Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải

Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải 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

- -

ĐOÀN THANH SƠN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG LÊN VỎ CẦU CHỦ ĐỘNG XE TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội - 2017

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

- -

ĐOÀN THANH SƠN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH MINH HOÀNG

Hà Nội - 2017

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Đoàn Thanh Sơn

Đề tài luận văn: Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ

Không phải sửa chữa gì theo biên bản của hội đồng

Ngày 21 tháng 10 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn

TS Trịnh Minh Hoàng

Tác giả luận văn

Đoàn Thanh Sơn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

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 TS Trịnh Minh Hoàng, cùng các thầy giáo Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng - Viện Cơ khí Động lực - 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

MỤC LỤC

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU i

DANH M ỤC CÁC BẢNG iv

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ v

L ỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển trong lĩnh vực sản xuất ô tô tải 4

1.1.1 Thực trạng 4

1.1.2 Định hướng phát triển 4

1.1.3 Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển 5

1.1.4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất các bộ phận của hệ thống truyền lực ô tô tải 6

1.2 Tổng quan về vỏ cầu chủ động xe tải 6

1.2.1 Cấu tạo chung của cầu chủ động 6

1.2.2 Chức năng nhiệm vụ của cầu chủ động 7

1.2.3 Vật liệu và công nghệ chế tạo 8

1.2.4 Điều kiện làm việc và các dạng tải trọng 8

1.3 Phương pháp đánh giá độ bền vỏ cầu chủ động xe tải 9

1.3.1 Phương pháp truyền thống: 9

1.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 9

1.3.3 Phương pháp thực nghiệm 10

1.4 Các hướng nghiên cứu đánh giá về độ bền vỏ cầu theo chế độ tải trọng 10

1.4.1 Đánh giá độ bền theo tải trọng cực đại 10

1.4.2 Đánh giá độ bền trong điều kiện tải trọng động 11

1.5 Các chế độ tải trọng tác động lên vỏ cầu chủ động 11

1.5.1 Chế độ tải trọng tĩnh 13

1.5.2 Chế độ tải trọng động 14

1.6 Đối tượng nghiên cứu 15

1.7 Nội dung của Luận văn 15

1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

1.7.2 Phương pháp nghiên cứu 16

1.7.3 Phạm vi nghiên cứu 16

1.7.4 Nội dung nghiên cứu 16

1.8 Kết luận chương 1 17

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG LÊN VỎ CẦU 18

2.1 Đặt vấn đề 18

2.2 Phân tích cấu trúc ô tô và các giả thiết 18

2.3 Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả dao động xe tải 21

2.3.1 Khối lượng được treo (thân xe) 22

2.3.2 Các khối lượng không được treo (cầu xe) 23

2.3.3 Nội lực hệ thống treo 24

2.3.4 Xác định phản lực thẳng đứng từ đường tác động lên bánh xe 25

2.3.5 Hệ phương trình vi phân tổng quát 27

2.4 Mô phỏng hàm kích động mặt đường 28

2.5 Kết luận chương 2 30

CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG MATLAB SIMULINK MÔ PHỎNG GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC XE TẢI 31

3.1 Khái quát chung về Matlab và Simulink 31

3.1.1 Matlab 31

3.1.2 Simulink 31

3.2 Mô phỏng động lực học xe tải 3.25 tấn bằng Matlab Simulink 36

3.2.1 Sơ đồ thuật toán của chương trình mô phỏng Simulink 36

3.2.2 Sơ đồ tổng thể mô hình động lực học ô tô tải 37

3.2.3 Sơ đồ các khối chức năng mô phỏng động lực học dao động ô

tô tải 39

3.3 Kết luận chương 3 44

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN TẢI TRỌNG ĐỘNG TÁC ĐỘNG LÊN VỎ CẦU CHỦ ĐỘNG XE TẢI 45

4.1 Chỉ tiêu đánh giá tải trọng động 45

4.2 Thông số kỹ thuật của xe tham khảo CT3.25D2 3.25 tấn 46

4.3 Đánh giá tải trọng động tác động lên vỏ cầu của xe tải 49

4.4 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu xe tải 56

4.4.1 Ảnh hưởng của độ cứng treo sau C2 57

4.4.2 Ảnh hưởng của hệ số cản K2 60

4.4.3 Ảnh hưởng của độ cứng lốp sau CL2 64

4.5 Kết luận chương 4 67

K ẾT LUẬN 68

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 69

m A1 Khối lượng không được treo trước Kg

m A2 Khối lượng không được treo sau Kg

M Khối lượng toàn bộ xe đầy tải Kg

M c1 Khối lượng toàn bộ phân cho cầu trước Kg

M c2 Khối lượng toàn bộ phân cho cầu sau Kg

L W Chiều dài toàn bộ của xe M

B W Chiều rộng toàn bộ của xe M

H W Chiều cao toàn bộ của xe M

b 1 Một nửa khoảng cách vết bánh xe trước M

b 2 Một nửa khoảng cách vết bánh xe sau M

w 1 Một nửa khoảng cách nhíp trước M

i

w 2 Một nửa khoảng cách nhíp sau M

h g Chiều cao trọng tâm M

ϕxA1 , ϕxA2 Góc lắc ngang của cầu thứ 1, 2 Rad

ϕx Góc lắc ngang của thân xe quanh trục x Rad

ϕy Góc lắc dọc của thân xe quanh trục y Rad

z Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng được

treo

M

ξA1 , ξA2 Chuyển vị của khối lượng không được treo cầu 1, 2 M

F zij Lực tác dụng lên bánh xe thứ ij theo phương thẳng đứng N

F Gij , F z,stij Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij N

F Cij Lực đàn hồi hệ thống treo gần bánh xe thứ ij N

ii

F Kij Lực cản giảm chấn hệ thống treo gần bánh xe thứ ij N

n Tần số không gian chu kỳ/m

n 0 Giá trị tham chiếu của tần số không gian chu kỳ/m

F zd Tải trọng động thẳng đứng xác định tại bánh xe N

k d Hệ số tải trọng động

iii

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật xe tải CT3.25D2 47

Bảng 4.2 Thông số sử dụng trong tính toán mô phỏng dao động 47

iv

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu tạo vỏ cầu chủ động ô tô 7

Hình 1.2: Sơ đồ các lực tác dụng lên cầu chủ động xe ô tô tải 12

Hình 1.3: Xe tải nhẹ CT3.25D2 15

Hình 2.1: Mô hình không gian xe tải 20

Hình 2.2: Mô hình các lực tác động lên khối lượng được treo (thân xe) 22

Hình 2.3: Mô hình các lực tác động lên cầu trước (nhìn từ phía trước) 23

Hình 2.4: Mô hình các lực tác động lên cầu sau (nhìn từ phía trước) 23

Hình 2.5: Nội lực hệ thống treo 24

Hình 2.6: Mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 30

Hình 3.1: Sơ đồ thuật toán của chương trình 36

Hình 3.2: Sơ đồ tổng thể mô hình dao động của xe tải 38

Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng khối "THAN XE" 39

Hình 3.4: Sơ đồ mô phỏng khối "CAU 1" 40

Hình 3.5: Sơ đồ mô phỏng khối cầu sau 41

Hình 3.6: Sơ đồ mô phỏng khối mặt đường 42

Hình 3.7: Sơ đồ mô phỏng khối "CAC LUC 11" 42

Hình 3.8: Sơ đồ mô phỏng khối "CAC LUC 11" 43

Hình 4.1: Mấp mô mặt đường D-E theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 50

Hình 4.2: Chuyển vị thẳng đứng(z) của trọng tâm thân xe (v = 40 km/h, đường D-E) 50

Hình 4.3: Góc lắc dọc thân xe (ϕy) (v = 40 km/h, đường D-E) 51

Hình 4.4: Chuyển vị thẳng đứng (ξA2) của trọng tâm cầu sau (v = 40 km/h, đường D-E) 51

Hình 4.5: Lực quán tính của cầu sau Fqt2 (v = 40 km/h, đường D-E) 52

Hình 4.6: Lực tác dụng (động) từ hệ thống treo đến cầu sau (FC2+FK2) (v = 40 km/h, đường D-E) 52

Hình 4.7: Lực tác dụng (động) từ bánh xe đến cầu sau (FCL2) (v = 40 km/h, đường D-E) 53

v

Hình 4.8: Phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe sau Fz21 (v = 40

km/h, đường D-E) 53Hình 4.9: Hệ số tải trọng động thẳng đứng cực đại tác động lên cầu chủ động

khi ô tô đi trên các loại đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 60km/h) 54Hình 4.10: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi ô tô đi trên các loại đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 60km/h) 55Hình 4.11: Hệ số tải trọng động cực tiểu của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi ô tô đi trên các loại đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 60km/h) 56Hình 4.12: Hệ số tải trọng động thẳng đứng cực đại tác động lên cầu chủ động

ô tô khi thay đổi độ cứng C2 của hệ thống treo sau (đường D-E, v = 30

- 60km/h) 57Hình 4.13: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi độ cứng C2 của hệ thống treo sau (đường D-E, v = 30 - 60km/h) 58Hình 4.14: Hệ số tải trọng động cực tiểu của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi độ cứng C2 của hệ thống treo sau (đường D-E, v = 30 - 60km/h) 59Hình 4.15: Hệ số tải trọng động thẳng đứng cực đại tác động lên cầu chủ động

khi thay đổi hệ số cản giảm chấn K2 của hệ thống treo sau (đường

D-E, v = 30 - 60km/h) 61Hình 4.16: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường khi thay đổi hệ số cản giảm chấn K2 của hệ thống treo sau (đường D-E, v = 30 - 60km/h) 62Hình 4.17: Hệ số tải trọng động cực tiểu của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi hệ số cản giảm chấn K2 của hệ thống treo sau (đường D-E, v = 30 - 60km/h) 63

vi

Hình 4.18: Hệ số tải trọng động thẳng đứng cực đại tác động lên cầu chủ động

ô tô khi thay đổi độ cứng lốp sau CL2(đường D-E, v = 30 - 60km/h) 64Hình 4.19: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi độ cứng lốp sau CL2 (đường D-E, v = 30 - 60km/h) 65Hình 4.20: Hệ số tải trọng động cực tiểu của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi độ cứng lốp sau CL2 (đường D-E, v = 30 - 60km/h) 66

vii

L ỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, sau hơn 20 năm xây dựng, mặc dù đã phát triển mạnh nhưng vẫn chỉ ở mức quy mô nhỏ với công nghệ lạc hậu Đại đa phần các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước chú trọng vào lắp ráp với đa phần linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài Tỷ lệ nội địa hóa trong sản phẩm ô tô trong nước còn rất thấp Hiện nay, mặc dù đã có nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ nhưng lĩnh vực sản xuất ô tô tải vẫn còn đang trong một tình trạng không mấy khả quan Ngoài một số ít sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ, ca bin có một vài cơ sở tự sản xuất được, còn hầu hết các bộ phận chủ yếu trên xe như động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển…đều nhập ngoại, trong đó phần lớn các linh kiện là từ Trung Quốc với chất lượng rất hạn chế Chúng ta còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra những sản phẩm ô tô tải mang thương hiệu Việt Nam có chất lượng

và giá thành đáp ứng nhu cầu trong nước cũng như hướng tới xuất khẩu và hội nhập với khu vực

Theo quy hoạch của Chính phủ trong Quyết định số 229 QĐ-TTg ngày 04/02/2016 về cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển

ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, trong đó thể hiện sự quan tâm lớn đến công nghiệp phụ trợ Theo bản Quy hoạch này, mục tiêu cho đến năm 2020, chúng ta có thể chế tạo được một số chi tiết quan trọng trong hệ thống truyền lực, nhất là với các dòng xe thông dụng như xe khách và xe tải nhẹ

Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm chi tiết trên ô tô, thì cần phải có đầu tư đặc biệt cho lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu phục

vụ cho việc thiết kế chế tạo, trong đó có các cụm của hệ thống truyền lực, nhằm phát triển sản phẩm có chất lượng cao

Cầu chủ động là một trong những cụm chi tiết quan trọng của hệ thống truyền lực trên ô tô, là bộ phận cuối cùng trên đường truyền công suất từ động cơ đến các

bánh xe chủ động Trong đó, vỏ cầu là bộ phận chứa tất cả các bộ phận truyền lực truyền lực chính, vi sai, bán trục…, đồng thời nó làm việc như một dầm đỡ trọng

1

lượng của thân xe và phải chịu tác động của các tải trọng từ tương tác giữa bánh xe với đường Cho tới nay đã có một vài đề tài đề cập đến việc thiết kế vỏ cầu, tuy nhiên các hướng nghiên cứu mới tập trung chủ yếu vào công nghệ chế tạo chứ chưa đầu tư nghiên cứu sâu về cơ sở lý thuyết của một trong những khâu quan trọng trong quy trình thiết kế chế tạo các chi tiết là đánh giá chất lượng sản phẩm, trong

đó có độ bền Ở Việt Nam, độ bền của vỏ cầu mới được đánh giá bằng lý thuyết với các chế độ tải trọng tĩnh nên kết quả chưa hoàn toàn sát thực trong các điều kiện chịu tải khi xe chạy trên đường

Xuất phát từ những nhu cầu ở trên, tác giả luận văn đã chọn hướng nghiên cứu

là xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải nhằm góp phần tạo dựng cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc đánh giá độ bền của vỏ cầu trong điều kiện làm việc thực tế

Mục tiêu của luận văn:

Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải bằng tính toán lý thuyết; khảo sát ảnh hưởng một số thông số sử dụng đến tải trọng đến

vỏ cầu chủ động ô tô làm cơ sở đầu vào cho bài toán tính toán xác định độ bền vỏ cầu chủ động xe tải

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận văn được lựa chọn là vỏ cầu chủ động ô tô tải hạng nhẹ CT3.25D2 có tải trọng 3.25 tấn được sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu:

Xây dựng mô hình mô phỏng xác định tải trọng động theo phương thẳng đứng lên vỏ cầu chủ động xe tải có tải trọng 3.25 tấn

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 xác định tải trọng động lên vỏ cầu

- Chương 3 Sử dụng Matlab Simulink mô phỏng giải hệ phương trình động lực học xe tải

2

- Chương 4 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số sử dụng đến tải trọng động tác động lên vỏ cầu chủ động

- Kết luận

Những kết quả đạt được của luận văn:

- Xây dựng mô hình động lực học để xác định tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu chủ động ô tô tải nhẹ

- Đánh giá và khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu chủ động của ô tô tải nhẹ

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:

Khảo sát và đánh giá tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu chủ động của xe tải nhẹ được lắp ráp và sử dụng tại Việt Nam, đây chính là thông số đầu vào cho các bài toán xác định độ bền vỏ cầu Đây là một trong những khâu quan trọng để từ đó nâng cao chất lượng cho những sản phẩm thiết kế, chế tạo trong nước

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 Tiến sĩ Trịnh Minh Hoàng Tác giả chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng các thầy trong Bộ môn đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như học tập tại trường

Mặc dù đã có nhiều nỗ lực, nhưng do trình độ, thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên các vấn đề được trình bày trong luận văn chưa thể đáp ứng được mọi yêu cầu đề ra Tác giả sẽ rất cảm ơn về mọi sự đóng góp, bổ xung để luận văn hoàn thiện hơn

Mặc dù đã đạt được một số thành tựu, sau hơn 20 năm xây dựng và phát triển Việt Nam vẫn đang sở hữu một ngành công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu Đa số các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước có quy mô vừa và nhỏ với công việc chủ yếu là lắp ráp với dạng 100% linh kiện nhập khẩu trên cơ sở linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài, tỷ lệ nội địa hóa trong các sản phẩm ô tô còn rất thấp Trong bối cảnh chung của ngành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất

ô tô tải, mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ cũng đang ở trong một tình trạng không mấy khả quan Hầu hết các doanh nghiệp ô tô Việt Nam mới chỉ sản xuất được một số sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ, ca bin và một số chi tiết khác Toàn bộ phần máy móc từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển…đều được nhập khẩu từ nước ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc với linh kiện chất lượng thấp Chúng ta thực tế còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra những chiếc ô tô tải có chất lượng và giá thành đáp ứng nhu cầu trong nước và hướng tới xuất khẩu, hội nhập với khu vực và thế giới

1.1.2 Định hướng phát triển

Trước tình hình trên, trong tháng 07/2014 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành 2 văn bản quan trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến

4

năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô

tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, trong đó lĩnh vực sản xuất ô

tô tải nhận được sự quan tâm đặc biệt [3, 4] Gần đây nhất, ngày 04/02/2016 Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định số 229/QĐ-TTg về Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam [4] Theo văn bản này, chúng ta cần chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe và vào năm 2020, đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa Ngoài ra, trong bản Quy hoạch này đã thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến công nghiệp phụ trợ nhằm hỗ trợ cho sản xuất ô tô,

phấn đấu đáp ứng 30 - 40% nhu cầu linh kiện, phụ tùng của sản xuất, lắp ráp xe ô tô trong nước, cũng như chế tạo được một số chi tiết quan trọng trong bộ phận truyền động, nhất là cho xe khách và xe tải nhẹ

1.1.3 Nh ững tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển

Hiện nay chúng ta có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ôtô tải, chủ yếu là loại nhỏ và trung bình Nhìn chung, các sản phẩm trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhập khẩu (chủ yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỷ lệ nội địa hóa không cao Phần sản xuất trong nước chỉ có ca bin, thùng và khung xe Với mức đầu tư về chất xám và trang thiết bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp trong nước còn ở mức độ hạn chế Tuy nhiên, với ưu thế

về giá thành, đây vẫn là nguồn cung cấp ôtô chủ yếu cho thị trường trong nước hiện nay

Một trong những nguyên nhân chính kìm hãm sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là sự yếu kém của công nghiệp phụ trợ Do đó, tỷ lệ nội địa hoá của các loại ô tô lắp ráp trong nước là rất thấp Có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực chất mới chỉ làm công việc lắp ráp mà chưa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể có những sản phẩm ô tô thực sự chất lượng mang thương hiệu Việt Nam, tiến tới xuất khẩu và hội nhập với thế giới

5

Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm và các

hệ thống cho ô tô, thì cần phải có đầu tư chiều sâu, đặc biệt là đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu phát triển sản phẩm có chất lượng cao Trong đó, ưu tiên hàng đầu cần được dành cho các nghiên cứu chuyên sâu phục vụ cho việc thiết kế chế tạo các bộ phận, trong đó có các bộ phận của hệ thống truyền lực

th ống truyền lực ô tô tải

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, trong những năm gần đây, đã xuất hiện một số đề tài nghiên cứu thiết kế các cụm trong hệ thống truyền lực như đề tài “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo cụm hộp số cho các loại xe ô tô thông dụng” (2006) và “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm cầu sau sử dụng cho các loại ô tô tải nhỏ tải trọng đến 3 tấn” (2010) thuộc chương trình trọng điểm cấp Nhà nước KC.05 đã được thực hiện tại Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM) trong đó đã đề xuất được quy trình thiết kế, chế tạo các bộ phận chính của vỏ cầu chủ động [2] Tuy nhiên, những thành tựu chính của các đề tài trên chủ yếu thuộc về lĩnh vực vật liệu và công nghệ chế tạo mà chưa đầu tư nghiên cứu sâu về cơ sở lý thuyết

1.2 T ổng quan về vỏ cầu chủ động xe tải

Cấu tạo chung của cầu chủ động ô tô được mô tả trên hình 1.1

Cầu chủ động bao gồm các bộ phận cuối cùng trên đường truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe chủ động Cầu chủ động có ba bộ phận chính: truyền lực chính, vi sai và các bán trục được lắp trong một vỏ Trong đó, vỏ cầu là bộ phận chứa tất cả các bộ phận truyền lực nêu trên, đồng thời nó làm việc như một dầm đỡ trọng lượng của thân xe và phải chịu tác động của các tải trọng từ tương tác bánh xe

- đường Các loại ô tô có động cơ đặt trước, cầu sau chủ động đều có cầu chủ động

6

với cấu tạo tương tự như trên, trừ trường hợp cầu sau chủ động của ô tô con có hệ thống treo độc lập

Hình 1.1: C ấu tạo vỏ cầu chủ động ô tô

Mỗi bộ phận của cầu chủ động thực hiện một chức năng riêng Bộ truyền lực chính, thường là cặp bánh răng hypoit hoặc bánh răng côn, có nhiệm vụ tạo tỷ số truyền nhằm tăng mô men truyền tới các bánh xe chủ động Ngoài ra, đối với ô tô tải, truyền lực chính còn thực hiện thêm chức năng đổi hướng chuyển động đi một góc 90o Bộ vi sai tạo điều kiện cho các bánh xe quay với vận tốc khác nhau khi ô tô quay vòng Các bán trục thực hiện chức năng truyền mô men tới các bánh xe chủ động

Vỏ cầu chủ động là hộp chứa truyền lực chính, vi sai và các bán trục Ngoài

ra, vỏ cầu còn thực hiện chức năng của dầm đỡ toàn bộ phần trọng lượng phía sau của ô tô và chịu các tải trọng từ tương tác bánh xe với đường Vì vậy, kết cấu của

7

vỏ cầu phải đảm bảo độ bền và đặc biệt là độ cứng vững để không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của các bộ phận bên trong

1.2.3 V ật liệu và công nghệ chế tạo

Tuỳ theo các dạng kết cấu, vỏ cầu hiện nay có thể được chế tạo từ gang đúc hoặc thép dập Để đảm bảo độ bền trong điều kiện làm việc khắc nghiệt với tải trọng biến thiên trong phạm vi rộng, người ta thường sử dụng gang cầu để đúc vỏ cầu ô tô tải Đây vẫn là loại vật liệu được sử dụng phổ biến hơn cả nhờ nó có độ bền cao và có những tính chất đặc biệt phù hợp với công nghệ đúc, độ chảy loãng cao, điền khuôn tốt, độ co ngót thấp khi đông cứng… Gang cầu có nhiều chủng loại khác nhau với ứng suất giới hạn phá hủy nằm trong khoảng 460 - 920 MPa, giới hạn

bền mỏi của gang cầu thường lớn hơn 2 MPa và số chu kỳ gây mỏi nằm trong khoảng 106

–108 [7]

1.2.4 Điều kiện làm việc và các dạng tải trọng

Vỏ cầu phải chịu tác dụng của các lực và mô men từ các bánh xe chủ động truyền lên cùng với các lực tương tác với hệ thống treo

Các phản lực tại bánh xe, thường được gọi theo phương tác động, gồm lực dọc (lực kéo và lực phanh), lực ngang và lực thẳng đứng Các lực này tạo thành các tải trọng tác động lên vỏ cầu dưới dạng lực hoặc mô men Ngoài ra, mô men xoắn truyền qua các bộ phận trong cầu chủ động cũng có tác động lên vỏ cầu Trong quá trình chuyển động của ô tô, vỏ cầu còn phải chịu tác dụng của các lực từ khối lượng được treo truyền qua các vị trí lắp nhíp và giảm chấn

Do ô tô tải thường xuyên phải hoạt động trên đường xấu nên vỏ cầu phải chịu tải trọng động biến thiên liên tục với biên độ lớn Trong đó, các lực dọc và ngang phụ thuộc chủ yếu vào tác động điều khiển của người lái tăng tốc, phanh, quay vòng, còn lực thẳng đứng lại phụ thuộc vào điều kiện đường xá và thường có quy luật ngẫu nhiên Sự biến thiên của tải trọng thẳng đứng do mấp mô mặt đường thường gây nên hiện tượng hư hỏng do mỏi làm giảm tuổi thọ của vỏ cầu

8

Những phân tích trên đây cho thấy, vỏ cầu chủ động ô tô tải phải chịu tác dụng của các lực động theo cả ba phương cùng với các mô men uốn và xoắn Do vỏ cầu

là nơi lắp truyền lực chính, vi sai và các bán trục, nên ngoài việc phải đảm bảo độ bền, nó còn phải có đủ độ cứng vững với độ biến dạng theo các phương là tối thiểu

để không ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc của các bộ phận trên

Để đánh giá độ bền vỏ cầu theo phương pháp này, người ta thường tính toán cho bốn trường hợp đặc trưng sau:

- Chuyển động thẳng với lực kéo cực đại;

- Chuyển động thẳng với lực phanh cực đại;

- Chuyển động quay vòng tới giới hạn trượt ngang;

- Chuyển động qua đường xấu với lực thẳng đứng cực đại

Bốn trường hợp trên được tính toán độc lập với mục đích xác định giá trị ứng

suất cực đại σ max trên vỏ cầu Vỏ cầu được coi là đủ bền nếu ứng suất cực đại không vượt quá giới hạn cho phép đối với vật liệu chế tạo:

Với [σ] là giới hạn cho phép của vật liệu chế tạo

Phương pháp này thường cho kết quả là vỏ cầu thừa bền, kết cấu không hợp

và có khối lượng lớn

Nhờ sự phát triển của các phần mềm tính toán chuyên dụng, hiện nay phương pháp hữu hạn đã trở thành công cụ đắc lực cho các nhà thiết kế trong việc đánh giá

độ bền vỏ cầu Để tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn, người ta xây dựng

mô hình 3D vỏ cầu Với các lực tác động và các điều kiện ràng buộc được đặt tại các vị trí tương ứng, phần mềm chuyên dụng cho kết quả là giá trị ứng suất phân bố

9

trên toàn bộ vỏ cầu Sau đó, từ các kết quả này, người thiết kế có thể đưa ra các giải pháp gia cố cho những vùng có ứng suất cao hoặc giảm bớt vật liệu ở những vùng thừa bền Với cách làm này, sản phẩm thiết kế có kết cấu hợp lý hơn, ứng suất phân

bố đều hơn và giảm được đáng kể khối lượng tức là tăng tính kinh tế cho sản phẩm thiết kế

Trong nghiên cứu phát triển, người ta thường đánh giá độ bền vỏ cầu bằng phương pháp thực nghiệm Phương pháp này đòi hỏi chi phí lớn cho thiết bị đo và mẫu vỏ cầu để thí nghiệm Bởi vì, đối với dạng thí nghiệm phá huỷ thì mỗi lần thí nghiệm làm hỏng một mẫu vỏ cầu Phương pháp này cho phép xác định giá trị tải trọng cực đại mà vỏ cầu có thể chịu được

Ngoài ra, vỏ cầu còn được thử nghiệm để đánh giá độ bền do mỏi với tải trọng tác động theo chu kỳ Tuy nhiên, thí nghiệm dạng này đòi hỏi thời gian thực hiện dài và chi phí lớn Hơn nữa, do không thể làm thí nghiệm với tải trọng và thời gian tương tự như điều kiện vận hành thực tế của ô tô, nên cần có phương pháp quy dẫn kết quả để đánh giá độ bền vỏ cầu

1.4.1 Đánh giá độ bền theo tải trọng cực đại

Đây là phương pháp đánh giá được coi là truyền thống, độ bền của vỏ cầu được đánh giá theo các giá trị tải trọng cực đại đạt được trong các điều kiện chuyển động đặc trưng Khi đó các lực dọc và lực ngang cực đại được lấy theo giới hạn bám, còn giá trị lớn nhất của lực thẳng đứng được tính thông qua hệ số tải trọng động Với các giá trị tải trọng đã được xác định, người ta tính bền để đánh giá khả năng chịu tải của vỏ cầu

Phương pháp tính bền trên thường được gọi là tính bền tĩnh do chỉ sử dụng một giá trị tải trọng tính toán cho phép đánh giá khả năng chịu đựng của vật liệu mà không gây nên hiện tượng gãy, vỡ trực tiếp

10

1.4.2 Đánh giá độ bền trong điều kiện tải trọng động

Theo một số nhà nghiên cứu, phương pháp tính bền tĩnh trên đây chỉ phù hợp với ô tô chuyển động ở vận tốc thấp và khối lượng không lớn Khi ô tô chuyển động với vận tốc lớn thì quán tính của các bộ phận có khối lượng lớn sẽ sinh ra các tải trọng động có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền vỏ cầu Trên thực tế, các tải trọng động này thường không đủ lớn để gây hư hỏng trực tiếp cho vỏ cầu, nhưng sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền lâu của nó Trong những trường hợp như vậy, việc sử

dụng tải trọng động để đánh giá độ bền của vỏ cầu sẽ cho kết quả phù hợp hơn với điều kiện vận hành thực tế Hơn nữa, sự phát triển mạnh của các phần mềm phân tích kết cấu trong những năm gần đây đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu công cụ hữu hiệu để giải quyết bài toán này Vì những lý do trên, các công trình nghiên cứu

về độ bền vỏ cầu trong những năm gần đây đã ngả theo hướng sử dụng tải trọng động thay cho tải trọng tĩnh trước đây

Để đánh giá vỏ cầu trong điều kiện tải trọng động, Ji-xin Wang (2011) và các nhà nghiên cứu đã sử dụng các dạng tải trọng biến thiên theo quy luật cho trước đặt lên vỏ cầu 3D và tính toán đánh giá độ bền bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong phần mềm ANSYS [12]

Meng Qinghua cùng các đồng tác giả (2011) đã sử dụng mô hình động lực học chuyển động của ô tô với kích thích từ mặt đường dạng ngẫu nhiên để xác định tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu chủ động dạng dầm liền rỗng giữa (banjo type) Các kết quả nghiên cứu đã cho phép đề xuất một số giải pháp cải thiện kết cấu vỏ cầu nhằm tăng độ bền mà khối lượng tăng không đáng kể [13]

1.5 Các ch ế độ tải trọng tác động lên vỏ cầu chủ động

Vỏ cầu phải chịu tác dụng của các lực và mô men từ các bánh xe chủ động truyền lên cùng với các lực tương tác với hệ thống treo

Các phản lực tại bánh xe, thường được gọi theo phương tác động, gồm lực dọc (lực kéo và lực phanh), lực ngang và lực thẳng đứng Các lực này tạo thành các tải

11

trọng tác động lên vỏ cầu dưới dạng lực hoặc mô men Ngoài ra, mô men xoắn truyền qua các bộ phận trong cầu chủ động cũng có tác động lên vỏ cầu

Hình 1.2: Sơ đồ các lực tác dụng lên cầu chủ động xe ô tô tải

Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên cầu chủ động của ô tô tải được mô tả trên hình 1.2 [6] Vỏ cầu được đặt trên các bánh xe có bán kính r 2 và đỡ trọng

lượng phần được treo thông qua các bộ nhíp đặt tại các vị trí A và C như trên hình

vẽ

Trong mặt phẳng ngang (hình 1.4a), vỏ cầu chịu tác dụng của các phản lực từ

mặt đường F z21 , F z22 và các lực từ nhíp F zn21 và F zn22

Trong mặt phẳng song song với mặt đường (hình 1.2b), vỏ cầu chịu tác dụng

của các lực dọc F x21 và F x22(lực kéo hoặc phanh) và lực từ nhíp truyền qua các gối

đỡ F xn21 và F xn22

Trong chuyển động quay vòng có thêm các lực ngang F y21 , F y22 đặt tại vết tiếp

xúc bánh xe với mặt đường Đồng thời tại vị trí lắp nhíp sẽ có các lực F yn21 và F yn22

12

Ngoài các lực trên, vỏ cầu chủ động còn phải chịu mô men xoắn do tác dụng

từ mô men truyền tới cầu chủ động và của các lực F x2i trên bán kính bánh xe r2

(hình1.2c)

Do vỏ cầu chịu tác dụng của nhiều tải trọng đồng thời, nên việc tính toán nó

theo đúng điều kiện thực tế rất phức tạp Theo phương pháp truyền thống, vỏ cầu

chủ động thường được tính bền cho 4 trường hợp tải trọng đặc trưng với các phản

lực từ mặt đường lên bánh xe đạt giá trị cực đại [6, 7] Ngày nay, người ta thường

sử dụng các phần mềm Matlab để đánh giá vỏ cầu một cách đầy đủ và toàn diện

hơn

1.5.1 Ch ế độ tải trọng tĩnh

Trong trường hợp này, vỏ cầu chủ động chịu các lực và mô men sau:

Trong các công thức trên, φ x là hệ số bám dọc, M c2là khối lượng toàn bộ cầu

sau và m klà hệ số phân bố lại trọng lượng trên cầu chủ động khi kéo

b) Trường hợp chuyển động thẳng với lực phanh cực đại

Trong trường hợp này, vỏ cầu chủ động chịu các lực và mô men sau:

Trong các công thức trên, m p là hệ số phân bố lại trọng lượng trên cầu chủ động khi phanh

c) Trường hợp quay vòng với lực ngang cực đại

Trong trường hợp này, vỏ cầu chủ động chịu các lực sau:

d) Trường hợp chuyển động trên đường xấu với phản lực thẳng đứng cực đại

Trong trường hợp này, vỏ cầu chủ động chịu các lực sau:

1.5.2 Ch ế độ tải trọng động

Các lực và mô men tác động lên vỏ cầu biến thiên liên tục trong quá trình chuyển động của ô tô, giá trị của chúng phụ thuộc vào điều kiện chuyển động cụ thể Vì vậy, để xác định lực và mô men này cần phải xây dựng mô hình động lực

14

học của ô tô và tính toán cho các điều kiện vận hành thực tế Một trong những chế

độ vận hành là chuyển động thẳng trên các loại đường có mấp mô khác nhau, khi đó các tải trọng thẳng đứng sẽ xuất hiện trong quá trình dao động của ô tô Luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu các tải trọng động trong trường hợp này Việc xây dựng

mô hình động lực học của ô tô để xác định các tải trọng động sẽ được mô tả chi tiết trong chương 2

1.6 Đối tượng nghiên cứu

Hình 1.3: Xe tải nhẹ CT3.25D2

Đối tượng nghiên cứu của luận án là ô tô tải CT3.25D2, tải trọng 3.25 tấn (hình 1.3) Đây là dòng xe tải ben có một cầu chủ động Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động khi chở đủ tải theo định mức là 51600 N Vỏ cầu của ô tô này thuộc loại dầm liền rỗng giữa (banjo type), đúc bằng gang cầu

Xuất phát từ những nhu cầu ở trên, tác giả luận văn đã chọn hướng nghiên cứu

là "Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải" nhằm góp

15

phần tạo dựng cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc đánh giá độ bền của vỏ cầu trong điều kiện làm việc thực tế

1.7.1 M ục tiêu nghiên cứu

Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải bằng tính toán lý thuyết; khảo sát ảnh hưởng một số thông số sử dụng đến tải trọng đến

vỏ cầu chủ động ô tô làm cơ sở đầu vào cho bài toán tính toán xác định độ bền vỏ cầu chủ động xe tải

1.7.2 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết về tải trọng động tác động lên vỏ cầu bằng phương pháp mô phỏng và sử dụng phần mềm Matlab Simulink để giải và đánh giá khảo sát

1.7.3 Ph ạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Xây dựng mô hình mô phỏng xác định tải trọng động theo phương thẳng đứng lên vỏ cầu chủ động xe tải có tải trọng 3.25 tấn khi xe chuyển động trên đường với mấp mô ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO

Trong thực tế, khi xe chuyển động trên đường, có rất nhiều dạng tải trọng động khác nhau xuất hiện trong các quá trình kéo, phanh hay quay vòng Tuy nhiên,

do hạn chế về mặt thời gian cũng như kiến thức chuyên sâu, nên những trường hợp phức tạp kể trên là chưa được đề cập đến trong các kết quả nghiên cứu của luận văn Ngoài ra, việc đánh giá độ tin cậy của mô hình bằng thực nghiệm hiện tại chưa thể thực hiện được ngay do một số hạn chế về điều kiện nghiên cứu, trang thiết bị

Do đó, phần nghiên cứu thực nghiệm đánh giá mô hình mô phỏng là chưa đề cập đến trong luận văn

1.7.4 N ội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận án gồm các phần chính như sau:

16

1 Tổng quan

2 Xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu

3 Sử dụng Matlab Simulink mô phỏng giải hệ phương trình động lực học

4 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số sử dụng đến tải trọng động tác động lên vỏ cầu chủ động

5 Kết luận

1.8 K ết luận chương 1

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đặt ra nhu cầu bức thiết đối với các nhà khoa học là xây dựng một nền tảng cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc thiết kế chế tạo các bộ phận cơ bản của ô tô, trong đó xác định các tải trọng tác dụng trong bài toán đánh giá độ bền là khâu tất yếu

Những đặc thù chịu tải của vỏ cầu đặt ra yêu cầu xác định các tải trọng động xuất hiện trong quá trình làm việc để đánh giá độ bền và độ cứng vững của nó Nhờ các thành tựu của các nghiên cứu động lực học cũng như sự phát triển mạnh của công nghệ phần mềm trong những năm gần đây, công cụ tính toán chủ yếu được các nhà khoa học sử dụng là các phần mềm mô phỏng số

Trước tình hình trên, đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải xuất phát từ nhu cầu bức thiết trong nghiên cứu phát triển của thực tiễn sản xuất, đáp ứng trực tiếp những đòi hỏi ngày càng cao để phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam

17

C HƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH TẢI

tô theo phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật [5-8], các bước cơ bản cần thực hiện bao gồm:

− Phân tích cấu trúc ô tô và đặt các giả thiết;

− Định nghĩa hệ quy chiếu;

− Thiết lập hệ phương trình vi phân;

− Giải hệ phương trình vi phân bằng phương pháp số

Sau khi giải hệ phương trình vi phân, từ các kết quả thu được, xác định các

tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu Sau đây là các nội dung của từng bước cụ thể

2.2 Phân tích c ấu trúc ô tô và các giả thiết

Xe tải có khối lượng và kích thước lớn Kết cấu xe tải là phức tạp với tính chất liên kết phi tuyến cả hình học và vật lý Điều này ảnh hưởng rất lớn đến tính chất động lực học của xe tải đặc biệt trong các điều kiện chuyển động tới hạn Vì vậy việc mô tả phi tuyến (hệ thống treo, lốp, tách bánh) là cần thiết trong nghiên cứu động lực học hiện nay Kết cấu xe tải có đặc điểm là khung chịu lực, hệ treo phụ thuộc có yếu tố phi tuyến vật lý cao Thân xe được phân thành phần được treo trước

và sau, tương ứng là các cầu xe trước và sau

18

Với đặc điểm cấu trúc như vậy, luận án sử dụng các giả thiết sau trong quá trình mô tả động lực học của xe tải 2 cầu:

1 Mô hình động lực học không gian;

2 Mô hình ô tô tải nhẹ 3.25 tấn có 2 trục là đối xứng theo trục dọc của xe;

3 Thân xe được coi như một tấm phẳng có khối lượng M đặt tại trọng tâm

thân xe Trong bài toán xét dao động của xe khi chuyển động thẳng, thân xe

có 3 chuyển động (3 bậc tự do) bao gồm: chuyển động tịnh tiến theo trục

thẳng đứng z và 2 góc xoay tương ứng: ϕy (góc lắc dọc - quay quanh trục

ngang y), ϕx (góc lắc ngang - quay quanh trục dọc x);

4 Các cầu xe (cầu trước - 1, cầu sau - 2) là các khối lượng không được treo

được coi như các thanh phẳng, có khối lượng m A1 , m A2 đặt tại trọng tâm của chúng Mỗi cầu xe có 1 chuyển động tịnh tiến theo trục thẳng đứng (ξA1 , ξA2)

và 1 chuyển vị góc lắc ngang quanh trục dọc (ϕxA1 , ϕxA2) Bỏ qua góc xoay của cầu xe theo trục thẳng đứng và trục ngang;

5 Thân xe được nối với các cầu xe thông qua hệ thống treo (đặc trưng bởi

các độ cứng C ij và hệ số cản giảm chấn K ij ) (chỉ số i: 1 – trước; 2-sau; chỉ số

j: 1-trái; 2-phải);

6 Cầu xe liên kết với mặt đường bằng bánh xe đàn hồi, đặc trưng bởi độ

cứng C Lij;

7 Bỏ qua thành phần cản của lốp;

8 Bỏ qua tác động của gió đến chuyển động của xe;

9 Bánh xe tiếp xúc điểm với mặt đường

Với các giả thiết cấu trúc như vậy thì mô hình động lực học xe tải có thể được

mô tả theo các thể hiện như trên hình 2.1

19

Hình 2.1: Mô hình không gian xe t ải

Trên mô hình sử dụng các ký hiệu sau:

- OXYZ: Hệ tọa độ cố định

- C: trọng tâm của khối lượng được treo

- A 1 , A 2: trọng tâm của khối lượng không được treo trước (cầu 1) và sau (cầu 2)

- M:Khối lượng được treo

- m A1: Khối lượng không được treo cầu 1

- m A2: Khối lượng không được treo cầu 2

- J y:Mô men quán tính trục y của khối lượng được treo xe tải

- J x: Mô men quán tính trục x của khối được treo xe tải

- J Axi: Mô men quán tính trục x của khối lượng không được treo cầu thứ i (i=1÷2)

20

- z: Chuyển vị theo phương thẳng đứng của trọng tâm khối lượng được treo

- ϕx: Góc lắc ngang của thân xe

- ϕy: Góc lắc dọc của thân xe

- ξA1: Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm khối lượng không được treo trước (cầu thứ 1)

- ϕxA1:Góc lắc ngang của cầu thứ 1

- ξA2: Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm khối lượng không được treo sau (cầu thứ 2)

- ϕxA2: Góc lắc ngang của cầu thứ 2

- C ij: Độ cứng của nhíp gần với bánh xe ij (i=1÷2, j=1÷2)

- K ij: Hệ số cản giảm chấn gần với bánh xe ij (i=1÷2, j=1÷2)

- C Lij: Độ cứng hướng kính của lốp thứ ij (i=1÷2, j=1÷2)

- L: chiều dài cơ sở của xe

- l 1: khoảng cách từ trọng tâm thân xe đến cầu trước

- l 2: khoảng cách từ trọng tâm thân xe đến cầu sau

- 2b 1: khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe cầu trước

- 2b 2: khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe cầu sau

- 2w 1: khoảng cách giữa 2 vị trí đặt nhíp trên cầu trước

- 2w 2: khoảng cách giữa 2 vị trí đặt nhíp trên cầu sau

Như vậy, mô hình cấu trúc của xe tải sẽ có 7 tọa độ suy rộng (7 bậc tự do) bao

gồm: 3 bậc tự do mô tả chuyển động của thân xe (z, ϕx , ϕy), 2 bậc tự do mô tả cầu trước (cầu thứ 1) (ξA1 , ϕxA1), và 2 bậc tự do mô tả cầu sau (cầu thứ 2) (ξA2 , ϕxA2)

Hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của xe tải được xây dựng nhờ phương pháp tách vật và đặt các ngoại lực lên từng vật là các phản lực liên kết giữa các vật, sau đó sử dụng nguyên lý D'Alambert để thiết lập các phương trình vi phân

21

mô tả chuyển động của từng vật theo các tọa độ suy rộng Các phương trình này được thiết lập nhờ phương pháp cân bằng lực và mô men tác động lên vật Việc này

có thể được làm rõ hơn nhờ cách xét mô hình động lực học theo các mặt phẳng chiếu [5-7]

2.3.1 Kh ối lượng được treo (thân xe)

Hình 2.2: Mô hình các l ực tác động lên khối lượng được treo (thân xe)

Hình 2.2 mô tả các lực tác động lên khối lượng được treo Khối lượng được treo đặc trưng bởi khối lượng M đặt tại trọng tâm thân xe Trọng tâm này thực hiện

ba chuyển động là dao động thẳng đứng (z), lắc ngang (φ x) và lắc dọc (φ y) Các lực

đặt lên khối lượng được treo là các phản lực từ hệ thống treo (lực đàn hồi F Cij, lực

Trong đó F Cij và F Kij là lực đàn hồi và cản giảm chấn của hệ thống treo gần

bánh xe thứ ij (i=1÷2, j=1÷2) Các lực này được xác định từ các chuyển vị trên và

dưới của hệ thống treo

Đối với các góc lắc dọc và lắc ngang thân xe ta cần xác định các thành phần

mô men gây ra các góc này Các thành phần này gồm có các lực liên kết hệ treo trước sau Phương trình xác định góc lắc dọc được viết như sau:

2.3.2 Các kh ối lượng không được treo (cầu xe)

Đối với các cầu trước và sau được xét 2 bậc tự do là dao động thẳng đứng (ξAi)

và góc lắc ngang (ϕxAi) (hình 2.3, 2.4)

Hình 2.3: Mô hình các l ực tác động lên cầu trước (nhìn từ phía trước)

Hình 2.4: Mô hình các l ực tác động lên cầu sau (nhìn từ phía trước)

23

Đối với các cầu trước và sau được xét 2 bậc tự do là dao động thẳng đứng (ξAi)

Các nội lực hệ thống treo F Cij , F Kijlà lực gây chuyển động thẳng đứng, lắc dọc

và lắc ngang thân xe Trong luận văn này, các lực đó là tuyến tính trong miền làm việc, được mô tả theo các hàm sau [5-10]:

- Lực đàn hồi của hệ thống treo phía trên các bánh xe được xác định như sau:

F Cij là lực đàn hồi của hệ thống treo gần bánh xe thứ ij (i=1-2; j=1÷2).

C ij là độ cứng hệ thống treo

z ij là chuyển vị khối lượng được treo

ξAijlà chuyển vị khối lượng không được treo

- Lực giảm chấn được xác định như sau:

Kij ij Aij ij

Trong đó: Kij là hệ số giảm chấn của hệ thống treo gần bánh xe thứ ij

Như vậy các lực liên kết hệ thống treo được xác định theo mô hình hệ thống treo như sau:

Trong đó: h ij là mấp mô tại các bánh xe ij; ξ Aijlà chuyển vị thẳng đứng của tâm

bánh xe ij

Các tải trọng thẳng đứng F zij được xác định từ tải trọng động và tải trọng tĩnh

F Gij Các tải trọng động được xác định từ các chuyển động thẳng đứng của bánh xe,

biên dạng đường h ij và độ cứng hướng kính của lốp C Lij Cụ thể với từng bánh xe được viết như sau:

Bánh xe phía trước bên trái (Bánh xe 11)