3.2.1 Xác định hàm hiệu suất biến mô (ηbm)
Theo số liệu kỹ thuật của xe Gát – 13 đã cho: Hiệu suất biến mô
bmmx
η = 0.87 và từ kết quả tìm được: ibm = [0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,85];
ηbm = [0 0,425 0,7 0,852 0,8664 0,85]. Sẽ tìm được hàm hiệu suất biến mô:
ηbm = - 1,7.ibm2 + 2,4.ibm + 0,002.
3.2.2 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị
- Hàm hệ số mô men bánh bơm biến mô thủy lực:
b
λ = - 3,3. i4 + 6,8.i3 – 5,4.i2 + 1,8.i + 0,13;
- Đồ thị hệ số mô men bánh bơm đã được xác định. - Hàm hiệu suất biến mô ηbm:
bm
η = - 1,7.ibm2 + 2,4.ibm + 0.002.
- Kết quả các trị số ibm, kbm và ηbm được ghi trong bảng 3. 3
Bảng 3.3 Kết quả tính toán hiệu suất biến mô
STT Tỷ số truyền ibm Hệ số biến mô kbm Hiệu suất biến mô ηbm Ghi chú
1 0,00 2,480 0,0000 2 0,20 2,125 0,4250 3 0,40 1,750 0,7000 4 0,60 1,420 0,8520 5 0,80 1,083 0,8664 6 0,85 1,000 0,8500 Vẽ đồ thị đặc tính không thứ nguyên xe Gát – 13:
Căn cứ vào kết quả tìm được và số liệu đã cho của xe Gát – 13, đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mô xe Gát – 13 Trai ca được thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3.2 Đồ thị đặc tính không thứ nguyên bộ biến mô của xe Gát – 13 3.3 TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE GÁT 13 - TRAICA
3.3.1 Đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực
3.3.1.1 Tính toán và xác định hàm mô men bánh bơm (MB)
Bằng cách cho một vài giá trị của số vòng quay nB rồi thay các giá trị đã biết vào công thức:
MB = λb.ρ.nB2.D5
Mô men MB còn được tính theo công thức dưới đây: MB = λb.ρ. 2
B
ω .RB5; trong đó:
ρ - khối lượng riêng của dầu (ρ = 890 kg/ m3);
B
ω - vận tốc góc của bánh bơm, thứ nguyên là s -1; RB – bán kính bánh bơm, thứ nguyên là m;
3.3.1.2 Xác định véc tơ mô men bánh bơm (MB)
Chỉ cần lấy một số điểm để thực hiện.
Từ các véc tơ ứng với số vòng quay của động cơ: ne = [1000 2000 3000 4400 5000];
- Xác định véc tơ vận tốc góc của bánh bơm ωB Áp dụng công thức: Ne = 1000 . B B M ω (kW)
Biết công suất và mô men động cơ :
Ne = [38,3145 81,3426 118,9838 143,4000 137,7033]; kW Me = [365,9420 388,4516 378,8046 311,2758 263,0409]; Nm Vậy vận tốc góc của bánh bơm sẽ được tính:
B
ω = (Ne.1000)/Me (1/s) Tìm được vận tốc góc ωb:
ωB = [104,7010 209,4021 314,1034 460,6847 523,5053]; 1/s Tính toán véc tơ mô men MB
Dựa vào công thức: MB = λb.ρ. 2
B ω .RB5 (Nm) sẽ thiết lập được: MB = λb.ρ. 2 B ω . RB5 = ( λb.ρ.RB5). 2 B ω ; MB = (λb.ρ. RB5). 2 B ω ;
Thay các giá trị tương ứng với tỷ số truyền của bộ biến mô ibm đã biết: ibm = [0 0,25 0,6 0,85 0,95 0,975];
λb = [0,075 0,165 0,14 0,095 0,035 0,017]; ρ = 890; RB = 0,158.
Thay vào công thức trên, thực hiện phép tính, kết quả tìm được các véc tơ mô men MB:
ibm0 = 0 (là điểm dừng có M0 = MBmax ) và kbm0 = 2,48. M1 = [158,5 634,0 1426,6 3068,8 3962,8]; Nm M2 = [134,5 538,0 1210,5 2603,8 3362,4]; Nm M3 = [91,3 365,1 821,4 1766,9 2281,6]; Nm M4 = [33,6237 134,4948 302,6138 650,9551 840,5928]; Nm M5 = [16,3315 65,3261 146,9839 316,1782 408,2879]; Nm.
3.3.1.3 Xác định hàm mô men bánh bơm (MB) phụ thuộc vào số vòng quay động cơ
Dựa vào kết quả tính toán được ở trên: ne = [0 1000 2000 3000 4400 5000]; c = [0 0 0 0 0 0]; c- gốc toạ độ; M0 = [0 72,1 288,2 648,5 1394,9 1801,3]; M1 = [0 158,5 634,0 1426,6 3068,8 3962,8]; M2 = [0 134,5 538,0 1210,5 2603,8 3362,4]; M3 = [0 91,3 365,1 821,4 1766,9 2281,6 ]; M4 = [0 33,6237 134,4948 302,6138 650,9551 840,5928]; M5 = [0 16,3315 65,3261 146,9839 316,1782 408,2879].
Bằng phương pháp hồi quy thực nghiệm trong phần mềm Matlab sẽ tìm được các hàm mô men bánh bơm MB:
M0 = 7,2.10-5.n2 + 10-5.n + 0,012; M1 = 0,00016.n2 - 2,1.10-5.n - 0,002; M2 = 0,00013.n2 + 1,9.10-5.n – 0,024; M3 = 9,1.10-5.n2 + 2,9.10-5.n + 0,0048; M4 = 3,4.10-5.n2 + 1,5.10-7.n – 7.10-5; M5 = 1,6.10-5.n2 + 1,3.10-7.n – 5,1.10-5.
3.3.2 Xác định toạ độ các điểm cắt trên đồ thị MB và Me
3.3.2.1 Xác định các điểm cắt nB của đồ thị các hàm MB với Me Trước hết xác định:
m0,1,2… = Me – MB1,2,3… trong đó:
m0,1,2…- hàm hiệu của hai hàm Me và MB; Và tính nghiệm nB (điểm chung) của các hàm MB với Me
Biết các hàm MB ở trên và còn được biểu diễn: M0 = 0,000072.n2 + 0,00001.n + 0,012; M1 = 0,00016.n2 - 0,000021.n - 0,002; M2 = 0,00013.n2 + 0,000019.n – 0,024; M3 = 0,000091.n2 + 0,000029.n + 0,0048; M4 = 0,000034.n2 + 0,00000015.n – 0,00007; M5 = 0,000016.n2 + 0,00000013.n – 0,000051. Và biết hàm mô men của động cơ:
Me = - 0,000016.ne2 + 0,071.ne + 310.
Giải bài toán bằng Matlab, kết quả tìm được các điểm nB = ne (v/ph): n0 = 2323,1; n1 = 1551,7; n2 = 1690,4;
n3 = 2065,9; n4 = 3316,2; n5 = 4386,2.
3.3.2.2 Xác định toạ độ các điểm cắt MB (Me)
Khi đã biết các điểm số vòng quay sẽ tìm được các điểm tương ứng của các hàm mô men MB = Me:
M0 = 388,5914; M1 = 381,6463; M2 = 384,2992; M3 = 388,3918; M4 = 369,4953; M5 = 313,6002.
3.3.2.3 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị
Kết quả về các trị số của véc tơ mô men MB và vận tốc góc của bánh bơmbộ biến mô được ghi trong bảng 3.4.
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả tính toán các trị số động lực của bộ biến mô STT ωB (1/s) c MB0 (Nm) (Nm)MB1 (Nm)MB2 (Nm)MB3 (Nm)MB4 (Nm)MB5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 104,7010 0 72,1 158,5 134,5 91,3 33,6237 16,3315 2 209,4021 0 288,2 634,0 538,0 365,1 134,4948 65,3261 3 314,1034 0 648,5 1426,6 1210,5 821,4 302,6138 146,9839 4 460,6847 0 1394,9 3068,8 2603,8 1766,9 650,9551 316,1782 5 523,5053 0 1801,3 3962,8 3362,4 2281,6 840,5928 408,2879
- Kết quả các hàm mô men MB của bánh bơm biến mô thủy lực tìm được đồng thời trên đồ thị là:
M0 = 7,2.10-5.n2 + 10-5.n + 0,012; M1 = 0,00016.n2 + 1,1.10-5.n + 0,011; M2 = 0,00013.n2 + 1,9.10-5.n - 0,024; M3 = 9,1.10-5.n2 + 2,9.10-5.n + 0,0048; M4 = 3,4.10-5.n2 + 1,4.10-7.n - 8,8.10-5; M5 = 1,6.10-5.n2 + 9,4.10-8.n - 5,7.10-5.
Kết quả toạ độ các điểm giao nhau của đường cong hàm MB với đường cong hàm Me (loại bỏ các nghiệm âm) được ghi trong bảng 3 - 5.
Bảng 3.5 Kết quả tính toạ độ các giao điểm của đường cong hàm MB và ME
Diễn giải 0 1 2 3 4 5
Truc hoành
nB (v/ph) 2323,1000 1551,7000 1690,4000 2065,900 3316,2000 4386,2000 Truc tung MB
(Nm) 388,5914 381,6463 384,2992 388,3918 369,4953 313,6002
- Vẽ đồ thị Me và MB phụ thuộc vào số vòng quay.
Khi đã tìm được các hàm của mô men bánh bơm kết hợp với hàm mô men của động cơ sẽ tiến hành vẽ đồ thị.
Hình 3.3 Đồ thị đặc tính tải trọng của biến mô thủy lực
3.4 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH RA CỦA HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ– BIẾN MÔ THỦY LỰC (NT, MT, nT) – BIẾN MÔ THỦY LỰC (NT, MT, nT)
Khi sử dụng biến mô thủy lực ta sử dụng đường đặc tính ra của nó làm cơ sở để tính toán và xác định các chỉ tiêu động lực học vậy nên ta đi xác định và tính toán các thông số của bộ biến mô.
3.4.1 Xác định véc tơ số vòng quay (nT) của tuabin
Dựa vào các thông số của biến mô và đồ thị đường đặc tính tải trọng của biến mô (đường đặc tính vào) ta đi xác định véc tơ số vòng quay của tua bin. Áp dụng công thức (2.50): ibm = B T n n
Ứng với mỗi giá trị số vòng quay của bơm ta xác định được một giá trị của tuabin với số truyền tương ứng.
nB = [2323,11551,7 1690,4 2065,9 3316,2 4386,2]; nB = ne (vòng/phút). ibm = [0 0,25 0,6 0,85 0,95 0,975];
Suy ra:
nT = nB.ibm
Kết quả véc tơ số vòng quay tuabin tìm được:
nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5] (vòng/phút).
3.4.2 Xác định véc tơ mô men tuabin (MT)
Từ công thức tính hệ số biến mô (2.47): kbm = B T M M ;
Tương tự như xác định số vòng quay của tuabin ta cũng xác định được mô men của của tuabin thông qua giá trị mô men của bơm.
MB = [388,5914 381,6463 384,2992 388,3918 369,4953 313,6002]; kbm = [2,48 2,125 1,42 1 1 1];
Suy ra : MT = MB.kbm
Kết quả tính toán được mô men của tuabin:
MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002] Nm.
3.4.3 Xác định véc tơ công suất tuabin (NT)
Từ công thức (2.53): NT = 0,1047. MT. nT (W);
Ứng với mỗi giá trị công suất của bơm từ động cơ truyền đến ta xác định được giá trị công suất của tuabin.
Đã biết:
nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5];
MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002]. Tính được công suất tuabin:
3.4.4 Xác định hàm mô men và công suất (MT) và (NT) phụ thuộcvào số vòng quay tuabin (nT) vào số vòng quay tuabin (nT)
Từ những kết quả ở trên:
nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5];
MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002]; NT = [0 32940 57950 71410 121880 140410];
Bằng phương pháp hồi quy thực nghiệm ta sẽ tìm được các hàm mô men và công suất của tuabin bộ biến mô:
MT = 8,8.10-15. nT5 - 9,6.10-11. nT4 + 3,5.10-7 nT3- 0,00038.nT2 - - 0,29.nT + 9,6.102;
NT = - 2,8.10-13. nT5 - 5,5.10-10. nT4 + 2.10-5. nT3 - 0,071. nT2 + + 1,1.102. nT + 5,1.10-11;
3.4.5 Kết quả tính toán và vẽ đồ thị
Kết quả tính toán các véc tơ số vòng quay, mô men và công suất của tuabin được ghi trong bảng 3.6.
Bảng 3.6 Kết quả tính toán số vòng quay, mô men và công suất của tuabin
Số vòng quay của tuabin Mômen của tuabin MT (Nm)
Công suất của tuabin NT (W) 0 963,7067 0 387,9 810,9984 32940 1014,2 545,7049 57950 1756,0 388,3918 71410 3150,4 369,4953 121880 4276,5 313,6002 140410
- Kết quả tìm được các hàm mô men và công suất của tuabin:
MT = 8,8.10-15. nT5 - 9,6.10-11. nT4 + 3,5.10-7.nT3- 0,00038.nT2 - 0,29.nT + 9,6.102;
NT = - 2,8.10-13. nT5 - 5,5.10-10. nT4 + 2.10-5. nT3 - 0,071. nT2 + 1,1.102. nT + 5,1.10-11.
Khi đã biết các hàm công suất và mô men ta sẽ vẽ được đồ thị.
Đồ thị đặc tính ngoài của bộ biến mô thủy lực của xe nhận được trên hình 3.4.
- Trục tung biểu thị công suất (NT), W. Và mô men (MT), Nm. - Trục hoành biểu thị số vòng quay của tuabin (nT), v/ph.
Hình 3.4 Đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - bộ biến mô thủy lực
Đó là đường đặc tính ra của hệ thống động cơ - biến mô thuỷ lực, việc tính toán và xây dựng đường đặc tính động lực học của ô tô có hệ thống truyền lực thủy lực cũng tương tự như ô tô có truyền lực cơ khí, chỉ khác là mô men truyền và công suất của động cơ lúc này được thay bằng mô men và công suất của tuabin (MT, NT).
Việc tính toán và vẽ đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ – biến mô thủy lực có ý nghĩa quan trọng đối với việc xác định các đặc tính động lực học của ôtô như: lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v), nhân tố động lực học D = f(v)
và gia tốc j = f(v). Đó cũng là cơ sở để đánh giá khả năng làm việc của biến mô cũng như khả năng làm việc của ôtô.
- Thực tế tốc độ lớn nhất của ô tô v = 160 km/h (44,4444 m/s), nên số vòng quay lớn nhất của tuabin chỉ đạt: nTmax = 3826,9 v/ph.
3.5 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰCHỌC HỌC 3.5.1 Tính toán và xác định đặc tính động lực học (Pk, D và j) Áp dụng công thức (2.32): D = G p pk − w trong đó: pw - lực cản không khí, kN;
G - trọng lượng toàn bộ của ô tô, kG.
3.5.2 Xác định véc tơ lực kéo và mô men (Pk, Mk)
3.5.2.1 Xác định véc tơ các lực kéo (Pk) Ta có: Pk = Mk.it.ηtck/rb Biết rằng: MT= [963,7067 810,9984 545,7049 388,3918 369,4953 313,6002]; suy ra: Mk = MT.i0. ηtck/rb; i0 =3,38; rb = 0,375 m; tck η = 0,92.
Giải bài toán kết quả tính toán được véc tơ các lực kéo ở ba số truyền: Pk1 = [22695 19099 12851 9147 8702 7385] N;
Pk2 = [13026 10962 7376 5250 4994 4239] N;
3.5.2.2 Xác định véc tơ mô men (Mk)
Biết các lực kéo, nếu cần tính mô men thì: Mk = Pk.rb Kết quả tính toán: Mk1 = [8510,7 7162,1 4819,3 3430,0 3263,1 2769,5] Nm; Mk2 = [4884,7 4110,7 2766,0 1968,6 1872,8 1589,5] Nm; Mk3 = [2996,7 2521,9 1696,9 1297,7 1149,0 975,2] Nm. 3.5.3 Xác định nhân tố động lực học (D)
Dựa vào công thức (2.32): D = G P PK − w = G P G Pk w − ; trong đó: Pw - lực cản không khí, N;
G - trọng lượng toàn bộ của ô tô, N. -Tính các thành phần Pk/G; đặt d = Pk /G; d1 = [22695 19099 12851 9147 8702 7385]./26600 ; d2 = [13026 10962 7376 5250 4994 4239]./26600; d3 = [7991,3 6725,0 4525,1 3220,6 3064,0 2600,5]./26600. Kết quả tìm được: d1 = [0,8532 0,7180 0,4831 0,3439 0,3271 0,2776]; d2 = [0,4897 0,4121 0,2773 0,1974 0,1877 0,1594]; d3 = [0,3004 0,2528 0,1701 0,1211 0,1152 0,0978]. - Tính toán xác định hàm lực cản không khí Pw và thành phần Pw/G Vận dụng công thức: Pw = w.v02 (N); với: v0 = v - vg;
v - vận tốc của ô tô, m/s;
vg - vận tốc của gió, lấy vg = 0;
w - nhân tố cản không khí, Ns2/m2. Tra bảng lấy w = 0,3; Pw = 0,3.v02;
suy ra được hàm lực cản không khí so với trọng lượng của xe: P =
G pw
= 0,3.v02/26600; P = 0,000011.v2.
- Lực cản lăn được tính theo công thức: Pf = f.G (N)
trong đó:
f - hệ số cản lăn;
G - trọng lượng của ô tô, N.
Xe chạy trên đường nhựa tốt, hàm hệ số lực cản lăn được tính: f = (32 + v)/2800; v được tính bằng m/s;
Nếu tính theo km/h thì:
f = 0,0114 + 0,0004.v.10/36. Vậy hàm lực cản lăn:
Pf = 0,0114.26600 + 26600.0,0004.v3.10/36 = 103,24 + 2.96.v3. Hàm hệ số cản lăn còn được tính theo công thức:
f = f0 (1 + v2/1500);
f0 - là hệ số cản lăn ứng với tốc độ v của xe.
3.5.4 Xác định vận tốc (vmax) ứng với số vòng quay tối đa của độngcơ (nemax) ở các số truyền cơ (nemax) ở các số truyền
Biết rằng:
nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5] v/ph; v3max = 160 km/h ( 44,4444 m/s).
Từ công thức (3 - 42):
v = π.n.rb/30.i0.ih (m/s)
Thay các trị số đã biết vào công thức ta có: nTmax = 3826,9 v/ph;
v1max = 15,6482 m/s (56,3334 km/h); v2max = 27,2643 m/s (98,1514 km/h); v3max = 44,4408 m/s (160 km/h).
3.5.5 Xác định các véc tơ vận tốc của ô tô ứng với số vòng quay (nT)
Đã có: nT = [0 387,9 1014,2 1756,0 3150,4 4276,5];
Vận dụng về tính toán vận tốc chuyển động của ô tô dùng công thức: vn = (3,14.nT.rb)/ (30.i0.in ); ứng với các số truyền (n = 1,2...);
Kết quả tính toán:
v1 =[0 5,7099 14,9290 25,8483 46,3738 62,9500] km/h; v2 =[0 9,9485 26,0113 45,0363 80,7985 109,6797] km/h; v3 =[0 16,2161 42,3984 73,4091 131,7016 178,7779] km/h.
3.5.6 Xác định hàm lực kéo (Pk) và nhân tố động lực học (D) phụ
thuộc vào vận tốc của xe
3.5.6.1 Xác định hàm lực kéo (Pk)
Với các véc tơ của lực kéo và vận tốc đã biết, dựa vào đồ thị hình 3.5 và chương trình matlab sẽ tìm được các hàm lực kéo:
PkD1 = 0,00030029.v15 - 0,048146.v14 + 2,5496.v13 - 41,01. v12 – 470,1.v1 + 22695; PkD2 = 1,733.10-5.v25 - 0,0029982.v24 + 0,27662.v23 - 7,7521.v22 - 154,88.v2 + 13026; PkD3 = 5,7179.10-7.v35 - 0,00026039.v34 + 0,039164.v33 - 1,789.v32 - 58,306.v3 + 7991,3;
Tổng hợp kết quả tính toán lực kéo (Pk), mô men (Mk) và vận tốc (v):
Kết quả tính toán lực kéo và mô men truyền của ô tô Gát – 13 Trai Ca:
Bảng 3.7 Kết quả tính toán lực kéo và mô men của xe
Thành phần 0 1 2 3 4 5 Đơn vị Pk1 22695,0 19099,0 12851,0 9147,0 8702,0 7385,0 N Pk2 13026,0 10962,0 7376,0 5250,0 4994,0 4239,0 N Pk3 7991,3 6725,0 4525,1 3220,6 3064,0 2600,5 N M1 8510,7 7162,1 4819,3 3430,0 3263,1 2769,5 Nm M2 4884,7 4110,7 2766,0 1968,6 1872,8 1589,5 Nm M3 2996,7 2521,9 1696,9 1297,7 1149,0 975,2 Nm
Kết quả tính toán vận tốc tối đa và các vận tốc thành phần ở từng số truyền của ô tô Gát - 13 Trai Ca ghi trong bảng 3.8.
Bảng 3.8 Kết quả tính toán vận tốc tối đa và vận tốc thành phần của xe
Thành phần 0 1 2 3 4 5 Đơnvị v1 0 5,7099 14,9290 25,8483 46,3738 62,9500 Km/h v2 0 9,9485 26,0113 45,0363 80,7985 109,6797 Km/h v3 0 16,2161 42,3984 73,4091 131,7016 178,7779 Km/h Vmax1 - - - - *56,3334 - Km/h Vmax2 - - - - *98,1514 - Km/h Vmax3 - - - - *160 - Km/h
*v1max = 15,6482 m/s; v2max = 27,2643 m/s; v3max = 44,4408 m/s
3.5.6.2 Xác định hàm nhân tố động lực học (D) - Xác định hàm đối với các thành phần pkD/G: v1 = [0 5,7099 14,9290 25,8483 46,3738 62,9500]; d1 = [0,8532 0,7180 0,4831 0,3439 0,3271 0,2776]; v2 = [0 9,9485 26,0113 45,0363 80,7985 109,6797]; d2 = [0,4897 0,4121 0,2773 0,1974 0,1877 0,1594]; v3 = [0 16,2161 42,3984 73,4091 131,7016 178,7779]; d3 = [0,3004 0,2528 0,1701 0,1211 0,1152 0,0978]; Kết quả tìm được các hàm:
d1 = 1,1.10-8.v15 - 1,8.10-6.v14 + 9,6.10-5.v13 - 0,0015.v12 - 0,018.v1 + 0,85;