Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động học, động lực học và độ bền hệ thống lái trên xe Vinaxuki
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.91 MB, 89 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------
LÊ VĂN LƯƠNG
NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC
VÀ ĐỘ BỀN HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE VINAXUKI
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hà Nội – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------
LÊ VĂN LƯƠNG
NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC
VÀ ĐỘ BỀN HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE VINAXUKI
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá 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 - 2012
i
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian hoàn thành luận văn tôi đã được sự quan tâm, giúp
đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng
biết ơn chân thành và sâu sắc tới thày giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS
Nguyễn Nhật Chiêu đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp
nhiều tài liệu có giá trị cho tơi thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình.
Tơi trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, các thày cô giáo Khoa Cơ điện và
Cơng trình, các thày cơ giáo Khoa Sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp
đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn thành nhiệm vụ.
Xin trân thành cảm ơn Trung tâm Thí nghiệm Khoa Cơ điện và Cơng
trình đã tạo điều kiện cho tơi mượn thiết bị để thực hiện được đề tài này.
Cuối cùng tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo
viên, công nhân viên chức Trường Cao đẳng nghề LILAMA.1 nơi tôi công
tác, đã thường xuyên quan tâm, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất về
tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vưa qua.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tơi. Những kết
quả trong luận văn này đã được tính tốn chính xác, trung thực và chưa có tác
giả nào cơng bố, những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều
được chỉ rõ nguồn gốc.
Xin Trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn
Lê Văn Lương
ii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Trang
Lời cảm phụ ................................................................................................................ i
Mục lục ....................................................................................................................... ii
Các ký hiệu viết tắt .................................................................................................... iv
Danh mục các bảng ................................................................................................... vi
Danh mục các hình .................................................................................................... vi
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................2
1.1. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái của ơ tơ .................................. 2
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................... 2
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước: ............................................... 5
1.2. Tổng quan về tình hình sử dụng ơ tơ VINAXUKI. ........................... 6
1.3. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu động học, động lực học
và độ bền. ..................................................................................................... 7
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .........................................................................................................12
2.1. Mục tiêu............................................................................................... 12
2.2. Đối tượng nghiên cứu......................................................................... 12
2.3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 15
2.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ............................................. 15
Chương 3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỆ THỐNG
LÁI KHI VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP ........................17
3.1. Xây dựng mơ hình 3D các chi tiết của hệ thống lái. ....................... 17
3.2. Lắp ráp và mô phỏng động hệ thống lái xe VINAXUKI................ 26
Chương 4 KHẢO SÁT ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG MỘT SỐ CHI TIẾT
CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÁI .............................................................................36
iii
4.1. Cơ sở tính tốn hệ thống lái. ............................................................. 36
4.3. Khảo sát ứng suất, biến dạng một số chi tiết chính của hệ thống lái
trên xe ơtơ VINAXUKI. ............................................................................ 46
4.3.1. Khảo sát ứng suất, biến dạng của cụm chi tiết cam quay – đòn
ngang ...................................................................................................... 46
4.3.3. Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết bánh vít. ................... 52
4.3.4. Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết trục vít. .................... 55
4.3.5. Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết dầm cầu trước. ......... 59
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .........................................................................63
1. Kết luận: ................................................................................................. 63
2. Khuyến nghị: ......................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................1
PHỤ LỤC
iv
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
TT
Ký hiệu
Đơn vị
Ý nghĩa của ký hiệu
1
D
m
Đường kính trong của trục lái
2
d
m
Đường kính ngồi của trục lái
3
L
m
Chiều dài của trục
4
G
MN/m2
5
t
mm
Bước của trục vít vơ tận
6
rad
Góc nghiêng của trục vít vơ tận
7
h
m
Chiều cao của răng bánh vít
8
b
m
Chiều rộng của răng bánh vít
9
ro
mm
Bán kính vịng trịn cơ sở của trục vít
10
F
mm
Diện tích bề mặt tiếp xúc của răng
11
Xp
N
12
mlp
N/m
Mơ đuyn đàn hồi dịch chuyển
Lực phanh tác dụng lên một bánh xe
Hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu dẫn
hướng khi phanh
13
E
MN/m2
Môđuyn đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh
dọc và thanh ngang
14
fd , fn
mm
Tiết diện ngang của đòn kéo ngang và địn
kéo dọc
15
L
m
Chiều dài cơ sở của ơ tô
16
B
m
Chiều rộng cơ sở của ô tô
17
ud
MN/m2
Ứng suất uốn dọc của đòn kéo dọc
18
n
MN/m2
Ứng suất nén trong đòn kéo dọc, đòn kéo
ngang.
19
un
MN/m2
Ứng suất uốn ngang của đòn kéo ngang
v
20
cd
MN/m2
21
φ
rad
22
MN/m2
23
rad
24
MN/m2
25
r1
mm
Ứng suất chèn dập
Hệ số bám giữa lốp và đường
Ứng suất tiếp xúc cho phép
Độ cứng (góc xoắn trục)
Ứng suất uốn của răng
Khoảng cách từ tâm vành tay lái đến vị trí
lắp đầu đo lực tiếp tuyến với vành tay lái.
26
r2
mm
Khoảng cách từ tâm vành tay lái đến vị trí
tác dụng lực lên đầu đo lực.
27
P1
DaN
Lực tác dụng lên vành tay lái.
28
P2
DaN
Lực tác dụng lên đầu đo.
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng
TT
2.1
Đặc tính kỹ thuật xe ơ tơ VINAXUKI
Trang
13
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT
Tên hình
Trang
2.1
Xe tải VINAXUKI loại 1240 kg
12
2.2
Sơ đồ hệ thống lái ô tô tải
14
3.1
Kết cầu dầm cầu trước
20
3.2
Chốt chuyển hướng
21
3.3
Cam quay
22
3.4
Thanh giằng ngang
23
3.5
Trục lái
23
3.6
Vành tay lái
24
3.7
Cụm vành tay lái và trục lái
25
3.8
Cụm chi tiết đòn quay đứng – trục bánh vít
26
3.9
Lắp ráp cụm chi tiết
28
3.10
Sơ đồ lắp ghép hệ thống lái
29
3.11
Mơ hình mơ phỏng động cụm chi tiết
32
3.12
Mô phỏng động cụm chi tiết
33
3.13
Đồ thị gia tốc góc theo trục X của bánh vít
34
3.14
Đồ thị thế năng góc theo trục X của bánh vít
34
3.15
Đồ thị gia tốc góc theo trục Y của vơ lăng
35
3.16 Đồ thị thế năng góc theo trục X của bánh vít
35
4.1
Chuẩn bị ơ tô khảo nghiệm
41
4.2
Đầu đo lực loại 980 N
41
4.3
Đầu đo nối với Spider – 8 và máy tính
42
vii
4.4
Máy phát điện và ổn áp
42
4.5
Tiến hành thực nghiệm
43
4.6
Kết quả đo lực tác dụng lên vành tay lái trên đầu đo lực.
44
4.7
Sơ đồ lực tác dụng lên vành tay lái
44
4.8
Kết quả đo lực tác dụng lên vành tay lái tại điểm lắp đầu đo 45
lực.
4.9
Cụm chi tiết cam quay – địn ngang
46
4.10
Đặt giá trị lực đã tính tốn
47
4 .11 Chọn vật liệu
47
4.12
Chạy chương trình
48
4.13
Ứng suất của cụm chi tiết
48
4.14
Chuyển vị của cụm chi tiết
49
4.15
Chi tiết đòn quay đứng
49
4.16
Mặt tác dụng lực
50
4.17
Ứng suất của chi tiết
51
4.18
Chuyển vị của chi tiết
51
4.19
Chi tiết bánh vít
52
4.20
Chọn mặt cố định
52
4.21
Điểm đặt lực tác dụng
53
4.22
Chọn vật liệu
53
4.23
Chạy chương trình
54
4.24
Ứng suất của chi tiết
54
4.25
Chuyển vị của chi tiết
55
4.26
Chi tiết trục vít
55
4.27
Đặt giá trị lực đã tính tốn
56
4.28
Chọn vật liệu
57
4.29
Chạy chương trình
57
viii
4.30
Ứng suất của chi tiết
58
4.31
Chuyển vị của chi tiết
58
4.32
Chi tiết trục dầm cầu trước
59
4.33
Đặt giá trị lực đã tính tốn
59
4.34
Chọn vật liệu
60
4.35
Chạy chương trình
60
4.36
Ứng suất của chi tiết
61
4.37
Chuyển vị của chi tiết
61
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Vận chuyển gỗ là một công đoạn trong q trình khai thác gỗ, đó là sự
di chuyển gỗ từ bãi gỗ về nhà máy sản xuất, nơi xuất khẩu và nơi sử dụng.
Đây là một khâu công việc được thực hiện chủ yếu trên đường lâm nghiệp có
độ mấp mô, độ dốc lớn. Hiện nay, việc vận chuyển gỗ ở Việt nam nói chung
được thực hiện chủ yếu nhờ các loại xe tải cỡ trung bình hoặc cỡ lớn tùy
thuộc vào quy mô sản xuất, kinh doanh và địa hình khai thác.
Xe tải VINAXUKI do cơng ty cổ phần ô tô Xuân Kiên_VINAXUKI
Việt Nam sản xuất đã và đang được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực
kinh tế ở nước ta. Để tăng năng suất lao động, xu hướng chung của thế giới là
tăng vận tốc chuyển động trung bình của xe. Khi tăng vận tốc chuyển động
kéo theo hàng loạt vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, trong đó có việc hồn thiện
hệ thống lái để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, đặc biệt khi hoạt động
trên đường lâm nghiệp có nhiều đèo dốc và cua gấp.
Trong thực tế hầu hết các loại ô tô chuyển động trên đường lâm nghiệp
đều chưa có trợ lực lái. Hệ thống lái này làm cho người điều khiển xe rất vất
vả, mất nhiều sức lực để lái được xe, trong khi xe hoạt động trên đường lâm
nghiệp có nhiều đèo dốc và cua gấp. Do đó hệ thống lái cần phải làm việc tin
cậy với độ chính xác cao.
Để làm cơ sở cho việc khảo sát cơ cấu lái ô tô VINAXUKI khi sử dụng
các loại xe tải vào việc vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp, tôi
tiến hành đề tài: “Nghiên cứu động học, động lực học và độ bền hệ thống
lái trên xe VINAXUKI”
* Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Mô phỏng động hệ thống lái của xe VINAXUKI và phân tích được ứng suất,
biến dạng một số chi tiết chính của hệ thống lái trên ô tô VINAXUKI.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc hoàn thiện hơn của hệ
thống lái trên ô tô VINAXUKI khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm
nghiệp.
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái của ơ tơ
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học
công nghệ khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ phận điều khiển
tinh vi, các rô bốt công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành chế
tạo ơ tơ đang có những bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều
khiển, khoa học mơ phỏng, vật liệu mới.
Ơtơ ngày nay được sử dụng ở tốc độ ngày càng cao, sử dụng trong mọi
lĩnh vực vận chuyển con người, hàng hóa trên các tuyến đường khác nhau
như: đường quốc lộ, đường lâm nghiệp.....Vì vậy vấn đề động học, động lực
học càng được các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại
các nước có ngành cơng nghiệp ơ tơ hồn chỉnh như Mỹ, Tây Âu và Nhật bản
đầu tư nghiên cứu. Trong cấu tạo ô tô, hai hệ thống được coi là quan trọng
nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái (HTL) và hệ thống phanh
(HTP).
Trong những năm gần đây đã có hàng trăm các cơng trình khoa học
cơng nghệ được cơng bố nhằm hồn thiện hệ thống lái, các cơng trình chủ yếu
tập trung trong lĩnh vực động học và động lực học của hệ thống lái nhằm tăng
tính cơ động và hồn thiện tính điều khiển của hệ thống lái. Tác giả Samkar
Moham, người Mỹ gần đây đã cơng bố trong cơng trình loại xe 4 bánh. Nhiều
nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển cho các
loại xe có hệ thống lái. Những trung tâm khoa học lớn như ở Mỹ, Tây Âu và
Nhật bản hiện đang có nhiều nỗ lực nghiên cứu về vấn đề tự động điều khiển
hệ thống lái, đó là những cơng trình nghiên cứu lớn với sự nỗ lực của hàng
trăm nhà khoa học hàng đầu thế giới. Hãng VINAXUKI cũng đã trình diễn
3
loại xe với hệ thống lái tự động, trong tương lai sẽ được ứng dụng để sử dụng
trên các đường thơng minh. Để tăng tính điều khiển và tiện nghi cho việc
hồn thiện hệ thống lái tự đơng, các nhà khoa học cũng đã đi sâu vào việc chế
tạo các bộ cường hóa tích cực PPS ( Progressive Power Steering) để đảm bảo
cảm giác của người lái với mặt đường, tăng tính điều khiển của hệ thống lái
khi xe chạy ở tốc độ cao, đặc biệt là các xe thế hệ mới được sử dụng ở tốc độ
cao hơn 100km/h.
Những nhà công nghệ cũng luôn tiến tới những kết cấu mới cho hệ
thống lái như việc phát triển các cơ cấu điều khiển góc đặt trục lái và vơ lăng
TS (Tilt Steering), cùng với ghế ngồi người lái có thể điều chỉnh theo 3 chiều
nhằm bố trí vị trí người điều khiển một cách thuận tiện nhất. Xu thế chung
của các trung tâm công nghiệp ôtô lớn trên thế giới là nghiên cứu hệ thống lái
tích cực nhằm sử dụng các thành tựu về điện, điện tử ứng dụng, các thành tựu
về tin học để kiểm sốt các tính năng của hệ thống lái và đảm bảo các chế độ
hoạt động của chúng ở chế độ tối ưu. Như vậy có thể thấy rằng hệ thống lái
với chức năng đảm bảo tính dẫn hướng đang được các nhà khoa học hàng đầu
thế giới tập trung nghiên cứu với nhiều nỗ lực lớn. Các nhà nghiên cứu đã tập
trung vào các nội dung sau:
Nghiên cứu động học hệ thống lái thông qua mối tương quan hình học
các khâu độc lập từ đó xác định sự thay đổi động học các khâu, kết luận khả
năng sử dụng của hệ thống lái trên xe.
Xác định lực tác dụng lên vành tay lái để tính tốn kết luận khả năng sử
dụng đối với từng hệ thống lái.
Xây dựng các mơ hình động học hệ thống lái trong những giả thuyết cơ
học cho sát với điều khiển thực tế từ đó nghiên cứu tính năng điều khiển ơtơ.
Sau đây là một số cơng trình tiêu biểu nhất: Cơng trình của giáo sư
B.Ø.Pouonob và M.Øuttepman [27] vào năm 1980 sử dụng hai phương pháp
4
đồ thị và phương pháp đại số để nghiên cứu xác định động học hệ thống lái.
Giáo sư đã sử dụng các thơng số hình học chọn lựa của hệ thống lái và hệ treo
phía trước cần phải phù hợp trong quan hệ với sự biến đổi của góc nghiêng
dọc của trục đứng, của góc nghiêng ngồi của bánh xe, của góc chụm bánh
xe, và độ chuyển dịch ngang của điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường khỏi vị
trí thiết kế tùy theo vị trí bánh xe trên chiều cao đối với phần treo của ôtô,
cũng như trong quan hệ phụ thuộc vào góc quay bánh xe ngồi đối với góc
quay bánh xe trong. Ngồi ra cịn phải tính đến cả góc nghiêng ngang của trục
đứng, nó có ý nghĩa đáng kể đối với độ ổn định chuyển động của ơtơ, vì sự
thay đổi của nó tương ứng gần chính xác với sự thay đổi góc nghiêng ngồi
của bánh xe. Những sự phụ thuộc này được xác định bằng phương pháp đồ thị
hoặc phương pháp giải tích. Phương pháp đồ thị rõ ràng, trực quan, nhưng rất
tốn công sức và do đó độ chính xác của kết quả thu được phụ thuộc vào sự
cẩn thận khi thực hiện và các thiết bị vẽ hiện có. Vì vậy phương pháp đồ thị
chỉ dùng trong các sơ đồ động học đơn giản và xác định những phụ thuộc
riêng lẻ. Phương pháp giải tích được sử dụng đặc biệt hợp lý khi có khả năng
dùng máy tính. Cả trong những trường hợp phức tạp nhất sau khi đã đưa ra
được những sự phụ thuộc giải tích cần thiết, phương pháp này cho ta khả năng
lập chương trình cho máy tính và sẽ thu được lời giải điển hình cho một vị trí
và dễ dàng thực hiện các tính tốn như vậy cho các vị trí tiếp theo của bánh
xe, cho một hoặc một số giá trị của các thơng số hình học. Cơng trình khoa
học của giáo sư Lưxốp [28] vào năm 1972 đã sử dụng phương pháp thực
nghiệm để nghiên cứu xác định động học, động lực học hệ thống lái. Giáo sư
đã sử dụng các thiết bị thí nghiệm xác định trên một số hệ thống lái cụ thể để
đánh giá các thông số hệ thống lái như bộ chạy nhẹ của cơ cấu lái gồm có lực
trên tay lái, lực trên các phần tử dẫn động lái, xác định ma sát và hệ số hiệu
dụng, xác định cơ cấu lái về độ mòn và độ bền mỏi, v. v . ...
5
Trong vùng Asean với bốn nước có nghành cơng nghiệp lắp ráp ơ tơ ở
trình độ cao như Thái Lan, Indonesia. Philippin và Malayxia có lịch sử lắp ráp
ơtơ khoảng 50 năm, hàng năm sản xuất khoảng vài trăm ngàn ôtô mỗi nước.
Tiếp tục công nghệ tiên tiến là việc ứng dụng trong q trình nội địa hóa sản
phẩm ở các nước này, tuy nhiên cũng ở mức độ nghiên cứu ứng dụng.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước:
An tồn giao thông luôn là vấn đề xã hội của mỗi quốc gia, đặc biệt ở
Việt Nam, đường sá chật hẹp, dân số đơng đúc, trình độ dân trí chưa cao, số
lượng xe cũ và xe cải tạo còn nhiều nên an tồn giao thơng thường là vấn đề
được quan tâm nhất. Khơng chỉ mất an tồn khi xe ơ tơ tham gia giao thơng
mà cịn mất an tồn cho người và hàng hóa khi vận chuyển trên cả đường lâm
nghiệp có nhiều đèo dốc và cua gấp thì chất lượng xe đặc biệt là hệ thống lái
có một vị trí quan trọng trong sử dụng. Theo số liệu thống kê, hiện nay ở
nước ta có hơn 11 liên doanh với nước ngồi để lắp ráp ơtơ tiêu thụ chủ yếu ở
thị trường trong nước. Số lượng xe đã bán ra trên thị trương Việt Nam năm
nay 1997 là 5950 xe, năm 1998: 5517, năm 1999: 6984 và đến 10/2000 là
9525 xe các loại (nguồn từ Hội chế tạo ôtô Việt Nam). Bên cạnh đó chính
sách nội địa hóa ngày càng được thực hiện chặt chẽ hơn. Theo quy định, các
liên doanh sau 5 năm phải thực hiện được tới 30% nội địa hóa chi tiết cộng
với cho phép nhập các xe cũ từ nước ngồi thì việc xác định chất lượng là một
công việc hết sức cần thiết và cấp bách trong giai đoạn hiện nay. Việc xác
định chất lượng không chỉ là nhiệm vụ đơn thuần của các nhà sản xuất theo
hướng thương mại mà cần thiết phải là nhiệm vụ của ngành công nghiệp ôtô
của chúng ta.
Trong công tác nghiên cứu, những năm gần đây cũng đã có một số cán
bộ khoa học công nghệ đi sâu nghiên cứu các hệ thống ôtô đặc biệt là hệ
thống lái và hệ thống phanh. Nhóm các cán bộ nghiên cứu của các trường Đại
6
học cũng đã có nhiều nỗ lực ứng dụng các phần mềm chuyển động như
Alaska 2.3, Sap90, Simulink .... trong q trình nghiên cứu ơtơ. Ở Việt Nam
chúng ta đang ở giai đọan xây dựng nền công nghệp ôtô ở giai đoạn lắp ráp và
tiến hành chương trình nội địa hóa các cụm chi tiết và phụ tùng ơtơ xe máy.
GSTSKH Đỗ Sanh [19] cũng lãnh đạo một nhóm nghiên cứu về động học,
động lực học trong đó có một phần nghiên cứu về động học quay vòng xe ở
tốc độ cao. TS Nguyễn Khắc Trai [23] trong luận án của mình cũng nghiên
cứu sâu về thuyết quay vịng. Thạc sĩ Nguyễn Xuân Châu [4] đã bảo vệ thành
công luận án Thạc sĩ với đề tài cơ cấu lái đặc biệt cho người tàn tật. TS
Nguyễn Xuân Thiện cùng nhà NCS Lê Hồng Quân [22] trong khuôn khổ đề
tài nhà nước KHCN-05-09 đã thử nghiệm thành công bộ trợ lực lái thủy lực
do Việt Nam chế tạo áp dụng cho xe xích T55. Học viện kỹ thuật Qn sự nhóm nghiên cứu về động học chuyển động xe trên đường quân sự với nhiều
nỗ lực trong nghiên cứu hệ thống điều khiển.
Trong luận án tiến sỹ của Nguyễn Thanh Quang [17] cũng đã nghiên cứu
động học, động lực học và độ bền hệ thống lái trên xe Mekong. Tuy vậy cho
tới nay cũng chưa có một đề tài nghiên cứu hoàn chỉnh về động học, động lực
học và độ bền hệ thống lái của ô tô VINAXUKI.
1.2. Tổng quan về tình hình sử dụng ơ tơ VINAXUKI.
Trong điề u kiêṇ giao thông Viê ̣t Nam hiện nay còn nhiề u khó khăn, hệ
thống đường sá chật hẹp, mặt đường còn nhiều mấp mô..... Thì sự ra đời của
các hãng xe như: ISUZU, HOA MAI, DONGFONG, VINAXUKI.....đã góp
phần đáp ứng được điều kiện trên. Để phục vụ cho việc đi lại, vận chuyển
hàng hóa cho con người. Các hãng xe trên khơng chỉ phục vụ cho các ngành
kinh tế mà cịn phục vụ cho vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Hiện nay một trong những hãng xe đang được thị trường sử dụng đó là
xe VINAXUKI Việt Nam do cơng ty Xuân Kiên lắp ráp được sử dụng rất
7
nhiều trong vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp. Theo số liệu thống kê của
công ty lắp ráp ô tô VINAXUKI năm 2011 thì số lượng xe ơ tơ tải dùng để
phục vụ cho những ngành kinh tế là 70 % còn 30 % là phục vụ cho vận
chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Các ô tô sử dụng trong lâm nghiệp thường làm việc trong điều kiện
khơng có đường hoặc trên tuyến đường lâm nghiệp có độ mấp mơ mặt đường
lớn, nghĩa là hoạt động trong điều kiện không thuận lợi. Do điều kiện làm
việc khơng tốt nên nó sẽ ảnh hưởng xấu đến một số bộ phận của ô tơ như: Hệ
thống phanh, hệ thống lái...... Vì vậy nghiên cứu động học, động lực học và
độ bền hệ thống lái của ô tô VINAXUKI là vấn đề cần thiết nhằm bảo đảm
điều kiện an toàn, cải thiện điều làm việc cho người điều khiển.
1.3. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu động học, động lực học
và độ bền.
Hiện nay, việc mơ hình hóa trên máy tính các kết cấu, chi tiết cơ
khí,...đang là một nhu cầu ngày càng tăng trong các lĩnh vực sản xuất cũng
như trong công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học. Nhiều phần mềm nổi
tiếng đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu này. Tuy nhiên mỗi phần mềm đều có
những mặt mạnh riêng cũng như có những hạn chế. Do đó nhiệm vụ của nhà
thiết kế là phải biết rõ và vận dụng được các ưu điểm của một phần mềm vào
trong cơng việc của mình.
Phần mềm AutoCAD
Phần mềm AutoCAD là một trong những phần mềm phổ biến và được
nhiều người sử dụng trong các phần mềm trợ giúp thiết kế CAD [15]. Phần
mềm AutoCAD là phần mềm dùng thực hiện các bản vẽ kỹ thuật trong các
ngành: Xây dựng, cơ khí, kiến trúc, điện, bản đồ....AutoCAD là công cụ hỗ
trợ đắc lực cho các cán bộ kỹ thuật,kiến trúc sư,kỹ thuật viên,cơng nhân kỹ
thuật,họa viên,...hồn thành các sản phẩm thiết kế của mình.
8
Sử dụng phần mềm AutoCAD chúng ta có thể vẽ thiết kế các bản vẽ
hai chiều 2D, thiết kế mô hình ba chiều 3D, tơ bóng các vật thể. Phần mềm
này có đặc điểm nổi bật là: Chính xác, năng suất cao nhờ các lệnh sao chép
(thực hiện bản vẽ nhanh), dễ dàng trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác.
AutoCAD là một trong những phần mềm thiết kế sử dụng cho máy
tính cá nhân. Đây là một trong các phần mềm có tính chính xác cao, lưu trữ
liệu chính xác. Sử dụng AutoCAD trao đổi dữ liệu bản vẽ với các đồng
nghiệp, khách hàng...Phần mềm AutoCAD tương thích với các phần cứng và
phần mềm phổ biến trên thị trường. Sự nghiệp phát triển của phần mềm gắn
với sự phát triển nhanh chóng của ngành cơng nghiệp thơng tin.
Phần mềm Autodesk Inventor
Phần mềm Autodesk Inventor đã thể hiện được các mặt mạnh của
một phần mềm CAD từ lĩnh vực mơ hình hóa 3D đến việc xây dựng các bản
vẽ kỹ thuật.
Autodesk Inventor là một hệ thống thiết kế cơ khí 3D được xây dựng
với cơng nghệ thích nghi (adaptive technology) cùng với các khả năng mơ
hình hóa khối rắn. Autodesk Inventor cung cấp các công cụ cần thiết để thực
hiện các dự án thiết kế, từ việc vẽ phác ban đầu cho đến việc hình thành các
bản vẽ kỹ thuật cuối cùng.
Phần mềm Autodesk Inventor gồm các công cụ tạo mơ hình 3D, quản
lý thơng tin, làm việc nhóm và các hỗ trợ kỹ thuật. Với Autodesk Inventor, ta
có thể: Tạo các mơ hình 3D và các bản vẽ 2D, tạo các chi tiết thích nghi, các
chi tiết và các bản vẽ lắp nhóm,quản lý hàng ngàn các chi tiết và các mơ hình
lắp ghép lớn, sử dụng các ứng dụng thir-party với các chương trình dao diện
API (Application Program Interface), sử dụng VBA để truy cập Autodesk
Inventor API. Tạo các chương trình thực hiện các chức năng có tính lặp. Từ
thực đơn Help, chọn program Help, nhận các file SAT, STEP, AutoCAD,
9
Autodesk Inventor sang AutoCAD, Autodesk Mechanical Desktop và các file
IGES. Làm việc với nhiều thành viên thiết kế trong quá trình xây dựng mơ
hình. Liên kết với các cơng cụ Wed để truy cập các nguồn tài nguyên công
nghiệp, dùng chung dữ liệu với các cộng sự; Autodesk Inventor là một cơng
cụ mơ hình hóa các khối rắn dựa trên các đối tượng. Từ đó các nhà thiết kế có
thể tạo các mơ hình cơ khí 3D.
Phần mềm Solidworks
Trong nhóm các phần mềm tự động hóa thiết kế 3D (trong không
gian 3 chiều) phổ biến, phần mềm Solidworks đã và đang khẳng định vị trí
vững chắc dẫn đầu thế giới cho phép người sử dụng xây dựng mơ hình 3D
cho các chi tiết, lắp ghép chúng thành một sản phẩm hồn chỉnh, kiểm tra
động học, cung cấp thơng tin về vật liệu,...Hơn thế nữa tính mở và tính
thương tích của Solidworks cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng
khác chạy trực tiếp trên mơi trường của nó, Solidworks cũng có thể kết xuất
ra các file dữ liệu mặc định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác
trong mơi trường mơ hình trong mơi trường các phần mềm tương thích khác.
Ví dụ: Các phần mềm phân tích ANSYS, MSC, ... có thể kiểm tra mơ hình về
phương diện ứng suất, biến dạng, nhiệt, xác định tần số dao động riêng, mơ
phỏng tương tác của dịng chảy khí (hoặc chất lỏng) với mơ hình. Các phần
mềm COSNOS, ADAMS,... có thể kiểm tra các thông số động học hay động
lực học của mơ hình, các phần mềm Z-Casting, Pro-Casting,... có thể mơ
phỏng q trình đúc sản phẩm. Đây là phần mềm thể hiện tư duy thiết kế và
công nghệ lập trình mới.
Solidworks là một cơng cụ đắc lực cho việc thiết kế tự động các vật thể
3 chiều (3D), giúp cho các kỹ sư tự thể hiện các ý tưởng sáng tạo của mình
trong thiết kế một cách trực quan tối đa ngay trên chi tiết 3D mà lúc đầu
không quan tâm đến kích thước cụ thể của chi tiết, nhanh chóng thể hiện chi
10
tiết đã thiết kế thành bản vẽ kỹ thuật truyền thống (2D), thiết kế tạo khuôn,
tạo mẫu cho lĩnh vực đúc một cách nhanh chóng từ các chi tiết đã được thiết
kế.
Sau khi dựng được mơ hình 3D và gán vật liệu cho các khối lượng ta
tiến hành lắp ghép chúng lại với nhau theo đúng chiều thiết kế. Trong
Solidworks, việc lắp ghép các chi tiết được thực hiện một cách dễ dàng nhờ
lệnh Mate với đầy đủ các ràng buộc song song (Parallel), vng góc
(Perpendicularr), tiếp xúc (Tangent), đồng tâm (Concentric), khỏang cách
(Distance), góc (Angle), trùng hợp (Coincident).
Phần mềm Adams.
Adams (Automatic Dynamic Analysis ò Mechanical System) là phần
mềm chuyên dùng trong công việc mô phỏng động lực học cơ hệ nhiều vật.
Đặc biệt Adams được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực động lực học xe máy,
va chạm, người máy, cơng nghệ vũ trụ....Chương trình này giúp người sử
dụng giải quyết các vấn đề nghiên cứu khoa học của mình mà khơng cần biết
sâu về các thuật tốn sử dụng trong Adams. Adams sẽ chuyển dữ liệu từ các
file này vào các file dữ liệu chuẩn trong Adams. Ý nghĩa của việc nhập các
mơ hình cần mơ phỏng rất phức tạp, vì thế nếu xây dựng trực tiếp chúng trong
Adams thì sẽ rất mất nhiều thời gian vì đây không phải là phần mềm chuyên
về Cad. Do vậy đối với các mơ hình phức tạp thường được xây dựng trên các
phần mềm chuyên dùng về Cad như Catia, ProEngineer,....Sau khi xây dựng
xong, mơ hình này được xuất ra các file có một trong các định dạng trên
(Prasolid, igbs, step hoặc dxf/dwg) và được nhập vào Adams để tiến hành các
bước tiếp theo. Thư viện rộng lớn về các khối nối và ràng buộc có sẵn trong
Adams cho phép người sử dụng tạo được các khớp nối động học của cơ hệ.
Khi mơ hình đã thiết lập xong, Adams kiểm tra mơ hình và chạy mơ hình và
chạy mơ phỏng bằng cách giải các phương trình động lực học.
11
Kết luận chương 1
Qua tìm hiểu về hệ thống lái trên xe ô tô VINAXUKI cho thấy: Ở các
nước trên thế giới cũng như ở nước ta hiện nay hầu hết trên các loại ô tô hiện
đại đã trang bị hệ thống lái trợ lực thuỷ lực. Hệ thống lái này làm cho người
điều khiển không cần lực lớn lắm.
Trong thực tế hầu hết các loại ô tô chuyển động trên đường lâm nghiệp
đều chưa có trợ lực lái. Hệ thống lái này làm cho người điều khiển xe rất vất
vả, mất nhiều sức lực để lái được xe, trong khi xe hoạt động trên đường lâm
nghiệp có nhiều đèo dốc và cua gấp. Do đó hệ thống lái cần phải làm việc tin
cậy với độ chính xác cao.
Thực tế đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về hệ thống lái, song
phần lớn những cơng trình nghiên cứu tập trung vào các nước có nền cơng
nghiệp tiên tiến. Ở nước ta cung đã có đề tài của tiến sỹ Nguyễn Thanh Quang
đã nghiên cứu hệ thống lái trên xe Mekong. Tuy nhiên để làm cơ sở cho việc
đánh giá độ bền và phục vụ hơn cho việc hoàn thiện thêm về kết cấu của hệ
thống lái khi sử dụng các loại xe tải vào việc vận chuyển gỗ rừng trồng trên
đường lâm nghiệp, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu động học, động lực học
và độ bền hệ thống lái trên xe VINAXUKI”
12
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu
Nghiên cứu động học, động lực học và độ bền cơ cấu lái ô tô
VINAXUKI làm căn cứ cho việc sửa chữa, hoàn thiện kết cấu hệ thống lái
trên xe VINAXUKI khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe ô tô VINAXUKI khi vận chuyển
gỗ trên đường lâm nghiệp.
Ơ tơ VINAXUKI (hình 2.1) là loại xe có một cầu chủ động, có tính
năng cơ động cao, sử dụng để vận chuyển hàng hóa trên các loại đường sá
trong điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh tới 40º C. Hiện nay xe ô tô
VINAXUKI được dùng nhiều trong các ngành kinh tế nói chung và trong lâm
nghiệp nói riêng.
Hình 2.1: Xe tải VINAXUKI loại 1240 kg
13
Các thông số cơ bản của xe ô tô VINAXUKI cho ở (bảng 2.1).
Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật xe ô tô VINAXUKI.
Tên gọi
Trị sô
Loại phương tiện
Ô tô tải
Nhãn hiệu
VINAXUKI
Loại động cơ
SD485ZL2 TURBO - INTERCOOLER
Dung tích xi lanh (cc)
2156
Hệ thống truyền động
Cầu sau chủ động
Hộp số
5 số tiến 1 số lùi
Cơng suất (kw/rpm)
42/3200
Loại nhiên liệu
Diesel
Hệ thống lái
Khơng có trợ lực
Phanh chính
Thủy lực trợ lực chân khơng
Cỡ lốp
600-15
Chiều dài tổng thể (mm)
4950
Chiều rộng tổng thể (mm)
1830
Chiều cao tổng thể (mm)
2090
Chiều dài thùng hàng (mm)
3250
Chiều rộng thùng hàng (mm)
1680
Vệt bánh trước (mm)
1400
Vệt bánh sau (mm)
1410
Trọng lượng tồn bộ (kg)
3125
Trọng lượng khơng tải (kg)
1690
Tải trọng định mức cả người (kg)
1240
14
Do điều kiện làm việc của xe ô tô VINAXUKI khi hoạt động trên
đường lâm nghiệp có nhiều đèo dốc và cua gấp cho nên hệ thống phanh và hệ
thống lái cần phải làm việc tin cậy với độ chính xác cao.
Kết cấu hệ thống lái ơ tơ tải nói chung và ơ tơ VINAXUKI nói riêng
cho ở (hình 2.2)
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống lái ô tô tải.
1. Vành tay lái
5. Đòn quay đứng
9,12. Tay đòn
2. Trục lái
6. Thanh kéo dọc
10. Thanh kéo ngang
3. Trục vít
7. Địn ngang
11. Dầm cầu trước
4. Bánh vít
8. Chốt chuyển hướng
13. Cam quay
14. Trục bánh vít
Muốn xe chuyển động người lái xe tác động lên vành tay lái một lực để
cho vành tay lái quay sang trái hoặc sang phải lúc này sẽ được truyền chuyển
động xuống trục số 2.
15
Trục lái số 2 là trục rỗng hai đầu có then hoa và ren để bắt ê cu lắp với
trục vít 3 đầu cịn lại được gia cơng để lắp vành tay lái.
Mơ men quay được truyền từ trục vít 3 đến bánh vít 4 nhờ ăn khớp trục
vít bánh vít làm xoay trục bánh vít 14, địn quay đứng 5 lắc về phía trước hoặc
sau, thanh kéo dọc 6 chuyển động về phía trước hoặc sau, địn ngang 7 cùng
bánh dẫn hướng chuyển động xoay về hai phía.
Giữa bánh xe bên trái và bên phải liên kết với nhau bằng cơ cấu hình
thang lái, đảm bảo quan hệ động học của cơ cấu lái.
cot g cot g
OD OC B
L
L
Ở đây: L – Khoảng cách giữa hai cầu ô tô hay là chiều dài cơ sở của ô tô.
B - Khoảng cách giữa tâm của các ngỗng quay
2.3. Phạm vi nghiên cứu
- Dùng Solidworks 2010 để xây dựng mơ hình 3D các chi tiết của cơ
cấu lái.
- Dùng Cosmos Motion để mô phỏng động hệ thống lái trên xe ô tô
VINAXUKI.
- Dùng COSMOS XPRESS ANALYSIS WIZARD để khảo sát ứng
suất, biến dạng 1 số chi tiết chính của hệ thống lái.
2.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Xây dựng mơ hình 3D của 1 số chi tiết chính của hệ thống lái bằng
phần mềm Solidworks, mơ phỏng động hệ thống lái trên xe ô tô VINAXUKI
bằng Cosmos Motion.
Tôi sử dụng phần mềm Solidworks 10 tạo các biên dạng 2D sau đó bằng
các lệnh như: Extrude, Cut Extrude, Champer, Fillet, hole...... để xây dựng
mơ hình 3D của các chi tiết trong cơ cấu lái. Sau khi đã vẽ được các chi tiết
tôi tiến hành lắp ráp và mô phỏng động hệ thống lái xe ô tô VINAXUKI.
