Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu dao động ô tô tải 1.25 tấn Kia K2700II trong vận chuyển nông sản

• Tác giả: Lưu Quốc Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Nhật Chiều
• Trường học: Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Dao Động Ô Tô Tải 1.25 Tấn Kia K2700II Trong Vận Chuyển Nông Sản
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Đồng Nai

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển nông sản ở nước ta hiện nay
• 1.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động và các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô
• 1.2.1. Nghiên cứu dao động của ô tô trong nước
• 1.2.2. Nghiên cứu về dao động của ô tô trên thế giới
• 1.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động
• 1.3. Tổng quan về dao động ô tô
• 1.4. Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô
• 1.4.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo
• 1.4.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo
• 1.4.3. Phân loại hệ thống treo
• 1.5. Tình hình nghiên cứu biên dạng đường ô tô
• 1.5.1. Mặt đường có mô dạng bậc
• 1.5.2. Mặt đường có mô dạng đường điều hòa
• 1.5.3. Mặt đường có mô dạng ngẫu nhiên
• 1.6. Các phương pháp và phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ô tô
• 1.6.1. Các phương pháp nghiên cứu và xây dựng hệ phương trình
• 1.6.2. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ô tô
• 1.6.3. Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết
• 2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KIA - K270011 TẢI TRỌNG 1,25 TẤN VẬN CHUYỂN NÔNG SẢN TRÊN ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết
• 3.1.1. Xây dựng mô hình dao động của xe KIA - K270011
• 3.1.2. Giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ
• 3.2. Nghiên cứu thực nghiệm
• 3.2.1. Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm
• 3.2.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm, trang thiết bị thực nghiệm
• 3.2.3. Tiến hành thực nghiệm
• 3.2.4. Kết quả thực nghiệm, phân tích kết quả thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Các kết luận từ kết quả nghiên cứu
• 4.2. Các kiến nghị về nghiên cứu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu dao động của ô tô tải 1.25 tấn Kia K2700II trong việc vận chuyển nông sản là một vấn đề quan trọng trong ngành giao thông nông thôn. Với sự phát triển của nông nghiệp, việc tối ưu hóa phương tiện vận tải trở nên cấp thiết. Xe Kia K2700II được sử dụng rộng rãi nhờ vào khả năng vận chuyển hiệu quả và phù hợp với điều kiện đường xá nông thôn. Tuy nhiên, độ êm dịu chuyển động và khả năng chịu tải của xe thường bị ảnh hưởng bởi điều kiện mặt đường không bằng phẳng. Nghiên cứu này nhằm xây dựng mô hình dao động của xe tải khi vận chuyển nông sản, từ đó đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như hệ thống treo và điều kiện mặt đường đến độ êm dịu trong chuyển động của xe.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Việc vận chuyển nông sản là một khâu quan trọng trong chuỗi cung ứng nông nghiệp, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế. Nghiên cứu dao động của ô tô tải không chỉ giúp cải thiện độ êm dịu chuyển động mà còn đảm bảo an toàn cho hàng hóa trong quá trình vận chuyển. Theo một số tài liệu, độ rung lắc có thể gây hư hại cho nông sản, do đó việc nghiên cứu và cải thiện hệ thống treo của xe là cần thiết. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả vận chuyển nông sản, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

II. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

Tình hình nghiên cứu về dao động ô tô tại Việt Nam hiện nay đang trong giai đoạn phát triển. Nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng xe tải 1.25 tấn như Kia K2700II đang được ứng dụng rộng rãi trong vận chuyển nông sản. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào các loại xe con hoặc xe tải lớn hơn, trong khi xe tải nhỏ lại ít được chú ý. Đặc biệt, việc nghiên cứu dao động của xe tải trong điều kiện vận chuyển nông sản trên đường nông thôn còn hạn chế. Điều này dẫn đến việc chưa có những giải pháp tối ưu cho hệ thống treo và các thông số kỹ thuật của xe. Việc cải thiện độ êm dịu chuyển động của xe tải là cần thiết để đảm bảo an toàn cho hàng hóa và nâng cao hiệu quả vận chuyển.

2.1. Các nghiên cứu trước đây

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng dao động của ô tô ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái và hành khách. Các công trình nghiên cứu như của Lưu Văn Tuấn và Võ Văn Hưởng đã tập trung vào việc nâng cao độ êm dịu của xe. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa đề cập đến xe tải 1.25 tấn trong điều kiện vận chuyển nông sản. Do đó, nghiên cứu hiện tại sẽ bổ sung vào kho tàng kiến thức về dao động ô tô, đặc biệt là trong bối cảnh vận chuyển nông sản trên đường nông thôn. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc cải tiến hệ thống treo và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý cho xe tải.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để phân tích dao động của Kia K2700II. Các mô hình lý thuyết sẽ được xây dựng dựa trên các phương trình vi phân mô tả dao động của xe trong điều kiện vận chuyển nông sản. Đồng thời, các thí nghiệm thực nghiệm sẽ được tiến hành để thu thập dữ liệu về độ rung và chuyển động của xe trên các loại mặt đường khác nhau. Việc phân tích dữ liệu thu được sẽ giúp đánh giá ảnh hưởng của điều kiện mặt đường và các thông số của hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của xe. Kết quả từ nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc cải tiến thiết kế và ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất ô tô.

3.1. Xây dựng mô hình dao động

Mô hình dao động của ô tô tải 1.25 tấn sẽ được xây dựng dựa trên các yếu tố như khối lượng xe, tải trọng, và các đặc tính của hệ thống treo. Sử dụng phần mềm mô phỏng, các phương trình vi phân sẽ được giải để mô phỏng chuyển động của xe trên các loại mặt đường khác nhau. Kết quả mô phỏng sẽ cho thấy mức độ dao động của xe và ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến độ êm dịu chuyển động. Điều này sẽ giúp các nhà thiết kế và kỹ sư ô tô có thể cải thiện hệ thống treo và tối ưu hóa hiệu suất vận chuyển nông sản.

IV. Kết luận và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng Kia K2700II có khả năng vận chuyển nông sản hiệu quả, tuy nhiên, độ dao động của xe cần được cải thiện để nâng cao độ êm dịu chuyển động. Các kiến nghị bao gồm việc cải tiến hệ thống treo và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý khi vận chuyển nông sản. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc nâng cao hiệu quả vận chuyển nông sản trên đường nông thôn. Các cơ sở sản xuất và vận tải cần chú trọng đến việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới để cải thiện chất lượng dịch vụ và đảm bảo an toàn cho hàng hóa.

4.1. Đề xuất giải pháp

Để nâng cao hiệu quả vận chuyển nông sản, cần thiết phải cải tiến hệ thống treo của Kia K2700II. Việc áp dụng công nghệ mới vào thiết kế hệ thống treo sẽ giúp giảm thiểu độ rung lắc khi xe di chuyển trên đường nông thôn. Hơn nữa, việc đào tạo lái xe cũng cần được chú trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận chuyển. Các đơn vị vận tải nên xem xét đầu tư vào các thiết bị đo lường độ dao động để có thể theo dõi và điều chỉnh kịp thời trong quá trình vận hành.

Tổng quan nghiên cứu

Vận chuyển nông sản trên đường giao thông nông thôn là một khâu quan trọng trong chuỗi giá trị nông nghiệp, góp phần đảm bảo an ninh lương thực và phát triển kinh tế nông thôn. Ở Việt Nam, hiện nay việc vận chuyển chủ yếu dựa vào sức kéo của gia súc và phương tiện thủ công, tuy nhiên, sự xuất hiện của ô tô tải nhỏ như xe KIA K270011 tải trọng 1,25 tấn đã mở ra nhiều cơ hội nâng cao hiệu quả vận chuyển. Theo ước tính, loại xe này được sử dụng rộng rãi tại nhiều địa phương đã đạt chuẩn nông thôn mới, góp phần giảm thời gian và chi phí vận chuyển nông sản sau thu hoạch.

Tuy nhiên, khi vận chuyển trên đường nông thôn với mặt đường không bằng phẳng, xe tải thường chịu các dao động mạnh, ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động, gây hư hỏng hệ thống treo và các bộ phận khác, đồng thời làm giảm tuổi thọ xe và chất lượng vận chuyển. Do đó, nghiên cứu dao động của ô tô tải KIA K270011 khi vận chuyển nông sản trên đường giao thông nông thôn là cần thiết để đánh giá và cải thiện hệ thống treo, nâng cao độ êm dịu chuyển động, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận tải.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mô hình dao động của xe tải 1,25 tấn KIA K270011 khi vận chuyển nông sản trên đường nông thôn, khảo sát ảnh hưởng của điều kiện làm việc và các thông số hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các điều kiện mặt đường nông thôn tại một số địa phương Việt Nam trong giai đoạn 2014-2015. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc phát triển mô hình dao động xe tải nhỏ và ý nghĩa thực tiễn trong việc hoàn thiện hệ thống treo, lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả vận chuyển nông sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ học về dao động của ô tô, trong đó có:

• Mô hình dao động một phần tử và hai phần tử: Mô hình này mô tả dao động của khối lượng được treo (thân xe) và khối lượng không được treo (cầu xe, bánh xe) với các phần tử đàn hồi và giảm chấn, giúp phân tích chuyển động thẳng đứng và các lực tác động.

• Mô hình dao động liên kết (mô hình phẳng): Mô hình này giả thiết xe đối xứng qua trục dọc, mô tả dao động của hai bánh xe cùng bên, có 4 bậc tự do, giúp nghiên cứu phân bố tải trọng và ảnh hưởng của mặt đường lên hệ thống treo.

• Lý thuyết hệ thống treo ô tô: Bao gồm các khái niệm về bộ phận đàn hồi (nhíp lá, lò xo xoắn, bộ phận đàn hồi khí), bộ phận giảm chấn (giảm chấn thủy lực một lớp, hai lớp, loại ống với hơi áp lực), và các loại hệ thống treo (độc lập, phụ thuộc), cùng các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động như tần số dao động riêng, gia tốc dao động và thời gian tác động.

• Các chỉ tiêu đánh giá dao động: Tần số dao động riêng của hệ dao động (thường nằm trong khoảng 1-1,5 Hz để đảm bảo độ êm dịu), gia tốc dao động toàn phương (giá trị cho phép khoảng 0,31-0,63 m/s²), và lực tác dụng lên bánh xe để đánh giá an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật của xe tải KIA K270011, thông số hệ thống treo, đặc tính mặt đường nông thôn được thu thập tại một số địa phương Việt Nam. Dữ liệu thực nghiệm bao gồm các phép đo gia tốc dao động của xe và các bộ phận liên quan khi vận chuyển trên đường nông thôn.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình toán học dao động xe dựa trên phương trình vi phân sử dụng phương pháp lực, phương pháp phần tử hữu hạn, nguyên lý Dalambe và phương trình Lagrange loại II. Mô hình được giải và mô phỏng bằng phần mềm Matlab & Simulink để khảo sát các thông số dao động.

• Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng thiết bị đo gia tốc DMC Plus và phần mềm xử lý dữ liệu DMC Labplus để thu thập và phân tích dao động thực tế của xe khi vận chuyển trên các đoạn đường nông thôn có đặc trưng mặt đường khác nhau.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2014, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình lý thuyết, tiến hành thực nghiệm tại hiện trường, xử lý và phân tích dữ liệu, cuối cùng là tổng hợp kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xây dựng thành công mô hình dao động xe tải KIA K270011: Mô hình toán học với 4 bậc tự do mô tả dao động thẳng đứng của thân xe và cầu xe, được giải bằng Matlab & Simulink cho kết quả tần số dao động riêng của hệ dao động nằm trong khoảng 1,2 - 1,4 Hz, phù hợp với giới hạn lý thuyết về độ êm dịu chuyển động.

2. Ảnh hưởng của mặt đường nông thôn đến dao động xe: Thực nghiệm cho thấy gia tốc dao động toàn phương trung bình của trọng tâm xe khi vận chuyển trên mặt đường có biên dạng ngẫu nhiên dao động trong khoảng 0,35 - 0,55 m/s², vượt quá mức cho phép 0,31 m/s² đối với sức khỏe người lái, gây mệt mỏi và giảm hiệu suất làm việc.

3. Hệ thống treo hiện tại chưa tối ưu cho điều kiện đường nông thôn: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ thống treo sử dụng nhíp lá và giảm chấn thủy lực một lớp có độ cứng và hệ số giảm chấn chưa phù hợp, dẫn đến dao động lớn và hư hỏng nhanh các bộ phận treo. Tỷ lệ hư hỏng hệ thống treo tăng khoảng 15% so với xe vận hành trên đường bằng phẳng.

4. Hiện tượng tách bánh xe khỏi mặt đường xảy ra khi vận chuyển trên đường gồ ghề: Quan sát thực nghiệm cho thấy bánh xe có thể bị tách khỏi mặt đường trong các đoạn đường có biên dạng bậc cao, làm giảm khả năng bám đường và an toàn chuyển động, đặc biệt khi vận tốc xe vượt quá 30 km/h.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các dao động lớn là do đặc tính mặt đường nông thôn không bằng phẳng, có biên dạng ngẫu nhiên với chiều cao nhấp nhô dao động từ 0,02 đến 0,05 m, gây kích thích mạnh lên hệ thống treo. So sánh với các nghiên cứu trước đây về dao động xe tải và máy kéo, kết quả phù hợp với các báo cáo cho thấy tần số dao động riêng của hệ thống treo cần nằm trong khoảng 1-1,5 Hz để đảm bảo độ êm dịu.

Việc sử dụng hệ thống treo nhíp lá truyền thống với độ cứng cao và giảm chấn thủy lực một lớp không đủ khả năng hấp thụ dao động mạnh, dẫn đến gia tăng lực tác động lên khung xe và bánh xe, làm giảm tuổi thọ xe và gây khó chịu cho người lái. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu về hệ thống treo độc lập và phụ thuộc, trong đó hệ treo độc lập với lò xo xoắn và giảm chấn đa lớp cho hiệu quả giảm dao động tốt hơn.

Dữ liệu thực nghiệm được trình bày qua biểu đồ gia tốc dao động theo thời gian và bảng so sánh các thông số dao động trên các loại mặt đường khác nhau, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của điều kiện mặt đường đến độ êm dịu chuyển động.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Hoàn thiện hệ thống treo xe tải KIA K270011: Thay thế nhíp lá bằng hệ thống treo độc lập sử dụng lò xo xoắn kết hợp giảm chấn đa lớp nhằm giảm độ cứng và tăng khả năng hấp thụ dao động. Mục tiêu giảm gia tốc dao động toàn phương xuống dưới 0,31 m/s² trong vòng 12 tháng, do nhà sản xuất và các đơn vị bảo trì thực hiện.

2. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật mặt đường nông thôn phù hợp: Đề xuất các chỉ tiêu về biên dạng mặt đường, chiều cao nhấp nhô tối đa dưới 0,02 m để giảm kích thích dao động xe. Thời gian thực hiện trong 2 năm, phối hợp giữa cơ quan giao thông và địa phương.

3. Đào tạo và hướng dẫn người lái xe vận hành hợp lý: Khuyến cáo vận tốc tối đa 25-30 km/h khi vận chuyển trên đường nông thôn gồ ghề để hạn chế hiện tượng tách bánh và giảm dao động. Thời gian triển khai trong 6 tháng, do các trung tâm đào tạo lái xe và doanh nghiệp vận tải thực hiện.

4. Nâng cao công tác bảo dưỡng, kiểm tra hệ thống treo định kỳ: Thiết lập quy trình kiểm tra, bảo dưỡng hệ thống treo mỗi 3 tháng nhằm phát hiện và khắc phục kịp thời các hư hỏng, đảm bảo độ êm dịu và an toàn vận hành. Chủ thể thực hiện là các trạm bảo dưỡng và chủ xe.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà sản xuất và thiết kế ô tô tải nhỏ: Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến hệ thống treo, nâng cao chất lượng sản phẩm phù hợp với điều kiện vận chuyển nông thôn Việt Nam.

2. Các cơ quan quản lý giao thông và xây dựng hạ tầng nông thôn: Sử dụng dữ liệu và đề xuất để xây dựng tiêu chuẩn mặt đường, quy hoạch giao thông phù hợp, nâng cao hiệu quả vận chuyển nông sản.

3. Doanh nghiệp vận tải và chủ xe tải nhỏ: Áp dụng các khuyến nghị về vận hành và bảo dưỡng để giảm chi phí sửa chữa, tăng tuổi thọ xe và đảm bảo an toàn trong quá trình vận chuyển.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, giao thông: Tham khảo mô hình, phương pháp nghiên cứu và kết quả để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo về dao động và hệ thống treo ô tô.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu dao động của xe tải nhỏ lại quan trọng?
   Dao động ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu chuyển động, an toàn vận hành và tuổi thọ xe. Nghiên cứu giúp cải tiến hệ thống treo, giảm hư hỏng và nâng cao hiệu quả vận chuyển nông sản.

2. Mô hình dao động được xây dựng dựa trên những giả thiết nào?
   Mô hình giả định dao động nhỏ, tuyến tính, bánh xe không trượt và luôn tiếp xúc với mặt đường, hệ thống treo có đặc tính đàn hồi và giảm chấn tuyến tính, xe đối xứng qua trục dọc.

3. Phương pháp thực nghiệm đo dao động như thế nào?
   Sử dụng cảm biến gia tốc gắn trên xe, thu thập dữ liệu qua bộ khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu sang dạng số, xử lý bằng phần mềm chuyên dụng để phân tích dao động.

4. Làm thế nào để giảm hiện tượng tách bánh xe khỏi mặt đường?
   Giảm vận tốc khi đi trên đường gồ ghề, cải tiến hệ thống treo để tăng khả năng hấp thụ dao động, đồng thời nâng cấp mặt đường để giảm biên dạng nhấp nhô.

5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại xe khác không?
   Mô hình và phương pháp có thể điều chỉnh để áp dụng cho các loại xe tải nhỏ khác, tuy nhiên cần hiệu chỉnh thông số phù hợp với đặc tính kỹ thuật và điều kiện vận hành cụ thể.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình dao động xe tải KIA K270011 với các phương trình vi phân mô tả chuyển động thẳng đứng của hệ thống treo.
• Thực nghiệm cho thấy dao động xe trên đường nông thôn vượt mức cho phép, ảnh hưởng đến độ êm dịu và an toàn vận hành.
• Hệ thống treo hiện tại chưa tối ưu, cần cải tiến để giảm dao động và tăng tuổi thọ xe.
• Đề xuất hoàn thiện hệ thống treo, xây dựng tiêu chuẩn mặt đường, đào tạo lái xe và nâng cao công tác bảo dưỡng.
• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng mô hình cho các loại xe tải khác và điều kiện mặt đường đa dạng hơn trong giai đoạn tiếp theo.

Mời quý độc giả và các nhà nghiên cứu tiếp tục theo dõi và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận chuyển nông sản và phát triển giao thông nông thôn bền vững.