Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Ô tô, máy kéo: Nghiên cứu thiết kế mẫu xe điện phục vụ trong siêu thị

Trong các siêu thị lớn diên tích rất lớn và hằng ngày các siêu thị phải bổ sung hàng hoá với số lượng rất lớn vì vậy việc vận chuyển hàng hoá trong các siêu thị cần phải sử dụng các phươ

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Tổng quan về siêu thị

Vào năm 1930 lần đầu tiên siêu thị ra đời tại Hoa Kỳ, với những hình thức mới mẻ và những ưu thế nổi trội của mình, đã tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực thương mại bán lẻ của thế giới hiện đại “Siêu thị” là từ được dịch ra từ tiếng nước ngoài

“Supermarket” (tiếng Anh), “Supermarché” (tiếng Pháp) Cho tới nay, siêu thị được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào từng nước, ví dụ như:

+ Tại Hoa Kỳ: “Siêu thị là cửa hàng tự phục vụ tương đối lớn có mức chi phí thấp, tỷ suất lợi nhuận không cao và khối lượng hàng hóa bán ra lớn, bảo đảm thỏa mãn đầy đủ nhu cầu của người tiêu dùng về thực phẩm, bột giặt, các chất tẩy rửa và những mặt hàng chăm sóc nhà cửa” (Philips Kotler, “Marketing căn bản”)

+ Tại Pháp: “Siêu thị là cửa hàng bán lẻ theo phương thức tự phục vụ, có diện tích từ 400m 2 đến 2500m 2 chủ yếu bán hàng thực phẩm và vật dụng gia đình” (Marc Benoun, “Marketing: Savoir et savoir-faire”, 1991)

+ Tại Anh: “Siêu thị là cửa hàng bách hóa bán thực phẩm, đồ uống và các loại hàng hóa khác”

+ Tại Việt Nam: “Siêu thị là loại cửa hàng hiện đại, kinh doanh tổng hợp hoặc chuyên doanh, có cơ cấu chủng loại hàng hóa phong phú, đa dạng, bảo đảm chất lượng; đáp ứng các tiêu chuẩn về diện tích kinh doanh, trang bị kỹ thuật và trình độ quản lý tổ chức kinh doanh; có phương thức phục vụ văn minh thuận tiện nhằm thỏa mãn nhu cầu mua sắm hàng hóa của khách hàng” (Quy chế số 1371/2004/QĐ-BTM Bộ Thương mại VN về “Siêu thị, trung tâm thương mại”)

Nói chung, có rất nhiều khái niệm khác nhau về siêu thị nhưng chúng ta có thể thấy được một số nét cơ bản để phân biệt siêu thị với các dạng cửa hàng bán lẻ khác, đó là:

HVTH: KS LÊ THANH TUẤN Trang 9 CBHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG

- Dạng cửa hàng bán lẻ

- Áp dụng phương thức tự phục vụ

- Chủ yếu là hàng hóa tiêu dùng phổ biến

1.1.1.2 Phân loại siêu thị Để phân loại siêu thị có thể dựa trên các tiêu chí như: phương thức kinh doanh, quy mô, phương thức phục vụ… a Theo phương thức kinh doanh

- Bán buôn tiêu biểu cho bộ phận kinh tế chủ yếu, có giá trị kinh tế cao và có vai trò thích hợp như một mô hình phân phối có thể đáp ứng nhu cầu kinh doanh của nhiều đối tượng khách hàng chuyên nghiệp

- Bán buôn phục vụ tất cả các khách hàng làm kinh doanh bao gồm nhà sản xuất, chế tạo, những người bán sỉ khác, nhà bán lẻ, các công ty dịch vụ, ví dụ như nhà hàng, khách sạn và bất cứ khách hàng chuyên nghiệp nào khác

- Bán buôn đáp ứng mọi nhu cầu kinh doanh bao gồm nhu cầu “bán lại” và chế biến, nhu cầu đầu tư và tất cả các nhu cầu bổ sung khác để phục vụ kinh doanh

- Thông thường bán buôn được định nghĩa là bán hàng đến những đơn vị kinh doanh khác có cùng chức năng trong hệ thống cung ứng

- Bán buôn không giới hạn ở mức độ bán đến người bán lại mà bao gồm cả việc bán hàng đến tất cả các loại hình kinh doanh bất kể họ có bán lại, có chế biến hoặc chỉ sử dụng hàng hoá này cho một mục đích chuyên môn nào đấy

Những người bán buôn được chia làm 3 loại chính:

+ Người bán buôn sở hữu hàng hoá thực sự

+ Đại lý, môi giới và nhà bán buôn hưởng hoa hồng

+ Chi nhánh và đại diện bán của nhà sản xuất Sở dĩ coi chi nhánh và đại diện bán hàng của nhà sản xuất như người bán buôn là do họ thực hiện các chức năng bán buôn là chủ yếu

Mỗi đối tượng kinh doanh bán buôn có quy mô, phương thức kinh doanh và sức mạnh thị trường riêng, vì vậy họ có thể đóng vai trò quan trọng trong hệ thông phân phối

- Là loại hình bán hàng đến mọi đối tượng, đến người tiêu dùng cuối cùng

Người bán lẻ bao gồm các doanh nghiệp và cá nhân bán hàng hoá trực tiếp cho người tiêu dùng cá nhân hoặc hộ gia đình Các chức năng chủ yếu của người bán lẻ là:

+ Tiếp xúc với khách hàng, phát hiện nhu cầu tiêu dùng, thu thập thông tin thị trường và chuyển các thông tin này trở lại người sản xuất

+ Thực hiện bán hàng, quảng cáo và trưng bày sản phẩm

+ Phân chia và sắp xếp hàng hoá thành những khối lượng phù hợp với người mua

+ Dự trữ hàng hoá sẵn sàng cung cấp cho người tiêu dùng

+ Cung cấp dịch vụ cho khách hàng

Những người bán lẻ có thể được phân chia thành nhiều loại theo nhiều tiêu thức khác nhau Ví dụ: theo mặt hàng mà người bán lẻ bán, người ta chia ra thành cửa hàng chuyên doanh, cửa hàng bách hoá, siêu thị, cửa hàng tiện dụng… Cửa hàng chuyên doanh bán những dòng sản phẩm hẹp và chuyên sâu Cửa hàng bách hoá bày bán nhiều mặt hàng khác nhau, mỗi mặt hàng là một quầy riêng Và siêu thị là trung tâm bán lẻ lớn chi phí thấp, tự phục vụ, giá thấp, doanh số bán cao Cửa hàng tiện dụng là những cửa hàng bán lẻ nhỏ, bán một số mặt hàng phục vụ nhu cầu thường xuyên của người tiêu dùng

Các đối tượng bán lẻ khác nhau có quy mô, phương thức kinh doanh và sức mạnh chi phối thị trường khác nhau, tất nhiên họ cũng có khả năng điều khiển hệ thống phân phối khác nhau b Theo quy mô

Trung tâm thương mại của Bộ Thương mại siêu thị được phân chia thành 3 hạng: hạng I, hạng II và hạng III

- Áp dụng đối với siêu thị kinh doanh tổng hợp:

+ Có diện tích kinh doanh từ 5.000 m 2 trở lên (*);

+ Có danh mục hàng hoá kinh doanh từ 20.000 tên hàng trở lên (**);

Tổng quan về xe điện

Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước, nước Mỹ đã quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường do ô tô gây ra, châu Âu bắt đầu quan tâm đến vấn đề này từ những năm 80 Hiện nay, cả Mỹ và Liên minh châu Âu (EU) đều đã ban hành, áp dụng tiêu chuẩn chất độc hại chứa trong chất thải của khí xả từ ô-tô Về cơ bản, tiêu chuẩn này của Mỹ và châu Âu không khác nhau

Thành phần chính gây ô nhiễm môi trường từ khí xả của ô-tô là: ôxit cacbon (CO), khí cacbonic (CO 2 ), hydro cacbon (HC) và ôxit nitơ (NO x )

Một trong những giải pháp khắc phục ô nhiễm, do khí độc ô-tô thải ra là sử dụng xe chạy điện Xe điện vừa không gây ồn và không làm ô nhiễm không khí

Theo tài liệu [8] khi sử dụng xe điện có những ưu điểm như sau:

- Không gây ra ô nhiễm môi trường - Tạo ra ít chất thải độc hại (vì hiện nay trên xe điện thường sử dụng ắc quy axit chí mà loại ắc quy này có thể tái chế 90%)

- Hiệt suất cao (Đông cơ điện đạt hiệu suất khoảng 90%, ắc quy đạt từ 75 đến 80%) - Chi phí cho một km xe chạy thấp (xe RAV4 nếu chạy điện mất 0,04 USD cho một dặm, nếu chạy xăng mất 0,16 USD cho một dặm)

Ngày nay xe điện đang được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu, chế tạo và đưa vào sử dụng phục vụ cho nhiều mục đích để vận chuyển hàng hoá và vận chuyển hành khách ở những nơi như khu du lịch, nhà ga, sân bay,… Ở Việt Nam việc sử dụng xe điện còn ít, chủ yếu phục vụ cho nhu cầu du lịch

Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của xe điện Ôtô điện về cơ bản bao gồm các thành phần như sau:

- Hệ thống cung cấp năng lượng: Ắc quy, mạch nạp, mạch chuyển đổi - Hệ thống điện: Động cơ điện

- Các hệ thống điều khiển: lái, truyền lực (ly hợp, hộp số, sai ), phanh,

1.2.2 Các nghiên cứu và ứng dụng của xe điện trên thế giới và ở Việt Nam 1 Trên thế giới

Hiện nay các nhà sản xuất ô tô trên thế giới đã nghiên cứu và sản xuất xe điện phục vụ vào rất nhiều mục đích khác nhau như :

- Ô tô điện Nissan Mixim của hãng Nissan Là sản phẩm sáng tạo của một nhóm thiết kế gồm các thành viên có độ tuổi trung bình chỉ mới 25, cabin xe Nissan Mixim mang phong cách của nhưng trò chơi điện tử và phim hoạt hình Nhật Bản Đặc biệt, thay vì dùng gương chiếu hậu, chiếc xe sử dụng các camera để truyền hình ảnh phía sau xe lên màn hình ở trong xe

Hình 1.3 Ô tô điện Nissan Mixim của hãng Nissan

- Ô tô điện của quân đội mỹ phục vụ nhu cầu vận tải Nhằm tiết kiệm nhiên liệu và kế hoạch thay thế năng lượng quân độiđã đạt hàng sản xuất ô tô điện và xe tải nhẹ

Theo nghiên mỗi chiếc xe điện sẽ sử dụng trung bình khoảng 400 đô la mỗi năm, so với khoảng 2.400 đô la để chạy một chiếc xe hơi chạy bằng nhiên liệu hóa thạch Vì vậy với khoảng 4.000 xe ô tô điện sẽ tiết kiệm được 11,5 triệu gallon nhiên liệu mỗi năm

Hình 1.4 Ô tô điện của quân đội Mỹ

Trong những năm gần đây phong trào nghiên cứu chế tạo và sản xuất xe điện ở Việt Nam phát triển mạnh

Hình 1.5 Xe điện của anh Đặng Thế Minh

Việc nghiên cứu thiết kế xe điện chỉ có một ít cá nhân thực hiện và trong các trường đại học vì vậy số lượng xe điện rất ít và chủ yếu mang tính chất thử nghiệm là chính vì vậy hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là nhập xe điện ở các nước khác về

Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu thiết kế mẫu xe điện phục vụ trong các siêu thị phù hợp với điều kiện về nhu cầu vận chuyển và thiết kế của các siêu thị nhằm giảm thời gian và nhân công phục vụ vận chuyển trong các siêu thị

1.3.2 Mục tiêu cụ thể Đề tài có các mục đích chính, đó là:

- Nghiên cứu nhu cầu sử vận chuyển hàng hoá trong các siêu thị - Nghiên cứu các phương án sử dụng điện cho các nhu cầu, - Đánh giá các phương án sử dụng xe điện và đề xuất phương án sử dụng xe điện phù hợp với nhu cầu phục vụ trong siêu thị

- Nghiên cứu thiết kế mẫu xe điện

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Sơ đồ mặt bằng bố trí các gian hàng trong các siêu thị - Xe điện phục vụ trong các siêu thị

- Nghiên cứu ứng dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dùng như: Matlab, ANSYS, Inventor,

Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều, khả năng của phần mềm và người làm hạn chế nên đề tài này sẽ được thực hiện trong phạm vi sau:

- Đánh giá, đề xuất các phương án sử dụng xe điện phục vục trong các siêu thị - Chỉ nghiên cứu mô phỏng động học/động lực học của xe điện phục vụ vận chuyển hàng hoá từ kho đến các kệ hàng

Nội dung nghiên cứu và phương pháp tiếp cận

Luận văn được thực hiện với các nội dung chính:

- Nghiên cứu nhu cầu vận chuyển hàng hoá trong siêu thị và lựa chọn mẫu xe điện phù hợp

- Nghiên cứu thiết kế mẫu xe điện - Mô phỏng, kiểm nghiệm và đánh giá mẫu xe thiết kế - Hoàn thiện thiết kế

- Kết luận và kiến nghị

- Phương pháp tiếp cận bằng khảo sát và phân tích: dựa trên những khảo sát về nhu cầu vận chuyển hàng hoá và mặt bằng bố trí của các hệ thống siêu thị và trung tâm thương mại để đề xuất phương án thiết kế xe điện hợp lí

- Phương pháp tiếp cận bằng lý thuyết: dựa trên lý thuyết tính toán thiết kế xe truyền thống và các tài liệu về thiết kế xe điện trong và ngoài nước để từ đó tính toán thiết kế xe điện phù hợp với nhu cầu vận chuyển và mặt bằng bố trí trong các siêu thị và trung tâm thương mại

- Phương pháp tiếp cận bằng mô phỏng: nghiên cứu các phần mềm mô phỏng để xác định các thông số động học/động lực học để đánh giá mẫu xe điện sau khi thiết kế.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp bao gồm:

- Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng các lý thuyết thiết kế xe truyền thống và xe điện vào trong nghiên cứu

- Nghiên cứu mô phỏng: phân tích, đánh giá chất lượng chuyển động của xe với sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng máy tính

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

- Nâng cao năng lực vận chuyển hàng hoá trong các siêu thị nhằm nâng cao hiệu quả kinh doanh

- Việc nghiên cứu cho các mẫu xe điện phục vụ cho các mục đích khác như: phục vụ trong các nhà ga, bến xe, sân bay, khu du lịch, nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường ở Việt Nam

THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG MẪU XE ĐIỆN

Lựa chọn phương án thiết kế mẫu xe điện

Nhu cầu vận chuyển hàng hoá trong siêu thị bao gồm nhận hàng từ các công ty vào kho, chuyển hàng từ kho đến các kệ hàng và phục vụ cho người đi mua hàng Dựa trên các nhu cầu trên có các phương án thiết kế xe điện phục vụ khác nhau

- Đối với khách hàng khi đi mua sắm trong siêu thị nếu ta trang bị cho khách hàng một xe điện (hình 2.1) để họ đi mua sắm thì khách hàng sẽ mua sắm được nhiều hàng hoá với thời gian rất là nhanh và đỡ tốn nhiều sức lực

Hình 2.1 Xe điện phục vụ cho khách hàng mua sắm

Nhưng hàng ngày số lượng người mua hàng trong siêu thị rất lớn vì vậy để phục vụ cho khách hàng thực hiện việc mua sắm thì ta phải trang bị một số lượng xe điện rất là lớn

- Việc vận chuyển hàng hoá sau khi nhận được từ các công ty vào trong kho và viận chuyển hàng hoá từ kho của siêu thị hiện nay đa số các siêu thị sử dụng xe nâng tay (hình 2.2) để vận chuyển

Hình 2.2 Xe nâng tay phục vụ vận chuyển hàng hoá

Với việc sử dụng xe nâng tay trên ta phải sử dụng sức người đế đẩy hàng hoá di chuyển đến vị trí mong muốn Nếu như việc vận chuyển hàng hoá trên ta sử dụng bằng xe điện (hình 2.3) thì công việc vận chuyển sẽ nhanh chóng và đỡ tốn nhân công thực hiện các công việc trên

Hình 2.3 Xe điện phục vụ vận chuyển hàng hoá

Từ sự phân tích trên luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu thiết kế mẫu xe điện phục cho việc vận chuyển hàng hoá từ ngoài siêu thị vào kho hàng và từ kho hàng đến các kệ hàng trong siêu thị

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế mẫu xe điện Để xe điện di vận chuyển hàng hóa trong siêu thị một các thuận tiện và nhanh chóng thì mẫu xe điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Kích thước nhỏ, gọn - Có nguồn năng lượng (ắc quy) đủ cung cấp cho quá trình hoạt động

Các phương án thiết kế xe điện Phương án 1: Mua xe điện có kích cỡ phù hợp từ nước ngoài Phương án này có nhiều hạn chế

- Một là không kích thích phát triển nền công nghiệp ô tô Việt Nam

- Hai là việc bảo trì bảo dưỡng gặp nhiều khó khăn, do công nghệ ôtô trong nước chưa theo kịp với công nghiệp ô tô ở nước ngoài

Phương án 2: Chế tạo mới hoàn toàn xe điện tại Việt Nam Phương án này có ưu điểm là khuyến khích phát triển nền công nghiệp ô tô Việt Nam, chế tạo được mẫu xe điện hoàn toàn phù hợp với các siêu thị ở Việt nam Tuy nhiên, việc chế tạo hoàn toàn một xe ô tô nói chung, một xe điện nói riêng vượt quá khả năng của nền công nghiệp ôtô Việt Nam hiện nay

Phương án 3: Đóng mới vỏ xe, thiết kế mới và nhập khẩu các cụm, hệ thống để lắp ráp Phương án này có nhiều thuận lợi do

- Hiện nay công nghệ đóng mới vỏ xe và một số cụm chi tiết ở nước đang phát triển mạnh mẽ nên có thể chế tạo mới

- Việc nhập khẩu một số cụm chi tiết sẽ giúp giảm giá thành sản xuất do không bị đánh thuế nhập khẩu nguyên chiếc

Thiết kế bố trí chung

Hình 2.4 Hình dáng tổng thể của xe điện

Hình 2.5 Hình dáng bên hông của xe điện

Hình 2.6 Hình chiếu bên hông và mặt đầu của xe điện

Với các thông số kỹ thuật của xe thiết kế như bảng 2.1

Bảng 2.1 Bảng thông số kỹ thuật của xe điện thiết kế

TT Thông số Đơn vị Giá trị

1 Loại phương tiện Xe điện

3 Kích thước bao (Dài x Rộng x Cao) mm 2300x1100x1550

4 Chiều dài cơ sở mm 1190

5 Vết bánh trước/sau mm 945

6 Chiều dài đầu xe mm 760

7 Chiều dài đuôi xe mm 350

8 Khoảng sáng gầm xe mm 160

9 Góc thoát trước/sau độ 13/70

2.2.2 Phân bố trọng lượng xe

Sự phân bố trọng lượng lên các trục của xe thiết kế khi không tải và khi đầy tải được xác định trên cơ sở giá trị các thành phần trọng lượng và vị trí tác dụng của chúng lên các trục của xe

Tọa độ trọng tâm của xe thiết kế theo chiều dọc:

Căn cứ vào giá trị các thành phần trọng lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, ta xác định tọa độ trọng tâm của ô tô theo công thức sau:

Trong đó: a- khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước b- khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau h g - Tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều cao a i - khoảng cách từ tâm vết tiếp xúc bánh trước đến toạ độ trọng tâm các thành phần khối lượng h i - chiều cao trọng tâm các thành phần khối lượng

Gi- trọng lượng các thành phần khối lượng Phân bố trọng lượng trên các cầu:

- Phân bố trọng lượng lên cầu trước

- Phân bố trọng lượng lên cầu sau

2 Tính toán phân bố tải trọng trường hợp không tải

Ta có sơ đồ tính toán phân bố tải trọng khi xe không tải như hình 2.7

Hình 2.7 Sơ đồ tính toán phân bố tải trọng khi xe không tải

Dựa vào sơ đồ hình 2.7 ta có bảng 2.2 phân bố trọng lượng xe khi không tải

Bảng 2.2 Phân bố trọng lượng xe khi không tải

TT Tên gọi KH N a i (mm) h i (mm) Gi.ai

(N.mm) 1 Sat-xi và thùng xe G k 800 665 510 560000 524000

3 Cầu trước và bánh xe G ct 600 0 260 0 156000

4 Cầu sau và bánh xe G cs 800 1190 260 952000 208000

Thay các số liệu trong bảng 2.2 vào các công thức (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) và (2.5) ta tính được các kết quả sau: a 0 = 560 mm; b 0 = 740 mm; h0g = 379mm;

3 Tính toán phân bố tải trọng trường hợp đầy tải

Ta có sơ đồ tính toán phân bố tải trọng khi xe đầy tải như hình 2.8

Hình 2.8 Sơ đồ tính toán phân bố tải trọng khi xe không tải

Dựa vào sơ đồ hình 2.8 ta có bảng 2.3 phân bố trọng lượng xe khi đầy tải

Bảng 2.3 Phân bố trọng lượng xe khi đầy tải

G i h i (N.mm) 1 Trọng lượng xe không tải G o 4202 560 379 2352576 1595530 2 Trọng lượng hàng hóa G hh 4000 890 670 356000 2680000

3 Trọng lượng lái xe G lx 800 10 840 8000 672000

Thay các số liệu trong bảng 2.3 vào các công thức (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) và (2.5) ta tính được các kết quả sau: a = 657 mm; b = 642 mm; h g = 549 mm;

Hình 2.9 Tọa độ trọng tâm xe khi đầy tải

Lựa chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của ôtô bao gồm các bộ phận và cơ cấu nhằm thực hiện nhiệm vụ truyền mômen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động Việc lựa chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực tốt sẽ đảm bảo khả năng chuyển của xe và kích thước của hệ thống nhỏ gọn dễ lắp đặt Đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều gần giống với đường đặc tính kéo lý tưởng của ô tô, đồng thời động cơ điện có thể đổi chiều quay dễ dàng nên chúng ta

HVTH: KS LÊ THANH TUẤN Trang 32 CBHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG có thể thiết kế hệ thống truyền lực mà không cần hộp số và ly hợp như ở động cơ đốt trong Như vậy, hệ thống truyền lực của xe này được thiết kế theo các phương án sau:

2.3.1 Phương án 1 Động cơ và hộp giảm tốc được gắn trực tiếp lên khung xe và nối với cầu xe bằng trục các đăng Trong trường hợp này động cơ có thể đặt trước hoặc sau như hình 2.10

Hình 2.10 Bố trí chung hệ thống truyền lực theo phương án 1 a Động cơ đặt đằng trước; b Động cơ đặt đằng sau a) b)

Với phương án trên động cơ và hộp giảm tốc bố trí trên khung xe, truyền lực chính không cần tỷ số truyền cao nên kích thước cũng như khối lượng nhỏ

Trong phương án trên truyền lực chính ta không cần chế tạo mới mà có thể chọn truyền lực chính của xe có công suất gần tương đương để lắp đặt

Tuy nhiên với phương án trên do có bộ truyền các đăng nên kết cấu khá phức tạp ngoài ra đối với phương án a đòi hỏi xe cần phải có chiều dài lớn mà xe chạy trong siêu thị đòi hỏi kích thước phải nhỏ gọn và phương án b động cơ bố trí phía sau khó bố trí cùng với cầu xe do diện tích nhỏ

2.3.2 Phương án 2 Động cơ được gắn trực tiếp hộp giảm tốc và truyền động trực tiếp đến bánh xe

Trong trường hợp này ta có thể bố trí động cơ song song với trục bánh xe hoặc vuông góc với trục bánh xe như 2.11

Hình 2.11 Bố trí chung hệ thống truyền lực theo phương án 2 a Động cơ đặt song song với trục bánh xe; b Động cơ đặt vuông góc với trục bánh xe a) b)

Với phương án này ta thấy hệ thống truyền lực đơn giản do động cơ, hộp giảm tốc bố trí cùng với nhau và truyền chuyển động trực tiếp đến bánh xe Tuy nhiên phải thiết kế hộp giảm tốc với tỷ số và kích thước lớn Nên tăng khối lượng, cồng kềnh và giảm khoảng sáng gầm xe

2.3.3 Phương án 3 Động cơ, hộp giảm tốc và cầu xe được lắp trực tiếp với nhau không cần khớp các đăng như hình 2.12

Hình 2.12 Bố trí chung hệ thống truyền lực theo phương án 3

Với phương án này động cơ và hộp giảm tốc bố trí trên khung xe, truyền lực chính không cần tỷ số truyền cao nên kích thước cũng như khối lượng nhỏ Trong phương án này truyền lực chính ta không cần chế tạo mới mà có thể chọn truyền lực chính của xe có công suất gần tương đương để lắp đặt

Do cả đông cơ, hộp hộp giảm tốc và cầu xe được gắn trực tiếp nên phải bắt động cơ và hộp trên đòn lắc để cùng dao động với cầu xe vì vậy kết cấu khá phức tạp Tuy

HVTH: KS LÊ THANH TUẤN Trang 35 CBHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG nhiên do xe điện chạy trong siêu thị nên ta không cần lắp hệ thống treo vì vậy khi đó động cơ, hộp số và cầu xe được gắn trực tiếp với khung xe như hình 2.13

Hình 2.13 Mô phỏng bố trí chung hệ thống truyền lực theo phương án 3

Theo kết quả phân tích ở trên, ta chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực theo phương án 3 là thích hợp do kết cấu tương đối đơn giản, giảm được kích thước và khối lượng của hệ thống truyền lực.

Lựa chọn và tính toán động cơ điện

Trong hệ thống truyền động của xe điện, động cơ có nhiệm vụ cung cấp động lực cho cơ cấu truyền động, tùy theo điều kiện vận hành và đặc điểm của mỗi loại hệ thống truyền động sẽ có các yêu cầu đặt ra cho mỗi loại động cơ điện khác nhau Để hệ thống truyền động trên xe điện làm việc được tốt, có hiệu suất và tính ổn định cao thì giữa động cơ điện và cơ cấu truyền động phải đảm bảo có một sự phù hợp tương ứng nhất định Chính vì vậy, việc chọn lựa động cơ để đáp ứng tốt các yêu cầu

Giá bắt động cơ và hộp giảm tốc Động cơ Hộp giảm tốc Cầu xe

HVTH: KS LÊ THANH TUẤN Trang 36 CBHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG của cơ cấu dẫn động có ý nghĩa hết sức to lớn không chỉ về mặt kỹ thuật mà còn về mặt kinh tế

Do vậy, muốn phân tích để chọn lựa được một động cơ điện hợp lý phải xem xét dựa trên các đặc điểm không những về mặt kỹ thuật mà còn cả về mặt kinh tế để có được một động cơ điện phù hợp nhất, vận hành tốt trong mọi điều kiện Động cơ điện bao gồm động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều

* Động cơ điện một chiều:

Cấu tạo của động cơ gồm:

- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện

- Rô to có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều

- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay a) b) c)

Hình 2.14.Cấu tạo và nguyên lý hoạt độngcủa động cơ điện một chiều a) Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator và đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor b) Pha 2: Rotor tiếp tục quay c) Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

Hình 2.15 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Ưu điểm nhược động cơ điện một chiều:

- Động cơ điện một chiều có thể điều khiển tốc độ dễ dàng và dải tốc độ hoạt động rộng

- Động cơ một chiều có thể sử dụng tái sinh năng lượng một cách dễ dàng

- Động cơ một chiều có mô men khởi động lớn và mô men quá tải khoảng 400% định mức

- Chế tạo chổi than và cổ góp khó nên giá thành của động cơ cao

- Khi tải thay đổi trong thời gian dài có thể gây hư hỏng chổi than và cổ góp Đông cơ điện xoay chiều: Động cơ điện xoay chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện xoay chiều Động cơ gồm có hai phần chính - Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay

- Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép

Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

Hình 2.16 Nguyên tắc hoạt độngcủa động cơ điện xoay chiều

Hình 2.17 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Ưu điểm nhược động cơ điện xoay chiều:

- Động cơ xoay chiều giá thành thấp - Động cơ xoay chiều hầu như không cần phải bảo trì nên thường được sử dụng ở những nơi khó bảo trì hoặc thay thế

- Động cơ xoay chiều nhỏ hơn, nhẹ hơn, phổ biến hơn, và ít tốn kém hơn so với động cơ một chiều

- Động cơ xoay chiều phù hợp hơn cho hoạt động tốc độ cao (hơn 2500 rpm) vì không có chổi than và cổ góp

- Động cơ xoay chiều có thể sử dụng tái sinh năng lượng nhưng chế tạo rất phức tạp và giá thành cao

- Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện

- Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải

- Khó điều chỉnh tốc độ, phạm vi hoạt động của tốc độ nhỏ - Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn ( gấp 6 – 7 lần dòng định mức) - Momen mở máy nhỏ

Hiện nay động cơ điện xoay hiện nay ít được sử dụng vì:

- Tuy giá thành động cơ thấp, nhưng bộ điều khiển động cơ xoay chiều (thường sử dụng bộ biến tần, mạch chuyển đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều và mạch đảo chiều động cơ, ) có giá thành thường rất cao

- Động cơ chỉ hoạt động ở tốc độ cao, nếu hoạt động ở tốc độ thấp động cơ sẽ bị nóng quá mức dẫn đến hư hỏng động cơ

- Động cơ không hoạt động được ở chế độ tải thấp hoặc không tải

- Dòng mở máy rất lớn dẫn đến làm hư hỏng mạch điều khiển động cơ

Tuy nhiên, động cơ điện xoay chiều hiện nay cũng đang được tích cực nghiên cứu kỹ thuật điều khiển để lắp đặt lên xe điện trong tương lai

Hiện nay trên xe điện chủ yếu sử dụng loại động cơ điện một chiều vì:

- Trên xe điện sử dụng nguồn điện một chiều nên khi sử dụng động cơ điện một chiều không cần phải có bộ chuyển đổi từ một chiều sang xoay chiều

- Mô men khởi động và mô men quá tải lớn đảm bảo xe khởi động nhanh và không bị hư động cơ khi quá tải

- Phạm vi hoạt động của tốc độ động cơ rộng phù hợp cho việc thay đổi tốc độ trên phạm vi rộng của xe

- Mạch điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều chế tạo dễ dàng hơn

Từ những phân tích trên ta thấy chọn phương án động cơ một chiều để thiết kế mẫu xe điện là phù hợp trong điều kiện hiện nay

2.4.2 Sơ bộ tính toán động cơ điện

Công suất động cơ ở chế độ vận tốc cực đại:

Trong đó ψ max - hệ số cản lăn ở tốc độ cực đại, theo tài liệu [1] ta chọn ψ max = fv = 0.02

Vmax : Vận tốc cực đại, do xe chạy trong siêu thị không cần phải di chuyển với tốc độ cao nên ta chọn V max = 15 (km/h) = 4,16 m/s

K - hệ số dạng khí động học, theo tài liệu [1] ta chọn = 0,5 N.s 2 /m 4 F - Diện tích cản chính diện, theo tài liệu [1] ta chọn F = 1,5 m 2 ; Ga - Trọng lượng toàn bộ xe, Ga = 9000 N η t - Hiệu suất của hệ thống truyền lực, chọn sơ bộ η t = 0,9

Thay các số liệu trên vào (2.6) ta tính được Nvmax = 920 W Thông qua giá trị công suất cực đại cần thiết, ta chọn động cơ điện một chiều hiệu Advanced DC #140-07-4001 5.5", nhà cung cấp cho ta các thông số kỹ thuật như bảng 2.4 và đặc tính cơ của động cơ như hình 2.19

Hình 2.18 Hình dáng bên ngoài động cơ Advanced DC #140-07-4001, 5.5"

HVTH: KS LÊ THANH TUẤN Trang 41 CBHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của động cơ điện Advanced DC #140-07-4001 theo [14]

TT Thông số kỹ thuật Giá trị

2 Công suất tối đa, kW 2,6

5 Chiều dài động cơ, mm 485

6 Đường kính động cơ, mm 175

Hình 2.19 Đặc tính cơ của động cơ Advanced DC #140-07-4001, 5.5"

Dựa vào đặc tính động cơ hình 2., tiến hành đo ta được số liệu đặc tính cơ của động cơ như bảng 2.5

Bảng 2.5 Số liệu đặc tính của động cơ điện theo đặc tính cơ hình 2.19 n (v/ph) M (Nm) N (W) I (A) 809,7183 24,59774 2597,808 235,5808

Lựa chọn nguồn điện cung cấp

Vào năm 1990, hai vấn đề quan tâm trên toàn cầu là sự tăng trưởng về yêu cầu năng lượng hoá thạch cho vận tải tức là dầu mỏ và giảm thiểu khí xả ô tô lại một lần nữa làm hồi sinh sự phát triển của xe điện Chính điều này đã dẫn đến việc nghiên cứu và phát triển các loại Ắc quy dùng cho xe điện Ắc quy dùng cho xe điện phải có các đặc trưng như:

- Có thể đạt được mật độ năng lượng cao trong một lần sạc để cung cấp cho phạm vi làm việc rộng (quãng đường đi dài)

- Việc tạo ra mật độ năng lượng này có thể đạt được mức độ năng lượng ổn định với đặc điểm phóng điện mạnh cho phép gia tốc và đạt được công suất tiềm năng của một chiếc ôtô điện

- Chu kỳ nạp điện dài với yêu cầu bảo dưỡng thấp và độ an toàn về cơ khí cao được tạo ra cho bình ắc quy

- Tái nạp điện và sử dụng được nhiều lần nên về quan điểm môi trường chúng được chấp nhận rộng rãi

Hiện nay ắc quy xe điện thường được sử dụng các loại ắc quy như: ắc quy Pb- axít, ắc quy NiMH, Li-ion và ắc quy Lithium -Polymer

* Ắc quy chì - axít Ắc quy chì vẫn là loại được sử dụng phổ biến nhất trên các xe điện hiện nay Đây là loại ắc quy có giá thành thấp nhất trên thị trường

Loại Ắc quy chì axít hiện nay có nhiều cải tiến như có van điều chỉnh VRLA hoạt động tốt bởi tác dụng bảo vệ môi trường của nó Chúng không yêu cầu phải có khoảng không gian lớn để lắp đặt giống như ắc quy chì - axít và không yêu cầu phải chăm sóc thường xuyên Hiện nay loại ắc quy liên tục nghiên cứu để giảm về kích thước, cải thiện mật độ năng lượng và giá thành

* Ắc quy NiMH (Nickel Metal Hydride) Ắc quy NiMH được xem như là một ắc quy loại thống lĩnh thị trường trong một thời gian dài Ắc quy Ni - Cd có một bước khởi đầu đơn giản, nhưng với những bước tiến đáng kể trong 4 thập kỷ qua từ năm 1950, ăc quy này được cải thiện gấp 4 lần so với ban đầu Ắc quy này được phát triển mạnh cho ứng dụng trên thị trường máy tính xách tay, điện thoại di động, máy quay phim xách tay càng thúc đẩy những yêu cầu về nâng cao hiệu suất của Ắc quy

Hiện nay ắc quy NiMH ngày càng được cải để giảm độc hại cho môi trường như liên tục cải thiện cả hai mặt giá thành và mật độ năng lượng

* Ắc quy Li - ion Ắc quy Li-ion là loại có tính thương mại xếp hạng thứ ba cho ứng dụng ôtô điện

Bởi vì Li - ion là loại kim loại có điện thế âm cao nhất và nguyên tử lượng nhỏ nhất Ắc quy dùng Lithium có điện thế lớn nhất để đạt được công nghệ bức phá sẽ cung cấp cho xe điện với đặc điểm hiệu suất cao nhất trong việc gia tốc và phạm vi làm việc Ưu điểm của ắc quy Li-ion có khả năng đạt gấp ba lần năng lượng trên mỗi đơn vị khối lượng và thể tích so với các loại Ắc quy chì - axít và NiMH thường Điều này tương đương gấp ba lần mức điện áp 3,5 V Bởi đặc điểm năng lượng cao, Ắc quy Li- ion được ứng dụng rộng rãi trong xe điện và xe lai

Nhược điểm của ắc quy này là kim loại Lithium phản ứng dễ dàng với không khí và với hầu hết chất điện phân ở dạng lỏng Để làm mất đi tác dụng phụ của kim loại Lithium, cho Lithium xen vào giữa carbon graphic (Li X C) thường cho giá trị điện áp tốt và hiệu suất cao trong khi chăm sóc ắc quy cũng được an toàn

Bảng 2.3 So sánh mật độ năng lượng và công suất theo khối lượng và thể tích [9]

Theo năng lượng Theo công suất

Hiện tại Tương lai Hiện tại Tương lai

Loại ắc quy W.h/kg W.h/l W.h/kg W.h/l W.h/kg W.h/l W.h/kg W.h/l

Từ những phân tích trên và bảng 2.3 ta thấy việc lựa chọn ắc quy Lithium - ion là phù hợp cho việc thiết kế và sử dụng trên xe điện

Dựa vào các kết quả tính toán lựa chọn động cơ, thông số kỹ thuật của động cơ và bảo đảm cho xe hoạt động được thời gian dài ta dùng 2 bộ ắc 36V – 200Ah của hãng Guangdong China (Mainland) mắc song song với nhau

Theo [15] trang điện tử của nhà cung cấp ta có thông số kỹ thuật của ắc quy như bảng 2.4

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của ắc quy 36V – 200Ah Guangdong China (Mainland)

TT Thông số kỹ thuật Giá trị

1 Thông số kết cấu (D x R x C), mm 522 x 358 x 245

4 Số lượng ắc quy đơn 12

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ NGUỒN

Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện

Điều khiển động cơ điện là một phần quan trọng trong hệ thống điện Bộ điều khiển tốc độ động cơ điện phải đạt được các yêu cầu sau:

- Độ tin cậy cao - Phát huy được hết công suất của động cơ - Giá thành thấp nhất Đối với hệ thống điều khiển của động cơ thường phải:

- Điều khiển quá trình khởi động êm dịu và dòng điện khởi động phải vừa đủ để tránh gây hư hỏng cho các linh kiện điện tử, động cơ điện và nguồn điện

- Điều khiển được quá trình hãm ngược và hãm động năng

- Điều khiển tốc độ động cơ điện êm dịu, hiệu suất cao

3.1.1 Nguyên lý điều khiển 1 Khởi động động cơ điện

Từ phương trình cân bằng áp của động cơ:

Trong đó: E : Sức điện động của động cơ (V)

Iư : Dòng điện phần ứng (A)

R ư : Điện trở mạch phần ứng của động cơ (Ω)

Ta xác định được dòng của động cơ khi làm việc ở chế độ động cơ:

Tại thời điểm khởi động ω = 0 do đó dòng khởi động có giá trị:

Do R ư có giá trị rất nhỏ nên dòng khởi động ban đầu sẽ rất lớn, thường vào khoảng 20 - 25 lần dòng định mức Với giá trị dòng khởi động lớn như vậy sẽ gây hư hỏng cho các linh kiện điện tử, động cơ điện và nguồn điện Để giảm dòng khởi động ta có hai biện pháp:

- Biện pháp thứ nhất là tăng điện trở mạch phần ứng

- Biện pháp thứ hai là giảm điện áp cung cấp cho động cơ Đối với biện pháp thứ nhất tăng điện trở phần ứng làm cho tiêu hao thêm năng lượng và phải mắc thêm điện trở phụ, vì vậy ta có thể áp dụng biện pháp thứ hai giảm điện áp cung cấp cho động cơ bằng mạch điện tử

2 Quá trình hãm ngược và hãm động năng a Quá trình hãm ngược

Quá trình hãm ngược hường được sử dụng trong trường hợp giảm tốc độ động cơ Quá trình hãm ngược được thực hiện bằng hai cách:

- Hãm ngược bằng cách đưa điện trở R f lớn vào động cơ Đặc tính cơ khi hãm chính là đặc tính biến trở Dòng điện hãm ngược được tính như sau:

Hình 3.1 Đặc tính cơ hãm ngược với R f trong mạch phần ứng Đặc tính cơ của quá trình hãm ngược được thể hiện trong hình 3.1 Giả sử động cơ đang làm việc với tốc độ xác lập ứng với điểm a Ta đưa một điện trở phụ R f đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở

Tại điểm b mô men do động cơ sinh ra nhỏ hơn mô men cản nên động cơ giảm tốc độ nhưng động cơ vẫn quay theo chiều ban đầu Và tốc độ động cơ sẽ giảm dần đến điểm c, khi đó tốc độ động cơ bằng 0

- Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng a) b)

Hình 3.2 Sơ đồ hãm ngược đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ điện a) Sơ đồ điện khi hãm; b) Đặc tính cơ khi hãm Đặc tính cơ của quá trình hãm ngược được thể hiện trong hình 3.2a Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặc tính tự nhiên với tải M c , ta đổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm điện trở phụ R f vào trong mạch Động cơ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở Tại điểm b mô men đã đổi chiều chống lại chiều quay của động cơ nên tốc độ động cơ giảm theo đoạn bc Tại điểm c tốc độ bằng không, nếu ta ngắt phần ứng khỏi điện áp nguồn thì động cơ sẽ dừng lại b Quá trình hãm động năng

Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành năng lượng tiêu tán trong mạch hãm

- Hãm động năng kích từ độc lập:

Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm ta cắt phần ứng của động cơ ra khỏi nguồn điện một chiều và đóng vào điện trở hãm Còn cuộn kích từ được nối vào lưới điện với một điện trở phụ sao cho dòng kích từ lúc này có chiều như cũ và trị số không đổi bằng Iktđm Mạch điện động cơ khi hãm như hình 3.3

Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động cơ vẫn có giá trị ω hđ nên

HVTH: KS LÊ THANH TUẤN Trang 49 CBHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG và dòng điện hãm ban đầu:

Tương ứng có mô men hãm ban đầu:

Hình 3.3 Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập của động cơ điện một chiều a) Sơ đồ điện khi hãm; b) Đặc tính cơ khi hãm

Biểu thức (3.6) và (3.7) chứng tỏ dòng hãm Ihđ và Mhđ ngược chiều với tốc độ ban đầu của động cơ khi hãm động năng nên tốc độ động cơ sẽ giảm dần về 0

- Hãm động năng tự kích: a) b)

Hình 3.4 Sơ đồ hãm động năng tự kích của động cơ điện a) Sơ đồ điện khi hãm; b) Đặc tính cơ khi hãm

Khi động cơ quay, muốn thực hiện hãm động năng tự kích ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ khỏi lưới điện để đóng vào 1 điện trở hãm nhưng dòng kích từ vẫn giữ nguyên như cũ Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ hãm biểu diễn trên hình 3.4

Phương trình đặc tính cơ khi hãm:

(3-8) và từ thông kích từ giảm dần trong quá trình hãm động năng tự kích Kết luận:

- Qua phân tích ta thấy để giảm tốc độ động cơ nên dùng hãm động cơ bằng phương pháp hãm động năng vì sẽ giúp giảm tốc động cơ mà sử dụng năng lượng của nguồn cung cấp ít

- Quá trình hãm động năng kích từ độc lập dùng trong trường hợp dừng khẩn cấp và quá trình hãm động năng tự kích được dùng trong trường hợp giảm tốc độ động cơ

3.1.2 Lựa chọn phương pháp điều khiển

Hiện nay để điều khiển động cơ điện áp dụng trên xe điện thường có hai phương pháp chủ yếu là: thay đổi điện trở phụ, thay đổi điện áp và xung áp

* Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phụ

Từ sơ đồ nguyên lý hình 3.7, ta có:

Uư = Eư + Iư (Rư + Rf) = K.Ф.ω + Iư.Rư (3-9) Trong đó:

E ư - Sức điện động phần ứng R ư - điện trở của mạch phần ứng Rf - điện trở phụ

I ư - dòng điện mạch phần ứng Với: R ư = r ư + r cf + r ct + r kt (3-10) rư - điện trở cuộn dây phần ứng r cf - điện trở cuộn cực từ phụ r ct - điện trở tiếp xúc của chổi than r kt - điện trở của cuộn kích từ

Mặt khác ta có: Ф = C.Iư (3-11)

Theo công thức (3.14) ta thấy khi ta thay đổi điện trở phụ thì đặc tính cơ của động cơ cũng thay đổi như hình 3.6

Hình 3.6 Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ điện bằng điện trở phụ

Lựa chọn phương pháp nạp

Phương pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui được no Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ắc qui đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý nạp ắc quy với dòng không đổi Phương pháp nạp với điện áp không đổi

Phương pháp này yêu cầu các ắc qui được mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian Tuy nhiên dùng phương pháp này ắc qui không được nạp no Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ sung cho ắc qui trong quá trình sử dụng

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý nạp với điện áp không đổi Phương pháp nạp dòng áp

Hình 3.15 Các giai đoạn nạp ắc quy Li-ion

HVTH: KS LÊ THANH TUẤN Trang 59 CBHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp Đối với các tế bào chỉ được nạp đến 4.20V/cell với dung sai +/-50mV/cell Điện áp cao hơn có thể tăng công suất, nhưng quá trình oxy hóa tế bào sẽ làm giảm tuổi thọ

Quá trình nạp được thực hiện qua bốn giai đoạn - Giai đoạn 1 nạp với phương pháp dòng không đổi, khi đó điện áp và dung lượng pin tăng lên một cách nhanh chóng Tuy nhiên để đạt được trạng thái no thì cần phải nạp mất rất nhiều thời gian, nhiệt độ của ắc quy cao và có thể điện thế vượt ngưỡng điện thế cho phép của một tế bào điện Vì vậy để bảo vệ ắc quy và thời gian nạp nhanh lúc này cần chuyển sang giai đoạn nạp với phương pháp điện áp không đổi

Bảng 3.1 Thời gian nạp ắc quy Điện áp nạp (V) /tế bào

Dung lượng ở điện áp nạp

Dung lượng khi bão hòa

Giai đoạn 2 nạp với phương pháp điện áp không đổi, khi đó dòng điện được giảm xuống một cách nhanh chóng và dung lượng của ắc quy cũng được tăng lên Tuy nhiên nếu tiếp tục nạp để đạp trạng thái no thì cũng như giai đoạn 1 cần phải nạp mất rất nhiều thời gian, nhiệt độ của ắc quy cao và ắc quy làm việc trong thời gian dài nên sẽ gây giảm tuổi thọ của ắc quy Giai đoạn này kết thúc khi dòng điện đạt khoảng 3% so với dòng nạp trong giai đoạn 1 Đối với một số mạch nạp có thể kết thúc quá trình nạp ở đây để bảo đảm kéo dài được tuổi thọ của ắc quy Tuy nhiên nếu muốn nạp cho ắc quy no thì lúc này càn chuyển sang giai đoạn 3 và 4

Hình 3.16 Đồ thị thể hiện dung lượng ắc quy trong quá trình nạp

Giai đoạn 3 và 4 (giai đoạn nạp no): lúc này để tránh nhiệt độ ắc quy tăng lên và quá tải cho pin thì ta cần phải không nạp cho pin trong một thời gian ngắn, khi đó ắc quy sẽ xảy ra hiện tượng tự phóng điện Sau khoảng thời gian nghỉ ta lại tiếp tục nạp với điện áp không đổi để bù lại lượng lượng điện áp đã tự phóng và tiếp tục bổ sung dung lượng cho ắc quy Cứ như thế lặp lại quá trình trên cho đến khi dung lượng của ắc quy đầy

Kết luận: Từ các phương pháp nạp trên ta thấy phương pháp nạp dòng áp là tốt nhất bảo đảm kéo dài được tuổi thọ của ắc quy, nạp được dung lượng đầy Vì vậy phương pháp này thích hợp để nạp cho ắc quy dùng trên xe điện

3.2.2 Lựa chọn bộ nạp ắc quy

Bộ nạp thông minh CH-HJP2KW được thiết kế để nạp cho ắc quy lithium- ion

Với các tính năng như sau [16]:

- Bộ nạp này có ba giai đoạn nạp: dòng không không đổi, điện áp không đổi và nạp đầy

- Có quạt làm mát để nâng cao tuổi thọ của thiết bị - Hiệu điện thế đầu vào 200-240 VAC , 47-63Hz

+ Bảo vệ quá dòng hoặc quá áp + Bảo vệ ngắn mạch

+ Bảo vệ ngược cực - Dòng nạp đối với ắc quy 37V là 40 A - Công suất đầu ra lớn nhất là 2000W - Khối lượng 6,5 kg

- Thời gian nạp: (1,5 x dung lượng ắc quy): dòng nạp - Hiệu suất 85 - 95%

Tính toán thời gian làm việc của xe điện

Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào số giờ mà xe chạy hết bình và tỷ lệ khối lượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tỷ lệ tối ưu là không quá 30%

Theo định luật Peukert, dung lượng acquy bằng tích giữa dòng điện phóng và thời gian phóng điện: n

Vì vậy ta tính được thời gian hoạt động của xe như sau : tp = Q /I n p (giờ) (3-21)

Thời gian hoạt động tối đa của xe được tính cho trường hợp công suất của động cơ điện là 920 W (lúc này xe chạy với vận tốc 15 km/h) và dòng điện phóng là 50 A

Thay vào công thức (3-21) ta được: t p = 400 / 50 = 8 giờ

Thời gian hoạt động tối thiểu của xe được tính cho trường hợp công suất của động cơ điện là 2,6 KW và dòng điện phóng yêu cầu đạt 235 A Thay vào công thức (3-21) ta được: t p = 400 / 235 = 1,7 giờ

Từ đặc tính kỹ thuật của động cơ điện và đặc tính kỹ thuật của ắc quy ta xác định được thời gian hoạt động của ắc quy ứng với từng chế độ công suất động cơ khác nhau

Bảng 3.2 Thời gian hoạt động của động cơ ở các chế độ tốc độ khác nhau n (v/ph) M (Nm) N (W) I (A) t (giờ) 809,71 24,59774 2597,808 235,5808 1,697931

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE ĐIỆN

Thiết kế hệ thống truyền lực

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực

Từ sơ đồ phương án thiết kế hệ thống truyền lực như hình 4.1, tỷ số truyền của hệ thống xác định theo công thức: bx M bx

Trong đó: ω M , n M là vận tốc góc và số vòng quay của động cơ điện ứng với công suất động cơ ở vận tốc thiết kế lớn nhất Theo bảng 2.4 ta có n M = 2150 (v/ph) ω bx , n bx là vận tốc góc và số vòng quay cần thiết lớn nhất của bánh xe Với n bx được xác định theo công thức:

Thay các giá trị có được vào công thức (4-1) ta được:

Giá bắt động cơ và hộp giảm tốc

4.1.2 Lựa chọn truyền lực chính và hộp giảm tốc

Như đã giới thiệu ở trên, hệ thống truyền lực của ô tô thiết kế sử dụng cầu của xe SUZUKI Tỉ số truyền của truyền lực chính xe SUZUKI là i = 5,125

Ta phải chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc là :

Theo tỷ số truyền trên ta chọn hộp giảm tốc ZDH10 của hãng Tailong-Trung Quốc có tỷ số truyền là 3,15

Nên tỷ số truyền hệ thống truyền lực của xe thiết kế là iH = 5,125 x 3,15 = 16,15

Tỷ số này không nhỏ hơn yêu cầu nhiều nên ta chọn tỷ số truyền này.

Tính toán các thông số động học và động lực học của xe điện

Bảng 4.2 Thông số tính toán động học và động lực học

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Trọng lượng toàn bộ ô tô G a kG 900,2

- Phân bố lên cầu trước G1 kG 444,7

- Phân bố lên cầu chủ động G 2 kG 455,5

Trọng lượng bản thân G 0 kG 420,2

Bán kính bánh xe r bx m 0,26

Hệ số cản không khí K kGs 2 /m 4 0,05

Hiệu suất hệ thống truyền lực η - 0,9

Công suất lớn nhất N emax kW 2,6

Số vòng quay ứng với N emax n N v/ph 2150

Momen xoắn cực đại Memax N.m 24,5

Số vòng quay ứng M emax n m v/ph 950

Tỷ số truyền truyền lực chính i 0 - 5,125

Tỷ số truyền hộp giảm tốc i gt - 3,15

Tỷ số truyền hệ thống truyền lực i M - 16,15

4.2.1 Xác định khả năng quay vòng

Sơ đồ tính toán quay vòng như sau:

Hình 4.2 Sơ đồ động học quay vòng của xe Đối với các bánh xe dẫn hướng, để đảm bảo sự trượt không xảy ra thì góc quay của chúng phải thỏa mãn biểu thức: cotg α - cotgβ L B

(4-3) Trong đó: α, β - là góc quay của các bánh xe dẫn hướng ngoài và trong;

L - Chiều dài cơ sở của xe, L = 1190 mm B - Khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng, khoảng cách này gần bằng chiều rộng cơ sở của xe nên trong tính toán ta lấy B bằng chiều rộng cơ sở của xe, B 0 = 945 mm

Bán kính quay vòng nhỏ nhất và hành lang quay vòng

Với : α max là góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng ngoài β max là góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng ngoài

Rqvmin là bán kính quay vòng ứng với góc αmax

Kết quả tính toán như bảng 4.3

Bảng 4.3 Kết quả tính toán quay vòng của xe α max ( o ) β max ( o ) R qvmin (mm) R qv_trmin (mm) H qvmin (mm)

Nhận xét: Ta thấy bán kính và hành lang quay vòng của xe tương đối nhỏ vì vậy với các kích thước của xe thiết kế có thể di chuyển trong các siêu thị đạt chuẩn như đã nêu trong chương I

4.2.2 Kiểm tra tính ổn định của xe điện

Góc giới hạn lật khi lên dốc: g

Góc giới hạn lật khi xuống dốc: g

Góc giới hạn lật trên đường nghiêng ngang: h g arctg B

Vận tốc chuyển động tới hạn của ô tô khi quay vòng với bán kính R qmin g q gh h

Trong đó: R qvmin = 1,682 (m) là bán kính quay vòng nhỏ nhất

Kết quả tính toán như bảng 4.4

Bảng 4.4 Kết quả kiểm tra tính ổn định của xe

Thông số Thứ tự Trạng thái tải trọng xe a (m) b (m) hg (m) B (m)α L (độ) α x (độ) β (độ) V gh (km/h)

Nhận xét: Các giá trị giới hạn về ổn định của ô tô thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn và điều kiện đường sá thực tế, bảo đảm ô tô hoạt động ổn định trong các điều kiện chuyển động

4.2.3 Tính toán nhân tố động lực học a Tốc độ di chuyển của ô tô:

Trong đó : + n e - số vòng quay của trục khuỷu động cơ (v/ph);

+ rbx - bán kính làm việc của bánh xe, rbx = 0,26 m;

+ iH - tỷ số truyền của hệ thống truyền lực, = 16,15; b Lực kéo trên bánh xe chủ động:

Trong đó : + M e - mô-men xoắn trên trục động cơ (kG.m); c Lực cản không khí khi ô tô di chuyển:

Trong đó :+ K - hệ số cản không khí, chọn K = 0,05 kGs 2 /m 4 + F - diện tích cản chính diện của ô tô, (m 2 )

+ V- vận tốc tương đối giữa ô tô và không khí, V = 15 km/h + F - Diện tích cản chính diện của xe F = B.H = 1,55 x 0.945 = 1,46 m 2 d Nhân tố động lực học của ô tô:

Trong đó : + P K – lực kéo trên bánh xe chủ động, (N) + P W – lực cản khí động khi ô tô di chuyển (N)

+ G – trọng lượng toàn bộ của ô tô, G = 9020 N; e Khả năng vượt dốc: Độ dốc ô tô vượt được xác định theo công thức: i = D – f (4-15)

Trong đó: + D – nhân tố động lực học;

+ f – hệ số cản lăn, chọn f = 0,02 Các kết quả tính toán như bảng sau: n (v/pp) M (Nm) N (W) V (km/h) Pk (N) Pw (N) D i

Hình 4.3 Đồ thị nhân tố động lực học

Các kết quả tính toán:

Nhân tố động lực học lớn nhất D max 0,15

Nhân tố động lực học D min 0,01

Vận tốc V max thực tế theo hệ số cản của mặt đường (km/h) 14,57

Khả năng vượt dốc lớn nhất i max 13 %

Nhận xét: Vận tốc xe này là khá thấp V max = 14,57 km/h Tuy nhiên xét trong điều kiện làm việc của xe là di chuyển trong siêu thị nên vận tốc này không cần phải cao

Tiêu đề	Nghiên cứu thiết kế mẫu xe điện phục vụ trong siêu thị
Tác giả	Lê Thanh Tuấn
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Hữu Hường
Trường học	Đại học Quốc gia TP.HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật ô tô – máy kéo
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2012
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	0,98 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
1. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. Lý Thuyết Ôtô Máy Kéo. Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2008	Khác
2. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền. Truyền động điện. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2009	Khác
3. Phạm Xuân Mai, Nguyễn Hữu Hường, Ngô Xuân Ngát. Tính toán sức kéo Ôtô Máy kéo. Nhà xuất bản đại học quốc gia TPHCM, 2001	Khác
4. Đỗ Văn Dũng. Hệ Thống Điện Động Cơ, Nhà xuất bản đại học quốc gia TPHCM, 2004	Khác
5. Nguyễn Văn Phái. Giải Bài Toán Cơ Kỹ Thuật Bằng Chương Trình ANSYS, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2003	Khác
6. Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Trọng Giảng. ANSYS & Mô Phỏng Số Trong Công Nghiệp Bằng Phần Tử Hữu Hạn, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2003.TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI	Khác
7. GORDON McCOMB. The Robot Builder’s Bonanza, ISBN 0-07-136296-7, 2000	Khác
8. Seth Leithman Bob Brant. Build your own electric vehicle, ISBN 0-07-164351- 6, 2009	Khác
9. Sandeep Dhameja. Electric vehicle battery systems, ISBN 0-7506-9916-7, 2002. TÀI LIỆU TỪ INTERNET	Khác
10. www.thuvienphapluat.vn/default.aspx 11. www.maximark.com.vn/index.php?act=info	Khác
12. www.saigonco-op.com.vn/index3.php?option=system&l=3	Khác
13.www.tinmoi.vn/Khai-truong-sieu-thi-dien-may-WonderBuy-06168834.html 14.www.evparts.com/products/index.php?section=products_zoom&TAG=mt2110	Khác