Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN KHUNG XE TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU THAM DỰ CUỘC THI SHELL ECO-MARATHON RESEARCH ON IMPROVEMENT CHASSIS TO SAVE FUEL FOR VEHICLE TO TAKE PART IN THE SHELL ECO-MARATHON COMPETITION 1,2 Nguyễn Văn Bang1, Vũ Văn Định2 Bộ môn Cơ khí ô tô, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải, bangnv54@gmail.com; dinhvv@utc.edu.vn TÓM TẮT Bài viết trình bày kết nghiên cứu cải tiến khung xe tiết kiệm nhiên liệu phần mềm Catia Từ thiết kế kết cấu khung xe tiết kiệm nhiên liệu với ưu điểm như: Đảm bảo độ xác kích thước xe; Giúp cho xe có chiều cao trọng tâm thấp hơn; Khối lượng khung nhẹ hơn; Kết cấu đơn giản đảm bảo điều kiện bền, độ cứng vững cần thiết Từ khóa: khung xe tiết kiệm nhiên liệu, thi Shell Eco-Marathon, Honda EcoMileage Challenge ABSTRACT This paper presents the results of research on improvement chassis to save fuel based on Catia software A new structure of chassis, therefore, was designed with advantages such as: Ensuring the accuracy of the vehicle sizes; Decrease center height; Decrease the mass of chassis; Ensure reliability and stiffness in spite of simple structure Keywords: chassis to save fuel, Shell Eco-Marathon competition, Honda Eco-Mileage Challenge ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu, yếu tố định đến thành công đội tham dự kết cấu xe kỹ thuật lái xe Để xe sinh thái có kết cấu tối ưu, phải đáp ứng yêu cầu sau: Khối lượng nhỏ nhất; Hệ số cản khí động học nhỏ Trong hệ thống, tổng thành xe sinh thái, khung xe phận có khối lượng lớn liên quan nhiều đến hệ thống, tổng thành xe Bằng phần mềm thiết kế chuyên ngành Catia, khung xe tiết kiệm nhiên liệu cải tiến với ưu điểm sau: Đảm bảo độ xác kích thước xe; Giúp cho xe có chiều cao trọng tâm thấp hơn; Khối lượng khung nhẹ hơn; Kết cấu đơn giản đảm bảo điều kiện bền, độ cứng vững cần thiết CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Kết cấu khung xe phải đảm bảo kích thước toàn xe, không vi phạm quy định thi - Khung xe cải tiến phải có khối lượng nhỏ - Kết cấu khung đơn giản đảm bảo độ bền, độ cứng vững - Đảm bảo vị trí tương quan hệ thống, tổng thành xe - Đảm bảo đường thẳng nối tâm hai bánh xe trước phải vuông góc với trục xe 504 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV - Kiểm soát chiều cao trọng tâm bánh xe dẫn hướng bánh xe chủ động - Tâm bánh sau phải nằm đường trung trực đường thẳng nối tâm hai bánh trước Hình Cơ sở đảm bảo kích thước hình học khung xe KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 3.1 Xác định kích thước tổng thể khung a) Quy định kích thước xe tham gia thi Shell Eco Marathon [3] Shell Eco Marathon thi đề cao tính an toàn, quy định thi nghiêm ngặt, có quy định kích thước xe: - Chiều dài tổng thể xe phải nhỏ 3500 mm - Chiều dài sở xe phải lớn 1000 mm - Chiều rộng tổng thể xe phải lớn 500 mm không vượt 1300 mm - Chiều cao xe không vượt 1250 mm - Tổng khối lượng xe không vượt 140 kg b) Xác định kích thước tổng thể khung xe Dựa sở lý thuyết khí động học, quy định kích thước ban tổ chức, kích thước hệ thống, tổng thành bố trí xe kích thước người lái xe xác định kích thước tổng thể khung sau: - Chiều dài toàn (L): L = L + L + L3 = 2550 mm Trong đó: L1 chiều dài sở, xác định dựa sở bán kính quay vòng xe độ ổn định xe trình chuyển động (L = 1650 mm); L2 khoảng cách để người lái duỗi chân (L = 600 mm); L3 khoảng cách để chứa động (L = 300 mm) - Chiều rộng toàn (B): B = B + B = 520 mm Trong đó: B chiều rộng vai người lái xe (B = 450 mm); B khoảng cách để bố trí thiết bị phụ nối vỏ với khung - Chiều cao toàn (H): H = 720 mm Chiều cao toàn chọn cho đảm bảo hài hòa chiều dài chiều rộng Ngoài liên quan đến vị trí lắp đặt bình nhiên liệu cho đủ áp lực để cung cấp nhiên liệu cho động 505 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Các kích thước tổng thể khung xe 3.2 Thiết kế kết cấu a) Kết cấu khung xe cũ Hình Biên dạng khung Hình Khung xe Hình Kết cấu bắt hai bánh trước Hình Kết cấu đuôi xe, khoang động Hình Kết cấu khung xe cũ Hình Khung vỏ hoàn thiện Nhận xét: Do đặc điểm kết cấu vật liệu chế tạo dẫn đến khối lượng khung xe cũ lớn Khung xe cũ chưa có mặt chuẩn khung nên không đảm bảo 02 điều kiện: Đường thẳng nối tâm hai bánh xe trước phải vuông góc với trục xe; Tâm bánh sau phải nằm đường trung trực đường thẳng nối tâm hai bánh trước 506 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Công nghệ chế tạo phức tạp nhiều thời gian chưa tách phần để chế tạo riêng Kích thước khung xe cũ lớn trọng tâm khung cao b) Kết cấu khung xe cải tiến Hình Mặt chuẩn khung xe Hình 10 Kết cấu đuôi xe Hình 11 Kết cấu bắt hai bánh trước Hình 12 Gia cường kết cấu đuôi xe Hình 13 Kết cấu khung xe cải tiến Hình 14 Kết cấu vỏ xe cải tiến c) Những kết đạt sau cải tiến Khung xe có kết cấu đơn giản, dễ gia công chế tạo Ưu điểm bật khung xe cải tiến chia nhỏ phần để chế tạo (Phần đầu, phần thân phần đuôi khung xe chế tạo riêng, sau ghép lại để tạo thành khung hoàn chỉnh) Do tiết kiệm chi phí chế tạo giảm thời gian chế tạo Khung xe cải tiến có kích thước nhỏ so với khung xe cũ (Kích thước khung xe cũ: H = 760 mm; B = 540 mm; L = 2600 mm; Kích thước khung xe cải tiến: H = 720 mm; B = 520 mm; L = 2550 mm) Từ giúp xe tăng độ ổn định chuyển động thuận lợi cho trình quay vòng Trọng tâm xe cải tiến hạ thấp so với khung xe cũ (Trọng tâm khung xe cũ: 325,235 mm; Trọng tâm khung xe cải tiến: 312,5 mm), giúp xe tăng độ ổn định di chuyển đường đua 507 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bên cạnh khối lượng khung xe cải tiến nhẹ hơn, tổng khối lượng khung xe nặng 9,125 kg, tổng khối lượng khung xe cũ 15,515 kg Vì vậy, chắn xe có khung cải tiến tiết kiệm nhiên liệu so với xe sử dụng khung cũ điều kiện khai thác 3.3 Kiểm tra bền khung xe cải tiến Kiểm tra bền khung xe hai chế độ: chế độ quay vòng chế độ phanh gấp [1] a) Cơ sở lý thuyết Chế độ phanh gấp Khi phanh gấp khung bị uốn lực quán tính = Pjk mk j p max ϕ g = ; j p max g δi Trong đó: m k - Tổng khối lượng đặt lên khung; j pmax - Gia tốc chậm dần lớn phanh xe ϕ - Hệ số bám lốp xe đường, ϕ = 0,7÷0,8; g- Gia tốc trọng trường, g = 10 m/s2 δ i - Hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng chuyển động quay, δ imax = Chế độ quay vòng Khi quay vòng cột đứng ngang khung chịu tác dụng lực quán tính ly tâm theo chiều ngang chiều dọc: = Plt Rq Gk V = ; ρ cos α ρ Trong đó: R qmin - Bán kính quay vòng giới hạn xe; V - Vận tốc giới hạn quay vòng G k - Trọng lượng khung xe; ρ - Khoảng cách từ tâm quay vòng đến điểm đặt lực quán tính ly tâm; α - Góc quay trung bình bánh xe dẫn hướng b) Kiểm tra bền phần mềm Catia - Ở chế độ phanh gấp, lực quán tính phanh P jk = 800 N, chia cho 10 điểm khung (hình 15) [2] - Ở chế độ quay vòng, lực quán tính ly tâm phân tích thành lực quán tính ly tâm theo phương dọc (P ltd ) lực quán tính ly tâm theo phương ngang (P ltng ) Lực quán tính ly tâm đặt 15 điểm khung Giá trị lực quán tính ly tâm theo phương dọc, ngang P ltd = 104 N, P ltng = 433 N (hình 18) [2] Hình 15 Sơ đồ đặt lực khung chế độ phanh gấp 508 Hình 16 Chuyển vị khung chế độ phanh gấp Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 17 Ứng suất khung chế độ phanh gấp Hình 18 Sơ đồ đặt lực chế độ quay vòng Hình 19 Chuyển vị khung chế độ quay vòng Hình 20 Ứng suất khung chế độ quay vòng Bảng Kết kiểm tra bền khung xe hai chế độ Chuyển vị max [mm] Ứng suất max [Mpa] Chế độ phanh gấp 1,72 74,4 Chế độ quay vòng 1,88 72,9 KẾT LUẬN Khung xe cải tiến với ưu điểm: Đảm bảo độ xác kích thước xe; Giúp cho xe có chiều cao trọng tâm thấp hơn; Khối lượng khung nhẹ hơn; Kết cấu đơn giản đảm bảo điều kiện bền, độ cứng vững cần thiết Đây yếu tố định đến hiệu tiết kiệm nhiên liệu thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu Đồng thời khung xe cải tiến với kết cấu đơn giản giúp giảm chi phí thời gian chế tạo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cao Trọng Hiền, Đào Mạnh Hùng (2010), Lý thuyết ô tô, NXB Giao thông Vận tải Hà Nội [2] Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu, Bùi Đình Nghi (1997), Sức bền vật liệu, NXB Giao thông Vận tải Hà Nội [3] Tài liệu hướng dẫn tham gia thi Shell Eco Marathon năm 2015 [4] Tài liệu hướng dẫn tham gia thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu Honda tổ chức năm 2015 [5] Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm Catia 509 ... lượng khung xe cải tiến nhẹ hơn, tổng khối lượng khung xe nặng 9,125 kg, tổng khối lượng khung xe cũ 15,515 kg Vì vậy, chắn xe có khung cải tiến tiết kiệm nhiên liệu so với xe sử dụng khung cũ... tố định đến hiệu tiết kiệm nhiên liệu thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu Đồng thời khung xe cải tiến với kết cấu đơn giản giúp giảm chi phí thời gian chế tạo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cao... xe Hình 13 Kết cấu khung xe cải tiến Hình 14 Kết cấu vỏ xe cải tiến c) Những kết đạt sau cải tiến Khung xe có kết cấu đơn giản, dễ gia công chế tạo Ưu điểm bật khung xe cải tiến chia nhỏ phần