khảo sát tính chất khởi hành và tăng tốc của ô tô UAZ31512

Báo cao tốt nghiệp
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là khảo sát tính chất khởi hành và tăng tốc của ô tô
UAZ31512. Trên cơ xở ứng dụng MATLAB SIMULINK mô phỏng quá trình
khởi hành và tăng tốc của ô tô ở một sô điều kiện khác nhau: tăng ga cực đại,
giảm ga, gài một cầu, gài hai cầu. Biết được thời gian trượt của ly hợp và thời
gian để ô tô chạy với tốc độ ổn định.
1.1.2. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài đã giải quyết những vấn đề sau :
Tìm hiểu Simulink - Simdriveline trong Matlab
Mô phỏng khối động cơ, ly hợp ma sát, thân xe bằng Matlab Simulink
Chạy mô phỏng đưa ra kết quả và kết luận
1.2. Khái niệm chung về khởi hành và tăng tốc
Quá trình khởi hành và tăng tốc được tiến hành theo trình tự sau đây:
- Khởi động động cơ;
- Mở ly hợp(nếu là ly hợp thường xuyên đóng);
- Gài số;
- Đóng ly hợp từ từ.
Quá trình khởi hành và tăng tốc có thể chia thành hai giai đoạn:
1) Giai đoạn thứ nhất
Đặc trưng cơ bản của giai đoạn này là sự trượt ly hợp (trượt tương đối giữa
phần chủ động và phần bị động của ly hợp). vận tốc góc
hs
ϖ
của trục sơ cấp hộp
số tăng dần, còn vận tốc góc của trục khuỷ động cơ
e
ϖ

giảm dần. tại điểm giao
1
1
Báo cao tốt nghiệp
nhau của các đường cong
hs
ϖ
và
e
ϖ
(điểm H), tốc độ góc của động cơ và trục sơ
cấp hộp số bằng nhau
hs
ϖ
=
e
ϖ
và kết thúc sự trượt của ly hợp.
Kể từ thời điểm bắt đầu đóng ly hợp, theo trục hoành (biểu thị thời gian),
taịo gốc 0 tức là t = 0, số vòng quay của trục khuỷ động cơ giảm từ điểm A
tương ứng với số vòng quay không tải
x
ϖ
của động cơ đến điểm b tương ứng
với lúc trục sơ cấp của hộp số bắt đầu quay, liên hợp máy kéo bắt đầu chuyển
động. tại điểm t = 0, mô men ma sát của ly hợp M = 0, tại thời điểm t = t
0
, mô
men ma sát của ly hợp đã tăng lên bằng mô men cản của liên hợp máy M = M
c

.
(điểm C). đến thời điểm t = t
0
’
, kết thúc quá trình đòng ly hợp nhưng vẫn còn sư
trượt trong ly hợp (điểm F), số vòng quay trục khuỷ của động cơ tiếp tục giảm
đến D, số vòng quay sơ cấp hộp số tăng đến điểm E. mô men ma sát của ly hợp
tăng lên đến điểm F sẽ đạt giá trị lớn nhất theo biểu thức:
M
max
=
β
M
n

Trong đó: M
max
- mô men ma sát lớn nhất của ly hợp

β
- hệ số dự trữ ma sát ly hợp
M
n
- mô men định mức của động cơ
M
max
M
e
B
M

ω
D
A
M
C
ω
e
= ω
sc
ω
e
H
ω
X
E
2
2
Báo cao tốt nghiệp
ω
sc
0
t
t
1
t’
O
t
O
M
e

M
C
Hình 1.1 đồ thị khởi hành và tăng tốc
Trong giai đoạn này của quá trình tăng tốc thì mô men ma sát của liên hợp
đóng vai trò là mô men cản đối với mô men quay của động cơ, còn đối với trục
sơ cấp hộp số thì nó là mô men chủ động.
Sau thời điểm t = t
’
o
thì số vòng quay trục khuỷ động cơ vẫn giảm dần và số
vòng quay trục sơ cấp vẫn tăng đần. Mô men ma sát ly hợp có giá trị không đổi
và bằng mô men quay của động cơ khi có gia tốc.
Đến thời điểm t = t
1
, kết thúc quá trình trượt của ly hợp và kết thúc giai đoạn
thứ nhất của quá trình khởi hành và tăng tốc liên hợp máy. Tại thời điểm này
trục khuỷ động cơ và trục sơ cấp hộp số có thể xem như nối cứng với nhau và
hs
ϖ
=
e
ϖ
. Từ thời điểm t = t
’
o
thì mô men động cơ luôn có giá trị sau đây:
M
e
= M
n

+ J
e
ε
e

Và mô men ở trục sơ cấp của hộp số sẽ là:
3
3
Báo cao tốt nghiệp
M
sc
= M
c
+ J
sc
ε
sc

Ở đây: M
c
− mô men cản của liên hợp máy;
J
e
− mô men quán tính của bánh đà, các chi tiết chuyển động của
động cơ qui dẫn về trục khuỷu;
e
e
− gia tốc góc chậm dần của trục khuỷu động cơ;
J
sc

− mô men quán tính của các khối lượng quay trong liên hợp
máy qui dẫn về trục sơ cấp của hộp số;
e
sc
− gia tốc góc nhanh dần của trục sơ cấp hộp số.
Trong giai đoạn này do có sự trượt của ly hợp nên phát sinh công trượt
L của ly hợp và được xác định theo công thức:
L =
Ở đây: ω
e
−

vận tốc góc của trục khuỷu động cơ;
b − hệ số dự trữ mô men ma sát của ly hợp.
2) Giai đoạn hai
Đặc trưng cơ bản của giai đoạn hai là ly hợp máy không bị trượt và liên
hợp máy tăng vận tốc dần dần đến khi chuyển động ổn định. Vận tốc góc của
trục khuỷu động cơ kể từ khi bắt đầu giai doạn thứ hai (điểm H) sẽ tăng dần
lên đến khi đạt đến giá trị ổn định ω
e
= const và liên hợp máy chuyển động
với tốc độ ổn định.
Ở giai đoạn này, mô men ma sát của ly hợp không được sử dụng hết và
chỉ truyền đến trục sơ cấp của hộp số bằng trị số mô men quay của động cơ
M
e
= M
c.
Phân tích quá trình khởi hành và gia tốc ta có thể rút ra một vài nhận xét
- Thời gian khởi hành và tăng tốc phụ thuộc vào thời gian đóng ly hợp

nhanh hay chậm, nói một cách khác là phụ thuộc vào trình độ thành thạo của
4
)1/J + )(1/J1/ - 2(1
sce
2
β
ω
e
4
Báo cao tốt nghiệp
người lái.
- Khởi hành và tăng tốc ở số truyền càng cao sẽ khó khăn hơn vì mô
men quán tính lớn. Bởi vậy, đối với các máy có vận tốc cao, thường người ta
trang bị thêm một cơ cấu đặc biệt để có thể sang số mà không cần dừng máy
*)Chế độ sẵn sàng khởi hành:
Ở chế độ này, đèn “READY” sáng lên để thông báo với người lái xe rằng xe đã
sẵn sàng chuyển bánh.
Để khởi động xe, người lái vặn chìa khóa khởi động sang vị trí “ON” trong
khi cần số vẫn giữ nguyên ở vị trí “P” và đạp chân vào bàn đạp phanh. Sau khi
khởi động, động cơ chính của xe sẽ tự động quay hay ngừng quay một là phụ
thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động cơ và tình trạng của ắc quy cao áp, mục
đích là để tăng cường tiết kiệm nhiên liệu.
Ban đầu năng lượng điện từ ắc quy cao áp qua bộ chuyển đổi cấp cho động
cơ để cấp điện cho bugi đánh lửa và mô tơ khởi động làm quay trục khuỷu động
cơ. Khi quá trình khởi động hoàn tất, động cơ lại nạp điện trở lại cho ắc quy
nhờ máy phát.
5
5
Báo cao tốt nghiệp
Khi chuyển cần số sang vị trí “D” và nhả bàn đạp phanh, xe bắt đầu di

chuyển. Lúc này, chỉ có mô tơ điện dẫn động các bánh xe chủ động quay ở dải
tốc độ thấp. Cuối quá trình này, động cơ chính của xe mới bắt đầu tham gia dẫn
động cho xe tăng tốc dần đến dải tốc độ thông thường.
1.3. Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo của xe UAZ31512
1.3.1. Tổng quan về xe ô tô 2 cầu chủ động
Trong khoảng một thế kỷ qua, ngành công nghiệp ô tô đã phát triển rất
mạnh mẽ. Ước tính vận tải bằng ô tô chiếm 82% tổng khối lượng hàng hóa nội địa
tại các nước đang phát triển. Tại Việt Nam, tỷ lệ này chiếm khoảng 60 – 70 %. Xu
hướng phát triển là hiện đại hóa công nghệ sản xuất, tự động quá trình điều khiển
nhằm tăng tính kinh tế, độ tin cậy, an toàn và thân thiện với môi trường.
6
6
Báo cao tốt nghiệp
Địa hình đa dạng, hạ tầng cơ sở còn nhiều thiếu thốn, nhất là nông thôn và
miền núi của nước ta, tạo nên hệ thống đường giao thông cũn rất đa dạng:
đường nhựa, bê tông, đường dải đá, đường sắt xen kẽ nhau. Đẻ đáp ứng nhu cầu
phát triển của các vùng núi, nông thôn, nhu cầu đi lại hiện nay xe ô tô hai cầu
chủ đọng được sử dụng ngày càng nhiều, do loại xe này có tính năng việt dã
cao, có khả năng di chuyển trên đường gồ ghề, trơn trượt, đồi núi.
Điều kiện để xe chuyển động là độ bám giữa bánh xe với mặt đường. Lực
bám lớn nhất phụ thuộc vào trọng lượng bám trên các bánh xe chủ động:
P
kmax
= P
ϕ
=
ϕ
ϕ
G.
Trong đó: P

kmax
- Lực kéo cực đại tại các bánh xe chủ động;

ϕ
- Hệ số bám

ϕ
G
- Trọng lượng bám phân bố trên cầu chủ động.
Ở các xe một cầu chủ động, trọng lượng bám trên cầu chủ động nhỏ hơn
trọng lượng bám của thân xe trên xe hai cầu chủ động(4x4), trọng lượng bám
bằng trọng lượng xe, phát huy được tối đa trọng lượng để đạt được lực kéo cực
đại. Do đó xe có thể chạy trên đường dốc, gồ ghề hay trơn trượt có hệ số bám
đường thấp, khả năng xuất phát và tăng tốc tốt.
1.3.2. sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc của xe UAZ31512
UAZ-469 là một chiếc sản xuất bởi UAZ. Nó được Hồng quân và các lực
lượng vũ trang các quốc gia thuộc Khối Warsaw, cũng như các đơn vị bán du
kích ở Khối Đông Âu sử dụng rộng rãi. Tại Liên xô, nó cũng hoạt động nhiều
trong các tổ chức của nhà nước cần một chiếc xe off-road mạnh mẽ.UAZ-469
được giới thiệu năm 1973, thay thế loại GAZ-69 trước đó. Chiếc UAZ-469 có hai ưu
điểm lớn: Nó có thể hoạt động trên mọi địa hình và rất dễ dàng sửa chữa. UAZ-469
đã trở thành biểu tượng về độ tinh cậy và khả năng vượt địa hình. Chiếc xe này không
7
7
Báo cao tốt nghiệp
được bán cho công chúng, nhưng nhiều chiếc đã được bán như phương tiện thừa cho
các nhà sở hữu tư nhân. Các biến đổi gồm một một UAZ-469B căn bản với 220 mm,
và một phiên bản quân sự đặc biệt UAZ-469, với khoảng sáng gầm tăng lên tới
300 mm. Từ năm 1985, vì các tiêu chuẩn định danh công nghiệp mới, chúng được
đổi lại tên UAZ-469 trở thành UAZ-3151, trong khi UAZ-469B trở thành UAZ-

31512. Việc sản xuất UAZ-31512 vẫn tiếp tục.
1.3.2.1.Sơ đồ cấu tạo xe ô tô UAZ31512:
Hình 1.2 xe ô tô UAZ3151
8
8
Báo cao tốt nghiệp
Hình 1.3 kích thước cơ bản củ xe o tô UAZ31512
Hình1.4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống truyền lực của xe UAZ31512
9
9
Báo cao tốt nghiệp
Số liệu kỹ thuật chính của xe ô tô UAZ31512
stt Tên gọi Ký
hiệu
Đơn
vị
Giá trị
1 Kích thước bao
Chiều cao
Chiều dài
Chiều rộng
cm
1990
4025
1785
2 Khối lượng bản thân xe Kg 1590
3 Khối lượng khi đầy tải m Kg 2350
4 Khối lượng chia ra cầu trước M
t
Kg 970

5 Khối lượng chia ra cầu sau M
s
Kg 1380
6 Chiều dài cơ sở ô tô L m 2,38
7 Khoảng cách từ trọng tâm đến
cầu trước
a m 1,382
8 Khoảng cách từ trọng tâm đến
cầu sau
b m 0,998
9 Chiều cao trọng tâm xe h m 0,65
10 Bán kính tĩnh của bánh xe r m 0,4
11 Kiểu động cơ Chế hòa khí YMZ4178
12 Công suất cực đại N
max
kW 55,9
13 Mô men cực đại M
max
Nm 159,8
14 Số vòng quay cực đại n
max
v/ph 4400
15 Số vòng quay danh nghĩa n
min
v/ph 4000
16 Số vòng quay nhỏ nhất n
min
v/ph 600
17 Bộ ly hợp Kiểu một đĩa khô, dẫn động
thủy lực

18 Hộp số Cơ khí 4 số
Các số truyền
Số truyền 1
Số truyền 2
Số truyền 3
Số truyền 4
Số truyền lùi
4,124
2,64
1,58
1
5,224
10
10
Báo cao tốt nghiệp
19
Hộp phân phối Kiểu 2 số truyền
Các số truyền
1
1,94
Số truyền trực tiếp
Số truyền gián tiếp
Truyền lực chính trước sau Côn xoắn
20 Tỷsố truyền truyền lực chính 5,125
1.3.2.2. Nguyên tắc làm việc của xe ô tô UAZ31512:
Mô men từ động cơ được truyền từ động cơ qua hệ thống truyền lực tới
bánh xe. Hệ thống truyền lực của xe khá đơn giản gồm ly hộ ma sát khô, hộp số
cơ khí bánh răng thẳng. truyền và ngắt mô men đến cầu trước không dùng vi sai
mà nhờ cơ cấu gài cầu trước trong hộp số phụ. Mô men từ hộp số phụ đến
truyền lực chính của các cầu được truyền qua các đăng.

Việc gài cầu trước được tiến hành bằng cách dịch chuyển bánh răng trên
trục trung gian của hộp số phụ.
CHƯƠNG 2
LỰC VÀ MÔ MEN TRÊN XE Ô TÔ
2.1. Các lực và mô men tác động lên ô tô
2.1.1. Mô men chủ động
Khi ô tô máy kéo làm việc công suất và mô men quay của động cơ được
truyền qua hệ thống truyền lực rồi đến các bánh xe chủ động để tạo ra sự
11
11
Báo cao tốt nghiệp
chuyển động tịnh tiến của ôtô, máy kéo. Mô men quay do động cơ truyền đến
các bánh chủ động gọi là mô men chủ động M
k
.
Hình 2.1 trình bày đơn giản sơ đồ của hệ thống truyền lực
Hình 2.1 sơ đồ hệ thống truyền lực
Mô men quay do động cơ truyền đến các bánh chủ động được gọi là mô
men chủ động và thường được ký hiệu là M
k
.
Giá trị của mô men quay M
k
phụ thuộc vào mô men quay của động cơ
M
e
, tỷ số truyền i và hiệu suất η
m
của hệ thống truyền lực. Ngoài ra còn phụ
thuộc vào chế độ chuyển động của máy kéo.

Khi máy kéo chuyển động ổn định:
M
k
=M
e.
i.η
m
(2.1)
trong đó : M
e
- mô men quay của động cơ;
12
12
Báo cao tốt nghiệp
i, η
m
- tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực :
i = i
h
.i
T
.i
c
.
i
h
- tỷ số truyền của hộp số;
i
T
- tỷ số truyền của truyền lực trung ương;

i
c
- tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng;
Khi máy kéo chuyển động không ổn định :
(2.2)
trong đó : J
đ
, - mô men quán tính của các chi tiết chuyển động không
đều trong động cơ qui đổi đến trục khuỷu và gia tốc góc của động cơ;
J
x
, - mô men quán tính và gia tốc của chi tiết thứ x trong hệ
thống truyền lực;
J
k
, - mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ động.
Trong công thức (2.2), dấu cộng (+) được sử dụng cho trường hợp
chuyển động chậm dần và dấu trừ (-) là khi chuyển động nhanh dần.
Mối liên hệ giữa gia tốc của xe và gia tốc góc của bánh xe chủ động có
thể được biểu diễn qua biểu thức :

trong đó : a - gia tốc tịnh tiến của máy kéo;
r
k
- bán kính bánh xe chủ động;
i - tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực.
Từ đó suy ra hệ thức sau :
13
′
= ±







± ±
∑
M M J
d
dt
i J
d
dt
i J
d
dt
k e d m x
x
x x k
k
ω
η
ω
η
ω
d
dt
ω
d

dt
x
ω
d
dt
k
ω
a
d
dt
r
d
dt
r
i
k
k
k
= ⋅ = ⋅
ω
ω
13
Báo cao tốt nghiệp

Sau khi thay các giá trị trên vào công thức (2.6) và bằng phép biến đổi
đơn giản nhận được :

trong đó : M
k
- mô men chủ động của máy kéo khi chuyển động ổn định;

M
ak
- tổng mô men của các lực quán tính tiếp tuyến các khối lượng
chuyển động quay không đều qui dẫn đến bánh xe chủ động :
(2.3)
Như vậy, khi chuyển động không ổn định mô men chủ động của xe M’
k
không chỉ phụ thuộc vào mô men quay của động cơ M
e
, tỷ số truyền chung i,
hiệu suất chung của hệ thống truyền lực η
m
mà còn phụ thuộc vào mô men
quán tính của các khối lượng chuyển động quay không đều và bán kính của
bánh xe chủ động.
Khi xe chuyển động nhanh dần, thành phần mô men quay M
k
đóng vai
trò là mô men cản và mô men chủ động của xe nhỏ hơn so với trường hợp
chuyển động đều (M’
k
< M
k
). Ngược lại, khi chuyển động chậm dần M
ak
sẽ bổ
xung thêm cho mô men chủ động: M’
k
> M
k

.
2.1.2 Lực kéo tiếp tuyến(lực chủ động)
Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất xảy ra
rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu
diễn như hình 2.2.
14
d
dt
a
r
i
d
dt
a
r
i
d
dt
a
r
k
x
k
x
k
k
ω
ω
ω
=

=
=
;
;
′
= ±
M M M
k k ak
M a
J i J i J
r
a k
d m x x x k
k
=
+ +
∑
2 2
η η
14
Báo cao tốt nghiệp
Dưới tác dụng của mô men chủ động M
k
bánh xe tác động lên mặt
đường một lực tiếp tuyến P (không vẽ trên hình), ngược lại mặt đường tác
dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến P
k
cùng chiều chuyển động với
máy kéo và có giá trị bằng lực P (P
k

= P). Phản lực P
k
có tác dụng làm cho
máy chuyển động.
Hình 2.2
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động
M
k
G
K
R
K
r
k
P
K
Z
K
Do vậy phản lực tiếp tuyến P
k
được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn
được gọi là lực chủ động.
Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên bánh xe
do mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của máy
kéo.
Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi máy kéo chuyển động ổn định được xác
định theo công thức :
P
k
= (2.4)

trong đó : M
k
- mô men chủ động;
M
e
- mô men quay của động cơ;
i, η
m
-tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực;
r
k
- bán kính bánh xe chủ động.
Qua đó ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại P
kmax
khi sử
dụng số truyền có tỷ số truyền lớn nhất i = i
max
và mô men quay động cơ đạt
giá trị lớn nhất M
e
= M
max
, nghĩa là :
15
M
r
M i
r
k
k

e m
k
=
η
15
Báo cao tốt nghiệp
P
kmax
= (2.5)
Khi máy kéo chuyển động không ổn định mô men chủ động còn phụ
thuộc vào gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay
không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ. Lực kéo tiếp tuyến có
thể được xác định theo công thức :
(2.6)
trong đó: M’
k
- mô men chủ động khi chuyển động không ổn định;
M
ak
- mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển
động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động
cơ;
P
k
, P’
k
- lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn định va khi chuyển
động không ổn định.
Trong công thức (2.6) lấy dấu cộng khi chuyển động chậm dần và dấu
trừ khi chuyển động nhanh dần.

2.1.3 Lực bám
sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến P
k
là do kết quả của tác động tương hỗ
giữa bánh xe và mặt đường. Do đó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến
không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn
phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với đất hoặc mặt đường. Khi bánh
xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó
trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến giá trị cực đại.
Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe
được gọi là lực bám P
ϕ
, nghĩa là:
16
M i
r
e m
k
max max
η
P
M
r
P
M
r
k
k
k
k

ak
k
'
'
= = ±
16
Báo cao tốt nghiệp
P
kmax
= P
ϕ
Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi 2 thành phần chính : lực ma sát
giữa bánh xe và mặt đường; sức chống cắt của đất được sinh ra do tác động
của các mấu bám. Khi chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo tành
do lực ma sát, còn khi chuyển động trên nền đất mềm lực bám được tạo thành
do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất. Do vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào
đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất cơ lý của đất và tải trọng pháp tuyến.
Thực nghiệm đã khẳng định rằng, lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải
trọng pháp tuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận. Do đó mối quan hệ này
thường hay được sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe.
2.1.4 Hệ số bám
Tỷ số giữa lực bám P
ϕ
và tải trọng pháp tuyến G
k
được gọi là hệ số bám
và thường được ký hiệu là ϕ, nghĩa là :
ϕ = (2.7)
Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám
của máy kéo. Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di động và trạng thái

mặt đường. Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo
cũng như sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh
hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và
độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tương đối.
Trên cơ sở công thức (2.14) ta có thể viết :
P
ϕ
=ϕG
k
= ϕ Z
k
(2.8)
Như vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động được sẽ là :
P
K
<P
j


(2.9)
Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của máy kéo sẽ
17
P
G
k
ϕ
17
Báo cao tốt nghiệp
bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động.
Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo

cần phải xem xét cho 2 trường hợp :
Khi đủ bám P
k
sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công
thức (2.4) hoặc (2.5).
Khi không đủ bám P
kmax
sẽ tính theo lực bám :
P
kmax
= P
ϕ

Hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau và để thuận tiện
nghiên cứu người ta chia các nhân tố ra làm 2 nhóm chính:
Nhóm 1: Các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng tới hệ số bám ít thay đổi,
bao gồm: loại đường, trạng thái mặt đường, kết cấu và tình trạng lốp. Ảnh
hưởng của các nhân tố này đẫ được nghiên cứu bằng thực nghiệm. các kết quả
thường được công bố dưới dạng bảng hoặc đồ thị.
Nhóm 2: Các nhân tố luôn thay đổi trong quá trình chuyển động của
xe, gồm: vận tốc chuyển động, độ trượt của bánh xe,. Vận tốc chuyển động
của xe, độ trượt của các bánh xe càng lớn thì hệ số bám giảm.
Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại đường
Loại đường và tình trạng mặt đường Hệ số bám trung bình
Đường nhựa và đường bê tông
Khô sạch
Ướt
0,7 - 0,8
0,35 – 0,45
Đường đất

Đất pha cát khô
Ướt
0,5 – 0,6
0,2 – 0,4
Đường cát
Khô
Ướt
0,2 – 0,3
0,4 – 0,5

18
18
Báo cao tốt nghiệp
Các đồ thị cho ta thấy:
Khi tăng áp suất nên lốp hệ số bám lúc đầu tăng lên, sau đó lại giảm.
Khi vận tốc xe tăng, hệ số bám giảm dần theo đường cong. Khi tăng tải
trong pháp tuyến, hệ số bám tăng theo dang tuyến tính.
19
19
Báo cao tốt nghiệp
Khi đường ướt thì ảnh hưởng của áp suất lốp, tải trong pháp tuyến và
vận tốc xe đến hệ số bám càng lớn.
Trong một số trường hợp nghiên cứu, để đơn giản quá trình tính toán
thường bỏ qua sự thay đổi hệ số bám vào trượt. tuy nhiên trong thực tế khi
độ trượt thay đổi dẫn đến hệ số bám thay đổi rất lớn. Khi tăng độ trượt
(trượt lê hoặc trươt quay) thì hệ số bám lúc đầu taqng nhanh chóng đến giá
trị cực đại, khi độ trượt khoảng 20 – 25% độ trượt tiếp tục tăng, hệ số bám
giảm, đến khi trượt hoàn toàn thì hệ số bám giảm khoảng 20 – 30% giá trị
cực đại, lên đến 50 – 60% khi đường ướt. bản chất vật lý của hiện tượng rất
phức tạp, liên quan đến quá trình biến dang của vật liệu lốp xe, biến dạn

nền đường. Người ta thường xác định mối quan hệ này bằng thực nghiệm.
Để thuận lợi trong nghiên cứu, cần biểu diễn quan hệ
)(
δϕ
F
=
bằng
giả tích. Theo Coraghenski , quan hệ này như sau:

deba
c
++=
−
δ
δϕ
)..(
Trong đó: a,b,c,d: các hằng só xác định từ thực nghiệm
e: cơ số loogarit = 2,718
20
20
Báo cao tốt nghiệp
2.1.5 Cân bằng lực kéo
Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô: Hình 2.7
Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô
P
W
a
b
P
j

Gsina
h
Gcosa
G
P
f1
P
m
P
k
P
fk
h
m
Z
1
L
Z
K
a
V
1) Lực cản lăn
Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng bên
trong lốp khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và
mặt đường, trong các ổ trục bánh xe hoặc ma sát trong bộ phận di động xích,
lực cản không khí chống lại sự quay của bánh xe và sự tiêu hao năng lượng
cho việc tạo thành vết bánh xe.
Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu
hao năng lượng của từng thành phần riêng là rất khó khăn. Bởi vậy người ta
qui tất cả các thành phần tiêu hao năng lượng cho quá trình lăn của bánh xe

thành một lực cản và gọi là lực cản lăn.
21
21
Báo cao tốt nghiệp
Như vậy, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của ô tô. Thực
nghiệm đã chứng tỏ rằng, phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh
hưởng lớn nhất. Do đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến
Z hoặc theo trọng lương của xe G, sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được
qui thành một hệ số f và có thể viết :
P
f
=P
ƒ
k
+ P
ƒ
n
= ƒZ = ƒG (2.10)
trong đó : P
ƒ
k
-
−

lực cản lăn của các bánh chủ động
P
ƒ
n
-
−

lực cản lăn của các bánh bị động
ƒ − hệ số cản lăn;
Z − phản lực pháp tuyến: Z = Gcosα ;
G − trọng lượng của máy kéo;
α − độ dốc mặt đường.
Biểu thức (2.10) có thể viết lại một cách tổng quát hơn :
P
f
=f.Gcosα (2.11)
Trong đó: f – hệ số cản lăn của ô tô máy kéo
Bảng 2.2 Hệ số cản lăn trên các loại đường

Loại đường Hệ số bám trung bình
Đường nhựa
Đường bê tông
Đường rải đá
Đường đất khô
Đường đất ướt
Đường cát
Đất sau khi cày
0,015 – 0,018
0,012 – 0,015
0,023 – 0,03
0,025 – 0,035
0,05 – 0,15
0,10 – 0,30
0,12
22
22

Báo cao tốt nghiệp
2) Lực cản dốc P
α
Khi xe lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần Gsinα có
phương song song với mặt đường và được goi là lực cản dốc, ký hiệu là P
α
:
P
α
=Gsinα (2.12)
trong đó : G - trọng lượng xe;
α - góc dốc mặt đường.
Tuy nhiên lực P
α
chỉ gây cản chuyển động khi xe lên dốc, còn khi xuống
dốc nó sẽ có tác dụng đẩy xe chuyển động.
3) Lực cản không khí P
w
Khi xe chuyển động sẽ làm di chuyển bộ phận không khí bao quanh máy,
làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực
cản không khí.
Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, hình
dáng bề mặt chắn gió phía trước. Giá trị của lực cản không khí có thể được
xác định theo công thức thực nghiệm :
P
w
=k
w
Fv
2

(2.13)
trong đó : k
w
- hệ số cản không khí ;
F -diện tích cản chính diện (diện tích hình chiếu của xe
trên mặt phẳng vuông góc với phương chuyển động);
v - tốc độ chuyển động tương đối giữa máy kéo và không khí.
4) Lực cản quán tính P
j
Khi xe chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương
song song với phương chuyển động và điểm đặt tại trọng tâm của xe. Nếu
chuyển động chậm dần, lực quán tính P
j
sẽ cùng chiều với chiều chuyển động
23
23
Báo cao tốt nghiệp
và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của xe. Ngược lại, khi chuyển động
nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán
tính.
Giá trị của lực quán tính có thể xem như tạo thành bởi hai thành phần :
P
j
= P
j
’ + P
j
’’ (2.14)
trong đó : P
j

’ - lực cản quán tính tịnh tiến;
P
j
’’ - lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển
độngquay không đều trên xe gây ra.
Lực quán tính tịnh tiến P
j
’ có thể được xác định theo công thức :
P
j
’ = a (2.15)
trong đó : a - gia tốc tịnh tiến của xe;
G - trọng lượng xe;
g - gia tốc trọng trường.
Thành phần lực quán tính P
j
’’ được xác định theo công thức :
P
j
'' = (2.16)
trong đó : M
ak
- mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết
chuyển động quay không đều qui dẫn đến trục bánh chủ động
M
an
- mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh
dẫn hướng)
M
an

=
J
n
, r
n
- mô men quán tính và bán kính của bánh xe dẫn hướng.
Thay các giá trị M
ak
và M
an
vào (2.16), sau đó thay các giá trị của P
j
’ và
P
j
’’ vào (2.14) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của máy kéo
24
G
g
M
r
M
r
ak
k
an
n
+
a
Jn

r
n
24
Báo cao tốt nghiệp
(2.17)
Đặt: (2.18)
J
d
, J
x
,Jk,Jn – tương ứng với mô men quán tính của động cơ, chi tiết
quay thứ x, bánh chủ động và bánh bị động;
i
x
– tỷ số truyền từ chi tiết quay thứ x đến bánh chủ động.
Thay δ
a
vào (2.17) ta có :
P
j
=δ
a
.a (2.19)
Trong đó: δ
a
- hệ số qui đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các
chi tiết chuyển động quay không đều của xe.
5) Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển động của xe
Phương trình cân bằng lực kéo theo nguyên lý D
’

Alambert:
P
k
= P
f
± P
α
± P
j
± P
w
(2.20)
Trong (2.20) lấy dấu cộng (+) trước P
α
khi chuyển động lên dốc và lấy
dấu trừ (−) khi xuống dốc; trước P
j
lấy dấu cộng (+) khi chuyển động nhanh
dần và lấy dấu trừ (−) khi chuyển động chậm dần.
Thay P
j
từ biểu thức (2.19) vào phương trình (2.20) ta sẽ rút ra được
phương trình vi phân chuyển động :

( )
[ ]
afk
a
pppp
G

g
a
dt
dv
ϖ
δ
+±−==
(2.21)
Đặt P
c
= P
f
± P
α
+ P
w
Công thức (2.21) có thể viết gọn lai:
25
P
G
g
a
g
G
J i J i J
r
J
r
j
d m x x x k

k
n
n
= +
+ +
+
















∑
1
2 2
2 2
η η
δ
η η
a

d m x x x k
k
n
n
g
G
J i J i J
r
J
r
= +
+ +
+








∑
1
2 2
2 2
G
g
25