1.3.2.1. Đối với con người
CO là chất khí không màu, không mùi, không vị. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu, làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy. Nạn nhân sẽ bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí >1000ppm). Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hại lâu dài với con người.
- Khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn. - Khi 50% hồng cầu bị khống chế, não bộ con người bị ảnh hưởng mạnh.
Tuy nhiên CO là chất trung gian quan trọng trong quá trình oxy hoá cacbon thành cacbonic, khí cacbonic thông qua quang hợp sẽ tạo ra oxi.
6CO2 + 6H2O C6H12 O6 + 6O2
2) NOx
NOx là họ các oxide nitơ, trong đó NO chiếm tỉ lệ lớn. NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao.
NO không nguy hiểm nhiều, nhưng nó là cơ sở để tạo ra NO2 .
NO là chất khí màu hồng nhạt, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí khoảng 0,12 ppm. NO2 là chất khó hoà tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi vào phổi gây viêm và huỷ hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân sẽ bị mất ngủ, ho, khó thở.
3) Hydrocacbon (HC)
HC có trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường. Chất gây tác hại đến con người chủ yếu là các HC thơm.
- Khi nồng độ của các HC thơm lớn hơn 40 ppm sẽ gây ra bệnh ung thư máu. - Khi nồng độ lớn hơn 1 g/cm3 sẽ gây rối loạn hệ thần kinh.
- HC cũng là nguyên nhân gây ra các bệnh về gan.
4) SO2
SO2 là một chất háo nước, do vậy SO2 rất dễ hòa tan vào nước mũi, sau đó oxy hoá thành H2SO4 rồi đi theo đường hô hấp vào trong phổi.
Ngoài ra SO2 còn làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.
5) Bồ hóng
Bồ hóng là chất ô nhiễm quan trọng, nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình kho ảng 0.3µm, nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi. Bồ hóng
ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các HC thơm mạch vòng được hấp thụ trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành.
6) Chì
Chì có trong không khí thải do tetraetyl chì Pb (C2H5)4 được pha vào xăng nhằm tăng tính chống kính nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất này vào xăng đang là vấn đề bàn cãi của giới khoa học.
Chì tồn tại trong khí xả dưới dạng hạt, có đường kính rất nhỏ. Vì vậy rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc đường hô hấp. Khi đã vào được cơ thể, khoảng (30÷40)% lượng chì này đi vào máu. Sự hiện điện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, làm trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu. Điều đặc biệt là chì sẽ tác động lên hệ thần kinh làm cho trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì bắt dầu gây nguy hiểm cho con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá (200÷250) mg/l.
1.3.2.2. Đối với môi trường
1) Thay đổi nhiệt độ khí quyển
Các chất gây ô nhiễm, đặc biệt là dạng chất khí gây hiệu ứng nhà kính, làm ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển. Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí cacbonic (CO2) vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa cacbon.
Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do các chất gây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích: Trái đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ ngược lại vào không gian một phần nhiệt lượng mà nó nhận được, nhưng trong quá trình bức xạ ngược lại vào không gian thì một phần nhiệt lượng của bức xạ này bị lớp khí gây ra hiệu ứng nhà kính giữ lại sẽ bức xạ ngược về trái đất làm cho bầu khí quyển của trái đất ngày càng nóng hơn.
Hình 1.20 Hiệu ứng nhà kính
Với tốc độ gia tăng nồng độ khí cacbonic trong bầu khí quyển như hiện nay. Người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỷ XXII, nồng độ khí cacbonic có thể tăng lên
gấp đôi. Khi đó theo dự tính của các nhà khoa học sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên trái đất.
- Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ (2÷3)0C.
- Một phần băng ở vùng bắc cực và nam cực sẽ tan ra làm tăng chiều cao mực nước biển.
- Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hoá thêm bề mặt trái đất.
2) Ảnh hưởng đến sinh thái
Sự gia tăng của NOx, đặt biệt là NO2 có nguy cơ làm gia tăng sự huỷ hoại lớp ozon ở thượng tầng khí quyển. Đó là lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời.
Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học. Đặc biệt là làm đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn đến huỷ hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như điều kiện hiện nay trên sao hỏa.
Mặt khác các chất khí có tính acid như: SO2, NO2 bị oxy hoá tạo thành các acid sunfuric, acid Nitric hoà tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù,… làm huỷ hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acid) và gây ăn mòn các công trình kim loại.
1.4. Kết luận
- Hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, việc tìm kiếm những nguồn năng lượng mới, tránh sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch là một trong những mục tiêu và thách thức hàng đầu của các nhà khoa học trên toàn thế giới.
- Tình hình ô nhiễm môi trường từ khí thải của các phương tiện giao thông cơ giới ngày càng gia tăng, mật độ các phương tiện tham gia giao thông ngày càng nhiều đã tác động trực tiếp đến con người, ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng.
- Ô tô sử dụng điện năng là xu hướng phát triển chung của ngành công nghiệp ô tô trên toàn thế giới để tiến tới giảm ô nhiễm môi trường và sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạnh.
- Các nhà sản xuất ô tô trên thế giới đã có những nghiên cứu, phát triển sản phẩm ô tô chạy bằng năng lượng điện trên các phiên bảng khác nhau để hướng đến sản xuất ô tô chạy bằng năng lượng điện 100% trong tương lai.
- Nước ta có thị trường nội địa lớn với gần 90 triệu dân đầy tiềm năng. Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế giới (WTO), thị trường nội địa của nước ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà sản xuất ô tô thế giới.
- Ô tô sử dụng năng lượng điện và năng lượng mặt trời ở Việt Nam mới chỉ được sinh viên các trường đại học và một số nhà chế tạo không chuyên nghiên cứu, thử nghiệm; chưa có công trình nghiên cứu nào chuyên sâu, mang tính học thuật và công bố chính thức trên các tạp chí chuyên ngành.
- Tại Trường Đại học Nha Trang, ngành công nghệ ô tô là một ngành khá non trẻ (hình thành năm 1997, Bộ môn Kỹ thuật Ô tô thành lập năm 2006), do đó việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các mô hình mang tính thực tiễn nhằm góp phần nâng cao chất lượng đào tạo tại Nhà trường là hết sức cần thiết.
- Nha Trang là thành phố du lịch nổi tiếng, đón hàng triệu lượt khách du lịch mỗi năm (năm 2013 là trên 2,3 triệu lượt), để phục vụ cho việc phát triển du lịch tại địa phương, năm 2010 UBND tỉnh đã cho xây dựng và phê duyệt Đề án “Phát triển, tổ chức giao thông đường bộ thành phố Nha Trang đến năm 2015 và định hướng đến năm 2025” trong đó vấn đề quy hoạch xây dựng các bãi đỗ xe xung quanh thành phố và hạn chế các xe chở khách trên 30 chỗ ngồi (sử dụng động cơ xăng và diesel) hoạt động trong khu vực nội thành là một trong những nội dung chính của đề án trên.
- Nha Trang là một trong những thành phố có lượng bức xạ mặt trời cao nhất cả nước, với hơn 5,815 kWh/m2/ngày trong thời gian 8 tháng/năm, do đó Nha Trang có tiềm năng vô cùng lớn trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời.
Từ những phân tích, đánh giá trên cho thấy việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo xe mô hình sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng điện để tiến tới sản xuất thương mại là việc làm hết sức cần thiết, có tính thời sự hiện nay. Ngoài ra việc ứng dụng vật liệu composite trong chế tạo xe mô hình nhằm tăng độ bền, giảm trọng lượng của xe, qua đó nâng cao hiệu quả sử năng lượng mặt trời và năng lượng điện là những hướng nghiên cứu quan trọng mà đề tài tập trung giải quyết.
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN, CHẾ TẠO
2.1. Tổng quan về ô tô 2.1.1. Giới thiệu chung 2.1.1. Giới thiệu chung
Ô tô là loại phương tiện giao thông đường bộ chạy bằng động cơ có từ bốn bánh xe trở lên, không chạy trên đuờng ray và thường được dùng để:
- Chở người hoặc hàng hóa. - Kéo các rơ moóc, sơmi rơ moóc.
- Thực hiện chức năng, công dụng đặc biệt.
Cấu trúc tổng quát của ô tô
Hình 2.1 Cấu trúc tổng quát của ô tô [2]
Ô tô là một đối tượng kỹ thuật phức tạp về phương diện cấu trúc, đa dạng về tính năng và mục đích sử dụng. Từ đối tượng cơ khí truyền thống ở giai đoạn đầu của lịch sử phát triển, xe cơ giới hiện đại là một tổ hợp các thiết bị cơ khí, điện, điện tử và công nghệ thông tin. Mức độ điện tử hóa và hàm lượng công nghệ thông tin chiếm tỷ lệ ngày càng lớn trên các loại xe cơ giới hiện đại.
Tuỳ theo mục đích sử dụng, mức độ hiện đại hoá, giá cả,... ô tô có cấu trúc và được trang bị khác nhau. Tuy nhiên, mỗi ô tô đều được cấu thành từ những thành tố cơ bản sau đây: Động cơ Khung và vỏ Hệ thống chuyển động Hệ thống truyền lực Hệ thống treo Hệ thống lái Hệ thống phanh Hệ thống điện - điện tử
Các hệ thống nhằm nâng cao tính năng an toàn, tiện nghi, .
2.1.2. Các lực và moment tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động
Hình 2.2 Lực và moment tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động lên dốc, tăng tốc trong mặt phẳng dọc [2]
Trong đó:
+ G (N) - Trọng lượng toàn bộ của ô tô; + Fk (N) - Lực kéo tiếp tuyến;
+ Ff1 (N) - Lực cản lăn của bánh xe bị động; + Ff2 (N) - Lực cản lăn của bánh xe chủ động;
+ Fω (N) - Lực cản không khí; + Fi (N) - Lực cản dốc;
+ Fj (N) - Lực cản quán tính của xe chuyển động không ổn định (có gia tốc); + Fm (N) - Lực kéo moóc;
+ Z1, Z2 (N) - Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe; + Mf1 (N.m)- Mômen cản lăn ở các bánh xe bị động;
+ Mf2 (N.m)- Mômen cản lăn ở các bánh xe chủ động; + α (rad) - Góc dốc của mặt đường;
+ T (m) - Trọng tâm ô tô.
2.1.2.1. Trọng lượng
Trọng lượng (G) là lực hút của trái đất tác dụng lên các khối lượng của xe. Trọng lượng có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống dưới, điểm đặt tại trọng tâm của xe.
G = m.g (2.1)
Trong đó:
+ G (N) - Trọng lượng; + m (kg) - Khối lượng của xe; + g (m/s2) - Gia tốc trọng trường. T v hg a b L Gb2 Gb1 A B G
Hình 2.3 Sự phân bố trọng trọng lượng của xe [12]
G - Trọng lượng; Gb1 - Trọng lượng phân bố trên các bánh xe trước; Gb2 - Trọng lượng phân bố trên các bánh xe sau.
Trọng lượng ép các bánh xe xuống mặt đường. Tỷ lệ giữa trọng lượng phân bố trên các bánh xe trước và sau (Gb1/Gb2) phụ thuộc vào vị trí của trọng tâm của xe. Thông thường Gb1/Gb2 50/50 đối với ô tô con du lịch.
2.1.2.2. Phản lực của mặt đường
Trong thực tế, cả mặt đường và bánh xe đều không phải là những vật cứng tuyệt đối nên chúng đều biến dạng dưới tác dụng của trọng lượng của ô tô. Mặt đường và bánh xe tiếp xúc với nhau ở vô số điểm và tạo nên vùng tiếp xúc. Tại mỗi điểm tiếp xúc trên bánh xe sẽ có một phản lực thành phần tác dụng từ mặt đường. Tổng của tất cả các lực thành phần đó được gọi là phản lực tổng hợp từ mặt đường (gọi tắt là phản lực của mặt đường). Phản lực của mặt đường có điểm đặt tại tâm vùng tiếp xúc.
Để tiện trong nghiên cứu, người ta thường phân tích phản lực của mặt đường thành 3 thành phần: Z, X và Y. Gb1 Gb1 Fx Fy X1 Y1 Z1 X1 Y1 R1 Gb1 Fx X1 Z1 Z1 a1
Hình 2.4 Phản lực của mặt đường lên các bánh xe trước [12]
Gb1 - trọng lượng phân bố trên bánh xe, Fx - lực đẩy từ khung xe, Fy - lực ngang, Z1 - phản lực vuông góc, X1 - phản lực tiếp tuyến, Y1 - phản lực ngang,
a1 - khoảng cách giữa tâm tiếp xúc và mặt phẳng ngang của bánh xe.
- Phản lực vuông góc (Z), còn gọi là lực đỡ, là thành phần có phương vuông góc với mặt đường.
Z 1 - Phản lực vuông góc tác dụng lên các bánh xe trước, Z 1 = Gb1.cos = G1 Z 2 - Phản lực vuông góc tác dụng lên các bánh xe sau, Z 2 = Gb2.cos = G2
- Phản lực tiếp tuyến (X) - thành phần tác dụng trong mặt phẳng ngang và có phương cùng phương chuyển động của ô tô (phương của trục Ox).
- Phản lực ngang (Y) - thành phần tác dụng trong mặt phẳng ngang và có phương của trục Oy.
2.1.2.3. Lực cản dốc
Lực cản dốc (Fg) là lực xuất hiện khi xe chuyển động trên đường dốc. Lực cản dốc có phương song song với mặt đường, chiều ngược chiều chuyển động của xe khi xe lên dốc và cùng chiều khi xe xuống dốc, điểm đặt tại trọng tâm của xe.
Fg = G. sin (2.2)
Trong đó: Dấu (+) ứng với trường hợp xe xuống dốc, dấu (-) khi xe lên dốc.
2.1.2.4. Lực cản lăn
Lực cản lăn (Ff) là lực xuất hiện do ma sát giữa bánh xe với mặt đường và do biến dạng của bánh xe và của mặt đường. Lực cản lăn có phương song song với chiều chuyển động của xe, chiều ngược chiều chuyển động của xe, điểm đặt tại tâm tiếp xúc.
Trị số của lực cản lăn được xác định bằng biểu thức:
Ff = Ff1 + Ff2 = f1 . Z1 + f2 . Z2 (2.3) Trong đó:
+ Ff (N) - Tổng lực cản lăn;
+ Ff1, Ff2 (N) - Lực cản lăn ở các bánh xe trước và sau; + f1, f2 - hệ số cản lăn ở bánh xe trước và ở bánh xe sau;
+ Z1, Z2 (N) - phản lực vuông góc tại các bánh xe trước và sau. Nếu f1 = f2 = f ta có: Ff = f.( Z1 + Z2 ) = f.G.cos
Để thuận tiện trong việc khảo sát động lực học ô tô, người ta thường kết hợp
lực cản lăn và lực cản dốc thành một lực có tên gọi là lực cản của đường (F) như sau: F = Ff Fg = G(fcos sin) = G (2.4) Trong đó: là hệ số cản lăn của đường, = fcos sin
2.1.2.5. Lực cản khí động học
Lực cản khí động học (Fw), còn gọi là lực cản của gió hoặc lực cản của không khí, là lực của không khí tác dụng lên xe khi chuyển động. Lực cản khí động học có phương song song với mặt đường, điểm đặt tại tâm chắn gió. Lực cản khí động học có chiều cùng chiều hoặc ngược chiều chuyển động của xe, tuỳ thuộc vào hướng và tốc