Theo quan điểm của lý thuyết dòng lực, lốp đƣợc xem nhƣ một nút biến đổi dạng chuyển động, nút này bao gồm hai nút đó là nút phản lực và nút trƣợt. Khi không có trƣợt tƣơng đối giữa lốp với mặt đƣờng thì tƣơng ứng với đó là trƣờng hợp nút phản lực, khi có cả hiện tƣợng trƣợt tƣơng đối thì nó bao gồm cả hai dạng nút phản lực và nút trƣợt.
Lốp đƣợc xem nhƣ một vật đàn hồi, tiếp xúc với đƣờng và có sự trƣợt tƣơng đối giữa lốp và mặt đƣờng. Khi có mô men xoắn đặt trên trục bánh xe, lốp bị biến dạng và tạo áp lực lên nền đƣờng, do có ma sát giữa lốp và nền đƣờng, do vậy xuất hiện phản lực tác dụng từ đƣờng lên bánh xe, đẩy trục bánh xe chuyển động tiến hay lùi.
61
Khối mô hình lốp mô tả lốp xe nhƣ một bánh xe đàn hồi tiếp xúc với đƣờng, mô hình chỉ mô tả chuyển động thẳng. Mô hình lốp đàn hồi đƣợc mô tả nhƣ là một lò xo vòng bị biến dạng trong quá trình lăn tiếp xúc với mặt đƣờng. Hình 2.19 mô tả các thông số của mô hình lốp. Nếu nhƣ bánh xe là một vật thể tuyệt đối cứng vận tốc dài của tâm trục bánh xe đƣợc tính theo công thức sau:
Vx = . (2.30)
Trong đó
re Bán kính lăn của bánh xe(m) Q Vận tốc góc của bánh xe (rad/s) Vx Vận tốc dài của trục bánh xe (m/s)
Nhƣng với lốp cứng tuyệt đối vẫn có hiện tƣợng trƣợt xảy ra, vận tốc trƣợt đƣợc tính toán theo công thức sau đây:
Vsx = Vx - . (2.31)
Khi đó, hệ số trƣợt đƣợc xác định
K = -Vsx / (2.32)
Nếu bánh xe trƣợt hoàn toàn, khi đó k=-1. Do bánh xe là một vật đàn hồi, vì vậy vận tốc của điểm tiếp xúc sẽ là Q', lúc đó hệ số trƣợt của lốp xe tính tại điểm tiếp xúc đƣợc tính toán nhƣ sau:
k'= - / (2.33)
Với
= - . (2.34) Từ đó ta tính toán đƣợc độ biến dạng của lốp xe nhƣ sau:
= -( ) (2.35) Cùng đó, hệ số trƣợt k’ và độ biến dạng u không phải là hằng số, bởi vì trong quá trình lăn, ứng suất của lốp không ở trạng thái tĩnh. Trong khi xây dựng mô hình tính toán mô phỏng động lực học lốp xe, do giá trị của u và k’ là nhỏ, vì vậy mối quan hệ giữa lực kéo Fx và u, mối quan hệ giữa u và k’ đƣợc xem nhƣ là theo quy luật biến đổi tuyến tính.
62
= (2.37) = / (2.38) Với các đặc tính của lốp xe nhƣ là một hàm số f(u, K', Fz), tải thẳng đứng Fz, và các giá trị tính toán đƣợc là u và k', chúng ta có thể tính toán đƣợc lực kéo phát sinh tại bánh xe Fx và vận tốc góc của bánh xe Q và vận tốc dài tại tâm trục bánh xe nhƣ sau:
. = - (2.39) Với
Iw: Mô men quán tính của bánh xe(kgm2)
: Mô men chủ động tác dụng trên trục bánh xe(Nm)
: là góc dốc của đƣờng m: là khối lƣợng xe g: là gia tốc trọng trƣờng Hình 2.18 thể hiện mô hình mô phỏng động lực học khối lốp xe.
Hình 2.19. Mô hình mô phỏng khối lốp xe
Nhƣ vậy, bằng cách sử dụng công cụ trong SimDriveLine, chúng ta đã xây dựng đƣợc các khối mô phỏng các trạng thái hoạt động của các cụm phần tử trên xe nhƣ động cơ, ly hợp chính, hộp số, hộp số phân phối, truyền lực chính, vi sai và lốp xe. Sau khi có đƣợc mô hình của các cụm, ghép nối và tổ hợp chúng lại có đƣợc mô hình mô phỏng động lực học xe hoàn thiện. Sử dụng các mô hình xe này, chúng ta có thể nghiên cứu đƣợc các bài toán khác nhau về động lực học chuyển động thẳng của xe. Trong nội dung chính của luận văn, sau khi xây dựng đƣợc mô hình mô phỏng sẽ tập chung nghiên cứu chính về hiện tƣợng tuần hoàn công suất trên xe
63
trong một số điều kiện khai thác và sử dụng xe thực tế hay gặp phải, ví dụ nhƣ một bánh xe bị thay đổi áp suất bánh xe, một bánh xe trên một cầu hoặc hai bánh xe trên một cầu đi qua vùng có hệ số bám thấp hơn so với hệ số bám trên các cầu xe còn lại, hay là trong quá trình sử dụng hệ số ma sát trong của cơ cấu vi sai ma sát trong cao thay đổi...
Kết luận chƣơng
Đối với hệ thống truyền lực nói chung, có thể sử dụng một trong ba phƣơng pháp: phƣơng pháp lực, phƣơng pháp dòng lực và phƣơng pháp mô hình liên kết để phân tích hệ thống và xây dựng mô hình toán học. Phƣơng pháp dòng lực là phƣơng pháp mạnh, rất thích hợp để xây dựng mô hình toán học cho các loại hệ thống truyền lực có kết cấu và hoạt động phức tạp.
Cách biểu diễn và tính toán hệ thống truyền lực bằng phƣơng pháp mô phỏng cho phép xây dựng mô hình toán học dƣới dạng các mô hình đơn lẻ của từng khối, không yêu cầu một thuật toán phức tạp hay chƣơng trình tính toán bằng các dòng lệnh. Thuật toán tính toán đƣợc thể hiện ngay trong mô hình từng khối nên mô tả các trạng thái hoạt động của hệ thống một cách rất tự nhiên và sát với thực tế hoạt động của hệ thống truyền lực. Mô hình mô phỏng chính là chƣơng trình tính toán và đƣợc xây dựng theo kiểu đồ hoạ nên rất đơn giản, dễ sử dụng và kiểm soát đƣợc quá trình tính toán.
Để khảo sát, tính toán các hệ thống truyền lực có kết cấu và hoạt động phức tạp, tốt nhất là sử dụng phƣơng pháp dòng lực để phân tích và xây dựng mô hình toán học của hệ thống, sau đó sử dụng phƣơng pháp mô phỏng để tính toán và khảo sát.
Trong chƣơng 2 đã trình bày phƣơng pháp, trình tự xây dựng mô hình hệ thống truyền lực bằng công cụ SimDriveLine, lựa chọn mô hình hệ thống truyền lực phù hợp để nghiên cứu hiện tƣợng tuần hoàn công suất. Đối tƣợng đƣợc đƣợc lựa chọn để xây dựng mô hình hệ thống trong bài toán cụ thể này là hệ thống truyền lực cơ khí lắp trên ô tô quân sự và xe bọc thép bánh lốp cụ thể ở đây là xe GAZ66. Trên mô hình này có thể bắt đầu tiến hành nghiên cứu và giải bài toán tuần
64
hoàn công suất trong hệ thống truyền lực, qua đó đƣa ra các kết quả trực quan theo cả một quá trình tổ hợp sự thay đổi các trạng thái của các cụm, cơ cấu trong hệ thống truyền lực.
65
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU HIỆN TƢỢNG TUẦN HOÀN CÔNG SUẤT Ở Ô TÔ VÀ MÁY KÉO HAI CẦU CHỦ ĐỘNG 4x4
Sau khi xây dựng đƣợc mô hình mô phỏng các hệ thống truyền lực cần thiết, có thể bắt đầu tiến hành nghiên cứu và tính toán hiện tƣợng tuần hoàn công suất trên xe ô tô và máy kéo hai cầu chủ động, với sự thay đổi các thông số nhƣ áp suất hơi lốp, hệ số bám của đƣờng, hệ số khoá của cơ cấu vi sai...., với phạm vi của luận văn đối tƣợng đƣợc nghiên cứu hiện tƣợng tuần hoàn công suất là xe gaz 66 qua đó tính toán và ƣớc lƣợng hiện tƣợng tuần hoàn công suất xảy ra trong một quá trình hoạt động giả định của xe. Từ đó đƣa ra một số đánh giá, kết luận và khuyến nghị về giải pháp kết cấu và sử dụng. Đó chính là nhiệm vụ chính đƣợc giải quyết trong chƣơng