BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Chọn động cơ và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ aXây dựng đường đặc tính ngoài lý tưởng Nemax của động cơ được chọn theo công thức thực nghiệm của Leidecman: Nemax = NV/[anV/n

A/ NHỮNG THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHỌN

I/ Những dữ liệu cho theo thiết kế phác thảo

1 Chủng loại ôtô, loại động cơ và đặc điểm hệ thống truyền lực;

2 Tải trọng chuyên chở (Gc), Vận tốc lớn nhất Vmax và giá trị hệ số cản tổng cộng

Vmax của đường;

3 Hệ số cản lăn (f) và (imax) phải vượt và hệ số bám của đường ();

4 Sơ đồ bố trí HTTL và trọng lượng phân bố lên các trục bánh xe;

II/ Những thông số chọn và tính chọn

1 Trọng lượng của ô tô (tự trọng hay trọng lượng thiết kế)

Hệ số khai thác KG theo bảng 1.2

KG = Gc/G0 (1.1)

Gc: tải trọng chuyên chở; Go: tự trọng của ô tô

Bảng 1.2 K G được chọn theo bảng 1.3 Loại ô tô K G

Ô tô cỡ nhỏ, trọng lượng toàn bộ < 1,5 tấn

Ô tô cỡ trung, trọng lượng toàn bộ từ 1,5 – 8 tấn

Ô tô cỡ lớn, trọng lượng toàn bộ >8 tấn

Đoàn xe (rơ moóc, bán rơ moóc)

1,15 1,15  1,00 0,80  0,75 0,75  0,70

2 Hệ số cản lăn theo vận tốc trên 80km/h, tính theo công thức Iacolev và Đurakov:

f = f0 (1 + V2/1500 ) (1.2)

trong đó: f0 : giá trị hệ số cản lăn ở vận tốc dưới 80 km/h chọn theo bảng

3 Hệ số dạng khi động học K, nhân tố cản khi động học W và diện tích cản chính diện F.

B- Chiều rộng cơ sở của ô tô (m)

H- Chiều cao toàn bộ của ô tô (m)

m- Hệ số điền đầy, chọn theo loại ô tô, đối với ô tô tải và ô tô bus m = 1,00-1,10 ; đối với ô tô con và ô tô tải nhẹ, m = 0,90  0,95

4 Hiệu suất của hệ thống truyền lực, được chọn theo loại ô tô

-Đối với ô tô con và tải nhẹ, t = 0,85  0,90

-Đối với ô tô tải nặng và khách t = 0,83  0,85

-Đối với ô tô nhiều cầu chủ động t = 0,75  0,80

5 Tính chọn trọng lượng toàn bộ của ô tô và chọn lốp xe

Trọng lượng xe đầy tải: Ga = Go + A.n + Gh ; (1.4)

Ô tô con Ga = Go + A.n + Gh; (1.5)

Tính chọn lốp xe và bán kính làm việc trung bình:

Gb = Gi/ nbi ; chọn lốp theo sổ tay tùy tải trọng và tốc độ xe

rb =  r0 ; (1.10) Lốp áp suấp thấp:  = 0,930 – 0,935; áp xuấp cao:  = 0,945 – 0,950

B/ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

1 Xác định N Vmax của động cơ ở chế độ vận tốc cực đại V max của ô tô

) 1000 /(

)

.

max max

max

2 Chọn động cơ và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

a)Xây dựng đường đặc tính ngoài lý tưởng

Nemax của động cơ được chọn theo công thức thực nghiệm của Leidecman:

Nemax = NV/[a(nV/nN)+b(nV/nN)2-c(nV/nN)3] ; kW (1.13)

- nN : số vòng quay của động cơ được chọn ở thời điểm Nemax Động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay: nN = nV/(1,11,3);

- Động cơ xăng có bộ phận hạn chế số vòng quay nN = nN = nV/(0,80,9)

- Ơû động cơ diesel: nN = nV

- a,b,c là các hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại động cơ và phương pháp hình thành hỗn hợp đốt, chọn theo bảng 1.5

 Điểm hạn chế số vòng quay của động cơ xăng và điểm bắt đầu làm việc của bộ điều tốc động cơ diesel

- Điểm hạn chế số vòng quay của động cơ xăng : tại số vòng quay thiết kế nv và công suất định mức của động cơ (nv) , số vòng quay sau khi đã hạn chế là no–nv

=300500 vòng/phút

- Điểm bắt đầu làm việc của bộ điều tốc động cơ diesel tại số vòng quay thiết kế

nN = nV và công suất định mức của động cơ (NN = NV) , số vòng quay sau khi đã điều tốc

no cũng được lấy lớn hơn nN một khoảng giá trị (300  500) vòng / phút

 Điểm có số vòng quay chạy không tải của động cơ, thường được chọn trong khoảng 500  800 vòng / phút (động cơ cao tốc có thể lấy đến 1000 vòng/phút)

Sau khi đã có các điểm trên, vẽ đồ thị Ne = f(ne) theo công thức :

Ne = Nemax [a(ne/nN)+b(ne/nN)2-c(ne/nN)3]; (1.13)

Ne = K Nemax ; (1.14)

K =[a(ne/nN)+b(ne/nN)2-c(ne/nN)3] ; (1.15) và Me = f(ne) bằng công thức

e

e e

n

N M

047 , 1

104

 , (Nm); (1.15b) Lập bảng biến thiên như bảng (1.6)

Bảng (1.6)

Ne (v/ph) 0,2 nN 0,3 nN 0,4 nN … 1,1nN 1,2 nN 1,3 nN

K

Ne = K.Nemax

Me

Các chú ý khi xây dựng đường đặc tính ngoài :

 Kiểm tra hình dạng đường đặc tính, nếu có điểm uốn hay gãy khúc thì phải kiểm tra lại tính toán và điều chỉnh kịp thời

 Đây là đường đặc tính “ngoài sử dụng” được thành lập để đảm bảo động lực học kéo của ô tô Trong thực tế, động cơ ô tô khi làm việc trên xe còn phải cung cấp năng lượng cho các trang thiết bị phụ khác (quạt gió, máy nén khí, máy phát điện….), vì vậy khi

chọn động cơ cho ô tô, phải chọn động cơ có công suất cao hơn công suất tính toán từ 15%

- 20%.

 Đồ thị đặc tính ngoài sử dụng của các loại động cơ được vẽ như hình 1a,b,c

 Sau khi xây dựng xong đường đặc tính ngoài của động cơ, phải kiểm tra các chỉ tiêu sau đây:

-Hệ số thích ứng của động cơ: KM = Memax/MN;

Đối với động cơ diesel vận tải không dùng cơ cấu hiệu chỉnh K = 1,1 đến 1,15, đối với động cơ xăng K = 1,2  1,45

- Hệ số đàn hồi của động cơ Kn = nM/nN Đối với động cơ diesel Kn= 0,55  0,75; động cơ xăng Kn = 0,45  0,65

b)Chọn động cơ và xác định đường đặc tính ngoài thực tế

Căn cứ trên đường đặc tính ngoài lý tưởng, tiến hành kiểm tra nhân tố động lực học của ô tô ở chế độ Vmax xem có thỏa mản điều kiện đã chọn trước (DVmax = Vmax) hay không Nếu không thỏa mãn, có thể điều chỉnh các thông số trong công thức 1.11

- Lập đường đặc tính ngoài thiết kế (lấy các giá trị của đặc tính ngoài sử dụng tăng lên 15% - 20%) của động cơ lý tưởng

- Lựa chọn các động cơ có đặc tính ngoài thiết kế xấp xỉ đặc tính lý tưởng

Trường hợp các động cơ chọn không tham khảo được đặc tính ngoài thiết kế thì cần xây dựng đồ thị này theo công thức Leidecman

C/ TÍNH CHỌN TỈ SỐ TRUYỀN CỦA CẦU CHỦ ĐỘNG

i0 =

max 30

V i i

r n pc ht

b v



D/ XÁC ĐỊNH TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỘP SỐ

Hình 1:

Đồ thị đặc tính ngoài sử dụng của các loại động cơ

p

Ce min

N n

0 n min n M n ec n n n max n(v/p)

N e

M M

0

C

0

M

ma x

N max

M

0

P

0

C e

0

a/

N

N[kW)

M e (Nm)

N max

0 n min n M n ec n n n max n

C

e [g/kW.h]

N m

N M

n p

C e

M m

b/

c/

1 Tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1 (i h1 ).

- Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động của ô tô thắng được lực cản tổng cộng lớn nhất của đường PKmax> P max

max 1

b

t h c

r

i i M

hay ihl =

t pc e

b a

i i M

r G





.

0 max

max

;

- Lực kéo tiếp tuyến này cũng phải thỏa mãn điều kiện bám (tránh hiện tượng trượt quay của bánh xe chủ động) PKmax < P

t pc e

b b

G m r

i  . .. .. .

0 max

trong đó: max = f  imax : hệ số cản tổng hợp của đường

2 Tỉ số truyền của các tay số trung gian

Chọn số tay số i

Chọn phương pháp phân bố tỉ số truyền hợp lý

Trên ô tô có thể sử dụng những phương pháp phân bố tỉ số truyền như sau:

 Phân bố theo cấp số nhân: cho phép đạt giá trị công suất trung bình như nhau ở tất cả các tay số trong thời gian tăng tốc, còn khoảng vận tốc ở các tay số tăng dần ở tay số cao, loại cần số này phù hợp cho ô tô có vận tốc lớn

Công bội q của cấp số lược tính: q =

i

i n

h h

n

1

1



(n số cấp hộp số ) đối với hộp số có i h n là số truyền tăng (được chọn sẳn) thì các tỉ số truyền còn lại (n – 1) được xác định như đối với hộp số (n-1) cấp các tỉ số truyền của tay số trung gian :

ihm = ih1 q  m 1  = 1  

1

  

h

i ; ( 1.20 ) Đối với các loại ô tô có truyền lực trực tiếp giữa cầu chủ động và hộp số tùy theo điều kiện kết cấu để bố trí tay số cao nhất ihn khác 1, các tay số còn lại được tính như trên

 Phân bố theo cấp số điều hòa: tạo ra các khoảng biến thiên vận tốc đồng đều nhau ở các tay số và công suất động cơ tăng dần ở tay số cao phù hợp với ô tô cần lượng dự trữ công suất lớn

Hằng số điều hòa được tính G =

  1

1 1

1

h

h

i n

i





;

ihn-1 =

a

 1 1

ihn-2 =

a

1

1



………

ihm = 1 (n1 m)a



 ; (1.21)

3 Tỉ số truyền tay số lùi và hộp số phụ

Tay số lùi: có thể dùng từ 1 đến 2 số lùi tùy theo loại ô tô và khả năng bố trí chung

trong hộp số, thường chọn:

ihR = ( 0,8 – 1,3 ).ih1; (1.22)

Hộp số phụ: Thường có hai cấp, số truyền cao ipc được chọn cùng với i0 Số truyền thấp int được xác định sao cho ô tô có thể leo được độ dốc lớn nhất (28o– 32o) và không bị trượt quay khi chạy trên đường có hệ số bám () thấp

t h e

b a pt

t h e

b b

x

i i M

r G i

i i M

G m r









.

.

.

.

1 0 max

max 1

0 max



trong đó: max = f + tg (29o  32o)

x : hệ số bám trên đường lầy lội

Sau khi tính ipt , cần kiểm tra vận tốc nhỏ nhất của ô tô khi gài số phụ thấp theo công thức:

Vmin = 30

pt c h

b e

i i i

r n

.

1

min

= (0,83  1,39), (m/s) ; (1.24)

E/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CỦA Ô TÔ

1 Phương trình cân bằng công suất của ô tô

Ne = Nr + Nf  Ni + NW  Nj + Nmk + N0 ; (1.25)

Trong đó: - Ne - công suất của động cơ

- Nr = Ne (1 – t) - công suất tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực,

Ne : công suất của động cơ ô tô, kW ;

- Nf = fGVcos /1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn, kW;

- Ni = GVsins /1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc, kW;

- NW = KFV3 /1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí, kW;

- Nj = G/g) i.J.V/1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính, kW;

- NmK =Pmk.V/1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản ở moóc kéo, kW;

- N0 = 0,1047.M0 n0 - công suất tiêu hao do các bộ phận thu công suất, kW; Trong điều kiện đường bằng, xe chạy ổn định, không kéo moóc và không trích công suất, sự cân bằng công suất được tính:

Ne = Nb + Nf + NW + Nd = Nf + NK

trong đó Nd = Ni Nj + NmK + N0 là công suất dự dùng để leo dốc, tăng tốc kéo moóc, truyền công suất ô tô làm việc ở các giá trị này

NK: Công suất kéo của ô tô ở bánh xe chủ động được tính :

NK = Ns – Nr = Ne t = Nf + NW + Nd ; (1.26) Khi lập đồ thị, phải tính toán vận tốc của ô tô ở các tay số theo số vòng quay/ của động cơ thích ứng Vi = 2nerb/ (60it) = 0,1047

pc hi

e b i i i

n r

.

.

0 , (m/s); (1.27)

Vi = vận tốc ở tay số có tỉ số truyền ihi

2 Lập bảng chế độ vận tốc ở các tay độ theo n e (bảng 1.7)

Bảng 1.7

Ne

Vhi

Vh2

3 Đồ thị cân bằng công suất ô tô được xây dựng trên hệ trục tọa độ, trục tung bao

gồm Ne, NK, Nf, NW ; trục hoành là vận tốc V Để lập đồ thị dễ dàng, nên lập bảng 1.8

Đồ thị cân bằng công suất ô tô được thể hiện như hình 3

H.3 - Đồ thị cân bằng công suất của ô tô với 4 tay số (các đường Na là đồ thị công suất dư

Kết hợp số liệu tính toán của bảng 1.7 và bảng 1.8 cho ta đồ thị cân bằng công suất

ô tô được thể hiện như hình 3

Bảng 1.8

ne

Vh1

Nb2

NK1

NW1

Nf1

Vh2

N

Sử dụng đồ thị cân bằng công suất ô tô có thể nghiên cứu các vấn đề sau:

- Vận tốc lớn nhất ở các tay số

- Độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục được ở các tay số: Vẽ đường đặc tính NK

= NW ở tay số tương ứng, dựng đường thẳng đi qua gốc tọa độ và tiếp truyền với đường cong này, độ dốc cực đại max = tg max Ngoài ra còn tính được khả năng tăng tốc hoặc kéo moóc của ô tô

- Lựa chọn tay số và chế độ chuyển động hợp lý theo loại đường cho trước

- Nghiên cứu mức độ sử dụng công suất động cơ phù hợp từng loại đường sá và chế độ chuyển động khác nhau

F/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO CỦA Ô TÔ

1 Phương trình cân bằng lực kéo của ô tô:

PK = Pf  Pi + PW  Pj + PmK (1.28) Trong đó: Pf = f.G.cos - lực cản lăn, N

d

c

N e , N k (kW)

V max (m/s) a

b

e

N

N k4

N f + N w N

f

Hình 3: Đồ thị cân bằng công suất của ô tô với 5 tay số (đoạn cd biểu thị

công suất dư tại một giá trị vận tốc nào đó)

PW =K.F.V2 - lực cản gió, N

Pi = G.sin - lực cản lên dốc, N

Pj = j g

G

j 



 - lực cản tăng tốc, N

PmK - lực kéo ở moóc kéo, N Lực kéo bánh xe chủ động PK được tính:

b

t pc o h e

C i.

M r

i.

i.

i.

M





, N (1.29)

C1 =

b

t pc o

r

i

- hằng số tính toán, N (1.30) Trong điều kiện tính toán, cân bằng lực kéo được chuyển về dạng ô tô chuyển động trên đường bằng:

PK = Pf + PW + Pd.

Lựckéo dư Pd =  Pi  Pj  PmK dùng để leo dốc, tăng tốc và kéo moóc

2 Đồ thị cân bằng lực kéo được xây dựng theo vận tốc V, trên cơ sở bảng tính

(1.9) cho tay số i

Bảng 1.9

Vi

Me

PKi

Pf

PW

Pdi

Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô được thể hiện như hình 4

Hình 4: Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô có 5 tay số (đoạn P d4 là lực kéo dư khi xe chạy với vận tốc V a ở tay số 4)

Khảo sát và ứng dụng đồ thị:

- Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô ở các tay số

- Xác định độ dốc lớn nhất của đường mà ôtô có thể vượt được ở tay số và vận tốc cho trước

- Nghiên cứu xác định chế độ cân bằng lực ở các loại đường có f và i khác nhau

- Lựa chọn chế độ chuyển động hợp lý của ô tô trên loại đường cho trước

P f + P w

P k1

P k2

P k4

V max

P k3

P k (N)

V (m/s)

P f

P d4

V a

G/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ

1 Nhân tố động lực:

D =

G

P P G

P





= (Pd+Pf)/G ; (1.31)

Pd+Pf = PfPiPJ +Pm

Và theo chế độ vận tốc Vi đãõ có, tiến hành lập bảng 1.10 để tính D ở các tay số

Bảng 1.10

V h1

D 1

………

V hn

D n

2 Đồ thị nhân tố động lực học:

Khi ô tô chuyển động với tải trọng thay đổi, đặc tính động lực học cũng sẽ thay đổi, có thể áp dụng đồ thị tia để khảo sát, đồ thị tia này được xây dựng về phía bên trái đồ thị D (hình 5), các tia có góc nghiêng ở góc tọa độ với:

tg =

x D

D

=

G

G x

 - góc nghiêng của tia ứng với số phần trăm tải trọng sử dụng so với tải định mức của xe

D và Dx - nhân tố động lực học của ô tô ở tải định mức Gt và ở tải Gtx

Gx - trọng lượng toàn bộ của ô tô ở tải Gtx: Gx = Go + Gtx

Gtx - tải trọng của ô tô

Nếu là ô tô khách hay ô tô con thì Gtx được tính theo số hành khách chuyên chở Bảng 1.11 để tính các góc tia 

Bảng 1.11

0

10

20

40

60

80

100

120

140

…

Sử dụng đồ thị đặc tính động lực học của ô tô có thể xác định:

1- Vận tốc lớn nhất của ô tô ở các tay số, ở các tải trọng khác nhau

2- Độ dốc lớn nhất của đường mà ô tô có thể khắc phục được ở các tay số và tải trọng khác nhau

3- Lựa chọn chế độ chuyển động thích hợp trên các loại đường cho trước với các tải trọng cho trước

4- So sánh đặc tính động lực của các loại ô tô khác nhau

K/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ

Đặc tính tăng tốc của ô tô dùng để đánh giá chất lượng động lực học của ô tô khi chuyển động không ổn định, trong đó những chỉ tiêu chính là gia tốc, quãng đường và thời gian cần thiết để tăng tốc trong khoảng vận tốc xác định

1 Đồ thị gia tốc của ô tô

Gia tốc của ô tô khi chuyển động không ổn định được tính

j = (D -  )

i

g

(1.32)

Khi tính gia tốc trên đường bằng (đường không có độ dốc, i=0);  = f

i: hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay, có thể tính theo công thức kinh nghiệm i = 1,03 + a 2

h

a = 0,05  0,07: đối với ô tô con và tải nhẹ

a = 0,04  0,05: đối với ô tô tải trung, tải nặng và ô tô khách

Vì D là hàm số của vận tốc, nên j cũng là một hàm tương tự, ở các số truyền khác nhau Theo từng vận tốc, ta lập được bảng tính toán 1.12 Từ các số liệu của bảng này, lập đồ thị gia tốc j = f(V) và gia tốc ngược 1/j = f (V), đồ thị gia tốc ngược sẽ dùng để tính thời gian và quãng đường tăng tốc, được biểu diễn như hình 1.6 và 1.7

V min

D

D 1

D 2

D 3

D 4

V

max

0,6

1,8

0,4

f

1,6

Quá tải

1,00

Hình 1.5: Đồ thị đặc tính động lực học D và đồ thị tia D x

0



Hình 1.6: Đồ thị gia tốc của ô tô có 5 tay số Hình 1.7: Đồ thị gia tốc ngược

Hình 1.6: Đồ thị gia tốc của ô tô có 5 tay số Hình 1.7: Đồ thị gia tốc ngược

Bảng 1.12

Di

ji

1/ji

2 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc

a)Thời gian tăng tốc được tính: 

2

1

V

V j

dV

t (1.34) Dùng phương pháp tích phân đồ thị gia tốc ngược để tính thời gian tăng tốc

Trên đồ thị 1/j = f(V), chia trục hoành ra các khoảng vận tốc (1,4  2,8) m/s rồi tính diện tích phần dưới đường các đường cong 1/j nằm trong các khoảng vận tốc chọn Fi

(mm2), tiến hành lập bảng tính toán 1.13

Bảng 1.13

Khoảng Vi , m/s 1,4  2,8 2,8  5,6 5,6 14

Các giá trị ti được tính như sau:

t1 = F1.A.B

t2 = (F1+F2).A.B

t3 = (F1+F2 +F3).A.B

………

tn=t3 = (F1+F2 +…+Fn).A.B; (1.35)

Trong đó:

tn - Tổng thời gian tăng tốc (giây)

A - tỉ lệ xích của vận tốc:

A = (m/s)/mm = m/(mm.s)

B- tỉ lệ xích của gia tốc ngược:

1/j =(s2/m)/mm

t (s)

s (m)

0 t

s