BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Giao Tiến NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG ĐỘNG CHO THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ TẢI THÔNG DỤNG SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 62520116 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2016 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan TS Nguyễn Thanh Quang Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam I GIỚI THIỆU LUẬN ÁN: Tính cấp thiết luận án: Ngành công nghiệp ô tô nước tập trung vào sản xuất, lắp ráp Để tiến tới tự sản xuất hồn chỉnh cụm hệ thống cho tơ có chất lượng cao cần phải có đầu tư cho nghiên cứu phát triển Trong đó, ưu tiên hàng đầu cần dành cho việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo phận HTTL Mục đích luận án là: Nghiên cứu chế độ tải trọng nguy hiểm tác dụng lên HTTL ô tô phục vụ cho việc tính tốn thiết kế tơ Nhiệm vụ luận án: - Khảo sát, đánh giá chung ngành công nghiệp ô tô Việt Nam nay, có lĩnh vực sản xuất tô tải, vấn đề thiết kế chế tạo cụm chi tiết HTTL, từ xác định vị trí, vai trị tầm quan trọng vấn đề nghiên cứu luận án thực tế sản xuất ô tô tải thông dụng Việt Nam - Nghiên cứu chung dạng tải trọng nguy hiểm tác dụng lên HTTL ô tô tìm hiểu cơng trình nghiên cứu tải trọng động HTTL ô tô Việt Nam giới, xác định vấn đề cần nghiên cứu, từ lựa chọn phương pháp, đối tượng, phạm vi nội dung nghiên cứu phù hợp cho luận án, đặc biệt điều kiện khó khăn Việt Nam Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu Luận án ô tô tải thông dụng với mẫu xe tham khảo cụ thể tơ tải tự đổ có tải trọng tấn, nhãn hiệu LIFAN 3070G1 sản xuất lắp ráp Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tải trọng cực đại sinh HTTL ô tô tải loại sản xuất Việt Nam điều kiện sử dụng cụ thể khởi hành xe với tốc độ đóng ly hợp khác với mức chở tải khác Phương pháp nghiên cứu: Luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm: Phần nghiên cứu lý thuyết sử dụng mơ hình khác cho nội dung cụ thể để mô HTTL, tính tốn xác định tải trọng cực đại, khảo sát thông số ảnh hưởng Phần nghiên cứu thực nghiệm, Luận án thực đo mô men xoắn cực đại trục đăng khởi hành xe điều kiện khác Kết thực nghiệm sử dụng để đánh giá độ tin cậy độ xác mơ hình tính tốn Những kết luận án: - Xác định thơng số tính tốn HTTL, đánh giá khả cộng hưởng hiệu chỉnh thông số kết cấu (nếu cần) nhằm tránh cộng hưởng chế độ làm việc đặc trưng - Xây dựng mơ hình tính tốn xác định mơ men xoắn cực đại (thơng qua hệ số tải trọng động) xuất tay số - Xây dựng mơ hình mơ HTTL sơ đồ mạng liên kết (Bond graph) để tính tốn, khảo sát thơng số ảnh hưởng tới giá trị tải trọng cực đại xuất HTTL - Lựa chọn phương pháp thí nghiệm hợp lý để đo tải trọng động HTTL xe khởi hành điều kiện khác Kết thí nghiệm so sánh với kết mô với sai số chấp nhận Ý nghĩa khoa học: - Xây dựng phương pháp xác định tải trọng động HTTL ô tô tải thông dụng, làm sở cho việc lựa chọn hợp lý thống số tính tốn, thiết kế HTTL tơ tải Việt Nam - Kết luận án với thông số chế độ tải trọng động xe tham khảo sử dụng làm sở khoa học để thiết kế tối ưu hóa HTTL tơ tải loại, góp phần hồn thiện quy trình thiết kế phận HTTL - Luận án dùng làm tài liệu tham khảo cho nhà sản xuất xe tải Việt Nam nghiên cứu, tính tốn thiết kế đánh giá HTTL xe ô tô tải loại II NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN: Xác định thơng số tính tốn HTTL Các thơng số tính tốn mơ hình mơ động lực học HTTL gồm khối có lượng qn tính chi tiết chuyển động quay, hệ số độ cứng xoắn độ cản nhớt chi tiết chịu xoắn Việc tính tốn, xác định thơng số tính tốn mơ hình HTTL sử dụng cơng thức lý thuyết, công thức thực nghiệm thông qua phần mềm thiết kế chun dụng (SolidWorks) mơ hình thiết kế 3D HTTL Hình 3.1 Mơ hình 3D (SolidWorks) hệ thống truyền lực ô tô tải Nghiên cứu khả cộng hưởng hiệu chỉnh thông số kết cấu HTTL 2.1 Xác định tần số dao động riêng HTTL Để đánh giá khả xảy cộng hưởng HTTL với nguồn kích thích mơ men động cần thiết phải xác định tần số riêng hệ thống tần số kích thích động Luận án sử dụng mơ hình khối lượng với khâu đàn hồi để tính tốn tần số riêng HTTL [43, 48] hình 3.4 Kết tính tốn tần số riêng HTTL tay số thể bảng 3.2 Hình 3.4 Mơ hình tính tốn tần số riêng với khâu đàn hồi Trong đó: Ii (i = ÷ 5) mơ men qn tính quy dẫn động phần chủ động ly hợp; phần bị động ly hợp, hộp số đăng; cầu chủ động; bánh xe; khối lượng tịnh tiến ô tô E1 hệ số đàn hồi ly hợp, E2- hộp số đăng; E3- bán trục E4- lốp Bảng 3.2 Tần số dao động riêng HTTL Tay số ω1 17,934 24,947 37,422 49,600 63,838 Tần số riêng rad/s ω2 ω3 168,549 546,688 158,085 511,424 147,778 475,248 137,591 447,909 238,107 576,463 ω4 1170,837 996,018 1146,347 1400,711 1683,358 Có thể nhận thấy rằng, tay số, tần số riêng nằm vùng biến thiên định khoảng cách vùng tăng dần theo tần số 2.2 Xác định tần số kích thích mơ men động Mơ men xoắn động hàm kích thích tác động vào HTTL mơ tả tổng vơ số hàm điều hịa thơng qua phổ với tần số góc iω nhờ phân tích Fourier (công thức 3.14): M" = M$ + '/0 M' sin iωt + φ' (3.14) Kết qủa tính tốn (bảng 3.4) xác định tần số 04 hàm điều hoà mơ men động đặc tính ngồi tương ứng với hai chế độ làm việc đặc trưng động chế độ mô men cực đại Memax chế độ suất tiêu hao nhiên liệu thấp gemin Bảng 3.4 Tần số pha hàm điều hồ đến hài số Chế độ Vận tốc góc (v/p) Memax gemin 2000 2300 Tần số góc (rad/s) hàm điều hoà ω1 ω2 ω3 ω4 376,8 753,6 1130,4 1507,2 481,7 963,4 1445,1 1926,8 2.3 Đánh giá khả cộng hưởng Từ kết tính tốn mục 2.1 2.2 ta thấy, động hoạt động chế độ mô men cực đại Memax (2000 v/ph) khơng xảy tượng cộng hưởng Ở chế độ suất tiêu hao nhiên liệu bé gemin (2300 v/ph) khả cộng hưởng xảy tay số tần số góc động (481,7 rad/s) gần với tần số riêng thứ ba HTTL tay số (475,248 rad/s) Để tránh nguy xảy cộng hưởng cần thay đổi thông số kết cấu HTTL, giải pháp đơn giản hiệu thay đổi độ cứng lò xo giảm chấn ly hợp 2.4 Hiệu chỉnh thông số để tránh cộng hưởng Mục đích tốn xác định độ cứng C1 khâu đàn hồi E1 (chứa lò xo giảm chấn) cho tất tần số riêng HTTL (ở tay số) tránh xa tần số kích thích mơ men động chế độ gemin Kết tính tốn bảng 3.5 tương ứng với giá trị C1 = 8230 Nm/rad, tần số góc dao động riêng thứ ba tay số giảm xuống 471,3 rad/s, cách xa tần số góc 481,7 rad/s mô men động cơ, đồng thời tần số riêng khác tất tay số không trùng với tần số kích thích động chế độ gemin Bảng 3.5 Kết tính tốn tần số dao động riêng với C1 = 8230 Nm/rad Tay số ω 17,9 24,9 35,7 51,3 64,2 ω 168,4 157,8 146,9 137,5 236,8 ω 538,6 505,3 471,3 445,6 576 ω 1170,3 994,3 1144 1398,4 1681,5 Trong thực tế, tần số kích thích động thay đổi theo vận tốc góc, nên khó để tránh cộng hưởng chế độ Tính tốn tải trọng cực đại HTTL 3.1 Xây dựng mơ hình tính tốn Mục đích việc tính tốn tải trọng cực đại xác định giá trị tải trọng tối đa xuất HTTL với thơng số kết cấu xác định Trong nghiên cứu này, để tính tốn tải trọng cực đại HTTL, Luận án sử dụng mơ hình khâu đàn hồi có khối lượng với thơng số quy dẫn trục đăng hình 2.1 [48] Hình 2.1 Sơ đồ tính tốn tải trọng cực đại HTTL Trong đó: Ii (i = ÷ 5) khối lượng quán tính quy dẫn trục đăng cụm chi tiết: bánh đà phần chủ động ly hợp; phần bị động ly hợp; chi tiết HTTL; bánh xe chủ động; khối lượng chuyển động tịnh tiến ô tô E hệ số đàn hồi trục đăng Các ly hợp L1 L2 mô tả ly hợp ô tô tương tác bánh xe với mặt đường 3.2 Tính tốn tải trọng động cực đại HTTL 3.2.1 Phương pháp tính tốn Để tính tốn tải trọng (mơ men xoắn) cực đại xuất HTTL người ta coi hệ thống chịu tác động tức thời mô men ma sát ly hợp Tải trọng cực đại HTTL trường hợp phụ thuộc vào trạng thái làm việc ly hợp L1 L2 tương quan vận tốc góc giới hạn đĩa ly hợp (ω2max) với vận tốc góc bánh đà (ω1max) Trạng thái ly hợp mô tả số số Số tương ứng với trường hợp ly hợp dính, cịn số thể ly hợp bị trượt Mô men xoắn HTTL tương ứng với trường hợp trượt ly hợp L1 L2 ký hiệu 1230 1234 Mô men 1567 mô men quy dẫn cực đại (quy trục đăng) Kết phân tích trường hợp để tính tốn tải trọng động cực đại HTTL thể Bảng 2.1 Với điều kiện tính tốn khác nhau, ta thu kết tính tốn theo trường hợp khác Bảng 2.1 Các trường hợp tính tốn mơ men cực đại HTTL 3.2.2 Kết tính tốn Với trường hợp tính tốn bảng 2.1, NCS xây dựng chương trình tính tốn phần mềm Matlab Với chế độ tải trọng ô tô không tải, 100% 150% tải, kết tính tốn tất tay số thể bảng 3.6, 3.7 3.8 Trong đó, Mmax mơ men cực đại xuất trục đăng, giá trị tải trọng động đánh giá thông qua hệ số tải trọng động Kd = Mmax/Memax Kết bảng 3.6 cho thấy, tay số số mơ men cực đại tính theo trường hợp B3 (L1 = 0, L2 = 1) Nghĩa là, ly hợp khơng kịp trượt, cịn bánh xe chủ động trượt quay đường Ở tay số cịn lại, mơ men cực đại đạt ly hợp trượt, bánh xe chủ động không trượt (trường hợp A2) Bảng 3.6 Hệ số tải trọng động cực đại chế độ không tải Thông số Tay số Mmax 2190,2 2670,5 2233,7 1412,5 919,2 Kd 1,0332 2,1366 3,1438 3,1629 3,17 B3 B3 A2 A2 A2 Trường hợp Hiện tượng bánh xe chủ động bị trượt tay số tay số có tỷ số truyền lớn sinh mô men bánh xe vượt mô men bám Bảng 3.7 Hệ số tải trọng động cực đại chế độ 100% tải Thông số Tay số 3581,8 3632,3 2246,2 1417,8 922,1 Kd 1,67 2,906 3,161 3,175 3,18 Trường hợp B3 C3 A2 A2 A2 Mmax Trong trường hợp ô tô chở đủ tải theo định mức (bảng 3.7) tải trọng cực đại sinh tay số điều kiện tương tự xe không tải, trừ tay số xác định theo trường hợp C3 (cả hai ly hợp trượt) Khi ô tô chở tải tới 150%, kết bảng 3.8 cho thấy giá trị mô men cực đại tăng mạnh tay số so với trường hợp xét đây, tay số cịn lại kết khơng khác biệt nhiều Các trường hợp tính tốn giống với xe chở đủ tải theo định mức Từ sơ đồ mạng liên kết hình 2.23, NCS thiết lập hệ phương trình trạng thái phần tử HTTL, phương trình cân lượng điểm liên kết từ biến đổi phương trình biến trạng thái HTTL sau: