d. Lực cản quán tính
2.2.1.1 Cân bằng lực kéo
Đặt 2 2 2 2 . . . . 1 d m x x x k n a k n J i J i J J g G r r η η δ = + + + + ÷÷ ∑ (2.23) Thay δa vào (2.22) ta có: Pj G. a g δ = (2.24)
Trong đó δa được gọi là hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ của ô tô.
2.2 TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ2.2.1 Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất 2.2.1 Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất
2.2.1.1 Cân bằng lực kéo
Năng suất vận chuyển được đánh giá bởi khối lượng hàng hoá và quãng đường vận chuyển được trong một đơn vị thời gian. Nó phụ thuộc vào trọng tải và tốc độ chuyển động trung bình của ô tô. Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào các tính chất kéo bám và tính chất động lực học của ô tô.
Để phân tích đánh giá tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô người ta thường dựa vào đồ thị cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng công suất.
a. Phương trình cân bằng lực kéo
Xét trường hợp tổng quát khi ô tô chuyển động với tốc độ không ổn định trên dốc
w
k f j
P =P ±Pα ± ±P P (2.25)
Trong đó: Pk - lực kéo tiếp tuyến;
Pα - là lực cản dốc: Pf =Ga.sinα (2.27) Pj - lực quán tính: a j a G P j g δ = 2.28) Pw- lực cản không khí; 2 w w. P =k v (2.29) f - hệ số cản lăn, kw -hệ số cản của không khí,
v- vận tốc tương đối giữa ôtô và không khí,
δa -hế số tính đến sự ảnh hưởng của các khối quay trên ô tô, j, g –gia tốc của ô tô và gia tốc trọng trường,
Trong phương trình (2.25), sử dụng dấu (+) hoặc (-) trước Pα là tuỳ thuộc vào xe chuyển động lên hoặc xuống dốc, còn Pj là tuỳ thuộc chuyển động nhanh hoặc chậm dần.
Phương trình (2.25) có thể viết lại dưới dạng khai triển:
2w w . . os sin a. . k a a a G P f G c G j k v g α α δ = ± ± ± (2.30)
Các thành phần Pf ,và Pα đặc trưng cho lực cản của mặt đường và có thế gộp chung lại, ký hiệu Pψ :
P = P ± P = f.cosα ± sinα .Gψ f α ( )
Hay Pψ =ψ.Ga (2.31)
Trong đó : Pψ - được gọi là hệ số cản chung của mặt đường ψ - hệ số cản mặt đường;
ψ = f.cosα ±sinα Phương trình (2.30) có thể viết lại:
w
k j
P =Pψ ± ±P P (2.33)
P = P + Pwk f hoặc 2 w . k P = f G k v+ (2.34) b. Đồ thị cân bằng lực kéo
Lực kéo tiếp tuyến Pk của ô tô phụ thuộc vào mô men quay Me của động cơ và tỷ số truyền i trong hệ thống truyền lực, còn vận tốc chuyển động v phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ ωe , tỷ số truyền i và độ trượt δ :
. .e m e m k k M i P r η = (2.35) (1 ) k. (1 ) t r v v i ω δ δ = − = − (2.36) Trong đó: vt - vận tốc lý thuyết: k e t r v i ω =
Mặt khác quan hệ giữa mô men quay Mc và vận tốc quay ωe là quan hệ
phụ thuộc và được biểu thị trên đường đặc tính của động cơ Me=f(ωe).
Do đó lực kéo tiếp tuyến Pk và mô men động cơ Me cũng có thể biểu thị theo hàm số vận tốc:
Pk = f(v) và Me= f(v)
Các quan hệ trên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố sử dụng khác nên khó có thế biểu diễn đầy đủ bằng các biểu thức toán học, và do vậy người ta thường biểu diễn chúng bằng đồ thị .
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến Pk và các thành phần lực cản của ô tô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động v và được gọi là đồ thị cân bằng lực kéo.
Trước hết ta xét trường hợp đơn giản với giả thiết ô tô không bị trượt σ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc f = const. Dạng đồ thị cân bằng lực kéo được minh hoạ trên hình 2.6.
Hình 2.6 Đồ thị cân bằng lực kéo khi độ trượt δ = 0
Trình tự xây dựng:
• Xây dựng đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk=f(v)
- Thay ωe vào công thức (2.35) để tính vận tốc thực tế v.
- Cặp giá trị Pk, v vừa tính được xác định một điểm của đồ thị Pk=f(v). Bằng cách như vậy ta sẽ xác định được nhiều điểm ứng với các trị số khác nhau của Me và xây dựng được các đường cong Pk=f(v) cho từng số truyền. Trên đồ thị 2.6 minh hoạ cho 3 số truyền với các ký hiệu Pk1 ,Pk2, Pk3 .
• Xây dựng đường lực cản mặt đường Pψ = f(v)
Vì đã giả thiết f= const nên với mỗi góc dốc α xác định lực cản Pψ là đại lượng không đổi P= const , trên đồ thị được biểu thị bằng đường thẳng song song với trục hoành. Giá trị của Pψ được xác định theo (2.32).
Khi lên dốc (α > 0) : Pψ =( f cosα+sinα)Ga =Pf +Pα
Khi α =0: Pψ = Pf = f.Ga
• Xây dựng đường lực cản tổng cộng
( )
- Khi lên dốc: Pψ +Pω =( f cosα+sinα)Ga+W.v2 - Khi α = 0 : Pψ +Pω = f G. a +W.v2
Nhận xét :
Qua đồ thị cân bằng lực kéo ta có thể rút ra một số nhận xét: Dạng của các đường cong Pk = f(v) tương tự như dạng đường cong Me =f(ωe). Ở một số truyền giá trị cực đại cảu lực kéo tiếp tuyến Pkmax sẽ tương ứng với mô men quay của động cơ Memax .
Vận tốc tưng ứng với giá trị Pkmax được gọi là vận tốc gối hạn vk .
Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v < vk lực kéo tiếp tuyến Pk sẽ giảm do mô men quay động cơ giảm.
Cần lưu ý là khi v < vk động cơ không tự trở lại trạng thái cân bằng mô men quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v < vk .
Điểm cắt nhau của đường lực cản tổng cộngPk +Pψ = f v( ) và đường lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v) chính là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, khi đó vận tốc đạt giá trị cực đại v = vmax .Trên hình 2.6 điểm B ứng với trường hợp chuyển động trên đường nằm ngang và điểm A với khi lên dốc.
Ở mỗi số truyền, khi v < vmax đường cong Pmax nằm trên đường cong
Pψ +Pw nghĩa là dư lực kéo.
Hiệu số Pk – ( Pψ + Pw) = Pd được gọi là lực kéo dư.
Phần lực kéo dư dung để tạo ra khả năng tăng tốc và để khắc phục lực cản dốc với độ dốc lớn hơn, tức tạo ra khả năng vượt dốc. Như vậy vùng có khả năng tăng tốc là ( vk - vmax ).
Khi v= vmax thì lực kéo dư đạt giá trị lớn nhất Pd = Pdmax và khả năng tăng tốc sẽ lớn nhất.
Khi v = vmax thì Pd = 0 và không còn khả năng tăng tốc hoặc vượt độ dốc lớn hơn. Khi đó muốn vượt độ dốc lớn hơn phải chuyển về làm việc ở số truyền thấp hơn.
Ở điều kiện làm việc xác định, tức là lực cản mặt đường đã được xác định, nếu muốn giảm tốc độ chuyển động đều ta có thể giảm ga. Khi đó động sẽ làm việc với đường đặc tính riêng phần, đường cong Me =f(ωe) sẽ thấp hơn so với trường hợp cung cấp nhiêu liệu cực đại. Điểm cân bằng B’ trên đồ thị là một ví dụ khi làm việc ở số truyền 3, lúc đó xe chuyển động đều với v0 < vmax .
Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất Pkmax không chỉ phụ thuộc vào mô men quay cực đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều kiện bám Pkmax = Pφ. Như vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị Pk < Pφ.