Chương 2 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY
4.4. Phương pháp thực nghiệm xác định trọng tâm xe và trọng tâm các cụm
4.4.1. Xác định tọa độ trọng tâm xe máy chữa cháy
Vị trí trọng tâm của xe ảnh hưởng nhiều đến tính cân bằng khi chuyển động và nó được đặc trưng bởi 3 thơng số khi đặt xe nằm ngang, (hình 4.2).
Hình 4.2: Mơ tả các thơng số đặc trưng vị trí trọng tâm của xe máy chữa cháy
+ Khoảng cách giữa hai điểm tiếp xúc với mặt đường của lốp bánh sau, trước theo phương nằm ngang, ký hiệu p (m);
+ Khoảng cách giữa trọng tâm với đường thẳng đứng đi qua điểm tiếp xúc của lốp bánh sau với mặt đường, ký hiệu b (m);
+ Chiều cao trọng tâm, tức là khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đường, ký hiệu h (m).
Theo [4], [5] tọa độ trọng tâm của xe máy chữa cháy được xác định qua các phương pháp thực nghiệm như sau:
a) Phương pháp xác định toạ độ trọng tâm của xe máy chữa cháy theo chiều dọc
Để xác định trọng tâm xe theo chiều dọc chúng ta để xe trên mặt phẳng nằm ngang với bánh trước và bánh sau lên bàn cân như hình 4.3. Cho xe lên bàn cân, ta sẽ xác định được trọng lượng tác dụng lên bánh trước Nf, và trọng lượng tác dụng lên bánh sau Nr, đồng thời đo chiều dài cơ sở của xe p.
Hình 4.3: Sơ đồ thực nghiệm xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc
Với thơng số được ký hiệu như trong hình 4.2, từ sự cân bằng mô men tại điểm A (trong hình 4.2), giá trị của thơng số b được xác định:
f f r p.N b N N (4.1)
Trong đó:
b - Khoảng cách từ trọng tâm xe đến đường thẳng đứng đi qua điểm tiếp
xúc với mặt đường của lốp sau, m ;
p – Chiều dài cơ sở của xe, m ;
Nf - Trọng lượng xe phân bố lên bánh trước, N; Nr - Trọng lượng xe phân bố lên bánh sau, N.
b) Phương pháp xác định toạ độ trọng tâm của xe máy chữa cháy theo chiều cao
Khi giá trị b – khoảng cách từ trọng tâm đến đường thẳng đứng đi qua điểm tiếp xúc bánh sau với mặt đường - đã được tìm thấy, có thể xác định được chiều cao h của trọng tâm xe bằng cách đo tải trọng chỉ trên một bánh xe sau với bánh trước được nâng lên một độ cao H tạo góc nghiêng của xe là α (hình 4.4)
Hình 4.4: Sơ đồ thực nghiệm xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao
Để tính tốn tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao, ta dùng sơ đồ tính ở hình 4.5.
Hình 4.5: Sơ đồ tính tốn xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao
Sau khi có được giá trị góc nghiêng α, tải trọng xe phân bổ lên bánh sau
Nr, theo sơ đồ tính trên hình 4.5 ta lấy mơ men của cơ hệ tại điểm A:
p R tanr N cosr pb mg cos h mg sin (4.2)
=> r r r N N h p p b cot R mg mg (4.3) Trong đó:
α – Góc nghiêng dọc của xe, rad
Nr - Trọng lượng xe phân bố lên bánh sau, N. Rr – Bán kính bánh sau của xe, m
c) Phương pháp xác định toạ độ trọng tâm của xe máy chữa cháy theo chiều ngang
Để xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều ngang ta cũng tiến hành cân xe như trên hình 4.6: Đặt cặp chân chống bên trái lên bàn cân, ta xác định được trọng lượng Ntr, sau đó đặt chống chân bên phải lên bàn cân ta có trọng lượng Nph, từ đó ta xác định được:
Hình 4.6: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều ngang
Tọa độ trọng tâm xe theo chiều ngang được xác định theo công thức sau: ph n tr ph tr N .b b N N , ph tr n ph tr N .b b N N (4.4) Trong đó:
btr – Khoảng cách từ trọng tâm xe đến chân chống bên trái, m; bph – Khoảng cách từ trọng tâm xe đến chân chống bên phải, m; bn – Khoảng cách 2 chân chống, m;
Ntr – Trọng lượng xe phân bố lên chân chống trái, N; Nph – Trọng lượng xe phân bố lên chân chống phải, N;
4.4.2. Xác định tọa độ trọng tâm các cụm của xe máy cơ sở và cụm thiết bị chữa cháy
Để có giá trị cho các tham số đầu vào trong mơ hình động lực học được thiết lập trong chương 2, cần phải xác định vị trí trọng tâm các khối của xe cơ sở và trọng tâm cụm phương tiện chữa cháy, cứu hộ. Sau khi lắp ráp các cụm chi tiết thành xe cơ sở và chọn hệ tọa độ, ta có thể xác định được tọa độ trọng tâm các cụm chi tiết.
Việc xác định vị trí trọng tâm các cụm chi tiết xe máy cơ sở có thể được thực hiện nhờ phương pháp treo vật thể. Do các cụm chi tiết xe cơ sở đều có một mặt phẳng đối xứng nên ta chỉ cần treo chúng hai lần tại hai điểm khác nhau (cùng trong mặt phẳng đối xứng của cụm). Dùng thiết bị cân bằng Laser (hình 4.7) dóng đường thẳng đứng từ điểm treo. Giao điểm hai đường thẳng đứng này cho ta vị trí trọng tâm của vật.
Hình 4.7: Máy cân bằng Laser
Bằng phương pháp treo, ta có thể xác định được vị trí trọng tâm các cụm của xe cơ sở và trọng tâm của người ở tư thế ngồi lái.
Để xác định trọng tâm người ở tư thế ngồi lái, cần làm một khung bằng nhơm (để có thể giả thiết bỏ qua trọng lượng của khung) và người ngồi trong khung ở tư thế lái xe. Thanh AB của khung nằm trong mặt phẳng đối xứng của người có hai điểm tre là A và B. Treo khung bằng dây ở điểm A như hình 4.8(a), xác định đường thẳng đứng AC bằng máy cân bằng Laser; sau đó treo khung bằng dây ở điểm B như hình 4.8(b) và xác định đường thẳng đứng BD bằng máy cân bằng Laser. Hai đương AC và BD cắt nhau tại Gng là trọng tâm của người ở tư thế ngồi lái xe.
(a)
(b)
Hình 4.8: Xác định trọng tâm người ở tư thế ngồi lái
Bằng phương pháp tương tự ta có thể xác định được trọng tâm của các cụm chi tiết của xe máy cơ sở. Các ký hiệu và khối lượng của chúng được liệt kê trong bảng 4.1.
Với kết quả xác định khối lượng và vị trí trọng tâm các cụm chi tiết xe cơ sở, trọng tâm cụm thiết bị chữa cháy và trọng tâm người khi ngồi lái, sau khi lắp ráp các cụm chi tiết vào xe cơ sở và xác định hệ tọa độ tính tốn, ta có thể biết được tọa độ trọng tâm các cụm chi tết này cũng như tọa độ cụm thiết bị chữa cháy và tọa độ trọng tâm người ngồi lái. Trọng tâm của khối treo xe chữa cháy (bao gồm khung xe, động cơ, người lái, cụm phương tiện chữa cháy và cứu hộ, thanh trượt của phuộc trước) và được ký hiệu là G với khối lượng mG. Tọa độ trọng tâm G được tình theo cơng thức:
0 0 0 ng ng M M G ng M x .m x .m x .m x m m m ; 0 0 0 ng ng M M G ng M z .m z .m z .m z m m m (4.5)
Bảng 4.1. Các cụm chi tiết xe cơ sở được xác định trọng tâm qua phương pháp treo
Nội dung Ký
hiệu
Khối lượng
Trọng tâm người ngồi tư thế lái xe Gng mng
Trọng tâm khối bao gồm: khung xe, động cơ, thanh trượt của phuộc trước
0
G m0
Trọng tâm cụm phương tiện chữa cháy và cứu hộ M mM
Trọng tâm cụm dưới phuộc trước Gf
f G m Trọng tâm càng sau Gr mGr Trọng tâm bánh sau R mR Trọng tâm bánh trước F mF