3.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống treo xe KB 120SE.
Hệ thống treo trên xe KB120SE sử dụng 4 túi hơi 2 túi hơi trước và 2 túi hơi sau.
- Hai túi hơi trước có kí hiệu: W01-675-9534.Hai túi trước có đường kính d=280mm.
- Hai túi hơi sau có ký hiệu: W01-675-9141. Hai túi sau có đường kính d=
312 mm.
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống treo xe KB 120SE
1- Máy nén khí; 2- Bình tách ẩm; 3- Bình tích năng; 4-Van tải trọng; 5-Túi hơi sau;
6- Các đầu nối ống khí; 7- Van áp suất; 8- Bầu hơi; 9- Túi hơi sau.
Nguyên lý làm việc:
Máy nén khí 1 nén khí qua bình tách ẩm rồi tới bình chứa ( bầu hơi ). Khi áp suất trong bình chứa đủ 5 ( Kg/cm2 ) thì van áp suất 7 mở, cho khí nén vào các đường ống dẫn tới các van tải trọng 4 . Van tải trọng được gắn trên khung sắt si có cần điều khiển , điều khiển cấp phụ thuộc vào tải trọng xe và chất lượng mặt đường mà cấp và xả khí vào các túi hơi 5 và 9 làm cho xe chuyển động được êm dịu trên
05 04 03 02 01
06 07
08
09
đường.
Bình tích năng có tác dụng bổ sung khí nén trong một thời gian tức thời, ngoài ra còn có tác dụng dập tắt dao động áp suất.
Van áp suất chỉ mở khi áp suất trong bình chứa đạt 5 ( Kg/cm2 ).
3.1.1.Hệ thống treo trước .
Hình 3-2 Hệ thống treo trước.
Hình 3-3 Hình chiếu đứng hệ thống treo trước xe KB120SE
1- Sắt si; 2- Bát lắp nhíp trước; 3- Bu lông lắp nhí trước; 4- Tấm tôn boc ngoài nhíp; 5- Nhíp trước.; 6- Bát lắp thanh giằng; 7- Thanh giằng; 8- Bọc nhựa boc ngoài thanh giằng; 9- bu lông; 10- Cầu trước; 11- Túi hơi trước; 12- Bat lắp giảm chấn; 13- Giảm chấn; 14- Đủa đẩy; 15- Van tải trọng; 16- Bát lắp túi hơi trước.
Hình 3-4 Hình chiếu bằng hệ thống treo trước xe KB120SE
1- Thanh điều chỉnh độ đồng tâm của cầu trước và sắt si; 2-Lỗ lắp ống hơi vào túi hơi.
Hình 3-5 Hình chiếu cạnh hệ thống treo trước xe KB120SE
1- Giảm chấn; 2- Cầu trước; 3- Thanh điều chỉnh độ đồng tâm cầu trước và sắt si;
4- Túi hơi trước; 5- Bát lắp giảm chấn vào sắt si; 6- Bát lắp túi hơi vào sắt si; 7- Sắt si
-Hệ thống treo trước sử dụng 2 túi hơi có đường kính 280 mm. Mỗi túi hơi được điều chỉnh bởi một van tải trọng, hoạt động độc lập nhau.Hệ thống treo trước đảm bảo cho người lái điều khiển xe dể dàng khi đi qua đường gập ghềnh và đảm bảo cho xe cân bằng.
3.1.2.Hệ thống treo sau xe KB120SE.
Hình 3-6 Hệ thống treo sau.
Hình 3-7 Hình chiếu đứng hệ thống treo sau xe KB120SE
1- Sắt si; 2- Bu lông; 3- Bat lắp giò gà; 4- Bu lông lắp giò gà; 5- Giò gà; 6- Cấu sau; 7- Giảm chấn; 8- Thanh giằng; 9- Đai ốc; 10- Túi hơi; 11- Bát lắp giảm chấn lên sắt si; 12- Van tải trọng.
Hình 3-8. Hình chiếu bằng hệ thống treo sau xe KB120SE.
1-Sắt si; 2-Pat lắp thanh giằng; 3-Đai ốc; 4-Thanh giằng; 5-Đai ốc lắp thanh giằng; 6-Bat lắp thanh giằng được hàn với cầu xe; 7- Lỗ lắp ống hơi; 8-Bu lông túi hơi.
Hình 3-9 Hình chiếu cạnh hệ thống treo sau xe KB120SE.
1-Bu lông lắp giò gà với thanh giằng; 2- Thanh giằng.; 3- Cầu sau; 4- Túi hơi sau;
5- Bát lắp gảm chấn lên khung sắt si; 6- Sắt si; 7- Thanh giằng nghiêng; 8- Giảm chấn.
-Hệ thống treo sau sử dụng hai túi hơi có đường kính d=312mm.Hai túi hơi sau được điều chỉnh bởi một van tải trọng nên khoảng cách gầm xe hai bên trai và phải luôn luôn bằng nhau tạo sự cứng vững cho xe.
3.1.3. Ưu nhược điểm của hệ thống treo sử dụng khí nén:
3.1.3.1.Ưu điểm.
- Bằng cách thay đổi áp suất khí, có thể tự động điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo sao cho độ vừng và tần số dao động riờng của phần được treo là khụng đổi với các tải trọng tĩnh khác nhau.
- Cho phép điều chỉnh vị trí của thùng xe đối với mặt đường. Đối với hệ thống treo độc lập còn có thể điều chỉnh khoảng sáng gầm xe.
- Không có ma sát trong phần tử đàn hồi;
- tuổi thọ cao.
3.1.3.2. Nhược điểm.
- Kết cấu phức tạp, đắt tiền;
- Kích thước cồng kềnh;
- Phải dùng bộ phận dẫn hướng và giảm chấn độc lập.
3.1.4.Các cụm chi tiết trong hệ thống treo.
3.1.4.1. Van tải trọng:
Phần tử đàn hồi khí nén thường dùng kết hợp với bộ phận điều chỉnh tự động chiều cao thùng xe theo tải trọng tĩnh là van tải trọng.
Nguyên lý làm việc của van tải trọng (bộ phận điều chỉnh tự động chiều cao thùng xe theo tải trọng tĩnh). Khi tải trọng tăng lên, thùng xe hạ xuống và khoảng cách giữa nó với cầu giảm đi. Lúc này đòn dẫn động sẽ tác dụng lên van phân phối của bộ điều chỉnh cho khí nén từ bình chứa đi thêm vào phần tử đàn hồi cho đến khi thùng xe được nâng lên độ cao ban đầu.
Khi giảm tải trọng thì quá trình xảy ra ngược lại.
Hình 3-10 Kết cấu của van tải trọng.
1- Đường hơi vào; 2- Vỏ xi lanh; 3-Lỗ bắt bu lông; 4-Đường khí tới túi hơi; 5- Nơi bắt cần điều chỉnh; 6- Lỗ thoát hơi; 7- Lỗ hơi vào đường hơi tới túi hơi; 8- Xilanh hơi; 9- Lỗ hơi thoát khí ra; 10- Piston hơi; 11- Lỗ định vị; 12- Cơ cấu xoay.; 13- Seal lam kín.
Nguyên lý làm viêc.
Khí được cấp từ bầu hơi vào đường hơi 1,khi xe ở vị trí cân bằng thì seal làm kín 13 sẽ bịt kín đường hơi chính dẫn hơi vào hai túi hơi.Khi tải trọng xe tăng, thùng xe hạ xuống và khoảng cách giữa nó với cầu giảm đi. Lúc này đòn dẫn động sẽ tác dụng lên cơ cấu xoay đẩy piston hơi đi lên mở đường cấp hơi chính 1.Khí nén được cấp vào túi hơi lam khoảng cách thùng xe cao lên trở về lại vị trí cân bằng.
Khi giảm tải trọng thì quá trình xảy ra ngược lại, thùng xe được nâng cao lên. Lúc này đòn dẫn động sẽ tác dụng lên cơ cấu xoay hạ piston hơi xuống mở đường hơi thoát ra ngoài qua lỗ hơi số 7 và số 9 sau đó thoát ra ngoai qua đường 6.
3.1.4.2. Túi hơi:
Nguyên lý làm viêc.
Dùng để tiếp nhận và truyền các tải trọng thẳng đứng, làm giảm va đập và tải trọng động tác dụng lên khung vỏ và hệ thống chuyển động, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho ô tô máy kéo khi chuyển động.
Kết cấu túi hơi:
Phần tử đàn hồi có thể có dạng bầu tròn hay dạng ống .Vỏ bầu cấu tạo gồm hai lớp sợi cao su (ni lông hay capron), mặt ngoài phủ một lớp cao su bảo vệ, mặt trong lót một lớp cao su làm kín. Thành vỏ dày từ 3...5 mm.Phía trong có ụ su.
Hinh 3-11 Túi hơi
1- Đầu nối đường ống dẫn khí nén với bầu khí; 2- Bu lông bắt chặt bầu khí với chassic; 5- Nắp bịt kín của bầu khí; 6- Vỏ bầu khí; 7- ụ su; 8- Đế bầu khí bắt chặt với dầm cầu trước; 9- Bu lông bắt ụ su với đế.
Hình 3-12 Vỏ túi hơi
Outer cover - Vỏ ở phía ngoài; Second ply - Lớp thứ hai; First ply - Lớp đầu tiên;
Inner liner- Lớp xương bọc cứng.
Bầu khí là nơi chứa đựng khí nén và chịu áp lực lớn nhất trong hệ thống treo, nó đảm bảo hệ thống treo làm việc êm dịu không gây tiếng ồn cũng như tiếng va đập. Ở cầu trước bầu khí nén được đặt ở trên dầm cầu còn ở cầu sau được bắt trên thanh treo. Trong bầu có ụ su có tác dụng nâng đỡ khi bầu khí bị hỏng hoặc bị mất hơi.Vỏ của bầu khí gồm 4 lớp.
- Áp suất khí nén trong túi hơi có thể chịu được là 0,9...0,98 MPa. Áp suất việc của hệ thống cung cấp 0,78 MPa để đảm bảo áp suất dư trong trường hợp ô tô quá tải.
4.Tính toán kiểm nghiệm hệ thống treo.
Không tính kiểm nghiệm bộ phận dẫn hướng.
4.1. Tính toán kiểm tra bộ phận đàn hồi.
4.1.1. Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo trước.
Bảng 4-1 Bảng thông số tính toán từ Công Ty ô tô Chu Lai Trường Hải
Khi xe không tải 3575 7415
Khi đầy tải 5425 8715
Số bầu hơi 02 02
Tính toán dao động riêng độc lập của hệ thống treo trước và hệ thống treo sau:
Lực P tác dụng lên phần tử đàn hồi các loại được xác định:
P=p.Fh = π.p .R2h
Trong đó :
- P áp suất không khí nén dư bên trong.
- Fh,Rh diện tích và bán kính hiệu dụng của phần tử đàn hồi.
Khi tải trọng động thay đổi không khí nén dư sẽ thay đổi theo định luật : P = (Pt +1)()-1 (3)
Trong đó:
- Pt áp suất khí nén dư khi có tải trọng tĩnh.
- V0 thể tích đầu tiên của phần tử đàn hồi khi có tải trọng tĩnh và áp suất tĩnh của không khí.
- V thể tích phần tử đàn hồi tại thời điểm đang xét.
- Vp thể tích bình chứa phụ, xe KB120SE không có bình chứa phụ.
- k : chỉ số nén đa biến.
Để xác định độ cứng của hệ thống treo ta cần tìm đạo hàm của tải trọng P theo độ vừng f (theo dich chuyển):
C= = P+ Fh (4)
Thay thế các phương trình trên vào nhau và rút ra . Thay (3) vào (4) ta có
C = k.Fh(pt+ 1)()+() Trong đó Vt = V0+ Vp và Vd = V+ Vp
Mặt khác ta có:
= -Fh
Sau khi biến đổi ta có :
C= k+p (5)
Trong đó:
- k là chỉ số nén đa biến phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, và chất khí. k ≈1.38 ( không khí )
Độ cứng của phần tử đàn hồi phụ thuộc vào giá trị tức tời của V và Fh và thể tích bình chứa khí ni tơ lỏng. Bằng cách thay đổi áp suất không khí ta có một họ dường đặc tính đàn hồi ứng với tải trọng tĩnh khác nhau tác dụng lên phần tử đàn
p p
V V
V V
+
0 +
df dP
f h
d dF
df dP
df V
dV V
k d
k t
1
.
+dk k t t
V V p 1)
( +
df dFh
df dV
. 2
1
h p
V F V
p +
+ df dFh
hồi.
Có thể xác định bằng phương pháp giải tích quan hệ của thể tích phần tử đàn hồi và diện tích hiệu dụng nhưng rất phức tạp . Vì vậy ta dùng phương pháp tính gần đúng và giải quyết bằng phương pháp đồ thị . Bằng thực nghiệm ứng với mỗi giá trị biến dạng f ta vẽ hình dạng bên ngoài của một mặt bên ở một vài vị trí hành trình nén và trả . Đối với mỗi vị trí tính thể tích và diện tích hiệu dụng . từ các kết quả ta xây dựng các đường đặc tính C=p(f) , V= P(f) với tần số dao động n,
n= (lần/ phút) (6) với f là độ vừng (cm)
Bảng 4-2 tính toán cho hệ thống treo trước theo tải trọng ô tô tăng từ lúc không tải đến đầy tải.(Nhà máy lắp ráp ô tô Chu Lai Trường Hải)
BẢNG TÍNH KẾT QUẢ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC
P(KG) 1787,5 1973 2158 2343 2528 2713
p(KG/cm2) 6,35 6,4 6,45 6,5 6,55 6,6
Fh(cm2) 281,50 308,20 334,50 360,38 385,88 410,98
V(cm3) 3505 3150 3450 3850 4250 4750
f (cm) 12,45 12,85 13,25 13,75 14,15 14,55
Rh(cm) 9,47 9,91 10,32 10,71 11,09 11,44
C (KG/cm) 321,35 325,36 328,76 325,91 328,78 331,30
n1(lần/phút) 85,02 83,69 82,42 80,90 79,75 78,65
ft
300
P (KG)
f (cm)
15 14
13 12
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
Hình 4-1 Đồ thị đặc tính đàn hồi hệ thống treo trước.
4.1.2. Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo sau.
Hình 4-1 Lực phân bố ở hệ thống treo sau.
Từ sơ đồ lực phân bố trên hệ thông treo sau ta có phương trình:
Vậy ta có: p2 = 1,5p1 (7) Ta lại có: P = p1+ p2 (8)
P: Trọng lượng đặt lên hệ thống treo sau (KG) p1+ p2 = 3707,5 (KG)
Thế vào phương trình 7 ta có p2 = 2224,5 (KG)
Ta có giá trị P từ không tải đến đầy tải lần lượt là: 3707,5 (KG); 3838 (KG); 3968 612
418
2
1 =
p p
(KG); 4098 (KG); 4228 (KG); 4357,5 (KG).
Tính tương tự như trên ta có giá trị p2 lần lượt là: 2224,5 (KG); 2302,8 (KG); 2380 (KG); 2458,8 (KG); 2536,8 (KG); 2614,5 (KG) .
Bảng 4-3 tính toán cho hệ thống treo sau theo tải trọng ô tô tăng từ lúc không tải đến đầy tải (Nhà máy lắp ráp ô tô Chu Lai Trường Hải, đã có sữa chữa)
BẢNG TÍNH KẾT QUẢ HỆ THỐNG TREO SAU
P2(KG) 2224,5 2302,8 2380,8 2458,8 2536,8 2614,5
p(KG/cm2) 3,81 3,84 3,87 3,9 3,93 3,96
Fh(cm2) 583,86 599,61 615,12 630,38 645,42 660,23
V(cm3) 7824 8275 8735 9204 9746 10234
f (cm) 13,40 13,80 14,20 14,60 15,10 15,50
Rh(cm) 13,64 13,82 14,00 14,17 14,34 14,50
C (KG/cm) 205,79 206,61 207,31 208,1 207,08 207,9
n2(lần/phút) 81,95 80,76 79,61 78,51 77,20 76,20
f (cm) P (KG)
16 15.5 15 14.5 14 13.5 13 2700 2600 2500 2400 2300 2200
Hình 4-2 Đồ thị đặc tính đàn hồi hệ thống treo sau.
Bảng 4-4 kết quả tính toán BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Trường hợp không tải. Treo trước Treo sau
Tần số dao động riêng độc lập; n1,n2 (lần/phút) 85,02 81,95
Trường hợp không tải. Treo trước Treo sau
Tần số dao động riêng độc lập; n1,n2 (lần/phút) 78,65 76,20
Số lần dao động trong một phút của khối lượng được treo ở cầu trước và cầu sau đều nằm trong giới hạn cho phép đối với ô tô khách (không lớn hơn 90 lần / phút), như vậy ô tô khách ( KB 120 SE ) đảm bảo độ êm dịu chuyển động cần thiết.
4.2 Tính toán giảm chấn.
Do trên xe KB 120 SE sử dụng giảm chấn trước và giảm chấn sau giống nhau nên ta kiểm tra chung cho cả giảm chấn trước và sau.
Mối quan hệ của lực cản của giảm chấn (Pg) với tốc độ dịch chuyển của piston giảm chấn (Vg) được thể hiện qua biểu thức sau:
Trong đó:
+ Kgn , Kgt - hệ số cản của giảm chấn ở hành trình nén và trả
+ m - số mũ, giá trị phụ thuộc kích thước lỗ tiết lưu, độ nhớt chất lỏng và kết cấu các van. Giá trị m = (1 ÷ 2), để đơn giản khi tính toán có thể xem m = 1 Để xây dựng đường đặc tính của giảm chấn ta lần lượt tính toán xác định các giá trị Pgn , Pgn max , Pgt , Pgt max , Kgn , Kgn'
, Kgt , Kgt'với:
+ Pgn , Pgt - lực cản của giảm chấn ở hành trình nén và trả (N)
+ Pgn max , Pgt max - lực cản lớn nhất của giảm chấn hành trình nén và trả (N) + Kgn , Kgt - hệ số cản của giảm chấn khi van giảm tải đóng ở hành trình nén và trả (Ns/m)
+ Kgn' , Kgt' - hệ số cản của giảm chấn khi van giảm tải mở ở hành trình nén và trả (Ns/m)
Để tính toán các giá trị Pgn , Pgn max , Pgt , Pgt max , Kgn , Kgn'
, Kgt , Kgt' trước hết ta cần tiến hành xác định các thông số và kích thước cơ bản của giảm chấn.
] 6 [ .
] 5 [ .
m g gt gt
m g gn gn
V K P
V K P
=
=
Hình 4-5 Các kích thước của giảm chấn
4.2.1. Các kích th c và thông s cho tr c c a gi m ch n:ướ ố ướ ủ ả ấ
- Đường kính piston giảm chấn dp = 42 (mm) - Đường kính cần piston giảm chấn dc = 21 (mm) - Đường kính ngoài của giảm chấn D =76 (mm) - δt = 2,5 (mm) - chiều dày thành giảm chấn;
Hình 4-6 Sơ đồ tính đường kính ngoài của
giảm chấn - Diện tích làm việc của piston ở hành trình trả:
[7] .( 2 2) .(0,0422 0,0212) 1,04.10 3 ( 2) d m
F dp − c = − = −
=π π
tích làm việc của piston ở hành trình nén:
[8]
Từ [4.13] và [4.14] ta có:
;
Trong đó:
+ Pgt max - lực cản lớn nhất của giảm chấn khi van giảm tải mở ở hành trình trả + Pgn max - lực cản lớn nhất của giảm chấn khi van giảm tải mở ở hành trình nén
Pgt max = 2713 (kG) =2713.9.81(N)
Pgn max = 1787,5 (kG)=1787,5.9,81(N)
+ Vgmax - vận tốc dịch chuyển lớn nhất của piston giảm chấn
Vgmax = (50÷60) cm/s; chọn Vgmax = 50 cm/s
Mặt khác ta có:
+ Vg - vận tốc dịch chuyển của piston giảm chấn lúc van giảm tải mở
Vg = 20 cm/s;
Vậy lực cản của giảm chấn ở hành trình nén và hành trình trả là:
Vậy hệ số cản của giảm chấn ở hành trình nén và hành trình trả là:
) ( 10 . 4 , 4 1
042 , 0 . 4
. 2 2 2 2
d m
Fpn =π p =π = −
. ) ( 75 , 35070 5
, 0
81 , 9 . 5 , 1787
max ' max
m s N V
K P
g gt
gn = = =
. ) ( 06 , 53229 5
, 0
81 , 9 . 2713
max ' max
m s N V
K P
g gn
gt = = =
) 17 . 4 (
) ( max ) (
) ( max ) ( '
) (
t gn t
gn
t gn t
gn t
gn V V
P K P
−
= −
) ( 15 , 7014 3
, 0 . 75 , 35070 81
, 9 . 5 , 1787 )
( max
'
max K V V N
P
Pgn = gn − gn gn − gn = − =
) ( 8 , 10645 3
, 0 . 06 , 53229 81
, 9 . 2713 )
( max
'
max K V V N
P
Pgt = gt − gt gt − gt = − =
=
=
=
→
= m
s N V
K P V
K P
gn gn gn gn
gn gn
75 . , 35070 2
, 0
15 , . 7014
=
=
=
→
= m
s N V
K P V
K P
gt gt gt gt
gt gt
53229 . 2
, 0
8 , 10645 .
Hình 4-7 Sơ đồ đường đặc tính của giảm chấn 4.2.2 Tính toán nhiệt
Tính toán nhiệt nhằm mục đích xác định nhiệt độ tối đa của chất lỏng khi giảm chấn làm việc. Các kích thước ngoài của giảm chấn phải đảm bảo cho nhiệt độ này không vượt quá giới hạn cho phép.
- Phương trình cân bằng nhiệt của chất lỏng trong giảm chấn:
[9]
Trong đó:
+ Nt - công suất tiêu thụ bởi giảm chấn (W)
Vg - tốc độ của
piston giảm chấn, Vg = 20 cm/s
+ αt - hệ số truyền nhiệt từ thành giảm chấn vào không khí (W/m2.độ)
Nếu coi tốc độ không khí gần bằng tốc độ ô tô thì , chọn αt = 75
+ Sg - diện tích mặt ngoài của giảm chấn (m2)
D = dngc -
30000 26614,53 20000 10645 10000
7014,15 10000 17535,3
20000 Neùn
Traí Pg[N]
0 Vg[cm/s]
Pgn[N]
-0,5 -0,2
0,2 0,5
s m t N
t S
Nt t g g m
−
= .
) α (
( gt gn) 2g2 [4.19]
t
K V K
N = −
) / ( 165 , 2 363
2 , )0 75 , 35070 53229
( 2 Nm s
Nt = − =
→
) 81 58
( ÷
t = α
] 20 . 4 2 [
.
.
+
= g
g D l
D S π
lg - chiều dài phần chứa dầu của giảm chấn
+ tm -
nhiệt độ môi trường (oC), tm= 30oC
Vậy từ phương trình cân bằng nhiệt trên ta có:
- Nhiệt độ cho phép của thành giảm chấn
Vì , vậy thanh giảm chấn đảm bảo điều kiện làm việc.