4.1.1 Tính ổn định dọc tĩnh của xe khi chở quá tải
Tính ổn định dọc tĩnh của xe là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật đổ hoặc bị trượt khi xe đứng yên trên đường dốc dọc.
4.1.1.1 Trường hợp xe đứng yên trên đường nằm ngang, không kéo theo rơ móc
Trong trường hợp này chỉ có ba lực tác dụng lên xe tải:
LVIII. Trọng lực toàn bộ quá tải:
LIX. Phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe của cầu trước ở trạng thái tĩnh:
= (Giá trị đã được tính ở phần 1.3.3.3 của chương 1).
LX. Phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe của cầu sau ở trạng thái tĩnh:
=(Giá trị đã được tính ở phần 1.3.3.3 của chương 1). cũng được xác định bằng cách lấy mômen đối với điểm :
Trong đó:
LXI. L = 6,1 (m) là chiều dài cơ sở của xe.
LXII. a: là khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục của cầu trước khi xe chở quá tải.
LXIII. b: là khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục của cầu sau khi xe chở quá tải.
Chúng ta có thể dựa vào hai công thức trên để xác định khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến trục của cầu trước và trục của cầu sau khi xe chở quá tải. Ta xác định mômen tại điểm
+ Mômen tại điểm
Vậy khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến trục của cầu trước khi xe chở quá tải là:
a = 4,575 (m) + Mômen tại điểm
Vậy khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến trục của cầu sau khi xe chở quá tải là: b = 1,525 (m)
Trong đó:
LXIV. chiều cao trọng tâm của xe khi xe quá tải (m). LXV. : trọng lượng của các bộ phận trên xe (N).
LXVI. : chiều cao trọng tâm của các trọng lượng trên xe (m). LXVII. : trọng lượng toàn bộ của xe khi quá tải (N).
Trọng lượng của các bộ phận trên xe bao gồm:
LXVIII. Trọng lượng của động cơ xe. LXIX. Chiều cao trọng tâm của động cơ.
LXX. Trọng lượng của hộp số.
LXXI. Chiều cao trọng tâm của hộp số. LXXII. Trọng lượng của gầm xe.
LXXIII. Chiều cao trọng tâm của gầm xe. LXXIV. Trọng lượng của 6 bánh xe.
LXXV. Chiều cao trọng tâm của bánh xe. LXXVI. Trọng lượng hàng hóa quá tải.
LXXVII. Chiều cao trọng tâm của hàng hóa quá tải. LXXVIII. Trọng lượng của cabin xe.
LXXIX. Chiều cao trọng tâm của cabin xe. LXXX. Trọng lượng của 3 người trên xe.
LXXXI. Chiều cao trọng tâm của người ngồi trên xe. LXXXII. Trọng lượng của thùng xe.
LXXXIII. Chiều cao trọng tâm của thùng xe.
Vậy:
4.1.1.2 Xét tính ổn định của xe khi chở quá tải theo điều kiện lật đổ 4.1.1.2.1. Xe đậu trên dốc đầu hướng lên
52 Khoa ĐT CLCĐH SPKT TP.HCM
Xu hướng lật đổ: Xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu sau với mặt đường ( điểm ) theo phương dọc.
Trạng thái giới hạn lật đổ: Khi góc α tăng dần đến góc (góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc), các bánh xe của cầu trước nhấc khỏi mặt đường: .
Ta lập phương trình mômen đối với điểm :
Trong đó:
LXXXIV. : là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc. LXXXV. : là chiều cao trọng tâm của xe khi xe chở quá tải.
Vậy:
Với độ dốc thì xe bị lật khi chở quá tải đậu trên dốc đầu hướng lên.
Xu hướng lật đổ: Khi xe quay đầu xuống dốc thì xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu trước với mặt đường (điểm ).
Trạng thái giới hạn lật đổ: Khi góc tăng dần đến góc (góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc), các bánh xe cầu sau nhấc khỏi mặt đường:
Ta lập phương trình mômen đối với điểm
Trong đó:
LXXXVI. là góc giới hạn mà xe bị lật đổ khi đứng quay đầu xuống dốc LXXXVII. là chiều cao trọng tâm của xe khi xe chở quá tải
Với độ dốc thì xe bị lật khi chở quá tải đậu trên dốc đầu hướng xuống.
*Nhận xét:
Góc dốc giới hạn lật đổ tĩnh chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe.
LXXXVIII. Chiều cao trọng tâm càng cao thì góc dốc giới hạn càng nhỏ. LXXXIX. Chiều cao trọng tâm càng thấp thì góc dốc giới hạn càng lớn.
Một số góc giới hạn ở một số loại xe khi đứng trên dốc:
XC. Đối với xe du lịch: XCI. Xe tải khi đầy tải: XCII. Xe tự đổ khi không tải:
Vì loại xe ta đang xét là xe tải khi chở quá tải nên chúng ta tính toán được: + Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc là trong khi xe tải khi đầy
tải là . Khi xe tải chở quá tải thì góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc tăng rất nhiều so với xe đầy tải.
+ Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc là trong khi xe tải khi đầy tải là . Khi xe quá tải thì góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc > 60 đồng nghĩa xe này sẽ bị lật đổ khi chở quá tải 75%.
Vậy: Khi xe quá tải thì tọa độ trọng tâm của xe bị thay đổi làm cho các góc giới
hạn cũng bị thay đổi theo ảnh hưởng xấu đến độ ổn định của xe.
4.1.1.3 Xét tính ổn định của xe khi xe chở quá tải theo điều kiện trượt
Sự mất ổn định dọc tĩnh của xe không chỉ do sự lật đổ dọc mà còn do trượt trên dốc do không đủ lực phanh hoặc lực bám không tốt giữa các bánh xe và mặt đường.
Ta đang xét xe tải Thaco Auman C160 sử dụng phanh tay tác động vào hệ thống truyền lực và xe chỉ có cầu sau chủ động.
Khi lực phanh đạt tới giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc khi xe bị trượt được xác định như sau:
XCIII. : Lực phanh lớn nhất đặt ở các bánh xe sau. XCIV. : Hệ số bám dọc của của bánh xe với mặt đường.
XCV. : Hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe sau.
Khi tăng tới góc (góc dốc giới hạn mà xe bắt đầu bị trượt khi đứng quay đầu trên dốc), lúc đó lực phanh đạt tới giới hạn bám.
Khi xe đứng trên dốc quay đầu lên, ta thay giá trị vào (4.7) thì ta được:
Khi xe đứng trên dốc quay đầu xuống, thì làm tương tự ta được:
Trong đó , là góc dốc giới hạn bị trượt khi xe đứng yên trên dốc quay đầu lên và xuống.
Để đảm bảo an toàn khi xe đứng yên trên dốc thì hiện tượng trượt phải xảy ra trước khi lật đổ. Được xác định bằng biểu thức:
Vì xe ta đang xét là xe chở quá tải 75% hàng hóa. Mà
*Nhận xét:
Góc giới hạn của xe khi đứng trên dốc bị trượt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe và chất lượng mặt đường. Khi hệ số bám cao thì góc dốc giới hạn mà xe bắt đầu trượt sẽ tăng lên, còn khi xe chở quá tải lượng hàng thì sẽ làm cho chiều cao trọng tâm của xe cũng tăng theo làm độ ổn định của xe giảm xuống.
4.1.2 Tính ổn định dọc động của xe tải khi chở quá tải
Khi xe chuyển động trên đường dốc có thể bị mất ổn định (lật đổ hoặc trượt) dưới tác dụng của các lực và mômen hoặc bị lật đổ khi ô tô chuyển động ở tốc độ cao trên đường bằng.
4.1.2.1 Trường hợp chuyển động tổng quát khi xe chở quá tải
Xét xe chuyển động lên dốc không ổn định và không kéo rơ móc:
Trên hình trình bày sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên xe khi xe chở quá tải đang chuyển động tăng tốc ở trên dốc. Ý nghĩa các kí hiệu trên hình vẽ là:
XCVI. : là trọng lượng toàn bộ quá tải của xe.
XCVII. : là lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động. XCVIII. : là lực cản lăn ở các bánh xe cầu trước.
XCIX. : là lực cản lăn ở các bánh xe cầu sau. C. : là lực cản không khí.
CI. : là lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định (có gia tốc). CII. : là lực cản lên dốc .
CIII. : là mômen cản lăn ở các bánh xe cầu trước. CIV. : là mômen cản lăn ở các bánh xe cầu sau.
CV. : là góc dốc của đường. CVI. f: là hệ số cản lăn.
CVII. : là bán kính tính toán của bánh xe.
CVIII. : là tọa độ trọng tâm của xe khi chở quá tải theo chiều cao. CIX. L: là chiều dài cơ sở của xe .
CX. : là phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh .
CXI. : là mômen cản quán tính của bánh xe, thông thường trị số này rất nhỏ có thể bỏ qua.
Lấy mômen lần lượt đối với điểm là giao điểm của mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục của bánh xe cầu trước và cầu sau), rút gọn ta được biểu thức:
Vì xe không kéo theo rơ móc nên trong trường hợp này ta không xét .
Khi tăng góc dốc đến giá trị giới hạn, xe sẽ lật đổ ứng với , các bánh xe trước bị nhấc khỏi mặt đường. Làm tương tự như phần ổn định dọc tĩnh, ta xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ khi chuyển động lên dốc hoặc xuống dốc.
Để đơn giản, ta xét trường hợp xe chuyển động ổn định lên dốc và không kéo theo rơ móc nghĩa là .
Vì nhỏ nên có thể xem .
Xét trường hợp xe leo dốc với vận tốc v=29 (km/h)=80,56 (m/s).
4.1.2.2 Trường hợp xe chuyển động lên dốc với vận tốc nhỏ không kéo rơ móc và chuyển động ổn định
Ở trường hợp này, ta có: ( lực cản lăn nhỏ có thể bỏ qua). Vì nhỏ có thể xem .
4.1.2.2.1. Xét tính ổn định của xe khi xe chở quá tải theo điều kiện lật đổ
Xe có xu hướng lật đổ quanh trục qua tiếp điểm tiếp xúc của hai bánh xe ở cầu sau với mặt đường.
Thế các giá trị trên vào (4.12) và làm tương tự như ở trường hợp ổn định dọc tĩnh ta xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ khi xe chuyển động lên dốc:
Khi xe chuyển động xuống dốc ta cũng xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ là:
4.1.2.2.2. Xét tính ổn định của xe khi xe chở quá tải theo điều kiện trượt
Khi lực kéo chủ động đạt tới giới hạn bám, xe bắt đầu trượt (xét trường hợp chỉ có cầu sau chủ động):
Mặt khác ta có:
Với được xác định bằng cách lấy mômen đối với điểm .
Từ (4.15) và (4.16): Ta xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị trượt:
Trong đó:
CXII. Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động . CXIII. : Lực bám của bánh xe chủ động.
CXIV. : Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường.
Điều kiện để đảm bảo cho xe trượt trước khi bị lật là :
Vì xe ta đang xét là xe chở quá tải 75% hàng hóa. Mà
Vậy: Xe này đảm bảo được điều kiện an toàn là trượt trước khi bị lật đổ.
4.1.2.3 Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang không kéo rơ móc:
Khi đó, xe có khả năng bị lật đổ do lực cản không khí gây ra nếu chuyển động với tốc độ rất lớn. Lực cản không khí tăng tới giá trị giới hạn, xe bị lật quanh điểm (là giao điểm của mặt phẳng qua trục bánh xe sau với đường), lúc đó phản lực .
Để xác định vận tốc giới hạn mà xe bị lật đổ, ta sử dụng công thức:
Ta coi vì trị số của nó rất nhỏ so với , thay giá trị và rút gọn thì ta được vận tốc nguy hiểm mà xe bị lật đổ:
Trong đó:
CXV. : Vận tốc giới hạn mà xe bị lật đổ (m/s).
CXVI. : Nhân tố cản không khí: W=0,625 có đơn vị là N.
Hình 4. 5: Sơ đồ lực và mômem tác dụng lên xe chở quá tải khi chuyển động trên đường nằm ngang.
CXVII. =0,75 (đã chọ ở phần 3.1.2 của chương 3) là hệ số cản không khí có đơn vị là N .
CXVIII. S=7 ( là diện tích cản không khí. *Nhận xét:
Sự mất ổn định của xe phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe và móc kéo, nhân tố cản không khí, hệ số bám của xe với mặt đường,….
Đối với những xe thường chuyển động với vận tốc cao hoặc thường hoạt động trên những địa hình phức tạp đến hạ thấp trọng tâm để tăng tính ôn định của xe.
Đối với việc xe tải chở quá tải sẽ làm tăng chiều cao trọng tâm của xe nên khi xe chạy với tốc độ cao hoặc chaỵ trên những địa hình phức tạp thì tính ổn định của xe sẽ bị giảm gây nguy hiểm.
4.2 TÍNH ỔN ĐỊNH NGANG CỦA XE KHI CHỞ QUÁ TẢI
4.2.1 Tính ổn định ngang của xe chở quá tải khi chuyển động thẳng trênđường nghiêng ngang đường nghiêng ngang
4.2.1.1 Xét tính ổn định của xe khi xe chở quá tải theo điều kiện lật đổ
Trong đó:
CXIX. : là phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe bên phải, bên trái. CXX. : là góc nghiêng ngang của đường.
CXXI. : là các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng các bánh xe bên phải và bên trái.
CXXII. : là mômen của các lực quán tính tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng ngang khi xe chuyển động không ổn định.
Xe có xu hướng lật đổ quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe bên trái với mặt đường (điểm B) như hình.
Lấy Mômen đối với điểm B và rút gọn thì ta được:
Khi góc tăng tới giá trị giới hạn , xe bị lật quanh trục đi qua B, Lúc đó
Hình 4. 6: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe chở quá tải khi chuyển động thẳng trên đường nằm nghiêng ngang.
Thông thường, giá trị nhỏ nên có thể coi , xe không kéo rơ móc nên .
Ta xác định được góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang là:
Trong đó:
CXXIII. : góc nghiêng ngang giới hạn của đường mà xe bị lật đổ. CXXIV. c: là chiều rộng cơ sở của xe.
Vậy:
4.2.1.2 Xét tính ổn định của xe khi chở quá tải theo điều kiện trượt
Khi chất lượng bám của bánh xe với đường kém, xe có xu hướng trượt khi chuyển động trên đường nghiêng ngang.
Để xác định góc giới hạn khi xe bị trượt, ta lập phương trình hình chiếu các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường.
Trong đó:
CXXV. : góc nghiêng ngang giới hạn mà xe bị trượt. CXXVI. : hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường.
Rút gọn biểu thức (4.23) ta được:
Nhưng trong trường hợp này thì:
Vậy qua điều kiện ta xét ở trên, ta thấy xe lật đổ trước khi bị trượt, không đảm bảo được điều kiện an toàn, độ ổn định giảm khi xe chở quá tải.
Khi xe đứng yên trên đường nghiêng ngang, ta cũng xác định được góc nghiêng giới hạn mà tại đó xe bị lật đổ hoặc bị trượt.
Ở trong trường hợp này, xe chỉ chịu tác dụng của trọng lượng. Phương pháp xác định cũng tương tự như phần trên, ta có ngay góc giới hạn mà xe bị lật đổ:
Cũng tương tự ta có góc giới hạn mà xe bị trượt là:
Điều kiện để xe trượt trước khi lật:
Nhưng trong trường hợp này thì:
Vậy qua điều kiện ta xét ở trên. Khi xe đứng yên trên đường nghiêng ngang ta thấy xe bị lật đổ trước khi bị trượt. Không đảm bảo điều kiện an toàn khi xe chở quá