Nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô quân sự

a ly hợp 1 (L1) qua hộp số 1(HS1) và hộp số phân phối (HPP1) rồi ñược chia ra thành hai thành phần cho cụm truyền lực chính và vi sai trên hai cầu số 1 và cầu số 3. Giữa các cầu này có nút vi sai k1’ và k3’ với hai thành phần mô men tương ứng là M11 và M13. Từ ñó chia cho hai bên bánh xe tương ứng và qua tương tác bánh xe với mặt ñường phát sinh hai thành phần lực ñẩy lên khung xe là P11 và P13. Cụm ñộng cơ 2 (ð/C2) truyền mô men xoắn M2 qua ly hợp 2 (L2) qua hộp số 2(HS2) và hộp số phân phối (HPP2) rồi ñược chia ra thành hai thành phần cho cụm truyền lực chính và vi sai trên hai cầu số 2 và cầu số 4. Giữa các cầu này có nút vi sai k2’ và k4’ với hai thành phần mô men tương ứng là M22 và M24. Từ ñó chia cho hai bên bánh xe tương ứng và qua tương tác bánh xe với mặt ñường phát sinh hai thành phần lực ñẩy lên khung xe là P22 và P24. Các thành phần lực ñẩy nói trên ñược hợp lại tại nút hợp công suất và biến ñổi dạng chuyển ñộng C, làm cho thân xe chuyển ñộng tịnh tiến với vận tốc V. 53 Với mô hình toán học như trên, mô hình mô phỏng ñộng lực học xe BTR60PB ñược xây dựng như hình 2.28. Hình 2.28. Mô hình mô phỏng ñộng lực học xe BTR60PB 54 Hình 2.29. Mô hình mô phỏng kết nối khối ñộng cơ, ly hợp, hộp số và hộp số phân phối trên xe BTR60PB Tín hiệu ñiều khiển bao gồm góc mở bướm ga, tay số, và tín hiệu ñiều khiển ly hợp ñược ñưa qua 3 cổng của 3 khối Throttle, Speed_L và P_in, ñưa ñến ñiều khiển ñồng thời hai ñộng cơ Engine1 và Engine2, hai khối ly hợp ma sát Controlable Friction Clutch 1 và Controlable Friction Clutch 2, hai khối hộp số cơ khí Manual Gear Box 1 và Manual Gear Box 2. Mô men ñầu ra của ñộng cơ số 1 ñược ñưa ñến cầu chủ ñộng số 1 và cầu chủ ñộng số 3 qua hai cổng kết nối To Diff1 và To Diff3, mô men ñầu ra của ñộng cơ số 2 ñược ñưa ñến cầu chủ ñộng số 2 và cầu chủ ñộng số 4 qua hai cổng kết nối To Diff2 và To Diff4, sau ñó ñưa ñến từng bánh xe tương ứng trên các cầu thông qua bộ truyền lực chính, vi sai và truyền ñộng bánh xe. Như vậy, bằng cách xây dựng mô hình từng cụm phần tử trong hệ thống truyền lực, sau ñó tổ hợp hệ thống, chúng ta có thể xây dựng ñược mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực của các xe ô tô quân sự với cấu trúc mô hình vật lý khác nhau. Bằng các mô hình mô phỏng ñó, có thể nghiên cứu các bài toán khác nhau khi nghiên cứu tính toán hệ thống truyền lực. 55 2.4. Phân tích cấu trúc hệ thống 2.4.1. ðiều kiện hoạt ñộng của các phần tử, trạng thái hoạt ñộng Các phần tử của hệ thống có thể thay ñổi trạng thái trong quá trình hoạt ñộng mỗi khi có ñủ ñiều kiện. Sự thay ñổi trạng thái của các phần tử dẫn ñến sự thay ñổi trạng thái của cả hệ thống. Trong suốt quá trình hoạt ñộng, hệ thống có thể nhận các dạng khác nhau và ñược mô tả bằng các mô hình toán học khác nhau. Mô hình toán học của hệ thống ở từng dạng là sự liên kết các mô hình toán học của các phần tử ứng với dạng ñó. Mô hình toán học ñầy ñủ của hệ thống sẽ bao gồm các mô hình toán học ñơn lẻ mô tả từng trạng thái và thuật toán tính toán, sao cho mỗi khi hệ thống thay ñổi trạng thái, sẽ nhận ñược giá trị các thông số ñầu ra xác ñịnh theo mô hình toán học ứng với trạng thái ñó. Hệ thống truyền lực thay ñổi trạng thái hoạt ñộng nhiều hay ít phụ thuộc vào loại hệ thống truyền lực và ñiều kiện hoạt ñộng. Với hệ thống truyền lực cơ khí thông thường ñược lắp trên các loại xe ñược chọn làm ñối tượng khảo sát thường có ba chi tiết (cụm chi tiết) có thể làm thay ñổi trạng thái hoạt ñộng của hệ thống truyền lực là ly hợp chính (ngắt hoàn toàn, trượt, ñóng hoàn toàn), hộp số (có hoặc không có sang số) và hệ thống vận hành (giữa lốp xe với mặt tựa có trượt hoặc không có trượt). Sự thay ñổi trạng thái của hệ thống trong suốt quá trình hoạt ñộng phụ thuộc và sự thay ñổi trạng thái của các phần tử trong hệ thống. Bảng tổng hợp trạng thái hoạt ñộng của hệ thống truyền lực ñược trình bày trong bảng 2.4. Mô hình của hệ thống phải bao gồm các trạng thái hoạt ñộng có thể của hệ thống truyền lực. Mô phỏng hoạt ñộng liên tục của hệ thống ñòi hỏi một thuật toán tính toán cho từng trạng thái và khi hệ thống truyền lực chuyển trạng thái. 56 Bảng 2.4. Tổng hợp các trạng thái hoạt ñộng của hệ thống truyền lực Dạng nút của các phần tử STT Ly hợp Hộp số Lốp xe 1 Nút không tải Nút không tải Nút phản lực 2 Nút không tải Nút không tải Nút phản lực + Nút trượt 3 Nút không tải Nút không tải Nút trượt 4 Nút không tải Nút xuyên suốt Nút phản lực 5 Nút không tải Nút xuyên suốt Nút phản lực + Nút trượt 6 Nút không tải Nút xuyên suốt Nút trượt 7 Nút trượt Nút không tải Nút phản lực 8 Nút trượt Nút không tải Nút phản lực + Nút trượt 9 Nút trượt Nút không tải Nút trượt 10 Nút trượt Nút xuyên suốt Nút phản lực 11 Nút trượt Nút xuyên suốt Nút phản lực + Nút trượt 12 Nút trượt Nút xuyên suốt Nút trượt 13 Nút xuyên suốt Nút không tải Nút phản lực 14 Nút xuyên suốt Nút không tải Nút phản lực + Nút trượt 15 Nút xuyên suốt Nút không tải Nút trượt 16 Nút xuyên suốt Nút xuyên suốt Nút phản lực 17 Nút xuyên suốt Nút xuyên suốt Nút phản lực + Nút trượt 18 Nút xuyên suốt Nút xuyên suốt Nút trượt 2.4.2. Ví dụ phân tích một số mô hình hệ thống Phân tích trạng thái hoạt ñộng của hệ thống truyền lực trên xe ô tô và xe bọc thép bánh lốp rất cần thiết, ñiều này giúp cho việc kiểm chứng mô hình mô phỏng có mô tả hết ñược các trạng thái hoạt ñộng thực tế cần nghiên cứu hay không, và 57 việc chuyển giữa các trạng thái trong quá trình hoạt ñộng có ñảm bảo ñúng về mặt ñộng lực học hay không. Hình 2.20 cho chúng ta thấy ñược sơ ñồ dòng lực ñối với hệ thống truyền lực trên xe GAZ66 trong trường hợp xe chuyển ñộng thẳng, không có hiện tượng tuần hoàn công suất. Khi mà ly hợp chính ở trạng thái mở, hộp số ở tay số 0, hộp số phân phối gài truyền ñộng cầu trước, lúc ñó trên hình 2.20 ñiểm nút L chuyển thành nút không tải, ñiểm nút HS cũng chuyển thành nút không tải, nút hộp số phân phối chuyển thành hai nút xuyên suốt và nút phân nhánh. Khi ñó ta có sơ ñồ dòng lực tương ứng ñược thể hiện trên hình 2.30a. a) b) Hình 2.30. Sơ ñồ dòng lực ñối với hệ thống truyền lực xe GAZ66 khi có sự thay ñổi trạng thái hoạt ñộng của các ñiểm nút Khi mà ly hợp chính ở trạng thái trượt, hộp số chính ở trạng thái một tay số nào ñó ñược gài, hộp số phân phối ở trạng thái gài cầu trước, lúc ñó ñiểm nút ly hợp L chuyển thành nút trượt, ñiểm nút hộp số HS và hộp số phân phối HPP chuyển thành hai nút xuyên suốt, tại hộp số phân phối có thêm một nút phân nhánh cho hai dòng lực truyền lên cầu trước và cầu sau. Lúc ñó sơ ñồ dòng lực ñược biểu diễn như trên hình 2.30b. 58 Khi có hiện tượng tuần hoàn công suất xảy ra, với giả thiết một bánh xe cầu trước ñi vào vùng có hệ số bám thấp, khi ñó ly hợp ñang ở trạng thái ñóng, hộp số chính và hộp số phân phối ở một tỷ số truyền nào ñó, lúc ñó trạng thái các nút mô tả hoạt ñộng của ly hợp, hộp số, hộp số phân phối vẫn ñược mô tả như trên hình 2.30b, nhưng khi ñó nút phân công suất A chuyển thành nút hợp công suất, nút phân công suất C trở thành nút phân công suất, lúc ñó có một vòng tuần hoàn công suất qua các nút k1’-A-k2’-C-k1’ từ cầu trước ra cầu sau. Sơ ñồ ñược mô tả như hình 2.31. Hình 2.31. Sơ ñồ dòng lực trong hệ thống truyền lực xe GAZ66 khi có hiện tượng tuần hoàn công suất Tương tự như vậy ta có thể thiết lập và phân tích mô hình hệ thống cho các loại hệ thống truyền lực của các xe khác có công thức bánh xe 6x6 hoặc 8x8. 59 Kết luận chương ðối với hệ thống truyền lực nói chung, có thể sử dụng một trong ba phương pháp: phương pháp lực, phương pháp dòng lực và phương pháp mô hình liên kết ñể phân tích hệ thống và xây dựng mô hình toán học. Phương pháp dòng lực là phương pháp mạnh, rất thích hợp ñể xây dựng mô hình toán học cho các loại hệ thống truyền lực có kết cấu và hoạt ñộng phức tạp. Cách biểu diễn và tính toán hệ thống truyền lực bằng phương pháp mô phỏng cho phép xây dựng mô hình toán học dưới dạng các mô hình ñơn lẻ của từng khối, không yêu cầu một thuật toán phức tạp hay chương trình tính toán bằng các dòng lệnh. Thuật toán tính toán ñược thể hiện ngay trong mô hình từng khối nên mô tả các trạng thái hoạt ñộng của hệ thống một cách rất tự nhiên và sát với thực tế hoạt ñộng của hệ thống truyền lực. Mô hình mô phỏng chính là chương trình tính toán và ñược xây dựng theo kiểu ñồ hoạ nên rất ñơn giản, dễ sử dụng và kiểm soát ñược quá trình tính toán. ðể khảo sát, tính toán các hệ thống truyền lực có kết cấu và hoạt ñộng phức tạp, tốt nhất là sử dụng phương pháp dòng lực ñể phân tích và xây dựng mô hình toán học của hệ thống, sau ñó sử dụng phương pháp mô phỏng ñể tính toán và khảo sát. Trong chương 2 ñã trình bày phương pháp, trình tự xây dựng mô hình hệ thống truyền lực bằng công cụ SimDriveLine, lựa chọn mô hình hệ thống truyền lực phù hợp ñể nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất. ðối tượng ñược ñược lựa chọn ñể xây dựng mô hình hệ thống trong bài toán cụ thể này là hệ thống truyền lực cơ khí lắp trên ô tô quân sự và xe bọc thép bánh lốp cụ thể ở ñây là xe GAZ66, ZIL131 và xe BTR60PB. Trên mô hình này có thể bắt ñầu tiến hành nghiên cứu và giải bài toán tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực, qua ñó ñưa ra các kết quả trực quan theo cả một quá trình tổ hợp sự thay ñổi các trạng thái của các cụm, cơ cấu trong hệ thống truyền lực. 60 Chương 3 NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TUẦN HOÀN CÔNG SUẤT TRÊN XE Ô TÔ QUÂN SỰ Sau khi xây dựng ñược mô hình mô phỏng các hệ thống truyền lực cần thiết, có thể bắt ñầu tiến hành nghiên cứu và tính toán hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô quân sự và xe bọc thép bánh lốp, với sự thay ñổi các thông số như áp suất hơi lốp, hệ số bám của ñường, hệ số khoá của cơ cấu vi sai...., qua ñó tính toán và ước lượng hiện tượng tuần hoàn công suất xảy ra trong một quá trình hoạt ñộng giả ñịnh của xe. Từ ñó ñưa ra một số ñánh giá, kết luận và khuyến nghị về giải pháp kết cấu và sử dụng. ðó chính là nhiệm vụ chính ñược giải quyết trong chương 3. 3.1. Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe hai cầu chủ ñộng Với xe ô tô quân sự có hai cầu chủ ñộng, khi gài cầu trước, khi không có cơ cấu vi sai giữa các cầu, với ñiều kiện hoạt ñộng thực tế của xe trên ñường thường xuyên xuất hiện hiện tượng tuần hoàn công suất giữa hai cầu chủ ñộng với nhau. Một số loại xe có sử dụng vi sai bánh xe là loại vi sai có hệ số ma sát trong cao thì có hiện tượng tuần hoàn công suất giữa các bánh xe trên một cầu chủ ñộng. Hiện tượng tuần hoàn công suất trong thực tế xảy ra như vậy vì các nguyên nhân như sau: - Trong quá trình chế tạo kết cấu của lốp không hoàn toàn giống nhau. - Áp suất của các lốp xe không ñồng ñều dẫn ñến bán kính lăn thực tế của các bánh xe là khác nhau. - Các bánh xe lăn trên các phần ñường có hệ số bám không bằng nhau. ðối tượng nghiên cứu ñược chọn ở ñây là xe GAZ66 với các ñặc trưng về hệ thống truyền lực ñã ñược phân tích trong mục 2.2.1. Trong quá trình tính toán bằng mô phỏng, giả thiết là các bánh xe lăn trên các phần ñường có hệ số bám bằng nhau, bán kính lăn thực tế của các bánh xe giống nhau. Ta hãy xem xét hiện tượng tuần hoàn công suất khi mà một bánh xe trên một cầu chủ ñộng bị giảm áp suất hơi lốp 61 dẫn ñến giảm bán kính lăn thực tế hoặc một bánh xe lăn trên phần ñường có hệ số bám thay ñổi trong ñiều kiện xe chuyển ñộng thẳng và trong quá trình tăng tốc. ðối với xe GAZ66, khi chưa có hiện tượng tuần hoàn công suất, sơ ñồ dòng lực ñược mô tả như trên hình 2.19. Giả thiết nghiên cứu thứ nhất là khi bánh xe cầu trước, bên trái (nhìn từ ñuôi xe) ñi trên phần ñường có hệ số bám thay ñổi theo quy luật ñược biểu thị trên hình 3.1. ðiều kiện ñường ñược chọn loại ñường tốt có hệ số bám φ=0.8, hệ số cản lăn f=0.015. 0 500 1000 1500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 ←-- He so ba m (ph i) Quang duong S (m) He so bam theo quang duong Hình 3.1. Sự thay ñổi hệ số bám của bánh xe cầu trước bên phải theo quãng ñường (giả thiết 1) Khi ñó, với quy luật thay ñổi hệ số bám của bánh xe cầu trước bên trái, trong hệ thống truyền lực xe ô tô GAZ66 xuất hiện hiện tượng tuần hoàn công suất khi bánh xe ñó bắt ñầu ñi vào vùng có hệ số bám thấp. Sơ ñồ dòng lực ñược biểu diễn như trên hình 2.29. Xét với hệ thống truyền lực xe GAZ66 có sử dụng bộ vi sai giữa các bánh xe là vi sai cam có ma sát trong cao, với hệ số khoá vi sai kσ=0.42 (theo [2]). Lúc ñó công suất ñược truyền từ bánh xe bị mất bám sang bánh xe bên kia trên cùng một cầu chủ ñộng bằng công suất do mô men ma sát sinh ra trong cơ cấu vi sai do có sự chênh lệch về tốc ñộ hai bên. Với mức ñộ mở bướm ga ñược mô tả như hình 3.2, ta có ñồ thị ñặc tính tăng tốc của xe ñược biểu thị như trên hình 3.3. 62 Hình 3.2. Mức ñộ mở bướm ga 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t(s) Vx (km /h ) Do thi dac tinh tang toc xe GAZ66 Hình 3.3. ðồ thị ñặc tính tăng tốc của xe GAZ66 Hình 3.4. Sự thay ñổi công suất của bánh xe cầu trước, bên trái (giả thiết 1) 1.Khi chưa có hiện tượng THCS; 2.Khi có hiện tượng THCS 63 Quan sát hình 3.4 nhận thấy rằng, khi bánh xe bên trái của cầu trước ñi vào vùng có hệ số bám thấp, công suất truyền ñến bánh xe này giảm ñi. Hiện tượng tuần hoàn công suất bắt ñầu khoảng từ thời ñiểm t1=26(s) ñến thời ñiểm t2=65(s). Hình 3.5. Sự thay ñổi công suất của bánh xe cầu trước, bên phải (giả thiết 1) 1.Khi có hiện tượng THCS; 2.Khi chưa có hiện tượng THCS Công suất truyền ñến bánh xe bên trái của cầu trước giảm ñi và sau khi hệ số bám trên phần ñường của bánh xe ñược phục hồi lại giá trị ban ñầu, công suất truyền ñến bánh xe này lại tăng lên và không còn hiện tượng tuần hoàn công suất. Cùng với thời ñiểm tương ứng, công suất truyền ñến bánh xe bên phải của cầu trước (hình 3.5) cũng thay ñổi, bắt ñầu tại thời ñiểm t1=26(s) công suất của bánh xe này tăng lên và ñến sau thời ñiểm t2=65(s) công suất truyền ñến bánh xe này giảm ñi. Hình 3.6. Vận tốc góc của hai bánh xe trên cầu trước khi có hiện tượng THCS 1.Vận tốc góc bánh xe bên trái; 2.Vận tốc góc bánh xe bên phải 64 Do bán kính lăn thực tế của bánh xe bên trái giảm ñi nên tốc ñộ góc của nó tăng lên, vận tốc góc của bánh xe bên phải giảm ñi. Như vậy, khi sử dụng bộ vi sai cam có ma sát trong cao giữa các bánh xe trên một cầu chủ ñộng, nếu một bên bánh xe ñi trên phần ñường có hệ số bám thấp, công suất ñược truyền ñến cho bánh xe ñó giảm ñi, công suất truyền ñến bánh xe phía bên kia nhiều hơn, do vậy tăng tính năng thông qua của xe trên các ñịa hình hoạt ñộng khác nhau. Tương tự với dòng công suất tuần hoàn từ cầu trước ra cầu sau, ta có ñồ thị biểu thị sự thay ñổi công suất của cầu sau theo thời gian ñược thể hiện trên hình 3.7. Hình 3.7. Sự thay ñổi công suất của cầu sau (giả thiết 1) 1.Khi có hiện tượng THCS; 2.Khi chưa có hiện tượng THCS Hình 3.8. ðồ thị mô tả sự thay ñổi công suất ñộng cơ và công suất của cầu xe khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 1) 1.Công suất ñộng cơ; 2.Công suất cầu trước; 3.Công suất cầu sau 65 Quan sát hình 3.8, nhận thấy rằng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất xảy ra, công suất truyền ñi ñến các cầu xe có sự thay ñổi, công suất truyền ñến cầu trước giảm ñi, công suất truyền ñến cầu sau tăng lên, nhưng tổng giá trị công suất truyền ñến cả hai cầu chủ ñộng bằng công suất sinh ra của ñộng cơ. ðiều này cho thấy ñược mô hình mô phỏng ñã giải quyết ñược ñúng vấn ñề ñộng lực học của xe trong một quá trình chuyển ñộng giả ñịnh. Giả thiết nghiên cứu thứ hai là khi hệ số bám của mặt ñường là như nhau cho tất cả các phần ñường của các bánh xe, nhưng khi ñó bánh xe cầu trước bên trái bị giảm áp suất hơi lốp dẫn ñến giảm bán kính lăn thực tế của bánh xe. ðiều kiện ñường ñược chọn là loại ñường tốt có hệ số bám φ=0.8, hệ số cản lăn f=0.015. Sơ ñồ dòng lực ñối với trường hợp này ñược thể hiện như hình 2.29. Giả thiết rằng bánh xe bên trái của cầu trước có bán kính lăn thực tế giảm ñi chỉ còn 0.95*re. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -15 -10 -5 0 5 x 104 t(s) Co n g s ua t P (W ) Cong suat banh xe ben trai cau truoc 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -2 -1 0 1 2 3 4 5 x 104 Cong suat banh xe ben phai cau truoc t(s) Co n g s u at P( W ) 1 2 3 4 Hình 3.9. Công suất của các bánh xe cầu trước (giả thiết 2) 1,3.Khi chưa có hiện tượng THCS; 2,4.Khi có hiện tượng THCS 66 Quan sát hình 3.9, nhận thấy rằng khi bánh xe bên trái cầu trước bị giảm áp suất hơi lốp dẫn ñến giảm bán kính lăn thực tế của bánh xe, giá trị công suất bánh xe trở thành giá trị âm. Khi ñó công suất của bánh xe bên phải của cầu trước thay ñổi và tăng lên rất nhiều. Hình 3.10 thể hiện công suất của ñộng cơ và công suất của các cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất khi xe di chuyển trên ñường có hệ số cản lăn nhỏ, hệ số bám lớn và một bánh xe bên trái của cầu trước bị giảm áp suất hơi lốp. Hình 3.10. Công suất của ñộng cơ và của hai cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 2) 1. Công suất cầu sau; 2.Công suất ñộng cơ; 3.Công suất cầu trước Từ ñồ thị trên hình 3.10, nhận thấy rằng cho dù công suất của cầu trước có giảm ñi, công suất cầu sau tăng lên nhưng tổng của chúng bằng công suất sinh ra từ ñộng cơ, như vậy có một dòng tuần hoàn công suất từ cầu trước ra cầu sau, dòng tuần hoàn này ñược khép kín qua khung xe. Qua các kết quả nghiên cứu khi mà có một bánh xe bị giảm áp suất hơi lốp, nhận thấy rằng nếu xe hoạt ñộng trên ñường có hệ số bám tốt, hệ số cản lăn nhỏ, 67 lượng công suất tuần hoàn là rất lớn, như vậy dẫn ñến tăng tải trọng tác dụng cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực. Xuất phát từ nghiên cứu hiện tượng này, chúng ta ñi nghiên cứu tiếp một trạng thái hoạt ñộng khác nữa của xe khi hoạt ñộng trên ñường có hệ số cản lăn lớn, hệ số bám thấp, khi ñó có hay không hiện tượng tuần hoàn công suất và lượng công suất tuần hoàn có lớn hay không. Theo [2] ta có ñược khoảng giá trị của thông số hệ số cản lăn và hệ số bám của các loại ñường khác nhau ñược thể hiện trên bảng 3.1. Bảng 3.1. Hệ số cản lăn và hệ số bám của các loại ñường Loại và trạng thái lớp phủ ñường Hệ số bám (ϕ) Hệ số cản lăn (f) ðường nhựa và ñường bê tông khô 0.7 ÷ 0.8 0.007 ÷ 0.015 ðường nhựa và ñường bê tông ướt 0.5 ÷ 0.7 0.015 ÷ 0.02 ðường ñất pha sét khô 0.5 ÷ 0.6 0.025 ÷ 0.03 ðường ñất pha sét ướt 0.2 ÷ 0.4 0.05 ÷ 0.15 ðường cát khô 0.2 ÷ 0.3 0.1 ÷ 0.3 ðường cát ướt 0.4 ÷ 0.5 0.06 ÷ 0.15 ðường lầy 0.15 ÷ 0.3 0.1 ÷ 0.25 Giả thiết nghiên cứu thứ ba: Chọn loại ñường nghiên cứu là loại ñường ñất lầy với hệ số bám ϕ=0.15 và hệ số cản lăn f=0.25. Với ñiều kiện ñường như vậy trong quá trình hoạt ñộng thực tế, xe thường xuyên chạy ở tay số 1 và tay số 2, có gài cầu trước. 68 Hình 3.11. Công suất của bánh xe bên trái cầu trước (giả thiết 3) 1.Khi chưa có hiện tượng THCS; 2.Khi có hiện tượng THCS Hình 3.12. Công suất của ñộng cơ và các cầu chủ ñộng có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 3) 1.Công suất ñộng cơ; 2.Công suất cầu trước; 3.Công suất cầu sau Khi nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực xe GAZ66 với các giả thiết nêu trên nhận thấy rằng công suất tuần hoàn truyền từ các 69 bánh xe cầu trước cho các bánh xe cầu sau chỉ làm tăng tải cho các cụm, cơ cấu của hệ thống truyền lực chứ không tham gia khắc phục lực cản chuyển ñộng. Khi lực cản chuyển ñộng tăng (giả thiết 3) thì lượng công suất tuần hoàn giảm xuống. 3.2. Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe có 3 cầu chủ ñộng ðối tượng ñược chọn ñể nghiên cứu là xe ZIL131 với ba cầu chủ ñộng. ðặc ñiểm của hệ thống truyền lực trên xe ZIL131 ñó là sử dụng bộ vi sai bánh xe là vi sai bánh răng côn ñối xứng, dẫn ñộng cầu giữa và cầu sau là dẫn ñộng liên thông không có bộ vi sai giữa các cầu xe. Như vậy, khi nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất chúng ta ñi nghiên cứu hai trạng thái gài cầu trước và không gài cầu trước với sự thay ñổi thông số trên bề mặt ñường là hệ số bám tại phần ñường của một bánh xe nào ñó trên một cầu chủ ñộng giảm ñi. Trạng thái hoạt ñộng của hệ thống truyền lực khi có một bánh xe chủ ñộng bị giảm áp suất hơi lốp tương tự như trạng thái nghiên cứu với ñối tượng xe hai cầu chủ ñộng GAZ66. Giả thiết nghiên cứu thứ nhất là khi xe hoạt ñộng trên ñường tốt với hệ số bám φ=0.8 và hệ số cản lăn f=0.015. Khi có gài cầu trước, giả sử bánh xe bên trái của cầu trước mất bám với quy luật thay ñổi hệ số bám ñược mô tả như trên hình 3.1. Sơ ñồ dòng lực ứng với trạng thái hoạt ñộng này ñược mô tả như trên hình 3.13. Quan sát hình 3.13, nhận thấy rằng do ñặc ñiểm của hệ thống truyền lực trên xe ZIL131, khi gài cầu trước và bánh xe bên trái của cầu trước lăn trên phần ñường có hệ số bám thay ñổi theo quy luật ñược mô tả trên hình 3.14, có hai vòng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực. Vòng tuần hoàn thứ nhất là công suất tuần hoàn từ cầu trước ra cầu giữa ñược mô tả bởi dòng công suất qua các nút k’1- A-k’2-C-k’1. Vòng tuần hoàn thứ hai là công suất tuần hoàn từ cầu trước ra cầu sau ñược mô tả bởi dòng công suất qua các nút k’1-A-k’3-C-k’1. Như vậy, cũng giống với trường hợp nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe có hai cầu chủ ñộng, trên sơ ñồ dòng lực nút phân công suất A trở thành nút hợp công suất, nút hợp công suất C trở thành nút phân công suất. 70 Hình 3.13. Sơ ñồ dòng lực ñối với hệ thống truyền lực xe ZIL131 khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (bánh xe bên trái của cầu trước mất bám) 0 500 1000 1500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 ←-- Ph i S(m) Su thay doi he so bam theo quang duong Hình 3.14. Quy luật thay ñổi hệ số bám theo quãng ñường 71 Với quy luật thay ñổi hệ số bám của phần ñường bánh xe bên trái cầu trước lăn trên ñó, khi bán kính tất cả các bánh xe trên các cầu chủ ñộng là như nhau, ta có ñược quy luật thay ñổi công suất của bánh xe bên trái cầu trước ñược thể hiện trên hình 3.15. Nhận thấy rằng công suất của bánh xe này giảm ñi ñáng kể do hiện tượng mất bám bắt ñầu từ khoảng thời ñiểm t1=27(s) ñến thời ñiểm t2=70(s). Hình 3.15. Quy luật thay ñổi công suất của bánh xe bên trái cầu trước (giả thiết 1) 1.Khi chưa có hiện tượng THCS; 2.Khi có hiện tượng THCS Từ kết quả nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất khi một bánh xe cầu trước mất bám cho thấy rằng sơ ñồ mô phỏng ñã phản ảnh ñúng hiện tượng và bản chất vật lý ñã ñược phân tích dựa trên cơ sở lý thuyết dòng lực, với sơ ñồ dòng lực ñược thể hiện trên hình 3.13. Các kết quả nghiên cứu trên mô hình mô phỏng cho thấy công suất cầu trước mà cụ thể là công suất bánh xe bên trái trên cầu trước khi ñi vào phần ñường có hệ số bám thấp làm cho công suất truyền ñến chính bánh xe này và tổng công suất của cầu trước giảm ñi. Trong khi ñó công suất của cầu giữa và cầu sau ñược tăng lên, nhưng tổng giá trị công suất của các cầu bằng với công 72 suất do ñộng cơ sinh ra. Hình 3.16 cho thấy quy luật thay ñổi công suất của ñộng cơ và các cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất. Hình 3.16. Công suất của ñộng cơ và các cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 1) 1. Công suất ñộng cơ; 2.Công suất cầu giữa, cầu sau; 3.Công suất cầu trước Hình 3.17. Sơ ñồ dòng lực ñối với hệ thống truyền lực xe ZIL131 khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (bánh xe bên trái của cầu sau mất bám) không gài cầu trước 73 Giả thiết nghiên cứu thứ hai là khi xe hoạt ñộng trên ñường tốt với hệ số bám φ=0.8 và hệ số cản lăn f=0.015. Khi không gài cầu trước, giả sử bánh xe bên trái của cầu sau mất bám với quy luật thay ñổi hệ số bám ñược mô tả trên hình 3.14. Sơ ñồ dòng lực ứng với trạng thái hoạt ñộng này ñược mô tả như trên hình 3.17. Hình 3.18. Quy luật thay ñổi công suất của bánh xe bên trái cầu sau (giả thiết 2) 1.Khi chưa có hiện tượng THCS; 2.Khi có hiện tượng THCS Từ kết quả nghiên cứu trên chúng ta nhận thấy rằng, với hệ thống truyền lực lằp trên xe ZIL131, do dẫn ñộng cầu sau và cầu giữa là kiểu dẫn ñộng liên thông không tách, không có bộ vi sai lắp giữa hai cầu do vậy khi một bánh xe ở cầu sau mất bám (hệ số bám thay ñổi theo quy luật như hình 3.14), công suất tuần hoàn giữa các cầu chủ ñộng khá lớn. Quan sát hình 3.18 nhận thấy giá trị công suất truyền ñến bánh xe bên trái của cầu sau giảm ñi nhiều (tại thời ñiểm t=60s, giá trị chêch lệch khoảng gần 2x104W). Như vậy, với lượng công suất tuần hoàn lớn làm tăng tải trọng tác dụng lên cụm cầu giữa, dẫn ñến hiện tượng chịu quá tải lớn của các chi tiết và cụm chi tiết truyền tải trong hệ thống truyền lực. 74 Hình 3.19. Công suất của ñộng cơ, cầu sau và cầu giữa khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 2) 1. Công suất ñộng cơ; 2.Công suất cầu giữa; 3.Công suất cầu sau So sánh kết quả nghiên cứu ở hình 3.16 và hình 3.19, nhận thấy rằng tổng công suất ñộng cơ sinh ra trong hai trường hợp có gài cầu trước và không gài cầu trước là như nhau. Nhưng với giá trị tổng công suất ñó, ñối với trường hợp gài cầu trước, khi xe di chuyển trên những ñịa hình có hệ số bám không như nhau, hiện tượng tuần hoàn công suất không gây ra sự quá tải nhiều cho các chi tiết và cụm chi tiết truyền tải do phần công suất tuần hoàn ñược phân bố ñều ra các cầu. ðối với trường hợp không gài cầu trước, nếu xe di chuyển trên ñịa hình có hệ số bám không như nhau, một trong hai cụm cầu giữa hoặc cụm cầu sau sẽ bị quá tải rất nhiều. Từ ñó, có thể kết luận rằng, khi xe chuyển ñộng trên những ñịa hình có hệ số bám của các phần ñường các bánh xe di chuyển không như nhau, nên gài dẫn ñộng cầu trước ñể giảm sự quá tải trên các trục truyền. 75 3.3. Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe có 4 cầu chủ ñộng ðối với các xe ô tô quân sự có nhiều cầu chủ ñộng thông thường số cầu chủ ñộng là 3 cầu. Nhưng khi ñặt vấn ñề nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô quân sự, ñể vấn ñề nghiên cứu một cách có hệ thống và hoàn thiện, ñề tài nghiên cứu tiếp với ñối tượng ñược là xe là xe bọc thép bánh hơi BTR60PB. Sở dĩ ñề tài ñi nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực của xe BTR60PB vì trong hệ thống truyền lực có sử dụng hai hệ ñộng cơ dẫn ñộng, một ñộng cơ dẫn ñộng cầu số 1 và cầu số 3, một ñộng cơ dẫn ñộng cầu số 2 và cầu số 4, cùng ñó là sử dụng hai bộ ly hợp, hai hộp số và hai hộp số phân phối. ðối với mỗi cầu xe có sử dụng bộ vi sai cam cho hai bên bánh xe, không có bộ vi sai giữa các cầu xe. ðồng thời sử dụng bộ truyền ñộng bánh xe nhằm mục ñích tăng khoảng sáng gầm xe. Với những nét ñặc trưng của hệ thống truyền lực như vậy, việc nghiên cứu và tìm hiểu xe hệ thống truyền lực này ứng xử như thế nào khi có hiện tượng tuần hoàn công suất xảy ra là rất cần thiết. ðối với hệ thống truyền lực lắp trên xe BTR60PB, theo lý thuyết dòng lực, sơ ñồ dòng lực khi chưa có hiện tượng tuần hoàn công suất ñược thể hiện như trên hình 2.26. Cũng với giả thiết nghiên cứu thứ nhất là khi xe hoạt ñộng trên ñường tốt với hệ số bám φ=0.8 và hệ số cản lăn f=0.015. Giả sử bánh xe bên trái của cầu số 1 mất bám với quy luật thay ñổi hệ số bám ñược mô tả như trên hình 3.14. Sơ ñồ dòng lực ứng với trạng thái hoạt ñộng này ñược mô tả như trên hình 3.20. Khi có hiện tượng tuần hoàn công suất, trong hệ thống truyền lực xuất hiện một vòng tuần hoàn công suất giữa cầu số 1 và cầu số 3 (dòng lực ñi qua các nút k’1-A13-k’3-C-k’1), ñồng thời do kết cấu của bộ vi sai bánh xe là bộ vi sai cam có ma sát trong cao, do vậy có hiện tượng tuần hoàn công suất trên cầu chủ ñộng số 1 giữa bánh xe bên trái và bánh xe bên phải. Hai vòng tuần hoàn nói trên ñều có một ñiểm khép kín chung ñó là khung xe. Khi ñó ñiểm nút phân công suất A13 trên sơ ñồ dòng lực chuyển thành nút hợp công suất, nút hợp công suất C chuyển thành nút phân công suất. 76 Hình 3.20. Sơ ñồ dòng lực ñối với hệ thống truyền lực xe BTR60PB khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (bánh xe bên trái của cầu trước mất bám-giả thiết 1) Với trường hợp khi hệ số bám của phần ñường bánh xe bên trái cầu trước thay ñổi như giả thiết 1, khi ñó quy luật thay ñổi công suất của bánh xe này ñược thể hiện như trên hình 3.21. Khi lăn trên phần ñược có hệ số bám thấp, công suất truyền ñến bánh xe này giảm ñi (nằm trong khoảng thời gian từ t1=30s ñến t2=73s), sau khi hệ số bám của phần ñường ñó trở lại giá trị ban ñầu, công suất của ñộng cơ truyền ñến bánh xe này lại tăng lên. Do kết cấu của bộ vi sai cam giữa hai bánh xe, nên có một phần công suất ñược tăng thêm cho bánh xe bên phải của cầu chủ ñộng số 1 cùng trong khoảng thời gian từ t1 ñến t2 (hình 3.22). 77 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -5000 0 5000 10000 15000 t(s) Co n g s ua t P (W ) Cong suat cua banh xe cau truoc, ben trai 1 2 Hình 3.21. Quy luật thay ñổi công suất của bánh xe bên trái, cầu số 1 (giả thiết 1) 1. Khi chưa có hiện tượng THCS; 2. Khi có hiện tượng THCS 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 x 104 t(s) Co n g s ua t P (W ) Cong suat cua banh xe cau truoc, ben phai 1 2 Hình 3.22. Quy luật thay ñổi công suất của bánh xe bên phải, cầu số 1 (giả thiết 1) 1. Khi có hiện tượng THCS; 2. Khi chưa có hiện tượng THCS Như vậy, khi có hiện tượng một bánh xe lăn trên phần ñường có hệ số bám thấp, bánh xe phía bên kia của cùng một cầu chủ ñộng ñược gia tăng công suất truyền ñến nhờ có sử dụng bộ vi sai cam có ma sát trong cao, nhờ ñó tính năng 78 thông qua của xe ñược cải thiện một cách ñáng kể. Mặt khác, do ñặc ñiểm ñặc trưng của hệ thống truyền lực lắp trên xe BTR60PB như ñã ñược phân tích ở trên, quan sát hình 3.20 nhận thấy trong sơ ñồ dòng lực có một ñiểm C chung khép kín dòng lực, như vậy hai cụm cơ cấu từ ñộng cơ ñến hộp số phân phối và ñến hai cụm cầu chủ ñộng tương ứng ñược nối với nhau tại một ñiểm chung ñó chính là khung xe. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 x 104 Cong suat cua dong co, cau so 1 va cau so 3 t(s) Co ng su at P( W ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 x 104 Cong suat cua dong co, cau so 2 va cau so 4 t(s) Co n g s ua t P (W ) 1 2 3 4 5 6 Hình 3.23. Quy luật thay ñổi công suất của ñộng cơ và các cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (bánh xe bên trái của cầu số 1 mất bám) 1. Công suất ñộng cơ số 1; 2.Công suất cầu số 3; 3.Công suất cầu số 1; 4.Công suất ñộng cơ số 2; 5.Công suất cầu số 4; 6.Công suất cầu số 2 79 Khi có hiện tượng tuần hoàn công suất xảy ra (với giả thiết nghiên cứu thứ nhất), cho dù có sự giảm công suất truyền ñến cầu chủ ñộng thứ nhất, sự gia tăng công suất truyền ñến cầu chủ ñộng thứ ba, nhưng công suất của ñộng cơ số 1 dẫn ñộng hai cụm cầu này vẫn giảm ñi. ðồng thời, công suất của ñộng cơ số 2 dẫn ñộng cụm cầu số 2 và cầu số 4, công suất truyền ñến hai cầu tương ứng cũng tăng lên. ðiều này ñược lý giải là do có ñiểm khép kín dòng lực C chung trong sơ ñồ dòng lực, ñể khắc phục lực cản chuyển ñộng phát sinh khi có hiện tượng tuần hoàn công suất, do vậy công suất của ñộng cơ số 2 tăng lên, dẫn ñến công suất truyền ñến các cầu chủ ñộng số 1 và số 4 cũng tăng lên theo, kết quả nghiên cứu ñược thể hiện trên hình 3.23. Giả thiết nghiên cứu thứ hai là khi xe hoạt ñộng trên ñường tốt với hệ số bám φ=0.8 và hệ số cản lăn f=0.015. Giả sử bánh xe bên trái của cầu số 1 bị giảm áp suất hơi lốp dẫn ñến giảm bán kính lăn thực tế. Sơ ñồ dòng lực ứng với trạng thái hoạt ñộng này ñược mô tả tương tự như trên hình 3.20. Khi bán kính lăn thực tế của bánh xe bên trái của cầu chủ ñộng số 1 bị giảm ñi do hiện tượng giảm áp suất hơi lốp, hệ số bám của các phần ñường là như nhau, trong hệ thống truyền lực của xe vẫn xuất hiện hai vòng tuần hoàn công suất. Vòng tuần hoàn thứ nhất là vòng tuần hoàn giữa hai bánh xe trên cầu chủ ñộng số 1 do ñặc ñiểm kết cấu của bộ vi sai bánh xe là vi sai cam tăng ma sát trong. Vòng tuần hoàn thứ hai là vòng tuần hoàn giữa cầu chủ ñộng số 1 và cầu chủ ñộng số 3. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -15 -10 -5 0 5 x 104 t(s) Co ng su at P( W ) Cong suat banh xe tren cau so 1 1 2 3 Hình 3.24. Quy luật thay ñổi công suất của bánh xe trên cầu số 1 (giả thiết 2) 1. Công suất bánh xe bên phải khi có hiện tượng THCS; 2.Công suất của hai bánh xe khi chưa có hiện tượng THCS; 3. Công suất của bánh xe bên trái khi có THCS 80 Cũng như phân tích ở trên, do ñặc ñiểm ñặc biệt của hệ thống truyền lực lắp trên xe bọc thép bánh hơi BTR60PB, hệ thống truyền lực ñược coi như ñược ghép lại của hai hệ thống truyền lực của hai xe có hai cầu chủ ñộng với ñiểm khép kín dòng lực C (trên sơ ñồ ở hình 3.20), khi ñó ứng xử của ñộng cơ số 2, cầu chủ ñộng số 2 và cầu chủ ñộng số 4 cũng tương tự như ñối với giả thiết nghiên cứu thứ nhất. Quan sát hình 3.24 nhận thấy rằng, công suất của bánh xe bên trái (bánh xe bị giảm áp suất hơi lốp) giảm ñi ñáng kể, giá trị công suất thậm chí nhỏ hơn 0, ñiều này chứng tỏ bánh xe này bị ñẩy phải lăn theo một cách cưỡng bức. Sự gia tăng công suất cho bánh xe bên phải cũng rất lớn. Hình 3.25 cho thấy quy luật thay ñổi công suất của các ñộng cơ và các cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 x 105 Cong suat cua dong co so 1, cau so 1 va cau so 3 t(s) Co ng su at P( W ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 x 104 Cong suat cua dong co so 2, cau so 2 va cau so 4 t(s) Co n g su at P( W ) 1 2 3 4 5 6 Hình 3.25. Quy luật thay ñổi công suất của ñộng cơ và các cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 2) 1.Công suất của cầu số 3; 2.Công suất ñộng cơ số 1; 3.Công suất của cầu số 1; 4.Công suất ñộng cơ số 2; 5.Công suất của cầu số 4; 6.Công suất của cầu số 2 81 Ta thấy rằng công suất của ñộng cơ số 1 giảm ñi, mặc dù vậy công suất của cầu chủ ñộng số 3 vẫn tăng lên, ñồng thời công suất của cụm ñộng cơ số 2, cầu chủ ñộng số 2 và cầu chủ ñộng số 4 ñều tăng. Hiện tượng này ñược giải thích vì sức cản chuyển ñộng tăng do có một bánh xe bị giảm áp suất hơi lốp, ñiều này dẫn ñến công suất sinh ra dẫn ñộng trên các cụm cầu còn lại phải tăng lên ñể khắc phục lực cản chuyển ñộng, như vậy tính năng thông qua của xe sẽ tốt hơn. Tuy nhiên lượng công suất tăng lên cho ñộng cơ số 2, các cầu chủ ñộng số 2, số 3 và số 4 là rất lớn gây ra hiện tượng quá tải. Từ việc nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất với hai giả thiết nêu trên, nhận thấy hiện tượng quá tải cho các cụm chi tiết truyền tải và nguồn sinh công suất khi bán kính của các bánh xe chủ ñộng không ñồng ñều là rất lớn, do vậy khi hoạt ñộng trên các ñịa hình có nền ñường tốt, nếu bán kính của các bánh xe chủ ñộng không ñược ñảm bảo ñều nhau, không nên gài dẫn ñộng cầu trước. Mặt khác do trên xe BTR60PB có lắp hai ñộng cơ, nên việc ñảm bảo không có công suất gia tăng lẫn nhau giữa hai ñộng cơ là rất khó khăn, mặc dù việc lắp hai ñộng cơ ñảm bảo cho tính năng thông qua của xe ñược cải thiện rất nhiều, nhưng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất, một trong hai ñộng cơ sẽ bị làm việc quá tải làm suy giảm ñộ bền lâu của các cụm chi tiết. Giả thiết nghiên cứu thứ 3 là cũng với sự giảm bán kính lăn thực tế của bánh xe bên trái trên cầu chủ ñộng số 1, nhưng ñiều kiện ñường ñược chọn ñể nghiên cứu ở ñây là ñường ñất lầy với hệ số bám ϕ=0.15 và hệ số cản lăn f=0.25. Với ñiều kiện ñường như vậy trong quá trình hoạt ñộng thực tế, xe thường xuyên chạy ở tay số 1 và tay số 2, có gài cầu trước, như vậy chúng ta sẽ ñi nghiên cứu mô phỏng trạng thái hoạt ñộng này và tính toán lượng công suất tuần hoàn khi bánh xe bên trái của cầu trước bị giảm áp suất hơi lốp. Sơ ñồ dòng lực ñối với trường hợp này cũng tương tự như ñối với hai trường hợp nghiên cứu trên và ñược thể hiện trên hình 3.20. Hình 3.26 cho thấy quy luật thay ñổi công suất của các bánh xe trên cầu chủ ñộng số 1. 82 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Cong suat banh xe tren cau chu dong so 1 t(s) Co ng su at P( W ) P_1L P_1L_BF P_1R Hình 3.26. Quy luật thay ñổi công suất của các bánh xe trên cầu chủ ñộng số 1 khi có THCS và không có THCS (giả thiết 3) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 1 2 3 4 5 x 104 Cong suat cua dong co so 1, cau so 1 va cau so 3 t(s) Co n g su at P( W ) P_1 P_3 P_E1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 1 2 3 4 5 x 104 Cong suat cua dong co so 2, cau so 2 va cau so 4 t(s) Co n g su at P( W ) P_2 P_4 P_E2 Hình 3.27. Quy luật thay ñổi công suất của các ñộng cơ và các cầu chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 3) 83 So sánh kết quả nghiên cứu ñược thể hiện như hình 3.26 và hình 3.27 với kết quả nghiên cứu ñược thể hiện trên hình 3.24 và hình 3.25, có thể kết luận rằng việc gài dẫn ñộng tất cả các cầu chỉ có lợi khi xe di chuyển trên ñịa hình có hệ số cản lăn lớn, hệ số bám nhỏ, khi ñó nếu có hiện tượng tuần hoàn công suất thì lượng công suất tuần hoàn góp phần khắc phục sức cản chuyển ñộng, nâng cao tính năng thông qua của xe. Nếu xe di chuyển trên ñịa hình có ñường với hệ số bám cao, hệ số cản lăn nhỏ, khi gài dẫn ñộng tất cả các cầu, nếu có hiện tượng tuần hoàn công suất xảy ra sẽ gây ra sự quá tải cho các cụm chi tiết truyền tải, có thể dẫn ñến phá huỷ kết cấu hoặc sẽ làm giảm ñộ bền lâu của các chi tiết và cụm chi tiết. 3.4. ðánh giá sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu ñến hiện tượng tuần hoàn công suất Có rất nhiều các thông số kết cấu có thể ảnh hưởng ñến hiện tượng tuần hoàn công suất, ví dụ như hệ số ma sát trong của cơ cấu vi sai, bán kính bánh xe, việc có sử dụng bộ vi sai giữa các cầu chủ ñộng trong hệ thống truyền lực hay không. Trong phạm vi nghiên cứu, tập trung xem xét ảnh hưởng của thông số hệ số ma sát trong của cơ cấu vi sai mà cụ thể ñược ñặc trưng bởi hệ số khoá vi sai kσ. Khi nghiên cứu vấn ñề này, ñối tượng ñược chọn ñó là bộ vi sai bánh xe ñược lắp trên xe GAZ66. Với các loại vi sai có ma sát trong khác nhau, hệ số khoá vi sai thay ñổi trong khoảng kσ = 0 ÷ 1. Trên xe GAZ66 có hệ thống truyền lực với hai cầu chủ ñộng không có vi sai giữa các cầu, vi sai bánh xe là vi sai cam có ma sát trong cao với hệ số khoá vi sai kσ = 0.42 (theo [2]). Như vậy khi gài cầu trước hay khi một bánh xe trên một cầu chủ ñộng ñi vào vùng có hệ số bám thấp, hoặc bánh xe ñó bị giảm áp suất hơi lốp, có hiện tượng tuần hoàn công suất xuất hiện giữa hai bên bánh xe và giữa các cầu chủ ñộng. Giả thiết sự thay ñổi hệ số bám của bánh xe bên trái của cầu trước trên xe GAZ66 như ñược thể hiện trên hình 3.28. 84 0 500 1000 1500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 ←-- S(m) Hình 3.28: Sự thay ñổi hệ số bám bánh xe cầu trước, bên trái theo quãng ñường Nhận thấy trước khi thay ñổi hệ số bám của bánh xe bên trái của cầu trước, công suất của hai bên bánh xe là bằng nhau. Khi mà có sự thay ñổi hệ số bám của một bên bánh xe, công suất của bánh xe bên ñó sẽ giảm ñi (ñược thể hiện trên ñồ thị bên trái của hình 3.29), phần công suất truyền sang bánh xe bên kia làm nhờ có kết cấu của vi sai cam có ma sát trong cao, làm cho công suất của bánh xe bên phải vẫn nằm trên vùng có hệ số bám không thay ñổi có công suất tăng lên (ñược thể hiện trên ñồ thị bên phải của hình 3.29). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -1 0 1 2 3 4 5 6 x 104 time (s) P( W ) Cong suat banh xe cau truoc, ben trai P_FL_After P_FL_Before 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -1 0 1 2 3 4 5 6 x 104 Cong suat banh xe cau truoc, ben phai time(s) P( W ) P_FR_After P_FR_Before a) b) Hình 3.29. Quy luật thay ñổi công suất của bánh xe cầu trước a. Công suất của bánh xe bên trái; b.Công suất của bánh xe bên phải Tiến hành thay ñổi giá trị của hệ số bám theo bảng 3.2, nhận ñược các kết quả ñược thể hiện trong bảng 3.2. 85 Bảng 3.2. Giá trị hệ số kσ và công suất tại các bánh xe tại thời ñiểm t=61(s) kσ Công suất tại các bánh xe (W) Khi hệ số bám ϕ tại các bánh xe giống nhau Khi thay ñổi hệ số bám ϕ của bánh xe bên trái, cầu trước Bánh xe bên phải Bánh xe bên trái 0.02 18979 10487 9917.7 0.2 18979 14639 7992 0.42 18979 24285 6363.6 Hình 3.30: Sự thay ñổi công suất bánh xe theo hệ số khoá vi sai kσ (lấy tại t=61s) 1. ðường biểu thị công suất khi hệ số bám tại 4 bánh xe ñồng nhất; 2,3. ðường biểu diễn công suất bánh xe bên phải và công suất bánh xe bên trái cầu trước khi hệ số bám tại bánh xe bên trái cầu trước giảm ñi Quan sát bảng 3.2 và hình 3.30, ta nhận thấy với kết cấu của bộ vi sai với hệ số khoá vi sai cụ thể, công suất truyền ñến các bánh xe có sự khác nhau rõ rệt. Cũng với kết cấu của hệ thống truyền xe GAZ66 như vậy, giả sử cầu xe GAZ66 sử dụng bộ vi sai bánh răng côn thường có có hệ số khoá vi sai kσ=0.02 (theo [2]), nhận ñược kết quả tính toán theo bảng 3.2, công suất truyền cho bánh xe bên trái cầu trước giảm ñi, nhưng công suất truyền cho bánh xe bên phải của cầu 86 trước không tăng lên ñược nhiều. Khi sử dụng bộ vi sai có kσ=0.2, sự chênh lệch công suất nhận ñược tại bánh xe bên trái và bánh xe bên phải lớn hơn so với khi sử dụng bộ vi sai có hệ số khoá vi sai kσ=0.02. Với bộ vi sai cam có hệ số kσ=0.42, công suất nhận ñược của bánh xe bên phải của cầu trước lớn hơn nhiều, mặc dù công suất của bánh xe bên trái khi ở vào vùng có hệ số bám thấp là nhỏ. Như vậy, hệ thống truyền lực xe GAZ66 có sử dụng vi sai bánh xe là loại vi sai cam có ma sát trong cao, tính năng thông qua của xe ñược cải thiện do có hiện tượng tuần hoàn công suất giữa hai bên bánh xe. 87 Kết luận chương Khi nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực trên xe ô tô quân sự và xe bọc thép bánh lốp theo quan ñiểm cơ học truyền thống, chỉ tiến hành tính toán khi hệ thống ở các trạng thái cân bằng và ổn ñịnh, các giá trị công suất tuần hoàn chỉ thu ñược ở từng trạng thái một. Dựa trên cơ sở lý thuyết dòng lực và với phương pháp tính toán mô phỏng ñã nhận ñược các kết quả về giá trị công suất tuần hoàn ở tất cả các trạng thái liên hoàn thậm chí có thể tính toán ước lượng ñược ở các trạng thái quá ñộ. Với một ñiều kiện chuyển ñộng cụ thể của xe, bằng phương pháp nghiên cứu nêu trên ñã nhận ñược quy luật thay ñổi công suất của các bánh xe và của các cầu xe chủ ñộng khi có hiện tượng tuần hoàn công suất. Thông qua việc nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô quân sự ứng với các giả thiết nghiên cứu ñã nêu, ta thấy rằng khi xe chuyển ñộng trên ñường bằng, nếu hệ số bám của các phần ñường ứng với các bánh xe không như nhau và bán kính của tất cả các bánh xe giống nhau, công suất tuần hoàn giữa hai bánh xe trên một cầu chủ ñộng và giữa các cầu chủ ñộng khá lớn. ðặc biệt khi bán kính bánh của các bánh xe chủ ñộng không giống nhau, lượng công suất tuần hoàn gia tăng cho các bánh xe và các cầu chủ ñộng còn lại lớn hơn rất nhiều. Tuy nhiên, nếu như xe chuyển ñộng trên ñường có hệ số bám lớn, lượng công suất tuần hoàn ñó không nhằm mục ñích khắc phục lực cản chuyển ñộng mà chỉ làm tăng tải trọng tác dụng lên các cụm cơ cấu trong hệ thống truyền lực. Việc gài dẫn ñộng toàn bộ các cầu chỉ có lợi trong trường hợp xe chuyển ñộng trên ñường có hệ số bám nhỏ, hệ số cản lăn lớn, khi ñó công suất tuần hoàn có tác dụng tham gia khắc phục sức cản chuyển ñộng làm tăng tính năng thông qua cho xe, ñồng thời không gây quá tải lớn cho hệ thống truyền lực. Khi nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực của xe bọc thép bánh lốp BTR60PB, ta thấy rằng công suất tuần hoàn ngoài việc gây quá tải cho các chi tiết và cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực, còn gây ra sự quá tải cho một trong hai hệ ñộng cơ dẫn ñộng. 88 Thông qua việc ñánh giá sự ảnh hưởng của thông số hệ số khoá vi sai kσ ñến hiện tượng tuần hoàn công suất, nhận thấy rằng khi thay ñổi giá trị của hệ số khoá vi sai kσ, ñộ chênh lệch công suất của hai bánh xe trên một cầu chủ ñộng có sự thay ñổi rõ rệt. Khi giá trị kσ tăng lên, ñộ chênh lệch công suất nhận ñược giữa hai bên bánh xe của một cầu chủ ñộng cũng tăng lên. ðiều này chứng tỏ rằng tính năng thông qua của xe ñược cải thiện khi sử dụng bộ vi sai bánh xe là vi sai có ma sát trong cao. 89 KẾT LUẬN Qua phân tích ñánh giá các phương pháp sử dụng ñể khảo sát và tính toán ñối với hệ thống truyền lực, ta nhận thấy rằng phương pháp dòng lực mang tính tổng quát hơn so với phương pháp lực ñược áp dụng tính toán dựa trên quan ñiểm cơ học truyền thống. Với các hệ thống truyền lực ñơn giản việc khảo sát chế ñộ tải, tính bền cho các cụm bằng phương pháp lực mang lại hiệu quả khả quan. Nhưng ñiểm hạn chế của phương pháp lực ñó là việc xác ñịnh chiều truyền công suất. Do vậy phương pháp lực không ñược sử dụng trong việc phân tích, ñánh giá cả một hệ thống, nhất là ñối với các hệ thống truyền lực có tồn tại dòng lực kín và có hiện tượng tuần hoàn công suất. ðối với các hệ thống truyền lực phức tạp nhiều dòng công suất trên xe ô tô quân sự và xe bọc thép bánh lốp có nhiều cầu chủ ñộng, việc sử dụng phương pháp dòng lực ñể khảo sát và tính toán mang lại hiệu quả cao hơn rất nhiều. ðặc biệt, với sự xuất hiện của các công cụ tính toán mô phỏng như hiện nay, việc khảo sát tính toán hệ thống truyền lực dựa trên quan ñiểm lý thuyết dòng lực và phương pháp dòng lực theo cả một quá trình bao gồm các trạng thái ổn ñịnh và quá ñộ có thể thực hiện ñược. Hiện tượng tuần hoàn công suất là một hiện tượng thường xảy ra trong quá trình hoạt ñộng của xe ô tô quân sự nhiều cầu chủ ñộng và xe bọc thép bánh lốp. Nội dung của luận văn ñã thực hiện phân tích và tổ hợp hệ thống truyền lực dựa trên cơ sở lý thuyết dòng lực và phương pháp dòng lực, xây dựng sơ ñồ dòng lực trong hệ thống truyền lực khi có hiện tượng tuần hoàn công suất. Từ các sơ ñồ dòng lực ñó tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực của xe ô tô quân sự nhiều cầu chủ ñộng và xe bọc thép bánh lốp, sau ñó tiến hành nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực ở tất cả các trạng thái liên hoàn theo một quá trình hoạt ñộng giả ñịnh của xe. Qua việc nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất bằng cách tính toán mô phỏng hệ thống truyền lực bằng công cụ SimDriveLine trong Matlab, ñưa ra những kết luận ñánh giá và khuyến nghị trong khai thác sử dụng. Cùng với ñó là nghiên cứu ñược ảnh hưởng của một số thông số kết cấu ñến hiện tượng tuần hoàn công 90 suất, qua ñó ñưa ra một số kết luận ñánh giá và khuyến nghị cho giải pháp kết cấu nhằm tận dụng tốt mặt tích cực của hiện tượng tuần hoàn công suất. Trong nội dung của luận văn, tác giả ñã ñi xây dựng ñược mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực và mô hình mô phỏng ñộng lực học toàn xe cho các xe ô tô quân sự nhiều cầu và xe bọc thép bánh lốp. Mô hình mô phỏng ñược xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết dòng lực, bằng phương pháp xây dựng thành các mô ñun, sau ñó tổ hợp hệ thống ñể ñược mô hình mô phỏng hoàn chỉnh. Với cách làm ñó, có thể khảo sát cho các ñối tượng khác bằng cách thay ñổi thông số ñầu vào của các cụm và hệ thống. Mô hình mô phỏng ñược xây dựng có thể sử dụng ñể nghiên cứu và giải các bài toán khác nhau ñối với hệ thống truyền lực trong ñó có hiện tượng tuần hoàn công suất. Việc nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất bằng phương pháp tính toán mô phỏng cho ra ñược quy luật thay ñổi công suất khi có hiện tượng tuần hoàn công suất thậm chí cả ở các trạng thái quá ñộ, qua ñó ước lượng ñược giá trị công suất tuần hoàn ở mọi thời ñiểm trong một quá trình hoạt ñộng nào ñó của xe khi có hiện tượng tuần hoàn công suất. Và cũng từ các quy luật thay ñổi ñó có thể tìm ra quy luật ñiều khiển nhằm phát huy mặt ảnh hưởng tích cực của hiện tượng tuần hoàn công suất. Như vậy, luận văn ñã hoàn thành và ñạt ñược các với mục ñích, yêu cầu và nội dung ñã ñặt ra. Hướng nghiên cứu tiếp theo là tiếp tục nghiên cứu sâu hơn hiện tượng tuần hoàn công suất trên một ñối tượng cụ thể, từ ñó tìm ra quy luật ñiều khiển một số thông số kết cấu và sử dụng nhằm phát huy mặt ảnh hưởng tích cực, hạn chế mặt ảnh hưởng tiêu cực của hiện tượng tuần hoàn công suất, thiết kế những cơ cấu ñiều khiển ñể nhằm ñạt ñược mục ñích nêu trên. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Vũ ðức Lập và các thầy giáo trong Bộ môn Xe quân sự ñã giúp tôi hoàn thành nội dung nghiên cứu. Rất mong ñược sự quan tâm ñóng góp ý kiến của các thầy và các bạn ñồng nghiệp. 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Vũ ðức Lập (2005), Sổ tay tra cứu tính năng kỹ thuật ô tô, Học viện KTQS, Hà Nội. 2. Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ ðức Lập (1999), Lý thuyết ô tô quân sự, Học viện KTQS, Hà Nội. 3. Nguyễn ðình Tuấn (1995), Nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe xích quân sự, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Học viện KTQS, Hà Nội. 4. Trần Quốc Tuấn (2002), Nghiên cứu khả năng chịu tải của hệ thống truyền lực ô tô quân sự khi xuất hiện hiện tượng tuần hoàn công suất, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Học viện KTQS, Hà Nội. 5. Phạm ðình Vy, Vũ ðức Lập (1996), Cấu tạo ô tô quân sự, Học viện KTQS, Hà Nội. Tiếng Anh 6. The Mathworks Inc (2005), Stateflow User’s Guide, Version 4, Natick, MA. 7. The Mathworks Inc (2005), Using Simulink and Stateflow in Automotive Application, Version 4, Natick, MA. 8. The Mathworks Inc (2005), The Student Edition of MATLAB User’s Guide, Version 5, Natick, Massachusetts 01760 – 2098. 9. The Mathworks Inc (2005), SimDriveline User’s Guide, Version 1, Natick, MA 01760-2098 Tiếng Nga 10. A.C AΗΤΟΗΟΒ (1967), Cилoвыe пepeдaчи кoлecныx и гусеничных машин, Издательство Машиностроение, Ленинград.