Nghiên cứu dao động của ô tô tải 5 tấn hiệu thaco foton FC50 khi vận chuyển ô tô trên đường lâm nghiệp

Hình 1.2: Vận chuyển gỗ bằng ôtô tải cỡ trung bình Để nâng cao hiệu quả trong vận chuyển gỗ cũng đã có nhiều nhà khoa học đầu tư công sức nghiên cứu, thử nghiệm, ứng dụng các thiết bị cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

PHẠM VĂN THÀNH

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE ÔTÔ TẢI 5 TẤN HIỆU THACO FOTON FC500 KHI CHỞ

GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

Chuyên ngành:Kỹ Thuật Cơ Khí

Mã số: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Đồng Nai, 2014

LỜI CẢM ƠN

Được sự cho phép của Ban Giám hiệu Nhà trường, Khoa sau đại học, Khoa

Cơ điện và Công trình trường đại học Lâm Nghiệp Việt nam, tôi đã thực hiện luận

văn tốt nghiệp thạc sỹ Kỹ thuật Cơ Khí với tên đề tài " Nghiên cứu dao động của

xe ôtô tải 5 tấn hiệu Thaco Foton FC500 khi chở gỗ trên đường lâm nghiệp "

Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu đã tận tình hướng dẫn, góp ý, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn

này

Tôi cũng xin cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Bỉ, và quí thầy cô khoa Cơ

Điện và Công trình, Khoa sau đại học Trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, các

bạn học viên lớp cao học K20 Chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này và khóa học vừa qua

Trân trọng cảm ơn Ban giám đốc và cán bộ nhân viên Ban Đào tạo sau đại học Cơ

sở 2 Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn

thành các môn học tại cơ sở 2

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, cơ quan tôi đang công tác, đã hỗ trợ, tạo điều kiện để tôi hoàn thành được đề tài

Tôi xin cam đoan công trình này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những kết quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố, những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn này đểu đã được nói rõ nguồn gốc

Tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp, bổ xung cho bản luận văn này được hoàn chỉnh hơn

Đồng nai, ngày 20 tháng 04 năm 2014

Tác giả

Phạm Văn Thành

Trang

Trang phụ bìa i

Lời cảm ơn ii

Mục lục Danh mục các ký hiệu iv

Danh mục các bảng v Danh mục các hình vi

Đặt vấn đề ix

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ôtô, máy kéo trong vận chuyển gỗ ở nước ta hiện nay 1

1.2 Tổng quan về nghiên cứu dao động ôtô máy kéo 4

1.2.1 Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo trên thế giới 4

1.2.2.Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam 6

1.3 Tổng quan về hệ thống treo trên xe ôtô 10

1.3.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo 11

1.3.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo 13

1.3.2 Tiêu chuẩn về độ êm dịu của xe 16

1.4 Tình hình nghiên cứu biên dạng đường ôtô 17

1.5 Các phương pháp và phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo 19

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: 19

1.5.2 Phương pháp thực nghiệm 20

1.5.3 Các phần mềm nghiên cứu dao động ôtô máy kéo 21

Chương 2 MỤC TIÊU , ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 24

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 24

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 24

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 27

2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 28

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 43

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết 50

3.1.1 Xây dựng được mô hình dao động của ô tô hiệu Thaco Foton FC500 5 tấn trong mặt phẳng thẳng đứng dọc 50

3.1.2 Hệ phương trình vi phân dao động của ô tô trong mặt phẳng thẳng đứng dọc 51

3.1.3 Kết quả mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động 52

3.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 61

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết quả đạt được của đề tài 64

Các kiến nghị tiếp theo 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

1 T Biểu thức động năng của cơ hệ

2 Π Biểu thức thế năng của cơ hệ

3  Hàm hao tán của hệ

4 q Các tọa độ suy rộng

5 Q Các ngoại lực liên kết

8 Zt Dịch chuyển của khối lượng treo trước m

9 Zs Dịch chuyển của khối lượng treo sau m

15 knt Hệ số cản giảm chấn của giảm xóc cầu trước N.s/m

16 kns Hệ số cản giảm chấn của giảm xóc cầu sau N.s/m

17 k1 Hệ số cản giảm chấn của bánh xe trước N.s/m

18 k2 Hệ số cản giảm chấn của bánh xe sau N.s/m

19 k3 Hệ số cản giảm chấn của ghế ngổi N.s/m

23 m3 Khối lượng ghế lái và lái xe kg

24 a Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm O của xe tới

tâm cầu trước

m

25 b Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm O của xe 26tới

điểm xoay nhíp cầu sau

m

27 Jy Mô men quán tính của phần được treo của ôtô đối

với trục nằm ngang vuông góc với phương truyển động đi qua trọng tâm Ôtô

kgm2

29 l1 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước m

30 l2 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau m

31 ht Chiều cao mấp mô tiếp xúc bánh trước m

32 hs Chiều cao mấp mô tiếp xúc bánh sau m

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật đo tương ứng giữa gia tốc dao động

và cảm giác người ngồi trên xe

17

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của xe Thaco Foton FC 500 5 tấn 25

Bảng 2.2 Các thông số đầu vào cho bài toán lý thuyết 39

Hình 2.14 Cảm biến đo gia tốc B12/1000 45

Hình 2.17 Cảm biến được gắn lên xe Thaco Foton FC500 5 tấn 46 Hình 2.18 Thiêt bị đo được kiểm tra lần cuối trước khi thử nghiệm 47

Hình 3.1 Mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc

của xe Thaco Foton FC500 trọng tải 5 tấn

Hình 3.16 Dịch chuyển của ghế ngồi 61 Hình 3.17 Vận tốc dịch chuyển của ghế ngồi 61 Hình 3.18 Gia tốc dịch chuyển của ghế ngồi 62 Hình 3.19 Gia tốc dao động thẳng đứng của trục bánh xe 63 Hình 3.20 Chương trình xử lý mấp mô biên dạng đường 63 Hình 3.21 Mấp mô biên dạng mặt đường thí nghiệm 63 Hình 3.22 Đồ thị gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của ghế ngồi người

lái

64

Tính cấp thiết của luận án

Vận chuyển gỗ là một công đoạn trong quá trình khai thác gỗ, đó là sự di chuyển gỗ từ rừng về bãi gỗ, từ bãi về nhà máy sản xuất, nơi xuất khẩu và nơi sử dụng Đường vận chuyển gỗ từ nơi khai thác đến nơi sản xuất thường là đường đất xuyên qua các khu rừng có độ mấp mô , độ dốc lớn, gây ra những dao động cho ôtô chở gỗ có thể làm mặt đường bị phá hỏng, làm hư hỏng xe, có thể làm rơi gỗ, lật

xe, gây nguy hiểm cho người và phương tiện Hơn nữa nếu xe bị hư hỏng trong lúc đang tải nặng thì sẽ rất khó khăn trong việc sửa chữa vì ở xa nơi sửa chữa và cứu

hộ

Do vậy, việc nghiên cứu dao động của xe khi chở gỗ trên các đường vận tải lâm nghiệp là một vấn đề rất cần thiết và cấp bách, xuất phát từ yêu cầu thực tiễn

Để vận tải gỗ có thể sử dụng rất nhiều loại xe tải khác nhau, trong đó nhiều nơi đã

sử dụng xe Thaco Foton FC500 5 tấn Đây là loại xe phổ biến, một số lâm trường, công ty khai thác, hộ sản xuất kinh doanh rừng đã và đang sử dụng loại xe này vào việc vận chuyển gỗ rừng trồng do giá cả phù hợp với túi tiền người Việt nam -

khoảng 320 triệu đồng 1 chiếc trong khi đó với loại xe tương tự của hàn quốc, ví dụ,

xe tải Hyundai Gold 5 Tấn giá 690 triệu đồng

Tuy nhiên kết cấu của xe có độ bền chưa cao, còn thua kém rất nhiều các xe ngoại nhập, cần phải cải tiến nhiều, đặc biệt là hệ thống treo để có thể chở gỗ trên đường lâm nghiệp Việc nghiên cứu dao động của xe làm cơ sở cho hoàn thiện thêm hệ thống treo là rất cần thiết, xuất phát từ yêu cầu thực tiễn sản xuất lắp ráp xe tải ở nước ta

Từ những vấn đề đã nêu ở trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe ôtô tải 5 tấn hiệu Thaco Foton FC500 khi chở gỗ trên đường lâm

nghiệp”

* Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Xây dựng và khảo sát được mô hình dao động của ô tô tải Thaco Foton FC500 5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, từ đó đánh giá ảnh hưởng của điều kiện làm việc và một số thông số kết cấu đến dao động và tính chuyển động êm dịu của ô tô

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm kết cấu hệ thống treo, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ôtô, máy kéo trong vận chuyển

gỗ ở nước ta hiện nay

Đất nước ta đang tiến dần tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa, bây giờ sẽ không còn là điều ngạc nhiên khi cạnh những vùng đất trước kia là cát là nắng, là gió, hay

là những vùng nông thôn yên ả thanh bình, bây giờ là những nhà máy, những xí nghiệp, những khu công nghiệp hiện đại, quy mô lớn mang tầm vóc của khu vực Công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa có thể nói đang "thay da đổi thịt đất nước, hàng ngày, hàng giờ" có được điều này có sự đóng góp rất lớn của nhiều ngành nhiều nghề, trong đó, nghề khai thác chế biến gỗ cũng góp công rất lớn Từ nhiều thập kỷ qua nghề khai thác chế biến gỗ đã có rất nhiều đóng góp xứng đáng vào việc khắc phục hậu quả sau chiến tranh cung cấp nhiều sản vật cho phát triển kinh tế, ngành khai thác, chế biến gỗ đã cung cấp cho nhu cầu trong đời sống hành ngày, cho ngành nông nghiệp, cho công nghiệp và hàng hóa cho xuất khẩu

Để có gỗ cho sản xuất cần có khai thác và vận chuyển Vận chuyển là một khâu quan trọng trong quá trình khai thác gỗ

Để tăng năng suất lao động, giảm chi phí, tăng tính an toàn và hiệu quả trong khai thác vận chuyển gỗ…vv các đơn vị khai thác đầu tư rất nhiều máy móc trang thiết bị vào vận hành, đối với một số địa hình thuận lợi người ta đã tiến hành cơ giới hoá khâu công việc này bằng các loại máy móc thiết bị hiện đại nhằm giải phóng sức lao động nặng nhọc, nguy hiểm và tăng tỷ lệ tận dụng gỗ

Vận chuyển gỗ từ rừng về khu chế biến hiện nay phổ biến gồm hai bước: vận chuyển cự ly ngắn và vận chuyển đường dài

Vận chuyển cự ly ngắn: đưa gỗ từ các bãi gỗ nhỏ trong rừng ra các bãi gỗ trung

chuyển ven đường quốc lộ hoặc cạnh bờ sông với cự ly trung bình 10 ÷ 15 km Vận chuyển gỗ từ các bãi trong rừng chuyển về nhà máy chế biến, nhà máy giấy được

thực hiện bằng đường sông và đường bộ Việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện vận chuyển được thực hiện bằng lao động thủ công hoặc bằng các phương tiện bốc dỡ tùy theo các phương tiện bốc gỗ vận chuyển Ở các bãi gỗ tập trung quy mô lớn người ta dùng các máy bốc xếp kiểu hàm bốc để bốc dỡ cho ô tô hoặc đưa xuống bến sông Còn ở những nơi lượng gỗ ít, phân tán người ta dùng lao động thủ công

để bốc dỡ cho phương tiện vận chuyển

Hiện nay vận chuyển cự ly ngắn được thực hiện bằng máy kéo rơ móoc, bằng xe tự chế hoặc bằng ôtô cỡ nhỏ

Vận chuyển đường dài: việc vận chuyển gỗ từ các bãi trung chuyển về nhà

máy được thực hiện bằng đường sông và đường bộ, phương tiện vận chuyển đường

bộ là các xe ôtô chuyên dụng (hình 1.1)

Hình 1.1: Vận chuyển gỗ bằng ô tô lâm nghiệp chuyên dùng

Việc vận chuyển gỗ từ địa điểm khai thác tới các bãi gỗ, các nhà máy, các xưởng chế biến gỗ phương tiện vận chuyển trước đây là xe Reo 7, xe Volvo, Jil 157K, xe IFA, xe công nông Nhưng hiện nay các hộ kinh doanh rừng, các doanh nghiệp, nhà máy chế biến gỗ thường sử dụng các loại xe tải cở trung bình và lớn để vận chuyển gỗ (hình 1.2)

Hình 1.2: Vận chuyển gỗ bằng ôtô tải cỡ trung bình

Để nâng cao hiệu quả trong vận chuyển gỗ cũng đã có nhiều nhà khoa học đầu tư công sức nghiên cứu, thử nghiệm, ứng dụng các thiết bị cơ giới, công nghệ mới vào phục vụ ngành, có thể kể đến các công trình nghiên cứu ủa các tác giả: + Năm 1972 TS Nguyễn Kính Thảo cùng một số cán bộ giảng dạy khoa Công nghiệp rừng Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công máy kéo khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ

+ Năm 1985, TS Nguyễn Kính Thảo và đồng nghiệp Viện Khoa học Lâm nghiệp đã nghiên cứu chế tạo tời một trống dẫn động từ trục thu công suất và rơ moóc một trục lắp sau máy kéo Zeto để tự bốc và vận chuyển gỗ

+ Năm 1994, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy Trường Đại học Lâm nghiệp [4] đã nghiên cứu thành công đề mục thuộc đề tài cấp Nhà nước KN-03-04, đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyền để khai thác vùng nguyên liệu giấy, vùng gỗ nhỏ rừng trồng kiểu rơ moóc một trục lắp sau máy kéo MTZ150 có thiết bị tời cáp và cơ cấu nâng

gỗ thuỷ lực vừa gom gỗ từ xa vừa tự bốc cho rơ moóc

Còn có rất có nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng các loại ôtô, máy kéo trong vận chuyển gỗ ở nước ta hiện nay Tuy nhiên theo tìm hiểu của tác giả thì chưa

có công trình nào nghiên cứu về xe ô tô tải Thaco Foton FC500 5 tấn trong vận chuyển gỗ

1.2 Tổng quan về nghiên cứu dao động ôtô máy kéo

Do độ êm dịu chuyển động là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của ôtô, cho nên các nhà khoa học, các nhà sản xuất ô tô trên thế giới cũng như trong nước đã đầu tư rất nhiều cho việc nghiên cứu vấn đề dao động của ôtô, hướng chung của các nghiên cứu đó là:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô

- Thiết lập mô hình dao động của ôtô, giải các bài toán về dao động của ôtô

- Tìm mối tương quan giữa các thống số trên ôtô của hệ thống treo với các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

- Nghiên cứu nguồn gây dao động của ôtô

- Nghiên cứu, chế tạo những phần tử của hệ thống treo có những tính năng cho phép nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô

1.2.1 Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo trên thế giới

Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô, máy kéo như :

+ Công trình của Barski I B [53], đã nghiên cứu động lực học máy kéo Tác giả đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích

và độ êm dịu chuyển động của máy kéo

+ Các công trình nghiên cứu của Gaichev L.V [57], Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô là nền tảng cho các nghiên cứu khác về ôtô và máy kéo với các mục đích khác nhau Tuy nhiên các mô hình toán học trong các công trình này chỉ xét đến dao động theo phương thẳng đứng có kể đến các biến dạng của lốp, chưa tính đến ảnh hưởng của dao động theo phương ngang và quay quanh trục thẳng đứng

+ Công trình của Xavotrin V.A và Đimitơriev [55], đã nghiên cứu động lực học thống kê xe xích và xe vận tải, các tác giả đã phân tích đường có chiều cao mấp

mô phân bố ngẫu nhiên của xe xích và xe vận tải, từ đó đưa ra các nghiên cứu về động lực học thống kê hệ thống truyền lực

+ Công trình nghiên cứu của Xilaev A [56], đã đưa ra lý thuyết phổ nghiên cứu dao động ngẫu nhiên xe vận tải Trong nghiên cứu, tác giả đã đưa ra phương

pháp phổ để giải bài toán dao động tuyến tính xe vận tải nhiều cầu với tác động đường có chiều cao mấp mô phân bố ngẫu nhiên Tác giả cũng đã đo được 12 loại đường có chiều cao mấp mô phân bố ngẫu nhiên và đưa ra các đặc trưng thống kê của các loại đường đó, đây là một công trình thực nghiệm tỉ mỉ, chính xác và ít có công trình nào làm được như vậy Từ đó tác giả đã đưa ra phương pháp giải, phân tích các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống treo khi xe chuyển động trên đường có chiều cao mấp mô phân bố ngẫu nhiên

+ Công trình của Mitschke M [48], đã nghiên cứu về dao động của ôtô du lịch,

mô hình dao động được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và

tối ưu hệ thống treo

+ Công trình nghiên cứu của Muller H [49], đã đưa ra mô hình không gian mô

tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi Một máy kéo có thể có 7 bậc tự

do dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục đứng, dao động ngang, dao động xoay quanh trục ngang, dao động dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng.Tác giả đã xây dựng các mô hình tính toán tải trọng ở các cầu chủ động của máy kéo và ôtô trong nông nghiệp khi vượt qua vật cản có kích thước lớn

+ Trong công trình của Vogel F [50], tác giả đã nghiên cứu một số tính chất động lực học của một liên hợp máy cày khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động Công trình nghiên cứu của tác giả đã xác định các đặc trưng biên độ, tần số của các thông số làm việc như tốc độ quay của động cơ, độ trượt, tốc độ chuyển động, mômen chủ động của bánh xe, tải trọng lên cầu sau và lực kéo của máy kéo Với một mô hình dao động liên kết tính đến tính chất đàn hồi, cản của hệ thống truyền lực và bánh xe, mômen quán tính của các phần tử chuyển động, sự dao động của lực kéo và tác động qua lại giữa bánh xe và đất, tác giả đã chỉ ra rằng trong các điều kiện hoạt động nhất dịnh, sự dao động của lực kéo gây ảnh hưởng lớn hơn so với sự ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng đến một số tính chất động lực học của máy Mô hình nghiên cứu này đã cho phép đánh giá một cách khái quát những tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy kéo khi cày đất Tuy nhiên

công trình này chỉ mới dừng lại ở việc nghiên cứu mô hình trong điều kiện gần như tuyệt đối hóa các yếu tố ảnh hưởng, chưa có những thực nghiệm để chứng minh sự đúng đắn của các giả thiết đưa ra

+ Các công trình nghiên cứu của Antônốp Đ A [52], đã xây dựng cơ sở lý thuyết và tính toán ổn định chuyển động của ôtô nhiều cầu trong trường hợp chuyển động dừng và chuyển động không dừng Trong các công trình này, tác giả chỉ xét đến các kích động động lực, chưa xét đến các ảnh hưởng động học do sự mấp mô của mặt đường gây nên

+ Trong công trình nghiên cứu của Wendebom J C [51], bằng lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các dao động khác Do vậy công trình này cũng chưa đánh giá và thể hiện được đầy

đủ các tính chất động lực học của máy kéo cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới sự chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung

Như vậy trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô, máy kéo, các công trình này chủ yếu tập trung giải quyết dao động của ôtô và máy kéo chạy trên đường, các công trình nghiên cứu dao động của ôtô chạy trên đường lâm nghiệp là rất hạn chế

1.2.2.Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam

Trên thế giới ngành công nghiệp ô tô đã ra đời đã hơn 100 năm công nghệ sản xuất ô tô của thế giới có thể nói đã cực kỳ hiện đại ,ô tô bây giờ rất tiện nghi và hiệu quả vận tải đã đạt đến tối ưu, ôtô bây giờ đã có thể vận tải với trọng lượng hàng lớn,

đi được ở các địa hình phức tạp và rất êm dịu khi chuyển động

Việc nhà nước có những chính sách ưu đãi cho phát triển ngành công nghiệp ôtô là rất rõ ràng và vô cùng thuận lợi cho ngành tuy nhiên nhìn vào thực tế còn có nhiều điều còn phải nghiên cứu, điều chỉnh

Theo ông Nguyễn Mạnh Quân, Vụ trưởng vụ công nghiệp nặng Bộ Công Thương thì tỷ lệ nội địa hoá đạt thấp, mục tiêu đề ra là 40% vào năm 2005, 60%

vào năm 2010 đối với loại xe thông dụng (xe tải, xe khách, xe con); đến nay chủ yếu mới đạt bình quân khoảng 7- 10% đối với xe con (Thaco đạt khoảng 18%) và đến 35- 40% đối với xe tải nhẹ (Thaco đạt khoảng 33%)

Để ngành ôtô có thể phát triển mạnh cần rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố đầu

tư cho nghiên cứu đóng vai trò rất quan trọng và then chốt Trong giới hạn của đề tài tác giả xin kể ra một số đề tài nghiên cứu khoa học về dao động ôtô như:

+ Công trình của Nguyễn Thanh Hải [10], nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyền động Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko

+ Công trình nghiên cứu của Nguyễn Tiến Thành [29], đã đề ra mục tiêu êm dịu cho xe ca Trong luận án tác giả chù ý đến mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung

và vỏ là yếu tố đặc trưng cho xe ca kết cấu khung, vỏ chịu lực

+ Công trình của Lưu Văn Tuấn [30], Luận án Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993 ĐHBK Hà Nội” nghiên cứu khá hoàn chinh dao động của ôtô nhiều cầu Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab Simulink 5.0

+ Công trình của Võ Văn Hường [14], Nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao động của ôtô nhiều cầu Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab Simulink 6.0

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Thanh An [1], đã sử dụng lý thuyết tối ưu hóa đa mục tiêu để nghiên cứu tối ưu hóa các thông số hệ thống treo ôtô khách sử dụng tại Việt Nam Tác giả đã sử dụng phương trình không gian trạng thái và phần mềm Matlab – Simulik để khảo sát dao động của ôtô khách dưới tác dụng của hàm kích động mặt đường là dạng xung và kích động ngẫu nhiên

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Tiến Đạt [6], đã xây dựng được mô hình dao động của máy kéo khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết Trong mô

hình này tác giả đã đưa ra hàm tác động của mặt đường là hàm ngẫu nhiên Tác giả

đã nghiên cứu đặc tính động lực học của máy kéo DFH 180 trong miền tần số, tìm

ra được các biên độ dao động của trọng tâm máy kéo theo phương thẳng đứng và góc xoay quanh trục vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng dọc đi qua trọng tâm máy kéo ứng với các loại đường có độ mấp mô khác nhau, khối lượng gỗ vận xuất khác nhau và với các vận tốc chuyển động của máy kéo khác nhau Tuy nhiên tác giả cũng chỉ nghiên cứu dao động của máy kéo trong mặt phẳng thẳng đứng dọc + Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc [19], nghiên cứu về ghế của máy kéo

và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay dùng cho công nhân lái máy kéo

+ Công trình của Phạm Đinh Vi [34], đã nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo

có điều khiển để nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động của ôtô Trong luận

án này các tác giả tập trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình 1/4 với kích động mặt đường ngẫu nhiên với các phổ được đo với các đường ở Việt Nam

+ Công trình của Nguyễn Thái Bạch Liên [21],đã khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường Trong luận án tác giả xây dựng

mô hình không gian dao động của ôtô hai cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab Simulink 6.0

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Phúc Hiếu [11], đã thiết lập mô hình tính toán dao động của ôtô chịu kích động từ mấp mô bề mặt đường, từ đó xác định các thông số dao động của ôtô tác dụng lên khung xương khi chuyển động trên đường Tác giả đã thiết lập mô hình và giải bài toán tính độ bền hệ khung xương không gian của ôtô bằng phương pháp phần tử hữu hạn

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Đào Mạnh Hùng [12], đã đưa ra phương pháp tính lực động phát sinh giữa bánh xe và mặt đường của ôtô tải chịu kích động động học từ hàm ngẫu nhiên, hàm điều hòa của mấp mô biên dạng đường

+ Tác giả Lê Minh Lư [22], đã đưa ra được mô hình và hệ phương trình dao động của máy kéo bánh hơi trong mặt phẳng thẳng đứng dọc có tính đến đặc trưng

phi tuyến của các phần tử đàn hồi Tác giả đã nghiên cứu một cách đầy đủ các dạng dao động phi tuyến xác định và ngẫu nhiên của máy kéo, của các cầu trong mặt phẳng thẳng đứng dọc Tuy nhiên công trình chỉ mới nghiên cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của máy kéo trong trường

hợp kéo tải

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Minh Sơn [27], đã đưa ra phương pháp tính biến dạng và ứng suất khung vỏ xe chịu kích động động học từ hàm ngẫu nhiên của mấp mô biên dạng đường Tác giả đã nghiên cứu rất kỹ về kích động động học từ mấp mô biên dạng đường dưới dạng hàm ngẫu nhiên nhưng nội dung nghiên cứu là tính biến dạng và ứng suất khung vỏ xe, tác giả không đi sâu nghiên cứu dao động của xe

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Văn Trà [31], đã ứng dụng lý thuyết điều khiển trong không gian trạng thái khảo sát dao động của ôtô trong cả miền thời gian

và miền tần số cho xe du lịch dưới tác dụng của kích động các loại mặt đường, đặc biệt có chú trọng đến loại đường có mấp mô phân bố ngẫu nhiên Tác giả đã áp dụng phần mềm Matlab – Simulink 6.0 làm công cụ để giải quyết bài toán dao động cho xe

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Lưu Văn Tuấn [30], đã xây dựng được mô hình dao động khảo sát xe Ca do Việt Nam đóng, mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và

vỏ là kết cấu đặc trưng của xe ca, từ đó tác giả đã đưa ra được mục tiêu nâng cao độ

êm dịu cho xe khách Ba Đình

+ Luận án tiến sĩ của tác giả Võ Văn Trung [33], đã xây dựng mô hình dao động của xe xích chiến đấu có kể đến các yếu tố phi tuyến với mặt đường là hàm ngẫu nhiên Tác giả đã sử dụng phương pháp số để giải bài toán dao động ngẫu nhiên của xe xích chiến đấu bằng phần mềm Matlab – Simulink, mô hình dao động của xe là mô hình ½

+ Luận án tiến sĩ của Nguyễn Xuân Dũng [5], đã xây dựng mô hình động lực học ôtô quân sự nhiều cầu trong các hệ mô phỏng

+ Luận án tiến sĩ của tác gỉa Đào Mạnh Hùng [12], đã xác định lực động giữa bánh xe và mặt đường của ô tô tải trong điều kiện sử dụng ở Việt Nam

+ Luận án thạc sĩ của tác giả Nguyễn văn Lộc [20], đã lập phương trình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng khi làm băng cản lửa từ đó khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dao động đặt trên ghế sau đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động của máy kéo lên người lái

+ Luận án thạc sĩ của tác giả Nguyễn Trọng Khối [17], đã xây dựng được mô hình toán học theo phương pháp công khả dĩ và phương pháp tách hệ từ đó xác định được lực động tác dụng xuống đường và đưa ra đưa ra các thông số tối ưu của độ cứng và hệ số cản dao động để giảm thiểu phá hủy đường

Tuy đã có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô nhưng chưa có công trình nào nghiên về dao động của ô tô Thaco Foton FC 500 khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

Như vậy trên thế giới và Việt Nam đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô và máy kéo trong vận tải hàng hóa nói chung và vận chuyển gỗ nói riêng , tuy nhiên với việc đầu tư các loại lớn ôtô vận tải được sản xuất tại các nước có nền công nghiệp phát triển đòi hỏi sự đầu tư lớn về kinh tế, với việc khai thác gỗ trung bình và nhỏ ở các khu rừng trồng hiện nay không phải là lựa chọn tốt của các đơn vị vận tải vì đồng vốn quay vòng chậm hiện nay theo tìm hiểu của tác giả loại xe Thaco Foton FC 350,450 ,500 …5 tấn được sử dụng rất nhiều trong vận tải nói chung và vận chuyển gỗ nói riêng Nhưng chưa có đề tài nào nghiên cứu về dao động của loại xe này, theo tác giả việc nghiên cứu này là rất cần và có tính cấp thiết

1.3 Tổng quan về hệ thống treo trên xe ôtô

Hệ thống treo: Là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liên kết và dẫn hướng

Hình 1.3: Hệ thống treo trên xe ôtô

1: Hệ thống treo phụ thuộc, 2,3 hệ thống treo độc lập

1.3.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo

1.3.1.1 Công dụng

Hệ thống treo dùng để :

- Nối đàn hồi giữa khung xe với cầu xe,

- Giảm các tải trọng động và dập tắt nhanh các dao động thẳng đứng của khung vỏ xe do ảnh hưởng của mặt đường không bằng phẳng

1.3.1.2 Yêu cầu

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau, hay đường đồi núi, xe du lịch hay chở hàng, chở vật liệu…)

- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe

- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ

- Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường

- Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn

- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt

3

- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao,

ô tô điều khiển nhẹ nhàng

1.3.1.3 Phân loại hệ thống treo

Có nhiều các phân loại hệ thống treo tuy nhiên trong thực tế sử dụng và sửa chữa người ta thường phân loại chủ yếu dựa vào sơ đồ bộ phận dẫn hướng và chia

ra 2 nhóm chính là hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc:

Hình 1.4- Sơ đồ hệ thống treo

a) Hệ thống treo phụ thuộc; b) Hệ thống treo độc lập

1- Thùng xe; 2- Bộ phận đàn hồi; 3- Bộ phận giảm chấn;

4- Dầm cầu; 5 - Các đòn liên kết của hệ treo

Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của

- Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn

- Khi một bánh bị nâng lên, vết bánh thay đổi làm phát sinh lực ngang làm tính chất bám đường kém đi, dễ bị trượt ngang, xe bị nghiêng…

Ưu điểm của hệ thống này là :

- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập

- Có khả năng tải lớn, tăng độ cứng vững cao cho xe và phù hợp với địa hình xấu, cho xe tải, xe việt dã…

- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành hạ

1.3.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo

1.3.2.1 Bộ phận đàn hồi

- Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải trọng

động tác dụng từ bánh xe lên khung xe, thùng xe , đảm bảo độ êm dịu phù hợp với thích ứng của cơ thể con người (tần số dao động phù hợp vào khoảng 60 – 80 lần/ph)

- Là bộ phận tăng khả năng liên kết giữ bánh xe và mặt đường

Ở một số loại xe hiện đại bộ phận này còn có khả năng tự điều khiển cân bằng cho

xe khi xe đi vào đường nghiêng hoặc đường có bề mặt lồi lõm nó cho phép chiếc

xe vẫn giữ được trạng thái cân bằng trong khi đường bị nghiêng hoặc môt vài bánh

Lá nhíp được sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính

Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và ma sát giữa các lá nhíp góp phần làm tắt dao động của thùng xe với bánh xe

1.3.2.2 Bộ phận giảm chấn (Shock absorter)

Bộ phận giảm chấn có chức năng :Giảm và dập tắt các lực xung kích truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng

Trên ôtô tải hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp

Hình 1.6: Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá

Giảm chấn hai lớp vỏ

 Cấu tạo

Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ

Giảm chấn hai lớp vỏ được biết đến là loại giảm chấn được ra đời từ khá sớm (khoảng những năm 1938) đây là một loại giảm chấn quen thuộc và được dùng phổ biến cho đến nay Trong giảm chấn, piston di chuyển trong xy lanh chứa đầy dầu, chia không gian trong thành hai buồng A và B ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù Bao ngoài vỏ trong là một lớp vỏ ngoài, không gian giữa hai lớp

vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III, IV) Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa bên trong là chất lỏng, không gian còn lại chứa không khí có áp suất bằng áp suất khí quyển

Các van (I) và (IV) lần lượt là các van nén mạnh và nén nhẹ, còn các van (II)

và (III) lần lượt là các van trả mạnh và trả nhẹ của giảm chấn

Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau:

 Nguyên lý hoạt động

Ở hành trình nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó ta có thể tích buồng B giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C ép không khí ở buồng bù lại Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi, phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm

việc.ở hành trình trả bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó áp suất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B

Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có các

lỗ van lưu thông thường xuyên Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể Van trả, van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết cấu

mở theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn tương ứng khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ

Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nóng giảm chấn lên Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vào không khí

để cân bằng năng lượng

+ Ưu điểm của giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc tin cậy

ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ

+ Nhược điểm là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng không khí lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn Hơn nữa việc lắp đòi hỏi chính xác, tản nhiệt chậm hơn…

1.3.2 Tiêu chuẩn về độ êm dịu của xe

Dao động của xe khi chuyển động trên đường có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người trên xe và tính an toàn giao thông trên đường, do đó tiêu chuẩn về

độ êm dịu của xe là một trong những quy định thuộc về tính pháp lý

Trên cơ sở tiêu chuẩn quốc tế hiện hành là ISO 2631-1:1997, nhà nước ta cũng ban hành bộ TCVN 6964-1:2001 [34] hoàn toàn tương đương với ISO 2631-1:1997, mục tiêu của TCVN 6964-1:2001 [8] Khả năng cảm nhận rung động Sự chóng mặt buồn nôn do rung động Phương pháp đánh giá là dựa vào trọng số gia tốc r.m.s hay còn gọi là gia tốc bình phương trung bình trong số gia tốc r.m.s tính bằng m/s2 đối với rung động tịnh tiến và rad/s2 đối với rung động quay.Gia tốc r.m.s được tính bằng công thức sau

Trong đó :

aw (t) gia tốc rung động tịnh tiến hoặc quay

T : thời gian rung động

Theo TCVN 6964-1:2001: phản ứng của cơ thể con người đối với những mức rung động khác nhau phụ thuộc vào trọng số gia tốc aw trong bảng 1.1 như sau

Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật đo tương ứng giữa gia tốc dao động và cảm giác

người ngồi trên xe

Gia tốc dao động(a w ) Cảm giác người trên xe

<0.315 m/s2 Không có cảm giác khó chịu

0.315 m/s2 ÷ 0.63 m/s2 Có cảm giác về sự không thoải mái 0.5 m/s2 ÷ 1 m/s2 Khá là không thoải mái

0.8 m/s2 ÷ 1,6 m/s2 Không thoải mái

1.25 m/s2 ÷ 2.5 m/s2 Rất không thoải mái

1.4 Tình hình nghiên cứu biên dạng đường ôtô

Biên dạng đường tạo ra các kích thích dao động lên bánh xe khi xe chuyển động trên đường, từ đó gây ra dao động cho ôtô, sự tương tác giữa bánh xe và mặt đường trong quá trình vận tải giao thông đường bộ được các tác giả trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu với nhiều góc độ khác nhau, có thể kể đến một số công trình sau :

+ Tác giả Sweatman [46], đã sử dụng thiết bị để đo lực động của 9 loại ôtô khác nhau, trên nhiều loại đường với tốc độ thay đổi Tác giả đã xác định mối quan

hệ nêu trên ở mức độ rất cao (lũy thừa bậc 4) để đánh giá lực động gây hư hại + Các tác giả T E C.Potter, D.Cebon và D.J Cole [47], đã đưa ra các quy chuẩn

về phương pháp kiểm tra lực động, các chỉ số giới hạn gây phá hủy đường

+ Tác giả David Cebon [38],có nhiều công trình nghiên cứu đánh giá lực động giữa bánh xe và mặt đường cũng như ảnh hưởng của lực động đến phá hủy đường

+ Tác giả Alexander O.Gibson [35],nghiên cứu xây dựng mô hình động lực dọc của xe tải nặng để đánh giá sự phá hủy đường

+ Tác giả K.Y và JK Hedick [43], nghiên cứu biện pháp làm giảm phá hủy đường bằng các hệ thống treo tích cực, bán tích cực

+ Tác giả Đào Mạnh Hùng [12], đã xây dựng mô hình xác định lực động giữa bánh xe và mặt đường trên miền thời gian và tần số , với kích thích mặt đường ngẫu nhiên theo điều kiện đường xá ở Việt nam

+ Tác giả Nguyễn Xã Hội [13], trong nghiên cứu về động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng đã đưa ra các phương pháp mô tả mấp mô biên dạng mặt đất rừng

+ Trần Văn Như, Đào Mạnh Hùng [23] , Tối ưu thông số hệ thống treo để giảm thiểu phá hủy đường theo điều kiện khai thác ở Việt Nam , Tạp chí Giao thông vận tải số 6/2008

Nhìn chung các nghiên cứu tập trung vào những nội dung chính , bao gồm:

- Các chỉ tiêu đánh giá về lực động, ảnh hưởng của lực động tới ôtô, mặt đường

- Các mô hình dao động , bao gồm mô hình vật lý, toán học

- Nguồn kích thích dao động

Tóm lại : Biên dạng đường ôtô trên thực tế rất phức tạp vì nó phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tố khác nhau, trong luận văn này tác giả có đặt ra một số giả thiết về biên dạng đường ôtô qua tham khảo của một số công trình đã công bố nêu trên

1.5 Các phương pháp và phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo

Để nghiên cứu dao động của ôtô người ta sử dụng một số phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Trong phương pháp này nhìn chung các tác giả sẽ từ cấu tạo và quá trình làm việc của ôtô máy kéo với các lực kích động gây ra để xây dựng phương trình toán

học cho hệ dao động sao đó sử dụng phương trình Lagrange loại 2, Phương trình Dalambe, Phương pháp công di chuyển khả dĩ của hệ đa vật, Phương pháp hệ thống con để giải

1.5.1.1 Phương trình Lagrange loại 2

Xét hệ cơ học gồm n chất điểm có n tọa độ suy rộng với các liên kết ràng buộc

là holonom phương trình Lagrange loại 2

i i

i

Q q q q

T q

T dt

Việc giải phương trình vi phân tuyến tính lập được để xác định các đặc trưng động lực học của hệ được tiến hành theo phương pháp giải tích và sự trợ giúp của máy tính điện tử nhờ phần mềm Matlab-Simulink

Để khảo sát một số đặc trưng động lực học của ôtô Thaco Foton FC500 5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp đề tài dựa vào hệ phương trình vi phân tuyến tính đã lập cho mô hình nghiên cứu dao động của ôtô Thaco Foton FC500 5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp nêu trên Từ các thông số kỹ thuật của ôtô Thaco Foton FC500 5 tấn, khối lượng gỗ và mấp mô mặt đường, khảo sát tìm các đặc tính động lực học của dao động thẳng đứng, góc xoay quanh trục vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng dọc đi qua trọng tâm ôtô, lập mô hình dao động trong không gian , sử dụng phương trình Lagrage loại II để thiết lập hệ phương

trình vi phân dao động của xe , từ đỏ sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để khảo sát dao động của xe

1.5.1.2 Phương trình Dalambe

Theo nguyên lý Dalambe, bài toán động lực học hệ dao động sẽ đưa về bài toán tĩnh học trên cơ sở đưa lực quán tính vào cơ hệ, khi đó phương trình chuyền động sẽ được thiết lập trên cơ sở lấy tổng đại số các ngoại lực, phản lực và lực quán tính tác dụng lên hệ khảo sát Khi đó, các phần tử của hệ dao động sẽ được tách độc lập và đặt ngoại lực cân bằng ở trạng thái tĩnh Từ đó xây dựng các phương trình cho từng phần tử để giải hệ các phương trình đơn giản

Phương pháp này khá thông dụng để giải các bài toán động lực học và trực quan hóa mối quan hệ ảnh hưởng lên từng phần tử riêng biệt trong hệ dao động Phương pháp này được dùng khi hệ dao động đơn giản

1.5.2 Phương pháp thực nghiệm

Sau khi thu được những kết quả từ mô hình toán của nghiên cứu lý thuyết, để kiểm tra tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình người ta thường phải tiến hành thực nghiệm Trong thực nghiệm, người ta sẽ tiến hành các phép đo để xác định các thông số thực và qui luật biến đổi thực của chúng Sau đó, tiến hành so sánh với những kết quả của tính toán lý thuyết, nếu sai lệch trong phạm vi cho phép và

có thể lý giải được nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch đó thì lý thuyết sẽ được chấp nhận

Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận án được thực hiện theo phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện

Áp dụng các phương pháp thí nghiệm đã có xác định các thông số đầu vào và xác định các thông số đầu ra

Sử dụng các thiết bị đo, cảm biến đo và các phần mềm xử lý số liệu hiện đại

để xác định các thông số phục vụ cho khảo sát bài toán lý thuyết như tọa độ trọng tâm của xe, mômen quán tính của xe, độ cứng và hệ số cản giảm chấn của các phần

tử đàn hồi, độ mấp mô mặt đường lâm nghiệp, đồng thời đo các thông số đầu ra của bài toán như gia tốc dao động thân xe

Quá trình tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định trọng lượng, tọa độ trọng tâm, mômen quán tính, độ cứng của lốp, của nhíp, độ mấp mô mặt đường lâm nghiệp, gia tốc dao động thân xe theo phương pháp thống kê toán học và phương pháp thí nghiệm ôtô

1.5.3.Các phần mềm nghiên cứu dao động ôtô máy kéo

1.5.3.1 Phần mềm Mathematica

Mathematica là một tổ họp các tính toán bằng ký hiệu, tính toán bằng số, vẽ

đồ thị và là ngôn ngữ lập trình tinh vi Mục đích chính của phần mềm này là đưa vào sử dụng cho các ngành khoa học vật lý, công nghệ và toán học, nhưng cùng với thời gian Mathematica trở thành phần mềm quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác Trong công nghệ ngày nay người ta đã sử dụng Mathematica trong công tác thiết kế

1.5.3.2 Phần mềm Maple

Với Maple người dùng có thể nhập biểu thức toán học theo các ký hiệu toán học truyền thống Có thể dễ dàng tạo ra những giao diện người dùng tùy chọn Maple hỗ trợ cho cả tính toán số và tính toán hình thức, cũng như hiển thị Nhiều phép tính số học được thực hiện dựa trên thư viện số học NAG; trong Maple, các chương trình con NAG đã được mở rộng để cho phép độ chính xác ngẫu nhiên lớn Maple cũng có một ngôn ngữ lập trình cấp cao đầy đủ

Ưu điểm của Maple là giải phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng,

vẽ đồ thị trong không gian 2 chiều, 3 chiều [8]

1.5.3.3 Phần mềm Mathcad

MATHCAD là một loại chương trinh xử lý toán học được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới hiện nay Nó hỗ trợ cho việc sử dụng máy tính làm công cụ thiết kế, xuất ra các văn bản mà người đọc hiểu được các bản tính cũng như các công thức tính một cách tưởng minh Ngoài ra cũng có thể lập trinh trên MATHCAD như một ngôn nhữ lập trinh bậc cao

MATHCAD có thể thay thế cho các bảng tính EXCEL trong việc diễn đạt các bảng

tính thiết kế đối tượng cơ khí hay xây dựng Mặt khác, phần đồ họa thể hiện rõ ràng

và đa dạng hơn Đặc biệt những tính toán phức tạp như giải phương trình vi phân, các phép toán ma trận, giải các bài toán số phức, các bài toán tối ưu hóa đều rõ ràng [6 ]

1.5.3.4 Phần mềm Matlab & Simulink

Đối với việc giải và mô phòng phương trình vi phân thi Matlab & Simulink là công cụ trợ giúp đắc lực và được sử dụng phổ biến hiện nay Matlab & Simulink là một chương trình lớn trong lĩnh vực toán số với thế mạnh là tính toán và mô phỏng

hệ thống

Simulink là một phần chương trinh mở rộng của Matlab, nhằm mục đích mô hình hỏa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Mô hình đồ họa trên màn hình Simulinhk cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu và các khối chức năng quen thuộc [60]

Kết luận chương 1

Vận chuyển gỗ là một khâu rất quan trọng trong khai thác gỗ, sử dụng ôtô trong vận tải trên đường lâm nghiệp rất phổ biến và đạt hiệu quả cao, việc sử dụng ngày càng nhiều các loại xe được sản xuất lắp ráp trong nước đã tạo ra những tác động rất tích cực cho cả nền sản xuất công nghiệp ôtô nói chung là một niềm tự hào rất lớn của người Việt

Để đảm bảo độ bền khi sử dụng, an toàn trong vận hành, tiết kiệm trong chi phí, đảm bảo đồng vốn đầu tư được quay vòng nhanh, thì việc lựa chọn và sử dụng

xe Thaco Foton đang là những lựa chọn thích ứng với khả năng của các doanh nghiệp vận tải vừa và nhỏ ở việt Nam

Trong quá trình sử dụng xe để vận tải nói chung và vận tải gỗ nói riêng, viêc nghiên cứu về dao động của ôtô có vai trò rất quan trọng, từ nghiên cứu ta có thể đánh giá được các chỉ số về dao động êm dịu như tần số dao động riêng,gia tốc dao động,thởi gia tác động của dao động , để đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao khả năng êm dịu chuyển động , chọn chế độ sử dụng hợp lý

Để mô phỏng được mô hình ta có thể lập phương trình vi phân dao động của

xe, có rất nhiều phương pháp khác nhau như : phương pháp lực, phương pháp phần

tử hữu hạn, sử dụng nguyên lý Dalambe, ứng dụng phương trình Lagrange loại II…) Để giài và mô phỏng phương trình đó có các phần mểm hỗ trợ (Mathematica, Maple, Mathcad, Matlab & Simulink…)

Đã có nhiều công trình ở trong nước, ngoài nước nghiên cứu về dao động của ôtô máy kéo, nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu về dao động của loại xe tải Thaco Foton FC 500 5 tấn khi chở gỗ chuyển động trên đường lâm nghiệp

Từ những vấn đề nêu trên chúng tôi tiến hành đề tài:

“ Nghiên cứu dao động của xe ô tô Thaco foton FC 500 5 tấn khi vận chuyển

gỗ trên đường lâm nghiệp “

Chương 2 MỤC TIÊU , ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng và khảo sát được mô hình dao động của xe ô tô tải Thaco Foton FC500 5 tấn khi vận chuyễn gỗ trên đường lâm nghiệp làm cơ sở cho việc hoàn thiện hệ thống treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe ôtô 5 tấn hiệu Thaco Foton FC500 sản xuất lắp ráp tại Việt nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

Xe ôtô Thaco Foton FC 500 5 tấn (hình 2.1) là sản phẩn được tạo ra từ sự hợp

tác sản xuất lắp ráp bởi công ty TNHH Trường hải và Tập đoàn Foton - một trong

những tập đoàn hàng đầu của Trung Quốc và có uy tín trên thế giới về dòng xe

thương mại

Hình 2.1: Xe ô tô tải Thaco Foton FC500 5 tấn

Loại xe này ra đời trong bối cảnh Chính phủ có ban hành Chỉ thị 46/CP về cấm lưu hành xe công nông và xe quá hạn sử dụng, là một trong những loại xe đáp ứng nhu cầu vận tải và phù hợp điều kiện địa hình vùng nông thôn và miền núi Việt

Nam Xe có kiểu dáng hiện đại, công suất đủ lớn, động cơ đạt tiêu chuẩn Euro II, thân thiện với môi trường

Xe được sơn tĩnh điện có nước sơn bền chắc, cabin bật dễ dàng cho việc bảo

dưỡng và sửa chữa Xe Thaco Foton FC 500 5 tấn sử dụng động cơ diesel mạnh mẽ,

thiết kế thùng chắc chắn theo công nghệ Hàn Quốc Nội thất bên trong xe được thiết

kế đẹp với tay lái điều chỉnh được chiều cao cho phù hợp và được trợ lực, táplô áp vân gỗ, bảng điều khiển bố trí hợp lý tạo cảm giác thoải mái cho lái xe Galăng mạ crôm sáng đẹp cùng hệ thống đèn pha halogen cực sáng, hiện đại và tinh tế Xe còn được trang bị hệ thống thắng hơi lôckê an toàn trong vận tải hàng hóa nặng cồng kềnh và địa hình đường lâm nghiệp hiểm trở

Các thông số kỹ thuật của xe cho ở bảng 2.1

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của xe Thaco Foton FC 500 5 tấn

Công suất cực đại/Tốc độ quay 90 Kw/3.800 vòng/phút

Mômen xoắn cực đại/Tốc độ quay 348 N.m/1.600 - 1.900 vòng/phút

HỆ THỐNG PHANH Cơ cấu phanh loại tang trống,

khí nén 2 dòng, phanh tay lốc kê

Dung tích thùng nhiên liệu 120 l

Xe Thaco Foton FC 500 5 tấn sử dụng hệ thống treo phụ thuộc nhíp lá

Phía trước sử dụng 2 bó nhíp tổng cộng 14 lá nhíp được xếp chồng nên nhau, chúng được liên kết với nhau bằng bu lông bắt ở giữa nhíp và các quang treo nhíp ở hai bên đảm bảo tính dẫn hướng cho lá nhịp chuyển động theo chiều thẳng đứng, các lá nhíp có thể trượt lên nhau tạo lực cản ma sát giữa các lá nhíp sẽ cùng với giảm chấn dập tắt các dao động của xe bánh xe tiếp xúc với các bề mặt không bằng phẳng

Hình 2.2: Cơ cấu treo trước của xe Thaco Foton FC 500 5 tấn

Phía sau xe Thaco Foton FC500 5 tấn sử dụng 2 bó nhíp cho một bên cầu Một bó nhíp chính và một bó nhíp tăng cường

Hình 2.3: Cơ cấu treo sau của xe Trong trạng thái tĩnh ở chế độ chưa đủ tải bó nhíp tăng cường chưa chịu tải trọng, như vậy ở chế độ này, độ cứng của cơ cấu treo sau sẽ nhỏ hơn chế độ toàn tải,

nó giúp cho xe dao động êm hơn, tuy nhiên nó cũng làm cho xe ồn hơn khi dao động

Cả cầu trước và cầu sau của xe sử dụng bộ giảm chấn đơn 2 lớp của nhà cung cấp Foton

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của ôtô hiệu Thaco Foton FC500 trọng tải 5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp đã xác định là đường có biên dạng hàm tuần hoàn và có mấp mô đơn,

2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết

2.3.1.1 Xây dựng mô hình dao động của ô tô Thaco Foton FC500 5 tấn vận chuyển

gỗ trên đường lâm nghiệp

a, Các giả thiết

Việc mô tả về dao động của các phần tử dao động trên ôtô là rất phức tạp, vì ôtô được cấu thành từ hàng vạn chi tiết có cấu tạo từ các vật liệu và cấu trúc khác nhau, ngoài ra khi xe ô tô chở gỗ cũng khác chở các loại vật liệu khác, vì gỗ được chở là các khối có chiều cao và khe hở giữa các khối gỗ thường lớn,do đó việc nghiên cứu dao động của các phần tử riêng biệt trên ôtô đòi hỏi sự đầu tư rất lớn về công sức thiết bị và thời gian.do đó để đảm bảo tính tương đương giữa thực tế và

mô hình, tác giả đưa ra một số giả thiết và hướng nghiên cứu phù hợp với một đề tài thạc sỹ như sau:

- Coi gỗ là thanh rắn có độ cứng tuyệt đối

- Khối lượng ôtô và gỗ được quy đổi về trọng tâm của chúng

- Ôtô chuyển động thẳng với tốc độ không đổi

- Không xét tới tính chất đàn hồi và biến dạng của đất tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

- Cơ hệ có khối lượng quán tính chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc

đi qua trọng tâm của xe Dao động được xét quanh vị trí cân bằng tĩnh

- Bỏ qua lực ma sát của các ổ trục và các nguồn kích thích dao động trên xe, coi mấp mô mặt đường là nguồn kích thích dao động duy nhất

- Độ mấp mô của biên dạng đường bên trái và bên phải của bánh xe trên một trục là như nhau

- Khi chuyển động bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường và độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với các bánh trước, bánh sau là ht, hs

- Các lốp được bơm đủ áp suất như nhau, từ đó xác định độ cứng, hệ số cản của các lốp là như nhau

- Xe chở đủ tải theo thiết kế

- Chỉ xét dao động của ôtô Thaco Foton FC500 5 tấn khi vận chuyển gỗ trên mặt phẳng thẳng đứng dọc

- Bỏ qua lực ma sát.giữa các ổ trục , các nguồn kích thích dao động trên xe như đàn hồi của các thanh sát si, thùng xe gỗ xếp trên xe …vv coi những kích thích tạo bởi mấp mô mặt đường là nguồn duy nhất

Dựa vào các giả thiết trên tác già tiến hành xây dựng mô hình tính toán trên cơ

sở của cơ học giải tích.Việc xây dựng mô hình, thiết lập hệ phương trình vi phân

mô tả dao động của ô tô hiệu Thaco Foton FC500 5 tấn được xây dựng dựa theo phương trình Lagranger loại II dạng

i i

i

Q q q q

T q

T dt

Trong đó:

T: Hàm động năng của hệ Π: Hàm thế năng của hệ

gỗ trên đường lâm nghiệp như sau (hình 2.4):

Chọn hệ tọa độ O0X0Z0- hệ trục cố định (hệ quán tính); OXZ – hệ trục gắn với khung xe (hệ động)