khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ TS. Nguyễn Văn Bang KS. Nguyễn Hồng Quân Bộ môn Cơ khí ô tô,Khoa Cơ khí Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bi báo xây dựng mô hình toán học v kết quả khảo sát ổn định ngang cho ô tô tự đổ trọng tải 14T khi chuyển động trên đờng v khi trút hng. Summary: This paper introduces the mathematical model and the investigation results of horizontal stability of a 14- tone dump truck during running and unloading. I. Đặt vấn đề Đối với ô tô tự đổ, ngoài việc khảo sát ổn định ngang khi ô tô chuyển động còn cần phải xác định thêm độ ổn định ngang khi trút hàng. Các phép tính về độ ổn định ngang đợc tiến hành khi thùng xe đợc nâng đến vị trí cao nhất. Khi đó sẽ xác định đợc góc nghiêng ô tô có thể tự trút hàng mà không xảy ra sự lật ô tô theo phơng ngang. Giữa góc ổn định ngang và hệ số ổn định ngang có mối liên hệ 0 = tg , do vậy thay vì xác định góc ổn định ngang ngời ta xác định hệ số ổn định ngang o CT 2 II. Khảo sát ổn định ngang khi chuyển động Trên hình 2 là mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng dọc h K1 h 1 m K2 h l O 1 O 2 m H2 m H1 h1 h2 m 2 h Hình 2. Mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng dọc Mô hình khảo sát trong mặt phẳng ngang đi qua tâm cầu thể hiện trên hình 3 h i h Ki i 0 i hi m .g. hi m .g Hi m .g Hi m .g. i B yi h yi R Zi R A O i p i 0 i Hình 3. Mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng ngang Phần khối lợng đợc treo có mô men do trọng lực và lực ngang tác động là [1]: , (1). = += n 1i ihi ).(h.g.mM Thông qua hệ thống treo có các mômen truyền lên các cầu là: , (2). pip 2 pipii .B.c.5,0M = trong đó: c pi - độ cứng của nhíp ở các cầu; p - hệ số tính đến sự tăng độ cứng của nhíp khi bị xoắn theo hớng ngang. CT 2 Do trọng lợng của cầu xe và biến dạng của lốp, xuất hiện mômen là: - Khi bánh xe cha bị nhấc khỏi mặt đờng: () [] ++ += ).rh.(g.m.r.g.mh.g.mRh N.c R.4 .R.N.B.c.25,0M ikiHii0iHikiHiziki 1mi Zi yii0i 2 i mii (3). - Ngay sau khi một trong các bánh xe bị nhấc lên khỏi mặt đờng () [] () ( )( ) ki0i0 , mi BiHiikiHi i0iHikiHiZii0iki imi Zi yiiZii .c.BB.125,0.rh.g.m .r.g.mh.g.mR.B5,0h N.c R.3 .RB.R.5,0M +++ ++ ++= (4). Từ các phơng trình trên ta lập đợc hệ phơng trình gồm 03 phơng trình tuyến tính dạng: A.X =B, (5). trong đó: A, B - là các ma trận hệ số; X - là ma trận của các ẩn số cha biết cần tìm với: X 1 = M1 ; X 2 = M2 ; X 3 = ; X 4 = . Với Mi là hệ số không thứ nguyên, bằng tỉ số = 0i / 0ki . Dựa vào trị số của Mi có thể biết đợc trạng thái tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng. Nếu Mi < 1 thì cả hai bánh xe của cầu còn tiếp xúc với mặt đờng, nếu Mi 1 thì một trong các bánh xe của cầu đã bị nhấc lên khỏi mặt đờng. Hệ phơng trình trên có số lợng ẩn nhiều hơn số phơng trình, vì vậy để giải đợc hệ phơng trình này ta cần thêm một phơng trình nữa dạng X i = 1 (i = 1, 2). III. Khảo sát ổn định ngang khi trút hng Để khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ khi trút hàng sử dụng mô hình trên hình 4. Khi xét trong mặt phẳng ngang đi qua tâm các cầu, vẫn dùng mô hình trên hình 3 m h1 H1 m H2 m 2 O 1 O O hn 1 K1 c h K2 a h n Hình 4. Mô hình khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ khi trút hng Trên hình 4, tại tiết diện qua O có mô men do trọng lực và lực ngang tác động là [1]: ( ) ponhn0 .h.g.mM + = (6). CT 2 Đồng thời mômen chống xoắn (phục hồi) của khung tại O là: ( ) 2ppoc0 .SM = (7). trong đó: S c - độ cứng chống xoắn của khung xe đoạn từ tâm cầu sau đến tâm chốt quay của thùng; p0 - góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua điểm O; p2 - góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua tâm cầu sau. Tại các tiết diện qua hai điểm O 1 và O 2 có các các mô men do trọng lực và lực ngang tác dụng: ( ) ( ) 1p2p1pl1hl1 .S.h.g.mM + + = (8). ( ) ( ) 1p2p12p0pc2 .S.SM = (9). trong đó: p1 - góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua tâm cầu trớc. Thông qua hệ thống treo có các mômen truyền lên các cầu là: (10). pip 2 pi pii B.c.5,0M = Các phơng trình cần thiết khác để tính toán tơng tự nh để tính toán khi ô tô chuyển động trên đờng. Từ các phơng trình (6), (8), (9), (10) và (3), (4) ta lập đợc hệ phơng trình gồm 05 phơng trình tuyến tính có dạng nh phơng trình (5). Trong đó là X 1 = M1 , X 2 = M2 , X 3 = p1 , X 4 = p2 , X 5 = po , X 6 =. Điều khác biệt trong các phơng trình để tính toán là các góc nghiêng pi đã có kể thêm độ biến dạng xoắn của khung ô tô. Tiếp theo dùng phơng pháp lập luận tơng tự nh khảo sát trờng hợp trên đờng ta xác định đợc hệ số ổn định ngang o = . Từ cơ sở lý thuyết trên, lập trình tính toán bằng phần mềm công nghiệp Matlab cho ô tô tự đổ trọng tải 14T ta có kết quả bảng 1 (chạy trơng trình cho hai trờng hợp ở hai chế độ tải trọng 100% tải và 15% tải). Bảng 1: Kết quả khảo sát ổn định ngang cho ô tô tự đổ trọng tải 14T Thông số tính toán X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 Ô tô chuyển động 0.2901 1.0000 0.2569 0.4448 - - Ô tô trút hàng -Còn 100% tải -Còn 15% tải 1.0000 0.2423 0.0217 1.0000 0.0415 0.1180 0.0415 0.1182 0.0417 0.1188 0.0280 0.2519 Nhận xét: - Khi ô tô đầy tải chuyển động, dới tác dụng của lực ngang = 0,4448 (lực ngang bằng 44,48,% trọng lợng toàn bộ của ô tô) thì góc ổn định ngang là 23,9793 0 và trục sau mất ổn định trớc. - ở chế độ trút hàng khi thùng xe nâng lên cao nhất (52 0 ) mà hàng hoá cha đợc trút (còn 100% tải), dới tác dụng của lực ngang = 0,028 thì góc ổn định ngang là 1,6 0 và trục trớc mất ổn định trớc. Khi thùng xe nâng lên cao nhất (52 0 ) mà hàng hoá còn 15% tải, dới tác dụng của lực ngang = 0,2519 thì góc ổn định ngang là 14,1412 0 và trục sau mất ổn định trớc. CT 2 V. Kết luận Do điều kiện khai thác (nhất là điều kiện đờng) nặng nhọc nên kiểm tra ổn định ngang của có kể đến biến dạng của nhíp, lốp và khung xe là nhiệm vụ đặc trng khi thiết ô tô tự đổ. Mô hình toán học xây dựng có kể tới tất cả các yếu tố vật lý của quá trình xong cũng không quá phức tạp đảm bảo độ chính xác và thời gian tính toán. Kết quả nghiên cứu đợc sử dụng trong quá trình thiết kế ô tô tự đổ trọng tải 14T. Tài liệu tham khảo [1]. , . . . . , . . , . . , . . . . . , 1989 [2]. GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn (chủ biên), TS. D Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Ti, Lê Thị Vng. Lý thuyết ôtô, máy kéo - Nxb Khoa học & Kỹ thuật, 2003. [3]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo - Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp , 1984. [4]. PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai.Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô - Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, 1997 Ă . thay vì xác định góc ổn định ngang ngời ta xác định hệ số ổn định ngang o CT 2 II. Khảo sát ổn định ngang khi chuyển động Trên hình 2 là mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng dọc. Đặt vấn đề Đối với ô tô tự đổ, ngoài việc khảo sát ổn định ngang khi ô tô chuyển động còn cần phải xác định thêm độ ổn định ngang khi trút hàng. Các phép tính về độ ổn định ngang đợc tiến hành. xác định đợc góc nghiêng ô tô có thể tự trút hàng mà không xảy ra sự lật ô tô theo phơng ngang. Giữa góc ổn định ngang và hệ số ổn định ngang có mối liên hệ 0 = tg , do vậy thay vì xác định