pHâN tíCH và tíNH toán tối ưu ĐộNG lực học hệ tHốNG nâNG hạ ô tô tải (tự đổ) hINO fC9JESW bằNG pHươNG pháp mô pHỏNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.33 MB, 102 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT GIAO THƠNG
--------------------

NGUYỄN NGỌC HƯNG

PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN TỐI ƯU ĐỘNG LỰC HỌC
HỆ THỐNG NÂNG HẠ Ô TÔ TẢI (TỰ ĐỔ) HINO
FC9JESW BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 01 năm 2019

i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. TRẦN HỮU NHÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. LÊ ĐÌNH TUÂN

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN THÀNH TÂM

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM

ngày 11 tháng 01 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. HUỲNH THANH CÔNG
2. PGS.TS. LÊ ĐÌNH TUÂN
3. TS. NGUYỄN THÀNH TÂM
4. TS. NGUYỄN CHÍ THANH
5. TS. HỒNG ĐỨC THƠNG
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS. HUỲNH THANH CÔNG

PGS.TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN NGỌC HƯNG

MSHV: 7140921

Ngày, tháng, năm sinh: 28/07/1983

Nơi sinh: Tỉnh Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực

Mã số : 60520116

I. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích và tính toán tối ưu động lực học của hệ thống nâng hạ ô tô
tải (tự đổ) HINO FC9JESW bằng phương pháp mơ phỏng.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tính tốn động học và động lực học cơ cấu nâng hạ bằng phương pháp giải tích.
- Tiếp cận và tìm hiểu Matlab Sim Mechanics và Sim Hydraulics.
- Xây dựng mơ hình xe, cơ cấu nâng hạ và khâu khớp bằng Sim Mechanics.
- Xây dựng mạch thủy lực bằng Sim Hydraulics.
- Kết hợp mơ hình xe, cơ cấu nâng hạ và mạch thủy lực, sau đó dùng simulink để mơ
phỏng, phân tích động học và động lực học.
- Xác định vị trị tối ưu động lực học, hệ số tải trọng động của hệ thống nâng hạ bằng
phương pháp mô phỏng.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/2018
IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN HỮU NHÂN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Tp. HCM, ngày___ tháng___ năm 2018
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TS. Trần Đăng Long

TS. Trần Hữu Nhân

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Nguyễn Lê Duy Khải
iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

vi

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Trong bối cảnh khoa học cơng nghệ phát triển như hiện nay, ngày càng nhiều
các phần mềm phục vụ tính tốn thiết kế và kiểm nghiệm ra đời. Ứng dụng một
phần mềm vào tính tốn động lực học của xe tự đổ giúp cải thiện và ngày càng
tối ưu hơn cho các thiết kế sau này cũng như có thể làm tài liệu để giảng dạy
hoặc phục vụ cho công việc đăng kiểm của bộ giao thông. Với điều kiện nghiên
cứu còn hạn hẹp về thời gian cũng như kinh phí, nghiên cứu chỉ tập trung vào
tính toán động học và động lực học ở một số trường hợp nhất định.
Đề tài luận văn đã mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của hệ thống thủy lực
nâng hạ thùng xe tự đổ bằng Simulink, từ đó phân tích ảnh hưởng của các yếu
tố như: trọng lượng/thế tích nâng, áp suất dầu, góc nâng, thời gian nâng/hạ
thùng,…
Đánh giá kết quả mô phỏng các chế độ làm việc điển hình.
Nắm vững các bước xây dựng và kiểm tra một chương trình phần mềm của
MATLAB.Nhân dạng và nắm vững các câu lệnh, các lỗi khi chạy một chương
trình MATLAB.
Trong quá trình xây dựng chương trình, với việc từng bước thay đổi và cải tiến
chương trình, phát triển được kĩ năng làm việc cũng như hiểu rõ chương trình
tính toán.

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Họ tên học viên: NGUYỄN NGỌC HƯNG

MSHV: 7140921

Ngày, tháng, năm sinh: 28/07/1983

Nơi sinh: Tỉnh Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực

Mã số : 60520116

Số điện thoại liên lạc: 0983460203

Email:

Tôi xin cam đoan luận văn “Phân tích và tính tốn tối ưu động lực học của hệ thống
nâng hạ ô tô tải (tự đổ) HINO FC9JESW bằng phương pháp mơ phỏng” này là

cơng trình nghiên cứu thực sự của cá nhân được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa
học của TS. Trần Hữu Nhân.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là trung
thực, các tài liệu tham khảo được trích dẫn rõ ràng.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
TP. Hồ Chí Minh, ngày___tháng___năm 2019

Nguyễn Ngọc Hưng

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 8
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... 9
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ............................................. 17
1. Giới thiệu tổng quan ........................................................................................... 17
1.1 Thực trạng hiện tại ........................................................................................ 17
1.1.1 Vấn đề xã hội ..................................................................................... 17
1.1.2 Vấn đề kỹ thuật .................................................................................. 17
1.1.3 Vấn đề kinh tế .................................................................................... 18
1.2 Tầm quan trọng và tính cấp thiết .................................................................. 18
2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 19
2.1 Mục tiêu tổng thể .......................................................................................... 19
2.2 Mục tiêu cục thể ............................................................................................ 19
3. Nội dung dự kiến ................................................................................................ 19
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 20
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 20
5.1 Ý nghĩa khoa học .......................................................................................... 20
5.2 Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................... 20
6. Kết luận .............................................................................................................. 20
CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI XE TỰ ĐỔ .................................................................... 21
1. Phân loại ............................................................................................................. 21
1.1 Phân loại theo tải trọng chuyên chở ................................................................... 21
1.2 Phân loại theo phương pháp nâng, hạ thùng tải tự đổ........................................ 21
1.3 Phân loại theo hệ thống nâng hạ ........................................................................ 22
1.3.1 Loại bố trí xy-lanh thủy lực đặt trực tiếp dưới thùng .................................. 23
1.3.2 Loại bố trí xy-lanh thủy lực kết hợp với giàn nâng ...................................... 24
2. Xác định đối tượng lựa chọn .............................................................................. 25
CHƯƠNG 3: THƠNG SỐ TÍNH TỐN VÀ NGUN LÝ LÀM VIỆC ............ 26

1. Giới thiệu ô tô thiết kế ........................................................................................ 26
2. Nguyên lý làm việc ............................................................................................. 27
2.1 Nguyên lý đổ hàng từ thùng ra ngoài................................................................. 28
2.2 Nguyên lý làm việc của cơ cấu khóa ................................................................. 29
2.3 Sơ đồ hệ thống thủy lực ..................................................................................... 30
CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 31
1. Mơ hình tính tốn ............................................................................................... 32

2. Tính ổn định của xe khi nâng thùng ................................................................... 33
3. Tính tốn động học và động lực học cơ cấu nâng hạ thùng tải .......................... 34
3.1 Tính tốn động học cơ cấu nâng hạ thùng tải..................................................... 34
3.2 Tính tốn động lực học cơ cấu nâng hạ thùng tải............................................... 37
3.2.1 Xác định lực tác dụng lên xy lanh thủy lực cơ cấu nâng hạ thùng tải .......... 37
3.2.2 Đường kính làm việc của xy lanh cơ cấu nâng hạ thùng tải ......................... 38
3.2.3 Hành trình làm việc của xy lanh cơ cấu nâng hạ thùng tải ........................... 38
4. Tính tốn và chọn bơm thủy lực ......................................................................... 39
4.1 Tính tốn bơm thủy lực ...................................................................................... 39
4.2 Chọn bơm thủy lực ............................................................................................. 40
5. Tính tốn và chọn hộp trích cơng suất................................................................ 42
5.1 Tính tốn hộp trích cơng suất ............................................................................. 42
5.2 Chọn hộp trích cơng suất .................................................................................... 42
CHƯƠNG 5: MƠ HÌNH TÍNH TỐN MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG
LỰC HỌC XE TỰ ĐỔ BẰNG MATLAB (SIMULINK, SIMSCAPE).................. 43
1. Giới thiệu về Matlab Simulink, Matlab Simscape ............................................. 43
1.1 Giới thiệu về Matlab Simulink........................................................................... 43
1.2 Giới thiệu về Matlab Simscape .......................................................................... 45
1.2.1 Giới thiệu về Sim Machenics ........................................................................ 45
1.2.2 Giới thiệu về Sim Hydraulics ....................................................................... 50
2. Xây dựng mơ hình xe, cơ cấu nâng hạ bằng Sim Mechanics ............................ 56

2.1 Xây dựng mơ hình xe bằng Sim Mechanics ...................................................... 56
2.2 Xây dựng cơ cấu nâng hạ bằng Sim Mechanics ................................................ 59
3. Xây dựng mạch thủy lực bằng Sim Hydraulics.................................................. 63
4. Kết hợp mơ hình xe, cơ cấu nâng hạ và mạch thủy lực ..................................... 65
CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG .............................................. 66
1. Động học của cụm cơ cấu nâng hạ ..................................................................... 66
1.1 Tọa độ các điểm A, B, C ............................................................................. 66
1.1.1 Tọa độ các điểm A, B, C theo hệ tọa độ chuẩn ................................. 66
1.1.2 Tọa độ các điểm A, B, C theo góc nâng ............................................ 69
1.1.3 Quỹ đạo các điểm A, B, C theo thời gian .......................................... 71
1.1.3.1 Tọa độ các điểm A, B, C theo thời gian ứng .................................... 71
1.1.3.2 Góc nâng thùng theo thời gian .................................................... 75
1.2 Vận tốc góc các khớp quay của cụm cơ cấu nâng thùng theo thời gian ứng
với lưu lượng Q và 2xQ................................................................................ 76
1.3 Gia tốc góc các khớp quay của cụm cơ cấu nâng thùng theo thời gian ứng
với lưu lượng Q và 2xQ................................................................................ 81
2. Động lực học của cụm cơ cấu nâng hạ ............................................................... 85
2.1 Lực tổng hợp tại các khớp quay theo thời gian ............................................ 85
2.2 Lực tổng hợp tại các khớp quay theo góc nâng thùng ................................. 89
2.3 Lực tổng hợp tại các khớp quay theo thời gian xét tại 3 vị trí ..................... 94
3. Nhận xét.............................................................................................................. 99

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ỨNG DỤNG ........................................................... 100
1. Ứng dụng .......................................................................................................... 100
2. Kết luận ............................................................................................................ 100
2.1 Mục tiêu đề ra .................................................................................................. 100
2.2 Những điều làm được....................................................................................... 100
3. Kiến nghị .......................................................................................................... 101
4. Hạn chế ............................................................................................................. 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 102

LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước chúng ta đang trong giai đoạn hội nhập mạnh mẽ và những năm gần đây
liên tục hợp tác với các nước phát triển trên thế giới thơng qua các hiệp định
thương mại qua đó tạo sự phát triển vượt bậc và liên tục cho nền kinh tế. Cơ sở hạ
tầng ngày càng hoàn thiện và nâng cấp, bên cạnh đó các khu cơng nghiệp, các cơng
trình xây dựng liên tục mọc lên san sát nhau. Vì vậy, nhu cầu về ô tô tải tự đổ là rất
lớn. Hiện nay trên thị trường Việt Nam đang có rất nhiều các hãng xe cung cấp các
loại ô tô tự đổ như HINO, ISUZU, HYUNDAI, SAMCO,…Dự đoán trong tương
lai cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường ô tô tải sẽ ngày càng phát
triển,nắm bắt được sự phát triển đó thầy TS.Trần Hữu Nhân đã định hướng cho tơi
nghiên cứu và phát triển dịng xe ơ tơ tải tự đổ theo một hướng mới đó là ứng dụng
phần mềm MATLAB SIMULINK trong tính tốn thiết kế, cụ thể là tối ưu động lực
học hệ thống nâng hạ ô tô tải (tự đổ) bằng phương pháp mô phỏng.
MATLAB SIMULINK là một phần mềm ứng dụng bao gồm nhiều chức năng, cho
phép chúng ta tính tốn cũng như mơ phỏng q trình chuyển động của đối tượng,
điều mà cơ học tĩnh chưa làm được. Thế mạnh của phần mềm này là ứng dụng sự
phát triển của công nghệ phần mềm giúp q trình tính tốn đơn giản và chính xác
hơn.
Mục tiêu thực hiện đề tài:
-

Giới thiệu đề tài, sơ lược sự phát triển và hình thành của MATLAB

-

Ứng dụng MATLAB SIMULINK trong tính tốn thiết kế hiện nay

-

Khái qt về cách tính cơ cấu nâng hạ ơ tơ tải tự đổ

-

Xây dựng được mơ hình tính tốn tối ưu hệ thống nâng hạ thùng tải.

-

Tính tốn, mơ phỏng, đánh giá các thông số động lực học hệ thống nâng hạ
thùng tải.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của xe thiết kế .................................................................. 26
Bảng 4.1: Thơng số mơ hình dao động trong mặt phẳng dọc ....................................... 31
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật xy lanh thủy lực ............................................................... 38
Bảng 4.3: Kích thước loại bơm thủy lực FZ0 ................................................................ 40
Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật bơm thủy lực FZ0 ............................................................ 41
Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật PTO P13H1P1Z201 ........................................................ 42
Bảng 6.1: Tổng hợp hệ số tải trọng động xét ở vị trí ban đầu. ..................................... 99

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Thực trạng xã hội .......................................................................................... 17
Hình 1.2: Vấn đề kỹ thuật .............................................................................................. 18
Hình 1.3: Vấn đề kinh tế ................................................................................................ 18
Hình 2.1: Thùng nâng lật về phía sau ........................................................................... 21
Hình 2.2: Thùng nâng lật về một bên hoặc hai bên ...................................................... 21

Hình 2.3: Nâng thùng lên cao rồi mới lật ..................................................................... 22
Hình 2.4: Hệ thống nâng hạ thùng dùng xy-lanh thủy lực đặt đầu thùng..................... 23
Hình 2.5: Hệ thống nâng hạ thùng dùng xy-lanh thủy lực đặt giữa thùng ................... 24
Hình 2.6: Hệ thống nâng hạ thùng bố trí xy-lanh thủy lực kết hợp với giàn nâng ....... 25
Hình 3.1: Nguyên lý đổ hàng từ thùng ra ngồi............................................................ 27
Hình 3.2: Ngun lý làm việc cơ cấu khóa thùng.......................................................... 28
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống thủy lực ................................................................................. 29
Hình 4.1: Mơ hình động lực học dao động tồn xe trong khơng gian 3 chiều ............. 30
Hình 4.2: Mơ hình dao động ơ tơ trong mặt phẳng dọc ................................................ 30
Hình 4.3: Mơ hình tính ổn định ơ tơ lúc nâng thùng ..................................................... 32
Hình 4.4: Tính ổn định ơ tơ lúc nâng thùng khơng tải .................................................. 32
Hình 4.5: Sơ đồ xác định vị trí đặt cơ cấu nâng hạ thùng tải ....................................... 34
Hình 4.6: Sơ đồ động học cơ cấu nâng hạ thùng tải trên xe thực tế ............................. 36
Hình 4.7: Sơ đồ động học cơ cấu nâng hạ thùng tải ..................................................... 36
Hình 4.8: Thơng số bơm thủy lực FZ043 ...................................................................... 39
Hình 4.9: Kích thước PTO P13H1P1Z201 ................................................................... 42
Hình 5.1: Bảng nhập thơng số khối constant ................................................................ 43
Hình 5.2: Bảng nhập thơng số khối signal builder ....................................................... 44
Hình 5.3: Bảng nhập thơng số khối S PS ...................................................................... 46
Hình 5.4: Bảng nhập thơng số khối PS S ...................................................................... 47
Hình 5.5: Bảng nhập thơng số khối Mechanism Configuration.................................... 49
Hình 5.6: Bảng nhập thơng số khối Cylinder Hydraulics ............................................. 50
Hình 5.7: Bảng nhập thơng số khối Hydraulics Fluid .................................................. 51
Hình 5.8: Bảng nhập thơng số khối Pumps ................................................................... 53
Hình 5.9: Bảng nhập thơng số khối Pressure Relief Valve ........................................... 55
Hình 5.10: Mơ hình xe cơ sở ......................................................................................... 56
Hình 5.11: Mơ hình xe cơ sở dưới dạng sơ đồ khối Sim Mechanics ............................. 56
Hình 5.12: Mơ hình xe cơ sở trong mơ phỏng............................................................... 57
Hình 5.13: Sơ đồ khối bánh xe trước và sau ................................................................. 57
Hình 5.14: Sơ đồ khối bánh treo trước và treo sau ....................................................... 58

Hình 5.15: Sơ đồ khối thân xe ....................................................................................... 58
Hình 5.16: Mơ hình cơ cấu nâng hạ thùng tải .............................................................. 59
Hình 5.17: Mơ hình cơ cấu nâng hạ thùng tải dưới dạng sơ đồ khối Sim Mechanics .. 59
Hình 5.18: Mơ hình cơ cấu nâng hạ thùng tải trong mơ phỏng.................................... 60
Hình 5.19: Sơ đồ khối khớp quay 1 ............................................................................... 60

Hình 5.20: Sơ đồ khối khớp quay 2 ............................................................................... 60
Hình 5.21: Sơ đồ khối khớp quay 3 ............................................................................... 61
Hình 5.22: Sơ đồ khối khớp quay 4 ............................................................................... 61
Hình 5.23: Sơ đồ khối khớp quay weld ......................................................................... 61
Hình 5.24: Sơ đồ khối khớp quay 5 ............................................................................... 61
Hình 5.25: Sơ đồ khối thanh giằng ............................................................................... 61
Hình 5.26: Sơ đồ khối xy lanh ....................................................................................... 62
Hình 5.27: Sơ đồ khối trục xy lanh ................................................................................ 62
Hình 5.28: Sơ đồ khối cánh bướm ................................................................................. 62
Hình 5.29: Sơ đồ khối thùng .......................................................................................... 62
Hình 5.30: Sơ đồ khối bật thùng.................................................................................... 63
Hình 5.31: Sơ đồ mạch thủy lực .................................................................................... 63
Hình 5.32: Sơ đồ mạch thủy lực trong Sim Hydraulics ................................................ 64
Hình 5.33: Sơ đồ khối mơ hình xe, cơ cấu nâng hạ và mạch thủy lực .......................... 65
Hình 5.34: Mơ hình xe, cơ cấu nâng hạ và mạch thủy lực trong mơ phỏng ................. 65
Hình 6.1: Sơ đồ mơ phỏng động học các điểm A, B, C trong cụm cơ cấu nâng hạ theo hệ
tọa độ chuẩn .................................................................................................................. 66
Hình 6.2: Đồ thị quỹ đạo điểm A theo giải tích và mơ phỏng ....................................... 66
Hình 6.3: Đồ thị quỹ đạo điểm B theo giải tích và mơ phỏng ....................................... 67
Hình 6.4: Đồ thị quỹ đạo điểm C theo giải tích và mơ phỏng....................................... 67
Hình 6.5: Đồ thị quỹ đạo các điểm theo giải tích và mơ phỏng .................................... 68
Hình 6.6: Sơ đồ động học các điểm A, B, C trong cụm cơ cấu nâng hạ ...................... 69
Hình 6.7: Đồ thị tọa độ cực quỹ đạo các điểm theo góc nâng thùng bằng giải tích và

mơ phỏng ....................................................................................................................... 69
Hình 6.8: Sơ đồ động học các điểm A, B, C .................................................................. 71
Hình 6.9: Quỹ đạo điểm A (Ox) theo thời gian ứng với lưu lượng Q và 2xQ ............... 71
Hình 6.10: Quỹ đạo điểm A (Oy) theo thời gian ứng với lưu lượng Q và 2xQ ............. 72
Hình 6.11: Quỹ đạo điểm B (Ox) theo thời gian ứng với lưu lượng Q và 2xQ ............. 72
Hình 6.12: Quỹ đạo điểm B (Oy) theo thời gian ứng với lưu lượng Q và 2xQ ............. 73
Hình 6.13: Quỹ đạo điểm C (Ox) theo thời gian ứng với lưu lượng Q và 2xQ............. 73
Hình 6.14: Quỹ đạo điểm C (Oy) theo thời gian ứng với lưu lượng Q và 2xQ............. 74
Hình 6.15: Góc nâng thùng theo thời gian ứng với lưu lượng Q và 2xQ ..................... 75
Hình 6.16: Sơ đồ các khớp quay của cụm cơ cấu nâng hạ ........................................... 76
Hình 6.17: Đồ thị vận tốc góc khớp quay 1_1 (thanh giằng) theo thời gian ứng
với Q và 2xQ .................................................................................................................. 76
Hình 6.18: Đồ thị vận tốc góc khớp quay 1_2 (xy-lanh) theo thời gian ứng với
Q và 2xQ ........................................................................................................................ 77
Hình 6.19: Đồ thị vận tốc góc khớp quay 2 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............. 77
Hình 6.20: Đồ thị vận tốc góc khớp quay 3 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............. 78
Hình 6.21: Đồ thị vận tốc góc khớp quay 4 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............. 78
Hình 6.22: Đồ thị vận tốc góc khớp quay 5 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............. 79
Hình 6.23: Đồ thị vận tốc của xy-lanh theo thời gian nâng thùng ứng với Q và 2xQ .. 79

Hình 6.24: Sơ đồ các khớp quay của cụm cơ cấu nâng hạ ........................................... 81
Hình 6.25: Đồ thị gia tốc góc khớp quay 1_1 (thanh giằng) theo thời gian ứng với
lưulượng Q và 2xQ ........................................................................................................ 81
Hình 6.26: Đồ thị gia tốc góc khớp quay 1_2 (xy-lanh) theo thời gian ứng với lưu
lượng Q và 2xQ ............................................................................................................. 82
Hình 6.27: Đồ thị gia tốc góc khớp quay 2 theo thời gian ứng với Q và 2xQ .............. 82
Hình 6.28: Đồ thị gia tốc góc khớp quay 3 theo thời gian ứng với Q và 2xQ .............. 83
Hình 6.29: Đồ thị gia tốc góc khớp quay 4 theo thời gian ứng với Q và 2xQ .............. 83
Hình 6.30: Đồ thị gia tốc góc khớp quay 5 theo thời gian ứng với Q và 2xQ .............. 84

Hình 6.31: Sơ đồ động lực học các khớp quay của cụm cơ cấu nâng hạ ..................... 85
Hình 6.32: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 1_1 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ........... 85
Hình 6.33: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 1_2 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ........... 86
Hình 6.34: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 2 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............... 86
Hình 6.35: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 3 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............... 87
Hình 6.36 Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 4 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............... 87
Hình 6.37: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 5 theo thời gian ứng với Q và 2xQ ............... 88
Hình 6.38: Sơ đồ động lực học các khớp quay của cụm cơ cấu nâng hạ ..................... 89
Hình 6.39: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 1_1 theo góc nâng ứng với Q và 2xQ ........... 89
Hình 6.40: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 1_2 theo góc nâng ứng với Q và 2xQ ........... 90
Hình 6.41: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 2 theo góc nâng ứng với Q và 2xQ ............... 90
Hình 6.42: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 3 theo góc nâng ứng với Q và 2xQ ............... 91
Hình 6.43: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 4 theo góc nâng ứng với Q và 2xQ ............... 91
Hình 6.44: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 5 theo góc nâng ứng với Q và 2xQ ............... 92
Hình 6.45: Đồ thị lực nâng xy-lanh theo góc nâng thùng ............................................. 92
Hình 6.46: Đồ thị tọa độ cực lực nâng xy-lanh theo góc nâng thùng ........................... 93
Hình 6.47: Sơ đồ động lực học các khớp quay của cụm cơ cấu nâng hạ xét 3 vị trí .... 94
Hình 6.48: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 1_1 (3 vị trí) theo thời gian .......................... 95
Hình 6.49: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 1_2 (3 vị trí) theo thời gian .......................... 95
Hình 6.50: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 2 (3 vị trí) theo thời gian .............................. 96
Hình 6.51: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 3 (3 vị trí) theo thời gian .............................. 96
Hình 6.52: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 4 (3 vị trí) theo thời gian .............................. 97
Hình 6.53: Đồ thị lực tổng hợp tại khớp 5 (3 vị trí) theo thời gian .............................. 97
Hình 6.54: Đồ thị tọa độ cực của lực tổng hợp tại khớp 1_2 (xy-lanh) xét 3 vị trí theo
góc nâng thùng .............................................................................................................. 98

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. Giới thiệu tổng quan
1.1 Thực trạng hiện tại
1.1.1 Vấn đề xã hội
Việt Nam đang trong giai đoạn hội nhập và phát triển. Cùng với sự phát triển
về kinh tế, giáo dục, văn hóa và xã hội là sự phát triển hạ tầng cơ sở và mạng lưới
giao thông vận tải. Nền kinh tế của chúng ta đang thay da đổi thịt từng ngày, các
ngành sản xuất trong nước liên tục được mở rộng, các công trình xây dựng liên tục
mọc lên san sát nhau qua đó giúp cho số lượng ơ tơ tải nói chung và cụ thể là ô tô tải
(tự đổ) tăng lên không ngừng và ngày càng phát triển cả về chất và lượng đáp ứng
nhu cầu cho xã hội. Hiện nay trên thị trường Việt Nam đang có 2 nguồn cung cấp ơ
tơ tải (tự đổ) ra ngồi thị trường là nhập khẩu và các cở sở trong nước tự sản xuất.

Hình 1.1: Thực trạng xã hội [1].
1.1.2 Vấn đề kỹ thuật
Nhìn chung, các cơ sở trong nước về cơ bản đã nắm bắt được công nghệ chế
tạo ô tô tải (tự đổ) từ các dịng có tải trọng nhỏ cho đến các dịng xe có tải trọng rất
lớn, tuy nhiên, có rất nhiều cơ sở sản xuất rất lúng túng trong việc phân tích tính tốn
hệ thống thủy lực nâng hạ thùng và các cơ sở sản xuất khắc phục khuyết điểm này
bằng cách nhập nguyên cụm cơ cấu nâng hạ hoặc sao chép những xe nhập khẩu có
sẵn trên thị trường và chưa tối ưu hóa được cơ cấu nâng hạ.
17

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

Hình 1.2: Vấn đề kỹ thuật [1].

1.1.3 Vấn đề kinh tế
Đặc biệt tại Việt Nam nền công nghiệp ô tô trong những năm gần đây đang có
những phát triển mạnh mẽ. Điều đó dẫn đến một đòi hỏi cho những kỹ sư của chúng ta
phải không ngừng nâng cao hiểu biết và sự sáng tạo trong thực tế để có thể theo kịp tiến
độ phát triển trên thế giới nhằm đóng góp cơng sức của mình cho sự phát triển của ngành
ơ tơ nói riêng và của nền kinh tế nói chung.

Hình 1.3: Vấn đề kinh tế [2].

18

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

1.2 Tầm quan trọng và tính cấp thiết
- Với thực trạng như trên và với vai trị quan trọng của mình trong ngành vận tải
nói chung và trong vận chuyển vật tư xây dựng, sắt thép trong cơng cuộc cơng
nghiệp hóa, hiện đại hóa, lượng ô tô tải (tự đổ) đang ngày một tăng lên.
- Trong khi đó nhu cầu của người tiêu dùng về chất lượng sản phẩm ngày càng cao
và giá cả phải hợp lý. Điều này, đòi hỏi các nhà sản xuất trong nước muốn tồn tại
cần phải nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm, tức là phải nghiên cứu phương
án tối ưu hóa tính năng và chất lượng sản phẩm.
- Để làm việc đó, doanh nghiệp cần thiết phải tiến hành các giải pháp căn cơ đầu tư
căn bản từ khâu thiết kế, tính tốn cho đến q trình sản xuất, lắp ráp cụ thể là sử
dụng phần mềm mơ phỏng chun dụng để tính tốn nhằm tối ưu hóa các hệ
thống, cơ cấu và chi tiết của ơ tơ nói chung, mà cụ thể ở đây là tối ưu hóa động
học và động lực học cơ cấu nâng hạ thùng tải của ô tô tải tự đổ.
2. Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng thể
- Nắm vững các bước tính tốn động học và động lực học ơ tơ. Kết hợp những kiến
thức đã tìm hiểu ở mơn học ô tô chuyên dùng, thiết kế ô tô, kết cấu ơ tơ và lý
thuyết ơ tơ.
- Từ đó, xây dựng được một chương trình MATLAB để tính tốn động học và
động lực học xe tự đổ.
- Hoàn thiện các kỹ năng sử dụng phần mềm và xây dựng một chương trình tính
tốn cho một hệ thống cụ thể trên ôtô.
2.2 Mục tiêu cụ thể
- Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của hệ thống thủy lực nâng hạ thùng xe tự
đổ bằng Simulink, từ đó phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như: trọng lượng/thế
tích nâng, áp suất dầu, góc nâng, thời gian nâng/hạ thùng,…
- Đánh giá kết quả mô phỏng các chế độ làm việc điển hình.
- Nắm vững các bước xây dựng và kiểm tra một chương trình phần mềm của
MATLAB.
- Nhân dạng và nắm vững các câu lệnh, các lỗi khi chạy một chương trình
MATLAB.
- Trong quá trình xây dựng chương trình, với việc từng bước thay đổi và cải tiến
chương trình, phát triển được kĩ năng làm việc nhóm cũng như hiểu rõ chương
trình tính tốn.
3. Nơi dụng dự kiến
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương 2: Phân loại xe tự đổ
Chương 3: Mơ hình và thơng số tính tốn
Chương 4: Cơ sở lý thuyết
Chương 5: Mơ hình tính tốn mơ phỏng động học và động lực học xe tự đổ
bằng matlab (simulink, simscape)
19

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

Chương 6: Phân tích kết quả
Chương 7: Kết luận và ứng dụng
4. Phương pháp nghiên cứu
- Đề tài yêu cầu ứng dụng phần mềm Matlab – Simscape trong tính tốn động học
và động lực học xe tự đổ.
- Cơ sở phương pháp mô phỏng: ứng dụng phần mềm Matlab – Simscape kết hợp
với kiến thức từ các mơn chun ngành ơ tơ để tính toán động học và động lực
học.
- Đầu tiên, xác định các điều kiện biên để cho mơ hình tĩnh vững chắc ( tính tốn
ổn định của ơ tơ khi nâng và hạ thùng ở các góc khác nhau).
- Cuối cùng, thay đổi các thông số khoảng cách để cơ cấu nâng hạ thùng (quỹ đạo)
tối ưu trong điều kiện biên cho phép.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1 Ý nghĩa khoa học
- Với sự chính xác của các thơng số tính tốn của chương trình kết hợp với các
phần mềm mơ phỏng, có thể mơ phỏng chính xác được hoạt động của cơ cấu
nâng hạ thùng tải và tính tốn cân bằng cho ơ tơ khi thùng tải ở mọi vị trí.
5.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả các thơng số tính tốn, giúp cho việc thiết kế các chi tiết phụ tùng thay
thế khi xe bị hư hỏng.
- Chương trình tính tốn kết hợp với các tiêu chuẩn của nhà nước về phân bố khối
lượng lên trục xe, độ ổn định của xe có thể phục vụ cho việc đăng kiểm một số
loại xe.
6. Kết luận
- Trong bối cảnh khoa học công nghệ phát triển như hiện nay, ngày càng nhiều các
phần mềm phục vụ tính tốn thiết kế và kiểm nghiệm ra đời. Ứng dụng một phần

mềm vào tính tốn động lực học của xe tự đổ giúp cải thiện và ngày càng tối ưu
hơn cho các thiết kế sau này cũng như có thể làm tài liệu để giảng dạy hoặc phục
vụ cho công việc đăng kiểm của bộ giao thông. Với điều kiện nghiên cứu cịn hạn
hẹp về thời gian cũng như kinh phí, nghiên cứu chỉ tập trung vào tính tốn động
học và động lực học ở một số trường hợp nhất định.

20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI XE TỰ ĐỔ
1. Phân loại
1.1 Phân loại theo tải trọng chuyên chở
- Tải trọng chuyên chở dưới 5 tấn.
- Tải trọng chuyên chở từ 5-9 tấn.
- Tải trọng chuyên chở trên 9 tấn.
1.2 Mô tả các các phương án nâng, hạ thùng tải tự đổ
- Khi đổ hàng, thùng cần phải được nâng lên một góc nào đó. Có 3 cách cơ bản
lật thùng:
-

Thùng nâng lật nghiêng về phía sau

Hình 2.1: Thùng nâng lật nghiêng về phía sau [3].
 Đặc điểm:
+ Trút hàng lâu do tiết diện nhỏ.
+ Có thể tăng góc nghiêng thùng.

+ Khả năng ổn định cao.
+ Thích hợp cho việc đổ ở nơi vị trí chật hẹp, có thể lùi vào đổ hàng rồi
tiến ra hoặc vừa tiến vừa đổ hàng.
-

Thùng nâng lật nghiêng về một bên hoặc hai bên

Hình 2.2: Thùng nâng lật nghiêng về một bên hoặc hai bên [3].

21

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

 Đặc điểm:
+ Trút hàng nhanh do tiết diện lớn.
+ Khó tăng góc nghiêng thùng.
+ Kém ổn định.
+ Khi trút hàng bánh xe bị cản trở chuyển động.
-

Nâng thùng lên cao rồi mới lật

Hình 2.3: Nâng thùng lên cao rồi mới lật [3].
 Đặc điểm:
+ Khả năng chở hàng không cao. Không thể bố trí loại thùng lớn và tải
trọng lớn.
+ Có thể đổ hàng vào bể chứa, toa xe với hiệu quả cao.

+ Kém ổn định.
1.3 Các loại hệ thống nâng hạ:
-

Đa số ô tô có thùng tự đổ sử dụng loại xilanh thủy lực vì nó có các ưu điểm
sau:

-

Kích thước gọn và dễ bố trí, có tính tin cậy và độ an tồn cao, các bề mặt tiếp
xúc mịn ít vì ln có dầu, thời gian dỡ hàng ngắn (10-29 s).Được chia làm 2
loại chính sau:
+Loại bố trí xilanh thủy lực đặt trực tiếp dưới thùng hàng.
+Loại bố trí xilanh thủy lực kết hợp với giàn nâng.

22

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

1.3.1 Loại bố trí xilanh thủy lực đặt trực tiếp dưới thùng:
a. Sử dụng xilanh thủy lực đặt ở đầu thùng:
- Đặc điểm: Dầu thuỷ lực được bơm dầu lắp ở bộ phận trích công suất của
hộp số đưa vào xi lanh thuỷ lực, thông qua các gối đỡ nâng thùng tự đổ lên vị
trí trút hàng. Khi hạ thùng chỉ cần mở van điều khiển đưa dầu từ xilanh về
thùng chứa.
- Ưu điểm:
Có kích thước nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, ít chi tiết nên dễ chế tạo, rẻ tiền;

ngồi ra vì có ít khâu khớp nên động học đơn giản, vận hành thuận lợi, dễ
bảo dưỡng sửa chữa.
- Nhược điểm:
+ Loại này lực nâng đặt trực tiếp vào xilanh nên tuổi thọ của xilanh thuỷ lực
thấp, hành trình nâng dài dẫn đến khả năng chịu tải và độ cứng vững của hệ
thống kém, tuổi bền khơng được tốt; ngồi ra loại này chiếm thể tích lớn do
hành trình của nó, làm giảm đáng kể thể tích thùng hàng.
+ Hiện nay, cơ cấu nâng này vẫn được lắp trên một số loại xe như KAMAZ ,
xe tự đổ có́ tải trọng nhỏ, trung bình.

Hình 2.4: Hệ thống nâng hạ thùng dùng xilanh thuỷ lực đặt đầu thùng [3].
b. Sử dụng xilanh thủy lực đặt ở giữa thùng:
- Ưu điểm:
+ Có kích thước nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, ít chi tiết nên dễ chế tạo, rẻ tiền
ngồi ra vì có ít khâu khớp nên động học đơn giản , vận hành thuận lợi .
+ So với phương án sử dụng xilanh đặt ở đầu thùng thì khơng gian lắp đặt
được thu hẹp, kết cấu nhỏ gọn, độ cứng vững cao hơn, hành trình nâng ngắn
hơn.
- Nhược điểm:
23

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

+ Lực nâng cũng đặt trực tiếp vào kích nên tuổi thọ của xilanh thuỷ lực thấp,
do hành trình nâng được thu ngắn nên yêu cầu lực nâng lớn hơn, Phương án
có thể lắp đặt đồng thời 2 xi lanh thuỷ lực nâng thùng, nhằm tăng khả năng
nâng tải, giảm nhẹ lực nâng trên mỗi xilanh.

Hình 2.5: Hệ thống nâng hạ thùng dùng xilanh thuỷ lực đặt giữa thùng [3].

1.3.2 Loại bố trí xilanh thuỷ lực kết hợp với giàn nâng:
Cách bố trí này thường sử dụng trên các loại xe tự đổ tải trọng lớn trên 3 tấn.
Đặc điểm loại này là có kết cấu phức tạp hơn nhưng cho sức nâng lớn, độ bền
vững khá cao khả năng chịu lực tốt.
Đầu của xilanh thuỷ lực không đặt trực tiếp lên thùng nên tuổi thọ cao hơn,
địi hỏi cơng suất của bộ trích công suất không lớn. Lực nâng được phân phối
đều lên các gối.
Kết cấu phức tạp, yêu cầu về độ chính xác lắp ghép lớn đảm bảo động học của
giàn nâng. Để đảm bảo làm việc thì tất cả các khớp của cơ cấu trong quá trình
nâng hạ phải cùng nằm trên một mặt phẳng, làm cho việc lắp ráp đòi hỏi chính
xác cao, khó khăn.
Các cách bố trí xilanh thủy lực kết hợp với giàn nâng được sử dụng hiện nay
tuỳ thuộc theo cách bố trí xilanh thủy lực, bố trí giàn nâng, bố trí địn liên kết.

24

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS.TRẦN HỮU NHÂN

Hình 2.6: Hệ thống nâng hạ thùng bố trí xilanh thuỷ lực kết hợp với giàn nâng [1].
2. Xác định đối tượng lựa chọn
Trên cơ sở phân tích trên, lựa chọn đối tượng nghiên cứu:
- Tải trọng chuyên chở từ 5-9 tấn.
- Bố trí lật thùng dọc.
- Cơ cấu nâng hạ dùng truyền động thủy lực.

- Phương án nâng hạ gián tiếp, dùng đòn bẩy di động.

25

pHâN tíCH và tíNH toán tối ưu ĐộNG lực học hệ tHốNG nâNG hạ ô tô tải (tự đổ) hINO fC9JESW bằNG pHươNG pháp mô pHỏNG

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về