Tình hình phát triển máy xây dựng Việt Nam
Việt Nam đã trở thành một trong những nền kinh tế năng động nhất Đông Nam Á với tốc độ tăng trưởng cao trong nhiều năm qua Đặc biệt, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước nhằm mục tiêu trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 đã tạo ra nhu cầu lớn về đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng kinh tế và xã hội.
Theo Hiệp Hội nhà thầu xây dựng Việt Nam (VACC), ngành cơ khí trong nước chưa phát triển đủ để sản xuất máy móc, dẫn đến việc các nhà thầu phải nhập khẩu thiết bị từ nước ngoài như cần trục từ Pháp, máy đào và máy ủi từ Italia, Đức, Anh, cùng với máy làm gạch block từ Tây Ban Nha và máy xúc lật từ Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản Ngoài ra, khi nhập máy móc, các nhà thầu còn phải thuê chuyên gia với mức lương cao và đối mặt với chi phí bảo trì, sửa chữa đắt đỏ do phụ tùng chính hãng Hơn nữa, việc thiếu kinh nghiệm có thể khiến nhà thầu bị lừa mua phải máy đã qua sửa chữa hoặc máy cũ được sơn lại.
Mỗi năm, Việt Nam chi từ 3 đến 4 tỷ USD để nhập khẩu máy xây dựng, trong khi cả nước có khoảng 150.000 nhà thầu, bao gồm 2.000 nhà thầu lớn và vừa, đang thi công hàng nghìn công trình Theo báo cáo 10 năm hoạt động của Hiệp hội cơ khí Việt Nam (VAMI), chỉ có hai loại máy xây dựng được sản xuất trong nước là máy xúc EKG-10 và máy combai đào lò xúc lật VMC-500, cả hai đều thuộc lĩnh vực cơ khí ngành than.
Theo báo cáo từ công ty cổ phần dịch vụ thuê máy công trình FISC, trong tháng 1/2013, Việt Nam đã nhập khẩu 1.473 máy xây dựng với tổng giá trị 17,97 triệu USD Số lượng máy nhập khẩu tăng 28,31% so với tháng 12/2012, tuy nhiên giá trị nhập khẩu lại giảm 18,58%.
Trong tháng 1 năm 2013, hoạt động nhập khẩu máy xây dựng vào Việt Nam diễn ra rất sôi động, với gần 1000 chiếc máy được nhập khẩu chỉ trong 10 ngày đầu tháng Đây là một con số ấn tượng, phản ánh sự tăng trưởng mạnh mẽ so với các tháng gần đây.
Trong tháng 1/2013, lượng máy xây dựng nhập khẩu từ Nhật Bản chiếm 77% tổng lượng và 48% tổng trị giá máy xây dựng nhập khẩu Sự gia tăng này chủ yếu do hơn 600 chiếc máy đầm được nhập khẩu từ Nhật Bản Cụ thể, tổng số máy xây dựng nhập khẩu từ Nhật Bản trong tháng đạt 1.133 chiếc, với trị giá 8,65 triệu USD cho các loại máy công trình và máy ủi.
Trong 10 ngày qua, Việt Nam đã nhập khẩu gần 1000 chiếc máy xây dựng, trong đó 687 chiếc là máy đầm có giá trị thấp, tổng trị giá nhập khẩu đạt gần 7 triệu USD, vẫn cao hơn so với cùng kỳ năm 2012 Đặc biệt, hơn 90% lượng máy xây dựng nhập khẩu và cho thuê trong thời gian này đến từ Nhật Bản, ước tính khoảng 911 chiếc với trị giá 4,75 triệu USD, trong khi các thị trường khác như Mỹ, Hàn Quốc và Trung Quốc chỉ chiếm tỷ trọng nhỏ.
Năm 2014, thị trường bất động sản phục hồi, dẫn đến sự gia tăng nhu cầu về máy móc cho giao thông và xây dựng Đến hết tháng 11/2014, chỉ có tháng 1 và tháng 4 là lượng máy xây dựng nhập khẩu vào Việt Nam thấp hơn so với cùng kỳ năm 2013, trong khi các tháng còn lại đều ghi nhận mức nhập khẩu cao hơn.
Bảng 1: Tham khảo một số thị trường cung cấp máy xây dựng trong tháng 1/2013[28] Đvt: Lượng (chiếc): Trị giá (USD))
Lượng Trị giá Lượng Trị giá Lượng Trị giá Nhật Bản 1.133 8.653.556 40,40 -11,00 241,27 49,71
Hàn Quốc 108 2.991.054 16,13 -17,01 -12,90 -34,16 Trung Quốc 71 1.838.863 -21,11 -53,07 -1,39 -20,94 Đức 16 1.510.392 -36,00 64,37 128,57 335,36
Năm 2014, Việt Nam ghi nhận sự tăng trưởng trong nhập khẩu ba chủng loại máy xây dựng chính, bao gồm máy xúc đào, máy ủi và xe lu, so với năm 2013; đặc biệt, xe lu có mức tăng trưởng mạnh nhất.
Máy xúc đào: Theo thống kê, nhập khẩu chủng loại xúc đào trong năm
Năm 2014, Việt Nam nhập khẩu 12.049 chiếc máy xúc đào với tổng trị giá 250,64 triệu USD, tăng 23,20% về số lượng và 16,62% về giá trị so với năm 2013 Các thương hiệu máy xúc đào chủ yếu được nhập khẩu bao gồm Komatsu, Kobelco, Hitachi, DOOSAN, Sumitomo, Hyundai, Daewoo và Caterpillar.
Năm 2014, nhập khẩu máy xúc đào Hitachi về nước ta tăng mạnh so với
Năm 2013, nhãn hiệu máy xúc đào Hitachi đã trở thành một trong ba thương hiệu được nhập khẩu nhiều nhất vào Việt Nam, với số lượng vượt qua 1000 chiếc, bên cạnh hai thương hiệu Komatsu và Kobelco Theo thống kê, trong năm 2014, lượng máy xúc đào Hitachi nhập khẩu tiếp tục tăng trưởng đáng kể.
1312 chiếc với trị giá 20,06 triệu USD, tăng 39,57% về lượng nhưng giảm 7,76 % so với năm 2013
Máy ủi: Theo thống kê, nhập khẩu máy ủi về nước ta trong năm 2014 đạt
763 chiếc với trị giá 17,94 triệu USD, tăng 30,65% về lượng và 30,60% về trị giá so với năm 2013
Trong năm 2014, máy ủi Komatsu chiếm 78,4% tổng lượng máy ủi nhập khẩu vào Việt Nam, với 598 chiếc và trị giá 11,12 triệu USD, tăng 30,57% về lượng và 33,40% về trị giá so với năm 2013 Máy ủi Mitsubishi đứng thứ hai với 85 chiếc, trị giá 238 nghìn USD, ghi nhận mức tăng 60,38% về lượng và 73,30% về trị giá so với năm trước.
Nhập khẩu máy ủi Caterpillar đạt 18 chiếc với trị giá 747 nghìn USD, giảm 40,00% về lượng và 74,92% về trị giá so với năm 2013
Theo thống kê năm 2014, Việt Nam đã nhập khẩu 2.080 chiếc xe lu, máy lu với tổng trị giá 62,26 triệu USD, tăng 114,43% về số lượng và 115,43% về giá trị so với năm 2013 Năm 2013 chỉ có 2 nhãn hiệu xe lu, máy lu đạt trên 100 chiếc, trong khi năm 2014, số lượng nhãn hiệu này đã tăng lên 5, bao gồm Sakai, Dynapac, HAMM, Bomag và Liugong.
Năm 2014, thị trường cung cấp máy xây dựng cho Việt Nam ghi nhận ba nguồn cung chính với trên 1000 chiếc, bao gồm Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ Trong đó, Nhật Bản tiếp tục dẫn đầu với 8.586 chiếc, đạt giá trị 136,97 triệu USD, mặc dù giảm 0,02% về số lượng nhưng lại tăng 25,62% về giá trị so với năm 2013.
Nhập khẩu máy xây dựng từ thị trường Hàn Quốc trong năm 2014 đạt
2238 chiếc với trị giá 64,07 triệu USD, tăng 37,83% về lượng và 23,33% về trị giá so với năm 2013
Nhập khẩu máy xây dựng từ thị trường Trung Quốc trong năm 2014 đạt 1.700 chiếc với trị giá 34,58 triệu USD, tăng 14,48% về lượng và 27,84% về trị giá so với năm 2013
Lượng máy xây dựng nhập khẩu từ thị trường Mỹ trong năm 2014 đạt
1036 chiếc với trị giá 25,57 triệu USD, tăng 17,33% về lượng và 28,62% về
Dự báo tình hình nhập khẩu máy xây dựng trong năm 2015
Năm 2015, thị trường bất động sản dự báo sẽ khả quan với tốc độ tăng trưởng GDP dự kiến đạt 6,2% và chỉ tiêu CPI không vượt quá 5% Nếu CPI giữ ở mức thấp, Ngân hàng Nhà nước có thể hạ lãi suất huy động từ 5,5%, tạo điều kiện cho việc giảm lãi suất cho vay, giúp doanh nghiệp giảm chi phí vốn và tăng trưởng tín dụng Nếu CPI duy trì ở mức 4%, lãi suất có thể giảm xuống ít nhất 5% nhưng vẫn giữ lãi suất thực dương 1% Dự báo tín dụng bất động sản sẽ tăng khoảng 20%, cùng với việc triển khai nhiều dự án giao thông lớn, nhu cầu về máy móc cho ngành giao thông và xây dựng sẽ tăng nhẹ, với nhập khẩu máy xây dựng dự kiến đạt trên 400 triệu USD.
Ảnh hưởng dao động máy xây dựng
Máy xây dựng là thiết bị thiết yếu trong ngành xây dựng, phục vụ cho các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, cảng và thủy lợi Chúng giúp con người thực hiện các khối lượng công việc lớn mà lao động thủ công không thể đáp ứng Với sự đa dạng về chủng loại, máy xây dựng được phân loại theo tính chất công việc và công dụng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu, lựa chọn và ứng dụng trong thi công.
Tổ máy phát lực là thiết bị cung cấp động lực cho các máy móc khác, thường bao gồm các loại máy diesel, điện và nén khí Nguồn năng lượng cho các tổ máy này thường được cung cấp bởi động cơ đốt trong hoặc động cơ điện.
Máy vận chuyển: Để vận chuyển vật liệu và hàng hoá người ta phân ra:
- Máy vận chuyển ngang: hướng vận chuyển song song với mặt đất, di chuyển trên đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, đường không
- Máy vận chuyển theo phương đứng hay lên cao còn gọi là máy nâng chuyển: kích, tời, palăng, thang tải, cần trục, cổng trục
Máy vận chuyển liên tục là thiết bị chuyên dụng cho việc di chuyển vật liệu theo một dòng liên tục, với các hướng vận chuyển có thể là ngang, nghiêng hoặc thẳng đứng Các loại máy này bao gồm băng tải, gầu tải và vít tải, giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Máy làm đất bao gồm các thiết bị chuyên dụng phục vụ cho công việc thi công và khai thác tài nguyên như đất, đá, than và quặng Các loại máy này bao gồm máy đào đất, máy đào - chuyển và máy đầm đất, đóng vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng và khai thác.
Máy gia công đá: phục vụ cho việc nghiền, sàng phân loại và rửa đá, sỏi, quặng, cát
Máy phục vụ cho công tác bê tông và bê tông cốt thép: phục vụ việc trộn, vận chuyển bê tông và đầm bê tông
Máy gia công sắt thép: phục vụ cho việc cắt, uốn, kéo, hàn cốt thép
Máy gia cố nền móng: gồm các loại máy đóng cọc, ép cọc, khoan cọc nhồi, cắm bấc thấm
Các máy và thiết bị chuyên dụng cho thi công đường bộ, đường sắt và cầu bao gồm máy đặt ray, máy rải thảm và máy thi công lắp cầu Ngoài ra, còn có các thiết bị chuyên ngành như máy hoàn thiện, máy cắt mối bê tông, và máy sản xuất gạch, ngói, xi măng.
Ngoài các cách phân loại máy xây dựng đã nêu, còn có thể phân loại dựa trên nguồn động lực, bao gồm máy dẫn động bằng động cơ đốt trong, điện hoặc thuỷ lực Ngoài ra, máy xây dựng cũng được phân loại theo hình thức bộ di chuyển như bánh lốp, bánh xích hoặc bánh sắt Phương pháp điều khiển bộ công tác cũng là một yếu tố quan trọng, bao gồm cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặc điện từ.
Khi máy xây dựng hoạt động, chúng tạo ra các nguồn dao động có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, kết cấu chi tiết và tuổi thọ của thiết bị, cũng như ảnh hưởng đến mặt đường Tuy nhiên, một số loại máy xây dựng lại tận dụng nguồn kích thích dao động để phục vụ cho công việc hiệu quả hơn Do đó, việc nghiên cứu về dao động có ích và không có ích trong máy xây dựng là rất cần thiết.
Một số loại máy xây dựng sử dụng rung động để thực hiện công việc đặc thù, như máy đầm nén và máy rung trộn Dưới đây là một số thiết bị trong ngành xây dựng tận dụng dao động để nâng cao hiệu quả làm việc.
Máy đầm cóc, còn gọi là máy đầm nền hay máy đầm đất, là thiết bị quan trọng trong thi công nền móng cho các công trình xây dựng, giao thông và dân dụng Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hóa mô men xoắn từ động cơ đốt trong hoặc động cơ điện, thông qua hệ thống bánh răng dẫn động và cơ cấu tay quay thanh truyền.
Máy đầm cóc là thiết bị nhỏ gọn nhưng có công suất mạnh mẽ, chuyên dùng để nén chặt đất đá hoặc cốt liệu bê tông Được trang bị máy nổ xăng, máy hoạt động với cơ chế chuyển động lên xuống, tạo lực đầm mạnh mẽ tương tự như xe lu Với thiết kế nhỏ gọn, máy đầm cóc có thể hoạt động ở những khu vực mà xe lu không thể tiếp cận, bao gồm cả những bề mặt nghiêng dễ bị lật.
Máy đầm dùi là thiết bị xây dựng quan trọng, chuyên dùng để đầm nén bê tông xi măng trong các cấu kiện có hình dáng phức tạp, chiều dày lớn và diện tích nhỏ Với thiết kế gọn nhẹ và tính cơ động cao, máy có thể dễ dàng được xách tay và di chuyển đến mọi vị trí làm việc, giúp nâng cao hiệu quả thi công.
Hình 1.2 Hình ảnh mày đầm dùi
Nguyên lý hoạt động của máy đầm bê tông dựa vào động cơ điện hoặc động cơ xăng, truyền động qua trục mềm kết hợp với các trục lệch tâm hoặc trục lắc Sự chuyển động của các khối lượng lệch tâm tạo ra rung động với tần số cao, giúp đầm lèn bê tông hiệu quả.
Máy đầm đất là thiết bị thiết yếu trong các công trình xây dựng, cầu, đường và thủy lợi Quá trình đầm đất là bước cuối cùng trong công nghệ thi công đất, nhằm đảm bảo độ nén chặt cần thiết cho nền móng Sau khi đất được đào đắp, thường không đạt yêu cầu về độ bền, do đó việc đầm đất giúp tăng khối lượng riêng và độ bền chặt của đất Điều này giúp nền đất có khả năng chịu tải trọng tốt hơn, ngăn ngừa lún, nứt nẻ và chống thấm Để nền đất có thể chịu được tải lớn khi có ngoại lực tác động, cần phải thực hiện quá trình đầm nén tự nhiên hoặc nhân tạo.
Hiện nay, các loại máy đầm đều dựa trên ba phương pháp đầm đất cơ bản: đầm nén bằng lực tĩnh, đầm bằng rung động và đầm bằng lực động.
Có ba phương pháp đầm đất chính: Đầm nén bằng lực tĩnh, trong đó trọng lượng máy đầm truyền qua quả lăn cứng làm đất chặt lại với lực đầm không đổi Đầm đất bằng tải trọng động, nơi đất được nén nhờ động năng của quả đầm khi rơi, với lực tác dụng thay đổi theo thời gian Cuối cùng, đầm bằng rung động, khi máy đầm tạo ra dao động cho đất, giúp các hạt đất chuyển động và liên kết chặt lại, mặc dù tần số rung lớn nhưng năng lượng đầm nén lại nhỏ Xe lu được phân thành hai loại: Xe lu rung và Xe lu tĩnh.
Phân tích các hệ thống đệm cách dao động cabin xe lu rung XS120
Xe lu rung bánh đơn XS120, sản phẩm của hãng máy xây dựng Từ Châu, được thiết kế với hệ thống đệm cách dao động bằng vật liệu cao su Hệ thống này không chỉ bảo vệ cabin, động cơ, bơm và bánh lu mà còn mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Đệm cách dao động cao su có khả năng chịu mài mòn tốt, chống va đập và rung hiệu quả, đồng thời đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về môi trường như chịu dầu, nhiệt, hóa chất và chống lão hóa Nhờ khả năng dập tắt dao động ở tần số kích thích cao, đệm cao su là lựa chọn lý tưởng cho các máy công trình hoạt động trong vùng mỏ.
Hình 1.13 Đệm cách dao động trang bị trên xe lu rung bánh đơn
Hệ thống đệm cao su có nhược điểm khả năng dập tắt dao động ở tần số kích thích kém
Xe lu rung bánh đơn hoạt động dựa trên trọng lượng của chính nó kết hợp với dao động của bánh lu, sử dụng lực ly tâm từ quả văng để nén các bề mặt nền đến độ nén mong muốn Để giảm thiểu dao động truyền lên khung xe, cấu trúc của xe lu rung được trang bị hệ thống đệm cách dao động bằng cao su.
Để cải thiện sự êm ái cho người điều khiển, xe được trang bị đệm cách dao động cabin, giúp giảm thiểu dao động từ khung xe và bánh xe tác động lên người lái.
Hình 1.15: Đệm các dao động ca bin
Xe được trang bị các đệm cách ly động cơ và bơm nhằm giảm rung và tiếng ồn Luận văn này thực hiện mô phỏng và lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống đệm cách dao động của cabin xe lu rung bánh đơn XS120 của Trung Quốc.
Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế
Ngày nay, tiêu chí êm dịu là yếu tố quan trọng trong đánh giá xe ô tô và máy xây dựng Các nhà sản xuất đã nghiên cứu và thiết kế hệ thống treo, cabin và ghế ngồi để cải thiện tính êm dịu khi di chuyển Độ êm dịu của cabin ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả công việc và sức khỏe con người, đặc biệt là những người thường xuyên tiếp xúc với dao động Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước đã được công bố về tác động của dao động, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nâng cao trải nghiệm êm dịu trong các phương tiện vận chuyển.
1.4.1 Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới
Hoạt động xe lu rung đóng vai trò quan trọng trong việc nén nền đất sỏi đạt mật độ bề mặt mong muốn, thường được ứng dụng rộng rãi trong các công trình làm đường giao thông và xây dựng Trong quá trình thiết kế, mục tiêu của các nhà thiết kế là tối ưu hóa lực kích thích dao động cho bánh lu để đạt giá trị lớn nhất, đồng thời giảm thiểu dao động truyền lên cabin người lái Điều này đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, dẫn đến việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp nhằm giải quyết vấn đề này.
Công trình nghiên cứu R Anderegg, Dominik A von Felten, and Kuno
Kaufmann[15], công trình này trình phươn pháp điều khiển thông minh rung bánh lu để đạt được mật độ nén theo yêu cầu
Công trình của Patrick B Gorman và Michael A Mooney trình bày kết quả giám sát độ rung trong quá trình nén chặt vật liệu nền đàn hồi Những kết quả này hỗ trợ cho việc áp dụng hiệu quả giám sát thời gian thực trong quá trình nén chặt mặt nền của bánh lu.
Nghiên cứu của Norman W Facas đã phát triển một mô hình động học cho bánh lu với nến đất, đồng thời chỉ ra mối quan hệ giữa mật độ nền của các lớp đất nén và gia tốc rung của xe lu Kết quả đo độ cứng của nền nén được sử dụng làm cơ sở để xác minh tính chính xác của mô hình này.
Nghiên cứu của Paul J van Susante và các cộng sự đã phát triển mô hình động lực học cho bánh lu và khung xe trước của xe lu rung bánh đơn Mô hình này cho phép phân tích đặc tính động lực và độ cứng của các lớp nén liên quan đến tần số kích thích rung động của bánh lu.
Nghiên cứu của R Anderegg, Dominik A von Felten và Kuno Kaufmann trình bày phương pháp nén thông minh cho bánh lu, cung cấp cơ sở cho hệ thống điều khiển phản hồi linh hoạt của bánh lu.
Nghiên cứu của Ario Kordestani và các cộng sự đã phát triển mô hình không gian cho xe lu rung bánh đơn với 12 bậc tự do, bao gồm hệ thống treo ghế ngồi, hệ thống đệm cách dao động cabin và bánh lu Thí nghiệm đo dao động toàn xe được thực hiện trên nền đàn hồi dẻo, và kết quả thu được được sử dụng để kiểm chứng tính chính xác của mô hình động lực học của xe lu rung bánh đơn.
Tác giả phân tích ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo và đệm cách dao động đến độ êm dịu khi hoạt động của xe, dựa trên tiêu chuẩn ISO 2631.
Nghiên cứu của He Tingjun đã phát triển mô hình dao động 1/2 cho toàn xe và hệ thống đệm cách dao động cabin chủ động Kết quả cho thấy hệ thống đệm cách dao động cabin chủ động giảm đáng kể sự truyền động lên cabin so với hệ thống đệm cách dao động bị động.
1.4.2 Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam Đối với Việt Nam theo thống kê của các công bộ khoa học, thì độ êm dịu cabin xe ô tô nối chung và cabin máy xây dựng nói riêng đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Một số kết quả nghiên cứu của nhà khoa học trong nước những năm gần đây:
Công trình nghiên cứu Nguyễn Văn Liêm, Lê Văn Quỳnh, Nguyễn Khắc
Tuân[11]đưa ra được mô hình dao động không gian của xe tải hạng nặng với
Nghiên cứu đã xác định 13 bậc tự do và đưa ra 3 hàm mục tiêu để đánh giá ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo cabin trên xe tải hạng nặng Kết quả cho thấy ảnh hưởng của các thông số này đến độ êm dịu của cabin, từ đó đề xuất bộ thông số tối ưu cho hệ thống treo cabin nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Nghiên cứu của Bùi Quốc Vinh đã đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam và đưa ra những giải pháp cải thiện hiệu suất.
Trong luận án tiến sĩ của Đặng Việt Hà, tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo đến độ êm dịu của ô tô khách sản xuất tại Việt Nam Nghiên cứu tập trung vào các yếu tố như độ cứng của ghế ngồi, từ đó đề xuất các biện pháp thiết kế và bố trí ghế nhằm giảm thiểu tác động của dao động đến sức chịu đựng của hành khách.
Công trình của Lê Văn Quỳnh, Hoàng Anh Tấn và Nguyễn Khắc Minh đã đề xuất mô hình dao động không gian của động cơ trong toàn thể xe du lịch, nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo động cơ đến độ êm dịu khi ô tô di chuyển trên mặt đường ngẫu nhiên Kết quả phân tích cho thấy cả độ cứng và hệ số cản của hệ thống treo động cơ đều có tác động đáng kể đến độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Nghiên cứu của Lê Văn Quỳnh và Nguyễn Khắc Tuân đã phát triển mô hình dao động không gian cho xe lu rung bánh đơn nhằm phân tích tác động của hệ thống cách dao động cao su cabin đến độ êm dịu trong quá trình hoạt động Kết quả cho thấy hệ thống đệm cao su cabin có ảnh hưởng đáng kể đến sự thoải mái của người điều khiển Nghiên cứu cũng đề xuất bộ thông số tối ưu cho đệm cách cabin của xe lu rung bánh đơn.
Phân tích và lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
Các phương tiện giao thông, đặc biệt là máy xây dựng, khi hoạt động sẽ phát sinh dao động truyền lên cabin của người điều khiển, hành khách và hàng hóa Những dao động này, dưới dạng sóng cơ học, ảnh hưởng trực tiếp đến cơ thể con người, làm cho các bộ phận cơ thể dao động Hiện nay, có nhiều chỉ tiêu để đánh giá độ êm dịu của chuyển động phương tiện Dựa trên các tài liệu và nghiên cứu quốc tế, cùng với kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Kỹ thuật Bảo hộ Lao động Việt Nam, dưới đây là một số chỉ tiêu đánh giá quan trọng.
1.5.1 Tần số và gia tốc dao động
Tần số dao động xe con nằm trong khoảng n ` – 90 lần/phút đối với xe con; n0-120 lần/phút đối với xe vận tải;
Giá trị này được lấy theo tần số trung bình trung bình của gia tốc theo các phương X,Y,Z là
Các số liệu trên có thể được coi là gần đúng để đánh giá độ êm dịu trong chuyển động của ô tô, vì chúng dựa trên cơ sở dữ liệu thống kê.
1.5.2.Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI
Chỉ tiêu được thiết lập theo tiêu chuẩn công nghiệp Đức VDI-2057, trong đó độ êm dịu chuyển động được định nghĩa là cảm giác của con người, phản ánh qua nhiều thông số vật lý Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động đến con người, khái niệm “cường độ dao động KB” đã được đưa ra.
Cường độ dao động KB phụ thuộc:
Có 3 ngưỡng được dùng để đánh giá:
- KB= 20 giới hạn êm dịu
- KB= 50 giới hạn điều khiển
- KB= 125 giới hạn gây bệnh lý
* Cảm giác theo gia tốc và vân tốc dao động
Chỉ tiêu đánh giá cảm giác con người khi chịu dao động dựa vào hệ số đệm êm dịu chuyển động K Hệ số K này phụ thuộc vào tần số, gia tốc, vận tốc dao động, phương dao động (đứng và ngang), cũng như thời gian tác động lên cơ thể con người.
Hệ số K được xác định theo trị số biên độ gia tốc
Z hoặc bình phương trung bình
: tần số dao động (Hz)
Z c :bình phương trung bình của gia tốc( m s 2 ) k y : hệ số hấp thụ
Nếu K là hằng số, cảm giác dao động sẽ không thay đổi Khi con người nằm, hệ số K giảm xuống một nửa, làm cho việc chịu đựng dao động trở nên dễ dàng hơn Hệ số K càng nhỏ thì mức độ dễ chịu và độ êm dịu của ô tô càng cao Giá trị K = 0.1 tương ứng với ngưỡng kích thích, trong khi khi ngồi lâu trên xe, K dao động từ 10-25, và khi ngồi trong thời gian ngắn, K có thể đạt tới 63.
Hình 1.16 Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa
Các công thức và số liệu nêu trên phản ánh tác động lên con người dưới dạng hàm điều hòa Khi kích thích dao động được xem như hàm ngẫu nhiên, giá trị hệ số K sẽ được xác định theo công thức cụ thể.
Ki- hệ số độ êm dịu của thành phần thứ i n- số thành phần của hàm ngẫu nhiên
Giá trị của K có thể xác định bằng tính toán hoặc xác định bằng thực nghiệm
Hình 1.17 Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K
- Đánh giá cảm giác theo công suất dao động
Chỉ tiêu này được xây dựng dựa trên giả thuyết rằng cảm nhận của con người về dao động phụ thuộc vào mức độ công suất dao động mà họ nhận được.
Công suất trung bình truyền đến con người sẽ là: lim 1 ( ) ( ).
Trong đó: p(t)- Lực tác động lên con người khi dao động v- Vận tốc dao động
Số liệu thực nghiệm theo giá trị cho phép [Nc]
+ [Nc] = 0,2 0,3 (W) – tương ứng với cảm giác thoải mái
Giới hạn Nc = 6 10 (W) cho phép ô tô có tính năng thông qua cao, mang lại ưu điểm quan trọng là xem xét tác động đồng thời của dao động ở nhiều tần số và hướng khác nhau.
Năng lượng tổng cộng truyền đến con người có thể xác định như sau:
n i ci yi ci xi cci zci ci zi c K Z K Z K X K Y
Z c : gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua chân
Z cc : gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua ghế ngồi
Y c : gia tốc theo hướng ngang
Các số liệu cho thấy sự phức tạp trong cảm nhận dao động của con người, với kết luận rằng tác động truyền qua chân không tương đương với tác động truyền qua ghế ngồi Trong tư thế đứng, tác động dao động bị giảm thiểu do các khớp xương của chân Tuy nhiên, trong điều kiện hiện tại ở Việt Nam, việc đo đạc toàn bộ giá trị gia tốc theo ba phương X, Y, Z là rất khó khăn, do đó chỉ tiêu công suất được nêu ra chỉ mang tính chất tham khảo.
(1-5) b, Chỉ tiêu về độ êm dịu cho hàng hoá
Hiệp hội đóng gói Đức BFSV đã đưa ra chỉ tiêu về độ an toàn cho hàng hóa Dựa trên nghiên cứu của Mistchke về ảnh hưởng của dao động trên đường, ngưỡng an toàn cho hàng hóa đã được đề xuất.
- amax=3 m/s 2 giới hạn cảnh báo
- amax=5 m/s 2 giới hạn can thiệp
Giới hạn cảnh báo theo Mitschke, là tại đó hệ thống treo hoặc đường đã hỏng dến mức phải có kế hoạch sửa chữa
Giới hạn cảnh báo theo Mitschke, là tại đó đường đã hỏng nặng đến mức phải sửa chữa ngay
1.5.3 Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO
* Gia tốc bình phương trung bình
Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1, độ êm dịu của chuyển động ô tô được đánh giá thông qua gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng, dựa trên các nghiên cứu toàn cầu Gia tốc này được xác định bằng công thức cụ thể.
(1-6) trong đó: awz - Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng az - Gia tốc theo phương thẳng đứng theo thời gian
T - Thời gian khảo sát Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm dịu ô tô theo độ lệch gia tốc quân phương theo phương thẳng đứng ISO 2631-1 [12] dựa vào Bảng 1.1
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1 a WZ giá trị (m 2 /s) Cấp êm dịu
Tiêu chuẩn VBI2057 và ISO 2631-1 mang lại nhiều lợi ích trong việc phân tích và đánh giá dao động toàn bộ của xe Bằng cách sử dụng các mô hình dao động vật lý và toán học, cũng như phần mềm chuyên dụng như MATLAB, ADAMS và LMS, người dùng có thể xác định gia tốc dao động một cách chính xác theo miền thời gian và miền tần số Hiện nay, phương pháp này đã được các nhà khoa học trên toàn thế giới áp dụng để phân tích độ êm dịu của dao động trong các phương tiện giao thông.
* Thời gian mệt mỏi – giảm hiệu suất làm việc
Khi người điều khiển làm việc lâu dài trong môi trường có dao động và tiếng ồn, họ có thể cảm thấy không thoải mái, mệt mỏi và mắc các bệnh nghề nghiệp, dẫn đến hiệu suất làm việc giảm sút Để đánh giá mức độ mệt mỏi và ảnh hưởng đến năng suất lao động, tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997) đã đưa ra các thông số cụ thể, được xác định qua một công thức nhất định.
TFDZ = (4a1T0)/a2 wz, trong đó TFDO là thời gian mệt mỏi, ảnh hưởng đến hiệu suất lao động Các đại lượng av, awx, awy, awz đại diện cho gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi điều khiển, được tính theo tổng cộng các phương X, Y, Z.
+ Các hệ số a1 = 2.8 m/s 2 , a2 = 2 m/s 2 và T0 = 0.167 giờ theo tiêu chuẩn quy định
Trong luận văn này, tác giả sử dụng tiêu chuẩn ISO 2631-1 để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô Mục tiêu là phân tích ảnh hưởng và lựa chọn các thông số tối ưu cho đệm cách dao động cabin, nhằm nâng cao trải nghiệm lái xe và giảm thiểu rung động.
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu trong luận văn
Một mô hình dao động toàn xe đã được xây dựng để nghiên cứu các thông số của hệ thống đệm cách dao động cao su cabin khi xe hoạt động Mục tiêu là tối ưu hóa gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng của ghế ngồi và góc lắc dọc của cabin xe lu rung, từ đó tìm ra các thông số tối ưu nhằm nâng cao độ êm dịu cho người điều khiển Các nội dung chính trong luận văn sẽ được đề cập chi tiết dưới đây.
- Xây dựng mô hình dao động cho xe lu rung XS120;
- Mô phỏng và phân tích đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn;
- Tối ưu bộ thông số thiết kế trên xe lu rung
1.6.2 Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng mô hình dao động phẳng nhằm phân tích và tối ưu hóa các thông số của hệ thống đệm cách dao động cho cabin xe lu rung bánh đơn, với mục tiêu nâng cao độ êm dịu của cabin Đối tượng nghiên cứu là xe lu rung XS120, được sản xuất bởi tập đoàn máy xây dựng Từ.
Châu – Trung Quốc sản xuất
Kết luận chương
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về xe lu rung, phân tích ảnh hưởng tích cực và tiêu cực của dao động đến sức khỏe con người, từ đó khẳng định tính cấp thiết của đề tài Nội dung cũng nêu rõ đối tượng và phương pháp nghiên cứu, đồng thời thiết lập các tiêu chuẩn đánh giá tác động của dao động, làm cơ sở lý thuyết cho các phần tiếp theo.
Các phương pháp xây dựng mô hình dao độngvà nô phỏng
Theo thống kê từ các công trình khoa học về thiết lập mô hình và phân tích dao động được công bố trên tạp chí và kỷ yếu hội nghị, có ba phương pháp xây dựng chính được xác định.
Để xây dựng mô hình vật lý cho dao động của các phương tiện giao thông, chúng ta bắt đầu từ mô hình thực tế và các giả thiết cơ bản Tiếp theo, chúng ta áp dụng các phương pháp như phương trình Lagrange II, Newton-Euler, và nguyên lý D’Alembert kết hợp với nguyên lý hệ nhiều vật để thiết lập mô hình toán học Cuối cùng, việc phân tích số liệu hoặc sử dụng phần mềm máy tính sẽ giúp chúng ta mô phỏng và tối ưu hóa các thông số dao động theo sơ đồ hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 1
Phương pháp 1 cho phép phân tích dễ dàng ảnh hưởng của các yếu tố phi mô hình, bao gồm các thông số mô phỏng từ hầu hết các nhà sản xuất bảo mật, và yêu cầu thực hiện thí nghiệm để xác định lại các kết quả.
Phương pháp 2 bao gồm việc xây dựng mô hình 2D hoặc 3D dựa trên mô hình thực tế bằng các phần mềm thiết kế như Autocad, Pro-E, và Solidworks Sau khi hoàn thành mô hình, chúng ta chuyển sang các phần mềm phân tích thiết kế như Ansys và Adams Cuối cùng, chúng ta thiết lập các điều kiện biên để tiến hành mô phỏng và tối ưu hóa các thông số dao động theo sơ đồ hình 2.2.
Hình 2.2 Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 2
Phương pháp 2 có lợi thế trong việc dễ dàng xác định các thông số mô hình và thay đổi cấu trúc của nó Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là việc phân tích ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến trong hệ thống trở nên rất phức tạp.
Phương pháp 3 kết hợp hai phương pháp trước đó để tận dụng ưu điểm của chúng Khi nghiên cứu các yếu tố phi tuyến của cơ hệ, các nhà khoa học xây dựng các chương trình con dựa trên phương trình toán học mô tả đặc tính phi tuyến Sau đó, họ liên kết với các phần mềm phân tích như Ansys và Adams để tiến hành mô phỏng và phân tích thông số dao động.
Trong luận văn này, tôi đã chọn phương pháp 1 để xây dựng mô hình dao động, nhằm mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế đệm cách dao động cho cabin xe lu rung.
Xây mô hình dao động của xe lu rung bánh đơn
2.2.1 Giả thiết để thiết lập mô hình Ô tô nói chung và máy xây dựng nói riêng là một cơ hệ nhiều vật được liên kết với nhau Mô hình dao động được xây dựng phải thỏa mãn yêu cầu: sát với thực tế, đơn giản, dễ tính toán và kết quả thu được phải chính xác nhất
Mô hình dao động cần dựa trên một số giả thiết nhằm đơn giản hóa quá trình nghiên cứu và tính toán, trong khi vẫn giữ được tính tổng quát và độ chính xác của bài toán Những giả thiết này đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập mô hình.
*Hệ thống treo và đệm cách dao động
Hệ thống treo, đệm cách dao động cabin và đệm cách dao động bánh lu đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và giảm chấn, được xác định bởi hai thông số chính là độ cứng và hệ số cản.
- Bộ phận đàn hồi: lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí Nó được đặc trưng bằng một lò xo có độ cứng k
Bộ phận giảm chấn có vai trò quan trọng trong việc dập tắt các dao động, giúp duy trì sự ổn định cho hệ thống Hệ số cản c đặc trưng cho khả năng giảm chấn, thường được sinh ra từ các yếu tố như ma sát nội ngoại và lực thủy lực của hệ thống đệm.
- Liên kết giữa khung trước và khung sau được coi liên kết khớp quay
* Các vật có khối lượng và mô men quán tính đặc trưng:
Ghế ngồi của người điều khiển được xem như một vật thể có khối lượng ms, đặt tại trọng tâm của nó Tọa độ suy rộng của ghế ngồi biểu thị sự chuyển vị theo phương thẳng đứng zs.
Cabin được định nghĩa là một thanh phẳng cứng, có khối lượng đặt tại vị trí trọng tâm mc và mô men quán tính Ic Tọa độ suy rộng của cabin bao gồm chuyển vị thẳng đứng tại vị trí trọng tâm của thanh và góc lắc dọc φc.
Khung xe được chia thành hai phần chính: khung xe phía trước và khung xe phía sau, với khối lượng tập trung mff và mfr Momen quán tính của khung xe được xác định theo hai phương Iff và Ifr Tọa độ sung rộng chuyển vị theo phương thẳng đứng tại trọng tâm lần lượt là zff và zfr, trong khi góc lắc dọc của khung trước đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định và điều khiển xe.
- Lốp xe sau được coi bộ phận đàn hồi và được đặc trưng bởi độ cứng kt và hệ số cản ct
Bánh lu được xem là một vật có khối lượng tập trung tại vị trí trọng tâm md, với tọa độ suy rộng chuyển vị theo phương thẳng đứng tại vị trí trọng tâm là zd.
Khi xe hoạt động, mặt nền bánh lu tiếp xúc với nền đất sỏi đàn hồi, được đặc trưng bởi động cứng kse và hệ số cản cse Đồng thời, lốp xe cầu sau cũng tiếp xúc với mặt đường xấu một cách ngẫu nhiên.
Khi xe di chuyển đến công trường, sự kích thích dao động xảy ra do mấp mô của mặt nền cứng và điểm tiếp xúc Đặc trưng của hàm mấp mô mặt đường là yếu tố quan trọng cần xem xét.
- Coi vận tốc v=const khi xe di chuyển và hoạt động trên công trường
2.2.2 Mô hình dao động xe lu rung bánh đơn
Từ các giả thiết trên ta có mô mình dao động xe lu rung bánh đơn XS120 của hãng máy xây dựng Từ Châu- Trung Quốc, như hình 2.3
Hình 2.3: Sơ đồ hóa mô hình dao động xe lu rung c m e e
F =F sint e 0 z fr k d c d k t c t k cf c cf k cr ccr ks cs
Giải thích các đại lượng trong hình 2.3:
- ms:là khối lượng của người và bản thân ghế;
- zs: là chuyển vị theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển;
- ks, cs: độ cứng và hệ số cản hệ thống treo ghế ngồi người điều khiển;
- mc: khối lượng của cabin;
- kcf, kcr: lần lượt là độ cứng đệm cách dao động trước và sau của cabin;
- ccf, ccr: lần lượt hệ số cản đệm cách dao động trước và sau của cabin;
- φc: góc lắc dọc của cabin;
- zc : chuyển vị của cabin theo phương thẳng đứng;
- Ic: là mô men quán tính của cabin;
- mff: khối lượng khung xe phía trước;
- φff: góc lắc dọc của khung xe phía trước;
- zff: chuyển vị theo phương thẳng đứng của khung xe phía trước;
- Ifr: momen quán tính khung xe phía sau; mfr: khối lượng khung xe phía sau;
- φfr: góc lắc dọc của khung xe phía sau
- zfr: chuyển vị theo phương thẳng đứng của khung xe phía sau;
- kt: độ cứng của lốp xe;
- ct: hệ số cản của lốp xe;
- kd: độ cứng của hệ thống cách dao động bánh lu;
- cd: hệ số cản của hệ thống cách dao động bánh lu;
- md : khối lượng của bánh lu
- ω : vận tốc kích thích dao động
- zd : chuyển vị theo phương thẳng đứng của bánh lu
- Fe=F0sint: lực kích thích dao động cho bánh lu Trong đó: F0: biên độ của lực kích thích; =2f: tần số góc của lực kích tích; f: tần số kích thích
- qd, qt: biểu dẫn hàm mấp mô mặt đường bánh lu và các bánh xe phía sau
- li: khoảng cách, i: là chỉ số
-v: vận tốc chuyển động của bánh lu
2.2.3 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động
Dựa vào mô hình dao động, các phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ được sử dụng để khảo sát và lựa chọn thông số thiết kế cho hệ thống treo Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết lập phương trình vi phân cho chuyển động của cơ hệ, bao gồm phương trình Lagrange loại II, nguyên lý D’Alambe, nguyên lý Jourdain và phương trình Newton – Euler Để thuận tiện cho việc mô phỏng bằng máy tính, nguyên lý D’Alambe kết hợp với lý thuyết hệ nhiều vật được áp dụng để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe.
Dựa trên cơ sở hệ nhiều vật, các vật được tách ra khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Tiếp theo, nguyên lý D’Alembert được áp dụng để thiết lập hệ phương trình cân bằng cho từng vật trong cơ hệ, sau đó liên kết chúng thông qua các quan hệ lực và momen.
: là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật
: là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật
Mô hình dao động của cơ hệ gồm các vật sau :
+ Vật 1Ghế ngồi và trọng lượng của người điều khiển
+ Vật 3 Phần thân xe sau
+ Vật 4 Phân thân xe trước
* Phương trình vi phân mô tả dao động của ghế ngồi
Theo lý thuyết hệ nhiều vật, chúng ta tách liên kết của ghế khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Sơ đồ lực tác dụng lên ghế được thể hiện trong hình 2.4.
Hình 2.4 Sơ đồ lực tác dung lên ghế ngồi
* Phương trình cân bằng lực s s s m z F (2-2)
Trong đó: Fs = Fks + Fcs
- Lực đàn hồi : F ks k s z s z cs (2-3)
- Lực giảm chấn : F cs c s z s z cs (2-4)
*Phương trình vi phân mô tả dao động của cabin
Chúng ta tách liên kết của vật trong cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Hình 2.5 minh họa sơ đồ lực và mô men tác động lên cabin m s z s.
F cr = F kcr + F ccr F qtc F c = F kcf + F ccf
- Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cabin:
- Phương trình momen: c c cr c 2 cf c 1 s
+ Lực tác dụng ghế xuống ca bin s ks cs
+ Lực tác dụng đệm cách dao động lên ca bin cr kcr ccr cf kcf
- Lực đàn hồi đệm cách dao động
- Lực giảm chấn đệm cách dao động:
Với zcr và zcf, chúng ta đề cập đến chuyển vị ở hai đầu mút bên trái và bên phải của cabin, trong khi zcs là chuyển vị của ghế theo cabin Các chuyển vị theo phương thẳng đứng zfcr và zfcf có mối liên hệ chặt chẽ với chuyển vị tại trọng tâm cabin zc và chuyển vị góc φc.
. cr c c c cf c c c cs c c z z l tg z z l tg z z l tg
Vì chuyển vị góc φc quá nhỏ do vậy tg φc φc Khi đó (2-8) trở thành:
Thay công thức (2-8), (2-10), (2-11), (2-12 vào phương trình (2-6), (2-7), ta có + Phương trình cân bằng lực:
[ ( ) ( )] c c c s s c c s s c s c cr c c c fcr cr c c fcr c cf c c c fcf cf c c fcf m z k z z l c z z l k z l z c z l z k z l z c z l z
[ ( ) ( + )]. c c cr c c c fcr cr c c fcr c c cf c c c fcf cf c c fcf c c s s c c s s c s s
*Phương trình vi phân mô tả dao động của khung trước
Mô phỏng và thảo luận
Dựa trên lý thuyết thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe, chúng tôi tiến hành giải hệ phương trình tổng quát với các lực kích thích tác động lên khung trước và khung sau Việc giải hệ phương trình vi phân này có thể thực hiện bằng nhiều thuật toán và công cụ phần mềm máy tính khác nhau.
Thuật toán này gồm 2 nhóm:
Nhóm 1 áp dụng các điều kiện ban đầu để tính toán trực tiếp các chuyển vị và đạo hàm ngay từ bước đầu tiên Kết quả này sau đó được sử dụng làm điều kiện đầu vào cho các bước tiếp theo Các thuật toán được sử dụng bao gồm khai triển Taylor, khai triển Darbu – Obreskov và phương pháp Euler – Kosi.
Nhóm 2 bao gồm các thuật toán như Adam, Houlbolt và Wilson, trong đó để tính giá trị giả bước xi+1, cần biết các giá trị gần đúng ở các bước x, xi-1 và xi+1 (tổng cộng K+1 giá trị) Do đó, trong k bước đầu, cần sử dụng các thuật toán từ nhóm 1 để thực hiện tính toán Mặc dù có nhược điểm này, nhưng thời gian tính toán có thể được rút ngắn, giúp cải thiện hiệu quả tổng thể.
Công cụ phần mềm máy tính:
Phương pháp đầu tiên để mô phỏng dao động là sử dụng các phương trình toán học, kết hợp với các phần mềm ứng dụng như Matlab/Simulink, Matt Lable và ngôn ngữ lập trình C++ nhằm giải quyết các phương trình vi phân.
Phương pháp 2 sử dụng các kết cấu CAD để mô tả dao động thông qua các phần mềm ứng dụng như ANSYS, ADAM, và Simpact Sau đó, các thuộc tính của các phần tử được khảo sát sẽ được định dạng một cách chi tiết.
+ Phương pháp 3: kết hợp 2 phuơng pháp trên, kết nối các phần mềm ứng dụng với nhau
Trong luận văn này, tác giả áp dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng và tính toán, dựa trên hai hàm mục tiêu là gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển (awsz) và gia tốc bình phương góc lắc dọc cabin (aw), cùng với các điều kiện ràng buộc Mục tiêu là tìm ra các thông số tối ưu cho các đệm cách dao động của cabin xe, nhằm cải thiện hiệu suất khi xe hoạt động trong các điều kiện làm việc khác nhau.
2.3.1 Mô phỏng Để giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động của toàn xe, phần mềm Matlab/Simulink được sử dụng mô phỏng và tính toán các hàm mục tiêu khi xe hoạt động điều kiện khác nhau với thông số mô phỏng của xe lu rung bánh đơn XS120 do tập đoàn XCMG của Từ Châu Trung Quốc sản xuất[25]
Bảng g 2.2 Bảng thông số thiết kế xe lu rung
Thông số Giá trị Thông số Giá trị ms/kg 0.085ì103 cd/(Nãsãm-1) 2.9ì103 mc/kg 0.891ì103 kt/(Nãm-1) 0.5ì106 mff/kg 2.822ì103 ct/(Nãsãm-1) 0.4ì104 mfr/kg 4.464ì103 kcr/(Nãm-1) 0.703ì106 md/kg 4.378ì103 ccr/(Nãsãm-1) 0.5ì104
F0/N (0.28/0.19) ì106 kff/(Nãm-1) 0.703ì106 f/Hz 30/35 cff/(Nãsãm-1) 0.5ì104 ks/(Nãm-1) 1.2ì104 ls/m 0.383 cs/(Nãsãm-1) 1.2ì102 lc1/m 0.383 kd/(Nãm-1) 3.98ì106 lc2/m 0.24 ld/m 1.5 lt/m 1.51 lt1/m 1.01 lt2/m 0.5
Mô hình tổng thể mô phỏng trong Matlab/Simulink nhằm giải phương trình vi phân (2-27) được trình bày trong hình 2.14 Hình ảnh này bao gồm các khối như ghế ngồi người lái, cabin, khung xe trước và sau, bánh lu, đường, cùng với các khối thể hiện lực đàn hồi và lực cản.
Hình 2.14 Sơ đồ mô phỏng tổng thể mô phỏng Matlab/Simulink
2.3.2 Đánh giá kết quả a) Điều kiện 1: khi xe di chuyển đến công trường
Xe di chuyển trên mặt đường ISO cấp D với vận tốc 6 km/h, trong khi các thông số khác được giữ cố định Phần mềm MATLAB/Simulink được sử dụng để mô phỏng quá trình này.
Hình 2.15 Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển
Hình 2.16 Gia tốc bình phương góc lắc dọc cabin tại vị trí trọng tâm cabin
Theo kết quả nghiên cứu, gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi theo phương đứng đạt giá trị 2,69 m/s², phù hợp với tiêu chuẩn ISO 2631-1 bảng 1.1 Điều này cho thấy người điều khiển sẽ có cảm giác thoải mái khi sử dụng xe nguyên bản.
Xe làm việc trên công trường di chuyển với vận tốc 3 km/h, nén tần số thấp f (Hz) trên mặt nền đàn hồi có độ cứng ksed 40000 N/m và hệ số cản csep 000 N.s/m Bánh xe phía sau tiếp xúc với mặt nền tuyệt đối cứng theo tiêu chuẩn ISO cấp E.
Hình 2.17 Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển khi xe nén tần số thấp
Hình 2.18 Gia tốc bình phương góc lắc dọc cabin tại vị trí trọng tâm cabin khi xe nén tần số thấp
Dựa trên kết quả hình 2.17, chúng ta có thể xác định gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi theo phương đứng và góc lắc dọc cabin bằng công thức 1.6 Giá trị gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi theo phương đứng của xe nguyên bản được xác định từ các tính toán này.
G ia t óc g oc m /s 2 awzs=0,97 m/s 2 đối chiếu tiêu chuẩn ISO2631-1 bảng 1.1, thì người điều khiển có cảm giác không thoải mái khi xe hoạt động điều kiện.
Kết luận chương 2
Chương này đã đạt được ba kết quả quan trọng: (1) xây dựng mô hình dao động của xe; (2) thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động cơ hệ dựa trên nguyên lý D'Alembert kết hợp với nguyên lý cơ hệ nhiều vật; và (3) phân tích các dạng kích thích mặt đường, đồng thời chọn hàm kích thích dao động mặt đường ngẫu nhiên Những kết quả này tạo nền tảng lý thuyết cho việc mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo xe lu rung.
