Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của ô tô tải 1,25 tấn hiệu Kia - K2700ii vận chuyển nông sản trên đường giao thông nông thôn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xây dựng và khảo sát được mô hình dao động của xe ô tô tải 1.25 tấn hiệu KIA - K2700II khi vận chuyển nông sản trên đường giao thông nông thôn làm cơ sở cho việc hoàn thiện thêm kết cấu hệ thống treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của ô tô tải 1,25 tấn hiệu Kia - K2700ii vận chuyển nông sản trên đường giao thông nông thôn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LƯU QUỐC TUẤN NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ TẢI 1,25 TẤN HIỆU KIA - K2700II VẬN CHUYỂN NÔNG SẢN TRÊN ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU Đồng nai, 2014
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Hoàn thành luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu đã trực tiếp tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp. Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Cơ điện và Công trình cùng toàn thể giáo viên, cán bộ công nhân viên chức Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình đúng thời gian và đảm bảo được nội dung của luận văn. Trân trọng cảm ơn Ban giám đốc và cán bộ nhân viên Ban Đào tạo sau đại học Cơ sở 2 Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành các môn học tại cơ sở 2. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể giáo viên và cán bộ công nhân viên chức Trường Cao Đẳng Nghề LILAMA 2 nơi tôi công tác, đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về thời gian và công việc để tôi hoàn thành nhiệm vụ. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã thường xuyên quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận văn này đã được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố, những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc. Tôi xin trân trọng cảm ơn. Tác giả luận văn Lưu Quốc Tuấn
MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Danh mục các ký hiệu ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển nông sản ở nước ta hiện nay 3 1.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động và các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô 3 1.2.1. Nghiên cứu dao động của ô tô trong nước 3 1.2.2. Nghiên cứu về dao động của ô tô trên thế giới 5 1.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động 7 1.2.4. Tổng quan về dao động ô tô 9 1.3. Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô 13 1.3.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo 13 1.3.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo 14 1.3.3. Phân loại hệ thống treo 21 1.4. Tình hình nghiên cứu biên dạng đường ôtô 26 1.4.1. Mặt đường có mấp mô dạng hàm bậc 26 1.4.2. Mặt đường có mấp mô dạng đường điều hòa 27 1.4.3. Mặt đường có mấp mô dạng ngẫu nhiên 28 1.5. Các phương pháp và phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô 29 1.5.1. Các phương pháp nghiên cứu và xây dựng hệ phương trình 29 1.5.2. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ô tô 38 1.5.3. Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động 41 Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 44
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 44 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu 44 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu 46 2.3. Nội dung nghiên cứu 46 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết 46 2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm 47 2.4. Phương pháp nghiên cứu 47 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 47 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 48 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KIA – K2700II TẢI TRỌNG 1.25 TẤN VẬN CHUYỂN NÔNG SẢN TRÊN ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN. 50 3.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết 50 3.1.1. Xây dựng mô hình dao động của xe KIA – K2700II 50 3.1.2. Giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ 56 3.2. Nghiên cứu thực nghiệm 67 3.2.1. Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm 67 3.2.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 68 3.2.3. Trang thiết bị thực nghiệm 68 3.2.4. Tiến hành thực nghiệm 71 3.2.5. Kết quả thực nghiệm 71 3.2.6. Phân tích kết quả thực nghiệm 74 Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 1. Các kết luận từ kết quả nghiên cứu 75 2. Các kiến nghị về nghiên cứu tiếp theo 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 77 PHỤ LỤC 80
DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Thông số kỹ thuật của xe KIA – K2700II 46 3.1 Các thông số đầu vào của mô hình dao động 60 3.2 Các thông số hợp lý của các hệ thống treo 68 DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Mô hình 1/4 10 1.2 Mô hình phẳng ô tô 2 cầu 11 1.3 Mô hình không gian xe con 12 1.4 Cơ cấu treo trước và các bộ phận chính 14 1.5 Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá 15 1.6 Cấu tạo một số dạng lò xo 16 1.7 Bộ phận đàn hồi loại khí 16 1.8 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ 17 1.9 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn một lớp vỏ 18 1.10 Loại 2 ống với hơi áp lực (a) và loại hơi (b) 18 1.11 Thanh ổn định trong cơ cấu 19 1.12 Các đòn liên kết và dẫn hướng, kết cấu lắp giáp cụm treo 20 1.13 Sơ đồ hệ thống treo 21 1.14 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc dùng lò xo lá(a) và lò xo trụ(b) 22 1.15 Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ngang 23 1.16 Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson 23 1.17 Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson 24 1.18 Hệ treo hai đòn dọc 24 1.19 Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết 25 1.20 Sơ đồ hệ treo đòn chéo 26
1.21 Mấp mô dạng bậc 27 1.22 Dáng điệu hàm điều hòa của mấp mô 28 1.23 Mô hình vật lý mô tả dao động một phần tử 34 1.24 Mô hình vật lý dao động hai phần tử 34 3.1 Mô hình dao động của xe KIA – K2700II 1,25 tấn 52 3.2 Sơ đồ lực đặt vào bánh xe khi di chuyển trên mặt mấp mô 54 3.3 M – files khai báo thông số đầu vào của mô hình 61 3.4 Sơ đồ khối mô phỏng hệ phương trình trên Matlab 62 3.5 Sơ đồ khối mô phỏng dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe 63 3.6 Sơ đồ mô phỏng dịch chuyển góc của xe 64 3.7 Sơ đồ khối mô phỏng dịch chuyển thẳng đứng của ghế 65 3.8 Dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe KIA – K2700II 67 3.9 Gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe 66 3.10 Dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm ghế 67 3.11 Gia tốc dịch chuyển của trọng tâm ghế 67 3.12 Xe ô tô KIA – K2700II 69 3.13 Thiết bị đo mấp mô mặt đường 70 3.14 Đầu đo gia tốc 70 3.15 Bộ DMC Plus 71 3.16 Chương trình xử lý kết quả đo mấp mô 72 3.17 Gia tốc dao động thẳng đứng của trục bánh xe 73 3.18 Mấp mô biên dạng mặt đường 73 3.19 Gia tốc dao động thẳng đứng của trọng tâm xe 74 3.20 Gia tốc dao động thẳng đứng của trọng tâm ghế ngồi người lái 74
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị 1 T Biểu thức động năng của cơ hệ 2  Biểu thức thế năng của cơ hệ 3  Hàm hao tán năng lượng của cơ hệ 4 Z Dịch chuyển theo phương thẳng đứng của trọng tâm xe m Chuyển vị góc thân xe ô tô trong mặt phẳng thẳng đứng 5  rad dọc 6 l Chiều dài cơ sở của xe m 7 b Khoảng cách từ trọng tâm tới tâm cầu sau m 8 a Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trước m 9 m1 Khối lượng cầu trước kg 10 m2 Khối lượng cầu sau kg 11 m3 Khối lượng của ghế và người lái kg 12 cn1 Độ cứng của nhíp trước N/m 13 cn2 Độ cứng của nhíp sau N/m 14 c1 Độ cứng của lốp trước N/m 15 c2 Độ cứng của lốp sau N/m 16 c3 Độ cứng của bộ phận đàn hồi của ghế N/m 17 kn1 Hệ số cản của giảm xóc trước Ns/m 18 kn2 Hệ số cản của giảm xóc sau Ns/m 19 k1 Hệ cản của lốp trước Ns/m 20 k2 Hệ cản của lốp sau Ns/m 21 k3 Hệ số cản của bộ phận treo của ghế Ns/m 22 Jy Mô men quán tính phần được treo kg.m2 Độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh 23 h1 m trước. 24 h2 Độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh sau. m
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Một trong những nhiệm vụ về kinh tế mà Chiến lược phát triển nông nghiệp đặt ra là: Sản lượng lương thực đáp ứng được vấn đề về anh ninh lương thực, đáp ứng cơ bản nhu cầu xuất khẩu và là nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác. Vận chuyển nông sản là một công đoạn trong quá trình thu hoạch, đó là sự di chuyển nông sản từ đồng ruộng về kho của nhà máy hoặc kho của hộ gia đình. Đây là một khâu công việc được thực hiện chủ yếu trên đường nông thôn và đường đồng không bằng phẳng, hẹp. Hiện nay, việc vận chuyển nông sản ở Việt nam nói chung được thực hiện chủ yếu nhờ sức kéo của gia súc, thồ gánh của con người, chỉ có một số địa phương việc vận chuyển nông sản được thực hiện nhờ phương tiện cơ giới. Xe tải 1.25 tấn hiệu KIA – K2700II do liên doanh giữa Việt nam và Hàn quốc sản xuất đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế ở nước ta. Tại một số địa phương đã đạt chỉ tiêu về xây dựng nông thôn mới, các hộ gia đình đã sử dụng loại xe này vào vận chuyển nông sản sau thu hoạch và phân bón đã đem lại những hiệu quả bước đầu. Tuy nhiên, khi vận chuyển trên đường nông thôn độ êm dịu chuyển động của xe bị hạn chế, ngoài ra do rung xóc, hệ thống treo thường xuyên bị hư hỏng ảnh hưởng tới độ êm dịu chuyển động của xe và gây hư hỏng cho một số bộ phận khác của xe. Để làm cơ sở cho việc nghiên cứu hoàn thiện thêm hệ thống treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động khi sử dụng loại xe tải 1.25 tấn hiệu KIA – K2700II vào vận chuyển nông sản tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu dao động của ô tô tải 1,25 tấn hiệu KIA - K2700II vận chuyển nông sản trên đường giao thông nông thôn“. * Ý nghĩa khoa học của đề tài Xây dựng được mô hình dao động của ô tô tải 1.25 tấn hiệu KIA – K2700II khi vận chuyển nông sản trên đường nông thôn từ đó khảo sát đánh giá ảnh hưởng
2 của điều kiện làm việc và các thông số của hệ thống treo đến tính chuyển động êm dịu của ô tô. * Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm hệ thống treo, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý khi vận chuyển nông sản trên đường nông thôn theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển nông sản ở nước ta hiện nay Khai thác các sản phẩm nông sản được hiểu là toàn bộ các thao tác, công đoạn để biến nông sản từ trang trại, đồng ruộng đến nơi chế biến hoặc tiêu thụ. Việc khai thác cũng như mọi công việc khác đều phải tuân thủ theo những công nghệ nhất định. Công nghệ khai thác nông sản có thể là công nghệ thủ công, công nghệ tiên tiến. Mỗi loại công nghệ chỉ có thể thích hợp với các điều kiện nhất định. Công nghệ thích hợp là công nghệ phù hợp với các điều kiện kinh tế xã hội phổ biến có tính địa phương và môi trường. Do vậy công nghệ khai thác nông sản phải giảm mức tối đa các chi phí sản xuất cũng như tác động xấu đến môi trường. Việc lựa chọn được một công nghệ thích hợp trong khai thác nông sản phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị, máy, phụ tùng thay thế, điều kiện thổ dưỡng, điều kiện kinh tế - xã hội của từng địa phương và hộ gia đình. Việc vận chuyển nông sản ở nước ta hiện nay chủ yếu là nông sản chưa qua sơ chế như cà phê, lúa, đậu tương, ngô,…Do vậy việc vận chuyển nông sản loại này phải đảm bảo nhanh để tránh làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Đặc biệt trong giai đoạn xây dựng nông thôn mới, với những cánh đồng mẫu lớn, hạ tầng giao thông được đầu tư mở rộng. Vì vậy khâu vận chuyển phải đáp ứng được nhu cầu của sản xuất lớn. Cũng đã có những phương án, đề tài nghiên cứu lựa chọn phương tiện vận chuyển nông sản, tuy nhiên những phương án đó chỉ mang tính cục bộ trong từng hộ gia đình, không phù hợp với sản xuất hàng hóa lớn. 1.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động và các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô 1.2.1. Nghiên cứu dao động của ô tô trong nước Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong quá trình hình thành và phát triển dần trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn hàng đầu của đất nước. Tuy nhiên
4 để đạt được mục tiêu đó thì trước mắt phải có nhiều việc phải làm, một trong những việc đó là nghiên cứu sâu hơn về dao động của ô tô, độ êm dịu chuyển động, cũng như chất lượng động học, động lực học của xe. Từ những thực tế đó, đã có các đề tài thuộc chuyên ngành ô tô đề cập đến vấn đề dao động của ô tô như: Luận án tiến sỹ của tác giả Lưu Văn Tuấn [14] đề ra các mục tiêu nâng cao độ êm dịu của xe khách Ba Đình. Trong luận án này tác giả đã mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ là kết cấu đặc trung của xe ca (Xe có kết cấu khung – vỏ chịu lực). Luận án tiến sỹ của tác giả Võ Văn Hường [7] “Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát ô tô tải nhiều cầu”. Tác giả đã nghiên cứu sâu về lập mô hình dao động không gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực, thanh ổn định, hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ và tổng hợp. Mô hình có thể nghiên cứu các dao động ở vùng cận biên như tách bánh xe, quá trình va chạm vấu hạn chế hành trình, trượt và lật. Luận án của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu [6] “ Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên khung xương ô tô khi chuyển động trên đường”. Tác giả chú trọng nghiên cứu ảnh hưởng của đường và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán tính khung xương. Tác giả Nguyễn Văn Lộc [9] “Nghiên cứu ảnh hưởng các thuộc tính phi tuyến của hệ thống treo đến dao động của ô tô” trong luận văn tác giả đã đưa vào rất nhiều các đặc tính phi tuyến của hệ thống treo, các giả thiết xây dựng mô hình dao động của tác giả tương đối đầy đủ và sát thực tế. Công trình nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn [1] và các cộng sự, cho thấy: Tính êm dịu trong chuyển động của ô tô máy kéo được đánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời gian tác động của dao động. Trong chuyển động, ô tô máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc máy (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người; theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng không đáng kể, có thể bỏ qua.
5 Luận văn Tiến sỹ của tác giả Đặng Việt Hà [4] “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến điều kiện làm việc của ô tô và độ êm dịu chuyển động” tác giả cũng đã chú ý đến sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động cuả xe khách đóng trên nền xe tải. Năm 2002 TS. Lê Minh Lư [10] nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi. Tác giả đã xây dựng mô hình, hệ phương trình vi phân và các điều kiện biên mô tả dao động thẳng đứng của máy kéo, của cầu trước, cầu sau và ghế ngồi có tính đến những đặc điểm riêng của hệ như liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt đường, đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi. Công trình đã nghiên cứu một cách khá đầy đủ các dạng dao động của máy kéo có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi trong trường hợp kích động mặt đường là các hàm ngẫu nhiên và xác định. Tuy nhiên công trình mới chỉ nghiên cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của máy kéo trong trường hợp kéo tải. Nhìn chung các đề tài đã tập trung vào việc khảo sát dao động của xe theo quan điểm độ êm dịu và an toàn chuyển động, thực hiện bài toán tính toán kiểm nghiệm. Kết quả thu được là cơ sở cho việc lựa chọn và cải tiến hệ thống treo cho phù hợp với điều kiện Việt Nam. Nhưng các nghiên cứu trên đều chưa đề cập đến dao động của xe tải 1.25 tấn khi vận chuyển nông sản trên đường giao thông nông thôn. 1.2.2. Nghiên cứu về dao động của ô tô trên thế giới Việc nghiên cứu dao động của ô tô bắt đầu từ rất sớm, ngay cả khi ô tô có cấu tạo còn rất đơn giản. Một số tác giả kinh điển có thề kể đến là Trudakov, Rotenbeg, Iachenko, Mitschke, Schiehlen,... lần đầu tiên vào năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác phẩm nổi tiếng “Dynamik der Kraftfahrzeuge” tập trung tất cả các công trình nghiên cứu trước đó, bao gồm 200 trích dẫn. Nội dung chính là dao động xe con, mô hình là ¼ và được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và tối ưu hệ thống treo. Sau đó tác giả đề cập chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô, cách tiếp cận mang tính cổ điển. Đến năm 1980 Schiehlen trình bày phương pháp hệ
6 nhiều vật. Ngoài ra, với sự phát triển của công nghệ tin học các thuộc tính của cụm như hệ treo, bánh xe cũng được nghiên cứu sâu hơn tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung vào xe con. Trong công trình [19], Muller đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác. Theo tác giả, một máy kéo có thể có 7 bậc tự do: Dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao động dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng. Tác giả Volgel [23], đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi, cả của hệ truyền lực và bánh xe. Công trình cho phép đánh giá một cách khái quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra. Trong công trình của Wendebon [24], bằng lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các chuyển động khác. Do vậy công trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy đủ các tính chất động lực học của máy cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung. Năm 1973 Barski I.B [16], nghiên cứu động lực học máy kéo. Tác giả đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích và độ êm dịu chuyển động của máy kéo. Ngày nay, trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Dao động của ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống “ Đường – Xe – Người”. Hướng chung của nghiên cứu tổng thể Đường - Xe – Người được chia thành 3 hướng: - Nghiên cứu về biên dạng mặt đường (nguồn gây ra dao động) - Nghiên cứu hệ dao động của ô tô (hệ thống treo).
7 - Nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn của hàng hóa chuyên chở. 1.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động Khi ô tô chuyển động ô tô luôn bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thông. Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách khách quan, chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả lĩnh vực liên quan. Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ “Đường - Xe - Người”. Các tính chất dao động của ô tô thường đánh giá theo 2 quan điểm: - Quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách. - Quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định. a. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của Viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau: - Chỉ tiêu về tần số: Tần số dao động riêng của một hệ dao động (bao gồm 1 khối lượng đặt trên 1 lò xo) được hiểu là số dao động của hệ trong một phút (dao động/phút), hoặc trong một giây (1/s tương ứng với 01Hz).  C M Rad s  Trong đó: C - Độ cứng của hệ dao động. M - Khối lượng được đặt trên hệ.
8 Tần số dao động riêng chỉ phụ thuộc vào các thông số kết cấu của hệ thống dao động (khối lượng, độ cứng, lực cản) mà không phụ thuộc vào kích thích dao động. Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1 - 1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau: Đối với xe du lịch n = 60 - 85 (dđ/ph) Đối với xe vận tải n = 85 - 120 (dđ/ph). - Chỉ tiêu về gia tốc dao động: Các thí nghiệm kéo dài trong 8 giờ liền cho thấy nhạy cảm hơn cả đối với người là dải tần 4 - 8 Hz. Trong dải tần số này các giá trị cho phép của toàn phương gia tốc như sau. Dễ chịu: 0,1 (m/s2) Gây mệt mỏi: 0,315 (m/s2) Gây ảnh hưởng tới sức khỏe: 0,63 (m/s2) Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng hơn là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng. Ngoài ra theo một số tài liệu tham khảo các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô như chỉ tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động và thời gian tác động của nó. b. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường: Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá. Lực động Fd (t ) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường.
9 Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của Fd (t ) để đánh giá, nếu Fd (t ) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn. Mặt khác để giảm sự ảnh hưởng của Fd (t ) thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến(nhất là khi phanh) và lực ngang(quan trọng khi quay vòng). Trong trường hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển. Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực tác động Fd (t ) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K : K  Fd Rt k Khảo sát dao động của ô tô người ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt đường, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu... Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau: Fd  KL (  q) Trong đó: K L : độ cứng của lốp.  : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng. q: chiều cao mấp mô biên dạng đường. Có thể xác định giá trị td max là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức: td max  Max(  q) Giá trị td max cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với đường. 1.2.4. Tổng quan về dao động ô tô Ôtô thuộc hệ cơ học nhiều vật, dao động với dải tần số thấp không vượt quá 50Hz. Việc lập và chọn mô hình dao động phải theo 3 tiêu chí sau:
10 - Mục tiêu nghiên cứu. - Cấu trúc riêng của đối tượng nghiên cứu - Khả năng tính toán và phương tiện tính toán. Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau: + Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực. Đối với mục tiêu này thì chỉ cần khảo sát mô hình ¼ (một trong 4 bánh). + Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hình phẳng; mô hình phẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường. + Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp mô, gió bên nên thường sử dụng mô hình ½ hoặc mô z2 hình full. m2 a. Mô hình ¼ m 2* g k2 c2 Mô hình ¼ bao gồm hai khối lượng được treo (thay thế cho khối lượng thân xe) và khối lượng không z1 m1 được treo (thay thế cho khối lượng bánh xe, cầu xe và m 1* g các thành phần liên kết). Phần treo và không được treo k1 c1 liên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi của treo q và giảm chấn, có độ cứng là k, hệ số cản giảm chấn c như thể hiện trong hình 1.1. Hình 1.1. Mô hình 1/4 Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động ô tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫn đảm bảo tính đúng đắn của kết quả. Quá trình nghiên cứu trong mô hình ¼ chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường... Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được treo m, độ cứng c và hệ số cản giảm chấn k theo các hàm mục tiêu vừa nêu trên. Việc này có ý nghĩa trong bài toán điều khiển, tối ưu hệ treo. b. Mô hình dao động liên kết
11 Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng (hình 1.2), có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe z3 J   z' 1 z' 2 m3 lf lr k 12 c 12 m 3* g k 22 c 22 z1 z2 m1 m2 m 1* g m 2* g k 11 k 21 q1 q2 Hình 1.2. Mô hình phẳng ô tô 2 cầu và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau. Khối lượng treo được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng m3 (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2 (đại diện cho khối lượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z3, , Z1, Z2 . Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung, và là mô hình đơn giản khi nghiên cứu về đường và phân bổ tải khi phanh. c. Mô hình không gian xe con Mô hình không gian xe hai cầu được đưa ra như trong hình 1.3. Xe con có khối lượng bé nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏ qua khi lập mô hình. Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực (Unibody), hệ treo độc lập có yếu tố phi tuyến hình học cao. Trong phạm vi đề tài này do hạn chế về mặt thời gian, kỹ thuật nên chỉ đưa ra mô hình mang tính tham khảo chứ chưa khảo sát được mô hình không gian này. d. Hàm kích động
12 Chuyển động của ô tô trên mặt đường không bằng phẳng sẽ sinh ra các dao động của khối lượng phần không được treo và khối lượng phần được treo của ô tô. Hình 1.3. Mô hình không gian xe con Độ mấp mô của mặt đường là nguồn kích thích chính cho ô tô dao động. Khi nghiên cứu mô hình dao động của ô tô cần thiết phải mô tả toán học biên dạng của mặt đường, vì chiều cao mấp mô của biên dạng đường tại vị trí tiếp xúc của bánh xe với đường sẽ tham gia vào phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ. Hàm kích động là một yếu tố thuộc mô hình dao động, mô tả những yếu tố gây dao động, và thường được mô tả dưới dạng các hàm biên dạng sau: - Kích thích dạng bậc với biên độ ho - Hàm sin: h = hosint  - Hàm xung: h   f i t  tk  j 0 - Hàm dao động ngẫu nhiên: h  f t   m f , R f   Với mf: giá trị trung bình Rf: Hàm quan hệ : Thời gian tương quan.
13 Như vậy có tất cả 4 yếu tố gây ảnh hưởng đến dao động ôtô mà trong khi nghiên cứu cũng phải đề cập, hoặc là riêng về từng yếu tố một, hoặc đồng thời một số yếu tố kết hợp. Trong phạm vi đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu kích động từ mặt đường dạng bậc hoặc theo hình sin. 1.3. Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô 1.3.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau đây: - Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc; - Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên; Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây: - Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau, hay đường đồi núi, xe du lịch hay chở hàng, chở vật liệu…); - Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định; - Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe; - Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ; - Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường; - Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn;