ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE TẢI KHI CHỞ QUÁ TẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE TẢI KHI CHỞ QUÁ TẢI

GIỚI THIỆU THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA XE TẢI THACO AUMAN C160

Số chỗ ngồi 3 Động cơ Diesel – 4 kỳ - 4 xylanh thẳng hàng, turbo tăng áp, phun nhiên liệu iều khiển iện tửđổi giữa đơn vị cơ đổi giữa đơn vị cơ

Dung tích công tác (cm 2 ¿ 3760

Công suất cực ạiđổi giữa đơn vị cơ 170 kW tại 2600 vg/ph

Momen xoắn cực ạiđổi giữa đơn vị cơ 600Nm tại 1300 ÷ 1700 vg/ph

Hộp số Cơ khí, số sàn, 6 số tiến, 1 số lùi

Tỉ số truyền của hộp số i h 1=6,719, i h 2=4,031, i h 3=2,304, i h4=1,443, i h5=1, i h 6 =0,74,i R =6,122

Tỉ số truyền của truyền trục chính i 0 =5,833

Hệ dẫn ộngđổi giữa đơn vị cơ Cầu sau

Bán kính quay vòng tối thiểu

Bán kính tính toán của bánh xe

Phanh trước Phanh khí nén, tác ộng 2 dòngđổi giữa đơn vị cơ

Phanh sau Phanh khí nén, tác ộng 2 dòngđổi giữa đơn vị cơ

Khối lượng toàn tải (kg) 15450

Chiều dài tổng thể (mm) 9710

Chiều rộng tổng thể (mm) 2500

Chiều cao tổng thể (mm) 3560

Chiều dài cơ sở (mm) 6100

Khoảng sáng gầm tối thiểu

280Dung tích bình nhiên liệu (lít) 260

Vận tốc tối a (km/h)đổi giữa đơn vị cơ 95

1.3.2 Thông số chọn và tính toán:

Hiệu suất truyền lực: ❑ tl =¿0,75 ÷ 0,85, chọn ❑ tl =¿ 0,85

Hệ số phân bố tải trọng lên cầu trước của xe khi chở quá tải gần đúng n 1=0,25

Hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau của xe khi chở quá tải gần đúng n 2=0,75 Khối lượng của người: 65(kg/ người)

Hệ số kể đến độ biến dạng lốp (= 0,94 ÷ 0,95), chọn = 0,94 [ 1,tr32] n emax =n e P &00(vg/ph) f o :là hệ số cản mặt đường ( f o = 0,012 ÷ 0,015), chọn f o = 0,013 [2]

C x : là hệ số cản không khí, C x =0,6-0,8(N s 2 /m 4 ¿, ta chọn C x =0,75 [1,tr55-56] Chiều cao hàng hóa của xe khi xe không tải: h g 78(mm)=1,478(m)

Khối lượng toàn tải ( toàn bộ): m tb = 15450 (kg)

 Khối lượng hàng hóa đúng tải là: m h 450−622030(kg)

 Trọng lượng hàng hóa đúnng tải là:

Bánh xe có kí hiệu: 10.00R20

 D : đường kính vành bánh xe, d = 20 (inch) + Bán kính thiết kế của bánh xe : r 0 =( B + d 2) = ( 10 + 202 ) ( inch)P8( mm)=0,508 (m)

+ Bán kính tính toán của bánh xe: r b =λ r 0 =0,94.508G7,52(mm)=0,478(m)

1.3.3 Xác định các thông số trọng lượng:

1.3.3.1 Các thông số trọng lượng:

Khối lượng không tải : m 0b20(kg)

Khối lượng toàn tải: m450(kg)

Khối lượng hàng hóa: m hh 30(kg)

Tải trọng phân bố ở cầu trước khi xe đầy tải G 01=¿54500 (N)

Tải trọng phân bố ở cầu sau khi xe đầy tải G 02=¿100000 (N)

1.3.3.2 Trọng lượng toàn bộ khi xe chở quá tải:

Khối lượng hàng quá tải: m hqt 30.1,75152,5(kg)

Khối lượng xe quá tải: m qt =m hqt +m 0+m n 152,5+6220+1950"567,5(kg)

1.3.3.3 Tải trọng phân bố lên các cầu xe khi chở quá tải

Tải trọng phân bố ở cầu trước khi xe chở quá tải:

G 1 =n 1 G qt =0,25.225675V418,75(N) Tải trọng phân bố ở cầu sau khi xe chở quá tải:

ĐỒ THỊ

Có các giá trị P e , M e tương ứng với các giá trị n e ta có thể vẽ đồ thị P e =f(n e ) và đồ thị M e =f ' (n e ).

Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặc tính ngoài với công suất P e (kW) và momen xoắn M e (N,m) của động cợ xe tải Auman C160 là loại động cơ diesel với buồng cháy trực tiếp

Hình 2 1: Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ.

2.3 KHẢO SÁT ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI

Từ đồ thị đặc tính ngoài động cơ ta thấy: công suất P e đạt cực đại tại n e &00

(vg/ph) và P emax 0(kW).

Nếu số vòng quay vượt quá n e P &00(vg/ph) P e sẽ giảm dần về 0, khi n e vượt quá 2600 (vg/ph) động cơ diesel có bộ điều tốc hạn chế số vòng quay.

Khi tốc độ tăng đến một tốc độ cho phép nó sẽ tự giảm nhiên liệu phun vào động cơ và khi thiết kế ta chỉ tính tiết diện lưu thông của xupap nạp để đạt P emax tại n e P &00.Tại n e P &00đủ đảm bảo “thời gian – tiết diện” để nạp đủ năng lượng không khí đạt P emax

Tốc độ quay của trục khuỷu (vg/ph)

Khi tăng tốc từ n emin P0 (vg/ph) đến n e 00 (vg/ph), M e tăng và P e tăng vì hệ số nạp tăng Do vận động dòng khí nạp tăng nên đốt cháy tốt và nhanh, tổn thất nhiệt ra nước làm mát.

Từ n e 00 (vg/ph) đến n e &00 (vg/ph), P e vẫn tăng nhưng M e giảm vì hệ số nạp cũng giảm, mất mát do công bơm và công cơ học.

Nhưng nếu số vòng quay vượt quá n e &00 (vg/ph) cho tới khi n e )00 (vg/ph)

M e P e đều giảm về 0 vì lúc này bộ điều tốc đã hoạt động.

KHẢO SÁT ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI

TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC

CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI

3.1 TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI :

3.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo của xe khi xe chở quá tải:

Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển động, Biểu thức cân bằng giữa lực kéo ở các bánh xe chủ động và các lực cản được gọi là phương trình cân bằng lực kéo.

Ta có phương trình tổng quát:

 F k : lực kéo tiếp tuyến truyền ở bánh xe chủ động.

 F f : lực cản lăn F f =f G qt cos

 F i : lực cản lên dốc F i =G qt sin

 F j : lực cản quán tính F j =G qt g ❑ j j Lưu ý:

 Ở lực F i : dấu (+) dùng khi xe lên dốc, (-) dùng khi xe xuống dốc.

 Ở lực F f : dấu (+) dùng khi xe tăng tốc, (-) dùng khi xe giảm tốc.

TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI

Theo thông số kỹ thuật cho trước v max = 95km/h khi chở đúng tải, trong khi đó xe chở quá tải 75% xe chỉ đạt 50.4 km/h, như vậy v max bị giảm rất nhiều, nguyên nhân do xe chở gần gấp đôi tải, từ đó ta thấy tác hại khi xe chở quá tải làm vận tốc xe giảm đi rất nhiều.

Nếu xe chuyển động trên loại đường có yêu cầu vận tốc lớn hơn 50,4 (km/h) thì bắt buộc người lái phải đi tay số 5, bởi vì ở tay số 6 lực kéo khá nhỏ so với yêu cầu lực kéo cần có khi chở quá tải 75%. Đường thẳng F ❑ là đường thể hiện giới hạn lực bám của bánh xe chủ động với mặt đường Để xe không bị trượt quay thì F k ≤ F ❑ , nếu F k >F ❑ khi đó bánh xe chủ động xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn.

3.2 TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI:

3.2.1 Phương trình cân bằng công suất của xe chở quá tải:

Công suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để thắng các lực cản chuyển động Biểu thức cân bằng giữa công suất của động cơ phát ra và công suất cản kể trên gọi là phương trình cân bằng công suất của xe khi chuyển động.

Nếu xét tại các bánh xe chủ động thì phương trình cân bằng công suất có dạng sau:

Phương trình tổng quát, ta có:

 P e : công suất do động cơ sinh ra.

 P k : công suất kéo của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động.

 P t : công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực.

 P f : công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn.

 P i : công suất tiêu hao để thắng lực cản lên dốc.

 P ❑ : công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí.

 P j : công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính.

 P m : công suất tiêu hao để thắng lực cản ở rơ móc ( P m = 0 vì xe không có rơ móc).

P e =P e (1−❑ tl )+f G qt v cos❑± G qt sin❑ v+0,625.C x S v 3 ±G qt g ❑ j j v

 Ở công suất P i : dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) dùng khi xe xuống dốc.

 Ở công suất P f : dấu (+) dùng khi xe tăng tốc, dấu (-) dùng khi xe xuống dốc.

Nếu tổng hợp công suất tiêu hao cho lực cản lăn và lực cản lên dốc, thì sẽ nhận được công suất tiêu hao cho lực cản mặt đường P ❑ :

  : hệ số cản tổng cộng của mặt đường ¿ f cos α ± sin α , nếu α 1 và giá trị (-) khi f < 1 hoặc  = 0 khi f = 1 khi xuống dốc.

Nếu xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0) và không kéo rơ móc thì phương trình cân bằng lực kéo sẽ đơn giản hơn:

3.2.2 Phương pháp xây dựng đồ thị cân bằng công suất kéo khi chở quá tải:

Chúng ta sẽ cho trường hợp: xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0) và không kéo theo rơ móc, hộp số có 6 số truyền, tức là:

Vẽ các đường biểu thị công suất P e dựa vào:

+ Đường đặc tính ngoài của động cơ: P e =f( n e )

+ Công thức tính vận tốc chuyển động của xe ở các số truyền: v i =2.π n e r b

+ Từ hai mối quan hện trên, ta nhận được P e =f(v)

Vẽ các đường biểu thị công suất kéo P ki ở các tay số dựa vào:

Vẽ các đường biểu thị các công suất cản chuyển động dựa vào các công thức: + Công thức tính công suất lực cản lăn:

 Nếu f =const và α = const thì P f là đường thẳng phụ thuộc vào v.

 Nếu f ≠ const hoặc α ≠ const thì P f là đường cong phụ thuộc vào f,,v.

+ Đường công suất cản không khí:

P ❑ =0,625.C x S v 3 Đây là đường cong bậc ba phụ thuộc vào vận tốc của xe. Đường cong ( P ❑+P¿ là tổng của các giá trị P ❑ và P tương ứng cũng là tổng của giá trị P f và P tương ứng. Ý nghĩa sử dụng: Ứng với các vận tốc khác nhau thì tung độ nằm giữa đường cong ( P ❑+P¿ và đường cong P k là công suất dự trữ, được gọi là công suất dư P d dùng để: leo dốc, tăng tốc, kéo rơ móc,…

Hai đường cong P k 5và ( P ❑+P¿ cắt nhau tại A, tại điểm A: P d =0, xe không còn khả năng tăng tốc, leo dốc,… Chiếu điểm A xuống trụ hoành, ta được v max của xe ở điều kiện chở quá tải.

Vận tốc lớn nhất của xe chỉ đạt được khi xe chuyển động đều trên đường nằm ngang, đồng thời bướm ga mở tối đa ( hoặc thanh rang bơm cao áp đã kéo hết) và đang ở tay số cao nhất của hộp số.

Nếu muốn xe chuyển động ổn định (đều) trên một loại đường nào đó với vận tốc v nhỏ hơn v max thì cần đóng bớt bướm ga lại (hoặc trả thanh kéo nhiên liệu về), mặt khác có thể phải chuyển về tay số thấp hơn của hộp số.

3.2.3 Xây dựng đồ thị cân bằng công suất khi xe chở quá tải:

3.2.3.1 Công suất kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số (các số truyền hộp số):

 P ki : công suất kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số.

 P e : công suất có ích do động cơ phát ra.

Giá trị P ki công suất kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 3.7: Giá trị công suất kéo tương ứng với từng vận tốc. v 1 P k1 v 2 P k 2 v 3 P k 3 v 4 P k4 v 5 P k 5 v 6 P k6

3.2.3.2 Tính toán công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn

 G qt : là trọng lượng toàn bộ của xe khi xe chở quá tải.

 f i : là hệ số cản lăn tương ứng với từng tốc độ chuyển động của xe. f i 2+v i

 v i : là vận tốc (m/s) của xe ứng với từng tay số.

1000 Giá trị P fi ứng với từng vận tốc của từng tay số được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3.8: Giá trị công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn tương ứng với từng vận tốc. v 1 P f 1 v 2 P f 2 v 3 P f 3 v 4 P f 4 v 5 P f 5 v 6 P f 6

3.2.3.3 Tính toán công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí

1000Giá trị P ω ứng với từng vận tốc v i được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3.9: Giá trị công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí tương ứng với từng vận tốc. v 1 P ω 1 v 2 P ω2 v 3 P ω3 v 4 P ω4 v 5 P ω5 v 6 P ω6

3.2.3.4 Tính toán cho đường cong công suất cản tổng cộng P f +P ω :

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường nằm ngang nên P i =0

Giá trị của đường cong P c và vận tốc ứng với từng tay số thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3.10: Giá trị tổng công suất P f +P ω tương ứng với từng vận tốc. v 1 P f 1 +P 1 v 2 P f 2 +P 2 v 3 P f 3 +P 3 v 4 P f 4 +P 4 v 5 P f 5 +P 5 v 6 P f 6 +P 6

3.2.4 Đồ thị quan hệ giữa công suất và công suất cản tổng thể:

Phương trình cân bằng công suất của xe có thể biểu diễn bằng đồ thị, Đồ thị được xây dựng theo quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và các công suất cản khi xe chuyển động, phụ thuộc vào vận tốc chuyển động, tức là P = f(v).

Mặt khác do giữa vận tốc chuyển động v và số vòng quay n e có mối quan hệ: v i =2.π n e r b

60.i 0 i hi cho nên ta cũng có thể biểu diễn quan hệ giữa các công suất theo số vòng quay của động cơ, nghĩa là: P = f( n e ).

Hình 3.2: Đồ thị cân bằng công suất. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và công suất cản khi xe chuyển động phụ thuộc vào vận tốc của xe hoặc số vòng quay của động cơ được gọi là đồ thị cân bằng công suất của xe.

Pk2 Pk3 Pk4 Pk5 Pk6 Pe1 Pe2 Pe3 Pe4 Pe5 Pe6 Pf+Pw Pf Pf+Pw Pf+Pw Pf+Pw

ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI

Đồ thị xác định trị số các thành phần của công suất cản ở các tốc độ khác nhau với các tỉ số truyền khác nhau.

Xác định công suất dư ở các tốc độ khác nhau và tỉ số truyền khác nhau. Ở tay số 5, v max = 22,3 (m/s)= 80,3 (km/h), có công suất 143 (kW) Bởi vậy, khi xe chở quá tải 75% nên đi tay số 5 vì tay số 6 vận tốc khá nhỏ không kinh tế. Ở tay số 6, đường cong công suất cản cắt đường công suất kéo ( P k6¿ có công suất bằng 66(kW) tại vận tốc 14 (m/s) Đó là công suất kéo cực đại của xe khi chở quá tải.

3.3 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI:

3.3.1 Khái niệm về tính động lực của xe khi chở quá tải:

Khi so sánh tính chất động lực học của các loại xe khác nhau ứng với các điều kiện làm việc của xe ở các loại đường khác nhau, người ta muốn có một thông số thể hiện được ngay tính động lực học.

Phương trình cân bằng lực kéo không thuận lợi để đánh giá các loại xe khác nhau Cho nên cần phải có một thông số đặc trưng cho tính chất động lực học của xe mà chỉ số kết cấu không có mặt trong đó Thông số đó gọi là đặc tính động lực học, ký hiệu là D:

Qua biểu thức (3.20) ta thấy: giá trị D chỉ phụ thuộc vào thông số kết cấu của xe, vì thế nó có thể xác định cho mỗi xe cụ thể.

Từ phương trình cân bằng lực kéo khi xe không kéo rơ móc:

M e i hi i 0 ❑ tl r b =f G qt cos❑± G qt sin❑+0.625 C x S v 2 ±G qt g ❑ j j

Ta chuyển 0,625.C x S v 2 sang vế trái và chia hai vế cho G qt thì nhận được:

G qt G qt (f cosα ±sinα)±G qt g δ j j

Khi xe chuyên động ở số thấp thì giá trị D sẽ lớn hơn so với khi xe chuyển động ở các số cao. Đặc tính động lực học D thể hiện khả năng xe thắng lực cản tổng cổng và khả năng tang tốc.

Khi xe chuyển động đều (j = 0) thì D = .

Khi xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang ( = 0) thì D = f, đồng thời nếu xe đang gài tay số cao nhất và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải, ta sẽ nhận được giá trị v max của xe.

Giá trị D max tương ứng với sức cản của mặt đường được đăc trưng bằng hệ số cản tổng cộng lớn nhất ❑ max ở tay số nhỏ nhất. Để xe chuyển động được thì phải thỏa mãn: D ≥Ψ

Giá trị D bị giới hạn bởi điều kiện bám F φ ≥ F kmax hay m i G b φ ≥ F kmax Bởi vậy ở đây chúng ta phải đưa thêm khái niệm đặc tính động lực học tính theo điều kiện bám

G qt (3.22) Để xe chuyển động không bị trượt quay thì:

D φ ≥ D Để duy trì cho xe chuyển động phải thỏa mãn hai điều kiện sau:

3.3.2 Phương pháp xây dựng đồ thị đặc tính động lực học khi xe chở quá tải:

3.3.2.1 Phương pháp xây dựng đồ thị: Đặc tính động lực học của xe khi chở quá tải D có thể biểu diễn bằng đồ thị Đồ thị đặc tính động lực học D biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa đặc tính động lực học và vận tốc chuyển động của xe chở quá tải, nghĩa là D= f ( v), khi xe có tải trọng quá tải và động cơ làm việc với chế độ toàn tải được thể hiện trên đồ thị( đồ thị có 6 số truyền của hộp số) và được gọi là đồ thị đặc tính động lực học của xe chở quá tải.

Trên trục tung, ta đặt các giá trị của đặc tính động lực học D, trên trục hoành ta đặt các giá trị vận tốc chuyển động v.

3.3.2.2 Ý nghĩa sử dụng đồ thị đặc tính động lực học khi xe chở quá tải:

3.3.2.2.1 Xác định vận tốc lớn nhất khi xe chở quá tải:

Ta biết rằng khi xe chở quá tải chuyển động đều ( ổn định) nghĩa là j = 0 thì tung độ mỗi điểm cảu đường cong đặc tính động lực học D ở các số truyền khác nhau chiếu xuống trục hoành sẽ xác định vận tốc lớn nhất v max của xe ở loại đường với hệ số cản tổng cộng đã cho.

Nếu đường cong đặc tính động lực học hoàn toàn nằm phía trên đường hệ số cản tổng cộng của mặt đường  thì xe không có khả năng chuyển động đều (ổn định) khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải, Để thỏa mãn điều kiện này thì chúng ta có thể giải quyết bằng 2 cách sau đây:

+ Cách thứ nhất: người lái có thể chuyển sang số cao hơn của hộp số để cho đường cong đặc tính động lực học ở số cao hơn cắt đường hệ số cản tổng cộng của mặt đường  ở phần làm việc ổn định trên đường đặc tính động lực học.

+ Cách thứ hai: người lái cần giảm ga hoặc trả về bớt thanh rang bơm cao áp để giảm bớt công suất của động cơ

Nếu không giải quyết bằng một trong hai biện pháp trên thì sẽ xảy ra hiện tượng tăng tốc của xe.

Trong trường hợp xe chuyển động đều (ổn định) tức là j =0 và trên loại đường tốt, nằm ngang  = 0, hệ số cản tổng cộng của mặt đường sẽ bằng hệ số cản lăn:  = f. Giao điểm A của đường hệ số cản lăn f và đường cong nhân tố động lực học D 5 chiếu xuống trục hoành xác định được vận tốc lớn nhất của xe v max ở số truyền cao nhất và động cơ làm việc ở chế độ quá tải (hình 3.3).

3.3.2.2.2 Xác định độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua khi xe chở quá tải:

Như đã trình bày ở trên, trong trường hợp xe chuyển động đều (ổn định) thì có

D = , nếu biết hệ số cản lăn của loại đường thì ta có thể tìm ra được độ dốc lớn nhất của đường mà xe có thể khắc phục được ở một vận tốc cho trước, Ta có: i=D−f=−f(3.22)

Giả sử xe chuyển động ở vận tốc v 1 thì độ dốc lớn nhất mà xe có thể khắc phục được ở các số truyền khác nhau của hộp số được thể hiện bằng các đoạn tung độ khác nhau, Còn độ dốc lớn nhất mà xe có thể khắc phục được ở mỗi tỷ số khác nhau của hộp số, khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải được xác định bằng các đoạn tung độ

D max −f, như vậy: i max =D max −f(3.23)

Cũng cần chú ý rằng tại điểm có đặc tính động lực học lớn nhất D max ở mỗi một số truyền thì đường cong đặc tính động lực học chia làm hai khu vực bên trái và bên phải mỗi đường cong.

NHẬN XÉT VỀ XE KHI CHỞ QUÁ TẢI

TÍNH TOÁN KIỂM TRA ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA XE KHI

Tính ổn định của xe là khả năng đảm bảo giữ cho quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau Tùy thuộc điều kiện sử dụng, xe có thể đứng yên, chuyển động trên đường dốc (đường có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang) có thể phanh hoặc quay vòng ở các loại đường khác nhau (đường xấu, đường tốt,…).

Trong những điều kiện phức tạp như vậy, xe phải giữ được quỹ đạo của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt hoặc thùng xe không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo chúng chuyển động an toàn, nâng cao vận tốc chuyển động của xe có nghĩa là tăng tính kinh tế và tính ổn định của xe trong mọi điều kiện làm việc.

Trong phần này, chúng ta nghiên cứu tính ổn định của xe để đảm bảo khả năng không bị lật đổ hoặc bị trượt trong những điều kiện chuyển động khác nhau.

TÍNH ỔN ĐỊNH NGANG CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI

4.2.1 Tính ổn định ngang của xe chở quá tải khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang

4.2.1.1 Xét tính ổn định của xe khi xe chở quá tải theo điều kiện lật đổ

 Y ' ;Y ' ' : là phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe bên phải, bên trái.

 β: là góc nghiêng ngang của đường.

 Z ' ;Z ' ' : là các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng các bánh xe bên phải và bên trái.

 M jn : là mômen của các lực quán tính tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng ngang khi xe chuyển động không ổn định.

Hình 4 6: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe chở quá tải khi chuyển động thẳng trên đường nằm nghiêng ngang.

Xe có xu hướng lật đổ quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe bên trái với mặt đường (điểm B) như hình.

Lấy Mômen đối với điểm B và rút gọn thì ta được:

Khi góc β tăng tới giá trị giới hạn β đ , xe bị lật quanh trục đi qua B, Lúc đó

Thông thường, giá trị M jn nhỏ nên có thể coi M jn ≈0, xe không kéo rơ móc nên

Ta xác định được góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang là: tanβ đ = c

 β đ : góc nghiêng ngang giới hạn của đường mà xe bị lật đổ.

 c: là chiều rộng cơ sở của xe.

4.2.1.2 Xét tính ổn định của xe khi chở quá tải theo điều kiện trượt

Khi chất lượng bám của bánh xe với đường kém, xe có xu hướng trượt khi chuyển động trên đường nghiêng ngang. Để xác định góc giới hạn khi xe bị trượt, ta lập phương trình hình chiếu các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường.

 β φ : góc nghiêng ngang giới hạn mà xe bị trượt.

 φ y : hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường.

Rút gọn biểu thức (4.23) ta được: tanβ φ =φ y =0,9(4.24)

⇒β φ A°59' Để đảm bảo an toàn thì xe phải bị trượt trước khi bị lật đổ, có nghĩa là: tanβ φ tanβ đ hay φ y > c

Vậy qua điều kiện ta xét ở trên, ta thấy xe lật đổ trước khi bị trượt, không đảm bảo được điều kiện an toàn, độ ổn định giảm khi xe chở quá tải.

Khi xe đứng yên trên đường nghiêng ngang, ta cũng xác định được góc nghiêng giới hạn mà tại đó xe bị lật đổ hoặc bị trượt. Ở trong trường hợp này, xe chỉ chịu tác dụng của trọng lượng Phương pháp xác định cũng tương tự như phần trên, ta có ngay góc giới hạn mà xe bị lật đổ: tanβ t = c

Cũng tương tự ta có góc giới hạn mà xe bị trượt là: tanβ tφ =φ y =0,9(4.27)

⇒β tφ A°59' Điều kiện để xe trượt trước khi lật: tanβ tφ tanβ t hay φ y > c

Vậy qua điều kiện ta xét ở trên Khi xe đứng yên trên đường nghiêng ngang ta thấy xe bị lật đổ trước khi bị trượt Không đảm bảo điều kiện an toàn khi xe chở quá tải.

4.2.2 Tính ổn định ngang của xe khi chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang

4.2.2.1 Xét lật đổ theo điều kiện lật đổ

4.2.2.1.1 Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài (hướng nghiêng ngang của đường và trục quay vòng của xe ở hai phía của đường)

Trong trường hợp này, xe chịu tác dụng của các lực sau: lực ly tâm F 1

, trọng lực toàn bộ quá tải của xe G qt , xe không kéo rơ móc nên bỏ qua F m

Khi góc β tăng dần đồng thới dưới tác dụng của lực ly tâm F 1, xe sẽ bị lật đổ quanh trục đi qua A (trục này là giao tuyến giữa mặt phẳng của đường với mặt phẳng đi qua hai tâm của các bánh xe bên phải và vuông góc với mặt đường), lúc đó vận tốc của xe đạt tới giá trị giới hạn và hợp lực Z ' ' =0 Để xác định trị số các phản lực bên trái, ta lập phương trình cân bằng mômen đối với đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc của các bánh xe bên phải đối với mặt đường:

Hình 4 7: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên xe chở quá tải khi quay vòng trên đường nằm nghiêng ngang ra ngoài.

: Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe bên trái của cầu trước và cầu sau.

Thông thường thì giá trị M jn nhỏ nên chúng ta bỏ qua M jn và thay trị số của lực ly tâm F 1 =G qt v n 2 gR vào công thức rồi rút gọn, ta được: v n 2 =¿ ¿

 β đ : Là góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị lật đổ.

 R: Bán kính quay vòng của xe

 v: Vận tốc chuyển động quay vòng (m/s)

 v n : Vận tốc giới hạn (hay vận tốc nguy hiểm) khi xe quay vòng bị lật đổ.

Các giá trị vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau của đường được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 4.1: Bảng vận tốc giới hạn quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau của đường. β đ (°) v n (m s )

35 Xe bị lật ổ tại đổi giữa đơn vị cơ góc nghiêng này.

4.2.2.1.2 Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong (hướng nghiêng của đường cùng phía với trục quay vòng)

Xe có xu hướng lật đổ lật đổ quanh trục đi qua A và nằm trong mặt phẳng của mặt đường.

Khi vận tốc xe tăng tới giới hạn xe sẽ bị lật đổ Lúc đó, các bánh xe phía bên trái không còn tiếp xúc với mặt đường nữa, nên: Z ' ' =0.

Sau khi rút gọn ta được: v n =√ gR ¿ ¿ ¿

 β đ : Là góc nghiêng ngang của đường khi xe bị lật đổ.

 R: Bán kính quay vòng của xe

 v n : Vận tốc giới hạn (hay vận tốc nguy hiểm) khi xe quay vòng bị lật đổ.

Các giá trị vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau của đường được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 4.2: Bảng vận tốc giới hạn quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc nghiêng ngang của đường. β đ (°) v n (m s)

60 Xe bị lật ổ tại đổi giữa đơn vị cơ góc nghiêng này.

4.2.2.1.3 Trường hợp xe quay vòng trên đường nằm ngang

Trường hợp xe quay vòng trên đường nằm ngang, vận tốc giới hạn của xe lật đổ là : v n =√ Rg 2 c h g = √ 10.10,5 2.1,697 2,3 =8,435 ( m s ) 0,367 ( km h ) ( 4.35)

4.2.2.2 Xét lật đổ theo điều kiện trượt

Khi quay vòng trên đường nghiêng ngang xe có thể bị trượt bên dưới tác dụng của các thành phần lực G qt sinβ và F 1cosβ (do điều kiện bám ngang của xe và đường không đảm bảo).

Hình 4 9: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên xe chở quá tải khi quay vòng trên đường nằm nghiêng ngang.

4.2.2.2.1 Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài

Khi vận tốc xe đạt tới giới hạn v φ , xe bắt đầu trượt ngang, lúc đó các phản lực ngang sẽ bằng lực bám.

Chiếu các lực lên phương song song với mặt đường và phương vuông góc với mặt đường Ta có:

Thay giá trị biểu thức (4.37) và (4.38) vào (4.36) rồi rút gọn thì ta được: v φ 2 =Rg¿ ¿

⇒v φ =√ Rg 1+ φ y − φ y tan tan β β φ φ = √ 10,5.10 1+0,9 tan 0,9− tan β β φ φ

Các giá trị vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện trượt ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau của đường được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 4.3: Bảng vận tốc giới hạn quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện trượt ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau của đường. β φ (°) v φ (m s )

45 Xe bị trượt tại góc nghiêng này.

4.2.2.2.2 Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong Để xác định vận tốc giới hạn mà tại đó xe bắt đầu trượt bên, ta cũng làm tương tự như trên là chiếu các lực lên phương song song với mặt đường và phương vuông góc mặt đường ta được:

F 1 cosβ φ −G qt sinβ φ =Y ' +Y '' =φ y (Z ' +Z ' ' )=φ y ( G qt cosβ φ +F 1 sinβ φ )(4.40)

Rút gọn biểu thức ta được: v φ =√ Rg 1−φ φ y + y tan tan β β φ φ = √ 10,5.10 1−0,9 tan 0,9+tan β β φ φ

Các giá trị vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong theo điều kiện trượt ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau của đường được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 4.4: Bảng vận tốc giới hạn quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong theo điều kiện trượt ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau của đường. β φ (°) v φ (m s )

50 Xe bị trượt tại gốc nghiêng này.

4.2.2.2.3 Xe quay vòng trên đường nằm ngang

Trường hợp xe quay vòng trên đường nằm ngang, vận tốc giới hạn khi xe bị trượt bên là: v φ =√ gR φ y (4.41 )

 φ y : Hệ số bám ngang của đường và bánh xe.

 β φ : Góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị trượt. Vậy ta có vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nằm ngang là: v φ =√ gR φ y =√10.10,5.0,9=9,72( m s ) 4,996 ( km h )

Góc nghiêng ngang giới hạn và vận tốc nguy hiểm mà tại đó xe bị lật đổ hoặc bị trượt bên khi chuyển động trên đường nghiêng ngang phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm,bán kính quay vòng và hệ số bám ngang của bánh xe với đường.

KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ĐỂ XE QUAY VÒNG ỔN ĐỊNH Ở CÁC LOẠI ĐƯỜNG KHÁC NHAU KHI CHỞ QUÁ TẢI

Trên quan điểm động lực học quay vòng, để xe quay vòng ổn định không bị trượt ngang thì phải thỏa mãn phương trình cân bằng lực theo phương ngang Từ phương trình cân bằng lực theo phương ngang, chúng ta sẽ xác định được vận tốc nguy hiểm mà tại thời điểm đó xe bắt đầu trượt ngang Bởi vậy trong phần này từ phương trình cân bằng lực theo phương ngang chúng ta đi xác định vận tốc nguy hiểm trên quan điểm động lực học quay vòng.

5.2.2 Trường hợp xe quay vòng trên đường nhựa bê tông khô

Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang:

 G 1: Trọng lượng phân bố của xe tác dụng lên cầu trước khi xe chở quá tải (N)

+ Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang:

 G 2 :Trọng lượng phân bố của xe tác dụng lên cầu sau khi xe chở quá tải (N)

Ta có: m qt "567,5(kg) Để xe quay vòng không bị trượt ngang thì cần thỏa mãn điều kiện:

Từ hình vẽ ta có: tanβ=b

Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều của trục ngang: j y =F jly m 3107,5

Từ hình vẽ ta có: sinβ=F jlx

F jl ⇒F jlx =F jl sinβ 5231,36.sin(8°15 ' ))449,186(N)

Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục dọc: j x =F jlx m )449,186

22567,5 =1,305(m s 2 ) Vận tốc cực đại v max của xe khi vào đường vòng với φ y =0,9

5.2.3 Trường hợp xe quay vòng trên đường nhựa bê tông ướt

+ Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang:

 G 1−¿Trọng lực phân bố của xe tác dụng lên cầu trước khi xe chở quá tải (N)

+ Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang:

 G 2−¿Trọng lượng phân bố của xe tác dụng lên cầu sau khi xe chở quá tải (N)

Ta có: m qt "567,5(kg) Để xe quay vòng không bị trượt ngang thì cần thỏa mãn điều kiện sau:

Từ hình vẽ ta có: tanβ=b

Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục ngang: j y =F jly m 4121,25

Từ hình vẽ ta có: sinβ=F jlx

F jl ⇒F jlx =F jl sinβ5419,164.sin(8°15 ' )996,725(N) Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục dọc: j x =F jlx m 996,725

Vận tốc cực đại v max của xe khi vào đường vòng với φ y =0,55

Tương tự cách tính toán loại đường nhựa bê tông ta có thể tính được vận tốc cực đại v max của xe khi vào đường vòng trên các loại đường khác nhau ứng với từng hệ số φ y khác nhau:

*Tóm lại: Để xe chuyển động quay vòng không bị trượt ngang ứng với các loại đường khác nhau thì tài xế xe chỉ chạy được với tốc độ tối đa cho phép, để đảm bảo an toàn cho xe không bị trượt Tương ứng với các loại đường ta tính được vận tốc cực đại v max khi xe quay vòng như sau:

Bảng 5.3: Vận tốc giới hạn bám cực đại quay vòng v max ứng với từng hệ số bám ngang φ y của từng loại mặt đường.

Loại ường và tình trạngđổi giữa đơn vị cơ mặt ườngđổi giữa đơn vị cơ

Vận tốc giới hạn cực ạiđổi giữa đơn vị cơ quay vòng v max (km/h) Đường bê tông khô 0,9 34,996 Đường bê tông ướt 0,55 27,358 Đường ất khôđổi giữa đơn vị cơ 0,7 30,863 Đường ất ướtđổi giữa đơn vị cơ 0,5 26,084 Đường cát khô 0,4 23,331 Đường cát ướt 0,9 34,996