4.1.1. Giới thiệu khung xe buýt
Khung gầm (chassis) do công ty ô tô Chu Lai-Trường Hải lắp ráp trên cơ sở nhập khẩu khung gầm được sản xuất từ Trung Quốc, sau đó lắp ráp động cơ và các hệ thống khác lên khung gầm.
Về kết cấu của chassis nay khá đơn giản với hai dầm dọc chính chịu lực có mặt cắt là thép hình chữ U dày từ 5 - 7 (mm), ngoài ra còn có các thanh thép hộp dày 5 - 7 (mm) để gia cường, kết nối hai dầm dọc này và với khung xương mảng hông trái và hông phải như hình 4.2. Hệ thống khung gầm của xe buýt Thaco TB115CT-WLII có động cơ và hệ thống truyền lực được bố trí ở phía sau, việc bố trí như vậy có những ưu và nhược điểm như sau:
➢ Ưu điểm:
▪Cách nhiệt, cách âm, giảm ồn, giảm rung động rất tốt ▪Phân bố trọng lượng lên các cầu rất hợp lý
▪Dễ dàng tháo lắp khi sữa chữa và bảo dưỡng
▪Không gây ô nhiễm, đảm bảo sức khỏe cho hành khách ▪Truyền động các đăng đến cầu chủ động sau ngắn ➢ Nhược điểm:
▪Tài xế không phát hiện kịp thời các hư hỏng ▪Hệ thống điểu khiển phức tạp, cồng kềnh
62 Hình 4.1. Khung gầm có gắn động cơ
63
4.1.2. Giới thiệu về khung xương thân xe buýt
Khung xương thân xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII được sản xuất thành từng mảng độc lập, bao gồm mảng đầu, mảng đuôi, mảng sàn, mảng trần, mảng hông trái và hông phải, sau đó chúng được lắp ráp với nhau tạo thành khung xương chịu lực. Các mảng trên được liên kết với nhau bằng phương pháp hàn hồ quang trong môi trường có khí CO2 bảo vệ. Tất cả các mảng chi tiết và khung xương hoàn chỉnh đều được sản xuất trên các loại đồ ghá chuyên dùng cho từng loại sản phầm nhằm tăng độ chính xác, hạn chế sai số khi lắp ráp và tăng năng suất sản xuất.
➢ Mảng khung xương sàn:
Bảng 4.1. Bố trí khung xương mảng sàn
STT Ghi chú Tiết diện ngang của thép (mm)
1 11 đà ngang chính (1) bằng thép hình. 60x40x2,0 2 16 xương sàn (ngang) (2) bằng thép hình 40x40x2,0 3 20 xương sàn (dọc) (3) bằng thép hình 50x50x2,0 4 6 xương sàn (ngang) (4) bằng thép hình 60x30x2,0 5 18 xương sàn (ngang) (5) bằng thép hình 30x30x1,4
64 Phương án bố trí khung xương mảng sàn:
Khung xương mảng sàn gồm sáu đà ngang chính được bố trí nằm ngang trên sàn xe và song song với nhau từ giữa thân xe lên đầu xe với các khoảng cách khác nhau vì các đà này chủ yếu chịu tải trọng từ trên xuống nên phụ thuộc vào cách lắp đặt các thiết bị hay các chi tiết có tải trọng lớn, dựa vào đó ta bố trí các đà ngang chịu tải trọng hợp lý, năm đà ngang còn lại được bố trí song song từ giữa thân xe đến đuôi xe. Ngoài các đà ngang chính còn có rất nhiều thanh gia cường được bố trí thành dãy trên khắp sàn xe nhằm tạo liên kết và tăng độ cứng, vững cho sàn xe, trong đó có các đà dọc chính ốp lên hai đà dọc của khung xe để tạo liên kết giữa sàn xe và khung xe.
➢ Mảng khung xương đầu:
Bảng 4.2. Bố trí khung xương mảng đầu
STT Ghi chú Tiết diện ngang của thép (mm)
1 1 pontan (1) trần bằng thép hình 60x30x2,0 2 6 xương mui (2) bằng thép hình 30x30x1,4 3 2 trụ kính (3) bằng thép hình 80x40x3,0
65 4 1 pontan trên khung kính (4) bằng
thép hình
40x40x2,0
5 1 pontan (5) dưới khung kính bằng thép hình
40x40x2,0
6 1 pontan dưới khung kính (6) bằng thép hình
40x40x2,0
7 2 xương trên khung cửa (7) bằng thép hình
40x40x2
8 2 xương bên cửa (8) bằng thép hình 70x40x3,0 9 2 xương dưới khung cửa (9) bằng
thép hình
60x40x2
10 6 xương gia cường trên khung cửa (10) bằng thép hình
40x20x1,4
11 Các xương dọc và ngang ở trước đầu xe (11) bằng thép hình
40x40x1,4
12 5 xương gia cường cho khung cửa (12) bằng thép hình
40x40x2, 60x40x2
Phương án bố trí khung xương mảng đầu:
Đây là mảng quan trọng của xe nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức cản gió và khí động học của xe. Sự phù hợp với kiểu dáng xe và độ an toàn cũng như tính tiện nghi và thẩm mỹ cũng được quan tâm nên mảng xương đầu được bố trí gồm hai trụ kính chính liên kết từ dưới sàn xe và được uốn cong để tạo kiểu dáng và giảm sức cản gió khi xe hoạt động giúp tăng khả năng cơ động cho xe. Để tăng độ quan sát của tài xế khi lưu hành trên đường nên phần thân cửa đầu xe chủ yếu là lắp bằng kính. Phần dưới hai trụ kính là hai xương ngang và các xương dọc để gia cường tăng độ cứng cho đầu xe, phía sau là hai xương bên cửa và các đà ngang gia cường.
66
➢ Mảng khung xương đuôi:
Bảng 4.3. Bố trí khung xương mảng đuôi
STT Ghi chú Tiết diện ngang của thép (mm)
1 3 xương mui (1) bằng thép hình 40x40x2,0 2 2 đà chính (2) bằng thép hình 40x40x2,0 3 4 trụ kính (3) bằng thép hình 40x40x2,0 4 5 pontan giữa (4) bằng thép hình 40x40x2,0 5 2 xương đứng (5) bằng thép hình 40x40x2,0 6 4 xương đèn và 2 xương ngang gia
cường trụ chính (6) bằng thép hình 40x40x2,0 Hình 4.4. Bố trí khung xương mảng đầu
67 7 2 xương ngang gia cường đà chính
(7) bằng thép hình
40x20x2,0
8 2 xương kết nối với hai khung xương hông trái và phải (8) bằng thép hình
60x40x2,0
Bố trí khung xương mảng đuôi:
Cũng như khung xương đầu thì đuôi xe cũng có hai đà chính được liên kết từ sàn xe, phía đuôi xe không yêu cầu tầm nhìn nên chỉ bố trí một phần nhỏ các xương dọc để lắp kính cho mảng sau xe. Phía trên có các xương mui để liên kết với trần xe và tăng độ bền vững cho đuôi xe. Ngoài ra còn có các đà ngang và thanh gia cường liên kết với nhau để tăng độ cứng cho đuôi xe, bên dưới có bố trí cửa để kiểm tra động cơ.
68
➢ Khung xương mảng trần:
Bảng 4.4. Bố trí khung xương mảng trần
STT Ghi chú Tiết diện ngang của thép (mm)
1 2 đà ngang (1) bao bằng thép hình 50x50x2,0 2 2 đà dọc sàn (2) bằng thép hình 50x50x2,0 3 54 xương dọc trần (3) bằng thép hình 40x20x1,4 4 7 xương ngang (4) bằng thép hình 40x40x1,4 5 6 xương dọc trần (5) bằng thép hình 40x40x1,4 6 13 xương ngang (6) bằng thép hình 40x40x1,4 Bố trí khung xương mảng trần:
Khung xương trần xe gồm hai đà dọc chính chạy từ đầu đến cuối xe bằng thép hộp như đã giới thiệu ở trên. Sau đó là chín đà ngang được bắt vào hai đà dọc với khoảng cách gần như bằng nhau từ đầu đến cuối xe, ở vị trí lắp giàn nóng và giàn lạnh được bố trí dày hơn để tăng độ cứng cho trần xe. Ngoài ra còn có các đà dọc liên kết với đà ngang chính để gia cường và tạo khung cho trần xe, ở một số vị trí cần bu lông để lắp điều hòa hay liên kết trần với sàn sẽ được hàn các bát bằng thép tấm.
69
➢ Khung xương hông trái:
Bảng 4.5. Bố trí khung xương mảng hông trái
STT Ghi chú Tiết diện ngang của thép (mm)
1 6 trụ kính hông (1) bằng thép hình 40x60x2,0 2 7 xương hông trên mạng (2) bằng thép
hình
40x60x2,0
3 1 xương hông dưới mạng (3) bằng thép định hình
40x60x2,0
4 14 xương gân mạng hông (4) bằng thép hình 40x20x1,4 5 1 xương dọc ốp trần (5) bằng thép định hình 40x60x2,0 6 2 xương dọc ốp đầu (6) bằng thép định 40x20x1,4 Hình 4.6. Bố trí khung xương trần
70 hình 7 2 xương dọc ốp đuôi (7) bằng thép định hình 40x60x2,0 8 9 xương ngang (8) bằng thép định hình 40x40x2,0 9 15 xương dọc (9) bằng thép định hình 40x40x2,0 10 8 xương dọc dưới (10) bằng thép định hình 40x60x2,0 11 3 xương dọc dưới (11) bằng thép định hình 40x40x2,0
12 16 xương ngang dưới (12) bằng thép định hình
40x40x2,0
13 2 xương ngang bao bằng (13) thép định hình
40x40x2,0
14 4 gân (14) bằng thép định hình 40x60x2,0
Bố trí khung xương mảng hông trái:
Khung xương hông trái là phần khung nằm ở phía vị trí người lái, gồm một đà dọc ốp trần chạy dài từ đầu đến đuôi xe để liên kết với trần xe, phía dưới là 7 đà dọc bắt khung kính và 14 xương ngang gia cường cho các đà dọc này. Ở giữa mảng còn có 14 đà chéo gia cố để chống kéo, nén cho khung xe, dưới đó là một đà ngang và các xương dọc, thanh gia cường để gắn liền với đà ngang này. Ngoài ra ở đầu và cuối xe còn được bố trí 2 xương dọc để liên kết với đầu và đuôi xe.
71
➢ Khung xương hông phải:
Bảng 4.6. Bố trí khung xương hông phải
STT Ghi chú Tiết diện ngang của thép (mm)
1 4 trụ kính hông (1) bằng thép hình 40x60x2,0 2 6 xương hông trên mạng (2) bằng thép
hình
40x60x2,0
3 2 xương hông dưới mạng (3) bằng thép định hình
40x60x2,0
4 12 xương gân mạng hông (4) bằng thép hình 40x20x1,4 5 1 xương dọc ốp trần (5) bằng thép định hình 40x60x2,0 6 2 xương dọc ốp đầu (6) bằng thép định hình 40x20x1,4 7 2 xương dọc ốp đuôi (7) bằng thép định 40x60x2,0 Hình 4.7. Bố trí khung xương hông trái
72 hình 8 9 xương ngang (8) bằng thép định hình 40x40x2,0 9 13 xương dọc (9) bằng thép định hình 40x40x2,0 10 6 xương dọc dưới (10) bằng thép định hình 40x60x2,0 11 2 xương dọc dưới (11) bằng thép định hình 40x40x2,0
12 10 xương ngang dưới (12) bằng thép định hình
40x40x2,0
13 2 xương ngang bao (13) bằng thép định hình
40x40x2,0
14 8 gân (14) bằng thép định hình 40x60x2,0 15 2 xương của (15) bằng thép định hình 40x60x2,0
Bố trí khung xương mảng hông phải:
73 Khung xương mảng hông phải được bố trí tương tự như mảng hông trái nhưng ở mảng này được bố trí thêm một cửa lên xuống cho hành khách. Vị trí cửa được bố trí ở giữa mảng hông phải, kích thước và vị trí cửa được thể hiện như hình 4.8.
Sau khi sản xuất xong từng mảng ta tiến hành lắp ráp chúng lại với nhau để tạo thành khung xương tổng thể như hình 4.9.
Hình 4.9. Bố trí khung xương tổng thể
4.1.3. Giới thiệu đặc điểm liên kết giữa khung xương thân xe và khung xe buýt
Sau khi được lắp ráp hoàn thiện, mô hình khung xương tổng thể sẽ được đặt lên khung xe và giữa chúng được liên kết bằng các mối ghép bu lông, các mối hàn,.. như vậy liên kết giữa khung xương thân xe với khung xe này thuộc loại liên kết rời (body on frame). Với kiểu liên kết như vậy thì nó có một số ưu và nhược điểm như sau:
➢ Ưu điểm:
▪ Cho phép các kỹ sư thiết kế có thể thực hiện các thay đổi dễ dàng trên phần khung xe (chassis) mà không cần chỉnh sửa phần khung xe, thậm chí có thể thiết kế một mẫu xe hoàn toàn mới dựa trên nền khung gầm cũ mà chỉ thay đổi phần khung xương thân xe, điều này giúp tiết kiệm tối đa chi phí phát triển, thử nghiệm cũng như đầu tư dây chuyền lắp ráp cho một bộ khung gầm hoàn toàn mới.
74
▪ Với kết cấu rời như vậy thì việc phục hồi khi xảy ra tai nạn là đơn giản và tiết kiệm được thời gian và chi phí .
➢ Nhược điểm:
▪ Trọng lượng xe tăng lên dẫn đến việc tiêu hao nhiên liệu, ô nhiễm môi trường và xe hoạt động kém ổn định
▪ Độ an toàn cho hành khách không cao khi xảy ra tai nạn
4.2. Tính toán khung xương thân xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII trên phần mềm mềm
➢ Một bài toán tính toán khung xương thân xe bằng phần mềm được thực hiện qua các bước sau:
75
4.2.1. Xây dựng mô hình hình học
4.2.1.1. Giới thiệu phần mềm CATIA
CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) là một phần mềm toàn diện hỗ trợ CAD/CAM/CAE hoàn chỉnh được nghiên cứu và phát triển bởi hãng Dassault Systemes. Hiện nay phiên bản CATIA V5 được tích hợp hơn 170 mô đun, đủ để đáp ứng tất cả nhu cầu sử dụng trong tất cả các ngành nghề cơ khí, ô tô, hàng không, điện tử,… Do đó nó được sử dụng rộng rãi ở các công ty lớn như Toyota, Honda, Ford, Boieng,.. và ở nước ta hiện nay một số doanh nghiệp lớn như công ty ô tô Trường Hải, công ty ô tô Samco cũng sử dụng CATIA V5 trong việc thiết kế, tính toán,…
Ngoài các mô đun hỗ trợ thiết kế, mô phỏng,.. CATIA còn cung cấp cho người dùng mô đun tính toán để phân tích chi tiết sau khi thiết kế giúp tối ưu hóa sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Trong đề tài này chúng em sử dụng phần mềm CATIA V5 cho việc thiết kế, lắp ráp và tính toán cho mô hình khung xương thân xe.
4.2.1.2. Xây dựng mô hình khung xương thân xe và khung xe bằng phần mềm
Một bài toán tính toán khung xương thân xe trải qua nhiều bước, trong đó thì quá trình xây dựng mô hình học là bước đầu tiên và tốn nhiều thời gian nhất, vì nó yêu cầu người làm phải hiểu rõ kết cấu của toàn bộ mô hình cũng như khả năng am hiểu, sử dụng phần mềm trong tính toán, thiết kế và đây cũng là cơ sở để chúng ta thiết lập các chế độ tính toán và đưa ra kết quả sau này.
Trên cơ sở các bản vẽ được thế kế sẵn, chúng em sử dụng mô đun structure design và part design trong phần mềm CATIA V5 để tiến hành xây dựng khung xương các mảng và khung gầm của xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII như các hình dưới đây.
76 Hình 4.11. Khung xương mảng đầu
77 Hình 4.13. Khung xương mảng sàn
78 Hình 4.15. Khung xương mảng hông trái
79 Hình 4.17. Khung ô tô
Sau khi hoàn thiện các mô hình trên ta thực hiện lắp ráp chúng lại với nhau trong mô đun assembly design như hình dưới đây:
Hình 4.18. Mô hình liên kết giữa khung xương tổng thể và khung ô tô
4.2.1.3. Thiết lập các thuộc tính vật liệu
Khung xương thân xe buýt THACO TB115CT-WLFII được chế tạo từ thép CT3, có một số đặc tính như bảng sau:
80 Bảng 4.7. Đặc tính cấu trúc của thép CT3
Khối lượng riêng (kg/m3) 7860
Hệ số Poisson 0,3
Giới hạn chảy (N/m2) 225000000
Để thiết lập thuộc tính vật liệu cho mô hình trong phần mềm, ta chọn lệnh apply material và điền các giá trị vào các mục tương ứng.
4.2.2. Xác định chế độ tải trọng
Khung xương thân xe buýt là một hệ kết cấu siêu tĩnh phức tạp bao gồm các mảng đầu, đuôi, hông trái, hông phải, sàn, trần liên kết với nhau. Khi xe vận hành trên đường thường xuyên xảy ra các trường hợp như xe phanh gấp, quay vòng, sập ổ gà,... gây ra tải trọng không đối xứng và lực quán tính làm biến dạng khung xương thân xe như uốn, xoắn ảnh hưởng đến độ bền khung xương thân xe. Sau đây là một số chế độ tải trọng thường gặp khi xe vận hành.
4.2.2.1. Tải trọng tĩnh
Ở trạng thái tải trọng tĩnh là lúc xe chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang, khi xe vận hành ở chế độ này xe chịu tác dụng của một số tải trọng như trọng lượng bản thân khung xương, trọng lượng hành khách, hàng hóa, trọng lượng điều hòa,..
Mỗi trọng lượng trên sẽ tác dụng vào các vị trí khác nhau lên khung xương xe theo như thiết kế ban đầu, chẳng hạn như người, ghế ngồi sẽ tác dụng lực lên khung xương mảng sàn còn giàn nóng, giàn lạnh sẽ đặt lên khung xương mảng trần,.. và gây ra biến dạng cho khung xương thân xe.
4.2.2.2. Tải trọng động khi phanh gấp
Khi xe vận hành trên đường với một vận tốc v (km/h) khi gặp vật cản bất ngờ để đảm bảo an toàn cho hành khách tài xế phải phanh gấp, khi đó ngoài chịu tác dụng của các lực như trạng thái tải tĩnh, thân xe còn chịu tác dụng của lực quán tính dẫn đến khung xương bị uốn.
81 Khi phanh gấp ta bỏ qua khối lượng của khung giàn, khung xe chịu lực quán tính lớn nhất và được xác định như sau:
Pjk = mkv .jpmax = (Gkv /g). jpmax (kg) Trong đó:
jpmax = g.𝜑/𝛿 - gia tốc lớn nhất của ô tô khi phanh.
Với : 𝜑 - Hệ số bám của lốp với đường, tính với loại đường nhựa tốt (𝜑 = 0,6 ÷ 0,75).