Nghiên cứu xác định một số tính chất đàn hồi và giảm chấn của bánh lốp ô tô tải nhỏ

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

1 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội ------------------ Bùi tiên phong Nghiên cứu xác định một số tính chất đàn hồi và giảm chấn của bánh lốp ô tô tải nhỏ luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông - Lâm nghiệp Mã ngành : 60-52-14 Ngời hớng dẫn khoa học : TS. Bùi Việt Đức Hà Nội -2011 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 1 tháng 11 năm 2011 Tác giả luận văn Bùi Tiên Phong Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành luận văn này tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn rất nhiệt tình của thầy giáo TS. Bùi Việt ðức cùng với sự ñóng góp quý báu của các thầy giáo, cô giáo Bộ môn ðộng lực cũng như các thầy giáo, cô giáo Khoa cơ ñiện, Viện ðào tạo sau ñại học của Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới những sự giúp ñỡ quý báu ñó. Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn ðộng lực, Viện Phát triển công nghệ cơ ñiện Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội, Trường Cao ñẳng Kỹ thuật Công nghiệp, ñã tạo ñiều kiện cho tôi trong việc thu thập số liệu và những thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu luận văn. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới gia ñình, ñồng nghiệp và bạn bè những người ñã luôn bên tôi giúp ñỡ về vật chất cũng như tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hà nội, ngày 1 tháng 11 năm 2011 Tác giả Bïi Tiªn Phong Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi Danh mục viết tắt vii 1. MỞ ðẦU 1 1.1. Cơ sở khoa học và tính cấp thiết của ñề tài. 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài 2 1.3. Phương pháp nghiên cứu 2 1.3.1. Nghiên cứu tổng quan. 2 1.3.2. Nghiên cứu lý thuyết. 2 1.3.3. Nghiên cứu thực nghiệm. 2 2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 3 2.1. Tình hình chế tạo và sử dụng lốp xe ở Việt nam và trên thế giới 3 2.2. ðặc ñiểm kết cấu và các thông số bánh lốp 5 2.3. Ảnh hưởng của kết cấu và thông số bánh lốp tới trạng thái làm việc của phương tiện. 7 2.3.1. Ảnh hưởng của hoa lốp. 7 2.3.2. Ảnh hưởng ñường kính ngoài của lốp (D). 7 2.3.3. Ảnh hưởng của chiều rộng profile lốp. 8 2.3.4. Ảnh hưởng ñường kính profile lốp d p khi B=H và d=const. 9 2.3.5. Ảnh hưởng hình dạng profile lốp (H/B) 10 2.3.6. Ảnh hưởng kết cấu bề mặt lăn của lốp. 10 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iv 2.3.7. Ảnh hưởng áp suất lốp. 14 2.3.8. Ảnh hưởng của ñộ cứng bánh xe. 15 2.3.9. Ảnh hưởng của tính ñàn nhớt 15 2.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ñộng lực học bánh lốp xe ôtô. 19 2.4.1. Các tính chất của bánh hơi (bánh lốp có săm) 19 2.4.2. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe 23 2.4.3. ðộng lực học bánh xe bị ñộng 25 2.4.4. ðộng lực học bánh xe chủ ñộng 29 2.4.5. ðộng lực học bánh xe khi phanh 31 2.4.6. Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñộ cứng và ñộ giảm chấn lốp ô tô 33 3. NGHIÊN CỨU DAO ðỘNG Ô TÔ 34 3.1. Các mô hình sử dụng phổ biến trong nghiên cứu dao ñộng ô tô 34 3.2. Thiết lập phương trình vi phân dao ñộng mô hình ½ ô tô (cho 1 cầu) 37 3.2.1. Một số giả thiết: 38 3.2.2. Lập phương trình vi phân dao ñộng 38 3.2.3. Xác ñịnh các thông số của mô hình 41 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46 4.1. Mục ñích và phương pháp thực nghiệm 46 4.1.1. Mục ñích thực nghiệm 46 4.1.2. Phương pháp thực nghiệm 46 4.2. Khảo sát dao ñộng ô tô tải nhỏ 52 4.2.1. Xây dựng sơ ñồ mô phỏng bằng Simulink 52 5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 59 5.1. Kết luận 59 5.2. Kiến nghị 60 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật v Danh môc h×nh Hình 2.1: Kết cấu lốp 5 Hình 2.2: Ảnh hưởng của chiều rộng profile lốp 8 Hình 2.3: Ảnh hưởng của ñường kính profile lốp 9 Hình 2.4: Các dạng profile lốp 10 Hình 2.5. Mối quan hệ giữa hệ số bám ϕ với hệ số ñiền ñầy hoa lốp k h , chiều cao vấu bám ∆ h và khoảng cách giữa các vấu bám l’ h. 12 Hình 2.6. Góc nghiêng bề mặt tỳ của vấu bám. 14 Hình 2.7. Mô hình môi trường chùng ứng suất Macxoen 17 Hình 2.8. Mô hình môi trường tuyến tính chuẩn 18 Hình 2.9. ðặc tính biến dạng pháp tuyến và biến dạng tiếp tuyến của lốp 19 Hình 2.10. ðặc tính biến dạng ngang của lốp 21 Hình 2.11. ðặc tính biến dạng góc của lốp 22 Hình 2.12. Sơ ñồ xác ñịnh các loại bán kính bánh xe 24 Hình 2.13. Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị ñộng khi lăn trên ñường cứng. 26 Hình 2.14.Các lực tác dụng lên bánh bị ñộng ñàn hồi khi lăn trên ñường mềm 28 Hình 2.15. Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe cứng khi lăn trên ñường biến dạng 29 Hình 2.16. Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ ñộng 29 Hình 2.17 Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 31 Hình 3.1. Mô hình 1/4 35 Hình 3.2. Mô hình 1/2 36 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vi Hình 3.3. Mô hình không gian 37 Hình 3.4. Mô hình dao ñộng cầu trước ô tô 39 Hình 3.7. ðường cong dao ñộng tắt dần khi tính giảm chấn bằng ñộ tắt loga 44 Hình 3.8. ðường cong trễ 44 H ình 4.1. Hệ thống trang thiết bị thực nghiệm 46 Hình 4.2. Sơ ñồ kết nối hệ thống trang thiết bị thực nghiệm 48 Hình 4.3 Sơ ñồ thu thập và sử lý tín hiệu ño 48 Hình 4.4. Quan hệ giữa biến dạng và lực tác ñộng 49 Hình 4.5 Quan hệ giữa ñộ cứng, hệ số giảm chấn với áp suất bánh xe 49 Hình 4.6 Quan hệ giữa ñộ cứng, hệ số giảm chấn với tốc ñộ góc 50 Hình 4.7 Quan hệ giữa áp suất và ñộ cứng 50 Hình 4.8 Quan hệ giữa tải trọng và áp suất 51 Hình 4.9. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của lốp 51 Hình 5.1 Thư viện mẫu các khối chức năng cơ bản 53 Hình 5.2. Gia tốc dao ñộng thân xe 56 Hình 5.3. Gia tốc dao ñộng lắc ngang thân xe 56 Hình 5.4. Chuyển vị lắc ngang thân xe 57 Hình 5.5. ðồ thị chuyển vị của thân xe khi chịu tác ñộng kích thích dạng bậc 57 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 1 1. MỞ ðẦU 1.1. Cơ sở khoa học và tính cấp thiết của ñề tài. Bánh lốp là bộ phận có kết cấu và ñiều kiện làm việc phức tạp. Tình trạng kỹ thuật của bánh lốp có ảnh hưởng lớn ñến sự ổn ñịnh chuyển ñộng, tính an toàn và khả năng cơ ñộng của phương tiện di chuyển trên ñường giao thông. Nghiên cứu tính chất của bánh xe ô tô trong các ñiều kiện ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu (áp suất hơi, ñộ mòn, góc lệch .) và trạng thái làm việc ( tốc ñộ, mô men, tải trọng .) thay ñổi là một công việc cần thiết trong thiết kế chế tạo và sử dụng ô tô. Các thông số ñộ cứng, hệ số giảm chấn của bánh lốp trên thực tế sẽ có sự thay ñổi giá trị khi chịu tác ñộng của các yếu tố ảnh hưởng. Các kết quả khảo sát ñộng lực học của ô tô nói chung và của bánh lốp nói riêng sẽ gần với thực tế hơn khi các quan hệ giữa các thông số bánh lốp với các yếu tố ảnh hưởng ñược xem xét trong việc xây dựng mô hình tính toán. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu có thể ñược sử dụng làm cơ sở ñể phân tích, ñánh giá khả năng thích ứng của các cơ cấu, hệ thống, chi tiết, cụm chi tiết khi các ñiều kiện làm việc thay ñổi, từ ñó có thể ñề xuất các phương án thích hợp trong sử dụng, cải tiến, thiết kế và chế tạo ô tô. ðược sự phân công của khoa Cơ ðiện, Bộ môn ðộng lực và sự giúp ñỡ của thầy giáo TS. Bùi Việt ðức – Bộ môn ðộng lực – Khoa Cơ ñiện – Trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi ñã lựa chọn ñề tài: “Nghiên cứu xác ñịnh một số tính chất ñàn hồi và giảm chấn của bánh lốp ô tô tải nhỏ” Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 2 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài Xác ñịnh các hệ số ñàn hồi và giảm chấn có xét ñến ảnh hưởng của tải trọng và áp suất của bánh xe nhằm thiết lập các mối quan hệ toán học giữa các thông số này, phục vụ cho việc tính toán mô phỏng mô hình ô tô. 1.3. Phương pháp nghiên cứu 1.3.1.Nghiên cứu tổng quan. - Tình hình chế tạo và sử dụng lốp xe ở Việt nam và trên thế giới. - ðặc ñiểm thông số của bánh lốp. - Ảnh hưởng của thông số lốp tới trạng thái làm việc của phương tiện. - Tổng quan về tình hình nghiên cứu ñộng lực học bánh xe. 1.3.2.Nghiên cứu lý thuyết. - Xây dựng mô hình mô phỏng 1/4, 1/2 ô tô tải nhỏ có xét tới ảnh hưởng của phần tử ñàn hồi, giảm chấn bánh lốp. - Xây dựng chương trình khảo sát một số quá trình ñộng lực học của phương tiện dưới tác ñộng thay ñổi của ñiều kiện làm việc. - Khảo sát một số quá trình ñặc trưng và so sánh với các kết quả khảo nghiệm thực tế ñể ñánh giá tính chính xác của mô hình. 1.3.3. Nghiên cứu thực nghiệm. Xây dựng hệ thống thực nghiệm với các trang thiết bị cần thiết ñể xác ñịnh các thông số kết cấu bánh xe (áp suất, ñộ cứng, hệ số giảm chấn) dưới tác ñộng thay ñổi của tải trọng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 3 2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 2.1. Tình hình chế tạo và sử dụng lốp xe ở Việt nam và trên thế giới Tại Việt Nam trong năm gần ñây ñã hình thành và phát triển nhiều nhà máy sản xuất lốp ô tô ñiển hình là công ty công nghiệp cao su miền nam (CASUMINA) ñã sản xuất thành công lốp ôtô radial bố thép theo thiết kế với tính năng phù hợp tiêu chuẩn của Nhật Bản JIS D4230 ñạt kỹ thuật quy ñịnh, ñược khách hàng trong nước và nước ngoài chấp nhận. Cho ñến nay, CASUMINA là nhà sản xuất lốp ô tô radial ñầu tiên của Việt Nam, bắt kịp công nghệ mới tiên tiến của thế giới trên lĩnh vực này. Lốp ô tô radial mới có cỡ vành 13 - 14 dùng cho xe du lịch 4 - 7 chỗ ngồi mang thương hiệu CASUMINA ñã lắp cho xe taxi của công ty Mai Linh tại TPHCM và một số xe chạy trên tuyến ñường TPHCM - Hà nội và ngược lại, ñã chạy an toàn từ 35.000 ñến 40.000 km mà lốp vẫn ñang còn tốt. Hiện nay, các nước trên thế giới và ASEAN ñều sử dụng ngày càng phổ biến lốp ô tô radial với số lượng ngày càng tăng. Lốp radial ñược sản xuất theo công nghệ mới nên có nhiều ưu ñiểm nổi bật như : ñảm bảo xe chạy êm và an toàn với tốc ñộ cao, không phát nhiệt, ñộ bền tốt hơn, tiết kiệm ñược năng lượng cho nhà sử dụng lốp, giá thành sản phẩm thấp và tăng sức cạnh tranh cho nhà sản xuất. Ở nước ta, 100% xe 4-12 chỗ ngồi và 30% tổng số xe khách, xe tải nhẹ, phần lớn xe chuyên dùng và một số ñáng kể xe tải nặng ñã dùng lốp radial nhập khẩu. Riêng năm nay cả nước phải nhập tới 800.000 lốp ô tô radial các loại. Do ñó việc ñầu tư sản xuất lốp ô tô radial là rất cần thiết và ñúng lúc. Qua nghiên cứu thực tế ở nhiều nước và khu vực trên thế giới, CASUMINA nhận thấy thiết bị, công nghệ sản xuất lốp ô tô radial của Nhật Bản là phù hợp với ñiều kiện và hoàn cảnh nước ta, nhất là các hệ thống máy cán bố thép, máy lưu hoá thuỷ lực dễ vận hành, bảo trì; máy ép mặt lốp 3 . học Nông nghiệp Hà Nội, tôi ñã lựa chọn ñề tài: Nghiên cứu xác ñịnh một số tính chất ñàn hồi và giảm chấn của bánh lốp ô tô tải nhỏ Trường ðại học Nông. dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội ------------------ Bùi tiên phong Nghiên cứu xác định một số tính chất đàn hồi và giảm chấn của bánh lốp ô