ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LMS TEST.LAB ĐÁNH GIÁ RUNG ĐỘNG, TIẾNG ỒN XE BUÝT THACO CITY B60

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - VOL 17, NO 11, 2019 33 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LMS TEST.LAB ĐÁNH GIÁ RUNG ĐỘNG, TIẾNG ỒN XE BUÝT THACO CITY B60 APPLICATION OF LMS TEST.LAB SOFTWARE IN ORDER TO EVALUATE VIBRATION, NOISE IN B60 CITY BUS THACO Trần Thanh Hải Tùng1, Trần Thanh Thái2 Đại học Đà Nẵng; haitung@ac.udn.vn HVCH khóa 2018-2019, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; thanhthai0101@gmail.com Tóm tắt - Ở nước ta kinh tế, xã hội ngày phát triển, nhu cầu lại người dần tăng lên, với ngành cơng nghiệp ô tô không ngừng phát triển Đặc biệt, xe buýt công cộng ngày trọng đầu tư để nâng cao chất lượng vận tải hành khách, giảm ô nhiễm môi trường Tại Công ty Bus Thaco công tác kiểm nghiệm chất lượng yếu tố quan tâm hàng đầu Vì vậy, cơng tác đánh giá rung - ồn xe buýt Thaco City B60 vấn đề cấp thiết Trong báo trình bày kết thực nghiệm đánh giá rung động, tiếng ồn xe buýt Thaco City B60 Dựa kết thực nghiệm để phân tích đề biện pháp cải tiến giảm rung động, tiếng ồn nhằm nâng cao chất lượng, rút ngắn thời gian nghiên cứu phát triển sản phẩm đồng thời nâng cao khả cạnh tranh doanh nghiệp Abstract - In our country, the economy and society are growing rapidly, the demand for human transportation gradually increases As a result, the automobile industry is also constantly developing In particular, public buses are increasingly focused on investment in order to upgrade passenger transport quality as well as minimizing environmental pollution At Bus Thaco, quality testing is a factor that is on the top priority Therefore, the vibration and noise assessment – B60 City Bus Thaco is an urgent issue This article reports the experimental results of vibration and noise of vehicle based on an introduction of theoretical, empirical basis, measurement analysis and improvement of vibration and noise issues of vehicle, to minimize product development time as well as improve the competitiveness of businesses as well Từ khóa - Phần mềm LMS; tiếng ồn; rung động; xe buýt Thaco City B60; Cải tiến Key words - LMS Software; noise; vibration; B60 City Bus Thaco; improve Giới thiệu Nghiên cứu đánh giá rung động, tiếng ồn xe phần mềm LMS Test.Lab 2.1 Tiêu chuẩn đánh giá ảnh hưởng rung động Việc đánh giá ảnh hưởng rung động xe sức khỏe ngườiđược quy định tiêu chuẩn ISO 2631 TCVN 6964 [1] Tiêu chuẩn xác định rõ mức độ thoải mái cảm nhận người ngồi ghế hành khách thông qua giá trị RMS (giá trị gia tốc rung động hiệu dụng), MTVV (giá trị gia tốc rung động tức thời lớn khoảng thời gian nghiên cứu t0) VDV (giá trị gia tốc rung động trung bình bình phương tích lũy theo thời gian) Giá trị RMS xác định qua gia tốc rung động [m/s2] theo thời gian biểu thức: Nâng cao chất lượng xe buýt theo hướng tiện nghi, an toàn nội dung quan trọng, cấp thiết để phát triển giao thông công cộng, góp phần giải tình trạng ùn tắc giao thơng thành phố lớn Trong đó, vấn đề rung động, tiếng ồn nhân tố ảnh hướng lớn đến mức độ tiện nghi an toàn xe Hiện nay, giới đa số nghiên cứu, tính tốn, thực nghiệm rung động, tiếng ồn xe chủ yếu thực hãng ôtô lớn đầu tư mạnh cho phần mềm, thiết bị Ở nước ta chưa có nghiên cứu thực nghiệm rung động, tiếng ồn ô tô thực Đối với doanh nghiệp ô tô nước chưa tập trung vào vấn đề chi phí nghiên cứu lớn thời gian phát triển sản phẩm dài Việc phân tích, đánh giá rung động, tiếng ồn xe buýt Thaco City B60 có ý nghĩa khoa học thực tiễn nhằm tạo phương pháp thực nghiệm, phân tích cải tiến để giảm rung động, tiếng ồn xe buýt thiết kế chế tạo nước Bài báo giới thiệu nguồn rung động tiếng ồn ô tô, sử dụng thiết bị phần mềm LMS Test.Lab để đánh giá mức độ rung động, tiếng ồn Trên sở kết đo thực nghiệm, nhóm tác giả tiến hành phân tích xác định nguyên nhân gây rung, ồn Từ đó, tiến hành cải tiến thay đổi kết cấu, độ cứng khung xương xe nhằm giảm thiểu rung, ồn khoang hành khách, đáp ứng mức cao thoải mái theo tiêu chuẩn THACO Kết trước sau cải tiến kiểm chứng cách đo đạc thực nghiệm rung động, tiếng ồn vị trí khác khoang khách 𝑎𝑤 = 𝑇 [ ∫0 𝑎𝑤 (𝑡)𝑑𝑡] 𝑇 (1) Trong đó: aw(t): Gia tốc rung động chuyển động theo thời gian [m/s2], T: Khoảng thời gian đo [s] Để đáp ứng theo tiêu chuẩn ISO 2631-1: 1997, doanh nghiệp có yêu cầu riêng mức độ rung động sàn xe Theo tiêu chuẩn công ty Thaco rung động sàn xe City Bus bảng1 Bảng Tiêu chuẩn Thaco rung động sàn xe City Bus Rung sàn xe Đơn vị Xe đứng yên động không tăng tốc ≤2 mm/s Xe đứng yên động tăng tốc ≤3 mm/s Chế độ vận hành 2.2 Tiêu chuẩn đánh giá ảnh hưởng tiếng ồn Dựa vào mức đánh giá cường độ ồn kết tính tốn, mơ dịng xe Các công ty lớn 34 Trần Thanh Hải Tùng, Trần Thanh Thái giới xây dựng riêng cho tiêu chuẩn đánh giá tiếng ồn ô tô Tương tự, công ty Thaco đưa tiêu chuẩn đánh giá độ ồn xe City Bus động đặt sau trình bày Bảng Bảng Tiêu chuẩn Thaco độ ồn khoang khách Vị trí Chế độ vận hành Yêu cầu kỹ thuật Đơn vị Đầu xe Cuối xe Đầu xe Cuối xe Xe đứng yên, động nổ không tải, khơng có điều hịa ≤68 dBA Xe đứng n, động nổ khơng tải, có điều hịa ≤70 dBA 2.3 Thực nghiệm đo xử lý kết đo 2.3.1 Giới thiệu xe thực nghiệm Tổng thể xe thực nghiệm Thaco City B60, mơ tả Hình [2], [3], [4] Hình Sơ đồ khối thiết bị LMS [8] Thiết bị bao gồm cảm biến thu nhận tín hiệu rung động tiếng ồn, thơng qua dây nối truyền tín hiệu đến thu nhận Scadas Bộ thu nhận khếch đại tín hiệu truyền máy tính cài đặt phần mềm LMS Test.Lab Từ liệu thu ta tiến hành phân tích, đánh giá kết thử nghiệm thơng qua vận tốc dao động áp suất âm nhận + Cảm biến gia tốc ba phương Hình Tổng thểxe buýt Thaco City B60 Bảng Thông số kỹ thuật xe thực nghiệm [5], [6], [7] Danh mục Xe thực nghiệm Động Tên động WP4.6NQ220E40 Loại động Diesel kỳ, xilanh thẳng hàng, có tubo tăng áp Hình Cảm biến gia tốc phương [8] Cảm biến gia tốc phương dùng để đo gia tốc, rung động máy đo đồng thời rung động theo ba phương Vì vậy, ta dễ dàng so sánh mức độ rung động phương với Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến gia tốc ba phương Cảm biến gia tốc phương 4588 Tên 105x118 STT 18÷1 Tín hiệu thu nhận Cơng suất cực đại (Ps(Kw)/rpm) 220(162)/2600 Độ nhạy Momen xoắn cực đại (N.m/rpm) 800/1200-1800 Nhiệt độ đo Dung tích xilanh (cc) Đường kính hành trình piston (mm) Tỷ số nén Truyền động Kiểu loại Ly hợp Đường kính ngồi (mm) Tên Hộp số Cầu sau Chủ động Loại Các thông số Giá trị ICP 100mV/pa -55°C ÷ (+125°C) + Cảm biến âm (Microphone) Đĩa đơn, ma sát khô, dẫn động thủy lực, trợ lực khí nén 395 5DS80TA Số sàn, số tiến, số lùi Tỷ số truyền ih1 = 6,72; ih2= 4,03; ih3= 2,42; ih4= 1,54; ih5= 1; iR= 5,48 Khối lượng cho phép(kg) 6000 Tỷ số truyền 4,11 2.3.2 Giới thiệu thiết bị thực nghiệm Sơ đồ hệ thống thiết bị phần mềm thử nghiệm thể Hình Hình Cảm biến âm Cảm biến âm sử dụng việc đo, phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng tiếng ồn đến đến hành khách ngồi xe, từ tìm nguồn gây ồn đề TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - VOL 17, NO 11, 2019 xuất phương án khắc phục 35 + Ở chế độ động tăng tốc có bật điều hịa: Bảng Các thông số kỹ thuật cảm biến âm Tên Cảm biến âm STT Các thông số Giá trị Độ nhạy 0.001mV/pa Tín hiệu thu nhận ICP Sai số ±0,06 dB Nhiệt độ đo -30°C ÷ (+70°C) Rung động âm đánh giá qua giá trị vận tốc dao động áp suất âm thanh: + Rung động vị trí sàn xe đánh giá thông qua vận tốc rung trung bình phương vị trí theo công thức [9], [10] Vtb = v12 + v22 + v23 (mm/s) (2) Vtb: vận tốc trung bình bình phương v1: vận tốc trung bình theo phương x v2: vận tốc trung bình theo phương y v3: vận tốc trung bình theo phương z + Tiếng ồn vị trí khoang khách đánh giá thơng qua mức áp suất âm trung bình vị trí theo công thức [9], [10] Với: 𝑃𝑟𝑚𝑠 = √ (𝑃12 + 𝑃22 + … + 𝑃𝑁2 )(dBA) 𝑁 (3) Với: P1, P2 PN áp suất âm thành phần 2.3.3 Kết thực nghiệm Lắp đặt cảm biến đo rung sàn xe cảm biến đo ồn ghế khách vị trí ghế tài, ghế ghế cuối xe Thời gian để thu thập số liệu đánh giá 30 giây Sau kết thúc trình đo, ta thu kết rung động tiếng ồn sau: a Kết rung động + Ở chế độ động nổ khơng tải có bật điều hịa khơng bật điều hòa, kết đo rung cảm biến gia tốc Bảng Bảng Kết đo rung động động nổ khơng tải Có bật điều hịa Khơng bật điều hịa Tổng Tổng Trung Vị Phương Trung bình đo phương phương bình trí (mm/s) (≤2mm/s) (mm/s) (≤2mm/s) X 0,37 0,6 Sàn 1,57 1,25 Y 0,97 0,83 ghế tài Z 0,7 1,2 X 0,38 0,58 Sàn 2,59 Y 0,45 1,87 0,9 ghế Z 1,78 2,36 X 0,35 0,63 Sàn 2,3 1,21 Y 0,85 1,52 ghế cuối Z 0,79 1,6 Dựa vào bảng kết ta thấy, vị trí sàn cuối xe bật điều hịa khơng đạt so với tiêu chuẩn Thaco (2mm/s) Hình Đồ thị giá trị rung động chế độ tăng tốc có điều hịa- cuối xe Cuối xe rung động mạnh theo phương Z, đặc biệt số vòng quay động 2124vòng/phút vận tốc rung đạt giá trị 5,88mm/s lớn nhiều so với yêu cầu (≤3mm/s) b Kết tiếng ồn + Chế độ động nổ khơng tải có bật khơng bật điều hòa: Bảng Kết đo tiếng ồn Độ ồn (dBA) TT Vị trí Có bật điều hịa Khơng bật điều hịa Khơng tải Tăng tốc Khơng tải Tăng tốc Ghế tài xế 65,97 67,55 61,52 65,89 Ghế xe 68,45 68,68 62,11 65,95 Ghế cuối xe 66,47 69,82 63,00 66,03 Hình Độ ồn khoang hành khách động nổ không tải có bật điều hịa Dựa vào Hình ta thấy, độ ồn xe nhỏ 70dBA đạt yêu cầu so với tiêu chuẩn Thaco Hình Phổ độ ồn khoang hành khách chế độ động nổ khơng tải bật điều hịa- xe 36 Trần Thanh Hải Tùng, Trần Thanh Thái Tại vị trí 44Hz ta chưa thể xác định tác nhân gây Tiến hành phân tích đồ thị phổ trường hợp tăng tốc để xác định Hình Phổ độ ồn khoang hành khách chế độ động nổ không tải không bật điều hòa- xe Tuy nhiên, xuất hiện tượng cộng hưởng âm gây khó chịu cho hành khách tần số 44Hz bật điều hịa (âm khơng liên tục kéo dài thời gian đo 30 gây) Hình Trường hợp khơng bật điều hịa (Hình 8) khơng xuất hiện tượng cộng hưởng âm tần số 44Hz Phân tích, cải tiến giảm rung động, tiếng ồn 3.1 Phân tích xác định nguồn gây rung động Từ kết thu rung động sàn xe lớn giá trị cho phép (tiêu chuẩn Thaco) ta vào phân tích để tìm nguyên nhân Trong giao diện phần mềm LMS Test.Lab ta tiến hành giải giá trị rung động vị trí sàn cuối xe theo miền thời gian đồ thị màu Hình Hình Đồ thị phân tích rung động chế độ khơng tăng tốc có bật điều hịa- cuối xe Bằng cách xác định đường cộng hưởng theo phương pháp đường biến thiên tần số theo số vịng quay cơng thức Fx = n/60, [8] Trong đó, Fx tần số xuất phát ứng với tần số chi tiết quay; n: số vịng quay khơng tải chi tiết quay Trong động kỳ-4 xi lanh đường ứng với tần số chi tiết quay là:1, (bội số 2) chu kỳ ứng với vòng quay trục khuỷu Với số vịng quay khơng tải động (660 vịng/phút) ứng với tần số 22Hz Do đó, đường màu đỏ đậm ứng với vị trí 22Hz đường thể rung động động Từ đồ thị ta thấy, ngồi động cịn có tác nhân khác gây rung động, cụ thể vị trí 12,28Hz 44Hz Bằng cách tính tỷ số truyền động tác nhân gây rung động ta xác định nguồn gây rung động Tại vị trí tần số 12,28Hz tần số rung động quạt gió két nước gây (tỷ số truyền 1:1,1) Hình 10 Đồ thị phân tích rung động chế độ tăng tốc có bật điều hịa vị trí sàn cuối xe Đường số 2.0 (Hình 10) tương ứng với tần số 22Hz (Hình 9) đường biểu diễn rung động động tăng tốc đứng yên theo số vòng quay Do động nguồn gây rung động xe nên đường số 2.0 động thể đồ thị đường đậm Đường 1.1 (Hình 10) tương ứng với tần số 12,28Hz (Hình 9) đường rung động quạt gió Khi quan sát hai Hình Hình 10 đồ thị phổ, ta nhận thấy chế độ động tăng tốc hay nổ khơng tải tần số 44Hz xảy rung động Đồng thời, đường biểu diễn rung động đường thẳng vng góc với trục tần số khơng thay đổi theo số vịng quay động Do đó, ta nhận định nguồn gây rung động không phụ thuộc vào động lấy lượng từ nguồn lượng khác Từ lập luận cách thử nghiệm ta xác định rung động gây vị trí tần số 44Hz xuất đồ thị bật giàn nóng điều hịa hoạt động, nên ta kết luận rung động vị trí tần số 44Hz giàn nóng điều hịa gây 3.2 Phân tích xác định nguồn gây tiếng ồn Độ ồn khoang khách xuất hiện tượng cộng hưởng tiếng ồn tần số 44 Hz (Hình 7), tiếng ồn có tần số trùng với tần số rung động (Hình 9) bật điều hịa chế độ động khơng tăng tốc, cần phân tích để tìm nguyên nhân Dựa vào Hình Hình ta thấy, tần số gây ồn 44 Hz không bị thay đổi theo số vịng quay động cơ, ln cố định 44Hz xuất bật điều hịa Nên tiếng ồn kết cấu giàn nóng điều hịa cộng hưởng với mui xe gây Ta tiến hành đo rung động mui xe để xác định xác nguyên nhân gây nên tiếng ồn Hình 11 Vị trí gắn cảm biến đo rung mui xe TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - VOL 17, NO 11, 2019 Bảng Kết đo rung động mui xe bật điều hịa, động nổ khơng tải Vị trí cảm biến rung Trên mui vị trí 01 đầu xe 02 03 04 05 Trên giàn lạnh điều hòa Trên giàn nóng điều hịa Trên mui vị trí xe Trên mui vị trí cuối xe Phương đo X Trung bình Tổng phương (mm/s) (mm/s) 0,40 Y 1,42 Z 3,50 X 1,05 Y 2,32 Z 6,56 X 0,70 Y 1,19 Z 10,32 X 0,49 Y 1,33 Z 2,79 X 0,48 Y 2,49 Z 1,79 3,80 7,04 37 3.3.2 Đối với tiếng ồn kết cấu giàn điều hòa, mui xe Kiểm tra trực tiếp giàn nóng điều hịa xe, nguồn lượng cung cấp để quay cánh quạt dàn nóng điều hịa lượng điện, tốc độ quay quạt cao, thân quạt hoạt động tạo rung động tiếng ồn Rung động, tiếng ồn quạt điều hịa gây khơng tránh khỏi Phương án cải tiến: thiết kế tăng cứng khung xương mui để giảm rung động, tiếng ồn tần số 44 Hz 10,41 3,13 3,11 Từ bảng số liệu ta thấy, rung động mui vị trí giàn điều hịa lớn, kết cấu khung mui yếu gây nên tượng cộng hưởng 3.3 Phương án cải tiến để giảm rung động, tiếng ồn 3.3.1 Đối với rung động quạt gió két nước gây Xét đường truyền rung động, ta thấy chống căng đai quạt gió két nước bắt vào khung xe Các cao su chống căng đai kết cấu cứng khơng đàn hồi rung động từ két nước thông qua chống căng đai truyền thẳng lên sàn xe thông qua khung xe Hình 14 Kết cấu xương mui sau cải tiến 3.4 Đo đạc, kiểm tra rung động, tiếng ồn sau cải tiến 3.4.1 Phần rung động Sau thực phương án cải tiến ta tiến hành đo đạc lại giá trị rung động Trường hợp động nổ không tải, có bật điều hịa khơng bật điều hịa Bảng Bảng giá trị rung động tác dụng lên sàn xe Khơng bật điều hịa Có bật điều hịa Tổng Tổng Trung bình Trung bình phương phương (mm/s) (mm/s) Phươ (≤2mm/s) (≤2mm/s) Vị trí ng đo Sau Trước Sau Trước Sau Trước Sau Trước cải cải cải cải cải cải cải cải tiến tiến tiến tiến tiến tiến tiến tiến x 0,42 0,37 0,34 0,6 Sàn ghế tài y 0,97 0,76 z 0,7 0,73 Sàn ghế x 0,38 0,41 y 0,45 0,5 z 1,78 Sàn ghế cuối x 0,35 y 0,85 0,73 z 0,79 0,75 0,83 0,96 1,2 0,76 0,58 0,54 0,9 0,61 0,79 2,36 0,95 0,40 0,63 0,48 1,52 0,73 1,6 0,89 1,25 1,87 1,21 1,10 1,02 1,12 1,57 1,30 2,59 1,25 2,3 1,25 Hình 12 Hiện trạng ban đầu trước cải tiến chống căng đai két nước Phương án cải tiến: bắt trực tiếp chống căng đai vào chân động để ngắt đường truyền rung động từ quạt gió két nước lên khung xe Kết cấu sau cải tiến: Hình 15 Đồ thị rung động sàn cuối xe - sau cải tiến chế độ động nổ không tải có điều hịa Hình 13 Kết cấu sau cải tiến chống căng đai két nước Nhận xét: chế độ động nổ không tải giá trị rung động giảm (khoảng 51%) so với trước cải tiến Các giá trị nằm tiêu chuẩn Thaco (≤2mm/s) 38 Trần Thanh Hải Tùng, Trần Thanh Thái Trường hợp động tăng tốc, có điều hịa khơng có điều hịa, ta có giá trị rung động tác dụng lên sàn xe Hình 16 Hình 16 Đồ thị rung động sàn cuối xe - sau cải tiến chế độ động tăng tốc có bật điều hòa So sánh giá trị rung động Hình Hình 16 ta thấy, rung động sàn cuối xe sau cải tiến đạt yêu cầu 3.4.2 Phần tiếng ồn Sau thực phương án cải tiến mui xe ta tiến hành đo đạc lại giá trị tiếng ồn Các bước đo đạc tiến hành trước cải tiến Kết độ ồn khoang hành khách vị trí xe thể Hình 17 Hình 17 Độ ồn vị trí xe tần số 44Hz Nhận xét: sau cải tiến, giá trị độ ồn khoang khách giảm 32,5% hết tượng cộng hưởng âm tần số 44 Hz Kết luận Bài báo trình bày kết phân tích cải tiến rung ồn xe buýt Thaco City B60, sử dụng phần mềm LMS Test.Lab Trên sở phân tích kết rung động, tiếng ồn tác giả đề xuất kết cấu phù hợp, nhằm giảm thiểu rung động, tiếng ồn khoang hành khách, đáp ứng mức cao thoải mái theo tiêu chuẩn Thaco Kết rung động, tiếng ồn trước sau tối ưu kết cấu kiểm chứng đo đạc thực nghiệm lại so sánh kết với trước cải tiến Việc tối ưu hóa kết cấu làm giá trị biên độ vận tốc theo ba phương giảm xuống nhiều (khoảng 51%) Giá trị độ ồn tần số 44Hz sau tăng cứng kết cấu khung xương mui xe giảm xuống 32,5% so với giá trị ban đầu, đảm bảo độ thoải mái cho hành khách Kết nghiên cứu áp dụng nhằm giảm thiểu rung động, tiếng ồn khoang khách xe buýt Thaco City B60, Công ty THHH MTV sản xuất xe Bus Thaco TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ISO 2631-1, Mechanical vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration, Second edition, 2004 [2] QCVN 09/BGTVT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng an toàn kỹ thuật bảo vệ môi trường xe ô tô, 2015 [3] Philippine Natinal Standard/PNS 2126, Public Utility Vehicles Class and Class – Dimensions, 2017 [4] Trương Dũng, Tài liệu thiết kế sơ ô tô khách thành phố, lưu hành nôi bộ, 2018 [5] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Lê Thị Vàng, Lý thuyết ô tô - Máy kéo, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1998 [6] Cruise Deal Time and AVL, Vehicle system simulition from concept to testing, China, 2008 [7] Weichai Power, Diesel parts catalogue [8] Siemens, The LMS Test.Lab Modal Analysis manual (2012) [9] Anders Brandt, Noise and vibration Analysis: Singnal Analysis and Experimental Procedures (2011) [10] Cyril M Harris, Allan G Piersol, Harris shock and virbration handbook, New York, 2002 (BBT nhận bài: 03/10/2019, hoàn tất thủ tục phản biện: 25/11/2019)