Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo cụm thùng nhiên liệu ô tô tải thông dụng có tải trọng dưới 3 tấn

Thùng nhiên liệu là một cụm chi tiết chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu, đảm bảo dự trữ đủ nhiên liệu cho động cơ làm việc trong quá trình xe hoạt động.. Hệ thống cung cấp nhiên liệu

Báo cáo khoa học

đề tài nghiên cứu khoa học

và phát triển công nghệ

" Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo cụm

thùng nhiên liệu ô tô tải thông dụng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 5

-1.1 Cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 5

-1.2 Kết cấu hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 8

-1.3 Kết cấu cụm thùng nhiên liệu 11

1.3.1 Cụm đường ống và thùng nhiên liệu .11

1.3.2 Cụm thùng nhiên liệu .12

1.4 Tình hình sản xuât thùng nhiên liệu ở Việt Nam .13

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÙNG NHIÊN LIỆU 15

2.1 Một số yêu cầu của thùng nhiên liệu: 15

2.1.1 Yêu cầu chung: 15

2.1.2 Yêu cầu về việc lắp thùng và hệ thống cung cấp nhiên liệu .16

2.2 Nghiên cứu kết cấu thùng nhiên liệu .16

2.2.1 Mặt cắt ngang của thùng nhiên liệu .16

2.2.2 Kết cấu các bộ phận của thùng nhiên liệu 17

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế 21

2.3.1 Lựa chọn xe cơ sở 21

2.3.2 Lựa chọn vật liệu 24

2.3.3 Lựa chọn kích thước sơ bộ của thùng .27

2.3 Thiết kế mô phỏng thùng nhiên liệu bằng phần mềm SolidWorks 29

2.4 Tính bền thùng nhiên liệu 33

2.4.1 Tính bền mối hàn 33

2.4.2 Trường hợp ô tô chuyển động phanh gấp: 37

HÌNH 40

VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN THÙNG NHIÊN LIỆU 40

3.1 Quy trình công nghệ gia công các chi tiết điển hình 40

3.1.1 Quy trình công nghệ gia công tấm thân .40

3.1.2 Quy trình công nghệ gia công tấm đầu 49

3.1.3 Quy trình công nghệ gia công tấm ngăn 51

3.2 Quy trình công nghệ hàn thùng nhiên liệu 53

3.2.1 Nguyên công 1: Hàn thân thùng 53

3.2.2 Nguyên công 2: Hàn giá bắt đồng hồ báo dầu vào thân thùng .56

3.2.3 Nguyên công 3: Hàn cổ rót dầu vào thân thùng 57

3.2.4 Nguyên công 4: Hàn tấm ngăn vào thân thùng .58

3.2.5 Nguyên công 5: Hàn nút vào thân thùng 59

3.2.6 Nguyên công 6: Hàn tấm đầu thùng vào thân thùng .60

3.2.7 Nguyên công 7: Kiểm tra các mối hàn .63

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM, KIỂM TRA THÙNG NHIÊN LIỆU 64

4.1 Các tiêu chuẩn tham khảo .64

4 1.1 TCVN 5833 : 1994 về thùng thép chứa chất lỏng 64

4.1.2 TCVN 6954 : 2001 về thùng nhiên liệu của mô tô, xe máy hai bánh hoặc ba bánh 64

4.2 Đề xuất các phương pháp thử nghiệm, kiểm tra thùng nhiên liệu .64

4.2.1 Kiểm tra các kích thước, hình dáng, dung tích, khối lượng, cấu tạo được thực hiện bằng phương pháp kiểm tra mẫu thử với tỷ lệ 100% 64

4.2.2 Thử kín 64

4.2.3 Thử rơi .64

4.2.4 Thử thủy lực .64

4.2.6 Thử tính chịu nhiên liệu 654.3 Mô phỏng thí nghiệm thử rơi thùng nhiên liệu bằng phần mềm Ansys .654.3.1 Giới thiệu phần mềm Ansys .654.3.2 Mô phỏng thử rơi thùng nhiên liệu .66

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Ở nước ta, do kinh tế phát triển nhanh và ổn định nên nhu cầu về sử dụng ô tô

để vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng Theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam – VAMA – lượng tiêu thụ xe ô tô tải trong 3 tháng đầu năm là

8763 xe, tốc độ tăng trưởng trong năm 2010 của xe tải là 12 – 14 %/năm và dự đoán tốc độ tăng trưởng từ năm 2011 đến 2020 là 8 – 10 %/năm

Theo “Quy hoạch phát triển ngành công nhiệp ô tô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020” của Chính phủ: Xây dựng và phát triển ngành công nghiệp ôtô

VN để đến năm 2020 trở thành một ngành công nghiệp quan trọng của đất nước, có khả năng đáp ứng ở mức cao nhất nhu cầu thị trường trong nước và tham gia thị trường khu vực và thế giới Mục tiêu cụ thể về các loại xe thông dụng (xe tải, xe khách, xe con): Đáp ứng trên 80% nhu cầu thị trường trong nước về số lượng và đạt

tỷ lệ sản xuất trong nước 60% vào năm 2010 (riêng động cơ phấn đấu đạt tỷ lệ sản xuất trong nước 50%, hộp số đạt 90%) Về động cơ, hộp số và phụ tùng sẽ lựa chọn

để tập trung phát triển một số loại động cơ, hộp số, bộ truyền động và phụ tùng với

số lượng lớn phục vụ lắp ráp ô tô trong nước và xuất khẩu

Hiện nay, tỷ lệ nội địa hoá ở các sản phẩm ôtô VN chủ yếu tập trung vào một

số chi tiết, phụ tùng như khung vỏ, ghế ngồi, săm lốp, nhựa, cao su, dây điện… Có những doanh nghiệp đang đầu tư chiều sâu để nội địa hóa những tổng thành quan trọng như: sát xi, cabin, cầu xe và hộp số

Thùng nhiên liệu là một cụm chi tiết chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu, đảm bảo dự trữ đủ nhiên liệu cho động cơ làm việc trong quá trình xe hoạt động Thùng nhiên liệu hoàn toàn có khả năng nội địa hoá bằng công nghệ trong nước Tuy nhiên, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo thùng nhiên liệu được rất ít đơn vị quan tâm đến Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo thùng nhiên liệu có ý nghĩa thực tiễn cao

1.1 Cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng có nhiệm vụ chuẩn bị và cung cấp hỗn hợp hơi xăng và không khí cho động cơ, đảm bảo đủ số lượng và thành phần của hỗn hợp (thể hiện qua hệ số lượng dư không khí α ) luôn luôn phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

Hệ thống cung cấp nhiên liệu phải đảm bảo được hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu có chất lượng tốt, làm cho nhiên liệu được đốt cháy tốt nhất trong mọi chế độ làm việc của động cơ Cần phải đảm bảo kiểu hòa trộn, tỷ số hòa trộn, áp suất hòa trộn và thời giàn hòa trộn thích hộp giữa xăng và không khí ứng với từng chế độ làm việc của động cơ

Trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ xăng gồm có thùng nhiên liệu, các bình lọc và bơm nhiên liệu Tất cả các thiết bị đó nối với nhau bằng ống dẫn nhiên liệu Sơ đồ HTNL được trình bày như sau:

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí

1-Ống dẫn; 2-Nắp; 3-Cổ rót; 4-Thùng xăng; 5-Thiết bị đo mức xăng; 6- ;7-Ống dẫn; 8-Lọc thô; 9-Bơm chuyển xăn; 10-Bình lọc lắng;

11-Lọc gió; 12-Đường dẫn khí; 13- Bộ chế hòa khí;

phải dùng bơm chuyển xăng 9, hút xăng từ thùng 4, qua lưới lọc 18, ống dẫn 7, lọc thô 8 và bơm để bơm qua bình lọc lắng 10 vào bộ chế hòa khí 13

Thùng xăng: Dùng để chứa xăng cung cấp cho động cơ đủ làm việc trong một thời gian nhất định Trên thùng xăng có các thiết bị để đổ xăng, kiểm tra lượng xăng tiêu thụ, cung cấp xăng cho hệ thống nhiên liệu, ngoài ra trên thùng còn có nút hoặc khóa để xả cặn hoặc tháo nhiên liệu ra ngoài

Hình 1.2 :Thùng nhiên liệu

1,2-Bộ truyền dẫn báo mức nhiên liệu; 3-Nắp; 4-Lưới lọc; 5-Ống khóa;

6-Nút xả; 7-Cốc đổ nhiên liệu; 8-Tấm ngăn

Bình lọc xăng: Bình lọc xăng và cốc lắng làm nhiệm vụ lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong xăng trước khi vào động cơ Lưới lọc được lắp ở miệng ống

đổ nhiên liệu của thùng nhiên liệu, ở nắp của vỏ bơm nhiên liệu của thùng nhiên liệu, ở nắp của vỏ bơm nhiên liệu và ống nối của buồng phao (Hình 1.3 )

Hình 1-3: Bình lọc nhiên liệu

a – Lọc thô; b – Lọc tinh

1-Lỗ ra; 2-Vỏ; 3-Lỗ vào; 4-Nút xả; 5-Cốc; 6-Tấm lọc; 7-Lỗ nhiên liệu;

8-Quay bắt chặt; 9-Cốc lọc; 10-Lò xo; 11-Lõi lọc; 12-Vỏ

Bơm xăng để bơm xăng từ thùng xăng đến động cơ, do đó cho phép giữ áp suất nhất định trong đường ống nhiên liệu

Trong các loại dẫn động cơ khí thì bơm màng được sử dụng nhiều nhất Bơm màng có thể điều chỉnh lưu lượng xăng một cách tự động, trong lúc thay đổi lưu lượng thì áp suất xăng ở phía sau bơm vẫn giữ nguyên không đổi

Hình 1-4: Bơm nhiên liệu kiểu màng

1-Cần dẫn động; 2-Tay kéo bơm tay; 3-Thanh; 4-Lò xo; 5-Màng;

6-Van giảm áp; 7- Lưới lọc; 8- Nắp bơm; 9-Van xả; 10-Lò xo

bộ chế hòa khí để giảm độ mài mòn các chi tiết làm việc trong động cơ

Hình 1-5 : Các bầu lọc không khí

a – Bầu lọc dầu - quán tính; b – Bầu lọc có lõi lọc khô

1-Bể dầu; 2-Lõi lọc; 3-Nắp; 4-Đai ốc tai hồng; 5-Vít kéo; 6-Ống dẫn không khí tới máy nén; 7-Vòng chắn dầu; 8,11-Ống gom không khí; 9-Lõi lọc khô; 10-

Thân bầu lọc; 12,13- Ống thông gió cácte

1.2 Kết cấu hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có các nhiệm vụ sau:

- Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định

- Lọc sạch nước và tạp chất cơ học nhiên liệu

- Cung cấp nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc quy định của động cơ

- Cung cấp nhiên liệu đồng đều và đúng lúc theo một quy luật đã định vào các xylanh theo trình tự làm việc quy định của động cơ

- Phun tơi và phân bố đều hơi nhiên liệu trong thể tích môi chất trong

Dù có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khá đa dạng, nhưng hiện tại đa số

hệ thống nhiên liệu thông dụng của động cơ diesel đều được cấu thành từ các bộ phận cơ bản sau đây:

6 3

5 9

Hình 1-6: Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel

1- Thùng nhiên liệu; 2- Bơm thấp áp; 3- Lọc nhiên liệu; 4- Bơm cao áp; 5- Ống cao áp; 6- Vòi phun; 7- Bộ điều tốc; 8- Bộ điều chỉnh góc phun sớm;

9- Ống thấp áp; 10- Ống dầu hồi

Nguyên lý hoạt động: Bơm thấp áp 2 hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu 1 qua đường ống thấp áp 9 đến bộ lọc nhiên liệu 3 để lọc sạch nước và cặn bẩn trong nhiên liệu Bơm cao áp 4 đẩy tiếp nhiên liệu vào đường ống cao áp 5 tới vòi phun

6 để phun nhiên liệu vào buồng cháy động cơ Nhiên liệu dư thừa trong vòi phun qua ống dầu hồi 10 về bơm cao áp, một phần nhiên liệu dư thừa trong vòi phun trở

về thùng chứa nhiên liệu

Thùng nhiên liệu– dùng để chứa nhiên liệu dự trữ để động cơ hoạt động liên tục trong thời gian định trước, cỡ thùng lớn hay nhỏ tùy theo công suất và đặc tính động cơ

Bơm thấp áp - bơm có chức năng hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu rồi đẩy đến bơm cao áp Hệ thống nhiên liệu có thể không có bơm thấp áp nếu thùng chứa nhiên liệu hàng ngày được đặt ở vị trí cao hơn động cơ để nhiên liệu tự chảy đến bơm cao áp

Lọc nhiên liệu - Trong hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có các bộ phận được chế tạo và lắp ráp với độ chính xác rất cao, như : đầu phun, cặp piston-xylanh của bơm cao áp, van triệt hồi Các bộ phận này rất dễ bị hư hại nếu trong nhiên liệu có tạp chất cơ học Bởi vậy nhiên liệu phải được lọc sạch tạp chất

và nước trước khi đến bơm cao áp

Ống dẫn nhiên liệu - gồm có ống cao áp và ống thấp áp Ống cao áp dẫn nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp đến vòi phun Ống thấp áp dẫn nhiên liệu

từ thùng chứa đến bơm cao áp và dẫn nhiên liệu hồi về thùng chứa

Bơm cao áp - có các chức năng sau đây :

- Nén nhiên liệu đến áp suất rất cao (khoảng 100 - 1500 bar) rồi đẩy đến vòi phun (chức năng nén)

- Điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng đốt phù hợp với chế độ làm việc của động cơ (chức năng định lượng)

- Định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình phun nhiên liệu (chức năng định thời)

Vòi phun nhiên liệu - Đại đa số vòi phun nhiên liệu ở động cơ diesel chỉ

có chức năng phun nhiên liệu cao áp vào buồng đốt với cấu trúc tia nhiên liệu phù hợp với phương pháp tổ chức quá trình cháy Ở một số hệ thống nhiên liệu đặc biệt, vòi phun còn có thêm chức năng định lượng và định thời

Hiện nay đa số các xe ô tô tải đều sử dụng động cơ diesel vì hiệu suất của động cơ diesel lớn hơn đọng cơ xăng, do hao phí nhên liệu ít và tỷ số nén cao Ví

dụ, nếu động cơ xăng có hiệu suất tiêu hao nhiên liệu là ge= (150÷240)g/kW.h thì động cơ diesel là ge= (110÷190)g/kW.h, nghĩa là lượng nhiên liệu tiêu hao ở động

cơ diesel là ít hơn động cơ xăng khoảng (30÷35)% Hơn nữa, nhiên liệu dùng trong động cơ diesel rẻ tiền và ít gây cháy hơn so với xăng dùng trên động cơ xăng

1.3 Kết cấu cụm thùng nhiên liệu

1.3.1 Cụm đường ống và thùng nhiên liệu

Hình 1-7: Cụm đường ống và thùng nhiên liệu

1: Ống dầu hồi; 2: Ống dầu cấp; 3: Đai kẹp; 4: Vòng đỡ;

5: Đầu nối; 6: Đệm; 7: Cụm lọc thô; 8: Ống tới bơm cao áp; 9, 10: Đầu nối Dưới lực hút của bơm, nhiên liệu từ thùng nhiên liệu qua ống dầu cấp 2 tới cụm lọc thô 7 Tại đây nước và các cặn bẩn được loại khỏi nhiên liệu để bảo vệ bơm cao áp và vòi phun Nhiên liệu thừa sau khi được bơm từ bơm cao áp tới kim phun sẽ theo đường ống dầu hồi 1 về thùng nhiên liệu

Ống dẫn xăng dùng để đưa xăng từ thùng chứa đến động cơ Ống dẫn thường làm bằng đồng đỏ, đồng thau hoặc thép có mạ lớp chống rỉ Đường kính trong của ống dẫn phụ thuộc vào công suất động cơ và thường bằng 6÷8 mm Đôi khi cũng dùng ống thép hai lớp làm ống dẫn xăng Khu vực bị cọ sát với những vật khác của ống dẫn đều được cuốn sợi vải để bảo vệ Trong trường hợp lắp động cơ trên hệ thống treo mềm thì đoạn ống xăng từ thùng xe hoặc khung xe tới bơm, bơm chuyển xăng phải dùng loại ống mềm Dùng ống cao su làm ống dẫn xăng rất tiện lợi khi

sử dụng, nhưng ống cao su tuổi thọ rất ngắn, thường mỗi năm phải thay ống một lần

Các ống dẫn được nối với nhau bằng các khớp nối ống Trên ống dẫn xăng còn có khóa kiểu nút hoặc kiểu van để khóa xăng khi máy ngừng hoạt động

Thùng nhiên liệu 1 được định vị chắc chắn trên giá đỡ 7 nhờ các vòng đai bằng cao su 6 và 8 Các giá đỡ 7 làm bằng thép chữ U, được bắt chặt lên khung xe bằng bu lông và đai ốc

Miệng thùng đậy kín bằng nắp, ở nắp có van không khí Cấu tạo của nắp có khả năng đảm bảo giữ cho hơi xăng không bay ra ngoài tự do, việc tổn hao nhiên liệu càng giảm thì càng giữ được tính bốc hơi của nó để khởi động máy, đồng thời ngăn ngừa sự tăng quá mức hoặc giảm áp suất trong thùng Phía trên thùng, nắp khóa cùng với lưới lọc và bộ truyện dẫn báo mức nhiên liệu Để xả cặn bẩn và nhiên liệu ở đáy thùng có lỗ xả cùng ốc xả

1.4 Tình hình sản xuât thùng nhiên liệu ở Việt Nam

Theo Quyết định số: 34/2007/QĐ-BCN ngày 31/7/2007 của Bộ Công thương (Phê duyệt Quy hoạch phát triển công nghiệp đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020), Bộ đã định hướng phát triển có chọn lựa một số loại động cơ, hộp số, bộ truyền động và phụ tùng với số lượng lớn phục vụ lắp ráp ô tô trong nước và tham gia xuất khẩu Phát triển sản xuất đáp ứng nhu cầu các chi tiết hỗ trợ thông dụng,

có thể sử dụng cho nhiều mác xe như ắc quy, bugi, pha đèn, kính, săm lốp, hệ thống dây điện, còi, giảm xóc,… Tăng cường khả năng liên kết, hợp tác giữa các doanh nghiệp để chuyên môn hoá sản xuất các linh kiện, phụ tùng với khối lượng lớn, bảo đảm yêu cầu chất luợng của nhà lắp ráp, tiến tới hoàn thiện các mẫu xe mang thương hiệu Việt Nam

Hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô tải ở Việt Nam như Vinamoto,Vinaxuki, Trường Giang, TMT, Veam, Trường Giang, Mekong, Huyndai, Samco, Thành Công, Chiến Thắng… hầu hết đều lắp ráp với công nghệ gần giống nhau, có tỉ lệ nội địa hóa khoảng 30% Các doanh nghiệp đã sản xuất

được khung xe, bệ xe, cabin, dây điện, nhíp và một phần đang đầu tư sản xuất

động cơ, hộp số, cầu, các đăng, hệ thống lái

Về thùng nhiên liệu, vẫn chưa có doanh nghiệp nào đầu tư nghiên cứu chế tạo mà đều nhập khẩu theo dạng linh kiện từ nước ngoài Yêu cầu đặt ra là phải có một dây truyền chuyên sản xuất các loại thùng nhiên liệu cung cấp cho các doanh nghiệp lắp ráp trong nước Vì vậy Công ty cổ phần cơ khí Cổ Loa trực thuộc Tổng công ty Máy động lực và Nông nghiệp đã quyết định đầu tư nhân lực và thiết bị để chế tạo thử nghiệm thùng nhiên liệu cho các xe tải có tải trọng 3 tấn Hy vọng rằng trong tương lai sẽ đáp ứng đầy đủ nhu cầu về thùng nhiên liệu cho các nhà máy lắp ráp ô tô tải trong nước và xuất khẩu

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÙNG NHIÊN LIỆU 2.1 Một số yêu cầu của thùng nhiên liệu:

2.1.1 Yêu cầu chung:

- Thùng làm bằng vật liệu có cơ tính, hóa tính, đặc tính về nhiệt phù hợp với điều kiện sử dụng và có lớp sơn bảo vệ bên ngoài

- Kết cấu của thùng phải đảm bảo cứng vững, chịu được áp suất không nhỏ hơn 0,8 at

- Thùng không được méo, bẹp, thủng hay rò rỉ, mối hàn phải bền chắc và kín Bên trong thùng không được có các kết cấu làm cản trở việc thoát hết không khí khi bơm nhiên liệu vào

- Thùng và các bộ phận liền kề phải thiết kế sao cho không tạo ra sự tích điện giữa thùng và khung xe có thể làm cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu

Chú thích: Khung xe ở đây được hiểu là khung cơ sở (Chassis)

- Thùng phải được chế tạo sao cho chịu được ăn mòn Thùng phải chịu được thử nghiệm độ kín khít ở áp suất lớn hơn hai lần áp suất làm việc bình thường và trong mọi trường hợp, ít nhất phải bằng áp suất tuyệt đối 130kPa Bất kỳ một áp suất dư hay bất kỳ một áp suất nào vượt quá áp suất làm việc thông thường phải được giảm tự động bằng các cơ cấu thích hợp (các lỗ thoát, các van an toàn…) Nhiên liệu không được trào ra khỏi nắp phin lọc hoặc cơ cấu xả áp để giảm áp suất

dư thùng

- Khi thùng để nằm ngửa độ rò rỉ cho phép tối đa là 30g/phút

2.1.2 Yêu cầu về việc lắp thùng và hệ thống cung cấp nhiên liệu

- Thùng phải được lắp đặt chắc chắn trên giá đỡ, có dây đai để kẹp cố định

trên giá và nằm song song với khung ô tô, không được đặt bên trong khoang trở người và khoang trở hàng hóa

- Hệ thống gá lắp thùng phải được thiết kế, chế tạo và lắp đặt sao cho có thể thực hiện được các chức năng trong mọi điều kiện chạy xe

- Vị trí lắp đặt cách miệng thoát khí thải của ống xả ít nhất là 300 mm và cách các công tắc điện, các giắc nối hở ít nhất là 200 mm

- Các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ phải được bảo vệ hợp lý bởi một phần của khung xe hoặc thân xe để sao cho chúng không va vào vật cản trên mặt đất lúc xe chạy

Các yêu cầu bảo vệ này sẽ không cần thiết nữa nếu các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu, khi được đặt ở dưới xe, cao hơn phần khung hoặc thân xe được

bố trí ở ngay phía trước chúng

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu phải được thiết kế, chế tạo và lắp đặt sao cho chịu được mọi ảnh hưởng của sự ăn mòn bên trong và bên ngoài Không có chuyển động nào do xoắn, uốn và rung động của kết cấu, động cơ và bộ truyền động được phép tạo ra ma sát hay ứng suất một cách không bình thường đối với các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu

2.2 Nghiên cứu kết cấu thùng nhiên liệu

2.2.1 Mặt cắt ngang của thùng nhiên liệu

Về nguyên tắc, cùng một thể tích chứa nhiên liệu chúng ta nên thiết kế thùng nhiên liệu cao-hẹp hơn là thấp-rộng ngang để hạn chế ảnh hưởng tới đường hút nhiên liệu Ngoài ra để thiết kế chế tạo thùng nhiên liệu đáp ứng được tất cả các yêu cầu kỹ thuật cũng như có kích thước hợp lý, kiểu dáng công nghiệp – đẹp cũng

mất nhiều công sức Để thuận tiện, người ta thường chế tạo một số thể tích thùng nhiên liệu thông dụng như: 50 – 80 – 100 – 160 - 200 lít

Như vậy mặt cắt ngang của thùng dầu nên có hình chữ nhật và uốn góc nhằm tạo thể tích chứa nhiên liệu tối đa, và dễ dàng trong gia công chế tạo, đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật

Hình 2-1: Kết cấu thùng 2.2.2 Kết cấu các bộ phận của thùng nhiên liệu

+ Người ta thường tạo các vách ngăn để ngăn cách đường dầu hút và đường dầu hồi với nhau Các tấm vách ngăn này có tác dụng tăng cứng cho thùng, giảm dao động của nhiên liệu, ngoài ra nó còn có tác dụng tránh hiện tượng trộn lẫn không khí vào nhiên liệu từ đường dầu hồi và giữ những hạt bẩn đi vào đường hút nhiên liệu Để cân bằng không khí và mức nhiên liệu trong các ngăn thì phải có các

lỗ thông ở các vách ngăn

Hình 2-2 :Tấm vách ngăn

+ Các tấm đầu thùng cần được dập gân để tăng cứng Hình dạng gân tùy thuộc vào kích thướng và kiểu dáng của thùng Ở đây, tấm đầu thùng được dập gân hình chữ X:

Hình 2-3: Tấm đầu thùng

+ Ngoài ra các phụ kiện thùng nhiên liệu như cảm biến đo mức dầu, van xả nhiên liệu, nắp thùng nhiên liệu là các phụ kiện tiêu chuẩn cần có cho mỗi thùng dầu

+ Kết cấu mép đầu thùng:

- Phương án 1: Mép thùng gấp mép 5 lớp như hình 7a bằng máy gấp mép, kết hợp bôi keo làm kín Phương pháp này đảm bảo kín tuyệt đối nhưng đòi hỏi phải có đầy đủ thiết bị, người thợ phải có tay nghề cao

- Phương án 2: Tấm thân và tấm đầu thùng được đính sao cho bề mặt tiếp xúc của chúng là tốt nhất sau đó hàn lăn đều Phương pháp này đơn giản, thiết bị sẵn

Hình 2-5: Kết cấu cổ rót

+ Nút có hình trụ tròn, có ren trong để bắt với đường ống bơm dầu, đường ống dầu hồi và đai ốc xả dầu

Hình 2-6: Kết cấu nút

+ Đường hút nhiên liệu từ thùng tới bơm nhiên liệu phải được đặt ngay trên đáy thùng đủ để ngăn không cho các chất bẩn đi vào bơm Các đường nhiên liệu hồi phải được đặt ở gần phía đỉnh thùng và được nối với ống kéo dài đến ít nhất mức nhiên liệu tối thiếu của thùng nhằm ngăn ngừa không khí từ bên trong thùng đi ngược trở vào các đường này

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế

2.3.1 Lựa chọn xe cơ sở

Ta thiết kế thùng nhiên liệu cho xe tải có tải thông dụng có tải trọng từ 700kg đến 3 tấn, cụ thể ta thiết kế cho xe tự đổ LIFAN số loại: LF3070G1-2 có tải trọng 3 tấn được lắp ráp tại nhà máy Cơ khí Ô tô Mê Kông

Hình 2-7: Bản vẽ tuyến hình xe cơ sở LIFAN

Bảng đặc tính kỹ thuật của xe ô tô tự đổ LIFAN – LF3070G1-2

4.2 Độ dốc lớn nhất xe vượt được % 25

5 Động cơ

5.2 Loại nhiên liệu, số kỳ, số

xylanh, cách bố trí, kiểu làm

mát

Diezel, 4 kỳ tăng áp, 4 xylanh thẳng hàng, làm mát

5.7 Mô men xoắn lớn nhất N.m/v/ph 300/2200

động

Má phanh tang trống, tác động lên bánh sau, khí nén + lò xo tích năng

bằng lớp ngăn khí mỏng từ vật liệu ethylene vinyl alcohol (EVOH) Mục đích của lớp này là ngăn sự dò gỉ chậm của hơi xăng dầu qua thành thùng bằng polyethylen

Đối với ô tô tải, chúng ta chủ yếu sử dụng thùng nhiên liệu được làm từ thép tấm cán nguội để đảm bảo đủ độ bền, độ an toàn, phù hợp với các hoạt động của

xe Đặc tính và công dụng của một số sản phẩm thép tấm cán nguội được liệt kê ở bảng dưới đây

Là loại thép dùng rộng rãi nhất trong các loại thép lá cán nguội, ứng dụng uốn, kéo và tạo hình vừa phải

Dùng trong các ngành chế tạo cơ khí, cuốn ống dân dụng, làm tủ sách tủ hồ sơ,

Nhật JIS

G3141

SPCC (Chất lượng

thương mại)

Là loại thép lá cacbon chất lượng tiêu chuẩn

Là loại thép được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại thép lá cán nguội, và phù hợp nhất cho các ứng dụng uốn, kéo và tạo hình vừa

Dùng làm dụng cụ gia dụng, thùng phi, đồ nội thất, công nghiệp ôtô, ống, thép lá dùng sơn mạ…

phải

JIS

G141

SPCC (Thép lá

cán nguội

cứng)

Là loại thép lá đặc biệt cứng

Dùng trong ngành sản xuất ống, tấm lợp, thép lá dùng sơn và ,mạ…

Dùng làm thùng phi, tấm lợp, thép lá dùng sơn và mạ

JIS

G141

SPCD (Chất lượng

dập sâu

thông

thường)

Đây là loại thép có tính dẻo cao và độ đồng nhất caohơn loại thép chất lượng thương mại

dập sâu đặc

biệt)

Áp dụng trong quá trình gia công dập tạo hình phôi lá kim loại bằng cách sử dụng khuôn dập tạo hình , loại thép lá này có đặc điểm biến dạng dẻo rất cao dùng chế tạo hình phức tạp cuốn cong như các hình tách trà

Dùng trong ngành công nghiệp ô tô, sơn mạ, các ứng dụng tạo hình phức tạp…

Vật liệu làm thùng nhiên liệu phải thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 5833-1994 Thùng nhiên liệu phải được làm bằng thép có độ bền kéo lớn hơn 270 N/mm2, độ giãn dài tương đối lớn hơn 25% và có tính hàn tốt

Miệng lỗ rót và giá bắt đồng hồ đo mức nhiên liệu, nút làm bằng thép có cơ tính như trên hoặc vật liệu có cơ tính tương đương, đảm bảo an toàn khi sử dụng

Sơn bên ngoài thùng có độ bám dính tốt và chịu được ảnh hưởng của thời tiết

Giá đỡ thùng nhiên liệu phải được làm bằng vật liệu có cơ tính tốt, đảm bảo

độ bền, không bị cong, vênh hay gẫy trong quá trình xe hoạt động

Từ những phân tích ở trên, các loại vật liệu được chọn để làm thùng nhiên liệu là:

5 Giá bắt đồng hồ báo mức dầu 1 CT3 – δ3

2.3.3 Lựa chọn kích thước sơ bộ của thùng

Như đã lựa chọn ở trên, thùng có tiết diện hình chữ nhật và uốn cong tại bốn góc Mặt cắt ngang của thùng được chia thành các phần diện tích tương ứng như hình dưới đây:

Hình 2-8: Sơ đồ tính kích thước bao của thùng nhiên liệu

Thể tích của thùng nhiên liệu được tính như sau:

V = (S1 +2 S2 + 4S3).L (mm3) Trong đó:

+ S1 = (a – 2R).b + S2 = (b – 2R).R +S3 = 2

2.3 Thiết kế mô phỏng thùng nhiên liệu bằng phần mềm SolidWorks

Phần mềm Solidworks được biết đến rộng rãi và tính phổ biến của nó hiện nay, là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D do hãng Dassault System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết

kế cơ khí hiện nay Solidworks được biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và được du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2010

và phần mềm này đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí và phần mềm này không những dành cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật

Sau đây là một số hình ảnh mô phỏng thiết kế thùng nhiên liệu bằng phần mềm SolidWorks

Hình 2-9: Thân thùng

Hình 2-10: Tấm đầu thùng

Hình 2-11: Tấm ngăn giữa

Hình 2-13:Cổ rót dầu Hình 2-14: Cốc rót dầu

Hình 2-15: Nắp thùng Hình 2-16: Giá bắt đồng hồ báo dầ

Hình 2-11: Nút

Hình 2-17: Bản vẽ lắp thùng nhiên liệu

Hình 2-18: Các chi tiết của thùng nhiên liệu

Hình 2-19: Bản vẽ Drawing của thùng nhiên liệu

[ ]τ = 0,6 550 = 330 ( N/mm2)

Hình 2-20: Sơ đồ tính bền mối hàn lăn thân thùng

Ta xác định lực kéo F chính là áp lực của chất lỏng tác dụng vào thành bên của thùng với giả thiết thùng được đổ đầy nhiên liệu

Hình 2-21: Sơ đồ áp lực chất lỏng tác dụng vào thành thùng

Áp lực chất lỏng lên đoạn thành AB theo phương x là Px1

Px1= γ.hc1.Sx1

Trong đó :

γ – trọng lượng riêng của dầu, γ = 8730 (N/m3);

Sx1 – diện tích hình chiếu của đoạn thành AB

lên mặt vuông góc với trục ox, Sx1=h1.L;

hc1 – tọa độ trọng tâm của Sx1, 1

2 1

γ

Tương tự, áp lực chất lỏng lên đoạn thành CD theo phương x là Px3

Px3 = γ.hc3.Sx3 Với: Sx3= h1.L ; hc3= h2 + 1

2 1

−

200 100 2

200 100

10

10

8730 9 2 2

= 4.10-2 (N/mm2) < [ ]τ

Vậy mối hàn đảm bảo bền

2.4.2 Trường hợp ô tô chuyển động phanh gấp:

*/ Tính ptmax :

Xét trường hợp phanh gấp với gia tốc phanh lớn nhất Lực tác dụng gồm lực quán tính Fqtmax và áp lực chất lỏng chứa trong xitéc Pt Ta thấy với việc chia thùng làm ba khoang chứa đã làm giảm lực quán tính khi phanh Lúc này Fqtmax ta xét cho khoang giữa với dung tích lớn nhất là 80 lít

Hình 2-22: Sơ đồ tính toán

Áp suất chất lỏng tác dụng lên xitec được xác định theo phương trình Becnuli:

p0 _ là áp suất khí trời (p0 = 1Pa = 10-6 N/mm2)

γ _ là trọng lượng riêng của khối chất lỏng.(γ = 7,4.10-6 N/mm3)

h _ là chiều cao của điểm tính áp suất tới mặt thoáng

Áp lực của lực quán tính tác dụng lên mặt đầu của khoang giữa là:

max .

qt

F m j V g p

Nhận xét: Áp suất chất lỏng lớn nhất tại vị trí đường sinh dưới cùng, mặt

chịu tác dụng của lực quán tính là mặt đầu khoang giữa xitec Do đó ta tính bền cho mặt đầu xitec với áp lực lớn nhất tác dụng lên mặt đầu tại điểm O

ptmax= p0+γ.b= 10-6+ 8,4.10-6.460 = 3,865.10-3 (N/mm2)

2 max

) 4 (

.

.

R ab

g V S

g V

p qt

π

ϕγϕ

14 , 3 4 ( 400 460

65 , 0 10 81 , 9 10 40 10 4 , 7

−

−

−

= 6,74 (N/mm2)

Vậy áp lực lớn nhất đặt tại O là:

max max

δ _ là chiều dày vỏ xitec; δ = 1 mm

pmax_ là áp lực tác dụng lên điểm nằm trên đường sinh phía dưới của thùng

6 = 674 (N/mm2) Thùng nhiên liệu được chế tạo từ thép tấm SPCC có σc = 550 ( N/mm2) Ứng suất cho phép được xác định theo công thức:

550= 785 (N/m2)

Ta thấy với [σ ]=785 => σv<[σ ] nên thùng đảm bảo bền khi xe chuyển động phanh gấp