Phân tích dao động xe bt có hệ thống treo khí nén tác dụng mặt đường ngẫu nhiên

Tạp chí Phát t riển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(SI2):SI186-SI191 Bài nghiên cứu Open Access Full Text Article Phân tích dao động xe bt có hệ thống treo khí nén tác dụng mặt đường ngẫu nhiên Trần Hữu Nhân* TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Mơ hình động lực học dạng 14 tơ sử dụng để phân tích dao động tác dụng mặt đường ngẫu nhiên với cấp độ mặt đường khác Mơ hình tốn học mơ tả mấp mô mặt đường sử dụng cho phép thay đổi chủng loại mặt đường khảo sát cách chọn lựa thông số mật độ phổ công suất tương ứng cấp đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 Các mấp mô mặt đường ngẫu nhiên khảo sát miền tần số từ đến 50(Hz) Thông số độ cứng phận đàn hồi khí nén hệ số giảm chấn phận giảm chấn xác định sở tham khảo thông số xe thực tế thiết kế chế tạo Biên độ biến thiên chuyển vị tương đối hệ thống treo miền khảo sát nhỏ, độ cứng phận đàn hồi sử dụng tính tốn số khơng đổi Các kết tính tốn thu tương ứng với cấp độ mấp mô mặt đường khác bao gồm thông số chuyển vị gia tốc Chuyển vị tương đối thông số giúp đánh giả khả đảm bảo an toàn làm việc hệ thống treo Gia tốc sử dụng để đánh giá độ êm dịu xe Kết tính tốn phân tích làm sở đánh giá ảnh hưởng thông số độ cứng phận đàn hồi điều kiện mặt đường đến độ êm dịu xe, làm sở để thay đổi độ cứng phận đàn hồi phù hợp thông qua việc điều chỉnh áp suất theo chủng loại chất lượng mặt đường Từ khố: Dao động tơ, biên dạng mặt đường ngẫu nhiên, hệ thống treo khí nén GIỚI THIỆU Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Liên hệ Trần Hữu Nhân, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Email: thnhan@hcmut.edu.vn Lịch sử • Ngày nhận: 30-8-2019 • Ngày chấp nhận: 10-3-2021 • Ngày đăng: 07-5-2021 DOI : 10.32508/stdjet.v3iSI2.576 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license Với yêu cầu ngày cao thị trường độ êm dịu dòng xe vận tải hành khách thiết kế sản xuất nước nay, hệ thống treo khí nén thiết kế sản xuất lắp ráp xe ngày nhiều Với hệ thống treo khí nén, áp suất bầu khí nén trực tiếp ảnh hưởng đến thông số độ cứng phận đàn hồi hệ thống treo Do vậy, việc tính tốn phân tích dao động tơ bt có phận đàn hồi dạng bầu khí nén có vai trị quan trọng góp phần cải tiến thiết kế làm tăng độ êm dịu xe Độ êm dịu đoàn xe chuyển động với biên dạng mấp mơ ngẫu nhiên mặt đường tính tốn mơ hình động lực học hệ nhiều vật liên kết Các mơ hình tính tốn dao động tơ, chương trình xử lý số liệu đo đạc, tính tốn thơng số hệ thống treo thực 2,3 Tuy nhiên, vấn đề tính tốn cụ thể với chủng loại xe buýt hoạt động theo điều kiện đường nước ta, để phân tích trọn vẹn khác biệt thơng số độ cứng phận đàn hồi đến độ êm dịu xe chưa thực Vì vậy, báo thông số đánh giá độ êm dịu xe tính tốn với thơng số độ cứng phận đàn hồi khác tác dụng biên dạng ngẫu nhiên mặt đường theo cấp độ khác Kết làm sở để thiết kế cải tiến hệ thống treo nâng cao độ êm dịu cho dòng xe buýt nói riêng chủng loại xe khác nói chung PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN Mơ hình động lực học hệ thống treo tơ Mơ hình động lực học hệ thống treo ô tô tác dụng mấp mơ mặt đường thể Hình Hình 1: Mơ hình động lực học hệ thống treo Mơ hình 14 gồm phần khối lượng treo m, liên kết với hệ thống treo gồm phận đàn hồi có độ cứng Trích dẫn báo này: Nhân T H Phân tích dao động xe bt có hệ thống treo khí nén tác dụng mặt đường ngẫu nhiên Sci Tech Dev J - Eng Tech.; 3(SI2):SI186-SI191 SI186 Tạp chí Phát t riển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(SI2):SI186-SI191 k, phận giảm chấn có hệ số giảm chấn c Phương trình động lực học mơ tả chuyển động hệ viết dạng : mx + cx + kx = cy + ky (2.1) Có thể viết dạng khác sau: mz + cz + kz = −my (2.2) với: z = x − y biến chuyển vị tương đối Biến x chuyển vị tuyệt đối phần khối lượng treo, y chuyển vị tương đối mấp mô mặt đường tác dụng Dạng đường mấp mô ngẫu nhiên Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608, tiêu chuẩn ISO 8608 mô tả phương pháp thống để trình bày phân tích liệu thu từ q trình đo thực nghiệm mấp mô mặt đường theo phương thẳng đứng điều kiện khác như: Đường phố, đường cao tốc hay đường địa hình phức tạp Tiêu chuẩn nêu phương pháp để đánh giá chất lượng loại đường dựa mật độ phổ công suất ϕ (Ω) Theo tiêu chuẩn ISO 8608 mấp mô mặt đường, mật độ phổ công suất mấp mô mặt đường theo phương thẳng đứng cho phương trình : ( )−w Ω (2.3) ϕ (Ω) = ϕ (Ω0 ) Ω0 đó: Ω = 2π /L: tần số sóng mặt đường, [rad /m] ; ϕ0 = ϕ (Ω0 ), [m2 /rad/m]: giá trị mật độ phổ công suất tần số mẫu Ω0 = [rad/m] w: độ giảm biên độ Theo tiêu chuẩn ISO 8608, mặt đường có mấp mơ ngẫu nhiên phân chia thành loại khác ký hiệu từ A đến E Với gía trị độ giảm biên độ w=2, loại mặt đường định nghĩa giá trị tham chiếu ϕ0 , Cụ thể theo Bảng 1, Biên dạng mấp mô ngẫu nhiên mặt đường tính tốn xấp xỉ cộng tác dụng nhiều (N → ∞) sóng hình sin, theo (2.4), zR (s) = ∑N Ai sin (Ωi s − ψi ) (2.4) đó: Ai : biên độ sóng hình sin Ωi : tần số sóng mặt đường ψi : góc lệch pha, tập hợp ngẫu nhiên khoảng từ 0÷2π Biên độ sóng hình sin xác định theo (2.5), có giá trị phổ công suất theo (2.3), √ (2.5) Ai = 2ϕ (Ωi ) △Ω, i = ÷ N với số sóng Ωi chọn giá trị tương ứng với N khoảng bước chia giá trị △Ω SI187 THƠNG SỐ TÍNH TỐN Độ cứng phận đàn hồi Thơng số đặc tính chuyển vị phận đàn hồi bầu khí nén biến thiên theo tải trọng tác dụng giá trị áp suất 5,57 (bar), xác định sở tham khảo xe thực tế Xử lý số liệu thực nghiệm, nội suy đa thức cho ta kết mối quan hệ độ cứng bầu khí nén biến thiên phi tuyến so với chuyển vị Trong khoảng biến thiên chuyển vị ±0,05(m), độ cứng phận đàn hồi không đổi, giá trị xem giá trị tuyến tính độ cứng, k_linear =118056,08 (N/m) Hệ số giảm chấn Biến thiên vận tốc giá trị lực đo đạc được tham khảo theo liệu tham khảo xe thực tế Giá trị lực hai trường hợp dãn nén biến thiên theo vận tốc theo số liệu thực nghiệm nội suy đa thức Trong đó, mơ hình tuyến tính mơ tả biến thiên lực theo vận tốc tính tốn thể Do vậy, giá trị hệ số giảm chấn tuyến tính trường hợp dãn nén hệ góc đường tuyến tính tương ứng Giá trị hệ số giảm chấn tuyến tính chọn giá trị trung bình trường hợp dãn nén: c_linear =20610,21 (Ns/m) Thông số khối lượng Xét với trường hợp xe đầy tải, ta xác định phần tử khối lượng cho mơ hình 41 cho cầu trước (m f = 1942,5 kg) sau (mr = 3580 kg), giá trị phần tử khối lượng cầu sau gần lần so với cầu trước, đồng thời với thực tế thiết kế xe cầu sau với bầu khí nén giảm chấn Do vậy, ta cần chọn xét mơ hình cho cầu trước để thực tính tốn, với phần tử khối lượng khơng treo chọn khoảng 10% khối lượng treo, hay ms f = 0,9m f = 1748,3 (kg) Thông số khảo sát Mặt đường chọn loại đường nhựa tốt loại A có tần số mặt đường từ 0,5÷50 (Hz) ; w = 2,1 ϕ0 = 4.8 ∗ 10−7 , Để khảo sát ảnh hưởng thông số đàn hồi giảm chấn hệ thống treo, ta giả định điều chỉnh áp suất bầu khí nén góc đặt giảm chấn để có thơng số giả định trên, cụ thể: • Ta chọn giả định giảm chấn có thơng số c_assumed = 0,5*c_linear, tương ứng tỉ lệ giảm chấn ξ = 0,36 • Độ cứng phận đàn hồi giả định k_assumed = 0,75*k_linear, tương ứng tần số riêng fn = 1, 15(Hz) Tạp chí Phát t riển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(SI2):SI186-SI191 Bảng 1: Phân loại cấp mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 Cấp đường ϕ0 = ϕ (Ω0 ) (m2/rad/m) x10-6 Khoảng biến thiên A (Rất tốt)