Mô Hình Xác Định Tải Trọng Động Lên Vỏ Cầu Chủ Động Xe Tải

Theo thống kê của Bộ Công Thương, Việt Nam có gần 400 doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô. Năng lực sản xuất khoảng 46 ngàn xe/năm, bao gồm xe con, xe tải và xe khách. Tuy nhiên, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn còn nhỏ bé và công nghệ lạc hậu. Tỷ lệ nội địa hóa trong các sản phẩm ô tô còn rất thấp, đặc biệt là trong lĩnh vực xe tải, nơi mà hầu hết các bộ phận quan trọng đều phải nhập khẩu. Chính phủ đang có những chính sách khuyến khích phát triển ngành, nhưng còn nhiều việc phải làm để nâng cao chất lượng và giá thành của xe tải Việt Nam.

Thủ tướng Chính phủ đã ban hành các văn bản quan trọng như "Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam" và "Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam", trong đó đặc biệt quan tâm đến lĩnh vực xe tải. Quyết định 229/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ nông nghiệp, đồng thời thúc đẩy công nghiệp phụ trợ. Điều này mở ra cơ hội cho các nghiên cứu chuyên sâu phục vụ thiết kế, chế tạo các bộ phận, trong đó có hệ thống truyền lực. Mô hình xác định tải trọng động lên các bộ phận như vỏ cầu chủ động là một hướng nghiên cứu quan trọng.

Vỏ cầu chủ động là một trong những cụm chi tiết quan trọng của hệ thống truyền lực trên ô tô, là bộ phận cuối cùng trên đường truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe chủ động. Trong đó, vỏ cầu là bộ phận chứa tất cả các bộ phận truyền lực truyền lực chính, vi sai, bán trục…, đồng thời nó làm việc như một dầm đỡ trọng lượng của thân xe và phải chịu tác động của các tải trọng từ tương tác giữa bánh xe với đường.

Độ bền của vỏ cầu hiện nay chủ yếu được đánh giá bằng lý thuyết với các chế độ tải trọng tĩnh, nên kết quả chưa hoàn toàn sát thực trong các điều kiện chịu tải khi xe chạy trên đường. Các phương pháp đánh giá độ bền phổ biến bao gồm phương pháp truyền thống, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp thực nghiệm. Tuy nhiên, cần chú trọng hơn vào việc đánh giá độ bền trong điều kiện tải trọng động.

Xuất phát từ những nhu cầu ở trên, tác giả luận văn đã chọn hướng nghiên cứu là xây dựng mô hình xác định tải trọng động lên vỏ cầu chủ động xe tải nhằm góp phần tạo dựng cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc đánh giá độ bền của vỏ cầu trong điều kiện làm việc thực tế. Việc này sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn vỏ cầu chủ động trong quá trình vận hành.

Quá trình xây dựng mô hình xác định tải trọng động bắt đầu bằng việc phân tích cấu trúc ô tô và đưa ra các giả thiết. Các giả thiết này giúp đơn giản hóa mô hình mà vẫn đảm bảo tính chính xác. Việc phân tích cấu trúc ô tô bao gồm việc xác định các khối lượng, vị trí trọng tâm và các liên kết giữa các bộ phận. Các giả thiết có thể bao gồm bỏ qua một số yếu tố ảnh hưởng không đáng kể đến kết quả.

Để mô tả dao động của xe tải, cần xây dựng hệ phương trình vi phân. Hệ phương trình này bao gồm các phương trình mô tả dao động của khối lượng được treo (thân xe) và khối lượng không được treo (cầu xe). Các phương trình cũng bao gồm các lực tác dụng lên các khối lượng, bao gồm lực đàn hồi, lực cản giảm chấn và lực từ mặt đường. Việc giải hệ phương trình này cho phép xác định chuyển vị và vận tốc của các bộ phận của xe.

Một yếu tố quan trọng trong mô hình là xác định phản lực thẳng đứng từ đường tác động lên bánh xe. Phản lực này phụ thuộc vào độ mấp mô của mặt đường và độ cứng của lốp xe. Việc xác định chính xác phản lực này là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của mô hình xác định tải trọng động.

Matlab và Simulink là các công cụ phần mềm mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Matlab là một ngôn ngữ lập trình cấp cao, trong khi Simulink là một môi trường mô phỏng đồ họa. Simulink cho phép xây dựng mô hình hệ thống bằng cách kết nối các khối chức năng, giúp mô phỏng và phân tích hành vi của hệ thống.

Simulink được sử dụng để mô phỏng động lực học xe tải bằng cách xây dựng mô hình bao gồm các khối chức năng mô tả các bộ phận của xe và môi trường xung quanh. Mô hình này cho phép mô phỏng dao động của xe và xác định tải trọng động tác động lên vỏ cầu chủ động. Các khối chức năng có thể được sử dụng để mô tả thân xe, cầu xe, hệ thống treo và mặt đường.

Chương trình mô phỏng Simulink cần có sơ đồ thuật toán chi tiết, bao gồm sơ đồ tổng thể mô hình và sơ đồ các khối chức năng. Các khối chức năng mô phỏng dao động bao gồm khối mô tả thân xe, khối mô tả cầu xe, khối mô tả hệ thống treo và khối mô tả mặt đường. Các khối này được kết nối với nhau để tạo thành mô hình hoàn chỉnh.

Để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến tải trọng động, cần có các chỉ tiêu đánh giá phù hợp. Các chỉ tiêu này có thể bao gồm giá trị cực đại của tải trọng động, giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và hàm mật độ phổ năng lượng. Việc lựa chọn chỉ tiêu đánh giá phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu của nghiên cứu.

Độ cứng treo sau (C2) có ảnh hưởng lớn đến tải trọng động tác động lên vỏ cầu chủ động. Việc thay đổi độ cứng treo sau sẽ ảnh hưởng đến tần số dao động của xe và mức độ truyền tải trọng từ mặt đường lên vỏ cầu. Cần khảo sát ảnh hưởng của C2 để tìm ra giá trị tối ưu, giúp giảm tải trọng động và tăng độ bền vỏ cầu.

Hệ số cản giảm chấn (K2) và độ cứng lốp (CL2) cũng có ảnh hưởng đến tải trọng động. Hệ số cản giảm chấn ảnh hưởng đến khả năng giảm chấn của hệ thống treo, trong khi độ cứng lốp ảnh hưởng đến mức độ truyền tải trọng từ mặt đường lên xe. Việc khảo sát ảnh hưởng của K2 và CL2 giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo và lốp xe.

Luận văn đã xây dựng thành công mô hình động lực học để xác định tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu chủ động ô tô tải nhẹ. Đã đánh giá và khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu chủ động của ô tô tải nhẹ. Đây là những kết quả quan trọng, cung cấp cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu tiếp theo.

Việc khảo sát và đánh giá tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu chủ động của xe tải nhẹ được lắp ráp và sử dụng tại Việt Nam là thông số đầu vào cho các bài toán xác định độ bền vỏ cầu. Đây là một trong những khâu quan trọng để từ đó nâng cao chất lượng cho những sản phẩm thiết kế, chế tạo trong nước.

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm việc mở rộng mô hình để xem xét thêm các yếu tố khác, như ảnh hưởng của tốc độ xe, loại mặt đường và phương pháp xác định tải trọng động tiên tiến hơn. Ngoài ra, có thể nghiên cứu tối ưu hóa vỏ cầu chủ động dựa trên kết quả phân tích FEM vỏ cầu chủ động.