TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tính cấp thiết của đề tài
Ô tô đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực Sự phát triển của khoa học công nghệ đã thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô, cả trên thế giới và tại Việt Nam, với yêu cầu ngày càng cao Ngành này đã cho ra đời nhiều loại ô tô hiện đại đáp ứng nhu cầu vận chuyển Hiện nay, việc nghiên cứu và đánh giá chất lượng làm việc cũng như hoàn thiện thiết kế ô tô để phù hợp với từng điều kiện sử dụng đang được chú trọng.
Hình 1.1 Xe ô tô Huyndai 3,5 tấn
Các loại xe ô tô tải cỡ nhỏ và trung bình đang trở thành lựa chọn phổ biến cho vận tải, thu hút nhiều doanh nghiệp trong nước hợp tác với nước ngoài để sản xuất và lắp ráp Việc nghiên cứu sự dao động trên ô tô, đặc biệt là ô tô tải, là rất cần thiết trong bối cảnh hiện nay Ô tô tải đóng vai trò quan trọng như phương tiện vận chuyển hàng hóa thiết yếu.
Nghiên cứu dao động của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn khi di chuyển trên đường là cơ sở quan trọng để cải thiện hệ thống treo và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu dao động của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn khi di chuyển trên đường nhằm cải thiện hệ thống treo và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý Đối tượng nghiên cứu là xe ô tô Hyundai 3,5 tấn được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, phục vụ cho việc vận chuyển trên các tuyến đường.
Hình 1 2 Xe ô tô tải Huyndai 3,5 tấn
Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng của ô tô Hyundai 3,5 tấn khi di chuyển trên đường lâm nghiệp với đặc trưng mấp mô mặt đường đã xác định Kết quả nghiên cứu sẽ đề xuất một số giải pháp cải tiến kết cấu hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô Hyundai 3,5 tấn trên đường lâm nghiệp.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn
Mô hình không gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp tại Việt Nam được xây dựng để vận chuyển rừng trồng trên đường lâm nghiệp, với việc xem xét xoắn khung xe và cản dao động của bánh lốp Nghiên cứu thực nghiệm đã xác định các thông số đầu vào cho bài toán dao động, bao gồm dao động thẳng đứng, dao động góc và góc xoắn khung xe khi chở gỗ Kết quả nghiên cứu chứng minh tính chính xác của mô hình lý thuyết và đánh giá ảnh hưởng của kết cấu cũng như điều kiện đường sá đến dao động và lực động tác dụng lên mặt đường Nghiên cứu này cung cấp căn cứ cho việc nghiên cứu độ bền xoắn khung xe, cải thiện kết cấu để nâng cao độ bền và êm dịu chuyển động, đồng thời giảm tải trọng động tác lên mặt đường và hỗ trợ trong việc chọn chế độ sử dụng.
Nội dung nghiên cứu
Mô hình dao động trong mặt phẳng đứng dọc của ô tô Hyundai 3,5 tấn được xây dựng khi vận chuyển trên đường lâm nghiệp Phương pháp cơ học ứng dụng sẽ được sử dụng để phát triển mô hình này, đồng thời tham khảo các hệ thống hình đã có và thừa nhận một số giả thiết cho tính toán.
Dựa trên kết cấu hệ thống treo của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn, cần xác định các phần tử đàn hồi và lựa chọn hệ trục tọa độ phù hợp Mục tiêu là xây dựng mô hình dao động tương đương cho xe ô tô này.
Xây dựng hệ phương trình vi phân dao động của ô tô Hyundai 3,5 tấn khi vận chuyển trên đường lâm nghiệp
Giải và mô phỏng dao động của ô tô Hyundai 3,5 tấn khi vận chuyển trên đường lâm nghiệp trong 2 trường hợp không có và có giảm xóc ở cầu sau
Để cải thiện hệ thống treo của xe ô tô tải Hyundai 3,5 tấn khi vận chuyển trên đường lâm nghiệp, cần chọn chế độ sử dụng phù hợp và lắp thêm giảm xóc thủy lực cho cầu sau của xe.
Nghiên cứu thực nghiệm nhằm minh họa cho lý thuyết về dao động trong mặt phẳng thẳng đứng của ô tô khi vận chuyển rừng trồng trên đường lâm nghiệp, đồng thời xác định một số thông số đầu vào cần thiết cho việc giải mô hình lý thuyết.
- Đo gia tốc dao động thẳng đứng
- Đo một số thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
Lý thuyết về dao động
Ô tô là một hệ dao động cơ học phức tạp, bao gồm nhiều khối lượng liên kết chặt chẽ với bề mặt đường Trong lý thuyết ô tô, khối lượng thường được giả định là tập trung, chia thành hai phần: treo và không treo Dao động của phần được treo là phức tạp và có thể xem như tập hợp của nhiều dao động đơn giản Phần này có khả năng di chuyển tịnh tiến theo các trục OX, OY, OZ và có ba dịch chuyển góc xung quanh các trục này Trong đó, dịch chuyển tịnh tiến theo trục OZ và dịch chuyển góc quanh trục OY (lắc dọc) và OX (lắc ngang) ảnh hưởng lớn nhất đến độ êm dịu và an toàn trong chuyển động của ô tô.
Hình 2 1 Khối lượng được treo và không được treo
Các giá trị tần số, dịch chuyển, vận tốc dịch chuyển và gia tốc dịch chuyển của các khối lượng khác nhau trên ô tô phụ thuộc vào đặc trưng khối lượng, tính năng của các phần tử hệ thống treo, chế độ vận tốc di chuyển của ô tô và đặc điểm bề mặt đường.
Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, giao thông và cơ thể con người
Dao động ảnh hưởng xấu đến con người, hàng hóa, độ bền và khả năng làm việc của các cụm chi tiết, cơ cấu chấp hành trên xe
2.2.1 Ảnh hưởng lên cơ thể con người
Khi ô tô di chuyển, các dao động tác động lên người ngồi trong xe, khiến cơ thể trải qua dao động riêng tắt dần và dao động cưỡng bức Lực kích thích có thể tác động vào phần mông hoặc chân, trong khi người lái còn bị ảnh hưởng từ vô lăng vào tay Những dao động phức tạp này gây ra sự biến đổi tâm sinh lý, dẫn đến mệt mỏi, giảm năng suất làm việc và ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe.
Ảnh hưởng của dao động ô tô đến cơ thể con người phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thời gian và hướng tác động, đặc tính của hàm kích dao động (như ngẫu nhiên, liên tục, gián đoạn có chu kỳ hoặc không có chu kỳ), cùng với các đại lượng đặc trưng cho dao động như tần số, biên độ, vận tốc và gia tốc.
2.2.2 Ảnh hưởng của dao động ô tô đến độ bền xe, giao thông và độ an toàn - kinh tế chuyển động
Khi ô tô dao động, các tải trọng động tác dụng lên khung vỏ và các hệ thống của xe, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của ô tô cũng như bề mặt đường Thống kê cho thấy, ô tô vận tải chạy trên đường xấu có tốc độ trung bình giảm 40% - 50%, quãng đường giữa hai kỳ sửa chữa lớn giảm 35% - 40%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng 50% - 70%, năng suất vận chuyển giảm 35% - 40%, và giá thành vận chuyển tăng 50% - 60% Dao động cũng ảnh hưởng rõ rệt đến độ bền của chi tiết ô tô, với gia tốc dao động gây ra tải trọng quán tính và có thể dẫn đến hiện tượng cộng hưởng, gây hư hỏng cho các chi tiết và khung vỏ xe.
Hình 2 3 Ảnh hưởng của dao động ô tô đến độ bền xe ô tô
Dao động của ô tô làm thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Khi giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với tải trọng tĩnh, khả năng tiếp nhận các lực dọc như lực kéo và lực phanh, cũng như lực ngang sẽ bị giảm Ngược lại, khi giá trị phản lực tăng, tải trọng động tác dụng lên mặt đường sẽ tăng lên.
Trong quá trình chuyển động, hiện tượng tách bánh có thể xảy ra, làm giảm độ an toàn do mất khả năng bám của bánh xe với mặt đường Khi bánh xe chủ động tách khỏi mặt đường, công của động cơ trở thành công vô ích, dẫn đến việc bánh xe quay mà không đẩy ô tô tiến lên, gây mòn lốp và va đập trong hệ thống truyền lực Nếu hiện tượng này xảy ra liên tục, sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu và ảnh hưởng đến tính kinh tế Hơn nữa, các lực tác động xuống mặt đường cũng có thể phá hỏng bề mặt đường.
Dao động của hệ thống treo chủ yếu phụ thuộc vào các thông số thống kê Do đó, trong quá trình thiết kế và chế tạo, cần lựa chọn các thông số hợp lý để đảm bảo độ êm dịu, độ bền và độ cứng vững, đồng thời tuân thủ các điều kiện làm việc nhất định của hệ thống treo.
PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG TRÊN XE TẢI VÀ HỆ THỐNG TREO
Phân tích dao động
3.1.1 Các nguồn gây dao động
Dao động thông thường trên xe thường xuất phát từ các bộ phận như động cơ, hộp số, cầu xe, mặt đường và lốp Những dao động này có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm lỗi trong quá trình lắp ráp máy hoặc thân xe, như các mối hàn không đủ cứng vững, bu lông siết không đủ lực, hoặc lắp ráp thiếu đệm su và giảm chấn Nguồn kích thích dao động trong một cơ hệ có thể được phân loại thành hai dạng: kích thích động học và kích thích lực học.
Có nhiều nguồn gây ra dao động trên ô tô:
Độ lệch tâm và hình dạng không đồng đều của bánh xe, cùng với độ không cân bằng của các bánh xe và các chi tiết quay của động cơ, hệ thống truyền lực, có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và an toàn của phương tiện.
- Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình chuyển động của ô tô khi phanh, quay vòng
- Các mấp mô bề mặt đường
Mấp mô biên dạng đường hiện nay vẫn được xem là nguyên nhân chính gây ra dao động ô tô Các mấp mô này tạo ra kích động động học từ mặt đường và có thể được mô tả bằng nhiều phương pháp khác nhau.
- Mô tả bằng các hàm xác định thường là các mấp mô dạng xung hoặc mấp mô có dạng hàm điều hòa
- Mấp mô biên dạng đường mô tả bằng hàm ngẫu nhiên của chiều cao nhấp nhô theo chiều dài đường
3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến dao động ô tô
Dao động ô tô phụ thuộc vào nhiều yếu tố thể tổng hợp thành 3 nhóm:
- Nhóm 1 là các thông số sử dụng nhiều vận tốc chuyển động của ô tô, điều kiện chất tải
Nhóm 2 bao gồm các thông số mô tả sự nhấp nhô của bề mặt đường với biên độ và chiều dài sóng khác nhau, đặc biệt là đối với đường có biên dạng điều hòa Ngoài ra, nhóm này còn đề cập đến các hệ số nội suy cho đường có biên dạng bất kỳ, được mô tả bằng các hàm xấp xỉ, cùng với các đặc trưng thống kê của hàm ngẫu nhiên mô tả sự nhấp nhô của bề mặt đường.
Nhóm 3 bao gồm các thông số kết cấu của xe, như đặc tính của hệ thống treo với độ cứng và hệ số cản giảm chấn, độ cứng của lốp, độ cứng vững của khung vỏ xe, và bố trí chung của xe.
3.1.3 Phân tích nguyên nhân gây ra dao động trên xe tải
Trong quá trình vận hành, xe có thể gặp phải dao động do nhiều nguồn khác nhau Những nguồn này không chỉ tác động lên xe và người lái mà còn ảnh hưởng đến mặt đường thông qua các bộ phận của xe.
Khi hiện tượng dao động phát sinh không nhất thiết là có hư hỏng xảy ra Các loại dao động được trình bày trong các mục dưới đây:
3.1.3.1 Độ lệch tâm và độ không cân bằng của các bánh xe
Có nhiều nguyên nhân, cả khách quan lẫn chủ quan, dẫn đến việc góc đặt bánh xe bị sai lệch so với tiêu chuẩn của nhà sản xuất Sau một thời gian sử dụng, các liên kết trong hệ thống treo và lái xe có thể bị mài mòn hoặc rơ, đặc biệt khi xe thường xuyên di chuyển trên địa hình xấu như đường đồi núi hay sỏi đá Ngoài ra, việc lái xe lên vỉa hè theo góc chéo, va chạm hay chở quá tải cũng có thể gây ra tình trạng này.
- Ảnh hưởng đến cảm giác khi lái xe cũng như hệ thống treo
- Tạo sự không thoải mái, mệt mỏi cho tài xế và người trong xe trên chặng đường dài
- Gây tiếng ồn khi xe chạy
- Làm hư hỏng lốp xe và tốn kém khoản tiền bảo dưỡng xe
3.1.3.2 Dao động mômen do áp suất cháy
Các dao động do lực quán tính từ cơ cấu đối trọng trục khuỷu và sự không cân bằng trong vật thể quay có thể được điều chỉnh bằng cách bố trí xi lanh và hình dạng hợp lý của trục khuỷu Tuy nhiên, dao động do quán tính không cân bằng vẫn có thể tồn tại Để khắc phục hiện tượng này, một số động cơ được trang bị trục cân bằng Lực dao động do sự không cân bằng trong bộ phận quay chủ yếu gây ra rung động của động cơ, bất kể số xi lanh Sự không cân bằng này có thể được giảm thiểu bằng các đối trọng, nhưng lực do sự không cân bằng tạo ra tăng theo tỷ lệ bình phương của số vòng quay, dẫn đến rung động được khuếch đại mạnh khi tăng số vòng quay.
3.1.3.3 Dao động do các chi tiết quay của động cơ
3.1.3.3.1 Dao động do mất cân bằng động
Mất cân bằng động xảy ra do sự phân bố khối lượng không đồng đều trên bộ phận quay, dẫn đến rung động mạnh Hệ quả của hiện tượng này là gây ra các hư hỏng cơ khí nghiêm trọng, bao gồm lệch tâm trục và hư hỏng vòng bi.
3.1.3.3.2 Dao động do hư hỏng vòng bi, thiếu bôi trơn
Nguyên nhân gây ra sự cố bao gồm việc không vệ sinh sạch sẽ, thiếu bôi trơn, lắp đặt và tải trọng không đúng cách, trục hoặc gối đỡ không nhẵn, rung động, mòn hỏng tự nhiên, và sự hiện diện của tạp chất trong vòng bi.
3.1.3.3.3 Dao động do lỏng kết cấu
Nguyên nhân gây rung động ở các chi tiết máy là do lắp đặt không đúng quy cách hoặc bị rơ sau thời gian sử dụng, dẫn đến va đập giữa các bộ phận, đặc biệt là ở chân bu lông Hiện tượng này không chỉ gây ra rung động mà còn có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng nếu không được khắc phục kịp thời.
3.1.3.3.4 Dao động do cộng hưởng kết cấu
Khi tần số rung của máy trùng với tần số rung của nền máy hoặc kết cấu đỡ máy, hiện tượng cộng hưởng kết cấu sẽ xảy ra, tạo ra rung động lớn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng hoạt động của máy móc Đây là một nguyên nhân phổ biến nhưng thường bị bỏ qua Hệ quả của hiện tượng này là tăng độ rung tổng thể, dẫn đến các hư hỏng thứ cấp khác như vòng bi, bánh răng và lệch tâm trục.
3.1.3.4 Dao động do mấp mô bồ mặt đường
Nguyên nhân gây ra sự khó chịu khi di chuyển trên xe là do mặt đường xấu, gồ ghề với ổ gà và không bằng phẳng Hệ quả của tình trạng này là sự rung lắc mạnh, ảnh hưởng đến sự thoải mái của hành khách và có thể làm giảm độ bền của các chi tiết cũng như kết cấu của xe.
3.1.4 Chỉ tiêu đánh giá về dao động của xe
Ảnh hưởng tiêu cực của dao động đến người và xe đã tạo ra nhu cầu cần thiết phải thiết lập các chỉ tiêu đánh giá độ dao động của xe Trước đây, việc đánh giá tác động của dao động ô tô chủ yếu dựa vào hai chỉ tiêu: độ êm dịu và tải trọng động, phản ánh ảnh hưởng đến tuổi thọ của các chi tiết.
Ngày nay, dao động của ôtô được đánh giá các tiêu chí chính:
- Chỉ tiêu về độ êm dịu
- Chỉ tiêu đối với con người
- Chỉ tiêu đối với hàng hoá
- Chỉ tiêu về tải trọng động
- Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường
- Chỉ tiêu về độ bền chi tiết
- Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
- Chỉ tiêu về an toàn động lực
- Chỉ tiêu về không gian bố trí treo
3.1.5 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: Độ êm dịu chuyển động là ảnh hưởng của dao động ôtô đến con người và hàng hoá khi xe chuyển động trên đường Việc đánh giá độ êm dịu chuyển động là rất khó khăn do phụ thuộc nhiều vào sự cảm nhận chủ quan và sức chịu đựng dao động của con người Độ êm dịu chuyển động của ôtô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động ảnh hưởng xấu của dao động tới con người, hàng hoá, đến các kết cấu của ôtô
Hệ thống treo
Hiện nay, ô tô sử dụng nhiều loại hệ thống treo khác nhau, với cấu trúc thay đổi tùy theo từng xe và nhà sản xuất Hai dạng chính của hệ thống treo là hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập Trong nghiên cứu về hệ thống dao động xe tải, hệ thống treo phụ thuộc là lựa chọn phù hợp để phân tích.
3.2.1 Tổng quan về hệ thống treo của ô tô
Các bộ phận của hệ thống treo trên ôtô
Hệ thống treo có vai trò quan trọng trong việc cho phép bánh xe di chuyển tương đối theo phương thẳng đứng so với khung xe, đảm bảo sự êm dịu trong quá trình dao động Nó giúp hạn chế các chuyển động không mong muốn như lắc ngang, lắc dọc và kiểm soát lực truyền giữa bánh xe và khung xe, bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên.
Để đảm bảo xe di chuyển êm ái và có khả năng dập tắt nhanh các dao động lớn, cần có độ cứng phù hợp cho hệ thống treo Tính năng của hệ thống treo trên mỗi loại xe là sự dung hòa giữa độ an toàn và độ êm dịu Cấu tạo chung của hệ thống treo thường gặp trên ôtô và máy kéo bao gồm nhiều bộ phận khác nhau.
Trong hệ thống treo, bộ phận đàn hồi thường dùng lò xo xoắn, bó nhíp, túi khí nén, đệm cao su
Lò xo có ưu điểm nổi bật với kết cấu gọn gàng, đặc biệt khi được lồng vào giảm chấn So với nhíp, lò xo trụ có cùng độ cứng và độ bền nhưng khối lượng nhẹ hơn và tuổi thọ cao hơn Kết cấu nhỏ gọn giúp tiết kiệm không gian và hạ thấp trọng tâm xe, từ đó nâng cao tốc độ.
Khi làm việc giữa các vòng lò xo không có nội ma sát như nhíp, nhược điểm là cần phải bố trí thêm giảm chấn để nhanh chóng dập tắt dao động.
Lò xo dùng cho các loại xe ôtô du lịch, xe tải nhỏ, xe khách có các loại lò xo như lò xo trụ, lò xo côn
Hình 3 1 Lò xo trụ dùng trong hệ thống treo
Loại nhíp treo có ưu điểm là không cần thanh ổn định, đơn giản, rẻ tiền và dễ bảo trì, nhưng nhược điểm là khối lượng lớn và chiều cao trọng tâm cao, ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe di chuyển Khi một bánh bị nâng lên, vết bánh sẽ thay đổi, gây ra lực ngang và làm giảm tính bám đường, dễ dẫn đến trượt ngang Trong khi đó, loại bó nhíp và đệm cao su được sử dụng phổ biến trên ôtô và máy kéo.
Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén
Hệ thống treo loại khí (hình 3.4) được sử dụng tốt ở các ôtô
Hình 3 4 Bộ phận đàn hồi loại khí được dùng trên các xe ôtô hiện đại
Ô tô chở khách, ô tô vận tải và đoàn xe có trọng lượng phần lớn thay đổi đáng kể Những loại xe này có khả năng tự động điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo thông qua việc thay đổi áp suất không khí trong phần tử đàn hồi Việc giảm độ cứng của hệ thống treo giúp cải thiện độ êm dịu trong chuyển động.
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:
Giảm thiểu va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên bề mặt không bằng phẳng là cần thiết để bảo vệ bộ phận đàn hồi và nâng cao sự tiện nghi cho người sử dụng Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức tối thiểu giúp cải thiện sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, từ đó nâng cao tính năng lái, tăng tốc và đảm bảo an toàn trong chuyển động.
Nâng cao khả năng tăng tốc và an toàn của xe là rất quan trọng Để giảm thiểu dao động khi xe di chuyển, hệ thống giảm chấn sẽ chuyển đổi cơ năng thành nhiệt năng thông qua ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu Hiện nay, ôtô chủ yếu sử dụng giảm chấn ống thủy lực hai chiều với cấu trúc hai lớp.
Hình 3 5 Cấu tạo bộ phận giảm chấn thường dùng trên ôtô, máy kéo
Ống nhún giảm chấn thuỷ - khí được sử dụng trên một số xe ôtô hiện đại, nhưng do giá thành cao và vận hành phức tạp, cùng với hệ thống nén khí cao áp đắt đỏ, nên không phổ biến Hệ thống này bao gồm lò xo đàn hồi có giảm chấn kết hợp với lò xo khí thủy lực, trong đó Piston của phần đàn hồi cũng là trục của bộ giảm chấn Lò xo khí được bao bọc trong một khối cầu với màng cao su đặc biệt, và phần tích trữ khí được kết nối với không gian mặt trên của Piston qua một đường ống thủy lực.
Hình 3 6 Cấu tạo bộ phận giảm chấn thủy - khí dùng trên ô tô hiện đại
* Bộ phận ổn định và dẫn hướng
Hình 3 7 Thanh ổn định và các đòn dẫn hướng trong cơ cấu treo
Thanh ổn định giúp cân bằng tải trọng giữa các bánh xe khi có sự chênh lệch phản lực thẳng đứng, từ đó giảm tải cho bên cầu chịu tải nhiều hơn Cấu tạo của thanh ổn định có hình dạng chữ U, với một đầu nối vào phần không treo và đầu còn lại gắn với thân vỏ xe, sử dụng ổ đỡ bằng cao su Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền tải các lực dọc, lực ngang và mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe.
3.2.2 Một số kiểu bố trí hệ thống treo trong ôtô, máy kéo
Hiện nay, ôtô sử dụng nhiều loại hệ thống treo khác nhau, với cấu trúc thay đổi tùy theo từng mẫu xe và nhà sản xuất Tuy nhiên, có thể phân loại chúng thành hai dạng chính: hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập.
3.2.3.1.Hệ thống treo phụ thuộc
Hệ thống treo phụ thuộc không thể đảm bảo chính xác động học của bánh xe dẫn hướng do hai bánh xe trái và phải được kết nối bằng một dầm cứng Khi một bánh xe di chuyển trong mặt phẳng ngang, bánh xe còn lại cũng sẽ di chuyển theo.
Hệ thống treo phụ thuộc thường được áp dụng cho cầu sau của ôtô du lịch và tất cả các cầu của ôtô tải, ôtô khách lớn Ưu điểm của hệ thống này là khả năng chịu tải tốt và ổn định khi di chuyển.
- Trong quá trình chuyển động, vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra mòn lốp nhanh như ở hệ thống treo độc lập
- Khi ôtô quay vòng chỉ có thùng xe nghiêng còn cầu xe vẫn thăng bằng, do đó lốp ít mòn
- Khi chịu lực bên (lực ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xe liên kết cứng, vì vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe
- Kết cấu đơn giản, rẻ tiền, nhíp vừa làm nhiệm vụ đàn hồi vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng
- Số khớp quay ít và không cần phải bôi trơn khớp quay
- Dễ chế tạo, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành rẻ
Khi nâng một bên bánh xe lên, vết bánh xe sẽ thay đổi, dẫn đến sự phát sinh lực ngang Điều này làm giảm tính chất bám đường của ôtô, khiến ôtô dễ bị trượt ngang.
- Hệ thống treo ở các bánh xe, nhất là các bánh xe chủ động có trọng lượng phần không được treo lớn
- Sự nối cứng bánh xe hai bên nhờ dầm liền làm phát sinh những dao động nguy hiểm ở bánh xe trong giới hạn vận tốc chuyển động
NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE Ô TÔ TẢI HYUNDAI 3,5 TẤN
Xe ô tô Hyundai 3,5 tấn
Đối tượng nghiên cứu là xe tải Hyundai 3,5 tấn sản xuất tại Việt Nam, chuyên chở gỗ rừng trồng dài 4 m trên đường lâm nghiệp Đường lâm nghiệp thường là đường cấp thấp, có nhiều mấp mô và ổ gà Mấp mô có thể được mô phỏng gần đúng bằng hình sin đơn vị, trong khi mặt đường có thể được coi là hàm điều hòa hình sin Ngoài ra, cũng tồn tại những đoạn đường có chất lượng mặt đường tốt hơn, với mấp mô được xem như ngẫu nhiên và coi là dừng.
Xe tải chở gỗ di chuyển trên đường lâm nghiệp có chất lượng mặt đường kém, thường gặp mấp mô và ổ gà, dẫn đến dao động lớn cho xe Biên độ dịch chuyển của trục bánh xe và thân xe cao hơn so với khi di chuyển trên đường tốt Khung xe có thể tì vào các mấu tì cao su, gây hiện tượng tách bánh, làm cho các chi tiết đàn hồi như bánh xe và nhíp hoạt động trong giai đoạn phi tuyến Sự khác biệt trong dịch chuyển của các bánh xe bên trái và bên phải còn làm cho thân xe nghiêng và khung xe bị xoắn Do đó, nghiên cứu dao động của xe tải chở gỗ trên đường lâm nghiệp, xác định các dao động thẳng đứng và góc, cũng như góc xoắn khung là cần thiết để đánh giá êm dịu chuyển động, kiểm tra độ bền khung xe, hoàn thiện kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp lý.
Hình 4 1 Xe tải Hyundai 3,5 tấn Để khảo sát dao động của ô tô, nghiên cứu sinh thực hiện theo hai hướng:
Hướng thứ nhất là xây dựng mô hình dao động của ô tô với giả định khung xe cứng tuyệt đối Trong mô hình này, dao động của hai cầu phụ thuộc lẫn nhau, bao gồm cả dao động góc dọc và ngang Từ kết quả khảo sát góc nghiêng ngang của phần được treo, có thể tính toán được góc xoắn của khung xe.
Hướng thứ hai trong nghiên cứu là xây dựng mô hình dao động của ô tô, trong đó xem xét sự xoắn của khung xe và bỏ qua dao động góc dọc Mô hình này giả định rằng dao động của các cầu xe là độc lập với nhau, với công thức liên quan là $\rho^2 = l_1 l_2$, trong đó $\rho$ là bán kính quán tính, còn $l_1$ và $l_2$ là khoảng cách theo phương nằm ngang từ trọng tâm đến cầu trước và cầu sau.
Xe ôtô Hyundai 3,5 tấn có đặc tính kỹ thuật và thông số cơ bản như sau:
Các thông số kỹ thuật chính của xe:
Bảng 4.1 Các thông số cơ bản của xe Huyndai 3.5 tấn
TT Thông số kỹ thuật chính
1 Loại động cơ Model: D4AE
2 Monen xoăn cực đại (Kgm/rpm) 30/2000
4 Áp suất không khí lốp xe 3,5-4,0 KG/cm 2
5 Tốc độ tối đa (Km/h) 85
6 Hệ thống truyền động Cầu sau chủ động
7 Kích thước chiều dài tổng thể (mm) 6483
8 Kích thước chiều rộng tổng thể (mm) 2180
9 Kích thước chiều cao tổng thể (mm) 2245
10 Kích thước chiều dài lòng thùng (mm) 3100
11 Kích thước chiều rộng lòng thùng (mm) 1900
12 Kích thước chiều cao lòng thùng (mm) 600
Biên dạng mặt đường
Đường vận chuyển lâm nghiệp thường là đường đất tự nhiên hoặc đường dải đá, được thiết kế để cho phép các loại máy kéo bánh hơi và xe ôtô cỡ nhỏ, trung bình di chuyển Những con đường này được san ủi, loại bỏ chướng ngại vật và có độ dốc phù hợp để đảm bảo an toàn trong quá trình vận chuyển.
Trong nghiên cứu, người ta chia mặt đường ra hai dạng chính sau:
- Dạng mặt đường xác định Bao hàm những chướng ngại vật đơn chiếc phân bố xa nhau và dạng mặt đường biến đổi tuần hoàn
Mặt đường biến đổi ngẫu nhiên ảnh hưởng lớn đến dao động của xe, đặc biệt là xe chữa cháy rừng đa năng Độ mấp mô của mặt đường là yếu tố quan trọng cần xem xét khi nghiên cứu dao động của xe Việc khảo sát dạng mặt đường mà xe hoạt động là cần thiết để thu thập dữ liệu chính xác Chúng tôi sẽ sử dụng kết quả nghiên cứu trước đó về mặt đường xác định để làm cơ sở cho việc phân tích mấp mô mặt đường trong quá trình nghiên cứu.
Khi thiết kế và xây dựng đường lâm nghiệp, mặt đường và nền đường chính, phụ cần được san ủi phẳng Mặt đường sẽ chỉ còn lại gợn sóng dọc theo mặt đất, với trắc diện dọc của mấp mô dạng mặt đường được xác định bằng các hàm tuần hoàn Cụ thể, dạng hàm điều hòa được mô tả bằng công thức: \$h = h_0 \sin 2\pi\$.
𝑆 0 t Khi t ≥ 0 Dạng gợn sóng biến đổi tuần hoàn: h = ℎ 0
𝑆 0 ) Khi t ≥ 0 Dạng gợn sóng biến đổi chuỗi hàm điều hòa: h = 𝑦 0
- S là chiều dài mặt đường, S0 là bước sóng mặt đường
- h là hàm số mấp mô mặt đường, h0 là độ cao mấp mô
- hci là hằng số tùy thuộc vào trắc diện mấp mô
Khảo sát các mặt đường xác định cho thấy chúng có dạng hàm điều hòa và có thể được phân loại Một số mặt đường lâm nghiệp có những đặc trưng riêng biệt.
- Dạng có biên độ h0 = 10 cm, bước sóng S0 = 1,6 m
- Dạng có biên độ h0 = 8 cm, bước sóng S0 = 1,4 m
- Dạng có biên độ h0 = 6 cm, bước sóng S0 = 1,2 m
Dạng dao động có biên độ h0 = 4 cm và bước sóng S0 = 1,0 m sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu dao động của xe ôtô HYUNDAI 3,5 Tấn khi vận chuyển trên đường lâm nghiệp.
Xây dựng mô hình dao động của xe Hyundai 3,5 tấn
Xe vận tải chở gỗ di chuyển trên đường lâm nghiệp gặp phải mặt đường không bằng phẳng, dẫn đến dao động phức tạp do sự kích động động học của mấp mô Để khảo sát các dao động này, chúng ta nghiên cứu mô hình dao động quanh vị trí cân bằng tĩnh khi xe di chuyển trên các đoạn đường thẳng với vận tốc không đổi.
Xe tải chở gỗ là một hệ cơ học phức tạp với các liên kết đàn hồi, bao gồm sự biến dạng của bánh lốp, nhíp và các khớp Để mô hình hóa và tính toán dao động của xe, nghiên cứu sinh đã đưa ra một số giả thiết cần thiết.
Trên xe chở gỗ, khối gỗ được xem như một khối đặc do được bó chặt, với trọng tâm nằm ở giữa nhờ vào sự chênh lệch đường kính giữa hai đầu các khúc gỗ không lớn.
- Khối gỗ đặt trên sàn xe, sàn xe có biến dạng cùng với khung xe;
- Các bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường, liên kết bánh xe với đường là giữ, dừng và hình học;
- Bỏ qua ảnh hưởng của sự trượt của các bánh xe với mặt đường;
- Mặt đường có biến dạng rất nhỏ, coi như cứng tuyệt đối;
- Các phần tử đàn hồi làm việc trong giai đoạn tuyến tính;
- Bỏ qua ảnh hưởng của lực cản không khí và ma sát ở các ổ trục của các bánh xe;
- Dao động của xe được xét là các dịch chuyển quanh vị trí cân bằng tĩnh;
- Kết cấu của xe và tải trọng phân bố đối xứng qua mặt phẳng thẳng đứng dọc;
- Độ cứng của nhíp và lốp, hệ số cản giảm chấn của giảm sóc và lốp ở bên phải và bên trái mỗi cầu bằng nhau;
Các lốp kép được chuyển đổi thành lốp đơn với độ cứng và hệ số cản gấp đôi Khoảng cách giữa hai vết tiếp xúc là giá trị trung bình của vết tiếp xúc của hai cặp lốp đơn.
- Coi chuyển động theo phương dọc của cầu tương đương với chuyển động theo phương dọc của khối lượng được treo tương ứng;
- Các cầu xe không quay quanh trục ngang y.
Xây dựng mô hình dao động tổng quát của xe ôtô Hyundai 3,5 tấn
Với các giả thiết trên chúng tôi xây dựng được mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe Hyundai 3,5 tấn như sau (Hình 4.1)
Mặc dù ô tô không có bộ giảm xóc ở cầu sau, nhưng để khảo sát dao động của xe trong trường hợp tổng quát, cần đưa bộ giảm xóc vào mô hình với hệ số cản k2, trong đó đối với xe hiện có, k2 = 0.
Hình 4 2 Mô hình tính toán dao động tổng quát của xe Huyndai 3,5 tấn
Trong mô hình hệ trục tọa độ được chọn là hệ OXYZ:
Trục OX là trục song song với chiều chuyển động của xe;
Trục OY là trục nằm ngang vuông góc với trục OX và song song với mặt đường, trong khi trục OZ là trục thẳng đứng vuông góc với cả trục OX và OY Các thông số y1 và y2 đại diện cho mấp mô mặt đường tại bánh xe trước và bánh xe phía sau, tính bằng mét Độ cứng quy đổi của nhíp trước và nhíp sau ôtô được ký hiệu là c1 và c2, với đơn vị là N/m Tương tự, cL1 và cL2 là độ cứng quy đổi của lốp bánh xe trước và bánh xe phía sau, cũng tính bằng N/m Hệ số cản giảm chấn quy đổi của giảm xóc trước và sau ôtô được ký hiệu là k1 và k2, với đơn vị là Ns/m Cuối cùng, kL1 và kL2 là hệ số cản giảm chấn quy đổi của lốp trước và lốp sau ôtô, cũng tính bằng Ns/m.
∆ 1 , ∆ 2 : Biến dạng của nhíp trước, nhíp sau, mm;
∆ 𝐿1 , ∆ 𝐿2 : Biến dạng của lốp trước, lốp sau, mm;
Z: Chuyển dịch theo phương thẳng đứng của trọng tâm ôtô;
Z1, Z2 là chuyển dịch theo phương thẳng đứng của trọng tâm cầu trước và cầu sau của ôtô, tính bằng mét (m) Biến φ đại diện cho chuyển vị góc của thân xe trong mặt phẳng thẳng đứng dọc tại vị trí trọng tâm xe, đo bằng radian (rad) Khối lượng được treo của xe tại trọng tâm là m, tính bằng kilogam (kg), trong khi m1 và m2 là khối lượng của cầu trước và cầu sau của xe, cũng được tính bằng kilogam (kg).
Mô men quán tính phần treo của ôtô đối với trục nằm ngang OY vuông góc với phương chuyển động đi qua trọng tâm xe được ký hiệu là Jy, với đơn vị kg.m² Chiều dài cơ sở của ôtô được ký hiệu là l (m), khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm cầu trước đến trọng tâm của ôtô là a (m), và khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm cầu sau đến trọng tâm của ôtô là b (m).
Lập hệ phương trình vi phân dao động của ôtô tải Hyundai 3,5 tấn
Hệ phương trình vi phân dao động của Hyundai 3,5 tấn có thể được thành lập bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm nguyên lý Dalambe và phương trình Lagranger loại II Để thuận tiện cho việc giải quyết các bài toán dao động, tôi đã chọn sử dụng phương trình Lagranger loại II cho mô hình nghiên cứu Sau khi thừa nhận các giả thiết đã nêu, tôi tiến hành lập phương trình vi phân mô phỏng dao động của ô tô bằng phương trình Lagranger loại II.
Phương trình Lagranger loại II viết dưới dạng tổng quát:
Để áp dụng phương trình 𝜕𝑞 𝑖 ̇ = 𝑄𝑖 (với i = 1,2,3,4), trước tiên cần xác định các biểu thức cho động năng (T), thế năng (П) và hàm hao tán (Ф) của hệ Các toạ độ suy rộng được ký hiệu là q1 (i = 1, 2, 3, 4) và lực suy rộng tương ứng với toạ độ thứ i được ký hiệu là q2.
+ Hàm động năng của hệ:
2J y φ̇ 2 + Hàm thế năng của hệ: П = 1
2C L2 ∆ L2 2 + Hàm hao tán của hệ: Ф= 1
Từ mô hình trên hình vẽ 4.1 ta xét mối quan hệ hình học giữa các đại lượng như sau:
Vì các góc φ là rất nhỏ do đó ta coi tgφ ≈ φ
Giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ
Để xác định các thông số đầu vào cho mô hình, chúng tôi đã thực hiện tính toán, tra cứu tài liệu liên quan và kế thừa kết quả từ các nghiên cứu đã được công nhận trước đó.
Xác đi ̣nh tọa độ trọng tâm của ô tô Hyundai 3,5 tấn theo phương ngang
Qua tra cứu tài liệu, các tài liệu liên quan và đo kiểm tra trên xe tải Hyundai 3,5 tấn ta có:
- Trọng lượng toàn bộ xe: G = 6555 kg
- Trọng lượng phân ra cầu trước: G1 = 2460 kg
- Trọng lượng phân ra cầu sau: G2 = 4095 kg
- Chiều dài cơ sở của xe : l = 3550 cm = 3,55 m
- Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước: a =G 2
- Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau: b = G 1
Khối lượng cầu trước, cầu sau và phần được treo được xác định bằng thực nghiệm như sau:
- Tháo cầu trước, cầu sau, tháo các đăng;
Tiến hành cân cầu trước, cầu sau, các đăng và thân xe là bước quan trọng trong quy trình kiểm tra Các đăng, với cả khối lượng treo và không treo, cần được đo và tính toán để phân chia khối lượng cho các thành phần như thân xe, người và gỗ, cũng như cầu trước và cầu sau Thông số khối lượng cầu trước và cầu sau được tham khảo từ phân xưởng lắp ráp ôtô Hyundai tại nhà máy sản xuất lắp ráp ôtô Thành Công, khu công nghiệp Gián Khẩu, Gia Viễn, Ninh Bình.
Khối lượng cầu trước: m1 = 285 kg;
Khối lượng cầu sau: m2 = 460 kg;
Khối lượng được treo trên xe: m = 5810 kg
Để xác định độ cứng của nhíp và hệ số cản giảm xóc thủy lực cho xe tải Hyundai 3,5 tấn, cần phải thu thập đầy đủ các thông số đầu vào của mô hình Bên cạnh các thông số kỹ thuật cơ bản của xe, việc xác định thêm các thông số khác là rất quan trọng để giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động.
Độ cứng quy đổi và hệ số cản quy đổi của giảm chấn lốp xe ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu chuyển động của xe, với tính đàn hồi của lốp theo phương bán kính là yếu tố chính Trong nghiên cứu dao động ôtô, độ cứng của bánh xe được tính toán dựa trên đường trung bình giữa tải trọng tăng và giảm, và phụ thuộc vào áp suất hơi bên trong lốp cũng như loại lốp sử dụng Khi tính toán dao động, cần quy ước độ cứng bánh xe và áp lực hơi danh nghĩa Độ cứng bánh hơi Cb được xác định theo công thức cụ thể.
Pb- Áp suất trong bánh xe, (DaN/cm);
B0- Bề rộng của lốp, cm;
D0- Đường kính của lốp, cm;
+ Độ cứng quy đổi của nhíp:
Để xác định độ cứng của nhíp, lốp và hệ số cản giảm chấn của giảm xóc thủy lực, dựa vào tài liệu và kết quả nghiên cứu của Học viện Kỹ thuật Quân sự, cũng như tham khảo luận án Tiến sỹ Đặng Việt Hà, ta có các giá trị sau: c1 = 23536 N/m, c2 = 85857 N/m, cL1 = 10357 N/m, cL2 = 51787 N/m, k1 = 8120 Ns/m, k2 = 0 Ns/m.
+ Xác định hệ số cản giảm chấn của lốp áp dụng công thức: l C L
Trong đó: kL - Hệ số cản giảm chấn của lốp, Ns/m cL - Độ cứng của lốp, N/s Ω - Vận tốc góc: Ω = 2 = 2.3,14 = 2,512
(Với xe tải nhẹ Hyundai 3,5 tấn, lấy tần số dao động f = 2,5 Hz)
Để xác định mômen quán tính của phần treo ôtô đối với trục Y, chúng ta áp dụng mô hình dao động tự do và kế thừa kết quả nghiên cứu của Tiến sĩ Đặng Việt Hà Ôtô được đặt trên một giá đỡ và cố định bằng khớp bản lề, cho phép ôtô quay tự do quanh trục nằm ngang đi qua trọng tâm B.
Sau khi cho hệ dao động tự do, biên độ dao động tắt dần tại điểm A được ghi nhận Bằng cách sử dụng phương pháp vẽ đồ thị và phần mềm chuyên dụng trên máy tính, chúng ta có thể đo được chu kỳ dao động của ôtô quanh điểm cố định B.
Mô men quán tính phần treo của ôtô đối với trục nằm ngang vuông góc với phương chuyển động qua trọng tâm xe được xác định qua trục lắc tại điểm B.
J = 4.π Trong đó: l: là khoảng cách từ trục lắc đến đường tâm lò xo
Do đó mô men quán tính của phần được treo xe đối với trục Y qua tâm O là:
4.π Trong đó: m: là khối lượng phần được treo của xe, m = 5810 kg e: là khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục lắc đi qua B, e được xác định theo công thức:
Do hạn chế về thời gian và phạm vi đề tài, chúng tôi đã áp dụng phương pháp tính gần đúng để xác định mô men quán tính của khối lượng treo Jy.
Với: m - là khối lượng phần được treo của ôtô: m = 5810 kg;
Py - là bán kính quán tính của khối lượng được treo đối với trục y
Với ôtô tải nhẹ, học viên chọn: ρ 2 y = 1,3.a.b vậy Jy = m.1,3.a.b Trong đó: a- Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước; b- Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau
Thay số vào ta có:
Xác định các thông số đầu vào
Để khảo sát dao động của ô tô chở gỗ, cần xác định các thông số đầu vào trong hệ phương trình, bao gồm thông số hình học của ô tô, khối lượng treo và không treo, tọa độ trọng tâm, mô men quán tính, độ cứng của các phần tử đàn hồi, và hệ số cản của các phần tử dập tắt dao động Luận án này kế thừa một số thông số từ các công trình trước và xác định thêm một số thông số mới.
4.7.1 Xác định các thông số hình học của ô tô
Tọa độ trọng tâm của ô tô được xác định qua phương pháp thực nghiệm trong môn “Lý thuyết ô tô máy kéo” như trình bày ở Chương 4 Sau khi xác định tọa độ trọng tâm của ô tô không tải và tọa độ trọng tâm của đống gỗ trên ô tô, tọa độ trọng tâm tổng thể của ô tô chở gỗ và phần được treo được tìm ra bằng phương pháp giải tích Các kích thước cơ bản khác của ô tô được lấy từ số liệu của nhà sản xuất và đo trực tiếp trên xe Kết quả được trình bày trong bảng 4.1.
4.7.2 Xác định mô men quán tính của xe đối với các trục
Mô men quán tính của phần treo xe đối với trục dọc Jx và trục ngang Jy được xác định bằng phương pháp thực nghiệm Mô men quán tính của các cầu xe đối với trục dọc đi qua tâm các cầu xe Ji được tính theo công thức gần đúng, dựa trên khối lượng các cầu mi và khoảng cách giữa các bánh xe bi.
4.7.3 Xác định độ cứng các phần tử đàn hồi và hệ số cản của các phần tử dập tắt dao động
Bảng 4 1 Các thông số động lực học của ô tô
Hiệu Các thông số Đ ơn vị
Mô men quán tính phần được treo của ô tô đối với trục nằm ngang vuông góc với phương chuyển động đi qua trọng tâm xe ô tô
2 C1 Độ cứng quy đổi của nhíp trước xe ô tô N/ m 23536
3 C2 Độ cứng quy đổi của nhíp sau xe ô tô N/ m 58587
4 K1 Hệ số cản quy đổi của giảm xóc trước ô tô N/ m 8120
5 K2 Hệ số cản quy đổi của giảm xóc sau ô tô N/ m 0
6 CL1 Độ cứng của lốp trước xe N/ m 10357
7 CL2 Độ cứng của lốp sau xe N/ m 51787
8 K1 Hệ số cản giảm chấn quy đổi của lốp trước ô tô Ns
9 K2 Hệ số cản giảm chấn quy đổi của lốp sau ô tô Ns
10 m Khối lượng được treo của xe đặt tại trọng tâm của xe ô tô Kg 5810
11 M1 Khối lượng cầu trước xe Kg 280
12 M2 Khối lượng cầu sau xe Kg 460
13 a Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm của xe tới tâm cầu trước xe m 2,218
14 b Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm của xe tới tâm cầu sau xe m 1,332
Chiều dài cơ sở của xe là 3,55 m, với độ cứng của các nhíp trước và sau, độ cứng của lốp, hệ số cản của giảm chấn và hệ số cản của lốp được xác định thông qua phương pháp thực nghiệm, như trình bày trong chương 4, và kết quả được thể hiện trong bảng 4.2.
Biên dạng mấp mô mặt đường lâm nghiệp được xác định thông qua phương pháp thực nghiệm với bánh xe thứ 5 lăn theo ô tô thí nghiệm Dựa trên các nghiên cứu trước, biên dạng mấp mô thường được mô phỏng bằng mấp mô dạng bậc và mấp mô đơn dạng sin với chiều cao 0,10 m Mặt đường được thiết kế theo dạng sóng hình sin có biên độ 0,10 m và bước sóng 1,84 m.
Phân tích và mô phỏng xe Huyndai 3,5 tấn trên mặt đường mấp mô
Hệ thống treo hiện tại trên xe là loại phụ thuộc với bộ phận đàn hồi nhíp, chỉ có giảm xóc ở cầu trước, trong khi cầu sau không có Khi xe chở hàng, độ rung xóc tác động rất lớn, đặc biệt trên đường lâm nghiệp Để cải thiện tình trạng này, tác giả đề xuất lắp thêm giảm chấn ống thủy lực ở cầu sau nhằm dập tắt dao động và tăng độ êm dịu cho xe Giảm chấn sẽ được gắn chặt ở đầu trên với khung xe và đầu dưới nối với vỏ cầu sau Việc giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động với giảm xóc ở cầu sau sẽ có sự khác biệt ở hệ số cản nhớt k2, với k2 = 10300 Ns/m.
Với đề tài này nhóm đã mô phỏng trên phần mềm carsim dưới đây là các bước thực hiện và biểu đồ nhóm đã mô phỏng
Bước 1: Chọn CS Utility Truck => Utility Truck
Bước 2: Chọn Ride tests => Chassis Twist Road
Bước 4: Chọn Run Math Model
Bước 5: Chọn Animate để mô phỏng
Bước 6: Chọn Flot để hiện biểu đồ
Dưới đây là các biểu đồ thể hiện các chỉ số dao động sau khi mô phỏng qua phần mềm Carsim
Hình 4 3 Lực tác động vào phuộc giảm chấn
Sau khi mô phỏng xe trên phần mềm Carsim, đồ thị lực tác động vào phuộc giảm chấn cho thấy sự thay đổi nhỏ từ 410N xuống 400N trong khoảng thời gian từ giây thứ 0 đến giây thứ 3, với bước sóng là 3 giây Điều này cho thấy phuộc giảm chấn chỉ thay đổi rất ít do xe di chuyển trên đường bằng phẳng, ít mấp mô.
Trong khoảng thời gian từ giây thứ 6 đến giây thứ 10, lực tác động vào phuộc giảm chấn đạt đỉnh cao nhất từ 430N đến 435N, cho thấy xe đang di chuyển trên đoạn đường có độ mấp mô lớn Trước đó, từ giây thứ 0 đến giây thứ 6, lực tác động tăng dần từ 400N đến 430N, với bước sóng giảm từ 2s xuống 1.25s, cho thấy xe đang vào đoạn đường mấp mô Sau giây thứ 10, lực tác động giảm từ 435N xuống 400N, với bước sóng giảm từ 1s xuống 0.2s, cho thấy xe đã qua đoạn đường mấp mô lớn và đang di chuyển trên đoạn đường có độ mấp mô nhỏ hơn Nhìn chung, lực tác động vào phuộc giảm chấn thay đổi liên tục, nhưng sự thay đổi rõ rệt nhất diễn ra trên đoạn đường có độ mấp mô lớn.
Hình 4 4 Độ dịch chuyển của nhíp
Sau khi mô phỏng xe trên phần mềm Carsim, đồ thị độ dịch chuyển của lá nhíp cho thấy trong khoảng thời gian từ giây thứ 0 đến giây thứ 3, độ giao động của nhíp chỉ dao động nhẹ từ 10N đến -4N Điều này cho thấy xe đang di chuyển trên đường bằng phẳng hoặc có độ mấp mô thấp.
Từ giây thứ 3 đến giây thứ 6, đồ thị độ dịch chuyển của nhíp cho thấy độ giao động tăng dần từ -4N đến 12N, trong khi bước sóng giảm từ 2s xuống 1s, cho thấy xe đang đi vào đoạn đường có độ mấp mô cao Từ giây thứ 6 đến giây thứ 10, độ giao động đạt mức cao nhất từ 12N đến 19N, với bước sóng giảm từ 1s xuống 0.5s, cho thấy xe đang di chuyển trên đoạn đường có độ mấp mô cao và khoảng cách giữa các mấp mô giảm dần Từ giây thứ 10 đến giây thứ 20, độ giao động giảm dần từ 19N xuống 4N, chủ yếu dao động ở phần dương, với bước sóng giảm từ 1s xuống 0.2s, cho thấy xe đang đi vào đoạn đường có độ mấp mô khá cao và khoảng cách giữa các mấp mô đều nhau, đang giảm dần Nhìn chung, đồ thị cho thấy độ dịch chuyển của nhíp thay đổi tùy thuộc vào loại đường, cao nhất khi xe chạy qua đoạn đường có độ mấp mô lớn và không đều, thấp nhất khi xe chạy qua đoạn đường bằng phẳng hoặc có mấp mô thấp.
Hình 4 5 Độ dịch chuyển của cao su giảm chấn
Sau khi mô phỏng xe trên phần mềm Carsim, đồ thị độ dịch chuyển của cao su giảm chấn cho thấy sự tương đồng với độ dịch chuyển của nhíp Từ giây 0 đến 3, độ giao động của cao su giảm chấn dao động nhỏ từ 10N đến -4N, cho thấy xe di chuyển trên đường bằng phẳng hoặc có độ mấp mô thấp Từ giây 3 đến 6, độ giao động tăng dần từ -4N đến 12N với bước sóng giảm từ 2s xuống 1s, cho thấy xe vừa vào đoạn đường có độ mấp mô cao Từ giây 6 đến 10, độ giao động đạt đỉnh từ 12N đến 19N, bước sóng giảm từ 1s xuống 0.5s, cho thấy xe đang di chuyển trên đoạn đường có độ mấp mô cao và khoảng cách giữa các mấp mô giảm dần Từ giây 10 đến 20, độ giao động cao từ 19N xuống 4N, chủ yếu ở phần dương, với bước sóng giảm từ 1s xuống 0.2s, cho thấy xe đang đi vào đoạn đường có độ mấp mô khá cao và khoảng cách giữa các mấp mô đều nhau Nhìn chung, đồ thị cho thấy độ dịch chuyển của nhíp thay đổi tùy thuộc vào độ mấp mô của đoạn đường, cao nhất khi xe chạy qua đoạn đường không đều và thấp nhất khi di chuyển trên đường bằng phẳng.
Hình 4 6 Lực hấp thụ của cao su giảm chấn
Sau khi mô phỏng xe trên phần mềm Carsim, đồ thị lực hấp thụ của cao su giảm chấn cho thấy sự thay đổi rất nhỏ, gần như không có lực tác động lên cao su giảm chấn Điều này chỉ ra rằng xe đang di chuyển trên đoạn đường không đủ độ nhấp nhô cần thiết để nhíp có thể tác dụng lực lên cao su giảm chấn Với độ mấp mô trung bình của xe được mô phỏng, không có lực tác động lên cao su giảm chấn.
Hình 4 7 Lực của cao su giảm chấn tác dụng lên khung xe.
Giải pháp giảm dao động của xe
Nhóm nghiên cứu đã đề xuất giải pháp giảm 10N-s/mm cho hệ số giảm chấn nhằm giảm dao động ban đầu của xe Để phân tích và hiểu rõ hơn về nghiên cứu này, nhóm đã sử dụng phần mềm Carsim để mô phỏng.
Hình 4 8 Lực tác động vào phuộc giảm chấn ( sau khi thay đổi hệ số giảm chấn)
Sau khi giảm 10N-s/mm hệ số giảm chấn của xe và mô phỏng trên phần mềm Carsim, đồ thị lực tác động vào phuộc giảm chấn cho thấy sự thay đổi nhỏ từ 290N đến 300N trong khoảng thời gian từ giây thứ 0 đến giây thứ 3, cho thấy xe đang di chuyển trên đường bằng phẳng Từ giây thứ 3 đến giây thứ 6, lực tác động tăng dần từ 290N lên 320N, cho thấy xe đang vào đoạn đường mấp mô Trong khoảng từ giây thứ 6 đến giây thứ 10, lực tác động đạt cực đại từ 320N đến 325N, cho thấy xe đang đi qua đoạn đường có độ mấp mô lớn Từ giây thứ 10 đến giây thứ 20, lực tác động giảm từ 310N xuống 290N và ổn định tại 295N, cho thấy xe đã qua đoạn đường mấp mô lớn và đang di chuyển trên đoạn đường ít mấp mô hơn Sự thay đổi hệ số giảm chấn đã giúp đồ thị lực tác động vào phuộc giảm chấn ổn định hơn khi xe đi qua các đoạn đường khác nhau.
Hình 4 9 Độ dịch chuyển của nhíp ( Sau khi thay đổi hệ số giảm chấn)
Sau khi giảm 10N-s/mm hệ số giảm chấn, mô phỏng xe trên phần mềm Carsim cho thấy đồ thị độ dịch chuyển của lá nhíp Từ giây 0 đến giây 3, độ giao động của nhíp nhỏ, từ 13N đến -7N, cho thấy xe đang chạy trên đường bằng phẳng hoặc có độ mấp mô thấp Từ giây 3 đến giây 6, độ giao động tăng dần từ -7N đến 25N, với bước sóng giảm từ 2s xuống 1s, cho thấy xe vừa vào đoạn đường có độ mấp mô cao Từ giây 6 đến giây 10, độ giao động đạt cao nhất từ 25N đến 28N, bước sóng giảm từ 1s xuống 0.5s, cho thấy xe đang đi trên đoạn đường có độ mấp mô cao và khoảng cách giữa các mấp mô giảm dần Từ giây 10 đến giây 20, độ giao động giảm dần từ 17N xuống 5N, chủ yếu ở phần dương, với bước sóng giảm từ 1s xuống 0.2s, cho thấy xe đang đi vào đoạn đường có độ mấp mô khá cao và khoảng cách giữa các mấp mô đều nhau Sau khi thay đổi hệ số giảm chấn, đồ thị độ dịch chuyển của nhíp đã thay đổi, các đỉnh tăng giảm từ từ, đặc biệt từ giây 11 đến giây 17, giúp xe chạy ổn định hơn khi đi qua các đoạn đường khác nhau.
Hình 4 10 Độ dịch chuyển của cao su giảm chấn
Sau khi giảm 10N-s/mm hệ số giảm chấn và mô phỏng xe trên phần mềm Carsim, đồ thị độ dịch chuyển của cao su giảm chấn cho thấy từ giây 0 đến giây 3, độ giao động nhỏ từ 13N đến -7N, cho thấy xe đang chạy trên đường bằng phẳng hoặc có độ mấp mô thấp Từ giây 3 đến giây 6, độ giao động tăng từ -7N đến 25N với bước sóng giảm từ 2s xuống 1s, cho thấy xe vừa vào đoạn đường có độ mấp mô cao Từ giây 6 đến giây 10, độ giao động đạt cao nhất từ 25N đến 28N, bước sóng giảm từ 1s xuống 0.5s, cho thấy xe đang đi trên đoạn đường có độ mấp mô cao và khoảng cách giữa các mấp mô giảm dần Từ giây 10 đến giây 20, độ giao động giảm dần từ 17N xuống 5N, chủ yếu ở phần dương, với bước sóng giảm từ 1s xuống 0.2s, cho thấy xe đang đi vào đoạn đường có độ mấp mô khá cao và khoảng cách giữa các mấp mô đều nhau Sau khi thay đổi hệ số giảm chấn, đồ thị độ dịch chuyển của lá cao su giảm chấn đã thay đổi, các đỉnh của đồ thị tăng giảm từ từ.
17 có sự thay đổi nhiều nhất và từ đó giúp cho xe chay ổn định hơn khi đi qua các đoạn đường khác