2. Các giải pháp đề ra để nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập
4.2.2.Thử nghiệm trong phịng thí nghiệm
Trong phịng thí nghiệm người ta xác định hệ số cản lăn trên bệ thử loại trống ( hình 4.3a) hoặc bệ thử loại đĩa (hình 4.3b)
Hình 4.4. Sơ đồ bệ thử loại trống (a) và bệ thử loại đĩa (b)
1. Động cơ điện; 2. Khớp nối; 3. Bánh xe; 4. Trống quay; 5. Khớp nối; 6. Máy phát điện; 7. Cặp bánh răng cơn.
Biết được mơ men quay và đo số vịng quay của động cơ điện và máy phát điện ta cĩ thể xác định cơng suất tiêu hao do cản lăn như sau :
(4.1) Trong đĩ :
- cơng suất của động cơ điện ; - cơng suất của máy phát điện; – mơ men quay của động cơ điện;
- mơ men quay của máy phát điện; – vận tốc gĩc của động cơ điện;
- vận tốc gĩc của máy phát điện . Cơng suất cản lăn cĩ thể xác định theo biểu thức :
= (4.2) Trong đĩ:
– lực cản lăn sinh ra ở bánh xe;
– vận tốc tiếp tuyến tại thời điểm tiếp xúc giữa bánh xe với trống hay đĩa;
– bán kính làm việc của bánh xe. Lắp biểu thức (4.2) vào biểu thức (4.3) ta cĩ :
(4.3) Từ đĩ cĩ thể xác định được lực cản lăn như sau:
(4.4)
Trong đĩ : – số vịng quay của động cơ điện; – số vịng quay của máy phát; Hệ số cản lăn được xác định như sau:
Trong đĩ: Mđc - là mơmen của động cơ điện
nđc - là số vịng quay của động cơ điện Mm,ph - là momen quay của máy phát điện nm,ph - là số vịng quay của máy phát điện Q – lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe
Thí nghiệm để xác định hệ số cản lăn trên bệ thử loại trống hoặc loại đĩa đều cĩ nhược điểm là sự làm việc của bánh xe khơng mơ phỏng đúng điều kiện làm việc trên đường. Nhưng bệ thử loại đĩa cĩ ưu điểm hơn bệ thử loại trống là cĩ thể tạo ra bề mặt với chất liệu khác nhau và bánh xe lăn trên mặt phẳng chứ khơng phải mặt trụ như bệ thử loại trống. Tuy nhiên ở bệ thử loại đĩa bán răng khơng lăn trên dường mà lăn theo dường cong với bán kính nhỏ, do đĩ sẽ phát sinh sự ma sát phụ thêm giữa bánh răng và đĩa và làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
Khi thí nghiệm trên bệ thử người ta cĩ thể thay đổi áp suất trong lốp, thay đổi lốp với dạng hoa lốp khác nhau, thay đổi tải trọng tác dụng lên lốp, thay đổi vận tốc gĩc của bánh xe, thay đổi mơ men quay tác dụng lên bánh xe một cách đễ dàng hơn nhiều so với khi thí nghiệm trên đường. Nhờ vậy cĩ thể vẽ đồ thị chỉ quan hệ giữa hệ số cản lăn f với các thơng số nĩi trên.
Để hình dung được giá trị của hệ số cản lăn f trên một số đường thơng dụng chúng ta xem bảng số liệu 4.1 sau đây ;
Loại đường Hệ số cản lăn f Đường nhựa và bêtơng
- đặc biệt tốt - tốt
Đường dải đá Đường đất
- khơ, bằng phẳng - sau khi mưa Đường cát 0,012 ÷ 0,0,15 0,015 ÷ 0,018 0,03 ÷ 0,04 0,03 ÷ 0,05 0,05 ÷ 0,15 0,10 ÷ 0,30 − Trình tự và dụng cụ thí nghiệm
Trình tự thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm
− Trước khi tiến hành thí nghiệm ta tiến hành kiểm tra các thiết bị thí nghiệm.
− Cho động cơ điện 1 quay, thơng qua khớp nối 2 làm bánh xe 3 quay.
− Bánh xe 3 quay làm cho tang trống 4 quay .
− Thơng qua khớp nối làm máy phát quay. Máy phát quay sẽ tạo ra điện áp. Dựa vào điện áp ta tính tốn được Mm.ph
− Bệ thử loại đĩa ( hình 4.3b) khác với loại trống ở chỗ cơng suất truyền qua bánh xe 3 đến máy phát điện 6 qua đĩa 4 và cặp bánh răng cơn 7. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− Tiến hành tăng tải, thay đổi áp suất lốp, thay đổi vận tốc gĩc của bánh xe, mơ men tác dụng lên bánh xe khi đo các bước tiến hành thí nghiệm tượng tự như trên.
− Bệ thử loại trống (hình 4.4a) gồm cĩ động cơ điện 1 qua khớp nối 2 làm quay bánh xe 3. Bánh xe 3 chịu tải trong thẳng đứng Q. Khi bánh 3 quay làm trống 4 quay và qua khớp nối 5 làm quay may phát điện 6.
Bệ thử loại đĩa ( hình 4.4b) khác với loại trống ở chỗ cơng suất truyền qua bánh xe 3 đến máy phat điện 6 qua đĩa 4 và cặp bánh răng cơn 7.
Động cơ điện 1 và máy phát điện 6 được thiết kế theo loại treo, vì vậy khi bệ thử làm việc người ta cĩ thể xác định dược mơ men quay sinh ra ở động cơ điện 1 và ở máy phát điện 6 nhờ sự xoay của stator của chúng.
− Kết quả thí nghiệm
Giá trị đo Lần đo
Mơ men động cơ điện Mđc
Mơ men của máy phát Mm.phát Số vịng quay của động cơ điện nđc Số vịng quay của máy phát nm.phát Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB 4.3. Xác định hệ số cản khơng khí 4.3.1. Thử nghiệm ở trên đường
4.3.1.1. Dùng ống pitơ kết hợp với dao động ký
Để cĩ thể thực hiện được thí nghiệm thì ta cần phải cĩ : ơ tơ thử nghiệm, ống pitơ(cảm biến áp suất), sơ đồ đo gồm cầu đo, dao động ký.
Dựa vào đồ thị ghi trên máy ghi sĩng ta xác định lực cản khơng khí PW như sau :
Trong đĩ: Pw – lực cản khơng khí
hw – tung độ của đồ thị áp lực khơng khí lên diện tích chính diện của ơtơ μw – tỷ xích của đồ thị áp lực khơng khí khi lấy chuẩn
Hệ số cản khơng khí K được xác định theo biểu thức:
Trong đĩ: F – diện tích cản chính diện của ơtơ, m2 v – vận tốc của ơ tơ thí nghiệm, m/s Với ơtơ con : F= 0,78. B0.H0
Với ơtơ tải : F = B.H0
Trong đĩ : B – là chiều rộng cơ sở của xe B0 – chiều rộng tồn bộ xe H0 – chiều cao tồn bộ xe
− Trình tự và dụng cụ dùng cho thí nghiệm
Trình tự thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm
− Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra các dụng cụ thí nghiệm.
− Chú ý :
+ Đặt ống pitơ ở mặt trước ơ tơ, ống pitơ vào sơ đồ đo.
+ Thí nghiệm được tiến hành trên đoạn đường nằm ngang ở thời thiết khơng giĩ.
− Cho ơ tơ chạy với vận tốc ổn định bắt đầu từ 5,55 m/s (20 km/h) rồi đo áp lực khơng khí Pw ghi trên dao động ký, tiếp đĩ chơ ơ tơ chạy ổn định với vận tốc khác 8,33 m/s, 11,11 m/s, 13,88 m/s, 16,66 m/s (30,40,50,60 km/h) và cũng do Pw ứng với các tốc độ nĩi trên. Thí nghiệm được lặp lại 3 lần ở mỗi tốc độ để lấy giá trị trung bình.
− Ống pitơ (đo áp suất)
Hình 4.5. Ống pitơđo áp suất và lưu lượng. a. Áp suất tĩnh; b. áp suất tổng; c. áp
suất động.
Thiết bị này cho phép đo áp lực của khơng khí tác dụng lên ơ tơ. Nhờ cĩ giao động ký mà ta cĩ thể xác định được áp lực của khơng khí (hình 4.6)
Dao động ký là một loại máy vẽ di động hai chiều X và Y để hiển thị dạng tín hiệu đưa vào cần quan sát theo tín hiệu khác hay theo thời gian. Kim bút vẽ của máy là một chấm sáng, di chuyển trên màn hình của ống tia điện tử theo quy luật của điện áp đưa vào cần quan sát.
Hình 4.6. Dao động ký. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− Kết quả thí nghiệm
Giá trị đo Lần đo
Lực cản khơng khí Pw Vận tốc của ơ tơ v Lần đo 1
Lần đo 3 GTTB
4.3.1.2. Ơ tơ chạy xống dốc dưới tác dụng của lực trọng trường
Theo phương pháp này trước hết cần xác định hệ số cản lăn f theo phương pháp xác định hệ số cản lăn đã trình bày ở trên. Biết dược hệ số cản lăn f chúng ta cĩ thể xác định hệ số cản khơng khí K bằng cách cho ơ tơ chạy xuống dốc nhờ lực thành phần Pi của trọng lượng ơ tơ ( Pi = Gsin ; – gĩc dốc, G – trọng lực ơ tơ). Lực kéo Pi song song với mặt đường dốc.
Hình 4.7. Xe chuyển động xuống dốc.
Ta cĩ phương trình cân bằng lực kéo sau:
(4.5)
Trong đĩ : Pi – thành phần của trọng lượng, tác dụng song song với mặt đường dốc.
Thay giá trị của Pi, Pf và Pw vào biểu thức (4.5) ta cĩ :
G.sin = G. + K.F.v2 (4.6) Trong đĩ : v – vận tốc của ơ tơ khi chạy ổn định trên dốc, vận tốc này đo được khi thí nghiệm, m/s, ta cần phải xác định được số vịng quay của động cơ, khi đĩ ta áp dụng cơng thức :
Ở đây : ne – là số vịng quay của trục khuỷu động cơ; v/ph. rb – Bán kính của bánh xe; m.
F- diện tích cản. đối với xe tải thì : F=B.H; đối với ơ tơ du lịch :F=0,8.B0.H. (B- chiều rộng cơ sở của ơ tơ; B0 – Chiều rộng lớn nhất của ơ tơ; H- chiều cao lớn nhất của ơ tơ).m2.
Từ biểu thức 4.5 ta xác định được hệ số cản khơng khí K như sau :
− Trình tự và dụng cụ thí nghiệm
Trình tự thí nghiệm Thiết bị dùng thí nghiệm - Kiểm tra các thiết bị dùng cho thí
nghiệm, ghi lại các thơng số như : trọng lượng của ơ tơ G, độ dốc , lực cản lăn f (ta đã xác định được).
- Khởi động xe và lái xe lên đỉnh dốc của đoạn đường thí nghiệm.
- Cho xe chuyển động xuống dốc, ngắt hộp số (tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực).
- Cho xe chuyển động xuống dốc và tiến hành ghi lại tốc độ động xe nhờ cĩ cảm biến tốc độ, từ cảm biến tốc độ ta cĩ thể xác định được vận tốc.
- Thí nghiệm được tiến hành ba lần, rồi lấy giá trị K trung bình.
- Chú ý :
Đoạn đường thí nghiệm cần cĩ độ dài đủ để cho ơ tơ bắt đầu chạy từ trên đầu dốc nhờ cĩ lực Pi và sẽ đạt đến vận tốc ổn định do cĩ lực cản lăn và lực cản khơng khí. Đoạn đường này thường khơng nhỏ hơn 500m.
Áp suất lốp xe cũng phải đạt tiêu
-Cho ơ tơ thí nghiệm chạy xuống dốc như hình vẽ 4.7.
chuẩn. − Kết quả thí nghiệm Giá trị đo Lần đo Số vịng quay trục khuỷu động cơ ne (vịng/phút) Hệ số cản lăn f Lần 1 Lần 2 Lần 3 GTTB
4.3.1.3. Ơ tơ thí nghiệm được kéo bằng ơ tơ khác
Thí nghiệm được mơ tả như hình 4.6.
Hình 4.8. Xác định hệ số cản khơng khí bằng phương pháp ơ tơ thí nghiệm được kéo bằng một ơ tơ khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phương trình cân bằng lực kéo
Pk = Pf + Pi +Pw (4.7) Trong đĩ: Pk – là lực chỉ trên lực kế tự ghi; N Phương trình ( 4.7) cĩ thể viết: Pk = f.G.cosα + G.sinα + K.F.v2 (4.8) Trong đĩ : f – hệ số cản lăn,
G – Trọng lượng của tồn bộ ơ tơ; Kg. K – lực cản khơng khí; .
– Độ dốc. Từ phương trình (4.8) cĩ thể xác định hệ số cản khơng khí. 2 . ) sin cos . .( v F f G P K = k − α+ α
Nếu thí nghiệm trên đường nằm ngang thì hệ số cản khơng khí được xác định :
2 . . v F f G P K = k − − Trình tự và dụng cụ thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm
- Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra các thiết bị thí nghiệm.
- Cho ơ tơ kéo kéo ơ tơ thử nghiệm ở vận tốc tương đối cao 11,11 m/s 16,66 m/s(hay là 40 km/h 60km/h) nhưng khơng lớn hơn 19,44 m/s (70km/h), vì bắt đầu từ vận tốc 19,44 m/s trở lên thì hệ số cản lăn thay đổi theo vận tốc.
Chú ý : ơ tơ được kéo phải ngắt hộp số ( ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực).
- Ta ghi lại các thơng số : Lực kéo PK từ lực kế; tốc độ động cơ được kéo, từ đĩ ta xác định được vận tốc của ơ tơ đem thử.
- Như vậy thí nghiệm ta đo lực PK, vận tốc v và biết trước hệ số cản f thì cĩ thể xác định được hệ số K.
- Thí nghiệm được thực hiện qua 3 lần đo, sau đĩ lấy giá trị trung bình.
- Sơ đồ bố trí thí nghiệm như hình 4.8. Giữa hai ơ tơ kéo nhau cĩ mắc lực kế.
- Khoảng cách giữa hai ơ tơ (hay chiều dài của dây nối) khơng nhỏ hơn 15 m để tránh ảnh hưởng của ơ tơ đằng trước tới dịng khí tác động lên ơ tơ đằng sau và để tránh hiện tượng ơ tơ đằng sau trườn nhanh về phía trước làm chùng dây nối và ảnh hưởng tới chỉ số trên lực kế người ta cĩ thể tiến hành thí nghiệm trên đường cĩ độ dốc khơng lớn. độ dốc này phải được biết trước khi thí nghiệm.
- Trong quá trình thí nghiệm thì áp suất lốp của xe kéo và xe thử phải đảm bảo tiêu chuẩn.
- Ta sử dụng cảm biến tốc độ để xác định vận tốc của xe thử.
Hình 4.9. Lực kế. − Kết quả thí nghiệm Giá trị đo Lần đo Lực chỉ trên lực kế Pk (N) Số vịng quay trục khuyur động cơ ne (vịng /phút) Hệ số cản lăn f Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB
4.3.2. Thí nghiệm ở trong phịng thí nghiệm
Dùng ống khí đơng để xác định hệ số cản khơng khí (hình 4.8) :
Hình 4.10. Sơ đồ ống khí động để xác định hệ số cản lăn khơng khí.
1. Ống khí động; 2. Động cơ điện; 3. Cánh quạt; 4. Ơ tơ mẫu; 5. Bàn cân; 6. Dụng cụ đo tốc độ dịng khí.
Hệ số cản khơng khí được xác định theo biểu thức:
Trong đĩ:
Fm – diện tích cản chính diện của ơ tơ mẫu, m2 v - vận tốc dịng khí đo trên ống khí động, m/s Pw - lực dẩy ơ tơ mẫu ( hay lực cản khơng khí).
Ta cĩ bẳng giá trị của hệ số cản khơng khí, chúng ta sẽ xem bảng 4.2 : Loại ơ tơ Hệ số cản khơng khí K, Ns2/m4 Du lịch Vận tải Ơtơ buýt ( chở khách ) Xe đua ( xe thể thao ) 0.2 ÷ 0,35 0,6 ÷ 0,7 0,25 ÷ 0,4 0,13 ÷ 0,15 − Trình tự và dụng cụ thí nghiệm
Trình tự thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm
- Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra thiết bị thí nghiệm.
- Ta tiến hành bật cho động cơ điện 2 hoạt động, động cơ điện 2 hoạt động sẽ làm quay cánh quạt 3 và sẽ tạo luồng khơng khí chạy qua ống khí động. Tại chỗ đặt ơ tơ mẫu cĩ dặt dụng cụ 6 để đo tốc độ dịng khí. Dịng khơng khí chạy qua ống khí động sẽ đẩy ơ tơ lùi về phía sau. Để cho ơ tơ mẫu trở lại vị trí ban đầu thì trên bàn cân 5 cần đặt them các quả cân. Bàn cân 5 được nối với ơ tơ mẫu qua hệ thống rịng rọc. Nhờ vậy trọng lượng của các quả cân trên bàn cân 5 sẽ bằng lực của dịng khơng khí đẩy ơ tơ mẫu hay lực cản khơng khí. Thay đổi tốc độ của các cánh quạt chúng ta sẽ cĩ các tốc độ khác nhau v của dịng khơng khí trong ống khí động và từ đĩ các lực cản khơng khí PW khác nhau.
- Trong phịng thí nghiệm người ta dùng ống khí động để xác định hệ số cản khơng khí K. Trong ống khí động 1 người ta treo ơ tơ mẫu 4 (hình 4.10 ).
- Ơ tơ mẫu cĩ hình đồng dạng với ơ tơ thiết kế nhưng cĩ thiết kế thu nhỏ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chú ý : ơ tơ mẫu phải đảm bảo “ trị số Rây nơn” của hai trường hợp cĩ giá trị như nhau. Chỉ tiêu đồng dạng thể hiện qua số Rây nơn theo cơng thức :
Trong đĩ : Re – trị số Rây nơn; v – vận tốc dịng khơng khí;
l – một trong những kích thước chủ yếu của ơ tơ( thí dụ chiều dài cơ sở chẳng hạn);
- hệ số nhớt động học của khơng khí.
Từ biểu thức (4.9) thấy rằng để đảm bảo chỉ tiêu đồng dạng thì vận tốc dịng khơng khí trong ống khơng khí động phải tăng bao nhiêu lần so với vận tốc chuyển động của ơ tơ, bấy nhiêu lần kích thước của ơ tơ thực hiện lớn hơn kích thước của ơ tơ mẫu. Các ống khí động hiện nay cũng khĩ đảm bảo được điều kiện nĩi trên, cho nên