Với xe ô tô và máy kéo có hai cầu chủ động, khi gài cầu trƣớc, khi không có cơ cấu vi sai giữa các cầu, với điều kiện hoạt động thực tế của xe trên đƣờng thƣờng xuyên xuất hiện hiện tƣợng tuần hoàn công suất giữa hai cầu chủ động với nhau. Một số loại xe có sử dụng vi sai bánh xe là loại vi sai có hệ số ma sát trong cao thì có hiện tƣợng tuần hoàn công suất giữa các bánh xe trên một cầu chủ động.
Hiện tƣợng tuần hoàn công suất trong thực tế xảy ra nhƣ vậy vì các nguyên nhân nhƣ sau:
67
- Trong quá trình chế tạo kết cấu của lốp không hoàn toàn giống nhau. - Áp suất của các lốp xe không đồng đều dẫn đến bán kính lăn thực tế của các bánh xe là khác nhau.
- Các bánh xe lăn trên các phần đƣờng có hệ số bám không bằng nhau. Đối tƣợng nghiên cứu đƣợc chọn ở đây là xe GAZ66 với các đặc trƣng về hệ thống truyền lực đã đƣợc phân tích trong mục 2.2.1. Trong quá trình tính toán bằng mô phỏng, giả thiết là các bánh xe lăn trên các phần đƣờng có hệ số bám bằng nhau, bán kính lăn thực tế của các bánh xe giống nhau. Ta hãy xem xét hiện tƣợng tuần hoàn công suất khi mà một bánh xe trên một cầu chủ động bị giảm áp suất hơi lốpdẫn đến giảm bán kính lăn thực tế hoặc một bánh xe lăn trên phần đƣờng có hệ số bám thay đổi trong điều kiện xe chuyển động thẳng và trong quá trình tăng tốc.
Đối với xe GAZ66, khi chƣa có hiện tƣợng tuần hoàn công suất, sơ đồ dòng lực đƣợc mô tả nhƣ trên Hình 2.15 Giả thiết nghiên cứu thứ nhất là khi bánh xe cầu trƣớc, bên trái (nhìn từ đuôi xe) đi trên phần đƣờng có hệ số bám thay đổi theo quy luật đƣợc biểu thị trên Hình 3.1. Điều kiện đƣờng đƣợc chọn loại đƣờng tốt có hệ số bám =0.8, hệ số cản lăn f =0.015.
Hình 3.1. Sự thay đổi hệ số bám của bánh xe cầu trước bên phải theo quãng đường (giả thiết 1)
68
hệ thống truyền lực xe ô tô GAZ66 xuất hiện hiện tƣợng tuần hoàn công suất khi bánh xe đó bắt đầu đi vào vùng có hệ số bám thấp. Sơ đồ dòng lực đƣợc biểu diễn nhƣ trên hình 2.19.
Xét với hệ thống truyền lực xe GAZ66 có sử dụng bộ vi sai giữa các bánh xe là vi sai cam có ma sát trong cao, với hệ số khoá vi sai ks=0.42 (theo [2]). Lúc đó công suất đƣợc truyền từ bánh xe bị mất bám sang bánh xe bên kia trên cùng một cầu chủ động bằng công suất do mô men ma sát sinh ra trong cơ cấu vi sai do có sự chênh lệch về tốc độ hai bên. Với mức độ mở bƣớm ga đƣợc mô tả nhƣ hình 3.2, ta có đồ thị đặc tính tăng tốc của xe đƣợc biểu thị nhƣ trên hình 3.3.
Hình 3.2. Mức độ mở bước ga
69
Hình 3.4. Sự thay đổi công suất của bánh xe cầu trước, bên trái ( giả thiết 1) 1. Khi chưa có hiện tượng THCS; 2. Khi có hiện tượng THCS
Quan sát hình 3.4 nhận thấy rằng, khi bánh xe bên trái của cầu trƣớc đi vào vùng có hệ số bám thấp, công suất truyền đến bánh xe này giảm đi. Hiện tƣợng tuần hoàn công suất bắt đầu khoảng từ thời điểm t1=26(s) đến thời điểm t2=65(s).
Hình 3.5. Sự thay đổi công suất của bánh xe cầu trước, bên phải (giả thiết 1) 1.Khi có hiện tượng THCS; 2.Khi chưa có hiện tượng THCS
Công suất truyền đến bánh xe bên trái của cầu trƣớc giảm đi và sau khi hệ số bám trên phần đƣờng của bánh xe đƣợc phục hồi lại giá trị ban đầu, công suất truyền đến bánh xe này lại tăng lên và không còn hiện tƣợng tuần hoàn công suất. Cùng với thời điểm tƣơng ứng, công suất truyền đến bánh xe bên phải của cầu trƣớc (hình 3.5) cũng thay đổi, bắt đầu tại thời điểm t1=26(s) công suất của bánh xe này
70
tăng lên và đến sau thời điểm t2=65(s) công suất truyền đến bánh xe này giảm đi.
Hình 3.6. Vận tốc góc của hai bánh xe trên cầu trước khi có hiện tượng THCS
1. Vận tốc gó bánh xe bên trái; 2. Vận tốc góc bánh xe bên phải
Do bán kính lăn thực tế của bánh xe bên trái giảm đi nên tốc độ góc của nó tăng lên, vận tốc góc của bánh xe bên phải giảm đi. Nhƣ vậy, khi sử dụng bộ vi sai cam có ma sát trong cao giữa các bánh xe trên một cầu chủ động, nếu một bên bánh xe đi trên phần đƣờng có hệ số bám thấp, công suất đƣợc truyền đến cho bánh xe đó giảm đi, công suất truyền đến bánh xe phía bên kia nhiều hơn, do vậy tăng tính năng thông qua của xe trên các địa hình hoạt động khác nhau. Tƣơng tự với dòng công suất tuần hoàn từ cầu trƣớc ra cầu sau, ta có đồ thị biểu thị sự thay đổi công suất của cầu sau theo thời gian đƣợc thể hiện trên hình 3.7.
Hình 3.7. Sự thay đổi công suất của cầu sau ( giả thiết 1) 1. Khi có THCS; 2. Khi chưa có hiện tượng THCS
71
Hình 3.8. Đồ thị mô tả sự thay đổi công suất động cơ và công suất của cầu xe khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 1)
1. Công suất động cơ; 2. Công suất cầu trước; 3. Công suất cầu sau
Quan sát hình 3.8, nhận thấy rằng khi có hiện tƣợng tuần hoàn công suất xảy ra, công suất truyền đi đến các cầu xe có sự thay đổi, công suất truyền đến cầu trƣớc giảm đi, công suất truyền đến cầu sau tăng lên, nhƣng tổng giá trị công suất truyền đến cả hai cầu chủ động bằng công suất sinh ra của động cơ. Điều này cho thấy đƣợc mô hình mô phỏng đã giải quyết đƣợc đúng vấn đề động lực học của xe trong một quá trình chuyển động giả định.
Giả thiết nghiên cứu thứ hai là khi hệ số bám của mặt đƣờng là nhƣ nhau cho tất cả các phần đƣờng của các bánh xe, nhƣng khi đó bánh xe cầu trƣớc bên trái bị giảm áp suất hơi lốp dẫn đến giảm bán kính lăn thực tế của bánh xe. Điều kiện đƣờng đƣợc chọn là loại đƣờng tốt có hệ số bám ọ=0.8, hệ số cản lăn f=0.015. Sơ đồ dòng lực đối với trƣờng hợp này đƣợc thể hiện nhƣ hình 2.215. Giả thiết rằng bánh xe bên trái của cầu trƣớc có bán kính lăn thực tế giảm đi chỉ còn 0.95*re.
72
Hình 3.9. Công suất của các bánh xe cầu trước (giả thiết 2) 1,3. Khi chưa có hiện tượng THCS; 2,4. Khi có hiện tượng THCS
Quan sát hình 3.9, nhận thấy rằng khi bánh xe bên trái cầu trƣớc bị giảm áp suất hơi lốp dẫn đến giảm bán kính lăn thực tế của bánh xe, giá trị công suất bánh xe trở thành giá trị âm. Khi đó công suất của bánh xe bên phải của cầu trƣớc thay đổi và tăng lên rất nhiều.
Hình 3.10 thể hiện công suất của động cơ và công suất của các cầu chủ động khi có hiện tƣợng tuần hoàn công suất khi xe di chuyển trên đƣờng có hệ số cản lăn nhỏ, hệ số bám lớn và một bánh xe bên trái của cầu trƣớc bị giảm áp suất hơi lốp.
Hình 3.10. Công suất của động cơ và của hai cầu chủ động khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 2) 1. Công suất cầu sau; 2. Công suất động cơ; 3. Công suất cầu trước
Từ đồ thị trên hình 3.10, nhận thấy rằng cho dù công suất của cầu trƣớc cógiảm đi, công suất cầu sau tăng lên nhƣng tổng của chúng bằng công suất sinh ra
73
từ động cơ, nhƣ vậy có một dòng tuần hoàn công suất từ cầu trƣớc ra cầu sau, dòng tuần hoàn này đƣợc khép kín qua khung xe.
Qua các kết quả nghiên cứu khi mà có một bánh xe bị giảm áp suất hơi lốp, nhận thấy rằng nếu xe hoạt động trên đƣờng có hệ số bám tốt, hệ số cản lăn nhỏ, lƣợng công suất tuần hoàn là rất lớn, nhƣ vậy dẫn đến tăng tải trọng tác dụng cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực. Xuất phát từ nghiên cứu hiện tƣợng này, chúng ta đi nghiên cứu tiếp một trạng thái hoạt động khác nữa của xe khi hoạt động trên đƣờng có hệ số cản lăn lớn, hệ số bám thấp, khi đó có hay không hiện tƣợng tuần hoàn công suất và lƣợng công suất tuần hoàn có lớn hay không.
Theo [2] ta có đƣợc khoảng giá trị của thông số hệ số cản lăn và hệ số bám của các loại đƣờng khác nhau đƣợc thể hiện trên bảng 3.1.
Bảng 3.4. Hệ số cản lăn và hệ số bám của các loại đường
Giả thiết nghiên cứu thứ ba: Chọn loại đƣờng nghiên cứu là loại đƣờng đất lầy với hệ số bám =0.15 và hệ số cản lăn f =0.25. Với điều kiện đƣờng nhƣ vậy trong quá trình hoạt động thực tế, xe thƣờng xuyên chạy ở tay số 1 và tay số 2, có gài cầu trƣớc.
Loại và trạng thái lớp phủ đƣờng Hệ số bám ( ) Hệ số cản lăn (f)
Đƣờng nhựa và đƣờng bê tông khô 0.7 - 0.8 0.007 - 0.015 Đƣờng nhựa và đƣờng bê tông ƣớt 0.5 - 0.7 0.015 - 0.02
Đƣờng đất pha sét khô 0.5 - 0.6 0.025 - 0.03
Đƣờng đất pha sét ƣớt 0.2 - 0.4 0.05 - 0.15
Đƣờng cát khô 0.2 - 0.3 0.1 - 0.3
Đƣờng cát ƣớt 0.4 - 0.5 0.06 - 0.15
74
Hình 3.11. Công suất của bánh xe bên trái cầu trước (giả thiết 3) 1.Khi chưa có hiện tượng THCS; 2.Khi có hiện tượng THCS
Hình 3.12. Công suất của động cơ và các cầu chủ động có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 3)
1. Công suất động cơ; 2. Công suất cầu trước; 3. Công suất cầu sau
Khi nghiên cứu hiện tƣợng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực xe GAZ66 với các giả thiết nêu trên nhận thấy rằng công suất tuần hoàn truyền từ các
75
bánh xe cầu trƣớc cho các bánh xe cầu sau chỉ làm tăng tải cho các cụm, cơ cấu của hệ thống truyền lực chứ không tham gia khắc phục lực cản chuyển động. Khi lực cản chuyển động tăng (giả thiết 3) thì lƣợng công suất tuần hoàn giảm xuống.