đề tài thí nghiệm ô tô và máy công trình

Cơ sở lý thuyết: Hình 1.1: Các lực tác dụng lên ô tô chuyển động thẳng đều trên đường nằm ngang.. Vậy để có được đặc tính lực kéo ta cần đo lực kéo Pk và đo tốc độ tương ứng khi cho xe c

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học “Thí nghiệm Ôtô& Máy công trình” có một vai trò quan trọng trong ngành Động lực,giúp sinh viên kiểm tra lại lý thuyết mà mình đã được học, đồng thời hiểu rõ hơn về phương pháp đo các đại lượng vật lý trong lý thuyết ôtô Điều đó giúp một kỹ sư trong tương lai dễ dàng tiếp cận với các công nghệ mới

Sau khi học môn “Thí nghiệm Ôtô & Máy công trình”, sinh viên sẽ làm bài thực hành môn “Thí nghiệm Ôtô & Máy công trình”.Trong bài báo cáo này, em thực hiện đo đặc tính lực cản chuyển động của xe trên đường bằng phương pháp lăn trơn và đo đặc tính lực kéo ở bánh xe chủ động Với bản thân em còn hạn chế về mặt kiến thức nên bài báo cáo không tránh được những sai sót Rất mong sự chỉ dạy thêm của quý thầy

Sau cùng, em xin chân thành cám ơn thầy Lê Văn Tụy cùng thầy Phùng Minh Nguyên đã hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình trong quá trình em làm thí nghiệm của môn học này

Đà Nẵng, ngày 08 tháng 11 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Hoàng

Phần 1

ĐO ĐẶC TÍNH LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG BẰNG

PHƯƠNG PHÁP LĂN TRƠN 1.1 Cơ sở lý thuyết:

Hình 1.1: Các lực tác dụng lên ô tô chuyển động thẳng đều trên đường nằm ngang.

Các ký hiệu ở hình 1:

L – Chiều dài cơ sở của xe [m]

a – Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước [m]

b – Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước [m]

Z1 – Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu trước [ N]

Z2 – Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu sau [ N]

Ff1 – Lực cản lăn ở hai bánh trước [ N]

Ff2 – Lực cản lăn ở hai bánh sau [ N]

FK – Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động [ N]

Fω – Lực cản không khí [ N]

G – Trọng lượng của xe [ N]

Khi xe chuyển động phải chịu các lực cản sau:

- Lực cản lăn Ff : là lực phát sinh do có sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp giữa lốp và đường Để đơn giản, người ta coi lực cản lăn là ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi nó chuyển động, và đuợc xác định theo công thức:

F f = F f1 + F f2

= Z 1 f 1 +Z 2 f 2

Trong đó:

Z1 – Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu trước

f1 – Hệ số cản lăn ở bánh xe trước

Z2 – Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu sau

f2 – Hệ số cản lăn ở bánh xe sau

Hệ số cản lăn có thể là hàm bậc nhất hoặc bậc hai theo vận tốc, được xác định như sau:

Nếu coi hệ số cản lăn ở bánh trước và bánh sau là như nhau, thì ta có:

Trường hợp tổng quát, có thể xem :

F f = G.(f 0 + f 1 v+f 2 v 2 )

Trong đó :

f – Hệ số cản lăn cơ bản, không phụ thuộc vào tốc độ

f1 – Hệ số cản lăn phụ thuộc bậc nhất vào tốc độ [ ( m/s)-1 ].

f2 – Hệ số cản lăn phụ thuộc bậc hai vào tốc độ [ ( m/s)-2 ]

- Lực cản không khí Fω : Khi ô-tô chuyển động tạo nên sự thay đổi mật độ không khí bao quanh xe, hình thành lực cản không khí tác dụng lên toàn bộ bề mặt

xe Trong tính toán thông thường, tất cả các lực cản gió riêng phần được thay thế bằng lực cản tổng cộng quy ước Fω đặt ở tâm diện tích cản chính diện ô-tô

F ω = k.S.v 2

Trong đó:

k – Hệ số cản không khí [Ns2/m4]

S – Diện tích cản chính diện của ô-tô

v – Vận tốc chuyển động của ô-tô [m/s]

Ở đây, để đơn giản tính toán, ta xét ô-tô chuyển động trên đường ngang, không có gia tốc, tức là bỏ qua các lực cản lên dốc và lực quán tính Như vậy, ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:

F K = F f1 + F f2 + F ω ;

Theo cách nhìn mới, khi đo lực cản chuyển động của xe trên đường, có thể xem Fc = Ff +Fω vì khi xe chuyển động thực, hai lực này luôn luôn đi cùng với nhau không thể tách rời Như vậy, có thể xác định phương trình mô phỏng tổng hợp lực cản chuyển động của ô-tô như sau:

F c = F f +F ω = G(f 0 +f 1 v +f 2 v 2 ) + k.S.v 2

= G.f 0 +G.f 1 v+G.f 2 v 2 +k.S.v 2

= G.f 0 +G.f 1 v+(G.f 2 +k.S).v 2

= F 0 +F 1 v+F 2 v 2

Với :

F 0 = G.f 0 [N]

F 1 = G.f 1 [N.(m/s)-1]

F 2 = G.f 2 + kS [N.(m/s)-2]

1.2 Phương pháp đo:

1.2.1.Mô tả về trang thiết bị:

a.Đối tượng đo: Xe dùng cho việc đo lực cản: Mecedes Benz MB140 có:

Công suất động cơ P = 90[kW] ở số vòng quay n = 5000[rpm],

Tự trọng của xe Go = 2100[KG], tải Gt = 900[KG]

Hình 1.2: Đối tượng đo - Mecedes Benz MB140

b.Các dụng cụ và cảm biến sử dụng: Đồng hồ/Cảm biến đo tốc độ, đồng hồ đếm

thời gian thực

1.2.3.Trình tự đo:

- Đưa xe đến địa điểm đo (yêu cầu có chiều dài quãng đường thẳng và

phẳng khoảng 4km).

- Gia tốc xe đến tốc độ >60km/h

- Đo biến thiên tốc độ giảm từ 60km/h về khoảng 25km/h theo t [s]

(Nếu có thiết bị đo chính xác thì đo 01 lần, ngược lại đo ít nhất 05 lần rồi lấy giá trị trung bình)

1.3.Xử lý số liệu:

Bảng số liệu thu được:

1.3.1.Xấp xỉ số liệu thu được để lấy hàm v = f(t):

Phương pháp: Từ bảng số liệu vi = f(ti), tiến hành xấp xỉ đặc tính biến thiên v

= f(t) thành đa thức xấp xỉ bậc ba đối với thời gian t ( với vận tốc được quy đổi ra

đơn vị [m/s ]) bằng công cụ Trendline của Excel để lấy hàm xấp xỉ.

Kết quả có dạng: v = a.t 3 + b.t 2 c.t + d

Bảng số liệu đã quy đổi đơn vị của vận tốc:

Vẽ đường cong v=f(t) rồi dùng công cụ trendline của excel, ta thu được kết

quả như sau:

V = f (t)

y = -0.00001x3 + 0.00206x2 - 0.34539x + 16.84375

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

V[m/s]-đo Poly (V[m/s]-đo)

Hàm vận tốc thu được:

v = -0.00001t 3 + 0.00206 t 2 - 0.34539 t + 16.84375

1.3.2 Xác định hàm dv/dt = f(t): từ hàm xấp xỉ v = f(t), bằng cách lấy đạo hàm

của nó, ta xác định hàm dv/dt=f(t) Rồi tính giá trị (dv/dt)(i) = f(ti):

Ta có:

v = a.t 3 + b.t 2 c.t + d  dv/dt = 3a.t 2 + 2b.t +c

Bảng giá trị (dv/dt)(i) = f(ti ):

0 -0.3453889 21 -0.2664709

1.3.3.Tính giá trị lực cản F c(i) bằng lực quán tính chuyển động chậm dần:

Ta đi xác định Fc(i) = Fj(i) = - m.(dv/dt)i tại từng thời điểm ti

Với

m = 3000 [kg] – Trọng lựơng toàn bộ của xe

Bảng giá trị:

16.4377500 1023.8487 10.0164167 789.2871

Từ bảng giá trị trên, vẽ đường cong Fc= f(v), tiến hành xấp xỉ để tìm hàm

của lực cản có dạng:

F c = F 0 + F 1 v + F 2 v 2

y = 0.57128x2 + 14.85329x + 625.64322

0

200

400

600

800

1000

1200

Fc Poly (Fc)

Sử dụng công cụ Trendline, ta có:

Fc = 0.57128v 2 + 14.85329v + 625.64322

Như vậy :

F0 = 625.64322

F1 = 14.85329

F2 = 0.57128

1.3.3 Đánh giá và biện luận đối với các đại lượng F 0 , F 1 và F 2 đã xác định được thông qua các hệ số cản:

Ta đánh giá các đại lương F0, F1, F2 thông qua các thông số:

;

0

a

G

F

a

G

F

Trong đó:

Ga = là trọng lượng toàn bộ của ô-tô [N]

a  0,010 ÷ 0,025

b  0 ÷ 0,0005

K  0,25 ÷ 1,50 Với F0 = 625.64322

F1 = 14.85329

F2 = 0.57128

Ga = m.g [N]

Ta có :

0 625.64322

0,021258;

3000.9,81

a

F

a

G

1 14,85329

0,0005;

3000.9,81

a

F

b

G

K= F 2 = 0.57128

Như vậy, các hệ số đều thỏa mãn nằm trong khoảng yêu cầu Kết quả thí nghiệm chấp nhận đựơc

Phần II:

ĐO ĐẶC TÍNH LỰC KÉO Ở BÁNH XE CHỦ ĐỘNG

2.1 Cơ sở lý thuyết:

Ta có : Pk = P + P

Trong đó : P - lực cản tổng cộng;

P - lực cản không khí;

Pk - lực cản lăn

Từ đó ta rút ra được : Pk = i0.ih.t.MN[a + b.Vx/VN +c.( Vx/

VN)2]/Rbx

Trong đó: MN - mô men định mức = NeMAX/N

Tức là một hàm bậc hai theo biến V

Vậy để có được đặc tính lực kéo ta cần đo lực kéo

Pk và đo tốc độ tương ứng khi cho xe chạy với mức ga 100% và dùng một số

1.2 Mô tả thí nghiệm.

Trên hình dưới đây mô tả thí nghiệm đo Pk,V Ta thấy rằng giá trị lực kéo của ôtô chính bằng giá trị lực tiếp tuyến tác dụng lên lô Lực này được tạo ra nhờ phản lực từ thiết bị tạo tải của băng thử, thiết bị này tạo ra tải theo đúng đặc tính cản ta đã xây dựng trước Thiết bị tạo tải có kết cấu gồm: hai lô nhận mô men quay từ bánh xe truyền tới máy điện tạo, máy điện tạo tải được điều khiển bởi hệ thống máy tính, lực kế lắp trên stato của máy điện với một cánh tay đòn xác định để đo mômen

cơ cấ u giữ xe

xe thử

dây chằ ng tăng lự c bám

định vị trên lô

Mk

bánh xe chủ độ ng

SƠ ĐỒ MÔ TẢ THÍ NGHIỆM

Mq

cảm biế n đo

tố c độ

lô

cảm biế n đo lự c

dòng điề u khiể n từ hệ thố ng máy tính

SƠ ĐỒ THIẾT BỊ TẠO TẢI

2.2 Phương phâp đo :

Cho xe vào vị trí băng thử, chuẩn bị kĩ cho xe sẵn sàng làm việc Đặt các cảm biến râu vào bốn bánh xe Đặt các thiết bị định vị cho xe ở hai bánh sau (đo cầu trước) Buộc dây chằng xe tạo thêm lực bám cho xe

Cho khởi động các thiết bị liên quan như quạt gió ( mô phỏng sức cản gió trên đường ), các cảm biến, băng thử, hệ thống máy tính

Tiếp theo, trên màng hình của chương trình thí nghiệm đã cài đặt ta nhập vào tải trọng xe, tải trọng phân bố lên các cầu, các hệ số cho phương trình xấp xĩ mô phỏng lực cản, nhập tốc độ quạt gió, các thông số này đã có sẵn cho từng loại xe, ta cần phải nhập đúng thì kết quả

đo mới chính xác

Chế độ chạy có 3 chế độ:

Chế độ hâm nóng: chạy và đo tổn thất của hệ thống

(Losses) bao gồm tổn thất nhiệt , tổn thất trong ổ mỗi thí nghiệm sẽ có một tổn thất khác nhau nên ta cần đo để tính cho chính xác, kết quả là các giá trị thực cần đo cho xe

Chế độ chạy Coat down (lăn trơn ): chế độ này để bù

tổn thất Gộp hai đường cản của xe ( ta thiết lập đặc tính cản cho xe thông qua 3 hệ số F0,F1,F2 ) và cản của hệ thống thử ta được đường cản chung, cho máy tính lấy đặc tính cản này làm đặc tính cản để xữ lý

Chế độ vận hành: ở chế độ này ta mới tiến hành đo

đạt các thông số quan tâm

nhập vào giá trị vận tốc đo (nhiều mức giá trị, mỗi lần đo cho một mức Trong khi đó băng thử sẽ tạo tải cho xe và giữ cho vận tốc xe ở mưc ta cài đặt ) Sau đó mở phanh ( kích vào biểu tượng phanh trên màng hình) , tiếp theo là kíck start Khi trên màng hình báo cho ta biết là đo xong ở mức tốc độ đó thì ta tiếp tục nhập vào mức tốc độ khác để đo Kết quả sẽ được in ra thành bảng Pki và Vi

2.3 Xử lý số liị́u :

2.3.1 Bảng số liệu thu được :

2.3.2 Xđ́p xỉ hàm :

Từ bảng số liị́u Fi = f(vi), tií́n hành xđ́p xỉ đặc tính bií́n thiín F = f(v) thành đa thức bậc hai đối với tốc độ v:

Fk = Fk0 + Fk1.v + Fk2.v2

Vẽ đường cong F=f(v) rồi dùng công cụ trendline của excel, ta thu được kí́t

quả như sau:

y = -0.5904x2 + 40.887x + 2581.6

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

Series1 Poly (Series1)

Đa thức bậc 2 quan hệ Fk=f(V) :

Fk = 2581.6 + 40.887.v - 0.5904.v2

Các hằng số xấp xỉ Fk0, Fk1 và Fk2

Fk0= 2581.6

Fk1= 40.887

Fk2= -0.5904

2.3.2 Tính sai số trung bình phương:

Tính sai số trung bình phương, qua đó đánh giá bàn luận so với sai số cho phép của thiết bị đo là []d/c = 10[N]

Bảng tính :

stt v[km/h] F[N] F-xap xi Fi - F(vi) (Fi - F(vi))^2

1 35 3279.892 3289.4050000 9.5130000 90.497168999998500

2 40 3273.187 3272.4400000 -0.7470000 0.558009000000446

3 45 3258.847 3225.9550000-32.89200001081.883664000080000

4 50 3142.051 3149.9500000 7.8990000 62.394200999998200

6 60 2931.421 2909.3800000-22.0410000 485.805681000007000

3173.434605000110000

Sai số trung bình phương :

2

2 (F F i Vi)

n

   trong đó n là số điểm đo.

2 3173.434605

528.9047 6



 

22.9979

Sai số của phép đo lớn hơn so với sai số cho phép của thiết bị đo là do :

- Số lần đo của ta chưa hợp lí, ít hơn so với số lần đo theo qui định nmin 11

lần để đảm bảo phép đo được chuẩn xác

- Sai số do thiết bị đo

- Sai số do người điều khiển