Hyunđai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Hệ thống treo đang sử dụng trên xe là hệ thống treo phụ thuộc có bộ phận đàn hồi loại nhíp, chỉ có giảm xóc ở cầu trước, cầu sau không có giảm
61
xóc. Khi xe vận chuyển hàng hoá, độ rung xóc tác động lên xe rất lớn đặc biệt là khi xe vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp. Vì vậy tác giả đề xuất phương án là lắp thêm giảm chấn loại ống thuỷ lực ở bộ phận treo cầu sau xe để dập tắt dao động, tăng độ êm dịu cho xe. Giảm chấn được lắp đầu trên bắt chặt với khung xe, đầu dưới của giảm chấn được nối với vỏ cầu sau xe.
Việc giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động trong trường hợp có lắp thêm giảm sóc ở cầu sau khác với trường hợp đầu ở chỗ hệ số cản nhớ t k2 ≠ 0 và k2 = 10300 Ns/m
Hình 3.18- Mfiles khai báo thông số đầu vào của mô hình trong trườ ng hợp có lắp thêm giảm xóc ở cầu sau xe
62
Hình 3.19. Sơ đồ khối mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên Matlab, hà m kích thích là mấp mô đơn
Hình 3.20. Sơ đồ khối mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên Matlab, dạng hàm sin
63
Với hàm kích thích là hàm điều hoà trong trườ ng hơ ̣p có lắp giảm xóc ở cầu sau ôtô, kết quả mô phỏng di ̣ch chuyển thẳng đứng của tro ̣ng tâm xe như hình 3.21;
Hình 3.21- Dịch huyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn
Kết quả mô phỏng gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô cho ở hình 3.22;
Hình 3.22- Gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô
Kết quả mô phỏng được dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc như hình 3.23;
64
Hình 3.23- Dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc
Kết quả mô phỏng gia tốc dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc như hình 3.24;
Hình 3.24- Gia tốc dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc
Qua đồ thị 3.21, 3.22, 3.23, 3.24 ta thấy: Khi lắp thêm giảm xóc ở cầu sau xe biên độ gia tốc dao động (-0,025 0,025) m; tần số dao động khoảng 2,5 Hz
65
Ngoài kết quả mô phỏng với hàm kích thích là hàm hình sin ta còn thu được kết quả mô phỏng với hàm kích thích là mấp mô đơn như sau. Hình 3.25 là kết quảmô phỏng dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô.
Hình 3.25- Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn
Kết quả mô phỏng gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô cho ở hình 3.26;
Hình 3.26- Gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô
Kết quả mô phỏng được dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc cho ở hình 3.27;
66
Hình 3.27- Dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc
Kết quả mô phỏng gia tốc dịch chuyển góc của ôtô trong mặt phẳng dọc giới thiê ̣u ở hình 3.28;
Hình 3.28- Gia tốc dịch chuyển góc của ôtô trong mặt phẳng dọc
Qua đồ thị 3.25, 3.26, 3.27 3.28, ta thấy nếu lắp thêm giảm xóc cho cầu sau xe. Chúng tôi xác định được biên độ gia tốc dao động (- 4 10) m; tần số dao động khoảng 2,2 Hz. Sau 6s dao động đã tắt dần về 0.
67
Căn cứ vào kết quả mô phỏng trên ta thấy nếu lắp thêm giảm xóc ở cầu sau xe thì biên đô ̣ gia tốc di ̣ch chuyển thẳng đứng của tro ̣ng tâm xe ô tô khi đã lắp thêm giảm xóc cho cầu sau xe giảm 1 m/s2 ; Tần số dao động là 0,2 Hz
Ngoài ra căn cứ vào các đồ thị của hai mô hình ở dạng hàm kích thích là hàm điều hò a ta thấy ở đồ thị 3.21, 3.22, 3.23 3.24, mô hình đã lắp thêm giảm chấn thì biên độ dao động từ (- 0,025 0,025)m; tần số dao động khoảng 2,2 Hz. Khi đến 4s dịch chuyển tắt dần về 0. Trong khi đó ở đồ thị 3.9, 3.10, 3.11, 3.12; thì biên độ gia tốc dao động (- 0,03 0,03) m; tần số dao động khoảng 2,5 Hz. Sau 6s dao động mới tắt dần về 0. Căn cứ vào kết quả trên ta thấy, ở mô hình đã lắp thêm giảm chấn thì thời gian dao động tắt dần nhanh hơn và biên độ dao động nhỏ hơn so với mô hình ban đầu khi chưa có giảm chấn ở cầu sau xe ôtô, do đó độ êm dịu của xe tăng lên đảm bảo cho xe vận chuyển hàng hoá được êm hơn, đặc biệt là khi xe vận chuyển gỗ mỏ rừng trồng trên đường lâm nghiệp, đồng thời làm tăng tuổi thọ các bộ phận treo của xe và các bộ phận khác liên quan. Vì vậy việc lắp thêm bộ phận giảm chấn vào cầu sau xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn là rất cần thiết.
68
Chương 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định một số thông số đầu vào cho viê ̣c giải mô hình lý thuyết và minh họa một phần của nghiên cứu lý thuyết về gia tố c dao động thẳng đứng của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Do điều kiện thời gian, kinh phí và cơ sở vật chất hạn chế, luận văn không thể tiến hành tất cả các thí nghiệm để xác định tất cả các thông số đầu vào và các thí nghiệm để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết. Ở đây luận văn chỉ tiến hành một số thí nghiệm xác định các thông số cơ bản chưa biết của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn và một số thí nghiệm nhằm minh họa thêm cho một số kết quả nghiên cứu lý thuyết như nghiên cứu thực nghiệm để xác định dao động thẳng đứng của tro ̣ng tâm xe ô tô Hyundai 3,5 tấn và dao động thẳng đứng của ghế ngồi người lái xe ôtô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
4.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
Đối tượng để thực nghiệm là xe ô tô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp với tốc độ là 30km/h, (hình 4.1
69
4.3. Trang thiết bị thực nghiệm
Để xác định gia tốc dao động thẳng đứng của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn khi vận chuyễn gỗ trên đường lâm nghiệp chúng tôi dùng đầu đo gia tốc theo nguyên lý ten rô (Hình 4.5)
Đầu đo gia tốc được gắn tại vị trí ngay trên trọng tâm xe sao cho phương tác dụng của gia tốc trùng với phương thẳng đứng đi qua trọng tâm xe (hình 4.2). Đầu đo được nối với Spider8 bằng dây cảm biến, Spider8 được kết nối với máy tính bằng cáp LPT.
Hình 4.2: Vị trí đầu đo gia tốc theo nguyên lý ten zô trên trọng tâm của xe
Tương tự, để xác định dao động thẳng đứng dọc của ghế người lái xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp chúng tôi dùng thiết bị là đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm (hình 4.5). Đầu đo gia tốc được gắn tại vị trí trọng tâm ghế người lái xe sao cho trục dọc của đầu đo trùng với phương thẳng đứng (hình 4.3). Đầu đo được nối với Spider8 bằng dây cảm biến, Spider8 được kết nối với máy tính bằng cáp LPT.
70
Hình 4.3. Thiết bị đo và vị trí treo đầu đo gia tốc thẳng đứng của ghế lái
4.3.1. Thiết bị đo Spider8 và phần mềm Catman
Thiết bị Spiser8 là một thiết bị thu thập khuếch đại thông tin đo lường kỹ thuật số nối ghép với máy tính, để đo các đại lượng không điện. Spider8 được thiết kế theo tiêu chuẩn đo lường công nghiệp, gọn nhẹ và chắc chắn, phù hợp với đo kiểm tra ngoài hiện trường (hình 4.4).
Thiết bị Spider 8 có một số đặc tính kỹ thuật sau:
+ Tốc độ lấy mẫu tới 9600 giá trị/giây cho mỗi kênh;
+ Nguồn cấp 110 - 240 VAC qua bộ chuyển đổi điện ổn định 12 VDC + Số kênh đo: 8 kênh đo và có thể
ghép nhiều bộ để đạt số kênh đo là 64. Hình 4.4. Thiết bị Spider8 + Cấp chính xác: 0,1.
Thiết bị Spider8 có thể thu, khuếch đại, chuyển đổi A/D. Tốc độ thu nhận tín hiệu đo cao với độ phân giải 16 bit. Thiết bị kết nối với máy tính bằng
71 cổng giao diện: RS 232 hoặc LPT.
Phần mềm Catman là phần mềm điều khiển đo lường và xử lý số liệu, làm việc trong môi trường Window, phần mềm này điều khiển được Spider 8 và một số thiết bị khác của hãng HBM. Ngoài ra nó còn có chức năng xử lý số liệu có thể kết nối với Excel và một số phần mềm khác.
Phần mềm Catman có các nhóm chức năng thực hiện viê ̣c đo và xử lý số liệu chính như sau:
Data export: Lưu giữ liệu (chọn các dạng lưu dữ liệu đo);
Data import: Lấy dữ liệu ra, xử lý số liệu...;
Editmeasured data: Điều chỉnh số liệu.
4.3.2. Đầu đo gia tốc
Để đo gia tốc dao đô ̣ng thẳng đứng của tro ̣ng tâm xe chúng tôi dùng đầu đo gia tố c theo nguyên lý ten zô.
Đầu đo có cấu tạo như sau: Phương của gia tốc
Hình 4.5- Đầu đo gia tốc theo nguyên lý ten zô.
1- Khố i quán tính; 2- Thanh đàn hồi; 3- Ten zô điê ̣n trở; 4- Đế Đầu đo gồ m khối quán tính (1) gắn ở dầu thanh đàn hồi (2), thanh này được hàn cứng với đế (4), trên hai mặt của thanh dán 04 ten zô điê ̣n trở được mắ c theo sơ đồ cầu đủ (hình 4.6);
1
2
3
72
Hình 4.6- Mạch đo của chuyển đổi ten zô.
Khi đầu đo chuyển động theo phương của gia tốc khối quán tính (1) sinh ra lực quán tính tác dụng lên thanh đàn hồi 2 làm biến da ̣ng các ten rô điê ̣n trở (3) làm điê ̣n trở của chúng thay đổi, do đó làm cầu đo mất cân bằng xuất hiện trên đường chéo đo của cầu điê ̣n áp (U ≠ 0) tỉ lê ̣ với gia tốc tác dụng.
Để xác định gia tốc dao động thẳng đứng của ghế lái xe ôtô bằng phương pháp thực nghiệm, chúng tôi sử dụng đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm B12-1000 do hãng HBM của Cộng hoà liên Bang Đức sản xuất, hình dáng và sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 4.7;
Chúng tôi sử dụng một máy tính đã cài đặt phần mềm Catman có cổng kết nối LPT để điều khiển đo lường và ghi lại các kết quả đo.
Khi liên hợp máy chuyển động, khối quán tính (1) dao động trong hai
U0
U
R1 R2
73
Hình 4.7. Đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm
1. Khối quán tính; 2. Mặt cắt của hai cuộn dây điện cảm; 3. Lò xo lá (phần tử đàn hồi); 4. Thân đầu đo; 5. Cạnh vát;
6. Cọc nối dây; 7. Đầu có ren lắp vào vật đo.
cuộn dây điện cảm 2, làm cho từ trở của mạch từ thay đổi dẫn đến điện cảm của hai cuộn dây 2 thay đổi. Sự thay đổi điện cảm này sẽ được thiết bị Spider 8 thu thập, khuếch đại lên rất nhiều lần qua chuyển đổi A/D và được ghi lại nhờ phần mềm Catman đã được cài đặt trong máy tính.
4.4. Tiến hành thực nghiệm
Chúng tôi tiến hành thí nghiệm trên xe ô tô Hyunđai 3,5 tấn với tốc độ 30 km/h, vận chuyển gỗ chuyển động trên đường lâm nghiệp.
Để đo gia tốc dao động thẳng đứng tại trọng tâm của xe ô tô Hyunđai 3,5tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp ở tốc độ 30km/h, (hình 4.8);
Tôi gắn đầu đo gia tốc theo nguyên lý ten zô vào vị trí trọng tâm xe ôtô (H4-2), rồ i nối đầu đo với thiết bị Spider8.
3 1 2 3 5 4 6 7
74
Hình 4.8. Tiến hà nh đo gia tốc dao động thẳngđứng của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn
Để đo gia tốc dao động thẳng đứng của ghế người lái khi xe ô tô
Hyunđai 3,5 tấn vận chuyễn gỗ trên đường lâm nghiệp chạy ở tốc độ 30km/h
(hình 4.9), thực hiện như sau:
Hình 4.9: Tiế n hà nh đo gia tốc thẳng đứng của ghế người lái
Treo đầu đo gia tốc vào vị trí thẳng đứng trước ngực người lái, nối đầu đo với thiết bị Spider8.
75
Sau khi nố i 2 đầu đo gia tố c vớ i Spider8, kết nố i Spider8 với máy tính bằng cáp LPT. Khởi đô ̣ng Spider8, khởi động máy tínhvà cha ̣y phần mềm CATMAN.
Cho xe chuyển động trên đoa ̣n đường lâm nghiê ̣p vừa có biên da ̣ng ngẫu nhiên vừ a có mấp mô đơn khoảng 0,1m, đo đồng thời gia tốc dao động thảng đứng trong tâm xe và tro ̣ng tâm ghế người ngồi lái.
4.5. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Catman. Đồ thị gia tốc dao động thẳng đứng của tro ̣ng tâm xe ô tô Hyunđai 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp ở tốc độ 30km/h, khi đi trên đường lâm nghiệp có biên da ̣ng ngẫu nhiên và khi gă ̣p mấp mô đơn (hình 4.10);
BIỂU ĐỒ GIA TỐC ĐỨNG -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 Thời gian G ia t ố c đ ứ ng 1.25
Hình 4.10. Đồ thị gia tốc dao động thẳng đứng của xe ô tô Hyunđai 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp ở tốc độ 30km/h
Đồ thị gia tốc dao động thẳng đứng của ghế người lái ở tốc độ 30 km/h khi đi trên đường mấp mô ngẫu nhiên và khi gặp mấp mô đơn (hình 4.11).
,m/s
2
76 BIỂU ĐỒ GIA TỐC ĐỨNG (GHẾ) -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 0 5 10 15 20 25 Thời gian G ia t ố c đ ứ ng ( gh ế ) -0.36 Hình 4.11. Đồ thị gia tốc dao động thẳng đứng của ghế người lái ở tốc độ 30 km/h
4.6. So sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm.
Từ đồ thị 4.10, chúng tôi xác định được tần số dao động là 2,2 Hz; biên độ dao động (- 6,5 9) m. Như vậy so sánh với kết quả nghiên cứu lý thuyết là: gia tốc dao động - 5 12 m/s2; tần số dao động khoảng 2,5 Hz. Như vậy chúng tôi có:
- Sai lệch về biên độ là 9,1%; - Sai lệch về tần số là 8,4%.
Sau khi so sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm có sự sai khác, chúng tôi đưa ra một số nguyên nhân dẫn đến sự sai khác đó như sau:
1. Xây dựng mô hình dao động lý thuyết, chúng tôi giả thiết rằng bỏ qua lực ma sát và các nguồn gây kích động trên xe ôtô; trong thực tế các nguồn gây kích động trên xe ôtô có thể là đáng kể.
2. Độ cao mấp mô mặt đường khi thực nghiệm có sai lệch với mô hình lý thuyết. Như vậy, với các nguyên nhân trên, sai số 9,1% là chấp nhận được.
m/
s
2
77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
1. Luận văn đã xây dựng được mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe ôtô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp và xác định được hầu hết các thông số trên mô hình, làm cơ sở để thiết lập và giải phương trình vi phân dao động của hệ;
2. Đã ứng dụng phương trình Lagranger loại II để thiết lập được hệ phương trình vi phân dao động xe ôtô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trong mặt phẳng thẳng đứng dọc khi chuyển động trên đường lâm nghiệp, làm cơ sở để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe ôtô;
3. Đã giải và mô phỏng được hệ phương trình vi phân dao động của xe ôtô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp bằng phần mềm Matlab-Simulink với hàm kích thích dao động hình sin (chiều cao mấp mô 0,1m, bước sóng 2,1m) và hàm mấp mô đơn cho hai trườ ng hơ ̣p không có và có giảm xóc ở cầu sau xe.
4. Đã đề xuất được giải pháp nhằm nâng cao khả năng chuyển động êm dịu của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp. Bằ ng cách lắp thêm giảm xóc thủy lực cho cầu sau với hệ số cản nhớt hợp lý