Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của hệ thống treo ô tô sử dụng mô hình giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ

Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của hệ thống treo ô tô sử dụng mô hình giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của hệ thống treo ô tô sử dụng mô hình giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của hệ thống treo ô tô sử dụng mô hình giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN VĂN HẢI

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ

SỬ DỤNG MÔ HÌNH GIẢM CHẤN THỦY LỰC HAI LỚP VỎ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN VĂN HẢI

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ

SỬ DỤNG MÔ HÌNH GIẢM CHẤN THỦY LỰC HAI LỚP VỎ

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11

1.1.Giới thiệu về giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ 11

1.1.1 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo 11

1.1.2 Công dụng và yêu cầu chế tạo của giảm chấn 15

1.1.3 Phân loại 17

1.2 Xu hướng sử dụng hiện nay 22

1.3 Các công trình đã được nghiên cứu 22

1.4 Kết luận 26

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG GIẢM CHẤN VÀ HỆ THỐNG TREO 28

2.1.Thiết lập phương trình dao động 28

2.1.1 So sánh hoạt động của xe khi không có giảm chấn và có giảm chấn 28

2.1.2 Đánh giá các chỉ tiêu êm dịu của ô tô 28

2.1.3 Mô hình nghiên cứu dao động 34

2.1.4 Khái quát chung về Matlab và Simulink 37

2.1.5 Mô hình mô phỏng của giảm chấn 38

2.1.6 Mô hình dao động hệ thống treo 1/4 một khối lượng 44

2.2 Kết luận: 46

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG CÁC TRƯỜNG HỢP LÀM VIỆC ĐIỂN HÌNH 47

3.1 Các dạng mặt đường 47

3.2 Mô phỏng giảm chấn 48

3.2.1 Khảo sát lực giảm chấn khi thay đổi biên độ dao động 49

2

3.2.2 Khảo sát lực giảm chấn khi thay đổi tần số dao động 49

3.2.3 Khảo sát thay đổi áp suất trong các buồng A và B của piston 50

3.2.4.Khảo sát lực và vận tốc giảm chấn 51

3.2.4 Khảo sát lực giảm chấn theo thời gian khi thay đổi diện tích van A_AB 52 3.2.5 Khảo sát lực liên quan đến thay đổi p0 52

3.3 Mô phỏng hệ thống treo 1/4 một khối lượng 53

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Những nội dung được trình bày trong luận văn do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của thầy

giáo PGS.TS Hồ Hữu Hải, cùng các thầy giáo trong Bộ môn ô tô và xe chuyên

dụng- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Toàn bộ nội dung trong luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2018

Tác giả

k Hệ số cản giảm chấn

A_AB Tiết diện Van piston cho dầu chảy từ buồng A sang buồng B m2 A_BA Tiết diện van piston cho dầu chảy từ buồng B sang buồng A m2A_BC Tiết diện van giảm tải cho dầu chảy từ buồng B sang buồng C m2A_CB Tiết diện van giảm tải cho dầu chảy từ buồng C sang buồng B m2

5

6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống treo 11

Hình 1.2: Giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ 14

Hinh 1.3: Cấu tạo chi tiết của giảm chấn thủy lực 2 lớp vỏ 15

Hình 1.4: Sơ đồ lắp ghép giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ 16

Hình 1.5: Quá trình nén của piston 18

Hình 1.6: Quá trình trả của piston 18

Hình 1.7: Quá trình nén của giảm chấn thủy lực 2 lớp vỏ 19

Hình 1.8: Quá trình trả của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ 20

Hình 1.9: Nguyên lý làm việc của van piston và van giảm tải 21

Hình 1.10: Xe tải lắp tại VEAM-MT 22

Hình 1.11: Biểu đồ lực và vận tốc giảm chấn 23

Hình 1.12: Sự thay đổi của áp suất các buồng dầu 24

Hình 1.13: Mô tả giảm chấn giữa lực và khoảng dịch chuyển bằng cách thay đổi biên độ dao động và tần số dao động của mặt đường 24

Hình 1.14: Sự thay đổi của vận tốc và lực phụ thuộc vào áp suất mở van (a) và tỉ lệ mở các van 25

Hình 1.15: Biểu đồ mô tả sự thay đổi giữa lực và vận tốc piston 26

Hình 2.1: Biểu đồ so sánh dao động của xe không giảm chấn và có giảm chấn 28

Hình 2.2 : Hình miêu tả khoảng dịch chuyển piston trong xy lanh 32

Hình 2.3: Mô hình ¼ 34

Hình 2.4 Mô hình ½ 35

Hình 2.5: Mô hình không gian ô tô con 36

Hình 2.6: Mô hình không gian ô tô tải 36

Hình 2.7: Mô tả lực tác động piston 39

Hình 2.8: Mô hình mô tả bằng Simulink 44

Hình 2.9: Mô hình dao động 1 phần tử 45

Hình 2.10: Các lực tác dụng lên khối lượng được treo 45

Hình 2.11 : Mô hình mô phỏng hệ thống treo 1/4 một khối lượng 46

7

Hình 3.1: Kết quả mô phỏng lực giảm chấn khi thay đổi biên độ a 49

Hình 3.2 : Kết quả mô phỏng lực giảm chấn khi thay đổi tần số f (Hz) 50

Hình 3.3: Kết quả mô phỏng biến thiên áp suất trong các khoang của giảm chấn 50 Hình 3.4: Kết quả mô phỏng lực của giảm chấn theo vận tốc khi thay đổi diện tích van A_AB 51

Hình 3.5: Kết quả mô phỏng lực giảm chấn theo thời gian khi thay đổi diện tích van A_AB 52

Hình 3.6: Kết quả mô phỏng lực giảm chấn theo thời gian khi thay đổi áp suất p0 53

Hình 3.7: Dạng bước nhảy 54

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng dịch chuyển khung xe 54

Hình 3.9: Kết quả mô phỏng gia tốc khung xe 54

Hình 3.10: Đường cong dao động tắt dần thân xe 55

Hình 3.11: Dạng bước nhảy 56

Hình 3.12: Kết quả mô phỏng dịch chuyển khung xe 56

Hình 3.13: Kết quả mô phỏng gia tốc khung xe 56

Hình 3.14: Kết quả so sánh mô phỏng dịch chuyển khung xe 57

Hình 3.15: Mô phỏng dịch chuyển khung xe với f=3Hz 57

Hình 3.16: Kết quả mô phỏng biên độ dao động khung xe khi thay đổi tần số f 58

8

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay phương tiện vận tải bằng ô tô chiếm tỉ lệ cao trong đời sống xã hội, trong đó có các nhu cầu như vận tải hàng hóa, vận tải hành khách và xe gia đình…; cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống nhu cầu của con người ngày càng cao, về tính tiện nghi, an toàn cho người và hàng hóa…; cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã tạo ra các sản phẩm hỗ trợ thiết kế, chế tạo ra các sản phẩm có tính năng ưu việt

Đối với ô tô để duy trì đảm bảo an toàn, êm dịu, tiện nghi cho hàng hóa, con người vận hành là yếu tố rất quan trọng, khi xe vận hành trên đường có nhiều yếu tố làm cho xe không được như ý muốn như:

- Chất lượng mặt đường không tốt

- Sự thay đổi chuyển động của xe

- Thời tiết

- Yếu tố tải trọng

- Nhịp, giảm chấn, cũng như hệ thống khung vỏ của xe

Chính vì vậy đối với hệ thống treo trên ô tô đỏi hỏi thiết kế chế tạo đáp ứng ngày càng cao của người sử dụng, vì vậy đối với yêu cầu của luận văn “nghiên cứu mô phỏng hoạt động của hệ thống treo ô tô sử dụng mô hình giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ” nhằm khảo sát các yếu tố tác động; từ đó đánh giá các yếu tố đó ảnh hưởng như thế nào đến độ êm dịu của xe khi hoạt động trên đường

Mục tiêu của luận văn:

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc giảm chấn hai lớp vỏ thủy lực của hệ thống treo của ô tô

- Xây dựng mô hình mô phỏng của giảm chấn và hệ thống treo

- Khảo sát đánh giá các thông số của giảm chấn đến độ êm dịu của xe khi hoạt động (khảo trên mô hình ¼ một khối lượng)

9

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu mô phỏng giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ của

hệ thống treo sử dụng mô hình ¼ một khối lượng và khảo sát trên xe tải VT651 của Nhà máy ô tô VEAM sản xuất

Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu mô phỏng các thông số của giảm chấn thủy lực của hệ thống treo ô tô

để từ đó đánh giá được tầm quan trọng của giảm chấn của hệ thống treo đối với độ

êm dịu của xe ô tô

Nội dung và bố cục của luận văn:

Nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm các phần chính sau:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Xây dựng mô hình mô phỏng dao động giảm chấn và hệ thống treo

- Chương 3: Mô phỏng các trường hợp làm việc điển hình

- Kết luận

Những kết quả đạt được của luận văn:

- Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ và hệ thống treo

- Mô phỏng hệ thống treo ¼ một khối lượng

- Đánh giá các yếu tố tác động đến hệ thống treo như mặt đường, các thông số thiết kế giảm chấn…

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:

Luận văn đã mô phỏng được hoạt động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ và hệ thống treo, thiết lập các phương trình để từ đó bằng công cụ Matlab Simulink mô phỏng và đánh giá được các thông số thiết kế giảm chấn và hệ thống treo đảm bảo

độ êm dịu khi xe hoạt động trên đường

Luận văn được thực hiện tại Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động

lực, Đại học Bách khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo PGS.TS

Hồ Hữu Hải Tác giả chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng các thầy trong bộ

Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2018

Học viên

Nguyễn Văn Hải

11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ

1.1.1 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo

- Trong điều kiện làm việc phức tạp được tạo nên do yếu tố mặt đường, hệ thống treo, kết cấu khung vỏ, lốp và gia tốc của xe …, xe sẽ dao động mạnh làm ảnh hưởng đến độ êm dịu của xe, an toàn hàng hóa và tạo sự mệt mỏi cho con người Và khi xe dao động, bánh xe bám mặt đường kém làm cho việc dẫn hướng và bám đường của xe bị ảnh hưởng, gây ra khả năng mất an toàn cho người và hàng hóa…Vậy đối với giảm chấn yêu cầu đặt ra là:

+ Dập tắt càng nhanh các dao động nếu tần số dao động càng lớn Mục đích để tránh cho thùng xe khỏi bị lắc khi đi qua đường mấp mô lớn

+ Dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đường ít mấp mô (độ lồi lõm của đường càng bé và dày)

+ Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn đến thùng xe

+ Làm việc ổn định khi ôtô chuyển động trong các điều kiện đường xá khác nhau và nhiệt độ không khí khác nhau

Để xe chuyển động êm dịu an toàn, ngoài giảm chấn thì cần phải kết hợp với các yếu tố khác của hệ thống treo nhíp, lốp xe và khung xe

Hình 1.1: Hệ thống treo

Tuy nhiên để đánh giá các thông số của giảm chấn hai lớp vỏ thủy lực là khá phức tạp, đòi hỏi phải có quá trình tính toán phân tích bằng thực nghiệm được thể hiện trong hai quá trình làm việc của giảm chấn (quá trình nén là quá trình lốp xe gần khung xe, quá trình trả là quá trình lốp xe rời xa khung xe)

Khi piston đi xuống là quá trình nén, áp suất dầu trong buồng B tăng lên, lúc này tùy thuộc vào các thông số thiết kế của van và lực tác động piston (nén nhẹ và nén mạnh) mà dầu sẽ di chuyển từ buồng A sang buồng B, vì vậy piston di chuyển xuống dưới, trong quá trình này một phần thể tích của buồng A bị chiếm chỗ của thanh piston, nếu quá trình di chuyển của piston có vận tốc cao và khoảng dịch chuyển lớn làm cho áp suất buồng B tăng cao thì một phần dầu sẽ di chuyển sang buồng C (dầu di chuyển qua van bù 5) làm áp suất buồng C và D tăng lên Dưới tác động của hệ thống đàn hồi như nhíp, lốp… và các yếu tố mặt đường, piston giảm chấn di chuyển về phía trên (quá trình trả), khi đó áp suất buồng A tăng cao dầu sẽ

di chuyển từ buồng B sang buồng A, quá trình di chuyển này phụ thuộc vào các yếu

tố cấu tạo của van cũng như độ mở của van, các yếu tố tác động khác như hệ thống đàn hồi, mặt đường, gia tốc của xe… ; khi đó áp dầu buồng B giảm xuống và van

bù 5 mở để cho dầu buồng C di chuyển sang buồng B Buồng D chứa khí và được nạp áp suất thấp (3 – 6 kgf/cm2) Làm như thế để chống phát sinh tiếng ồn do hiện tượng tạo bọt và xâm thực thường xảy ra trong các bộ giảm chấn chỉ sử dụng chất lỏng Giảm thiểu hiện tượng xâm thực và tạo bọt còn giúp tạo ra lực cản ổn định, nhờ thế mà tăng độ êm và vận hành ổn định của xe

Quá trình này được lặp đi lặp lại trong suốt quá trình chuyển động của xe

13

- Trong quá trình hoạt động do ma sát giữa dầu và các van, do môi trường làm việc

và ma sát giữa piston và xylanh Vì vậy nhiệt độ tăng cao sẽ gây tiếng kêu, sinh bọt khí vì giảm hiệu quả làm việc của giảm chấn Vì vậy đối với giảm chấn thủy lực, việc lựa chọn dầu thủy lực để đưa vào sử dụng cần tính đến lựa chọn loại dầu phù hợp (trong trường hợp cần thiết nhà sản xuất phải dựa vào các nhà cung cấp dầu uy tín để tham khảo), đối với các xe có chất lượng cao người ta còn dùng bằng khí Gas

và khí Nitơ có áp suất cao, tuy nhiên loại này cần chế tạo chính xác, vật liệu tốt, chi phí cao

- Hiện tượng sục khí trong giảm chấn

Khi chất lỏng chảy với tốc độ cao trong bộ giảm chấn, áp suất ở một số vùng sẽ giảm xuống, tạo nên các túi khí hoặc bọt rỗng trong chất lỏng Hiện tượng này được gọi là xâm thực Các bọt khí này sẽ bị vỡ khi di chuyển đến vùng áp suất cao, tạo ra

áp suất va đập Hiện tượng này phát sinh tiếng ồn, làm áp suất dao động, và có thể dẫn đến phá huỷ bộ giảm chấn

- Tạo bọt khí: Tạo bọt là quá trình làm trộn lẫn không khí với chất lỏng trong bộ giảm chấn Hiện tượng này tạo ra tiếng ồn, làm áp suất dao động, và gây tổn thất áp suất

- Đối với giảm chấn ngoài yếu tố thiết kế chế tạo thì việc bảo dưỡng, bảo trì thường xuyên để đảm bảo tính năng thiết kế ban đầu cần phải lưu ý như sau:

Theo các chuyên gia kinh nghiệm về sử dụng ô tô, dù sử dụng hệ thống giảm xóc gas hay dầu thì đều mang lại sự êm ái và giúp xe ô tô ổn định hơn khi đánh lái Qua các chuyển động tịnh tiến, động năng sẽ được chuyển hóa thành nhiệt năng đưa vào bên trong hệ thống thủy lực, nếu phải chịu quá nhiều lực, kết cấu có thể sẽ bị nứt gãy

- Thực tế, nếu xe ô tô thường xuyên chỉ chạy trong điều kiện đường xá bằng phẳng

và ít phương tiện thì hệ thống giảm xóc sẽ có tuổi thọ dài hơn

- Ngược lại, xe ô tô liên tục phải dừng do tắc đường, chạy đường đèo với những góc cua gắt hoặc chạy đường vùng quê với nhiều ổ gà, ổ voi… sẽ khiến hệ thống giảm xóc phải chịu áp lực lớn Vì thế, tuổi thọ có thể ngắn hơn Ngoài ra, một

Hình 1.2: Giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ

15

- Cấu tạo của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ:

Bao gồm hai xy lanh (một xy lanh bên ngoài 7 và một xy lanh bên trong 5), piston

3 và thanh kết nối 2 chuyển động, giá đỡ cùng với xy lanh giới hạn chuyển động của piston theo chiều dọc, van 6 được cố định vào xy lanh 7, bốn khoang được phân biệt khoang phía trên piston khoang A, khoang phía dưới piston khoang B, khoang

bù dầu C và khoang chứa khí khoang D Trong đó khoang A, B, C chứa dầu thủy lực

Hinh 1.3: Cấu tạo chi tiết của giảm chấn thủy lực 2 lớp vỏ

1- Vỏ bảo vệ giảm chấn, 2- Trục piston, 3- Van piston (3.1-3.11), 4- Nắp trên piston, 5- Xy lanh trong, 6- Cụm van giảm tải (6.1-6.6), 7- Vỏ ngoài

1.1.2 Công dụng và yêu cầu chế tạo của giảm chấn

+ Dập tắt càng nhanh các dao động nếu tần số dao động càng lớn Mục đích để tránh cho người và thùng xe, hàng hóa trên xe khỏi bị lắc khi đi qua đường mấp mô lớn

+ Dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đường ít mấp mô

16

+ Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn đến thùng xe

+ Làm việc ổn định khi ôtô chuyển động (ổn định lái) trong các điều kiện đường xá khác nhau và nhiệt độ không khí khác nhau

+ Có tuổi thọ cao

+ Trọng lượng và kích thước bé

+ Giá thành gia công hợp lý

Hình 1.4 dưới mô tả chi tiết việc lắp ghép giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ, nhằm đảm bảo giảm chấn hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế, ngoài ra có thể phục vụ việc lắp ráp kiểm tra trong quá trình sản xuất hàng loạt

Hình 1.4: Sơ đồ lắp ghép giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ

17

1.1.3 Phân loại

Trong thiết kế chế tạo ô tô tùy vào tính năng của mỗi loại xe và giá thành xe người

ta sẽ chọn loại giảm chấn phù hợp với các yêu cầu, chính vì vậy có rất nhiều loại giảm chấn được sử dụng trong các loại xe khác nhau, đối với giảm chấn thủy lực được sử dụng rộng rãi cho các loại xe con, xe tải và các xe chuyên dùng vì các đặc tính ưu việt của nó Vì vậy người ta phân loại các dạng giảm chấn sau:

- Loại giảm chấn một chiều, hai chiều

- Loại giảm chấn có van giảm tải hoặc không có van giảm tải

- Loại giảm chấn một lớp vỏ và loại hai lớp vỏ

Phân loại giảm chấn thủy lực một chiều hoặc hai chiều theo các đặc điểm sau: + Theo tỉ số của hệ số cản Kn trong hành trình nén (lúc lốp tiến gần đến khung) và

hệ số cản Kt trong hành trình trả (lúc lốp xa khung xe) với nội dung sau:

- Loại tác dụng một chiều Kn=0 Chấn động chỉ được dập tắt ở hành trình trả tức

là ứng với lúc bánh xe đi xa khung

- Loại giảm chấn hai chiều có đường đặc tính đối xứng Chấn động bị dập tắt ở

18

Hình 1.5: Quá trình nén của piston

Khi có lực tác động vào piston làm cho piston đi xuống, tùy vào vận tốc chuyển động của piston mà các van sẽ mở theo một mức nhất định (van được chế tạo bằng các lá thép lò xo)

Quá trình hoạt động của giảm chấn ống đơn ở giai đoạn trả (Hình 1.6)

Hình 1.6: Quá trình trả của piston

19

Đối với quá trình trả do tác động của các cơ cấu đàn hồi, chênh lệch áp suất và gia tốc của xe, yếu tố mặt đường, lốp… piston được chuyển động về phía trên, tùy thuộc vào vận tốc của piston, van sẽ mở để cho dầu đi từ buồng B sang buồng A Đối với loại giảm chấn hai lớp vỏ thủy lực hoạt động theo hai quá trình nén và trả, loại có van giảm tải được mô tả hình 1.7 dưới

Hình 1.7 là quá trình nén của giảm chấn khi xe hoạt động trên các điều kiện mặt đường, tải trọng và gia tốc khác nhau, piston sẽ đi xuống , tùy thuộc vào vận tốc của piston, van piston được mở ra, dầu từ buồng B chảy sang buồng A, trong điều kiện

áp suất buồng B tăng cao van giảm tải được mở ra và dầu từ buồng B chảy sang buồng C

Hình 1.7: Quá trình nén của giảm chấn thủy lực 2 lớp vỏ

Hình 1.8: Quá trình trả của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ

Đối với giảm chấn hai lớp vỏ thủy lực, các van được thiết kế cho các quá trình nén mạnh, trả mạnh và nén nhẹ trả nhẹ và được mô tả như hình 1.9 dưới Quá trình này phụ thuộc vào tốc độ piston mà van piston hoặc van giảm tải sẽ mở các cửa van phù hợp Trong trường hợp làm việc nhẹ (quá trình nén trả nhẹ V=0.3m/s) dầu được lưu thông qua các lỗ van, nếu làm việc với tốc độ cao (vận tốc piston V=0.5-0.66m/s)

21

Hình 1.9: Nguyên lý làm việc của van piston và van giảm tải

So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có các ưu điểm sau: + Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần piston có thể làm lớn hơn mà

sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn

+ Điều kiện toả nhiệt tốt hơn do không có “áo dầu”

+ Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào + Cùng một tác động bên ngoài thì nó dập tắt dao động nhanh hơn

- Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là:

+ Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong các hành trình nén hoặc trả mạnh

22

+ Chế tạo phức tạp và giá thành đắt hơn

1.2 Xu hướng sử dụng hiện nay

- Giảm chấn hai lớp có giá thành gia công thấp, dễ thay thế, làm việc ổn định, thỏa mãn các yêu cầu của xe tải về an toàn cho người và hàng

- Đối với giảm chấn thủy lực 1 lớp giá thành gia công thấp, tuy nhiên loại giảm chấn này làm việc không ổn định, đặc biệt trong các hành trình nén trả mạnh

Chính vì vậy hiện nay nhất là đối với loại xe tải chở hàng dùng chủ yếu giảm chấn hai lớp vỏ với các tính năng ưu việt

Tại Việt Nam các dòng xe của công ty ISUZU, HINO, HYUNDAI, THACO, VEAM… đều dùng loại giảm chấn 2 lớp vỏ cho các dòng sản phẩm của công ty Đặc biệt trong một số trường hợp cần thay thế phụ tùng khi hết tuổi thọ, người sử dụng xe có thể dễ dàng mua và thay thế tại các đại lý bán phụ tùng của các công ty hay tại các cửa hàng phụ tùng ô tô bán trên thị trường

Hình 1.10: Xe tải lắp tại VEAM-MT

1.3 Các công trình đã được nghiên cứu

- Trong rất nhiều các tài liệu hiện nay nói về giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ của hệ thống treo thì dao động thân xe được khảo sát nhằm đảm bảo khi xe hoạt động đảm

23

bảo yêu cầu về êm dịu và giảm chấn là chi tiết đóng vai trò rất quan trọng Các tài liệu như tính toán thiết kế ô tô, hệ thống treo…đã đưa ra được mô hình tương tự như hình 1.11, đưa ra các thông số như hệ số dập tắt dao động, hệ số cản của giảm chấn (Kt va Kn) để từ đó tính toán các thông số của giảm chấn

Hình 1.11: Biểu đồ lực và vận tốc giảm chấn

Tuy nhiên các tài liệu này mới dừng lại ở dạng thừa nhận kết quả mà chưa đi đến khảo sát chi tiết các thông số thiết kế của giảm chấn và hệ thống treo

- Tạp chí cơ lý thuyết và ứng dụng của tác giả Lucxco, Đại học công nghệ Cracow,

khoa kỹ thuật cơ khí Cracow, Ba lan công bố 2012

Bằng các phương pháp thực nghiệm các nhà nghiên cứu đã chỉ ra các trường hợp biến đổi của các thông số thông qua các thay đổi của các thông số thiết kế

Hình 1.12 là biểu đồ mô tả sự thay đổi của áp suất dầu trong các buồng, ở các kỳ nén và trả của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ theo thời gian

24

Hình 1.12: Sự thay đổi của áp suất các buồng dầu

- Trường hợp mô tả các yếu tố mặt đường đến sự thay đổi khoảng dịch chuyển piston và lực

Hình 1.13: Mô tả giảm chấn giữa lực và khoảng dịch chuyển bằng cách thay

đổi biên độ dao động và tần số dao động của mặt đường

Trong trường hợp này khi biên độ thay đổi càng cao thì lực thay đổi càng cao ở vị trí bắt đầu di chuyển, đối với trường hợp thay đổi tần số f của mặt đường cũng làm cho lực thay đổi theo Tuy nhiên nhìn vào biểu đồ có thể thấy sự thay đổi của buồng

B nhỏ hơn buồng A do kết cấu thiết kế của van piston (của quá trình nén và trả)

- Trường hợp thay đổi áp suất mở van giảm tải và tỉ lệ mở van piston

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng đối với thiết kế giảm chấn hai lớp thủy lực khối lượng dòng chảy của van phục hồi thấp hơn van ở quá trình nén Việc thiết kế các van piston ảnh hưởng đến vận tốc của dòng chảy của chất lỏng và nó phụ thuộc vào

độ mở của van piston và áp suất mở van giảm tải (cho phép dầu từ buồng B sang buồng C và ngược lại)

- Tạp chí nghiên cứu và phát triển kỹ thuật quốc tế (www.ijerd.com), Giáo sư Loni

và Pune Trường cao đẳng kỹ thuật nông nghiệm 2 và 3 Pravara công bố 5/2012

Đề tài phân tích các yếu tố liên quan về khoảng dịch chuyển, thể tích từ đó đưa ra các mối liên hệ khi giảm chấn hoạt động…

Trả

Nén

Nén Trả

26

Hình 1.15: Biểu đồ mô tả sự thay đổi giữa lực và vận tốc piston

Qua kết quả nghiên cứu đã đánh giá sự phụ thuộc của dòng chảy qua van, áp suất tại các van và các buồng ảnh hưởng đến khoảng dịch chuyển của piston, đặc biệt sự biến đổi thể tích giữa các buồng của piston, qua phân tích bằng các phương trình thực nghiệm, nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phụ thuộc giữa vận tốc và lực piston được biểu diễn qua đồ thị hình 1.15 là sự biến đổi khá phức tạp

Tuy nhiên đề tài chưa đưa ra các mô hình mô tả cụ thể của sự thay đổi, để làm rõ vấn đề khi hoạt động trong các điều kiện làm việc cụ thể

1.4 Kết luận

Từ yêu cầu của luận văn và trên cơ sở các nội dung tìm hiểu và phân tích trên, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu mô phỏng hoạt động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ nhằm xác định sự ảnh hướng của nó đến hệ thống treo như thế nào qua đó xác định được độ êm dịu của xe khi hoạt động và mô phỏng hoạt động của hệ thống treo ô tô

Để mô phỏng giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ và hệ thống treo ô tô tập trung nghiên cứu đưa ra các nội dung cụ thể như:

- Xây dựng mô hình dao động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ

- Mô phỏng hệ thống treo ô tô sử dụng mô hình dao động ¼ một khối lượng trên

cơ sở sử dụng công cụ Matlab Simulink

27

- Đánh giá các yếu tố tác động đầu vào như mặt đường, các thông số đầu ra như lực giảm chấn, áp suất các buồng trên cơ sở thay đổi các thông số thiết kế như diện tích piston, diện tích van giảm tải và van piston…

- Đánh giá dao động trên xe điển hình cụ thể để từ đó có thể đưa ra các thông số thiết kế làm việc cho xe khi hoạt động

Vì vậy để có được kết quả mô phỏng chính xác cần nghiên cứu kỹ cấu tạo hoạt động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ, xây dựng các phương trình mô tả họat động của giảm chấn và hệ thống treo, đánh giá đưa ra các thống số thiết kế phù hợp

28

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG GIẢM CHẤN VÀ HỆ THỐNG TREO

2.1.Thiết lập phương trình dao động

Như đã trình bày, chương 1 hệ thống treo khi hoạt động trên đường có nhiều yếu

tố ảnh hưởng đến độ êm dịu của xe khi hoạt động Vì vậy, khi xây dựng mô hình

mô phỏng giảm chấn và hệ thống treo cần khảo sát xây dựng phương trình dao động của giảm chấn và hệ thống treo; để từ đó xây dựng mô hình mô phỏng, bằng công cụ Matlab Simulink có thể dễ dàng phân tích chỉ ra các thông số đầu ra như dao động khung xe, gia tốc dao động khung xe, lực giảm chấn …và trên cơ sở các yếu tố đầu vào mặt đường (biên dộ và tần số dao động), các thông số thiết kế giảm chấn (lực giảm chấn), độ cứng nhíp …

2.1.1 So sánh hoạt động của xe khi không có giảm chấn và có giảm chấn

Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng:

- Khi xe không có giảm chấn: Khi xe chạy trên đường gồ ghề, biên độ dao động lớn

và thời gian dập tắt kéo dài

- Khi xe có giảm chấn: Khi có giảm chấn biên độ dao động nhỏ, thời gian dập tắt dao động ngắn

Theo hình ảnh mô tả đã được nghiên cứu qua thực nghiệm

Hình 2.1: Biểu đồ so sánh dao động của xe không giảm chấn và có giảm chấn 2.1.2 Đánh giá các chỉ tiêu êm dịu của ô tô

Các tính chất dao động của ô tô thường đánh giá theo 2 quan điểm:

2.1.2.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu:

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho

độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:

- Đối với xe du lịch n = 60-85 (dđ/ph)

- Đối với xe vận tải n = 85-120 (dđ/ph)

b Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Các thí nghiệm kéo dài trong 8 giờ liền cho thấy nhạy cảm hơn cả đối với người

là dải tần 4-8 Hz Trong dải tần số này các giá trị cho phép của toàn phương gia tốc như sau :

Gây ảnh hưởng tới sức khỏe : 6.3 (m/s2)