Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử khảo sát tính động lực học của ô tô 3 trục chở hàng nặng

1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 DANH SÁCH HÌNH VẼ 5 CHƯƠNG 1 7 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ TẢI BA TRỤC VÀ NỘI DUNG MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. 7 1.1.Giới thiệu về lịch sử phát triển của ô tô. 7 1.2.Giới thiệu về ô tô trở hàng ba trục: 10 1.3.Cấu tạo chung của ô tô: 11 1.4. Giới thiệu về hệ thống treo : 13 1.5.Phương trình sóng hình sin của mặt đường. 15 CHƯƠNG 2 17 MÔ HÌNH TÍNH VÀ PHƯƠNG TRINH VI PHÂN CHUYỂN ĐỘNG 17 2.1.Mô hình ô tô 3 trục: 17 2.1.1.Các thông số của mô hình: 18 2.2.Phương trình vi phân chuyển động 19 2.2.1.Bánh Trước: 19 2.2.2.Thân Xe: 20 2.2.3.Khung giá sau. 21 CHƯƠNG 3 28 KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC 28 2 3.1.Phần mềm mô phỏng Matlab và hàm Ode45. 28 3.1.1.Phần mềm mô phỏng Matlab 28 3.1.2.Hàm Ode45 trong phần mềm mô phỏng Matlab. 28 3.2.Đồ thị dao động và lực tác dụng của các bộ phận. 29 3.2.1.Trục bánh xe thứ nhất (m 1 ): 30 3.2.2. Thân xe (m2) : Đồ thị dao động. 31 3.2.3.Khung giá sau (m 3 ) : 33 CHƯƠNG 4 35 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DAO ĐỘNG VÀ LỰC TÁC DỤNG. 35 4.1.Hiện tượng cộng hưởng. 35 4.1.1.Trục bánh xe thứ nhất (m 1 ): 36 4.1.2. Thân xe (m 2 ) : 37 4.1.3.Khung giá sau (m 3 ): 39 4.2.Khảo sát dao động khi cho V=43.7924km/h và độ cản nhớt c=0. 41 4.2.1.Trục bánh xe thứ nhất (m 1 ): 41 4.2.2.Thân xe (m 2 ): 42 4.2.3.Khung gia sau (m 2 ): 44 4.3.Ảnh hưởng của biên độ sóng mặt đường. 46 4.4.Ảnh hưởng của chiều dài bước sóng 48 4.5. Ảnh hưởng khi thay đổi tốc độ và cho bước sóng , biên độ sóng đường cố định. 51 CHƯƠNG 5 54 3 KẾT LUẬN. 54 PHỤ LỤC 55 1.Chương trình Matlap mô phỏng dao động. 55 2.Chương trình tính lực tác dụng và tính lực tác dụng lớn nhất 58 2.1. Tính lực tác dụng. 58 2.2.Tính lực lớn nhất khi vận tốc thay đổi. 61 3.Chương trình trị riêng. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển,thể hiện rõ tầm quan trọng trong sự phát triển chung của nền công nghiệp cả nước.Thị trường ô tô ngày càng phát triển với đa dạng về chủng loại và giá cả trong số đó không thể không kể đến loại xe tải ba trục tải trọng nặng,đang được sử dụng rất phổ biến ở các công trình như khu mỏ,khu xây dựng,…ở Việt Nam. Những xe tải này với các kích cỡ to lớn và tính cơ động cao chúng đang dần thay thế nhưng xe nhỏ và nhưng phương tiện thô sơ có hiệu quả sử dụng không cao và không đạt hiệu quả kinh tế cao. Tính năng và hiệu quả sử dụng của ô tô phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng thiết kế,chế tạo và điều kiện sử dụng.Việc đánh giá chất lượng xe có thể theo một số phương pháp khác nhau phụ thuộc vào mục đích và phương tiện xác định các chỉ tiêu cần đánh giá.Trong đó nhóm các chỉ tiêu động lực học dao động,độ êm dịu và an toàn khi chuyển động, tính an toàn điều khiển và tính tiết kiệm nhiên liệu (năng suất) được xét đến phổ biến hơn. Xuất phát từ những những lí do trên và được sự hướng dẫn của các Thầy cô giáo trong bộ môn “KỸ THUẬT MÁY” trong đó có sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo NGUYỄN BÁ NGHỊ Thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình từ làm báo cáo thực tập cho đến làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với Thầy, em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích để bổ sung vào kiến thức để thực hiện đề tài “ KHẢO SÁT TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 3 TRỤC CHỞ HÀNG NẶNG “ Với mục đích nghiên cứu nghiên cứu các đồ thị giao động và lực tác dụng để lựa chọn tính toán và đưa ra các thiết kế phù hợp xây dựng lên hệ thống treo góp phần xây dựng cơ sở khoa học để phát triển nghành công nghiệp ô tô ở nước ta Em xin chân thành cảm ơn ! 5 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1. 1: Chiếc ô tô chạy bằng hơi nước đầu tiên trên thế giới. 7 Hình 1. 2: Chiếc ô tô 3 trục tải trọng nặng. 11 Hình 1. 3: Hệ thống treo. 13 Hình 2. 1: Sơ đồ ô tô 3 trục tải trọng nặng. 17 Hình 2. 2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh trước. 19 Hình 2. 3: Sơ đồ lực tác dụng lên thân xe. 20 Hình 2. 4: Sơ đồ lực tác dụng lên khung giá sau. 21 Hình 3. 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất. 30 Hình 3. 2: Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất. 31 Hình 3. 3: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe. 31 Hình 3. 4: Đồ thị lực tác dụng lên thân xe. 32 Hình 3. 5: Đồ thị dao động thẳng đứng của khung giá sau xe 33 Hình 3. 6: Đồ thị lực tác dụng mặt đường lên các bánh của khung giá sau. 34 Hình 4. 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh trước khi xẩy ra cộng hưởng. 36 Hình 4. 2: Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất khi xẩy ra cộng hưởng 36 Hình 4. 3: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe khi xẩy ra cộng hưởng. 37 Hình 4. 4: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe khi xẩy ra cộng hưởng. 38 6 Hình 4. 5: Đồ thị dao động của các bánh lên giá sau khi xẩy ra cộng hưởng 39 Hình 4. 6: Đồ thị lực tác dụng mặt đường lên các bánh của khung giá sau. 40 Hình 4. 7: Đồ thị dao động trục trước khi v=43.7924km/h và c=0. 41 Hình 4. 8: Đồ thị lực tác dụng trục trước khi v=43.7924km/h và c=0. 41 Hình 4. 9: Đồ thị dao động thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 42 Hình 4. 10: Đồ thị lực tác dụng thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 43 Hình 4. 11: Đồ thị dao động khung giá khi v=43.7924km/h và c=0. 44 Hình 4. 12: Đồ thị lực tác dụng thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 45 Hình 4. 13: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ sóng là 0,01m 46 Hình 4. 14: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ sóng là 0,05m 46 Hình 4. 15: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ là 0,1m. 47 Hình 4. 16: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=6m. 48 Hình 4. 17: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=3m. 49 Hình 4. 18: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=12m. 50 Hình 4. 19: Ảnh hưởng khi thay đổi vận tốc đến lực tác dụng của các bộ phận của xe. 52 7 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ TẢI BA TRỤC VÀ NỘI DUNG MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. 1.1.Giới thiệu về lịch sử phát triển của ô tô. Năm 1650 chiếc ô tô bốn bánh vận chuyển bằng lò xo tính năng được thiết kế bởi nghệ sĩ, nhà phát minh người ý Leonardo da Vinci. Sau đó là nguồn động lực cho ô tô: động cơ gió, động cơ không khí nén. Năm 1769 đánh dấu sự ra đời của động cơ hơi nước và vào thời điểm này chiếc ô tô tải đầu tiên ra đời. Hình 1. 1: Chiếc ô tô chạy bằng hơi nước đầu tiên trên thế giới. Từ những năm 1860 chiếc ô tô sử dụng động cơ đốt trong đã ra đời.Những ô tô này sử dụng động cơ 2 mã lực tốc độ cực đại khoảng 20km/h.Sự ra đời của ô tô dùng động cơ đốt trong đã thách thức các phương tiện vận tải đường bộ thô sơ tời bấy giờ và thúc đẩy sự phất triển của ngành vận tải thời bấy giờ. 8 Năm 1864 động cơ 4 kì ra đời, sau 10 năm loại xe này đạt được công suất 20kw và có thể đạt được vận tốc 40km/h. Năm 1885 Karl Benz chế tạo một chiếc xe có một máy xăng nhỏ đó là chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng xăng. Năm1891 ô tô điện đầu tiên ra đời ở Mỹ. Sau khi lốp khí nén ra đời, 1892 Rudolf Diesel đã cho ra đời động cơ Diesel và cho chế tạo hàng loạt.Vào thời gian này đã hình thành tổng thể ô tô con,ô tô tải,ô tô chở người và lốp khí nén. Chiếc ô tô không ngừng phát triển và hiện địa, công nghiệp xe hơi đã trở thành công nghiệp đa nghành. Xe hơi có hộp số tự động ra đời vào năm 1934. Năm 1967 xe hơi có hệ thống phun xăng có khí. Ô tô phát triển cũng đi cùng các tính năng phát triển theo. Đến nay,công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới đã phát triển rất mạnh và chế tạo được nhiều loại ô tô hiện địa với tốc độ lớn nhất đạt hàng trăm km/h.Các tải trọng xe cũng rất đa dạng,phổ biến từ 0,5-10 tấn.Đặc biệt có những loại ô tô tải nặng có trọng tải đến 60 tấn.Đấy là chưa kể đến phương thức vận tải bằng đoàn xe. Xu hướng phất triển ô tô trên thế giới hiện nay là:tăng tải trọng,tăng vận tốc,tăng tính kinh tế nhiên liệu,tăng tính tiện nghi và giảm ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu tính động lực học cho ô tô. Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội. Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm kỹ thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày 9 càng cao và an toàn hơn cho người sử giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát triển của ngành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về dụng. Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất quan trọng, nó được thể hiện qua đặc tính động lực học, dao động, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuốc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển , đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị, phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng,tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện,đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế, chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có hiệu quả. 10 1.2.Giới thiệu về ô tô trở hàng ba trục: - Một xe tải 3 trục tải trọng nặng hoặc xe tải là một chiếc xe động cơ được thiết kế để vận chuyển hàng hóa. Xe tải khác nhau rất nhiều về kích thước, sức mạnh, và cấu hình, với việc nhỏ nhất cơ học tương tự như một ô tô. Xe tải thương mại có thể rất lớn và mạnh mẽ, và có thể được cấu hình để gắn thiết bị chuyên dụng, chẳng hạn như trong trường hợp của xe cứu hỏa và máy trộn bê tông và máy đào hút. Xe tải hiện đại phần lớn được trang bị động cơ diesel dành riêng, mặc dù nhỏ đến xe tải cỡ vừa với động cơ xăng tồn tại ở Mỹ. - Chúng có cấu tạo và nguyên lí hoạt động giống với ô tô. Nhưng chúng dùng để chuyển những hàng hóa có khối lượng và trọng lượng lớn và linh hoạt hơn các xe ô tô bình thường trong việc vận chuyển chạy đường dài. - Xe trở hàng hay còn gọi là xe tải được chia thành 3 loại: + Xe tải hạng nhỏ: Là loại xe là loại xe cỡ thường không lớn hơn 6300 kg, và được sử dụng bởi các cá nhân hay các thực thể kinh tế nhỏ lẻ. + Xe tải trọng thường: Là loại xe tải hạng trung lớn hơn xe tải hạng nhẹ nhưng nhỏ hơn xe hạng nặng. Chúng được xác định với khối lượng trong khoảng giữa 6.300 kg và 15.000 kg.Dùng trong vận chuyển hang hóa có khố lượng vừa phải. Và do các ông ty vận tải quản lí. + Xe tải trọng lớn: Xe tải hạng nặng là những xe tải lớn nhất được phép chạy trên đường. Đa số chúng dùng cho vận tải đường dài, thường là kiểu xe kéo móc. [...]... PHƯƠNG TRINH VI PHÂN CHUYỂN ĐỘNG 2.1.Mô hình ô tô 3 trục: Từ cơ sở lý thuyết và thực tiễn tìm hiểu ta có thể đưa ra mô hình của xe ô tô 3 trục tải trọng nặng như sau: Hình 2 1: Sơ đồ ô tô 3 trục tải trọng nặng 18 2.1.1.Các thông số của mô hình: Các thông số của ô tô được cho như sau: Khối lượng trục và bánh trước: Khối lượng thân xe : =600 kg; =30 000 kg; Mô men quán tính của thân xe: Khối lượng khung... truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của tô, máy kéo HTTL còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho phép tô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc Phụ thuộc vào đặc điểm cấu 12 tạo của xe máy cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của tô có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh...11 1 .3. Cấu tạo chung của ô tô: Hình 1 2: Chiếc ô tô 3 trục tải trọng nặng Cấu tạo tô bộ phận chính có chức năng giống nhau Các bộ phận và hệ thống chính của tô máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống truyền lực (Ly hợp, hộp số, truyền lực cacđăng, cầu chủ động) , hệ thống di động, hệ thống treo, hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác + Động cơ: là... − l 3 )l + cl 2 ( x3 − y3 − l 3 )l − kl 2 ( x3 − y2 + l 3 )l − cl 2 ( x3 − y2 + l 3 )l (2.12) & & & & & & = kl 2lx3 − kl 2ly3 − kl 2l 2 3 + cl 2lx3 − cl 2ly3 − cl 2l 2 3 − kl 2lx3 + kl 2ly2 − kl 2l 2 3 − cl 2lx3 + cl 2 y2 − cl 2l 2 3 & & & = −2cl 2l 2 3 − cl 2ly3 + cl 2ly2 − 2kl 2l 2 3 − kl 2ly3 + kl 2ly2 && & & & => J 3 3 + 2cl 2l 2 3 + 2 kl 2l 2 3 = −cl 2ly3 + cl 2ly2 − kl 2ly3 + kl 2ly2 Từ các phương... nguồn động lực trên tô máy kéo Hiện nay động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng hoặc nhiên liệu khí được sử dụng chủ yếu trên tô Động cơ là một bộ phận quan trọng của tô dùng để tạo ra nguồn năng lượng cho xe hoạt động và có thể truyền một phần hoặc toàn bộ công suất của động cơ đến bộ phận làm việc của máy công tác liên kết với chúng + Hệ thống truyền lực (HTTL): là tổ hợp của một loạt các cơ cấu... 6 Hình 3 3: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe 32 Đồ thị lực tác dụng lên thân : Hình 3 4: Đồ thị lực tác dụng lên thân xe 33 3. 2 .3. Khung giá sau (m3) : Đồ thị dao động : CHUYEN VI THANG DUNG CUA KHUNG GIA SAU chuyen vi x3-mm 5 0 -5 0 1 0 1 2 3 4 5 6 thoi gian dao dong-s CHUYEN VI GOC CUA KHUNG GIA SAU 7 8 7 8 Phi3-do 0.5 0 -0.5 2 3 4 Thoi gian-s 5 6 Hình 3 5: Đồ thị dao động thẳng đứng của khung... tích lực tác dụng: Hình 2 4: Sơ đồ lực tác dụng lên khung giá sau - Phương trình vi phân: & & & & & & m3 & &3 = kt 2 ( x2 − x3 − l2ϕ 2 ) + ct 2 ( x2 − x3 − l2ϕ2 ) − kl 2 ( x3 − y3 − l 3 ) − cl 2 ( x3 − y3 − l 3 ) x & & & − kl 2 ( x3 − y2 + l 3 ) − cl 2 ( x3 − y2 + l 3 ) (2.11) & & & & & & = kt 2 x2 − kt 2 x3 − kt 2l2ϕ 2 + ct 2 x2 − ct 2 x3 − ct 2l2ϕ2 − kl 2 x3 + kl 2 y3 + kl 2l 3 − cl 2 x3 + cl 2 y3 +... thân xe Z s = x2 − x3 + l2 3 & & & & Z s = x2 − x3 + l2 3 (2 .3) Từ đó ta tính được các lực tác dụng như sau: + Lực tác dụng giữa đường và trục bánh xe thứ nhất: & Fr = kl1Zr + c l1 Zr (2 .31 ) + Lực tác dụng giữa đường và trục bánh xe thứ hai: & Fv = kl 2 Zv + c l 2 Zv (2 .32 ) 27 + Lực tác dụng giữa đường và trục bánh xe thứ ba: & Fn = kl 2 Z n + c l 2 Z n (2 .33 ) + Lực tác dụng giữa trục bánh xe thứ nhất... với các bánh xe như sau: ∆t2 = (a+b-l1)/v ; (2.5) ∆t3= (a+b+l1)/v ; Từ các phương trình sóng của mặt đường ta xác định được các đạo hàm: ̇ ̇ = y0cos(Ωt) = y0cos(Ωt-∆t3) ̇ = y0cos(Ωt-∆t2) (2.6) Mục đích của việc nghiên cứu Sử dụng phần mềm Matlab tính toán mô phỏng để tính động lực học của ô tô batrục tải trọng nặng là: Khảo sát kiểm tra các thông số về dao động cũng như chỉ tiêu độ êm dịu của xe tải... Matlab có thị đồ thị như sau: Đồ thị dao động : Hình 3 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất 31 Đồ thị lực: Hình 3 2: Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất 3. 2.2 Thân xe (m2) : Đồ thị dao động CHUYEN VI THANG DUNG CUA THAN XE Chuyen vi x2-mm 20 10 0 -10 -20 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6 Thoi gian dao dong-s CHUYEN VI GOC CUA THAN XE 7 8 7 8 0.1 Phi1-do 0.05 0 -0.05 -0.1 3 4 5 Thoi gian