PHẦN I: CƠ SỞ SƯ PHẠM ĐỂ XÂY DỰNG NỘI DUNG MÔN HỌC THÍ NGHIỆM Ô TÔ
CHƯƠNG 4. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TÁC ĐỘNG GIỮA Ô TÔ VÀ MÔI TRƯỜNG
4.3. Xác định hệ số cản không khí
4.3.1. Thử nghiệm ở trên đường
4.3.1.1. Dùng ống pitô kết hợp với dao động ký
Để có thể thực hiện được thí nghiệm thì ta cần phải có : ô tô thử nghiệm, ống pitô(cảm biến áp suất), sơ đồ đo gồm cầu đo, dao động ký.
Dựa vào đồ thị ghi trên máy ghi sóng ta xác định lực cản không khí PW như sau :
Trong đó: Pw – lực cản không khí
hw – tung độ của đồ thị áp lực không khí lên diện tích chính diện của ôtô μw – tỷ xích của đồ thị áp lực không khí khi lấy chuẩn
Hệ số cản không khí K được xác định theo biểu thức:
Trong đó: F – diện tích cản chính diện của ôtô, m2 v – vận tốc của ô tô thí nghiệm, m/s Với ôtô con : F= 0,78. B0.H0
Với ôtô tải : F = B.H0
Trong đó : B – là chiều rộng cơ sở của xe B0 – chiều rộng toàn bộ xe H0 – chiều cao toàn 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 pitô ở mặt trước ô tô, ống pitô vào sơ đồ đo.
+ Thí nghiệm được tiến hành trên đoạn đường nằm ngang ở thời thiết không gió.
− Cho ô tô chạy với vận tốc ổn định bắt đầu từ 5,55 m/s (20 km/h) rồi đo áp lực không khí Pw ghi trên dao động ký, tiếp đó chô ô tô 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 nói trên. Thí nghiệm được lặp lại 3 lần ở mỗi tốc độ để lấy giá trị trung bình.
− Ống pitô (đo áp suất)
Hình 4.5. Ống pitôđo 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 không khí tác dụng lên ô tô. Nhờ có giao động ký mà ta có thể xác định được áp lực của không 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.
− Kết quả thí nghiệm Giá trị đo
Lần đo
Lực cản không khí Pw Vận tốc của ô tô v
Lần đo 1 Lần đo 2
Lần đo 3 GTTB
4.3.1.2. Ô tô 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 có thể xác định hệ số cản không khí K bằng cách cho ô tô chạy xuống dốc nhờ lực thành phần Pi của trọng lượng ô tô ( Pi = Gsin ; – góc dốc, G – trọng lực ô tô). Lực kéo Pi
song song với mặt đường dốc.
Hình 4.7. Xe chuyển động xuống dốc.
Ta có phương trình cân bằng lực kéo sau:
(4.5)
Trong đó : 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 có :
G.sin = G. + K.F.v2 (4.6) Trong đó : v – vận tốc của ô tô khi chạy ổn định trên dốc, vận tốc này đo được khi thí nghiệm, m/s, ta cần phải xác định được số vòng quay của động cơ, khi đó ta áp dụng công thức :
Ở đây : ne – là số vòng 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 ô tô du lịch :F=0,8.B0.H.
(B- chiều rộng cơ sở của ô tô; B0 – Chiều rộng lớn nhất của ô tô; H- chiều cao lớn nhất của ô tô).m2.
Từ biểu thức 4.5 ta xác định được hệ số cản không 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 thông số như : trọng lượng của ô tô 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 có cảm biến tốc độ, từ cảm biến tốc độ ta có 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 có độ dài đủ để cho ô tô bắt đầu chạy từ trên đầu dốc nhờ có lực Pi và sẽ đạt đến vận tốc ổn định do có lực cản lăn và lực cản không khí. Đoạn đường này thường không nhỏ hơn 500m.
Áp suất lốp xe cũng phải đạt tiêu
-Cho ô tô thí nghiệm chạy xuống dốc như hình vẽ 4.7.
- Cảm biến tốc độ xe.
chuẩn.
− Kết quả thí nghiệm Giá trị đo
Lần đo
Số vòng quay trục khuỷu động cơ ne (vòng/phút)
Hệ số cản lăn f
Lần 1 Lần 2 Lần 3 GTTB
4.3.1.3. Ô tô thí nghiệm được kéo bằng ô tô khác Thí nghiệm được mô tả như hình 4.6.
Hình 4.8. Xác định hệ số cản không khí bằng phương pháp ô tô thí nghiệm được kéo bằng một ô tô khác.
Phương trình cân bằng lực kéo
Pk = Pf + Pi +Pw (4.7) Trong đó:
Pk – là lực chỉ trên lực kế tự ghi; N Phương trình ( 4.7) có thể viết:
Pk = f.G.cosα + G.sinα + K.F.v2 (4.8) Trong đó : f – hệ số cản lăn,
G – Trọng lượng của toàn bộ ô tô; Kg.
K – lực cản không khí; . F – Diện tích cản ; m2.
– Độ dốc.
Từ phương trình (4.8) có thể xác định hệ số cản không khí.
. 2
) sin cos
. .(
v F f G
K = Pk − α+ α
Nếu thí nghiệm trên đường nằm ngang thì hệ số cản không khí được xác định : . 2
. v F
f G K = Pk −
− 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 ô tô kéo kéo ô tô thử nghiệm ở vận tốc tương đối cao 11,11 m/s 16,66 m/s(hay là 40 km/h 60km/h) nhưng không 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 : ô tô được kéo phải ngắt hộp số ( ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực).
- Ta ghi lại các thông số : Lực kéo PK từ lực kế; tốc độ động cơ được kéo, từ đó ta xác định được vận tốc của ô tô đem thử.
- Như vậy thí nghiệm ta đo lực PK, vận tốc v và biết trước hệ số cản f thì có thể xác định được hệ số K.
- Thí nghiệm được thực hiện qua 3 lần đo, sau đó lấy giá trị trung bình.
- Sơ đồ bố trí thí nghiệm như hình 4.8.
Giữa hai ô tô kéo nhau có mắc lực kế.
- Khoảng cách giữa hai ô tô (hay chiều dài của dây nối) không nhỏ hơn 15 m để tránh ảnh hưởng của ô tô đằng trước tới dòng khí tác động lên ô tô đằng sau và để tránh hiện tượng ô tô đằng sau trườn nhanh về phía trước làm chùng dây nối và ảnh hưởng tới chỉ số trên lực kế người ta có thể tiến hành thí nghiệm trên đường có độ dốc không 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.
- Lực kế để xác định lực kéo PK :
Hình 4.9. Lực kế.
− Kết quả thí nghiệm Giá trị đo
Lần đo
Lực chỉ trên lực kế Pk (N)
Số vòng quay trục khuyur động cơ ne
(vòng /phút) Hệ số cản lăn f Lần đo 1
Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB