Nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động. (Research on suspension of the semi trailer truck in the..

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động. (Research on suspension of the semi trailer truck in the..

1. BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO T ẠO TR ƯỜNG ĐẠI H ỌC BÁCH KHOA HÀ N ỘI VŨ THÀNH NIÊM NGHIÊN C ỨU H Ệ TH ỐNG TREO ĐOÀN XE THEO H ƯỚNG GI ẢM T ẢI TR ỌNG ĐỘNG LU ẬN ÁN TI ẾN S Ĩ K Ỹ THU ẬT C Ơ KHÍ ĐỘNG L ỰC Hà N ội - 2021
2. BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO T ẠO TR ƯỜNG ĐẠI H ỌC BÁCH KHOA HÀ N ỘI VŨ THÀNH NIÊM NGHIÊN C ỨU H Ệ TH ỐNG TREO ĐOÀN XE THEO H ƯỚNG GI ẢM T ẢI TR ỌNG ĐỘNG Ngành: K ỹ thu ật c ơ khí động l ực Mã s ố: 9520116 LU ẬN ÁN TI ẾN S Ĩ K Ỹ THU ẬT C Ơ KHÍ ĐỘNG L ỰC NG ƯỜI H ƯỚNG D ẪN KHOA H ỌC: 1. PGS.TS. L ƯU V ĂN TU ẤN 2. TS. ĐẶNG VI ỆT HÀ Hà N ội - 2021
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c ứu c ủa riêng tôi d ưới s ự hướng dẫn c ủa PGS.TS. L ưu V ăn Tu ấn và TS. Đặng Vi ệt Hà. Các số li ệu, kết qu ả nghiên cứu trong lu ận án là trung th ực và ch ưa t ừng được ai công b ố trong bất k ỳ công trình nào khác. Hà N ội, ngày 05 tháng 03 năm 2021 Ng ười h ướng d ẫn khoa h ọc 1 Ng ười h ướng d ẫn khoa h ọc 2 Nghiên c ứu sinh PGS.TS. L ưu V ăn Tu ấn TS. Đặng Vi ệt Hà Vũ Thành Niêm i
4. LỜI C ẢM ƠN Nghiên c ứu sinh xin trân tr ọng cảm ơn Tr ường Đại h ọc Bách khoa Hà N ội, Phòng Đào t ạo, Vi ện C ơ khí Động l ực, B ộ môn Ô tô và xe chuyên d ụng đã tạo điều ki ện cho nghiên c ứu sinh th ực hi ện lu ận án t ại Tr ường Đại h ọc Bách khoa Hà N ội. Nghiên c ứu sinh xin trân tr ọng cảm ơn tập th ể hướng d ẫn là PGS.TS. L ưu Văn Tu ấn và TS. Đặng Vi ệt Hà đã tận tình hướng d ẫn trong vi ệc định h ướng nghiên cứu và ph ươ ng pháp gi ải quy ết các v ấn đề cụ th ể đặt ra để th ực hi ện và hoàn thành lu ận án. Nghiên c ứu sinh xin c ảm ơn các th ầy, cô trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng - Tr ường Đại h ọc Bách khoa Hà N ội luôn giúp đỡ và tạo điều ki ện thu ận l ợi để hoàn thành lu ận án này. Nghiên c ứu sinh xin c ảm ơn C ục Đă ng ki ểm Vi ệt Nam, Trung tâm th ử nghi ệm xe c ơ gi ới đã ủng h ộ, động viên, giúp đỡ, t ạo điều ki ện thu ận l ợi trong quá trình h ọc t ập và nghiên c ứu. Nghiên c ứu sinh xin c ảm ơn Trung tâm Khoa h ọc công ngh ệ - Tr ường Đại học Giao thông v ận t ải đã giúp đỡ để hoàn thành lu ận án. Nghiên c ứu sinh xin bày t ỏ lòng bi ết ơn đến các chuyên gia ngành Động l ực đã đóng góp các ý ki ến quý báu để lu ận án được hoàn thi ện. Cu ối cùng nghiên c ứu sinh xin g ửi l ời c ảm ơn chân thành t ới gia đình và b ạn bè, nh ững ng ười đã động viên, khuy ến khích trong su ốt th ời gian tham gia nghiên cứu và th ực hi ện công trình này. Nghiên c ứu sinh Vũ Thành Niêm ii
5. MỤC L ỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI C ẢM ƠN ii MỤC L ỤC iii DANH M ỤC CÁC KÝ HI ỆU VÀ CH Ữ VI ẾT T ẮT vi DANH M ỤC HÌNH V Ẽ VÀ ĐỒ TH Ị xi DANH M ỤC B ẢNG BI ỂU xiv MỞ ĐẦU xvi CH ƯƠ NG 1: T ỔNG QUAN 1 1.1. Tính c ấp thi ết c ủa đề tài 1 1.2. Xu h ướng phát tri ển và v ấn đề tải tr ọng động c ủa SMRM 2 1.2.1. Xu h ướng phát tri ển c ủa SMRM treo khí 2 1.2.2. Tải trọng t ĩnh và quy định v ề gi ới h ạn t ải tr ọng c ủa SMRM 3 1.2.3. Ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động đối v ới đường và an toàn động l ực h ọc c ủa xe 5 1.2.4. Gi ải pháp gi ảm t ải tr ọng động 7 1.3. Hệ th ống treo khí nén c ủa SMRM 9 1.3.1. Đặc điểm 9 1.3.2. Đặc tính độ cứng c ủa ballon khí nén 11 1.3.3. Các mô hình h ệ th ống treo khí nén 12 1.4. Tiêu chí đánh giá t ải tr ọng động 17 1.5. Các công trình nghiên c ứu liên quan đến n ội dung lu ận án 19 1.5.1. Các công trình nghiên c ứu trên th ế gi ới 19 1.5.2. Các công trình nghiên cứu t ại Vi ệt Nam 23 1.6. Mục tiêu, đối t ượng, ph ươ ng pháp và ph ạm vi nghiên c ứu 26 1.6.1. Mục tiêu nghiên c ứu 26 1.6.2. Đối t ượng nghiên c ứu 26 1.6.3. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu 26 1.6.4. Ph ạm vi nghiên c ứu 27 1.6.5. Nội dung c ủa lu ận án 27 1.7. Kết lu ận Ch ươ ng 1 27 CH ƯƠ NG 2: XÂY D ỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG L ỰC H ỌC ĐOÀN XE S Ơ MI R Ơ MOÓC ĐỂ NGHIÊN C ỨU T ẢI TR ỌNG ĐỘNG 28 iii
6. 2.1. Phân tích c ấu trúc và các gi ả thi ết xây d ựng mô hình 28 2.2. Định ngh ĩa h ệ tọa độ 30 2.3. Ph ươ ng trình động l ực h ọc ĐXSMRM 30 2.3.1. Ph ươ ng trình động l ực h ọc c ủa kh ối l ượng được treo X ĐK 32 2.3.2. Ph ươ ng trình động l ực h ọc c ủa kh ối l ượng không được treo X ĐK 35 2.3.3. Ph ươ ng trình động l ực h ọc c ủa kh ối l ượng được treo SMRM 35 2.3.4. Ph ươ ng trình động l ực h ọc c ủa kh ối l ượng không được treo SMRM 39 2.4. Các l ực và mô men liên k ết 40 2.4.1. Lực liên k ết c ủa h ệ th ống treo 41 2.4.2. Lực và mô men liên k ết d ọc t ừ tr ục đến thân xe 45 2.4.3. Lực liên k ết bánh xe v ới m ặt đường 46 2.4.4. Lực liên k ết t ại kh ớp n ối 46 2.5. Lực c ản khí động 47 2.6. Xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén để xác định l ực liên k ết c ủa h ệ th ống treo 47 2.6.1. Các gi ả thi ết xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén 47 2.6.2. Sử dụng mô hình GENSYS xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén 48 2.7. Hàm kích động m ặt đường 52 2.7.1. Hàm ng ẫu nhiên 52 2.7.2. Hàm xung cosin 55 2.8. Cấu trúc mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM 55 2.9. Điều ki ện đầu vào 57 2.10. Kết lu ận Ch ươ ng 2 58 CH ƯƠ NG 3: KH ẢO SÁT T ẢI TR ỌNG ĐỘNG VÀ TH ỜI GIAN TÁCH BÁNH C ỦA XE S Ơ MI R Ơ MOÓC 59 3.1. Các ph ươ ng án kh ảo sát 59 3.2. So sánh t ải tr ọng động c ủa SMRM treo khí và SMRM treo nhíp với v ận t ốc và lo ại đường thay đổi (Ph ươ ng án 1) 62 3.3. Kh ảo sát t ải tr ọng động, t ải tr ọng l ớn nh ất c ủa SMRM treo khí, SMRM treo nhíp v ới v ận t ốc, lo ại đường và m ức t ải thay đổi (Ph ươ ng án 2) 69 3.3.1. Ảnh h ưởng c ủa các m ức t ải đến t ải tr ọng động (DLC) 70 3.3.2. Ảnh h ưởng c ủa các m ức t ải đến t ải tr ọng toàn b ộ (F z) 75 3.4. Ảnh h ưởng c ủa m ặt đường đến ph ản l ực bánh xe (Ph ươ ng án 3) 78 iv
7. 3.5. So sánh th ời gian tách bánh c ủa SMRM treo khí và SMRM treo nhíp (Ph ươ ng án 4) 80 3.6. Xác định v ận t ốc an toàn gi ới h ạn c ủa SMRM treo khí 84 3.7. Kết lu ận Ch ươ ng 3 85 CH ƯƠ NG 4: NGHIÊN C ỨU TH ỰC NGHI ỆM 86 4.1. Mục đích, đối t ượng và các thông s ố cần đo 86 4.1.1. Mục đích thí nghi ệm 86 4.1.2. Đối t ượng thí nghi ệm 86 4.1.3. Các thông s ố cần đo 87 4.2. Thi ết b ị thí nghi ệm 89 4.2.1. Cảm bi ến đo chuy ển v ị 89 4.2.2. Cảm bi ến đo gia t ốc 90 4.2.3. Cảm bi ến đo v ận t ốc dài 91 4.2.4. Bộ xử lý tín hi ệu 93 4.2.5. Sơ đồ kết n ối 94 4.3. Thi ết k ế đồ gá l ắp đặt c ảm bi ến 94 4.4. Các ph ươ ng án thí nghi ệm 97 4.4.1. Mô t ả thí nghi ệm 97 4.4.2. Các ph ươ ng án thí nghi ệm 97 4.5. Kết qu ả thí nghi ệm và so sánh v ới k ết qu ả mô ph ỏng 99 4.5.1. Kích động cosin hai bên bánh xe 99 4.5.2. Kích động cosin m ột bên bánh xe 102 4.6. Kết lu ận Ch ươ ng 4 105 KẾT LU ẬN 106 TÀI LI ỆU THAM KH ẢO 108 DANH M ỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG B Ố CỦA LU ẬN ÁN 113 Ph ụ lục 1. Các thông s ố cấu trúc c ủa mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM 1 Ph ụ lục 2. B ảng h ệ số áp l ực đường động DLSF c ủa SMRM treo nhíp và SMRM treo khí 6 Ph ụ lục 3. B ảng giá tr ị DLC theo các m ức t ải, v ận t ốc và lo ại đường c ủa SMRM treo khí 8 Ph ụ lục 4. B ảng so sánh k ết qu ả mô ph ỏng và thí nghi ệm 11 v
8. DANH M ỤC CÁC KÝ HI ỆU VÀ CH Ữ VI ẾT T ẮT Ký hi ệu Đơ n v ị Gi ải ngh ĩa G(OXYZ) Hệ t ọa độ c ố đị nh B(Cxyz) Hệ t ọa độ v ật, h ệ t ọa độ con MBS Hệ nhi ều v ật MBS ( Multi Body System ) XĐK Xe đầu kéo SMRM Sơ mi rơ moóc ĐXSMRM Đoàn xe s ơ mi rơ moóc CPTGGT Cho phép tham gia giao thông DLC Hệ số tải tr ọng động ( Dynamic Load Coefficient ) DLSF Hệ số áp l ực đường động (Dynamic Load Stress Factor ) Tươ ng tác động gi ữa xe h ạng n ặng v ới c ơ s ở hạ tầng DIVINE (Dynamic Interaction between heavy Vehicles and Infrastructure ) ij Chỉ số bánh xe th ứ i (tr ục) và trái (j=1)/ph ải (j=2) i=1:1:6 Ch ỉ số các tr ục j=1 Ch ỉ số bánh xe bên trái j=2 Ch ỉ số bánh xe bên ph ải l1 m Kho ảng cách t ừ tr ọng tâm xe đầu kéo đến tâm tr ục 1 l2 m Kho ảng cách t ừ tr ọng tâm xe đầu kéo đến tâm tr ục 2 l3 m Kho ảng cách t ừ tr ọng tâm xe đầu kéo đến tâm tr ục 3 l4 m Kho ảng cách t ừ tr ọng tâm sơ mi rơ moóc đến tr ục 4 l5 m Kho ảng cách t ừ tr ọng tâm sơ mi rơ moóc đến tr ục 5 l6 m Kho ảng cách t ừ tr ọng tâm sơ mi rơ moóc đến tr ục 6 lk1 m Kho ảng cách từ tr ọng tâm xe đầu kéo đến mâm xoay lk2 m Kho ảng cách từ tr ọng tâm sơ mi rơ moóc đến ch ốt kéo Chi ều cao t ừ mặt đường đến tr ọng tâm kh ối l ượng được h m 1 treo xe đầu kéo m Chi ều cao t ừ mặt đường đến tr ọng tâm kh ối l ượng được h 2 treo sơ mi rơ moóc hk1 m Chi ều cao t ừ mặt đường đến tâm mâm xoay xe đầu kéo m Chi ều cao t ừ mặt đường đến mặt đỡ ch ốt kéo của sơ mi h k2 rơ moóc m Chi ều cao tâm khí động theo ph ươ ng dọc c ủa xe đầu h h w1, w2 kéo, sơ mi rơ moóc hij m Chi ều cao mấp mô m ặt đường tại bánh xe ij vi
9. 2b i m Chi ều r ộng c ơ s ở của tr ục th ứ i, (i=1:1:6) 2w i m Kho ảng cách gi ữa hai h ệ th ống treo tr ục th ứ i, (i=1:1:6) a m Kho ảng cách gi ữa tr ục 2 và tr ục 3 của xe đầu kéo b m Kho ảng cách gi ữa tr ục 4, 5, 6 của sơ mi rơ moóc c m Chi ều dài thanh cân b ằng d ọc c ủa h ệ th ống treo nhíp rij m Bán kính thi ết k ế của l ốp th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) m1 kg Kh ối l ượng được treo xe đầu kéo m2 kg Kh ối l ượng được treo sơ mi rơ moóc mAi kg Kh ối l ượng không được treo tr ục i, (i= 1:1:6) mti kg Kh ối l ượng tĩnh phân b ố lên tr ục i, (i= 1:1:6) z, zɺ , ɺɺz m, m/s, Chuy ển v ị, vận t ốc, gia t ốc ph ươ ng th ẳng đứng của 1 1 1 m/s 2 kh ối l ượng được treo xe đầu kéo z, zɺ , ɺɺz m, m/s, Chuy ển v ị, vận t ốc, gia t ốc ph ươ ng th ẳng đứng của 2 2 2 m/s 2 kh ối l ượng được treo sơ mi rơ moóc Chuy ển v ị, v ận t ốc ph ươ ng th ẳng đứng điểm trên h ệ z, zɺ m, m/s sij sij th ống treo th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) Chuy ển v ị, v ận t ốc ph ươ ng d ọc của kh ối l ượng được x, xɺ m, m/s 1 1 treo xe đầu kéo Chuy ển v ị, v ận t ốc ph ươ ng d ọc của kh ối l ượng được x, xɺ m, m/s 2 2 treo sơ mi r ơ moóc Chuy ển v ị, v ận t ốc ph ươ ng th ẳng đứng điểm d ưới h ệ ξ, ξ ɺ m, m/s uij uij th ống treo th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) ɺ ɺɺ m, m/s, Chuy ển v ị, v ận t ốc, gia t ốc ph ươ ng th ẳng đứng kh ối ξ, ξ , ξ 2 Ai Ai Ai m/s lượng không được treo tr ục th ứ i, (i = 1:1:6) Chuy ển v ị, v ận t ốc ph ươ ng th ẳng đứng tr ọng tâm kh ối ξ, ξ ɺ m, m/s ij ij lượng bánh xe th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc l ắc d ọc kh ối l ượng ϕ, ϕɺ , ϕ ɺɺ 2 1 1 1 rad/s được treo của xe đầu kéo rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc l ắc d ọc kh ối l ượng ϕ, ϕɺ , ϕ ɺɺ 2 2 2 2 rad/s được treo của xe sơ mi rơ moóc rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc quay bánh xe th ứ ij, ϕ, ϕɺ , ϕ ɺɺ 2 Aij Aij Aij rad/s (i=1:1:6, j=1, 2) rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc l ắc ngang kh ối l ượng β, βɺ , β ɺɺ 1 1 1 rad/s 2 được treo của xe đầu kéo rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc l ắc ngang kh ối l ượng β, βɺ , β ɺɺ 2 2 2 rad/s 2 được treo của xe sơ mi rơ moóc rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc l ắc ngang kh ối l ượng β, βɺ , β ɺɺ Ai Ai Ai rad/s 2 không được treo tr ục th ứ i, (i= 1:1:6) vii
10. rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc l ắc dọc h ệ th ống treo θ, θɺ , θ ɺɺ 1j 1j 1j rad/s 2 cân b ằng tr ục 2, 3 của xe đầu kéo, (j=1, 2) θ, θɺ , θ ɺɺ rad, rad/s, Góc, v ận t ốc góc và gia t ốc góc l ắc dọc thanh cân b ằng ij ij ij rad/s 2 dọc của xe sơ mi r ơ moóc, (i=2, 3, j=1, 2) t Độ võng động (hành trình tr ả) của h ệ th ống treo th ứ ij, f m dij (i=1:1:6, j=1, 2) n Độ võng động (hành trình nén) c ủa h ệ th ống treo th ứ ij, f m dij (i=1:1:6, j=1, 2) f Hệ số cản l ăn Cij N/m Độ cứng h ệ th ống treo th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) Hệ số cản gi ảm ch ấn h ệ th ống treo th ứ ij, K Ns/m ij (i=1:1:6, j=1, 2) CLij N/m Độ cứng h ướng kính l ốp th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) FCij N Lực đàn h ồi h ệ th ống treo th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) FKij N Lực c ản gi ảm ch ấn h ệ th ống treo th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) FCLij N Lực đàn h ồi của lốp tại bánh xe th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) FC23j N Lực đàn h ồi h ệ th ống treo cân b ằng tr ục 2, 3 (j=1, 2) Lực c ản gi ảm ch ấn h ệ th ống treo cân b ằng tr ục 2, 3 F N K23j (j=1, 2) Tổng l ực đàn h ồi và l ực c ản gi ảm ch ấn hệ th ống treo F N CKij cân b ằng tr ục 2, 3 (i=2, 3; j=1, 2) Lực c ản không khí ph ươ ng dọc tác động lên xe đầu F , F N wx1 wx2 kéo, s ơ mi r ơ moóc Cx Hệ số cản khí động 2 Ax1 , A x2 m Di ện tích c ản theo ph ươ ng d ọc c ủa X ĐK, SMRM Fxij N Lực d ọc bánh xe th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) Ph ản l ực liên k ết c ủa bánh xe theo ph ươ ng d ọc t ại bánh F’ N xij xe th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) Ph ản l ực bánh xe theo ph ươ ng th ẳng đứng t ại bánh xe F N zij th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2) Tải tr ọng t ĩnh phân b ố trên bánh xe th ứ ij, (i=1:1:6, j=1, F N zt ij 2) Fz,dyn N Tải tr ọng động bánh xe Ph ản l ực c ủa kh ớp n ối (ch ốt kéo-mâm xoay) theo F , F N kx1 kz1 ph ươ ng d ọc và ph ươ ng th ẳng đứng lên xe đầu kéo Ph ản l ực c ủa kh ớp n ối (ch ốt kéo-mâm xoay) theo F , F N kx2 kz2 ph ươ ng d ọc và ph ươ ng th ẳng đứng lên s ơ mi r ơ moóc CTi Nm/rad Độ cứng thanh ổn định tr ục th ứ i, (i=1:1:6) viii
11. MTi Nm Mô men thanh ổn định ngang tr ục i, (i=1:1:6) Mô men quay bánh xe th ứ ij quanh tr ục y, M Nm ij (i=1:1:6, j=1, 2) Mô men quán tính tr ục x c ủa kh ối l ượng được treo xe J , J kgm 2 x1 x2 đầu kéo, xe s ơ mi r ơ moóc Mô men quán tính tr ục x c ủa kh ối l ượng không được J kgm 2 Axi treo tr ục i, (i=1:1:6) Mô men quán tính tr ục y của kh ối l ượng được treo xe J , J kgm 2 y1 y2 đầu kéo, sơ mi r ơ moóc Mô men quán tính tr ục y của hệ th ống treo cân b ằng J kgm 2 yCB1j tr ục 2, 3 xe đầu kéo (j=1, 2) Mô men quán tính tr ục y của thanh cân b ằng d ọc sơ mi J kgm 2 yCBij rơ moóc (i=2, 3, j=1, 2) kdi Hệ số tải tr ọng tại tr ục th ứ i, (i=4, 5, 6) Lực tác d ụng của ballon khí nén theo ph ươ ng th ẳng F N sij đứng, t ại các bánh xe ij Cez N/m Độ cứng đàn h ồi c ủa h ệ th ống treo khí nén Cvz N/m Độ cứng nh ớt c ủa h ệ th ống treo khí nén Khối l ượng dòng khí quy đổi trong h ệ th ống treo khí M kg nén zsij m Chuy ển v ị mặt trên c ủa ballon khí nén, (i=4,5,6; j=1,2) ξuij m Chuy ển v ị mặt d ưới c ủa ballon khí nén, (i=4,5,6; j=1,2) Chuy ển v ị của dòng khí trong đường ống, (i=4,5,6; w m ij j=1,2) 2 p0 N/m Áp su ất tuy ệt đối ban đầu c ủa ballon khí nén 2 pa N/m Áp su ất khí quy ển T0 K Nhi ệt độ ban đầu trong ballon khí nén R J/kgK Hằng s ố khí lý t ưởng 2 Ae m Diện tích hi ệu dụng c ủa ballon khí nén 2 Ap m Tiết di ện trong của đường ống dẫn khí lp m Chi ều dài đường ống n ối ballon khí nén và bình khí ph ụ 3 Vb0 m Thể tích ban đầu của ballon khí nén 3 Vr0 m Thể tích ban đầu của bình khí ph ụ n Hệ số đoạn nhi ệt, lấy n = 1,4 ρ kg/m 3 Kh ối l ượng riêng c ủa không khí Kzβ Ns/m Hệ số cản quy đổi c ủa không khí trong đường ống Ks Ns/m Hệ số cản c ủa không khí trong đường ống ix
12. β Hệ số phi tuy ến c ủa ballon khí nén Hệ số kể đến t ổn th ất n ăng l ượng c ủa dòng khí trong k t đường ống kft Hệ số tổn th ất do ma sát ken Hệ số tổn th ất do m ở rộng đường ống đột ng ột kc Hệ số tổn th ất do thu h ẹp đường ống đột ng ột kb Hệ số tổn th ất do u ốn đường ống Hệ số tải tr ọng, h ệ số tải tr ọng l ớn nh ất, h ệ số tải tr ọng k , k , k d dmax dmin nh ỏ nh ất x
13. DANH M ỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ TH Ị Hình 1.1 Sơ đồ mô t ả ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động 5 Hình 1.2 Sơ đồ tươ ng tác l ốp-đường (ngu ồn: [11]) 6 Hình 1.3 Các gi ải pháp gi ảm áp l ực đường 8 Hình 1.4 Các y ếu tố liên quan đến t ải tr ọng động 9 Hình 1.5 Các lo ại ballon khí nén (ngu ồn: [17]) 10 Hình 1.6 Ballon khí nén l ắp đặt trên SMRM 10 Hình 1.7 Độ cứng động l ực h ọc c ủa ballon khí nén 11 Hình 1.8 Các mô hình c ổ điển 12 Hình 1.9 Mô hình Quaglia 13 Hình 1.10 Mô hình Cebon 13 Hình 1.11 Mô hình s ử dụng công th ức Van der Waal 14 Hình 1.12 Mô hình GENSYS 15 Hình 1.13 Xác định th ời gian tách bánh 19 Hình 1.14 Đối t ượng nghiên c ứu 26 Hình 2.1 Cấu trúc và h ệ tọa độ ĐXSMRM 31 Hình 2.2 Sơ đồ các l ực tác d ụng lên X ĐK trong m ặt ph ẳng dọc 32 Hình 2.3 Sơ đồ các l ực tác d ụng lên X ĐK trong m ặt ph ẳng ngang 34 Hình 2.4 Sơ đồ các l ực tác d ụng lên SMRM trong m ặt ph ẳng d ọc 36 Hình 2.5 Sơ đồ các l ực tác d ụng lên SMRM trong m ặt ph ẳng ngang 38 Hình 2.6 Sơ đồ vị trí các điểm liên k ết c ủa h ệ th ống treo c ủa X ĐK 41 Hình 2.7 S ơ đồ vị trí các điểm liên k ết c ủa h ệ th ống treo nhíp c ủa SMRM 43 Hình 2.8 S ơ đồ vị trí các điểm liên k ết c ủa h ệ th ống treo khí nén c ủa SMRM 45 Hình 2.9 Mô hình h ệ th ống treo khí nén s ử dụng mô hình GENSYS 48 Hình 2.10 Cấu trúc mô hình h ệ th ống treo khí nén 51 Hình 2.11 Sơ đồ mô hình hóa hai lo ại th ống treo 51 Hình 2.12 Phân lo ại c ấp đường theo ISO 8608:2016 54 Hình 2.13 Mấp mô cosin 55 Hình 2.14 Cấu trúc mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM 56 Hình 2.15 Biên d ạng đường ng ẫu nhiên lo ại A đến F 57 Hình 3.1 Tải tr ọng động trong mi ền th ời gian 63 Hình 3.2 DLC theo v ận t ốc v ới hai lo ại h ệ th ống treo 63 xi
14. Hình 3.3 DLC theo lo ại đường v ới hai lo ại h ệ th ống treo 64 Hình 3.4 M ức độ gi ảm DLC tr ục 4, 5, 6 c ủa SMRM treo khí theo v ận t ốc và lo ại đường 66 Hình 3.5 Ph ươ ng pháp xác định m ức v ận t ốc t ăng lên c ủa SMRM treo khí 67 Hình 3.6 DLC tr ục 4 c ủa SMRM treo khí theo các m ức t ải 70 Hình 3.7 DLC tr ục 5 c ủa SMRM treo khí theo các m ức t ải 71 Hình 3.8 DLC tr ục 6 c ủa SMRM treo khí theo các m ức t ải 71 Hình 3.9 DLC tr ục 4 c ủa SMRM treo khí theo v ận t ốc và m ức t ải 72 Hình 3.10 DLC tr ục 5 c ủa SMRM treo khí theo v ận t ốc và m ức t ải 73 Hình 3.11 DLC tr ục 6 c ủa SMRM treo khí theo v ận t ốc và m ức t ải 73 Hình 3.12 So sánh DLC v ới hai lo ại h ệ th ống treo theo các m ức t ải 74 Hình 3.13 F z,max tr ục 4 c ủa SMRM treo khí theo m ức t ải 75 Hình 3.14 F z,max tr ục 5 c ủa SMRM treo khí theo m ức t ải 76 Hình 3.15 F z,max tr ục 6 c ủa SMRM treo khí theo m ức t ải 76 Hình 3.16 So sánh F z,max với hai lo ại h ệ th ống treo theo các m ức t ải 77 Hình 3.17 k dmax , k dmin của SMRM treo khí nén theo lo ại đường 78 Hình 3.18 k dmax , k dmin của SMRM treo khí nén theo lo ại đường và v ận t ốc 79 Hình 3.19 H ệ số tải tr ọng v ới hai lo ại h ệ th ống treo trong mi ền th ời gian 81 Hình 3.20 So sánh th ời gian tách bánh c ủa SMRM s ử dụng hai lo ại h ệ th ống treo 81 Hình 3.21 Th ời gian tách bánh theo chi ều cao m ấp mô và v ận t ốc v ới hai h ệ th ống treo 82 Hình 4.1 Xe SMRM thí nghi ệm 86 Hình 4.2 Ph ươ ng pháp thí nghi ệm 87 Hình 4.3 V ị trí đặt c ảm bi ến 88 Hình 4.4 Cảm bi ến đo chuy ển vị HF-750C 89 Hình 4.5 Cảm bi ến đo gia t ốc DYTRAN-3263A2 91 Hình 4.6 Cảm bi ến đo v ận t ốc dài S-motion 91 Hình 4.7 Bộ xử lý tín hi ệu DEWEsoft 93 Hình 4.8 S ơ đồ kết n ối 94 Hình 4.9 Đồ gá l ắp đặt c ảm bi ến trên xe thí nghi ệm 95 Hình 4.10 Vị trí l ắp đồ gá trên khung xe và tr ục xe 96 Hình 4.11 Vị trí l ắp đồ gá phía sau xe 96 Hình 4.12 V ị trí đoạn đường thí nghi ệm 97 xii
15. Hình 4.13 M ấp mô cosin s ử dụng để thí nghi ệm 97 Hình 4.14 S ơ đồ thí nghi ệm 1: kích động cosin 2 bên bánh xe 98 Hình 4.15 S ơ đồ thí nghi ệm 2: kích động cosin bánh xe bên trái 98 Hình 4.16 Chuy ển v ị tươ ng đối tr ục 4 ( ξ4-z4) c ủa thí nghi ệm 1 100 Hình 4.17 Chuy ển v ị tr ục xe tr ục 4 ( ξ4) c ủa thí nghi ệm 1 100 Hình 4.18 Gia t ốc thân xe t ại tr ục 4 ( ɺɺz4 ) 100 Hình 4.19 V ận t ốc xe c ủa thí nghi ệm 1 100 Hình 4.20 Chuy ển v ị tươ ng đối tr ục 4 ( ξ4 - z4) c ủa thí nghi ệm 2 103 Hình 4.21 Chuy ển v ị tươ ng đối bánh xe 41 ( ξ41 - z41 ) c ủa thí nghi ệm 2 103 Hình 4.22 Chuy ển v ị tr ục xe tr ục 4 ( ξ4) 103 Hình 4.23 Vận t ốc xe c ủa thí nghi ệm 2 103 xiii
16. DANH M ỤC BẢNG BI ỂU Bảng 1.1 Gi ới h ạn kh ối l ượng trên tr ục, c ụm tr ục (ngu ồn: [6]) 4 Bảng 1.2 Gi ới h ạn kh ối l ượng ĐXSMRM (ngu ồn: [6]) 4 Bảng 1.3 Gi ới h ạn kh ối l ượng c ủa SMRM c ủa các n ước (ngu ồn: [7]) 5 Bảng 1.4 So sánh các mô hình h ệ th ống treo khí nén 16 Bảng 2.1 Thông s ố của các c ấp đường theo tiêu chu ẩn ISO 8608:2016 53 Bảng 3.1 Các ph ươ ng án kh ảo sát 60 Bảng 3.2 Các thông s ố đầu vào v ới m ức t ải thay đổi 61 Bảng 3.3 Các thông s ố hệ th ống treo 62 Bảng 3.4 M ức độ gi ảm ∆DLC (%) tr ục 4 64 Bảng 3.5 M ức độ gi ảm ∆DLC (%) tr ục 5 65 Bảng 3.6 M ức độ gi ảm ∆DLC (%) tr ục 6 65 Bảng 3.7 M ức t ăng v ận t ốc c ủa SMRM treo khí so v ới SMRM treo nhíp 67 Bảng 3.8 M ức độ gi ảm ∆DLSF (%) tr ục 4 68 Bảng 3.9 M ức độ gi ảm ∆DLSF (%) tr ục 5 68 Bảng 3.10 M ức độ gi ảm ∆DLSF (%) tr ục 6 69 Bảng 3.11 M ức độ gi ảm DLC theo m ức t ải khi so sánh hai lo ại h ệ th ống treo 74 Bảng 3.12 M ức độ gi ảm F z,max theo m ức t ải khi so sánh hai lo ại h ệ th ống treo 77 Bảng 3.13 M ức độ gi ảm th ời gian tách bánh tr ục 4 83 Bảng 3.14 M ức độ gi ảm th ời gian tách bánh tr ục 5 83 Bảng 3.15 M ức độ gi ảm th ời gian tách bánh tr ục 6 83 Bảng 3.16 V ận t ốc an toàn gi ới h ạn 84 Bảng 4.1 Các thông s ố cần đo c ủa thí nghi ệm 1: kích động cosin 2 bên bánh xe 88 Bảng 4.2 Các thông s ố cần đo c ủa thí nghi ệm 2: kích động cosin bánh xe bên trái 89 Bảng 4.3 Thông s ố cảm bi ến HF-750C (ngu ồn: [60]) 90 Bảng 4.4 Thông s ố cảm bi ến DYTRAN-3263A2 (ngu ồn: [61]) 91 Bảng 4.5 Thông s ố cảm bi ến Correvit S-Motion DTI (ngu ồn: [62]) 92 Bảng 4.6 Thông s ố bộ xử lý tín hi ệu DEWEsoft (ngu ồn: [63]) 93 Bảng 4.7 Các ph ươ ng án thí nghi ệm v ới kích động xung cosin 99 Bảng 4.8 Sai s ố của giá tr ị lớn nh ất gi ữa k ết qu ả mô ph ỏng và k ết qu ả thí nghi ệm 1 102 Bảng 4.9 Hệ số Pearson gi ữa k ết qu ả mô ph ỏng và k ết qu ả thí nghi ệm 1 102 xiv
17. Bảng 4.10 Sai s ố của giá tr ị lớn nhất gi ữa k ết qu ả mô ph ỏng và k ết qu ả thí nghi ệm 2 104 Bảng 4.11 Hệ số Pearson gi ữa k ết qu ả mô ph ỏng và k ết qu ả thí nghi ệm 2 104 xv
18. MỞ ĐẦU Tính c ấp thi ết c ủa lu ận án Vận t ải hàng hóa b ằng đường b ộ tại Vi ệt Nam hi ện nay chi ếm t ỷ tr ọng cao so với các ph ươ ng th ức v ận t ải khác, trong đó ĐXSMRM đóng vai trò quan tr ọng trong m ạng l ưới v ận t ải này. ĐXSMRM được bi ết đến là ph ươ ng ti ện v ận t ải có năng su ất v ận chuy ển cao và mang l ại hi ệu qu ả kinh t ế ở nhi ều n ước trên th ế gi ới và tại Vi ệt Nam. Trong quá trình chuy ển động, t ải tr ọng động sinh ra t ừ các ph ươ ng ti ện v ận t ải ảnh h ưởng không nh ỏ đến c ầu/ đường và an toàn động l ực h ọc c ủa xe. Vì vậy, th ực ti ễn đặt ra c ần ph ải nghiên c ứu các gi ải pháp để gi ảm tải tr ọng động của ph ươ ng ti ện, trong đó có ĐXSMRM. Trong khi h ệ th ống treo tích c ực, bán tích c ực cho SMRM ch ưa mang l ại hiệu qu ả so v ới giá thành thì gi ải pháp ưu vi ệt nh ằm gi ảm t ải tr ọng động hi ện nay là thay th ế hệ th ống treo truy ền th ống s ử dụng nhíp bằng h ệ th ống treo khí nén. Đề tài “Nghiên c ứu h ệ th ống treo đoàn xe theo h ướng gi ảm t ải tr ọng động” có tính c ấp thi ết, nh ằm gi ảm t ải tr ọng động và nâng cao an toàn động l ực h ọc c ủa xe. Tải tr ọng động là y ếu t ố tác động hai chi ều, m ột m ặt tác động đến xe ảnh h ưởng đến độ bền chi ti ết, an toàn động l ực h ọc; m ặt khác tác động đến đường gây ra các h ư h ỏng. Do đó, khi nghiên c ứu v ề tải tr ọng động c ần đặt trong m ối liên h ệ đường-xe. Mục tiêu nghiên c ứu Mục tiêu c ủa lu ận án là nghiên c ứu đánh giá kh ả năng gi ảm t ải tr ọng động và th ời gian tách bánh của h ệ th ống treo khí nén trên SMRM so v ới h ệ th ống treo s ử dụng nhíp. Đối t ượng nghiên cứu Đối t ượng nghiên c ứu là SMRM sử dụng h ệ th ống treo khí nén sản xu ất l ắp ráp t ại Vi ệt Nam. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu Kết h ợp gi ữa nghiên c ứu lý thuy ết và th ực nghi ệm: - Nghiên c ứu lý thuy ết: xây d ựng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM theo ph ươ ng pháp tách c ấu trúc h ệ nhi ều v ật (MBS) và ph ươ ng trình Newton-Euler, trong đó l ực liên k ết gi ữa kh ối l ượng được treo và không được treo được mô t ả bởi hai mô hình con là “nhíp” và “ballon khí”. Sử dụng mô hình này để kh ảo sát các yếu t ố ảnh h ưởng gồm vận t ốc xe, lo ại đường và m ức t ải; đánh giá theo 5 tiêu chí gồm hệ số tải tr ọng động (DLC), h ệ số áp l ực đường động (DLSF), h ệ số tải tr ọng (k dmax , k dmin ), ph ản l ực bánh xe l ớn nh ất (F z,max ) và th ời gian tách bánh (t tachbanh ). Kết qu ả kh ảo sát c ủa mô hình v ới hai lo ại h ệ th ống treo được so sánh v ới nhau để th ấy tính ưu vi ệt c ủa h ệ th ống treo khí nén trong vi ệc gi ảm t ải tr ọng động và t ăng tính an toàn động l ực h ọc. - Nghiên c ứu th ực nghi ệm: thí nghi ệm ki ểm ch ứng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM đã xây d ựng thông qua vi ệc đo các thông số chuy ển v ị, gia t ốc theo ph ươ ng th ẳng đứng và v ận t ốc dài c ủa xe. xvi
19. Ph ạm vi nghiên c ứu Luận án t ập trung vào v ấn đề gi ảm t ải tr ọng động cho SMRM thông qua vi ệc sử dụng h ệ th ống treo khí nén. Vấn đề độ êm d ịu ch ỉ dừng ở mức không làm h ư hỏng hàng hóa, có thể được th ực hi ện v ới các gi ải pháp khác nh ư s ử dụng h ệ th ống treo ph ụ tr ợ, nên không được đề cập trong lu ận án này. Nội dung c ủa lu ận án Nội dung c ủa lu ận án g ồm 4 ph ần chính sau: - Ch ươ ng 1: T ổng quan. - Ch ươ ng 2: Xây d ựng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM để nghiên c ứu tải tr ọng động. - Ch ươ ng 3: Kh ảo sát t ải tr ọng động và th ời gian tách bánh của xe SMRM. - Ch ươ ng 4: Nghiên c ứu th ực nghi ệm. Nh ững k ết qu ả mới c ủa lu ận án 1. Lu ận án đã xây d ựng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM với hai mô hình con của nhíp và hệ th ống treo khí nén để liên k ết gi ữa kh ối l ượng được treo và không được treo. Mô hình h ệ th ống treo khí nén sử dụng mô hình GENSYS, là mô hình thích nghi, có th ể thay đổi tham s ố để th ực hi ện các ph ươ ng án kh ảo sát. Mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM có th ể kh ảo sát v ới nhi ều kích động m ặt đường, vận tốc và m ức t ải khác nhau, được s ử dụng để đánh giá kh ả năng gi ảm t ải tr ọng động và th ời gian tách bánh c ủa SMRM. Mô hình này c ũng có th ể ứng d ụng làm mô hình con để nghiên c ứu động l ực h ọc cầu/đường. 2. Lu ận án đã thi ết l ập hệ th ống thí nghi ệm động l ực h ọc ĐXSMRM ph ươ ng th ẳng đứng theo tr ạng thái chuy ển động c ủa xe trên đường v ới thi ết b ị hi ện đại c ủa Kistler, Dytran, Dewesoft có độ chính xác cao. Thi ết b ị thí nghi ệm đồng b ộ, cho phép theo dõi tr ực quan đồng th ời 5 thông s ố đo theo th ời gian th ực, để có th ể điều ch ỉnh chính xác thông s ố đầu vào. 3. Lu ận án đã đánh giá kh ả năng gi ảm t ải tr ọng động c ủa SMRM sử dụng hệ th ống treo khí nén theo các tham s ố vận tốc xe, lo ại đường và mức t ải; đánh giá v ề an toàn động l ực h ọc thông qua tiêu chí th ời gian tách bánh - một v ấn đề ch ưa được nghiên c ứu nhi ều t ại Vi ệt Nam. Sự so sánh v ề tải tr ọng động, t ải tr ọng c ực đại, mức độ tách bánh của SMRM s ử dụng hai lo ại hệ th ống treo cho th ấy tính ưu vi ệt c ủa h ệ treo khí nén so v ới h ệ th ống treo kim lo ại (nhíp). K ết qu ả thu được r ất có ý ngh ĩa, với t ải tr ọng động có th ể gi ảm đến 29,3%, góp ph ần gi ảm áp l ực đường; th ời gian tách bánh có th ể gi ảm đến 49,7%, góp ph ần nâng cao an toàn động l ực h ọc c ủa xe; vận t ốc xe có th ể tăng đến 20 km/h cho th ấy kh ả năng t ăng n ăng su ất v ận chuy ển của SMRM treo khí. 4. Lu ận án đã xác định các vận t ốc an toàn gi ới h ạn c ủa xe ứng v ới m ỗi lo ại đường, m ỗi m ức t ải, để khuy ến cáo cho ng ười s ử dụng các điều ki ện v ận hành xe phù h ợp, v ừa đảm b ảo v ề tải tr ọng động, v ừa đảm b ảo an toàn động l ực h ọc c ủa xe. xvii
20. Ý ngh ĩa khoa h ọc c ủa lu ận án Mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM được thi ết lập b ằng ph ươ ng pháp tách c ấu trúc h ệ nhi ều v ật (MBS) v ới các liên k ết có th ể đư a vào, cho phép thay đổi tham s ố mô hình; có th ể kh ảo sát h ầu h ết các tr ạng thái chuy ển động trong th ực t ế, cho k ết qu ả tường minh, t ổng th ể và khái quát v ới các liên h ệ bản ch ất. Lu ận án góp ph ần hoàn thi ện đánh giá các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động, làm c ơ s ở xây d ựng các gi ải pháp gi ảm t ải tr ọng động; đư a ra ph ươ ng pháp xác định th ời gian tách bánh nh ằm nâng cao an toàn động l ực h ọc c ủa ĐXSMRM. Hệ th ống thí nghi ệm đồng b ộ, tin c ậy cho phép th ực hi ện các phép đo chính xác, có th ể nghiên c ứu phát tri ển, ki ểm ch ứng tiêu chu ẩn và thí nghi ệm so sánh, xác định thông s ố cho mô hình. Ý ngh ĩa th ực ti ễn c ủa lu ận án Đối v ới các nhà s ản xu ất, ch ế tạo SMRM, k ết qu ả nghiên c ứu có th ể được s ử dụng làm c ơ s ở trong vi ệc l ựa ch ọn lo ại hệ th ống treo phù h ợp để tăng tính an toàn động l ực h ọc, gi ảm t ải tr ọng động cho đường mà v ẫn đảm b ảo độ bền và kh ả năng ch ịu t ải c ủa h ệ th ống treo. V ới các ưu điểm c ủa h ệ th ống treo khí nén là c ơ s ở để các nhà s ản xu ất nghiên c ứu chuy ển đổi sang s ử dụng lo ại h ệ th ống treo này cho SMRM. V ới ng ười s ử dụng, k ết qu ả nghiên c ứu nh ằm khuy ến cáo vùng điều khi ển (v ận t ốc t ươ ng ứng v ới ch ất l ượng các lo ại đường, m ức t ải) để đảm b ảo an toàn trong quá trình v ận hành đoàn xe. Gi ảm t ải tr ọng động c ủa ĐXSMRM nh ằm gi ảm áp l ực đường bằng cách s ử dụng ballon khí nén thay cho nhíp trong h ệ th ống treo là gi ải pháp phù h ợp, kh ả thi và có ý ngh ĩa th ực ti ễn trong điều ki ện Vi ệt Nam. Sử dụng h ệ th ống treo khí nén ngoài vi ệc có th ể gi ảm t ải tr ọng động, còn nâng cao độ bền chi ti ết xe, t ăng tu ổi th ọ cầu/ đường và nâng cao an toàn chuy ển động xe. Kết qu ả nghiên c ứu c ủa lu ận án là cơ s ở khoa học để tham kh ảo xây d ựng các tiêu chu ẩn, quy chu ẩn cho Vi ệt Nam v ề hệ th ống treo thân thi ện v ới đường tươ ng t ự tiêu chu ẩn VSB 11 c ủa Australia hay Directive 96/53/EC c ủa Châu Âu. xviii
21. CH ƯƠ NG 1: TỔNG QUAN Vận t ải hàng hóa b ằng đường b ộ tại Vi ệt Nam hi ện nay chi ếm t ỷ tr ọng cao so với các ph ươ ng th ức v ận t ải khác, trong đó ĐXSMRM đóng vai trò quan tr ọng trong m ạng l ưới v ận t ải này. ĐXSMRM được bi ết đến là ph ươ ng ti ện vận t ải có năng su ất v ận chuy ển cao và mang l ại hi ệu qu ả kinh t ế ở nhi ều n ước trên th ế gi ới và tại Vi ệt Nam. Theo th ống kê c ủa C ục Đă ng ki ểm Vi ệt Nam, số lượng ĐXSMRM ngày m ột t ăng trong th ời gian g ần đây. Trong quá trình chuy ển động, t ải tr ọng động sinh ra t ừ các ph ươ ng ti ện v ận t ải ảnh h ưởng không nh ỏ đến c ầu/ đường và an toàn động l ực h ọc c ủa xe. Vì vậy, vi ệc nghiên c ứu các gi ải pháp gi ảm tải tr ọng động là vấn đề cấp thi ết. Trong khi h ệ th ống treo tích c ực, bán tích c ực cho SMRM ch ưa mang l ại hi ệu qu ả so v ới giá thành thì gi ải pháp ưu vi ệt nh ằm gi ảm t ải tr ọng động hi ện nay là thay th ế hệ th ống treo truy ền th ống s ử dụng nhíp b ằng h ệ th ống treo khí nén. Tải tr ọng động là y ếu t ố tác động hai chi ều, m ột m ặt tác động đến xe ảnh hưởng đến độ bền chi ti ết, an toàn động l ực h ọc; m ặt khác tác động đến đường gây ra các h ư h ỏng. Do đó, khi nghiên c ứu v ề tải tr ọng động c ần đặt trong m ối liên h ệ đường-xe. Trong quá trình ho ạt động, các y ếu t ố vận hành ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động được s ử dụng làm thông s ố đầu vào cho các ph ươ ng án kh ảo sát. K ết qu ả kh ảo sát được đánh giá theo các tiêu chí liên quan đến t ải tr ọng động, có s ự so sánh gi ữa hai lo ại h ệ th ống treo (nhíp và h ệ th ống treo khí nén) để th ấy tính ưu vi ệt c ủa h ệ th ống treo khí nén trong vi ệc gi ảm t ải tr ọng động và nâng cao an toàn động l ực h ọc của ĐXSMRM. Ở Vi ệt Nam hi ện nay, vi ệc s ử dụng h ệ th ống treo khí nén trên SMRM còn h ạn ch ế, vì v ậy cần s ự so sánh gi ữa hai lo ại h ệ th ống treo để khuy ến cáo nhà s ản xu ất, ng ười s ử dụng chuy ển đổi sang h ệ th ống treo khí nén. Trong ch ươ ng này s ẽ trình bày tính c ấp thi ết, m ục tiêu và ph ạm vi nghiên cứu c ủa đề tài. Ch ươ ng này c ũng cung c ấp m ột s ố nội dung v ề xu h ướng phát tri ển của SMRM treo khí; các quy định v ề gi ới h ạn tải tr ọng c ủa Vi ệt Nam và các n ước trên th ế gi ới; ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động; các gi ải pháp gi ảm t ải tr ọng động; t ổng quan v ề hệ th ống treo khí nén và các mô hình h ệ th ống treo khí nén; l ựa ch ọn các tiêu chí đánh giá tải tr ọng động; các công trình nghiên c ứu trong và ngoài n ước có liên quan đến v ấn đề nghiên c ứu c ủa lu ận án. 1.1. Tính c ấp thi ết c ủa đề tài ĐXSMRM là ph ươ ng ti ện v ận t ải ph ổ bi ến và hi ệu qu ả trên th ế gi ới c ũng như t ại Vi ệt Nam. Trong quá trình chuy ển động, t ải tr ọng động sinh ra t ừ các ph ươ ng ti ện v ận t ải ảnh h ưởng không nh ỏ đến áp l ực lên c ầu/ đường và an toàn động lực h ọc c ủa xe. Vì vậy, th ực ti ễn đặt ra c ần ph ải nghiên c ứu các gi ải pháp để gi ảm áp l ực đường, đồng th ời nâng cao an toàn cho xe, trong đó có v ấn đề gi ảm tải tr ọng động. Có m ột s ố gi ải pháp gi ảm áp l ực đường nh ư s ử dụng cầu cân b ằng, s ử dụng lốp kép, phân b ố tải tr ọng cho các tr ục và gi ảm t ải tr ọng động. Vi ệc s ử dụng treo cân b ằng và phân b ố tải tr ọng đã được ứng d ụng khá s ớm, các SMRM hi ện nay h ầu hết đều s ử dụng h ệ th ống treo cân b ằng k ết h ợp v ới l ốp kép. Do đó, m ột trong nh ững gi ải pháp h ữu hi ệu hi ện nay được l ưa ch ọn là gi ảm t ải tr ọng động. Tải tr ọng động là y ếu t ố tác động hai chi ều: ở chi ều t ăng, ảnh h ưởng đến áp lực đường, gây ra các h ư h ỏng, ảnh h ưởng đến độ bền chi ti ết của xe; ở chi ều gi ảm, 1
22. ảnh h ưởng đến an toàn động l ực h ọc xe. Tải tr ọng động ph ụ thu ộc vào b ốn y ếu t ố: vận t ốc, m ặt đường, t ải (kh ối l ượng hàng hóa chuyên ch ở) và lo ại h ệ th ống treo. Kích động m ặt đường là ng ẫu nhiên, có tính chu k ỳ, gây ra t ải tr ọng động c ũng có tính ng ẫu nhiên và chu k ỳ, tác động tr ở lại làm cho mặt cầu/ đường dao động, gây ra nứt t ế vi cho cầu/ đường. Ngoài ra, t ải tr ọng động có kh ả năng làm thay đổi các l ực truy ền d ọc và ngang c ủa bánh xe, ảnh h ưởng đến an toàn động l ực h ọc của xe và gây mòn l ốp, mòn đường. T ải tr ọng động ở hành trình tr ả, có th ể dẫn đến hi ện tượng tách bánh xe, m ất kh ả năng truy ền l ực. Do đó, khi nghiên c ứu v ề tải tr ọng động ph ải đặt trong mối liên h ệ đường-xe. Với nh ững phân tích ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động nêu trên, đề tài “Nghiên cứu h ệ th ống treo đoàn xe theo h ướng gi ảm t ải tr ọng động” có tính c ấp thi ết, nh ằm gi ảm t ải tr ọng động và nâng cao an toàn động l ực h ọc c ủa xe. Song song v ới vi ệc nâng c ấp đường giao thông, v ấn đề gi ảm t ải tr ọng động xu ất phát t ừ kết c ấu xe, đặc bi ệt là h ệ th ống treo được các nhà nghiên c ứu, thi ết k ế, ch ế tạo quan tâm. S ử dụng h ệ th ống treo có điều khi ển có th ể làm gi ảm t ải tr ọng động, tuy nhiên khó áp dụng cho SMRM vì giá thành cao. Do v ậy, gi ải pháp thay th ế hệ th ống treo truy ền th ống s ử dụng nhíp b ằng h ệ th ống treo khí nén là gi ải pháp kh ả thi trong điều ki ện hi ện nay để gi ảm t ải tr ọng động xu ống m ặt đường. 1.2. Xu h ướng phát tri ển và vấn đề tải tr ọng động của SMRM 1.2.1. Xu h ướng phát tri ển c ủa SMRM treo khí Hi ện nay, trên th ế gi ới v ận t ải b ằng đoàn xe đang phát tri ển do năng su ất v ận chuy ển cao và hi ệu qu ả kinh t ế. V ề tình hình s ử dụng ĐXSMRM nói chung, theo th ống kê ở Mỹ năm 2013 có kho ảng 5,6 tri ệu ĐXSMRM [ 1]. Số lượng ĐXSMRM tại m ột s ố nước Châu Âu tính đến n ăm 2012: Pháp kho ảng 310 nghìn xe, Đức g ần 290 nghìn xe, Ba Lan h ơn 270 nghìn xe, Tây Ban Nha h ơn 250 nghìn xe, Th ổ Nh ĩ Kỳ hơn 200 nghìn xe, Hà Lan h ơn 130 nghìn xe, Ý kho ảng 100 nghìn xe, Rumani gần 80 nghìn xe, C ộng hòa Séc kho ảng 50 nghìn xe [2]. Về lịch s ử hình thành và phát tri ển c ủa h ệ th ống treo khí nén, ballon khí nén đầu tiên được sản xu ất thành công vào nh ững n ăm 1950 khi xu ất hi ện thành ph ần vật li ệu s ợi cao su d ẻo [ 3]. Ban đầu ballon khí nén được s ử dụng cho các lo ại xe buýt ở Mỹ và Châu Âu. Sau đó, các nhà s ản xu ất bắt đầu thi ết k ế hệ th ống ballon khí nén cho xe t ải h ạng n ặng có s ử dụng van cân b ằng để điều ch ỉnh áp su ất. Ứng dụng này sau đó được áp d ụng cho xe h ơi trong nh ững n ăm ti ếp theo. Tại M ỹ, trên xe h ạng n ặng, ballon khí nén dần thay th ế nhíp truy ền th ống do nh ững ưu điểm c ủa hệ th ống treo khí nén mang l ại [ 4]. Đến n ăm 1996, h ệ th ống treo khí nén chi ếm 36% trong t ất c ả các h ệ th ống treo xe t ải h ạng n ặng, tỷ lệ này tăng lên 75% vào n ăm 2013 [5]. Tại Vi ệt Nam, theo th ống kê c ủa C ục Đă ng ki ểm Vi ệt Nam, số lượng SMRM l ưu hành t ăng qua các n ăm: n ăm 2014 là 50.210 xe, 2015 là 70.350 xe, n ăm 2016 là 82.245 xe, n ăm 2017 là 91.209 xe, n ăm 2018 là 96.635 xe và đến tháng 10/2020 số lượng SMRM lưu hành là 106.344 xe; ch ưa có m ột th ống kê c ụ th ể về số lượng, t ỷ lệ của h ệ th ống treo khí nén trên xe t ải h ạng n ặng hay SMRM, nh ưng qua s ố lượng xe xu ất x ưởng có th ể th ấy tỷ lệ này không cao. M ột ph ần do giá thành của hệ th ống treo khí nén vẫn còn cao, m ặt khác ch ưa có chính sách khuy ến khích đối v ới SMRM s ử dụng hệ th ống treo này. M ột s ố doanh nghi ệp trong n ước đã s ản 2
23. xu ất dòng xe sử dụng h ệ th ống treo khí nén trên các m ẫu SMRM t ải ch ở container nh ư Công ty DOOSUNG, Tân Thanh. 1.2.2. Tải tr ọng t ĩnh và quy định v ề gi ới h ạn tải tr ọng của SMRM Khi xe chuy ển động, tải tr ọng bánh xe tác d ụng xu ống đường là t ổng h ợp c ủa hai thành ph ần: t ải tr ọng t ĩnh và t ải tr ọng động. Tải tr ọng t ĩnh sinh ra do kh ối l ượng của xe và hàng hóa, tùy m ức kh ối l ượng hàng hóa (t ừ không t ải đến đầy t ải) mà thành phần này thay đổi trong m ột d ải. Trong m ục này s ẽ trình bày v ề ảnh h ưởng của t ải tr ọng t ĩnh đối v ới đường và các quy định v ề gi ới h ạn t ải tr ọng đối v ới SMRM. Một số nghiên c ứu lý thuy ết sâu r ộng v ề tươ ng tác đường-xe đã kết lu ận r ằng tải tr ọng tĩnh toàn b ộ của xe là y ếu t ố chính gây ra h ằn lún v ệt bánh xe, trong khi t ải tr ọng động trên tr ục là nguyên nhân gây ra hi ện t ượng m ỏi của đường. Hầu h ết các hệ th ống treo của xe t ải sử dụng c ụm tr ục kép (tandem-axle ) và cụm tr ục ba (tri- axle ) được thi ết k ế để cân b ằng t ải tr ọng t ĩnh, phân b ố cho các tr ục riêng l ẻ. Trong th ực t ế, hi ệu qu ả của vi ệc cân b ằng t ải tr ọng trên các ph ươ ng ti ện khi chuy ển động thay đổi đáng k ể do thi ết k ế hệ th ống treo khác nhau. Đối v ới cụm tr ục ba có h ệ th ống treo nhíp lá, tr ục có t ải tr ọng nh ẹ nh ất th ường b ằng 60%-70% so v ới tr ục có tải tr ọng nặng nh ất. Đối v ới hệ th ống treo khí nén, sự thay đổi t ải tr ọng gi ữa các tr ục trong kho ảng 10%, giúp nâng cao kh ả năng cân b ằng t ải. Với nh ững ảnh h ưởng c ủa tải tr ọng t ĩnh đối v ới đường, các n ước trên thế gi ới và Vi ệt Nam đều quy định gi ới hạn tải tr ọng đối v ới xe, trong đó có SMRM. Giá tr ị tải tr ọng t ĩnh được s ử dụng để xác định gi ới h ạn t ải tr ọng c ủa xe. Mỗi chi ếc xe đều có hai thông s ố về kh ối l ượng: giá tr ị cho phép tham gia giao thông (CPTGGT) và giá tr ị theo thi ết k ế. Mỗi qu ốc gia đều gi ới h ạn kh ối l ượng toàn b ộ CPTGGT theo điều ki ện c ủa cầu, đường. Còn giá tr ị kh ối l ượng theo thi ết k ế do nhà sản xu ất quy định ph ụ thu ộc vào kh ả năng ch ịu t ải c ủa các t ổng thành, h ệ th ống, chi ti ết của xe. Giá tr ị kh ối l ượng theo thi ết k ế th ường l ớn h ơn giá tr ị kh ối l ượng CPTGGT. Thông s ố về kh ối l ượng xe bao g ồm kh ối l ượng b ản thân, kh ối l ượng hàng hóa chuyên ch ở, kh ối l ượng toàn b ộ và phân b ố của các giá tr ị kh ối l ượng đó trên t ừng tr ục, c ụm tr ục. Các nhà qu ản lý quan tâm đến kh ối l ượng toàn b ộ và phân bố kh ối l ượng trên tr ục, còn ng ười s ử dụng quan tâm đến kh ối l ượng hàng hóa chuyên ch ở vì kh ối l ượng b ản thân là cái có s ẵn theo thông s ố của xe, kh ối l ượng toàn b ộ bị gi ới h ạn theo quy định nên kh ối l ượng hàng hóa chuyên ch ở cũng b ị gi ới hạn. Khối l ượng toàn b ộ CPTGGT được c ơ quan qu ản lý nhà n ước có th ẩm quy ền quy định. Tại Vi ệt Nam, SMRM được quy định v ề kh ối l ượng theo hai gi ới h ạn: gi ới h ạn kh ối l ượng trên tr ục (c ụm tr ục) của SMRM và gi ới h ạn kh ối l ượng toàn b ộ của ĐXSMRM theo Thông t ư s ố 46/2015/TT-BGTVT ngày 07/09/2015 c ủa B ộ tr ưởng B ộ Giao thông v ận t ải (Thông t ư 46) [6]. Theo Thông t ư này, giới h ạn kh ối lượng trên tr ục, c ụm tr ục quy định t ại Bảng 1.1, gi ới h ạn t ổng kh ối l ượng ĐXSMRM quy định t ại Bảng 1.2. Kh ối l ượng toàn b ộ liên quan đến t ổng t ải tr ọng tác d ụng xu ống đường, quy định theo t ổng s ố tr ục c ủa ĐXSMRM; còn kh ối l ượng trên tr ục liên quan đến t ải tr ọng phân b ố, quy định theo kho ảng cách tr ục c ủa SMRM. Mỗi chi ếc xe ph ải đáp ứng đồng th ời hai gi ới h ạn t ải tr ọng này. Các giá tr ị 3
24. gi ới h ạn này được s ử dụng để tính toán thi ết k ế xe, cũng nh ư qu ản lý v ề tải tr ọng xe trong quá trình khai thác s ử dụng. Bảng 1.1 Gi ới h ạn kh ối l ượng trên tr ục, c ụm tr ục (ngu ồn: [6]) TT Lo ại tr ục, c ụm tr ục Kh ối l ượng cho phép 1 Tr ục đơ n 10 t ấn 2 Cụm tr ục kép: d 1,3 m 24 t ấn d: kho ảng cách hai tâm tr ục li ền k ề nh ỏ nh ất Bảng 1.2 Gi ới h ạn kh ối l ượng ĐXSMRM (ngu ồn: [ 6]) TT Tổng s ố tr ục c ủa ĐXSMRM Kh ối l ượng cho phép 1 Bằng 3 26 t ấn 2 Bằng 4 34 t ấn 3 Bằng 5: 3,2 ≤ l ≤ 4,5 m 38 t ấn l > 4,5 m 42 t ấn 4 Bằng 6 ho ặc l ớn h ơn: 3,2 ≤ l ≤ 4,5 m 40 t ấn(*) 4,5 6,5 m 48 t ấn l: kho ảng cách t ừ tâm ch ốt kéo đến tâm tr ục bánh đầu tiên c ủa SMRM. (*) : trường h ợp ch ở một container: 42 t ấn. Trên th ế gi ới, tùy điều ki ện cầu, đường, mỗi qu ốc gia s ẽ có giới h ạn kh ối lượng c ủa SMRM khác nhau nh ư B ảng 1.3 [7]. Một s ố nước trên th ế gi ới có quy định riêng v ề gi ới h ạn kh ối l ượng trên tr ục đối v ới SMRM treo khí nh ư Australia đã phê duy ệt t ăng gi ới h ạn kh ối l ượng trên tr ục đối v ới các lo ại xe được trang b ị hệ th ống treo thân thi ện v ới đường đáp ứng tiêu chu ẩn VSB 11 [8] dựa trên quy định c ủa Châu Âu Directive 96/53/EC [9]. 4
25. Bảng 1.3 Gi ới h ạn kh ối l ượng c ủa SMRM c ủa các n ước (ngu ồn: [ 7]) Qu ốc gia Kh ối l ượng l ớn nh ất Kh ối l ượng cho phép đối v ới trên m ột tr ục ĐXSMRM (t ấn) (tấn) 3 tr ục 4 tr ục 5 tr ục Đức 10 26 38 38 Áo 10 38 38 38 Th ụy s ĩ 10 21 21 21 Th ổ Nh ĩ K ỳ 10 26 32 38 Rumani 10 26 32 38 Czech 10 26 32 40 Italia 12 21,4 40 44 Anh 10 24 32,5 32,5 Hungari 8 24 30,5 34,5 Ba Lan 8 32 32 32 Pháp 13 32 38 38 Bỉ 13 32 38 38 Tây Ban Nha 13 38 38 38 Th ụy Điển 10 26 32 38 1.2.3. Ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động đối v ới đường và an toàn động lực h ọc c ủa xe Tải tr ọng động (F z,dyn ) sinh ra do dao động c ủa các thành ph ần kh ối l ượng (kh ối l ượng được treo (M) và kh ối l ượng không được treo (m A)) d ưới kích động c ủa mặt đường (h). Tải tr ọng động ch ịu ảnh h ưởng của m ấp mô m ặt đường, tác động đến đường và xe, mô t ả theo s ơ đồ Hình 1.1. Hình 1.1 Sơ đồ mô t ả ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động 5
26. Kích động m ặt đường là ng ẫu nhiên, có tính chu k ỳ, gây ra t ải tr ọng động cũng có tính ng ẫu nhiên và chu k ỳ. Tải tr ọng động này tác động tr ở lại làm cho“m ặt cầu/ đường” dao động (q), là nguyên nhân gây ra nứt t ế vi cho cầu/ đường. Ngoài ra, tải tr ọng động c ũng làm thay đổi các thành ph ần lực dọc (F x), ngang (F y) và l ực theo ph ươ ng th ẳng đứng (F z) của bánh xe, ảnh h ưởng đến an toàn động l ực h ọc của xe và gây mòn l ốp, mòn đường, lún đường. Tải tr ọng động bị ảnh h ưởng b ởi 4 y ếu t ố, được mô t ả theo s ơ đồ tươ ng tác l ốp-đường trong Hình 1.2 g ồm [10]: (i) v ận t ốc xe; (ii) tình tr ạng m ặt đường; (iii) khối l ượng hàng hóa chuyên ch ở (t ải) và (iv) kiểu lo ại h ệ th ống treo. Ba trên b ốn yếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động liên quan đến quá trình khai thác, v ận hành. Y ếu t ố th ứ tư liên quan đến k ết c ấu c ủa xe, cụ th ể là hệ th ống treo, là m ục tiêu nghiên c ứu c ủa lu ận án này nh ằm gi ảm t ải tr ọng động, th ời gian tách bánh cho SMRM. Hình 1.2 Sơ đồ tươ ng tác l ốp-đường (ngu ồn: [ 11 ]) Khi v ận hành, lái xe tác động vào xe b ởi 3 thao tác (ga, phanh và quay vô lăng) th ể hi ện qua gia t ốc d ọc, ngang, th ẳng đứng (ax, a y, a z) và v ận t ốc dài c ủa xe (v). Cùng v ới tr ọng l ượng c ủa kh ối l ượng được treo (FG), các gia t ốc tác động xu ống bánh xe theo ph ươ ng th ẳng đứng thông qua h ệ th ống treo. T ừ phía đường, kích động hình h ọc b ởi các m ấp mô làm cho bánh xe dao động theo ph ươ ng th ẳng đứng, sinh ra thành ph ần t ải tr ọng động (F z,dyn ). Thành ph ần t ải tr ọng động k ết h ợp với t ải tr ọng t ĩnh (F zt ) t ạo thành t ải tr ọng toàn b ộ (F z) tác động xu ống đường. Mặt đường tác động tr ở lại bánh xe sinh ra ph ản l ực bánh xe ph ươ ng th ẳng đứng (F z) và các thành ph ần l ực d ọc (F x) và l ực ngang (F y) [ 11 ]. S ự thay đổi c ủa t ải tr ọng động ảnh h ưởng đến c ả đường và xe: ở hành trình nén của h ệ th ống treo, t ải tr ọng động tăng, làm t ăng áp l ực đường, gây ra các hi ện t ượng h ư h ỏng đường nh ư lún, n ứt, mòn đường; ở hành trình tr ả của h ệ th ống treo, t ải tr ọng động gi ảm, d ẫn t ới gi ảm ph ản l ực bánh xe. Vi ệc suy gi ảm ph ản l ực bánh xe ảnh h ưởng đến thành ph ần l ực 6
27. dọc, l ực ngang, d ẫn t ới ảnh h ưởng đến kh ả năng truy ền l ực, tính d ẫn h ướng (an toàn động l ực h ọc c ủa xe), khi ph ản l ực bánh xe gi ảm v ề 0 s ẽ gây ra hi ện t ượng tách bánh. Mức độ tách bánh được đánh giá thông qua một trong s ố các tiêu chí là thời gian tách bánh. Tải tr ọng t ĩnh và t ải tr ọng động c ủa xe h ạng n ặng được bi ết đến là nguyên nhân đẩy nhanh s ự mỏi và hình thành v ết lún của đường [12 ]. Ngoài các y ếu t ố môi tr ường nh ư bi ến đổi nhi ệt độ, tính ch ất đất và thoát n ước, s ự hư h ỏng c ủa m ặt đường liên quan tr ực ti ếp đến t ải tr ọng t ĩnh và t ải tr ọng động truy ền đến m ặt đường. Độ lớn c ủa t ải tr ọng động truy ền đến đường liên quan đến dao động c ủa xe, b ị ảnh hưởng b ởi y ếu t ố thi ết k ế và y ếu t ố vận hành xe. Các y ếu t ố thi ết k ế bao g ồm t ổng kh ối lượng xe, t ải tr ọng phân b ố trên tr ục, kích th ước hình h ọc xe, đặc tính h ệ th ống treo và đặc tính l ốp. Các y ếu t ố vận hành bao g ồm vận tốc xe, mức tải, áp su ất lốp, [13 ]. L ốp đơ n có kh ả năng gây t ổn h ại nhi ều h ơn t ới m ặt đường do di ện tích ti ếp xúc nh ỏ hơn. Vi ệc t ăng áp su ất l ốp xe có th ể làm t ăng m ức độ hư hại cho đường do di ện tích ti ếp xúc gi ảm và độ cứng cao h ơn. S ự phân b ố áp l ực cao thông qua vết ti ếp xúc ảnh h ưởng đến ứng su ất và s ức c ăng b ề mặt đường, trong khi các l ớp dưới của đường bị ảnh h ưởng ch ủ yếu bởi tải tr ọng toàn b ộ. Một tham s ố th ường được s ử dụng để mô t ả độ lớn tải tr ọng động là h ệ số tải tr ọng động (DLC - Dynamic Load Coefficient ), được xác định là t ỷ số gi ữa lực đàn hồi h ướng kính trung bình của l ốp và t ải tr ọng t ĩnh trên l ốp. Trong điều kiện ho ạt động bình th ường, xe h ạng n ặng th ường có DLC t ừ 0,05 đến 0,3 [10]. Nhi ều nghiên cứu đã ch ỉ ra rằng DLC t ăng lên cùng v ới s ự gia t ăng c ủa độ mấp mô của đường, tốc độ xe, áp su ất l ốp và độ cứng hệ th ống treo [13]. Dự án DIVINE [14 ] kh ẳng định r ằng t ải tr ọng động ph ụ thu ộc vào lo ại h ệ th ống treo, m ặt đường và t ốc độ của xe. Các th ử nghi ệm m ặt đường động có gia t ốc cho th ấy độ mòn c ủa đường d ưới ảnh h ưởng c ủa hệ th ống treo kim lo ại nhanh h ơn ít nh ất 15% so v ới h ệ th ống treo khí nén. Dự án DIVINE ch ỉ ra rằng để gi ảm ph ản ứng c ủa m ặt đường đối v ới các xe h ạng n ặng, c ần ph ải ki ểm soát t ải tr ọng động ở cả tần s ố th ấp c ủa thân xe và t ần s ố cao tr ục xe. Hệ th ống treo khí nén th ường có t ần s ố tự nhiên th ấp h ơn và có th ể có hệ số cản gi ảm ch ấn cao h ơn h ệ th ống treo kim lo ại (nhíp). Tải tr ọng động được t ạo ra b ởi các xe h ạng n ặng cần chú ý ở hai d ải t ần s ố riêng bi ệt: t ần s ố th ấp 1,5-4 Hz do c ộng h ưởng c ủa kh ối l ượng được treo, t ần s ố cao 8-15 Hz do cộng h ưởng của kh ối không được treo [13 ]. 1.2.4. Gi ải pháp gi ảm tải tr ọng động Để gi ảm áp l ực đường, Cebon [15 ] trong công trình nghiên c ứu đã đư a ra các gi ải pháp nh ư: (i) Sử dụng cầu cân b ằng; (ii) Sử dụng l ốp kép; (iii) Phân b ố tải tr ọng tĩnh; (iv) Gi ảm t ải tr ọng động. Gi ải pháp s ử dụng cầu cân b ằng, phân b ố tải tr ọng nh ằm gi ảm t ải tr ọng t ĩnh trên tr ục, s ử dụng l ốp kép nh ằm t ăng di ện tích v ết ti ếp xúc. Các gi ải pháp liên quan đến s ử dụng cầu cân b ằng, s ử dụng l ốp kép đã được nghiên cứu nhi ều và các xe hi ện nay đều đã s ử dụng các gi ải pháp này. Việc phân b ố tải tr ọng t ĩnh liên quan đến tính toán tọa độ tr ọng tâm, s ử dụng nhi ều tr ục, ho ặc s ử dụng h ệ th ống treo liên k ết d ọc [16 ], tuy nhiên vi ệc này có th ể cần thay đổi k ết c ấu và ảnh h ưởng đến t ải tr ọng cho phép theo thi ết k ế của xe. 7
28. Kh ối l ượng CPTGGT của xe bị gi ới h ạn theo các quy định c ủa m ỗi n ước đã nêu trong m ục 1.2.2, các doanh nghi ệp v ận t ải s ẽ tận d ụng h ết kh ả năng chuyên ch ở cho phép c ủa xe nh ằm đạt hi ệu qu ả kinh t ế. Do v ậy, gi ảm t ải tr ọng động là m ục tiêu được nhi ều công trình nghiên c ứu h ướng đến để gi ảm áp l ực đường (Hình 1.3). Hình 1.3 Các gi ải pháp gi ảm áp l ực đường Có hai gi ải pháp chính để gi ảm tải tr ọng động: - Nâng cao ch ất lượng mặt đường; - Sử dụng hệ th ống treo phù h ợp. Nâng cao ch ất l ượng đường giao thông c ần m ức đầu t ư l ớn trong m ột th ời gian dài, thu ộc l ĩnh v ực khác nên lu ận án h ướng đến gi ải pháp s ử dụng h ệ th ống treo phù h ợp. Trong nh ững n ăm g ần đây, trên xe có xu h ướng s ử dụng h ệ th ống treo có điều khi ển, có th ể thay đổi độ cứng g ần v ới giá tr ị lý t ưởng. Tuy nhiên, hệ th ống treo có điều khi ển ch ủ yếu s ử dụng cho các xe du l ịch, trên SMRM ch ưa mang l ại hi ệu qu ả do giá thành cao. Do đó, s ử dụng h ệ th ống treo khí nén thay th ế cho h ệ th ống treo truy ền th ống s ử dụng nhíp là gi ải pháp ưu vi ệt và kh ả thi hi ện nay. Dựa vào các nghiên c ứu v ề hệ th ống treo khí nén, có th ể áp d ụng gi ải pháp này vào điều ki ện c ủa Vi ệt Nam. Với các phân tích trên có th ể tổng h ợp l ại các v ấn đề liên quan đến t ải tr ọng động theo s ơ đồ Hình 1.4. Nghiên c ứu gi ảm t ải tr ọng động là gi ải pháp h ữu hi ệu để gi ảm áp l ực đường, có tính kh ả thi khi áp d ụng vào Vi ệt Nam. Có 4 y ếu t ố ảnh hưởng đến t ải tr ọng động: v ận t ốc (v), lo ại đường (h), m ức t ải (Q), lo ại h ệ th ống treo (nhíp, khí nén). Các thông s ố này được sử dụng làm thông s ố đầu vào c ủa các ph ươ ng án kh ảo sát. T ải tr ọng động ảnh h ưởng đến c ả đường và xe nên khi nghiên cứu c ần đặt trong m ối quan h ệ tổng th ể. T ừ đó hình thành nên các ph ươ ng án kh ảo sát (được trình bày trong Ch ươ ng 3) trên c ơ s ở mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM 8
29. (được thi ết l ập trong Ch ươ ng 2). K ết qu ả kh ảo sát được đánh giá theo 5 tiêu chí (m ục 1.4). Hình 1.4 Các y ếu t ố liên quan đến t ải tr ọng động 1.3. Hệ th ống treo khí nén c ủa SMRM 1.3.1. Đặc điểm Hệ th ống treo khí nén c ủa SMRM s ử dụng ballon khí nén đã tr ở thành tiêu chu ẩn công nghi ệp, d ần thay th ế cho h ệ th ống treo kim lo ại truy ền th ống ở một s ố nước công nghi ệp phát tri ển nh ư M ỹ, Châu Âu, Australia. Ballon khi nén g ồm v ỏ cao su đàn h ồi, mặt bích phía trên và pít tông phía d ưới t ạo thành khoang kín ch ứa khí nén. Hệ th ống treo khí nén s ử dụng ph ổ bi ến trên nhi ều lo ại ph ươ ng ti ện t ừ ô tô con, ô tô khách, ô tô t ải đến SMRM nh ờ có nhi ều ưu điểm [ 3]: 1. Ballon khí nén th ường có độ cứng th ấp h ơn hệ th ống treo kim lo ại truy ền th ống (nhíp) nên êm d ịu h ơn. Do h ệ th ống treo kim lo ại th ường thi ết k ế có độ cứng ứng v ới tr ường h ợp đầy t ải nên trong tr ường h ợp không t ải ho ặc t ải th ấp, h ệ th ống treo khá c ứng. 2. Có kh ả năng thích nghi v ới nhi ều m ức t ải bằng cách điều ch ỉnh áp su ất khí cấp vào mà v ẫn gi ữ nguyên chi ều cao t ĩnh c ủa ballon khí nén (không gian treo). Do đó, kh ả năng l ưu tr ữ năng l ượng trên đơ n v ị kh ối l ượng l ớn h ơn nhi ều l ần so v ới h ệ th ống treo kim lo ại. 3. Có th ể điều ch ỉnh được độ cứng , ph ụ thu ộc vào áp su ất c ủa ballon khí nén. Đối v ới hệ th ống treo kim loại truy ền th ống, độ cứng th ường được coi là không đổi, trong khi độ cứng c ủa ballon khí thay đổi theo t ải tr ọng. 4. Có th ể điều ch ỉnh chi ều cao mong mu ốn c ủa h ệ th ống treo khí nén bằng cách n ạp ho ặc x ả khí trong ballon khí nén thông qua các van điều ch ỉnh áp su ất và bình ch ứa, trong khi chi ều cao t ĩnh c ủa h ệ th ống treo kim lo ại với m ỗi m ức t ải không thay đổi được. 9
30. 5. Ballon khí nén có ph ần t ử đàn h ồi cao su ho ạt động t ự do nên gi ảm ti ếng ồn so v ới ph ần t ử đàn h ồi kim lo ại. Có 2 lo ại ballon khí nén th ường s ử dụng hi ện nay: d ạng xo ắn ( convoluted bellow ) và d ạng ống cu ộn ( rolling lobe ho ặc reversible sleeve ) nh ư Hình 1.5 [17 ]. a) D ạng xo ắn b) D ạng ống cu ộn Hình 1.5 Các lo ại ballon khí nén (ngu ồn: [ 17 ]) - Ballon khí nén dạng xo ắn (Hình 1.5a): khi nén l ớp v ỏ cao su s ẽ phình to ti ết di ện. Lo ại này có đường kính l ớn, hành trình nh ỏ, cung c ấp t ải tr ọng l ớn v ới áp su ất th ấp, phù h ợp v ới các lo ại tàu điện ho ặc s ử dụng treo cabin, treo gh ế ô tô. - Ballon khí nén dạng ống cu ộn (Hình 1.5b): khi nén l ớp v ỏ cao su s ẽ cu ộn lại quanh pit tông phía d ưới. Lo ại này có đường kính nh ỏ, hành trình l ớn, cung c ấp tải tr ọng nh ỏ hơn, phù h ợp s ử dụng cho h ệ th ống treo ô tô, SMRM. Hi ện nay, h ệ th ống treo khí nén c ủa SMRM th ường s ử dụng ballon khí nén dạng ống cu ộn, cho phép kho ảng d ịch chuy ển l ớn h ơn với di ện tích hi ệu d ụng thay đổi không nhi ều. Các nghiên c ứu đã ch ứng minh r ằng s ự thay đổi di ện tích hi ệu dụng ch ủ yếu ph ụ thu ộc vào chuy ển v ị tươ ng đối gi ữa khung xe và tr ục xe, ảnh hưởng c ủa áp su ất lên di ện tích hi ệu d ụng không đáng k ể. Ballon khí nén trên SMRM th ường liên k ết v ới tr ục xe thông qua tay đòn kéo (trailing arm )-đóng vai trò là c ơ c ấu h ướng (Hình 1.6) [5]. Hình 1.6 Ballon khí nén lắp đặt trên SMRM 10
31. 1.3.2. Đặc tính độ cứng của ballon khí nén Ballon khí nén nh ư m ột bình ch ứa khí nén áp su ất cao bên trong v ới th ể tích thay đổi. S ự nén và giãn n ở của ballon khí nén không nh ững làm thay đổi th ể tích mà còn thay đổi tr ạng thái nhi ệt động l ực h ọc ch ất khí bên trong. Do đó, độ cứng của ballon khí nén có xu h ướng phi tuy ến v ới t ần s ố kích động. Các quá trình nhi ệt động l ực h ọc ch ất khí g ồm [18]: - Quá trình đẳng nhi ệt: là quá trình nhi ệt độ của h ệ được gi ữ không đổi thông qua trao đổi nhi ệt v ới môi tr ường xung quanh. Điều ki ện c ần cho quá trình này là s ự bi ến d ạng ch ậm c ủa ballon khí nén. Trong tr ường h ợp đó, ballon khí nén có th ể gi ữ nhi ệt độ không đổi bằng cách trao đổi nhi ệt hoàn toàn v ới môi tr ường xung quanh. - Quá trình đoạn nhi ệt: quá trình đoạn nhi ệt không cho phép h ệ th ống trao đổi nhi ệt v ới môi tr ường xung quanh và nhi ệt độ của h ệ th ống thay đổi. Dao động nhanh d ần đều c ủa ballon khí nén được coi là quá trình đoạn nhi ệt vì có r ất ít ho ặc không có s ự trao đổi nhi ệt gi ữa ballon khí nén với môi tr ường xung quanh. Do đó, nhi ệt độ ballon khí nén tăng lên trong quá trình nén và gi ảm trong quá trình giãn n ở. - Quá trình đa bi ến: được s ử dụng khi quá trình nhi ệt động h ọc không th ể được mô hình hóa là quá trình đẳng nhi ệt ho ặc quá trình đoạn nhi ệt. Ballon khí nén có tr ạng thái khí thay đổi ph ức t ạp, v ới t ất c ả các thông s ố ch ất khí đều thay đổi t ừ nhi ệt độ, áp su ất, th ể tích, m ật độ ch ất khí. Chính điều này tạo nên tính ch ất phi tuy ến c ủa ballon khí nén. Đặc tính độ cứng của ballon khí nén th ể hi ện qua hai y ếu t ố: độ cứng tĩnh và độ cứng động. Độ cứng tĩnh c ủa ballon khí nén được xây d ựng d ựa trên các quan h ệ động lực học ch ất khí v ới ba tr ạng thái: đẳng nhi ệt, đoạn nhi ệt, đa bi ến theo các thông s ố: áp su ất, th ể tích, di ện tích hi ệu dụng ballon khí nén và th ể tích c ủa bình khí ph ụ [18]. Độ cứng động được xác định dựa trên các quan h ệ lực-chuy ển v ị, được xác định b ằng mô ph ỏng ho ặc th ực nghi ệm [18], [ 19] nh ư Hình 1.7a. Độ cứng này ph ụ thu ộc t ần s ố, tạo ra tính ch ất phi tuy ến đặc tr ưng. Đây là m ột ưu điểm của ballon khí nén so v ới nhíp (có độ cứng không đổi) nh ư Hình 1.7b. Hi ện nay, ch ưa có công th ức t ổng quát tính độ cứng c ủa ballon khí nén, độ cứng này ph ụ thu ộc vào các tr ạng thái nhi ệt động lực học ch ất khí ph ức t ạp. Do đó, để xác định độ cứng ballon khí nén, c ần xây d ựng các mô hình hệ th ống treo khí nén riêng bi ệt (mô hình con). Mô hình này được s ử dụng để đánh giá ph ần t ử hệ th ống treo ho ặc tích h ợp vào mô hình xe. a) Đồ th ị lực-chuy ển v ị [19] b) Độ cứng theo t ần s ố Hình 1.7 Độ cứng động lực h ọc của ballon khí nén 11
32. 1.3.3. Các mô hình h ệ th ống treo khí nén Đối v ới hệ th ống treo kim lo ại (nhíp), b ộ ph ận đàn h ồi ch ỉ có m ột thông s ố là độ cứng “C”. Trong m ột s ố tr ường h ợp n ếu k ể đến l ực ma sát gi ữa các lá nhíp và các khâu kh ớp thì có thêm thành ph ần l ực ma sát F ms . Mô hình h ệ th ống treo trong tr ường h ợp này có nhi ều nh ất là ba thông s ố: độ cứng “C” của b ộ ph ận đàn h ồi, hệ số cản “K” của gi ảm ch ấn và l ực ma sát F ms . Mô hình h ệ th ống treo sử dụng nhíp được mô t ả trong các công trình nghiên c ứu [ 1], [ 11 ], [ 20], [ 21]. Đối v ới h ệ th ống treo khí nén, ballon khí nén có độ cứng thay đổi theo nhi ều y ếu t ố (nh ư đã trình bày ở mục 1.3.2), được xác định từ các mô hình con riêng bi ệt, trên cơ s ở mô t ả động lực h ọc, nhi ệt động l ực h ọc c ủa dòng khí trong h ệ th ống. Độ ph ức t ạp c ủa mô hình ph ụ thu ộc vào m ức độ chi ti ết, độ chính xác c ủa các thành ph ần tham gia, t ừ đó hình thành nên các mô hình khác nhau, c ụ th ể nh ư sau: a) Mô hình cổ điển Trong nhóm các mô hình c ổ điển này có th ể kể đến: mô hình NISHIMURA [22 ], mô hình VAMPIRE [23 ], mô hình SIMPAC [24 ], được mô t ả gồm các thành ph ần độ cứng do s ự thay đổi c ủa th ể tích ch ất khí của ballon khí nén, bình khí ph ụ, độ cứng do s ự thay đổi c ủa di ện tích hi ệu d ụng và các thành ph ần c ản trong ballon khí nén, trong đường ống (Hình 1.8). Các mô hình này đơ n gi ản, m ới ch ỉ dừng l ại ở vi ệc mô t ả một s ố quá trình nhi ệt động h ọc, th ể hi ện m ức độ phi tuy ến c ủa đường đặc tính thông qua h ệ số đoạn nhi ệt, ch ưa mô t ả đầy đủ thành ph ần c ản, thành ph ần quán tính c ủa dòng khí. a) Mô hình Nishimura b) Mô hình Vampire c) Mô hình Simpac Hình 1.8 Các mô hình c ổ điển b) Mô hình Quaglia Mô hình Quaglia là mô hình 1/4 g ồm kh ối l ượng được treo và h ệ th ống treo khí (ballon khí nén, van cân b ằng, bình khí ph ụ và đường ống) nh ư Hình 1.9 [25 ]. Đặc điểm c ủa mô hình: - Mô hình Quaglia được thi ết l ập trên c ơ s ở bi ến thiên c ủa áp su ất, th ể tích và di ện tích hi ệu d ụng, l ưu l ượng dòng khí thay đổi theo th ời gian. - Gi ả thi ết sử dụng khí lý t ưởng. - Lực quán tính dòng khí trong đường ống không đáng k ể. 12
33. - Th ể tích và di ện tích hi ệu d ụng ballon khí nén thay đổi theo chi ều cao của ballon khí nén. - Có mô t ả van cân b ằng đặc tr ưng b ởi thông s ố lưu l ượng dòng khí qua van. - Lực ma sát không đáng k ể. - Bỏ qua trao đổi nhi ệt gi ữa ballon khí nén và môi tr ường. - Tổn th ất n ăng l ượng trong đường ống không đáng k ể. Hình 1.9 Mô hình Quaglia Mô hình Quaglia phù h ợp v ới các bài toán điều khi ển, khi đó c ần đường đặc tính dòng khí qua van làm tín hi ệu điều khi ển áp su ất c ấp vào. Hi ện nay các thông số về đặc tính c ủa van cân b ằng là m ột bí m ật công ngh ệ nên các hãng công b ố thông tin khá h ạn ch ế. M ặt khác các nhà khoa h ọc c ũng r ất ít công b ố về thông s ố này. Vi ệc thí nghi ệm để xác định đường đặc tính này r ất khó kh ăn và ph ức t ạp, đòi hỏi các thi ết b ị có độ nh ạy và độ chính xác cao. c) Mô hình Cebon Mô hình Cebon đề xu ất g ồm 4 thành ph ần (Hình 1.10) [26 ]: Hình 1.10 Mô hình Cebon 13
34. - Thành ph ần th ể tích khí đoạn nhi ệt v ới kh ối l ượng khí không đổi trong ballon khí nén; - Thành ph ần ma sát; - Thành ph ần c ản gi ảm ch ấn; - Thành ph ần quán tính c ủa kh ối l ượng phía trên và phía d ưới ballon khí nén. Đặc điểm c ủa mô hình: - Mô hình có tính đến thay đổi di ện tích hi ệu d ụng (A e) và th ể tích c ủa ballon khí nén theo hai tham s ố: chi ều cao ballon khí nén và áp su ất trong ballon khí nén. Sự thay đổi th ể tích có tính đến ti ết di ện pít tông trong ballon khí nén. - Công trình nghiên c ứu này đư a ra ph ươ ng pháp xác định th ể tích ballon khí nén bằng n ước. - Có xác định thành ph ần l ực ma sát bằng th ực nghi ệm. Mô hình này có độ chính xác cao, tuy nhiên vi ệc xác định các thành ph ần ma sát, cản, di ện tích hi ệu d ụng và th ể tích ballon khí nén bằng th ực nghi ệm r ất ph ức tạp. d) Mô hình s ử dụng công th ức Van der Waal Mô hình s ử dụng công th ức Van der Waal [ 27 ] được xây d ựng d ựa trên mô hình GENSYS, có mô t ả thêm thành ph ần di ện tích hi ệu d ụng thay đổi (Hình 1.11). Mô hình s ử dụng khí th ực, do đó trong m ỗi tham s ố K1, K 2, K 3 có thêm h ệ số hi ệu ch ỉnh H ở áp su ất 0,2 ÷ 5 MPa, nhi ệt độ -50 oC ÷ 50 oC. Với mô hình này, vi ệc thí nghi ệm xác định các thông s ố của khí th ực là khá ph ức t ạp. Hình 1.11 Mô hình s ử dụng công th ức Van der Waal e) Mô hình GENSYS Mô hình GENSYS [28 ] được xây d ựng b ởi Mats Berg n ăm 1999, mô t ả đầy đủ cả ph ươ ng th ẳng đứng và ph ươ ng ngang, trong ph ạm vi c ủa lu ận án ch ỉ đề cập đến ph ươ ng th ẳng đứng (Hình 1.12). 14
35. Hình 1.12 Mô hình GENSYS Mô hình GENSYS là m ột mô hình đầy đủ và chính xác, được s ử dụng ph ổ bi ến hi ện nay khi xây d ựng mô hình cho h ệ th ống treo khí nén. Mô hình được xây dựng v ới 3 thành ph ần: đàn h ồi, c ản, ma sát (tùy m ức độ phức t ạp có th ể có thành ph ần ma sát này). Thành ph ần đàn h ồi được mô t ả bởi tham s ố Kez , K vz , thành ph ần ma sát được mô t ả bởi tham s ố Ffz,max và thành ph ần c ản nh ớt được mô t ả bởi tham số Czβ và thành ph ần quán tính mô t ả bởi tham s ố M. Trong đó, Kez , K vz là thông s ố đặc tr ưng cho độ cứng c ủa ballon khí nén; Ffz,max là l ực ma sát, Czβ là h ệ số cản; M là kh ối l ượng dòng khí quy đổi. Đặc điểm c ủa mô hình: - Sử dụng khí lý t ưởng. - Bỏ qua s ự thay đổi c ủa di ện tích hi ệu d ụng ballon khí nén (A e = const). - Có tính đến kh ối l ượng quán tính c ủa dòng khí trong đường ống (M). - Có tính đến t ổn th ất n ăng l ượng trong đường ống (thông qua hệ số Cs). - Bỏ qua trao đổi nhi ệt gi ữa ballon khí nén và môi tr ường. - Mô hình xây d ựng d ựa trên ph ươ ng trình mô t ả 3 thành ph ần l ực và ph ươ ng trình mô t ả động l ực h ọc dòng khí trong đường ống. Các mô hình c ổ điển có độ chính xác không cao nên không được s ử dụng ph ổ bi ến, trong Bảng 1.4 ch ỉ so sánh 3 mô hình th ường s ử dụng hi ện nay. Từ các phân tích trên cho th ấy, mô hình Quaglia và mô hình Cebon có độ chính xác cao, tuy nhiên trong điều ki ện nghiên c ứu c ủa lu ận án ch ưa th ể thí nghi ệm xác định đủ các tham s ố theo hai mô hình này. Để làm được điều đó c ần có m ột băng th ử với b ộ ngu ồn kích động r ất l ớn, có th ể ch ất t ải (làm kh ối l ượng được treo) lên đến c ả tấn, các c ảm bi ến đo l ực, chuy ển v ị, áp su ất, t ần s ố đòi h ỏi độ chính xác, độ nh ạy cao. Mô hình c ổ điển khá đơ n gi ản, ch ưa mô t ả đầy đủ các thành ph ần c ủa hệ th ống treo khí nén, ch ưa ph ản ánh được h ết tính ch ất phi tuy ến c ủa h ệ th ống treo khí nén. Mô hình s ử dụng công th ức Van der Waal th ực ch ất là mô hình GENSYS và s ử dụng khí th ực, vi ệc xác định các thông s ố khí th ực này b ằng th ực nghi ệm là khó kh ăn. Do đó, mô hình GENSYS là l ựa ch ọn phù h ợp cho lu ận án, v ừa đảm b ảo độ chính xác, mô t ả đầy đủ các thành ph ần c ủa h ệ th ống treo khí nén, v ừa đáp ứng các m ục tiêu đề ra của lu ận án. Mô hình GENSYS được s ử dụng để xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén cho t ừng bánh xe và là mô hình con c ủa mô hình ĐXSMRM. 15
36. Bảng 1.4 So sánh các mô hình h ệ th ống treo khí nén TT Nội dung Các lo ại mô hình GENSYS Quaglia Cebon 1 Thành ph ần c ủa mô hình: Đàn h ồi Có Có Có Cản Có Có Có Kh ối l ượng Có (c ủa dòng khí) Có (gián ti ếp qua mɺ ) Có (c ủa 2 kh ối l ượng quán tính mặt trên, d ưới c ủa ballon khí nén) Ma sát Có=>th ực nghi ệm Không Có => th ực nghi ệm Tổn th ất Có Không Không 2 Lo ại khí s ử Khí lý t ưởng Khí lý t ưởng Khí lý t ưởng dụng 3 Di ện tích Không đổi Thay đổi, là hàm c ủa Thay đổi, là hàm hi ệu d ụng A e chuyển v ị (A e(h)) của chuy ển v ị và áp => Th ực nghi ệm su ất (A e(h,p)) => Th ực nghi ệm 4 Th ể tích Tính theo công Thay đổi, là hàm c ủa Thay đổi, là hàm ballon khí th ức chuy ển v ị (V b(h)) của chuy ển v ị và áp => Th ực nghi ệm su ất (V(h,p)) => Th ực nghiệm 5 Đặc tính van Không Có => Thực nghi ệm Không cân b ằng 6 Cách thi ết Xu ất phát t ừ vi Xu ất phát t ừ đạo hàm Xu ất phát t ừ ph ươ ng lập ph ươ ng phân áp su ất, th ể theo th ời gian c ủa trình nhi ệt động h ọc γ trình tích ∆p, ∆V và s ử pɺ, p ɺ , AVɺ ,,ɺ m ɺ (*) PV =const dụng công th ức x ấp 1 2 e b xỉ. Đánh giá Phù h ợp với lu ận Chính xác, nh ưng vi ệc Chính xác, nh ưng án: xác định các thông s ố vi ệc xác định các • Có độ chính xác; bằng th ực nghi ệm r ất thông s ố bằng th ực • Mô t ả đủ các khó kh ăn, đặc bi ệt nghi ệm r ất khó kh ăn, thành ph ần; thông s ố đặc tính van đặc bi ệt thành ph ần • Phù h ợp v ới điều cân b ằng ma sát. ki ện Vi ệt Nam (*) Ghi chú: - p1, p 2: áp su ất tr ước (phía bình khí ph ụ) và sau (phía ballon khí nén) c ủa van cân b ằng. - Vb: th ể tích ballon khí nén; - Ae: Di ện tích hi ệu d ụng ballon khí nén; - m: kh ối l ượng dòng khí qua van. 16
37. 1.4. Tiêu chí đánh giá t ải tr ọng động Đánh giá v ề dao động c ủa xe th ường s ử dụng 3 tiêu chí c ơ b ản: độ êm d ịu chuy ển động, không gian treo và an toàn động l ực h ọc. Tiêu chí an toàn động l ực học liên quan đến s ự thay đổi c ủa ph ản l ực bánh xe (F z), thành ph ần này ph ụ thu ộc vào tải tr ọng t ĩnh và t ải tr ọng động. Tải tr ọng động ph ụ thu ộc vào các y ếu t ố nh ư vận t ốc, lo ại đường, m ức t ải (m ục 1.2.3), do đó tiêu chí đánh giá được s ử dụng liên quan đến c ả xe và đường là: h ệ số tải tr ọng động (DLC), h ệ số áp l ực đường động (DLSF), h ệ số tải tr ọng (k d), ph ản l ực bánh xe l ớn nh ất (F z,max ) và th ời gian tách bánh (t tachbanh ). Các tiêu chí đánh giá này được nhi ều nhà nghiên c ứu đề cập [11 ], [29 ], [30], [31], [ 32], [33]; tùy thu ộc ph ươ ng án kh ảo sát mà l ựa ch ọn cho phù h ợp. a) Hệ số tải tr ọng động DLC (Dynamic Load Coefficient) Hệ số tải tr ọng động DLC được phát tri ển b ởi Sweatman năm 1983, sử dụng ph ổ bi ến khi đánh giá t ải tr ọng động. Nh ư các phân tích ở ph ần tr ước, khi xem xét mức độ ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng xe v ới đường, ngoài thành ph ần t ải tr ọng t ĩnh, c ần xem xét ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động, giá tr ị lớn nh ất c ủa t ải tr ọng động có khi lên đến 20% ÷ 30% c ủa t ải tr ọng t ĩnh [ 13 ]. Hệ số tải tr ọng động được tính theo công th ức sau [29 ], [ 34]: σ DLC = (1.1) Fmean Trong đó: - σ: độ lệch chu ẩn c ủa l ực trên tr ục bánh xe, σ = RMS(F z,dyn ). - Fmean : l ực tĩnh trên tr ục bánh xe, Fmean= F zt . DLC th ường được s ử dụng để đánh giá t ải tr ọng động v ới kích động ng ẫu nhiên. Giá tr ị DLC n ằm trong d ải từ 0,05 đến 0,3 trong điều ki ện ho ạt động bình th ường [ 10 ]. b) Hệ số áp l ực đường động DLSF (Dynamic Load Stress Factor) Hệ số áp l ực đường động DLSF được s ử dụng khi đánh giá ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động đối v ới đường, được tính theo công th ức sau [31 ]: DLSF=1 + 6 DLC2 + 3 DLC 4 (1.2) Hệ số áp l ực đường động DLSF đặc tr ưng cho s ự phá h ủy đường, t ỷ lệ bậc 4 với h ệ số tải tr ọng động. Theo m ột s ố nghiên c ứu [ 33], DLSF ≤ 1,56 là gi ới h ạn thân thi ện v ới đường để thi ết l ập các thông số động l ực h ọc c ủa xe. c) Hệ số tải tr ọng kd Hệ số tải tr ọng (k d) được s ử dụng để đánh giá ảnh h ưởng c ủa đường đến ph ản l ực bánh xe F z, được định ngh ĩa nh ư sau [ 11 ], [ 32 ], [33]: Fz kd=; FFF z = zt + z, dyn (1.3) Fzt Trong đó: 17
38. - kd: h ệ số tải tr ọng; - Fz: ph ản lực bánh xe theo ph ươ ng th ẳng đứng, (N); - Fzt : ph ản l ực bánh xe theo ph ươ ng th ẳng đứng, ở tr ạng thái t ĩnh, (N); - Fz,dyn : tải tr ọng động theo ph ươ ng th ẳng đứng, (N). Theo công th ức (1.3), với m ột m ức t ải, Fzt không thay đổi (là phân b ố kh ối lượng toàn b ộ của SMRM trên các tr ục), khi đó s ự thay đổi c ủa F z được xác định thông qua h ệ số kd; hệ số này dao động quanh giá tr ị 1. Hệ số kd được s ử dụng trong đánh giá m ức độ thay đổi c ủa F z ở hành trình nén và tr ả của h ệ th ống treo, k d > 1 dùng để đánh giá ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng đến đường, độ bền chi ti ết c ủa xe; kd ≤ 1 dùng để đánh giá an toàn động l ực h ọc c ủa xe. Khi F z tăng ảnh h ưởng đến đường và độ bền chi ti ết; khi F z gi ảm, kéo theo gi ảm thành ph ần l ực d ọc và l ực ngang, ảnh hưởng đến kh ả năng truy ền l ực và tính d ẫn h ướng. Khi gi ảm đến Fz = 0 s ẽ xảy ra hi ện t ượng tách bánh. Một trong nh ững tiêu chí khác đánh giá hi ện t ượng tách bánh là th ời gian tách bánh (t tachbanh ) sẽ được trình bày trong mục e dưới đây. Khi c ần đánh giá t ươ ng tác t ải tr ọng động gi ữa xe và đường, có th ể sử dụng k dmin và kdmax , được định ngh ĩa nh ư sau [32 ], [ 33]: min(Fz, dyn ) kdmin =+1 ;0 ≤≤ k d min 1 (1.4) Fzt Một s ố gi ới h ạn đối v ới k dmin nh ư sau [32 ], [ 33]: - kdmin = 0,5: gi ới h ạn c ảnh báo; - kdmin = 0: gi ới h ạn can thi ệp, xảy ra hi ện t ượng tách bánh, (Fz = 0). max(Fz, dyn ) kdm ax =1 + (1.5) Fzt Đối v ới kích động ng ẫu nhiên, k dmax trong công th ức (1.5) được tính nh ư sau: 1,64× RMS ( F z, dyn ) kdm ax =1 + (1.6) Fzt Theo một s ố công trình nghiên c ứu [ 33], k dmax ≤ 1,5 là gi ới h ạn đảm b ảo độ bền chi ti ết c ủa xe. d) Ph ản l ực bánh xe l ớn nh ất F z,max Giá trị lực t ối đa truy ền đến m ặt đường trong su ốt quá trình xe ch ạy trong m ột th ời gian nh ất định và được cho b ởi công th ức sau [13 ]: Fzij, max=max( F z (ij) ); (i = 1:1:6, j = 1, 2) (1.7) Trong đó, F z(ij) là ph ản l ực bánh xe t ại bánh xe th ứ ij, được s ử dụng để đánh giá t ải tr ọng bánh xe l ớn nh ất trong tr ường h ợp m ức t ải thay đổi. Các tiêu chí trên s ẽ được lu ận án sử dụng để đánh giá t ải tr ọng c ủa SMRM. 18
39. e) Th ời gian tách bánh ttachbanh Tươ ng tác l ốp-đường là m ột v ấn đề được nghiên c ứu khi đánh giá tác động qua l ại gi ữa đường và xe. Vấn đề tách bánh liên quan đến an toàn động l ực h ọc, đối với bánh xe ch ủ động s ẽ ảnh h ưởng đến l ực kéo, đối v ới bánh xe b ị động ảnh h ưởng đến l ực phanh. Một trong s ố nh ững tiêu chí được s ử dụng là th ời gian tách bánh. Trong đồ th ị kd theo th ời gian, thời gian tách bánh được xác định khi k d = 0 (t ươ ng đươ ng Fz = 0), mô t ả nh ư Hình 1.13, trong đó, t 1, t 2 là th ời điểm b ắt đầu và k ết thúc quá trình tách bánh. Th ời gian tách bánh được xác định theo công th ức sau: ttachbanh = t2 − t 1 (1.8) Hình 1.13 Xác định th ời gian tách bánh 1.5. Các công trình nghiên c ứu liên quan đến n ội dung lu ận án 1.5.1. Các công trình nghiên c ứu trên th ế gi ới a) V ề xây d ựng mô hình và ứng d ụng mô hình hệ th ống treo khí nén Các mô hình c ơ b ản v ề hệ th ống treo khí nén đã được gi ới thi ệu trong m ục 1.3.3. M ột s ố công trình nghiên c ứu ti ếp t ục hoàn thi ện các mô hình h ệ th ống treo khí nén trên c ơ s ở thêm các thành ph ần ho ặc chính xác hóa các thành ph ần tham gia mô hình. Các công trình nghiên c ứu này có th ể kể đến: Tác gi ả Jia Wang [18 ] đã xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén theo ph ươ ng pháp c ủa Quaglia có tính đến trao đổi nhi ệt, d ựa trên định lu ật b ảo toàn năng l ượng; xác định đặc tính độ cứng động c ủa ballon khí nén b ằng th ực nghi ệm; xây d ựng đặc tính van cân b ằng v ới h ệ số hi ệu ch ỉnh được xác định b ằng th ực nghi ệm. Công trình nghiên cứu ch ỉ dừng l ại ở mô hình 1/4. Cũng liên quan đến mô hình h ệ th ống treo khí nén xây d ựng theo ph ươ ng pháp c ủa Quaglia, tác gi ả Yang Chen [3] đã xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén mô t ả đầy đủ các thành ph ần: ballon khí nén, bình khí ph ụ, đường ống, van cân b ằng và ống nối; mô hình có tính đến trao đổi nhi ệt và t ổn th ất trong h ệ th ống. Công trình đã th ực nghi ệm xác định hai thông s ố đầu vào quan tr ọng là di ện tích hi ệu d ụng là m ột hàm c ủa chuy ển v ị và đường đặc tính c ủa van cân b ằng, th ực nghi ệm ki ểm ch ứng mô hình 1/4. Tác gi ả đã tích h ợp mô hình h ệ th ống treo khí nén lên XĐK để nghiên c ứu cân b ằng c ủa h ệ th ống treo, có th ực nghi ệm ki ểm ch ứng. Tuy nhiên công trình ch ưa nghiên c ứu v ề tải tr ọng động và đối t ượng h ướng đến là XĐK. Tác gi ả Hengjia Zhu và c ộng s ự 19
40. [19 ] đã xây d ựng mô hình động l ực h ọc ballon khí nén theo mô hình c ủa Quaglia, có thêm thành ph ần ma sát hi ệu d ụng và c ản nh ớt. Công trình đã th ực nghi ệm xác định 6 tham s ố đầu vào c ủa mô hình, trong đó có di ện tích hi ệu d ụng và th ể tích ballon khí nén là hàm b ậc hai c ủa chuy ển v ị; thành ph ần ma sát và c ản nh ớt được xác định b ằng th ực nghi ệm. Công trình mới xây d ựng mô hình 1/4 hệ th ống treo khí nén nhằm chính xác hóa mô hình. Tác gi ả Nieto và c ộng s ự [35] đã xây d ựng một mô hình phân tích c ủa h ệ th ống treo khí nén d ựa trên mô t ả th ực nghi ệm. Mô hình phi tuy ến mô t ả ba thành ph ần: ballon khí nén, bình khí ph ụ và đường ống, không mô t ả van cân b ằng. Công trình có th ực nghi ệm xác định di ện tích hi ệ dụng và th ể tích ballon khí nén theo chuy ển v ị của ballon khí nén. Tuy nhiên công trình m ới xây d ựng cho mô hình 1/4 và đối t ượng h ướng đến là ballon khí nén d ạng xo ắn. Robinson và c ộng s ự [36] đã thi ết l ập m ột mô hình phân tích cho m ột h ệ th ống treo khí nén. Mô hình được ki ểm ch ứng bằng th ực nghi ệm và có th ể sử dụng trong thi ết k ế điều khi ển bán tích c ực. Chang và Lu [ 37] đã đư a ra m ột mô hình động l ực h ọc c ủa ballon khí nén có tính đến quá trình truy ền nhi ệt, mô hình này đã được minh ch ứng bằng các k ết qu ả th ực nghi ệm. Mô hình là t ổ hợp c ủa 3 kh ối: “kh ối hình h ọc” mô t ả di ện tích hi ệu d ụng và th ể tích ballon khí nén theo chuy ển v ị của ballon khí nén, “kh ối nhi ệt động l ực h ọc” mô t ả các tr ạng thái nhi ệt động l ực học trong h ệ th ống và “kh ối l ực” xác định l ực của ballon khí nén theo tính toán. Kết qu ả kh ảo sát trên mô hình 1/4 v ới kích động sin ở các biên độ khác nhau, có s ự so sánh gi ữa mô hình c ổ điển và mô hình m ới. Công trình có th ực nghi ệm ki ểm ch ứng trên mô hình 1/4 và tích h ợp mô hình h ệ th ống treo khí nén lên xe theo ph ươ ng pháp đồng mô ph ỏng (co-simulation ). Tuy nhiên mô hình h ệ th ống treo khí nén tích h ợp trên xe áp d ụng cho xe khách và d ừng lại ở xây d ựng mô hình xe, ch ưa th ực hi ện các kh ảo sát với mô hình xe này. Chen và c ộng s ự [16 ] đã xây d ựng mô hình phi tuy ến cho SMRM nhi ều tr ục k ết h ợp v ới hệ th ống treo khí liên k ết theo chi ều d ọc, nh ằm đánh giá phân b ố tải tr ọng động theo tiêu chí DLC và DLSC (hệ số phân b ố tải tr ọng động - Dynamic Load Sharing Coefficient ). Công trình ch ủ yếu t ập trung vào đánh giá ảnh h ưởng c ủa yếu t ố kết cấu (áp su ất, đường kính ống n ối, đường kính đầu n ối) đến DLC, DLSC, ch ưa nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa v ận t ốc, lo ại đường và m ức t ải. White [ 38] đã phát tri ển một mô hình h ệ th ống treo khí nén và nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa các c ấu hình van cân b ằng khác nhau đến độ ổn định lật của xe t ải h ạng n ặng. Kết qu ả nghiên c ứu ch ỉ liên quan đến van cân b ằng và m ối quan h ệ với gi ới h ạn l ật ngang. Nakajima và cộng s ự [39] đã phát tri ển m ột mô hình h ệ th ống treo khí nén mô t ả tốc độ dòng ch ảy là m ột hàm c ủa độ mở van, góc m ở van ph ụ thu ộc vào chuy ển v ị của tay đòn quay, do d ịch chuy ển t ươ ng đối gi ữa khung xe và tr ục xe tạo ra. Mô hình được xây dựng cho ph ươ ng ti ện đường s ắt. Ngoài ra, m ột s ố công trình nghiên c ứu ứng dụng mô hình GENSYS, Quaglia để nghiên c ứu h ệ th ống treo (k ết c ấu, điều khi ển), treo cabin, tích h ợp vào mô hình xe, có th ể kể đến các công trình sau: Tác gi ả Sayyaadi và Shokouchi [ 40] đã s ử dụng mô hình GENSYS kh ảo sát ảnh h ưởng của các thông s ố kết c ấu hệ th ống treo c ủa ph ươ ng ti ện đường s ắt. Công trình nghiên c ứu đã xây d ựng mô hình 1/4 theo ph ươ ng ngang và th ẳng đứng, có tính đến thành ph ần ma sát; th ực nghi ệm xác định đường đặc tính độ cứng động 20
41. theo quan h ệ lực-chuy ển v ị và độ cứng động trong mi ền t ần s ố; kh ảo sát ảnh h ưởng của các thông s ố kết c ấu: th ể tích bình khí ph ụ, đường kính, chi ều dài đường ống dẫn khí ph ục v ụ cho bài toán thi ết k ế hệ th ống treo c ủa ph ươ ng ti ện đường s ắt. Tác gi ả M.M.Moheyeldein và c ộng s ự [41] đã xây d ựng hai mô hình 1/4: mô hình c ổ điển và mô hình GENSYS sử dụng kích động ng ẫu nhiên; kh ảo sát ảnh h ưởng c ủa các thông s ố kết c ấu hệ th ống treo nh ư chi ều cao không gian treo ballon khí nén, đường kính ballon khí nén, áp su ất ballon khí nén, th ể tích bình khí ph ụ, đường kính và chi ều dài đường ống d ẫn khí; so sánh gi ữa mô hình cổ điển và mô hình GENSYS theo tiêu chí gia t ốc c ủa kh ối l ượng được treo và t ải tr ọng động, qua đó kh ẳng định độ chính xác c ủa mô hình GENSYS. Tác gi ả Haider J.Abid [ 42] đã có công trình nghiên c ứu v ề xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén t ươ ng đươ ng v ới mô hình h ệ th ống treo th ụ động c ủa xe khách. Công trình xây d ựng mô hình 1/4 s ử dụng mô hình GENSYS và m ột mô hình 1/4 c ủa h ệ th ống treo th ụ động v ới ý t ưởng tìm ra một c ấu hình h ệ th ống treo ballon khí nén t ạo ra đặc tính treo theo chuy ển v ị tươ ng đươ ng như b ộ ph ận h ệ th ống treo th ụ động v ới cùng kích động đầu vào. Điều này đạt được b ằng cách s ử dụng ch ươ ng trình t ối ưu hóa OptiY để gi ảm thi ểu sai l ệch khi so sánh chuy ển v ị của hai mô hình này. Tác gi ả Gang Tang [ 43], đã xây d ựng mô hình ballon khí nén treo ca bin theo mô hình Quaglia, trong đó có thông s ố di ện tích hi ệu d ụng và th ể tích ballon khí nén xác định b ằng th ực nghi ệm. S ử dụng ph ươ ng pháp đồng mô ph ỏng ADAMS và AMESim để tích h ợp mô hình ballon khí nén vào mô hình động l ực h ọc c ủa ca bin xe. So sánh k ết qu ả th ực nghi ệm và mô ph ỏng theo độ êm d ịu chuy ển động v ới kích động ng ẫu nhiên. Mục tiêu c ủa công trình là nghiên c ứu v ề độ êm d ịu b ằng k ết qu ả gia tốc t ại v ị trí lái xe trong mi ền t ần s ố; ch ưa nghiên c ứu v ề vấn đề tải tr ọng động. Tác gi ả Takatoshi Hondo [44] đã xây d ựng mô hình và th ực nghi ệm xác định m ối quan h ệ gi ữa áp su ất đầu vào van cân b ằng và áp su ất c ủa ballon khí nén thông qua tham s ố ( mɺ ) dưới ảnh h ưởng c ủa l ực quán tính ly tâm. Công trình nghiên c ứu cho đối t ượng ph ươ ng ti ện đường s ắt. Một s ố công trình nghiên c ứu điều khi ển treo tích c ực, bán tích c ực s ử dụng hệ th ống treo khí nén có th ể kể đến công trình nghiên c ứu c ủa tác gi ả Surbhi Razdan và c ộng s ự [45] với công trình nghiên c ứu đề xu ất v ề một h ệ th ống điều khiển ph ản hồi, ki ểm soát dao động ch ủ động thông qua vi ệc ki ểm soát lưu l ượng dòng khí trong h ệ th ống, đưa ra thu ật toán điều khi ển ( mɺ ) theo nhi ều tham s ố khác nhau. Công trình nghiên c ứu cho mô hình 1/4, s ử dụng mô hình h ệ th ống treo khí nén cho bài toán điều khi ển. b) V ề tải tr ọng động Trên th ế gi ới có nhi ều công trình nghiên c ứu liên quan đến t ải tr ọng động c ủa xe h ạng n ặng, xoay quanh các v ấn đề nh ư tiêu chí đánh giá t ải tr ọng động, gi ải pháp gi ảm t ải tr ọng động. Có th ể kể đến các công trình nghiên c ứu sau: Các công trình nghiên c ứu c ủa nhóm tác gi ả Lloyd Davis, Jonathan Bunker [29 ], [ 46], [ 47], liên quan đến h ệ th ống treo xe h ạng n ặng, t ải tr ọng xe và các gi ải pháp gi ảm t ải tr ọng động, nằm trong d ự án DIVINE kết h ợp gi ữa Australia và Châu Âu. Các công trình nghiên c ứu này t ập trung vào gi ải quy ết bài toán gi ảm áp l ực đường đối v ới xe h ạng n ặng, đặc bi ệt là ĐXSMRM. Trên c ơ s ở các đánh giá m ức 21
42. độ gi ảm t ải tr ọng động c ủa xe h ạng n ặng s ử dụng h ệ th ống treo khí nén, công trình nghiên cứu đã đề xu ất tiêu chu ẩn đánh giá “h ệ th ống treo thân thi ện v ới đường” và Australia đã ban hành tiêu chu ẩn này v ới s ố hi ệu VSB 11 [8]. M ặt khác Australia quy định gi ới h ạn t ải tr ọng c ủa SMRM treo khí t ăng thêm so v ới quy định c ũ nh ằm khuy ến khích các ph ươ ng ti ện chuy ển đổi sang lo ại h ệ th ống treo này. Các lo ại xe mu ốn được h ưởng quy định t ăng thêm gi ới h ạn t ải tr ọng ph ải v ượt qua bài th ử nghi ệm v ề “h ệ th ống treo thân thi ện v ới đường” theo tiêu chu ẩn VSB 11 tham kh ảo từ Directive 96/53/EC [9]. Yêu cầu và ph ươ ng pháp th ử đối v ới hệ th ống treo thân thi ện v ới đường gồm: * Yêu cầu về đặc tính: - Tần s ố của kh ối l ượng được treo trên m ột tr ục ho ặc c ụm tr ục trong phép th ử dao động không l ớn h ơn 2 Hz. - Hệ số dập t ắt dao động trung bình (DM) không l ớn h ơn 20% h ệ số cản gi ảm ch ấn gi ới h ạn (Co). - Hệ số dập t ắt dao động (DR) khi lo ại b ỏ ho ặc vô hi ệu hóa toàn b ộ bộ ph ận gi ảm ch ấn không được l ớn h ơn 50% c ủa DM. - Phân b ố tải tr ọng t ĩnh trên các tr ục c ủa c ụm tr ục ( đối v ới xe nhi ều tr ục) có sai s ố trong ph ạm vi 5%. * Yêu cầu về kết c ấu: xe ph ải s ử dụng l ốp kép trên t ất c ả các tr ục. Tác gi ả Rosnawati Buhari và c ộng s ự [10 ] đã có công trình nghiên c ứu v ề hệ số tải tr ọng động DLC c ủa các lo ại xe h ạng n ặng. Công trình nghiên c ứu đã xây dựng mô hình 1/4 h ệ th ống treo khí nén v ới nhi ều lo ại c ấu hình tr ục khác nhau: tr ục đơ n, tr ục kép, tr ục ba c ủa hai lo ại h ệ th ống treo (treo khí nén và treo kim lo ại) làm cơ s ở so sánh; thông s ố dùng để kh ảo sát là m ức t ải, v ới kích động ng ẫu nhiên trên đường lo ại C ở vận t ốc 30 m/s. K ết qu ả nghiên c ứu đư a ra m ột s ố kết lu ận quan tr ọng: (i) t ải tr ọng động ảnh h ưởng b ởi 4 y ếu t ố: v ận t ốc xe, lo ại đường, m ức t ải và ki ểu lo ại h ệ th ống treo; (ii) m ức t ải 1/3 c ủa đầy t ải gây h ư h ại cho đường l ớn nh ất so với các m ức t ải khác; (iii) DLC c ủa xe l ắp h ệ th ống treo khí nén luôn nh ỏ hơn c ủa hệ th ống treo kim lo ại. Công trình nghiên c ứu m ới ch ỉ dừng l ại ở mô hình 1/4, v ới các điều ki ện kh ảo sát cho m ột lo ại đường và m ột m ức v ận t ốc. Tác gi ả Owais Mustafa Siddiqui [ 13 ], đã phân tích ảnh h ưởng c ủa t ải tr ọng động đối v ới đường c ủa xe buýt đô th ị, các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động, kh ảo sát độ êm d ịu chuy ển động c ủa xe buýt đô th ị với nhi ều v ị trí trong khoang khách. Các k ết qu ả nghiên c ứu ch ủ yếu t ập trung vào v ấn đề mối quan h ệ gi ữa t ải tr ọng động và độ êm d ịu c ủa xe buýt đô th ị. Tác gi ả Venu Muluka [ 48] đã xây d ựng mô hình động l ực h ọc cho xe t ải 3 tr ục s ử dụng h ệ th ống treo khí nén có tính đến v ị trí c ủa ballon khí nén; các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động bánh xe và t ối ưu b ộ ph ận gi ảm ch ấn, b ộ ph ận đàn hồi nh ằm gi ảm t ải tr ọng động. Tuy nhiên, công trình nghiên c ứu này m ới xây d ựng được mô hình ph ẳng theo ph ươ ng th ẳng đứng của xe t ải 3 tr ục. Tác gi ả Peng Hu [ 49 ] đã đư a ra các y ếu t ố ảnh h ưởng đến DLC c ủa xe t ải nặng g ồm: t ần s ố kích động c ủa m ặt đường, v ận t ốc và m ức t ải. Công trình đã thi ết 22
43. lập được m ối quan h ệ gi ữa DLC là m ột hàm c ủa v ận t ốc v ới lo ại đường có độ nhám cao và lo ại đường có độ nhám th ấp. Các k ết qu ả nghiên c ứu m ới th ực hi ện trên mô hình 1/4 c ủa xe t ải v ới hai lo ại đường, v ới ba m ức t ải. Ph ạm vi kh ảo sát còn h ạn ch ế và ch ưa nghiên c ứu cho mô hình xe. Các công trình nghiên c ứu trên th ế gi ới v ề hệ th ống treo khí nén khá hoàn ch ỉnh và hình thành nên các mô hình t ừ đơ n gi ản đến ph ức t ạp, ch ủ yếu t ập trung vào mô hình 1/4. Trên c ơ s ở phân tích đặc điểm c ủa t ừng mô hình, lu ận án đã l ựa ch ọn mô hình GENSYS là phù h ợp v ới điều ki ện Vi ệt Nam và m ục tiêu nghiên c ứu. Các công trình nghiên c ứu v ề tải tr ọng động cho nhi ều đối t ượng khác nhau t ừ ô tô tải, ô tô khách đến SMRM; nội dung liên quan đến kh ảo sát các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động, so sánh t ải tr ọng động gi ữa các lo ại h ệ th ống treo và t ối ưu hóa thông s ố thi ết k ế hệ th ống treo nh ằm gi ảm t ải tr ọng động. Các công trình nghiên cứu về các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động mức độ bao quát ch ưa r ộng. Trên cơ s ở các công trình nghiên c ứu này, lu ận án nh ận th ấy xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén và sử dụng cho mô hình động l ực h ọc không gian ĐXSMRM là m ột hướng ti ếp c ận phù h ợp; cần đánh giá m ột các t ổng quát hơn các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động bao g ồm v ận t ốc xe, lo ại đường và m ức t ải. 1.5.2. Các công trình nghiên c ứu tại Vi ệt Nam a) Công trình nghiên c ứu liên quan đến h ệ th ống treo khí nén Ở Vi ệt Nam ch ưa có nhi ều công trình nghiên c ứu v ề hệ th ống treo khí nén, đặc bi ệt h ệ th ống treo khí nén cho SMRM. Có m ột s ố công trình nghiên c ứu v ề dao động c ủa ô tô khách s ử dụng h ệ th ống treo khí nén. Lu ận án ti ến s ĩ của tác gi ả Tr ươ ng M ạnh Hùng [ 50 ], đã nghiên c ứu v ề dao động c ủa xe khách sử dụng h ệ th ống treo khí nén. Công trình đã xây d ựng mô hình hệ th ống treo khí nén s ử dụng mô hình GENSYS, tích h ợp vào mô hình không gian của xe khách, làm c ơ s ở kh ảo sát dao động. Tác gi ả đã đư a ra so sánh gi ữa h ệ th ống treo khí nén và h ệ th ống treo nhíp theo tiêu chí độ êm d ịu chuy ển động và tiêu chí an toàn động l ực học, để th ấy rõ tính ưu vi ệt c ủa h ệ th ống treo khí nén. Đối t ượng nghiên c ứu c ủa công trình là ô tô khách hai tr ục s ử dụng 6 ballon khí nén (2 cho tr ục tr ước và 4 cho tr ục sau). H ệ th ống treo khí nén trên ô tô khách bao g ồm các thành ph ần: ballon khí nén, bình c ấp khí, van cân b ằng và đường ống d ẫn khí. Điểm khác bi ệt gi ữa hai đối t ượng ô tô khách và SMRM khi xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén ở các n ội dung sau: - Đối t ượng và m ục tiêu nghiên c ứu: với ô tô khách, mục tiêu nghiên c ứu hướng đến độ êm d ịu chuy ển động, còn SMRM m ục tiêu nghiên c ứu h ướng đến v ấn đề tải tr ọng. - Liên k ết hệ th ống treo: ô tô khách s ử dụng h ệ th ống treo tr ước là treo ph ụ thu ộc v ới 2 ballon khí nén đặt bai bên bánh xe, h ệ th ống treo sau là treo ph ụ thu ộc với 4 ballon khí nén kết nối v ới tr ục thông qua 2 thanh liên k ết xếp theo chi ều d ọc; SMRM có k ết c ấu c ụm tr ục ba, sử dụng h ệ th ống treo ph ụ thu ộc g ồm 6 ballon khí nén đặt t ại m ỗi bánh xe. Các ballon khí nén liên k ết v ới tr ục xe thông qua tay đòn kéo. Do đó các điểm liên k ết c ủa h ệ th ống treo cho ô tô khách và SMRM là khác nhau nên khi tính toán l ực liên k ết s ẽ khác nhau. 23
44. - Kết c ấu h ệ th ống treo khí nén: SMRM và ô tô khách có công n ăng khác nhau, m ột là đối t ượng ch ở hàng, m ột là đối t ượng ch ở khách nên thi ết k ế hệ th ống treo s ẽ khác nhau. V ới m ỗi lo ại ballon khí nén s ẽ có đặc tính khác nhau, các kích th ước c ủa h ệ th ống treo khí nén nh ư đường kính, chi ều dài đường ống, th ể tích bình khí s ẽ khác nhau. M ặt khác, ô tô khách có hai tr ục cách xa nhau nên vi ệc b ố trí các bình khí và chi ều dài đường ống s ẽ khác SMRM có c ụm ba tr ục g ần nhau. Về mô hình h ệ th ống treo khí nén, tác gi ả đã xây d ựng khá chi ti ết mô hình hệ th ống treo khí nén s ử dụng mô hình GENSYS, kh ảo sát ảnh h ưởng c ủa các thông số kết c ấu đến độ cứng động lực h ọc; th ực nghi ệm ki ểm ch ứng mô hình h ệ th ống treo khí nén. Lu ận án này đã tham kh ảo ph ươ ng pháp xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén s ử dụng mô hình GENSYS của tác gi ả. b) Các công trình nghiên c ứu v ề xe có liên quan đến t ải tr ọng động và mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM Công trình nghiên c ứu c ủa tác gi ả Đào M ạnh Hùng [ 51] đã trình bày ph ươ ng pháp xác định t ải tr ọng động tác d ụng xu ống đường và lên các chi ti ết c ủa ô tô; nghiên c ứu t ươ ng tác bánh xe và m ặt đường. Tác gi ả đã s ử dụng mô hình toán h ọc để kh ảo sát động l ực h ọc của ô tô t ải nhi ều tr ục. Công trình nghiên c ứu c ủa tác gi ả Lê V ăn Qu ỳnh [ 52], đã s ử dụng hai mô hình h ệ th ống treo khí nén (mô hình cổ điển và mô hình GENSYS) tích h ợp vào mô hình ĐXSMRM 5 tr ục để so sánh h ệ số tải tr ọng động DLC, kh ảo sát v ới v ận t ốc và lo ại đường thay đổi. Công trình nghiên c ứu so sánh v ới hai mô hình đều c ủa h ệ th ống treo khí nén, để kh ẳng định độ chính xác c ủa mô hình GENSYS. Công trình ch ưa nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa m ức t ải đến h ệ số tải tr ọng động; d ải v ận t ốc và lo ại đường ch ưa bao quát. Trong công trình nghiên c ứu khác c ủa tác gi ả [53 ] đã phân tích ảnh h ưởng c ủa các thông s ố lốp c ủa xe SMRM nh ư độ cứng, h ệ số cản đến tính thân thi ện v ới đường. Công trình đã xây d ựng mô hình ph ẳng ĐXSMRM v ới 12 b ậc tự do làm c ơ s ở kh ảo sát theo kích động đường ng ẫu nhiên, s ử dụng DLC làm tiêu chí đánh giá. K ết qu ả kh ảo sát cho th ấy độ cứng và h ệ số cản c ủa l ốp có ảnh h ưởng rõ r ệt đến DLC. Tuy nhiên, h ệ th ống treo s ử dụng cho mô hình là nhíp, ch ưa nghiên cứu v ề hệ th ống treo khí nén; công trình m ới kh ảo sát ảnh h ưởng c ủa thông s ố lốp đến DLC, ch ưa nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa các thông s ố vận hành. Công trình nghiên c ứu c ủa tác gi ả Nguy ễn V ăn Tu ấn và c ộng s ự [54] đã t ối ưu hóa h ệ th ống treo khí nén cho ĐXSMRM theo h ướng gi ảm t ải tr ọng động, s ử dụng thu ật toán di truy ền (GA). Để th ực hi ện điều đó, công trình đã xây d ựng m ột mô hình ph ẳng động l ực h ọc ĐXSMRM s ử dụng h ệ th ống treo khí nén tr ục 2, 3, 4, 5. T ối ưu theo hai điều ki ện: t ối ưu thi ết k ế thông s ố hình h ọc c ủa ballon khí nén và tối ưu thi ết k ế thông s ố của hệ th ống treo khí nén. Các thông s ố tối ưu này được s ử dụng để kh ảo sát theo điều ki ện v ận hành (lo ại đường, v ận t ốc, m ức t ải), k ết qu ả cho th ấy m ức độ gi ảm c ủa DLC. Công trình nghiên c ứu t ập trung vào c ải thi ện k ết cấu m ột xe c ụ th ể, mô hình h ệ th ống treo khí nén s ử dụng mô hình c ổ điển, ch ưa có sự so sánh gi ữa các lo ại h ệ th ống treo cho th ấy tính ưu vi ệt c ủa h ệ th ống treo khí nén. 24
45. Lu ận án ti ến s ĩ của tác gi ả Phan Tu ấn Ki ệt [11 ], đã nghiên c ứu v ề tải tr ọng động c ủa ĐXSMRM. Công trình nghiên c ứu đã xây d ựng mô hình ĐXSMRM s ử dụng treo nhíp, xác định t ải tr ọng động c ủa ĐXSMRM khi chuy ển động trên 4 lo ại đường ng ẫu nhiên theo ISO 8608:1995, đề xu ất làm tài li ệu thi ết k ế đường. Trong lu ận án, tác gi ả ch ỉ nghiên c ứu cho đối t ượng SMRM s ử dụng nhíp v ới 2 tr ục, ch ưa nghiên c ứu các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động nh ư các m ức t ải, ki ểu lo ại h ệ th ống treo. Lu ận án đã xây d ựng khá chi ti ết mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM v ới cấu trúc X ĐK 3 tr ục và SMRM 2 tr ục có th ể tham kh ảo để xây d ựng mô hình cho lu ận án này với tr ường h ợp SMRM treo nhíp. Một s ố công trình nghiên c ứu liên quan đến động l ực h ọc ĐXSMRM: Lu ận án ti ến s ĩ của tác gi ả Nguy ễn Thanh Tùng [ 1] đã nghiên c ứu về hi ệu qu ả phanh của ĐXSMRM. Trong lu ận án, tác gi ả đã l ập mô hình động l ực học ĐXSMRM để kh ảo sát các ảnh h ưởng c ủa các y ếu t ố đến hi ệu qu ả phanh. Công trình ch ưa nghiên c ứu đế n t ải tr ọng độ ng trên đườ ng c ũng nh ư ch ưa quan tâm đế n hàm kích độ ng m ặt đườ ng là hàm ng ẫu nhiên. Lu ận án ti ến s ĩ của tác gi ả Nguy ễn Ti ến Dũng [ 20 ] đã xây d ựng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM để kh ảo sát ổn định qu ỹ đạo chuy ển động c ủa đoàn xe khi chuy ển làn đường. Công trình ch ưa nghiên cứu v ề tải tr ọng động. Lu ận án ti ến s ĩ của tác gi ả Tạ Tu ấn H ưng [ 21] đã nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa các thông số vận t ốc xe, góc lái, chi ều cao tr ọng tâm đến kh ả năng mất ổn định ngang khi quay vòng c ủa ĐXSMRM, ch ưa nghiên c ứu v ề tải tr ọng động. Các công trình nghiên c ứu này đã xây d ựng khá hoàn ch ỉnh mô hình động l ực học ĐXSMRM v ới vi ệc mô t ả chi ti ết v ề các thành ph ần liên k ết gi ữa các kh ối lượng. H ệ th ống treo s ử dụng trên SMRM c ủa các công trình nghiên c ứu này đều là nhíp, ch ưa nghiên c ứu v ề hệ th ống treo khí nén cho SMRM. Tại Vi ệt Nam, các công trình nghiên c ứu v ề động l ực h ọc ĐXSMRM khá hoàn ch ỉnh, được s ử dụng để tham kh ảo xây d ựng mô hình ĐXSMRM cho lu ận án này. Một s ố công trình đã s ử dụng mô hình GENSYS để xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén nh ư công trình c ủa tác gi ả Tr ươ ng M ạnh Hùng và tác gi ả Lê V ăn Qu ỳnh được s ử dụng để tham kh ảo cho lu ận án này khi xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén c ủa SMRM nh ư m ột mô hình con. Có m ột s ố công trình nghiên c ứu liên quan đến t ải tr ọng động cho ô tô t ải, c ủa ĐXSMRM v ới h ệ th ống treo s ử dụng nhíp, chưa có nhi ều công trình nghiên c ứu v ề tải tr ọng động c ủa SMRM s ử dụng h ệ th ống treo khí nén, ch ưa có nhi ều công trình nghiên c ứu m ột cách toàn di ện các y ếu tố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động nh ư v ận t ốc, lo ại đường và m ức t ải. Đây là c ơ s ở để th ực hi ện các n ội dung nghiên c ứu c ủa lu ận án này. Qua phân tích các công trình nghiên c ứu trên th ế gi ới và Vi ệt Nam v ề các n ội dung: mô hình h ệ th ống treo khí nén, mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM và v ấn đề tải tr ọng động, lu ận án đã l ựa ch ọn mô hình GENSYS và k ế th ừa ph ươ ng pháp xây dựng mô hình h ệ th ống treo khí nén c ủa SMRM, k ế th ừa ph ươ ng pháp xây d ựng mô hình động l ực h ọc c ủa ĐXSMRM v ới h ệ th ống treo s ử dụng nhíp, k ế th ừa m ột s ố kết qu ả đánh giá các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động. Trên c ơ s ở đó, lu ận án đư a ra nhi ệm v ụ nghiên c ứu t ập trung vào các n ội dung sau: - Xây d ựng mô hình động l ực học ĐXSMRM v ới hai lo ại h ệ th ống treo (nhíp và h ệ th ống treo khí nén) được xây d ựng thành hai mô hình con; 25
46. - Phân tích l ựa ch ọn các tiêu chí đánh giá t ải tr ọng động và an toàn động l ực học xe phù h ợp v ới m ục tiêu nghiên c ứu (5 tiêu chí); - Phân tích, đánh giá m ột cách toàn di ện các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động nh ư v ận t ốc, lo ại đường và m ức t ải; xác định m ột s ố gi ới h ạn v ận hành c ủa xe theo các điều ki ện khai thác nh ằm đư a ra các khuy ến cáo cho ng ười s ử dụng; - Nghiên c ứu an toàn động l ực h ọc của xe liên quan đến vấn đề tách bánh; - So sánh v ề tải tr ọng động và th ời gian tách bánh gi ữa hai lo ại h ệ th ống treo (nhíp, khí nén) để th ấy tính ưu vi ệt c ủa h ệ th ống treo khí nén. 1.6. Mục tiêu, đối t ượng, ph ươ ng pháp và ph ạm vi nghiên c ứu 1.6.1. Mục tiêu nghiên c ứu Mục tiêu c ủa lu ận án là nghiên c ứu đánh giá kh ả năng gi ảm t ải tr ọng động và th ời gian tách bánh của h ệ th ống treo khí nén trên SMRM so v ới h ệ th ống treo s ử dụng nhíp. 1.6.2. Đối t ượng nghiên c ứu Đối t ượng nghiên c ứu là SMRM s ử dụng h ệ th ống treo khí nén sản xu ất lắp ráp t ại Vi ệt Nam (Hình 1.14). Hình 1.14 Đối t ượng nghiên c ứu 1.6.3. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu Kết hợp gi ữa nghiên c ứu lý thuy ết và th ực nghi ệm: - Nghiên c ứu lý thuy ết: xây d ựng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM theo ph ương pháp tách c ấu trúc h ệ nhi ều v ật (MBS) và ph ươ ng trình Newton-Euler, trong đó l ực liên k ết gi ữa kh ối l ượng được treo và không được treo được mô t ả bởi hai mô hình con là “nhíp” và “ballon khí”. Sử dụng mô hình này để kh ảo sát các yếu t ố ảnh h ưởng gồm vận t ốc xe, lo ại đường và m ức t ải; đánh giá theo 5 tiêu chí gồm hệ số tải tr ọng động (DLC), h ệ số áp l ực đường động (DLSF), h ệ số tải tr ọng 26
47. (k d), ph ản l ực bánh xe l ớn nh ất (F z,max ) và th ời gian tách bánh (t tachbanh ). Kết qu ả kh ảo sát c ủa mô hình v ới hai lo ại hệ th ống treo được so sánh v ới nhau để th ấy tính ưu vi ệt c ủa h ệ th ống treo khí nén trong vi ệc gi ảm t ải tr ọng động và t ăng tính an toàn động l ực h ọc. - Nghiên c ứu th ực nghi ệm: thí nghi ệm ki ểm ch ứng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM đã xây d ựng thông qua vi ệc đo các thông s ố chuy ển v ị, gia t ốc theo ph ươ ng th ẳng đứng và v ận t ốc dài c ủa xe. 1.6.4. Ph ạm vi nghiên c ứu Luận án t ập trung vào v ấn đề gi ảm t ải tr ọng động cho SMRM thông qua vi ệc sử dụng h ệ th ống treo khí nén. Vấn đề độ êm d ịu ch ỉ dừng ở mức không làm h ư hỏng hàng hóa, có th ể được th ực hi ện v ới các gi ải pháp khác nh ư s ử dụng h ệ th ống treo ph ụ tr ợ, nên không được đề cập trong lu ận án này. 1.6.5. Nội dung c ủa lu ận án Nội dung c ủa lu ận án th ực hi ện gồm 4 ch ươ ng: - Ch ươ ng 1: T ổng quan. - Ch ươ ng 2: Xây d ựng mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM để xác định t ải tr ọng động. - Ch ươ ng 3: Kh ảo sát t ải tr ọng động và th ời gian tách bánh của xe SMRM. - Ch ươ ng 4: Nghiên c ứu th ực nghi ệm. 1.7. Kết lu ận Ch ươ ng 1 1. Việc nghiên c ứu gi ảm t ải tr ọng động c ủa ĐXSMRM là v ấn đề cấp thi ết, nh ằm gi ảm áp l ực đường, đảm b ảo độ bền chi ti ết và nâng cao an toàn động l ực h ọc của xe. Gi ải pháp hữu hi ệu và kh ả thi hi ện nay nh ằm gi ảm tải tr ọng động là thay th ế hệ th ống treo truy ền th ống s ử dụng nhíp bằng h ệ th ống treo khí nén. 2. Qua phân tích các công trình nghiên c ứu trên th ế gi ới và Vi ệt Nam, lu ận án đã xác định được hướng nghiên c ứu: đánh giá kh ả năng gi ảm t ải tr ọng động và th ời gian tách bánh của h ệ th ống treo khí nén trên SMRM so v ới h ệ th ống treo s ử dụng nhíp. Trong đó, xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén và sử dụng cho mô hình động l ực h ọc không gian ĐXSMRM là m ột h ướng ti ếp c ận phù h ợp; cần đánh giá m ột các t ổng quát hơn các y ếu t ố ảnh h ưởng đến t ải tr ọng động bao g ồm v ận t ốc xe, lo ại đường và m ức tải; v ấn đề tách bánh ch ưa có nhi ều công trình nghiên c ứu. 3. Từ việc nghiên c ứu v ề tải tr ọng động, có th ể xác định các gi ới h ạn v ận hành để khuy ến cáo cho ng ười s ử dụng; làm c ơ s ở đề xu ất xây d ựng các tiêu chu ẩn, quy chu ẩn cho Vi ệt Nam. Kết qu ả nghiên c ứu s ẽ góp ph ần hoàn thi ện đánh giá ảnh hưởng c ủa các y ếu t ố đến h ệ số tải tr ọng động, đánh giá t ươ ng tác l ốp - đường. 4. Trong khuôn kh ổ của luận án ch ỉ tập trung vào v ấn đề gi ảm t ải tr ọng động cho SMRM thông qua vi ệc s ử dụng h ệ th ống treo khí nén, vấn đề độ êm d ịu không được đề cập trong lu ận án này. 27
48. CH ƯƠ NG 2: XÂY D ỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐOÀN XE S Ơ MI R Ơ MOÓC ĐỂ NGHIÊN C ỨU TẢI TR ỌNG ĐỘNG Nh ư các n ội dung đã phân tích ở Ch ươ ng 1, m ục tiêu c ủa lu ận án là đánh giá kh ả năng gi ảm t ải tr ọng động, th ời gian tách bánh của SMRM sử dụng h ệ th ống treo khí nén (sau đây g ọi là SMRM treo khí) so v ới SMRM sử dụng nhíp (sau đây g ọi là SMRM treo nhíp). Để có c ơ s ở đánh giá, Ch ươ ng 2 xây d ựng mô hình động l ực h ọc không gian c ủa ĐXSMRM với SMRM s ử dụng hai lo ại h ệ th ống treo, được xây dựng thành 2 mô hình con, trong đó h ệ th ống treo khí nén được xây dựng d ựa trên mô hình GENSYS đã được l ựa ch ọn trong Ch ươ ng 1. Mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM được thi ết l ập theo ph ươ ng pháp tách c ấu trúc h ệ nhi ều v ật g ồm 2 ph ần: mô hình c ơ h ọc các v ật và mô hình liên k ết gi ữa các v ật. Mô hình c ơ h ọc d ựa trên hệ ph ươ ng trình Newton-Euler. Ph ươ ng trình vi phân mô t ả động l ực h ọc c ủa t ừng vật được tách c ấu trúc trong h ệ quy chi ếu đặt t ại tr ọng tâm c ủa v ật r ắn. Các l ực liên kết được xác định t ừ các điều ki ện ràng bu ộc gi ữa các v ật. L ực liên k ết t ại kh ớp n ối được tính t ừ gi ả thi ết kh ớp n ối lý t ưởng. Hàm kích động được s ử dụng g ồm 2 lo ại: ng ẫu nhiên và xung cosin đại di ện cho nhi ều lo ại đường thông d ụng hi ện nay, tùy từng ph ươ ng án kh ảo sát mà s ử dụng kích động phù h ợp. Lu ận án đã tham kh ảo ph ươ ng pháp thi ết l ập mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM treo nhíp của tác gi ả Phan Tu ấn Ki ệt [ 11 ], ph ươ ng pháp xây d ựng mô hình h ệ th ống treo khí nén sử dụng cho mô hình ĐXSMRM c ủa tác gi ả Lê V ăn Qu ỳnh [ 52 ]. Mô hình liên k ết là y ếu t ố quan tr ọng trong mô hình kh ảo sát, đặc bi ệt v ới các lo ại h ệ th ống treo khác nhau s ẽ được nghiên c ứu trong lu ận án này. Mô hình động l ực h ọc ĐXSMRM được thi ết l ập gồm: mô t ả dao động c ủa ĐXSMRM v ới chuy ển động ph ươ ng th ẳng đứng (z 1, z 2), lắc d ọc ( φ1, φ2), l ắc ngang ( β1, β2) c ủa kh ối l ượng được treo X ĐK, SMRM; chuy ển động thẳng đứng và l ắc ngang c ủa kh ối l ượng không được treo t ại m ỗi tr ục xe ( ξAi , βAi ). Để nghiên c ứu dao động ng ẫu nhiên và có c ơ s ơ nghiên c ứu th ực nghi ệm trên đường, mô hình dao động được thành l ập d ạng mô hình động l ực h ọc chuy ển động (Weight-in-Moving ). 2.1. Phân tích c ấu trúc và các gi ả thi ết xây d ựng mô hình a) Phân tích c ấu trúc ĐXSMRM g ồm X ĐK có 3 tr ục v ới 2 tr ục sau s ử dụng h ệ th ống treo cân bằng và SMRM 3 tr ục. XĐK có tr ục 1 dẫn h ướng sử dụng các l ốp đơ n, tr ục 2 và tr ục 3 là tr ục ch ủ động, lắp l ốp kép. SMRM đều s ử dụng l ốp kép trên c ả 3 tr ục, s ử dụng h ệ th ống treo cân b ằng liên ti ếp gi ữa các tr ục ( đối v ới treo nhíp) ho ặc s ử dụng hệ th ống treo khí nén độc l ập gi ữa các tr ục. ĐXSMRM có 8 kh ối l ượng: kh ối l ượng được treo X ĐK, kh ối l ượng được treo SMRM và 6 kh ối lượng không được treo c ủa các tr ục, c ộng v ới kh ối l ượng c ủa các thanh cân b ằng d ọc ( đối v ới nhíp) ho ặc kh ối lượng c ủa dòng khí trong h ệ th ống ( đối v ới h ệ th ống treo khí nén). XĐK liên k ết v ới SMRM thông qua c ơ c ấu ch ốt kéo-mâm xoay, v ới mâm xoay được đặt trên khung xe t ại v ị trí tr ục cân b ằng c ủa tr ục 2, 3 X ĐK. Do đó, m ột ph ần kh ối l ượng c ủa SMRM s ẽ đặt lên c ụm tr ục 2, 3 c ủa X ĐK. Khi kh ối l ượng hàng hóa thay đổi s ẽ làm thay đổi phân b ố kh ối l ượng trên t ất c ả các tr ục c ủa ĐXSMRM. Với SMRM có h ệ 28