Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 73, Số 3 (04/2022), 316 326 316 Transport and Communications Science Journal STUDY AND MANUFACTURING OF CHASSIS DYNAMOMETER FOR MOTORCYCLE Doan Phuoc Tho, Nguy[.]
Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (04/2022), 316-326 Transport and Communications Science Journal STUDY AND MANUFACTURING OF CHASSIS DYNAMOMETER FOR MOTORCYCLE Doan Phuoc Tho, Nguyen Thanh Tuan* Nha Trang University, 02 Nguyen Dinh Chieu Street, Nha Trang, Khanh Hoa, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 27/09/2021 Revised: 29/12/2021 Accepted: 15/04/2022 Published online: 15/04/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.72.3.9 * Corresponding author Email: nguyenthanhtuan@ntu.edu.vn Abstract The chassis dynamometer is designed and manufactured from the actual research on motorcycles in Vietnam currently The component consists of two rollers supporting and bearing the load from the transmission wheel of the motorcycle The functions include: the measuring vehicle speed, the determining engine power, and the determining effective fuel consumption The chassis dynamometer is equipped with a volumetric reference tank, a wheel speed sensor, a load carrier consisting of a DC generator, and an adjustable resistive load to determine the required parameters These parameters are rendered by computer software in graphs and tables in real-time Dimension can be moved easily; the features are suitable for research The test shows that the test bench is easy to install and operate, the test results are satisfactory This research result contributes to diversifying the supply of experimental equipment, meeting the requirements in research on testing motorcycle engines following the actual conditions in Vietnam Keywords: motorcycles, chassis dynamometer, power, effective fuel consumption, © 2022 University of Transport and Communications 316 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (04/2022), 316-326 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ XE MÁY Đoàn Phước Thọ, Nguyễn Thanh Tuấn* Trường Đại học Nha Trang, Số Nguyễn Đình Chiểu, Nha Trang, Khánh Hịa, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 27/09/2021 Ngày nhận sửa: 29/12/2021 Ngày chấp nhận đăng: 15/04/2022 Ngày xuất Online: 15/04/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.72.3.9 * Tác giả liên hệ Email: nguyenthanhtuan@ntu.edu.vn Tóm tắt Băng thử thiết kế chế tạo xuất phát từ thực tế nghiên cứu xe máy Việt Nam Thành phần cấu tạo gồm hai lăn đỡ chịu tải trọng từ bánh xe truyền động mô tô chức bao gồm: đo tốc độ xe, xác định công suất động cơ, xác định lượng nhiên liệu tiêu thụ suất tiêu hao nhiên liệu riêng có ích Để xác định thơng số u cầu băng thử có trang bị két đo chuẩn theo thể tích, cảm biến tốc độ bánh xe, phận gây tải gồm máy phát chiều phụ tải trở điều chỉnh công suất vô cấp Các thông số kết xuất phần mềm máy tính dạng đồ thị bảng biểu theo thời gian thực Kích thước nhỏ gọn di chuyển dễ dàng, tính phù hợp nghiên cứu Thực nghiệm cho thấy băng thử dễ dàng cài đặt vận hành, kết thử nghiệm đạt yêu cầu Kết nghiên cứu góp phần đa dạng hóa nguồn cung cấp thiết bị thí nghiệm, đáp ứng yêu cầu nghiên cứu thử nghiệm động xe máy, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Từ khóa: Xe máy, băng thử, cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu © 2022 Trường Đại học Giao thông vận tải ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện mô tô xe máy phương tiện giao thông chủ yếu Việt Nam, số lượng xe máy đăng ký đến cuối năm 2020 57 triệu [1,2] không ngừng tăng lên qua năm Trước chuyển sang phương tiện công cộng ô tơ cá nhân xe máy đánh giá cao mức độ linh hoạt cá nhân, có giá thành phù hợp với đại đa số người dân với mức thu nhập Việt Nam Tuy nhiên gia tăng lượng xăng tiêu thụ sức ép phát thải chất độc hại vào môi trường Trong loại mô tô xe máy Việt Nam, số 317 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (04/2022), 316-326 lượng xe máy sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu chế hòa khí điển hình, chiếm 70% tổng phương tiện loại Theo thời gian, phương tiện dần xuống cấp, tình trạng kỹ thuật hệ thống nhiên liệu dần xấu làm giảm hiệu sử dụng, tăng chi phí vận hành, tăng phát thải chất độc hại vào môi trường Tại Việt Nam việc nghiên cứu cải hoán hệ thống cung cấp nhiên liệu nhằm giảm thiểu tượng ô nhiễm, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu từ dầu mỏ nhà khoa học đơn vị sản xuất nước đặt 10 năm trở lại [3-5] Đối với giải pháp tiết kiệm xăng cho xe máy kể đến tiết kiệm Hoàng Sơn Vĩnh Long số sở khác Đối với giải pháp nguồn nhiên liệu thay cho động đốt kể đến hai trung tâm nghiên cứu điển hình Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tuy nhiên xe máy, nghiên cứu chưa nhiều phần lớn tập trung vào giải pháp cải hoán hệ thống nhiên liệu sang sử dụng đồng thời hai loại nhiên liệu, việc đánh giá thơng số tính phụ thuộc nhiều vào kết mơ mà chưa có nhiều kết đánh giá kiểm nghiệm thực nghiệm [6-8] Một số trạm bảo dưỡng sửa chữa thực công tác theo phương pháp thủ công, đơn giản cho xe chạy trực tiếp đường so sánh đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu Trong tương lai gần xe máy điện dần phổ biến nghiên cứu liên quan đến cải hoán xe máy xăng thành xe máy điện đặt Vì để đánh giá kiểm nghiệm lại động thơng qua thơng số tính năng, mức độ tiêu hao nhiên liệu cần thiết phải có băng thử riêng cho xe máy Các loại băng thử sử dụng cho mô tô cung cấp nhiều nhà sản xuất kể đến Dyno Testing, Dynostar, Dynojet 250i, Meiden Nhìn chung, cấu tạo nguyên lý làm việc thiết bị nêu tương tự Trên băng thử có trang bị thiết bị hấp thụ cơng suất cho mô tô xe máy từ bánh xe thông qua lăn ma sát Hầu hết lăn gây tải phanh dòng điện Trên trục lăn, người ta bố trí cảm biến tốc độ quay để xác định tốc độ bánh xe thơng qua lăn Từ băng thử dễ dàng xây dựng đặc tính cơng suất mơmen theo tốc độ động Ngoài ra, băng người ta trang bị thêm số cảm biến thiết bị để xác định số chức khác như: đo độ ẩm, nhiệt độ, lượng nhiên liệu tiêu thụ, thành phần phát thải độc hại, … [9-11] Một số băng thử phục vụ cho cơng tác nghiên cứu [12-14] có kết cấu đơn giản phương pháp gây tải, cách xác định thông số kỹ thuật, cách xây dựng đặc tính cấu trúc chung tương đồng với thiết bị nêu Có thể thấy rằng, băng thử thương mại đại đáp ứng theo chu trình thử nghiệm hành có giá thành cao chủ yếu sử dụng cho mô tô công suất lớn Đối với nghiên cứu Việt Nam phân tích nêu khơng cần thiết sử dụng hết tính thiết bị thử nghiệm Ngoài yếu tố cạnh tranh đơn vị cung cấp, thiết bị khó khăn việc sửa chữa, bảo dưỡng xảy hỏng hóc; việc kết nối với máy tính thơng thường cố định với máy tính cụ thể với phần mềm cài đặt sẵn mà chuyển sang máy tính khác gặp cố Các hệ thống lắp đặt cố định nên khơng có tính linh hoạt nghiên cứu bên đơn vị, khu vực đặt băng thử Để khắc phục tồn băng thử nêu đồng thời đáp ứng yêu cầu thực tế nghiên cứu xe máy Việt Nam, nhóm tác giả chế tạo loại băng thử xe máy đơn giản phù hợp với điều kiện công nghệ Việt Nam nay, đáp ứng nghiên cứu bản, nhỏ gọn có khả di động 318 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (04/2022), 316-326 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết Băng thử thiết bị cho phép mô xe chạy đường phẳng tốc độ khoảng tốc độ làm việc xe Như băng thử cần chế tạo phải có giải pháp cho xe vận hành tốc độ thử nghiệm với điều kiện phòng phải hấp thụ lượng tương đương lượng cần thiết xe khắc phục tải trọng đường Trên sở sơ đồ làm việc mơ tơ xe máy ta nhận thấy q trình vận hành đường tải trọng tác động bao gồm: Tải khắc phục lực cản lăn (Fr, Ff), tải trọng trình gia tốc xe (Fj), tải trọng sức cản khơng khí (Fw) tải khắc phục lực cản dốc xe vượt dốc [15] Hình ảnh mô lực tác dụng lên xe máy thể hình Hình Hình ảnh mô tải trọng xe máy làm việc đường Xe máy có nhiều tính khác Tuy nhiên, băng thử chế tạo chủ yếu để xác định hai tính sức kéo xe tính kinh tế nhiên liệu: sức kéo xe thể qua hai thông số công suất mơ men; tính kinh tế nhiên liệu thể qua hai thông số lượng tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao nhiên liệu Công suất động xe Ne xác định sau [15]: Ne = Nt + Nr+ Nf + Nw ± Ni ± Nj (kW) (1) Trong đó: Ne cơng suất phát động cơ; Nt công suất tiêu hao cho ma sát hệ thống truyền lực; Nr,f công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn bánh xe; Nw công suất tiêu hao để thắng lực cản khơng khí; Ni cơng suất tiêu hao để thắng lực cản dốc; Nj cơng suất tiêu hao để thắng lực cản qn tính; Suất tiêu hao nhiên liệu g e phụ thuộc vào lượng tiêu hao nhiên liệu Gnl công suất N e theo công thức [16]: ge = (2) Gnl (l/kW.h) Ne 2.2 Giải pháp lựa chọn Các thơng số tính đo băng thử thực chất giá trị công suất mô men bánh xe Trên băng thử bắt buộc phải có thiết bị hấp thụ công suất từ bánh xe thông qua lăn ma sát Hiện có ba loại phanh phổ biến phanh khí, phanh thủy lực phanh điện Trong phanh khí thường đo cơng suất nhỏ, khả 319 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (04/2022), 316-326 nhiệt kém, phanh thủy lực kết cấu phức tạp, làm tăng chi phí chế tạo Hơn hai loại phanh độ xác khơng cao Vì nhóm tác giả định lựa chọn chế tạo băng thử với tiêu thụ công suất điện Trên sở chọn lọc kết từ lý thuyết, đối chiếu kế thừa từ đối tượng tương đồng có xem xét đến yếu tố kích thước giá thành mơ hình, giải pháp chế tạo lựa chọn cho thiết bị sơ đồ hình Hình Sơ đồ giải pháp cho băng thử cần chế tạo Các thông số xác định từ băng thử bao gồm: vận tốc chuyển động xe, công suất động Ne, lượng nhiên liệu tiêu thụ Gnl, suất tiêu hao nhiên liệu ge Vận tốc xe v xe xác định sở xác định số vịng quay lăn theo cơng thức: vxe = ncl 30 (3) Dcl (km/h) Trong đó: ncl Dcl tốc độ đường kính lăn Cơng suất tiêu thụ Ne xác định gồm hai thành phần: công suất mát tiếp xúc lốp xe với lăn cơng suất gia tăng Để đảm bảo tính chất ma sát bánh xe lăn, lăn chế tạo bê tông cốt thép Công suất gia tăng xác định từ máy phát điện lăn ma sát lai, sở đo công suất tiêu thụ từ điện trở cung cấp điện từ máy phát Phần công suất gia tăng mô cho tải trọng bổ sung tải trọng gió, lên dốc, … tác dụng lên xe [12-14] Ne = ( f N vxe + mp N mp ) (kW) nbt (4) Trong f hệ số cản lăn, theo quy chuẩn kỹ thuật với vật liệu chế tạo lăn bê tông, hệ số cản lăn từ 0,1 – 0,15 [17]; N áp lực từ bánh sau tác động lên lăn, mp hiệu suất máy phát N mp công suất máy phát Lượng nhiên liệu tiêu thụ Gnl xác định thông qua việc chế tạo két đo chuẩn phù hợp với mức độ tiêu thụ nhiên liệu từ động xe máy, kích hoạt thời gian bắt đầu kết 320 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (04/2022), 316-326 thúc đo thông qua cảm biến báo mức Suất tiêu hao nhiên liệu xác định gián tiếp thông qua thông số theo công thức (2) Các thông số nêu thu thập tự động thông qua “kit” điện tử có kết nối máy tính Các số liệu từ cảm biến chương trình máy tính tính toán, chuyển đổi đơn vị cần thiết hiển thị hai dạng biểu bảng đồ thị Từ kết dễ dàng xác định vùng làm việc kinh tế cho xe ứng với mức tải cụ thể 2.3 Thiết kế chế tạo băng thử Nội dung công việc thực sau: - Thiết kế, chế tạo phần cơ, bao gồm: lựa chọn thiết bị gây tải, phương án truyền động từ mô tô xe máy đến thiết bị gây tải, chế tạo hoàn chỉnh khung, gầm cho hệ thống - Thiết kế, chế tạo mô đun đo tốc độ, đo lượng nhiên liệu tiêu thụ, đo công suất tải - Thiết kế mạch điều khiển, viết chương trình điều khiển cho kit thu thập liệu - Viết chương trình phần mềm tính tốn chuyển đổi tín hiệu hồi thành thơng số cần thiết; xây dựng chương trình hiển thị giao diện người máy Khung bệ đỡ sử dụng để lắp đặt lăn truyền động, cụm máy phát phụ tải mơ đun đo lường Ngồi cịn bệ giữ xe thử nghiệm nên lựa chọn theo kích thước xe dựa số liệu thống kê kích thước mô tô xe máy, chọn 2m x 1,5m Để tiện lợi ta sử dụng thép hình có sẵn để gia cơng bệ đỡ, thiết kế chi tiết hình Hình Bản vẽ mơ lắp ráp thiết bị Solid Work phần khí thiết bị sau chế tạo lắp ráp Máy phát phụ tải lựa chọn sở xác định công suất cần thiết cho tải trọng gia tăng mô tô xe máy làm việc đường Máy phát chọn có cơng suất kw Phụ tải điện trở gia nhiệt, với công suất điện trở kw Mức tải điều chỉnh mạch “triac” để đảm bảo việc điều chỉnh trơn láng không nhảy bậc Công suất gia "tăng xác định thơng qua mạch đo dịng điện IC ACS điện trở tải Con lăn (hình 4) chế tạo có trục quay thép bon kết cấu C45, tính tốn để đảm bảo độ bền làm việc Bên lăn vật liệu bê tông cốt thép, bê tông thử nghiệm có thành phần tính phù hợp để tăng khả chống tróc chống trượt Mạch điều khiển trung tâm (hình 5) có nhiệm vụ nhận tín hiệu hồi từ cảm biến đo lượng nhiên liệu tiêu thụ, cảm biến tốc độ xe; chuyển đổi; tính tốn, phân tích xuất tín hiệu, chuyển liệu phần mềm máy tính Để đảm bảo khả điều khiển mềm dẻo hệ thống ta lựa chọn phương án xây dựng xử lí trung tâm vi điều khiển 321 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 73, Số (04/2022), 316-326 Mạch điều khiển thiết kế phần mềm thiết kế mạch Orcad Ngoài vi điều khiển hạt nhân mạch điều khiển, mạch cịn tích hợp thêm mơ đun như: mơ đun tín hiệu tốc độ, mơ đun cấp điện nhận tín hiệu hồi từ cảm biến đo lượng nhiên liệu tiêu thụ, mô đun đo dịng điện điều khiển tải, mơ đun kết nối máy tính, mơ đun hiển thị LCD, mơ đun nguồn Hình Sơ đồ kết cấu lăn, biểu đồ nội lực lăn sau chế tạo Chương trình thu thập số liệu đo lường gồm hai giao diện chính: giao diện trung tâm – cho phép thực kết nối người sử dụng hệ thống đo, hiển thị kết qua đo đạc, tính tốn giao diện “option” – cho phép thực cài đặt ban đầu phù hợp với đối tượng đo Hình Bo mạch điện sau chế tạo Chương trình viết với sở liệu có tích hợp thông số chuẩn quy cách lốp, hiệu suất phù hợp với tình trạng kỹ thuật khác phận liên quan, cho phép tự chuyển đổi tự tính tốn kết trung gian phục vụ cho việc tính tốn thơng số 322 ... DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết Băng thử thiết bị cho phép mô xe chạy đường phẳng tốc độ khoảng tốc độ làm việc xe Như băng thử cần chế tạo phải có giải pháp cho xe vận hành tốc độ thử nghiệm... thực tế nghiên cứu xe máy Việt Nam, nhóm tác giả chế tạo loại băng thử xe máy đơn giản phù hợp với điều kiện công nghệ Việt Nam nay, đáp ứng nghiên cứu bản, nhỏ gọn có khả di động 318 Transport... Tóm tắt Băng thử thiết kế chế tạo xuất phát từ thực tế nghiên cứu xe máy Việt Nam Thành phần cấu tạo gồm hai lăn đỡ chịu tải trọng từ bánh xe truyền động mô tô chức bao gồm: đo tốc độ xe, xác