: a1 = - 0,209; a 2 = 0,00166; c = -0,0000093 - Ta tiến hành lập bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng ti : Bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng t i SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 10 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô tt SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT TS Lê Văn Tụy ti Vi dv/dt Fci 11 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 TS Lê Văn Tụy 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 16.713 16.298 15.89 15.488 15.092 14.702 14.318 13.94 13.567 13.2 12.839 12.482 12.13 11.784 11.442 11.104 10.771 10.442 10.118 9.797 9.4801 9.167 8.8573 8.5511 8.248 7.9481 7.6511 7.3568 7.0652 6.7761 6.4894 6.2048 5.9222 -0.209 -0.206 -0.203 -0.2 -0.196 -0.193 -0.191 -0.188 -0.185 -0.182 -0.18 -0.177 -0.175 -0.172 -0.17 -0.168 -0.166 -0.163 -0.161 -0.159 -0.158 -0.156 -0.154 -0.152 -0.151 -0.149 -0.148 -0.147 -0.145 -0.144 -0.143 -0.142 -0.141 511.66 503.63 495.78 488.11 480.62 473.32 466.2 459.26 452.5 445.93 439.54 433.32 427.29 421.45 415.78 410.3 405 399.88 394.94 390.19 385.61 381.22 377.01 372.99 369.14 365.48 362 358.7 355.58 352.65 349.9 347.33 344.94 - Sau khi tính được Fc ta tiến hành biểu diễn đặc tính của lực cản Fc theo vận tốc V và dùng công cụ AddTirendline xấp xỉ hàm Fc (v) thành đa thức bậc 2 : SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 12 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy Hình 2.3 Đồ thị đặc tính của lực cản tổng cộng theo tốc độ Từ đồ thị ta tìm được hàm xấp xỉ: Fc = 0,5031v2 + 4,3665v + 299,75 Trong đó: F0 = 299,75 ; F1 = 4,3665; F2 = 0,5031 Ta có: Fc = F2 V2 + F1 V + F0 (a) Hay: Fc = G( f 2 V2 + f1 V + f0 ) + K.V² (b) Từ (a) và (b) suy ra: - f0 F0 299, 75 = = 0, 01249 = G 24000 - f1 F1 4,3665 = = 0,000182 = G 24000 - f2 F2 0,5031 = = 0,000021 = G 24000 Theo Lý thuyết ôtô ta có: Hệ số cản lăn được tính: + Là hàm bậc hai theo tốc độ V2 f 0 (1 + ) 1500 f= = f 0 + 0.V + f 0 V2 1500 SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 13 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy + Là hàm bậc nhất theo tốc độ f = (a+b.V) = a+b.V + 0.V 2 (c) f = f 0 + f1 V + f 2 V2 Suy ra: Theo đề cho hệ số cản lăn là hàm bậc nhất theo tốc độ Ff = G(a + b.V) = G( f 2 V2 + f1 V + f 0 ) Nên từ (c) ta có: f0 = a; f1 = b và f 2 = 0 Vậy: a = f0 = 0,01249 b = f1 = 0,000182 *Tính K: Ta có: f 2 = 0 → G(a + b.V) Suy ra: K= F2 = 0,5031 SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 14 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy 4 Kết luận Từ kết quả thì nghiệm ta có thể tính được đường đặc tính lực cản của ô tô bằng phương pháp tính toán xấp xỉ sử dụng công cụ Add Tirenline của excel Dựa vào đường đặc tính quan hệ lực cản với vận tốc của đường và kết quả tính toán ta có kết luận như sau: -Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển động của ô tô Tất cả các yếu tó ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnh hưởng đến lực cản tổng cộng của ô tô -Vận tốc ô tô càng lớn thì lực cản càng lớn do hệ số cản khí động tăng - Thực tế thì các hệ số luôn tồn tại dao động xung quanh các giá trị lí thuyết, bởi vì thí nghiệm thực tế luôn tồn tại các biến động nhỏ tác động đến quá trình thí nghiệm - Qua bài thí nghiệm chúng ta cũng hiểu rõ hơn về các công cản mà chúng ta đã được học và các bước tiến hành làm thí nghiệm cũng như cách xử lí số liệu - Sau khi tính toán bằng Excel ta tìm được hằng số a = f0 = 0,01249 ≅ 32/2800 và hằng số b = f1 = 0,000182 ≅ 1/2800 Phù hợp với phương trình hệ số cản lăn là hàm bậc nhất theo tốc độ f=( 32 V + ) 2800 2800 - theo Lý thuyết ô tô Hệ số K = 0,5031 SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 15 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy MỤC LỤC SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 16 .. .Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ TS Lê Văn Tụy Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ LỜI MỞ ĐẦU ? ?Thí nghiệm ơt ơ’ mơn học khơng thể thiếu đối sinh viên... Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT 10 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ tt SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT TS Lê Văn Tụy ti Vi dv/dt Fci 11 Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô 10 11 12 13 14 15 16 17 18... theo thời gian Ta có bảng số liệu đo được: ti t1 t2 t3 … tn SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT Vi V1 V2 V3 … Vn Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô TS Lê Văn Tụy Xử lý số liệu + Bước 1: - Dùng Microsoft