Lựa chọn các thông số của hệ thống treo để Toa xe khách chuyển động êm dịu

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Bá Nghị giúp đỡ dìu dắt tận tình Thầy suốt trình em làm đồ án Đồng thời em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Cơ khí – trường đại học Giao Thông Vận Tải II, người truyền dạy cho em kiến thức quý báu suốt trình em theo học trường Cuối em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè giúp đỡ động viên em hoàn thành đồ án Do thời gian làm đồ án kiến thức hạn hẹp nên không tránh khỏi sai sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè để em phát triển hoàn thiện Sinh viên Nguyễn Thị Trang SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tuy đời không sớm phương tiện vận tải khác đường sắt mau chóng trở thành phương tiện vận tải chủ lực phát triển kinh tế Quốc gia Vận tải Đường sắt cầu nối vùng dân cư lãnh thổ phương tiện chuyên chở tốt nguyên vật liệu cho sản xuất công nghiệp, phục vụ giao lưu địa phương, phục vụ quốc phòng, vận chuyển ứng cứu vùng bị lũ lụt, vận chuyển hành khách nội đô, đồng thời phương tiện vận chuyển liên quốc gia thuận lợi, an toàn hiệu Đường sắt Việt Nam xây dựng năm 1881 Trải qua hai đấu tranh, tuyến Đường sắt ta bị tàn phá nặng nề ngành đường sắt ngành đường sắt Việt Nam hoàn thành nhiệm vụ việc vận chuyển người, hàng hóa góp phần thắng lợi đất nước Ngày phát triển đất nước ngành đường sắt có vai trò quan trọng việc vận chuyển hàng hóa nhu cầu lại người Với ưu điểm an toàn, ổn định, giá thành rẻ, chuyên chở số lượng hàng hóa lớn xa, không gây ách tắc giao thông … đường sắt lựa chọn hàng đầu đại phận quần chúng nhân dân Để đáp ứng ngày tốt nhu cầu lại vận chuyển hàng hóa việc mở rộng mạng lưới giao thông Đường sắt với việc nâng cao chất lượng động lực học toa xe cần thiết toa xe khách liên quan trực tiếp đến sức khỏe hành khách tàu Do phải tiến hành nghiên cứu để xác định thông số động học, động lực học để làm tăng độ êm dịu toa xe khách đáp ứng nhu cầu ngành Giao thông vận tải nói riêng ngành Đường sắt nói chung Đó lý em chọn đề tài: “Lựa chọn thông số hệ thống treo để Toa xe khách chuyển động êm dịu” Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích đề tài sở nghiên cứu dao động theo phương đứng toa xe khách để từ ta tìm thông số động lực học cho toa xe như: độ êm dịu SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị ổn định… với thông số có sẵn đề xuất thông số cho độ êm dịu chạy tàu phù hợp Để đáp ứng mục đích trên, nhiệm vụ đặt là: - Xây dựng toán dao động (tự do, cưỡng bức) theo phương thẳng đứng - Tìm độ êm dịu toa xe khách nghiên cứu - Lựa chọn thông số toa xe khách cho độ êm dịu chạy tàu hợp lý Kết cấu đồ án Đồ án tốt nghiệp gồm chương, 93 trang Ngoài phần mở đầu, kết luận, chương trình Matlab, phần nội dung kết cấu thành chương: Chương 1: Tổng quan toa xe khách Chương 2: Giới thiệu hệ thống treo toa xe khách Chương 3: Bài toán dao động toa xe khách mặt phẳng thảng đứng Chương 4: Xác định thông số hệ thống treo để tăng độ êm dịu cho toa xe khách SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TOA XE KHÁCH 1.1 Khái niệm 1.2 Phân loại toa xe 1.3 Giá chuyển hƣớng toa xe 10 1.4 Hệ thống lò xo giảm chấn 11 1.5 Bộ trục bánh xe 13 1.6 Bầu dầu 15 1.7 Tác dụng tƣơng hỗ bánh xe ray theo phƣơng thẳng đứng 15 1.7.1 Chuyển động trục bánh xe vùng lồi lõm 15 1.7.2 Chuyển động bánh xe có vết mòn vẹt mặt lăn 19 1.7.3 Chuyển động bánh xe qua mối nối đầu ray 20 1.8 Các yêu cầu toa xe chạy đƣờng sắt 20 CHƢƠNG II: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG QUANG TREO SỬ DỤNG TRÊN ĐƢỜNG SẮT VIỆT NAM 22 2.1 Hệ thống quang treo tác dụng 22 2.2 Một số loại hệ thống treo sử dụng đƣờng sắt Việt Nam 23 2.2.1 Hệ thống treo lắp giá chuyển hƣớng Đƣờng trƣờng sơn cũ 23 SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị 2.2.2 Giá chuyển hƣớng Kawasaki (Nhật) 25 2.2.3 Giá chuyển hƣớng toa xe Ấn Độ 25 CHƢƠNG III: PHƢƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA TOA XE TRONG MẶT PHẲNG THẲNG ĐỨNG DỌC 28 3.1 Khái niệm dạng dao động 28 3.2 Dao động phƣơng thẳng đứng Toa xe khách 29 3.2.1 Mô hình toán học toa xe khách 29 3.2.2 Phƣơng trình vi phân chuyển động 31 3.3 Phƣơng trình dao động tự 37 3.4 Phƣơng trình dao động cƣỡng thân xe 44 3.5 Lực tác động lên thân xe 50 3.6 Hiện tƣợng cộng hƣởng 52 60 CHƢƠNG IV: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG TREO ĐỂ 60 TĂNG ĐỘ ÊM DỊU CHO TOA XE KHÁCH 60 4.1 Đánh giá mức độ êm dịu toa xe khách 4.2 61 Một số tiêu êm dịu 61 4.2.1 Chỉ tiêu êm dịu theo ISO SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị 65 4.3 Độ êm dịu toa xe khách theo Sperling 4.4 Lựa chọn thông số cho hệ thống treo toa xe 65 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 CHƢƠNG TRÌNH MATLAB 71 Chƣơng trình dao động: “tsr0.m” 71 Chƣơng trình tính dao động cƣỡng 71 Chƣơng trình tính độ êm dịu TXK theo Sperling 79 Xác định thông số hệ thống treo 81 Tài liệu tham khảo 90 SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TOA XE KHÁCH 1.1 Khái niệm Toa xe thành phần đoàn tàu chuyển động đường sắt, dùng để chuyên chở hành khách hàng hóa Các loại toa xe phụ thuộc vào công dụng kết cấu, bao gồm từ phận nhất: Bộ phận chạy (còn gọi giá chuyển hướng), thùng xe, thiết bị đầu móc nối, thiết bị hãm Hình -1 Toa xe khách Toa xe thành phần đoàn tàu, đảm nhiệm việc chuyên chở hành khách hàng hóa Các loại toa xe phụ thuộc vào công dụng kết cấu, nhiên chúng có cấu tạo chung từ bốn phận là: Bộ phận chạy, thùng xe, thiết bị đầu móc nối, thiết bị hãm SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị Bộ phận chạy: Được cấu tạo từ trục bánh, bầu dầu, lò xo Trong loại toa xe đại, phận chạy bao gồm từ chi tiết độc lập, gọi giá chuyển hướng Ngoài chi tiết kể trên, giá chuyển hướng khung giá chuyển má giá, lắp chi tiết hệ thống treo lò xo, hệ thống giằng hãm chi tiết phụ Thùng xe: Dùng để chứa hành khách toa xe khách để chứa hàng hóa toa xe hàng Bệ xe thành phần thùng xe, chúng bao gồm từ xà ngang xà dọc hợp thành Trên bệ thùng xe lắp đặt thiết bị đầu đấm móc nối phần thiết bị hãm số thiết bị khác Thiết bị đầu đấm móc nối: Dùng để nối các toa xe với nối với đầu máy, tiếp nhận truyền lực kéo lực đấm từ đầu máy từ toa xe đến toa xe khác Thiết bị hãm: Dùng để tạo lực cản nhân tạo đoàn tàu chuyển động cho riêng toa xe nhằm điều chỉnh tốc độ chuyển động, dừng tàu hay giữ đoàn tàu vị trí đường 1.2 Phân loại toa xe Toa xe đại phân loại đa dạng loại toa xe kết cấu chúng Toa xe thường có toa xe tự chạy toa xe không tự chạy Toa xe tự chạy toa xe chuyển động không cần đầu máy kéo, toa xe có nguồn động lực riêng nhận lượng từ lưới điện bên (như đoàn tàu điện mêtro, toa xe có lắp động Diesel…) Toa xe không tự chạy toa xe chuyển động nhờ đầu máy kéo Toa xe phân chia theo công dụng, theo đặc trưng kỹ thuật theo vị trí sử dụng Theo công dụng toa xe phân chia thành hai nhóm toa xe khách toa xe hàng: SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị Toa xe khách dùng để chuyên chở hành khách số loại toa xe đặc biệt khác liệt kê vào loại như: Toa xe hàng ăn, toa xe bưu vụ, toa xe hành lý toa xe chuyên dùng đặc biệt Phụ thuộc vào quãng đường chuyên chở toa xe khách phân thành: - Toa xe đường dài: Để vận chuyển hành khách tuyến đường liên vận vùng nước với Hành khách tàu với thời gian dài, nên toa xe có giường nằm cứng mềm cho hành khách, chia thành phòng riêng không chia phòng - Toa xe chạy đường ngắn dùng để chuyên chở hành khách quãng đường không dài, thời gian trung bình khỏang ngày Trong toa xe trang bị ghế ngồi cứng mềm - Toa xe chạy ngoại ô: Để chuyên chở hành khách vùng ngoại ô, đường ngắn phân bố nhiều ga lên xuống Thời gian hành khách lên tàu khoảng 12h, toa xe trang bị đa số ghế cứng để ngồi - Toa xe hàng ăn: Để phục vụ ăn uống cho hành khách tàu Trên toa xe bố trí khu thực phẩm, bếp để nấu phòng phục vụ phòng ăn rộng cho khách ngồi Ngoài có thiết bị khác cho nhân viên phục vụ tàu - Toa xe hành lý: Để vận chuyển hành khách tàu Trên toa xe bố trí phòng tiếp nhận, phòng phân loại, kho chứa… - Toa xe bưu vụ: Để chở bưu phẩm, thư từ, báo chi, tài liệu - Toa xe bưu vụ - hành lý: Thực chức loại toa xe - Một số loại toa xe khách có công dụng đặc biệt như: Toa xe phòng thí nghiệm, toa xe công vụ, toa xe câu lạc bộ, toa xe y tế… Toa xe hàng phụ thuộc vào dạng hàng hóa chuyên chở chia thành loại sau: - Toa xe hàng có mui: Để chứa loại hàng hóa cần bảo quản, thùng xe thùng kín với cửa xếp dỡ hàng, cửa sổ, thông gió… SVTH: Nguyễn Thị Trang Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp - GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị Toa xe thành cao: Để chứa loại hàng hóa không cần phải bảo quản (như than đá, quặng, đá sỏi ) Thùng xe có dạng bệ có thành dọc ngang cao với cửa bốc xếp xả hàng hợp lý - Toa xe thấp toa xe mặt bằng: để chứa loại hàng hóa nặng có kích thước cồng kềnh - Toa xe xitec: Để chuyên chở hàng lỏng, bột chất khí Thân toa xe dạng xitec với đôm hơi, van xả van an toàn - Toa xe ướp lạnh: Để chuyên chở loại hàng hóa dễ hư hỏng thời gian ngắn như: thịt , cá, sữa, hoa tươi… Các toa xe hàng có công dụng đặc biệt: Để chuyên chở loại hàng hóa cần phải có điều kiện đặc biệt, hàng hóa có trọng lượng tập trung nặng, cồng kềnh 1.3 Giá chuyển hƣớng toa xe Giá chuyển hướng phận chạy toa xe Nhờ có giá chuyển hướng cho phép chế tạo toa xe có tải trọng lớn cự ly cối chuyển dài Có giá chuyển hướng làm cho toa xe dài, có tải trọng lớn, thông qua đường cong dễ dàng kể đường cong có bán kính nhỏ, sức cản đường sắt tác dụng vào bánh xe giảm Hình 1-2: Giá chuyển hướng toa xe khách Toa xe lắp giá chuyển hướng tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra sửa chữa phận chạy phần bệ xe cần thiết SVTH: Nguyễn Thị Trang 10 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị y1=0.015*sin(w*t); y2=0.015*sin(w*t-1.106); y3=0.015*sin(w*t-7.037); y4=0.015*sin(w*t-8.134); %Van toc cua nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1c=0.015*w*cos(w*t); y2c=0.015*w*cos(w*t-1.106); y3c=0.015*w*cos(w*t-7.037); y4c=0.015*w*cos(w*t-8.134); %Luc kich thich tu mat duong F1=kb*(y1+y2)+cb*(y1c+y2c); F2=l*kb*(y1-y2)+cb*(y1c-y2c); F3=0; F4=0; F5=kb*(y3+y4)+cb*(y3c+y4c); F6=l*kb*(y3-y4)+cb*(y3c-y4c); % Ma tran quan tinh M=[m 0 0 0; j 0 0; 0 Ml 0 0; 0 J 0; 0 0 m 0; 0 0 j]; %Ma tran cung K=[2*kb+kt -kt -L*kt 0; 2*l^2*kb 0 0; -kt 2*kt -kt 0; -L*kt 0 2*L^2*kt L*kt 0; 0 -kt L*kt 2*kb+kt 0; 0 0 2*(l^2)*kb]; %Ma tran can nhot C=[2*cb+ct -ct -L*ct 0; 2*(l^2)*cb 0 0; -ct 2*ct -ct 0; -L*ct 0 2*L^2*ct L*ct 0; 0 -ct L*ct 2*cb+ct 0; 0 0 2*(l^2)*cb]; % Ma tran F F=[F1 F2 F3 F4 F5 F6]'; O1=zeros(6); Mn=inv(M); E=eye(6); O2=zeros(6,1); SVTH: Nguyễn Thị Trang 76 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị [X,W]=eig(K,M); % xac dinh tri rieng va vecto rieng wn=sqrt(W) % Ma tran [A] A=[O1 E;-Mn*K -Mn]; % Vec to f0 f0=Mn*F; % Vec to f f=[O2;f0]; % Phuong trinh trang thai zc=A*y+f a Chương trình vẽ đồ thị trường hợp xảy cộng hưởng %File chinh toaxech.m %CHUONG TRINH TINH DAO DONG CUA HE NHIEU BAC TU DO global wn %Khai bao bien toan bo tf=6; %Thoi gian dao dong z0=[0 0 0 0 0 0 0]'; %Dieu kien ban dau [t,z]=ode45('toaxech1',tf,z0); %Ham ode45 de giai phuong trinh vi phan %Khoi luong va mo men quan tinh cua cac bo phan (kg), (kg.m2) Ml=40*10^3; m=1.12*10^3; J=[Ml*(2*7+5)^2]/12; j=720; %Do cung cua lo xo va can nhot cua giam chan(N/m), (Ns/m) kt=2.36*10^6; kb=2.13*10^6; cb=120*10^3; ct=30*10^3; % Van toc cua toa xe (m/s) v=153.8528; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; disp('Tan so dao dong cua he - rad/s') wn=diag(wn) % Tan so dao dong tu % Ve thi chuyen vi cua he figure(211) plot(t,z(:,1)*100) % Chuyen vi cua vat -1 (cm) xlabel('Thoi gian(s)') ylabel('Chuyen vi cua m1- cm') grid figure(212); plot(t,z(:,2)*100) % Chuyen vi goc quay cua vat (cm) xlabel('Thoi gian(s)') ylabel('Chuyen vi goc quay cua m1 - rad/s') grid figure(213) plot(t,z(:,3)*100) % Chuyen vi cua vat (cm) xlabel('Thoi gian(s)') ylabel('Chuyen vi cua m2 – cm') grid SVTH: Nguyễn Thị Trang 77 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị figure(214) plot(t,z(:,4)*100) % Chuyen vi goc quay cua vat (cm) xlabel('Thoi gian(s)') ylabel('Chuyen vi goc quay cua m2 - rad/s') grid figure(215) plot(t,z(:,5)) % Chuyen vi cua vat (cm) xlabel('Thoi gian(s)') ylabel('Chuyen vi cua m3 - cm/s') grid figure(216) plot(t,z(:,6)*100) % Chuyen vi goc cua vat (cm) xlabel('thoi gian(s)') ylabel('Chuyen vi goc quay cua m3-rad/s') grid figure(217) plot(t,z(:,7)*100) % Van toc cua vat (cm/s) xlabel('thoi gian(s)') ylabel('Van toc cua m1 - cm/s') grid figure(218) plot(t,z(:,8)) % Van toc cua goc vat (rad/s2) xlabel('thoi gian(s)') ylabel('Van toc goc cua m1 - rad/s2') grid figure(219) plot(t,z(:,9)*100) % Van toc cua vat (cm) xlabel('thoi gian(s)') ylabel('Van toc cua m2 - cm/s') grid figure(2110) plot(t,z(:,10)) % Van toc goc cua vat 2(rad/s2) xlabel('thoi gian(s)') ylabel('Van toc goc cua m2- rad/s2') figure(2111) plot(t,z(:,11)*100) % Van toc cua vat (cm) xlabel('thoi gian(s)') ylabel('Van toc cua m3 - cm/s') grid figure(2112) plot(t,z(:,12)) % Van toc goc cua vat (rad/s2) ylabel('Van toc goc cua m2- rad/s2') xlabel(' Thoi gian - s') SVTH: Nguyễn Thị Trang 78 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị grid pause b Lực động tác dụng lên hai đầu xe trường hợp cộng hưởng % chuong trinh tinh luc tac dung len than xe zt=z(:,3)+L*z(:,4)-z(:,1) ztc=z(:,9)+L*z(:,10)-z(:,7) zs= z(:,3)-L*z(:,4)-z(:,5) zsc= z(:,9)-L*z(:,10)-z(:,11) %luc dong tac dung len than xe Ft=-ct*ztc-kt*zt figure; subplot(311) plot(t,Ft) xlabel('Thoi gian-s') ylabel('Luc tac dung Ft-N') grid Fs=-ct*zsc-kt*zs; subplot(312) plot(t,Ft) xlabel('Thoi gian-s') ylabel('Luc tac dung Ft-N') grid Chƣơng trình tính độ êm dịu TXK theo Sperling %File ham chinh deds0.m function zc=dedW0(t,y) global wn %Khai bao bien toan bo %Khoi luong va mo men quan tinh cua cac bo phan (kg), (kg.m2) Ml=40*10^3; m=1.12*10^3; J=[Ml*(2*7+5)^2]/12; j=720; %Do cung cua lo xo va can nhot cua giam chan(N/m), (Ns/m) kt=2.36*10^6; kb=2.13*10^6; ct=120*10^3;cb=30*10^3; % Van toc cua toa xe (m/s) v=(100*1000)/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; %Chieu dai mot doan ray(m) Lr=12.5; %Phuong trinh nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1=0.015*sin(w*t); y2=0.015*sin(w*t-1.106); y3=0.015*sin(w*t-7.037); SVTH: Nguyễn Thị Trang 79 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị y4=0.015*sin(w*t-8.134); %Van toc cua nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1c=0.015*w*cos(w*t); y2c=0.015*w*cos(w*t-1.106); y3c=0.015*w*cos(w*t-7.037); y4c=0.015*w*cos(w*t-8.134); %Ma tran F F1=kb*(y1+y2)+cb*(y1c+y2c); F2=l*kb*(y1-y2)+cb*(y1c-y2c); F3=0; F4=0; F5=kb*(y3+y4)+cb*(y3c+y4c); F6=l*kb*(y3-y4)+cb*(y3c-y4c); % Ma tran quan tinh M=[m 0 0 0; j 0 0; 0 Ml 0 0; 0 J 0; 0 0 m 0; 0 0 j]; %Ma tran cung K=[2*kb+kt -kt -L*kt 0; 2*l^2*kb 0 0; -kt 2*kt -kt 0; -L*kt 0 2*L^2*kt L*kt 0; 0 -kt L*kt 2*kb+kt 0; 0 0 2*(l^2)*kb]; %Ma tran can nhot C=[2*cb+ct -ct -L*ct 0; 2*(l^2)*cb 0 0; -ct 2*ct -ct 0; -L*ct 0 2*L^2*ct L*ct 0; 0 -ct L*ct 2*cb+ct 0; 0 0 2*(l^2)*cb]; % Vector luc kich thich F=[F1 F2 F3 F4 F5 F6]'; O1=zeros(6); % Ma tran co 6x6 Mn=inv(M); % Ma tran nghich dao cua [M] E=eye(6); % Ma tran don vi co 6x6 O2=zeros(6,1); % Vecto co 5x1 [X,W]=eig(K,M); % Xac dinh vecto rieng va tri rieng cua he wn=sqrt(W); % Tan so dao dong tu cua he % Ma tran [A] SVTH: Nguyễn Thị Trang 80 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị A=[O1 E;-Mn*K -Mn*C]; % Vec to f0 f0=Mn*F; % Vec to f f=[O2;f0]; % Phuong trinh trang thai zc=A*y+f; %File chinh dedW.m %CHUONG TRINH TINH DAO DONG CUA HE NHIEU BAC TU DO global wn %Khai bao bien toan bo tf=6; %Thoi gian dao dong z0=[0 0 0 0 0 0 0]'; %Dieu kien ban dau [t,z]=ode45('dedW0',tf,z0); % tinh em diu toa xe khach % Van toc cua toa xe (m/s) v=(100*1000)/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; %Chieu dai mot doan ray(m) Lr=12.5; n=v/Lr; % tan so dao dong cua he X=z(:,3)+L*z(:,4); % bien dao dong cua than xe n1=size(X); Xmax=max(X(n1-500:n1)) % bien max disp('Do em diu cua toa xe la: ') W=2.7*(Xmax*0.325*n^7)^(1/10) Do em diu cua toa xe la: W= 2.6344 Xác định thông số hệ thống treo a Độ êm dịu TXK ứng với ftw1=7; fbd1=3 %File chinh dedW.m %CHUONG TRINH TINH DAO DONG CUA HE NHIEU BAC TU DO global wn %Khai bao bien toan bo tf=6; %Thoi gian dao dong z0=[0 0 0 0 0 0 0]'; %Dieu kien ban dau SVTH: Nguyễn Thị Trang 81 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị [t,z]=ode45('dedW1',tf,z0); % tinh em diu toa xe khach % Van toc cua toa xe (m/s) v=(100*1000)/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; %Chieu dai mot doan ray(m) Lr=12.5; n=v/Lr; % tan so dao dong cua he X=z(:,3)+L*z(:,4); % bien dao dong cua than xe n1=size(X); Xmax=max(X(n1-500:n1)) % bien max disp('Do em diu cua toa xe la: ') W=2.7*(Xmax*0.325*n^7)^(1/10) %File ham chinh deds1.m function zc=dedW1(t,y) global wn %Khai bao bien toan bo %Khoi luong va mo men quan tinh cua cac bo phan (kg), (kg.m2) Ml=40*10^3; m=1.12*10^3; J=[Ml*(2*7+5)^2]/12; j=720; %Do nhun tinh lo xo trung uong va bau dau ftw1, fbd1 ftw1=7; fbd1=3; %Do cung cua lo xo va (N/m) kt=Ml*9.8/2/ftw1*100; kb=(Ml+2*m)*9.8/4/fbd1*100; %Do can nhot cua giam chan(Ns/m) ct=120*10^3;cb=30*10^3; % Van toc cua toa xe (m/s) v=(100*1000)/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; %Chieu dai mot doan ray(m) Lr=12.5; %Phuong trinh nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1=0.015*sin(w*t); y2=0.015*sin(w*t-1.106); y3=0.015*sin(w*t-7.037); y4=0.015*sin(w*t-8.134); %Van toc cua nhap nho mat duong duoi cac banh xe SVTH: Nguyễn Thị Trang 82 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị y1c=0.015*w*cos(w*t); y2c=0.015*w*cos(w*t-1.106); y3c=0.015*w*cos(w*t-7.037); y4c=0.015*w*cos(w*t-8.134); %Ma tran F F1=kb*(y1+y2)+cb*(y1c+y2c); F2=l*kb*(y1-y2)+cb*(y1c-y2c); F3=0; F4=0; F5=kb*(y3+y4)+cb*(y3c+y4c); F6=l*kb*(y3-y4)+cb*(y3c-y4c); % Ma tran quan tinh M=[m 0 0 0; j 0 0; 0 Ml 0 0; 0 J 0; 0 0 m 0; 0 0 j]; %Ma tran cung K=[2*kb+kt -kt -L*kt 0; 2*l^2*kb 0 0; -kt 2*kt -kt 0; -L*kt 0 2*L^2*kt L*kt 0; 0 -kt L*kt 2*kb+kt 0; 0 0 2*(l^2)*kb]; %Ma tran can nhot C=[2*cb+ct -ct -L*ct 0; 2*(l^2)*cb 0 0; -ct 2*ct -ct 0; -L*ct 0 2*L^2*ct L*ct 0; 0 -ct L*ct 2*cb+ct 0; 0 0 2*(l^2)*cb]; % Vector luc kich thich F=[F1 F2 F3 F4 F5 F6]'; O1=zeros(6); % Ma tran co 6x6 Mn=inv(M); % Ma tran nghich dao cua [M] E=eye(6); % Ma tran don vi co 6x6 O2=zeros(6,1); % Vecto co 5x1 [X,W]=eig(K,M); % Xac dinh vecto rieng va tri rieng cua he wn=sqrt(W); % Tan so dao dong tu cua he % Ma tran [A] A=[O1 E;-Mn*K -Mn*C]; % Vec to f0 SVTH: Nguyễn Thị Trang 83 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị f0=Mn*F; % Vec to f f=[O2;f0]; % Phuong trinh trang thai zc=A*y+f; Do em diu cua toa xe la: W= 2.6613 b Độ êm dịu TXK ứng với ftw2=10; fbd2=5 clear all %File chinh dedW.m %CHUONG TRINH TINH DAO DONG CUA HE NHIEU BAC TU DO global wn %Khai bao bien toan bo tf=6; %Thoi gian dao dong z0=[0 0 0 0 0 0 0]'; %Dieu kien ban dau [t,z]=ode45('dedW2',tf,z0); %Ham ode45 de giai phuong trinh vi phan %Khoi luong va mo men quan tinh cua cac bo phan (kg), (kg.m2) Ml=40*10^3; m=1.12*10^3; J=[Ml*(2*7+5)^2]/12; j=720; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; Lr=12.5; %Do nhun tinh lo xo trung uong va bau dau ftw2, fbd2 ftw2=10; fbd2=5; %Do cung cua lo xo va (N/m) kt=Ml*9.8/2/ftw2*100; kb=(Ml+2*m)*9.8/4/fbd2*100; %do can nhot cua giam chan (Ns/m) cb=120*10^3;ct=30*10^3; % Van toc cua toa xe (m/s) (v=100km/h) v=100*1000/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; wn=diag(wn); % Tan so dao dong tu % tinh em diu toa xe khach n=v/Lr; % tan so dao dong cua he X=z(:,3)+L*z(:,4); % bien dao dong cua than xe SVTH: Nguyễn Thị Trang 84 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị n1=size(X); Xmax=max(X(n1- 500:n1)); % bien max disp('Do em diu cua toa xe ung voi ftw1, fbd1 la: ') W=2.7*(Xmax*0.325*n^7)^(1/10) %File ham chinh dedW2.m function zc=dedW2(t,y) global wn %Khai bao bien toan bo %Khoi luong va mo men quan tinh cua cac bo phan (kg), (kg.m2) Ml=40*10^3; m=1.12*10^3; J=[Ml*(2*7+5)^2]/12; j=720; %Do nhun tinh lo xo trung uong va bau dau ftw2, fbd2 ftw2=10; fbd2=5; %Do cung cua lo xo va (N/m) kt=Ml*9.8/2/ftw2*100; kb=(Ml+2*m)*9.8/4/fbd2*100; %do can nhot cua giam chan (Ns/m) cb=120*10^3;ct=30*10^3; % Van toc cua toa xe (m/s) v=100*1000/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; %Phuong trinh nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1=0.015*sin(w*t); y2=0.015*sin(w*t-1.106); y3=0.015*sin(w*t-7.037); y4=0.015*sin(w*t-8.134); %Van toc cua nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1c=0.015*w*cos(w*t); y2c=0.015*w*cos(w*t-1.106); y3c=0.015*w*cos(w*t-7.037); y4c=0.015*w*cos(w*t-8.134); %Ma tran F F1=kb*(y1+y2)+cb*(y1c+y2c); F2=l*kb*(y1-y2)+cb*(y1c-y2c); F3=0; F4=0; F5=kb*(y3+y4)+cb*(y3c+y4c); F6=l*kb*(y3-y4)+cb*(y3c-y4c); % Ma tran quan tinh M=[m 0 0 0; j 0 0; SVTH: Nguyễn Thị Trang 85 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị 0 Ml 0 0; 0 J 0; 0 0 m 0; 0 0 j]; %Ma tran cung K=[2*kb+kt -kt -L*kt 0; 2*l^2*kb 0 0; -kt 2*kt -kt 0; -L*kt 0 2*L^2*kt L*kt 0; 0 -kt L*kt 2*kb+kt 0; 0 0 2*(l^2)*kb]; %Ma tran can nhot C=[2*cb+ct -ct -L*ct 0; 2*(l^2)*cb 0 0; -ct 2*ct -ct 0; -L*ct 0 2*L^2*ct L*ct 0; 0 -ct L*ct 2*cb+ct 0; 0 0 2*(l^2)*cb]; F=[F1 F2 F3 F4 F5 F6]'; O1=zeros(6); Mn=inv(M); E=eye(6); O2=zeros(6,1); [X,W]=eig(K,M); wn=sqrt(W); % Ma tran [A] A=[O1 E;-Mn*K -Mn*C]; % Vec to f0 f0=Mn*F; % Vec to f f=[O2;f0]; % Phuong trinh trang thai zc=A*y+f; Do em diu cua toa xe la: W= 2.6042 c Độ êm dịu TXK ứng với ftw3=12; fbd3=6 clear all %File chinh dedW.m SVTH: Nguyễn Thị Trang 86 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị %CHUONG TRINH TINH DAO DONG CUA HE NHIEU BAC TU DO global wn %Khai bao bien toan bo tf=6; %Thoi gian dao dong z0=[0 0 0 0 0 0 0]'; %Dieu kien ban dau [t,z]=ode45('dedW3',tf,z0); %Ham ode45 de giai phuong trinh vi phan %Khoi luong va mo men quan tinh cua cac bo phan (kg), (kg.m2) Ml=40*10^3; m=1.12*10^3; J=[Ml*(2*7+5)^2]/12; j=720; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; Lr=12.5; %Do nhun tinh lo xo trung uong va bau dau ftw3, fbd3 ftw3=12; fbd3=6; %Do cung cua lo xo va (N/m) kt=Ml*9.8/2/ftw3*100; kb=(Ml+2*m)*9.8/4/fbd3*100; %do can nhot cua giam chan (Ns/m) cb=120*10^3;ct=30*10^3; % Van toc cua toa xe (m/s) (v=100km/h) v=100*1000/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; wn=diag(wn); % Tan so dao dong tu % tinh em diu toa xe khach n=v/Lr; % tan so dao dong cua he X=z(:,3)+L*z(:,4); % bien dao dong cua than xe n1=size(X); Xmax=max(X(n1- 500:n1)); % bien max disp('Do em diu cua toa xe ung voi ftw3, fbd3 la: ') W=2.7*(Xmax*0.325*n^7)^(1/10) %File ham chinh dedW3.m function zc=dedW(t,y) global wn %Khai bao bien toan bo %Khoi luong va mo men quan tinh cua cac bo phan (kg), (kg.m2) Ml=40*10^3; m=1.12*10^3; J=[Ml*(2*7+5)^2]/12; j=720; %Do nhun tinh lo xo trung uong va bau dau ftw3, fbd3 ftw3=12; fbd3=6; %Do cung cua lo xo va (N/m) kt=Ml*9.8/2/ftw3*100; kb=(Ml+2*m)*9.8/4/fbd3*100; SVTH: Nguyễn Thị Trang 87 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị %do can nhot cua giam chan (Ns/m) cb=120*10^3;ct=30*10^3; % Van toc cua toa xe (m/s) v=100*1000/3600; %Tan so goc kich thich tu mat duong (rad/s) w=(2*3.14*v)/12.5; %Khoang cach cua truc va hai coi chuyen(m) L=7; l=1.1; %Phuong trinh nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1=0.015*sin(w*t); y2=0.015*sin(w*t-1.106); y3=0.015*sin(w*t-7.037); y4=0.015*sin(w*t-8.134); %Van toc cua nhap nho mat duong duoi cac banh xe y1c=0.015*w*cos(w*t); y2c=0.015*w*cos(w*t-1.106); y3c=0.015*w*cos(w*t-7.037); y4c=0.015*w*cos(w*t-8.134); %Ma tran F F1=kb*(y1+y2)+cb*(y1c+y2c); F2=l*kb*(y1-y2)+cb*(y1c-y2c); F3=0; F4=0; F5=kb*(y3+y4)+cb*(y3c+y4c); F6=l*kb*(y3-y4)+cb*(y3c-y4c); % Ma tran quan tinh M=[m 0 0 0; j 0 0; 0 Ml 0 0; 0 J 0; 0 0 m 0; 0 0 j]; %Ma tran cung K=[2*kb+kt -kt -L*kt 0; 2*l^2*kb 0 0; -kt 2*kt -kt 0; -L*kt 0 2*L^2*kt L*kt 0; 0 -kt L*kt 2*kb+kt 0; 0 0 2*(l^2)*kb]; %Ma tran can nhot C=[2*cb+ct -ct -L*ct 0; 2*(l^2)*cb 0 0; -ct 2*ct -ct 0; SVTH: Nguyễn Thị Trang 88 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị -L*ct 0 2*L^2*ct L*ct 0; 0 -ct L*ct 2*cb+ct 0; 0 0 2*(l^2)*cb]; F=[F1 F2 F3 F4 F5 F6]'; O1=zeros(6); Mn=inv(M); E=eye(6); O2=zeros(6,1); [X,W]=eig(K,M); wn=sqrt(W); % Ma tran [A] A=[O1 E;-Mn*K -Mn*C]; % Vec to f0 f0=Mn*F; % Vec to f f=[O2;f0]; % Phuong trinh trang thai zc=A*y+f; Do em diu cua toa xe la: W = 2.5645 SVTH: Nguyễn Thị Trang 89 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị Tài liệu tham khảo [1] GS.TS Lã Ngọc Khuê, Các tiêu chí Động học Động lực học ĐMTX, NXB Giao Thông Vận Tải 2006 [2] Nguyễn Hữu Dũng, Động lực học Đầu máy Diesel, NXB Giao Thông Vận Tải 2001 [3] Bài giảng Matlab, Th.S Nguyễn Bá Nghị [4] Bài giảng Động lực học máy, Th.S Nguyễn Bá Nghị [5] Dương Hồng Thanh(chủ biên), Lê Văn Doanh, Lê Văn Học, Kết cấu tính toán Toa xe, NXB Giao Thông Vận Tải 1997 SVTH: Nguyễn Thị Trang 90 Lớp: Cơ – Điện tử K49 [...]... đổi về các thông số của hệ thống Để có thể giải quyết bài toán dao động thì ta phải giảu quyết một số vấn đề sau: - Khảo sát lại dao động của toa xe khi cho xe chạy trên đường bằng phẳng - Khảo sát tính ổn định của toa xe khi chạy trên đường sóng hình sin - Khảo sát dao động của toa xe khi chạy với vận tốc để xảy ra hiện tượng cộng hưởng - Lựa chọn độ nhún tĩnh hợp lý cho toa xe chuyển động êm dịu Dưới... dao động của toa xe nhằm đánh giá tính bình ổn, độ ổn định, tính êm dịu của chuyển động Các bộ phận của toa xe được xem xét là: thùng xe, khung giá chuyển, xà nhún, bộ trục bánh xe trong đó thùng xe là đối tượng nghiên cứu chính Thùng xe là một vật thể cứng, để xác định vị trí của nó trong không gian tại một thời điểm nào đó đòi hỏi phải biết sáu tọa độ độc lập Để xác định vị trí của thùng xe, lựa chọn. .. cứu dao động của các bộ phận toa xe là một trong các nhiệm vụ quan trọng của động lực học toa xe cần được nghiên cứu Toa xe là một kết cấu phức tạp bao gồm từ nhiều bộ phận hợp thành, các bộ phận đều có khối lượng và có đặc trưng đàn hồi nhất định Dưới tác dụng của các tải trọng khác nhau khi toa xe chuyển động, sẽ gây ra cho các bộ phận của toa xe các loại dao động trong không gian Nghiên cứu các loại... thỏa mãn: - Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi chuyển động (độ êm dịu này được đánh giá qua các thông số như: tần số dao động riêng, biên độ dao động lớn nhất, gia tốc dao động, độ cứng của các hệ lò xo, hệ số cản của giảm chấn…) - Biến dạng của sóng đường ray không ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu của toa xe khách - Đảm bảo bền, độ tin cậy, tuổi thọ lớn, đơn giản để thuận lợi cho việc kiểm tra, bảo dưỡng,... máy toa xe lắp bộ phận giảm chấn để dập tắt dao động, thường dùng: bộ giảm chấn ma sát và thủy lực Vì vậy để tăng tính êm dịu cho toa xe và tạo cảm giác dễ chịu cho hành khách người ta thường chế tạo toa xe khách có hai hệ lò xo: Hệ lò xo liên kết giữa các trục bánh xe và khung giá chuyển hướng được gọi là hệ lò xo bầu dầu (hay hệ lò xo sơ cấp), còn hệ lò xo liên kết giữa thân xe và khung giá gọi là hệ. .. dao động của hệ theo các hướng trên Việc tính toán dao động của hệ thì ta dựa trên phần mềm Matlab ở phần cuối 3.2.1 Mô hình toán học của toa xe khách SVTH: Nguyễn Thị Trang 29 Lớp: Cơ – Điện tử K49 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Bá Nghị Hình 3-1: Mô hình toa xe khách 2 hệ lò xo Các thông số của toa xe như sau: Kí hiệu Đơn vị Giá trị Khối lượng thân xe Ml kg 40.103 Khối lượng một khung giá chuyển. .. hợp với kết cấu, các tham số của đường sắt và các phương tiện thông tin tín hiệu trên đường phù hợp với các điều kiện của các xí nghiệp vận dụng và sửa chữa toa xe trong ngành Ngoài ra toa xe hàng cần đảm bảo hàng hóa được chuyên chở theo yêu cầu, phù hợp với kết cầu của các thiết bị bốc và dỡ hàng, sử dụng tối đa tải trọng của toa xe và tải trọng của đường sắt Đối với các toa xe khách phải đảm bảo... cầu của hành khách khi đi tàu, đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường, đảm bảo một số tiêu chuẩn thẩm mỹ nhất định Các tham số cơ bản đặc trưng cho hiệu quả kinh tế kĩ thuật của toa xe hàng là trọng tải, trọng bì, số truc xe, thể tích riêng (thể tích) thùng xe, tải trọng trục và tải trọng trên một mét chiều dài của đường sắt, các tham số kích thước của xe Các tham số đặc trưng cơ bản của toa xe khách. .. năng động lực cho toa xe Khi toa xe chuyển động trên đường đặc biệt là lúc đi vào đường gồ ghề bộ trục bánh xe chịu tải trọng động rất lớn nếu không có trang trí lò xo thì thùng xe sẽ tiếp nhận mọi tác dụng động, trên đầu máy toa xe lắp bộ phận giảm chấn để dập tắt dao động, thường dùng: bộ giảm chấn ma sát và thủy lực Nói chung hệ thống treo trên đầu máy toa xe phải thỏa mãn: - Đảm bảo độ êm dịu cần... nhất của trục bánh khi chuyển động trên vùng lõm KW  2  2  2 cos t  cos t  : là hệ số gia tốc có tính đến độ cứng của nền đường KW là hàm số của thời gian và là hàm số của các tỉ số các tần số vòng 1.7.2 Chuyển động của bánh xe có vết mòn vẹt trên mặt lăn Những vết mòn vệt trên mặt lăn do hậu quả của việc bánh xe bị lết trên mặt ray khi lực hãm quá lớn (hiện tượng bó hãm) hoặc bánh xe bị