Đồ án Tìm hiểu Động lực học quay vòng của ĐXSMRM, tìm hiểu được các mối quan hệ động học, động lực học khi đoàn xe quay vòng, tính toán ra được các thông số ảnh hưởng tới quá trình quay vòng và dẫn tới hiện tượng lật đổ đoàn xe.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VỊNG CỦA ĐỒN XE SƠ MI RƠ MC Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined TÓM TẮT Error! Bookmark not defined MỤC LỤC .i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC HÌNH iii DANH MỤC CÁC BẢNG v Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài .1 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Tổng quan ĐXSMRM 2.2 Các thông số yếu tố ảnh hưởng đến ổn định lật ngang ĐXSMRM 2.3 Tìm hiểu động học, động lực học quay vòng ĐXSMRM 2.3.1 Khảo sát mối quan hệ động học mơ hình đồn xe kéo sơ mi rơ mc vết 10 2.3.2 Khảo sát mối quan hệ bán kính quay vịng ĐXSMRM 11 2.3.3 Khảo sát mơ hình động lực học quay vịng đồn xe 15 2.3.3.1 Khảo sát mơ hình động lực học hai vết phần sơ mi rơ moóc 17 i 2.3.3.2 Khảo sát phân bố tải trọng phần sơ mi rơ mc 19 2.3.3.3 Khảo sát mơ hình động lực học cầu sau sơ mi rơ mc: 20 2.4 Chương : MƠ PHỎNG VÀ KIỂM TRA GIỚI HẠN LẬT ĐỔ CỦA ĐXSMRM 27 3.1 Giới thiệu phần mềm TruckSim 2016 27 3.2 Thiết lập sở liệu cho ĐXSMRM 27 3.3 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51 4.1 Kết luận 51 4.2 Đề nghị 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Đồn xe sơ mi rơ mc Hình 2.2: Xe đầu kéo cầu .5 Hình 2.3: Xe đầu kéo hai cầu Hình 2.4: Cấu tạo sơ mi rơ moóc chuyên dụng Hình 2.5: Sơ mi rơ mc xương Hình 2.6: Sơ mi rơ moóc sàn Hình 2.7: Sơ mi rơ moóc thùng Hình 2.8: Khớp nối kiểu yên ngựa Hình 2.9: Mơ hình động học vết ĐXSMRM 10 Hình 2.10: Sơ đồ xác định mối quan hệ bán kính quay vịng phần đầu kéo 12 Hình 2.11: Sơ đồ xác định mối quan hệ bán kính quay vịng phần sơ mi rơ mc 13 Hình 2.12: Sơ đồ khảo sát hành lang quét ĐXSMRM 14 Hình 2.13: Sơ đồ động lực học quay vịng đồn xe SMRM 16 Hình 2.14: Sơ đồ động lực học quay vòng phần sơ mi rơ mc 17 Hình 2.15: Sơ đồ động lực học quay vịng đồn xe sau phân tích lực ���� .18 Hình 2.16: Sơ đồ phân bố tải trọng phần sơ mi rơ moóc .19 Hình 2.17: Sơ đồ động lực học cầu sau phần sơ mi rơ moóc .20 Hình 2.18: Mơ hình tổng thể ĐXSMRM cầu 21 Hình 3.1: Tạo liệu mơ 28 Hình 3.2: Lưu sở liệu 28 Hình 3.3: Giao diện sau tạo sở liệu 29 Hình 3.4: Chọn cấu hình mơ 30 iii Hình 3.5: Chọn loại xe mơ .31 Hình 3.6: Giao diện thiết lập thơng số đầu kéo rơ moóc .32 Hình 3.7: Giao diện nhập liệu xe đầu kéo .33 Hình 3.8: Nhập thơng số xe đầu kéo 34 Hình 3.9: Nhập thơng số cơng suất hộp số 35 Hình 3.10: Giao diện thiết lập thơng số đầu kéo sơ mi rơ moóc 36 Hình 3.11: Giao diện nhập liệu sơ mi rơ moóc 37 Hình 3.12: Nhập thơng số sơ mi rơ moóc 38 Hình 3.13: Nhập liệu khối hàng .39 Hình 3.14: Lựa chọn dạng mơ 40 Hình 3.15: Giao diện thiết lập địa hình mô 41 Hình 3.16: Chọn dạng đường mơ quay vòng 42 Hình 3.17: Hiệu chỉnh đường mơ 43 Hình 3.18: Đoàn xe xảy tượng ổn định lật đổ vận tốc 27km/h .44 Hình 3.19: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục trước XĐK 45 Hình 3.20: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục sau XĐK 45 Hình 3.21: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh SMRM 46 Hình 3.22: Chọn địa hình mơ quay đầu 47 Hình 3.23: Hiệu chỉnh thơng số địa hình mơ quay đầu 48 Hình 3.24: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục trước XĐK 49 Hình 3.25: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục sau XĐK 49 Hình 3.26: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe SMRM 50 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thơng số kích thước xe đầu kéo 22 Bảng 2.2: Thơng số kích thước sơ mi rơ moóc 23 Bảng 2.3: Thơng số kích thước thùng chứa hàng 23 Bảng 3.1: Kết mơ ĐXSMRM quay vịng với bán kính R = 24 (m) 44 Bảng 3.2: Kết mô ĐXSMRM quay đầu với bán kính R = 15 (m) 48 v Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Hiện nay, với việc phát triển ngành dịch vụ Vận tải Logistics dẫn đến phát triển đồn xe vận chuyển hàng hóa với mục đích cải thiện suất vận chuyển, giảm chi phí, giảm lượng khí thải mơi trường Với kích thước khối lượng lớn, đoàn xe dần cho thấy hiệu việc vận chuyển loại hàng hóa, đặc biệt mặt hàng chuyên dùng mặt hàng khối lượng lớn Tuy nhiên, với đặc điểm ảnh hưởng phần tới tình trạng lưu thơng đường, với kích thước lớn xe chiếm phần lớn hành lang giao thông so với loại phương tiện khác quay vòng Khi quay vòng, ĐXSMRM thường xuất điểm mù không gian quét rộng nên dễ va quẹt lật đổ gây nguy hiểm lớn không cho thân ĐXSMRM mà phương tiện khác lưu thơng đường Vì thế, với lí nhóm định tìm hiểu thực đề tài “TÌM HIỂU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG HỌC LỰC QUAY VỊNG CỦA ĐỒN XE SƠ MI RƠ MOÓC” 1.2 Mục tiêu đề tài Việc khảo sát tính ổn định lật ngang quan trọng cần thiết không cho việc cảnh báo tới người sử dụng loại phương tiện mà tất người tham gia giao thông, đề xuất phạm vi an tồn tham gia giao thơng nơi có đồn xe sơ mi rơ mc di chuyển Với kích thước, trọng tải lớn kết cấu liên kết hai phần: đầu kéo liên kết sơ mi rơ moóc hệ thống khớp nối khớp, lật ngang thường xảy xe có tải trọng lớn quay vòng vận tốc cao Khi bị ổn định lật ngang, người lái khó phát kịp thời ổn định Vì vậy, mục tiêu đề tài tìm mối quan hệ bán kính quay vịng với thành phần liên quan đến góc đánh lái, sau tìm bán kính quay vịng lớn nhất, nhỏ đồn xe từ xác định hành lang qt, cuối xác định vận tốc giới hạn theo điều kiện lật đổ quay vịng Qua đó, đưa nhận xét khả làm việc an toàn đề xuất khuyến cáo phù hợp cho ngưỡng chuyển động an toàn ĐXSMRM 1.3 Đối tượng nghiên cứu Xe đầu kéo hay gọi với tên thông dụng xe container Đây loại phương tiện giới đường móc nối với thùng hàng, rơ moóc loại sơ mi rơ moóc chuyên dùng để vận chuyển hàng hóa với số lượng lớn Các đồ vật với kích thước cồng kềnh có nhu cầu vận chuyển quãng đường dài Bắc – Nam thường lựa chọn loại xe Xe đầu kéo có khả chở hàng hóa với khối lượng lên đến hàng trăm Cách lưu thông đường xe nhờ hoạt động máy kéo, kéo theo nhiều thùng hàng, rơ mc Chính nhờ loại xe mà hàng hóa, sản phẩm phân bố khắp nơi Tổ quốc 1.4 Phạm vi giới hạn nghiên cứu Hướng nghiên cứu phát triển động lực học đoàn xe sơ mi rơ moóc quan tâm nhằm thiết lập hệ thống điều khiển động lực học đoàn xe đặc biệt ổn định ngang chuyển động Trên giới, thời điểm tại, tài liệu cơng trình nghiên cứu động học, động lực học đồn xe cơng bố Chính thế, đề tài “TÌM HIỂU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG HỌC QUAY VỊNG CỦA ĐỒN XE SƠ MI RƠ MC” thực phạm vi khảo sát vận tốc giới hạn trường hợp sơ mi rơ moóc lật đổ trước xe đầu kéo khảo sát đoàn xe sơ mi rơ moóc cầu 1.5 Phương pháp nghiên cứu Dựa vào tính khả quan tính thực thi đề tài thực dựa hai phương pháp nghiên cứu là: Nghiên cứu lý thuyết: thực khảo sát động học, động lực học quay vòng xây dựng mối quan hệ bán kính quay vịng xác định hành lang quét ĐXSMRM quay vòng, thiết lập công thức liên quan vận tốc giới hạn theo điều kiện lật đổ quay vòng, Nghiên cứu thực nghiệm: thực thí nghiệm động học, động lực học đoàn xe đường ứng dụng TruckSim để kiểm chứng kết tính tốn xây dựng phần lý thuyết Chương 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Tổng quan ĐXSMRM Hình 2.1: Đồn xe sơ mi rơ mc Đồn xe sơ mi rơ mc, hay cịn gọi "xe container" hình thức vận chuyển hàng hóa phổ biến tuyến đường ngành cơng nghiệp vận tải Đồn xe sơ mi rơ moóc tạo nên cấu trúc linh hoạt hiệu cho việc vận chuyển hàng hóa lớn nặng Phần trước đoàn xe sơ mi rơ moóc phần xe đầu kéo Được trang bị động mạnh mẽ hệ thống lái, xe đầu kéo có khả chịu tải cao đủ sức mạnh để kéo sơ mi rơ mc phía sau Sơ mi rơ mc loại xe chun dụng khơng có động cơ, thiết kế để chở hàng hóa kết nối với phần đầu kéo thông qua hệ thống khớp nối Đồn xe sơ mi rơ mc có nhiều ưu điểm: ‐ Đầu tiên, có khả chở hàng hóa lớn nặng Phần sơ mi rơ moóc có kích thước thiết kế khác để phù hợp với loại hàng hóa cụ thể, bao gồm hàng hóa đơng lạnh, hàng hóa kích thước lớn Điều cho phép vận chuyển đa dạng loại hình hàng hóa ‐ Thứ hai, đồn xe sơ mi rơ moóc cung cấp khả linh hoạt Với cấu trúc kết hợp XĐK SMRM, người vận hành thay đổi SMRM dễ dàng tùy theo nhu cầu vận chuyển Điều giúp tối ưu việc sử dụng phương tiện vận chuyển giảm thiểu thời gian trống khơng ‐ Thứ ba, đồn xe sơ mi rơ moóc có hiệu suất kinh tế cao Với khả chở hàng lớn chuyến đi, đoàn xe giảm thiểu số lượng chuyến cần thiết, từ giảm thiểu chi phí nhiên liệu thời gian vận chuyển Điều đồng nghĩa với việc giảm khí thải nhiễm ảnh hưởng đến mơi trường Mặc dù có nhiều ưu điểm, đồn xe sơ mi rơ moóc đối mặt với số thách thức: ‐ Đầu tiên, kích thước trọng lượng đoàn xe yêu cầu quy định hạn chế đặc biệt vận hành tuyến đường Sự hạn chế gây khó khăn việc tìm đường phù hợp u cầu giấy phép đặc biệt ‐ Thứ hai, việc điều khiển vận hành đồn xe sơ mi rơ mc địi hỏi kỹ kinh nghiệm người lái Đoàn xe có kích thước lớn cấu trúc phức tạp, địi hỏi người lái phải có khả xử lý điều khiển an toàn Điều đặc biệt quan trọng vận chuyển hàng hóa quan trọng Cấu tạo đồn xe sơ mi rơ mc gồm hai phần chính: phần đầu kéo phần sơ mi rơ mc, hai phận liên kết với thông qua hệ thống khớp nối Phần đầu kéo: Phần xem phận giữ vai trị quan trọng đoàn xe Phần đầu kéo bao gồm động cơ, cabin, Hiện khơng q khó để bắt gặp loại xe đầu kéo với thiết kế đầu xe bắt mắt Có hai dạng xe đầu kéo sử dụng phổ biến rộng rãi nước ta thời điểm là: Nhập thông số SMRM mục Trailer Sprung Mass Hình 3.12: Nhập thơng số sơ mi rơ mc 38 3.2.1.3 Nhập liệu thơng số thùng container Khi quay vịng xe chịu lực qn tính ly tâm tỷ lệ với khối lượng, với bình phương vận tốc, tỉ lệ nghịch với bán kính quay vịng Xe có tải trọng lớn khả bị lật ngang cao Chiều cao trọng tâm cao dẫn đến mô men gây lật ngang lớn Thông số gây ảnh hưởng lớn chiều cao trọng tâm, chiều cao trọng tâm khác loại hàng hóa, chất tải khác Hình 3.13: Nhập liệu khối hàng 39 3.3 Lựa chọn dạng mô Chọn dạng mô mục Procedure, Chọn dạng mô đường Road Networks, Chọn mô quay vịng Roundabout Hình 3.14: Lựa chọn dạng mơ Khi chọn xong giao diện hình cho phép ta thay đổi thơng số địa hình mơ phù hợp 40 3.3.1 Chọn dạng mơ quay vịng Vì đồn xe có kích thước lớn, dài nên di chuyển qua vịng xoay nơi có vị trí quay đầu với vận tốc lớn khả lật đổ cao Đề tài lựa chọn thiết lập địa hình mơ gần với địa hình vịng xoay nơi xảy tai nạn giao thơng lật đổ đồn xe Hình 3.15: Giao diện thiết lập địa hình mơ 41 Chọn mơ quay vịng với địa hình Path ID = 1001:24m Radius Loop Hình 3.16: Chọn dạng đường mơ quay vịng 42 Sau chọn dạng địa hình ta hiệu chỉnh thơng số phù hợp với điều kiện mơ Đề tài lựa chọn vịng xoay có bán kính 24m, hệ số bám mặt đường nhựa 0.9 Hình 3.17: Hiệu chỉnh đường mơ 43 Ta thực tiến hành mơ địa hình bắt đầu với tốc độ 33 (km/h), tăng dần 0.5 (km/h) lần thử Cho kết : Bảng 3.1: Kết mơ ĐXSMRM quay vịng với bán kính R=24 (m) V (km/h) Trạng thái xe mơ quay vịng 33 Ổn định 33,5 Ổn định 34 Ổn định 34.5 Mất ổn định 35 Lật ngang Hình 3.18: Đồn xe xảy tượng ổn định lật đổ vận tốc 35km/h 44 Hình 3.19: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục trước XĐK Hình 3.20: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục sau XĐK 45 Hình 3.21: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh SMRM Nhận xét: Thông qua đồ thị phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ĐXSMRM ta rút số nhận xét sau: ‐ Sau khoảng thời gian 2,5s bắt đầu chuyển động, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục ‐ Kể từ giây thứ 2,5 trở đi, xe bắt đầu quay vòng phản lực có thay đổi nhanh Cụ thể, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên trái giảm dần 0, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên phải tăng dần ‐ Sau thời gian ngắn, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên phải SMRM giảm (sau khoảng 6,25s) SMRM bị lật hoàn toàn Cho tới khi, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên phải XĐK (sau khoảng 7s) ĐXSMRM bị lật ngang 46 3.3.2 Chọn dạng mô quay đầu Với thiết lập thông số tương tự trên, chọn dạng mơ qua đầu với địa hình U-road, 45.72m (150 ft) Radius Hình 3.22: Chọn địa hình mơ quay đầu 47 Hiệu chỉnh thông số cấu trúc đường phù hợp với điều kiện mơ Hình 3.23: Hiệu chỉnh thơng số địa hình mơ quay đầu Thực mô đoạn đường từ vận tốc 25 km/h, thay đổi lần 0.5km/h Sau thí nghiệm mô cho kết quả: Bảng 3.2: Kết mơ ĐXSMRM quay đầu với bán kính R = 15 (m) V(km/h) Trạng thái xe mô quay đầu 25 Ổn định 25.5 Ổn định 26 Mất ổn định 26.5 Lật ngang 48 Hình 3.24: Đồ thị phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục trước XĐK Hình 3.25: Đồ thị phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục sau XĐK 49 Hình 3.26: Đồ thị phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe SMRM Nhận xét: Thông qua đồ thị phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ĐXSMRM ta rút số nhận xét sau: ‐ Trong khoảng thời gian 10s bắt đầu chuyển động, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trục ‐ Kể từ giây thứ 10 trở đi, xe bắt đầu quay đầu phản lực có thay đổi Cụ thể, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên trái giảm dần 0, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên phải tăng dần ‐ Sau thời gian ngắn, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên phải SMRM giảm (trước giây thứ 14) Cho tới khi, phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe bên phải XĐK (sau giây thứ 14) ĐXSMRM bị lật ngang 50 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận Trải qua thời gian nghiên cứu, tìm hiểu tính tốn thực đề tài “TÌM HIỂU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VỊNG CỦA ĐỒN XE SƠ MI RƠ MC” hướng dẫn tận tình Thầy Trần Đình Q, đến nhóm hoàn thành đề tài cho số kết Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu tìm hiểu mối quan hệ bán kính quay vịng đồn xe, khảo sát hành lang qt đồn xe quay vịng, khảo sát mơ hình động lực học hai vết đồn xe quay vịng cách thiết lập cơng thức mơ hình hóa đồn xe theo hệ nhiều vật Phần trọng tâm đề tài, tìm hiểu xác định quan hệ động học đồn xe sơ mi rơ mc, khảo sát vận tốc giới hạn đoàn xe quay vịng, xác định hành lang qt đồn xe trường hợp gây ổn định ngang đoàn xe Từ tính tốn được, với địa hình quay vịng bán kính 24 (m) giới hạn vận tốc quay vịng khiến đồn xe ổn định lật ngang 36 (km/h), cịn địa hình ĐXSMRM quay đầu với bán kính 15 (m) giới hạn vận tốc để đồn xe khơng bị lật ngang 28,7 (km/h) Về phần mềm mơ TruckSim, nhóm dựa vào thông số thành phần đầu kéo sơ mi rơ moóc để thực thí nghiệm kiểm chứng mơ hình động lực học xây dựng Mặc dù số hạn chế việc thiết lập địa hình mơ áp dụng thực mô với trường hợp tính tốn địa hình quay vịng bán kính 24 (m) quay đầu bán kính 15 (m), hệ số bám mặt đường 0.9 cho kết vận tốc giới hạn quay vòng 35 (km/h) vận tốc giới hạn quay đầu 26,5 (km/h) có chênh lệch so với kết tính tốn nằm điều kiện cho phép nên đưa đánh giá mang tính tương đối Ngồi ra, thơng qua việc phân tích kết từ việc mơ ĐXSMRM hai trường hợp đồn xe quay vịng đồn xe quay đầu nhận thấy phần SMRM phần xảy ổn định lật trước so với phần XĐK Kết cho thấy việc đặt giả thiết hoàn toàn phù hợp với thực tế 51 4.2 Đề nghị Do thời gian triển khai việc khảo sát hạn chế kèm theo vốn kiến thức chưa đủ rộng, nên đề tài thực việc khảo sát số giả thiết đơn giản mang tính lý thuyết Ngồi ra, việc xây dựng mơ hình tính tốn gặp phải khó khăn định tài liệu kỹ thuật thơng số đồn xe mang tính bảo mật cao Vì thế, thực khảo sát đồn xe thực tế với thơng số kỹ thuật đầy đủ giúp cho đề tài hồn thiện có kết xác Hướng phát triển (có thể) đề tài là: ‐ Khảo sát điều kiện giả thiết mang tính thực tế cao như: đường trơn trượt với hệ số bám thấp, đồn xe quay vịng đường nghiêng ngang, hay đoàn xe sử dụng tới loại hệ thống treo khác nhau, ‐ Thực việc khảo sát thực nghiệm đoàn xe thực tế với điều kiện 52