Báo cáo Thí nghiệm ôtô và máy công trình

Sau khi h c môn Thí nghiệm tô Máy công trình , sinh viên sẽ làm bài Thực hành môn Thí nghiệm tô Máy công trình .Trong bài báo cáo này, nhóm thực hiện đo đặc tính lực cản chuyển động của

MỤC LỤC

L Đ 3

GIỚI THIỆ TR G TÂM THÍ GH ỆM VÀ ĐỘ G CƠ ÔTÔ 1

Phần : Đ Đ C TÍ H L C C CH ĐỘ G C TR Đ G G H Ơ G H L TRƠ 6

1.1 Cơ sở lí thuyết 6

1.2 Phương pháp và trình tự thí nghiệm 9

1.2.1 Phương pháp đo 9

1.2.2 Trình tự làm thí nghiệm 11

1.2.2.1 Các bước làm thí nghiệm 11

1.2.2.2 Bảng kết quả đo như sau 12

1.3 Xử lí số liệu 12

1.3.1 Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ của V theo t 12

1.3.2 Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Fc theo V 15

1.4 Đánh giá kết quảvà kết luận 17

PH : Đ L C H H Ô TÔ 19

2.1 Mục đích 19

2.2 Cơ sở lý thuyết 19

2.3 Phương pháp đo 24

2.3.1 Mô tả thí nghiệm: 24

2.3.2 Trình tự thí nghiệm: 27

2.4 Kết quả và xử ký kết quả 29

2.4.1 Dữ liệu thí nghiệm 29

2.4.2 Sử lý số liệu và đánh giá số liệu 30

2.4.2.1 Đánh giá lực phanh riêng ở cầu sau (có tải) 30

2.4.2.2 Đánh giá độ lệch phanh trên cầu sau (có tải) 30

2.4.2.3 Xử lý diễn biến lực phanh cầu sau (có tải) 30

2.4.3 Kết luận 31

PH N III : Đ T H H L Ệ Ô TÔ TH CH TR H C 32

3.1 Mục đích 32

3.2 Cơ sở lí thuyết 32

3.3 Thiết bị thí nghiệm 33

3.3.1 Các dụng cụ sử dụng 33

3.4 Trình tự thí nghiệm 34

3.3 Đánh giá và kết luận 44

ỜI I Đ U

Môn h c Thí nghiệm tô Máy công trình có một vai tr quan tr ng trong ngành Cơ khí Động lực, gi p sinh viên kiểm tra l i lý thuyết mà mình đ đư c h c, đồng thời hiểu rõ hơn về phương pháp đo các đ i lư ng vật lý trong lý thuyết ôtô Điều đó gi p một kỹ sư trong tương lai dễ dàng tiếp cận với các công nghệ mới Sau khi h c môn Thí nghiệm tô Máy công trình , sinh viên sẽ làm bài Thực hành môn Thí nghiệm tô Máy công trình Trong bài báo cáo này, nhóm thực hiện đo đặc tính lực cản chuyển động của xe trên đường bằng phương pháp lăn trơn và đo lực phanh ôtô trên băng thử Với bản thân của mỗi thành viên trong nhóm c n h n chế về mặt kiến th c nên bài báo cáo không tránh đư c những sai sót R t mong sự chỉ d y thêm của quý thầy

Sau c ng, em xin chân thành cám ơn thầy ê Văn Tụy đ tận tình hướng d n,

gi p đ nhiệt tình trong quá trình nhóm làm thí nghiệm của môn h c này

Đà ng, ngày 22 tháng 11 năm 2015

Sinh viên

Đặng Thế Vũ

GIỚI THIỆU TRU G TÂM THÍ GHIỆM VÀ ĐỘ G CƠ T

Ph ng thí nghiệm động cơ AV là một trong những ph ng thí nghiệm hiện

đ i của trường Đ i h c Bách khoa Đà ng nói riêng cà của cả ước nói chung

Đư c đầu tư xây dựng từ năm 2000 và hoàn thành đưa vào sử dụng năm 2003,

ph ng thí nghiệm là nơi thực hiện nhiều thí nghiệm, thực nghiệm quan tr ng phục

vụ cho công tác giảng d y, h c tập và nghiên c u của giảng viên và sinh viên khoa

Cơ Khí Giao Thông

Hình 1.1 – Trung tâm thí nghiệm động cơ và ôtô tại trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng

Trung tâm chuyên nghiên c u khảo sát, đo đ c các đặc tính của động cơ đốt trong, đặc tính lực kéo, lực phanh của ô tô, kiểm tra các thông số kỹ thuật của ô-tô với sự hỗ tr của các trang thiết bị hiện đ i như băng thử APA ( đo công su t động cơ), các thiết bị đo lường khí thải (AVL DiSmoke 4000 Diesel Tester), đo tiêu hao nhiên liệu (AVL Fuel Balance 733), băng thử phanh (đo lực phanh bánh xe )…

Đối tƣ ng thí nghiệm

- Xe d ng để thí nghiệm là d ng xe du lịch Mercedes Benz MB140

Hình 1 Xe Mercedes Benz MB140

- Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe Mercedes Benz MB140 :

- Kiểu động cơ: M-161, phun xăng điện tử

- Tr ng lư ng toàn bộ: 3100 [Kg]

- Chiều dài tổng thể : 5340 [mm]

- Chiều rộng tổng thể : 1855 [mm]

- Chiều cao tổng thể : 2105 [mm]

- Chiều dài cơ sở : 2680 [mm]

- Tải tr ng phân bố lên cầu trước/sau: 1500/1600 [Kg]

+ V- Vận tốc chuyển động của ô tô

+ G - Tr ng lư ng toàn bộ của ô tô

+ Pf1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động

+ Pf2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động

+ Pω – Lực cản không khí

+ Pj – Lực quán tính của ô tô khi chuyển động

+ Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe

ở cầu trước và cầu sau

+ Mf1, Mf2 – Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động

+ a,b- Khoảng cách tính từ tr ng tâm của ô tô tới tâm bánh xe trước và

sau của ô tô

+ L- Chiều dài cơ sở của xe

Khi ô tô đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt lý h p thì ô tô

chịu tác dụng của các lực:

- Lực cản lăn;

- Lực cản không khí;

- Lực quán tính của ô tô;

Theo lý thuyết ô tô:

2 si

A = 0,8.1,855.2,100 = 3,124 [m2] (1.1b) + V-Vận tốc chuyển động tương đối của ô tô trong môi trường không khí

+ f- Hệ số cản lăn của đường:

322800

V

f  

(1.2) + G-Tr ng lư ng toàn bộ của xe

+ g- Gia tốc tr ng trường; g=9,81 [m/s2]

+ δi-Hệ số xét đến khối lư ng chuyển đổi quay của động cơ và hệ thống truyền lực, thông thường δi 1

+

- Gia tốc tịnh tiến của ô tô, [m/s2]

Xét trường h p xe chuyển động trên đường ngang (α= ), từ công th c (1.1) suy

ra ta có phương trình chuyển động của ô tô như sau:

2 f

2 f

F2=G.f2+k.A (1.12) Vậy phương trình tổng quát của lực cản lăn:

1.2 hương pháp và trình tự thí nghiệm

1.2.1 hương pháp đo

Xác định tải tr ng toàn bộ của ô tô

Cho xe gia tốc đến một vận tốc (v) nào đó ta ngưng cung c p nhiên liệu, cắt li

h p và cho xe lăn trơn trên đường và khi đó xe chuyển động chậm dần đều Phương pháp là đo biến thiên tốc độ theo thời gian

D ng đồng hồ đếm thời gian thay đổi theo tốc độ của ô tô ta lập đư c bảng số liệu như sau:

Hình 1-2: Đồ thị biểu diễn vận tốc chuyển động của xe theo thời gian

và hàm xấp xỉ tương ứng

L y đ o hàm

của đa th c V(t) ta đƣ c:

= ∑ (1.14) Tính theo t ta tìm đƣ c j

Fc =G(a+bV)+k.A.V2 (1.16)

Từ đó ta tìm đƣ c các hệ số cản lăn và hệ số cản không khí

t(s)

V = amtm + +a3t3 + a2t2 +a1t + a0 V(m/s)

t(s)

Fc=F2.V2+F1.V+F0

+ Chuẩn bị đồng hồ bầm giờ và quan sát đồng hồ táp lô báo tốc độ ôtô

+ Cho xe ch y vư t quá tốc độ 55[km/h] thì bắt đầu nhả bàn đ p ga, đ p bàn đ p

ly h p nhằm ngắt ly h p và cho xe lăn trơn trên mặt đường th ng

+ Khi kim đồng hồ báo tốc độ chỉ 50 [km/h] thì bắt đầu b m đồng hồ, ng với vị trí này ta có thời gian t=0 Khi tốc độ của ô tô giảm c n 45[km/h] thì ta tiếp tục b m đồng hồ tính giây để xác định t Và c làm cho đến khi tốc độ của ô tô giảm c n 20[km/h], t c là ta c tính t tương ng với V=5km/h Sau đó ta ghi t t cả các kết quả đo l i

Ta thực hiện quá trình như vậy 4 lần và kết th c quá trình đo Thực hiện xong quá trình đo cho xe trở về xưởng, thí nghiệm l y số liệu đ hoàn t t

1.2.2.2 ảng kết quả đo như sau

Bảng 1-1: Giá trị thời gian đo theo vận tốc

Kết quả đo khi làm thí nghiệm với V có th nguyên là [m/s]

Bảng 1-2: Quan hệ của vận tốc V theo thời gian t

Từ bảng số liệu vi = f(ti), tiến hành x p xỉ đặc tính biến thiên v = f(t) thành đa

th c x p xỉ bậc ba đối với thời gian t.D ng công cụ Excel để tìm hàm biểu diễn mối

quan hệ giữa V và t ta đư c:

Hình 1-5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của v theo t và hàm xấp xỉ của nó v=f(t)

Qua đó ta tìm đư c phương trình biểu diễn mối quan hệ trên như sau:

V = 6E-07t3 + 0,0006t2 - 0,1819t + 13,893 (1.17) Kết quả trên đư c tính toán với ttb, xác định dv/dt= f(t)

Từ hàm x p xỉ V=f(t), bằng cách l y đ o hàm của nó, ta xác định đư c hàm dv/dt=f(t)

Theo lý thuyết thì lực cản FC = - FJ (Lực quán tính) Điều đó có nghĩa ta xác định FC thông qua lực quán tính Fj Với Fj = ma.j (1.18)

hư vậy: FC = -ma.j [N] (1.19)

Với: j- Gia tốc quán tính của xe khi lăn trơn [m/s2]

ma- khối lư ng có tải của xe Mercedes Benz MB140 [kg]

mhk- Khối lư ng của hành khách (người làm thí nghiệm, trung bình mỗi người nặng 65kg):

mhk = (11.65).9,81/9,81 = 715 [kg]

Vậy khối lư ng toàn bộ là:

ma = m0 + mhk = 2100 + 715 = 2815[kg] (1.21) Vậy ma = 2815 [kg]

Từ công th c (1.17) ta suy ra:

Fc [N]

1.3 2 ây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Fc theo V

Ta có Fc= Pj và ch ng ta tiếp tục x p xỉ hàm bậc 2 của Fc theo V để tìm mối quan hệ giữa ch ng:

Hình1-6: Đồ thị biểu diễn lực cản Fc theo V và hàm xấp xỉ Fc = f(V)

 Từ đó ta tìm đƣ c hàm biểu diễn mối quan hệ nhƣ sau:

197, 07

0, 00714 2815.9,81

F f

1 1

12, 669 2815.9,81

F f

F k A f

G

 (1.31)

Từ công th c (1.31) và (1.1b) suy ra:

2 0, 49373.124

F k

 Đo trong điều kiện chiều chuyển động của ôtô với gió biển (đang thổi m nh)

 Từ đó ta có các giá trị f theo V từ công th c (1.8), (1,28), (1,29) và (1.31) nhƣ sau:

Bảng 1-4: Các giá trị lực cản f theo vận tốc V:

Bảng trị số f theo V

v [m/s] f 13,889 0,013515 12,500 0,0128775 11,111 0,01224 9,722 0,0116025 8,333 0,010965 6,944 0,0103275 5,556 0,00969

1.4 Đánh giá kết quảvà kết luận

Qua quá trình thí nghiệm đo đặc tính lực cản chuyển động của xe trên đường bằng phương pháp lăn trơn (trên xe MERCEDES-BENZ MB140) và dựa vào đường đặc tính quan hệ lực cản với vận tốc ta có thể đánh giá một số v n đề như sau:

- Ta th y rằng hệ số cản lăn f0 nhở ch ng tỏ rằng chung ta thí nghiệm trên

đường nhựa tốt và có một số yêu tố làm cho hệ số cản lăn nhỏ đó là thí nghiệm đường c n ướt nên đường trơmn làm hệ số cản lăn th p

- Với hệ số cản không khí k nhỏ, vì chính l c thí nghiệm ta ch y c ng chiều với hướng gió (thí nghiệm trên đường Nguyễn T t Thành nên có gió biển lớn hơn gió trong đường thường) làm cho hệ số cản không khí th p

- Qua thí nghiệm này ta th y rằng hệ số cản lăn không phải là hằng số phụ thuộc vào tốc độ T y theo kiểu lốp xe, ch t lư ng mặt đường mà thực nghiệm cho th y rằng có khi hệ số lăn phụ thuộc bặc hai của tốc độ, có khi phụ thuộc vào bậc nh t theo tốc độ

+ Nếu f1 0 suy ra:

V

   

  (1.34) Suy ra :

2 0

f=f0 + f1.V (1.36) Hay tương tự như công thức: f=a + b.V (1.37)

Suy ra: Fc = G(a+b.V) (1.38)

Kết luận

- Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển động của ô tô T t cả các yếu tó ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnh hưởng đến lực cản tổng cộng của ô tô

- Vận tốc ô tô càng lớn thì lực cản càng lớn do hệ số cản khí động tăng

- Thực tế thì các hệ số luôn tồn t i dao động xung quanh các giá trị lí thuyết, bởi

vì thí nghiệm thực tế luôn tồn t i các biến động nhỏ tác động đến quá trình thí nghiệm

- Qua bài thí nghiệm ch ng ta cũng hiểu rõ hơn về các công cản mà ch ng ta đ

đư c h c và các bước tiến hành làm thí nghiệm cũng như cách xử lí số liệu

- Lực cản lăn ảnh hưởng r t lớn với đến sự chuyển động của ôtô nếu quá lớn sẽ làm tiêu hao công su t của động cơ nên xu hướng thiết kế ôtô l c nào cũng yêu cầu lực cản là nhỏ nh t để có thể tận dụng tối đa công su t động cơ

- Lực cản lăn c n phụ thuộc r t nhiều vào các yếu tố như bề mặt đường, lo i lốp, tải tr ng, tốc độ chuyển động của xe

- Về cách đo: Việc đo lực quán tính chuyển động dần khi xe lăn trơn trên đường với (α=0) Nhờ phương pháp x p xĩ trên trong excel mà ta có thế đưa ra đư c các đường đặc tính trương suốt qua trình thí thí nghiệm và xử lý số liệu

PHẦN II : ĐO Ô Ô

2.1 Mục đích.

Đo lực phanh của các bánh trên c ng một cầu để từ đó có thể nhận xét về sự sai lệch lực phanh giữa các bánh Từ đó có cơ sở cho việc điều chỉnh vì rằng nếu lực phanh hai bên m t cân bằng lớn sẽ gây cho xe dễ bị không ổn định, quay đầu xe khi phanh

+ V- Vận tốc chuyển động của ô tô

+ G - Tr ng lư ng toàn bộ của ô tô

+ Pf1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động

+ Pf2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động

+ Pp1, Pp2- Lực phanh tác dụng lên bánh xe trước và bánh xe sau

+ Pω – Lực cản không khí

+ Pj – Lực quán tính của ô tô khi chuyển động

+ Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe

ở cầu trước và cầu sau

+ Mf1, Mf2 – Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động

+ a,b- Khoảng cách tính từ tr ng tâm của ô tô tới tâm bánh xe trước và sau của ô tô

+ L- Chiều dài cơ sở của xe

- Theo ly thuyêt ô tô: Phương trình chuyển động của ô tô:

Pk   Pf 1 Pf 2   Pω P Pi j

(2.1)Trong đó:

Pk – lực kéo tiếp tuyến phát ra ở bánh xe chủ động

k f 1 f 2

P  P P P (2.4)

- Để thực hiện quá trình phanh người lái thực hiện các thao tác sau:

+ Cắt nhiên liệu (nhả chân ga)

+ Cắt ly h p, Fk = 0 [N]

+ Đ p phanh để t o hình thành lực phanh ở bánh xe trước Pp1, lực phanh ở bánh xe sau Pp2 và lực quán tính Pj

Phương trình chuyển động khi phanh

= G.f + KV2 + φ (Z1+Z2)

= G.f + KV2 + φ.G (2.6)

1 g

dv t

1 pmin

v t

2 1 pmin

v S

M P R



(2.20)Trong đó: Mp – mômen phanh của các cơ c u phanh

Rbx – bán kính làm việc trung bình của bánh xe

ực phanh riêng ở các bánh xe đƣ c xác định:

p r

PPG

 (2.21)

ực phanh riêng đ t giá trị lớn nh t khi Ppmax :

(2.24)

R

2.R.PR

R

i L P

P 

(2.27)

Trong đó:

Mđt - Mômen điện từ của máy điện

L - Cánh tay đ n của cảm biến

Pcb- Lực đo đƣ c bằng cảm biến

ibt - Tỷ số truyền tính từ rulô đến máy điện

G +G1 = 4.Pcb => G = 4.Pcb -G1

i bx(p)

i pbx(p) i

i pbx(t) i

i

i r(t) r(p) 

≥ 0.5

) P , max(P

P P K

r(p) r(t)

r(p) r(t) 

hận xét: Trong các chỉ tiêu đánh giá ch t lư ng quá trình phanh thì chỉ tiêu

qu ng đường phanh là đặc trưng nh t và có ý nghĩa quan tr ng nh t, vì qu ng đường phanh cho phép người lái hình dung đư c vị trí xe sẽ dừng trước một chướng

ng i vật mà h phải xử lý để khỏi xảy ra tai n n khi người lái phanh ở tốc độ ban đầu nào đó

Tuy nhiên bốn chỉ tiêu trên đều có giá trị như nhau do đó khi đánh giá ch t

lư ng phanh chỉ cần d ng một trong bốn chỉ tiêu nêu trên

Đối với nội dung của bài thí nghiệm ta chỉ quan tâm đến chỉ tiêu lực phanh

và lực phanh riêng

- hư đ phân tích ở trên thì Pr đ t giá trị cực đ i là: Prmax = φmax

Về mặt lý thuyết thì φmax = 0,85 tuy nhiên trong thực tế thì:

+ φr = 0,85 đối với xe có trang bị ABS

+ φr = 0,6 đối với xe không trang bị ABS

Theo quy định ở nước ta thì φr của t t cả các bánh xe phải thỏa m n: φr ≥ 0,5 Cần ch ý rằng trong một số trường h p mặc d φr ≥ 0,5 nhưng l i không đảm bảo điều kiện nêu trên vì khi lực phanh riêng trên mỗi bánh xe quá lệch nhau nên khi phanh sẽ không đảm bảo tính ổn định của ôtô Xu t phát từ yếu cầu đó người ta đưa

ra thêm chỉ tiêu phụ đế đánh giá độ sai lệch giữa lực phanh của các bánh xe trên

c ng một cầu của ôtô: KL theo tiêu chuẩn Việt am

2.3 1 Mô tả thí nghiệm:

- Băng thử:

Hình 2.3 Mặt cắt ngang của băng thử

1 Rulô chủ động; 2 Cảm biến tốc độ; 3 Con lăn trơn; 4 Rulô bị động;

5 Vít h n chế xê dịch ngang; 6 xo hồi vị; 7 Cảm biến vị trí;

8 Cảm biến đo tr ng lƣ ng; 9 Dầm chữ I

Nguyên lý hoạt động:

Xe cho vào băng thử phải đ ng vị trí qui định, tốc độ xe chậm Khi các bánh

xe trên một cầu nằm giữa hai con lăn và tỳ lên con lăn quay trơn Điều khiển nhả công tắc an toàn, l c này các thiết bị s n sàng ho t động Theo c u t o đ trình bày

ở trên, do bộ con lăn đƣ c đặt trên các cảm biến lực, nên l c này do tr ng lƣ ng của

xe làm các cảm biến lực (8) bị uốn cong làm thay đổi giá trị điện trở của cảm biến

Sự thay đổi này đƣ c báo về bộ xử lý trong tủ điều khiển và chuyển thành giá trị

tr ng lƣ ng thật hiển thị lên màn hình CD của đồng hồ hiển thị hƣ vậy tr ng

lƣ ng cân cao hay th p tuỳ thuộc vào độ cong của cảm biến (8)

6

9 8

7