Xây dựng mô hình xác định độ bền khung xe tải

Xây dựng mô hình xác định độ bền khung xe tải Xây dựng mô hình xác định độ bền khung xe tải Xây dựng mô hình xác định độ bền khung xe tải luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Vũ Xuân Dậu

Sinh ngày 16 tháng 07 năm 1981

Học viên cao học lớp 15BKTOTO khoá 2015B -Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội

Hiện đang công tác tại:Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Phú Thọ

Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài :

“ Xây dựng mô hình xác định độ bền khung xe tải ”

do thầy giáo TS Trịnh Minh Hoàng hướng dẫn là công trình nghiên cứu của

riêng tôi Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn Nếu có vấn đề gì trong nội dung của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về tình hình công nghiệp ô tô việt nam 4

1.1.1 Kế hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô 4

1.1.2 Chiến lược phát triển công nghiệp ô tô đến 2025, tầm nhìn 2035 8

1.2 Giới thiệu khung xe tải 9

1.3 Khái quát công nghệ lắp ráp, chế tạo khung xe tải 10

1.3.1 Công nghệ sản xuất khung xe 10

1.3.2 Công nghệ sản xuất cabin 10

1.3.3 Công nghệ sản xuất thùng xe 11

1.3.4 Công nghệ sơn: 11

1.3.5 Công nghệ láp ráp 11

1.3.6 Công nghệ kiểm tra sản phẩm: 11

1.4 Chức năng, phân loại và yêu cầu khung xe 12

1.4.1 Chức năng của khung xe 12

1.4.2 Phân loại 12

1.4.3 Yêu cầu đối với khung xe 13

1.4.4 Vật liệu làm khung 14

1.5 Giới thiệu đặc điểm kết cấu của khung xe khảo sát CT3.25D2 14

1.6 Mục tiêu đối tượng và nội dung nghiên cứu đề tài 15

Kết luận chương I 16

CHƯƠNG II: 17

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN KHUNG XE TẢI 17

2.1 Các chế độ tải trọng và phương pháp đánh giá độ bền khung xe tải 17

2.1.1 Định nghĩa tải trọng 17

2.1.2 Các loại tải trọng tĩnh 18 2.1.3 Các dạng tải trọng động tác dụng lên khung xe trong quá trình hoạt động

2.1.4 Mô hình mặt đường 23

2.1.5 Phối hợp các trường hợp tải trọng và hệ số tải trọng 24

2.1.6 Phương pháp đánh giá độ bền tĩnh 25

2.1.7 Lựa chọn các giá trị lực kích động từ mặc đường 26

2.2 Xây dựng mô hình 3D 29

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks 29

2.2.2 Xây dựng mô hình 3D khung xe tải 30

2.3 Xây dựng mô hình tính toán 35

2.3.1 Giới thiệu phần mềm Ansys 35

2.3.2 Xây dựng mô hình PTHH 42

Kết luận chương II 49

CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN KHUNG XE TẢI 50

3.1 Thông số tải trọng 50

3.2 Đánh giá độ bền ở chế độ tải trọng tĩnh 52

3.2.1 Trường hợp 1: Xe chạy trên đường bằng, đầy tải 52

3.2.2 Trường hợp xe đi trên đường xấu, một bánh đi lên mấp mô 57

3.2.3 Trường hợp xe đi trên đường xấu, hai bánh trước trèo lên mấp mô 60

3.2.4 Xe đi trên đường xấu, bánh trước trái và bánh sau phải đi lên mấp mô 64

3.3 Khảo sát mô hình khung xe tải khi đưa giá trị tải trọng động 68

3.3.1 Xe chạy trên đường D-E (đường xấu) 69

3.3.2 Xe chạy trên đường E-F (đường rất xấu) 73

Kết luận chương III 77

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT

m, mx, my, mz Hệ số không thứ nguyên các lực quán tính

Pz, Px, Py Lực tác dụng lên thân xe theo các phương z, x, y N

Mx, My, Mz Mô men theo các phương x, y, z N.m

Pzs Tải trọng tác đối xứng tác dụng theo phương

Pzn Lực thẳng đứng không đối xứng trong tải động N

mzns Hệ số không thứ nguyên lực quán tính tải động

Rpp, Rpl Phản lực từ bánh xe bên phải và bên trái của cầu

h1,h2 Chiều cao mấp mô trong trường hợp 1 bánh, hoặc

fog, fr Độ lún của lốp và độ lún của lò xo

Cog, Cr Chỉ số độ cứng của lốp và của lò xo N/m

p, t Chỉ số chỉ phía trước, phía sau

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1: Số lượng việc làm đóng góp toàn ngành ô tô 5

Bảng 2 1: Bảng chiều cao mấp mô so sánh với chiều cao thực tế 23

Bảng 2 2: Bảng liệt kê hệ số tải trọng động 24

Bảng 2 3: Bảng thông số vật liệu 43

Bảng 2 4: Thông số lưới mô hình khung xe tải 47

Bảng 3 1: Thông số xe tải Chiến Thắng CT3.25 D2 51

Bảng 3 2: Các kết quả chuyển vị, ứng suất biến dạng trên khung TH1 53

Bảng 3 3: Giá trị phản lực tại các mấu treo trong TH1 56

Bảng 3 4: Giá trị chuyển vị, ứng suất trong TH2 57

Bảng 3 5: Bảng giá trị chuyển vị, biến dạng tổng, ứng suất trong trường hợp 3 61

Bảng 3 6: Giá trị chuyển vị, biến dạng và ứng suất trong trường hợp 4 65

Bảng 3 7: Bảng giá trị ứng suất theo thời gian 71

Bảng 3 8 Bảng giá trị ứng suất theo thời gian 75

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1: Khung có xà dọc ở giữa 12

Hình 1 2: Khung có xà dọc hai bên 12

Hình 1 3: Khung có xà dọc hỗn hợp 13

Hình 1 4: Khung xe tải CT32.5 D2 15

Hình 2 1: Trường hợp xe chịu tải trọng thẳng đứng 19

Hình 2.2: Trường hợp xe chịu tải trọng không đối xứng 20

Hình 2 3: Trường hợp xe chịu tải trọng thẳng đướng không đối xứng 21

Hình 2 4: Mô hình đường thí nghiệm 23

Hình 2 5: Mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 28

Hình 2 6: Mấp mô mặt đường D-E (v = 40 km/h) 28

Hình 2 7: Mấp mô mặt đường E-F (v = 40 km/h) 29

Hình 2 8: Môi trường thiết kế Part Design 33

Hình 2 9: Biên dạng cong của dầm dọc 33

Hình 2 10: Khung đã đối xứng 34

Hình 2 11: Các mấu nhíp của khung xe bắt với hệ thống treo 34

Hình 2 12: Mô hình khung xe sau khi hoàn thiện 35

Hình 2 13: Mô hình vật liệu trong Ansys Workbench 38

Hình 2 14: Chia lưới trong Ansys Workbench 39

Hình 2 15: Mô hình phần t SOLID186 44

Hình 2 16: Mô hình phần t SOLID187 44

Hình 2 17: Mô hình phần t hữu hạn trên khung xe tải 45

Hình 2 18: Điều kiện ràng buộc trên khung xe tải 47

Hình 2 19: Tải trọng đặt lên khung xe 48

Hình 3 1: Xe tải Chiến Thắng CT3.25 D2 50

Hình 3 2: Điều kiện ràng buộc trường hợp 1 53

Hình 3 3: Phổ chuyển vị tổng trên khung xe 53

Hình 3 4: Phổ biến dạng trên khung xe trong TH1 54

Hình 3 5: Phổ ứng suất Von- mises trên khung xe 54

Hình 3 6: Ứng suất theo phương X trên khung xe 55

Hình 3 7: Ứng suất theo phương Y trên khung xe 55

Hình 3 8: Ứng suất theo phương Z trên khung xe 56

Hình 3 9: Điều kiện đặt lực trường hợp xe đi bánh trước trái lên mấp mô 57

Hình 3 10: Chuyển vị tổng trên khung xe 58

Hình 3 11: Ứng suất Von- Mises trên khung xe 58

Hình 3 12: Ứng suất theo phương X 58

Hình 3 13: Ứng suất theo phương Y 59

Hình 3 14: Ứng suất theo phương Z 59

Hình 3 15: Ứng suất phía trong bên trái dầm dọc 60

Hình 3 16: Sơ đồ đặt lực trường hợp 3 61

Hình 3 17:Tổng chuyển vị trên khung xe trong TH3 61

Hình 3 18: Ứng suất Von- Mises trên khung xe trong TH3 62

Hình 3 19: Ứng suất theo phương x trong TH3 62

Hình 3 20: Ứng suất theo phương y trong TH3 63

Hình 3 21: Ứng suất theo phương z trong TH3 63

Hình 3 22: Phổ ứng suất trên thanh dầm ngang bên trái khi 2 bánh sau lên mấp mô 64

Hình 3 23: Sơ đồ đặt lực trong trường hợp 4 65

Hình 3 24 Phổ giá trị chuyển vị khi hai bánh ch o nhau tr o lên mô đất 65

Hình 3 25: Phổ ứng suất trên khung trong trường hợp 2 bánh ch o nhau 66

Hình 3 26: Ứng suất theo phương x trong TH4 66

Hình 3 27: Ứng suất theo phương z 66

Hình 3 28: Ứng suất theo phương y 67

Hình 3 29: Giá trị ứng suất trên thanh dầm dọc TH4 67

Hình 3 30: Biểu đồ ứng suất theo chiều dài thanh dầm ngang phía trước theo phương X 68

Hình 3 31: Tải trọng động theo phương thẳng đứng lên cầu sau Fz21 (v = 40 km/h, đường D-E) 69

Hình 3 32: Tải trọng động theo phương thẳng đứng lên cầu sau Fz21 (v = 40 km/h, đường D-E) 70

Hình 3 33: Tải trọng động tại tâm quán tính I 70

Hình 3 34: Điều kiện biên bài toán động 71

Hình 3 35: Biểu đồ chuyển vị theo thời gian 71

Hình 3 36: Phổ chuyển vị trên khung tại 2.25s 72

Hình 3 37: Biểu đồ thay đổi ứng suất theo thời gian 72

Hình 3 38: Phổ chuyển vị tại 1.5s 72

Hình 3 39: Hệ số an toàn theo thời gian 73

Hình 3 40: Tải trọng động theo phương thẳng đứng lên cầu sau Fz1i (v = 40 km/h, đường E-F) 74

Hình 3 41: Tải trọng động theo phương thẳng đứng lên cầu sau Fz2i (v = 40 km/h, đường E-F) 74

Hình 3 42: Tải trọng động tại tâm quán tính khi xe đi trên đường E-F 75

Hình 3 43: Biểu đồ giá trị chuyển vị thay đổi theo thời gian 75

Hình 3 44: Phổ màu chuyển vị trên khung tại 4.6s 75

Hình 3 45: Biểu đồ ứng suất theo thời gian 76

Hình 3 46: Phổ màu ứng suất trên khung tại 4.6s 76

Hình 3 47: Hệ số an toàn theo thời gian 76

LỜI NÓI ĐẦU

Sau 20 năm xây dựng và phát triển, nền công nghiệp ô tô đã phát triển mạnh hơn so thời kỳ trước, nhưng ngành công ngiệp ô tô Việt Nam vẫn ở quy mô vừa và nhỏ với công nghệ lạc hậu Đa số các doanh nghiệp ô tô trong nước vẫn dừng ở công việc chủ yếu lắp ráp trên các cơ sở linh kiện nhập từ nước ngoài Tỷ lệ nội địa hóa còn rất thấp, mặc dù nhà nước đã có rất nhiều chính sách ưu đãi về thuế nhưng tình trạng không mấy khả quan Chỉ một số bộ phận của xe được sản xuất tại Việt Nam như thùng vỏ, ca bin và một số sản phẩm nhựa còn lại phải nhập khẩu các bộ phận chính như động cơ và hệ thống truyền lực, các hệ thống điều khiển … từ nước ngoài trong đó phần lớn các linh kiện tới từ Trung Quốc với chất lượng khá thấp, quy mô nhỏ và mức đầu tư cho công nghệ không lớn

Với bối cảnh đó, xuất phát từ yêu cầu thực tế trước mắt và định hướng lâu dài của nền công nghiệp ôtô Việt Nam nói chung, cần phát triển các sản phẩm mang thương hiệu Việt Nam có chất lượng và giá thành thấp trước hết đáp ứng nhu cầu trong nước, hướng tới xuất khẩu và hội nhập với các nền kinh tế lớn của thế giới

Theo chiến lược phát triển của Chính phủ về mục tiêu phát triển nền công nghiệp ô tô tới năm 2020 và tầm nhìn năm 2030 đã nêu rõ, việc phát triển các ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là quan tâm tới việc phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ Trong đó, chúng ta chú trọng tới sản xuất một số chi tiết quan trọng của xe, trong đó đặc biệt nhất là cho xe khách và xe tải hạng nhẹ

Trước tình hình trên, để có thể tự sản xuất hoàn toàn các chi tiết quan trọng trên xe ô tô, cần phải có sự đầu đặc biệt cho lĩnh vực nghiên cứu phục vụ cho chế tạo, trong đó có việc chế tạo khung xe, nhằm phát triển sản phẩm có chất lượng cao Khung xe ô tô là một bộ phận quan trọng của ô tô Là cơ cấu khung xương lắp đặt các thiết bị khác lên khung, chịu phản lực trực tiếp từ mặt đường Không những thế, khung xe còn là bộ phận bắt buộc phải kiểm bền đã được cục Đăng Kiểm quy định Cho tới nay chỉ có một số đề tài đề cập tới thiết kế khung, nhưng chủ yếu mới chú trọng vào khâu chế tạo chứ chưa đầu tư nghiên cứu sâu về một số cơ sở lý thuyết của khung xe Xuất phát từ những nhu cầu trên, tác giả đã chọn hướng

nghiên cứu về độ bền của khung xe, góp phần xây dựng một số cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá độ bền của khung với đề tài:

“Xây dựng mô hình xác định độ bền khung xe tải”

Mục tiêu của luận văn:

Xác định độ bền khung xe tải trong trường hợp tải trọng tĩnh và xây dựng mô hình xác định được độ bền khung xe tải khi chuyển động trên một số mặt đường đặc trưng

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận văn đó là khung xe của ô tô tải Chiến Thắng CT3.25 D2 có tải trọng 3.25 tấn, lắp ráp tại Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu:

- Xây dựng mô hình 3D khung xe tải;

- Xây dựng mô hình phần t hữu hạn;

- Xây dựng chế độ tải trọng lên khung xe tải trên một số mặt đường thực nghiệm;

- Khảo sát độ bền khung xe

Nội dung và bố cục của luận văn:

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm các phần chính như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Xây dựng mô hình tính toán độ bền khung xe tải

Chương 3: Đánh giá độ bền khung xe tải

Một số kết quả mới của luận văn:

- Xây dựng được mô hình phần t hữu hạn của khung xe

- Đánh giá độ bền của khung xe trong trường hợp tải tĩnh (độ bền phá hủy) và một số chế độ tải động của mô hình

- Nghiên cứu một số chế độ tải trọng tác dụng lên khung xe

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:

Luận văn s dụng các bộ thông số và kết cấu thực của khung xe được sản xuất và lắp ráp trong nước Việc nghiên cứu gợi mở các hướng nghiên cứu khác về

lý thuyết và áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao độ chính xác trong thiết kế các chi tiết cơ khí trên ô tô, giảm nhẹ công sức tính toán

Do trình độ và thời gian có hạn vì vậy bản luận văn của em không tránh được các sai sót, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy để bản luận văn của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Trịnh Minh Hoàng cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng, trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành tốt luận văn

Hà Nội, ngày 30 tháng 3 năm 2017

Học viên thực hiện

Vũ Xuân Dậu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tình hình công nghiệp ô tô việt nam

1.1.1 Kế hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô

Theo dự báo, giai đoạn phổ cập ô tô sẽ diễn ra vào khoảng từ 2020-2025 Đến khi đó, nếu không sản xuất trong nước, Việt Nam sẽ phải nhập khẩu ô tô để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Hiện nay đang có sự dịch chuyển mạnh mẽ

cơ sở sản xuất, lắp ráp ô tô từ châu Âu, châu Mỹ sang châu Á làm thay đổi bức tranh công nghiệp ô tô toàn cầu Phát triển công nghiệp ô tô cần được xem là giải pháp dài hạn góp phần thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đưa Việt Nam tham gia sâu vào chuỗi giá trị toàn cầu, có tác động lan tỏa kéo theo

sự phát triển của các ngành công nghiệp có liên quan, góp phần giảm thâm hụt cán cân thương mại

Ngày 28 tháng 10 năm 2015, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định

số 1829/QĐ-TTg phê duyệt [2] Kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiệp ô

tô và phụ tùng ô tô thực hiện Chiến lược Công nghiệp hóa của Việt Nam trong khuôn khổ hợp tác Việt Nam - Nhật Bản hướng đến năm 2020, tầm nhìn 2030 nhằm thực hiện Chiến lược công nghiệp hóa của Việt Nam trong khuôn khổ hợp tác Việt Nam-Nhật Bản hướng đến năm 2020, tầm nhìn 2030

Công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay chủ yếu chịu sự chi phối của 19 nhà sản xuất là thành viên của VAMA (gồm 13 doanh nghiệp liên doanh và 6 doanh nghiệp trong nước) Các nhà sản xuất này cùng chia nhau thị trường trên 200.000 xe/năm, với nhiều chủng loại xe khác nhau Một số thương hiệu ô tô lớn trên thế giới đã có mặt tại Việt Nam như Toyota, GM, Ford, Honda, Mercedes-Benz Theo Tổng cục Thống kê [2] tính đến hết năm 2012, ngành sản xuất xe có động cơ, rơ moóc có:

Số lượng doanh nghiệp Đóng góp Việc làm

358 (trong đó, có 50 nhà sản

xuất lắp ráp trong nước và nước

ngoài)

2,8% cho toàn ngành

78.906

Bảng 1 1: Số lượng việc làm đóng góp toàn ngành ô tô

Số liệu thống kê cho thấy so với các ngành công nghiệp khác, công nghiệp ô

tô Việt Nam hiện nay chưa thực sự có nhiều đóng góp cho nền kinh tế nói chung và công nghiệp nói riêng

Ở Việt Nam hiện nay, công nghiệp ô tô vẫn còn được bảo hộ với hàng rào thuế nhập khẩu 15-50% Năm 2014, cả sản lượng và dung lượng thị trường đều đạt trên 120.000 xe, trong đó xe 5 chỗ chiếm 42,1% sản lượng xe sản xuất trong nước,

xe tải chiếm 25,1% và các dòng xe còn lại mỗi dòng chiếm trên dưới 10%.Tăng trưởng bình quân kim ngạch xuất khẩu giai đoạn 2009-2013 đạt 28,9%/năm Mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là linh kiện, phụ tùng ô tô, chiếm trên 90% và thị trường xuất khẩu chủ yếu là Nhật Bản và Hoa Kỳ Công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp ô

tô vẫn còn kém phát triển Tỉ lệ mua phụ tùng trong nước đạt được ở mức khác nhau tùy theo chủng loại xe và nhà sản xuất (10-30% đối với xe du lịch, >30% đối với xe tải, > 40% đối với xe buýt) Công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay đứng trước một số vấn đề cơ bản sau:

- Thị trường trong nước vẫn còn nhỏ

- Giá xe của Việt Nam cao hơn so với giá xe của các nước trong khu vực

- Áp lực cạnh tranh từ các nước trong khu vực ngày càng lớn khi lộ trình cắt giảm thuế CEPT hoàn tất vào năm 2018 với mức thuế suất về 0% đối với mọi loại

xe nhập khẩu từ ASEAN

- Công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp ô tô vẫn chưa phát triển, nguồn nhân lực trong công nghiệp ô tô nói riêng và trong lĩnh vực cơ khí, kỹ thuật nói chung chưa đáp ứng được yêu cầu của doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô

- Chính sách phát triển công nghiệp ô tô thời gian qua thiếu đồng bộ và thường mang tính ngắn hạn, gây khó khăn cho các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp trong việc lập kế hoạch sản xuất dài hạn

- Với định hướng phát triển công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế, đáp ứng được phần lớn nhu cầu trong nước và tham gia sâu vào mạng lưới sản xuất ô tô thế giới, kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô xác định từ năm 2015, [1] thực hiện:

* Điều chỉnh các loại thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô

Chính sách thuế, phí và lệ phí sẽ được duy trì ổn định lâu dài các chính sách thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô (SCT/OT/VAT; phí duy tu, bảo dưỡng đường

bộ, phí môi trường ) với lộ trình thuế, phí nội địa ổn định trong vòng 10 năm Từ năm 2015, điều chỉnh lại giá trị tính thuế tiêu thụ đặc biệt đối với xe sản xuất trong nước và xe nhập khẩu cho hợp lý

* Hỗ trợ sản xuất trong nước và nâng cao giá trị tạo ra trong nước

Bổ sung công nghiệp ô tô và phụ tùng vào danh mục các lĩnh vực ưu đãi đầu

tư trong Nghị định hướng dẫn thi hành Luật Đầu tư mới Đơn giản hóa thủ tục xuất nhập khẩu và vận chuyển linh kiện, phụ tùng từ các nhà cung cấp chế xuất để phục

vụ thị trường nội địa Giảm thuế nhập khẩu đối với các phụ tùng, linh kiện ô tô chưa sản xuất được ở trong nước và định kỳ rà soát, điều chỉnh danh mục phụ tùng, linh kiện ô tô được giảm thuế nhập khẩu Nghiên cứu, thực thi giải pháp, chính sách phù hợp nhằm giải quyết vấn đề chi phí sản xuất cao của ngành công nghiệp ô tô trong nước

* Phát triển công nghiệp hỗ trợ

Ban hành Nghị định về phát triển công nghiệp hỗ trợ Xây dựng danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển theo hướng tập trung, có chọn lọc hơn Bổ sung công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô vào danh mục các sản phẩm cơ khí trọng điểm khuyến khích phát triển Bổ sung một số linh kiện, phụ tùng ô tô vào danh mục các sản phẩm công nghệ cao

Bố trí nguồn vốn nhất định từ Quỹ phát triển doanh nghiệp vừa và nhỏ để cho các doanh nghiệp vay đầu tư trang thiết bị sản xuất trong lĩnh vực CNHT phục

vụ CN ô tô với lãi suất, thời hạn vay ưu đãi và nới lỏng điều kiện thế chấp Xây dựng và cập nhật thường xuyên cơ sở dữ liệu về công nghiệp hỗ trợ và cơ khí Nghiên cứu, đề xuất phát triển các cụm liên kết (cluster) công nghiệp ô tô nhằm tận dụng sự tập trung công nghiệp hiện có của các doanh nghiệp hoạt động trong công nghiệp ô tô và định hướng rõ ràng cho những dự án, nhà đầu tư mới Xây dựng các khu công nghiệp dành cho các SME Nhật Bản với đầy đủ dịch vụ hỗ trợ đi kèm

* Phát triển nguồn nhân lực

Nắm bắt thực trạng nguồn nhân lực công nghiệp, tăng cường kết nối giữa doanh nghiệp và nhà trường Thực thi việc cấp giấy chứng nhận tay nghề trong ngành công nghiệp ô tô (đặc biệt trong sản xuất phụ tùng, linh kiện) Xây dựng chương trình phát triển nguồn nhân lực công nghiệp ô tô với sự hợp tác, hỗ trợ của doanh nghiệp và tổ chức nước ngoài Nghiên cứu, đề xuất ưu đãi, chính sách hỗ trợ thúc đẩy công tác đào tạo liên tục và tiếp nhận thực tập sinh tại các doanh nghiệp Nhật Bản tại Việt Nam

Đẩy mạnh hoạt động của các chuyên gia Nhật Bản, shindanshi sang Việt Nam để hỗ trợ các doanh nghiệp SME của VN

* An toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng

Tổ chức diễn đàn trao đổi giữa các bên liên quan (chính phủ, doanh nghiệp, chuyên gia, tổ chức phi lợi nhuận ) để thảo luận về các vấn đề liên quan đến an toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô Thực hiện các nghiên cứu

về các vấn đề an toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô

S a đổi Quyết định 1483/QD-TTg ngày 26/8/2011 ban hành Danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển, Quyết định 10/2009/QĐ-TTg ngày 16/1/2009 về cơ chế hỗ trợ phát triển cơ khí trọng điểm và Danh mục dự án đầu tư sản xuất sản phẩm cơ khí trọng điểm giai đoạn từ năm 2009 đến năm 2015, Quyết định 49/2010/QĐ-TTg ngày 19/7/2010 phê duyệt Danh mục công nghệ cao được ưu

tiên đầu tư phát triển và Danh mục sản phẩm công nghệ cao được khuyến khích phát triển

1.1.2 Chiến lược phát triển công nghiệp ô tô đến 2025, tầm nhìn 2035

Ngày 16 tháng 7 năm 2014, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 1168/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 [1]

Mục tiêu tổng quát của Chiến lược: Xây dựng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng, đáp ứng nhu cầu thị trường nội địa

về các loại xe có lợi thế cạnh tranh, tham gia xuất khẩu, tạo động lực thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác và nâng cao năng lực cạnh tranh để trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng trong chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô thế giới

Các nhóm sản phẩm ưu tiên gồm:

- Dòng xe tải nhỏ đa dụng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nông thôn và các loại xe khách tầm trung và tầm ngắn chạy liên tỉnh, huyện, nội đô với giá thành hợp lý, an toàn và tiện dụng

- Dòng xe cá nhân kích thước nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng phù hợp với hạ tầng giao thông và thu nhập của người dân

- Các chi tiết, linh kiện, quan trọng như bộ truyền động, hộp số, động cơ, thân vỏ xe cho một vài chủng loại xe; tăng cường hợp tác với các hãng ô tô lớn để lựa chọn chủng loại phụ tùng, linh kiện mà Việt Nam có thể sản xuất để đảm nhận vai trò mắt xích trong chuỗi sản xuất - cung ứng toàn cầu, trên cơ sở đó đầu tư công nghệ tiên tiến, sản xuất phục vụ xuất khẩu

Năm 2020, tổng sản lượng xe đạt ~ 227.500 chiếc Năm 2025, con số này là

~ 466.400 chiếc và tới năm 2035, tổng sản lượng xe đạt ~ 1.531.400 chiếc Tỷ lệ xe sản xuất lắp ráp trong nước lần lượt là ~ 67%, ~ 70% và ~ 78% Tổng lượng xe xuất khẩu trong các mốc năm 2020, 2025 và 2035 là ~ 20.000 chiếc, ~ 37.000 chiếc và ~ 90.000 chiếc

Chiến lược định hướng hình thành một số trung tâm/cụm liên kết công nghiệp ô tô tập trung trên cơ sở tổ chức, sắp xếp lại sản xuất Đẩy mạnh hợp tác - liên kết giữa các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô, các doanh nghiệp công nghiệp

hỗ trợ, các cơ sở nghiên cứu - triển khai và các cơ sở đào tạo thuộc mọi thành phần kinh tế để nâng cao hiệu quả đầu tư và tăng cường khả năng chuyên môn hóa

Một số giải pháp, chính sách thực hiện Chiến lược:

- Lựa chọn một số bộ phận quan trọng trong chuỗi giá trị cấu thành ô tô đưa vào Danh mục sản phẩm cơ khí trọng điểm

- Nghiên cứu thiết lập các điều kiện kinh doanh cần thiết đối với ô tô nhập khẩu

- Nghiên cứu, rà soát, cải cách các chính sách thuế, phí (thuế nhập khẩu xe nguyên chiếc và linh, phụ kiện; thuế tiêu thụ đặc biệt ) bảo đảm khả thi và ổn định lâu dài

- Bảo đảm nhất quán, ổn định hệ thống chính sách trong thời gian tối thiểu

10 năm, phù hợp với xu thế hội nhập để tạo sự tin tưởng đối với người tiêu dùng và nhà sản xuất, làm tiền đề cho các hoạt động đầu tư

Quyết định này có hiệu lực kể từ ngày ký và thay thế Quyết định số 175/2002/QĐ-TTg ngày 03 tháng 12 năm 2002 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020 [1]

1.2 Giới thiệu khung xe tải

Ô tô tải là phương tiện cơ động với mục đích chính là vận tải hàng hóa Nó cũng có thể tham gia vào việc k o bán rơ moóc hoặc rơ moóc, nhưng cần thiết phải

có thêm các khâu nối tiếp với đầu kéo, chúng ta dùng với khái niệm đoàn xe

Có thể chia ra các loại ô tô tải đa năng, tự đổ, thùng kín

- Ô tô tải đa năng được dùng với mục đích chuyên chở đa năng kể cả các vật thể có hình khối không thể tháo rời, không gian dùng cho chở hàng cách biệt với buồng lái bằng vách ngăn Thùng hàng phải có khả năng mở về các phía để thuận

lợi cho việc xếp dỡ hàng hóa Riêng loại ô tô tải nhỏ thùng kín được xem xét bố trí chung trên cơ sở của ô tô chở người loại nhỏ

- Pick-up thuộc loại ô tô tải nhỏ có thùng hàng gắn liền với buồng lái, thùng hàng có thể thay đổi phần che phía trên phục vụ các mục đích s dụng khác nhau

- Ô tô tải thùng kín là ô tô tải có thùng kín bắt chặt với khung xe, thùng có công dụng chung không nhằm mục đích chuyên chở riêng biệt Với loại thùng kín

1.3 Khái quát công nghệ lắp ráp, chế tạo khung xe tải

1.3.1 Công nghệ sản xuất khung xe

- Chế tạo dầm dọc và dầm ngang từ khâu tạo phôi tới hoàn chỉnh bằng phương pháp xấn trên máy xấn dài 12m Dập định hình trên máy dập 3000T -6000T

- Gia công các lỗ trên khung xe đồng thời với dập vuốt tạo hình dầm dọc

- Lắp ráp, gá hàn khung xe trên đồ gá chuyên dùng bằng thiết bị hàn tự động, bán tự động, tán đinh gá lắp bằng các thiết bị chuyên dùng đối với các xe tải lớn

- Kiểm tra mối hàn bằng máy siêu âm Kiểm tra khung xe bằng máy chuyên dùng

1.3.2 Công nghệ sản xuất cabin

- Chế tạo các chi tiết vỏ cabin bằng phương pháp dập mảng trên các máy dập 600T – 1000T

- Chế tạo các chi tiết của cabin bằng phương pháp dập mảng trên các máy dập 400T – 600T

- Mảng trong, mảng ngoài của cabin được dập hoàn chỉnh trên các máy dập 800T – 1000T

- Ghép hoàn chỉnh vỏ cabin, cánh c a trên các đồ gá chuyên dùng bằng các máy hàn điện tiếp xúc, hàn bấm, hàn có khí CO2 bảo vệ

1.3.3 Công nghệ sản xuất thùng xe

- Khung xương thùng xe được chế tạo bằng phương pháp dập định hình trên các máy dập 600T – 1000T, máy xấn thuỷ lực

- Tấm dày, thành bên, thành trước, thành xe (loại xe tải thùng) được dập trên các máy dập 1000T – 3000T và máy xấn thuỷ lực

- Gh p hàn thùng xe trên các đồ gá chuyên dùng bằng máy hàn tự động, hàn bấm, hàn có khí CO2 bảo vệ

1.3.4 Công nghệ sơn:

- Áp dụng công nghệ sơn hiện đại nhằm đảm bảo chất lượng và mỹ thuật cho các sản phẩm, gồm có công nghệ phốt phát hoá bề mặt, hệ thống sấy khô, phòng mài s a, buồng sơn lót, buồng sơn phủ, phòng tự khô sơn, hệ thống sấy khô bề mặt sơn

- Trang thiết bị chuyên dùng như hệ thống nâng hạ tự động, pha sơn điện t , chế nước tinh khiết, hệ thống làm sạch khí nén, hệ thống cung cấp hơi nóng thiết bị sơn lót, thiết bị sơn phủ bằng thiết bị điều khiển tự động

1.3.5 Công nghệ láp ráp

- Thực hiện công nghệ lắp ráp xe theo dây chuyền với trang thiết bị chuyên dùng như máy vào lốp, giá lật khung xe, các xe chuyên dùng Cơ giới hoá toàn bộ khâu lắp ráp, s dụng các máy siết bulông bằng khí nén, bằng điện

1.3.6 Công nghệ kiểm tra sản phẩm:

- Kiểm tra tốc độ bằng băng th tốc độ

- Kiểm tra phanh bằng băng th phanh

- Kiểm tra sự trượt ngang xe bằng bệ th trượt ngang

- Kiểm tra góc lái bằng các dụng cụ chuyên dùng

- Kiểm tra đ n pha bằng băng th đ n pha

- Kiểm tra tiếng ồn bằng máy đo tiếng ồn

- Kiểm tra khí xả của động cơ bằng máy đo nồng độ khí xả

- Kiểm tra gầm xe bằng các hầm kiểm tra

1.4 Chức năng, phân loại và yêu cầu khung xe

1.4.1 Chức năng của khung xe

- Khung xe là hệ thống dầm truyền lực, nhận và truyền tất cả các lực cũng nhƣ phản lực trong quá trình vận hành của xe

- Khung xe là cơ sở để lắp đặt các cụm, các hệ thống của xe nhƣ động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống treo, các cơ cấu điều khiển, hệ thống lái và các thiết bị phụ chuyên dùng, cabin, tải trọng

1.4.2 Phân loại

a Theo kết cấu khung: Có 3 loại

+ Khung có xà dọc ở giữa:

Hình 1 1: Khung có xà dọc ở giữa

+ Khung có xà dọc ở hai bên:

Hình 1 2: Khung có xà dọc hai bên

+ Loại hỗn hợp (Loại chữ X):

Hình 1 3: Khung có xà dọc hỗn hợp

b Theo dạng xà dọc và sự bố trí xà dọc trong mặt phẳng:

Có 3 loại:

+ Loại có tiết diện hình vuông và bố trí song song

+ Loại có tiết diện hình thang và xà thẳng

+ Loại có phần đầu khung thu hẹp

c Theo các loại hệ thống chịu lực trên ô tô:

Có 3 loại chính

- Khung chịu lực: Khi vỏ đặt lên khung qua các mối nối đàn hồi Trường hợp này khung cứng hơn vỏ nhiều nên chịu được các tác động của ngoại lực và có thể biến dạng nhưng không truyền đến vỏ

- Vỏ chịu lực: Loại vỏ này đồng thời là khung (không có khung chính thức nên vỏ chịu toàn bộ ngoại lực tác dụng lên ô tô)

- Vỏ khung cùng chịu lực: Khung nối cứng với vỏ bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán nên cả khung và vỏ đều chịu các tác dụng của ngoại lực tác dụng lên

ô tô

1.4.3 Yêu cầu đối với khung xe

Khi thiết kế khung của ôtô phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Tiết diện ngang của xà dọc phải được chọn theo các phép tính uốn và xoắn khung

- Mô men thay đổi trên suốt chiều dài của xà dọc từ giá trị không đến gía trị cực đại Để tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm trọng lượng của khung và đảm bảo độ cứng của xà dọc là đều nhau, khi chế tạo xà dọc nên làm với tiết diện thay đổi Để thoả mãn yêu cầu này xà dọc thường được chế tạo bằng phương pháp dập

- Khung phải đảm bảo đủ độ cứng để các cụm gắn trên khung hoàn toàn cố định hoặc chỉ có thể thay đổi vị trí tương đối với nhau một cách ít nhất có thể

- Khung xe cần được chế tạo theo phương pháp dập nóng từ thép tấm nhằm tăng cường tính chống uốn, chống xoắn (xoắn kiềm chế) trong khi đó trọng lượng của khung phải nhỏ

- Dầm ngang phải đảm bảo giữ không cho hai dầm dọc dịch chuyển tương đối với nhau hoặc xô lệch trong quá trình xe ôtô di chuyển và gặp phải các chướng ngại vật hoặc cụ thể hơn là khi có sự va đập vào đầu trước của dầm dọc

1.4.4 Vật liệu làm khung

Vật liệu để chế tạo khung phải có các tính chất sau:

- Có giới hạn chảy và giới hạn mỏi cao

- Độ nhậy với ứng xuất tập trung thấp

Ví dụ: Như th p 30T người ta dùng phương pháp thường hoá thì sẽ nâng cao tính chống đứt tạm thời từ 450 (Mpa) ở độ cứng HB156 đến 480 – 620 (Mpa) ở độ cứng HB170, có nghĩa là tăng được từ 6,538%, dầm dọc được chế tạo từ thép có chiều dầy 59 (mm)

1.5 Giới thiệu đặc điểm kết cấu của khung xe khảo sát CT3.25D2

- Khung xe là hệ thống dầm truyền lực dùng để nhận và truyền tất cả các lực, phản lực trong quá trình ôtô làm việc Khung dùng để đỡ các cụm nằm phía trên và giữ cho các cụm ở vị trí tương quan với nhau như: động cơ, hệ thống truyền lực hệ thống treo, các cơ cấu điều khiển, cabin, sát xi phụ và thùng chở hàng

- Đặc điểm của khung xe tải phải đảm bảo được độ cứng của xà đều nhau

Độ cứng phải đảm bảo sao cho các cụm gắn trên khung xe hoàn toàn cố định hoặc

xê dịch là rất ít Dầm ngang phải đảm bảo giữ không cho dầm dọc dịch chuyển dọc

khi ôtô gặp các chướng ngại vật va đập vào đầu trước của dầm dọc Xà dọc làm với tiết diện thay đổi để tiếm kiệm nguyên liệu đồng thời giảm tự trọng của xe

- Dầm dọc khung xe tải ôtô Chiến Thắng CT3.25D2 được chế tạo từ thép C20, bề dày 5mm, có 2 lớp được lồng vào nhau, sau đó sẽ được khoan lỗ Các lỗ có tác dụng một số để lắp ghép các cụm chi tiết, một số là ao lực có nhiệm vụ làm giảm và phân tích dòng truyền lực lên khung Các dầm ngang, mõ nhíp, giá đỡ động cơ, ly hợp, hộp số sẽ được bắt bằng đinh tán hoặc hàn lên dầm dọc

- Các chi tiết chính của khung xe gồm:

1.6 Mục tiêu đối tượng và nội dung nghiên cứu đề tài

a Mục tiêu đối tượng

Xây dựng mô hình 3D khung xe tải Chiến Thắng CT3.25 D2 sau đó tiến hành khảo sát mô hình

b Nội dung nghiên cứu đề tài

Trong đề tài này, vấn đề nghiên cứu chính gồm:

- Xây dựng mô hình 3D khung xe tải;

- Xây dựng mô hình phần t hữu hạn;

- Xây dựng chế độ tải trọng lên khung xe tải trên một số mặt đường thực nghiệm;

- Khảo sát độ bền khung xe

Kết luận chương I

Trong chương I của luận văn đã hoàn thành những nội dung sau: Đã nêu được kế hoạch phát triển ngành công nghiệp ôtô và chiến lược phát trển công nghiệp ô tô, những chính sách của chính phủ đối với ngành công nghiệp sản xuất ô tô.Trong chương này cũng đã trình bày một cách khái quát về quá trình phát triển của công nghệ khung vỏ ôtô ở Việt Nam cũng như cách tiến hành phân loại, yêu cầu khung vỏ Từ những nghiên cứu tổng quan đã đề xuất những mục tiêu đối tượng và nội dung nghiên cứu chính của đề tài và phương pháp thực hiện chúng

Những nội dung, thiết kế, tính toán cụ thể sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo của luận văn

CHƯƠNG II:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN KHUNG XE TẢI

Chương 2 của luận văn sẽ trình bày cơ sở lý thuyết xác định độ bền khung xe tải Đầu tiên là các chế độ tải trọng và phương pháp đánh giá độ bền khung xe, phương pháp tính độ bền phá hủy theo phương pháp s dụng các phần mềm hiện đại Tiếp đó là mô hình tải động tác dụng lên khung, đây là bước tính toán thông số đầu vào cho mô hình phân tích PTHH Cuối cùng là mô hình phần t hữu hạn (PTHH) để xác định độ bền của khung xe bằng phần mềm ANSYS, trong đó phân tích kỹ các thuật toán, các bước xây dựng và đánh giá mô hình

2.1 Các chế độ tải trọng và phương pháp đánh giá độ bền khung xe tải

2.1.1 Định nghĩa tải trọng

Các tải trọng chính s dụng trong tính toán bền khung được đơn giản hoá từ các trường hợp tải trọng phức tạp xảy ra trên thực tế Quá trình thực tế bắt đầu với việc lấy mẫu tải trọng trên các đường công cộng [6]

Các ước lượng tải trọng đơn giản được giới thiệu ở đây chỉ nên dùng cho tính toán sơ bộ khi không có dữ liệu thực nghiệm hoặc dữ liệu mô phỏng để xác định chúng Chúng cần luôn luôn được cập nhật nâng cao độ chính xác nếu như có được nhiều thông tin hơn Hơn nữa các công ty có thể đưa ra các hệ số tải trọng trên

cơ sở kinh nghiệm thiết kế của mình và không nhất thiết phải có các hệ số giống như ở đây

Việc xác định tải trọng lý thuyết tác động lên ô tô đặc biệt là lên khung xe không được tiêu chuẩn hoá như đối với các phương tiện giao thông vận tải khác Đối với máy bay, tầu thuỷ và toa xe chúng ta có các nguyên tắc nhất định để tính toán ngoại lực tác động lên kết cấu Ví dụ như vận tốc và gia tốc các đường cong đối với các loại máy bay, chiều cao của sóng biển đối với tầu thuỷ, lực va đập đối với các toa xe

Tuy nhiên đối với phương tiện vận tải thông dụng nhất là ô tô, chúng ta lại không có các nguyên tắc tương tự như trên, các nhà máy sản xuất ô tô vẫn tiếp tục tiến hành thiết kế khung xe theo các yêu cầu riêng của mình Thậm chí sự xuất hiện

các cấu trúc vỏ thép chịu lực và việc tăng các yêu cầu về độ an toàn cũng không dẫn đến xu hướng đưa ra các nguyên tắc chung trong tính toán tải trọng tác dụng lên khung xe cho dù nhiều công ty đã tiến hành nghiên cứu vấn đề này

Mặc dù có những vấn đề nêu ra ở trên nhưng việc phân tích ứng suất của khung xe vẫn dựa vào việc đưa vào các ngoại lực chứ không dựa trên cơ sở xác định các tải va đập lên thân xe mà chúng ta thường không xác định được

2.1.2 Các loại tải trọng tĩnh

Như đã phân tích ở trên, các phương pháp bố trí tổng thể trên xe có ảnh hưởng rất lớn đến việc phân bố tải trọng trên xe, đây chủ yếu là các tải trọng tĩnh do khối lượng bản thân của xe, của người và hàng trên xe và đây cũng là trường hợp tải trọng rất được quan tâm khi tiến hành tính bền

Tải trọng bản thân ở đây chủ yếu là tải trọng do khối lượng khung xe, sát xi, động cơ-ly hợp-hộp số, trục các đăng…gây nên, dạng tải trọng này là tải trọng cố định, nó không bị thay đổi trong quá trình hoạt động của xe và phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm cấu tạo và kết cấu của từng loại xe cụ thể

Tải trọng do hành khách và hàng gây nên ở đây chủ yếu là tải trọng do khối lượng của hàng trên xe, dạng tải trọng này thường không ổn định và thay đổi tuỳ theo điều kiện hoạt động và năng suất vận chuyển của xe

Với xe tải thì tải trọng thay đổi chủ yếu do lượng hàng hoá xe chở Thời gian

xe chạy không tải chiếm 15% thời gian hoạt động của xe Còn lại để đảm bảo công suất, xe thường chở đầy tải hoặc quá tải Sự phân bố tải trọng thường là dưới dạng lực phân bố do hàng hoá chất lên thùng xe

2.1.3 Các dạng tải trọng động tác dụng lên khung xe trong quá trình hoạt động của xe

a, Tỷ lệ giữa tải trọng tĩnh và tải trọng động

Tải trọng thực tế tác động lên xe thường là quá trình động lặp với biên độ bé hơn giá trị trung bình của chúng Các lực này có thể gây ra hiện tượng phá hỏng do mỏi gần các điểm làm việc Mặt khác tải trọng động lớn nhất gây ra bởi các bất thường của mặt đường thường ít xảy ra

Các kinh nghiệm thiết kế thực tế đã chỉ ra rằng các kết cấu đủ bền đối với tải trọng lớn nhất (chỉ xuất hiện một cách không thường xuyên) sẽ đảm bảo được điều kiện bền mỏi Chính vì vậy việc xác định tải trọng tác dụng lên xe được chuyển về việc xác định các hệ số tải trọng động của các lực tĩnh được xác định thông qua trọng lượng của xe Với các hệ số này chúng ta có thể thay thế việc phân tích ứng suất mỏi của kết cấu bằng phân tích tĩnh kết cấu

Khi xe chuyển động, thân xe sẽ chịu thêm tải trọng do nội lực tỷ lệ với tự trọng của xe, tải trọng và gia tốc Như vậy các tải động có thể biểu diễn bằng công thức:

Trong đó: Pt (Kg) là tải trọng tĩnh

g (m/s2) là gia tốc trọng trường

m là hệ số không thứ nguyên của các lực quán tính

Thông thường thân xe chịu tác dụng của các lực sau:

b Các tải trọng thẳng đứng đối xứng

Đây là trường hợp uốn gây ra ứng suất uốn xung quanh trục yy hình ảnh mô phỏng quá trình gây nên tải trọng thẳng đứng đối xứng như hình 2.1

Hình 2 1: Trường hợp xe chịu tải trọng thẳng đứng

Tổng lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên thân xe có giá trị bằng:

Pzs=mzs.(Gc- Gnr) (Kg) (2.5)

Trong đó: mzs là hệ số không thứ nguyên của lực quán tính,

Gc là tải trọng tổng cộng của xe,

Gnr là khối lượng không được treo của xe Các th nghiệm và tính toán cho kết luận rằng: giá trị lớn nhất của gia tốc thẳng đứng đối xứng thay đổi trong khoảng giới hạn từ 1,5g đến 2,5g (có nghĩa là từ 15 đến 25 m/s2) đối với xe con và xe buýt

Khi tính toán chúng ta s dụng các giá trị sau của hệ số không thứ nguyên mzs:

Giá trị của mzs tất nhiên còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xe và tải trọng đặt lên xe Đối với các xe tải dùng nhíp lá, các nhấp nhô mặt đường lặp đều đặn sẽ làm tăng hệ số mzs ở tốc độ lớn của xe Tuy nhiên các mấp mô cục bộ sẽ làm tăng mzs ở tốc độ chuyển động trung bình của xe Các xe có tính năng cơ động cao

sẽ có hệ số mzs cao do xác xuất gặp các điều kiện đường xấu lớn hơn

c Tải trọng thẳng đứng không đối xứng

Trường hợp đối xứng thẳng đứng không đối xứng (' trường hợp xoắn') gây ra xoắn quanh xx và uốn xung quanh yy, mô hình tải trọng được mô tả như hình vẽ:

Hình 2.2: Trường hợp xe chịu tải trọng không đối xứng

Các tải trọng thẳng đứng không đối xứng với trục dọc của xe xuất hiện khi

xe chạy trên đường gồ ghề, các bánh xe khác nhau va vào các chướng ngại vật ở các thời điểm khác nhau

Các bánh xe trên một cầu chịu các phản lực khác nhau từ mặt đường gây ra

mô men xoắn và mô men uốn thân xe

Lực thẳng đứng không đối xứng được xác định thông qua hệ số tải trọng động:

Pzn=mzns(Gr-Gnr) (Kg) (2.6)

a Trường hợp bánh trước lên mấp mô b Trường hợp hai bánh chéo nhau lên mấp mô

Hình 2 3: Trường hợp xe chịu tải trọng thẳng đướng không đối xứng

Trong đó: mzns là hệ số không thứ nguyên của lực quán tính,

Gc là tải trọng tổng cộng của xe,

Gnr là khối lượng không được treo của xe

Mô men xoắn được xác định bằng biểu thức:

ms=mzns(Rpp- Rpl)rp/2 (kg.m); Rpp =mzns.Rp ; Rpl=0 (2.7) Trong đó: Rpp- Rpl là sự sai lệch của các phản lực trên bánh trái và phải của cầu trước, rp là khoảng cách vết bánh xe trước

Giá trị của mzns phụ thuộc vào loại xe [9]:

Chiều cao của mấp mô gây ra hiện tượng này phụ thuộc vào độ cứng của hệ treo, bề rộng vết bánh xe và độ cứng xoắn của khung xe Tuy nhiên so với biến dạng của hệ treo và lốp, biến dạng của xe tương đối nhỏ và ta có thể bỏ qua

Từ mô hình hình học của hệ treo cùng với giả thiết cấu trúc cứng của thân xe chúng ta có biểu thức xác định chiều cao mấp mô h:

h1=fog + frp(rp/zp) + rp(fog/rt)+ rp(frt/zt) (cm) (2.8)

Ở đây fog là độ lún của lốp (đối với các xe hiện nay độ lún của lốp có giá trị gần bằng 20% độ lún của lò xo fr là độ lún của lò xo hệ treo, chỉ số p nói tới cầu trước, chỉ số t, nói đến cầu sau, r là khoảng cách vết bánh xe, z là khoảng cách giữa hai điểm bắt nhíp

Thành phần thứ nhất và thứ 2 trong biểu thức chỉ ra độ nâng của điểm P (Xem hình 2.3), phụ thuộc vào các thông số của hệ treo; thành phần tứ ba và thứ tư thể hiện ảnh hưởng của thông số hệ treo sau gây ra độ nghiêng của cầu sau và nâng một phía thân xe do tác động của lực tác động lên bánh xe phía đối diện chéo trên cầu sau

Trong trường hợp xe nằm trên 2 mấp mô như trên hình 2.3b, giá trị độ cao mấp mô được xác định bằng biểu thức:

h2=fog + fp (r/z) (cm) (2.9) Trong thực tế người ta thường chuyển các công thức tính toán về dạng sau:

h1=mzns.Rprp[(Cog.rp)-1 + (CrpZp)-1 +(Cog.rt)-1 +(Cog.Zt)-1] (2.10)

và h2=mzns.Rpr[(Cog.rp)-1 + (CrZ)-1] (2.11)

Hình 2 4: Mô hình đường thí nghiệm

Mặt cắt I bao gồm n mấp mô đối xứng có chiều cao h, bước t của nhấp nhô được chọn sao cho khối lượng của xe chỉ chịu gia tốc thẳng đứng và gây ra lực thẳng đứng Pz đối xứng so với n a trái và phải của ô tô

Mặt cắt II có dạng cung lõm với bán kính r Gia tốc xuất hiện sẽ tỷ lệ với bình phương vận tốc và tỷ lệ nghịch với bán kính cung cong và như vậy sẽ gây ra lực thẳng đứng đối xứng Pzs

Mặt cắt III đặc trưng bởi mấp mô không đối xứng có chiều cao hn gây ra gia tốc thẳng đứng không đối xứng và kéo theo gia tốc góc so với trục dọc

Mặt cắt IV là bề mặt phẳng với chướng ngại vật có chiều cao hp Khi chuyển động vượt qua chướng ngại vật này sẽ xuất hiện gia tốc theo phương dọc xe và lực

Px

Mặt cắt V có dạng cung cong (nằm ngang) với bán kính  Khi xe chuyển động sẽ xuất hiện lực quán tính li tâm Py Giá trị của lực này phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của xe

Trong luận văn chỉ chủ yếu nghiên cứu trường hợp khi xe chạy trên đường mặt cắt I, III, IV

2.1.5 Phối hợp các trường hợp tải trọng và hệ số tải trọng

Tải trọng tính toán Pzs, Pzns tương xứng với các đoạn riêng biệt trên mô hình đường đã đưa ra Trong thực tế các tải trọng này có thể xuất hiện một cách đồng thời Các khả năng phối hợp khác nhau của tải trọng này được đưa ra trong bảng dưới đây:[7]

Tương ứng với mặt cắt I của đường trường hợp I, trường hợp II là mặt cắt III, trường hợp III là mặt cắt IV

Tải trọng tương

ứng với mô hình

đường

Hệ số tải trọng động tương ứng

Mỗi trường hợp tải (từ I đến III) là xác định đối với kết cấu đưa ra, tuỳ thuộc vào các giá trị tổng lực quán tính Khi tính toán cần hiểu rằng tải trọng thẳng đứng

2.1.6 Phương pháp đánh giá độ bền tĩnh

Tải trọng tĩnh tác động khung xe gồm có:

- Trọng lượng bản thân khung xe

- Trọng lượng phần được treo của xe bao gồm người lái, hành khách, vỏ xe và các cụm hệ thống khác trên xe

a Trường hợp xe chạy trên đường thẳng

Tiến hành đặt các tải trọng tĩnh phân bố trên khung xe với các khối tải trọng bao gồm: Khối buồng lái (bao gồm khối lượng buồng lái và kíp lái), khối thùng hàng, khối lượng hàng khi xe đầy tải, khối lượng động cơ được bắt trên phần đầu

xe Đây là giá trị lực tĩnh tham khảo mục 2.1.2 [12], [9]

Tại các vị trí bắt nhíp sẽ được cố định tại 4 vị trí bánh xe, sau khi tính toán ở trường hợp đầy tải xe đi trên đường bằng xe có các giá trị phản lực từ mặt đường kích động lên khung xe Các giá trị phản lực của bánh trước bên trái Rz11, bánh trước bên phải tương đương với Rz12, bánh sau bên trái tương đương với Rz21, bánh sau bên phải tương đương với Rz22

b Trường hợp bánh trước trái lên mấp mô

Trong trường hợp khi bánh trước lên mấp mô (h= 20 cm) thì tải trọng tĩnh được đặt lên khung xe vẫn giống như đối với khi xe chạy trên đường bằng

Giá trị phản lực từ mặt đường tác dụng lên khung xe tại vị trí bánh trước bên trái có giá trị: (giá trị Rpp tham khảo công thức(2.7), giá trị mzns là hệ số không thứ nguyên của lực quán tính trong trường hợp tải trọng không đối xứng)

Rz11’ =Rz11 +Rpp (2.12) Tại các vị trí bánh còn lại vẫn được cố định chuyển vị theo 3 phương x, y, z

c Xe hai bánh trước đi lên mấp mô

Trong trường hợp này, khung xe bị uốn theo phương yy, cả hai bánh xe trên cùng một cầu đột ngột va vào một mấp mô mặt đường đối xứng đồng thời với hai bánh Điều đó gây ra một mô men uốn cho xe quanh các trục bên Các giá trị tải trọng tĩnh vẫn phân bố trên bề mặt khung Các giá trị phản lực từ mặt đường kích động lên cầu trước khi hai bánh trước lên mấp mô có giá trị bảng phản lực từ mặt đường khi xe chạy trên đường bằng với giá trị tăng lên khi hai bánh trước đi qua mấp mô Các vị trí mấu nhíp còn lại ngàm giống như trường hơp xe chạy trên đường bằng

Chiều cao mấp mô h xe sẽ đi qua với h= 0.2 m

h= mzns.Rp.rt[(Cog.rt)-1 +(Cog.Zt)-1] (2.13)

d Hai bánh chéo nhau lên mấp mô

Hai bánh ch o nhau đi qua mô đất, trường hợp này khiến khung xe bị xoắn mạnh.Lúc này ta sẽ cố định phần nhíp tại những bánh xe không qua mô đất lại, đồng thời đặt tải lên nhíp của những bánh xe qua mô đất với giá trị bằng phản lực từ mặt đường tác dụng lên khung xe khi xe đi trên đường bằng cộng với giá trị lực tăng thêm do xe đi qua mô đất (Tham khảo công thức (2.11) và mục 2.1.5) Tải trọng đặt trên khung vẫn như trường hợp xe chạy trên đường bằng

2.1.7 Lựa chọn các giá trị lực kích động từ mặc đường

Để xây dựng mô hình khảo sát bài toán động cho mô hình khung xe là một

mô hình đường khi xe có thể gặp trong quá trình dao động nhằm kiểm tra tính đáp ứng của mô hình mà không đi sâu vào đánh giá độ bền của khung xe tải trong quá trình dao động

a Giả thiết tải trọng động tác dụng lên khung xe

Các lực tác dụng lên khung xe tải biến thiên liên tục trong quá trình chuyển động của ô tô, giá trị của chúng phụ thuộc vào điều kiện chuyển động cụ thể Vì vậy

để xác định được lực này cần dựa trên mô hình chuyển động của khung trong trường hợp tổng quát và tính toán trong điều kiện thực tế Vì mô hình xây dựng rất phức tạp, nên trong nghiên cứu này chỉ khảo sát sự đáp ứng của mô hình PTHH và một phần là thông số đầu vào cho bài toán tính bền mỏi của khung

b Biên dạng đường ngẫu nhiên theo Tiêu chuẩn ISO 8608:1995

ISO 8608:1995 [8] là tiêu chuẩn về mấp mô mặt đường, đường được s dụng phổ biến nhất hiện nay trong các tính toán động lực học ô tô Tiêu chuẩn này được phân biệt các dạng đường theo mật độ phổ năng lượng (PSD) và chia chúng thành 8 loại tiêu chuẩn với các ký hiệu quy ước từ A đến H

Hàm mật độ năng lượng của chiều cao mấp mô của mặt đường tính theo tần số n:

w 0

Mấp mô mặt đường được mô tả theo tiêu chuẩn ISO 8608 :1995 được s dụng trong khảo sát bài toán động nhằm xác định ảnh hưởng của tải trọng động trong các loại mô hình đường Các dạng tải trọng động này gây ra các ứng suất động trong khung xe, ảnh hưởng đến độ bền phá hủy và độ bền mỏi của khung Chính vì vậy, việc khảo sát tải trọng động tác động lên khung xe khi xe chạy trên các mặt đường tiêu chuẩn, một mặt cho ph p xác định độ bền của khung, mặt khác cho ph p xác định các chế độ tải trọng làm thông số đầu vào cho bài toán xác định

độ bền mỏi của khung xe

Mấp mô bề mặt của 7 loại đường theo ISO 8608: 1995 được thể hiện trên 1 khoảng chiều dài 250m như trên hình 2.5

Hình 2 5: Mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995

Trong nghiên cứu này, 2 loại đường theo tiêu chuẩn ISO 8608: 1995 đã được tiến hành khảo sát là đường D-E (đường xấu) và đường E-F (đường rất xấu) được khảo sát Mấp mô được đặt trên 4 bánh xe, xe được chuyển động thẳng Vận tốc của xe là

40 km/h

Với chiều cao mấp mô được thay đổi trong hình 2.6 và hình 2.7

Hình 2 6: Mấp mô mặt đường D-E (v = 40 km/h)

-1 -0.5 0 0.5 1

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1

Hình 2 7: Mấp mô mặt đường E-F (v = 40 km/h)

2.2 Xây dựng mô hình 3D

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks

Solidworks là phần mềm thiết kế cơ khí 3D, chạy trên hệ điều hành Windowns Solidworks được phát triển bởi Dassault Systèmes Solidworks Corp, một công ty con của Dassault Systèmes, SA (Vélizy, Pháp) Solidworks hiện đang được s dụng bởi hơn 2 triệu kỹ sư và nhà thiết kế ở mức hơn 178.000 công ty trên toàn thế giới [3]

Hiện nay Solidworks được s dụng khá phổ biến trên thế giới Ở Việt Nam phần mềm này được s dụng rất nhiều không chỉ trong lĩnh vực cơ khí mà nó còn được mở rộng ra các lĩnh vực khác như: Điện, khoa học ứng dụng, cơ mô phỏng Phần mềm Solidworks cung cấp cho người dùng những tính năng tuyệt vời nhất về thiết kế các chi tiết các khối 3D, lắp ráp các chi tiết đó để hình thành nên nhưng bộ phận của máy móc, xuất bản vẽ 2D các chi tiết đó là những tính năng rất phổ biến của phần mềm Solidworks

Ngoài ra việc tích hợp nhiều tính năng và các phần Add-in trên Solidworks tăng khả năng làm việc và kết hợp với các phần mềm tính toán chuyên dụng như Ansys, Hyperworks…

Một số chức năng thiết kế cơ bản trên Solidworks:

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2

- Tính năng thiết kế trên Solidworks: Đây là một trong những tính năng khá nổi bật của phần mềm solidworks Thông quan việc thiết kế các các biên dạng 2D sẽ dựng được các khối 3D theo yêu cầu

- Tính năng lắp ráp các chi tiết: Đây là một tính năng mà hầu như các phần mềm CAD/CAM nào cũng có Các chi tiết 3D sau khi thiết kế xong có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộ phận máy hoặc một máy hoàn chỉnh Xây dựng các đường dẫn thể hiện quy trình lắp ghép

- Xuất bản vẽ trên phần mềm solidworks: Phần mềm Solidworks cho phép ta tạo các hình chiếu vuông góc các chi tiết hoặc các bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người

s dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước.Công cụ tạo kích thước tự động và kích thước theo quy định của người s dụng.Tạo các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chóng Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được s dụng dễ dàng

- Tính năng gia công trên Solidworks: Để dùng được chức năng này, phải s dụng một modul nữa của là Solidcam Đây là modul Cam của Solid

- Tính năng Add-in: Khả năng cho ph p liên kết trực tiếp với các phần mềm khác, làm tăng sức mạnh của phần mềm Solidworks

2.2.2 Xây dựng mô hình 3D khung xe tải

Để tiến hành xây dựng mô hình chi tiết của khung xe tải là một việc làm đòi hỏi mất nhiều thời gian và công sức [3] Mô hình được thiết kế và xây dựng lại Khái quát chung về thiết kế sản phẩm của phần mềm

Công việc giải quyết các bài toán với việc s dụng các phần mềm được thực hiện qua nhiều các bước khác nhau, trình tự và nội dung công cụ thể

Chọn mô hình phân tích: mô hình phân tích của ta có thể là 2D, 3D và sẽ chứa đựng các phần t là điểm, đường, bề mặt hay khối đặc Tất nhiên nếu cần thiết ta có thể lựa chọn trong mô hình hỗn hợp nhiều phần t Việc lựa chọn kiểu mô hình, kiểu phần t sẽ xác định phương pháp tạo dựng mô hình

- Mô hình các phần t dạng đường (LINE) có thể đại diện cho các dầm (hoặc ống) 2D, hoặc 3D cũng như mô hình 2D hoặc 3D đối xứng trục Việc xây dựng mô

hình hình học sau đó mới chia lưới thường không phù hợp cho việc tạo các phần t đường, ở đây ta thường dùng phương pháp dựng trực tiếp mô hình phần t

- Mô hình các phần t 2D SOLID thường được s dụng đối với các cấu trúc phẳng, mỏng (chịu ứng suất phẳng), các cấu trúc dài vô hạn có mặt cắt ngang không thay đổi hoặc các cấu trúc thể đặc đối xứng trục Mặc dù các cấu trúc với phần t 2D solid hoàn toàn có thể tạo ra bằng phương pháp trực tiếp, nhưng chúng ta thường tạo ra chúng từ mô hình hình học

- Các mô hình với phần t 3D SHELL được dùng cho các cấu trúc vỏ mỏng trong không gian 3 chiều, cũng như phần t 2D SOLID mô hình này mặc dù có thể được tạo ra dễ dàng bằng phương pháp trực tiếp nhưng chúng lại thường được tạo

ra từ mô hình hình học

- Mô hình 3D SOLID thường dùng trong cấu trúc dày trong không gian 3 chiều có mặt cắt thay đổi hoặc không đối xứng trục Việc tạo ra mô hình này bằng phương pháp trực tiếp thường hết sức khó khăn và nhìn chung sẽ dễ dàng hơn nếu

ta dùng phương pháp mô hình hình học

 Trình tự thiết kế 3D trong Solidworks

Việc xây dựng mô hình 3D trong Solidworks được thực hiện qua nhiều bước khác nhau (s dụng nhiều công cụ trong thiết kế), trình tự và nội dụng công việc cụ thể tùy thuộc vào hình dáng sản phẩm cần thiết kế Tóm lại, ta có thể khái quát cơ bản các bước để tiến hành xây dựng mô hình 3D của một sản phẩm cụ thể như sau:

- Đặt tên cho mô hình thiết kế: Khi thiết kế một chi tiết, lúc này tên chi tiết sẽ trở thành phần đầu của mô hình Việc đặt tên cho chi tiết nhằm hạn chế khả năng ghi đ tệp cũ và thuận tiện cho quá trình tìm kiếm sản phẩm

- Mở một bản vẽ thiết kế: Trong Solidworks có 3 mô đul chính là vẽ chi tiết (Part Design), thiết kế bản vẽ lắp (Assembly), xuất bản vẽ 2D (Drawing) Giữa các phần rất thuận tiện trong việc chuyển giữa các mô đul và các mô đul có liên kết với nhau