- Xác định tỉ số truyền của tất cả các cụm trong hệ thống truyền lực
II.XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH KÉO VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE 1.Đặc tính kéo
1.Đặc tính kéo
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo tính theo động cơ và vận tốc chuyển động của xe ở tất cả các số truyền của hộp số được gọi là đặc tính kéo của xe.Tức là theo quan hệ: Pk = P(v), hay:
tl i e ki v N P = .η (2-1) Trong đĩ:
Pki –lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động ở số truyển thứ i [N]; Ne –cơng suất động cơ [W];
vi –vận tốc chuyển của xe [m/s];
ηtl –hiệu suất của hệ thống truyền lực.
Với chuyển động tịnh tiến của xe thì tốc độ chuyển động của mọi điểm trên xe là như nhau.Do đĩ:
vi = vk = rk.ωk Trong đĩ:
rk –bán kính tính tốn bánh xe [m]
ωk –vận tốc gĩc của bánh xe [rad/s]
vk –vận tốc chuyển động tịnh tiến của bánh xe [m/s] Bởi vì: tl e tl e tl e k i n i n i 0,105. 1 . 30 . = = =ω π ω Nên tl k e i i r n v =0,105. . (2-2)
Trong đĩ: ne –tốc độ quay của trục khuỷu động cơ (thường gọi tắt là tốc độ động cơ) [vg/ph].
Như vậy, để xây dựng đặc tính kéo thì từ đặc tính ngồi của động cơ ta lấy một loạt các trị số khác nhau: Ne1, Ne2, Ne3, …ứng với các vận tốc gĩc ω1,ω2,ω3, …khác nhau (và tương ứng là ne1, ne2, ne3, …) của động cơ.
Theo cơng thức (2-2), xác định các vận tốc của xe ở từng số truyền (lần lượt là các số truyền I, II, III, …).Để xác định được vận tốc vi cần phải biết được tỉ số truyền của hệ thống truyền lực itl.Sau đĩ, theo cơng thức (2-1) tính lực kéo của xe.Hiệu suất của hệ thống truyền lực trong cơng thức (2-1) cĩ thể coi là khơng đổi hoặc là một hàm của vận tốc chuyển động.
* Thí dụ: xác định vận tốc chuyển động và lực kéo tính tốn theo điều kiện
động cơ ở số truyền I của xe cĩ động cơ mà đường đặc tính ngồi của nĩ cho trên hình (2-1).Hiệu suất của hệ thống truyền lực coi như khơng đổi và bằng i = 0,87 ; itl = 42 và rk = 0,3 m.
Lời giải:
Từ đường đặc tính ngồi (hình 2-1) của động cơ:
Ne[vg/ph] 1000 1500 2000 2500 3000
Tốc độ chuyển động tịnh tiến v1: e e n n v . 0,00075 42 3 , 0 . 105 , 0 1 = =
Tại các điểm đã chia ở trên:
v1 [m/s] =0,751.1251,51,8752,25
Tiếp theo ta tính lực kéo Pk1 theo cơng thức (2-1): 1 1 1 . 0,87. v N v N P e tl e k = η = Và lập thành bảng: Pk1[N] =128064139447132333128064116680
Tương tự như đã làm với số truyền I, tiếp tục xác định v và Pk cho các số truyền từ II đến V với các khoảng chia như trên.Căn cứ vào số liệu đã tìm được, ta tiến hành xây dựng đường đặc tính kéo (hình 2-2).
Đường đặc tính kéo đã xây dựng cho phép xác định được trị số lực kéo lớn nhất (theo điều kiện động cơ) với một vận tốc chuyển động cho trước của xe, bởi vì nĩ được tính tốn ứng với giá trị cơng suất lớn nhất (đặc tính ngồi).Với đặc tính cục bộ của động cơ – khi giảm mức cung cấp nhiên liệu, chỉ xác định được những giá trị lực kéo nhỏ hơn.Đặc tính kéo cũng cho phép xác định được lực kéo lớn nhất ở từng số
Hình 2-1.Đặc tính ngồi của ơtơ Hình 2-2.Đặc tính kéo của ơtơ
Tuy nhiên, dựa vào đặc tính kéo chưa cĩ thể đánh giá hết chất lượng kéo của xe và khơng thể so sánh chất lượng kéo của các xe khác nhau được.Ví dụ, xe cĩ cùng lực kéo nhưng trọng lượng xe khác nhau và hình dạng khí động học khác nhau, chất lượng kéo vì vậy cũng khác nhau. Rõ ràng khi cùng lực kéo thì xe nào cĩ trọng lượng nhỏ và dạng khí động tốt thì chất lượng kéo sẽ tốt hơn.
Vì vậy, để đánh giá chất lượng kéo của xe, người ta dùng một đặc tính khác: đặc tính động lực học của xe.
2.Nhân tố động lực học và đặc tính động lực học của xe
a.Nhân tố động lực học
Từ phương trình cân bằng lực kéo (1-3) cĩ thể rút ra: Pk -Pω = Pψ + dt dv g G . . δ + Pmk (2-3) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chia cả hai vế của phương trình (2-3) cho tồn bộ trọng lượng xe ta được:
G P dt dv g G P G P Pk mk + + = − . δ ψ ω (2-4) Trong đĩ: G –trọng lượng xe khi đầy tải (100% tải);
(Pk - Pω) –lực kéo tự do; Đặt: D =
GP P
Pk − ω và gọi D là nhân tố động lực học của xe.
Vậy, nhân tố động lực học của xe là tỉ số giữa hiệu lực kéo của xe theo động
cơ với lực cản khơng khí và trọng lượng của xe.
Giữa nhân tố động lực học D và các thơng số đặc trưng cho lực cản chuyển động của xe cĩ mối quan hệ sau:
G P dt dv g G P dt dv g G P D= ψ +δ . + mk =ψ +δ . + mk (2-5) Khi xe khơng kéo rờ-moĩc ta cĩ:
dt dv g
D=ψ +δ . (2-6) Khi xe khơng kéo rờ-moĩc và chuyển động đều:
D =ψ
Từ vế trái của cơng thức (2-4) thấy rằng: khi lực cản khơng khí nhỏ, cĩ thể coi Pω= 0. Khi đĩ D = =ξ
G
Pk và gọiζ là lực kéo riêng của xe theo điều kiện động cơ.
b.Đặc tính động lực học của xe
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhân tố động lực học D và vận tốc chuyển
động tịnh tiến của xe v gọi là đặc tính động lực học của xe.
Đồ thị hình 2-3 mơ tả đặc tính động lực học của xe cĩ 5 số truyền.
Trên đồ thị trục tung biểu diễn nhân tố động lực học D, trục hồnh biểu diễn vận tốc chuyển động v của xe.
Dạng của đồ thị đặc tính động lực học cũng tương tự như đồ thị đặc tính kéo, nhưng chỉ khác là chúng cĩ độ dốc lớn hơn so với các đường đặc tính kéo, nhất là ở các vận tốc lớn (vì ở vận tốc lớn, lực cản khơng khí càng tăng nhanh).
Đ –điểm bắt đầu; K –điểm kết thúc; M –điểm tương ứng với Dmax.Thực tế vận tốc chuyển động của xe ở từng số truyền bị hạn chế trong giới hạn vth÷ vmax.Ứng với các giá trị Dmax ở từng số truyền cĩ các vận tốc tới hạn ở từng số truyền và được kí hiệu là vthI, vthII, vthn.Ở những vận tốc lớn hơn vận tốc tới hạn là khu vực làm việc ổn định của xe ở số truyền đĩ.Bởi vì khi sức cản của xe tăng lên làm cho vận tốc chuyển động của xe giảm đi nhưng nhân tố động lực học của xe sẽ tăng lên, do đĩ xe cĩ khả năng khắc phục sức cản của mặt đường tăng lên tức thời đĩ.Ở những vận tốc nhỏ hơn vận tốc tới hạn thì khi sức cản của đường tăng, vận tốc của xe giảm và nhân tố động lực học của xe cũng giảm, nên xe sẽ khơng thể khắc phục được sức cản này.Khoảng tốc độ từ vmin đến vth ở mỗi tay số được gọi là khu vực làm việc khơng ổn định.Như vậy, vận tốc tới hạn vthi là điểm để xác định khu vực làm việc ổn định của xe khi động cơ làm việc ở chế độ tồn tải.Trong thực tế xe thường khơng làm việc ở khu vực khơng ổn định của đường đặc tính.
3.Nhân tố động lực học theo điều kiện bám
Khi xây dựng các phương trình về lực (1-3) và cân bằng cơng suất (1-7) ở trên ta đã coi rằng lực kéo đặt tại bánh xe chủ động chỉ phụ thuộc vào các thơng số của động cơ (Ne, Me, ne) và của hệ thống truyền lực (itl,ηtl).Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp nĩ bị giới hạn bởi điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường.Khi bánh xe chủ động bị trượt, xe cĩ thể khơng sử dụng hết khả năng động lực học của nĩ, nghĩa là khơng phát huy hết lực kéo lớn nhất theo điều kiện động cơ.Ví dụ, khi xe chuyển động trên đường trơn, ẩm ướt cĩ hệ số bám nhỏ, lực kéo tiếp tuyến lớn nhất chỉ bằng lực bám:
Pkmax = Pϕ =ϕ.Gϕ
Trong đĩ:
Pϕ -lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động với mặt đường theo điều kiện bám;
ϕ -hệ số bám của bánh xe với đường
Gϕ -trọng lượng bám của xe.Với xe cĩ 1 cầu chủ động, Gϕ bằng trọng lượng của xe đặt lên cầu chủ động đĩ.Với xe cĩ tất cả các cầu là chủ động, Gϕ = G.
Như vậy, theo điều kiện bám, nhân tố động lực học Dϕ của xe sẽ là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
G P P Dϕ ϕ − ω
= (2-7)
Trong đĩ: (Pϕ - Pω) –lực kéo tự do theo điều kiện bám.
Trên hình 2-3, các đường cong nét đứt mơ tả đặc tính động lực học của xe theo điều kiện bám.Các đường đặc tính Dϕ cĩ dạng cong xuống ở các vận tốc lớn.Bởi vì ở các vận tốc lớn, lực cản khơng khí và sự trượt tăng lên nhiều do đĩ làm cho Dϕ giảm.
Như vậy, điều kiện cần và đủ để đảm bảo khả năng chuyển động của ơtơ theo nhân tố động lực học là:
Dϕ≥ D ≥ ψ (2-8)
4.Sử dụng đặc tính động lực học của xe
Đặc tính động lực học của xe cho phép xác định một loạt các thơng số đánh giá chất lượng kéo và chất lượng vận tốc của xe, bao gồm:
a.Xác định vận tốc chuyển động cĩ thể cĩ được của xe theo điều kiện đường cho trước.Thí dụ, khi xe chuyển động đều và khơng kéo rờ-moĩc: cho trước hệ số cản tổng cộng của đường, cĩ thể xác định được vận tốc tối đa của xe ở điều kiện đường đĩ.
b.Xác định được lực cản cĩ thể cĩ được của xe khi xe chuyển động với vận tốc khắc phục cho trước ở một số truyền nhất định.Đây là bài tốn ngược của trường hợp thứ nhất.
c.Xác định được khả năng tăng tốc của xe.Sử dụng phương trình (2-5) hoặc (2- 6) tương ứng với điều kiện cụ thể và sử dụng đồ thị đặc tính động lực học của xe ta cĩ thể xác định được gia tốc của xe ở từng số truyền, thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc từ vận tốc ban đầu v1 = 0 đến khi bắt đầu đạt vận tốc tối đa v2 = vmax.
d.Xác định được lực kéo rờ-moĩc của xe.Lực kéo rờ-moĩc cĩ thể được xác định khi xe chuyển động đều, trên loại đường cho trước theo cơng thức sau đây:
Pmk = (D -ψ).G
Ví dụ: Xác định gia tốc lớn nhất cĩ thể cĩ được của ơtơ khi động cơ làm việc ở
chế độ cung cấp nhiên liệu hồn tồn (ứng với đặc tính ngồi của động cơ). Gia tốc Jv của ơtơ được xác định theo cơng thức:
i v g D J δ ψ) ( − =
Rõ ràng, Jv phụ thuộc vào hệ số cản tổng cộng của đường (ψ), vận tốc chuyển động của ơtơ (v) và số truyền đang được gài, bởi vì D = f(v, itl) vàδI = f(itl).
Khi đã cĩ đặc tính động lực học, giá trị của hệ số δi và hệ số cản tổng cộng của đườngψ ta sẽ xây dựng được đồ thị biểu diễn mối quan hệ Jv = f(v) (hình 2-4).
Hình 2-4.Mối quan hệ giữa gia tốc Jv và tốc độ chuyển động v
Đánh giá khả năng tăng tốc của ơtơ một cách chính xác khi căn cứ vào đồ thị Jv = f(v) trên các loại đường cĩ hệ số cản tổngψ giống nhau là khơng đơn giản, bởi vì với các ơtơ khác nhau, chúng khơng chỉ khác nhau về Jmax ở mỗi số truyền mà cịn khác nhau cả ở đặc tính Jv = f(v) và số tay số cĩ trong hệ thống truyền lực.
Sử dụng đặc tính động lực học cũng cĩ thể xác định được khả năng khắc phục sức cản mặt đường của ơtơ bằng động năng dự trữ mà nếu nĩ chuyển động đều thì sẽ khơng thể vượt qua được đoạn đường nĩi trên.
Từ phương trình (2-9) cĩ thể thấy rằng ơtơ chuyển động với v = const ở chế độ cung cấp nhiên liệu hồn tồn cĩ thể xảy ra khi nhân tố động lực học D (tương ứng với tốc độ này) bằng hệ số cản tổng cộngψ.Nếu ψ > D thì Jv< 0.Khi v > vth việc giảm tốc độ sẽ làm tăng D.Và với tốc độ giảm đĩ lại cĩ thể tạo ra sự cân bằng mới ψ = D.Khi đĩ, chuyển động của ơtơ lại cĩ v = const.Khả năng tự thích ứng với sự thay đổi lực cản của đường cĩ thể xảy ra cho đến khiψ ≤ Dmax (ở từng số truyền).
Nếu v < vth thì khi tăng ψ lên với bất kì giá trị nào cũng sẽ làm giảm tốc độ chuyển động của ơtơ cùng với việc tăng gia tốc chậm, bởi vì khi giảm v sẽ làm giảm D.Khi tốc độ giảm đến trị số ổn định tối thiểu (vmin) động cơ sẽ bị chết máy.
Trong quá trình giảm tốc độ đến (vmin) xe cĩ thể tiếp tục lăn bánh thêm một đoạn đường nhờ năng lượng khơng chỉ từ động cơ truyền đến mà cịn bằng động năng của xe.Nếu đoạn đường cĩ ψ > D ngắn hơn đoạn đường nĩi trên thì xe vẫn cĩ thể chuyển động mà khơng cần đổi số (về số thấp hơn).
Trong thực tế, thơng thường để cĩ động năng lớn đi đến đoạn đường cần phải vượt bằng tăng tốc (thí dụ: khi lên dốc) người ta sẽ chạy xe với tốc độ lớn hết cỡ cho phép để khỏøi phải giảm số.
Ngồi ra, trên cơ sở đồ thị đặc tính động lực học của xe ứng với trường hợp xe đầy tải (100% tải) cịn cĩ thể xây dựng được đặc tính động lực học của xe ứng với tải trọng bất kì (khi quá tải hoặc chưa đầy tải).Đồ thị đặc tính động lực học khi tải trọng thay đổi được gọi là đồ thị tia.
CHƯƠNG III
LÝ THUYẾT PHANH ƠTƠ************ ************