Mơ hình chuyển động phẳng của xe máy chữa cháy

Chương 2 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY

2.2. Xây dựng mơ hình, thiết lập phương trình động lực học của xe máy kh

2.2.1. Mơ hình chuyển động phẳng của xe máy chữa cháy

Mơ hình chuyển động phẳng của xe máy được mơ phỏng bằng 5 phần cứng: Khối treo (gồm khung xe, động cơ, người lái , cụm phương tiện chữa cháy và cứu hộ, thanh trượt của phuộc trước), càng dưới của phuộc trước, càng sau, bánh trước, bánh sau. Các bộ phận này được liên kết với nhau qua các khớp quay, khớp tịnh tiến. Hệ số đàn hồi và hệ số giảm chấn: Cbr, kbr cho bánh sau và Cbf, kbf cho bánh trước. Các giảm xóc phía sau, trước có hệ số đàn hồi và hệ số giảm chấn tương ứng : C kr, r và Cf, kf . (hình 2.2).

Chọn hệ tọa độ tổng thể O1xyz, có gốc O1 nằm ở vị trí tiếp xúc giữa lốp sau và mặt đường, trục x hướng theo chiều tiến của xe, trục z hướng lên.

Với hệ tọa độ được chọn như trên, ta có bảng 2.1 - ký hiệu các điểm trọng tâm các cụm và tọa độ của chúng tại thời điểm ban đầu (t=0) và tại thời điểm đang xét t.

Hình 2.2: Mơ hình chuyển động phẳng của xe chữa cháy Bảng 2.1. Ký hiệu các điểm trọng tâm, khối lượng, tọa độ ban đầu Bảng 2.1. Ký hiệu các điểm trọng tâm, khối lượng, tọa độ ban đầu

và tọa độ tại thời điểm t của các khối

Nội dung Ký hiệu Khối lượng Tọa độ ban đầu Tọa độ tại t

Trọng tâm khối bao gồm: khung xe, động cơ, người lái, thanh trượt của phuộc trước

n

G mGn  0 0 

Gn Gn

x , z x , zGn Gn

Trọng tâm cụm phương tiện chữa

cháy và cứu hộ M mM  0 0 

M M

x , z x , zM M

Trọng tâm khối treo (bao gồm khung xe, động cơ, người lái , cụm phương tiện chữa cháy và cứu hộ, thanh trượt của phuộc trước)

G mG  0 0

G G

x , z x , zG G

Trọng tâm cụm dưới phuộc trước Gf

f G m  0 0  f f G G x , z x , zGf Gf  Trọng tâm càng sau Gr mGr  0 0  r r G G x , z x , zGr Gr Trọng tâm bánh sau R mR  0 0 R R x , z x , zR R Trọng tâm bánh trước F mF  0 0 F F x , z x , zF F

Mơ men qn tính đối với trục song song với Oy và đi qua trọng tâm của các khối quay: Khối treo IG , càng sau IGr , cụm dưới phuộc trước IGf.

Gọi bán kính ngồi của bánh sau, trước là Rr và Rf.

Nếu trong mặt phẳng tọa độ O1xz, mặt đường có phương trình là z = f(x) và trục bánh sau R, trục bánh trước F có tọa độ là ( x ,z )R R và ( x ,z )F F thì ký hiệu:

r R R r

d  z  f ( x ) R và df zF  f ( x )F Rf (Hình 2.2)

Phương trình mặt đường Z = f(X) được sử dụng trong tính tốn, trong trường hợp mặt đường có độ dốc α thì phương trình mặt đường sẽ là : Z  X .tan.

Ý nghĩa vật lý của các đại lượng dr , df :

+ Là độ biến dạng của lốp sau, trước (theo hướng bán kính bánh xe) nếu chúng có giá trị âm;

+ Là khoảng cách từ mặt đường đến mặt ngoài của lốp sau, trước nếu chúng mang giá trị không âm.

Như vậy, bánh trước tiếp xúc với mặt đường khi đại lượng df có giá trị âm. Giả thiết xây dựng mơ hình động lực học trong chuyển động phẳng của xe chữa cháy như sau:

+ Xe chuyển động trong mặt phẳng đối xứng;

+ Xe di chuyển thẳng với vận tốc bánh sau theo một quy luật đã biết, tức là biết quy luật thay đổi vận tốc vR v tR( ) của bánh sau;

+ Lực cản khơng khí tác động lên trọng tâm khối treo theo phương x; + Bỏ qua các lực ma sát tại các trục bánh;

+ Bỏ qua lực cản lăn (lực cản lăn nhỏ) + Mặt đường được giả thiết cứng tuyết đối.

Với các giả thiết trên cùng với kết cấu các chi tiết, động học của xe chữa cháy trong chuyển động phẳng có thể được phân tích bằng 4 bậc tự do: Dịch chuyển của G (trọng tâm khối treo) theo phương thẳng đứng z, góc nghiêng

 của khối treo theo phương dọc, dịch chuyển theo phương z của bánh trước và góc quay  của càng sau. Tại thời điểm ban đầu: càng sau OR lập với trục

x góc 0, phuộc trước lập với trục z góc ban đầu 0 và đoạn OS lập với OR góc ban đầu 0.

Như vậy, cơ hệ có 4 tọa độ suy rộng , , ,   zG zF để tính tốn. Hàm biến dạng mặt đường z  f x .