Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu xây dựng mô hình dao động không gian phi tuyến xe tải hạng nặng 3 cầu với 15 bậc tự do. Phần mềm Matlab/Simulink được ứng dụng để mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí theo hướng giảm các tác động xấu đến mặt đường. Hệ số tải trọng động bánh xe DLC được chọn hàm mục tiêu để phân tích đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là nhíp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------------------------------- VŨ TRƯỜNG SƠN MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ CỦA Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Thái Nguyên - Năm 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ TRƯỜNG SƠN MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ CỦA Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 80520116 KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC PGS.TS. Lê Văn Quỳnh TS. Dương Thế Hùng PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên - Năm 2018
i LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Vũ Trường Sơn Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên. Nơi công tác: Công ty cổ phần đăng kiểm xe cơ giới giao thông Lào Cai - 2401D Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 80520116 Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, tác giả lựa chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường . Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy giáo TS. Dương Thế Hùng, và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực. Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, trích dẫn rõ ràng. Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2018 Tác giả luận văn Vũ Trường Sơn
ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên Nhà trường, khoa Kỹ thuật Ôtô & máy động lực trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo Sau đại học - Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để hoàn thành luận văn này, TS. Dương Thế Hùng, PGS.TS. Lê Văn Quỳnh, ThS. Lê Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường và tập thể cán bộ giáo viên khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra. Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn ! HỌC VIÊN Vũ Trường Sơn
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................. vi DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT....................... viii LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1...................................................................................................... 3 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.................................................. 3 1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải .................................................... 3 1.1.1. Nhiệm vụ, một số bộ phận cơ bản, phân loại hệ thống treo ........... 3 1.1. 2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải ............................... 4 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài ............................. 18 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước.................................................. 18 1.2.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ................................................. 19 1.3. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ ........ 21 1.3.1. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe ........................................ 21 1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức ..................................... 22 1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn ................. 23 1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................... 23 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu ............................. 24 1.5. Kết luận chương ............................................................................... 24 CHƯƠNG 2.................................................................................................... 25 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG 3 CẦU ... 25 2.1. Mô hình toán hệ thống treo thủy khí................................................ 25 2.2. Mô hình toán hệ thống treo cao su ................................................... 27 2.3. Xây dựng mô hình dao động toàn xe tải .......................................... 28 2.3.1. Các giả thiết mô hình dao động tương đương............................... 28 2.3.2. Mô hình dao động toàn xe tải hạng nặng ...................................... 30 2.3.3. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động............................ 30 2.3.4. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ........................................... 38
iv 2.4. Kết luận: ........................................................................................... 41 CHƯƠNG 3.................................................................................................... 42 MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ ................................................................................................................. 42 3.1. Mô phỏng ......................................................................................... 42 3.1.1 Mô phỏng dao động của ô tô.......................................................... 42 3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng .......................................................... 43 3.1.3 Mô phỏng ....................................................................................... 45 3.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí ........................................ 48 3.2.1. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo khí khí đi chuyển các mặt đường khác nhau ................................................................................................ 48 3.2.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí với vận tốc chuyển động thay đổi .................................................................................................... 49 3.2.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí với tải trọng thay đổi thay đổi .................................................................................................... 50 3.3. Kết luận ............................................................................................ 51 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ ...................................................... 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 54 PHU LỤC 1 .................................................................................................... 58 PHU LỤC 2 .................................................................................................... 60 PHỤ LỤC 3 .................................................................................................... 61 PHỤC LỤC 3 ................................................................................................. 69
v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[17] .......................................................................................................... 40 Bảng 3.1. Thông số hệ thống treo thủy khí[37] .......................................... 43
vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Hệ thống treo với các phần tử khí ..................................................... 6 Hình 1.2. Hệ thống treo thủy khí ...................................................................... 7 Hình 1.3. Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp...................................... 8 Hình 1.4.a.b Van điều chỉnh độ cao .................................................................. 9 Hình 1.4.c.d Van điều chỉnh độ cao ................................................................ 10 Hình 1.5. Cụm thủy khí tự động điều chỉnh.................................................... 12 Hình 1.6. Tự động điều chỉnh chiều cao ......................................................... 13 Hình 1.7. Kết cấu mõ nhíp .............................................................................. 14 Hình 1.8. Một số kết cấu đầu bắt nhíp quang nhíp ......................................... 15 Hình 1.9. Nhíp có độ cứng thay đổi ................................................................ 16 Hình 1.10. Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc ............... 17 Hình 1.11. Hệ thống treo cao su...................................................................... 17 Hình 2.1. Mô hình dao động của hệ thống treo thủy khí ................................ 25 Hình 2.2. Mô hình dao động hệ thống treo cao su .......................................... 27 Hình 2.3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu .............................. 30 Hình 2.4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin ........................................ 32 Hình 2.5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe ..................................... 34 Hình 2.6. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1 ........................................ 35 Hình 2.7. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 2 ........................................ 36 Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 3 ........................................ 37 Hình 2.9. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 40 Hình 2.10. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng trung bình) ................................................................................ 41 Hình 2.11. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường có chất lượng rất xấu)...................................................................................... 41 Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04 .... 43 Hình 3.2. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp B với vận tốc v=40 km/h .. 46
vii Hình 3.3. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp C với vận tốc v=40 km/h. . 46 Hình 3.4. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp D với vận tốc v=40 km/h .. 47 Hình 3.5. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp E với vận tốc v=40 km/h. . 47 Hình 3.6. So sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và cao su khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau................................................................ 48 Hình 3.7. So sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và cao su khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO cấp E với các vận tốc chuyển động khác nhau................................................................................................ 49 Hình 3.8. So sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và hệ thống treo cao su khi xe chuyển động với vận tốc v=40km/h và 60km/h trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau ................................................................... 50
viii DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Thông số V0 m3 Thể tích bình khí pb MPa Áp suất ban đầu bình khí ds m Đường kính piston d m Đường kính lỗ tiết lưu pa bar Áp suất khí quyển k Hằng số đoạn nhiệt m1 kg Khối lượng không được treo cầu 1 m3 kg Khối lượng không được treo cầu 2 m5 kg Khối lượng không được treo cầu 3 m7 kg Khối lượng thân xe m13 kg Khối lượng cabin lct m Khoảng cách tâm hai bánh xe và tâm xe Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động l10 m cabin theo phương x Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động lc1 m cabin theo phương y Khoảng cách từ đệm cách dao động sau cabin l06 m đến trọng tâm thân xe Khoảng cách từ tâm gối đỡ cầu 2, 3 đến trọng l04 m tâm thân xe Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 l42 m theo phương x Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 lr1 m theo phương y
ix k41 N/m Độ cứng của HTT cầu trước k51 N/m Độ cứng của HTT cầu thứ 2 k61 N/m Độ cứng của HTT cầu thứ 3 k7 N/m Độ cứng của đệm cách dao động cabin trước k8 N/m Độ cứng của đệm cách dao động cabin sau k1 N/m Độ cứng của lốp xe cầu 1 k2 N/m Độ cứng của lốp xe cầu 2 k3 N/m Độ cứng của lốp xe cầu 3 c4 N.s/m Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 1 c5 N.s/m Hệ số cản giảm chấn HTTcầu 2 c6 N.s/m Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 3 Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin c7 N.s/m trước Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin c8 N.s/m sau c1 N.s/m Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1 c2 N.s/m Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 2 c3 N.s/m Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 3 F N Lực theo phương đứng kdyn Hệ số tải trọng động DLC Hệ số tải trọng động bánh xe M N.m Mô men
1 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống treo có một vai trò quan trọng nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe cũng như giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông. Nghiên cứu thiết kế tối ưu hệ thống treo xe ô tô đã và đang nhiều nhà nghiên cứu quan tâm cải tiến thiết kế theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng của nó. Hệ thống treo gồm có ba bộ phần chính (1) bộ phận đàn hồi; (2) bộ phận giảm chấn và (3) bộ phận dẫn hướng. Đối với các xe tải hạng nặng khai thác tại các vùng khai thác mỏ, các công trường xây dựng thường chuyển động trên các mặt đường off-road, hệ thống treo sử dụng phổ biến hệ thống treo thủy khí. Do vậy, phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí trang bị trên các xe tải hạng năng là một trong chủ đề được các nhà nghiên cứu trong nước và quốc tế quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu em đã chọn đề tài “Phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo TS. Dương Thế Hùng. Mục tiêu nghiên cứu: mục tiêu xây dựng mô hình dao động không gian phi tuyến xe tải hạng nặng 3 cầu với 15 bậc tự do. Phần mềm Matlab/Simulink được ứng dụng để mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí theo hướng giảm các tác động xấu đến mặt đường. Hệ số tải trọng động bánh xe DLC được chọn hàm mục tiêu để phân tích đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là nhíp. Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian với 15 bậc tự do với kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ để phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ. Đối tượng: xe tải và hệ thống treo thống treo thủy khí. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích và đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ.
2 Nội dung nghiên cứu: Nội dung chính của luận văn như sau: Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu; Chương 2. Xây dựng và mô phỏng mô hình dao động xe tải hạng nặng; Chương 3. Phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí. Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình tính toán hệ thống treo thủy khí và mô hình dao động xe tải hạng năng với 15 bậc tự do; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe ô tô tải hạng nặng; Mô phỏng, phân tích hiệu quả hệ thống treo xe tải hạng nặng dựa vào hệ số tải trọng động bánh xe DLC. Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo TS. Dương Thế Hùng người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt thời gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy ThS. Lê Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường và các thầy trong khoa Kỹ thuật Ô tô-MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên. Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt thời gian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn không tránh khỏi sự thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. ! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018 HỌC VIÊN Vũ Trường Sơn
3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải 1.1.1. Nhiệm vụ, một số bộ phận cơ bản, phân loại hệ thống treo Khi ô tô chuyển động trên nền đường không bằng phẳng, do sự chép hình của bánh xe khiến ô tô bị dao động và gây ra tải trọng động lớn. Tải trọng động này ảnh hưởng xấu đến tính êm dịu và tiện nghi cho người sử dụng, đồng thời làm giảm tuổi bền các chi tiết của ô tô. Hệ thống treo được hiểu như hệ thống liên kết mềm (đàn hồi) giữa bánh xe thông qua cầu xe với khung xe hoặc vỏ xe. a) Nhiệm vụ: Hệ thống treo thực hiện nhiệm vụ đỡ thân xe lên trên cầu xe; cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe; hạn chế những chuyển động không muốn có khác của bánh xe. Cấu tạo chung của hệ thống treo bao gồm 3 bộ phận cơ bản: Bộ phận đàn hồi; Bộ phận giảm chấn; Bộ phận dẫn hướng. b) Một số bộ phận cơ bản Bộ phận đàn hồi + Nối “mềm” giữa bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung trên các địa hình khác nhau đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động. + Phần tử đàn hồi có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù hợp vùng tần số thích hợp với người sử dụng. Bộ phận giảm chấn + Dập tắt dao động phát sinh trong quá trình xe chuyển động từ mặt đường lên khung xe trong các địa hình khác nhau một cách nhanh chóng bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng tỏa ra môi trường. + Đảm bảo dao động của phần không treo nhỏ nhất, sự tiếp xúc của bánh xe trên nền đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong chuyển động.
4 Bộ phận dẫn hướng + Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe đối với khung, vỏ xe. + Tiếp nhận và truyền các lực dọc, ngang và các mô men giữa bánh xe với khung xe và ngược lại. Ngoài ra trên một số hệ thống treo còn có: bộ phận ổn định ngang và các ụ cao su tăng cứng hoặc hạn chế hành trình. Phần tử ổn định ngang: Với chức năng là phần tử đàn hồi phụ làm tăng khả năng chống lật thân xe khi có sự thay đổi tải trọng trong mặt phẳng ngang. Các phần tử phụ khác: vấu cao su, thanh chịu lực phụ,...có tác dụng tăng cứng, hạn chế hành trình và chịu thêm tải trọng. c) Phân loại Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau: - Theo loại bộ phận đàn hồi chia ra: + Loại bằng kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. + Loại khí: buồng khí nén dạng gấp, dạng sóng, có buồng khí nén phụ. + Loại thuỷ khí: kết hợp giữa khí nén và giảm chấn thủy lực. + Loại cao su: các gối cao su, ống cao su đàn hồi -Theo bố trí bộ phận dẫn hướng chia ra: + Loại phụ thuộc với dầm cầu liền. + Loại độc lập: một đòn, hai đòn,... -Theo phương pháp điều khiển có thể chia ra: + Hệ thống treo bị động (Hệ thống treo không điều khiển), + Hệ thống treo chủ động (Hệ thống treo có điều khiển). 1.1. 2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải a)Hệ thống treo khí[5] *)Hệ thống treo khí liên kết giữa hai cầu (kiểu Moulton-Dunlop)
5 Phần tử đàn hồi là balon khí nitơ với áp suất nạp 17,5 bar (hình 1.1), buồng thứ hai chia hai ngăn chứa dầu giữ vai trò giảm chấn thuỷ lực. Dung dịch thuỷ lực bao gồm 50% cồn công nghiệp và một ít phụ gia chống o-xy hoá được bơm vào hệ thống với áp suất 23 bar. Khi đàn hồi trong hệ này có khối lượng không đổi ( thể tích thay đổi và do đó áp suất thay đổi). Hành trình nén: Piston (1) đẩy màng (10) đi lên dồn chất lỏng đi qua van nén (3) vào ngăn (4) nén khí nitơ và do vậy tiêu thụ được động năng kích động từ đường. Có ba giai đoạn trong quá trình làm việc: (i) nếu mấp mô đường bé, xe chuyển động chậm, chất lỏng chảy qua các lỗ thông qua thường trực để cân bằng. (ii) nếu mấp mô đường tăng hơn, áp suất tăng trong buồng dầu (8) đủ đẩy van nén (3) mở thêm các lỗ cho đầu chảy vào buồng (4) trong khoảng khắc. (iii) nếu đường xấu, mấp mô lớn, tốc độ xe tăng, áp suất chất lỏng tăng đột ngột, mở hết các lỗ van, cho phép nhiều chất lỏng lên buồng (4), tạo ra lực cản thuỷ lực. Hành trình trả: Khi xe vượt qua mấp mô, khí giãn ra đẩy chất lỏng từ buồng (4) sang buồng (9). Quá trình xẩy ra trong hai giai đoạn: (i) khi mấp mô bé hoặc xe đi chậm, thì chỉ có một ít chất lỏng quay lại buồng (8); chất lỏng chảy qua các lỗ thông qua với tốc độ bé, do vậy lực cản thuỷ lực không đáng kể.(ii) khi mấp mô lớn hơn hoặc xe chạy tốc độ lớn hơn thì áp suất chất lỏng bị nén trong buồng (4) đẩy mở nhanh van trả, cho phép nhiều chất lỏng đi qua hơn để về buồng (9). Vì mở nhanh van trả, áp suất thay đổi nhanh, dòng chất lỏng thì bị giới hạn nên có xu hướng chảy chậm lại và vì vậy làm chậm quá trình trả của khí đàn hồi. Trong hành trình trả, chuyển động của piston chậm hơn một ít so với hành trình nén vì ở hành trình này không có van giảm tải như hành trình nén. Với chuyển vị bé, chất lỏng đều qua cùng một lỗ thông qua cho cả hai hành trình. Khi một bánh xe sau hoặc trước đi qua một mấp mô, chất lỏng từ bánh xe đó bị nén chảy sang buồng (9) của phía đối diện cùng phía làm cân bằng cho thân xe; hạn chế lắc dọc. Với tốc độ dòng chảy của dầu không lớn thì áp suất của nó không đổi và do vậy khí không bị biến dạng. Khi xe quay vòng, xuất hiện
6 lắc ngang hoặc xe chuyển động lên xuống như một khối thì hệ treo trước và sau chuyển động cùng nhau, chất lỏng chuyển động đồng thời làm tăng áp suất chất lỏng, tạo áp suất động đối với khí nitơ. Khi chuyển động vào trong, diện tích hiệu dụng của piston (1) tăng lên làm cho độ cứng khí nén tăng cản lại dao động lắc ngang. Tương tự, nếu thân xe đi xuống nhanh, diện tịch hiệu dụng piston (1) làm tăng độ cứng khí nitơ, hạn chế chuyển động đi xuống của thân xe. Hình 1.1. Hệ thống treo với các phần tử khí 1. Piston côn; 2. vỏ giảm chấn; 3. van nén( mở); 4. màng ngăn; 5. buồng khí; 6. khí nitơ; 7. ống nối treo trước/sau; 8. buồng giảm chấn; 9. chất lỏng; 10. piston màng b)Hệ thống treo thuỷ khí điều chỉnh độ cao tự động (Citroen)[5] Hệ treo trước có thể sử dụng kiểu MacPherson, hệ treo sau dùng loại đòn dọc (hình 1.2). Hai thanh chống lắc ngang (9) được lắp cho treo trước và sau nhằm tăng cứng xoắn cho hệ và để điều khiển van điều chỉnh độ cao (4).
7 Hình 1.2. Hệ thống treo thủy khí Cấu tạo: Bộ phận đần hồi: balon khí nitơ (1,2) và giảm chấn (5), xem hình (10.71). Khi bánh xe đi qua mấp mô, piston bị đẩy lên, chất lỏng bị đẩy vào khoang dưới của balon khí, màng (3) ép khí nitơ trong một thẻ tích bé. Nếu bánh xe qua chỗ lõm, khí nén giãn ra, đẩy chất lỏng trở lại xy lanh giảm chấn, làm piston chuyển động đi xuống. bằng cách thay đổi chất lỏng đi qua van giảm chấn mà khí nén bị nén hoặc giãn nở làm thay đổi áp suất so với áp suất ban đầu để hạn chế các lực động tác dụng lên thân xe (hình 10.71).
8 Hình 1.3. Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp 1. Balon khí; 2. khí nitơ; 3. màng ngăn cách; 4. ống dẫn chất lỏng vào; 5. xilanh; 6. đường dầu ra; 7. vấu hạn chế hành trình; 8. piston giảm chấn; 9. cần piston; 10. van điều chỉnh độ cao; 11. đòn điều chỉnh; 12. thanh ổn định. Bơm dầu và van đẳng áp (hình 1.3): Dầu được cấp từ bơm dầu piston- đĩa quay lai bởi động cơ đốt trong; cấp dầu liên tục với một áp suất ổn định xác định trước. Dầu áp suất cao được dự trữ trong bình tích áp (1), (trong đó có một túi khí nitơ) để cấp khí khi có nhu cầu đột ngột; cho phép bơm chạy không tải và loại được quá trình đóng ngắt bơm. Khi bơm chạy không tải, áp suất chỉ đủ để đưa dầu về bình chứa (3) qua van điều chỉnh áp suất (5).Van điều chỉnh áp suất và bình tịch áp điều chỉnh áp suất tối thiểu để hệ thống làm việc và hạn chế áp suất tối đa (áp suất đóng của bơm 140 bar, áp suất cắt 165- 175 bar). Van điều chỉnh độ cao (hình 1.4): Độ cao của xe được thay đổi tự động nhờ thay đổi thể tích dầu không chịu nén giữa buồng dầu của balon (1) và xy lanh (5). Khi tải trọng tăng thì thân xe bị hạ thấp làm biến dạng cơ cấu hướng hệ treo và làm quay thanh ổn định (12). Góc quay của thanh ổn định là giá trị
9 tương ứng chuyển vị tương đối của hệ thống treo so với vị trí tĩnh ban đầu. Chuyển vị này được chuyển tiếp đến van điều chỉnh độ cao(10) thông qua thanh xoắn điều khiển (16), một đầu của nó được kẹp chặt (13) với thanh ổn định (12), đầu kia kẹp với đòn điều chỉnh (11). Đầu kia của đòn (11) nối với van điều chỉnh độ cao (10). Hình 1.4.a.b Van điều chỉnh độ cao 1. Dầu từ bơm tới; 2,3. cửa hồi về bình chứa; 4. màng cao su; 5. đường dầu đến xi lanh treo; 6. van trượt; 7. đĩa van; 8. cửa cản. Để tránh sự điều chỉnh liên tục, cần có sự phản ứng chậm của van (10): dầu không được nạp ở hành trình nén và không được xả trong hành trình trả. Độ cao chỉ được điều chỉnh sau một thời gian ngắn, trong thời gian đó hệ thống treo phải có thời gian thay đổi mức tải của bộ phận đàn hồi. Mỗi khi xy lanh được nạp đầy hoặc ngừng nạp để đưa hệ treo về vị trí chuẩn, van độ cao phải phản ứng ngay tức khắc chuyển từ vị trí van nạp sang vị tri trung gian hay từ vị trí van xả sang vị trí trung gian. Hình (1.4) trình bày 4 trạng thái của van độ cao: (i) piston van trượt (6) chuyển từ vị trí đóng (hình 1.4 (b)) sang vị trí mở cấp dầu cho xy lanh treo (5), hình 1.4 (a); (ii) vị trí cắt (trung gian), hình 1.4 (b); (iii) piston (6) chuyển từ vị trí mở sang vị trí đóng (ii); (iv) piston chuyển từ vị trí xả sang trung gian.