3.2.1. Tính ổn định dọc
➢ Xét ổn định theo điều kiện lật đổ:
Để tính toán ổn định dọc cho ô tô ta cần xét các trường hợp lúc xe lên dốc và lúc xe xuống dốc để kiểm tra độ an toàn của xe khi làm việc trong điều kiện địa hình phức tạp.
+ Khi xe đậu trên dốc đầu hướng lên:
Khi ô tô lên dốc ổn định với tốc độ thấp do vậy các lực cản gió, lực cản quán tính có thể bỏ qua và ảnh hưởng của lực cản lăn coi như không đáng kể. Khi xe dừng trên dốc, giả thiết xe chỉ có lực phanh ở bánh sau.
Ta lập phương trình mômen đối với điểm O2:
∑ MiO2 = Z1.L + G.sinαL.hg – G.cosαL.b = 0 tgαL = b
hg
47 Trong đó:
αL - Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc. tgαL = 2,139/1,311 = 1,6 αL = 58° + Khi xe đậu trên dốc đầu hướng xuống:
Tương tự, khi góc α tăng dần đến góc α′L, các bánh xe cầu sau nhấc khỏi mặt đường Z2 = 0, lấy mômen đối với điểm O1 và rút gọn thì ta được:
tgα′L = a hg Trong đó: α′L - Góc ổn định dọc khi xe xuống dốc. tgα′L = 3,861/1,311 = 2,9 α′L = 71°
48 ➢ Xét ổn định theo điều kiện trượt:
Trường hợp chỉ có cầu sau chủ động. Khi lực phanh đạt tới giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc khi xe bị trượt được xác định như sau:
Fpmax = G.sinαL = Z2.φ (3.1)
Trong đó:
Fpmax – Lực phanh lớn nhất đặt ở các bánh xe sau. φ – Hệ số bám dọc của bánh xe với đường.
Z2 – Hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe sau.
Khi α tăng tới góc αφ, lúc đó lực phanh đạt tới giới hạn bám. ∑ MiO2 = G.sinαφ.hg + G.cosαφ.a – Z2.L = 0
Z2 = G.sinαφ .hg + G.cosαφ .a
L
Khi ô tô đứng trên dốc quay đầu lên, ta thay giá trị Z2 vào (3.1), ta được: tgαφ = a.φ
L − φ.hg
Khi ô tô đứng trên dốc quay đầu xuống, làm tương tự ta được: tgα′φ = a.φ
L + φ.hg
αφ, α′φ - Góc dốc giới hạn bị trượt khi xe đứng yên trên dốc quay đầu lên và xuống. Điều kiện để đảm bảo an toàn cho xe đứng yên trên dốc thì hiện tượng bị trượt phải xảy ra trước khi bị lật đổ là:
49 Hay a.φ L − φ.hg < b hg tương tự a.φ L+ φ.hg < a hg
Góc giới hạn khi xe đứng trên dốc chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm và chất lượng của mặt đường. Như vậy ta sẽ xét các trường hợp khi xe đậu trên các loại đường có hệ số bám dọc khác nhau.
Bảng 3.4. Hệ số bám dọc và góc dốc giới hạn bị trượt của xe
Hệ số bám dọc (x) Xe quay đầu lên dốc() Xe quay đầu xuống dốc()
0,8 31,95 23,66 0,7 28,00 21,34 0,65 25,98 20,11 0,6 23,95 18,84 0,5 19,86 16,17 0,45 17,80 14,77 0,4 15,75 13,31 0,35 13,70 11,81 0,3 11,67 10,26 0,15 5,69 5,33 0,1 3,76 3,60
Bảng 3.5. Hệ số bám dọc và góc dốc giới hạn mà xe bị trượt xuống dốc
TT Loại đường Tình
trạng
Hệ số bám
x
1 Đường bê tông nhựa, bê tông xi măng mới
Khô 0,7 ÷ 0,8 28,00 31,95 21,34 23,66
50 2 Đường bê tông
nhựa, bê tông xi măng mòn sạch
Khô 0,5 ÷ 0,6 19,86 23,95 16,17 18,84
Ướt 0,35 ÷ 0,45 13,70 17,80 11,81 14,77
3 Đường bê tông nhựa, bê tông xi măng có bùn đất
Khô 0,4 ÷ 0,5 15,75 19,86 13,31 16,17
Ướt 0,3 ÷ 0,4 11,67 15,75 10,26 13,31
4 Đường lát đá Khô 0,45 ÷ 0,7 17,80 28,00 14,77 21,34
Ướt 0,3 ÷ 0,4 11,67 15,75 10,26 13,31
5 Đường rãi đá Khô 0,45 ÷ 0,65 17,80 25,98 14,77 20,11
Ướt 0,3 ÷ 0,4 11,67 15,75 10,26 13,31
6 Đường đá dăm Khô 0,45 ÷ 0,5 17,80 19,86 14,77 16,17
Ướt 0,3 ÷ 0,45 11,67 17,80 10,26 14,77 7 Đường đất nện chặt Khô 0,5 ÷ 0,6 19,86 23,95 16,17 18,84 Ướt 0,3 ÷ 0,4 11,67 15,75 10,26 13,31 8 Đường đất cát Khô 0,5 ÷ 0,6 19,86 23,95 16,17 18,84 Ướt 0,6 ÷ 0,7 23,95 28,00 18,84 21,34 9 Đường đất tình trạng xấu (có bùn lầy) Khô 0,15 ÷ 0,3 5,69 11,67 5,33 10,26 Ướt 0,1 ÷ 0,15 3,76 5,69 3,60 5,33
Sau khi tính toán ta so sánh và thấy rằng góc < L và < L thỏa mãn theo điều kiện trượt và theo điều kiện lật đổ. Do đó xe đảm bảo an toàn.
51
3.2.2. Tính toán ổn định ngang của ô tô
3.2.2.1. Tính ổn định ngang của ô tô khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang ngang
➢ Xét ổn định theo điều kiện lật đổ
Khi xe dừng trên đường nghiêng ngang (Flt = 0) thì góc nghiêng ngang giới hạn mà xe bị lật đổ được xác định bằng cách lấy mômen đối với điểm B và rút gọn ta được:
Z’’ = G.cosβ
B
2 − G.sinβ.hg+ Mjn B
Khi góc β tăng tới giá trị giới hạn βđ, xe bị lật quanh trục đi qua B. Lúc đó Z’ = 0. Giả thiết trị số mômen quán tính của các chi tiết quay của động cơ và hệ thống truyền lực khi xe chuyển động đều Mjn = 0, khi xe không kéo rơmóc nên Fm = 0.
Hình 3.9. Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang
52 Ta xác định được góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang là:
tgβđ = B
2hg
Trong đó:
Flt - Lực li tâm sinh ra khi xe quay vòng.
βđ - Góc nghiêng ngang giới hạn của đường mà xe bị lật đổ. B - Khoảng cách giữa hai vệt bánh xe sau, B = 2200 [mm].
Y’, Y’’ - Các phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái. β - Góc nghiêng ngang của đường.
Z’, Z’’ - Các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái.
tgβđ = 2,200/2.1,311 = 0,8 βđ ≈ 38°
Vậy góc nghiêng ngang giới hạn mà xe bị lật đổ khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang là βđ = 38°
➢ Xét ổn định theo điều kiện trượt
Để xác định góc giới hạn khi xe bị trượt, ta lập phương trình hình chiếu các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường:
G.sinβφ = Y’ + Y’’ = (Z’ + Z’’).φy = G.cosβφ.φy (3.2) Trong đó:
φy - Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường.
53 Rút gọn biểu thức (3.2) ta được:
tgβφ = φy
Góc dốc giới hạn mà xe bị trượt xuống dốc phụ thuộc vào hệ số bám ngang của bánh xe và mặt đường. Ta sẽ xét góc dốc mà xe bị trượt trên các loại đường khác nhau.
Bảng 3.4. Hệ số bám ngang và góc dốc giới hạn mà xe bị trượt ngang
Loại đường Tình trạng mặt đường Hệ số bám ngang 𝛃𝛗 Góc dốc giới hạn mà ô tô bị trượt
1 Đường bê tông nhựa, bê tông xi măng mới
Khô 0,8 ÷ 0,9 38 42
Ướt 0,6 ÷ 0,7 31 35
2 Đường bê tông nhựa, bê tông xi măng mòn sạch
Khô 0,6 ÷ 0,7 31 35
Ướt 0,45 ÷ 0,55 24 29
3 Đường bê tông nhựa, bê tông xi măng có bùn đất Khô 0,5 ÷ 0,6 27 31 Ướt 0,4 ÷ 0,5 22 27 4 Đường lát đá Khô 0,55 ÷ 0,8 29 39 Ướt 0,4 ÷ 0,5 22 27 5 Đường rải đá Khô 0,55 ÷ 0,75 29 37 Ướt 0,4 ÷ 0,5 22 27 6 Đường đá dăm Khô 0,55 ÷ 0,6 29 31 Ướt 0,4 ÷ 0,55 22 29 7 Đường đất nện chặt Khô 0,6 ÷ 0,7 31 35 Ướt 0,4 ÷ 0,5 22 27 8 Đường đất cát Khô 0,6 ÷ 0,7 31 35 Ướt 0,7 ÷ 0,8 35 39
54 9 Đường đất tình trạng xấu ( có
bùn lầy)
Khô 0,25 ÷ 0,4 14 22
Ướt 0,2 ÷ 0,25 11 14
Sau khi tính toán ta thấy rằng góc < đ đảm bảo an toàn cho xe khi chuyển động trên các mặt đường có độ nghiêng ngang.
3.2.2.2. Tính ổn định ngang của ô tô khi chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang nghiêng ngang
➢ Xét ổn định theo điều kiện lật đổ
• Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài (hướng nghiêng ngang của đường và trục quay vòng của xe ở hai phía của đường):
Trong trường hợp này ô tô chịu tác dụng của các lực: lực ly tâm Flt, trọng lượng toàn bộ của ô tô G.
Khi góc β tăng dần đồng thời dưới tác dụng của lực ly tâm Flt, xe sẽ bị lật đổ quanh trục đi qua A, lúc đó vận tốc của ô tô đạt tới giá trị giới hạn và hợp lực Z’’ = 0.
55 Để xác định trị số các phản lực bên trái, ta lập phương trình cân bằng mômen đối với đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc của các bánh xe bên phải với mặt đường, ta được:
Z’’ = Z’’1 + Z’’2 = 1
B[G (B
2cosβ − hgsinβ) − Mjn− Flt(hgcosβ + B
2sinβ)]
Sử dụng công thức trên (giá trị Mjn nhỏ nên bỏ qua) và thay giá trị lực ly tâm Flt = Gvn
2 gR
vào công thức rồi rút gọn, ta được: vn2 = ( B 2cosβđ − hgsinβđ)gR hgcosβđ + B 2sinβđ Rút gọn ta được: vn = √( B 2cosβđ − hgsinβđ)gR
hgcosβđ+ B2sinβđ hay vn = √(
B
2hg − tgβđ)gR 1+ B
2hgtgβđ
Hình 3.10. Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài
56 Trong đó:
βđ - Góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị lật đổ. R - Bán kính quay vòng của xe, R = 8,6 [m].
v - Vận tốc chuyển động quay vòng, m/s.
vn - Vận tốc giới hạn (hay vận tốc nguy hiểm) khi xe quay vòng bị lật đổ.
• Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong (hương nghiêng của đường cùng phía với trục quay vòng):
Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục đi qua A và nằm trong mặt phẳng của mặt đường. ∑ MiA = G.cosβ.B
2 + G.sinβ.hg - Z’’B - Flt.cosβ.hg + Flt.sinβ.B
2 = 0
Khi vận tốc ô tô tăng tới giá trị giới hạn, ô tô sẽ lật đổ. Lúc đó, các bánh xe phía bên trái không còn tiếp xúc với mặt đường nữa, nên Z’’ = 0. Sau khi rút gọn biểu thức trên ta được:
Hình 3.11. Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên xe khi quay vòng trên đường nghiêng vào trong
57 vn = √( B 2hg + tgβđ)gR 1− B 2hgtgβđ Bảng 3.5. Giá trị v_n theo điều kiện lật đổ
𝛃đ 𝐯𝐧 nghiêng ra ngoài (km/h) 𝐯𝐧 nghiêng vào trong (km/h)
50 27,64 33,04 100 25,09 36,07 150 22,57 39,49 200 19,94 43,48 250 17,10 48,42 300 13,86 54,79
• Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nằm ngang, vận tốc giới hạn khi xe bị lật đổ là:
58 vn = √Rg2hB
g = √8,6.9,81 2,200
2.1,311 ≈ 8,41 (m/s) ≈ 30,27 (km/h) ➢ Xét ổn định theo điều kiện trượt
• Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài:
Khi vận tốc ô tô đạt tới giá trị giới hạn vφ, ô tô bắt đầu trượt ngang, lúc đó các phản lực ngang sẽ bằng lực bám.
Y’ + Y’’ = (Z’ + Z’’).φy (3.3)
Chiếu các lực lên phương song song với mặt phẳng đường và phương vuông góc với mặt đường, ta được:
Y’ + Y’’ = Flt.cosβφ + G.sinβφ (3.4) Z’ + Z’’ = G.cosβφ - Flt.sinβφ
Thay giá trị của biểu thức (3.3) vào (3.4) rồi rút gọn, ta được:
vφ= √(φy.cosβφ − sinβφ)gR
φy.sinβφ+ cosβφ hay vφ = √Rg φy− tgβφ
1+ φytgβφ • Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong:
Để xác định vận tốc giới hạn mà tại đó ô tô bắt đầu trượt bên, ta cũng làm tương tự như trên:
59 Rút gọn biểu thức trên ta được:
vφ = √Rg φy + tgβφ
1 − φytgβφ
Bảng 3.6. Giá trị v_φ theo điều kiện trượt
𝛃𝛗 𝐯𝛗 nghiêng ra ngoài (km/h) 𝐯𝛗 nghiêng vào trong (km/h)
50 28,69 34,20 100 26,10 37,36 150 23,58 41,00 200 20,98 45,32 250 18,25 50,72 300 15,22 57.96
• Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nằm ngang, vận tốc giới hạn khi ô tô bị trượt bên là:
vφ = √gRφy = √9,81.8,6.0,9 ≈ 8,71 (m/s) ≈ 31,35 (km/h)
Trong đó:
βφ - Góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị trượt. φ𝑦 - Hệ số bám ngang của đường và bánh xe, φ𝑦 = 0,9
3.2.2.3. Nhận xét
Ta thấy rằng góc dốc giới hạn và vận tốc nguy hiểm mà tại đó ô tô bị lật đổ hay bị trượt bên khi chuyển động trên đường nghiêng ngang phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm, bán kính quay vòng và hệ số bám cua xe với đường. Ngoài ra khi xe chuyển động, xe còn bị mất ổn
60 định ngang do ảnh hưởng của các yếu tố khác như lực gió ngang, do đường mấp mô và do phanh trên đường trơn.
đổ).
Để chuyển động an toàn thì xe chỉ được phép chuyển động với vận tốc vmax < vφ và vmax < vn.
61
Chương 4: TÍNH TOÁN KHUNG XƯƠNG THÂN XE BUS THACO CITY TB115CT- WLFII.
4.1. Giới thiệu chung về xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII 4.1.1. Giới thiệu khung xe buýt 4.1.1. Giới thiệu khung xe buýt
Khung gầm (chassis) do công ty ô tô Chu Lai-Trường Hải lắp ráp trên cơ sở nhập khẩu khung gầm được sản xuất từ Trung Quốc, sau đó lắp ráp động cơ và các hệ thống khác lên khung gầm.
Về kết cấu của chassis nay khá đơn giản với hai dầm dọc chính chịu lực có mặt cắt là thép hình chữ U dày từ 5 - 7 (mm), ngoài ra còn có các thanh thép hộp dày 5 - 7 (mm) để gia cường, kết nối hai dầm dọc này và với khung xương mảng hông trái và hông phải như hình 4.2. Hệ thống khung gầm của xe buýt Thaco TB115CT-WLII có động cơ và hệ thống truyền lực được bố trí ở phía sau, việc bố trí như vậy có những ưu và nhược điểm như sau:
➢ Ưu điểm:
▪Cách nhiệt, cách âm, giảm ồn, giảm rung động rất tốt ▪Phân bố trọng lượng lên các cầu rất hợp lý
▪Dễ dàng tháo lắp khi sữa chữa và bảo dưỡng
▪Không gây ô nhiễm, đảm bảo sức khỏe cho hành khách ▪Truyền động các đăng đến cầu chủ động sau ngắn ➢ Nhược điểm:
▪Tài xế không phát hiện kịp thời các hư hỏng ▪Hệ thống điểu khiển phức tạp, cồng kềnh
62 Hình 4.1. Khung gầm có gắn động cơ
63
4.1.2. Giới thiệu về khung xương thân xe buýt
Khung xương thân xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII được sản xuất thành từng mảng độc lập, bao gồm mảng đầu, mảng đuôi, mảng sàn, mảng trần, mảng hông trái và hông phải, sau đó chúng được lắp ráp với nhau tạo thành khung xương chịu lực. Các mảng trên được liên kết với nhau bằng phương pháp hàn hồ quang trong môi trường có khí CO2 bảo vệ. Tất cả các mảng chi tiết và khung xương hoàn chỉnh đều được sản xuất trên các loại đồ ghá chuyên dùng cho từng loại sản phầm nhằm tăng độ chính xác, hạn chế sai số khi lắp ráp và tăng năng suất sản xuất.
➢ Mảng khung xương sàn:
Bảng 4.1. Bố trí khung xương mảng sàn
STT Ghi chú Tiết diện ngang của thép (mm)
1 11 đà ngang chính (1) bằng thép hình. 60x40x2,0 2 16 xương sàn (ngang) (2) bằng thép hình 40x40x2,0 3 20 xương sàn (dọc) (3) bằng thép hình 50x50x2,0 4 6 xương sàn (ngang) (4) bằng thép hình 60x30x2,0 5 18 xương sàn (ngang) (5) bằng thép hình 30x30x1,4