CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG ĐẾN LỰC PHANH VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH
2.3. Mỗi quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến, lực cản chuyển động và lực phanh xe
Momen quay từ động cơ truyền đến bánh xe chủ động, tạo nên lực kéo tiếp tuyến của bánh xe làm cho xe chuyển động. Nếu lực kéo tiếp tuyến nhỏ hơn tổng lực cản chuyển động của xe thì xe không thể khởi hành được, khi đó chúng ta vào số nhả côn thì động cơ sẽ quá tải và ngừng hoạt động (chết máy). Khi lực kéo tiếp tuyến lớn hơn tổng lực cản chuyển động của xe, thì lực kéo tiếp tuyến sẽ phân ra hai phần: Phần thứ nhất để khắc phục tổng lực cản chuyển động của xe và phần còn lại sẽ giúp xe khởi hành và tăng tốc. Trường hợp lực kéo tiếp tuyến bằng tổng lực cản chuyển động của xe thì xe có thể ở trạng thái đứng yên (không khởi hành được) và cũng không chết máy, hoặc là xe đang ở trạng thái chuyển động đều không thể tăng tốc hay vượt dốc được.
Mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến, lực cản chuyển động và lực tạo nên chuyển động của xe được biểu diễn bằng biểu thức sau:
Pk = Pc + Pv (2.51) Trong đó:
Pk - lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động.
Pc - lực cản chuyển động của xe.
Pv - lực đẩy tạo nên chuyển động của xe để có vận tốc v.
Khi xe đang chuyển động muốn phanh để giảm tốc độ hay dừng xe thì lực phanh phải bằng hoặc lớn hơn lực kéo tiếp tuyến là tổng của hai thành phần đó là:
Phần đã khắc phục được tổng lực cản và phần đã làm cho xe chuyển động được với một vận tốc hiện thời, nghĩa là:
Pp ≥ Pk (2.52)
Trong đó: Pp là lực phanh bánh xe do cơ cấu phanh tạo nên.
Pk ≥ Pc + Pv (2.53)
Kết hợp biểu thức (2.52) và (2.53) ta có:
Pp ≥ Pk ≥ Pc + Pv (2.54) Để có thể phanh làm giảm tốc độ hay dừng xe với hệ số an toàn cao thì phải đảm bảo phanh được xe khi nó có điều kiện hoạt động thuận lợi nhất, tức là lực cản chuyển động của xe nhỏ nhất và khi đó vận tốc chuyển động của xe sẽ lớn nhất có thể (Pvmax). Điều này được biểu diễn bằng biểu thức như sau:
Từ biểu thức (2.54) ta có thể suy ra:
Pp ≥ Pk - (Pcmin + Pvmax) ≥ 0 (2.55) Từ biểu thức trên để xác định lực phanh cần thiết khi xe chuyển động ở mỗi số truyền chúng ta cần phái xác định được lực kéo tiếp tuyến của mỗi số truyền tương ứng. Muốn xác định được lực kéo tiếp tuyến của mỗi số truyền tương ứng chúng ta phải xác định được momen thực dụng của động cơ theo số vòng quay của nó. Động cơ hoạt động hiệu quả nhất khi số vòng quay của nó nằm trong khoảng giới hạn mà nó tạo nên Memaxvà Nemax và được xác định bằng biểu thức:
[6]
Me = 716𝑁𝑒
𝑛𝑒 (kg.m) (*)
Trong đó:
Me - momen quay cưc đại của động cơ (kg.m).
Nemax - công suất cực đại của động cơ (CV).
ne - tốc độ quay của trục khuỷu tại thời điểm đang tính v/ph.
Theo số liệu từ thông số kỹ thuật của xe (1.4.2), thay vào biểu thức (*) chúng ta có:
Me = 716𝑁𝑒
𝑛𝑒 = 716 192
3000 = 226,7 (Nm)
Sau khi xác định được trị số của Me chúng ta xác định được lực kéo tiếp tuyến ở các số truyền tương ứng như sau:
𝑃𝑘 =𝑀𝑟𝑘
𝑏 =𝑀𝑒𝑖ℎ𝑖𝑟𝑝𝑖𝑜𝑖𝑐𝜂𝑡
𝑏 (2.56)
Trong đó:
𝑀𝑒 - Momen xoắn của động cơ.
𝑖ℎ - Tỷ số truyền của hộp số chính.
𝑖𝑝 - Tỷ số truyền của hộp số phụ.
𝑖𝑜 - Tỷ số truyền của truyền lực chính.
𝑖𝑐 - Tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng.
𝜂𝑡 - Hiệu suất của hệ thống truyền lực.
𝑟𝑏 - Bán kính của bánh xe.
Thay các trị số vào ta có:
𝑃𝑘1 =𝑀𝑘
𝑟𝑏 =𝑀𝑒𝑖ℎ1𝑖𝑝𝑖𝑜𝑖𝑐𝜂𝑡
𝑟𝑏 = 226,7 . 5,192 .1 .4,1 .0,85
0,345 = 11889,7 N.
𝑃𝑘2 =𝑀𝑘
𝑟𝑏 =𝑀𝑒𝑖ℎ2𝑖𝑝𝑖𝑜𝑖𝑐𝜂𝑡
𝑟𝑏 = 226,7 . 2,621 .1 .4,1 .0,85
0,345 = 6002,1 N.
𝑃𝑘3 =𝑀𝑟𝑘
𝑏 =𝑀𝑒𝑖ℎ3𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜𝑖𝑐𝜂𝑡
𝑏 = 226,7 . 1,536 .1 .4,1 .0,85
0,345 = 3517,4 N.
𝑃𝑘4 =𝑀𝑟𝑘
𝑏 =𝑀𝑒𝑖ℎ4𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜𝑖𝑐𝜂𝑡
𝑏 = 226,7 .1,000 .1 .4,1 .0,85
0,345 = 2289,9 N.
𝑃𝑘5 =𝑀𝑟𝑘
𝑏 =𝑀𝑒𝑖ℎ5𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜𝑖𝑐𝜂𝑡
𝑏 = 226,7 . 0,865 .1 .4,1 .0,85
0,345 = 1980,8 N.
𝑃𝑘𝑟 =𝑀𝑟𝑘
𝑏 =𝑀𝑒𝑖ℎ𝑅𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜𝑖𝑐𝜂𝑡
𝑏 =226,7 . 4,432 .1 .4,1 .0,85
0,345 = 10149,3 N.
Sau khi tính được lực kéo tiếp tuyến của các số truyền chúng ta so sánh với lực cản chuyển động lớn nhất và nhỏ nhất của xe, cụ thể như sau:
So với trị số lực cản chuyển động lớn nhất của xe:
- Lực kéo tiếp tuyến ở các số truyền 1 và 2 (Pk1, Pk2) có trị số lớn hơn lực cản chuyển động lớn nhất của xe (𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥), vì vậy xe chỉ có thể chạy ở số truyền 1 và 2, máy. Khi tăng khoảng 80% ga để tôc độ quay của trục cơ đạt 3500 v/p thì vận tốc của xe đạt 21,4 km/h ở số truyền 1 và 42,3 km/h ở số truyền 2.
- Ở các số truyền 3;4;5 trị số lực kéo tiếp tuyển đều nhỏ hơn trị số lực cản chuyển động lớn nhất lớn, vì thế xe không thể chuyển động được ở các số truyền này.
- Trường hợp xe đang hoạt động, lực cản chuyển động tăng lên và đạt tới trị số lực cản lớn nhất, nếu xe đang hoạt động ở các số truyền cao hơn (số 3; 4; 5) người lái phải về số thấp hơn để tránh hiện động cơ quá tải và có thể chết máy.
So với trị số lực cản chuyển động nhỏ nhất của xe:
Do chúng ta giả thiết điều kiện chuyển động của xe rất thuận lợi (xuống dốc, gió cấp 7 và cùng chuyền chuyển động của xe, chuyển động có gia tốc âm), vì vậy lực cản nhỏ nhất của xe có trị số âm, nó sẽ trở thành lực đẩy và cùng với lực kéo làm cho xe chuyển động nhanh hơn. Khi xe chuyển động với vận lớn hơn thì hệ thống phanh phải tạo ra lực phanh xe lơn hơn. Đây cũng là lý do chúng tôi lựa chọn trường hợp lực cản chuyển động nhỏ nhất (𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 = − 5999,5) làm số liệu đầu vào để tính toán các nội liên quan đến phanh dưới đây.
Xác định lực phanh cần thiết cho xe tương ứng với các số truyền:
Thay các trị số Pk trên đây vào biểu thức công thức (2.55) ta tính được giá trị lực phanh cần thiết tương ứng với các số truyền để thắng được lực đẩy xe chuyển động. Vì chúng ta chọn điều kiện làm việc của xe thuận lợi nhất (xuống dốc, gió cấp 7 và cùng chuyền chuyển động của xe, chuyển động có gia tốc âm) để xe chuyển động có vận tốc lớn nhất làm điều kiện thử thách với lực phanh. Nên 𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 có dấu âm và lực kéo tiếp tuyến của các số truyền sẽ tăng lên và xe chuyển động nhanh hơn và lực phanh cần (𝑃𝑃) có cũng phải tăng lên với các trị số cụ thể ở từng số truyền như sau:
𝑃𝑃1 ≥ 𝑃𝑘1− 𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 = 11889,7 − (−5999,5) = 17889,17 N.
𝑃𝑃2 ≥ 𝑃𝑘2− 𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 = 6002,1 − (−5999,5) = 12001,6 N.
𝑃𝑃3 ≥ 𝑃𝑘3− 𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 = 3517,4 − (−5999,5) = 9516,9 N.
𝑃𝑃4 ≥ 𝑃𝑘4− 𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 = 2289,9 − (−5999,5) = 8289,5 N.
𝑃𝑃5 ≥ 𝑃𝑘5− 𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 = 1980,8 − (−5999,5) = 7980,3 N.
𝑃𝑃𝑟 ≥ 𝑃𝑘𝑟 − 𝑃𝑐𝑚𝑖𝑛 = 10149,3 − (−5999,5) = 16148,8 N.
Như vậy xét theo lực kéo tiếp tuyến, khi xe có lực cản chuyển động âm thì momen xoắn và lực kéo tiếp tuyến của bánh xe ở số truyền thấp sẽ lớn hơn ở số truyền cao, tạo lực đẩy cho xe có lực kéo dư để xe lên số cao hơn và làm xe chuyển động với vận tốc tăng lên và đạt vận tốc cao nhất có thể, vì vậy lực phanh cũng phải lớn hơn để thắng được tổng lực cản làm giảm tốc độ hay dừng xe.
Để khẳng định xe THACO FRONTIER K165S hoạt động trên địa bàn chúng tôi đang nghiên cứu hệ thống phanh có đảm bảo an toàn hay không, ta cần so sánh lực phanh cần thiết trên đây và lực phanh tối thiểu của xe theo chế tạo đã được kiểm định, xuất xưởng.
Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia lực phanh của xe ôtô đạt tiêu chuẩn xuất xưởng, đủ tiêu chuẩn kiểm định được xác định theo công thức tính hiệu quả phanh
toàn bộ Kp. [8]
𝐾𝑝 =∑ 𝐹𝑝𝑖
𝐺 . 100 % Trong đó:
∑ 𝐹𝑝𝑖 - tổng lực phanh trên tất cả các bánh xe.
G - khối lượng xe khi kiểm tra phanh.
Để hệ thống phanh đảm bảo cho xe hoạt động an toàn thì trị số tối thiểu của Kp đối với xe tải có trọng lượng bản thân nhỏ hơn 12000 kg là 50%.
Xe tải THACO FRONTIER K165S có trọng lượng 3845 kg, như vậy hệ số hiệu quả phanh an toàn tối thiểu là:
𝐾𝑝 = ∑ 𝐹𝑝𝑖
𝐺 = 60 %
Từ đó ta tính được lực phanh tổng cộng tối thiểu trên tất cả các bánh xe là:
∑ 𝐹𝑝𝑖 = 𝐾𝑝. 𝐺 = 60. 38450100 = 23070 N (2.57) So sánh lực phanh do cơ cấu phanh tạo nên theo yêu cầu của tiêu chuẩn khi chế tạo, sửa chữa xuất xưởng hay khi kiểm định lưu hành đã tính được (23070 N) với trị số của lực phanh cần phải phanh hãm tại các bánh xe, tương ứng các số truyền chúng ta nhận thấy các giá trị: Pp1, Pp2, Pp3, Pp4, Pp5 (kể cả số lùi Pr) đều nhỏ hơn trị số lực phanh tối thiểu của xe và vẫn hệ số dự trữ (23070/17889).
Nghĩa là trị số lực phanh tối thiểu của xe luôn lớn hơn trị số lực phanh yêu cầu tương ứng với tất cả các số truyền khi xe hoạt động (và vẫn có hệ số dự trữ). Vậy chúng ta khẳng định xe THACO FRONTIER K165S có hệ thống phanh đảm bảo an toàn ở mọi số truyền với xe tải đầy, chạy trên độ dốc cao nhất, điều kiện đường giao thông khó khăn nhất mà cần phải có lực phanh lớn nhất trên những đoạn đường đặc trưng của huyện Kỳ Sơn (hoặc những tuyến đường có chất lượng tương đương) như chúng ta đã nghiên cứu.