4.5.3. Xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của các phần tử đàn hồi
a) Xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của bánh lốp
Để xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của lốp, ta thiết kế bộ gá lắp thí nghiệm như hình 4.15. Giả thiết mặt nền 1–1 trong hình 4.15 là cứng tuyệt đối.
Hình 4.15: Sơ đồ thí nghiệm đo độ cứng và hệ số giảm chấn của bánh xe máy
Trục bánh xe được nối với khớp quay O bởi hai thanh hai bên. Tại đầu A của 2 thanh được gắn với hai khối tải trọng cho hai bên (khối lượng bằng nhau), tổng hai khối lượng này và khối lượng bánh xe là m (kg). Chú ý rằng, do hệ số giảm chấn của bánh lốp xe nhỏ nên trọng lượng P= mg khơng q lớn, ở thí nghiệm này lấy m = 50kg.
Để xác định được biên độ, tần số dịch chuyển của trục bánh lốp xe theo phương đứng, luận án sử dụng cảm biến đo dịch chuyển WSF.
Sau khi gá lắp lốp xe vào bộ gá, để đo độ cứng và hệ số cản bánh lốp xe máy theo phương thẳng đứng được tiến hành tiếp theo các bước:
- Đấu nối sơ đồ đo: Đấu nối các cảm biến với thiết bị thu thập, khuếch đại thông tin đo lường DMC Plus, kết nối thiết bị đo với máy tính;
- Thiết lập các kênh đo phù hợp trên phần mềm DMC Labplus; - Giữ trục xe để khơng có lực tác dụng lực lên bánh lốp xe;
- Đột ngột ngắt giữ trục xe để bánh xe và khối trọng tải dao động theo phương thẳng đứng.
Do bố trí một cảm biến xác định chuyển dịch theo phương đứng của trục bánh xe ta được số liệu về quỹ đạo chuyển động trục bánh xe theo phương đứng. Các số liệu đo đạc cho bánh sau, bánh trước của các xe được ghi trong phần phụ lục 01.
b) Xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của các hệ thống giảm xóc
Để xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của các hệ thống giảm xóc AB, ta thiết kế bộ gá lắp thí nghiệm như hình 4.16.
Hình 4.16: Phương pháp xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của giảm xóc
Chú ý rằng, do hệ số giảm chấn của giảm xóc khá lớn nên khối trọng tải phải có khối lượng khá lớn, ở thí nghiệm này lấy m từ 300kg đến 500kg.
- Cảm biến đo dịch chuyển WSF được gắn lên khối trọng tải.
- Đấu nối sơ đồ đo: Đấu nối các cảm biến với thiết bị thu thập, khuếch đại thông tin đo lường DMC Plus, kết nối thiết bị đo với máy tính.
- Thiết lập các kênh đo phù hợp trên phần mềm DMC Labplus. - Giữ khối trọng tải lệch khỏi vị trí cân bằng tĩnh khoảng 3 cm.
- Đột ngột ngắt giữ khối trọng tải để nó dao động theo phương thẳng đứng. Các số liệu đo đạc cho giảm xóc sau, trước của các xe được ghi trong phần phụ lục 01.
c) Xử lý kết quả thực nghiệm đo độ cứng và đo hệ số giảm chấn
Các số liệu đo được ở các thí nghiệm đo độ cứng và hệ số giảm chấn đều là số liệu đo sự dịch chuyển x(t) của khối trọng tải có khối lượng m. Các giá trị
x(t) đều thỏa mãn phương trình :
x + 2δx + ω02x = 0 (4.6)
Trong đó ω02 = m mc k với c và k là độ cứng và hệ số giảm chấn của đối tượng đo.
- Từ kết quả đo, xét từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 thực hiện n chu kỳ dao động, tính được chu kỳ
TL = t 2 − t 1 n (4.7) - Độ tắt lôga: λL = 1 x(t ) ln (4.8) - Tính δ = - Tính ω0 = λ L TL 2π TL (4.9) (4.10) - Tính k = 2δ m - Tính c = ω02m (4.11) (4.12) , 2δ = n x(t + nTL )
* Áp dụng tính tốn cho bánh xe Kawasaki W175
(a) (b)
Hình 4.17: Đồ thị dịch chuyển trục bánh xe theo phương đứng trong thí nghiệm đo độ cứng và hệ số giảm chấn lốp xe Kawasaki W175
(a) – Đối với bánh lốp trước ; (b) – Đối với bánh lốp sau
Trong thực nghiệm đo độ cứng và hệ số giảm chấn lốp dùng trọng tải có khối lượng m = 50kg.
Đối với lốp trước:
- Dịch chuyển của trục xe tại thời điểm t1 = 1 (s) là x(t1) = 6,694 (mm); - Dịch chuyển của trục xe tại thời điểm t2 = 2,068 (s) là x(t2) = 1,348 (mm);
- Thời gian thực hiện n = 10 chu kỳ: t = 10TL = 2,068 – 1 = 1,068 (s); - Chu kỳ: TL = 1,068 /10 = 0,1068 (s); - Độ tắt lôga: λL = 1 x(t ) ln ; λL = 1 6, 694ln 10 1,348 = 0,160 ; δ = λ L TL = 0,160 0,1068 = 1,5 ; ω0 = 2π TL 2 *3,14 0,1068 kbf = 2δ m = 2 *1,5*50 =150( N .s / m) ; 2 n x(t + nTL ) = = 58,807 ; cbf = ω02m = (58,807) *50 = 172916 ( N / m)
Đối với lốp sau:
- Dịch chuyển của trục xe tại thời điểm t1 = 0,5(s) là x(t1) = 11,036 (mm); - Dịch chuyển của trục xe tại thời điểm t2 = 1,545 (s) là x(t2) = 1,364 (mm); - Thời gian thực hiện n = 10 chu kỳ: t = 10TL = 1,545 – 0,5 = 1,045 (s); - Chu kỳ: TL = 1,045 /10 = 0,1045 (s); - Độ tắt lôga: λL = 1 x(t ) ln => λL = 1 11, 036ln 10 1,364 = 0, 209 ; δ = λ L TL = 0, 209 0,1045 = 2 ; ω0 = 2π TL 2 *3,14 0,1045 2
* Áp dụng tính tốn cho các bộ giảm xóc xe Kawasaki W175
(a) (b)
Hình 4.18. Đồ thị dịch chuyển khối trọng tải m theo phương đứng trong thí nghiệm đo độ cứng và hệ số giảm chấn của giảm xóc xe
KawasakiW175
(a) – Đối với giảm xóc trước ; (b) – Đối với giảm xóc sau
Trong thực nghiệm đo độ cứng và hệ số giảm chấn của giảm xóc dùng trọng tải có khối lượng m = 300kg cho giảm xóc trước và m= 500kg cho giảm xóc sau.
n x(t + nTL )
= = 60,11 ;
Đối với giảm xóc trước:
- Dịch chuyển của khối trọng tải tại thời điểm t1 = 0,3 (s) là x(t1) = 18,196 (mm); - Dịch chuyển của khối trọng tải tại thời điểm t2 = 3,163 (s) là x(t2) = 0,154 (mm); - Thời gian thực hiện n = 3 chu kỳ: t = 3TL = 3,163 – 0,3 = 2,863 (s);
- Chu kỳ: TL = 2,863 /3 = 0,954 (s); - Độ tắt lôga: λL = 1 x(t ) ln ; λL = 1 18,196ln 3 0,154 = 1,59 ; δ = λ L TL = 1,59 0,954 = 1,66 ; ω0 = 2π TL 2 *3,14 0,954 k f = 2δ m = 2 *1,66 *300 =1000( N .s / m) ; 2
Đối với giảm xóc sau:
- Dịch chuyển của khối trọng tải tại thời điểm t1 = 0,2(s) là x(t1) = 13,48 (mm);
- Dịch chuyển của khối trọng tải tại thời điểm t2 = 1,645 (s) là x(t2) = 0,041 (mm);
- Thời gian thực hiện n = 3 chu kỳ: t = 3TL = 1,645 – 0,2 = 1,445 (s); - Chu kỳ: TL = 1,445 /3 = 0,482 (s); - Độ tắt lôga: λL = 1 x(t ) ln => λL = 1 13, 48ln 3 0, 041 = 1,93 ; δ = λ L TL = 1,93 0, 482 2π 2 *3,14 TL 0, 482 2
Xử lý số liệu đo đạc để xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn cho các phần tử xe Honda Future 125 cũng được thực hiện hoàn toàn tương tự. Đồ thị dao động của khối tải trọng theo phương đứng của các phần tử bánh lốp và giảm xóc được cho trên hình 4.19. Các giá trị của các đại lượng trong quá trình xử lý được ghi trong bảng 4.2.
n x(t + nTL ) = = 6,58 ; c f = ω02m = (6,58) *300 = 13000 ( N / m) n x(t + nTL ) = 4 ; ω0 = = = 13,039 ; kr = 2δ m = 2* 4*500 = 4000( N.s / m) ; cr = ω02m = (13,039) *500 = 85000(N / m)
Hình 4.19: Đồ thị dịch chuyển khối trọng tải m theo phương đứng trong thí nghiệm đo độ cứng và hệ số giảm chấn của bánh lốp và giảm chấn xe
Honda Future 125
(a), (b) – Bánh lốp trước và sau ; (c), (d) – Giảm xóc trước và sau.
Bảng 4.2. Giá trị các đại lượng khi xử lý số liệu thực nghiệm xác định độ cứng và hệ số giảm chấn của các bánh lốp xe và giảm xóc của xe Honda
Future 125 (a) (b) (c) t1 (s) t2 (s) x(t1) (mm) x(t2) (mm) n TL
4.6. Xác định mơmen qn tính của các khối quay
Mơ men qn tính các khối quay của xe chữa cháy là các thông số đầu vào trong tính tốn theo mơ hình được xây dựng trong chương 2. Ở đây cần xác định mơ men qn tính càng sau (ký hiệu I Gr ) , cụm dưới phuộc trước (ký hiệu
I Gf ) và khối treo (bao gồm khung xe, động cơ, thanh trượt của phuộc trước, người lái và cụm thiết bị chữa cháy, ký hiệu IG )
Sau khi xác định được vị trí trọng tâm và khối lượng của các cụm được liệt kê trong bảng 4.1, tiến hành thực nghiệm để xác định mô men quán tính của chúng đối với trục đi qua trọng tâm các khối này. Thiết kế khung bằng nhơm (để có thể giả thiết bỏ qua khối lượng khung) và cố định khung với khối cần xác định mơ men qn tính, chẳng hạn như hình 4.20 có thanh OB cố định chặt với khung và có thể quay quanh điểm O. Đặt cảm biến đo dịch chuyển WSF tại vị trí điểm Gng đo được dao động của người và khung quanh điểm O. Gọi mơ men qn tính của người đối với trục đi qua O và vng góc với mặt phẳng dao động là I0. Với góc φ nhỏ có thể coi sin ϕ ≈ ϕ dẫn đến phương trình : ϕ+ m ng g.d I 0 ϕ= 0 (4.13) Phương trình dao động (4.13) có tần số ω= m ng g.d I 0 (4.14) Từ số liệu thực nghiệm ta có được giá trị ω , theo (4.14) tính được:
I 0 = m ng g.dω
2 (4.15)
Áp dụng cơng thức Huygens về mơ men qn tính khi dời trục có được:
Hình 4.20: Mơ hình thực nghiệm xác định mơ men quán tính của người ở tư thế lái xe đối với trục đi qua trọng tâm Gng của người
Bằng phương pháp thực nghiệm tương tự, có được số liệu dao động để đo mơ men qn tính của khối treo của xe cơ sở, cụm thiết bị chữa cháy, cụm dưới phuộc trước và càng sau. Các số liệu này đối với xe Kawasaki được ghi trong phụ lục 02.
Từ số liệu thực nghiệm nhận được đồ thị các dao động trên hình 4.20 và các kết quả tính tốn trung gian trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Kết quả tính tốn trung gian thực nghiệm đo mơ men qn tính đối với xe máy Kawasaki 175
Phần tử quay Đại lượng Cụm treo xe cơ sở Người tư thế lái Cụm thiết bị Cụm dưới phuộc trước Càng
(a) (c) (b) (d) (e) Hình 4.21: Đồ thị dao động các phần tử quay trong quá trình thực nghiệm
(a)- Người tư thế lái, (b)- Cụm treo xe cơ sở , (c)- Cụm thiết bị , (d) - Cụm dưới phuộc trước , (e)- Càng sau.
Thực hiện thí nghiệm tương tự cho xe Honda Future 125, nhận được kết quả ghi trong phụ lục 03. Tính tốn nhận được các giá trị mơ men qn tính đối với trục ngang đi qua trọng tâm các phần tử quay của xe Honda Future 125 được ghi trong bảng 4.4.
4.7. Kết quả thực nghiệm kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết
4.7.1. Chuẩn bị thực nghiệm
Chuẩn bị thiết bị thí nghiệm, thiết bị đo, cảm biến đo bao gồm:
+ Xe máy chữa cháy phố cổ đã được chế tạo, lắp ráp hoàn thiện, chạy thử; + Các cảm biến đo được lắp trên xe bao gồm cảm biến đo góc nghiêng xe, tenzo đo áp lực lên lốp xe;
+ Kết nối dây tín hiệu của cảm biến với thiết bị khuếnh đại; + Hiệu chỉnh giá trị đo;
+ Các bộ giá để thay đổi các phương án thí nghiệm, thơng số thí nghiệm.
4.7.2. Tổ chức và tiến hành thực nghiệm
* Đo độ biến dạng của lốp xe khi chuyển động thẳng
- Địa điểm thí nghiệm tại Cơng ty cổ phần thiết bị chuyên dùng Việt Nam có địa chỉ tại Xuân Mai -Chương Mỹ -Hà Nội.
- Hiện trường thí nghiệm: Thí nghiệm được thực hiện trên đường thẳng, khơng có độ dốc, các thơng số của xe tương tự trong bảng 3.1 và bảng 3.2.
* Bố trí thực nghiệm
Các thiết bị đo độ lún của lốp xe trước bao gồm:
(a) (b)
(a) Encoder E6B2-CWZ6C với tín hiệu ra 2000 xung vng/vịng quay.
(b) Bộ xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển STM32 với bo mạch kid lập trình
trên ngơn ngữ C
Thiết bị đo gồm 02 bộ thu- phát khơng dây và khuếch đại tín hiệu, 01 bộ Encoder E6B2-CWZ6C, 01 bộ Spider8 (có 8 kênh nhận tín hiệu), 01 máy tính cài phần mềm Catman chuyên dùng cho Spider 8. Bố trí các thiết bị thí nghiệm được thể hiện trên hình 4.23.
(a) (b)
Hình 4.23a: Bố trí thiết bị thực nghiệm đo độ lún của bánh xe
1)- Bộ phát tín hiệu khơng dây thứ nhất (có đầu vào nối với tenzo đo áp lực được dán mặt ngoài lốp bánh xe trước) gắn vào nan hoa, quay cùng với bánh xe;(2)- Các tenzo đo áp lực ghép nối tiếp thành dây được dán mặt ngồi lốp xe; (3)- Ăng ten nhận tín hiệu từ bộ phát; (4)- Bộ khuếch đại tín hiệu nhận về; (5)- Cổng nối tín hiệu từ bộ khuếch đại tới Spider8 theo nguyên tắc truyền tín hiệu song song; (6)-Cổng nối tín hiệu từ Spider8 tới PC theo nguyên tắc chuyền tín hiệu nối tiếp (RS-485); (7) - Spider8; (8) – Máy tính.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo áp lực của bánh xe phía trước khi chuyển động được thể hiện trên hình 4.23b
Hình 4.23b: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo áp lực của lốp xe phía trước khi chuyển động
1. Tenzo đo áp lực của mặt đường lên lốp xe phái trước (được dán vòng quanh lốp xe; 2. Bộ phát tín hiệu thu phát khơng dây gắm chặt với nan hoa bánh xe phía trước (quay cùng với bánh xe); 3- Ăng ten nhận tín hiệu (đặt ngồi xe); 4- khuếch đại tín hiệu ( đặt ngồi xe); 5- Spider 8; 6- Cơng tơ mét; 7- Encoder (lắp trên trục bánh xe); 8- Bộ thu tín hiệu khơng dây; 9- Ăng ten thu tín hiệu khơng dây; 10- Khuếch đại tín hiệu 2; 11- Máy tính
* Tổ chức thực nghiệm
Đặt Encoder cố định trên xe và đồng trục với bánh trước (qua dây công- tơ mét). Tín hiệu ra của encorder nối với bộ phát khơng dây thứ 2 đặt trên xe.
Phía nhận và xử lý tín hiệu: Tín hiệu phát từ hai bộ phát khơng dây (với hai tần số khác nhau) được thu qua hai anten tới hai bộ khuếch đại tín hiệu
(là một phần thiết bị ngoại vi của máy Spider 8). Tín hiệu từ bộ khuếch đại được đưa tới máy Spider 8 thơng qua cổng truyền thơng song song (8 bít). Tiếp theo Spider 8 được truyền thông với PC thông qua cổng truyền thơng song song (RS-485) như hình 4.23 (b) mơ tả.
Phần mềm Catman chuyên dùng cho Spider 8 được thiết kế để có thể lưu giữ liệu, xuất dữ liệu qua file excel hoặc matlab để tính tốn và vẽ đồ thị. Từ phần mềm Catman chuyên dụng của Spider 8 đặt thời gian để đếm xung
t = 1( s ) . Cơng thức vận tốc được tính như sau: v = t.2000n (vịng/s) , n là tổng
số xung đếm được.
Hình 4.24: Thực nghiệm đo biến dạng của lốp bánh xe phía trước
Số liệu khảo nghiệm được ghi trên phụ lục 04, trong đó các đại lượng: t,
VR-TN, df –TN là thời gian, vận tốc và df được tính qua đo khảo nghiệm. Các
số liệu rời rạc của vận tốc VR-TN đo được qua khảo nghiệm (được mô tả bằng các điểm dấu “+” trên hình 4.24) muốn được sử dụng để kiểm tra mơ hình tính tốn lý thuyết thì cần mơ tả chúng dưới dạng hàm số phụ thuộc t (được mô tả bằng đường cong liên tục trên hình 4.24) . Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, vận tốc của xe được biểu diễn dưới dạng hàm bậc hai VR_ QH phụ
thuộc theo t. Áp dụng quy luật tăng tốc VR_ QH vào mơ hình lý thuyết, sau khi tính tốn nhận được giá trị df_LT tương ứng. Đồ thị giá trị df _TN và df_LT phụ thuộc vận tốc được trình bầy trên hình 4.25. So sánh hệ số tương quan giữa hai dãy giá trị df _TN và df_LT để đưa ra kết luận về mơ hình lý thuyết có phù hợp với thực tế hay khơng. Q trình thực nghiệm được thể hiện trên hình 4.24.
4.7.3. Phương pháp xác định biến dạng của lốp df
Biến dạng của lốp trước (độ lún df) được xác định theo cơng thức sau:
d f = N f
Cbf
(4.17) Trong đó: Nf – Áp lực của mặt đường lên lốp xe ( đo được thông qua tenzo)
Cbf - Hệ số độ cứng của bánh lốp xe phía trước
4.7.4 Kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết