Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)

Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường (tt)

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thời gian vừa qua nước ta, số tuyến đường ô tô vừa đưa vào khai thác, sử dụng xuất hư hỏng, lún vệt bánh xe, nứt, vỡ, bong tróc bề mặt mặt đường sớm so với dự báo thiết kế; có nhiều nghiên cứu, trao đổi học thuật xung quanh vấn đề vật liệu, chất lượng thi công, phương pháp thiết kế, điều tra tải trọng, lưu lượng xe, tình trạng xe tải nhằm tìm nguyên nhân đề giải pháp khắc phục, bước đầu thu kết định Khi ô tô chạy cầu/đường, gây cho lực thẳng đứng lực ngang dọc làm cầu đường xuống cấp Ngược lại, cầu đường tác động trở lại làm cho tải trọng tăng theo: lốp mòn, giảm khả truyền lực Theo tài liệu thiết kế đường [6, 11], hệ số xung kích sử dụng thiết kế đường phân biệt đường áo cứng mềm Ngày nay, đường phân thành đường cao tốc, đường quốc lộ, đường tỉnh lộ đường khu vực Ngồi ra, tải trọng lớn đồn xe sơ-mi rơmc (ĐXSMRM) lưu hành ngày nhiều Vì xác định tải trọng động ĐXSMRM nhu cầu cần thiết Việt Nam Mục đích luận án Mục đích luận án nghiên cứu thiết lập mơ hình động lực học đồn xe sơ-mi rơmc chạy loại đường với vận tốc khác với mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 để xác định tải trọng làm liệu tham khảo thiết kế đường Đối tượng nghiên cứu Đối tượng dùng để lập mơ hình đồn xe SMRM cầu, gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu SMRM Tân Thanh 742S-01CERTIFICATE có 02 cầu Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng nguyên lý tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS để thiết lập mơ hình động lực học xe kéo sơ-mi rơmc theo Newton-Euler - Nghiên cứu thực nghiệm:Thí nghiệm trường để kiểm chứng mơ hình lý thuyết xác định tải trọng động Phạm vi nghiên cứu Luận án nghiên cứu thông số tải trọng động có ảnh hưởng đến đường Những phần nghiên cứu có liên quan trình bày nghiên cứu trước Các kết đạt Luận án - Đã xây dựng mơ hình động lực học phương thẳng đứng đoàn xe SMRM chuyển động nhằm xác định tải động - Đã khảo sát xác định tải trọng động đoàn xe chuyển động loại đường ngẫu nhiên theo ISO 8608:1995 - Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm dao động đồn xe: để kiểm chứng mơ hình lý thuyết xác định tải trọng động thực nghiệm ĐXSMRM Nội dung luận án Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu tải trọng ô tô Chương 2: Xây dựng mơ hình xác định tải trọng đồn xe sơ-mi rơmc Chương 3: Ứng dụng mơ hình động lực học ĐXSMRM xác định tải trọng động xuống đường Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG Ô TÔ 1.1 Tổng quan Tải trọng ô tô xem phản lực lốp đường, tải trọng xác định ô tô chuyển động, gọi chung tải trọng động theo thuật ngữ Anh “Moving dynamic Load” Các nghiên cứu sau sử dụng tải trọng: - Khi nghiên cứu cầu/đường cần tải trọng cực xác định ứng xuất phá hủy mà cần tải trọng chu kỳ - Nghiên cứu độ bền khung vỏ, dầm cầu - Xác định tham số cấu trúc cho đoàn xe Tải trọng đoàn xe phụ thuộc yếu tố sau: - Mấp mô mặt đường: chiều cao mấp mô vận tốc xe (tần số kích động); - Các lực quán tính phương dọc, phương ngang đoàn xe phanh, tăng tốc quay vô lăng Sự thay đổi tải khớp yên ngựa Lực liên kết, mô men liên kết chúng liên kết “động lực học” Liên kết khối lượng treo không treo thông qua hệ thống treo liên kết động lực học Ảnh hưởng lực/mơ men qn tính khối lượng treo xuống bánh xe phụ thuộc kiểu thơng số kết cấu hệ thống treo 1.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động tơ 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới (a) Nghiên cứu lý thuyết Sự phá hủy đường chịu yếu tố tải trọng tĩnh tải trọng động Tải trọng tĩnh thông số quy định (tải trọng trục) dùng làm sở cho thiết kế đường Khi thiết kế đường người ta chọn tải trọng tĩnh, thường 40kN [19], hệ số tải trọng động 1.3 [47] Vấn đề nghiên cứu tải trọng động ô tô nghiên cứu giới thường gắn liền chặt chẽ với tốn nghiên cứu dao động tơ Đây lĩnh vực nghiên cứu hoàn chỉnh bao gồm mảng nghiên cứu: hàm kích động (tuần hoàn, xung ngẫu nhiên [12, 31, 34, 37, 58]); mơ hình dao động (1/4, 1/2 mơ hình 4/4); đánh giá dao động theo tiêu chí êm dịu, tải trọng động; yếu tố phi tuyến mơ hình (hệ thống treo, lốp,…) Cụ thể sau: - Tiêu chí đánh giá tải trọng động: Bánh xe có hành trình nén trả Hành trình nén gây tải trọng động làm hỏng chi tiết ô tô phá hủy đường Yếu tố gây tổn hại đường đánh giá qua hệ số tải trọng, giá trị cực đại tải trọng động (hệ số xung kích), hệ số áp lực đường [17, 45] Hành trình trả làm giảm tải trọng tổn hại đến khả truyền lực đánh giá hệ số tải trọng động cực tiểu - Về mơ hình xác định tải trọng động: Tải trọng động thường mô tả mơ đun mơ hình dao động tơ Trong nghiên cứu giới, mơ hình dao động hoàn chỉnh (b) Nghiên cứu thực nghiêm + Phương pháp đo trực tiếp đường David Cebon [17] sử dụng, cảm biến sử dụng điện áp, khoảng cách cảm biến 0.4 m +Phương pháp đo biến dạng hướng kính lốp Laser [33].Hạn chế phương pháp khó khăn lắp cảm biến bánh xe ln quay +Xác định tải trọng theo Woodroff [33]: Tải trọng động xác định theo công thức FZ  FSher  m & z& 1.2.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động Việt Nam Hiện nay, Việt Nam áp dụng hai tiêu chuẩn tính toán thiết kế mặt đường mềm 22TCN 211 - 06 22TCN 274 – 01 [11] Qua nhiều kết nghiên cứu thực nghiệm khẳng định độ lớn tải trọng trục, khoảng cách trục, cụm trục, chủng loại bánh xe, áp lực bánh xe mặt đường, áp suất bánh xe có ảnh hưởng tới tuổi thọ kết cấu mặt đường Trong đó, độ lớn áp lực bánh xe có ảnh hưởng nhiều tới biến dạng hư hỏng lớp phía bề mặt mặt đường Từ ta thấy rằng, thiết kế hay thẩm định đường cần hai thông số tải trọng tương đương cầu tải trọng động Tải cầu xe tải trọng tĩnh tương đương luật quy định Yếu tố thứ tải trọng động phụ thuộc phía xe, bao gồm vấn đề nghiên cứu hoàn thiết kết cầu giảm tải trọng động nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng trọng đến đường Nhu cầu sử dụng tải trọng động để nghiên cứu ngành cầu đường ngành ô tô lớn Tuy nhiên, việc đánh giá tải trọng động hạn chế, nghiên cứu cho dòng xe cỡ nhỏ trung bình, dừng lại mơ hình ¼ 1/2 Hiện chưa có cơng trình nghiên cứu xác định tải trọng động đoàn xe 1.2.3 Tiêu chuẩn đánh giá Khi đánh giá ảnh hưởng tải trọng động ô tô đến cầu đường, nghiên cứu trước thường sử dụng tiêu chí đánh giá hệ số tải trọng động, hệ số áp lực đường Do thiết kế đường người ta chọn tải trọng tĩnh (tương đương) nhân với hệ số tải trọng động Tải trọng tĩnh quy đổi Việt Nam giới chọn không thống [11] Hệ số tải động cực đại max (kd) ngành cầu đường gọi hệ số xung kích IM [3, 6, 11]) Theo Tiêu chuẩn Nga ОДН 218.046-01, Việt Nam sử dụng tiêu chuẩn này, hệ số tải trọng chọn thiết kế 1.3 1.3 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp, nội dung phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu Mục đích luận án nghiên cứu thiết lập mơ hình động lực học đồn xe sơ-mi rơmoóc chạy loại đường với vận tốc khác với mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 để xác định tải trọng làm liệu tham khảo thiết kế đường 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng dùng để lập mơ hình đoàn xe SMRM cầu, gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu SMRM Tân Thanh 742-S-01CERTIFICATE có 02 cầu 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm 1.4 Phạm vi nghiên cứu Từ mục tiêu nghiên cứu đề luận án cần thực nội dung sau: (i) Xây dựng mơ hình động lực học xác định tải trọng động ĐXSMRM; xây dựng mơ hình động lực học cho thí nghiệm khơng biết mấp mơ đường; (ii) Xây dựng hệ thống đo dao động, kiểm chứng mơ hình lý thuyết thực nghiệm (iii) Khảo sát xác định tải trọng động loại đường tiêu chuẩn ISO 8608:1995 nhằm xác định liệu tải trọng để ngành cầu đường tham khảo thiết kế đường 1.5 Nội dung luận án Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu tải trọng tơ Chương 2: Xây dựng mơ hình xác định tải trọng đồn xe sơmi rơmc Chương 3: Ứng dụng mơ hình xác định tải trọng động xuống đường Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Chương MÔ HÌNH TẢI TRỌNG ĐỢNG ĐXSMRM 2.1 Phân tích cấu trúc đoàn xe SMRM Đối tượng dùng để lập mơ hình đoàn xe SMRM cầu, gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu SMRM Tân Thanh 742-S-01 CERTIFICATE, có 02 cầu 2.2 Phương pháp lập mơ hình tốn Đồn xe SMRM có cấu trúc phức tạp nên phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS phù hợp Thiết lập hệ phương trình theo Newton-Euler tổng quát 2.3 Định nghĩa hệ tọa độ cho đoàn xe SMRM Để thiết lập hệ phương trình vi phân cho mơ hình, ta cần định nghĩa hệ tọa độ hình 2.1: Hình 2.1 Hệ tọa độ ĐXSMRM 2.4 Lực mômen tác dụng lên đoàn xe SMRM Khi đồn xe có khối lượng tách theo nguyên lý tách cấu trúc ta có lực tác dụng lên vật hình 2.2: Hình 2.2 Sơ đồ lực mơmen ngoại lực liên kết ĐXSMRM (i) Nội lực hệ thống treo FCij, FKij ; (ii) Nội lực lốp-đường Fxij, Fzij với (i=1(1)5); j=1(1)2; (iii) Lực liên kết khớp yên ngựa Fkx, Mkx 2.5 Phương trình động lực học đoàn xe SMRM & & z& mC ( & C  C xC )  FC 11  FK 11  FC 12  FK 12  FC 21  FK 21   FC 22  FK 22  FC 31  FK 31  FC 32  FK 32  Fkz1   J yC 1& & C  ( FC 11  FK 11  FC 12  FK 12 )l1  ( FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 )l2  ' '  )( hC  r1 )  Fx12  ( FC 31  FK 31  FC 32  FK 32 )l3  Fkz1lk  ( Fx11  ' ' ' ' F  F (  ) h  h ( F  ) r  h )( F  F (   x32 )( hC  r3 ) x31 k1 C1 kx C1 x 22 x 21   M 11  M 12  &  ( F  F  F  F )w  ( F  F  F  F )w  J xC & K 22 C 22 K 21 C 21 K 12 C 12 K 11 C 11 C1  ) M  M  M (  M  )w F  F  F  F (  T3 T2 T1 kx K 31 C 31 K 31 C 31   m (& & & F  F  F  F  F  F  ) x    C z& K 51 C 51 K 42 C 42 K 41 C 41 C2 C2 C2 (i )   FC 52  FK 52  Fkz   J yC 2& & C  ( FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 )l4  ( FC 51  FK 51  FC 52  FK 52 )l5   ' ' ' '  )( hC  r5 )  Fx52 )( hC  r4 )  ( Fx51  Fx42  Fkz 2lk  ( Fx41  M  M  M  M  ) h  h ( F  52 51 42 41 k C2 kx   J & &  ( F  F  F  F )w  ( F  F  F  F )w K 52 C 52 K 51 C 51 K 42 C 42 K 41 C 41  xC C ) M  M (  M   T T kx   z& mAi &  Ai  FCLi1  FKLi1  FCLi  FKLi  FCi1  FKi1  FCi  FKi  & &  J Axi  Ai  ( FCi1  FKi1  FCi  FKi )wi  ( FCLi  FKLi  FCLi1  FKLi1 )bi    j 2  i 3 ( m  m )x& & Ai C1   Fxij  Fwx  Fkx1  C1  i 1 i , j 1  j 2  i 5 ( ii ) ( m  m )x& &   Fxij  Fkx2 Ai C2  C2  i 4 i  , j 1  &  J Ayij& ij  M Aij  M Bij  ( Fxij  f ij Fzij )rdij i  1( )5; j  1( )2   2.6 Xác định lực mômen liên kết Mô hình dao động đồn xe trình bày từ biểu thức (2.1) đến (2.11), có 28 phương trình: có 18 phương trình dao động từ (2.1) đến (2.8); phương trình chuyển động thẳng (2.9), (2.10) 10 phương trình động lực học bánh xe (2.11) 8 Để giải hệ phương trình Newton-Euler từ (2.1) đến (2.11) (gồm 28 phương trình), cần xác định nội lực sau: (i) Nội lực hệ thống treo FCij, FKij ; (ii) Lực/mô men khớp yên ngựa Fkx, Fkz, Mkx ; (iii) Lực tương tác bánh xe Fxij tính theo mơ hình lốp; lực Fz ij tính theo biến dạng hướng kính lốp Xác định tải trọng bánh xe Tải trọng bánh xe: Fzij = FGij  Fz ,dyn Trong : FG ij tải trọng tĩnh; Fz,dyn tải trọng động Fz ,dyn ij  FCl ij  CLij ( hij   Aij ) Fz ,dyn ij  mAij&& Aij  ( FCij  FK ij ) (2.24) && Fz ,dyn ij  mCij & z& Cij  mAij  Aij 2.7 Cấu trúc mơ hình mơ xác định tải trọng ĐXSMRM Hình 2.16 Cấu trúc chương trình Chương ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐXSMRM XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG XUỐNG ĐƯỜNG 3.1 Định nghĩa thông số đầu vào 3.1.1 Thông số từ mặt đường Dựa vào ISO 8608, có dạng mấp mơ chuẩn lấy tương ứng với hmax=[0.015 0.025 0.05 0.1] theo số A-B; B-C; CD; D-E với thông số đường ngẫu nhiên [21,49], ta tính Ci từ tần số fmin=0,05Hz, fmax=50Hz dựng biên dạng đường chạy mức vận tốc v=40km/h Hình 3.1 biên dạng loại đường “rất tốt A-B”, “tốt B-C”, “trung bình C-D” “đường xấu C-E” Hình 3.1 Biên dạng đường ngẫu nhiên 3.1.2 Hàm mô men điều khiển Giả sử bắt đầu khảo sát ĐXSMRM chuyển động thẳng đều, ta có: & & & & & x& c1,0  xc2,0  0, ij ,0  3.1.3 Điều kiện đầu tọa độ suy rộng (1) Các phương trình động lực học phương thẳng đứng Các phương trình động lực học phương thẳng đứng từ (2.1) đến (2.11) (trừ (2.9) (2.10)), thiết lập từ điều kiện cân tĩnh nên điều kiện đầu tọa độ suy rộng phương trình ”0” (2) Điều kiện đầu phương trình chuyển động mặt phẳng đường Điều kiện đầu phương trình (2.9), (2.10) là: & & &  xC1,0  xC 2,0  x& c1,0  xc 2,0    x&c1,0  x&c1,0  V0 (3.4) (3) Điều kiện đầu phương trình động lực học bánh xe Từ 10 phương trình động lực học bánh xe (2.11) xác 10 định vận tốc góc bánh xe φ&ij ĐXSMRM Điều kiện đầu phương trình là:  & V0 ij,0  r (3.5) ij ,0  & ij,0  & 3.1.4 Thông số cấu trúc Thông số cấu trúc ĐXSMRM: kích thước hình học, khối lượng, mơ men qn tính, độ cứng lốp, độ cứng nhíp, hệ số giảm chấn, bảng 3.1 3.1.5 Thông số đánh giá - Hệ số tải trọng động (kd) [ 15, 49] Hệ số kd tính sau: kd  Fzdyn  FG FG (3.6) - Khi kd đạt giá trị cực đại (kd,max ) chính hệ số xung kích (IM ngành cầu đường) - Tiêu chí áp lực đường (dynamic wear factor) cho toàn xe với ij bánh xe: i  ,j W  w ijFGij i 1,j 1 (3.8) i  ,j  FGij i 1,j 1 3.2 Nội dung khảo sát Bảng 3.2 Các phương án khảo sát đối với kích động mặt đường loại đường ngẫu nhiên 3.3 Kết khảo sát Kết khảo sát với 04 loại đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 11 i) Các giá trị khảo sát bánh xe 21 tương ứng với loại đường Bảng 3.3 Tổng hợp giá trị cực đại hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc loại đường Nhận xét hệ số tải trọng cực đại bánh xe 21: Tương ứng loại đường A-B, C-D, D-E, E-F hệ số tải trọng tăng đến 1.5; 1.67; 1.79; 2.48 vận tốc 120 km/h Cùng loại đường xu hướng hệ số max(kd21) có xu hướng tăng lên vận tốc tăng Bảng 3.4 Tổng hợp giá trị cực đại tải trọng động bánh 21 (max(Fz21(N))) phụ thuộc loại đường biểu diễn theo vận tốc 12 Căn bảng 3.4, ta thấy giá trị tải trọng động lớn xe chạy với vận tốc 120km/h tương ứng loại đường xấu (D-E, Fz21,max= 77,470N) Cùng loại đường, giá trị tăng vận tốc tăng (giống qui luật kd21) ii) Hệ số áp lực đường w tương ứng với loại đường Bảng 3.5 Giá trị cực đại hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc loại đường Giá trị có xu hướng tăng vận tốc tăng, loại đường Đối với đường A-B B-C độ dốc đường đường C-D D-E, hàm mũ (công thức 3.7) nên giá trị tăng nhảy bậc đường xấu Tiêu chuẩn đánh giá hệ số chưa có, thơng thường người ta dùng để tham khảo, ô tô người ta dùng để so sánh tác động xuống đường xe với xe khác (nó cịn gọi hệ số thân thiện với đường) Bảng 3.5 tổng hợp giá trị hệ số max(w), đường A-B giá trị cao 1.55, tương ứng với vận tốc cao 120km/h; đường khác có xu hướng tăng Các giá trị mang tính chất tham khảo thiết đường Từ kết kết phụ lục 2, ta đưa bảng tổng hợp sau để đánh giá cách tổng quát (bảng 3.6, 3.7, 3.8, 3.9) Nhận xét: Cùng loại đường A-B, mức vận tốc hệ số tải trọng động cực đại bánh 21 31 lớn nhất, bánh 41 51 nhỏ lớn bánh 11 Tải trọng động cực đại (max(Fz)) bánh xe có xu hướng tăng vận tốc tăng (đã nhận xét phần bánh xe 21); tải trọng động cực đại bánh 41 51 lớn (vì cầu chất tải); tải trọng động cực đại bánh 21 (max(Fz21)) 31 (max(Fz31)) lớn tải trọng động cực đại bánh 11 (max(Fz11)) 13 Bảng 3.6 Tổng hợp quan hệ tham số khảo sát với loại đường A-B Bảng 3.7 Tổng hợp quan hệ tham số khảo sát với loại đường B-C 14 Bảng 3.8 Tổng hợp quan hệ tham số khảo sát với loại đường C-D Bảng 3.9 Tổng hợp quan hệ tham số khảo sát với loại đường D-E 15 Căn vào phương án khảo sát nêu bảng 3.2, tiêu chuẩn tốc độ tối đa cho phép xe lưu thông loại đường bảng 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, ta đề xuất bảng 3.10 tham số tải trọng tham khảo cho thiết kế đường Bảng 3.10 Giá trị tham số tải trọng đề xuất tham khảo thiết kế đường Với bảng 3.10 giá trị hệ số tải trọng động cực đại (hay gọi hệ số xung kích) đưa với ngưỡng khác với tài liệu thiết kế đường hành [4] (giá trị hành chọn 1.2 cho loại đường) Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục tiêu thí nghiệm Trong nghiên cứu luận án, chương cần đạt mục tiêu sau: - Kiểm chứng mơ hình lý thuyết thiết lập chương 2; - Xác định tải trọng động thực nghiệm 4.2 Đối tượng thí nghiệm Thực nghiệm thực đồn xe sơ-mi rơmc Đồn xe có 05 cầu, xe đầu kéo Huyndai HD 700 có 03 cầu, sơ-mi rơmoóc Tân Thanh KCT - Model: 742-S-01 CERTIFICATE, có 02 cầu 4.3 Sơ đồ thí nghiệm Hình 4.2 Vị trí lắp đặt cảm biến đo 16 Hình 4.3a Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo cảm biến tương ứng Sơ vị trí cảm biến hình 4.2: cảm biến lắp bánh xe cầu trước, ký hiệu theo số La Mã I, II, III, IV,V: I: Cảm biến đo gia tốc theo phương z khối lượng treo II: Cảm biến đo khoảng cách từ thân xe xuống cầu xe III: Cảm biến đo gia tốc theo phương z khối lượng không treo IV: Cảm đo khoảng cách từ cầu xe xuống mặt đường V: Cảm biến đo vận tốc (Encoder) gốc bánh xe Hình 4.3b Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo cảm biến tương ứng 17 4.4 Thiết bị thí nghiệm Hình 4.6 Cảm biến đo vận tốc góc encoder Hình 4.5 Cảm biến siêu âm US-015 Hình 4.4 Hình dạng sơ đồ Hình 4.8 Hộp xử lý tín hiệu & chân cảm biến MMA7361L kết nối máy tính NI USB-6210 4.5 Quy trình thí nghiệm Trong luận án, so sánh thơng số sau: (i) Gia tốc khối lượng treo (ii) Gia tốc khối lượng không treo (iii) Chuyển vị tương đối khối lượng treo không treo (iv) Chuyển vị tương đối lốp-đường (biến dạng hướng kính lốp) 4.6 So sánh kết i) Tham số so sánh Đối tượng chọn để thiết lập mơ hình lý thuyết chương mơ hình thí nghiệm SMRM tương đương tham số cấu trúc Thơng số đầu vào tương đương thí nghiệm mơ (theo thí nghiệm) vận tốc xe mấp mô Mấp mô tạo cố định mặt đường, mấp mơ đơn có chiều cao H=0.05m (hình 4.10) Khi thí nghiệm khơng ổn định vận tốc nên vận tốc đo làm thông số đầu vào cho mô ii) Các thông số thí nghiệm - Các thơng số đầu vào: mấp mơ h(t) v(t) - Tải thí nghiệm mơ phỏng: Do điều kiện thí nghiệm khơng cho phép chất đầy tải, nên tải thí nghiệm đạt đến khối lượng nêu mục 4.2; tải mô để kiểm chứng dựa sở - Thơng số so sánh: thí nghiệm chương 4, NCS chọn thông số để so sánh (bảng 4.1) : 18 Bảng 4.1 Các thơng số thí nghiệm Sai số mơ hình phần lớn sai số tham số cấu trúc (các thông số bản) giả thiết mơ hình Tham số cấu trúc mơ hình chương tham khảo từ nhà chế tạo, xác định tương đương từ TruckSim [44] Các khối lượng xác định cách cân trường thí nghiệm Cho xe chạy thẳng qua mấp mơ hình 4.10 với vận tốc khoảng 5, 10, 15km/h để điều kiện đầu vào nhau, thí nghiệm có đo vận tốc góc bánh xe số 5, vận tốc đo thực tế 6, 12, 16km/h Vì vậy, vận tốc mơ hình lý thuyết đưa vào khảo sát 6, 12, 16 km/h Mấp mô đường vận tốc xe đưa vào mơ hình có điều kiện thí nghiệm Hình 4.10 Mấp mô khảo sát iii) So sánh kết đo với mơ (a) Thí nghiệm với vận tốc km/h: Đồ thị 4.11, 4.12 chuyển vị tương đối điểm điểm hệ thống treo, tâm cầu mặt đường (biến dạng hướng kính lốp-đường) Hình 4.13, 4.14 gia tốc thẳng đứng khối lượng treo không được treo Trong khoảng giây khoảng bánh xe nghiên cứu qua hết mấp mơ, thời gian tính sai số Hai dạng đồ thị thí nghiệm mơ có dáng điệu tương đồng 19 Hình 4.11 Chuyển vị tương đối hệ thống treo v= 6km/h Hình 4.12 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo v= 6km/h Hình 4.13 Gia tốc khối lượng treo v=6km/h Hình 4.14 Gia tốc khối lượng không treo v=6km/h (b) Thí nghiệm với vận tốc v=12 km/h: Hình 4.15 Chuyển vị tương đối hệ thống treo v=12 km/h Hình 4.16 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo v=12 km/h Hình 4.17 Gia tốc khối lượng khơng treo cầu trước v=12km/h Hình 4.18 Gia tốc khối lượng treo v=12km/h 20 (c) Thí nghiệm với vận tốc v=16 km/h: Hình 4.19 Chuyển vị tương đối hệ thống treo v=16 km/h Hình 4.20 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo v=16 km/h Hình 4.21 Gia tốc khối lượng treo trước v=16 km/h, mấp mơ h=0.05 m Hình 4.22 Gia tốc khối lượng khơng treo cầu trước v=16 km/h Nhận xét đồ thị từ 4.11 đến 4.22: Các đồ thị mô (đường màu đen) thí nghiệm (đường màu xanh chấm đứt) có dáng điệu Các sai số xem bảng 4.2 4.7 Tính sai số theo Pearson Có nhiều hệ số tương quan, hệ số tương quan thông dụng nhất: hệ số tương quan Pearson R định nghĩa sau:  a N R= yTNi  -a yTN a yMPi -a yMP  i=1  a N i 1 yTNi -a yTN   a N i 1 yMPi -a yMP  (4.1) Bảng 4.2 Bảng hệ số Pearson Thời gian z B1  A1 Pearson ξA1 ξA1-zB1 so sánh (s) v=6 km/h 1÷3 0.845 0.742 0.907 0.832 v=12 km/h 1÷3 0.894 0.680 0.838 0.847 v=16 km/h 1÷3 0.862 0.609 0.799 0.854 Nhận xét chung: Các kết đo thể đồ thị có dáng điệu phù hợp, hệ số tương quan bé 0.609 21 4.8 Xác định tải trọng gián tiếp (i) Nhu cầu xác định tải trọng thực nghiệm Bằng thực nghiệm xác định tải trọng theo cách: đo đường đo xe Đo đường có hạn chế phải nhiều cảm biến, phải đào đường, cố định vị trí đo, cho kết trung bình nên khơng sử dụng cho nghiên cứu động lực học Đo tải trọng phía xe phương pháp gián tiếp, gắn cảm biến lên xe, xác định thơng số đo tính gián tiếp tải bánh xe Phương pháp đo xe có ưu điểm dùng cảm biến, động, có khả khả đáp ứng toán nghiên cứu sau đây: (a) Các nghiên cứu động lực học đường sau cần xác định tải trọng bánh xe nghiên cứu q trình phanh, quay vịng, ổn định trượt, ổn định lật, toán nghiên cứu hệ thống điều khiển tích cực (b) Khi nghiên cứu cầu/đường ta cần tải trọng theo thời gian xe chạy (thí nghiệm) đường làm thơng số ngoại lực cho thí nghiệm cầu đường (c) Khi kiểm chứng mơ hình động lực học ta cần so sánh (mơ hình) thí nghiệm với mơ (ii) Cơ sở lý thuyết xác định tải thí nghiệm phía xe Ở chương 2, ta xác lập cơng thức tính tải trọng động (công thức 2.24) Công thức thứ nhất, tải trọng động xác định đo biến dạng hướng kính lốp, phương án khó thực thi Phương pháp xác định tải trọng động thông qua xác định gia tốc cầu nội lực hệ thống treo, phương pháp dùng tối thiểu cảm biến khó bố trí Phương án đo gia tốc khối lượng treo không treo, phương án dễ thực Trong mục này, NCS đề xuất xác định tải đo gia tốc (khả thi) để xác định tải trọng theo 4.2 Kết so sánh đo gián tiếp tải mô hình 4.23 Nhìn vào hình 4.23 ta thấy dáng điệu mơ thí nghiệm (tính gián tiếp) có dáng điệu & & (4.2) Fz12  FG12  mC12 & z& C12  mA12 A12 Như vậy, từ phía xe ta xác định gia tốc tính phản lực lốp đường xe chạy đáp ứng yêu cầu đề mục 4.8 (a,b,c) iii) Đề xuất mơ hình mơ để so sánh thí nghiệm 22 Như thí nghiệm chương 4, ta tạo mấp mô nhân tạo điều kiện tương đương chu kỳ qua mấp mô Từ công thức 2.24 ta thấy rằng, mô lý thuyết, hàm kích động mặt đường dùng để xác định phản lực Fz Công thức 2.24 dùng xác định tải trọng động, công thức tương đương, có cơng thức phải sử dụng mấp mơ mặt đường “h” Khi thí nghiệm ta khơng biết mấp mơ mặt đường Do điều kiện tương đương nên dùng hai công thức không chứa “h” 2.24 để tính phản lực Fz mơ hình mơ dùng để so sánh thí nghiệm Khi sơ đồ tính suy từ hình 2.27 hình 4.24 Hình 4.23 Tải trọng bánh xe 12 mơ tính theo cơng thức 4.2 & & Fz12  FG12  mC12 & z& C12  mA12 A12 Hình 4.24 Sơ đồ cấu trúc mơ thí nghiệm 23 4.9 Kết luận chương i) Đã xây dựng hệ thống đo dao động xe chuyển động Hệ thống đo đáp ứng mục tiêu thí nghiệm kiểm chứng gián tiếp xác định tải trọng, thông số quan trọng nghiên cứu tải trọng động ô tô cầu đường ii) Đã thí nghiệm dao động đoàn xe với kích động tường minh Đại lượng thứ so sánh thông số gia tốc phương thẳng đứng cầu xe thân xe, đại lượng thứ dùng để so sánh khoảng cách từ thân xe xuống cầu xe từ cầu xe xuống đường phương pháp đo so sánh với kết chạy từ mơ hình có dáng điệu gần trùng nhau, có hệ số R bé 0.609, cao 0.907 Như vậy, mơ hình chương kiểm chứng, mơ hình dùng khảo sát trường hợp để đáp ứng mục tiêu đặt ban đầu iii) Đã xác định (gián tiếp) phản lực Fz thực nghiệm Kết đo có dáng điệu tương đồng thí nghiệm mơ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt và đóng góp luận án (i) Đã xây dựng mơ hình động lực học ĐXSMRM 28 bậc tự phương pháp hệ nhiều vật hệ phương trình Newton-Euler khảo sát dao động đồn xe chuyển động với kích động khác nhau, đặc biệt kích động ngẫu nhiên Với phương pháp tách cấu trúc, lực liên kết nội lực hệ thống treo, khớp yên ngựa xác định riêng rẽ, thuận lợi cho việc tối ưu hệ thống treo cần thiết Đã trình bày phương pháp mô tả hệ thống treo cân dọc mô hình mơ tả thái cân tĩnh nên dễ dàng xác định điều kiện đầu (ii) Đã khảo sát kích động ngẫu nhiên cho loại đường theo tiêu chuẩn theo ISO 8608:1995 đặc trưng cho đường cao tốc (rất tốt), đường tốt tốt vừa, đường xấu Đã xác định hệ số đặc trưng thiết kế đường hệ số tải trọng động, hệ số xung kích, hệ số áp lực đường Hiện ngành cầu đường sử dụng hệ số xung kích IM=1.3 để thiết kế Các giá trị tính tốn luận án có giá trị khác cho loại đường, đưa bảng 3.6; 3.7;3.8; 3.9 Đây kết tham khảo thiết kế đường Giá trị tham khảo đề xuất sau (bảng 3.10): giá trị cực đại hệ số tải trọng động cho đường A-B, vận tốc tối đa 120km/h kd,max=1.499; đường B-C, vận tốc tối đa 90km/h kd,max=1.557; 24 đường C-D, vận tốc tối đa 80km/h kd,max=1.919; đường D-E, vận tốc tối đa 60km/h kd,max=1.777 (iii) Đã xây dựng hệ thống đo dao động xe chuyển động Hệ thống đo đáp ứng mục tiêu thí nghiệm kiểm chứng gián tiếp xác định tải trọng, thông số quan trọng nghiên cứu tải trọng động ô tô cầu đường Có hệ số R bé 0.609, cao 0.907, nằm phạm vi chấp nhận (iv) Đã đề xuất mơ hình mơ đề so sánh khí thí nghiệm Một số hạn chế Mơ hình thành lập chương khảo sát loại kích động ngẫu nhiên với kích động phía giống xác định tham số tải trọng động cho thiết kế đường Mơ hình khảo sát ảnh hưởng đường bị hư hỏng (đường lồi/lõm [3]) kích động đơn lồi/lõm để xác định mức độ cần tu đường Có thể khảo sát kích động phía khác pha Hướng nghiên cứu - Luận án xác định hệ số tải trọng động hệ số áp lực đường mà bên thiết kế đường tham khảo Tuy nhiên quan hệ nội hàm đường-xe vô phức tạp (Vehicle-Road-Interaction) Tác động xe xuống đường ảnh hưởng tải trọng động, hệ số xung kích, lực xung kích tính toán luận án, tương tác xe ảnh hưởng đến tuổi thọ đường, đến độ bền phá hủy cịn phụ thuộc cơng thức bánh xe, khoảng cách trục, diện tích vết tiếp xúc, mức độ tải Điều có kết có kết hợp nghiên cứu ngành đường xe mơ hình động lực học cơng trình (Vehicle-RoadModel) để xác định tuổi thọ đường cách chính xác - Có thể dùng mơ hình để khảo sát mấp mơ đơn cho trước (1 phía, phía, phía lệch nhau, nhiều mấp mơ đơn liên tiếp ) để tìm vận tốc tối đa cho phép xe lưu thông qua đoạn đường nhằm làm giảm tải trọng động gây thêm hư hỏng đường bảo đảm an tồn giao thơng  ... hình nghiên cứu tải trọng động tơ 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới (a) Nghiên cứu lý thuyết Sự phá hủy đường chịu yếu tố tải trọng tĩnh tải trọng động Tải trọng tĩnh thông số quy định (tải trọng. .. Khi nghiên cứu cầu /đường cần tải trọng cực xác định ứng xuất phá hủy mà cần tải trọng chu kỳ - Nghiên cứu độ bền khung vỏ, dầm cầu - Xác định tham số cấu trúc cho đoàn xe Tải trọng đoàn xe phụ thuộc... đứng đoàn xe SMRM chuyển động nhằm xác định tải động - Đã khảo sát xác định tải trọng động đoàn xe chuyển động loại đường ngẫu nhiên theo ISO 8608:1995 - Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm dao động