Tính toán và kiểm nghiệm xe bus thaco city tb115ct wlfii (tt)

TĨM TẮT Tên đề tài “TÍNH TỐN VÀ KIỂM NGHIỆM XE BUS THACO CITY TB115CT-WLFII” Thời gian địa điểm thực đề tài - Thời gian: từ 02/04/2019 đến 20/07/2019 - Địa điểm: Tại nhà trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Mục đích đề tài - Khảo sát đặc tính động học động lực học động Khảo sát tính ổn định xe mặt phẳng dọc mặt phẳng ngang - Xây dựng sở tính tốn mơ hình hóa phương pháp tính tốn để đánh giá độ bền khung xương Phương tiện - Phương tiện lý thuyết: + Ôn lại kiến thức học đặc tính ô tô + Tra cứu, nghiên cứu tài liệu thông qua mạng máy tính, sách, báo,… + Nghiên cứu sâu mô đun phần mềm CATIA - Phương diện thực hành: + Tận dụng nguồn lực sẵn có máy tính xách tay để xây dựng mơ hình phần mềm Kết - Hoàn thành mục tiêu nêu biên soạn thuyết minh lý thuyết i Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Lí chọn đề tài Nước ta đà phát triển hội nhập quốc tế không kinh tế mà phát triển mạnh mẽ tất lĩnh vực tình trạng đường xá văn hóa giao thơng cịn ùn tắc phức tạp Đặc biệt thành phố lớn, người dân sử dụng phương tiện cá nhân nhiều vào cao điểm Do sách nhà nước khuyến khích sử dụng phương tiện công cộng ý thức người dân ngày tiến bộ, phần lớn người dân chuyển sang lại xe buýt, số lượng xe buýt ngày tăng Hiện nay, thời kì kinh tế ngày phát triển hầu hết dân số tỉnh thành, nông thôn, tập trung thành phố lớn để học tập, tìm kiếm cơng việc, du lịch, Trong sở hạ tầng chưa thể đáp ứng kịp thời với tốc độ phát triển kinh tế dân số nay, điều dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông, kẹt xe thành phố lớn vào cao điểm gây ảnh hưởng đến người dân kinh tế nước nhà Một biện pháp khắc phục nạn ùn tắc giao thông sử dụng phương tiện công cộng xe buýt, giải pháp tối ưu cho người xã hội Nước ta nay, nghành công nghiệp ô tô đà phát triển nên việc nhập nguyên khơng cịn giải pháp tối ưu Thay vào đó, nhà máy sản xuất tơ bt, khách công ty ô tô Trường Hải, tổng công ty khí giao thơng vận tải Samco, nhập khung gầm (chassis) nước tiến hành sản xuất khung vỏ để lắp ráp thành phẩm đưa thị trường Quy trình sản xuất áp dụng cho xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII, để đánh giá độ bền tối ưu hóa kết cấu khung xương thân xe trường hợp tải trọng khác xe vận hành đường nên chúng em vào tính tốn mơ hình theo thiết kế có sẵn phần mềm Do yêu cầu trên, để giải toán kinh tế kĩ thuật ngành vận tải nói chung vận tải xe buýt nói riêng tạo điều kiện cho người điều hành vận hành, việc khảo sát khả làm việc xe ứng với loại động hay khung vỏ cần thiết phải tiến hành cách cụ thể Dựa sở đó, chúng em định thực đề tài “TÍNH TỐN VÀ KIỂM NGHIỆM XE BUS THACO CITY TB115CT-WLFII” 1.1.2 Mục đích nghiên cứu - Khảo sát đặc tính động học động lực học động theo quan điểm coi động nguồn sức kéo ô tơ, khảo sát tính ổn định xe mặt phẳng dọc mặt phẳng ngang - Xây dựng mô hình hình học xe buýt phần mềm qua thực tính tốn bền cho khung xương thân xe trạng thái tải trọng tĩnh 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu Thông số kĩ thuật ảnh hướng đến sức kéo tính ổn định xe; vẽ xe bt THACO CITY TB115CT-WLFII; tính tốn mơ khung xương thân xe phần mềm Catia 1.1.4 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp mà chúng em sử dụng là: - Ơn lại kiến thức lý thuyết ô tô học hướng dẫn từ giáo viên hướng dẫn - Sử dụng kiến thức phần mềm Catia ứng dụng vào việc dựng mô hình tính tốn - Nghiên cứu tài liệu liên quan để tìm sở lý thuyết 1.1.5 Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng đường đặc tính động cơ; khảo sát cân lực kéo cơng suất xe; tính tốn đặc tính động lực học xe đầy tải tải thay đổi Khảo sát tính ổn định xe mặt phẳng dọc mặt phẳng ngang - Xây dựng mơ hình hình học, xác định chế độ tải trọng điều kiện ràng buộc để tính tốn cho mơ hình khung xương thân xe chế độ tải tĩnh CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT SỨC KÉO XE BUS THACO CITY TB115CT-WLFII 2.1 Khảo sát xây dựng đường đặc tính ngồi động WEICHAI 2.1.1 Thơng số kĩ thuật xe BUS THACO CITY TB115CT-WLFII 2.1.2 Xây dựng đường đặc tính ngồi dựa vào cơng thức S.R.Lây Đécman hiệu chỉnh Pe = Pemax[a ne p ne n n ne ne + b( pe )2 − c( pe )3 ] p n n ne ne Me = Me emax [a + b( pe ) − c( pe )2 ] (2.1) (2.2) 2.1.3 Xây dựng đường đặc tính ngồi động WEICHAI WP7.300E30 Me = 104 Pe 1,047.ne (N.m) Hình 2.1 Đồ thị đường đặc tính ngồi động WEICHAI 2.2 Khảo sát cân lực kéo xe BUS THACO CITY TB115CT-WLFII 2.2.1 Phương trình cân lực kéo Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động dùng để khắc phục lực cản chuyển động, biểu thức cân lực kéo bánh xe chủ động lực cản gọi phương trình cân lực kéo Fk = Ff ± Fi + Fω ± Fj + Fm (3.1) Thay công thức lực thành phần vào phương trình (3.1) ta phương trình (3.2): Me it η rb G = G.f.cos α ± G.sin α + W.v2 ± δj + n.Q.Ψ g (3.2) Ta tổng hợp hai lực cản Ff Fi lực cản tổng mặt đường FΨ FΨ = Ff ± Fi = G(f.cos α ± sin α) = G.Ψ 2.2.2 Đồ thị cân lực kéo Phương trình cân lực kéo trường hợp ô tô chuyển động đường nằm ngang (𝛼 = 0), chuyển động (j = 0) rơ-móc Fk = Ff + Fω (3.4) Ta thiết lập phương trình cân lực kéo theo tay số (Fkn, n = {1, 2, 3, 4, 5} Fkn = Me it η rb ; in = ihn.i0 (3.5) Cơng thức tính vận tốc chuyển động xe tay số: Vn = π.ne rb 30.in (m/s) (3.6) Phương trình lực kéo tay số đến tay số 5: Fkn = Me ihn i0 η rb (3.7) Trên đồ thị ta vẽ thêm đường biểu thị lực bám Fφ = f(v): Fφ = mi Gb φ Hình 2.2 Đồ thị lực kéo tay số 2.3 Khảo sát cân công suất xe BUS THACO CITY TB115CT-WLFII 2.3.1 Phương trình cân cơng suất Cơng suất động sinh phần tiêu hao ma sát hệ thống truyền lực, phần lại dùng để khắc phục lực cản chuyển động Biểu thức cân công suất công suất động phát công suất cản kể gọi phương trình cân cơng suất tơ chuyển động Pe = Pt + Pf ± Pi + Pω ± Pj + Pm (4.1) Khi ô tô chuyển động đường thẳng (α = 0), chuyển động (j = 0) khơng kéo rơ mốc phương trình cân công suất viết dạng đơn giản sau: Pk = Pe – Pt = Peη = Pf ± Pω (4.2) 2.3.2 Đồ thị cân công suất Chúng ta vẽ cho trường hợp hộp số có năm cấp số, đường nằm ngang (𝛼 = 0), không kéo rơ mốc chuyển động (j = 0) Pk = Pe η = Pemax[a ne p ne n n ne ne + b( pe )2 − c( pe )3 ] η (kW) (4.3) Thiết lập hàm số công suất kéo cho tay số Thay ne = Vn 30in πrb phương trình (3.9) vào phương trình (4.6) Với in = ihni0 Hình 2.3 Đồ thị cân cơng suất 2.4 Khảo sát đặc tính động lực học xe BUS THACO CITY TB115CT-WLFII 2.4.1 Khái niệm đặc tính động lực học tơ Phương trình cân lực kéo khơng thuận tiện để đánh giá loại ô tô khác Cho nên cần phải có thơng số đặc trưng cho tính chất động lực học xe mà số kết cấu khơng có mặt Thơng số gọi đặc tính động lực học tơ, ký hiệu D D= Fk − Fω =( G Me it η rb − WV ) (5.1) G Từ phương trình cân lực kéo khơng có rơ mốc: Me it η rb G = Gfcosα ± Gsinα + WV2 ± δjj (5.2) g Đặc tính động lực học theo điều kiện bám: Dφ = Fφ − Fω G = mi Gb φ – Wv2 (5.3) G 2.4.2 Đồ thị đặc tính động lực học Vẽ đồ thị tính động lực học cho tay số Pe 104 i η 1,047ne tn Dn = ( rb – 0,625Cx Sv ) G (5.4) Vẽ đồ thị đặc tính Dφ theo điều kiện bám (khảo sát phương trình 5.5) (5.5) ⇒ Dφ = Fφ − Fω G = mi Gb φ – Wv2 G ❖ Trên thực tế lúc ô tô chở đầy tải mà tải trọng thay đổi phạm vi lớn.Trên đồ thị góc phần tư bên phải biểu diễn đường đặc tính động lực đủ tải, góc phần tư bên trái dựng từ gốc tọa độ tia hợp với trục hồnh góc 𝛼 khác ứng với mức tải thay đổi, ta có: Dx = Fφ − Fω Gx (5.5) Mặt khác theo (5.4) ta có: D = Fφ − Fω G Kết hợp với (5.9) ta xác định biểu thức nhân tố động lực học Dx sau: Dx.Gx = D.G ⇒ D Dx = Gx G = tgα (5.6) Khi: + Ge < G → tg α < → α < 45° (non tải) + Ge = G → tg α = → α = 45° (đầy tải) + Ge > G → tg α > → α > 45° (q tải) Hình 2.4 Đồ thị đặc tính động lực học đầy tải D tải trọng thay đổi Chương 3: TÍNH TỐN TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 3.1 Xác định tọa độ trọng tâm ô tô ● Trọng lượng hành khách phân bố lên cầu trước cầu sau Hình 3.1 Sơ đồ đặt trọng tâm lên hành khách dãy Hình 3.2 Sơ đồ phân bố trọng lượng khách ngồi Tương tự cách đặt lực trường hợp khách ngồi ta có phân bố trọng lượng khách đứng: Hình 3.3 Sơ đồ phân bố trọng lượng khách đứng Hình 3.4 Sơ đồ tính tốn tọa độ trọng tâm ô tô * Khi ô tô không tải: + Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc: + Tọa độ trọng tâm theo chiều cao: * Khi ô tô đầy tải: + Tọa độ trọng tâm theo chiều cao: 10 ● Xác định tạo độ trọng tâm theo chiều cao hành khách Hình 3.5 Chiều cao trọng tâm tương đối khách ngồi khách đứng Ta phân hành khách thành vị trí theo chiều cao trọng tâm khác hình vẽ 3.6 Hình 3.6 Sơ đồ tọa độ trọng tâm hành khách theo chiều cao 11 3.2 Tính tốn ổn định dọc ngang ô tô: 3.2.1 Tính ổn định dọc ➢ Xét ổn định theo điều kiện lật đổ: ➢ Xét ổn định theo điều kiện trượt: 3.2.2 Tính tốn ổn định ngang tơ 3.2.2.1 Tính ổn định ngang tô chuyển động thẳng đường nghiêng ngang ➢ Xét ổn định theo điều kiện lật đổ ➢ Xét ổn định theo điều kiện trượt 3.2.2.2 Tính ổn định ngang tơ chuyển động quay vịng đường nghiêng ngang ➢ Xét ổn định theo điều kiện lật đổ • Trường hợp tơ quay vịng đường nghiêng ngang (hướng nghiêng ngang đường trục quay vịng xe hai phía đường) • Trường hợp tơ quay vịng đường nghiêng ngang vào (hương nghiêng đường phía với trục quay vịng) • Trường hợp tơ quay vòng đường nằm ngang, vận tốc giới hạn xe bị lật đổ ➢ Xét ổn định theo điều kiện trượt • Trường hợp tơ quay vịng đường nghiêng ngang ngồi • Trường hợp tơ quay vịng đường nghiêng ngang vào • Trường hợp tơ quay vịng đường nằm ngang, vận tốc giới hạn ô tô bị trượt 12 Chương 4: TÍNH TỐN KHUNG XƯƠNG THÂN XE BUS THACO CITY TB115CTWLFII 4.1 Giới thiệu chung xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII 4.1.1 Giới thiệu khung xe buýt Khung gầm (chassis) công ty ô tô Chu Lai-Trường Hải lắp ráp sở nhập khung gầm sản xuất từ Trung Quốc, sau lắp ráp động hệ thống khác lên khung gầm 4.1.2 Giới thiệu khung xương thân xe buýt Khung xương thân xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII sản xuất thành mảng độc lập, bao gồm mảng đầu, mảng đuôi, mảng sàn, mảng trần, mảng hông trái hông phải, sau chúng lắp ráp với tạo thành khung xương chịu lực Các mảng liên kết với phương pháp hàn hồ quang môi trường có khí CO2 bảo vệ Tất mảng chi tiết khung xương hoàn chỉnh sản xuất loại đồ ghá chuyên dùng cho loại sản phầm nhằm tăng độ xác, hạn chế sai số lắp ráp tăng suất sản xuất ➢ Mảng khung xương sàn: ➢ Mảng khung xương đầu: ➢ Mảng khung xương đuôi: ➢ Khung xương mảng trần: ➢ Khung xương hông trái: ➢ Khung xương hông phải: 4.1.3 Giới thiệu đặc điểm liên kết khung xương thân xe khung xe bt 13 4.2 Tính tốn khung xương thân xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII phần mềm ➢ Một tốn tính tốn khung xương thân xe phần mềm thực qua bước sau: 4.2.1 Xây dựng mơ hình hình học 4.2.1.1 Giới thiệu phần mềm CATIA CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) phần mềm toàn diện hỗ trợ CAD/CAM/CAE hoàn chỉnh nghiên cứu phát triển hãng Dassault Systemes Hiện phiên CATIA V5 tích hợp 170 mô đun, đủ để đáp ứng tất nhu cầu sử dụng tất ngành nghề khí, tơ, hàng khơng, điện tử,… Do sử dụng rộng rãi cơng ty lớn Toyota, Honda, Ford, Boieng, nước ta số doanh nghiệp lớn công ty ô tô Trường Hải, công ty ô tô Samco sử dụng CATIA V5 việc thiết kế, tính tốn,… Ngồi mơ đun hỗ trợ thiết kế, mơ phỏng, CATIA cịn cung cấp cho người dùng mơ đun tính tốn để phân tích chi tiết sau thiết kế giúp tối ưu hóa sản phẩm giảm chi phí sản xuất Trong đề tài chúng em sử dụng phần mềm CATIA V5 cho việc thiết kế, lắp ráp tính tốn cho mơ hình khung xương thân xe 4.2.1.2 Xây dựng mơ hình khung xương thân xe khung xe phần mềm 4.2.1.3 Thiết lập thuộc tính vật liệu 4.2.2 Xác định chế độ tải trọng 4.2.2.1 Tải trọng tĩnh 14 4.2.2.2 Tải trọng động phanh gấp 4.2.2.3 Tải trọng động quay vòng 4.2.3 Xác định điều kiện cho tốn 4.2.3.1 Tính toán phần tử hữu hạn (phần tử lưới) Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào lĩnh vực kết cấu cách chia vật thể thành tập hợp miền liền nhau, chúng liên kết với qua nút (node) Trường chuyển vị, biến dạng, ứng suất, xác định miền con, miền gọi phần tử hữu hạn Phương pháp tính tốn phần tử hữu hạn cho phép thử nghiệm thiết kế thay đổi cấu trúc thiết kế để biết ứng suất biến dạng lớn thỏa điều kiện cho phép vật liệu sản xuất từ giúp tối ưu hóa kết cấu giảm chi phí sản xuất 4.2.3.2 Xác định ràng buộc cho toán Khung gầm (chassis) phần đỡ khung xương thân xe dùng để lắp hệ thống treo, q trình tính tốn đặt ràng buộc (ngầm) lên phần khung xe tiếp xúc với mảng sàn Từ sử dụng cơng cụ restraints tiến hành đặt ràng buộc cho mơ hình sau: Hình 4.1 Tạo ràng buộc cho toán 15 4.2.3.3 Đặt tải cho toán Từ phân tích ta sử dụng cơng cụ load phần mềm CATIA để đặt tải trọng thích hợp cho tốn, sơ đồ lực tác dụng lên mơ hình để thể hình sau: Hình 4.2 Sơ đồ đặt lực cho toán 4.2.4 Giải đưa kết Hình 4.3 Kết phân tích ứng suất xe buýt 16 Hình 4.26 Kết phân tích chuyển vị xe buýt Sau máy tính chạy xong xuất kết quả, ta sử dụng lệnh generate report để tạo báo cáo cho tốn, từ ta có kết sau: Bảng 4.1 Ứng suất lớn chuyển vị lớn Ứng suất lớn (N/m2) 29202942 Chuyển vị lớn (mm) 0,669 4.2.5 Bình luận Kết tính toán cho thấy ứng suất sinh trường hợp tải tĩnh nằm kết cho phép, với việc phân tích kết cấu mơ hình xe bt với 350791 điểm (nodes) 1062320 phần tử (elements), kết đáng tin cậy Như việc thiết kế xe buýt THACO TB115CT-WLFII đủ tính kĩ thuật, độ bền độ oan toàn cần thiết hoạt động 17 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sau thời gian khảo sát, nguyên cứu, tìm hiểu lập kế hoạch với nỗ lực hai thành viên với giúp đỡ thầy Th S Trần Đình Quý, chúng em hồn thành đề tài “TÍNH TỐN VÀ KIỂM NGHIỆM XE BUS THACO CITY TB115CT-WLFII” đạt mục đích đặt sau: - Đã vẽ nhận xét đồ thị tính kéo đặc tính ngồi động cơ, cân lực kéo, cân cơng suất, đặc tính động lực học thay đổi theo tải trọng Khảo sát tính ổn định chuyển động xe, xác định góc giới hạn lật đổ giới hạn trượt điều kiện chuyển động loại đường khác - Xây dựng mơ hình khung xương thân xe khung xe có hình dáng đẹp, bố trí kết cấu hợp lí Thực tính tốn bền khung xương trạng thái tĩnh cho kết đủ bền trạng thái 5.2 Kiến nghị Sau q trình nghiên cứu nhóm em có vài đề xuất sau: - Hoàn thiện đề tài cách tính đến đặc tính động lực học khác động học quay vòng, động học phanh xe khả bám, động xe Do kết tính tốn mang tính lý thuyết nên cần kiểm tra thực nghiệm để áp dụng vào thực tế - Khi vận hành đường xe gặp nhiều chế độ tải trọng khác làm biến dạng ảnh hưởng đến độ bền khung xương thân xe Trong đề tài này, điều kiện cho phép chúng em thực thực tính tốn cho mơ hình khung xương thân xe chế độ tải tĩnh, chế độ khác chúng em thực tính tốn báo cáo khác, chế độ tính tốn dựa kết tính tốn chế độ tải tĩnh Từ đến nghiên cứu tối ưu hóa khung xương xe để giảm trọng lượng xe, tăng khả chịu tải giảm chi phí sản xuất 18 ... thân xe chế độ tải tĩnh CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT SỨC KÉO XE BUS THACO CITY TB115CT- WLFII 2.1 Khảo sát xây dựng đường đặc tính ngồi động WEICHAI 2.1.1 Thông số kĩ thuật xe BUS THACO CITY TB115CT- WLFII. .. thành đề tài “TÍNH TỐN VÀ KIỂM NGHIỆM XE BUS THACO CITY TB115CT- WLFII? ?? đạt mục đích đặt sau: - Đã vẽ nhận xét đồ thị tính kéo đặc tính ngồi động cơ, cân lực kéo, cân công suất, đặc tính động lực... ngang vào • Trường hợp tơ quay vịng đường nằm ngang, vận tốc giới hạn ô tơ bị trượt 12 Chương 4: TÍNH TỐN KHUNG XƯƠNG THÂN XE BUS THACO CITY TB115CTWLFII 4.1 Giới thiệu chung xe buýt THACO CITY TB115CT- WLFII