(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí
NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN TRONG MẶT PHẲNG DỌC KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CÓ GIA TỐC VỚI SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG
Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng dọc
2.1.1 Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc
Trong trường hợp này thì: Xe chuyển động ổn định nên Fj = 0; không kéo rơmóc nên
Fm = 0, và xe chuyển động trên đường bằng α = 0 nên Fi = Gsin α = 0
Hình 2.1 Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô chuyển động trên đường nằm ngang
G - Trọng lượng tồn bộ của ôtô
Fk – Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động
Ff1 – Lực cản lăn ở các bánh xe cầu trước
Ff2 – Lực cản lăn ở các bánh xe cầu sau
Fꭃ - Lực cản không khí
Fj – Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định ( có gia tốc )
Mf1 – Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu trước
Mf2 là mômen cản lăn ở các bánh xe cầu sau, với f là hệ số cản lăn, rb là bán kính tính vòng của bánh xe và h(0) là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao.
L – Chiều dài cơ sở của ô tô lm – Khoảng cách từ tâm bánh xe sau đến điểm đặt lực kéo móc
FZ1, FZ2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau
Mj1 và Mj2 là mômen cản quán tính của bánh xe; trị số của chúng thường nhỏ nên có thể bỏ qua trong phân tích ban đầu Để xác định các lực FZ1, FZ2, ta lập phương trình mômen tại các điểm O2 và O1 và sau đó rút gọn hệ phương trình để có các biểu thức liên hệ giữa lực và các tham số liên quan Việc bỏ qua hai mômen quán tính này giúp đơn giản hóa tính toán và cho kết quả xác định lực tác dụng lên bánh xe một cách nhanh chóng và hiệu quả.
2.1.2 Trường hợp xe đang phanh trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc
Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang không kéo rơmóc
Trong trường hợp này ta coi lực cản không khí Fꭃ 0 , mômen cản lăn Mf 0, lực quán tính cùng chiều chuyển động của xe
Tương tự như trên ta cũng xác định được FZ1, FZ2 thông qua việc lấy momen đối với điểm O2 và O1, rồi rút gọn ta được:
2.1.3 Trường hợp xe đứng yên trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc
Trong trường hợp này, ba lực tác dụng lên xe là trọng lượng toàn bộ của xe G và hai phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe của cầu trước và cầu sau ở trạng thái tĩnh.
Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên khi xe đứng yên
FZ1, FZ2 cũng được xác định bằng cách lấy mômen đối với điểm O2 và O1:
Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe của ô tô
Trong thực tế, ô tô hoạt động dưới nhiều điều kiện đường xá và sự điều khiển của người lái, khiến trị số các phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe thay đổi tùy hoàn cảnh Tuy nhiên, hai hợp lực Z1 và Z2 vẫn luôn bằng trọng lượng của xe Điều này có nghĩa là khi xe chuyển động tiến, trọng lượng được phân bổ về phía cầu sau nhiều hơn và cầu trước nhận ít tải hơn; ngược lại khi phanh, trọng lượng dồn về phía cầu trước và cầu sau giảm đi Những biến thiên này tác động tới phân bố tải trọng và ma sát giữa bánh xe và mặt đường, giúp cảm nhận và kiểm soát xe ổn định hơn tùy từng điều kiện đường xá.
8 Để đánh giá sự phân bố tải trọng người ta ra đưa khái niệm hệ số phân bố tải trọng và được đặc trưng bởi tỉ số :
FZ1, FZ2- Phản lực thẳng đứng từ đường tác dụng lên các bánh xe n1, n2 - Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau
G - Trọng lượng tồn bộ của ô tô
Hệ số phân bố tải trọng được xác định ứng với từng trường hợp cụ thể sau:
2.2.1 Xe đứng yên trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc
Thay các giá trị của FZ1, FZ2 ở (1.3) vào (1.4) ta được:
Trong đó : n1t , n2t - Hệ số phân bố tải trọng tĩnh lên các bánh xe cầu trước và cầu sau
2.2.2 Xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc
Thay các giá trị FZ1, FZ2 ở biểu thức (1.1) vào (1.4) ta được
Trong đó : n1k , n2k - Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe trước và sau khi xe chuyển động tịnh tiến
2.2.3 Xe đang phanh trên đường nằm ngang không kéo rơmóc
Thay các giá trị FZ1, FZ2 ở biểu thức (1.2) vào (1.4) ta được
Trong đó: n1p , n2p - Hệ số phân bố tải trọng ra cầu trước và cầu sau khi phanh xe
Fj - Lực quán tính của ô tô khi phanh
Qua các trường hợp nghiên cứu trên ta có nhận xét sau:
- Sự phân bố tải trọng lên các bánh xe phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe
- Tọa độ trọng tâm của xe ảnh hưởng tới chất lượng bám của bánh xe với mặt đường, cũng như tính ổn định và tính dẫn hướng của xe
- Khi phanh ô tô, lực quán tính hướng về phía trước nên phản lực tác dụng lên cầu trước lớn hơn cầu sau
- Đối với ô tô du lịch, thông thường : FZ1=FZ2= 0,5G
- Đối với xe tải, thông thường : FZ2 = (0,7 0,75)G
Hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe của ô tô
Khi xe chuyển động, trạng thái và điều kiện chuyển động luôn thay đổi nên tải trọng tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau cũng liên tục thay đổi so với khi xe đứng yên trên đường nằm ngang Để thấy được sự thay đổi của tải trọng động so với tải trọng tĩnh, ta đưa ra khái niệm hệ số thay đổi tải trọng (hoặc hệ số thay đổi phản lực) lên các bánh xe và hệ số này được tính như sau:
- Trong đó : m1, m2 – Hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau
FZ1d, FZ2d– Tải trọng động tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau
FZ1t, FZ2t– Tải trọng tĩnh tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau
Khi xe tăng tốc ( hoặc lên dốc, hoặc chuyển động ngược chiều gió) thì m1 < 1, m2 >1 và sẽ được kí hiệu là m1k, m2k
Khi xe đang phanh (hoặc xuống dốc, hoặc chuyển động thuận chiều gió) thì m1 > 1, m2
< 1 và sẽ được ký hiệu là m1p , m2p
Các hệ số m1, m2 được sử dụng thường xuyên khi tính toán các hệ thống phanh, treo, lái và các cầu xe
Tính ổn định của ô tô phụ thuộc vào sự phân bố tải trọng lên các cầu và khả năng bám đường của các bánh xe Khả năng bám này được quyết định bởi phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe và hệ số ma sát giữa lốp và mặt đường, hai yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ bám, khả năng kiểm soát và an toàn khi vận hành ô tô.
Khi xe chuyển động, các phản lực thẳng góc tác dụng lên bánh xe luôn biến đổi tùy thuộc vào trạng thái và điều kiện chuyển động như tốc độ, tải trọng và đặc tính của mặt đường Giá trị và hướng của các phản lực này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bám đường, độ ổn định và hiệu suất của hệ thống treo và truyền động, đồng thời tác động đến cảm giác lái và sự an toàn khi vận hành Việc nắm bắt sự thay đổi này giúp thiết kế xe tối ưu hơn về lốp, ma sát, cân bằng trọng lượng và kiểm soát xe trên mọi điều kiện đường sá, từ đô thị đông đúc đến đường địa hình, mang lại trải nghiệm lái mượt mà và an toàn hơn.
11 tiếp đến các chỉ tiêu kỹ thuật của ô tô như : khả năng kéo và bám, chất lượng phanh, tính ổn định và tuổi thọ các chi tiết
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG VÀ GÓC NGHIÊNG DỌC CỦA THÙNG XE KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CÓ GIA TỐC VÀ GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CỦA THÙNG XE TRONG MẶT PHẲNG DỌC VỚI SƠ ĐỒ HAI KHỐI LƯỢNG
Các phương trình cân bằng
Tại trọng tâm thùng xe có: trọng lượng G và lực quán tính m.d
Tại tâm bánh xe có các lực tác dụng:
Gia tốc tịnh tiến d>0 khi tăng tốc ,d0, BEi không có
+ Để h 1càng nhỏ ( tiến về 0 ) thì
Tâm bánh xe cầu trước phải dịch chuyển về phía trước khi tăng tốc (3.1)
+ Để h 2 càng nhỏ ( tiến về 0 ) thì :
Tâm bánh xe cầu sau phải dịch chuyển về phía sau khi tăng tốc (3.2)
Từ các công thức (3.1) và (3.2), ta kết luận rằng khi xe tăng tốc nhằm làm giảm góc nghiêng α, hệ thống HTT phải điều chỉnh sao cho khoảng cách tâm giữa hai bánh xe cầu trước và cầu sau (ký hiệu là L) tăng lên Sự tăng của L giúp tối ưu hóa phân bổ lực và cải thiện ổn định động học của xe trong quá trình tăng tốc Nhờ đó góc nghiêng α được giảm mà vẫn duy trì được sự cân bằng giữa cầu trước và cầu sau Vì vậy, việc điều chỉnh HTT để mở rộng khoảng cách tâm giữa bánh trước và bánh sau là yếu tố then chốt trong kiểm soát ổn định xe tăng khi tăng tốc.
+ Để h 1 càng nhỏ ( tiến về 0 ) thì
Tâm bánh xe cầu trước phải dịch chuyển về phía trước khi phanh (3.3)
+ Để h 2 càng nhỏ ( tiến về 0 ) thì :
Tâm bánh xe cầu sau phải dịch chuyển về phía sau khi phanh (3.4)
Dựa trên các công thức (3.3) và (3.4), khi xe phanh để giảm góc nghiêng α thì HTT phải điều chỉnh để khoảng cách tâm giữa hai bánh xe cầu trước và cầu sau (L) tăng lên Việc tăng L giúp tối ưu hóa phân bổ tải giữa các cầu và duy trì sự ổn định của xe trong quá trình phanh.
Sự thay đổi tải trọng ΔFz phụ thuộc vào ngoại lực tác động, tọa độ trọng tâm, phản lực tiếp tuyến và đặc biệt là biến dạng của hệ thống treo (độ cứng và quan hệ động học) Việc xác định sự thay đổi tải trọng này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong bài toán phân phối công suất khi kéo và phân phối lực phanh khi phanh, đồng thời còn liên quan đến bài toán ổn định chuyển động thẳng và quay vòng.
Góc nghiêng thùng xe phụ thuộc vào các yếu tố tương tự sự thay đổi tải trọng ΔFz Khi xe chuyển động có gia tốc, góc nghiêng thùng càng nhỏ càng tốt, nhưng không thể bằng 0 để bảo đảm độ êm dịu của xe Để giảm góc nghiêng α của thùng xe khi xe tăng tốc hoặc phanh, hệ thống treo (HTT) phải thay đổi được khoảng cách tâm giữa hai bánh xe cầu trước và sau (L) Một trong những HTT có thể làm được điều đó là HTT treo khí nén.
ĐẶC TÍNH CỦA PHẦN TỬ ĐÀN HỒI
Phần tử đàn hồi bằng kim loại
Phần tử đàn hồi nhíp
Hình 4.1 Kết cấu của bộ nhíp lá
1 Gối cố định đầu nhíp; 2 Đai ốc; 3 Nhíp lá; 4 Đai giữ bộ nhíp; 5 Quang treo; 6 Đai ốc; 7 Cầu xe; 8 Bu lông; 9 Đai ốc; 10 Giảm chấn;
Nhíp được làm từ các lá thép cong, sắp xếp theo thứ tự từ ngắn tới dài Cụm lá nhíp được kẹp chặt ở giữa bằng bu lông định tâm hoặc đinh tán Để giữ các lá nhíp không bị trượt khỏi vị trí, người ta dùng kẹp ở một vài điểm để ghim chúng lại với nhau.
Cả hai đầu lá dài nhất được uốn cong tạo thành mắt nhíp, được sử dụng để gắn nhíp vào khung
Nhìn chung nhíp dài hơn thì mềm hơn Nhíp nhiều lá hơn thì chịu tải lớn hơn, song nhíp sẽ cứng hơn và tính êm dịu chuyển động sẽ kém hơn Tuy vậy, nhíp vẫn được dùng phổ biến nhất vì nhíp vừa là cơ cấu đàn hồi, vừa là cơ cấu dẫn hướng và một phần làm nhiệm vụ giảm chấn, tức là làm toàn bộ nhiệm vụ của hệ thống treo
+ Bản thân nhíp đã có đủ độ cứng vững để giữ cho cầu xe ở đúng vị trí nên không cần sử dụng các liên kết khác
+ Nhíp thực hiện được chức năng tự khống chế dao động thông qua ma sát giữa các lá nhíp
+ Nhíp có đủ sức bền để chịu tải trọng nặng
+ Vì có ma sát giữa các lá nhíp nên nhíp khó hấp thu các rung động nhỏ từ mặt đường Bởi vậy nhíp thường được sử dụng cho các xe cỡ lớn, vận chuyển tải trọng nặng, nên cần chú trọng đến độ bền hơn
Ma sát giữa các lá nhíp làm nhíp khó hấp thu các rung động nhỏ từ mặt đường, khiến hệ nhíp giảm tính hiệu quả khi xử lý rung động ở bề mặt đường Vì vậy, nhíp thường được ứng dụng cho các xe cỡ lớn và vận chuyển tải trọng nặng, trong đó cần chú trọng đến độ bền để đảm bảo khả năng chịu tải và tuổi thọ lâu dài.
+ Đặc tính của nhíp được thể hiện qua độ cứng:
+ Độ cứng của nhíp đối xứng:
+Độ cứng của nhíp không đối xứng:
Với: L là chiều dài tổng của nhíp l1, l2 là chiều dài 2 phía của nhíp l0 là chiều dài dầm ngàm
2 l 3 l chiều dài hiệu quả của ngàm
2 l l l h là chiều dài tấm nhíp b là chiều rộng lá nhíp n là tổng số lá nhíp χ là hệ số
Vậy độ cứng của nhíp là một giá trị hằng số và phụ thuộc vào các thông số cấu tạo
Phần tử đàn hồi lò xo trụ
Lò xo trụ được sử dụng chủ yếu trong ô tô du lịch làm bộ phận đàn hồi
Ưu điểm của lò xo trụ so với nhíp: với cùng độ cứng và độ bền, lò xo trụ có trọng lượng nhẹ hơn nhíp; khi hoạt động, lò xo trụ không tạo ma sát giữa các vòng như nhíp giữa các lá, giúp vận hành êm và bền bỉ hơn; thêm vào đó, lò xo trụ ít phải bảo dưỡng và chăm sóc so với nhíp, mang lại tiết kiệm thời gian và chi phí cho hệ thống treo.
Nhược điểm của lò xo treo là nó chỉ đảm nhận chức năng đà hồi, trong khi các nhiệm vụ khác như giảm chấn và dẫn hướng phải được thực hiện bởi các thành phần phụ trợ khác trong hệ thống treo Do đó, khi xét toàn bộ tổ hợp phần tử liên quan, hệ thống treo lò xo trụ thường có kết cấu phức tạp hơn so với hệ thống treo loại nhíp Độ cứng của lò xo ảnh hưởng đến khả năng chịu tải, độ êm ái và độ dao động của xe, đồng thời tác động đến cảm giác lái và sự ổn định khi vận hành trên các cung đường khác nhau Vì vậy, thiết kế hệ thống treo cần cân bằng giữa độ cứng của lò xo và sự phối hợp với các bộ phận giảm chấn, dẫn hướng để đạt được hiệu quả làm việc và an toàn cho người dùng.
Với: D là đường kính trung bình d là đường kính dây lò xo n là tổng số vòng lò xo
G là modun đàn hồi vật liệu
Vậy độ cứng C là hằng số, chỉ phụ thuộc vào các thông số cấu tạo
Độ cứng của phần tử đàn hồi bằng kim loại là một hằng số không thay đổi trong suốt quá trình chuyển động của xe Vì vậy, hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi dạng này không thể giảm góc nghiêng của thùng xe khi xe vận hành trong điều kiện không tốt.
Phần tử đàn hồi khí
Phần tử đàn hồi loại khí đóng vai trò quan trọng trong các ô tô có hệ thống treo với khối lượng phần được treo lớn và biến đổi nhiều Khí bên trong phân tử của loại đàn hồi này thay đổi tùy cơ chế: khi khối lượng khí thay đổi, khí được xem là không khí; khi thể tích của phần tử đàn hồi thay đổi, khí được xem là khí Nitơ Việc lựa chọn và thiết kế khí cho phần tử đàn hồi loại khí ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ rung động, độ bền và hiệu suất của hệ thống treo ô tô.
Hình 4.3 Sơ đồ phần tử đàn hồi khí Đặt giả thiết không gian phía bên trên piston chứa đầy khí
Trạng thái ban đầu khi piston chưa dịch chuyển (Z=0)
Gọi thể tích khí phía trên piston là V0, áp suất tuyệt đối là P0, phần tử có một tác dụng lực là Fz0, S là diện tích bề mặt piston
Giá trị Fz0 được tính theo công thức:
Với Pmt là áp suất môi trường
Trạng thái piston dịch chuyển
Gọi thể tích là V1 = V0 – S.Z và áp suất 1 1 z mt
Khi piston dịch chuyển thì áp suất bên trong xilanh thay đổi theo đường đa biến P V n
= Const với chỉ số đa biến n phụ thuộc vào nhiệt độ của khí
Khi đó lực nén của phần tử đàn hồi củng sẽ thay đồi và được tính như sau:
Từ đó ta có thể xác định độ cứng tại thời điểm đầu (Z = 0) là:
Từ công thức (4.3) suy ra P0S = FZ0 +PmtS sau đó thay vào (4.6) ta được:
C V Độ cứng tại thời điểm FZ1 là:
* Đặt trường hợp 1: Phần tử đàn hồi có khối lượng khí được duy trì không đổi, thể tích khí thay đổi đẳng nhiệt Ở quá trình đẳng nhiệt thì V P 0 0 V P 1 1
(4.9) Độ cứng của phần tử đàn hồi ở tải trọng FZ1 khi dao động là:
(4.10) Để thấy rõ sự thay đổi độ cứng của phần tử đàn hồi theo tải trọng ta lập tỉ số độ cứng ở tải trọng FZ0 và FZ1:
Thay V1 ở (4.8) vào biểu thức ta được:
Dựa vào biểu thức (4.11), ta nhận thấy sự phụ thuộc giữa tải trọng và độ cứng của phần tử đàn hồi Khi tải trọng thay đổi, độ cứng của phần tử đàn hồi cũng thay đổi theo hướng tương ứng: tăng tải trọng thì độ cứng tăng, ngược lại giảm tải trọng thì độ cứng giảm.
Gọi ω0, ω’1 là tần số dao động riêng của khối lượng ở trạng thái M0 và M1
Để thấy sự thay đổi của tần số dao động riêng theo tải trọng ta lập tỉ lệ:
vào công thức ta được: ω0 ω’1= F Z 0 P S mt
Trong trường hợp bỏ qua ảnh hưởng của áp suất môi trường, tần số dao động riêng của hệ thống khi tăng tải trọng sẽ tăng theo bình phương của mức tăng khối lượng.
Từ công thức độ cứng 1
ta có thể thấy rằng:
Chỉ số nén đa biến n phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, sự làm mát của vỏ phần tử và tốc độ dòng khí xung quanh Vì các yếu tố này tác động đồng thời và thay đổi theo điều kiện vận hành, việc điều chỉnh độ cứng bằng cách thay đổi chỉ số n là không khả thi.
+ Giá trị diện tích S là thông số thiết kế của phần tử đàn hồi vì vậy để tăng độ cứng bằng việc thay đổi S là không khả thi
+ Để độ cứng của phần tử đàn hồi khí có thể thay đổi ta nhất thiết phải thay đổi V’1 tức thay thể tích khí
Độ cứng của phần tử đàn hồi khí phụ thuộc tỉ lệ thuận với tải trọng và thể tích khí; mọi biến thiên về tải trọng hoặc thể tích sẽ làm thay đổi độ cứng của phần tử này, ảnh hưởng đến đặc tính đàn hồi và hiệu suất của hệ.
Trong trường hợp thứ hai, phần tử đàn hồi có thể tích được duy trì không đổi trong khi khối lượng khí bên trong có thể thay đổi Để chứng minh sự thay đổi độ cứng của phần tử đàn hồi theo tải trọng, ta tiếp tục tính và so sánh tỉ số độ cứng ở hai mức tải FZ1 và FZ0, từ đó làm rõ cách độ cứng phản ứng với sự biến động của khối lượng khí.
Do đó, ta có công thức (4.13) Ở trường hợp này, độ cứng của phần tử đàn hồi cũng thay đổi theo sự biến thiên của tải trọng Khi tải trọng tăng lên thì độ cứng tăng và ngược lại Để thấy sự thay đổi của tần số dao động riêng theo tải trọng, ta lập tỉ lệ: ω0/ω′1 = √( … ).
Vậy ở trường hợp khi thay đổi tải trọng nhưng duy trì thể tích thì tần số dao động riêng gần như không đổi
Do thể tích được dùy trì không đồi vì vậy để có thể thay đổi độ cứng ta dựa vào công thức:
Như đã phân tích ở phần trên, việc thay đổi độ cứng không thể thực hiện được bằng cách thay đổi chỉ số nén đa biến n hay diện tích S; do thể tích V’’1 được duy trì ở mức cố định, để điều chỉnh độ cứng ta buộc phải thay đổi áp suất khí P’’1 bên trong xilanh.
Vậy độ cứng của phần tử đàn hồi có thể thay đổi bằng cách thay đổi áp suất khí tức thay đổi khối lượng khí
- Trong chương này sinh viên đã nghiên cứu đặc tính đàn hồi của các phần tử đàn hồi kim loại, khí
-Phần tử đàn hồi bằng kim loại có độ cứng bằng hằng số chỉ phụ thuộc các thông số kết cấu
- Phần tử đàn hồi loại khí có độ cứng thay đổi theo tải trọng
- Để thay đổi độ cứng của phần tử đàn hồi loại khí bằng cách:
+ Duy trì khối lượng khí và thay đổi thể tích
+ Thay đổi khối lượng khí và duy trì thể tích
HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN TRÊN XE KHÁCH KB 120SE
Giới thiệu về xe khách KB 120SE
+ Xe KB 120SE là xe Bus giường nằm cao cấp
+ Thích hợp cho dịch vụ du lịch chất lượng cao và tiêu chuẩn, phù hợp với khách chất lượng loại một
+ Khoang lái rộng rãi, tiện nghi
+ Giường nằm cao cấp có điều chỉnh tựa lưng khi ngồi
+ Toilet hiện đại, vệ sinh
+ Động cơ Nissan common – rail Sản xuất tại Nhật
+ Hệ thống phanh hơi ABS Sản xuất tại Đức
+ Hệ thống treo bằng túi hơi, tự cân bằng Sản xuất tại Mỹ
Hình 5.1 Bản vẽ tổng thể xe KB 120SE
Bảng Thông số kỹ thuật của xe KB 120 SE
THACO KB 120 SE ( Giường nằm) Ôtô cơ sở XMQ 6120 P2
Trọng lượng bản thân (KG) 12800
Phân bố cầu trớc/sau (KG) 4060 / 8740
Phân bố cầu trớc/sau (KG) 5700 / 10000
Tải trọng cho phép (KG)
Số người cho phép chở 42 Động cơ
Kiểu MD9M-Diesel common rail
Loại 6 xy lanh, turbo intercooler Đường kính xi lanh (mm) 125
Công suất max (Kw/v/ph) 257 / 2200
Tỉ số truyền hộp số
1,00 / VI: 0,684 / R: 6,205 Dây số (mm) vỏ: 9730 - ruột: 9200
Tổng thể xe (DxRxC)(mm) 11950 x 2500 x 3800
Chiều dài cơ sở (mm) 6000
Khoảng sáng gầm xe (mm) 230
Chiều dài đuôi xe (mm) 3400
Chiều dài đầu xe (mm) 2550
Góc thoát trước / sau (độ) 12,5 / 12 Đường kính vô lăng (mm) 480
Cỡ lốp trước/sau 12 R 22,5-16 Áp suất lốp (kg/cm2) 8,4 / 8,1 (sau)
Sơ đồ hệ thống treo xe KB120SE
- Xe khách KB 120SE sử dụng các van tải trọng để điều chỉnh khoảng sáng gầm xe cho phù hợp vời từng loại địa hình khác nhau
Khi được điều chỉnh, van điều khiển độ cao tự động duy trì khoảng sáng gầm xe ở mức phù hợp dù xe có tải hay không tải Các van này nạp khí vào hoặc xả khí ra khỏi hệ thống treo bằng hơi để giữ cho khoảng sáng gầm xe ở mức thích hợp, đáp ứng mọi điều kiện vận hành.
Hệ thống treo trên xe KB120SE sử dụng 4 túi hơi: 2 túi hơi phía trước và 2 túi hơi phía sau Hai túi hơi phía trước có ký hiệu W01-675-9534 Hai túi hơi phía sau có ký hiệu W01-675-9141 và đường kính mỗi túi là 312 mm.
Hình 5.2 Sơ đồ hệ thống treo xe KB 120SE
6- Các đầu nối ống khí;
5.2.1 Hệ thống treo trước xe KB120SE
Hình 5.3 minh hoạ hệ thống treo trước của xe KB 120SE, một loại xe chở khách có tải trọng trung bình và yêu cầu độ êm dịu cao; vì vậy hệ thống treo trước được thiết kế khá đơn giản nhưng vẫn đảm bảo an toàn và vận hành bình thường.
Hình 5.4 Hình chiếu đứng hệ thống treo trước xe KB120SE
1 Sắt si; 2 Đai ốc; 3 Đường hơi từ bầu hơi;4 Đường hơi từ túi hơi; 5 Van tải trọng.;
6 Cần điều chỉnh; 7 Đủa đẩy; 8 Giảm chấn; 9 Thanh giằng sau; 10 Túi hơi; 11 Cầu trước;
12 Bát nhựa; 13 Thanh cân bằng; 14 Thanh liên kết; 15 Lá thép; 16 Bát nối; 17 Bát nối
Hệ thống treo trước của xe sử dụng hai túi hơi có đường kính 280 mm, mỗi túi được điều chỉnh bởi một van tải trọng và hoạt động độc lập với nhau Thiết kế này giúp hệ thống treo trước kiểm soát tải trọng hiệu quả, mang lại khả năng điều khiển xe dễ dàng khi vượt qua đường gập ghềnh và duy trì sự cân bằng ổn định trên mọi địa hình.
5.2.2 Hệ thống treo sau xe KB120SE
Hình 5.5 Hệ thống treo sau xe KB 120SE
Hình 5.6 Hình chiếu đứng hệ thống treo sau xe KB120SE
1.Sắt si; 2 Bu lông; 3 Van tải trọng; 4 Cần điều chỉnh; 5 Đòn đẩy;
6 Giảm chấn; 7 Moay ơ; 8 Túi hơi sau; 9 Bát sắt si
- Phần tử đàn hồi khí nén thường dùng kết hợp với bộ phận điều chỉnh tự động chiều cao thùng xe theo tải trọng tĩnh là van tải trọng
Hình 5.7 Kết cấu của van tải trọng
1 Đường hơi vào; 2 Vỏ xi lanh; 3 Lỗ bắt bu lông; 4 Đường khí tới túi hơi; 5 Nơi bắt cần điều chỉnh; 6 Lỗ thoát hơi; 7 Lỗ hơi; 8 Xilanh hơi; 9 Lỗ hơi thoát khí ra; 10 Piston hơi;
11 Lỗ định vị; 12 Cơ cấu xoay.; 13 Seal lam kín
Khí được cấp từ bầu hơi vào đường hơi 1; khi xe ở vị trí cân bằng, seal 13 đóng kín đường hơi chính dẫn khí vào hai túi khí Khi tải trọng tăng, thùng xe hạ xuống và khoảng cách giữa thùng và cầu giảm, đòn dẫn động tác động lên cơ cấu xoay để điều khiển sự phân phối khí tới các túi khí, từ đó duy trì cân bằng tải và vận hành của hệ thống treo khí nén.
Khi piston khí nén được đẩy lên, đường cấp hơi chính được mở ra Khí nén được cấp vào túi hơi, làm thùng xe nâng lên một khoảng cách nhất định và sau đó trở về vị trí cân bằng.
Trong quá trình giảm tải trọng, thùng xe được nâng lên và quá trình diễn ra ngược lại so với khi tải nặng Lúc này đòn dẫn động tác động lên cơ cấu xoay để hạ piston hơi xuống, mở đường hơi thoát ra ngoài qua lỗ hơi số 7 và số 9, sau đó thoát ra qua đường 6.
Hệ thống treo tiếp nhận và truyền các tải trọng thẳng đứng, làm giảm va đập và tải trọng động tác dụng lên khung vỏ và hệ thống truyền động, từ đó đảm bảo độ êm dịu và ổn định cho ô tô và máy kéo khi vận hành.
Phần tử đàn hồi có thể có hình dạng bầu tròn hoặc dạng ống Vỏ bầu được cấu thành từ hai lớp sợi cao su (nylon hay capron); mặt ngoài phủ một lớp cao su bảo vệ, mặt trong lót một lớp cao su làm kín Thành vỏ dày từ 3 đến 5 mm, phía trong có các ụ cao su tạo cấu trúc.
1 Đầu nối đường ống dẫn khí nén với bầu khí; 2 Bu lông bắt chặt bầu khí với chassic;
5 Nắp bịt kín của bầu khí; 6 Vỏ bầu khí; 7 Ụ su; 8 Đế bầu khí bắt chặt với dầm cầu trước;
9 Bu lông bắt ụ su với đế
1 Vỏ ở phía ngoài; 2 Lớp thứ hai; 3 Lớp đầu tiên; 4 Lớp xương bọc cứng
Bầu khí là thành phần chứa khí nén và chịu áp lực lớn nhất trong hệ thống treo, đóng vai trò làm cho hệ thống treo vận hành êm dịu, hạn chế tiếng ồn và tiếng va đập Ở cầu trước, bầu khí được đặt trên dầm cầu; ở cầu sau, nó được gắn trên thanh treo Trong bầu có cơ cấu đỡ có tác dụng nâng đỡ khi bầu khí bị hỏng hoặc mất hơi.
Áp suất khí nén trong túi hơi có thể chịu được từ 0,9 đến 0,98 MPa, đảm bảo độ bền và an toàn cho hệ thống treo khí nén Hệ thống cấp khí được thiết kế để duy trì áp suất 0,78 MPa, nhằm đảm bảo áp suất dư khi xe quá tải hoặc tải trọng tăng đột ngột Việc chọn mức áp suất này tối ưu hóa hiệu suất hoạt động, giảm thiểu rò rỉ và nâng cao độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.
Xe khách KB 120SE sử dụng giảm chấn loại 2 chiều:
Hình 5.10 Giảm chấn thủy lực
- Bộ phận giảm chấn có các nhiệm vụ sau:
+ Cùng với ma sát trong hệ thống treo, có nhiệm vụ tạo lực cản, dập tắt các dao động của phần được treo và không được treo
+ Biến cơ năng của dao động thành nhiệt năng tiêu tán ra môi trường xung quanh
Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức tối thiểu để tối ưu hóa sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường và nâng cao khả năng bám đường Nhờ đó, an toàn khi xe chuyển động được tăng cường.
Trong quá trình nén nhẹ, piston di chuyển xuống dưới với tốc độ nhỏ Dầu bị ép từ khoang dưới qua lỗ tiết lưu 6 và van thông 1 lên khoang trên Do thể tích được giải phóng ở khoang trên nhỏ hơn thể tích nó chiếm chỗ khi di chuyển xuống dưới (vì khoang trên có thêm phần piston), một phần dầu phải chảy qua khe tiết lưu 5 trên van 4 để đi sang buồng bù của giảm chấn.
Giảm chấn ống là hệ thống cơ khí có hai loại phổ biến là giảm chấn ống loại hai ống và loại một ống, với các thành phần chính gồm piston (1) và trục (2) làm việc trong thân xilanh (7) và vỏ (10), các đệm kín (3, 8, 12) cùng roăng làm kín (15) để đảm bảo kín dầu ở các khớp liên kết, van (4) điều tiết lực cản, khoang dầu xả (5) và khoang dầu (11) chứa và dẫn dầu, bulông (6) và đai ốc khoá (14) giữ cố định các bộ phận, lòxo (13) và đế lòxo (16) tạo lực hồi và chịu tải, tất cả được lắp ráp thành một hệ thống kín và ổn định nhằm giảm chấn hiệu quả khi vận hành.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí
Hình 5.17 Sơ đồ hệ thống treo xe KB 120SE
6- Các đầu nối ống khí;
* Trường hợp khi tải trọng cầu trước hoặc cầu sau tăng
Máy nén khí hoạt động nạp qua bình tách ẩm rồi đổ vào bình chứa (bầu hơi) Khi áp suất trong bình chứa đạt 5 kg/cm^2, van áp suất số 7 mở và cấp khí nén vào các đường ống tới van tải trọng số 4 Khi tải trọng ở cầu trước tăng, đòn dẫn động tác dụng lên cơ cấu xoay của van tải trọng cầu trước, đẩy piston và mở đường cấp khí chính Khí nén được cấp vào túi hơi trước, làm thùng xe nâng lên rồi quay về vị trí cân bằng.
* Trường hợp khi tải trọng cầu trước hoặc cầu sau giảm
Trong quá trình giảm tải, thùng xe được nâng lên và quá trình diễn ra theo chiều ngược lại Lúc này van tải trọng đòn dẫn động tác động lên cơ cấu xoay, hạ piston hơi xuống và mở đường hơi thoát ra ngoài qua lỗ hơi số 7 và số 9, sau đó thoát ra qua đường 6, làm áp suất khí trong túi hơi giảm, từ đó thùng xe được hạ xuống.
5.4 Ưu nhược điểm của hệ thống treo sử dụng khí nén:
Việc điều chỉnh áp suất khí cho hệ thống treo cho phép tự động thay đổi độ cứng, sao cho độ võng và tần số dao động riêng của phần được treo duy trì ở mức cố định bất kể tải trọng tĩnh khác nhau Phương pháp này tối ưu hóa tính ổn định động của xe, cải thiện khả năng chịu tải và mang lại cảm giác lái mềm mà chủ động ngay cả khi tải trọng thay đổi.
+ Cho phép điều chỉnh vị trí của thùng xe đối với mặt đường Đối với hệ thống treo độc lập còn có thể điều chỉnh khoảng sáng gầm xe
+ Khối lượng nhỏ, làm việc êm dịu
+ Không có ma sát trong phần tử đàn hồi
+ Giảm được độ cứng của hệ thống treo làm tăng độ êm dịu
Việc đẩy sự cộng hưởng xuống vùng tần số thấp hơn giúp giảm gia tốc thẳng đứng của buồng lái và làm giảm sự dịch chuyển của vỏ và bánh xe Nhờ vậy, hệ thống vận hành ổn định hơn và rung động được kiểm soát tốt, giảm ảnh hưởng lên cấu trúc xe và cải thiện trải nghiệm vận hành.
Không có ma sát trong phần tử đàn hồi và sử dụng phần tử đàn hồi có trọng lượng nhẹ là hai yếu tố chính giúp giảm chấn động và giảm tiếng ồn truyền từ bánh xe lên buồng lái Việc tối ưu hóa hệ thống treo với vật liệu đàn hồi hiệu quả cho phép giảm rung động, cải thiện sự ổn định khi vận hành và mang lại cabin yên tĩnh hơn cho người lái Nhờ trọng lượng nhẹ của phần tử đàn hồi, hiệu suất vận hành được nâng cao, giảm tiêu hao năng lượng và cải thiện cảm giác lái mượt mà cùng độ nhạy cao hơn.
+ Kết cấu phức tạp, đắt tiền;
Khi tải trọng xe thay đổi trong quá trình chuyển động có gia tốc, hệ thống treo khí tự động điều chỉnh độ cứng nhằm cân bằng cầu xe và khắc phục góc nghiêng của thùng xe Nhờ điều chỉnh này, hệ thống treo giúp cải thiện sự ổn định, mang lại sự thoải mái và an toàn cho người ngồi trên xe.