Tiểu luận Thí nghiệm ôtô

Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ôtô LỜI MỞ ĐẦU ‘Thí nghiệm ôt ô’ là một môn học không thể thiếu đối đối với sinh viên ngành động lực . Giúp sinh viên không những có trang bị kiến thức lý t học mà còn có được những vận dụng những gì được học vào thực tế. Sau khi được Thầy giáo Lê Văn Tụy trang bị kiến thức môn ‘Thí nghiệm ôtô’ bản thân em đã có một kiến thức lý thuyết vững vàng, có một cái nhìn tổng quan hơn về quá trình làm việc của ôtô cũng như mục đích của quá trình làm thí nghiệm ôtô. Để có được kiến thức thực tế chúng em tiếp tục được Thầy giáo Phùng Minh Nguyên ở ‘Trung tâm thí nghiệm ôtô và máy công trình- ĐH Bách Khoa’, hướng dẫn và trang bị thêm kiến thức cũng như các thao tác làm thí nghiệm trong môn ‘Thực hành thí nghiệm ôtô’. Ở đây em được làm thí nghiệm đo lực phanh ôtô trên băng thử và đo lực cản chuyển động của xe trên đường cùng với các bạn trong nhóm. Sau khi hoàn thành thí nghiệm, giúp em có đầy đủ kiến thức lý thuyết lẫn thực tế và đó là nền tản cho các công việc sau này. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tụy đã dạy bảo tận tình, hướng dẫn cụ thể trong quá trình học để em hoàn thành bài tiểu luận này. Đà nẵng: 10/ 10/ 2012. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tặng ĐO LỰC CẢN TỔNG CỘNG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG I. PHẦN LÝ THUYẾT. 1. Cơ sở lý thuyết. Hình 1.1: Lực tác dụng lên ôtô khi ôtô chuyển động trên đường bằng có gia tốc. Trong đó: G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô. Ff1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động. Ff2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động. Fω – Lực cản không khí. Pj – Lực quán tính của ô tô khi chuyển động. Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau. Mf1, Mf2 – Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động. Khi ô tô đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt lý hợp thì ô tô chịu tác dụng của các lực: - Lực cản lăn; - Lực cản không khí; - Lực quán tính của ô tô; Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang, lúc này ta có phương trình chuyển động của ô tô như sau: Fk= Ff + Fω - Fj Trong đó: Fk – lực kéo tiếp tuyến sinh ra tại bánh xe chủ động; Ff = Ff1 + Ff2, - Lực cản lăn sinh ra ở các bánh xe cầu chủ động và bị động; Giả sử hệ số cản lăn trên bánh xe trước và sau là bằng nhau f1 = f2 = f Suy ra: f0 – hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe, v – tốc độ chuyển động của ô tô tính theo m/s, G – trọng lượng ô tô tác dụng lên bánh xe Fω, Fj – Lực cản không khí và lực quán tính do chuyển động tịnh tiến của ô tô (bỏ qua lực quán tính do chuyển động quay của các chi tiết). Với Fω= K.V2 V – tốc độ tương đối giữa không khí và ô tô, m/s. Ta xem không khí tĩnh tuyệt đối khi làm thí nghiệm, tức là V = Voto. Và G – trọng lượng toàn bộ của ô tô, N. – gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2 ® Phương trình cân bằng khi xe lăn trơn (cắt ly hợp ) với gia tốc chậm dần: Ff + Fω - Fj = 0 « Suy ra: Mặt khác ta có : Hay: Đặt : F0 = G.f0 ; F1 = 0 ; F2 = Suy ra: .V2 * Kết luận: Lực quán tính do chuyện động chậm dần của xe đóng vai trò là lực kéo, để xe chuyển động được thì lực quán tính bằng lực cản. Vì vậy để xác định đặc tính lực cản của ô tô trên đường ta xác định lực quán tính chậm dần của ô tô. Như vậy phương pháp là đo biến thiên tốc độ theo thời gian (dv/dt). 2. Phương pháp đo. Cho xe gia tốc đến một vận tốc (Vmax) nào đó, ta ngưng cung cấp nhiên liệu, cắt li hợp và cho xe lăn trơn trên đường và khi đó xe chuyển động chậm dần đều. Phương pháp là đo biến thiên tốc độ theo thời gian. Ta có bảng số liệu đo được: ti Vi t1 V1 t2 V2 t3 V3 …. … tn Vn 3. Xử lý số liệu. + Bước 1: - Dùng Microsoft Excel vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ thay đổi giữa vận tốc V(m/s) theo thời gian t(s) khi xe chuyển động chậm dần. - Sử dụng công cụ Add Tirendline trong excel để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3. Ta có được đồ thị sau: Hình 1.2. Đồ thị biểu diễn vận tốc chuyển động của xe theo thời gian và hàm xấp xỉ bậc 3. + Bước 2: Lấy đạo hàm dv/dt của đa thức V(t) ta được: ti Vi (dv/dt)i Pci t1 V1 (dv/dt)1 Pc1 t2 V2 (dv/dt)2 Pc2 t3 V3 (dv/dt)3 Pc3 …. … … tn Vn (dv/dt)n Pcn Tính Ta lập được bảng tính + Bước 3: Sau khi tính được Pc ta xây dựng đồ thị lực cản tổng cộng theo tốc độ và dùng công cụ Add tirendline để xấp xỉ Pc bậc 2 theo tốc độ ta được: Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn quan hệ lực cản tổng cộng của đường theo vận tốc và xấp xỉ bậc hai hàm Pc theo V. + Bước 4: Đặt: Ta có: Suy ra: *Biện luận: Nếu Nếu II. PHẦN TÍNH TOÁN. 1.Đề bài tính toán. -Cho: Xe có trọng lượng G = 24000 [N] (nhóm 7) Gia tốc trọng trường g = 9,8 [m/s²] Giả thiết xe chạy ở đường nằm ngang, chuyển động chậm dần đều. Thí nghiệm lăn trơn trên đường tốt. Và cho: Fc = Ff + Fw Với: Ff = G(a + b.V) Fw = K.V² - Tính: a, b và K 2. Bảng số liệu cho trước (nhóm 7). TT t[s] V[m/s] 1 0 16.713 2 2 16.298 3 4 15.89 4 6 15.488 5 8 15.092 6 10 14.702 7 12 14.318 8 14 13.94 9 16 13.567 10 18 13.2 11 20 12.839 12 22 12.482 13 24 12.13 14 26 11.784 15 28 11.442 16 30 11.104 17 32 10.771 18 34 10.442 19 36 10.118 20 38 9.797 21 40 9.4801 22 42 9.167 23 44 8.8573 24 46 8.5511 25 48 8.248 26 50 7.9481 27 52 7.6511 28 54 7.3568 29 56 7.0652 30 58 6.7761 31 60 6.4894 32 62 6.2048 33 64 5.9222 3. Xử lí số liệu. - Ta xây dựng đồ thị đường đặc tính vận tốc V theo t ( V = f(t)) như sau. Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của V theo t. Dùng công cụ AddTirenline để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3 ta được: Hình 2.2. Xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3. -Tính đạo hàm của vận tốc theo thời gian: (dv/dt) dv/dt= - 0,209 + 0,00166t – 0,0000093t² (*) Từ (*) ta có: = - 0,209; = 0,00166; c = -0,0000093. Ta tiến hành lập bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng : Bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng . tt ti Vi dv/dt Fci 1 0 16.713 -0.209 511.66 2 2 16.298 -0.206 503.63 3 4 15.89 -0.203 495.78 4 6 15.488 -0.2 488.11 5 8 15.092 -0.196 480.62 6 10 14.702 -0.193 473.32 7 12 14.318 -0.191 466.2 8 14 13.94 -0.188 459.26 9 16 13.567 -0.185 452.5 10 18 13.2 -0.182 445.93 11 20 12.839 -0.18 439.54 12 22 12.482 -0.177 433.32 13 24 12.13 -0.175 427.29 14 26 11.784 -0.172 421.45 15 28 11.442 -0.17 415.78 16 30 11.104 -0.168 410.3 17 32 10.771 -0.166 405 18 34 10.442 -0.163 399.88 19 36 10.118 -0.161 394.94 20 38 9.797 -0.159 390.19 21 40 9.4801 -0.158 385.61 22 42 9.167 -0.156 381.22 23 44 8.8573 -0.154 377.01 24 46 8.5511 -0.152 372.99 25 48 8.248 -0.151 369.14 26 50 7.9481 -0.149 365.48 27 52 7.6511 -0.148 362 28 54 7.3568 -0.147 358.7 29 56 7.0652 -0.145 355.58 30 58 6.7761 -0.144 352.65 31 60 6.4894 -0.143 349.9 32 62 6.2048 -0.142 347.33 33 64 5.9222 -0.141 344.94 - Sau khi tính được Fc ta tiến hành biểu diễn đặc tính của lực cản Fc theo vận tốc V và dùng công cụ AddTirendline xấp xỉ hàm Fc (v) thành đa thức bậc 2 : Hình 2.3. Đồ thị đặc tính của lực cản tổng cộng theo tốc độ. Từ đồ thị ta tìm được hàm xấp xỉ: Fc = 0,5031v2 + 4,3665v + 299,75 Trong đó: = 299,75 ; = 4,3665; = 0,5031. Ta có: Fc = V2 + V + (a) Hay: Fc = G(V2 + V + ) + K.V² (b) Từ (a) và (b) suy ra: - = - = - = Theo Lý thuyết ôtô ta có: Hệ số cản lăn được tính: + Là hàm bậc hai theo tốc độ. f = = + Là hàm bậc nhất theo tốc độ. (c) Suy ra: f = + V +V2 Theo đề cho hệ số cản lăn là hàm bậc nhất theo tốc độ. Ff = G(a + b.V) = G(V2 + V + ) Nên từ (c) ta có: = a; = b và = 0. Vậy: a = = 0,01249 b = = 0,000182 *Tính K: Ta có: = 0 ® G(a + b.V) Suy ra: K= = 0,5031 4. Kết luận. Từ kết quả thì nghiệm ta có thể tính được đường đặc tính lực cản của ô tô bằng phương pháp tính toán xấp xỉ sử dụng công cụ Add Tirenline của excel. Dựa vào đường đặc tính quan hệ lực cản với vận tốc của đường và kết quả tính toán ta có kết luận như sau: -Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển động của ô tô. Tất cả các yếu tó ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnh hưởng đến lực cản tổng cộng của ô tô. -Vận tốc ô tô 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 quá 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. - Sau khi tính toán bằng Excel ta tìm được hằng số a = = 0,01249 @ 32/2800 và hằng số b = = 0,000182 @ 1/2800. Phù hợp với phương trình hệ số cản lăn là hàm bậc nhất theo tốc độ - theo Lý thuyết ô tô. Hệ số K = 0,5031. MỤC LỤC