Mục đích nghiên cứu của báo cáo này nhằm giảm mức độ ô nhiễm môi trường do động cơ đốt trong gây ra và đa dạng hóa nguồn năng lượng thay thế cho ô tô mặt khác góp phần làm giảm chi phí cho người sử dụng. Mời các bạn tham khảo!
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH
Xác nhận của cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài
Phan Văn Tuân
Trà Vinh, ngày 02 tháng 05 năm 2012
Trang 2Thiết Của Đề Tài 3
1.2 Giới Hạn, Phạm Vi Nghiên Cứu Của Đề Tài 6
1.5 Phương Pháp Nghiên Cứu: 6 1.5.1 Phương pháp thiết kế 6 1.5.2 Phương pháp chế tạo 7 1.5.3 Phương tiện thiết kế và chế tạo 7 Chương 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ Ô TÔ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 8 2.1 Điều Kiện Làm Việc Của Xe 8
Chương 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO Ô TÔ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 11 3.1 Tính Toán, Thiết Kế, Chế Tạo Các Hệ Thống Trên Xe 11
3.1.2 Thiết Kế Hệ Thống Lái 15
a Tỉ Số Truyền Hệ Thống Lái 15
Trang 3b Xác định kích thước hình thang lái 16
c Độ chụm của hai bánh xe dẫn hướng 17
d Góc nghiêng ngoài của bánh xe dẫn hướng 17
e Lắp đặt hệ thống lái 17 3.1.3 Xác Định Tọa Độ Trọng Lượng Xe 18 3.1.4 Tính Công Suất Của Động Cơ 19 3.2 Thiết Kế Chế Tạo Khung Lắp Các Tấm Pin Thu
Năng Lượng Mặt Trời 21 Chương 4: LẮP ĐẶT CÁC HỆ THỐNG TRÊN Ô TÔ ĐIỆN. 22
4.1 Lắp Đặt Hệ Thống Thu Năng Lượng Mặt Trời Cho Xe Điện 22
4.1.1 Các thiết bị chính 22 4.1.2 Hệ thống năng lượng mặt trời cho xe điện 23
4.2 Hệ Thống Chiếu Sáng Tín Hiệu 26
4.2.2 Hệ thống đèn hậu 26 4.2.3 Hệ thống đèn đầu 27 4.2.4 Hệ thống đèn xinhan 27 4.3 Mạch Điều Khiển Động Cơ 28 4.4 Mạch Điều Khiển Tổng Hợp 28 4.5 Mạch Sạc Bổ Sung Cho Ắc Quy 28 4.6 Tính Toán Chọn Dây Dẫn 29 Chương 5: CHẠY THỬ NGHIỆM Ô TÔ ĐIỆN SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 30 5.1 Điều Kiện Thử Nghiệm 30
Trang 45.2 Thử Nghiệm Các Hệ Thống Trê Xe 30 5.3 Thử Nghiệm Hệ Thống Năng Lượng Mặt Trời 31 5.4 Hiệu Quả Khi Sử Dụng Ô Tô Điện Chạy Bằng Năng Lượng
Mặt Trời.: 38
Chương 6: QUI TRÌNH SỬ DỤNG - VẬN HẢNH Ô TÔ ĐIỆN. 40 6.1 Bộ Điều Khiển Sạc Bình Ắc Quy Từ Pin Mặt Trời 40
6.1.1 Mô tả tính năng 40 6.1.2 Mô tả bộ điều khiển 40 6.1.3 Lắp đặt và kết nối 41 6.1.4 Những qui tác an toàn 42
6.2.1 Chuẩn bị trước khi vận hành 42 6.2.2.Vận hành ô tô điện 43 6.3 Bảo Dưỡng Ô Tô Điện 43 Chương7:KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 44
Trang 5DANH MỤC HÌNH
1 Hình 1 1 Sơ đồ hệ thống cung cấp năng lượng của xe 2
2 Hình 1 2 Chiếc xe mặt trời” của nhóm sinh viên Trường ĐH sư phạm
3 Hình 1 3 Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời do nhóm sinh
4 Hình 1 4 Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời của Venturi 5
7 Hình 2 7 Hệ thống lái với bánh dẫn hướng 9
10 Hình 3 10 Sơ đồ kết cấu chịu lực của khung xe 11
11 Hình 3 11 Sơ đồ kết cấu chịu lực của thanh AB 11
12 Hinh 3 12 Biểu đồ nội lực 13
Trang 616 Hình 3 16 Sơ đồ hệ thống lái 16
17 Hình 3 17 Kích thước hình thang lái 16
18 Hình 18 Độ chụm của bánh xe dẫn hướng 17
19 Hình 3 19 Góc nghiêng ngoài của bánh xe dẫn hướng 17
21 Hình 3 20 Xác định toạ độ trọng lượng theo chiều dọc 18
23 Hình 3 23 Khung lắp các panelthu năng lượng mặt trời 21
24 Hình 4 22 Sơ đồ hệ thống lấy điện từ Panel xuống ắc-quy- động cơ 22
37 Hình 35 Biểu đồ thể hiện điện áp trong ngày thứ 1 31
38 Hình 36 Biểu đồ thể hiện dòng điện trong ngày thứ 1 31
Trang 737 Hình 37 Biểu đồ thể hiện điện áp trong ngày thứ 2 32
38 Hình 38 Biểu đồ thể hiện dòng điện trong ngày thứ 2 33
39 Hình 39 Biểu đồ thể hiện điện áp trong ngày thứ 3 34
40 Hình 40 Biểu đồ thể hiện dòng điện trong ngày thứ 3 34
41 Hình 41 Biểu đồ thể hiện điện áp trong ngày thứ 4 35
42 Hình 42 Biểu đồ thể hiện dòng điện trong ngày thứ 4 35
43 Hình43 Biểu đồ thể hiện điện áp trong ngày thứ 5 36
44 Hình 44 Biểu đồ thể hiện dòng điện trong ngày thứ 5 37
45 Hình 45 Biểu đồ thể hiện điện áp trong ngày thứ 6 38
46 Hình 46 Biểu đồ thể hiện dòng điện trong ngày thứ 6 38
47 Hình 47 Biểu đồ thể hiện điện áp trong ngày thứ 7 39
48 Hình 48 Biểu đồ thể hịên dòng điện trong ngày thứ 7 39
49 Hình 49 Bộ điều khiển sạc bình ắc qui 41
Trang 8
LỜI CẢM ƠN
Được sự cho phép của Ban Giám hiệu Trường Đại học Trà Vinh, những
người thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo ô tô điện sử dụng năng lượng mặt trời”
Đây là một đề tài có tính hiện thực và nếu nghiên cứu thành công nó sẽ góp phần làm giảm chi phí cho người sử dung, làm giảm sự ô nhiễm môi trường và đa dạng hóa nguồn năng lượng thay thế cho ô tô
Những người thực hiện đề tài xin chân thành biết ơn đến Ban Giám hiệu nhà Trường, quý thầy cô Phòng KHCN&ĐTSĐH, Phòng KH-TV và Bộ môn Cơ khí – Động lực cùng các bạn đồng nghiệp, các bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ và cùng làm việc với chúng tôi trong thời gian qua
Người thực hiện đề tài rất mong nhận được các ý kiến quý báu của quý thầy
cô để giúp cho đề tài được hoàn thiện hơn
Chân thành cảm ơn!
Người thực hiện
Phan Văn Tuân
Trang 9TÓM TẮT
Nhằm mục đích giảm mức độ ô nhiễm môi trường do động cơ đốt trong gây
ra và đa dạng hóa nguồn năng lượng thay thế cho ô tô mặt khác góp phần làm giảm
chi phí cho người sử dụng Người thực hiện đề tài đã đề xuất đề tài “Thiết kế, chế
tạo ô tô điện sử dụng năng lượng mặt trời”
Hình 1 Sơ đồ hệ thống cung cấp năng lượng của xe
Ô tô điện sử dụng nặng lượng mặt trời làm việc trên nguyên lý: Nguồn năng lượng điện được tạo ra từ các tấm pin mặt trời sẽ cung cấp cho ắc quy cung cấp cho động cơ điện bánh xe
Sau hơn 12 tháng thực hiện chúng tôi đã cho ra đời mẫu ô tô điện sử dụng năng lượng mặt trời.Sử dụng 4 tấm thu năng lượng mặt trời (660x900) – ( mỗi tấm công suất 75w), trọng tải: 3 người (khoảng 180 kg, kích thước ô tô điện: 1,3x2,4x1,5 (m), tốc độ đạt 35 km/h Với mẫu ô tô này rất phù hợp sử dụng cho các khu du lịch sinh thái, khu vui chơi giải trí, bệnh viện hay xa hơn nửa có thể sử dụng
ở nội ô thị xã hay ở các trung tâm thành phố lớn Góp phần làm giảm mức độ ô nhiễm môi trường, đa dạng hóa nguồn năng lượng thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt và đem lại hiệu quả kinh tế cho người sử dụng
Trang 10CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MỤC TIÊU- NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1.1.TỒNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lớn và vĩnh cữu, nó có sẵn
và đã là nguồn nhiệt được sử dụng mà không cần trả tiền Nước ta do vị trí nằm ở vành đai nội chí tuyến nên độ cao mặt trời và độ dài ban ngày biến dổi không lớn lắm trong năm Vào mùa đông, độ dài của ngày ở các vĩ độ trên dưới 11 giờ Vào mùa hè độ dài của ngày trên dưới 12 giờ Số giờ nắng thực tế là rất lớn, trung bình trong các tháng mùa khô ở dồng bằng nam bộ đạt 8 đến 9 giờ, mùa mưa đạt từ 5 đến
6 giờ Số giờ nắng/năm ở miền bắc vào khoảng 1.500-1700 giờ, ở đồng bằng nam
bộ đạt 2.200-2.600 giờ Do vậy trên khắp các vùng lãnh thổ nước ta từ bắc chí nam đều nhận được một lượng mặt trời rất lớn
- Trong bối cảnh các nguồn nguyên liệu dầu mỏ và khí đốt trên thế giới đang
có xu hướng giảm mạnh Do đó vấn đề tìm ra nguồn nguyên liệu mới thay thế cho
nguồn nguyên liệu dầu mỏ củng hết sức cần thiết
- Mặt khác số lượng ô tô tham gia lưu thông ngày càng tăng Vấn đề ô nhiễm
đã nảy sinh nghiêm trọng ở các thành phố lớn Làm sao có thể kiểm soát được ô
nhiễm, bảo vệ sức khỏe của cộng đồng? Một chiến lược tổng thể được đặt ra là: sử
dụng các phương tiện lưu thông sạch, sử dụng nhiên liệu sạch đã được khuyến cáo
Chính vì vậy, việc “Nghiên cứu, chế tạo ô tô điện sử dụng năng lượng mặt trời” Nhằm phuc vụ tại trường Đại học Trà Vinh và nhân rộng ra các khu du lịch
sinh thái, khu vui chơi giải trí Đồng thời có ý nghĩa rất lớn trong việc giảm ô nhiễm khí thải từ động cơ xăng, Diezel, góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng thay thế cho ô tô và đem lại hiệu quả kinh tế cao cho người sử dụng
1.2 MỘT SỐ Ô TÔ ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HIỆN NAY
* “Chiếc xe mặt trời” của nhóm sinh viên Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM
Trang 11Hình 2 Chiếc xe mặt trời” của nhóm sinh viên Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM
+ Ưu điểm: kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, chi phí chế tạo thấp
+ Khuyết điểm: chỉ chở có 1 người, vận tốc thấp, kết cấu xe chưa phù hợp như: bánh xe nhỏ, khung gầm thấp, không gian trong xe hẹp …
→ Không phù hợp với hướng thiết kế
* Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời do nhóm sinh viên Trường ĐH Cần
Thơ chế tạo
Hình 3 Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời do nhóm sinh viên Trường ĐH Cần
Thơ chế tạo
+ Ưu điểm: kết cấu gọn nhẹ, không gây tiếng ồn
+ Khuyết điểm: chỉ chở được 2 người, vận tốc thấp, dưới 20 km/h
Trang 12→ Không phù hợp với hướng thiết kế
b Ngoài nước: một số nước trên thế giới cũng đã tham gia chế tạo xe điện
chạy bằng năng lượng mặt trời
* Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời của Venturi ra đời 2008
Hình 4 Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời của Venturi
- Chiếc xe hai chỗ ngồi được trang bị “pin mặt trời hiệu quả cao” có thể đạt tốc
độ 102 km/h và hiệu quả tối đa 110 km.Chi phí chế tạo lên đến 65 ngàn USD
• Xe điện ba bánh của SoCarLab năm 2007:
Hình 5 Xe điện ba bánh của SoCarLab
Trang 13- Tuy chiếc xe vẩn phải điều kiển bằng bàn đạp
- Lắp đặt hệ thống điện (điều khiển + nạp bổ sung + chiếu sáng + tín hiệu)
- Chạy thử nghiệm ô tô điện sử dụng năng lượng mặt trời
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
1.5.1 Phương pháp thiết kế:
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
+ Tham khảo ý kiến của một số chuyên gia về thiết kế ô tô cũng như hệ thống năng lượng mặt trời
+ Áp dụng lý thuyết tính toán chế tạo ô tô, phương pháp thiết kế chi tiết máy và máy trong việc chọn nguyên lý làm việc và nguyên lý cấu tạo cho ô tô điện + Thực nghiệm, thống kê số liệu
+ Phần mềm thiết kế đồ họa
- Sử dụng phương pháp chế tạo thực nghiệm: chế tạo các bộ phận, hệ thống của
ô tô điện
Trang 141.5.2 Phương pháp chế tạo:
- Chế tạo theo dạng sản xuất đơn chiếc
- Các chủng loại thiết bị theo tiêu chuẩn lắp ráp
1.5.3 Phương tiện thiết kế và chế tạo:
- Thiết kế trên máy tính
- Chế tạo tại xưởng hàn với các thiết bị: máy hàn, máy cắt Plasma, máy mài, máy khoan bàn, máy khoan tay…
- Máy tiện, máy cắt sắt, máy cưa…
Trang 15
CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ SƠ BỘ Ô TÔ ĐIỆN
2.1 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA XE
Xe được thiết kế để hoạt động trong các khu vui chơi giải trí, khu công nghiệp là những nơi có mặt đường bằng phẳng do đó pham vi hoạt động của nó được giới hạn trong một địa hình nhất định từ đó ta xác định được tải trọng của xe
là tải ít va đập Xe chạy với vận tốc thấp dưới 35km/h
2.2 KHUNG XE
Khung phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Khung phải có độ bền tương ứng với tuổi thọ của xe Độ cứng vững tốt để biến dạng khung không làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của các cụm chi tiết
và các cơ cấu của xe có hình dạng thích hợp để đảm bảo tháo lắp dễ dàng các cụm chi tiết
Hình 6 Khung xe
2.3 HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
Với điều kiện làm việc của xe tương đối ổn định, luôn hoạt động trên mặt đường tương đối bằng phẳng nên loại động cơ có Môtơ gắn trong mayơ của trục sau bánh xe nên truyền lực trực tiếp cho bánh xe
2.4 HỆ THỐNG LÁI
Hệ thống lái dùng để đảm bảo sự chuyển động của ôtô theo hướng ấn định của người lái, việc thay đổi hướng, chuyển động của ôtô thực hiện bằng cách quay các bánh xe trước thông qua hệ thống lái
Trang 16- Phương án sử dụng lái có loại cơ khí không có trợ lực kiểu thanh răng
Hình 7 Hệ thống lái với bánh dẫn hướng
* Ưu điểm:
- Hệ thống gọn nhẹ, dễ lắp đặt, đều chỉnh, sửa chữa
- Có tỷ số truyền thấp sẽ tạo cho tay lái phản ứng nhanh hơn, bạn không cần xoay nhiều vành tay lái khi vào cua gấp, và đây chính là một đặc điểm có lợi cho các xe đua
2.5 HỆ THỐNG TREO: sử dụng phuộc xe gắn máy
Cấu tạo chung của hệ thống treo gồm:
Bộ phận đàn hồi: Tạo điều kiện cho hai bánh xe dao động có thể dùng lò xo xoắn
Hình 8 Lò xo xoắn
Trang 17Bộ phận giảm chấn
Khi xe bị xóc do mặt đường gồ ghề, các lò xo của hệ thống treo sẽ hấp thu các chấn động đó Tuy nhiên, vì lò xo có đặc tính tiếp tục dao động,và vì phải sau một thời gian dài thì dao động này mới tắt nên xe chạy không êm
Hình 9 Bộ phận giảm chấn
Nhiệm vụ của bộ giảm chấn là hấp thu dao động này Bộ giảm chấn không những cải thiện độ chạy êm của xe mà còn giúp cho lốp xe bám đường tốt hơn và điều khiển xe ổn định hơn
2.6 HỆ THỐNG PHANH: hệ thống phanh cơ khí của xe máy
Để giảm tốc độ chuyển động, dừng và giữ xe ở trạng thái đứng yên Hệ thống phanh gồm có cơ cấu phanh và cơ cầu truyền động Hệ thống phanh điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạ phanh phải nhỏ
Trang 18CHƯƠNG 3:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO Ô TÔ ĐIỆN
3.1 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC HỆ THỐNG TRÊN XE
3.1.1 KHUNG XE
Từ phương án thiết kế khung và vị trí lắp các bộ phận, hệ thống trên khung, ta
có thể mô tả lại sơ đồ chịu lực của khung như sau:
Hình 10 Sơ đồ kết cấu chịu lực của khung xe
Do các gối đỡ 1, 2, 3, 4 được bố trí đối xứng qua trục đối xứng dọc của xe nên ta lần lượt kiểm tra bền uốn từng thanh AB và CD Mặc khác, do hai thanh này có sơ
đồ chịu lực giống nhau nên ta chỉ cần kiểm tra bền 1 thanh là được
Hình 11 Sơ đồ kết cấu chịu lực của thanh AB
Nếu xem các liên kết cứng tại các vị trí M, N, O, Q đủ bền thì khi đó sơ đồ kết cấu chịu lực thanh AB được đơn giản hóa như sau:
Trang 19Từ sơ đồ kết cấu thanh AB như hình vẽ Giải phóng liên kết tại các gối đở 1, 2 ta có:
2
02
Q Q
Y
F y = A− y1=0 y1= A =872,5
1 1
1 1
Q P
Y
F y = A− − y2=0 y2=−872,5
)2(.0
)2(
1
l z P z Y M M
l z P z
Trang 20Hinh12 Biểu đồ nội lực
,7162)
168
30.3(3
68
2
cm mm
cm N
Trang 21max8374N/cm2 =14715N/cm2 Vậy thanh đảm bảo độ bền uốn
* Kiểm tra ứng suất tiếp lớn nhất:
5,872
2
3
cm N
=
Vậy thanh đảm bảo độ bền cắt
Trên cơ sở đó chúng tôi chọn tiết diện dầm dọc như sau:
Hình 13 Mặt cắt ngang của thép
Các kích thước của dầm:
Chiều rộng: b=32mm; Chiều cao: h=70mm; Độ dầy: =2mm
Độ bền của khung phụ thuộc cơ bản bởi chiều dầy của thép chế tạo dầm dọc và chiều cao của tiết diện
* Tính toán trong lượng khung xe
a Khung ta chọn thép có mặt cắt là hình chữ nhật :
Trang 22+ Khối lượng riêng 7.8 tấn /m3
Trang 233.1.2.2 Xác định kích thước hình thang lái
Xác định kích thước hình thang lái bao gồm xác định góc Ư chiều dài đòn m,n
Hình 17 Kích thước hình thang lái
Khi xe ở vị trí chạy thẳng, các bánh xe ở vị trí song song với trục dọc của ô tô, các đòn bên phía m cắt nhau tại vị trí c, và có khoảng XL = 0.7 L,
Trang 24chọn m = 200 mm
Taco: cotgΦ = B/2XL=675/2*0.7*1750 = 0.28
Suy ra: Ư=74036’
3.1.2.3 Độ chụm của hai bánh xe dẫn hướng:
Do ảnh hưởng của góc nghiêng ngoài nên bánh xe bên trái có xu hướng lăn
về phía bên trái, bánh xe bên phải có xu hướng lăn về phía phải, tức là lệch khỏi phương chuyển động của ôtô Do đó, tạo nên sự hao mòn của vỏ xe và hư hỏng các chi tiết ổ trục và bánh xe dẫn hướng Để khắc phục hiện tượng này hai bánh xe được đặt với độ chụm hướng về phía trước của bánh xe Độ chụm = b-a
Hình 18 Độ chụm của bánh xe dẫn hướng
Độ chụm trong khoảng (1,5 – 12)mm
3.1.2.4 Góc nghiêng ngoài của bánh xe dẫn hướng:
Các góc nghiêng ngoài của bánh xe được tạo thành bởi mặt phẳng của bánh
xe với mặt phẳng đứng bằng cách đặt cam nghiêng xuống dưới một góc nhất định
so với mặt ngang Khi đặt bánh xe với góc nghiêng ngoài thì khoảng cách giữa hai bánh xe dẫn hướng ở phái dưới nhỏ hơn ơ’ phía trên Do đó giup’ cho người điều khiển ôtô quay vòng nhẹ nhàng
Trang 25
Hình 19 Góc nghiên ngoài của bánh xe dẫn hướng
Thông thường góc nghiên ngoài từ 0015’ - 2020
3.1.3 XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG LƯỢNG XE
Hình 20 Xác định toạ độ trọng lượng theo chiều dọc
Gi*L0 - G*b = 0 ( II-25) trang 60 lý thuyết ô tô MK
b = Gi*L0/G =174.5*1750/349.5 = 873.7 mm
a = L0- b =1750 – 873.7 = 876.3 mm
Trong đó: Gi: là hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe trước
Trang 26G: trọng lượng toàn bộ xe
3.1.4 TÍNH CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ
Khối lượng khung: m = 68,5 kg
Khối lượng tấm panel 4*7.8 = 31 kg
Khối lượng binh acquy 12V 4*10=40 kg
Khối lượng người 3*60 = 180 kg
Khối lượng các thiết bị khác là 25 kg
Vậy tổng cộng khối lượng của xe là 349,5 kg
v
t
b
bx /
60
=
nbx =
275,0
2
60.72
,
9
= 337vòng/ phút ( IV- 7) trang 91
Trang 27- Công suất động cơ: 599
9550
337.971,169550
Chọn 2 động cơ mỗi động cơ có công suất 480w
Động cơ gắn liền với mayơ của bánh nên tổn hao công suất trên đường