Nghiên cứu khảo sát Đánh giá Độ bền khung sơ mi rơ moóc sản xuất tại việt nam

Đề tài “Nghiên cứu khảo sát đánh giá độ bền khung sơ mi rơ moóc sản xuất tại Việt Nam” với mục tiêu tìm hiểu sâu hơn về phương pháp đánh giá độ bền khung xe các loại xe vận tải hàng hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯƠNG ĐẶNG VIỆT THẮNG

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN

KHUNG SƠ MI RƠ MOÓC SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HOAN

2 TS TRỊNH MINH HOÀNG

Hà Nội - 2024

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan và TS Trịnh Minh Hoàng Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 14 tháng 10 năm 2024

Người hướng dẫn khoa học 1

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cơ khí, Khoa Cơ khí Động lực và Nhóm chuyên môn Ô

tô và xe chuyên dụng đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận án của mình

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và cảm ơn sâu sắc tới các giáo viên hướng dẫn khoa học của tôi, PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan và TS Trịnh Minh Hoàng, vì sự hướng dẫn tận tâm, kiến thức sâu rộng và sự định hướng nghiên cứu trong suốt quá

trình thực hiện luận án

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Giảng viên và Cán bộ trong Nhóm chuyên môn Ô tô và Xe chuyên dụng tại Đại học Bách khoa Hà Nội, những người luôn giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để luận án có thể hoàn thành một cách

tốt nhất

Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới các chuyên gia và nhà khoa học trong lĩnh vực

Cơ khí Động lực và Kỹ thuật ô tô, những người đã chia sẻ những ý kiến quý báu và đóng góp vào sự hoàn thiện của luận án này

Và tôi xin được gửi lời cảm ơn đến Công ty Altair Engineering ASEAN cấp phép cho việc khai thác và sử dụng phần mềm Hyperworks® để thực hiện nghiên cứu này

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn Gia đình - cha mẹ, vợ và con gái - cùng với sự động viên từ đồng nghiệp, bạn bè Lời cảm ơn sâu sắc nhất tôi muốn dành cho những người

đã luôn bên cạnh và hỗ trợ tôi trong suốt hành trình này

Nghiên cứu sinh

Trương Đặng Việt Thắng

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đối với sản xuất ô tô tải và ô tô chuyên dụng 4

1.1.1 Thực trạng 4

1.1.2 Định hướng phát triển 4

1.1.3 Thách thức và cơ hội phát triển cho ngành sản xuất rơ moóc và sơ mi rơ moóc tại Việt Nam 5

1.1.4 Tình hình sản xuất sơ mi rơ moóc tại Việt Nam 6

1.2 Khung sơ mi rơ moóc 8

1.2.1 Cấu tạo 8

1.2.2 Chức năng và Nhiệm vụ của khung sơ mi rơ moóc 9

1.2.3 Phân loại sơ mi rơ moóc 9

1.2.4 Quy trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sản xuất SMRM hiện nay 11

1.2.5 Một số hư hỏng thực tế của khung xe tải nặng, xe chuyên dụng 13

1.2.6 Các hướng nghiên cứu về độ bền khung sơ mi rơ moóc 15

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước 19

1.3.1 Tình hình nghiên cứu độ bền khung SMRM trên thế giới 19

1.3.2 Tình hình nghiên cứu khung SMRM trong nước 24

1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu 27

1.3.4 Đối tượng nghiên cứu 27

1.3.5 Phương pháp nghiên cứu 27

1.3.6 Phạm vi nghiên cứu 28

1.3.7 Nội dung của luận án 28

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN KHUNG SƠ MI RƠ MOÓC 30

2.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp và công cụ xây dựng mô hình trong HyperWorks 30

2.2 Cơ sở lý thuyết động lực học hệ nhiều vật 31

2.2.1 Hệ tọa độ tổng quát 31

2.2.3 Động học và động lực học 33

2.3 Cơ sở lý thuyết vật đàn hồi 34

2.3.1 Lý thuyết cơ bản vật đàn hồi 34

2.3.2 Phân tích dao động riêng 35

2.3.3 Dao động đàn hồi 36

2.3.4 Các phần tử cơ bản sử dụng trong mô hình MBD 38

2.4 Xây dựng mô hình động lực học hệ nhiều vật của đoàn xe sơ mi rơ moóc 40

2.4.1 Hệ tọa độ cho mô hình MBD đoàn xe sơ mi rơ moóc 41

2.4.2 Mô hình các hệ thống treo 42

2.4.3 Mô hình phần tử hữu hạn khung SMRM 51

2.4.4 Điều kiện biên, điều kiện tải trọng và ràng buộc 62

2.5 Mô hình mặt đường 63

2.5.1 Mô hình đường mấp mô hình sin 63

2.5.2 Mô hình mặt đường mấp mô ngẫu nhiên 64

Kết luận chương 2 66

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN KHUNG SMRM 67

3.1 Phân tích dao động riêng của khung 67

3.2 Đánh giá độ bền khung ở trạng thái tĩnh 68

3.2.1 Trường hợp 01 69

3.2.2 Trường hợp 02 70

3.2.3 Trường hợp 03 72

3.3 Đánh giá độ bền mỏi khung SMRM 74

3.3.1 Mặt đường ngẫu nhiên 74

3.3.2 Lý thuyết bền mỏi 75

3.3.3 Thuộc tính vật liệu 79

3.3.4 Tải trọng động tác động lên khung từ mô hình MBD 81

3.3.5 Ứng suất động của mô hình PTHH của khung 85

3.3.6 Đoàn xe chạy trên đường CD 87

3.3.7 Đoàn xe chạy trên đường DE 91

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 93

4.1 Mục tiêu thí nghiệm 93

4.2 Đối tượng thí nghiệm 93

4.3 Các thông số đo 94

4.4 Lựa chọn phương pháp và thiết bị đo 95

4.4.1 Cân tải trọng 96

4.4.2 Cảm biến quang học 96

4.4.3 Cảm biến đo gia tốc 96

4.4.4 Cảm biến lá điện trở 97

4.4.5 Bộ thu thập tín hiệu và xử lý dữ liệu 100

4.4.6 Sơ đồ kết nối hệ thống đo 101

4.4.7 Chuẩn bị thí nghiệm 103

4.4.8 Quy trình thí nghiệm 103

4.4.9 Các phương án thí nghiệm 106

4.5 Kết quả thí nghiệm 109

4.5.1 Khảo sát tĩnh 109

4.5.2 Khảo sát động 113

CHƯƠNG 5 CẢI TIẾN KẾT CẤU KHUNG SƠ MI RƠ MOÓC 123

5.1 Mục tiêu 123

5.2 Các phương pháp cải tiến 124

5.2.1 Cải tiến vật liệu chế tạo khung 125

5.2.2 Cải tiến kích thước hình học dầm chính (dầm dọc) 125

5.2.3 Phương án khoan lỗ giảm tải 127

5.3 Các phương án cải tiến khảo sát 129

5.3.1 Thay đổi vật liệu chế tạo khung 129

5.3.2 Thay đổi kích thước hình học dầm chính (dầm dọc) 129

5.3.3 Tạo lỗ giảm tải trên dầm ngang 130

5.4 Kết quả đánh giá độ bền khung SMRM sau khi cải tiến 131

5.4.1 Các trường hợp khảo sát 131

5.4.2 Kết quả và đánh giá 132

KẾT LUẬN 140

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 147

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục các ký hiệu



ϕ Góc xoay Euler quanh trục x

θ Góc xoay Euler quanh trục y

ψ Góc xoay Euler quanh trục z

L Hàm Lagrange để mô tả chuyển động hệ nhiều

N Số lượng tọa độ tổng quát

M Số lượng phương trình ràng buộc

u, u B , u I Bậc tự do, bậc tự do biên, bậc tự do nội

IC Biến dạng vật lý của bậc tự do nội dao động ràng

K Ma trận khối lượng đường chéo mô tả không có

sự tương tác trực tiếp giữa các dạng dao động

q Các tọa độ tổng quát của vật tự do

G A J Ma trận chuyển đổi Euler

G A B Ma trận chuyển đổi từ hệ thống tọa độ gắn liền

F I , T I Lực và mô men xoắn quy đổi từ GCS về BCS

M tr Ma trận khối lượng vừa tịnh tiến và xoay kg

M rm Ma trận khối lượng quay và các chế độ dao động kg

, ,

   Là tọa độ tổng quát và đạo hàm theo thời gian

vật đàn hồi

M/ Đạo hàm riêng của ma trận khối lượng đối với

 Hệ số Lagange của các ràng buộc

C 1i , Dộ cứng hệ thống treo bên trái và phải cầu 1,

i=1, 2

N/m

1i Chuyển vị khối lượng không được treo cầu 1 m

K 1i Hệ số cản hệ thống treo bên trái và phải cầu 1,

i=1, 2

Ns/m

m A23 Khối lượng không được treo cầu tương đương 2,

K 23 Hệ số cản hệ thống treo cầu cân bằng 2, 3 Ns/m

K L2 , K L3 Hệ số cản của lốp kép cầu 2 và 3 Ns/m

C L2 , C L3 Độ cứng của lốp kép cầu 2 và 3 N/m

m A4 , m A5 Khối lượng không được treo cầu 4, cầu 5 kg

40 , 5 Chuyển vị khối lượng không được treo cầu 4 và

5

m

DxRxC Kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao m

Ω i Tần số góc không gian hàm điều hòa biên dạng

S R Biên độ ứng suất tiêu chuẩn Geber, Goodman MPa

S m Ứng suất trung bình tiêu chuẩn Geber, Goodman MPa

S u Ứng suất kéo tiêu chuẩn Geber, Goodman MPa

SRI1 Hệ số chịu mỏi

b1 Hệ số mũ chịu mỏi, thể hiện độ dốc của đường

mỏi S-N

NC1 Thông số xác định số chu kì giới hạn mỏi của

mô hình với vật liệu là thép

r XY Hệ số tương quan Pearson

Danh mục chữ viết tắt

BCS Hệ tọa độ gắn với vật (Body Coordinate System)

ĐXSMRM Đoàn xe sơ mi rơ moóc

FEM Mô hình phần tử hữu hạn

NC&PT Nghiên cứu và phát triển

ODE Phương trình vi phân

PACT Phương án cải tiến

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Số lượng SMRM lưu hành tại Việt nam (theo Thống kê Cục đăng kiểm) 7

Bảng 1 2 Kết quả so sánh ứng suất giữa mô hình FEM 3D và 2D 20

Bảng 2 1 Các thông số cơ bản khung SMRM 40 feeet, 2 trục 52

Bảng 2 2 Các tiêu chuẩn chất lượng lưới của mô hình PTHH 58

Bảng 2 3 Chất lượng lưới mô hình khung SMRM 58

Bảng 2 4 Thông số kỹ thuật vật liệu khung xe - Q345B 58

Bảng 2 5 Tổng hợp các phần tử cơ bản và thông số sử dụng trong mô hình kết hợp MBD-FEM 60

Bảng 2 6 Thông số của các cấp đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 65

Bảng 3 1 Các trường hợp khảo sát tĩnh 69

Bảng 3 2 Tổng hợp kết quả các trường hợp khảo sát tĩnh 74

Bảng 3 3 Thông số vật liệu thép Q345B 79

Bảng 3 4 Ước lượng các hệ số xây dựng đường mỏi của vật liệu theo [71] 81

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật đối tượng thí nghiệm 94

Bảng 4 2 Thông số kỹ thuật cảm biến đo biến dạng 100

Bảng 4 3 Thông số đo được kích thước, trọng lượng phân bố lên các cầu ĐX trong các điều kiện tải khác nhau 110

Bảng 4 4 Tọa độ trọng tâm của ĐX trong các điều kiện tải khác nhau 110

Bảng 4 5 Xác định lại thông số độ cứng cầu số 4 110

Bảng 4 6 Xác định lại thông số độ cứng cầu số 5 111

Bảng 4 7 Ứng suất tại 6 vị trí trên khung xe chịu tải trọng cọc bê tông, toàn bộ bánh xe XĐK-SMRM trên mặt đường bằng phẳng 112

Bảng 4 8 Ứng suất tại 12 vị trí trên khung xe chịu tải trọng cọc bê tông, bánh xe bên phải cầu sau cùng SMRM và bánh xe bên trái cầu sau cùng XĐK trên mấp mô cao 65 mm 112

Bảng 4 9 Bảng sai số cực trị chuyển vị khối lượng được treo cầu số 4 và cầu số 5 ĐX đi qua 2 dãy mấp mô 114

Bảng 4 10 Bảng sai số cực trị chuyển vị khối lượng được treo cầu số 4 và cầu số 5 ĐX đi qua 1 dãy mấp mô 116

Bảng 4 11 Hệ số tương quan của ứng suất tại các vị trí đo giữa thí nghiệm và mô phỏng 121

Bảng 5 1 Thông số vật liệu thép phổ biến trên dầm chính khung xe tải 125

Bảng 5 2 Thông số vật liệu thép phổ biến trên dầm chính khung xe tải 129

Bảng 5 3 Thông số kích thước dầm cải tiến 129

Bảng 5 4 Tổng hợp các phương án thiết kế cải tiến khung SMRM 130

Bảng 5 5 Kết quả khảo sát 4 phương án cải tiến đề xuất 133

Bảng 5 6 Độ bền mỏi các phương án cải tiến khung SMRM 138

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Kết cấu chung khung sơ mi rơ moóc 8

Hình 1 2 Sơ mi rơ moóc sàn 9

Hình 1 3 Sơ mi rơ moóc xương 10

Hình 1 4 Sơ mi rơ moóc cổ cò 10

Hình 1 5 Sơ mi rơ moóc ben 10

Hình 1 6 Sơ mi rơ moóc bồn 10

Hình 1 7 Sơ mi rơ moóc chở xe, máy chuyên dùng 11

Hình 1 8 Tính mô men uốn dầm dọc 12

Hình 1 9 Tính mô men uốn dầm ngang 12

Hình 1 10 Khung SMRM bị gãy do phá hủy kết cấu 13

Hình 1 11 Một vài vị trí nứt khung tại vị trí liên kết dầm phụ, dầm ngang với dầm chính trong thực tế 14

Hình 1 12 Khung xe tải nứt quanh khu vực liên kết với các hệ thống treo 14

Hình 1 13 Khung xe nứt quanh khu vực liên kết giữa dầm phụ, dầm ngang và dầm dọc 15

Hình 1 14 Sơ đồ tính toán xoắn kết cấu khung xe 16

Hình 1 15 Mô hình phân tích phần tử hữu hạn khung SMRM 17

Hình 1 16 So sánh các phương pháp đánh giá độ bền bằng ứng suất tương đương 18

Hình 1 17 Thử nghiệm mỏi khung mẩu dầm dọc khung SMRM 18

Hình 1 18 Kết quả ứng suất của khung và tại mỏ nhíp 19

Hình 1 19 Kết quả khảo sát vị trí có ứng suất và độ võng lớn nhất trên khung 20

Hình 1 20 Ứng suất tương đương theo chiều dày dầm của khung 21

Hình 1 21 So sánh ứng suất và biến dạng trước và sau gia cường khung 21

Hình 1 22 Phân bố ứng suất, chuyển vị khung với vật liệu AISI 4130 22

Hình 1 23 Mô hình MBD tổ hợp đầu kéo – SMRM trong Hyperworks 22

Hình 1 24 Mô hình MBD ĐXSMRM và kết quả kiểm chứng mô hình Error! Bookmark not defined. Hình 1 25 Kiểm chứng mô hình FE và kết quả thí nghiệm đường cong mỏi 24

Hình 1 26 Sơ đồ trình tự và nội dung nghiên cứu của luận án28 Hình 2 1 Chuỗi xoay góc Euler của hệ tọa độ cục bộ so với hệ tọa độ tổng thể 32

Hình 2 2 Bảng nhập thông số của một Body 38

Hình 2 3 Bảng nhập thông số của Joint 39

Hình 2 4 Bảng nhập thông số của Contact 39

Hình 2 5 Bảng nhập thông số Contact 39

Hình 2 6 Bảng nhập thông số của Spring - Damper 39

Hình 2 7 Bảng nhập thông số của Bushing 40

Hình 2 8 Bảng nhập thông số của Motion 40

Hình 2 9 Đối tượng nghiên cứu ĐXMRM 5 trục trong thực tế 41

Hình 2 10 Mô hình ĐXMRM 5 trục cùng các hệ tọa độ của các phần khối lượng được treo trong môi trường MotionView 41

Hình 2 11 Mô hình các điểm liên kết giữa các HTT và khung XĐK 43

Hình 2 12 Mô hình liên kết giữa các vật trong hệ thống treo cầu trước (cầu số 1) XĐK 44

Hình 2 13 Mô hình các vật và khâu khớp cầu số 1 44

Hình 2 14 Mô hình vật lý ảo cầu số 1 của XĐK trong MotionView 45

Hình 2 15 Sơ đồ lực và mômen của hệ thống treo sau xe đầu kéo 45

Hình 2 16 Mô hình liên kết giữa các vật trong hệ thống treo cân bằng cầu 2-3 XĐK 46

Hình 2 17 Mô hình các vật và khâu khớp cầu số 2 và 3 47

Hình 2 18 Mô hình vật lý ảo cầu số 2 và 3 của XĐK trong MotionView 47

Hình 2 19 Sơ đồ liên kết động lực học hệ thống treo cân bằng sử dụng cho SMRM[41] 48

Hình 2 20 Sơ đồ hệ thống treo cân bằng liên động 48

Hình 2 21 Mô hình liên kết giữa các vật trong hệ thống treo cầu 4 SMRM 49

Hình 2 22 Mô hình liên kết giữa các vật trong hệ thống treo cầu 4 SMRM 49

Hình 2 23 Mô hình các vật và khâu khớp cầu số 4 và 5 50

Hình 2 24 Mô hình vật lý ảo cầu số 4 và 5 của SMRM trong MotionView 50

Hình 2 25 Mô tả liên kết giữa mâm xoay và chốt kéo 51

Hình 2 26 Mâm xoay xe đầu kéo 51

Hình 2 27 Mô hình mâm xoay và các lực liên kết trong MBD 51

Hình 2 28 Mô hình 3D khung SMRM 40 feet, 2trục 53

Hình 2 29 Phương pháp mô phỏng mối hàn đường với CQUAD4 55

Hình 2 30 Chia lưới khu vực đầu khung 55

Hình 2 31 Lưới khu vực giữa khung 56

Hình 2 32 Lưới khu vực đuôi khung 56

Hình 2 33 Chùm RBE2 khu vực mâm xoay 56

Hình 2 34 Phần tử RBE3 mô tả phân bố lực tác động lên SMRM 57

Hình 2 35 Phần tử CROD mô tả dầm ngang 57

Hình 2 36 Mô hình PTHH khung SMRM 57

Hình 2 37 Mô hình khung SRMR đàn hồi với các phần tử liên kết với mô hình MBD 60

Hình 2 38 Mô hình kết hợp MBD-FEM của khung SMRM đàn hồi và XĐK 60

Hình 2 39 Các nút liên kết giữa mô hình MBD và khung SMRM đàn hồi 62

Hình 2 40 Biên dạng mấp mô hình sin 63

Hình 2 41 Cấu tạo thực tế mấp mô (a) và kích thước hình học mấp mô hình sin (b) 64

Hình 2 42 Hàm bảng mấp mô đơn hình sin (a) và mấp mô mặt đường trong môi trường mô phỏng MotionView (b) 64

Hình 3 1 Các dạng dao động riêng mô hình PTHH của khung 68

Hình 3 2 Mô tả TH 01 chịu tải tĩnh của khung SMRM, trên đường phẳng 69

Hình 3 3 Chuyển vị khung SMRM theo TH 01 69

Hình 3 4 Phổ ứng suất khung SMRM theo TH 01 70

Hình 3 5 Phổ biến dạng khung SMRM theo TH 01 70

Hình 3 6 XĐK trên đường bằng phẳng, các bánh xe bên phải cầu 4 và 5 của SMRM trên mấp mô cao 20 cm (TH 02) 71

Hình 3 7 Chuyển vị khung SMRM theo TH 02 71

Hình 3 8 Phổ ứng suất khung SMRM theo TH 02 71

Hình 3 9 Phổ biến dạng khung SMRM theo TH 02 72

Hình 3 10 XĐK trên đường bằng phẳng, các bánh xe bên phải cầu 4 và 5 của SMRM trên mấp mô cao 30 cm (TH 03) 72

Hình 3 11 Chuyển vị khung SMRM theo TH 03 72

Hình 3 12 Phổ ứng suất khung SMRM theo TH 03 73

Hình 3 13 Phổ biến dạng khung SMRM theo TH 03 73

Hình 3 14 Mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 75

Hình 3 15 Đường cong mỏi S-N thực nghiệm của vật liệu 77

Hình 3 16 Hệ tọa độ Haigh biểu diễn Đường mỏi tiêu chuẩn Gerber và Goodman 78

Hình 3 17: Đường cong mỏi vật liệu Q345B ước tính trong HyperLife 80

Hình 3 18 Đường cong mỏi vật liệu Q345B tương đương theo thực nghiệm 80

Hình 3 19 Mẫu đường mỏi dạng 1 gấp khúc được sử dụng 81

Hình 3 20 Các phản lực Fz trích xuất từ mô hình MBD 82

Hình 3 21 Tải trọng động thẳng đứng tác động lên khung tại vị trí chốt kéo F z2 , cầu 4 F z_4 và cầu 5 F z_5 và thanh cân bằng F z45i trên đường mấp mô đơn hình sin với vận tốc 20 km/h 82

Hình 3 22 Tải trọng động thẳng đứng tác động lên khung tại vị trí chốt chốt kéo F z2 , cầu 4 F z_4 và cầu 5 F z_5 và thanh cân bằng F z45i trên đường mấp mô đơn hình sin với vận tốc 40 km/h 83

Hình 3 23 Tải trọng động thẳng đứng tác động lên khung tại vị trí chốt kéo F z2 , cầu 4 F z_4 và cầu 5 F z_5 và thanh cân bằng F z45i trên đường CD với vận tốc 60 km/h 83

Hình 3 24 Tải trọng động thẳng đứng tác động lên khung tại vị trí chốt kéo chốt kéo F z2 , cầu 4 F z_4 và cầu 5 F z_5 và thanh cân bằng F z45i trên đường mấp mô hình ngẫu nhiên loại CD với vận tốc 80 km/h 83

Hình 3 25 Tải trọng động thẳng đứng tác động lên khung tại vị trí chốt kéo chốt kéo F z2 , cầu 4 F z_4 và cầu 5 F z_5 và thanh cân bằng F z45i trên đường mấp mô hình ngẫu nhiên loại C-D với vận tốc 100 km/h 84

Hình 3 26 Tải trọng động thẳng đứng tác động lên khung tại vị trí chốt chốt kéo F z2 , cầu 4 F z_4 và cầu 5 F z_5 và thanh cân bằng F z45i trên đường mấp mô hình ngẫu nhiên loại D-E với vận tốc 40 km/h 84

Hình 3 27 Tải trọng động thẳng đứng tác động lên khung tại vị trí chốt kéo chốt kéo F z2 , cầu 4 F z_4 và cầu 5 F z_5 và thanh cân bằng F z45i trên đường mấp mô hình ngẫu nhiên loại D-E với vận tốc 60 km/h 84

Hình 3 28 Ứng suất động tại các vị trí trên bề mặt và thân của 2 dầm dọc, đường C-D, 60 km/h 85

Hình 3 29 Ứng suất động tại các vị trí trên bề mặt và thân của 2 dầm dọc, đường CD, 80 km/h 86

Hình 3 30 Ứng suất động tại các vị trí trên bề mặt và thân của 2 dầm dọc, đường CD, 100 km/h 86

Hình 3 31 Ứng suất động tại các vị trí trên bề mặt và thân của 2 dầm dọc, đường DE, 40 km/h 86

Hình 3 32 Ứng suất động tại phần tử có ứng suất lớn nhất trong kết cấu khung (261150), đường D-E, 40 km/h 87

Hình 3 33 Chuyển vị khung khi di chuyển trên đường mấp mô (C), vận tốc 60 km/h

87

Hình 3 34 Phổ ứng suất khung khi di chuyển trên đường mấp mô (C), vận tốc 60 km/h 88

Hình 3 35 Số chu kỳ mỏi trên khung sát xi khi chuyển động trên đường CD, 60 km/h 88

Hình 3 36 Số chu kỳ mỏi trên khung sát xi khi chuyển động trên đường CD, 80 km/h 88

Hình 3 37 Phổ chu kỳ trên khung SMRM trên đường CD, vận tốc 100 km/h 89

Hình 3 38 Vùng mỏi trong kết cấu khung SMRM trên đường CD, vận tốc 100 km/h 89

Hình 3 39 Phổ ứng suất phân bố trên khung SMRM, đường CD, vận tốc 100 km/h 90

Hình 3 40 Biểu đồ Rainflow ứng suất-chu kỳ của khung SMRM, đường CD, vận tốc 100 km/h 90

Hình 3 41 Phổ chu kỳ trên khung SMRM trên đường CD, vận tốc 100 km/h 91

Hình 3 42 Vùng mỏi trong kết cấu khung SMRM trên đường DE vận tốc 40 km/h 92 Hình 4 1 Đoàn xe SMRM thí nghiệm 94

Hình 4 2 Cân Xe tải di động 96

Hình 4 3 Cảm biến đo chuyển vị HF-750C và thông số kỹ thuật 96

Hình 4 4 Cảm biến đo vận tốc dài và gia tốc thẳng đứng S-motion 97

Hình 4 5 Cảm biến đo biến dạng 97

Hình 4 6 Sơ đồ mạch cầu Wheatstone 99

Hình 4 7 Cảm biến biến dạng dán trên vật đo chịu uốn 99

Hình 4 8 Bộ xử lý tín hiệu DEWEsoft 100

Hình 4 9 Sơ đồ kết nối giữa các thành phần của hệ thống đo biến dạng và ĐLH 101 Hình 4 10 Sơ đồ lắp cảm biến lá điện trở loại 1 phương 102

Hình 4 11 Sơ đồ lắp cảm biến lá điện trở loại 3 phương (triaxle strain gage) 102

Hình 4 12 Sơ đồ lắp cảm biến gia tốc (tại A) và chuyển vị (tại B1, B2, B3) 102

Hình 4 13: Cảm biến được dán và cố định trên khung xe 104

Hình 4 14 Giao diện thiết lập mạch cầu 105

Hình 4 15 Thiết lập mạch đo và hiệu chuẩn tín hiệu 106

Hình 4 16 Bố trí tải lên khung SMRM Thí nghiệm 1 107

Hình 4 17 Bố trí tải bê tông lên khung SMRM Thí nghiệm 2 107

Hình 4 18 Đặt container lên khung SMRM 108

Hình 4 19 Đường thí nghiệm 108

Hình 4 20 ĐX chạy qua mấp mô hình sin ở hai dãy bánh xe 109

Hình 4 21 ĐX chạy qua mấp mô hình sin một dãy bánh xe 109

Hình 4 22 Tọa độ trọng tâm SMRM khi được nối với XĐK 110

Hình 4 23 Điều kiện mô phỏng kiểm chứng 1 111

Hình 4 24 Điều kiện mô phỏng kiểm chứng 2 111

Hình 4 25 Mấp mô hình sin ở hai dãy bánh xe 113

Hình 4 26 Chuyển vị khối lượng được treo cầu số 4 và cầu số 5 ĐX đi qua 1 dãy mấp mô, 20 km/h 114

Hình 4 27 Chuyển vị khối lượng được treo cầu số 4 và cầu số 5 ĐX đi qua 1 dãy mấp mô, 30 km/h 114

Hình 4 28 Chuyển vị khối lượng được treo cầu số 4 và cầu số 5 ĐX đi qua 1 dãy mấp

mô, 40 km/h 114

Hình 4 29 Gia tốc thẳng đứng tại tọa độ trọng tâm ĐX (A) đi qua 2 dãy mấp mô, 40 km/h 115

Hình 4 30 Mấp mô 1 bên dãy bánh 116

Hình 4 29 Chuyển vị khối lượng được treo cầu số 4 và cầu số 5 ĐX đi qua 1 dãy mấp mô, 30 km/h 116

Hình 4 30 Chuyển vị khối lượng được treo cầu số 4 và cầu số 5 ĐX đi qua 1 dãy mấp mô, 40 km/h 116

Hình 4 31 Gia tốc thẳng đứng tại tọa độ trọng tâm ĐX (A) đi qua 1 dãy mấp mô, 40 km/h 117

Hình 4 32 Ứng suất tại các điểm đo 2, 3, 10, 11 (40km/h) 118

Hình 4 33 Ứng suất tại các điểm đo 2, 3, 10, 11 (20km/h) 118

Hình 4 34 Ứng suất tại các điểm đo 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15 (40km/h) 119

Hình 4 35 Ứng suất tại các điểm đo 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15 (20km/h) 120

Hình 5 1 Thông số hình học mặt cắt ngang dầm chính (dầm dọc) 126

Hình 5 2 Các lỗ giảm tải trên khung xe hãng Fiat Chrysler 127

Hình 5 3 Phương án tạo 3 lỗ giảm tải trên tất cả các dầm ngang 130

Hình 5 4 Kết cẩu tổng thể ĐXSMRM trước và sau cải tiến 131

Hình 5 5 Phân bố ứng suất trên các thanh ngang chính khung SMRM nguyên bản 132

Hình 5 6 Phân bố ứng suất khung SMRM ở các phương án cải tiến khi chịu xoắn 133

Hình 5 6 Độ võng và ứng suất khung SMRM nguyên mẫu (PA1) ở trường hợp khảo sát T.1 Error! Bookmark not defined. Hình 5 8 Phân bố ứng suất trên các thanh ngang sau sau khi khoét lỗ 133

Hình 5 9 Phổ chu kỳ mỏi PACT 1, đường CD, vận tốc 100 km/h 135

Hình 5 10 Phổ chu kỳ mỏi PACT 1, đường DE vận tốc 40 km/h 135

Hình 5 11 Phổ chu kỳ mỏi PACT 2, đường CD vận tốc 100 km/h 136

Hình 5 12 Phổ chu kỳ mỏi PACT 2, đường DE vận tốc 40 km/h 136

Hình 5 13 Phổ chu kỳ vùng mỏi PACT 3a, đường CD vận tốc 100 km/h 137

Hình 5 14 Phổ chu kỳ vùng mỏi PACT 3a, đường DE vận tốc 40 km/h 137

Hình 5 15 Phổ chu kỳ vùng mỏi PACT 3a, đường CD vận tốc 100 km/h 138

Hình 5 16 Phổ chu kỳ vùng mỏi PACT 3b, đường DE vận tốc 40 km/h 138

MỞ ĐẦU

Vận chuyển hàng hóa bằng đường bộ ở Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế và chiếm tỷ trọng lớn trong ngành vận tải Các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu xe tải, xe chuyên dụng ngày càng nhiều Để vận chuyển hiệu quả, nhu cầu sử dụng sơ mi rơ moóc (SMRM) ngày càng tăng, đặc biệt với sự phát triển của dịch vụ logistics SMRM linh hoạt trong vận tải nhờ khả năng ghép nối và tháo rời nhanh chóng với xe đầu kéo (XĐK), cho phép hoạt động liên tục với nhiều XĐK khác nhau Tuy nhiên, việc khai thác SMRM với tần suất cao ảnh hưởng đến tuổi thọ

và độ bền mỏi của khung xe Khung SMRM cần đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ bền, độ cứng vững và độ bền mỏi cao để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho việc vận

chuyển hàng hóa nặng trong hành trình dài và liên tục Đề tài “Nghiên cứu khảo sát đánh giá độ bền khung sơ mi rơ moóc sản xuất tại Việt Nam” với mục tiêu tìm hiểu

sâu hơn về phương pháp đánh giá độ bền khung xe các loại xe vận tải hàng hóa siêu trường siêu trọng nói chung, khung SMRM nói riêng nhằm khảo sát các điều kiện hoạt động gây ảnh hưởng đến độ bền khung, tìm ra các vùng làm việc nguy hiểm thường xuyên có thể gây ra hỏng do mỏi Từ đó có thể xây dựng được phương pháp đánh giá độ bền khung SMRM trong quá trình thiết kế sản xuất, cũng như đề xuất phương án cải thiện kết cấu, tăng độ bền và tuổi thọ cho khung

Với sự phát triển nhanh chóng công cụ máy tính, các công cụ mô phỏng tích hợp các mô đun phân tích khác nhau vào một nền tảng như ANSYS, Siemens Amesim, HyperWorks mang lại kết quả chính xác hơn và hiệu quả hơn trong mô phỏng môi trường đa vật lý Các công cụ này không chỉ cho phép mô phỏng cấu trúc và vật liệu một cách chi tiết, mà còn có thể tích hợp các yếu tố về động lực học, giúp đánh giá chính xác hơn về tình trạng mỏi mặt của các bộ phận trong các điều kiện vận hành thực tế Đối với khung SMRM, việc xác định chính xác thời điểm xuất hiện các hiện tượng hỏng hóc do mỏi trong thực tế là một thách thức lớn, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố phức tạp nên việc nghiên cứu và đánh giá độ bền của khung SMRM thông qua môi trường mô phỏng tích hợp trở nên cấp thiết Đặc biệt, sự kết hợp giữa mô hình phần tử hữu hạn và mô hình động lực học hệ nhiều vật của tổ hợp XĐK và SMRM giúp việc mô phỏng chuyển động và mô tả tương tác giữa các bộ phận trong tổ hợp ĐXSMRM một cách trực quan và đồng bộ về mặt thời gian Phương pháp mô phỏng kết hợp mô hình phần tử hữu hạn (PPPTHH) và mô hình hệ nhiều vật (MBD) cho phép đánh giá độ bền của khung SMRM thông qua mô phỏng biến dạng và ứng suất trong các bộ phận cấu thành khung sinh ra khi xe chuyển động và tương tác giữa các

bộ phận trong tổ hợp xe đầu kéo và SMRM

Mục tiêu của luận án là xây dựng phương pháp khảo sát đánh giá độ bền, tuổi thọ và cải tiến kết cấu khung SMRM sản xuất trong nước, phù hợp với điều kiện sản xuất của các đơn vị sản xuất tại Việt Nam Phương pháp này có thể áp dụng cho xe tải nặng và xe chuyên dụng, góp phần nâng cao tỉ lệ nội địa hóa, thúc đẩy nghiên cứu

và phát triển hiện đại trong ngành công nghiệp ô tô Việt Nam

Đối tượng nghiên cứu cụ thể của đề tài là khung sơ mi rơ moóc dùng chở

container loại hai trục có chiều dài 40 feet sản xuất chế tạo trong nước

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án là kết hợp giữa nghiên cứu

lý thuyết và thực nghiệm Các nội dung nghiên cứu lý thuyết bao gồm: xây dựng mô hình kết hợp bao gồm mô hình động lực học hệ nhiều vật (MBD) của đoàn xe sơ mi

rơ moóc (SMRM) và mô hình phần tử hữu hạn (FEM) khung SMRM; mô hình phân tích và trích xuất các tải trọng tác dụng lên khung để thực hiện khảo sát và đánh giá

độ bền và độ bền mỏi toàn bộ cấu trúc khung SMRM đàn hồi theo phương pháp phân tích PHTT Dựa vào kết quả đánh giá, các giải pháp cải tiến kết cấu khung xe được

đề xuất phù hợp tình hình thực tế Nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm xây dựng hệ thống thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng mô hình động lực học ĐXSMRM và mô hình PTHH khung đã xây dựng thông qua việc đo gia tốc, chuyển

vị theo phương thẳng đứng, vận tốc dài của đoàn xe và đo ứng suất trên khung

SMRM

Nghiên cứu độ bền mỏi trong các bộ phận cơ khí nói chung và các kết cấu phức hợp như khung SMRM là một vấn đề phức tạp, thời điểm xuất hiện các hiện tượng hỏng do mỏi rất khó để xác định được chính xác Do đó, trong điều kiện giới hạn về thiết bị và thời gian cho phép, nghiên cứu bằng mô phỏng trên máy tính có sử dụng các công cụ phần mềm CAE là một giải pháp hiệu quả hiện nay Tuy vậy, nghiên cứu của luận án chỉ giới hạn đánh giá độ bền của khung SMRM trong một số điều kiện vận hành khi đoàn SMRM di chuyển trên đường mấp mô theo tiêu chuẩn ISO Ngoài

ra, các thử nghiệm thực hiện đánh giá tính chính xác của các mô hình mô phỏng mới chỉ xác định một số thông số đo và còn giới hạn về số điểm đo trên toàn khung Nội dung của luận án được bố cục trong 5 chương: Chương 1 trình bày các nội dung tổng quan về vấn đề nghiên cứu, đặc điểm kết cấu khung SMRM nói chung và khung SMRM sản xuất tại Việt Nam nói riêng, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến độ bền khung để xác lập mục tiêu, phương pháp nghiên cứu Chương 2 là các nội dung cụ thể trong cơ sở lý thuyết và xây dựng mô hình đánh giá

độ bền khung SMRM sử dụng phần mềm chuyên dụng Chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu khảo sát đánh giá độ bền của một mẫu khung SMRM sản xuất trong nước trong một số trạng thái vận hành chịu tải trọng thẳng đứng đặc trưng khi xe đi trên đường mấp mô Chương 4 là nội dung nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng

và đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng Chương 5 sẽ đề xuất một số phương

án nghiên cứu cải tiến thiết kế để nâng cao độ bền khung SMRM

Những kết quả mới của luận án:

- Luận án đã xây dựng mô hình kết hợp, bao gồm mô hình động lực học ĐXSMRM và mô hình phần tử hữu hạn kết cấu khung SMRM Mô hình động lực học ĐXSMRM cho phép mô tả đầy đủ các hệ thống treo của xe đầu kéo, các trục sau của SMRM, khớp nối giữa xe đầu kéo và SMRM Mô hình kết hợp mô hình MBD và FEM mô tả chính xác điều kiện liên kết, ràng buộc giữa khung xe và các bộ phận tạo

ra các tải trọng động nhằm phản ánh đúng các tương tác giữa xe và mặt đường Các tải trọng tĩnh và động gồm các lực và mô men từ mô hình MBD tác động trực tiếp lên mô hình FEM khung SMRM đàn hồi đồng bộ về mặt thời gian cho phép đánh giá

độ bền và độ bền mỏi khung SMRM một cách toàn diện Mô hình mô tả gần như phản ánh đúng thực tế tương tác giữa mô hình động lực học của toàn bộ ĐX và mô hình khung SMRM

- Luận án đã thiết lập hệ thống thí nghiệm đo các thông số động lực học ĐXSMRM phương thẳng đo đứng ứng suất trên khung theo trạng thái chuyển động của xe trên đường Thiết bị thí nghiệm thực hiện đo các thông số đồng bộ theo thời gian thực, cho phép đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:

Luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng phân tích, khảo sát đánh giá độ bền của khung sơ mi rơ moóc sử dụng kết hợp phương pháp phân tích mô phỏng động lực học hệ nhiều vật MBD với phương pháp phân tích mô phỏng kết cấu khung

xe theo phương pháp phần tử hữu hạn Mô hình mô phỏng đánh giá được độ bền tĩnh

và độ bền mỏi (tuổi thọ) của khung sơ mi rơ moóc đàn hồi với các điều kiện vận hành Ngoài ra, mô tả chi tiết hình dáng vật lý toàn bộ đoàn xe cùng các liên kết có thể khảo sát trực quan các trạng thái di chuyển của đoàn xe, cho hiển thị và xuất kết quả dưới dạng đồ thị, dạng bảng có thể được sử dụng trong các nghiên cứu có liên quan đến động lực học của đoàn xe SMRM

Luận án đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm hiện đại cho phép đo đồng thời giá trị ứng suất, biến dạng của khung sơ mi rơ moóc và một số thông số động lực học (vận tốc, gia tốc, chuyển vị) của đoàn xe sơ mi rơ moóc và sử dụng làm thông số đầu vào kiểm chứng đánh giá các mô hình mô phỏng Hệ thống này có thể ứng dụng trong các hoạt động nghiên cứu cải tiến khung xe tải nặng nói chung và dùng để kiểm chứng, xác định các thông số khác trong các mô hình động lực ô tô trong các phần mềm mô phỏng số thương mại giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong các hoạt động nghiên cứu và phát triển

Các kết quả mô phỏng phân tích đánh giá độ bền khung SMRM là đối tượng nghiên cứu trong các điều kiện làm việc khác nhau có thể làm tài liệu tham khảo cho việc thiết kế, cải tiến khung sơ mi rơ moóc sản xuất trong nước

Luận án góp phần cải thiện độ chính xác trong phương pháp nghiên cứu về độ bền và tuổi thọ của khung SMRM Phương pháp thực hiện giúp giảm thời gian và chi phí trong quá trình nghiên cứu và phát triển, đồng thời đưa ra các phương pháp cải tiến kết cấu khung SMRM phù hợp với các đơn vị sản xuất, lắp ráp ô tô chuyên dụng nói chung và SMRM nói riêng tại Việt Nam

đầu tư vào nâng cao tỷ lệ nội địa hóa và cải thiện chất lượng sản phẩm [1]

Theo số liệu của Bộ Công Thương, công nghiệp hỗ trợ ngành ô tô tại Việt Nam

có khoảng khoảng 300 doanh nghiệp thuộc mọi thành phần kinh tế Trong đó, có khoảng hơn 40 doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô; 45 doanh nghiệp sản xuất khung gầm, thân xe, thùng xe; 214 doanh nghiệp sản xuất linh kiện, phụ tùng ô tô [2] Tính đến hết năm 2022, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam có khoảng trên 50 doanh nghiệp hoạt động sản xuất, lắp ráp xe ô tô bao gồm ô tô con, ô tải, ô tô khách, ô tô chuyên dùng và ô tô sát xi [3] Trong những năm gần đây, sản lượng lắp ráp xe dưới 9 chỗ đáp ứng 70% nhu cầu trong nước Một số loại xe tải nhẹ dưới 7 tấn, xe khách trên 25 chỗ và xe chuyên dụng đạt tỷ lệ nội địa hóa cao, với xe khách chiếm trên 60% và xe tải nhẹ chiếm 50%

Mục tiêu chung của "Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô tại Việt Nam năm 2020, tầm nhìn đến 2030" [4] đã được Chính phủ nêu rõ: Sản xuất xe hơi là ngành tạo động lực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước Phân khúc xe tải, xe khách và xe chuyên dụng đạt tỷ lệ nội địa hóa cao [5] Điều này cho thấy khả năng sản xuất của ngành đã được nâng cao, tuy nhiên vẫn còn hạn chế

về mặt công nghệ và quy mô sản xuất Ngành sản xuất ô tô tải và ô tô chuyên dụng tại Việt Nam đã đạt được những thành tựu nhất định nhưng vẫn cần phải đối mặt và vượt qua nhiều thách thức về công nghệ và đầu tư Bằng việc tập trung nâng cao chất lượng sản phẩm, đổi mới công nghệ và tăng cường hợp tác quốc tế, ngành này có thể phát triển bền vững và nâng cao vị thế cạnh tranh trên thị trường toàn cầu đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao

cao Cụ thể, đối với xe chuyên dụng cần phải lựa chọn sản xuất, lắp ráp một số chủng loại xe có nhu cầu cao cho thị trường trong nước (xe chở bê tông, xe xitec, xe đặc chủng phục vụ an ninh, quốc phòng ) Theo chiến lược này, trong giai đoạn 2026-

2035 các nhóm sản phẩm ưu tiên gồm xe tải và xe khách từ 10 chỗ trở lên; xe chở người đến 9 chỗ; xe chuyên dụng và công nghiệp hỗ trợ, trong đó xe chuyên dụng sẽ lựa chọn sản xuất, lắp ráp một số chủng loại xe có nhu cầu lớn cho nông nghiệp, quốc

phòng và xuất khẩu [7]

Rơ moóc và sơ mi rơ moóc đóng vai trò thiết yếu trong ngành vận tải và logistics, giúp tăng cường hiệu quả vận chuyển hàng hóa từ nông sản đến công nghiệp nặng Chúng cho phép vận chuyển lượng lớn hàng hóa, tối ưu hóa thời gian và chi phí vận hành Với thiết kế đặc biệt, rơ moóc và sơ mi rơ moóc có thể chở nhiều loại hàng hóa khác nhau và dễ dàng kết hợp với các phương thức vận tải khác như đường sắt, đường thủy, tạo nên hệ thống logistics đa phương thức hiệu quả Sự phát triển hạ tầng giao thông tại Việt Nam hỗ trợ vận hành, tăng cường kết nối vận tải và thúc đẩy thương mại Tuy nhiên, nhu cầu lớn đòi hỏi đổi mới thiết kế và công nghệ, cải thiện tiết kiệm nhiên liệu, an toàn và giảm phát thải Rơ moóc và sơ mi rơ moóc không chỉ quan trọng trong vận tải và logistics mà còn thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô và phụ trợ tại Việt Nam

Để hỗ trợ phát triển công nghiệp hỗ trợ, nâng cao tỷ lệ nội địa hóa tối đa cho phân khúc xe này, cần đẩy mạnh phát triển năng lực nội sinh cho các doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô Đây là yếu tố then chốt cho sự phát triển bền vững của ngành công

nghiệp ô tô Việt Nam [6] Tăng cường khả năng nghiên cứu và phát triển như đầu tư

vào các trung tâm nghiên cứu và phát triển, hợp tác với các trường đại học và các viện nghiên cứu để phát triển các công nghệ mới, đẩy mạnh năng lượng sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm đa dạng các phân khúc ô tô cũng như phụ kiện phụ trợ ngành công nghiệp ô tô Hợp tác với các nhà cung cấp nội địa để sản xuất các cụm,

hệ thống quan trọng, đặc biệt là khung xe và thân vỏ Ứng dụng công cụ máy tính để đẩy nhanh quá trình nghiên cứu và phát triển (NC&PT), rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm và tăng khả năng cạnh tranh Tăng cường khả năng tự chủ trong sản xuất, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu, nâng cao năng lực cạnh tranh và tạo ra giá trị gia tăng

cho nền kinh tế

1.1.3 Thách thức và cơ hội phát triển cho ngành sản xuất rơ moóc và

sơ mi rơ moóc tại Việt Nam

Ngành sản xuất rơ moóc và sơ mi rơ moóc tại Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức và cơ hội phát triển trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế và sự thay đổi của ngành công nghiệp ô tô toàn cầu Một trong những thách thức lớn nhất là sự cạnh tranh gay gắt từ các nhà sản xuất nước ngoài, đặc biệt là từ Trung Quốc và các nước trong khu vực Đông Nam Á, nơi có nền công nghiệp phát triển mạnh và chi phí sản xuất thấp hơn Điều này đòi hỏi các doanh nghiệp Việt Nam phải nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất để cạnh tranh được với sản phẩm nhập khẩu Cụ thể:

− Thiếu đầu tư công nghệ: Một trong những thách thức lớn nhất là sự thiếu hụt trong đầu tư công nghệ tiên tiến Nhiều nhà sản xuất trong nước vẫn phụ thuộc vào công nghệ và thiết bị sản xuất chưa nâng cấp đúng mức

− Tiêu chuẩn và chất lượng: Việt Nam cần cải thiện khả năng tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế về độ bền, tuổi thọ và an toàn của khung xe để có thể cạnh tranh trên thị trường toàn cầu Việc này đòi hỏi phải nâng cao kỹ thuật hàn, gia công

và giảm trọng lượng tổng thể của khung xe, từ đó cải thiện hiệu quả nhiên liệu và giảm khí thải, ứng dụng máy tính trong mô phỏng và phân tích trong quá trình thiết

kế khung xe, cho phép đánh giá độ bền, độ cứng vững và tính năng vận hành của khung xe trước khi tiến hành sản xuất thử nghiệm Việc sử dụng CAE có thể giúp các

kỹ sư xác định và giải quyết các vấn đề tiềm ẩn trong thiết kế, giảm thiểu rủi ro và chi phí liên quan đến các lần thử nghiệm thực tế Ngoài ra, CAE cũng hỗ trợ trong việc tối ưu hóa thiết kế để đạt được hiệu quả cao nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường

1.1.4 Tình hình sản xuất sơ mi rơ moóc tại Việt Nam

Tình hình sản xuất SMRM tại các đơn vị sản xuất chế tạo tại Việt Nam đã có nhiều tiến triển tích cực trong những năm gần đây Theo báo cáo của Bộ Công Thương

và Tổng cục Thống kê Việt Nam [8], từ năm 2020 đến 2024, số lượng doanh nghiệp tham gia sản xuất SMRM đã tăng đáng kể, với hơn 50 đơn vị hoạt động trong lĩnh vực này, sản lượng sản xuất SMRM tăng trưởng mạnh và đạt trên 20% mỗi năm Ngành công nghiệp hỗ trợ công nghiệp ô tô đã hình thành, nhưng mới chỉ sản xuất được một số ít chủng loại phụ tùng đơn giản, có hàm lượng công nghệ thấp Chỉ một số ít doanh nghiệp đầu tư dây chuyền dập thân, vỏ xe; chưa tạo được sự hợp tác

- liên kết và chuyên môn hoá, nghiên cứu và phát triển giữa các doanh nghiệp sản xuất - lắp ráp ô tô và sản xuất phụ tùng linh kiện và các đơn vị nghiên cứu như ở các nước phát triển Các doanh nghiệp trong nước đã và đang chú trọng đầu tư vào việc sản xuất xe chuyên dụng có tỉ lệ nội địa hóa cao tại Việt Nam Đối với SMRM, các đơn vị tại Việt Nam đã đầu tư vào dây chuyền sản xuất và lắp ráp, đặc biệt là trong việc chế tạo khung, áp dụng các công nghệ tiên tiến trong quá trình sản xuất khung, bao gồm hàn tự động, cắt laser và kiểm tra không phá hủy để đảm bảo khung đạt tiêu chuẩn cao về chất lượng và độ bền Tuy nhiên chất lượng sản phẩm chưa đồng đều

và thời gian bảo hành ngắn so với các sản phẩm nhập khẩu Bên cạnh đó, tiềm năng nội lực tại các doanh nghiệp trong nước đã và đang chú trọng đầu tư vào việc sản xuất

xe chuyên dụng có tỉ lệ nội địa hóa cao Hiện nay, Việt Nam chưa có công ty nào sản xuất xe chuyên dụng mà chủ yếu là nhập khẩu xe nguyên chiếc hoặc sản xuất lắp ráp

từ ô tô sát xi nên việc NC&PT khung xe tải nặng và xe chuyên dụng có tiềm năng lớn

để khai thác đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường trong nước và quốc tế

Theo số liệu thống kê Cục đăng kiểm, hiện có khoảng hơn 11 doanh nghiệp (DN) sản xuất, lắp ráp SMRM đáp ứng hơn 60% nhu cầu sử dụng SMRM trong nước Trong đó, có một số DN có dây chuyền sản xuất SMRM được chứng nhận bởi Cục đăng kiểm như Công ty cổ phần Ô tô Trường Hải (Thaco Bus), Samco, Tân Thanh Container, Công ty cổ phần Huyndai Thành Công… với số liệu thống kê SMRM hiện

đang lưu hành đến 2016 theo Bảng 1.1

Tổng công ty SAMCO sản xuất khoảng 480 xe chuyên dụng mỗi năm, nhằm cung cấp các dòng xe chất lượng cao và phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam Công ty Trường Long sản xuất 120 xe chuyên dùng mỗi năm, lắp đặt 180 thùng và thiết bị xe tải Công ty Tân Thanh Container đã sản xuất hơn 50 mẫu SMRM khác nhau từ năm 2005 với sản lượng 1.537 chiếc bán ra trong năm 2016, chiếm hơn 55% thị trường trong nước Công ty cổ phần Ô tô Trường Hải (Thaco) và Công ty sản xuất

xe chuyên dụng và SMRM Chu Lai - Trường Hải đã xuất khẩu 9 SMRM sang Colombia và dự kiến xuất khẩu hơn 100 SMRM sang châu Phi và Nam Mỹ vào năm

2017 Thaco sản xuất SMRM với công nghệ hiện đại, tự động hóa cao, quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn quốc tế, với tải trọng 60 tấn cho container 45 feet và 55 tấn cho container 40 feet

Bảng 1 1 Số lượng SMRM lưu hành tại Việt nam (theo Thống kê Cục đăng kiểm)

trong nước

SMRM nhập khẩu

Về thực tế sản xuất: hiện năng lực ngành ô tô nước ta phần lớn mới ở mức độ lắp ráp đơn giản, dây chuyền sản xuất chủ yếu chỉ gồm các công đoạn chính là hàn, sơn, lắp ráp, kiểm tra đối với thân vỏ Đối với SMRM mặc dù chế tạo sản xuất với tỉ lệ

nội địa hóa cao nhưng chủ yếu vẫn sản xuất theo mẫu, quy trình thiết kế còn lạc hậu

Về chất lượng: chất lượng xe lắp ráp, sản xuất trong nước mặc dù đã cải thiện nhưng vẫn chưa đạt đến công nghệ tiên tiến của công nghiệp ô tô phát triển, tự trọng

xe lớn, kết cấu cũ và cồng kềnh, tải trọng có ích nhỏ, thời gian bảo hành ngắn hơn

Về hợp tác: các doanh nghiệp nội địa vẫn chưa tạo được sự hợp tác, liên kết và chuyên môn hoá giữa sản xuất, lắp ráp ô tô và sản xuất phụ tùng linh kiện Do dung lượng thị trường nội địa nhỏ không đáp ứng được tiêu chí tính kinh tế theo quy mô trong sản xuất công nghiệp, cả trong việc lắp ráp xe, cũng như sản xuất các sản phẩm

1.2 Khung sơ mi rơ moóc

1.2.1 Cấu tạo

Kết cấu lớn nhất của SMRM là khung xe Khung SMRM bao gồm hai dầm dọc chịu lực chính và được liên kết với nhau bằng dầm ngang gia cường, đảm bảo khả năng chịu tải Khung SMRM được chế tạo từ các dầm thép, được liên kết với nhau

chủ yếu bằng phương pháp hàn hoặc bu lông

Dầm dọc của SMRM được chế tạo từ thép định hình chữ I, C hoặc hình hộp theo hết chiều dài toàn bộ khung Cổ dầm dọc được cắt và hàn để tạo tiết diện thay đổi theo chiều dài nhằm đảm bảo điều kiện đặt lực của hàng hóa Hai dầm dọc được liên kết với nhau thông qua các dầm ngang và được ốp gia cường những nơi chịu đặt lực

lớn

Đối với các ô tô vận tải người ta chỉ làm khung xe có độ cứng trung bình Khung

xe có độ cứng không cao lắm để khi SMRM bị nghiêng gây tình trạng xoắn khung thì bánh xe vẫn còn tiếp xúc được với mặt đường Để giữ cho buồng lái và các cụm khác khỏi biến dạng khi khung xe bị nghiêng, người ta đặt buồng lái và các cụm khác trên đệm đàn hồi Đối với SMRM, khung xe được thiết kế để nối với đầu kéo nhằm

vận chuyển các mặt hàng đặc biệt và có trọng tải lớn

Khung là bộ phận chịu toàn bộ tải trọng của xe và những tác động thay đổi từ mặt đường lên xe khi xe chuyển động, tốc động của lực cản khí động, lực quán tính, lực phanh và các lực do va chạm Do mục đích sử dụng, chế độ khai thác thường xuyên và tải trọng lớn phức tạp nên yêu cầu phải có kết cấu hợp lý, hình dạng thích

− Chốt kéo SMRM theo tiêu chuẩn được lắp trên mâm xoay (bánh xe số 5) đảm bảo truyền lực kéo, lực phanh và đảm bảo các tính năng quay vòng cho

SMRM

− Hệ thống treo: hệ thống treo lắp trên SMRM là kiểu treo phụ thuộc, liên

động cầu cân bằng, dạng nhíp lá nửa elíp hoặc hệ thống treo khí nén

− Hệ trục của SMRM gồm 2-3 trục bị động, lắp bánh xe kép đảm bảo tải trọng

cho phép theo quy định

− Ngoài ra SRMR còn có hệ thống phanh, lốp, hệ thống điện, các thiết bị phụ

và các hệ thống khác tùy theo chức năng của xe

1.2.2 Chức năng và Nhiệm vụ của khung sơ mi rơ moóc

SMRM và rơ moóc đóng vai trò quan trọng không chỉ trong việc tăng cường hiệu quả vận tải mà còn trong việc đảm bảo an toàn và ổn định cho hàng hóa trong quá trình vận chuyển Khung SMRM, là cơ sở cấu trúc chính của xe, bao gồm nhiều chức

năng và nhiệm vụ quan trọng:

− Khung SMMR chịu toàn bộ tải trọng của hàng hóa được vận chuyển, có độ bền cao Khung được thiết kế để chống lại các lực tác động từ mọi hướng, giúp duy trì hình dạng và chức năng của xe

− Khung truyền lực kéo từ đầu kéo đến toàn bộ xe rơ moóc, đảm bảo xe vận hành ổn định và an toàn Khung cần có độ cứng vững cao để đảm bảo sự ổn định của xe trong quá trình di chuyển, đặc biệt khi chở hàng hóa nặng và di

chuyển trên các địa hình khác nhau

− Khung xe còn làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác như hệ thống treo, cầu

xe hệ thống phanh, và hệ thống điện, chân chống,…

− Đảm bảo thiết kế và cấu trúc của khung xe tuân thủ các quy định an toàn và

tiêu chuẩn về vận tải, bao gồm cả tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế

1.2.3 Phân loại sơ mi rơ moóc

Hiện nay, có nhiều loại SMRM khác nhau được sử dụng trong ngành vận tải với

đa dạng kích cỡ và mỗi loại sẽ có những công dụng đặc trưng riêng

Sơ mi rơ moóc sàn thông thường vận chuyển container và các loại hàng hóa như: các vật liệu xây dựng (sắt, thép, giấy cuộn ), cây gỗ lớn và hàng hóa quá khổ, quá

tải khác, có 3 loại 20 feet, 40 feet và 45 feet

Hình 1 2 Sơ mi rơ moóc sàn

Sơ mi rơ moóc xương: còn gọi là SMRM chở container, được thiết kế với các

dầm ngang và dọc đan vào nhau, có 2 loại 20 feet, 40 feet

Hình 1 3 Sơ mi rơ moóc xương

Sơ mi rơ moóc cổ cò: được thiết kế theo cấu tạo khung xương, đặc biệt công dụng

chính của loại SMRM là chuyên chở container lạnh, có loại 20 feet và 40 feet

Hình 1 4 Sơ mi rơ moóc cổ cò

Sơ mi rơ moóc ben: là loại SMMR tự đổ chuyên dùng để vận chuyển cát, vật liệu xây dựng hoặc các hàng rời như than và quặng với trọng lượng cực lớn, có khả năng

hỗ trợ vận chuyển cực nhanh và tự động đổ vật liệu xuống

Hình 1 5 Sơ mi rơ moóc ben

Sơ mi rơ moóc bồn xitec: vận chuyển hoá chất, xăng dầu, vật liệu lỏng,… SMRM xương thường được sử dụng sát-xi để đóng bồn xitec phía trên

Hình 1 6 Sơ mi rơ moóc bồn

Sơ mi rơ moóc chở xe, máy chuyên dùng: đa dạng kích thước và tải trọng từ 20 đến 60 feet để vận chuyển các phương tiện ô tô, máy chuyên dụng bởi nó có đường

dốc tích hợp để tải và hạ tải ô tô

Hình 1 7 Sơ mi rơ moóc chở xe, máy chuyên dùng

Ngoài ra, còn có SMRM thùng, SMRM tải tự nâng hạ hay sơ mi rơ mooc lùn hay còn gọi là mooc siêu trường siêu trọng 40 feet, chuyên dùng để chở những thiết bị

siêu trọng như container, sắt thép, các vật nặng có tải trọng lên đến 76 tấn

1.2.4 Quy trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sản xuất SMRM hiện nay

Hiện nay, các cơ sở sản xuất, lắp ráp rơ moóc, SMRM và các cơ quan, tổ chức liên quan đến quản lý, kiểm tra, thử nghiệm và chứng nhận chất lượng an toàn kỹ thuật đối với rơ moóc, SMRM theo quy chuẩn hiện hành QCVN11:2011/BGTVT của

Bộ giao thông vận tải đối với SMRM sản xuất lắp ráp trong nước [9], Cục đăng kiểm chịu trách nhiệm triển khai, hướng dẫn thực hiện quy trình sản xuất mẫu SMRM gồm

các mục sau:

− Kiểm định dây chuyền sản xuất SMRM tại nhà máy;

− Nhà máy thiết kế và sản xuất mẫu;

− Kiểm tra kỹ thuật mẫu để cấp chứng nhận kiểu sản phẩm;

− Sản xuất hàng loạt

Qua khảo sát tại các đơn vị sản xuất và Cục đăng kiểm, SMRM có quy trình thiết

kế theo quy định Xuất phát yêu cầu vận tải thực tế, các đơn vị SX SMRM đóng mới

sơ mi rơ moóc tải (hay được gọi là sơ mi rơ moóc) Theo tham khảo quy trình thiết

kế SMRM trong nước, nội dung thiết kế quan trọng là quy trình chế tạo khung

SMRM:

− Chế tạo dầm dọc của SMRM

− Chế tạo, lắp đặt các dầm ngang và hệ thanh gia cường

− Lắp ráp chốt kéo và mâm xoay

− Lắp ráp chân chống lên SMRM

− Lắp ráp 02 trục và hệ thống treo của SMRM

− Lắp ráp hệ thống phanh, phụ kiện và hệ thống điện

− Kiểm tra toàn bộ và chạy thử trên thiết bị kiểm tra lực phanh, cân bằng trục

Nhìn chung, từ yêu cầu vận tải thực tế đóng mới SMRM tải (chở container) DN thiết kế theo mẫu, tham khảo các mẫu SMRM có sẵn trên thị trường, thiết kế bố trí chung cho khung cơ sở, các hệ thống, tổng thành, chi tiết rời như trục, hệ thống treo,

hệ thống phanh, chốt kéo, chân chống Thuyết minh thiết kế được xây dựng để đảm

bảo về mặt lý thuyết theo Quy chuẩn hiện hành

Đối với SMRM thì linh kiện khung được sản xuất chế tạo toàn bộ, khung SMRM

có 02 dầm dọc chịu lực chính và được liên kết với nhau bằng dầm ngang gia cường, đảm bảo khả năng chịu tải, được thiết kế chủ yếu bằng phương pháp hàn điện CO

với yêu cầu chất lượng hàn đạt tiêu chuẩn (ví dụ tiêu chuẩn JIS D34) Dầm dọc của SMRM được chế tạo từ thép SM490YA hoặc Q345B thường dạng chữ dầm có dạng chữ I Cổ dầm dọc được cắt và hàn để tạo tiết diện thay đổi theo chiều dài nhằm đảm bảo điều kiện đặt lực của hàng hóa Sau khi hàn, kiểm tra độ cong vênh của dầm và khuyết tật trong mối hàn nhằm kịp thời khắc phục lỗi, tiếp theo là vệ sinh mối hàn và làm sạch ba via bằng máy mài tay Sau đó, khung được sơn và đưa vào lắp ráp các cụm link kiện, chi tiết khác thành SMRM và kiểm tra cân chỉnh trước khi thành thành

phẩm

Khâu quan trọng nhất khi thiết kế chế tạo khung SMRM là tính toán kiểm nghiệm bền chi tiết, tổng thành hệ thống Phương pháp tính toán chủ yếu hiện nay vẫn dựa vào phương pháp cổ điển, bước đầu có ứng dụng công cụ kiểm bền nhờ phần mềm

cơ bản nhưng các bước tính theo phương pháp cũ với kết quả chấp nhận được

Một ví dụ về quy trình kiểm tra độ bền khung trong quy trình chế tạo sử dụng

ứng dụng sức bền vật liệu trong thiết kế:

Hình 1 8 Tính mô men uốn dầm dọc

Hình 1 9 Tính mô men uốn dầm ngang

Qua tìm hiểu về quy trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sản xuất SMRM hiện nay ở Việt Nam, có thể thấy rằng có một xu hướng tập trung chủ yếu vào độ bền tĩnh của xe mà không đặt nhiều trọng tâm vào việc nghiên cứu độ bền mỏi hay tuổi thọ của sản phẩm Điều này mang lại một số hạn chế cụ thể trong việc đảm bảo chất lượng

và độ an toàn của SMRM trong thực tế vận hành Độ bền tĩnh là khả năng của vật liệu hoặc cấu trúc chịu được một lực tĩnh mà không bị hỏng hoặc biến dạng vĩnh viễn Trong quy trình thiết kế và sản xuất SMRM, việc đánh giá độ bền tĩnh thường được thực hiện thông qua các phép thử áp lực lên khung xe và các bộ phận chịu lực để đảm bảo rằng chúng có thể chịu được tải trọng trong điều kiện vận hành bình thường Độ bền mỏi là khả năng chịu đựng của vật liệu hoặc cấu trúc dưới tác động của các tải

trọng lặp đi lặp lại theo thời gian Trong điều kiện vận hành thực tế, SMRM thường xuyên phải chịu các loại tải trọng động, gây ra hiện tượng mỏi vật liệu Việc không tập trung nghiên cứu độ bền mỏi có thể dẫn đến việc đánh giá thấp khả năng chịu

đựng và tuổi thọ thực sự của xe

Công nghệ sản xuất khung sơ mi rơ moóc hiện nay vẫn còn có hạn chế nhất định

dù chất lượng SMRM sản xuất trong nước vẫn đảm bảo được độ bền, an toàn trong vận hành, sử dụng Tuy nhiên, nếu so sánh với SMRM nhập khẩu hiện nay thì kết cấu gọn nhẹ hơn, có dạng kết cấu đặc biệt liền khối, tự trọng bản thân nhỏ, tải trọng cho phép lớn, tuổi thọ cao, thời gian bảo hành dài hơn Để khung SMRM có đặc tính vượt trội như vậy, yêu cầu ứng dụng công cụ hỗ trợ máy tính trong quá trình thiết kế làm sao để có thể tối ưu hóa kết cấu, vật liệu, chọn phương pháp lắp ghép các chi tiết nhằm gia cường khung vị trí nào hàn, vị trí nào lắp ghép bu lông… và khảo sát được

độ bền mỏi để dự đoán được tuổi thọ khung ngay từ thời điểm thiết kế ban đầu

Xu hướng thiết kế khung gầm các dòng xe này đòi hỏi khả năng chịu tải trọng cao hơn và giảm trọng lượng bản thân hơn trong khi tuổi thọ đảm bảo Trong một số các nghiên cứu gần đây, có sử dụng phương pháp kết hợp giữa phương pháp phân tích phần tử hữu hạn và mô hình hệ nhiều vật để khảo sát độ bền khung xe Đây là xu

hướng nghiên cứu đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm hiện nay

1.2.5 Một số hư hỏng thực tế của khung xe tải nặng, xe chuyên dụng

Hiện tượng hư hỏng và nứt gãy khung xe tải là một vấn đề quan trọng gây ra bởi nhiều yếu tố khác nhau, từ tải trọng quá mức, điều kiện đường xấu, cho đến tuổi thọ vật liệu và thiết kế không phù hợp Các nghiên cứu và thực tế đã cho thấy, hư hỏng khung xe ảnh hưởng đến an toàn vận hành của xe và gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với sự an toàn của người sử dụng và hàng hóa vận chuyển

Khung SMRM bị gãy đột ngột do phá hủy, cụ thể do trong quá trình sản suất các mối hàn hoặc chúng không được thực hiện xử lí sau khi hàn làm giảm độ bền theo mặt cắt dọc của khung, nên khi dỡ hàng ở trạng thái tĩnh khung xe đã bị phá vỡ kết cấu dầm dọc I theo như minh họa thực tế trong nghiên cứu của Caban, J.,[10]

Hình 1 10 Khung SMRM bị gãy do phá hủy kết cấu

Theo Moaaz và cộng sự [11-13] điểm nứt gãy khung thường xảy ra ở vùng liên

kết thông qua mối hàn giữa khung chính và các dầm hay thành phần phụ của khung

Nghiên cứu cũng đề xuất một vài phương án gia cố quanh khu vực mối hàn này

Hình 1 11 Một vài vị trí nứt khung tại vị trí liên kết dầm phụ, dầm ngang với dầm chính

trong thực tế.

Một vị trí hay nứt gãy khác trên khung xe quanh vùng liên kết giữa khung và hệ

thống treo Nghiên cứu của Mi, Chengji và cộng sự tìm ra vùng yếu nhất có chu kỳ

mỏi thấp nhất của khung tại nút 229856 là 1,03E6 chu kỳ, nằm ở khớp treo của khung

của hệ thống treo sau bên trái và có thể phù hợp với thực tế Phương pháp được sử

dụng để phân tích tuổi thọ mỏi của khung sử dụng phân tích ứng suất quasi-static có

thể đơn giản hóa hiệu quả quá trình mô phỏng [14] Trường hợp xe tải khai thác mỏ

than xuất hiện các vết nứt có xu hướng xuất hiện ở khung gần tựa phía sau của lò xo

lá phía trước (RSFLS) sau 6 tháng hoạt động Nghiên cứu Zheng, S., và cộng sự [15]

mô phỏng và phân tích chỉ ra rằng ứng suất tập trung ở khung gần tựa phía sau của lò

xo lá phía trước, dẫn đến xuất hiện sớm các vết nứt mỏi

Hình 1 12 Khung xe tải nứt quanh khu vực liên kết với các hệ thống treo

Ngoài ra, trong thực tế còn có có một số hình ảnh khác hư hỏng về khung, các hư

hỏng thường tập trung các vùng liên kết giữa các dầm ngang và dọc như Hình 1.13

Hình 1 13 Khung xe nứt quanh khu vực liên kết giữa dầm phụ, dầm ngang và dầm dọc

1.2.6 Các hướng nghiên cứu về độ bền khung sơ mi rơ moóc

1.2.6.1 Phương pháp cổ điển

a) Tính bền khung ô tô theo tải trọng tĩnh

Theo phương pháp này, người ta thường tính uốn khung theo mô hình phẳng với tải trọng tĩnh và có tính đến ảnh hưởng của tải trọng động Tải trọng động được đưa vào dưới dạng hệ số tải trọng động Kd khi tính chọn ứng suất cho phép và hệ số này

được lựa chọn theo các bảng kinh nghiệm trong tài liệu

Khi tính toán người ta giả thiết:

- Tải trọng tác dụng lên khung gồm tải trọng tập trung và tải trọng phân bố

- Coi tải trọng phân bố đối xứng qua mặt phẳng dọc của ô tô

- Coi các dầm ngang chỉ có tác dụng gia cờng và dầm dọc chỉ chịu uốn trong

Sau khi đã xác định được giá trị u chúng ta có thể chọn tiết diện của khung xe

hợp lý dựa vào công thức sau:

max

u u

u

M W

Hình 1 14 Sơ đồ tính toán xoắn kết cấu khung xe

Zi Zi

ij

L

B

u u abs g B

u u abs g

j là biến dạng theo chiều Z của vị trí j bên

trái, phải; Bk là chiều rộng khung, Lij là chiều dài các đoạn khung Căn cứ vào biến

dạng theo chiều dài khung để đánh giá độ bền xoắn của khung xe

b) Tính bền khung ô tô theo tải trọng động

Tải trọng động tác động lên khung phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ô tô, chất lượng bề mặt đường và tải trọng của xe Do đó, để tính toán khung ô tô chúng ta phải tiến hành xác định sự thay đổi của tải trọng tác dụng lên khung theo vận tốc

chuyển động trên từng loại đường

Muốn xác định đợc mối quan hệ giữa tải trọng động với vận tốc, chúng ta phải tiến hành thiết lập mối quan hệ giữa sự dịch chuyển của thân xe với vận tốc chuyển

động Tức là xây dựng hàm Z V = f(v) trên từng loại đường cụ thể

Sau khi xây dựng được hàm Z V = f(v), phải tiến hành xây dựng mối quan hệ giữa

mô men uốn khung xe theo chiều dài khung xe, tức là xây dựng hàm M V = f(L o )

Do những nguyên nhân trên cho nên hiện nay khung ô tô được tính chủ yếu theo tải trọng tĩnh Để các chi tiết làm việc đảm bảo bền, khi chọn ứng suất cho phép phải chú ý đến tải trọng động cơ có thể sinh ra trong lúc sử dụng, nghĩa là phải chọn hệ số

an toàn cho thích hợp Ngoài ra ở một số công thức tính toán có tính đến hệ số tải

trọng động tìm ra bằng thực nghiệm

Kết quả tính của bài toán này thường ở dạng biểu đồ uốn, biểu đồ góc xoắn và biểu đồ biến dạng và ứng suất theo chiều dài khung Nó cho phép đánh giá tính dễ biến dạng của khung, chỉ ra các vị trí biến dạng và ứng suất thay đổi đột ngột, nhịp

độ thay đổi biến dạng và ứng suất theo chiều dài khung

Biểu đồ phân bố ứng suất cho phép chỉ ra các khu vực tập trung ứng suất trên

khung xe, làm cơ sở hoàn thiện kết cấu khung xe khi thiết kế

1.2.6.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

Cùng với sự phát triển của các phần mềm tính toán chuyên dụng, phương pháp tính toán phân tích bằng PTHH đã trở thành công cụ phổ biến đánh giá độ bền và độ

bền mỏi kết cấu trên ô tô

Để tính toán bằng phương pháp PTHH, người ta xây dựng mô 3D khung như trên Hình 1.15 Với các lực tác động và các điều kiện ràng buộc được đặt tại các vị trí tương ứng, phần mềm chuyên dụng cho kết quả là giá trị ứng suất phân bố trên toàn bộ khung Dựa trên sự phân bố ứng suất này, người thiết kế có thể đưa ra các giải pháp gia cố (tăng độ dầy vật liệu, tạo gân, …) cho những vùng có ứng suất cao

và giảm bớt vật liệu ở những vùng ít chịu ứng suất Với cách làm này, việc đánh giá

độ bền khung nhanh hơn, kính tế hơn và cần những thực nghiệm để kiểm chứng kết

quả

Hình 1 15 Mô hình phân tích phần tử hữu hạn khung SMRM

Trong các phần mềm phân tích phần tử hữu hạn đều sử dụng ứng suất tương đương Hiện nay, có khá nhiều phương pháp xác định ứng suất tương đương trong trường hợp chi tiết chịu tải trọng phức tạp Thông dụng hơn cả là hai phương pháp

Tresca và von Mises [16]

Giả thuyết của Tresca cho rằng chi tiết bị phá huỷ do sự trượt tương đối giữa các lớp vật liệu Theo giả thiết này, điều kiện để chi tiết không bị hỏng là ứng suất cắt lớn nhất max không vượt quá giới hạn chảy của vật liệu y:

Sự khác biệt giữa phương pháp Tresca và phương pháp von Mises là không lớn

Điều này có thể thấy rõ qua sự so sánh bằng đồ thị trên hình 1.16 Hiện nay, ứng suất tương đương von Mises được sử dụng hầu hết trong hơn cả trong công cụ

PTPTHH

1.2.6.3 Phương pháp thực nghiệm

Để pháp đánh giá tổng thể kết cấu khung người ta thường đánh giá độ bền khung bằng phương pháp thực nghiệm Phương pháp này đòi hỏi chi phí lớn cho thiết

bị đo và mẫu vỏ cầu để thí nghiệm Bởi vì đối với dạng thí nghiệm phá huỷ thì mỗi lần thí nghiệm làm hỏng một mẫu vỏ cầu, thời gian thí nghiệm kéo dài Đối với khung SMRM thì việc thử nghiệm mỏi toàn bộ kết cấu là rất khó, tốn kém và chưa cần thiết

tại vị trí mối hàn thanh ngang

Hình 1 17 Thử nghiệm mỏi khung mẩu dầm dọc khung SMRM

Nghiên cứu [17] khoanh vùng làm việc nguy hiểm của khung và đã tiến hành thử bằng thiết bị tạo lực kéo nén thủy lực như mô tả trên hình 1.17 Các xi lanh gây tải sinh ra lực tác động lên mẫu với một lực không đổi có tần số cho tới khi mối hàn bị phá hủy Do khung SMRM có khối lượng kích thước lớn, nghiên cứu thực hiện mô phỏng và thử nghiệm mỏi mối hàn lắp ghép giữa dầm dọc và thanh ngang của khung

Xác định được độ bền mỏi của các vị trị quan trọng của khung người ta có thể dùng

để đánh giá độ bền lâu của toàn bộ khung

Tuy nhiên, thí nghiệm dạng này đòi hỏi thời gian thực hiện dài và chi phí lớn Hơn nữa, do không thể làm thí nghiệm mô tả đầy đủ toàn bộ kết cấu với tải trọng và thời gian tương tự như điều kiện vận hành thực tế của SMRM Bên cạnh đó, phân khúc SMRM chưa phải chiếm vị trí ưu thế trong nền công nghiệp ô tô do đó việc đánh giá bền khung thường dùng các phương pháp kết hợp khác nhau giữa mô phỏng

và thực nghiệm để đánh giá độ bền và tuổi thọ của chúng Thông thường ở các nước

sẽ có tiêu chuẩn đánh giá độ bền cho khung xe chuyên dụng nói chung và SMRM nói riêng

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu độ bền khung SMRM trên thế giới

Về tình hình nghiên cứu về khung SMRM nói chung vẫn còn hạn chế về số lượng

và tính đa dạng Một số các công trình đã công bố có liên quan đến việc nghiên cứu

và có một số kết luận về độ bền khung SMRM điển hình ở nước ngoài như sau:

Nhóm tác giả Ahmad O Moaaz [18] đã tổng hợp tỉ mỉ các dạng nghiên cứu độ bền khung xe nói chung sử dụng phần mềm ANSYS từ năm 2002-2014 và tổng hợp các kết luận khảo sát, phân tích về cấu trúc khung đến độ bền của chúng cho thấy vấn

đề này đang được quan tâm nghiên cứu ngày càng nhiều sử dụng phương pháp phân

tích PTHH trong quá trình thiết kế xe

Nhóm tác giả Mahvi Malik Shahzad [19] phân tích ứng suất, biến dạng của mô hình khung xe tải 4x2 sử dụng phần mềm Pro/Mechanica trong quá trình thiết kế với

mô hình khung có cấu trúc đơn giản, sử dụng phần tử solid trong mô hình lưới Nghiên cứu khảo sát và tìm ra các vùng có ứng suất, chuyển vị lớn tại các vị trí tai nhíp nối

giữa khung xe và hệ thống treo

Hình 1 18 Kết quả ứng suất của khung và tại mỏ nhíp

Roslan Abd Rahman và cộng sự [20], Phân tích độ bền tĩnh khung xe tải nặng, đưa hệ số an toàn SF phân tích dự đoán độ bền của khung Những phần tử, nút nào

của mô hình FEM khung có ứng suất lớn với hệ số an toàn (SF) nhỏ hơn 2 được cho

là không an toàn Trong đó SF là tỉ số ứng suất chảy của vật liệu và ứng suất tương

đương Nghiên cứu đưa ra các điếm yếu trong kết cấu là vị trí bu lông lắp ghép khung

Hình 1 19 Kết quả khảo sát vị trí có ứng suất và độ võng lớn nhất trên khung

Naveen Ala [21] bằng PPPTHH khảo sát độ bền khung xe ở trạng thái tĩnh với

các loại thép khác nhau để đề xuất vật liệu tốt nhất chế tạo khung xe tải

Mohd Azizi Muhammad Nora và cộng sự [22] mô phỏng và phân tích PTHH khung SMRM sàn thấp chở container tải trọng 35 tấn có dầm chính chữ I sử dụng phần mềm CATIA tìm ra vùng biến dạng và chịu ứng suất lớn nhất dưới chế độ tải trọng phân bố đều Trong nghiên cứu, phương pháp tính toán lý thuyết 2D được đưa

ra so sánh với kết quả mô phỏng sử dụng ứng suất tương đương tìm ra hệ số an toàn khi kiểm tra độ bền khung theo ứng suất giới hạn Hệ số an toàn tác giả đưa ra là 3,5 Tuy nhiên, kết quả này cần kiểm chứng bằng thực nghiệm

Bảng 1 2 Kết quả so sánh ứng suất giữa mô hình FEM 3D và 2D

Nghiên cứu [23] của tác giả Swami K.I sử dụng PP PTHH phân tích độ biến dạng

và ứng suất để tìm ra độ dày tối ưu nhất cho khung xe dạng hình thang với dầm chính

có dạng C Kết quả cho thấy khi chiều dày tăng lên thì ban đầu ứng suất tương đương

có giảm nhưng nếu tiếp tục tăng thì ứng suất tăng vọt, có hai chiều dày khung mà tại

đó ứng suất sinh ra ở khung là nhỏ như Hình 1.16

Hệ số an toàn tải (KN) Chuyển vị max, mm Ứng suất vonMises max

Hình 1 20 Ứng suất tương đương theo chiều dày dầm của khung

Nghiên cứu Madan Mohan Reddy [24] thực hiện trên mô hình hóa và phân tích khung SMRM chở container khi thực hiện gia cố khung bằng các tấm hình chữ nhật được gắn chặt qua bu lông tại các vị trí đặt các thanh ngang để khảo sát khả năng chịu tải của khung xe Phương pháp phân tích PTHH trong ANSYS được so sánh các đặc tính khung trước và sau gia cường Tuy nhiên, các trường hợp khảo sát chỉ giởi hạn trong điều kiện tĩnh Qua kết quả cho thấy độ cứng khung tăng lên gần 40%, ứng suất

và chuyển vị giảm khoảng 37%

Hình 1 21 So sánh ứng suất và biến dạng trước và sau gia cường khung

Ketan Gajanan [25] thực hiện phân tích cấu trúc tĩnh và phân tích khung xe tải TATA 407 Mô hình khung được thực hiện trong CATIA và phân tích phần tử hữu hạn trong ANSYS Sau khi tiến hành phân tích khung thang với kết cấu thép và composit tổng hợp E-Glass, kết quả thu được là ứng suất cắt cực đại và ứng suất tương đương và độ biến dạng khung giảm đáng kể Tác giả kết luận sử đụng composit tổng hợp E-Glass thay cho thép chế tạo khung là phù hợp vì giúp tăng độ cứng và có

thể làm giảm trọng lượng 60-68%

Một nghiên cứu khác của Abhishek Sharma và cộng sự [26] về cải thiện vật liệu

và dầm chính của khung để tối ưu hóa kết cấu khung Nghiên cứu đã thiết kế khung gầm xe tải nặng sử dụng phương pháp phân tích PTHH trong ANSYS để phân tích kết cấu khung gầm xe tải hạng nặng với ba hợp kim khác nhau chịu cùng các điều kiện của khung thép Ba loại vật liệu được sử dụng là gang xám, thép hợp kim AISI

4130 và ASTM A710 STEEL GRADE A (CLASS III) và mặt cắt ngang của dầm chính khảo sát C, I và hình hộp Mô hình khối ba chiều được xây dựng CATIA Kết

Ứng suất theo chiều dày dầm khung

Chiều dày dầm ngang và ứng suất von Mises max

quả cho thấy, hợp kim thép AISI 4130 (thép hợp kim có chứa Cr) cho thấy hiệu suất tốt hơn và nhẹ nhất mà vẫn đảm bảo độ bền Khung có mặt cắt ngang hình hộp là tốt nhất về độ cứng vững với ít biến dạng, nhưng trọng lượng của khung cao so với các

mặt cắt ngang khác trong khi dầm hình C phù hợp cho xe tải hạng nặng

Hình 1 22 Phân bố ứng suất, chuyển vị khung với vật liệu AISI 4130

Nghiên cứu [27] của Abhishek Sharma thực hiện tối ưu khối lượng tự trọng kết cấu khung SMRM sàn có dầm chính chữ C trong khi đảm bảo được các yêu cầu về

độ cứng, độ bền, tần số dao động xoắn sử dụng phần mềm Ansys và Optistruct Kết quả giảm được 13% khối lượng có độ cứng tương đương kết cấu trước tối ưu khi chịu

cùng tải trọng chịu uốn

Nghiên cứu Madhu Ps [28] khảo sát độ bền khung xe tải ở trạng thái tĩnh, đề xuất cải tiến giảm ứng suất và chuyển vị dùng phần mềm Hyperworks và dùng ANSYS

để tìm ra tần số riêng của khung có thể gây ra hiện tượng dao động cộng hưởng

Shailesh Kadre trong nghiên cứu [29], mô hình đầu kéo của ĐXSMRM đã được

mô phỏng đầy đủ với sự kết hợp của mô hình FEM và MBD thông qua khung xe đàn hồi Nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào khu vực mâm xoay kiểm tra các điều kiện tiếp xúc, ràng buộc và phần tích khung xe của đầu kéo Trong nghiên cứu này, phần

HT treo đã được mô tả bằng MBD còn khung xe được chuyển thành vật đàn hồi để tính toán nhằm đưa kết quả tính toán trở nên chính xác hơn so với kết quả tính toán bằng công thức lý thuyết Các thông số như tải trọng tác động lên khung, chuyển vị tại các vị trí mỏ nhíp

Hình 1 23 Mô hình MBD tổ hợp đầu kéo – SMRM trong Hyperworks