Nghiên cứu xậy dựng đăt tính động lực học của ô tô với truyền lực thủy lực

Luận văn

Bộ giáo Dục và Đào tạo trường đại học nông nghiệp I

Lại Huy Tài

Nghiên cứu xây dựng đặc tính động lực học của ô tô với truyền lực thủy lực

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

rõ nguồn gốc

Tác giả

Lại Huy Tài

Tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn và xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Ô tô - Máy kéo, các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện và cùng toàn thể các thầy cô giáo Trường ĐHNNI - Hà Nội đã tận tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện giúp đỡ

Nhân đây cho tôi xin gửi lời cảm ơn trân thành tới ban lãnh đạo, tập thể và các giáo viên Trường CĐKTKT - Đại Học Thái Nguyên nơi tôi đang công tác đã giúp đỡ trong thời gian tôi đi học và làm luận văn

Xin trân thành cảm ơn tới tất cả các đồng nghiệp, các bạn và người thân về sự giúp đỡ thân tình đối với tôi!

Tác giả đã hết sức cố gắng để hoàn thành luận văn, tuy nhiên cũng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Lại Huy Tài

Môc lôc

3.2.1 §iÒu kiÖn cho tr−íc 35

3.3 §å thÞ kh«ng thø nguyªn cña xe G¸t + 13 Trai Ca " чайка 41

3.3.2 Tính toán và xác định hàm hiệu suất biến mô (ηbm) 43

4.2 Xác định số vòng quay (nT), mô men (MT) và công suất (NT) của tuabin 52

các ký hiệu dùng trong luận văn

TT ký hiệu ý nghĩa đơn vị

1 Ne Công suất hữu ích của động cơ W

2 Me Mô men xoắn của động cơ Nm

3 ne Số vòng quay của động cơ v/ph

4 MB Mô men bánh bơm biến mô thủy lực Nm

5 nB Số vòng quay của bánh bơm biến mô thủy lực v/p

6 ωB Vận tốc góc của bánh bơm biến mô thủy lực 1/s

7 RB Bán kính của bộ biến mô m

8 NT Công suất của tuabin biến mô thủy lực w

9 MT Mô men của tuabin biến mô thủy lực Nm

10 nT Số vòng quay của tuabin biến mô tủy lực v/ph

20 ηbm Hiệu suất bộ biến mô

21 ibm Tỷ số truyền của bộ biến mô

Danh mục các bảng

Bảng 4 - 1: Tổng hợp kết quả tính toán các trị số động lực của bộ biến mô 50Bảng 4 - 2: Kết quả tính toạ độ các giao điểm của đường cong hàm MB và Me 51Bảng 4 - 3: Kết quả tính toán số vòng quay, mô men và công suất của tuabin 53

Bảng 4 - 5: Kết quả tính toán vận tốc tối đa và vận tốc thành phần của xe 60Bảng 4 - 6: Kết quả tính toán thành phần lực kéo so với trọng lượng của xe 61Bảng 4 - 7: Kết quả tính toán các hệ số hàm gia tốc ở ba số truyền của xe 68

Danh mục các hình

Hình 3 - 5 Đồ thị đặc tính không thứ nguyên bộ biến mô của xe Gát – 13 T.Ca 45Hình 4 - 1 Đồ thị đặc tính tải trọng của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực 51Hình 4 - 2 Đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - bộ biến mô thủy lực 54

1 Mở đầu

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ ô tô máy kéo nói chung, với việc cải tiến các hệ thống và cơ cấu của chúng nói riêng, là một vấn đề được nhiều người trong nước cũng như trên thế giới đặc biệt quan tâm

Những năm gần đây ô tô, máy kéo sản xuất ra có sự thay đổi rất lớn có những hệ thống, cơ cấu đổi mới hoàn toàn Trong đó hệ thống truyền lực (HTTL) cũng được cải tiến và có những đổi mới nhất định

Hiện nay trên ô tô, máy kéo có trang bị HTTL thủy lực được dùng khá phổ biến ở nước ta HTTL thủy lực (thủy động và thủy tĩnh) có rất nhiều ưu

điểm nổi trội so với truyền lực cơ khí Việc nghiên cứu các tính năng kinh tế,

kỹ thuật của ô tô, máy kéo với truyền lực thủy lực để khai thác chúng đạt hiệu quả kinh tế cao, an toàn lao động cho người và máy là việc làm cần thiết, vì HTTL thủy lực có nhiều điểm khác so với truyền lực cơ khí

Với ý nghĩa đó, được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn cùng các thầy trong bộ môn Ô tô - máy kéo Trường ĐHNNI - Hà Nội, chúng

tôi lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu xây dựng đặc tính động lực học của ô tô

với truyền lực thủy lực"

1.2 Mục đích, yêu cầu của đề tài

1.2.1 Mục đích

Để đáp ứng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ô tô trên thế giới và

sử dụng xe có truyền lực thủy lực hiện nay, thì phải hiểu đặc điểm, kết cấu cùng với sự đổi mới của chúng Hơn nữa để có chỉ tiêu đánh giá, so sánh các

loại xe khác nhau thì cần tiến hành Nghiên cứu xây dựng đặc tính động lực

học của ô tô với truyền lực thủy lực, nghĩa là:

- Xây dựng và vẽ đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô, thể hiện mối liên hệ lực kéo phụ thuộc vào vận tốc của xe

- Xây dựng đồ thị tia và nhân tố động lực học, cho biết khả năng mang tải, thể hiện mối liên hệ của nhân tố động lực học phụ thuộc vào vận tốc của xe

- Xây dựng và vẽ đồ thị gia tốc, thể hiện mối liên hệ giữa gia tốc phụ thuộc vào vận tốc của xe

Trong đó đề tài sẽ tính toán, xác định và xét sự biến đổi về mối liên hệ của các thông số động lực học đặc trưng của ô tô với truyền động thủy lực - thể hiện bằng các kết quả tính toán và đồ thị biểu diễn để làm cơ sở cho cán

bộ kỹ thuật, sinh viên, cũng như người sử dụng tham khảo, hiểu rõ thêm về một loại xe cụ thể có hệ thống nói trên

1.2.2 Yêu cầu

- Nghiên cứu kỹ tổng quan về hệ thống truyền lực nói chung, hiểu rõ

đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc khả năng ứng dụng và hướng phát triển của từng loại truyền động của ô tô

- Tìm kiếm những tài liệu, xác định các công thức chung dùng để tính toán, xây dựng các đường đặc tính của xe

- Tìm kiếm thông tin thu thập dữ liệu, tính toán, xác định các hàm và vẽ

đồ thị đặc tính ngoài của động cơ ô tô

- Dựa vào thông số khảo nghiệm và những thông tin tìm kiếm được, tính toán, xác định các hàm và dựng lại đồ thị đặc tính không thứ nguyên bộ biến mô của xe

- Tính toán, xét sự làm việc đồng thời giữa động cơ với bộ biến mô, xác

định các hàm động lực của bánh bơm biến mô và vẽ đồ thị đặc tính tải trọng

hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe

- Tính toán, xác định các hàm động lực của tuabin và vẽ đồ thị đặc tính

ra của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe

- Tính toán, xác định hàm để xây dựng chương trình vẽ đồ thị đặc tính

động lực học của xe

còn hạn chế, nên phải tìm kiếm các thông số khảo nghiệm bằng phương pháp tra cứu tài liệu, xây dựng thêm những yếu tố cho trước mà chưa đầy đủ để bổ xung vào các điều kiện ban đầu làm cơ sở cho việc nghiên cứu, tính toán…

Việc nghiên cứu và vẽ đồ thị đặc tính động lực học sẽ được tiến hành

đối với một loại xe cụ thể (Gát - 13 Trai Ca) có kết cấu tương thích với các loại xe thủy cơ hiện nay

Một vài thông số nhỏ không cho trước, khi tìm kiếm tra cứu hay chọn

và đưa vào sẽ được phân tích, đánh giá có căn cứ để đảm bảo yêu cầu, cũng như tính phù hợp trong đề tài

1.3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Vấn đề nghiên cứu hệ thống truyền lực nói chung, hệ thống truyền lực thủy lực nói riêng đã được đặt ra và đã có nhiều công trình nghiên cứu đa dạng, mang lại giá trị thực tiễn và có những thành công rất lớn Đối với luận văn này là sự cụ thể hóa về phương pháp tính toán, xây dựng đường đặc tính

động lực học của ô tô với truyền lực thủy lực cho một loại xe cụ thể nhờ sự trợ giúp của phần mềm Matlab trong máy vi tính Do yêu cầu từ công việc cũng như người sử dụng đòi hỏi HTTL thuỷ lực không ngừng được hoàn thiện, nhất

là khi có điều kiện thuận lợi về kinh tế, công nghệ chế tạo mới và công nghệ thông tin

Đề tài "Nghiên cứu xây dựng đặc tính động lực học của ô tô với truyền

lực thủy lực" nhằm làm cơ sở giúp người sử dụng, cán bộ kỹ thuật tham khảo,

xác định các thông số trong truyền động một cách tiện lợi Nó có thể làm cơ

sở cho việc tính toán, thiết kế, kiểm tra, so sánh hệ thống truyền lực, đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật góp phần khai thác, tổ chức sử dụng phát huy khả năng tải của các xe, máy có trang bị HTTL thủy lực đạt hiệu quả cao

Đề tài cũng làm cơ sở để tìm hiểu xe phức tạp hơn mặt khác góp phần đảm bảo an toàn cho người và máy khi sử dụng

2 Tổng quan những vấn đề nghiên cứu

2.1 Khái quát về hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực nói chung theo tài liệu [4], hệ thống này sử dụng

để thực hiện việc truyền mô men và công suất từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ô tô máy kéo, nó phải đảm nhiệm các chức năng sau:

- Cắt nối truyền động êm dịu, do ly hợp đảm nhiệm

Hình 2 -1: Hệ thống truyền lực của ô tô

- Thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu về tốc độ và đổi hướng chuyển

Dựa vào nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia ra:

Truyền lực cơ khí; truyền lực thủy lực (thuỷ động và thủy tĩnh); truyền lực

điện cơ; truyền lực phân cấp và truyền lực không phân cấp [10]

Trước khi đi xây dựng đường đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực thủy lực (thủy động), hãy xét hệ thống truyền lực cơ khí; hệ thống truyền lực thủy lực trên một số ô tô máy kéo điển hình

- Đối với hệ thống truyền lực không phân cấp thì sử dụng các bộ truyền

động ma sát như: bộ truyền động đai, bộ biến tốc ma sát

- Những bộ phận chính trong truyền lực cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục [3]

a Ly hợp ma sát

Bộ phận ly hợp nằm giữa động cơ và hộp số chính Chức năng của ly hợp trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo là:

- Có khả năng đóng, ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ

động Đảm bảo việc đóng, ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện quá trình đóng, ngắt một cách nhanh chóng

- Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ

- Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng dập tắt chấn động để nâng cao chất lượng truyền động

Ly hợp ma sát được dùng nhiều trên ô tô, máy kéo là loại ly hợp một

đĩa hoặc hai đĩa ma sát và là loại thường xuyên đóng do lực ép của các lò xo,

ép các đĩa ép cùng khối đĩa ma sát vào bề mặt của bánh đà, để truyền mô men

từ bánh đà (liên kết cứng với vỏ ly hợp, rănh trong vỏ ly hợp ăn khớp với vấu

đĩa ép (chủ động)) sang đĩa ma sát nối then hoa với trục sơ cấp hộp số (phần

bị động)

Tuy nhiên quá trình cắt, nối ly hợp vẫn còn hiện tượng gây ồn, nếu trượt kéo dài sẽ phát sinh nhiệt và hao mòn nhanh chính vì những nhược điểm còn tồn tại, nên đã có những giải pháp khắc phục [2]

b Hộp số cơ khí

Trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo sử dụng hộp số để đảm bảo các chức năng: tạo nên sự thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ ở phạm vi rộng phù hợp với sự thay đổi của địa hình làm việc, tạo nên chuyển

động lùi và có thể ngắt truyền động trong thời gian dài

Hộp số cơ khí trong truyền động cơ khí của ô tô, máy kéo thường sử dụng các bộ truyền động bánh răng: răng thẳng hoặc răng nghiêng Đối với máy kéo do tính chất công việc thay đổi phức tạp, thường làm việc ở tốc độ thấp phải bố trí hộp số nhiều số truyền hơn ở ô tô Thường ở máy kéo bố trí loại hộp số có từ 9 số tiến trở lên và có 2 đến 3 số lùi Trên ô tô thường bố trí hộp số có từ 3 đến 5 số tiến và 1số lùi

Xét về cấu tạo thì hầu hết các hộp số cơ đều có điểm chung là có một cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp để truyền mô men quay từ trục sơ cấp đến trục trung gian Trên trục sơ cấp có bố trí bánh răng liền trục của cặp bánh răng luôn luôn ăn

điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền cao (η= 0.9 ữ 0.95), khối lượng nhỏ Tuy nhiên hộp số cơ còn có nhược điểm là gây ồn khi làm việc, khó sang số

đòi hỏi sự khéo léo của người vận hành điều khiển khi sang số Muốn gài số, người vận hành phải điều khiển sao cho các bánh răng cần gài với nhau phải

được quay cùng một tốc độ, có như vậy để tránh các đầu răng không bị vấp vào nhau Để tạo điều kiện cho việc sang số dễ dàng, trên hộp số được trang bị các bộ đồng tốc Các bộ đồng tốc thường có ba loại sau:

c Truyền động các đăng

Để truyền mô men từ hộp số tới cầu chủ động, trên ô tô, máy kéo thường dùng trục các đăng Truyền động các đăng để truyền mô men quay giữa các trục có các đường tâm không trùng nhau thường là cắt nhau với một góc γ = 150 ữ 200 Như vậy trục các đăng dùng để truyền mô men từ các cụm

cố định trên khung (hộp số, hộp phân phối) tới các cụm di động tương đối với khung như các cầu chủ động, việc sử dụng loại trục truyền này là điều không mong muốn

d Truyền lực chính và vi sai

- Truyền lực chính được dùng để tăng tỷ số truyền từ trục các đăng đến cơ cấu vi sai và các bán trục trên ô tô, máy kéo bánh lốp

- Bộ vi sai đặt giữa các bánh xe chủ động trong hộp cầu ô tô, máy kéo

có chức năng là đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với tốc độ khác nhau

khi xe quay vòng hoặc di chuyển trên đường không bằng phẳng Phân phối mô men ra các cầu chủ động theo một tỷ lệ nhất định phụ thuộc vào trọng lượng bám của các cầu nhằm nâng cao khả năng bám của xe, đặc biệt là những xe có nhiều cầu chủ động

2.1.2 Hệ thống truyền lực thủy lực

Ngày nay hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo được sử dụng hệ

thống truyền lực thủy lực, nó gồm có hai dạng cơ bản là truyền lực thủy động

và truyền lực thủy tĩnh

- Truyền lực thủy động là dạng truyền động sử dụng động năng của chất lỏng để truyền mô men xoắn từ chi tiết làm việc này sang chi tiết làm việc khác

- Truyền lực thủy tĩnh là dạng truyền động sử dụng áp suất của dòng chất lỏng để truyền mô men xoắn từ chi tiết làm việc này sang chi tiết làm việc khác

2.1.2.1 Truyền lực thuỷ tĩnh

Hình 2 - 2a Hệ thống truyền lực thủy tĩnh

Trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh, để truyền lực từ động cơ tới các bánh chủ động của xe, người ta sử dụng dạng truyền động sử dụng chất lỏng chịu áp lực nhất định Quá trình hoạt động của HTTL thủy tĩnh có thể được mô tả như sau:

Khi động cơ hoạt động, cơ năng từ động cơ được bơm biến thành thủy năng, sau đó mộtmô tơ lại biến thủy năng thành cơ năng trở lại cho các bánh

xe truyền động Vì vậy truyền động thủy tĩnh đảm nhiệm cả chức năng của ly hợp lẫn hộp số Loại truyền lực thủy tĩnh là loại truyền lực thay đổi các số truyền vô cấp Khi làm việc chất lỏng được chứa đầy trong hệ thống và làm việc theo chu trình khép kín (bơm - ống dẫn - động cơ thủy lực) Để nâng cao hiệu suất sử dụng đảm bảo vai trò vừa là bơm vừa là động cơ thủy lực, người

ta sử dụng loại mô tơ có hai chế độ làm việc (chế độ bơm thủy lực và chế độ

động cơ thủy lực) loại này là máy piston, hiện đang được sử dụng rất rộng rãi trên ô tô, máy kéo [6]

Hình 2 – 2b Sự phối hợp của bơm và mô tơ thuỷ lực

Trong quá trình làm việc tùy theo kết cấu của bơm và động cơ thủy lực,

có thể có sự chuyển đổi cố định hay biến đổi, và phối hợp với sự biến đổi hay

cố định, mà người ta chế tạo và được phân loại như sau:

- Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định

- Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định

- Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi

- Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi Trên hình biểu diễn hình 2 – 2 Hệ thống này có nhiều ưu điểm

Những ưu điểm của truyền động thủy tĩnh:

- Là loại truyền động thay đổi vô cấp với khoảng rất rộng

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

- Sang số khi đang chạy, vậy thuận lợi khi xe chạy trên đường có địa hình phức tạp

- Cho mô men lớn nên dễ khởi động

- Giảm được một số cụm, cơ cấu (hộp số, ly hợp), nên kết cấu gọn, đem lại lực lớn

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

- Có thể dùng bơm để truyền động cho bộ phận khác (hệ thống nâng hạ

và những phần phía sau của xe) nâng cao khả năng hoạt động của xe

Tuy nhiên, khi sử dụng HTTL thủy lực còn có nhược điểm: do hệ thống làm việc với áp suất cao (8 ữ 35 MN/m2), ứng suất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo có độ bền cao, công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác Việc làm kín khó khăn, hiệu suất làm việc thay đổi phụ thuộc vào chất lượng và nhiệt độ dầu, vì vậy hiệu suất chỉ đạt η = 0.75 ữ 0.85 Nhưng do hệ thống có nhiều ưu điểm nên hệ thống này vẫn được dùng nhiều trên ô tô, máy kéo [11], [6]

2.1.2.2 Truyền lực thủy động

vì sự hao mòn, hư hỏng tăng nhanh

Nhưng ly hợp hoặc biến mô thủy lực cho phép làm việc trong điều kiện trượt lâu dài giữa bánh chủ động (bánh bơm) và bánh bị động (bánh tuabin); cho phép trục khuỷu động cơ quay ở số vòng quay cao một cách ổn định khi ô tô, máy kéo chuyển động với vận tốc thấp Nhờ đó mà nó tăng tốc một cách nhanh chóng ở ngay giá trị lớn của mô men

Trên ô tô - máy kéo hiện nay, cùng với việc sử dụng hộp số cơ khí người

ta đã trang bị hầu hết là hệ thống truyền lực thủy cơ Hệ thống truyền lực thủy cơ thường dùng là ba loại chủ yếu sau đây [1]:

1 - tuabin; 2 - hướng dòng chẩy; 3 - dòng chẩy trung bình; 4 – Bánh bơm;

5 - vòng trong; 6 - vòng ngoài;7 - trục ra; 8 - vòng làm kín

Ly hợp thủy lực có 4 là bánh bơm (bánh chủ động) được gắn với bánh

đà; có 1 là tuabin (bánh bị động) gắn với trục sơ cấp hộp số Bên trong của bánh bơm và tua bin đều có các cánh dẫn dầu chúng được ghép nối tạo thành

I - trục dẫn động; II - trục bị dẫn.

1 - moay ơ cố định; 2 - khớp một chiều; 3 - tuabin; 4 - bánh bơm;

5 - bánh phản ứng.

một hộp kín trong đó chứa đầy dầu, biểu thị trên hình 2 - 3

Khi làm việc, động cơ quay làm cho bánh đà cùng bánh bơm quay theo,

lúc này dầu chứa trong không gian các cánh bơm chịu lực ly tâm chuyển động

từ phía tâm trục rời xa trục quay tới cửa thoát văng ra khỏi bánh bơm đi vào

tuabin, dầu tạo ra lực xung tác dụng vào các cánh của tuabin làm cho tuabin

quay theo hướng cùng chiều quay của bơm

Thông thường giữa hai bánh công tác của bơm và tuabin khi hoạt động

có sự trượt nhẹ, nên hai tốc độ nb và nt khác nhau và thường nt < nb, vậy hiệu

suất truyền nhỏ hơn 1 Khi xe hoạt động độ trượt nhỏ nhất là 2%

So với ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực có ưu điểm là: các chi tiết ít bị

mòn hỏng truyền lực êm, không ồn không giật khi thay đổi tốc độ xe

Nhược điểm của ly hợp thủy lực là hiêụ suất truyền hơi thấp, nên hơi bị

tốn nhiên liệu; nếu không có cơ cấu đặc biệt thì không thể dùng biện pháp

đóng ly hợp gài số, đẩy xe hoặc nhả phanh, cho xe lăn xuống dốc để khởi

động động cơ như trường hợp ly hợp ma sát Do những nhược điểm kể trên,

ngày nay trên ô tô, máy kéo người ta dùng nhiều nhất là loại biến mô thủy

lực.Thực tế cho thấy, ở Mỹ thì xe du lịch lắp ly hợp thủy lực khoảng 9 %, khi

đó xe buýt trong thành phố lắp bộ biến mô thủy lực chiếm 100 % [8, Tr.139]

b Bộ biến mô thủy lực

Hình 2 - 4a Biến mô thủy lực

Cũng như ly hợp thủy lực, trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo người ta thay biến mô thủy lực vào vị trí của ly hợp ma sát và hộp số có cấp nhằm thực hiện truyền lực vô cấp.

Biến mô thủy lực cũng có những bộ phận giống như ly hợp thủy lực gồm: bánh bơm B, tuabin T và thêm vào đó là bánh phản ứng D Việc truyền mô men xoán cũng giống như ly hợp thủy lực được thực hiện bằng việc sử dụng động năng của chất lỏng tuần hoàn trong các bánh công tác của biến mô thủy lực hay ly hợp thủy lực

Theo sơ đồ cấu tạo trên hình 2 - 4:

Bánh bơm ly tâm B được dẫn động quay từ trục khuỷu động cơ I; bánh tuabin T nối với bánh xe chủ động của ô tô qua hệ thống dẫn động cơ khí II và bánh phản ứng D nối với moay ơ cố định 1 nhờ khớp nối một chiêù 2

Hình 2 - 4b Sự làm việc của biến mô thủy lực

Tất cả ba bánh công tác của bộ biến mô thủy lực tạo thành buồng kín, gọi là vòng tuần hoàn; trên vòng tuần hoàn này có sự chuyển động liên tục của dòng chất lỏng từ bánh bơm qua bánh tuabin, từ bánh tuabin qua bánh phản ứng và từ bánh phản ứng ngược trở lại bánh bơm khi bánh bơm đã quay

Dòng chất lỏng chảy từ bánh bơm đập vào các cánh của bánh tuabin, do

đó bánh tuabin quay quanh trục của nó và làm trục II quay

Do có mô men xoắn MD của bánh xe phản ứng mà có sự biến đổi mô men xoắn từ trục bánh bơm tới trục bánh tuabin

Mô men xoắn hình thành là do các cánh của bộ phận phản ứng cố định làm thay đổi hướng của dòng chất lỏng chảy từ bánh tuabin quay trở lại bánh bơm Nếu bánh xe phản ứng có khả năng quay tự do trong dòng chất lỏng thì việc biến đổi mô men sẽ không xẩy ra và biến mô thủy lực trở thành ly hợp thủy lực khi đó còn gây cản trở cho việc truyền động, dẫn đến hiệu suất của

bộ truyền giảm Hệ thống truyền động thủy lực có nhiều ưu điểm, nhưng hiệu suất thấp so với các xe có truyền động cơ khí Để khắc phục nhược điểm đó, trong bộ biến mô người ta lắp thêm ly hợp ma sát để nâng cao hiệu suất của

nó mà vẫn đảm bảo sự làm việc êm dịu khi thay đổi tải hay thay đổi điều kiện làm việc của xe Sự bố trí đó được tính toán hợp lý, để khi xe hoạt động đạt

đến một tỷ số truyền (ibm) thích hợp, thì lúc đó ly hợp ma sát làm việc, nối cứng giữa bánh bơm (bánh chủ động) và bánh tuabin (bánh bị động) thành một khối, tạo thành sự truyền động thẳng Bởi thế không còn xẩy ra hiện tượng trượt trong truyền động thủy lực [9]

Mặt khác hệ thống truyền lực dùng biến mô thủy lực đã làm thay đổi mô men được cải thiện hơn so với ly hợp thủy lực Nhưng hệ số biến mô còn rất bé, để cải thiện hơn người ta ghép thêm hộp số cơ vào trước hoặc sau biến mô hay ly hợp thủy lực, có thể là hộp số thông thường hoặc cơ cấu hành tinh

vi sai Như vậy nó đảm bảo việc mở rộng mô men truyền, đáp ứng được khả năng làm việc của các loại ô tô, máy kéo khác nhau

Hiện nay HTTL loại này hầu hết đã được trang bị trên các xe hiện đại

Hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo được dùng nhiều nhất là truyền lực thủy cơ kết hợp, đó là truyền lực biến mô thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí, hình 1 - 4c [9]

- Giảm được tải trọng động lên hệ thống truyền lực

Với những ưu điểm kể trên, việc nghiên cứu và vẽ đồ thị đặc tính động lực học của hệ thống này là việc làm rất cần thiết

2.2 ứng dụng của máy vi tính trong đề tài

Trong những năm gần đây công nghệ thông tin đã phát triển rất mạnh

và đang được ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của xã hội, và các ngành kinh tế quốc dân

Đối với lĩnh vực cơ khí, máy tính đã trở thành một công cụ không thể thiếu được, đặc biệt trong vấn đề tính toán thiết kế, chế tạo thay đổi nhanh để

ra sản phẩm mới Trong đó phần mềm Matlab đã được hình thành và đang phát triển mạnh, mang lại nhiều kết quả nghiên cứu, tính toán; biểu diễn sinh

động các đối tượng nghiên cứu trong cơ khí động lực

Trước kia việc nghiên cứu xây dựng và vẽ đồ thị đặc tính của bộ truyền cơ khí gặp rất nhiều khó khăn, vì trước hết phải xây dựng đường đặc tính ngoài (đặc tính tốc độ) thông qua thí nghiệm Nhưng hiện nay nhờ có máy tính nên khi không có đường đặc tính ngoài của động cơ bằng thưc nghiệm, ta

có thể xây dựng đường đặc tính kéo bằng công thức thực nghiệm của S R Lây Decman:

Trong hệ thống truyền lực thủy lực có dùng bộ biến mô, do không có sự nối cứng giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo,

do đó việc tính toán các chỉ tiêu về động lực học của nó cần phải phân tích sự

làm việc đồng thời giữa động cơ và bộ biến mô Để giải quyết vấn đề đó làm như sau:

- Xây dựng đường đặc tính mô men của động cơ:

Me = f (ne) với ne = nB

- Cho một giá trị bất kỳ của tỷ số truyền động ibm rồi căn cứ vào

đường đặc tính không thứ nguyên của biến mô thủy lực, sẽ tìm được một trị số

đặc tính tải trọng của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực Tất cả các công việc đó rât cần sự trợ giúp của máy vi tính

Từ đây sẽ tính được các thành phần của tuabin, xác định hàm, xây dựng các đường đặc tính

2.3 Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu

tính toán, xác định các hàm và dựng lại đồ thị đặc tính không thứ nguyên bộ biến mô của xe

- Tính toán, xét sự làm việc đồng thời giữa động cơ với bộ biến mô, xác

định các hàm động lực của bánh bơm biến mô và vẽ đồ thị đặc tính tải trọng

hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe

- Tính toán, xác định các hàm động lực của tubin và vẽ đồ thị đặc tính

ra của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe

- Tính toán, xác định hàm để xây dựng chương trình vẽ đồ thi đặc tính

động lực học của xe

* Đối tượng nghiên cứu

- Xuất phát từ điều kiện thực tế, căn cứ vào những vấn đề đã nêu ở trên

đề tài chọn nghiên cứu phương pháp và tiến hành xây dựng đặc tính hệ thống truyền lực của xe ΓАЗ - 13 (Trai ca'' ЧАЙКА'') của Nga (liên xô cũ)

- Xét đồ thị xác định hàm, tìm dạng phương trình cùng các hệ số của phương trình động lực học của xe

- Quan sát kết quả đồ thị, xét những quy luật biến đổi của đồ thị cân bằng lực kéo pk, đồ thị nhân tố động lực học D và đồ thị gia tốc j phụ thuộc vào vận tốc v của xe

- Dựa vào kết quả nghiên cứu cần liên hệ và so sánh về một vài yếu tố biến đổi của xe so với xe có truyền lực cơ khí và truyền lực cùng loại

Để đảm bảo tính trung thực và mức độ chính xác, đề tài sử dụng tài liệu gốc của Nga [16], [18] và tài liệu trong nước [4] phát hành đối với xe ΓАЗ - 13

đã đưa ra những thông tin cần thiết cho việc thực hiện đề tài

Hình 3 - 1 Hệ thống truyền lực của xe Gát -13, 14 và Zil - 114

1 - bánh đà; 2 - tuabin; 3 - bánh bơm; 4,5 - ly hợp khoá sang số; 6,7,9 - giải phanh khoá sang số; 8,10,11,12,14 - hệ bánh răng hành tinh với ba số truyền; 13 - trục sơ cấp hộp số;15

- trục biến mô thủy lực; 16 - ly hợp một chiều; 17 - bánh phản ứng; 18 - trục các đăng; 19,

20, 21, 22 - các bánh răng truyền lực chính và vi sai (cầu chủ động sau); 23 - bán trục; 24 - phanh; 25 - bánh xe chủ động

Từ những ưu điểm nổi trội của HTTL thủy lực, mà tiềm năng của nó đã

và đang được phát triển rất mạnh, ngày càng được khai thác và mở rộng thay thế cho loại truyền động cơ khí cổ điển, lạc hậu Trong đó HTTL thủy động của ô tô có bộ biến mô mà đề tài được đề cặp dưới đây là HTTL của xe ô tô

ΓΑЗ - 13 Trai Ca, hình 3 - 1 [17]

Truyền động của xe là loại truyền động thủy cơ với biến mô một cấp,

áp dụng nhiều trên các ô tô hiện đại (biến mô ba bánh công tác và ly hợp có hành trình tự do) nối kết với hộp số hành tinh có 3 số truyền Với bộ truyền này đảm bảo cho xe truyền động êm dịu; nâng cao được hiệu suất và mở rộng phạm vi làm việc, thoả mãn yêu cầu khác nhau về động lực của các loại xe có

điều kiện làm việc khác nhau

3 cơ sở lý thuyết của luận văn

Là dựa vào các công trình đã nghiên cứu, các tài liệu chuyên ngành, dùng các công thức thể hiện các mối liên quan chặt chẽ, của các hàm với các biến số và các thông số do các yếu tố động lực học được hình thành trong HTTL nói chung và HTTL thủy lực của ô tô ΓАЗ - 13 nói riêng Dựa vào các kết quả khảo nghiệm, thực nghiệm mà từ lâu đã được nhiều tác giả nghiên cứu, nó là chỗ dựa mà đề tài sẽ ứng dụng và tính toán, trên cơ sở đó để xây dựng vẽ đồ thị thể hiện các mối liên hệ tương quan của các đại lượng trong

Ne - công suất phát ra từ động cơ;

Nt - công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực;

Nf - công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn;

Nω - công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí;

Ni - công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc;

Nj - công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính

Phương trình (3 - 1) được biểu thị sự cân bằng công suất tại bánh chủ động của ô tô như sau:

Nk = Ne - Nt = Nf + Nω ± Ni ± Nj; (3 -2) trong đó:

Nk - công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động

với:

ηt - hiệu suất của hệ thống truyền lực;

Hiệu suất của hệ thống truyền lực được tính:

ηt = ηl ηh ηcđ ηo .ηc ηx; (3 – 5)

với:

ηl - hiệu suất của ly hợp (ηl ≈ 1);

ηh - hiệu suất của các hộp số (chính và phụ);

ηcđ - hiệu suất của các đăng;

ηo - hiệu suất của cầu chủ động;

ηc - hiệu suất của truyền lực cuối cùng;

ηx - hiệu suất của dải xích (với máy kéo bánh xích)

Hiệu suất của hệ thống truyền lực thường được xác định bằng thực

nghiệm cho ở bảng 3 - 1

Bảng 3 – 1: Giá trị trung bình của hiệu suất truyền lực

Ô tô du lịch

Ô tô tải với truyền lực chính một cấp

Ô tô tải với truyền lực chính hai cấp

Máy kéo

0,93 0,89 0,85 0,88 Phương trình (3 -1) được biểu điễn ở dạng khai triển như sau:

Khi tốc độ của xe lớn hơn 80 km/ h thì hệ số cản lăn sẽ thay đổi, và

đ−ợc tính theo công thức thực nghiệm sau:

2

v

; trong đó:

Bảng 3 – 2: Trị số hệ số cản lăn

Loại đường

Hệ số cản lăn foứng với v ≤ 22,2m/s (80 km/ h) Đường nhựa tốt

v – vận tốc của ô tô, được tính theo công thức sau:

v = 2

60

e b t

n r i

π

(m/s); (3 – 7) trong đó :

ne – số vòng quay của trục khuỷu động cơ, v/ph;

rb – bán kính của bánh xe, m;

it – tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực được tính như sau:

it – tỷ số truyền của hệ thống truyền lực;

ne, ωe - số vòng quay và tốc độ góc của trục khuỷu động cơ;

nb, ωb - số vòng quay và tốc độ góc của bánh xe chủ động

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực còn được xác định như sau:

it = ih ip io ic;

trong đó:

ih – tỷ số truyền của hộp số;

ip – tỷ số truyền của hộp số phụ;

io – tỷ số truyền của truyền lực chính;

ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng (dùng ở máy kéo)

Công suất tiêu hao cho lực cản không khí (Nω) là:

Nω = W.v 3; với: W – Nhân tố cản không khí, đơn vị tính là Ns2/ m2;

Nhân tố cản không khí được xác định như sau:

W = K F;

trong đó:

K – Hệ số cản không khí, đơn vị tính Ns2/m4;

F – Diện tích cản chính diện của ô tô máy kéo, đơn vị tính m2;

Các giá trị được thể hiện qua bảng 3 – 3

1,6 - 2,8 1,5 - 2,0 3,0 - 5,0 4,5 - 6,5 1,0 - 1,3

0,3 - 0,9 0,6 - 1,0 1,8 - 3,5 1,0 - 2,6 0,13 – 0,18

Công suất tiêu hao cho lực cản dốc (Ni) là:

Ni = G v sinα

Tổng công suất tiêu hao cho lực cản của mặt đường sẽ là:

ta sử dụng công thức thực nghiệm của S R.Lây Đécman để vẽ đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ, thay cho đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm

Công thức đó được thể hiện như sau:

Ne, ne - công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu ứng với một điểm bất kỳ của đặc tính ngoài;

Nmax, nN - công suất có ích cực đại và số vòng quay ứng với công suất đó;

a, b, c - các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ như sau:

3.1.2 Phương trình của lực kéo và mô men

Lực kéo ở bánh xe được thể hiện như sau [5]:

Pj - Lực cản quán tính

Dạng khai triển của phương trình:

b

t t e

r

n i i i i

M .

(N); (3 - 15) trong đó:

r

n i i i i

M .

; (3 - 16)

và rb - bán kính làm việc của bánh xe

Nhờ lực đó mà ô tô thắng các sức cản để chuyển động được Lực cản tổng cộng của mặt đường là:

i - là độ dốc của mặt đường; i = tgα

Nếu xe chuyển động ổn định và đường phẳng không có dốc thì: j = 0,

α = 0, ta xác định lực kéo như sau:

Pk = Pf + Pω; hoặc là:

b

t t e

r

i

= f G + W ν2 (3 - 19) Khi xe chạy trên đường sinh ra hiện tượng trượt, nó được xác định theo công thức sau:

i

r n

60

.

2π

(m/s); (3 - 22)

ν- tốc độ thực tế của ô tô máy kéo, được tính như sau:

ν=νl (1 - δ) =νlηδ ; (3 - 23) với ηδ là hiệu suất trượt của ô tô, máy kéo (ηδ =1 - δ);

Gϕ - trọng lượng bám của ô tô phân bố lên cầu chủ động;

ϕ - hệ số bám của các bánh xe chủ động với mặt đường;

m - hệ số phân bố tải trọng động

Để xác định hệ số phân bố tải trọng động [5, Tr 64], thì phản lực tác dụng của mặt đường lên các bánh xe của xe ô tô du lịch được xác định:

Z1, Z2 - phản lực tác dụng của mặt đường lên bánh xe trước và bánh xe sau;

G - trọng lượng toàn bộ của xe;

m1, m2 - hệ số phân bố tải trọng động lên bánh xe trước và bánh xe sau khi xe chuyển đông tịnh tiến

Điều kiện thoả mãn để ô tô chuyển động ổn định, không bị trượt quay là:

Pϕ > Pk > Pc; trong đó: Pc = Pψ + Pω

3.1.3 Nhân tố động lực học của ô tô

Để so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau, người ta không sử dụng công thức (3 - 12), tuy rằng công thức đó đã đưa vào được các nhân tố đặc trưng cho tính chất động lực học của ô tô, nhưng trong biểu thức này lại có hàng loạt các thông số kết cấu của ô tô [5] Do vậy phương trình không thuận lợi để đánh giá các loại ô tô khác nhau Bởi vậy cần có thông số

đặc trưng tính chất động lực học của ô tô mà các chỉ số về kết cấu không có mặt trong thông số đó Đó là nhân tố động lực học (D) của ô tô và được xác

D = [

b

t t e

Cũng vậy, khi ô tô chuyển động ổn định và trên đường bằng (i = 0), thì giá trị nhân tố động lực học bằng hệ số cản lăn: D = f, giá trị này nhận được khi ô tô chuyển động ở số truyền cao nhất, tại đó ô tô đạt tốc độ lớn nhất vmax

Tương ứng ở số truyền thấp nhất sẽ có các giá trị lớn nhất Dmax và ψmax

D ≥ ψ Xét đến khả năng tr−ợt quay cảu bánh xe chủ động trong quá trình làm việc, lực kéo tiếp tuyến lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện sau:

Pϕ ≥ Pkmax; hay là:

m.ϕ.Gϕ ≥ pkmax Vậy nhân tố động lực học đ−ợc tính theo điều kiện bám là:

m.ϕ. ϕ − 2

; (3 - 30) trong đó:

Dϕ - nhân tố động lực học theo điều kiện bám

Để xe làm việc không bị tr−ợt quay các bánh chủ động trong thời gian dài và để duy trì cho ô tô chuyển động thì nhân tố động lực của ô tô phải thoả mãn điều kiện:

Dϕ ≥ D ≥ ψ (3 - 31) Qua nhân tố động lực học sẽ xây dựng đ−ợc đồ thị nhân tố động lực học

D của ô tô phụ thuộc vào vào vận tốc của xe D = f (v), khi ô tô có tảỉ trọng

đầy và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải Trục tung đặt các giá trị của nhân

tố động lực học D, trục hoành đặt các giá trị vận tốc chuyển động v của ô tô

Từ đồ thị nhân tố động lực học của ô tô, sẽ xác định đ−ợc các thành phần nh− vận tốc, gia tốc nhất là đồ thị tia, thể hiện đặc tính động lực học của ô tô khi tải trọng thay đổi Các giá trị nhân tố động lực học và trọng l−ợng của ô tô có mối liên hệ: Dx.Gx = D.G

Gx - trọng l−ợng mới của ô tô;

Dx - nhân tố động lực học của ô tô tương ứng với trọng lượng mới;

G - trọng lượng của ô tô khi đầy tải;

D - nhân tố động lực học của ô tô tương ứng với khi đầy tải

ở đồ thị tia, 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

ở góc phần tư bên trái của đồ thị, ta vạch từ gốc toạ độ những tia làm với trục hoành các góc α khác nhau:

Trong trường hợp Gx = G thì tgα =1, tia làm với trục hoành một góc

α = 45o, các tia ứng với α > 45o ứng với Gx > G (khu vực quá tải), các tia với

α < 45o ứng với Gx < G (khu vực chưa đầy tải)

Đồ thị tia có ý nghĩa rất quan trọng trong sử dụng thực tế, dựa vào nó có thể tính toán sức kéo trong sử dụng

3.1.4 Đặc tính của bộ biến đổi mômen quay

Hệ thống truyền lực có biến mô thủy lực có nhiều tác giả ( [4], [5], [9], [10] ) biên soạn Trong đó biến mô thủy lực dùng để nối mềm các trục truyền công suất từ trục dẫn đến trục bị dẫn có biến đổi mô men và thay đổi số vòng quay của trục bị dẫn so với trục dẫn

Biến mô thủy lực có rất nhiều loại:

- Căn cứ vào chiều quay của tuabin: Gồm có hai loại, biến mô quay thuận và biến mô quay nghịch.Tuabin quay cùng chiều với bánh bơm là loại quay thuận, ngược lại là loại quay nghịch

- Căn cứ vào bánh tua bin trong một buồng làm việc: Gồm có loại biến mô một cấp hay nhiều cấp Trên ô tô máy kéo sử dụng chủ yếu là loại quay thuận một cấp

Khi biến mô làm việc ở chế độ ổn định thì tổng số mô men xoắn tác