Nhân tố dộng lực học

2. Các giải pháp đề ra để nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập

2.3.Nhân tố dộng lực học

2.3.1. Khái niệm và ý nghĩa của nhân tố động lực học.

Khi so sánh tính chất động lực của các loại ôtô khác nhau và ứng với các điều kiện làm việc của ôtô trên các loại đường khác nhau, người ta mong muốn có được một thông số mà nó thể hiện được ngay tính chất động lực học của ôtô.

Trong phương trình cân bằng lực kéo (2-15) đã đưa vào được các nhân tố đặc trưng cho tính chất động lực học của ôtô như: hệ số cản mặt đường  ( = f i), tốc độ chuyển động của ôtô v và gia tốc của ôtô j, nhưng trong biểu thức này lại có một loạt các thông số kết cấu của ôtô như Me –mômen xoắn của động cơ; trọng lượng của ôtô G, nhân tố cản của không khí W… do vậy phương trình (2-15) không thuận lợi để đánh giá các loại ôtô khác nhau, bởi vậy cần có thông số đặc trưng tính chất động lực học của ôtô mà các chỉ số về kết cấu không có mặt trong thông số đó. Thông số đó là nhân tố động lực học của ôtô.

Đồ án tốt nghiệp Trang 63

số giựa lực kéo tiếp tuyến Pk – P và chia cho trọng lượng toàn bộ của ôtô. Tỷ số này ký hiệu bằng chữ “D”

; 1 2 G Wv r i M G P P D b t t e k             (2.23)

Qua biểu thức (2.23) ta nhận thấy rằng trị số của nhân tố động lực học D chỉ phụ thuộc vào các thông số kết cấu của ôtô, vì vậy nó có thể xác định cho mỗi ôtô cụ thể. Khi ôtô chuyển động ở số thấp (tỷ số truyền của hộp số lớn) thì nhấn tố động lực học sẽ lớn so vố khi ôtô chuyển động ở số cao (tỷ số truyền của hộp số nhỏ) vì lực kéo tiếp tuyến ở số thấp sẽ lớn hơn lực cản không khí sẽ nhỏ hơn so với ở số cao.

Ta xét mối liên hệ giữa nhân tố động lực học D với điều kiện chuyển động của ôtô, nếu từ vế phải của phương trình, (2- 15), ta chuyển lực cản không khí sang vế trái và chia cả hai vế cho trọng lượng toàn bộ của ôtô ta nhận được biểu thức sau:

  G j g G f G G Wv r i M D i b t t e               sin cos 2 (2.24)

Kết hợp với biểu thức (2-16) ta được :

G Wv r i M D b t t e         2  =  j g G i  ; (2.25)

Qua biểu thức (2.25) ta có nhận xét sau;

Nhân tố động lực học D của ôtô thể hiện khả năng ôtô thắng lực cản tổng cộng và khả năng tăng tốc.

Khi ôtô chuyển động đều (ổn định), nghĩa là gia tốc của nó j = 0 thì giá trị của nhân tố động lực học bằng hệ số cản tổng cộng của mặt đường, nghĩa là D = . Cũng như vậy, khi ôtô chuyển động đều j = 0 và trên đường bằng i = 0 thì giá trị nhân tố động lực học bằng hệ số cản lăn nghĩa là D = f, giá trị này có được khi ôtô chuyển động ở số truyền cao nhất của hộp số và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải, tại đó ta nhận được vận tốc lớn nhất của ôtô vmax.

Giá trị nhân tố động lực học Dmax tương ứng với sức cản của mặt đường được đặc trưng bằng hệ số cản tổng cộng lớn nhất ở số truyền thấp nhất của hộp số max. Các trị số nhân tố động lực học D = , Dmax và vận tốc lớn nhất của ôtô vmax là các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất động lực học của ôtô khi chuyển động đều (ổn định)

Đồ án tốt nghiệp Trang 64

cho ôtô chuyển động một thời gian dài thì cần thoả mãn điều kiện sau:

D   (2.26) Nếu tính đến khả năng bị trượt quay

của các bánh xe chủ động trong quá trình làm việc thì nhân tố động lực học cũng bị giới hạn theo điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường.

Ta có lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của các bánh xe chủ động Pkmax bị giới theo điều kiện bám như sau:

Pφ  Pkmax

Hay; mG  Pkmax.

Và nhân tố động lực học tính toán theo điều kiện bám như sau:

G Wv G m G P P D 2          (2.27) Để cho ôtô chuyển động không bị

trượt quay của bánh xe chủ động trong một thời gian dài thì nhân tố động lực học của ôtô phải thoả mãn điều kiện (2.28)

D  D (2.28)

Kết hợp điều kiện (2-26) và (2-28) để duy trì cho ôtô chuyển động chúng phải thoả mãn điều kiện sau:

D  D  (2.29)

2.3.2. Đồ thị nhân tố động lực học.

Nhân tố động lực học D có thể biểu diễn bằng đồ thị. Đồ thị nhân tố động lực học D biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học D và vận tốc chuyển động của ôtô, nghĩa là D = f(v), khi ôtô có tải trọng đầy và động cơ làm việc với chế độ toàn tải được thể hiện trên hình (2-6) và được gọi là đồ thị nhân tố động lực học D của ôtô.

Đồ án tốt nghiệp Trang 65 Hình 2-6: Đồ thị nhân tố động lực học D ôtô Trên trục tung đặt các giá trị của (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

nhân tố động lực học D, trên trục hoành, ta chỉ đặt các giá trị vận tốc chuyển động của ôtô.

Trên đồ thị nhân tố động lực học D ta cũng xây dựng các đường cong D = f(v) và  = f(v) để xét mối quan hệ nhân tố động lực học D của ôtô theo điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường và điều kiện lực cản của mặt đường.

Hình 2- 7: Vùng sử dụng đồ thị nhân tố động

lực học D theo điều kiện bám của bánh xe chủ động và điều kiện sức cản của mặt

đường.

Như vậy tương ứng với điều kiện ôtô chuyển động trên một loại đường xác định, Tức là chúng đã biết được các hệ số bám  và  - hệ số cản tổng cộng thì việc sử dụng nhân tố động lực học D của ôtô phải thoả mãn điều kiện như biểu thức (2-29). Trên đồ thị nhân tố động lực học thì khu vực sử dụng tương ứng với điều kiện (2.29) là phần những đường cong nằm dưới đường cong D = f(v) và nằm trên

đường  = f(v) hình 2.7.

2.3.3. Sử dụng đồ thị nhân tố động lực học .

a. Xác dịn vận tốc lớn nhất.

Xác định vận tốc lớn nhất của ôtô chuyển động đều (ổn định) j = 0 thì tung độ mỗi điểm của đường cong nhân tố động lực học D ở các số truyền khác nhau chiếu xuống trục hoành sẽ xác định vận tốc lớn nhất vmax của ôtô ở loại đường với hệ số cản tổng cộng đã cho.

Ví dụ: Để xác định vận tốc lớn nhất của ôtô trên loại đường có hệ số cản , hình (2.7) ta theo trục tung của đồ thị nhân tố động lực học D vạch một đường  = f(v),

Đồ án tốt nghiệp Trang 66

đường này cắt đường nhân tố động lực học D2 tại điểm A; chiếu điểm A xuống trục hoành ta xác định được vận tốc lơn nhất của ôtô vmax ở vận tốc này hoàn toàn thoả mãn điều kiện D = .

Nếu đường cong nhân tố động lực học hoàn toàn nằm ở phía trên hệ số cản tổng cộng của mặt đường 1 (đường 1’-1) thì ôtô không có khả năng chuyển động đều (ổn định) khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải.

Trong trường hợp ôtô chuyển động đều (ổn định) tức là j = 0 và trên loại đường tốt, nằm ngang  = 0, hệ số cản tổng cộng của mặt đường cũng chính bằng hệ số cản lăn:  = f giao điểm A của đường hệ số cản lăn f và đường cong nhân tố động lực học D3 chiếu xuống trục hoành xác định được vận tốc lớn nhất của ôtô vmax ở số truyền cao nhất và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải (hình 2-8).

b. Xác định độ dốc lớn nhất.

Như đã trình bày ở trên trong trường hợp ôtô chuyển động đều thì ta có D = ,

nếu biết hệ số cản lăn của loại đường thì ta có thể tìm được độ dốc lớn nhất của đường mà ôtô có thể khắc phục được ở một vận tốc cho trước. Ta xác định (i) theo công thức (2.30).

imax= D –f =  - f (2.30)

 Các vận tốc chuyển động của ôtô ứng với các điểm cực đại của mỗi đường cong nhân tố động lực học được gọi lầ vận tốc tới hạn của ôtô ở mỗi số truyền của hộp số vth. Giả thiết rằng ôtô đang chuyển động đều (ổn định ) ở vận tốc lớn hơn vận tốc giới hạn. ở vận tốc này khi lực cản của mặt đường tăng lên, vận tốc của ôtô sẽ giảm xuống, lúc đó nhân tố động lực học tăng lên hình 2- 9, do đó nó có thể thắng được lực cản tăng lên và giữ cho ôtô chuyển động ổn định. Vì vậy vùng bên phải của vận tốc giới hạn v> vth gọi là vùng ổn định.

Đồ án tốt nghiệp Trang 67

Hình 2-8 : Xác định tốc độ lớn nhất của ôtô trên đồ thị nhân tố động lực học

(hình 2-8) thì độ dốc lớn nhất mà ôtô có thể khắc phục được ở các số truyền khác nhau của hộp số được thể hiện bằng các đoạn tung độ ad (ở số I), ac (ở số II) và ab (ở số III). Còn độ dốc lớn nhất mà ôtô có thể khắc phục được ở mỗi tỷ số truyền khác nhau của hộp số, khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải được xác định bằng các đoạn tung độ Dmax – f, như vậy:

imax = Dmax – f (2.31) Cũng cần chú ý rằng tại điểm có nhân tố động lực học lớn nhất Dmax ở mỗi số truyền thì đường cong nhân tố động lực học chia làm hai khu vực bên trái và bên phải mỗi đường cong hình 2-9.

Ngược lại khi ôtô chuyển động ở vận tốc nhỏ hơn vận tốc tới hạn thì lực cản lăn chuyển động tăng lên, vận tốc chuyển động của ôtô sẽ giảm xuống lúc đó nhân tố động lực học giảm xuống hình 2-9, do đó nó không có khả năng thắng lực cản tăng lên, làm cho ôtô chuyển động chậm dần và dẫn đến dừng hẳn. Vì vậy vùng bên trái của vận tốc tới hạn v< vth gọi là vùng mất ổn định.

Hình 2- 9 : khu vực làm việc của nhân tố

động lực học

c. Xác định sự tăng tốc của ôtô c. Xác định sự tăng tốc của ô tô.

Nhờ đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) ta có thể xác định được sự tăng

Đồ án tốt nghiệp Trang 68 Hình 2- 10: Xác định khả năng tăng tốc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

của ôtô theo đồ thị nhân tố động lực học

Trên đồ thị nhân tố động lực học hình 2-10 ta kẻ đường hệ số cản của mặt đường = f(v). Giả sử đồ thị nhân tố động lực học xây dựng có 3 số truyền của hộp số và ôtô chuyển động trên loại đường có hệ số cản 1, đường 1 sẽ cắt đường nhân tố động lực học D ở số 3 là DIII tại điểm A chiếu điểm A xuống trục hoành ta nhận được vận tốc chuyển động lớn nhất v1 của ôtô trên loại đường đó.

Cũng trên đoạn đường này, nếu ôtô chuyển động với vận tốc vn, thì khả năng tăng tốc của ôtô ở vận tốc này sẽ được biểu thị bằng các đoạn tung độ ab (ở số 3), ab (số 2 ) và ae (số 1).

đã biết và khi chuyển động ở một số truyền bất kỳ với một vận tốc cho trước. Từ biểu thức (2.25) khi đã cho trị số của hệ số cản mặt đường , nhân tố động lực học D, ta xác định khả năng tăng tốc của ôtô như sau:

D =  + j g i  Từ đó rút ra: j =   i g d dt dv     (2.32) Những đoạn tung độ này chính là hiệu số D - 1 ở từng số truyền của hộp số. Dùng biểu thức (2.32) để tính toán, chúng ta nhận được gia tốc j =

dt dv

của ôtô ứng với các số truyền khác nhau ở vận tốc vn. Hệ số i được tính theo biểu thức (1.67a, 1.67b). Như vậy chúng ta có thể tìm được gia tốc j = dv/dt của ôtô ứng với một vận tốc nào đó trên một đoạn đường bất kì ở các tay số khác nhau một cách dễ dàng. Ví dụ: ôtô cùng chuyển động với vận tốc Vn trên đoạn đường có hệ số cản 2, rõ ràng là ôtô không thể chuyển động ở tay số 3 được, còn các đoạn tung độ cd, ce chính là hiệu số D -  ở các tay số 2 và tay số một dùng để tăng tốc ôtô.

Đồ án tốt nghiệp Trang 69 Hình 2- 11: Đồ thị biểu diễn gia tốc của

ôtô có ba số truyền.

Hình 2-12: Đồ thị gia tốc của một số ôtô

vận tải.

cho các giá trị khác nhau của vận tốc thì sẽ tìm được các giá trị D -  ở từng số truyền khác nhau và thay chúng vào biểu thức (2.32). Sẽ tính được các giá trị khác nhau của gia tốc ở từng số truyền theo vận tốc của ôtô, nghĩa là j =

f(v) và biểu diễn chúng trong hệ toạ độ

với tung độ là các giá trị của gia tốc j ở từng số truyền và trục hoành là vận tốc

v.

Các đường cong gia tốc j được minh hoạ trên hình 2-11.

Đối với một số ôtô, nhất là ôtô vận tải, ta biết rằng ở số truyền càng thấp(tỷ số truyền càng lớn) thi năng lượng tiêu dùng để tăng tốc các khối lượng vận động quay càng lớn, nghĩa là trị số i càng lớn do đó làm cho gia tốc j càng nhỏ đi rõ rệt. Vì vậy ở đồ thị gia tốc j của một số ôtô vận tải ta thường thấy đường cong gia tốc ở số 1 (j1) thấp hơn đường cong số 2 (j2) (Hình 2-12).

Bảng 2-1 Cho ta trị số gia tốc lớn nhất của ôtô jmax ở các số truyền khác nhau với truyền lực cơ khí.

Đồ án tốt nghiệp Trang 70 Hình 2-13: Đồ thị gia tốc của ôtô

Ở ôtô có truyền động thuỷ cơ, gia tốc có thể đạt được 68 m/s2. Trong khi tính toán và xây dựng đồ thị tăng tốc của ôtô ta cần chú ý một số điểm sau:

- Giá trị của vận tốc nhỏ nhất vmin trên đồ thị gia tốc hình 2-13 sẽ tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của trục khuỷu động cơ nemin. Trong khoảng vận tốc từ giá trị 0 vmin thì ôtô bắt đầu giai đoạn khởi hành, lúc đó li hợp bị trượt và bướm thanh răng của bơm cao áp mở dần. Thời gian khởi hành này kéo dài không lâu lắm, do đó khi tính toán lý thuyết về gia tốc thì quá trình trượt của ly hợp có thể bỏ qua. Vì vậy khi tính toàn và xây dựng đồ thị ta bắt đầu tiến hành từ vận tốc

vmin.

d. Xác định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc.

Hình 2-14: Đồ thị xác định tăng tốc của

ôtô

a. Đồ thị gia tốc ngược 1/j., b. Đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô (t)

- Xác định thời gian tăng tốc của ôtô. Từ biểu thức: j = dv/dt

Ta suy ra: dt = dv j

1

Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v1 đến tốc độ v2 sẽ là:   2 1 1 v v dv j t (2.33) Tích phân này không thể giải được bằng phương pháp giải tích, do nó không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa sự tăng tốc của ôtô j và vận tốc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Đồ án tốt nghiệp Trang 71

Nhờ đồ thị nhân tố động lực học của ôtô, chúng ta sẽ xác định được của ôtô qua đồ thị j = f (v) và cũng từ đây ta cần xác

định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của chúng đây là các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng động lực học của ôtô.

Hình 2-15. Đồ thị thời gian và quãng

đường tăng tốc của ôtô có kể đến sự giảm tốc độ khi chuyển động.

Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị ta cần lưu ý rằng: