MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1. TỔNG QUÁT VỀ DAO ĐỘNG.. 4

1.1 Hệ thống “Đường – ô tô – con người”. 4

1.1.1 Nghiên cứu về biên dạng bề mặt đường (Microprophil) 4

1.1.2 Nghiên cứu về dao động của ô tô. 4

1.1.3 Nghiên cứu cảm giác của con người 5

1.2 Mô hình toán học hệ dao động ô tô. 8

1.2.1 Nhắc lại một số khái niệm cơ học. 8

1.2.2 Mô hình dao động dọc của ô tô. 11

1.2.3 Mô hình dao động ngang của ô tô. 13

1.3 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô. 14

1.3.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động. 14

1.3.2 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường  ……21

Chương 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO UAZ-31512. 27

2.1 Giới thiệu chung về xe UAZ-31512. 27

2.2 Bảng thông số kỹ thuật xe UAZ-31512. 27

2.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo UAZ-31512. 30

2.3.1 Hệ thống treo trên ô tô. 30

2.3.2 Phân tích kết cấu hệ thống treo UAZ-31512. 31

Chương 3. MÔ HÌNH DAO ĐỘNG NGANG CỦA UAZ-31512. 47

3.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động. 47

3.1.1 Các giả thiết 47

3.1.2 Mô hình dao động tương đương. 47

3.1.3 Phương trình vi phân chuyển động. 49

3.2 Khảo sát dao động bằng phần mềm MATLAB-SIMULINK.. 50

3.2.1 Các phương pháp giải hệ phương trình vi phân. 50

3.2.2 Giới thiệu về MatLab-Simulink. 52

3.2.3 Mô phỏng dao động ngang của UAZ-31512 bằng Simulink. 54

3.2.4 Các kết quả. 58

Chương 4. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO.. 62

4.1 Quy trình kiểm tra và thử nhíp. 62

4.1.1 Nhíp. 62

4.1.2 Giảm chấn. 62

4.2 Bảo dưỡng và điều chỉnh. 63

4.2.1 Nhíp. 63

4.2.2 Giảm chấn. 63

4.3 Một số hư hỏng thường gặp, nguyên nhân, sửa chữa. 64

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

   Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, có tính cơ động cao, được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, cho ra đời nhiều loại xe hiện đại và tiện nghi. Việc thiết kế các hệ thống, cụm chi tiết trên ôtô, đánh giá chất lượng làm việc của chúng ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của ôtô.

   Hệ thống treo trên ôtô rất đa dạng và có vai trò hết sức quan trọng, nó góp phần nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô. Bên cạnh quá trình thiết kế, để đánh giá hệ thống treo thì việc đánh giá chất lượng dao động của hệ thống treo cũng góp phần không nhỏ trong quá trình kiểm định thiết kế cũng như đánh giá sự phù hợp giữa thông số cơ bản, thông số kết cấu và điều kiện chuyển động thực tế của ôtô trên đường.

   Xuất phát từ những yêu cầu trên, em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu dao động của ô tô khi chuyển động trên đường nghiêng ngang” với đối tượng cụ thể là xe UAZ-31512. Đề tài đã tập trung vào nghiên cứu dao động ngang của xe UAZ-31512 khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang có mấp mô mặt đường mang hình dáng của đồ thị hàm điều hòa và sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để nghiên cứu mô phỏng dao động của xe.

   Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: PGS.,TS…………….. đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cho em trong quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án này.

    Em xin chân thành cảm ơn!

                                             Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                      Học viên thực hiện

                                     ………………

Chương 1   

TỔNG QUÁT VỀ DAO ĐỘNG

1.1 Hệ thống “Đường - ô tô - con người”

Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp. Mặt khác, dao động của ô tô ảnh hưởng đến con người (lái xe và hành khách) và ảnh hưởng tới sự bảo đảm an toàn của hàng hóa chuyên chở. 

1.1.1 Nghiên cứu về biên dạng bề mặt đường (Microprophil)

Điều kiện đường trong thực tế sử dụng ô tô rất đa dạng. Tùy theo chiều dài của mấp mô hoặc chiều cao của nó mà có thể phân chia các nhóm đặc trưng khác nhau của biên dạng bề mặt đường. 

1.1.2 Nghiên cứu về dao động của ô tô

Những nghiên cứu này là cần thiết với mục đích hoàn thiện kết cấu hệ thống treo, nhằm mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ô tô đặc biệt đối với ô tô hiện đại là một việc không thể thiếu được. 

1.1.3 Nghiên cứu cảm giác của con người

Theo quan điểm độ êm dịu chuyển động thì dao động của ô tô được nghiên cứu thông qua ảnh hưởng của nó đến cơ thể con người và hàng hóa trên xe.

Độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động ảnh hưởng xấu của dao động tới con người, hàng hoá, đến các kết cấu của ô tô và đường.

Các mô hình này thường được khảo sát với các giả thiết chính sau:

- Khối lượng của xe phân thành khối lượng không treo và khối lượng được treo, các khối lượng này tập trung tại trọng tâm phần treo (thân xe) và phần không treo (cầu xe). Trọng tâm thân xe chỉ chuyển động thẳng đều trong mặt phẳng đối xứng của xe và vuông góc với mặt phẳng ngang;

- Bỏ qua các chuyển động tương đối giữa khối lượng treo và khối lượng không treo;

- Bỏ qua mô men quán tính của các cầu xe đối với trục quay của các bánh xe;

- Bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc điểm với đường;

Như vậy, mô hình nghiên cứu hệ dao động ô tô có thể biểu thị bằng sơ đồ sau.

Ngoài việc nghiên cứu dao động ô tô theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động, các hướng nghiên cứu còn đề cập tới việc ảnh hưởng của dao động đến an toàn chuyển động và tải khai thác, một việc làm mang tính thực tiễn giải quyết các vấn đề xã hội quan tâm. 

1.2 Mô hình toán học hệ dao động ô tô

Trong các lĩnh vực về kỹ thuật, bất kỳ ở đâu cũng đều có dao động học. Các kết cấu hoặc các trang bị có chức năng khác nhau như: Kết cấu công trình, ô tô, xe tăng, máy kéo, động cơ đốt trong v.v… đều chịu các dao động cơ học. 

1.2.1 Nhắc lại một số khái niệm cơ học

Hệ cơ học: là một tập hợp số lượng các chất điểm hoặc vật thể tùy ý được ghép nối với nhau - mỗi chất điểm hay vật thể đó là một phần tử của hệ ta đang xét - và sự chuyển dịch của mỗi phần tử đó bị hạn chế bởi các phần tử còn lại.

Chất điểm: là một vật thể mà ta có thể bỏ qua kích thước của nó khi nghiên cứu. Vị trí của nó trong không gian ba chiều được xác định bằng ba tọa độ. Vậy để xác định vị trí một cơ hệ gồm N chất điểm ở mỗi thời điểm ta cần biết 3N thông số về tọa độ của chúng.

Phương trình vi phân chuyển động: là quan hệ giữa gia tốc, vận tốc, tọa độ và các thông số kết cấu của cơ hệ. Nghiệm của chúng có dạng  gọi là phương trình chuyển động của cơ hệ.

Để giải một bài toán cơ học ta có những bước chính sau:

Bước 1: Lập mô hình vật lý là mô hình động lực học của cơ hệ đang xét với những ký hiệu theo quy định của cơ học, thể hiện được đầy đủ, sát với mô hình thực tế, nhưng đơn giản để tiện cho việc tính toán.

Bước 2: Lập mô hình toán học, đó chính là việc thể hiện những quan hệ về hình học, động học, động lực học của cơ hệ thành những phương trình và biểu thức toán học. Tập hợp tất cả những phương trình và biểu thức toán học đó gọi là mô hình toán của cơ hệ đã cho.

- Phương trình Lagrăng loại II: là phương pháp lập mô hình toán học của cơ hệ trên cơ sở khảo sát các năng lượng của cơ hệ.

Ta có:

n - số tọa độ suy rộng của cơ hệ (số bậc tự do);

- tọa độ suy rộng thứ i;

- vận tốc suy rộng thứ i;

- động năng, thế năng của hệ;

- năng lượng khuếch tán của hệ;

- lực suy rộng tác dụng theo hướng thứ i.

Bước 3: Giải các phương trình trên tìm phương trình chuyển động hay các thông số mà bài toán hay thực tế yêu cầu.

1.2.2 Mô hình dao động dọc của ô tô

Ta khảo sát dao động của ô tô 2 cầu với mô hình hệ dao động tương đương được đưa ra ở hình vẽ, với các giả thiết sau đây:

- Mô hình động lực học biểu thị dao động lien kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng.

- Khối lượng treo được quy dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng M và mô men khối lượng quán tính phần treo đối với trục ngang đi trọng tâm phần treo J_y. Khối lượng M được lien kết với khối lượng phần không treo qua phần tử đàn hồi của phần treo và giảm chấn (hệ số cứng của treo C₁, C₂; hệ số cản giảm chấn K₁, K₂).

- Ô tô chuyển động đều.

Hệ có 4 bậc tự do với 4 tọa độ suy rộng là: Z, j, z₁, z₂. Chúng ta dùng phương trình Lagrăng II để thiết lập phương trình vi phân.

C_i - hệ số cứng của treo ở cầu i;

C_Li - hệ số cứng của lốp ở cầu i;

K_i, K_Li - hệ số cản giảm chấn của treo và lốp ở cầu i;

 - Biến dạng và vận tốc biến dạng của treo và lốp ở cầu i;

 - Chiều cao mấp mô và dạo hàm của nó ở điểm tiếp xúc của bánh xe i với đường.

Từ hình vẽ, chúng ta biểu diễn các biến dạng và tốc độ biến dạng bằng các biến là tọa độ suy rộng ta đã chọn, sau đó thay vào các công thức tính năng lượng hệ, tính các đạo hàm riêng, cuối cùng thay vào phương trình Lagrang II.

1.2.3 Mô hình dao động ngang của ô tô

Khi xe chuyển động trên đường, do sự khác nhau giữa biên dạng đường hai bên bánh xe nên sẽ xuất hiện dao động góc ngang. Do sự thống nhất toàn xe nên, từng bộ phận sẽ ảnh hưởng tới những bộ phận còn lại, nhưng để đơn giản trong việc tính toán, ta giả thiết rằng có thể bỏ qua sự ảnh hưởng lẫn nhau của cầu sau và cầu trước, mà chỉ xét dao động của từng hệ thống riêng biệt được tạo bởi một cầu và phần khối lượng treo phân bố lên cầu đó.

1.3 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô

1.3.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng thường phát sinh những dao động dưới tác động kích thích của độ mấp mô biên dạng đường. Dao động của ôtô ảnh hưởng tới con người, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền và tuổi thọ của các kết cấu ôtô.

Theo số liệu thống kê người ta thấy rằng, khi ôtô vận tải chạy trên đường xấu gồ ghề, so với ôtô cùng loại chạy trên  đường tốt bằng  phẳng thì vận tốc trung bình giảm khoảng (40¸50)%, quãng đường chạy giữa hai kỳ sửa chữa lớn giảm (35¸40)%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng (50¸70)%, năng suất vận chuyển giảm (35¸40)%, giá thành vận chuyển tăng (50¸60)%. Ngoài ra nếu con người phải chịu đựng lâu trong tình trạng xe bị rung xóc nhiều sẽ sinh ra mệt mỏi, giảm hiệu suất công việc, có nguy cơ mắc các bệnh thần kinh và não.

1.3.1.1 Chỉ tiêu về tần số

Tần số dao động của ôtô nằm trong giới hạn sau:

- Đối với ô tô con du lịch:  60 90 lần/phút (1 1,5 Hz);

- Đối với ôtô vận tải:         100 120 lần/phút (1,6 2 Hz).

1.3.1.2 Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Gia tốc dao động có thể coi là thông số rất quan trọng để đánh giá độ êm dịu chuyển động. Cơ sở để xác định chỉ tiêu về gia tốc dao động chính là giá trị bình phương trung bình (root mean square - RMS) của gia tốc theo các phương dọc xe Ox, phương ngang xe Oy và phương thẳng đứng Oz.

Các số liệu trên có thể coi là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô, vì nó dựa trên cơ sở thống kê. Hơn nữa, các tác động từ mặt đường qua hệ thống treo lên con người thực chất là các tác động mang tính chất ngẫu nhiên với dải tần số rộng và phức tạp về hướng tác dụng.

1.3.1.4  Đánh giá cảm giác theo công suất dao động

Chỉ tiêu này dựa trên giả thiết rằng, cảm giác của con người khi chịu dao động phụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người. 

Chúng ta có thể xác định giá trị công suất dao động theo giá trị gia tốc dao động. Con người có thể xem là một hệ dao động và cảm giác con người phụ thuộc vào tần số dao động, do đó ta có thể đưa vào hệ số hấp thụ K_y có tính đến ảnh hưởng của tần số lực kích động và hướng tác động của nó.

Theo thực nghiệm, trị số cho phép  của N_c như sau:

[N_c] = 0,2  0,3 [W] - tương ứng với cảm giác thoải mái;

[N_c] = 6  10     [W] - giới hạn cho phép với ôtô có tính cơ động cao.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, những tác động ở tư thế đứng nhỏ hơn ở tư thế ngồi. Ở tư thế đứng tác động của dao động bị yếu đi bởi các khớp xương của chân, dao động con người trong tư thế ngồi sẽ làm tổn thương cột sống.

* Nhận xét: Nhìn chung có nhiều chỉ tiêu để đánh giá độ êm dịu chuyển động. Trong đó gia tốc dao động kể đến đồng thời biên độ, tần số dao động và có ảnh hưởng trực tiếp đến lái xe, hành khách, hàng hóa. Vì vậy, gia tốc dao động là chỉ tiêu quan trọng có tính chất quyết định đến độ êm dịu chuyển động. Trong giới hạn cho phép, luận án tập trung nghiên cứu đánh giá độ êm dịu chuyển động theo chỉ tiêu gia tốc dao động.

1.3.2 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Trong quá trình chuyển động, lực tương tác giữa bánh xe và mặt đường gồm các thành phần: lực theo phương thẳng đứng, gồm lực tĩnh  do trọng lượng bản thân ô tô và lực động do ô tô dao động; lực dọc theo phương tiếp tuyến tại vết tiếp xúc, gồm lực kéo và lực phanh; lực ngang theo phương tiếp tuyến tại vết tiếp xúc xuất hiện khi xe quay vòng, chạy trên mặt đường nghiêng.

Ta thấy rằng, trong thực tế, không thể có sai lệch bình phương trung bình bằng không được, vì thế, ta phải tìm giới hạn cho giá trị này, để giá trị này thế nào thì được coi là bé, trong giá trị nào thì xe đáp ứng được chỉ tiêu an toàn này. Đối với đường phẳng, giới hạn được xem là an toàn có thể lấy là lúc xe tách bánh khỏi đường, nhưng trên đường nghiêng thì khác, mặc dù các bánh chưa tách khỏi đường nhưng bánh đã bị trượt, không thể tiếp nhận lực điều khiển, có nghĩa, lúc này xe đã mất điều khiển hay đã mất an toàn.

φσ_Fmax φF_zt  -  Gsinα = G(φcosα – sinα)     

Ta có:

c,k, - độ cứng và hệ số cản của lốp xe;

z_u   - chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng;

q    - biên độ mấp mô mặt đường.

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của tải trọng động:

F_z = F_zt + F_zd

Theo quan điểm về an toàn chuyển động được hiểu là khả năng truyền lực kéo, lực phanh của bánh xe và ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô. Khả năng đó phụ thuộc vào mức độ thay đổi lực động bánh xe và tương ứng với giá trị âm của tải trọng động.

Để đánh giá ôtô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần thiết xác định tỷ số giữa tải trọng động và tải trọng tĩnh của bánh xe F_zd (t)/F_zt

Với r là khoảng cách của hàng hóa đang xét tới trọng tâm của phần treo. Như vậy, gia tốc tại nơi xa nhất là lớn nhất, với UAZ-31512, r_max=1,12m.

Khi xe chạy trên đường nghiêng, còn vấn đề phải xem xét, đó là khả năng lật xe, như hình vẽ.

Khi các chỉ tiêu đã được đáp ứng thì (***) là điều kiện để kiểm nghiệm để xe có thể bị lật hay không.

Chương 2

PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO UAZ-31512

2.1 Giới thiệu chung về xe UAZ-31512

Ô tô UAZ-31512 là xe con hai cầu chủ động có tính năng thông qua cao được sử dụng chủ yếu trong quân đội với chức năng chủ yếu là xe chỉ huy đã được nhập vào Việt Nam từ nhiều năm nay. Vỏ xe có 4 cửa, xe có phủ bạt, thành xe sau có thể mở được. Động cơ bố trí trong khoang phía trước, do đó giảm chiều dài có ích của xe, tăng trọng lượng bám cho cầu xe trước. Lốp dự phòng để ở giá phía sau. Biến thể của nó là xe UAZ-3151.

2.2 Bảng thông số kỹ thuật xe UAZ-31512

Bảng thông số kỹ thuật xe UAZ-31512 thể hiện như bảng 2.1.

2.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo UAZ-31512

2.3.1 Hệ thống treo trên ô tô

2.3.1.1 Công dụng hệ thống treo

Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu thực hiện lien kết các bánh xe với khung xe để đảm bảo độ êm dịu chuyển động và an toàn chuyển động trên cơ sở tạo các dao động của than xe và của các bánh xe theo ý muốn và giảm các tải trọng va đập cho xe khi chuyển động trên địa hình không bằng phẳng. Ngoài ra, hệ thống treo còn dung để truyền các lực và mô men tác động giữa bánh xe và khung xe.

- Bộ phận đàn hồi: dung để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng đứng từ đường, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cho ô tô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau.

- Bộ phận giảm chấn: năng lượng dao động của than xe và của bánh xe được hấp thụ bởi các giảm chấn trên cơ sở biến cơ năng thành nhiệt năng.

2.3.1.2 Phân loại hệ thống treo

* Theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng ta có những loại sau:

- Hệ thốn treo phụ thuộc: hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên phải được lien kết với nhau bằng dầm cầu cứng.

- Hệ thống treo độc lập: hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên phải có thể dịch chuyển độc lập với nhau.

* Theo cấu tạo của phần tử đàn hồi ta có những loại sau:

- Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn.

- Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi là khí nend có bình chứa là cao su kết hợp sợi vải bọc cao su lam cốt, dạnh màng phân chia và dạng lien hợp.

- Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và loại không kháng áp.

2.3.1.3 Yêu cầu đối với hệ thống treo

- Độ võng tĩnh phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ô tô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép. Ở giới hạn này không có sự va đập lên bộ phận hạn chế hành trình.

- Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng.

2.3.2 Phân tích kết cấu hệ thống treo UAZ - 31512

Hệ thống treo xe UAZ-31512 là loại hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là nhíp lá, dập tắt dao động nhờ giảm chấn ống thủy lực. Cụ thể như sau:

Trên hình vẽ thể hiện cấu tạo hệ thống treo trước và sau của xe UAZ-31512. Để tăng độ bền lâu các lá nhíp đều được nhiệt luyện ở mặt trên. Để tránh xê dịch các lá nhíp với nhau người ta sử dụng bu lông giữa và 2 đai nhíp. Các vấu cao su có tác dụng hạn chế hành trình dịch chuyển của bánh xe và hạn chế độ uốn của nhíp.

Các bó nhíp vừa làm nhiệm vụ của phần tử đàn hồi vừa làm nhiệm vụ của phần tử dẫn hướng:

Nhiệm vụ: Phần tử hướng truyền lực ngang, lực dọc và mô men từ mặt đường lên vỏ. Động học của bộ phận dẫn hướng xác định đặc tính dịch chuyển của bánh xe đối với vỏ và ảnh tới tính ổn định và tính quay vòng vủa xe.

Với nhiệm vụ này, yêu cầu:

- Giữ nguyên động học của bánh xe khi ô tô chuyển động. Nghĩa là khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng: các góc đặt bánh xe, các chiều rộng, chiều dài cơ sở phải giữ nguyên.

- Đối với bánh xe dẫn hướng nên tránh sự thay đổi góc nghiêng γ vì thay đổi γ là làm trụ đứng nghiêng về phía sau nên độ ổn định của ô tô sẽ kém đi. Khi bánh xe  dịch  chuyển  thẳng  đứng  cũng  làm  thay  đổi  độ  chụm  A-B  (thay  đổi  góc nghiêng δ).

- Đảm bảo truyền các lực X, Y và các mô men  từ bánh xe lên khung mà không dây nên biến dạng rõ rệt hay không làm dịch chuyển các chi tiết của hệ thống treo.

- Giữ được đúng động học của chuyển động lái. Động học của chuyển động lái được giữ đúng nếu sự dịch chuyển thẳng đứng và sự quay quanh trụ đứng của bánh xe không phụ thuộc vào nhau.

Nhiệm vụ phần tử đàn hồi dùng để nối đàn hồi giữa bánh xe và thân xe, làm giảm các va đập đột ngột từ mặt đường truyền lên, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động. Hệ thống treo UAZ-31512:

- Nhíp trước : Gồm 8 lá.

+ Chiều dày: 8 mm

+ Chiều dài của lá nhíp gốc : 1100 mm

+ Chiều rộng của lá nhíp gốc : 55 mm.

Trên hình vẽ là dạng đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khi chất tải và khi giảm tải. Trên trục hoành ta có điểm O là điểm tựa của bộ phận hạn chế dưới, điểm C là điểm tựa của bộ phận hạn chế trên, nên ta gọi BO là giá trị của độ võng động dưới f , BC là giá trị của độ võng động trên f . Ngoài ra còn có điểm L là điểm tựa của vú cao su phía dưới, điểm M là điểm tựa của vú cao su phía trên và tương ứng với hai điểm L, M ta có độ võng f , f .

Như vậy có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thống treo. Độ võng tĩnh f  về giá trị khác với độ võng động dưới f . Nói chung f không nên ít hơn150¸300m ( ứng với n=60¸85 lần/ph) đối với ôtô con, đối ôtô tải f không nên bé hơn 60-120mm ứng với tần số dao động riêng n=80 - 100 lần/ph.

Ở  Liên Xô: Với các ôtô có tính năng thông qua cao chọn K =3 - 4 ;

                    Với các ôtô có tính năng thông qua thấp chọn K =2 - 3.

Độ võng động f  có quan hệ chặt chẽ  với hệ số động K .  Độ võng động f càng lớn thì độ êm dịu chuyển động tăng và dễ phối hợp với hệ số động K  lớn, đảm bảo tiếp xúc của lốp với mặt đường tốt. Nhưng giảm tính ổn định của xe vì khi có độ dịch chuyển tương đối giữa thùng và lốp lại càng lớn. 

Tuy nhiên trong tính toán ta thường lấy đường tiếp tuyến của đường cong  thay cho đường đặc tính thực của nó. Với hệ thống treo chỉ có vấu hạn chế trên như của UAZ-31512 thì đường đặc tính biểu diễn như hình vẽ và độ cứng C.

Phân loại:

- Theo tỷ số của hệ số cản nén và hệ số cản trả (K , K ) có:

+ Loại tác dụng hai chiều có đường đặc tính đối xứng:  K =K

+ Loại tác dụng hai chiều không đối xứng:  K + Loại tác dụng một chiều:  K 0.

- Có hay không có van giảm tải.

- Theo hình dạng giảm chấn có:

+ Giảm chấn đòn.

+ Giảm chấn ống.

Ngày nay trên các loại xe được dùng phổ biến là loại giảm chấn hai chiều không đối xứng, có van giảm tải và loại giảm chấn ống được dùng rộng rãi hơn.

Hiện nay các giảm chấn thường có:   K =(2 - 5)K .

Giảm chấn của UAZ-31512 là giảm chấn ống thủy lực, tác dụng 2 chiều, có van giảm tải. Cấu tạo của giảm chấn xe  UAZ-31512 trên hình vẽ.

Nguyên lý làm việc của tất cả các loại giảm chấn thuỷ lực là: Chất lỏng bị dồn từ buồng chứa này sang buồng chứa khác qua các van tiết lưu rất bé, nên chất lỏng chịu lực cản chuyển động rất lớn. Sức cản làm dập tắt nhanh các chấn động và năng lượng của dao động được biến thành nhiệt năng đốt nóng dầu và tỏa ra ngoài. So với giảm chấn loại đòn, giảm chấn loại ống có cấu tạo đơn giản, nhẹ và bền hơn, áp suất làm việc là 6 - 8 MN/m², nhỏ hơn nhiều so với loại đòn: 25 - 40 MN/m².

Nguyên lý làm việc của giảm chấn:

Khi nén nhẹ (nghĩa là khi bánh xe và thân xe tiến lại gần nhau) ứng với pít tông đi xuống, xy lanh đi lên: Khoang dưới pít tông, dầu bị nén lại từ từ, van thông qua phía trên (12) sẽ mở để dầu khoang dưới pít tông sang khoang trên pít tông, nhưng tất cả dầu không thể chảy vào khoang trên vì còn có cần đẩy pít tông. Vì vây phần dầu bằng thể tích chiếm chỗ của cần đẩy pít tông sẽ chảy sang khoang bù qua lỗ tiết lưu ở van nén (18) làm tăng áp suất khí ở khoang bù nên một chút. Các lỗ tiết lưu tạo ra sức cản thuỷ lực tỷ lệ với bình phương vận tốc lưu thông của dầu.

Khi trả êm, cần đẩy cùng piston chuyển động lên trên. Khoang dưới piston xy lanh công tác giảm áp suất, còn ở khoang trên   piston áp suất dầu tăng lên. Do vậy dầu từ khoang trên sẽ qua khe hở ở van thông qua 12 (van trả đóng) vào khoang dưới piston, đồng thời dầu từ khoang bù qua van nạp 19 bổ sung vào khoang dưới piston. Khi trả mạnh thì lò xo vản trả 14 bị nén  và van sẽ mở ra để cho dầu lưu thông qua cả lỗ tiết lưu của van 14. Độ mở  của van trả phụ thuộc vào mức độ đột ngột của hành trình trả, càng trả mạnh thì van mở càng lớn.

Như vậy, hệ số cản giảm chấn không phải hằng số, nó biến động thay đổi tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể, tuy nhiên, để đơn giản trong tính toán, chọn hệ số cản giảm chấn là hằng số với K₂=const.

Vậy: Với giảm chấn trước: K_2tr = 3825 (Ns/m)

Với giảm chấn sau: K_2s = 2550 (Ns/m)

* Nhận xét: Hệ thống treo sử dụng trên xe UAZ-31512 có phần tử đàn hồi dạng nhíp có cấu tạo đơn giản vì các lá nhíp vừa phần tử đàn hồi vừa là phần tử hướng, đơn giản trong tính toán thiết kế, trong chế tạo, trong lắp ráp và trong bảo dưỡng kỹ thuật. Hệ thống treo dạng này đảm bảo cho xe khi quay vòng chỉ có vỏ nghiêng mà cầu xe không bị nghiêng (trên đường bằng) nên lốp cũng giảm được mòn.

Độ nghiêng bánh xe thay đổi làm phát sinh mô men do hiệu ứng con quay và mô men này có quan hệ đến độ dịch chuyển góc của cầu và bánh dẫn hướng quanh trụ đứng. Khi nhíp mềm còn phát sinh những dao động nguy hiểm của bánh xe trong giới hạn vận tốc chuyển động. Một nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc là khó bố trí các cụm của ô tô vì đưa động cơ lên phía trước thường vướng cầu.

Chương 3

MÔ HÌNH DAO ĐỘNG NGANG CỦA UAZ-31512

3.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động

3.1.1 Các giả thiết

- Mô hình động lực học biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng.

- Khối lượng treo phân bố trên cầu khảo sát được quy dẫn về trọng tâm biểu thị qua giá trị khối lượng m₂ và mô men quán tính khối lượng đối với trục dọc đi qua trọng tâm J_x2. Khối lượng của cầu xe khảo sát được quy dẫn về trọng tâm biểu thị qua giá trị khối lượng m₁ và mô men quán tính khối lượng đối với trục dọc đi qua trọng tâm J_x1. Khối lượng m₂ được liên kết với khối lượng m₁ qua nhíp và giảm chấn của cầu đó (hệ số cứng của nhíp, hệ số cản giảm chấn được thể hiện trên hình vẽ).

- Bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường.

- Ô tô chuyển động đều.

3.1.2 Mô hình dao động tương đương

Với những giả thiết như trên, ta có mô hình dao động tương đương được thể hiện qua hình vẽ.

Ta có:

Z₁, Z₂ - tương ứng là chuyển vị thẳng (vuông góc với đường) của cầu xe và phần khối lượng treo phân bố trên đó.

y₁, y₂ - tương ứng là chuyển vị góc của cầu xe và phần khối lượng treo bố trí trên đó.

q_L, q_p - tương ứng là biên dạng mặt đường bên trái và bên phải.

α - góc nghiêng của đường.

b, b₂ - khoảng cách mặt phẳng đối xứng dọc hai bánh xe, khoảng cách hai bên nhíp.

m₁, J₁ - khối lượng quy dẫn về trọng tâm của cầu xe đang xét, mô men quán tính khối lượng của cầu xe đối với trục dọc đi qua tâm.

m₂, J₂ - khối lượng quy dẫn về trọng tâm của phần khối lượng phân bố trên cầu đang xét, mô men quán tính khối lượng của nó đối với trục dọc đi qua tâm.

F_ci, F_Ki,F_d - lực đàn hồi, lực cản giảm chấn, lực tác dụng xuống đường.

L, p - các chỉ số kí hiệu trái, phải.

3.1.3 Phương trình vi phân chuyển động

Với K₂, C₂, C₁ là hệ số cản của giảm chấn, độ cứng của hệ thống treo cầu đang xét và độ cứng tổng của tất cả các lốp ở cầu đó; là các biến dạng tương đương (độ biến dạng “thêm” từ vị trí cân bằng) của hai bên nhíp, lốp, tốc độ biến dạng tương ứng..

Các tọa độ suy rộng được lấy từ vị trí cân bằng, vị trí cân bằng được xác định ở trạng thái cân bằng tĩnh của xe:

ψ₁, ψ₂ được tính từ mặt phẳng trung bình mấp mô mặt đường;

Độ cao trọng tâm phần treo phân bố trên cầu, độ cao trọng tâm của cầu và độ cao trọng tâm của cả phần treo và không treo của cầu đang xét khi cân bằng tĩnh tại vị trí đường có chiều cao mấp mô bằng giá trị trung bình là mốc của Z₁, Z₂. 

3.2 Khảo sát dao động bằng phần mềm MATLAB-SIMULINK

3.2.1 Các phương pháp giải hệ phương trình vi phân

Để giải hệ phương trình vi phân thường mô tả dao động của cơ hệ có nhiều thuật toán và công cụ khác nhau, phổ biến hiện nay là các thuật toán tích phân số. Các thuật toán này có thể chia làm hai nhóm: Nhóm các thuật toán một bước và các thuật toán nhiều bước.

Các thuật toán thuộc nhóm đầu sử dụng các điều kiện đầu biết trước có thể tính trực tiếp các chuyển vị và đạo hàm của nó ở bước tính đầu tiên. Sau đó lấy kết quả này làm điều kiện đầu để tính các bước tiếp theo. Các thuật toán sử dụng khai triển Taylor, khai triển Darbu- Obreskov, phương pháp Euler- Kosi, thuật toán Runger- Kutta thuộc nhóm này.

Các thuật toán thuộc nhóm thứ hai gồm có các thuật toán Adam, Houlbolt, Wilson, Newmark .... Để tính lời giải ở bước x_i+1 cần phải biết các giá trị gần đúng ở các bước x_i, x_i-1, x_i-k, (k+1 giá trị). Như vậy ở k bước đầu cần sử dụng các thuật toán ở nhóm 1 để tính. Nhược điểm này có thể bù lại bởi việc rút ngắn thời gian tính toán.

Hiện nay có 4 phương pháp chính được sử dụng để khảo sát các mô hình dao động tương đương của ôtô:

Thứ nhất là dựa trên thuật toán đã biết, sử dụng các ngôn ngữ lập trình bậc cao xây dựng các chương trình giải phương trình vi phân chuyển động của hệ. Đối với các phương pháp giải trên đây, có các ưu điểm là vận dụng máy vi tính vào quá trình giải, làm cho độ mịn của kết quả cao. 

Thứ hai là dựa trên thuật toán đã chọn, sử dụng ngôn ngữ macro của phần mềm MatLab xây dựng các chương trình khảo sát dao động của hệ. Ưu điểm của Matlab so với các ngôn ngữ lập trình trên là câu lệnh ngắn, phần mềm hỗ trợ rất mạnh cho việc giải các phương trình vi phân thường cũng như phương trình vi phân đạo hàm riêng. Tuy nhiên cũng giống như Pascal, C++ … MatLab vẫn phải tiến hành giải cho 3 phương nếu tiến hành nghiên cứu bài toán dao động không gian.

Thứ tư là sử dụng khả năng giải các bài toán động của các phần mềm phân tích kết cấu để khảo sát dao động của hệ. Các phần mềm loại này hiện khá phổ biến ở Việt Nam như SAP và ANSYS. Phần mềm SAP 2000 cho phép giải các bài toán dao động không gian mà không cần phải mất nhiều công sức lập trình. Điều đó được thực hiện nhờ SAP hỗ trợ rất mạnh thư viện phần tử.  Đặc biệt là các phần tử Link/Support.

3.2.2 Giới thiệu về MatLab-Simulink

MatLab (Matrix Laboratory) là một công cụ phần mền của  hãng Math Work Inc được viết bằng ngôn ngữ lập trình C. Phần mềm MatLab được ứng dụng rộng rãi để tính toán các bài toán  kỹ thuật bằng phương pháp ma trận.

Simulink là một phần chương trình mở rộng của MatLab. Là một công cụ mạnh về đồ họa, mô hình hóa, mô phỏng và phân tích động học các hệ thống tuyến tính và phi tuyến. Là sản phẩm nằm bên trong của  MatLab  nên có thể sử dụng nhiều hàm của MatLab  và cũng có thề trao đổi qua lại với mô trường của MatLab  để tăng thêm tính linh hoạt của nó.

Các khối cơ bản của Simulink được sử dụng để mô phỏng trong đồ án  được thể hiện ở bảng sau: Một số khối cơ bản của Simulink.

3.2.3 Mô phỏng dao động ngang của UAZ-31512 bằng Simulink

Khối mô phỏng biên dạng mặt đường: với các giá trị biên độ, tần số và pha ban đầu, như sau: q_0L, q_0p, f_L, f_p, β_L, β_p ta có thể nhập từ bàn phím tùy vào từng loại đường và tốc độ xe khi khảo sát. Khối mô tả các phương trình vi phân và tổng thể chương trình mô phỏng được thể hiện qua các hình vẽ

Các tham số đầu vào của chương trình thể hiện như bảng 3.1.

3.2.4 Các kết quả

Sau đây là một số kết quả tìm được, triển khai dưới dạng đồ thị như sau.

Trên hình vẽ, các đường thẳng hay đường cong là đường giới hạn tìm được theo các điều kiện khi dấu “=” xảy ra, vùng màu đỏ là vùng xe bị lật, không đi được; vùng màu vàng là vùng đã có chỉ tiêu bị vi phạm (trừ tiêu chí an toàn lật của xe); vùng màu xanh là vung xe đi được, đáp ứng tất cả 4 chỉ tiêu đã nêu. Biểu đồ trên có thể hữu ích cho người điều khiển xe khi gặp đường nghiêng ngang, cụ thể như sau:

- Có thể tìm được tốc độ lớn nhất xe có thể đi được trên đường: từ góc nghiêng của đường, ta gióng đường thẳng đứng với trục nằm ngang (trục α), đường đó cắt đường ranh giới của vùng màu xanh có thể tại nhiều điểm.

- Nếu yêu cầu đi với tốc độ cho trước, ta có thể tìm được góc nghiêng lớn nhất của đường đã cho mà xe có thể đi được: từ tốc độ đã cho, ta gióng đường vuông góc với trục tung để tìm giao điểm của đường đó với ranh giới của vùng màu xanh, hoành độ của điểm xa nhất tìm được là góc lớn nhất xe đi được.

Một số kết quả tính toán ở S=4m, q₀=0,05m, α=30⁰, v=30km/h.

Ta thấy rằng, ở giai đoạn quá độ (trong khoảng 0,5s đầu tiên), dao động xảy ra phức tạp, nhưng khi đã ổn định (sau thời gian quá độ), các bộ phận của xe chuyển sang dao động với luật của lực kích thích đó là dao động điều hòa, cùng chu kì, tần số.

Ở mỗi góc nghiêng khác nhau của đường, ta thấy có sự khác nhau về phân bố lại khối lượng lên hai bên bánh xe, hai bên nhíp, cụ thể là góc nghiêng càng lớn thì sự chênh lệch càng lớn và do đó, góc nghiêng ban đầu của thân xe, của cầu xe cũng tăng theo. Đó là sự dịch về phía chiều dương của đồ thị chuyển vị góc phần treo và không treo. Độ dịch này, trong giới hạn khảo sát: các dao động nhỏ chưa chạm các hạn chế hành trình, chúng gần đúng tỉ lệ thuận với góc nghiêng đường α.

Chương 4

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO

4.1 Quy trình kiểm tra và thử nhíp

4.1.1 Nhíp

Đầu tiên chốm ép trong thời gian ngắn 3 lần với lực ép P sau đó ép lực kiểm tra vào đó giá trị (H_K). Lúc này loại trừ sự ảnh hưởng của ma sát trên nhíp, để đo được (H_K) phải ép lực P rồi cho quá tải so với lực kiểm tra là 300 – 5000 KG sau đó thử lực quá tải ngay để lực ép trở về lực P rồi đo (H_K) lần 2. 

Ta có:

P - Lực ép; H_D - Độ võng của nhíp ở trạng thái tự do;

f_k - Độ võng của nhíp sau khi kiểm tra;

H_k - Độ võng của nhíp sau khi ép lực kiểm tra.

Đối với từng lá nhíp ta dùng dưỡng định hình để kiểm tra độ cong, nếu độ cong của các lá nhíp thay đổi chứng tỏ nhíp bị giảm tính đàn hồi sau thời gian làm việc. Lúc này phải nhiệt luyện lại và uốn cong theo lá nhíp mẫu.

4.1.2 Giảm chấn

Đối với giảm chấn khi sửa chữa ta phải tiến hành kiểm tra chiều cao đàn hồi của các lò xo:

- Kiểm tra lò xo van trả:

Ta ép một lực 50 KG vài lần. Chiều cao của lò xo van trả bằng 24 mm. Sau khi ép lực thì chiều cao lò xo van trả còn lại 15 mm sao cho trong các lần ép đó chiều cao của lò xo không thay đổi.

- Kiểm tra lò xo van nén:

Chiều cao tự do của lò xo van nén bằng 12,5 mm. Chiều cao sau khi ép lực kiểm tra còn lại từ 10 - 11 mm. Lực kiểm tra là 6 KG. Cũng ép lực và kiểm tra một vài lần sao cho chiều cao lò xo cũng không thay đổi.

4.2 Bảo dưỡng và điều chỉnh

4.2.1 Nhíp

Trước khi lắp các lá nhíp phải được làm sạch bôi 1 lớp mỡ VCA. Khi lắp xiết chặt các ốc suốt nhíp. Khe hở của các lá nhíp ở trạng thái tự do không lớn hơn: 1,2 mm.

Sau khi lắp tất cả nhíp cần phải thử chịu tải.

4.2.2 Giảm chấn

1 - Mặt van trả và van nén phải tiếp xúc với đế của vỏ giảm chấn trên toàn bộ diện tích.

2 - Đế van cần phải đặt vào hốc của quả nén sao cho vấu lồi quay ra ngoài.

3 - Độ kín tiếp xúc giữa đế van và đế quả nén cần được kiểm tra bằng dầu giảm chấn sau 1 phút đổ dầu vào quả nén dầu không chảy ra.

6 - Sau khi lắp xong phải đổ dầu. Dùng dầu AY hoặc hỗn hợp dầu: 50% dầu tuabin 22 và 50% dầu biến thế.

Dầu phải lọc sạch qua lưới kim loại có từ 1200 - 1300 lỗ/1cm².

- Sau khi lắp xong giảm chấn phải mang giảm chấn thử nghiệm trên giá chuyên dùng và để xác định lực trên cần và độ kín của giảm chấn.

- Chu kỳ dao động trên giá thử phải đạt: 68 - 72 lần/phút.

4.3 Một số hư hỏng thường gặp, nguyên nhân, sửa chữa

Một số hư hỏng thường gặp, nguyên nhân, sửa chữa thể hiện như bảng 4.1.

KẾT LUẬN

   Sau gần ba tháng làm việc nghiêm túc với sự hướng dẫn của thầy giáo: PGS.,TS……………..  cùng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành đuợc nhiệm vụ của của đồ án đặt ra.

   Qua quá trình thực hiện đồ án, tôi có thêm phương pháp nghiên cứu, tiếp cận, giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật và tích luỹ được nhiều kiến thức cần thiết làm cơ sở cho công tác học tập và làm việc sau này.

   Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp hướng dẫn tiếp tục của các thầy và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

   Em xin chân thành cảm ơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập. Lý thuyết ô tô quân sự. NXBQĐND -2002.

[2]. Vũ Đức Lập. Dao động ôtô. HVKTQS – 2011.

[3]. Vũ Đức Lập. Sổ tay tính năng tra cứu kỹ thuật ôtô. HVKTQS - 2003.

[4]. Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vi. Cấu tạo ô tô quân sự. HVKTQS - 1995.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"