Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo, bám của ôtô vận chuyển gỗ

3.2.5.1. Phương trình cân bằng lực kéo

Khi xe ô tô chuyển động trên đƣờng dốc dọc lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động của ô tô đƣợc sử dụng để khắc phục các loại lực cản chuyển động sau đây: Z r M bx k . max 

- Lực cản lăn Pf; - Lực cản dốc Pi; - Lực cản gió Pw; - Lực cản quán tính Pj.

Biểu thức cân bằng giữa lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động với tổng lực cản:

Pk Pf Pi P Pj (3.56)

Xét trƣờng hợp ô tô chuyển động lên dốc nhanh dần ta có:

Pk Pf Pi P Pj (3.57)

Khi chuyển động ở dốc lên với vận tốc không thay đổi ta có thể bỏ qua lực cản quán tính Pj khi đó:`

Pk = f.G.cos +G.sin +K.F.v2 (3.58) Xác định lực bám của ô tô trên đƣờng dốc dọc theo công thức:

P .Z2

(3.59)

3.2.5.1. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo, bám của ô tô cho các loại đường khác nhau:

a. Với đường có độ dốc  50:

Từ các giá trị đã có và từ kết quả thực nghiệm thay vào công thức (3.19), (3.22), (3.59) ta tính đƣợc lực bám trên từng loại đƣờng nhƣ sau:

- Khi xe vận chuyển trên đƣờng nhựa, bê tông: 

P = 3865,08 Kg; Pf = 86,69 Kg. - Khi xe vận chuyển trên đƣờng đất, đá:



P = 2724,43 Kg; Pf = 260,06 Kg. - Khi xe vận chuyển trên đƣờng ƣớt:



Giá trị lực cản của ô tô vận chuyển lên dốc theo vận tốc của từng tay số đƣợc thể hiện trên (bảng 3.5)

Từ kết quả tính toán ở bảng 3.5 ta xây dựng đƣợc đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô khi vận chuyển trên dốc dọc với độ dốc 50 (hình 3.7).

Hình 3.7 - Đồ thị cân bằng lực kéo, bám của ô tô ở đƣờng có độ dốc 50

b. Với đường có độ dốc  100

Từ các giá trị đã có và từ kết quả thực nghiệm thay vào công thức (3.19); (3.22); (3.59) ta tính đƣợc lực bám trên từng loại đƣờng nhƣ sau:

- Khi xe vận chuyển trên đƣờng nhựa, bê tông: 

P = 4143,57 Kg; Pf = 85,739 Kg. - Khi xe vận chuyển trên đƣờng đất, đá:



P = 2381,26 Kg; Pf = 257,19 Kg. - Khi xe vận chuyển trên đƣờng ƣớt:



Giá trị lực cản của ô tô vận chuyển lên dốc theo vận tốc của từng tay số đƣợc thể hiện trên (bảng 3.6)

Từ kết quả tính toán ở bảng 3.6 ta xây dựng đƣợc đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô khi vận chuyển trên dốc dọc với độ dốc 100 (hình 3.8).

Hình 3.8 - Đồ thị cân bằng lực kéo, bám của ô tô ở đƣờng có độ dốc 100

c. Với đường có độ dốc  150:

Từ các giá trị đã có và từ kết quả thực nghiệm thay vào công thức (3.19); (2.22); (3.59) ta tính đƣợc lực bám trên từng loại đƣờng nhƣ sau:

- Khi xe vận chuyển trên đƣờng nhựa, bê tông: 

P = 4360,38 Kg; Pf = 84,08 Kg. - Khi xe vận chuyển trên đƣờng đất, đá:



P = 2505,97 Kg; Pf = 252,23 Kg. - Khi xe vận chuyển trên đƣờng ƣớt:



Giá trị lực cản của ô tô vận chuyển lên dốc theo vận tốc của từng tay số đƣợc thể hiện trên (bảng 3.7)

Từ kết quả tính toán ở bảng 3.7 ta xây dựng đƣợc đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô khi vận chuyển trên dốc dọc với độ dốc 150 (hình 3.9).

Hình 3.9 - Đồ thị cân bằng lực kéo, bám của ô tô ở đƣờng có độ dốc 150

Trên các đồ thị (hình 3.7; 3.8; 3.9):

- Đƣờng Pb1 là đƣờng lực bám của ô tô khi vận chuyển trên đƣờng nhựa hoặc đƣờng bê tông.

- Đƣờng Pb2 là đƣờng lực bám của ô tô khi vận chuyển trên đƣờng đất, đá. - Đƣờng Pb3 là đƣờng lực bám của ô tô khi vận chuyển trên đƣờng đất sau khi mƣa.

- Đƣờng Pc1 là đƣờng lực cản tổng cộng của ô tô khi vận chuyển trên đƣờng nhựa hoặc đƣờng bê tông.

- Đƣờng Pc2 là đƣờng lực cản tổng cộng của ô tô khi vận chuyển trên đƣờng đất, đá.

- Đƣờng Pc3 là đƣờng lực cản tổng cộng của ô tô khi vận chuyển trên đƣờng đất sau mƣa.

3.3. Xác định khả năng kéo, bám của ô tô vận chuyển gỗ trên đƣờng có độ dốc khác nhau

3.3.1. Trường hợp xe chuyển động trên đường có độ dốc 0

5



Xe ô tô chỉ có thể chuyển động đƣợc khi thỏa mãn bất phƣơng trình sau: P Pk Pc (3.60) Nhƣ vậy, từ đồ thị (hình 3.7) cho thấy khi xe vận chuyển gỗ trên đƣờng có độ dốc 0

5

 thì xe có thể chuyển động an toàn ở những số truyền và tốc độ tƣơng ứng cho phép nhƣ sau:

- Khi đi trên đƣờng nhựa, bê tông thì điều khiển xe đi với vị trí: + Tay số 3, với tốc độ xe từ (11 – 13) km/h.

+ Tay số 4, với tốc độ xe từ (18 – 75) km/h. + Tay số 5, với tốc độ xe từ (25 – 104) km/h.

- Khi đi trên đƣờng đất khô thì điều khiển xe đi với vị trí: + Tay số 4, với tốc độ xe từ (18 – 75) km/h.

+ Tay số 5, với tốc độ xe từ (25 – 104) km

3.3.2. Trường hợp xe chuyển động trên đường có độ dốc 0 0

10 5 

- Xe ô tô chỉ có thể chuyển động đƣợc khi thỏa mãn bất phƣơng trình (3.60)

Nhƣ vậy, từ đồ thị (hình 3.8) cho thấy khi xe vận chuyển gỗ trên đƣờng có độ dốc 0 0

10

5  thì xe có thể chuyển động an toàn ở những số truyền và tốc độ tƣơng ứng cho phép nhƣ sau:

- Khi đi trên đƣờng nhựa, bê tông thì điều khiển xe đi với vị trí: + Tay số 3, với tốc độ xe từ (11 – 20) km/h hoặc (38 – 44) km/h + Tay số 4, với tốc độ xe từ (18 – 75) km/h.

- Khi đi trên đƣờng đất khô thì điều khiển xe đi với vị trí:

+ Tay số 4, với tốc độ xe từ (18 – 30) km/h hoặc (68 – 75) km/h + Tay số 5, với tốc độ xe từ (25 – 98) km/h.

3.3.3. Trường hợp xe chuyển động trên đường có độ dốc 0 0

15 10 

- Xe ô tô chỉ có thể chuyển động đƣợc khi thỏa mãn bất phƣơng trình (3.60)

Nhƣ vậy, từ đồ thị (hình 3.9) cho thấy khi xe vận chuyển gỗ trên đƣờng có độ dốc 0 0

15

10  thì xe có thể chuyển động an toàn ở những số truyền và tốc độ tƣơng ứng cho phép nhƣ sau:

- Khi đi trên đƣờng nhựa, bê tông thì điều khiển xe đi với vị trí: + Tay số 3, với tốc độ xe từ (11– 44) km/h.

+ Tay số 4, với tốc độ xe từ (18– 75) km/h.

- Khi đi trên đƣờng đất khô thì điều khiển xe đi với vị trí:

Chƣơng 4

KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ THACO HD 72 VẬN CHUYỂN GỖ 4.1. Khả năng ổn định dọc của ô tô vận chuyển gỗ

4.1.1. Sơ đồ tính toán ổn định dọc của xe ô tô vận chuyển gỗ

Ổn định của ô tô là một tính chất quan trọng trong quá trình làm việc. Nó đảm bảo an toàn khi xe đứng yên cũng nhƣ khi làm việc trong điều kiện mặt đƣờng dốc và trơn, do đó năng suất làm việc đƣợc nâng cao và tính hiệu quả kinh tế cao.

Tính chất ổn định của ô tô đƣợc đánh giá bằng khả năng đảm bảo cho xe không bị lật đổ hoặc bị trƣợt trong khi đứng yên ở mặt đƣờng dốc hoặc chuyển động trên đƣờng dốc.

Với ô tô tải khi vận chuyển gỗ trên đƣờng lâm nghiệp có hai trƣờng hợp vận chuyển lên dốc dọc và xuống dốc. Tuy nhiên do trọng tâm ở gần cầu sau nên xe dễ mất ổn định nhất là khi ô tô chuyển động lên dốc.

Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô chở gỗ trong trƣờng hợp lên dốc nhƣ hình 4.1. a b hw hr L

Để đánh giá tính ổn định dọc động, ngoài các góc giới hạn, còn sử dụng một số chỉ tiêu khác nhƣ lực kéo lớn nhất cho phép, tải trọng lớn nhất cho phép. Tuy nhiên, với ô tô vận chuyển gỗ trên đƣờng lâm nghiệp, ta đã biết khối lƣợng toàn bộ của xe và hàng, do đó ta chỉ cần xác định góc giới hạn làm việc của ô tô.

4.1.2. Khả năng ổn định dọc theo điều kiện chống lật

Từ điều kiện cân bằng mô men quanh tâm A theo công thức (3.18) :

L h P P G r f b G Z1 .cos.(  .bx)( .sin  j  ). g  (4.1)

Khi xe bắt đầu lật đổ quanh điểm A, lúc đó phản lực pháp tuyến ở bánh trƣớc Z1 = 0 Phƣơng trình (4.1) có dạng: 0 ). sin . ( ) . .( cos . b f rbx  G Pj P hg  G    (4.2)

Trong đó: Jmax = 6,0587 m/s2 theo kết quả khảo sát của [8]

Thay các giá trị vào công thức (4.2) ta tính đƣợc góc dốc giới hạn lật đổ của ô tô trong trƣờng hợp vận chuyển lên dốc d = 1906’

4.1.3. Khả năng ổn định dọc theo điều kiện bám của bánh chủ động ở các loại đường khác nhau loại đường khác nhau

Sự mất ổn định dọc của xe trên dốc cũng có thể xảy ra do các bánh xe bị trƣợt nếu không đủ bám với mặt đƣờng, hoặc có thể bị lăn xuống dốc nếu lực phanh không đảm bảo bó chặt các bánh xe lại.

Giả sử xe chuyển động lên dốc với tốc độ ổn định và các lực cản không khí, lực cản lăn có giá trị nhỏ có thể bỏ qua. Khi đó ta có:

Ppmax .Z2 G.sin

(4.3) Mặt khác từ phƣơng trình cân bằng lực quanh tâm B ta có:

 2 Z L h P P G r f a G.cos.(  . bx)( .sin  j  ). g (4.4) Thay (4.4) vào (4.3) :       

. .cos .( . ) ( .sin ). G.sin

L h P P G r f a G bx j g      (4.5) Nhƣ vậy góc dốc giới hạn theo điều kiện bám của bánh chủ động đƣợc xác định theo công thức (4.5):

Trong đó:

a: Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đế cầu trƣớc, (a = 2,4853m) hg: Chiều cao trọng tâm, (hg = 2,486m)

L: chiều dài cơ sở của ô tô, (L = 3,735m)

: Hệ số bám (đƣờng nhựa 0,783, đƣờng đất khô 0,45, đƣờng đất ƣớt  0,32)

Thay các giá trị vào công thức 4.5 ta có kết quả tính toán khi ô tô vận chuyển lên dốc nhƣ sau:

- Với đƣờng nhựa, bê tông góc dốc giới hạn:   1807’. - Với đƣờng đất khô góc dốc giới hạn:  1707’.

- Với đƣờng đất ƣớt góc dốc giới hạn:  1205’.

4.1.4. Khả năng ổn định hướng chuyển động (ổn định lái)

Điều kiện ổn định lái của ô tô là phản lực tiếp tuyến lên bánh trƣớc phải luôn lớn hơn một giá trị cho phép.

Khả năng lái của ô tô bị phá hủy khi phản lực pháp tuyến Z1 lên các bánh trƣớc không đƣợc nhỏ hơn giá trị cho phép Zcp. Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng Zcp=(0,15 - 0,20)G, [1] khi ô tô chuyển động trên đƣờng xấu.

Với ô tô khi làm việc trong mặt phẳng dọc, khả năng mất ổn định lái sẽ xảy ra trƣớc khi ô tô bị mất ổn định trƣợt hay bị lật. Do vậy ta phải xác định

góc dốc cho phép để đảm bảo điều kiện lái. Có hai trƣờng hợp dễ mất ổn định lái nhất là khi ô tô vận chuyển lên dốc và khi ô tô vận chuyển xuống dốc.

Trƣờng hợp ô tô vận chuyển xuống dốc, do trọng lƣợng của ô tô có xu hƣớng dồn lên cầu trƣớc của ô tô, làm tăng phản lực pháp tuyến lên bánh trƣớc. Ngƣợc lại, với trƣờng hợp ô tô vận chuyển lên dốc, trọng lƣợng của ô tô lại dồn lên cầu sau làm giảm phản lực pháp tuyến tác dụng lên cầu trƣớc. Do đó ta thấy khi vận chuyển lên dốc ô tô dễ mất ổn định hơn.

Các thành phần lực và momen tác dụng lên ô tô từ sơ đồ (hình 4.1): - Phản lực pháp tuyến ở cầu sau là Z2, ở cầu trƣớc là Z1.

- Mô men cản lăn Mf ; ở bánh sau là Mf 2 và ở bánh trƣớc là Mf 1 , ta có: Mf = Mf 2 + Mf 1

- Trọng lƣợng của ô tô G.

Viết phƣơng trình cân bằng momen của ngoại lực với điểm A ta có phƣơng trình sau:

G.cosα.b = G.sinα.h + Z1.L + Mf (4.6) Trong đó Mf là momen cản lăn.

Mf = G.f.cosα.rk

Để đảm bảo điều kiện lái đƣợc bình thƣờng, phản lực pháp tuyến Z1 tác dụng lên cầu trƣớc không đƣợc nhỏ hơn giá trị cho phép ( Z1 Zcp ), ta chọn Zcp=0,2G, [1] vào phƣơng trình (4.6) ta đƣợc.

G.cos.bG.sin.hg Z1.LG.f.cos.rk (4.7) G L r f G h G b G

Z1  .cos .  .sin . g  . .cos . k 0,2.

   

(4.8) Trong đó:

L – là chiều dài cơ sở của ô tô, L=3,735 [m].

rk - là bán kính lăn của bánh chủ động, rk =0,394 [m]. hg – là chiều cao trọng tâm của ô tô, hg = 2,486 [m].

b – là khoảng cách từ trọng tâm của ô tô tới cầu sau, b = 1,4147 [m] Thay số vào phƣơng trình (4.8) ta có.

1,106.cos 2,486.sin 0,2 (4.9) Giải phƣơng trình (4.9) ta đƣợc góc α = 17o

Vậy góc giới hạn ổn định lái của ô tô trong trƣờng hợp ô tô vận chuyển lên dốc là: α = 17o

4.2. Khả năng ổn định ngang khi ô tô vận chuyển gỗ

4.2.1. Sơ đồ tính toán ổn định ngang của xe ô tô vận chuyển gỗ

Xét trƣờng hợp nguy hiểm nhất là khi gỗ xếp trên xe phân bố không đều. Khi xe quay vòng quanh sƣờn đồi, ngoài các lực đã trình bày ở phần trên, xe còn chịu tác dụng của lực ly tâm P1 đặt tại trọng tâm của xe (trục quay là YY ). Mô hình tính toán ổn định khi ô tô vận chuyển trên đƣờng nghiêng ngang nhƣ hình 4.2. R B/2 B/2 B hg e

Hình 4.2 - Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi chuyển động trên đƣờng nghiêng ngang

Các lực P1 phân ra làm hai thành phần do góc nghiêng ngang β. Khi góc nghiêng ngang β tăng dần, đồng thời dƣới tác dụng của lực P1, xe sẽ bị lật đổ quanh mặt phẳng đi qua 01 (là giao tuyến giữa mặt đƣờng và mặt phẳng thẳng góc qua trục bánh xe bên phải) khi phản lực pháp tuyến của mặt đất lên bánh xe phía trên dốc bằng không (Z”= 0) và có thể bị trƣợt ngang xuống chân dốc khi phản lực ngang của mặt đất tác dụng lên bánh xe bằng không Y'' 0. Nhƣ vậy điều kiện để đảm bảo cho ô tô không bị lật ngang và trƣợt ngang là:

Z" 0;Y'' 0 (4.10) Sự mất ổn định ngang có thể do bị lật nghiêng hoặc bị trƣợt ngang và ta có các góc ổn định tƣơng ứng: góc nghiêng giới hạn ổn định ngang theo điều kiện lật đổ (βt), góc nghiêng giới hạn ổn định ngang theo điều kiện trƣợt ngang (βφ).

4.2.2. Khả năng ổn định ngang theo điều kiện chống trượt

4.2.2.1. Khả năng ổn định khi chuyển động thẳng

Lập phƣơng trình cân bằng mô men các lực với điểm tiếp xúc của bánh xe phía chân dốc với mặt đất ta có:

0 cos . ). 2 ( . . sin . . " 1       MO Y B G  h Plt h B e G  (4.11)

Trong đó Y” là các phản lực ngang mà mặt đất tác dụng lên bánh xe phía trên dốc. Từ phƣơng trình (4.11) ta có: Y B e).G.cos G.sin .h Plt.h 2 ( "       (4.12)

Khi ô tô vận chuyển trên đƣờng thẳng nên Plt = 0;

Điều kiện để đảm bảo cho ô tô không bị trƣợt ngang là Y'' 0, nhƣ vậy ta có:

). .cos .sin . 0 2 (B e G  G  h (4.13) Suy ra: h e B tg ) 2 (     (4.14) Trong đó:

B – Chiều rộng cơ sở của ô tô, B = 1,65 [m] h – Chiều cao trọng tâm, h = 2,486 [m]

e – Độ lệch tâm so với mặt phẳng đứng dọc, e = 0,02668[ m] Thay các giá trị trên vào công thức (4.14) ta đƣợc: βφ  1709’ Vậy góc dốc giới hạn để ô tô không bị trƣợt ngang là: βφ  1709’.

4.2.2.2. Khả năng ổn định quay vòng

Khi quay vòng trên đƣờng nghiêng ngang, xe có thể bị trƣợt bên dƣới tác dụng của thành phần lực Gsin và P1 cos do điều kiện bám ngang của