Chuẩn đoán tình trạng kỹ thuật cụm bánh xe dẫn hướng trên thiết bị kiểm tra độ trượt ngang,luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật chuyên ngành cơ khí

Để kiểm tra đánh giá chất lượng của hệ thống lái có thể sử dụng nhiều phương pháp như kiểm tra trên đường hoặc kiểm tra bằng thiết bị cho các phần tử : Độ dơ vành lái, độ trượt ngang bán

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học giao thông vận tải

Nguyễn anh hiệp

Chẩn đoán tình trạng kỹ thuật cụm bánh

xe dẫn hướng trên thiết bị kiểm tra độ

trượt ngang

Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật

Hà nội - 2005

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học giao thông vận tải

Chẩn đoán tình trạng kỹ thuật cụm bánh xe dẫn hướng trên thiết bị kiểm

tra độ trượt ngang

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà nội - 2005

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Giải thích các ký hiệu sử dụng trong luận văn

rb m Bán kính làm việc của bánh xe

Mzβ Nm Mô men ổn định tạo bởi phản lực thẳng

đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe

và góc nghiêng ngang của trụ đứng

Mvδ Nm Mô men ổn định tạo bởi phản lực bên của

mặt đường tác dụng lên bánh xe và góc nghiêng dọc của trụ đứng

Pij N Lực quán tính thành phần đặt tại trọng tâm

xe

L m Khoảng cách từ tâm bề mặt tựa của bánh

xe tới đường tâm của trụ đứng trong mf

đứng

c m Khoảng cách từ điểm tiếp xúc bánh xe với

mặt đường tới đường tâm trụ đứng

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Lời nói đầu

Vận tải ô tô có một vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội và phục vụ các nhu cầu của con người Ô tô là loại phương tiện vận tải không thể thiếu được và đã có những đóng góp to lớn cho sự phát triển của xã hội Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, nghành công nghiệp ô tô không ngừng phát triển, ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của vận tải và các nhu cầu của con người Đó là các yêu cầu về độ tin cậy trong khai thác sử dụng, tốc độ chuyển động mong muốn, độ bền lâu, bảo vệ môi trường, tiện nghi sử dụng tốt, chi phí nhiên liệu thấp, giá thành hạ

Do tính thông dụng và tiện lợi của phương tiện, ngày nay ngành công nghiệp ô tô vẫn không ngừng phát triển, khoa học tiếp tục các nghiên cứu để hoàn thiện ô tô hơn nữa Các hướng nghiên cứu ưu tiên giải quyết các vấn đề đó là: Đảm bảo an toàn trong khai thác sử dụng, bảo vệ môi trường, sự tiện nghi, và độ tin cậy trong sử dụng Để đảm bảo an toàn trong khai thác sử dụng ô tô thì hệ thống lái có vai trò rất quan trọng, nó giúp cho việc điều khiển ô tô đi đúng quỹ đạo được an toàn, chuyển hướng, quay vòng xe theo ý muốn Ngày nay nhờ vào sự phát triển của khoa học công nghệ, các nhà nghiên cứu và sản xuất đã chế tạo ra những chiếc ô tô có hệ thống lái đáp ứng được yêu cầu đặt ra

Để kiểm tra đánh giá chất lượng của hệ thống lái có thể sử dụng nhiều phương pháp như kiểm tra trên đường hoặc kiểm tra bằng thiết bị cho các phần tử : Độ dơ vành lái, độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng, kiểm tra các thông số của điều khiển lái: Bán kính quay vòng, góc quay phải, góc quay trái, lực tác dụng lên vành tay lái khi quay vòng v.v Phương pháp kiểm tra cụm bánh xe dẫn hướng của ô tô trên thiết bị kiểm tra độ trượt ngang hiện là phương pháp đảm bảo độ chính xác, an toàn và nhanh chóng Các thiết bị kiểm tra ngày nay đã ứng dụng những thành tựu của khoa học hiện đại, không ngừng hoàn thiện nhằm đưa ra được kết quả kiểm tra chính xác, tin cậy Đảm bảo an toàn cho ô tô trong khai thác sử dụng

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Với những ý nghĩa đã nêu trên, đề tài : Chẩn đoán tình trạng kỹ thuật cụm bánh xe dẫn hướng trên thiết bị kiểm tra độ trượt ngang - nhằm góp phần hoàn thiện thêm trong việc khai thác sử dụng thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng ô tô trong các Trung tâm

đăng kiểm xe cơ giới ở Việt Nam Trong quá trình thực hiện, tác giả đã

được sự giúp đỡ của bộ môn Cơ khí ô tô - Đại học giao thông vận tải, Tiến sỹ Nguyễn Văn Bang và các giáo viên trong bộ môn ô tô, tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể và các giáo viên trong bộ môn Mong rằng sẽ còn được hợp tác và giúp đỡ trong lĩnh vực chuyên môn

về ô tô, về kiểm định an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường Góp phần vào việc bảo vệ an toàn sinh mạng con người, vật chất xã hội và môi trường tự nhiên

Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 2005

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Chương I

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1 tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Nền kinh tế nước ta trong những năm gần đây có sự tăng trưởng nhanh, sản xuất và dịch vụ phát triển mạnh Cùng với sự phát triển đó số lượng ô tô không ngừng tăng Theo tổng hợp số liệu về phương tiện giao thông đang lưu hành trong cả nước của Cục Đăng Kiểm Việt Nam, đến 31/12/2004 có 531.632 ô tô các loại đang lưu hành Riêng tháng 12 năm 2004 tăng 5311 chiếc Dự báo tăng trưởng ô tô nước ta bình quân hàng năm tăng 10 - 20%

Đến năm 2020 sẽ có khoảng 4 triệu chiếc ô tô các loại

Cùng với sự phát triển về số lượng ô tô, số vụ tai nạn cũng tăng theo Theo số liệu thống kê tai nạn của Cục cảnh sát giao thông đường sắt và đường

bộ, Năm 2000 có 22.486 vụ , năm 2001 có 25.040 vụ và 2002 có 27.134 vụ, năm 2003 có 20.675 vụ Năm 2004 cả nước xảy ra 17.532 vụ tai nạn giao thông, làm chết 12.096 người (tăng 232 người - 1,9% so với năm 2003 ) và bị thương 15.633 người (giảm 5.071 người - 24% so với năm 2003) Có rất nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó có nguyên nhân do phương tiện ô tô không đảm bảo an toàn kỹ thuật (từ năm 2002 đến năm 2004 là 1,2-1,7% ) Tai nạn giao thông có ảnh hưởng lớn đến xã hội, kìm hãm sự phát triển kinh tế, gây thiệt hại về tài sản, con người và để lại nhiều hậu quả mà xã hội phải giải quyết

Để hạn chế tai nạn giao thông do ô tô gây nên có rất nhiều biện pháp như : Đào tạo, hướng dẫn luật đường bộ đối với người tham gia giao thông; quản lý về an toàn, trật tự giao thông trên đường; quản lý tình trạng kỹ thuật phương tiện lưu hành, v.v Việc kiểm soát tình trạng kỹ thuật đối với ô tô đang lưu hành hiện nay được thực hiện tại các Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới

Hệ thống các Trung tâm đăng kiểm đã được hình thành trong cả nước từ năm 1995 Hiện nay ở nước ta với 64 tỉnh thành đã được bố trí trên 84 Trung tâm đăng kiểm, tất cả các Trung tâm đều được cơ giới hoá Điều kiện hoạt

động về mặt bằng, trang thiết bị và nhân lực, quy trình kiểm tra, quy trình

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

kiểm định PTCGĐB được quy định theo các tiêu chuẩn hiện hành Các tiêu chuẩn này quy định chặt chẽ về tiêu chuẩn Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới, tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường và quy trình kiểm định đã giúp kiểm soát tình trạng kỹ thuật ô tô đang lưu hành tốt, hạn chế bớt tai nạn giao thông Theo số liệu thống kê của Cục Đăng kiểm Việt nam về kết quả kiểm định ở nước ta trong năm 2004 cho thấy: Hư hỏng của các hệ thống trong tổng số các hư hỏng dẫn đến xe không đạt kết quả trong công tác kiểm

định an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường:

Đối với việc kiểm tra kết cấu của hệ thống lái bao gồm các phần tử như vành lái, trụ lái, cơ cấu lái, ( có thể ) trợ lực lái, dẫn động lái, bánh xe dẫn hướng, trong đó bánh xe dẫn hướng là một phần tử quan trọng ảnh hưởng đến

sự làm việc của hệ thống lái cần phải chú trọng Do đó, trong công tác kiểm

định kỹ thuật, ngoài những nội dung trong kiểm tra hệ thống lái từ vành tay lái

đến dẫn động lái ( cả trợ lực lái ), bao giờ cũng có nội dung kiểm tra cụm bánh xe dẫn hướng Việc kiểm tra này được thực hiện trên thiết bị kiểm tra chuyên dùng - Thiết bị kiểm tra trượt ngang bánh xe dẫn hướng ( Side slip tester ) - Là loại thiết bị kiểm tra bắt buộc phải có trong dây chuyền kiểm định cơ giới hoá tại các Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới

Thông qua kết quả kiểm tra trên thiết bị kiểm tra trượt ngang bánh xe dẫn

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Các thông số kết cấu của quá trình chẩn đoán là : Các góc đặt bánh xe dẫn hướng, độ dơ moay ơ bánh xe và độ dơ của trụ đứng, áp suất hơi trong lốp và tình trạng kỹ thuật của lốp Thông số chẩn đoán là khoảng dịch chuyển theo phương ngang của bàn trượt của thiết bị, theo nguyên lý : Bàn trượt tiếp nhận lực tác dụng ngang từ phía bánh xe và dịch chuyển Giá trị lực ngang được quyết định bởi các thông số kết cấu nêu trên

1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu bánh xe dẫn hướng trên thế giới

Tính đặc thù của động lực học xe hơi là bánh xe đàn hồi Bánh xe đàn hồi

ra đời khi Michelin thành công trong việc chế tạo cao su Năm 1845 R.W.Thomson phát hiện ra bánh hơi đàn hồi nhưng bị lãng quên Năm 1888 Dunlop đăng ký bản quyền về bánh hơi đàn hồi Do đó, vào năm 1904, xe bánh lốp có thể đạt được vận tốc là 170km/h Khi chiếc xe cao tốc ra đời làm xuất hiện những mối lo âu mới trong giới chuyên môn : Sự trượt ngang của xe ( dao động ngang ) Trong thời gian này, đã có nhiều tác giả tham gia nghiên cứu vấn đề này như E.Rumpler, B.Sternberg, F.J.Kelvin, C.Eberhardt và G.Weiss Họ đã đặt vấn đề nghiên cứu mối quan hệ giữa ma sát - tải trọng với các cặp lốp - loại đường khác nhau, nhằm mục đích tối ưu đặc tính động lực học Năm 1907 Lanchester đã đưa ra khái niệm quay vòng đủ, quay vòng thiếu Cũng vào thời gian đó người ta đã đưa ra sử dụng loại lốp áp suất thấp nhằm nâng cao đặc tính êm dịu Điều đó làm ảnh hưởng xấu đến tính dẫn hướng Dao động ngang của lốp xuất hiện, làm cho sự lắc ngang tăng thêm Các chuyên gia lại tìm cách hạ thấp trọng tâm, dùng hệ treo độc lập để giảm

sự lắc ngang Tính đàn hồi ngang và dọc của hệ treo cũng làm xấu đi tính dẫn hướng Vào những năm 1930 người ta đã tiến hành các thí nghiệm động lực học , đã phát hiện ra mối quan hệ giữa lực ngang Fy và góc lệch bên α Khi ô tô quay vòng, hướng vận tốc không trùng với trục dọc xe mà quay đi một góc

- gọi là góc bơi Maurice Olley đã phát hiện ra mối liên quan giữa góc quay bánh xe và góc lệch bên cầu trước, cầu sau Ông cũng đã đưa ra khái niệm

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

quay vòng thiếu Những phát hiện đó của Lanchester/Olley vẫn giữ nguyên giá trị cho đến ngày nay Năm 1940 Riekert / Schunck đã công bố công trình

lý thuyết "động lực học xe bánh lốp", nghiên cứu về sự quay thân xe xung quanh trục z và sự trượt bên Những công trình của Stronex và Riekert / Schunck là cơ sở nghiên cứu của nhóm chuyên gia Mỹ vào năm 1956 với công trình "Nghiên cứu tính quay vòng" và ''tính ổn định và đặc tính bánh xe đàn hồi" Từ đó nhiều tác giả đã tìm cách hoàn thiện mô hình và phương pháp thí nghiệm, đó là Bergmann, Bundorf, Hales, Segel, Erwin, Fancher và Dugoff Những công trình nghiên cứu đến thời gian này đã được Mitschke tập hợp trong công trình "Động lực học ô tô" Trong những năm 1970, nghành tin học

và điện tử đã phát triển mạnh mẽ cho phép nghành động lực học ô tô mở rộng khả năng tiếp cận của mình Những thiết bị thí nghiệm, sử lý hiện đại ra đời, cho phép nhiều nhà khoa học nghiên cứu sâu về ảnh hưởng của các góc đặt bánh xe dẫn hướng đến ổn định chuyển động thẳng của ô tô, đến lực tác dụng của người lái lên vành tay lái khi quay vòng Nhiều tác giả nghiên cứu hiện tượng đàn hồi ngang của lốp ảnh hưởng đến tính điều khiển lái của ô tô khi chuyển động ở tốc độ cao Các tiêu chuẩn cho phép về sai lệch góc đặt và độ dơ moay ơ bánh xe dẫn hướng cũng như độ dơ của trụ đứng đã được ban hành

Đã có các thiết bị hiện đại xác định từ xa góc đặt bánh xe dẫn hướng, áp suất hơi trong lốp, v.v

Tuy nhiên tác giả luận văn chưa được đọc một tài liệu nghiên cứu nào liên quan đến thiết bị đo độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng và cụm bánh xe dẫn hướng

1.2.2 Tình hình nghiên cứu bánh xe dẫn hướng ở Việt nam

Những kết quả nghiên cứu về động lực học ở Việt nam đến nay còn rất hạn chế Trong các giáo trình giảng dạy ở các trường đại học chỉ đề cập sâu vào hai lĩnh vực là Động lực học phương dọc ( Phanh, tăng tốc ) và Động

lực học phương thẳng đứng ( Dao động ô tô ) Các công trình nghiên cứu

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

nước, cũng chỉ chủ yếu giải quyết hai lĩnh vực trên Còn lĩnh vực thứ 3 là

Động lực học phương ngang, có công trình của PGS-TS Nguyễn Khắc Trai

thực hiện ở Tiệp Khắc năm 1982, là tiền đề nghiên cứu của luận văn này Lĩnh vực này vẫn còn nhiều những điều bí ẩn mà chúng ta cần phải khám phá và khai thác

ở nước ta, dây chuyền thiết bị kiểm định phương tiện cơ giới đường bộ trang bị cho các Trung tâm Đăng kiểm, trong đó có thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng bắt đầu được đưa vào sử dụng từ năm 1995 Cho đến nay 100% các Trung tâm Đăng kiểm trong cả nước đã được trang

bị dây chuyền thiết bị này Ngoài ra, thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh

xe dẫn hướng còn được trang bị ở các cơ sở sản xuất, lắp ráp xe, các ga ra sửa chữa, bảo hành, các cơ sở đào tạo dạy nghề

Các nghiên cứu về điều kiện sử dụng và các ứng dụng của thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng trong điều kiện khai thác ở nước ta

đã được một số các trường đại học, các cơ quan chuyên ngành liên quan đề cập tới Đã có một số nhà khoa học, nhà nghiên cứu tiến hành các nghiên cứu về thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng của trường Đại học Bách Khoa HN, trường Đại học giao thông vận tải, Học viện kỹ thuật quân sự, Cục Đăng kiểm Việt nam và một số các nghiên cứu về kết cấu, các ảnh hưởng trong quá trình kiểm tra trượt ngang trên bệ thử, các ứng dụng tin học trong kiểm tra đánh giá kết quả kiểm tra Các công trình nghiên cứu đã góp phần quan trọng bổ sung cho lý thuyết và thực nghiệm

về hệ thống lái ô tô, kiểm tra hệ thống lái

Tuy nhiên các nghiên cứu liên quan đến kiểm tra bánh xe dẫn hướng chưa có nghiên cứu sâu, đặc biệt là việc đánh giá các thông số kết cấu của cụm bánh xe dẫn hướng thông qua các kết quả đo được khi kiểm tra trên thiết bị Nhiều người sử dụng, kể cả kỹ sư và Đăng kiểm viên bậc cao đều chưa giải thích một cách rõ ràng nội dung công việc kiểm tra, chưa chẩn

đoán được tình trạng kỹ thuật của cụm bánh xe dẫn hướng Vì vậy, về mặt

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

kỹ thuật chưa thao tác đúng, đủ quy trình kiểm tra; tạo ra những sai lệch trong kết quả , gây những khó khăn không cần thiết cho chủ phương tiện

1.3 Xác định đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là cụm bánh xe dẫn hướng của các loại ô tô bao gồm :

- Các góc đặt bánh xe dẫn hướng

- Độ dơ moay ơ, độ dơ trụ đứng

- áp suất hơi trong lốp

- Sai lệch của các thông số đó ảnh hưởng như thế nào đến giá trị độ trượt ngang được chỉ ra trên thiết bị khi thử

1.3.2 Mục đích nghiên cứu

Xác định sự sai khác của góc đặt bánh xe dẫn hướng, độ dơ moay ơ bánh xe và độ dơ trụ đứng, áp suất hơi trong lốp theo giá trị độ trượt ngang

được chỉ ra trên thiết bị khi thử

1.3.3 Nội dung nghiên cứu

Đề tài đề cập đến một số nội dung sau:

- Chương I : Nêu lên tính cấp thiết của vấn đề cần nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, xác định đối tượng; mục đích; nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Chương II : Giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết

bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng đang sử dụng trong công tác kiểm định phương tiện xe cơ giới ở Việt nam hiện nay

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

+ Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra cụm bánh xe dẫn hướng trên thiết

bị, trên đường với tác động của các yếu tố ảnh hưởng; phân tích các kết quả thí nghiệm

- Chương IV:

+ Chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của cụm bánh xe dẫn hướng trên thiết

bị kiểm tra độ trượt ngang

+ Đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao độ tin cậy và sự ổn định của kết quả kiểm tra hệ thống lái trong công tác kiểm định và trong xây dựng tiêu chuẩn

1.3.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, bao gồm nghiên cứu lý thuyết về động lực học của ô tô chuyển động thẳng trên thiết bị kiểm tra độ trượt ngang; tiến hành thí nghiệm kiểm tra, so sánh với các kết quả tính toán Trên cơ sở đó tiến hành chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của cụm bánh xe dẫn hướng

Chương II

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng

Từ năm 1995, sau khi nghành Đăng kiểm Việt nam được giao nhiệm vụ

đăng kiểm phương tiện xe cơ giới thì các thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh

xe dẫn hướng của ô tô được nhập từ nước ngoài và sử dụng rộng rãi tại các Trung tâm đăng kiểm và các cơ sở bảo dưỡng, sửa chữa ô tô Dưới đây là một

số loại thiết bị điển hình

2.1 thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng Beissbarth - Mss8300 ( CHLB Đức )

2.1.1 Cấu tạo : Được thiết kế sử dụng cùng với thiết bị kiểm tra hiệu quả

phanh MB8000, thiết bị chỉ có 1 bàn trượt bao gồm : Mặt trượt, mặt đáy, các viên bi thép và cảm biến

2.1.1.1 Mặt đáy :

Là tấm thép dày 4 mm được uốn thành hình chữ U có kích thước là 855

x 1000 x 34 (mm ) Phần trong lòng chữ U có hàn các rãnh chứa bi và dẫn hướng dịch chuyển của các viên bi ở giữa dọc tâm có 2 thanh lò xo lá ghép với nhau, được định vị tại 2 đầu Cảm biến được bắt chặt trên mặt đáy bằng 2 con vít, Giữa thanh trượt của cảm biến và thanh lò xo lá được liên kết với nhau bằng 1 thanh liên kết Riêng rãnh dẫn hướng bi ở đầu phía dưới được làm rời

và liên kết với mặt đáy bằng 2 bu lông M10 và lỗ để bắt bu lông trên thanh dẫn hướng có hình hạt đậu nên thanh này có thể di chuyển song song với

đường tâm dọc nhằm mục đích hạn chế dịch chuyển mặt trượt theo hướng ô tô chuyển động

2.1.1.2 Mặt trượt :

Là 1 tấm thép dầy 4 mm được uốn thành hình chữ U có kích thước 800

x 1000 x 20 (mm ) ở điểm giữa của 2 đầu có hàn 2 miếng sắt tạo thành 2 ngàm liên kết với mặt đáy, hạn chế mặt trượt bị lật theo phương thẳng đứng khi làm việc ở chính giữa mặt trượt thuộc phần đáy có hàn 2 cục sắt tạo thành

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

1 rãnh vừa bằng với chiều dày của 2 thanh lò xo lá ghép lại, dùng để định vị 2 thanh lò xo lá với mặt trượt

2.1.1.3 Bi thép :

Các viên bi thép tròn có đường kính 20mm, có độ cứng cao, nhẵn và

được mạ crom bề mặt Chúng được đặt trên các rãnh chứa cùng với chất bôi trơn ( dầu công nghiệp hoặc mỡ ) nhằm đỡ mặt trượt và giúp mặt trượt chuyển dịch ngang

2.1.1.4 Cảm biến : Là loại cảm biến điện trở ( con trượt ) bao gồm 1 cuộn

dây điện trở và con trượt Khi vị trí của con trượt thay đổi, giá trị điện trở của cảm biến thay đổi từ 0 - 4,7ôm

2.1.2 Nguyên lý hoạt động :

Với cấu tạo như trên ta thấy khi lắp đặt hoàn chỉnh mặt trượt chỉ di chuyển ngang trong mặt phẳng nằm ngang Khi kiểm tra xe, bánh xe dẫn hướng lăn trên mặt trượt Dưới tác dụng của lực ngang, mặt trượt bị đẩy sang phải (hoặc sang trái ) sẽ làm cho thanh lò xo lá bị uốn cong, kéo theo thanh liên kết với cảm biến làm cho thanh trượt của cảm biến bị dịch chuyển sang phải ( hoặc sang trái ) làm thay đổi giá trị điện trở của cảm biến, điện áp của

Hình vẽ 1: Sơ đồ mặt đáy thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe

Rãnh chứa và các viên bi thép

Bu lông, đai ốc điều chỉnh và hãm

Thanh lò xo lá

Cảm biến Hướng ô tô chuyển động

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

mạch điện sẽ thay đổi Sự thay đổi này được khuyếch đại và truyền lên bộ sử

lý tại tủ điều khiển và hiển thị lên đồng hồ giá trị thật của độ trượt ngang bằng kim, bằng màn hình LCD ( Thang đo là 0,5 m/km ) Khi hết lực tác động lên mặt trượt, thanh lò xo lá sẽ kéo mặt trượt trở về vị trí chính giữa và thanh trượt của cảm biến cũng sẽ trở về vị trí giữa của cảm biến, vị trí mà thiết bị xác nhận là điểm 0 trong thang đo

2.2 thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng banzai WG-150-2 và WG-500-3 ( Nhật bản )

2.2.1 Cấu tạo (hình 2)

Thiết bị là loại có 2 bàn trượt, Mỗi tấm trượt (bên phải hoặc bên trái)

được đặt trên các ổ đỡ hoặc con lăn sao cho nó có thể di chuyển sang trái hoặc phải một cách êm dịu (WG - 500B - 3 dùng 8 con lăn).Thiết bị kiểm tra được thiết kế có 4 con lăn hạn chế dịch chuyển của các tấm trượt theo phương ra phía trước và sau Nhờ vậy nó chỉ thông báo các thông số của sự trượt ngang

mà thôi Tấm trượt bên phải và bên trái liên kết với nhau bằng các khâu khớp Giá trị về độ trượt ngang được hiển thị trên đồng hồ kim hoặc màn hình số, thang đo của giá trị là 0,1m /km

Tấm trượt Tấm trượt

Tấm trượt

Tấm trượt

WG-500-3 WG-150-2

Công tắc đèn chuông

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Hình vẽ 2: Sơ đồ thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng

2.2.2 Cảm biến

Cảm biến Là loại cảm biến điện trở ( con quay ) bao gồm 1 cuộn dây

điện trở và con quay Vành ngoài của con quay có các răng ăn khớp với đoạn thanh răng ở cuối thanh dịch chuyển ngang Khi thanh răng chuyển dịch ngang kéo theo con quay xoay quanh cuộn dây, giá trị điện trở của cảm biến thay đổi

2.2.3 Hộp đồng hồ

Đối với loại thiết bị sử dụng mặt đồng hồ, giá trị độ trượt ngang được thể hiện bằng kim và các vạch số với 2 chiều tương ứng với chiều dịch chuyển vào hoặc ra của bàn trượt Trên đồng hồ có bộ phận đèn và chuông cảnh báo giá trị độ trượt của bánh xe đang kiểm tra khi vượt quá giá trị cho phép của nhà thiết kế

Hình vẽ 3: Sơ đồ mặt trước đồng hồ thiết bị kiểm tra độ trượt ngangbánh xe

2.2.4 Nguyên lý họat động

Khi bánh xe dẫn hướng lăn trên tấm trượt, dưới tác dụng của lực giữa lốp và tấm trượt, tấm trượt sẽ dịch chuyển sang bên Hướng và mức độ dịch chuyển của nó hoàn toàn phụ thuộc vào lực ngang của bánh xe dẫn hướng tác dụng lên bàn trượt Các con lăn đặt bên dưới giúp cho tấm trượt dịch chuyển

Đèn cảnh báo

Chuông cảnh báo

Đèn báo điện nguồn Công tắc điện nguồn

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

nhẹ nhàng Sự dịch chuyển của tấm trượt sẽ làm cho thanh trượt ngang bên dưới dịch chuyển theo Phần thanh răng ở cuối thanh trượt ngang ăn khớp với vành răng con quay của cảm biến, làm cho con quay xoay quanh cuộn điện trở

và làm thay đổi điện trở của mạch điện.Với điện áp vào không đổi thì điện áp

ra sẽ thay đổi theo điện trở của cảm biến Sự thay đổi này tương ứng với độ dịch chuyển của tấm trượt, được đầu đo thu nhận, truyền tới bộ vi xử lý và thể hiện trên màn hiển thị kim hoặc số

Thiết bị kiểm tra độ trượt ngang của Nhật Bản dưới đây còn có lắp thêm

đèn và chuông báo hiệu khi độ trượt ngang của xe vượt quá giới hạn cho phép

ở thiết bị này, người ta gắn thêm bên dưới tấm trượt 2 công tắc đặt tại các vị trí tương ứng với giới hạn dịch chuyển cho phép

2.2.5 Thông số kỹ thuật

Kích thước bao của thiết bị (mm)

←

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

2.3 thiết bị kiểm tra độ trượt ngang bánh xe dẫn hướng MAHA - MINCII ( CHLB đức )

2.3.1 Cấu tạo :

Thiết bị có cấu tạo gần giống với thiết bị của hãng Beissbarth, mặt đáy của thiết bị có các rãnh chứa các viên bi trụ bằng thép Thanh trượt ngang (9)

được trượt trong 2 đôi bi trụ đặt thẳng đứng ở 2 đầu Cảm biến đo độ trượt (4)

được gắn trên giá cố định với mặt đáy Đầu của thanh trượt của cảm biến

được gắn với thanh trượt ngang Thanh trượt ngang được giữ ở vị trí trung gian ( giữa ) bằng hai lò xo hình trụ (8) Trong thiết bị còn có gắn hai cảm biến nhận biết phương tiện vào ra, được đặt ở hai đầu thiết bị Mặt trượt của thiết bị gồm 1 tấm mặt phẳng bằng thép được gắn với một khung giá bên dưới bằng các bulông Khung giá được chế tạo bằng các thép ống hình vuông để chịu lực, nó được định vị với thanh trượt ở mặt đáy bằng các bulông

đổi giá trị điện trở của cảm biến, sự thay đổi này được khuyếc đại và truyền lên bộ sử lý tại tủ điều khiển và hiển thị lên đồng hồ giá trị thật của độ trượt ngang bằng kim, bằng màn hình LCD ( đơn vị là m/km ) Khi xe đến vị trí của cảm biến nhận biết thứ hai ( vị trí xe chuẩn bị ra ), chương trình sẽ xác nhận giá trị đo tại vị trí này khi bánh xe dẫn hướng ra khỏi mặt trượt, lực tác động lên mặt trượt không còn nữa, hai lò xo trụ sẽ kéo mặt trượt trở về vị trí chính

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

giữa và thanh trượt của cảm biến cũng sẽ trở về vị trí giữa của cảm biến, vị trí

mà thiết bị xác nhận là điểm 0 trong thang đo

Hình vẽ 4: Sơ đồ kết cấu thiết bị kiểm tra trượt ngang bánh xe dẫn hướng

1, 2, 3, 5, 6 - Các thanh chứa bi trượt

4 - Cảm biến đo độ trượt 7- Vỏ ngoài của thiết bị

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Chương IIi Các yếu tố ảnh hưởng đến lực ngang tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi ô tô chuyển động

thẳng

3.1 Các góc đặt bánh xe dẫn hướng

3.1.1 Góc nghiêng ngang của trụ đứng :

Khi trụ đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của mặt

đường tác dụng lên trục trước của xe sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định của bánh xe dẫn hướng, vì trên mặt đường cứng khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của xe sẽ được nâng lên

Hình 5 biểu thị sơ đồ của bánh xe dẫn hướng có trụ đứng đặt nghiêng ngang một góc β Nếu ta coi bánh xe không có góc doãng thì ta có thể phân phản lực thẳng đứng của mặt đường Zb thành hai thành phần : Zbcosβ song song với đường tâm trụ đứng và Zbsinβ vuông góc với nó

Hình 6 biểu thị bánh xe và các lực tác dụng lên nó trong mặt phẳng

đường khi bánh xe quay một góc α Giả sử bánh xe được quay đi một góc là α, khi đó lực Zbsinβ có thể chia thành hai lực thành phần : Zbsinβcosα tác dụng trong mặt phẳng đi qua đường tâm của cam quay và Zbsinβsinα tác dụng trong mặt phẳng giữa của bánh xe Từ hình 5 ta xác định được mômen ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng đứng của mặt đường lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng :

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

có ý nghĩa chủ yếu là làm cho các bánh xe dẫn hướng tự động quay về vị trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng

Hình 5 : Góc nghiêng của trụ đứng

trong mặt phẳng ngang của xe

Hình 6 : Sơ đồ phân tích phản lực của đường tạo nên mômen ổn định.

Khi bánh xe dẫn hướng quay vòng, mômen ổn định MZβ sẽ chống lại sự quay vòng, vì vậy cần phải tăng thêm lực tác dụng lên vành tay lái Mặt khác nhờ độ nghiêng ngang của trụ đứng mà mômen do phản lực tiếp tuyến của mặt

đường tác dụng lên bánh xe sẽ giảm xuống, vì cánh tay đòn của nó được giảm

đi Trị số của góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ô tô hiện nay thường dao

động trong giới hạn từ 0 đến 80

3.1.2 Góc nghiêng dọc ra phía sau của trụ đứng :

Hình 7 : Góc nghiêng ra phía sau của trụ đứng trong mặt phẳng dọc của xe

V

δ

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Ngoài góc nghiêng ngang, trụ đứng còn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển động tiến của xe ( Hình 7 ) Dưới tác động của lực ly tâm khi

xe vào đường vòng, lực gió bên hoặc thành phần bên của trọng lực khi xe chạy trên mặt đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb

Khi trụ đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc δ so với chiều tiến của xe thì phản lực bên Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc 0 một mômen ổn

định :

Myδ = Yb C Mômen này có xu hướng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian ban

đầu khi nó bị lệch khỏi vị trí này

Vì C = rbsinδ (Hình 7) nên mômen ổn định có thể viết dưới dạng :

Myδ = Yb rbsinδ Khi quay vòng, người lái phải tạo ra một lực để khắc phục mômen này, vì vậy góc δ thường không lớn Trị số của góc δ đối với ô tô hiện nay từ 0 ữ

30. Mômen ổn định Myδ không phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng

3.1.3 Góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng trong mặt phẳng đứng :

Góc nghiêng ngang có công dụng :

- Ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở mối ghép và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước

- Tạo thêm thành phần chiều trục từ trọng lực xe chống lại lực

Zbsinβcosα và giữ cho bánh xe trên trục của cam quay

- Giảm cánh tay đòn a của phản lực tiếp tuyến đối với trục trụ đứng, để làm giảm tải trọng tác dụng lên hệ thống dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Hình 8 : Góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng Khi bánh xe bị đặt nghiêng, nó có xu hướng lăn theo một cung tròn với tâm quay là giao điểm của đường tâm bánh xe và mặt đường Điều này dẫn

đến làm nảy sinh ở vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường phản lực bên hướng về phía nghiêng của bánh xe Như vậy, lực cản lăn đối với bánh xe nghiêng và độ mài mòn lốp sẽ tăng lên

3.1.4 Góc chụm của bánh xe dẫn hướng trong mặt phẳng ngang :

Hình 9 : Góc chụm của các bánh xe dẫn hướng Góc chụm γc là góc được tạo nên bởi hình chiếu lên mặt phẳng ngang của đường kính hai bánh xe dẫn hướng Độ chụm cũng được đặc trưng bằng

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

mặt phẳng ngang đi qua tâm của hai bánh xe khi chúng nằm ở vị trí trung gian Góc chụm có công dụng :

- Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác động của lực cản lăn khi xuất hiện những khe hở mối ghép và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động lái

- Làm giảm lực trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường do góc doãng của bánh xe dẫn hướng gây nên Những kết quả nghiên cứu cho biết rằng ứng suất nhỏ nhất trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ đạt được ở trường hợp nếu góc chụm bằng khoảng 0,15

- Lực đẩy đặt vào tâm trục bánh xe, hướng theo chiều chuyển động Px

- Mô men cản giữa bánh xe và trục do ma sát trong ổ bi moay ơ bánh xe gây ra Mms

- Hợp lực Z1 của các phản lực pháp tuyến từ đường tác dụng lên bánh xe

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Hình 10 : Lực tác dụng lên bánh xe bị động đàn hồi

Lấy mô men quanh tâm của bánh xe O :

d

r

1a

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Pf1 rđ = Z1 a1 + Pk rđ + Mms - Mk

d

M-Pr

M.a

d

r

1a

f1 =

3.3 Độ dơ mayơ bánh xe dẫn hướng và độ dơ trụ đứng

Khi moayơ bánh xe dẫn hướng và trụ đứng bị dơ, dưới tác dụng của trọng lượng của ô tô sẽ làm thay đổi tới góc nghiêng ngang của bánh xe Trong trường hợp ô tô chuyển động thẳng trên đường phẳng hoặc khi thử trên bệ kiểm tra, độ dơ moay ơ bánh xe và độ dơ trụ đứng sẽ được tự khử với góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng do lực bên Pg tác dụng có xu hướng

đưa bánh xe trở về vị trí thẳng đứng Nhưng khi chuyển động trên đường mấp mô, đường nghiêng, nó sẽ làm ảnh hưởng đến sự điều khiển lái và mất tính ổn

định khi chuyển hướng, quay vòng của ô tô

Hình 12 : Lực bên tác dụng khi moay ơ dơ

θ

G

Pg

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

3.4 Tính toán lực ngang tác dụng lên bánh xe dẫn

hướng

3.4.1 Các lực tác dụng khi xe chuyển động thẳng

Hình 13: Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ôtô khi chuyển động thẳng

, -phản lực tiếp,thẳng đứng, lực bên tác dụng vào bánh xe;PJx-lực quán tính dọc

; P ω -lực cản gió; G-trọng lượng toàn bộ của ôtô; Mf1,Mf2-mô men cản lăn của ôtô; Mk -mô men kéo; L-chiều dài cơ sở; a,b-khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước, cầu sau; hg-chiều cao trọng tâm của ôtô; v-vận tốc ôtô.

G

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

- Pj : Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định

Trong trường hợp xe chuyển động trên mặt đường nằm ngang, tốc độ chậm và trong nhà xưởng kiểm tra, nghĩa là : Pi = 0; Pw = 0

Pk = Pf ± Pj Lực quán tính Pj xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định ( lúc tăng tốc hoặc giảm tốc ) Lực Pj gồm 2 thành phần :

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của xe Pj'

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của xe Pj''

Trong trường hợp xe chuyển động đều ( ổn định Pj = 0 ): lực kéo lúc này bằng tổng các lực cản lăn của các bánh xe

Pk = Pf = Pf1 + Pf2

Pf1; Pf2 : Lực cản lăn của các bánh xe cầu 1 và 2

Như vậy, khi xét lực ngang tác dụng lên bánh xe dẫn hướng trong trường hợp kiểm tra tại trạm kiểm định, ta có thể bỏ qua một số yếu tố ảnh hưởng như : Lực cản dốc, lực cản không khí, lực cản quán tính Ta chỉ xét đối với lực tác dụng do tải trọng xe và lực kéo ( lực cản ) như sau :

3.4.2 Lực ngang xuất hiện dưới tác dụng của tải trọng xe

+ Xét trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục bánh xe:

Tải trọng G của cầu trước, được phân bổ lên 2 bánh xe dẫn hướng với 2 thành phần tải trọng Tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe dẫn hướng với mặt

đường xuất hiện phản lực tác dụng Z1 và Z2

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Hình 14 : Mô hình các thành phần lực tác dụng lên bánh xe

dẫn hướng do tải trọng xe gây ra

Ta xét bánh dẫn hướng bên trái : Do bánh xe nghiêng với trục thẳng

đứng một góc θ1 ( góc nghiêng ngang của bánh xe ), phản lực Z1 được phân thành 2 thành phần :

- Phản lực đi qua đường tâm của trục và nằm trong mặt phẳng dọc bánh xe

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

+ Xét trong mặt phẳng ngang chứa điểm tiếp xúc bánh xe với mặt

Px1z = Z1n Sinγ1 = 1/2 Z1.Sin2θ1.Sinγ1

- Lực ngang : Đi qua điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, vuông góc với đường tâm dọc của xe

Py1z = Z1n.Cosγ1 = 1/2 Z1.Sin2θ1.Cosγ1 ( 2 ) + Xét tương tự với bánh xe dẫn hướng bên phải : ta có

- Lực ngang : Đi qua điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, vuông góc với đường tâm dọc của xe

3.4.3 Lực ngang xuất hiện dưới tác dụng của lực kéo

3.4.3.1 Bánh xe dẫn hướng là bánh bị động

Hình 15: Mô hình lực kéo Pk và lực cản lănPf khi bánh xe dẫn hướng bị động

Pf1 Pk Pf2

V

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Xét trong mặt phẳng nằm ngang chứa các điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường :

- Lực cản dọc vuông góc với cầu của xe, hướng ngược chiều chuyển

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

Pyf1p = Pf1p Sinγ2 (3' )

Nhận xét :

- Hướng của phản lực ngang tác dụng có xu hướng đẩy 2 bánh xe ra khỏi nhau Nếu bánh xe nằm trên tấm trượt của thiết bị kiểm tra thì tấm trượt sẽ có hướng chuyển dịch vào phía trong tâm của cầu xe

- Xét bánh xe dẫn hướng bên trái trong trường hợp là bánh bị động, phản lực ngang tổng cộng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi xe chuyển động thẳng bao gồm do tác dụng của tải trọng xe và do tác dụng của lực kéo là :

Py1 = Pyf1t - Py1z

= Pf1t Sinγ1 - 1/2.Z1.Sin2θ1.Cosγ1

= Z1 ( f Sinγ1 - 1/2 Sin2θ1.Cosγ1 ) (4) Trong đó :

- Góc θ1 mang dấu (+) nếu nằm trong góc phần tư thứ nhất

- Góc γ1 mang dấu (+) nếu độ chụm là dương ( B - A > 0 )

- Phản lực ngang ( + ) nếu có hướng đẩy bàn trượt vào phía trong Như vậy, trong trường hợp này, lực ngang tổng cộng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng sẽ bị giảm

3.4.3.2 Bánh xe dẫn hướng là bánh chủ động

V

Pk

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn anh hiệp

+ Xét bánh xe dẫn hướng bên trái : Do có góc chụm của bánh xe dẫn hướng, lực cản lăn được phân thành 2 thành phần :

- Lực dọc vuông góc với cầu của xe, hướng cùng chiều chuyển động