Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường

74 Hình 3.33 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường RMSw phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB .... 75 Hình 3.34 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường RM

LỜI CAM ĐOAN

T i xin m o n y l ng tr nh nghi n ứu kho họ ủ t i ph ng

ph p, số liệu, kết quả n u trong luận n n y l trung thự v h từng ợ ng bố trong ng tr nh n o kh !

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

PHAN TUẤN KIỆT

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG THẲNG

ĐỨNG CỦA ĐOÀN XE LÊN MẶT ĐƯỜNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2018

BỘ GIÁO DỤ VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN TUẤN KIỆT

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG THẲNG

ĐỨNG CỦA ĐOÀN XE LÊN MẶT ĐƯỜNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS TS VÕ VĂN HƯỜNG

2 PGS.TS NGUYỄN PHÚ HÙNG

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN

T i xin cam o n y l ng tr nh nghi n cứu khoa học của ri ng t i d ới sự

h ớng dẫn của PGS.TS.Võ Văn H ờng v PGS TS Nguyễn Phú Hùng kết quả

nghi n ứu ợ tr nh b y trong luận n l trung thự , kh h qu n v h từng ợc

t giả kh ng bố

T i xin m o n rằng mọi sự giúp ỡ cho việc thực hiện luận n ã ợc cảm n,

th ng tin trí h dẫn trong luận n ều ợc chỉ rõ nguồn gốc

T i xin hịu tr h nhiệm về nghi n ứu củ m nh

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

LỜI CẢM ƠN

T i xin h n th nh ảm n Tr ờng Đại họ B h kho H Nội, Viện Đ o tạo Sau ại học, Viện khí Động lự ã ho phép t i thực hiện luận n tại Tr ờng Đại họ B h kho H Nội Xin cảm n Viện Đ o tạo S u ại họ v Viện khí Động lực về sự hỗ trợ

v giúp ỡ trong suốt qu tr nh t i l m luận n

T i xin h n th nh ảm n PGS TS Võ Văn H ờng v PGS TS Nguyễn Phú Hùng

ã h ớng dẫn t i hết sức tận t nh v hu o về mặt huy n m n ể t i ó thể thực hiện v

ho n th nh luận n

T i xin ảm n Thầy, Bộ m n Ô t v Xe huy n dụng - Tr ờng Đại họ B h kho H Nội ã giúp ỡ v d nh ho t i những iều kiện hết sức thuận lợi ể ho n th nh luận n n y

T i xin ảm n B n Gi m hiệu v Kho Khí Động lự Tr ờng Đại Họ S Phạm

Kỹ Thuật Vĩnh Long ã tạo iều kiện ể luận n ợ ho n th nh

Nghi n ứu sinh xin b y tỏ lòng biết n ến huy n gi ng nh Động lự ã óng góp ý kiến quý b u ể luận n ợ ho n thiện

Cuối ùng t i xin gửi lời cảm n h n th nh tới gi nh v bạn bè, những ng ời ã ộng vi n khuyến khí h t i trong suốt thời gi n t i th m gi nghi n ứu v thực hiện ng

tr nh n y

Nghiên cứu sinh

Phan Tuấn Kiệt

MỤC LỤC

Lời cam oan i

Lời cảm n ii

Mục lục iii

Danh mụ ký hiệu v hữ viết tắt vi

Danh mụ h nh vẽ v ồ thị x

Danh mục bảng biểu xiv

Tính ấp thiết củ ề t i 1

Mụ í h ủa luận n 1

Đối t ợng nghi n ứu 1

Ph ng ph p nghi n ứu 2

Phạm vi nghi n ứu 2

kết quả ã ạt ợc của Luận n 2

Ý nghĩ kho họ v thực tiễn 3

Điểm mới của luận n 3

Cấu trú ủa luận n 4

h ng 1 5

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN ỨU TẢI TRỌNG Ô TÔ 5

1.1 Tổng quan về tải trọng o n xe s -mi r moó 5

1.2 T nh h nh nghi n ứu tải trọng ộng 9

1 2 1 T nh h nh nghi n ứu tải trọng ĐXSMRM tr n thế giới 9

1.2.2 T nh h nh nghi n ứu tải trọng ộng ở Việt Nam 14

1 2 3 Ti u huẩn nh gi 19

1.3 Mụ ti u, ối t ợng, ph ng ph p, nội dung v phạm vi nghi n ứu 20

1.3.1 Mụ ti u 20

1 3 2 Đối t ợng nghi n ứu 21

1 3 3 Ph ng ph p nghi n ứu 21

1 3 4 Nội dung v phạm vi nghi n ứu 21

h ng 2 MÔ H NH ĐOÀN X S -MI R MO XÁ ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG 23

2 2 Ph ng ph p lập m h nh to n 25

2 3 Định nghĩ hệ tọ ộ ho o n xe SMRM 25

2.4 Lự v m men t dụng l n o n xe SMRM 30

2 5 Ph ng tr nh ộng lực họ o n xe SMRM 33

2 5 1 Ph ng tr nh d o ộng khối l ợng ợ treo xe ầu kéo 33

2 5 2 Ph ng tr nh d o ộng khối l ợng ợc treo SMRM 36

2 5 5 Ph ng tr nh chuyển ộng qu y b nh xe 39

2 6 X ịnh lự v m men li n kết 42

2.6.1 Lự li n kết của hệ thống treo 43

2 6 2 Tính lự li n kết lốp- ờng tại t m vết tiếp xú b nh xe 47

2.7 Cấu trú m h nh ĐXSMRM 52

2.8 Kết luận h ng 2 53

h ng 3 ỨNG DỤNG MÔ H NH ĐỘNG LỰC HỌ ĐXSMRM XÁ ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG XUỐNG ĐƯỜNG 54

3.1 Định nghĩ th ng số ầu v o 55

3.1.1 Th ng số từ mặt ờng 55

3.1.2 X ịnh vận tố t ng ng 57

3 1 3 Điều kiện ầu củ tọ ộ suy rộng 58

3 1 4 Th ng số cấu trú 58

3 1 5 Th ng số nh gi 63

3.2 Nội dung khảo s t 64

3 3 Kết quả khảo s t 65

3 3 1 Ph ng ph p x ịnh gi trị cự ại củ th m số khảo s t 65

3.3.2 Kết quả khảo s t với 04 loại ờng theo ti u huẩn ISO 8608 66

3.3 Kết luận h ng 3 82

Ch ng 4 NGHIÊN ỨU THỰC NGHIỆM 84

4.1 Mụ ti u thí nghiệm 84

4 2 Đối t ợng thí nghiệm 84

4 3 S ồ thí nghiệm 85

4.4 Thiết bị thí nghiệm 88

4.4.1 Cảm biến 88

4.4.1.1 Cảm biến o gi tố theo ph ng x, y, z - MMA7361L 88

4.4.1.2 Cảm biến o khoảng h si u m Ultr soni US-015 88

4.4.1.3 Cảm biến o vận tố d i ủa xe 89

4.4.1.4 Card chuyển ổi tín hiệu Arduino UNO R3 90

4.4.1.5 Bộ xử lý NI USB – 6210 91

4 5 Quy tr nh thí nghiệm 94

4.6 So s nh kết quả 95

4.7 Tính s i số theo Pearson 100

4.8 X ịnh tải trọng gi ntiếp 101

4.9 Kết luận h ng 4 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

D NH MỤ Á ÔNG TR NH Đ ÔNG BỐ Ủ LUẬN ÁN 114

Phụ lục 1 1

Phụ lục 2 13

Phụ lục 3 30

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU V CHỮ VIẾT TẮT

l1 m Khoảng h từ trọng t m xe kéo ến cầu 1

l2 m Khoảng h từ trọng t m xe kéo ến cầu 2

l3 m Khoảng h từ trọng t m xe kéo ến t m ầu 3

l23 m Khoảng h từ trọng t m xe kéo ến t m ầu 2 v 3

hC1 m Chiều cao từ mặt ờng ến trọng t m xe kéo

hC2 m Chiều cao từ mặt ờng ến trọng t m r moó

hk1 m Chiều cao từ mặt ờng ến t m khớp y n ngựa

2bi m Chiều rộng sở của cầu thứ i, i=1(1)5

2wi m Khoảng h h i hệ thống treo cầu thứ i

c m Chiều d i th nh n bằng dọc của hệ thống treo

lk1 m Khoảng h trọng t m xe kéo ến khớp y n ngựa

lk2 m Khoảng h trọng t m r moó ến khớp y n ngựa

r ij m B n kính thiết kế của lốp thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

mAi kg Khối l ợng kh ng ợc treo cầu i (i= 1(1)5)

deg/rad Gó lắc ngang của cầu thứ i (i= 1(1)5) deg, deg/s,

deg/s2 Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc ngang củ xe kéo deg, deg/s,

deg/s2 Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc ngang củ xe r moó deg, deg/s,

deg/s2 Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc dọc củ xe kéo deg, deg/s,

deg/s2 Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc dọc củ xe r moó deg, deg/s,

deg/s2

Gó , vận tố gó v gi tố gó b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

m, m/s, m/s2

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng t m khối l ợng kh ng

ợc treo cầu i (i = 1(1)5)

m, m/s, m/s2

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng t m khối l ợng b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

Chuyển vị, vận tốc, gia tố ph ng dọc của khối l ợng

ợ treo xe kéo

m, m/s, m/s2

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc dọc của khối l ợng ợ treo r moó

m, m/s, m/s2

Chuyển vị, vận tốc, gia tố ph ng thẳng ứng của khối

l ợng ợ treo xe kéo

m, m/s, m/s2

Chuyển vị, vận tốc, gia tố ph ng thẳng ứng của khối

JxC1 kgm2 M men qu n tính trục x của phần ợc treo xe kéo

JxC2 kgm2 M men qu n tính trục x của phần ợ treo b n moó

JAxi kgm2 M men qu n tính trục x của khối l ợng kh ng ợc treo

cầu i (i=1(1)5)

JAyij kgm2 M men qu n tính trục y b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

MAij Nm M men hủ ộng b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

MBij Nm M men ph nh b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

MTi Nm M men th nh ổn ịnh ngang cầu i (i=1(1)5)

Fxij N Lực dọ b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

Fzij N Phản lự b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FGij N Tải trọng tĩnh ứng với b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FCij N Lự n hồi hệ thống treo thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FKij N Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FCLij N Lự n hồi lốp b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FKLij N Lực cản giảm chấn lốp b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

DANH MỤC HÌNH VẼ V ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Tác động tương hỗ lốp-đường 5

Hình 1.2 Tương tác lốp-đường 6

Hình 1.3 Các dạng đoàn xe trên thế giới 9

Hình 1.4 Đo phản lực lực tiếp 12

Hình 1.5 Đo chuyển vị hướng kính của lốp 13

Hình 1.6 Đo phản lực lốp-đường 14

Hình 2.1 Hệ tọa độ của ĐXSMRM 27

Hình 2.2 Hệ tọa độ của đoàn xe trong mặt phẳng dọc OXZ 28

Hình 2.3 Hệ tọa độ mặt ngang cầu trước 29

Hình 2.4 Hệ tọa độ mặt ngang cầu sau xe kéo 29

Hình 2.5 Hệ tọa độ mặt ngang cầu SMRM 30

Hình 2.6 Sơ đồ lực và mômen ngoại lực và liên kết của ĐXSMRM 31

Hình 2.7 Sơ đồ lực và mômen của đoàn xe trong mặt phẳng dọc 32

Hình 2.8 Sơ đồ lực và mômen của xe đầu kéo trong mặt phẳng dọc 34

Hình 2.9 Động lực học ngang cầu 1 35

Hình 2.10 Động lực học ngang cầu giữa 35

Hình 2.11 Sơ đồ lực và mômen của SMRM trong mặt phẳng dọc 36

Hình 2.12 Động lực học ngang cầu sau SMRM 37

Hình 2.13 Bánh xe chủ động M Aij >0 39

Hình 2.14 Bánh xe chủ động M Bij <0 39

Hình 2.15 Bánh xe bị động bị phanh M ij =0 40

Hình 2.16 Bánh xe bị động bị đẩy M ij =0 40

Hình 2.17 Động lực học chuyển động góc các bánh xe 41

Hình 2.18 Hệ thống treo phụ thuộc 43

Hình 2.19 Hệ thống treo thanh cân bằng và hệ thống treo cân bằng 44

Hình 2.20 Hệ thống treo cân bằng 44

Hình 2.21 Sơ đồ hệ thống treo cân bằng của xe đầu kéo 44

Hình 2.22 Hệ thống treo cân bằng với thanh cân bằng 45

Hình 2.23 Sơ đồ hệ thống treo cân bằng liên tiếp của xe sơ-mi rơmoóc 45

Hình 2.24 Mô hình hệ thống treo 46

Hình 2.25 Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo nhíp 46

Hình 2.26 Sơ đồ đặc tính hướng kính lốp 48

Hình 2.27 Cấu trúc chương trình 52

Hình 3.1 Biên dạng đường ngẫu nhiên 56

Hình 3.2 Hệ số tải trọng động bánh 11 (k d11 ) với vận tốc 120km/h, đường A-B 65

Hình 3.3 Hệ số tải trọng động bánh 21 (k d21 ) với vận tốc 120km/h, đường A-B 65

Hình 3.4 Hệ số tải trọng động bánh 31 (k d31 ) với vận tốc 120km/h, đường A-B 66

Hình 3.5 Hệ số tải trọng động bánh 41 (k d41 ) với vận tốc 120km/h, đường A-B 66

Hình 3.6 Hệ số tải trọng động bánh 51 (k d51 ) với vận tốc 120km/h, đường A-B 66

Hình 3.7 Hệ số áp lực đường của xe (w) với vận tốc 120km/h, đường A-B 66

Hình 3.8 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB 67

Hình 3.9 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC 67

Hình 3.10 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD 67

Hình 3.11 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE 67

Hình 3.12 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường 68

Hình 3.13 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường AB 69

Hình 3.14 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường BC 69

Hình 3.15 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường CD 69

Hình 3.16 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường DE 69

Hình 3.17 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường 69

Hình 3.18 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB 70

Hình 3.19 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC 70

Hình 3.20 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD 70

Hình 3.21 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE 70 Hình 3.22 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(F z21 (N))) phụ thuộc vào vận tốc

và các loại đường 71 Hình 3.23 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB 72 Hình 3.24 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC 72 Hình 3.25 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD 72 Hình 3.26 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE 72 Hình 3.27 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(F z21 )) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường 72 Hình 3.28 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB 73 Hình 3.29 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC 73 Hình 3.30 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD 73 Hình 3.31 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE 73 Hình 3.32 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường 74 Hình 3.33 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB 75 Hình 3.34 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC 75 Hình 3.35 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD 75 Hình 3.36 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE 75 Hình 3.37 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường 76

Hình 4.1 Đoàn xe sơ-mi rơmoóc thực nghiệm 85

Hình 4.2 Vị trí lắp đặt cảm biến đo 86

Hình 4.3a Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương ứng 87

Hình 4.3b Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương ứng 87

Hình 4.4 Hình dạng và sơ đồ chân của cảm biến MMA7361L 88

Hình 4.5 Cảm biến siêu âm US-015 89

Hình 4.6 Cảm biến đo vận tốc góc encoder 89

Hình 4.7 Mạch chuyển đổi tín hiệu Arduino UNO R3 90

Hình 4.8 Bộ xử lý tín hiệu & kết nối máy tính NI USB-6210 92

Hình 4.9 Gá cảm biến đo góc quay bánh xe 93

Hình 4.10 Mấp mô khảo sát 97

Hình 4.11 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v= 6 km/h, mấp mô h=0.05 m 98

Hình 4.12 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v= 6 km/h, mấp mô h=0.05 m 98

Hình 4.13 Gia tốc khối lượng được treo khi v=6km/h, mấp mô h=0.05 m 98

Hình 4.14 Gia tốc khối lượng không được treo khi v=6km/h, mấp mô h=0.05 m 98

Hình 4.15 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v=12 km/h, mấp mô h=0.05 m 99

Hình 4.16 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v=12 km/h, mấp mô h=0.05 m 99

Hình 4.17 Gia tốc khối lượng được treo khi v=12km/h, mấp mô h=0.05 m 99

Hình 4.18 Gia tốc khối lượng không được treo khi v=12km/h, mấp mô h=0.05 m 99

Hình 4.19 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m 100

Hình 4.20 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m 100

Hình 4.21 Gia tốc khối lượng được treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m 100

Hình 4.22 Gia tốc khối lượng không được treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05m 100

Hình 4.23 Tải trọng bánh xe 12 giữa mô phỏng và tính theo công thức 4.2 103

Hình 4.24 Sơ đồ khối tính Fz bằng thực nghiệm 104

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thông số cấu trúc của ĐXSMRM 59

Bảng 3.2 Các phương án khảo sát đối với kích động mặt đường là loại đường ngẫu nhiên 65 Bảng 3.3 Tổng hợp giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(k d21 )) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường 68

Bảng 3.4 Tổng hợp giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(F z21 (N))) phụ thuộc các loại đường biểu diễn theo vận tốc 71

Bảng 3.5 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường 74

Bảng 3.6 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường A-B 77

Bảng 3.7 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường B-C 78

Bảng 3.8 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường C-D 79

Bảng 3.9 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường D-E 81

Bảng 3.10 Giá trị các tham số tải trọng đề xuất tham khảo thiết kế đường bộ 82

Bảng 4.1 Các thông số thí nghiệm 96

Bảng 4.2 Bảng hệ số Pearson 101

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Thời gi n vừ qu ở n ớ t , một số tuyến ờng t khi vừ mới v o kh i th ,

sử dụng ã xuất hiện những h hỏng, lún vệt b nh xe, nứt, vỡ, bong tró bề mặt mặt ờng sớm h n so với dự b o ủ thiết kế; ã ó nhiều nghi n ứu, tr o ổi họ thuật xung qu nh vấn ề vật liệu, hất l ợng thi ng, ph ng ph p thiết kế, iều tr tải trọng, l u l ợng xe,

t nh trạng xe qu tải nhằm t m r nguy n nh n v ề r giải ph p khắ phụ , b ớ

ầu ã thu ợ những kết quả nhất ịnh

Khi t hạy tr n ầu/ ờng, g y ho nó lực thẳng ứng ũng nh lực ngang

v dọ l m ầu ờng xuống cấp Ng ợc lại, cầu ờng ũng t ộng trở lại l m ho tải trọng tăng theo: lốp mòn, giảm khả năng truyền lực Theo t i liệu thiết kế ờng 6, 11 , hệ

số xung kí h ợc sử dụng khi thiết kế ờng hỉ ph n biệt ờng o ứng v mềm Ng y

n y, ờng ợ ph n th nh ờng cao tố , ờng quốc lộ, ờng tỉnh lộ v ờng khu

vự Ngo i r , tải trọng lớn nh o n xe s -mi r moó (ĐXSMRM) ũng l u h nh ng y

ng nhiều V vậy, x ịnh tải trọng ộng củ ĐXSMRM một nhu cầu cần thiết hiện nay

ở Việt Nam

Mục đích của luận án

Mụ í h ủa luận n l nghi n ứu thiết lập m h nh ộng lực họ o n xe s -mi

r moó hạy tr n loại ờng với vận tố kh nh u kh nhau v mấp m mặt ờng

kh nh u theo ti u huẩn ISO 8608:1995 ể x ịnh tải trọng ộng l m t i liệu tham khảo thiết kế ờng bộ

Đối tƣợng nghiên cứu

Đối t ợng dùng ể lập m h nh l o n xe SMRM 5 ầu, gồm xe ầu kéo HYUNDAI

HD 700 ba cầu v SMRM T n Th nh 742-S-01 CERTIFICATE, ó 02 ầu

Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữ nghi n ứu lý thuyết v thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết:

(i) Sử dụng nguy n lý tách cấu trúc hệ nhiều vật (MBS) ể thiết lập m

h nh ộng lự họ ầu xe kéo s -mi r moó Khi t h ấu trú , khối l ợng ợ gọi l vật (body) ợ m tả to n họ bởi hệ ph ng tr nh Newton-Euler, ó thể x ịnh nội

lự ho b i to n tối u

(ii) lự li n kết (nội lự ) nh li n kết giữ ầu xe với khung xe qu hệ thống treo, li n kết giữ xe kéo v s -mi r moó qu khớp y n ngự , li n kết giữ b nh xe với ờng l lự /m men li n kết phi tuyến, ho phép n ng o ộ hính x v dễ

th y ổi th m số m h nh khi khảo s t

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm tr n hiện tr ờng ể kiểm hứng m

Các kết quả đã đạt được của Luận án

(i) Đã x y dựng m h nh ộng lực họ ph ng thẳng ứng o n xe SMRM trong chuyển ộng nhằm x ịnh tải trọng (Model of Semitrailer-tractor in moving)

M h nh n y ó thể ợc sử dụng khảo s t d o ộng o n xe v l m m h nh

on ho nghi n ứu cầu/ ờng, nghi n ứu hệ thống treo tr n xe thực;

(ii) Đã khảo s t x ịnh tải trọng ộng củ o n xe khi huyển ộng tr n 4 loại ờng ngẫu nhi n theo ISO 8608:1995, từ ó ề xuất hệ số tải trọng l m t i liệu tham khảo ho thiết kế ờng 4 loại ờng ó ặ tr ng ho ờng cao tốc (A-B), ờng quốc lộ (B-C, C-D) v ờng khu vực (D-E);

(iii) Đã x y dựng hệ thống thí nghiệm d o ộng o n xe ể kiểm hứng m h nh lý thuyết v x ịnh tải trọng ộng bằng thự nghiệm ủ ĐXSMRM

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ở Việt N m ít ó ng tr nh ri ng biệt nghi n ứu tải trọng động; h ó ng bố

về tải trọng ộng ĐXSMRM l ối t ợng ó tải trọng lớn, ó ảnh h ởng lớn l n cầu/ ờng Hệ thống ờng bộ hiện n y ũng ợ ph n ịnh theo cấp ộ v ó dãy vận tốc sử dụng ho phép kh nh u Việc thiết lập một m h nh x ịnh tải trọng ộng l m

t i liệu tham khảo cho nghi n ứu thiết kế ờng ó ý nghĩ kho họ v thực tiễn

Luận n ũng r ợ một số khuyến o ho ng nh ầu ờng trong việ thiết

kế ờng trong gi i oạn hiện n y khi ờng ợ ph n ấp theo ISO 8608:1995 [28] với dãy vận tố kh nh u

Đã thiết kế ợ một hệ thống thí nghiệm ể o d o ộng kiểm hứng m h nh v

từ ó ũng ó thể x ịnh ợ tải trọng ộng th ng qu thự nghiệm

Điểm mới của luận án

(i) Đã x y dựng ợ m h nh ộng lực họ d o ộng di ộng phù hợp ho nghi n cứu tải trọng ộng: m h nh m tả ở trạng th i n bằng tĩnh n n dễ d ng x ịnh iều kiện ầu; ã m tả ợc hệ thống treo ó th nh n bằng dọc Đã ề xuất m h nh ộng lực học ĐXSMRM ho thí nghiệm tr n ờng khi h biết mấp m mặt ờng

(ii) Luận n ã x ịnh ợ gi trị hệ số tải trọng ho từng loại ờng ngẫu nhi n theo ti u huẩn ISO 8608:1995 ể góp phần th m khảo khi thiết kế ờng

(iii) Đã thiết kế ợ hệ thống o dùng ể kiểm hứng m h nh v từ ó ũng ó thể x ịnh ợ tải trọng ộng khi xe huyển ộng thự tr n ờng

Cấu trúc của luận án

Trong khu n khổ ủ luận n t giả thự hiện nội dung sau:

h ng 1: Tổng quan về nghi n ứu tải trọng t

h ng 2: X y dựng m h nh x ịnh tải trọng o n xe s -mi r moó

h ng 3: Ứng dụng m h nh ộng lực họ ĐXSMRM x ịnh tải trọng xuống ờng

h ng 4: Nghi n ứu thực nghiệm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG Ô TÔ

1.1 Tổng quan về tải trọng đoàn xe sơ-mi rơ moóc

Tải trọng t ợ xem l phản lực giữa lốp v ờng, tải trọng n y ợ x ịnh khi

t huyển ộng, ợc gọi hung l tải trọng theo thuật ngữ nh “Moving dyn mi

Lo d” [16, 33, 34]

Tải trọng t ợ nghi n ứu trong nghi n ứu d o ộng t rất sớm với mụ ti u giảm tải trọng ộng, n ng o ộ bền v ộ bền l u ụm v hi tiết cho xe [58] Sau những năm 1970, khi t ó vận tố ng y ng tăng, xe hạy tới hạn b m, phản lực lốp- ờng ợ nghi n ứu nhằm bảo ảm lực khả năng truyền kh ng giảm do tải trọng giảm, nhất l khi ph nh Khi t ợ iều khiển, phản lực lốp- ờng òn l một th ng số iều khiển Phản lực lốp- ờng ũng l một th ng số khi tối u hệ thống treo cổ iển v l

th ng số iều khiển hệ treo b n tí h ự v tí h ự Khi t hạy tr n ầu/ ờng, g y ho cầu/ ờng lực thẳng ứng ũng nh lự ng ng v dọ l m ầu ờng xuống cấp [18, 23] Ng ợc lại, cầu ờng ũng t ộng trở lại l m ho tải trọng ộng tăng theo, lốp mòn, mất n to n ộng lực học [3, 5, 24, 33, 38, 40]

Hình 1.1 Tác động tương hỗ lốp-đường

H nh 1 1 biểu diễn mối quan hệ ộng lực họ ng tr nh 5, 21, 29, 52] Khi xe chạy tr n ờng, th ng qu lốp t ộng l n ờng (tải) ũng nh lực dọ v ng ng,

l m ầu ờng xuống cấp Giữ xe v ờng trong hệ “xe- ờng” (Vehi le-Road Inter tion) ợ huy n gi ầu ờng gọi l “Động lực họ ng tr nh” gồm h i m

h nh on l “ ộng lực họ t ” (ph ng thẳng ứng) v “ ộng lực học cầu/ ờng” Trong

ng nh t , ộng lực họ t ợ nghi n ứu kh ho n hỉnh nh ng ợc ứng dụng l m

m h nh ầu v o ho nghi n ứu cầu ờng kh n giản Đến nay, m h nh về cầu (m

h nh ấu trú ) ợ m tả kh ho n hỉnh theo 2 dạng l dầm li n tụ v dầm kh ng li n tục [5] Về m h nh ờng ến nay vẫn òn h ho n hỉnh l do tính dạng cấu trú

củ ờng: ờng ó nhiều tầng kh ng ồng nhất, kí h th ớ v ịnh [19] H nh 1 2 tr nh

b y mối quan hệ t ng t lốp ờng trong hệ “ng ời-xe- ờng”

Hình 1.2 Tương tác lốp-đường

Khi vận h nh, l i xe iều khiển xe bởi 3 th o t l g , ph nh, qu y v lăng; th ng

số thể hiện l gi tốc dọc, gia tố ng ng v thẳng ứng (ax, ay, az) ùng với trọng l ợng

FG, gi tố ó t ộng xuống b nh xe ph ng thẳng ứng, th ng qu hệ thống treo Từ phí ờng, kí h ộng h nh học bởi mấp m [58] củ ờng sẽ l m ho b nh

xe d o ộng ph ng thẳng ứng, sinh ra phản lực lốp ờng (tải trọng ộng) Tải trọng ộng cự ại sẽ ảnh h ởng ến ộ bền ph hủy, tải trọng ộng chu kỳ ảnh h ởng ến ộ bền l u Với xe nhiều cầu, tùy khoảng h ầu m tải t ộng l n ầu/ ờng ó thể ợc

“nhắc lại” l m ho ầu/ ờng kh ng ó hội hồi phục, nhất l ờng ó o mềm [6, 15,

19 Khi ờng chịu tải, nó bị lún, ó thể nứt, vết nứt ó thể bị ngậm n ớ , qu tr nh ó lặp

i lặp lại, l m ờng xuống cấp, tạo r mấp m lớn [3], quay trở lại l m b nh xe d o ộng nhiều h n, tải trọng ộng gi tăng [58] Một yếu tố nữ l khi huyển ộng, nhất l khi phanh, lực phanh cự ại sẽ l m mòn ờng l m ho mấp m tế vi giảm; ồng nghĩ với việc hệ số b m giảm ảnh h ởng ến chất l ợng truyền lực lốp- ờng ũng qu h nh 1.2 ta dễ d ng thấy mối quan hệ qua lại giữ ờng v xe: ờng tốt ho phép xe ph t huy vận tố ; khi ờng xấu ờng sẽ hỏng nh nh l m giảm khả năng l u h nh ủa xe Đến nay

m h nh xe-cầu ợ nghi n ứu kh ổn, òn qu n hệ xe- ờng vẫn òn nhiều hạn chế v rất khó r một m h nh hính x ho ờng v tính dạng bất ổn về cấu trú ủ nó

M h nh ấu trú về ờng l m h nh dạng phần tử hữu hạn, m tả bằng hệ ph ng tr nh

vi ạo h m ri ng, kh ng kết hợp ợc với m h nh ộng lực họ t l m h nh hệ nhiều vật Đến nay việ x ịnh quan hệ nội h m lốp- ờng (Road-Vehicle-Interaction) rất khó khăn Ng ời ta sử dụng hệ số p lự ờng nh một tham số ảnh h ởng của tải trọng t xuống ờng Hệ số p lự ờng ợc Eisenmann (trong [22 ) r v o năm 1975 tỷ lệ với mũ n=4 ủa tải trọng t

Các nghiên cứu sau đây đều sử dụng tải trọng ô tô:

(i) Khi nghi n ứu về cầu/ ờng kh ng những cần tải trọng ộng cự ại ể x ịnh ứng xuất ph hủy m òn ần tải trọng ộng chu kỳ;

(ii) Nghi n ứu ộ bền của khung vỏ, dầm cầu;

(iii) X ịnh tham số cấu trú ho o n xe

Nh ã n u trong h nh 1 2, tải trọng ộng o n xe phụ thuộ yếu tố sau:

(i) Mấp m mặt ờng: chiều cao mấp m v vận tốc xe (tần số kí h ộng); biến dạng ờng h ợ hú ý;

(ii) lự qu n tính ph ng dọ , ph ng ng ng ủ o n xe khi ph nh, tăng

tố v qu y v lăng Khối l ợng ợc treo SMRM tỳ l n khối l ợng ợc treo xe kéo qu khớp y n ngựa Lự li n kết, m men li n kết giữ húng l

li n kết “ ộng lực họ ” Li n kết giữa khối l ợng ợ treo v kh ng ợc treo th ng qu hệ thống treo ũng l li n kết ộng lực học Giữ xe kéo v SMRM ó sự ph n bố lại tải

(iii) Ảnh h ởng lự /m men qu n tính ủ khối l ợng ợc treo xuống

b nh xe phụ thuộc kiểu v th ng số kết cấu hệ thống treo

Hiện ĐXSMRM rất dạng (h nh 1 3), từ nhận diện tr n, t thấy rằng cần ó một

m h nh ại diện, m tả tải trọng t ộng l n ầu/ ờng theo hu kỳ kh nh u (vận

tố kh nh u); m tả tí h hợp yếu tố ảnh h ởng ến tải trọng của xe ó tính hu kỳ v lặp lại Xe ại diện ó thể l o n xe SMRM ng huyển ộng tr n ầu/ ờng với vận tốc

kh nh u

Nghi n ứu ảnh h ởng tải trọng ảnh h ởng ến cầu ờng: Trong thực tế tải ầu

xe ũng th y ổi theo chủng loại xe, ta phải x ịnh tải t ng ng Hệ số ph ờng

ợ tính theo một số ng thứ kh nh u nh ng ó iểm hung l phụ thuộ mũ 4 tải

trọng ộng [34, 58], vì vậy cần phải xác định phản lực lốp-đường khi xe chạy Nh vậy

phải x ịnh tải trọng ộng tr n ờng hoặ m phỏng Nếu m phỏng cần ó một m

h nh tí h hợp: ộng lực họ ph ng thẳng ứng (lắc ngang, lắc dọ v tịnh tiến ph ng thẳng ứng) v ộng lực họ ph ng dọ ( ộng lực họ b nh xe tăng tốc/phanh)

Hình 1.3 Các dạng đoàn xe trên thế giới

1.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động

1.2.1 Tình hình nghiên cứu tải trọng ĐXSMRM trên thế giới

(a) Nghiên cứu lý thuyết

Trong những năm gần y thế giới ã ó nhiều ng bố về nghi n ứu tải trọng ộng

t , ặc biệt l ĐXSMRM Sự ph hủy ờng chịu 2 yếu tố l tải trọng tĩnh v tải trọng ộng Tải trọng tĩnh l th ng số quy ịnh (tải trọng trục) dùng l m sở cho thiết kế ờng Khi thiết kế ờng ng ời ta chọn tải trọng tĩnh, th ờng l 40kN 19], hệ số tải trọng ộng l 1 3 47]

Hệ số tải trọng ộng phụ thuộc kết cấu xe gồm ộ cứng treo, ng thức lốp, ộ cứng lốp, p suất lốp; ảnh h ởng từ phí ờng l mấp m ờng (loại ờng) ùng vận tốc xe

Do vậy yếu tố qu n t m ủ ng nh xe l tải trọng ộng [42, 43, 49, 54, 59] ó 2 lĩnh vực

l nghi n ứu ảnh của hệ thống treo nhằm giảm thiểu tải trọng ộng, nghi n ứu ảnh

h ởng củ ờng ến xe v t ng t xe ờng trong b i to n kiểm bền ờng v thiết kế ờng Lĩnh vực ảnh h ởng của hệ thống treo ( ộ cứng treo, kiểu treo) ợ tr nh b y hi tiết trong [35, 36, 39, 45 Nghi n ứu củ Swe tm n (1987) ã hỉ ra hệ số tải trọng ộng

phụ thuộc vận tốc xe v mấp mô đường Năm 1985, ebon ã o tải củ xe 3 v 4 ầu bằng

thực nghiệm khối l ợng ợ treo v kh ng ợc treo, lự ộng h ớng kính ợ o,

s u ó m h nh hó 2D v 3D Kết quả giữ thí nghiệm v m phỏng t ng ối phù hợp ebon v Winler (1990) ã o tải khi xe chạy tr n ờng với 96 cảm biến iện p h n

d ới ờng v ã thực hiện 612 lần o trong khoảng vận tốc từ 8 ến 85km/h Potter (1994) ũng dùng 144 cảm biến o p lự b nh xe xuống ờng De Pont (1996) sử dụng gia tố o p lự ờng nghi n ứu của nhiều t giả nh rwin (1983), Whiteemore (1970), ebon(1994) ều r kết luận sau [17]:

(i) Hệ số tải trọng ộng tăng theo vận tốc;

(ii) Giảm ộ cứng hệ thống treo ó thể giảm tải trọng b nh xe

Theo kết báo cáo Nr.08/2008 [38], mức độ phá hủy đường gồm 3 yếu tố:

(i) Tải trọng tĩnh v tải trọng ộng Tải trọng tĩnh ợ quy ịnh theo ịnh mức, mứ ộ qu tải l m tổn hại ến ờng theo số mũ Tải trọng ộng l phần thứ 2 trong

ó g y r gi trị cự ại ó thể ph vỡ cấu trú ờng Gi trị tải trọng ộng phụ thuộc mấp

m ờng v vận tốc di chuyển củ xe Nh vậy sự ph ờng ó li n hệ trực tiếp ến loại đường v vận tốc xe;

(ii) Ảnh h ởng từ tải của trụ v khoảng h trục Yếu tố n y li n qu n

ến khả năng hịu tải cắt củ ờng, l th m số ể chọn vật liệu ũng nh kết cấu ờng;

(iii) Yếu tố h hỏng ờng ũng xuất ph t từ l u h nh xe tải nặng

Vấn ề nghi n ứu tải trọng ộng củ t trong nghi n ứu của thế giới th ờng

ợc gắn liền chặt chẽ với b i to n nghi n ứu d o ộng t Đ y l lĩnh vự ã ợc nghi n ứu ho n hỉnh bao gồm mảng nghi n ứu: h m kí h ộng (tuần ho n, xung v

t Tiêu chí tải trọng động: B nh xe ó 2 h nh tr nh nén v trả H nh tr nh nén g y tải

trọng ộng l m hỏng chi tiết t v ph hủy ờng Yếu tố g y tổn hại ờng ợ nh

gi qu hệ số tải trọng, gi trị cự ại tải trọng ộng (hệ số xung kí h), hệ số p lự ờng [17, 45 H nh tr nh trả l m giảm tải trọng tổn hại ến khả năng truyền lự v ợ nh

gi bằng hệ số tải trọng ộng cực tiểu

- Về mô hình xác định tải trọng động: Tải trọng ộng th ờng ợ m tả

bằng m un trong m h nh d o ộng củ t Trong nghi n ứu của thế giới, m

h nh d o ộng ã kh ho n hỉnh M h nh ¼ sử dụng ho b i to n tối u trong thiết kế hệ thống treo v iều khiển nó 58 M h nh ½ ngang sử dụng cho mụ í h nghi n ứu thanh ổn ịnh; m h nh ½ dọ ho nghi n ứu qu tr nh ph nh v tăng tốc hoặ nghi n cứu ph n bố khối l ợng tr n xe; m h nh kh ng gi n 3D kh dạng, ợc sử dụng theo nhu ầu kh nh u [46] S u năm 1970, khi học hệ nhiều vật MBS v m y tính ph t triển giải quyết ợc vấn ề bậc tự do, n n m h nh kh ng gi n ng y n y ng y ng

ho n hỉnh [37, 50] Vấn ề òn lại củ ng nh t l “x ịnh lự li n kết” trong

hệ lự li n kết gồm li n kết giữa khối l ợng ợ treo v kh ng ợ treo, li n kết giữa mặt ờng v b nh xe li n kết n y l lực phi tuyến (phi tuyến h nh họ v phi tuyến vật lý) Để m h nh ộng lực họ t nói hung v ĐXSMRM nói ri ng ó ộ hính x ần thiết cần hính x hó th ng số kỹ thuật v x ịnh hính x lực

li n kết Việ x ịnh lự li n kết ợc thực hiện th ng qu m h nh thí h nghi 57]

Đ y l kết quả nghi n ứu rất hiệu quả v hính x ho nghi n ứu ộng lực học

(b) Nghiên cứu thực nghiệm

Tải trọng ộng l th m số rất quan trọng khi nghi n ứu về quan hệ xe- ờng; trong những năm gần y ũng ợc nhiều t giả tr nh b y ph ng ph p o ạc thực tế [17, 20, 33, 39, 41, 51, 53]

(1) Phương pháp đo trực tiếp trên đường

Gắn ảm biến (Lo d ell) tr n ờng, cho xe chạy qu v x ịnh tải

ph ng ph p n y cần nhiều cảm biến v phải ụ ờng, kh ng ộng Phản lự kh ng

ợc phản nh úng ph v khối l ợng ợ treo v kh ng ợ treo ó 2 h nh tr nh trả v nén

xe chạy qu ảm biến chậm, ng hậm th ng hính x ó nghĩ l nó dùng ể n

tĩnh l tốt nhất Nếu sử dụng ph ng ph p n y ể o tải trọng ộng th gi trị nó o ợ l

gi trị trung b nh, v vậy kh ng thể sử dụng nó ể x ịnh tải trọng ộng của xe

(2) Phương pháp đo biến dạng hướng kính của lốp bằng Laser [33]

Sử dụng một cảm biến l ser o khoảng h biến dạng ộng h ớng kính ủa lốp, cảm biến n y ợc lắp v o một ồ g ặt tại t m xe, h nh 1 5 Với ph ng ph p n y phải biết tr ớ ộ cứng h ớng kính ủa lốp CL v Phản lự ộng ợ x ịnh theo ng thức F z dyn, F CLC h L( A)

Hình 1.5 Đo chuyển vị hướng kính của lốp

Hạn chế củ ph ng ph p n y l khó khăn khi lắp cảm biến v b nh xe lu n

qu y, ộ hính x ủ ph ng ph p n y phụ thuộ v o ph ng ph p o biến dạng h ớng kính ủa lốp Ph ng ph p x ịnh khoảng h n y l dùng ảm biến l ser ph t một tín hiệu (laser) xuống mặt ờng v thu lại tín hiệu n y, từ ó tín r khoảng h từ t m xe xuống ờng Độ hính x ủ ph ng ph p n y phụ thuộ v o tần số lấy mẫu của cảm biến l ser v ộ ồng nhất giữa mặt ờng tiếp xú tại vết b nh xe v mặt ờng cảm biến laser chiếu xuống ể lấy mẫu Sai số n y ó thể xảy ra nhiều nếu ộ mấp m ủa 2 vị trí

n y lệch nhau lớn Việc thiết kế ồ g ể lắp cảm biến l ser trong ph ng ph p n y ũng

kh phức tạp nh h nh 1 5

(3) Xác định tải trọng theo Woodroff [33]

Ph ng ph p n y ần sử dụng cả 2 loại cảm biến o gi tố v ảm biến o lực cắt bằng miếng d n ( o biến dạng) X ịnh tải trọng ộng theo h n y ũng khả thi, tuy nhi n, việ d n ảm biến Tenx phức tạp Tải trọng ộng ợ x ịnh theo ng thứcF Z F Shermz trong ó Fsher l nội lực hệ thống treo o bằng Ten x , gi tốc cầu xe

Nh n hung ph ng ph p o ủa thế giới l rất phức tạp với thiết bị ắt tiền, h phù hợp với iều kiện nghi n ứu ở Việt Nam Nhu cầu l ần thiết phải thiết lập

ợc 1 hệ thống o ho phép nh gi ợ ộ hính x ủ m h nh lý thuyết trong iều kiện thiết bị òn hạn chế ở Việt Nam

1.2.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động ở Việt Nam

i) Các tiêu chuẩn thiết kế đường Việt Nam hiện hành về tải và hệ số tải trọng ô tô

- H i th ng số kỹ thuật qu n trọng ợ sử dụng trong thiết kế kết ấu mặt

ờng t l tải trọng của ô tô v cường độ của các lớp vật liệu dùng trong kết ấu mặt

ờng Yếu tố tải trọng l nguy n nh n g y hỏng ờng òn ờng ộ ủ lớp vật liệu

l khả năng hịu tải ủ ờng H i th ng số n y ó qu n hệ hữu bảo ảm ho ờng ó tuổi thọ o v ít hí phí duy tu

- Ở Việt N m, ti u huẩn thiết kế kết ấu mặt ờng t v ph ng ph p thí nghiệm th ng số kỹ thuật ủ vật liệu hầu hết ó nguồn gố từ n ớ ngo i Theo thời

gi n, ti u huẩn ó những bổ sung sử ổi ho phù hợp với thự tế ủ mỗi n ớ v phù hợp với những tiến bộ về mặt vật liệu v ng nghệ

- Đ ờng t ở n ớ t trong thời gi n vừ qu , khi vừ mới v o kh i th ,

sử dụng ã xuất hiện những h hỏng, lún vệt b nh xe, nứt, vỡ, bong tró bề mặt mặt ờng sớm h n so với dự b o ủ thiết kế; ã ó nhiều nghi n ứu, tr o ổi họ thuật xung qu nh vấn ề vật liệu, hất l ợng thi ng, ph ng ph p thiết kế, iều tr tải trọng, l u l ợng xe,

t nh trạng xe qu tải… nhằm t m r nguy n nh n v ề r giải ph p khắ phụ ,

b ớ ầu ã thu ợ những kết quả nhất ịnh

Tuy nhi n, việ tiếp tụ t m hiểu, ph n tí h kỹ l ỡng y u ầu tr n y sẽ giúp

ho việ thiết kế, thí nghiệm, thi ng v quản lý kh i th tốt h n, phù hợp với iều kiện ở Việt N m hiện n y l rất ần thiết

Hiện n y, ở Việt N m ng p dụng h i ti u huẩn tính to n thiết kế mặt ờng

mềm, ó l : 22T N 211 - 06 v 22T N 274 – 01 [11]

- Theo 22TCN 211 – 06 [11], tải trọng trụ tính to n ti u huẩn ủ t (P) dùng trong thiết kế ợ quy ịnh l loại trụ n b nh i, với P = 100 kN (hoặ 120kN) Diện tí h tiếp xú ủ h i vệt b nh xe tr n mặt ờng ợ quy ổi về diện tí h h nh tròn

t ng ng ó ờng kính D = 33 m (hoặ 36 m) Áp lự tính to n l n mặt ờng p = 0.6MP xe t l u th ng thự tế tr n ờng ó ấu tạo kh ng nh xe thiết kế ều phải quy ổi tải trọng về trụ xe tính to n ti u huẩn theo ng thứ ho tr ớ Về tổng

qu t, hệ số quy ổi trụ xe thự tế về xe ti u huẩn ó qu n hệ h m số mũ (n), với n = 4.4

khi họn tính to n thiết kế ứng với trụ 100kN th trụ xe l u th ng tr n ờng kh ng

v ợt qu 120kN v số l ợng trụ ó tải trọng (>100 ÷ 120) kN kh ng ợ v ợt qu 5%

- Theo 22TCN 274 – 01 [11], tải trọng trụ tính to n ti u huẩn (W) ợ quy ịnh l loại trụ n b nh i, với W = 80kN Diện tí h tiếp xú h i vệt b nh xe quy ổi l 707cm2 t ng ứng với p lự tr n mặt ờng l 0 566MP loại trụ xe thự tế l u

th ng tr n ờng ợ quy ổi “t ng ng” về tải trọng trụ tính to n ti u huẩn (80 kN) Ph ng tr nh quy ổi tải trọng trụ t ng ng phụ thuộ v o nhiều yếu tố, trong ó

ó hỉ số kết ấu mặt ờng (SN) v ó thể hiểu n giản l mứ ộ h hại ủ mặt ờng

do tải trọng trụ ng xem xét g y r so với tải trọng trụ ti u huẩn ó quy luật h m số

Ti u huẩn th m khảo ủ Ng :

1) Ti u huẩn ОДН 218.046-01 [11] (kể ả МОДН 2-2001 phi n bản MАДИ): Tải trọng trụ n ti u huẩn ợ quy ịnh ho 3 nhóm, t ng ứng l Q = 100,

110 v 130kN Áp lự b nh xe tr n mặt ờng lấy bằng p suất kh ng khí trong b nh xe, p

= 0 6MP , ờng kính vệt b nh xe t ng ứng D l 33, 34 v 37 m Khi tính với tr ờng hợp tải trọng di huyển phải nh n th m hệ số K = 1.3 v ờng kính vệt b nh xe t ng ứng D l 37, 39 v 42 m Hệ số quy ổi tải trọng trụ xe thự tế về trụ xe ti u huẩn ũng

ó qu n hệ h m số mũ hỉ số mũ n ợ quy ịnh ho từng ấp ờng v loại mặt ờng

nh s u: n = 4.4 ( ấp o, 11÷19 năm); n = 3.3 (thứ yếu, 10÷14 năm); n = 2 0 (qu ộ v thấp h n, 3÷9 năm)

2) Ti u huẩn ТКП 45-3.03-112-2008 [11]: nội dung về bản giống nh ОДН 218.046-01 Tuy nhi n, tải trọng tính to n ợ ph n th nh 3 loại: 100kN, 115kN v 130kN v hệ số huyển ổi tải trọng thự tế về tải trọng tính to n ti u huẩn ã ợ lập

th nh bảng tr sẵn theo 3 loại (100, 115 v 130kN) Bảng b o gồm khoảng 20 loại xe iển

h nh l u h nh ở Bel rus

Về tổng qu t, ho ến thời iểm hiện n y, ph ng ph p thiết kế kết ấu o

ờng ều quy ịnh tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn, diện tí h vệt b nh xe quy ổi, p

lự b nh xe tr n mặt ờng, quy h v khoảng h giữ trụ xe Tiếp theo, ó l việ quy ổi tải trọng trụ xe thự tế về trụ xe ti u huẩn ể tính số trụ xe tí h lũy trong suốt thời kỳ kh i th Tuy nhi n, về trị số ủ th ng số tải trọng tính to n ti u huẩn, h thứ quy ổi tải trọng trụ xe thự tế về trụ xe ti u huẩn ũng nh hệ số quy

ổi ủ ph ng ph p kh nh u l kh ng giống nh u

Trong ti u huẩn thiết kế mặt ờng t ều quy ịnh tải trọng trụ tính to n

ủ t , kèm theo ó l th ng số về p lự tính to n tr n mặt ờng, khoảng h giữ trụ , ụm trụ , h thứ quy ổi tải trọng thự tế l u th ng tr n ờng về tải trọng trụ tính to n ng thứ hệ số quy ổi tải trọng trong mỗi ti u huẩn ó kh nh u nh ng

ều thống nhất mứ ộ g y h hại mặt ờng giữ tải trọng thự tế so với tải trọng tính

Từ ó t thấy rằng, khi thiết kế h y thẩm ịnh ờng ần h i th ng số l tải trọng

t ng ng ủ ầu v tải trọng ộng Tải trọng ầu xe l tải trọng tĩnh t ng ng ợ

luật quy ịnh Yếu tố thứ 2 l tải trọng ộng phụ thuộ phí xe, bao gồm vấn ề nghi n ứu

ho n thiện kết ầu giảm tải trọng ộng v nghi n ứu yếu tố ảnh h ởng trọng ến ờng

ii) Các công trình nghiên cứu về xe có liên quan đến tải trọng động

- ng tr nh nghi n ứu về ĐXSMRM ủ Nguyễn Th nh Tùng 4 “Nghiên cứu hiệu quả phanh trên đường có hệ số bám khác nhau của đoàn xe sơ-mi rơmoóc làm cơ

sở đề xuất giải pháp nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông” ã lập ợ m h nh ĐXSMRM

kh ng gi n kh ho n hỉnh Tuy nhi n, m h nh n y dùng ho mụ í h ể nghi n ứu hiệu quả ph nh Trong luận n, t giả h nghi n ứu ến tải trọng ộng tr n ờng ũng

nh h qu n t m ến h m kí h ộng mặt ờng l h m ngẫu nhi n Vấn ề khảo s t tải trọng ộng ho ĐXSMRM trong một số tr ờng hợp iển h nh ó thể ợc thực hiện dễ

d ng v thuận lợi h n bằng việc sử dụng một số giả thiết ể n giản hó m h nh n y V vậy, ó thể th m khảo m h nh n y ể x y dựng một m h nh n giản h n với bậ tự

do ít h n nh ng vẫn bảo ảm ho việ khảo s t tải trọng ộng một h hiệu quả

- ng tr nh nghi n ứu của Trần Văn Nh , Đ o Mạnh Hùng 9 : “Tối ưu thông

số hệ thống treo để giảm thiểu phá hủy đường theo điều kiện khai thác ở Việt Nam” Đã

x y dựng ợ m h nh, khảo s t tr n ờng ngẫu nhi n, nh gi ợ t ộng của tải trọng ộng xuống mặt ờng khi xe chạy tr n mặt ờng ngẫu nhi n theo ti u huẩn ISO

8608, ti u hí nh gi l hệ số p lự ờng Nghi n ứu chỉ dừng ở mức sử dụng m

h nh ¼ ể nghi n ứu tối u hệ thống treo

- ng tr nh nghi n ứu ủ Trần Phú Hò 10 : “Nghiên cứu độ bền vỏ cầu chủ động ô tô tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam” t giả ã lập ợ một m h nh ho xe

tải trong ó ó x ịnh tải trọng ộng (Fz) với h m kí h ộng từ mặt ờng l h m ngẫu nhi n theo ti u huẩn ISO 8608:1995, sử dụng tải trọng n y ể khảo s t ộ bền vỏ ầu hủ ộng ủ t tải Tuy nhi n, trong m h nh n y t giả kh ng ề ập ến hệ số tải trọng

ộng ũng nh yếu tố li n qu n ến p lự ờng Đối t ợng ủ luận n n y l xe tải

h phải l ối t ợng ó tải trọng lớn nhất khi l u th ng tr n ờng

iii) Các công trình cầu đường có liên quan đến tải trọng ô tô

- ng tr nh nghi n ứu của Đỗ Ngọc Tiến 2 : “Nghiên cứu tính toán kết cấu đường hầm chịu tải trọng di động” Nguồn g y r t ộng l tải trọng di ộng (tải trọng

ộng) Tuy nhi n, m h nh tải trọng ộng chỉ sử dụng m h nh 1/4 ể nghi n ứu

- ng tr nh nghi n ứu của Phan Quốc Bảo 3 : “Nghiên cứu một số giải pháp cải thiện độ êm thuận đoạn đường dẫn vào cầu khu vực đồng bằng Sông Cửu Long”

Nghi n ứu về t ng qu n giữ lún v tải t tr n oạn dẫn v o ầu vùng Đồng Bằng

S ng ửu Long, t giả nghi n ứu t ng qu n giữ lún v ti u hí về ộ m dịu v phản lực lốp- ờng M h nh xe l xe tải Maz-555 M h nh trong luận n l m h nh d o ộng thuần túy với vận tố kh ng ổi, h m tả trạng th i tí h hợp nh trong thực tế

- ng tr nh nghi n ứu của Nguyễn Thị V n H ng [5]: “Dao động uốn của dầm ứng suất trước dưới tác dụng của vật thể di động”, Tạ Hữu Vinh [8]: “ Nghiên cứu dao động của kết cấu các hệ thanh chịu tải trọng di động bằng phương pháp số” cả 2 t

giả sử dụng nguồn kí h ộng l tải trọng ộng ể khảo s t d o ộng uốn của dầm ứng suất Nguồn kí h ộng l m h nh ¼

Qu ph n tí h tr n, nhu cầu sử dụng tải trọng ộng ể nghi n ứu trong ng nh ầu ờng v ng nh t l rất lớn Tuy nhi n, việ nh gi tải trọng ộng òn hạn chế, chỉ nghi n ứu ho dòng xe ỡ nhỏ v trung b nh, hỉ dừng lại ở m h nh1/4 hoặc 1/2 Hiện h ó một ng tr nh n o về nghi n ứu x ịnh tải trọng ộng o n xe

1.2.3 Tiêu chuẩn đánh giá

Khi thiết kế ờng ng ời ta cần th ng số tải trọng v l u l ợng xe chạy ể x ịnh vật liệu, ộ d y lớp ờng Về tải trọng ó 2 yếu tố l tải tĩnh ợc luật quy ịnh theo trọng l ợng trụ nh ng trong thực tế ó thể qu tải v tải trọng ộng phụ thuộc mấp m

ờng v vận tố xe Trong khu n khổ luận n, vấn ề nghi n ứu ợc giới hạn yếu tố ảnh h ởng của tải trọng v vận tố ến ờng

Khi nh gi ảnh h ởng của tải trọng ộng t ến cầu ờng, trong nghi n

cứu tr ớ y th ờng sử dụng ti u hí nh gi l hệ số tải trọng động, hệ số áp lực đường

Do ó, khi thiết kế ờng ng ời ta chọn tải trọng tĩnh (t ng ng) v nh n với

hệ số tải trọng ộng Tải trọng tĩnh quy ổi hiện nay ở Việt N m ũng nh tr n thế giới ũng chọn kh ng thống nhất [11]

Hệ số tải ộng cự ại max (kd) ợc ng nh ầu ờng gọi l hệ số xung kí h IM [3, 5, 11]) Theo Ti u huẩn Nga ОДН 218.046-01, Việt N m ũng sử dụng ti u huẩn

n y, hệ số tải trọng ợc chọn khi thiết kế l 1 3

1.3 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp, nội dung và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu

Hiện n y ờng ợ ph n ấp l ờng cao tốc, ờng quốc lộ, ờng li n tỉnh v ờng ị ph ng Xe ộ l u h nh ũng dạng Loại xe g y ph hủy ờng nhiều l xe tải nặng Tr n mỗi loại ờng xe chạy với khoảng vận tố kh nh u, do ó ti u huẩn thiết kế ờng ũng kh nh u Từ tr ớc tới nay, ở Việt Nam khi thiết kế ờng chỉ chọn một gi trị hệ số xung kí h l th m số thiết kế [6, 11] Đặ tr ng kí h ộng củ ờng l n

xe l hiều cao mấp m v tần số

Mục ti u của luận n l nghi n ứu thiết lập m h nh ộng lực họ o n xe s -mi

r moó chạy tr n loại ờng với vận tốc kh nh u v với mấp m mặt ờng theo

ti u huẩn ISO 8608:1995 ể x ịnh tải trọng l m dữ liệu tham khảo khi thiết kế ờng

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối t ợng dùng ể lập m h nh l o n xe SMRM 5 ầu, gồm xe ầu kéo HYUND I

HD 700 3 cầu v SMRM T n Th nh KCT 742-S-01 N0.027/VAQ27-02/09-00 ó 2 ầu

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữ nghi n ứu lý thuyết v thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết: M h nh hó ĐXSMRM theo ph ng ph p hệ nhiều vật;

x y dựng hệ ph ng tr nh vi ph n m tả ộng lự họ v tải trọng ộng ủ ĐXSMRM; Giải hệ ph ng tr nh vi ph n v khảo s t tải trọng ộng bằng phần mềm M tl b Simulink

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm tr n hiện tr ờng ể kiểm hứng m h nh

v x ịnh tải trọng ộng

1.3.4 Nội dung và phạm vi nghiên cứu

Từ mụ ti u nghi n ứu ợ ề r luận n ần thự hiện những nội dung s u: (i) X y dựng m h nh ộng lực học x ịnh tải trọng ộng ủ ĐXSMRM; x y dựng m h nh ộng lực họ ho thí nghiệm khi kh ng biết mấp m ờng;

(ii) X y dựng hệ thống o d o ộng, kiểm hứng m h nh lý thuyết bằng thự nghiệm

(iii) Khảo s t x ịnh tải trọng ộng tr n loại ờng ti u huẩn ISO 8608:1995 nhằm x ịnh một bộ dữ liệu về tải trọng ể ng nh ầu ờng ó thể th m khảo khi thiết kế ờng

1.4 Kết luận chương 1

h ng 1 ã tr nh b y những nội dung tổng quan về vấn ề nghi n ứu nhằm

x ịnh mụ ti u, nội dung v ph ng ph p nghi n ứu của luận n ó thể tóm l ợc lại một số kết quả hính nh s u:

(i) Đã ph n tí h ảnh h ởng của tải trọng ộng o n xe nh một yếu tố ảnh

h ởng ến tuổi thọ cầu/ ờng; t giả trong v ngo i n ớ ã khẳng ịnh tải trọng ộng ảnh h ởng ến khả năng hịu tải v tuổi thọ cầu/ ờng

(ii) Đã ph n tí h ti u hí nh gi tải trọng ộng khi xe chạy tr n ờng Do

mụ ti u l x ịnh tham số cho thiết kế ờng n n hệ số tải trọng ộng, hệ

số tải trọng ộng cự ại (hệ số xung kí h trong ng nh ầu ờng), hệ số p

lự ờng ợc chọn l m th ng số nh gi

(iii) Đ ờng bộ ng y n y ợ ph n ấp rõ r ng, khi thiết kế ờng cần dự v o

ti u huẩn quốc tế v Việt N m Th ng số ặ tr ng ể thiết kế l tải trọng chuẩn trục (cầu), hệ số tải trọng ộng Tải trọng tĩnh l theo huẩn

củ n ớc phải chọn tr ớc, tải trọng ộng l y u tố ũng ảnh h ởng ến ờng ặ tr ng bởi t ng t lốp ờng; ặc của t ng t ó l tải trọng ộng, phụ thuộ bi n dạng ờng, cấu trú xe, ặc biệt hệ thống treo, ng thứ b nh xe Nh vậy tải trọng ộng phụ thuộc cả xe v ờng; cần ó những th ng số t ng qu n ho thiết kế ờng Hiện ISO 8608:1995 ịnh nghĩ loại ờng t ng ứng ể ó thể l m huẩn cho khảo s t mối t ng quan xe- ờng

g , ph nh v qu y v lăng Nh vậy, tải trọng ộng ĐXSMRM hịu t ộng từ h i phí :

từ d ới mặt ờng v từ phí xe Từ phí xe ảnh h ởng bởi ộ cao mấp m v tần số kí h ộng ( y l kí h ộng h nh họ ) Xét từ tr n xuống ờng, tải trọng ộng phụ thuộc dao ộng thẳng ứng, lắc dọ v lắc ngang của khối l ợng ợ treo, t ộng ph ng thẳng ứng th ng qu nội lực hệ thống treo Hệ thống treo l hệ ti u t n năng l ợng, v vậy khi m tả ộng lực họ ĐXSMRM t ần x ịnh ặ tính hệ thống treo B nh xe ũng

li n kết với mặt ờng th ng qu lự n hồi h ớng kính ũng l hệ ti u t n năng l ợng v phải ợ m tả qu ặ tính n hồi Khối l ợng ợc treo củ xe kéo v SMRM li n kết với nhau qua khớp y n ngự ; húng hịu ảnh h ởng lẫn nhau bởi lự qu n tính Khớp

y n ngự tr n thực tế ó h i loại l khớp 1 trục (dạng - ăng) v 2 trục (dạng khớp cầu) Tất cả yếu tố ó ần phải xem xét khi lập m h nh V vậy, nhất thiết phải ó m h nh

kh ng gi n m tả chuyển ộng; ho phép x ịnh tải trọng ộng ri ng rẽ từng b nh xe V vậy, o n xe SMRM ợ m tả kh ng gi n ho mụ ti u kh nh u nh kí h ộng một dãy, kí h ộng h i dãy, kí h ộng n, nghi n ứu thanh ổn ịnh Do ó m h nh x ịnh tải trọng ộng trong h ng n y ó y u ầu sau:

(i) M tả d o ộng ĐXSMRM (1) gồm chuyển ộng ph ng thẳng ứng khối

l ợng ợc treo mC1 v mC2 (zC1, zC2); lắc dọ v lắc ngang    C1, C2, C1, C2v (2) chuyển ộng thẳng ứng v lắ ng ng ầu xe z Ai,Ai

(ii) M tả chuyển ộng tịnh tiến củ o n xe trong mặt phẳng ờng

2.1 Ph n tích cấu trúc đoàn xe SMRM

Đối t ợng dùng ể lập m h nh l o n xe SMRM 5 ầu, gồm xe ầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu v SMRM T n Th nh 742-S-01 CERTIFICATE, No.027/VAQ27-02/09-00, VIN: RRL40F2S B2000027 ó 02 ầu

Đo n xe SMRM ó 2 th n, gồm xe ầu kéo v SMRM li n kết với nh u bằng m m

xo y Đo n xe SMRM ó 5 ầu ợc bố trí h x v kh ng ều nh u: ầu 1 l ầu dẫn

h ớng, sử dụng hệ thống treo phụ thuộ ; ầu 2 v ầu 3 l ầu hủ ộng, sử dụng hệ thống treo n bằng; ầu 4, 5 l ầu bị ộng, sử dụng hệ thống treo òn dọc n bằng phụ thuộc 2

ph ng x v y ầu li n kết với khung xe bằng hệ thống treo nhíp, ợ m tả bằng nội lự hệ thống treo l h m phi tuyến b nh xe n hồi hịu biến dạng ở ph ng thẳng ứng, thể hiện qu phản lự lốp ờng Lốp v ờng t ng t với nhau bởi lự

dọ

Qu ph n tí h ấu trú , o n xe t hi o n xe SMRM 7 khối l ợng bản nh s u: (i) Khối l ợng ợ treo ủ xe ầu kéo mC1 ặt tại trọng t m 1 củ ầu kéo; (ii) Khối l ợng ợ treo ủ SMRM mC2 ặt tại trọng t m 2 của SMRM; (iii) Khối l ợng kh ng ợ treo ủ ầu mAi ặt tại trọng t m i củ cầu (i=1(1)5)

Để phù hợp cho mụ ti u x ịnh tải trọng ộng, trong qu tr nh thiết lập m h nh,

sử dụng một số giả thiết nh s u:

(1) Đo n xe SMRM ối xứng trụ theo hiều dọc;

(2) momen Mzij tại b nh xe bằng kh ng (Mzij=0, i=1(1)5, j=1(1)2) (momen quanh trục z củ b nh xe với mặt ờng);

(3) Khung xe cứng tuyệt ối theo chiều uốn v kh ng ó xoắn khung;

(4) Độ n hồi củ hệ thống treo tuyến tính khi h v hạm vấu hạn chế h nh

tr nh;