Báo cáo khoa học: "khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ" docx

khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ

TS. Nguyễn Văn Bang
KS. Nguyễn Hồng Quân
Bộ môn Cơ khí ô tô,Khoa Cơ khí
Trờng Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bi báo xây dựng mô hình toán học v kết quả khảo sát ổn định ngang cho ô tô
tự đổ trọng tải 14T khi chuyển động trên đờng v khi trút hng.
Summary: This paper introduces the mathematical model and the investigation results of
horizontal stability of a 14- tone dump truck during running and unloading.

I. Đặt vấn đề
Đối với ô tô tự đổ, ngoài việc khảo sát ổn định ngang khi ô tô chuyển động còn cần phải
xác định thêm độ ổn định ngang khi trút hàng. Các phép tính về độ ổn định ngang đợc tiến
hành khi thùng xe đợc nâng đến vị trí cao nhất. Khi đó sẽ xác định đợc góc nghiêng ô tô có
thể tự trút hàng mà không xảy ra sự lật ô tô theo phơng ngang.
Giữa góc ổn định ngang và hệ số ổn định ngang có mối liên hệ
0
= tg

, do vậy thay vì
xác định góc ổn định ngang ngời ta xác định hệ số ổn định ngang
o
CT 2
II. Khảo sát ổn định ngang khi chuyển động
Trên hình 2 là mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng dọc
h
K1
h

1
m
K2
h
l
O
1
O
2
m
H2
m
H1
h1
h2
m
2
h

Hình 2. Mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng dọc
Mô hình khảo sát trong mặt phẳng ngang đi qua tâm cầu thể hiện trên hình 3


h
i
h
Ki

i

0
i
hi
m .g.

hi
m .g
Hi
m .g
Hi
m .g.
i
B
yi
h
yi
R
Zi
R
A
O
i

p
i

0
i

Hình 3. Mô hình khảo ổn định ngang của ô tô trong mặt phẳng ngang

Phần khối lợng đợc treo có mô men do trọng lực và lực ngang tác động là [1]:
, (1).

=
+=
n
1i
ihi
).(h.g.mM
Thông qua hệ thống treo có các mômen truyền lên các cầu là:
, (2).
pip
2
pipii
.B.c.5,0M =
trong đó: c
pi
- độ cứng của nhíp ở các cầu;

p
- hệ số tính đến sự tăng độ cứng của nhíp khi bị xoắn theo hớng ngang.
CT 2
Do trọng lợng của cầu xe và biến dạng của lốp, xuất hiện mômen là:
- Khi bánh xe cha bị nhấc khỏi mặt đờng:
()
[]
++

+= ).rh.(g.m.r.g.mh.g.mRh
N.c
R.4
.R.N.B.c.25,0M
ikiHii0iHikiHiziki
1mi
Zi
yii0i
2
i
mii

(3).
- Ngay sau khi một trong các bánh xe bị nhấc lên khỏi mặt đờng
()
[]
() ( )( )
ki0i0
,
mi
BiHiikiHi
i0iHikiHiZii0iki
imi
Zi
yiiZii

.c.BB.125,0.rh.g.m
.r.g.mh.g.mR.B5,0h
N.c
R.3
.RB.R.5,0M
+++
++








++=
(4).
Từ các phơng trình trên ta lập đợc hệ phơng trình gồm 03 phơng trình tuyến tính dạng:
A.X =B, (5).
trong đó: A, B - là các ma trận hệ số;
X - là ma trận của các ẩn số cha biết cần tìm với: X
1
=
M1
; X
2
=
M2
; X
3

= ; X
4
= . Với
Mi

là hệ số không thứ nguyên, bằng tỉ số =
0i
/
0ki
. Dựa vào trị số của
Mi
có thể biết đợc trạng thái
tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng. Nếu
Mi
< 1 thì cả hai bánh xe của cầu còn tiếp xúc với mặt


đờng, nếu
Mi
1 thì một trong các bánh xe của cầu đã bị nhấc lên khỏi mặt đờng. Hệ
phơng trình trên có số lợng ẩn nhiều hơn số phơng trình, vì vậy để giải đợc hệ phơng trình
này ta cần thêm một phơng trình nữa dạng X
i
= 1 (i = 1, 2).
III. Khảo sát ổn định ngang khi trút hng
Để khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ khi trút hàng sử dụng mô hình trên hình 4. Khi xét
trong mặt phẳng ngang đi qua tâm các cầu, vẫn dùng mô hình trên hình 3
m
h1
H1

m
H2
m
2
O
1
O
O
hn
1
K1
c
h
K2
a
h
n

Hình 4. Mô hình khảo sát ổn định ngang của ô tô tự đổ khi trút hng
Trên hình 4, tại tiết diện qua O có mô men do trọng lực và lực ngang tác động là [1]:

(
)
ponhn0
.h.g.mM

+

=
(6).

CT 2
Đồng thời mômen chống xoắn (phục hồi) của khung tại O là:

(
)
2ppoc0
.SM


=
(7).
trong đó: S
c
- độ cứng chống xoắn của khung xe đoạn từ tâm cầu sau đến tâm chốt quay của thùng;

p0
- góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua điểm O;

p2
- góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua tâm cầu sau.
Tại các tiết diện qua hai điểm O
1
và O
2
có các các mô men do trọng lực và lực ngang tác dụng:

(
)
(
)

1p2p1pl1hl1
.S.h.g.mM



+

+
=
(8).

(
)
(
)
1p2p12p0pc2
.S.SM






=
(9).
trong đó:
p1
- góc nghiêng ngang của khung xe trong tiết diện qua tâm cầu trớc.
Thông qua hệ thống treo có các mômen truyền lên các cầu là:
(10).

pip
2
pi
pii
B.c.5,0M =
Các phơng trình cần thiết khác để tính toán tơng tự nh để tính toán khi ô tô chuyển
động trên đờng. Từ các phơng trình (6), (8), (9), (10) và (3), (4) ta lập đợc hệ phơng trình


gồm 05 phơng trình tuyến tính có dạng nh phơng trình (5). Trong đó là X
1
=
M1
, X
2
=
M2
,
X
3
=
p1
, X
4
=
p2
, X
5
=
po

, X
6
=. Điều khác biệt trong các phơng trình để tính toán là các góc
nghiêng
pi
đã có kể thêm độ biến dạng xoắn của khung ô tô. Tiếp theo dùng phơng pháp lập
luận tơng tự nh khảo sát trờng hợp trên đờng ta xác định đợc hệ số ổn định ngang
o

= .
Từ cơ sở lý thuyết trên, lập trình tính toán bằng phần mềm công nghiệp Matlab cho ô tô tự
đổ trọng tải 14T ta có kết quả bảng 1 (chạy trơng trình cho hai trờng hợp ở hai chế độ tải
trọng 100% tải và 15% tải).
Bảng 1: Kết quả khảo sát ổn định ngang cho ô tô tự đổ trọng tải 14T
Thông số tính toán X
1
X
2
X
3
X
4
X
5
X
6
Ô tô chuyển động 0.2901 1.0000 0.2569 0.4448 - -
Ô tô trút hàng
-Còn 100% tải
-Còn 15% tải

1.0000
0.2423

0.0217
1.0000

0.0415
0.1180

0.0415
0.1182

0.0417
0.1188

0.0280
0.2519
Nhận xét:
- Khi ô tô đầy tải chuyển động, dới tác dụng của lực ngang = 0,4448 (lực ngang bằng 44,48,%
trọng lợng toàn bộ của ô tô) thì góc ổn định ngang là 23,9793
0
và trục sau mất ổn định trớc.
- ở chế độ trút hàng khi thùng xe nâng lên cao nhất (52
0
) mà hàng hoá cha đợc trút (còn
100% tải), dới tác dụng của lực ngang = 0,028 thì góc ổn định ngang là 1,6
0
và trục trớc mất
ổn định trớc. Khi thùng xe nâng lên cao nhất (52

0
) mà hàng hoá còn 15% tải, dới tác dụng
của lực ngang = 0,2519 thì góc ổn định ngang là 14,1412
0
và trục sau mất ổn định trớc.
CT 2
V. Kết luận
Do điều kiện khai thác (nhất là điều kiện đờng) nặng nhọc nên kiểm tra ổn định ngang của
có kể đến biến dạng của nhíp, lốp và khung xe là nhiệm vụ đặc trng khi thiết ô tô tự đổ. Mô
hình toán học xây dựng có kể tới tất cả các yếu tố vật lý của quá trình xong cũng không quá
phức tạp đảm bảo độ chính xác và thời gian tính toán. Kết quả nghiên cứu đợc sử dụng trong
quá trình thiết kế ô tô tự đổ trọng tải 14T.

Tài liệu tham khảo
[1]. .. , . . . . , . . , . . , . . .
. . , 1989
[2]. GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn (chủ biên), TS. D Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Ti, Lê Thị
Vng. Lý thuyết ôtô, máy kéo - Nxb Khoa học & Kỹ thuật, 2003.
[3]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo - Nhà xuất bản đại học và trung
học chuyên nghiệp , 1984.
[4]. PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai.Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô - Nhà xuất bản Giao
thông Vận tải, 1997
Ă