- 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2016 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 cơ khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. - NGUYỄN THANH QUANG Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. - Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào. - Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. - Nguyễn Thanh Quang trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án, với vai trò là người hướng dẫn, Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi thực hiện các kế hoạch học tập và nghiên cứu. - Tôi rất cám ơn và trân trọng sự hợp tác, hỗ trợ của Nhà máy ô tô Cổ Loa, Phòng thí nghiệm chuyên ngành cơ khí động lực của các Trường Đại học Lâm nghiệp, Học Viện Kỹ thuật Quân sự, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Phòng thí nghiệm động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hỗ trợ, tạo điều kiện về phương tiện và trang thiết bị thí nghiệm góp phần thực hiện thành công luận án. - Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cơ quan tôi đã và đang công tác là Nhà máy ô tô Cổ Loa, Vụ Khoa học và Công nghệ các ngành kinh tế - kỹ thuật thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện, ủng hộ, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong quá trình tôi theo học Nghiên cứu sinh. - Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2016 Nghiên cứu sinh Đỗ Giao Tiến DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. - 3 1.1 Ngành công nghiệp ô tô VN và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất xe ô tô tải. - 4 1.2 Hệ thống truyền lực ô tô tải và những vấn đề trong thiết kế. - 5 1.2.1 Sơ đồ của HTTL trên ô tô tải. - 5 1.2.2 Tỉ số truyền của HTTL trên ô tô tải. - 6 1.2.3 Các chế độ tải trọng trong thiết kế tính toán HTTL. - 6 1.3 Các hướng nghiên cứu về HTTL ô tô. - 7 1.3.1 Các vấn đề nghiên cứu. - 7 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu. - 10 1.4 Tải trọng động trong HTTL ô tô. - 15 1.4.1 Tải trọng từ dao động mô men xoắn của động cơ. - 16 1.4.2 Tải trọng từ mấp mô mặt đường. - 17 1.4.3 Tải trọng cực đại trong HTTL. - 18 1.5 Các công trình nghiên cứu trong nước. - 24 1.6 Đối tượng nghiên cứu. - 26 1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu. - 27 1.7.2 Phương pháp nghiên cứu. - 27 1.7.3 Phạm vi nghiên cứu. - 27 1.7.4 Nội dung nghiên cứu. - 29 2.1 Mô hình tính toán tải trọng cực đại trong HTTL. - 29 2.1.1 Mô hình tính toán. - 29 2.1.2 Các trường hợp tính toán. - 32 2.1.3 Các công thức tính toán. - 33 2.2 Xây dựng mô hình mô phỏng HTTL bằng phương pháp mạng liên kết. - 36 2.2.1 Phương pháp mạng liên kết (Bondgraph. - 36 2.2.2 Phần tử mạng liên kết. - 39 2.2.3 Xây dựng mô hình mạng liên kết các cụm chi tiết HTTL. - 63 Chương 3 TÍNH TOÁN KHẢO SÁT TẢI TRỌNG ĐỘNG TRONG HTTL. - 64 3.1 Nội dung nghiên cứu. - 64 3.2 Xác định các thông số tính toán hệ thống truyền lực. - 64 3.2.1 Khối lượng quán tính. - 66 3.2.3 Hệ số cản nhớt của các phần tử. - 68 3.3 Nghiên cứu khả năng cộng hưởng của HTTL với nguồn kích thích từ mô men động cơ. - 69 3.3.1 Tính toán các tần số riêng của HTTL. - 70 3.3.2 Mô men kích thích của động cơ. - 76 3.4 Tính toán tải trọng động cực đại trong HTTL. - 77 3.4.1 Phương pháp tính toán. - 77 3.4.2 Kết quả tính toán. - 77 3.5 Tính toán và khảo sát tải trọng động trong HTTL. - 97 Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. - 98 4.1.1 Mục đích thí nghiệm. - 98 4.1.2 Đối tượng thí nghiệm. - 98 4.1.3 Các thông số đo. - 98 4.1.4 Phương pháp xác định tải trọng động và thông số đánh giá. - 99 4.2.1 Nguyên lý đo tải trọng xoắn trong HTTL. - 99 4.2.2 Lựa chọn phương pháp và thiết bị thí nghiệm của luận án. - 102 4.3 Thiết bị thí nghiệm. - 105 4.4 Các chế độ thí nghiệm. - 115 4.4.1 Mô tả thí nghiệm. - 115 4.4.2 Quy hoạch thí nghiệm. - 116 4.5 Kết quả thí nghiệm. - 117 4.5.1 Kết quả đo. - 117 4.5.2 Kết quả thí nghiệm. - 120 4.6 So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán mô phỏng. - 131 i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục các ký hiệu: Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Ibd Khối lượng quán tính của bánh đà kg.m2 Ilh Khối lượng quán tính của ly hợp kg.m2 Ihs Khối lượng quán tính của hộp số kg.m2 Icd Khối lượng quán tính của trục các đăng kg.m2 Ibt Khối lượng quán tính của bán trục kg.m2 Ibx Khối lượng quán tính của bánh xe kg.m2 m Khối lượng của xe kg Clh Hệ số độ cứng xoắn ly hợp Nm/rad Chs Hệ số độ cứng xoắn hộp số Nm/rad Clhhs Hệ số độ cứng xoắn chung của ly hợp và hộp số Nm/rad Ccd Hệ số độ cứng xoắn trục các đăng Nm/rad Cbt Hệ số độ cứng xoắn bán trục Nm/rad Cbx Hệ số độ cứng xoắn bánh xe Nm/rad Blh Hệ số độ cản nhớt của ly hợp Nms/rad Bhs Hệ số độ cản nhớt của hộp số Nms/rad Blhhs Hệ số độ cản nhớt của ly hợp và hộp số Nms/rad Bcd Hệ số độ cản nhớt của trục các đăng Nms/rad Bbt Hệ số độ cản nhớt của bán trục Nms/rad Bbx Hệ số độ cản nhớt của bánh xe Nms/rad nhs Tỉ số truyền của hộp số - ntlc Tỉ số truyền của truyền lực chính - fc Hệ số cản ô tô - rw Bán kính bánh xe ô tô m β Hệ số dự trữ của ly hợp - Kd Hệ số tải trọng động trong hệ thống truyền lực - kct Hệ số chuẩn tải Nm/mV. - Thời gian đóng ly hợp s ii Danh mục các chữ viết tắt: Chữ viết tắt Giải thích NCS Nghiên cứu sinh HTTL Hệ thống truyền lực ô tô CKD Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Completely Knocked Down. - TLC Truyền lực chính của ô tô iii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Tải trọng động trên trục sơ cấp của hộp số khi đóng ly hợp đột ngột 23 Bảng 1.2 Thông số của xe ô tô tải 3 tấn LIFAN 3070G1 26 Bảng 2.1 Các trường hợp tính toán mô men cực đại trong HTTL 32 Bảng 2.3 Lực và dòng ở một số dạng năng lượng 37 Bảng 2.4 Phương trình trạng thái phần tử quán tính (I) ở một số miền năng lượng 40 Bảng 2.5 Phương trình trạng thái phần tử đàn hồi (C) ở một số miền năng lượng 41 Bảng 2.6 Phương trình trạng thái của phần tử cản (R) ở một số miền năng lượng 42 Bảng 3.1 Độ cứng xoắn của các chi tiết hộp số 67 Bảng 3.2 Tần số dao động riêng của HTTL 72 Bảng 3.3 Các thông số tính năng của động cơ 74 Bảng 3.4 Tần số và pha của các hàm điều hoà đến hài số 4 75 Bảng 3.5 Kết quả tính toán tần số dao động riêng với C1 = 8230 Nm/rad 77 Bảng 3.6 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ không tải 79 Bảng 3.7 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ 100% tải 79 Bảng 3.8 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ 150% tải 79 Bảng 3.9 So sánh hệ số tải trọng động ở các tay số 80 Bảng 3.9 Các trường hợp khảo sát ảnh hưởng của các thông số tới tải trọng động trong HTTL Bảng 3.10 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm Ihs 84 Bảng 3.11 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm Icd 85 Bảng 3.12 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm Ivc 86 Bảng 3.13 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm Chs 88 Bảng 3.14 Hệ số tải trọng động của HTTL khi tăng và giảm Ccd 89 Bảng 3.15 Hệ số tải trọng động của HTTL khi thay đổi Cbt 90 Bảng 3.16 Hệ số tải trọng động của HTTL khi thay đổi Cbx 91 Bảng 3.17 Hệ số tải trọng động thay đổi theo hệ số dự trữ của ly hợp 92 iv Bảng 3.18 Hệ số tải trọng động của HTTL khi thay đổi hệ số cản 93 Bảng 3.19 Hệ số tải trọng động thay đổi theo thời gian đóng ly hợp và tải trọng xe, trường hợp vận tốc động cơ là 1000v/p 94 Bảng 3.20 Hệ số tải trọng động thay đổi theo thời gian đóng ly hợp và tải trọng xe, trường hợp vận tốc động cơ là 2000v/p 94 Bảng 3.21 Hệ số tải trọng động thay đổi theo thời gian đóng ly hợp 95 Bảng 3.22 Hệ số tải trọng động thay đổi theo vận tốc góc động cơ 96 Bảng 4.1 Thông số điện trở tenzo 106 Bảng 4.2 Kết quả lấy chuẩn thiết bị đo mô men 110 Bảng 4.3 Các thông số cơ bản của cảm biến OMRON E3F-DS10C4 113 Bảng 4.4 Các thông số của cảm biến đo lực Kubota LBX-100L (Nhật Bản) 114 Bảng 4.5 Quy hoạch thí nghiệm 116 Bảng 4.6 So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán mô phỏng (tay số 2, 150% tải, 2000 v/ph) 125 v DANH MỤC HÌNH VẼ TT Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô tải 5 Hình 1.2 Mô tả chi tiết quay của HTTL 10 Hình 1.3 Sơ đồ HTTL và mô hình mô phỏng 11 Hình 1.4 Mô hình mô phỏng đơn giản hóa 11 Hình 1.5 Mô hình hóa và mô phỏng HTTL ô tô hybrid bằng Bond graph 12 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo mô men bằng tenzo 14 Hình 1.7 Thiết bị đo số vòng quay 14 Hình 1.8 Đồ thị quan hệ giữa momen và góc quay của trục khuỷu 17 Hình 1.9 Mô men xoắn trong HTTL khi nhả bàn đạp ly hợp đột ngột 19 Hình 1.10 Sơ đồ tính toán tải trọng cực đại HTTL với 1 khâu đàn hồi 20 Hình 1.11 Sự phụ thuộc của mô men cực đại trên dẫn động cầu trước của ô tô vào mô men ma sát cực đại Mcmax và thời gian đóng ly hợp tc 21 Hình 1.12 Sự phụ thuộc của tải trọng cực đại trong HTTL vào tỷ số truyền 22 Hình 2.1 Sơ đồ tính toán tải trọng cực đại HTTL với 1 khâu đàn hồi 29 Hình 2.2 Sơ đồ mạng liên kết 36 Hình 2.3 Minh hoạ phương pháp mạng liên kết 38 Hình 2.4 Các dạng phần tử quán tính trong mạng liên kết 40 Hình 2.5 Các dạng phần tử đàn hồi (C) trong mạng liên kết 41 Hình 2.6 Mô tả phần tử cản (R) trong mạng liên kết 42 Hình 2.7 Phần tử chuyển đổi 43 Hình 2.8 Sơ đồ HTTL xe ô tô tải thông dụng 44 Hình 2.9 Sơ đồ cấu tạo của ly hợp 45 Hình 2.10 Sơ đồ mô tả hoạt động của cụm ly hợp 45 Hình 2.11 Sơ đồ mạng liên kết trạng quá trình trượt của ly hợp 46 Hình 2.12 Sơ đồ mạng liên kết cụm ly hợp 48 Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc bộ truyền động trong hộp số xe tải 3 tấn 50 Hình 2.14 Sơ đồ đường truyền công suất hộp số ở tay số 2 cấp số nhanh 51 Hình 2.15 Sơ đồ mạng liên kết của hộp số 51 Hình 2.16 Kết cấu trục các đăng xe ô tô tải thông dụng 52 Hình 2.17 Sơ đồ mạng liên kết của trục các đăng 53 vi Hình 2.18 Sơ đồ cấu trúc cụm truyền lực chính và vi sai ô tô tải thông dụng 53 Hình 2.19 Sơ đồ mạng liên kết cụm truyền lực chính, vi sai và bán trục 55 Hình 2.20 Mô hình động lực học bánh xe xét đến tính đàn hồi của lốp 55 Hình 2.21 Sơ đồ mạng liên kết cụm bánh xe, lực cản và quán tính của xe 56 Hình 2.22 Sơ đồ mạng liên kết cụm bánh xe, lực cản và quán tính của xe khi xe chạy thẳng 56 Hình 2.23 Sơ đồ mạng liên kết động lực học HTTL khi ô tô chuyển động thẳng 58 Hình 3.1 Mô hình 3D hệ thống truyền lực ô tô tải 65 Hình 3.2 Thiết kế 3D chi tiết của HTTL 65 Hình 3.3 Chi tiết trục sơ cấp hộp số 67 Hình 3.4 Mô hình tính toán tần số riêng với 4 khâu đàn hồi 70 Hình 3.5 Phân bố tần số riêng của HTTL 72 Hình 3.6 Mô men động cơ chế độ Memax, n = 2000v/p 74 Hình 3.7 Đồ thị biên độ - tần số (2000 v/ph) 74 Hình 3.8 Mô men động cơ chế độ gemin, n = 2300v/p 75 Hình 3.9a Sơ đồ lô gic lựa chọn chế độ tính toán mô men cực đại trong HTTL 78 Hình 3.9b Hệ số tải trọng động ở các chế độ tải khác nhau 80 Hình 3.10 Sơ đồ Matlab-Simulink mô phỏng động lực học của HTTL 81 Hình 3.11 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi khối lượng quán tính hộp số 84 Hình 3.12 Hệ số tải trọng động trên trục các đăng thay đổi theo Ihs 85 Hình 3.13 Ảnh hưởng của khối lượng quán tính trục các đăng tới hệ số tải trọng động 86 Hình 3.14 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi khối lượng quán tính Ivc 87 Hình 3.15 Ảnh hưởng của độ cứng xoắn của hộp số tới hệ số tải trọng động trong HTTL 88 Hình 3.16 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi độ cứng xoắn của trục các đăng 89 Hình 3.17 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi độ cứng xoắn của bán trục 90 Hình 3.18 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi độ cứng của bánh xe 91 Hình 3.19 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi hệ số dự trữ của ly hợp 92 Hình 3.20 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi độ hệ số cản của đường 93 vii Hình 3.21 Ảnh hưởng của tải trọng xe tới hệ số tải trọng động 94 Hình 3.22 Ảnh hưởng của thời gian đóng ly hợp với hệ số tải trọng động 95 Hình 3.23 Tải trọng động trên trục các đăng khi thay đổi vận tốc góc động cơ 96 Hình 4.1 Xe thí nghiệm 98 Hình 4.2 Đồ thị biến thiên mô men trong HTTL khi đóng ly hợp đột ngột 99 Hình 4.3 Nguyên lý đo xác định tải trọng xoắn trong HTTL 100 Hình 4.4 Thể hiện một số phương pháp thu dòng từ cảm biến biến dạng của trục xoắn. - 101 Hình 4.5 Thiết bị đo mô men xoắn T4A của hãng HBM (Đức) 102 Hình 4.6 Bộ thiết bị đo mô men xoắn T10F (hãng HBM, Đức) 103 Hình 4.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo mô men xoắn trên trục các đăng ô tô tải 105 Hình 4.8 Cầu điện trở tenzo trên trục các đăng thí nghiệm 106 Hình 4.9 Sơ đồ hiệu chuẩn thiết bị đo mô men xoắn trên trục các đăng 109 Hình 4.10 Hình ảnh thí nghiệm hiệu chuẩn giá trị đo mô men xoắn trên trục các đăng 109 Hình 4.11 Đồ thị chuẩn tải xác định quan hệ giữa tín hiệu điện áp đo được ở cầu điện trở và mô men xoắn trên trục các đăng 110 Hình 4.12 Bộ thiết bị thu phát tín hiệu không dây 111 Hình 4.13 Bố trí các bộ phận của bộ thu phát không dây 111 Hình 4.14 Bộ khuếch đại tín hiệu DMC Plus kết nối với máy tính 112 Hình 4.15 Cảm biến quang OMRON E3F-DS10C4 113 Hình 4.16 Bố trí lắp đặt các cảm biến vận tốc góc OMRON E3F-DS10C4 114 Hình 4.17 Cảm biến đo lực LBX-100L lắp trên bàn đạp ly hợp 114 Hình 4.18a Kết quả đo (Tay số 1, 150% tải, 2000v/p, 0,25s) 117 Hình 4.18b Mô men xoắn trên trục các đăng (Tay số 1, 150% tải, 2000v/p, 0,25s) 117 Hình 4.18c Lực đạp ly hợp (Tay số 1, 150% tải, 2000v/p, 0,25s) 118 Hình 4.19a Kết quả thí nghiệm (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) 118 Hình 4.19b Mô men xoắn trên trục các đăng (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) 119 Hình 4.19c Lực bàn đạp ly hợp (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) 119 Hình 4.20a Kết quả thí nghiệm (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) 119 viii Hình 4.20b Mô men xoắn trên trục các đăng (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) 120 Hình 4.20c Lực bàn đạp ly hợp (Tay số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) 120 Hình 4.21 Hệ số tải trọng động khi ô tô khởi hành không tải, ne = 1500v/p, tay số 1 121 Hình 4.22 Hệ số tải trọng động khi ô tô không tải, ne = 2000 v/ph, tay số 1 121 Hình 4.23 Hệ số tải trọng động khi ô tô chở đầy tải, ne = 2000 v/ph, tay số 1 122 Hình 4.24 Hệ số tải trọng động đo được ở mức tải 150%, ne = 2000 v/ph, tay số 1 122 Hình 4.25 Hệ số tải trọng động đo được ở mức tải 150%, ne = 2000 v/ph, tay số 2 123 Hình 4.26 Đồ thị hệ số tải trọng động phụ thuộc tải trọng của xe, tay số 1 123 Hình 4.27 Đồ thị so sánh hệ số tải trọng động ở tay số 1 và tay số 2 124 Hình 4.28 So sánh kết quả lý thuyết và kết quả thí nghiệm 125 1 MỞ ĐẦU “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035” của Chính phủ đã nêu rõ “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp…” nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe vào năm 2020, đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa. - Trong những năm gần đây, nhiều doanh nghiệp sản xuất trong nước và một số cơ sở nghiên cứu đã đặt vấn đề thiết kế chế tạo các bộ phận của hệ thống này trong nước nhưng chưa đạt được kết quả mong muốn. - Trước tình hình trên, NCS đã chọn hướng nghiên cứu là xác định các chế độ tải trọng động nguy hiểm tác động lên HTTL ô tô tải nhỏ nhằm góp phần tạo dựng cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc hoàn thiện quy trình thiết kế hệ thống. - Mục đích của luận án: Nghiên cứu các chế độ tải trọng nguy hiểm tác dụng lên HTTL ô tô phục vụ cho việc tính toán thiết kế ô tô. - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của Luận án được lựa chọn là ô tô tải loại 3 tấn nhãn hiệu LIFAN 3070G1 sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt