chương 1 Qua tìm hiểu các băng thử công suất kéo của xe hai bánh trong nước và trên thế giới ta nhận thấy: Các băng thử không chỉ đo công suất kéo mà còn đo kiểm một số các hệ thống khác của xe, giá thành các băng này cao. Băng thử đo công suất trên nguyên lý sử dụng thanh xoắn để tạo tải ứng dụn cho việc đo công suất nhỏ. Đến nay chưa có băng thử nào đo công suất kéo trên nguyên lý tạo tải bằng máy phát điện xoay chiều AC với giá thành sản phẩm thấp. Nếu thực hiện thành công đề tài này, kết quả của nó sẽ mang lại các đóng góp không những về mặt khoa học mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cũng như góp phần việc kiểm định xe hai bánh tại Việt Nam.
Trang 10 Nghiên cứu thiết kế băng thử công suất kéo của xe hai bánh Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong nội dung chương này sẽ trình bày các cơ sở lý thuyết cho việc tính toán công suất kéo của xe.1 Đường đặc tính tốc độ của động cơ xăng Để xác định được lực hay mô men tác dụng lên các bánh xe chủ động cần phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của động cơ loại piston. Đường đặc tính tốc độ của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất có ích Pe (W), mô men xoắn có ích M e (Nm), tiêu hao nhiên liệu trong một giờ GT và suất tiêu hao nhiên liệu gev theo số vòng quay ne (v/p) hoặc theo tốc độ góc e (rad/s) của trục khuỷu. Đường đặc tính tốc độ của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên băng thử. Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thử ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại (tức là lúc mở bướm ga hoàn toàn) đối với động cơ xăng hoặc đặt thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ diesel chúng ta sẽ có đường đặc tính ngoài của động cơ.1 Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng Tốc độ góc của trục khuỷu là tốc độ góc nhỏ PeP nhất mà động cơ có thể làm việc ổn định ở chế độ toàn tải.
Khi tăng tốc độ góc thì mô men và công suất của động cơ tăng lên. Mô men xoắn đạt giá trị cực đại MeM Hình 2.1 Đường đặc tính ngoài của ứng với tốc độ góc ωe M và công suất đạt giá động cơ xăng không hạn chế tốc độ [1] trị cực đại PeP ở tốc độ góc ωeM. Các giá trị PeP , MeM và tốc độ góc tương ứng với các giá trị trên ωeM và ωeP được chỉ dẫn trong các đặc tính kỹ thuật của động cơ. Động cơ chủ yếu làm việc trong vùng eM - eP.
Trang 11 Nghiên cứu thiết kế băng thử công suất kéo của xe hai bánh Khi tăng tốc độ góc của trục khuỷu lớn hơn giá trị P thì công suất sẽ giảm do hỗn hợp khí nạp kém và do tăng tổn thất ma sát trong động cơ. Ngoài ra khi tăng tốc độ góc làm tăng tải trọng động gây hao mòn nhanh các chi tiết của động cơ. Vì thế khi thiết kế ô tô du lịch thì tốc độ góc của trục khuỷu động cơ tương ứng với tốc độ cực đại của ô tô trên đường nhựa tốt nằm ngang không vượt quá 10- 20% so với tốc độ góc ωeP. Công suất của động cơ Pe với hai thành phần: Mô men xoắn (Nm).
Giữa chúng có quan hệ giữa công suất, mô men xoắn, tốc độ góc như sau: Pe = Me .ωe Đặc tính ngoài là mối quan hệ giữa công suất Pe , mô men xoắn M e và tốc độ góc e khi Hình 2.2 Đường đặc tính ngoài của cung cấp nhiên liệu tối đa Pe ( e ), Me ( ωe ), động cơ xăng có hạn chế tốc độ [1] 100% : góc mở bướm ga 2.2 Một số điểm quan trọng trên đường đặc tính: Chế độ công suất cực đại PeP ( P ) tương ứng với MeP và ωep emax PeP = MeP. ωeP [1] Chế độ mô men xoắn cực đại MeM ( M ) tương ứng với PeM và ωeM emax PeM = MeM. ωeM Hệ số thích ứng của động cơ theo mô men xoắn là tỷ số giữa mô men xoắn cực đại và mô men xoắn ứng với chế độ công suất cực đại. MeM [1] K= MeP Trang 12 Nghiên cứu thiết kế băng thử công suất kéo của xe hai bánh - Động cơ xăng K = 1,1 ÷ 1,2.
Chú ý: tiêu chuẩn thử động cơ để nhận được đường đặc tính ngoài ở mỗi nước khác nhau, vì vậy cùng một động cơ nhưng thử ở những nước khác nhau sẽ cho ta những giá trị công suất khác nhau.2 Sự truyền năng lượng trên xe Quá trình truyền năng lượng từ động cơ đến mặt đường thông qua hệ thống truyền lực và hệ thống chuyển động sẽ làm thay đổi vận tốc (vận tốc góc hoặc vận tốc tịnh tiến) và mô men (hoặc lực). Một phần năng lượng truyền đi sẽ tiêu hao ở hệ thống truyền lực do sự tích lũy năng lượng ở dạng động năng (do các chi tiết có khối lượng) và thế năng (do tính đàn hồi sinh ra) và một phần năng lượng nữa bị tiêu hao do có sự xuất hiện của sự trượt. Bây giờ chúng ta xét đến quá trình truyền năng lượng trên xe trong trường hợp xe chuyển động ổn định và chưa xét đến trượt.1 Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực Ở ô tô năng lượng được truyền từ động cơ đến các bánh xe chủ động thông qua hệ thống truyền lực. Quá trình truyền và biến đổi năng lượng được đặc trưng bởi các thành phần của công suất đầu vào Pe và công suất đầu ra ở bánh xe Pk, nghĩa là bởi vận tốc góc và mô men tương ứng: [1] ; Các mối quan hệ giữa các thông số Me, Mk, e, b được gọi là các đặc tính truyền động.
Ở đây: Pk: công suất truyền đến các bánh xe chủ động (W). : vận tốc góc của bánh xe chủ động (rad/s). Mk: mô men của các bánh xe chủ động (Nm). Mặt khác, để thể hiện các mối quan hệ chức năng ở truyền động, chúng ta sử dụng các khái niệm sau: + Tỷ số truyền động học (truyền vận tốc): Trang 13 Nghiên cứu thiết kế băng thử công suất kéo của xe hai bánh e ne it k nb Trong đó: it: tỷ số truyền của hệ thống truyền lực thường dùng ở truyền động có cấp.
ne: số vòng quay của động cơ (vòng/phút). nb: số vòng quay của bánh xe (vòng/phút). Theo kết cấu của hệ thống truyền lực thì tỷ số truyền it còn được tính theo công thức sau: it = ihilio Ở đây: ih: tỷ số truyền của hộp số. il: tỷ số truyền của hai ly hợp.
io: tỷ số truyền của bộ truyền xích (truyền lực cuối cùng). + Tỷ số truyền mô men: Mk im [1] Me + Hiệu suất của truyền động (với giả thiết hệ là bậc không): P k M kωk [1] η P e M eωe Ở trường hợp đang xét chính là hiệu suất của hệ thống truyền lực. Xét về mặt kết cấu của hệ thống truyền lực thì hiệu suất còn được tính như sau: = l h x [1] Ở đây: l: hiệu suất của ly hợp. : hiệu suất của hộp số.
x: hiệu suất của bộ truyền xích (truyền lực cuối cùng). Trang 14 Nghiên cứu thiết kế băng thử công suất kéo của xe hai bánh 2.2 Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động Hệ thống chuyển động là cụm truyền động giữa bánh xe với mặt đường. Ở trường hợp này chúng được coi là cụm biến đổi bậc không nghĩa là ta không để ý đến khối lượng và biến dạng của nó. Công suất của bánh xe chủ động được thể hiện qua Mk và k.
Nhờ có Mk tại bánh xe chủ động và nhờ sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường nên đã phát sinh phản lực Fk từ mặt đường tác dụng lên bánh xe hướng theo chiều chuyển động của xe. Phản lực này chính là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động. Như vậy hệ thống chuyển động đã biến đổi chuyển động quay của bánh xe thành chuyển động tịnh tiến của xe. Tức là biến đổi mô men Mk và vận tốc góc k trên trục bánh xe thành lực kéo của bánh xe và vận tốc tịnh tiến V.
Quan hệ giữa các thông số vừa nêu được thể hiện: M k M ei t M ei h i l i o F k ; rb rb rb [1] Ở đây: rb: bán kính tính toán (bán kính làm việc trung bình) của bánh xe (m). V: vận tốc tịnh tiến (m/s). rl: bán kính lăn của bánh xe (m). Trong thực tế có thể coi rb = const, còn rl const vì rl phụ thuộc vào nhiều yếu tố ví dụ: tải trọng, vận tốc… cho nên hệ thống chuyển động biến đổi lực với một tỉ lệ không đổi, nhưng sự truyền vận tốc không phải là ổn định.
Khi xe chuyển động ở đường tốt và với vận tốc lớn thì có thể xem rl = rb. Trên đường xấu và với vận tốc nhỏ thì rl rb lúc này chúng ta phải cân nhắc đến sự trượt giữa bánh xe với mặt đường.3 Sự tổn hao năng lượng khi truyền năng lượng trên xe Khi truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe sẽ có một phần năng lượng biến đổi thành nhiệt năng không thể thu hồi được. Giá trị này cần phải biết khi tính toán thiết kế bởi hai lý do sau: Trang 15 Nghiên cứu thiết kế băng thử công suất kéo của xe hai bánh - Nhằm xác định công suất sử dụng dùng để truyền động ô tô ứng với công suất đã cho của động cơ. Hoặc ngược lại để xác định công suất yêu cầu của động cơ ứng với yêu cầu năng lượng của xe đã cho.
- Nhằm xác định các yêu cầu làm mát đảm bảo cho hệ thống làm việc bình thường. Các tổn thất được biểu thị về mặt định lượng bởi công suất tổn hao P hay mô men tổn hao M . Tuy vậy người ta thường biểu thị bằng các hệ số không thứ nguyên là hiệu suất hoặc hệ số tổn hao .