báo cáo tiểu luận thí nghiệm ô tô và máy công trình

Ở đây, chúng em được làm thí nghiệm đo lực phanh ôtô trên băng thử và đo lực cản chuyển động của ô tô trên đường bằng.. -Tiếp tục tính giá trị lực quán tính chuyển động chậm dần khi xe l

LỜI NÓI ĐẦU

‘Thí nghi m ôtô và máy công trình’ là môn h c không th thi u đ i ệm ôtô và máy công trình’ là môn học không thể thiếu đối ọc không thể thiếu đối ể thiếu đối ếu đối ối

v i sinh viên ngành đ ng l c Giúp sinh viên không nh ng có trang b ộng lực Giúp sinh viên không những có trang bị ực Giúp sinh viên không những có trang bị ững có trang bị ị

ki n th c lý thuy t mà còn v n d ng nh ng gì h c đ ếu đối ức lý thuyết mà còn vận dụng những gì học được vào thực tế ếu đối ận dụng những gì học được vào thực tế ụng những gì học được vào thực tế ững có trang bị ọc không thể thiếu đối ược vào thực tế c vào th c t ực Giúp sinh viên không những có trang bị ếu đối

Sau khi được Thầy giáo Lê Văn Tụy trang bị kiến thức môn ‘Thí nghiệm ôtô

và máy công trình’ bản thân em đã có một kiến thức lý thuyết vững vàng, có một cái nhìn tổng quan hơn về quá trình làm việc của ôtô cũng như mục đích của quá trình làm thí nghiệm ôtô Để có được kiến thức thực tế chúng em tiếp tục được Thầy

giáo Võ Như Tùng ở ‘Trung tâm thí nghiệm ôtô và máy công trình - ĐH Bách

Khoa Đà Nẵng’, hướng dẫn và trang bị thêm kiến thức cũng như các thao tác làm thí nghiệm trong môn ‘Thực hành thí nghiệm ôtô và máy công trình’ Ở đây, chúng

em được làm thí nghiệm đo lực phanh ôtô trên băng thử và đo lực cản chuyển động của ô tô trên đường bằng Sau khi hoàn thành thí nghiệm, chúng em được trang bị đầy đủ về mặt kiến thức lý thuyết lẫn thực tế và đó là nền tảng cho công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Lê Văn Tụy đã tận tình chỉ bảo, hướng

dẫn cụ thể trong quá trình học để em hoàn thành bài báo cáo này

Đà nẵng, ngày 08, tháng 11, năm 2017 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Toàn

Bài 1 THÍ NGHIỆM LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA Ô TÔ

TRÊN ĐƯỜNG1.1 Cơ sở lý thyết về sự hình thành lực cản

+ V: Vận tốc chuyển động của ô tô

+ G: Trọng lượng 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 cầutrước và cầu sau

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

+ a, b: Khoảng cách tính từ trọng tâm của ô tô tới tâm bánh xe trước và saucủa ô tô

+ L: Chiều dài cơ sở của xe

Khi ô tô đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt ly hợp thì ô tô

- Lực cản lăn;

- Lực cản không khí;

- Lực quán tính của ô tô;

Theo lý thuyết ô tô:

F k=G f cosαα+ k A V2± G

g .

dv

dt δ i ±G sαinαα (1.1)Trong đó:

+ Fk: Lực kéo tiếp tuyến sinh ra tại bánh xe chủ động

+ d v dt : Gia tốc tịnh tiến của ô tô, [m/s2 ]

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang (α=0), từ công thức (1.1) suy

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

F k=G f +k A V2± G dv.δi (1.3)

Khi tăng gia tốc của ô tô để ô tô đạt đến tốc độ Vmax thì phương trình (1.3) sẽ trởthành:

F k=G f +k A V2+G

g .

dv

dt.δi (1.4)Khi đạt đến giá trị Vmax ta cắt nhiên liệu (thả chân ga), cắt ly hợp cho xe chuyểnđộng chậm dần lăn trơn trên đường, từ đó Fk=0, ta có phương trình:

0=G f +k A V2−¿ G

g .

dv

dt.δi (1.5)Khi δi  1, ta viết lại phương trình lăn trơn chuyển động chậm dần:

dt ¿F0+F1.V + F2 V2 (1.13)

Lực quán tính do chuyện động chậm dần của xe đóng vai trò là lực kéo, để xechuyển động được thì lực quán tính bằng lực cản Vì vậy, để xác định đặc tính lựccản của ô tô trên đường ta xác định lực quán tính chậm dần của ô tô Như vậy,phương pháp là thay vì đo lực cản của ô tô người ta đo lực cản chuyển động chậmdần khi lăn trơn bằng cách đo vận tốc ô tô theo thời gian quay trơn.

1.2 Mô tả phương pháp và trình tự đo

Trên cơ sở phương pháp đo được lựa chọn là “phương pháp cho xe lăn trơn trênđường”, chúng ta có trình tự đo được mô tả như sau:

a) Chuẩn bị thiết bị thí nghiệm: bao gồm xe thử nghiệm (là xe ô tô du lịchMercedes Benz MB140) và dụng cụ đo

b) Chuẩn bị bãi thử nghiệm: yêu cầu bãi thí nghiệm có đủ chiều dài quảngđường bằng phẳng tối thiếu 3km Bãi thử nghiệm vắng người và xe đi lại Thời tiết

yên gió (không có gió)

c) Trình tự tiến hành thử nghiệm:

+ Một nhóm gồm 16 sinh viên cùng với giáo viên hướng dẫn lên xe để tiếnhành thí nghiệm

+ Bắt đầu di chuyển đến địa điểm thí nghiệm

+ Khi đã đến địa điểm tiến hành thí nghiệm, chọn đoạn đường vắng và không

có dốc để gia tốc xe tránh làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

+ Chuẩn bị đồng hồ tách thời gian

+ Quan sát đồng hồ báo tốc độ trên bảng táp lô, khi gia tốc cho xe chạy vượtqua tốc độ 60(km/h) thì bắt đầu nhả bàn đạp ga đồng thời đưa cần gạt về vị trí số 0hoặc ngắt ly hợp và cho xe lăn trơn trên đường

+ Khi kim đồng hồ báo tốc độ của ô tô chỉ 60 km/h thì bắt đầu bấm đồng hồtách thời gian, ứng với vị trí này ta có thời gian t0= 0[s]

+ Khi tốc độ của ô tô giảm còn 55 km/h, ta tiếp tục bấm đồng hồ tách thời gian

để xác định Δt = t1-t0

+ Quá trình được lặp lại cho đến khi tốc độ của ô tô giảm còn 20 km/h, tức là cứtính mỗi lần giảm 5km/h Sau đó ghi lại tất cả các kết quả vừa đo được.

+ Ta thực hiện qua trình như vậy 4 lần và kết thúc quá trình đo Sau đó tất cảsinh viên quay trở về xưởng AVL và tiến hành thí nghiệm đo lực phanh rồi lấy kếtquả thí nghiệm

1.3 Xử lý kết quả và đánh giá kết quả

Với phương pháp thử nghiệm nêu trên, ta có kết quả đo diễn biến tốc độ lăn

trơn V[km/h] theo thời gian thực t [s] được cho trên bảng 1.1 như sau:

Bảng1 1 Kết quả đo diễn biến tốc độ lăn trơn V[km/h] theo thời gian t[s]

V

[km/h] 34,6 33,8 32,1 31,4 30,5 28,9 26,3 26,3 26,3 24,6

23,1

Chuyển đổi dữ liệu sang thứ nguyên (đơn vị) chuẩn (xem bảng 1.2):

Bảng 1.2 Kết quả chuyển đổi tốc độ lăn trơn V[m/s] theo thời gian t [s]

V [m/s] 18,4 18,2 17,5 16,9 16,9 16,2 15,8 15,3 15,1 14,4 14,4

V [m/s] 13,5 13,3 13,3 12,6 12,4 12,4 11,7 11 10,8 10,6 9,87

Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ xe lăn trơn theo thời gian

Sử dụng phương pháp tính trong kỹ thuật, nhờ công cụ Add TrendLine trong

Ms Excell, ta có hàm xấp xỉ V = f(t) được xác định bởi đa thức đại số bậc ba nhưsau:

v = v0 + v1.t + v2.t2 + v3.t3 (1.14)Trong đó: a0, a1, a2, a3 là các hằng số xấp xỉ thực nghiệm; với kết quả xử lý theophương pháp xấp xỉ hàm, ta có:

a0 = 18,88; a1= −0,453; a2 = 0,002; a3 = −9E−06 (1.15)

Lấy đạo hàm bậc nhất phương trình (1.14) với số liệu ở (1.15) ta có:

dV dt = − 0,453 + 2.0,002.t + 3.(−9E−06).t2

= − 0,453 + 0,004.t – 0,000027.t2 (1.16)Lần lượt thay các giá trị thời gian ti ứng với các điểm đo ở bảng 1.2, ta có giá trị đạo hàm tốc độ theo thời gian tương ứng được cho ở bảng 1.3 như sau:

Bảng 1.3 Kết quả tính đạo hàm tốc độ theo thời gian cho bởi công thức (1.16)

1747,3

1732,2

1717,4

1702,7

1688,2

1674,0

1660,0

-Tiếp tục tính giá trị lực quán tính chuyển động chậm dần khi xe lăn trơn:

Trong đó:

+ m: là khối lượng xe và người trên xe khi tiến hành thí nghiệm [kg]

Khối lượng không tải của xe: m0 = 3000 [kg]

Khối lượng của hành khách (16 người, mỗi người nặng khoảng 60kg, xemnhư xe đầy tải, sử dụng trọng lượng đầy tải của xe):

m = 3000 + 16.60 = 3960 [kg]

+ δt: là hệ số xét đến ảnh hưởng của khối lượng chuyển động quay trong hệthống truyền lực đến lực quán tính Fj;

Khi xe lăn trơn có thể lấy δt = 1,00 - 1,05 → Chọn δt = 1,00

Theo nguyên lý xe lăn trơn, lực quán tính chuyển động chậm dần Fj chính bằnglực cản chuyển động cơ bản của xe – kí hiệu Fc (bao gồm lực cản lăn và lực cản không khí); tức là ta có:

Fc = Fj = G.f + k.F.V2 (1.18)Trong đó:

+ G: là trọng lượng toàn bộ xe thử nghiệm [N];

+ f: là hệ số cản lăn;

+ k: là hệ số cản không khí [Ns2/m4]

+ F: là diện tích cản chính diện của xe [m2]

Cuối cùng có bảng dữ liệu lực cản Fc biến thiên theo tốc độ của xe được chọn

như trên bảng 1.4:

1606,0

1593,1

1580,3

1567,8

1555,5

1543,4

Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lực cản F c theo tốc độ xe V

Sử dụng phương pháp tính trong kỹ thuật nhờ công cụ Add TrendLine trong

Ms Excell một lần nữa, sẽ có hàm xấp xỉ Fc = f(V) được xác định bởi đa thức đại sốbậc hai như sau:

Fc = F0 + F1.V + F2.V2 (1.19)Trong đó:

+ F0:là lực cản lăn không phụ thuộc tốc độ [N],

+ F1: là lực cản lăn phụ thuộc bậc nhất với tốc độ [Ns/m];

+ F2 : là lực cản lăn và lực cản không khí phụ thuộc bậc hai với tốc độ

Với kết quả xử lý theo phương pháp xấp xỉ hàm như trên hình 2, ta có:

So sánh với lý thuyết thì các thông số tìm được nhỏ hơn rất nhiều do điều kiệnkhách quan trong quá trình tiến hành thí nghiệm: Mặt đường tốt, đang xuống dốc(độ dốc nhỏ).

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

 Từ đó ta có các giá trị f theo V từ công thức (1.8), (1,22), (1,23) và (1.24) nhưsau:

- Ta thấy rằng hệ số cản lăn f0 nhỏ chứng tỏ rằng chúng ta thí nghiệm trên đường nhựa tốt và có một số yêu tố làm cho hệ số cản lăn nhỏ đó là thí nghiệm mặt đường trơn nên làm hệ số cản lăn thấp

- Với hệ số cản không khí k nhỏ, vì chính lúc thí nghiệm ta chạy cùng chiều với hướng gió (thí nghiệm trên đường Nguyễn Tât Thành nên có gió biển lớn hơn gió trong đường thường) làm cho hệ số cản không khí thấp

- Qua thí nghiệm này ta thấy rằng hệ số cản lăn không phải là hằng số phụ thuộcvào tốc độ Tùy theo kiểu lốp xe và chất lượng mặt đường mà thực nghiệm cho thấy

rằng có khi hệ số lăn phụ thuộc bặc hai của tốc độ, có khi phụ thuộc vào bậc nhât theo tốc độ

+ Nếu f1≈ 0 suy ra:

Hay tương tự như công thức: f = a + b.V (1.30)

1.4 Kết luận

- Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển độngcủa ô tô Tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnhhưởng 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 tại dao động xung quanh các giá trị lí thuyết, bởi

vì thí nghiệm thực tế luôn tồn tại các biến động nhỏ tác động đến quá trình thínghiệm

- Qua bài thí nghiệm, chúng ta cũng hiểu rõ hơn về các công cản mà chúng ta đãđược học và các bước tiến hành làm thí nghiệm cũng như cách xử lí số liệu

- Lực cản lăn ảnh hưởng rất lớn với đến sự chuyển động của ô tô nếu quá lớn sẽlàm tiêu hao công suất của động cơ nên xu hướng thiết kế ô tô lúc nào cũng yêu cầulực cản là nhỏ nhất để có thể tận dụng tối đa công suất động cơ

- Lực cản lăn còn phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như bề mặt đường, loạilốp, tải trọng, tốc độ chuyển động của xe

- Về cách đo: Việc đo lực quán tính chuyển động dần khi xe lăn trơn trên đườngvới (α=0) Nhờ phươg pháp xâp xĩ hàm trong excel mà ta có thế đưa ra được cácđường đặc tính trong suốt qua trình thí thí nghiệm và xử lý số liệu

Bài 2 THÍ NGHIỆM ĐO TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ

q đ=g e ( F ψ+F ω±F j)

Trong đó:

+ q đ: mức tiêu thụ nhiên liệu của ô tô; [lít/100km]

+ Fψ,Fω, Fj : các lực cản chuyển động của ô tô; [N]

+ ρ nαl : tỷ trọng của nhiên liệu; [kg/lít]

+ η t : hiệu suất của động cơ;

- Khi ô tô chuyển động ổn định Fj = 0 , thì lượng tiêu hao nhiên liệu sẽ là:

q đ=g e ( F ψ+F ω)

- Mức tiêu hao nhiên liệu trên 100km quãng đường chạy giảm khi suất tiêu haonhiên liệu của động cơ giảm, nghĩa là nếu động cơ có kết cấu hợp lý và quá trìnhcháy hoàn thiện thì giảm được mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô ngoài ra, xe chuyểnđộng trên đường nhựa tốt, lực cản thấp sẽ ít tiêu hao nhiên liệu Tỷ trọng nhiên liệucũng ảnh hưởng rõ nét đến tiêu hao nhiên liệu ô tô, với nhiên liệu nhẹ

- tỷ trọng nhỏ, xe sẽ tiêu hao nhiên liệu lớn hơn so với loại nhiên liệu có tỷtrọng lớn hơn Và dĩ nhiên xe có trọng lượng càng nhỏ thì tiêu hao nhiêu liệu càng

q đ=100 G h

Trong đó ρ nαl là tỷ trọng của nhiên liệu [kg/lít] Nghĩa là công thức (2.3) cho phép

đo được tiêu hao nhiên liệu của xe trên băng thử CD-48 nhờ cảm biến tốc độ xe vàcảm biến lưu lượng của hệ thống thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 735

2.3 Phương pháp đo

2.3.1 Các dụng cụ sử dụng

- Hệ thống thiết bị đo động lực học CD-48 với các cảm biến đo tốc độ

Hình 2.1 Bố trí các thiết bị trong phòng thí nghiệm

1- ôtô thử nghiệm Mercedes Benz MB-140; 2- Băng thử CD-48; 3- Bộ bảo vệ antoàn; 4- Bộ tăng lực bám cho bánh xe chủ động; 5- Cảm biến an toàn cho ôtô trênbăng thử; 6- Quạt gió mô phỏng gió làm mát cho gầm ôtô; 7- Bộ cung cấp nhiênliệu cho ôtô thử nghiệm; 8- Bộ cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 735; 9- Màn hình hiểnthị chu trình lái xe trên băng thử; 10- Thiết bị đo ô nhiễm khí xả của ôtô trong quátrình vận hành thử nghiệm; 11- Hệ thống máy tính hiển thị và điều khiển

- Ngoài ra, để khóa cứng ôtô lên nền bệ, hệ thống băng thử còn có bộ khóa cứng

ôtô khi thử nghiệm (Vehicle Restrain System) – còn gọi là bộ cùm bánh xe (hình 2.2) Bên cạnh việc cùm chặt bánh xe, còn có hệ thống kéo chặt ôtô xuống ru-lô để

tăng độ bám của bánh xe chủ động với mặt ru-lô; đồng thời giữ độ ổn định ngangcho ôtô khi chạy thử nghiệm trên băng thử

- Mở chu trình lái xe ECE1504 trong thành phố với v  50km/h

- Lái xe chạy theo chu trình ECE1504

- Mở màn hình đo liên tục (1 lần/s) các giá trị tiêu hao nhiên liệu Gh[kg/h] ứngvới các tốc độ Vi; tỷ trọng nhiên liệu gần như không thay đổi nl = 0,713 [kg/lít]

779,1 0,512 0,696 0,000000 0,000000

Tổng Gct Tổng Sct0,08025 1,002663

 Đồ thị kết quả đo diễn biến lượng tiêu hao nhiên liệu Gh và tốc độ xe V được

thể hiện ở hình 2.3

-10 0 10 20 30 40 50 60

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Hình 2.3 Diễn biến tiêu hao nhiên liệu trên ôtô

Đồ thị cho thấy lượng tiêu hao nhiên liệu Gh và tốc độ xe V biến đổi phức tạptheo thời gian, đặc biệt tại các điểm có tốc độ V(i) = 0 thì không thể áp dụng côngthức (2.2) vì bài toán không xác định Do vậy, có thể tính lượng tiêu hao nhiên liệuôtô qđ [lít/100km] gần đúng theo phương pháp tích phân số như sau:

+ Sct: là quảng đường ôtô đi được sau chu trình lái xe ECE1504, tính bằng [km]+ nl: là tỷ trọng nhiên liệu, tính bằng [kg/lít].

- Với Gct được tính theo tích phân gần đúng như sau:

+ Gh(i+1): là lượng tiêu hao nhiên liệu giờ tại thời điểm tiếp theo t(i+1)

+ Sct: được tính theo tích phân gần đúng như sau:

+ V(i): là tốc độ ôtô [km/h], đo được từ cảm biến tốc độ tại thời điểm t(i);

+ V(i+1): là tốc độ ôtô tại thời điểm tiếp theo t(i+1)

+ Có thể thấy khi xe chạy không tải thì lượng nhiên liệu tiêu hao gần như làhằng số cỡ (0,5 kg/h) khi xe bắt đầu khởi hành tức là bắt đầu lăn bánh thì lượng tiêuhao nhiên liệu của xe cực lớn Điều này cũng dễ hiểu vì lúc đó xe cần một lực kéolớn để khắc phục lại các lực cản lớn Thông thường vào lúc này xe thường đi ở số 1

và trong một thời gian ngắn thì xe sẽ sang số Khi sang số, lượng tiêu hao nhiên liệu

sẽ giảm mạnh và các số khác cũng tương tự quy luật vậy

Bài 3 THÍ NGHIỆM ĐO CÁC CHỈ TIÊU PHANH TRÊN BĂNG THỬ

PHANH Ô TÔ 3.1 M c đích ục đích

Đo lực phanh của các bánh trên cùng một cầu để từ đó có thể nhận xét về sự sailệch lực phanh giữa các bánh Từ đó có cơ sở cho việc điều chỉnh vì rằng nếu lựcphanh hai bên mất cân bằng lớn sẽ gây cho xe dễ bị không ổn định, quay đầu xe khiphanh

3.2 C s lý thuy t ơ sở lý thuyết ở lý thuyết ết

Phương trình chuyển động của ô tô:

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh:

 Gia tốc chậm dần khi phanh (j p )

Từ (2) ta có: Pj= Pψ+ Pω+ Pp , khi phanh các lực P

f, Pω có giá trị rất bé so với

Pp mặt khác khi xe phanh trên đường nằm ngang thì Pi = 0 do đó ta có phương trình:

Pj = Pp (3.3)

Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám: Ppmax = φ.G

Do đó (3) được viết lại như sau: i pmax

G

Với δi: Hệ số tính đến ảnh hưởng của chi tiết có khối lượng chuyển động quay

Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm δi (cắt ly hợp → δi ≈ 1), khi đó:

vt

.g





(3.6)

 Quãng đường phanh (S p )

Nhân hai vế (5) với dS ta có:

dv.dS g.dS hay v.dv g.dS