Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
3.5.2. Tính tốn các thơng số hệ thống phanh
Hình 3. 7: Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi phanh trên đường nằm ngang
Khi phanh sẽ có các lực tác dụng lên xe như sau:
- 𝐺𝑎: Trọng lượng toàn bộ của xe đặt tại trọng tâm, (N). - 𝑝𝑓1: Lực cản lăn của bánh xe trước
- 𝑝𝑓2: Lực cản lăn của bánh xe sau
- 𝑍1, 𝑍2: Phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước và sau - 𝑃𝑝1, 𝑃𝑝2: Lực phanh ở bánh xe trước và sau, các lực này đặt tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động
- 𝑃𝜔: Lực cản khơng khí
- 𝑃𝑗: Lực quán tính sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần, đặt tại trọng tâm và cùng chiều với chiều chuyển động
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 21
- a, b, ℎ𝑔: Tọa độ trọng tâm xe - L: Chiều dài cơ sở của xe
Khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh nên lực cản khơng khí cũng giảm rất nhanh, mặt khác các thành phần lực cản lăn cũng rất nhỏ so với lực 𝑃𝑝1 và 𝑃𝑝2, do vậy có thể bỏ các thành phần lực 𝑝𝑓1, 𝑝𝑓2 và 𝑃𝜔. Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5-2%.
Thành phần lực quán tính được xác định theo biểu thức sau:
p a j j g G P . [3.4] Trong đó:
- Jp: Gia tốc chậm dần khi phanh
- g: Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/𝑠2) Xác định 𝑍1, 𝑍2 :
Viết phương trình cân bằng momen:
0 . . . 2 LPj hg aGa Z Suy ra: L h P G a Z2 . a j. g [3.5] Mặt khác: Z1 + Z2 = Ga L h P G a G Z G Z1 a 2 a . a j. g .
Và với a+b=L ta tính được:
L H P G b Z1 . a j. g [3.6]
Muốn xác định được 𝑍1, 𝑍2 ta phải tính 𝑗𝑝.
Lực phanh lớn nhất phải bằng lực bám, tức là: Ppmax P G.
Sự phanh hiệu quả nhất khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỉ lệ thuận với các phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe, tức là:
2 1 2 1 2 1 . . Z Z Z Z P P p p [3.7]
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Ta chọn hệ số bám trung bình tương ứng với loại mặt đường nhựa, khô và sạch: φ = 0,7
Viết phương trình cân bằng lực đối với phương song song với mặt đường ta được:
2 1 p p j P P P a. p . 1 . 2 a. G Z Z j g G jp .g [3.8] Thay [7.6] vào [7.2] ta có: Pj = Ga. [3.9]
Thay [7.7] vào [7.3] và [7.4] và biến đổi ta được: ) . .( 1 g a h b L G Z [3.10] ) . .( 2 g a h a L G Z [3.11] Trong đó:
- a, b: Toạ độ trọng tâm xe theo chiều dọc. - hg: Toạ độ trọng tâm xe theo chiều cao. - L: Chiều dài cơ sở của xe, L = 1860 (mm).
- : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường, = 0,7 Thay số vào ta được:
𝑍1 =175.9,81
930 (356 + 0,7.607) = 1449,75 𝑁
𝑍2 =175.9,81
930 (573 − 0,7.607) = 274,95 𝑁
Tính momen cần sinh ra ở các cơ cấu phanh.
Do cơ cấu phanh chỉ đặt ở bánh sau nên lực phanh sinh ra là:
𝑃𝑝𝑥 = 𝜑(𝑍1+ 𝑍2)
𝑃𝑝𝑥 = 0.7(1449,75 + 274,95) = 1207,29 𝑁
Momen sinh ra:
𝑀 = 𝑃𝑝𝑥. 𝑟𝑏𝑥
Với 𝑟𝑏𝑥 = 0,28 𝑚 là bán kính làm việc của bánh xe động cơ sau: 𝑀 = 1207,29.0,28 = 338,04 𝑁𝑚
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 23
3.5.3. Xác định lực phanh cần thiết để xe đứng yên trên dốc
Để đảm bảo cho xe đứng yên trong thời gian dài, đứng yên trên dốc thì cần phải có phanh dừng. Trên ơ tơ nói chung phanh dừng có thể làm riêng lẻ, lúc đó cơ cấu phanh đặt trên trục ra của hộp số nên còn được gọi là phanh truyền lực. Phanh dừng cũng có thể đặt ở bánh xe (chung với cơ cấu phanh của hệ thống phanh chính) cịn truyền động phanh dừng làm riêng lẻ và thường là loại cơ khí. Phanh dừng có thể phanh ở tất cả các bánh xe hay là chỉ phanh ở các bánh xe sau.
Do xe thiết kế chỉ phanh ở các bánh xe sau nên ta sẽ xét trường hợp xe quay đầu xuống dốc, vì trường hợp này nguy hiểm hơn khi đứng ở dốc lên.
Hình 3. 8: Sơ đồ tính tốn phanh dừng
Ta tính tốn lực khi xe ở độ dốc 10°.
Xe có thể đứng yên trên dốc vói độ nghiêng ∝ nếu đảm bảo:
Ppmax ≥ Ga.sinα [3.12]
Mà Ppmax = φ.Z’2 [3.13]
Trong đó:
- Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe.
- : Hệ số bám giữa lốp và mặt đường, = 0,7. - Độ dốc = 10o.
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời ) sin . cos . ( '2 a g h a L G Z [3.14]
Thay [3.13] vào [3.14] ta được:
𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥 = 0,7175.9,81
930 (573. 𝑐𝑜𝑠10 − 607. 𝑠𝑖𝑛10) = 591,69 𝑁
Momen cực đại cho phép: Mpmax = Ppmax.rbx với rbx = 0,28 (m). Suy ra: 𝑀𝑝𝑚𝑎𝑥 = 591,69.0.28 = 165,67 𝑁𝑚
Từ [3.12] suy ra lực phanh yêu cầu:
𝑃𝑝𝑑 ≥ 𝐺𝑎. 𝑠𝑖𝑛10 = 175.9,81. 𝑠𝑖𝑛10 = 298,11 𝑁
Hay momen phanh cần thiết để xe đứng yên trên dốc là:
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 25
Chương 4. CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ THỬ NGHIỆM
4.1. Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe
4.1.1. Phân tích và chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực cho xe thiết kế
Hệ thống truyền lực của ô tơ có tác dụng truyền chuyển động hay lực hoặc mômen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động. Trị số của lực hay mơmen xoắn này có thể thay đổi, tùy theo điều kiện làm việc của xe.
Các yêu cầu cơ bản của hệ thống truyền lực cho xe thiết kế: - Có kích thước nhỏ gọn dễ dàng bố trí lên xe.
- Sức kéo của hệ thống truyền lực có khả năng tải được tổng khối lượng khoảng 175(Kg) và di chuyển với tốc độ khoảng 15(Km/h).
- Hệ thống phải có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hợp lý nhưng phải đảm bảo thõa mãn được các đặc tính kỹ thuật cơ bản của hệ thống truyền lực cho xe.
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Sau khi lắp bánh xe điện thì xe có hai nguồn động lực (điện và cơ) đều được kết nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền động lực một cách độc lập hoặc đồng thời. Nói một cách đơn giản là bánh xe có thể được xoay một cách riêng biệt bằng động cơ điện hoặc dùng sức đạp của người lái thơng qua bộ truyền động xích, hoặc cả hai.
4.1.2. Động cơ điện
Hình 4. 2: Động cơ điện
Có các thơng số sau:
- Hãng sản xuất: Asama - Xuất xứ: Việt Nam - Động cơ: 250w, 3 pha - Công suất: 250w - Vận tốc: 15-20km/h
- Quãng đường đi được: 50-60km/1 lần sạc - Thao tác: Tự động
Động cơ điện cho xe thiết kế phải đáp ứng được một số điều kiện sau: - Động cơ phải có đủ cơng suất kéo.
- Tốc độ phù hợp và đáp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương pháp điều chỉnh thích hợp.
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 27
- Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thơng thống, nhiệt độ, độ ẩm, ngoài trời hay trong nhà,…).
4.1.3. Bộ điều tốc
Sử dụng bộ điều tốc WK4850U
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Thông số kỹ thuật:
- Dùng cho các loại xe 36V 3 bình ắc quy hoặc 4 bình 48V - Công suất: 350W
- Khối lượng: 300g
Cách đấu bộ điều khiển cho động cơ điện:
Cụm dây nguồn vào điều tốc: Đỏ to, đỏ nhỏ, đen to, kết nối với ổ khóa.
Cụm dây nguồn ra động cơ: 3 dây pha xanh lá, xanh dương, vàng kết nối với động cơ 3 pha, và cụm đầu nhựa 5 dây nhỏ và 3 mắt động cơ sẽ đóng vai trị giúp động cơ đề ba tốt hơn.
Cụm dây tay ga: Xám, đỏ, đen, đỏ đen là nguồn vào tay ga, xám là dây tín hiệu. Báo động chống trộm: 2 cụm dây đầy nhựa đỏ đen và cam nâu xanh, tổng cộng 5 sợi.
Công tơ mét: Xanh lam nhỏ.
Đảo chiều và truyền tín hiệu: 2 sợi càng cua dây vàng đầu jack đen.
Bo xe điện hay gọi là IC được cấu tạo gồm một bảng mạch xử lý bên trong, được chế tạo phức tạp và có độ tinh vi cao. Chức năng chính của IC xe điện là điều khiển và kiểm sốt dịng điện vào và ra của xe điện. Nhờ có bo xe điện mà luồng điện từ ắc quy vào thông qua bo xe điện được dẫn đến động cơ nằm ở bánh xe sau. Giúp xe vận hành tốt và êm ái.
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 29
4.2. Sơ đồ dẫn động động cơ điện có sử dụng năng lượng mặt trời
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
4.3. Sản phẩm khi chế tạo
4.3.1. Bản vẽ chi tiết sản phẩm
Từ các thông số đo được ở xe thực tế chúng em đã thể hiện lên bản vẽ bằng các hình chiếu của xe.
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 31
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 33
4.3.2. Sản phẩm khi chế tạo
Việc gia công, thiết kế cũng khá là khó khăn và mất nhiều thời gian để thực hiện nhưng nhóm chúng em đã hoàn thành được.
a. Động cơ
Thay bánh sau của xe xích lô cũ bằng bánh xe có gắn động cơ điện tuy nhiên bánh xe này có kích thước to hơn bánh xe cũng nên chúng em đã gia công lại phần sau của trục xe để gắn vừa bánh xe. Nhưng vẫn giữ được bộ truyền động xích để vẫn có thể đạp được khi xe hiết điện.
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Hình 4. 9: Bộ truyền động xích vẫn giữ nguyên b. Bộ điều khiển động cơ (IC) b. Bộ điều khiển động cơ (IC)
Phần IC thì chúng em gia cơng phần dưới thân xe, hàn 2 miếng đệm để bắt bo mạch vào.
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 35
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 37
Hình 4. 12: Phần IC được gắn dưới thân xe c. Góc lái và tay lái c. Góc lái và tay lái
Xe lúc đầu thì phần góc lái khá là lớn nên việc khi xe di chuyển vào cua khá là nguy hiểm, nên chúng em đã gia cơng lại hạn chế góc lái khi vào cua.
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 39
Hình 4. 14: Góc lái sau khi được gia cơng
Phân tay lái lúc đầu rất thơ sơ và khó điều khiển xe, nhóm đã hàn thêm phần tay nắm thuận tiện cho việc điều khiển xe đồng thời cũng để gắn tay ga và phanh cho xe.
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Hình 4. 15: Phần tay lái sau khi đã gia công một bên phanh và một bên ga d. Phanh xe và dè của xe d. Phanh xe và dè của xe
Phanh thì gồm phanh cơ khí nằm phía ngồi và phanh điện thì nằm trong động cơ.
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 41
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Phần dè xe thì nhóm thiết kế thêm góp phần thẩm mĩ cho xe cũng đồng thời đỡ bắn bùn đất khi xe di chuyển.
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 43
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 45
Hình 4. 20: Tổng thể phần dè trước và dè sau của xe e. Thiết kế gắn tấm pin năng lượng e. Thiết kế gắn tấm pin năng lượng
Phần tấm pin thì nhóm đã gia cơng làm phần mái của xe, có thể gập lên xuống mỗi khi cần thiết.
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 47
Hình 4. 22: Phần mái để tấm pin khi gia công
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
Sinh viên thực hiện: N.V. Quý; Đ.Đ Trường; P.V. Trường Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tiến 49
Hình 4. 24: Sản phẩm xe xích lơ điện sau khi hồn thiện
4.4. Thực nghiệm và đánh giá
4.4.1. Thực nghiệm
Trong q trình chế tạo và lắp ráp, cơng tác kiểm tra là một cơng việc rất quan trọng. Nó đảm bảo tiến độ và chất lượng sản phẩm trong từng công đoạn, đảm bảo kỹ thuật và an toàn lao động.
Kiểm tra sau lắp ráp được tiến hành với nhiều mục đích khác nhau, xong trong qua trình thử nghiệm số liệu được bảo quản và dùng chung theo các hình thức:
- Cơng bố chất lượng sản phẩm:
+ Các thơng số kích thước và trọng lượng cơ bản + Các số liệu về cơng suất
+ Tính kinh tế + Đặc tính phanh + Độ êm dịu
Thiết kế và chế tạo mơ hình xe xích lơ điện sử dụng năng lượng mặt trời
+ Độ bền và độ tin cậy - Phát triển sản phẩm:
+ Hiệu quả kinh tế trong sản xuất chế tạo
+ Hiệu quả của các giải pháp công nghệ đưa vào trong thiết kế + Khả năng thực hiện, hoàn thiện theo các tiêu chuẩn
Sự phát triển sản phẩm qua quá trình kiểm tra là kết quả của các mẫu trước đó,