LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ ít hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp từ người khác. Trong suốt thời gian ngồi trên ghế giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các Thầy, Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn toàn thể các Thầy, Cô trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội nói chung và các Thầy, Cô trong Bộ môn Kỹ thuật máy nói riêng. Với tri thức và tâm huyết của mình đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Bá Nghị, Thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình từ làm báo cáo thực tập cho đến làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với Thầy, em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích không chỉ trong lĩnh vực học tập mà còn ở trong cuộc sống, đây sẽ là những kinh nghiệm quý báu cần thiết cho quá trình học tập và công tác sau này. Trong quá trình làm báo cáo, do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm và kiến thức còn hạn hẹp nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Thầy, Cô giúp em có thêm kinh nghiệm và kiến thức để đồ án được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em em xin kính chúc các Thầy, Cô trong Bộ môn Kỹ thuật máy thật dồi dào sức khỏe và niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiên Hà Văn Lãm i TÓM TẮT Giao thông vận tải là một ngành không thể thiếu trong nền kinh tế. Trong số các phương thức vận tải thì vận tải bằng đường bộ vẫn được coi là phương thức chủ yếu chiếm 80-90% trong tất cả các phương thức vận tải. Cùng với sự phát triển của kinh tế vận tải bằng container cùng ngày càng phổ biến và được dùng nhiều hơn. Với những ưu điểm như: được tiêu chuẩn hóa trên toàn thế giới, giảm thời gian bốc dỡ hàng, tránh bị mất cắp hay hư hỏng hàng hóa, container đã, đang và sẽ phát triển trong tương lai. Ở Việt Nam, container ngày càng được dùng nhiều hơn và những chiếc xe chuyên dùng để chở các thùng container cũng ngày được sử dụng nhiều hơn. Mục tiêu của đồ án này là nghiên cứu tính năng động lực học của các xe kéo chở hàng container khảo sát tính năng động lực của xe. Nâng cao chất lượng vận tải cũng như kéo dài tuổi thọ cho xe. Phần đầu giới thiệu chung về đầu kéo cho hàng container có 5 trục và các bộ phận chính của xe, phương trình sóng của mặt đường. Phần còn lại trình bày hệ phương trình vi phân chuyển động thẳng đứng dọc. Biểu diễn các dao động của các bộ phận chính.Sử dụng phần mềm Matlab để đưa ra các thông số về tần số dao động tự do, biên độ dao động, các vận tốc cộng hưởng, lực tác dụng với mặt đường, giữa các bộ phận của xe. Khảo sát sự ảnh hưởng của lò xo và lực cản giảm chấn đến tính năng động lực đoàn xe. Khảo sát sự ảnh hưởng của mặt đường đến tính năng động lực của xe. Cuối cùng đưa ra những kết luận từ kết quả mô phỏng có được và hướng phát triển đề tài trong tương lại. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii v CHƯƠNG 1 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.1.1 Sự hình thành phương thức vận tải bằng thùng hàng container 1 1.1.2. Đầu kéo container 2 1.1.3.Tình hình vận tải bằng container tại Việt Nam 3 1.2.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ CHỞ HÀNG CONTAINER 4 1.2.1.Đầu kéo 4 1.2.2. Thùng xe container 5 1.2.3.Khung giá đỡ thùng container 6 1.2.4. Trục bánh xe phía trước 7 1.2.5.Khung giá sau đầu kéo 7 1.2.6.Khung giá sau giá đỡ thùng container 8 1.2.7.Bộ phận đàn hồi 9 CHƯƠNG 2 10 MÔ HÌNH TÍNH VÀ HỆ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN 10 CHUYỂN ĐỘNG 10 2.1.MÔ HÌNH TÍNH XE Ô TÔ ĐẦU KÉO CHỞ CONTAINER 10 2.1.1.Mô hình 10 2.1.2.Thông số cơ bản 12 2.2.PHƯƠNG TRÌNH SÓNG HÌNH SIN CỦA MẶT ĐƯỜNG 12 2.3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN 15 2.3.1.Trục bánh xe phía trước trước (m1) 15 iii 2.3.2.Khung giá sau đầu kéo(m2) 16 2.3.3.Khung giá hai bánh xe cuối(m3) 17 2.3.4.Đầu kéo (m4) 18 2.3.5.Khối lượng thùng hàng và giá đỡ (m5) 19 2.4.Ma trận trạng thái và hệ phương trình vi phân 20 CHƯƠNG 3 27 KHẢO SÁT TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 27 3.1.PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MATLAB VÀ HÀM ODE45 27 3.1.1.Giải hệ phương trình vi phân bằng phần mềm mô phỏng Matlab 27 3.1.2.Hàm Ode45 trong phần mềm mô phỏng Matlab 28 3.2.TẦN SÔ DAO ĐỘNG TỰ DO 28 3.3.ĐỒ THỊ DAO ĐỘNG VÀ LỰC TÁC DỤNG CỦA CÁC BỘ PHẬN 29 3.3.1.Trục bánh xe thứ nhất (m1) 29 3.3.2.Khung giá sau đầu kéo(m2): 31 3.3.3.Khung giá sau giá đỡ thùng container(m3) 32 3.3.4.Đầu kéo (m4) 33 3.3.5. Thùng container(m5) 34 3.3.6. Các lực tác dụng từ bánh xe xuống mặt đường 36 a.Lực tác dụng của bánh xe thứ nhất 36 b.Lực tác dụng của bánh xe thứ hai 37 c.Lực tác dụng từ bánh xe thứ ba xuống đường 38 d.Lực tác dụng từ bánh xe thứ tư xuống đường 38 e.Lực tác dụng từ bánh xe thứ năm xuống đường 39 3.4.HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG 39 3.5.KHẢO SÁT TÍNH NĂNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE 43 3.5.1.Ảnh hưởng của chiều dài bước sóng mặt đường 43 3.5.2.Ảnh hưởng của biên độ sóng mặt đường. 45 3.5.3.Ảnh hưởng của độ cứng lò xo mâm xoay 46 a.Giảm độ cứng lò xo mâm xoay 46 iv b. Tăng độ cứng lò xo mâm xoay 48 3.6.ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG LÒ XO VÀ LỰC CẢN GIẢM CHẤN 51 3.6.1.Độ cứng lò xo dưới các trục bánh xe kl1, kl2, kl3 51 3.6.2.Ảnh hưởng của các độ cứng lò xo trên trục bánh xe kt1, kt2, kt3 53 3.6.3.Thay đổi giảm chấn phía trên các trục bánh xe ct1, ct2, ct3 54 3.7.ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ XE CHẠY 56 3.7.1.Chuyển vị thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất 57 3.7.2.Chuyển vị thẳng đứng của khung giá hai bánh xe sau đầu kéo 58 3.7.5.Lực tác dụng cực đại của bánh xe xuống đường khi thay đổi vận tốc 63 CHƯƠNG 4 67 KẾT LUẬN 67 4.1.KẾT LUẬN 67 4.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 68 v CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Sự hình thành phương thức vận tải bằng thùng hàng container Công nghiệp phát triển mạnh mẽ kéo theo đó là hàng hóa ngày càng tăng cả về chất lượng và số lượng. Từ đó đòi hỏi ngành vận tải phải làm việc nhiều hơn để có thể vận chuyển hàng hóa từ nhà máy tới nơi tiêu thụ hay các nguyên vật liệu về nhà máy sản xuất một cách nhanh chóng nhất mang lại hiệu quả kinh tế cao cho doanh nghiệp.Vận tải là một ngành không thể thiếu cho một nền công nghiệp phát triển, nó góp phần đẩy mạnh ngành công nghiệp và phục vụ đời sống con người. Từ sự ra đời của động cơ hơi nước rồi đến động cơ đốt trong ra đời làm thay đổi nền công nghiệp toàn thế giới cũng như ngành giao thông vận tải. Những năm 1860 chiếc ôtô đầu tiên sử dụng động cơ đốt trong đã ra đời. Sự ra đời của ôtô dùng động cơ đốt trong cùng với sự phát triển mạnh mẽ đã thúc đẩy ngành vận tải đường bộ phát triển. Nó mang nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa một các nhanh chóng mức độ linh hoạt cao, nó đảm nhiệm các nhiệm vụ mà các hình thức vận tải bằng tàu hỏa và tàu thủy không làm được đó là vận chuyển giữa các khâu trung gian từ bến tàu về nhà máy và ngược lại hay nhưng khoảng cách gần… Giữa các phương thức vận tải khác nhau như: đường biển đường sắt đường bộ hay đặc biệt là đường hàng không luôn có mối quan hệ mật thiết với nhau để vận chuyển hàng hóa một cách nhanh nhất đem lại hiệu quả cao nhất. Cũng chính bởi lý do đó mà thùng hàng container lần đầu tiên được nghĩ ra năm 1937 bởi một người Mỹ có tên là Malcolm Mclean, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho vận tải, nó giảm thời gian vận tải từ đó nó trở thành hình thức vận tải quốc tế. 1 Hình 1.1. Malcolm Mclean và phương thức vận tải container Con người đã cải tiến và tiêu chuẩn các thùng container để các quốc gia có thể sử dụng chung. Thùng container tiêu chuẩn có rất nhiều ưu điểm nổi bật như: + Giảm thời gian bốc xếp hàng hóa. + Giảm tình trạng mất cắp. + Được tiêu chuẩn hóa trên toàn thế giới. + Giảm hư hỏng hàng hóa. Thùng container là một loại thùng chứa hàng đặc biệt làm bằng thép và được tiêu chuẩn hóa, với chiều dài 20’-40’ (feet) tương đương với 6.1-12.2 (m) và hiện nay loại lớn nhất là 60’(feet) được thiết kế chắc chắn để đảm bảo chất lượng hàng hóa và sử dụng nhiều lần. 1.1.2. Đầu kéo container Sự ra đời của thùng container với trọng tải ngày càng lớn có thể lên tới vài chục tấn làm cho ngành công nghiệp ô tô cũng phải phát triển ra những chiếc xe có thể mang được những thùng container đó và hình thành nên những đầu kéo container với tải trọng ngày càng tải lớn. Cho tới ngày nay đã phát triển thành những đầu kéo container công suất lớn và hiện đại, nhanh hơn và đem lại sự thoái mái cho người lái. 2 Hình 1.2.Đầu kéo thùng hàng container hiện đại 1.1.3.Tình hình vận tải bằng container tại Việt Nam Container vào Việt Nam khá muộn khoảng những năm 90 của thế kỉ trước tuy nhiên cùng với xu thế hội nhập của đất nước, vận tải bằng thùng hàng xe container ngày càng phát triển. Ngày nay các xe container ở Việt Nam số lượng vẫn chưa nhiều và mức độ hiện đại của nó vẫn chưa cao, trọng tải không quá lớn do chi phí cho một chiếc xe khá cao, các công ty vận tải chưa lớn và hạ tầng giao thông của Việt Nam chưa đáp ứng được yêu cầu. Ngoài vận tải container bằng đường thủy vận tải container trên đường sắt và đường bộ cũng là một phần quan trọng. Trong khi vận tải bằng đường sắt chưa phát triển do hạ tầng các tuyến đường sắt còn sơ sài và bị động thì vận tải bằng các xe container đóng vai trò hết sức quan trọng. Do là xe container ở Việt Nam một phần là nhập khẩu xe đã qua sử dụng từ nước ngoài có tuổi thọ từ 5 đến 10 năm một phần là những xe giá rẻ nên chất lượng của chúng không cao. Hơn nữa, hầu hết các tuyến đường ở nước ta chưa thực sự đáp ứng được điều kiện hoạt động của đầu kéo thùng xe container. Khi xe chuyển động sẽ tạo ra hiện tượng rung lắc lực tác động lên các bộ phận lớn càng làm cho tuổi thọ của xe giảm xuống và ảnh hưởng tới người lái. Với những lý do trên mà đồ án tốt nghiệp này sẽ khảo sát, tính toán, mô phỏng dao động, tính năng động lực học của các bộ phận của đầu kéo xe chở container nhằm tăng tuổi thọ cho xe và các bộ phận chính, làm tăng độ êm dịu giúp người lái thoải mái hơn. 3 1.2.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ CHỞ HÀNG CONTAINER 1.2.1.Đầu kéo Đầu kéo xe container là một ô tô có công suất lớn từ 300 đến 800 Mã lực thậm chí là 3000 Mã lực với trọng tải chủ yếu từ 15-30 tấn lớn nhất có thể đạt trên 100 tấn. Nó được thiết kế chỉ đủ chỗ cho tài xế và phụ lái. Không gian của nó chủ yếu dành cho động cơ. Hình 1.3.Đầu kéo xe chở hàng container Phần sau đầu kéo được thiết kế để lắp với khung giá đỡ thùng container. Trên đầu kéo được bố trí 3 trục bánh xe trong đó 2 trục bánh xe phía sau được lắp chung trên một khung giá. Hai trục bánh xe này sẽ đỡ toàn bộ trọng tải phía trước của thùng container. Dưới đây là một mô hình của đầu kéo thùng container, các số liệu chỉ mang tính chất tham khảo 4 Hình 1.4.Mô hình đầu kéo xe chở hàng container 1.2.2. Thùng xe container Thùng xe container đã được giới thiệu ở mục 1.1 của Chương 1. Dưới đây là một hình ảnh thực tế của thùng xe container loại 40 feet. Trên thùng xe có ghi đầy đủ các thông số như: + Các kích thước chiều dài, chiều rộng, chiều cao. + Tự trọng của bản thân thùng container. + Tải trọng tối đa mà thùng container có thể chứa được. + Ngoài ra còn có các ký hiệu của nhà sản xuất, tên công ty sở hữu… 5 [...]... momen quán tính của khung giá lắp 2 trục bánh xe sau đầu kéo gộp với các trục bánh xe và bánh xe + m3 là khối lượng và momen quán tính của khung giá cuối cùng lắp 2 bánh xe phía cuối gộp với các trục bánh xe và các bánh xe + m4 là khối lượng và momen quán tính của toàn bộ phần phía trên đầu kéo + m5 là khối lượng và momen quán tính của thùng container gộp với khối lượng của khung giá đỡ thùng container. .. mô hình tính của xe đầu kéo chở container như sau: Hình 2.1.Mô hình ô tô đầu kéo chở container Ở mô hình trên ta thấy khối lượng của một số bộ phận được gộp lại với nhau để thuận tiện cho việc tính toán nhưng không làm ảnh hưởng nhiều tới tính năng động lực của hệ Ví dụ như khối lượng m5 là bao gồm cả thùng container và giá đỡ 10 Trong đó: + m1 là khối lượng trục bánh xe thứ nhất gộp với các bánh + m2,... lượt một nửa khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cặp bánh xe sau đầu kéo và cặp bánh xe sau cùng + a là khoảng cách trọng tâm của m1 và trọng tâm của đầu kéo + b là khoảng cách trọng tâm m2 và trọng tâm đầu kéo + c là khoảng cách từ trọng tâm m2 và trọng tâm của thùng container + d là khoảng cách từ trọng tâm thùng container và trọng tâm m3 2.1.2.Thông số cơ bản Các thông số của xe được cho như... 9 tần số dao động tự do ứng với các dao động x1, x2,… 3.3.ĐỒ THỊ DAO ĐỘNG VÀ LỰC TÁC DỤNG CỦA CÁC BỘ PHẬN Sau khi sử dụng phần mềm Matlab để giải hệ phương trình vi phân (2.33) ta được kết quả là các đồ thị biểu diễn dao động và lực tác dụng giữa các bộ phận của đoàn xe khi xe chạy ở vận tốc 60 (Km/h), các thông số như bước sóng , biên độ sóng của đường không thay đổi 3.3.1.Trục bánh xe thứ nhất (m1)... Trục bánh xe phía trước Hình 1.8.Trục bánh xe phía trước Phần phía trước đầu kéo được bố trí một trục bánh xe chủ yếu chịu tải trọng của đầu kéo 1.2.5.Khung giá sau đầu kéo 7 Hình 1.9.Khung giá sau đầu kéo Phía sau đầu kéo được bố trí một khung giá để lắp 2 trục bánh xe Hai trục bánh xe này liên kết với đầu kéo bằng một hệ thống đàn hồi là nhíp và giảm chấn thủy lực 1.2.6.Khung giá sau giá đỡ thùng container. .. dao động của xe có 9 bậc tự do Các tọa độ chuyển vị tương ứng là :      x1 là chuyển vị thẳng đứng trục bánh xe trước của đầu kéo x2, φ2 là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc trục bánh xe sau của đầu kéo x3, φ3 là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc trục bánh xe cuối cùng x4, φ4 là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc của đầu kéo x5, φ5 là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc của thùng hàng. .. có thị đồ thị như sau: Đồ thị dao động 29 Hình 3.1 .Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất Đồ thị lực tác dụng Hình 3.2 .Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất 30 3.3.2.Khung giá sau đầu kéo( m2): Chuyen vi thang dung chuyen vi(mm) 10 5 0 -5 -10 0 1 2 3 4 5 6 thoi gian (s) chuyen vi quay 7 8 9 10 0 1 2 3 4 7 8 9 10 4 goc(do) 2 0 -2 -4 5 6 thoi gian (s) Hình 3.3 .Đồ thị dao động của khung... Từ các phương trình sóng của mặt đường ta xác định được các đạo hàm : = y0cos(Ωt) = y0cos(Ωt-∆t2 = y0cos(Ωt-∆t3) = y0cos(Ωt-∆t4) = y0cos(Ωt-∆t5) 14 (2.6) 2.3 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN Ta tách các bộ phận cơ bản ra khỏi hệ và đặt các phản lực cân bằng lên các bộ phận Áp dụng định luật II Niuton ta sẽ có được các phương trình vi phân chuyển động của chúng 2.3.1.Trục bánh xe. .. 40 x50 ϕ& 50 }  z20  (2.36) Kết quả là sẽ xác định được các chuyển vị và vận tốc dao động của các bộ phận của đoàn xe dưới tác dụng của kích thích mặt đường Để tính lực động tác dụng lên xe cần phải tính các chuyển vị tương đối giữa các bộ phận Ta gọi các chuyển vị đó như sau: 23 + u1 và lần lượt là chuyển vị và vận tốc tương đối giữa bánh xe thứ nhất và mặt đường u1 = x1 − y1 & & & u1 = x1 − y1 +... xo, giảm chấn dưới bánh xe đầu tiên của đầu kéo + kl2, cl2 lần lượt là độ cứng lò xo và hệ số cản nhớt lò xo, giảm chấn dưới hai bánh xe cuối của đầu kéo + kl3, cl3 lần lượt là độ cứng lò xo và hệ số cản nhớt lò xo, giảm chấn dưới hai bánh xe cuối của khung giá đỡ thùng container + kt1,ct1 lần lượt là độ cứng lò xo và hệ số cản nhớt lò xo, giảm chấn phía trên bánh xe đầu tiên của đầu kéo + kt2,ct2 lần . là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiên Hà Văn Lãm i TÓM TẮT Giao thông vận tải là một ngành không thể thiếu. gộp với các bánh. + m 2 , j 2 là khối lượng và momen quán tính của khung giá lắp 2 trục bánh xe sau đầu kéo gộp với các trục bánh xe và bánh xe. + m 3 là khối lượng và momen quán tính của khung. tác dụng từ bánh xe xuống mặt đường 36 a.Lực tác dụng của bánh xe thứ nhất 36 b.Lực tác dụng của bánh xe thứ hai 37 c.Lực tác dụng từ bánh xe thứ ba xuống đường 38 d.Lực tác dụng từ bánh xe thứ