Trang 23 Ở công thức 1.4, khi xác định được mômen động cơ Me và số vòng quay độngcơ n thì ta có thể xác định được công suất của động cơ một cách dễ dàng.Muốn xác định mômen động cơ người
G IỚI THIỆU CHUNG
Giới thiệu chung về xe máy cỡ nhỏ ( 50cc đến dưới 175 cc)
- Xe môtô là xe cơ giới hai hoặc ba bánh và các loại xe tương tự để vận chuyển hành khách, di chuyển bằng động cơ có dung tích xi-lanh từ 50 cm3 trở lên, trọng lượng không quá 400kg đối với môtô hai bánh hoặc sức chở từ 350kg đến 500kg đối với môtô 3 bánh Định nghĩa này không bao gồm xe gắn máy;
- Xe gắn máy là phương tiện chạy bằng động cơ, có hai bánh hoặc ba bánh và vận tốc thiết kế lớn nhất không lớn hơn 50 km/h Nếu động cơ dẫn động là động cơ nhiệt thì dung tích làm việc hoặc dung tích tương đương không được lớn hơn 50 cm3;
Như vậy, môtô chính là xe máy theo cách gọi của phần đông người sử dụng hiện nay Cụ thể, xe Honda, Yamaha, Vespa… được gọi chung là môtô trong các văn bản luật.
Xe gắn máy là những xe dung tích dưới 50 phân khối, tốc độ tối đa không lớn hơn
50 km/h, những xe này phần lớn thuộc dạng moped hay còn gọi là xe đạp máy và cả xe máy điện.
Một số dòng xe trong phân khúc ( 50cc đến dưới 175 cc )
- Xe Lead đầu tiên ra mắt vào năm 1982 tại Nhật Bản với 2 phiên bản động cơ 50cc và 80cc, tuy nhiên tại thị trường Việt Nam, xe máy tay ga Honda Lead chính thức ra mắt vào tháng 12/2008 với định vị nhắm vào phân khúc xe tay ga hạng sang, được bán ra chính thức thị trường Việt Nam ngày 2/1/2009.
- Điểm mạnh của dòng xe này ngay từ đầu chính là cốp xe 37 [lít] siêu rộng ngay từ đầu đã tạo ra cho xe sự cạnh tranh rất lớn đối với cá đối thủ trên thị trường, và đến nay xe Lead vẫn giữ vững vị trí số 1 trong số các dòng xe tay ga cốp rộng nhất trên thị trường.
Hình 1.1 Honda Lead 2009-đời đầu
Hình 1 2 Honda Lead 2011-trang bị thêm chân chống phụ
Giới thiệu xe gắn máy Lead 110cc
Nhắc đến những dòng xe tay ga tầm trung nổi tiếng của Honda được thị trường đón nhận hết lòng thì không thể thiếu Honda Lead Honda Lead là mẫu xe có kiểu dáng trẻ trung, dễ điều khiển nên đối tượng phục vụ chủ yếu đó là các chị em phụ nữ. Phiên bản Honda Lead đời đầu được ra mắt thị trường vào đầu năm 2009 Dòng xe tay ga phổ thông đời đầu này được trang bị động cơ 108cc, sử dụng hệ thống làm mát bằng dung dịch và bộ tản nhiệt tích hợp Khối động cơ được trang bị công nghệ 4 thì truyền tự động, gọn nhẹ nhờ đó mà xe vận hành cũng êm ái hơn và mượt hơn
Ngay từ khi ra đời Honda Lead 2009 đã được trang bị hệ thống phun xăng điện tử PGM-Fi giúp tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả, thân thiện với môi trường Bộ điều khiển trung tâm ECM, hệ thống phanh kết hợp và lốp không săm an toàn cho người điều khiển cũng được trang bị cho Lead 2009.
Về kiểu dáng thì xe Lead có vẻ ngoài khá to và đồ sộ so với các mẫu xe đang
“hot” cùng thời điểm như Click, Air Blade Lead không sử dụng tem trang trí mà chỉ có logo được thiết kế đơn giản, gắn vào hai bên hông xe. Được trang bị khóa từ 4 trong 1 có khả năng chống rỉ sét hiệu quả, bao gồm khóa điện (khóa công tắc), khóa cổ, khóa yên và khóa chống trộm Nắp bình xăng được thiết kế ở bên ngoài xe nên có thể nạp nhiên liệu mà không cần mở yên như các xe khác.
Honda Lead 110cc có một nhược điểm là không sử dụng loại chân chống cạnh - vốn đã được người sử dụng coi như một tính năng không thể thiếu.
Honda Lead 110cc vẫn có nhược điểm của loại xe nhập khẩu như: nắp bình xăng đặt ở vị trí không tiện lợi, thân xe tuy lớn nhưng vỏ yếm lại khá mỏng và không có điểm tỳ- khó khăn khi phải dịch chuyển xe, do phải tỳ vào phần hông xe rất dễ làm vỡ vỏ nhựa.
Honda Wave là một trong những dòng xe phổ biến và được ưa chuộng nhất của Honda Đây là dòng xe đem lại lượng doanh thu lớn cho hãng trong dòng xe số Những chiếc xe mang đến cho người điều khiển những trải nghiệm tốt nhất Wave sở hữu khả năng vận hành êm ái cũng như rất tiết kiệm nhiên liệu.
Các đời xe Wave thái
Những chiếc xe dòng Wave Thái đã từng “làm mưa làm gió” trên thị trường những năm cuối thập kỷ 90 Cùng với Dream Thái, đây là mẫu xe gây sốt và được ưa chuộng bậc nhất thị trường.
Dòng xe Wave Thái có ưu điểm là máy tốt, chạy êm Những năm 1997, khi mà Wave Thái mới bắt đầu tiếp cận thị trường Việt Nam, đây là chiếc xe mơ ước của hầu hết tất cả những người đi xe.
Từ 1997 đến 1999 là thời gian nở rộ của Wave Thái 100 Đây là chiếc xe Wave Thái đầu tiên được nhập vào nước ta Xe có thiết kế đơn giản, phần vỏ hoàn toàn bằng nhựa giúp xe nhẹ nhàng và cũng dễ điều khiển hơn Xe có động cơ 100cc – được coi là
Sau đó là sự có mặt của Wave Thái 110 và 125cc nhưng loại 125cc không phổ biến Wave Thái 110 có thiết kế đẹp mắt phù hợp với thị trường hơn Động cơ 110 phân khối cũng giúp xe khỏe và vận hành ổn định hơn.
Tuy nhiên, từ sau 2002, Honda tung ra dòng xe Wave Alpha với mức giá rẻ hơn rất nhiều đã khiến cho những chiếc Wave Thái bị “thất sủng” Mặc dù hiện nay đã có rất nhiều dòng Wave khác phổ biến hơn nhưng Wave Thái vẫn là mẫu xe in sâu trong tâm trí nhiều người Việt Nam.
M ỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
Có nhiều phương pháp xác định công suất động cơ, sau đây giới thiệu một vài phương pháp xác định công suất động cơ:
Vh_thể tích công tác của xi lanh [dm 3 ];
S_hành trình piston [m]; ρ k _khối lượng riêng của không khí đưa vào động cơ [kg/m 3 ]; η v _hệ số nạp;
QH_nhiệt trị thấp của nhiên liệu [MJ/kg]
M0_lượng không khí cần thiết lý thuyết để đốt cháy một kg nhiên liệu [kgkk/kgnl]; n_tốc độ của trục khuỷu động cơ [vg/phút]; τ _số kỳ của động cơ; η i _hiệu suất chỉ thị; α _hệ số dư lượng không khí; η m _hiệu suất cơ giới; i_số xi lanh động cơ.
S_hành trình piston [m]; n_tốc độ của trục khuỷu động cơ [vg/phút]; τ _số kỳ của động cơ; pi_áp suất chỉ thị trung bình[N/m 2 ]; η m _hiệu suất cơ giới; i_số xi lanh động cơ.
Cm_tốc độ trung bình của piston [m/s];
Pe_áp suất có ích trung bình [N/m 2 ]; τ _số kỳ của động cơ; i_số xi lanh động cơ.
Me_mômen của động cơ [N.m];
_tốc độ góc của trục khuỷu [1/s]; n_tốc độ của trục khuỷu [vg/phút].
Qua các công thức (1.1),(1.2) và (1.3) ta thấy, muốn xác định được công suất của động cơ thì cần phải xác định rất nhiều các thông số Do vậy, nếu ta áp dụng các công thức này, thì việc xác định công suất động cơ rất phức tạp dẫn đến sai số lớn. Ở công thức (1.4), khi xác định được mômen động cơ Me và số vòng quay động cơ n thì ta có thể xác định được công suất của động cơ một cách dễ dàng.
Muốn xác định mômen động cơ người ta sử dụng băng thử công suất động cơ. Băng thử công suất động cơ không trực tiếp đo mômen động cơ, mà thông qua việc xác định mômen phanh của cơ cấu phanh do động cơ truyền mômen và tốc độ đến. Cùng với việc xác định hiệu suất truyền động từ động cơ đến cơ cấu phanh, người ta xác định được mômen động cơ:
Mph_mômen phanh [N.m]; η TÂ _hiệu suất truyền động.
Xác định mômen phanh bằng hai cách sau:
Dùng phanh thử công suất có cơ cấu cân bằng, thường được dùng trong phòng thí nghiệm Nguyên lý hoạt động của phanh thử này dựa vào mômen ma sát tạo ra trong phanh Thông qua cánh tay đòn, lực kế chỉ thị ta xác định được mômen phanh:
L_chiều dài cánh tay đòn [m];
P_lực đọc được trên lực kế [N].
Cách thứ hai: Đo mômen phanh bằng mômen kế Ta cũng dùng cơ cấu phanh để tiêu thụ công suất động cơ nhưng trên cơ cấu phanh không có cơ cấu cân bằng.
Mômen kế gồm: một cảm biến lực được lắp ngay trên trục truyền động giữa động cơ và bộ phận cản và một cơ cấu truyền tín hiệu ra dụng cụ ghi cố định.
B ĂNG THỬ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
Các đặc điểm, yêu cầu của băng thử
Cơ cấu phanh nhận cơ năng của động cơ và trực tiếp chuyển cơ năng thành nhiệt năng hay điện năng Trong điều kiện có thể người ta tìm cách thu hồi năng lượng này. Thân băng thử được giữ cân bằng trên bệ đỡ và được nối với cơ cấu đo ứng với từng dạng nhất định của băng thử Băng thử và thiết bị đo kiểu này gọi là băng thử lực kế hay băng thử cân bằng.
Nếu thân băng thử không có giá treo cân bằng, thì dụng cụ đo dựa trên cơ sở việc đo góc xoắn của trục đo nối giữa băng thử và trục động cơ Dưới tác dụng của mômen xoắn truyền từ trục động cơ qua trục đo đến cơ cấu phanh làm trục đo biến dạng Sự biến dạng này tỷ lệ với mô men Cho nên, việc xác định được biến dạng của trục đo cũng chính là xác định mômen của động cơ Trong trường hợp này, Stato của phanh được giữ cố định Mặt khác, dụng cụ này cho phép đo được mômen trong lúc động cơ đang kéo tải bình thường.
Các loại băng thử công suất thường dùng:
- Băng thử điện, gồm: băng thử dùng phanh bằng dòng Foucault và băng thử dùng công suất điện;
Băng thử dùng mômen kế lắp trên trục quay.
Băng thử có cơ cấu cân bằng gọi là “Băng thử cân bằng”, băng thử không có cơ cấu cân bằng gọi là băng thử “không có cơ cấu cân bằng” Để nâng cao khả năng mở rộng khoảng điều chỉnh công suất phanh, người ta dùng băng thử kết hợp Nghĩa là, phối hợp các cơ cấu phanh từ các kiểu phanh khác nhau.
Dù băng thử kiểu độc lập hay băng thử kiểu kết hợp thì các thiết bị băng thử cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Thử được động cơ trong phạm vi tương đối rộng, có khả năng điều chỉnh công suất phanh ở mọi chế độ tốc độ động cơ ;
Phanh làm việc ổn định, không thay đổi mô men phanh trong một thời gian khá dài đủ để tiến hành thí nghiệm động cơ;
Chịu được quá tải không lớn lắm trong một thời gian ngắn; Đo được đầy đủ, chính xác mômen xoắn động cơ, nhất là khi cường hóa số vòng quay động cơ;
Có khả năng khởi động động cơ hoặc khả năng tự quay băng thử nhờ nguồn năng tiến hành những dạng thử nghiệm nghiên cứu khoa học khác như: xác định tổn thất cơ giới, xác định số vòng quay khởi động động cơ;
Mức độ ồn thấp, dễ điều khiển điều chỉnh mômen phanh, các con số đọc được phải có độ chính xác cao;
Có khả năng thu hồi năng lượng do động cơ phát ra trong quá trình làm thí nghiệm.
Các thông số cần đo trong khi làm thí nghiệm động cơ:
- Tốc độ quay của động cơ hay tốc độ quay của Roto n[vg/phút];
- Giá trị lực đọc được trên lực kế P[N];
- Thời gian thử ở từng chế độ nhất định t[s];
- Lưu lượng khí nạp Gkn[m 3 /s];
- Tiêu hao nhiên liệu Gnl[g];
- Nhiệt độ nước làm mát động cơ tn[ 0 C];
- Nhiệt độ dầu bôi trơn td[ 0 C];
- Áp suất dầu bôi trơn p[N/m 2 ].
Các thông số tính toán:
- Công suất động cơ Ne[kW];
- Suất tiêu hao nhiên liệu ge [g/kW.h];
- Hệ số dư lượng không khí trung bình α
Đặc tính của động cơ trên băng thử
Với sự vượt bậc của công nghệ tin học, kỹ thuật thí nghiệm đã có một cuộc cách mạng sâu sắc Việc đọc trực tiếp các thông số thí nghiệm trên các dụng cụ chỉ thị cổ điển được thay thế bằng bộ hiển thị điện tử Các giá trị cho một lần như ngày xưa, ngày nay được đo hàng loạt, kết hợp với việc sử lý tín hiệu, lưu trữ số liệu trên các đĩa từ
Ngày nay băng thử được trang bị thêm một hệ thống sau:
Hình 1.10 Sơ đồ ghi, xử lý và đọc dữ liệu
Cảm biến dùng để ghi nhận biên thiên của đại lượng vật lý đã chuyển đổi sang đại lượng điện;
Bộ khuếch đại để khuếch đại tín hiệu lên giới hạn cho phép có thể đọc được;
Car A/D để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu nhị phân để máy tính có thể đọc được;
Computer để xử lý tín hiệu và cho ra kết quả mà chúng ta có thể đọc được;
Máy in, đĩa từ để lưu trữ dữ liệu.
Ngoài ra, máy tính còn có nhiệm vụ kiểm tra và điều khiển Như vậy, các thông số tính toán như: mômen động cơ Me, công suất động cơ Ne, suất tiêu hao nhiên liệu ge, hệ số dư lượng không khí trung bình α đều đã được máy tính tính toán sẵn và cho kết quả Với các kết quả đó, máy tính cũng làm luôn nhiệm vụ vẽ các đặc tính của động cơ Cơ sở để máy tính xác định các đặc tính động cơ được trình bày bởi các công thức sau: Đặc tính mômen Me = f(n) theo công thức (1.8); Đặc tính công suất Ne = f(n) theo công thức (1.9); Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu ge = f(n):
Nếu đo tiêu hao nhiên liệu bằng cân thì:
Trong đó: mnl_khối lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong thời gian t; t_thời gian tiêu thu hết mnl gam nhiên liệu [s];
Ne_công suất động cơ [kW].
Nếu đo tiêu hao nhiên liệu bằng phương pháp thể tích thì: ge 3,6 V nl ρ nl 10 3
Vnl_thể tích nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong thời gian t, tính bằng cm 3 ; ρ nl _khối lượng riêng của nhiên liệu [g/cm 3 ]; t_thời gian tiêu thu hết mnl gam nhiên liệu [s];
Ne_công suất động cơ [kW]. Đặc tính hệ số dư lượng không khí trung bình a = f(n): a t.G kn ρ kn
Trong đó: t_thời gian tiêu thu nhiên liệu [s];
Gkn_lưu lượng không khí nạp [m 3 /s]; rkn_khối lượng riêng của khí nạp [g/m 3 ], rkn = 1290[g/m 3 ];
Vnl_ thể tích nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong thời gian t, tính bằng cm 3 ; rnl_khối lượng riêng của nhiên liệu [g/cm 3 ];
L0_lượng không khí cần thiết lý thuyết đốt cháy một kg nhiên liệu [kgkk/kgnl].
Khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu, giả thiết rằng do phản ứng cacbon, hydro với ôxy của không khí sẽ hình thành tương ứng khí CO2 và hơi nước Trong trường hợp đó, việc ôxy hóa cacbon và hydro của nhiên liệu được tiến hành theo những phản ứng sau đây:
Vì trong nhiên liệu có ôxy, cho nên lượng ôxy cần thiết lý thuyết để đốt cháy một kg nhiên liệu là:
(1.18) Ôxy dùng để đốt cháy nhiên liệu có chứa sẵn trong không khí mà ta đưa vào xy lanh trong thời kỳ nạp Vì vậy, muốn chuyển sang công thức tính toán lượng không khí cần thiết lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thì phải biết hàm lượng của ôxy trong không khí Đối với không khí khô, hàm lượng ôxy tính theo khối lượng bằng
Như vậy, lượng không khí cần thiết lý thuyết đốt cháy một kg nhiên liệu
Bảng 1.1 Thành phần của nhiên liệu
Nhiên liệu Thành phần trong một kg nhiên liệu
Dầu Diesel 0,870 0,126 0,004 Đối với xăng ô tô:
0,23( 83.0,855+8 0,145−0) , 297 [ kg kk /kg nl ] Đối với dầu Diesel:
0,23( 83 0,870+8.0,126−0,004) , 452 [ kg kk /kg nl ] Đặc tính nạp η V =f(n):
Hệ số nạp η V là tỷ số giữa lượng khí nạp mới có trong xy lanh ở đầu kỳ nén
VK và lượng khí nạp mới có thể nạp đầy vào thể tích công tác Vh của xy lanh ở điều kiện áp suất và nhiệt độ trước xu páp nạp (pk,Tk). η V =V k
Vk_lượng khí nạp mới trong xy lanh quy dẫn về điều kiện trước xupáp nạp (pk,Tk).
Vh_thể tích công tác của xy lanh.
Vk đo được từ việc đo lưu lượng khí nạp, Vh πD 2
4 S tính được khi biết đường kính D của xy lanh và hành trình S của piston.
1.3.2.1 Đặc tính tốc độ của động cơ
Là các hàm thể hiện quan hệ giữa công suất Ne, mômen Me, suất tiêu hao nhiên liệu ge theo số vòng quay ứng với các vị trí thanh răng khác nhau (trường hợp động cơ Diesel) hoặc ứng với các vị trí bướm ga (trường hợp động cơ xăng). Đặc tính tốc độ bao gồm: đặc tính ngoài và đặc tính bộ phận
Trong thực tế, người ta thường sử dụng đặc tính ngoài để làm cơ sở lựa chọn động cơ cho các thiết bị động lực Đối với động cơ xăng đường đặc tính ngoài có dạng như sau:
Hình 1.11 Đặc tính ngoài của động cơ Π _130
1.3.2.2 Đặc tính tải động cơ
Là các hàm số thể hiện quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu ge, hệ số dư lượng không khí a, lượng nhiên liệu tiêu hao Gnl, hệ số nạp η v theo công suất Ne hoặc mômen Me hoặc áp suất có ích trung bình khi số vòng quay không đổi Dạng đường đặc tính tải của động cơ Diesel được thể hiên như sau:
Hình 1.12 Đặc tính tải của động cơ Diesel
Băng thử kiểu cơ khí
Băng thử cơ khí là băng thử có cơ cấu phanh dạng phanh cơ khí Phanh cơ khí là dụng cụ đo mô men cổ điển nhất được phát minh năm 1794 bởi một kỹ sư Prony, người pháp Phanh gồm có tang 1 quay theo trục động cơ, cánh tay đòn 2 được gắn với cơ cấu phanh Trên cơ cấu phanh có cơ cấu điều chỉnh lực siết, lực siết tạo nên lực masát giữa má phanh và tang trống Do lực ma sát, cánh tay đòn có xu hướng quay theo tang trống và được giữ lại ở vị trí cân bằng nhờ các quả cân.
Công suất cản cho phép của phanh phụ thuộc vào đường kính tang trống và bề rộng của má phanh Toàn bộ năng lượng nhận được từ động cơ được biến thành nhiệt.
Do đó, phải làm mát cho tang trống Vì năng lượng này rất lớn nên cần phải làm mát bằng nước. Ưu điểm của phanh cơ khí là đơn giản Tuy nhiên, các bộ phận ma sát chóng mòn, không sử dụng được trong trường hợp động cơ có công suất lớn và vấn đề làm mát cho tang trống thường gặp khó khăn ge Gnl
Hình 1.13 Phanh thử dạng cơ khí
Băng thử kiểu thủy lực
Băng thử thủy lực là băng thử mà cơ cấu hãm dùng phanh thủy lực Phanh thủy lực có nhiều loại: phanh thủy lực dạng đĩa phẳng, phanh thủy lưc dạng chốt, phanh thủy lực dạng gáo
Công suất động cơ đươc tiêu thụ vào việc quay các máy thủy lực Bằng cách điều chỉnh bề mặt ma sát giữa môi chất công tác và các chi tiết của máy thủy lực (phanh thủy lực) để tạo các mômen cản khác nhau Môi chất công tác thường sử dụng là nước. Muốn xác định lượng nước cấp cho băng thử ta lập phương trình cân bằng nhiệt.
Lượng nhiệt do công cơ học 1kW sinh ra trong 1 giờ là:
Nếu động cơ có công suất Ne [kW] thì nhiệt lượng tỏa ra trong một giờ là:
Phương trình cân bằng nhiệt, nhiệt lượng do công cơ học tạo ra bằng nhiệt lượng làm mát:
Qlm = Glm.Cn.(tr-tv) = Q [kcal/h] (1.22) Trong đó:
Qlm_nhiệt lượng làm mát [kcal/h];
Glm_lượng nước làm mát cấp vào băng thử trong một giờ [kg/h];
Cn_nhiệt dung riêng của nước: Cn = 1[cal/kg.độ]; tr_nhiệt độ nước ra [ 0 C]; tv_nhiệt độ nước vào [ 0 C].
Từ (1.21) và (1.22) ta suy ra lượng nước làm mát cấp vào băng thử trong một giờ:
Người ta thường sử dụng một thông số gọi là suất tiêu hao nước Gh, theo định nghĩa như sau:
Hình 1.14 Sơ đồ băng thử kiểu thủy lực
1_Stato, 2_ổ bi Stato, 3_ổ bi Roto, 4_mặt bích, 5_bệ,
6_van điều chỉnh, 7_khớp nối, 8_Roto.
Phanh gồm một Rôto 8 có các hình dạng khác nhau (đĩa phẳng chốt, gáo ) quay theo trục động cơ Stato 1 là một võ đồng trục với Roto và có thể lắc lư được trên ổ bi
3 Không gian giữa hai bộ phận này chứa một lượng nước thay đổi được nhờ van điều chỉnh 6 Tùy theo công suất cản cần thiết mà ta điều chỉnh van này cho phù hợp.
Khi Roto quay, nó truyền mômen cho Stato qua trung gian lực ma sát với nước.
Vì vậy, Stato có khuynh hướng quay theo và được cân bằng nhờ lực ngược chiều tác dụng lên cánh tay đòn.
Chuyển động tương đối giữa Roto và Stato gây nên sự trượt giữa các lớp nước trong phanh Nhiệt lượng phát sinh do sự trượt này được thải ra ngoài Vì vậy, phải đảm bảo lượng nước qua phanh tối thiểu cần thiết để tản nhiệt.
Phanh thủy lực dạng chốt Đặc điểm kết cấu: Roto có dạng hình trụ, trên đó có gắn nhiều hàng chốt Mặt trụ trong của Stato cũng gắn nhiều hàng chốt xen kẻ với các hàng chốt của Roto Chốt làm bằng thép có dạng hình trụ tam giác Giữa các hàng chốt trên Roto và Stato có khe hở nhất định để tạo khoang nước và tránh va cham kẹt Cấu tạo của Roto và Stato phanh thủy lực dạng chốt như hình 1.10.
Hình 1.15 Stato và Roto phanh thử dạng chốt
1_Stato, 2_chốt trên Stato, 3_Roto, 4_chốt trên Roto, 5_then,
6_trục nối với trục động cơ, 7_trục Roto.
Khi thử trục 6 quay làm cho Roto quay Lượng nước chứa trong phanh thử tạo nên sự ma sát: ma sát giữa các chốt của Roto với nước, ma sát giữa nước và các chốt của Stato Nhờ có ma sát mà mô men được truyền từ Roto sang Stato, làm cho Stato có khuynh hướng quay theo Lượng nước trong phanh và khe hở giữa các chốt quyết định đến việc truyền mô men Thông thường, khi thử động cơ, để thay đổi tải cho động cơ người ta điều chỉnh lượng nước vào phanh Khi lượng nước càng nhiều thì việc truyền mô men từ Roto sang Stato càng lớn và ngược lại Vì vậy, ta nói phanh thủy lực dạng chốt làm việc theo nguyên tắc điền đầy bộ phận.
Phanh thủy lực dạng chốt có tính chất thuận nghịch, nghĩa là:mômen sinh ra không phụ thuộc chiều quay của Roto.
Công suất phanh dạng chốt khá lớn Nhược điểm của loại phanh này là làm việc không ổn định, sau một thời gian làm việc vị trí các chốt bị lệch do các đai ốc cố định các chốt bị long,dễ bị hư hỏng do va đập, kẹt và gây ồn Ở phân xưởng trường Đại Học Kỹ Thuật Đà Nẵng có băng thử E4 sử dụng phanh thủy lực dạng chốt với:
Công suất cực đại đo được: Nph = 650[ml];
Số vòng quay cực đại nmax = 3500[vg/phút];
Khối lượng toàn bộ 900[kg];
Hệ số phụ thuộc băng thử k = 0,001
Phanh thử thủy lực dạng cánh: Đặc điểm cấu tạo:
Roto và Stato dạng cánh dẫn, cánh dẫn dạng cánh thẳng hoặc nghiêng.
Dựa trên cơ sở ma sát thủy lực của nước và cánh dẫn để truyền mô men phanh. Phanh thủy lực dạng cánh dẫn làm việc như một khớp nối thủy lực.
Phanh thủy lực dạng cánh dẫn cũng làm việc theo nguyên tắc điền đầy bộ phận. Đối với phanh thử thủy lực dạng cánh dẫn thẳng có tính chất thuận nghịch, còn đối với phanh thủy lực dạng cánh nghiêng thì không có tính chất thuận nghịch.
Hình 1.16 Stato và Roto phanh thử dạng cánh
1_cánh của Roto, 2_Roto, 3_Stato, 4_cánh trên Stato, 5_võ 6_cánh tay đòn.
Phanh thử thủy lực dạng cánh dẫn điều chỉnh mô men phanh bằng cách thay đổi lượng nước trong phanh hoặc thay đổi độ nghiêng của cánh Phanh loại này có khả năng tạo mômen lớn, làm việc êm hơn dạng chốt Nhược điểm là chế tạo khó khăn đặc biệt là Roto và Stato dạng cánh nghiêng. Đặc tính của thanh thủy lực:
Công thức gần đúng xác định công suất thủy lực là:
Trong đó: an = k n ρ.D 5 : gọi là hệ số tỷ lệ phụ thuộc kết cấu băng thử; ρ _khối lượng riêng của môi chất công tác ,[kg/m 3 ];
D_đường kính tác dụng của vòng nước [m]; n_vận tốc quay của Roto [vg/ph].
Quan hệ giữa mômen phanh và số vòng quay:
Mph = aM.n 2 [N.m] (2.25) Trong đó: aM = k M ρ.D 2 : gọi là hệ số tỷ lệ. Đối với băng thử đã xác định các hệ số an, aM là hằng số Do đó đặc tính mô men phanh biến thiên bậc 2 theo số vòng quay, đặc tính công suất biến thiên bậc 3 theo số vòng quay. Đồ thị đặc tính phanh thủy lực như sau:
Hình 1.17 Đặc tính phanh thủy lực
(a)_đặc tính mô men phanh; (b)_đặc tính công suất phanh
Phần diện tích gạch chéo trên đặc tính phanh là giới hạn làm việc của phanh thủy lực:
OA_giới hạn mô men phanh lớn nhất;
(lượng nước trong phanh cực đại) AB_giới hạn bền của các cơ cấu truyền lực trong phanh;
BC_giới hạn công suất cực đại; (giới hạn nhiệt lượng tối đa mà nước có thể mang ra khỏi phanh để đảm bảo nhiệt độ nước nhỏ hơn 70 0 C)
CD_giới hạn số vòng quay cực đại; (giới han bởi lực ly tâm)
DO_giới hạn mô memen tối thiểu (lượng nước trong phanh nhỏ nhất có thể đảm bảo cho phanh làm việc ổn định)
Từ đây ta có nhận xét: chỉ có những động cơ có đặc tính làm việc nằm trong vùng giới hạn phanh mới thử được Ở tốc độ thấp, công suất bé thì không thể dùng phanh thủy lực được Công suất của động cơ có thể đo được trên băng thủy lực phải lớn hơn 10 kW Do giới hạn làm việc của phanh bé, cho nên người ta thường kết hợp phanh thủy lực với phanh cơ khí để mở rộng giới hạn đo.
Vùng làm việc tốt nhất là vùng ở tốt độ lớn trong phạm vi cho phép và công suất của phanh tăng theo số vòng quay. Ưu nhược điểm của phanh thủy lực:
-Thử được động cơ có công suất lớn;
-Giới hạn thử lớn, đặc biệt khi kết hợp với phanh cơ khí;
-Cấu tạo phức tạp, nhiều trang bị phụ, yêu cầu làm kín khắc khe, làm việc không ổn định ở chế độ tốc độ thấp;
-Không thử được động cơ có công suất nhỏ.
Các phương án điều chỉnh tải cho băng thử thủy lực:
Như đã biết, băng thử thủy lực để thay đổi tải cho động cơ ta cần điều chỉnh lượng nước trong phanh Tuy nhiên, còn một số phương pháp khác để điều chỉnh tải cho băng thử như: thay đổi khe hở giữa các chốt của Stato và Roto đối với băng thử thủy lực dạng chốt, thay đổi độ nghiêng của cánh đối với phanh thủy lực dạng cánh dẫn Nhưng việc thực hiện các phương pháp này là rất phức tạp Ngoài ra, nước là môi chất làm mát cơ cấu phanh Vì vậy, điều chỉnh lượng nước vào phanh là thích hợp nhất để điều chỉnh tải cho băng thử trong quá trình làm thí nghiệm.
Băng thử kiểu điện
1.3.5.1 Băng thử kiểu công suất điện
Thực chất của băng thử loại này là một máy phát điên một chiều hay xoay chiều được dẫn động trực tiếp từ động cơ thử Sự thay đổi lực cản được thực hiện nhờ thay đổi điện trở tải Điên trở tải thường là điện trở kim loại hay điện trở nước Điên trở nước gồm những bản cực kim loại được nhúng trong dung dịch muối Na2CO3 với diện tích bản cực ngập trong nước điều chỉnh được Điện trở sử dụng phải đủ lớn để không bị quá nóng hay bị cháy vì quá tải.
Băng thử kiểu công suất điện có hai phương pháp để xác định công suất của động cơ Trên cơ sở đó ta có hai dạng băng thử công suất kiểu điện:
Băng thử công suất điện có cơ cấu cân bằng: là băng thử mà cơ cấu phanh là một máy phát điện có nhiệm vụ tạo ra mômen cản Nguyên lý làm việc tương tự như phanh cơ khí, phanh thủy lực Chỉ khác môi trường truyền mô men là môi trường điện từ.
Băng thử công suất điện không có cơ cấu cân bằng Năng lượng cơ học của động cơ dùng để quay máy phát điên và chuyển thành năng lượng điện Đo các đại lượng điện của máy điện ta xác định được công suất của máy điện Do đó, xác định công suất của động cơ Sự biến đổi cơ năng thành điện năng bao giờ cũng tổn thất Vì vậy, cần phải biết hiệu suất của máy điện để tính công suất động cơ Nếu công suất đo được là
Nđ[kW] và hiệu suất của máy điện là η â thì công suất của động cơ là:
Công suất điện được đo thông qua điện áp U giữa hai đầu điện trở tải và cượng độ I trong mạch Đối với máy phát điện xoay chiều thì cần biết thêm cos ϕ loại băng thử này Stato của máy điện gắn liền với bệ thử và máy điện làm việc như một máy điện bình thường.
Phanh này gồm có một đĩa kim loại không từ tính quay trong một từ trường có từ thông điều chỉnh được Khi đó, dòng điện Foucault sinh ra trong đĩa có khuynh hướng phanh đĩa lại Mô men cản tăng theo từ trường kích thích Vì vậy, mômen cản có thể thay đổi được một cách liên tục bằng cách điều chỉnh cường độ dòng điện kích thích.
Hình 1.19 Phanh dòng điện Foucault
1_Stato, 2_Các cuộn dây kích thích, 3_Đĩa kim loại không từ tính, 4_cánh tay đòn, 5_quả cân.
Năng lượng do dòng Foucault sinh ra làm nóng đĩa Do đó, phải làm mát phanh bằng nước.
Các cuộn dây kích thích lắp trong Stato có thể lắc lư được trên trục của nó Cũng như các loại phanh kể trên, Stato được giữ cân bằng nhờ lực ngược chiều tác dụng lên Stato. Đặc tính của phanh điện Đặc tính của phanh điện là sự phụ thuộc giữa công suất phát ra và số vòng qua của trục máy Được xác định bởi cường độ lớn nhất của dòng điện phần ứng mà dòng điện này có thể giả thiết hoàn toàn dùng để nung nóng cuộn dây của phần ứng khi kích từ hoàn toàn Vì thế, phanh điện cũng bị giới hạn công suất thử, do giới han nhiệt chế độ nhiệt của cuộn dây phần ứng.
Theo định luật Ohm khi điện trở biến trở tải bằng R[Ohm], hiệu thế hai đầu dây máy phát là U[volt] thì cường độ dòng điện toàn phần trong mạch phần ứng là I[A]:
R [A] (1.27) Điện áp U tỉ lệ với từ thông dưới cực từ của Stato và số vòng quay của trục:
B1 = Φ /S [Tesla]_cường độ từ trường của Stato;
Với : Φ _từ thông của Stato dưới các cực từ [Wêbe];
S_tiết diện các cực từ; n_tốc độ quay của phần ứng [vòng/phút]; Điện áp không phụ thuộc vào sự kích thích mà tăng tỉ lệ bậc nhất với số vòng quay phần ứng.
Cường độ từ trường B1 phụ thuộc vào kết cấu của máy và cường độ dòng kích thích [Ikt] Cho nên, ở một chế độ phanh nhất định thì B1 là một hằng số.
Như vậy, công suất của động cơ được tính theo biểu thức:
Nếu bỏ qua sự phụ thuộc của hiệu suất máy phát ( η=const ), chế độ tải và các yếu tố khác là không đổi thì công thức trên có thể viết lại:
1000.η.R là hằng số của phanh điện với một chế độ tải (R)
Như vậy, công suất phanh tỉ lệ bậc hai với tốc độ quay của phần ứng n Khi n tăng thì công suất phanh sẽ tăng theo đường Parabol và có thể xem gần đúng rằng: họ đường cong Parabol biểu diễn công suất phanh không phụ thuộc vào sự thay đổi điện trở mạch phần ứng (R) hoặc từ trường của Stato B1.
Quan hệ giữa mômen phanh và tốc độ là bậc nhất: Ưu, nhược điểm của phanh thử kiểu điện:
-Có thể tạo được nhiều dạng đường đặc tính khác nhau bằng cách điều chỉnh điện trở mạch phần ứng theo một quy luật nào đó;
-Trong điều kiện cho phép có thể thu hồi được năng lượng động cơ;
-Các máy điện có tính thuận nghịch nên có thể khởi động động cơ hay xác định tổn thất cơ giới của động cơ;
-Làm việc êm diu, kết cấu gọn nhẹ, dễ tìm máy phát điện làm phanh vì có thể dùng bất kỳ máy điện nào;
-Phanh điện một chiều có khoảng điều chỉnh rộng hơn phanh điên xoay chiều;
-Phanh được các động cơ có công suất từ nhỏ đến lớn, tốc độ trung bình hay cường hóa.
-Giá thành cao hơn các loại khác, nhất là máy điên một chiều vì chế tạo khó, dùng nhiều kim loại màu;
-Khi dùng phanh kiểu không cân bằng thì khó xác định chính xác hiệu suất máy điện vì nó phụ thuộc vào chế độ tải, tốc độ, nhiệt độ và do đó thiếu chính xác
-Có rất nhiều phương pháp thử công suất động cơ Tuy nhiên ta có thể phân thành hai loại chính sau:
-Băng thử công suất có cơ cấu cân bằng, là băng thử mà việc xác định mô men phanh phải thông qua chiều dài cánh tay đòn và giá trị lực trên cánh tay đòn do cơ cấu phanh tạo ra.
-Băng thử công suất không có cơ cấu cân, là băng thử mà việc xác định mô men phanh phải thông qua sự biến dạng của trục đo.
-Tùy theo mục đích sử dụng, điều kiện kinh tế mà ta chọn phương pháp cho phù hợp.
C HỌN PHƯƠNG ÁN
Qua quá trình tìm hiểu các loại băng thử, ta thấy rằng chỉ có băng thử cơ khí là đơn giản nhất, dễ chế tạo, rẽ tiền và phù hợp cho việc thí nghiệm động cơ có công suất nhỏ như động cơ xe máy Tuy nhiên, nó có nhược điểm là làm việc không ổn định ở số vòng quay thấp. Đặc tính của băng thử cơ khí: Đặc tính băng thử là đường biểu thị giữa công suất hay mômen phanh phụ thuộc vào số vòng quay của Roto:
Mph = f(n) hoặc Nph = f(n). Đối với băng thử kiểu cơ khí, mômen phanh không phụ thuộc vào số vòng quay của Roto mà chỉ phụ thuộc vào lực ép các má phanh vào trống phanh Do đo, đường đặc tính mômen phanh là những đường thẳng song song với trục tốc độ n(vg/ph) Ứng với mỗi lực ép không đổi thì mômen phanh Mph = const.
Ta có: công suất phanh: Nph = Mph ω = Mph. n.π
30 là hàm bậc nhất đối với tốc độ n[vg/ph] Cho nên, đặc tính công suất phanh Nph = f(n) cũng là những đường thẵng.
Hình 2.1 Đặc tính băng thử
(a)_Đặc tính mômen phanh (b)_Đặc tính công suất phanh
Tại thời điểm cân bằng, đặc tính động cơ sẽ cắt đặc tính phanh Điểm cắt đó chính là điểm làm việc của động cơ. Để xác định điểm làm việc của động cơ ta vẽ đường đặc tính phanh cơ khí và đường đặc tính động cơ trên cùng một đồ thị.
Hình 2.2 Đặc tính mômen của động cơ và phanh
Ta thấy trên đồ thị có hai điểm mà đường đặc tính động cơ cắt đặc tính phanh. Nghĩa là, cùng một mômen phanh sẽ có hai điễm làm việc của động cơ: A * (nA *,M * ) và
B * (nB *,M * ). Ở tốc độ thấp, điểm làm việc là A * , điểm làm việc này là không ổn định Vì, nếu một lý do nào đó tốc độ động cơ lớn hơn nA *, thì mômen động cơ lớn hơn mômen phanh, làm cho tốc độ động cơ tiếp tục tăng và nếu tốc độ động cơ nhỏ hơn nA *, thì mômen động cơ sẽ nhỏ hơn mômen phanh, làm cho tốc độ động cơ tiếp tục giảm, dẫn đến tình trạng tắt máy. Ở tốc độ lớn hơn nB *, điểm làm việc là B * , điểm làm việc này là ổn định Vì khi tốc độ động cơ lớn hơn nB *, thì mômen động cơ nhỏ hơn mômen phanh, làm cho tốc độ động cơ giảm xuống Khi tốc độ động cơ nhỏ hơn nB *, thì mômen động cơ lớn hơn mômen phanh, làm cho tốc độ động cơ tăng lên Như vậy, điểm làm việc ổn định là điểm B *
Với mục đích là thử công suất xe máy honda Super Cub C100, có công suất nhỏ, điều kiện kinh tế khó khăn, em quyết định chọn băng thử công suất kiểu cơ khí để thiết kế và chế tạo.
THIẾT KẾ BĂNG THỬ KIỂU CƠ KHÍ
S Ơ ĐỒ BĂNG THỬ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Hình 3 1 Sơ đồ băng thử
1_Khung; 2_Trục bánh ma sát; 3_Bánh xe; 4_Cơ cấu phanh; 5_Ổ bi; 6_Tay điều chỉnh; 7_Trống phanh; 8_ Giá đỡ bánh trước
Do số vòng quay của động cơ rất lớn ( gần 8000[vg/ph] ứng với công suất cực đại) Do đó, rất khó khăn trong việc chọn dụng cụ đo tốc độ và nếu đo trực tiếp công suất động cơ của xe thì cần phải tháo động cơ ra khỏi xe, đây là việc làm gặp nhiều phức tạp Qua việc nghiên cứu xem xét, ta nhận thấy rằng: lấy công suất của xe tại bánh xe là đơn giản nhất và việc chọn dụng cụ đo tốc độ là rất dễ dàng Tuy nhiên, việc xác định công suất động cơ là kém chính xác, vì khi tính toán công suất động cơ phải thông qua rất nhiều thông số của hiệu suất các bộ truyền Nhưng nó lại xác định chính xác công suất của xe, công suất của xe phụ thuộc chủ yếu vào công suất động cơ và phụ thuộc vào các yếu tố khác như: các ổ bi của các trục bánh xe, các cơ cấu phanh, áp suất của hơi trong lốp
Khi cần tính toán công suất của động cơ ta cần xác định hiệu suất của các bộ truyền, hiệu suất các ổ bi Khi cần biết số vòng quay của động cơ ta cần biết tỷ số truyền của các số trong hộp số và tỷ số truyền cuối cùng.
Xe Honda Super Cub C100 có 4 số và hai lần giảm cấp, giảm cấp chính và giảm cấp cuối cùng.
Tỷ số truyền giảm cấp chính: ich 69
Tỷ số truyền của giảm cấp cuối cùng (truyền động xích): icc 40
Trong đó : ich , i1 , i2 , i3 , i4 , icc lần lượt là tỷ số truyền của giảm cấp chính, số 1, số 2, số 3, số 4, giảm cấp cuối cùng.
Tỷ số truyền tại bánh xe qua nhiều lần giảm cấp:
Số vòng quay của bánh xe tương ứng với số vòng quay cực đại của động cơ nmax: n max i ' = 8000
Hiệu suất truyền động chung từ động cơ đên tang trống h có thể xác định chính xác hơn nhờ thử nghiệm các xe mới vì: η=N t
Nt_ công suất đo được tại tang trống [kW];
Ne_công suất có ích của động cơ [kW], với xe mới
Xe máy cần thử được đặt lên trên băng thử sao cho bánh sau nằm trên hai bánh ma sát và được cố định nhờ hai thanh cố định 12 của băng thử Động cơ truyền mômen và tốc độ cho bánh sau của xe thông qua bộ truyền xích, bánh sau truyền mômen và tốc độ cho bánh ma sát nhờ lực ma sát giữa bánh xe và bánh ma sát Truyền động từ bánh sau đến bánh ma sát là truyền động ma sát Hiệu suất của truyền động ma sát η= 0,7÷ 0 ,88 Bánh ma sát được lắp cố định trên 1 một trục và trục này có lắp một tang trống Bên ngoài tang trống là các má phanh, các má phanh này được ép vào tang trống để tạo mô men cản trong quá trình thử xe.
2.1.3 Tính toán nhiệt trong quá trình thử xe máy
Năng lượng do xe máy sinh ra trong quá trình thử được chuyển biến thành nhiệt và thải ra môi trường bên ngoài.
Ta có phương trình cân bằng năng lượng như sau:
Vế bên trái là năng lượng do động cơ xe máy sinh ra tính bằng [J]
Nt _công suất tại tang trống [W],
Nbx_công suất tại bánh xe, Nbx = 4,178 [kW]; htp_hiệu suất truyền động từ bánh xe đến trống phanh, η ô _hiệu suất của cặp ổ bi, η ô =0.99 ÷0 , 995 chọn η ô = 0,995. htp = hms hx hô 3 = 0,88.0,93.0995 3 = 0,806
Nt = 4,178.0,806 = 3,37[kW] t _ thời gian thử [s].
Vế bên phải: mt.C ΔΤ _năng lượng nung nóng trống phanh: mt _ khối lượng trống phanh [kg];
C _nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng [J/kg.độ]: đối với gang, thép C = 500 [J/kg.độ]; ΔΤ _khoảng thay đổi nhiệt độ: ΔΤ = T2 - T1
T2 _nhiệt độ tại thời điểm t [K].
_năng lượng truyền ra môi trường bên ngoài:
Ft _diện tích tản nhiệt của tang trống [m 2 ]; k _hệ số truyền nhiệt giữa tang trống và môi trường bên ngoài [W/m 2 độ]: đối với môi trường không khí k = 23,3[ W/m 2 độ]; đối với môi trường nước k = 2000 [W/m 2 độ];
Biến đổi phương trình trên ta được: t m t C.ΔTT
N t −F t k.ΔTT (3.31) Để thời gian thử không giới hạn thì:
Nt - Ft.k ΔTT = 0 (3.32) Suy ra: ΔTT= N t
Diện tích tản nhiệt của tang trống Ft:
Hình 3 2 Sơ đồ tính toán diện tích tản nhiệt của tang trống Theo hình 3.4 ta có:
Thay số vào 3.33 ta có: ΔTT= 33700,34.23,3 = 425.4 độ.
Năng lượng nung nóng trống phanh:
W = mt.C ΔΤ (3.34) Để tính khối lượng của tang trống mt ta chia tang trống thành 3 phần như hình 3.5
Hình 3 3 Sơ đồ tính toán thể tích tang trống Thể tích của phần 1:
(260 2 - 240 2 ).50 = 392500 mm 3 Thể tích của phần 2:
(265 2 - 240 2 ).100 = 991062,5 mm 3 Thể tích của phần 3:
240 2 10 = 452160 mm 3 Thể tích của cả tang trống:
Vt = V1 + V2 + V3 = 392500 + 991062,5 + 452160 = 1835722.5 mm 3 ¿ 0,0018 m 3 Khối lượng của tang trống: mt = Vt.d; (3.35) d_ khối lượng riêng của tang trống kg/m 3 : đối với gang d = 7600 [kg/m 3 ]; mt = 0,00181.7600 = 13.756 [kg].
Vậy năng lượng làm cho nhiệt độ tang trống thay đổi ΔT T[K] là:
Ta có thời gian làm cho nhiệt độ tang trống thay đổi ΔT T[K] là: t m t C.ΔΤ
3370−0,34.23,3 ΔTΤ: (3.36) Bảng 3.1 Quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ ΔΤ (độ) và thời gian t: ΔΤ (độ) t(s) t(phút)
P HƯƠNG ÁN LÀM MÁT
Bảng trên tính với giả thiết quá trình thử là liên tục với chế độ làm việc của động cơ là đầy tải và năng lượng truyền cho guốc phanh và má phanh là bằng không Từ đó ta thấy, nếu thử là để phục vụ cho việc thí nghiệm, thời gian thử không dài và không liên tục, thì ta không cần làm mát bằng nước Khi thử xe với thời gian dài và liên tục thì cần phải trang bị cho băng thử một hệ thống làm mát bằng nước.
Xác định lượng nước cần cung cấp để làm mát cơ cấu phanh :
Ta chọn nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh là 90 0 C Sở dĩ chọn như vậy là vì: nếu chọn cao hơn thì nước bốc hơi nhanh làm cho áp suất trong hệ thống làm mát có thể tăng lên hoặc làm cho chênh lệch nhiệt độ nước vào làm mát và nước ra quá cao, ảnh hưởng đến tang trống do ứng suất nhiệt, nếu chọn thấp hơn thì lượng nước vào làm mát tăng lên gây lãng phí.
Như vậy, lượng tăng nhiệt độ của tang trống được tính như sau: ΔTT = tn r - tn v (3.37) tn r _nhiệt độ nước ra sau khi đã làm mát ( 0 C);
Vì sự truyền nhiệt của tang trống và nước là rất lớn với hệ số truyền nhiệt k = 2000[ W/m 2 đô] Nên ta có thể lấy nhiệt độ nước ra bằng nhiệt độ làm việc của tang trống tn r = 90 0 C tn v_nhiệt độ nước vào làm mát ( 0 C), ta chọn bằng nhiệt độ môi trường, tn v = 25 0 C.
Xác định lượng nước cần cung cấp để làm mát cơ cấu phanh:
Phương trình cân bằng năng lượng được viết lại như sau
Cn _nhiệt dung riêng của nước, Cn = 1860 [J/kg.đô].
Thay số ta có: m n t 3370−0,34.23,3 65 1860.65 = 0,024[Kg/s] ¿ 90[ kg/giờ].
Vậy: nếu nhiệt độ môi trường là 25 0 C và nhiệt độ cơ cấu phanh được khống chế ở 90 0 C thì cần một lưu lượng nước làm mát là 90[Kg/giờ].
C ÁC CHI TIẾT TRÊN BĂNG THỬ
Hình 2.5 Giá để bánh trước
Hình 2.7 Giá đỡ vòng bi
Sau khi hoàn thành các chi tiết ở trên thì ta tiến hành lắp ráp để được 1 băng thử hoàn thiện như hình 2.10
Hình 2.10 Băng thử hoàn chỉnh
LẮP ĐẶT CÁC HỆ THỐNG ĐO
Đ O TỐC ĐỘ GÓC
Đo số vòng quay dựa vào cảm biến encoder
Dụng cụ đo tốc độ kiểu này gồm: 1 encoder công nghiệp, 1 ardinno mega 2560, 1 màn lcd 16x2, nguồn và dây điện
Hình 3 4 Encoder dùng để đo số vòng quay Code:
#define R_EN 4 // define pin 2 for R_EN pin (input)
#define R_IS 5 // define pin 5 for R_IS pin (output)
#define LPWM 6 // define pin 6 for LPWM pin (output)
#define L_EN 7 // define pin 7 for L_EN pin (input)
#define L_IS 8 // define pin 8 for L_IS pin (output)
#define CW 1 //do not change
#define CCW 0 //do not change
#define debug 1 //change to 0 to hide serial monitor debugging information or set to 1 to view int customDelay,tocdo;
RobojaxBTS7960 motor(R_EN,RPWM,R_IS, L_EN,LPWM,L_IS,debug);
// Cách nối các chân trên Encoder quay
#define encoderPinA 2 // Tương ứng chân DT trên Encoder quay
#define encoderPinB 3 // Tương ứng chân CLK trên Encoder quay
// Chân + nối nguồn 5V và chân GND nối cực âm unsigned long time2 = 0; volatile int encoderPos = 0; // Cho vị trí đầu bằng 0 int lastReportedPos = 1; // Vị trí cuối bằng 1 static boolean rotatingse; // Quản lý debounce (giống như là chống nhiễu)
// các biến cho trình phục vụ ngắt interrupt service routine vars boolean A_set = false; boolean B_set = false;
//int tocdo; unsigned long timeold = 0; int newposition; int oldposition=0; long newtime; long oldtime=0; int vantoc = 0; int ganvantoc = 0; int ganxung = 0; int sovong = 0; void setup() {
// Serial.begin(9600); lcd.init(); // initialize the lcd lcd.backlight(); motor.begin(); pinMode(encoderPinA, INPUT_PULLUP); // INPUT-PULLUP tương đương Mode INPUT và tự động nhận trạng thái HIGH hoặc LOW pinMode(encoderPinB, INPUT_PULLUP);
// Chân encoder trên ngắt 0 (chân 2) attachInterrupt(0, doEncoderA, CHANGE);
// Chân encoder trên ngắt 1 (chân 3) attachInterrupt(1, doEncoderB, CHANGE);
Serial.begin(9600); // chuyển dữ liệu lên cổng Serial Port lcd.setCursor(0,1);
// Vòng lặp chính, công việc được thực hiện bởi trình phục vụ ngắt void loop() { tocdo = speedUp(); motor.rotate(tocdo,CCW);// run motor with 100% speed if ( (unsigned long) (millis() - time2) > 1000 )
{ rotating = true; // Khởi động bộ debounce (có thể hiểu như bộ chống nhiễu) newtime=millis(); newposition=encoderPos; detachInterrupt(0); detachInterrupt(1); vantoc = (newposition-oldposition)*60/20;
Serial.println(vantoc,DEC); oldposition=newposition; lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TOC DO = "); lcd.setCursor(11,0); lcd.print(vantoc); lcd.print(" RPM");
//lcd.print("SO VONG = "); lcd.setCursor(11,1);
//lcd.print(sovong,DEC); attachInterrupt(0, doEncoderA, CHANGE); attachInterrupt(1, doEncoderB, CHANGE); time2 = millis();
// Ngắt khi chuyển trạng thái của A void doEncoderA(){
// debounce if ( rotating ) delay (1); // Chờ 1 chút
// Kiểm tra việc chuyển đổi trạng thái, xem có thật sự thay đổi trạng thái chưa if( digitalRead(encoderPinA) != A_set ) { // debounce một lần nữa
// Cộng 1 nếu có tín hiệu A rồi có tín hiệu B if ( A_set && !B_set ) encoderPos += 1; ganxung += 1; sovong=encoderPos/20;
//if (ganxung == 42){ganxung=0;} rotating = false; // Không cần debounce nữa cho đến khi được nhấn lần nữa
// Ngắt khi thay đổi trạng thái ở B, tương tự như ở A void doEncoderB(){ if ( rotating ) delay (1); if( digitalRead(encoderPinB) != B_set ) {
// Trừ 1 nếu B rồi đến A if( B_set && !A_set ) encoderPos -= 1; rotating = false;
} int speedUp() { int customDelay = analogRead(A0); // Reads the potentiometer int newCustom = map(customDelay, 0, 1023, 2,14);// Chuyển các giá trị đọc của chiết áp từ 0 đến 1023 thành các giá trị độ trễ mong muốn (300 đến 4000) return newCustom;
Đ O LỰC DỰA VÀO LOADCELL
Dụng cụ đo bao gồm: 1 arduino, 1 loadcell 50kg, lcd 16x2, modun HX711, 2 điện trở 1Kg nguồn và dây diện
Hình 3 5 Sơ đồ mạch điện:
QUY TRÌNH THỬ
Để thử công suất động cơ trên băng thử, ta tiến hành theo các bước sau đây:
Tất cả các xe đem vào thử phải qua quá trình chạy rà theo quy định: rà nguội, rà nóng và rà nóng có tải.
Nếu xe thử để phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học thì phải có những người phụ trách chuyên môn điều khiển và ghi lại kết quả.
Chuẩn bị dầu bôi trơn, nhiên liệu và nước làm mát trong trình thử.
Bước 3: Kiểm tra Đảm bảo xe đặt trên băng thử an toàn, không gây nguy hiểm đến người điều khiển và người quan sát
Kiểm tra lại toàn bộ băng thử cụ thể là: kiểm tra nhiên liệu, dầu bôi trơn, nước làm mát phục vụ cho quá trình làm thí nghiệm, kiểm tra van ba ngã, đồng hồ đo, đồng hồ bấm giây, sự rò rỉ nhiên liệu, dầu bôi trơn, nước là mát;
Kiểm tra các bộ truyền;
Siết chặt các đai ốc trên băng thử và xe
Kiểm tra các hệ thống đo: đo tiêu hao nhiên liệu, đo lưu lượng không khí.
Bước 4: Khởi động động cơ
Sau khi kiểm tra xong, ta tiến hành khởi động động cơ Để tay ga ở vị trí vừa phải, bật chìa khóa mở công tắc máy và nhấn nút đề Khi máy hoạt động tiến hành kiểm tra, nếu có hiện tượng lạ thì phải ngừng máy, kiểm tra khắc phục rồi mới khởi động tiếp.
Bật van ba ngã ở vị trí vừa cung cấp nhiên liệu cho động cơ vừa đưa nhiên liệu vào cốc đo để chuẩn bị quá trình đo (nhiên liệu được rót theo thể tích định sẵn)
Sau khi động cơ hoạt động từ 1 đến 10 phút ở tốc độ cầm chừng 1400 vg/ph để động cơ đến nhiệt độ làm việc, cần kiểm tra lại toàn bộ hệ thống xe, băng thử Tiếp tục tăng tốc độ động cơ đến một giá trị xác định (n = const), điều chỉnh tải, sau đó giữ tải tại giá trị xác định, quan sát kết quả trên đồng hồ báo Nếu hệ thống băng thử làm việc ổn định thì tiếp tục tăng tải đến giá trị tối đa và tiếp tục quan sát Khi hệ thống băng thử làm việc bình thường và ổn định thì ta tiến hành khảo sát nhằm xác định công suất động cơ Các công việc tiếp theo là: Đọc lượng nhiên liệu trên cốc đồng thời bấm đồng hồ đo thời gian và mở van ba ngã ở vị trí đo (vị trí cung cấp nhiên liệu từ cốc đo đến động cơ)
Sau khoảng một phút ta tiến hành đồng thời bấm đồng hồ đo, quay van ba ngã ở vị trí bình nhiên liệu cấp cho động cơ và đọc các giá trị trên đồng hồ báo.
Xác định đặc tính tải
Tiến hành điều chỉnh đo ứng với số vòng quay từ nmin đến nmax
Kết luận: Quy trình thử gồm 5 bước: thủ tục, chuẩn bị, kiểm tra, khởi động động cơ, thử tải Quy trình thử có ý nghĩa rất quan trọng đối với người làm thí nghiệm, giúp cho người làm thí nghiệm biết được trình tự các công việc cần làm Người thí nghiệm nếu tuân thủ đúng quy trình thử sẽ cho kết quả thử chính xác.
- Đã hoàn thành được phần khung của băng thử,
- Hoàn thành được phần trục gá tang trống để bắt hệ thống phanh vào,
- Tìm hiểu được cách dùng cảm biến để đo số vòng quay và đo lực
- Tìm hiểu được code để thực hiện việc đo.
- Các bản vẽ chi tiết của băng thử
Do điều kiện khách quan nên trong tuần cuối cùng cả nhóm đều bị covid 19,thành ra việc tiến hành đo công suất của xe chưa thực hiện được và cũng do điều kiện kinh tế, thời gian có hạn, nên băng thử chưa lắp đặt được dụng cụ đo tiêu hao nhiên liệu và dụng cụ đo lượng khí nạp Tuy vậy, băng thử này đã góp phần rất lớn vào việc nghiên cứu xe gắn máy hai bánh trong việc so sánh công suất của xe.
[1] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến.Nguyên lý động cơ đốt trong, nhà xuất bản
[2] Nguyễn Hữu Cẩn,Phan Đình Kiên.Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo tập III, nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp.
[3] Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú.Cơ sở kỹ thuật nhiệt, nhà xuất bản Giáo Dục (1995)
[4] Bùi Văn Ga Thí nghiệm động cơ, Đà Nẵng (1995)
[5] Nguyễn Hữu Huệ Nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu dùng LPJ cho xe máy (2000)
[6] Trần Thanh Hải Tùng Hướng dẫn thí nghiệm động cơ đốt trong