Để có thể vận hành, khai thác tốt hơn đồn xe trong cơng tác vận tải ở nước ta, đề tài “ Xây dựng chương trình mô phỏng quỹ đạo chuyển động của đoàn xe kéo bán rơmoóc khi chuyển động trên
GNUYỄN HÙNG MẠNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *************************** LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐỒN XE KÉO BÁN RƠMC KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG VÒNG NGUYỄN HÙNG MẠNH 2006-2008 Hà nội 2008 HÀ NỘI 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205044911000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐỒN XE KÉO BÁN RƠMC KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG VỊNG NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: NGUYỄN HÙNG MẠNH Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN KHẮC TRAI HÀ NỘI 2008 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hiện tượng ổn định xoay thân xe Hình 1.2 Hiện tượng ổn định bẻ gãy đoàn xe Hình 1.3 Hiện tượng ổn định lật ngang đoàn xe Hình 2.1 Các thơng số hình học đồn xe kéo bán rơmc Hình 2.2 Động lực học đồn xe kéo bán rơmc 11 Hình 2.3 Động lực học xe đầu kéo 12 Hình 2.4 Động lực học bán rơmoóc 17 Hình 2.5 Động lực học vết đồn xe kéo bán rơmc 23 Hình 2.6 Động lực học xe đầu kéo 27 Hình 2.7 Động lực học bán rơmoóc 29 Hình 2.8 Các thơng số động học xe đầu kéo 28 Hình 2.9 Các thơng số động học bán rơmc 28 Hình 2.10 Sự biến dạng đàn hồi lốp chịu lực bên 31 Hình 2.11 Hành lang đồn xe kéo bán rơmc 33 Hình 2.12 Hành lang xe đầu kéo 34 Hình 2.13 Hành lang bán rơmoóc 35 Hình 3.1 Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng 37 Hình 3.2 Khai báo thơng số đầu vào trước mơ 39 Hình 3.3 Chương trình mơ quỹ đạo chuyển động 41 Hình 3.4 Chương trình tính tốn lực bên bánh xe phía trước xe đầu kéo 42 Hình 3.5 Chương trình tính tốn lực bên bánh xe phía sau xe đầu kéo 42 Hình 3.6 Chương trình tính tốn lực bên bánh xe bán rơmc 42 Hình 3.7 Chương trình tính tốn phản lực khớp nối K 43 Hình 3.8 Chương trình tính tốn vận tốc xe đầu kéo 43 Hình 3.9 Chương trình tính tốn góc lệch bên vận tốc bán rơmc 43 Hình 3.10 Chương trình tính tốn góc lệch bên thân xe đầu kéo 44 Hình 3.11 Chương trình tính tốn góc xoay thân xe đầu kéo 44 Hình 3.12 Chương trình tính tốn góc xoay thân bán rơmc 44 Hình 3.13 Chương trình tính tốn góc lệch φ 45 Hình 3.14 Chương trình tính tốn gia tốc bên xe đầu kéo 45 Hình 3.15 Chương trình tính tốn gia tốc bên bán rơmc 45 Hình 3.16 Quá trình thay đổi lực dọc bánh xe 48 Hình 4.1 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo bán rơmc 51 Hình 4.2 Đồ thị gia tốc bên thân xe đầu kéo bán rơmoóc 52 Hình 4.3 Đồ thị góc lệch thân xe đầu kéo bán rơmoóc 53 Hình 4.4 Quỹ đạo chuyển động tọa độ trọng tâm xe đầu kéo, khớp nối 54 Hình 4.5 Hành lang qt đồn xe kéo bán rơmc 55 Hình 4.6 Đồ thị hàm kích động lực phanh cầu đồn xe .58 Hình 4.7 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo bán rơmoóc 59 Hình 4.8 Đồ thị gia tốc bên thân xe đầu kéo bán rơmc 60 Hình 4.9 Đồ thị góc lệch thân xe đầu kéo bán rơmc 61 Hình 4.10 Quỹ đạo chuyển động tọa độ trọng tâm xe đầu kéo, khớp nối 62 Hình 4.11 Hành lang qt đồn xe kéo bán rơmc 62 Hình 4.12 Đồ thị hàm kích động lực phanh cầu đồn xe 63 Hình 4.13 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo bán rơmc 64 Hình 4.14 Đồ thị gia tốc bên thân xe đầu kéo bán rơmoóc 65 Hình 4.15 Đồ thị góc lệch thân xe đầu kéo bán rơmoóc 66 Hình 4.16 Quỹ đạo chuyển động tọa độ trọng tâm xe đầu kéo, khớp nối 67 Hình 4.17 Hành lang qt đồn xe kéo bán rơmc 67 Hình 4.18 Quỹ đạo chuyển động tọa độ trọng tâm xe đầu kéo, 67 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 An toàn giao thơng với đồn xe 1.2 Quỹ đạo chuyển động đoàn xe 1.3 Tình hình nghiên cứu động lực học đồn xe 1.4 Phương pháp nghiên cứu 11 1.5 Mục đích nhiệm vụ đề tài 12 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 14 2.1 Mơ hình đồn xe kéo bán rơmoóc 15 2.2 Mơ hình động lực học hai vết đồn xe kéo bán rơmoóc 17 2.3 Mơ hình động lực học vết đồn xe kéo bán rơmoóc 23 2.4 Quan hệ động học mơ hình đồn xe kéo bán rơmc 27 2.5 Mơ hình hệ thống lái 29 2.6 Mơ hình bánh xe 30 2.7 Xác định tọa độ trọng tâm hành lang quét đoàn xe 32 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG VÀ SỐ LIỆU 36 3.1 Các hàm mục tiêu toán 36 3.2 Hàm góc quay vành lái 36 3.3 Phương pháp mô 37 3.4 Mô quỹ đạo chuyển động hành lang quét đoàn xe 40 3.5 Lựa chọn số liệu phương án khảo sát 46 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 51 4.1 Phương án 51 4.2 Phương án 57 4.3 Nhận xét chung 68 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Với mục tiêu cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, đáp ứng nhu cầu hội nhập kinh tế giới, đất nước ta có bước chiến lược phát triển kinh tế, đặc biệt quan tâm nhiều tới phát triển mạng lưới, hệ thống giao thông vận tải Nhu cầu vận tải đường đóng vai trị quan trọng, phương tiện vận tải có sức chở hàng hóa lớn xe tải siêu trọng, đoàn xe sử dụng, khai thác triệt để, an toàn giao thông với phương tiện trở thành vấn đề cần quan tâm Đồn xe có tải trọng, chiều dài toàn lớn, khai thác vùng tốc độ tốc độ khác gặp cố ổn định chuyển động gây tai nạn giao thông nghiêm trọng Hướng nghiên cứu động lực học chuyển động đoàn xe quan tâm phát triển nhằm xây dựng bổ sung tiêu chuẩn kỹ thuật, tối ưu hóa cấu trúc, thiết lập hệ thống điều khiển động lực học đoàn xe đặc biệt ổn định quỹ đạo chuyển động Trên giới, thời điểm tại, tài liệu cơng trình nghiên cứu động lực học đồn xe cơng bố Để vận hành, khai thác tốt đoàn xe công tác vận tải nước ta, đề tài “ Xây dựng chương trình mơ quỹ đạo chuyển động đồn xe kéo bán rơmc chuyển động đường vịng” thực với mong muốn góp số vấn đề nhỏ lĩnh vực nghiên cứu quỹ đạo chuyển động, đồng thời bổ sung đưa hành lang quét đoàn xe quan điểm an tồn giao thơng, qua nhằm nâng cao khả tiếp cận với kiến thức khoa học Phạm vi nghiên cứu động lực học đoàn xe rộng, khuôn khổ luận văn, đề tài tập trung vào nội dung chính: - Xây dựng mơ hình tính tốn cho đồn xe kéo bán rơmc - Thiết lập phương trình tốn học mơ tả chuyển động đồn xe kéo bán rơmc - Mơ máy tính, xem xét thay đổi thông số động học, quỹ đạo chuyển động hành lang quét đoàn xe Đề tài thực Bộ mơn Ơ tơ Xe chun dùng - Viện Cơ khí Động lực - Trường ĐHBK Hà Nội Qua đây, tác giả xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới Thầy Bộ môn, Trung tâm Đào tạo sau Đại học bạn đồng nghiệp, đặc biệt lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Khắc Trai - Thầy giáo hướng dẫn đề tài - tận tình bảo, giúp đỡ tác giả việc định hướng nghiên cứu phương pháp giải vấn đề cụ thể đặt Song thời gian nghiên cứu cịn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu xót, tác giả mong tiếp tục nhận quan tâm, đóng góp ý kiến Thầy, Cô, bạn đồng nghiệp nhằm bổ sung hồn thiện q trình nghiên cứu Hà nội, ngày 30 tháng 10 năm 2008 Tác giả Nguyễn Hùng Mạnh CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 AN TOÀN GIAO THƠNG VỚI ĐỒN XE Cùng với tăng trưởng mạnh kinh tế nước, nhu cầu sử dụng tơ nói chung đồn xe nói riêng vận tải hành khách, hàng hóa tăng với số lượng lớn Điều kiện đường xá năm gần cải thiện nhiều, tốc độ chuyển động cho phép xe tăng lên góp phần rút ngắn thời gian vận tải, mang lại nhiều hiệu kinh tế Trái lại, vấn đề an toàn giao thơng vấn đề nóng bỏng khơng Việt nam mà mang tính tồn cầu, theo báo cáo tổ chức Y tế Thế giới WHO ngày 19/4/2007, năm tai nạn giao thông làm chết 1,2 triệu người làm thương 20-50 triệu người Theo thống kê Ủy ban An tồn giao thơng cao tốc Mỹ năm 2004 có 42.636 người thiệt mạng tổng số 6.181.000 vụ tai nạn giao thông Trong số vụ tai nạn làm thương 2.788.000 người phá hủy nhiều tài sản vật chất Theo ước tính năm 2002, chi phí cho vụ tai nạn giao thơng Mỹ lên tới 230.6 tỷ đô la Tai nạn xảy với nhiều loại phương tiện có 815,000 vụ tai nạn giao thông lật xe với xe tải số vụ tai nạn liên quan đến đồn xe bán rơmc 9,400 vụ Tai nạn giao thơng xảy với đồn xe gây phá hủy cơng trình giao thơng, gây thiệt hại lớn hàng hóa nguy hiểm liên đới gây tai nạn nghiêm trọng cho phương tiện khác tham gia giao thông Một số nguyên nhân xảy tai nạn giao thông với đoàn xe cố ổn định chuyển động Hiện tượng ổn định chuyển động ô tô nói chung đồn xe nói riêng xuất thay đổi ngẫu nhiên mặt đường, xảy trình phanh tránh chướng ngại vật đường Hiện tượng ổn định chủ yếu là: tượng ổn định xoay thân đồn xe; tượng lắc ngang dẫn đến lật ngang đoàn xe tượng bẻ gãy thân đoàn xe a) Mất ổn định xoay thân đồn xe Hiện tượng thường xảy tất loại xe, trượt xe bị quay vòng thừa thiếu mức Hiện tượng xảy với đoàn xe thể hình 1.1 Sự trượt cầu đồn xe xuất sai khác giá trị lực bên bánh xe cầu xe đầu kéo bán rơmoóc rơmoóc Sự sai khác làm đồn xe xoay theo hướng khơng mong muốn Hình 1.1 Hiện tượng ổn định xoay thân xe Để khắc phục tượng trên, có nhiều cơng trình nghiên cứu tiếp tục hồn thiện nhằm mục đích trì xoay thân xe với mức độ ổn định tốt cách phát khống chế khả ổn định xe, từ làm giảm đáng kể tai nạn giao thơng Có thể kể đến chương trình điều khiển ổn định điện tử ESP ( Electronic Stability Program - chương trình điều khiển ổn định xoay thân xe) b) Hiện tượng bẻ gãy thân xe Hiện tượng bẻ gãy thân xe xảy với loại đồn xe có khớp nối, ví dụ như: bán rơmc, rơmc, tổ hợp nhiều khớp nối Hiện tượng xảy xe đầu kéo bán rơmoóc/rơmoóc bị trượt, thể hình 1.2 Hình 1.2 Hiện tượng ổn định bị bẻ gãy đồn xe Hiện tượng xuất trường hợp: đường trơn, phanh ngặt thay đổi tải trọng Đa số trường hợp xảy bánh xe cầu sau xe đầu kéo bị khả bám phanh ngặt gia tốc lớn đường có hệ số bám thấp Trong phanh đường có hệ số bám thấp bánh xe cầu sau xe đầu kéo bị khóa cứng khả kéo đường Khi xe đầu kéo bị trượt, bị bán rơmoóc/rơmoóc đẩy sang bên làm xuất hiện tượng ổn định hướng