Mục đích của nghiên cứu là xây dựng và mô phỏng mô hình động lực học đoàn xe nhằm xác định tải trọng động tác động lên khung xe sơ mi rơ moóc. Mô hình động lực xe đoàn xe gồm đầu kéo và sơ mi rơ moóc dài 40 feet được mô phỏng sử dụng Matlab/Simulink.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu xác định tải trọng động tác dụng lên khung sơ mi - rơ moóc A study to determine dynamic loadings affecting the semi-trailer frame Trương Đặng Việt Thắng*, Trịnh Minh Hoàng, Nguyễn Trọng Hoan Trường Đại học Bách khoa Hà Nội *Email: thang.truongdangviet@hust.edu.vn Tóm tắt Từ khóa: Động lực học, Hệ nhiều vật, Đồn xe, Sơ mi rơ mc, Tải trọng động, Matlab/Simulink Mục đích nghiên cứu xây dựng mơ mơ hình động lực học đồn xe nhằm xác định tải trọng động tác động lên khung xe sơ mi rơ mc Mơ hình động lực xe đoàn xe gồm đầu kéo sơ mi rơ mc dài 40 feet mơ sử dụng Matlab/Simulink Tải trọng động sinh kích thích từ mấp mô mặt đường đến bánh xe qua hệ thống treo tác động lên khung xe Mơ hình ứng dụng để nghiên cứu rung ồn phân tích độ bền kết cấu Kết khảo sát mơ hình tải trọng động lên khung xe xe qua đường mấp mô ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 Một số kết nghiên cứu đưa để đánh giá phân tích khả ứng dụng mơ hình Abstract Keywords: Dynamics, Multibody, Articulated Vehicle, SemiTrailer, Dynamic Loading, Matlab/Simulink This study aim is to develop and simulate dynamics of a combination tractor and semi-trailer to determine dynamic loading generated at semitrailer chassis frame Dynamics model of articulated vehicle with 40 feet semi-trailer using Matlab/Simulink Dynamic loading in motion generated mostly due to the excitation from the rough surface of the road via wheels and suspension system to the frame chassis This model is usually utilized to study the vibration problem (NVH) and structural strength analysis The results of analysing model are the dynamic loads generated when the vehicle travels on road surface with the typical bump and road roughness profiles in accordance with ISO 8608 The research results are plotted for assessing and analyzing the applicability of the proposed model Ngày nhận bài: 31/7/2018 Ngày nhận sửa: 04/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong dịch vụ vận chuyển hàng hóa, xe tải nặng đồn xe đóng vai trị quan trọng, chiếm phần lớn khối lượng vận chuyển đường Với phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng sơmi rơ moóc (SMRM) vận chuyển hàng hóa đường ngày nhiều đa dạng Đối với đồn xe sơ mi rơ mc (ĐXSMRM), thơng thường nghiên cứu động lực học tập trung vào nghiên cứu tính điều khiển quỹ đạo chuyển động nhằm đảm bảo an tồn cho hàng hóa, người phương tiện khác tính thảm khốc có tai nạn xảy nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng chúng ảnh hưởng đến kết cấu cầu đường, hệ thống giao HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 thông đưa cảnh báo vùng hoạt động ảnh hưởng xấu tác động đến hàng hóa, đường xá, tai nạn số nghiên cứu cơng bố [2, 3, 4, 7] Mục đích báo xây dựng mơ hình động lực học thẳng đứng ĐXSMRM có kể đến đặc tính phi tuyến hình học hệ thống treo lốp nhằm mục đích xác định tải trọng động thẳng đứng sinh kích động từ mấp mơ mặt đường Nghiên cứu khảo sát mơ hình động lực học thẳng đứng ĐXSMRM trục dài 40 feet Matlab/Simulink Mơ hình ứng dụng vào để nghiên cứu rung ồn phân tích độ bền kết cấu Kết khảo sát mơ hình tải trọng động lên khung SMRM xe qua đường có mấp mô ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 Một số kết khảo sát chế độ khác đưa để đánh giá phân tích Nội dung báo bao gồm phần sau: phần giới thiệu, phần hai xây mô hình động lực học thẳng đứng đồn xe, phần ba giới thiệu mô tả mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO để khảo sát mơ hình, kết phân tích kết khảo sát trình bày phần bốn cuối kết luận kiến nghị MƠ HÌNH ĐỒN XE 2.1 Mơ hình khơng gian Đồn xe chọn khảo sát đoàn xe SMRM cầu, gồm xe đầu kéo cầu SMRM cầu (hình 1) Trong đó, cầu cầu dẫn hướng, cầu 2-3 cầu tandem dẫn động xe kéo với hệ thống treo dạng cân bằng, cầu 4-5 cầu tandem liên kết với SMRM hệ thống treo dạng cân đòn lắc dọc Hình Mơ hình đồn xe cầu a Hình chiếu cạnh b Hình chiếu từ sau Theo Hình 1, OXYZ hệ tọa độ cố định; mC1, mC2, khối lượng treo xe kéo, SMRM mAi khối lượng không treo cầu i (i = 5); ZC1, ZC2 chuyển vị thẳng đứng khối lượng mC1, mC2; ZAi chuyển vị thẳng đứng khối lượng không treo mAi; l1, l2, l3 khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến cầu 1, 2; l4, l5 khoảng cách từ trọng tâm SMRM đến cầu 4,5; lk1, lk2 khoảng cách từ chốt kéo SMRM đến trọng tâm xe kéo SMRM; Cij, Kij độ cứng hệ số cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij, với i thứ tự cầu xe HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 j: 1_trái, 2_phải; CLij, KLij độ cứng hệ số cản hướng kính lốp thứ ij, wi khoảng cách tâm cầu xe đến điểm đặt hệ thống treo i, 2bi chiều rộng sở cầu xe thứ i, hij mấp mô mặt đường bánh xe ij ((i = 5, j = 2); Trong nghiên cứu [7], tác giả thiết lập mơ hình xác định tải trọng động làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu thiết kế đường với mơ hình đồn xe khơng gian với 28 bậc tự khuyến cáo cho ngành cầu đường việc thiết kế đường cho tơ nói chung đồn xe nói riêng Mơ hình động lực học đồn xe SMRM mơ tả khơng gian cho mục tiêu khác kích động dãy, kích động hai dãy, kích động đơn Trong nội dung báo, nghiên cứu nhằm xác định tải trọng động thẳng đứng tác dụng lên khung xe SMRM đoàn xe cầu với 16 bậc tự (DOF) mô tả 16 tọa độ suy rộng bao gồm chuyển động phương thẳng đứng ĐXSMRM gồm khối lượng treo mC1 mC2 (zC1, zC2); góc lắc dọc C1, C2 góc lắc ngang C1,C2, chuyển động thẳng đứng lắc ngang khối lượng không treo cầu xe zAi , Ai Để xác định tải trọng động thẳng đứng, mơ hình sử dụng số giả thiết sau: - Đoàn xe SMRM đối xứng trục theo chiều dọc; - Các mô men Mzij bánh xe không (Mzij = 0, i = ÷ 5, j = ÷ 2); - Độ đàn hồi hệ thống treo tuyến tính chưa va chạm vấu hạn chế hành trình; - Độ cứng hướng kính lốp khơng thay đổi chưa tách bánh; - Bánh xe đàn hồi; Các bánh xe kép quy bánh xe đơn; Khoảng cách hai vết tiếp xúc xác định giá trị trung bình vết tiếp xúc hai bánh xe đơn; - Bỏ qua chuyển động dịch chuyển ngang tương đối khối lượng treo không treo, xét lắc dọc lắc ngang 2.2 Mơ hình động lực học Phương trình động lực học đồn xe bao gồm khối lượng treo xe kéo, SMRM khối lượng không treo cầu dẫn hướng xe kéo, cầu tandem chủ động xe kéo cầu tandem xe bán mc Việc thiết lập phương trình động lực học theo nguyên lí tách cấu trúc hệ nhiều vật dựa ngun lí D’Alambert để mơ tả chuyển động tọa độ suy rộng Hệ phương trình dao động thẳng đứng mơ hình đồn xe khảo sát theo [5, 7] mô tả sau: ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ̈ ̈ ̈ = + + + + + − ) +( = −( + + ) − ) +( ) =( + − − + − − ) + − − +( = + + + + ( ) ( ) − = + + + ) +( ) =( + − − + − − ̈ = + − − ) +( ) =( + − − + − − ̈ (1) ⎨ ̈ ⎪ ̈ ⎪ ⎪ ̈ ⎩ với (i = 5, j = 2) Hệ phương trình (1) mơ tả chuyển động thẳng đứng tổ hợp đoàn xe SMRM với bảy khối lượng gồm 16 phương trình mơ tả bậc tự hệ với thơng số đầu vào kích động mặt đường Trong đó, FCij FKij nội lực hệ thống treo: HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 = ( − ) = ( ̇ − ̇) (2) Với K, C hệ số đặc trưng cho hệ thống treo ô tô, FCLij FKLij nội lực hướng kính lốp 2.3 Đặc tính hệ thống treo tải trọng động bánh xe Trong nội dung nghiên cứu này, lực liên kết gồm liên kết khối lượng treo không treo, liên kết mặt đường bánh xe mơ tả mơ hình khảo sát coi lực phi tuyến hình học Đối với cầu dẫn động xe kéo sử dụng hệ thống treo cân kiểu tandem, lực đàn hồi FCij lực cản giảm chấn FKij (i=23, j=12) mô tả theo [5] sau: = + + = + = + (3) Đối với cầu xe bán moóc sử dụng hệ thống treo cân liên tiếp có địn lắc dọc, Phương trình chuyển động góc cân dọc theo [7]: ̈ =( + − + ) ̈ = ( + − + ) (4) Với i góc gắc dọc đòn dọc, c chiều dài đòn lắc dọc Nội lực hệ thống treo xác định từ độ cứng phần tử đàn hồi C hệ số cản K với độ dịch chuyển vận tốc dịch chuyển tương đối khối lượng treo không treo xác định sau: ⎧ ⎪ = − + − (5) ⎨ − − − ⎪ = ( ̇ − ̇ ) ⎩ Tải trọng bánh xe có chất phản lực lốp-đường, gồm tải trọng tĩnh tải trọng động, bỏ qua cản hướng kính lốp phản lực thẳng đứng Fzij xác định phụ thuộc vào trạng thái tiếp xúc bánh xe với mặt đường [2]: Fzij= FGij + Fz ,dyn Trong đó, FGij tải trọng tĩnh; Fz,dyn tải trọng động , = = ⎧ ⎪ , ℎ 0, ℎ ℎ − − ≥0 − ; ℎ − ⎨ ⎪ ; ℎ − ⎩