Mô hình không gian xe tải để nghiên cứu áp lực của nó với đường

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Lê văn bắc Lê văn bắc kỹ thuật ô tô xe chuyên dụng Mô hình không gian xe tải để nghiên cứu áp lực đường Luận văn thạc sĩ khoa học Chuyên ngành ô tô xe chuyên dụng khóa: 2009 Hà Nội Năm 2011 PHN M U - Lý chọn đề tài: Hiện với trình độ khoa học tiên tiến, tiến ngành công nghệ tin học tạo điều kiện cho ngành công nghiệp khác phát triển Ngành công nghiệp sản xuất tơ có bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng phần mềm kỹ thuật vào tính tốn thiết kế, chế tạo tơ trở lên phổ biến đem lại hồn thiện tính năng, kết cấu hệ thống ô tô, đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất, công việc thử nghiệm chế tạo rút ngắn nhờ vào công việc mô khảo sát làm việc hệ thống sử dụng phần mềm ứng dụng Trên giới nói chung Việt Nam nói riêng có nhiều phần mềm tính tốn với khả ứng dụng cao Thực tế cho thấy Matlab Simulink phần mềm có khả ứng dụng cao việc giải tốn kỹ thuật tính chuyên biệt như: lập trình, xử lý số đồ hoạ để mơ phỏng, phân tích hệ thống động Với hệ thống tơ, việc mơ hình hố khơng đơn giản hệ thống làm việc chịu tác động nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống Khi lập mơ hình buộc người nghiên cứu phải hạn chế bớt yếu tố đầu vào hạn chế phần mềm phức tạp trình mô phỏng, với hạn chế yếu tố đầu vào cho kết mô gần so với thực tế làm việc hệ thống, kết mô sử dụng để nghiên cứu giới hạn công việc thử nghiệm sản xuất Đối với công tác nghiên cứu, việc mô làm việc hệ thống tơ cần thiết tiết kiệm chi phí tiền thời gian Nghiên cứu dao động ô tô vấn đề cần thiết nhà sản xuất chuyên gia ngành ô tô Việc vận chuyển hàng hố xe tơ tải ngày gia tăng, nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động, giảm xung lực đường xe để đáp ứng yêu cầu vận tải hàng hố tăng tính an tồn chuyển động ô tô, nâng cao độ bền xe đường cần thiết Đề tài” Mô hình khơng gian xe tải để nghiên cứu áp lực đường” chọn sở vấn đề trình bày Nội dung đề tài tập trung vào nghiên cứu dao động xe ô tô việc nghiên cứu, khảo sát dao động mơ hình phần tư có phần tử đàn hồi khí Xây dựng mơ hình dao động xe tải từ khảo sát yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến dao động xe đánh giá xe mẫu theo tiêu chuẩn ISO 2631 - Lịch sử nghiên cứu: Nghiên cứu dao động xe ô tô tải nghiên cứu từ lâu với nhiều cơng trình hàng trăm tác Mitschke đưa ấn phẩm “Dynamik der Fahrzeuge” vào năm 1970 Schiehlen sử dụng phương pháp hệ nhiều vật, mơ đun hố hệ học, sử dụng máy tính để mơ dao động hệ Ở Việt Nam có số tác giả nghiên cứu dao động ô tô tải PGS TS Võ Văn Hường „Nghiên cứu hồn thiện mơ hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu” nhiều luận văn cao học, đồ án tốt nghiệp nhiều học viên, sinh viên khác, cơng trình nghiên cứu nhắm giải số vấn đề định, việc nghiên cứu, hồn thiện dao động tô ngày tiếp tục vấn đề cần giải - Mục tiêu nghiên cứu luận văn Dao động ô tô lĩnh vực quan tâm nghiên cứu Với áp lực xã hội, chất lượng tơ ngày địi hỏi cao Do việc hồn thiện kết cấu xe ln nhu cầu cấp thiết, có vấn đề hệ thống treo chất luợng hệ thống treo, nhằm nâng cao độ êm dịu an toàn chuyển động cho xe giảm thiểu áp lực đường Xe tải có cấu trúc khung chịu lực Về mặt cấu tạo xe tải có hai khối lượng đựơc treo riêng biệt đặt khung cứng vững theo chiều uốn mềm chiều xoắn + Xây dựng mô hình dao động xe tải có cấu trúc khung chịu lực + Nghiên cứu chọn tiêu đánh giá dao động xe tải 10 + Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu sử dụng đến tiêu dao động ô tô độ êm dịu, an toàn chuyển động áp lực đường: + Ảnh hưởng khối lượng không treo + Ảnh hưởng đường - Phương pháp nghiên cứu + Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc xe tải, xây dựng mơ hình vật lý xe tải, lập mơ hình tốn học mơ tả dao động dựa vào phương pháp tách cấu trúc, cho phép mơ đun hóa phần tử hệ dể dàng thay đổi cấu trúc đặc tính cụm, để thực phù hợp với tư mơ máy tính + Phương pháp tính : sử dụng phần mềm Matlab- simulink 7.6 để mô dao động hệ thống - Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát dao động theo tiêu chí đánh giá dao động Để thực luận văn hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo PGS TS Võ Văn Hường tham gia góp ý thầy giáo, bạn đồng mơn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc Thầy, thầy giáo lĩnh vực ô tô bạn tận tình giúp đỡ tơi q trình thực luận văn này! Mặc dù đề tài đạt số kết định, nhiên khả kinh nghiệm hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý kiến chân thành Thầy giáo, nhà khoa học, đồng nghiệp bạn bè để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 10 tháng 11 năm 2011 Học viên Lê văn Bắc 11 CHƯƠNG CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY DAO ĐỘNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG ĐẾN Ô TÔ 1.1 Các yếu tố tác động gây dao động - Mấp mô mặt đường: Trong thực tế mấp mơ mặt đường mang tính chất ngẫu nhiên Chúng thay đổi trình xe chuyển động độ cao mấp mơ, khoảng cách mấp mơ… - Gió: Độ mạnh nhẹ, chiều hướng, tính chất ngẫu nhiên, thay đổi trình xe chuyển động tâm tác động gió khơng trùng với trọng tâm xe - Lực quán tính: + Lực quán tính phanh xe + Lực quán tính tăng tốc + Lực qn tính xe quay vịng Khi quay vịng xe ngồi gia tốc dọc cịn xuất gia tốc ngang ảnh hưởng tới dao động ô tơ - Kích động động hoạt động: Những tác động động đến dao động ô tô phụ thuộc vào tình trạng làm việc động cơ, tình trạng tải Do mang tính chất ngẫu nhiên 1.2 Đánh giá nguồn kích động gây dao động ô tô Trong yếu tố gây dao động yếu tố mấp mơ mặt đường coi nguồn chủ đạo gây dao động ô tô Vì mơ tả xác quy luật kích động mấp mô mặt đường tốn phức tạp, nên nghiên cứu dao động tơ tùy thuộc vào mục tiêu nghiên cứu mà ta mô tả mấp mô mặt đường theo dạng sau + Dạng sin: h = h0 (sin(2π f )t + Dạng bước nhảy hay dạng xung: Xe lên mấp mô = h + Dạng ngẫu nhiên: f (t ) ≈ (m f , R f (τ )) Trong đó: m f : Là giá trị trung bình R R R f : Hàm tương quan R R τ: Thời gian tương quan 12 Khi nghiên cứu dao động ô tô việc xây dựng mô hình mô dao động xe việc kiểm tra mơ hình cách chọn kích động dạng xung đơn tuần hoàn dẽ dàng mà đảm bảo tính xác Khi tín hiệu đầu vào tường minh tín hiệu mơ hình đánh giá Khi nghiên cứu ô tô kích động số loại đường cụ thể buộc ta phải làm thí nghiệm, đo đạc, nghiên cứu, khảo sát loại đường sử dụng hàm ngẫu nhiên để mô tả Hiện có nhiều cơng trình tác giả nước nghiên cứu quy luật phân bố ngẫu nhiên đường mô tả chúng Trong giới hạn luận văn nghiên cứu dao động ô tô kích động đường Trong khn khổ luận văn, hàm khích động chọn hàm tuần hồn 1.3 Ảnh hưởng dao động - Ảnh hưởng dao động đến sức khỏe người Đối với sức khỏe người, đặc biệt lái xe Dao động tơ gây mệt mỏi, căng thẳng cho lái xe ảnh hưởng đến hoạt động lái xe, đặc biệt phản xạ để sử lý tình - Ảnh hưởng đến hàng hóa Đối với hàng hóa dao động tơ làm hư hỏng hàng hóa dập nát,gãy, vỡ thay đổi hình dạng tính chất hàng hóa - Ảnh hưởng đến đường Khi xe chạy đường, dao động ô tô gây tải trọng động với tải trọng tĩnh xe làm hư hỏng đường cầu cống - Ảnh hưởng đến chi tiết ô tô Tác động từ mặt đường lên xe gây dao động làm va đập, gây tải trọng thay đổi chi tiết ô tô, ảnh hưởng đến độ bền chi tiết - Ảnh hưởng đến khả truyền lực Dao động làm ảnh hưởng đến khả truyền lực tính điều khiển hướng chuyển động xe, ổn định chuyển động, lật xe…Dao động ô tô tạo 13 nên tải trọng động bánh xe, làm thay đổi độ bám đường bánh xe tạo gia tốc lắc làm ảnh hưởng đến chuyển động xe - Ảnh hưởng đến chuyển động tương đối giữ thân xe cầu xe Chuyển động tương đối thân xe cầu xe liên quan đến việc bố trí khơng gian cho hệ treo thiết kế ô tô 1.4 Chỉ tiêu đánh giá dao động 1.4.1.Chỉ tiêu độ êm dịu - Đối với người: Người ta định nghĩa cường độ dao động KB hàm gia tốc bình phương trung bình, tần số dao động thời gian tác dụng tính toán phụ thuộc vào phương tác dụng KB = f (  z, f , t ) Theo tiêu chuẩn ISO 2631/VDI 2057 Cường độ dao động theo phương thẳng đứng Kz xác định sau: K z = 10az f K z = 20az Kz = 160az f Với 1≤ f ≤ 4Hz (1.1) Với 4≤ f ≤ 8Hz (1.2) Với 8≤ f ≤ 80Hz (1.3) Tiêu chuẩn ISO 2631 đưa ngưỡng Kz sau: Kz < 0,2 Không cảm nhận dao động 0,2 ≤ Kz ≤ 0,4 Có thể cảm nhận dao động 0,4 ≤ Kz ≤ 1,6 Cảm nhận tốt dao động 1,6 ≤ Kz ≤ 6,3 Giới hạn thỏa mái với t < 24h 6,3 ≤ Kz ≤ 12,5 Cảm giác mạnh 12,5 ≤ Kz ≤ 100 Cảm giác mạnh Kz = 112 Cảm giác bị chấn động không chịu nhiều phút, gây ảnh hưởng đến sức khỏe 14 Hình 1.1 Sự phụ thuộc gia tốc bình phương trung bình theo tần số Khi thời gian kéo dài giới hạn giảm dần, xem hình 1.2 Với tơ 2