Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đặc tính động lực học của ôtô với hệ thống truyền lực cơ khí và hệ thống truyền lực thuỷ cơ

TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ

Đặc tính động lực học của ụ tụ thể hiện qua nhiều chỉ tiêu quan trọng như khả năng khởi hành và tăng tốc, tính năng điều khiển, tính êm dịu trong chuyển động, độ bền và tuổi thọ của các chi tiết, cùng với năng suất vận chuyển.

Đề tài "Nghiên cứu đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí và hệ thống truyền lực thủy cơ" có tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng ô tô trong vận chuyển Ô tô là phương tiện vận chuyển chủ yếu trên đường bộ, được sử dụng rộng rãi và có tính hữu ích lớn Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế, nâng cao chất lượng chế tạo, và mở rộng tính năng của ô tô luôn thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học kỹ thuật Ô tô có kết cấu phức tạp, chuyển động với tốc độ cao và thường xuyên thay đổi, dẫn đến các đặc tính động lực học rất phức tạp Các thông số như vận tốc và gia tốc thay đổi trong phạm vi rộng, tùy thuộc vào kết cấu và điều kiện chuyển động cụ thể Để nghiên cứu kỹ lưỡng ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện sử dụng, đặc tính động lực học của ô tô thường được phân theo ba hướng chính: đặc tính động lực học theo phương chuyển động, đặc tính động lực học theo phương thẳng đứng, và các đặc tính động lực học khác.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cung cấp chương trình thạc sĩ kỹ thuật với phương pháp học theo hướng ngang Tuy nhiên, để giải quyết bài toán động lực học, cần xem xét các thông số của hệ thống dưới tác động đồng thời của các ngoại lực theo nhiều phương khác nhau Điều này đòi hỏi phải giải quyết bài toán động lực học trong không gian để đạt được sự phù hợp tối ưu nhất.

Các đặc tính động lực học của ụ tụ ảnh hưởng lớn đến năng suất vận chuyển, hiệu quả kinh tế, tính năng điều khiển và an toàn chuyển động Nghiên cứu các đặc tính này là nhiệm vụ trọng tâm trong thiết kế và sử dụng ụ tụ Qua nhiều giai đoạn nghiên cứu, các thành tựu khoa học đã cung cấp các bài toán lý thuyết gần gũi với thực tiễn động lực học Đây là cơ sở quan trọng cho việc hoàn thiện kết cấu và chế tạo xe ụ tụ hiện đại Hiện nay, nghiên cứu lý thuyết về đặc tính động lực học của ụ tụ chủ yếu sử dụng phương pháp số kết hợp với phần mềm hiện đại để mô phỏng các quá trình động lực học, nhằm tìm kiếm phương án thiết kế hợp lý và hiệu quả.

Quá trình chuyển động của ô tô rất phức tạp, chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố, bao gồm cả yếu tố ngẫu nhiên của mặt đường và khả năng phản xạ của người lái Do đó, nghiên cứu lý thuyết cần được bổ sung bằng các nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng Trong nhiều trường hợp, kết quả từ các nghiên cứu thực nghiệm mang lại hiệu quả cao, hỗ trợ cho việc điều chỉnh thiết kế và khám phá các phương án thiết kế mới, từ đó nâng cao hiệu quả tổ chức khai thác ô tô.

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và các thiết bị đo lường vật lý chính xác, việc ứng dụng tin học vào nghiên cứu thực nghiệm ngày càng trở nên cần thiết và quan trọng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đang phát triển nhanh chóng trong việc nghiên cứu các phương pháp và hệ thống thiết bị để đánh giá tính năng sử dụng cũng như các đặc tính động lực học của ụ tụ Sự tiến bộ này đáp ứng ngày càng cao các yêu cầu trong lĩnh vực nghiên cứu kỹ thuật.

Trong giai đoạn đầu, do hạn chế về tính năng kỹ thuật của thiết bị đo, việc xác định các thông số động lực học của ụ tụ trên đường gặp nhiều khó khăn, dẫn đến hầu hết các nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc xác định giá trị trung bình hoặc ghi lại dưới dạng ảnh Hơn nữa, các phương tiện xử lý kết quả thí nghiệm cũng bộc lộ nhiều hạn chế, đặc biệt khi nghiên cứu các quá trình động lực học của máy núi nói chung và động lực học chuyển động của ụ tụ núi riêng.

Ngày nay, nhiều thiết bị ủo hiện đại kết hợp với máy vi tính cho phép ghi lại nhiều thông số với độ chính xác cao, lưu trữ các giá trị ủo theo thời gian Điều này giúp ghi lại quá trình chuyển động của ụ tụ và cung cấp thông tin hữu ích cho các nghiên cứu sau này Ví dụ, việc sử dụng sensor xác định vận tốc của ụ tụ V1 kết hợp với phần mềm DASYLAB 7.0 cho phép ghi lại vận tốc chuyển động theo phương dọc và ngang của thân xe Dựa trên dữ liệu này, các kết quả thí nghiệm có thể được xử lý để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo như xác định gia tốc và quán tính của ụ tụ ở các thời điểm khác nhau Đây là những tiến bộ nổi bật trong nghiên cứu các đặc tính động học và động lực học của ụ tụ Hơn nữa, việc kết hợp sử dụng các đầu ủo lực và mô men cựng với sensor vận tốc V1 sẽ mở rộng khả năng nghiên cứu các quá trình động lực học bằng thực nghiệm, nâng cao ý nghĩa của các kết quả nghiên cứu.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về động lực học chuyển động của vật chất đã đạt được những thành tựu đáng kể, bao gồm cả lý thuyết và thực nghiệm.

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu các đặc tính động lực học của xe ô tô nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho việc đánh giá chất lượng động lực học chuyển động của một số loại xe với hệ thống truyền lực cơ học và thủy cơ Mục tiêu là giúp người sử dụng tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và đảm bảo an toàn trong quá trình chuyển động.

Nhiệm vụ nghiờn cứu ủề tài: ðể ủạt ủược mục tiờu trờn, trong ủề tài ủó thực hiện ủược cỏc nhiệm vụ chớnh sau ủõy:

- Xõy dựng mụ hỡnh nghiờn cứu khảo sỏt ủặc tớnh ủộng lực học của ụ tô có hộp số cơ học với ô tô có hộp số thủy cơ

- Nghiờn cứu thực nghiệm ủể biết ủược một số thụng số ủộng lực học của loại ô tô nghiên cứu

Bài viết này phân tích và so sánh lý thuyết với thực nghiệm để đưa ra những kết luận cụ thể về sự tương đồng và khác biệt trong đặc tính động lực học giữa ô tô trang bị hộp số cơ học và ô tô sử dụng hộp số thủy cơ Qua nghiên cứu, chúng ta nhận thấy rằng mỗi loại hộp số đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành và trải nghiệm lái xe Sự khác biệt này không chỉ thể hiện ở khả năng tăng tốc mà còn ở mức độ tiết kiệm nhiên liệu và độ bền của hệ thống truyền động.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI

Chất lượng động lực học của ụ tụ được đánh giá qua khả năng khởi hành và tăng tốc với các tải trọng khác nhau, ở các số truyền khác nhau, trong những điều kiện đường xá khác nhau Những khả năng này thường được thể hiện trên đường đặc tính động lực học của ụ tụ Để xây dựng đường đặc tính động lực học, có thể thực hiện theo hai phương pháp.

Đường đặc tính động lực học được xây dựng dựa trên việc sử dụng đường đặc tính động cơ và áp dụng các công thức toán học để tính toán các chỉ tiêu động lực học, thường được gọi là đường đặc tính lý thuyết.

- ðường ủặc tớnh ủộng lực học ủược xõy dựng theo cỏc số liệu khảo nghiệm xe trờn ủường và thường ủược gọi là ủường ủặc tớnh thực nghiệm

Khi áp dụng phương pháp đầu tiên, cần phải có đường đặc tính động cơ, một số thông số kết cấu của xe và các điều kiện sử dụng Phương pháp này có ưu điểm là tính toán đơn giản, nhanh chóng và dễ dàng đưa ra các phương án khảo sát ảnh hưởng của từng thông số Tuy nhiên, nhược điểm là không thể xem xét ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố và do phải sử dụng một số giả thiết, nên độ chính xác của các kết quả nghiên cứu có những hạn chế nhất định Đối với phương pháp thứ hai, để đo được trực tiếp các thông số, cần có các thiết bị hiện đại, đặc biệt là khả năng đo được các tín hiệu thay đổi theo thời gian với tần số cao và ghi lại quá trình diễn biến của các thông số Các loại thiết bị này thường đắt tiền, nên chỉ được trang bị ở các cơ quan nghiên cứu khoa học.

Hiện nay, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã được trang bị thiết bị phục vụ cho quá trình nghiên cứu động lực học chuyển động của xe tự hành Đề tài này sử dụng phương pháp xây dựng đường đặc tính động lực học của xe bằng thực nghiệm.

Một trong những lý do chính là các loại xe ô tô sản xuất tại Liên Xô từ những năm 1970 - 1980 gặp khó khăn trong việc cập nhật và tra cứu thông số kỹ thuật Vì vậy, việc áp dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu động lực học của các loại xe này là hợp lý, nhằm giảm thiểu chi phí nhiên liệu và cải thiện hiệu suất hoạt động.

Nội dung của phương pháp thực nghiệm phụ thuộc vào tính năng kỹ thuật của hệ thống thiết bị và phương pháp xử lý số liệu Trong luận văn này, chúng tôi xin đề xuất một phương pháp, sẽ được trình bày chi tiết trong chương kết quả nghiên cứu thực nghiệm sau đây.

KẾT LUẬN CHUNG

Qua phõn tớch tổng quan và theo mục ủớch nghiờn cứu của ủề tài này chỳng tụi cú thể rỳt ra một số kết luận sau ủõy:

Nghiên cứu đặc tính động lực học của ụ tụ có hộp số cơ học và hộp số thủy cơ cho kết quả rõ ràng và so sánh chính xác về chất lượng động lực học Hiện nay, ụ tụ có hộp số cơ học vẫn khá phổ biến, nhờ vào mối liên kết giữa bộ môn động lực Khoa Cơ tại Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội và Học viện Kỹ thuật Quân sự.

Xe – Mỏy do ủú mà rất thuận lợi cho chỳng tụi trong việc bố trớ ủịa ủiểm và ủối tượng xe cần thớ nghiệm

Việc áp dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá chất lượng động lực học, bao gồm khả năng khởi hành, tăng tốc và vượt dốc của các loại xe ô tô, đặc biệt là xe UAZ – 31512 và Toyota Crown, là vô cùng hợp lý và cần thiết.

- Thực nghiệm ủỏnh giỏ và so sỏnh chất lượng ủộng lực học của ụ tụ cú hộp số cơ học (MT) với ụ tụ cú hộp số tự ủộng (AT)

HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC THỦY LỰC

Hiện nay, hệ thống truyền lực trên ụ tụ - máy khoan sử dụng công nghệ thủy lực, bao gồm hai dạng cơ bản: truyền lực thủy động và truyền lực thủy tĩnh.

Truyền lực thủy ủộng là một phương pháp truyền động sử dụng năng lượng của chất lỏng để chuyển giao mô men xoắn từ một chi tiết làm việc này sang chi tiết làm việc khác.

Truyền lực thủy tĩnh là phương pháp truyền động sử dụng áp suất của chất lỏng để chuyển giao mô men xoắn từ một chi tiết làm việc sang chi tiết khác.

Hình 2.1 Hệ thống truyền lực thủy tĩnh

Trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh, việc truyền lực từ động cơ đến các bánh chủ động của xe được thực hiện thông qua dạng truyền động sử dụng chất lỏng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cung cấp chương trình luận văn thạc sĩ kỹ thuật, tập trung vào nghiên cứu hệ thống thủy lực Quá trình hoạt động của hệ thống thủy tĩnh được mô tả chi tiết, nhằm giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các nguyên lý và ứng dụng trong lĩnh vực này.

Khi động cơ hoạt động, cơ năng từ động cơ được bơm biến thành thủy năng, sau đó một mạch tơ lại biến thủy năng thành cơ năng cho các bánh xe truyền động Truyền động thủy tĩnh đảm nhiệm chức năng của ly hợp và hộp số, thay thế các số truyền vụ cấp Chất lỏng trong hệ thống làm việc theo chu trình khép kín (bơm - ống dẫn - động cơ thủy lực) Để nâng cao hiệu suất sử dụng, người ta sử dụng loại mạch tơ có hai chế độ làm việc (chế độ bơm thủy lực và chế độ động cơ thủy lực), trong đó mạch tơ piston hiện đang được sử dụng rộng rãi trên ô tô và máy kéo.

Hình 2.2 Sự phối hợp của bơm và mô tơ thuỷ lực

Trong quá trình làm việc của bơm và động cơ thủy lực, có sự chuyển đổi giữa cố định và biến đổi, cùng với sự phối hợp của các yếu tố này, dẫn đến việc chế tạo và phân loại các thiết bị một cách hợp lý.

- Bơm chuyển ủổi cố ủịnh truyền ủộng cho mụ tơ chuyển ủổi cố ủịnh

- Bơm chuyển ủổi biến ủổi truyền ủộng cho mụ tơ chuyển ủổi cố ủịnh

- Bơm chuyển ủổi cố ủịnh truyền ủộng cho mụ tơ chuyển ủổi biến ủổi

- Bơm chuyển ủổi biến ủổi truyền ủộng cho mụ tơ chuyển ủổi biến ủổi Trờn hỡnh biểu diễn hỡnh 2.2 Hệ thống này cú nhiều ưu ủiểm

Những ưu ủiểm của truyền ủộng thủy tĩnh:

- Là loại truyền ủộng thay ủổi vụ cấp với khoảng rất rộng

- ðiều khiển dễ dàng, êm dịu không bị gối trục

- Sang số khi ủang chạy, vậy thuận lợi khi xe chạy trờn ủường cú ủịa hình phức tạp

- Cho mụ men lớn nờn dễ khởi ủộng

- Giảm ủược một số cụm, cơ cấu (hộp số, ly hợp), nờn kết cấu gọn, ủem lại lực lớn

- Giảm tải trọng ủột biến, làm tăng tuổi thọ cho hệ thống, chăm súc bảo dưỡng dễ dàng

Cụ thể, việc lắp đặt bơm ủ để truyền động cho các bộ phận khác như hệ thống nâng hạ và các phần phía sau của xe sẽ nâng cao khả năng hoạt động của xe.

Hệ thống thủy lực có nhược điểm là làm việc với áp suất cao (8 - 35 MN/m²), yêu cầu vật liệu chế tạo phải có độ bền cao và công nghệ sản xuất chính xác Điều này dẫn đến việc lắp đặt khó khăn và hiệu suất làm việc chỉ đạt khoảng 0.75 - 0.85, phụ thuộc vào chất lượng và nhiệt độ dầu Tuy nhiên, nhờ vào nhiều ưu điểm, hệ thống này vẫn được ứng dụng rộng rãi trong các máy móc và thiết bị công nghiệp.

Như ta ủó biết ly hợp ma sỏt khụng cho phộp trượt lõu dài khi làm việc, vì sự hao mòn, hư hỏng tăng nhanh

Ly hợp hoặc biến mụ thủy lực giúp cho phốp hoạt động hiệu quả trong điều kiện trượt lâu dài giữa bơm chủ động và bơm bị động Điều này cho phép trục khuỷu của động cơ quay ở tốc độ cao một cách ổn định.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đang nghiên cứu về luận văn thạc sĩ kỹ thuật, tập trung vào việc phát triển các tụ điện và mỏy kộo chuyển động với vận tốc thấp Nghiên cứu này cho thấy khả năng tăng tốc nhanh chóng ngay cả khi mô men đạt giá trị lớn.

Hiện nay, trên ô tô và máy kéo, hệ thống truyền lực thủy cơ được trang bị phổ biến bên cạnh hộp số cơ khí Hệ thống này chủ yếu bao gồm ba loại chính.

- Ly hợp thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí

- Biến mô thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí a Ly hợp thủy lực

Trong cỏc HTTL, ly hợp ma sỏt là loại hoạt ủộng theo nguyờn tắc ma sỏt khụ, ly hợp thủy lực ủược truyền mụ men bằng chất lỏng [22, 24]

Hình 2.3 Ly hợp thủy lực

1 - Tuabin; 2 - Hướng dòng chảy; 3 - Dòng chảy trung bình; 4 – Bánh bơm;

5 - Vòng trong; 6 - Vòng ngoài;7 - Trục ra; 8 - Vòng làm kín

Ly hợp thủy lực cú 4 bao gồm bơm (bơm chủ động) kết nối với bồn chứa, và tuabin (bơm bị động) gắn với trục sơ cấp của hộp số Bên trong bơm và tuabin có các cánh dẫn dầu được ghép nối, tạo thành một hộp kín chứa đầy dầu, như thể hiện trong hình 2.3.

I - trục dẫn ủộng; II - trục bị dẫn

1 - moayơ cố ủịnh; 2 - khớp một chiều;

Khi làm việc, động cơ quay làm cho bơm quay theo, khiến dầu trong không gian các cánh bơm chịu lực ly tâm chuyển động từ phía tâm trục ra xa trục quay, sau đó thoát ra khỏi bơm vào tuabin Dầu tạo ra lực xung tác dụng vào các cánh của tuabin, làm cho tuabin quay theo cùng chiều với bơm.

Trong quá trình hoạt động của bơm và tuabin, thường xảy ra hiện tượng trượt nhẹ giữa hai bơm, dẫn đến sự khác biệt giữa tốc độ bơm (n_b) và tốc độ tuabin (n_t), trong đó n_t thường nhỏ hơn n_b Điều này khiến hiệu suất truyền động luôn nhỏ hơn 1 Khi xe hoạt động, tỷ lệ trượt tối thiểu được ghi nhận là 2%.

LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ðỘNG

2.2.1 Cỏc ủường ủặc tớnh của ủộng cơ

Các đặc tính động lực học của ô tô liên quan chặt chẽ đến quá trình thiết kế, chế tạo và sử dụng Động cơ chủ yếu được trang bị trên các xe ô tô là động cơ đốt trong loại piston Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế thể hiện rõ ràng trên đường đặc tính làm việc của nó Đặc tính làm việc của động cơ chi phối cấu tạo và khả năng hoạt động của nó Do đó, việc nắm vững các đường đặc tính của động cơ là cần thiết để giải quyết các vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô, như nghiên cứu các tính năng cơ và tính năng động lực học của ô tô Đường đặc tính của động cơ được chia thành hai loại: đường đặc tính tốc độ và đường đặc tính tải trọng Đường đặc tính tốc độ là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất hiệu dụng, mô men quay, chi phí nhiên liệu theo số vòng quay hoặc theo tốc độ góc của trục khuỷu.

Các loại động cơ diesel lắp trên máy phát điện đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi có tải trọng ngoài (momen cản).

Tốc độ của động cơ Diesel phụ thuộc chủ yếu vào tính năng của bộ điều tốc, còn được gọi là đường đặc tính tự điều chỉnh.

Cú 2 loại ủường ủặc tớnh tự ủiều chỉnh [4], [7]:

- ðường ủặc tớnh tốc ủộ ngoài gọi là ủường ủặc tớnh ngoài

- ðường ủặc tớnh cục bộ

Các đường đặc tính của động cơ được nhận diện thông qua khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dụng Đường đặc tính ngoài của động cơ được xác định khi tiến hành khảo nghiệm ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi điều chỉnh tay thước nhiên liệu.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu về luận văn thạc sĩ kỹ thuật liên quan đến động cơ diesel và động cơ xăng Khi tay ga hoặc bướm ga được đặt ở vị trí trung gian, sẽ tạo ra đường đặc tính cục bộ cho động cơ Các động cơ được lắp bộ điều tốc sẽ có đường đặc tính ngoài và đường đặc tính cục bộ, phụ thuộc vào vị trí tay ga.

Trong chế độ làm việc danh nghĩa, động cơ hoạt động với công suất tối đa N emax và chi phí nhiên liệu tối thiểu g emax, cho thấy hiệu quả cao nhất Ở chế độ này, các chỉ tiêu của động cơ được gọi tương ứng là công suất định mức N m = N emax, mô men quay định mức M n, và số vòng quay định mức n n.

Khoảng biến thiên tốc độ của động cơ từ số vòng quay định mức đến số vòng quay chạy không tải phụ thuộc vào đặc điểm của bộ điều tốc Phần đồ thị tương ứng khoảng tốc độ định mức – không tải được gọi là miền tự điều chỉnh (các đường đồ thị có dạng đường thẳng), trong khi miền tốc độ nhỏ hơn định mức là miền không có điều tốc hoặc miền quá tải (các đồ thị dạng đường cong) Ở miền quá tải, công suất của động cơ giảm trong khi chi phí nhiên liệu tăng, dẫn đến hiệu quả làm việc kém Bên cạnh đó, các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn, gây ra sự ma sát các chi tiết cũng kém do tốc độ quay của trục khuỷu thấp, làm tăng tốc độ mài mòn Vì vậy, không nên sử dụng động cơ ở miền quá tải trong thời gian dài, chỉ nên sử dụng để khắc phục các hiện tượng quá tải tức thời Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm, và sau khi đạt giá trị cực đại M max, nếu tải trọng tiếp tục tăng, mô men động cơ sẽ giảm xuống và ngừng quay Do đó, động cơ chỉ có thể hoạt động với tải trọng M c < M max tương ứng với tốc độ quay n > nM.

Trên hình 2.7, biểu diễn đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng được thể hiện khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b) Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải, hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và được xác định rõ ràng.

Trong ủú : M max - mụ men quay cựcủại của ủộng cơ

M n - mụ men quay ủịnh mức của ủộng cơ

Động cơ xăng có hai loại: không hạn chế số vòng quay và có hạn chế số vòng quay Động cơ có hệ số thích ứng lớn sẽ khắc phục hiện tượng quá tải tốt hơn Đối với động cơ diesel, hệ số thích ứng thường nằm trong khoảng 1.1 đến 1.25, trong khi động cơ xăng có hệ số từ 1.1 đến 1.35 Khi làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, người lái có thể không kịp điều chỉnh ga hoặc thay số, dẫn đến nguy cơ hỏng máy Do đó, nên sử dụng công suất động cơ nhỏ hơn công suất định mức và chỉ cho phép hoạt động lâu dài trong phạm vi tự điều chỉnh Mức độ sử dụng công suất động cơ được xác định bởi hệ số sử dụng tải trọng.

Trong ủú: Mc là mụ men cản ủặt trờn trục khuỷu ;

Mn là mụ men quay của động cơ, và đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như tài liệu kỹ thuật để đánh giá khả năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ Trong lý thuyết, tụ thường được sử dụng để tính toán các đặc tính động lực học.

Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể thực hiện thông qua thực nghiệm Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đối, phương pháp giải tích kết hợp với một số công thức hoặc thực nghiệm cũng có thể được áp dụng Một trong những công thức thường được sử dụng là công thức S.R Lay Dechman.

Trong ủú: Ne, n - cụng suất hiệu dụng và tốc ủộ quay của ủộng cơ tương ứng với một ủiểm bất kỳ trờn ủường ủặc tớnh ngoài;

Nn, nn là công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay định mức; a, b, c là các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ Đối với động cơ xăng, a = b = c = 1; trong khi đối với động cơ diesel 4 kỳ, a = 0,5 đến 0,7; b = 1,5 đến 1,3; c = 1 Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức.

Trong ủú: Ne - cụng suất ủộng cơ, kW n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph

Me - mụ men quay của ủộng cơ, Nm

Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3), (2.4) ta có thể xây dựng ủược một cỏch gần ủỳng cỏc ủường cong Ne = f(n) và Me = f(n)

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật về đường ủặc tớnh tải trọng, biểu diễn mối quan hệ giữa công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu, chi phí nhiên liệu giờ GT và mô men quay của động cơ Me, như thể hiện trong hình 2.8.

Hỡnh 2.8 ðường ủặc tớnh tải trọng của ủộng cơ

Bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối quan hệ trong nghiên cứu tương tự như phân tích trên đường đặc tính tốc độ Tuy nhiên, đường đặc tính tải trọng lại thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu, đặc biệt khi xem xét các tính năng kéo của động cơ Sự điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng có thể cung cấp khoảng thay đổi rộng hơn so với đường đặc tính tốc độ, giúp xác định giá trị của các thông số trên đồ thị chính xác hơn Mặc dù vậy, để đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ, đường đặc tính tốc độ vẫn thể hiện rõ ràng hơn và dễ dàng so sánh giữa các động cơ thông qua chỉ phí nhiên liệu riêng biệt.

Khi ụ tụ hoạt động, công suất và mô men xoắn của động cơ được truyền qua hệ thống truyền lực đến các bánh xe chủ động, từ đó tạo ra chuyển động tịnh tiến của ụ tụ Hình 2.9 trình bày sơ đồ đơn giản của hệ thống này.

TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ

2.3.1 Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất

Năng suất vận chuyển được xác định bởi khối lượng hàng hóa và quãng đường vận chuyển trong một đơn vị thời gian, phụ thuộc vào trọng tải và tốc độ chuyển động trung bình của ụ tụ Hai yếu tố này lại liên quan đến các đặc tính kỵ bẩm và đặc tính động lực học của ụ tụ Để phân tích đặc tính kỵ và đặc tính động lực học, người ta thường sử dụng đồ thị cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng công suất.

Xột trường hợp tổng quỏt khi ụ tụ chuyển ủộng với tốc ủộ khụng ổn ủịnh trờn dốc w k f j

P =P ±P α ±P ±P (2.25) Trong ủú: P k - lực kộo tiếp tuyến;

Pα - là lực cản dốc: P f = G a sin α (2.27)

Lực cản không khí, ký hiệu P w, được tính bằng công thức P w = k v w 2, trong đó f là hệ số cản lăn, k w là hệ số cản của không khí, và v là vận tốc tương đối giữa ụ tụ và khụng khớ Hệ số δ a phản ánh ảnh hưởng của các khối quay trên ụ tụ, trong khi j và g đại diện cho gia tốc của ô tô và gia tốc trọng trường Trong phương trình (2.25), việc sử dụng dấu (+) hoặc (-) trước P α phụ thuộc vào hướng chuyển động của xe, trong khi Pj lại liên quan đến việc xe chuyển động nhanh hay chậm dần.

Phương trình (2.25) có thể viết lại dưới dạng khai triển:

Cỏc thành phần P f ,và P α ủặc trưng cho lực cản của mặt ủường và cú thế gộp chung lại, ký hiệu P ψ :

Trong ủú : P ψ - ủược gọi là hệ số cản chung của mặt ủường ψ - hệ số cản mặt ủường; ψ = f.cosα ± sinα (2.32)

Phương trình (2.30) có thể viết lại: w k j

P =P ψ ±P ±P (2.33) Trường hợp chuyển ủộng ủều trờn ủường ngang k f

P = P + Pw hoặc P k = f G + k v w 2 (2.34) b ðồ thị cân bằng lực kéo

Lực kéo tiếp tuyến Pk của ô tô được xác định bởi mô men quay Me của động cơ và tỷ số truyền i trong hệ thống truyền lực Đồng thời, vận tốc chuyển động v cũng phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ ωe, tỷ số truyền i và độ trượt δ.

Trong ủú: v t - vận tốc lý thuyết: v t r k e i

Mặt khác quan hệ giữa mô men quay Mc và vận tốc quay ω e là quan hệ phụ thuộc và ủược biểu thị trờn ủường ủặc tớnh của ủộng cơ M e = f(ω e )

Do ủú lực kộo tiếp tuyến Pk và mụ men ủộng cơ Me cũng cú thể biểu thị theo hàm số vận tốc:

Mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến Pk và các thành phần lực cản của ụ tụ phụ thuộc vào vận tốc chuyển động v, thường được biểu diễn bằng đồ thị Đồ thị này được gọi là đồ thị cân bằng lực kéo, giúp minh họa các yếu tố ảnh hưởng đến lực kéo một cách trực quan, mặc dù việc biểu diễn bằng các biểu thức toán học gặp khó khăn do sự phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác.

Trước tiên, chúng ta xem xét trường hợp đơn giản với giả thiết không có trượt, tức là σ = 0, và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc, f = const Dạng đồ thị của lực kéo được minh họa trong hình 2.6.

Hỡnh 2.12 ðồ thị cõn bằng lực kộo khi ủộ trượt δ = 0

- Xõy dựng ủường cong lực kộo tiếp tuyến P k = f(v)

- Thay ωe vào cụng thức (2.35) ủể tớnh vận tốc thực tế v

Cặp giỏ trị Pk và v cho phép xác định một điểm trên đồ thị Pk = f(v) Qua đó, chúng ta có thể xác định nhiều điểm ứng với các giá trị khác nhau của Me và xây dựng các đường cong Pk = f(v) cho từng số truyền Hình 2.12 minh hoạ cho ba số truyền với các ký hiệu Pk1, Pk2, Pk3.

- Xõy dựng ủường lực cản mặt ủường P ψ = f(v)

Khi giả thiết f = const, lực cản Pψ tại mỗi góc dốc α được xác định là một hằng số P = const Trên đồ thị, lực cản này được biểu diễn bằng một đường thẳng song song với trục hoành Giá trị của Pψ được xác định theo công thức (2.32).

- Khi lên dốc (α > 0) : P ψ =( f cosα+sinα) G a =P f +P α

- Xõy dựng ủường lực cản tổng cộng P ψ + P ω = f v ( )

- Khi lên dốc: P ψ +P ω =( f cosα+sinα) G a +W.v 2

Qua ủồ thị cõn bằng lực kộo, chúng ta nhận thấy rằng dạng của các ủường cong Pk = f(v) tương tự như dạng ủường cong Me = f(ωe) Điều này cho thấy mối liên hệ giữa lực kộo tiếp tuyến P kmax và mụ men quay của ủộng cơ Memax trong một số truyền giỏ trị cực đại.

Vận tốc tương ứng với giá trị Pkmax được gọi là vận tốc giới hạn vk Khi vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn (v < vk), lực kéo tiếp tuyến Pk sẽ giảm do mô men quay của động cơ giảm.

Khi vận tốc v nhỏ hơn vận tốc khởi động v k, động cơ không tự trở lại trạng thái cũ mà chỉ dừng lại do tốc độ quay giảm dần Điều này có nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v < v k Điểm giao nhau của lực cản tổng cộng P k + P ψ = f(v) và lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v) là điểm cân bằng khi chuyển động ổn định, xảy ra tại vận tốc cực đại v = vmax Trên hình 2.6, điểm B ứng với trường hợp chuyển động trên mặt phẳng ngang và điểm A tương ứng với khi lên dốc Ở mỗi số truyền, khi v < vmax, đường cong Pmax nằm trên đường cong.

Pψ + Pw nghĩa là dư lực kộo Hiệu số Pk – ( Pψ + Pw) = Pd ủược gọi là lực kộo dư

Phần lực kộo dư có vai trò quan trọng trong việc tạo ra khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản dốc, đặc biệt là với những đoạn dốc lớn Do đó, khả năng vượt dốc được xác định bởi sự chênh lệch giữa vận tốc hiện tại (vk) và vận tốc tối đa (vmax).

Khi v= vmax thỡ lực kộo dư ủạt giỏ trị lớn nhất Pd = Pdmax và khả năng tăng tốc sẽ lớn nhất

Khi vận tốc đạt tối đa (v = vmax), lực kéo (P d) bằng 0 và không còn khả năng tăng tốc hoặc vượt dốc lớn hơn Để vượt dốc lớn hơn, cần chuyển sang số truyền thấp hơn Trong điều kiện làm việc xác định, với lực cản mặt đường được xác định, nếu muốn giảm tốc độ di chuyển, có thể giảm ga Khi xe di chuyển, lực tác động sẽ làm việc với trường đặc tính riêng, và đường cong M e = f(ω e) sẽ thấp hơn so với trường hợp cung cấp nhiều liệu cực đại Điểm cắt B’ trên đồ thị là ví dụ khi làm việc ở số truyền 3, với vận tốc v0 < vmax.

Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất Pkmax phụ thuộc vào mô men quay của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, nhưng cũng bị giới hạn bởi điều kiện Pkmax = Pφ Do đó, lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy hiệu quả khi Pk < Pφ.

Phương trình hoặc đồ thị cân bằng lực kéo chỉ rõ mối quan hệ giữa lực và các yếu tố động lực học của hệ thống vận chuyển Để đánh giá chỉ tiêu năng lượng, cần xem xét sự cân bằng công suất trong quá trình hoạt động của máy dưới các điều kiện chuyển động khác nhau.

2.3.2.1 Phương trình cân bằng công suất

Từ phương trình cân bằng lực kéo (2.20) có thể suy ra phương trình cân bằng công suất bằng cách nhân hai vế của phương trình với vận tốc v: w w. k j

Trong ủú: Nk - cụng suất truyền cho bỏnh chủ ủộng ;

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 37 k e m

Ne – cụng suất hiệu dụng của ủộng cơ, kW ηm - hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực,

Nψ - cụng suất hao tổn do lực cản mặt ủường, kW

Nj - công suất hao tổn do lực cản quán tính, kW

Nw - công suất hao tổn do lực cản không khí, kW

2.3.2.2 ðồ thị cân bằng công suất kéo

Phõn tớch tương tự như khi xây dựng đồ thị côn bằng lực kéo, cho thấy mối quan hệ giữa công suất kéo và công suất hiệu dụng Ne của động cơ Hình 2.13 minh họa sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne vào tốc độ chuyển động v.

Cho giá trị Ne tính theo công thức (2.38)

Từ ủường cong Ne =f(ωe) xỏc ủịnh tốc ủộ quay ωe ứng với Ne ủó cho, sau ủú sử dụng cụng thức (2.36) tớnh vận tốc v

Cặp giỏ trị N e , v xỏc ủịnh một ủiểm trờn ủồ thị Xõy dựng nhiều ủiểm và nối lại ta ủược toàn bộ ủường cong N e =f(v) của số truyền ủó cho

Bằng cỏch như vậy sẽ xõy dựng ủược cỏc ủường cong N e = f(v) cho cỏc số truyền khác nhau

Hình 2.13 ðồ thị cân bằng công suất

Cỏc ủường cong Nk = f(v) cũng ủược xõy dụng tương tự vỡ tỷ lệ thuận với N e theo biểu thức (N k = N e η m )

Cỏc thành phần cụng suất ủể khắc phục cỏc thành phần lực cản ủược xõy dựng dựa trờn cỏc cụng thức tớnh toỏn tương ứng sau ủõy:

Cụng suất ủể khắc phục lực cản dốc:

N = f.cosα + sinα G vψ ( ) a (2.39) ðồ thị biểu diễn Nψ =f(v) là ủường tuyến tớnh

Cụng suất ủể khắc phục lực cản tổng cộng:

NHÂN TỐ ðỘNG LỰC HỌC VÀ ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC

2.3.1 Nhõn tố ủộng lực học ụ tụ

Phương trình cân bằng lực kéo và công suất có thể áp dụng để phân tích động lực học của một loại ụ tụ vận chuyển cụ thể Tuy nhiên, không thể sử dụng các phương trình này để so sánh động lực học giữa các ụ tụ khác nhau, vì trọng lượng và đặc tính kỹ thuật của chúng có sự khác biệt Để so sánh động lực học của các ụ tụ vận chuyển khác nhau, người ta sử dụng một thông số đặc trưng về động lực học không có thứ nguyên, được gọi là nhân tố động lực học.

Nhân tố ủộng lực học được xác định bằng tỷ số giữa phần lực kéo tiếp tuyến sau khi trừ lực cản khụng khớ (P k - P w) và trọng lượng toàn bộ G a của ụ tụ vận chuyển.

Nếu ký hiệu nhõn tố ủộng lực học là D ta cú : k w a

Từ phương trình cân bằng lực kéo (2.20) ta có thể rút ra hiệu số (Pk- Pw) rồi thay vào biểu thức (2.42) nhận ủược:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 40 δ a

Trong ủú: δ a - là hệ số tớnh ủến ảnh hưởng của cỏc khối lượng chuyển ủộng quay;

Biểu thức (2.43) biểu thị mối quan hệ giữa nhõn tố ủộng lực học và ủiều kiện chuyển ủộng ( thụng qua hệ số cản mặt ủường ψ và gia tốc j )

Khi ụ tụ chuyển ủộng ủều (j = 0) thỡ nhõn tố ủộng lực học tớnh bằng hệ số cản chung của mặt ủường:

Nếu ụ tụ chuyển ủộng ủều trờn ủường nằm ngang, tức là j = 0 và α = 0, thỡ nhõn tố ủộng lực học bằng hệ số cản lăn:

Giỏ trị của nhõn tố ủộng lực học cũn phụ thuộc vào cỏc thụng số kết cấu của ô tô thể hiện qua biểu thức: k w e m v 2 a k a

  (2.44) Qua biểu thức (2.44), ta nhận thấy rằng giỏ trị của nhõn tố ủộng lực học

D phụ thuộc vào các yếu tố kết cấu và cụ thể xác định cho từng loại số truyền Ở số truyền thấp, tỷ số truyền i lớn hơn và vận tốc v thấp hơn, dẫn đến nhân tố động lực học D lớn hơn so với số truyền cao Do đó, khi làm việc ở số truyền 1, nhân tố động lực học sẽ đạt giá trị lớn nhất so với các số truyền khác.

Nhân tố động lực học thường bị hạn chế bởi điều kiện bề mặt của các bề mặt tiếp xúc Khi Pkmax = Pφ, nhân tố động lực sẽ đạt giá trị cực đại.

Trong ủú : φ - hệ số bỏm của bỏnh xe chủ ủộng;

Zk - phản lực phỏp tuyến của mặt ủường lờn bỏnh chủ ủộng; k k

Z = λ G; λk - hệ số phõn bố tải trọng trờn cầu chủ ủộng;

Trọng lượng của ô tô (G) ảnh hưởng đến hệ số λ, trong đó đối với ụ tụ cú tất cả các bành chủ động, λ = 1 Đối với ụ tụ chỉ có cầu, λ dao động từ 0,62 đến 0,67 Hệ số λ còn phụ thuộc vào sự phân bố hàng hóa trên thùng xe, do đó giá trị của nó có thể thay đổi.

Nhân tố ủộng lực học D đặc trưng cho khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường Giá trị của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyển động của các ụ tụ.

Nhân tố ủộng lực học là yếu tố không thể thiếu, được sử dụng để đánh giá và so sánh đặc tính ủộng lực học của các loại vật liệu khác nhau hoặc cùng một loại vật liệu làm việc ở các điều kiện khác nhau.

2.3.2 ðặc tớnh ủộng lực học của ụ tụ ðể dễ nhận thấy quy luật thay ủổi giỏ trị của nhõn tố ủộng lực học D trong sự phụ thuộc vào cỏc yếu tố cấu tạo, ủiều kiện mặt ủường và vận tốc chuyển ủộng ta cú thể biểu diễn cỏc mối quan hệ ủú dưới dạng ủồ thị hàm số

Đồ thị D = f(v) thể hiện mối quan hệ giữa nhõn tố ủộng lực học D và vận tốc v, với trục hoành là vận tốc và trục tung là nhõn tố ủộng lực học Khi ụ tụ chở ủầy tải và ủộng cơ hoạt động ở chế độ toàn tải, mối quan hệ này được gọi là ủường ủặc tớnh ủộng lực học của ụ tụ, hay còn gọi tắt là ủường ủặc tớnh ủộng lực học.

Hình 2.14 mô tả dạng đường đặc tính động lực học D với giá trị các bánh xe chủ động không bị trượt (δ = 0) và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động (f = const).

Hình 2.14 trình bày đặc tính động lực học của ụ tụ đường, được xây dựng dựa trên đường đặc tính tải trọng hoặc đường đặc tính tải trọng của động cơ Quy trình xây dựng tương tự như việc xây dựng các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk trên đồ thị côn bằng lực kéo Cụ thể, ta sử dụng công thức (2.36) để tính vận tốc v và công thức (2.44) để tính nhân tố động lực học D ứng với các số truyền khác nhau.

Dạng ủường cong nhõn tố ủộng lực học D = f(v) tương tự như ủường cong Me = f(ω e ) trên ủường ủặc tớnh tốc ủộ của ủộng cơ Tại mỗi số truyền, điểm cực đại của ủường cong D max tương ứng với M emax của ủộng cơ, khi ủú tốc ủộ chuyển ủộng đạt giá trị nhỏ nhất cho phộp v k Do đó, mỗi số truyền sẽ có một giá trị cực đại D max, như đã thể hiện trong hình vẽ cho số truyền 1.

Dmax) Số truyền càng cao thì giá trị Dmax càng nhỏ, nghĩa là D1max > D2max …

Nhân tố động lực học D là một yếu tố quan trọng giúp đánh giá và so sánh chất lượng động lực học của các xe khác nhau trong cùng một điều kiện sử dụng.

2.3.3 Sử dụng ủường ủặc tớnh ủộng lực học của ủộng cơ

Xỏc ủịnh vận tốc lớn nhất của ụ tụ Khi chuyển ủộng ủều trờn ủường nằm ngang:

Với trọng tải được xác định, vận tốc chuyển động cực đại sẽ đạt được khi di chuyển trên đường nằm ngang (α = 0) Khi nhân tố động lực học chính bằng hệ số cản lăn D = f, ta có thể kẻ đường biểu diễn f song song với trục hoành và cắt đường nhân tố động lực học D tại điểm B Từ điểm B, khi dừng xuống trục hoành, ta sẽ xác định được vận tốc cực đại Vmax Trong trường hợp này, vận tốc cực đại sẽ đạt được với tỷ số truyền 4.

- Khi chuyển ủộng lờn dốc:

Khi chuyển ủộng lờn dốc (α > 0), D = ψ = fcosα + sinα ðiểm cắt nhau giữa ủường hệ số cản ψ và ủường nhõn tố ủộng lực học D sẽ là ủiểm A

Khi ủú vận tốc cũng ủạt lớn nhất vmax nhưng nhỏ hơn so với trường hợp chuyển ủộng trờn ủường nằm ngang

Khi hệ số cản chung ψ (đối với α > 0) hoặc hệ số cản lăn f (đối với α = 0) không cắt yếu tố động lực học D, điều này có nghĩa là không có sự cân bằng giữa lực và công suất, dẫn đến việc không thể duy trì chuyển động ở số truyền cụ thể Để duy trì chuyển động, có thể thực hiện bằng hai cách khác nhau.

Cỏch thứ nhất: Là chuyển sang chế ủộ làm việc ở số truyền cao hơn và sẽ ủạt ủược vận tốc cực ủại vmax

PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH ðỘNG HỌC LÝ THUYẾT

Dựa trên các phân tích đã trình bày, có thể xây dựng các mối quan hệ giữa các đặc tính như: lực kéo P = f(v), công suất N = f(v), động lực học D = f(v), hoặc j = f(v), cùng với các đặc tính khởi hành s = f(v), t = f(v), và v = f(t), s = f(t) Các mối quan hệ này có thể được thiết lập nếu biết các đặc tính của động cơ M e = f(ω e ), cũng như một số thông số kết cấu của xe, đặc tính cản của mặt đường và đặc tính cản gió.

Bài viết này sẽ trình bày một số tài liệu chuyên ngành liên quan đến nghiên cứu phương pháp đánh giá tính năng động lực học của ụ tụ thông qua phương pháp thực nghiệm, với chi tiết sẽ được đề cập ở chương thứ 4 Do đó, phần này sẽ không khảo sát các đặc tính trên theo phương pháp lý thuyết cho loại xe đang nghiên cứu.

XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC LÝ THUYẾT

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	4,25 MB