Đề tài Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô Gát 13 – Trai ca

g hệ số cản chung của mặt đường: D = ψ = fcosα ± sinα Nếu ô tô chuyển động đều trên đường nằm ngang, tức là j = 0 và α = 0, thì nhân tố động lực học bằng hệ số cản lăn: D = f Giá trị của nhân tố động lực học còn phụ thuộc vào các thông số kết cấu của ô tô thể hiện qua biểu thức: (2.34) Qua biểu thức (2.34), ta nhận thấy rằng giá trị của nhân tố động lực học D chỉ phụ thuộc vào các nhân tố kết cấu và có thể xác định cho từng loại ô tô cụ thể. Ở số truyền càng thấp tỷ số truyền i càng lớn, đồng thời vận tốc v cũng càng thấp dẫn đến nhân tố động lực học D sẽ lớn hơn so với số truyền cao hơn. Do vậy khi làm việc ở số truyền 1 nhân tố động lực học sẽ nhận được giá trị lớn nhất so với các số truyền còn lại. Nhân tố động lực học còn bị giới hạn theo điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường. Khi Pkmax = Pφ nhân tố động lực nhận được giá trị cực đại: (2.35) Trong đó : φ - hệ số bám của bánh xe chủ động, Zk - phản lực pháp tuyến của mặt đường lên bánh chủ động, kN; - hệ số phân bố tải trọng trên cầu chủ động; G - trọng lượng của ô tô ( không có trọng lượng rơ moóc); kG. Đối với ô tô có tất cả các bánh chủ động thì , ở ô tô chỉ có cầu sau chủ động còn đối với ô tô tải tuỳ thuộc vào sự phân bố hàng hoá trên thùng xe giá trị hệ số có thể thay đổi. Một số nhận xét : Nhân tố động lực học D đặc trưng cho khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường. Giá trị của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyển động của các ô tô. Nhân tố động lực học là đại lượng không có thứ nguyên và có thể sử dụng để đánh giá so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau hoặc cùng một loại ô tô làm việc ở các điều kiện đường xá khác nhau. 2.6.2 Đặc tính động lực học của ô tô Để dễ nhận thấy quy luật thay đổi giá trị của nhân tố động lực học D trong sự phụ thuộc vào các yếu tố cấu tạo, điều kiện mặt đường và vận tốc chuyển động ta có thể biểu diễn các mối quan hệ đó dưới dạng đồ thị hàm số D = f(v) với trục hoành là vận tốc v và trục trung là nhân tố động lực học D. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học và vận tốc chuyển động D = f(v) khi ô tô chở đầy tải và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải được gọi là đường đặc tính động lực học của ô tô hoặc gọi tắt là đường đặc tính động lực học. Trên hình 2.7 là dạng đường đặc tính động lực học D với giả thiết các bánh xe chủ động không bị trượt δ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động f = const. Hình 2.7 Đặc tính động lực học của ô tô Đường đặc tính động lực học được xây dựng dựa trên đường đặc tính tải trọng hoặc đường đặc tính tải trọng của động cơ. Trình tự xây dựng cũng tương tự như đã xây dựng các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk trên đồ thị cân bằng lực kéo. Cụ thể là sử dụng công thức(2.36) để tính vận tốc v và công thức (2.44) để tính nhân tố động lực học D ứng với các số truyền khác nhau. Qua đồ thị ta thấy rằng, dạng đường cong nhân tố động lực học D = f(v) giống như dạng đường cong Me = f() trên đường đặc tính tốc độ của động cơ. Ở mỗi số truyền, điểm cực đại của đường cong Dmax tương ứng với Memax của động cơ, khi đó tốc độ chuyển động là nhỏ nhất cho phép vk. Như vậy ở mỗi số truyền sẽ có một giá trị cực đại Dmax (trên hình chỉ vẽ cho số truyền 1-Dmax). Số truyền càng cao thì giá trị Dmax càng nhỏ, nghĩa là D1max > D2max … Nhân tố động lực học D là đại lượng không thứ nguyên nên có thể sử dụng đường đặc tính động lực học để đánh giá so sánh chất lượng động lực học giữa các xe khác nhau trên cùng một điều kiện sử dụng như nhau. 2.6.3 Sử dụng đường đặc tính động lực học của động cơ a. Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô Khi chuyển động đều trên đường nằm ngang: Ta biết rằng với trọng tải đã được xác định, vận tốc chuyển động cực đại sẽ đạt được khi ô tô chuyển động đều trên đường nằm ngang (α = 0). Khi đó nhân tố động lực học chính bằng hệ số cản lăn D = f. Như vậy nếu ta kẻ đường biểu diễn f song song với trục hoành và cắt đường nhân tố động lực học D tại B, từ điểm B dóng xuống trục hoành sẽ xác định được vận tốc cực đại Vmax . Trong trường hợp đang xét vận tốc cực đại sẽ đạt được số truyền 4. Khi chuyển động lên dốc: Khi chuyển động lên dốc (α > 0), D = ψ = fcosα + sinα. Điểm cắt nhau giữa đường hệ số cản ψ và đường nhân tố động lực học D sẽ là điểm A. Khi đó vận tốc cũng đạt lớn nhất vmax nhưng nhỏ hơn so với trường hợp chuyển động trên đường nằm ngang. Trường hợp đường hệ số cản chung ψ (khi α > 0) hoặc đường hệ số cản lăn f (khi α = 0) không cắt đường nhân tố động lực học D, nghĩa là không có điếm cân bằng và công suất và ô tô không chuyển động được ở số truyền đã cho. Nếu muốn duy trì cho ô tô chuyển động đều có thể thực hiện bằng 2 cách : Cách thứ nhất: Là chuyển sang chế độ làm việc ở số truyền cao hơn và sẽ đạt được vận tốc cực đại vmax . Cách thứ hai : Là giảm trọng lượng cung cấp nhiên liệu vào động cơ, lúc đó động cơ làm việc với đường đặc tính riêng phần và các đường cong nhân tố động lực học D cũng sẽ giảm xuống gần về phía trục hoành. Tuy nhiên vận tốc chuyển động sẽ nhỏ hơn so với trường hợp sử dụng ga cực đại. b. Xác định góc dốc lớn nhất αmax Ta đã biết khi chuyển động đều lên dốc, nhân tố động lực học của ô tô có thể được xác định theo công thức: Từ đó nếu biểu diễn hàm cos qua hàm sin, ta có thể rút ra được : hoặc (2.36) Ở mỗi số truyền đều có một giá trị cực đại Dmax , nhưng lớn nhất là khi D1max khi làm việc ở số truyền thấp nhất (số truyền 1). Do đó, góc dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được sẽ được xác định theo nhân tố động lực học ở số truyền 1, nghĩa là theo D1max : (2.37) Từ đường đặc tính D = f(v) và xác định được D1max, rồi thay vào (2.37) sẽ xác định được αmax . Nếu góc dốc không lớn lắm có thể chấp nhận gần đúng. sinα tagα = i Với i = tagα là độ dốc. Khi đó nhân tố động lực học được xác định gần đúng theo công thức : D = f + i Và có thể rút ra: imax = D1max – f (2.38) Trong đó imax - độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được ; Như vậy, nếu sử dụng độ dốc lớn nhất imax để đánh giá khả năng vượt dốc của ô tô sẽ thuận lợi vì có thể xác định được trực tiếp trên đồ thị nhân tố động lực học D = f(v). Cần lưu ý rằng, góc dốc lớn nhất αmax được xác định theo công thức (2.37) là trường hợp ô tô chuyển động với vận tốc đều. Nếu trước khi lên dốc ô tô chuyển động vớí gia tốc nhanh dần (lấy đà) thì khả năng vượt dốc sẽ tốt hơn nhờ sử dụng thêm quán tính, nghĩa là giá trị góc αmax sẽ lớn hơn với giá trị tính toán theo công thức (2.37). c. Xác định khả năng tăng tốc của của ô tô Nhờ độ thị D = f (v) có thể xác định được gia tốc của ô tô nếu biết: hệ số cản ψ của mặt đường, tỉ số truyền i và vận tốc cho trước v. Từ biểu thức (2.33) ta rút ra: (2.39) Trên hình 2.8 là đồ thị nhân tố động lực học cho 3 số truyền. Giả sử loại đường có hệ số cản ψ1.Ta kẻ đường ψ1 song song với trục hoành cho cắt đường nhân tố động lực ở số 3 tại A, hoành độ điểm A là v1 chính là vận tốc lớn nhất mà ô tô có thể chuyển động được. Hình 2.8 Xác định khả năng tăng tốc của ôtô theo đồ thị nhân tố động lực học Cũng trên loại đường này, nếu cho xe chuyển động với vận tốc vn < v1 thị sẽ có khả năng tăng tốc vì lúc đó D > ψ1. Khả năng tăng tốc được đặc trưng bởi hiệu số (D - ψ). Trên đồ thị, khả năng tăng tốc ứng với các số truyền 3,2,1 là các tung độ : ab, ad và ae. Khi đã biết hiệu số (D - ψ), sử dụng công thức (2.39) ta tính được gia tốc cho các số truyền khác nhau ứng với vận tốc vn cho trước. Như vậy chúng ta có thể tìm được gia tốc j của ô tô ứng với một vận tốc nào đó cho trước trên một loại đường bất kỳ cho các số truyền khác nhau một cách dễ dàng. Ví dụ cùng vậ tốc cho trước vn nhưng ta cho xe chạy trên loại đường khác có hệ số cản , thì rõ ràng là ô tô không thể chuyển động ở số truyền 3 được, mà chỉ có thể chuyển động ở số 2 và số 1 (Trên đồ thị được biểu thị bởi các tung độ: cd và ce). Cần chú ý: Trường hợp chuyển động xuống dốc thì độ dốc i < 0 và có thể xảy ra , nghĩa là hệ số cản chung của mặt đường “âm”. Trong trường hợp này đường biểu diễn hệ số ψ nằm phía dưới trục hoành. Theo phương pháp trình bày ở trên cho các giá trị khác nhau của vận tốc sẽ tìm được giá trị D - ψ ở từng số truyền khác nhau. Thay chúng vào biểu thức (2.49) sẽ tính được các giá trị khác nhau của gia tốc ở từng số truyền theo vận tốc của ô tô, nghĩa là . Biểu diễn hàm số trong hệ tọa độ với tung độ là các giá trị của gia tốc j ở từng số truyền và trục hoành là vận tốc v ta được các đường cong trên đồ thị (hình 2.8). Hình 2.9 Đồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền Đối với một số ô tô, nhất là ô tô tải, ta biết rằng ở số truyền càng thấp thì năng lượng tiêu hao dùng để tăng tốc các khối lượng chuyển động quay càng lớn vì trị số càng lớn. Gia tốc ở số một thấp hơn ở số hai. Hình 2.10 Đồ thị gia tốc của một số ôtô tải d. Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô Thời gian và quãng đường tăng tốc là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất động lực học của ô tô. Hai chỉ tiêu trên có thể được xác định dựa trên đồ thị gia tốc j = f(v). Từ biểu thức: ; ta suy ra: ; Thời gian tăng tốc của ô tô từ tốc độ đến tốc độ sẽ là: (2.40) Tích phân này không thể giải được bằng phương trình giải tích, do nó không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc j và vận tốc chuyển động v của chúng. Nhưng tích phân này có thể giải bằng đồ thị dựa trên cơ sở đặc tính động lực học hoặc nhờ vào đồ thị gia tốc của ôtô j = f(v) . Để tiến hành xác định thời gian tăng tốc theo phương pháp tích phân bằng đồ thị, ta cần xây dựng đường cong gia tốc nghịch cho từng số truyền. Hình 2.11 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô a) Đồ thị gia tốc ngược ; b) Đồ thị thời gian tăng tốc. Trên hình 2.11a ta giả thiết xây dựng đồ thị gia tốc nghịch cho số truyền cao nhất của hộp số. Phần diện tích giới hạn bởi đường cong 1/j, trục hoành và hai đoạn tung độ tương ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv biểu thị thời gian tăng tốc của ôtô. Tổng cộng tất cả các vận tốc này ta được thời gian tăng tốc từ v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t = f(v) như hình 2.11b. Giả sử ô tô tăng tốc từ vận tốc 10m/s lên vận tốc 20m/s thì cần có một khoảng thời gian được xác định bằng diện tích abcd (Hình 2.11a). Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị, ta cần một số lưu ý: Tại vận tốc lớn nhất của ôtô vmax gia tốc j = 0 và do đó 1/j = ∞, vì khi lập đồ thị và tính toán ta chỉ lấy giá trị vận tốc của ô tô khoảng 0,95vmax Tại vận tốc nhỏ nhất vmax lấy trị số t = 0 (hình 2.8 và 2.11b). Đối với hệ thống truyền lực của ôtô với hộp số có cấp, thời gian chuyển từ số thấp lên số cao có xảy ra hiện tượng giảm vận tốc của ô tô một khoảng (Hình 2.10). Hình 2.12 Đồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số Trị số giảm vận tốc có thể xác định nhờ phương trình chuyển động lăn trơn của ô tô với thời gian chuyển số là t1: (2.41) t - thời gian chuyển số, phụ thuộc vào trình độ của người lái, kết cấu của hộp số và động cơ. Đối với người lái có trình độ cao thì t1 = 0,5 ÷ 3; s. e. Xác định quãng đường tăng tốc của ôtô Sau khi đã lập được đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động của ôtô, ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc của xe đi được ứng với thời gian tăng tốc. Từ biểu thức , suy ra: dS = vdt Quãng đường tăng tốc ôtô S từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 sẽ là : (2.42) Tích phân này cũng không thể giải được bằng phương pháp giải tích, do đó không thể có mối quan hệ chính xác về giải tích giữa thời gian tăng tốc và vận tốc chuyển động của ôtô. Do đó cũng có thể áp dụng phương pháp giải bằng phương pháp đồ thị trên cơ sở đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô (hình2.11b). Hình 2.13 Đồ thị quãng đường tăng tốc Nếu lấy một vi phân diện tích tương ứng với khoảng biến thiên thời gian dt, phần diện tích được giới hạn bởi đường cong thời gian tăng tốc, trục tung và hai hoành độ tương ứng với độ biến thiên thời gian dt, sẽ biểu thị quãng đường tăng tốc của ôtô. Tổng cộng tất cả các diện tích này lại ta được quãng đường tăng tốc của ôtô từ vận tốc v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị quãng đường tăng tốc của ôtô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng S = f(v) (Hình 2.13). Giả sử ôtô tăng tốc từ vận tốc v1 = 10 m/s đến v2 = 20m/s thì ôtô đi được quãng đường xác định bằng diện tích hình abcd (Hình 2.13). Quãng đường tăng tốc của ôt ô S từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 sẽ là: (2.43) 2.7 QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH VÀ TĂNG TỐC CỦA ÔTÔ Quá trình khởi hành và tăng tốc của ô tô là quá trình tăng tốc từ vận tốc v = 0 một giá đến trị vận tốc ổn định nào đó. Do đó thời gian cần thiết cho quá trình khởi hành là một thông số gây ảnh hưởng đến vận tốc trung bình, năng suất và chi phí nhiên liệu và cuối cùng là ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế sử dụng. Thời gian và quãng đường khởi hành là 2 thông số đặc trưng nhất cho quá trình khởi hành. Quá trình khởi hành được tiến hành theo trình tự sau đây: Khởi động động cơ; Mở ly hợp (nếu là ly hợp thường xuyên đóng); Gài số; Đóng ly hợp từ từ; Quá trình khởi hành có thể được chia thành hai giai đoạn và có thể biểu thị như trên hình 2.14. Hình 2.14 Đồ thị khởi hành của ô tô a. Giai đoạn thứ nhất Đặc trưng cơ bản của giai đoạn này là sự trượt của ly hợp (trượt tương đối giữa phần chủ động và phần bị động của ly hợp). Vận tốc góc ωhs của trục sơ cấp của hộp số tăng dần, còn vận tốc góc của trục khuỷu động cơ giảm dần. Tại điểm giao nhau của các đường cong ωhs và ωe (điểm H), tốc độ góc của động cơ và trục sơ cấp hộp số bằng nhau ωhs = ωe và kết thúc sự trượt của ly hợp. Kể từ thời điểm bắt đầu đóng ly hợp, theo trục hoành (biểu thị thời gian), tại gốc O tức là t = 0, đến thời điểm t = t0, số vòng quay của trục khuỷu của động cơ giảm từ điểm A tương ứng với số vòng quay không tải của động cơ đến điểm B tương ứng với lúc trục sơ cấp hộp số bắt đầu bắt đầu quay ô tô bắt đầu chuyển động. Tại điểm t = 0, mô men ma sát của ly hợp M = 0, tại thời điểm t = t0 mô men ma sát của ly hợp đã tăng lên bằng mô men cản của xe M = Mc (điểm C). Đến thời điểm t = t0, kết thúc quá trình đóng ly hợp nhưng vẫn còn sự trượt trong ly hợp (điểm F), số vòng quay của trục khuỷu của động cơ tiếp tục giảm đến điểm D, số vòng quay của trục sơ cấp hộp số tăng đến điểm E. Mô men ma sát của ly hợp tăng lên đến điểm F sẽ đạt giá trị lớn nhất: Mmax = .Mn . Trong đó: β - là hệ số dự trữ ma sát của ly hợp. Mn - mô men định mức của động cơ, Nm; Mmax - mô men ma sát lớn nhất của ly hợp, Nm. Trong giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành, mô men ma sát của ly hợp đóng vai trò là mô men cản đối với mô men quay của động cơ, còn đối với trục sơ cấp hộp số thì nó là mô men chủ động. Sau thời điểm t = t0’ thì số vòng quay của trục khuỷu động cơ vẫn giảm dần và số vòng quay của trục sơ cấp vẫn tăng dần. Mô men ma sát ly hợp có giá trị không đổi và bằng mô men quay của động cơ khi có gia tốc. Đến thời điểm t = t1, kết thúc quá trình trượt của ly hợp và kết thúc giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành và tăng tốc ô tô. Tại thời điểm này trục khuỷu động cơ và trục sơ cấp hộp số có thể xem như nối cứng với nhau và . Từ sau thời điểm t = t0’ thì mô men động cơ luôn có giá trị sau đây: (2.44) Và mô men ở trục sơ cấp của hộp số sẽ là: (2.45) Ở đây Mc – mô men cản của ô tô, Nm; Je – mô men quán tính của bánh đà và các chi tiết quay cùng với phần chuyển động tịnh tiến của động cơ qui dẫn về trục khuỷu của động cơ. - gia tốc góc chậm dần của trục khuỷu động cơ, rad/s2; Jsc – mô men quán tính của các khối lượng quay trong ô tô qui dẫn về trục sơ cấp của hộp số; - gia tốc nhanh dần của trục sơ cấp hộp số; rad/s2. Trong giai đoạn này do có sự trượt của ly hợp nên phát sinh công trượt L của ly hợp và được xác định theo công thức: Ở đây ωe - vận tốc góc của trục khuỷu động cơ, rad/s; β - hệ số dự trữ ma sát của ly hợp. b. Giai đoạn hai Đặc trưng cơ bản của giai đoạn hai là ly hợp không bị trượt và ô tô tăng vận tốc dần dần đến khi chuyển động ổn định. Vận tốc góc của trục khuỷu động cơ bắt đầu giai đoạn thứ 2 (điểm H) sẽ tăng dần lên đến khi đạt đến giá trị ổn định ωe = const và chuyển động với tốc độ ổn định. Ở giai đoạn này, mô men ma sát của ly hợp không được sử dụng hết và chỉ truyền đến trục sơ cấp của hộp số bằng trị số mô men quay của động cơ Me = Mc. Phân tích quá trình khởi hành và tăng tốc ôtô ta có thể rút ra một vài nhận xét: - Thời gian khởi hành và tăng tốc của ôtô phụ thuộc vào thời gian đóng ly hợp nhanh hay chậm, nói một cách khác là phụ thuộc vào trình độ thành thạo của người lái. - Khởi hành và tăng tốc ô tô ở số truyền càng cao sẽ khó khăn hơn vì lúc đó mô men quán tính càng lớn. 2.8 ĐẶC TÍNH CỦA BỘ BIẾN MÔMEN QUAY Biến mô thủy lực dùng để nối mềm các trục truyền công suất từ trục dẫn đến trục bị dẫn có biến đổi mô men và thay đổi số vòng quay của trục bị dẫn so với trục dẫn. Biến mô thủy lực có rất nhiều loại: - Căn cứ vào chiều quay của tuabin: Gồm có hai loại, biến mô quay thuận và biến mô quay nghịch.Tuabin quay cùng chiều với bánh bơm là loại quay thuận, ngược lại là loại quay nghịch. - Căn cứ vào bánh tua bin trong một buồng làm việc: Gồm có loại biến mô một cấp hay nhiều cấp. Trên ô tô máy kéo sử dụng chủ yếu là loại quay thuận một cấp. Khi biến mô làm việc ở chế độ ổn định thì tổng số mô men xoắn tác dụng lên bánh công tác của nó bằng không, tức là: MT + MB + MD = 0 hoặc: -MT = MB + MD (2.46) trong đó MT, MB, MD - là mô men xoắn của bánh tuabin, bánh bơm và bánh phản ứng. MT mang dấu âm (-) chứng tỏ tua bin là phần tử bị động. Sự xuất hiện của bánh phản ứng làm biến đổi mô men xoắn từ trục bánh bơm tới trục bánh tuabin. Tác dụng biến đổi mô men đó đươc đặc trưng bằng hệ số biến mô và được xác định như sau: kbm = (2.47) trong đó: MT - mô men xoắn ở trục tua bin; MB - mô men xoắn ở trục bánh bơm. Hệ số biến mô kbm phụ thuộc vào điều kiện làm việc của ô tô. Khi lực cản chuyển động bên ngoài tăng, vận tốc ô tô sẽ giảm, số vòng quay của tuabin cũng giảm theo thì hệ số biến mô sẽ tăng lên. Hệ số kbm đạt cực đại (kbmmax ) khi bánh tuabin dừng hoàn toàn, tức là không quay. Trị số kbmmax phụ thuộc vào chủng loại và kết cấu của biến mô thủy lực. Tỷ số truyền động của bộ biến mô thủy lực được xác định: ibm = (2.48) với: nT - số vòng quay của trục bị động (tuabin), vg/ph; nB - số vòng quay của trục chủ động (bánh bơm), vg/ph; Hiệu suất của biến mô thủy lực được xác định như sau: hbm = = = kbm.ibm; (2.49) trong đó: NT - công suất phát ra tại bánh tuabin của biến mô thủy lực, kW. NB - công suất phát ra tại bánh bơm, kW. Khi biến mô thủy lực làm việc ở chế độ ly hợp thủy lực thì hệ số biến mô xem như bằng 1. Khi đó hiệu suất sẽ là: hlt = = i (2.50) với: hlt - hiệu suất của ly hợp thủy lực. Ở trường hợp giới hạn tua bin có thể bị dừng hẳn, mà bánh bơm vẫn quay. Công thức xác định mô men xoắn của bánh bơm và tua bin như sau: MB = lb.ρ.nB2.DB5; MT = lt.ρ.nB2.DB5 (2.51) trong đó: DB - đường kính ngoài khoang công tác của biến mô, m. ρ - trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong biến mô thủy lực, ρ = 9000N/m3; lb - hệ số mô men sơ cấp của biến mô thủy lực, s2/m; lt - hệ số mô men thứ cấp của biến mô thủy lực. Các hệ số mô men lb, lt được xác định bằng thực nghiệm cho từng loại biến mô khác nhau. Từ đây rút ra: lt = lb = lb.kbm (2.52) Nếu lb = const thì biến mô được gọi là loại “không nhạy”, còn biến mô có lb thay đổi thì được gọi là loại “nhạy”. Trên ô tô có biến mô loại "nhạy", khi lực cản chuyển động của ô tô tăng lên thì vận tốc góc của trục bánh bơm cũng như vận tốc góc của trục khuỷu động cơ sẽ tự động giảm xuống dẫn đến mô men xoắn của động cơ tăng lên trong khi độ mở của bướm ga không thay đổi. Ngược lại khi giảm lực cản chuyển động của ô tô thì vận tốc góc của trục bánh bơm cũng như vận tốc góc của trục khuỷu động cơ sẽ tự động tăng lên. Mối liên hệ của mô men, công suất và số vòng quay của tua bin bộ biến mô được thể hiện theo công thức: NT = 0.1047.MT.nT (2.53) Vận tốc của ô tô được tính: v = (2.54) trong đó: it - tỷ số truyền của phần truyền lực cơ khí giữa biến mô thủy lực và các bánh xe chủ động; CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA BIẾN MÔ MEN VÀ ĐỘNG CƠ 3.1 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ 3.1.1 Điều kiện cho trước Thông số kỹ thuật của xe 7 chỗ ngồi Gát - 13 : Nemax = 143,4 kw, khi nđm = 4400 v/ph; Memax = 419,9 Nm, khi n = 2200 ÷ 2500 v/ph; vmax = 160 km/ h; io =3,38. Hộp số ba số tiến, một số lùi: i1 = 2,84; i2 = 1,62; i3 = 1; số lùi ir = 1,72. rbo = 0,375 m (bán kính bánh xe); ko = 2,4; htlck = 0,92; Trọng lượng của xe: G0 = 2100 kG; Gctrươc = 1130 kG; Gcsau = 970 kG. Trọng lượng của xe khi chở khách: G0 hkh = 2660 kG; Gctrhkh = 1305 kG; Gctrhkh = 1355 kG. Chi phí nhiên liệu: 14 lít/100 km. Tăng tốc từ 0 ÷ 120 km/h mất 20 giây. Trên ô tô này có trang bị biến mô men thuỷ lực hỗn hợp loại nhạy một cấp (ba bánh công tác), truyền động thủy cơ (hộp số hành tinh), ly hợp có hành trình tự do. Hệ số biến mô men (k0): kma x = 2.48 ÷ 2.51 Đường kính DB = 316 mm; số cánh bánh bơm là 35; của tuabin là 33; đĩa phản ứng là 15. Hiệu suất lớn nhất của biến mô thủy lực: = 0,87; chuyển chế độ làm việc của biến mô thủy lực sang ly hợp thủy động khi ith = 0,85 ÷ 0,90. 3.1.2 Xác định hàm và vẽ đồ thị đặc tính ngoài của động cơ 3.1.2.1 Xác định công suất và mô men (Ne, Me) Để vẽ đồ thị đặc tính ngoài của động cơ Ne = f (ne), Me = f (ne) và ge = f (ne). Áp dụng công thức (3.10): Ne = Nmax[a + b ()2 - c ()3]; đối với động cơ xăng lấy a = b = c = 1 Ne = Nmax[ + ()2 - ()3 ]; biết: Nmax = 143,4 (kw). Chọn số vòng quay động cơ: ne = [1000 2000 3000 4400 5000]; và biết: nH = 4400 v/ph. Từ công thức: Me = 9551(Ne/ ne) ta có: Ne = [38,3145 81,3426 118,9838 143,4000 137,7033] kW; Me = [365,9420 388,4516 378,8046 311,2758 263,0409] Nm. 3.1.2.2 Xác định xuất tiêu hao nhiên liệu (ge) Áp dụng công thức để tính ge ge = (kg/ kw.h) ở đây: GT - mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian, kg/h; Ne - công suất có ích của động cơ, kW. Mức tiêu hao nhiên liệu cho một đơn vị quãng đường chạy qd: qd = 100.Q/Sc (l/100 km); qd cho trước là 14 (lit/100 km); trong đó: Q - lượng tiêu hao nhiên liệu, lít; Sc - quãng đường chạy được của ô tô, km. Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian: Gt = Q. ρ/t, kg/h; trong đó: ρ - tỷ trọng của nhiên liệu, kg/ l; t - thời gian làm việc của ô tô, h. Thay các giá trị đã biết vào công thức, giải bài toán ta được kết quả sau: ge = [0,5256 0,2476 0,1692 0,1404 0,1462] kg/kw.h; GT = [20,1376 10,0688 6,7125 5,0344 4,0275] kg/ h. 3.1.2.3 Xác định số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất (nemax, nemin) Điều kiện để ô tô chuyển động ổn định ở tốc độ nhỏ nhất: vmin = 3÷5 km/h (0,83 ÷ 1,38 m/s). Từ công thức: vmin = (m/s); chọn vmin = 5 km/h (1,38 m/s): Để xác định số vòng quay nemin mà động cơ có thể làm việc ổn định từ công thức (2 .38), hiệu suất của biến mô thủy lực sẽ là: = = ibm; (nT = 386 v/ph ứng với tỷ số truyền ibm = 0,25); mà nemin = nBmin. Thay các trị số vào ta được kết quả số vòng quay nhỏ nhất: nemin = 337,5005/ 0,2186 = 1543,9 v/ph Xác định số vòng quay lớn nhất nemax ứng với vmax Khi ô tô chuyển động ở tốc độ cao nhất (vmax) thì hiệu suất lại giảm nhỏ hơn 0,87 khi đó chỉ bằng 0,85 - lúc này ibm ~ (hiệu suất biến mô): nBmax = nTmax/ 0,85 Vậy tính được nBmax = 4,5027.1000 = 4502,7 v/ph. 3.1.2.4 Xác định các điểm đặc biệt khác Các điểm đặc biệt max, min của hàm Ne, Me và ge phụ thuộc vào số vòng quay ne: Đã biết trị số công suất cực đại Nemax = 143,7 ứng với nN = 4400. Với Memax = 388,8 - cần xác định nM; Với gemin = 0,1404 - cần xác định nG. - Xác định số vòng quay (nM) ứng với trị cực đại của mô men (MB) bằng phương pháp hồi quy thực nghiệm trong matlab ta tìm được hàm Me Biết hàm: Me = - 1,6.10-5.x2 + 0,071.x + 310; Memax = 388.8; nM = 2200 ÷ 2500 v/ph. Kết quả tính toán là: nM = 2336.5 v/ph; Memax = 388.7998 kw - Xác định số vòng quay (nG) ứng với giá trị gemin tương tự dùng phương pháp hồi quy thực nghiệm ta tìm được hàm ge Biết hàm của ge: ge = - 1,4.10-11.ne3 + 1,7.10-7.ne2 - 0,00067.n + 1; gemax = 0,1404; gemax thay vào và giải như trên. Tìm được kết quả: nG = 3391,2 v/ph; gemin = 0,1369 kg/kw.h. 3.1.2.5 Kết quả tính toán Kết quả tính toán được ghi trong bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết quả tính toán công suất và chi phí nhiên liệu Dữ liệu ne (v/ph) Ne (kW) Me (Nm) GT (kg/h) ge (kg/kW.h) Ghi chú 1 1000,0 38,3145 365,9420 20,1376 0,5256 2 2000,0 81,3426 388,4516 10,0688 0,2476 3 3000,0 118,9838 378,8046 6,7125 0,1692 4 4400,0 143,4000 311,2758 5,0344 0,1404 5 5000,0 137,7033 263,0409 4,0275 0,1462 Giá trị max - 143,7000 388,8000 * 0,3193 Giá trị min - 62,3300 305,3000 * 0,1369 nemax 4503,0 4503,0000 4503,0000 * 4503,0000 v/ph nemin 1543,9 1543,9000 1543,9000 * 1543,9000 v/ph nHmax - 4400,0000 2336,5000 - - v/ph nHmin - - - * 3787,5000 v/ph * Xác đinh GT như ge theo mục 2 khi cần thiết. - Ứng với điểm n (1543,9 v/ph) thì Me = 381,5. - Ứng với điểm n (4503 v/ph) thì Ne = 143,4. - Ứng với điểm n (4503 v/ph) thì ge = 1518. 3.1.2.6 Xác định hàm Ne, Me và ge phụ thuộc vào số vòng quay động cơ Từ kết quả ở trên: Biết ne với các Ne, Me và ge; Ne = - 1,7.10-9.ne3 + 7,4.10-6. ne 2 + 0,033.ne - 4,5.10-5; Me = - 1,6.10-5. ne 2 + 0,071. ne + 310; ge = - 1,4.10-11. ne 3 + 1,7.10-7. ne 2 - 0,00067. ne + 1. Từ kết quả tính toán ta vẽ được đồ thị như hình 3.1 Hình 3.1 Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ xe Gát – 13 Traica Bảng 3.2 Giá trị hệ số mô men và tỷ số truyền của bộ biến mô STT Tỷ số truyền của biên mô ibm Hệ số mô men bánh bơm λb Ghi chú 1 0,000 0,075 2 0,250 0,165 3 0,300 0,162 4 0,400 0,158 5 0,500 0,149 6 0,600 0,140 7 0,700 0,127 8 0,800 0,105 9 0,850 0,095 10 0,900 0,065 11 0,925 0,050 12 0,950 0,035 13 0,975 0,017 14 0,990 0,007 15 1,000 0,000 3.2 TÍNH TOÁN XÂY DỰNG CÁC THÔNG SỐ CỦA BIẾN MÔ 3.2.1 Xác định hàm hiệu suất biến mô (ηbm) Theo số liệu kỹ thuật của xe Gát – 13 đã cho: Hiệu suất biến mô = 0.87 và từ kết quả tìm được: ibm = [0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,85]; hbm = [0 0,425 0,7 0,852 0,8664 0,85]. Sẽ tìm được hàm hiệu suất biến mô: hbm = - 1,7.ibm2 + 2,4.ibm + 0,002. 3.2.2 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị - Hàm hệ số mô men bánh bơm biến mô thủy lực: = - 3,3. i4 + 6,8.i3 – 5,4.i2 + 1,8.i + 0,13; - Đồ thị hệ số mô men bánh bơm đã được xác định. - Hàm hiệu suất biến mô hbm: = - 1,7.ibm2 + 2,4.ibm + 0.002. - Kết quả các trị số ibm, kbm và hbm được ghi trong bảng 3. 3 Bảng 3.3 Kết quả tính toán hiệu suất biến mô STT Tỷ số truyền ibm Hệ số biến mô kbm Hiệu suất biến mô hbm Ghi chú 1 0,00 2,480 0,0000 2 0,20 2,125 0,4250 3 0,40 1,750 0,7000 4 0,60 1,420 0,8520 5 0,80 1,083 0,8664 6 0,85 1,000 0,8500 Vẽ đồ thị đặc tính không thứ nguyên xe Gát – 13: Căn cứ vào kết quả tìm được và số liệu đã cho của xe Gát – 13, đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mô xe Gát – 13 Trai ca được thể hiện trên hình 3.2. Hình 3.2 Đồ thị đặc tính không thứ nguyên bộ biến mô của xe Gát – 13 3.3 TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE GÁT 13 - TRAICA 3.3.1 Đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực 3.3.1.1 Tính toán và xác định hàm mô men bánh bơm (MB) Bằng cách cho một vài giá trị của số vòng quay nB rồi thay các giá trị đã biết vào công thức: MB = lb.ρ.nB2.D5 Mô men MB còn được tính theo công thức dưới đây: MB = lb.ρ..RB5; trong đó: ρ - khối lượng riêng của dầu (ρ = 890 kg/ m3); - vận tốc góc của bánh bơm, thứ nguyên là s -1; RB – bán kính bánh bơm, thứ nguyên là m; 3.3.1.2 Xác định véc tơ mô men bánh bơm (MB) Chỉ cần lấy một số điểm để thực hiện. Từ các véc tơ ứng với số vòng quay của động cơ: ne = [1000 2000 3000 4400 5000]; Xác định véc tơ vận tốc góc của bánh bơm Áp dụng công thức: Ne = (kW) Biết công suất và mô men động cơ : Ne = [38,3145 81,3426 118,9838 143,4000 137,7033]; kW Me = [365,9420 388,4516 378,8046 311,2758 263,0409]; Nm Vậy vận tốc góc của bánh bơm sẽ được tính: = (Ne.1000)/Me (1/s) Tìm được vận tốc góc ωb: = [104,7010 209,4021 314,1034 460,6847 523,5053]; 1/s Tính toán véc tơ mô men MB Dựa vào công thức: MB = lb.ρ..RB5 (Nm) sẽ thiết lập được: MB = lb.ρ.. RB5 = ( lb..RB5).; MB = (lb.ρ. RB5).; Thay các giá trị tương ứng với tỷ số truyền của bộ biến mô ibm đã biết: ibm = [0 0,25 0,6 0,85 0,95 0,975]; lb = [0,075 0,165 0,14 0,095 0,035 0,017]; ρ = 890; RB = 0,158. Thay vào công thức trên, thực hiện phép tính, kết quả tìm được các véc tơ mô men MB: M0 = [72,1 288,2 648,5 1394,9 1801,3]; Nm ibm0 = 0 (là điểm dừng có M0 = MBmax ) và kbm0 = 2,48. M1 = [158,5 634,0 1426,6 3068,8 3962,8]; Nm M2 = [134,5 538,0 1210,5 2603,8 3362,4]; Nm M3 = [91,3 365,1 821,4 1766,9 2281,6]; Nm M4 = [33,6237 134,4948 302,6138 650,9551 840,5928]; Nm M5 = [16,3315 65,3261 146,9839 316,1782 408,2879]; Nm. 3.3.1.3 Xác định hàm mô men bánh bơm (MB) phụ thuộc vào số vòng quay động cơ Dựa vào kết quả tính toán được ở trên: ne = [0 1000 2000 3000 4400 5000]; c = [0 0 0 0 0 0]; c- gốc toạ độ; M0 = [0 72,1 288,2 648,5 1394,9 1801,3]; M1 = [0 158,5 634,0 1426,6 3068,8 3962,8]; M2 = [0 134,5 538,0 1210,5 2603,8 3362,4]; M3 = [0 91,3 365,1 821,4 1766,9 2281,6 ]; M4 = [0 33,6237 134,4948 302,6138 650,9551 840,5928]; M5 = [0 16,3315 65,3261 146,9839 316,1782 408,2879]. Bằng phương pháp hồi quy thực nghiệm trong phần mềm Matlab sẽ tìm được các hàm mô men bánh bơm MB: M0 = 7,2.10-5.n2 + 10-5.n + 0,012; M1 = 0,00016.n2 - 2,1.10-5.n - 0,002; M2 = 0,00013.n2 + 1,9.10-5.n – 0,024; M3 = 9,1.10-5.n2 + 2,9.10-5.n + 0,0048; M4 = 3,4.10-5.n2 + 1,5.10-7.n – 7.10-5; M5 = 1,6.10-5.n2 + 1,3.10-7.n – 5,1.10-5. 3.3.2 Xác định toạ độ các điểm cắt trên đồ thị MB và Me 3.3.2.1 Xác định các điểm cắt nB của đồ thị các hàm MB với Me Trước hết xác định: m0,1,2… = Me – MB1,2,3… trong đó: m0,1,2…- hàm hiệu của hai hàm Me và MB; Và tính nghiệm nB (điểm chung) của các hàm MB với Me Biết các hàm MB ở trên và còn được biểu diễn: M0 = 0,000072.n2 + 0,00001.n + 0,012; M1 = 0,00016.n2 - 0,000021.n - 0,002; M2 = 0,00013.n2 + 0,000019.n – 0,024; M3 = 0,000091.n2 + 0,000029.n + 0,0048; M4 = 0,000034.n2 + 0,00000015.n – 0,00007; M5 = 0,000016.n2 + 0,00000013.n – 0,000051. Và biết hàm mô men của động cơ: Me = - 0,000016.ne2 + 0,071.ne + 310. Giải bài toán bằng Matlab, kết quả tìm được các điểm nB = ne (v/ph): n0 = 2323,1; n1 = 1551,7; n2 = 1690,4; n3 = 2065,9; n4 = 3316,2; n5 = 4386,2. 3.3.2.2 Xác định toạ độ các điểm cắt MB (Me) Khi đã biết các điểm số vòng quay sẽ tìm được các điểm tương ứng của các hàm mô men MB = Me: M0 = 388,5914; M1 = 381,6463; M2 = 384,2992; M3 = 388,3918; M4 = 369,4953; M5 = 313,6002. 3.3.2.3 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị Kết quả về các trị số của véc tơ mô men MB và vận tốc góc của bánh bơm bộ biến mô được ghi trong bảng 3.4. Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả tính toán các trị số động lực của bộ biến mô STT (1/s) c MB0 (Nm) MB1 (Nm) MB2 (Nm) MB3 (Nm) MB4 (Nm) MB5 (Nm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 104,7010 0 72,1 158,5 134,5 91,3 33,6237 16,3315 2 209,4021 0 288,2 634,0 538,0 365,1 134,4948 65,3261 3 314,1034 0 648,5 1426,6 1210,5 821,4 302,6138 146,9839 4 460,6847 0 1394,9 3068,8 2603,8 1766,9 650,9551 316,1782 5 523,5053 0 1801,3 3962,8 3362,4 2281,6 840,5928 408,2879 - Kết quả các hàm mô men MB của bánh bơm biến mô thủy lực tìm được đồng thời trên đồ thị là: M0 = 7,2.10-5.n2 + 10-5.n + 0,012; M1 = 0,00016.n2 + 1,1.10-5.n + 0,011; M2 = 0,00013.n2 + 1,9.10-5.n - 0,024; M3 = 9,1.10-5.n2 + 2,9.10-5.n + 0,0048; M4 = 3,4.10-5.n2 + 1,4.10-7.n - 8,8.10-5; M5 = 1,6.10-5.n2 + 9,4.10-8.n - 5,7.10-5. Kết quả toạ độ các điểm giao nhau của đường cong hàm MB với đường cong hàm Me (loại bỏ các nghiệm âm) được ghi trong bảng 3 - 5. Bảng 3.5 Kết quả tính toạ độ các giao điểm của đường cong hàm MB và ME Diễn giải 0 1 2 3 4 5 Truc hoành nB (v/ph) 2323,1000 1551,7000 1690,4000 2065,900 3316,2000 4386,2000 Truc tung MB (Nm) 388,5914 381,6463 384,2992 388,3918 369,4953 313,6002 - Vẽ đồ thị Me và MB phụ thuộc vào số vòng quay. Khi đã tìm được các hàm của mô men bánh bơm kết hợp với hàm mô men của động cơ sẽ tiến hành vẽ đồ thị. Đồ thị được biểu diễn trên hình 3.3. Hình 3.3 Đồ thị đặc tính tải trọng của biến mô thủy lực 3.4 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH RA CỦA HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ – BIẾN MÔ THỦY LỰC (NT, MT, nT) Khi sử dụng biến mô thủy lực ta sử dụng đường đặc tính ra của nó làm cơ sở để tính toán và xác định các chỉ tiêu động lực học vậy nên ta đi xác định và tính toán các thông số của bộ biến mô. 3.4.1 Xác định véc tơ số vòng quay (nT) của tuabin Dựa vào các thông số của biến mô và đồ thị đường đặc tính tải trọng của biến mô (đường đặc tính vào) ta đi xác định véc tơ số vòng quay của tua bin. Áp dụng công thức (2.50): ibm = Ứng với mỗi giá trị số vòng quay của bơm ta xác định được một giá trị của tuabin với số truyền tương ứng. trong đó: nB = [2323,11551,7 1690,4 2065,9 3316,2 4386,2]; nB = ne (vòng/phút). ibm = [0 0,25 0,6 0,85 0,95 0,975]; Suy ra: nT = nB.ibm Kết quả véc tơ số vòng quay tuabin tìm được: nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5] (vòng/phút). 3.4.2 Xác định véc tơ mô men tuabin (MT) Từ công thức tính hệ số biến mô (2.47): kbm = ; Tương tự như xác định số vòng quay của tuabin ta cũng xác định được mô men của của tuabin thông qua giá trị mô men của bơm. MB = [388,5914 381,6463 384,2992 388,3918 369,4953 313,6002]; kbm = [2,48 2,125 1,42 1 1 1]; Suy ra : MT = MB.kbm Kết quả tính toán được mô men của tuabin: MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002] Nm. 3.4.3 Xác định véc tơ công suất tuabin (NT) Từ công thức (2.53): NT = 0,1047. MT. nT (W); Ứng với mỗi giá trị công suất của bơm từ động cơ truyền đến ta xác định được giá trị công suất của tuabin. Đã biết: nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5]; MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002]. Tính được công suất tuabin: NT = [0 32940 57950 71410 121880 140410]; W. 3.4.4 Xác định hàm mô men và công suất (MT) và (NT) phụ thuộc vào số vòng quay tuabin (nT) Từ những kết quả ở trên: nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5]; MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002]; NT = [0 32940 57950 71410 121880 140410]; Bằng phương pháp hồi quy thực nghiệm ta sẽ tìm được các hàm mô men và công suất của tuabin bộ biến mô: MT = 8,8.10-15. nT5 - 9,6.10-11. nT4 + 3,5.10-7 nT3 - 0,00038.nT2 - - 0,29.nT + 9,6.102; NT = - 2,8.10-13. nT5 - 5,5.10-10. nT4 + 2.10-5. nT3 - 0,071. nT2 + + 1,1.102. nT + 5,1.10-11; 3.4.5 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị Kết quả tính toán các véc tơ số vòng quay, mô men và công suất của tuabin được ghi trong bảng 3.6. Bảng 3.6 Kết quả tính toán số vòng quay, mô men và công suất của tuabin Số vòng quay của tuabin nT (v/ph) Mômen của tuabin MT (Nm) Công suất của tuabin NT (W) 0 963,7067 0 387,9 810,9984 32940 1014,2 545,7049 57950 1756,0 388,3918 71410 3150,4 369,4953 121880 4276,5 313,6002 140410 - Kết quả tìm được các hàm mô men và công suất của tuabin: MT = 8,8.10-15. nT5 - 9,6.10-11. nT4 + 3,5.10-7.nT3 - 0,00038.nT2 - 0,29.nT + 9,6.102; NT = - 2,8.10-13. nT5 - 5,5.10-10. nT4 + 2.10-5. nT3 - 0,071. nT2 + 1,1.102. nT + 5,1.10-11. - Vẽ đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực. Khi đã biết các hàm công suất và mô men ta sẽ vẽ được đồ thị. Đồ thị đặc tính ngoài của bộ biến mô thủy lực của xe nhận được trên hình 3.4. - Trục tung biểu thị công suất (NT), W. Và mô men (MT), Nm. - Trục hoành biểu thị số vòng quay của tuabin (nT), v/ph. Hình 3.4 Đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - bộ biến mô thủy lực Đó là đường đặc tính ra của hệ thống động cơ - biến mô thuỷ lực, việc tính toán và xây dựng đường đặc tính động lực học của ô tô có hệ thống truyền lực thủy lực cũng tương tự như ô tô có truyền lực cơ khí, chỉ khác là mô men truyền và công suất của động cơ lúc này được thay bằng mô men và công suất của tuabin (MT, NT). Việc tính toán và vẽ đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ – biến mô thủy lực có ý nghĩa quan trọng đối với việc xác định các đặc tính động lực học của ôtô như: lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v), nhân tố động lực học D = f(v) và gia tốc j = f(v). Đó cũng là cơ sở để đánh giá khả năng làm việc của biến mô cũng như khả năng làm việc của ôtô. - Thực tế tốc độ lớn nhất của ô tô v = 160 km/h (44,4444 m/s), nên số vòng quay lớn nhất của tuabin chỉ đạt: nTmax = 3826,9 v/ph. 3.5 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC 3.5.1 Tính toán và xác định đặc tính động lực học (Pk, D và j) Áp dụng công thức (2.32): D = trong đó: pw - lực cản không khí, kN; G - trọng lượng toàn bộ của ô tô, kG. 3.5.2 Xác định véc tơ lực kéo và mô men (Pk, Mk) 3.5.2.1 Xác định véc tơ các lực kéo (Pk) Ta có: Pk = Mk.it./rb Biết rằng: MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002]; suy ra: Mk = MT.i0. /rb; i0 =3,38; rb = 0,375 m; = 0,92. Giải bài toán kết quả tính toán được véc tơ các lực kéo ở ba số truyền: Pk1 = [22695 19099 12851 9147 8702 7385] N; Pk2 = [13026 10962 7376 5250 4994 4239] N; Pk3 = [7991,3 6725,0 4525,1 3220,6 3064,0 2600,5] N. 3.5.2.2 Xác định véc tơ mô men (Mk) Biết các lực kéo, nếu cần tính mô men thì: Mk = Pk.rb Kết quả tính toán: Mk1 = [8510,7 7162,1 4819,3 3430,0 3263,1 2769,5] Nm; Mk2 = [4884,7 4110,7 2766,0 1968,6 1872,8 1589,5] Nm; Mk3 = [2996,7 2521,9 1696,9 1297,7 1149,0 975,2] Nm. 3.5.3 Xác định nhân tố động lực học (D) Dựa vào công thức (2.32): D = =; trong đó: Pw - lực cản không khí, N; G - trọng lượng toàn bộ của ô tô, N. -Tính các thành phần Pk/G; đặt d = Pk /G; d1 = [22695 19099 12851 9147 8702 7385]./26600 ; d2 = [13026 10962 7376 5250 4994 4239]./26600; d3 = [7991,3 6725,0 4525,1 3220,6 3064,0 2600,5]./26600. Kết quả tìm được: d1 = [0,8532 0,7180 0,4831 0,3439 0,3271 0,2776]; d2 = [0,4897 0,4121 0,2773 0,1974 0,1877 0,1594]; d3 = [0,3004 0,2528 0,1701 0,1211 0,1152 0,0978]. - Tính toán xác định hàm lực cản không khí Pw và thành phần Pw/G Vận dụng công thức: Pw = w.v02 (N); với: v0 = v - vg; v - vận tốc của ô tô, m/s; vg - vận tốc của gió, lấy vg = 0; w - nhân tố cản không khí, Ns2/m2. Tra bảng lấy w = 0,3; Pw = 0,3.v02; suy ra được hàm lực cản không khí so với trọng lượng của xe: P = = 0,3.v02/26600; P = 0,000011.v2. - Lực cản lăn được tính theo công thức: Pf = f.G (N) trong đó: f - hệ số cản lăn; G - trọng lượng của ô tô, N. Xe chạy trên đường nhựa tốt, hàm hệ số lực cản lăn được tính: f = (32 + v)/2800; v được tính bằng m/s; Nếu tính theo km/h thì: f = 0,0114 + 0,0004.v.10/36. Vậy hàm lực cản lăn: Pf = 0,0114.26600 + 26600.0,0004.v3.10/36 = 103,24 + 2.96.v3. Hàm hệ số cản lăn còn được tính theo công thức: f = f0 (1 + v2/1500); f0 - là hệ số cản lăn ứng với tốc độ v của xe. 3.5.4 Xác định vận tốc (vmax) ứng với số vòng quay tối đa của động cơ (nemax) ở các số truyền Biết rằng: nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5] v/ph; v3max = 160 km/h ( 44,4444 m/s). Từ công thức (3 - 42): v = /30.i0.ih (m/s) Thay các trị số đã biết vào công thức ta có: nTmax = 3826,9 v/ph; v1max = 15,6482 m/s (56,3334 km/h); v2max = 27,2643 m/s (98,1514 km/h); v3max = 44,4408 m/s (160 km/h). 3.5.5 Xác định các véc tơ vận tốc của ô tô ứng với số vòng quay (nT) Đã có: nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5]; Vận dụng về tính toán vận tốc chuyển động của ô tô dùng công thức: vn = (3,14.nT.rb)/ (30.i0.in ); ứng với các số truyền (n = 1,2...); Kết quả tính toán: v1 =[0 5,7099 14,9290 25,8483 46,3738 62,9500] km/h; v2 =[0 9,9485 26,0113 45,0363 80,7985 109,6797] km/h; v3 =[0 16,2161 42,3984 73,4091 131,7016 178,7779] km/h. 3.5.6 Xác định hàm lực kéo (Pk) và nhân tố động lực học (D) phụ thuộc vào vận tốc của xe 3.5.6.1 Xác định hàm lực kéo (Pk) Với các véc tơ của lực kéo và vận tốc đã biết, dựa vào đồ thị hình 3.5 và chương trình matlab sẽ tìm được các hàm lực kéo: PkD1 = 0,00030029.v15 - 0,048146.v14 + 2,5496.v13 - 41,01. v12 – 470,1.v1 + 22695; PkD2 = 1,733.10-5.v25 - 0,0029982.v24 + 0,27662.v23 - 7,7521.v22 - 154,88.v2 + 13026; PkD3 = 5,7179.10-7.v35 - 0,00026039.v34 + 0,039164.v33 - 1,789.v32 58,306.v3 + 7991,3; Tổng hợp kết quả tính toán lực kéo (Pk), mô men (Mk) và vận tốc (v): Kết quả tính toán lực kéo và mô men truyền của ô tô Gát – 13 Trai Ca: Bảng 3.7 Kết quả tính toán lực kéo và mô men của xe Thành phần 0 1 2 3 4 5 Đơn vị Pk1 22695,0 19099,0 12851,0 9147,0 8702,0 7385,0 N Pk2 13026,0 10962,0 7376,0 5250,0 4994,0 4239,0 N Pk3 7991,3 6725,0 4525,1 3220,6 3064,0 2600,5 N M1 8510,7 7162,1 4819,3 3430,0 3263,1 2769,5 Nm M2 4884,7 4110,7 2766,0 1968,6 1872,8 1589,5 Nm M3 2996,7 2521,9 1696,9 1297,7 1149,0 975,2 Nm Kết quả tính toán vận tốc tối đa và các vận tốc thành phần ở từng số truyền của ô tô Gát - 13 Trai Ca ghi trong bảng 3.8. Bảng 3.8 Kết quả tính toán vận tốc tối đa và vận tốc thành phần của xe Thành phần 0 1 2 3 4 5 Đơnvị v1 0 5,7099 14,9290 25,8483 46,3738 62,9500 Km/h v2 0 9,9485 26,0113 45,0363 80,7985 109,6797 Km/h v3 0 16,2161 42,3984 73,4091 131,7016 178,7779 Km/h Vmax1 - - - - *56,3334 - Km/h Vmax2 - - - - *98,1514 - Km/h Vmax3 - - - - *160 - Km/h *v1max = 15,6482 m/s; v2max = 27,2643 m/s; v3max = 44,4408 m/s 3.5.6.2 Xác định hàm nhân tố động lực học (D) - Xác định hàm đối với các thành phần pkD/G: v1 = [0 5,7099 14,9290 25,8483 46,3738 62,9500]; d1 = [0,8532 0,7180 0,4831 0,3439 0,3271 0,2776]; v2 = [0 9,9485 26,0113 45,0363 80,7985 109,6797]; d2 = [0,4897 0,4121 0,2773 0,1974 0,1877 0,1594]; v3 = [0 16,2161 42,3984 73,4091 131,7016 178,7779]; d3 = [0,3004 0,2528 0,1701 0,1211 0,1152 0,0978]; Kết quả tìm được các hàm: d1 = 1,1.10-8.v15 - 1,8.10-6.v14 + 9,6.10-5.v13 - 0,0015.v12 - 0,018.v1 + 0,85; d2 = 4.10-10.v25 - 1,1.10-7.v24 + 1.10-5.v23 - 0,00029.v22 - 0,0058.v2 + 0,49; d3 = 2,2.10-11.v35 - 9,8.10-9.v34 + 1,5.10-6.v33 - 6,7.10-5.v32 - 0,0022.v3 + 0,3; Tổng hợp kết quả tính toán nhân tố động lực học Thành phần lực kéo so với trọng lượng của xe PkD/ G được ghi trong bảng 3.9 Bảng 3.9 Kết quả tính toán thành phần lực kéo so với trọng lượng của xe Thành phần 0 1 2 3 4 5 Ghi chú d1 0,8532 0,7180 0,4831 0,3439 0,3271 0,2776 d2 0,4897 0,4121 0,2773 0,1974 0,1877 0,1594 d3 0,3004 0,2528 0,1701 0,1211 0,1152 0,0978 - Thành phần lực cản không khí (hàm lực cản không khí) so với trọng lượng của xe: P = = 0,3.v02/26600; P = 0,000011.v2. 3.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC KÉO (Pk) VÀ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC (D) PHỤ THUỘC VÀO VẬN TỐC (v) CỦA XE 3.6.1 Vẽ đồ thị lực kéo (Pk) - Trên trục tung biểu thị lực kéo (pk), N. - Trên trục hoành biểu thị vận tốc v của xe, km/h. a) b) Hình 3 .6 Đồ thị cân bằng lực kéo a) Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô Gát – 13 sử dụng biến mô thủy lực b) Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô sử dụng truyền lực cơ khí Kết luận: - Giai đoạn đầu chủ yếu ở số truyền 1 (vận tốc từ 0 - 35 km/h) lực kéo (Pk) giảm nhanh theo tốc độ v tăng dần của xe, về gần cuối tốc độ ở từng số truyền thì lực kéo đều có giai đoạn giảm chậm, khá ổn định đó là ở số truyền 2, và nhất là ở số truyền 3 cho phép chuyển động của xe êm dịu trong khoảng vận tốc rất rộng; đoạn cuối lực kéo lại giảm nhanh nhưng ở số truyền 3 vẫn ổn định hơn. - Thông qua đặc tính động lực học biểu diễn trên các đồ thị của xe Gát - 13 Trai Ca so với hệ thống truyền lực cơ khí cho thấy: Khi khởi hành việc tạo đà tốt hơn vì mô men và lực kéo ban đầu lớn, thời điểm này đạt giá trị mắc (pkmax = 22700 N) và sau đó giảm nhanh, như vậy sẽ truyền động êm dịu và vì khoảng tốc độ chuyển động tương đối ổn định ở số truyền 2 và 3 của ô tô là khá rộng. Khả năng làm việc ổn định ở vận tốc nhỏ hơn so với ly hợp ma sát. 3.6.2 Vẽ đồ thị nhân tố động lực học (D) - Từ những kết quả tính toán ở trên cũng là điều kiện để xây dựng được đồ thị đặc tính có ý nghĩa đặc biệt quan trọng này. Cần phải kể đến thành phần cản của không khí: pw/G = 0,000011.v2; như vậy: D = d1,2,3 - 0,000011.v2. - Hệ số nhân tố động lực học thể hiện trên trục tung Suy ra được: D = [0 0,17126 0,34253 0,51379 0,68505 0,85632]; điểm Dmax1 = 0,85632 (bao hàm cả thành phần hệ số cản lăn fd), biểu diễn mối quan hệ giữa nhân tố động lực học (D) với vận tốc (v) của xe: - Trên trục tung biểu thị nhân tố động lực học D, %; - Trục hoành biểu thị vận tốc (v), km/h. a) b) Hình 3.7 Đồ thị nhân tố động lực học D Đồ thị nhân tố động lực học D của xe Gat 13 sử dụng biến mô thủy lực Đồ thị nhân tố động lực học D của xe sử dụng truyền lực cơ khí Kết luận: Đây là loại xe có truyền động thủy cơ, không chỉ so sánh giữa nhân tố động lực học của xe này với các loại xe truyền động cơ khí đạt tiêu chuẩn lý tưởng, mà còn để so sánh giữa nhân tố động lực học của xe này với xe cùng loại, qua hai đồ thị ta thấy ở xe dùng biến mô thủy lực khả năng tăng tốc và vận tốc ổn định hơn so với xe có bộ truyền lực cơ khí. 3.6.3 Tính toán và vẽ đồ thị gia tốc j = f (v) của ô tô Gát - 13 trai Ca 3.6.3.1 Điều kiện để tính toán gia tốc j Từ công thức (2.29), ta rút ra được: j = = ; với: - hệ số cản tổng cộng của đường; g - gia tốc trọng trường; - hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết vận động quay. Dựa vào kết quả tính toán vận tốc v và nhân tố động lực học D ở trên: - Tính các thành phần D - D1- = 1,1222.10-8.v15 - 1,8043.10-6.v14 + 9,5694.10-5.v13 - 0,00154316.v12 - 0,01768.v1 + 0,8532- 0,0292; D1- = 1,1222.10-8.v15 - 1,8043.10-6.v14 + 9,5694.10-5.v13 - 0,00154316.v12 - 0,01768v1 + 0,8240; D2- = 4,038.10-10.v25 - 1,1277.10 -7.v24 + 1,0401.10-5.v23 - 0,00029447.v22 - 0,0058235.v2 + 0,4605; D3- = 2,1543.10-11.v35 - 9,8067.10-9.v34 + 1,4744.10-6.v33 - 0,000070401.v32 - 0,0021907.v3 + 0,2712. - Xác định hệ số Khi xét về tiêu hao do quán tính , có công thức: = 1,05 + 0,05.ih2; trong đó: ih - tỷ số truyền của hộp số; thay vào sẽ được: = 1.1920; = 1.1315; = 1.1000. - Xác định hệ số cản tổng cộng của đường ψ chọn f = fvmax = max; với độ dốc i = 0. Dựa vào công thức tính hệ số cản lăn sẽ có: f = 0,0114 + 0,0004.44,44; (vmax = 160 km/ h = 44,44 m/s); vậy: fvmax = max = 0,0292 j = (D - )g/ Biết các hệ số của các hàm gia tốc ở trên thay vào sẽ được các hàm đó: j1 = 0,00000009235555.v15 - 0,00001484914681.v14 + 0,00078754877517.v13 - 0,01269999966443.v12 - 0,14550402684564.v1 + 6,78140939597315; j2 = 0,00000000350091.v2 5 - 0,00000097770544.v2 4 + 0,00009017570482.v23 - 0,00255302757402.v2 2 - 0,05048920459567.v2 +3,99249226690234; j3 = 0,00000000019212.v35 - 0,00000008745793.v34 + 0,00001314896727.v33 - 0,00062784891818.v32 - 0,01953706090909.v3 + 2,41861090909091; - Kết quả tính toán hệ số cản lăn và hệ số cản tổng cộng của mặt đường của xe: f = fvmax = max = 0,0292 3.6.3.3 Vẽ đồ thị gia tốc j của xe ô tô Gát - 13 Trai Ca Trong đó: - Trục tung được biểu thị gia tốc (j) của xe, m/s2. Trục hoành biểu thị vận tốc (v) của xe, km/h. a) b) Hình 3.8 Đồ thị đặc tính gia tốc Đồ thị đặc tính gia tốc của xe Gát - 13 sử dụng biến mô thủy lực b) Đồ thị đặc tính gia tốc của sử dụng truyền lực cơ khí  Kết luận: Căn cứ vào kết quả tính toán và đồ thị gia tốc của xe thấy được sự biến đổi của đồ thị gia tốc cũng tuân theo quy luật như phần khảo sát lực kéo Pk. Quan sát đồ thị cho thấy gia tốc của xe có giá trị rất lớn ở số truyền 1, trong khi đó ở xe với truyền lực cơ khí nhỏ hơn. Qua đó ta thấy khả năng tăng tốc, và đạt tốc độ cao nhanh hơn so với xe có truyền lực cơ khí. Từ đồ thị gia tốc đã có ta có thể xác định được thời gian và quãng đường tăng tốc của xe, đó sẽ là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng động lực học của xe. CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Qua việc khảo sát, nghiên cứu về đường đặc tính động lực học của ô tô GÁT 13 – TRAI CA ta có một số kết luận sau: 1. Đã tìm hiểu các tính năng động lực học của ô tô GAT 13 – TRAI CA, các đặc tính cũng như các thông số kỹ thuật làm cơ sở cho việc sử dụng có hiệu quả khi chuyển động trên các loại đường khác nhau. 2. Đã xây dựng được cơ sở lý thuyết cơ bản về các tính năng của ôtô như đặc tính động lực học, đặc tính của bộ biến mô thủy lực, đặc tính ra của hệ thống động cơ – biến mô lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc chương trình xây dựng được cũng phù hợp với lý thuyết và quy luật chuyển động của xe. 3. Thành lập được chương trình tính toán và mô phỏng bằng phần mềm Matlab có khả năng mô phỏng và thay đổi nhiều phương án khảo sát. 4.2 ĐỀ NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện tính năng động lực học các chỉ tiêu kính tế kỹ thuật, mở rộng phương án nghiên cứu đến các ảnh hưởng khác. Tiếp tục nghiên cứu chính xác hơn nữa để việc sử dụng vận hành được đảm bảo tốt hơn. Tiếp tục nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô sử dụng hộp số tự động. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Hữu Cẩn (1998), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 2. La Văn Hiển (2003), Nhập môn Matlab, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. 3. Tạ Duy Liêm (1999), Cơ sở matlab và ứng dụng, NXB Giáo dục, Hà Nội. 4. Nguyễn Ngọc Quế (2007), Ôtô – máy kéo và xe chuyên dụng, Nhà xuất bản Nông Nghiệp. 5. Bùi Hải Triều, Nông Văn Vìn, Hàn Trung Dũng, Đặng Tiến Hòa (2001), Ô tô – Máy kéo, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 6. Nguyễn Tất Tiến (2007), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục, Hà Nội. 7. Nông Minh Tiến (2005), Nghiên cứu một số tính chất đông lực học của xe UAZ khi thay thế động cơ xăng bằng động cơ Ddieezel – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Hà Nội. 8. Nông Văn Vìn (2008), Động lực học chuyển động máy kéo ô tô, Hà Nội MỤC LỤC