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 tô8.1 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 đượcgọi là mất hoàn toàn TNTQ Khả năng chuyển động của ô tô xét theo quan điểm TNTQ được thể hiện qua biểu thức

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 vớinhững 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 Kt

Trong đó Pmk 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 Kt có thể được xác định theo điều kiện kéo,điều kiện bám.

Theo điều kiện bám:

Pmk=Pφ−Pψ=φ Gφ−Gψ Do đó: Ktφ=Pmk

G =φGφ

G −ψ Hay Ktφ=φ Kφ−ψ

Trong đó:

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

⟹ Kte=PmkG =

G =φe−ψ Trong đó:

+ Kte _ hệ số lực kéo tự do theo điều kiện động cơ;+ φe=Pk

 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=Gtx Sx

tx gx÷Gtn Sn

+ gx , gn 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 (Πh):

Trong đó:

Πh _ năng suất vận chuyển

Gt 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 vtb (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 (mφ)

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.

Trọng lượng bám Gφ càng lớn (tức là kφ 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 kφ≥ 0,236 Với xe vận tải cỡ lớn, chọn kφ=0,31 ,

tương ứng với khả năng đi trên các đoạn đường xấu có φ=0,2 ; φ=0,2 ; f =0,012 vài=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 xeTrọng 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 bởicác 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 (Rn)

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 ứngsuất cho phép.

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

phụ thuộc vào độ cứng của khung Đối với các loại xe khác nhau μmax 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 kéoBán 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 vàhào 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 (Ny)

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

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 cơKTe Hệ số KTe có ảnh hưởng trực tiếp đến TNTQ của ô tô và được xác định theo công thức:

Trong đó:

Pmk – 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=φe=PkmaxG =

Memax itlmax ηtl

Trong đó:

Memax – momen xoắn cực đại của động cơitlmax – tỉ số truyền lớn nhất của ô tôηtl – hiệu suất hệ thống truyền lực.

Nhân tố động lực học càng lớn thì xe có thể khắc phục được lực cản chuyển động càng lớn và do đó TNTQ của xe càng cao.

Hệ số trọng lượng bám bẳng tỷ số giữa trọng lượng bám và trọng lượng toàn bộ của xe

Hệ số trọng lượng bám ký hiệu là kφ (xem mục 8.3.2).

8.6.2 Kiểu hệ thống truyền lực

Có hai kiểu hệ thống truyền lực: có cấp và vô cấp Khi so sánh theo TNTQ của ô tô, truyền lực vô cấp đảm bảo sử dụng hoàn toàn công suất của động cơ, do đó chất lượng động lực học của xe nói chung và TNTQ của xe nói riêng tốt hơn ở truyền lực có cấp.Trong truyền lực vô cấp, tỷ số truyền thay đổi từ từ và liên tục do đó không làm gián đoạn dòng động lực truyền xuống các bánh xe chủ động nên khả năng phá hủy các mấu

đất ở vết tiếp xúc giảm, nhờ đó giảm sự quay trượt của bánh xe chủ động, khả năng bám của bánh xe với đường tốt hơn.

Biến momen thủy lực hoặc hệ thống truyền lực thủy cơ đảm bảo truyền momne xoắn một cách êm dịu, giảm dao động xoắn trong hệ thống truyền lực, do đó khả năng bám của bánh xe với mặt đường tốt hơn (đặc biệt khi xe chuyển động trên nền đất xốp, thể hạt).

Trong truyền lực vô cấp hoặc truyền lực thủy – cơ, so với truyền lực có cấp, việc điều khiển xe nhẹ nhàng hơn (không cần làm động tác đổi số hoắc số lần đổi số rất ít) Tính chất này đặc biệt có ý nghĩa khi xe chuyển động trên địa hình phức tạp và do đó tăng được TNTQ của xe.

Truyền lực thủy tĩnh và truyền lực điện ở các xe có TNTQ rất cao còn có ưu điểm: có thể đảm bảo dẫn động riêng biệt đến từng bánh xe chủ động (ở mỗi bánh xe chủ động có thể bố trí một động cơ điện hoặc một động cơ thủy lực Khi đó uôn đảm bảo sự phù hợpgiữa lực kéo của bánh xe và lực bám của nó Do đó loại trừ được khả năng trượt quay của các bánh xe chủ động).

8.6.3 Bộ vi sai

Trong hệ thống truyền lực giửa các bánh xe của một cầu chủ động đều bố trí vi sai Đối với xe nhiều cầu , giữa các cầu chủ động cũng thường bố trí vi sai (vi sai giữa các cầu).Vi sai trong hệ thống truyền lực có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng kéo của xe và do đó nó cũng ảnh hưởng đến TNTQ của xe.

Nhiều xe hiện nay sử dụng vi sai giữa các bánh xe là vi sai kiểu đối xứng, hệ số ma sát trong nhỏ Momen từ động cơ được phân bố đều đến các bánh xe chủ động Tính chất này giúp cho xe chuyển động tốt khi đi trên đường bằng, khi quay vòng Nhưng tính chấtnày có ảnh hưởng xấu đến TNTQ của xe khi chuyển động trên đường có hệ số bám ở hai bên bánh xe không bằng nhau.

Khi sử dụng vi sai giữa các cầu là vi sai ma sát trong cao TNTQ của xe sẽ tăng lên đáng kể(thí dụ,vi sai cam trong cầu xe GAZ – 66).

8.7 Khả năng lên, xuống dốc của ô tô.

8.7.1 Xác định góc dốc giới hạn trượt , giới hạn kéo của ô tô.Xác định góc dốc giới hạn trượt (theo điều kiện bám).

tan αt=

G )1+G'

(8-12)