luận án tiến sĩ nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động (research on suspension of the semi trailer truck in the orient reducing dynamic wheel load)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THÀNH NIÊM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TREO ĐOÀN XE THEO HƯỚNG GIẢM TẢI TRỌNG ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THÀNH NIÊM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TREO ĐOÀN XE THEO HƯỚNG GIẢM TẢI TRỌNG ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LƯU VĂN TUẤN TS ĐẶNG VIỆT HÀ Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Lưu Văn Tuấn TS Đặng Việt Hà Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 05 tháng 03 năm 2021 Người hướng dẫn khoa học Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.TS Lưu Văn Tuấn TS Đặng Việt Hà Vũ Thành Niêm i LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phịng Đào tạo, Viện Cơ khí Động lực, Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn tập thể hướng dẫn PGS.TS Lưu Văn Tuấn TS Đặng Việt Hà tận tình hướng dẫn việc định hướng nghiên cứu phương pháp giải vấn đề cụ thể đặt để thực hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn thầy, cô Bộ mơn Ơ tơ Xe chun dụng - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Cục Đăng kiểm Việt Nam, Trung tâm thử nghiệm xe giới ủng hộ, động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trình học tập nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Trung tâm Khoa học công nghệ - Trường Đại học Giao thông vận tải giúp đỡ để hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến chuyên gia ngành Động lực đóng góp ý kiến quý báu để luận án hoàn thiện Cuối nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên, khuyến khích suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Vũ Thành Niêm ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv MỞ ĐẦU xvi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Xu hướng phát triển vấn đề tải trọng động SMRM 1.2.1 Xu hướng phát triển SMRM treo khí 1.2.2 Tải trọng tĩnh quy định giới hạn tải trọng SMRM 1.2.3 Ảnh hưởng tải trọng động đường an toàn động lực học xe 1.2.4 Giải pháp giảm tải trọng động 1.3 Hệ thống treo khí nén SMRM 1.3.1 Đặc điểm 1.3.2 Đặc tính độ cứng ballon khí nén 11 1.3.3 Các mơ hình hệ thống treo khí nén 12 1.4 Tiêu chí đánh giá tải trọng động 17 1.5 Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến nội dung luận án 19 1.5.1 Các cơng trình nghiên cứu giới 19 1.5.2 Các cơng trình nghiên cứu Việt Nam 23 1.6 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu 26 1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu 26 1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 26 1.6.3 Phương pháp nghiên cứu 26 1.6.4 Phạm vi nghiên cứu 27 1.6.5 Nội dung luận án 27 1.7 Kết luận Chương 27 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐỒN XE SƠ MI RƠ MOÓC ĐỂ NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG ĐỘNG 28 iii 2.1 Phân tích cấu trúc giả thiết xây dựng mơ hình 28 2.2 Định nghĩa hệ tọa độ 30 2.3 Phương trình động lực học ĐXSMRM 30 2.3.1 Phương trình động lực học khối lượng treo XĐK 32 2.3.2 Phương trình động lực học khối lượng không treo XĐK 35 2.3.3 Phương trình động lực học khối lượng treo SMRM 35 2.3.4 Phương trình động lực học khối lượng không treo SMRM 39 2.4 Các lực mô men liên kết 40 2.4.1 Lực liên kết hệ thống treo 41 2.4.2 Lực mô men liên kết dọc từ trục đến thân xe 45 2.4.3 Lực liên kết bánh xe với mặt đường 46 2.4.4 Lực liên kết khớp nối 46 2.5 Lực cản khí động 47 2.6 Xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén để xác định lực liên kết hệ thống treo 47 2.6.1 Các giả thiết xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén 47 2.6.2 Sử dụng mô hình GENSYS xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén 48 2.7 Hàm kích động mặt đường 52 2.7.1 Hàm ngẫu nhiên 52 2.7.2 Hàm xung cosin 55 2.8 Cấu trúc mơ hình động lực học ĐXSMRM 55 2.9 Điều kiện đầu vào 57 2.10 Kết luận Chương 58 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT TẢI TRỌNG ĐỘNG VÀ THỜI GIAN TÁCH BÁNH CỦA XE SƠ MI RƠ MOÓC 59 3.1 Các phương án khảo sát 59 3.2 So sánh tải trọng động SMRM treo khí SMRM treo nhíp với vận tốc loại đường thay đổi (Phương án 1) 62 3.3 Khảo sát tải trọng động, tải trọng lớn SMRM treo khí, SMRM treo nhíp với vận tốc, loại đường mức tải thay đổi (Phương án 2) 69 3.3.1 Ảnh hưởng mức tải đến tải trọng động (DLC) 70 3.3.2 Ảnh hưởng mức tải đến tải trọng toàn (Fz) 75 3.4 Ảnh hưởng mặt đường đến phản lực bánh xe (Phương án 3) 78 iv 3.5 So sánh thời gian tách bánh SMRM treo khí SMRM treo nhíp (Phương án 4) 80 3.6 Xác định vận tốc an toàn giới hạn SMRM treo khí 84 3.7 Kết luận Chương 85 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 86 4.1 Mục đích, đối tượng thơng số cần đo 86 4.1.1 Mục đích thí nghiệm 86 4.1.2 Đối tượng thí nghiệm 86 4.1.3 Các thông số cần đo 87 4.2 Thiết bị thí nghiệm 89 4.2.1 Cảm biến đo chuyển vị 89 4.2.2 Cảm biến đo gia tốc 90 4.2.3 Cảm biến đo vận tốc dài 91 4.2.4 Bộ xử lý tín hiệu 93 4.2.5 Sơ đồ kết nối 94 4.3 Thiết kế đồ gá lắp đặt cảm biến 94 4.4 Các phương án thí nghiệm 97 4.4.1 Mơ tả thí nghiệm 97 4.4.2 Các phương án thí nghiệm 97 4.5 Kết thí nghiệm so sánh với kết mô 99 4.5.1 Kích động cosin hai bên bánh xe 99 4.5.2 Kích động cosin bên bánh xe 102 4.6 Kết luận Chương 105 KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113 Phụ lục Các thơng số cấu trúc mơ hình động lực học ĐXSMRM Phụ lục Bảng hệ số áp lực đường động DLSF SMRM treo nhíp SMRM treo khí Phụ lục Bảng giá trị DLC theo mức tải, vận tốc loại đường SMRM treo khí Phụ lục Bảng so sánh kết mô thí nghiệm 11 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu G(OXYZ) B(Cxyz) MBS XĐK SMRM ĐXSMRM CPTGGT DLC DLSF DIVINE ij i=1:1:6 j=1 j=2 l1 l2 l3 l4 l5 l6 lk1 lk2 h1 h2 hk1 hk2 hw1, hw2 hij 2bi 2wi a b c r ij m1 m2 mAi mti z1 , z , z ɺ ɺ z2 , z2 ,z ɺ z sij ,z sij ɺ x1 , x1 ɺ x2 , x ξ uij ξ , Ai ξ Ai ,ξ ui ɺ Ai ij ɺ ɺ ϕ2 , ϕ2 ϕ Aij ,ϕ Aij ,ϕ Aij ɺ ,ϕ 3,13 3,14 3,15 3,16 3,17 3,18 3,19 3,2 3,21 3,22 3,23 3,24 3,25 3,26 3,27 3,28 3,29 3,3 3,31 3,32 3,33 3,34 3,35 3,36 3,37 -0,543 -0,362 -0,305 -0,362 -0,475 -0,588 -0,669 -0,715 -0,728 -0,705 -0,641 -0,541 -0,435 -0,355 -0,307 -0,252 -0,119 0,142 0,524 0,950 1,324 1,585 1,747 1,878 2,043 24 3,38 3,39 3,4 3,41 3,42 3,43 3,44 3,45 3,46 3,47 3,48 3,49 3,5 3,51 3,52 3,53 3,54 3,55 3,56 3,57 3,58 3,59 3,6 3,61 2,256 2,475 2,634 2,694 2,663 2,574 2,458 2,322 2,163 1,990 1,832 1,718 1,647 1,580 1,463 1,272 1,039 0,834 0,716 0,687 0,691 0,655 0,540 0,369 3,62 3,63 3,64 3,65 3,66 3,67 3,68 3,69 3,7 3,71 3,72 3,73 3,74 3,75 3,76 3,77 3,78 3,79 3,8 3,81 3,82 3,83 0,203 0,093 0,046 0,030 0,005 -0,046 -0,110 -0,171 -0,230 -0,308 -0,419 -0,549 -0,659 -0,716 -0,729 -0,744 -0,817 -0,963 -1,142 -1,281 -1,326 -1,281 25 3,84 3,85 3,86 3,87 3,88 3,89 3,9 3,91 3,92 3,93 3,94 3,95 3,96 3,97 3,98 3,99 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,1 -1,199 -1,146 -1,149 -1,185 -1,207 -1,183 -1,116 -1,033 -0,958 -0,889 -0,812 -0,724 -0,644 -0,601 -0,600 -0,610 -0,579 -0,472 -0,306 -0,127 1,349 8,255 20,106 28,900 31,685 29,901 25,534 4,11 4,12 4,13 4,14 4,15 4,16 4,17 4,18 4,19 4,2 4,21 4,22 4,23 4,24 4,25 4,26 4,27 4,28 4,29 20,335 15,044 9,927 5,740 4,461 5,594 6,827 6,606 5,571 3,993 1,290 -1,305 -1,401 0,551 2,259 2,124 0,670 -0,350 -0,164 26 4,3 4,31 4,32 4,33 4,34 4,35 4,36 4,37 4,38 4,39 4,4 4,41 4,42 4,43 4,44 4,45 4,46 4,47 4,48 4,49 4,5 0,299 -0,288 -2,261 -4,695 -6,289 -6,718 -6,709 -7,039 -7,691 -7,880 -6,972 -5,176 -3,320 -2,102 -1,489 -0,953 -0,181 0,580 0,846 0,464 -0,222 27 Bảng P4.5 Các thông số mơ thí nghiệm với kích động xung cosin bánh xe bên trái, v = 30 km/h t (s) ξ41-z41MP 0,000 2,01 0,000 2,02 0,000 2,03 -0,001 2,04 -0,003 2,05 -0,009 2,06 -0,023 2,07 -0,050 2,08 -0,095 2,09 -0,160 2,1 -0,239 2,11 -0,316 2,12 -0,367 2,13 -0,374 2,14 -0,332 2,15 -0,254 2,16 -0,170 2,17 -0,109 2,18 -0,087 2,19 -0,096 2,2 -0,114 2,21 -0,116 2,22 -0,090 2,23 -0,048 2,24 -0,013 2,25 -0,010 2,26 -0,046 2,27 -0,110 2,28 -0,175 2,29 -0,215 2,3 -0,215 2,31 -0,176 2,32 -0,113 2,33 -0,049 28 2,34 -0,001 2,35 0,019 2,36 0,013 2,37 -0,006 2,38 -0,020 2,39 -0,014 2,4 0,007 2,41 0,015 2,42 -0,036 2,43 -0,185 2,44 -0,449 2,45 -0,807 2,46 -1,220 2,47 -1,645 2,48 -2,058 2,49 -2,446 2,5 -2,802 2,51 -3,103 2,52 -3,318 2,53 -3,416 2,54 -3,383 2,55 -3,228 2,56 -2,971 2,57 -2,640 2,58 -2,271 2,59 -1,907 2,6 -1,612 2,61 -1,446 2,62 -1,445 2,63 -1,593 2,64 -1,823 2,65 -2,041 2,66 -2,170 2,67 -2,183 2,68 -2,100 2,69 -1,962 2,7 -1,797 2,71 -1,607 29 2,72 -1,385 2,73 -1,144 2,74 -0,919 2,75 -0,752 2,76 -0,662 2,77 -0,631 2,78 -0,627 2,79 -0,623 2,8 -0,626 2,81 -0,658 2,82 -0,732 2,83 -0,830 2,84 -0,905 2,85 -0,915 2,86 -0,848 2,87 -0,732 2,88 -0,609 2,89 -0,501 2,9 -0,390 2,91 -0,231 2,92 0,010 2,93 0,317 2,94 0,631 2,95 0,879 2,96 1,020 2,97 1,065 2,98 1,059 2,99 1,046 1,038 3,01 1,027 3,02 0,999 3,03 0,961 3,04 0,935 3,05 0,936 3,06 0,958 3,07 0,974 3,08 0,960 3,09 0,922 30 3,1 0,894 3,11 0,912 3,12 0,978 3,13 1,049 3,14 1,060 3,15 0,972 3,16 0,803 3,17 0,614 3,18 0,469 3,19 0,392 3,2 0,362 3,21 0,337 3,22 0,290 3,23 0,232 3,24 0,191 3,25 0,182 3,26 0,195 3,27 0,202 3,28 0,186 3,29 0,159 3,3 0,145 3,31 0,151 3,32 0,153 3,33 0,106 3,34 -0,016 3,35 -0,190 3,36 1,624 3,37 11,690 3,38 23,760 3,39 29,457 3,4 29,790 3,41 26,263 3,42 21,102 3,43 15,641 3,44 10,356 3,45 5,714 3,46 3,768 3,47 4,654 31 3,48 6,209 3,49 6,390 3,5 5,476 3,51 4,066 3,52 1,640 3,53 -2,110 3,54 -4,539 3,55 -4,290 3,56 -3,150 3,57 -2,998 3,58 -4,005 3,59 -6,140 3,6 -7,859 3,61 -7,797 3,62 -6,484 3,63 -5,232 3,64 -4,691 3,65 -4,291 3,66 -3,155 3,67 -1,256 3,68 0,309 3,69 0,262 3,7 -1,220 3,71 -3,059 3,72 -4,555 3,73 -5,727 3,74 -7,059 3,75 -8,685 3,76 -10,144 3,77 -10,742 3,78 -10,211 3,79 -8,898 3,8 -7,356 3,81 -5,854 3,82 -4,317 3,83 -2,640 3,84 -0,965 3,85 0,325 32 3,86 0,933 3,87 0,912 3,88 0,594 3,89 0,276 3,9 0,015 3,91 -0,297 3,92 -0,697 3,93 -1,043 3,94 -1,128 3,95 -0,880 3,96 -0,435 3,97 -0,008 3,98 0,280 3,99 0,449 0,574 33 Bảng P4.6 Các thơng số mơ thí nghiệm với kích động xung cosin bánh xe bên trái, v = 40 km/h t (s) 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,1 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,2 2,21 2,22 2,23 2,24 2,25 2,26 2,27 2,28 2,29 2,3 2,31 2,32 2,33 2,34 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 34 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5 2,51 2,52 2,53 2,54 2,55 2,56 2,57 2,58 2,59 2,6 2,61 2,62 2,63 2,64 2,65 2,66 2,67 2,68 2,69 2,7 2,71 2,72 2,73 2,74 2,75 2,76 2,77 2,78 2,79 2,8 2,81 2,82 2,83 2,84 2,85 2,86 2,87 35 2,88 2,89 2,9 2,91 2,92 2,93 2,94 2,95 2,96 2,97 2,98 2,99 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,1 3,11 3,12 3,13 3,14 3,15 3,16 3,17 3,18 3,19 3,2 3,21 3,22 3,23 3,24 3,25 3,26 3,27 3,28 3,29 3,3 3,31 3,32 3,33 36 3,34 3,35 3,36 3,37 3,38 3,39 3,4 3,41 3,42 3,43 3,44 3,45 3,46 3,47 3,48 3,49 3,5 3,51 3,52 3,53 3,54 3,55 3,56 3,57 3,58 3,59 3,6 3,61 3,62 3,63 3,64 3,65 3,66 3,67 3,68 3,69 3,7 3,71 3,72 3,73 3,74 3,75 3,76 3,77 3,78 3,79 37 3,8 3,81 3,82 3,83 3,84 3,85 3,86 3,87 3,88 3,89 3,9 3,91 3,92 3,93 3,94 3,95 3,96 3,97 3,98 3,99 38 ... nhíp hệ thống treo khí nén Đề tài ? ?Nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động? ?? có tính cấp thiết, nhằm giảm tải trọng động nâng cao an toàn động lực học xe Tải trọng động. .. động nêu trên, đề tài ? ?Nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động? ?? có tính cấp thiết, nhằm giảm tải trọng động nâng cao an toàn động lực học xe Song song với việc nâng cấp... đến tải trọng động, so sánh tải trọng động loại hệ thống treo tối ưu hóa thơng số thiết kế hệ thống treo nhằm giảm tải trọng động Các cơng trình nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng động