CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG ĐẾN LỰC PHANH VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH
2.5. Xác định điều kiện đảm bảo lực phanh tối ưu
Phanh tối ưu có nghĩa là quá trình phanh đạt hiệu quả cao nhất. Quá trình phanh có hiệu quả cao nhất thể hiện qua các chỉ tiêu: Sp = Smin, tp = tmin, Jp = Jpmax.
Với Sp, tp, jp là quãng đường phanh, thời gian phanh và gia tốc phanh.
Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ thuận với tại trọng tác động lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong quá trình phanh lại thay đổi do lực quán tính Pj tác dụng lên xe.
Trong trường hợp phanh có hiệu quả nhất thì tỷ số giữa các lực phanh ở các bánh xe trước và sau là:
𝑃𝑝1
𝑃𝑝2 =𝜑.𝑍𝜑.𝑍1
2 =𝑍𝑍1
2 =𝐺𝑏+𝑃𝐺𝑎−𝑃𝑗ℎ𝑔
𝑗ℎ𝑔 (2.64)
Trong quá trình phanh thì lực cản lăn Pf1 và Pf2 không đáng kể, có thể bỏ qua, do đó:
𝑃𝑗 = 𝑃𝑝1 + 𝑃𝑝2
Và 𝑃𝑗𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝐺𝜑 (2.65) Thay Pjmax vào biểu thức (2.64) ,ta có:
𝑃𝑝1
𝑃𝑝2 =𝑏+𝜑.ℎ𝑔
𝑎−𝜑.ℎ𝑔 (2.66)
Biểu thức (2.66) chính là điều kiện để đảm bảo sự phanh có hiệu quả nhất.
Nghĩa là để đảm bảo phanh tối ưu thì khi phanh quan hệ giữa các lực phanh Pp1
và Pp2 phải luôn thỏa mãn biểu thức (2.66).
Muốn xác định được trị số của biểu thức (2.66) chúng ta phải xác định được tọa độ trọng tâm mới của xe khi chở đầy tải theo chiều cao (ℎ𝑥𝑐𝑡) và chiều dọc xe (a, b) và giả thiết tọa độ trọng tâm theo chiều rộng của xe luôn ở điểm giữa, với cách xác định như sau:
Để xác định tọa độ trọng tâm của hệ vật nói chung hay của ôtô nói riêng, phải sử dụng phương pháp cân bằng trọng lượng theo tọa độ các chất điểm. Để đơn giản và cho kết quả tương đối chính xác chúng ta có thể xác định chúng bằng phương pháp thí nghiệm là cân các lực tác dụng lên các bánh xe của hệ vật là xe ôtô và tải.
Khi xác định tọa độ trọng tâm theo chiều dọc hay chiều ngang bằng phương pháp cân chúng ta phải đỗ xe trên mặt phẳng nằm ngang và cân lực tác dụng lên các bánh xe (đỗ xe trong trạng thái mặt phẳng nằm ngang mà các bánh xe lần lượt hay đồng thời được đặt trên các bàn cân điện tử). Sau đó lập phương trình cân bằng momen với các lực tác dụng lên bánh trước và bánh sau sẽ xác định được
điểm đặt của trọng tâm xe theo chiều dọc. Lập phương trình cân bằng momen với các lực tác dụng lên các bánh xe bên trái và các bánh bên phải ta sẽ xác định được tọa độ trọng tâm theo chiều ngang. Để xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao phương pháp tương tự nhưng bố trí xe trạng thái thăng bằng này của xe rất khó thực hiện.
Với nội dung nghiên cứu của đề tài này để tiết kiệm thời gian và kinh phí, theo tài liệu của xe chúng tôi đã có tọa độ trọng tâm khi xe không tải là theo chiều dọc a= 1600 mm; b= 1100 mm; hg= 1411 mm và các kích thước khác của xe, vì vậy chúng tôi sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết để xác định tọa độ trọng tâm khi xe đầy tải là những cây mía (vì khi ấy tọa độ trọng tâm cao nhất).
Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc khi đầy tải:
Hình 2.4: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm theo chiều dọc.
G K
𝑄𝑚 x H
n 𝑙𝑚
2
𝑙𝑚 2 y
B
C
a b
𝐺𝑥𝑐𝑡
ℎ𝑚 2
ℎ𝑚 2
𝑍𝑥𝑐𝑡 𝑍𝑥𝑐𝑡
A
Theo hình 2.4:
A: Trọng tâm của khối hàng (mía).
B: Trọng tâm xe khi có tải đầy.
C: Trọng tâm xe khi không tải.
𝑄𝑚: Trọng lượng khối hàng.
𝐺𝑥𝑐𝑡: Trọng lượng toàn bộ xe. (xe có tải) G: Trọng lượng xe không tải.
K: Khoảng cách từ trọng tâm khối mía đến trọng tâm xe khi không tải theo chiều dọc.
Y: Khoảng cách từ trọng tâm khối mía đến trọng tâm xe có đầy tải.
X: khoảng cách từ trọng tâm xe có đầy tải mía đến trọng tâm xe không tải.
a: Khoảng cách từ trọng tâm xe không tải và có tải đến trục bánh xe trước:
1600mm.
b: Khoảng cách từ trọng tâm xe không tải và có tải đến trục bánh xe sau:
1100mm.
n: Khoảng cách từ điểm bánh xe sau đến điểm cuối thùng xe: 820mm.
Lập phương trình cân bằng momen đối với điểm trọng tâm của xe khi tải đầy (B) ta có:
𝛴𝑀𝐵 = 𝐺𝑌 − 𝑄𝑚𝑋 = 0 (2.67)
Hay: 𝐺𝑌 − 𝑄𝑚𝑋 = 0 (2.68)
Theo kích thước của xe và tải như trên hình 2.4 ta có:
𝑋 = 𝐾 − 𝑌= [(b + n) −𝑙𝑚
2] − 𝑌 Tức là: X= 1100 + 820 −35002 − 𝑌
X= 170 − 𝑌 Thay X vào biểu thức (2.68) ta có:
𝐺𝑌 − 𝑄𝑚𝑋 = 𝐺𝑌 − 𝑄𝑚(170 − Y)= 0 𝐺𝑌 − 𝑄𝑚(170 − Y) = 0
𝐺𝑌 + 𝑌𝑄𝑚 = 170. 𝑄𝑚
𝑌 = 170𝑄𝑚
𝐺+𝑄𝑚 (2.69)
Thay các trị số của 𝑄𝑚, 𝑏, 𝑛, 𝐺 vào biểu thức 2.69 ta có:
𝑌 =2000+2500170.2500 = 94 𝑚𝑚
Vậy tọa độ trọng tâm theo chiều dọc khi xe đầy tải là: a1 = a + Y; b1= b−𝑌.
Hay là: a1 = 1694 mm; b1= 1006 mm.
Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao khi đầy tải:
Hình 2.5: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao.
Theo hình 2.5:
ℎ𝑠: Khoảng cách từ mặt đường đến đáy thùng xe, ℎ𝑠 = 840 mm.
ℎ𝑚: Chiều cao của khối mía.
ℎ𝑚
ℎ𝑔
A B
𝑄𝑚
ℎ𝑠 ℎ𝑥𝑐𝑡
𝐺𝑥𝑐𝑡 x
y
G
ℎ𝑚 2
ℎ𝑚 2
C
ℎ𝑔: Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe khi không tải.
ℎ𝑥𝑐𝑡: Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe khi có tải.
A: Trọng tâm của khối hàng (mía).
B: Trọng tâm xe khi có tải đầy.
C: Trọng tâm xe khi không tải.
𝑄𝑚: Trọng lượng khối hàng.
𝐺𝑥𝑐𝑡: Trọng lượng toàn bộ xe. (xe có tải) G: Trọng lượng xe không tải.
Để xác định cao độ trọng tâm xe đầy tải chúng ta chiếu các lực tác dụng lên tâm xe (𝑄𝑚, 𝐺𝑥𝑐𝑡, G) theo phương y vuông góc với trục đối xứng dọc của xe, ta có sơ đồ sau:
Hình 2.6: Sơ đồ xác định cao độ trọng tâm xe đầy tải theo phương y.
𝛴𝑀𝐵 = 𝐺𝐿 − 𝑄𝑚𝑀 = 0 (2.70) Hay: 𝐺𝐿 − 𝑄𝑚𝑀 = 0
Vậy ta có: 𝑀 =𝐺 .𝐿𝑄
𝑚 (2.71)
Từ hình 2.5 và các số liệu của ℎ𝑚 (theo 2.21), ℎ𝑠, ℎ𝑔 ta có:
ℎ𝑠 ℎ𝑔
ℎ𝑥𝑐𝑡
L M
G 𝐺𝑥𝑐𝑡 𝑄𝑚
B
A C
ℎ𝑚 x 2
y
𝐿 = ℎ2𝑚+ ℎ𝑠 − ℎ𝑔− 𝑀
Hay: 𝐿 = (ℎ2𝑚+ ℎ𝑠) − (ℎ𝑔 + 𝑀) (2.72) Thay (2.72) vào (2.71) ta có:
M =𝐺 .[ (ℎ𝑚2 +ℎ𝑠)−(ℎ𝑔+𝑀)]
𝑄𝑚 =𝐺 .(
ℎ𝑚2 +ℎ𝑠)−𝐺ℎ𝑔−𝐺𝑀
𝑄𝑚 =𝐺 .(ℎ𝑚2 +ℎ𝑠−ℎ𝑔)−𝐺𝑀
𝑄𝑚
𝑀𝑄𝑚 = 𝐺 (ℎ𝑚
2 + ℎ𝑠 − ℎ𝑔) − 𝐺𝑀 𝑀𝑄𝑚 + 𝐺𝑀 = 𝐺 (ℎ𝑚
2 + ℎ𝑠 − ℎ𝑔) 𝑀(𝑄𝑚 + 𝐺) = 𝐺 (ℎ𝑚
2 + ℎ𝑠 − ℎ𝑔) Và ta có: 𝑀 = 𝐺(ℎ𝑚(𝑄2 +ℎ𝑠−ℎ𝑔)
𝑚+𝐺) = 2000(
2200
2 +840 −750)
2500+2000 = 529 𝑚𝑚 Vậy có: 𝐿 = 𝑄𝑚 .𝑀
𝐺 = 2500 .529
2000 = 661 𝑚𝑚 Vậy cao độ trọng tâm của xe khi đầy tải là:
ℎ𝑥𝑐𝑡 = ℎ𝑔 + 𝐿 = 750 + 661 = 1411 mm. (2.73) Sau khi tính được tọa độ trọng tâm khi xe đầy tải là: a1= 1694 mm, b1= 1006 mm và hxct = 1411 mm, thay vào công thức (2.66) ta tính được điều kiện đảm bảo lực phanh tối ưu như sau:
Đối với loại đường nhựa:
𝑇𝑝𝑛 = 𝑃𝑃𝑝1
𝑝2 = 𝑏𝑎1+𝜑.ℎ𝑥𝑐𝑡
1−𝜑.ℎ𝑥𝑐𝑡 = 842 + 0,7 . 1411
1858 − 0,7 . 1411 = 2,1 (2.74) Đối với loại đường bê tông:
𝑇𝑝𝑏 = 𝑃𝑃𝑝1
𝑝2 = 𝑏𝑎1+𝜑.ℎ𝑥𝑐𝑡
1−𝜑.ℎ𝑥𝑐𝑡 = 842 + 0,8 . 1411
1858 − 0,8 . 1411 = 2,7 (2.75) Đối với loại đường đất khô:
𝑇𝑝đ = 𝑃𝑝1
𝑃𝑝2 = 𝑏1+𝜑.ℎ𝑥𝑐𝑡
𝑎1−𝜑.ℎ𝑥𝑐𝑡 = 842 + 0,6 . 1411
1858 − 0,6 . 1411 = 1,66 (2.76) Do trong quá trình phanh tọa độ trọng tâm (a, b, hg) và hệ số bám dọc 𝜑 luôn thay đổi cho nên tỷ số 𝑃𝑝1
𝑃𝑝2 luôn thay đổi.