TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tổng quan về nghiên cứu dao động ôtô máy kéo 4
Độ êm dịu trong chuyển động là tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng ôtô, vì vậy các nhà khoa học và nhà sản xuất ôtô cả trong nước và quốc tế đã đầu tư nhiều vào nghiên cứu vấn đề dao động của ôtô Hướng nghiên cứu chung tập trung vào việc cải thiện độ êm ái và giảm thiểu rung động cho hành khách.
- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô
- Thiết lập mô hình dao động của ôtô, giải các bài toán về dao động của ôtô
- Tìm mối tương quan giữa các thống số trên ôtô của hệ thống treo với các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
- Nghiên cứu nguồn gây dao động của ôtô
- Nghiên cứu, chế tạo những phần tử của hệ thống treo có những tính năng cho phép nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô
1.2.1 Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo trên thế giới
Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô, máy kéo như :
Công trình của Barski I B đã tiến hành nghiên cứu sâu về động lực học của máy kéo, bao gồm cả máy kéo bánh hơi và máy kéo bánh xích, đồng thời phân tích độ êm dịu trong chuyển động của các loại máy kéo này.
Các nghiên cứu của Gaichev L.V tại Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô đã tạo nền tảng cho nhiều nghiên cứu khác liên quan đến ôtô và máy kéo với các mục đích khác nhau Tuy nhiên, các mô hình toán học trong các công trình này chỉ tập trung vào dao động theo phương thẳng đứng và đã xem xét biến dạng của lốp, mà chưa tính đến ảnh hưởng của dao động theo phương ngang và quay quanh trục thẳng đứng.
Công trình nghiên cứu của Xavotrin V.A và Đimitơriev đã tập trung vào động lực học thống kê của xe xích và xe vận tải Các tác giả phân tích đường có chiều cao mấp mô phân bố ngẫu nhiên, từ đó phát triển các nghiên cứu về động lực học thống kê của hệ thống truyền lực.
Nghiên cứu của Xilaev A đã phát triển lý thuyết phổ cho dao động ngẫu nhiên của xe vận tải, với phương pháp giải bài toán dao động tuyến tính cho xe nhiều cầu trên đường có mấp mô phân bố ngẫu nhiên Tác giả đã thực hiện thí nghiệm trên 12 loại đường khác nhau, cung cấp các đặc trưng thống kê chi tiết, tạo nên một công trình nghiên cứu tỉ mỉ và chính xác Từ kết quả này, nghiên cứu đã đề xuất phương pháp phân tích các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống treo khi xe di chuyển trên những đoạn đường có mấp mô ngẫu nhiên.
Công trình của Mitschke M [48] nghiên cứu dao động của ôtô du lịch, tập trung vào mô hình dao động và các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến dao động, đồng thời tối ưu hóa hệ thống treo.
Nghiên cứu của Muller H đã phát triển một mô hình không gian cho phép mô tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, bao gồm 7 bậc tự do như dao động thẳng đứng, xoay quanh trục đứng, ngang, xoay quanh trục ngang, dọc, xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng Tác giả cũng đã xây dựng các mô hình tính toán tải trọng tại các cầu chủ động của máy kéo và ôtô trong nông nghiệp khi vượt qua các vật cản lớn.
Trong nghiên cứu của Vogel F, tác giả đã phân tích các tính chất động lực học của máy cày khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động Nghiên cứu xác định các đặc trưng như biên độ, tần số, tốc độ quay động cơ, độ trượt, tốc độ chuyển động, mômen chủ động của bánh xe, tải trọng cầu sau và lực kéo Mô hình dao động liên kết, tính đến tính chất đàn hồi, cản của hệ thống truyền lực và bánh xe, cho thấy rằng trong điều kiện hoạt động nhất định, dao động lực kéo có ảnh hưởng lớn hơn so với tải trọng thẳng đứng đến động lực học của máy Mặc dù mô hình này cho phép đánh giá tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy kéo khi cày đất, nhưng nghiên cứu vẫn chỉ dừng lại ở lý thuyết mà chưa có thực nghiệm để xác thực các giả thiết.
Nghiên cứu của Antônốp Đ A [52] đã phát triển cơ sở lý thuyết và tính toán ổn định chuyển động của ôtô nhiều cầu trong cả hai trường hợp dừng và không dừng Tuy nhiên, tác giả chỉ tập trung vào các kích động động lực mà chưa xem xét đến các ảnh hưởng động học từ sự mấp mô của mặt đường.
Trong nghiên cứu của Wendebom J C, tác giả đã phát triển một mô hình lý thuyết và thực nghiệm để phân tích tính chất động lực học của dao động thẳng đứng của máy kéo, nhưng chưa xem xét đến chuyển động quay và các loại dao động khác Do đó, công trình này chưa cung cấp cái nhìn toàn diện về các đặc điểm động lực học của máy kéo cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của máy kéo và liên hợp máy.
Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về dao động của ôtô và máy kéo, chủ yếu tập trung vào các phương tiện di chuyển trên đường Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về dao động của ôtô khi chạy trên đường lâm nghiệp vẫn còn rất hạn chế.
1.2.2.Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam
Ngành công nghiệp ô tô đã phát triển hơn 100 năm, với công nghệ sản xuất hiện đại và tiện nghi Ô tô ngày nay không chỉ hiệu quả trong vận tải mà còn có khả năng chở trọng lượng lớn, di chuyển trên các địa hình phức tạp và mang lại cảm giác êm ái khi di chuyển.
Chính sách ưu đãi của nhà nước cho phát triển ngành công nghiệp ôtô mang lại nhiều lợi ích rõ rệt Tuy nhiên, thực tế cho thấy vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu và điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu quả phát triển ngành này.
Theo ông Nguyễn Mạnh Quân, Vụ trưởng Vụ Công nghiệp nặng Bộ Công Thương, tỷ lệ nội địa hóa trong ngành ôtô hiện đạt thấp, chỉ khoảng 7-10% đối với xe con và 35-40% đối với xe tải nhẹ, trong khi mục tiêu đề ra là 40% vào năm 2005 và 60% vào năm 2010 Để ngành ôtô phát triển bền vững, đầu tư cho nghiên cứu là yếu tố then chốt Một số đề tài nghiên cứu khoa học về dao động ôtô cũng cần được chú trọng.
Nghiên cứu của Nguyễn Thanh Hải [10] tập trung vào ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu trong chuyển động Trong luận án, tác giả đã giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do, với kích động mặt đường được mô tả bằng hàm phổ của Iasenko.
Tổng quan về hệ thống treo trên xe ôtô 10
Hệ thống treo: Là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liên kết và dẫn hướng
Hình 1.3: Hệ thống treo trên xe ôtô
1: Hệ thống treo phụ thuộc, 2,3 hệ thống treo độc lập 1.3.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo
Hệ thống treo dùng để :
- Nối đàn hồi giữa khung xe với cầu xe,
- Giảm các tải trọng động và dập tắt nhanh các dao động thẳng đứng của khung vỏ xe do ảnh hưởng của mặt đường không bằng phẳng
Hệ thống treo của xe cần được thiết kế phù hợp với điều kiện sử dụng và tính năng kỹ thuật của xe, bao gồm việc xe hoạt động trên đường tốt, các loại đường khác nhau, hoặc địa hình đồi núi, cũng như mục đích sử dụng như xe du lịch, chở hàng hay chở vật liệu.
- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định
Quan hệ động học của bánh xe cần được thiết lập hợp lý để đảm bảo rằng hệ thống treo thực hiện chức năng chính là làm mềm theo phương thẳng đứng, đồng thời không làm ảnh hưởng đến các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ
- Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường
- Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn
- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt
- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng
1.3.1.3 Phân loại hệ thống treo
Hệ thống treo được phân loại chủ yếu dựa vào sơ đồ bộ phận dẫn hướng, chia thành hai nhóm chính: hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc.
Hình 1.4- Sơ đồ hệ thống treo a) Hệ thống treo phụ thuộc; b) Hệ thống treo độc lập
1- Thùng xe; 2- Bộ phận đàn hồi; 3- Bộ phận giảm chấn;
4- Dầm cầu; 5 - Các đòn liên kết của hệ treo
Hệ thống treo phụ thuộc
Trong hệ thống treo phụ thuộc, các bánh xe được gắn trên một dầm cầu liền, với bộ phận giảm chấn và đàn hồi nằm giữa thùng xe và dầm cầu Điều này có nghĩa là sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ ảnh hưởng đến bánh xe ở phía bên kia.
Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng lá nhíp có đặc trưng là các bánh xe được lắp trên một dầm cầu cứng Nếu cầu xe là bị động, dầm sẽ là một thanh thép định hình, trong khi đó, nếu cầu chủ động, dầm sẽ là phần vỏ cầu, bao gồm một phần của hệ thống truyền lực.
Hệ treo phụ thuộc sử dụng nhíp không chỉ là phần tử đàn hồi mà còn đóng vai trò là bộ phận dẫn hướng, giúp loại bỏ sự cần thiết của các thanh giằng để truyền lực dọc và ngang Tuy nhiên, hệ thống treo này cũng có những nhược điểm riêng.
Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt ở cầu chủ động, dẫn đến việc khi xe di chuyển trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra gây va đập mạnh giữa phần không được treo và phần được treo, làm giảm độ êm dịu của chuyển động.
- Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn
Khi một bánh xe nâng lên, vết bánh thay đổi, dẫn đến lực ngang phát sinh, làm giảm tính chất bám đường và dễ gây trượt ngang, khiến xe bị nghiêng Hệ thống này có những ưu điểm nhất định.
- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập
- Có khả năng tải lớn, tăng độ cứng vững cao cho xe và phù hợp với địa hình xấu, cho xe tải, xe việt dã…
- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành hạ
1.3.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo
Bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe giúp giảm tải trọng động tác từ bánh xe lên khung và thùng xe, đảm bảo độ êm ái phù hợp với sự thích ứng của cơ thể con người Tần số dao động lý tưởng cho sự thoải mái nằm trong khoảng 60 – 80 lần/phút.
Bộ phận này tăng cường khả năng liên kết giữa bánh xe và mặt đường, giúp xe giữ được trạng thái cân bằng khi di chuyển trên các bề mặt nghiêng hoặc lồi lõm Ở một số loại xe hiện đại, bộ phận này còn có khả năng tự điều khiển để duy trì sự ổn định cho xe, ngay cả khi các bánh xe không nằm ở cùng một mặt phẳng.
Trên xe Thaco Foton FC500 5 tấn Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi là Nhíp lá ( leaf spring )
Bó nhíp, thường được gọi là "nhíp", được chế tạo từ các lá thép cong, chủ yếu sử dụng vật liệu thép đàn hồi như Mark C70 và 60Mn cho xe tải nhỏ, hoặc Mark 60C2 và 60SiMn cho xe tải trọng lớn.
Lá nhíp được sắp xếp theo thứ tự từ ngắn đến dài, cho phép tối ưu hóa hiệu suất Đặc điểm của nhíp là khi tải trọng tác động tăng lên, biến dạng của nhíp cũng tăng theo một quy luật tuyến tính.
Hệ thống treo không chỉ có chức năng làm êm dịu chuyển động mà còn đảm nhiệm vai trò dẫn hướng và tạo ma sát giữa các lá nhíp, giúp giảm thiểu dao động của thùng xe so với bánh xe.
1.3.2.2 Bộ phận giảm chấn (Shock absorter)
Bộ phận giảm chấn có nhiệm vụ quan trọng trong việc giảm thiểu và triệt tiêu các lực xung kích tác động lên khung xe khi bánh xe di chuyển trên bề mặt đường không bằng phẳng Điều này không chỉ bảo vệ các bộ phận đàn hồi mà còn nâng cao sự thoải mái cho người sử dụng.
Trên ôtô tải hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp
Hình 1.6: Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá
Giảm chấn hai lớp vỏ
Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ
Giảm chấn hai lớp vỏ, ra đời từ những năm 1938, là một thiết bị giảm chấn phổ biến hiện nay Trong cấu trúc của nó, piston di chuyển trong xy lanh chứa đầy dầu, chia không gian thành hai buồng A và B Phía đuôi của xy lanh có cụm van bù, trong khi lớp vỏ ngoài bao quanh lớp vỏ trong Khoảng trống giữa hai lớp vỏ tạo thành buồng bù thể tích chất lỏng, liên kết với buồng B thông qua các cụm van một chiều Buồng C, được gọi là buồng bù chất lỏng, chỉ được lấp đầy một nửa bằng chất lỏng, phần còn lại chứa không khí với áp suất bằng áp suất khí quyển.
Tình hình nghiên cứu biên dạng đường ôtô 17
Biên dạng đường tạo ra dao động cho bánh xe khi xe di chuyển, ảnh hưởng đến sự ổn định của ôtô Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước đã tập trung vào sự tương tác giữa bánh xe và mặt đường trong giao thông đường bộ, khai thác từ nhiều góc độ khác nhau.
Tác giả Sweatman đã tiến hành nghiên cứu bằng cách đo lực động của 9 loại ôtô khác nhau trên nhiều loại đường với tốc độ thay đổi, xác định mối quan hệ giữa lực động và hư hại ở mức độ rất cao (lũy thừa bậc 4) Đồng thời, các tác giả T E C.Potter, D.Cebon và D.J Cole đã đề xuất quy chuẩn cho phương pháp kiểm tra lực động cùng với các chỉ số giới hạn gây phá hủy đường.
Tác giả David Cebon đã thực hiện nhiều nghiên cứu về lực động giữa bánh xe và mặt đường, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của lực này đến sự hư hỏng của đường.
+ Tác giả Alexander O.Gibson [35],nghiên cứu xây dựng mô hình động lực dọc của xe tải nặng để đánh giá sự phá hủy đường
+ Tác giả K.Y và JK Hedick [43], nghiên cứu biện pháp làm giảm phá hủy đường bằng các hệ thống treo tích cực, bán tích cực
Tác giả Đào Mạnh Hùng đã phát triển một mô hình để xác định lực động giữa bánh xe và mặt đường, áp dụng cả trong miền thời gian và tần số Mô hình này được xây dựng dựa trên kích thích mặt đường ngẫu nhiên, phù hợp với điều kiện đường xá tại Việt Nam.
Trong nghiên cứu của tác giả Nguyễn Xã Hội về động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng, ông đã đề xuất các phương pháp mô tả mấp mô biên dạng mặt đất rừng.
Trần Văn Như và Đào Mạnh Hùng đã nghiên cứu về việc tối ưu hóa thông số hệ thống treo nhằm giảm thiểu sự phá hủy đường trong điều kiện khai thác ở Việt Nam Nghiên cứu này được công bố trong Tạp chí Giao thông vận tải số 6/2008.
Nhìn chung các nghiên cứu tập trung vào những nội dung chính , bao gồm:
- Các chỉ tiêu đánh giá về lực động, ảnh hưởng của lực động tới ôtô, mặt đường
- Các mô hình dao động , bao gồm mô hình vật lý, toán học
- Nguồn kích thích dao động
Biên dạng đường ôtô là một yếu tố phức tạp, chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố khác nhau Trong luận văn này, tác giả đã đưa ra một số giả thiết về biên dạng đường ôtô dựa trên việc tham khảo các công trình đã công bố trước đó.
Các phương pháp và phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo 19
Để nghiên cứu dao động của ôtô người ta sử dụng một số phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Trong phương pháp này, các tác giả nghiên cứu cấu tạo và quá trình hoạt động của ôtô máy kéo để xây dựng phương trình toán học cho hệ dao động Họ áp dụng phương trình Lagrange loại 2, phương trình Dalambe, phương pháp công di chuyển khả dĩ của hệ đa vật, cùng với phương pháp hệ thống con để giải quyết các vấn đề liên quan.
Xét hệ cơ học gồm n chất điểm có n tọa độ suy rộng với các liên kết ràng buộc là holonom phương trình Lagrange loại 2 i i i
T Hàm động năng của hệ Π Hàm thế năng của hệ
Hàm hao tán của hệ q Các tọa độ suy rộng (i= 1,2,3,4)
Q Các ngoại lực liên kết
Các hàm động năng, thế năng và hàm hao tán của hệ được thiết lập theo H, tương ứng với mô hình dao động trong cơ học giải tích Sau khi thay thế các biểu thức mô tả dao động của ôtô Thaco Foton FC500 5 tấn khi vận chuyển trên đường gồ ghề trong lâm nghiệp, các kết quả tính toán sẽ cho thấy rõ ảnh hưởng của điều kiện đường xá đến hiệu suất vận chuyển.
Việc giải phương trình vi phân tuyến tính được thực hiện để xác định các đặc trưng động lực học của hệ thống thông qua phương pháp giải tích và phần mềm Matlab-Simulink Nghiên cứu tập trung vào ôtô Thaco Foton FC500 5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, dựa vào hệ phương trình vi phân tuyến tính để mô hình hóa dao động của xe Từ các thông số kỹ thuật của ôtô, khối lượng gỗ và điều kiện mặt đường, nghiên cứu khảo sát các đặc tính động lực học như dao động thẳng đứng và góc xoay quanh trục vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng tại trọng tâm ôtô Mô hình dao động trong không gian được thiết lập bằng phương trình Lagrange loại II, sau đó sử dụng Matlab-Simulink để phân tích dao động của xe.
Theo nguyên lý Dalambe, bài toán động lực học hệ dao động có thể chuyển đổi thành bài toán tĩnh học bằng cách đưa lực quán tính vào cơ hệ Phương trình chuyển động sẽ được thiết lập dựa trên tổng đại số các ngoại lực, phản lực và lực quán tính tác động lên hệ khảo sát Các phần tử trong hệ dao động được tách độc lập và đặt trong trạng thái tĩnh với ngoại lực cân bằng Từ đó, các phương trình cho từng phần tử được xây dựng để giải hệ các phương trình đơn giản.
Phương pháp này rất phổ biến trong việc giải quyết các bài toán động lực học, giúp trực quan hóa mối quan hệ ảnh hưởng đến từng phần tử riêng lẻ trong hệ dao động Nó thường được áp dụng cho các hệ dao động đơn giản.
Sau khi thu được kết quả từ mô hình toán lý thuyết, việc thực nghiệm là cần thiết để kiểm tra tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình Trong quá trình thực nghiệm, các phép đo sẽ được thực hiện để xác định các thông số thực và quy luật biến đổi của chúng Kết quả thực nghiệm sẽ được so sánh với tính toán lý thuyết, và nếu sai lệch nằm trong phạm vi cho phép và có thể giải thích được, lý thuyết sẽ được chấp nhận.
Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận án sử dụng kỹ thuật đo không điện thông qua điện Các phương pháp thí nghiệm đã được áp dụng để xác định các thông số đầu vào và đầu ra một cách chính xác.
Sử dụng thiết bị đo và cảm biến hiện đại, cùng với phần mềm xử lý số liệu, chúng tôi xác định các thông số quan trọng cho khảo sát lý thuyết như tọa độ trọng tâm, mômen quán tính, độ cứng và hệ số cản giảm chấn của các phần tử đàn hồi, cũng như độ mấp mô mặt đường lâm nghiệp Đồng thời, chúng tôi cũng đo các thông số đầu ra như gia tốc dao động của thân xe.
Quá trình tổ chức và thực hiện thí nghiệm nhằm xác định trọng lượng, tọa độ trọng tâm, mômen quán tính, độ cứng của lốp và nhíp, độ mấp mô của mặt đường lâm nghiệp, cũng như gia tốc dao động của thân xe được tiến hành theo phương pháp thống kê toán học và phương pháp thí nghiệm ôtô.
1.5.3.Các phần mềm nghiên cứu dao động ôtô máy kéo
Mathematica là phần mềm tích hợp các tính toán ký hiệu, số học, vẽ đồ thị và ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ, chủ yếu phục vụ cho các ngành khoa học vật lý, công nghệ và toán học Qua thời gian, Mathematica đã trở thành công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác Hiện nay, phần mềm này được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế công nghệ.
Maple cho phép người dùng nhập biểu thức toán học bằng các ký hiệu truyền thống và dễ dàng tạo giao diện người dùng tùy chỉnh Phần mềm này hỗ trợ cả tính toán số và tính toán hình thức, đồng thời hiển thị kết quả một cách trực quan Nhiều phép tính số học trong Maple được thực hiện thông qua thư viện NAG, cho phép độ chính xác cao Ngoài ra, Maple còn có ngôn ngữ lập trình cấp cao đầy đủ, với ưu điểm nổi bật trong việc giải phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng và vẽ đồ thị trong không gian 2 chiều và 3 chiều.
MATHCAD là phần mềm xử lý toán học phổ biến toàn cầu, hỗ trợ thiết kế và xuất bản tài liệu dễ hiểu về các phép tính và công thức Ngoài ra, MATHCAD còn cho phép lập trình như một ngôn ngữ lập trình bậc cao.
MATHCAD là một công cụ mạnh mẽ có thể thay thế bảng tính EXCEL trong việc trình bày bảng tính thiết kế cho các đối tượng cơ khí và xây dựng Nó cung cấp khả năng đồ họa rõ ràng và đa dạng hơn, đặc biệt trong việc thực hiện các tính toán phức tạp như giải phương trình vi phân, thực hiện các phép toán ma trận, giải các bài toán số phức và tối ưu hóa.
1.5.3.4 Phần mềm Matlab & Simulink Đối với việc giải và mô phòng phương trình vi phân thi Matlab & Simulink là công cụ trợ giúp đắc lực và được sử dụng phổ biến hiện nay Matlab & Simulink là một chương trình lớn trong lĩnh vực toán số với thế mạnh là tính toán và mô phỏng hệ thống
Simulink là một phần mở rộng của Matlab, được thiết kế để mô hình hóa, mô phỏng và phân tích các hệ thống động học Giao diện đồ họa của Simulink cho phép người dùng thể hiện hệ thống thông qua sơ đồ tín hiệu và các khối chức năng quen thuộc.
Mục tiêu nghiên cứu 24
Mô hình dao động của xe ô tô tải Thaco Foton FC500 5 tấn được xây dựng và khảo sát khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, nhằm làm cơ sở cho việc hoàn thiện hệ thống treo Nghiên cứu này cũng giúp lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý khi vận chuyển gỗ, đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận tải.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 24
2.2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe ôtô 5 tấn hiệu Thaco Foton FC500 sản xuất lắp ráp tại Việt nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
Xe ôtô Thaco Foton FC 500 5 tấn là sản phẩm hợp tác giữa công ty TNHH Trường Hải và Tập đoàn Foton, một trong những tập đoàn hàng đầu và uy tín toàn cầu trong lĩnh vực xe thương mại.
Hình 2.1: Xe ô tô tải Thaco Foton FC500 5 tấn
Xe công nông ra đời theo Chỉ thị 46/CP của Chính phủ, cấm lưu hành xe công nông và xe quá hạn sử dụng Loại xe này đáp ứng nhu cầu vận tải và phù hợp với điều kiện địa hình của vùng nông thôn và miền núi Việt Nam.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết 50
Xây dựng được mô hình dao động của ô tô hiệu Thaco Foton FC500 5 tấn trong mặt phẳng thẳng đứng dọc 50
Chúng tôi đã xây dựng mô hình dao động cho xe Thaco Fotn FC500 trọng tải 5 tấn trong mặt phẳng thẳng đứng dọc, bao gồm cả bộ phận treo cho ghế ngồi của người lái, dựa trên các nội dung và phương pháp nghiên cứu được trình bày ở chương 2 (hình 3.1).
Z z z a b e t bt m g bs t s nt z s bt bt nt bs ns ns c n g k g m t m
Hình 3.1: Mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe Thaco Foton FC500 trọng tải 5 tấn Trên mô hình :
O0X0Z0- hệ trục tọa độ cố định (hệ quán tính);
OXZ – hệ trục tọa độ gắn với khung xe (hệ động)
A, B, C, – Vị trí các gối đỡ trên khung xe tương ứng với cặp bánh trước, bánh sau và ghế ngồi người lái xe; a, b, e – Khoảng cách theo phương dọc từ trọng tâm O đến các điểm treo A,
Z, Zt , Zs , Zg– Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm xe , các cầu trước, cầu sau và ghế ngồi; α – Chuyển vị góc của thân xe trong mặt phẳng thẳng đứng dọc Oxz; ht, hs, – Độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với các bánh xe; cbt, cbs, cg- Hệ số độ cứng của các cặp bánh xe 1, 2, và cơ cấu treo ghế ngồi; cnt, cns, - Hệ số độ cứng của các nhíp cầu trục trước và trục sau ; kbt, kbs, kg – Hệ số giảm chấn của các cặp bánh xe 1, 2 và cơ cấu treo ghế ngồi; knt , kns - Hệ số giảm chấn của nhíp trước, nhíp sau; mx, mt, ms, mn – khối lượng thu gọn của thân xe, các cặp bánh 1, 2, và ghế người lái;
Mô men quán tính khối lượng của thân xe được xác định đối với trục OY, trong khi biến dạng của các bánh lốp 1, 2 và cơ cấu treo ghế ngồi được ký hiệu là δ bt, δbs, δg Ngoài ra, biến dạng của các nhíp cầu trước và cầu sau được ký hiệu là δnt và δns.
Hệ phương trình vi phân dao động của ô tô trong mặt phẳng thẳng đứng dọc 51
Dựa trên các giả thiết đã trình bày trong chương 2 và việc áp dụng phương trình Lagranger loại II, chúng tôi đã phát triển hệ phương trình vi phân dao động (2.11) cho xe Thaco Fotn FC500 với trọng tải 5 tấn Hệ phương trình này có thể được biểu diễn dưới dạng ma trận.
M Trong đó: M- ma trận khối lượng của hệ;
K- ma trận hệ số cản giảm chấn của các phần tử đàn hồi ;
C- ma trận hệ số độ cứng của các phần tử đàn hồi ;
Q * –ma trận lực suy rộng ; q – ma trận các tọa độ suy rộng
Các ma trận hệ số được xác định từ 5 phương trình sau của (2.11) như sau:
K kg ge g k k knt kbt nsb nt k k knt kbt nta nt k k ge k nsb k nta k ge k nsb k nta k ge k nsb k nta k kg kns knt ge k nsb k nta g k ns k nt k k
C g g g nt bt ns ns nt bt ns nt g ns nt g ns nt g ns nt g ns ns g ns nt g ns nt c e c c c c b c c c c a c c e c b c a c e c b c a c e c b c a c c c c e c b c a c c c c
Kết quả mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động 52
Sau khi xây dựng mô hình dao động, chúng tôi đã nhập các thông số đầu vào và sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để giải phương trình và mô phỏng dao động của xe ô tô Thaco Fotton FC500 5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp Kết quả mô phỏng cho thấy những thông tin quan trọng về hành vi dao động của xe trong điều kiện vận chuyển cụ thể này.
3.1.3.1 Khi kích thích là dạng hàm điều hòa Đồ thị của dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe (hình 3.2)
Hình 3.2 Đồ thị dịch chuyển trọng tâm xe Vận tốc của dịch chuyển trọng tâm xe (hình 3.3)
Hình 3.3 Đồ thị Vận tốc của dịch chuyển trọng tâm xe
Gia tốc của dịch chuyển trọng tâm (hình 3.4)
Hình 3.4 Đồ thị gia tốc của dịch chuyển trọng tâm Dịch chuyển góc lắc dọc của xe (hình 3.5)
Hình 3.5 Đồ thị dịch chuyển góc lắc dọc
Vận tốc dịch chuyển của góc lắc dọc (hình 3.6)
Hình 3.6 Đồ thị vận tốc của dịch chuyển góc lắc dọc Gia tốc của dịch chuyển góc (hình 3.7)
Hình 3.7 Đồ thị gia tốc của dịch chuyển góc lắc dọc
Vận tốc của chuyển động tâm ghế (hình 3.8)
Hình 3.8 Đồ thị vận tốc của dịch chuyển tâm ghế Gia tốc của dịch chuyển cầu trước (hình 3.9)
Hình 3.9 Đồ thị gia tốc của dịch chuyển cầu trước
Qua các đồ thị từ 3.2 đến 3.9, có thể nhận thấy rằng khi hàm kích thích là điều hòa, dao động của xe diễn ra một cách tuần hoàn và không bị tắt Điều này hoàn toàn phù hợp với thực tế.
3.1.3.2 Khi kích thích là hàm mấp mô đơn
Ta có các kết quả sau:
Dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe (hình 3.10)
Hình 3.10 Dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe Vận tốc dịch chuyển của trọng tâm xe (hình 3.11)
Hình 3.11 Vận tốc của dịch chuyển trọng tâm xe Gia tốc của dịch chuyển trọng tâm xe (hình 3.12)
Gia tốc dịch chuyển của trọng tâm xe đạt biên độ dao động lớn nhất khoảng 3,1 ÷ 3,2 m/s² Điều này xảy ra khi xe di chuyển trên bề mặt mấp mô đơn với biên độ 0,25m và tần số mấp mô là 0,3 rad/s Tần số dập tắt dao động được xác định là 3,14 Hz.
Dịch chuyển lắc dọc của thân xe (hình 3.13)
Hình 3.13 : Dịch chuyển góc lắc dọc
Vận tốc của dịch chuyển góc lắc dọc của xe (hình 3.14)
Hình 3.14 :Vận tốc dịch chuyển góc lắc dọc Gia tốc góc của dịch chuyển góc (hình 3.15)
Hình 3.15 : Gia tốc dịch chuyển góc lắc dọc
Dịch chuyển của ghế ngồi (hình 3.16)
Hình 3.16 : Dịch chuyển của ghế ngồi Vận tốc dịch chuyển của ghế ngồi (hình 3.17)
Hình 3.17 :Vận tốc dịch chuyển của ghế ngồi
Gia tốc của dịch chuyển của trọng tâm ghế ngồi (.hình 3.18)
Hình 3.18 :Gia tốc dịch chuyển của ghế ngồi
Kết quả mô phỏng cung cấp cơ sở để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe Bằng cách thay thế đầu vào với các giá trị khác nhau của hệ thống treo, chúng ta có thể thực hiện bài toán mô phỏng để xác định các thông số tối ưu nhằm nâng cao độ êm dịu trong chuyển động.