bài giảng thí nghiệm ô tô - Đại học chính quy - Chương 4 thí nghiệm xác định hệ số tác động giữa ô tô và môi trường

Chương 1: Các vấn đề cơ bản trong đo lường kỹ thuậtChương 2: Các loại cảm biến dùng trong thí nghiệm Chương 3: Thí nghiệm động cơ Chương 4: Thí nghiệm xác định hệ số tác động giữa ô tô v

Trang 1

Chương 1: Các vấn đề cơ bản trong đo lường kỹ thuật

Chương 2: Các loại cảm biến dùng trong thí nghiệm

Chương 3: Thí nghiệm động cơ

Chương 4: Thí nghiệm xác định hệ số tác động giữa ô tô và môi tr ường

Chương 5: Thí nghiệm hệ thống truyền lực

Chương 6: Thí nghiệm xác định tính chất động lực học của ô tô Chương 7: Thí nghiệm đánh giá chất lượng phanh

Chương 8: Thí nghiệm đánh giá tính năng chuyển động của ô tô Chương 9: Thí nghiệm đánh giá tính kinh tế nhiên liệu

Trang 2

Nội dung chương 4

4.1 Mục đích thí nghiệm.

4.2 Xác định hệ số cản lăn.

4.2.1 Thí nghiệm trên đường.

4.2.2 Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm.

4.3 Xác định hệ số cản không khí.

4.4 Xác định hệ số cản lăn.

Chương 4: Thí nghiệm xác định hệ số tác động giữa ô tô và

môi trường

Trang 4

môi trường

4.2 Xác định hệ số cản lăn

4.2.1 Thử nghiệm trên đường

4.2.1.1 Phương pháp dùng một ô tô kéo ô tô đằng sau

Thí nghiệm được tiến hành trên đường nằm ngang Ô tô đem thí nghiệm 2 được kéo bởi một ô tô khác (hình 4.1) giữa hai ô tô có đặt lực kế tự ghi 3.

Hình 4.1 Xác định hệ số cản lăn bằng phương pháp dung một ô tô kéo ô tô đằng sau.

1 Ô tô kéo; 2 Ô tô đem thử nghiệm; 3 Lực kế.

Trang 5

Hệ số cản lăn được xác địnhnhư sau:

Trong đó: α - là góc dốc của đường

G – trọng lượng của ô tô thí nghiệm.

P k - là lực chỉ trên lực kế tự ghi, N.



cos

Trang 6

a Thiết bị dùng cho thí nghiệm :

 Bố trí thí nghiệm như hình vẽ 4.1 Ô tô đem thí nghiệm 2 được kéo bởi

một ô tô khác giữa hai ô tô có đặt lực kế tự ghi 3

 Quãng đường thí nghiệm phải đủ rộng và dài (không nhỏ hơn 500m) và

Trang 7

 Để triệt tiêu ảnh hưởng của các lực quán tính và lực cản không khí

người ta làm thí nghiệm trong vùng vận tốc thấp (từ 2,77 m/s đến 5,55 m/

s hay là từ 10 km/h đến 20 km/h).

 Áp suất lốp của xe kéo và xe thử phải đảm bảo áp suất tiêu chuẩn

Trang 8

c Kết quả thí nghiệm :

môi trường

Giá trị Lần đo

P k (N)

Lần đo 1

Lần đo 2

Lần đo 3

Giá trị của f

Trang 9

4.2.1.2 Phương pháp chạy theo quán tính

Sơ đồ bố trí thí nghiệm như hình 4.3.

Hình 4.3 Đường thí nghiệm và cọc đóng ở trên đường

Trang 10

Ta có thể xác định hệ số cản lăn như sau:

Trong đó:

v – vận tốc của ô tô khi bắt đầu chạy theo quán tính, m/s.

δ - hệ số tính đến các khối lượng quay của ô tô khi hộp số đã bị ngắt, chủ yếu là các bánh xe.

S – quãng đường chạy theo quán tính của ô tô, m.

G – trọng lượng của ô tô thí nghiệm, N.

g – gia tốc trọng trường ( g= 9,81 m/s 2 )

S g

v f

2

Trang 11

a Dụng cụ thí nghiệm:

 Thí nghiệm được tiến hành trên đường nằm ngang Ở bên lề đường cắm hai cọc cao 2m cách nhau 1m và đường nối chân của hai cọc thẳng góc với đường tâm của đường ( xem hình 4.3 ).

 Áp suất lốp xe cũng phải đạt tiêu chuẩn.

Trang 12

 Người quan sát ngồi trên ô tô và theo dõi hai cọc.

 Khi tầm mắt của người quan sát và hai cọc nằm trên một đường thẳng cần phải ngắt hộp số (tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực) để cho ô tô chạy theo quán tính cho đến khi dừng hẳn.

 Dùng thước dây đo quãng đường chạy theo quán tính S kể từ vị trí cắm cọc cho đến vị trí ô tô dừng.

môi trường

Trang 14

4.2.2 Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm người ta xác định hệ số cản lăn trên bệ thử loại

trống ( hình 4.4a) hoặc bệ thử loại đĩa (hình 4.4b)

môi trường

Hình 4.4 Sơ đồ bệ thử loại trống (a) và bệ thử loại đĩa (b)

Trang 15

Ta có thể xác định hệ số cản lăn như sau:

Trong đó:

M đc - là mômen của động cơ điện;

n đc - là số vòng quay của động cơ điện;

M m,ph - là momen quay của máy phát điện;

n m,ph - là số vòng quay của máy phát điện;

Q – lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe;

– lực cản lăn sinh ra ở bánh xe;

Trang 16

– bán kính làm việc của bánh xe.

– số vòng quay của động cơ điện;

– số vòng quay của máy phát;

Để hình dung được giá trị của hệ số cản lăn f trên một số đường thông

dụng chúng ta xem bảng số liệu 4.1 sau đây :

- khô, bằng phẳng

- sau khi mưa Đường cát

0,012 ÷ 0,0,15 0,015 ÷ 0,018 0,03 ÷ 0,04 0,03 ÷ 0,05 0,05 ÷ 0,15 0,10 ÷ 0,30

Trang 17

a Thiết bị thí nghiệm:

 Bệ thử loại trống ( hình 4.4a ) gồm có động cơ điện 1 qua khớp nối 2 làm quay bánh xe 3 Bánh xe 3 chịu tải trong thẳng đứng Q Khi bánh 3 quay làm trống 4 quay và qua khớp nối 5 làm quay may phát điện 6.

 Bệ thử loại đĩa ( hình 4.4b ) khác với loại trống ở chỗ công suất truyền qua bánh xe 3 đến máy phat điện 6 qua đĩa 4 và cặp bánh răng côn 7.

Động cơ điện 1 và máy phát điện 6 được thiết kế theo loại treo, vì vậy khi bệ thử làm việc người ta có thể xác định dược mô men quay sinh ra ở động

cơ điện 1 và ở máy phát điện 6 nhờ sự xoay của stator của chúng

Trang 18

b Trình tự thí nghiệm :

 Trước khi tiến hành thí nghiệm ta tiến hành kiểm tra các thiết bị thí

nghiệm Cho động cơ điện 1 quay, thông qua khớp nối 2 làm bánh xe 3

quay.

Bánh xe 3 quay làm cho tang trống 4 quay

 Thông qua khớp nối làm máy phát quay Máy phát quay sẽ tạo ra điện

áp Dựa vào điện áp ta tính toán được M m.ph

 Bệ thử loại đĩa ( hình 4.4b ) khác với loại trống ở chỗ công suất truyền qua bánh xe 3 đến máy phat điện 6 qua đĩa 4 và cặp bánh răng côn 7.

T iến hành tăng tải, thay đổi áp suất lốp, thay đổi vận tốc góc của bánh xe,

mô men tác dụng lên bánh xe khi đo các bước tiến hành thí nghiệm tượng

tự như trên.

môi trường

Trang 19

Số vòng quay của máy phát

Trang 20

4.3 Xác định hệ số cản không khí

4.3.1 Thử nghiệm ở trên đường

4.3.1.1 Dùng ống pitô kết hợp với dao động ký

Để có thể thực hiện được thí nghiệm thì ta cần phải có : ô tô thử nghiệm, ống pitô(cảm biến áp suất), sơ đồ đo gồm cầu đo, dao động ký.

Hệ số cản không khí K được xác định theo biểu thức:

Trong đó: F – diện tích cản chính diện của ôtô, m 2

v – vận tốc của ô tô thí nghiệm, m/s

P w – lực cản không khí,

môi trường

Trang 21

a.Thiết bị dùng cho thí nghiệm :

Ống pitô (đo áp suất) :

Hình 4.5 Ống pitôđo áp suất và lưu lượng.

a Áp suất tĩnh; b áp suất tổng; c áp suất động

Trang 22

Thiết bị này cho phép đo áp lực của không khí tác dụng lên ô tô Nhờ có giao động ký mà ta có thể xác định được áp lực của không khí (hình 4.6)

Dao động ký là một loại máy vẽ di động hai chiều X và Y để hiển thị

dạng tín hiệu đưa vào cần quan sát theo tín hiệu khác hay theo thời gian

Kim bút vẽ của máy là một chấm sáng, di chuyển trên màn hình của ống tia điện tử theo quy luật của điện áp đưa vào cần quan sát.

môi trường

Hình 4.6 Dao động ký.

Trang 24

4.3.1.2 Ô tô chạy xống dốc dưới tác dụng của lực trọng trường

Biết dược hệ số cản lăn f chúng ta có thể xác định hệ số cản không khí K

bằng cách cho ô tô chạy xuống dốc nhờ lực thành phần P i của trọng lượng ô

tô ( P i = Gsin ; – góc dốc, G – trọng lực ô tô) Lực kéo P i song song với mặt đường dốc.

môi trường

Hình 4.7 Xe chuyển động xuống dốc.

Trang 25

Hệ số cản không khí K ta xác định như sau :

Trong đó : v – vận tốc của ô tô khi chạy ổn định trên dốc, vận tốc này đo được khi thí nghiệm, m/s;

F- diện tích cản;

G – trọng lực ô tô;

– góc dốc;

f – hệ số cản lăn

Trang 26

 Khởi động xe và lái xe lên đỉnh dốc của đoạn đường thí nghiệm.

Cho xe chuyển động xuống dốc, ngắt hộp số (tách động cơ khỏi hệ thống

truyền lực).

 Cho xe chuyển động xuống dốc và tiến hành ghi lại tốc độ động xe nhờ

có cảm biến tốc độ, từ cảm biến tốc độ ta có thể xác định được vận tốc.

Thí nghiệm được tiến hành ba lần, rồi lấy giá trị K trung bình.

 Chú ý :

 Đoạn đường thí nghiệm cần có độ dài đủ để cho ô tô bắt đầu chạy từ trên đầu dốc nhờ có lực P i và sẽ đạt đến vận tốc ổn định do có lực cản lăn

và lực cản không khí Đoạn đường này thường không nhỏ hơn 500m.

 Áp suất lốp xe cũng phải đạt tiêu chuẩn.

môi trường

Trang 27

Giá trị đo

Lần đo

Số vòng quay trục khuỷu động cơ n e (vòng/phút)

Trang 28

4.3.1.3 Ô tô thí nghiệm được kéo bằng ô tô khác

Thí nghiệm được mô tả như hình 4.8

môi trường

Hình 4.8 Xác định hệ số cản không khí bằng phương pháp

ô tô thí nghiệm được kéo bằng một ô tô khác.

Trang 29

.(

v F

f G

P



Trang 30

a Thiết bị thí nghiệm :

Sơ đồ bố trí thí nghiệm như hình 4.8 Giữa hai ô tô kéo nhau có mắc lực kế.

Khoảng cách giữa hai ô tô (hay chiều dài của dây nối) không nhỏ hơn 15 m

để tránh ảnh hưởng của ô tô đằng trước tới dòng khí tác động lên ô tô đằng sau và để tránh hiện tượng ô tô đằng sau trườn nhanh về phía trước làm

chùng dây nối và ảnh hưởng tới chỉ số trên lực kế người ta có thể tiến hành thí nghiệm trên đường có độ dốc không lớn độ dốc này phải được biết trước khi thí nghiệm.

Trong quá trình thí nghiệm thì áp suất lốp của xe kéo và xe thử phải đảm bảo tiêu chuẩn.

Ta sử dụng cảm biến tốc độ để xác định vận tốc của xe thử.

Lực kế để xác định lực kéo P K :

môi trường

Trang 31

Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra các thiết bị thí nghiệm.

Cho ô tô kéo kéo ô tô thử nghiệm ở vận tốc tương đối cao 11,11 m/s 16,66 m/s(hay là 40 km/h - 60km/h) nhưng không lớn hơn 19,44 m/s (70km/h), vì

bắt đầu từ vận tốc 19,44 m/s trở lên thì hệ số cản lăn thay đổi theo vận tốc.

Chú ý : ô tô được kéo phải ngắt hộp số ( ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực).

Ta ghi lại các thông số : Lực kéo P K từ lực kế; tốc độ động cơ được kéo, tù

đó ta xác định được vận tốc của ô tô đem thử.

Như vậy thí nghiệm ta đo lực P K , vận tốc v và biết trước hệ số cản f thì có

thể xác định được hệ số K.

Thí nghiệm được thực hiện qua 3 lần đo, sau đó lấy giá trị trung bình.

Trang 33

4.3.2 Thí nghiệm ở trong phòng thí nghiệm

Dùng ống khí đông để xác định hệ số cản không khí (hình 4.9) :

Hình 4.9 Sơ đồ ống khí động để xác định hệ số cản lăn không khí.

1 Ống khí động; 2 Động cơ điện; 3 Cánh quạt; 4 Ô tô mẫu; 5

Bàn cân; 6 Dụng cụ đo tốc độ dòng khí.

Trang 34

Hệ số cản không khí được xác định theo biểu thức:

Trong đó: F m – diện tích cản chính diện của ô tô mẫu, m 2

v - vận tốc dòng khí đo trên ống khí động, m/s

P w - lực dẩy ô tô mẫu ( hay lực cản không khí).

Ta có bẳng giá trị của hệ số cản không khí, chúng ta sẽ xem bảng 4.2 :

môi trường

Trang 35

Loại ô tô Hệ số cản không khí K, Ns 2 /m 4

Du lịch Vận tải Ôtô buýt ( chở khách )

Xe đua ( xe thể thao )

0.2 ÷ 0,35 0,6 ÷ 0,7 0,25 ÷ 0,4 0,13 ÷ 0,15

Trang 36

 Để dòng không khí bao quanh ô tô trong ống khí động gần giống với điều

kiện thực tế ô tô chạy trên đường người ta có thể làm nhiều phương án đặt ô

tô mẫu khác nhau Trên hình 4.10 trình bày 4 phương án đặt ô tô mẫu :

môi trường

Trang 37

Sơ đồ 4.10d là gần với thực tế nhất lên được sử dụng trong các phòng thí

nghiệm.

Hình 4.10 Các loại sơ đồ đặt ô tô mẫu trong ống khí động.

a Loại đơn giản dùng một ô tô mẫu; b dùng hai ô tô mẫu úp sát vào nhau; c ô tô mẫu đặt trên tấm phẳng cố định; d ô tô mẫu đặt trên băng tải

chuyển động.

Trang 38

b.Trình tự thí nghiệm :

 Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra thiết bị thí nghiệm

 Ta tiến hành bật cho động cơ điện 2 hoạt động, động cơ điện 2 hoạt động sẽ làm quay cánh quạt 3 và sẽ tạo luồng không khí chạy qua ống khí

động.

 Tại chỗ đặt ô tô mẫu có dặt dụng cụ 6 để đo tốc độ dòng khí Dòng

không khí chạy qua ống khí động sẽ đẩy ô tô lùi về phía sau Để cho ô tô mẫu trở lại vị trí ban đầu thì trên bàn cân 5 cần đặt them các quả cân Bàn cân 5 được nối với ô tô mẫu qua hệ thống ròng rọc Nhờ vậy trọng lượng của các quả cân trên bàn cân 5 sẽ bằng lực của dòng không khí đẩy ô tô mẫu hay lực cản không khí Thay đổi tốc độ của các cánh quạt chúng ta sẽ có các tốc độ khác nhau v của dòng không khí trong ống khí động và từ đó các lực cản

không khí P W khác nhau.

môi trường

Trang 40

4.4 Xác định hệ số bám

4.4.1 Thử nghiệm trên đường

4.4.1.1 Phương pháp dùng một ô tô kéo đằng sau

Với phương pháp này ta dùng một ô tô kéo ô tô cần thí nghiệm :

môi trường

Hình 4.11 Xác định hệ số bám bằng phương pháp

ô tô thí nghiệm được kéo bằng một ô tô khác

Trang 41

Biết được trọng lượng G của ô tô bị kéo ở đằng sau và lực bám ta có thể xác định hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường như sau :

Trang 42

a.Thiết bị dùng cho thí nghiệm

Theo phương pháp này người ta dùng một ô tô kéo ô tô đằng sau (

hình 4.11 ), giữa hai ô tô có đặt lực kế tự ghi.

 Áp suất lốp giữa các bánh xe của 2 ô tô đem thử phải đảm bảo áp

suất tiêu chuẩn.

b.Trình tự thí nghiệm :

Kiểm tra thiết bị thí nghiệm trước khi tiến hành thí nghiệm.

Tiến hành khóa cứng các bánh xe của ô tô bị kéo ở đằng sau.

 Cho ô tô kéo kéo ô tô thí nghiệm, để tránh ảnh hưởng của lực cản

không khí người ta cho ô tô chạy ở tốc độnhỏ hơn 5,55 m/s (20 km/giờ) Ô tô thí nghiệm khi đó sẽ bị kéo lê trên đường.

 Chỉ số đo được ở lực kế đó chính là lực bám của ô tô đằng sau.

môi trường

Trang 44

4.4.1.2 Phương pháp phanh

Ta xác định được giá trị của

Trong đó: P p – lực phanh sinh ra ở bánh xe;

S p – Quãng đường phanh;

Trang 45

a Dụng cụ thí nghiệm :

Thiết bị thí nghiệm bao gồm xe thử nghiệm phanh, quãng đường thử phanh phải đủ dài và rộng (không nhỏ hơn 500m)

Cho ô tô chạy trên đường nằm ngang với vận tốc v rồi phanh ngặt và tiến

hành đo quãng đường phanh S p

Từ S p ta dễ dàng tính được

Trang 46

c Kết quả thí nghiệm :

môi trường

Giá trị cần đo

Trang 47

4.4.2 Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm người ta xác định hệ số bám trên bệ thử loại trống ( hình 4.12a) hoặc bệ thử loại đĩa (hình 4.12b)

Hình 4.12 Sơ đồ bệ thử loại trống (a) và bệ thử loại đĩa (b)

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối; 3 Bánh xe; 4 Trống quay; 5

Khớp nối; 6 Máy phát điện; 7 Cặp bánh răng côn.

Trang 48

Ta có thể xác định được hệ số bám theo biểu thức :

Trong đó : M – là mô men quay trên bánh xe;

r bx – bán kính bánh xe;

Q bx – lực ép bánh xe vào con lăn hoặc đĩa của bệ thử.

Để hình dung được giá trị của hệ số bám , chúng ta sẽ xem các số liệu ở

bảng :

môi trường

Trang 49

Bảng 4.3 giá trị hệ số bám của một số loại đường

Loại đường Hệ số bám φ Đường nhựa hoặc đường bê tông

Trang 50

a Thiết bị dùng cho thí nghiệm

 Bệ thử loại trống (hình 4.12a) gồm có động cơ điện 1 qua khớp nối 2 làm quay bánh xe 3 Bánh xe 3 chịu tải trong thẳng đứng Q Khi bánh 3 quay làm trống 4 quay và qua khớp nối 5 làm quay may phát điện 6.

 Bệ thử loại đĩa ( hình 4.12b) khác với loại trống ở chỗ công suất truyền

qua bánh 3 đến máy phát điện 6 qua đĩa 4 và cặp bánh răng côn 7 Động

cơ điện 1 và máy phát điện 6 được thiết kế theo loại treo, vì vậy khi bệ

thử làm việc người ta có thể xác định dược mô men quay sinh ra ở động

cơ điện 1 và ở máy phát điện 6 nhờ sự xoay của stator của chúng.

môi trường