Các thông số kỹ thuật của mô hình xe thân vỏ bằng vật liệu composite, sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng điện như sau:
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của mô hình xe thân vỏ bằng vật liệu composite, sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng điện
TT Thông số Đơn vị Số lượng
1 Dài toàn bộ mm 2716
2 Rộng toàn bộ mm 1420
4 Chiều dài cơ sở mm 1500
5 Chiều rộng cơ sở mm 1320
6 Khoảng sáng gầm xe mm 240
7 Bán kính bán xe mm 210
8 Công thức bánh xe 4x2
9 Trọng lượng không tải kg 318
10 Số lượng hành khách người 4 11 Trọng lượng toàn bộ Phân bố trục trước Phân bố trục sau kg kg kg 578 289 289 12 Vận tốc lớn nhất km/h 35 13 Khả năng vượt dốc % 10
Động cơ điện Loại 1 chiều (DC) có chổi
than, kích từ trực tiếp
Điện áp cho động cơ điện V 24
Công suất định mức kW 2 14 Vòng quay lớn nhất vòng/phút 6000 15 Tỷ số truyền lực chính 4,85 16 Bán kính quay vòng nhỏ nhất m 3,141 17 Lốp xe: - Đường kính ngoài - Bề rộng lốp - Bán kính tĩnh - Gbmax - Áp xuất lớp mm mm mm daN daN/cm2 598 140 238 ± 3 275 2,1
18 Hệ thống phanh trước Phanh đĩa xe máy dẫn động thủy lực
19 Hệ thống phanh sau Phanh tang trống dẫn động thủy lực
20 Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
Phanh tang trống dẫn động cơ khí
21 Hệ thống lái Kiểu bánh răng - thanh răng
không có trợ lực
23 Hệ thống treo sau Kiểu thanh nhíp 24 Hệ thống điện:
- Acquy
- Bộ chuyển đổi điện mặt trời - Bộ điều khiển động cơ
2 x 12V, 65Ah 12V 25 Pin mặt trời - Hãng sản xuất: - Số lượng - Công suất - Hiệu điện thế - Kích thước cái W V mm TIDISUN 02 2 x 85 W 12 V 500 x 1000 x 50 3.1.2. Đặc điểm các hệ thống trên xe
- Sở đồ bố trí chung các hệ thống trên xe mô hình: xem phụ lục 1, tờ số 01 - Sau khi phân tích thiết kế các hệ thống trên xe 4 chỗ sử dụng năng lượng điện kết hợp năng lượng mặt trời, ta có đặc điểm lắp ráp của các cụm tổng thành:
3.1.2.1. Hệ chassis
+ Khung chassis được tạo thành từ liên kết của 2 dầm dọc và 8 dầm ngang thông qua mối ghép hàn. Tại các vị trí quan trọng và chịu tải trọng động đòi hỏi tính chịu tải cao thì được gia cố thêm bằng các tấm gia cường để tăng độ cứng vững.
Hình 3.1 Khung xe mô hình
+ Thanh ngang 2: đây là vị trí quan trọng, nơi lắp treo trước, nơi chịu tải trọng va đập do tác động từ mặt đường thông qua bánh xe lên hệ thống treo và tác dụng lên khung, tải trọng của xe. Tại vị trí này được gia cố thêm bằng cách hàn thêm tấm ke gia cường.
+ Các thanh ngang 3, 4, 5, 6 cũng được liên kết với thanh dọc bằng mối hàn, nơi đặt ghế lái và hành khách.
+ Thanh ngang 7: nơi lắp hệ thống treo sau, cũng là nơi chịu tải trọng va đập lớn, nên được gia cố thêm tấm ke gia cường để tăng tính chịu tải cho khung.
+ Ngoài ra trên các thanh dọc có các vị trí để lắp hệ thống treo, lái, vị trí lắp vỏ.
3.1.2.2. Cụm động cơ - hệ thống truyền lực
+ Loại động cơ điện được sử dụng sẽ là động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có chổi than, có công suất định mức là Nđm = 2(kW), số vòng quay định mức nđm= 6000 (vòng/phút), hiệu điện thế sử dụng là 24V.
Bảng 3.2 Bảng thông số động cơ điện chọn
Động cơ điện Loại 1 chiều (DC) có chổi than, kích từ trực tiếp
Điện áp cho động cơ điện 24 V
Công suất định mức 2 KW
Vòng quay lớn nhất 6000
Hiệu suất động cơ điện 85 %
Hiệu suất hệ thống truyền lực 90 %
+ Động cơ điện được gắn trực tiếp trên khung đỡ được lắp trên cầu sau, được gá vào giá bằng bulong M10.
+ Phương án dẫn động là thông qua truyền lực chính và vi sai ở cầu sau;
3.1.2.3. Cụm hệ thống treo
+ Hệ thống treo trước: sử dụng hệ thống treo kiểu lò xo trụ kèm giảm chấn, phía trên được gá vào chassis nhờ bulong M10, phía dưới lắp vào dầm cầu nhờ các đòn dọc. Tại 2 đầu nối có bậc tự do để hệ thống treo có thể tự do xoay tròn được.
+ Chiều dài ban đầu của lò xo L= 338 mm + Bước xoắn của lò xo t =18 mm
+ Giảm chấn có tác dụng: dập tắt nhanh các dao động có tần số cao để tránh cho thùng xe không bị lắc khi qua đường mấp mô lớn và hạn chế các lực truyền qua giảm chấn tác dụng lên thùng xe.
+ Loại giảm chấn thuỷ lực có dạng ống, có đường kính ngoài d =18 mm.
+ Hệ thống treo phải đảm bảo độ võng tĩnh và độ võng động nằm trong giới hạn cho phép, dập tắt nhanh các dao động, giảm được tải trọng động khi qua ổ gà
+ Hệ thống treo sau: sử dụng Hệ thống treo kiểu thanh nhíp, được gắn vào chassis nhờ bulong M10.
Cầu xe được lắp trên hệ thống trên treo sau bằng cách nối với tâm của nhíp, cầu sau nằm trên nhíp để trọng tâm xe gần với mặt đường, nâng cao độ ổ định của xe.
3.1.2.4. Cụm bánh xe - cầu xe
Các kích thước cơ bản của lốp như sau: + Đường kính ngoài: 598 mm + Bề rộng lốp: 140 mm + Bán kính tĩnh: 238 ± 3mm + Gbmax: 275 daN + Áp xuất lốp: 2,1 daN/cm2 3.1.2.5. Hệ thống phanh
+ Phương án thiết kế hệ thống phanh sử dụng cơ cấu phanh đĩa ô tô máy cho phanh trước, cơ cấu phanh trống guốc cho phanh sau.
+ Trong phương án này, phanh trước sẽ sử dụng cơ cấu phanh đĩa của xe máy. Cơ cấu này rất thuận lợi cho việc lắp đặt, dễ dàng trong việc điều khiển, kích cỡ lại nhỏ, gọn phù hợp với các bánh ô tô. Ô tô thiết kế có sử dụng bộ vi sai để truyền lực đến các bánh ô tô phía sau nên có thể kết hợp với cơ cấu phanh tang trống tạo thành cơ cấu phanh sau cho ô tô. Việc sử dụng phanh trống guốc cho phanh sau có thể đồng thời được sử dụng để là phanh dừng cho ô tô.
3.1.2.6. Cụm hệ thống lái
+ Hệ thống lái cho xe thiết kế là loại có cơ cấu: Bánh răng - Thanh răng. Cơ cấu cấu này có ưu điểm: tỷ số truyền nhỏ nên độ nhạy cao, hiệu suất cao th ngh 1. Ngoài ra cơ cấu này cũng đơn giản, dễ chế tạo, kết cấu gọn dễ bố trí cho xe thiết kế.
Sơ đồ dẫn động lái:
1
2
Hình 3.2 Sơ đồ dẫn động lái
1- Khớp nối; 2 - Thanh răng
Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng. Nó bao gồm các khâu được nối với nhau bằng các khớp cầu và các đòn bên được bố trí nghiêng một góc so với dầm cầu trước.
3.1.2.7. Cụm hệ thống điện
- Nguồn điện chủ yếu sử dụng trên xe là nguồn điện từ ắc quy và pin mặt trời, số lượng tấm pin mặt trời: 2 tấm. Tổng công suất 2 tấm pin này là 170 (W).
- Trên xe điện ắc quy là nguồn năng lượng chính, dùng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện, và cung cấp năng lượng cho tất cả các phụ tải khác ngay cả khi động cơ điện không làm việc. Dung lượng ắc quy được sản xuất theo tiêu chuẩn, chọn loại bình ắc quy axit-chì có hiệu điện thế 12 (V) và dung lượng 65 (Ah). Để đảm bảo nguồn điện cung cấp cho động cơ 24 (V) thì ta mắc 2 bình ắc quy nối tiếp với nhau.
- Số giờ ô tô chạy hết dung lượng bình ắc quy: Trong quá trình ô tô chạy trên đường (nếu trời nắng) thì ắc quy sẽ tiếp tục được nạp điện.
Qp = Ip× tpa = ( PM/ U ) × tp
tpa = Qp×U/PM = 65 × 24/2000 = 0,78 (h) Với tpa là thời gian ô tô chạy hết dung lượng ắc quy. - Dung lượng mà pin mặt trời có thể cung cấp cho bình ắc quy:
Qn = In × tn = (Ppin/U)×tn = (170/24)× 7,1 = 50,29(Ah) Trong đó:
Ppin - Công suất pin mặt trời (W), Ppin = 2x85W =170 W tn - Số giờ nắng trung bình của Khánh Hòa, tn = 7,1 giờ - Số giờ ô tô chạy hết dung lượng ắc quy do pin mặt trời nạp vào:
Với tpmt là thời gian ô tô chạy hết dung lượng ắc quy do pin mặt trời nạp vào. Vậy với nguồn điện từ ắc quy (nạp đầy) và pin mặt trời (nạp trong quá trình hoạt động) ô tô có thể hoạt động được tổng số giờ: tp = tpa + tpmt = 0,78 + 0,6 = 1,38 giờ.
- Bộ đổi điện cung cấp đủ dòng điện ra cho toàn bộ hệ thống bóng đèn và bảo vệ khi có sự cố ngắn mạch.
- Bộ điều khiển động cơ điện một chiều có tác dụng nhận tín hiệu xung từ ECM và điều chỉnh điện áp cho động cơ điện làm xe chuyển động. Yêu cầu với bộ điều khiển động cơ là phải làm việc ổn định, tin cậy.
3.2. Chế tạo các chi tiết chính trên xe mô hình 3.2.1. Chế tạo khung xe 3.2.1. Chế tạo khung xe
3.2.1.1. Chuẩn bị vật liệu
Vật liệu chế tạo khung xe là dùng thép hộp loại vuông 60x30x2,5 mm, với quy cách cụ thể như sau:
Bảng 3.3 Quy cách cách vật liệu trong hệ thống khung xe
TT Tên gọi Quy cách (mm) Vật liệu Đơn Vị Số lượng Chiều dài (mm) 1 Thanh ngang 30x30x2,5 Thép CT3 Thanh 8 860 2 Thanh xiên 60x30x2,5 Thép CT3 Thanh 2 290 3 Thanh dọc 1 60x30x2,5 Thép CT3 Thanh 2 1571 4 Thanh dọc 2 60x30x2,5 Thép CT3 thành 2 940
- Khoảng cách hai dầm dọc song song 860 mm
- Khoảng cách giữa các thanh dầm ngang được bố trí phụ thuộc vào sự lắp đặt các chi tiết, thiết bị trên xe sao cho phù hợp.
- Các thanh dầm được nối với nhau bằng các mối hàn, để tăng thêm độ cứng vững thì ta dùng các tấm ke gia cường.
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí các thanh ngang trên khung xe
3.2.1.2. Chế tạo khung xe
- Bản vẽ thiết kế khung xe: xem tại phụ lục I, tờ số 02. Chế tạo khung được tiến hành qua 3 bước:
* BƯỚC 1: Dùng máy cắt để cắt các chi tiết theo thiết kế:
- Cắt thép hộp kiểu dáng (60x30x2,5) 6 thanh với các chiều dài khác nhau: + 2 thanh xiên có chiều dài: 290 mm.
230
6
0
30
135°
+ 2 thanh dọc 1 có chiều dài: 1571 mm.
6
0
30 1571
135°
+ 2 thanh dọc 2 có chiều dài: 940 mm.
6 0 30 940 45 ° 1 2 3 4 5 6 7 8
- Cắt thép hộp kiểu dáng (30x30x2,5) 8 thanh với các chiều dài: 860 mm 860 30 3 0 * BƯỚC 2:
+ Gá hàn các thanh dọc khung trên đồ gá gia công hàn.
+ Hàn 2 thanh dầm ngang phía sau vào dầm dọc, kết hợp hàn các tấm ke gia cường.
Hình 3.4 Hàn thanh dầm ngang sau.
+ Hàn thanh dầm ngang phía trước vào dầm dọc, kết hợp hàn các tấm ke gia cường.
+ Sau khi hàn xong chuyển khung sang vị trí chờ.
Hình 3.5 Chassis sau khi hàn xong
3.2.2. Chế tạo bộ phận giảm tốc động cơ điện 3.2.2.1. Phương án truyền động 3.2.2.1. Phương án truyền động
+ Tỉ số truyền của truyền lực chính (cầu xe) i0 = 4,85. Với tỷ số truyền này để đảm bảo các tốc độ xe như thiết kế ban đầu, ta thiết kế bộ truyền động qua 3 cấp tỷ số truyền khác nhau. Từ buli động cơ điện (d = 80) sử dụng đây đai thang để kết nới với
buli 2 (d=150) trên trục sơ cấp, từ buli 3 (d=100) trên trục sơ cấp sử dụng truyền động đai để kết nối buli 4 (d=150) được kết nối trực tiếp trên trục ra bánh răng quả dứa của truyền lực chính và sau đó thông qua bánh răng vành chậu đến bộ vi sai và kết nối với trục bánh xe.
Hình 3.6. Sơ đồ truyền động bộ giảm tốc
Tỷ số truyền của hệ thống: it = 2 4 1 3 o d d x x i d d = 150 150 4,85 80 x 100 x = 13,57 Trong đó:
+ it - tỷ số truyền của toàn hệ thống truyền động + io - tỷ số truyền của truyền lực chính
+ d1(mm) - đường kính buli 1 + d2 (mm) - đường kính buli 2 + d3 (mm) - đường kính buli 3 + d4 (mm) - đường kính buli 4
Và việc thiết kế bộ phận giảm tốc như hình 3.6 sẽ đảm bảo xe mô hình đạt tốc độ 35 km/h khi động cơ điện đạt số vòng quay nđc= 6000 v/p.
3.2.2.2. Chuẩn bị vật liệu
Vật liệu dùng trong chế tạo bộ phận giảm tốc động cơ điện như sau: + Sắt dạng tấm có chiều dày 8 (mm) để làm tấm lót.
+ Thép cacbon CT40 có đường kính 35 (mm) để chế tạo trục. + Chọn puli theo đường kính thiết kế có sẵn trên thị trường.
1 2
3 4
Bánh xe
+ Đây đai thang.
3.2.2.3. Tiến hành chế tạo
- Bản vẽ thiết kế bộ phận giảm tốc động cơ điện: xem tại phụ lục I, tờ số 12. - Áp dụng các phương pháp chế tạo để gia công vật liệu thành các sản phẩm theo yêu cầu.
- Tiếp hành lắp ráp để hoàn thiện bộ phận giảm tốc động cơ. - Lắp bộ phận giảm tốc lên xe mô hình.
Hình 3.7 Bộ phận giảm tốc động cơ điện sau khi hoàn thiện
3.2.3. Chế tạo hệ thống điều khiển động cơ 3.2.3.1. Thiết kế mạch trên máy tính 3.2.3.1. Thiết kế mạch trên máy tính
Đầu tiên vẽ nguyên lý mạch điều khiển trên lý thuyết đã thiết kế lên máy tính và chuyển sang vẽ mạch in bằng các phần mền như Orcad Protell. Sau khi chúng ta vẽ hoàn chình xong thì bảng mạch in sẽ có dạng như sau:
3.2.3.2. Chế tạo bản mạch Bước 1: In mạch ra giấy Bước 1: In mạch ra giấy
Tiến hành in bản mạch ra giấy thủ công. Khi in mạch ra chỉ có màu trắng đen và các lỗ cắm linh kiện. Đó là các đường sẽ in lên fip đồng. Nó phải có đầy đủ các lỗ và các đường dây của lớp dưới.
Bước 2: Là mạch lên fip đồng
Dùng 1 tấm fip đồng có điện tích bằng diện tích mạch vẽ in lên giấy thủ công. Để cho mực in hết xuống tấm fip trước khi đó cần phải đánh sạch fip đồng đi.
Tiếp theo quấn giấy vừa in lên fip đồng. Và là lớp mạch in lên giấy thủ công phải được để úp vào lớp đồng của fip. Cho bàn là vào là nóng.
Hình 3.9 Là fip đồng bằng bàn là nóng Hình 3.10 Bóc giấy sau khi đã in mạch
Bước 3: Ngâm mạch in
Khi là xong và mực in được dính hết xuống fip đồng, bước tiếp theo mang ra nước rửa cho tróc hết giấy in ra và còn lại các đường mực in lên mạch.
Quá trình tiếp theo khi đã sửa xong các đường mạch bây giờ đi ngâm mạch. Ngâm mạch trong dung dịch FeCl3 và 1 ít HCl cho nó nhanh. Vì theo phản ứng oxi hóa thì FeCl3 + Cu = FeCl2 + CuCl2 và một phản ứng nhỏ là HCl + FeCl2 = FeCl3 + … Như vậy nó sẽ làm cho quá trình ăn mòn đồng sẽ nhanh hơn. Khi đã ngâm xong thấy lớp đồng bay hết đi thì lúc đó mạch đã sạch và mang ra nước rửa sạch hết FeCl3 dính lên đó bằng nước.
Bước 4: Khoan mạch
Quá trình khoan mạch là giai đoạn cuối của quá trình. Dùng khoan tay để khoan các lỗ cần thiết.
Khi đã khoan hết các lỗ cần khoan rồi thì rửa lại toàn bộ mạch cho sạch. Đầu tiên dùng butin hay axeton để rủa sạch lớp mực bám lên fip đồng.