Nghiên ứu dao động ghế ngồi xe kháh sản xuất tại việt nam

Đây là một mảng đề tài khá rộng cho nên trong khuôn khổ thời gian có hạn của một luận văn cao học, đề tài này chọn nghiên cứu ảnh hởng của các thông số kết cấu của xe, thông số hệ thống

Chơng 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1 Tình hình sản xuất ôtô chở khách ở Việt Nam……… …

1.1.1 Nhu cầu về xe khách và định hớng của Chính phủ…… …

1.1.2 Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô chở khách

1.2 Nghiên cứu về dao động ôtô

1.2.1 Nghiên cứu về dao động ôtô trên thế giới

1.2.2 Nghiên cứu về dao động ôtô ở Việt Nam

1.3 Mục tiêu và phơng pháp nghiên cứu của luận án

Chơng 2 Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ghế ngồi

2.1 ảnh hởng của dao động đối với cơ thể con ngời

2.1.1 ảnh hởng rung toàn thân

2.1.2 ảnh hởng của rung cục bộ

2.2 Định mức dao động cho phép đối với con ngời

2.2.1 Những thông số dao động mà con ngời thờng xuyên tiếp xúc trong các sinh hoạt thờng ngày

2.2.2 Các thí nghiệm đo rung đối với cơ thể con ngời

2.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ghế ngồi

Chơng 3 Khảo sát dao động của ghế ngồi ôtô khách

3.1 Xây dựng mô hình dao động tơng đơng

3.1.1 Các khái niệm về thông số tơng đơng………

3.1.2 Mô dao động tơng đơng của xe khách:……… …

3.2 Thiết lập hệ phơng trình vi phân mô tả dao động ghế ngồi ôtô

3

3

3

6

7

7

10

11

13

13

14

17

17

17

20

24

27

27

27

28

3.2.2 Thiết lập các phơng trình vi phân mô tả dao động cầu

sau………

3.2.3 Thiết lập các phơng trình vi phân mô tả dao động thânxe………

3.2.4 Thiết lập phơng trình vi phân mô tả dao động một vị bất kỳ ghế ngồi………

3.3 Kích động mặt đờng………

3.3.1 Các phơng pháp định hàm kích động mặt đờng……

3.3.2 Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên………

3.3.3 Chọn hàm kích động ngẫu nhiên mặt đờng…………

Chơng 4 ứng dụng matlab simulink để khảo sát -

dao động của ghế ngồi ôtô kháCH 4.1 Mô phỏng dao động của ghế ngồi xe khách………

4.1.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể ……… …

4.1.2 Sơ đồ các khối chức năng……… …

4.2 Thông số mô phỏng

4.3 Một số kết quả và đánh giá

4.3.1 Chuyển vị và gia tốc theo phơng thẳng đứng ở một số vị trí

4.3.2 Khảo sát ảnh hởng các thông số cho hệ thống treo ghế ngồi ở một số vị trí

4.3.3 Chọn bộ thông số cho hệ thống treo ghế ngồi

Kết luận

Tài liệu Tham khảo

44

46

54

56

56

57

59

64

64

64

65

70

71

71

74

79

80

82

84

Hiện nay ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đã và đang đợc Nhà nớc

và Bộ công nghiệp quan tâm phát triển Quyết định số 175/2002/QĐ-TTG của Thủ tớng chính phủ về việc phê duyệt chiến lợc phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010 trong đó cũng đã nhấn mạnh đến lĩnh vực sản xuất ôtô khách Hầu hết các cơ sở sản xuất xe khách của nớc ta, sản xuất trên cơ sở nền xe tải nhập ngoại và chúng ta chỉ mới dừng lại ở sản xuất vỏ xe với các công nghệ dập, hàn sơn, bố trí nội thất và tiện nghi nh điều hoà, radio, bố trí ghế ngồi ngời lái, hành khách theo quan điểm sử dụng hết khoảng không gian mà cha quan tâm đến dao động xe và ghế ngồi Mặt khác cũng có nhiều tác giả trong và ngoài nớc nghiên cứu dao động ôtô nói chung và ghế ngôi nói riêng một cách riêng lẻ Chính vì vậy tôi chọn đề tài

đề tài luận án

Đây là một mảng đề tài khá rộng cho nên trong khuôn khổ thời gian có hạn của một luận văn cao học, đề tài này chọn nghiên cứu ảnh hởng của các thông số kết cấu của xe, thông số hệ thống treo, thông số lốp xe, thông số hệ thống treo ghế ngồi và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu ghế ngối, từ

đó có thể chọn ra bộ thông số kết cấu của ghế ngồi theo quan điểm độ êm dịu

Để đạt đợc các mục đích đó trong đề tài giải quyết những vấn đề sau:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô nói chung và ghế ngồi nói riêng trong điều kiện đờng xá Việt Nam, phù hợp với ngời Việt Nam

- Xây dựng mô hình dao động ghế ngồi ôtô khách sản xuất tại Việt Nam

- Thiết lập hệ phơng vi phân mô tả dao động của ghế ngồi

- ứng dụng kết quả đo mấp mô mặt đờng quốc lộ 1A Hà Nội – Lạng Sơn vào bài toán dao động ghế ngồi

- Giải hệ phơng trình vi phân dao động bằng Simulink trong phần mềm Matlab 7.0

- Nghiên cứu và đề xuất bộ thông số kết cấu ghế ngồi theo quan điểm

êm dịu

Qua đây cho phép tôi đợc bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo

PGS TS Lu Văn Tuấn ngời hớng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt

thời gian làm luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong Bộ môn

ôtô và Xe chuyên dụng, Viện Cơ khí Động lực, Trờng ĐHBK Hà Nội, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Do trình độ của bản thân và thời gian có hạn nên đề tài chắc chắn còn

có sai sót rất mong sự đóng góp của các thầy, độc giả quan tâm để đề tài hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2006

Tác giả

Lê Văn Quỳnh

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1 Tình hình sản xuất ôtô chở khách ở Việt Nam

1.1.1 Nhu cầu về xe khách và định hớng của Chính phủ

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân, quá trình đô thị hoá các thành phố đã diễn ra với tốc độ nhanh chóng Mạng lới giao thông ở các thành phố lớn nh Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh trở nên quá tải Mật độ dân số quá cao dẫn

đến tình trạng ùn tắc giao thông thờng xuyên gây ảnh hởng lớn đến đời sống ngời dân và mọi hoạt động xã hội khác Giải pháp duy nhất và hữu hiệu

để xử lý tình trạng này là phát triển giao thông công cộng trong đó ôtô buýt

đóng vai trò chủ chốt Ngoài ra, các loại hình vận tải hành khách khác nh xe khách đờng dài, liên tỉnh, ôtô phục vụ du lịch, cũng đang phát triển mạnh làm tăng nhanh nhu cầu về ôtô chở khách các loại Trong những năm gần đây với sự phát triển các cơ sở hạ tầng, mạng lới đờng xuyên quốc gia và liên tỉnh phát triển, kể cả đờng làm mới và nâng cấp dựa trên các dự án xây dựng

và nâng cấp đờng đợc tổ chức Ngân hàng Thế giới và các nguồn vốn khác,

do đó có nhiều tuyến đờng có chất lợng cao, đảm bảo xe chạy với tốc độ cao và tiện nghi Do vậy các xe khách xuyên quốc gia và xe khách liên tỉnh chất lợng cao đòi hỏi phải ra đời Cùng lúc đó, việc ban hành nghị định số 24/2004/NĐ-CP quy định niên hạn sử dụng ôtô đã loại bỏ hàng ngàn ôtô chở khách quá hạn sử dụng Ví dụ riêng thành phố Hồ Chí Minh khi đó có nhu cầu thay thế hàng ngàn xe buýt lớn loại: 45-50 chỗ ngồi và 7.000 xe lam cần đợc thay thế bằng xe 6 8 chỗ ngồi.-

Tất cả những lý do trên đây đã làm tăng đột biến nhu cầu về ôtô chở khách ở thị trờng trong nớc Nguồn cung cấp theo con đờng nhập khẩu chỉ

đáp ứng đợc một phần nhỏ nhu cầu này do giá thành ôtô nhập khẩu quá cao,

kể cả ôtô đã qua sử dụng Hiện nay nớc ta có 13 liên doanh sản xuất ôtô,

nhng hầu hết các cơ sở này chỉ tập trung lắp ráp ôtô du lịch chở ngời dới 9 chỗ, ôtô chở khách loại nhỏ và một số loại ôtô tải, chủ yếu là ôtô tải nhẹ Do vậy, việc cung cấp ôtô chở khách cho thị trờng sẽ phải dựa chủ yếu vào các nhà sản xuất ôtô trong nớc Đây là một nhiệm vụ nặng nề, đồng thời cũng là

cơ hội để các doanh nghiệp sản xuất ôtô khách Việt Nam phát triển

Theo quyết định của Thủ tớng Chính phủ số 175/2002/QĐ TTg về phê duyệt chiến lợc phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn tới năm 2020 cũng đã nhấn mạnh lĩnh vực sản xuất ôtô chở khách

-Trên cơ sở phân tích, đánh giá nhu cầu thị trờng của xe khách, xe con,

Bản Quy hoạch đã đề ra dự kiến của chính phủ về sản lợng các loại xe này từ

nay đến năm 2020 Các số liệu cụ thể đợc ghi trong bảng 1.1 dới đây:

36.000 21.000 5.000 6.000 4.000

79.900 44.000 11.200 15.180 9.520

Bản quy hoạch của Chính phủ cũng đã phân tích đánh giá năng lực của các cơ sở sản xuất hiện nay và đề ra nhu cầu bổ sung sản lợng đến năm 2020 bảng 1.2, trong đó thể hiện rõ sự cần thiết phải đầu t cho lĩnh vực sản xuất

ôtô chở khách

Đơn vị: xe

Năng lực hiện tại năm 2003

Sản lợng yêu cầu năm 2010(dự báo)

Sản lợng yêu cầu bổ sung năm 2010

Những định hớng trên cho ta thấy sự cần thiết phải xây dựng một nền công nghiệp ôtô thực thụ ở Việt Nam Tuy nhiên, hiện nay các cơ sở sản xuất

ở nớc ta vẫn chỉ dừng lại ở công việc lắp ráp ôtô từ các bộ phụ tùng nhập khẩu từ Trung Quốc và Hàn Quốc Phần sản xuất trong nớc chủ yếu là các bộ phận khung vỏ xe Vì vậy, chủ trơng Chính phủ là đầu t cho các nhà máy

sản xuất ôtô để từng bớc nâng cao tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm và trong tơng lai không xa chúng ta có thể sản xuất những chiếc xe mang thơng hiệu Việt Nam Với chủ trơng nh vậy, nhiều nhà máy đã đợc đầu t nâng cấp và trang bị để sản xuất ôtô chở khách

1.1.2 Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô chở khách

Hiện nay chúng ta có một số doanh nghiệp đầu t sản xuất và lắp ráp

ôtô khách từ 24 80 chỗ, phục vụ giao thông công cộng Các doanh nghiệp - lớn có Vinamotor, Cơ khí ôtô Đà Nẵng, Trờng Hải và SAMCO Ngoài ra còn

có các liên doanh nh Daewoo, Hino và Mercedes-Benz cũng sản xuất một số loại ôtô chở khách cỡ lớn

Các sản phẩm của Vinamotor (công ty cơ khí ôtô 1 5, công ty 3- -2, ) thuộc Tổng công nghiệp ôtô Việt Nam rất đa dạng, cơ sở này đã sản xuất và lắp ráp các chủng loại ôtô khách từ 24 chỗ ngồi, 34, 45, 60, 80 chỗ ngồi với dựa dây truyền của Hàn Quốc và Trung Quốc Đã đáp ứng đợc hàng nghìn xe mỗi năm, phục vụ đắc lực cho yêu cầu giao thông công cộng ở các thành phố

và các loại hình vận tải hành khách khác

Các công ty ôtô Đà Nẵng và ờng Hải đã sản xuất và lắp ráp các ôtô Trkhách cỡ 24 45 chỗ ngồi với sản lợng hàng năm bán ra từ 500 - - 1000 xe các loại Đó là những cơ sở sản xuất rất có tín nhiệm tại thị trờng miền trung nớc ta

Tổng công ty SAMCO Sài Gòn sản xuất và lắp ráp các loại ôtô khách -

cỡ 24 45 chỗ ngồi và có khả năng đ- ợc hãng Mercedes-Benz chuyển giao công nghệ để sản xuất xe cỡ lớn 80 chỗ Đây là một doanh nghiệp lớn đang trên đà phát triển Các xe do SAMCO sản xuất lắp ráp có tính năng kỹ thuật khá cao vì đều có nguồn gốc từ xe cơ bản của hãng Isuzu (Nhật Bản) nên có sức cạnh tranh lớn, đặc biệt là ở thị trờng phía Nam

Hai hãng liên doanh là Daewoo và Mercedes-Benz đều sản xuất các loại

xe chở khách tiên tiến, rất đợc a chuộng ở các thành phố nh Hà Nội và

lớn về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.-

Tất cả các cơ sở sản xuất ôtô chở khách trên đây thực chất là các cơ sở lắp ráp xe trên cơ sở các bộ phụ tùng nhập khẩu Phần công việc chính đợc thực hiện trong nớc là sản xuất khung vỏ với các công nghệ hàn, sơn và lắp ráp nội thất Với mức đầu t trang thiết bị còn khiêm tốn, chất lợng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp trong nớc còn ở mức độ hạn chế Tuy nhiên,

đây là nguồn cung cấp ôtô chở khách chủ yếu cho thị trờng trong nớc hiện nay nhờ có u thế về giá thành

Qua phân tích ở phần trên chúng ta thấy công nghiệp ôtô Việt Nam trong đó có công nghiệp sản xuất xe khách dừng lại lắp ráp, sản xuất khung

vỏ, bố trí nội thất và tiện nghi trong đó có bố trí ghế ngồi cho hành khách và ngời lái theo quan điểm sử dụng hết khoảng không gian của xe cha quan tâm đến nghiên cứu vấn đề dao động của ghế ngồi của ngời lái và hành khách Trong đề tài này tập chung nghiên cứu dao động của ghế ngồi xe khách và từ đó đa ra các biện pháp khắc phục nó theo hớng đảm bảo độ êm dịu cho hành khách nói chung và ngời lái nói riêng

1.2 Nghiên cứu về dao động ôtô

1.2.1 Nghiên cứu về dao động ôtô trên thế giới

Độ êm dịu chuyển động của ôtô là chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lợng

ôtô Do vậy đợc các nhà khoa học, các chuyên gia sản xuất ôtô trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu dao động của ôtô và các hớng nghiên cứu đó là:

* Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô:

Đây là sự phối hợp nghiên cứu của các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực nh: công nghệ ôtô, bảo hộ lao động, y tế, tập chung vấn đề sau đây:

Nghiên cứu dao động ảnh hởng đến sức khoẻ con ngời và tìm ra các vùng thông số của dao động nh tần số, vận tốc, gia tốc, biên độ dao động ảnh hởng đến sức khoẻ con ngời Về vấn đề ảnh hởng của biên độ và tần số

rung động đối với cơ thể con ngời có hai công trình nổi tiếng của M.V Vinôgrađôv và Anđreva Galania Trong đó Vinôgrađôv nghiên cứu ảnh

hởng của rung động toa xe đối với cơ thể hành khách và đa ra chỉ số xác

định mức độ ảnh hởng rung động đối với con ngời theo tần số và biên độ

Anđreva Galania cũng nghiên cứu ảnh hởng của rung động và cũng có kết

luận mực độ ảnh hởng của rung động đến các loại bệnh tật của con ngời

Đa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô phụ thuộc vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của từng nớc, thuộc vào tâm sinh lý hành khách của mỗi nớc mà các nớc có các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau

* Nghiên cứu các hệ thống treo và các phần tử hệ thống treo nhằm nâng cao chất lợng của độ êm dịu chuyển động của ôtô:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là các ngành công nghệ thông tin, điều khiển tự động, công nghệ vật liệu đã góp phần không nhỏ để phát triển công nghiệp ôtô Các hệ thống ôtô trong đó hệ thống treo và các phần tử của hệ thống treo đã đợc cải tiện đáng kể theo hớng nâng cao chất lợng của độ êm dịu chuyển động của ôtô Năm 1974 phần tử giảm chấn đợc điều khiển đầu tiên đa vào áp dụng cho hệ thống treo đã

đánh dấu một bớc ngoặt quan trọng trong nghiên cứu hoàn thiện hệ thống

treo Từ đó một loạt các công trình ra đời nh: hai tác giả Karrnop, Crosby

và Harwood sử dụng giảm chấn có điều khiển dạng ON OFF trên mô hình 1/4 với hệ một bậc tự do đã nghiên cứu, mô tả thành công các đặc tính tần số - biên độ của gia tốc, vận tốc và dịch chuyển của phần khối lợng đợc treo với các kích thích đơn giản Các tác giả Ahmadian và Marjoram bằng việc sử dụng mô hình treo bán tích cực (semi active suspension) 1/4 xe với các phần

-tử điều khiển là giảm chấn dạng “ON OFF” đã khảo sát các đặc tính tần số - – biên độ của gia tốc khối lợng phần đợc treo, dịch chuyển của hệ thống treo

và của lốp xe với tác động đầu vào có vận tốc dịch chuyển theo phơng thẳng

đứng ngẫu nhiên Trong những năm gần đầy đã ứng dụng điền khiển mờ dùng

hơn phơng pháp điều khiển “ON OFF”

-Cùng với sự phát triển của hệ thống treo bán tích cực (semi active

suspension) thì hệ thống treo tích cực (active suspension) cũng phát triển song song có nghĩa hệ thống treo điều khiển hai thông số là điều khiển phần tử giảm chấn và điều khiển phần tử đàn hồi của hệ thống treo

* Nghiên cứu nguồn gây dao động:

Dao đông ôtô khi chuyển động không phải dao động tự do mà là dao

động cỡng bức, trong đó có nguồn gây kích thích xuất phát từ mấp mô

đờng Từ thập kỷ 50, các nớc phát triển trên thế giới nh: Mỹ, Anh, Pháp

đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ, thiết bị và đã ban hành các quy trình đo

đạc, đánh giá chất lợng đờng ôtô thông qua chỉ tiêu độ mấp mô Nghiên cứu phơng pháp đo đạc và xử lý số liệu để tìm ra các quy luật các quy luật của mấp mô đờng là một vấn đề rộng lớn đợc nhiều tác giả trên thế giới quan tâm và các hớng nghiên cứu nh sau:

Mô hình hoá mấp mô mặt đờng: để thực hiện việc mô hình hoá, các tác giả phải khảo sát các loại mặt đờng, từ đó phân chia đờng ra từng loại

Các tác giả Yasenko và Prutri kôp trong các công trình nghiên cứu của mình

đã phân chia các dạng mấp mô

Phơng pháp thực nghiệm: đo đạc trực tiếp trên mặt đờng bằng các thiết bị đặc biệt Quy luật của các mấp mô sẽ đợc biểu diễn dới dạng số Kết quả này rất thuận tiện cho việc xử lý bằng máy tính thành các hàm toán học mô tả mấp mô của đờng với sai số có thể chấp nhận đợc hoặc bằng các phép toán xác suất thống kê đối với đại lợng ngẫu nhiên rời rạc

* Giải bài toán dao động ôtô:

Giải bài toán dao động đã đợc đa ra từ lâu Từ những năm 50 của thế

kỷ 20 E.A Truđakốp trong các công trình của mình đã đa ra mô hình dao

động ôtô hai bậc tự do Từ đó đến nay, mô hình dao động ôtô ngày càng hoàn

thiện theo hớng ngày càng tiến gần sát với mô hình thật và đặc biệt sự phát triển của công nghệ thông tin việc giải các bài toán dao động ngày càng dễ dàng hơn Ngày nay, các nhà nghiên cứu và giải quyết các bài toán dao động phi tuyến trong đó hệ số cản của giản chấn không phải là hằng số hoặc hệ số cứng của phần tử đàn hồi cũng không phải hằng số.

1.2.2 Nghiên cứu về dao động ôtô ở Việt Nam

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ôtô nớc ta đã có bớc phát triển đáng kể và đã đợc nhà nớc đặc biệt quan tâm nh trình bày phần trên Do vây một loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô đã

đợc ra đời sau đây là một số công trình tiêu biểu:

Công trình cấp nhà nớc mang mã số 58A-02-04 thuộc chơng trình nhà nớc 58A 02 cũng đã nghiên cứu về rung động trong bảo hộ lao động và -các tác giả đã đa ra một số kết quả về vấn đề này

Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc cũng có công trình nghiên cứu

về của ghế máy kéo và đã có thiết ghế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay dùng cho công nhân lái máy kéo

Công trình của các giả và PGS TS D Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tài mang mã số B91 03, T16/90 CK, T18/91- - -CK đã có các nghiên cứu mang tính chất lý thuyết về và định hớng về vấn đề dao động

Công trình nghiên cứu [9] đã đề ra mục tiêu nâng cao độ êm dịu cho xe

ca Trong luận án này tác giả chú ý đến mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung

và vỏ là kết cấu đặc trng cho xe ca – kết cấu khung, vỏ chịu lực

Công trình [6] nghiên cứu ảnh hởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyển động Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do với kích động mặt đờng là hàm phổ của Iasenko

Công trình [10] nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển để nâng cao chất lợng độ êm dịu chuyển động của ôtô Trong luận án này tác giả tập

động mặt đờng ngẫu nhiên với các phổ đợc đo trên các đờng Việt Nam

Công trình [8] nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao động của ôtô nhiều cầu Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của

hệ thống treo, lốp xe và giải quyết bài toán dao động bằng phơng pháp Matlab Simulink

Công trình [7] khảo sát dao động của xe tải hai cầu dới kích động ngẫu nhiên của mặt đờng Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô hai cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phơng pháp Matlab Simulink 6.0

Công trình nghiên cứu về mấp mô đờng và chế tạo thiết bị đo xóc kiểu phản ứng của MDX-73 cuả G.S Nguyễn Xuân Đào và đợc thử nghiệm trên các tuyến đờng chính của Việt nam từ đó ban hành quy trình của ngành (TCN-1050/QĐKT4)

Công trình [11] nghiên cứu ảnh hởng của biên dạng mặt đờng đến tải trọng tác dụng lên ôtô tại quốc lộ 1A Trong công trình này tác giả đo đạc và thu thập đợc bộ số liệu mấp mô biên dạng đờng trên tuyến đờng 1A Hà Nội – Lạng Sơn, xử lý số liệu và đa vào bài toán dao động để xác định tải trọng tác dụng lên ôtô Kết quả bộ số liệu mấp mô biên dạng đờng đợc sử dụng nguồn kích động dao động trong luận án

Qua phân tích các công trình nghiên cứu trong nớc thì cha có chuyên gia nào đề cấp đến vần đề nghiên cứu dao động của ghế ngồi cho xe khách

1.3 Mục tiêu và phơng pháp nghiên cứu của luận án

Dựa trên cơ sở phân tích ở phần phần trên và đợc sự đồng ý có thầy

hớng dẫn khoa học tôi chọn đề tài ““Nghiên cứu dao động của ghế ngồi

khoa học tôi tập chung nghiên cứu một số vần cơ bản sau đây:

* Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu ghế ngồi:

Dựa trên cơ sở các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô của các tác giả trong, ngoài nớc và các kết quả nghiên cứu trong nớc về định mức rung, về ảnh hởng của dao động đến sức khoẻ con ngời Việt Nam đề ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ghế ngồi Các tiêu chí này phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

- Phù hợp với sức khoẻ ngời Việt Nam

- Các chỉ tiêu phải ở dạng tờng minh và phù hợp với điều kiện Việt Nam

* Xây dựng mô hình và thiết lập hệ phơng trình vi phân mô tả dao động:

tơng đơng cho loại xe khách đóng trên nền xe tải Nghĩa là sàn xe và

vỏ xe đợc đóng riêng, sau đó ghép nối vào khung xe Khung xe là loại khung gồm hai xà dọc chạy dọc theo chiều dài của xe và các xà ngang tăng cứng và bắt các cụm Hệ thống treo các loại xe này là hệ thống treo phụ thuộc

- Thiết lập hệ phơng trình vi phân: Trên cơ sở mô hình dao động tơng đơng ta tiến hành thiết lập hệ phơng trình vi phân biểu diễn dao động Trong luận án này sử dụng nguyên lý Dalambe để thiết lập hệ phơng trình vi phân dao động

* Giải hệ phơng trình vi phân dao động:

Trong luận án này sử dụng kết quả đo hàm biểu diễn kích động mặt

đờng là mật độ phổ mặt đờng ngẫu nhiên trên quốc lộ 1A tuyến đờng Hà Nội – Lạng Sơn của tác giả Đào Mạnh Hùng chủ nhiệm với đề tài cấp bộ

mã số B2003- -35 42

Để giải hệ phơng trình dao động ta sử dụng phần mền Matlab Simulink 7.0 làm công cụ chủ yếu cho việc tính toán và mô phỏng Đây là phần mềm hiện nay đợc áp dụng nhiều để giải các bài toán về kỹ thuật

Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ghế ngồi 2.1 nh hởng của dao động đối với cơ thể con ngờ ả i

Khi ôtô chuyển động sinh ra các dao động theo các phơng khác nhau của hệ trục toạ độ không gian OXYZ Trong luận án chỉ nghiên cứu các dao

động theo phơng thẳng đứng (OZ) Các dao động này tác dụng trực tiếp ngời ngồi trên đó (ngời lái và hành khách) Những dao động này dới dạng sóng cơ đợc truyền trực tiếp lên cơ thể con ngời làm cơ thể hoặc các bộ phận của con ngời dao động theo Các thí nghiệm đã chứng minh cơ thể con ngời đợc xem hệ cơ học đàn hồi có tần số dao động riêng từ 3ữ30 Hz và có khả năng hấp thụ những dao động có tần số 800Hz Khi chịu các lực kích thích các phần tử của cơ thể con ngời thực hiện các chuyển động tơng đối với nhau Khi ngồi trên ôtô, phần mông của cơ thể con ngời trực tiếp tiếp xúc với ghế ngồi Các phần tử còn lại của cơ thể (đầu, cổ, ngực, lng, chân, tay, ) nối với mông bằng các bằng các bộ phận nh cơ, gân, Khi ôtô chuyển động, ghế ngồi dao động, thì các bộ phận của cơ thể dao động theo Một cách tổng quát có thể thấy rằng khi tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nguồn rung, những nguồn rung trên đến cơ thể ở những thời điểm ban đầu cơ thể con ngời thực hiện đồng thời hai dao động đó là dao động tắt dần và dao động cỡng bức dới tác động của lực kích thích Mặt khác các bộ phận của cơ thể

có dao động riêng của chúng và xác định các tần số dao động khó khăn Dới

đây là kết quả nghiên cứu của một tác giả nớc ngoài cho thấy tần số dao

động của các bộ phận cơ thể trong trờng hợp ngời ngồi trên ghế đệm mềm:

Bảng 2-1 Tần số dao động của các cơ thể khi ngồi trên ghế đệm mềm

Các bộ phận cơ thể Hông Ngực Đầu Cả cơ thể

Qua các kết quả nghiên cứu ta thấy các bộ phận đều có dao động chính vì vậy sẽ xảy ra hiện tợng cộng hởng khi tần số dao động kích thích trùng với tần số dao động riêng Khi xảy ra hiện tợng cộng hởng sẽ ảnh hởng

đến cơ quan bên trong của con ngời Tuy nhiên hiện tợng xảy ra rất ngắn sau đó sẽ xảy ra dao động cỡng bức với lực kích thích bên ngoài Những dao

động này có tác động sinh học phức tạp gây biến đổi về tâm sinh lý trong cơ thể, nếu kéo dài gây nên các tổn thơng và bệnh tật cho cơ thể thậm trí mắc bệnh nghề nghiệp trong trờng hợp tiếp xúc thờng xuyên (nh ngời lái xe) Chính vì vậy rung động là yếu tố thứ 4 trong 12 yếu tố đợc các tổ chức y tế, môi trờng, sức khoẻ thế giới quan tâm Tuỳ thuộc vào một số yếu tố nh: thời gian tiếp xúc với nguồn rung, vị trí tác động, đặc tính của nguồn rung (có quy luật, quy luật ngẫu nhiên, gián đoạn hay liên tục ), giá trị của các đại lợng

đặc trng cho rung động (tần số, biên độ, vận tốc, gia tốc ) mà ảnh hởng của rung động đối với cơ thể con ngời sẽ rất khác nhau Nói chung ảnh hởng của rung động đối với cơ thể con ngời đợc chia làm hai loại chính:

ảnh hởng rung toàn thân và ảnh hởng cục bộ

2.1.1 ảnh hởng rung toàn thân

ảnh hởng rung toàn thân có nghĩa là rung động tác động lên toàn bộ cơ thể con ngời làm cho toàn bộ cơ thể rung động (ngời ngồi trên ghế hoặc đứng trên sàn xe ứng với trờng hợp này) Các công trình nghiên cứu và kết quả thí nghiệm của nhà khoa học và nhà bảo hộ lao động cho ta thấy nh sau Nếu toàn thân dao động với tần số 1Hz thì các cơ quan bên trong ngời không dịch chuyển tơng đối với nhau, nh vậy cả một cơ thể dao động là một khối đồng nhất

Nếu tần số dao động 2 20Hz hiện tợng cộng hởng công suất xuất ữhiện, gây tác động mạnh lên cơ thể ngay cả khi biên độ ở dải tần số dới có nghĩa tần số thấp

rung toàn thân theo phơng thẳng đứng (OZ) gây nhiều tác hại cho cơ thể nh sau:

Nếu dao động với tần số trong khoảng 3ữ5 Hz gây ra các tác hại đến các cơ quan tiền đình và biểu hiện gây chóng mặt

Nếu tần số dao động 5ữ11 Hz gây rối loạn đờng thính giác sau đó ảnh hởng đến các cơ quan nội tạng (ruột, gan,dạ dầy )

Nếu dao động với tần số lớn hơn 11Hz làm giảm thị lực, gây buồn nôn Tuy nhiên giới hạn của các tác động này đối với từng ngời là khác nhau và thay đổi trong một khoảng rộng

Dao động của ôtô là một hệ dao động phức tạp nhng ta có thể chia dao

động thành dao động và rung động:

Dao động có tần số 15ữ18 Hz Dao động có thể cảm nhận đợc và trực tiếp gây khó chịu cho con ngời trong một thời gian ngắn

Rung động có tần số 15ữ1800 Hz và rung động tác hại đến sức khoẻ trong một thời gian dài

Công trình nghiên cứu có tính chất tổng quan về rung động toàn thân

đợc Borseski và các cộng tác viên của ông tiến hành công trình này khẳng

định rằng ảnh hởng của rung động toàn thân thờng đợc thể hiện rõ nét nhất qua trạng thái của quá trình hoạt động của hệ thần kinh ảnh hởng đến sự hng phấn và ức chế Trong trờng hợp nặng hơn là chứng rối loạn hoạt động của hệ thần kinh trung ơng, viêm tiền đình, gây chóng mặt, nhức đầu, buồn nôn, tình trạng suy nhợc mất ngủ, nhãn cầu bị co giật khi đa mắt quá mức Bên cạnh đó còn gây rối loạn chức năng của hệ thần kinh thực vật làm cho các bệnh mãn tính của cơ quan nội tạng bị trầm trọng hơn Nếu dao động tác động nên con ngời trong ngày làm việc năm này sang năm khác thì ở một cờng

độ nhất định trong cơ thể có xuất hiện các hiện tợng bệnh lý (điều này

xảy ra đối với ngời lái xe bởi vì luôn làm việc trong môi trờng có dao

động)

Nghiên cứu của A.H Meyer về ảnh hởng của rung động đối với cơ thể con ngời kết quả nghiên cứu đã cho thấy những ngời lái xe thờng mắc các hiện tợng rối loạn của hệ thần kinh trung ơng và hệ thần kinh thực vật Nó

có các biểu hiện sau: sự mệt mỏi nghiêm trọng sau mỗi ca làm việc, mất ngủ thờng xuyên, hay buồn nôn và bị ức nớc tiểu vào buổi sáng Mặt khác ngời ngồi trên ôtô khi dao động sẽ chịu tác động chuyền thẳng lên xơng sống và hầu nh không qua các chi dới Trong t thế đứng thì tác động của các dao

động bị yếu đi bởi vì các khớp xơng của chi dới Chúng ta biết rằng xơng sống đợc tạo bởi 24 đốt sống, chúng đợc nối với nhau bằng các đĩa đệm làm xơng sống trở lên đàn hồi và có hệ số tắt chấn lớn Các dao động mà con ngời chịu trong t thế ngồi bắt buộc sẽ làm thơng tổn đến cột sống mà chủ yếu là các đĩa đệm đặc biệt (đĩa đệm ở đốt sống cuối cùng) Các đĩa đệm bị lệch hoặc bị hỏng sẽ gây ra chèn ép các bó dây thần kinh và gây đau dây thần kinh hông to (dây thần kinh toạ) Ngoài ra các tác động của dao động còn làm các gai ở đốt sống dài ra và hậu quả của nó cũng gây ra chèn ép các bó dây thần kinh Nhiều tài liệu nớc ngoài cũng cho thấy dao động còn ảnh hởng

đến các cơ quan nội tạng nh viêm loét dạ dầy Tuy nhiên cha có số liệu định lợng về vấn đề trên vì vậy vẫn đang là đối tợng nghiên cứu của các chuyên gia bảo hộ lao động Ngoài ra các chuyên gia về bảo hộ lao động cũng cho rằng liên hệ xơng cơ của cơ thể con ngời có đặc tính đàn hồi và tắt dần không tuyến tính Hơn thế nữa đặc tính này thay đổi trong quá trình dao động

có nghĩa là cơ thể là một hệ dao động không tắt dần Con ngời nh một hệ sinh động học có tính tự điều chỉnh trong một phạm vi nhất định, có nghĩa là con ngời có khả năng thay đổi các thông số của mình làm cho các tác động của dao động giảm đi theo thời gian Điều này có thể đạt đợc bằng cách thay

biệt có hiệu quả trong các kích động điều hoà gần cộng hởng

2.1.2 ảnh hởng của rung cục bộ

ảnh hởng của rung cục bộ là những ảnh hởng do tác động của rung cục bộ gây ra và chỉ làm cho từng bộ phận của cơ thể bị rung động Nói chung

ảnh hởng này không tác động nhiều đến ngời ngồi trên ôtô, nhất là đối với hành khách Đối với lái xe dao động của vô lăng tác động trực tiếp lên tay Mặt khác dao động của ghế ngồi và vô lăng cũng có khác nhau nên ngời lái

xe cũng là một đối tợng nghiên cứu trong trờng hợp ảnh hởng của rung cục bộ Nhiều công trình nghiên cứu trong đó có nghiên cứu của viện khoa học bảo hộ lao động đã nghiên cứu các đối tợng là các công nhân lái máy kéo và đã thiết kế ghế lái và bao tay cho công nhân lái máy kéo

2.2 Định mức dao động cho phép đối với con ngời

Việc quy định mức độ dao động cho phép đối với con ngời là việc làm khó khăn Trên thực tế tuỳ theo quan điểm của mình nhiều tác giả đa ra các chỉ tiêu đánh giá khác nhau Trong luận án này dựa vào hai cơ sở dới đây để quy định các định mức:

Những thông số dao động mà con ngời thờng xuyên tiếp xúc trong các sinh hoạt thờng ngày

Các kết quả thí nghiệm rung động đối với con ngời

2.2.1 Những thông số dao động mà con ngời thờng xuyên tiếp xúc trong các sinh hoạt thờng ngày

Trớc hết chúng ta xem xét một dạng chuyển động quen thuộc của con ngời là đi bộ Con ngời làm quen với dạng chuyển động từ khi còn nhỏ Đi

bộ gây ra những tác động tuần hoàn lên con ngời, đó là một dãy các quá trình nâng hạ cơ thể kèm theo các chấn động khi đặt chân lên đất Có thể coi

đây là tác động của một dao động với đầy đủ các đặc trng nh tần số, gia tốc dao động Những tác động này rõ ràng con ngời đã quen thuộc và do đó

không gây khó chịu cho con ngời Thậm chí trong lúc mệt mỏi con ngời con dùng hình thức đi bộ, đi dạo để th giãn Cho nên các giá trị của các chỉ số dao động khi đi bộ là cơ sở tốt cho việc định ra các mức độ dao đông

Chuyển động của con ngời khi đi bộ có thể đợc đặc trng bằng các chỉ số khác nhau nh sau:

- Chỉ số vận tốc mà đặc trng dao động của nó là số bớc chân trong một đơn vị thời gian

- Chỉ số tần số dao động ta thấy rằng tần số đi bộ tự nhiên của con ngời Việt Nam thờng là 1 2 Hz, tần số 2 3 Hz là đi nhanh và tần số lớn ữ ữhơn 3 Hz ứng với lúc con ngời chạy Tuy nhiên các giá trị này còn phụ thuộc vào từng ngời và thay đổi trong một khoảng nhất định

- Chỉ số gia tốc của dao động của con ngời khi đi bộ Đối với thân ngời gia tốc hớng lên có giá trị lớn hơn gia tốc hớng xuống do bàn chân chạm đất Còn đối với đầu thì sự khác nhau không thật rõ rệt do tác dụng đàn hồi và giảm chấn của cổ Tuy nhiên cổ có tác dụng cản gia tốc hớng lên tốt hơn là gia tốc hớng xuống (do hớng xuống bàn chân tiếp đất) Dới đây là các đồ thị phân bố gia tốc của phần thân và phần đầu:

A

1

3 2

P

B

1,0 1,5

0,5

Hình 2.1 Phân bố gia tốc của thân

1- chạy; 2 đi bộ nhanh; 3 đi bộ chậm - - A- chuyển động xuống dới; B- chuyển động lên trên

Qua đồ thị hình 2 1 và hình 2 2 khi đi bộ gia tốc nằm trong khoảng nhỏ - hơn 0,8g (g là gia tốc trọng trờng) và khi đi nhanh gia tốc 0,8 ữ 1 g Các giá trị này là các giá trị gia tốc tức thời

-Đánh giá chính xác độ êm dịu có nhiều tác giả đã đa ra giá trị độ lệch quân phơng gia tốc, đánh giá trị số này chính xác hơn giá trị của gia tốc tức thời Độ lệch quân phơng gia tốc trong khoảng thời gian t đợc xác định theo công thức sau:

( )

t

dt Z

- (2 1)

Độ lệch quân phơng của gia tốc tính theo g (gia tốc trọng trờng) thu

đợc khi thí nghiệm thanh niên 20 30 tuổi Kết quả thí nghiệm thu đợc nh ữsau: các giá trị gia tốc dọc nằm trong khoảng 0,4 0,6 g và gia tốc theo ữphơng thẳng đứng là có giá trị lớn nhất Dới đây là đồ thị biểu diễn kết quả thí nghiệm:

3

1

1 2

0,5 1,0 1,5

2.2.2 Các thí nghiệm đo rung đối với cơ thể con ngời

Hệ dao động của ôtô là một hệ dao động phức tạp trong đó có dao động

tự do và dao động cỡng bức do nhiều nguồn kích động từ mặt đờng, từ động cơ Do vậy xác định mức độ rung động đối với cơ thể con ngời trên đó phức tạp đòi hỏi có thiết bị hiện đại Trong luận án này xin trình bày một số thiết bị

đo độ rung điển hình sau:

a, Thí nghiệm đo độ rung đối với cơ thể con ngời với kích động điều hoà:

- Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo:

Thiết bị đo gồm có: máy phát tần số; bộ khuếch đại công suất; bàn rung

động; cảm biến nhận tín hiệu rung động; máy đo dao động

Hình 2.3 Độ lệch quân phơng gia tốc của đầu

I- khi đi bộ; II- chạy; a tốc độ chậm dần; b- tốc độ trung bình; c- tốc độ nhanh -

1- gia tốc thẳng đứng; 2 gia tốc nằm ngang; 3 - – gia tốc dọc

- Nguyên lý làm việc: máy phát tín hiệu với nguồn kích động điều hoà (1) sau đó qua bộ khuếch đại công suất (2) rồi đa vào bàn rung (3) Cảm biến (4) nhận tín hiệu từ bàn rung gửi về máy đo dao động (5) Máy đo dao động so sánh với tín hiệu phát ra từ máy phát các tín hiệu điều hoà sau đó đa ra kết quả

b, Thí nghiệm đo độ rung đối với cơ thể con ngời với kích động ngẫu nhiên:

- Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo:

Thiết bị do gồm có: máy phát tín hiệu; bộ lọc tín hiệu; bộ khuếch đại công suất; bàn rung, cảm biến nhận tín hiệu rung động; máy đo dao động Sơ

đồ nguyên lý của thiết bị đo hình 2.5

- Nguyên lý làm việc của thiết bị đo: máy phát tín hiệu (7) phát tín hiệu nguồn kích động ngẫu nhiên qua bộ lọc (1) đi vào bộ khuếch đại công suất (2) rồi vào bàn rung (3) Cảm biến (4) nhận tín hiệu từ bàn rung gửi về máy đo dao

động (5) Máy đo dao động so sánh với tín hiệu phát ra từ máy phát các tín hiệu ngẫu nhiên sau đó đa vào máy phân tích kết quả (6) và đa ra kết quả:

c, Thí nghiệm đo biên độ và pha dao động cơ thể con ngời:

- Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo:

Thiết bị đo gồm có: bàn rung; các đầu đo; bộ khuếch đại; máy đo pha; máy ghi kết quả biên độ và pha dao động của cơ thể con ngời

tạo nh phần a,c ở phần trên đã trình bày, các cảm biến (3, 4, 5) đo các vị trí

5

4

6 7

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo độ rung với nguồn kích động điều ngầu nhiên

1- bộ lọc tín hiệu; 2 bộ khuếch đại công suất; 3 bàn rung; 4- - - cảm biến; 5- máy

đo dao động; 6 máy phân tích kết quả.-

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo biên độ và pha dao động của cơ

thể con ngời 1- bàn rung; 3, 4, 5 các cảm biến; 2 ngời thí nghiệm; 6 máy đo và ghi - - -

tần số; 7 bộ khuếch đại; 8 máy đo pha; 9 máy ghi pha - - -

1

7 6

2

3 4 5

đến máy ghi biên độ (6) và máy đo pha dao động (8) đến máy ghi pha dao

động số (9)

d, Thiết bị đo gia tốc dao động của ghế ngồi:

- Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo gia tốc:

Thiết bị bao gồm: xylanh thuỷ lực nối giữa cabin ngời lái và khung xe; van phân phối; bình tích năng; bơm thuỷ lực; thùng chất lỏng; bộ xử lý; các cảm biến đo, thiết bị hiển thị

- Nguyên lý làm việc của thiết bị đo: trong thiết bị này nguồn kích

động bằng thuỷ lực thông qua cảm biến (8) đo chuyển vị của piston thuỷ lực chính là chuyển vị của lò xo nối giữ sàn xe và ghế ngồi các tín hiệu sẽ gửi về

bộ xử lý (6) để tính toán và đa ra kết quả máy hiển thị số kết quả đo (6)

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo gia tốc của ghế ngồi ngời lái

1- xylanh thuỷ lực; 2 van phân phối; 3 bình tích năng; 4- - - bơm; 5- thùng chứa chất lỏng; 6 bộ xử lý tín hiệu; 7- - các cảm biến đo khung xe và cacbin ngời lái; 8- cảm biến đo dịch chuyển của piston; 9- máy hiển thị

12

34

Sàn xe

9

2.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ghế ngồi

Dao động của ôtô nói chung và dao động của ghế ngồi nói riêng đợc

đặc trng bằng các thông số nh: tần số dao động, biên độ dao động, gia tốc dao động, công suất dao động Vì vậy các thông số này đợc sử dụng đánh giá độ êm dịu Tác động của từng thông số (chỉ tiêu) riêng biệt đến cảm giác con ngời rất khác nhau, vì vậy cho đến nay vẫn cha xác định chỉ tiêu duy nhất nào để đánh giá chính xác độ êm dịu chuyển động mà phải dùng vài chỉ tiêu trong các chỉ tiêu nói trên để đánh giá độ êm dịu Dới đây là một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu:

đợc lấy bằng tần số của ngời đi bộ Đây là chỉ tiêu đánh giá sơ bộ độ êm dịu trong thiết kế hệ thống treo

b, Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Qua phân tích ở phần trên ta thấy gia tốc dao động khó xác định một cách tờng minh do vậy khó sử dụng làm chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu vì tuỳ theo điều kiện đờng xá, vận tốc chuyển động của ôtô mà ta có một giá trị nhất định Do vậy để chỉ tiêu này có tính hiện thực và khả thi chúng ta có thể xác định nó thông qua độ lệch quân phơng gia tốc Giá trị này thể hiện khá hoàn diện độ êm dịu chuyển động và đợc thể hiện trong công thức (2-1)

Trong điều kiện có thể tính toán và đo đạc đợc thì chỉ tiêu này có thể

đánh giá theo độ êm dịu chuyển động K K là một đại lợng không thứ

tơng ứng với trục của cơ thể, thời gian tác động dao động và đợc xác định bằng công thức thực nghiệm dới đây:

'' 201 , 0 1

25 , 1

z f

18

c

z f

Giá trị K cho phép đối với xe chạy trong thời gian dài [K]= 10ữ25 và

đối với xe chạy trong thời gian ngắn [K]=25ữ63

Nếu xe chịu tác động của dao động ngẫu nhiên nhiều tần số thì tách chúng thành các dao động điều hoà và ứng với mỗi dao động điều hoà có tần

số fi ta tính đợc giá trị tớng ứng Ki Khi đó hệ số K đợc xác định nh sau:

iK

K = Σ (2 3)-

c, Chỉ tiêu về sự dịch chuyển tơng đối của sàn xe

Trờng hợp sàn xe nối với khung xe qua một hệ thống đàn hồi thì cần lu ý tới chỉ tiêu này Giá trị này tăng sẽ làm tăng khả năng va chạm đập sàn

xe và giảm độ êm dịu Giá trị cho phép của độ lệch quân phơng của dịch chuyển sàn xe đợc xác định nh sau:

[ ]

3

s sY

D ≤ (2- 4)

Trong đó: Ys- phụ thuộc kiểm xe, điều kiện sản xuất, chất lợng đờng xá Trong điều kiện Việt Nam xe khách đợc đóng trên cơ sở xe tải nên lấy

1 lim (2- 5)

Trong đó:

Zs- độ dịch chuyển của sàn

Zk- độ dịch chuyển của khung

Các giá trị của chỉ tiêu này hoàn toàn có thể tính đợc thông qua các hàm chuyển vị khi giải hệ phơng trình vi phân dao động

d, Chỉ tiêu công suất dao động

Theo Rôtenbeg công suất dao động cũng là yếu tố có thể dùng đánh giá

mức độ ảnh hởng của dao động đối với con ngời Tác giả có giả thiết cho rằng cảm giác của con ngời trong dao động phụ thuộc vào công suất truyền cho ngời đó Công suất trung bình truyền cho ngời chịu dao động đợc xác

định theo công thức sau:

dt t v t p N

t t

- p(t) lực kích động truyền

Giá tri cho phép [Nc]=0,2ữ0,3 w Đánh giá độ êm dịu theo chỉ tiêu này khó xác định do vậy trong luận án này không sử dụng làm chỉ tiêu để đánh giá

độ êm dịu

Khảo sát dao động của ghế ngồi ôtô khách

đây:

a, Khái niệm về khối lợng đợc treo: Khối lợng đợc treo M gồm những

cụm, những chi tiết mà trọng lợng của chúng tác dụng lên hệ thống treo nh khung xe, vỏ xe, động cơ và một số chi tiết gắn liền với chúng Những cụm máy và chi tiết trên đợc lắp đặt với nhau bằng những đệm cao su đàn hồi, dạ

nỉ hoặc giấy bìa công nghiệp… Hơn thế nữa, trên thực tế bản thân từng cụm

và từng chi tiết cũng không phải hoàn toàn cứng mà có sự biến dạng đàn hồi, biến dạng riêng, nhng so với biến dạng của hệ thống treo thì rất nhỏ, có thể

bỏ qua Trong hệ dao động tơng đơng, khối lợng đợc treo đợc coi nh một tấm phẳng đồng nhất tuyệt đối cứng có khối lợng M đặt tại trọng tâm T Khối lợng đợc treo đợc liên kết với khối lợng không đợc treo (phần b) qua phần tử đàn hồi và giảm chấn của hệ thống treo đặc trng bởi các độ cứng

C1 và C2 của bộ phận đàn hồi của hệ thống treo cầu trớc, cầu sau và các hệ

số cản K1 và K2 của bộ phận giảm chấn của hệ thống treo trớc, sau

b, Khái niệm về khối lợng không đợc treo: Khối lợng không đợc treo m

bao gồm những cụm, chi tiết máy mà trọng lợng của chúng không tác dụng lên hệ thống treo nh bán trục, dầm cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống treo, một phần khối lợng của cụm các đăng Khối lợng phần không

đợc treo tơng ứng ở cầu trớc và cầu sau là m1, m2, đợc liên kết với đờng

qua các lò xo có độ cứng CL1, CL2 và các giảm chấn có hệ số cản KL1, KL2 Các thông số này đặc trng cho đàn hồi của lốp và đập tắt dao động của các lốp xe cầu trớc và cầu sau Phần khối lợng không đợc treo cầu trớc và cầu sau có thể đợc nh những thanh phẳng đồng nhất tuyết đối cứng đặt tại tâm hai vết xe cầu trớc và vết xe cầu sau

c, Khối lợng đợc treo của ghế ngồi: Khối lợng đợc treo của ghế ngồi

bao gồm của trọng lợng bản thân của ghế ngồi và ngời ngồi Khối lợng

đợc treo của ghế ngồi đợc đặc trng bởi khối lợng m3i và đợc liên kết với sàn xe bởi bộ phận đàn hồi có độ cứng Cgi và bộ phận giảm chấn có hệ số cản

Kgi (i là số ghế ngồi của xe khách)

3.1.2 Mô dao động tơng đơng của xe khách:

a, Giới thiệu bố trí chung xe khách đóng tại Việt Nam:

Hiện nay khách đóng tại Việt Nam chủ yếu là hai loại xe: khách chạy liên tỉnh và chạy trong thành phố dựa trên nên của xe tải của các hãng

DEAWOO, ASIA, HUYNDAI, HINO… Dới đây là các mô hình xe khách: DEAWOO, ASIA, HUYNDAI, HINO…

Hình 3.1 Bố trí chung xe khách liên tỉnh của SAMCO

H×nh 3.2 Bè trÝ chung xe buýt ch¹y trong thµnh phè cña TRANSICO

H×nh 3.3 Bè trÝ chung phÇn s¸t xi xe kh¸ch

c, Các giả thiết mô hình dao động:

- Coi thân xe đối xứng qua trục dọc của xe

- Coi vỏ xe và khung xe tấm phẳng tuyệt đối cứng đặt tại trọng tâm T (phần 3.1.1) và có các mô men quán tính Jx, Jy Chuyển động phần khối lợng

đợc đặc trng bởi trọng tâm T quay vị trí cân bằng tĩnh, là hợp của 3 chuyển

động: chuyển động tịnh tiến theo trục Z đi qua trọng tâm T, chuyển động quay quanh trục ngang Y (trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng dọc của thân xe) và chuyển động quay quanh trục dọc X (trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng ngang của thân xe)

- Coi khối lợng phần không đợc treo ở mỗi cầu là thanh phẳng tuyệt

đối cứng có mặt cắt ngang có đặc trng bằng khối lợng m1, m2 và mô men quán tính Jx1, Jx2 (phần 3.1.1) Chuyển động của phần khối lợng không đợc treo tập hợp 2 chuyển động: chuyển động tịnh tiến quay trục Z1 và Z2 (trục đi qua trọng tâm cầu trớc, cầu sau và song song với trục Z) và chuyển động quay quanh trục X1 và X2 (trục qua trọng tâm cầu trớc, cầu sau và song song với trục X)

- Coi trọng lợng của bản thân ghế ngồi và trọng lợng của hành khách

là một vật có khối lợng (phần 3.1.1) Chuyển động của phần khối lợng này

đợc đặc trng chuyển động tịnh tiến theo phơng Z3i song song với trục Z

Hình 3.4 Kết cấu phần vỏ xe khách

bằng các bulông nên có thể coi tuyệt đối cứng có nghĩa là khung vỏ chịu lực

- Bỏ qua các nguồn kích động trên xe và coi nguồn kích động duy nhất

là sự không bằng phẳng của đờng

- Coi bánh xe lăn không trợt và luôn tiếp xúc với đờng

- ôtô chuyển động đều với vận tốc không đổi v=const

b, Mô hình dao động tơng đơng xe khách:

Với các giả thiết trên ta có mô hình tơng đơng dao động xe khách dới đây:

Hình 3.5 Mô hình dao động tơng đơng ghế ngồi của xe khách hai cầu

q2p

2tq

L1tK

L1pCL1pK

L1tC

1pK

1pC

K1t

2pK

CL2p

L2pK z

ξ1p

2pξ

z2t

30z

Hình 3.6 Mô hình dao động tơng đơng cầu trớc của xe khách hai cầu

Hình 3.7 Mô hình dao động tơng đơng cầu sau của xe khách hai cầu

L2p

B /2s

2Τ

q2p

C1t, C1p- độ cứng bộ phận đàn hồi của hệ thống treo cầu trớc bên trái

TX- trục dọc đi qua trọng tâm thân xe và nằm trong mặt phẳng dọc của xe

TY- trục ngang đi qua trọng tâm thân xe và nằm trong mặt phẳng ngang của xe

Dịch chuyển tịnh tiến theo phơng TZ, tơng ứng với toạ độ suy rộng Z

Chuyển động quay xung quanh trọng tâm T theo phơng ngang TY, tơng ứng với toạ độ suy rộng ϕ ϕ chính là chuyển vị góc của thân xe quanh trục ngang TY

Chuyển động quay xung quanh trọng tâm T theo phơng dọc TX, tơng ứng với toạ độ suy rộng θ θ chính là chuyển vị góc của thân xe quanh trục dọc TX

T1- trọng tâm của phần khối lợng đợc treo cầu trớc (m1)

T1Z1- trục thẳng đứng đi qua trọng tâm T1 của phần khối lợng đợc treo cầu trớc và song song với trục TZ

T1Y1- trục ngang đi qua trọng tâm của T1 của phần khối lợng đợc treo cầu trớc và song song với trục TY của thân xe

Dịch chuyển tịnh tiến theo phơng T1Z1, tơng ứng với toạ độ suy rộng ξ1 Chuyển động quay xung quanh trọng tâm T1 theo phơng dọc T1X1, tơng ứng toạ độ suy rộng θ1 θ1 chính là chuyển vị góc của cầu trớc quanh trục dọc T1X1

T2- trọng tâm của phần khối lợng đợc treo cầu sau (m2)

T2Z2- trục thẳng đứng đi qua trọng tâm T2 của phần khối lợng đợc treo cầu sau và song song với trục TZ của thân xe

T2Y2- trục ngang đi qua trọng tâm của T2 của phần khối lợng đợc treo cầu sau và song song với trục TY của thân xe

Dịch chuyển tịnh tiến theo phơng T2Z2, tơng ứng với toạ độ suy rộng ξ2

tơng ứng với toạ độ suy rộng θ2 θ2 chính là chuyển vị góc của cầu trớc quanh trục dọc T2X2

b- khoảng cách từ trọng tâm thân xe đến tâm cầu sau

L- chiều dài cơ sở của xe

Bt- bề rộng vết xe bánh trớc

Bs- bề rộng vết xe bánh sau

Để mô hình dao động không phức tạp mà vẫn đảm bảo tính đúng đắn của bài toán khảo sát dao động của ghế ngối chúng tôi giả thiết xét 1 vị trí bất

kỳ của của ghế ngồi có toạ độ A(x0,y0) trên mặt sàn của xe, còn các vị trí khác

cố định và quy về khối lợng đợc treo của ôtô Khi đó khối lợng đợc treo:

M1=M+(n-1).mi (3- 1)Trong đó:

M1- khối lợng đợc treo khi đã quy khối lợng bản thân trọng lợng ghế ngồi và hành khách ở các vị trí không xét

3.2 Thiết lập hệ phơng trình vi phân mô tả dao động ghế ngồi ôtô khách

Để xác định đợc các thông số dao động của ghế ngồi ôtô ta cần thiết lập hệ phơng trình mô tả dao động của ghế ngồi Hệ phơng trình vi phân có thể thiết lập theo nhiều phơng pháp Nhng hiện này ngời ta thờng sử dụng phơng trình Lagrange II hoặc nguyên lý D ’ alambe Trong luận văn này sử dụng phơng pháp nguyên lý D ’ alambe và ứng dụng cơ sở lý thuyết hệ nhiều

vật để thiết lập hệ phơng trình vi phân mô tả cơ hệ Cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật thiết lập phơng trình vi phân của từng vật sau đó liên kết các vật lại với nhau bằng phơng trình lực và mômen

Hình 3.8 Mô hình dao động tơng đơng 1 vị trí ghế ngồi của xe khách hai cầu

t B

zC

T z

ϕ

0 F

FCg0

CL2t

MF

qt3 qt30 TMqt4

µ2t

F + F +FC2t K2t

F +