Nghiên cứu tối ưu hóa thiết kế bộ phận được treo để nâng cao an toàn chuyển động của xe khách 2 tầng

Nội dung text: Nghiên cứu tối ưu hóa thiết kế bộ phận được treo để nâng cao an toàn chuyển động của xe khách 2 tầng

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HĨA THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐƯỢC TREO ĐỂ NÂNG CAO AN TỒN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE KHÁCH 2 TẦNG OPTIMUM RESEARCH AND DESIGN THE SUSPENDED PART TO IMPROVE THE SAFE MOVEMENT OF THE DOUBLE-DECKER BUS (1)KS.Phạm Sơn Tùng, (2)PGS.TS Nguyễn Văn Phụng Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh TĨM TẮT Xe khách giường nằm là một xu hướng mới trong vận tải hành khách ngày nay bởi tính tiện lợi và tiện nghi mà nĩ mang lại khi vận chuyển hành khách đường dài. Tuy nhiên đã cĩ những vụ tai nạn thương tâm của xe khách giường nằm trong thời gian gần đây, nhất là trong tình trạng giao thơng phức tạp một phần là chưa cĩ những tiêu chuẩn và quy định riêng cho xe khách giường nằm mà vẫn sử dụng tiêu chuẩn xe khách ghế ngồi cho xe giường nằm. Trong bài báo này, Sẽ tối ưu hĩa thiết kế bộ phận được treo (vị trí giường nằm cho hành khách) để phù hợp tiêu chuẩn xe khách ghế ngồi. Xét lại tính bền, khả năng chuyển động ổn định của xe sau khi thay đổi thiết kế. Mơ hình hĩa và tính trọng tâm của ơ tơ bằng phần mềm mơ phỏng Inventor & Lapview. ABSTRACT Mobile Home (Passenger cars) is a new trend of the passenger transport by convenience and comfort that it brings the long-distance passenger transport. However there have been tragic accidents of Mobile Home in recent times, especially in complex traffic conditions partly no standards and regulations for passenger cars that still use beds passenger car standards for car seats bed So in this study, we will: Calculate to optimize the suspended part (the position of the berths for passengers) to fit with the standard of seat bus. Re-examine the durability, stable mobility of the vehicle after modication.Simulate and calculate the center of gravity by using Inventor simulation software & Lapview. I. Giới thiệu Vấn đề thay đổi kết cấu của thùng xe sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện làm việc cũng như các điều khiển, nhiều yếu tố tác động khác nhau và phụ thuộc vào các trạng thái làm việc khác nhau của xe. Vì vậy đề tài khơng nghiên cứu lại hệ thống treo mà sử dụng các kết quả đĩ để tính tốn. Sẽ tập trung vào phân tích thiết kế và bố trí lại khối lượng được treo để hạ thấp trọng tâm của xe hơn so với hiện tại mà vẫn đảm bảo được về tính an tồn chuyển động, êm dịu cho hành khách. II. Bộ phận được treo sau khi thay đổi thiết kế. 1. Xác định khối lượng bản thân của ơ tơ sau khi thay đổi thiết kế: 1
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT Hình 1: Cách bố trí giường tầng trên trước thay đổi Hình 2: Cách bố trí giường tầng trên sau khi thay đổi Hình 3: Cách bố trí giường tầng dưới trước thay đổi Hình 4: Cách bố trí giường tầng dưới sau khi thay đổi 2
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT Hình 5: Mặt cắt đứng A-A trước thay đổi, B-B sau khi đã thay đổi GTS GKX GGN GKV GBX GTT GK GML GNT GTNL GDC CẦU SAU CẦU TRƯỚC 725 Z02 1335 Z01 3232 1215 3295 3495 3691 4005 6150 8847 Hình 6: Sự phân bố khối lượng các cụm thành phần của ơ tơ  Viết phương trình cân bằng mơ men tại tâm cầu trước, ta cĩ: Z02*6150=(GDC*8847+GTS*6150+GK*4005+GKX*3691+GGN*3495+GKV*3295+ GBX*3232+GML*1335+GNT*725+GTT*0+GTNL*(-1215)).g Giải phương trình (3.3) ta được: - Phản lực do khối lượng bản thân tác dụng lên cầu sau: Z02 = 81430 (N). - Phản lực do khối lượng bản thân tác dụng lên cầu trước: Z01 = G0.g - Z02 = 46470 (N). 2. Xác định khối lượng tồn bộ của ơ tơ: Giả thiết các thành phần khối lượng phân bố đối xứng qua trục đối xứng dọc của ơ tơ. Vẽ sơ đồ tính tốn phân bố khối lượng hành khách và hành lý: 3
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT GG8 GG14 GG7 GG13 GG6 GG12 GG5 GHL GG11 GG4 GG10 GG3 GG9 GG2 GG1 CẦU SAU CẦU TRƯỚC 1300 30 Zt2 1370 Zt1 2700 100 2770 2970 1640 4100 4170 5500 5570 6150 6900 6970 8300 Hình 7: Sơ đồ tính tốn phân bố khối lượng hành khách và hành lý  Viết phương trình cân bằng mơ men tại tâm cầu trước, ta cĩ: Zt2*6150 = (GG8*8300+GG14*6970+GG7*6900+GG13*5570+GG6*5500+GG12*4170+GG5*4100 +GHL*2970+GG11*2770+GG4*2700+GG10*1370+GG3*1300+GG9*(-30)+GG2*(-100) +GG1*(-1640)).g Giải phương trình trên ta được: - Phản lực do khối lượng hành khách và hành lý phân bố lên cầu sau: Zt2 = 18100 (N). - Làm tương tự cho cầu trước, ta tính được phản lực do khối lượng hành khách và hành lý phân bố lên cầu trước: Zt1 = 12000 (N). - Vậy, tổng phản lực do khối lượng hành khách và hành lý cho phép phân bố lên 2 cầu: Zt = Zt1+Zt2 = 30100 (N). - Khối lượng bản thân của ơ tơ: G0 = 12790 (kg).  Tổng khối lượng: - Tổng phản lực do khối lượng phân bố lên cầu trước: Z1 = Z01 + Zt1 = 44670 + 12000 = 58470(N). - Tổng phản lực do khối lượng phân bố lên cầu sau: Z2 = Z02 + Zt2 = 81430 + 18100 = 99530(N). - Tổng phản lực khối lượng tồn bộ của ơ tơ: Z = Z1 + Z2 = G0.g + Zt = 158000 (N). 4
5. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT 3. Tính tốn lại trọng tâm sau khi thay đổi thiết kế. BẢNG THƠNG SỐ TÍNH TỐN CHIỀU CAO TRỌNG TÂM Tọa độ Khối Thành phần khối lượng Ký hiệu hi (mm) lượng (kg) Khối lượng cụm động cơ-hộp số (ly hợp, két G 960 1527 nước, intercooler) DC Khối lượng khung ơ tơ – hệ thống lái GKX 1018 3100 Khối lượng cụm cầu trước – hệ thống treo GTT 515 365 Khối lượng cụm cầu sau – hệ thống treo GTS 515 1098 Khối lượng bánh ơ tơ (kể cả bánh dự phịng) GBX 524 560 Khối lượng thùng nhiên liệu GTNL 635 400 Khối lượng khung vỏ GTH 1402 5540 Khối lượng hành khách GHK 1830 2795 Khối lượng hành lý GHL 1830 215 Khối lượng bản thân ơ tơ sát xi GCH hCH 7050 Khối lượng bản thân ơ tơ G0 hg0 12790 Khối lượng tồn bộ ơ tơ G hg 15800 Tọa độ trọng tâm theo chiều cao: Căn cứ vào trị số khối lượng các thành phần và chiều cao trọng tâm của chúng ta cĩ thể xác định chiều cao trọng tâm của ơtơ như sau: hg = ( Gi * hgi) / G Trong đĩ hg- Chiều cao trọng tâm ơtơ; Gi - Khối lượng các thành phần (ơ tơ sát xi, thùng vỏ, hành lý, ); hgi - Chiều cao trọng tâm các thành phần khối lượng; G - Khối lượng tồn bộ ơ tơ. Từ đĩ ta tính được: Chiều cao trọng tâm ơ tơ sát xi: hCH = 0,790 (m). Chiều cao trọng tâm ơ tơ khi ơ tơ khơng tải: hg0 = 1,079 (m). Chiều cao trọng tâm ơ tơ khi ơ tơ đầy tải: hg = 1,115 (m). 4. So sánh kết quả tính tốn lại một số chỉ tiêu sau khi thay đổi thiết kế Giới hạn Thơng số Giá trị áp dụng Nhân tố động lực học lớn nhất Dmax 0,253 Khơng quy định Nhân tố động lực học nhỏ nhất Dmin 0,018 Khơng quy định Vận tốc Vmax tính tốn (km/h) 112,7 60 Vận tốc Vmax thực tế theo hệ số cản của mặt đường (km/h) 112,7 Khơng quy định Khả năng vượt dốc lớn nhất imax (%) 23,5 ≥20% Khả năng vượt dốc lớn nhất cho phép theo điều kiện bám (%) 50,7 Khơng quy định Thời gian tăng tốc (đầy tải) hết quãng đường 200m 25,5 ≤ 26,4 5
6. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT Nhận xét: Các thơng số động lực học nêu trên đều thỏa mãn Quy chuẩn QCVN 09:2011/BGTVT đảm bảo ơ tơ khách (cĩ giường nằm) sau khi thay đổi thiết kế cĩ thể vận hành tốt trên đường. 5. Mơ hình hĩa Hình 8: Dựng hình 3D cho kết cấu khung xe sau thay đổi Khi ơ tơ di chuyển, tồn bộ khung xương chịu tác dụng của các tải trọng như tự trọng khung xương, khối lượng hành khách, hành lý, lực quán tính ơ tơ phanh đột ngột và lực quán tính khi ơ tơ quay vịng. Xét trường hợp chịu lực của các thành phần sau Tải trọng tác dụng lên khung xương sàn ơ tơ: Khối lượng tồn bộ hơng, mui ơ tơ khách tác dụng lên dầm ngang tại điểm đầu mút các dầm ngang. Khối lượng hành khách, ghế ngồi và tự trọng các dầm ngang là trải đều trên sàn xe. 6
7. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT Hình 9: Kết quả mơ phỏng biến dạng do tải trọng tác dụng lên khung xe Chuyển vị lớn nhất: xmax = 1,044 (mm), ymax = 0,374 (mm). Ứng suất uốn lớn nhất: max = 41,89 (MPa) < [] = 160 (MPa). Thơng số kỹ thuật phù hợp theo Quy chuẩn QCVN 09:2011/BGTVT của Bộ Giao Thơng Vận Tải, các thơng số này cho phép ơ tơ cĩ thể vận hành tốt trên các tuyến đường giao thơng của Việt Nam. Kết luận: Hầu như với cách bố trí thay đổi vị trí ghế bên trong thùng xe hầu như khơng làm biến dạng hay thay đổi kết cấu cũ của xe nên khơng phải gia cố thêm về phần khung vách cũng như kết cấu trần III. Kết luận Với cải tiến thiết kế bộ phận được treo của SAMCO PRIMAS KFE6 (thay đổi kết cấu, vị trí bố trí giường nằm cho hành khách) làm giảm trọng tâm của xe mà vẫn đảm bảo số lượng, khơng gian riêng của từng hành khách và khơng gian an tồn, thoải mái theo tiêu chuẩn xe khách giường nằm của Việt Nam cũng như quốc tế Dựa trên cơ sở lý thuyết kết cấu ơ tơ, và quá trình chuyển động của ơ tơ trên đường để tính tốn và mơ phỏng về lực tác dụng lên kết cấu khung xương của xe sau khi thay đổi thiết kế bằng cơng cụ ANSYS trên phần mềm Inventor So sánh kết quả sau khi tối ưu hĩa thiết kế cĩ những cải tiến đáng kể hơn so với thiết kế nguyên bản tăng hệ số ổn định tĩnh của xe khách giường nằm khi chuyển động trên đường 7
8. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS.TS. Nguyễn Văn Phụng. “Lý thuyết ơ tơ”. Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh [2]. TS. Lâm Mai Long. “Giáo trình Cơ học chuyển động của ơ tơ”. Đại học SPKT Tp Hồ Chí Minh. Năm 2003. [3]. Nguyễn Hữu Cẩn – Dư Quốc Thịnh – Phạm Minh Thái – Nguyễn Văn Tài – Lê Thị Vàng. “Lý thuyết ơ tơ máy kéo”. Hà Nội. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. Năm 1998. [4]. Nguyễn Hữu Cẩn – Phan Đình Kiên. “Thiết kế và tính tốn ơ tơ máy kéo tập III”. Hà Nội. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Năm 1985. [5]. Quy chuẩn thiết kế cải tạo ơ tơ khách QCVN9/2011- Bộ GTVT ban hành. [6]. Thơng tư 85/2014/TT-BGTVT do bộ BGTVT ban hành ngày 31/12/2014. [7]. PGS.TS. Nguyễn Văn Phụng. “Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ơ tơ”. Đại học SPKT Tp Hồ Chí Minh [8]. BJORN ANDERSSON PATRIC GILLBERG. “High speed Braking Stability”. Master’s thesis in Applied Mechanics. 2013 [9]. “VEHICLE DYNAMICS and CONTROL” Rajesh Rajamani. Mechanical Engineering Series, University of Mechaniacal Engineering. 2012 [10]. National transportation research center, Incorporated Univesity Transportation center. “Vehicle Stablity and Dinamics Electronic Stability Control Final Report”. 2011 [11]. “ Determination of Safety Distance by Simulation and Collision Avoidance on a Road’s Danger Zones” by Schreiber Peter, Bartunek Marian and Moravcik Oliver, Slovak University of Technology Bratislava, Trnava SK 917 24, Slovakia. [12]. Năm 2013. [13]. [14]. [15]. Thơng tin tác giả chính: Họ tên: Phạm Sơn Tùng Đơn vị: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại: 01683252311 Email: phamtungcn@gmail.com Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Xác nhận giảng viên hướng dẫn 8
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.