Đối với một sinh viên cuối khóa, việc chuẩn bị những hành trang và một tỉnh thần sẵn sàng đến với một chương mới trong cuộc sống là một trong những nhiệm vụ bắt buộc. Và trước khi đến với một chương mới đầy những thử thách ấy, mỗi người đều phải trải qua một cánh cửa, đây có thể gọi là một bài tập cuối cùng trong cuộc đời của một người học sinh sinh viên, đó chính là thực hiện luận văn tốt nghiệp. Đối với em, luận văn tốt nghiệp không hẳn là một bài kiểm tra cuối cùng mà nó chỉ mang tính chất của việc tự bản thân nhìn nhận lại khả năng của bản thân. Và để hoàn thành bài luận văn, sức lực của mỗi mình em là không đủ, mà còn có sự hướng dẫn tận tình của thầy.
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Trong số các ngành công nghiệp sản xuất dân dụng, ngành ô tô có liên kết đầu vào – đầu ra rộng nhất và sự phối hợp công nghệ cao nhất Ngành công nghiệp ô tô được đánh giá là một trong những ngành công nghiệp đi đầu, kéo theo sự phát triển của các ngành công nghiệp khác và là ngành có ảnh hưởng lớn đến quá trình công nghiệp hóa của nền kinh tế quốc dân Vì vậy, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô được xem là nhân tố tác động tích cực thúc đẩy các ngành có liên quan phát triển, tạo động lực xây dựng đất nước
Thời gian qua, tình hình dịch Covid-19 diễn biến tương đối phức tạp trên toàn thế giới đã ảnh hưởng trực tiếp đến thị trường ô tô trên toàn thế giới và tốc độ tăng trưởng kinh tế của các quốc gia, cả quốc gia đang phát triển lẫn các quốc gia phát triển Thị trường ô tô trên toàn thế giới theo đó mà có nhiều biến đổi, tiêu biểu là các quốc gia như Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản và Đức- những nước có ngành công nghiệp ô tô chịu tác động rõ rệt bởi đại dịch Covid-19
Bên cạnh đó phần lớn người dân có nhu cầu đi du lịch phượt ngày càng tăng cao, kiểu tự túc
Do đó những ngôi nhà di dộng hay mobihome ngày càng được tiếp cận khoảng 5 năm trở lại đây Vậy nên để bắt kịp xu hướng, định hướng công việc tương lai nên em chọn đề tài thiết kế ô tô dã ngoại này Đối tượng nghiên cứu của em trong bài luận văn này là chiếc Huyndai Solati Em sẽ trình bày trong 4 chương: Chương 1 là tổng quan về xe và mô hình ô tô dã ngoại, chương 2 là tính toán thiết kế, chương 3 là tính toán và kiểm nghiệm lại sau khi đã cải tạo nội thất xe, chương 4 là cách vận hành và bảo dưỡng xe Do những mặt hạn chế về thời gian cũng như là kinh nghiệm nên sẽ không tránh khỏi những thiết sót Do vậy em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy và các bạn để khoá luận được hoàn thiện hơn.
Mục đích, ý nghĩa đề tài
Thời đại hiện nay, với sự phát triển của đa ngành nghề, nhu cầu đi lại của người dân càng được chú trọng hơn, vì thế mà ngành ô tô đặc biệt phát triển Hiện nay, ô tô không chỉ là phương tiện đi lại mà nó còn được nhiều người xem như một ngôi nhà thứ hai Vì thế, bên cạnh tính an toàn, sự tiện nghi còn được đặt lên hàng đầu Việc tắm gội, nấu nướng, vệ sinh, nghỉ ngơi, … sẽ được thực hiện ngay trên xe Với mong muốn ấy, các kĩ sư đã đưa ra phương án cải tạo xe để có
2 thể đáp ứng các nhu cầu ấy, tự đó mô hình “Mobihome” ra đời Việc chọn đề tài này, còn nhằm mục đích giúp bản thân em kiểm tra kiến thức của bản thân, tìm ra những thiếu sót mà mình mắc phải để giúp bản thân hoàn thiện hơn.
Giới thiệu mô hình xe dã ngoại mobihome
Xe Mobihome còn có tên gọi khác là motor home hay xe RV (Recreational Vehicle) có nghĩa là xe nhà di động/ xe nhà lưu động Đây là dòng ô tô có thiết kế giống như một ngôi nhà di động có đầy đủ các tiện nghi cần thiết như: phòng khách, phòng ngủ, phòng bếp, phòng vệ sinh, mái che, sofa, … Dòng xe chuyên dụng để đi du lịch đường dài dành cho cả gia đình hay một nhóm người Với xe mobihome, bạn như thể mang cả ngôi nhà của mình đi khắp nơi, kể cả vùng hoang sơ, hẻo lánh Phượt đường dài bằng mobihome được đánh giá là hình thức du lịch tiết kiệm nhất hiện nay, rất phổ biến tại nước ngoài và đang được nhiều người Việt lựa chọn
Mobihome có thể được cải tạo từ những chiếc xe khách 16 chỗ như Ford Transit, Gaz Gazelle hoặc Hyundai Solati Tuy nhiên, người dùng thường ưa chuộng những chiếc xe mobihome là dòng xe tải van xuất xưởng sẵn tại nhà máy
Về cơ bản, bản chất của xe mobihome được cải tạo từ những xe chở khách, vì thế yêu cầu cơ bản là phải đáp ứng nhu cầu đi xa với số lượng nhiều người (trong tải trọng cho phép) Bên cạnh đó phải đáp ứng được những nhu cầu cơ bản sinh hoạt như: chỗ ngủ, bếp, nhà vệ sinh,
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ HUYNDAI SOLATI 2019
Giới thiệu chung về xe
− Động cơ: D4CB, tăng áp khí nạp
− Tiêu chuẩn khí thải: Euro 4
− Đường kính piston, hành trình xi lanh: 91 x 96
− Mô men xoắn cực đại: 422/1500-2500
− Dung tích thùng nhiên liệu: 75
− Ống giảm chấn thuỷ lực
− Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng
− Hệ thống cảnh báo làn đường
− Vô lăng trợ lực điều chỉnh theo vị trí ngồi
− Hộp số dymos 6 cấp tiến + 1 số lùi, số sàn
− Ly hợp đĩa ma sát khô
− Dẫn động thuỷ lực cầu sau
− Hệ thống chống bó cứng phanh ABS
− Đèn cảnh báo má phanh mòn
Thông số kỹ thuật
− Chiều dài cơ sở (mm): 3670
− Khoảng sáng gầm xe (mm): 185
− Trọng lượng không tải (kg): 2720
− Trọng lượng toàn tải (kg): 4000
− Vệt bánh xe trước/sau: 1712/1718
− Vận tốc tối đa (km/h): 170
− Khả năng vượt dốc (tan): 0,584
− Bán kính quay vòng tối thiểu (m): 6,3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Phương án tháo dỡ
➢ Ngoại thất: Phần ngoại thất sẽ là bộ mặt của chiếc xe, tuy nhiên nó không ảnh hưởng nhiều đến việc vận hành hoạt động cũng như công dụng của xe Do đó, ngoại thất sẽ có hai phương án thực hiện:
- Giữ nguyên bản chiếc xe
- Sơn mới, tạo decal mới theo ý muốn của chủ xe, giúp chiếc xe trở nên ưa nhìn hơn, tạo cảm giác gần gũi hơn
➢ Nội thất: tháo dỡ nội thất sẽ là khâu chính trong việc cải tạo, bao gồm các công việc sau:
- Tháo dỡ ghế hành khách, chỉ chừa lại 3 ghế bao gồm 1 ghế tài và 2 ghế phụ
- Dán các tấm chống nóng
- Làm xương ốp gỗ trần và hai bên hông xe
- Đi đường điện bên trong ốp
- Sơn trang trí các ốp
- Làm vách phân chia các khu vực trong xe
- Đưa các nội thất lên xe
- Kiểm tra hoạt động điện nước và các nội thất trên xe
- Sửa lỗi nếu có trục trặc hư hỏng
Tính toán diện tích và tổng tải sau khi tháo dỡ
Hình 3 1 Hình chiếu xe Huyndai Solati
Hình 3 2 Kích thước khoang hành khách
− Diện tích không gian nội thất sau khi tháo dỡ (từ sau lưng ghế tài đến cửa sau)
Mỗi ghế 25kg, 13 ghế ta có:
− Trọng lượng không tải sau khi tháo dỡ:
GKT (sau khi tháo dỡ) = GKT (trước khi tháo dỡ) - GTD = 2720 - 325 = 2395 (kg)
Thiết kế cải tạo bố trí nội thất mới
Hình 3 3 Sơ đồ bố trí
• Trước hết trần, vách và sàn xe em sẽ bốc toàn bộ những lớp nhựa, xử lý dây điện có sẵn trong xe
• Đối với phần trần xe em sẽ cắt 1 hình vuông với chiều dài 500x500 mm vì đây sẽ là nơi em bố trí quạt thông khí, bên cạnh đó bố trí dây điện cũng là bước tiếp theo Sau đó em sẽ ốp 1 miếng xốp cách nhiệt cũng như sau đó là tấm ván gỗ
• Đối với phần vách xe em bố trí 2 quạt thông khi bên hông xe với kích thước 200x200 nằm ở vị trí bếp và toilet Bên cạnh đó phía khu vực giường ngủ em cũng sẽ chừa lại
1 cửa sổ để việc ánh sáng cũng như không khí trong xe được lưu thông tốt hơn
• Đối với phần sàn, khâu này phải thực hiện 1 cách kỹ lưỡng về việc kiểm tra khung sàn xe có bị vấn đề gì về thấm nước, rỉ sét cũng như hư hại về mặt vật lý hay không
Và cũng như phần trần và phần vách em cũng sẽ lót sàn bằng tấm ván gỗ dày 12 mm
Hình 3 4 Ván gỗ ép cốp pha phủ keo chịu nước
Hình 3 5 Sơn chống rỉ Epoxy
Phía trên là những thứ cần tháo dỡ, cải thiện chung của toàn bộ xe Vì với từng khu vực có những đặc điểm khác nhau nên sẽ có những việc cải tiến khác nhau trên từng khu vực trên xe
• Khu vực giường ngủ cũng là khu vự chiếm nhiều diện tích nhất trên xe, vì phía dưới giường ngủ sẽ vướng 2 bánh xe của cầu sau nên em sẽ nâng lên khoảng 700 mm và tận dụng khoảng không dưới sàn em sẽ bố trí tank nước sạch, tank nước thải, cũng như là phần pin và bộ inverter cho xe, phần còn lại sẽ là tủ chứa vật dụng cá nhân Vật liệu được sử dụng sẽ là các tấm gỗ 18 mm
Hình 3 6 Bố trí khu vực giường ngủ
➢ Trọng lượng tấm gỗ được ốp tại khu vực giường ngủ Áp dụng công thức tính hình hộp chữ nhật ta có:
Vậy trọng lượng gỗ khu vực giường ngủ
• Khu vực nhà vệ sinh sẽ nằm ở phía bên trái nhìn từ sau xe, khu vực này sẽ 1 bồn vệ sinh, và 1 vòi sen, phục vụ nhu cầu sinh hoạt cơ bản của gia đình Đối với sàn khu vực này em cũng sẽ nâng chỗ để bồn vệ sinh vì em sẽ bố trí 1 thùng chứa chất thải ở ngay phía dưới nhà vệ sinh Bên cạnh đó đây cũng là phần tiếp giáp với hộp điện cũng như pin, inverter nên em sẽ ốp tấm gỗ được phủ lớp keo chống nước dày 12 mm với vách ngăn của toilet và giường ngủ, hộp điện cũng như sàn và trần
➢ Trọng lượng gỗ khu vực toilet:
Tính thể tích của tấm gỗ hình hộp chữ nhật:
Vtoilet = 8,52.0,012 = 0,1 m 3 Tính diện tích của tấm gỗ nâng sàn:
Vsantoilet = 0,722.0,012 = 0,0087 m 3 Vậy tổng khối lượng gỗ được lắp tại khu vực toilet là:
Gtoilet = (Vtoilet + Vsantoilet).850 = 92,4 kg + Cửa nhà vệ sinh em sẽ làm cửa trượt để tiết kiệm diện tích
+ Tank chất thải 50 L được bố trí ngay dưới bồn vệ sinh
Hình 3 9 Bố trí hệ thống
• Đối với khu vực bếp, nằm phía bên phải nhìn từ sau xe Vị trí này em sẽ bố trí 1 bồn rửa, 1 bếp, 1 nồi cơm điện, 1 tủ lạnh mini nằm ở hộc dưới của kệ bếp và những hộc tủ ẩn còn lại dùng để chứa đồ vật dụng cụ bếp
Hình 3 10 Bố trí khu vực bếp
➢ Trọng lượng gỗ lắp tại khu vực bếp là:
Vậy trọng lượng gỗ được lắp tại khu vực bếp là:
• Khu vực hộp điện em sẽ bố trí cầu dao, bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời, và
Hình 3 11 Bố trí những thiết bị điện ở khu vực hộp điện
Do tùng khu vực em đã bô trí nên để tránh rối mắt, em sẽ chỉ thể hiện những đường điện, và đường ống nước cấp, hồi không vẽ được ngay khu vực
Hình 3 12 Bố trí tổng quan đường điện, nước trên xe Chú thích:
+ Kiểu tủ 1 cánh + Dung tích sử dụng 65L + Điện áp: 12/24V + Trọng lượng tủ 12,1kg + Kích thước (Dài – Rộng – Cao): 430*470*620 mm + Công suất: 50 W
Hình 3 14 Nồi cơm điện Sunhouse Thông số kỹ thuật:
− Quạt hút lắp trần xe
Hình 3 15 Quạt thông khí hông Thông số kỹ thuật:
+ Sử dụng điện 12v + Kích thước (Dài – Rộng): 200*190 mm + Luu lượng khí: 2,3m 3 /phút
Hình 3 16 Quạt hút lớn Thông số kỹ thuật:
Hình 3 17 Chậu rửa Thông số kỹ thuật:
+ Kích thước (Dài – Rộng – Sâu): 420*370*220
Hình 3 18 Bồn vệ sinh TOTO
Hình 3 19 Hình chiếu bồn vệ sinh Thông số kỹ thuật:
+ Kích thước (Dài – Rộng – Cao): 750*510*5605 mm
+ Áp lực nước: 0,05MPa 0,75MPa
Hình 3 20 Đèn LED âm trần Thông số kỹ thuật
+ Đường kính lỗ khoét trần: 110 mm
Thiết kế hệ thống điện nước sinh hoạt trong xe
3.4.1 Thiết kế hệ thống nước
Hình 3 21 Sơ đồ hệ thống nước trong xe
❖ Chú thích sơ đồ hệ thống nước
Hình 3 22 Tank nước 110L Thông số kỹ thuật:
+ Kích thước (Dài – Rộng – Cao): 800*370*420
− Bơm cao áp: dùng để tang áp lực nước lưu thông trong đường ống, làm cho nuớc chảy ra các đầu vòi sử dụng được mạnh hơn, nhiều hơn
Hình 3 23 Máy bơm nước tăng áp smartpumps
− Isolating valve: van cách ly dùng để cách ly nước, khi có các vấn đề cần bảo trì đường ống nước
− Van an toàn: là một loại van tự động được cài đặt trước, và nó sẽ hoạt động khi áp lực trong hệ thống đạt đến giới hạn tối đa đã được cài đặt cho van Khi điều này xảy ra, van sẽ cho phép nước chảy qua, làm giảm áp lực trong đường ống và bảo vệ an toàn cho các thiết bị
− Bình giãn nở: là bình chứa nước nhằm tăng áp lực nước trong đường ống, giúp bảo vệ máy máy bơm, bù áp lực cho hệ thống máy bơm nước
Hình 3 26 Bình giãn nở maro 5VT
+ Thể tích 5 L + Áp lực 8 bar
− Bình lọc nước: Dùng để loại bỏ các chất hoá học không cần thiết, nhằm mục đích mang lại nguồn nước sạch để sinh hoạt
Hình 3 27 Máy lọc nước nano Scitech + Bình lọc nước loại không dùng điện, không nước thải + 3 cấp lọc nano
3.4.2 Thiết kế hệ thống điện
25 Để tận dụng phần khoảng trống phía trên trần xe, em sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời độc lập để cấp điện cho toàn bộ nội thất, thiết bị mà em đã bố trí thêm trên xe Trước tiên em sẽ tổng dung lượng cần có để sử dụng trong 1 ngày
Thời gian sử dụng trung bình của các thiết bị điện được trang bị trên xe:
• Đèn led: trung bình một ngày sử dụng từ 17h-22h, đèn toilet 2 tiếng
• Máy bơm nước: sử dụng khi tắm gội, nấu ăn, trung bình sẽ khoảng 3 tiếng/ngày
• Quạt thông gió nhỏ: sử dụng khi đi vệ sinh, trung bình khoảng 2 tiếng/ngày
• Quạt thông gió lớn: sử dụng trong lúc nấu ăn, nghỉ ngơi trung bình khoảng 6 tiếng/ ngày
• Nồi cơm điện: khoảng 1 tiếng cho mỗi lần sử dụng, một ngày sử dụng 2 lần, tổng cộng khoảng 2 tiếng/ngày
• Bếp điện: 1,5 tiếng cho một lần dùng, một ngày dùng 2 lần, tổng cộng khoảng 3 tiếng/ngày
• Laptop, điện thoại di động: thời gian sạc pin 2 tiếng cho từng loại
Bảng 2.1 Thời gian từng thiết bị sử dụng trong một ngày:
SL Tên thiết bị Công suất thiết bị (W)
Trung bình số giờ sử dụng trong 1 ngày (h) Điện áp (V)
Dung lượng AH của accu cung cấp điện được tính theo công thức:
• T: thời gian hoạt động của hệ thống cấp điện từ accu (h)
• W: tổng công suất tiêu thụ điện của các thiết bị tải trong hệ thống sử dụng điện từ accu (W)
• V: điện áp của mạch nạp accu cung cấp điện (V)
• AH: dung lượng accu cung cấp điện (Ah)
• Pf: hệ số năng suất của bộ kích điện Áp dụng công thức (1), ta có:
Vậy tổng dung lượng pin mà xe sử dụng trong một ngày:
Vậy để có thể sử dụng liên tục trong 1 ngày cho toàn bộ xe em sẽ chọn 2 accu mắc song song có dung lượng 120 Ah
+ Dung lượng: 120Ah + Điện áp: 12V + Kiểu accu: Ắc quy khô + Kích thước (dài – rộng – cao): 260*173*202 mm + Khối lượng: 11,3kg
Sản lượng điện được tạo ra trong 1 ngày với các tỉnh miền Nam là:
• E (kWh): Sản lượng điện của hệ thống điện mặt trời trong 1 ngày
• A (m2): Tổng diện tích lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời
• r (%): Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời
• H (kWh/m2): cường độ bức xạ ánh sáng mặt trời trung bình theo ngày Với mức hấp thu năng lượng mặt trời tại Việt Nam là khoảng 4.58 kWh/m2/ngày
• f: Hệ số tổn thất khi chuyển đổi từ dòng điện 1 chiều sang dòng điện xoay chiều thông qua inveter, tổn thất trên đường dây dẫn điện, điều kiện môi trường bên ngoài (thời tiết, bụi bẩn…) Hệ số này dao động trong khoảng 0,5 – 0,9 và khi tính thường được lấy trung bình là 0,75
Sản lượng điện của hệ thống điện mặt trời trong 1 ngày là:
E = 2.0,1676.4,58.0,75 = 1,15 kWh Vậy với sản lượng điện 1,15kWh thì em có thể thoải mái lựa chọn tấm pin mặt trời như sau:
• Số kí điện mà tấm năng lượng mặt trời cần tạo ra:
• Một ngày nắng bình thường, lượng điện sẽ tạo ra trong 12 tiếng Ta có thể tính rút gọn thành 5 tiếng với công suất tối đa
Vậy, ta sẽ chọn tấm pin năng lượng mặt trời 200W mắc song song để sạc cho 2 bình 12V
− Tấm pin năng lượng mặt trời:
Hình 3 30 Tấm pin năng lượng mặt trời mono 300W
+ Công suất tấm pin năng lượng mặt trời: Pmax = 300W + Điện áp hở mạch: VOC = 45 V
+ Dòng ngắn mạch: ISC = 9,07 A + Điện áp định danh: Vmp = 36 V + Dòng định danh: Imp = 8.33 A + Hiệu suất quang năng mô-đun: 20.17%
+ Kích thước: 1640*992*35 mm + Trọng lượng 11.6 kg
− Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời có công dụng là điều chỉnh điện năng đi từ các tấm pin mặt trời đến pin sạc Với 2 tấm pin 300 W mắc song song, pin 12 V nên em chọn bộ điều khiển sạc 12V, suy ra dòng điện:
12 ≈ 50 𝐴 Như vậy ta chọn bộ sạc 12V, dòng lớn hơn 50 A
Hình 3 31 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời
+ Phương pháp sạc ba giai đoạn: Sạc với dòng không đổi MPPT, Sạc cân bằng, Sạc nổi
+ Nhiệt độ môi trường làm việc: -20 0 C + 50 0 C
+ Kích thước (Dài – Rộng – Cao): 240*168*66 mm
+ Công suất tấm pin sạc cao nhất:
− Bộ kích điện (inveter): dùng để chuyển đổi và quản lý năng lượng từ nguồn điện 1 chiều thành sang nguồn điện xoay chiều
Em sử dụng bộ kích điện sin chuẩn loại này có hiệu suất tốt nhất và phù hợp để sử dụng lâu dài
• Công suất tiêu thụ thiết bị 12V = 50 + 35 + 2,4 + 30 = 117,4 W
• Công suất tiêu thụ thiết bị 220V = 30 + 7 + 7 + 400 + 18 + 120= 582 W
Hình 3 32 Inverter Sin chuẩn Epever 1000W
+ Kích thước (Dài – Rộng – Cao): 490*200*125mm
Hình 3 33 Bộ cầu dao chống giật
+ Bảo vệ chống dòng rò và quá tải + Dòng định mức 20A
+ Dòng rò: 30mA + Điện áp định mức 240VAC + Dòng cắt ngắn mạch 6kA Vậy với những thiết bị em đã chọn ở phía trên Dưới đây là sơ đồ mạch điện của hệ thống điện năng lượng mặt trời trên xe
Hình 3 34 Sơ đồ mạch điện năng lượng mặt trời
TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM SAU KHI CẢI TẠO
Tính toán trọng lượng ô tô
So với mẫu ô tô ban đầu của Huyndai Solati thì em chỉ tháo phần ghế hành khách (em đã tính ở chương 2), và thêm nội thất vào Nên em sẽ cộng thêm vào với phần nội thất và với không gian bên trong xe có thể chứa được 2 người lớn và 2 trẻ em (có thể tính 3 người lớn) là sẽ thích hợp nhất với không gian tương đối rộng rãi
− GKT (sau khi tháo dỡ) = 3045 (kg) (đã tính ở chương 2)
Tổng tải nội thất thêm vào trên xe:
+ Tank nước 100L với điều kiện đầy tank = 115 kg
+ Tank chất thải 50L với điều kiện chứa đầy tank = 65 kg
+ 2 tấm pin năng lượng mặt trời = 2.11,6 = 23,2 kg
+ Tổng trọng lượng ván gỗ mà em đã thêm vào:
Em đã tính ở trên được:
Gb = 51 kg Vậy tổng tải gỗ mà em đã lắp thêm vào:
− Tổng trọng tải thêm vào:
− Vậy trọng lượng không tải của xe sau khi đã lắp gỗ, nội thất vào là:
Trọng lượng phân bố lên các cầu trước, sau:
− Trọng lượng xe đầy tải
Gt : Trọng lượng hành khách = 3 người x 70kg = 210 kg
GHL : Trọng lượng hành lý = 800 kg
➢ Vậy trọng lượng đầy tải của xe là: G = 3963,6 kg
Động lực học kéo của xe
Bảng 4.2 Các kích thước cơ bản:
STT Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị
1 Chiều dài toàn bộ L0 6195 mm
2 Chiều rộng toàn bộ B0 2436 mm
3 Chiều cao toàn bộ H0 2690 mm
4 Chiều dài cơ sở L 3670 mm
7 Khoảng sáng gầm xe H1 185 mm
10 Vận tốc tối đa vmax 240 km/h
4.2.1 Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn
4.2.1.1 Thông số theo thiết kế phác thảo
➢ Loại động cơ: động cơ diesel 4 xylanh thẳng hàng, tăng áp
➢ Dung tích công tác: Vc = 2497 (cc)
➢ Tốc độ quay cực đại: nN = 3600 (vòng/phút)
➢ Vận tốc lớn nhất: Vmax = 240 (km/h) = 66,7 (m/s)
• Động cơ đặt trước, dẫn động cầu sau
➢ Trọng lượng bản thân: 2720 kg
➢ Trọng lượng hành khách: 60kg/người
➢ Trọng lượng hành lý, vật dụng: 800 kg
➢ Hiệu suất truyền lực: tl = 0,92
➢ Hệ số cản không khí: K = 0,2 (kg.s 2 /m 4 )
➢ Hệ số cản lăn: f0 = 0,016 (khi v < 22,22m/s)
➢ Hệ số cản mặt đường ứng với Vmax:
➢ Thông số bánh xe: 235/65R16 (bề rộng lốp: 235mm, tỉ lệ H/B=0,65, đường kính mâm: 16inchs)
• Bán kính thiết kế của xe:
• Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe: rb = rk = r0 λ (chọn hệ số biến dạng lốp λ=0,94)
• Diện tích cản chính diện:
4.2.2 Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô
Trọng lượng toàn tải: G = 3963.6 (kg) = 39636 (N)
Phân bố tải trọng (tải trọng cầu sau chiếm 60% tổng tải trọng):
➢ Tải trọng phân bố lên cầu trước:
➢ Tải trọng phân bố lên cầu sau:
4.2.3 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, momen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm:
➢ Đường công suất: Ne = f(ne)
➢ Đường momen xoắn: Me = f(ne)
Công suất động cơ được xác định bằng công thức Laydecma:
• Nemax : công suất cực đại của động cơ
• Ne và ne : công suất và số vòng quay ở một thời điểm trên đường đặc tính
• a,b,c : hệ số phụ thuộc vào từng loại động cơ
(chọn a=0,5; b=1,5; c=1 – động cơ diesel 4 kỳ buồng cháy trực tiếp)
𝑛 𝑁 ; chọn λ=1 Để tính công suất động cơ, ta cần tính:
➢ Công suất ần thiết của động cơ Nev
➢ Công suất cực đại của động cơ Nemax
Công suất cần thiết được tính theo công thức:
• 𝑣 : hệ số cản tổng cộng ( 𝑣 = 𝑓 + 𝑖 = 𝑓 vì đang xét ô tô đang chuyển động trên đường không dốc)
• K : hệ số cản không khí
• F : diện tích cản chính diện
➢ Công suất cực đại được xác đinh:
• Tốc độ vòng quay: ne = λ nN = 3600 λ (4.2)
Từ công thức (4.1) (4.2) (4.3), ta thiết lập được đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Bảng 4.3 Bảng giá trị momen và công suất động cơ
Từ bảng giá trị 4.3, ta có biểu đồ sau:
➢ Giá trị Memax được xác định theo công thức Laydecman như sau:
] Đạo hàm hai vế ta được:
➢ Giá trị công suất Nemax ở trên chỉ là phần công suất động cơ dùng để khắc phục các lực cản chuyển động để chọn động cơ đặt trên ô tô, cần tăng thêm phần công khắc phục các lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí,…
Vì vậy phải chọn công suất lớn nhất là:
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 500.00 vòng/phút Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
4.2.4 Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực
Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực: itl = i0 ih ic ip
• itl : tỉ số truyền của hệ thống truyền lực
• i0 : tỉ số truyền của truyền lực chính
• ih : tỉ số truyền hộp số
• ic : tỉ số truyền của truyền lực cuối cùng
• ip : tỉ số truyền của hộp số phụ
4.2.4.1 Tỉ số truyền của truyền lực chính Được xác định theo điều kiện đảm bảo ô tô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở các tay số cao nhất của hộp số:
• rb : bán kính bánh xe
• nemax : tốc độ quay max
• Ihn : tỉ số truyền tại tay số lớn nhất (chọn Ihn=1)
• Ipc : tỉ số truyền tại hộp số phụ (chọn Ipc = 1)
• Vmax : vận tốc lớn nhất
4.2.4.2 Tỉ số truyền của từng tay số
4.2.4.2.1 Tỉ số truyền của tay số 1
Tỉ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chỉ đọng không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động
Theo điều kiện chuyển động, ta có:
Mặt khác, theo điều kiện bám, ta có:
• m=1,5 : hệ số lại tải trọng
• G : tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
• : hệ số bám của mặt đường ( chọn đường tốt : =0,7)
• rb : bán kính bánh xe
1224,25 1,83 0,92 ≤ 4,3 Suy ra, ta chọn ih1 = 3,4
4.2.4.2.2 Tỉ số truyền của các tay số trung gian
Chọn hệt hống tỉ số truyền của các cấp số trong hộp số theo cấp số nhân
Công bội được xác định theo biểu thức:
Trong đó: n: cấp số trong hộp số tính từ số 1 đến số truyền thẳng (ih5=1)
Tỉ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức:
Trong đó: ihi : tỉ số truyền của tay số thứ i trong hộp số ( i=1;2;3;4;5;6)
Ta xác định được tỉ số truyền ở các tay số:
➢ Tỉ số truyền của tay số 2: 𝑖 ℎ2 = 𝑖 ℎ1
➢ Tỉ số truyền của tay số 3: 𝑖 ℎ3 = 𝑖 ℎ1
➢ Tỉ số truyền của tay số 4: 𝑖 ℎ4 = 𝑖 ℎ1
➢ Tỉ số truyền của tay số 5: 𝑖 ℎ5 = 𝑖 ℎ1
➢ Tỉ số truyền của tay số 6: 𝑖 ℎ6 = 1 Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:
Bảng 4.4 Tỉ số truyền của các tay số
4.2.5.1 Phương trình cân bằn lực kéo và đồ thị cân bằn lực kéo
Phương trình cân bằng lực kéo:
Pk = Pf + Pi + Pj + Pw
• Pk : lực kéo tiếp tuyến ở bánh chủ động
• Pf : lực cản lăn Pf = G.cosα.f = G.f (do α=0)
• Pi : lực cản leo dốc Pi = G.sinα = 0 (do α=0)
• Pj : lực cản quán tính
Pw = K.F.v 2 Vận tốc ứng với mỗi tay số:
30.𝑖 0 𝑖 ℎ𝑖 (m/s) Bảng 4.5 Bảng giá trị lực kéo tại các tay số
Pc =Pf + Pw =fG +KFV 2 Trong đó:
𝑃 𝜑 = 𝑚 𝐺 𝜑 𝜑 (chọn m=1,5 và 𝜑 = 0,9) Bảng 4.6 Bảng giá trị lực cản, lực bám đường
Từ bảng 4.5 và 4.6, ta có đồ thị cân bằng lực kéo:
➢ Trục tung biểu diễn Pk , Pf, Pw Trục hoành biểu diễn v
➢ Dạng đồ thị lực kéo ô tô Pki=f(v) tương tự dạng đường cong Me=f(ne) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
➢ Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo Pki và đường cong tổng lực cản là lực kéo dư dùng để tăng tốc hoặc leo dốc
➢ Tổng lực kéo của ô tô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường
➢ Vận tốc lớn nhất là giao điểm của lực cản và lực ở tay số lớn nhất
4.2.5.2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất
Phương trình cân bằng công suất kéo tại bánh chủ động:
Nk = Nf + Ni + Nj + Nw
Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay thứ i được xác định theo công thức:
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 Đồ thị cân bằng lực kéo
Pk1Pk2Pk3Pk4Pk5Pk6PcPφ
Nki = Ne.ηtl Công suất cản được tính theo công thức:
Nc = Nf + Nw = G.fv.v + K.F.v 3 (chú ý giá trị cản lăn theo vận tốc chuyển động) Bảng 4.7 Bảng giá trị công suất ứng với từng vận tốc tại các tay số
Bảng 4.8 Bảng giá trị công suất cản
Từ bảng 4.7, 4.8, ta có đồ thị cân bằng công suất:
Giá trị giao nhau của công suất tại tay số lớn nhất với công suất cản là vận tốc lớn nhất
4.2.5.3 Nhân tố động lực học
➢ Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến Pk và lực cản không khí
Pw với trọng lượng toàn bộ của ô tô Tỷ số này được ký hiệu là “D”
➢ Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa D và tốc độ chuyển động v của ô tô khi đủ tải và động cơ làm việc ở đường đặc tính tốc độ ngoài D=f(v)
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 kW m/s Đồ thị cân bằng công suất của ôtô
Nk1Nk2Nk3Nk4Nk5Nk6Nc
Bảng 4.9 Mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số
➢ Nhân tốc động lực học theo điều kiện bám:
1500) khi vận tốc v > 22,22 m/s Bảng 4.10 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám
Từ bảng 4.9 4.10, ta có đồ thị nhân tố động lực học:
Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô
➢ Dạng của đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo Pk f(v); nhưng ở những vận tốc lớn thì đường cong dốc hơn
➢ Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > vth i (tốc độ vth i ứng với Di max ở từng tay số) thì ôtô chuyển động ổn định, vì trong trường hợp này thì sức cản chuyển động tăng, tốc độ ôtô giảm và nhân tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < vth i là vùng làm việc không ổn định ở từng tay số của ôtô
➢ Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max ở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắc phục sức cản chuyển động lớn nhất của đường: D1 max = ψmax
Vùng chuyển động không trượt của ôtô:
➢ Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường
➢ Nhân tố động học theo điều kiện bám Dφ được xác định như sau:
➢ Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau : Ψ ≤ D ≤ Dφ
➢ Vùng giới hạn giữa đường cong Dφ và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố động lực học là vùng thỏa mãn điều kiện trên
Tính ổn định của ô tô
Ta có các thông số dùng để tính toán tính ổn định của ô tô:
➢ Chiều cao trọng tâm: hg82,5(mm)
➢ Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm bánh xe sau: b = 1671 (mm)
➢ Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm bánh xe trước: a = 2721 (mm)
➢ Hệ số bám dọc của đường: φ=0.7
4.3.1 Toạ độ trọng tâm khi không tải
Toạ độ trọng tâm của ô tô cơ sở theo phương ngang được xác định theo công thức sau:
G01 = 1036,76 kg : tải trọng phân bố lên cầu trước khi ô tô không tải
L0 = 3670 mm : chiều dài cơ sở của xe
G0 )53,6 kg : trọng lượng ô tô không tải b0 : khoảng cách từ trọng tâm của xe cơ sở đến tâm cầu sau
Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm cầu trước khi không tải a0 a0 = 3670 – b0’ = 3670 – 1288 = 2382 mm
Toạ độ trọng tâm theo chiều cao ô tô khi ô tô không tải được xác định tương đối Thông thường toạ độ trọng tâm theo chiều cao nằm ở mức mặt trên của ghế ngồi so với mặt đất Do đó, một cách gần đúng có thể lấy h0g = 1134 mm
Vậy toạ độ trọng tâm khi ô tô không tải: b0 = 1288 mm a0 = 2382 mm h0g = 1134 mm
4.3.2 Toạ độ trọng tâm khi ô tô đầy tải
Trọng tậm ô tô khi đầy tải là tổng hợp toạ độ trọng tâm ô tô khi không tải và toạ độ trọng tâm hành lý và hành khách
Ta xem tải trọng phân bố của hành khách là phân bố đều trong khoang hành khách
Ta biết khi đầy tải, trọng lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau như sau:
Toạ độ trọng tâm khi ô tô đầy tải:
= G = = mm b = L0 – a = 3670 – 1284,5 = 2385,5 mm a: Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm cầu sau khi đầy tải b: Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm cầu trước khi đầy tải
Tính độ cao trọng taam hg khi đầy tải, được chia thành ba cụm trọng lượng tương ứng với chiều cao của mỗi cụm:
- Tự trọng của ô tô G0; tương ứng với chiều cao toạ độ trọng tâm h0g = 1134 mm
- Trọng lượng hành khách: Ghk = 210kg tương ứng với chiều cao toạ độ trọng tâm hhk
4.3.3 Tính ổn định tĩnh dọc khi ô tô quay đầu lên dốc Để đơn giản trong tính toán, trong trường hợp chuyển động ổn định với tốc độ thấp, do các lực cản gió, lực quán tính có thể bỏ qua và ảnh hưởng của các lực cản được xem như không đáng kể, nên:
• αl : góc dốc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc
• b : Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm bánh xe sau (b = 1284,5 m)
• hg : Chiều cao trọng tâm (hg = 1127 m)
Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (đầy tải) quay đầu lên dốc:
⇒ αld = 45 0 Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (không tải) quay đầu lên dốc:
Hình 4.1 Góc ổn định khi xe quay đầu lên dốc 4.3.4 Tính ổn định tĩnh dọc khi ô tô quay đầu xuống dốc
Xét tương tự như trên, ta có: a0 : Khoảng cách từ trọng tâm G ô tô (khi không tải) đến tâm cầu trước theo phương ngang
49 a0 = 2382 mm h0g = 1134 mm Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (không tải) quay đầu xuống dốc:
⇒ αxd = 64,5 0 a: Khoảng cách từ trọng tâm G ô tô (khi đầy tải) đến tâm cầu trước theo phương ngang a0 = 2385,5 mm h0g = 1248,5 mm Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (đầy tải) quay đầu xuống dốc:
Hình 4.2 Góc ổn định khi xe quay đầu xuống dốc 4.3.5 Tính toán ổn định ngang
Giả thuyết trị số moment quán tính các chi tiết quay của động cơ và hệ thống truyền lực khi ô tô chuyển động sinh ra không đáng kể nên:
• B = 1718 : khoảng cách giữa 2 vệt bánh xe sau
• h0g = 1134 : chiều cao trọng tâm ô tô khi không tải
• hg = 1127 : chiều cao trọng tâm ô tô khi đầy tải
- Góc ổn định giới hạn khi ô tô chuyển động trên đường nghiêng ngang khi không tải là:
- Góc ổn định giới hạn khi ô tô chuyển dộng trên đường nghiêng ngang khi đầy tải là:
Hình 4.3 Góc ổn định khi ô tô đi trên đường nghiêng ngang
4.3.6 Tính ổn định khi ô tô quay vòng
Vận tốc giới hạn khi ô tô quay vòng với bán kính quay nhỏ nhất
Khi ô tô chuyển động trên đường nghiêng ngang, tốc độ giới hạn làm ô tô mất ổn định được xác định theo công thức:
Vn: Vận tốc giới hạn khi xe chạy trên đường nghiêng ngang (m/s)
Rmin = 4,75 m: Bán kính quay vòng nhỏ nhất của ô tô ứng với chiều dài cơ sở (L 3670) và được xác định bằng phương pháp hình học ứng với góc quay lớn nhất của xe khi không tải
B = 1718 mm: chiều rộng toàn bộ xe Thay số liệu vào phương trình ta được:
Vn = 6 m/s = 21,6 km/h Điều kiện để ô tô bị trượt trước khi lật đổ là:
Trong đó tốc độ giới hạn khi ô tô bị trượt ngang (Vt) là:
1: hệ số bám ngang của xe với mặt đường hay
Do vậy, đối với các loại đường ở nước ta, điều kiện trên đều đảm bảo và yêu cầu người lái hạn chế tốc độ ở các quãng đường vòng
Vậy vận tốc giới hạn khi ô tô quay vòng là: 21,6 km/h với bán kính quay vòng: 4,75 m Bảng 4.11 Bảng số liệu an toàn
Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (đầy tải) quay đầu lên dốc αld = 45 0 Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (không tải) quay đầu lên dốc αld = 67 0 Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (không tải) quay đầu xuống dốc αxd = 64,5 0 Góc ổn định tĩnh dọc khi ô tô (đầy tải) quay đầu xuống dốc αxd = 64,29 0
Góc ổn định giới hạn khi ô tô chuyển động trên đường nghiêng ngang khi không tải là = 37,3 0
Góc ổn định giới hạn khi ô tô chuyển động trên đường nghiêng ngang khi đầy tải là = 37,3 0 vận tốc và bán kính giới hạn khi ô tô quay vòng V = 21,6 km/h, r = 4,75 m
MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀN CATIA
Tổng quan về phần mền Catia
Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R21, là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không
Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE (Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA Để thiết kế ra một sản phẩm 3D người thiết kế có thể bắt đầu bằng những đường cơ sở khác nhau nhưng đều phải bắt đầu từ sketcher cơ bản rồi từ đó xuất sang 3D rồi sử dụng những công cụ sẵn có để thiết lập lên mô hình 3D
5.1.2 Các thanh công cụ sử dụng trong thiết kế 3d
-Thanh Sketcher: Có tác dụng phác họa biên dạng chi tiết
Sketcher sử dụng khi chọn một mặt phẳng vẽ phác bằng cách chọn trên Model Tree hay chọn trực tiếp trên chi tiết Khi đó môi trường làm việc 2D xuất hiện Muốn thoát khỏi môi trường phác thảo, trên thanh Workbench chọn Exit Workbench
Vẽ liên tục các đường line và Arc Vẽ Elip, Hyperbola, parabola…
Vẽ Rectangle, keyhole profile… Vẽ line, infiniteline…
Vẽ Circle, Arc… Vẽ Axis
Vẽ các đường spline,… Vẽ point, intersection point,…
Dùng để vẽ biên dạng phác thảo 2D
Dùng để tạo các hình cơ bản:
Tạo Part bằng cách kéo 1 biên dạng Khoét rãnh bằng 1 biên dạng
Tạo Part có vát mặt bên, vo tròn các cạnh
Khoét 1 Part bằng 1 biên dạng Tạo đường gân
Tạo hốc vát mặt bên và vo tròn các cạnh Cắt part theo 1 đường cong Tạo Part bằng cách quay 1 biên dạng Tạo gân trợ lực
Tạo Part với nhiều biên dạng có kích thước khác nhau
Tạo Part từ nhiều mặt phẳng vẽ phác qua một đường chỉ hướng
Dùng để chỉnh sửa các Part
Bo tròn một bề mặt Vát bề mặt với những góc khác nhau
Bo tròn một bề mặt với giá trị bán kính khác nhau
Bo tròn giao Tạo vỏ
Bo tròn bề mặt cắt 2 mặt Tạo bề dày cho một mặt phẳng
Vát bề mặt Tạo ren cho một mặt trụ
Di chuyển Part đi một đoạn Sao chép một đối tượng hoặc đặc điểm đối tượng, sắp xếp theo vòng tròn
Quay Part quanh một trục Sao chép một đối tượng hoặc đặc điểm đối tượng, sắp xếp theo cột hoặc hàng
Lấy đối xứng nhưng không xóa
Phóng to, thu nhỏ một đối tượng
Lấy đối xứng nhưng xóa Part nguồn
Sao chép một đối tượng hoặc đặc điểm đối tượng, đặt chúng tại các điểm của một sketch
-Thanh Constraints Để đặt ràng buộc các kích thước
Cắt bỏ một nửa đối tượng bằng một mặt
Tạo Part bằng cách đóng kín một mặt
Cung cấp một số lệnh liên quan đến Split
Tạo 3 đối tượng cơ bản dùng trong quá trình
Mô phỏng chi tiết xe trên mobihome
Hình 5.1 Giường ngủ + Khu vực toilet:
Tạo bề dày cho một mặt Tạo Part bằng một mặt cong giao với
Hình 5 1 Toilet + Khu vực bếp
Hình 5 2 Bếp + Khu vực phía bên phải của xe
Hình 5 3 Bố trí bên trái xe + Khu vực phía bên trái của xe
Hình 5 4 Bố trí bên phải xe
