[Luận văn]khảo sát tính chất động lực học của hệ thống treo trên ô tô

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học nông nghiệp I ---------------------------------- bùi thanh hải khảo sát tính chất động lực học của hệ thống treo trên ôtô luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp M số : 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: pgs.tS. nông văn vìn Hà Nội, 2005 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã đợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Bùi Thanh Hải i Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thày giáo - PGS - Tiến sĩ Nông Văn Vìn, ngời đã trực tiếp hớng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài, PGS - Tiến sĩ Bùi Hải Triều, Thạc sĩ Hàn Trung Dũng và các thầy cô giáo trong bộ môn Động lực, khoa Cơ điện trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội đã hết sức giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Đo lờng và Giám định máy nông nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm thực nghiệm. Tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn tới các thày, các cô và tất cả những ngời đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tác giả Bùi Thanh Hải ii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng v Danh mục các hình vi Mở đầu 1 Chơng 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu hệ thống treo ôtô và phơng pháp chẩn đoán kỹ thuật 3 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu hệ thống treo ôtô 4 1.1.1. Một số mô hình hệ thống treo 4 1.1.2. Mô hình điều khiển SkyHook 8 1.1.3. Mô hình điều khiển tơng đối (Relative Control) 12 1.1.4. Mô hình điều khiển Ground Hook 14 1.1.5. Mô hình điều khiển Hybrid 15 1.2. Tình hình phát triển các loại giảm chấn bán tích cực 16 1.2.1. Giảm chấn thủy lực có van tiết lu thay đổi 18 1.2.2. Giảm chấn ma sát 19 1.3. Chẩn đoán kỹ thuật 22 1.3.1. Sự biến đổi trạng thái kỹ thuật ôtô trong quá trình sử dụng và nhu cầu chẩn đoán kỹ thuật 22 1.3.2. Các thông số trong chẩn đoán kỹ thuật 27 1.3.3. Khái niệm chung về các phơng pháp và thiết bị chẩn đoán ôtô. 31 Chơng 2. Phơng pháp nghiên cứu 38 2.1. Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết 38 2.1.1. Phơng pháp giải tích 38 2.1.2. Phơng pháp số. 43 2.2. Phơng pháp thử nghiệm máy thực 45 2.2.1. Phơng pháp tạo dao động kích thích 45 iii 2.2.2. Nghiên cứu độ êm dịu chuyển động của ôtô trong phòng thí nghiệm 46 2.2.3. Nghiên cứu độ êm dịu chuyển động của ô tô trên đờng 47 Chơng 3. Xây dựng mô hình dao động của hệ thống treo ô tô khi thử trên bàn kiểm tra 48 3.1. Đặt vấn đề 48 3.2. Mô hình dao động của ô tô trên bàn thử. 48 3.2.1. Các giả thiết 48 3.2.2. Thiết lập mô hình 49 3.3. Một số kết quả khảo sát mô hình 53 3.3.1. Khảo sát đặc tính dao động của phần tử của hệ thống treo 53 3.3.3. Khảo sát dao động của hệ thống treo có hai phần tử 56 Chơng 4. Nghiên cứu thực nghiệm 61 4.1. Một số chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô 61 4.2. Lựa chọn thiết bị dùng trong nghiên cứu thực nghiệm tính chất dao động của ôtô 62 4.2.1. Thiết bị tạo dao động kích thích 62 4.2.2. Các loại đầu đo gia tốc dao động 65 4.3. Giới thiệu phơng pháp và thiết bị nghiên cứu thực nghiệm 69 4.3.1. Phơng pháp thí nghiệm trên bệ thử rung 69 4.3.2. Giới thiệu khái quát về các phơng tiện dùng trong nghiên cứu thực nghiệm 70 4.4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 76 4.4.1 Một số kết quả đo dao động của ôtô trên bàn rung 78 4.4.2. Một vài phân tích mở rộng sau thí nghiệm 82 4.4.3 Một số thí nghiệm thăm dò theo mục đích chẩn đoán 86 Kết luận và đề nghị 91 1. Kết luận 91 2. Đề nghị 92 Tài liệu tham khảo 92 Phụ lục 95 iv Danh mục các bảng Bảng 4.1. Tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô 62 Bảng 4.2. Một số đặc tính kỹ thuật chính của đầu đo gia tốc PV 57 75 v Danh mục các hình Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống treo tích cực và bán tích cực của hệ một bậc tự do 4 Hình 1.2. Hệ thống treo tích cực hoàn toàn 5 Hình 1.3. Hệ thống treo tích cực tần số thấp 6 Hình 1.4. Hệ thống treo bán tích cực 6 Hình 1.5. Mô hình hệ thống treo bị động một bậc tự do 7 Hình 1.6. Đặc tính tần số biên độ của hệ thống treo bị động một bậc tự do 8 Hình 1.7. Mô hình hệ thống treo kiểu SkyHook 9 Hình 1.8. Mô hình hệ thống treo bán tích cực kiểu SkyHook 10 Hình 1.9. Đặc tính tần số - biên độ một bậc tự do điều khiển tơng đối 14 Hình 1.10. Mô hình hệ thống treo GroundHook 14 Hình 1.11. Mô hình hệ thông treo kiểu Hybrid 15 Hình 1.12. Đặc tính của giảm chấn bán tích cực điều khiển liên tục 16 Hình 1.13. Đặc tính của giám chấn bán tích cực điều khiển kiểu "ON-OFF" 17 Hình 1.14. Giảm chấn thủy lực có van tiết lu thay đổi 18 Hình 1.15. Kết cấu van tiết lu 19 Hình 1.16. Giảm chấn ma sát bán tích cực cơ bản 20 Hình 1.17. Sơ đồ xác định thông số chẩn đoán 28 Hình 1.18. Đồ thị về khái niệm tính nhạy của thông số chẩn đoán 30 Hình 1.19. Đồ thị khái niệm tính đơn trị của thông số chẩn đoán 31 Hình 1.20. Mối quan hệ giữa các thông số trạng thái và dấu hiệu của cụm pít tông - xy lanh của giảm sóc ống thủy lực 33 Hình 1.21. Giới thiệu các dạng chẩn đoán 35 Hình 2.1. Sơ đồ dao động tự do 2 khối lợng 39 Hình 3.1. Mô hình dao động thẳng đứng của một cụm treo ô tô con 49 Hình 3.2. Mô hình dao động 1 phần tử 1 bậc tự do 53 Hình 3.3. ảnh hởng của độ cứng lò xo đến biên độ dao động 54 Hình 3.4. ảnh hởng của hệ số cản đến biên độ dao động 55 Hình 3.5. ảnh hởng của khối lợng đến biên độ dao động 56 vi Hình 3.6. Dao động của từng phần tử trong hệ hai khối lợng ô tô 57 Hình 3.7. Vận tốc dao động của hệ hai khối lợng trên ô tô 58 Hình 4.1. Bệ thử dao động loại băng chuyển động 63 Hình 4.2. Các đờng cong dao động của ô tô đợc ghi trên bệ thử 64 Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị Tastograf 66 Hình 4.4. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị Heiger 67 Hình 4.5. Sơ đồ cấu tạo của tần số kế 68 Hình 4.6. Sơ đồ cấu tạo của tần số kế Frank 68 Hình 4.7. Sơ đồ các loại đầu đo gia tốc kiểu KD 35 69 Hình 4.8. Sơ đồ truyền động của bệ thử phanh và bàn tạo rung 70 Hình 4.9. Thiết bị hiển thị và bộ điều khiển từ xa 71 Hình 4.10. Sơ đồ khối của thiết bị VM 82 73 Hình 4.11. Một số loại đầu dò dao động đi kèm đầu đo PV 57 74 Hình 4.12. Sơ đồ khối xử lý và phân tích thông tin đo lờng 76 Hình 4.13. Hình ảnh tiến hành thí nghiệm 77 Hình 4.14. Đồ thị dao động kích thích của bệ rung 78 Hình 4.15. Đồ thị dao động của bánh trớc xe TOYOTA 79 Hình 4.16. Đồ thị gia tốc dao động của bánh trớc xe TOYOTA 80 Hình 4.17. Đồ thị dao động của vỏ trớc xe TOYOTA 81 Hình 4.18. Đồ thị gia tốc dao động của vỏ trớc xe TOYOTA 82 Hình 4.19. Đờng cong biên tần của bệ thử rung 83 Hình 4.20. Đờng cong biên tần của xe TOYOTA 84 Hình 4.22. Dạng đồ thị dao động tắt dần 86 Hình 4.23. Dao động vỏ sau xe SUZUKI với giảm sóc tốt 87 Hình 4.24. Dao động vỏ sau xe SUZUKI với giảm sóc kém 88 Hình 4.25. Gia tốc dao động vỏ sau xe SUZUKI với giảm sóc tốt 88 Hình 4.26. Gia tốc dao động vỏ sau xe SUZUKI với giảm sóc kém 89 vii Mở đầu Nh chúng ta đã biết nhu cầu sử dụng ôtô của ngời dân Việt Nam đang phát triển từng ngày. Cho tới nay hầu hết các hãng ôtô có tên tuổi trên thế giới đă có mặt tại thị trờng Việt Nam. Vì vậy đòi hỏi công tác bảo dỡng và sửa chữa cũng phải phát triển cho phù hợp với sự phát triển chung. Nghiên cứu tính chất động lực học hệ thống treo của ôtô máy kéo là một vấn đề rất phức tạp vì hệ thống treo ảnh hởng rất lớn đến khả năng ổn định, tính êm dịu và vững chắc trong quá trình chuyển động của ôtô máy kéo trên đờng. Tốc độ chuyển động càng cao thì đòi hỏi hệ thống treo càng chính xác và hiện đại, trong thực tế hiện nay các ôtô máy kéo đời mới đã đạt đợc điều đó. Tuy nhiên việc chăm sóc sửa, bảo dỡng và sữa chữa hệ thống này đối với các xe hiện đại cũng đòi hỏi cao hơn, chính xác hơn mới đảm bảo an toàn và phát huy đợc tốc độ chuyển động cao nh thiết kế. Một hớng đi quan trọng trong lĩnh vực bảo dỡng và sửa chữa đó là phơng pháp chẩn đoán kỹ thuật. Chẩn đoán kỹ thuật ôtô là một lĩnh vực đợc nhiều ngời quan tâm cả về lý thuyết và thực hành. Chẩn đoán kỹ thuật ở nớc ta là một vấn đề phức tạp về mặt kỹ thuật và đòi hỏi các thiết bị hiện đại, có độ chính xác cao, đặc biệt là khi chẩn đoán kỹ thuật cho các xe hiện đại. Vấn đề này đã đợc giải quyết tốt ở nhiều nớc trên thế giới. Tuy nhiên ở nớc ta, vấn đề này còn gặp nhiều khó khăn cả về phơng pháp và thiết bị. Để đánh giá chất lợng kỹ thuật của xe có thể dựa trên các tiêu chuẩn đặc trng cho trạng thái kỹ thuật, hệ thống quy luật hoạt động của các cụm, chi tiết hay bộ phận máy để phán đoán trạng thái tốt xấu của chúng. Khoa học chẩn đoán ra đời đã làm thay đổi và nâng cao chất lợng của công tác bảo dỡng sửa chữa. Nó đánh giá trạng thái kỹ thuật của đối tợng kiểm tra một 1 cách chính xác, khách quan, mặt khác cũng dự báo khả năng hoạt động an toàn của ôtô giúp cho việc bảo dỡng, sửa chữa chủ động hơn. Vì vậy ngày nay xu hớng sử dụng các thiết bị chẩn đoán kết hợp với quá trình hoàn thiện kỹ thuật sửa chữa và bảo dỡng đang đợc đặc biệt chú ý. Dựa trên sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử và tin học ngời ta đã sản xuất ra các loại thiết bị kỹ thuật hỗ trợ cho việc chẩn đoán nhanh chóng và chính xác. Hiện nay trên thị trờng Việt Nam đã có một số thiết bị chẩn đoán hiện đại đợc nhập từ nớc ngoài và nhìn chung là phát huy đợc tác dụng, trong đó một số loại thiết bị chẩn đoán hệ thống treo hiện đại cũng đã đợc áp dụng. Chức năng chính của hệ thống treo trên ô tô là làm giảm sự rung động của thân xe khi chịu tác dụng các lực kích thích bên ngoài, chủ yếu là do kích động động học của mấp mô mặt đờng. Do vậy để tạo ra các thiết bị chẩn đoán cũng nh việc định hớng cho sửa chữa hoặc điều chỉnh các thông số của hệ thống đòi hỏi phải nắm đợc các tính chất động học và động lực học của từng phần tử và toàn bộ hệ thống. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài luận văn: "Khảo sát tính chất động lực học hệ thống treo của ôtô " với mục đích nhằm góp phần xây dựng cơ sở khoa học để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật, cải tiến hoặc thay thế các phần tử của hệ thống treo trên ôtô máy kéo. 2 . Chơng 3. Xây dựng mô hình dao động của hệ thống treo ô tô khi thử trên bàn kiểm tra 48 3.1. Đặt vấn đề 48 3.2. Mô hình dao động của ô tô trên bàn thử. 48. nghiên cứu hệ thống treo tô và phơng pháp chẩn đoán kỹ thuật 3 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu hệ thống treo tô 4 1.1.1. Một số mô hình hệ thống treo 4