Đề tài Nghiên cứu động học xe bus khớp và khả năng ứng dụng tại Việt Nam (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu động học xe bus khớp và khả năng ứng dụng tại Việt Nam (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC XE BUS KHỚP VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM MÃ SỐ: T2010 - 20 ChỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: GVC. MSc. ĐẶNG QUÝ S K C 0 0 2 9 3 3 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2010
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC XE BUS KHỚP VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Mã số: T2010 – 20 Chủ nhiệm đề tài: GVC.MSc. Đặng Quý Thành viên đề tài: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12, năm 2010
3. 1. NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI GVC.MSc Đặng Quý 2. MỤC LỤC Trang 1. Danh sách những thành viên tham gia đề tài. 1 2. Mục lục. 1 3. Danh mục bảng biểu. 2 4. Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng việt và tiếng anh. 3 5. Mở đầu. 4 6. Nội dung đề tài. 6 6.1 Chƣơng 1: Tính toán động lực học quay vòng của xe bus khớp có cầu sau không dẫn hƣớng. 6 6.2 Chƣơng 2: Tính toán động học quay vòng của xe bus khớp có cầu sau dẫn hƣớng. 11 6.3 Chƣơng 3: Khảo sát khả năng ứng dụng xe bus khớp ở Việt Nam. 26 7. Kết luận và kiến nghị 27 8. Tài liệu tham khảo. 28 9. Bản sao “thuyết minh đề tài” đã đƣợc phê duyệt. Trang 1
4. 3. DANH MỤC BẢNG BIỂU. - Hình 1.1 sơ đồ động học quay vòng của xe bus khớp có cầu sau không dẫn hƣớng. (Trang 7) -Hình 1.2: Mô hình phẳng một vết của xe bus khớp có cầu sau không dẫn hƣớng. (Trang 9) - Hình 2.1: Model phẳng một vết của xe bus khớp có cầu trƣớc và cầu sau dẫn hƣớng với giả thuyết các bánh xe cứng tuyệt đối. (Trang 12, 22) - Hình 2.2: Sơ đồ để khảo sát mối quan hệ giữa góc quay của các bánh xe cầu sau βze, βzi với góc gập giữa hai phần thân xe .(Trang 16) - Hình 2.3: Sơ đồ dẫn động lái cầu sau của xe SKODA 709 RTO. (Trang 17) - Hình 2.6: Sự phụ thuộc của các góc quay các bánh xe cầu sau βz, βze, βzi vào góc gập  ở xe SKODA 706 RTO. (Trang 18) - Hình 2.4: Sơ đồ dẫn động lái cầu sau của xe MAGIRUS-D.260. (Trang 19) - Hình 2.7: Sự phụ thuộc của các góc quay các bánh xe cầu sau βz, βze, βzi vào góc gập  ở xe MAGIRUS-D.260. (Trang 19) - Hình 2.5: Sơ đồ dẫn động lái cầu sau của xe IKARUS 280. 08. (Trang 20) - Hình 2.8: Sự phụ thuộc của các góc quay các bánh xe cầu sau βz, βze, βzi vào góc gập  ở xe IKARUS 280. 08. (Trang 21) - Hình 2.9: Sơ đồ động học quay vòng của xe bus khớp có cầu trƣớc và cầu sau dẫn hƣớng với giả thuyết các bánh xe cứng tuyệt đối. (Trang 25) - Bảng 2.1: Các kích thƣớc chính của các loại xe bus khớp đặc trƣng có cầu sau và cầu trƣớc dẫn hƣớng. (Trang 16) - Bảng 2.2: Các giá trị đo đƣợc từ khảo sát theo sơ đồ dẫn động lái của xe SKODA 706 RTO. (Trang 17) - Bảng 2.3: Các giá trị đo đƣợc từ khảo sát theo sơ đồ dẫn động lái của xe MAGIRUS – D.260. (Trang 18) - Bảng 2.4: Các giá trị đo đƣợc từ khảo sát theo sơ đồ dẫn động lái của xe IKARUS 280. 08. (Trang 20) - Bảng 2.5: Các giá trị đo đƣợc và tính toán đƣợc cho các loại xe bus khớp cùng chủng loại với xe SKODA 706 RTO. (Trang 23) - Bảng 2.6: Các giá trị đo đƣợc và tính toán đƣợc cho các loại xe bus khớp cùng chủng loại với xe MAGIRUS – D.206. (Trang 23) Trang 2
5. - Bảng 2.7: Các giá trị đo đƣợc và tính toán đƣợc cho các loại xe bus khớp cùng chủng loại với xe IKARUS 280. 08. (Trang 23) 4. THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH. Đề tài này đã nghiên cứu và tính toán động học quay vòng của các loại xe bus khớp đặc trƣng. Đó là: - Xe bus khớp có cầu sau không dẫn hƣớng. - Xe bus khớp có cầu sau dẫn hƣớng. Các thông số quan trọng khi xe lƣu thông trên đƣờng mà đề tài này đã tập trung tính toán là: - Bề rộng phần đƣờng cần thiết khi xe bus khớp quay vòng. - Mối quan hệ giữa góc gập của hai phần thân xe với góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng ở cầu trƣớc. - Mối quan hệ giữa góc quay của các bánh xe cầu sau với góc gập của hai phần thân xe trong sự phụ thuộc vào góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng cầu trƣớc. - Bán kính quay vòng lớn nhất và nhỏ nhất của xe. - Khả năng ứng dụng xe bus khớp ở Viêt Nam. Information of reseach results This topic (theme) was researched and caculated spin kinematics of specific types of articulate buses. That is: - The articulate bus has rear axle not lead towards - The articulate bus has rear axle lead towards Imporrant parameters when articulate buses traffic was that topic that has been calculated: - The lane width required when the articulate bus turnaround. - Relationship between the angulation of the two-part body vehicles with the angle of rotation of the lead towards wheels in front axle. - Relationship between the angle of the rear axle wheels with angulation of the two parts of the body vehicles depends on the angle of rotation of the lead towards wheels in front axle. - The largest and smallest turning radius of the articulate bus. Trang 3
6. - Application capability of articulate buses in Vietnam. 5. MỞ ĐẦU. 5.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC. Đề tài này trong nƣớc và ngoài nƣớc chƣa đƣợc nghiên cứu. 5.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. - Để giảm ùn tắc giao thông ở nƣớc ta, cần giảm lƣợng xe cá nhân, tăng phƣơng tiện giao thông công cộng: xe bus, tàu điện ngầm. Nhƣng do chi phí xây dựng tàu điện ngầm rất cao, nên trƣớc mắt chúng ta chỉ có thể phát triển xe bus. - Ở Châu Âu, Châu Mỹ, xe bus khớp từ lâu đã là phƣơng tiện giao thông công cộng rất hữu ích vì nó vận chuyển đƣợc nhiều hành khách. Đề tài này nghiên cứu động học và khả năng ứng dụng xe bus khớp vào các thành phố lớn ở nƣớc ta. Từ đó đánh giá mức độ thích nghi của xe bus khớp vào điều kiện giao thông ở nƣớc ta. 5.3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. Tính toán động học quay vòng của các loại xe bus khớp: - Xe bus khớp có cầu trƣớc dẫn hƣớng, cầu sau không dẫn hƣớng. - Xe bus khớp có cầu trƣớc và cầu sau dẫn hƣớng. Khảo sát tính thích nghi của xe bus khớp vào điều kiện giao thông nƣớc ta - Tính thích nghi của xe bus khớp có cầu trƣớc dẫn hƣớng, cầu sau không dẫn hƣớng. - Tính thích nghi của xe bus khớp có cầu trƣớc và cầu sau dẫn hƣớng. 5.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - Trong tính toán sử dụng kiến thức của “cơ học chuyển động của ô tô”, cơ lý thuyết và toán học. Trang 4
7. - Trong phần khảo sát sử dụng phƣơng pháp đồ thị. 5.5. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. + Đối tƣợng nghiên cứu: Tất cả các loại xe bus khớp đang sử dụng hiện nay trên thế giới, bao gồm xe bus khớp chỉ có cầu trƣớc dẫn hƣớng và cả xe bus khớp có cầu trƣớc và cầu sau dẫn hƣớng. + Phạm vi nghiên cứu: Do lĩnh vực nghiên cứu của đề tài này rất rộng, thời gian và kinh phí quá ít, nên tác giả chỉ tập trung nghiên cứu phần động học xe bus khớp khi quay vòng. Các vấn đề còn lại nhƣ ổn định của xe khi quay vòng, khi phanh, cơ học chuyển động thẳng của xe, dao động của xe sẽ là nội dung nghiên cứu của đề tài tiếp theo. 5.6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. Đề tài này tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: + Tính toán động học quay vòng của xe bus khớp có cầu sau không dẫn hƣớng. - Tính toán bề rộng phần đƣờng cần thiết khi xe bus khớp quay vòng. - Tính toán mối quan hệ giữa góc gập của hai thân xe với góc quay của các bánh xe cầu trƣớc. + Tính toán động học quay vòng của xe bus khớp có cầu trƣớc và cầu sau dẫn hƣớng. - Tính toán mối quan hệ giữa góc quay của các bánh xe cầu sau với góc gập của hai phần thân xe trong sự phụ thuôc vào góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng ở cầu trƣớc. - Tính toán bề rộng phần đƣờng cần thiết khi xe bus khớp quay vòng. - tính toán bán kính quay vòng mép ngoài và mép trong của thân xe. + Khảo sát khả năng ứng dụng xe bus khớp ở Việt Nam. Trang 5
8. 6. NỘI DUNG ĐỀ TÀI. CHƢƠNG 1. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC QUAY VÕNG CỦA XE BUS KHỚP CÓ CẦU SAU KHÔNG DẪN HƢỚNG. Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu động học quay vòng của xe bus khớp có 3 cầu và khớp xoay ở sau cầu giữa với giả thiết xe quay vòng với góc quay vô lăng không đổi và các bánh xe cứng tuyệt đối. Ở đây chúng ta sẽ tính toán bề rộng phần đƣờng cần có khi xe bus khớp quay vòng bằng phƣơng pháp gần đúng. Tiếp theo chúng ta sẽ tìm mối quan hệ giữa góc gập của 2 phần thân xe bus với góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng cầu trƣớc. 1.1. TÍNH TOÁN BỀ RỘNG PHẦN ĐƢỜNG CẦN THIẾT KHI XE BUS KHỚP QUAY VÒNG. Ở hình 1.1 là mô hình xe bus khớp cầu sau không dẫn hƣớng đang quay vòng khi bỏ qua biến dạng ngang ở các bánh xe. Ý nghĩa của của các ký hiệu trên hình vẽ nhƣ sau: - B : Bề rộng toàn bộ xe. - B’ : Bề rộng cơ sở của xe. - B1 : Khoảng cách giữa hai trục đứng ( Đo tại vị trí đặt hai cam quay). - lB1 : Khoảng cách từ đầu xe đến cầu trƣớc. - l1 : Khoảng cách từ cầu xe đến cầu giữa. - lA : Khoảng cách từ cầu giữa đến tâm khớp xoay. - lB : Khoảng cách từ cầu sau đến tâm khớp xoay. - lB2 : Khoảng cách từ cầu sau đến đuôi xe. - Re :Bán kính quay vòng của mép ngoài đầu xe ( Re = Rmax). - R12 :Bán kính quay vòng của tâm cầu giữa. - RA :Bán kính quay vòng của tâm khớp xoay. - R21 :Bán kính quay vòng của tâm cầu sau. - Ri :Bán kính quay vòng của mép trong của xe tại cầu sau (Ri=Rmin). Trang 6
9. - βpe :Góc quay ngoài của bánh xe dẫn hƣớng ở cầu trƣớc. - βpi :Góc quay trong của bánh xe dẫn hƣớng ở cầu trƣớc . - βp :Góc quay trung bình của 2 bánh xe dẫn hƣớng cầu trƣớc -  :Góc quay của thân xe trƣớc so với thân xe sau (góc gập). - Po :Tâm quay vòng của xe. Hình 1.1 Sơ đồ động học quay vòng của xe bus khớp có cầu sau không dẫn hướng Khi xe bus khớp đang quay vòng, từ hình 1.1 ta thấy rằng bán kính Re chính là bán kính quay vòng lớn nhất của xe (Rmax) và bán kính Ri là bán kính quay vòng nhỏ nhất của xe (Rmin) tại thời điểm đang xét. Để tính đƣợc bề rộng phần đƣờng cần thiết khi xe bus khớp quay vòng, chúng ta cần tính đƣợc Re và Ri: Từ hình 1.1 ta có thể tính đƣợc các bán kính quay vòng nhƣ sau: Trang 7
10. 2 B 2 Re R12 l1 lB1 (1.1) 2 2 2 RA R12 lA (1.2) 2 2 R21 RA lB (1.3) B R R (1.4) i 21 2 l1 R12 (1.5) tg p Trong đó: βp (βpe + βpi)/2 Từ đây chúng ta có thể tính đƣợc giá trị gần đúng của bề rộng phần đƣờng cần thiết khi xe bus khớp quay vòng: a = Re – Ri (1.6) Các công thức từ (1.1) đến (1.6) cho ta thấy rõ ảnh hƣởng của các kích thƣớc của xe bus khớp khi quay vòng đến bề rộng phần đƣờng cần thiết. Nếu khoảng cánh từ cầu giữa đến tâm khớp xoay lA càng lớn, bề rộng của xe B, chiều dài l1 và lB1 càng nhỏ thì bề rộng phần đƣờng cần thiết khi xe bus khớp quay vòng càng nhỏ. 1.2. TÍNH TOÁN MỐI QUAN HỆ GIỮA GÓC GẬP CỦA HAI THÂN XE VỚI GÓC QUAY CỦA CÁC BÁNH XE CẦU TRƢỚC. Để tìm đƣợc mối quan hệ góc gập của 2 thân xe với góc quay của các bánh xe cầu trƣớc chúng ta sẽ sử dụng mô hình phẳng một vết của xe bus khớp cầu sau không dẫn hƣớng ở hình 1.2. Trang 8
11. Hình 1.2: Mô hình phẳng một vết của xe bus khớp có cầu sau không dẫn hướng. Góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hƣớng cầu trƣớc đƣợc tính:    pe pi (1.7) p 2 Từ hình 1.2 chúng ta giả thuyết rằng R12 R21, từ đó ta tính đƣợc bán kính quay vòng của tâm cầu giữa: l1 R12 (1.8) tg p Nhờ giá trị góc v mà chúng ta có thể tính đƣợc bán kính quay vòng của tâm khớp xoay RA: l l .tg tgv A A p (1.9) R12 l1 2 2 2 l1 2 RA R12 l A 2 l A (1.10) tg p Bán kính quay vòng của tâm cầu sau ta tính đƣợc nhờ góc ( - v) R21 RA.cos(  v) (1.11) Trang 9
12. l tg(  v) B (1.12) R21 Qua biến đổi dựa vào các biểu thức từ (1.8) đến (1.12) ta tìm đƣợc mối quan hệ giữa góc gập của hai thân xe với góc quay của các bánh xe cầu trƣớc: l l .tg  arcsin B arctg A p (1.13) 2 l l1 2 1 l A tg 2 p Từ đây chúng ta sẽ thấy đƣợc độ lớn của góc gập giữa 2 phần thân xe bus khớp khi quay vòng phụ thuộc vào góc βp và các kích thƣớc lA, lB, l1 của xe. Trang 10
13. CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC QUAY VÕNG CỦA XE BUS KHỚP CÓ CẦU SAU DẪN HƢỚNG. Trong phần này, chúng ta sẽ tính toán mối quan hệ giữa góc quay của các bánh xe đằng sau với góc gập giữa 2 phần thân xe, góc gập này phụ thuộc vào góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng ở đằng trƣớc. Đối với một số loại xe chọn trƣớc, chúng ta sẽ khảo sát bằng đồ thị trên mô hình dẫn động lái của cầu sau mối quan hệ giữa góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng cầu sau với góc gập của 2 phần thân xe. Chúng ta sẽ xác định tỷ số truyền của hệ thống lái cầu sau. Khi tiến hành kiểm tra bằng đồ thị chúng ta giả thuyết rằng: Các vệt bánh xe của cầu sau sẽ trùng khớp với các vệt bánh xe của cầu trƣớc. 2.1. TÍNH TOÁN MỐI QUAN HỆ GIỮA GÓC QUAY CỦA CÁC BÁNH XE CẦU SAU VỚI GÓC GẬP CỦA HAI PHẦN THÂN XE TRONG SỰ PHỤ THUỘC VÀO GÓC QUAY CỦA CÁC BÁNH XE DẪN HƢỚNG CẦU TRƢỚC: Để tính toán mối quan hệ nêu trên chúng ta sẽ sử dụng model một vết trong mặt phẳng dọc của xe. Trƣớc hết góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hƣớng cầu trƣớc đƣợc tính theo công thức (1.7):    pe pi p 2 Tiếp theo góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hƣờng cầu sau đƣợc tính:    ze zi (2.1) z 2 Trang 11
14. Hình 2.1: Model phẳng một vết của xe bus kớp với cầu trước và cầu sau dẫn hướng khi giả thiết các bánh xe cứng tuyệt đối. Từ hình 2.1 với giả thuyết rằng R12 R21, chúng ta sẽ tính đƣợc các mối quan hệ sau: l1 R12 (2.2) tg p l A l Atg p tgv v arctg (2.3) R12 l1 2 2 2 l1 2 RA R12 l A 2 l A (2.4) tg  p Rk RA cos(  v) R21 cos z (2.5) R cos R cos(  v) 21 z k (2.6) RA RA R21 sin  z lB RA sin(  v) lB RA sin(  v) (2.7) R21 sin  z Trang 12