Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử khảo sát tính động lực học của ô tô 3 trục chở hàng nặng

Tính năng và hiệu quả sử dụng của ô tô phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng thiết kế,chế tạo và điều kiện sử dụng.Việc đánh giá chất lượng xe có thể theo một số phương pháp khác nhau phụ t

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

DANH SÁCH HÌNH VẼ 5

CHƯƠNG 1 7

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ TẢI BA TRỤC VÀ NỘI DUNG MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 7

1.1.Giới thiệu về lịch sử phát triển của ô tô 7

1.2.Giới thiệu về ô tô trở hàng ba trục: 10

1.3.Cấu tạo chung của ô tô: 11

1.4 Giới thiệu về hệ thống treo : 13

1.5.Phương trình sóng hình sin của mặt đường 15

CHƯƠNG 2 17

MÔ HÌNH TÍNH VÀ PHƯƠNG TRINH VI PHÂN CHUYỂN ĐỘNG 17

2.1.Mô hình ô tô 3 trục: 17

2.1.1.Các thông số của mô hình: 18

2.2.Phương trình vi phân chuyển động 19

2.2.1.Bánh Trước: 19

2.2.2.Thân Xe: 20

2.2.3.Khung giá sau 21

CHƯƠNG 3 28

KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC 28

3.1.Phần mềm mô phỏng Matlab và hàm Ode45 28

3.1.1.Phần mềm mô phỏng Matlab 28

3.1.2.Hàm Ode45 trong phần mềm mô phỏng Matlab 28

3.2.Đồ thị dao động và lực tác dụng của các bộ phận 29

3.2.1.Trục bánh xe thứ nhất (m1): 30

3.2.2 Thân xe (m2) : Đồ thị dao động 31

3.2.3.Khung giá sau (m3) : 33

CHƯƠNG 4 35

KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DAO ĐỘNG VÀ LỰC TÁC DỤNG 35

4.1.Hiện tượng cộng hưởng 35

4.1.1.Trục bánh xe thứ nhất (m1): 36

4.1.2 Thân xe (m2) : 37

4.1.3.Khung giá sau (m3): 39

4.2.Khảo sát dao động khi cho V=43.7924km/h và độ cản nhớt c=0 41

4.2.1.Trục bánh xe thứ nhất (m1): 41

4.2.2.Thân xe (m2): 42

4.2.3.Khung gia sau (m2): 44

4.3.Ảnh hưởng của biên độ sóng mặt đường 46

4.4.Ảnh hưởng của chiều dài bước sóng 48

4.5 Ảnh hưởng khi thay đổi tốc độ và cho bước sóng , biên độ sóng đường cố định 51

CHƯƠNG 5 54

KẾT LUẬN 54

PHỤ LỤC 55

1.Chương trình Matlap mô phỏng dao động 55

2.Chương trình tính lực tác dụng và tính lực tác dụng lớn nhất 58

2.1 Tính lực tác dụng 58

2.2.Tính lực lớn nhất khi vận tốc thay đổi 61

3.Chương trình trị riêng 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển,thể hiện rõ tầm quan trọng trong sự phát triển chung của nền công nghiệp cả nước.Thị trường ô tô ngày càng phát triển với đa dạng về chủng loại và giá cả trong số đó không thể không

kể đến loại xe tải ba trục tải trọng nặng,đang được sử dụng rất phổ biến ở các công trình như khu mỏ,khu xây dựng,…ở Việt Nam

Những xe tải này với các kích cỡ to lớn và tính cơ động cao chúng đang dần thay thế nhưng xe nhỏ và nhưng phương tiện thô sơ có hiệu quả sử dụng không cao và không đạt hiệu quả kinh tế cao

Tính năng và hiệu quả sử dụng của ô tô phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng thiết kế,chế tạo và điều kiện sử dụng.Việc đánh giá chất lượng xe có thể theo một số phương pháp khác nhau phụ thuộc vào mục đích và phương tiện xác định các chỉ tiêu cần đánh giá.Trong đó nhóm các chỉ tiêu động lực học dao động,độ êm dịu và an toàn khi chuyển động, tính an toàn điều khiển và tính tiết kiệm nhiên liệu (năng suất) được xét đến phổ biến hơn

Xuất phát từ những những lí do trên và được sự hướng dẫn của các Thầy cô giáo trong bộ môn “KỸ THUẬT MÁY” trong đó có sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo NGUYỄN BÁ NGHỊ Thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình từ làm báo cáo thực tập cho đến làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với Thầy, em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích để bổ sung vào kiến thức để thực hiện đề tài “ KHẢO SÁT TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 3 TRỤC CHỞ HÀNG NẶNG “ Với mục đích nghiên cứu nghiên cứu các đồ thị giao động và lực tác dụng để lựa chọn tính toán và đưa ra các thiết kế phù hợp xây dựng lên hệ thống treo góp phần xây dựng cơ sở khoa học để phát triển nghành công nghiệp ô tô ở nước ta

Em xin chân thành cảm ơn !

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 1: Chiếc ô tô chạy bằng hơi nước đầu tiên trên thế giới 7

Hình 1 2: Chiếc ô tô 3 trục tải trọng nặng 11

Hình 1 3: Hệ thống treo 13

Hình 2 1: Sơ đồ ô tô 3 trục tải trọng nặng 17

Hình 2 2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh trước 19

Hình 2 3: Sơ đồ lực tác dụng lên thân xe 20

Hình 2 4: Sơ đồ lực tác dụng lên khung giá sau 21

Hình 3 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất 30

Hình 3 2: Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất 31

Hình 3 3: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe 31

Hình 3 4: Đồ thị lực tác dụng lên thân xe 32

Hình 3 5: Đồ thị dao động thẳng đứng của khung giá sau xe 33

Hình 3 6: Đồ thị lực tác dụng mặt đường lên các bánh của khung giá sau 34

Hình 4 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh trước khi xẩy ra cộng hưởng 36

Hình 4 2: Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất khi xẩy ra cộng hưởng 36 Hình 4 3: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe khi xẩy ra cộng hưởng 37

Hình 4 4: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe khi xẩy ra cộng hưởng 38

Hình 4 5: Đồ thị dao động của các bánh lên giá sau khi xẩy ra cộng hưởng 39

Hình 4 6: Đồ thị lực tác dụng mặt đường lên các bánh của khung giá sau 40

Hình 4 7: Đồ thị dao động trục trước khi v=43.7924km/h và c=0 41

Hình 4 8: Đồ thị lực tác dụng trục trước khi v=43.7924km/h và c=0 41

Hình 4 9: Đồ thị dao động thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 42

Hình 4 10: Đồ thị lực tác dụng thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 43

Hình 4 11: Đồ thị dao động khung giá khi v=43.7924km/h và c=0 44

Hình 4 12: Đồ thị lực tác dụng thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 45

Hình 4 13: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ sóng là 0,01m 46

Hình 4 14: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ sóng là 0,05m 46

Hình 4 15: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ là 0,1m 47

Hình 4 16: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=6m 48

Hình 4 17: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=3m 49

Hình 4 18: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=12m 50

Hình 4 19: Ảnh hưởng khi thay đổi vận tốc đến lực tác dụng của các bộ phận của xe 52

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ TẢI BA TRỤC VÀ NỘI

DUNG MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

1.1.Giới thiệu về lịch sử phát triển của ô tô

Năm 1650 chiếc ô tô bốn bánh vận chuyển bằng lò xo tính năng được thiết kế bởi nghệ sĩ, nhà phát minh người ý Leonardo da Vinci Sau đó là nguồn động lực cho ô tô: động cơ gió, động cơ không khí nén Năm 1769 đánh dấu sự ra đời của động cơ hơi nước và vào thời điểm này chiếc ô tô tải đầu tiên ra đời

Hình 1 1: Chiếc ô tô chạy bằng hơi nước đầu tiên trên thế giới

Từ những năm 1860 chiếc ô tô sử dụng động cơ đốt trong đã ra đời.Những ô tô này

sử dụng động cơ 2 mã lực tốc độ cực đại khoảng 20km/h.Sự ra đời của ô tô dùng động

cơ đốt trong đã thách thức các phương tiện vận tải đường bộ thô sơ tời bấy giờ và thúc đẩy sự phất triển của ngành vận tải thời bấy giờ

Năm 1864 động cơ 4 kì ra đời, sau 10 năm loại xe này đạt được công suất 20kw và

có thể đạt được vận tốc 40km/h

Năm 1885 Karl Benz chế tạo một chiếc xe có một máy xăng nhỏ đó là chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng xăng

Năm1891 ô tô điện đầu tiên ra đời ở Mỹ

Sau khi lốp khí nén ra đời, 1892 Rudolf Diesel đã cho ra đời động cơ Diesel và cho chế tạo hàng loạt.Vào thời gian này đã hình thành tổng thể ô tô con,ô tô tải,ô tô chở người và lốp khí nén

Chiếc ô tô không ngừng phát triển và hiện địa, công nghiệp xe hơi đã trở thành công nghiệp đa nghành

Xe hơi có hộp số tự động ra đời vào năm 1934

Năm 1967 xe hơi có hệ thống phun xăng có khí

Ô tô phát triển cũng đi cùng các tính năng phát triển theo

Đến nay,công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới đã phát triển rất mạnh và chế tạo được nhiều loại ô tô hiện địa với tốc độ lớn nhất đạt hàng trăm km/h.Các tải trọng xe cũng rất đa dạng,phổ biến từ 0,5-10 tấn.Đặc biệt có những loại ô tô tải nặng có trọng tải đến 60 tấn.Đấy là chưa kể đến phương thức vận tải bằng đoàn xe

Xu hướng phất triển ô tô trên thế giới hiện nay là:tăng tải trọng,tăng vận tốc,tăng tính kinh tế nhiên liệu,tăng tính tiện nghi và giảm ô nhiễm môi trường

Nghiên cứu tính động lực học cho ô tô

Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm kỹ thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày

càng cao và an toàn hơn cho người sử giải quyết Trong những năm gần đây sự phát triển của ngành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về dụng

Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất quan trọng, nó được thể hiện qua đặc tính động lực học, dao động, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh

Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của

ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của

ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện Vì các chỉ tiêu này phụ thuốc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên

Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển , đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị, phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng,tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện,đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế, chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có hiệu quả

1.2.Giới thiệu về ô tô trở hàng ba trục:

- Một xe tải 3 trục tải trọng nặng hoặc xe tải là một chiếc xe động cơ được thiết kế

để vận chuyển hàng hóa Xe tải khác nhau rất nhiều về kích thước, sức mạnh, và cấu hình, với việc nhỏ nhất cơ học tương tự như một ô tô Xe tải thương mại có thể rất lớn

và mạnh mẽ, và có thể được cấu hình để gắn thiết bị chuyên dụng, chẳng hạn như trong trường hợp của xe cứu hỏa và máy trộn bê tông và máy đào hút Xe tải hiện đại phần lớn được trang bị động cơ diesel dành riêng, mặc dù nhỏ đến xe tải cỡ vừa với động cơ xăng tồn tại ở Mỹ

- Chúng có cấu tạo và nguyên lí hoạt động giống với ô tô Nhưng chúng dùng để chuyển những hàng hóa có khối lượng và trọng lượng lớn và linh hoạt hơn các xe ô tô bình thường trong việc vận chuyển chạy đường dài

- Xe trở hàng hay còn gọi là xe tải được chia thành 3 loại:

+ Xe tải hạng nhỏ: Là loại xe là loại xe cỡ thường không lớn hơn 6300 kg, và được sử dụng bởi các cá nhân hay các thực thể kinh tế nhỏ lẻ

+ Xe tải trọng thường: Là loại xe tải hạng trung lớn hơn xe tải hạng nhẹ nhưng

nhỏ hơn xe hạng nặng Chúng được xác định với khối lượng trong khoảng giữa

6.300 kg và 15.000 kg.Dùng trong vận chuyển hang hóa có khố lượng vừa phải Và do các ông ty vận tải quản lí

+ Xe tải trọng lớn: Xe tải hạng nặng là những xe tải lớn nhất được phép chạy

1.3.Cấu tạo chung của ô tô:

Hình 1 2: Chiếc ô tô 3 trục tải trọng nặng

Cấu tạo Ôtô bộ phận chính có chức năng giống nhau Các bộ phận và hệ thống chính của ôtô máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống truyền lực (Ly hợp, hộp số, truyền lực cacđăng, cầu chủ động), hệ thống di động, hệ thống treo, hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác

+ Động cơ: là nguồn động lực trên ôtô máy kéo Hiện nay động cơ đốt trong

dùng nhiên liệu lỏng hoặc nhiên liệu khí được sử dụng chủ yếu trên ôtô Động cơ là một bộ phận quan trọng của ôtô dùng để tạo ra nguồn năng lượng cho xe hoạt động và

có thể truyền một phần hoặc toàn bộ công suất của động cơ đến bộ phận làm việc của máy công tác liên kết với chúng

+ Hệ thống truyền lực (HTTL): là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống

nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo HTTL còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc Phụ thuộc vào đặc điểm cấu

tạo của xe máy cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của ôtô có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động

Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ động quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đường không bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy Truyền lực cacđăng dùng để truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối đến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xe chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau Truyền lực cacđăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong một giới hạn nhất định

+ Hệ thống di động của ô tô: gồm các bánh xe với lốp đàn hồi, hệ thống di động

là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với mặt đường, nó nhận mômen chủ động từ động cơ qua hệ thống truyền lực và biến mômen chủ động thành lực kéo tiếp tuyến hay còn gọi là lực chủ động để làm ôtô chuyển động

+ Hệ thống treo là: tổ hợp của một số các chi tiết và phần tử đàn hồi, liên kết giữa

bộ phận di động với khung xe, nhằm giúp cho khung xe được êm dịu trong khi bộ phận di động luôn chịu tác động của các lực va đập do mấp mô mặt đường khi chuyển động + Hệ thống điều khiển gồm: một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm điều khiển ôtô theo các hướng và chiều cần thiết, đồng thời giúp ôtô chuyển động ổn định không trượt

lê sang trái hay phải Ngoài ra hệ thống điều khiển còn cho phép ôtô giảm tốc độ chuyểnđộng hoặc dừng lại nhanh chóng khi gặp sự cố khẩn cấp

+ Trang bị điện là: tổ hợp của hàng loạt bộ phận, thiết bị điện nhằm đảm bảo giúp cho ôtô làm việc ổn định, tin cậy, tăng tính tiện nghi, thuận lợi cho người lái, hành khách và an toàn lao động Trang bị điện là một hệ thống rất phức tạp nó có thể được phân ra hai hệ thống là hệ thống nguồn điện và hệ thống các thiết bị tiêu thụ điện.Hệ thống nguồn điện dùng tạo ra nguồn năng lượng điện để cung cấp cho các phụ tải (các thiết bị dùng điện) Hệ thống các thiết bị phụ tải là tổ hợp của tất cả các thiết bị có trên

ôtô dùng năng lượng điện như hệ thống đốt cháy, hệ thống khởi động, hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, hệ thống điều khiển bao gồm cả máy tính điện tử điều khiển động cơ và điều khiển thân xe cùng các rơle hay các bộ phận chấp hành đi theo máy tính, do tính phức tạp của trang bị điện, nên phần này được trình bày trong một tài liệu riêng

+Trang bị làm việc là: tổ hợp của nhiều thiết bị, bộ phận giúp cho ôtô máy kéo và

xe chuyên dụng thực hiện các công việc một cách thuận tiện và đạt hiệu quả cao Sau đây chúng ta tìm hiểu đại cương về sự bố trí các bộ phận chính trên ôtô máy kéo

1.4 Giới thiệu về hệ thống treo :

Hình 1 3: Hệ thống treo

Một số khái niệm hệ thống treo:

- Khối lượng được treo: Là khối lượng toàn bộ thân xe được đỡ bởi hệ thống treo Bao gồm: khung, vỏ, động cơ, hệ thống truyền lực,…

- Sự dao động phần được treo của ô tô :

+ Sự lắc dọc là sự dao động lên xuống của phần trước và sau của xe quanh trọng tâm của nó

+ Sự lắc ngang là khi xe quay vòng hay đi vào đường mấp mô,các lò xo ở 1 phía sẽ dãn ra còn phía kia bị nén co vào.Điều này làm cho xe bị lắc ngang

+ Sự xóc nẩy là sự dịch chuyển nên xuống của thân xe.Khi xe đi tốc độ cao trên đường gợn song ,hiện tượng này rất dễ xấy ra

+ Sự xoay đứng là sự quay thân xe theo phương dọc quanh trọng tâm xe của xe.Trên

Có sự lắc dọc thì sự xoay đứng này cũng sẽ xẩy ra

- Sự dao động củ phần khối lượng không được treo:

+ Sự dịch đứng: Là sự dịch chuyển lên xuống của các bánh xe trên mỗi cầu xe, điều này xẩy ra khi xe đi trên đường gợn sóng với tốc độ trung bình cao

+ Sự xoay dọc theo cầu xe: Là sự dao động ngược hướng nhau của các bánh xe trên mỗi cầu làm cho bánh xa nẩy lên khỏi mặt đường.Thường xẩy ra đói với hệ treo phụ thuộc

+ Sự uốn: Là hiện tượng các lá nhíp có xu hướng bịuốn quanh bản thân cầu xe do momen xoắn chủ động (kéo hoặc phanh) truyền tới

Công dụng:

+ Đỡ thân xe lên trên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đói với khung xe hoặc vỏ xe, hạn chế nhưng chuyển động ngoài mong muốn đên bánh xe

+ Bộ phận của hệ thống treo thực hiện nhiêm vụ hấp thụ và dập tắt dao động, rung động, va đập mặt đường truyền nên

+ Đảm nhận khả năng truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe:

Công dụng của hệ thống treo treo được thể hiện qua các phần tử của hệ thống treo

- Phần tử đàn hồi: làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung và đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi chuyển động

- Phần tử dẫn hướng: Xác định tính chất dịch chuyển của các bánh xe và đảm

nhận khả năng truyền lực đầy đủ từ mặt đường tác dụng nên thân xe

- Phần tử giảm chấn: Dập tắt dao động của ô tô khi phát sinh dao động

- Phần tử ổn địn ngang: với chức năng là phần tử đàn hồi phụ làm tăng khả năng

chốngchật thân xe khi có sựu thay đổi tải trọng trong mặt phẳng ngang

- Các phần tử phụ khác: vấu cao xu, thanh chịu lực phụ, có tác dụng tăng cứng, hạn chế hành trình và chịu thêm tải trọng

1.5.Phương trình sóng hình sin của mặt đường

Ta biết rằng trong thực tế mặt đường là không bằng phẳng Do rất nhiều nguyên nhân

mà mặt đường có những chỗ lồi lõm và không theo một chu kỳ nhất định Song trong tính toán ta không thể xét đến hoàn toàn chính xác được vì việc đó là hết sức khó khăn

Vì thế ta có thể coi như mặt đường có dạng sóng hình sin và thay đổi theo một chu kì nhất định.Cụ thể trong nghiên cứu này ta coi như là xe container đang chạy trên đường nhấp nhô có dạng hìnhsin: chiều dài bước sóng là Ls=6(m), biên độ nhấp nhô là

π

Ω = (2.2)

Với: v là vận tốc của xe (m/s)

Ls là bước sóng của mặt đường (m)

Chiều cao nhấp nhô đường dưới bánh xe thứ nhất là:

y1 = y0sin(Ωt) (2.3) Còn chiều cao nhấp nhô đường dưới các bánh xe sau cũng được biểu diễn như bánh xe trước nhưng chậm hơn một khoảng thời gian ∆t tương ứng

y= y0sin(Ω(t-∆t)) (2.4)

Với các ∆t tương ứng với các bánh xe như sau:

∆t2 = (a+b-l1)/v ; (2.5) ∆t3= (a+b+l1)/v ;

Từ các phương trình sóng của mặt đường ta xác định được các đạo hàm:

̇ = y 0 cos(Ωt) ̇ = y 0 cos(Ωt-∆t 2 ) (2.6)

̇ = y 0 cos(Ωt-∆t 3 )

Mục đích của việc nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Matlab tính toán mô phỏng để tính động lực học của ô tô batrục tải trọng nặng là: Khảo sát kiểm tra các thông số về dao động cũng như chỉ tiêu độ êm dịu của xe tải tiến đến nâng cao tính hợp lí kết cấu hệ thống treo đảm bảo độ êm dịu chuyển động của các loại xe khảo sát trên trong điều kiện đường xá ở việt nam Đánh giá chất lượng động học của các loại xe này giúp người sự dụng xe lựa chọ các thông

số của hệ thống treo,chế độ làm việc cho hợp lí để nâng cao năng suất cho xe và hỗ trợ cho việc khai thác và sử dụng xe hiệu quả hơn…

2.1.1.Các thông số của mô hình:

Các thông số của ô tô được cho như sau:

Khối lượng trục và bánh trước: =600 kg;

Khối lượng thân xe : =30000 kg;

Mô men quán tính của thân xe: =40000kg ;

Khối lượng khung giá sau: =1800 kg;

Mô men quán tính của khung giá sau: =350 kg ;

Khoảng cách từ bánh trước đến trọng tâm của thân xe : =6m;

Khoảng cách từ trọng tâm khung giá sau đến trọng tâm xe: =4m ;

Cự li giữa hai trục bánh xe trên cùng 1 khung giá : 2l=2,2 m ;

Độ cứng của lốp trước và lốp sau của trục trước: = =5,6 MN/m ;

Hệ số cản nhớt của lốp trước và lốp sau của trục trước : = =20000 Ns/m;

Độ cứng lò xo trên trục trước : = 3 MN/m ;

Độ cứng lò xo trên trục sau xe : =4MN/m ;

Hệ số cản nhớt của giảm chấn của trục trước thân xe : =10000Ns/m ;

Hệ số cản nhớt của giảm chấn của trục sau thân xe : =30000Ns/m ;

2.2.Phương trình vi phân chuyển động

Ta tách các bộ phận ra khỏi hệ và đặt các phản lực cân bằng lên các bộ phận Áp dụng định luật II Niuton ta sẽ có được các phương trình vi phân chuyển động của chúng

2.2.1.Bánh Trước:

- Phân tích các lực tác dụng nên bánh trước:

Hình 2 2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh trước

- Phương trình vi phân chuyển động của bánh trước:

2.2.2.Thân Xe:

- Phân tích các lực tác dụng nên thân xe:

Hình 2 3: Sơ đồ lực tác dụng lên thân xe.

2.2.3.Khung giá sau

Giả sử đường là cứng tuyệt đối nên hệ dao động của xe là 5 bậc tự do

Các tọa độ chuyển vị tương ứng là:

- x1chuyển vị thẳng đứng của bánh trước

- x2,φ2là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc của thân xe

- x3,φ3là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc hai trục bánh xe sau

Hệ phương trình vi phân chuyển động của xe ô tô 3 trục được viết dưới dạng như sau:

00

y1,y2,y3là các chuyển vị theo phương thẳng đứng của các bánh xe và cũng là cao

độ của nhấp nhô sóng mặt đường tại vụ trí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

̇ ,̇ , ̇ là vận tốc theo phương thẳng đứng của các trục bánh xe

Để tiến hành giải hệ phương trình vi phân bằng phương pháp đổi biến số ta biến đổi như sau:

- Lại đặt 1

2

z z z

 

=  

 

r r

r , tức là cũng có 1

2

z z z

- Để tính lực động tác dụng lên xe cần phải tính các chuyển vị tương đối giữa các

bộ phận Ta gọi các chuyển vị đó như sau:

+ Zr và ̇ lần lượt là chuyển vị và vận tốc tương đối giữa bánh xe thứ hai và mặt đường :

r r

r

+ Zv và ̇ lần lượt là chuyển vị và vận tốc tương đối giữa bánh xe thứ hai và mặt đường:

v v

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

F =k Z +c Z& (2.32)

+ Lực tác dụng giữa đường và trục bánh xe thứ ba:

F n =k Z l2 n+c Z l2 &n

(2.33) + Lực tác dụng giữa trục bánh xe thứ nhất và thân xe:

F t =k Z t1 t +c Z t1 &t (2.34)

+ Lực tác dụng giữa khung giá sau và thân xe:

F s =k Z t2 s+c Z t2 &s

(2.35)

CHƯƠNG 3

KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC

3.1.Phần mềm mô phỏng Matlab và hàm Ode45.

3.1.1.Phần mềm mô phỏng Matlab

Có rất nhiều phương pháp để giải hệ phương trình (2.33) như:

+ Phương pháp sai phân hữu hạn

3.1.2.Hàm Ode45 trong phần mềm mô phỏng Matlab

Trong phần mềm Matlab có nhiều hàm để giải các phương trình vi phân như hàm Ode23, Ode15, Ode45 trong đó hàm Ode45 là một hàm sử dụng phương pháp Runge-Kutta để giải các phương trình vi phân từ 1 cho đến n bậc tự do Trong đồ án ta sử

dụng để giải hệ phương trình vi phân với 5 bậc tự do.Để có được kết quả ta sử dụng các file trong phần Phụ lục

3.2.Đồ thị dao động và lực tác dụng của các bộ phận

Xác định tần số dao động tự do của ô tô

Để xác định tần số dao động riêng của hệ ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của các giảm chấn và phương trình biểu diễn dao động tự do của ô tô có dạng sau :

[ ]M { }&&x +[ ]K { } { }x = 0 (2.36)

Ta có : { }

2 2 1 3 3

x

x ϕ

ω = 196.7740 rad/s

Sau khi sử dụng phần mềm Matlab để giải phương trình vi phân ta được kết quả là các

đồ thị biểu diễn dao động của các bánh xe và bộ phận của xe như sau:

Khi chạy chương trình chính trong Matlab có thị đồ thị như sau:

Đồ thị dao động :

Hình 3 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất

CHUYEN VI THANG DUNG CUA THAN XE

Thoi gian dao dong-s

CHUYEN VI GOC CUA THAN XE

Thoi gian dao dong-s

Đồ thị lực tác dụng lên thân :

Hình 3 4: Đồ thị lực tác dụng lên thân xe

3.2.3.Khung giá sau (m3) :

CHUYEN VI THANG DUNG CUA KHUNG GIA SAU

thoi gian dao dong-s