Giả sử ta bỏ lò xo tại mâm xoay lúc này chỉ phần rơ mooc và phần đầu kéo liên kết trực tiếp với nhau. Vì độ cứng của các bộ phận rất lớn nên ta có thể coi như hệ số đàn hồi là vô cùng.
- Đầu kéo
Hình 2.25.Ảnh hưởng của độ cứng lò xo tới chuyển vị trọng tâm đầu kéo
Nhận xét: Sau khi bỏ lò xo thì chuyển vị tại trọng tâm đầu kéo có tăng nhưng không đáng kể. Điều này chứng tỏ khi ta bỏ lò xo thì dao động thẳng đứng của trọng tâm đầu kéo ít bi ảnh hưởng.
- Thùng container
Hình 3.26.Ảnh hưởng của độ cứng lò xo tới chuyển vị trọng tâm container
Nhận xét: Khi ta bỏ lò xo ở mâm xoay đi thì dao động của thùng container gần như không thay đổi, biên độ không tăng và tần sô cũng gần như không đổi.
Tiếp theo ta xét đến sự thay đổi về lực tác dụng khi bỏ qua lò xo tại mâm xoay xem lực tác dụng tại chính đây như thế nào.
Hình 3.27.Ảnh hưởng của đọ cứng mâm xoay tới lực tác dụng
Nhận xét: Ta thấy biên độ lực tác dụng tại mâm xoay khi dao động không có lò xo khoảng 100 kN cũng xấp xỉ như khi có lò xo. Nhưng lực ban đầu khi xe bắt đầu chạy khi không có lò xo rất lớn khoảng 5000 kN, đây là một tác động lớn dù nó không duy trì lâu nhưng vì để an toàn cho xe nên ta cũng không nên để hiện tượng này xảy ra. Vì thế nên ta vẫn cần có một bộ phận đàn hồi có tác dụng làm giảm lực tác dụng lên các bộ phận.
3.6.ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG LÒ XO VÀ LỰC CẢN GIẢM CHẤN 3.6.1.Độ cứng lò xo dưới các trục bánh xe kl1, kl2, kl3.
Ta giảm độ cứng lò xo và lực cản giảm chấn ở trục bánh xe thứ nhất để ảnh hưởng của nó tới các bộ phận khác như thế nào
Hình 3.28.Ảnh hưởng của độ cứng lò xo kl1 tới trục bánh xe thứ nhất
Nhận xét: Ta thấy rằng khi giảm độ cứng lò xo thì biên độ dao động của trục bánh xe thứ nhất (m1) sẽ giảm đi.
3.29.Ảnh hưởng của độ cứng lò xo kl1 tới đầu kéo
Nhận xét: Khi ta giảm độ cứng lò xo kl1 của trục bánh xe thứ nhất thì biên độ dao động của đầu kéo sẽ giảm đi
Nhận xét chung khi khảo sát các bộ phận khác đó là khi ta giảm độ cứng lò xo kl1, kl2, kl3 thì biên độ dao động của các bộ phận sẽ giảm đi.
3.6.2.Ảnh hưởng của các độ cứng lò xo trên trục bánh xe kt1, kt2, kt3.
Ta xét độ cứng kt2. Ta sẽ tăng độ cứng lò xo đó lên 10 lần và xét sự thay đổi dao động của các bộ phận khác
Hình 3.30.Chuyển vị khung giá sau đầu kéo khi thay đổi độ cứng lò xo
Nhận xét: Ta thấy rằng khi thay đổi độ cứng một trong các lò xo trên trục bánh xe kt1, kt2, kt3 thì biên độ dao động của các bộ phận khác thay đổi không đáng kể. Nhưng trong những thời điểm ban đầu thì biên độ của nó là khá lớn
3.6.3.Thay đổi giảm chấn phía trên các trục bánh xe ct1, ct2, ct3
Bây giờ ta thay đổi hệ số cản giảm chấn trên các trục bánh xe. Ta sẽ giảm các hệ số giảm chấn xuống và khảo sát trên thùng container. Ta giảm từ 25539 xuống còn 5539 (Ns/m)
Hình 3.31.Ảnh hưởng khi giảm hệ số giảm chấn
Nhận xét: Khi ta giảm hệ số cản giảm chấn của các giảm chấn phía trên các trục bánh xe thì ta thấy rằng thời gian để dao động trở thành dao động điều hòa là lâu hơn, các biên độ của dao động ban đầu là lớn hơn. Song nó không ảnh hưởng nhiều tới biên độ dao động khi dao động điều hòa.
Ta xét lực tác dụng lên thung container khi giảm hệ số giảm chấn phía trên các trục bánh xe.
Hình 3.32.Lực tác dụng lên thùng container sau khi giảm
Nhận xét: Lực tác dụng lên thùng container sau khi giảm hệ số cản giảm chấn có thay đổi chút ít đó là biên độ giảm đi một chút. Gần như tần sô dao động và hình dạng dao động là không thay đổi.
3.7.ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ XE CHẠY
Ta cho xe với các tốc độ khác nhau như: 30, 40, 50, 70 Km/h và khảo sát các tính năng động lực của xe.
3.7.1.Chuyển vị thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất
3.7.2.Chuyển vị thẳng đứng của khung giá hai bánh xe sau đầu kéo
Nhận xét chung về chuyển vị của trục bánh xe thứ nhất và khung giá sau đầu kéo của xe ô-tô chở hàng container là khi ta tăng vận tốc thì tần sô dao động của các chuyển vị cũng tăng lên. Giải thích cho điều này đó là vì dao động của xe do biên độ sóng hình sin của đường gây ra nên khi tần số của độ cao nhấp nhô mặt đường dưới bánh xe thay đổi thì tần số dao động chuyển vị của các bộ phận cũng thay đổi. Ta có tần sô của độ cao nhấp nhô mặt đường dưới các bánh xe là:
2 s v L π Ω =
Trong đó : v là vận tốc của xe.
L s
là bước sóng của mặt đường có dạng sóng hình sin
Ta thấy rằng tần số dao động độ cao nhấp nhô mặt đường tỉ lệ thuận với vận tốc của xe vì thế nên khi ta tăng vận tốc thì tần sô dao động của các bộ phận cũng tăng lên. Điều này giải thích tại sao khi ta đi xe càng nhanh thì thấy mức độ “sóc” của xe càng lớn.
Ở hình 3.35 ta thấy rằng chuyển vị của xe khi ở vận tốc 30 km/h tăng lên mãi đó là do vận tốc 30 km/h nó gần với vận tốc cộng hưởng của khung giá hai bánh xe
sau đầu kéo là 30.5282 km/h. Sau đó chuyển vị của nó lại trở về quy luật là tần số dao động của chuyển vị các bộ phận tăng lên khi mà ta tăng vận tốc của xe.
Về biên độ chuyển vi các bộ phận của xe thì thay đổi rất ít hay nói cách khác là không gần như không thay đổi.
Hình 3.37.Lực tác dụng khung giá sau rơ-mooc lên thùng container
Từ hai hình so sánh sự thay đổi lực tác dụng lên đầu kéo và thùng container ở trên ta có một số nhận xét như sau:
+ Lực tác dụng từ trục một lên đầu kéo sẽ giảm dần nếu ta tăng vận tốc và tần số dao động của lực tác dụng sẽ tăng lên.
+ Ở hình 3.37 ta thấy tại vận tốc 30 Km/h là giá trị vận tốc gần bằng giá trị vận tốc cộng hưởng nên giá trị của lực tăng lên rất nhanh
+ Lực tác dụng tại các vận tốc 50, 60, 70 km/h gần như là giống nhau, ít thay đổi.
3.7.5.Lực tác dụng cực đại của bánh xe xuống đường khi thay đổi vận tốc
Bây giờ ta xét lực tác dụng cực đại của 5 bánh xe xuống đường tại các vận tốc 30, 40, 50, 60, 70 km/h. Để làm được điều này ta lại nhờ tới phần mềm mô phỏng
MatLab bằng cách viết thêm một số câu lệnh trong phần Phụ lục ở cuối đồ án. Kết quả thu được là các lực tác dụng cực đại lần lượt ứng với các vân tốc 30, 40, 50, 60, 70 là:
+ Lực tác dụng lên đường cực đại của bánh xe thứ nhất:
p1max (N) = 19750 19180 2060 34780 7950
+ Lực tác dụng lên đường cực đại của bánh xe thứ hai:
p2max (N) = 55740 98960 110700 44590 104250
+ Lực tác dụng lên đường cực đại của bánh xe thứ ba:
p3max (N) =127790 142600 105890 115360 162930
+ Lực tác dụng lên đường cực đại của bánh xe thứ tư:
p4max (N) =82060 27970 7020 66460 5450
Và ta có đồ thị cụ thể như sau:
Hình 3.38.Lực tác dụng cực đại xuống đường của các bánh xe khi thay đổi vận tốc
Trong đó :
+ p1max là lực cực đại của bánh xe thứ nhất. + p2max là lực cực đại của bánh xe thứ hai. + p3max là lực cực đại của bánh xe thứ ba. + p4max là lực cực đại của bánh xe thứ tư. + p5max là lực cực đại của bánh xe thứ năm.
+ Lực tác dụng cực đại tại bánh xe thứ ba là lớn nhất.
+ Lực tác dụng cực đại tại bánh xe thứ nhất là nhỏ nhất
+ Lực tác dụng lên đường biến thiên không theo một quy luật nhất đính khi ta tăng vận tốc xe chạy. Nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó có yếu tố quan trong nhất đó là tần số dao động tự do của hệ.
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN
4.1.KẾT LUẬN
Qua đề tài ta đã hiểu thêm về xe ô tô kéo thùng container. Về cấu tạo chung về ô tô và các bộ phận cơ bản của một xe ô tô kéo thùng container. Với những thông số gần sát với thực tế ta đã có được mô hình cụ thể của một đoàn xe container từ đó có được phương trình vi phân chuyển động xe trong mặt phẳng thẳng đứng.
Với sự hỗ trợ của phần mềm Matlab ta có được nhiều kết quả có ý nghĩa như tần số dao động tự do của hệ, các dao động theo phương thẳng đứng và dao động quay quanh trọng tâm của các bộ phận cơ bản. Nó cũng giúp ta tìm ra được các vận tốc cộng hưởng để tránh khi chạy xe trên đường. Ta biết được lực tác dụng từ bánh xe xuống đường để đánh giá được mức độ an toàn đối với đường khi xe chạy trên đường. Ngoài ra còn khảo sát các tính năng động lực của xe khi ta thay đổi các thông số độ cứng lò xo và lực cản giảm chấn để tìm ra những thông số phù hợp đối với xe. Khảo sát được tính năng động lực của xe khi chạy trên các đoạn đường khác nhau và các vận tốc xe chạy khác nhau từ đó tìm ra các phương án để nâng cao chất lượng của xe.
4.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Từ những nghiên cứu ban đầu về tính năng động lực của xe ô tô kéo thùng container tác giả mong muốn sẽ có thể tiếp tục phát triển đồ án để ứng dụng trong thiết kế, cải tiến cũng như sửa chữa những chiếc xe ô tô kéo thùng container trong tương lai. Hi vọng sẽ tăng tính năng động lực cho xe cải thiện chất lượng của xe và tìm ra những phương án chọn thông số cơ bản của xe một cách tối ưu nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Bá Nghị(2011). Dao động kỹ thuật, Đại học giao thông vận tải Hà Nội
[2] Singiresu S.Rao(2010). Mechanical Vibrations, University of Miami
[3] J. Kim Vandiver(2011) Engineering Dynamics, MIT and Harvard University
[4] David Houcque(2005) Introduction to Matlab for engineering students, Nothwestern University.
[5] Google.com, Internet.
PHỤ LỤC
% file ham ctn0.m
function xc=ctn0(t,x) %Ten file ham
global v M K C y0 y1 y2 y3 y4 y5 y1c y2c y3c y4c y5c w cl1 cl2 cl3 ct1 ct2 ct3 cm kl1 kl2 kl3 kt1 kt2 kt3 km a b c d l1 l2 tc2 tc3 tc4 tc5
% cac nhap nho song mat duong
y1=y0*sin(w*t); %Nhap nho tai banh xe thu nhat
y2=y0*sin(w*(t-tc2)); %Nhap nho tai banh xe thu hai
y3=y0*sin(w*(t-tc3)); %Nhap nho tai banh xe thu ba
y4=y0*sin(w*(t-tc4)); %Nhap nho tai banh xe thu tu
y5=y0*sin(w*(t-tc5)); %Nhap nho tai banh xe thu nam
% van toc theo phuong thang dung cua cac truc banh xe
y1c=y0*w*cos(w*t);
y2c=y0*w*cos(w*(t-tc2)); y3c=y0*w*cos(w*(t-tc3)); y4c=y0*w*cos(w*(t-tc4)); y5c=y0*w*cos(w*(t-tc5));
O=zeros(9,9); % Ma tran 0 gom 9 hang 9 cot
E=eye(9); % Ma tran don vi 9 hang 9 cot
Ov=zeros(9,1);% Ma tran 0 gom 9 hang 1 cot
Mn=inv(M); % Ma tran nghich dao cua ma tran khoi luong[M]
% Vecto luc kich thich tu nhap nho cua mat duong
F00=[kl1*y1+cl1*y1c; kl2*(y2+y3)+cl2*(y2c+y3c); kl3*(y4+y5)+cl3*(y4c+y5c); l1*kl1*(y2-y3)+l1*cl1*(y2c-y3c); l2*kl3*(y4-y5)+l2*cl3*(y4c-y5c); 0; 0; 0; 0]; F0=Mn*F00; A=[O E;-Mn*K -Mn*C]; F=[Ov;F0]; xc=A*x+F; File chính:
%CHUONG TRINH TINH DAO DONG CUA DOAN XE CONTAINER % CHAY TREN DUONG CO DANG SONG HINH SIN
global v M K C y0 y1 y2 y3 y4 y5 y1c y2c y3c y4c y5c w cl1 cl2 cl3 ct1 ct2 ct3 cm kl1 kl2 kl3 kt1 kt2 kt3 km a b c d l1 l2 tc2 tc3 tc4 tc5
%CAC THONG SO CUA DOAN XE VA DUONG
m1 = 584; %khoi luong cua truc va banh truoc dau keo(kg)
m2 = 1554; %khoi luong cua truc va banh sau dau keo(kg)
j2 = 610; %momen quan tinh cua truc va banh sau dau
keo(kgm^2)
m3 = 1313; %khoi luong truc va banh xe cua phan de
container(kg)
j3 = 516; %momen quan tinh truc va banh xe cua phan de
container(kgm^2)
m4 = 4871; %khoi luong dau keo (kg)
j4 = 22301; %momen quan tinh cua dau keo(kgm^2)
m5 = 27542; %khoi luong thung container(kg)
j5 = 342015; %momen quan tinh thung container(kgm^2)
a = 0.847; %chieu dai tu trong tam dau keo toi tam truc
banh xe daukeo(m)
Ls = 6; %chieu dai song mat duong (m)
l1= 0.6615; %mot nua chieu rong cua 2 banh xe sau (m)
l2=l1;
b = 1.576; %chieu dai tu trong tam dau keo toi mam xoay
(m)
c = 5.148; %chieu dai tu mam xoay toi trong thung hang(m)
d = 4.862; %chieu dai tu trong tam thung hang toi truc
banh xe cuoi(m)
kl1=1793290; %do cung lo xo banh xe truoc (N/m)
kl2=3586580; %do cung lo xo cua banh xe sau va banh xe gia
do container(N/m)
kl3=kl2;
kt3=1576134; %do cung lo xo phia tren banh xe gia do container(N/m)
km=3213567; %do cung lo xo mam xoay
cl1=0; %giam chan banh xe truoc (Ns/m)
cl2=0; cl3=0;
ct1=25539; %giam chan phia tren banh xe truoc(Ns/m)
ct2=ct1; ct3=ct2;
cm=85346; %giam chan cua mam xoay
v=60; %van toc cua xe
w=2*pi*v/3.6/Ls;%tan so goc kich thich tu duong
y0 = 0.01; %bien do song cua mat duong
%thoi gian tre cua cac banh xe phia sau
tc2=(a+b-l1)/(v*1000/3600); %truc banh xe thu 2
tc3=(a+b+l1)/(v*1000/3600); %truc banh xe thu 3
tc4=(a+b+c+d-l2)/(v*1000/3600); %truc banh xe thu 4
tc5=(a+b+c+d+l2)/(v*1000/3600); %truc banh xe thu 5
%CAC MA TRAN
%ma tran khoi luong
M=[ m1 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 m2 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 j2 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 m3 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 j3 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 m4 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 j4 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 m5 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 j5 ]; %ma tran do cung loxo
K=[ kl1+kt1 0 0 0 0 -kt1 -a*kt1 0 0;
0 2*kl2+kt2 0 0 0 -kt2 b*kt2 0 0; 0 0 2*l1^2*kl2 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 2*kl3+kt3 0 0 0 -kt3 d*kt3; 0 0 0 0 2*l2^2*kl3 0 0 0 0; -kt1 -kt2 0 0 0 km+kt1+kt2 (- b*km-b*kt2+a*kt1) -km -km*c; -a*kt1 b*kt2 0 0 0 -b*km-b*kt2+a*kt1 (b^2*km+a^2*kt1+b^2*kt2) b*km b*c*km; 0 0 0 -kt3 0 -km b*km kt3+km (c*km-d*kt3); 0 0 0 d*kt3 0 -km*c c*b*km (c*km-d*kt3) (c^2*km+d^2*kt3) ]; %ma tran can nhot
C=[ cl1+ct1 0 0 0 0 -ct1 -a*ct1 0 0; 0 2*cl2+ct2 0 0 0 -ct2 b*ct2 0 0; 0 0 2*l1^2*cl2 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 2*cl3+ct3 0 0 0 -ct3 d*ct3; 0 0 0 0 2*l2^2*cl3 0 0 0 0; -ct1 -ct2 0 0 0 cm+ct1+ct2 (- b*cm-b*ct2+a*ct1) -cm -cm*c; -a*ct1 b*ct2 0 0 0 -b*cm-b*ct2+a*ct1 (b^2*cm+a^2*ct1+b^2*ct2) b*cm b*c*cm; 0 0 0 -ct3 0 -cm
0 0 0 d*ct3 0 -cm*c c*b*cm (c*cm-d*ct3) (c^2*cm+d^2*ct3) ];
[X,U]=eig(K,M); % cac tri rieng cua he
wn=sqrt(U) %cac tan so dao dong rieng cua he(rad)
f=diag(wn)/(2*pi) %cac tan so dao dong rieng cua he(Hz)
vch=3.6*f*Ls %cac van toc cong huong cua he
%giai phuong trinh vi phan %dieu kien ban dau
x0=[.01 0 .01 0 .001 0 .02 0 0 0 .02 0 0.005 0 0.01 0 0 0];
tf=10; %thoi gian cho xe dao dong
[t,x]=ode45('ctn0',tf,x0); %Ham ode45 de giai phuong trinh vi phan
%cac chuyen vi va van toc tuong doi giua cac truc banh xe va cac bo phan cua xe
z1=(x(:,2))-(x(:,1))+a*(x(:,7)); %chuyen vi giua truc 1 va
dau keo
z1c=(x(:,11))-(x(:,10))+a*(x(:,16));%van toc tuong doi giua
truc 1 va dau keo
f1=kt1*z1+ct1+z1c; %luc tac dung giua truc 1
va dau keo
z2=(x(:,6))-(x(:,2))+b*(x(:,7)); %chuyen vi giua truc 2 va
dau keo
z2c=(x(:,15))-(x(:,11))+b*(x(:,16));%van toc tuong doi giua
truc 2 va dau keo
f2=kt2*z2+ct2+z2c;
z3=(x(:,8))-(x(:,3))+d*(x(:,9)); %chuyen vi giua truc 3 va
thung hang
z3c=(x(:,17))-(x(:,12))+d*(x(:,18));%van toc tuong doi giua
truc 3 va thung
zm=(x(:,8))-(x(:,6))+b*(x(:,7))+c*(x(:,9)); %chuyen vi giua thung hang va dau keo