KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 41 CHƯƠNG II TÍNH TOÁN SỨC KÉO CHO ÔTÔ *********** I.CÁC DẠNG TÍNH TOÁN SỨC KÉO Tính toán sức kéo là thiết lập mối quan hệ đònh lượng giữa các thông số chất lượng kéo, thông số vận tốc với các thông số kết cấu của toàn xe và các cụm của nó.Nói cách khác tính toán sức kéo của xe là việc xác đònh những thông số cơ bản của động cơ và hệ thống truyền lực để đảm bảo cho xe có được vận tốc lớn nhất trên đường tốt và có khả năng chuyển động trên các loại đường có hệ số cản lớn (trên đường xấu và không đường). Tính toán sức kéo gồm hai dạng: tính toán kéo kiểm nghiệm và tính toán kéo thiết kế. 1.Tính toán kéo kiểm nghiệm Dạng tính toán này áp dụng đối với xe đã có sẵn; các thông số kết cấu cơ bản của nó đã được biết. a.Mục đích của việc tính toán kéo kiểm nghiệm là xác đònh các thông số đánh giá chất lượng kéo, chất lượng vận tốc, tìm ra khả năng hoạt động của xe. Để tính toán kéo kiểm nghiệm cần biết trước các thông số sau: - Trọng lượng xe, trọng lượng rờ-moóc kéo, trọng lượng hàng hóa hoặc hành khách - Công thức bánh xe và bán kính bánh xe - Đặc tính tốc độ của động cơ (đã kể đến những tỗn thất trong thiết bò của động lực) - Các tỉ số truyền của hệ thống truyền lực, các tỉ số truyền của truyền lực cạnh - Hệ số khối lượng vận động quay - Các thông số khí động học của xe - Điều kiện đường, hệ số cản lăn, hệ số bám, độ dốc của đường Khi tính toán kéo kiểm nghiệm,nếu các thông số trên cho không đầy đủ thì có thể chọn thêm từ các xe tham khảo cùng loại và cùng công dụng. b.Nhiệm vụ cần giải quyết, khi tính toán kéo kiểm nghiệm là: - Xác đònh khả năng chuyển động của xe theo điều kiện đường cho trước hoặc xác đònh vận tốc có thể có được của xe ở điều kiện đường đã cho - Xác đònh lực cản lớn nhất mà xe có thể khắc phục được - Xác đònh lực kéo dư (lực kéo dư này có thể dùng tăng tải cho xe, để kéo rờ-moóc, để khắc phục lực cản hoặc để tăng tốc) KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 42 - Xác đònh các thông số động lực đánh giá khả năng tăng tốc, quãng đường tăng tốc, thời gian tăng tốc. - Xác đònh các thông số động lực đánh giá chất lượng phanh như: gia tốc phanh, thời gian phanh và quãng đường phanh. 2.Tính toán kéo thiết kế Dạng tính toán này được áp dụng khi thiết kế xe mới. Mục đích của tính toán kéo thiết kế là xác đònh các thông số kết cấu cơ bản của xe và của các cụm nhằm thỏa mãn chất lượng động lực học – kéo của xe.Như vậy tính toán kéo thiết kế và tính toán kéo kiểm nghiệm là hai quá trình ngược nhau. Các thông số cho trước khi tính toán kéo thiết kế thường nằm trong yêu cầu kỹ thuật của xe, gồm có: - Trọng tải xe (cũng có thể chỉ rõ kích thước khoan chứa tải hoặc kích thước thùng xe): nếu là xe dùng để chở người hoặc hàng hóa thì trọng tải xe là số lượng người hoặc hàng hóa cần chuyên chở, nếu là xe dùng để kéo thì trọng tải xe là số lượng và trọng lượng rờ-moóc kéo. - Vận tốc chuyển động lớn nhất của xe. - Khả năng vượt chướng ngại của xe: góc dốc lớn nhất, khoảng sáng gầm xe, các loại lực cản. Nhiệm vụ cần giải quyết khi tính toán kéo thiết kế: - Xác đònh trọng lượng xe - Xác đònh tổng số cầu xe và số cầu chủ động - Xác đònh công suất động cơ, từ đó có thể chọn động cơ có sẵn hoặc yêu cầu thiết kế động cơ mới. - Xác đònh khoảng vận tốc, số lượng số truyền và vận tốc chuyển động của xe ở từng số truyền (phân chia vận tốc chuyển động của xe theo từng số truyền) - Xác đònh tỉ số truyền của tất cả các cụm trong hệ thống truyền lực - Tính toán kiểm nghiệm để kiểm tra xem các thông số tính được có phù hợp với các thông số theo yêu cầu đã cho hay không. Dưới đây chúng ta sẽ tiến hành khảo sát các giai đoạn cơ bản của quá trình tính toán kéo kiểm nghiệm đối với xe sử dụng hệ thống truyền lực có cấp.Quá trình tính toán kéo thiết kế sẽ được trình bày trong một giáo trình khác. II.XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH KÉO VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE 1.Đặc tính kéo Đồ thò biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo tính theo động cơ và vận tốc chuyển động của xe ở tất cả các số truyền của hộp số được gọi là đặc tính kéo của xe.Tức là theo quan hệ: P k = P(v), hay: KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 43 tl i e ki v N P η.= (2-1) Trong đó: P ki –lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động ở số truyển thứ i [N]; N e –công suất động cơ [W]; v i –vận tốc chuyển của xe [m/s]; η tl –hiệu suất của hệ thống truyền lực. Với chuyển động tònh tiến của xe thì tốc độ chuyển động của mọi điểm trên xe là như nhau.Do đó: v i = v k = r k .ω k Trong đó: r k –bán kính tính toán bánh xe [m] ω k –vận tốc góc của bánh xe [rad/s] v k –vận tốc chuyển động tònh tiến của bánh xe [m/s] Bởi vì: tl e tl e tl e k i n i n i .105,0 1 . 30 . === πω ω Nên tl ke i i rn v . .105,0= (2-2) Trong đó: n e –tốc độ quay của trục khuỷu động cơ (thường gọi tắt là tốc độ động cơ) [vg/ph]. Như vậy, để xây dựng đặc tính kéo thì từ đặc tính ngoài của động cơ ta lấy một loạt các trò số khác nhau: N e1 , N e2 , N e3 , …ứng với các vận tốc góc ω 1 , ω 2 , ω 3 , …khác nhau (và tương ứng là n e1 , n e2 , n e3 , …) của động cơ. Theo công thức (2-2), xác đònh các vận tốc của xe ở từng số truyền (lần lượt là các số truyền I, II, III, …).Để xác đònh được vận tốc v i cần phải biết được tỉ số truyền của hệ thống truyền lực i tl .Sau đó, theo công thức (2-1) tính lực kéo của xe.Hiệu suất của hệ thống truyền lực trong công thức (2-1) có thể coi là không đổi hoặc là một hàm của vận tốc chuyển động. * Thí dụ: xác đònh vận tốc chuyển động và lực kéo tính toán theo điều kiện động cơ ở số truyền I của xe có động cơ mà đường đặc tính ngoài của nó cho trên hình (2-1).Hiệu suất của hệ thống truyền lực coi như không đổi và bằng i = 0,87 ; i tl = 42 và r k = 0,3 m. Lời giải : Từ đường đặc tính ngoài (hình 2-1) của động cơ: N e [vg/ph] 1000 1500 2000 2500 3000 N e [W] 110400 180320 228160 276000 301760 KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 44 Tốc độ chuyển động tònh tiến v 1 : ee nnv 00075,0. 42 3,0 .105,0 1 == Tại các điểm đã chia ở trên: v 1 [m/s] =0,751.1251,51,8752,25 Tiếp theo ta tính lực kéo P k1 theo công thức (2-1): 11 1 .87,0. v N v N P e tl e k == η Và lập thành bảng: P k1 [N] = 128064139447132333128064116680 Tương tự như đã làm với số truyền I, tiếp tục xác đònh v và P k cho các số truyền từ II đến V với các khoảng chia như trên.Căn cứ vào số liệu đã tìm được, ta tiến hành xây dựng đường đặc tính kéo (hình 2-2). Đường đặc tính kéo đã xây dựng cho phép xác đònh được trò số lực kéo lớn nhất (theo điều kiện động cơ) với một vận tốc chuyển động cho trước của xe, bởi vì nó được tính toán ứng với giá trò công suất lớn nhất (đặc tính ngoài).Với đặc tính cục bộ của động cơ – khi giảm mức cung cấp nhiên liệu, chỉ xác đònh được những giá trò lực kéo nhỏ hơn.Đặc tính kéo cũng cho phép xác đònh được lực kéo lớn nhất ở từng số truyền và lực kéo lớn nhất của ôtô. KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 45 Hình 2-1.Đặc tính ngoài của ôtô Hình 2-2.Đặc tính kéo của ôtô Tuy nhiên, dựa vào đặc tính kéo chưa có thể đánh giá hết chất lượng kéo của xe và không thể so sánh chất lượng kéo của các xe khác nhau được.Ví dụ, xe có cùng lực kéo nhưng trọng lượng xe khác nhau và hình dạng khí động học khác nhau, chất lượng kéo vì vậy cũng khác nhau. Rõ ràng khi cùng lực kéo thì xe nào có trọng lượng nhỏ và dạng khí động tốt thì chất lượng kéo sẽ tốt hơn. Vì vậy, để đánh giá chất lượng kéo của xe, người ta dùng một đặc tính khác: đặc tính động lực học của xe. 2.Nhân tố động lực học và đặc tính động lực học của xe a.Nhân tố động lực học Từ phương trình cân bằng lực kéo (1-3) có thể rút ra: P k -P ω = P ψ + dt dv g G δ + P mk (2-3) Chia cả hai vế của phương trình (2-3) cho toàn bộ trọng lượng xe ta được: G P dt dv gG P G PP mkk ++= − . δ ψ ω (2-4) Trong đó: G –trọng lượng xe khi đầy tải (100% tải); (P k - P ω ) –lực kéo tự do; Đặt: D = G PP k ω − và gọi D là nhân tố động lực học của xe. Vậy, nhân tố động lực học của xe là tỉ số giữa hiệu lực kéo của xe theo động cơ với lực cản không khí và trọng lượng của xe. Giữa nhân tố động lực học D và các thông số đặc trưng cho lực cản chuyển động của xe có mối quan hệ sau: KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 46 G P dt dv gG P dt dv gG P D mkmk ++=++= δ ψ δ ψ (2-5) Khi xe không kéo rờ-moóc ta có: dt dv g D . δ ψ+= (2-6) Khi xe không kéo rờ-moóc và chuyển động đều: D = ψ Từ vế trái của công thức (2-4) thấy rằng: khi lực cản không khí nhỏ, có thể coi P ω = 0. Khi đó D = ξ= G Pk và gọi ζ là lực kéo riêng của xe theo điều kiện động cơ. b.Đặc tính động lực học của xe Đồ thò biểu diễn mối quan hệ giữa nhân tố động lực học D và vận tốc chuyển động tònh tiến của xe v gọi là đặc tính động lực học của xe. Đồ thò hình 2-3 mô tả đặc tính động lực học của xe có 5 số truyền. Trên đồ thò trục tung biểu diễn nhân tố động lực học D, trục hoành biểu diễn vận tốc chuyển động v của xe. Dạng của đồ thò đặc tính động lực học cũng tương tự như đồ thò đặc tính kéo, nhưng chỉ khác là chúng có độ dốc lớn hơn so với các đường đặc tính kéo, nhất là ở các vận tốc lớn (vì ở vận tốc lớn, lực cản không khí càng tăng nhanh). Trên đường đặc tính có những điểm đặc biệt sau (ví dụ ở tay số I): KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 47 Đ –điểm bắt đầu; K –điểm kết thúc; M –điểm tương ứng với D max .Thực tế vận tốc chuyển động của xe ở từng số truyền bò hạn chế trong giới hạn v th ÷ v max .Ứng với các giá trò D max ở từng số truyền có các vận tốc tới hạn ở từng số truyền và được kí hiệu là v thI , v thII , v thn .Ở những vận tốc lớn hơn vận tốc tới hạn là khu vực làm việc ổn đònh của xe ở số truyền đó.Bởi vì khi sức cản của xe tăng lên làm cho vận tốc chuyển động của xe giảm đi nhưng nhân tố động lực học của xe sẽ tăng lên, do đó xe có khả năng khắc phục sức cản của mặt đường tăng lên tức thời đó.Ở những vận tốc nhỏ hơn vận tốc tới hạn thì khi sức cản của đường tăng, vận tốc của xe giảm và nhân tố động lực học của xe cũng giảm, nên xe sẽ không thể khắc phục được sức cản này.Khoảng tốc độ từ v min đến v th ở mỗi tay số được gọi là khu vực làm việc không ổn đònh.Như vậy, vận tốc tới hạn v thi là điểm để xác đònh khu vực làm việc ổn đònh của xe khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải.Trong thực tế xe thường không làm việc ở khu vực không ổn đònh của đường đặc tính. 3.Nhân tố động lực học theo điều kiện bám Khi xây dựng các phương trình về lực (1-3) và cân bằng công suất (1-7) ở trên ta đã coi rằng lực kéo đặt tại bánh xe chủ động chỉ phụ thuộc vào các thông số của động cơ (N e , M e , n e ) và của hệ thống truyền lực (i tl , η tl ).Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp nó bò giới hạn bởi điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường.Khi bánh xe chủ động bò trượt, xe có thể không sử dụng hết khả năng động lực học của nó, nghóa là không phát huy hết lực kéo lớn nhất theo điều kiện động cơ.Ví dụ, khi xe chuyển động trên đường trơn, ẩm ướt có hệ số bám nhỏ, lực kéo tiếp tuyến lớn nhất chỉ bằng lực bám: P kmax = P ϕ = ϕ.G ϕ Trong đó: P ϕ -lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động với mặt đường theo điều kiện bám; ϕ -hệ số bám của bánh xe với đường G ϕ -trọng lượng bám của xe.Với xe có 1 cầu chủ động, G ϕ bằng trọng lượng của xe đặt lên cầu chủ động đó.Với xe có tất cả các cầu là chủ động, G ϕ = G. Như vậy, theo điều kiện bám, nhân tố động lực học D ϕ của xe sẽ là: G PP D ωϕ ϕ − = (2-7) Trong đó: (P ϕ - P ω ) –lực kéo tự do theo điều kiện bám. Trên hình 2-3, các đường cong nét đứt mô tả đặc tính động lực học của xe theo điều kiện bám.Các đường đặc tính D ϕ có dạng cong xuống ở các vận tốc lớn.Bởi vì ở các vận tốc lớn, lực cản không khí và sự trượt tăng lên nhiều do đó làm cho D ϕ giảm. Như vậy, điều kiện cần và đủ để đảm bảo khả năng chuyển động của ôtô theo nhân tố động lực học là: KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 48 D ϕ ≥ D ≥ ψ (2-8) 4.Sử dụng đặc tính động lực học của xe Đặc tính động lực học của xe cho phép xác đònh một loạt các thông số đánh giá chất lượng kéo và chất lượng vận tốc của xe, bao gồm: a.Xác đònh vận tốc chuyển động có thể có được của xe theo điều kiện đường cho trước.Thí dụ, khi xe chuyển động đều và không kéo rờ-moóc: cho trước hệ số cản tổng cộng của đường, có thể xác đònh được vận tốc tối đa của xe ở điều kiện đường đó. b.Xác đònh được lực cản có thể có được của xe khi xe chuyển động với vận tốc khắc phục cho trước ở một số truyền nhất đònh.Đây là bài toán ngược của trường hợp thứ nhất. c.Xác đònh được khả năng tăng tốc của xe.Sử dụng phương trình (2-5) hoặc (2- 6) tương ứng với điều kiện cụ thể và sử dụng đồ thò đặc tính động lực học của xe ta có thể xác đònh được gia tốc của xe ở từng số truyền, thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc từ vận tốc ban đầu v 1 = 0 đến khi bắt đầu đạt vận tốc tối đa v 2 = v max . d.Xác đònh được lực kéo rờ-moóc của xe.Lực kéo rờ-moóc có thể được xác đònh khi xe chuyển động đều, trên loại đường cho trước theo công thức sau đây: P mk = (D - ψ).G Ví dụ: Xác đònh gia tốc lớn nhất có thể có được của ôtô khi động cơ làm việc ở chế độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn (ứng với đặc tính ngoài của động cơ). Gia tốc J v của ôtô được xác đònh theo công thức: i v g DJ δ ψ )( −= Rõ ràng, J v phụ thuộc vào hệ số cản tổng cộng của đường (ψ), vận tốc chuyển động của ôtô (v) và số truyền đang được gài, bởi vì D = f(v, i tl ) và δ I = f(i tl ). Khi đã có đặc tính động lực học, giá trò của hệ số δ i và hệ số cản tổng cộng của đường ψ ta sẽ xây dựng được đồ thò biểu diễn mối quan hệ J v = f(v) (hình 2-4). KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 49 Hình 2-4.Mối quan hệ giữa gia tốc J v và tốc độ chuyển động v Đánh giá khả năng tăng tốc của ôtô một cách chính xác khi căn cứ vào đồ thò J v = f(v) trên các loại đường có hệ số cản tổng ψ giống nhau là không đơn giản, bởi vì với các ôtô khác nhau, chúng không chỉ khác nhau về J max ở mỗi số truyền mà còn khác nhau cả ở đặc tính J v = f(v) và số tay số có trong hệ thống truyền lực. Sử dụng đặc tính động lực học cũng có thể xác đònh được khả năng khắc phục sức cản mặt đường của ôtô bằng động năng dự trữ mà nếu nó chuyển động đều thì sẽ không thể vượt qua được đoạn đường nói trên. Từ phương trình (2-9) có thể thấy rằng ôtô chuyển động với v = const ở chế độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn có thể xảy ra khi nhân tố động lực học D (tương ứng với tốc độ này) bằng hệ số cản tổng cộng ψ.Nếu ψ > D thì J v < 0.Khi v > v th việc giảm tốc độ sẽ làm tăng D.Và với tốc độ giảm đó lại có thể tạo ra sự cân bằng mới ψ = D.Khi đó, chuyển động của ôtô lại có v = const.Khả năng tự thích ứng với sự thay đổi lực cản của đường có thể xảy ra cho đến khi ψ ≤ D max (ở từng số truyền). Nếu v < v th thì khi tăng ψ lên với bất kì giá trò nào cũng sẽ làm giảm tốc độ chuyển động của ôtô cùng với việc tăng gia tốc chậm, bởi vì khi giảm v sẽ làm giảm D.Khi tốc độ giảm đến trò số ổn đònh tối thiểu (v min ) động cơ sẽ bò chết máy. Trong quá trình giảm tốc độ đến (v min ) xe có thể tiếp tục lăn bánh thêm một đoạn đường nhờ năng lượng không chỉ từ động cơ truyền đến mà còn bằng động năng của xe.Nếu đoạn đường có ψ > D ngắn hơn đoạn đường nói trên thì xe vẫn có thể chuyển động mà không cần đổi số (về số thấp hơn). KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết Ôtô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 50 Trong thực tế, thông thường để có động năng lớn đi đến đoạn đường cần phải vượt bằng tăng tốc (thí dụ: khi lên dốc) người ta sẽ chạy xe với tốc độ lớn hết cỡ cho phép để khỏøi phải giảm số. Ngoài ra, trên cơ sở đồ thò đặc tính động lực học của xe ứng với trường hợp xe đầy tải (100% tải) còn có thể xây dựng được đặc tính động lực học của xe ứng với tải trọng bất kì (khi quá tải hoặc chưa đầy tải).Đồ thò đặc tính động lực học khi tải trọng thay đổi được gọi là đồ thò tia. [...]... Trang 63 KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết tô Bảng 3-2 TIÊU CHUẨN VỀ HIỆU QUẢ PHANH CHO PHÉP ÔTÔ LƯU HÀNH TRÊN ĐƯỜNG BỘ (Bộ giao thông vận tải, việt nam –1995) Loại tô - tô con và các loại tô khác thiết kế trên cơ sở tô con - tô tải trọng lượng toàn bộ nhỏ hơn 80 kN và tô khách có chiều dài toàn bộ dưới 7,5m - tô tải hoặc tô đoàn có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 80 kN và tô khách có chiều dài... . số truyền và lực kéo lớn nhất của tô. KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết tô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 45 Hình 2-1.Đặc tính ngoài của tô Hình 2-2.Đặc tính kéo của tô Tuy nhiên, dựa vào đặc tính. gọi là đồ thò tia. KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết tô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 51 CHƯƠNG III LÝ THUYẾT PHANH ÔTÔ ************ I.KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH PHANH Sự chuyển động an. các bánh xe cầu sau bằng: P’ p1 = k 1 .p 0 P’ p2 = k 2 .p 0 Khi đó, phương trình chuyển động của tô khi phanh: KHOA CƠ KHÍ Giáo Trình Lý Thuyết tô TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG Trang 58 021 ' 2 ' 1 ).(.