BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC DŨNG NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI QUAY VÒNG ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS HAI TẦNG SỬ DỤNG
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC DŨNG
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC DŨNG
NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI QUAY VÒNG ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS HAI TẦNG SỬ DỤNG
Ở TP.HCM VÀ CÁC TỈNH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246
Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC DŨNG
NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI QUAY VÒNG ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS HAI TẦNG SỬ DỤNG
Trang 4LÝ LỊCH KHOA HỌC
I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Trần Ngọc Dũng Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 24/08/1987 Nơi sinh: Tp.HCM
Quê quán: Cambodia Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 349 Lê Hồng Phong, phường 2 quận 10
Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng:
II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1 Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/đến……./………
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2 Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 05/2010
Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Ngành học: Cơ khí động lực
Tên đồ án: Chuyên đề về hệ thống điện xe gắn máy
Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 01/2010 trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Người hướng dẫn: Lê Xuân Tới
III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm
nhiệm
06/2010 ÷ 06/2011 Trường TC Kỹ thuật Công nghệ Hùng
08/2011 đến nay Trường CĐ Kinh tế Kỹ thuật Phú Lâm Giảng viên
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 03 năm 2014
Trang 6
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô và các bạn cùng lớp Với lòng kính trọng
và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn
Phó giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Văn Phụng, người thầy kính mến đã hết lòng
giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp Người thầy đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn chỉ bảo để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này
Kính chúc ban giám hiệu, các thầy luôn mạnh khỏe, thành công và luôn là ngọn đuốc soi đường cho thế hệ đàn em chúng em tiến bước thành công hơn, vững chắc hơn trên con đường khoa học tuy có khó khan và thử thách
Xin chân thành cảm ơn và chúc các thầy cô sức khỏe và thành đạt
Trang 7TÓM TẮT
Luận văn nghiên cứu tính ổn định chuyển động của xe cũng như trạng thái quay vòng của xe bus 2 tầng thông qua việc sử dụng các thông số kỹ thuật của xe để tính toán hệ số đặc trưng kết cấu (K) Qua đó rút ra các đề nghị để khắc phục các nhược điểm của xe nhằm đáp ứng yêu cầu an toàn cho xe bus 2 tầng Đồng thời, dựa vào hệ số đặc trưng kết cấu (K) sử dụng phần mềm SolidWorks để mô phỏng các trạng thái quay vòng của xe
ABSTRACT
The thesis presents an investigation on the stability of vehicle as well as the steady state turning of double decker, the used specifications of double decker to calculate steady state steering characteristics by understeer coefficient Thereby to sum up disadvantages to overcome for respond the safety requirements to double decker At the same time, based on understeer coefficient used SolidWorks to simulate the state turning vehicle
Trang 8MỤC LỤC
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Lời cảm ơn iii
Tóm tắt iv
Mục lục v
Danh sách các hình ix
Danh sách các bảng xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1
1.2 Mục đích của đề tài 32
1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 33
1.4 Phương pháp nghiên cứu 33
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 34
2.1 Bánh xe 34
2.2 Hệ số bám 34
2.3 Phân bố tải trọng 35
2.4 Góc lệch hướng 35
2.5 Chất lượng mặt đường 36
2.6 Hệ thống treo 37
2.7 Hệ thống phanh 37
2.8 Động lực học của xe 38
CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 39
3.1 Tính chất ổn định trong mặt cắt dọc 39
3.1.1 Tính chất ổn định tĩnh 39
3.1.2 Tính chất ổn định động 42
Trang 93.2 Tính chất ổn định trong mặt cắt ngang 46
3.2.1 Tính chất ổn định tĩnh 46
3.2.2 Tính chất ổn định động 48
3.3 Sự ổn định của xe khi phanh 53
3.3.1 Sự hãm cứng bánh xe 53
3.3.2 Ổn định phanh 55
CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT QUAY VÒNG ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 60
4.1 Động học và động lực học quay vòng 60
4.1.1 Quá trình quay vòng có 3 giai đoạn 60
4.1.2 Sơ đồ quay vòng của ô tô 60
4.1.3 Quan hệ các thông số góc quay bánh xe dẫn hướng 61
4.2 Quan hệ các góc θn và θt với cơ cấu hình thang lái 64
4.3 Quan hệ θn và θt đối với ô tô nhiều cầu dẫn hướng 65
4.3.1 Trường hợp tất cả các bánh xe đều dẫn hướng 65
4.3.2 Nhiều cầu trước dẫn hướng 66
4.4 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng 67
4.5 Các lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng 68
4.6 Đặc tính lái – tốc độ giới hạn quay vòng ô tô 69
4.7 Ảnh hưởng tính đàn hồi lốp xe đến quay vòng 70
4.8 Các thông số kết cấu ảnh hưởng đặc tính quay vòng đối với loại lốp biến dạng 74
4.9 Quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng θn, θt đối với lốp đàn hồi 75
4.10 Tính ổn định các bánh xe dẫn hướng 76
4.10.1 Sơ đồ bánh xe dẫn hướng có trụ quay đứng đặt nghiêng ngang một góc β 77
4.10.2 Góc nghiêng trụ quay đứng phía sau trong mặt cắt dọc 78
4.10.3 Ảnh hưởng của độ đàn hồi lốp xe theo hướng ngang 78
4.11 Moment ổn định bánh xe dẫn hướng 79
4.12 Các góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng 81
4.12.1 Góc doãng (α) 81
4.12.2 Góc chụm (γc) 81
Trang 104.12.3 Tính chất ổn định 82
CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI QUAY VÒNG DỰA TRÊN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN XE BUS 2 TẦNG BHT 89 84
5.1 Ý nghĩa các kí hiệu sử dụng trong công thức 84
5.2 Các công thức tính toán 84
5.2.1 Tính chất ổn định tĩnh 84
5.2.2 Quan hệ giữa các thông số góc quay bánh xe dẫn hướng θn, θt 85
5.2.3 Ảnh hưởng của tính đàn hồi lốp xe đến trạng thái quay vòng của xe ô tô 85
5.2.4 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thiếu 86
5.2.5 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thừa (tốc độ nguy hiểm) 86
5.3 Trình bày kết quả tính toán 86
5.3.1 Tính chất ổn định tĩnh 86
5.3.2 Quan hệ giữa các thông số góc quay bánh xe dẫn hướng θn, θt 88
5.3.3 Đánh giá trạng thái quay vòng của xe bus 2 tầng BHT 89 thông qua hệ số đặc trưng kết cấu của xe 104
5.3.4 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thừa (tốc độ nguy hiểm) 106
CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI QUAY VÒNG CỦA XE DỰA VÀO HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG KẾT CẤU (K) 107
6.1 Giới thiệu về phần mềm SolidWorks 107
6.2 Thông số kỹ thuật của xe bus 2 tầng BHT 89 107
6.3 Quá trình xây dựng mô phỏng trạng thái quay vòng 108
6.3.1 Xây dựng các mô hình 108
6.3.2 Trạng thái xe quay vòng trung tính 109
6.3.3 Trạng thái xe quay vòng thiếu 110
6.3.4 Trạng thái xe quay vòng thừa 113
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 116
7.1 Kết luận 116
7.2 Đề nghị 116
Trang 11TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 PHỤ LỤC 119
Trang 12DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Xe bus 2 tầng được kéo bằng sức ngựa – Omnibuses 2
Hình 1.2: Xe bus 2 tầng đầu tiên loại NS dùng động cơ đốt trong 2
Hình 1.3: Xe bus 2 tầng loại Routermaster chạy ở London 3
Hình 1.5: Xe bus 2 tầng loại B – Type được nhìn từ phía sau 5
Hình 1.6: Xe bus 2 tầng loại B được thay đổi hình dạng để phục vụ cho quân đội 5 Hình 1.7: Xe bus 2 tầng loại K được nhìn từ phía trước 6
Hình 1.10: Xe bus 2 tầng loại S được chụp từ phía bên hông xe 8
Hình 1.11: Xe bus 2 tầng loại S được chụp từ phía trước xe 8
Hình1.12: Xe bus 2 tầng loại NS được chụp từ phía trước trên 9
Hình 1.13: Xe bus 2 tầng loại NS với tầng trên có trần che chắn 9
Hình 1.14: Cầu thang để di chuyển lên tầng trên được lắp đặt phía sau 10
Hình 1.15: Xe bus 2 tầng loại STL do công ty A.E.C sản xuất 11
Hình 1.16: Xe bus 2 tầng loại STL do công ty A.E.C sản xuất được nhìn từ phía
Hình 1.22: Xe bus 2 tầng loại Routemaster sử dụng ở London 16
Trang 13Hình 1.25: Xe bus 2 tầng sử dụng ở Canada 18
Hình 1.27: Xe bus 2 tầng sử dụng tại Việt Nam – Ngày mới xuất xưởng 19
Hình 1.28: Xe bus 2 tầng sử dụng tại Việt Nam – Nhìn từ phía trước 19
Hình 2.2: Sơ đồ phân bố các lực tác dụng lên xe khi chuyển động 35
Hình 2.4: Sơ đồ phân bố các lực tác dụng lên xe khi phanh 37
Hình 3.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi đứng yên trên dốc 39
Hình 3.2: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu xuống dốc 40
Hình 3.3: Sơ đồ tính ổn định theo điều kiện bám của bánh xe sau 41
Hình 3.4: Sơ đồ phân tích lực khi xe chuyển động lên dốc, tăng tốc 43
Hình 3.6: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ô tô khi đứng yên 46
Hình 3.7: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ô tô khi chuyển động 48
Hình 3.8: Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi quay vòng trên đường nghiêng vào
phía trong trục quay vòng 49 Hình 3.9: Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi quay vòng trên đường nghiêng ra
phía ngoài trục quay vòng 50 Hình 3.10: Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi quay vòng trên đường nằm
Hình 3.11: Sơ đồ các lực tác dụng lên xe theo điều kiện trượt ngang 52
Trang 14Hình 3.12: Trạng thái hãm cứng các bánh xe 54
Hình 3.14: Quan hệ lực phanh và β khi S1 = S2 = 0 57
Hình 3.15: Quan hệ lực phanh và β khi S1 ≠ S2 ≠ 0 58
Hình 4.4: Xác định góc quay θn và θt theo phương pháp vẽ 62
Hình 4.5: Đường cong θn = f (θt) lý thuyết và thực tế 63
Hình 4.7: Quan hệ θn và θt tính theo cơ cấu hình thang lái DANTO 65
Hình 4.10: Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng 67
Hình 4.11: Các lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng 68
Hình 4.12: Tốc độ giới hạn quay vòng 69
Hình 4.18: Sơ đồ quay vòng dưới tác dụng của các lực 74
Hình 4.19: Quan hệ θnvà θt đối với lốp đàn hồi 75
Hình 4.20: Góc nghiêng ngang của trục quay đứng β và các phản lực của
đường Zb.sinβ tạo nên các moment ổn định 77
Hình 4.21: Góc nghiêng trục quay đứng trong mặt phẳng dọc (Caster) 78
Hình 4.23: Đồ thị Gough biểu diễn mối quan hệ các đặc tính 79
Trang 15Hình 4.25: Góc doãng bánh xe (α) 81
Hình 4.27: a – Quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng và moment ma sát Mr 82
Hình 4.27: b – Góc quay θt và moment ổn định MOĐ 83
Hình 5.1: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của xe 87
Hình 5.2: Đồ thị đường cong θn = f(θt ) đối với loại lốp không biến dạng 88
Hình 5.3: Đồ thị đường cong θn = f(θt ) đối với loại lốp đàn hồi
Hình 5.11: Đồ thị hệ số (K) đối với trường hợp không tải 105
Hình 5.12: Đồ thị hệ số (K) đối với trường hợp đầy tải 105
Hình 6.1: Mô phỏng tổng quát quá trình quay vòng của xe 108
Hình 6.2: Mô phỏng quá trình xe bắt đầu đi vào đường vòng 109
Hình 6.3: Mô phỏng trạng thái quay vòng trung tính của xe khi quay Volant
một góc cố định 109
Trang 16Hình 6.4: Mô phỏng quá trình xe đi ra khỏi đường vòng 110
Hình 6.5: Trạng thái quay vòng trung tính của xe khi hệ số đặc trưng kết cấu
của xe K = 0 110 Hình 6.6: Mô phỏng quá trình xe bắt đầu đi vào đường vòng 111
Hình 6.7: Mô phỏng trạng thái quay vòng thiếu của xe khi quay volant một
Hình 6.8: Trạng thái phải quay thêm Volant để xe quay vòng đúng với quỹ
đạo cong của đường 112 Hình 6.9: Mô phỏng quá trình xe đi ra khỏi đường vòng 112
Hình 6.10: Trạng thái quay vòng thiếu của xe khi hệ số đặc trưng kết cấu của
Hình 6.11: Mô phỏng quá trình xe bắt đầu đi vào đường vòng 113
Hình 6.12: Mô phỏng trạng thái quay vòng thừa của xe khi quay Volant một
Hình 6.13: Trạng thái phải giảm bớt góc quay của Volant để xe quay vòng
đúng với quỹ đạo cong của đường 114 Hình 6.14: Mô phỏng quá trình xe đi ra khỏi đường vòng 115
Hình 6.15: Trạng thái quay vòng thừa của xe khi hệ số đặc trưng kết cấu
của xe K < 0 115
Trang 17DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của xe bus 2 tầng BHT 89 21
Bảng 2.4: Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ 6CL320 – 2 26
Bảng 2.5: Đồ thị nhân tố động lực học của xe BHT 89 28
Trang 19Chương1
TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Lịch sử về xe bus 2 tầng trên thế giới
Năm 1820, xe bus 2 tầng thương mại đầu tiên được giới thiệu, cũng như các phiên bản khác của xe bus thì xe bus 2 tầng này về hình dáng và cấu trúc cùng những lời khẳng định về sự nổi bật của nó đã mở ra nhiều cuộc tranh luận, tuy nhiên nó vẫn đạt được thỏa thuận và giới thiệu rộng rãi vào năm 1820 Tuy nhiên, chiếc xe bus 2 tầng đầu tiên được kéo bằng sức ngựa để đáp ứng mong đợi của mọi người trước khi động cơ đốt trong được ra đời
Các xe bus đầu tiên này được gọi là “Omnibuses” và được chạy ở Pháp và Anh, mãi cho đến năm 1847 tên này không còn được sử dụng nữa khi Adams & Co của Fairfield chế tạo, sản xuất ra một chiếc xe thêm một tầng phía trên với hàng ghế được sắp xếp ở ngoài trời chạy dọc theo chiều dài của xe bus nhưng lại không có trần xe Những chuyến xe đầu tiên được điều hành bởi Công Ty Vận Chuyển Kinh Tế London (Economic Conveyance Company of London), và khuyến khích mọi người sử dụng vé
xe ngồi ở ngoài trời với giá chỉ bằng một nữa giá chi phí tiền vé ngồi ở bên trong xe
Loại xe bus 2 tầng với tầng trên ở ngoài trời được kéo bằng sức ngựa thì ban đầu không được phổ biến, và phải mất đến gần 10 năm để tiếp thucác ý tưởng, cho đến năm 1852 John Greenwood đã giới thiệu một xe bus 2 tầng mới với hình dáng kích thướclớn hơn nhiều so với mẫu xe bus cũ, mẫu xe bus 2 tầng mới có không gian đủ cho
42 hành khách và cần tới lực kéo của 3 con ngựa, lối đi lên tầng trên vẫn được sử dụng bằng một chiếc thang
Trang 20Hình 1.1: Xe bus 2 tầng được kéo bằng sức ngựa – Omnibuses
Xe bus 2 tầng dần trở nên mới lạ hơn với những cải tiến như cầu thang để đi lên các tầng trên dễ dàng hơn, dọc suốt chiều dài xe được được trang bị các băng ghế dài
để tạo sự thoải mái, điều này khuyến khích phụ nữ đi xe bus nhiều hơn.Các con ngựa dùng để kéo xe bus phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt từ xe điện giá thấp và xe lửa
đã trở nên phổ biến sau những năm 1800, và với sự ra đời của động cơ đốt trong và Thế chiến thế giới lần thứ nhất, mãi đến ngày 04 tháng 08 năm 1914 những con ngựa kéo xe bus cuối cùng ở London đã ngừng hoạt động, nhưng ở nông thôn xe bus này vẫn còn tiếp tục hoạt động ở nông thôn nước Anh cho đến năm 1932
