Động lực học ô tô máy kéo - Chương 5

Chơng 5
Tính chất động lực học và tính kinh tế nhiên liệu
của ô tô máy kéo khi vận chuyển
5.1. Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất
Năng suất vận chuyển đợc đánh giá bởi khối lợng hàng hoá và quãng đờng vận
chuyển đợc trong một đơn vị thời gian. Nó phụ thuộc vào trọng tải và tốc độ chuyển
động trung bình của ô tô máy kéo. Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào các tính chất kéo
bám và tính chất động lực học của ô tô máy keó.
Để phân tích đánh giá tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô máy kéo
ngời ta thờng dạ vào đồ thị cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng công suất.
5.1.1. Cân bằng lực kéo
1). Phơng trình cân bằng lực kéo
Xét trờng hợp tổng quát khi ô tô máy kéo sử dụng rơ mooc vận chuyển với tốc độ
không ổn định trên đờng dốc.
Giả thiết rằng hệ số cản lăn của rơ mooc và của ô tô máy kéo là nh nhau. Dựa vào
phơng trình (2.28) có thể suy ra phơng trình cân bằng lực kéo khi sử dụng rơ mooc :
P
K
= P
f
P

P
j
+ P
W
(5.1)
Trong đó : P
K
lực kéo tiếp tuyến;
P

f
lực cản lăn : P
f
= f G
a
cos ; (5.2)
P

lực cản dốc : P

= G
a
sin ; (5.3)
P
j
lực quán tính : P
j
=
a

G
g
a
j ; (5.4)
P
W
lực cản không khí : P
W
= k
W

.v
2 ;
(5.5)
f

hệ số cản lăn;
k
W
hệ số cản của không khí;
v vận tốc tơng đối giữa ô tô máy kéo và không khí;
G
a
trọng lợng liên hợp máy (máy kéo + rơ mooc);

a
hệ số tính đến sự ảnh hởng của các khối lợng quay trên ô tô máy kéo và
trên rơ mooc ;
j, g gia tốc của liên hợp máy và gia tốc trọng trờng;
Trong phơng trình (5.1), sử dụng dấu (+) hoặc () trớc P

là tuỳ thuộc vào xe
chuyển động lên hoặc xuống dốc, còn trớc P
j
là tuỳ thuộc chuyển động nhanh hoặc
chậm dần.
Phơng trình (5.1) có thể viết lại dới dạng khai triển :
P
K
= f G
a

cos G
a
sin
a
G
g
a
j +k
W
.v
2
(5.6)
Các thành phần P
f
và P

đặc trng cho lực cản của mặt đờng và có thể gộp chung
lại, ký hiệu P

:
P

= P
f
P

= (fcos sin)G
a
hay
P

= G
a
(5.7)
Trong đó : P

đợc gọi là lực cản chung của mặt đờng
hệ số cản của mặt đờng :
= f cos sin (5.8)
Phơng trình (5.1) có thể viết lại :
53
P
K
= P

P
j
+ P
W
(5.9)
Trờng hợp chuyển động đều trên đờng nằm ngang
P
K
= P
f
+ P
W
hoặc P
K

= f G
a
+ k
W
.v
2
(5.10)
2). Đồ thị cân bằng lực kéo
Lực kéo tiếp tuyến P
K
của ôtô máy kéo phụ thuộc vào mô men quay M
e
của động
cơ và tỷ số truyền i trong hệ thống truyền lực, còn vận tốc chuyển động v phụ thuộc
vào tốc độ quay của động cơ
e
,tỷ số truyền i và độ trợt :
P
k
=
M i
r
e m
k

(5.11)
v = v
t
(1 - ) =
i

r
ek

(1 - ) (5.12)
trong đó: v
t
vận tốc lý thuyết :

i
r
v
ek
t

=
Mặt khác quan hệ giữa mô men quay M
e
và vận tốc quay
e
là quan hệ phụ thuộc
và đợc biểu thị trên đờng đặc tính của động cơ M
e
= f (
e
).
Do đó lực kéo tiếp tuyến P
k
và mô men động cơ M
e
cũng có thể biểu thị theo hàm

số vận tốc:
P
K
= f(v) và M
e
= f (v).
Các quan hệ trên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố sử dụng khác nên khó có thể
biểu diễn đầy đủ bằng các biểu thức toán học, và do vậy ngời ta thờng biểu diễn chúng
bằng đồ thị.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến P
K
và các thành phần lực cản
của ô tô máy kéo phụ thuộc vào vận tốc chuyển động v đợc gọi là đồ thị cân bằng lực
kéo.
Trớc hết ta xét trờng hợp đơn giản với giả thiết ô tô máy kéo không bị trợt = 0
và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc f = const. Dạng đồ thị cân bằng lực kéo
đợc minh hoạ trên hình 5.1.


Trình tự xây dựng :
54
Hình 5.1. Đồ thị cân bằng lực kéo
P
k
P
k1
P

+ P
W

P
k2
P

P
f
+ P
W
P
k3
P
k3
P
f
v
v
0max
v
0
v
max
v
k1
A
B
B
0
Đồ thị trên hình 5.1 đợc xây dựng trên cơ sở đờng cong thực nghiệm Me = f (e)
của đờng đặc tính tốc độ động cơ.
1) Xây dựng các đờng cong lực kéo tiếp tuyến P

K
= f(v).
Cho trị số mô men quay M
e
, tính lực kéo tiếp tuyến P
K
theo công thức (5.11).
Từ đờng cong M
e
= f (
e
) ta xác định đợc
e
tơng ứng với M
e
đã cho.
Thay
e
vào công thức (5.12) để tính vận tốc thực tế v .
Cặp giá trị P
K
, v vừa tính đợc xác định một điểm của đồ thị P
K
= f (v). Bằng cách
nh vậy ta sẽ xác định đợc nhiều điểm ứng với các trị số khác nhau của M
e
và xây dựng
đợc các đờng cong P
K
= f (v) cho từng từng số truyền . Trên đồ thị 5.1 minh hoạ cho 3

số truyền với các ký hiệu P
k1
, P
k2
, P
k3
.
2

Xây dựng đờng lực cản mặt đờng P

= f (v)
Vì đã giả thiết f = const nên ứng với mỗi góc dốc xác định lực cản P

là đại l-
ợng không đổi P

= const, trên đồ thị đợc biểu thị bằng đờng thẳng song song với trục
hoành. Giá trị của P

đợc xác định theo công thức (5.8)
Khi lên dốc ( > 0): P

= (fcos + sin)G
a
= P
f
+ P

Khi = 0) : P

= P
f
= fG
a

3

Xây dựng đờng lực cản tổng cộng P

+ P

= f (v)
Khi lên dốc : P


+ P

= (f cos + sin) G
a
+ k
W
v
2
Khi = 0 : P

+ P

= f G
a

+ k
W
v
2

Một số nhận xét
Qua đồ thị cân bằng lực kéo ta có thể rút ra một số nhận xét nh sau :
Dạng của các đờng cong P
K
= f(v) tơng tự nh dạng đờng cong
M
e
= f (
e
). ở mỗi số truyền giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến P
Kmax
sẽ tơng ứng với
mô men quay cực đại của động cơ M
emax
.
Vận tốc tơng ứng với giá trị P
Kmax
đợc gọi là vận tốc giới hạn v
K
.
Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v<v
k
, lực kéo tiếp tuyến P
K
sẽ giảm do mô

men quay động cơ giảm.
Cần lu ý là khi v < v
K
động cơ không tự trở lại trạng thái cân bằng mô men quay
do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận
tốc v < v
K
.
Điểm cắt nhau của đờng lực cản tổng cộng P

+ P

= f(v) và đờng lực kéo tiếp
tuyến P
K
= f(v) chính là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, khi đó vận
tốc đạt giá trị cực đại v = v
max
. Trên Hình 5.1, điểm B ứng với trờng hợp chuyển động
trên đờng nằm ngang và điểm A ứng với khi lên dốc.
ở mỗi số truyền, khi v < v
max
đờng cong P
K
nằm trên đờng cong P

+P

nghĩa là
d lực kéo.

Hiệu số P
K
- (P

+P

) = P
d
đợc gọi là lực kéo d.
Phần lực kéo d dùng để tạo ra khả năng tăng tốc và để khắc phục lực cản dốc với
độ dốc lớn hơn, tức là tạo ra khả năng vợt dốc. Nh vậy vùng có khả năng tăng tốc là (v
K
- v
max
).
Khi v = v
K
thì lực kéo d đạt lớn nhất P
d
= P
dmax
và khả năng tăng tốc sẽ lớn nhất.
Khi v = v
max
thì P
d
= 0 và không còn khả năng tăng tốc hoặc vợt độ dốc lớn hơn.
Khi đó muốn vợt độ dốc lớn hơn phải chuyển về làm việc ở số truyền thấp hơn.
ở điều kiện làm việc xác định , tức là lực cản mặt đờng đã xác định, nếu muốn
giảm tốc độ chuyền động đều ta có thể giảm ga. Khi đó động cơ sẽ làm việc với đờng

đặc tính riêng phần, đờng cong M
e
= f(
e
) sẽ thấp hơn so với trờng hợp cung cấp
nhiên liệu cực đại. Điểm cân bằng B trên đồ thị là một ví dụ khi làm việc ở số truyền
3, lúc đó máy chuyển động đều với v
o
< v
omax
.
55
Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất P
kmax
không chỉ phụ thuộc vào mô men quay cực
đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều
kiện bám P
Kmax
= P

. Nh vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị P
K
<
P

.
5.1.2. Cân bằng công suất
Phơng trình hoặc đồ thị cân bằng lực kéo chỉ đánh giá đợc tính chất kéo và tính
chất động lực học của liên hợp máy vận chuyển. Để đánh giá chỉ tiêu năng lợng ta cần
xem xét sự cân bằng công suất khi liên hợp máy làm việc ở các điều kiện chuyển động

khác nhau.
1). Phơng trình cân bằng công suất
Từ phơng trình cân bằng lực kéo (5.1) có thể suy ra phơng trình cân bằng công
suất bằng cách nhân hai vế của phơng trình với vận tốc v:
N
K
= N

N
j
+ N
W
= P

v P
j
v + P
W
v (5.13)
Trong đó : N
K
- công suất truyền cho các bánh chủ động
N
K
= N
e

m
(5.14)
N

e
công suất hiệu dụng của động cơ;

m
hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực;
N

công suất hao tổn do lực cản mặt đờng;
N
j
công suất hao tổn do lực cản quán tính;
N
W
công suất hao tổn do lực cản không khí.
2). Đồ thị cân bằng công suất kéo
Phân tích tơng tự nh khi xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ta sẽ nhận đợc đồ thị
cân bằng công suất kéo và đợc minh hoạ trên hình 5.2, trên đó còn biểu thị sự phụ
thuộc của công suất hiệu dụng N
e
của động cơ vào tốc độ chuyển động v.



Hình 7.2. Đồ thị cân bằng công suất
Trình tự xây dựng :
Cho giá trị N
e
, tính N
K
theo công thức (5.14).

Từ đờng cong N
e
= f(
e
) xác định tốc độ quay
e
ứng với N
e
đã cho, sau đó sử
56
N
e1
N
e2
N
e3
N
k3
N
k2
N
k1
N
ms
N
j
N
W
N

(N

+
W
)
N
V
V


dụng công thức (5.12) tính vận tốc v.
Cặp giá trị N
e
, v xác định một điểm đồ thị. Xây dựng nhiều điểm và nối lại ta đợc
toàn bộ đờng cong N
e
= f(v) của số truyền đã cho.
Bằng cách nh vậy sẽ xây dựng đợc các đờng cong N
e
= f(v) cho các số truyền
khác nhau.
Các đờng cong N
K
= f(v) cũng đợc xây dựng tơng tự vì N
k
tỷ lệ thuận với N
e
(N
K
= N

e

m
).
Các thành phần công suất để khắc phục các thành phần lực cản đợc xây dựng dựa
trên các công thức tính toán tơng ứng sau đây :
Công suất để khắc phục lực cản dốc :
N

= (fcos + sin)G
a
.v (5.15)
Đồ thị biểu diễn N

= f(v) là đờng tuyến tính.
Công suất để khắc phục lực cản tổng cộng:
N

+ N
W
= (fcos + sin)G
a
.v + k
W
v
3
(5.16)
Đờng cong (N

+ N

W
) = f (v) cắt đờng cong công suất N
K
tại điểm A. Đó chính là
điểm cân bằng công suất, nghĩa là khi đó liên hợp máy chuyển động đều và sẽ nhận đợc
vận tốc chuyển động cực đại v
max
vì không còn công suất dự trữ để tăng tốc.
Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc cực đại v < v
max
thì công suất cản tổng cộng (N

+
N
W
) < N
K
, nghĩa là còn dự trữ một phần công suất để tăng tốc hoặc để khắc phục góc
dốc lớn hơn.
Phần công suất dự trữ còn đợc gọi là công suất d N
d
:
N
d
= N
K
- (N

+ N
w

) (5.17)
ở độ dốc xác định, công suất d chính bằng công suất để khắc phục lực cản
quán tính N
d
= N
j
.
Nếu kẻ đờng thẳng đứng cho cắt các đờng cong công suất ta sẽ đợc các thành
phần công suất tơng ứng biểu thị bởi các đoạn thẳng : N

, N

, N
j
và N
m
, trong đó N
m
là công suất hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực
Nếu độ dốc càng tăng, công suất chi phí cho lực cản mặt đờng càng lớn, điểm cắt
nhau giữa đờng công suất cản tổng cộng (N

+ N

) và đờng cong công suất kéo N
K
sẽ
lùi sang bên trái.
5.2. Nhân tố động lực học và đặc tính động lực học
5.2.1. Nhân tố động lực học

Phơng trình cân bằng lực kéo và phơng trình cân bằng công suất có thể sử dụng
để phân tích đánh giá tính chất động lực học của một loại máy vận chuyển cụ thể. Nh-
ng không thể sử dụng các phơng trình đó để đánh giá so sánh các tính chất động lực
học của các máy vận chuyển khác nhau vì các máy khác nhau sẽ có trọng lợng khác
nhau và đặc tính kỹ thuật của động cơ cũng có thể khác nhau.
Do vậy để đánh giá so sánh tính chất động lực học của các máy vận chuyển khác
nhau ngời ta sử dụng một thông số đặc trng tính chất động lực học không có thứ
nguyên. Thông số đó là nhân tố động lực học.
Nhân tố động lực học là tỷ số giữa phần lực kéo tiếp tyến sau khi đã trừ đi lực cản
không khí (P
K
P
W
) và trọng lợng toàn bộ G
a
của máy vận chuyển. Nếu ký hiệu nhân
tố động lực học là D, ta có :
D =
P P
G
k w
a

(5.18)
Từ phơng trình cân bằng lực kéo (5.1) ta có thể rút ra hiệu số
57
(P
K
- P
W

), rồi thay vào biểu thức (5.18) nhận đợc :
D =

a
g
j (5.19)
Trong đó
a
là hệ số tính đến ảnh hởng của các khối lợng chuyển động quay;
Biểu thức (5.19) biểu thị mối quan hệ giữa nhân tố động lực học và điều kiện
chuyển động (thông qua hệ số cản mặt đờng và gia tốc j).
Khi máy chuyển động đều (j = 0) thì nhân tố động lực học chính bằng hệ số cản
chung của mặt đờng:
D = = f cos sin.
Nếu máy chuyển động đều trên đờng nằm ngang, tức là j = 0 và = 0 , thì nhân
tố động lực học bằng hệ số cản lăn:
D = f
Giá trị của nhân tố động lực học còn phụ thuộc vào các thông số kết cấu của ô tô
máy kéo thể hiện qua biểu thức :
D =
P P
G
M i
r
k v
G
k w
a
e m
k

w
a

=







2
1
(5.20)
Qua biểu thức (5.20), ta nhận thấy rằng giá trị của nhân tố động lực học D chỉ
phụ thuộc vào các thông số kết cấu và có thể xác định cho từng loại máy cụ thể.
ở số truyền càng thấp tỷ số truyền i càng lớn, đồng thời vận tốc v cũng càng thấp
dẫn đến nhân tố động lực học D sẽ lớn hơn so với số truyền cao hơn. Do vậy khi làm
việc ở số truyền 1 nhân tố động lực học sẽ nhận đợc giá trị lớn nhất so với các số truyền
còn lại.
Nhân tố động lực học còn bị giới hạn theo điều kiện bám của các bánh xe chủ
động với mặt đờng . Khi P
kmax
= P

nhân tố động lực học nhận đợc giá trị cực đại:

a
wk
a

wk
a
w
G
vkG
G
vkZ
G
PP
D
22
.
=

=

=



(5.21)
Trong đó : hệ số bám của các bánh chủ động;
Z
K
phản lực pháp tuyến của mặt đờng lên bánh chủ động:
Z
K
=
K
G;

K
hệ số phân bố tải trọng trên cầu chủ động;
G trọng lợng máy kéo hoặc ô tô (không có trọng lợng rơ mooc).
Đối với máy kéo có tất cả các bánh là chủ động thì
K
= 1, ở máy kéo chỉ có cầu
sau chủ động
K
= 0,62 - 0,67 , còn đối với ô tô tải tuỳ thuộc vào sự phân bố hàng hoá
trên thùng xe giá trị của hệ số
K
có thể thay đổi.
Một số nhận xét:
Nhân tố động lực học D đặc trng cho khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản
của mặt đờng. 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 lợng 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 nhng làm viêc ở các điều kiện đờng xá khác
nhau.
5.2.2. Đặc tính động lực học
Để dễ nhận thấy qui luật thay đổi giá trị của nhân tố động lực học D trong sự phụ
thuộc vào các yếu tố cấu tạo, điều kiện mặt đờng và vận tốc chuyển động ta có thể biểu
58
diễn các mối quan hệ đó dới dạng đồ thị hàm số D = f(v) với trục hoành là vận tốc v và
trục tung là nhân tố động lực học D.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học và vận tốc
chuyển động D = f(v) khi ô tô máy kéo chở đầy tải và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải

đợc gọi là đờng đặc tính động lực học của ô tô máy kéo hoặc gọi tắt là đặc tính động
lực học.

Hình 5.3. Đặc tính động lực học của ô tô máy kéo khi vận chuyển
Trên hình 5.3 là dạng đờng đặc tính động lực học D với giả thiết các bánh xe chủ
động không bị trợt = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động f =
const.
Đờng đặc tính động lực học đợc xây dựng dựa trên đờng đặc tính tải trọng hoặc đ-
ờng đặc tính tốc độ cuả động cơ. Trình tự xây dựng cũng tơng tự nh đã xây dựng các đ-
ờng cong lực kéo tiếp tuyến P
K
trên đồ thị cân bằng lực kéo (hình 5.1). Cụ thể là sử
dụng công thức ( 5.13 ) để tính vận tốc v và công thức (5.20) để tính nhân tố động lực
học D ứng với các số truyền khác nhau.
Qua đồ thị ta thấy rằng, dạng đờng cong nhân tố động lực học D = f(v) giống nh
dạng đờng cong M
e
= f(
e
) trên đờng đặc tính tốc độ của động cơ. ở mỗi số truyền,
điểm cực đại của đờng cong D
max
tơng ứng với M
emax
của động cơ, khi đó tốc độ
chuyển động là nhỏ nhất cho phép v
K
. Nh vậy ở mỗi số truyền sẽ có một giá trị cực đại
D
max

(trên hình chỉ vẽ cho số truyền 1 D
1max
). Số truyền càng cao giá trị D
max
càng
nhỏ, nghĩa là D
1max
> D
2max
> ....
5.2.3 Sử dụng đờng đặc tính động lực học
1) Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô máy kéo
Khi chuyển động đều trên đờng nằm ngang:
Ta biết rằng với trọng tải đã đợc xác định, vận tốc chuyển động cực đại sẽ đạt đợc
khi ô tô máy kéo chuyển động đều trên đờng nằm ngang ( = 0 ). Khi đó nhân tố động
lực học chính bằng hệ số cản lăn D = f. Nh vậy nếu ta kẻ đờng biểu diễn f song song
với trục hoành và cắt đờng nhân tố động lực học D tại B, từ điểm B dóng xuống trục
hoành sẽ xác định đợc vận tốc cực đại V
max
. Trong trờng hợp đang xét vận tốc cực đại
sẽ đạt đợc ở số truyền 4.
59
v
B
A
f

D
0
v

k
D
4
D
3
D
2
D
1
D
4max
D
1max
v
O
max
v
max
v
k1
Khi chuyển động lên dốc:
Khi chuyển động đều lên dốc ( > 0), D = = fcos + sin . Điểm cắt nhau giữa
đờng hệ số cản và đờng nhân tố động lực học D sẽ là điểm A. Khi đó vận tốc cũng
đạt lớn nhất v
max
nhng nhỏ hơn so với trờng hợp chuyển động trên đờng nằm ngang.
Trờng hợp đờng hệ số cản chung (khi > 0) hoặc đờng hệ số cản lăn f (khi
= 0) không cắt đờng nhân tố động lực học D, nghĩa là không có điểm cân bằng lực và
công suất và ô tô máy kéo không chuyển động đợc ở số truyền đã cho. Nếu muốn duy
trì cho ô tô máy kéo chuyển động đều có thể thực hiện bằng 2 cách:

+ Cách thứ nhất là chuyển sang làm việc ở số truyền cao hơn và sẽ đạt đợc vận
tốc cực đại v
max
.
+ Cách thứ hai là giảm lợng cung cấp nhiên liệu vào động cơ, lúc đó động cơ
làm việc với đờng đặc tính riêng phần và các đờng cong nhân tố động lực học D cũng
sẽ giảm xuống gần về phía trục hoành. Tuy nhiên vận tốc chuyển động sẽ nhỏ hơn so
với trờng hợp sử dụng ga cực đại.
2) Xác định góc dốc lớn nhất
max
Ta đã biết khi chuyển động đều lên dốc, nhân tố động lực học của ô tô máy kéo
có thể đợc xác định theo công thức :
D = = fcos + sin
Từ đó, nếu biểu diễn hàm cos qua hàm sin, ta có thể rút ra đợc :
Sin =
D D
f

+
f 1- f
2 2
2
1

hoặc = arsin(
D D
f

+
f 1- f

2 2
2
1
) (5.22)
ở mỗi số truyền đều có một giá trị cực đại D
max
, nhng lớn nhất là D
1max
khi làm
việc ở số truyền thấp nhất (số truyền 1). Do đó, góc dốc lớn nhất mà ô tô máy kéo có
thể vợt qua đợc sẽ đợc xác định theo nhân tố động lực học ở số truyền 1 , nghĩa là theo
D
1max
:

max
= arsin (
D D
f
1 1
2
2
1
max max

+
f 1- f
2
) (5.23)
Từ đờng đặc tính D = f(v) ta xác định đợc D

1max
, rồi thay vào (5.23) sẽ xác định đ-
ợc
max
.
Nếu góc dốc không lớn lắm có thể chấp nhận gần đúng
sin tg = i
i = tg gọi là độ dốc.
Khi đó nhân tố động lực học đợc xác định gần đúng theo công thức :
D = f + i
và có thể rút ra : i
max
= D
1max
f (5.24)
Trong đó : i
max
độ dốc lớn nhất mà ô tô máy kéo có thể vợt qua đợc .
Nh vậy, nếu sử dụng độ dốc lớn nhất i
max
để đánh giá khả năng vợt dốc của ô tô
máy kéo sẽ thuận lợi hơn vì có thể xác định đợc trực tiếp trên ddồ thị nhân tố động lực
học D = f(v).
Cần lu ý rằng, góc dốc lớn nhất
max
đợc xác định theo công thức (5.23) là tr-
ờng hợp ôtô máy kéo chuyển động với vận tốc đều . Nếu trớc khi lên dốc ôtô máy kéo
chuyển động với gia tốc nhanh dần (lấy đà) thì khả năng vợt dốc sẽ tốt hơn nhờ sử dụng
thêm quán tính, nghĩa là giá trị góc
max

sẽ lớn hơn so với giá trị tính toán theo công
60
thức (5.23).
3) Xác định khả năng tăng tốc của ôtô máy kéo
Nhờ đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) có thể xác định đợc gia tốc của ôtô máy
kéo nếu biết : hệ số cản của mặt đờng, tỉ số truyền i và vận tốc cho trớc v.
Từ biểu thức (5.19) ta rút ra:
j =
dv
dt
D
g
a
= ( )

(5.25)
Trên Hình 5.4 là đồ thị nhân tố động lực học cho 3 số truyền.



Hình 5.4. Xác định khả năng tăng tốc của ô tô máy kéo
theo đồ thị nhân tố động lực học
Giả sử loại đờng có hệ số cản
1
. Ta kẻ đờng
1
song song với trục hoành cho
cắt đờng nhân tố động lực học ở số 3 tại điểm A, hoành độ điểm A là v
1
, chính là vận

tốc lớn nhất mà ôtô máy kéo có thể chuyển động đợc trên loại đờng đó.
Cũng trên loại đờng này, nếu cho xe chuyển động với vận tốc v
n
< v
1
thì sẽ có khả
năng tăng tốc vì lúc đó D >
1
. Khả năng tăng tốc đợc đặc trng bởi hiệu số (D ).
Trên đồ thị, khả năng tăng tốc ứng với các số truyền 3, 2, 1 là các tung độ : ab, ad và
ae .
Khi đã biết hiệu số (D ), sử dụng công thức (5.25) ta tính đợc gia tốc j =
dv/dt cho các số truyền khác nhau ứng với vận tốc v
n
cho trớc. Nh vậy chúng ta có thể
tìm đợc gia tốc j của ôtô ứng với một vận tốc nào đó cho trớc trên một loại đờng bất
kỳ cho các số truyền khác nhau một cách dễ dàng.
Ví dụ: Cùng vận tốc cho trớc v
n
nhng ta cho xe chạy trên loại đờng khác có hệ số
cản
2
>
1
, thì rõ ràng là ôtô không thể chuyển động ở số truyền 3 đợc, mà chỉ có thể
chuyển động ở số 2 và số 1 ( Trên đồ thị đợc biểu thị bởi các tung độ : cd và ce).
61
v, km/h

1

100
80
60
40
20
a
b
c
d
B
A
III
II
e
I
v
2
v
n
0
v
1

2
0,1
0,2
0,3
D
Cần chú ý: Trờng hợp chuyển động xuống dốc thì độ dốc i < 0 và có thể xẩy ra
= f + i < 0, nghĩa là hệ số cản chung của mặt đờng âm . Trong trờng hợp này đờng

biểu diễn hệ số cản chung nằm phía dới trục hoành.
Theo phơng pháp trình bày ở trên khi cho các giá trị khác nhau của vận tốc sẽ
tìm đợc các giá trị D ở từng số truyền khác nhau. Thay chúng vào biểu thức
(5.15) sẽ tính đợc các giá trị khác nhau của gia tốc ở từng số truyền theo vận tốc cuả
ôtô, nghĩa là j = f((v) . Biểu diễn hàm số j = f(v) trong hệ toạ độ với tung độ là các giá
trị của gia tốc j ở từng số truyền và trục hoành là vận tốc v ta đợc các đờng cong trên
trên đồ thị trên Hình 5.5.
Đối với một số ôtô, nhất là ôtô vận tái, ta biết rằng ở số truyền càng thấp (tỷ số
truyền càng lớn) thì năng lợng tiêu hao dùng để tăng tốc các khối lợng chuyển động
quay càng lớn vì trị số
a
càng lớn, do đó làm cho gia tốc j càng giảm đi rõ rệt. Vì
vậy ở đồ thị gia tốc j của một số ôtô vận tải thờng thấy đờng cong gia tốc ở số 1 (j
1
)
thấp hơn đờng cong gia tốc ở số 2 (j
2
) (Hình .5.6).
Trị số của gia tốc lớn nhất phụ thuộc vào kết cấu cụ thể của từng loại xe, tỉ số
truyền trong hệ thống truyền lực, loại đờng , vận tốc chuyển động ... Trên bảng 5.1 là
số liệu về gia tốc lớn nhất j
max
cho một số loại ô tô sử dụng hộp số cơ học.
Bảng 5.1.
Loại ô tô Gia tốc lớn nhất j
max
, m/s
2

Số truyền Số 1 Số cao

62
v
max
, km/h
B
B
B
B
B
B
B
B
B m
B
B m
B m
B
B m
B
B m
B
B m
B
B
B m
B m
Hình 5.5. Đồ thị biểu diễn gia tốc của ô tô có 3 số truyền
Du lịch
Vận tải
Ô tô buýt

Ô tô kéo mooc
2,5 ữ 3,5
1,7 ữ 2,0
1,8 ữ 2,3
1,0 ữ 1,2
0,80 ữ 1,20
0,25 ữ 0,50
0,40 ữ 0,80
0,20 ữ 0,50
4) Xác định thời gian và quãng đờng tăng tốc của ô tô máy kéo
Thời gian và quãng đờng tăng tốc là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất
động lực học của ô tô máy kéo .
Hai chỉ tiêu trên có thể đợc xác định dựa trên đồ thị gia tốc j = f (v) của ô tô máy
kéo .
a) Xác định thời gian tăng tốc của ôtô máy kéo
Từ biểu thức: j =
dv
dt
;
ta suy ra: dt =
1
j
dv
Thời gian tăng tốc của ôtô máy kéo từ tốc độ v
1
đến tốc độ v
2
sẽ là :
t =
1

1
2
j
dv
v
v

(5.26)
Tích phân này không thể giải đợc bằng phơng pháp giải tích, do nó không có
quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc j và vận tốc chuyển động v của
chúng. Nhng tích phân này có thể giải bằng đồ thị dựa trên cơ sở đặc tính động lực học
hoặc nhờ vào đồ thị gia tốc của ôtô j = f (v). Để tiến hành xác định thời gian tăng tốc
theo phơng pháp tích phân bằng đồ thị, ta cần xây dựng đờng cong gia tốc nghịch 1/j
= f(v) cho từng số truyền.
63
63 ) cho t ừng s ố t r uy ề n . 1 /
63 ) cho t ừng s ố t r uy ề
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý

ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý S
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý S
ý S
ý
ý
ý
ý
ý
ý S
ý S
ý S
ý
ý
ý
ý

ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý S
ý S
ý
ý

ý S
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý
ý S
ý
ý S
Hình 5.7. Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ôtô
a đồ thị gia tốc ngợc 1/ j ; b đồ thị thời gian tăng tốc .
Trên Hình 5.7a ta giả thiết xây dựng đồ thị gia tốc nghịch cho số truyền cao nhất
của hộp số. Phần diện tích giới hạn bởi đờng cong 1/j, trục hoành và hai đoạn tung độ t-
ơng ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv biểu thị thời gian tăng tốc của ô tô máy kéo.

Tổng cộng tất cả các vận tốc này ta đợc thời gian tăng tốc từ vận tốc v
1
đến v
2
và xây
dựng đợc đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t = f (v) nh Hình
5.7b.
Giả sử ôtô máy kéo tăng tốc từ vận tốc 10 m/s lên vận tốc 20 m/s thì cần có
một khoảng thời gian đợc xác định bằng diện tích abcd (Hình 5.7a).
Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị, ta cần lu ý rằng:
Tại vận tốc lớn nhất của ôtô v
max
gia tốc j = 0 và do đó 1/j = , vì vậy khi lập
đồ thị và trong tính toán ta chỉ lấy giá trị vận tốc của ôtô khoảng 0,95v
max
.
Tại vận tốc nhỏ nhất của ôtô v
min
lấy trị số t = 0 (Hình 5.8 và 5.7b).
Đối với hệ thống truyền lực của ôtô với hộp
số có cấp, thời gian chuyển từ số thấp lên số cao
có xẩy ra hiện tợng giảm vận tốc của ôtô một
khoảng v (Hình 5.8) Trị số giảm vận tốc v có
thể xác định nhờ phơng trình chuyển động lăn
không trợt của ôtô máy kéo với thời gian chuyển
số là t
1
:
v = g
t

m s
a
1

; /

(5.27 )
t
1
thời gian chuyển số, phụ thuộc vào trình
độ của ngời lái, kết cấu của hộp số và động cơ .
Đối với ngời lái có trình độ cao thì t
l
= 0,5 ữ3s.
b) Xác định quãng đờng tăng tốc của ôtô máy
kéo
Sau khi đã lập đợc đồ thị biểu diễn quan hệ
phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc
chuyển động của ôtô v, ta có thể xác định đợc quãng đờng tăng tốc của xe đi đợc ứng
64
6
6
ý
ý
v
n
v
t
n
s

n
v
n
v
1
Hình 5.8. Đồ thị thời gian và quãng
đường tăng tốc ô tô