TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC KÉO Ô TÔ

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC KÉO Ô TÔ

[Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài động cơ]

a. Công suất động cơ

Sử dụng công thức thực nghiệm của S.R.Laydecman

Trong đó

N_emax (ml) – Công suất hữu ích cực đại của động cơ

_Ne – Công suất hữu ích động cơ ứng với số vòng quay bất kỳ của trục khuỷu trên đồ thị đặc tính ngoài

n_N (vòng /phút) – Số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với công suất cực đại

n_e (vòng /phút) – Số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với công suất N_e

a,b,c – Các hệ số thực nghiệm của động cơ được chọn tương đối theo chủng loại động cơ như sau:

Đối với động cơ xăng a = b = c = 1

Đối với động cơ Diesel 2 kỳ a = 0,87; b = 1.13; c = 1

Đối với động cơ Diesel 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp a = 0,5; b = 1.5; c = 1

Đối với động cơ Diesel 4 kỳ có buồng cháy dự bị a = 0,6; b = 1.4; c = 1

Đối với động cơ Diesel 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc a = 0,7; b = 1.3; c = 1

Chú ý: Với các loại động cơ có các thông số kỹ thuật chính như N_emax M_emax và số vòng quay trục khuỷu tại các vị trí đó. Các thông số trên đã được nhà sản xuất động cơ xác định bằng thực nghiệm thì ta có thể xác định các hệ số a, b, c một cách chính xác, bằng phương pháp giải tích như sau:

;     ;    Lỗi công thức

Với:   ;

M_emax – Mô men xoắn cực đại động cơ

M_N – Mô men xoắn tại số vòng quay cực đại động cơ

n_N – Số vòng quay cực đại động cơ

n_M – Số vòng quay trục khuỷu tại vị trí đạt mô men xoắn cực đại

* Chú ý trong trường hợp đặc biệt n_N/n_M = 2. Tức là số vòng quay cực đại động cơ đúng bằng 2 lần số vòng quay đạt mô men xoắn cực đại thì b = ¥ nên không tính toán được các hệ số a, b, c. Ta có thể khắc phục bằng cách tăng hoặc giảm số vòng quay n_M một khoảng nhỏ để tính toán với sai số chấp nhận được (ví dụ n_N/n_M = 3200/1600 = 2 ; ta có thể thay bằng 3200/1610 = 1.988)

b. Mô men xoắn trên trục khuỷu động cơ

c. Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài động cơ

Sau khi có các giá trị N_e, M_e tương ứng với các giá trị n_e ta có thể vẽ đồ thị N_e = f(n_e) và đồ thị M_e = f'(n_e). ví dụ như sau:

n (v/ph)	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2800
Ne (HP)	23.51	39.079	55.737	72.396	87.964	101.35	111.47	118
Me (KG.m)	28.063	31.098	33.266	34.566	35	34.566	33.266	30.183

Như vậy sau khi xây dựng được đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ. Chúng ta mới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ôtô.

[Xác định nhân tố động lực học D]

D  =  (P_k – P_w) / G_o

Trong đó : G_o – Trọng lượng toàn bộ xe  KG

                        P_k –   Lực kéo trên bánh xe chủ động  (KG)

P_k = [( M_e . i_h . i_o )/ R_bx] .h                (KG)

ở đây :             i_h; i_o – Tỉ số truyền hộp số và truyền lực chính;

h – Hiệu suất truyền lực;  (chọn theo chủng loại xe và hệ thống truyền lực)

Hiệu suất truyền lực
Ô tô du lịch	0.93
Ô tô tải TLC 1 cấp	0.89
Ô tô tải TLC 2 cấp	0.85

R_bx – Bán kính bánh xe; (bằng bán kính bánh xe thực tế nhân với hệ số biến dạng lốp xe)

Hệ số biến dạng lốp
Lốp Áp suất thấp	0.93-0.935
Lốp Áp suất cao	0.945-0.950

P_w – Lực cản không khí  (KG)

P_w = (k . F . V²) / 13  (KG)

k – Hệ số cản không khí; k  = 0,04

                   V – Tốc độ ô tô;

                   V = 0,377 [(R_bx . n) / i_h . i_o]   (km/h)

                   F – Diện tích cản chính diện xe  (m²)

F = B . H . 0,8

– Với 0,8 hệ số diện tích cản chính diện (xe con = 0,8; xe tải, xe khách =1)

Gia tốc tịnh tiến:    J = (D – f) . g / d        (m/s²)

– Gia tốc trọng trường:    g = 9.81 m/s²

– Hệ số tính đến ảnh hưởng của khối lượng quán tính quay : .

d = 1,05 + 0,05 . i²_hi

Độ dốc lớn nhất mà ôtô có thể khắc phục được xác định theo công thức :

i_max = D_max  – f

f – Hệ số cản lăn của mặt đường

Bảng hệ số cản lăn f ứng với V <= 80km/h
Đường nhựa tốt	0.015 – 0.018
Đường nhựa bê tông	0.012 – 0.015
Đường rải đá	0.023 – 0.030
Đường đất khô	0.025 – 0.035
Đường đất sau khi mưa	0.050 – 0.150
Đường cát	0.100 – 0.300

Sau khi tính toán nhận được các giá trị vận tốc V và nhân tố động lực học D và gia tốc tịnh tiến của ôtô theo đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ. Ta lập bảng kết quả tính toán và vẽ đồ thị nhân tố động lực học D = f(V) và J = f(V).

[Xác định thời gian tăng tốc của ôtô]

Thời gian để ôtô tăng tốc từ V1 đến V2 xác định theo công thức

Trong đó J(m/s²) – Gia tốc di chuyển của ôtô

Sử dụng phương pháp đồ thị để giải tích phân này. Từ đồ thị gia tốc của ôtô, chia đường cong gia tốc ra thành nhiều đoạn nhỏ. Giả thiết rằng trong mỗi khoảng tốc độ ứng với đoạn đường cong đó thì ôtô tăng tốc với một gia tốc không đổi.

Thời gian tăng tốc của ôtô trong khoảng tốc độ từ V_i1 đến V_i2 được xác định như sau:

Ở đây:         J_itb = 0,5(J_i1+J_i2)

(J_i1+J_i2) – Gia tốc ứng với điểm đầu và điểm cuối khoảng tốc độ chọn

Thời gian tăng tốc tổng cộng từ tốc độ cực tiểu V_min đến tốc độ V

(s)

[Xác định quãng đường tăng tốc của ôtô]

Quảng đường để ôtô tăng tốc từ vận tốc V1 đến vận tốc V2 xác định theo công thức:

(m)

Sử dụng phương pháp đồ thị dựa trên đồ thị thời gian tăng tốc vừa lập để giải tích phân này. Chia đường cong thời gian tăng tốc ra nhiều đoạn nhỏ và thừa nhận rằng trong mỗi khoảng thay đổi tốc độ ứng với từng đoạn này ô tô chuyển động dều với tốc độ trung bình.

V_itb = 0,5(V_i2 + V_i1)

Quãng đường tăng tốc của ôtô trong khoảng tốc độ từ V_i1– V_i2

(m)

Quãng đường tăng tốc tổng cộng từ tốc độ cực tiểu V_min đến tốc độ V

(m)

Ghi chú: Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô ta cần chú ý rằng:

– Tại vận tốc lớn nhất của ôtô V_max thì gia tốc J = 0 và do đó 1/J = ¥. Vì vậy khi lập đồ thị và tính toán ta chỉ lấy giá trị vận tốc của ôtô trong khoảng 95% V_max

–  Tại vị trí vận tốc nhỏ nhất V_min thì lấy giá trị t = 0

– Đối với hệ thống truyền lực của ôtô với hộp số có cấp, thời gian chuyển từ số thấp lên cao có xảy ra hiện tượng giảm vận tốc chuyển động của ôtô một khoảng Dv. Trị số giảm vận tốc chuyển động của ôtô Dv có thể xác định nhờ phương trình chuyển động lăn trơn của ôtô như sau:

Dv = f.g.t_l/di  (m/s)

f – Hệ số cản lăn

g – gia tốc trọng trường g = 9.81 m/s²

t_l – Thời gian chuyển số t_l = 0,5 – 3s (chọn t_l = 2s)

Kết quả tính toán thời gian và quãng đường tăng tốc

[Tính kiểm tra điều kiện chuyển động không trượt ở  tay số 1 của ô tô]

Theo lý thuyết ô tô thì :

G_o . Y £ (M_emax . i_h1 . i_o . m_t) / R_đ £ m_j . Z_j . j

ở đây :

M_emax – Mô men quay cực đại của động cơ;  M_emax (KGm)

i_h1 – Tỉ số truyền số 1 hộp số;

i_o – Tỉ số truyền lực chính; 

m_t – Hiệu suất truyền lực;   m_t = 0,85

R_đ – Bán kính động lực học bánh xe; (m)

m_j  – Hệ số sử dụng trọng lượng bám khi kéo;  m_j  = 1,2

Z_j  – Tải trọng tác dụng lên cầu chủ động;    Z_j   (KG)

G_o  – Trọng lượng toàn bộ ô tô;  (KG)

                Y   – Hệ số cản tổng cộng của đường (lấy theo ôtô nguyên thủy) ;

                     Y = f + i = 0,25

                 j – Hệ số bám dọc

Như vậy khả năng leo dốc cực đại của ôtô trên các loại đường tính theo khả năng bám của bánh xe chủ động được tính toán như sau :

imax £

(mj . Zj. j)Go

– f

Loại đường và t́nh trạng mặt đường	Hệ số bám j	Hệ số cản lăn f	Khả năng vượt dốc i
Đường nhựa hoặc đường bê tông- Khô và sạch- Ướt Đường đất – Pha sét khô – Ướt Đường cát – Khô Ướt	0,7 – 0,80,35 – 0.45 0,5 – 0,6 0,2 – 0,4 0,2 – 0,3 0,4 – 0,5	0,015 – 0,0180,012 – 0,015 0,025 – 0,035 0,050 – 0,15 0,1 – 0,30 0,12	0,310 – 0,3150,192 – 0,247 0,266 – 0,314 0 060 – 0,083 0,016 – (-0,125) 0,133 – 0,171