Nghiên cứu cải tiến bộ phận treo của UAZ để nâng cao độ êm dịu chuyển động trên đường lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------

DƯƠNG ĐÌNH PHÚ

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN BỘ PHẬN TREO
CỦA XE UAZ ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG
TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, Năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------------

DƯƠNG ĐÌNH PHÚ

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN BỘ PHẬN TREO
CỦA XE UAZ ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG
TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị Cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội, Năm 2011


1

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự đổi mới và phát triển toàn diện của đất nước,ngành lâm
nghiệp đã có những hướng phát triển mang tính chiến lược lâu dài, trong đó
chú trọng đến điều kiện, trang thiết bị phục vụ cho lực lượng kiểm lâm. Trong
những năm gần đây các cơ sở kiểm lâm đã được trang bị các thiết bị cũng như
các loại xe tương đối hiện đại. Nhưng không phải cơ sở kiểm lâm nào cũng
được trang bị các loại xe hiện đại mà phổ biến vẫn đang sử dụng loại xe UAZ
do Liên Xô sản xuất. Ưu điểm của loại xe này là gầm cao, hai cầu chủ động,
cơ động trong điều kiện đường lâm nghiệp và giá thành tương đối hợp lý. Hạn
chế lớn nhất của loại xe này là độ êm dịu kém khi chuyển động với tốc độ cao
trên đường lâm nghiệp.
Đối với lực lượng kiểm lâm khi đi làm nhiệm vụ, đặc biệt là khi truy
đuổi lâm tặc thì xe cần chạy với tốc độ rất cao, khi đó xe UAZ không đáp ứng
được các yêu cầu về độ êm dịu chuyển động. Đặc biệt khi xe chạy với tốc độ
cao thì người lái rất khó điều khiển, điều này không những ảnh hưởng xấu
đến tính cơ động và sức khoẻ con người mà còn rất nguy hiểm vì rất dễ xảy ra
tai nạn.

Xe UAZ đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở kiểm lâm.
Để xe hoạt động hiệu quả trong khi làm nhiệm vụ kiểm lâm cần nâng cao độ
êm dịu khi chuyển động trên đường lâm nghiệp.
Tính êm dịu chuyển động của ô tô được đánh giá bằng nhiều chỉ tiêu
như: tần số dao động, gia tốc dao động, công suất dao động, hệ số êm dịu...,
trong đó gia tốc dao động thẳng đứng là một trong những chỉ tiêu rất quan
trọng khi chuyển động trên đường không bằng phẳng. Để góp phần nâng cao
độ êm dịu chuyển động và đảm bảo an toàn khi chạy ở tốc độ cao trên đường
lâm nghiệp cần cải tiến bộ phận treo và cải tiến ghế ngồi người lái của xe
UAZ.


2

Đã có nhiều công trình nghiên cứu để nâng cao độ êm dịu chuyển động
của ôtô nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu cải tiến bộ phận treo của xe
UAZ. Với lý do trên, tác giả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cải tiến bộ phận
treo của xe UAZ để nâng cao độ êm dịu chuyển động trên đường lâm
nghiệp”
*Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Xây dựng được mô hình, lập và giải hệ phương trình vi phân dao động
của xe UAZ làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp cải tiến bộ phận treo và
ghế ngồi của người lái để nâng cao độ êm dịu chuyển động và đảm bảo an
toàn khi xe chạy với tốc độ cao trên đường lâm nghiệp.
*Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở hoàn thiện kết cấu hệ thống
treo và ghế ngồi người lái của xe UAZ.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về hệ thống treo của ôtô
Hệ thống treo trên ôtô có nhiều dạng kết cấu khác nhau.Nhưng thông

thường trên các loại xe con hệ thống treo được bố trí chung như hình 1.1.

Hình1.1-Hệ thống treo và bố trí chung trên xe
1.1.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo
Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe
và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có
chức năng chính sau đây:
+ Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương
thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn
chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác
của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc.
+ Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và
lực bên.
Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải
mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện
ở các yêu cầu chính sau đây:


4

+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật
của xe .

+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ
thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các
quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
+ Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.
+ Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.
+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe
tốt.
+ Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao,
ô tô điều khiển nhẹ nhàng.
1.1.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo
Hệ thống treo gồm rất nhiều chi tiết nhưng có thể chia thành hai bộ
phận chính là bộ phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn.
1.1.2.1. Bộ phận đàn hồi
Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải
trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di
chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người
(khoảng 60 – 80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe
nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng.
Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:
a. Nhíp lá
Nhíp lá thường được sử dụng trên hệ thống treo phụ thuộc. Bó nhíp
được làm từ các lá thép cong, gọi là lá nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự
từ ngắn đến dài.Các lá nhíp liên kết với nhau bằng các bu lông xương tan
hoặc các vấu định vị và ốp nhíp. Là nhíp dài nhất đước gọi là lá nhíp chính, lá


5

nhíp chính chịu tải trọng lớn nhất. Ở các loại xe tải do đặc điểm trọng tải khi

xe có hàng và khi không có hàng có độ chênh lệch lớn nên để đảm bảo độ êm
dịu thường có bộ nhíp phụ. Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác
dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính.
Cơ cấu treo phụ thuộc dùng lá nhíp và các bó nhíp được thể hiện như hình
1.2.

Hình 1.2- Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá
Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà
còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và ma sát giữa các lá
nhíp góp phần làm tắt dao động.
Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiền,
dễ chăm sóc bảo dưỡng. Tuy vậy nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở
trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn
định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh sẽ thay đổi khi một bánh bị nâng
lên làm phát sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang.
b. Thanh xoắn
Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo. Một đầu thanh xoắn được
ngàm vào khung hay một dầm nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải
xoắn của hệ thống treo. Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục


6

cầu chủ động người ta dùng thanh xoắn thường được gây tải trước (có ứng
suất dư) do đó nó chỉ thích hợp cho một chiều làm việc. Trên các thanh xoắn
ở hai phía đều phải đánh dấu để tránh nhầm lẫn khi lắp ráp.
Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:
+ Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe.
+ Trọng lượng nhỏ, Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo.
+ Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập

tắt nhanh dao động.
c. Lò xo
Bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lò xo côn và lò xo trụ. Do lò xo trụ
có đường kính vòng ngoài không đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ
thuận với lực tác dụng, còn đối với lò côn hay lò xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ
đầu lò xo sẽ bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có
độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn.Các loại lò xo và đường đặc tính
được thể hiện trên hình 1.3.

Hình 1.3 - Lò xo và đường đặc tính của lò xo.
Lò xo có các đặc điểm chính sau:


7

- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn.
- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn
nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp, kết cấu gọn nên tiết kiệm không gian và cho
phép hạ thấp trọng tâm xe nhằm nâng cao tốc độ.Tuy nhiên khi làm việc ở
giữa các vòng lò xo không có nội ma sát như nhíp nên thường phải bố trí
thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt dao động.
d. Phần tử đàn hồi loại khí
Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn
hồi khi bị nén.Cấu tạo các bộ phận đàn hồi loại khí được thể hiện trên hình
1.4.

Hình 1.4- Bộ phận đàn hồi loại khí
Hệ thống treo loại khí được sử dụng tốt ở các ôtô có trọng lượng phần
lớn được thay đổi khá lớn như ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe. Loại
này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp

suất không khí bên trong phần tử đàn hồi. Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ
làm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn.
Hệ thống treo khí không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lượng
nhỏ và giảm được chấn động cũng như giảm được tiếng ồn từ bánh xe truyền
lên buồng lái và hành khách. Nhưng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì
phải có bộ phận dẫn hướng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh


8

áp suất, lọc, các van v...v...điều chỉnh độ cứng một cách chủ động.Hệ thống
treo có bộ phận đàn hồi loại túi khí cao su được thể hiện trên hình 1.5.

Hình 1.5-Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi loại túi khí cao su
Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằm
tạo điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường. Đồng thời người ta dùng
các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong một giới hạn rộng.
Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ cứng cần
phải có giá trị lớn. Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ
như: nhíp phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi
có khả năng thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận
thay đổi chiều cao trọng tâm của xe.
1.1.2.2. Bộ phận giảm chấn
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:
+ Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường
không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi
cho người sử dụng.
+ Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt
sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường đảm bảo tính năng lái và tăng tốc.

9

+ Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả
năng an toàn khi chuyển động.
Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi
cơ năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu.
Giảm chấn thuỷ lực gồm có hai loại là loại một lớp vỏ và hai lớp
vỏ.Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng
hai chiều ở cấu trúc hai lớp.
a. Giảm chấn hai lớp vỏ
Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn
quen thuộc và được dùng phổ biến cho đến nay.Trong giảm chấn, piston di
chuyển trong xy lanh chứa dầu, chia không gian trong thành hai buồng A và
B, ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù. Bộ giảm chấn thuỷ lực
loại hai lớp vỏ được thể hiện trên hình 1.6.

Hình 1.6- Giảm chần thuỷ lực loại hai lớp vỏ
Bao ngoài vỏ trong là một lớp vỏ ngoài, không gian giữa hai lớp vỏ là
buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III,
IV). Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa
bên trong là chất lỏng, không gian còn lại chứa không khí có áp suất bằng áp
suất khí quyển.


10

Các van (I) và (IV) lần lượt là các van nén mạnh và nén nhẹ, còn các
van (II) và (III) lần lượt là các van trả mạnh và trả nhẹ của giảm chấn.
Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như hình 1.7.

1- Khoang vỏ trong;
2- Phớt làm kín;
3- Bạc dẫn hướng;
4- Vỏ chắn bụi;
5- Cần piston;
6- Piston;
7- Van cố định;
8- Vỏ ngoài.
Hình 1.7- Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ.
+ Nguyên lý làm việc
Ở hành trình nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó thể tích buồng B
giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang
khoang C ép không khí ở buồng bù lại. Trên nắp của giảm chấn có phớt che
bụi, phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá
trình làm việc.
Ở hành trình trả bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó áp
suất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy
chất lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B.
Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng
có các lỗ van lưu thông thường xuyên. Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết
diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nóng giảm chấn lên. Nhiệt sinh ra
truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vào không khí để cân bằng năng lượng.
Ưu điểm của giảm chấn hai lớp vỏ là có độ bền cao, giá thành hạ làm
việc tin cậy ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ.Tuy nhiên nhược điểm của


11

loại giảm chấn này là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng
không khí lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn.

b. Giảm chấn một lớp vỏ
Giảm chấn một lớp vỏ có cấu tạo như sau (hình 1.8)
1- Van một chiều;
2- Cần piston;
3- Cụm làm kín;
4- Xy lanh;

8

2

5

1

6

5- Buồng chứa dầu;

7

6- Piston;

3

7- Van một chiều;

2

8- Khoang chứa khí.

Hình 1.8- Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn một lớp vỏ.
Nguyên lý làm việc:
Trong giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức
năng của nó là buồng 8 chứa khí nén có P = 2-3 kG/cm2 đây là sự khác nhau
giữa giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ. Quá trình nén và quá trình giãn nở
của giảm chấn loại một vỏ được thể hiện trên hình vẽ 1.9.

Hình 1.9- Quá trình nén và quá trình giãn nở của giảm chấn một vỏ


12

Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở
van 1, chất lỏng chảy lên phía trên của piston. Khi piston đi lên làm mở van 7,
chất lỏng chảy xuống khoang dưới piston, áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi
không lớn và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp
ban đầu, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái
không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn. Trong quá trình làm việc do áp
lực dầu chỉ có thể nén lên khí mà piston ngăn cách 4 di chuyển để tạo nên sự
cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị hạ xuống dưới giá
trị nguy hiểm.
Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi piston dịch chuyển rất nhỏ,
tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho
áp suất thay đổi.
e. Giảm chấn Vario
Với một kết cấu có nét tương tự như giảm chấn loại hai ống, giảm chấn
Vario nổi lên đặc điểm là thích nghi được với tình trạng dằng xóc khác nhau
để có thể thay đổi đặc tính giảm chấn. Trên hình 1.10 thể hiện đặc điểm của
giảm chấn Vario ở hai trường hợp là tải nhẹ, giảm chấn mức thấp và tải nặng
giảm chấn tăng cường.

Hình 1.10- Giảm chấn Vario


13

Khi xe có tải trọng nhẹ, vị trí của Piston nằm ở vùng trên của ống dầu,
nơi đó được thiết kế những khe nhỏ bên vách để tạo điều kiện cho dầu di
chuyển xuống vùng dưới một cách tương đối dễ dàng, trở lực trên Piston giảm
nhỏ, hiệu ứng giảm chấn vì vậy cũng thấp. Khi xe chở nặng, vị trí cân bằng
của Piston chìm xuống thấp, khi đó dầu từ ngăn trên không dễ dàng tràn
xuống ngăn dưới và ngược lại như trường hợp trên, chúng bắt buộc phải chạy
qua van tiết lưu trên piston chứ không có khe hở bên hông piston để lưu thông
nữa. Trở lực chuyển động trên làm tăng khả năng dập tắt dao động của giảm
chấn, phần dầu dư do áp lực cao cũng được dẫn qua van dưới đáy để vô
khoang bù trừ như các truờng hợp trên.
f. Giảm chấn khí- thủy lực
Đây là tổng hợp của lò xo đàn hồi có giảm chấn cùng với lò xo khí thủy
lực, trong hệ thống này, piston của phần đàn hồi cũng như trục của nó đồng
thời là trục của bộ giảm chấn. Phần lò xo khí nằm trong một khối cầu bao bọc
bởi một màng cao su đặc biệt. Phần tích trữ khí cùng với không gian mặt trên
của Piston được nối với nhau bởi 1 đường ống thủy lực. Cấu tạo giảm chấn
khí- thuỷ lực được thể hiện trên hình 1.11.

Hình 1.11- Giảm chấn khí-thủy lực


14

Khi giảm chấn và lò xo bị đè xuống, dầu bị ép chạy theo ống nối chạy

sang buồng khí nén, khí bị nén mạnh, tăng áp suất làm tăng thêm sức đàn hồi
của lò xo khí, lò xo này cùng với lò xo kim loại tác động trực tiếp lên khung
xe, tạo sức đàn hồi tổng hợp thay đổi được theo tải trọng. Không những thế,
trên đường ống dẫn dầu và khí về để ép túi khí, người ta còn bố trí thêm van
điều khiển nhằm chủ động thay đổi mức tác động của dầu và khí nén lên túi
khí, đưa đến việc thay đổi độ cứng đàn hồi tổng hợp của cả hệ thống nhún.
Cũng nhờ cơ chế hồi tiếp như vậy, mà khoảng cách giữa trục bánh xe và
khung xe gần như được giữ nguyên bất chấp tải trọng, khi xe nặng dầu ép
mạnh làm túi khí đội lên mạnh hơn, khi xe nhẹ áp lực dầu giảm túi khí mềm
đi giảm bớt tác động lên khung xe. Tài xế có thể tự điều chỉnh van điều khiển
cho phù hợp tình trạng tải trọng và đường sá.
Loại giảm chấn trên đây giá thành cao, vận hành phức tạp, lại thêm hệ
thống nén khí cao áp rất đắt, nên hầu như không được phổ biến.
1.1.2.3. Thanh ổn định và các đòn dẫn hướng
Trên các loại xe con ngày nay thanh ổn định hầu như đều có. Trong
trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới
tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay
đổi sẽ làm tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực
bên của bánh xe với mặt đường. Thanh ổn định và các đòn dẫn hướng được
thể hiện trên hình1.12.

Hình 1.12- Thanh ổn định trong cơ cấu treo


15

Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng
đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang
bên cầu chịu tải ít hơn. Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U, một đầu chữ U
được nối với phần không được treo, còn đâu kia được nối với thân vỏ xe, các

đầu nối này dùng ổ đỡ bằng cao su.
Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các
mô men từ bánh xe lên khung hoặc thân xe. Nó có thể có những chi tiết khác
nhau tùy thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp,
lò xo hay thanh xoắn. Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí
theo phương thẳng đứng được gọi là quan hệ động học. Khả năng truyền lực ở
mỗi vị trí được gọi là quan hệ động lực học của hệ treo.
1.1.2.4. Các chi tiết phụ
Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm
chấn vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của piston nhằm hạn chế hành
trình làm việc của bánh xe. Ngoài ra còn có đệm cao su cũng có tác dụng
giảm chấn. Các đệm cao su có cấu tạo được thể hiện trên hình 1.13.

Hình 1.13- Các đệm cao su
Vấu cao su có ưu điểm là có thể được làm dưới mọi hình dạng khác
nhau và không có tiếng ồn khi làm việc, không phải bôi trơn.
1.1.3. Phân loại hệ thống treo
Có nhiều cách phân loại hệ thông treo như:
- Phân loại theo bộ phận đàn hồi chia ra: loại sử dụng bộ phận đàn hồi bằng
kim loại (nhíp lá, lò xo xoắn…); loại khí; loại thủy lực; cao su…


16

- Phân loại theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra: cơ cấu treo phụ thuộc với
cầu liền; loại độc lập với cầu cắt.
- Phân loại theo phương pháp dập tắt chấn động: loại dùng giảm chấn thủy
lực; loại giảm chấn nhờ ma sát cơ. Nhưng khi phân loại người ta chủ yếu dựa
vào sơ đồ bộ phận dẫn hướng và chia ra 2 nhóm chính là hệ thống treo độc lập
và hệ thống treo phụ thuộc(hình 1.14).

a) Hệ thống treo phụ thuộc;

b) Hệ thống treo độc lập.

Hình 1.14- Sơ đồ hệ thống treo
1.1.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc
Trong hệ thống treo phụ thuộc hình 1.14-a, các bánh xe được đặt trên
một dầm cầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm
cầu liền đó. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng
sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên kia. Hệ thống treo phụ
thuộc được thể hiện trên hình 1.15.

( a)

(b)

Hình 1.15- Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc dùng lò xo lá(a) và lò xo trụ(b)


17

Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm
cầu cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép
định hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó
có một phần của hệ thống truyền lực.
Trong hệ treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vừa là phần tử
đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng. Vì vậy trong hệ treo này sẽ
không cần đến các thanh giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa.
Hệ thống treo phụ thuộc đang được sử dụng khá phổ biến vì có các ưu

điểm sau:
+ Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra
hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập.
+ Có khả năng tải lớn, tăng độ cứng vững cao cho xe và phù hợp với địa hình
xấu, cho xe tải, xe việt dã…
+ Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành hạ.
Tuy vậy hệ thống treo phụ thuộc vẫn còn có một số tồn tại sau:
+ Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên khi xe
chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập
mạnh giữa phần không được treo và phần được treo làm giảm độ êm dịu
chuyển động.
+ Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có
thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn.
+ Khi một bánh bị nâng lên, vết bánh thay đổi làm phát sinh lực ngang làm
tính chất bám đường kém đi, dễ bị trượt ngang, xe bị nghiêng…
1.1.3.2. Hệ thống treo độc lập
Đặc điểm của hệ thống treo này là:
- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà là lắp trên loại cầu rời, sự
chuyển dịch của 2 bánh xe độc lập tương đối với nhau.


18

- Khối lượng phần không được treo nhỏ nên mô men quán tính nhỏ, do đó xe
chuyển động êm dịu, khả năng bám đường cao.
- Hệ treo này không cần dầm ngang (với kết cấu thân vỏ kiểu unibody) nên
khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên
sườn xe như vậy sẽ hạ thấp được trọng tâm của xe và sẽ nâng cao được vận
tốc của xe.
1.2. Tổng quan về các công trình nghiên cứu dao động của ôtô và máy

kéo
1.2.1. Tình hình nghiên cứu về dao động ôtô và máy kéo trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô và máy
kéo, có thể kể ra một số công trình tiêu biểu sau:
Trong công trình [39], Muller đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất
cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của
tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác.
Tác giả Volgel [40], đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp
máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi,
cả của hệ truyền lực và bánh xe. Công trình cho phép đánh giá một cách khái
quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy
nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra.
Trong công trình của Wendebon [41], bằng lý thuyết và thực nghiệm,
tác giả đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động
thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các
chuyển động khác.
Năm 1973 Barski I.B [1], nghiên cứu động lực học máy kéo. Tác giả đã
nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích và
độ êm dịu chuyển động của máy kéo.


19

Năm 1983 Козьмин С.Ф [36], nghiên cứu động lực học thẳng đứng
của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ .
Năm 1987 Жуков А. В [37], đã nghiên cứu những vấn đề dao động của
máy kéo lâm nghiệp.
Bên cạnh đó còn có một số công trình nghiên cứu về dao động thẳng
đứng của máy kéo có kể đến các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc: Tải
trọng, vận tốc, độ mấp mô của mặt đường.

Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được
nhiều thành tựu đáng kể. Dao động ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ
thống “Đường-Xe-Người”. Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ
vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế
giới đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu
dao động của ô tô, trong đó có kể đến biến dạng thực tế của mặt đường và khả
năng của con người chịu tác động của dao động.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô máy kéo ở Việt Nam
Ở nước ta các công trình nghiên cứu chỉ tập trung vào nghiên cứu dao
động của ôtô, máy kéo, có ít các công trình nghiên cứu để cải tiến các bộ phận
trên ôtô tô máy kéo. Các nghiên cứu về độ ổn định, khả năng kéo bám khi tải
trọng ngoài thay đổi, các đặc trưng động lực học… của các bộ phận làm việc
của ô tô, máy kéo hoạt động trên các địa hình và các điều kiện làm việc khác
nhau chưa được đề cập nhiều. Có thể kể ra một số công trình nghiên cứu về ô
tô máy kéo ở nước ta như sau:
Công trình nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự
[3], cho thấy: Tính êm dịu trong chuyển động của ô tô máy kéo được đánh giá
qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời
gian tác động của dao động. Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính toán hệ thống treo
cho ghế ngồi với dạng kích động động lực và cho rằng khi tính toán thiết kế
hệ thống treo cho ghế nên chọn tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động
riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6.


20

T.S.Võ Văn Hường [12], đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát
dao động ô tô tải nhiều cầu. Tác giả xây dựng và đã mô phỏng được ôtô tải
nhiều cầu khi chạy trên các địa hình kkhác nhau.
Th.S Lưu Văn Hưng [11], đã nghiên cứu dao động của rơ moóc một

trục chở gỗ khi lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục
bánh xe.
Các công trình nghiên cứu dao động của máy kéo ở nước ta chưa nhiều
và xuất hiện trong những năm gần đây [14]. Các công trình này là nghiên cứu
trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khỏe của
công nhân lái và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người lái
máy như cải tiến ghế chống rung, găng tay bảo vệ lao động. Tuy nhiên các tác
giả mới xem xét dao động của máy kéo trong một số điều kiện cụ thể khi xem
hệ là tuyến tính, một bậc tự do chịu tác động của mặt đường dạng hàm xác
định.
Một số công trình nghiên cứu thiết kế giảm rung [16], [17], đã dựa trên
cơ sở các số liệu về dao động con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu:
Khối lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản và tính toán theo điều kiện
cho phép về biên độ dịch chuyển.
Th.S Trịnh Minh Hoàng [9] nghiên cứu, khảo sát dao động của xe tải
hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường. Tác giả đã trình bày một mô
hình dao động xe tải hai cầu (không gian) và mô phỏng bằng MatLab
Simulink 5.3. Phần mô hình và tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một
phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường.
Luận án T.S của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu "Nghiên cứu ảnh hưởng của
dao động lên khung xương ôtô khi chuyển động trên đường" đã chú trọng
nghiên cứu ảnh hưởng của đường và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán
tính khung - xương.
Th.S Huỳnh Hội Quốc [20] đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc
dọc của ô tô ở vận tốc cao.


21

Th.S Hoàng Gia Thắng [21] đã nghiên cứu dao động trong mặt phẳng

thẳng đứng của toa xe khách bốn trục hai hệ lò xo khi qua mối nối ray.
Năm 2002 TS. Lê Minh Lư [15] nghiên cứu dao động của máy kéo
bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi. Công trình
đã nghiên cứu một cách khá đầy đủ các dạng dao động của máy kéo có tính
đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi trong trường hợp kích động
mặt đường là các hàm ngẫu nhiên và xác định. Tuy nhiên công trình mới chỉ
nghiên cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao
động của máy kéo trong trường hợp kéo tải.
Năm 2010 TS.Trần Việt Hà [8] đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số
thông số đến độ êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt
Nam.Tác giả đã xây dựng được mô hình phù hợp để khảo sát và thiết lập hệ
phương trình vi phân cấp II đồng thời giải bằng phần mềm mô phỏng MatlapSimulink. Tuy nhiên tác giả chưa khảo sát ảnh hưởng của dao động trong mặt
phẳng ngang đến người lái và hành khách.
Ths. Lê Thị Minh Vượng [22], bằng lý thuyết và thực nghiệm đã
nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên
đường lâm nghiệp. Tuy nhiên công trình này mới chỉ đưa ra mô hình dao
động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe, chưa kể đến dao động của nước
trong thùng chứa trong trường hợp di chuyển trên đường lâm nghiệp.
Năm 2010 Ths. Nguyễn Văn Huệ [26], bằng lý thuyết và thực nghiệm
đã nghiên cứu giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động máy kéo MTZ- 82
khi kéo rơmoóc chở gỗ.
Các công trình nghiên cứu trên đã góp phần đóng góp rất tích cực cho
nghiên cứu cải tiến năng cao độ êm dịu chuyển động của ôtô máy kéo. Đồng
thời làm cơ sở cho việc xây dựng các mô hình nghiên cứu các lĩnh vực cơ khí
khác.
Bên cạnh những công trình nghiên cứu nhằm sử dụng các loại ô tô máy
kéo hoặc liên hợp máy phục vụ cho sản xuất ở trong nước, các nhà khoa học


22

nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu để cải tiến các bộ phận hoặc các hệ
thống của ô tô máy kéo được nhập từ nước ngoài vào Việt Nam.
Nhìn chung các công trình nghiên cứu về êm dịu chuyển động của ôtô
máy kéo bánh hơi ở Việt Nam chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu
đó có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng
hợp lý cho ôtô máy kéo bánh hơi.
Đối với hoạt động của lực lượng kiểm lâm , các công việc thường diễn
ra trong rừng. Công việc chủ yếu là tuần tra kiểm soát và bảo vệ rừng, phương
tiện chủ yếu là xe UAZ. Vì vậy cần nghiên cứu cải tiến bộ phận treo của xe và
cải tiến ghế ngồi của người lái của UAZ để nâng cao độ êm dịu chuyển động
và đảm bảo an toàn khi xe chạy trên đường lâm nghiệp để phục vụ tốt hơn
cho lực lượng kiểm lâm khi sử dụng loại xe này.
1.3. Tổng quan về xe ôtô UAZ.
1.3.1. Đặc tính kỹ thuật của xe ôtô UAZ.
Ô tô UAZ (hình 1.16) là loại xe hai trục, có tính năng cơ động cao,
công thức bánh xe 4 x 4, sử dụng chuyên dùng để vận chuyển người và hàng
hoá trên các loại đường sá trong điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh từ
âm (-) 45 đến 400 C.

Hình 1.16- Hình dáng bên ngoài xe UAZ.


23

Ô tô UAZ có vỏ xe bốn cửa, mui bạt và cửa sau mở lật xuống hoặc mui
cứng, cửa sau và khoang để hàng mở sang bên, các cầu chủ động không có bộ
giảm tốc bánh xe.Hộp số phân phối : kiểu hộp số 2 cấp, điều khiển cơ khí
Tỷ số truyền : số truyền thẳng : 1,00 ; số truyền thấp : 1,94
Truyền động các đăng. Truyền động các đăng kiểu hở, gồm hai đoạn trục.

Mỗi trục có hai ổ các đăng gồm trục chữ thập lắp các ổ bi kim.
Cầu trước và cầu sau chủ động. Kiểu cầu một cấp, vỏ cầu liền. Cầu trước
có cấu tạo ngắt bánh xe.
Hệ thống treo kiểu phụ thuộc loại sử dụng lá nhíp dọc. Giảm chấn có 4
giảm chấn ống thuỷ lực tác dụng hai chiều.
Bánh xe. Đĩa thép dập với vành liền, kích thước 6,5J x 16H2.
Lốp loại có săm bơm hơi 225/75R16 108Q (К-153), 225/75R16 (Я435A). Kích thước săm : 225-16
1.4. Tổng quan về tính êm dịu chuyển động của ôtô, máy kéo
Tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của ô
tô, máy kéo. Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào kết cấu xe và trước hết
là hệ thống treo, phụ thuộc vào cường độ kích động và cuối cùng là kỹ thuật
lái xe.
Để đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô, máy kéo ta thường dùng
một số chỉ tiêu sau:
1.4.1. Tần số dao động riêng
Tần số dao động riêng của một hệ dao động (bao gồm 01 khối lượng
đặt trên 01 lò xo) được hiểu là số dao động của hệ trong một phút (dao
động/phút), hoặc trong một giây (1/s tương ứng với 01Hz).


C
; Rad/s
M