Nghiên cứu độ bền khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LƯƠNG VĂN VẠN NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN KHUNG SÁT XI XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LƯƠNG VĂN VẠN NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN KHUNG SÁT XI XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGUYỄN THANH QUANG TS TRẦN VĂN TƯỞNG Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Thanh Quang TS Trần Văn Tưởng Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 27 tháng 04 năm 2020 Hướng dẫn khoa học Hướng dẫn khoa học Tác giả luận án TS Trần Văn Tưởng PGS TS Nguyễn Thanh Quang Lương Văn Vạn ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thanh Quang TS Trần Văn Tưởng tận tình hướng dẫn, định hướng bảo giúp đỡ suốt trình thực luận án Xin trân trọng gửi lời cám ơn đến thầy cô, cán khoa Cơ điện Cơng trình, phịng Đào tạo sau đại học trường Đại học Lâm Nghiệp có đóng góp ý kiến, hỗ trợ thiết thực suốt q trình tơi thực luận án Tôi xin trân trọng bày tỏ lời cám ơn đến Ban Giám hiệu toàn thể thầy Khoa Cơ khí Động lực, Khoa Cơ khí Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, tạo điều kiện, ủng hộ giúp đỡ suốt q trình theo học Nghiên cứu sinh Tơi xin trân trọng cảm ơn nhà khoa học thuộc lĩnh vực Cơ khí Động lực trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, Đại học Giao thông vận tải, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Công nghiệp Hà Nội giúp đỡ tơi hồn thành luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bên cạnh động viên, chia sẻ khó khăn giúp tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày 27 tháng 04 năm 2020 Nghiên cứu sinh Lương Văn Vạn iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu luận án Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung bố cục luận án Những kết luận án Ý nghĩa thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu xe chữa cháy rừng đa 1.1.1 Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa 1.1.2 Nguyên lý làm việc xe chữa cháy rừng đa 1.1.3 Thông số kỹ thuật xe chữa cháy rừng đa 1.1.4 Đặc điểm làm việc xe chữa cháy rừng đa 1.1.5 Các dạng tải trọng động tác dụng lên khung xe trình hoạt động xe 10 1.1.6 Đặc điểm đường ô tô lâm nghiệp 12 1.2 Tổng quan khung sát xi ô tô 14 1.2.1 Giới thiệu khung sát xi xe ô tô 14 1.2.2 Công nghệ sản xuất khung xe 15 1.2.3 Chức khung xe 15 1.2.4 Vật liệu làm khung xe 17 iv 1.2.5 Yêu cầu đặt thiết kế sử dụng sát xi 18 1.2.6 Đặc điểm kết cấu khung sát xi xe chữa cháy rừng đa 18 1.3 Các phương pháp nghiên cứu độ bền khung sát xi 21 1.3.1 Nghiên cứu độ bền theo tải trọng cực đại 21 1.3.2 Nghiên cứu độ bền điều kiện tải trọng động 21 1.3.3 Nghiên cứu độ bền mỏi khung sát xi 22 1.4 Tình hình nghiên cứu sát xi giới Việt Nam 28 1.4.1 Tình hình nghiên cứu giới thiết kế, chế tạo sát xi 28 1.4.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam thiết kế, chế tạo sát xi 32 1.5 Đối tượng nghiên cứu 33 1.6 Nội dung luận án 33 Kết luận chương 35 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN KHUNG SÁT XI XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG 36 2.1 Các phương pháp đánh giá độ bền khung sát xi 36 2.1.1 Ứng suất tương đương (Von Mises) 36 2.1.2 Đánh giá theo độ bền mỏi khung sát xi 37 2.2 Xây dựng mơ hình xe chữa cháy rừng đa 44 2.2.1 Xây dựng mơ hình 3-D xe chữa cháy rừng đa 44 2.2.2 Xây dựng mô hình tính tốn độ bền khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng45 2.3 Xây dựng mơ hình xác định tải trọng động tác dụng lên khung sát xi 52 2.3.1 Phương pháp xây dựng mơ hình 52 2.3.2 Xây dựng mơ hình khơng gian 53 2.4 Tính toán xác định tải trọng động 62 2.4.1 Xe chuyển động thẳng đường qua mấp mơ có định dạng 62 2.4.2 Xe chuyển động thẳng đường mấp mô theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 71 Kết luận chương 73 CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐỘ BỀN KHUNG SÁT XI XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG 75 3.1 Các chế độ tính bền theo tải trọng 75 3.2 Phân tích dao động riêng khung 75 v 3.3 Đánh giá độ bền phá hủy khung sát xi xe chữa cháy rừng đa 77 3.3.1 Các trường hợp chịu tải trọng lớn 78 3.3.2 Đánh giá độ bền khung sát xi tác động tải trọng động 91 3.4 Đánh giá độ bền mỏi khung sát xi xe chữa cháy rừng đa 96 Kết luận chương 99 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 101 4.1 Mục đích, đối tượng thí nghiệm 101 4.1.1 Mục đích thí nghiệm 101 4.1.2 Đối tượng thí nghiệm 101 4.2 Các thông số đo 101 4.3 Lựa chọn phương pháp thiết bị đo 102 4.3.1 Phương pháp đo phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe 102 4.3.2 Phương pháp đo chuyển vị điểm khung sát xi theo phương thẳng đứng 102 4.4 Các phương pháp thiết bị thí nghiệm 102 4.4.1 Thí nghiệm xác định phản lực pháp tuyến 102 4.4.2 Thí nghiệm xác định chuyển vị điểm khung sát xi 105 4.4.3 Các thiết bị, cảm biến phần mềm dùng thí nghiệm 106 4.5 Hiệu chuẩn giá trị đo 108 4.5.1 Hiệu chuẩn giá trị đo phản lực pháp tuyến 108 4.5.2 Hiệu chuẩn giá trị đo chuyển vị khung 110 4.6 Tiến hành thí nghiệm đường 110 4.7 Kết thí nghiệm 111 4.7.1 Kết đo phản lực pháp tuyến 111 4.7.2 Kết đo chuyển vị khung sát xi 115 Kết luận chương 117 KẾT LUẬN 118 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu mc , mt , ms Zc, Zt, Zs θcx, θtx, θsx θcy, θty, θsy Jcx, Jtx, Jsx Jcy, Jty, Jsy Zu1, Zu2, Zu3 mu1, mu2, mu3 Ju1, Ju2, Ju3 θu1, θu2, θu3 Z4, Z5 m4 , m5 J4 , J5 Tên gọi Khối lượng cabin, thùng hàng khối lượng khung xe Dịch chuyển cabin, thùng hàng dịch chuyển khối lượng khung xe Góc xoay cabin, thùng hàng khung xe quanh trục x Góc xoay cabin, thùng hàng khung xe quanh trục y Moment quán tính cabin, thùng hàng khung xe quanh trục x Moment quán tính cabin, thùng hàng khung xe quanh trục y Chuyển vị khối lượng không treo cầu trước, cầu cầu sau theo phương Z Khối lượng không treo cầu trước, cầu cầu sau Moment quán tính khối lượng không treo cầu trước, cầu giữa, cầu sau Góc xoay khối lượng khơng treo cầu trước, cầu cầu sau quanh trục X Chuyển vị cấu cắt phía trước, cấu cắt cỏ phía sau Khối lượng cấu cắt phía trước, cấu cắt cỏ phía sau Moment quán tính cấu cắt phía trước, cấu cắt cỏ phía sau Đơn vị kg m rad rad kgm2 kgm2 m kg kgm2 rad m kg kgm2 vii θ4, θ5 Góc xoay cấu cắt phía trước, cấu cắt cỏ phía sau quanh trục X Kc11, Kc12, Hệ số cản giảm chấn lắp cabin trước trái, trước phải, Kc21, Kc22 sau trái, sau phải Cc11, Cc12, Độ cứng lò xo lắp cabin trước trái, trước phải, sau Cc21, Cc22 trái, sau phải Kt11, Kt12, Hệ số cản giảm chấn lắp thùng hàng trước trái, trước Kt21, Kt22 phải, sau trái, sau phải Ct11, Ct12, Độ cứng lò xo lắp thùng hàng trước trái, trước phải, Ct21, Ct22 sau trái, sau phải Cs11, Cs12 Độ cứng lò xo hệ thống treo cầu trước trái, phải Ks11, Ks12 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu trước trái, phải rad Ns/m N/m Ns/m N/m N/m Ns/m Cs21, Cs22 Độ cứng lò xo hệ thống treo cầu trái, phải N/m Cs31, Cs32 Độ cứng lò xo hệ thống treo cầu sau trái, phải N/m CL11, CL12 Độ cứng lốp xe cầu trước trái, phải N/m KL11, KL12 Hệ số cản nhớt lốp xe cầu trước trái, phải Ns/m CL21, CL22 Độ cứng lốp xe cầu trái, phải N/m KL21, KL22 Hệ số cản nhớt lốp xe cầu trái, phải Ns/m CL31, CL32 Độ cứng lốp xe cầu sau trái, phải N/m KL31, KL32 Hệ số cản nhớt lốp xe cầu sau trái, phải Ns/m K11, K12 K21, K22 C21, C22 B Hệ số cản giảm chấn lắp cấu cắt phía trước trái, phải Hệ số cản giảm chấn lắp cấu cuốc đất phía sau trái, phải Độ cứng phận đàn hồi lắp cấu cắt cỏ phía sau trái, phải Khoảng cách từ tâm xe đến bánh xe trái phải Ns/m Ns/m N/m m viii d Khoảng cách từ tâm xe đến điểm liên kết hệ thống treo trái phải m Khoảng cách từ tâm ô tô đến tâm cầu trước, cầu sau m l3 Khoảng cách từ tâm cầu trước đến đầu xe m l4 Khoảng cách từ tâm cầu sau đến đuôi xe m l1, l2 l5 c1 , c2 c3 , c4 e1 , e2 e3 , e4 h1, h2, h3, h4, h5, h6 Khoảng cách từ điểm bắt hệ thống treo khung đến tâm cầu số tâm cầu số Khoảng cách từ tâm cabin đến điểm liên kết hệ thống treo cabin trái, phải Khoảng cách từ tâm cabin đến điểm liên kết hệ thống treo cabin trước, sau Khoảng cách từ tâm thùng hàng đến điểm liên kết hệ thống treo thùng hàng trái, phải Khoảng cách từ tâm thùng hàng đến điểm liên kết hệ thống treo thùng hàng trước, sau m m m m m Chiều cao mấp mô mặt đường vị trí bánh trước trái, trước phải, trái, phải, sau trái, sau phải m 150 PHỤ LỤC TẢI TRỌNG ĐỘNG KHI BÁNH TRƯỚC PHẢI BỊ MẤP MÔ  Chiều cao mấp mô h = 0,1m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h)  Chiều cao mấp mô h = 0,2m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) 151 Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h)  Chiều cao mấp mô h = 0,3m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h)  Chiều cao mấp mô h = 0,4m 152 Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h) 153 PHỤ LỤC TẢI TRỌNG ĐỘNG KHI BÁNH SAU PHẢI BỊ MẤP MƠ  Chiều cao mấp mơ h = 0,1m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h) 154  Chiều cao mấp mô h = 0,2m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h)  Chiều cao mấp mô h = 0,3m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) 155 Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h)  Chiều cao mấp mô h = 0,4m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h) 156 PHỤ LỤC TẢI TRỌNG ĐỘNG KHI HAI BÁNH CHÉO BỊ MẤP MƠ  Chiều cao mấp mơ h = 0,1m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h)  Chiều cao mấp mô h = 0,2m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) 157 Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h)  Chiều cao mấp mô h = 0,3m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h) 158  Chiều cao mấp mô h = 0,4m Tải trọng động Fz1 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 10 km/h) Tải trọng động Fz1 (v = 15 km/h) Tải trọng động Fz3 (v = 15 km/h) 159 PHỤ LỤC TẢI TRỌNG ĐỘNG KHI XE CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG XẤU (D-E) VÀ RẤT XẤU (E-F) THEO TIÊU CHUẨN ISO 8608:1995 Tải trọng động FZ1 (v = 10 km/h, D-E) Tải trọng động FZ3 (v = 10 km/h, D-E) Tải trọng động FZ1 (v = 15 km/h, D-E) Tải trọng động FZ3 (v = 15 km/h, D-E) 160 Tải trọng động FZ1 (v = 10 km/h, E-F) Tải trọng động FZ3 (v = 10 km/h, E-F) Tải trọng động FZ1 (v = 15 km/h, E-F) Tải trọng động FZ3 (v = 15 km/h, E-F) 161 PHỤ LỤC ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ TRÊN KHUNG SÁT XI KHI HAI BÁNH TRƯỚC GẶP PHẢI MẤP MÔ Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên bánh trước bị mấp nguyên bánh trước bị mấp mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên bánh trước bị mấp nguyên bánh trước bị mấp mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h 162 PHỤ LỤC ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ TRÊN KHUNG SÁT XI KHI BÁNH TRƯỚC PHẢI GẶP PHẢI MẤP MÔ Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên bánh trước phải bị mấp nguyên bánh trước phải bị mấp mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên bánh trước phải bị mấp nguyên bánh trước phải bị mấp mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h 163 PHỤ LỤC 10 ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ TRÊN KHUNG SÁT XI KHI BÁNH SAU PHẢI GẶP PHẢI MẤP MÔ Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên bánh sau phải bị mấp nguyên bánh sau phải bị mấp mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên bánh sau phải bị mấp nguyên bánh sau phải bị mấp mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h 164 PHỤ LỤC 11 ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ TRÊN KHUNG SÁT XI KHI HAI BÁNH CHÉO NHAU GẶP PHẢI MẤP MÔ Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên hai bánh chéo bị nguyên hai bánh chéo bị mấp mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h mấp mô chiều cao 0,2m; vận tốc 20 km/h Chuyển vị xuất khung sát xi Ứng suất xuất khung sát xi nguyên hai bánh chéo bị nguyên hai bánh chéo bị mấp mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h mấp mô chiều cao 0,3m; vận tốc 20 km/h ... ? ?Nghiên cứu độ bền khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng? ?? Mục tiêu luận án Nghiên cứu đánh giá độ bền khung sát xi làm sở khoa học cho việc hoàn thiện kết cấu khung sát xi xe chữa cháy rừng đa. .. tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án khung sát xi xe chữa cháy rừng đa sản xuất, lắp ráp Việt Nam sở xe Ural 4320 Phạm vi nghiên cứu Đánh giá độ bền tĩnh bền mỏi khung sát xi xe chữa cháy. .. ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu xe chữa cháy rừng đa 1.1.1 Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa 1.1.2 Nguyên lý làm việc xe chữa cháy rừng đa 1.1.3 Thông số kỹ thuật xe chữa cháy rừng