Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường...

Tài liệu Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên mặt đường

.PDF
168
264
58

Mô tả:

BỘ GIÁO ĐÀO TẠO LỜIDỤC CAMVÀ ĐOAN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------- Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi. Các phương pháp, số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 PHAN TUẤN KIỆT Tác giả NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA ĐOÀN XE LÊN MẶT ĐƯỜNG Nguyễn Ngọc Tú LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN TUẤN KIỆT NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA ĐOÀN XE LÊN MẶT ĐƯỜNG Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS VÕ VĂN HƯỜNG 2. PGS.TS NGUYỄN PHÚ HÙNG Hà Nội – 2018 ii i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Võ Văn Hường và PGS.TS Nguyễn Phú Hùng. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được các tác giả khác công bố. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn khoa học 1 Người hướng dẫn khoa học 2 Tác giả PGS.TS. Võ Văn Hường PGS.TS. Nguyễn Phú Hùng Phan Tuấn Kiệt ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Võ Văn Hường và PGS.TS. Nguyễn Phú Hùng đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn các Thầy, Cô Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu và Khoa Cơ Khí Động lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long đã tạo điều kiện để luận án được hoàn thành. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Chuyên gia ngành Động lực đã đóng góp các ý kiến quý báu để luận án được hoàn thiện. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Phan Tuấn Kiệt iii MỤC LỤC Lời cam đoan ............................................................................................................................ i Lời cảm ơn ............................................................................................................................... ii Mục lục ...................................................................................................................................iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ..................................................................................... vi Danh mục các hình vẽ và đồ thị ............................................................................................. x Danh mục bảng biểu .............................................................................................................. xiv Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................................... 1 Mục đích của luận án ............................................................................................................... 1 Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................................. 1 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................................... 2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................................. 2 Các kết quả đã đạt được của Luận án ...................................................................................... 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................................. 3 Điểm mới của luận án .............................................................................................................. 3 Cấu trúc của luận án ................................................................................................................ 4 Chương 1 ................................................................................................................................. 5 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG Ô TÔ ........................................................ 5 1.1 Tổng quan về tải trọng đoàn xe sơ-mi rơ moóc ............................................................. 5 1.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động.............................................................................. 9 1.2.1 Tình hình nghiên cứu tải trọng ĐXSMRM trên thế giới ......................................... 9 1.2.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động ở Việt Nam .................................................. 14 1.2.3 Tiêu chuẩn đánh giá ............................................................................................... 19 1.3 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp, nội dung và phạm vi nghiên cứu .......................... 20 1.3.1 Mục tiêu.................................................................................................................. 20 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................. 21 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 21 1.3.4 Nội dung và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 21 Chương 2. MÔ HÌNH ĐOÀN XE SƠ-MI RƠMOÓC XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG.... 23 2.2 Phương pháp lập mô hình toán ..................................................................................... 25 2.3 Định nghĩa hệ tọa độ cho đoàn xe SMRM.................................................................... 25 2.4 Lực và mômen tác dụng lên đoàn xe SMRM ............................................................... 30 iv 2.5 Phương trình động lực học đoàn xe SMRM ................................................................. 33 2.5.1 Phương trình dao động khối lượng được treo xe đầu kéo ...................................... 33 2.5.2 Phương trình dao động khối lượng được treo SMRM ........................................... 36 2.5.5 Phương trình chuyển động quay các bánh xe......................................................... 39 2.6 Xác định các lực và mômen liên kết ............................................................................. 42 2.6.1 Lực liên kết của hệ thống treo ................................................................................ 43 2.6.2 Tính lực liên kết lốp-đường tại tâm vết tiếp xúc bánh xe ...................................... 47 2.7 Cấu trúc mô hình ĐXSMRM ........................................................................................ 52 2.8 Kết luận chương 2 ......................................................................................................... 53 Chương 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐXSMRM XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG XUỐNG ĐƯỜNG ....................................................................................... 54 3.1. Định nghĩa thông số đầu vào ................................................................................... 55 3.1.1 Thông số từ mặt đường .......................................................................................... 55 3.1.2 Xác định vận tốc tương đương ............................................................................... 57 3.1.3 Điều kiện đầu của các tọa độ suy rộng ................................................................... 58 3.1.4 Thông số cấu trúc ................................................................................................... 58 3.1.5 Thông số đánh giá .................................................................................................. 63 3.2 Nội dung khảo sát ......................................................................................................... 64 3.3 Kết quả khảo sát ............................................................................................................ 65 3.3.1 Phương pháp xác định giá trị cực đại của các tham số khảo sát ............................ 65 3.3.2 Kết quả khảo sát với 04 loại đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 .............................. 66 3.3 Kết luận chương 3 ......................................................................................................... 82 Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................................................ 84 4.1 Mục tiêu thí nghiệm ...................................................................................................... 84 4.2 Đối tượng thí nghiệm .................................................................................................... 84 4.3 Sơ đồ thí nghiệm ........................................................................................................... 85 4.4 Thiết bị thí nghiệm ........................................................................................................ 88 4.4.1 Cảm biến ................................................................................................................ 88 4.4.1.1 Cảm biến đo gia tốc theo phương x, y, z - MMA7361L ................................. 88 4.4.1.2 Cảm biến đo khoảng cách siêu âm Ultrasonic US-015 ................................... 88 4.4.1.3 Cảm biến đo vận tốc dài của xe ....................................................................... 89 4.4.1.4 Card chuyển đổi tín hiệu Arduino UNO R3 .................................................... 90 4.4.1.5 Bộ xử lý NI USB – 6210 ................................................................................. 91 4.5 Quy trình thí nghiệm ..................................................................................................... 94 v 4.6. So sánh kết quả ............................................................................................................ 95 4.7. Tính sai số theo Pearson ............................................................................................. 100 4.8. Xác định tải trọng gián tiếp......................................................................................... 101 4.9 Kết luận chương 4 ........................................................................................................ 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................................. 114 Phụ lục 1 .................................................................................................................................. 1 Phụ lục 2 ................................................................................................................................. 13 Phụ lục 3 ................................................................................................................................. 30 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa MBS Hệ nhiều vật MBS (Multi Body System) XĐK Xe đầu kéo Sơmi rơ moóc SMRM ĐXSMRM Đoàn xe sơmi rơ moóc G(OXYZ) Hệ tọa độ cố định Hệ tọa độ vật, hệ tọa độ con B(Cxyz) Chỉ số bánh xe thứ i (cầu) và trái (j=1) / phải (j=2) ij i=1(1)5 Chỉ số các cầu j=1 Chỉ số bánh xe bên trái j=2 Chỉ số bánh xe bên phải l1 m Khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến cầu 1 l2 m Khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến cầu 2 l3 m Khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến tâm cầu 3 l23 m Khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến tâm cầu 2 và 3 l4 m Khoảng cách từ trọng tâm rơmoóc đến cầu 4 l5 m Khoảng cách từ trọng tâm rơmoóc đến cầu 5 hC1 m Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm xe kéo hC2 m Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm rơ moóc hk1 m Chiều cao từ mặt đường đến tâm khớp yên ngựa hwx1, 2 m Chiều cao tâm khí động theo phương x 2bi m Chiều rộng cơ sở của cầu thứ i, i=1(1)5 vii 2wi m Khoảng cách hai hệ thống treo cầu thứ i c m Chiều dài thanh cân bằng dọc của hệ thống treo lk1 m Khoảng cách trọng tâm xe kéo đến khớp yên ngựa lk2 m Khoảng cách trọng tâm rơmoóc đến khớp yên ngựa rdij m Bán kính động của lốp thứ ij; rdij  r0ij  (hij  ij ) (i=1(1)5, j=1(1)2) Bán kính tĩnh của lốp thứ ij; r0ij  rij  f ij (i=1(1)5, t r0ij m j=1(1)2) rij m x, y max Bán kính thiết kế của lốp thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) Hệ số bám dọc, ngang lớn nhất của bánh xe mC1 kg Khối lượng được treo xe kéo mC2 kg Khối lượng được treo bán moóc mAi kg Khối lượng không được treo cầu i (i= 1(1)5) β Ai Deg/rad C1, C1, C1 deg, deg/s, C2 , C2 , C2 deg, deg/s, C1,C1,C1 deg, deg/s, C2 ,C2 ,C 2 deg, deg/s, ij ,ij ,ij deg, deg/s, deg/s2 j=1(1)2) ξ Ai ,ξ Ai ,ξ Ai m, m/s, Chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng tâm khối lượng không ξ Aij ,ξ Aij ,ξ Aij m, m/s, deg/s2 deg/s2 deg/s2 deg/s2 m/s2 m/s2 Góc lắc ngang của cầu thứ i (i= 1(1)5) Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang của xe kéo Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang của xe rơ moóc Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc của xe kéo Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc của xe rơ moóc Góc, vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe thứ ij (i=1(1)5, được treo cầu i (i = 1(1)5) Chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng tâm khối lượng bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) viii zij , zij m, m/s ij , ij m, m/s x C1,x C1 ,x C1 x C2 ,x C2 ,x C2 zC1,z C1 ,zC1 zC2 ,z C2 ,zC2 m, m/s, m/s2 m, m/s, m/s2 m, m/s, m/s2 m, m/s, m/s2 Chuyển vị, vận tốc điểm trên hệ thống treo thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) Chuyển vị, vận tốc điểm dưới hệ thống treo thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương dọc của khối lượng được treo xe kéo Chuyển vị, vận tốc, gia tốc dọc của khối lượng được treo rơ moóc Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng của khối lượng được treo xe kéo Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng của khối lượng được treo rơ moóc Độ võng động (hành trình trả) của hệ thống treo (i=1(1)5, f dijt m f dijn m Cij N/m Kij N/(m/s) CLij N/m Độ cứng hướng kính lốp thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) KLij N/(m/s) Hệ số cản hướng kính lốp thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) JxC1 kgm2 Mô men quán tính trục x của phần được treo xe kéo JxC2 kgm2 Mô men quán tính trục x của phần được treo bán moóc JAxi kgm2 JAyij kgm2 MAij Nm Mô men chủ động bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) MBij Nm Mô men phanh bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) Mij Nm j=1(1)2) Độ võng động (hành trình nén) của hệ thống treo (i=1(1)5, j=1(1)2) Độ cứng hệ thống treo (i=1(1)5, j=1(1)2) Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo ij (i=1(1)5, j=1(1)2) Mô men quán tính trục x của khối lượng không được treo cầu i (i=1(1)5) Mô men quán tính trục y bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) Mô men quay bánh xe thứ ij quanh trục y (i=1(1)5, j=1(1)2) ix Mô men thanh ổn định ngang cầu i (i=1(1)5) MTi Nm Fwx N Lực cản không khí phương x Fxij N Lực dọc bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) Fzij N Phản lực bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) FGij N Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) FCij N Lực đàn hồi hệ thống treo thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) FKij N Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) FCLij N Lực đàn hồi lốp bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) FKLij N Lực cản giảm chấn lốp bánh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2) kdij Hệ số tải trọng động bánh ij IM Hệ số xung kích w Hệ số áp lực đường R Hệ số tương quan x DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tác động tương hỗ lốp-đường ................................................................................ 5 Hình 1.2 Tương tác lốp-đường .............................................................................................. 6 Hình 1.3 Các dạng đoàn xe trên thế giới .............................................................................. 9 Hình 1.4 Đo phản lực lực tiếp ............................................................................................. 12 Hình 1.5 Đo chuyển vị hướng kính của lốp ......................................................................... 13 Hình 1.6 Đo phản lực lốp-đường ........................................................................................ 14 Hình 2.1 Hệ tọa độ của ĐXSMRM ...................................................................................... 27 Hình 2.2 Hệ tọa độ của đoàn xe trong mặt phẳng dọc OXZ ............................................... 28 Hình 2.3 Hệ tọa độ mặt ngang cầu trước ............................................................................ 29 Hình 2.4 Hệ tọa độ mặt ngang cầu sau xe kéo .................................................................... 29 Hình 2.5 Hệ tọa độ mặt ngang cầu SMRM.......................................................................... 30 Hình 2.6 Sơ đồ lực và mômen ngoại lực và liên kết của ĐXSMRM .................................... 31 Hình 2.7 Sơ đồ lực và mômen của đoàn xe trong mặt phẳng dọc ....................................... 32 Hình 2.8 Sơ đồ lực và mômen của xe đầu kéo trong mặt phẳng dọc .................................. 34 Hình 2.9 Động lực học ngang cầu 1 .................................................................................... 35 Hình 2.10 Động lực học ngang cầu giữa ............................................................................ 35 Hình 2.11 Sơ đồ lực và mômen của SMRM trong mặt phẳng dọc ...................................... 36 Hình 2.12 Động lực học ngang cầu sau SMRM .................................................................. 37 Hình 2.13 Bánh xe chủ động MAij>0 ................................................................................... 39 Hình 2.14 Bánh xe chủ động MBij<0 ................................................................................... 39 Hình 2.15 Bánh xe bị động bị phanh Mij=0 ........................................................................ 40 Hình 2.16 Bánh xe bị động bị đẩy Mij=0............................................................................. 40 Hình 2.17 Động lực học chuyển động góc các bánh xe ...................................................... 41 Hình 2.18 Hệ thống treo phụ thuộc ..................................................................................... 43 Hình 2.19 Hệ thống treo thanh cân bằng và hệ thống treo cân bằng ................................. 44 Hình 2.20 Hệ thống treo cân bằng ...................................................................................... 44 Hình 2.21 Sơ đồ hệ thống treo cân bằng của xe đầu kéo .................................................... 44 Hình 2.22 Hệ thống treo cân bằng với thanh cân bằng ...................................................... 45 Hình 2.23 Sơ đồ hệ thống treo cân bằng liên tiếp của xe sơ-mi rơmoóc ............................ 45 Hình 2.24 Mô hình hệ thống treo ........................................................................................ 46 Hình 2.25 Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo nhíp ............................................................ 46 Hình 2.26 Sơ đồ đặc tính hướng kính lốp ............................................................................ 48 xi Hình 2.27 Cấu trúc chương trình ........................................................................................ 52 Hình 3.1 Biên dạng đường ngẫu nhiên................................................................................ 56 Hình 3.2 Hệ số tải trọng động bánh 11 (kd11) với vận tốc 120km/h, đường A-B................. 65 Hình 3.3 Hệ số tải trọng động bánh 21 (kd21) với vận tốc 120km/h, đường A-B................. 65 Hình 3.4 Hệ số tải trọng động bánh 31 (kd31) với vận tốc 120km/h, đường A-B................. 66 Hình 3.5 Hệ số tải trọng động bánh 41 (kd41) với vận tốc 120km/h, đường A-B................. 66 Hình 3.6 Hệ số tải trọng động bánh 51 (kd51) với vận tốc 120km/h, đường A-B................. 66 Hình 3.7 Hệ số áp lực đường của xe (w) với vận tốc 120km/h, đường A-B ........................ 66 Hình 3.8 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB .......................................................................................................... 67 Hình 3.9 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC.......................................................................................................... 67 Hình 3.10 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD ......................................................................................................... 67 Hình 3.11 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE ......................................................................................................... 67 Hình 3.12 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường .......................................................................................................... 68 Hình 3.13 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường AB............................................................................. 69 Hình 3.14 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường BC ............................................................................ 69 Hình 3.15 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường CD ............................................................................ 69 Hình 3.16 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và loại đường DE ............................................................................ 69 Hình 3.17 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường ............................................................................ 69 Hình 3.18 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB ................................................................................................................ 70 Hình 3.19 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC ............................................................................................................... 70 Hình 3.20 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD ............................................................................................................... 70 xii Hình 3.21 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE ............................................................................................................... 70 Hình 3.22 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21(N))) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường ................................................................................................................ 71 Hình 3.23 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB .................................................................................. 72 Hình 3.24 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC .................................................................................. 72 Hình 3.25 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD .................................................................................. 72 Hình 3.26 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE .................................................................................. 72 Hình 3.27 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường ................................................................................... 72 Hình 3.28 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB ............................................................................................................................. 73 Hình 3.29 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC ............................................................................................................................. 73 Hình 3.30 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD ............................................................................................................................ 73 Hình 3.31 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE............................................................................................................................. 73 Hình 3.32 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường............................................................................................................................ 74 Hình 3.33 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường AB ................................................................................................... 75 Hình 3.34 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường BC ................................................................................................... 75 Hình 3.35 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường CD .................................................................................................. 75 Hình 3.36 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc với loại đường DE................................................................................................... 75 Hình 3.37 Giá trị bình phương trung bình của hệ số áp lực đường (RMS(w)) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường .................................................................................................... 76 xiii Hình 4.1 Đoàn xe sơ-mi rơmoóc thực nghiệm .................................................................... 85 Hình 4.2 Vị trí lắp đặt cảm biến đo ..................................................................................... 86 Hình 4.3a Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương ứng ................................... 87 Hình 4.3b Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương ứng ................................... 87 Hình 4.4 Hình dạng và sơ đồ chân của cảm biến MMA7361L ........................................... 88 Hình 4.5 Cảm biến siêu âm US-015 .................................................................................... 89 Hình 4.6 Cảm biến đo vận tốc góc encoder ........................................................................ 89 Hình 4.7 Mạch chuyển đổi tín hiệu Arduino UNO R3 ........................................................ 90 Hình 4.8 Bộ xử lý tín hiệu & kết nối máy tính NI USB-6210 .............................................. 92 Hình 4.9 Gá cảm biến đo góc quay bánh xe........................................................................ 93 Hình 4.10 Mấp mô khảo sát ................................................................................................ 97 Hình 4.11 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v= 6 km/h .............................................. 98 Hình 4.12 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v= 6 km/h ............................................ 98 Hình 4.13 Gia tốc khối lượng được treo khi v=6km/h ....................................................... 98 Hình 4.14 Gia tốc khối lượng không được treo khi v=6km/h............................................. 98 Hình 4.15 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v=12 km/h, mấp mô h=0.05 m .............. 99 Hình 4.16 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v=12 km/h, mấp mô h=0.05 m ............. 99 Hình 4.17 Gia tốc khối lượng không được treo cầu trước khi v=12km/h, mấp mô h=0.05m............................................................................................................................... 99 Hình 4.18 Gia tốc khối lượng được treo khi v=12km/h, mấp mô h=0.05 m ....................... 99 Hình 4.19 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m ............ 100 Hình 4.20 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m ........... 100 Hình 4.21 Gia tốc khối lượng được treo trước khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m ......... 100 Hình 4.22 Gia tốc khối lượng không được treo cầu trước khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05m............................................................................................................................. 100 Hình 4.23 Tải trọng bánh xe 12 giữa mô phỏng và tính theo công thức 4.2 ..................... 103 Hình 4.24 Sơ đồ cấu trúc mô phỏng trong thí nghiệm ...................................................... 104 xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số cấu trúc của ĐXSMRM ........................................................................... 59 Bảng 3.2 Các phương án khảo sát đối với kích động mặt đường là loại đường ngẫu nhiên. 65 Bảng 3.3 Tổng hợp giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường ................................................................................................ 68 Bảng 3.4 Tổng hợp giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21(N))) phụ thuộc các loại đường biểu diễn theo vận tốc .................................................................................... 71 Bảng 3.5 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường............................................................................................................................... 74 Bảng 3.6 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường A-B ......................... 77 Bảng 3.7 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường B-C ......................... 78 Bảng 3.8 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường C-D ........................ 79 Bảng 3.9 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường D-E......................... 81 Bảng 3.10 Giá trị các tham số tải trọng đề xuất tham khảo thiết kế đường bộ...................... 82 Bảng 4.1. Các thông số thí nghiệm......................................................................................... 96 Bảng 4.2 Bảng hệ số Pearson............................................................................................... 101 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Thời gian vừa qua ở nước ta, một số tuyến đường ô tô khi vừa mới đưa vào khai thác, sử dụng đã xuất hiện những hư hỏng, lún vệt bánh xe, nứt, vỡ, bong tróc bề mặt mặt đường sớm hơn so với dự báo của thiết kế; đã có nhiều nghiên cứu, trao đổi học thuật xung quanh vấn đề vật liệu, chất lượng thi công, phương pháp thiết kế, điều tra tải trọng, lưu lượng xe, tình trạng xe quá tải nhằm tìm ra các nguyên nhân và đề ra các giải pháp khắc phục, bước đầu đã thu được những kết quả nhất định. Khi ô tô chạy trên cầu/đường, gây cho nó các lực thẳng đứng cũng như các lực ngang và dọc làm cầu đường xuống cấp. Ngược lại, cầu đường cũng tác động trở lại làm cho tải trọng tăng theo: lốp mòn, giảm khả năng truyền lực. Theo tài liệu thiết kế đường [6, 11], hệ số xung kích được sử dụng khi thiết kế đường chỉ phân biệt đường áo cứng và mềm. Ngày nay, đường được phân thành đường cao tốc, đường quốc lộ, đường tỉnh lộ và đường khu vực. Ngoài ra, tải trọng lớn như đoàn xe sơ-mi rơmoóc (ĐXSMRM) cũng lưu hành ngày càng nhiều. Vì vậy, xác định tải trọng động của ĐXSMRM một nhu cầu cần thiết hiện nay ở Việt Nam. Mục đích của luận án Mục đích của luận án là nghiên cứu thiết lập mô hình động lực học đoàn xe sơ-mi rơmoóc chạy trên các loại đường với vận tốc khác nhau khác nhau và mấp mô mặt đường khác nhau theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 để xác định tải trọng động làm tài liệu tham khảo thiết kế đường bộ. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng dùng để lập mô hình là đoàn xe SMRM 5 cầu, gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu và SMRM Tân Thanh 742-S-01 CERTIFICATE, có 02 cầu. 2 Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. - Nghiên cứu lý thuyết: (i) Sử dụng nguyên lý tách cấu trúc hệ nhiều vật (MBS) để thiết lập mô hình động lực học đầu xe kéo sơ-mi rơmoóc. Khi tách cấu trúc, các khối lượng được gọi là các vật (body) được mô tả toán học bởi hệ phương trình Newton-Euler, có thể xác định nội lực cho các bài toán tối ưu. (ii) Các lực liên kết (nội lực) như liên kết giữa cầu xe với khung xe qua hệ thống treo, liên kết giữa xe kéo và sơ-mi rơmoóc qua khớp yên ngựa, liên kết giữa bánh xe với đường là các lực/mô men liên kết phi tuyến, cho phép nâng cao độ chính xác và dễ thay đổi tham số mô hình khi khảo sát. - Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm trên hiện trường để kiểm chứng mô hình lý thuyết và xác định tải trọng động. Phạm vi nghiên cứu Tương tác lốp-đường “Road-Vehicle-Interaction” có tính phức tạp: cấu trúc của đường nhiều lớp trên nền biến dạng và có kích thước vô hạn; phải mô hình hóa dạng phần tử hữu hạn và mô tả bằng hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng. Trong luận án nghiên cứu sinh giới hạn nghiên cứu tác động của tải trọng theo phương thẳng đứng khi ô tô chuyển động trên đường. Từ đó, đề xuất ra các thông số liên quan đến tải trọng để ngành cầu đường có thể tham khảo khi thiết kế đường. Các kết quả đã đạt được của Luận án (i) Đã xây dựng mô hình động lực học phương thẳng đứng đoàn xe SMRM trong chuyển động nhằm xác định tải trọng (Model of Semitrailer-tractor in moving). Mô hình này có thể được sử dụng khảo sát dao động đoàn xe và làm mô hình con cho các nghiên cứu cầu/đường, nghiên cứu hệ thống treo trên xe thực; 3 (ii) Đã khảo sát xác định tải trọng động của đoàn xe khi chuyển động trên 4 loại đường ngẫu nhiên theo ISO 8608:1995, từ đó đề xuất các hệ số tải trọng làm tài liệu tham khảo cho thiết kế đường. 4 loại đường đó đặc trưng cho đường cao tốc (A-B), đường quốc lộ (B-C, C-D) và đường khu vực (D-E); (iii) Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm dao động đoàn xe để kiểm chứng mô hình lý thuyết và xác định tải trọng động bằng thực nghiệm của ĐXSMRM. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ở Việt Nam ít có công trình riêng biệt nghiên cứu tải trọng động; chưa có công bố về tải trọng động ĐXSMRM là đối tượng có tải trọng lớn, có ảnh hưởng lớn lên cầu/đường. Hệ thống đường bộ hiện nay cũng được phân định theo cấp độ và có dãy vận tốc sử dụng cho phép khác nhau. Việc thiết lập một mô hình xác định tải trọng động làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu thiết kế đường có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Luận án cũng đưa ra được một số khuyến cáo cho ngành cầu đường trong việc thiết kế đường trong giai đoạn hiện nay khi đường được phân cấp theo ISO 8608:1995 [28] với dãy vận tốc khác nhau. Đã thiết kế được một hệ thống thí nghiệm để đo dao động kiểm chứng mô hình và từ đó cũng có thể xác định được tải trọng động thông qua thực nghiệm. Điểm mới của luận án (i) Đã xây dựng được mô hình động lực học dao động di động phù hợp cho nghiên cứu tải trọng động: mô hình mô tả ở trạng thái cân bằng tĩnh nên dễ dàng xác định điều kiện đầu; đã mô tả được hệ thống treo có thanh cân bằng dọc. Đã đề xuất mô hình động lực học ĐXSMRM cho thí nghiệm trên đường khi chưa biết mấp mô mặt đường. (ii) Luận án đã xác định được các giá trị hệ số tải trọng cho từng loại đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 để góp phần tham khảo khi thiết kế đường. 4 (iii) Đã thiết kế được hệ thống đo dùng để kiểm chứng mô hình và từ đó cũng có thể xác định được tải trọng động khi xe chuyển động thực trên đường. Cấu trúc của luận án Trong khuôn khổ của luận án tác giả thực hiện các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu tải trọng ô tô Chương 2: Xây dựng mô hình xác định tải trọng đoàn xe sơ-mi rơmoóc Chương 3: Ứng dụng mô hình động lực học ĐXSMRM xác định tải trọng xuống đường Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan