KHI CHỞ QUÁ TẢI
5.1.1 Động học quay vòng của xe tải khi chở quá tải
Nhầm làm cho xe quay vòng, chúng ta có thể sử dụng các biện pháp sau:
+ Quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vòng tất cả các bánh xe dẫn hướng.
+ Truyền những mômen quay có giá trị khác nhau đến các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải và bên trái, đồng thời sử dụng thêm phanh để hãm các bánh xe phía trong so với tâm quay vòng.
Trước hết chúng ta xét động học quay vòng của xe khi bỏ qua biến dạng ngang của các bánh xe do độ đàn hồi của lốp. Nếu không tính đến độ biến dạng ngang của lốp thì khi quay vòng véc tơ vận tốc chuyển động của các bánh xe sẽ trùng với mặt phẳng quay (mặt phẳng đối xứng) của bánh xe.
Hình 5.1 mô tả động học quay vòng của xe có hai bánh dẫn hướng ở cầu trước khi bỏ qua biến dạng ngang của lốp. Ở trên sơ đồ A, B là vị trí của hai trụ đứng. E là điểm giữa AB. là góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng O. Bởi vậy, góc sẽ là đại diện cho góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước. Mặt khác AC và BD song song với trục dọc của xe.
Hình 5. 1: Sơ đồ động học quay vòng của xe khi chở quá tải khi bỏ qua biến dạng ngang.
Khi xe quay vòng, để các bánh xe không bị trượt lết hoặc trượt quay, đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, đó là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O).
Theo sơ đồ trên, ta chứng minh được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt khi xe quay vòng:
Trong đó:
CXXXVI. q: là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng tại vị trí đặt các cam quay của các bánh xe dẫn hướng.
CXXXVII. L: là chiều dài cơ sở của xe.
Ở phần này chúng ta sẽ xác định các thông số động học của xe khi quay vòng ở hình 5.2. Ở sơ đồ này, ý nghĩa của các ký hiệu như sau:
CXXXVIII. R: là
bán kính quay vòng của xe.
CXXXIX. : là góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng. CXL. : là trọng tâm của xe.
CXLI. : là vận tốc chuyển động của tâm cầu sau. CXLII. : là bán kính quay vòng của trọng tâm T.
CXLIII. : là vận tốc góc của xe khi quay vòng quanh điểm O. CXLIV. : là gia tốc góc của xe khi quay vòng quanh điểm O.
CXLV. : là góc tạo bởi OT và OF ( F là tâm cầu sau). CXLVI. : là gia tốc hướng tâm của trọng tâm T.
Hình 5. 2: Sơ đồ động học quay vòng của xe khi xe quá tải có hai bánh dẫn hướng phía trước.
CXLVII. : là gia tốc tiếp tuyến của trọng tâm T.
CXLVIII. : là gia tốc hướng theo trục dọc xe của trọng tâm T. CXLIX. : là gia tốc hướng theo trục ngang xe của trọng tâm T.
*Xét trường hợp xe quay vòng với vận tốc chuyển động là v=5 m/s
Từ hình 5.2 ta tính được bán kính quay vòng R của xe. Bán kính quay vòng là khoảng cách từ tâm quay đến trục dọc của xe.
Với R = 10,5 (m) là bán kính vòng quay tối thiểu của xe
Vận tốc góc của xe khi quay vòng được tính:
Gia tốc góc của xe khi quay vòng được xác định:
Từ sơ đồ hình 5.2 ta có:
Thay các giá trị từ (5.5) và (5.2) vào (5.4), ta có:
Hai thành phần gia tốc của trọng tâm T khi xe quay vòng được xác định như sau:
Chiếu lên trục dọc và trục ngang của xe, sau đó tổng hợp các vectơ gia tốc thành phần còn lại, ta có:
Mặc khác theo hình 5.2 ta lại có:
Thay (5.3), (5.6), (5.10) vào (5.8) và (5.9) ta nhận được:
Trong trường hợp xe chuyển động đều ( theo một quỹ đạo đường tròn thì góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sẽ không đổi
Vậy ta có:
Ta xét xe quay vòng trong dãy vận tốc cho phép từ 2 (m/s) đến 14 (m/s), ta có bảng sau:
Bảng 5.1: Bảng giá trị của ứng với từng vận tốc quay vòng giới hạn khác nhau.
V (m/s) (m/ (m/
2 -0,055 0,38
4 -0,221 1,524
6 -0,498 3,429
10 -1,383 9,524
12 -1,992 13,724
14 -2,711 18,667
5.1.2. Động lực học quay vòng của xe khi chở quá tải
Chúng ta sẽ xét động lực học quay vòng của xe khi bỏ qua biến dạng ngang của các bánh xe theo sơ đồ hình 5.3.
Trước hết, xét trường hợp tổng quát: Xe có cầu sau chủ động, quay vòng trên đường có độ dốc ( và vận tốc không phải hằng số (j.
Ý nghĩa của các kí hiệu trên hình 5.3 như sau:
CL.
Lực quán tính ly tâm tác dụng tại trọng tâm T của xe.
CLI. Hai thành phần của lực theo trục dọc và ngang của xe. CLII. Các thành phần ngang tác dụng lực dưới của bánh xe. CLIII. Các lực kéo ở các bánh xe.
CLIV. Các lực cản lăn. CLV. Lực cản lên dốc.
CLVI. Lực cản của không khí. CLVII. Lực cản quán tính.
CLVIII. Mômen quán tính tác dụng lên xe xung quanh trục đứng
Để xe quay vòng ổn định và xe không bị trượt khỏi quỹ đạo cong của đường, điều kiện cần và đủ: Tổng tất cả các lực tác dụng lên xe theo chiều trục và chiều trục phải bằng không, đồng thời tổng các mômen tác dụng lên xe xung quanh trục đứng đi qua trọng tâm xe phải bằng không. Tức là:
Phương trình cân bằng lực theo chiều trụ :
Phương trình cân bằng mômen xung quanh trục thẳng đứng :
Dựa vào các lực và mômen tác dụng lên xe ở hình 5.3, chúng ta sẽ viết được dạng khai triển các phương trình (5.13); (5.14) và (5.15).
Khi xe quay vòng, lực quán tính ly tâm là lực chủ yếu làm cho xe chuyển động không ổn định và là nguyên nhân chính gây nên sự nghiêng ngang của thùng xe và làm lật đổ xe. Bởi vậy chúng ta sẽ tính cụ thể độ ổn định của nó:
Trong trường hợp xe chuyển động đều theo một quỹ đạo đường tròn, góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sẽ không đổi nên ta có:
Ta xét xe quay vòng trong dãy vận tốc cho phép từ 2 (m/s) đến 14 (m/s), ta có bảng sau:
Bảng 5.2: Bảng giá trị của ứng với từng vận tốc quay vòng giới hạn khác nhau.
V (m/s)
4 -4994,531 34388,571 34749,376 6 -11237,694 77374,286 78186,098 8 -19978,122 137554,286 138997,507 10 -31215,816 214928,571 217183,604 12 -44950,776 309497,143 312744,3905 14 -61183 421260 425679,8646
Như vậy, khi xe quay vòng, lực phụ thuộc vào khối lượng của xe, bán kính quay vòng và nhất là vận tốc chuyển động của xe. Để giảm chúng ta phải giảm vận tốc của xe và giảm khối lượng (không được chở quá tải), đồng thời phải tăng bán kính quay vòng của xe.
Trong hai thành phần của , thành phần lực ngang là lực chủ yến làm cho xe chuyển động không ổn định, là nguyên nhân chính gây nên sự nghiêng ngang của thùng xe và làm cho xe lật đổ. Bởi vậy, chúng ta phải giảm tối đa giá trị khi xe quay vòng.
5.2. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ĐỂ XE QUAY VÒNG ỔN ĐỊNH Ở CÁCLOẠI ĐƯỜNG KHÁC NHAU KHI CHỞ QUÁ TẢI LOẠI ĐƯỜNG KHÁC NHAU KHI CHỞ QUÁ TẢI
5.2.1 Tổng quát
Trên quan điểm động lực học quay vòng, để xe quay vòng ổn định không bị trượt ngang thì phải thỏa mãn phương trình cân bằng lực theo phương ngang. Từ phương trình cân bằng lực theo phương ngang, chúng ta sẽ xác định được vận tốc nguy hiểm mà tại thời điểm đó xe bắt đầu trượt ngang. Bởi vậy trong phần này từ phương
trình cân bằng lực theo phương ngang chúng ta đi xác định vận tốc nguy hiểm trên quan điểm động lực học quay vòng.
5.2.2. Trường hợp xe quay vòng trên đường nhựa bê tông khô
Chọn
Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang:
Với: Trong đó:
CLIX. Trọng lượng phân bố của xe tác dụng lên cầu trước khi xe chở quá tải (N)
+ Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang:
Với
CLX. Trọng lượng phân bố của xe tác dụng lên cầu sau khi xe chở quá tải (N)
Ta có:
Để xe quay vòng không bị trượt ngang thì cần thỏa mãn điều kiện:
Chọn Với
Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều của trục ngang:
Từ hình vẽ ta có:
Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục dọc:
Vận tốc cực đại của xe khi vào đường vòng với Ta có:
Vậy
5.2.3. Trường hợp xe quay vòng trên đường nhựa bê tông ướt
Chọn
+ Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang:
Với Trong đó:
+ Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang:
Với Trong đó:
Trọng lượng phân bố của xe tác dụng lên cầu sau khi xe chở quá tải (N)
Ta có:
Để xe quay vòng không bị trượt ngang thì cần thỏa mãn điều kiện sau:
Chọn Với
Từ hình vẽ ta có:
Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục ngang:
Từ hình vẽ ta có:
Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục dọc:
Ta có:
Vậy
Tương tự cách tính toán loại đường nhựa bê tông ta có thể tính được vận tốc cực đại của xe khi vào đường vòng trên các loại đường khác nhau ứng với từng hệ số khác nhau:
CLXI. Đường đất khô: CLXII. Đường đất ướt: CLXIII. Đường cát khô:
*Tóm lại:
Để xe chuyển động quay vòng không bị trượt ngang ứng với các loại đường khác nhau thì tài xế xe chỉ chạy được với tốc độ tối đa cho phép, để đảm bảo an toàn cho xe không bị trượt. Tương ứng với các loại đường ta tính được vận tốc cực đại khi xe quay vòng như sau:
Bảng 5.3: Vận tốc giới hạn bám cực đại quay vòng ứng với từng hệ số bám ngang của từng loại mặt đường.
Loại đường và tình trạng mặt đường Hệ số bám ngang ( Vận tốc giới hạn cực đại quay vòng (km/h)
Đường bê tông khô 0,9 34,996
Đường bê tông ướt 0,55 27,358
Đường đất khô 0,7 30,863
Đường đất ướt 0,5 26,084
Đường cát khô 0,4 23,331
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
6.1 KẾT LUẬN
Sau thời gian thực hiện đồ án với đề tài “ Nghiên cứu động học và động lực học của xe tải khi chở quá tải ở xe tải Thaco Auman C160 9 tấn” với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Đặng Quý, đến nay nhóm đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án được giao.
Trong đề tài này, nhóm tìm hiểu, nghiên cứu và tính toán xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ, tính toán các tính năng động học và động lực học, tính toán và kiểm tra độ ổn định của xe, tính toán và kiểm tra quay vòng của xe khi xe chở quá tải ở xe tải Thaco Auman C160 9 tấn.
Việc chở quá tải thì tăng lên về hàng hóa và thu về lợi nhuận cao nhưng bên cạnh đó các chi tiết xe và hệ thống khác không đủ khả năng chịu đựng cho khả năng tăng tải trọng.
Khi chở quá tải 75% vận tốc cực đại là 83 km/h ở tay số 5 nhỏ hơn 12 km/h so với khi xe chở đúng tải trọng. Lý do là khi xe chở quá tải các lực cản tăng, đặc biệt là lực cản lăn.
Khi xe chở đúng tải theo thông số kỹ thuật cho trước độ dốc cực đại xe vượt qua là 0,27 ứng với gốc dốc . Nhưng khi chở quá tải 75%, độ dốc cực đại xe vượt qua ( theo tính toán ở chương 3) chỉ là 0,183 tương ứng với góc dốc Như vậy khi quá tải 75% khả năng vượt dốc giảm đi rất nhiều, có nguy cơ khi gặp các dốc có độ dốc khá lớn thì xe chở quá tải 75% không vượt qua được. Từ đây cho thấy mối nguy hiểm khi chở quá tải.
Mặc khác khi chở quá tải thì tuổi thọ của khung thùng xe, hệ thống treo, cầu xe, bánh xe,… sẽ giảm đi rất nhiều. Đặc biệt nếu chở quá tải khi phanh gấp nguy hiểm thì quãng đường phanh tăng lên rất nhiều sẽ xảy ra tai nạn nghiêm trọng.
Khi xe chở quá tải, nếu xe quay vòng thì lực quán tính tăng lên nhiều so với khi xe chở đúng tải. Khi lực quán tính tăng thì làm cho độ ổn định ngang của xe giảm đi nhiều, nguy cơ lật đổ xe có thể xảy ra nếu bán kính quay vòng nhỏ và vận tốc quay vòng của xe lớn. Từ đó chúng ta thấy được sự nguy hiểm khi chở quá tải và quay vòng.
6.2 ĐỀ NGHỊ
Qua phân tích ở phần kết luận, chúng ta thấy rõ tác hại to lớn của việc chuyên chở hàng hóa quá tải trọng quy định của xe. Bởi vậy chúng em có các đề nghị sau đây:
1. Cần có biện pháp tuyên truyền răn đe đối với các chủ xe và tài xế không chở quá tải vì tác hại của nó đối với tuổi thọ các chi tiết của xe và mối nguy hại về mặt an toàn giao thông, cả về vật chất và tính mạng con người.
2. Cần có các biện pháp chế tải mạnh để xử lý các trường hợp tài xế cố tình chở quá tải vì lợi nhuận trong vận chuyển hàng hóa và hành khách. Có thể tước bỏ bằng lái xe của tài xế vô thời hạn nếu cần thiết. Bắt buộc người lái phải học và thi lại bằng lái xe.
Việc tính toán trong quá trình thực hiện đồ án chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết do tính tương đối của các phép tính, và sự lựa chọn các hệ số trong quá trình tính toán không hoàn toàn chính xác với thực tế mà chỉ mang tính tương đối. Trong thực tế, việc nghiên cứu tính toán đánh giá chất lượng của xe được thực hiện trên đường hoặc trên các bệ thử.
Do thời gian thực hiện đồ án còn hạn chế, chúng em chỉ tính toán, khảo sát đồ thị đặc tính ngoài của động cơ, tính toán động học và động lực học của xe, tính toán độ ổn định và quay vòng của xe. Vì thời gian có hạn nên chúng em không đi sâu vào các chi tiết của xe.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GVC. MSc. Đặng Quý, “Giáo trình Lý thuyết ô tô”, Nhà xuất bản ĐHQG,
Tp.HCM, Việt Nam.
[2] GS, TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn, “ Lý thuyết ô tô máy kéo”, Nhà xuất bản khoa học
và kỹ thuật.
[3] Thông số kỹ thuật của xe:
Internet: https://www.xetaithaco24h.com/san-pham/xe-tai-auman-c160-mui-bat-tai-trong-9-1- tan/? fbclid=IwAR0KsxNGIHVQKXetKX4Vma49KC_W1jMMFbknXDjmjQnztOtMjr_GRz1k JsU [4] Internet: https://123docz.net/document/4119508-tinh-toan-kiem-tra-xe-tai-khi-xe-cho-qua- tai.htm?fbclid=IwAR3i9DKxplU_PVNV6ILQ7pHmbb6qHfzFh- F4kHMEtn76W8mScFzNbxhcJ3Y