Thiết kế bệ thử nghiệm chuẩn đoán kéo cho xe tải có tự trọng 3,5 tấn

Tài liệu tham khảo Thiết kế bệ thử nghiệm chuẩn đoán kéo cho xe tải có tự trọng 3,5 tấn

Thiết kế môn học

chẩn đoán kỹ thuật ôtô

Đề tài: Thiết kế bệ thử nghiệm chẩn đoán kéo cho xe tải có tự

trọng 3,5 tấn

Chơng I:Lựa chọn phơng án thiết kế.

I Các ph ơng án thử chất l ợng kéo:

1.1.Bệ lực đo ở trạng thái tĩnh:

Hình 1- 1

Sơ đồ bệ lực đo lực kéo ở trạng thái tĩnh

A- Bệ thử lực với tấm phẳng chuyển động

B- Bệ thử lực với tấm phẳng không chuyển động C- Bệ thử lực với các con lăn

D- Bệ thử lực với thiết bị tác dụng mô men xoắn tới bánh xe

1- Lực tác dụng do áp lực chất lỏng hoặc khí nén từ

bệ thử truyền đến

2- Cảm biến đo áp lực

3- Tấm phẳng chuyển động

4- Đồng hồ đo lực

5- Bánh xe

6- Giá tựa giữ cho ôtô không chuyển động

7- Tấm phẳng không chuyển động

8- Con lăn

Nguyên lý làm việc chung của loại bệ thử này dựa trên cơ

sở cân bằng lực tác dụng từ bệ thử với lực hãm của bánh xe

đứng yên Tăng dần lực tác dụng từ bệ thửcho đến khi bánh xe hãm bắt đầu quay( lực đẩy cân bằng với lực hãm) , lúc đó

đồng hồ đo 4 sẽ chỉ giá trị lực hãm của bánh xe thí nghiệm

Nhợc điểm của các loại bệ thử này là kết quả đo không chính xác vì nó không mô phỏng đợc quá trình phanh thực tế trên đờng khi thử nghiệm Do vậy nó đợc ít sử dụng trong sản xuất

1.3.2.Bệ thử lực đo ở trạng thái động:

Để đo đợc lực kéo ở trạng thái động bệ lực với các con lăn

đợc sử dụng phổ biến Bệ kiểu này bao gồm động cơ điện, các con lăn và thiết bị đo Bệ thử cho phép đo lực kéo trong quá trình quay bánh xe ở vận tốc V=2- 10 Km/h Lực kéo đợc xác định theo giá trị mô men xoắn xuất hiện khi phanh bánh xe

Bệ thử con lăn dạng lực cũng có nhiều loại: loại đo hiệu quả hãm bằng cảm biến lực, loại đo bằng đồng hồ so kiểu lực kế

z 1 z 2

Hình 1- 2

Sơ đồ bệ thử con lăn dạng lực

1 Bộ truyền động xích hoặc đai

2 Con lăn

3 Hộp cân bằng

6

5 4 3 2

7

1

4 Tay đòn truyền lực

5 Đồng hồ đo lực

6 Động cơ điện

7 Bộ truyền trục vít bánh vít

Nguyên lý một cụm của bệ thử kéo con lăn dạng lực đo bằng đồng hồ so kiểu lực kế Bệ thử bao gồm các con lăn đợc nối với nhau bằng xích, Các con lăn đợc dẫn động quay từ động cơ điện qua bộ truyền bánh vít trục vít và hai cặp bánh răng trụ Các cặp bánh răng này đợc đặt trong khung cân bằng

Đòn 4 để truyền lực từ khung cân bằng đến đồng hồ so kiểu lực kế 5 Khi kéo các bánh xe ôtô, do tác dụng mô men phản lực khung cân bằng sẽ quay với cờng độ tỷ lệ với mô men phanh Lực quay của khung cân bằng đợc chỉ ra trên đồng hồ 5 Trong trờng hợp này mô men kéo đựơc xác định bởi công thức

[KGm]

Trong đó

P- là lực chỉ trên đồng hồ kiểu lực kế 5

l- Là cánh tay đòn đặt lực P

z1 ,z2,z3,z4- Số răng của các bánh răng trụ trong khung cân bằng

Bệ thử kéo con lăn dạng lực đo trực tiếp mô men hãm nhờ cảm biến mô men kéo là loại bệ thử hiện nay đợc sử dụng rộng dãi nhất Phần tử chủ yếu của bệ là hai cụm con lăn đặt dới hai cụm bánh xe của một trục Mỗi cụm con lăn bao gồm : khung, các con lăn, động cơ điện và thiết bị đo

Hình 1 - 3

Sơ đồ bệ thử lực với thiết bị đo là cảm biến lực kéo.

1.Cảm biến lực kéo.

2.Hộp số

3.Động cơ

4.ổ bi

5.Khung

6.Con lăn

7.Thiết bị nâng hạ

8.Đo lực phanh

Khung 5 của bệ thử đựơc đặt trên các tấm đỡ đàn hồi

để giảm rung khi thí nghiệm Bề mặt các con lăn 6 có gân hoặc phủ bê tông để tăng khả năng bám.Nhờ bộ truyền động xích các con lăn đều là chủ động, do vậy tăng đợc trọng lợng bám, giảm đợc sự trợt khi thí nghiệm Hộp giảm tốc 4 có vai trò

nh khung cân bằng trên tay gạt của nó đặt cảm biến lực phanh 1 Tấm đỡ 9 giúp ôtô đi ra khỏi bệ thử dễ dàng Giá trị lực hãm đo đợc lớn nhất phụ thuộc vào lực bám giữa bánh xe với con lăn

1.2: Chuẩn đoán chất lợng kéo trên bệ thử quán tính:

Bệ thử quán tính đợc chia ra làm hai loại chủ yếu sau:

-Loại sử dụng lực bám giữa bánh xe với mặt tựa( Bệ tấm phẳng, Bệ con lăn quán tính ) Phơng pháp chuẩn đoán của loại

bệ thử này dựa trên cơ sở đo lực quán tính xuất hiện trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với bề mặt tựa trong quá trình phanh

-Loại không sử dụng lực bám giữa bánh xe với bề mặt tựa

a, Bệ thử kéo tấm phẳng quán tính:

Nguyên tắc chuẩn đoán của bệ thử kéo tấm phẳng quán tính là không sử dụng quán tính của bệ thử mà chỉ dùng khối l-ợng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của ôtô

Hình 1- 4

Bệ thử kéo tấm phẳng quán tính 1.Hộp thiết bị đo

2.Tấm phẳng

3.Cảm biến đo độ dịch chuyển

Bao gồm bốn tấm phẳng với bề mặt khía nhám để tăng

hệ số bám các cảm biến 3 để đo độ dịch chuyển tấm phẳng

2 khi kéo Hộp đo 1 dùng để biến đổi các tín hiệu nhận đợc

từ cảm biến 3 Khi thử nghiệm ngời lái cho ôtô đi vào bệ thử với tốc độ 6- 12 Km/h Và dừng lại đột ngột trên tấm phẳng khi phanh Khi đó trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với tấm phẳng xuất hiện lực quán tính cân bằng với lực phanh làm các tấm dịch chuyển Độ dịch chuyển các tấm phẳng đựơc ghi bởi các cảm biến thuỷ lực, cơ khí, hay khí nén

Bệ thử tấm phẳng có u điểm cơ bản là có năng suất chẩn

đoán cao, công nghệ chuẩn đoán đơn giản Nhng nó tồn tại một số nhợc điểm: độ ổn định hệ số bám kém vì bệ thờng xuyên có bụi bẩn và ớt, chiếm diện tích nhà xởng lớn vì phải có

đoạn đờng tăng tốc, gây khí thải độc hại cho phân xởng

b,Bệ thử kéo con lăn quán tính:

Khác với bệ thử tấm phẳng quán tính, bệ thử con lăn quán tính chỉ sử dụng quán tính của bệ thử trên cơ sở cân bằng với quán tính của ôtô khi kéo trên đờng Nó gồm có hai loại chính : Loại dẫn động từ động cơ ôtô, loại dẫn động từ động cơ điện Cả hai loại đều sử dụng lực bám giữa bánh xe với bề mặt tựa

A

A B C

Hình 1-5

Bệ thử con lăn (A,B) và băng tải (C) quán tính

1.Bánh xe 2.6.Con lăn 3.Hộp giảm tốc

4.Động cơ

5.Xích truyền động 7.Bánh đà

8.Băng tải

Bệ thử con lăn dẫn động từ động cơ ôtô( Hình 1-5 A) Bao gồm các cụm con lăn 2,6 có liên hệ động học với bánh đà 7 Các con lăn đợc dẫn động quay từ bánh xe chủ động của ôtô Nhợc

điểm của loại này là hao tốn nhiên liệu và khí thải làm ô nhiễm môi trờng không gian sản xuất

Bệ thử kéo băng tải quán tính ô( Hình 1-5 C).Bao gồm các con lăn trên đó trên đó đặt tấm vải bọc cao su Bệ cũng đợc dẫn động từ động cơ ôtô, bệ này chỉ dùng để thí nghiệm xe con

Bệ thử kéo con lăn quán tính dẫn động bằng động cơ

điện(Hình 1- 5 B) Gồm hai cụm bánh đà đặt riêng rẽ dới bánh

xe của một trục, các con lăn nhận truyền động từ động cơ

điện và dẫn động quay các bánh xe ôtô Bệ loại này có khả năng kiểm tra lực kéo của từng cầu, các chi phí trong quá trình thử nhỏ, không ô nhiễm môi trờng, do vậy nó đợc sử dụng khá phổ biến ở các xí nghiệp

Nguyên lý làm việc của tất cả các loại bệ thử quán tính có

sử dụng lực bám giữa bánh xe với bề mặt tựa về bản chất là

nh nhau Trên các loại bệ thử kéo con lăn quán tính co thể đo mô men kéo theo mô men phản lực xuất hiện trên trục của bệ thử đoạn giữa bánh đà với con lăn

Để đảm bảo đợc độ tin cậy của kết quả chẩn đoán thì các loại bệ thử con lăn quán tính phải mô hình hoá đợc quá trình chuyển động thực tế của ôtô trên đờng và trên bệ thử phải tơng đơng nhau Đây là một nhợc điểm dẫn đến loại bệ thử này không chẩn đoán đợc cho nhiều loại xe

c, Bệ thử kéo quán tính không sử dụng lực bám:

Bệ thử quán tính không sử dụng lực bám cho phép đo trực tiếp mô men phanh ở cơ cấu phanh, bệ kiểu này gồm hai loại:

Sơ đồ bệ thử quán tính để thử lực kéo không sử dụng lực bám

-Loại bánh xe ôtô tựa trên con lăn( Hình 1- 8 A).Trong trờng hợp này con lăn chỉ có tác dụng đỡ bánh xe mà không tham gia trong thành phần bệ thử

-Loại treo bánh xe lên bằng hệ thống kích nâng(Hình 1- 8 B)

So với loại bệ thử con lăn kiểu quán tính thì loại bệ thử này

có khả năng loại trừ đợc sự trợt của bánh xe với con lăn Khử đợc

sự sai khác về cản lăn trên đờng và trên bệ thử

A

B

Hình 1- 8

Nguyên lý làm việc chung của loại bệ thử: động cơ điệ kéo bánh xe ôtô quay đến tốc độ 50 –70 Km/h sau đó đạp phanh

đột ngột sau đó ngắt điện vào động cơ.Dựa vào thời gian quay của các khối lợng quán tính ta co thể xác định đợc lực kéo trên các bánh xe chủ động

Trên hình 1-9 Trình bầy sơ đồ bệ thử quán tính không

sử dụng lực bám, để đo mô men kéo trên các bánh xe chủ

động mà không cần chất tải lên thùng xe

Hình 1-9

Bệ quán tính không dùng lực bám Khi thí nghiệm bánh xe ôtô đợc nâng khỏi mặt đờng và nối với bán trục 5 của hộp vi sai 4 Bán trục 6 đựơc hãm cứng

động cơ điện 1 qua bánh đà 2 sẽ dẫn động toàn bộ hệ thống quay đến tốc độ 60-70 Km/h Đạp phanh đồng thời cắt động cơ điện 1.Lúc đó các nửa trục 5 và trục 6 bằng nhau Dùng cảm biến mô men đặt trên trục 6 ta có thể đo đựơc mô men phanh và quãng đờng phanh ở chế độ mô men phanh cực đại ( ngời lái đạp phanh cực đại)

Cơ sở tính toán thiết kế bệ thử cũng dựa trên phơng trình cân bằng động năng khi phanh ôtô trên bệ thử và trên

đờng

So với nhóm bệ thử dạng lực hẹ thử phanh quán thnhs thử

đợc ở tốc độ cao hơn, tạo ra quá trình phanh trên bệ thử sát bới thực tế hơn ( về nhiệt độ trống phanh, về sự thay đổi của hệ

số ma sát giữa má phanh và tang trống, về hệ số bám ).Do vậy khả năng phát hiện ra các h hỏng của hệ thống phanh cũng lớn hơn Nhng tính vạn năng của bệ quán tính không cao so khó thay đổi đợc mô men quán tính của bánh đà, kết cấu của bệ phức tạp và độ ổn định khi thí nghiệm kém

II.Lựa chọn ph ơng án thiết kế:

Dựa vào đặc tính kỹ thuật, u nhợc điểm của các loại bệ thử trên kết hợp với tình hình thực tế ở Việt nam ta có thể đa

ra một loại bệ thử có các điều kiện về kinh tế, kỹ thuật có thể

đáp ứng đợc với công tác thử nghiệm cho các loại xe không

đồng đều về chủng loại, hình dáng, kích thớc đang đợc sử dụng ở Việt nam Bệ thử này phải đáp ứng đợc các nhu cầu sau:

+ Chi phí sản xuất, lắp ráp sử dụng nhỏ

+ Chiếm diện tích nhỏ

+ Độ ổn định cao, đòi hỏi trình độ vận hành sử dụng không cao lắm

+ Tính vạn năng cao

Từ các thực tế yêu cầu trên ta chọn phơng án thiết kế bệ thử lực, đo lực kéo ở trạng thái động, bệ thử dạng con lăn, thiết bị chất tải là phanh điện Đo lực kéo ở chế độ tốc độ ứng với mô menn xoắn cực đại của động cơ, vận tốc ôtô khi thử khoảng ( 2- 10) km/h ở tay số 1 Máy điện làm việc ở chế

độ hãm tái sinh

Các thông số của ôtô thử nghiệm: Xe tải KIA RHINO, 4T

Trọng tải: 4000 (kg)

Tự trọng: 3500 (kg) Trọng lợng toàn bộ: 7500 (kg) Dung tích công tác: 4,1 (l) Công suất cực đại(ml)/số vòng quay(v/ph): 105/3600

Mô men cực đại (KGm)/số vòng quay (v/ph): 28/2000 Kích thớc lốp: 7,5-16

Kích thớc bao: 7000 x

2175 x 2400

Chiều dài cơ sở: 3770 Vệt bánh trớc: 1770

Vệt bánh sau: 1610

Kích thớc thùng xe: 4600 x 2025

x 400

Tải trọng tác dụng lên cầu trớc: 1050(kg) Tải trọng tác dụng lên cầu sau : 2450(kg) Trong đó : rbx =  r0

Với lốp có áp suất cao thì (=0,9450,95), chọn  =

0,945

Vậy : rbx =  r0 = 0,945 393,7 = 372 (mm)

===========

chơng ii: Tính toán động học và

động lực học

I Tính toán kích th ớc bệ thử.

Sơ đồ cấu tạo chung của bệ thử:

1 Con lăn

2,3 Bộ truyền xích

4 Thiết bị nâng

5 Trục

6 Khớp nối

7 Máy hãm điện

8 Đồng hồ đo mô men

9 Trô dÉn híng cho thiÕt bÞ n©ng

- Cơ cấu nâng hạ đợc dẫn động bằng thuỷ lực giúp xe ra

vào bệ dễ dàng

1 Bán kính con lăn

- Bán kính con lăn trong bệ thử phanh đợc xác định theo

điêù kiện

giảm cản lăn

Rcl = 0,4 rbx

 Rcl = 0,4 372 = 148,8 (mm)

2 Khoảng cách giữa các con lăn và góc lệch giữa các con lăn với bánh xe

- Tính Lc theo điều kiện bám

Lc  2 (Rcl + Rbx)

Với hệ số bám  = 0,6 ta đợc

Lc  2.( 148,8 +372)

Vậy ta chọn Lc = 800 (mm)

- Ta có

Lc = 2.( Rcl + Rbx).sin

 sin =

 = 48035’  tg = 1,1338> 0,6 Vậy  = 48035’ thoả mãn điều kiện ổn định của ô tô trên bệ thử

3 Chiều dài con lăn

Căn cứ vào hình vẽ ta có

Lcl =

Trong đó a là hệ số lấy = 150 với xe tải

4 Chiều rộng của bệ thử

Knmax : khoảng cách lớn nhất giữa hai mép ngoài lốp

 BBT = (190,5.2 + 2175) + 2.150 = 2856(mm)

II.Tính toán động lực học

-Tốc độ thử của bánh xe: Đợc tính theo công thức

nbx = trong đó Vt- Vận tốc thử của ô tô Chọn Vt= 10 (km/h) = 2,8 (m/s)

 nbx= = 59,32 (v/ph)

-Tốc độ của con lăn : Đợc tính theo công thức

cl= = = 15,56 (rad/ s)

1 Các lực tác dụng lên con lăn và bánh xe:

Sơ đồ các lực tác dụng lên con lăn và bánh xe

2 Phân tích lực nơi tiếp xúc bánh xe

Ta có tải trọng tác dụng lên bánh xe

Zb = 1/2 Gbmax

Gbmax : tải trọng lớn nhất tác dụng lên cầu thử Tải trọng tác dụng lên 1 bánh

Zb = 1/2 Z2 = 1/2 2450 = 1225 (KG)  Phản lực tác dụng từ con lăn lên bánh xe

H1 = H2 = Tính các lực phanh cực đại: Theo hình vẽ ta có

Vì

Ppmax= = = 1111,06(KG)

3 Chọn động cơ điện:

Để tiến hành chọn động cơ điện ta tiến hành xác định công suất cần thiết của động cơ ở chế độ phanh

Tính công suất của con lăn cực đại

Nclmax=

=Ppmax Vth =

Khi đó ta có công xuất cần thiết của động cơ

Nđc 

Ta có bệ = 12 2 3 42

Trong đó : 1 - Hiệu suất truyền động của xích , 1

= 0,95

2 – Hiệu suất truyền của khớp nối , 2 = 1 3 - Hiệu suất truyền của cặp bánh răng ,

3 = 0,97

4- Hiệu suất truyền động của cặp ổ lăn,

4= 0,995

 bệ = 0,952 1 0,97 0,9952 = 0,87 Nên công xuất cần thiết của động cơ

Nđc 

Nh vậy ta chọn máy hãm điện nh sau:

Ký hiệu: AO2-81-4

Công suất: 40 KW, vận tốc: 1460 v/ph, hiệu suất: 91,5%

4 Phân phối tỷ số truyền

Ta có tỉ số truyền động chung của bệ thử :

ibt=

trong đó : ncl- Tốc độ quay của con lăn

ncl= = = 148,7(v/ph)  ibt= = 9,8

Tỉ số truyền chung của bệ thử :

ibt=ibnix.

trong đó

ibn- tỉ số truyền của cặp bánh răng trong hộp giảm tốc

ix- tỉ số truyền của bộ truyền xích

Chọn trớc ix= 1

 ibn = 9,8

================

ơng iii thiết kế bộ phận đo ghi.

Trên bệ thử này thì các đại lợng cần đo là tốc độ quay của con lăn và mômen xoắn trên trục con lăn Để đo tốc độ con lăn

ta dùng cảm biến tốc độ, để đo mômen xoắn ta dùng cơ cấu

đo kiểu cơ khí

Thiết bị đo phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Có độ nhạy cao, không có các vùng chết

- Không phụ thuộc vào môi trờng xung quanh

- Có đặc tính tuyến tính

- Cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy và có tuổi thọ cao

- Chịu đợc tải trọng rung động và bụi bẩn

Thiết bị đo mômen:

- Sơ đồ cấu tạo :

- Các kích thớc chọn trớc :

L = 716 mm = 0,716 m

Q

r

L

P

Hình 8 Sơ đồ thiết bị đo

mômen

l = 300 mm = 0,3 m.

r = 50 mm = 0,05 m

a = 200 mm = 0,2 m

Q = 100 N

- Nguyên lý làm việc :

Để đo mômen xoắn của động cơ ngời ta đo lực trên cánh tay đòn ở vỏ phanh Lực P ở vỏ phanh đặt vào tay đòn r, còn

đối trọng Q treo trên cánh tay đòn l nh hình vẽ Do tác dụng của lực P, con lắc Q lệch đi một góc  và giữ nguyên ở vị trí

đó

Khi đó điều kiện cân bằng là :

P.r.cos = Q.l.sin

Nh vậy mômen phanh ở vỏ phanh cân bằng với mômen xoắn

ở động cơ và đợc tính nh sau :

Với:

 : Là hiệu suất truyền động của hộp giảm tốc giữa động cơ và thiết bị phanh (do không có hộp giảm tốc nên  = 1 )

L : Là chiều dài cánh tay đòn ở vỏ phanh ( L =716 mm )

Me : Là mômen trên trục của động cơ điện và đợc tính nh sau :

Khi đó ta có :

Suy ra :