Bài giảng môn Vật lý - Chương 5: Cách tính chất động lực học và tính tiết kiệm nhiên liệu của ô tô máy kéo

 Chương 5 . tính chất động lực học và tính tiết kiệm  nhiên liệu của ô tô máy kéo Homeend5.1. Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo5.2. Nhân tố động lực học và đặc tính động lực học5.3. Quá trình khởi hành và tăng tốc liên hợp máy 5.4. Tính tiết kiệm nhiên liệu của ô tô máy kéo khi vận chuyển 5.5. Tính chất động lực học của ô tô máy kéo dùng hộp số thủy  lực 5.6. Ưu nhược điểm của truyền động thủy lực 5. 1 . Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo end5.1.1. Cân bằng lực kéoPWGGsinGcosPjPkPfnPfkv Pk = Pf + P + Pj + PW (1) Pf = fGcos; P = Gsin PW = kWV2 Lực cản chung của mặt đường : Hệ số cản chung của mặt đường : Pk = P + Pj + PW (3)end Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéoPkPk1Py + PWPk2PyPf + PWPk3P’k3Pfvv0maxv0vmaxvk1ABB’01- Xây dựng đồ thị lực kéo tiếp tuyến2- Xây dựng đồ thị lực cản mặt đường: 3- Xây dựng đồ thị lực cản tổng cộng: Đặc tính mô men động cơGiả thiết không trượt : =0 eMe0Mee 1 2Khi giảm gaendMột số nhận xét: Đặc tính mô men động cơeMe0Mee 1 2Khi giảm ga 1- Dạng đường cong Pk=f(V) tương tự như Me= f() 2- Vận tốc thấp nhất giới hạn Vk nhận được khi Pk = Pkmax PkPk1Py + PWPk2PyPf + PWPk3P’k3Pfvv0maxv0vmaxvk1ABB’0Pk1max 3- Vận tốc lớn nhất có thể Vmax đạt được khi Pk = P+ PW (Lực chủ động bằng lực cản) 4- Muốn giảm vận tốc cần phải thay đổi mức ga để tìm điểm cân bằng lực mới (ví dụ B’) 5.1.2. Cân bằng công suất Pk = Pf + P + Pj + PW (1) NK = N  Nj + NW = PV  Pj V + PWV (2)Phương trình cân bằng lực NK = Nem (3)Mặt khác Nk có thể tính theo cs động cơ :Phương trình cân bằng công suất kéo: NK = Ne - Nms (4)Xây dựng đồ thị cân bằng công suất:Ne1Ne2Ne3Nk3Nk2Nk1NmsNjNWNy(Ny+NW)NVNy0Đồ thị cân bằng công suấtCông suất dưCho Ne e (từ đường đặc tính động cơ) V NK = Nem N NW Nj Chú ý : Công suất dư: Nd = Nk – (N+ NW) = NjDùng để tăng tốc5.2.1. Nhân tố động lực học- Theo khả năng bám: Định nghĩa .Các công thức tính:- Khi j = 0: - Phụ thuộc vào kết cấu: (1)(2)(3)(4)(5)Trong đó:a – hệ số tính đến ảnh hưởng của cac khối lượng chuyển động quay k – hệ số phân bố tải trọng trên cầu chủ động - hệ số bám của bánh chủ động 5. 2 . Nhân tố động lực học và đặc tính động lực họcMột số nhận xét:Nhân tố động lực học D đặc trưng cho khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường. Giá trị của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyển động của ô tô máy kéo. Nhân tố động lực học là đại lượng không có thứ nguyên và có thể sử dụng để đánh giá so sánh tính chất động lực học của các loại liên hợp máy vận chuyển khác nhau hoặc cùng một loại liên hợp máy nhưng làm viêc ở các điều kiện đường xá khác nhau.5.2.2. Đặc tính động lực học:Là đồ thị quan hệ D = f(V)Nhận xét1) Dạng đồ thị: D= f(V) Tương tự như đặc tính mô men động cơ Me=f() Mỗi số truyền có một giá trị cực đại: D1max , D2max, D3max 2) Vận tốc giới hạn nhỏ nhất VkVk1, Vk2,, Vk3 , đạt được khi D= Dmax Đường đặc tính động lực học của ô tôMemaxMeĐặc tính động cơ MMe Nếu V  : xe xe có khả năng tăng tốc 1) Xác định vận tốc lớn nhất Vmax- Khi  = 0 thì D =  = f V = V0max- Khi D =  : xe chuyển động ổn định V= VmaxLưu ý:2) Xác định góc dốc lớn nhất maxvD0D4D3D2D1D1maxmax = f.cos + sin Khi chuyển động ổn định  = DTính gần đúngimax = D1maxx - f i là độ dốc Là góc dốc 3) Xác định khả năng tăng tốcGia tốcvD0Dvj0jVmaxVmaxTương ứng với  xác định Đặc tính nhân tố động lực học 1 số truyềnĐặc tính gia tốc 1 số truyền AVùng có khả năng tăng tốc(D - ) > 0 sẽ có khả năng tăng tốcvD0I2IIIIIV21Xác định khả năng tăng tốc 3 số truyềnBAV1abcdevXét khả năng tăng tốc ở hộp số 3 số truyềnVới 1: Vận tốc ổn định là V1 (lớn nhất)Khả năng tăng tốc Số I là lớn nhấtKhi vận tốc còn nhỏ có thể sử dụng cả 3 số truyềnVì thế để dễ tăng tốc phải chuyển dần từ số thấp lên số caoVới 2 > 1 :Vận tốc lớn nhất là V2 sc ( hai khối lượng quay với vận tốc khác nhau) 1). Mô hình toán: Xét mô hình 2 khối lượng - Phương trình gia tốc (PT vi phân chuyển động )- CĐ chậm dần- CĐ nhanh dần Khối lượng I: Phần chủ động của côn và các chi tiết chuyển động của động cơ Mô men động cơ Me là mô men chủ động Mô men ma sát M là mô men cản Khối lượngII: Phần bị động của côn và các chi tiết chuyển động của truyền lực Mô men ma sát M là mô men chủ động Mc là mô men cản Giai đoạn II (không trượt côn)e = sc (hai khối lượng quay cùng vận tốc – như nối cứng) - CĐ nhanh dần cho đến khi ổn địnhMeMcesc(J1+J2)e = sc 5.3. Quá trình khởi hành liên hợp máy MeMcMMescJ1J2Giai đoạn I (trượt côn)e > sc 1). Mô hình toán: Xét mô hình 2 khối lượng - Phương trình gia tốc - CĐ chậm dần- CĐ nhanh dầnGiai đoạn II (không trượt côn)- CĐ nhanh dần cho đến khi ổn địnhMeMcesc(J1+J2)e = sc Trong đó: Me – mô men quay động cơ; M - mô men ma sát ; Mc – mô men cản e – tốc độ quay của động cơ ; sc – tốc độ quay của trục sơ cấp HS ; J1 – mô men quan tính của phân chủ động côn (bao gồm cả các chi chuyển động của ĐC) J2 – mô men quán tính của phần bị động của côn ( bao gồm cả các chi triết quay trong hệ  thống truyền lực và di động) 5. 3 . Quá trình khởi hành liên hợp máyHome2) Đồ thị quá trình khởi hành: 1) Giai đoạn I (trượt côn)Mc0MMeesctt0t1t2ABCFDEMmaxGiai đoạn Itrượt cônescMeM- Khi t = tk: e = sc =  const M = Me Tại tk: kết thúc quá trình khởi hànhMeMcesc(J1+J2)Không trượtMeMcMMescJ1J2Trượt cônTóm lại: quá trình khởi hành thể hiện: 2) Giai đoạn II (không trượt côn)- Từ t2  tk : M = Me và giảm dần đến Mc  e = sc và tăng dần đến ổn định từ t>= tk: e = sc =  const M = Me 1) Giai đoạn I (trượt côn)- Khi t M1 , nghĩa là tăng mô menNếu không có bánh phản Lực ( M3 = 0 )  M2 = M1 ,không tăng mô men Lưu ý dấu của mô men động lượng: Lấy dấu ( + ) khi M tác dụng cùng chiều quay ( - ) khi M tác dụng ngược chiều quay 5.5 . tính chất động lực học ô tô sử dụng hộp số thủy lực Biểu đồ vận tốc và mô men u1w1v11u2w2BTP21Vận tốc tuyệt đốiKkai triển các bánh công tác trên mặt phẳnguuwwvv0MM1MPM2 5.5.2 . biến mô thủy lực đa chức năng (côn-hộp số) So với loại biến mô đơn, chỉ khác là lắp thêm một khớp một chiều (côn vượt) CVM22M11RrDTBP21CVCó 2 chế độ làm việc: Chế độ hộp số, Chế độ ly hợp 1) Chế độ hộp số: - Côn vượt CV bị khóa, - Bánh phản lực cố định cùng với vỏ- Nguyên lý làm việc như loại biến mô đơn M1 + M3 = - M2Nghĩa là có chức tăng làm tăng mô men2) Chế độ ly hợp: - Côn vượt CV mở ra, - Bánh phản lực quay tự do cùng với tuốc bin- Mô men phản Lực M3 = 0 M1 = - M2Nghĩa là chỉ có chức tăng truyền mô menNguyên lý đóng-mở của côn vượt như thế nào? Khi tải trọng ngoài giảm xuống đến một giá trị xác định thì vận tốc tuyệt  đối của chất lỏng khi ra khỏi tuốc bin (v2'') cùng chiều quay của tuốc bin. Dòng chất lỏng sẽ đập vào lưng của các cánh bánh phản lực và làm cho  nó quay cùng chiều tuốc bin. Do bánh phản ứng không cố định với khung máy (quay cùng tuốc bin), Mô men phản lực M3= 0  M1 = - M2 ( không làm tăng mô men) Như vậy, ở loại biến mô thuỷ lực đa chức năng, việc chuyển đổi chế độ làm  việc được thực hiện một cách tự động. Mục đích chuyển đổi chế độ làm việc từ hộp số sang côn ly hợp là nhằm tăng hiệu suất làm việc của hộp số thủy lực khi mô men cản bên ngoài nhỏ, còn khi đủ tải biến mô thuỷ lực làm việc ở chế độ hộp số nhằm khai thác hững ưu điểm của nó đồng thời hạn chế nhược điểm cơ bản là hiệu suất thấp, đặc biệt là khi tải trọng nhỏ . (Sẽ được giảI thích rõ hơn ở phần sau)Khi nào côn vượt tự mở và với mục đích gì ? 5.5.2 . biến mô thủy lực đa chức năng (côn-hộp số) Vận tốc tuyệt đối của dòng chất lỏng Biểu đồ vận tốc khi biên mô thủy lực đa năng khi ở chế độ côn ly hợp u1w1v11u2w2BTP21Kkai triển các bánh công tác trên mặt phẳngChế độ ly hợp3Có chiều cùng chiều quay của tuốc bin Dòng chất lỏng đập vào lưng của các cánh phản lực và làm cho bánh phản lực quay 5.5.2 . biến mô thủy lực đa chức năng (côn-hộp số) 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lựcCó 2 loại đường đặc tính: Đặc tính tốc độ và đặc tính tải trọng 1) Đường đặc tính tốc độ Các thông số đặc trưng: Mô men quay trên trục tuốc bin : M2 = m(rv3cos3 + Rv2cos2)  Hiệu suất : N  công suất ; M – mô men,  = vận tốc góc  Hệ số biến mô (Tỷ số truyền lực) :  Tỷ số truyền động Các chỉ số: 1 , 2 tương ứng với bơm, tuốc bin. Khi ở chế độ ly hợp: M1 = M2 Kc = 1; Đường đặc tính tốc độ của biên mô thủy lực là đồ thị quan hệ: M1, M2, , Kb , b = f( 2 )MKbhbhbmaxhbmM2M1w20KbVới mô men động cơ : M1 = const; 1 = const Hàm hiệu suất có giá trị cực đạiDo đó cần lựa chọn vùng tốc độhợp lý để đạt hiệu suất caoM2 = f(2) Lư ý: có loại động cơ không duy trìđược M1 const khi mô men cản trên trục tuốc bin thay đổi 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lựcTiếp theoiKbhhChbKb0iCh Đường đặc tính tốc độ của biên mô thủy lực đa năng (Côn – thủy lực) Kc1ABKhi làm việc ở chế độ côn: Kc =1; c= icKhi làm việc ở chế độ hộp số- Khi i c ; Kb > Kc- Khi i > ich : b ich : nên chọn ở chế độ ly hợpViệc lựa chọn được thực hiện tự động 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lực2) Đường đặc tính tải trọng của biến mô thủy lực Đường đặc tính tải trọng là đồ thị phụ thuộc mô men quay của động cơ Me và mô men cản trên trục bơm M1 vào tốc độ quay của trục bơm 1 Me = f(1) ; M1 = f(1)1MeMeĐộng cơ điê den :Me = f(1)Bơm:M1 = f(1)M11Me=M1Điểm ổn địnhĐể thay đổi tốc độ làm việc ta cần phải thay đổi mức ga động cơ Khi M1 = Me , hệ làm việc ổn địnhVới tốc độ quay ổn định 1M1Dùng động cơ điê denGhi chú: D - đường kính ngoài của bơm; 1 – hệ số;  - tỷ trọng dầuở động cơ điê den, 1 = const nên chỉ có duy nhấtmột đường M1 = f(1)Là loại biến mô thủy lực “ không nhạy” 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lựcĐường đặc tính tải trọng của biến mô thủy lựcDùng động cơ xănglà hàm đa biếnDùng động cơ xăng1M1Meib=0 0,2 0,4 0,6M1Meứng với một tỷ số truyền ib sẽ có một giá trị 1 Có nhiều đường đặctính tải trọng M1 = f(1, ib )Do đó cùng một mức gađiểm làm việc ổn định còn phụ thuộc vào tỷ số truyền động ibThay đổi ga để có tốc độ ổn định cần thiết(là loại biến mô thủy lực “nhạy” ) 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lựcNguyên tắc chung là xây dựng nhiều điểm rồi nối lại ta được đường cong3) Đường đặc tính ra của hệ thống Động cơ-Biến mô thủy lực1M1Meib=0 0,2 0,4 0,62M2N2MeM11234M11M12M13M1413111214M11M21 = KbM1111N21= 21 M21Đường đặc tính tải trọng (vào)Đường đặc tính ra 21 = ib11M2N2N2 (21) được đểm M2 (21)M2,N2=f(2)Ví dụ điểm (1) cóXây dựng nhiều điểm ta nhận được đường đặc tính ra M2 = f(2) ; N2= f(2)21M21N21 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lực4) Đường đặc tính động lực học của ô tô khi dùng biến mô thủy lực Hình 5.23Đường đặc tính động lực học của ô tô có biến mô thủy lực kết hợp hộp số cơ học 2 số truyền . a  Đồ thị lực kéo Pk  b  Đồ thị đặc tính động lực học D; c  Đồ thị gia tốc j.b)c)DIII0vIII0va)IPkIIIII0vjSử dụng đường đặc tính ra của biến mô thủy lực làm thông số đầu vào để tính toán và xây dụng đồ thị Pk = f(V) Sau đó xây dựng đồ thi D và jTương tự như ở hộp số cơ học 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lựcHộp số cơ họcHộp số cơ học So sánh đường đặc tính động lực học của ô tô dùng hộp số thủy lực với khi dùng hộp số cơ họcIPkIIIII0vHộp số thủy lựcHộp số cơ họcABvmin1vmin2Ví dụ sử dụng hộ số 2 số truyềnĐặc tính kéo với số 2 số truyềnở vùng tốc độ thấp: ở hộp số cơ học, động cơ có thể quá tải, bắt buộc phải chuyển sang số truyền khác- Trong khi đó ở hộp số thủy lực lại phát lực kéo Pk càng lớn, động cơ không quá tải, không bắt buộc phải sang số.Đây là một ưu điểm lớn của HS thủy lựcở vùng tốc độ cao:Lực kéo Pk ở HS thủy lực thấp hơn do hiệu suất thấpĐây là một nhược điểm lớn của HS thủy lực5) Đường đặc tính kéo ô tô khi dùng ly hợp thủy lựcLy hợp ma sátLly hợp thủy lực0Pk1PkPk2Pk3Py+PwvCôn thủy lực + hộp số cơ học 3 số truyền 5.5.3 . đặc tính làm việc của biến mô thủy lựcQua đồ thị ta nhận thấy rằng, nếu trong hệ thồng truyền lực dùng ly hợp thủy lực thì ô tô máy kéo có khả năng làm việc ổn định ở vận tốc nhỏ hơn so với ly hợp ma sát. Nhờ đó cải thiện được tính năng động lực học của ô tô máy kéo ở tốc độ thấp và khả năng tăng tốc của nó nhanh hơn, êm dịu hơn. 5.6 . ưu nhược điểm của hộp số thủy lực1) Ưu điểm Ưu điểm chính là tự động điều chỉnh vô cấp tỷ số truyền , nhờ đó tạo ra được mô men chủ động của ô tô máy kéo luôn luôn phù hợp với tải trọng ngoài. Tuy nhiên khả năng này chỉ duy trì được trong phạm vi thay đổi của tải trọng không lớn lắm. Làm nhẹ công việc điều khiển của người lái. Giảm được tải trọng động, nhờ đó tăng khả năng làm việc ổn định của động cơ và các hệ thống khác. Mô men chủ động được thay đổi một cách êm dịu, nhờ đó giảm độ trượt của các bánh chủ động. Tải trọng ngoài của ô tô máy kéo không ảnh hưởng (ở loại “không nhạy” hoặc có ảnh hưởng nhưng không lớn (ở loại “ nhạy“ ) đến chế độ làm việc của động cơ . Nhờ đó cho phép sử dụng công suất động cơ được tốt hơn vì ít bị quá tải đột ngột, do đó thuận lợi cho việc sử dụng ô tô máy kéo chuyển động trên đường xấu, đặc biệt là khi làm việc trên đồng ruộng . Độ bền cao vì thực tế các bánh công tác ít mòn. 5.6 . ưu nhược điểm của hộp số thủy lực2) Nhược điểm Hiệu suất làm việc thấp và vùng tốc độ làm việc tối ưu cũng nhỏ hơn so với hộp số cơ học. Không có khả năng để cho ô tô máy kéo chạy lùi. Do vậy, một mặt để khắc phục nhược điểm này, mặt khác nhằm nâng cao khả năng thích ứng với tải trọng ngoài thay đổi trong phạm vi rộng, trên ô tô máy kéo dùng biến mô thủy lực cần kết hợp sử dụng hộp số cơ học có vài số truyền, trong đó có ít nhất 1 số lùi. Dầu thủy lực làm việc có hiệu quả chỉ trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Do đó cần phải có hệ thống làm mát dầu làm cho cấu tạo của ô tô máy kéo thêm phức tạp.