TỔNG QUAN
Giới thiệu về giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ
1.1.1 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo
Trong điều kiện làm việc phức tạp do mặt đường, hệ thống treo, kết cấu khung vỏ, lốp và gia tốc của xe, xe sẽ dao động mạnh, ảnh hưởng đến độ êm dịu, an toàn hàng hóa và gây mệt mỏi cho người lái Sự dao động này làm giảm khả năng bám đường của bánh xe, ảnh hưởng đến khả năng dẫn hướng và gây nguy hiểm cho người và hàng hóa Do đó, yêu cầu đặt ra đối với hệ thống giảm chấn là rất cần thiết.
Để giảm thiểu tình trạng lắc của thùng xe khi di chuyển qua các đoạn đường gồ ghề, cần dập tắt nhanh chóng các dao động, đặc biệt là khi tần số dao động cao.
+ Dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đường ít mấp mô (độ lồi lõm của đường càng bé và dày)
+ Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn đến thùng xe
Để đảm bảo xe hoạt động ổn định khi di chuyển trên các loại đường và trong điều kiện nhiệt độ khác nhau, việc kết hợp giữa giảm chấn và các yếu tố khác của hệ thống treo như nhíp, lốp xe và khung xe là rất cần thiết Điều này giúp xe chuyển động êm ái và an toàn hơn.
Hình 1.1 trên là hệ thống treo phụ thuộc, các yế ốu t trên sẽ cấu thành sự êm dịu khi hoạt động của xe
Giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ hoạt động bằng cách cho chất lỏng di chuyển từ buồng chứa này sang buồng chứa khác qua các van tiết lưu nhỏ, tạo ra sức cản lớn đối với chuyển động Sức cản này giúp dập tắt nhanh chóng các chấn động, đồng thời năng lượng của dao động bị chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng chất lỏng trong giảm chấn.
Đánh giá các thông số của giảm chấn hai lớp vỏ thủy lực là một nhiệm vụ phức tạp, cần thực hiện quá trình tính toán và phân tích thực nghiệm Quá trình làm việc của giảm chấn bao gồm hai giai đoạn: quá trình nén, khi lốp xe gần khung xe, và quá trình trả, khi lốp xe rời xa khung xe.
Khi piston di chuyển xuống, quá trình nén diễn ra, làm tăng áp suất dầu trong buồng B Dầu sẽ di chuyển từ buồng A sang buồng B tùy thuộc vào thiết kế van và lực tác động của piston Nếu piston di chuyển nhanh và có khoảng dịch chuyển lớn, áp suất buồng B sẽ tăng cao, dẫn đến một phần dầu di chuyển sang buồng C, làm tăng áp suất ở buồng C và D Khi hệ thống đàn hồi như nhíp và lốp tác động, piston giảm chấn sẽ di chuyển lên, làm tăng áp suất buồng A và dầu sẽ di chuyển từ buồng B sang A Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo và độ mở của van, cũng như các yếu tố tác động khác Buồng D chứa khí với áp suất thấp (3 – 6 kgf/cm2) để giảm tiếng ồn do hiện tượng tạo bọt và xâm thực Việc giảm thiểu hiện tượng này giúp tạo ra lực cản ổn định, từ đó tăng độ êm và vận hành ổn định của xe.
Quá trình này được lặp đi lặp lại trong suốt quá trình chuyển động của xe
Trong quá trình hoạt động, ma sát giữa dầu và các van, cũng như giữa piston và xylanh, dẫn đến tăng nhiệt độ, gây tiếng kêu và sinh bọt khí, làm giảm hiệu quả làm việc của giảm chấn Do đó, việc lựa chọn dầu thủy lực phù hợp là rất quan trọng; trong trường hợp cần thiết, nên tham khảo ý kiến từ các nhà cung cấp dầu uy tín Đối với các loại xe chất lượng cao, người ta thường sử dụng khí Gas và khí Nitơ có áp suất cao, tuy nhiên, việc chế tạo loại giảm chấn này đòi hỏi độ chính xác, vật liệu tốt và chi phí cao.
- Hiện tượng sục khí trong giảm chấn
Khi chất lỏng chảy nhanh trong bộ giảm chấn, áp suất tại một số vùng giảm, tạo ra các túi khí hoặc bọt rỗng, hiện tượng này được gọi là xâm thực Những túi khí này sẽ vỡ khi di chuyển đến vùng áp suất cao, gây ra áp suất va đập Hiện tượng này không chỉ phát ra tiếng ồn mà còn làm áp suất dao động, và có thể dẫn đến hư hại cho bộ giảm chấn.
Quá trình tạo bọt khí trong bộ giảm chấn là sự kết hợp giữa không khí và chất lỏng, dẫn đến hiện tượng tạo ra tiếng ồn, dao động áp suất và tổn thất áp suất.
Để đảm bảo tính năng thiết kế ban đầu của giảm chấn, ngoài yếu tố thiết kế và chế tạo, việc bảo trì và bảo dưỡng thường xuyên là rất quan trọng.
Nếu xe ô tô thường xuyên di chuyển trên đường xá bằng phẳng và ít phương tiện, hệ thống giảm xóc sẽ có tuổi thọ cao hơn.
Xe ô tô thường xuyên phải dừng lại do tắc đường, di chuyển trên những đoạn đường đèo với nhiều góc cua gắt hoặc đi qua các khu vực nông thôn với nhiều ổ gà và ổ voi sẽ làm gia tăng áp lực lên hệ thống giảm xóc Điều này có thể dẫn đến việc giảm tuổi thọ của xe.
Tuổi thọ của giảm xóc bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó có việc di chuyển thường xuyên ở những khu vực có nhiều nước muối, cát, hoặc sỏi đá Đối với xe tải, việc chở quá tải không chỉ làm giảm tuổi thọ của xe mà còn ảnh hưởng đến kết cấu hạ tầng giao thông và gây mất an toàn cho người tham gia giao thông Khi giảm chấn hoạt động trong điều kiện quá tải, tuổi thọ của nó sẽ bị giảm sút Lái xe cần chú ý đến hiện tượng rỉ dầu, tình trạng biến dạng hoặc cong vênh của giảm chấn, đặc biệt là tiếng kêu Việc kiểm tra định kỳ và thường xuyên là cần thiết để đảm bảo giảm chấn hoạt động ở mức độ tối ưu nhất.
Hình 1 : 2 Giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ
- Cấu tạo của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ:
Bao gồm hai xy lanh (một xy lanh bên ngoài và một xy lanh bên trong7 5), piston
Bài viết mô tả cấu trúc của một hệ thống thủy lực bao gồm ba và thanh kết nối hai chuyển động, giá đỡ và xy lanh giới hạn chuyển động của piston theo chiều dọc Van 6 được cố định vào xy lanh 7, với bốn khoang được phân chia rõ ràng: khoang A phía trên piston, khoang B phía dưới piston, khoang C là khoang bù dầu và khoang D chứa khí Trong đó, khoang A, B và C đều chứa dầu thủy lực.
Hinh 1.3: Cấu tạo chi tiết của giảm chấn thủy lực 2 lớp vỏ
1- Vỏ bảo vệ giảm chấn, 2 Trục piston, 3- - Van piston (3.1-3.11), 4- Nắp trên piston, 5- Xy lanh trong, 6- Cụm van giảm tải (6.1-6.6), 7- Vỏ ngoài
1.1.2 Công dụng và yêu cầu chế tạo của giảm chấn
Xu hướng sử dụng hiện nay
Giảm chấn hai lớp là giải pháp hiệu quả với chi phí gia công thấp, dễ dàng thay thế và đảm bảo hoạt động ổn định Sản phẩm này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu
Chính vì vậy hiện nay nhất là đối với loại xe tải chở hàng dùng chủ yếu giảm chấn hai lớp vỏ với các tính năng ưu việt
Tại Việt Nam, các thương hiệu xe như ISUZU, HINO, HYUNDAI, THACO và VEAM đều sử dụng loại giảm chấn 2 lớp vỏ cho sản phẩm của mình Đặc biệt, khi cần thay thế phụ tùng do hết tuổi thọ, người dùng có thể dễ dàng mua và thay thế tại các đại lý phụ tùng của công ty hoặc tại các cửa hàng phụ tùng ô tô trên thị trường.
Hình 1.10: Xe tải lắp tại VEAM-MT
Các công trình đã được nghiên cứu
Here is a rewritten paragraph that conveys the meaning of the original content, complying with SEO rules:"Khi nói về hệ thống treo, giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ là một trong những vấn đề được quan tâm nhiều nhất Để đảm bảo an toàn và ổn định khi xe hoạt động, dao động thân xe được khảo sát kỹ lưỡng Thông qua việc khảo sát này, các chuyên gia có thể đánh giá và cải thiện hiệu suất của hệ thống treo, từ đó đem lại trải nghiệm lái xe an toàn và êm ái hơn."
Yêu cầu về êm dịu và giảm chấn là yếu tố quan trọng trong thiết kế ô tô và hệ thống treo Các tài liệu liên quan đã cung cấp mô hình tương tự như hình 1.11, trong đó nêu rõ các thông số như hệ số dập tắt dao động và hệ số cản của giảm chấn (Kt và Kn) Những thông số này đóng vai trò then chốt trong việc tính toán hiệu suất của hệ thống giảm chấn.
Hình 1 trình bày 11 biểu đồ lực và vận tốc giảm chấn Tuy nhiên, các tài liệu hiện tại chỉ dừng lại ở việc thừa nhận kết quả mà chưa thực hiện khảo sát chi tiết các thông số thiết kế của giảm chấn và hệ thống treo.
- Tạp chí cơ lý thuyết và ứng dụng của tác giả Lucxco, Đại học công nghệ Cracow, khoa kỹ thuật cơ khí Cracow, Ba lan công bố 2012
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp thực nghiệm để chỉ ra sự biến đổi của các thông số thông qua các thay đổi trong thiết kế.
Biểu đồ Hình 1.12 thể hiện sự biến động của áp suất dầu trong các buồng trong quá trình nén và trả của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ theo thời gian.
Hình 1 : 12 Sự thay đổi của áp suất các buồng dầu
- Trường hợp mô tả các yếu tố mặt đường đến sự thay đổi khoảng dịch chuyển piston và lực.
Hình 1 : 13 Mô tả giảm chấn giữa lực và khoảng dịch chuyển bằng cách thay đổi biên độ dao động và tần số dao động của mặt đường
Khi biên độ thay đổi cao, lực tác động tại vị trí bắt đầu di chuyển cũng tăng lên Ngoài ra, sự thay đổi tần số f của mặt đường cũng ảnh hưởng đến lực Biểu đồ cho thấy sự biến đổi của buồng trong trường hợp này.
B nhỏ hơn buồng A do kết cấu thiết kế của van piston (của quá trình nén và trả)
- Trường hợp thay đổi áp suất mở van giảm tải và tỉ lệ mở van piston.
B uồ ng n én B uồ ng trả B uồ ng n én B uồ ng trả
Hình 1.14: Sự thay đổi của vận tốc và lực phụ thuộc vào áp suất mở van (a) và tỉ lệ mở các van
Phân tích cho thấy các yếu tố hình học và vật lý của giảm chấn phụ thuộc nhiều vào thiết kế các thông số van trên và dưới Giảm chấn thủy lực hai lớp đảm bảo êm dịu cho xe khi hoạt động, nhờ vào sự biến đổi thể tích và áp suất trong các buồng của giảm chấn.
Nghiên cứu cho thấy thiết kế giảm chấn hai lớp thủy lực có khối lượng dòng chảy của van phục hồi thấp hơn trong quá trình nén Đặc biệt, thiết kế van piston ảnh hưởng đến vận tốc dòng chảy của chất lỏng, điều này phụ thuộc vào độ mở của van piston và áp suất mở van giảm tải, cho phép dầu di chuyển giữa buồng B và buồng C.
Tạp chí Nghiên cứu và Phát triển Kỹ thuật Quốc tế (www.ijerd.com) đã công bố một nghiên cứu vào tháng 5 năm 2012 bởi Giáo sư Loni và Trường Cao đẳng Kỹ thuật Nông nghiệp 2 và 3 Pravara Nghiên cứu này phân tích các yếu tố liên quan đến khoảng dịch chuyển và thể tích, từ đó thiết lập các mối liên hệ khi giảm chấn hoạt động.
Hình 1 : 15 Biểu đồ mô tả sự thay đổi giữa lực và vận tốc piston
Nghiên cứu đã đánh giá sự phụ thuộc của dòng chảy qua van và áp suất tại các van, cũng như ảnh hưởng đến khoảng dịch chuyển của piston Đặc biệt, sự biến đổi thể tích giữa các buồng của piston được phân tích qua các phương trình thực nghiệm Kết quả cho thấy mối quan hệ giữa vận tốc và lực piston, được thể hiện qua đồ thị hình 1.15, là một quá trình khá phức tạp.
Tuy nhiên, bài viết chưa trình bày các mô hình mô tả cụ thể về sự thay đổi, điều này cần được làm rõ để hiểu rõ hơn về vấn đề khi làm việc trong các điều kiện cụ thể.
Kết luận
- Xây dựng mô hình dao động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ.
- Mụ phỏng hệ thống treo ụ tụ sử dụng mụ hỡnh dao động ẳ một khối lượng trờn cơ sở sử dụng công cụ Matlab Simulink
Đánh giá các yếu tố tác động đầu vào như mặt đường và các thông số đầu ra như lực giảm chấn và áp suất các buồng là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất Việc thay đổi các thông số thiết kế như diện tích piston, diện tích van giảm tải và van piston sẽ ảnh hưởng đến các chỉ số này, từ đó cải thiện khả năng vận hành và độ ổn định của hệ thống.
- Đánh giá dao động trên xe điển hình cụ thể để từ đó có thể đưa ra các thông số thiết kế làm việc cho xe khi hoạt động
Để đạt được kết quả mô phỏng chính xác, cần nghiên cứu kỹ cấu trúc và hoạt động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ Việc xây dựng các phương trình mô tả hoạt động của giảm chấn và hệ thống treo là rất quan trọng để đánh giá và đưa ra các thông số thiết kế phù hợp.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG AO ĐỘNG GIẢM D CHẤN VÀ HỆ THỐNG TR EO
Thiết lập phương trình dao động
2.1.1 So sánh hoạt động của xe khi không có giảm chấn và có giảm chấn
Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng:
- Khi xe không có giảm chấn: Khi xe chạy trên đường gồ ghề biên độ dao động lớn , và thời gian dập tắt kéo dài
- Khi xe có giảm chấn: Khi có giảm chấn biên độ dao động nhỏ, thời gian dập tắt dao động ngắn
Theo hình ảnh mô tả đã được nghiên cứu qua thực nghiệm
Hình 2.1: Biểu đồ so sánh dao động của xe không giảm chấn và có giảm chấn
2.1.2 Đánh giá các chỉ tiêu êm dịu của ô tô
Các tính chất dao động của ô tô thường đánh giá theo 2 quan điểm:
Độ êm dịu của chuyển động xe được xác định bởi thông số gia tốc dao động, ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm của cả tài xế và hành khách.
Giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là yếu tố quyết định trong việc đánh giá độ an toàn chuyển động và tải trọng tác động xuống nền.
2.1.2.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu: Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau: a.Chỉ tiêu về tần số:
Con người tham gia giao thông như một hệ dao động, với việc di chuyển trở thành thói quen thường xuyên Tần số bước chân của con người dao động trong khoảng 60-85 bước mỗi phút, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz Do đó, con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số này Khi đánh giá độ êm dịu của chuyển động ô tô trên các điều kiện mặt đường và kết cấu cụ thể, tần số dao động của ô tô cũng cần nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường được sử dụng làm chuẩn để đánh giá dao động của ô tô.
- Đối với xe du lịch n = 60 85 (dđ/ph)-
- Đối với xe vận tải n = 85 120 (dđ/ph).- b Chỉ tiêu về gia tốc dao động.
Các thí nghiệm kéo dài 8 giờ cho thấy dải tần 4-8 Hz có độ nhạy cảm cao nhất đối với con người Trong dải tần số này, các giá trị cho phép của toàn phương gia tốc được xác định như sau:
Gây ảnh hưởng tới sức khỏe : 6.3 (m/s 2 )
Các số liệu thống kê có thể được sử dụng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, nhưng cần lưu ý rằng dao động ô tô tác động ngẫu nhiên đến con người với dải tần số rộng và phức tạp Ngoài ra, nhiều tài liệu tham khảo cũng đề xuất các chỉ tiêu khác để đánh giá độ êm dịu, chẳng hạn như gia tốc dao động và thời gian tác động của nó.
2.1.2.2 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường:
Theo quan điểm về an toàn chuyển động, lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe và đường là thông số quan trọng để đánh giá tính điều khiển và tải trọng tác dụng xuống nền đường Lực động F d (t) phức tạp hơn, phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường.
Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường, tải trọng bánh xe lớn nhất, tương ứng với giá trị dương của F d (t), được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của lực tác động lên lốp xe và các bộ phận khác của xe cũng như nền đường F d (t) càng lớn thì tác động xấu càng nhiều Để giảm thiểu ảnh hưởng của F d (t), cần giảm tải trọng bánh xe so với tải trọng tĩnh, từ đó làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến và lực ngang, đặc biệt trong các tình huống phanh và quay vòng Trong trường hợp bánh xe bị nảy khỏi mặt đường, lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0, dẫn đến mất tính điều khiển của ô tô Để đánh giá tính chất dao động của ô tô từ góc độ an toàn chuyển động, cần xác định tỉ số giữa lực tác động F d (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K : t k d R.
Khảo sát dao động của ô tô tập trung vào việc đánh giá độ bám của lốp với mặt đường, nhằm đảm bảo rằng sự dao động của xe đáp ứng các tiêu chí về độ êm dịu, đồng thời duy trì hiệu suất vận hành an toàn và ổn định.
31 xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu
Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau:
Trong đó: K L : độ cứng của lốp
: chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng. q : chiều cao mấp mô biên dạng đường.
Có thể xác định giá trị td max là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức:
Giá trị td max cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với đường.
Vì vậy khi thiết kế giảm chấn cần chú ý đến khoảng dịch chuyển của pi ton giảm s chấn
Hình 2.2 là hành trình của giảm chấn khi ô tô hoạt động :
Hình 2.2 : Hình miêu tả khoảng dịch chuyển piston trong xy lanh
2.1.2.3 Chỉ tiêu về tải trọng động
Chỉ tiêu tải trọng động của cầu xe là yếu tố quan trọng nhưng nhiều mô hình hiện tại chưa xác định rõ ràng Để xác định chính xác chỉ tiêu này, cần phải tính toán phản lực từ mặt đường lên bánh xe, thay vì chỉ dựa vào công thức F zmax = G 0 k d như nhiều tác giả đã thực hiện.
Tải trọng động cực đại (F zd,max ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại cho đường
Hệ số tải trọng động k dmax được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến các chi tiết, trong khi hệ số áp lực đường giúp đánh giá tác động của dao động đối với đường.
* Chỉ tiêu về độ bền chi tiết
Hệ số tải trọng động cực đại được định nghĩa như sau:
Trong đó: k dmax : hệ số tải trọng động cực đại
Fz,d: phản lực động từ mặt đường tác động lên bánh xe
Fz,st: phản lực tĩnh từ mặt đường tác động lên bánh xe
* Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
Buồng dầu bù Buồng trả
Sau những năm 1990, tải trọng ô tô ngày càng tăng, dẫn đến việc cầu và đường trong ngành giao thông được đánh giá cao hơn về mặt kinh tế Nghiên cứu từ các nhà khoa học Anh và Mỹ đã chỉ ra rằng dao động ô tô ảnh hưởng đến cầu và đường theo tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe Họ đã giới thiệu khái niệm Hệ số áp lực đường (Road Stress Coefficient), một chỉ số dùng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ô tô đối với cầu và đường.
Theo tác giả, công thức xác định hệ số áp lực đường w như sau: w = 1 + 6η 2 + 4η 4
Với FCL,d : phản lực động từ mặt đường tác động lên bánh xe
Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
* Chỉ tiêu về an toàn động lực học
Hệ số tải trọng động cực tiểu k d,min ảnh hưởng đến chuyển động ô tô, khả năng truyền lực khi tăng tốc và phanh, cũng như sự ổn định quỹ đạo chuyển động Cụ thể, k d,min = 0,5 được coi là giới hạn cảnh báo, trong khi k d,min = 0 là giới hạn can thiệp, chỉ ra sự giảm khả năng truyền lực của bánh xe.
2.1.2.4 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo
Chỉ tiêu này chỉ ra khả năng chọn độ võng tĩnh và độ võng động cũng như việc xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hành trình treo
: chuyển vị tương đối của khối lượng không được treo và khối lượng được treo
Độ võng động hành trình nén của hệ thống treo liên quan đến vị trí đặt vấu hạn chế hành trình nén, trong khi độ võng động hành trình trả cũng được xác định bởi vị trí đặt vấu hành trình trả.
2.1.3 Mô hình nghiên cứu dao động
Kết luận
Chương 2 của luận văn tập trung vào việc xây dựng các phương trình mô tả hoạt động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ Từ đó, áp dụng tính toán mô phỏng hệ thống treo với khối lượng cụ thể Sử dụng công cụ Matlab Simulink, mô hình mô phỏng của giảm chấn và hệ thống treo đã được xây dựng thành công.
Mô hình mô phỏng này khảo sát các thông số thiết kế hệ thống treo, như giảm chấn và nhíp, nhằm đánh giá tác động của các thông số này đến độ êm dịu của xe trong quá trình hoạt động Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng thực tiễn vào thiết kế, chế tạo và sản xuất ô tô, với mục tiêu nâng cao chỉ tiêu về độ êm dịu và an toàn cho các loại xe hiện nay.
MÔ PHỎNG CÁC TRƯỜNG HỢP LÀM VIỆC ĐIỂN HÌNH
Các dạng mặt đường
Theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995, nghiên cứu của Khoa Cơ khí trường Đại học Giao thông Vận tải đã tập trung vào việc mô phỏng mấp mô mặt đường theo miền thời gian, nhằm cải thiện chất lượng và độ an toàn của hạ tầng giao thông.
- Năm 1995, Tổ chức tiêu chu n qu c t ẩ ố ế (ISO) đưa ra phương pháp biểu th RSR ị với tiêu chuẩn ISO 8608:1995 [5] Công th c PSD cứ ủa RSR được bi u th ể ị như sau:
Trong nghiên cứu này, Ω 0 đại diện cho không gian tham khảo ảo với Ω0 0.1 = m −1 và w là chỉ số mũ, thường lấy giá trị bằng 2 Dựa trên các thông số này, bài viết trình bày 8 cấp mặt đường tương ứng với phạm vi cận dưới và cận trên, cùng với giá trị trung bình của PSD liên quan đến Ω 0 Ngoài ra, giá trị bình phương trung bình (Root Mean Square - RMS) σ q cũng được xác định tương ứng với 0.011m-ớ.
Theo nghiên cứu của Khoa Cơ khí thuộc Trường Đại học Giao thông Vận tải, phương pháp RSR đã được áp dụng để mô phỏng bằng phần mềm Matlab với Ωo = 1m -1.
48 gian mô phỏng t@.96s, và tốc độ v@km/h, cho các điều kiện mặt đường B, C,
D và E theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995
Công thức biểu diễn dưới dạng PSD trên mi n th i gian: ề ờ
Và theo quyết định số 32/2005/QĐ BGTVT ngày 17/6/2005 tại Việt Nam quy - định có 5 cấp loại đường A, B, C, E và D
Khi phân loại mấp mô mặt đường người ta chia ra 3 loại chính sau:
- Dạng cục bộ (hình thang)
- Dạng biến đổi phức tạp.
Mô phỏng giảm chấn
Khi xe di chuyển trên đường, các điều kiện mặt đường như độ mấp mô và độ rộng của khoảng mấp mô có ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu của xe Để đánh giá vấn đề này, chúng tôi đã sử dụng các phương trình và công cụ Simulink, kết hợp với các phương pháp thực nghiệm nhằm phân tích các thông số đầu vào liên quan đến thiết kế giảm chấn.
A_BA 4m 2 , A_CB=A_BC=6.79e-6m 2 , β=0.8, ρ00kg/m3, p0n+5Pa, K=1.5e+9Pa, pC=p0n+5Pa
3.2.1 Khảo sát lực giảm chấn khi thay đổi biên độ dao động
Khảo sát được thực hiện với đầu vào là dao động hình sin, trong đó các thông số khảo sát bao gồm tần số và biên độ dao động Biên độ dao động được thay đổi trong khoảng a = (0.02, 0.05) m, trong khi tần số được giữ cố định ở mức f = 2Hz.
Khi thay đổi biên độ dao động mà giữ nguyên tần số, lực và độ dịch chuyển của piston cũng biến đổi Cụ thể, khi biên độ tăng, lực của piston giảm chấn sẽ tăng theo, và ngược lại, khi biên độ giảm, lực piston cũng sẽ giảm Tại vị trí ban đầu của dịch chuyển, vận tốc dao động lớn nhất thì lực của piston đạt giá trị tối đa.
Hình 3.1: Kết quả mô phỏng lực giảm chấn khi thay đổi biên độ a
3.2.2 Khảo sát lực giảm chấn khi thay đổi tần số dao động
Khảo sát được thực hiện với tín hiệu đầu vào dạng sóng sin, trong đó biên độ dao động được giữ cố định ở mức a=0.02m, trong khi tần số dao động được thay đổi trong khoảng f=(2-5)Hz Kết quả thu được được trình bày trong hình 3.2.
Hình 3.2 : Kết quả mô phỏng lực giảm chấn khi thay đổi tần số f (Hz)
Hình 3.2 trên khi thay đổi tần số dao động tăng lên lực piston cũng tăng lên tại vị trí có tốc độ lớn nhất và bắt đầu dịch chuyển.
3.2.3 Khảo sát thay đổi áp suất trong các buồng A và B của piston Áp suất pA, pB trong các khoang biến thiên được mô tả theo thời gian, trong quá trình dao động a\m và f=2Hz như hình 3.3 dưới , áp suất được thay đổi theo chiều ngược nhau, nếu áp suất pA tăng (piston đi lên) thì pB giảm (quá trình trả) và ngược lại nếu pA giảm (piston đi xuống) áp suất pB tăng (quá trình nén)
Hình 3.3: Kết quả mô phỏng biến thiên áp suất trong các khoang của giảm chấn
3.2.4.Khảo sát lực và vận tốc giảm chấn
Khảo sát dao động hình sin với biên độ a=0.05m và tần số f=2Hz nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các tiết diện van piston A_AB (A_AB=A_BA/3, A_AB=A_BA/2 và A_AB=A_BA) đến lực piston trong hành trình trả Việc không thay đổi van A_BA trong quá trình thí nghiệm giúp xác định rõ mối quan hệ giữa lực piston và vận tốc.
Biểu đồ hình 3.4 minh họa các yếu tố động học của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ, cho thấy mối quan hệ giữa vận tốc và lực của piston Khi giá trị van A_BA không thay đổi, lực giảm chấn gần như ổn định trong hành trình nén Tuy nhiên, khi thay đổi tiết diện van A_AB, lực giảm chấn có sự biến đổi rõ rệt; giảm diện tích van A_AB dẫn đến lực giảm chấn ở hành trình trả tăng lên, trong khi tăng diện tích van A_AB lại làm giảm lực giảm chấn Quá trình này khẳng định rằng trong thiết kế giảm chấn, lực có thể được điều chỉnh thông qua việc thay đổi diện tích van piston, tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế của từng loại xe.
Hình 3.4: Kết quả mô phỏng lực của giảm chấn theo vận tốc khi thay đổi diện tích van A_AB
3.2.4 Khảo sát lực giảm chấn theo thời gian khi thay đổi diện tích van A_AB
Khảo sát dao động hình sin với biên độ 0.05m và tần số 2Hz nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay đổi tiết diện van piston A_AB (A_AB=A_BA/2 và A_AB=A_BA) đến lực tác động của piston trong hành trình trả Mục tiêu của nghiên cứu là xác định sự biến đổi của lực piston theo thời gian khi giữ van A_BA không thay đổi.
Theo đồ thị hình 3.5, lực giảm chấn duy trì ổn định trong quá trình nén khi van A_BA không thay đổi, trong khi quá trình trả có sự thay đổi khi diện tích van A_AB được điều chỉnh Cụ thể, khi diện tích van A_AB giảm, lực giả c m chấn sẽ tăng lên, ngược lại, khi tăng diện tích van, lực cản trong quá trình trả sẽ giảm.
Hình 3.5: Kết quả mô phỏng lực giảm chấn theo thời gian khi thay đổi diện tích van A_AB 3.2.5 Khảo sát lực liên quan đến thay đổi p0.
Khảo sát dao động hình sin với biên độ a=0.05m và tần số f=2Hz đã được thực hiện, trong đó áp suất p0 được thay đổi Các thông số đầu vào đã được khai báo ở phần đầu và kết quả khảo sát được thể hiện trong hình 3.6.
Khảo sát này cho thấy rằng khi áp suất khí nạp ban đầu p0 thay đổi, lực piston không biến đổi nhiều mà chỉ thay đổi giá trị lực ban đầu khi piston bắt đầu chuyển động Tuy nhiên, khi p0 được điều chỉnh, áp suất trong các buồng A và B cũng sẽ thay đổi Sự thay đổi áp suất ở các buồng này phụ thuộc vào độ kín của các lá van trong van piston và van giảm tải Do đó, từ biểu đồ có thể nhận thấy rằng việc tăng áp suất p0 sẽ ảnh hưởng đến áp suất trong các buồng.
Khi áp suất p0 tăng lên 53, áp suất trong các buồng cũng gia tăng, dẫn đến lực piston tăng theo Ngược lại, khi áp suất p0 giảm, áp suất trong các buồng sẽ giảm theo.
Hình 3.6: Kết quả mô phỏng lực giảm chấn theo thời gian khi thay đổi áp suất p0