Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (LA tiến sĩ)
Trang 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI
Đỗ Giao Tiến
NGHIEN CUU TAI TRONG DONG CHO THIET KE HE THONG TRUYEN LUC O TO TAI THONG DUNG
SAN XUAT TAI VIET NAM
LUAN AN TIEN Si KY THUAT CO KHi DONG LUC
Hà Nội - 2016
Trang 2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Đỗ Giao Tiến
NGHIEN CUU TAI TRONG DONG CHO THIET KE
HE THONG TRUYEN LUC 6 TO TAI THONG DUNG SAN XUAT TAI VIET NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 PGS.TS NGUYÊN TRỌNG HOAN 2 TS NGUYÊN THANH QUANG
Hà Nội - 2016
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan và TS Nguyễn Thanh Quang Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng để bảo vệ
ở bất kỳ học vị nào
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình
Hà Nội, ngày thang 4 năm 2016 TM Tập thể giáo viên hướng dẫn Tác giả luận án
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới người hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan - Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, định hướng và giúp đỡ tơi trong suốt q trình tôi thực hiện luận án này với sự tận tâm, trách nhiệm, sáng suôt và khoa học cao
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Nguyễn Thanh Quang trong suốt quá trình tơi thực hiện luận án, với vai trò là người hướng dẫn, Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi thực hiện các kế hoạch học tập và nghiên cứu
Tôi rất cám ơn và trân trọng sự hợp tác, hỗ trợ của Nhà máy ô tô Cé Loa, Phong thi nghiệm chuyên ngành cơ khí động lực của các Trường Đại học Lâm nghiệp, Học Viện Kỹ thuật Quân sự, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Phịng thí nghiệm động cơ đốt trong -
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hỗ trợ, tạo điều kiện về phương tiện và trang thiết bị
thí nghiệm góp phần thực hiện thành công luận án
Xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến các thầy của Bộ mơn Ơ tô và xe chuyên dụng, Bộ môn Động cơ đốt trong và Viện Cơ khí động lực thuộc Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội với những góp ý rất thiết thực trong suốt q trình tơi thực hiện luận án
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cơ quan tôi đã và đang công tác là Nhà máy ô tô Cổ Loa, Vụ Khoa học và Công nghệ các ngành kinh tế - kỹ thuật thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện, ủng hộ, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong q trình tơi theo học Nghiên cứu sinh
Xin gửi lời cảm ơn tới các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp vì sự giúp đỡ thiết thực cho luận án này
Xin được gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất tới gia đình tơi, những người đã luôn bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ những khó khăn và là động lực để tơi hồn thành luận án
Hà Nội, ngày tháng 4 năm 2016 Nghiên cứu sinh
Trang 5DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÉẾT TẮTT - 2 5¿+2< + ‡Ek2E£EEEEEE22E121111e221 2E i
DANH MUC CAC BANG sssssssssssssssssssessssssssnnnnsesteseeeeesesssssssnnnnetieseeseeesssssnnnnneneees iii DANH MUC CAC HINH VE cecceeesscesssssessssssnnnnseeesseseessesssssnnnnntisseceesessssssnnnmnssesees v MO DAU puoisirsueiondsosintinginiitlfg08805001HINGIEIISBIGBERGEIGSEHDIRGHHEEEGIIGINGIERISBiĐGRĐDrlingiEB8 1 Churong 1 TONG QUAN scseesssessseessseesssessssesssecesvesssecssecsssecssvesssessseesssessseesssessseesseessseesseess 3
1.1 _ Ngành công nghiệp ô tô VN và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất xe ô tô tải 3 1.1.1 Thực trạng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam .-¿- + «5+5 s+x+x+vr+e+xree 3
1.1.2 Định hướng phát triển 4
1.1.3 Nhu cầu nâng cao chất lượng -: 4 1.2 _ Hệ thống truyền lực ô tô tải và những vấn đề trong thiết kế 5
1.2.1 Sơ đồ của HTTL trên ô tô tải 5
1.2.2 Tỉ số truyền của HTTL trên ô tô tải - Õ
1.2.3 Các chế độ tải trọng trong thiết kế tính tốn HTTL 6 1.3 Các hướng nghiên cứu về HTTL ô tô 7
1.3.1 Cac vấn để nghiên cứu -¿ :c5ccxccccxsceee 7
1.3.2 Phuong phap nghién CU oo eceeeseseseeeesescseeeeecaeeeetseseeereeseeeeetseeeeeeaes 10 1.4 Tải trọng động trong HT TL ơ tƠ - «6+5 Sk+EEvEvk+tEeEeketeerexrteerrrrkeeree 15 1.4.1 Tải trọng từ dao động mô men xoắn của động cơ . . -:-¿szs+ 16 1.4.2 Tải trọng từ mấp mô mặt đường 2 +++++2+xt+ExEtEEEreEkxrrrkrrrkrcres 17 1.4.3 Tải trọng cực đại trong HT TÌ‹: ‹‹::::.cc:ccccc666662212006066001241661161611618611416114164446855 18 1.5 Các cơng trình nghiên cứu trong ƯỚC -¿-¿- + + S+k+t#eEekeerexrkerrrekekree 24 1.6 _ Đối tượng nghiên cứu -c-©-+c2E+22EECEEEEEEEEE21E2211 221.211 21.crr.cee 26 1.7 _ Nội dung của luận án «kh TT HT HT TH HH HH rưn 26 IV 0000 2i an 27 1.72 Phương: pháp nghiền 6ỮUzzss::-::ssszsszssbsssigsoesnntsodslsHADLISBogoasvsespse 27 1.7.3 Phạm vi nghiÊn GỨU szszassszusssosrlstiisolgHpssosgsgsivoyioiNsogssasweskasaaal 27 IV 0ốiii ải 0u 27
Kết luận chương | -2¿-©22-©22+E+E+EEEEEEE227112711221112711711127112112111111211 11.1 xe 28 Chương 2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HTTTLL . -2-©2+222222++2£sz22xe2 29
Trang 62.1.2 Các trường hợp tính tOáï - 6 + th vn HT HT như 32
2.1.3 Các công thức tính tốn -.- ¿5+ + se + svsesereereeree 33
2.2 Xây dựng mơ hình mô phỏng HTTL bằng phương pháp mạng liên kế 36
2.2.1 Phương pháp mạng liên kết (Bondgraph ) ¿-sz+2x++ecxxeetrssee 36
2.2.2 Phần tử mạng liên kẾt 2-©©2++22E+2E1122212271171112111711211E 211.1 xe 39 2.2.3 Xây dựng mơ hình mạng liên kết các cụm chỉ tiết HTTLL . 44
2.2.4 Động lực học HT TÌ - ¿+ + xxx k*k*£EEEkEkEEEEkekEErkekkkrkerkekrkrrkrkrerke 57 Kt ludin ChUONG 2.0 cscccesssessssesssessseesssecsssesssessssesssessssesssesssusssseessessssesssecsssecssesssseessesssseeasess 63
Chương 3 TÍNH TỐN KHẢO SÁT TẢI TRỌNG ĐỘNG TRONG HTTL 64
3.1 Nội dung nghiên cứu
3.2 Xác định các thơng số tính toán hệ thống truyền lực 64 3.2.1 Khối lượng quán tính -s2 65
3.2.2 Độ cứng XOAN CUA trUC veececeescssessesssseessessessesscssesersesesecsessecsecsussussecsuveuseateateaeave 66
3.2.3 Hệ số cản nhớt của các phan ttt ccecceccscescsessssessseessseesssesssecssseessessseesssecssseessecs 68
3.3 Nghiên cứu khả năng cộng hưởng của HTTL với nguồn kích thích từ mô men
h0 69
3.3.1 Tính tốn các tần số riêng của HTTTL . 2- 2¿2£22+2£+++2z+++zxzevzscee 70
3.3.2 Mơ men kích thích của động CƠ 6c St Sky 73 3.3.3 Đánh piá khả nặng:xâyra cộng hƯỞnG s;ssssssscssscossbxssG1566068661223339615180Y866 75 3.3.4 Hiệu chỉnh các thông số để tránh cộng hưởng . 2 sz+x+z+sc+e 76 3.4 Tính tốn tải trọng động cực đại trong HT TÌ, - s5 55+ 5<+x+>ex+x+zexsx+ T1 3.4.1 Phương pháp tính tốn - t5 St St SEESk+EEEEEEkEkEEkekEkrekrkekrkrrkrkrerke 77
3.4.2 Kết quả tính tốn -22++222k+t22EE 2211221112211 re 77
3.5 Tính tốn và khảo sát tải trọng động trong HT TL ¿+ 5+ 5s ++s++x+es+x+ 81 3.5.1 Xéy dung m6 hinh tinh toan, Khao sat veccsssessessesenesernmesirerensscunenernmaveres 81 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của các thống số két CAU .ssecssssesssssessssesssssesssssesssseeessses 83
3.5.3 Ảnh hưởng của các điều kiện vận hành của xe 22 zz+cxzzzscee 93
3.5.4 Khảo sát ảnh hưởng của thao tác người lái Xe - ++-+++<+ss+sexses+ 95
Kết luận chương 3 2: 2s 2222EE122E1221127112111221112111 11211.T 0E 97
Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2- 2© ©E£+EE£+EE+EEE+EEzEEtrxerrxrrree 98
4.1 Mục đích, đối tượng và các thơng số đo . 2- 2¿©2+++2+EEE+£EEe+Exzrrrxezrxee 98 4.1.1 N6 0100000065 117 98
Trang 74.1.3 Các thông số đo
4.1.4 Phương pháp xác định tải trọng động và thông số đánh giá
4.2 _ Lựa chọn phương pháp và thiết bị đo . -:s¿ 09 4.2.1 Nguyên lý đo tải trọng xoắn trong HTTL ¿+z+2+++22zse+zzsse+ 99 4.2.2 Lựa chọn phương pháp và thiết bị thí nghiệm của luận án 102
4.3 _ Thiết bị thí nghiệm -¿©++2EE22EEEt2EEE2EEE211E2711211.211E.211 1e 105 4.4 Các chế độ thí nghiệm . ©2+©+2+EEEt2EkEEEEEtEEEE22E221 271121121 115
4.4.1 Mơ tả thí nghiỆm: .- cành HH re 115 4.4.2 Quy hoạch thí nghiỆm (c2 3 211213 13 1 E212 1 111 11k re 116
4.5 Kết quả thí nghiệm . ©2+c2E+22EEEC2E1527112211121112211211E 11 1e 117 4.5.1 ếkqul!ổDsznpesossotantadntituivHitDAVDEGIGUGIGHIAISAGGRISUNGGISRSRuNG 117 4.5.2 Kết quả thí nghiệm . 22-©22+++2E++22EEECEEEEEEEEEEECEEEEEEELrrrrrkrrrrree 120
4.6 So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính tốn mơ phỏng 124 Két lun ChYONg £ 8h ẽ {|{[Ã ÔỎ 126
KẾT LUẬN ccscosasescascoecencesteceusanazapeoecencesteceytaszatapcoecescestecony bens surceoresresteeenmmastnurerorearen 127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRINH DA CONG BO o iescessseesssesssseessesssseesseessseesseessseessesess 129
Trang 8DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÉT TÁT Danh mục các ký hiệu:
Ký hiệu Tên gọi Đơn vị
Toa Khối lượng quán tinh của bánh đà kg.mˆ
In Khối lượng quán tinh của ly hop kgm”
Ths Khối lượng quán tính của hộp số kg.mˆ Tea Khối lượng quán tinh của trục các đăng kgm” Tot Khối lượng quán tính của bán trục kg.mˆ Ibx Khôi lượng quán tính của bánh xe kg.mˆ m Khối lượng của xe Kg
Ch Hệ sô độ cứng xoăn ly hợp Nm/rad
Chs Hệ sô độ cứng xoăn hộp số Nm/rad
Clnhs Hệ sô độ cứng xoăn chung của ly hợp và hộp sô Nm/rad Cea Hệ 36 độ cứng xoắn trục các đăng Nm/rad Cu Hệ số độ cứng xoắn bán trục Nm/rad
Cr Hệ sô độ cứng xoăn bánh xe Nm/rad Bn Hé SỐ độ cản nhớt của ly hợp Nms/rad
Bhs Hệ sô độ cản nhớt của hộp sô Nms/rad
Buns Hé sỐ độ cản nhớt của ly hợp và hộp SỐ Nms/rad
Bea Hệ sô độ cản nhớt của trục các đăng Nms/rad Bot Hệ sô độ cản nhớt của bán trục Nms/rad Box Hệ sô độ cản nhớt của bánh xe Nms/rad
Dhs Tỉ sô truyền của hộp sô -
Nile Tỉ số truyền của truyền lực chính -
fe Hệ số cản ô tô -
fw Bán kính bánh xe ô tô M
6 Hệ sô dự trữ của ly hợp =
Ka Hệ sô tải trọng động trong hệ thông truyên lực -
ket Hé số chuẩn tải Nm/mV
Ts Thoi gian dong ly hop S
Trang 9
Danh mục các chữ viết tắt: Chữ viết tắt Giải thích
NCS Nghiên cứu sinh
HTTL Hệ thống truyền lực ô tô
CKD Việt tắt của cụm từ tiêng Anh: Completely Knocked Down Nghĩa là xe lắp ráp trong nước với 100% linh kiện được
nhập khẩu
VAMA Hiệp hội các nhà sản xuât ô tô Việt Nam
VEAM Tổng Công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp Việt Nam LPG Từ viết tắt của Liquefied Petroleum Gas, là hỗn hợp
hydrocarbon nhẹ, ở thể khí TLC Truyền lực chính của ơ tơ
Trang 10DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang
Bang 1.1 Tải trọng động trên trục sơ cấp của ly hợp khi đóng ly hợp đột 23 ngột
Bảng 1.2 Thông số của xe ô tô tải 3 tân LIFAN 3070G1 26 Bang 2.1 Các trường hợp tính tốn mơ men cực dai trong HTTL 32 Bảng 2.3 Lực và dòng ở một sô dạng năng lượng 37 Bảng 2.4 Phương trình trạng thái phân tử quán tính (I) ở một sơ miên năng 40
lượng
Bảng 2.5 Phương trình trạng thái phần tử đàn hồi (C) ở một số miền năng 41
lượng
Bảng 2.6 Phương trình trạng thái của phần tử cản (R) ở một số miền năng 42
lượng
Bang 3.1 Độ cứng xoăn của các chi tiệt hộp sô 67 Bảng 3.2 Tần số dao động riêng của HTTL 72 Bảng 3.3 Các thơng số tính năng của động cơ 74 Bảng 3.4 Tân sô và pha của các hàm điêu hoà đên hài sô 4 75
Bảng 3.5 Kết quả tính tốn tần số dao động riêng với C1 = 8230 Nm/rad 71
Bảng 3.6 Hệ sô tải trọng động cực đại ở chê độ không tải 79
Bảng 3.7 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ 100% tải 79
Bảng 3.8 Hệ sô tải trọng động cực đại ở chê độ 150% tải 79 Bảng 3.9 So sánh hệ sô tải trọng động ở các tay sô 80 Bang 32 Các trường hợp khảo sát ảnh hưởng của các thông số tới tải trọng
động trong HTTL
Bảng 3.10 Hệ sô tải trọng động của HT TL khi tăng và giảm In; 84 Bang 3.11 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm lạu 85 Bang 3.12 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm l„ 86 Bang 3.13 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm Cụ; 88 Bảng 3.14 Hệ sô tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm Cca 89
Bảng 3.15 | Hệ số tải trọng động của HTTL khi thay đôi Cụ, 90
Bảng 3.16 Hệ số tải trọng động của HTTL khi thay đôi Cụ, 91 Bang 3.17 Hệ số tải trọng động thay đồi theo hệ số dự trữ của ly hợp 92
Trang 11
Bảng 3.18 | Hệ số tải trọng động của HTTL khi thay đôi hệ số cản 93
Bảng 3.19 Hệ sô tải trọng động thay đôi theo thời gian đóng ly hợp và tải 94 trọng xe, trường hợp vận tốc động cơ là 1000v/p
Bang 3.20 | Hệ số tải trọng động thay đổi theo thời gian đóng ly hợp và tải 94
trọng xe, trường hợp vận tốc động cơ là 2000v/p
Bang 3.21 Hệ số tải trọng động thay đổi theo thời gian đóng ly hợp 95 Bảng 3.22 Hệ số tải trọng động thay đôi theo vận tộc góc động cơ 96
Bang 4.1 Thông số điện trở tenzo 106
Bảng 4.2 Kết quả lây chuẩn thiết bị đo mô men 110 Bảng 4.3 Các thông số cơ bản của cảm biến OMRON E3F-DS10C4 113 Bảng 4.4 Các thông sô của cảm biên đo lực Kubota LBX-100L (Nhật Bản) 114
Bảng 4.5 Quy hoạch thí nghiệm 116
Bảng 4.6 So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính tốn mơ phỏng 125 (tay số 2, 150% tải, 2000 v/ph)
Trang 12
DANH MỤC HÌNH VẼ
TT Tên hình vẽ, đô thị Trang
Hinh 1.1 So dé hé théng truyén luc 6 t6 tai 5
Hinh 1.2 Mô tả chỉ tiết quay của HTTL 10 Hình 1.3 Sơ đơ HTTL và mơ hình mơ phỏng II Hình 1.4 Mơ hình mơ phỏng đơn giản hóa 11 Hinh 1.5 Mơ hình hóa và mơ phỏng HTTL ô tô hybrid bang Bond graph 12 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo mô men bằng tenzo 14
Hình 1.7 Thiệt bị đo sơ vịng quay 14
Hình 1.8 Đồ thị quan hệ giữa momen và góc quay của trục khuyu 17 Hình 1.9 Mô men xoăn trong HTTL khi nhả bàn đạp ly hợp đột ngột 19 Hình 1.10 Sơ đồ tính tốn tải trọng cực đại HTTL với I khâu dan hoi 20 Hình 1.11 Sự phụ thuộc của mô men cực đại trên dẫn động cầu trước của ô 21
t6 vao m6 men ma sat cuc dai Memax va thoi gian dong ly hop t,
Hinh 1.12 Sự phu thu6c cua tai treng cuc dai trong HTTL vao ty so truyén 22
Hinh 2.1 Sơ đồ tính toán tải trọng cực đại HTTL với 1 khâu đàn hồi 29
Hình 2.2 Sơ đơ mạng liên kêt 36
Hình 2.3 Minh hoạ phương pháp mạng liên kết 38 Hình 2.4 Cac dang phan tử quán tính trong mạng liên kết 40
Hình 2.5 Các dạng phần tử đàn hồi (C) trong mạng liên kết 4I Hình 2.6 Mơ tả phần tử cản (R) trong mạng liên kết 42
Hình 2.7 Phân tử chuyền đổi 43
Hình 2.8 Sơ đồ HTTL xe ô tô tải thông dụng 44
Hình 2.9 Sơ đơ câu tạo của ly hợp 45
Hình 2.10 | Sơ đô mô tả hoạt động của cụm ly hợp 45 Hình 2.11 Sơ đồ mạng liên kết trạng quá trình trượt của ly hợp 46 Hình 2.12 | Sơ đồ mạng liên kết cụm ly hợp 48 Hình 2.13 | Sơ đồ cau tric bộ truyền động trong hộp số xe tải 3 tấn 50 Hình 2.14 | Sơ đồ đường truyền công suất hộp số ở tay số 2 cấp sô nhanh 51
Hinh 2.15 | Sơ đồ mạng liên kết của hộp số 51
Hinh 2.16 | Kêt câu trục các đăng xe ô tô tải thông dụng 52 Hình 2.17 | Sơ đồ mạng liên kết của trục các đăng 53
Trang 13
Hinh 2.18 | Sơ đồ cau trúc cụm truyền lực chính và vi sai ô tô tải thông dụng 53 Hinh 2.19 So do mang liên ket cum truyền lực chính, vi sai và bán trục 55
Hinh 2.20 | Mơ hình động lực học bánh xe xét đến tính đàn hồi của lốp 55
Hình 2.21 Sơ đơ mạng liên kêt cụm bánh xe, lực cản và quán tính của xe 56 Hinh 2.22 Sơ đồ mạng liên kết cụm bánh xe, lực cản và quán tính của xe khi 56
xe chạy thắng
Hình2.23 | Sơ đồ mạng liên kết động lực học HTTL khi ô tô chuyên động 58
thang
Hinh 3.1 Mơ hình 3D hệ thông truyền lực ô tơ tải 65 Hình 3.2 Thiệt kê 3D chỉ tiết cua HTTL 65
Hình 3.3 Chi tiệt trục sơ câp hộp sơ 67
Hình 3.4 Mơ hình tính tốn tần số riêng với 4 khâu đàn hồi 70
Hình 3.5 Phân bơ tần số riêng của HTTL 72
Hình 3.6 Mô men động cơ chế d6 Memax, 1 = 2000v/p 74
Hinh 3.7 Đồ thị biên độ - tần số (2000 v/ph) 74
Hình 3.8 Mơ men động cơ chê độ gem¡n, n = 2300v/p 75 Hình 3.9a Sơ đồ lôgic lựa chọn chế độ tính tốn mô men cực đại trong HTTL 78 Hình 3.9b Hệ số tải trọng động ở các chê độ tải khác nhau 80 Hinh 3.10 | Sơ đồ Matlab-Simulink mô phỏng động lực học của HTTL 81
Hinh 3.11 | Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi khơi lượng qn tính hộp 84 số
Hình 3.12 | Hệ sô tải trọng động trên trục các đăng thay đôi theo lị; 85 Hình 3.13 | Ảnh hưởng của khối lượng quán tính trục các đăng tới hệ số tải §6
trọng động
Hình 3.14 Tải trọng động trong HTTL khi thay đơi khơi lượng qn tính Iụ 87 Hinh 3.15 | Ảnh hưởng của độ cứng xoắn của hộp số tới hệ số tải trọng động 88
trong HTTL
Hình 3.16 | Tải trọng động trong HTTL khi thay đôi độ cứng xoắn của trục các 89 đăng
Hình 3.17 | Tải trọng động trong HTTL khi thay đối độ cứng xoắn của bán trục 90 Hinh 3.18 {| Tải trọng động trong HTTL khi thay đôi độ cứng của bánh xe 91 Hinh 3.19 | Tải trọng động trong HTTL khi thay đồi hệ số dự trữ của ly hop 92
Hình 3.20 | Tải trọng động trong HTTL khi thay đôi độ hệ số cản của đường 93
Trang 14
Hình 3.21 Ảnh hưởng của tải trọng xe tới hệ số tải trọng động 94 Hình 322 | Ảnh hưởng của thời gian đóng ly hợp với hệ sô tải trọng động 95 Hinh 3.23 | Tải trọng động trên trục các đăng khi thay đôi vận tốc góc động cơ 96
Hinh 4.1 Xe thi nghiém 98
Hinh 4.2 Đồ thị bién thién mé men trong HTTL khi đóng ly hợp đột ngột 99
Hinh 4.3 Nguyén ly do xac dinh tai trong xoan trong HTTL 100
Hinh 4.4 Thể hiện một số phương pháp thu dòng từ cảm biến biến dạng của | 101
trục xoắn
Hình 4.5 Thiết bị đo mô men xoắn T4A của hãng HBM (Đức) 102
Hình 4.6 Bộ thiệt bị đo mô men xoắn T10F (hãng HBM, Đức) 103 Hình 4.7 Sơ đồ bé tri thi nghiệm đo mô men xoắn trên trục các đăng ô tô tải 105 Hình 4.8 Câu điện trở tenzo trên trục các đăng thí nghiệm 106
Hình 4.9 Sơ đồ hiệu chuẩn thiết bị đo mô men xoắn trên trục các đăng 109
Hình 4.10 Hình ảnh thí nghiệm hiệu chuẩn giá trị đo mô men xoắn trên trục 109 các đăng
Hình 4.11 Đơ thị chuân tải xác định quan hệ giữa tín hiệu điện áp đo được ở 110 cầu điện trở và mô men xoắn trên trục các đăng
Hinh 4.12 | Bộ thiết bị thu phát tín hiệu khơng dây 111 Hình 4.13 | Bố trí các bộ phận của bộ thu phát khơng dây 111 Hình 4.14 Bộ khuêch đại tín hiệu DMC Plus kết nỗi với máy tính 112 Hinh 4.15 | Cảm biến quang OMRON E3F-DS10C4 113 Hình 4.16 | Bồ trí lắp đặt các cảm biên vận tơc góc OMRON E3F-DS10C4 114 Hình 4.17 | Cảm biết đo lực LBX-100L lắp trên bàn đạp ly hop 114 Hinh 4.18a | Ket qua do (Tay so 1, 150% tai, 2000v/p, 0,25s) 117
Hình 4.I8b | Mô men xoắn trên trục các đăng (Tay số 1, 150% tai, 2000v/p, 117
0,255)
Hình 4.ISc | Lực đạp ly hợp (Tay số 1, 150% tải, 2000v/p, 0,25s) 118 Hình 4.19a | Kêt quả thí nghiệm (Tay s6 2, 150% tai, 2000v/p, 0,3s) 118 Hình 4.19b | Mô men xoăn trên trục các đăng (Tay sô 2, 150% tai, 2000v/p, 119
0,35)
Hình 4.l9c | Lực ban dap ly hop (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) 119 Hinh 4.20a | Kêt quả thí nghiệm (Tay sơ 2, 150% tai, 2000v/p, 0,3s) 119
Trang 15
Hình 4.20b | Mô men xoắn trên trục các đăng (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 120 0,35)
Hình 4.20c | Lực ban đạp ly hợp (Tay sô 2, 150% tải, 2000v/p, 0,35) 120 Hình 4.21 | Hệ sô tải trọng động khi ô tô khởi hành không tải, nạ = 1500v/p, 121
tay sé 1
Hình 4.22 | Hệ số tải trọng động khi 6 tô không tải, nạ = 2000 v/ph, tay sé 1 121
Hinh 4.23 Hé so tai trong dong khi 6 t6 cho day tai, ne = 2000 v/ph, tay so | 122 Hinh 4.24 Hệ số tải trọng động đo được ở mức tải 150%, ne = 2000 v/ph, tay 122
sé 1
Hinh 4.25 Hệ số tải trọng động đo được ở mức tải 150%, ne = 2000 v/ph,tay 123 số 2
Hinh 4.26 | Đô thị hệ số tải trọng động phụ thuộc tải trong cua xe, tay so | 123 Hinh 4.27 | Đô thị so sánh hệ sô tải trọng động ở tay sô l và tay sô 2 124
Hinh 4.28 | So sánh kết quả lý thuyết và kết quả thí nghiệm 125
Trang 16MỞ ĐÀU
“Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025,
tầm nhìn đến năm 2035” của Chính phủ đã nêu rõ “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp ” nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe vào năm
2020, đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa
Nhiệm vụ trên đây đặt ra đối với ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là rất nặng nề, bởi vì hiện trạng của lĩnh vực sản xuất ô tô tải trong nước, mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu đãi nhưng lại đang ở trong một tình trạng khơng mấy khả quan Các doanh nghiệp
lớn như Công ty Cổ phần ô tô Trường Hải, Tổng Công ty VEAM, Nhà máy ô tô Vinaxuki,
cũng mới chỉ sản xuất được một số sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ và một số chỉ tiết khác Toàn bộ phần máy móc từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển, đều được nhập khẩu từ nước ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc Chất lượng các sản phẩm còn rất thấp so với các loại xe nhập khẩu
Trước tình hình trên, để có thể tự sản xuất được các bộ phận chính như động cơ, hệ thống truyền lực (HTTL), hệ thống lái, hệ thống phanh, và tiến tới sản xuất tồn bộ ơ tơ,
thì ngành cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam cịn rất nhiều việc phải làm Trong đó, một trong những ưu tiên hàng đầu phải được dành cho việc xây dựng và hồn thiện quy trình thiết kế
HTTL là một bộ phận quan trọng trên ô tô Trong những năm gần đây, nhiều doanh nghiệp sản xuất trong nước và một số cơ sở nghiên cứu đã đặt vấn đề thiết kế chế tạo các bộ phận của hệ thống này trong nước nhưng chưa đạt được kết quả mong muốn Khó khăn
lớn đầu tiên mà các nhà sản xuất gặp phải chính là khâu thiết kế
Trước tình hình trên, NCS đã chọn hướng nghiên cứu là xác định các chế độ tải trọng động nguy hiểm tác động lên HTTL ô tơ tải nhỏ nhằm góp phần tạo dựng cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc hồn thiện quy trình thiết kế hệ thống
Mục đích của luận án:
Nghiên cứu các chế độ tải trọng nguy hiểm tác dụng lên HTTL ô tô phục vụ cho
việc tính tốn thiết kế ô tô
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của Luận án được lựa chọn là ô tô tải loại 3 tấn nhãn hiệu
Trang 17Phạm vỉ nghiên cứu
Nghiên cứu tải trọng cực đại sinh ra trong HTTL ô tô tải loại 3 tấn sản xuất tại Việt Nam trong các điều kiện sử dụng cụ thể là khởi hành xe với các tốc độ đóng ly hợp khác nhau và với các mức chở tải khác nhau
Nội dung và bố cục của luận án:
Nội dung nghiên cứu của luận án gồm các phần chính như sau: Chương l: Tổng quan
Chương 2: Xây dựng mô hình mơ phỏng hệ thống truyền lực
Chương 3: Tính toán và khảo sát tải trọng động trong hệ thống truyền lực Chương 4: Thí nghiệm xác định tải trọng động trong hệ thống truyền lực
Kết luận
Những kết quả mới của luận án:
- Xác định các thơng số tính toán HTTL, đánh giá khả năng cộng hưởng và hiệu chỉnh các thông số kết cầu (nếu cần) nhằm tránh cộng hưởng ở các chế độ làm việc đặc trưng
- Xây dựng mơ hình và tính tốn xác định mơ men xoắn cực đại (thông qua hệ số tải trọng động) có thể xuất hiện ở các tay só
- Xây dựng mơ hình mơ phỏng HTTL bằng sơ đồ mạng lién két (Bond graph) dé tính tốn, khảo sát các thơng số ảnh hưởng tới giá trị tải trọng cực đại xuất hiện trong HTTL
- Lựa chọn phương pháp thí nghiệm hợp lý dé đo tải trọng động trong HTTL khi xe khởi hành ở các điều kiện khác nhau Kết quả thí nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng với sai số chấp nhận được
Ý nghĩa khoa học của luận án:
- Xây dựng được phương pháp xác định tải trọng động trong HTTL ô tô tải thông
dụng, làm cơ sở cho việc lựa chọn hợp lý các thông số khi tính tốn, thiết kế HTTL ô tô tải
tại Việt Nam
- Kết quả của luận án với bộ thông số về các chế độ tải trọng động của xe tham
khảo có thể sử dụng làm cơ sở khoa học đề thiết kế và tối ưu hóa HTTL của các ô tô tải
cùng loại, góp phần hồn thiện quy trình thiết kế các bộ phận chính của HTTL
Trang 18Chuong 1 TONG QUAN
1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh
> x ˆ ˆ 2
vực sản xuất xe ô tô tải
1.1.1 Thực trạng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam
Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam bắt đầu phát đầu hình thành và phát triển từ
những năm đầu thập niên 90 của thế kỷ trước và phát triển mạnh sau những năm 2000 Tính từ đó đến nay, đã hơn 20 năm Việt Nam vẫn đang sở hữu một ngành công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu Các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước chủ yếu vẫn là đơn vị lắp ráp dạng CKD trên cơ sở linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài
Theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA), hiện Việt Nam có khoảng gần 400 doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô với tổng công suất khoảng
458.000 xe/năm Trong số 56 doanh nghiệp lắp ráp ô tô, có 18 doanh nghiệp là thành viên
của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam Các doanh nghiệp sản xuất ô tô tập trung chủ yếu tại vùng Đông Nam Bộ và vùng đồng bằng sông Hồng Đa số các doanh nghiệp có quy mơ vừa và nhỏ Năm 2014, sản lượng xe lắp ráp trong nước (CKD) tăng 32% so với năm trước, nhưng cũng chỉ đạt con số 116,5 nghìn xe Doanh nghiệp ô tô lớn nhất Việt Nam hiện nay là Công ty Cổ phần ô tô Trường Hải (Thaco) cũng vẫn chỉ là cơ sở lắp ráp với tỷ
lệ nội địa hóa thấp
Trong bối cảnh chung của ngành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô tải, mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu ưu đãi nhưng cũng đang ở trong một tình trạng không mấy khả quan Các doanh nghiệp lớn như Trường Hải, Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM), Nhà máy ô tô Xuân Kiên (Vinaxuk]), cũng mới chỉ sản xuất được một số sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ và một số chỉ tiết khác Tồn bộ phần máy móc từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều
khiền, đều được nhập khẩu từ nước ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc Với linh
kiện nhập khâu từ Trung Quốc chất lượng thấp, quy mô sản xuất không lớn và mức đầu tư cho công nghệ thấp, ô tô tải nội thường có chất lượng khơng cao
Trước tình hình trên, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra những chiếc ơ tơ tải có chất lượng và giá thành đáp ứng nhu cầu trong
Trang 191.1.2 Định hướng phát triển
Trước tình hình trên, trong tháng 7/2014 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành 2 văn bản quan trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, trong đó lĩnh vực sản xuất ô tô tải nhận được sự quan tâm đặc biệt
Theo quy hoạch của Chính phủ, cần “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp ” nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe vào năm 2020,
đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa
Có thể thấy rằng, nhiệm vụ đặt ra cho các nhà sản xuất ô tô tải Việt Nam là rất nặng nề và cần phải tập trung mọi nguồn lực để thực hiện
1.1.3 Nhu cầu nâng cao chất lượng
Như đã phân tích ở trên, hiện nay chúng ta có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và
lắp ráp ôtô tải, chủ yếu là loại nhỏ và trung bình Có thể kế đến những nhà sản suất lớn như
Trường Hải, VEAM, Vinaxuki, TMT, Ngồi ra cịn có các liên doanh cũng tham gia sản
xuất một số loại ôtô tải các cỡ
Nhìn chung, các sản phẩm trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhập khâu (chủ yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỷ lệ nội địa hóa khơng cao Phần sản xuất trong nước chỉ có ca bin, thùng xe và khung Với mức đầu tư về chất xám và trang thiết bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp trong nước còn ở mức
độ hạn chế Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chủ yếu cho thị trường trong nước hiện nay nhờ có ưu thế về giá thành
Như vậy, có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực chất mới chỉ làm công việc lắp ráp mà chưa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể tiến tới chế tạo những chiếc xe mang thương hiệu Việt Nam và đưa các doanh nghiệp ô tô trong nước hội nhập
với thế giới
Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoản chỉnh các cụm và các hệ
thống cho ơ tơ, thì cần phải có đầu tư chiều sâu, đặc biệt là đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu
Trang 201.2 _ Hệ thống truyền lực ô tô tải và những van dé trong thiết kế
Trong quá trình thiết kế HTTL, người ta cần xác định sơ đồ bố trí chung của hệ thống; tỷ số truyền lớn nhất, tỷ số truyền nhỏ nhất, số lượng tỷ số truyền và quy luật phân bố tỷ số truyền; tính tốn, đánh giá tính năng động lực học của ô tô; xác định các chế độ tải trọng và các chế độ tính tốn,
1.2.1 Sơ đồ của HTTL trên ô tô tải
Nếu như HTTL 6 tơ nói chung khá đa dạng, thì HTTL ơ tơ tải vẫn giữ nguyên sơ đồ truyền thống như trên hình 1.1
lc ih io — Bánh xe chủ `N?ruyên lực cuối Động cơ Hộp số a — / \ Truyền lực chính
Lyhợp Hộp chia trước Hộp chia sau trung tâm
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô tải
Ly hợp là bộ phận có nhiệm vụ ngắt và nối đường truyền công suất từ động cơ tới
HTTL và giúp cho xe có thể khởi hành từ trạng thái đứng yên Hiện nay, trong HTTL cơ khí sử dụng chủ yếu loại ly hợp ma sát khô với một hoặc hai đĩa bị động Loại ly hợp này không tạo nên tÿ số truyền Nếu sử dụng biến mô thủy lực thì tỷ số truyền của biến mơ góp phan lam tang tỷ số truyền chung của HTTL (¿,)
Hộp số là bộ phận đảm nhiệm chức năng thay đổi tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực Phổ biến hơn cả trong HTTL hiện nay là hộp số 3 trục kiểu đồng trục nhờ khả năng tạo số truyền thắng Hộp số trên ô tô tải thường có nhiều cấp, nếu số cấp số không quá 6 thì người ta thường sử dụng hộp số đơn Nhưng nếu hộp số có từ 8 cấp trở lên thì nó
được cấu thành từ một hộp số chính và các hộp chia có 2 cấp (hình 1.1) Chẳng hạn, nếu kết hợp hộp số chính 4 cấp với một hộp chia 2 cấp thì tạo được hộp số 8 cấp (i, = 8)
Trang 211.2.2 Tí số truyền của HTTL trên ô tô tải
Với các bộ phận cấu thành như đã trình bày trên đây, tÿ số truyền chung của HTTL
được xác định như sau:
Íy =feinfg (1.1)
Chức năng thay đổi tỷ số truyền của HTTL do hộp số đảm nhận, nên vùng biến thiên tỷ số truyền thường được xác định như sau:
Unmax
kp = (1.2)
tamin
trong đó inmax Va inmin ld ty s6 truyén lớn nhất và nhỏ nhất của hộp số
Hệ số kr được gọi là hệ số thích ứng của HTTL Đối với ô tô tải nhỏ và trung bình,
hệ số thích ứng thường nằm trong khoảng 5 + 9 [57]
Tỷ số truyền lớn nhất được xác định theo ba điều kiện sau: Ô tô phải khắc phục được lực cản lớn nhất (gồm cản lăn và cản do độ dốc của đường) trong điều kiện đường xá xấu nhất; Lực kéo tại các bánh xe không vượt quá lực bám trong điều kiện đường tốt; Đảm
bao tốc độ tối thiểu của ô tô khi cần chuyển động Ổn định ở tốc độ thấp
Tý số truyền nhỏ nhất được xác định theo điều kiện đảm bảo cho ô tô đạt được vận tốc lớn nhất theo thiết kế Vay
Vận tốc thiết kế tối đa của các loại ô tô tải phụ thuộc vào quy định pháp lý về hạn chế tốc độ và điều kiện hoạt động theo mục đích sử dụng của từng loại Thông thường, vận tốc thiết kế tối đa có thể được chọn trong khoảng 100 + 110 kmíh
Đối với ơ tô tải, tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số thường được phân bố theo quy luật cấp số nhân
Vấn đề xác định tỷ số truyền của HTTL ô tô đã được nghiên cứu từ lâu và hình thành quy trình thiết kế bài bản
1.2.3 Các chế độ tải trọng trong thiết kế tính tốn HTTL
Trang 22Như vậy, khi thiết kế HTTL, một trong những vấn đề mấu chốt là xác định các chế độ tải trọng tính tốn HTTL là bộ phận truyền mô men của động cơ, nên mô men này được coi là chế độ tải trọng cơ bản và thường được xét đến đầu tiên
Các loại động cơ sử dụng trên ô tô tải hiện nay là động cơ đốt trong với đặc điểm là mô men biến thiên liên tục theo thời gian, nên tải trọng cực đại từ động cơ thường được lấy là giá trị trung bình lớn nhất khi động cơ hoạt động ở đặc tính ngồi Giá trị tải trọng này thường được sử dụng để tính bền các chỉ tiết trong HTTL Tuy nhiên, sự biến thiên có chu kỳ của mô men động cơ cũng gây nên hiện tượng mỏi cho các chỉ tiết của HTTL Vì vậy, theo các tác giả [57, 48], cần nghiên cứu ảnh hưởng của dao động của mô men động cơ tới độ bền lâu của các chỉ tiết trong hệ thống truyền lực Trong trường hợp này, cần xây dựng được đồ thị biến thiên mô men của động cơ theo góc quay của trục khuỷu hoặc theo thời gian [54]
Vấn đề thứ ba đối với mô men của động cơ là khả năng trùng một trong những tần số đao động của nó với một tần số riêng của HTTL Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng cộng hưởng gây rung, giật và tải trọng động rất lớn lên các chỉ tiết trong hệ thống
Ngoài tải trọng từ động cơ, tương tác giữa bánh xe với mặt đường cũng sinh ra tải trọng tác động lên HTTL Ngoài ra, các chế độ sử dụng như phanh ngặt hay nhả ly hợp đột ngột khi khởi hành xe cũng có thể gây nên tải trọng lớn trong HTTL
Các hướng nghiên cứu về các chế độ tải trọng tính tốn HTTL ô tô sẽ được trình bày chỉ tiết trong mục 1.4
1.3 Các hướng nghiên cứu về hệ thống truyền lực ô tô
1.3.1 Các vấn đề nghiên cứu
Các hướng nghiên cứu về HTTL khá đa dạng, nhưng đều nhằm vào việc hoàn thiện hệ thống từ khâu thiết kế, chế tạo cho đến kỹ thuật điều khiển Trong khuôn khổ của luận án, NCS chỉ quan tâm đến những nghiên cứu phục vụ cho việc hồn thiện q trình thiết kế
hệ thống Dưới đây là một số hướng nghiên cứu chính
1.3.1.1 Xác định tải trọng động trong hệ thống truyền lực
Trang 23ban đầu thường được lấy từ mô men cực đại của động cơ Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong quá trình hoạt động của ơ tơ có thể xuất hiện các chế độ tải trọng với mô men xoắn trong HTTL lớn hơn nhiều so với mô men từ động cơ truyền qua nó Chẳng hạn,
khi nhá ly hợp đột ngột, mô men trên một khâu bat kỳ trong HTTL có thể lớn hơn gấp 2
lần (hoặc lớn hơn) mô men truyền từ động cơ Vì vậy, để xác định tải trọng tính tốn nhằm đảm bảo HTTL có thể vận hành ở mọi điều kiện làm việc của ô tô, cần xác định được giá trị tải trọng động cực đại tại tất cả các khâu trong hệ thống Rất nhiều công trình đã được cơng bố trong lĩnh vực này ([36, 45, 43, 42, 48, 49])
Nội dung chỉ tiết về hướng nghiên cứu này được trinh bay trong muc 1.4 1.3.1.2 Dao động, rung và on
Rung và ồn do HTTL gây nên cũng được nghiên cứu từ rất sớm Năm 1965,
Mazziotti [25] đã công bố cơng trình nghiên cứu về rung ồn trong HTTL ô tô tải với những
vân đề tổng thể liên quan đến rung và ồn của hệ thống động lực ô tô, trong đó có vấn đề về dao động của mô men xoăn
Nhiều cơng trình sau đó đã cơng bố các kết quả nghiên cứu sâu hơn về những vấn đề liên quan đến rung và ồn do rung bằng phương pháp mô tả hệ thống động lực thông qua
các khối lượng quán tính và các khâu nối có tính đàn hồi và ma sát nhớt Các kết quả
nghiên cứu đã chỉ ra ảnh hưởng của các thông số kết cấu trên tới hiện tượng ồn rung do động cơ và HTTL gây nên [20, 41, 14] Trên cơ sở đó, người ta đã đưa ra các giải pháp giảm rung và ồn do rung nhằm nâng cao chất lượng hoạt động của hệ thống
EI-Adl Mohammed Aly Rabeih [15] (1997) đã thực hiện nghiên cứu về dao động HTTL gây nên rung và ồn Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng việc mơ hình mô phỏng HTTL dạng rút gọn đề nghiên cứu dao động gây sai số không lớn, đồng thời giảm
được nhiều khối lượng và thời gian tính tốn Tác giả cũng cho rằng, đối với HTTL ô tơ,
có thể sử dụng mơ hình với 4 khối lượng để xác định các tần số riêng và nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng Trên thực tế, việc tránh cộng hưởng do kích thích từ động cơ là không thực hiện được vì tần số kích thích thay đổi theo chế độ của động cơ Vì vậy, trong khi thiết kế HTTL cần xác định tần số riêng của HTTL và đưa ra các giải pháp tránh cộng hưởng, trong đó có giải pháp sử dụng hệ thống điều khiển tránh cộng hưởng
Các tac gia Yuanfeng Xia, Hongcheng Li, Xiong Tian, Hongying Wang and Yu
Trang 24riêng cho mơ hình 5 khối lượng và đánh giá khả năng cộng hưởng ở các dạng riêng khác nhau
Magnus Pettersson [30], nghiên cứu dao động xoắn trong HTTL và đề xuất giải pháp điều khiển động cơ để tránh cộng hưởng trong HTTL Tác giả cũng đã kết luận rằng tải trọng lớn xuất hiện ở tần số thấp, còn tần số cao gây nên rung và ôn
Một hướng mới trong nghiên cứu rung ồn của HTTL được đề cập tới trong các tài
liệu [60, 53] (2008) là xem xét động cơ và HTTL trong mối quan hệ liên kết với hệ thống
treo ô tô Dao động tổng thể của các hệ thống trên (dao động xoắn của hệ thống động lực và dao động thắng đứng của hệ thống treo) được mô phỏng, tính tốn và đưa ra các kết quả phản ánh tính tương tác qua lại giữa chúng Trên cơ sở đó, các tác giả đã đưa ra các giải pháp giảm rung và ôn
1.3.1.3 Ảnh hưởng của dao động xoắn trong hệ thống truyền lực tới độ êm dịu chuyển động của xe
Ảnh hưởng của dao động xoắn trong HTTL tới dao động thắng đứng của hệ thống treo cũng là một trong những vấn đề thu hút được sự quan tâm của nhiêu nhà nghiên cứu Lomakin (1971) đã công bồ các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của HTTL tới độ êm dịu
chuyên động [52, 54]
Mối quan hệ giữa các hệ thống: động cơ - HTTL - hệ thống treo cũng được nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng qua lại của dao động các hệ thống này [51]
Trong một số công bố gần đây vào những năm 2007, 2008 ([46] và [60, 53, 56]),
các tác giả đã thực hiện mô phỏng hệ thống dao động tổng thể gồm dao động xoắn trong HTTL và dao động của hệ thống treo Kết quả cho thây ảnh hưởng qua lại của hai hệ thống trên là khá lớn Trên cơ sở đó, các tác giả đã khuyến cáo về VIỆC cần xem xét một cách tổng thể cả hai hệ thống đề có được độ chính xác cao hơn
1.3.1.4 Phối hợp hoạt động HTTL với động cơ đốt trong
Trang 25Đối với HTTL cơ khí có cấp, giải pháp chính dé đạt được mục tiêu tiết kiệm nhiên
liệu là tăng số lượng tý số truyền và phân bố chúng một cách hợp lý Tuy nhiên tăng số cấp số đồng nghĩa với việc tăng mức độ phức tạp, tăng khối lượng và giá thành của HTTL Vì vậy, hướng nghiên cứu này thường mang lại hiệu quả không cao đối với HTTL ô tô tải và HTTL cơ khí có cấp nói chung do số lượng tỷ số truyền hạn chế [21, 23]
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu
Hiện nay, các nghiên cứu về HTTL được thực hiện song song bằng cá hai phương pháp lý thuyết và thực nghiệm
1.3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết
Trong nghiên cứu lý thuyết, phổ biến hơn cả vẫn là phương pháp mơ hình hóa và mô phỏng HTTL và tính tốn động lực học hệ thống Các chỉ tiết của HTTL thực hiện
chuyển động quay, vì vậy người ta mô tả một chỉ tiết bất kỳ thông qua 3 thơng số đặc trưng (hình 1.2) là mô men quán tính, độ cứng và hệ số nội ma sát (ma sát nhớt)
Hình 1.2 Mơ tả chỉ tiết quay của HTTL || M š
a 1- Mô men quản tính; C- hệ số độ cứng;
B- hệ số ma sát nhới
Các mô men tác dụng lên chỉ tiết bao gồm 3 thành phần chính: - Mơ men quán tính: Ti;
- _ Mô men đàn hồi: C(91 — 2);
- Mô men cản nhớt: B(@,—- ¢2)
Hệ số độ cứng C có thể được thay bằng hệ số đản hồi E = 1/C
Bằng phương pháp mô tả như trên, một HTTL với sơ đồ như trên hình 1.3a được mô tả bằng sơ đồ mô phỏng như trên hình 1.3b [42] Trong dé, I’; va e’; la m6 men quan tính và độ đàn hồi của các chỉ tiết tương ứng trong HTTL; l¡ và e¡ mô men quán tính và độ đàn hồi của các chỉ tiết được quy về một trục trong hệ thống
Vi dụ trên hình 1.3 cho thấy, để giảm bớt độ phức tạp của bài toán, người ta thường bỏ qua các thông số có ảnh hưởng khơng lớn Chẳng hạn, chỉ tiết có khối lượng và đường kính lớn (bánh đà, bánh răng, ) có độ cứng rất lớn, nên chúng có thể được coi là cứng
tuyệt đối Trong trường hợp này, chỉ tiết được mô tả bằng một thông số duy nhất là mơ
men qn tính (1) Ngược lại, đối với các trục có đường kính và khối lượng nhỏ nhưng lại
Trang 26có chiều dài lớn thì thơng số có tính áp đảo lại là độ đàn hồi và khi đó chỉ tiết được mô tả
thông qua độ đàn hồi (e) hoặc độ cứng cùng với hệ số cản nhớt Tùy theo mục đích nghiên cứu và yếu cầu của bài toán mà người ta cũng có thể bỏ qua cản nhớt như trên sơ đồ trong hình 1.3b
b) Sơ đô mô phỏng hệ thống truyền lực
Hình 1.3 Sơ đồ HTTL và mơ hình mơ phỏng
Dựa trên mơ hình mô phỏng, người ta xây dựng hệ phương trình mơ tả hệ thống Khi đó, những sơ đồ quá phức tạp có thể được đơn giản hóa bằng cách gộp các khâu trên mơ hình lại với nhau Chang hạn, mô hinh m6 phong trén hinh 1.3b cé thể rút gọn thành sơ
đồ với 6 khối lượng quán tính và 4 khâu đàn hồi
In I; iy Is
lọ l
EON DOO FAT ei e23 4 34 Yeas
Hình 1.4 Mơ hình mơ phỏng đơn giản hóa
Việc xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống được thực hiện theo các nguyên lý chung của cơ học [43, 42, 48, 49]
Phương pháp nghiên cứu mô tả trên đây có thể được sử dụng để tính tốn các chế
Trang 27Phương pháp nghiên cứu thứ hai được sử dụng trong mô hình hóa và mơ phỏng hệ thống truyền lực là sử dụng sơ đồ liên kết để mơ tả dịng cơng suất, trong đó được sử dụng
phé bién hon ca 1a Bond Graphs [38, 28, 38, 27, .]
Bond graphs duoc Henry M Paynter, gido su trường đại học công nghệ Massachuset (Massachusetts Institute of Technology - MIT) céng bé vao ngay 24/4/1959 Bond graph là một phương pháp mô tả một hệ thống động lực (cơ học, điện, thủy lực, khí nén, ) đưới dạng sơ đồ (graph) liên kết (bond) thé hiện sự truyền tải năng lượng Phương pháp này được xây dựng dựa trên nguyên lý bảo toàn năng lượng
Các phần tử chính trong sơ đồ hệ thống gồm: Phần tử (Element) hay còn gọi là nút (Vertice), thể hiện một đối tượng vật lý (chi tiết cơ khí, các phần tử trong hệ thống điện, cơ
cấu chấp hành thủy lực, .) và liên kết (bond), mơ tả dịng năng lượng, hay cụ thể là tác
động của nút này lên nút khác Tương tác giữa các nút được thể hiện qua 2 thơng số: dịng
(flow) va luc (effort) Dòng thể hiện sự biến đổi của lượng theo thời gian (ở đây chính là
vận tốc góc) Lực thể hiện cường độ của tương tác (ở đây là mơ men) Tích của lưu lượng và cường độ chính là cơng suất:
Cơng suất = dòng x lực (M)
Các liên kết được thể hiện bằng mũi tên khuyết (nửa trên hoặc nửa trái): —, —, !, I Chiều của mũi tên chỉ chiều của dịng cơng suất
Trên hình 1.5 là một ví dụ mô tá HTTL ô tô hybrid bang Bond graphs Hinh 1.5a la sơ đồ hệ thống, trong đó có 2 máy điện M/G¡, M/G; và động cơ đốt trong ICE Chúng
được kết nối với nhau bằng bộ hòa dòng cơng suất Hình b mơ tả sơ đồ liện kết của hệ
thống bằng Bond graphs, trong đó 1 và 0 là các nút
—=- - ( 7) T= Tngl Ac qui q `~~ 8n ữ wen | | | Em ị wh ị
ị [œ2 Ff Omg2, Tng2 lo Qed, lo Ted £ oe ` “bi#Ồ TF:h = MTF:k, s TẤN:
(0,1, Ni At đng|fmg2 / ;
ICE |) TP h a / i
ị m1, Tme] “+2 Te "1 Tp eee a, c4
bay M/GI З—>} Ve} C x - = ỳ SE Qe TF 0 O, l TF Qed
a) Sơ đồ HTTL ô tô hybrid b) Mô hình Bond graph HTTL ô tô hybrid
Hình 1.5 Mơ hình hóa và mơ phỏng HTTL ô tô hybrid bằng Bond graph
Trang 28Dựa trên sơ đồ liên kết (Bond graphs) người ta xây dựng các phương trình mơ tả hệ thống tại các nút
Phương pháp Bond graphs sẽ được trình bày chỉ tiết trong Chương 2
Ngoài hai phương pháp trên, để mơ hình hóa và mô phỏng HTTL người ta còn sử dụng các phần mềm chuyên dụng như CarSIM, TruckSIM, SimDriveline (Matlab), 1.3.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm thường cho kết quả chính xác và có độ tin cậy cao hơn so với nghiên cứu lý thuyết nhờ đo trực tiếp các thông số quan tâm Tuy nhiên, chỉ phí để thực hiện thí nghiệm thường cao hơn rất nhiều và đòi hỏi phải có trang thiết bị phù hợp Đối với HTTL, người ta thường thực hiện thí nghiệm với mục đích sau:
- Xác định các chế độ tải trong trong HTTL; - Do hiéu suất của các bộ phan va cua HTTL;
- Dorung 6n cita các bộ phận HTTL;
- _ Xác định các thông số và đánh giá hoạt động của các cụm trong hệ thống: - _ Xác định độ bên lâu và tuổi thọ của các bộ phận trong HTTL
Các thí nghiệm có thể được thực hiện trên các bệ thử chuyên dụng hoặc trên đường Các thông số cơ bản trong các thí nghiệm trên được đo bằng các thiết bị chuyên dùng có độ chính xác cao
Một trong những khó khăn trong các thí nghiệm trên là đo mô men trên các trục quay Ngày nay, việc đo mơ men có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp và thiết bị khác nhau Phương pháp thông dụng hơn cả vẫn là sử dụng các điện trở tenzo dán trực tiếp lên trục cần đo mô men [22] Các đường dây điện được kết nối với nguồn và thiết bị bên ngồi thơng qua các bộ tiếp điện hoặc các bộ phận thu phát không dây Phương pháp đo này đòi hỏi phải lấy chuẩn thiết bị Mô men xoắn cũng có thể được đo bằng thiết bị đo chuyên dụng Tuy nhiên, dé lắp đặt thiết bị cần phải cắt trục và chế tao dé ga pha hop Hon nữa, dải đo của thiết bị phải tương ứng với vùng biến thiên mô men trên trục cần đo
Trang 29lúc này bằng 0) Khi đo, mô men xoắn trên trục làm thay đổi giá trị điện trở Rạ và vì vậy, cầu đo mắt cân bằng làm xuất hiện điện áp đo tương ứng với mô men xoắn trục
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lỷ phương pháp do mé men bang tenzo 1- Điện trở tenzo dán trên trục; 2- Các chổi than; 3- Các vành đồng;
4- Bộ tiếp điện; 5- Cầu đo; 6- Trục cần đo mô men
Thông số thứ hai thường được đo trong các thí nghiệm HTTL là vận tốc góc của các chỉ tiết quay Hiện nay, có rất nhiều dạng thiết bị đo vận tốc góc, nhưng chúng hoạt động dựa trên nguyên lý chung là đếm xung Các cảm biến đo vận tốc góc có thể là điện từ, quang, cảm biến Hall, [22] Một số vi dụ về cảm biến đo vận tốc góc được thể hiện trên hình 1.7
a) Cảm biến đo vận tốc góc kiểu điện từ _ b) Thiết bị đo vận tốc góc bằng quang học 1- Đĩa răng; 2- Cuộn dây có lỗi sắt; 1- trục quay; 2- tắm phản quang; 3- đâu 3- Nam châm vĩnh cửu thu phát quang; 4- thiết bị xử lý, hiển thị
Hình 1.7 Thiết bị đo số vòng quay
Thiết bị trên hình 1.7a hoạt động dựa trên sự biến thiên của từ trường đi qua cuộn dây: mỗi khi đỉnh răng đi qua gần lõi sắt, một xung điện xuất hiện trong cuộn dây và được
Trang 30điện: tia sáng phát ra từ nguồn được phản hồi nhờ một tấm phản quang dán trên trục sau đó
đi vào thiết bị thu nhận và xử lý Mỗi lần tia sáng chiếu vào cảm biến quang sẽ tạo nên một
xung điện
Tín hiệu ra của các cảm biến trên đều có dạng xung điện có tần số tỷ lệ thuận với vận tốc quay của trục Bộ xử lý thực hiện việc chuyên đổi các tín hiệu này thành giá trị vận
tốc góc để hiển thị và lưu trữ kết quả
1.4 Tải trọng động trong HTTL ô tô
Trong quá trình sử dung ô tô, tải trọng tác động lên các chỉ tiết của HTTL thay đổi
liên tục tùy theo điều kiện vận hành cụ thể Vì vậy, khi thiết kế HTTL người ta phải xác
định được giá trị tải trọng tính tốn để đánh giá độ bền của các chỉ tiết trong hệ thống Giá trị tải trọng phục vụ cho các tính tốn ban đầu chính là mơ men cực đại của động cơ Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng người ta thấy HTTL có thể phải chịu tải trọng lớn hơn mô men của động cơ Hơn nữa, tính chất biến thiên của tải trọng gây ảnh hưởng xấu đến độ bền của các chỉ tiết, vì vậy một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu trong nghiên
cứu về HTTL chính là xác định các chế độ tải trọng nguy hiểm
Nhìn chung, HTTL chịu 3 dạng tải trọng đặc trưng sau:
- _ Tải trọng động do dao động mô men xoắn của động cơ đốt trong; - _ Tải trọng động do mắp mô mặt đường;
- Tải trọng động do điều kiện vận hành: đóng ly hợp đột ngột khi khởi hành ô tô hoặc khi sang sô
Hai dang tai trọng đầu tiên có tác động liên tục trong suốt thời gian vận hành của 6 tơ nhưng chúng có biên độ không lớn bằng dạng tải trọng thứ ba Vì vậy, tính chất và mức độ ảnh hưởng của các dạng tải trọng động là khác nhau Đặc biệt, tải trọng xuất hiện khi đóng ly hợp đột ngột trong quá trình khởi hành, mặc dù chỉ chiếm khoảng 5 - 8% thời gian vận hành xe, nhưng có ảnh hưởng lớn đến độ bền các chỉ tiết trong HTTL do có biên độ lớn
Dao động mô men xoắn của động cơ tác động trong thời gian dài sẽ gây mỏi trên các chỉ tiết Ngoài ra, tác động có chu kỳ của nó có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng
trong HTTL Vì vậy, trong quá trình thiết kế cần giải bài toán tần số riêng đề xác định các
Trang 31Tác động từ mặt đường phụ thuộc vào vận tốc chuyển động và thường có tần số
thấp (trong khoảng 0,5 - 20 Hz), tác động từ động cơ có tần số cao: từ 20 đến 300 Hz [43,
49]
1.4.1 Tải trọng từ dao động mô men xoắn của động cơ
Khi làm việc, trong động cơ xuất hiện lực khí thể do khí cháy sinh ra và các lực quán tính của các khối lượng chuyên động tịnh tiến và các khối lượng chuyên động quay tạo nên các thành phần mô men biến thiên liên tục theo thời gian (theo góc quay của trục
khuýu) Lực khí thể và lực quán tính của động cơ là những lực có trị số lớn, thay đổi chu
kỳ và chúng mang tính chất va đập Mô men của các lực này được chính là mơ men kích thích tác động lên HTTL và ảnh hưởng trực tiếp tới độ bền lâu của các chỉ tiết trong HTTL Hơn nữa, nếu tần số kích thích trùng với một trong các tần số riêng của HTTL thì có thể xảy ra cộng hưởng Trong động cơ hai kỳ lực khí thể và lực quán tính có cùng một chu kỳ cịn ở động cơ 4 kỳ lực kích thích do lực khí thể và lực quán tính sinh ra có chu kỳ hoàn toàn khác nhau Trên hình 1.8 trình bày đồ thị quan hệ của mô men do lực quán tính Mj, momen do lực khí thé My: và momen tổng hợp M của hai momen trên theo góc quay của trục khuyu
Phương trình tốn học mô tả của mô men tông hợp của động cơ M theo góc quay của trục khuỷu œ có thể được xây dựng bằng cách phân tích nó thành các hàm điều hoà các cấp Sử dụng phân tích thành chuỗi Fourier, mô men tổng của động cơ M có thể được viết dưới dạng:
M=M,+ Ya Sink Qe + 5 Sink (1.3) t+ <4
Gọi a, = M„Cosak;b, = M,„Sino&, biểu thức tính mơ men tổng có dạng:
M=M,+ 5 My Sin(kQ + ck) (1.4)
=
Trong đó: Mụ là mơ men trung bình; Mạ, Mụ;ạ, Mux- biên độ của các mô men
điều hoà thứ k; Q = = vận tốc góc phụ thuộc vào chu kỳ của mơ men kích thích của
Trang 32M(kGm)
180 360 540 720 Hình 1.8 Do thị quan hệ giữa momen và góc quay của trục khuju
1- Momen lực khi thể Mxr; 2- Momen luc quan tinh M;; 3- Momen tong M
Hình 1.8 thể hiện biến thiên của các thành phần mô men trên trục khuỷu động cơ theo góc quay của trục [42] Có thể nhận thấy rằng, mô men dao động mạnh với tần số cao Các dao động mô men này truyền vào HTTL trong thời gian dài có thể dẫn đến hiện tượng mỏi các chỉ tiết (bánh răng, trục) Hơn nữa, tần số đao động của động cơ cũng chính là tần số kích thích HTTL, nên nếu tần số này trùng với một trong các tần số dao động riêng của HTTL thì sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng, có thê phá hỏng các bộ phận trong hệ thống
[43] Vì vậy, khi thiết kế HTTL người ta phải tìm các giải pháp tránh cộng hưởng do kích thích từ động cơ Một trong những giải pháp được coi là truyền thống và thông dụng nhất
là sử dụng các lò xo giảm chấn của ly hợp để điều chỉnh tần số riêng của HTTL [43, 42] 1.4.2 Tải trọng từ mấp mô mặt đường
Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường tới tải trọng động trong HTTL cũng đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu từ lâu Map mô mặt đường thường không gây nên tải trọng cực đại có thể phá hỏng các chi tiết mà tạo nên dao động mô men xoắn trong HTTL, gay nên hiện tượng mỏi làm giảm tuôi thọ của các chỉ tiết trong hệ thống
Do map mô mặt đường có biên dạng hồn toàn ngẫu nhiên, nên để mô tả mặt
đường người ta phải sử dụng đến các cơng cụ của tốn học thống kế xác suất Mật độ phổ của mặt đường ô tô Sa được mô tả như sau [43]:
Trang 33Sq(A) = So (4)" Ao (1.5)
Trong đó: ^ là tần số (rad/s), Ao la tan số đặc trưng và Sọ là biên độ ở tan số này, w là chỉ số đặc trưng cho tốc độ biến thiên theo ^
Với mật độ phổ của biên dạng mặt đường đã biết, người ta xác định mật độ phổ của
dao động mô men xoăn như sau:
SpA)|We Cir)? CF
Sua) = IŒSY (1.6)
Trong công thức trên, S; là mật độ phổ của kích thích từ mặt đường khi ô tô chuyển động với vận tốc v, WZ(i) là đặc tính tần số phức của hệ thống, Cr là độ cứng quy dẫn của HTTL, ¡+ là tỷ số truyền tính từ khâu đang xét tới bánh xe chủ động
Một số nghiên cứu gần đây cũng quan tâm đến ảnh hưởng của mặt đường tới dao động trong HTTL ô tô Các cơng trình [60], [53] công bố các kết quả nghiên cứu trên mơ hình đao động tông thể của HTTL và hệ thống treo ô tô con Các kết quả nghiên cứu này cho thấy, điều kiện mặt đường có ảnh hưởng đáng kê đến dao động mô men xoắn trong
HTTL Tuy nhiên, việc mô hình hóa đồng thời cả hai hệ thống khiến cho mơ hình mơ
phỏng trở nên rất phức tạp
Những phân tích trên cho thấy việc tính tốn tải trọng động trong HTTL do kích động từ mặt đường là rất phức tạp Hơn nữa, biên độ của tải trọng từ mặt đường thường
không lớn, nên chỉ ảnh hưởng chủ yếu đến độ bền lâu của các chỉ tiết trong HTTL
1.4.3 Tải trọng cực đại trong HTTL
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong quá trình sử dụng ơ tơ với một số điều kiện
vận hành cụ thể, trong HTTL ơ tơ có thể xuất hiện tải trọng động (mô men động) lớn hơn
nhiều so với mô men từ động cơ truyền tới Trong đó, mơ men cực đại xuất hiện khi khởi hành xe bằng cách đóng ly hợp đột ngột (nhả bàn đạp ly hợp đột ngột) được coi là lớn nhất [48] Mô men cực đại xuất hiện trong trường hợp này có thê lớn hơn từ 2 đến 3 lần so với
mô men truyền từ động cơ tới [43, 42, 48, 49] Trên hình 1.9 mô tả dạng đồ thị biến thiên
Trang 34M S Max ⁄ ⁄ Moa T— 0 {
—>_ĂUL Hình 1.9 Mơ men xoắn trong HTTL khi nhả bàn đạp ly hợp đột ngột
Giá trị Mua; chính là mơ men cực đại xuất hiện trong HTTL khi khởi hành xe bằng
cách nhá nhanh bàn đạp ly hợp Các nghiên cứu đã cho thay, giá trị cực đại của mô men động trong HTTL phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau
Để đánh giá mức độ quá tải trong HTTL, người ta thường sử dụng hệ số tải trọng động Ka:
M
Ka= — — r (1.7)
Méemax
Trong d6: Mmax là mô men cực đại tại chi tiệt dang xét, M’emax la m6 men cực đại của động cơ quy dẫn về chỉ tiết đang xét
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm [43, 48] cho thấy, tải trọng động xuất hiện
trong HTTL ô tô tải nhỏ và trung bình khi khởi hành với ly hợp đóng đột ngột co thé lớn hơn nhiêu lân so với mô men cực đại truyền từ động cơ tới
Hiện tượng tăng mô men do đóng ly hợp đột ngột đã được nghiên cứu và cơng bố trong các cơng trình [43, 42, 48, 49] Theo [48], khi nhả bàn đạp ly hợp đột ngột, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của đĩa ép làm tăng lực ép lên đĩa bị động và vì vậy, lực tác động lên đĩa này tăng lên so với lực ép của các lò xo Các nghiên cứu [48] đã đưa ra một số kết luận như sau:
- Lực quán tính của các chi tiết chuyển động tịnh tiến (đĩa ép là chính) có thể lớn
hơn lực ép của các lò xo ép một số lần
Trang 35của hệ thống dẫn động ly hợp nên mô men ma sát của ly hợp không tăng đột biến Điều này đã được khẳng định bằng thực nghiệm: ngay cả khi mô men cực đại trên trục các đăng đạt giá trị gần gấp 2 lần mô men ma sát tĩnh của ly hợp thì mơ men trên trục sơ cấp của ly hợp chỉ xâp xỉ mô men này
- Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã cho thấy, khi nhả bàn đạp đột ngột, thời gian của một chu kỳ tải (một dao động) nằm trong khoảng 40/500 đến 250/500 giây, còn thời gian tăng mô men khi nhá ly hợp nhanh nhất trong dẫn động khơng có thủy lực là
(7/500 - 20/500) Do trong hệ thống dẫn động có các khe hở nên, khi HTTL bắt đầu bị
xoắn thì mơ men ma sát cũng đạt được giá trị định mức của nó Vì vậy, khi xác định tải trọng động có thé coi trường hợp ly hợp đóng nhanh nhất tương ứng với việc mô men ma sát tác động đột ngột vào HTTL
Để mô tả hiện tượng xuất hiện tải trọng động trong HTTL, có thể sử dụng sơ đồ như trên hình 1.10 [48] I, lạ lụ Is - =f [lene] ee , Lì La
Hình 1.10 Sơ đồ tính tốn tải trọng cực đại HTTL với l khâu đàn hồi
Sơ đồ gồm có 5 khối lượng quán tính, gồm: I¡- động cơ và phần chủ động của ly hợp; la- phần bị động của ly hợp (nối cứng với l›); la- các chi tiết của HTTL; I¿- các bánh xe chủ động; Is- khối lượng chuyền động tịnh tiến của ô tô Khâu đàn hồi được lựa chọn là
trục các đăng với hệ số đàn hồi quy đổi là E Ly hợp L¡ mô tả ly hợp của ô tô, Lạ mô tả
tương tác giữa bánh xe với mặt đường
Ở vào thời điểm bắt đầu quá trình khởi hành, ly hợp L¡ mở, tất cả các khối lượng
quán tính đứng yên, trừ I¡ đang quay Sau đó, hiện tượng đóng L¡ đột ngột được mô phỏng bằng cách đặt tức thời mô men ma sát M, vảo khối lượng qn tính I; Khi đó trục có độ đàn hồi E bị xoắn và sinh ra tải trọng động trên nó Trong quá trình xuất hiện mô men cực
đại Max, có thể xảy ra trường hợp trượt các ly hợp L¡ và Lạ Giá trị của Mmax phụ thuộc
vào trạng thái (trượt hoặc dính) của các ly hợp trong quá trình quá độ
Trang 36các ly hợp L¡ và Lạ Trong quá trình xuất hiện tải trọng cực đại, thông thường ly hợp (L¡) bị trượt, hoặc các bánh xe bị (L2) trượt quay trên mặt đường Có nghĩa là, các mô men ma sát đóng vai trị giới hạn giá trị tải trọng cực đại Tuy nhiên, mô men xoắn cực đại có thể vượt qua các giá trị giới hạn trên do tác động của các mô men quán tính xảy ra trong thời gian rất ngắn
Gia tri của tải trọng cực đại trong HTTL cơ khí phụ thuộc vào nhiều yếu tỐ: - Mô men ma sát của ly hợp;
- Mô men bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường; - Tỷ số truyền của HTTL;
- Các thông số kết cầu của các chỉ tiết trong HTTL: mơ men qn tính, độ cứng và hệ số cản nhớt;
Theo GS Xitovich [48], các nghiên cứu thực nghiệm đã cho thấy, ở các tay số cao
giá trị mô men động cực đại trong HTTL chịu ảnh hưởng chủ yếu của mô men ma sát của ly hợp Còn ở các tay số thấp, giá trị mô men cực đại chịu ảnh hưởng mạnh của mô men
bám và vận tốc góc của động cơ khi bắt đầu khởi hành Các thông số kết cấu (mơ men
qn tính, độ cứng và hệ số cản nhớt) có ảnh hưởng ít hơn
1700 1600 1400 1300 1100
Hình 1.1] Sự phụ thuộc của mô men cực đại trên dẫn động câu trước của ô tô vào mô men ma sắt cực đại Muuuy và thời gian đóng ly hợp Tc
Trang 37Ảnh hưởng của mô men ma sát của ly hợp đã được nghiên cứu và công bố trong các tài liệu [61, 48, 49] Trên hình 1.11 thể hiện kết quả nghiên cứu trong Luận án tiến sỹ
của Nguyễn Khắc Tuân (201 1) về tải trọng động trong HTTL ô tô hybrid [37] Kết quả trên
đồ thị cho thấy mô men động cực đại trong HTTL phụ thuộc rất mạnh vào mô men ma sát của ly hợp
Theo GS Grishkevich, mô men xoắn cực đại Mmay trong HTTL phụ thuộc nhiều vào tỷ số truyền chung ir cua hệ théng Mô men động cực đại trên trục sơ cấp của hộp số có thê được tính gần đúng theo kinh nghiệm như sau [42]:
- Với tỷ số truyền iy<20, — Max = 28Mạmax (1.8)
- Véity sé truyén ip 250, Max = Mg (1.9)
-Véitysétruyé 20<i,<50:
Mmnax = 28Memax — (2EMemax ~1,35My)"" > (1.10)
Trong cac céng thirc trén, Memax 14 m6 men cực dai cua dong co; B 1a hé số dự trữ mô men của ly hợp (thường lấy bằng 2 đối với ô tô tải); Mẹ, là mô men bám giữa bánh xe chủ động với đường
Tý số truyền của HTTL gồm có tỷ số truyền của hộp số ï„„ tỷ số truyền của hộp số phụ ¡„ (nếu có) và tỷ số truyền của truyền lực chính iọ:
fy’ vẫy (1.11)
Thực hiện tính tốn theo công thức (1.11) cho ô tơ tải có tải trọng 3 tấn, trang bị động cơ diesel với mô men cực đại là 290 Nm, trong dải tỷ số truyền của HTTL từ 30 đến
50 ta được kết quả như trên đồ thị (hình 1.12) Trên đồ thị, tải trọng động được đánh giá
thông qua hé s6 tai trong déng Ka = Minax/Memax-
4.00 g 300 sp = 6 = pe 2.00 2 5 `2 100 — + 0.00 + 25 30 35 40 45 50 55 Tỷ số truyền của HTTL
Trang 38Có thể nhận thấy rằng, tải trọng động cực đại giảm mạnh theo tỷ số truyền Nghĩa là, tay số càng cao thì tải trọng động càng lớn
Quy luật trên cũng được khẳng định bằng kết quả thực nghiệm trên xe GAZ - 53A nhu trong bang 1.1 [48] Thi nghiệm trên được thực hiện trên đường nhựa tốt, bằng phẳng với ô tô không tải
Bảng 1.1 Tải trọng động trên trục sơ cấp của ly hợp khi đóng ly hợp đột ngột
Tay số Max (kNm) Ka 1 11,4 1,9 11,7 2,0 2 8,6 3,0 8,8 3,1
Đối với 6 t6 Zil - 130 có tải trọng 5 tan, kết quả thử nghiệm ở tay số 2, trên đường
nhựa tốt với độ dốc 4% cho thấy Kg = 2,2 Déi voi 6 tô con, thử nghiệm ở tay sé 1 trén
đường tốt độ dốc 6% cho kết quả Kạ = 2,0 [48]
Tuy nhiên, có thể nhận thấy rằng giá trị Ka đo được bằng thực nghiệm nhỏ hơn kết quả tính tốn gần đúng trên đây (hình 1.12)
Các thông số kết cầu của các bộ phận trong HTTL như mô men quán tính, hệ số độ cứng, hệ số ma sát nhớt cũng là những thông số có ảnh hưởng đến giá trị tải trọng cực đại xuất hiện trong HTTL ô tô Mức độ ảnh hưởng của các thông số này không lớn và phụ thuộc vào vị trí của chúng trong sơ đồ HTTL Luận án của Nguyễn Khắc Tuân [37] đã khảo sát sự biến thiên của độ cứng (C) và hệ số cản nhớt (b) trên trục dẫn của động cơ điện trong HTTL 6 té hybrid Két qua cho thấy, mặc dù các thông số C và b được cho biến thiên trong vùng tất rộng, giá trị tải trọng cực đại trong HTTL thay đổi không nhiều theo các
thông số trên (nhỏ hơn 10%)
Theo các nghiên cứu [43, 42, 48, 49], gia trị của mô men cực đại M„ax và điều kiện
xuất hiện phụ thuộc vào kết cấu cụ thể của HTTL Nghĩa là, đối với các HTTL khác nhau,
trong các điều kiện làm việc khác nhau, mô men lớn nhất xuất hiện trong HTTL cũng khác nhau Vì vậy, bài tốn xác định mô men cực đại trong HTTL ô tô cần được thực hiện cho từng trường hợp cụ thể
Trang 39ma sát của ly hop M, tang theo quy luật giả định được cho trước Thông dụng hơn cả là quy luật tăng mô men dưới dạng sau [43, 48, 49]:
Mẹ = Memax q—e**#2 (1.12)
Trong biểu thức trén, Memax duge tinh theo m6 men cut dai cua dong co:
Memax = BMemax (1.13)
với là hệ số dự trữ mô men ma sát của ly hợp
Tốc độ tăng mô men ma sát của ly hợp được thẻ hiện bằng hệ số k Khi tính tốn
kt
thường lấy thời gian đóng ly hợp r¿ = 3/k, vì khi do e “ ~ 0 Thời gian đóng ly hợp càng ngắn thì tải trọng động càng lớn và ngược lại Tuy nhiên, khi tăng thời gian đóng ly hợp đến một ngưỡng nào đó thì tải trọng động không giảm nữa mà giữ giá trị khơng đổi (hình
1.11) [61]
Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, với k > 150 1⁄s thì tải trọng động xuất hiện trong HTTL tương đương với trường hợp HTTL chịu tác động tức thời của một mô men có giá trị bằng mô men ma sát của ly hợp [48]
Trong quá trình mơ hình hóa và mơ phỏng HTTL, do mức độ phức tạp của hệ thống rất cao, nên người ta thường sử dụng các hệ thống đơn giản hóa Để xác định sơ bộ mô men lớn nhất người ta có thê sử dụng mơ hình với một khâu đàn hồi duy nhất [48] Khi đó toàn bộ các khâu đàn hồi của tất cả các phần tử trong hệ thống được quy dẫn về khâu nay (thường là trục các đăng) Trong những trường hợp tính tốn chính xác tải trọng động trên trục các đăng nên sử dụng mơ hình với 2 khâu đàn hồi hoặc nhiều hơn Nếu tăng thêm khâu đàn hồi thì độ chính xác cũng khơng tăng đáng kể (không quá 5%) [48] Nhìn chung, mơ hình được coi là có độ chính xác và mức độ phức tạp chấp nhận được trong nghiên cứu tải trọng cực đại là mơ hình với 5 khối lượng [20, 42, 49]
1.5 Các cơng trình nghiên cứu trong nước
Các cơng trình nghiên cứu về hệ thống truyền lực ô tô đã cơng bố trong nước cịn khá khiêm tốn cả về số lượng và nội dung Dưới đây là một số cơng trình điển hình
Tác giả Đặng Tiến Hòa, trong luận án tiến sĩ (2000) “Nghiên cứu một số vấn đề
động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ 2 bánh” đã nghiên cứu tương tác giữa động cơ
Trang 40Tác giả Haidar Qassim Ali Al-Zubaydy (2005) đã thực hiện luận án tiến sĩ “Nghiên cứu hiện tượng tuần hồn cơng suất của máy kéo hai cầu chủ động sử dụng ở Việt Nam” Nội dung chính của luận án tập trung vào việc nghiên cứu hiện tượng tuần hồn cơng suất trên máy kéo hai cầu chủ động trong điều kiện Việt Nam
Luận án tiến sĩ của Hồ Sĩ Xuân Diệu (2009) “Nghiên cứu hệ thống động lực ô tô
hybrid 2 chỗ ngồi ứng dụng LPG” đã tập trung giải quyết vấn đề phối hợp 2 nguồn động lực điện và LPG
Tác giả Cao Hùng Phi (2012) đã thực hiện đề tài luận án tiến sĩ “Nghiên cứu độ ồn
rung của hộp số ô tô tải được thiết kế và chế tạo tại Việt Nam” với nội dung chủ yếu là nghiên cứu, đánh giá độ ồn rung của hộp số ô tô ô tô tải nhỏ chế tạo tại Việt Nam
Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Văn Anh (2012) “Nghiên cứu mài mòn các bánh răng hộp số xe tải nhẹ thiết kế chế tạo tại Việt Nam” tập trung nghiên cứu về cơ chế mài mòn các bánh răng trong hộp số Ơ tơ
Ngồi các cơng trình nghiên cứu của các tác giả độc lập, một số đề tài nghiên cứu khoa học các cấp cũng đã được thực hiện tại các cơ sở sản xuất Các đề tài “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo cụm hộp số cho các loại xe ô tô tải thông dụng” (2006) và “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm cầu sau sử dụng cho các loại ô tô tải nhỏ tải trọng đến
3 tấn” (2010) thuộc chương trình trọng điểm cấp Nhà nước KC.05 đã được thực hiện tại
VEAM với những kết quả ban đầu được đánh giá cao Tuy nhiên, các dé tài trên đều tập trung chủ yếu vào công nghệ chế tạo chưa đầu tư nghiên cứu sâu về cơ sở lý thuyết
Ngoài ra, nhiều đề tài khoa học công nghệ các cấp liên quan đến hệ thống truyền lực ô tô cũng đã được thực hiện mang lại những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này
Có thể nhận thấy rằng, hiện nay ở Việt Nam chưa hình thành các hướng nghiên cứu với định hướng rõ ràng Mỗi công trình nghiên cứu tập trung vào một mục đích riêng và được thực hiện nhằm giải quyết một vấn đề trong phạm vi hẹp Với định hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay là hướng tới tự thiết kế, chế tạo các bộ phận của ô tơ thì cần có những nghiên cứu sâu và toàn diện hơn, trong đó cần ưu tiên đặc
biệt cho các nghiên cứu nhằm hoàn thiện quá trình thiết kế
Đối với HTTL, mối quan tâm đầu tiên trong quá trình tính tốn, thiết kế chính là