nghiên cứu tính chất động lực học bánh lốp của xe ôtô vận tải cỡ nhỏ

Xe ô tô vận tải cở nhỏ (dưới 1.5 tấn) có vai trò quan trọng và chiếm tỷ trọng lớn trong lĩnh vực vận chuyển và lưu thông hàng hoá, ñặc biệt trong thời gian vừa qua nó là phương tiện ñược lựa chọn ñể thay thế cho các loại xe tự chế (công nông, xe lam…) ñể thực hiện công việc vận chuyển trong sản xuất nông nghiệp, nơi mà hệ thống ñường giao thông còn nhiều hạn chế. ðể các phương tiện vận tải trên có thể hoạt ñộng hiệu quả trong các ñiều kiện làm việc mới (ñường xá, hàng hoá…), bên cạnh việc cải tạo, nâng cấp hệ thống ñường giao thông nông thôn, cần có các nghiên cứu liên quan ñến phương tiện vận tải nhằm xem xét, ñánh giá khả năng thích ứng của các cơ cấu, hệ thống, chi tiết, cụm chi tiết khi các ñiều kiện làm việc thay ñổi, từ ñó có thể ñề xuất các phương án thích hợp trong sử dụng, cải tiến, thiết kế và chế tạo ô tô. Bánh xe là bộ phận rất quan trọng, có liên quan ñến tính an toàn và khả năng cơ ñộng của ô tô. Nghiên cứu tính chất ñàn hồi của bánh xe ô tô là một trong các công việc cần thiết ñặc biệt là trong các ñiều kiện và môi trường làm việc thay ñổi. Các kết quả khảo sát mô hình ñộng lực học của ô tô nói chung và của bánh lốp nói riêng sẽ chính xác, gần với thực tế hơn khi các ñặc trưng phi tuyến của phần tử ñàn hồi bánh lốp ñược xem xét trong việc xây dựng mô hình tính toán.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ------------------ TRẦN VĂN TIẾN NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC BÁNH LỐP CỦA XE Ô TÔ VẬN TẢI CỠ NHỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông-Lâm nghiệp Mã ngành : 60-52-14 Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI VIỆT ðỨC HÀ NỘI -2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 08 tháng 11 năm 2010 Người cam ñoan TrÇn V¨n TiÕn Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut ii LI CM N Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến ngời hớng dẫn khoa học TS. Bùi Việt Đức, đã tận tình hớng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này. Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ điện, khoa Sau Đại học, trờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định. Nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình công tác và học tập. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những ngời thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhng do khó khăn về tài liệu, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thỡếu sót, rất mong nhận đợc các ý kiến đóng góp từ các Thày, cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 08 tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn Trn Vn Tin Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi Mở ñầu 1 ðặt vấn ñề 1 2 Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài 2 3 ðối tượng nghiên cứu của ñề tài 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ðỀ TÀI NGHIÊN CỨU 5 1.1 Nhiêm vụ, phân loại , cấu tạo, ký hiệu bánh lốp xe ôtô 5 1.2 Tìm hiểu về lốp sử dụng cho xe tải nhỏ. 9 1.3 Tìm hiểu về ñường giao thông nông thôn hiện nay. 9 1.3.1 Mạng lưới và tiêu chuẩn thiết kế ñường giao thông nông thôn. 9 1.3.3 Thực trạng ñường giao thông ở nông thôn 11 1.4 Tìm hiểu về tình hình hoạt ñộng vận tải hàng hoá của ôtô cỡ nhỏ trong giao thông nông thôn ở Việt Nam hiện nay. 18 1.4.1 Tình hình hoạt ñộng vận tải hàng hoá ở nông thôn từ năm 2008 trở về trước 18 1.4.2 Tình hình hoạt ñộng vận tải hàng hoá ở nông thôn từ 2008 cho ñến nay. 19 1.5 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ñộng lực học bánh lốp xe ôtô. 20 1.5.1 Các tính chất của bánh hơi (bánh lốp có săm) 20 1.5.2 Khái niệm về các loại bán kính bánh xe 26 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv 1.5.3 ðộng lực học bánh xe bị ñộng 28 1.5.4 ðộng lực học bánh xe chủ ñộng 33 1.5.5 ðộng lực học bánh xe khi phanh 35 1.5.6 Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñộ cứng và ñộ giảm chấn lốp ô tô 37 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC BÁNH LỐP XE ÔTÔ 39 2.1 Ảnh hưởng của tải trọng tác dụng xuống nền ñường tới an toàn chuyển ñộng của ô tô 39 2.2 Xây dựng mô hình mô phỏng ô tô tải cỡ nhỏ 39 2.3 Xác ñịnh các thông số của mô hình 41 2.3.1 Hệ số ñàn hồi (k), hệ số giảm chấn (d) của cơ cấu treo 41 2.3.2 Hệ số ñàn hồi, hệ số giảm chấn của bánh xe 42 2.3.3 Hàm kích ñộng 47 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHỆM 48 3.1 Mục ñích và phương pháp thí nghiệm 48 3.1.1 Mục ñích thí nghiệm 48 3.1.2 Phương pháp thí nghiệm. 48 3.1.3 Kết quả thực nghiệm 54 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT MÔ HÌNH 1/4 Ô TÔ TẢI CỠ NHỎ 57 4.1 Xây dựng sơ ñồ mô phỏng bằng Simulink 57 4.1.1 Giới thiệu phần mềm Matlab-Simulink 57 4.1.2 Mô hình mô phỏng và các phương án khảo sát 61 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 74 Kết luận 74 Kiến nghị 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 1: Các thông số kỹ thuật của lốp xe tải một tấn của hãng CASUMINA 4 Bảng 1.1. Bảng phân cấp kỹ thuật ñường ô tô trong TCVN4054-2005 10 Bảng 1.2. Tốc ñộ thiết kế của các cấp ñường 10 Bảng 1.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật ñược loại ñường A và B 22TCN_210-92 11 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1 Lốp ô tô tải CASUMINA 5.00 -12 4 1.1 Cấu tạo lốp xe[1] 6 1.2 Các loại hoa lốp [1] 7 1.3 Sơ ñồ kích thước hình học của lốp [2] 8 1.4 Mấp mô dạng bậc 14 1.5 Mấp mô dạng hình thang 14 1.6 Mấp mô dạng tam giác 15 1.7 Mấp mô dạng chữ nhật 15 1.8 Mấp mô dạng tam giác cân 15 1.9 Mấp mô dạng xung ñơn vị 16 1.10 Mấp mô dạng hình sin 16 1.11 Mấp mô dạng hình sin ñơn vị 17 1.12 ðặc tính biến dạng pháp tuyến và biến dạng tiếp tuyến của lốp 20 1.13 ðặc tính biến dạng ngang của lốp [2], [5] 23 1.14 ðặc tính biến dạng góc của lốp [2], [5] 24 1.15 Sơ ñồ xác ñịnh các loại bán kính bánh xe [2], [5] 27 1.16 Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị ñộng khi lăn trên ñường cứng 30 1.17 Các lực tác dụng lên bánh bị ñộng ñàn hồi khi lăn trên ñường mềm 32 1.18 Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe cứng khi lăn trên ñường biến dạng 33 1.19 Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ ñộng 34 1.20 Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 35 2.1: Mô hình khảo sát ¼ xe ôtô 40 2.2 Quan hệ biến dạng và lực tác ñộng của bánh xe 43 2.3 Quan hệ biến dạng và lực tác ñộng tăng và giảm 43 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vii 2.4 ðường cong dao ñộng tắt dần khi tính giảm chấn bằng ñộ tắt loga 45 2.5 ðường cong trễ [7], [10] 45 3.1 Hệ thống trang thiết bị thực nghiệm 48 3.2 Hệ thống trang thiết bị thực nghiệm 49 3.3 Một số hình ảnh gá lắp kết nối thiết bị thí nghiệm 52 3.4 Sơ ñồ kết nối hệ thống trang thiết bị thực nghiệm 53 3.5 Sơ ñồ thu thập và sử lý tín hiệu ño 54 3.6 Quan hệ giữa biến dạng và lực tác ñộng 55 3.7 Quan hệ giữa ñộ cứng, hệ số giảm chấn với áp suất bánh xe 55 3.8 Quan hệ giữa ñộ cứng, hệ số giảm chấn với tốc ñộ góc 56 4.1 Thư viện mẫu các khối chức năng cơ bản 59 4.2 Mô hình mô phỏng ñộng lực học bánh lốp với thông số ñộ cứng và giảm chấn là hằng số 61 4.3 Mô hình mô phỏng ñộng lực học bánh lốp với thông số ñộ cứng và giảm chấn thay ñổi 62 4.4 ðồ thị chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng bậc 63 4.5 ðồ thị chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng bậc 63 4.6 ðồ thị tốc ñộ chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng bậc 64 4.7 ðồ thị tốc ñộ chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng bậc 64 4.8 ðồ thị gia tốc chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng bậc 65 4.9 ðồ thị gia tốc chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng bậc 65 4.10 ðồ thị chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng xung 66 4.11 ðồ thị chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng xung 67 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật viii 4.12 ðồ thị tốc ñộ chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng xung 67 4.13 ðồ thị tốc ñộ chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng xung 68 4.14 ðồ thị gia tốc chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng xung 69 4.15 ðồ thị gia tốc chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng xung 69 4.16 ðồ thị chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng ñiều hoà 70 4.17 ðồ thị chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng ñiều hoà 70 4.18 ðồ thị tốc ñộ chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng ñiều hoà 71 4.19 ðồ thị tốc ñộ chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng ñiều hoà 71 4.20 ðồ thị gia tốc chuyển vị bánh xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng ñiều hoà 72 4.21 ðồ thị gia tốc chuyển vị thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng ñiều hoà 73 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1 Mở ðầu 1. ðặt vấn ñề Xe ô tô vận tải cở nhỏ (dưới 1.5 tấn) có vai trò quan trọng và chiếm tỷ trọng lớn trong lĩnh vực vận chuyển và lưu thông hàng hoá, ñặc biệt trong thời gian vừa qua nó là phương tiện ñược lựa chọn ñể thay thế cho các loại xe tự chế (công nông, xe lam…) ñể thực hiện công việc vận chuyển trong sản xuất nông nghiệp, nơi mà hệ thống ñường giao thông còn nhiều hạn chế. ðể các phương tiện vận tải trên có thể hoạt ñộng hiệu quả trong các ñiều kiện làm việc mới (ñường xá, hàng hoá…), bên cạnh việc cải tạo, nâng cấp hệ thống ñường giao thông nông thôn, cần có các nghiên cứu liên quan ñến phương tiện vận tải nhằm xem xét, ñánh giá khả năng thích ứng của các cơ cấu, hệ thống, chi tiết, cụm chi tiết khi các ñiều kiện làm việc thay ñổi, từ ñó có thể ñề xuất các phương án thích hợp trong sử dụng, cải tiến, thiết kế và chế tạo ô tô. Bánh xe là bộ phận rất quan trọng, có liên quan ñến tính an toàn và khả năng cơ ñộng của ô tô. Nghiên cứu tính chất ñàn hồi của bánh xe ô tô là một trong các công việc cần thiết ñặc biệt là trong các ñiều kiện và môi trường làm việc thay ñổi. Các kết quả khảo sát mô hình ñộng lực học của ô tô nói chung và của bánh lốp nói riêng sẽ chính xác, gần với thực tế hơn khi các ñặc trưng phi tuyến của phần tử ñàn hồi bánh lốp ñược xem xét trong việc xây dựng mô hình tính toán. ðược sự phân công của khoa Cơ ðiện, Bộ môn ðộng lực và sự giúp ñỡ của thầy giáo TS. Bùi Việt ðức – Bộ môn ðộng lực – Khoa Cơ ñiện – Trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi ñã lựa chọn ñề tài: “Nghiên cứu tính chất ñộng lực học bánh lốp của xe ô tô vận . TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ------------------ TRẦN VĂN TIẾN NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC BÁNH LỐP CỦA XE Ô TÔ VẬN TẢI CỠ NHỎ LUẬN VĂN THẠC. ñộng vận tải hàng hoá ở nông thôn từ 2008 cho ñến nay. 19 1.5 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ñộng lực học bánh lốp xe ôtô. 20 1.5.1 Các tính chất của bánh