Luận văn nghiên cứu một số tính chất động lực học của UAZ khi thay thế động cơ điêzen

luận văn

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học nông nghiệp I

Chuyên ngành:kỹ thuật máy và thiết bị

cơ giới hóa nông lâm nghiệp

M∙ số: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: pgs.tS nông văn vìn

Hà Nội - 2005

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đã đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã đ−ợc chỉ

rõ nguồn gốc

Tác giả

Nông Minh Tiến

Lời cảm ơn

Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học cơ khí khoá

12, Trường Đại học Nông nghiệp I Tôi đã nhận được sự giúp đỡ, giảng dạy nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong nhà trường, các thầy cô khoa Cơ điện Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô giáo trong trường ĐHNN- I

Đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình chu đáo, trách nhiệm cao của thầy giáo PGS- TS Nông Văn Vìn, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, tạo điều kiện của Ban giám hiệu trường CNKT, trường trung học Việt Đức, Trung tâm khảo nghiệm máy Nông nghiệp, sự nhiệt tình giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp, đồng môn trong quá trình nghiên cứu, thí nghiệm và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ của gia đình đặc biệt

là Mẹ và Vợ con tôi đã luôn luôn động viên tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này của tôi

Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình tới tất cả những tập thể và cá nhân đã dành cho tôi mọi sự giúp đỡ quí báu, cộng tác và tài trợ kinh phí cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội ngày 10 tháng 9 năm 2005

Tác giả

Nông Minh Tiến

1.1 Vài nét về tình phát triển xe ô tô ở Việt Nam 4

1.2 Tình hình sử dụng các loại xe của Liên Xô (cũ) ở miền núi

1.5 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 10

1.6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 10

2.4.3 Sử dụng đặc tính động lực học 39

2.4.4 Đặc tính động lực học của ô tô khi tải trọng thay đổi 48

2.5 Quá trình khởi hành và tăng tốc của ô tô 51

2.6 Phương pháp xây dựng đường đặc tính động lực học 54

3.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 56

3.2 Phương pháp xây dựng đường đặc tính động lực học bằng

thực nghiệm

57

3.2.1 Cơ sở lý luận của phương pháp 57

3.2.2 Các thông số đo và yêu cầu thiết bị 59

3.3 Tính năng kỹ thuật của thiết bị đo 59

Mở đầu

Xe ôtô là loại phương tiện được sử dụng rông rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng loại phương tiện vận tải này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học, kỹ thuật quan tâm giải quyết Trong những thập kỷ gần đây, sự phát triển của ngành

ôtô trên thế giới đã có nhiều tiến bộ nhảy vọt, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao Do đó các loại xe thuộc thế hệ kỹ thuật trước đã dần dần kém hiệu quả so với các loại xe ô tô hiện đại Tuy nhiên, các loại xe hiện đại giá thành cao hoặc rất cao so với thực trạng kinh tế, xã hội ở các nước chậm phát triển

ở nước ta, ngành chế tạo ôtô chưa phát triển nên hầu hết các loại xe

đang lưu hành đều nhập từ nước ngoài với đa dạng chủng loại Trong đó các loại xe thuộc thế hệ trước vẫn còn tồn tại khá nhiều Nhược điểm chính của các loại xe này là chi phí nhiên liệu riêng cao hơn nhiều so với các loại xe hiện đại cùng cỡ công suất và cùng chủng loại Để khắc phục nhược điểm này, đối với ôtô lắp động cơ xăng có thể thay thế bằng động cơ điezen hoặc hiện đại hơn Phương án thay thế động cơ xăng bằng động cơ điezen đã được

áp dụng ở nhiều cơ sở sản xuất và đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt Tuy nhiên, việc thay thế này còn mang tính tự phát, chủ yếu dựa trên kinh nghiệm và do

đó chất lượng cải tiến chưa cao, độ tin cậy sử dụng thấp

Do vậy, để tận dụng các loại xe xăng thế hệ cũ có hiệu quả hơn cần thiết phải nghiên cứu cơ sở khoa học để cải tiến thay thế động cơ xăng bằng

động cơ điezen Trong số đó, cần tập trung nghiên cứu các loại xe xăng nhập

từ Liên Xô (cũ) vì số lượng các loại xe này chiếm tỷ lệ lớn trong hoạt động vận tải của Việt Nam

Loại xe UAZ do Liên Xô (cũ) chế tạo được nhập vào nước ta từ nhiều năm trước với số lượng lớn, chủ yếu phục vụ cho quân đội và các công việc ở các cơ quan dân sự có yêu cầu tính cơ động cao Hiện nay, loại xe này vẫn

còn được sử dụng khá phổ biến, chủ yếu là ở các tỉnh miền núi Tuy nhiên, chất lượng kỹ thuật có giảm sút và đặc biệt là suất tiêu hao nhiên liệu (xăng) cao so với các loại xe thế hệ mới Chính vì vậy, để tận dụng các loại xe này đã

có một số cơ sở sản xuất, kể cả cơ sở tư nhân đã tiến hành thay thế động cơ nguyên bản (động cơ xăng) của xe bằng một số loại động cơ điêzen

Tính năng và hiệu quả sử dụng của ôtô phụ thuộc vào chất lượng thiết

kế, chế tạo và điều kiện sử dụng Việc đánh giá chất lượng xe có thể theo một

số phương pháp khác nhau tùy thuộc vào mục đích và phương tiện xác định các chỉ tiêu cần đánh giá Trong đó nhóm các chỉ tiêu động lực học, tính an toàn điều khiển và tính tiết kiệm nhiên liệu được sử dụng phổ biến hơn.[5]

Tính chất động lực học của ô tô được thể hiện qua các chuyển vị, vận tốc, gia tốc, tần số và biên độ dao động theo các phương khác nhau khi chuyển động trong điều kiện mặt đường không bằng phẳng hoặc do tác động

điều khiển như tăng giảm ga, quay vòng hoặc khi phanh Tính chất động lực học ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng khởi hành và tăng tốc, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn chuyển

động … Việc tính toán hoặc xác định chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính chất động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện vì các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có cả các yếu tố ngẫu nhiên

Ngày nay với sự phát triển nhanh của ngành tin học và các thiết bị nghiên cứu, nhiều bài toán phức tạp có thể giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho các quá trình tính toán thiết kế, chế tạo rất thuận lợi, chính xác và cũng là yếu tố quyết định chất lượng các loại xe hiện

đại Một thành tựu cũng rất lớn là đã xuất hiện những thiết bị và phương pháp hiện đại để nghiên cứu đánh giá chất lượng xe thông qua con đường thực nghiệm, cho phép kiểm tra chất lượng thiết kế, tình trạng kỹ thuật trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao, giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế, chọn chế độ sử dụng các loại xe ô tô rất có hiệu quả

Đối với các loại xe đ−ợc thết kế cải tiến ở Việt Nam, việc tính toán kiểm tra các tính chất động lực học của xe cải tiến là rất khó vì hầu hết các loại xe nhập ngoại hông có đầy đủ các thông số thiết kế, các đặc tính của các phần tử đàn hồi, đặc tính động cơ … Do vậy việc nghiên cứu thực nghiệm để

đánh giá các chỉ tiêu động lực học của các loại xe ô tô cải tiến tại Việt Nam

là vấn đề mang tính cấp thiết và có tính khả thi cao

Xuất phát từ những lý do trên tôi đã thực hiện đề tài:

“ Nghiên cứu một số tính chất động lực học của xe UAZ khi thay thế

động cơ xăng bằng động cơ điêzen ” với mục đích nhằm góp phần xây dựng

cơ sở khoa học cho việc lựa chọn loại động cơ thay thế và chọn chế độ sử dụng hợp lý các loại xe ôtô sau khi cải tiến

Chương 1

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1 Vài nét về Tình hình phát triển xe ô tô ở việt nam [6]

Sau hơn 10 năm ra đời, nghành công nghiệp ôtô Việt Nam có được những bước phát triển đáng kể, đặc biệt trong vài năm trở lại đây có sự tăng trưởng cao cả về số lượng và chất lượng (theo thống kê năm 2001 ôtô tăng 40%, xe máy tăng 200%), đến tháng 5/2005 thành phố Hà Nội và thành phố

Hồ Chí Minh có số lượng ôtô tăng 150% so với năm 2001 Chính phủ Việt Nam và Bộ công nghiệp đánh giá cao tầm quan trọng của ngành công nghiệp

ôtô và coi đó là một trong những ngành cơ bản của công nghiệp Việt Nam

Thị trường ôtô Việt Nam còn rất nhỏ bé so với các nước Asean và thế giới, hai lý do chính khiến thị trường ôtô Việt Nam khó phát triển trước mắt cũng như 10 năm tới là: mức thu nhập còn quá thấp chưa tạo ra sức mua lớn

đối với ôtô mới, hạ tầng cơ sở còn yếu, đường xá chưa phát triển đặc biệt là ở các tỉnh miền núi phía Bắc, quy hoạch đô thị chưa phù hợp (như không có chỗ

Nhu cầu xe con chiếm 45%-50% = 54000-60.000 xe/năm

Nhu cầu xe thương dụng chiếm 50%-55% = 60.000-66000 xe/năm

Tỷ lệ tăng trưởng trung bình của xe con hàng năm là 6,7%, xe thương dụng là 18%, từ đó thấy nhu cầu hàng năm là 81.000 xe/năm trong đó 80% là

xe thương dụng

Ngoài nguồn cung cấp từ nhập khẩu ôtô nguyên chiếc (hiện đang bị hạn chế do thuế nhập khẩu và các quy định của Nhà nước), chúng ta đã có 5-6 cơ sở lắp ráp và sản xuất ôtô dạng CKD, cung cấp khoảng 15% nhu cầu Nhập khẩu ôtô đã qua sử dụng từ các nước chiếm 35%, số còn lại khoảng ≈ 50% sử dụng những ôtô đã qua sửa chữa ở cấp trung đại tu, do vậy các nhà cung ứng

ở Việt Nam cần phải định hướng cung ứng và tiếp nhận sự hỗ trợ của các nước có nền công nghệ ôtô tiên tiến [2]

1.2 Tình hình sử dụng các loại xe liên xô (cũ) ở các tỉnh miền núi phía bắc

Qua khảo sát thực tế ở các tỉnh: Lạng Sơn, Cao Bằng, Tuyên Quang, Hà Giang, Hoà Bình, Lai Châu, Lào Cai, Thái Nguyên với đặc điểm địa hình đồi núi, đèo, dốc, suối ngầm, hạ tầng cơ sở còn đang yếu kém thì các loại ôtô của Liên Xô cũ đã và đang được sử dụng rộng rãi bởi có những ưu việt về đặc tính kết cấu, độ bền của các chi tiết phần gầm xe, nhưng hiệu quả kinh tế không cao vì sử dụng nhiên liêu xăng với mức tiêu hao nhiên liệu quá cao

Tại tỉnh Thái Nguyên hiện có khoảng 250 xe UAZ các loại đang hoạt

động ở thành phố, thị xã, thị trấn, và các xã, làm công việc vận chuyển mọi nhu cầu xã hội Nhìn chung số lượng xe UAZ ở một số tỉnh miền núi phía Bắc chiếm khoảng 5ư10% tổng số xe vận tải trong tỉnh

Để giảm chi phí nhiên liệu cho các xe sử dụng động cơ xăng, một số cơ sở đã thay thế động cơ xăng bằng động cơ điêzen có công suất tương tự và

được thực tiễn chấp nhận, được phép lưu hành Trong đó Thái Nguyên là một trong những tỉnh đã sớm thực hiện việc chuyển đổi này cho các loại xe UAZ

và xe ZIL với số lượng khá lớn, không chỉ phục vụ cho Thái Nguyên mà còn cung cấp cho một số tỉnh khác ở miền núi phía Bắc

Phần lớn các loại xe chuyển đổi được sử dụng ở các cơ sở đào tạo lái xe

hoặc các doanh nghiệp vận tải trên các tuyến đường miền núi

Các loại động cơ điêzen dùng để thay thế cho động cơ xăng trên ô tô chủ yếu là các loại động cơ đã qua sử dụng, nhập từ một số nước công nghiệp phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc, Đức … [4],[8]

Về hiệu quả thay thế động cơ xăng bằng động cơ điêzen chưa có tài liệu nào công bố chính thức mà chủ yếu do người sử dụng tự hạch toán một cách gần đúng Tuy vậy, đây cũng là những thông tin có cơ sở tin cậy vì các cơ sở vẫn tiếp tục thực hiện chuyển đổi

1.3 Một số giải pháp kỹ thuật thay thế động cơ điêzen cho động cơ xăng trên xe ô tô

Qua điều tra các loại xe đã hoãn cải đang sử dụng ở một số cơ sở đào tạo lái xe và một số cơ sở vận tải ở miền Bắc cho thấy có hai hướng thực hiện việc thay thế động cơ điêzen cho động cơ xăng trên ô tô: Chỉ thay động cơ có công suất tương đương; Thay cả động cơ và hộp số [9]

Trường hợp chỉ thay động cỏ ít nhiều cũng sẽ làm thay đổi các tính năng động lực học của xe vì đặc tính làm việc của các động cơ điêzen khác với động cơ xăng ngay cả khi chọn hai loại động cơ có cùng tốc độ quay danh nghĩa và có cùng công suất danh nghĩa Và như vậy sẽ có thể xuất hiện một

số nhược điểm như khả năng khởi hành và tăng tốc, tính êm dịu chuyển

động, tính năng điều khiển Một khó khăn khác là khó có thể đảm bảo được

sự đồng trục giữa trục hình học của trục khuỷu động cơ với trục hình học của

bộ ly hợp Điều đó dẫn đến làm giảm khả năng truyền mô men, giảm tuổi thọ của bộ ly hợp và có thể ảnh hưởng xấu đến cả tính chuyển động êm dịu của các chi tiết cũng như toàn bộ xe

Nếu thay cả động cơ và hộp số sẽ khắc phục được một số nhước điểm của phương án trên nhưng giá thành thay thế sẽ cao hơn Tuy nhiên về mặt tính năng động lực học vẫn khác với xe nguyên bản

Sự thay đổi tính chất động lực học của xe sau khi cải tiến sẽ liên quan

đến hàng loạt các chỉ tiêu sử dụng như khả năng khởi hành và tăng tăng tốc, tính năng điều khiển, tính êm dịu chuyển động, độ bền và tuổi thọ của các chi tiết, năng suất vận chuyển … [13]

Như vậy, khi thay thế động cơ điêzen cho loại động cơ xăng trên xe ô tô cần thiết phải xem xét đến các tính chất động lực học trong đường truyền lực cũng như toàn bộ xe

Thực tế hiện nay, các cơ sở thay thế động cơ chủ yếu là dựa theo kinh nghiệm, chưa có điều kiện tính toán kiểm tra các thông số động lực học của

xe ô tô cải tiến

Với những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu một số tính chất động lực

học của ô tô UAZ khi thay thế động cơ xăng bằng động cơ điêzen” là một

đề tài mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc lựa chọn loại động cơ, thiết kế cải tiến hệ thống truyền lực và chọn chế độ sử dụng hợp lý cho loại xe ô tô đang nghiên cứu

1.4 Vài nét về tình hình nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô

ô tô là loại phương tiện vận chuyển trên đường bộ được sử dụng hữu hiệu và phổ biến nhất trên thế giới Do đó việc nghiên cứu hoàn thiện thiết kế, nâng cao chất lượng chế tạo, mở rộng tính năng và phạm vi sử dụng của ô tô luôn là đề tài thường trực thu hút nhiều nhà khoa học kỹ thuật trên thế giới quan tâm giải quyết

ôtô là loại thiết bị có kết cấu phức tạp, chuyển động với tốc độ cao và thường xuyên thay đổi, hoạt động trên nhiều loại địa hình khác nhau Do đó các tính chất động học và động lực học thay đổi rất phức tạp, các giá trị của các thông số đặc trưng như vận tốc, gia tốc thay đổi trong phạm vi rộng với các quy luật khác nhau tùy thuộc vào kết cấu và điều kiện chuyển động cụ thể Để có điều kiện nghiên cứu sâu về sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu

và điều kiện sử dụng, việc nghiên cứu các tính chất động lực học của ô tô

thường được phân theo 3 hướng chính: tính chất động lực học theo phương chuyển động (phương dọc), các tính chất động lực học theo phương thẳng

đứng và các tính chất động lực học theo phương ngang Tuy nhiên, các thông

số động lực học của ô tô thay đổi do sự tác động đồng thời của các ngoại lực theo nhiều phương khác nhau, nghĩa là phải giải quyết bài toán động lực học trong không gian thì mới đáp ứng đầy đủ nhất

Các tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng rất lớn đến năng suất vận chuyển, hiệu quả kinh tế, tính năng điều khiển và an toàn chuyển động …

Sự nghiên cứu các tính chất động lực học của ô tô là một trong những nhiệm

vụ trọng tâm khi nghiên cứu các tính năng sử dụng cũng như nghiên cứu thiết

kế ô tô Trải qua nhiều giai đoạn nghiên cứu, các thành tựu của các công trình khoa học trên thế giới đã đưa các bài toán lý thuyết tiệm cận dần đến các quá trình động lực học xẩy ra trên máy thực Đây cũng là những cơ sở quan trọng

và mang tính quyết định cho việc nghiên cứu hoàn thiện kết cấu và chế tạo thành công các xe ô tô hiện đại ngày nay

Điển hình của các nội dung nghiên cứu lý thuyết về các tính chất động lực học của ô tô trong giai đoạn hiện nay là sử dụng phương pháp số kết hợp các phần mềm hiện đại để mô phỏng các quá trình động lực học, trên cơ sở đó tìm kiếm các phương án tính toán thiết kế hợp lý và hữu hiệu

Các quá trình động lực học của ô tô xẩy ra rất phức tạp với sự tác động của nhiều yếu tố, bao gồm cả các yếu tố ngẫu nhiên của mặt đường, khả năng phản xạ của người lái nên việc nghiên cứu lý thuyết dù hoàn hảo đến mấy cũng cần phải có những nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng Trong nhiều trường hợp cụ thể, các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cũng đã đem lại hiệu quả rất cao hỗ trợ cho các quá trình nghiên cứu hiệu chỉnh thiết kế hoặc nghiên cứu thăm dò các phương án thiết kế mới, hỗ trợ cho việc tổ chức khai thác các loại xe có hiệu quả cao hơn

Về phương diện nghiên cứu thực nghiệm, cùng với sự tiến bộ nhanh

của ngành tin học và thiết bị đo lường vật lý, các phương pháp và hệ thống thiết bị nghiên cứu các tính năng sử dụng và các tính chất động lực học của ô tô cũng tiến bộ rất nhanh, đáp ứng ngày càng cao các yêu cầu nghiên cứu

Trong những giai đoạn sớm hơn, do sự hạn chế của các tính năng kỹ thuật của các thiết bị đo, việc xác định các thông số động lực học của ô tô trên đường gặp rất nhiều khó khăn và hầu hết các nghiên cứu chỉ xác định giá trị trung bình hoặc có thể ghi lại ở dạng ảnh Mặt khác, các phương tiện xử lý các kết quả thí nghiệm cũng có nhiều hạn chế, đặc biệt là khi nghiên cứu các quá trình động lực học máy nói chung và động lực học chuyển động của ô tô nói riêng

Ngày nay, nhiều loại thiết bị đo hiện đại kết hợp sử dụng máy vi tính

đã cho phép đo được nhiều thông số cùng một lúc với độ chính xác cao, có thể lưu lại các giá trị đo ở dạng số theo từng thời điểm đo (tức là đo theo hàm thời gian) Nhờ đó có thể ghi lại các quá trình động lực học của ô tô, có thể sử dụng các thông tin đó cho các nghiên cứu tiếp theo rất thuận tiện và đạt hiệu quả cao Ví dụ, khi sử dụng Sensor vận tốc V1 do Cộng hòa Liên bang Đức chế tạo kết hợp sử dụng máy vi tính và phần mềm DASYLAB 6.5 có thể đo

và ghi lại vận tốc chuyển động của xe theo phương dọc và phương ngang thân

xe Trên cơ sở đó có thể xử lý các kết quả thí nghiệm phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo như xác định gia tốc, quãng đường của xe ở các thời điểm khác nhau Có thể nói đây là những tiến bộ rất nổi bật trong việc nghiên cứu các tính chất động học và động lực học của ô tô Ngoài ra, nếu kết hợp sử dụng các đầu đo lực và mô men cùng với Sensor V1 thì khả năng nghiên cứu các quá trình động lực học bằng thực nghiệm còn được mở rộng hơn và ý nghĩa của các kết quả nghiên cứu sẽ cao hơn [7],[10]

Tóm lại, trong những năm gần đây các nghiên cứu về động lực học chuyển động của ô tô đã đạt được mức độ rất cao kể cả nghiên cứu lý thuyết

và nghiên cứu thực nghiệm

1.5 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu một số tính chất động lực học của ô tô theo phương dọc nhằm góp phần xây dựng cơ sở khoa học để đánh giá chất lượng động lực học của các xe ô tô sau khi thay thế động cơ xăng bằng động cơ điêzen, giúp cho quá trình hiệu chỉnh thiết kế và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý các loại xe

ôtô sau khi cải tiến, lấy loại xe UAZ làm đối tượng nghiên cứu cụ thể

Nhiệm vụ nghiên cứu:

Để đạt được mục tiêu trên, trong đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ chính sau đây:

ư Tìm hiểu các tính năng kỹ thuật và lựa chọn các loại thiết bị đo;

ư Xây dựng phương pháp đánh giá tính chất động lực học của ô tô bằng thực nghiệm với những thiết bị đo hiện đại

ư Xây dựng quy trình và tiến hành các thí nghiệm đo các thông số

động lực học của ô tô trên đường

ư Xử lý các kết quả nghiên cứu thực nghiệm

ư Đánh giá tính năng động lực học của xe ô tô sau khi cải tiến so với xe nguyên bản

1.6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Chất lượng động lực học của ô tô thường 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 ô tô

Để xây dựng đường đặc tính động lực học có thể thực hiện theo hai phương pháp :

ư Đường đặc tính động lực học được xây dựng trên cơ sở sử dụng

đường đặc tính động cơ và sử dụng các công thức toán học để tính các chỉ tiêu

động lực học và thường gọi là đường đặc tính lý thuyết [4]

ư Đường đặc tính động lực học được xây dựng theo các số liệu khảo nghiệm xe trên đường và thường được gọi là đường đặc tính thực nghiệm [7]

Khi sử dụng phương pháp thứ nhất đòi hỏi phải có đường đặc tính động cơ, một số thông số kết cấu của xe và một số thông số về điều kiện sử dụng Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là tính toán đơn giản, nhanh, dễ đặt ra các phương án khảo sát ảnh hưởng của từng thông số Tuy nhiên có nhược

điểm là không thể xem xét ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố và mặt khác

do phải sử dụng một số giả thiết nên độ chính xác của các kết quả nghiên cứu

có những hạn chế

Đối với phương pháp thứ hai, để đo được trực tiếp các thông số đòi hỏi phải có các thiết bị hiện đại, đặc biệt là phải có khả năng đo được các tín hiệu thay đổi theo thời gian với tần số cao và phải có khả năng ghi lại theo 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 điện, trường Đại học Nông nghiệp I đã được trang

bị loại thiết bị đo được quá trình động lực học chuyển động của xe ô tô Do

đó trong đề tài này sử dụng phương pháp xây dựng đường đặc tính động lực học của ô tô bằng thực nghiệm

Một lý do khác là hầu hết các loại động cơ điêzen dùng để thay thế cho được xăng trên ô tô đều là các loại động cơ cũ, nhập từ một số nước công nghiệp phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc Đường đặc tính động cơ của các loại động cơ này khó tìm hoặc không tương thích với tình trạng kỹ thuật của loại động cơ đang nghiên cứu Do đó sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu đặc tính động lực học của các loại xe hoãn cải động cơ xăng bằng

động cơ điêzen là hợp lý hơn

Nội dung của phương pháp thực nghiệm tùy thuộc vào tính năng kỹ thuật của hệ thống thiết bị và phương pháp xử lý số liệu Do vậy trong luận văn này sẽ đề xuất một phương pháp, sẽ được trình bày chi tiết ở chương 3

1.7 Kết luận chương

Qua phân tích tổng quan và theo mục đích nghiên cứu của đề tài có thể rút một số kết luận sau đây:

1ư Các loại xe ô tô dùng động cơ xăng thuộc thế hệ trước được nhập từ Liên Xô cũ hiện nay chủ yếu được sử dụng ở khu vực miền núi với số lượng vẫn còn tương đối lớn, trong đó tập trung ở các chủng loại UAZ, ZILư130/131, ZILư157/164, GAZư53/66

2ư Việc thay thế động cơ điêzen cho các loại xe trên tuy chưa được kiểm định chặt chẽ nhưng đã được người sử dụng chấp nhận nhờ giảm được chi phí nhiên liệu (cả về lượng và giá thành nhiên liệu), có khả năng vượt đèo dốc tốt so với xe xăng Hướng cải tiến này đang có chiều hướng phát triển Tuy nhiên, sự thay thế này còn mang tính tự phát chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, chưa xem xét đến các yếu tố động lực học và do đó còn thiếu những cơ sở khoa học cần thiết cho việc lựa chọn loại động cơ cũng như các công việc tính toán thiết kế cải tiến các bộ phận phụ trong hệ thống truyền lực và

điều khiển

3ư Việc sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm tra chất lượng

động lực học (khả năng khởi hành và tăng tốc, khả năng vượt dốc) của các loại xe sau khi thay thế động cơ có tính khả thi và cần thiết

2.1 Đường đặc tính của động cơ

Động cơ đặt trên các xe ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại pitông Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõ trên

đường đặc tính làm việc của nó Đặc tính làm việc của động cơ sẽ chi phối

đặc điểm cấu tạo và tính năng sử dụng của ô tô Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của ô tô

Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại: đường đặc tính

tốc độ và đường đặc tính tải trọng.[11],[13]

2.1.1 Đường đặc tính tốc độ

Đường đặc tính tốc độ là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (lượng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc ω của trục khuỷu

Các loại động cơ điezen lắp trên ô tô đều có bộ điều tốc (máy điều

chỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản Mc) thay đổi Đường đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tự

điều chỉnh Có hai loại đường đặc tính tốc độ: [13],[12]

ư Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài

ư Đường đặc tính cục bộ

Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ)

Đường đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động cơ

ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thước nhiên liệu (ở

động cơ điezen) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bướm ga (ở động cơ xăng) Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận

được đường đặc tính cục bộ Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế

(máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô vàn đường

đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga

Trên hình 2.1 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ

Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cực đại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin, khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọi tương ứng: công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay định mức Mn và

số vòng quay định mức nn

Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quay chạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc Phần

đồ thị tương ứng khoảng tốc độ nn - nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các

đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn

nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đường cong) ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả Ngoài ra, các chi tiết của

động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém

đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một số nhược điểm khác nữa Do vậy không nên sử dụng động cơ

ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép 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 Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên mô men động cơ sẽ giảm xuống rồi ngừng quay Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được với tải trọng Mc < Mmax tương ứng với tốc độ quay n > nM

Trên hình 2.2 là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi có (a) và không có (b) bộ phận hạn chế số vòng quay Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ

đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và được xác định : k M

M

max n

M = (2.1)

Trong đó: Mmax - mô men quay cực đại của động cơ;

Mn - mô men quay định mức của động cơ

ô tô thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm vi rộng nhiều khi người lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay đổi số truyền và dẫn đến bị chết máy Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơ nhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở nhánh tự điều chỉnh Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ

Mn - mô men quay định mức của động cơ

Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật để

đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ Trong lý thuyết ô tô thường sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học

Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đối cũng có thể sử dụng phương pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm Một trong những công thức hay được sử dụng là công thức S.R Lay Đecman, có dạng như sau: [3]

M N

n

e = 10 e1047

4

, (2.4) Trong đó: Ne - công suất động cơ, KW;

n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;

Me - mô men quay của động cơ, Nm

Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3) và (2.4) ta có thể xây dựng

được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n)

2.1.2 Đường đặc tính tải trọng

Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu n và chi phí nhiên liệu giờ GT với mô men quay của động cơ Me, thể hiện trên hình 2.3

Hình 2.3 Đường đặc tính tải trọng của động cơ

Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tích trên đường đặc tính tốc

độ Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của ô tô Vì rằng, nhánh điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men

từ 0 đến Mn) có thể bố trí được rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ (trong khoảng nn - nck) Nhờ đó khi xác định giá trị của các thông

số trên đồ thị sẽ chính xác hơn Tuy nhiên, để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ thì đường đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh giữa các động cơ với nhau thông qua chi phí nhiên liệu riêng ge

Đường đặc tính động cơ phụ thuộc nhiều yếu tố [21], [22], do đó khi sử dụng các đường đặc tính cần đặc biệt quan tâm đến điều kiện xây dựng chúng

Giá trị của mô men quay Mk phụ thuộc vào mô men quay của động cơ

Me, tỷ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực Ngoài ra còn phụ thuộc vào chế độ chuyển động của ô tô

Khi ô tô chuyển động ổn định:

M k = Mei ηm (2.5)

Trong đó: Me - mô men quay của động cơ;

i, ηm - tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực

- mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ động

Trong công thức (2.6), dấu cộng (+) được sử dụng cho trường hợp chuyển động chậm dần và dấu trừ (-) là khi chuyển động nhanh dần

Mối liên hệ giữa gia tốc tịnh tiến của xe và gia tốc góc của bánh xe chủ động có thể được biểu diễn qua biểu thức:

a d

dt r

d dt

r i

k

= ω ⋅ = ω ⋅Trong đó: a - gia tốc tịnh tiến của xe;

x k x k

r

a dt d

i r

a dt d

i r

a dt d

=

=

=

ωω

ω

;

;

Sau khi thay các giá trị trên vào công thức (2.6) và bằng phép biến đổi

đơn giản nhận được mô men chủ động khi chuyển động không ổn định:

M k' =M k ±M ak (2.7)

Trong đó: Mk - mô men chủ động của tô tô khi chuyển động ổn định;

2.2.2 Các lực tác dụng lên ô tô

1) Lực kéo tiếp tuyến và lực bám

Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất xảy

ra rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu diễn như hình 2.5

Dưới tác dụng của mô men chủ động Mk bánh xe tác động lên mặt

đường một lực tiếp tuyến , ngược lại mặt đường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển động với ô tô, có tác dụng làm cho máy chuyển động

Do vậy phản lực tiếp tuyến Pk được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là lực chủ động

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động

Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe do mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của ô tô Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi ô tô chuyển động ổn định được xác

định theo công thức:

Pk= M

r

M i r

k k

e m k

(2.8) Trong đó: M k - mô men chủ động; Me - mô men quay của động cơ;

i, ηm -tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực; rk- bán kính bánh xe chủ động

Qua đó ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại Pkmax khi sử dụng số truyền có tỷ số truyền lớn nhất i = imax và mô men quay động cơ đạt giá trị lớn nhất Me = Mmax, nghĩa là:

Pkmax = M i

r

e k

max maxηm

(2.9)Khi tô tô chuyển động không ổn định mô men chủ động còn phụ thuộc vào gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay không

đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ Lực kéo tiếp tuyến có thể

được xác định theo công thức:

P M

M r

ak k

' = ' = ± (2.10)

Trong đó: M’ k - mô men chủ động khi chuyển động không ổn định;

Mak - mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ

Pk, P’k - lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn định và khi chuyển động không ổn định

Trong công thức (2.10) lấy dấu cộng khi chuyển động chậm dần và dấu trừ khi chuyển động nhanh dần

Lực bám và hệ số bám

Như đã được phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết quả của tác động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường Do đó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với

đất hoặc mặt đường Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến giá trị cực đại

Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe

do lực ma sát, còn khi chuyển động trên nền đất mềm lực bám được tạo thành

do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất Do vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào

đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất mặt đường và tải trọng pháp tuyến Khi chuyển động trên mặt đường năm ngang ( hình 2.5) tải trọng pháp tuyến

Gk là phần trọng lượng “ tô tô tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản thân của bánh xe Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ được cân bằng với phản lực pháp tuyến Zk của mặt đường

Thực nghiệm đã khẳng định rằng, lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải trọng pháp tuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận Do đó mối quan hệ này thường hay được sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe

Tỷ số giữa lực bám Pϕ và tải trọng pháp tuyến Gk được gọi là hệ số bám

và thường được ký hiệu là ϕ, nghĩa là:

đường Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng ô tô cũng như

sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tương đối

Trên cơ sở công thức (2.11) ta có thể viết:

Pϕ = ϕ Gk = ϕ Zk (2.12) Như vậy điều kiện cần để ô tô có thể chuyển động được sẽ là:

Z hoÆc theo träng l−¬ng cña m¸y G, sù ¶nh h−ëng cña c¸c yÕu tè cßn l¹i ®−îc

4) Lực cản không khí

Khi ô tô chuyển động sẽ làm di chuyển bộ phận không khí bao quanh

xe, làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản không khí Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển

động, hình dáng bề mặt chắn gió phía trước Giá trị của lực cản không khí có thể được xác định theo công thức thực nghiệm :

và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của ô tô Ngược lại, khi chuyển

động nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính

Giá trị của lực quán tính có thể xem như tạo thành bởi hai thành phần:

Pj = Pj’ + Pj’’ (2.19) Trong đó:

M r

Trong đó: Mak- mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều qui dẫn đến trục bánh chủ động

Man- mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng)

Thay các giá trị Mak và Man vào (2.21), sau đó thay các giá trị của Pj’

và Pj’’ vào (1.19) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của “ tô tô

+

2 2

2 2

1

n

n k

k x x x m

d j

r

J r

J i

J i

J G

g j g

g G

r

J r

2.3 Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất

2.3.1 Cân bằng lực kéo

Năng suất vận chuyển được đánh giá bởi khối lượng hàng hoá và quãng

đường vận chuyển được trong một đơn vị thời gian Nó phụ thuộc vào trọng tải và tốc độ chuyển động trung bình của ô tô Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào các tính chất kéo bám và tính chất động lực học của ô tô

Để phân tích đánh giá tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô người ta thường dưạ vào đồ thị cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng công suất

1) Phương trình cân bằng lực kéo

Xét trường hợp tổng quát khi ô tô kéo rơ mooc vận chuyển với tốc độ không ổn định trên đường dốc

PK = Pf ± Pα ± Pj + PW (2.25) Trong đó: PK ư lực kéo tiếp tuyến;

δa ư hệ số tính đến sự ảnh hưởng của các khối lượng quay trên ô tô

j, g ư gia tốc của ô tô và gia tốc trọng trường;

Trong phương trình (2.25), sử dụng dấu (+) hoặc (ư) trước Pα là tuỳ thuộc vào xe chuyển động lên hoặc xuống dốc, còn trước Pj là tuỳ thuộc chuyển động nhanh hoặc chậm dần

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

PK = f Gcos α ± Gsinα ± δa

g

G a

j +kW.v2 (2.30)

ψ ư hệ số cản của mặt đường:

ψ = f cosα ± sinα (2.32) Phương trình (2.30) có thể viết lại:

PK = Pψ ± Pj + PW (2.33) Trường hợp chuyển động đều trên đường nằm ngang

PK = Pf + PW

hoặc PK = f G + kW.v2 (2.34)

2) Đồ thị cân bằng lực kéo

Lực kéo tiếp tuyến PK của ôtô phụ thuộc vào mô men quay Me của

động cơ và tỷ số truyền i trong hệ thống truyền lực, còn vận tốc chuyển động

v phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ ωe,tỷ số truyền i và độ trượt δ:

Pk =

k

m e r

Mặt khác quan hệ giữa mô men quay Me và vận tốc quay ωe là quan hệ phụ thuộc và được biểu thị trên đường đặc tính của động cơ Me = f (ωe)

Do đó lực kéo tiếp tuyến Pk và mô men động cơ Me cũng có thể biểu thị theo hàm số vận tốc:

PK = f(v) và Me = f (v)

Các quan hệ trên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố sử dụng khác nên khó

Trước hết ta xét trường hợp đơn giản với giả thiết ô tô không bị trượt

δ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc f = const Dạng đồ thị cân bằng lực kéo được minh hoạ trên hình 2.7

Pk

Hình 2.7 Đồ thị cân bằng lực kéo khi độ trượt δ=0

Đồ thị trên hình 2.7 được xây dựng trên cơ sở đường cong thực nghiệm

Me = f (ωe) của đường đặc tính tốc độ của động cơ

1ư Xây dựng các đường cong lực kéo tiếp tuyến PK = f(v)

ư Cho trị số mô men quay Me, tính lực kéo tiếp tuyến PK theo (2.35)

ưTừ đường cong Me = f (ωe) ta xác định được ωe tương ứng với Me đã cho

ưThay ωe vào công thức (2.35) để tính vận tốc thực tế v

Cặp giá trị PK, v vừa tính được xác định một điểm của đồ thị PK = f (v)

Bằng cách như vậy ta sẽ xác định được nhiều điểm ứng với các trị số khác nhau của Me và xây dựng được các đường cong PK = f (v) cho từng từng số truyền Trên đồ thị 2.7 minh hoạ cho 3 số truyền với các ký hiệu Pk1, Pk2, Pk3

2ư Xây dựng đường lực cản mặt đường Pψ = f (v)

Vì đã giả thiết f = const nên ứng với mỗi góc dốc α xác định lực cản

Pψ là đại lượng không đổi Pψ = const, trên đồ thị được biểu thị bằng đường thẳng song song với trục hoành Giá trị của Pψ được xác định theo (2.32)

ư Khi lên dốc (α > 0): Pψ = (fcosα + sinα)G = Pf + Pα

Qua đồ thị cân bằng lực kéo ta có thể rút ra một số nhận xét như sau:

ư Dạng của các đường cong PK = f(v) tương tự như dạng đường cong

Me = f (ωe) ở mỗi số truyền giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến PKmax sẽ tương ứng với mô men quay cực đại của động cơ Memax

Vận tốc tương ứng với giá trị PKmax được gọi là vận tốc giới hạn v K Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v<vk, lực kéo tiếp tuyến PK sẽ giảm do mô men quay động cơ giảm

Cần lưu ý là khi v < vK động cơ không tự trở lại trạng thái cân bằng mô men quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v < vK

ư Điểm cắt nhau của đường lực cản tổng cộng Pψ + PW = f(v) và

đường lực kéo tiếp tuyến PK = f(v) chính là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển

động ổn định, khi đó vận tốc đạt giá trị cực đại v = vmax Trên Hình 2.7, điểm

Hiệu số PK - (Pψ+PW) = Pd được gọi là lực kéo dư

Phần lực kéo dư dùng để tạo ra khả năng tăng tốc và để khắc phục lực cản dốc với độ dốc lớn hơn, tức là tạo ra khả năng vượt dốc Như vậy vùng có khả năng tăng tốc là (vK - vmax)

Khi v = vK thì lực kéo dư đạt lớn nhất Pd = Pdmax và khả năng tăng tốc

sẽ lớn nhất

Khi v = vmax thì Pd = 0 và không còn khả năng tăng tốc hoặc vượt độ dốc lớn hơn Khi đó muốn vượt độ dốc lớn hơn phải chuyển về làm việc ở số truyền thấp hơn

ư ở điều kiện làm việc xác định, tức là lực cản mặt đường đã xác định, nếu muốn giảm tốc độ chuyền động đều ta có thể giảm ga Khi đó động cơ

sẽ làm việc với đường đặc tính riêng phần, đường cong Me = f(ωe) sẽ thấp hơn so với trường hợp cung cấp nhiên liệu cực đại Điểm cân bằng B’ trên đồ thị là một ví dụ khi làm việc ở số truyền 3, lúc đó xe chuyển động đều với vo

< vomax

ư Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất Pkmax không chỉ phụ thuộc vào mô men quay cực đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều kiện bám PKmax = Pϕ Như vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị PK < Pϕ

2.3.1 Cân bằng công suất

Phương trình hoặc đồ thị cân bằng lực kéo chỉ đánh giá được tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô vận chuyển Để đánh giá chỉ tiêu năng lượng ta cần xem xét sự cân bằng công suất khi liên hợp máy làm việc ở các

điều kiện chuyển động khác nhau

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:

NK = Nψ ± Nj + NW = Pψv ± Pjv + PWv (2.37) Trong đó: NK - công suất truyền cho các bánh chủ động

NK = Ne ηm (2.38)

Ne ư công suất hiệu dụng của động cơ;

ηm ư hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực;

Nψ ư công suất hao tổn do lực cản mặt đường;

Nj ư công suất hao tổn do lực cản quán tính;

NW ư công suất hao tổn do lực cản không khí

2) Đồ thị cân bằng công suất kéo

Phân tích tương tự như khi xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ta sẽ nhận

được đồ thị cân bằng công suất kéo và được minh hoạ trên hình 2.8, trên đó còn biểu thị sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne của động cơ vào tốc độ chuyển động v

Trình tự xây dựng:

ư Cho giá trị Ne, tính NK theo công thức (2.38)

ư Từ đường cong Ne = f(ωe) xác định tốc độ quay ωe ứng với Ne đã cho, sau đó sử dụng công thức (2.36) tính vận tốc v

Cặp giá trị Ne, v xác định một điểm đồ thị Xây dựng nhiều điểm và nối lại ta được toàn bộ đường cong Ne = f(v) của số truyền đã cho

Bằng cách như vậy sẽ xây dựng được các đường cong Ne = f(v) cho các

số truyền khác nhau

Đường cong (Nψ + NW) = f (v) cắt đường cong công suất NK tại điểm A

Đó chính là điểm cân bằng công suất, nghĩa là khi đó ô tô chuyển động đều

và sẽ nhận được vận tốc chuyển động cực đại vmax vì không còn công suất dự trữ để tăng tốc

Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc cực đại v < vmax thì công suất cản tổng cộng (Nψ + NW) < NK, nghĩa là còn dự trữ một phần công suất để tăng tốc hoặc để khắc phục góc dốc lớn hơn

2.4 Đặc tính động lực học ô tô

2.4.1 Nhân tố động lực học ô tô

Phương trình cân bằng lực kéo và phương trình cân bằng công suất có thể sử dụng để phân tích đánh giá tính chất động lực học của một loại ô tô vận chuyển cụ thể Nhưng không thể sử dụng các phương trình đó để đánh giá

so sánh các tính chất động lực học của các ô tô vận chuyển khác nhau vì các

ô tô khác nhau sẽ có trọng lượng khác nhau và đặc tính kỹ thuật của động cơ cũng có thể khác nhau

Do vậy để đánh giá so sánh tính chất động lực học của các ô tô vận chuyển khác nhau người ta sử dụng một thông số đặc trưng tính chất động lực học không có thứ nguyên Thông số đó là nhân tố động lực học

Nhân tố động lực học là tỷ số giữa phần lực kéo tiếp tyến sau khi đã trừ

đi lực cản không khí (PK ư PW) và trọng lượng toàn bộ Ga của ô tô vận chuyển

Nếu ký hiệu nhân tố động lực học là D, ta có: