Chương 8 - Tính năng thông qua của ô tô

Chương 8 - Tính năng thông qua của ô tô (Phần 8 - Phần cuối - Lý thuyết ô tô) - thư viện tri thức - kho tài liệu - tài liệu đại học - cao đẳng

Chương 8 - Tính năng thông qua của ô tô 8.1 Khái niệm về tính năng thông qua của ô tô

Tính năng thông qua (TNTQ) của ô tô là một trong những đặc tính sử dụng, xác định khả năng chuyển động của ô tô trong điều kiện đường sá khó khăn, không có đường và khi vượt qua các vật cản

Đường có lớp phủ bề mặt ướt, trơn lầy, mặt đường không cứng … được xếp vào loại đường xấu, điều kiện đường sá khó khăn Khi chuyển động trên các vùng không có đường, sẽ xảy ra sự tác động tương hỗ giữa các bánh xe và các loại bề mặt đường đất khác nhau Các vật cản có thể là: đường dốc, tường chặn, hào cản, gỗ cây …

Ô tô có thể mất hoàn toàn hoặc một phần TNTQ Bị mắc kẹt lại, xe không thể chuyển động được gọi là mất hoàn toàn TNTQ Khả năng chuyển động của ô tô xét theo quan điểm TNTQ được thể hiện qua biểu thức

Trong đó:

+ P k – lực kéo tiếp tuyến đặt tại bánh xe chủ động;

+ P c – tổng các lực cản.

Trên một đoạn đường xác định, khi tốc độ (hoặc năng suất vận chuyển) bị giảm; đồng thời lượng tiêu hao nhiên liệu tăng lên sẽ được coi là xe bị mất một phần TNTQ Vì vậy, đặc tính này

có thể biểu thị bằng các chỉ tiêu thích hợp Tất cả các loại ô tô đều cần có TNTQ Tuy nhiên, tùy từng công dụng mà ô tô có TNTQ khác nhau: TNTQ trung bình, TNTQ cao và TNTQ rất cao Xe có TNTQ trung bình chỉ sử dụng tốt trên các loại đường có lớp phủ bề mặt cứng Đặc điểm kết cấu của loại xe này là dẫn động không hoàn toàn (công thức bánh xe 4x2, 6x2, 6x4) Vân lốp kiểu phổ thông và bộ vi sai dùng trong hệ thống truyền lực là kiểu vi sai bánh răng côn đối xứng ma sát trong thấp, không sử dụng bộ khóa vi sai hoặc vi sai ma sát trong cao

Xe có TNTQ cao được sử dụng cả trên các loại đường có lớp phủ bề mặt cứng, cả khi không có đường và để khắc phục các vật cản tự nhiên Đặc điểm kết cấu của các loại ô tô này là có dẫn động hoàn toàn Vì vậy nhóm xe này được gọi chung là nhóm xe có dẫn động hoàn toàn Lốp xe

là kiểu toroit (hình xuyến), có vấu bám lớn để bám tốt vào nền đường, bề ngang rộng, hoặc có hình dạng đặc biệt Trong một số xe còn sử dụng bộ điều chỉnh áp suất hơi lốp Trong hệ thống truyền lực thường sử dụng bộ khóa vi sai Nhân tố động lực học cực đại lớn hơn rất nhiều so với những ô tô có TNTQ trung bình Các ô tô như vậy được trang bị các phương tiện tự cứu kéo và

có khả năng lội nước ở những độ sau nhất định

Các ô tô có TNTQ rất cao sử dụng tốt để đi trên các vùng không có đường, vượt qua các vật cản

tự nhiên và nhân tạo, lội qua các hào cản nước

Đặc điểm của ô tô có TNTQ rất cao là có sơ đồ bố trí chung độc đáo, dẫn động hoàn toàn, có bố trí vi sai tự gài, sử dụng các loại lốp đặc biệt (lốp áp suất rất thấp hoặc là kiểu con lăn khí nén …)

và có thêm kết cấu chuyên dùng (để tự kéo qua các hào sâu) Rất phổ biến ở các ô tô TNTQ rất cao là các loại xe bơi, hoặc có bộ phận vận hành để bơi được trong nước

Căn cứ vào trạng thái của đường, TNTQ được chia làm 2 loại: TNTQ prophin và TNTQ bề mặt tựa TNTQ prophin được đặc trưng bởi khả năng khắc phục các loại đường không bằng phẳng, các chướng ngại và phù hợp trong vùng chuyển động theo yêu cầu TNTQ bề mặt tựa xác định khả năng chuyển động trong điều kiện đường xấu và trên nền đất biến dạng

8.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính năng thông qua

Chướng ngại vật có thể phân thành 3 nhóm chính:

 Chướng ngại tạo nên lực cản lớn Loại chướng ngại này cần phải có lực kéo lớn để vượt qua Chướng ngại này gồm các loại đường đất lầy, đất mềm, đường có góc dốc lớn, vách đứng;

 Các chướng ngại gây lật đổ ô tô: hào rộng, đường có góc nghiêng ngang lớn, góc dốc lớn, đường trơn;

 Chướng ngại nước

Như vậy, chướng ngại gây cản trở quá trình chuyển động của ô tô rất đa dạng Để đánh giá ảnh hưởng cảu chúng tới TNTQ của ô tô cần sử dụng các chỉ tiêu tổng hợp và các chỉ tiêu riêng ứng với từng điều kiện cụ thể

8.2.1 Các chỉ tiêu riêng: là chỉ tiêu đánh giá khả năng khắc phục từng chướng ngại riêng biệt của đường Cụ thể:

 Hệ số lực kéo tự do K t

K t=P mk

Trong đó P mk là lực kéo lớn nhất trên móc kéo ở điều kiện đường cho trước mà không xảy ra

trượt quay ở bánh xe chủ động Hệ số lực kéo tự do K t có thể được xác định theo điều kiện kéo, điều kiện bám

Theo điều kiện bám:

P mk=P φ−Pψ=φ Gφ−Gψ

Do đó: K tφ=P mk

G =φ

G φ

G −ψ Hay K tφ=φ Kφ−ψ

Trong đó:

+ K tφ _ hệ số lực kéo tự do theo điều kiện bám;

+ K φ=G φ

G _ hệ số trọng lượng bám.

Theo điều kiện kéo:

P mk=P k−Pψ ⟺ P mk

G =K te=P k−P φ

G

⟹ K te=P mk

G =

P k

G−

P ψ

G =φe−ψ Trong đó:

+ K te _ hệ số lực kéo tự do theo điều kiện động cơ;

+ φ e=P k

G _ lực kéo riêng.

Như vậy, hệ số lực kéo tự do K t phụ thuộc vào các thông số kết cấu của xe và vào điều kiện đường Để xe có thể chuyển động trên một loại đường cho trước cần đảm bảo điều kiện

K t>0

 Góc dốc lớn nhất xe có thể vượt qua

 Chiều cao vách đứng mà xe có thể vượt qua

 Chiều rộng lớn nhất của hào

 Chiều sâu lớn nhất của chướng ngại nước có thể vượt qua

8.2.2 Các chỉ tiêu tổng hợp:

Chỉ tiêu tổng hợp ( Π ) để đánh giá TNTQ của ô tô được xác định theo biểu thức:

Π= G tx S x

t x g x ÷

G tn S n

Trong đó:

+ G tx , G tn tải trọng có ích của ô tô trên đường xấu và trên đường có lớp phủ cứng (đường nhựa tốt);

+ S x , S n chiều dài quãng đường xấu, đường tốt;

+ t x , t n thời gian ô tô đi hết quãng đường S x , S n ;

+ g x , g n mức tiêu hao nhiên liệu trên đường xấu và trên đường tốt.

Để đánh giá so sánh TNTQ của các ô tô khác nhau, cũng nên sử dụng thông số năng suất vận chuyển trên một đơn vị mức tiêu hao nhiên liệu (Π h):

Trong đó:

Π h _ năng suất vận chuyển

G t v _ tải trọng và vận tốc chuyển động của ô tô.

Q _ đơn vị mức tiêu hao nhiên liệu.

Đối với xe quân sự, sử dụng chỉ tiêu v tb (tính đến khả năng hoàn thành nhiệm vụ)

8.3 Đánh giá tính năng thông qua bề mặt tựa

Các chỉ tiêu đánh giá TNTQ bề mặt tựa gồm: khối lượng bám, hệ số trọng lượng bám, công suất riêng, công suất cản lăn, công suất cản chuyển động, công suất tạo ra vệt đường, lực kéo, lực kéo tự do, hệ số lực kéo tự do, lực kéo trên móc kéo, lực kéo riêng trên móc kéo, công suất kéo riêng trên móc kéo Ngoài ra, trong các tài liệu nghiên cứu người ta còn sử dụng cả thông số áp suất lốp trên nền đường

Đối với ô tô dẫn động hoàn toàn, các chỉ tiêu cơ bản đánh giá TNTQ trên bề mặt tựa là đặc tính tốc độ - kéo trên một đoạn đường đất xác định Đặc tính này xác định mối quan

hệ giữa lực kéo riêng trên móc kéo và tốc độ chuyển động của xe ứng với các số truyền khác nhau Các chỉ tiêu phụ thuộc của nó là:

+ Sự phụ thuộc của công suất cản lăn của ô tô vào tốc độ chuyển động Nó được xác định đồng thời với đặc tính tốc độ kéo;

+ Tiêu chuẩn giới hạn, đó là khả năng vượt qua đoạn đường đất xấu và độ sâu lớn nhất trên cánh đồng nước

8.3.1 Khối lượng bám (m φ)

Phần khối lượng tạo ra tải trọng theo phương pháp tuyến trên bánh xe chủ động gọi là khối lượng bám Đối với các ô tô làm việc chủ yếu trên các loại đường có bề mặt phủ cứng thì đây là chỉ tiêu cơ bản thể hiện tính năng thông qua của ô tô

8.3.2 Hệ số trọng lượng bám (k φ)

Hệ số k φ là tỷ số giữa trọng lượng bám và trọng lượng toàn bộ xe Điều kiện mà xe có thể chuyển động được theo điều kiện bám là:

G φ φ ≥ G ψ

Chia hai vế cho Gφ ta có:

G φ

G ≥

(f +i)

φ ⟹ k φ=(f +i)

Trong đó:

G _ trọng lượng của ô tô.

G φ _ trọng lượng bám của ô tô.

ψ _ hệ số cản tổng cộng của mặt đường.

Trọng lượng bám G φ càng lớn (tức là k φ càng lớn) thì TNTQ trong điều kiện đường xấu càng tốt

Với xe vận tải có công dụng chung, tỷ số giữa trọng lượng toàn bộ với trọng lượng bám

là 3,8 Do đó, giới hạn cho phép của k φ ≥ 0,236 Với xe vận tải cỡ lớn, chọn k φ=0,31 ,

tương ứng với khả năng đi trên các đoạn đường xấu có φ=0,2 ; φ=0,2 ; f =0,012 và i=0,06

Áp suất lốp (q0) của các ô tô thường xuyên đi trên đường có lớp phủ bề mặt cứng cần phải chọn ≤ 0,6 MPa Trong khi đó, với xe có dẫn động hoàn toàn, trị số này nhỏ hơn rất

nhiều để tăng TNTQ

8.4 Yếu tố hình học ảnh hưởng đến TNTQ của ô tô

Phần lớn các chỉ tiêu TNTQ về hình học là các thông số hình học của ô tô và của rơ móc gồm có: khoảng sáng gầm xe, các góc vượt trước, vượt sau, khoảng cách phía trước, phía sau, bán kính thông qua dọc, góc dốc lớn nhất có thể vượt được, góc nghiêng sườn đồi lớn nhất có thể vượt qua

Ngoài ra, TNTQ về hình học còn được đánh giá bằng các thông số: bán kính thông qua ngang, góc nghiêng của cầu, hệ số trùng lặp của vết các bánh xe cầu trước và cầu sau Đối với ô tô có dẫn động hoàn toàn còn là các chỉ tiêu: chiều rộng của hào và chiều cao của vách chắn có thể vượt qua

8.4.1 Khoảng sáng gầm xe (H1)

Khoảng sáng gầm xe là khoảng cách từ điểm thấp nhất của gầm xe đến mặt đường Điểm thấp nhất của gầm xe thường là điểm nằm trên vỏ cầu chủ động, trên vỏ bánh đà động cơ v.v… (hình 8-1)

Khoảng sáng gầm xe quyết định TNTQ của xe trên nền đất mềm cũng như trên địa hình

có những mấp mô đột xuất (đá tảng, gốc cây, gờ đất…) Trị số khoảng sáng gầm xe cho trong bảng 8.1

Bảng 8-1 Khoảng sáng gầm xe ứng với trọng lượng toàn bộ xe

Trọng lượng

toàn bộ 104 [N]

Khoảng sáng

gầm xe [mm]

8.4.2 Chiều dài phía trước (L6) và chiều dài phía sau (L9)

Là khoảng cách từ điểm ngoài cùng phía trước (hoặc phía sau) xe đến mặt phẳng vuông góc với đường đi qua tâm trục bánh xe cầu trước (hoặc cầu sau)

Khoảng cách này (hình 8-1) ảnh hưởng đến khả năng thông qua các con hào, ụ đất, rãnh nước… kích thước này càng nhỏ càng hạn chế khả năng bánh xe bị treo lên khỏi mặt đất khi vượt qua chướng ngại

8.4.3 Các góc thông qua γ2 và γ3

Khả năng thông qua của xe khi vươt hào, vách đứng, lên xuống phà có thể bị hạn chế bởi các phần lồi ra của xe ở phía trước và phía sau

Khả năng khắc phục những chướng ngại trên được quyết định bởi các góc thông qua

trước γ2 , sau γ3 (còn gọi là góc vượt trước và góc vượt sau_hình 8-1)

Góc thông qua trước γ2 và góc thông qua sau γ3 là những góc được tạo bởi mặt đường

và mặt phẳng đi qua điểm ngoài cùng của đầu xe hoặc đuôi xe, đồng thời tiếp xúc với những bánh xe tương ứng

Góc γ2, γ3 càng lớn, xe càng dễ dàng lên xuống, lên xuống phà mà không sợ va mũi hoặc đuôi xe vào đất hoặc vào góc phà Trị số của các góc thông qua phụ thuộc vào bố trí chung mà chủ yếu là phụ thuộc vào việc bố trí động cơ, phụ thuộc vào kết cấu của vỏ xe (khung xe)

Với xe có TNTQ thường γ2≥ 25 °, γ3≥20 ° Ở ô tô có TNTQ cao, γ2=γ3=30° Với ô tô có TNTQ rất cao, γ2=γ3=60° ÷ 70°

8.4.4 Bán kính thông qua dọc (R5)

Khi xe chuyển động trên đường có mấp mô với chiều dài bằng chiều dài cơ sở (gò đống, cầu ngắm kiểu vòm … ) thì TNTQ của xe không những được xác định bằng khoảng cách

từ điểm thấp nhất ở giữa gầm xe đến mặt đường mà còn phụ thuộc vào vị trí của điểm

đó so với các trục bánh xe Trong trường hợp này yếu tố hình học của TNTQ sẽ là bán

kính thông qua dọc R5 (hình 8-1)

Bán kính thông qua dọc R5 là bán kính của một đường tròn tiếp tuyến với hai bánh xe và điểm thấp nhất ở dưới gầm xe; các điểm khác của ô tô đều nằm ngoài chu vi của cung tròn này Bán kính thông qua dọc ảnh hưởng đến khả năng vượt qua các mấp mô cục bộ dọc đường đi, các khúc gỗ chắn ngang …

Nếu R5 lớn thì tính năng thông qua kém Để giảm R5 cần phải giảm chiều dài cơ sở của

xe và tăng khoảng sáng gầm xe

8.4.5 Bán kính thông qua ngang (R n)

R5 là bán kính của một cung tròn tiếp xúc với hai bánh xe của một cầu và đi qua điểm

thấp nhất dưới gầm xe (hình 8-1) Bán kính này được xác định khả năng thông qua

đường mấp mô ngang có chiều rộng nhỏ hơn vệ bánh xe Nếu R5 nhỏ thì tăng tính năng

thông qua Trong các tiêu chuẩn kỹ thuật người ta không quy định kích R5 này

8.4.6 Góc nghiêng ngang của cầu xe ( μ)

Nhờ tính chất đàn hồi của treo, khi xe chuyển động trên đường mấp mô, các bánh xe sẽ

không bị mất tiếp xúc với mặt đường Góc nghiêng ngang của các cầu xe μ được xác định

bằng tổng các góc nghiêng của cầu trước và cầu sau so với mặt phẳng nằm ngang (hình 8-2)

Nghiêng cầu chủ động gây nên sự phân bố lại tải trọng trên các bánh xe Đối với xe có vi sai giữa các bánh xe hoặc vi sai giữa các cầu (loại vi sai có ma sát trong nhỏ), sự nghiêng các chủ động có thể làm giảm đáng kể lực kéo theo bám và gây biến dạng khung quá ứng suất cho phép

Trị số lớn nhất của góc nghiêng ngang μ max phụ thuộc loại và độ cứng của hệ thống treo,

phụ thuộc vào độ cứng của khung Đối với các loại xe khác nhau μ max dao động trong giới hạn lớn Độ nghiêng cho phép của các xe khi khắc phục các chướng ngại được giới hạn bằng sự mất khả năng thông qua do giảm lực kéo theo bám và độ biến dạng của khung theo điều kiện bền

8.4.7 Bán kính bánh xe, chiều dài cơ sở, tọa độ trọng tâm xe và góc quay của móc kéo Bán kính bánh xe, chiều dài cơ sở có ảnh hưởng lớn đến khả năng vượt tường chắn và rãnh hào Chiều dài cơ sở và bán kính bánh xe càng lớn thì khả năng vượt tường đứng và hào rộng càng tốt Đối với xe nhiều cầu, khả năng vượt hào rộng còn do khoảng cách giữa hai cầu kề nhau quyết định Bán kính bánh xe còn ảnh hưởng đến lực của xe trên nền đất biến dạng Bán kính bánh xe càng lớn thì khả năng thông qua của xe càng cao

Tọa độ trọng tâm xe ảnh hưởng đến TNTQ của xe khi vượt các chướng ngại có thể gây lật Do vậy, trọng tâm nằm càng gần giữa xe và càng thấp càng tốt

Góc quay của móc kéo đặc trưng cho khả năng thông qua của xe có kéo rơ móc (hình

8-3) Góc quay của móc kéo trong mặt phẳng nằm ngang α =± 75 ° ; trong mặt phẳng thẳng đứng β=± 20 ° Góc quay của móc kéo trong mặt phẳng thẳng đứng thể hiện khả

năng hoạt động trên đường không bằng phẳng của xe kéo rơ móc; góc quay trong mặt phẳng nằm ngang thể hiện khả năng quay vòng

8.5 Yếu tố động lực học ảnh hưởng đến TNTQ của ô tô

8.5.1 Trọng lượng của xe (G)

Trọng lượng của xe càng nhỏ thì TNTQ của nó trên nền đất mềm càng cao Trọng lượng của xe còn quyết định đến khả năng vượt qua cầu, cống và các công trình nhân tạo khác

có trên tuyến đường xe hoạt động

Ngoài ra trọng lượng của xe còn ảnh hưởng đến các yếu tố khác như áp lực riêng trên nên đất, công suất riêng, tải trọng phân bố lên các cầu,…

8.5.2 Công suất riêng của xe (N y)

Công suất riêng của xe được xác định theo biểu thức:

N y=N emax

Trong đó:

N emax – công suất lớn nhất của động cơ N y=(12÷ 20) hp/t với các loại xe cũ;

G – trọng lượng toàn bộ của xe (ứng với 100% tải).

Nhiều trường hợp, việc khắc phục các chướng ngại phụ thuộc vào vận tốc chuyển động

và chất lượng động lực học của xe Ví dụ như dốc ngắn và cao, đoạn đường lầy … xe sẽ không vượt qua được nếu nó chuyển động với vận tốc thấp, nhưng lại có thể vượt được nếu biết sử dụng động năng của xe

Khả năng tăng tốc, khả năng chuyển động với vận tốc lớn phụ thuộc vào công suất riêng Ngoài ra, công suất riêng của xe còn ảnh hưởng đến lực kéo riêng của động cơ, và hệ số

lực kéo tự do theo động cơK Te Hệ số K Te có ảnh hưởng trực tiếp đến TNTQ của ô tô và được xác định theo công thức:

K Te=P mk

Trong đó:

P mk – lực kéo lớn nhất của xe trên móc kéo ở điều kiện đường cho trước mà không xảy

ra sự trượt quay của các bánh xe chủ động hoặc không làm cho động cơ chết máy;

G – trọng lượng toàn bộ của xe.

Vận tốc chuyển động trung bình của xe cũng phụ thuộc vào công suất riêng của nó

8.5.3 Nhân tố động lực học ( D)

Nhân tố động lực học D xác định lực cản mà xe có thể khắc phục được khi chuyển động

với vận tốc đã cho Khi xét đến TNTQ, chúng ta chỉ quan tâm đến trị số lớn nhất của nhân tố động lực học ở số truyền thấp Trong trường hợp này, lực cản không khí có thể

bỏ qua, do đó nhân tố động lực học sẽ bằng lực kéo riêng theo động cơ:

D=φ e=P kmax

G =

M emax i tlmax η tl

Trong đó: