Nguyễn Hồng Quân Bộ môn Cơ khí ô tô,Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bμi báo xây dựng mô hình toán học vμ kết quả khảo sát ổn định ngang cho ô tô tự đổ trọng tải 1
Trang 1khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ
TS Nguyễn Văn Bang
KS Nguyễn Hồng Quân
Bộ môn Cơ khí ô tô,Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bμi báo xây dựng mô hình toán học vμ kết quả khảo sát ổn định ngang cho ô tô
tự đổ trọng tải 14T khi chuyển động trên đường vμ khi trút hμng
Summary: This paper introduces the mathematical model and the investigation results of
horizontal stability of a 14- tone dump truck during running and unloading
I Đặt vấn đề
Đối với ô tô tự đổ, ngoài việc khảo sát ổn định ngang khi ô tô chuyển động còn cần phải
xác định thêm độ ổn định ngang khi trút hàng Các phép tính về độ ổn định ngang được tiến
hành khi thùng xe được nâng đến vị trí cao nhất Khi đó sẽ xác định được góc nghiêng ô tô có
thể tự trút hàng mà không xảy ra sự lật ô tô theo phương ngang
Giữa góc ổn định ngang và hệ số ổn định ngang có mối liên hệ η = tg0 ε, do vậy thay vì
xác định góc ổn định ngang người ta xác định hệ số ổn định ngang ηo
CT 2
II Khảo sát ổn định ngang khi chuyển động
Trên hình 2 là mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng dọc
hK1
h 1
m
l
2
m
H2
h1
h2
m
Hình 2 Mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng dọc
Mô hình khảo sát trong mặt phẳng ngang đi qua tâm cầu thể hiện trên hình 3
Trang 2hi
hi
m g
Hi
i
yi R Zi R
A
O i
λ pi
Hình 3 Mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng ngang
Phần khối lượng được treo có mô men do trọng lực và lực ngang tác động là [1]:
∑
=
λ + μ
1 i
i
hi.g.h ( ) m
M
Thông qua hệ thống treo có các mômen truyền lên các cầu là:
pi p
2 pi pi
i 0 , 5 c B
trong đó: cpi - độ cứng của nhíp ở các cầu;
ηp - hệ số tính đến sự tăng độ cứng của nhíp khi bị xoắn theo hướng ngang
CT 2
Do trọng lượng của cầu xe và biến dạng của lốp, xuất hiện mômen là:
- Khi bánh xe chưa bị nhấc khỏi mặt đường:
ư
⎟⎟
⎞
⎜⎜
⎛
+
ư λ
N c
R 4 R N B c 25 , 0
1 mi
Zi yi
i 0 i 2 i mi i
(3)
- Ngay sau khi một trong các bánh xe bị nhấc lên khỏi mặt đường
mi Bi Hi i
ki Hi
i 0 i Hi ki Hi Zi i
0 i ki
i mi
Zi yi
i Zi i
c B B 125 , 0 r h g m
r g m h g m R
B 5 , 0 h N c
R 3 R B R 5 , 0 M
λ
ư λ +
+ μ
ư +
+ λ +
ư
ư
⎟⎟
⎞
⎜⎜
⎛
λ + +
ư
=
(4)
Từ các phương trình trên ta lập được hệ phương trình gồm 03 phương trình tuyến tính dạng:
trong đó: A, B - là các ma trận hệ số;
X - là ma trận của các ẩn số chưa biết cần tìm với: X1 = λM1; X2 = λM2; X3 = λ; X4 = μ Với λMi
là hệ số không thứ nguyên, bằng tỉ số =λ0i/λ0ki Dựa vào trị số của λMi có thể biết được trạng thái tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu λMi < 1 thì cả hai bánh xe của cầu còn tiếp xúc với mặt
Trang 3đường, nếu λMi ≥ 1 thì một trong các bánh xe của cầu đã bị nhấc lên khỏi mặt đường Hệ
phương trình trên có số lượng ẩn nhiều hơn số phương trình, vì vậy để giải được hệ phương trình
này ta cần thêm một phương trình nữa dạng Xi = 1 (i = 1, 2)
III Khảo sát ổn định ngang khi trút hμng
Để khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ khi trút hàng sử dụng mô hình trên hình 4 Khi xét
trong mặt phẳng ngang đi qua tâm các cầu, vẫn dùng mô hình trên hình 3
m h1
H1
m
H2
m
2
O
1
O
O
hn
c
hK2
a
hn
Hình 4 Mô hình khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ khi trút hμng
Trên hình 4, tại tiết diện qua O có mô men do trọng lực và lực ngang tác động là [1]:
n hn
0 m g h
CT 2
Đồng thời mômen chống xoắn (phục hồi) của khung tại O là:
( po 2)
c
0 S
trong đó: Sc - độ cứng chống xoắn của khung xe đoạn từ tâm cầu sau đến tâm chốt quay của thùng;
λp0 - góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua điểm O;
λp2 - góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua tâm cầu sau
Tại các tiết diện qua hai điểm O1 và O2 có các các mô men do trọng lực và lực ngang tác dụng:
1 hl
c
trong đó: λp1 - góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua tâm cầu trước
Thông qua hệ thống treo có các mômen truyền lên các cầu là:
(10)
pi p
2 pi pi
i 0,5.c B
động trên đường Từ các phương trình (6), (8), (9), (10) và (3), (4) ta lập được hệ phương trình
Trang 4gồm 05 phương trình tuyến tính có dạng như phương trình (5) Trong đó là X1=λM1, X2=λM2,
X3=λp1, X4=λp2, X5=λpo, X6=μ Điều khác biệt trong các phương trình để tính toán là các góc nghiêng λpi đã có kể thêm độ biến dạng xoắn của khung ô tô Tiếp theo dùng phương pháp lập luận tương tự như khảo sát trường hợp trên đường ta xác định được hệ số ổn định ngang ηo = μ
Từ cơ sở lý thuyết trên, lập trình tính toán bằng phần mềm công nghiệp Matlab cho ô tô tự
đổ trọng tải 14T ta có kết quả – bảng 1 (chạy trương trình cho hai trường hợp ở hai chế độ tải trọng 100% tải và 15% tải)
Bảng 1: Kết quả khảo sát ổn định ngang cho ô tô tự đổ trọng tải 14T
Ô tô trút hàng
-Còn 100% tải
-Còn 15% tải
1.0000 0.2423
0.0217 1.0000
0.0415 0.1180
0.0415 0.1182
0.0417 0.1188
0.0280 0.2519
Nhận xét:
- Khi ô tô đầy tải chuyển động, dưới tác dụng của lực ngang μ = 0,4448 (lực ngang bằng 44,48,% trọng lượng toàn bộ của ô tô) thì góc ổn định ngang là 23,97930 và trục sau mất ổn định trước
- ở chế độ trút hàng khi thùng xe nâng lên cao nhất (520) mà hàng hoá chưa được trút (còn 100% tải), dưới tác dụng của lực ngang μ = 0,028 thì góc ổn định ngang là 1,60 và trục trước mất
ổn định trước Khi thùng xe nâng lên cao nhất (520) mà hàng hoá còn 15% tải, dưới tác dụng của lực ngang μ = 0,2519 thì góc ổn định ngang là 14,14120 và trục sau mất ổn định trước
CT 2
V Kết luận
Do điều kiện khai thác (nhất là điều kiện đường) nặng nhọc nên kiểm tra ổn định ngang của
có kể đến biến dạng của nhíp, lốp và khung xe là nhiệm vụ đặc trưng khi thiết ô tô tự đổ Mô hình toán học xây dựng có kể tới tất cả các yếu tố vật lý của quá trình xong cũng không quá phức tạp đảm bảo độ chính xác và thời gian tính toán Kết quả nghiên cứu được sử dụng trong quá trình thiết kế ô tô tự đổ trọng tải 14T
Tài liệu tham khảo
[1] М.С Высоцкий, А И Гришкевич Л Х Гилелес, А Г Выгонный, Д М Ломако, С Г Херсонский
Автомобили Специализированный подвижной состав Издательство “ Вышэйшая школа”, 1989
[2] GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn (chủ biên), TS Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tμi, Lê Thị
Vμng Lý thuyết ôtô, máy kéo - Nxb Khoa học & Kỹ thuật, 2003
[3] Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo - Nhà xuất bản đại học và trung
học chuyên nghiệp , 1984
[4] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai.Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô - Nhà xuất bản Giao
thông Vận tải, 1997Ă
