Thiết kế xe tham gia cuộc thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiện liệu do HONDA tổ chức

GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 1 MỤC LỤC Lời nói đầu . 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Mục đích, ý nghĩa của đề tài . 4 1.1.1. Vấn đề khủng hoảng dầu mỏ trên thế giới hiện nay 5 1.1.2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài . 7 1.2. Yêu cầu của xe tham gia cuộc thi 7 1.2.1. Yêu cầu về hình dáng kích thước 7 1.2.2. Hệ thống phanh 8 1.2.3. Động cơ 8 1.2.4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu 9 1.2.5. Hệ thống khởi động 10 1.2.6. Bình điện (Ắc quy) . 11 1.2.7. Tầm nhìn trước . 11 1.2.8. Gương chiếu hậu 11 1.2.9. Hệ thống an toàn . 12 1.3. Giới thiệu tổng quan xe thiết kế . 13 1.3.1. Đặc điểm kết cấu xe thiết kế . 13 1.3.2. Phương pháp điều khiển xe chạy 13 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN KHUNG XE 2.1. Yêu cầu đối với khung xe 15 2.2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế khung 15 2.3. Phân tích chọn loại khung thiết kế cho xe 17 2.4. Xác định kích thước sơ bộ của khung 20 2.5. Vật liệu và công nghệ chế tạo khung . 23 CHƯƠNG 3: KIỂM TRA BỀN KHUNG XE 3.1. Lựa chọn phương án kiểm tra bền khung xe 24 GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 2 3.2. Giới thiệu phần mềm ANSYS 12.0 26 3.3. Tính biến dạng khung bằng phần mềm ANSYS 12.0 . 27 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 3 Lời nói đầu Từ năm 1981, Honda Nhật Bản bắt đầu tổ chức cuộc thi “Lái xe sinh thái, tiết kiệm nhiên liệu”. Cuộc thi “Lái xe sinh thái, tiết kiệm nhiên liệu” là một sân chơi cạnh tranh lành mạnh với mục đích nâng cao niềm vui sáng tạo cũng như ý thức bảo vệ môi trường cho giới trẻ. Năm 2010 là năm đầu tiên cuộc thi được tổ chức tại Việt Nam với 10 đội tham gia trong đó có 2 trường Đại học là Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học Giao thông vận tải. Năm 2013 là năm thứ 4 trường Đại học Giao thông vận tải tham gia cuộc thi này. Được sự chỉ đạo của ban chủ nhiệm khoa Cơ khí, đội chúng em được thành lập với 5 thành viên: Nguyễn Đức Dự, Tạ Quang Hải, Lê Đức Nhuận - lớp Cơ khí ô tô A – K49 và Trương Quốc Huy, Đoàn Văn Tú – lớp Cơ khí ô tô A – K50. Nhận thấy tài liệu tham khảo cho việc thiết kế, và các phương pháp tối ưu cho xe tham gia thi là không nhiều, điều này đã gây ra những khó khăn nhất định cho các đội tham gia cuộc thi. Chính vì vậy, chúng em quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế xe tham gia cuộc thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiện liệu do HONDA tổ chức” để đóng góp cơ sở lý thuyết cũng như kinh nghiệm thực tế mà chúng em thu được cho đội tuyển của trường năm sau có kết quả thi tốt hơn. Đề tài được chia thành năm nội dung nhỏ do 5 sinh viên lớp cơ khí ô tô A K49 và 50 thực hiện: - Nguyễn Đức Dự: tính toán thiết kế hệ thống truyền lực. - Lê Đức Nhuận: lên phương án tính toán, cắt bổ động cơ. - Tạ Quang Hải: thiết kế hệ thống bôi trơn và hệ thống đánh lửa - Đoàn Văn Tú: thiết kế, chế tạo vỏ xe. - Trương Quốc Huy: tính toán, thiết kế khung xe. Để làm ra một chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu thì mỗi đội thi lại có những ý tưởng riêng, phương án thiết kế riêng, nó thể hiện tính sáng tạo trong thiết kế của các đội GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 4 chơi. Trong phạm vi nghiên cứu lần này, chúng em dựa trên cơ sở thiết kế của chiếc xe đã hoàn thành và những kinh nghiệm đúc kết được trong quá trình làm việc để thực hiện đề tài. Chính vì vậy, đề tài mới chỉ đưa ra được một trong rất nhiều các phương án thiết kế, do đó vẫn cần phải bổ sung và hoàn thiện rất nhiều khi được áp dụng vào thức tế. Chúng em xin cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn Cơ khí ô tô đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho chúng em trong quá trình thực hiện đề tài cũng như trong quá trình chế tạo chiếc xe. Đồng thời, chúng em xin chân thành cảm ơn thày Trương Mạnh Hùng – người đã trực tiếp chỉ đạo, hướng dẫn chúng em trong suốt ba tháng chế tạo xe. Sinh viên thực hiện Trương Quốc Huy GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài 1.1.1.Vấn đề khủng hoảng dầu mỏ trên thế giới hiện nay Trong báo cáo về tình hình năng lượng năm 2012 của liên hợp quốc, các chuyên gia cảnh báo thế giới đang đối diện với tình trạng cạn kiệt dầu mỏ. Theo mức tiêu dùng hiện nay, loại "vàng đen" này sẽ hết trong vòng 49 năm nữa. Trong khi dầu mỏ có thể cạn kiệt vào năm 2060 thì các chuyên gia cho rằng trữ lượng khí đốt dồi dào hơn, nhưng lại có những thách thức về hậu cần và vận chuyển; than đá nhiều, nhưng là thủ phạm gây ra khí thải cácbon. Các nguồn năng lượng khác chỉ có thể phát triển độc lập nếu giá dầu vẫn ở mức cao, có nghĩa là giá dầu thế giới phải ở mức cao trong thời gian dài để thế giới có thể dần từ bỏ việc sử dụng dầu. Năng lượng hạt nhân là đáng quan tâm, nhưng với cuộc khủng hoảng hạt nhân tại Nhật Bản hiện nay, các nước dường như sẽ thận trọng với loại năng lượng này, ít nhất là trong tương lai gần. Báo cáo của ngân hàng HSBC viết: "Với giá dầu ở mức hơn 100 USD/thùng, các sản phẩm thay thế dầu thô như dầu cát và chất lỏng tổng hợp sẽ được phát triển nhiều hơn tuy nhiên do công nghệ chưa phát triển và nguồn nhiên liệu cung ứng để ứng dụng và phát triển công nghệ mới này là không đủ." Dự báo thế giới sẽ cạn kiệt dầu mỏ sau 49 năm nữa được ước tính dựa trên mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu hiện nay. Nhưng theo phân tích, dự đoán mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu tiếp tục tăng, khi các thị trường đang nổi phát triển nền kinh tế của họ: Nhu cầu dầu mỏ tăng thêm 110%, lên hơn 190 triệu thùng/ngày (so với mức 90 triệu thùng/ngày hiện nay) khi có thêm hàng tỷ chiếc xe ô tô sẽ lăn bánh trên đường, khi thu nhập tại các nền kinh tế đang nổi tăng lên.Nhu cầu tổng năng lượng sẽ tăng gấp đôi khi các nền kinh tế đang nổi tiếp tục mức tăng trưởng mạnh Lượng khí thải cácbon trong khí quyển sẽ tăng gấp đôi, tức gấp 3 đến5 lần số lượng khí thải được khuyến cáo để giữ cho nhiệt độ trái đất ở mức an toàn. Nhưng GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 6 điểm chính trong báo cáo của ngân hàng HSBC là sản lượng năng lượng của thế giới vào năm 2050 sẽ không có khả năng đáp ứng nhu cầu của thế giới. Việc phát hiện những mỏ dầu mới ngày càng khó khăn hơn. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) ước tính rằng từ năm 1990, trữ lượng dầu phát hiện mới hàng năm chỉ đủ bù một nửa sản lượng khai thác. Điều đáng quan ngại không kém là quy mô các mỏ mới được phát hiện đang giảm và chỉ bằng 1/10 quy mô của những mỏ được phát hiện trong những năm 1960. Mặc dù không có những giải pháp dễ dàng để giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng, nhưng HSBC khuyến nghị phát triển các loại xe ô tô tiết kiệm năng lượng hơn nữa, bởi vì số xe chở khách chiếm tới hơn một nửa nhu cầu năng lượng trong giao thông, sẽ tăng mạnh khi số ô tô/1.000 dân của Trung Quốc sẽ tăng từ mức 22 xe hiện nay lên 350 xe; và Ấn Độ tăng từ 55 xe lên 200 xe vào năm 2050. Bất chấp những nỗ lực này, tất cả các dấu hiệu đều cho thấy thế giới đang bước vào một kỷ nguyên giá năng lượng cao do không thể khuyến khích việc tiết kiệm năng lượng và phát triển các nguồn nhiên liệu thải ít khí cácbon nếu giá các loại nhiên liệu hóa thạch không tiếp tục tăng cao hơn nữa. Ngoài ra, thời gian trước khi có các giải pháp thay thế thường rất dài, do vậy việc tạm thời thiếu các loại nhiên liệu hóa thạch sẽ kéo dài và khi giá dầu trở nên quá nhạy cảm cả với sự mất cân bằng nhỏ giữa cung - cầu năng lượng. Một lý do nữa là việc đáp ứng các mục tiêu tăng trưởng sẽ dễ dàng hơn việc đáp ứng các mục tiêu biến đổi khí hậu. Và để sự chuyển tiếp của thế giới năm 2050 diễn ra suôn sẻ, các chính phủ cần phối hợp và có những hành động ngăn chặn, trước khi việc cạn kiệt dầu mỏ bắt đầu gây khó khăn cho thế giới. Một trong những biện pháp được các nhà chuyên môn trong lĩnh vực ôtô đưa ra đó là phải cải tiến kỹ thuật, chế tạo những loại xe có khả năng tiết kiệm nhiên liệu cao. 1.1.2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài Sau gần ba tháng làm việc, đội chúng em đã thiết kế xong một chiếc xe hoàn chỉnh để tham dự cuộc thi lại xe sinh thái – tiết kiệm nhiên liệu do công ty Honda Việt Nam tổ chức. GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 7 Trong quá trình làm xe ngoài việc thiết kế chế tạo theo kinh nghiệm thì cần có các tính toán để đảm bảo độ chính xác và tối ưu cho xe tham gia cuộc thi. Do đó đề tài này là sự bổ sung hoàn thiện cho quá trình thiết kế xe từ khâu tính toán cho tới khâu chế tạo sản phẩm và đóng góp cơ sở lý thuyết cũng như kinh nghiệm thực tế mà chúng em thu được cho đội tuyển của trường các năm tiếp theo. Hy vọng người lái sẽ giúp chiếc xe của trường Đại học giao thông vận tải trở thành xe tiết kiệm nhiện liệu nhất, đạt thành tích cao nhất trong cuộc thi năm tới. 1.2. Yêu cầu của xe tham gia cuộc thi 1.2.1. Yêu cầu về hình dáng kích thước Hình 1.1 Hình dáng của xe Các loại xe tham gia cuộc thi cả khi đỗ và khi chạy phải có 3 bánh trở lên và phải đứng vững bằng đúng cấu trúc xe. - Chiều cao xe tính từ mặt đất không được quá 1,8m. - Khoảng cách giữa bánh trước và bánh sau tạo thành kích thước hông xe không được nhỏ hơn 1m. - Khoảng cách giữa bánh xe bên trái và bên phải tạo thành kích thước đầu xe không được nhỏ hơn 0,5m. - Chiều dài xe tính từ điểm đầu đến điểm cuối xe không vượt quá 3,5 m. - Chiều rộng xe tính từ bên trái sang bên phải không vượt quá 2,5m. - Phần ống xả nhô ra khỏi thân xe không vượt quá 10cm. GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 8 - Vì sự an toàn của người lái xe, phần thân xe phải thiết kế sao cho phần mũ bảo hiểm của người lái xe không rơi vào phần sau của trục xe trước. Bên cạnh đó, cấu trúc xe phải thiết kế giúp phần đầu của người lái xe có thể tránh khỏi những va đập trực tiếp lên các trướng ngại vật bên ngoài. 1.2.2. Hệ thống phanh Hình 1.2 Hệ thống phanh của xe Mỗi xe tham gia cuộc thi phải có ít nhất 2 hệ thống phanh và mỗi hệ thống phanh phải hoạt động độc lập với bàn đạp phanh hoặc tay phanh. Ngoài ra, khi các hệ thống phanh được lắp chắc chắn vào khung xe đều phải hoạt động hiệu quả. Chú ý: Việc thử nghiệm hiệu quả của phanh sẽ được thực hiện ở trên dốc với góc nghiêng 11 độ. 1.2.3. Động cơ Động cơ 4 thì của Honda được chỉ định làm chuẩn mực sử dụng. Động cơ có thể được tự do thay đổi nhưng phải đáp ứng các điều kiện dưới đây: - Nắp hoặc vách ngăn phải là nhãn hiệu Honda. - Dung tích xy-lanh phải là 110cc. 1.2.4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu - Thí sinh sẽ chỉ sử dụng nhiên liệu do ban tổ chức cung cấp. - Theo quy định, mỗi đội sẽ chỉ sử dụng bình chứa nhiên liệu theo số lượng ban tổ chức cung cấp. GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 9 - Nếu bình chứa nhiên liệu bị hỏng hoặc các đội tham gia không trả lại bình chứa cho Ban tổ chức thì các đội phải bồi thường thiệt hại ngay lập tức cho Ban tổ chức là $300. Hình 1.3 Bình nhiên liệu - Có thể tự do lắp đặt nhưng tuyệt đối không được sử dụng dây buộc hay băng dính đối với các thiết bị của hệ thống nhiên liệu. Có thể sử dụng dây cao su vì dây cao su có thể dễ dàng tháo ra khỏi thiết bị sau khi sử dụng (để bảo vệ bình chứa nhiên liệu không bị hư hỏng). - Vị trí lắp đặt phải phù hợp phải để Ban tổ chức có thể dễ dàng kiểm tra cũng như điều chỉnh mức nhiên liệu. - Nắp bình nhiên liệu phải được lắp phía trên lối vào của chế hòa khí. - Ống dẫn giữa bình chứa nhiên liệu và chế hòa khí phải là ống nhựa sạch và độ dài của ống phải càng ngắn càng tốt. Bên trong ống nhựa không được tạo ra bong bóng hoặc khí. - Hệ thống cung cấp nhiên liệu phải được lắp đặt ở vị trí dễ quan sát. Mức xăng trong hốc van của chế hòa khí chuẩn phải có thể kiểm tra cơ bản được và nằm ở vị trí mà người lái xe không thể chạm vào khi lái. GVHD: Ths. Trương Mạnh Hùng Bộ môn cơ khí ô tô SVTH: Trương Quốc Huy 10 - Hệ thống cung cấp nhiên liệu vào hốc van (bao gồm chế hòa khí chuẩn) về cơ bản phải nhìn thấy mức nhiên liệu để có thể kiểm tra và đánh dấu tại điểm kiểm tra trước khi bắt đầu và cắt giảm nhiên liệu tại trạm. - Mức tiêu hao nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến bộ chế hòa khí phải tiêu hao ít nhất 1 lít/1 giờ. 1.2.5. Hệ thống khởi động Tất cả các xe tham gia cuộc thi phải có bộ phận khởi động phụ mà người lái xe có thể sử dụng để khởi động động cơ khi ngồi ở vị trí thông thường. Ngoại trừ việc sử dụng bộ phận khởi động phụ, bất kỳ hành động nào tạo ra lực để khởi động xe đều bị cấm sử dụng. Hình 1.4 Củ đề của xe Các xe tham gia không được phép lắp đặt bộ phận khởi động phụ có khả năng kéo hoặc đẩy động cơ trong quá trình khởi động xe. Cấm sử dụng tụ điện. Có thể sử dụng bộ phận khởi động của dòng xe Wave 110RS, Wave 110S và Wave 110RSX. Bất kỳ việc thay đổi động cơ đều không được phép. Trong trường hợp xe sử dụng ly hợp điều khiển bằng tay, người lái xe luôn phải sử dụng ly hợp khi khởi động. 1.2.6. Bình điện (Ắc quy)