ĐỒ án LÝ THUYẾT ô TÔ tính toán và xây dựng đồ thị động lực học của xe PAZ 672

Khái niệm Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường biểu thi mối quan hệ giữa công suất có ích N , mô men xoắn có ích M , tiêu hoa nhiên liệu trong một e e giờ G , suất tiê

Trường Đại học Công nghệ GTVT

Khoa Cơ Khí

ĐỒ ÁN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Tính toán và xây dựng đồ thị động lực học của xe PAZ - 672

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hoàng Sơn Lớp : 69DCOT11

Mã sinh viên : 69DCOT10136 Giáo viên hướng dẫn : Đỗ Thành Phương

Vĩnh yên, Ngày Tháng Năm 2020

Bảng 1 Các thông số cơ bản của xe PAZ-672

Khối lượng không tải (G – kg)0 4535

Khối lượng toàn tải (G – kg)a 7825

Công suất Nemax (Mã lực) 115

Số truyền Ih5

Hộp số phụ Ip

I Đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong

1 Khái niệm

Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường biểu thi mối quan hệ giữa công suất có ích (N ), mô men xoắn có ích (M ), tiêu hoa nhiên liệu trong một e e

giờ (G ), suất tiêu hao nhiên liệu riêng (g ) theo số vòng quay của trục khuỷu đông T e

cơ (n ) (hoặc tốc độ góc của đông cơ (e ωe),khi bướm ga (đối với động cơ xăng) mở hoàn toàn hoặc thanh răng (đối với động cơ diezel) của bơm cao áp ở vị trí cung cấp nhiên liệu lớn nhất

Có 2 loại đường đặc tính tốc độ của động cơ :

Đường đặc tính tốc độ cục bộ : là đường đặc tính tốc độ của động cơ mà vị trí của bướm ga (động cơ xăng) hoặc thanh răng của bơm cao áp (động cơ diezel) ở vị trí bất kì

Đường đặc tính ngoài : là đường đặc tính tốc độ của động cơ mà vị trí của bướm ga (động cơ xăng) hoặc thanh răng của bơm cao áp (động cơ diezel) ở vị trí cung cấp nhiên liệu là lớn nhất

Như vậy đối với mỗi đông cơ đốt trong chỉ có một đường đặc tính tốc độ ngoài và rất nhiều đường đặc tính tốc độ cục bộ tuỳ theo vị trí bướm ga của thanh răng Đường đặc tính tốc độ của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên

bệ thử hoặc dùng phương pháp bệ thử thuỷ lực

2 Công thức tính

Trong trường hợp không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm ta có thể xây dựng đường đặc tính ngoài nhờ công thức kinh nghiệm Hiện nay người ta hay dùng công thức thực nghiệm của S.R.Lây Đécman để xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài

Công thức có dạng:

Ne = Nemax = 115.(KW)

Trong đó:

- a,b,c hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại động cơ

Đối với động cơ xăng a = b = c = 1

- Nemax công suất hữu ích cực đại (kw)

- nN số vòng quay trục khuỷu của động cơ ứng với công suất lớn nhất (v/p)

- Ne giá trị công suất hữu ích của động cơ ứng với số vòng quay ne

* Khi có N , n ta tính M theo công thức sau:e e e

Me = (N.m) Trong đó: N công suất của động cơ (kW)e

n số vòng quay trục khuỷu động cơ (kW)e

M momen xoắn động cơ (N.m)e

* Số vòng quay ne =

* Vận tốc V = (m/s)

* kí hiệu lốp 8,5-20

Ý nghĩa thông số lốp

8,5: bề rộng lốp kí hiệu B (inch)

20: đường kính vành bánh xe kí hiệu d (inch)

* Bán kính làm việc của bánh xe rb

rb =.ro

- ro bán kính thiết kế của bánh xe

ro =.25,4 = (8,5+).25,4 = 469,9 (mm)

- hệ số kể đến sự biến dạng chiều cao của lốp, với lốp áp suất thấp = 0,93

r = 0,93.469,9 = 437 (mm) = 0,437 (m)b

3 Kết quả tính

Lập bảng số liệu

Bảng 2.

N e 7,60 15,95 24,85 34,15 43,65 53,23 71,87 96,05

111,6

3 115,00

M e

362,9

0

380,8 5

459,2 5

407,7 2

416,9 0

586,9 3

429,0 2

416,9 9

380,7

8 343,25

Từ bảng 2 ta xây dựng được đường đặc tính ngoài của động cơ theo số vòng quay như hình vẽ

0 20 40 60 80 100 120 140

0 100 200 300 400 500 600 700

4 Ứng dụng của đồ thị

Sau khi xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ ta mới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô Xác định được vùng làm việc của động cơ công suất N , momen xoắn M ứng với số vòng quay trục khỷu.e e

II. Đồ thị cân bằng lực kéo

1 Khái niệm

Để ô tô có thể chuyển động được thì lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động phải

thắng được lực cản của các tay số: lực cản lăn P lực cản lên dốc P , lực cản quán tính f i

Pj,lực cản không khí P , lực cản kéo mooc P Biểu thức cân bằng giữa lực kéo với w m

tổng các lực cản được gọi là phuong trình cân bằng lực kéo của ô tô

Phương trình cân bằng lực kéo có thể được biểu diễn bằng đồ thị.Đồ thị cân bằng lực kéo là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo ở các tay số, các giá trị lực cản theo vận tốc chuyển động của ô tô

2 Công thức tính

Phương trình cân bằng lực kéo

Dạng tổng quát: P = Pk fPi Pj Pw + Pm (N)

* Trong đó:

- Pe lực cản động cơ sinh ra

- Pk lực kéo bánh xe chuyển động

Pk = Pe.t

- Pf lực cản lăn

Pf = G.f.cos (N)

- Pi lực cản lên dốc

Pi = G.sin

- Pj lực cản quán tính

Pj = J

- Pw lực cản không khí

Pw = v (N)2

- Pm lực cản kéo móoc

Pm = n.Q

=> P = f(v)= G.f.cos G.sin .J .v n.Q.ki 2

* Xét trường hợp ô tô chuyển động ổ định trên đường nằm ngang, không kéo móoc

Pk = = Gf wv2

* Vận tốc v = (m/s)

* Với xe ZIL 117 chọn hiệu suất =0,9

* Bán kính làm việc bánh xe rb=0,3874

3 Kết quả tính

Lập bảng số liệu

Bảng 3 Lực kéo

V 1 3,40 6,24 9,07 11,91 14,74 17,58 20,41 23,25 26,08 29,94

V 2 4,84 8,87 12,91 16,94 20,97 25,01 29,04 33,07 37,11 42,59

V 3 6,87 12,60 18,33 24,05 29,78 35,51 41,24 46,96 52,69 60,48 P

k 1

10511,

65

11167, 41

11580, 30

11750, 31

11677, 45

11361, 71

10803, 10

10001, 61

8957, 25

7147, 14 P

k 2

7389,3

8

7850,3 6

8140,6 1

8260,1 2

8208,9 0

7986,9 5

7594,2 6

7030,8 4

6296, 68

5024, 23 P

k 3

5203,7

9 5528,42 5732,82 5816,99 5780,92 5624,61 5348,07 4951,29 4434,28 3538,19

- Xây dựng đường cản tổng cộng

+ Nếu v 22,2(m/s) thì P là một đường thẳng nằm ngang f

+ Nếu v>22,2(m/s) thì P là một đường cong bậc 2f

Ta áp dụng công thức: P = Gff

Vì v>22,2(m/s) ta phải chọn hệ số cản lăn bằng hệ số cản thực nghiệm

f=f (1+)0

Chọn f = 0,0160

Pw=w.v2 với w= K.F

Mà F=0,8xBxH với B chiều rộng ô tô, H chiều cao ô tô

F=0,8x1,52x2,068=2,51(m )2

K hệ số cản của ô tô phụ thuộc vào hình dạng ô tô và chất lượng bề mặt cản gió, phụ thuộc vào mật độ không khí

Chọn w=0,757

P f 520,80 520,80 520,80 721,62 828,71 666 1150,59 1286,46 1484,71 1790,80

P w 8,75 126,17 254,34 437,85 671,34 1042,50 1373,13 1669,37 2101,61 2768,98

P f +P w 529,55 646,97 775,14 1159,47 1500,06 2041,45 2523,72 2955,83 3586,32 4559,78

Từ bảng 3 ta xây dựng được đường đặc tính ngoài của động cơ theo số vòng quay như hình vẽ

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0.00

2000.00 4000.00 6000.00 8000.00 10000.00

12000.00

14000.00

pk1 pk2 pk3 Pf Pf+P w

4 Ứng dụng của đồ thị

- Xác định được Vmax trên đoạn đường đã chọn

- Xác định được lực kéo dư (P dư) khi ô tô sử dụng tay số nhất định với vận tốck

xác định, với P dư dùng để tăng tốc vượt dốc thêm tải.k

Pk dư = P – Pkéo cản

+ Tăng tốc Pk dư = P =.J → J= j

+ Vượt dốc P = P = G.sin → sin= k dư i

- Xác định được tay số cần thiết và vận tốc mà ô tô đạt được khi biết điều kiện chuyển động của ô tô

- Xác định được vùng làm việc của ô tô mà các bánh xe không vị trượt quay

III Độ thị nhân tố động lực học

1 Khái niệm

Nhân tố động lực học là tỉ số giữa lực kéo tiếp tuyến tại các tay số từ đó lực cản không

khí với trọng lượng toàn bộ của ô tô

Đồ thị nhân tố động lực học là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhân tố động lực học ở các dãy số với vận tốc chuyển động của ô tô

2 Công thức tính

D= = Trong đó:

Pk lực kéo bánh xe chuyển động P = P =k e.t

P lực cản không khí P = v w w 2

G trọng lượng ô tô G= Ga.9,81

it tỉ số truyền hệ thống truyền lực it=i ihi 0

v vận tốc ô tô v = (m/s)

t hiệu suất (vì xe ZIL 117 là xe du lịch vỏ kín ) → chọn t =0,9

rb bán kính làm việc bánh xe

3 Kết quả tính

Lập bảng số liệu

số

Pk 1 10511,65 11167,41 11580,30 11750,31 11677,45 11361,71 10803,10 10001,61 8957,25 7147,14

Pw 1 8,76 29,45 62,31 107,34 164,54 233,91 315,45 409,16 515,04 678,56

Số

Pk 2 7389,38 7850,36 8140,61 8260,12 8208,90 7986,95 7594,26 7030,84 6296,68 5024,23

Pw 2 17,73 59,60 126,09 217,21 332,96 473,34 638,34 827,97 1042,23 1373,15

Số

truyền

Pk 3 5203,79 5528,42 5732,82 5816,99 5780,92 5624,61 5348,07 4951,29 4434,28 3538,19

Pw 3 35,75 120,17 254,25 437,99 671,39 954,44 1287,15 1669,53 2101,56 2768,81

- Đồ thị tia nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi Những đường đặc tính động lực học của ô tô lập ra ở góc phần tư bên phải của đồ thị tương ứng với trường hợp ô tô có tải trọng đầy, còn góc phần tư bên trái của đồ thị, ta vạch từ gốc tọa độ những tia làm với trục hoành các góc khác nhau mà:

tg = D/D = Gx x/Ga

Như vậy mỗi tia ứng với một tải trọng G nào đó tính ra phần trăm so với tải trọng x

đầy của ô tô Trong trường hợp G = G thì tg = 1, lúc này tia làm với trục hoành một góc = , các x a

tia có > ứng với G > G (khu vực quá tải), các tia có < ứng với G < G (khu vực x a x

chưa quá tải)

Gx = G + (G – G ).(% quá tải)a a 0

- Xét trường hợp quá tải 50% =>G = 34425 tg=1,05 =46x

- Xét trường hợp quá tải 100% =>G = 36300 tg=1,11 =48x

- Xét trường hợp quá tải 150% =>G = 38175 tg=1,17 =49x

Từ bảng ta vẽ được Đồ thị nhân tố động lực học

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

Chart Title

4 Ứng dụng của đồ thị

- Xác định được vmax

- Xác định được gia tốc tăng tốc của ô tô (j)

- Xác định góc dốc (độ dốc góc) lớn nhất có thể vượt qua

IV Đồ thị cân bằng công suất

1 Khái niệm

Công suấất c a đ ng c phát ủ ộ ơ ra sau khi truyềền qua h thôấng truyềền l c seẽ tều ệ ự hao m t ộ

phần ở hệ thống truyền lực còn lại là công suất kéo tải bánh xe chủ động Công suất kéo này dùng để thắng các công suất cản chuyển động của ô tô Công suất kéo này dùng để thắng các công suất cản chuyển động của ô tô

Đồ thị cân bằng công suất là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất phát ra

ở các dãy số, công suất kéo tại bánh xe chuyển động ở các dãy số, các công suất cản chuyển động theo tốc độ chuyển động của ô tô hoặc số vòng quay trục khửu của động cơ

2 Công thức tính:

Nk=N -N =Ne t fN N Ni j w + Nm (w)

* Trong đó:

- Ne công suất động cơ sinh ra

- Nt công suất tổn hao cho hệ thống truyền lực

- Nk công suất kéo bánh xe chuyển động

Nk= Ne.t

- Nf công suất cản lăn

Nf = G.f.cos.v

- Ni công suất cản lên dốc

Ni = G.sin.v

- Nj công suất cản quán tính

Nj = J v

- Nw công suất cản không khí

Nw = v3

- Nm công suất cản kéo móoc

Nm = n.Q.v

 Phương trình cân bằng công suất

Nk = N = G.f.cos.v G.sin.v J v .v n.Q.v.e.t 3

* Trường hợp ô tô chuyển động trên đường bằng ổn định không móoc kéo, công suất

được tính

Nk= N = G.f.v ve.t 3 (w)

* Trường hợp ô tô chuyển động trên đường bằng không móoc kéo, công suất được tính

Nk= N = G.f.v J v .ve.t 3

* Vận tốc v = (m/s)

Với r bán kính làm việc bánh xe rb b=0,3756m

Chọn giá trị trung bình của hiệu suất truyền lực =0,9

3 Kết quả tính

v1(m/s) 3,40 6,24 9,07 11,91 14,74 17,58 20,41 23,25 26,08 29,94 v2(m/s) 4,84 8,87 12,91 16,94 20,97 25,01 29,04 33,07 37,11 42,59 v3(m/s) 6,87 12,60 18,33 24,05 29,78 35,51 41,24 46,96 52,69 60,48 Ne1(KW) 39,74 77,40 116,74 155,47 191,29 221,91 245,03 258,36 259,60 237,76

Ne2(KW) 39,74 77,40 116,74 155,47 191,29 221,91 245,03 258,36 259,60 237,76 Ne3(KW) 39,74 77,40 116,74 155,47 191,29 221,91 245,03 258,36 259,60 237,76 Nk1(KW) 35,76 69,66 105,06 139,92 172,16 199,72 220,53 232,52 233,64 213,98 Nk2(KW) 35,76 69,66 105,06 139,92 172,16 199,72 220,53 232,52 233,64 213,98 Nk3(KW) 35,76 69,66 105,06 139,92 172,16 199,72 220,53 232,52 233,64 213,98

- Xây dựng đường công suất cản tổng cộng

+ Nếu v 22,2(m/s) thì N = G.ff 0.v

+ Nếu v>22,2(m/s) thì N = G.f.vf

Vì v>22,2(m/s) ta phải chọn hệ số cản lăn bằng hệ số cản thực nghiệm

f=f (1+)0

Chọn f = 0,0160

Nw=W.v3 với W= 0,757

Bảng giá trị công suất cản

Nf 1,77 6,72 9,55 17,35 24,68 37,07 49,00 60,41 78,23

108,3 1

Nw 0,03 1,63 4,66 10,53 19,99 38,69 58,48 78,39 110,73 167,47 Nf+N

w 1,80 8,35 14,21 27,89 44,67 75,76 107,49 138,81 188,96 275,78

4 Ứng dụng của đồ thị

- Xác định v của ô tô có thể đạt được max

- Xác định công suất dư dùng để tăng tốc, vượt dốc

+ Tăng tốc Ndư=Nj=.J v

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

Ne1(KW ) Ne2(KW ) Ne3(KW ) Nk1(KW ) Nk2(KW ) Nk3(KW ) Nf+Nw Nf

+ Vượt dốc Ndư=Ni= G.sin.v

- Xác định mức độ sử dụng công suất của ô tô

YN= Mức độ sử dụng công suất càng lớn thì mức tiêu hao nhiên liệu càng nhỏ, ngược lại Khi chất lượng mặt đường tốt, vận tốc ô tô nhỏ, tỉ số truyền hộp số lớn thì mức độ sử dụng công suất nhỏ dẫn tới tiêu hao nhiều nhiên liệu

V Đồ thị gia tốc

1 Khái niệm

Định nghĩa Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi của v n tôấc ậ theo thời gian Nó là một trong những đại lượng cơ bản dùng để mô tả chuyển động Cũng như vận tốc, gia tốc là đại lượng hữu hướng (vector) Thứ nguyên của gia tốc là độ dài trên bình phương thời gian Thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô là những thông số quan trọng để đánh giá chất lượng động lực học của ô tô Ta sử dũng đồ thị gia tốc để xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô

2 Công thức

D=+ j

 J=(D-)

hệ số cản

Trong đó =1,05+0,05

* Xét trường hợp ô tô chuyển động trên đường nằm ngang không kéo móoc

D===f+.j

=> J=(D-)

* Vận tốc v = (m/s)

3 Kết quả tính

+ Nếu v 22,2(m/s) thì f=f0

+ Nếu v>22,2(m/s) thì f=f0.(1+)

Chọn f0=0,016

v1(m/s) 3,40 6,24 9,07 11,91 14,74 17,58 20,41 23,25 26,08 29,94

f1 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 0,022 0,023 0,026

v2(m/s) 4,84 8,87 12,91 16,94 20,97 25,01 29,04 33,07 37,11 42,59

f2 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 0,023 0,025 0,028 0,031 0,035

v3(m/s) 6,87 12,60 18,33 24,05 29,78 35,51 41,24 46,96 52,69 60,48

Từ bảng trên ta vẽ được đồ thị gia tốc như hình vẽ

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 -0.50

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

VI Đồ thị gia tốc ngược

1 Khái niệm

Là đồ thị biểu diễn tỉ số theo thời gian v

2 Công thức tính

Ta có : J= => dt=.dv

=

Tích phân này không giả được bằng phương pháp giải tích vì J không phải là hàm của vận tốc v Tuy nhiên có thể giải bằng

phương pháp đồ thị Khi đó tính diện tích của vùng giới hạn bởi và dv

Ta chỉ lấy J tới 0,95 v để không phải là vô cùng Vì v J=0max max

3 Kết quả tính

11,90 8

14,74 3

17,57 8

20,41 3

23,24 9

26,08 4

29,94 0 1/j1 0,417 0,392 0,378 0,374 0,379 0,392 0,417 0,468 0,541 0,738

12,90 6

16,93 9

20,97 2

25,00 6

29,03 9

33,07 2

37,10 5

42,59 0 1/j2 0,557 0,525 0,510 0,508 0,519 0,564 0,622 0,720 0,897 1,527 v3 6,873 12,600 18,327 24,054 29,781 35,508 41,235 46,962 52,689 60,478 1/j3 0,785 0,747 0,754 0,784 0,853 0,983 1,237 1,829 4,304 -3,574

0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

1/j1 1/j2 1/j3

VII Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô máy kéo

1 Xác định thời gian tăng tốc của ô tô

Từ biểu thức : : J= => dt=.dv

Thời gian tăng tốc của ô tô máy kéo từ tốc độ v đến tốc độ v sẽ là: 1 2

t=

Tích phân này không giải được bằng phương pháp giải tích do nó không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc j và vận tốc chuyển động v của chúng Nhưng tích phân này có thể giải bằng đồ thị dựa trên cơ sở đặc tính thời gian tăng tốc theo phương pháp tích phân bằng đồ thị, ta cần xây dựng đường cong gia tốc nghịch cho từng số truyền

Phần diện tích giới hạn bởi đường cong 1/j, trục hoành và hai đoạn tung độ tương ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv biểu thị thời gian tăng tốc của ô tô máy kéo Tổng cộng tất cả các vận tốc này ta được thời gian tăng tốc từ vận tốc v đến v và xây dựng 1 2

được đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t=f(v)

Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị:

- Tại vận tốc lớn nhất của ô tô v gia tốc j=0 và do đó 1/j=vì vậy khi ta lập đồ max

thị trong tính toán ta chỉ lấy giá trị vận tốc của ô tô khoảng 0,95v max

- Tại vận tốc nhỏ nhất của ô tô v ta lấy t=0.min

- Đối với hệ thống truyền lực của ô tô với hộp số có cấp, thời gian chuyển số từ thấp lên cao xảy ra hiện tượng giảm vận tốc của ô tô trong khoảng Dv từ 1-3s chọn thời gian chuyển số 1s

- Giảm vận tốc =v

- Ở tay số 1 v===0,42

- Ở tay số 2 v==0,23

V 3,40 11,91 20,41 27,50 27,37 33,07 39,00 38,76 46,96 52,69

Diện

t 0,00 3,36 6,73 10,34 11,34 15,01 20,41 21,41 33,07 50,63