MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết củ vấn ề nghiên cứu Chiến lƣợc phát triển ngành ô tô đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 và quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 của chính phủ n u rõ “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp”, nhằm đạt đƣợc 100.000 xe vào năm 2020, đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa. Xe ô tô tải đã đƣợc sản xuất lắp ráp trong nƣớc từ những năm 2000 đến nay tại một số li n doanh ô tô với nƣớc ngoài (Hino, Mitshubisi, Mekong Auto. và hầu hết các doanh nghiệp có 100% vốn đầu tƣ trong nƣớc (tr n 30 doanh nghiệp: Trƣờng Hải, Vinamotor, Veam. Các loại xe đã đƣợc sản xuất lắp ráp trong nƣớc có tải trọng dƣới 8 tấn, loại tải trọng cao hơn hầu nhƣ đƣợc nhập khẩu nguy n chiếc từ nƣớc ngoài.
Các xe có tải trọng dƣới 5 tấn đƣợc các nhà sản xuất xếp vào nhóm xe tải nhỏ. Trong đó loại xe tải nhỏ có tải trọng 3 tấn có thị phần lớn ở thị trƣờng trong nƣớc. Để góp phần giúp cho nhà sản xuất đƣa vào sản xuất thực tiễn, cần có nghi n cứu mở rộng sâu hơn về sự đồng bộ hóa cụm cầu sau lắp tr n ô tô và sử dụng đƣợc tr n nhiều địa hình khác nhau nhằm tăng tính năng sử dụng của xe: sử dụng trong vận tải nông nghiệp, trong lâm nghiệp, trong ngƣ nghiệp, và trong vận tải thƣơng mại. Mỗi mục đích sử dụng đều có các y u cầu kỹ thuật khác nhau do điều kiện sử dụng, điều kiện đƣờng xá khác nhau.
Nông - lâm nghiệp là một ngành kinh tế kỹ thuật đặc thù, giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững của nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Để thúc đẩy ngành Nông - lâm nghiệp phát triển cần phải phát triển các phƣơng tiện vận chuyển nguyên vật liệu, hàng hóa… hoạt động tr n đƣờng nông lâm nghiệp. 2 Đƣờng Nông - lâm nghiệp với đặc điểm là thƣờng đƣợc xây dựng ở miền núi có địa hình phức tạp, độ dốc lớn, có nhiều góc cua, đôi khi gặp đoạn đƣờng xấu là mặt đất mềm. Để khắc phục hiện tƣợng này cần nghiên cứu cải tiến cơ cấu vi sai để nâng cao hiệu suất truyền lực vi sai, giảm ma sát trong vi sai giúp xe quay vòng dễ dàng và nâng cao chất lƣợng động lực học vi sai khi xe làm việc trên mặt đất mềm, có hệ số bám khác nhau trên 2 bánh xe.
Với lý do đã trình bày ở trên, NCS chọn đề tài luận án: "Nghiên cứu nâng cao chất lượng động lực học cơ cấu vi sai cầu xe tải nhỏ sử dụng trong nông lâm nghiệp". Mục tiêu nghiên cứu Qua những phân tích ở trên luận án đặt ra mục tiêu nghiên cứu nhƣ sau: - Xác định ảnh hƣởng của mô men ma sát trong của cơ cấu vi sai đến hiệu suất truyền lực vi sai, nhằm nâng cao tuổi thọ và chất lƣợng động học vi sai khi quay vòng. - Xác định ảnh hƣởng của mô men ma sát vi sai đến tính năng kéo bám nhằm tăng sức vƣợt của xe, nâng cao chất lƣợng động lực học cơ cấu vi sai khi làm việc tr n đƣờng nông lâm nghiệp. Từ đó làm cơ sở đề xuất thay đổi thiết kế cơ cấu vi sai nhằm mở rộng phạm vi hoạt động của xe từ đƣờng giao thông sang đƣờng nông lâm nghiệp.
Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu trong luận án là cụm vi sai cầu sau xe tải nhỏ có tải trọng 3 tấn đƣợc sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam 4. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu động lực học vi sai của cầu xe tải nhỏ là một vấn đề rộng, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau: 4. Đối tƣợng hoạt ộng của vi sai Là đƣờng Nông - lâm nghiệp với các tính chất đặc trƣng loại đƣờng này. Đị iểm nghiên cứu thực nghiệm Luận án không có điều kiện thử nghiệm ở nhiều đƣờng Nông - lâm nghiệp khác nhau, mà chỉ chọn một số địa điểm đặc trƣng nhất để nghiên cứu thử nghiệm.
5 Nội dung nghiên cứu Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở tr n, để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu của đề tài đặt ra, luận án tập trung giải quyết những nội dung sau: 5. Nội dung nghiên cứu lý thuyết - Xây dựng mô hình động lực học cơ cấu vi sai xe tải nhẹ có xét đến mô men ma sát trong cơ cấu vi sai hoạt động trong nông lâm nghiệp. - Thiết lập các phƣơng trình vi phân mô tả động lực học cơ cấu vi sai theo mô hình đã đƣợc xây dựng. - Thiết lập mô hình Matlab Simulink để khảo sát các yếu tố động lực học của hệ thống vi sai.
- Thiết lập các phƣơng trình tính toán hiệu suất truyền lực của cơ cấu vi sai thông qua các tổn thất do ma sát. Đề xuất phƣơng án giảm ma sát trong cơ cấu vi sai, xây dựng mô hình và lập trình Matlab tính toán hiệu suất theo phƣơng án giảm ma sát đề xuất. - Thiết lập mô hình tính toán, lập thuật toán và lập trình Matlab để khảo sát ảnh hƣởng của hệ số khóa vi sai Kδ đến tính năng kéo bám của xe tải nhỏ khi xe làm việc tr n đƣờng xấu, có hệ số bám thấp và khác nhau trên hai bánh xe, từ đó đề xuất hệ số khóa vi sai Kδ phù hợp khi xe hoạt động tr n đƣờng nông lâm nghiệp. Các nội dung nghiên cứu lý thuyết trên có thể đƣợc tóm tắt trong bàng: Thông số ầu vào Yếu tố ảnh hƣởng Thông số ầu ra 4 - Mô men xoắn trên trục - Mô men ma sát - Mô men, vận tốc góc trên các đang M1 trong vi sai: bán trục trái M4, ω4 và mô - Hệ số cản loại đƣờng hoạt M 3ms M htms/tr M htms/ d men, vận tốc góc trên bán động (đƣờng Nông - lâm trục phải M5, ω5.
M 4ms M btms/ v nghiệp). - Hiệu suất truyền lực vi sai. M ms 5 M ms bt / v - Thông số kỹ thuật bộ vi - Hệ số khóa vi sai - Tính năng kéo bám. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm Đo mô men tại các vị trí trục các đăng, hai bán trục trái và phải trên xe tải nhỏ hoạt động tr n đƣờng nông lâm nghiệp, nhằm so sánh với kết quả phân bố mô men trên hai bán trục đo tr n xe với mô men phân bố trên hai bán trục của mô hình lý thuyết động lực học vi sai có xét đến mô men ma sát trong các bộ phận cơ cấu vi sai.
Phƣơng pháp nghiên cứu 6. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết Trong nghiên cứu lý thuyết, luận án vận dụng phƣơng pháp xây dựng mô hình động lực học vi sai trong đó có xét đến các yếu tố cản của đƣờng và mô men ma sát trong vi sai để xây dựng mô hình động lực học cho xe tải nhỏ, thiết lập hệ phƣơng trình vi phân, sau đó khảo sát hệ phƣơng trình bằng phần mềm Matlab-Simulink. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Trong nghiên cứu thực nghiệm, luận án ứng dụng phƣơng pháp đo các đại lƣợng không điện bằng điện, sử dụng các thiết bị đo và phần mềm đo hiện đại. Việc áp dụng các phƣơng pháp nghi n cứu nêu trên sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở các chƣơng tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung.
Ý nghĩ kho học và thực tiễn của luận án 7. Ý nghĩ về khoa học Kết quả nghiên cứu của luận án đã xây dựng đƣợc phƣơng pháp luận nghiên cứu động lực học cơ cấu vi sai cầu chủ động xe tải, từ đó làm cơ sở khoa học để nâng cao chất lƣợng động lực học cầu chủ động xe tải nhỏ khi sử dụng trong điều kiện nông lâm nghiệp. Ý nghĩ về thực tiễn 6 Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho việc thiết kế, chế tạo hệ thống vi sai cầu sau ô tô tải nhẹ sản xuất và lắp ráp ở Việt Nam. Chƣơng 1 T NG QUAN 1.
Tổng quan về phạm vi hoạt ộng của xe tải nhỏ Ngành Lâm nghiệp Việt Nam đang quản lý 15 triệu ha rừng và đất rừng, chiếm 40% diện tích toàn quốc, bao gồm nhiều vùng kinh tế Lâm nghiệp, quốc phòng quan trọng [13]. Để tận dụng nguồn tài nguyên từ rừng phục vụ công cuộc phát triển đất nƣớc cần phải có sự đầu tƣ đồng bộ, trong đó vận chuyển nguyên vật liệu, hàng hóa nông lâm nghiệp. đóng vai trò quan trọng. Căn cứ vào thiết bị vận chuyển, loại đƣờng vận chuyển, ta có các hình thức vận chuyển: Vận chuyển bằng đƣờng ô tô, bằng đƣờng thủy và bằng đƣờng sắt.
Trong các phƣơng thức vận chuyển trên thì vận chuyển bằng ô tô là phƣơng thức phổ biến nhất hiện nay nhờ vào các ƣu điểm sau: - Ô tô là thiết bị vận tải thông dụng hiện nay trong vận tải hàng hóa, sẵn có ở các địa phƣơng trong cả nƣớc. Hệ thống giao thông đƣờng bộ từ thành phố lớn đến các vùng nguyên liệu, các khu tài nguyên rừng đã đƣợc cải tạo, mở mới và nâng cấp. - Xe ô tô có thể di chuyển sâu vào trong các khu khai thác để vận chuyển lâm sản với khối lƣợng vận chuyển đa dạng. Trong các loại ô tô, dòng xe tải nhỏ (có tải trọng dƣới 3 tấn) với ƣu điểm là giá phù hợp, tính cơ động cao, kích thƣớc nhỏ gọn dễ di chuyển sâu vào trong các khu khai thác Nông - lâm nghiệp nên có thị phần cao.
Bộ vi sai cầu sau ô tô tải nhỏ nghiên cứu 1. Cấu tạo vi sai ô tô tải nhỏ Cấu tạo của bộ vi sai ô tô tải nhỏ tải trọng 3 tấn sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam theo [15], [21], đƣợc thể hiện tr n hình 1. Bánh răng hành tinh Bánh răng bán trục 1. Nửa trong vỏ vi sai 5.
Trục chữ thập 2. Nửa ngoài vỏ vi sai 6. Đệm chống xoay 3. Bánh răng bán trục 7.
Bánh răng hành tinh Hình 1.1 Cấu tạo chi tiết tạo cụm vi sai cầu sau xe ô tô tải nhỏ Bộ vi sai nằm trong lòng bánh răng bị động của truyền lực chính gồm: hai nửa vỏ vi sai, hai bánh răng bán trục, bốn bánh răng hành tinh, trục chữ thập, các bán trục dẫn ra bánh xe bên phải và b n trái, các đệm tựa lƣng cho các bánh răng. Các bánh răng vi sai quay tr n trục chữ thập và quay cùng vỏ vi sai.