Nghiên cứu động học và động lực học của xe tải khi chở quá tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE TẢI KHI CHỞ QUÁ TẢI GVHD: ĐẶNG QUÝ SVTH: PHẠM KIỆT PHAN ANH TUẤN SKL009249 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE TẢI KHI CHỞ QUÁ TẢI SVTH: PHẠM KIỆT PHAN ANH TUẤN MSSV: 18145165 MSSV: 18145279 GVHD: GVC MSc ĐẶNG QUÝ Tp, Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE TẢI KHI CHỞ QUÁ TẢI SVTH: PHẠM KIỆT MSSV: 18145165 PHAN ANH TUẤN MSSV: 18145279 GVHD: GVC MSc ĐẶNG QUÝ Tp, Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 ii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Kiệt MSSV: 18145165 (E-mail :18145165@student.hcmute.edu.vn Phan Anh Tuấn Điện thoại : 0945490421) MSSV: 18145279 (E-mail :18145279@student.hcmute.edu.vn Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Điện thoại : 0984925343) Lớp: 18145CL5 Khóa : 2018 Giảng viên hướng dẫn: GVC MSc Đặng Quý ĐT: 0989444456 Tên đề tài: Nghiên cứu động học động lực học xe tải chở tải Nhiệm vụ đề tài: • Khảo sát xe tải HINO XZU650L • Nghiên cứu tính tốn xây dựng đặc tính ngồi động • Khảo sát cân lực kéo, cơng suất • Khảo sát đặc tính động lực học • Tính tốn, kiểm tra tính ổn định xe • Tính tốn kiểm tra quay vịng xe • Kết luận đề nghị Sản phẩm đề tài thuyết đề tài đĩa CD Ngày giao nhiệm vụ đề tài:07/04/2022 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:15/07/2022 TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN iii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Bộ môn …………………………… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Phạm Kiệt MSSV: 18145165 Phan Anh Tuấn MSSV: 18145279 Tên đề tài: Nghiên cứu động học động lực học xe tải chở tải Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô Họ tên Giáo viên hướng dẫn: GVC MSc Đặng Quý Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(khơng đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: iv (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: Điểm Mục đánh giá TT tối đa Hình thức kết cấu ĐATN đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung 10 mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, 15 quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển 15 v Điểm Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận: Được phép bảo vệ Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 2018 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) vi TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Bộ môn …………………………… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Phạm Kiệt MSSV: 18145165 Phan Anh Tuấn MSSV: 18145279 Tên đề tài: Nghiên cứu động học động lực học xe tải chở tải Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Họ tên Giáo viên phản biện: TS Nguyễn Mạnh Cường Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: vii Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm tối đa đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung 10 mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, 15 quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… viii Điểm 15 Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận: Được phép bảo vệ Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) ix Hình Sơ đồ động lực học quay vịng xe xe tải có hai bánh dẫn hướng phía trước Ý nghĩa kí hiệu hình 5.3 sau: Fjl − Lực qn tính ly tâm tác dụng trọng tâm T xe Fjlx , Fjly −Hai thành phần lực Fjl theo trục dọc ngang xe Ybi −Các thành phần ngang tác dụng lực bánh xe Fki −Các lực kéo bánh xe Ffi −Các lực cản lăn 107 Fi − Lực cản lên dốc Fω −Lực cản khơng khí Fj −Lực cản qn tính Jzε −Mơmen quán tính tác dụng lên xe xung quanh trục đứng Tz Khi xe vào đường quay vòng, giả thuyết vận tốc nhỏ, lực cản gió (Fω = 0), độ dốc không đáng kể (Fi = 0), giả thuyết bánh xe tuyệt đối cứng (không biến dạng) Ở phần trước ta xác định gia tốc trọng tâm tác dụng dọc theo trục xe jx gia tốc trọng tâm tác dụng vng góc dọc trục xe jy Vì ta xác định : Fjlx = mjx : Thành phần dọc trục lực quán tính ly tâm Fjly = mjy : Thành phần ngang lực qn tính ly tâm Khi xe quay vịng, lực quán tính ly tâm lực chủ yếu làm cho xe chuyển động không ổn định nguyên nhân gây nên nghiêng ngang thùng xe làm lật đổ xe Bởi tính cụ thể độ ổn định nó: 2 Fjl = √Fjlx + Fjly Fjlx = mjx = Fjly = mjy = Gqt dv v(R2 + L2 ) dα v b [ + − 2] g dt LR dt R Gqt dv v(R2 + L2 ) dα {[ + ] b + v2 } gR dt LR dt Ở ta quan tâm đến thành phần ngang lực qn tính ly tâm Fjly ảnh hưởng trực tiếp đến trượt ngang xe quay vòng Ta chiếu lực lên phương ngang xe : ′ ′′ ′ ′′ ′ ′′ ∑ Yi = ↔ Fjly − 𝑌𝑏2 − 𝑌𝑏2 + F𝑓1 𝑠𝑖𝑛𝛼1 + F𝑓1 sin 𝛼2 − 𝑌𝑏1 cos 𝛼2 − 𝑌𝑏1 cos 𝛼1 = Ta đặt : ′ ′′ 𝑌𝑏1 cos 𝛼2 = 𝑌1′ ; 𝑌𝑏1 cos 𝛼1 = 𝑌1′′ 108 ′ ′′ 𝑌𝑏2 = 𝑌2′ ; 𝑌𝑏2 = 𝑌2′′ ′ ′′ Trong thực tế lực F𝑓1 𝑠𝑖𝑛𝛼1 , F𝑓1 sin 𝛼2 tương đối nhỏ bỏ qua, phương trình cân lực theo phương Y viết lại cho cầu xe sau : Ở cầu trước : Fjly1 − 𝑌1′ − 𝑌1′′ = Ở cầu sau : Fjly2 − Y2′ − Y2′′ = 5.2.1 Trường hợp xe quay vòng đường đất ướt Chọn 𝜑𝑦1 = 0,5 Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang: Fjly1 = Y1′ + Y1′′ = φy1 Z1t Với: Z1t = G1t = 21810(N) Trong đó: G1t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu trước xe chở tải (N) ⇒ Fjly1 = 0,5.21810 = 10905 (N) + Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang: Fjly2 = Y2′ + Y2′′ = φy1 Z2t Với Z2t = G2t = 50890(N) G2t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu sau xe chở tải (N) ⇒ Fjly2 = 0,5.50890 = 25445(N) Để xe quay vịng khơng bị trượt ngang cần thỏa mãn điều kiện: Fjly ≤ Y1′ + Y1′′ + Y2′ + Y2′′ = φy1 Z Chọn Fjly = Fjly1 + Fjly2 = φy1 Z = 0,5.72700 = 36350(N) 109 Với Z = Z1 + Z2 = 21810 + 50890 = 72700(N) Từ hình vẽ ta có: B 1,0125 = = 0,149 ⇒ β = 8°28′ R 6,8 tan β = cos β = ⇒ Fjl = Fjly Fjl Fjly 36350 = = 36750,519(N) cos β cos(8°28′ ) Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục ngang: jy = Fjly 36350 m = = ( 2) m 7270 s Từ hình vẽ ta có: sin β = Fjlx ⇒ Fjlx = Fjl sin β = 36750,519 sin(8°28′ ) = 5410,926(N) Fjl Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục dọc: jx = Fjlx 5410,926 m = = 0,744( ) m 7270 s Vận tốc cực đại vmax1 xe vào đường vịng với φy = 0,5 Ta có: Gqt vmax1 Fjl g R Fjl = ⇒ vmax1 = √ g R Gqt ⇒ vmax1 = √ 36750,519.10.6,8 m = 5,86( ) 72700 s m km s h Vậy vmax1 = 5,86 ( ) = 21,096 ( ) 110 5.2.2 Trường hợp xe quay vịng đường đất khơ Chọn φy2 = 0,65 Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang: Fjly1 = Y1′ + Y1′′ = φy2 Z1t Với: Z1t = G1t = 21810(N) G1t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu trước xe chở tải (N) ⇒ Fjly1 = 0,65.21810 = 14176,5 (N) Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang: Fjly2 = Y2′ + Y2′′ = φy2 Z2t Với Z2t = G2t = 50890(N) G2t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu sau xe chở tải (N) ⇒ Fjly2 = 0,65.50890 = 33078,5(N) Ta có: mqt = 7270 (kg) Để xe quay vịng khơng bị trượt ngang cần thỏa mãn điều kiện: Fjly ≤ Y1′ + Y1′′ + Y2′ + Y2′′ = φy2 Z Chọn Fjly = Fjly1 + Fjly2 = φy2 Z = 0,65.72700 = 47255(N) Với Z = Z1t + Z2t = 21810 + 50890 = 72700(N) Từ hình vẽ ta có: tan β = B 1,0125 = = 0,149 ⇒ β = 8°28′ R 6,8 cos β = Fjly Fjl 111 ⇒ Fjl = Fjly 47255 = = 47775,674(N) cos β cos(8°28′ ) Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục ngang: jy = Fjly 47255 m = = 6,572 ( ) m 7270 s Từ hình vẽ ta có: sin β = Fjlx ⇒ Fjlx = Fjl sin β = 47775,674 sin(8°28′ ) = 7034,203(N) Fjl Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục dọc: jx = Fjlx 7034,203 m = = 0,968( ) m 7270 s Vận tốc cực đại vmax2 xe vào đường vịng với φy2 = 0,65 Ta có: Gqt vmax2 Fjl g R Fjl = ⇒ vmax2 = √ g R Gqt ⇒ vmax2 = √ 47775,674.10.6,8 m = 6,648( ) 72700 s m km s h Vậy vmax2 = 6,648 ( ) = 23,934 ( ) 5.2.3 Trường hợp xe quay vòng đường nhựa bê tơng khơ Chọn φy3 = 0,8 Lực qn tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang: Fjly1 = Y1′ + Y1′′ = φy3 Z1t Với: Z1t = G1t = 21810(N) 112 G1t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu trước xe chở tải (N) ⇒ Fjly1 = 0,8.21810 = 17448 (N) Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang: Fjly2 = Y2′ + Y2′′ = φy3 Z2t Với Z2t = G2t = 50890(N) G2t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu sau xe chở tải (N) ⇒ Fjly2 = 0,8.50890 = 40712(N) Ta có: mqt = 7270 (kg) Để xe quay vịng khơng bị trượt ngang cần thỏa mãn điều kiện: ′ ′′ ′ ′′ Fjly ≤ Yb1 + Yb1 + Yb2 + Yb2 = φy3 Z Chọn Fjly = Fjly1 + Fjly2 = φy3 Z = 0,8.72700 = 58160(N) Với Z = Z1t + Z2t = 21810 + 50890 = 72700(N) Từ hình vẽ ta có: tan β = B 1,0125 = = 0,149 ⇒ β = 8°28′ R 6,8 cos β = ⇒ Fjl = Fjly Fjl Fjly 58160 = = 59407,441(N) cos β cos(8°28′ ) Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục ngang: jy = Fjly 58160 m = = ( 2) m 7270 s Từ hình vẽ ta có: 113 sin β = Fjlx ⇒ Fjlx = Fjl sin β = 59407,441 sin(8°28′ ) = 8452,327(N) Fjl Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục dọc: jx = Fjlx 8452,327 m = = 1,163( ) m 7270 s Vận tốc cực đại vmax3 xe vào đường vòng với φy3 = 0,8 Ta có: Gqt vmax3 Fjl g R Fjl = ⇒ vmax3 = √ g R Gqt ⇒ vmax3 = √ 59407,441.10.6,8 m = 7,454( ) 72700 s m km s h Vậy vmax3 = 7,454 ( ) = 26,834 ( ) 5.2.4 Trường hợp xe quay vịng đường nhựa bê tơng ướt Chọn φy4 = 0,6 Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang: Fjly1 = Y1′ + Y1′′ = φy4 Z1t Với: Z1t = G1t = 21810(N) G1t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu trước xe chở tải (N) ⇒ Fjly1 = 0,6.21810 = 13086 (N) Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang: Fjly2 = Y2′ + Y2′′ = φy4 Z2t Với Z2t = G2t = 50890(N) 114 G2t : Trọng lượng phân bố xe tác dụng lên cầu sau xe chở tải (N) ⇒ Fjly2 = 0,6.50890 = 30534(N) Ta có: mqt = 7270 (kg) Để xe quay vịng khơng bị trượt ngang cần thỏa mãn điều kiện: Fjly ≤ Y1′ + Y1′′ + Y2′ + Y2′′ = φy4 Z Chọn Fjly = Fjly1 + Fjly2 = φy4 Z = 0,6.72700 = 43620(N) Với Z = Z1t + Z2t = 21810 + 50890 = 72700(N) Từ hình vẽ ta có: tan β = B 1,0125 = = 0,149 ⇒ β = 8°28′ R 6,8 cos β = ⇒ Fjl = Fjly Fjl Fjly 43620 = = 44100,622(N) cos β cos(8°28′ ) Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục ngang: jy = Fjly 43620 m = = 8,172 ( ) m 7270 s Từ hình vẽ ta có: sin β = Fjlx ⇒ Fjlx = Fjl sin β = 44100,622 sin(8°28′ ) = 6493,111(N) Fjl Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục dọc: jx = Fjlx 6493,111 m = = 0,893( ) m 7270 s Vận tốc cực đại vmax4 xe vào đường vịng với φy = 0,8 Ta có: 115 Fjl = Gqt vmax4 Fjl g R ⇒ vmax4 = √ g R Gqt ⇒ vmax4 = √ 44100,622.10.6,8 m = 6,422( ) 72700 s m km s h Vậy vmax4 = 6,422 ( ) = 23,12 ( ) 116 *Tóm lại: Để xe chuyển động quay vịng khơng bị trượt ngang ứng với loại đường khác tài xế xe chạy với tốc độ tối đa cho phép, để đảm bảo an toàn cho xe không bị trượt Tương ứng với loại đường ta tính vận tốc cực đại vmax xe quay vòng sau: Bảng Vận tốc giới hạn bám cực đại quay vòng 𝒗𝒎𝒂𝒙 ứng với hệ số bám ngang 𝝋𝒚 loại mặt đường Loại đường tình trạng mặt đường Hệ số bám ngang Vận tốc giới hạn cực đại quay vòng 𝐯𝐦𝐚𝐱 (km/h) (𝛗𝐲 ) Đường bê tông khô 0,8 26,834 Đường bê tông ướt 0,6 23,12 Đường đất khô 0,65 23,934 Đường đất ướt 0,5 21,096 117 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 KẾT LUẬN Với đề tài “ Nghiên cứu động học động lực học xe tải chở tải” chúng em tìm hiểu, nghiên cứu tính tốn xây dựng đường đặc tính ngồi động cơ, tính tốn tính động học động lực học, kiểm tra độ ổn định xe kiểm tra quay vòng xe xe chở tải từ so sánh với xe chở tải Khi xe chở tải giảm số chuyến xe cần chở giảm thời gian, từ tăng doanh thu bên cạnh chi tiết xe hệ thống khác không đủ khả chịu đựng giảm tuổi thọ cho xe tăng khả gây tai nạn giao thông Khi chở tải 75% vận tốc cực đại 85 km/h nhỏ 100km/h so với xe chở tải trọng Vận tốc lớn giảm 15% Gốc dốc lớn mà xe vượt qua tải 23°36´ chở tải 17°13´ Góc dốc lớn giảm 27% Ở tính ổn định dọc xe phụ thuộc nhiều vào tọa độ trọng tâm xe hệ số bám dọc φx Và xe chở tải làm thay đổi trọng tâm, từ thay đổi khả leo dốc xuống dốc góc giới hạn lật đổ giảm xuống thấp góc giới hạn trượt Gây tượng trượt xảy trước tượng lật đổ Ổn định ngang có thêm tham gia lực ly tâm Nghĩa xe quay vòng với vận tốc lớn tới vận tốc giới hạn xe bị trượt, bị lật Ngồi tính ổn định ngang cịn phụ thuộc vào bán kính quay vòng R xe, chiều rộng sở c, tọa độ trọng tâm hệ số bám ngang φy Khi chở tải dễ xảy tình trạng lật đổ quay vịng cao vận tốc nguy hiểm bị giảm xuống so với chở tải 118 6.2 ĐỀ NGHỊ Qua phân tích, thấy nguy hiểm chở q tải khơng ảnh hưởng tới xe mà ảnh hưởng tới thân người xung quanh Cần tuyên truyền chủ xe tài xế không chở tải khơng ảnh hưởng xe, người mà ảnh hưởng tới đường xá Gây nên tình trạng hư hỏng đường sụt, lún đường cụ thể ổ voi, ổ gà làm cho tăng vấn đề tai nạn giao thông cho người Ngồi việc chở q tải cịn gây hư hỏng cho xe cách đột ngột hỏng phanh nổ lốp xe gây tai nạn đáng tiếc xảy 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GVC MSc Đặng Q, “Giáo trình Lý thuyết tô”, Nhà xuất ĐHQG, Tp.HCM, Việt Nam [2] GS, TSKH Nguyễn Hữu Cẩn, “ Lý thuyết ô tô máy kéo”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Thông số kỹ thuật xe: Internet: “300 series Catalogue 2021”, https://hino.vn/tai-xuong, 2021 120 S K L 0