Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Bài 1. THÍ NGHIỆM LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

Bài 1. THÍ NGHIỆM LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



Khi ơ tơ đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt ly hợp thì ơ tơ

chịu tác dụng của các lực:

- Lực cản lăn;

- Lực cản khơng khí;

- Lực qn tính của ơ tơ;

Theo lý thuyết ơ tơ:

(1.1)

Trong đó:

+ Fk: Lực kéo tiếp tuyến sinh ra tại bánh xe chủ động.

+ α: Độ dốc của mặt đường.

+ f: Hệ số cản lăn.

+ k: Hệ số cản khơng khí. k 0,25 0,7 Chọn k = 0,25



(1.1a)



+ A: Diện tích cản chính diện của ơ tơ.

A = 0,8.1,855.2,100 = 3,124 [m2 ]



(1.1b)



+ V: Vận tốc chuyển động tương đối của ô tơ trong mơi trường khơng khí.

+ f: Hệ số cản lăn của đường:



(1.2)

+ G: Trọng lượng toàn bộ của xe.

+ g: Gia tốc trọng trường; g=9,81 [m/s2 ].

+ δi: Hệ số xét đến khối lượng chuyển đổi quay của động cơ và hệ thống

truyền lực, thông thường δi ≈ 1.

+ : Gia tốc tịnh tiến của ô tô, [m/s2 ].

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang (α=0), từ cơng thức (1.1) suy

ra, ta có phương trình chuyển động của ơ tơ như sau:



.δi



(1.3)

-3-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



Khi tăng gia tốc của ơ tơ để ơ tơ đạt đến tốc độ Vmax thì phương trình (1.3) sẽ trở

thành:



.δi



(1.4)



Khi đạt đến giá trị Vmax ta cắt nhiên liệu (thả chân ga), cắt ly hợp cho xe chuyển

động chậm dần lăn trơn trên đường, từ đó Fk=0, ta có phương trình:



.δi



(1.5)



Khi δi ≈ 1, ta viết lại phương trình lăn trơn chuyển động chậm dần:

(1.6)

Vậy lực qn tính chuyển động chậm dần luôn luôn đồng nhất với lực cản

chuyển động của ô tô với bất kỳ tốc độ nào.

(1.7)

Ta có phương trình tổng qt của hệ số cản lăn f:

f=f0+f1.V+f2.V2



(1.8)



Thế vào phương trình (1.7) ta có:

(1.9)

Đặt: F0 = G.f0



(1.10)



F1 = G.f1



(1.11)



F2 = G.f2+k.A



(1.12)



Vậy phương trình tổng quát của lực cản lăn:

(1.13)

Lực quán tính do chuyện động chậm dần của xe đóng vai trò là lực kéo, để xe

chuyển động được thì lực qn tính bằng lực cản. Vì vậy, để xác định đặc tính lực

cản của ơ tơ trên đường ta xác định lực quán tính chậm dần của ơ tơ. Như vậy,

phương pháp là thay vì đo lực cản của ô tô người ta đo lực cản chuyển động chậm

dần khi lăn trơn bằng cách đo vận tốc ơ tơ theo thời gian quay trơn.



-4-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



1.2. Mơ tả phương pháp và trình tự đo

Trên cơ sở phương pháp đo được lựa chọn là “phương pháp cho xe lăn trơn trên

đường”, chúng ta có trình tự đo được mơ tả như sau:

a) Chuẩn bị thiết bị thí nghiệm: bao gồm xe thử nghiệm (là xe ô tô du lịch

Mercedes Benz MB140) và dụng cụ đo.

b) Chuẩn bị bãi thử nghiệm: yêu cầu bãi thí nghiệm có đủ chiều dài quảng

đường bằng phẳng tối thiếu 3km. Bãi thử nghiệm vắng người và xe đi lại. Thời tiết

n gió (khơng có gió).

c) Trình tự tiến hành thử nghiệm:

+ Một nhóm gồm 16 sinh viên cùng với giáo viên hướng dẫn lên xe để tiến

hành thí nghiệm.

+ Bắt đầu di chuyển đến địa điểm thí nghiệm.

+ Khi đã đến địa điểm tiến hành thí nghiệm, chọn đoạn đường vắng và khơng

có dốc để gia tốc xe tránh làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.

+ Chuẩn bị đồng hồ tách thời gian.

+ Quan sát đồng hồ báo tốc độ trên bảng táp lô, khi gia tốc cho xe chạy vượt

qua tốc độ 60(km/h) thì bắt đầu nhả bàn đạp ga đồng thời đưa cần gạt về vị trí số 0

hoặc ngắt ly hợp và cho xe lăn trơn trên đường.

+ Khi kim đồng hồ báo tốc độ của ơ tơ chỉ 60 km/h thì bắt đầu bấm đồng hồ

tách thời gian, ứng với vị trí này ta có thời gian t0= 0[s]

+ Khi tốc độ của ơ tơ giảm còn 55 km/h, ta tiếp tục bấm đồng hồ tách thời gian

để xác định Δt = t1-t0

+ Quá trình được lặp lại cho đến khi tốc độ của ơ tơ giảm còn 20 km/h, tức là cứ

tính mỗi lần giảm 5km/h. Sau đó ghi lại tất cả các kết quả vừa đo được.



-5-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



+ Ta thực hiện qua trình như vậy 4 lần và kết thúc quá trình đo. Sau đó tất cả

sinh viên quay trở về xưởng AVL và tiến hành thí nghiệm đo lực phanh rồi lấy kết

quả thí nghiệm.

1.3. Xử lý kết quả và đánh giá kết quả

Với phương pháp thử nghiệm nêu trên, ta có kết quả đo diễn biến tốc độ lăn

trơn V[km/h] theo thời gian thực t [s] được cho trên bảng 1.1 như sau:

Bảng1. 1. Kết quả đo diễn biến tốc độ lăn trơn V[km/h] theo thời gian t[s]

t [s]



1



2



V [km/h] 66,3 65,5

t [s]



12



13



V [km/h] 48,6 47,7

t [s]



23



24



V [km/h] 34,6 33,8



3



4



5



6



7



63,1



60,7



60,7



14



15



16



17



18



47,7



45,2



44,5



44,5



42



25



26



27



28



29



32,1



31,4



30,5



58,2 56,7



8

55

19



9



28,9 26,3 26,3



11



54,2 51,9 51,9

20



39,5 38,8

30



10



31



21



22



38



35,5



32



33



26,3 24,6 23,1



Chuyển đổi dữ liệu sang thứ nguyên (đơn vị) chuẩn (xem bảng 1.2):

Bảng 1.2. Kết quả chuyển đổi tốc độ lăn trơn V[m/s] theo thời gian t [s]

t [s]



1



2



3



4



5



6



7



8



9



10



11



V [m/s]



18,

4



18,

2



17,

5



16,9



16,

9



16,

2



15,

8



15,

3



15,1



14,

4



14,4



t [s]



12



13



14



15



16



17



18



19



20



21



22



V [m/s]



13,

5



13,

3



13,

3



12,6



12,

4



12,

4



11,7



11



10,8



10,

6



9,87



t [s]



23



24



25



26



27



28



29



30



31



32



33



V [m/s]



9,6



9,4



8,9



8,73



8,4



8,0



7,3



7,3



7,31



6,8



6,42



-6-



Thí nghiệm ô tô và máy công trình



2



2



8



3



1



1



4



 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ V [m/s] lăn trơn theo thời gian t [s]:



Hình 1.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ xe lăn trơn theo thời gian

Sử dụng phương pháp tính trong kỹ thuật, nhờ cơng cụ Add TrendLine trong

Ms. Excell, ta có hàm xấp xỉ V = f(t) được xác định bởi đa thức đại số bậc ba như

sau:

v = v0 + v1.t + v2.t2 + v3.t3



(1.14)



Trong đó: a0, a1, a2, a3 là các hằng số xấp xỉ thực nghiệm; với kết quả xử lý theo

phương pháp xấp xỉ hàm, ta có:

a0 = 18,88;



a1= −0,453; a2 = 0,002;



a3 = −9E−06



(1.15)



Lấy đạo hàm bậc nhất phương trình (1.14) với số liệu ở (1.15) ta có:

= − 0,453 + 2.0,002.t + 3.(−9E−06).t2

= − 0,453 + 0,004.t – 0,000027.t2



(1.16)



Lần lượt thay các giá trị thời gian t i ứng với các điểm đo ở bảng 1.2, ta có giá trị

đạo hàm tốc độ theo thời gian tương ứng được cho ở bảng 1.3 như sau:

Bảng 1.3. Kết quả tính đạo hàm tốc độ theo thời gian cho bởi công thức (1.16)

t[s]



1



2



3



4



5



6



7



8



9



V[m/s

]



18,4



18,2



17,5



16,9



16,9



16,2



15,8



15,3



15,1



dV/dt



-0,45



-0,45



-0,44



-0,44



-0,43



-0,43



-0,43



-0,42



-0,42



Fj



1778,

1



1762,

6



1747,

3



1732,

2



1717,

4



1702,

7



1688,

2



1674,

0



1660,0



t[s]



10



11



12



13



14



15



16



17



18



-7-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



V[m/s

]



14,4



14,4



13,5



13,3



13,3



12,6



12,4



12,4



11,7



dV/dt



-0,42



-0,41



-0,41



-0,41



-0,40



-0,40



-0,40



-0,39



-0,39



Fj



1646,

2



1632,

6



1619,

2



1606,

0



1593,

1



1580,

3



1567,

8



1555,

5



1543,4



t[s]



19



20



21



22



23



24



25



26



27



V[m/s

]



11,0



10,8



10,6



9,9



9,6



9,4



8,9



8,7



8,5



dV/dt



-0,39



-0,38



-0,38



-0,38



-0,38



-0,37



-0,37



-0,37



-0,36



Fj



1531,

5



1519,

8



1508,

4



1497,

1



1486,

1



1475,

3



1464,

7



1454,

4



1444,1



t[s]



28



29



30



31



32



33



-



-



-



V[m/s

]



8,0



7,3



7,3



7,3



6,8



6,4



-



-



-



dV/dt



-0,36



-0,36



-0,36



-0,35



-0,35



-0,35



-



-



-



Fj



1434,

2



1424,

4



1414,

9



1405,

6



1396,

5



1387,

6



-



-



-



Tiếp tục tính giá trị lực quán tính chuyển động chậm dần khi xe lăn trơn:

Fj = − m..δt



(1.17)



Trong đó:

+ m: là khối lượng xe và người trên xe khi tiến hành thí nghiệm [kg]

Khối lượng khơng tải của xe: m0 = 3000 [kg].

Khối lượng của hành khách (16 người, mỗi người nặng khoảng 60kg, xem

như xe đầy tải, sử dụng trọng lượng đầy tải của xe):

m = 3000 + 16.60 = 3960 [kg]

+ δt: là hệ số xét đến ảnh hưởng của khối lượng chuyển động quay trong hệ

thống truyền lực đến lực qn tính Fj;



-8-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



Khi xe lăn trơn có thể lấy δt = 1,00 - 1,05 → Chọn δt = 1,00.

Theo nguyên lý xe lăn trơn, lực quán tính chuyển động chậm dần F j chính bằng

lực cản chuyển động cơ bản của xe – kí hiệu F c (bao gồm lực cản lăn và lực cản

khơng khí); tức là ta có:

Fc = Fj = G.f + k.F.V2



(1.18)



Trong đó:

+ G: là trọng lượng toàn bộ xe thử nghiệm [N];

+ f: là hệ số cản lăn;

+ k: là hệ số cản khơng khí [Ns2/m4]

+ F: là diện tích cản chính diện của xe [m2].

Cuối cùng có bảng dữ liệu lực cản F c biến thiên theo tốc độ của xe được chọn

như trên bảng 1.4:

Bảng 1.4. Kết quả diễn biến lực cản Fc theo tốc độ xe V

V[m/s

]



18,4



18,2



17,5



16,9



16,9



16,2



15,8



15,3



15,1



Fc[N]



1778,

1



1762,

6



1747,

3



1732,

2



1717,

4



1702,

7



1688,

2



1674,

0



1660,0



V[m/s

]



14,4



14,4



13,5



13,3



13,3



12,6



12,4



12,4



11,7



Fc[N]



1646,

2



1632,

6



1619,

2



1606,

0



1593,

1



1580,

3



1567,

8



1555,

5



1543,4



V[m/s

]



11,0



10,8



10,6



9,9



9,6



9,4



8,9



8,7



8,5



Fc[N]



1531,

5



1519,

8



1508,

4



1497,

1



1486,

1



1475,

3



1464,

7



1454,

4



1444,1



V[m/s



8,0



7,3



7,3



7,3



6,8



6,4



-



-



-



-9-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



]

Fc[N]



1434,

2



1424,

4



1414,

9



1405,

6



1396,

5



1387,

6



-



-



-



Tiếp tục sử dụng cơng cụ phần mềm Ms. Excell để vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ

thuộc của lực cản Fc biến thiên theo tốc độ V [m/s] được cho trên hình 1.2 như sau:



Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lực cản Fc theo tốc độ xe V

Sử dụng phương pháp tính trong kỹ thuật nhờ công cụ Add TrendLine trong

Ms. Excell một lần nữa, sẽ có hàm xấp xỉ Fc = f(V) được xác định bởi đa thức đại số

bậc hai như sau:

Fc = F0 + F1.V + F2.V2



(1.19)



Trong đó:

+ F0: là lực cản lăn không phụ thuộc tốc độ [N],

+ F1: là lực cản lăn phụ thuộc bậc nhất với tốc độ [Ns/m];

+ F2 : là lực cản lăn và lực cản khơng khí phụ thuộc bậc hai với tốc độ.

Với kết quả xử lý theo phương pháp xấp xỉ hàm như trên hình 2, ta có:

F0 = 1208[N];



F1= 26,09[Ns/m];



F2 = 0,262[Ns2/m2]



(1.20)



Từ cơng thức (1.10), (1.11) và (1.12), ta suy ra các hệ số cản là:

f0 =



F0

Ga



f1 =



;



F1

Ga



F2 = k . A + G. f 2 = > f 2 =



;



F2 − k . A

G



Trọng lượng tồn bộ của ơ tơ: Ga = ma.g = 3960.9.81 = 38847,6 [N]



-10-



(1.21)



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



f0 =



Suy ra:

f1 =



f2 =



F0

1208

=

≈ 0,03

Ga 38847,6



(1.22)



F1

26,09

=

≈ 0,00067

Ga 38847,6



(1.23)



F2 − k . A 0,262 − 0,25.3,124

=

≈0

G

38847,6



(1.24)

Từ công thức (1.21) và (1.1b) suy ra:

= = = 0,084 [Ns2/m4]



(1.25)



So sánh với lý thuyết thì các thơng số tìm được nhỏ hơn rất nhiều do điều kiện

khách quan trong quá trình tiến hành thí nghiệm: Mặt đường tốt, đang xuống dốc

(độ dốc nhỏ).

• Đo trong điều kiện chiều chuyển động của ơtơ với gió biển (đang thổi mạnh).

• Từ đó ta có các giá trị f theo V từ công thức (1.8), (1,22), (1,23) và (1.24) như

sau:

Bảng 1.5. Các giá trị lực cản f theo vận tốc V

V [m/s] 18,4 18,2 17,5 16,9 16,9 16,2 15,8 15,3 15,1 14,4 14,4

f [N]



0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04



V [m/s] 13,5 13,3 13,3 12,6 12,4 12,4 11,7 11,0 10,8 10,6

f [N]

V [m/s]

f [N]



9,9



0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

9,6



9,4



8,9



8,7



8,5



8,0



7,3



7,3



7,3



6,8



6,4



0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03



-11-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



Qua q trình thí nghiệm đo đặc tính lực cản chuyển động của xe trên đường

bằng phương pháp lăn trơn (trên xe MERCEDES-BENZ MB140) và dựa vào đường

đặc tính quan hệ lực cản với vận tốc ta có thể đánh giá một số v n đề như sau:

- Ta thấy rằng hệ số cản lăn f0 nhỏ chứng tỏ rằng chúng ta thí nghiệm trên

đường nhựa tốt và có một số yêu tố làm cho hệ số cản lăn nhỏ đó là thí nghiệm mặt

đường trơn nên làm hệ số cản lăn thấp.

- Với hệ số cản khơng khí k nhỏ, vì chính lúc thí nghiệm ta chạy cùng chiều với

hướng gió (thí nghiệm trên đường Nguyễn Tât Thành nên có gió biển lớn hơn gió

trong đường thường) làm cho hệ số cản khơng khí thấp.

- Qua thí nghiệm này ta thấy rằng hệ số cản lăn không phải là hằng số phụ

thuộc vào tốc độ. Tùy theo kiểu lốp xe và chất lượng mặt đường mà thực nghiệm

cho thấy rằng có khi hệ số lăn phụ thuộc bặc hai của tốc độ, có khi phụ thuộc vào

bậc nhât theo tốc độ.

+ Nếu f1 0 suy ra:

f = f0 + f2. V2



(1.26)



Tương tự với công thức khi xe chuyển động với tốc độ theo thực nghiệm:

(1.27)

Suy ra:



(1.28)



+ Nếu f2 suy ra:

f=f0 + f1.V



(1.29)



Hay tương tự như công thức: f = a + b.V



(1.30)



Suy ra:



(1.31)



Fc = G.(a+b.V)



1.4. Kết luận

- Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển động

của ô tô. Tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnh

hưởng đến lực cản tổng cộng của ơ tơ.



-12-



Thí nghiệm ơ tơ và máy cơng trình



- Vận tốc ơ tơ càng lớn thì lực cản càng lớn do hệ số cản khí động tăng.

- Thực tế thì các hệ số luôn tồn tại dao động xung quanh các giá trị lí thuyết, bởi

vì thí nghiệm thực tế luôn tồn tại các biến động nhỏ tác động đến q trình thí

nghiệm.

- Qua bài thí nghiệm, chúng ta cũng hiểu rõ hơn về các công cản mà chúng ta đã

được học và các bước tiến hành làm thí nghiệm cũng như cách xử lí số liệu.

- Lực cản lăn ảnh hưởng rất lớn với đến sự chuyển động của ô tô nếu quá lớn sẽ

làm tiêu hao công suất của động cơ nên xu hướng thiết kế ô tô lúc nào cũng yêu cầu

lực cản là nhỏ nhất để có thể tận dụng tối đa cơng suất động cơ.

- Lực cản lăn còn phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như bề mặt đường, loại

lốp, tải trọng, tốc độ chuyển động của xe.

- Về cách đo: Việc đo lực quán tính chuyển động dần khi xe lăn trơn trên đường

với (α=0). Nhờ phươg pháp xâp xĩ hàm trong excel mà ta có thế đưa ra được các

đường đặc tính trong suốt qua trình thí thí nghiệm và xử lý số liệu.



-13-



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Bài 1. THÍ NGHIỆM LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×