Chương III TÍNH TOÁN SỨC KÉO I. Các dạng tính toán dức kéo. Tính toán sức kéo là thiết lập mối quan hệ giữa các thông số chất lượng kéo, thông số vận tốc với các thông số kết cấu của toàn xe và các cụm của nó. Nói các khác tính toán sức kéo là xác định các thông số cơ bản của động cơ, của hệ thống truyền lực để đảm bảo cho xe có vận tốc lớn nhất trên đường tốt, có khả năng chuyển động trên các loại đường có hệ số cản lớn. Có hai dạng tính toán sức kéo:  Tính toán kiểm nghiệm.  Tính toán thiết kế 1. Tính toán theo kiểm nghiệm. a. phạn vị ứng dụng:  với các cầu xe có sẵn.  Các thông số kết cấu cơ bản của xe đã biết (như e N , h i , 0 i , k r …). b. mục đích: Xác định các thông số đánh giá chất lượng kéo (D,v…) chất lượng vận tốc, tìm ra khả năng hoạt động của xe. c. Thông số ban đầu (đầu vào): trọng lượng toàn bộ xe G , công thức bánh xe, đặc tính ngoài của động cơ, h i , 0 i , δ , K , điều kiện đường ( f , ϕ , α …). Nếu không đủ các thông số trên thì tham khảo xe cùng loại. d. Nhiệm vụ tính toán theo kiểm nghiệm:  Xác định vận tốc có thể có ở điều kiện đường xá đã cho.  Xác định lực cản lớn nhất maxc P mà xe có thể khắc phục được.  Xác định khả năng tăng tốc của xe ( tt J , tt t , tt S )  Xác định các thông số đánh giá chất lượng phanh. e. Kết quả nhận được:  Đặc tính P_V.  Đặc tính D_V.  Đặc tính tăng tốc của ô tô. 2. Tính toán thiết kế. a. Phạn vi ứng dụng: khi thiết kế xe mới khi cho sẵn các yêu cầu sử dụng. b. Mục đích: xác định các thông số kết cấu của xe để thoả mãn các đặc tính sử dụng (thoả mãn các yêu cầu đặt ra). Đây là bài toán ngược với bài toán kiểm nghiệm. c. Thông số ban đầu: là các yêu cầu về kĩ thuật mà xe phải đạt được ( trọng lượng G , max v , góc dốc cần vượt, khoảng sáng gầm xe…). d. Nhiệm vụ tính toán: (để thỏa mãn mục đích đặt ra). • Xác định trong lượng xe G . • Xác định tổng số cầu xe và số cầu chủ động. • Xác định công suất động cơ e N , từ đó chọn động cơ có sẵn hay yêu cầu thiết kế động cơ mới. • Xác định khoảng động học, khoảng lực học của ô tô. • Xác định khoảng vận tốc, số lượng số truyền và hi v của từng số truyền (phân chia vận tốc cho từng số truyền). • Xác định tỉ số truyên của các cụm trong httl. • Tính toán kiểm nghiệm như trên để kiểm tra các thông số vừa tính toán. II. Đặc tính kéo và đặc tính động lực học của ô tô. 1. Đặc tính kéo. Định nghĩa. Là đồ thị biểu diễn mối quan hệ lực kéo tính theo động cơ và vận tốc của xe ở các số truyền khác nhau. k P = ( ) f v hay k P = e tl i N v η Trong đó: k P (N), e N (W), i v = e k tli r i ω (m/s), tl η . a. Phương pháp xây dựng đặc tính kéo:  Sử dụng đặc tính ngoài của động cơ, lấy một loạt các trị số khác nhau của công suất 1e N , 2e N , …, ei N trên đặc tính ứng với các 1e ω , 2e ω , … ei ω .  Tính các giá trị i v cho số truyền thứ nhất ( 1h i ).  Tính 11k P , 12k P , …, 1k i P cho số truyền đã chọn.  Cũng làm các bước tương tự cho các số ruyền tiếp theo.  Xây dụng đồ thị e N _ e ω ⇒ k P _ v . b. Cho thí dụ một đồ thị dạng k P _ v với xe 4 số truyền và từ đồ thị ta có nhận xét:  Cho phép xác định maxk P của ô tô theo động cơ (vì vẽ theo đặc tính ngoài, nhiên liệu cung cấp tối đa).  maxk P ở từng số truyền.  Không thể đánh giá chất lượng keo của xe ( vì với 2 xe có cùng một đặc tính kéo thì xe nào có trọng lượng nhỏ hơn, đặc tính khí động học tốt hơn thì có đặc tinh kéo tốt hơn). Để đánh giá chất lượng động lực học, ta phải sử dụng một thông số có kể đến yếu tố trọng lượng. Đó là nhân tố động lực học D . 2. Nhân tố động lực học D, đặc tính D_V. a. Nhân tố động lực học D . Từ phương trình cân bằng lực kéo: k P = P ψ + P ω ± j P + mk P . k P P G ω − = P G ψ + j g δ + mk P G = D ⇒ D = k P P G ω − = ψ ± i j g δ + mk P G  Không kéo moóc: D = k P P G ω − = ψ ± i j g δ .  Không kéo moóc, v const= : D = ψ .  Khi P ω = 0: D = k P G = e ϕ = lực kéo riêng của động cơ. b. Đặc tính D_V. Nhân tố động lực học D của ô tô có thể biểu diễn bằng đồ thị. Đồ thị nhân tố động lực học biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học D và vận tốc chuyển động của ô tô v khi ô tô có tải trọng đầy và động cơ làm việc với chế độ toàn tải. D = ( ) f v Phương pháp xây dựng : Điểm đặc biệt:  Hình dạng tương tự như P_V.  Điểm bắt đầu ứng với d v .  Điểm M ứng với max D .  K điểm kết thúc đường đặc tính.  T điểm ứng với maxe N , thường gọi là điểm tính toán.  Vận tốc của ô tô trong khoảng mỗi số truyền từ d v đến k v .  Vận tốc ứng với điểm i M có maxi D gọi là vận tốc tới hạn. v > th v là vùng làm việc ổn định của ô tô. v < th v là vùng làm việc không ổn định của ô tô. Giữa các đường đặc tính của các số truyền có khoảng trùng điệp. Vì vậy khi đổi số, ô tô đều làm việc ở khu vực có tốc độ ổn định. c. Nhân tố theo điều kiện bám. Trong một số trường hợp, bánh xe của ô tô có thể bị trượt nên không sử dụng hết khả năng động lực học của ô tô. Ví dụ trên đường trơn, ϕ nhỏ ⇒ lực kéo cực đại bằng lực bám. maxk P = P ϕ = .G ϕ ϕ ⇒ D = k P P G ω − = 2 .G KFv G ϕ ϕ − Điều kiên cần và đủ để xe chuyển động được là: ϕ ≤ D ≤ D ϕ d. Đặc tính D_V khi tải trọng thay đổi. Trong sử dụng G  ⇒ D  , đánh giá chất lượng động học trong các trường hợp khi G  ? x x D G = DG ⇔ x D = D x G G Đường đặc tính động lực học của ô tô được lập ra bên góc phần tư bên phải của đồ thị tương ứng với trường hợp ô tô có tải trọng đầy, góc phần tư bên trái của đồ thị ta vạch từ gốc toạ độ những tia làm với trục hoành các góc β khác nhau với điều kiện tg β = x D D = x G G . Như vậy ứng với mỗi tải trong x G thì ta vẽ được một tia trên đồ thị. Nếu x G = G thì tg β = 1, tia làm với trục hoành một góc 45 độ. Các tia hợp với trục hoành góc lớn hơn 45 ứng với x G > G (quá tải), các tia ứng với góc nhỏ hơn 45 ứng với x G < G (chưa đầy tải). e. Sử dụng đồ thị D_V.  Xác định v theo điều kiện đường ψ cho trước. Khi α = 0, đường tốt ( f = 0,01 – 0,02) ⇒ v = max v của ô tô. Khi biết 1 ψ và quá tải 140% ⇒ ' v (tối đa). Chọn v và ψ hợp lý ở điều kiện đường cho trước. Giả thiết cho 1 ψ và D ϕ ( 1 ψ < D ϕ ) ⇒ xe có thể chuyển động ở một phần số 3 và cả số 2. không đi được ở số 1 vì D ϕ < D .  Xác định được max ψ xe có thể khắc phục được khi cho trước v . Cũng xác định được góc dốc xe vượt được vì D = ψ ; ψ = cosf α + sin α . Nếu biết trước f và D có thể tính được α . sin α = 2 2 1 1 1 2 1 1 1 D f f D f − + − + Nếu 2 1 f << 1 ⇒ sin α = 2 1 1 1 1D f D− − . Nếu 1 D = max D ⇒ max α với max sin α = 2 max 1 max 1D f D− − .  Xác định khả năng tăng tốc của xe. Khi mk P = 0 và điều kiện đường cho trước ( ψ hoặc f ). D = ψ ± j g δ Vậy ta có : j = dv dt = ( D ψ − ) g σ xây dựng được đường j = j ( D ψ − ).  Xác định được mk P (ới dv dt = 0) D = ψ + mk P G ⇒ mk P = ( D ψ − ). G III. Khoảng động học, khoảng lực học của bánh xe. Đặc tính P_V và D_V cho phép xác định khoảng động học, khoảng lực học. Từ đó cho phép đánh giá chất lượng vận tốc_chất lượng kéo của ô tô. 1. Khoảng động học k d . Định nghĩa: k d = max min t t v v = vận tốc tính toán lớn nhất/vận tốc tt nhỏ nhất. Ở đây, mint v có thể lấy từ D_V hoặc P_V ứng với điểm T(diểm tính toán có maxe N ) của số truyền 1h i . maxt v ứng với điểm T của số truyền cao nhất(thường là số truyền thẳng). Hoặc theo công thức i v = N k tli r i ω . Với hệ thống truyền lực không có hộp số phân phối và vi sai 1 cấp thì: maxt v = min N k tl r i ω = 0 N k hc c r i i i ω ; mint v = max N k tl r i ω = 1 0 N k h c r i i i ω Khi đó k d = 1h hc i i . Bảng k d của một số xe: Kí hiệu xe Công thức bánh xe Khoảng động học k d k d ∑ UAZ – 31512 4 × 4 4,124 8,000 TOYOTA LANDCRUISEU 4 × 4 4,843 9,506 GAZ – 66 4 × 4 6,480 12,720 MERCEDES BENZ UNIMOG UL 4 × 4 8,478 14,165 ZIN – 131 6 × 6 7,44O 15,475 URAL – 4320 6 × 6 7,759 12,830 KPAZ – Z55B1 6 × 6 7,969 14,771 GMC M35AZ 6 × 6 7,606 14,375 Với ô tô nhiều cầu thì hộp số phụ có 2 tỉ số truyền, có 2 khái niệm về k d :  Khoảng động học thường xuyên sử dụng k d .  Khoảng động học toàn bộ k d ∑ . Với k d = 1h hc i i . pc pc i i = 1h hc i i k d ∑ = 1h hc i i . _p thap pc i i ( _p thap i < pc i ). Khoảng động học đặc trưng cho giới hạn biến đổi vận tốc ở vận tốc góc ổn định của động cơ. Tuy nhiên ỏ đây mới xét _t toan v phụ thuộng vào tl i mà chưa đề cập đến điều kiện chuyển động cụ thể của xe. Xét về động lực học, đôi khi ở số truyền thấp ô tô không sử dụng hết khả năng động lực học của nó do không đảm bảo điều kiện bám. Ngược lại, ở số truyền cao lại không phát huy được vận tốc tối đa do không đủ nhân tố động lực học ( f < min D ở số truyền cao). Do vậy, k d cần gắn liền với khoảng lực học. 2. Khoảng lực học l d . Định gnhĩa: là khoảng tỉ số giữa lực kéo tính toán theo động cơ ở số truyền phấp và số truyền cao. l d = 1k t kct P P Trong đó: 1k t P = maxe tli ti N v η ; ti v = N k tli r i ω ⇒ l d = max min t t v v . 1tl tlc η η = k d . 1tl tlc η η . Thường thì 1tl η > tlc η nhưng số cao thương là số truyền thẳng nên có thể coi tl η = 1tl η = tlc η ⇒ l d = k d Khi xác định khoảng lực học của xe chúng ta cần lưc ý :  Điều kiển để coi sử dụng triệt để lực kéo của ô tô ở số truyền thấp là : ` 1t D ≤ D ϕ hay 1k t P P G ω − ≤ G P G ϕ ω ϕ − ⇒ 1k t P G ≤ G G ϕ ϕ ( ∗ )  Điều kiện để có thể đạt v lớn thất: ở số truyền cao (điều kiện bám tốt vì ϕ luôn ở giá trị cao): ct D ≥ min ψ hay 2k t P P G ω − ≥ min ψ ⇒ kct P G ≥ min ψ + P G ω ( ∗ ∗ ) Từ ta nhận thấy khoảng lực học tối ưu ltu d 1k t kct P P = l d ≤ min . G P G G ϕ ω ϕ ψ + = ltu d  Nếu l d > ltu d không sử dụng hết lực kéo ở số thấp hoặc klhông đủ nhân tố động lực học D để đạt max v .  Nếu l d < ltu d thì k P giảm ở số thấp ( 1t D < D ϕ ) hoặc max v ( ) ⇒ khi tính toán kéo kiểm nghiệm cần xác định l d và k d rồi so sánh chúng với ltu d để đánh giá chất lượng vận tốc và chất lượng kéo của ô tô. IV. Quátrình tăng tốc của ô tô. 1. tính năng tăng tốc của ô tô. Định nghĩa: là khả năng tăng nhanh vận tốc sau khi khởi hành hoặc sau khi đổi số. Tính năng tăng tốc được đánh giá bằng thời gian tăng tốc( tt t ) và quãng đường tăng tốc ( tt S ). Đây là hai thông số có ý nghĩa lớn. ( cho ví dụ tb v cao ở xe buýt) Quá trình tăng tốc của ô tô chia ra làm nhiều giai đoạn:  giai đoạn 1: ly hợp bắt đầu đóng, bánh xe bắt đầu lăn, lái xe tăng lượng nhiên liệu cung cấp.  giai đoạn 2, 3: bánh xe tăng tốc bx ω Z , có sự trượt của ly hợp cho đến khi ly hợp đóng hoàn toàn. Sau đó lái xe tiếp tục tăng lượng nhiên liệu, xe tăng tốc đến khi e je M M M ψ + = thì kết thúc quá trình tăng tốc. Tuy nhiên giai đoạn 1 xảy ra rất nhanh nên quá trình tăng tốc chỉ tính từ khi ly hợp đóng hoàn toàn. 2. Đồ thị tăng tốc của ô tô. Để xác định được thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của ô tô, ta cần xác định đồ thị gia tốc của xe. a. Đồ thị gia tốc của xe. Ta có : i dv dt = i j = . g δ ( i D − ψ ) với ψ = const ( điều kiện đường không đổi) ⇒ đồ thị J_V ⇒ 1 j V− b. Đồ thị thời gian tăng tốc. j = dv dt ; dt = 1 j dv ⇒ t = 1 dv j ∫ c. Đồ thị quãng đường tăng tốc. v = ds dt ⇒ dS = .v dt ⇒ S = vdt ∫ V. Xác định trọng lượng xe và số lượng cầu xe. 1. Xác định trọng lượng xe( a G ). Các thông số ban đầu:  Với xe vận tải : trọng tải  Với xe hành khách: hành khách.  Với xe dùng làm xe kéo: maxk P và các thông số khác như max α , tính chất nền đường. Với xe vận tải nhiều công dụng: (, a G là trọng lượng bản thân và tải trọng của xe, tt K hệ số tải trọng tính toán, chọn trên cơ sở xe cùng loại đã biết.) a G = t tt G K Khi tính toán sơ bộ : t G < 1,5 KN tt K = 0,5 ÷ 0,8 t G từ 30 KN trở lên. tt K = 1,2 ÷ 1,3 2. Chọn số lượng cầu xe. Việc chọn số lượng cầu xe phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến cho phép phân bố trên các cầu xe khi tham gia giao thông. Thông thường zi P ≤ 60 KN. Vì sao phải chọn nhiều cầu? Số lượng cầu quyết định tính năng thông qua của ô tô ( P ϕ = ϕ G ϕ ). Với xe vận tải, người ta thường phân bố tải trọng cho cầu sau > cầu trước để tăng G ϕ . Thường thì : G ∑ xe < 100 KN chọn 4 × 2. G ∑ xe < 160 KN chọn 6 × 4. VI. Xác định công suất lớn nhất lớn nhất của động cơ. maxe N được xác định từ điều kiện đảm bảo v cho trước của xe( thường là vận tốc lớn nhất max v mà xe có thể đạt được). Xác định maxe N theo công thức: e N . η ∑ = k P v ⇒ e N = k P v η ∑ o k P = ψ G + P ω ( ứng với max v thì j P = 0, km P = 0) o e N = maxe N = min max G P v ω ψ η + ∑ ( ∗ ) Từ ( ∗ ) ta thấy maxe N phụ thuộc vào ψ = f + i . o Trên đường nhựa tốt: f = 0,015 ÷ 0,025. o i = tg α là độ dốc: i = 0,01 ÷ 0,15. ⇒ ψ = 0,025 ÷ 0,040 maxe N phụ thuộc vào một khoảng rộng , do đó nó có thể xác định theo hệ số quy dẫn ψ và được đặt tên là 0 ψ . e N = maxe N = min max G P v ω ψ η + ∑ = 1 η ∑ . min P G ω ψ   +  ÷   . maxt v . 1 1 G Đặt 0 ψ = min P G ω ψ   +  ÷   ta có: e N = maxe N = 0 ψ maxt v G Loại xe Công thức bánh xe Trọng lượng G (KN) maxe N (KW) maxt v m/s ( km/h) 0 ψ GAZ-66-01 4 × 4 58 84,6_115 25,0_90 0,058 MERCERDES BENZ U 140L 4 × 4 90 102_139 24,7_89 0,046 MAZ 5335 4 × 2 149,5 132,4_180 23,6_85 0,038 MERCERDES BENZ 1222A 4 × 4 120,0 159_216 25,8_93 0,051 KAMA3 - 53212 6 × 4 184,25 154,4_210 22,2_80 0,038 ZIL - 131 6 × 6 116,85 110,3_150 22,2_80 0,042 VII. Phân chia vận tốc cho các số truyền. Mục đích:  Xác định k d , l d của xe.  Chọn số lượng số truyền và vận tốc tính toán tt v ở mỗi số truyền. 1. Xác định khoảng động học k d , khoảng lực học l d . [...]... thiết ở mỗi số truyền, xe sử dụng với vận tốc tính vti (động cơ làm việc ở số vòng quay không đổi nN ứng với N e max ) Như toán vậy, ηtl và Pω không đổi trong toàn bộ khoảng biến thiên của γ từ 0 → 1 N η ϕti = e max max Ta đặt: vti G Lực kéo riêng tính toán khi đó là: ϕe = γ 2 ϕti ( ∗∗) Ta xây dụng được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số γ với lực kéo riêng theo động cơ ϕe ở một số truyền (dạng... khoảng vận tốc cho các Mục đích: để sử dụng hợp lý d k (vừa đảm bảo chất lượng kéo tốt, vừa đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu cao trong mọi điều kiện hoạt động của ô tô) Yêu cầu: việc phân chia cho các số truyền cần:  Nhận được vtb cao  Đảm bảo có tính năng tăng tốc tốt  Nâng cao tính kinh tế nhiên liệu  Đảm bảo xe có khả năng kéo tốt Thường lấy yêu cầu thứ nhất làm cơ bản, các yêu cầu khác ở mức độ này... theo cấp số cộng Ở số truyền thấp thì ngược lại Để có tính năng tăng tốc tốt, ta phân chia tỉ số truyền theo cấp số cộng sau đó hiệu chỉnh Tăng khoảng cách giữa các vtt ' ở các số truyền thấp và giảm khoảng cách vận tốc tính toán ( vtt ' ) ở các số truyền cao c Đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu của ô tô  Sự ảnh hưởng của việc phân chia để đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu của xe chỉ có thể đánh giá một... liệu cho 1 km hành trình Mức tiêu hao này ( Qkm ) có thể xác định theo mức tiêu hao nhỏ nhất tính theo giờ ( Qmin ) αQ Qkm = s min vtb ( α s là hệ số dử dụng, vtb là vận tốc trung bình)  Trên một số loại ô tô, để tăng tính kinh tế nhiên liệu, dùng số truyền tăng Vận tốc tính toán của số truyền tăng vtg được tính sao cho: vtg ωN = ωs vtc ( vtg _vận tốc số truyền tăng, vtc _thẳng, ωs _chế độ kinh tế... do giảm vận tốc chuyển động của xe • Khảo sát đặc tính parabol của hai số truyền gần nhau ta có: 2 2 Tại đỉnh A có cùng ϕe , ϕe = γ 01 ϕt1 = γ 02 ϕt 2 = 1 ϕt 2 ⇒ 2 γ 01 = ϕt 2 ϕt 1 γ vi = ϕt ( i +1) ϕti Như vậy: khi cho trước trị số cần thiết nhỏ nhất của các γ i ( thí dụ γ 01 , γ 02 , γ 03 …) ở các số truyền, có thể xác định được các lực kéo tính toán tương ứng ( ϕti ) và tiến hành phân chia khoảng... 1( ứng với ω N ) hoặc ihg . Chương III TÍNH TOÁN SỨC KÉO I. Các dạng tính toán dức kéo. Tính toán sức kéo là thiết lập mối quan hệ giữa các thông số chất lượng kéo, thông số vận tốc với các. chuyển động trên các loại đường có hệ số cản lớn. Có hai dạng tính toán sức kéo:  Tính toán kiểm nghiệm.  Tính toán thiết kế 1. Tính toán theo kiểm nghiệm. a. phạn vị ứng dụng:  với các cầu xe. httl. • Tính toán kiểm nghiệm như trên để kiểm tra các thông số vừa tính toán. II. Đặc tính kéo và đặc tính động lực học của ô tô. 1. Đặc tính kéo. Định nghĩa. Là đồ thị biểu diễn mối quan hệ lực kéo