CT 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời gian gân đây, một số đơn vị sử dụng ô tô tải lớn có nhiều nhu cầu về sửa chữa, phục hồi hoặc chế tạo mới xy lanh thuỷ - khí của hệ thống treo. Nội dung bài báo trình bày những vấn đề cơ bản liên quan tới việc tính toán xy lanh thuỷ - khí. Đây là vấn đề mới đối với các cơ sở thiết kế, chế tạo, thử nghiệm. II. NỘI DUNG Kết cấu của một trong các loại xy lanh thủy - khí ô tô được thể hiện trên hình 1. Bộ phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn được cấu tạo liên hợp trên cùng một khối, chúng có mối quan hệ làm việc tương tác với nhau. Phần tử đàn hồi khí nén làm việc dựa trên cơ sở nén khí Nitơ kỹ thuật trong các khoang A và B. Việc tiết lưu dầu chuyển từ khoang B tới khoang C và ngược lại sẽ đóng vai trò giảm chấn. Ngoài ra dầu đồng thời đóng vai trò bôi trơn. Xy lanh thuỷ - khí được sơ đồ hoá trên hình 2. Các thông số cơ bản bao gồm: - Đường kính trong của xy lanh chính, D - Đường kính ngoài của trụ, d II - Đường kính trong của trụ, d B - Chiều cao cột khí khoang chính ở vị trí ban đầu, h o - Chiều cao cột khí tính từ mặt thoáng của chất lỏng trong khoang đối áp tới đầu piston ở vị trí ban đầu, h . TÍNH TOÁN XY LANH THỦY – KHÍ CỦA HỆ THỐNG TREO PGS. TS. NGUYỄN VĂN BANG KS. NGUYỄN THÀNH CÔNG Bộ môn Cơ khí ô tô Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp, trình tự và kết quả tính toán xy lanh thủy - khí của hệ thống treo. Đây là một phần kết quả của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ đã được nghiệm thu. Summary: The article presents the method, the sequence and the result of calculation hydroneumatic cylinder of the suspension system. It is a part of a scientific research approved by the Ministry of Science and Technology. CT 2 - Áp lực khoang chính ở vị trí ban đầu, p o - Áp lực khoang đối áp ở vị trí ban đầu, q o Hình 1. Kết cấu xy lanh thủy – khí. 1-nắp dưới, 2-xy lanh chính, 3-xy lanh đối áp, 4-van một chiều, 5-nắp trên Hình 2. Sơ đồ tính toán A-khoang áp lực chính, B-khoang đối áp, C-khoang trung gian Việc tính toán xy lanh thủy-khí được thực hiện thông qua các bước sau: - Xây dựng các đường đặc tính đàn hồi của xy lanh để đảm bảo đặc tính làm việc của hệ thống treo. Tải trọng trên xy lanh khí: F x = p x .A p – q x .A q (1) trong đó: p x - áp lực trong xy lanh của hệ thống treo q x - áp lực trong xy lanh đối áp. A p - diện tích mặt cắt khoang A: A p = 4 D 2 ; (2) A q - diện tích cắt khoang C: A q = 4 )dD( 2 II 2 ; (3) h II - chiều cao quy dẫn của cột khí trong khoang đối áp: h II = 2 II 2 2 B dD h.d . (4) CT 2 Quá trình nén - dãn trong xy lanh là quá trình đa biến có phương trình biểu diễn quan hệ giữa áp suất và thể tích: pV x = const. Thay các công thức (2), (3), (4) vào (1) ta có công thức xây dựng đặc tính đàn hồi tĩnh của nhíp: Tải trọng tác dụng lên xy lanh khí: 2x II q 2x II0 1x 0 p 1x 00 x )xh( A.h.q )xh( A.h.p F (5) Độ cứng của nhíp: 12x II q 2x II0 11x 0 p 1x 00 x dx )xh( A.h.q.2x )xh( A.h.p.1x dx dF C (6) Tần số dao động của hệ thống treo: n x = 5 x x F C (7) trong đó : x 1 , x 2 - chỉ số đa biến trong khoang chính và khoang đối áp. Từ (5), (6), (7) vẽ được các đường đặc tính theo độ dịch chuyển. - Tính toán giảm chấn được thực hiện thông qua các bước: Lực cản thuỷ lực cần thiết của giảm chấn được xác định: F a = 2 m.c .v cp (8) trong đó: - Hệ số dập tắt dao động tương đối (0,2-0,4); c - Độ cứng của hệ thống treo; m - Khối lượng được treo; v cp - tốc độ dịch chuyển trung bình giữa piston và xy lanh. Diện tích mặt cắt thông qua của lỗ tiết lưu: f orb = a 2 cp 3 B F2 v.f (9) trong đó: - hệ số cản thuỷ lực; - mật độ của chất lỏng; f B - diện tích mặt cắt ngang của khoang thải chất lỏng Áp dụng phương pháp trên thực hiện tính toán thiết kế cho một xy lanh thủy - khí cụ thể với các thông số cơ bản sau: D = 16,5(cm); d II = 13,2(cm); d B = 11(cm); h o = 9(cm); h = 29(cm) ;p o = 130(N/cm 2 ); q o = 135(N/cm 2 ). Quá trình giãn nở đẳng nhiệt x 1 = x 2 = 1. Sử dụng phần mềm Matlab ta xây dựng được đặc tính của xy lanh thủy - khí như trên hình 3 đến 8. CT 2 Hình 3. Đường đặc tính tải trọng Hình 4. Đường đặc tính độ cứng Hình 5. Đường đặc tính tần số Hình 6. Đường đặc tính áp suất Hình 7. Lực cản thuỷ lực cần thiết của giảm chấn Hình 8. Diện tích mặt cắt thông qua của lỗ tiết lưu - Tính bền các chi tiết của xy lanh: Các chi tiết của xy lanh được tính bền ở các chế độ tải trọng tĩnh, chế độ gia tốc ô tô, chế độ phanh ô tô, chế độ trượt ngang của ô tô và chế độ tải trọng động. Ngoài ra xy lanh còn được thí nghiệm kiểm tra theo độ kín với áp lực 7-7,5 (Mpa) và theo độ bền với áp lực 20 (Mpa). Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm ANSYS) với các chế độ tải trọng thực hiện tính bền cho xy lanh chính và xy lanh đối áp. Vật liệu xy lanh là thép 45 CT 8731-87 có ứng suất bền b = 588 (MPa); ứng suất chảy c = 323(MPa); độ dãn dài = 14% và hệ số an CT 2 toàn n=1,5; mô đun đàn hồi E = 2,1.10 5 (MPa); hệ số Poát xông = 0,3. Trên hình 9, 10 là mô hình PTHH của xy lanh chính và xy lanh đối áp. Hình 11, 12 là phân bố ứng suất và phân bố biến dạng tương đối của xy lanh chính, giá trị ứng suất cực đại max = 204,54 (Mpa), giá trị biến dạng tương đối cực đại max = 0.00102 (mm/mm) Hình 13, 14 là phân bố ứng suất và phân bố biến dạng tương đối của xy lanh đối áp, giá trị ứng suất cực đại max = 149,003 (Mpa), giá trị biến dạng tương đối cực đại max = 0.000745 (mm/mm). Hình 9. Mô hình PTHH của xy lanh chính Hình 10. Mô hình PTHH của xy lanh đối áp Hình 11. Phân bố ứng suất tương đương của xy lanh chính Hình 12. Phân bố biến dạng tương đối của xy lanh chính Hình 13. Phân bố ứng suất tương đương của xy lanh đối áp Hình 14. Phân bố biến dạng tương đối của xy lanh đối áp Các giá trị ứng suất cực đại của xy lanh chính và xy lanh đối áp đều nhỏ hơn giới hạn cho phép. CT 2 III. KẾT LUẬN Bài báo trình bày phương pháp, trình tự và kết quả thiết kế xy lanh thủy - khí của hệ thống treo và kết quả tính toán cho một xy lanh thủy - khí cụ thể. Các kết quả tính toán phù hợp với các công bố trong các tài liệu nước ngoài. Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. Thiết kế tính toán ô tô máy kéo. NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà nội, 1984. [2]. А.И.ГРИШКЕВИЧ, АВТОМОБИЛИ. конструкция, конструирование и расчет. Cисмемы управления и хоgoвая часть, Bышейшая школа, Mинск 1987 [3]. А.Д.ДЕРБАРЕМДИКЕЯ. ГЦДРАВЛИЧЕСКИЕ АМОРТИЗАТОРЫ АВТОМОБИЛЕЙ, Машиностроениe Москва, 1969 [4]. А. И. ГРИШКЕВИЧ. Автомобили Большой Мощности, Высшеишая школа, Минск 1988 . khí khoang chính ở vị trí ban đầu, h o - Chiều cao cột khí tính từ mặt thoáng của chất lỏng trong khoang đối áp tới đầu piston ở vị trí ban đầu, h . TÍNH TOÁN XY LANH THỦY – KHÍ CỦA HỆ THỐNG. tính làm việc của hệ thống treo. Tải trọng trên xy lanh khí: F x = p x .A p – q x .A q (1) trong đó: p x - áp lực trong xy lanh của hệ thống treo q x - áp lực trong xy lanh đối áp KẾT LUẬN Bài báo trình bày phương pháp, trình tự và kết quả thiết kế xy lanh thủy - khí của hệ thống treo và kết quả tính toán cho một xy lanh thủy - khí cụ thể. Các kết quả tính toán phù hợp