phân tích hiệu quả êm dịu của xe tải khai thác mỏ với hệ thống treo thủy khí

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƯƠNG XUÂN HẢI PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÊM DỊU CỦA XE TẢI KHAI THÁC MỎ VỚI HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ Mã số: 8520116 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LƯƠNG XUÂN HẢI

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÊM DỊU CỦA XE TẢI KHAI THÁC MỎ VỚI HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LƯƠNG XUÂN HẢI

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÊM DỊU CỦA XE TẢI KHAI THÁC MỎ VỚI HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ

Mã số: 8520116

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

KHOA CHUYÊN MÔN P TRƯỞNG KHOA

TS Nguyễn Thị Hoa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Lê Văn Quỳnh

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên - 2023

LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Lương Xuân Hải

Học viên: Lớp cao học K24- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên

Nơi công tác:

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: Phân tích hiệu quả êm dịu của xe tải khai thác mỏ với hệ thống treo thủy khí

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 8520116

Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn

luận văn thạc sĩ với đề tài: Phân tích hiệu quả êm dịu của xe tải khai thác mỏ với hệ thống treo thủy khí Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy

giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh, các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên và sự nổ lực của bản thân, luận văn đã được hoàn thành đáp được nội dung luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em Các số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả và nhóm nghiên cứu của thầy hướng dẫn

Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2023

HỌC VIÊN

Lương Xuân Hải

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên của khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo Sau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này

Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh và tập thể thầy cô giao khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, hội đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra

Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được hoàn thiện

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình khai thác mỏ Việt Nam 3

1.2 Phân tích kết cấu hệ thống treo xe tải khai thác mỏ (Off-road) 6

1.2.1 Nhiệm vụ, một số bộ phận cơ bản, phân loại hệ thống treo 6

1.2.2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải 9

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 21

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 21

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 23

1.4 Mục đích, ý nghĩa, đối tượng, phương pháp, phạm vi và nội dung 25

1.5 Kết luận Chương 1 26

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ¼ XE 27

2.1 Hệ thống treo thủy khí trên xe CATERPILLAR 773F 27

2.2 Các giả thiết xây dựng mô hình động lực học tương đương 34

2.2.1 Khối lượng được treo mb 34

2.2.2 Khối lượng không được treo ma 34

2.2.3 Hệ thống treo 35

2.2.4 Bánh xe 35

2.3 Xây dựng mô hình động lực học ¼ xe 35

2.3.1 Mô hình 35

2.3.2 Thiết lập phương trình vi phân mô tả động lực học của xe 37

2.3.3 Mô tả mấp mô mặt đường 41

2.4.1 Cường độ dao động 44

2.4.2 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động 45

2.4.3 Chỉ tiêu đối với hàng hoá 47

3.2 Mô phỏng và phân tích hiệu quả êm dịu của hệ thống treo thủy khí 50

3.2.1 Mô phỏng hệ thống treo thủy khí 50

3.2.2 Mô phỏng ba hệ thống treo 50

3.2.3 Phân tích hiệu quả êm dịu của hệ thống treo thủy khí 51

c Ảnh hưởng của biên độ mấp mô mặt đường 53

3.3 Phân tích hiệu quả êm dịu của hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo khác nhau 54

3.3.1 Phân tích ảnh hưởng của tải trọng 54

3.3.2 Phân tích ảnh hưởng của vận tốc hoạt động 56

3.3.3 Phân tích ảnh hưởng của mặt đường 57

3.3 Kết luận chương 3 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Máy khai thác mỏ 5

Hình 1.2 Các loại ballon khí nén [7] 11

Hình 1.3 Hệ thống treo thủy khí 12

Hình 1.4 Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp 13

Hình 1.5.a.b Van điều chỉnh độ cao 14

Hình 1.5.c.d Van điều chỉnh độ cao 15

Hình 2.8 Sơ đồ thông số hệ thống treo sau thủy khí 38

Hình 2.9 Mô hình tương đương của hệ thống treo nhíp 40

Hình 2.10 Mô hình tương đương của hệ thống treo cao su 41

Hình 2.11 Hàm điều hoà của mấp mô 42

Hình 2.12 Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng (các đường cong có cùng thời gian tác động) phụ thuộc vào gia tốc dao động thẳng đứng và tần số

đối với con người khi ngồi và đứng trên xe theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 47

Hình 3.1 Sơ đồ tổng thể Matlab/Simulink 49

Hình 3.2 Gia tốc thân xe theo phương thẳng đứng với hệ thống treo thủy khí 50

Hình 3.3 Gia tốc thân xe theo phương thẳng đứng với ba hệ thống treo 51

Hình 3.4 Mật độ phổ công suất gia tốc (Log) của thân xe với hệ thống treo thủy khí với điều kiện tải trọng của xe thay đổi 52

Hình 3.5 Mật độ phổ công suất gia tốc của thân xe với hệ thống treo thủy khí với điều kiện vận tốc hoạt động của xe thay đổi 53

Hình 3.6 Mật độ phổ công suất gia tốc của thân xe với hệ thống treo thủy khí với điều kiện biên độ mặt đường của xe thay đổi 54

Hình 3.7 awz với với ba hệ thống treo khi tải trọng của xe thay đổi 55

Hình 3.8 awz với với ba hệ thống treo khi vận tốc của xe thay đổi 57

Hình 3.9 awz với với ba hệ thống treo khi biên độ mặt đường thay đổi 58

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15] 44 Bảng 2.2 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1 [32] 45 Bảng 2.3.Chỉ tiêu về an toàn hàng hóa 48 Bảng 3.1 Giá trị của awz với ba hệ thống treo khi tải trọng của xe thay đổi 55 Bảng 3.2 Giá trị của awz với ba hệ thống treo khi vận tốc của xe thay đổi 56 Bảng 3.3 Giá trị của awz với ba hệ thống treo khi biên độ mấp mô mặt đường thay đổi 57

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

14 Thể tích của bình khí khi piston và xi lanh ở vị

3

16 Áp suất của bình khí khi piston và xi lanh ở vị trí

LỜI NÓI ĐẦU

Động lực học của xe ô tô nói chung, động lực học ô tô xe tải nói riêng được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu theo hướng an toàn và êm diu dịu chuyển động Trong quá trình hoạt động của xe, các nguồn kích thích dao động như mặt đường, động cơ, gió, quá trình phanh, quá trình chuyển hướng của xe,…vv gây ra các chuyển động xe Động lực học của xe khá phức tạp theo phương khác nhau, trong đề tài này, em chỉ tập trung vào nghiên cứu động lực học của xe theo phương đứng của xe khai thác mỏ Xe tải khai thác mỏ là phương tiện thường xuyên hoạt động trên mặt nền đường có chất lượng xấu với biên độ mấp mô mặt nền đường cao và tần số kích thích thấp thậm chí, mặt nền đường còn biến dạng Từ các nguồn kích thích dao động từ mấp mô mặt nền đường truyền lên cabin và ghế ngồi người điều khiển thông qua các hệ thống treo của xe, cabin và ghế ngồi của người điều khiển làm cho người điều khiển cảm thấy mệt mỏi, ảnh hưởng đến sức khỏe, giảm nâng suất lao động của người điều khiển, người điều khiển tiếp xúc nguồn gây dao động trong thời gian dài

sẽ có nguy cơ mắc một số bệnh nghề nghiệp Chính vậy, em chọn đề tài “Phân

tích hiệu quả êm dịu của xe tải khai thác mỏ với hệ thống treo thủy khí” làm

luận văn thạc sĩ của mình dưới sự hướng dẫn trực tiếp thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh Nội dung chính của luận văn:

- Tổng quan về đề tài nghiên cứu;

- Xây dựng mô hình động lực học ¼ xe; - Mô phỏng và phân tích hiệu quả êm dịu

Đây là một lĩnh vực khoa học rộng trong khuôn khổ của một luận văn cao học, đề tài chỉ tập trung vào xây dựng mô hình dao động 1/4 xe và đặc tính phi tuyến của hệ thống treo thủy khí Công suất phổ công suất của gia tốc dao động và các giá trị của gia tốc bình phương trung bình theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997) được chọn là hàm mục tiêu Hiệu quả êm dịu của hệ thống treo

thủy khí lần lượt được phân tích, đánh giá và so sánh với hai hệ thống treo lá nhíp và hệ thống treo cao su dưới các điều kiện hoạt động khác nhau

Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt thời gian làm luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, đặc biệt là thầy Lê Xuân Long và thầy Bùi Văn Cường, cùng các các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này Em xin cảm ơn đến các đồng nghiệp tại Công ty và gia đình đã tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn này

Do trình độ của bản thân và thời gian có hạn nên đề tài chắc chắn không tránh được những sai sót rất mong sự đóng góp của các qúy thầy cô, độc giả quan tâm để luận văn của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2023

HỌC VIÊN

Lương Xuân Hải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Mục đích chính chương này là phân tích tổng quan về hệ thống treo xe tải nói chung, hệ thống treo xe tải khai thác mỏ nói riêng và các kết quả nghiên cứu trong nước và nước ngoài về đối tượng nghiên cứu trong luận văn Từ đó đưa ra mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu của luận văn

1.1 Tình hình khai thác mỏ Việt Nam

Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản khá phong phú và đa dạng với hơn 5000 điểm mỏ thuộc 60 loại khoáng sản được phát hiện và khai thác Ngoài các mỏ than lộ thiên tập trung tại Quảng Ninh thì còn có các mỏ than lộ thiên tại Thái Nguyên (Công ty CP than Khánh Hòa – VVMI, Công ty than Núi Hồng – VVMI và một số Công ty khai thác than tư nhân khác), Lạng Sơn (Công ty CP than Na Dương – VVMI)… Ngoài khai thác than còn có các loại khoáng sản đang được khai thác bằng phương pháp lộ thiên bao gồm: các loại quặng kim loại (sắt, titan, mangan, vàng, kẽm, đồng, antimon), các loại quặng phi kim và vật liệu xây dựng (đá, cát, sỏi,…) dọc theo đất nước Việt Nam từ phía Bắc vào phía Nam

Hiện nay trên thế giới, các công nghệ khai thác tiên tiến đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững đang được tập trung vào: Công nghệ thông minh cho công tác thăm dò và đánh giá trữ lượng, bao gồm cả việc đánh giá địa cơ học; công nghệ cho phép triển khai hệ thống khai thác liên tục trở thành một phương án khả thi trong khai thác khoáng sản và bóc đất đá; công nghệ sạch và sử dụng chất thải và tái sử dụng chất thải thân thiện với môi trường; công nghệ tuyển khoáng cho phép nâng cao hơn nữa tỉ lệ thu hồi khoáng sản; công nghệ cho phép khai thác trong các điều kiện địa chất phức tạp, đồng thời bảo đảm thân thiện với môi trường So với thế giới, Việt Nam có thể được xếp vào nhóm tiềm năng khoáng sản phong phú Tổng sản lượng than khai thác hiện nay của Việt

nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), trong đó sản lượng của các mỏ than lộ thiên chiếm gần 50% Các mỏ than lộ thiên của Việt Nam chủ yếu tập trung tại khu vực Quảng Ninh, bao gồm các mỏ Cọc Sáu, Đèo Nai, Cao Sơn và Tây Nam Đá Mài tại Cẩm Phả và mỏ Hà Tu tại Hòn Gai Trong những năm tới, TKV đặt mục tiêu sản xuất, tiêu thụ 49 triệu tấn than; doanh thu 138 nghìn tỷ đồng; lợi nhuận khoảng 3.500 tỷ đồng Đạt được những thành quả to lớn như ngày hôm nay là do TKV đã áp dụng cơ giới hóa khai thác mỏ; tổ chức lại sản xuất và sắp xếp lao động, hướng đến mô Hình “Mỏ xanh, sạch, hiện đại, mỏ ít người” và “Cơ giới hóa, tự động hóa” trên tất cả các khối ngành sản xuất TKV đã xác định rõ chủ trương đổi mới công nghệ trong Chiến lược phát triển bền vững của TKV tầm nhìn đến năm 2030 là không ngừng đổi mới, hiện đại hóa công nghệ theo hướng nâng cao trình độ cơ giới hóa, tự động hóa, tin học hóa và sản xuất sạch hơn ở các mỏ, xí nghiệp, nhà máy đang hoạt động; ứng dụng công nghệ hiện đại ngay từ đầu đối với các dự án đầu tư mới TKV coi đây là “chìa khóa” để tăng năng suất lao động, giảm tổn thất tài nguyên, tiết kiệm chi phí trong lĩnh vực khai thác mỏ

Trong bối cảnh điều kiện khai thác tài nguyên khoáng sản ngày càng khó khăn, việc đẩy mạnh phát triển khoa học công nghệ, áp dụng các tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất có vai trò hết sức quan trọng cho sự tăng trưởng và phát triển kinh tế bền vững của ngành công nghiệp khai thác khoáng sản Việt Nam Bên cạnh đó, việc định hướng nghiên cứu trong lĩnh vực khai thác mỏ là cần thiết đối với các nhà khoa học trong việc nghiên cứu một cách bền vững, đáp ứng sự biến đổi khí hậu và cuộc cách mạng công nghệ 4.0 Việc nghiên cứu phát triển và triển khai các ứng dụng về công nghệ và thiết bị mới sử dụng công nghệ nền tảng của cuộc cách mạng công nghệ 4.0 để tối ưu hóa các hoạt động khai thác mỏ nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng công việc Bên cạnh đó, cần phát triển và ứng dụng công nghệ và thiết bị mới sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong công việc để dự báo các tác động xấu

trong công tác khai thác và nổ mìn trong các điều kiện khai thác phức tạp cho các mỏ lộ khai thác lộ thiên lớn như Cọc Sáu, Đèo Nai, Cao Sơn, Hà Tu,… là cần thiết trong giai đoạn hiện nay

Công tác bốc xúc, vận tải hiện nay: Hoàn thiện các công nghệ cơ giới hoá đồng bộ thiết bị khai thác nhằm đáp ứng năng lực xúc bốc vận tải đất đá hàng năm cho các mỏ than lộ thiên là cần thiết và cấp bách Hiện nay, để tiến hành xúc bốc và vận tải đất đá hầu hết các mỏ sử dụng các loại máy xúc tay gàu ЭКГ - 4, 6, 5A, 8I, 10I do Liên Xô (cũ) chế tạo có dung tích gàu xúc từ 4, 6÷10 m3 và các máy xúc thủy lực gầu ngược: PC1250, PC1800, CAT5020B… có dung tích gàu từ 3, 5÷15 m3 kết hợp với các loại ô tô khung cứng như CAT 773E, BelAZ 7555; HD 465 - 7, HD 785 - 7 có tải trọng từ 55÷130 tấn Để xúc than các mỏ sử dụng máy xúc thủy lực gầu ngược có dung tích gàu từ 2,5÷6, 7 m3 kếthợp với các loại ô tô khung động như Volvo A40D, HM 400 - R có tải trọng 37÷42 tấn để vận chuyển than trên các tầng và tại khu vực đáy mỏ Trong thời gian tới, để nâng cao hiệu quả xúc bốc, vận tải vẫn là tập trung đầu tư các đồng bộ thiết bị có công suất lớn để giảm chi phí

Đối với thiết bị vận tải đều được lắp đặt hệ thống định vị toàn cầu GPS để quản lý cung đường tự động đã góp phần nâng cao hiệu quả khai thác cho các mỏ than lộ thiên thuộc TKV

Hình 1.1 Máy khai thác mỏ

Tổng Công ty Công nghiệp Mỏ Việt Bắc TKV – CTCP (viết tắt là VVMI) là doanh nghiệp thành viên của Tập đoàn Công nghiệp Than- Khoáng sản Việt Nam, một trong những Tập đoàn kinh tế hàng đầu đất nước

Đến thời điểm hiện nay tổng số lao động của Tổng công ty là gần 3900 người, với 13 công ty con và đơn vị trực thuộc đã nỗ lực xây dựng được truyền thống đoàn kết, cần kiệm, năng động, mạnh dạn đầu tư phát triển, dám chấp nhận mọi khó khăn, thách thức vươn lên, xây dựng Tổng công ty lớn mạnh cả về quy mô, uy tín, thương hiệu trên thị trường

Trong nhiều năm trở lại đây Tổng công ty liên tục được chứng nhận và xếp hạng trong bảng 500 doanh nghiệp có doanh thu lớn nhất Việt Nam Với những thành tích nổi bật, đóng góp to lớn vào sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước, Tổng công ty Công nghiệp Mỏ Việt Bắc TKV – CTCP đã vinh dự được Đảng và Nhà nước phong tặng danh hiệu: “Anh hùng Lao động thời kỳ đổi mới” VVMI khẳng định với bề dày lịch sử trong khai thác và chế biến kinh doanh than, bằng những ưu thế vượt trội về sản xuất xi măng, với chiến lược đầu tư mở rộng và phát triển toàn diện, được sự quan tâm, ủng hộ của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam, sự tin tưởng, hợp tác của đối tác và các nhà đầu tư đặc biệt là sự nỗ lực quyết tâm của toàn thể CB CNLĐ là những động lực để VVMI phát triển mạnh mẽ và bền vững Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của người điều khiển của máy mỏ, hệ thống treo xe, hệ thống đệm cách cab và hệ thống treo ghế ngồi tiếp tục được phân tích dưới đây

1.2 Phân tích kết cấu hệ thống treo xe tải khai thác mỏ (Off-road) 1.2.1 Nhiệm vụ, một số bộ phận cơ bản, phân loại hệ thống treo

Khi xe ô tô chuyển động trên nền đường không bằng phẳng, do sự chép Hình của bánh xe khiến ô tô bị dao động và gây ra tải trọng động Tải trọng động này ảnh hưởng xấu đến tính êm dịu và tiện nghi cho người sử dụng, đồng thời làm giảm tuổi bền các chi tiết của ô tô Hệ thống treo được hiểu như hệ

thống liên kết mềm (đàn hồi) giữa bánh xe thông qua cầu xe với khung xe hoặc vỏ xe

Nhiệm vụ hệ thống treo: (1) Để liên kết sự đàn hồi giữa khung xe ô tô

hoặc vỏ ô tô với các cầu; (2) Để dập tắt dao động truyền lên xe và xuống mặt đường và (3) Để truyền các lực và momen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe, đảm bảo bánh xe hoạt động cơ học đúng Cấu tạo chung của hệ thống treo gồm 3 bộ phận chính: Bộ phận đàn hồi; Bộ phận giảm chấn; Bộ phận dẫn hướng

Một số bộ phận cơ bản

Bộ phận đàn hồi: Bộ phận đàn hồi nằm giữa thân xe và bánh xe (Nằm

giữa phần được treo và không được treo) Với phương pháp bố trí như vậy, khi bánh xe chuyển động trên đường mấp mô, hạn chế được các lực động lớn tác dụng lên thân xe, và giảm được tải trọng động tác dụng từ thân xe xuống mặt

đường Bộ phận đàn hồi có thể là loại nhíp lá, lò xo, thanh xoắn, buồng khí

nén, buồng thuỷ lực Đặc trưng cho bộ phận đàn hồi là độ cứng, độ cứng liên quan chặt chẽ với tần số dao động riêng (Một thông số có tính quyết định đến độ êm dịu) Muốn có tần số dao động riêng phù hợp với sức khỏe của con người và an toàn của hàng hoá cần có độ cứng của hệ thống treo biến đổi theo tải trọng Khi xe chạy chưa đầy tải độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, còn khi tăng tải cần phải có độ cứng lớn Do vậy có thể có thêm các bộ phận đàn hồi phụ như: nhíp phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng,

Bộ phận giảm chấn: Giảm chấn ma sát, giảm chấn từ tính, giảm chấn

thủy lực, Trên ôtô ngày nay thường sử dụng giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều (trả và nén) Ở hành trình bánh xe dịch chuyển đến gần khung vỏ (gọi là hành trình nén của giảm chấn), giảm chấn giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung Ở hành trình bánh xe đi xa khung vỏ (gọi là hành trình trả của giảm chấn), giảm chấn giảm bớt xung lực va đập của bánh xe trên

nền đường, tạo điều kiện đặt êm bánh xe trên nền và giảm bớt phản lực truyền ngược từ mặt đường tới thân xe

Bộ phận dẫn hướng: Hệ thống treo cho phép các bánh xe dịch chuyển

thẳng đứng, ở mỗi vị trí của nó so với thân xe, bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ, thực hiện nhiệm vụ “chuyển động bánh xe” của ôtô Bộ phận dẫn hướng phải làm tốt chức năng này Với mỗi hệ thống treo, bộ phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau và chúng tạo nên các quan hệ: động học (quy luật dịch chuyển vị trí bánh xe), động lực học (quy luật truyền lực và mômen ở các vị trí của bánh xe đối với khung xe)

Phần tử ổn định ngang: Thanh ổn định ngang có tác dụng làm giảm góc

nghiêng ngang thân xe, tức là làm tăng tính chất chuyển động ổn định của ôtô Trong ôtô, thanh ổn định ngang thường thấy trên cả hai đầu của ôtô bus, cầu trước (đôi khi cả trên cầu sau) của ôtô tải Với chức năng là phần tử đàn hồi phụ làm tăng khả năng chống lật thân xe khi có sự thay đổi tải trọng trong mặt phẳng ngang

Các phần tử phụ khác:

Ngoài các bộ phận kể trên, hệ thống treo của ôtô còn có các bộ phận khác:

- Vấu cao su tăng cứng: thường đặt trên nhíp lá và tỳ vào phần biến dạng của nhíp lá, kết cấu này làm giảm chiều dài biến dạng của nhíp lá khi tăng tải Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình làm việc của bánh xe (Được gọi là vấu hạn chế hành trình) Các vấu hạn chế hành trình trên thường được kết hợp với chức năng tăng cứng cho bộ phận đàn hồi Các vấu hạn chế hành trình này có khi được đặt trong vỏ của giảm chấn

- Các gối đỡ cao su: làm chức năng liên kết mềm Nó có mặt ở hầu hết các mối ghép với khung vỏ Ngoài chức năng liên kết, nó còn có tác dụng chống rung truyền từ bánh xe lên, giảm tiếng ồn cho khoang người ngồi

Phân loại

Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau:

Theo dạng bộ phận dẫn hướng, hệ thống treo được chia làm các loại: - Phụ thuộc

- Độc lập

Theo loại phần tử đàn hồi, gồm có:

- Loại kim loại, gồm: Nhíp lá, lò xo xoắn, thanh xoắn - Loại cao su: Chịu nén hoặc chịu xoắn

- Loại khí nén và thuỷ khí - Loại thanh xoắn

Theo phương pháp dập tắt dao động, chia ra:

- Loại giảm chấn thuỷ lực: Tác dụng một chiều và hai chiều - Loại giảm chấn bằng ma sát cơ: Ma sát trong bộ phận đàn hồi và trong bộ phận dẫn hướng

- Loại giảm chấn điện tử

Theo sự thay đổi đặc tính điều chỉnh, có: - Hệ thống treo không tự điều chỉnh

- Hệ thống treo tự động điều chỉnh (Bán tích cực, tích cực)

1.2.2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải

Hệ thống treo khí

Hệ thống treo khí nén được sử dụng như một khả năng hoàn thiện kết cấu ôtô Tuy vậy với các loại ôtô khác nhau: ôtô con, ôtô tải, ôtô buýt cũng được ứng dụng với những mức độ khác nhau Với hệ thống treo này cho phép giữ chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường với các chế độ tải trọng khác nhau

Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được Hình thành trên cơ sở khả năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (Ballon) theo chuyển dịch của thân xe

Sự Hình thành bộ tự động điều chỉnh áp suất theo nguyên lý van trượt cơ khí Các ballon khí nén được bố trí nằm giữa thân xe và bánh xe thông qua giá đỡ bánh xe Trên thân xe bố trí bộ van trượt cơ khí Van trượt gắn liền với bộ chia khí nén (block) Khí nén được cung cấp từ hệ thống cung cấp khí nén tới block và cấp khí nén vào các ballon

Khi tải trọng tăng lên, các ballon khí nén bị ép lại, dẫn tới thay đổi khoảng cách giữa thân xe và bánh xe Van trượt cơ khí thông qua đòn nối dịch chuyển vị trí các con trượt chia khí trong block Khí nén từ hệ thống cung cấp đi tới các ballon và cấp thêm khí nén Hiện tượng cấp thêm khí nén kéo dài cho tới khi chiều cao thân xe với bánh xe trở về vị trí ban đầu

Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự, và quá trình van trượt tạo nên sự thoát bớt khí nén ra khỏi ballon

Ballon khi nén gồm vỏ cao su đàn hồi, mặt bích phía trên và pít tông phía dưới tạo thành khoang kín chứa khí nén Hệ thống treo khí nén sử dụng phổ biến trên nhiều loại phương tiện từ ô tô con, ô tô khách, ô tô tải đến sơ mi rơ mooc nhờ có nhiều ưu điểm:

- Ballon khí nén thường có độ cứng thấp hơn hệ thống treo kim loại truyền thống (nhíp) nên êm dịu hơn Do hệ thống treo kim loại thường thiết kế có độ cứng ứng với trường hợp đầy tải nên trong trường hợp không tải hoặc tải thấp, hệ thống treo khá cứng

- Có khả năng thích nghi với nhiều mức tải bằng cách điều chỉnh áp suất khí cấp vào mà vẫn giữ nguyên chiều cao tĩnh của ballon khí nén (không gian treo) Do đó, khả năng lưu trữ năng lượng trên đơn vị khối lượng lớn hơn nhiều lần so với hệ thống treo kim loại

- Có thể điều chỉnh được độ cứng, phụ thuộc vào áp suất của ballon khí nén Đối với hệ thống treo kim loại truyền thống, độ cứng thường được coi là không đổi, trong khi độ cứng của ballon khí thay đổi theo tải trọng

- Có thể điều chỉnh chiều cao mong muốn của hệ thống treo khí nén bằng cách nạp hoặc xả khí trong ballon khí nén thông qua các van điều chỉnh áp suất và bình chứa, trong khi chiều cao tĩnh của hệ thống treo kim loại với mỗi mức tải không thay đổi được [1]

- Ballon khí nén có phần tử đàn hồi cao su hoạt động tự do nên giảm tiếng ồn so với phần tử đàn hồi kim loại

Có 2 loại ballon khí nén thường sử dụng hiện nay: dạng xoắn (convoluted bellow) và dạng ống cuộn (rolling lobe hoặc reversible sleeve) như Hình 1.2 [2]

Hình 1.2 Các loại ballon khí nén [7]

- Ballon khí nén dạng xoắn (Hình 1.1a): khi nén lớp vỏ cao su sẽ pHình

to tiết diện Loại này có đường kính lớn, hành trình nhỏ, cung cấp tải trọng lớn với áp suất thấp, phù hợp với các loại tàu điện hoặc sử dụng treo cabin, treo ghế ô tô

- Ballon khí nén dạng ống cuộn (Hình 1.1b): khi nén lớp vỏ cao su sẽ cuộn lại quanh pit tông phía dưới Loại này có đường kính nhỏ, hành trình lớn, cung cấp tải trọng nhỏ hơn, phù hợp sử dụng cho hệ thống treo ô tô, sơ mi rơ mooc

Hiện nay, hệ thống treo khí nén thường sử dụng ballon khí nén dạng ống cuộn, cho phép khoảng dịch chuyển lớn hơn với diện tích hiệu dụng thay đổi không nhiều Các nghiên cứu đã chứng minh rằng sự thay đổi diện tích hiệu dụng chủ yếu phụ thuộc vào chuyển vị tương đối giữa khung xe và trục xe, ảnh hưởng của áp suất lên diện tích hiệu dụng không đáng kể

Hệ thống treo thuỷ khí điều chỉnh độ cao tự động (Citroen)

Hệ treo trước có thể sử dụng kiểu MacPherson, hệ treo sau dùng loại đòn dọc (Hình 1.3.) Hai thanh chống lắc ngang (9) được lắp cho treo trước và sau nhằm tăng cứng xoắn cho hệ và để điều khiển van điều chỉnh độ cao (4)

Hình 1.3 Hệ thống treo thủy khí

Kết cấu:

Bộ phận đàn hồi: balon khí nitơ (1,2) và giảm chấn (5), xem Hình (1.3)

Khi bánh xe đi qua mấp mô, piston bị đẩy lên, chất lỏng bị đẩy vào khoang dưới của balon khí, màng (3) ép khí nitơ trong một thẻ tích bé Nếu bánh xe qua chỗ lõm, khí nén giãn ra, đẩy chất lỏng trở lại xy lanh giảm chấn, làm piston chuyển động đi xuống bằng cách thay đổi chất lỏng đi qua van giảm chấn mà khí nén bị nén hoặc giãn nở làm thay đổi áp suất so với áp suất ban đầu để hạn chế các lực động tác dụng lên thân xe (Hình 1.4)

Hình 1.4 Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp

1 Balon khí; 2 khí nitơ; 3 màng ngăn cách; 4 ống dẫn chất lỏng vào; 5 xilanh; 6 đường dầu ra; 7 vấu hạn chế hành trình; 8 piston giảm chấn; 9 cần piston; 10 van điều chỉnh độ cao; 11 đòn điều chỉnh; 12 thanh ổn định

Bơm dầu và van đẳng áp (Hình 1.4): Dầu được cấp từ bơm dầu piston-đĩa

quay lai bởi động cơ đốt trong; cấp dầu liên tục với một áp suất ổn định xác định trước Dầu áp suất cao được dự trữ trong bình tích áp (1), (trong đó có một

và loại được quá trình đóng ngắt bơm Khi bơm chạy không tải, áp suất chỉ đủ để đưa dầu về bình chứa (3) qua van điều chỉnh áp suất (5) Van điều chỉnh áp suất và bình tích áp điều chỉnh áp suất tối thiểu để hệ thống làm việc và hạn chế áp suất tối đa (áp suất đóng của bơm 140 bar, áp suất cắt 165-175 bar)

Van điều chỉnh độ cao (Hình 1.5): Độ cao của xe được thay đổi tự động

nhờ thay đổi thể tích dầu không chịu nén giữa buồng dầu của balon (1) và xy lanh (5) Khi tải trọng tăng thì thân xe bị hạ thấp làm biến dạng cơ cấu hướng hệ treo và làm quay thanh ổn định (12) Góc quay của thanh ổn định là giá trị tương ứng chuyển vị tương đối của hệ thống treo so với vị trí tĩnh ban đầu Chuyển vị này được chuyển tiếp đến van điều chỉnh độ cao (10) thông qua thanh xoắn điều khiển (16), một đầu của nó được kẹp chặt (13) với thanh ổn định (12), đầu kia kẹp với đòn điều chỉnh (11) Đầu kia của đòn (11) nối với van điều chỉnh độ cao (10)

Hình 1.5.a.b Van điều chỉnh độ cao

1 Dầu từ bơm tới; 2,3 cửa hồi về bình chứa; 4 màng cao su; 5 đường dầu đến xi lanh treo; 6 van trượt; 7 đĩa van; 8 cửa cản

Để tránh sự điều chỉnh liên tục, cần có sự phản ứng chậm của van (10): dầu không được nạp ở hành trình nén và không được xả trong hành trình trả Độ cao chỉ được điều chỉnh sau một thời gian ngắn, trong thời gian đó hệ thống treo phải có thời gian thay đổi mức tải của bộ phận đàn hồi Mỗi khi xy lanh được nạp đầy hoặc ngừng nạp để đưa hệ treo về vị trí chuẩn, van độ cao phải phản ứng ngay tức khắc chuyển từ vị trí van nạp sang vị tri trung gian hay từ vị trí van xả sang vị trí trung gian Hình 1.5 trình bày 4 trạng thái của van độ cao: (i) piston van trượt (6) chuyển từ vị trí đóng (Hình 1.4 (b)) sang vị trí mở cấp dầu cho xy lanh treo (5), Hình 1.5 (a); (ii) vị trí cắt (trung gian), Hình 1.5 (b); (iii) piston (6) chuyển từ vị trí mở sang vị trí đóng (ii); (iv) piston chuyển từ vị trí xả sang trung gian

Hình 1.5.c.d Van điều chỉnh độ cao

1 Dầu từ bơm tới; 2,3 cửa hồi về bình chứa; 4 màng cao su; 5 đường dầu đến xi lanh treo; 6 van trượt; 7 đĩa van; 8 cửa cản

Piston van điều khiển độ cao từ vị trí trung gian sang trạng thái nạp,Hình (1.5 (a)): Khi tải tăng, đòn treo bị hạ thấp làm quay thanh ổn định (12), làm

xoắn thanh (16) dẫn đến đòn điều chỉnh bị nghiêng, tạo ra lực hướng trục tác dung vào piston (6) làm nó chuyển động sang trái, van từ trạng thái đóng sang

định quay ngược lại, đẩy piston (6) về vị trí trung gian ngừng cấp dầu (ii) Việc quay về vị trí trung gian là rất nhanh vì piston (6) không bị lực cản nào và xe đã được đưa về độ cao ban đầu Để làm chậm lại chuyển động của piston (6) từ vị trí đóng sang mở, van đĩa phải (7) đóng nên cửa không cản (9) đóng chỉ mở cửa cản (8) nên piston (6) chuyển động rất chậm

Piston điều khiển độ cao ở vị trí trung gian, Hình (1.5(b)): Giảm tải trọng

thẳng đứng của bánh xe tạo ra hiệu ứng giảm áp suất trong xy lanh treo Piston (6) chuyển từ vị trí trung gian sang vị trí xả Dầu thừa giữa piston và màng bị đẩy về bình chứa; độ cao của xe được giữ nguyên; van (6) ở vị trí trung gian (Hình 1.5 b)) Quá trình ngắt xẩy ra rất chậm cho nên van (6) không phản ứng khi hệ treo dao động trong biên độ nhỏ của đường

Piston điều khiển độ cao từ vị trí nạp sang vị trí trung gian, Hình (1.5c)):

Khi xy lanh treo đã được cấp dầu đầy, thanh ổn định làm đổi hướng chuyển động của piston (6) từ vị trí nạp (hiện tại) sang vị trí trung gian như Hình 1.4 (b) Chuyển động của piston sang vị trí cắt là nhanh vì van đĩa trái ở vị trí mở, trước hết nó thay đổi chiều chuyển động, chất lỏng trong cửa không cản (9) mở tiếp van đĩa phải, dầu thoát nhanh và nhờ đó van (6) đi nhanh về vị trí trung gian Khi nó đạt vị trí trung gian, van đĩa trái lại đóng Nhờ đó hạn chế chuyển động dư của (6) và hạn chế van điều khiển độ cao lặp lại việc điều chỉnh sau một giây

Piston điều khiển độ cao từ vị trí xả qua vị trí cắt, Hình (1.5 (d)): Khi xy

lanh treo nhiều dầu quá mức càn xả và khi đã đạt độ cao chuẩn, cần đóng nhanh cửa thoát về bình chứa Van điều chỉnh độ cao có khả năng phản ứng nhanh để đóng đường thoát trong trường hợp này là do van đĩa phải mở, dầu thoát nhanh qua cả hai cửa (8,9), ngay lập tức thanh (16) đưa piston (6) về vị trí trung gian Điều chỉnh độ cao bằng tay: Trong xe, lái xe có thể chọn 5 vị trí độ cao khác nhau: Vị trí chuẩn; hai vị trí cao và thấp nhất; hai vị trí trung gian giữa chuẩn và cao nhất

Cụm treo thuỷ khí tự điều chỉnh mức (Hình 1.6)

Cụm treo có độ cao không đổi có hai bộ phận cơ bản là (1) khí đàn hồi và giảm chấn thuỷ lực và (2) bơm dầu điều khiển độ cao

Tần số dao động của khối lượng được treo gần không đổi có thể đạt được nhờ hai buồng khí trong (3) và ngoài (9); buồng ngoài là buồng chính, buồng trong là buồng phụ (Hình 1.5) Buồng khí nén chính (9) được điều khiển bới sự lưu thông chất lỏng giảm chấn từ buồng trên piston (7) đến buồng có màng chứa khí (6) Buồng khí nén trong (3) là phần điều chỉnh, được điều khiển bởi buồng dưới piston, thay đổi chất lỏng cho buồng khí nén dự trữ (3) Kết cấu của cụm treo có một giảm chấn thuỷ lực Xy lanh ngoài cùng cụm treo nối với khối lượng được treo, xy lanh trong cùng nối với van hút (13), hai xy lanh giữa tạo buồng khí phụ dự trữ Giữa xy lanh ngoài với xy lanh thứ hai được chia ra buồng khí chính bởi màng chính (6) Piston (7) nối với khối lượng không được treo, trên đỉnh có gắn van xả (5) Trong lòng piston là xy lanh bơm (12) và piston bơm (10); thanh dẫn bơm điều khiển độ cao (11) gắn với bơm hút (13) Lỗ thông (14) điều khiển độ cao của hệ treo Ngoài ra trong hệ còn có van nén (2), van trả (4) của giảm chấn thuỷ lực Khí trong buồng trong bị nén do áp suất chất lỏng phía dưới piston Độ cứng treo là độ cứng tổng cộng của hai buồng khí

Nguyên lý đàn hồi cụm treo

Có hai chu kỳ liên hệ mật thiết với nhau Một là áp suất được Hình thành

phía trên, hai là áp suất thay đổi dưới piston Ở hành trình nén (Hình 1.7 (a)),

piston chuyển động lên trên, chất lỏng qua van nén (2) vào xung quanh màng (6) và nén khí trong buồng chính Đồng thời khi áp suất dưới piston giảm, khí nén trong buồng phụ giãn ra, chất lỏng đi qua lỗ thông (14) điền đầy cho khoang dưới piston Biến dạng của màng (6) làm biến dạng đàn hồi khí và khí đi qua van nén (2) ép khí trong buồng chính Vì vậy tần số dao động hành trình nén

ngoài qua van trả (4) vào buồng trên piston, đồng thời dầu cũng đi qua van trả (4) vào dưới xy lanh piston, cùng lúc piston nén dầu vào buồng khí phụ Cũng giống như dầu di chuyển từ buồng khí chính đến buồng trên piston, cản sẽ tăng lên do van trả, chất lỏng đi qua một chu kỳ dài hơn

Hình 1.6 Cụm thủy khí tự động điều chỉnh

1 Dầu; 2 van nén; 3 buồng phụ chứa khí; 4 van trả; 5 van xả bơm; 6 màng chứa khí; 7 piston; 8 cửa thông; 9 buồng chính chứa khí; 10 piston

bơm; 11 thanh độ cao; 12 xilanh bơm; 13 van

Nguyên lý điều chỉnh độ cao tự động (Hình 1.6)

Hình 1.7 Tự động điều chỉnh chiều cao

1 Dầu; 2 van nén; 4 van trả; 6 màng ngăn khí; 5 van xả; 7 piston; 9 buồng chứa khí; 10 piston bơm; 12 xilanh bơm; 11 thanh độ cao; 13 van hút

Hệ thống treo nhíp

Đối với hệ thống treo nhíp, bộ phận đàn hồi chỉ có một thông số là độ cứng Trong một số trường hợp nếu kể đến lực ma sát giữa các lá nhíp và các khâu khớp thì có thêm thành phần lực ma sát Mô Hình hệ thống treo trong trường hợp này có nhiều nhất là ba thông số: độ cứng của bộ phận đàn hồi, hệ số cản của giảm chấn và lực ma sát

Ở hệ treo xe tải, nhíp chịu hai loại tải cơ bản là tải trọng tĩnh và động phương thẳng đứng; mô men xoắn khi hai bánh xe chuyển động khác pha

nhíp Khi tính toán nhíp ta cần đề cập 4 loại lực sau: Lực tác dụng thẳng đứng; lực dọc do phanh/tăng tốc gây ra; lực ngang do lực ly tâm, đường nghiêng, gió ngang gây ra Sơ đồ kết cấu của nhíp thay đổi được độ cứng được thế hiện trên Hình 1.14 Tuy nhiên, hệ thống treo sử dụng nhíp chỉ được sử dụng rộng rãi các loại xe chạy trên đường quốc lỗ (Highway), còn những xe chạy trên mặt đường off-highway thì ít được sử dụng

Hình 1.8 Nhíp có độ cứng thay đổi

Hệ thống treo cao su [3, 4]

Hệ thống treo cao su đã và đang được ứng dụng cho các loại xe tải hạng nặng chạy trên các mặt đường “off-road” hay “off-highway” Kết cấu treo trước được thể hiện trên Hình 1.8(a) và kết cấu treo được thể hiện trên Hình 1.8(b)

Ưu điểm lớn nhất của hệ thống treo cao su là dập tắt dao động ở tần số cao, giảm ồn tốt, giá thành thấp, tuy nhiên nhược điểm của nó là dập tắt dao động ở tần số thấp còn hạn chế, đặc biệt là các nguồn kích thích từ mấp mô mặt đường, hệ số cản của cao su nhỏ nên hệ thống treo cao su vẫn trang bị thêm giảm chấn thủy lực để dập tắt dao động ở tần số thấp

(a) Hệ thống treo cầu trước (b) Hệ thống treo cầu sau

Hình 1.8 Xe tải AD250 sử dụng hệ thống treo cao su

Kết luận: Qua phân tích kết cấu của các hệ thống treo, tác giả chọn đối

tượng nghiên cứu là hệ thống treo thủy khí cho xe khai thác mỏ trong luận văn thạc sĩ này

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong nước hiện nay có khá nhiều các nhà khoa học nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống treo như:

Những năm gần đây cũng có nhiều nhà khoa trong nước quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng thông số xe tải và điều kiện khai thác đến mặt đường giao thông, Đào Mạnh Hùng (2005) đưa ra mô hình dao động xe tải 1/2 với kích thích dao động từ kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn Hà Nội-Lạng Sơn để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thông số kết cấu xe và điều kiện khai thác khác nhau trong đó có hệ thống treo, tải trọng và vận tốc chuyển động của xe đến hệ số tải trọng động bánh xe [1] Lê Văn Quỳnh, Nguyễn Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012) đã nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng dao động xe tải đến mặt đường giao thông sử dụng mô hình dao động 1/2 với kích thích ngẫu nhiên mặt đường[2] Công trình của tác giả Vũ Thành Niêm (2022) trong luận án tiến sĩ đã nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động trong luận án tiến sĩ của mình Trong công trình này tác giá đã nghiên cứu đánh giá hiệu quả hiệu thống treo khí nén so với hệ thống treo nhíp trên đoàn xe sơ mi rơ mooc theo hướng giảm tải trọng động, kết quả mô phỏng của công trình cũng đã được kiểm chứng bằng kết quả thực nghiệm về động lực học đoàn xe sơ mi rơ mooc phương thẳng đứng theo trạng thái chuyển động của xe trên đường [3] Công trình Võ Văn Hường (2004) trong luận án tiến sĩ của mình đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu trong luận án tiến sĩ của mình Kết quả nghiên cứu đã khá hoàn chỉnh dao động phi tuyến hình học về đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe của ôtô nhiều cầu sử dụng mô hình không gian và giải bài toán dao động bằng phương pháp Matlab Simulink [4] Công trình nghiên cứu của tác giả Hoàng Đức Thị (2016) trong luận văn cao học của mình đã đưa ra và phân tích đánh ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường giao thông sử dụng mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng [5] Công trình của tác giả Phùng Mạnh Cường (2022) trong luận án tiến sĩ của

mình đã tiến hành nghiên cứu dao động thẳng đứng của ô tô sử dụng các mô hình khác nhau, mô hình đã xem xét đến hiện tượng mất liên kết giữa bánh xe và mặt đường để phân tích và đánh giá các mô hình động lực học quan hệ giữa xe và đường dưới các điều kiện như gần với thực tế hơn khi, hiện tượng mất liên kết giữa bánh xe với mặt đường, biến dạng của đường và sự thay đổi kích thước của các vết tiếp xúc [6] Công trình nghiên cứu của tác giả Đặng Ngọc Minh Tuấn (2017) trong luận văn thạc sĩ đã xây dựng mô hình dao động để tối ưu các thông số thiết kế hệ thống treo cho xe tải hạng nặng theo hướng giảm tác động xấu đến mặt đường quốc lộ [7] Công trình nghiên cứu của tác giả Dương Văn Hiển (2020) trong luận án thạc sĩ của mình đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo khí nén xe tải hạng nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiên mặt đường sử dụng mô hình dao động ¼ xe tải [8] Công trình nghiên cứu của tác giả Vũ Trường Sơn (2018) trong luận án thạc sĩ của mình đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường Hiệu quả của hệ thống treo thủy khí được so sánh với các hệ thống treo truyền thống khác theo hướng thân thiện mặt đường [9] Công trình nghiên cứu của tác giả Lê Xuân Long (2022) trong đề tài cấp đại học của mình đã nghiên cứu hiệu quả của hệ thống treo thủy khí với khoang khí điều chỉnh được áp suất thông qua bình khí phụ sử dụng mô hình dao động toàn xe Kết quả nghiên cứu đã tiến hành đánh giá hiệu quả của hệ thống treo thủy khí cải tiến so với hệ thống treo thủy khí truyền thống [10] Các công trình nghiên cứu về lĩnh vực hệ thống treo thủy khí của xe khai thác mỏ vẫn còn là vấn đề mở cho các nhà nghiên cứu trong nước

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô đến mặt đường quốc lộ được nhiều khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm

các thông số động học lực học và điều kiện khai thác ô tô đến mặt đường giao thông như thông số kết cấu của các hệ thống như hệ thống, lốp xe và các điều kiện khai thác của xe như tải trọng, điều kiện mặt đường và vận tốc chuyển động sử dụng mô hình động lực học không gian [8] Yongjie Lu, Shaopu Yang, cùng với các cộng sự (2010) đã tiến hành phân tích ảnh hưởng của thông số kết cấu của xe như hệ thống treo, lốp xe,… và thông số khai thác đến hệ số tải trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient) dựa vào mô hình dao động không gian toàn xe ảo của xe tải Kết quả mô phỏng được kiểm chứng bằng kết quả thực nghiệm dưới điều kiện khai thác khác nhau [12] Le Van Quynh, Zhang Jianrun và các cộng sự (2011) đưa ra mô mình dao động không gian phi tuyến của xe tải nặng 5 cầu, từ đó nghiên cứu này đã tiến hành phân tích tương tác qua lại giữa xe và mặt đường dựa vào các chỉ số đánh giá động lực học của bánh xe [13] Yin, Y và các cộng sự (2017) đã tiến hành phân tích ảnh hưởng của khí của hệ thống treo thủy khí đến độ cứng của bộ phận đàn hồi và đặc tính giảm chấn [14] Công trình của Le Xuan Long (2018, 2020) và cộng sự đã đề xuất nghiên cứu hiệu quả hệ thống treo thủy khí của xe tải có tải trọng năng theo hướng thân thiện mặt đường sử dụng mô hình động lực học không gian Kết quả mô phỏng của hệ thống treo thủy khí được phân tích và so sánh với các hệ thống treo truyền thống khác của xe tải hạng nặng theo chỉ tiêu động lực bánh xe [17,18] Công trình của Lin, D Và các cộng sự (2020) đã đề xuất nghiên cứu đặc tính của hệ thống treo thủy khí có kể đến ảnh hưởng ma sát của cặp piston và xy lanh và các yêu tố phi tuyến khác Kết quả nghiên cứu đã xác định được các hệ số và đặc tính của hệ thống treo bằng cả 2 phương pháp tính toán và thực nghiệm [19] Công trình của Kihan Kwon và các cộng sự đã tiến hành tối ưu hóa đa mục tiêu hệ thống treo thủy khí nén nhũ tương khí – dầu cho xe hạng nặng Một mô hình động lực toàn xe với hệ thống treo thủy khí đã được tiến hành mô phỏng và phân tích tối ưu thiết kế hệ thống treo thủy khí [20] Công trình của Wu W và các cộng sự (2020) đã đề xuất một mô hình tính toán

động lực học chất lỏng (CFD) của hệ thống treo thủy khí Mô hình đã được phát triển bằng phương pháp thể tích chất lỏng (VOF) để mô phỏng các đặc tính động lực học của chất lỏng và xác định lực giảm chấn và độ cứng của hệ thống treo thủy khí Nghiên cứu này đã phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ, độ nhớt của dầu, tốc độ hòa tan nitơ và tốc độ dao động của hệ thống treo đến đặc

tính phi tuyến của hệ thống treo thủy khí [21] Công trình của Huilai Sun và

các cộng sự (2021) đã đề xuất mô hình phân số và phân tích đặc tính của hệ thống treo thủy khí nén cho phương tiện công trình Nghiên cứu đã phân tích đặc tính của hệ thống treo thủy khí bằng cả 2 phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm [23] Công trình Yuming Yin và cộng sự (2018, 2020) đã tiến hành nghiên cứu đặc tính phi tuyến của hệ thống treo thủy khí của máy xây dựng bằng cả thực nghiệm và mô phỏng số [24,25] Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ tập trung vào phân tích và đánh giá các bộ phận riêng lẻ của hệ thống treo thủy khí sử dụng các mô hình dao động của xe từ ¼ xe đến mô hình toàn xe Phương pháp mô phỏng được sử dụng từ mô phỏng số đến mô phỏng sử dụng các phần mềm ảo Vấn đề nghiên cứu hệ thống treo thủy khí trên các xe khai thác mỏ vẫn là vấn đề mở cho các nhà nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của chúng

1.4 Mục đích, ý nghĩa, đối tượng, phương pháp, phạm vi và nội dung

Mục đích của đề tài

- Xây dựng mô hình động lực học của hệ thống treo thủy khí và hai hệ thống treo khác để so sánh dưới các điều kiện khai thác khác nhau;

- Xây dưng mô hình động lực học ¼ xe;

- Xây dựng mô hình động lực học của ba hệ thống treo;

- Phân tích hiệu quả êm dịu của xe tải khai thác mỏ với hệ thống treo thủy khí so với các hệ thống treo khác

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Phân tích hiệu quả độ êm dịu của xe khai thác mỏ với hệ thống treo thủy khí và hai hệ thống treo có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong khai thác và cải tiến thiết kế hệ thống treo cho xe tải khai thác mỏ

Đối tượng nghiên cứu

Xe tải khai thác mỏ, hệ thống treo thủy khí, hệ thống treo nhíp, hệ thống treo cao su

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết gồm xây dựng mô hình, mô phỏng, phân tích và đánh giá hiệu quả êm dịu trên cả hai miền tần số và miền thời gian

Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi của đề tài, một mô hình dao động của ¼ xe với 03 hệ thống treo thường được sử dụng cho xe tải

Nội dung của luận văn

- Tổng quan về đề tài nghiên cứu; - Xây dựng mô hình dao động toàn xe; - Phân tích và đánh giá hiệu quả độ êm dịu; - Kết luận và kiến nghị

1.5 Kết luận Chương 1

Trong chương 1, tác giả đã phân tích được hình hình phát triển về khai thác mỏ phía Bắc Việt Nam, phân tích được các kết cấu của hệ thống treo thường sử dụng trên xe tải và xe tải chuyên dùng ở các vùng mỏ Phân tích được tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài về lĩnh vực nghiên cứu là hệ thống treo thủy khí và xe tải khai thác mỏ Cuối cùng, kết quả chương 1 đã đề xuất phương pháp, đối tượng và nội dung nghiên cứa của luận văn này Ngoài ra, kết quả của chương 1 là cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu các nội dung tiếp theo của luận văn này

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ¼ XE

Mục tiêu chính chương này là tiến hành xây dựng mô hình động lực học ¼ xe nói chung và mô hình động lực hệ thống treo thủy khí của xe tải khai thác mỏ nói riêng Hai hệ thống treo lá nhíp và hệ thống treo cao su được chọn để xây dựng mô hình động lực học, từ đó tạo ra cơ sở lý thuyết để so sánh đánh giá hiệu quả êm dịu của hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo lá nhíp và hệ thống treo cao su ở chương sau Ngoài ra, các chỉ tiêu đánh giá động lực học phương đứng của ô tô được phân tích và chỉ ra ưu nhược điểm

2.1 Hệ thống treo thủy khí trên xe CATERPILLAR 773F

Xe khai thác mỏ CATERPILLAR 773F được sử dụng rộng rãi các khu mỏ của Việt Nam, xe được trang bị hệ thống treo thủy lực-khí nén Kết cấu chung của xe gồm động cơ và hệ thống truyền lực thủy cơ, hệ thống lái thủy lực, hệ thống phanh sử dụng cơ cấu phanh ma sát ướt nhiều đĩa Xe khai thác mỏ CATERPILLAR 773F được thể Hình 2.1 Hình 2.1 được thể hiện hình dáng bên ngoài, kết cấu khoang người điều khiển gồm có ghế ngồi điều khiều, bảng điều khiển, vô lăng lái, hệ thống treo thủy khí gồm hệ thống treo thủy khí trước và sau không liên kết với nhau, áp suất khí khoang khí không đổi

Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo thủy khí trước

Dựa vào Hình 2.1, chúng ta thấy rằng mỗi bánh trước được liên kết xy lanh treo thủy khí, đây hệ thống không thay đổi áp suất của khí ni tơ, các hệ thống treo không liên kết với nhau mà độc lập Xy lanh treo thủy khí này đóng vai trò trụ xoay đứng của hệ thống lái Các thành phần chính của xy lanh treo trước là một xy lanh và một cần pison Xy lanh được gắn chặt vào khung máy Khi bánh xe di chuyển lên hoặc khi bánh xe di chuyển xuống thanh đẩy tự do di chuyển bên trong xy lanh, cần piston (thanh đẩy) di chuyển với bánh xe Sơ đồ nguyên lý hệ thống treo trước thủy khí ở quá trình nén của xe khai thác mỏ CATERPILLAR 773F được thể hiện trên Hình 2.2