LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian làm việc khẩn trương và nghiêm túc đến nay em đã hoàn thành đề tài “Thiết kế cải tiến xe máy của hãng Honda thành xe Hybrid nhằm giảm thiểu tác động xấu đến
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay
1.1.1 Ô nhiễm không khí Ô nhiễm không khí hiện đang là mối quan tâm chung của xã hội toàn cầu Bởi nó được xem là tác nhân hàng đầu gây nên những ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng Ô nhiễm không khí là sự thay đổi trong thành phần của không khí Chủ yếu do khói, bụi, hơi hoặc các khí độc gây ra tình trạng biến đổi khí hậu, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người hay có thể làm phá hỏng môi trường tự nhiên của nhiều loài sinh vật khác Ô nhiễm không khí là nguyên nhân gây nguy cơ đột quỵ, suy nhược thần kinh, bệnh tim mạch, ung thư, cùng hàng loạt các bệnh về đường hô hấp như hen suyễn, viêm phổi, thậm chí ung thư phổi ngày càng tăng cao Ô nhiễm không khí được chia làm hai dạng, gồm ô nhiễm không khí ngoài trời và ô nhiễm không khí trong nhà Trong đó, ô nhiễm không khí ngoài trời là tác nhân chính gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người ở các nước phát triển và đang phát triển Bên cạnh đó, chúng ta còn phải đối mặt với ô nhiễm không khí trong nhà Các nguồn gây ô nhiễm bao gồm khói thuốc lá, khói than, củi, các hóa chất có trong sơn hoặc các sản phẩm làm sạch, khí máy lạnh và một số chất có trong vật liệu xây dựng a) Báo động tình trạng ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn cầu
Theo thông tin từ Tổ chức Y tế thế giới WHO, ô nhiễm không khí gây ra cái chết sớm cho khoảng 4,2 triệu người trên thế giới vào năm 2016 Trong đó, 91% tỉ lệ thuộc về các nước nghèo và đông dân ở Đông Nam Á và Tây Thái Bình Dương
Bob O'Keefe, Phó Chủ tịch WHO chia sẻ: "Ô nhiễm không khí thực sự là một cú sốc lớn cho toàn cầu Vấn nạn này khiến những người mắc bệnh hô hấp thêm khó thở, trẻ con và người già phải vào viện, bỏ học, bỏ việc và gây ra
Health Effects Institute (HEI) vừa đưa ra phát hiện mới nhất trong báo cáo thường niên 2018, dựa trên dữ liệu vệ tinh và được quy chiếu với các tiêu chuẩn trong Hướng dẫn đánh giá chất lượng không khí của WHO
HEI cho biết, hơn 95% dân số thế giới đang phải hít thở bầu không khí ô nhiễm và có đến 60% người sống ở những khu vực không đáp ứng được tiêu chuẩn cơ bản nhất của WHO Theo đó, ô nhiễm môi trường không khí là nguyên nhân gây tử vong cao thứ tư thế giới, chỉ đứng sau cao huyết áp, suy dinh dưỡng và hút thuốc lá
Trung Quốc và Ấn Độ là hai quốc gia đứng đầu danh sách ô nhiễm môi trường, chiếm 50% số ca tử vong do ô nhiễm không khí trên toàn cầu Riêng tại Trung Quốc đã ghi nhận 1,1 triệu người chết vì ô nhiễm không khí trong năm
Mặc cho nhận thức về môi trường sống và ô nhiễm không khí ngày càng được cải thiện tại các đô thị lớn, tình hình vẫn ngày càng trầm trọng hơn khi 2/3 thế giới đang phải hứng chịu nạn ô nhiễm khủng khiếp với chỉ số hạt bụi
PM2.5 cao trờn mức 35 àg/m 3 khớ, chủ yếu tại Chõu Á, Trung Đụng và Chõu Phi Nguyên nhân là do dân số những khu vực này tăng quá nhanh, khiến các nỗ lực giảm thiểu ô nhiễm không khí chỉ như "muối bỏ bể" b) Hiện trạng môi trường không khí ở Việt Nam
Theo báo cáo thường niên The Environmental Performance Index (EPI) của Mỹ thực hiện, Việt Nam hiện đang đứng trong top 10 các nước ô nhiễm không khí ở Châu Á Đáng lưu ý, tổng lượng bụi ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đang liên tục tăng cao khiến chỉ số chất lượng không khí (AQI) luôn ở mức báo động
Năm 2016, GreenID công bố báo cáo Sơ lược tình trạng môi trường Hà Nội và TP.HCM:
Hà Nội: chỉ số AQI trung bình là 121, nồng độ bụi PM2.5 là 50.5 gấp đôi quy chuẩn quốc gia (25 àg/m 3 ) và gấp năm lần khuyến nghị từ WHO
TP.HCM: chỉ số AQI trung bình là 86, nồng độ bụi PM2.5 là 28.3 cao hơn so với quy chuẩn quốc gia và gấp ba lần khuyến nghị từ WHO
Nồng độ bụi trung bình trong không khí ở Hà Nội và TP.HCM vượt mức cho phép từ hai đến ba lần và có xu hướng duy trì ở ngưỡng cao Nguồn sinh ra bụi ô nhiễm ở các đô thị lớn hầu hết là từ khí thải giao thông, công trình xây dựng, đường sá và nhà máy công nghiệp Hà Nội chỉ đứng sau New Delhi, Ấn Độ (124 àg/m 3 ), nơi ụ nhiễm khụng khớ nặng nhất nhỡ thế giới Đối với vùng nông thôn, nhìn chung chất lượng môi trường không khí còn khá tốt Môi trường chủ yếu bị tác động cục bộ bởi các hoạt động sản xuất làng nghề, xây dựng, đốt rơm rạ, đốt rác thải, đun nấu, v.v.[1]
1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm không khí a) Các nguồn tự nhiên Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa: hoạt động của núi lửa phun ra một lượng khổng lồ các chất ô nhiễm như tro bụi, khí SOx NOx, có tác hại nặng nề và lâu dài tới môi trường Ô nhiễm do cháy rừng: cháy rừng do các nguyên nhân tự nhiện cũng như các hoạt động thiếu ý thức của con người, chất ô nhiễm như khói, bụi, khí SOx NOx, CO, TCH Ô nhiễm do bão cát: hiện tượng bão cát thường xảy ra ở những vùng đất trơ và khô không có lớp phủ thực vật ngoài việc gây ra ô nhiễm bụi, nó còn làm giảm tầm nhìn Ô nhiễm do đại dương: Do quá trình bốc hơi nước biển co kéo theo một lượng muối (chủ yếu là NaCl) bị gió đưa vào đất liền không khí có nồng độ muối cao sẽ có tác hại tới vật liệu kim loại Ô nhiễm do phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên: Do quá trình lên men các chất hữu cơ khu vực bãi rác, đầm lầy sẽ tạo ra các khí như metan (CH4), các hợp chất gây mùi hôi thối như hợp chất nitơ (ammoniac – NH3), hợp chất lưu huỳnh (hydrosunfua – H2S, mecaptan) và thậm chí có cả các vi sinh b) Các nguồn nhân tạo
Nguồn ô nhiễm do hoạt động của con người tạo nên bao gồm: Ô nhiễm do sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp: ví dụ các nhà máy sản xuất hóa chất, sản xuất giấy, luyện kim loại, nhà máy nhiệt điện (sử dụng các nhiên liệu than, dầu …)
Hoạt động nông nghiệp: sử dụng phân bón, phun thuốc trừ sâu diệt cỏ Dịch vụ thương mại: chợ buôn bán
Sinh hoạt: nấu nướng phục vụ sinh hoạt hàng này của con người (gia đình, công sở…)
Vui chơi, giải trí: khu du lịch, sân bóng … Các nguồn trên có thể coi là các nguồn cố định
Tùy vào các nguồn gây ô nhiễm mà trong quá trình hoạt động thải vào môi trường các tác nhân ô nhiễm không khí khác nhau về thành phần cũng như khối lượng
Dựa vào tính chất hoạt động có thể chia thành 4 nhóm chính: Ô nhiễm do quá trình hoạt động sản xuất: công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, nông nghiệp Ô nhiễm do giao thông: khí thải xe cộ, tàu thuyền, máy bay Ô nhiễm do sinh hoạt: do đốt nhiên liệu phục vụ sinh hoạt, phục vụ vui chơi giải trí Ô nhiễm do quá trình tự nhiên: bão, núi lửa, do sự phân hủy tự nhiên các chất hữu cơ gây mùi hôi thối bụi phấn hoa
+ Dựa vào đặt tính hình học gồm có: Điểm ô nhiễm: ống khói nhà máy Đường ô nhiễm: đường giao thông
Vùng ô nhiễm: khu công nghiệp, khu tập trung các cơ sở sản xuất
+ Dựa vào tính chất khuyết tán
Nguồn thải thấp: gồm nguồn mặt, nguồn đường, nguồn điểm (ống khói nằm dưới vùng bóng rợp khí động)
Nguồn thải cao: ống khói nằm trên vùng bóng rợp khí động.[2]
Bảng 1.1- Các nguồn thải ra các chất ô nhiễm đặc trưng
Ngành sản xuất Các chất ô nhiễm đặc trưng
Nhà máy nhiệt điện, lò nung, nồi hơi đốt bằng nhiên liệu
Bụi ,SO X , NO X , CO X , hydrocacbon aldehyt
On, NH 3 ( Nếu dùng gas ammoniac )
Bụi , mùi hôi , các phenol
Thuốc lá Bụi, mùi hôi,nicôtin
Dệt,nhuộm Bụi, hợp chất hữu cơ
- Bụi, hợp chất hưu cơ bay hơi
- TCH bụi, CO X , SO X , NO X
- Sành sứ, thủy tinh ,vật liệu xây dựng
- TCH bụi, CO X , SO X , NO X
- Luyện kim , lò đúc - Bụi , SO 2 CO X , NO X
- Nhựa ,cao su , chất dẻo - Bụi,mùi hôi,dung môi hữu cơ
1.1.3 Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải a) Những chất độc hại trong khí thải động cơ đốt trong
Nitơ-oxit, carbon monoxide, sulfur dioxide, benzen có trong khí xả đều tác động xấu tới cơ thể nếu con người hít phải với số lượng lớn
Khí thải động cơ ô tô gồm một số hóa chất độc hại, trong đó có nitơ-oxit (khí NOx), carbon monoxide, sulfur dioxide, benzen, formaldehyde và muội than, tất cả đều có thể gây hại tới sức khỏe con người
Hình 1.1 - Khí thải ô tô tác động xấu tới sức khỏe con người và môi trường
Tình hình sản xuất và xu hướng phát triển xe máy tại Việt Nam
Thập kỷ vừa qua chứng kiến sự phát triển sự phát triển mạnh mẽ của thị trường xe máy tại Việt Nam, cả về số lượng và chất lượng Sự bùng nổ số lượng xe máy, xe tay ga trỗi dậy như một thế lực, thị trường môtô phân khối lớn sôi động hẳn lên là những cột mốc đáng nhớ trong 10 năm qua
Xe máy là phương tiện di chuyển chủ yếu của người Việt, chiếm hơn 85% tổng số phương tiện Từ năm 2010, ngành công nghiệp xe máy Việt Nam sôi động hẳn lên khi các ông lớn Honda, Yamaha, Suzuki, Piaggio công bố hàng loạt dự án xây dựng nhà máy và mở rộng sản xuất với tổng giá trị lên đến hàng trăm triệu USD Đó cũng là thời điểm kinh tế Việt Nam có những bước hồi phục sau cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu năm 2008, dẫn đến sức mua xe tăng lên
Tính đến cuối năm 2011, Việt Nam có khoảng 33,4 triệu xe máy đang lưu thông, theo thống kê của Bộ Giao thông Vận tải Đến cuối năm 2019, con số này đã gần chạm ngưỡng 60 triệu xe Hiện tại, Việt Nam đang xếp thứ 4 trong danh sách các quốc gia tiêu thụ xe máy nhiều nhất thế giới, đứng sau Ấn Độ, Trung Quốc và Indonesia
Bùng nổ xe máy cũng mang đến nhiều hệ lụy Ùn tắc giao thông ở các thành phố lớn, tỷ lệ tai nạn giao thông gia tăng và ô nhiễm môi trường là những vấn đề mà xe máy mang đến
+Xe tay ga trỗi dậy
Có mặt tại Việt Nam từ những năm 1990 nhưng xe tay ga khi đó chưa phải là lựa chọn cho số đông Với những "đặc trưng" như giá cả đắt đỏ, chi phí bảo dưỡng cao và "uống xăng như uống nước", xe tay ga thời điểm đó được mặc định cho giới nhà giàu Năm 2009, Honda nâng cấp hệ thống phun xăng điện tử cho chiếc Air Blade, mở ra kỷ nguyên xe tay ga tiết kiệm nhiên liệu
Sau năm 2010, thị trường xe tay ga tại Việt Nam sôi động hơn khi các hãng xe lớn xây dựng thêm nhà máy và mở rộng quy mô sản xuất Các mẫu xe tay ga mới liên tục ra mắt với giá cả phải chăng, kiểu dáng thời trang, cốp dung tích lớn và động cơ tiết kiệm Nhờ vậy, lượng xe tay ga tiêu thụ liên tục tăng và dần thay thế cho xe số Đã có nhiều dự đoán về thị trường xe máy Việt bão hòa, tuy nhiên sự dịch chuyển từ xe số sang xe ga khiến doanh số xe máy luôn duy trì tăng trưởng
Tỷ lệ xe tay ga bán ra trong năm 2010 là 30% Năm 2011 con số này tăng lên 38%, năm 2014 là 40-42% và đạt 45% ở năm 2015 Trong năm 2015, Honda Việt Nam bán ra 2,02 triệu xe, trong đó xe tay ga chiếm tỷ lệ lên đến 54%, lần đầu tiên vượt xe số Hiện tại, mẫu xe máy bán chạy nhất thị trường là
Tổng quan về xe Hybrid
1.3.1 Khái niệm Ô tô Hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc-quy cao áp Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết
1.3.2 Lịch sử và xu hướng phát triển xe Hybrid
Hơn một thế kỷ trước, theo nghiên cứu của Toyota, một người tên Piper đã đề nghị cấp bằng sáng chế về một dạng động cơ kết hợp giữa xăng và điện như các hệ thống Hybrid ngày nay Mục đích của Piper lúc đó là làm sao giúp chiếc xe tăng tốc lên 40 km/h trong khoảng chưa đến 10 giây, vào thời buổi mà tốc độ xe ôtô trung bình phải mất hơn nửa phút để đạt tới con số trên Ý tưởng hết sức độc đáo nhưng Piper đã không gặp thời Sự bùng nổ xe gắn máy hai bánh vào đầu thế kỷ trước đã khiến sáng chế của Piper rơi vào quên lãng Giá nhiên liệu rẻ mạt, không có bất cứ quy định nào về khí thải khiến cho người sử dụng ôtô và xe máy đều không quan tâm tới các hệ thống động cơ lạ lẫm
Nghiên cứu của Toyota còn chỉ ra rằng tại Pháp, công ty Ôtô điện Paris đã chế tạo một loạt xe điện và Hybrid trong những năm cuối thế kỷ 19 và đầu
20 Các nhà sản xuất xe Pháp thực sự là những người đi tiên phong trong ngành công nghiệp xe hơi Đất nước hình lục lăng này từng là nơi chế tạo ôtô lớn nhất thế giới cho tới khi bị nước Mỹ chiếm mất vị trí Tiếc là lúc đó, những hãng xe lớn nhất nước Pháp lại hoàn toàn vắng bóng ở thị trường Bắc Mỹ Một trong số những xe Hybrid của công ty Ôtô điện Paris, mang tên Kreiger, là xe dẫn động bánh trước và có tay lái trợ lực Khi đó mới chỉ là năm 1903
Trong buổi bình minh của ngành công nghiệp ôtô, một công ty tại Áo mang tên Lohner đã chế tạo một mẫu xe, trong đó động cơ điện được gắn gần bánh xe và truyền lực thẳng tới các bánh Một người nổi tiếng về sau này trong ngành công nghiệp xe hơi, Ferdinand Porsche, lúc đó có mặt trong số các công nhân tham gia hoàn thiện mẫu xe này Chính ông là người sẽ thực hiện những kỳ công với xe Volkswagen Beetle và lập ra hiệu xe thể thao nổi tiếng mang tên mình, Porsche
Sự tham gia của Porsche chắc chắn là rất đáng kể bởi vì những chiếc xe này được gọi là Lohner-Porsche Mẫu xe rất gần với xe Hybrid ngày nay do động cơ xăng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện Vì thế, các nhà nghiên cứu của Toyota đã coi về cơ bản đây là một chiếc xe Hybrid
Trong giai đoạn nửa đầu của thế kỷ trước, còn có nhiều tên tuổi khác tham gia chế tạo xe Hybrid như General Electric và Woods Motor Vehicle (đều của Mỹ), Siemens-Schukert (Đức) Woods đã giới thiệu mẫu xe Dual Power vào năm 1917, kết hợp động cơ điện và xăng để đạt vận tốc 56 km/h Nếu chỉ sử dụng động cơ điện chiếc xe cũng có tốc độ chừng 32 km/h Thậm chí, một công ty tên Walker tại Chicago còn cho ra lò cả xe tải Hybrid vào đầu những năm
Galt Motor là công ty đầu tiên của Canada trong lĩnh vực này Năm 1914, công ty xuất xưởng chiếc Galt sử dụng động cơ xăng 2 thì có 2 xi-lanh, công suất 10 mã lực và một máy phát điện 40V, 90A Theo công ty, người lái chạy được liên tục 112 km mà chỉ tiêu tốn hơn 3,5 lít nhiên liệu và có thể thêm khoảng 30 km nữa với bình điện Nhưng tốc độ tối đa 48 km/h của xe không gây ấn tượng với khách hàng, những người vào thời điểm đó đã chọn kiểu xe động cơ thông thường để có hiệu năng cao hơn
Cần phải nói thêm rằng hệ thống Hybrid còn được ứng dụng nhiều năm cả trong ngành xe lửa và tại các công trường xây dựng GM từng có những chiếc máy xúc cỡ lớn với một động cơ diesel sản sinh năng lượng cho từng động cơ điện tại mỗi bánh
Mẫu xe hatchback Toyota Prius đời 2005 có động cơ xăng 78 mã lực và động cơ điện 67 mã lực Hai động cơ này kết hợp trong hệ thống mà Toyota gọi là "Hybrid Synergy Drive" Hệ thống cho phép xe sử dụng động cơ điện, động cơ xăng hay cả tùy thời điểm, biến Prius thành một chiếc Hybrid thật sự
Xe Hybrid có một lịch sử lâu đời hơn phần lớn chúng ta biết và có thể những người đi tiên phong sẽ rất ngạc nhiên nếu họ biết rằng đầu thế kỷ 21 công nghệ mà họ từng ứng dụng này lại nhận được sự chấp thuận rộng rãi
- Theo thời điểm phối hợp công suất :
+ Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm
Khi ôtô bắt đầu khởi hành, motor điện sẽ hoạt động cung cấp công suất giúp xe chuyển động và tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi động cơ xăng tự khởi động Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ xăng phải khởi động ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối đa Ngoài ra, motor điện và động cơ xăng cũng hỗ trợ cho nhau khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như khi leo dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác Do motor điện được sử dụng nhiều ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở đường phố hơn là khi đi trên đường cao tốc Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng điển hình thuộc loại này
+ Phối hợp khi cần công suất cao
Motor điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xe khác, còn trong điều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng động cơ xăng
Do đó, những chiếc Hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi đi trên đường cao tốc vì đó là khi động cơ xăng ít bị gánh nặng nhất Điển hình là Honda Civic Hybrid và Honda Insight thuộc loại thứ hai
Cả hai loại này đều lấy công suất từ ắc-quy khi motor điện được sử dụng và đương nhiên nó sẽ làm yếu công suất của ắc-quy Tuy nhiên, một chiếc xe Hybrid không cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc
Mục tiêu của đề tài
Lựa chọn và thiết kế cải tiến xe máy hãng Honda thành xe Hybrid đáp ứng được yêu cầu người sử dụng và giảm thiểu ô nhiễm không khí do khí thải động cơ gây ra nhằm cải thiện môi trường sinh thái.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu a) Thiết bị nghiên cứu cải tiến
Lượng xe gắn máy ở nước ta trong những năm gần đây gia tăng nhanh chóng, vượt xa so với dự báo của các cơ quan quản lý nhà nước Hiện tại và trong một tương lai dài trước mắt, loại phương tiện này vẫn đóng vai trò quan trọng trong di chuyển của người dân do tính cơ động cao, giá cả phù hợp với túi tiền của đại đa số người dân lao động
Phương tiện vận giao thông cơ giới sử dụng động cơ nhiệt nói chung là nguồn phát thải ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển Vì vậy việc làm giảm mức độ phát thải ô nhiễm của chúng luôn là đối tượng nghiên cứu của các nhà sản xuất ô tô, xe gắn máy
Hình 1.8 - Sơ đồ thị phần xe máy của Việt Nam năm 2016
Ta có thể thấy lượng xe máy hãng Honda đưa ra thị trường lớn đáng kể đồng nghĩa với việc lượng khí thải gây ô nhiểm môi trường của hãng này là không hề nhỏ Từ thực trạng trên ta chọn Honda là hãng xe cần nghiên cứu và cải tiến b) Loại hàng hóa: Xe chở người theo Luật an toàn giao thông 2008 của
Bộ GTVT quy định: Người điều khiển xe mô tô hai bánh, xe gắn máy chỉ được chở một người, trừ những trường hợp sau thì được chở tối đa hai người: a) Chở người bệnh đi cấp cứu; b) Áp giải người có hành vi vi phạm pháp luật; c) Trẻ em dưới 14 tuổi
Như vậy, theo quy định của pháp luật Việt Nam, trừ ba trường hợp được nêu trên, xe máy chỉ được phép chở tối đa một người mà thôi Còn đối với trường hợp của bạn, hành vi kẹp ba, bốn người như vậy là vi phạm pháp luật và bị xử lý hành chính
Như vậy theo quy định của luật an toàn giao thông 2008 thì xe máy chở tối đa được 2 người
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu a) Tải trọng thiết kế
- Trọng lượng tối đa hai người trưỡng thành và một em bé nhỏ hơn 14 tuổi, khối lượng khoảng 250 kg tương ứng là 2451.653 N b) Loại đường giao thông
- Đặc điểm đường xá: Đường giao thông phổ biến ở Việt Nam có độ dốc trung bình 10 0
Năm 2000, Việt Nam có 215 000 km đường sá, 16 000 km quốc lộ, 21
000 km tỉnh lộ, 46 000 km quận lộ, 700 km đường phố thị trấn, 125 000 km hương lộ Nhưng chỉ chừng 60% quốc lộ có lót đá, hay đổ bê tông, 35 % trải nhưạ (dầu hắc) Tốc độ xe mới chừng 40 km một giờ, nếu cải thiện theo lề lối hiện tại, thì cũng chỉ được 50 km một giờ và xe búyt chạy nhanh chỉ 50-60Km
27 % tỉnh lộ và 10 % quận lộ, được lót đá Hệ số cản lăn trên đường nhựa là f=0,20
Phương pháp nghiên cứu
a) Phương pháp kế thừa: Thu thập những tài liệu liên quan, kế thừa những kết quả nghiên cứu đã công bố vào các nội dung nghiên cứu thổng quan, đề xuất lựa chọn nguyên lý hoạt động và tính toán thiết kế xe Hybrid b) Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Vận dụng những kiến thức của các môn khoa học cơ sở và các môn bhọc chuyên ngành về công nghệ kỹ thuật ô tô để nghiên cứu thiết kế cải tiến phương tiện như: Lựa chọn động cơ, xác định nguyên lý phối hợp hai nguồn động lực, xây dựng phương án điều khiển hệ thống, tính chọn các phần tử truyền động, tính toán thiết kế hệ thống truyền lực
ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Lựa chọn xe thiết kế
2.1.1 Các chủng loại xe máy hãng Honda
Hiện nay hãng Honda sản xuất 2 phân khúc xe gắn máy chính là xe tay ga và số, các loại tay ga thể hiện ở bảng 2.1 và các loại xe số thể hiện ở bảng 2.2 a) Xe tay ga
Bảng 2.1 - Các loại xe tay ga
STT Loại xe Dung tích động cơ
Bảng 2.2 -Các loại xe số
Stt Dung tích động cơ Loại xe
Theo báo cáo bán hàng của Hiệp hội các nhà sản xuất xe máy Việt Nam (VAMM), doanh số bán hàng của toàn thị trường trong 6 tháng đầu 2017 đạt 1.527.288 xe, tăng 6% so với cùng kỳ 2016
Honda Việt Nam vẫn là nhà sản xuất xe máy có thị phần lớn nhất với 69,3% Doanh số bán hàng cộng dồn nửa đầu 2017 của hãng đạt 1.058.604 chiếc Trong tổng số hơn 1 triệu xe bán ra của Honda tại Việt Nam, xe tay ga chiếm 56%, xe số phổ thông 40% và xe thể thao là 4%
Không chỉ tăng trưởng mạnh so với các dòng xe khác trong hạng mục sản phẩm của hãng, thị phần xe tay ga của Honda còn chiếm gần như tuyệt đối tại Việt Nam
Xe tay ga của Honda đang bán trên thị trường trải đều tất cả các phân khúc, từ scooter tầm trung giá 30 triệu đồng như Vision, các mẫu xe ga cho nam, nữ giá từ 36 đến 50 triệu đồng, xe tay ga cao cấp SH 125/150i giá 80-90 triệu đồng hoặc xe tay ga cao cấp cỡ lớn SH 300i giá 248 triệu đồng Ở phân khúc nào, xe tay ga của Honda cũng có sự cạnh tranh của ít nhất vài đối thủ đến từ Yamaha, Piaggio hoặc Suzuki Mặc dù vậy, doanh số bán hàng của các mẫu scooter Honda so với đối thủ có sự chênh lệch khá lớn
Với xe tay ga tầm giá 30 triệu đồng, doanh số cộng dồn 6 tháng đầu 2017 của Honda Vision đạt 204.544 chiếc Trong khi đó, đối thủ Yamaha Janus chỉ đạt khoảng 34.000 chiếc
Dựa vào tiêu chí có thị phần lớn trong phân khúc xe máy của hãng Honda ta chọn hạng mục xe tay ga
Hình 2.1 thể hiện số lượng các dòng xe tay ga của Honda bán ra trong
Hình 2.1 - Thị phần xe tay ga hãng Honda
2.1.2 Các tiêu chí lựa chọn
- Có thị phần lớn trong phân khúc xe máy của hãng Honda Được sử dụng phổ biến trong xã hội
- Xe chưa được chú trọng về công nghệ
2.1.3 Kêt luận lựa chọn xe nghiên cứu
Dựa vào thị phần và các tiêu chí ta chọn xe Honda Vision làm xe thiết kế Hình ảnh xe Honda Vision ở hình 2.2 và các thông số kỹ thuật ghi ở bảng 2.3
Bảng 2.3 -Thông số kỹ thuật xe Vision
Hình 2.2 -Ảnh xe Vision do Honda sản xuất
Lựa chọn nguyên lý thiết kếxe Hybrid
2.2.1 Phương án 1 - xe Hybrird thủy lực - động cơ nhiệt a) Cấu tạo chung
Hệ thống Hybrid thủy lực bao gồm một bơm thủy lực được điều khiển điện tử gắn ngay phía sau của động cơ đốt trong và bơm này sẽ dẫn động các môtơ thủy lực đặt tại các bánh xe dẫn động (có thể là bánh trước, sau hoặc cả hai) Ngoài ra, hệ thống Hybrid – thủy lực cũng có hệ thống nạp lại năng lượng khi phanh (Regenerative braking) và “Start/Stop” như trên công nghệ Hybrid - điện
Hệ thống truyền động này không có tỷ số truyền cố định, do đó nó cho phép động cơ chạy ở số vòng quay tại đó động cơ đạt được hiệu quả cao nhất và lượng khí thải là thấp nhất Ngoài ra, vì các hệ thống dẫn động thủy lực nên nó cho phép hệ thống có thể thay đổi tỷ số truyền nhanh hơn hẳn so với những hộp số thông thường và hoạt động như hộp số vô cấp với vô số tỷ số truyền khác nhau
Hình 2.3 -Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động xe Hybrid động cơ nhiệt - động cơ thủy lực
1 Động cơ nhiệt, 2 Bơm thủy lực điều khiển điện tử, b) Nguyên lý hoạt động
Bơm thủy lực điều khiển điện tử bơm thủy lực đến các bánh xe có gắn động cơ thủy lực theo 1 vòng tuần hoàn khép kín cùng với động cơ nhiệt tạo thành 2 nguồn động lực giúp xe hoạt động tốt và tiết kiệm nhiên liệu Bơm thủy lực và động cơ nhiệt hoạt động dựa theo sự điều khiển điện tử ECU Để vận hành hệ thống nạp lại năng lượng khi phanh (Regenerative braking), hệ thống thủy lực trang bị thêm một bình nhỏ bên trong chứa dầu thuỷ lực đóng vai trò hấp thụ năng lượng khi phanh xe (được miêu tả bằng mũi tên màu xanh)
Khi giảm tốc nguồn thủy lực từ các bánh xe được đưa về bình chứa thủy lực tích áp
Khi thực hiện tăng tốc cho xe, nguồn năng lượng này (được miêu tả bằng mũi tên màu đỏ) sẽ được cung cấp trở lại các môtơ dẫn động các bánh xe để giảm năng lượng yêu cầu đối với động cơ
Công nghệ Start/Stop sử dụng mô-tơ thủy lực để trợ giúp quá trình khởi động Môtơ thủy lực có ưu điểm gọn nhẹ hơn và làm việc nhanh hơn so với môtơ điện Khi phanh xe hoặc dừng lại thì động cơ sẽ được tắt để tiết kiệm nhiên liệu, khi lái xe nhấn chân ga thì năng lượng từ bình chứa sẽ được đưa tới các môtơ bánh xe để hỗ trợ quá trình tăng tốc nhanh hơn đồng thời cũng cung cấp để khởi động lại động cơ Ngoài ra, các phụ kiện khác như: máy phát, hệ thống lái điện…cũng có thể được dẫn động trực tiếp từ môtơ điện này khi động cơ ngừng hoạt động.
2.2.2 Phương án 2 - xe Hybrird điện - động cơ nhiệt a) Cấu tạo chung gồm
Hình 2.4- Sơ đồ cấu tạo xe Hybrid điện- động cơ nhiệt
1 Bộ nạp, 2 Bộ điều khiển điện tử, 3 Máy phát điện, 4 Động cơ,
5 Mô tơ, 6 Bộ giảm tốc, 7.Hệ thống điều khiển ắc quy, 8 Ắc quy, 9 Trục xe, 10 Hệ thống điều khiển máy phát, 11 Bình nhiên liệu b) Nguyên lý hoạt động
Khi xe ở chế độ nghỉ, động cơ điện và động cơ nhiệt tự động tắt để bảo toàn năng lượng Nhiên liệu không bị lãng phí khi xe không hoạt động
Khi xe bắt đầu chuyển động ở tốc độ thấp, năng lượng được cung cấp từ ắc quy đến động cơ điện Động cơ xăng vẫn tắt, xe chuyển động êm ái và mượt mà nhờ động cơ điện
Khi tăng tốc, động cơ điện và động cơ xăng của xe kết hợp cùng hoạt động để đạt được công suất mạnh mẽ Khi ắc quy Hybrid không còn đủ năng lượng, động cơ xăng sẽ làm quay động cơ điện và sử dụng nguồn điện tạo ra để
Khi xe đi ở điều kiện bình thường, được dẩn động bởi động cơ nhiệt ở dải tốc độ mà xe hoạt động hiệu quả nhất Tùy thuộc vào điều kiện lái xe, năng lượng được phân bố đến máy phát điện để cung cấp cho động cơ điện nhằm bổ sung cho động cơ nhiệt
Khi giảm tốc và phanh, động cơ điện sử dụng động năng của xe làm máy phát quay, lượng điện này sẽ tích vào ắc quy của xe
2.2.3 Ưu nhược điểm các phương án Ưu điểm động cơ Hybrid điện các phần tử điện có thiết kế nhỏ gọn
Nhược điểm động cơ Hybrid điện thời gian nạp ắc quy lâu Ưu điểm động cơ Hybrid thủy lực thay đổi tỷ số truyền nhanh chóng như hộp số vô cấp, không cần phải nạp ắc quy
Nhược điểm động cơ Hybrid thủy lực hệ thống gồm cấu tạo cồng kềnh như bình chứa thủy lựu bình tích năng lượng khi phanh
Vì thiết kế cho xe 2 bánh nên ta chọn tiêu chí
- Phương án các phần tử nhỏ gọn lên hàng đầu;
- Giá thành chế tạo thấp
- linh kiện phổ biến tại thị trường Việt Nam
- Cấu tạo đơn giản dể tháo rời lắp ráp khi sữa chữa
- dễ dàng trong sử dụng
Ta chọn xe máy Vision hãng làm xe cải tiến thành xe Hybrid với phương án thiết kế Hybrid điện-động cơ nhiệt với kiểu mắt nối tiếp.
Xây dựng phương án thiết kế xe Hybrid điện – động cơ nhiệt
a) Xây dựng nguyên lý thiết kế xe máy Hybrid
Ta gắn thêm động cơ điện vào bánh xe cùng với động cơ điện kết hợp hai nguồn công suất giúp xe chuyển động mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu Để phối hợp hai nguồn động lực một cách nhịp nhàng ta cần hai bộ ly hợp ly tâm và ly hợp điện từ được bố trí như hình 2.5
Máy phát điện công suất lớn giúp duy trì dòng điện cho động cơ điện và nạp điện vào ắc quy giúp ắc quy không bị hết điện
Sơ đồ tổng quát cấu tạo của các cơ cấu này được thể hiện trên hình 2.5 Nguyên lý hoạt động chung của các cơ cấu này như sau
Hình 2.5 -Sơ đồ cấu tạo nguyên lý thiết kế cải tiến xe máy Vision thành xe
1 Bánh trước, 2 Động cơ nhiệt, 3 Ly hợp ly tâm, 4 Máy phát điện, 5 Ly hợp điện từ, 6 Bánh sau, 7 Bộ truyền đai, 8 Động cơ điện b) Bố trí tổng thể xe máy Hybrid
Trên cở sỡ xe máy Vision ta có phương án bố trí tổng Hybrid như hình 2.6
Hình 2.6 – Sơ đồ bố trí tổng thể hệ thống truyền động Hybrid
1 Động cơ nhiệt , 2 Bình nhiên liệu, 3 Động cơ điện, 4 Ắc quy, 5 Máy phát điện b) Nguyên lý làm việc:
Khi ở chế độ Hybrid ở tốc độ thấp động cơ điện được điều khiển hoạt động độc lập lấy nguồn từ ắc quy, lúc này ly hợp điện từ ngắt máy phát không hoạt động
Khi ở chế độ vượt tốc hoặc lên dốc lúc này động cơ nhiệt hoạt động với tốc độ lớn làm đóng ly hợp ly tâm làm quay máy phát điện đồng thời ly hợp điện từ đóng chuyền động năng từ động cơ nhiệt đến bánh xe qua bộ truyền đai Động cơ nhiệt và động cơ điện cùng lúc tạo ra 2 nguồn động lực làm xe vượt tốc
Khi ở chế độ giảm tốc ly hợp điện từ đóng, động cơ điện và động cơ nhiệt không hoạt động bánh xe kéo máy phát quay, bộ kích từ hoạt động phát ra nguồn điện nạp vào ắc quy
Khi xe cần chạy ở chế độ đường dài lúc này cả hai động cơ hoạt động cùng lúc cuộn kích từ hoạt động 2 động cơ tạo ra 2 nguồn động lực đưa xe di chuyển và máy phát tạo ra nguồn điện cùng với ắc quy cấp ngồn cho động cơ điện hoạt động lâu dài.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Tính toán chọn động cơ điện
Xe gắn máy Hybrid được tính toán thiết kế có khối lượng tổng cộng
250kg (tổng khối lượng hàng và xe) chạy với vận tốc tối đa 100km/h hoạt động trên địa hình độ dốc 10 𝑜 và hệ số bám mặt đường 𝑓 = 0,02
3.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo khi xe chuyển động
Sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên xe để xác định công suất ta cần xác định lực kéo và tốc độ cần thiết đang chuyển động tăng tốc ở trên đường dốc dọc như hình 3.1
Hình 3.1: Sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên xe khi chuyển động
G: Trọng lượng toàn bộ của phương tiện
Ff1: Lực cản lăn ở bánh xe trước
Ff2: Lực cản lăn ở bánh xe sau
Fj: Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định (có gia tốc)
Mf1: Mômen cản lăn ở bánh xe trước
Mf2: Mômen cản lăn ở bánh xe sau
𝛼: Góc dốc của mặt đường f: Hệ số cản lăn hg: Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao
L: Chiều dài cơ sở của xe
Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở trước và sau
Mj1, Mj2: Mômen cản quán tính của bánh xe, thông thường trị số này nhỏ nên có thể bỏ qua Để xe chuyển động được điều kiện cần và đủ để xe chuyển động mà không bị trượt quay thì lực kéo tiếp tuyến sinh ra ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường phải lớn hơn hoặc bằng tổng lực cản chuyển động, nhưng phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám của bánh xe mặt đường:
Trong trường hợp tổng quát phương trình cân bằng lực kéo của xe như sau:
-F i : Lực cản do độ dốc (N), F i dấu (+) khi xe lên dốc, dấu (-) khi xe xuống dốc
- f j : Lực cản do quán tính (N), f j dấu (+) khô xe tăng tốc, dấu (-) khi xe giảm tốc
3.1.2 Xác định lực cản chuyển động của ô tô khi xe chuyển động
Từ mômen quay của động cơ được truyền qua hệ thống truyền lực, tạo nên mômen quay và lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động để khắc phục được các lực cản giúp xe chuyển động Trong quá trình làm việc xe có thể chuyển động trên mặt đường trong trạng thái bằng phẳng, lên dốc hoặc xuống dốc Trong đó, trường hợp xe chuyển động lên dốc, xe phải khắc phục tổng lực cản là lớn nhất Để xác định lực kéo tiếp tuyến lớn nhất để cho xe chuyển động ở trên địa hình không thuận lợi Xuất phát từ phương trình cân bằng lực kéo a) Xác định lực cản lăn
Xét hình 3.1 lực cản lăn tác dụng lên bánh trước là và lên bánh sau là
Ff2 và được xác định theo công thức
Ff = Ff1+ Ff2 (3.1) Ở đây: Ff -lực cản lăn của xe
Các lực cản lăn Ff1 và Ff2 ở bánh xe trước và sau có giá trị như sau
Z1, Z2 phản lực tiếp tuyến lên các bánh xe Ở đây ƒ1, ƒ2 – hệ số cản lăn tương ứng ở bánh xe trước và bánh xe sau
Nếu coi hệ số cản lăn ở bánh trước ƒ1 và ở bánh sau ƒ2 như nhau ta có, ta có ƒ1= ƒ2=ƒ Lúc đó
Ff =(Z1+Z2) ƒ= ƒGcosα (3.3) Ở đây α – là gốc dốc dọc của mặt đường (độ) ƒ- hệ số cản lăn
Hệ số cản lăn ƒ được xác định như sau:
Tốc độ chuyển động của xe càng lớn thì hệ số cản lăn càng tang, theo công thức thực nghiệm sự phụ thuộc của hệ số cản lăn theo vận tốc bằng công thức thực nghiệm sau f=f0(1 + 20000 𝑉 𝑎 2 ) (3.4) Trong đó
Va: Vận tốc chuyển động của xe, km/h
- Hệ số cản lăn phụ thuộc vào loại đường: chọn f0= 0,02[6]
- Vận tốc chuyển động của xe trung bình trên đườngVa= 100 km/h f= 0,02(1+ 100
20000)= 0,03 Thay các trị số của ƒ, G, α vào công thức 3.3 ta có:
Ff = (Z1+Z2) ƒ= ƒGcosα = 0,03 2500 cos 10= 73,86(N) (3.5) b) Xác định lực cản khi xe lên dốc
Khi ô tô chuyển động trên đường dốc, trọng lượng G của xe được phân tích thành hai thành phần lực: Gcosα thẳng góc với mặt đường và Gsinα song song với mặt đường Thành phần Gcosα sẽ tác dụng lên mặt đường và gây nên các phản lực thẳng góc của đường lên bánh xe Z1 và Z2 Thành phần thứ hai Gsinα cản lại sự chuyển động của xe khi lên dốc, vì vậy được gọi là lực cản lên dốc, biểu thị bằng Fi Giá trị của lực Fi được xác định bằng biểu thức sau:
F i = Gsinα = 2500.sin(10 𝑜 ) = 434,12 (N) c) Xác định lực cản của không khí
Khi xe chuyển động sẽ làm thay đổi áp suất không khí trên bề mặt của nó làm xuất hiện các dòng xoáy khi ở phần sau của xe và gây ra ma sát giữa không khí với bề mặt của chúng, do đó phát sinh lực cản không khí Fω Lực cản không khí đặt tại tâm của diện tích cản chính diện của xe cách mặt đường ở độ cao hω
Qua thực nghiệm đã chứng tỏ rằng lực cản không khí của xe có thể xác đinh bằng biểu thức:
K: hệ số cản không khí, nó phụ thuộc vào dạng xe và chất lượng bề mặt của nó, phụ thuộc vào bề mặt không khí (Ns 2 /m 4 ) Đối với xe máy chọn K = 0,4 (KG.s 2 /m 2 )
F: là diện tích cản chính diện của xe
V0: vận tốc tương đối giữa xe với không khí m/s 2
Tốc độ chuyển động tương đối v0 của xe được xác định theo công thưc sau v0= v ± vg (3.8) v – vận tốc của xe (m/s) vg – vận tốc của gió (m/s)
Dấu (+) khi tốc độ của xe và tốc độ của gió ngược chiều, dấu (-) khi cùng chiều
Việc xác định diện tích cản chính diện một cách chính xác gặp nhiều khó khăn, vì vậy đối với Vision chúng tính F theo biểu thức sau:
F=b.h=0,686.1,088= 0,7 m 2 (3.9) Trong đó: - Chiều rộng cơ sở của xe b = 0,686 m
- Chiều cao toàn bộ của xe h = 1,088 m
Vận tốc cực đại của xe Vmax= 100 km/h
Thay các giá trị của K, F, v0 vào biểu thức (3.7) ta có:
F ω = 0.4 0,7.100 = 28 (N) d) Xác định lực quán tính
Lực quán tính: F j = M.j với M là khối lượng toàn bộ và a là gia tốc của xe
3.1.3 Xác định công suất cần thiết của động cơ điện
Trong các trường hợp chuyển động của xe như chuyển động trên mặt đường nằm ngang, chuyển động lên dốc và chuyển động xuống dốc thì trường hợp xe chuyển động lên dốc có tổng lực cản chuyển động là lớn nhất Vì vậy, muốn xe chuyển động được trên mọi trạng thái mặt đường hiện có thì chúng ta các lực cản thành phần lớn nhất, khi đó lực cản tổng cộng là lớn nhất Nghĩa là khi xe khắc phục được lực cản này thì xe sẽ đảm bảo điều kiện chuyển động trên mọi địa hình thuận lợi hơn vì nó luôn có lực cản chuyển động nhỏ hơn Như vậy ta có:
Fφ ≥F k ≥F fmax + F ωmax + F imax + F jmax (3.10) Thay các trị số lực cản được tính ở mục 3.1.2, vào biểu thức (3.10), ta có:
= 73,86+28+434,12+ 250 = 785,9 (N) (3.11) Đó là trường hợp cực đoan của công suất Trong thực tế 4 lực cản này thường không xảy ra cùng lúc Chẳng hạn, khi xe lên dốc chạy đều và vận tốc nhỏ, có thể bỏ qua lực quán tính và lực cản gió, hoặc khi xe đang chạy ở tốc độ tối đa thì xem như không tồn tại lực cản lên dốc và lực quán tính Như vậy, lực cần thiết của động cơ ở hai trường hợp này được tính lại là:
Cả hai trường hợp này đều có lực cản chung nhỏ hơn trường hợp tổng quát và phù hợp với chế độ hoạt động thực tế của xe Trường xe chạy ở tốc độ tối đa được xem là sử dụng hết công suất của động cơ điện Trường hợp xe leo dốc tuy lực cản có lớn hơn nhưng nếu xe chạy với vận tốc rất bé thì công suất phụ tải cũng sẽ bé hơn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa Vì vậy ta có thể chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xác định công suất cho động cơ, khi đó
F Kω = 101(N) và vận tốc của xe v = 100 (km/h) ',7 (m/s)
Ta có công suất cản ở bánh xe chủ động là:
P c = F Kω v = 101 27,7 = 2797,7 (W) (3.13) Công suất cần thiết của động cơ để khắc phục công cản và mất mát trong hệ thống truyền lực được xác định như sau:
Với 𝜂 là hiệu suất của hệ thống truyền lực, chọn sơ bộ 𝜂= 0,95 ta được: Công suất cần thiết của động cơ P ≥2797,7/ 0,95 ≥ 2944(W)
Vì để đảm bảo xe gắn máy đạt được các thông số thiết kế, chúng ta chọn động cơ điện theo điều kiện sau công suất tổng P dc 000W
Hiện nay, trên thị trường có sẵn loại động cơ một chiều không có chổi than 13 inch tốc độ cao và mô-men xoắn điện cao không thấm nước DC động cơ điều khiển cho xe điệndo Trung Quốc sản xuất với hiệu điện thế định mức
DC 72 (V) và công xuất 3kW Loại động cơ điện này được lắp trực tiếp vào may ơ bánh xe có hông số kỹ thuật được thể hiện ở bảng 3.1.1[7].
Hình 3.2- Động cơ điện một chiều lắp trên xe thiết kế Động cơ điện một chiều lắp trên xe thiết kế có hông số kỹ thuật được thể hiện ở bảng 3.1
Bảng 3.1-Thông số kỹ thuật động cơ điện
Tính toán chọn động cơ nhiệt
Dựa vào điều kiện làm việc của động cơ ta kết luận khi động cơ nhiệt làm việc ngoài thực tế hoạt động với công suất cực đại là khi xe lên dốc với độ dốc 10° độ và vận tốc 60 (km/h)= 16,7 (m/s)
Ta có tổng lực cản trường hợp xe chuyển động lên dốc
Ta có công suất cản của xe lúc này là:
P c = F Ki v = 507,98.16,7 = 8483,266 (W) (3.16) Đây là công cản của xe, công suất cần thiết của động cơ để cân bằng với công cản của xe trong trường hợp này là:
Với 𝜂 là hiệu suất của hệ thống truyền lực, chọn sơ bộ 𝜂 = 0,95 ta được:
P dc =8483,266/ 0,95 = 8929,75(W) Để xe làm việc với điều kiện độ dốc 10° và tốc độ 60 (km/h) ta cần công suất lớn hơn 8929,75 (W) Điều kiện làm việc lúc xe lên dốc là phối hợp hai nguồn động lực động cơ nhiệt và động cơ điện
Từ các điều kiện nêu trên, lựa chọn động cơ nhiệt Honda của xe Vision công suất 6590 (w)= 6,59 (Kw) tại vòng quay 7500 vòng/phút Nhờ vậy động cơ có thể chạy ổn định ở tốc độ định mức (7500 vòng/phút) khi tải bên ngoài thay đổi
Bảng 3.2- Thông số kỹ thuật động cơ nhiệt
Mô men cực đại 9,23 Nm
Tính toán chọn ắc quy
- ắc quy có hiệu điện thế bằng với hiệu điện thế của động cơ điện ở bánh xe là 72v
- Làm việc được ở nhiệt độ 0-45°C
- Có tuổi thọ cao, giá thành rẻ;
- Có thể tích nhỏ gọn
- Có sẵn tại thị trường Việt nam b) Lựa chọn ắc quy
Căn cứ vào các tiêu chí trên , Ta chọn ắc quy 72v40Ah như Hình 3.4 [8]
Thông số kỹ thuật ắc quy
Mã hiệu ắc quy: 72v40Ah
Dung lượng danh nghĩa (Ah): 40Ah Điện áp danh định (V): 72 V Điện trở nguồn tế bào (MΩ): Ít hơn 40mΩ
Kết hợp tế bào: 120 Series
Dòng xả cực đại tối đa (A): 80A
Dòng xả liên tục tối đa (A): 20-30a
Chế độ sạc: CC/CV (dòng không đổi điện áp không đổi)
Phạm vi nhiệt độ sạc: 0-45 ° C
Phạm vi nhiệt độ xả:-20-65 ° C
Vòng đời: hơn 1000 chu kỳ
Kích thước ắc quy: 45*35*15 cm
Trọng lượng ắc quy: Khoảng 10Kg
Tính toán chọn máy phát điện
Nhiệm vụ làm việc của máy phát cung cấp nguồn sạt cho ắc quy và hỗ trợ cung cấp điện áp cho động cơ điện làm việc ở chế độ phụ trợ
-Điều kiện điện áp nên điện áp máy phát Ump≥ Udcrv
-Điều kiện Công suất máy phát Pmp ≥Pdc=3kW
-Có thiết kế nhỏ gọn b) Lựa chọn máy phát
Dựa vào các điều kiện trên ta chọn từ[9] ta được máy phát điện Marine 72 V DC Generador hình 3.5 có thông số kỹ thuật bảng 3.3
Bảng 3.3 -Thông số kỹ thuật máy phát điện Điện áp 72 (v)
Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ
3.5.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc hệ thống truyền lực Vision Hybrid a) Cấu tạo
Hệ thống truyền động Vision Hybrid gồm: động cơ, ly hợp ly tâm, bộ truyền đai từ động cơ đến máy phát, bánh xe, bộ truyền đai từ máy phát đến bánh xe, ly hợp điện từ Được thế hiện ở hình 3.6
Hình 3.6 -Sơ đồ hệ thống truyền lực cơ khí
1: động cơ, 2: ly hợp ly tâm, 3:bộ truyền đai từ động cơ đến máy phát, 4: bánh xe, 5: bộ truyền đai từ máy phát đến bánh xe, 6: ly hợp điện từ b) nguyên lý hoạt động
Sơ đồ tổng quát của các cơ cấu này được thể hiện trên hình 3.6 nguyên lý hoạt động như sau
+Ở chế độ bình thường, động cơ điện quay nó sẽ kéo bánh xe chủ động quay làm xe chuyển động Trên sơ đồ tổng quát hình 3.6 ta thấy giữa máy phát điện và bánh xe sau được liên lạc với nhau qua ly hợp điện từ và bộ truyền động đai Khi chưa cấp điện cho cuộn dây điện từ thì mối liên hệ này tạm thời gián đoạn Ở chế độ xe chạy bình thường, ly hợp điện từ ở trạng thái ngắt, bánh xe chủ động không kéo máy phát điện quay theo Công suất của động cơ điện được dùng để kéo xe chuyển động mà không chịu ảnh hưởng của cụm máy phát điện
+ Ở chế độ giảm tốc khi cần dừng xe hoặc khi xe xuống dốc, người lái nhả tay ga, động cơ điện được cắt điện, đồng thời một công tắc cuối hành trình tay ga sẽ điều khiển ly hợp điện từ đóng lại khi đó, bánh xe chủ động sẽ kéo máy phát điện quay theo thông qua bộ truyền động dai Động năng của xe được chuyển thành điện năng nạp lại cho ắc quy Vì mối liên hệ giữa động cơ nhiệt và máy phát điện có bộ ly hợp ly tâm chỉ truyền công suất theo một chiều nên khi máy phát điện quay nó không kéo động cơ nhiệt quay theo Nếu người lái tiếp tục vặn tay ga, ly hợp điện từ sẽ chuyển sang trạng thái ngắt, động cơ điện được cấp điện, xe tiếp tục làm việc ở chế độ chạy bình thường Ở đây chúng ta cần phải lưu ý rằng, hệ thống phanh tái sinh năng lượng chỉ có thể giảm tốc độ xe chứ không dừng được xe Do đó trên xe cần phải trang bị thêm hệ thống phanh tay bằng cơ khí
+ Khi cần chạy đường dài, người lái chuyển điều khiển xe sang hoạt động ở chế độ “phụ trợ” Khi đó ta nạp nhiên liệu cho động cơ Honda Động cơ này được vận hành kéo máy phát điện hỗ trợ cùng bình ắc quy cung cấp điện năng cho động cơ điện Vì công suất của cụm động cơ nhiệt - máy phát điện được chọn cân bằng với động cơ điện nên có thể chạy xe trong thời gian dài mà không làm hết bình ắc quy Động cơ nhiệt được bộ điều tốc điều khiển chạy ở thải các chất gây ô nhiễm môi trường Khi cụm động cơ nhiệt - máy phát điện hoạt động, ly hợp điện từ được điều khiển ở trạng thái ngắt nên sự quay của máy phát điện không làm ảnh hưởng đến sự quay của bánh xe sau Trong trường hợp cần giảm tốc độ xe, người lái nhả tay ga, tín hiệu từ công tắt cuối hành trình của tay ga điều khiển bộ điều tốc làm cho động cơ nhiệt chạy ở tốc độ cầm chừng, ly hợp ly tâm sẽ chuyển sang trạng thái ngắt để gián đoạn đường truyền công suất giữa động cơ nhiệt với máy phát điện, đồng thời ly hợp điện từ được điều khiển đóng lại và máy phát điện chuyển sang làm việc ở chế độ phanh tái sinh năng lượng Nếu người lái tiếp tục vặn tay ga, hệ thống sẽ chuyển sang hoạt động ở chế độ như trước
+ Khi xe chạy vào đường có độ dốc lớn, nếu người lái vặn hết tay ga mà tốc độ xe không vượt quá 30km/h thì hệ thống tự động điều khiển động cơ nhiệt khởi động, ly hợp điện từ được điều khiển chuyển sang trạng thái đóng và dòng kích từ của máy phát được cắt để ngưng phát điện Động cơ nhiệt hỗ trợ với động cơ điện kéo xe vượt dốc Khi tốc độ xe lớn hơn 30km/h hoặc tay ga không vặn hết, hệ thống sẽ tự động điều khiển ly hợp điện từ chuyển sang trạng thái ngắt (cắt sự truyền động từ máy phát đến bánh xe sau) và dòng kích từ của máy phát được cấp để phát điện nạp cho ắc quy Để đề phòng trường hợp khi xe dừng, người lái nhả tay ga và không tắt hệ thống điện toàn bộ xe, hệ thống phanh tái sinh năng lượng đang hoạt động, dòng điện kích từ có thể làm nóng cuộn dây kích từ của máy phát điện và làm tổn hao năng lượng, một rơ le điện từ sẽ điều khiển cắt dòng điện kích từ khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe nhỏ hơn mức cho phép Tất cả mọi chế độ hoạt động của xe sẽ được một bộ điều khiển trung tâm (gọi tắt là ECC - Electronic Control Center) điều khiển thông qua các tín hiệu vào từ cảm biến vị trí tay ga, vị trí các cần hoặc nút điều khiển, cảm biến tốc độ xe và các tín hiệu ra đến bộ điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ điện, cuộn dây điện từ của bộ ly hợp điện từ, rơ le đóng ngắt mạch điện kích từ của máy phát điện và bộ điều tốc của động cơ nhiệt
3.5.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ
Toàn bộ hoạt động của hệ thống động cơ lai được điều khiển thông qua một bộ điều khiển điện tử gọi tắt là bộ ECC - Electronic Control Center Bộ ECC sẽ nhận các tín hiệu vào từ: cảm biến vị trí tay ga, công tắt chuyển đổi chế độ hoạt động “bình thường” hoặc “phụ trợ” và cảm biến tốc độ xe Sau đó nó xử lý tín hiệu và thực hiện điều khiển đến: bộ thay đổi điện áp cấp cho động cơ điện, cuộn dây điện từ của bộ ly hợp điện từ, rơ le đóng ngắt mạch điện kích từ của máy phát điện Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển thể hiện ở hình 3.7.
Hình 3.7- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ
1: ECC (hộp điều khiển), 2: tay ga, 3: bộ điều chỉnh điện áp, 4: bánh xe và động cơ điện, 5: côn điện từ, 6: rơ le, 7: rơ le, 8: bộ tiết chế, 9: côn ly tâm, 10: cảm biến tốc độ, 11: động cơ nhiệt, 12: bộ điều tốc, 13: máy phát
Bảng 3.4- Mô tả hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ
Nhóm tín hiệu vào Nhóm tín hiệu ra
Vượt tốc (ga cực đại)
Bộ điều tốc (vòng/phút)
Rơle ly hợp điện từ
Bình thường on on 0÷100 0 0 0 off 0÷100 0 0 0 off off 30÷100 0 1 1
Phụ trợ on on 0÷30 7500 0 1 off 30÷100 7500 1 0 off off 30÷100 2000 1 1
Nguyên lý điều khiển của bộ ECC có thể mô tả bằng bảng trạng thái hoạt động của các bộ phận thành phần ở bảng 3.4
Trong bảng này, công tắc tay ga bật “ON” khi người lái đạp ga, ngược lại khi người lái buông tay ga thì công ắt này ở trạng thái “OFF” Bộ điều tốc của động cơ nhiệt làm việc ở 3 chế độ: tốc độ cầm chừng 2000 (vòng/phút) và tốc độ ứng với công suất cực đại 7500 (vòng/phút) Các tín hiệu điều khiển ở trạng thái 1 tức là có dòng điện đến điều khiển các bộ phận thành phần, còn ở trạng thái 0 tức là cắt dòng điện điều khiển Ở trong hệ thống này cần lưu ý rằng, tay ga có hai nhiệm vụ riêng biệt là điều khiển đóng ngắt một công tắt và một bộ cảm biến điện trở Công tắc tay ga gửi tín hiệu đến bộ ECC, còn cảm biến điện trở gửi tín hiệu đến bộ thay đổi điện áp cấp cho động cơ điện
3.5.3 Tính chọn các phần tử hệ thống điều khiển a) Lựa chọn Bộ tiết chế máy phát
+Điều kiện chọn:Utiếc chế ≥Umạch v
+Căn cứ vào điều kiện ta lựa chọn bộ tiết chế đi theo máy phát[10]
Hình 3.8-Tiết chế máy phát b) lựa chọn rơ le ta cấp ngồn cho mạch điều khiển là 12v điều kiện chọn role dùng nguồn ≥ 12v ta chọn rơle Module 1 Relay 12V – Role 12V[11]
– Sử dụng điện áp nuôi DC 12V
– Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
– Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A
– Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay
– Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper c)Lựa chọn công tắc phụ trợ điều kiện chọn đóng ngắt được nguồn điện có điện áp12v
Chọn công tắc 12v công tắc led 12v mang lại tính thẩm mỹ cao [12]
Hình 3.10 Công tắc 12v phụ trợ
Tính toán thiết kế hệ thống truyền đai
Sơ đồ hệ thống truyền lực cơ khí như hình 3.6 Từ đó ta tính toán thiết kế các bộ chủ yếu trọng hệ thống truyền động như sau
3.6.1 Thiết kế bộ truyền đai từ động cơ nhiệt đến máy phát điện
- Điều kiện làm việc: tải trọng êm
- Công suất trên trục dẫn : P 1 P dc 6,59 W k
- Tốc độ quay trên trục dẫn : n 1 n dc 7500 ( vòng/phút )
- Từ điều kiện làm việc : tải trọng êm Chọn loại đai : Đai vải cao su
3.6.1.2 Các thông số bộ truyền a) Đường kính bánh dẫn
1 5, 2 6, 4 1 d T (3.20) với T 1 là momen xoắn trên trục dẫn T 1 = 9,23( Nm )30 ( Nmm )
Chọn d 1120 mm theo tiêu chuẩn b) Vận tốc đai - v d :
Ta có: d 2u d d 11 (3.22) với: là hệ số trượt ; 0, 01 0, 02 chọn 0, 01
Chọn d 300 mm theo tiêu chuẩn
Sai lệch giữa tỷ số truyền thực và tính toán thiết kế:
u 0, 008% 4% thoả mãn d) Khoảng cách trục a:
Lấy a 630 mm e) Chiều dài đai L:
Tuỳ vào cách nối đai ta có chiều dài đai cộng thêm 100 400 mm
L 2028,3 2328,3 mm f) Số lần uốn của đai (Số vòng chạy) trong 1 giây:
3.6.1.3 Xác định tiết diện và chiều rộng đai a) Tiết diện đai:
- Đối với đai vải cao su ta có :
- Ứng suất có ích cho phép xác định
F F o C C C MPa o v (3.28) với : F o - ứng suất có ích cho phép xác định bằng thực nghiệm
1, 2 k k là các hệ số phụ thuộc ứng suất căng ban đầu
Vì bộ truyền ngoài ( Đai ) có góc nghiêng giữa đường nối tâm so với phương ngang là 45 o
chọn ứng suất căng ban đầu: o 1,8 MPa
Từ bảng 4.9 [TL1] ta xác định được hệ số k k 1 , 2 :
- Hệ số C - Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm 1 , với 1 175,3
- Hệ số C o - Hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền ( nghiêng so với phương ngang 1 góc 45 o ) ta có : C o = 1
Vậy ứng suất có ích cho phép có giá trị:
F F o C C C v o = 2, 25.0, 9.0,16.1 = 0,324(Mpa) (3.32) b) Bề rộng của đai
K ð - Hệ số tải trọng động
Từ đặc tính làm việc êm và đặc tính mở máy ta chọn K ð 1, 25 ta được : 139,15.1, 25
Chọn b 40 mm theo tiêu chuẩn
Từ đó ta chọn chiều rộng bánh đai
3.6.1.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục a) Lực căng ban đầu F o : F o o b (3.35)
F o 1,8.3.35 189 N a) Lực tác dụng lên trục
Bảng 3.5 -Thông số kỹ thuật bộ truyền đai từ động cơ đến máy phát Đường kính d1 120 mm Đường kính d2 300 mm
Bề rộng bánh đai B 63 mm
3.6.2 Thiết kế bộ truyền đai truyền động từ máy phát điện đến bánh xe chủ động
- Điều kiện làm việc: tải trọng êm;
- Công suất trên trục dẫn :𝑃 3 = 𝑃 đ𝑐 𝜂 đ 𝜂 ổ = 6,59.0,98.0,99 = 6,39(𝑘𝑊);
- Tốc độ quay trên trục dẫn : n 3 n mp 3000 ( vòng/phút );
- Đường kính bánh xe D= 14 in = 355,6 mm=0,3556 m;
Ta có quãn đường bánh xe lăng được 1 vòng s = π.D= π.0.3556=1,1147 m;
Số vòng quay để được 100km là Nbx= 100.1000 89710
Tốc độ quay bánh xe n bx 95 (vòng/phút);
- Từ điều kiện làm việc: tải trọng êm Chọn loại đai : Đai vải cao su
3.6.2.2 Các thông số bộ truyền a) Đường kính bánh dẫn máy phát:
3 5, 2 6, 4 3 d T (3.38) với T 3 là momen xoắn trên trục dẫn máy phát
Công thức chung tính momen xoắn trên trục:
- Momen xoắn trên trục động cơ - T mp :
Chọn d 3 150 mm b) Vận tốc đai - v dmp :
23, 55 / d 6.10 v m s c) Đường kính bánh đai bánh xe
4 d 13 d u d (3.43) với: là hệ số trượt ; 0, 01 0, 02 chọn 0, 01
Tỷ số truyền thực tế:
Sai lệch giữa tỷ số truyền thực và tính toán thiết kế:
u 0, 0001% 4% thoả mãn d) Khoảng cách trục a
Tuỳ vào cách nối đai ta có chiều dài đai cộng thêm 100 400 mm
L 2164,83 2464,83 mm f) Số lần uốn của đai (Số vòng chạy) trong 1 giây v d i L (3.46)
3.6.2.3 Xác định tiết diện và chiều rộng đai a) Tiết diện đai:
- Đối với đai vải cao su ta có :
- Ứng suất có ích cho phép xác định:
F F o C C C MPa o v (3.49) với : F o - ứng suất có ích cho phép xác định bằng thực nghiệm
1, 2 k k là các hệ số phụ thuộc ứng suất căng ban đầu
Vì bộ truyền ngoài ( Đai ) có góc nghiêng giữa đường nối tâm so với phương ngang là 45 o
chọn ứng suất căng ban đầu: o 1,8 MPa
Từ bảng 4.9 [TL1] ta xác định được hệ số k k 1 , 2 :
- Hệ số C - Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm 1 , với 1 167, 4 o
- Hệ số C v - Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc đai
- Hệ số C o - Hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền ( nghiêng so với phương ngang 1 góc 45 o ) ta có : C o = 1
Vậy ứng suất có ích cho phép có giá trị:
F F o C C C v o = 2, 23.0, 96.0,8.1 = 1,71 (Mpa) (3.54) b) Bề rộng của đai
- Từ công thức 4.8 [TL1] : b F K t ð ( mm ) (3.55) với : F t - Lực vòng
K ð - Hệ số tải trọng động
Từ đặc tính làm việc êm và đặc tính mở máy ta chọn K ð 1, 25 ta được : 271,33.1, 25
Chọn b 30 mm theo tiêu chuẩn
Từ đó ta chọn chiều rộng bánh đai
3.6.2.4 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục a) Lực căng ban đầu F o : F o o b (3.57)
F o 1,8.4,5.50 405 N b) Lực tác dụng lên trục F r : 2 .sin 1 r o 2
Bảng 3.6 -Thông số kỹ thuật bộ truyền đai từ máy phát đến bánh xe Đường kính d3 150 mm Đường kính d4 300 mm Chiều dài dây L 2200 mm
Bề rộng bánh đai B 40 mm
Hình 3.12- Mô phỏng mặt cắt bánh đi bánh xe
Thiết kế trục, ổ các bánh xe
3.7.1 Thiết kế trục cho bánh xe
3.7.1.1 xác định lực tác dụng lên trục bánh xe
Lập phương trình cân bằng mômen tại điểm O1
= 𝟏𝟐𝟒𝟎, 𝟑 (𝑵) Với các lực cản được xác định tại mục 3.1.2
Tọa độ hg, 𝒉 𝝎 xác định tại catalog[𝟗]. a) Chọn vật liệu
Chọn vật liệu chế tạo là Thép C45 thường hóa có : Độ rắn 200 HB
Giới hạn chảy : σch = 340 MPa Ứng suất cho phép : [σ] = 65 MPa ; [τ] = 20 MPa b) Xác định chiều dài trục
Hình 3.14- Chiều dài cơ sở của trục bánh xe
+ 𝑙 𝑎𝑏 chiều dài mép trong bệ đỡ đến moay ơ bánh xe 𝑙 𝑎𝑏 @+10P
(40 mm) là khoảng cách hệ thống phanh 10 (mm) khoảng trống lắp ráp
+ 𝑙 𝑏𝑐 chiều dài moay ơ bánh xe 𝑙 𝑎𝑏 0 (mm)
+ 𝑙 𝑐𝑑 chiều dài mép trong bệ đỡ đến moay ơ bánh xe ( bên có bánh đai)
𝑙 𝑐𝑑 @+10P (mm) 40 (mm) chiều dày bánh đai 10 (mm) khoảng trống lắp ráp
+𝑙 𝑟 chiều dài đoạn ren gắn vào bệ đỡ 𝑙 𝑟 0 mm
⃗⃗⃗ =𝑌⃗⃗⃗⃗ 𝐷 : lực nâng từ bệ đỡ
⃗⃗⃗ : lực căng dây dai tác dụng lên trục 𝐹⃗⃗⃗ 𝑟 P0,95 (N)
⃗⃗⃗⃗⃗ + 𝑋⃗⃗⃗⃗ 𝐴 +𝐹⃗⃗⃗ − 𝐹 𝑟 ⃗⃗⃗⃗ 𝑘 =0⃗ (3.63) Lập phương trình cân bằng momen tại A
Chọn đường kính d theo tiêu chuẩn 17(mm) b) Kiểm nghiệm bền
𝜓 𝜎 : hệ số sét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi và phụ thuộc vào cơ tính vật liệu với thép cacbon trung bình 𝜓 𝜎 =0,1
𝛽 ∶ hệ số tăng bề mặt chọn 𝛽 1,5
𝐾 𝜎 : hệ số xét đến ảnh hưởng của sự tập trung tải trọng đến độ bền mỏi chọn
𝐾 𝜎 = 1.6 c) Thiết kế ổ cho trục bánh xe
Cho thời gian làm việc Lh000 giờ.( 5 năm, 1 năm làm 300 ngày và 1 ngày làm 8 giờ)
Chọn ổ bi đỡ vì không có lực dọc trục với đường kính vòng trong dmm
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B:
Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ C:
Vì FrB< FrC cho nên ta ta tính toán chọn ổ C
Các hệ số 𝐾 𝜎 ,𝐾 𝜏 và V chọn bằng 1
Do không có lực dọc trục nên X=1;Y=0
Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng
10 6 = 1076,4(triệu vòng) (3.72) Khả năng tải động tính toán
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật vòng bi
Ký hiệu d D B d2 D2 Đường kính bi Khả năng làm việc C
Hình 3.16 Mô tả thông số kỹ thuật vòng bi
3.7.2 Thiết kế trục máy phát a) Chọn vật liệu
Chọn vật liệu chế tạo là Thép C45 thường hóa có : Độ rắn 200 HB
Giới hạn chảy : σch = 340 MPa Ứng suất cho phép : [σ] = 65 MPa ; [τ] = 20 MPa b) Xác định chiều dài trục và lực lab: chiều dài từ bánh đai động cơ điện đến ổ bi chọn labpmm lbc: chiều dài máy phát lbc 0mm lcd:chiều dài từ ổ bi đến ly hợ từ chọn lcdp mm
Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống truyền động: mômen
Hình 3.17-sơ đồ lực tác dụng lên trục máy phát
Mbx mômen bánh xe Mbx= 𝑃 𝑏𝑥 𝑟 𝑏𝑥
Pbx:công cản bánh xe
Hình 3.18- Biểu đồ momen tác dụng lên trục máy phát Đường Kính tại A
𝑑 𝐷 = √ 3 0,2.[𝜏] 𝑇 𝐷 = √ 3 46407,26 0,2.20 = 22,6(𝑚𝑚) (3.77) Chọn d theo tiêu chuẩn 25 (mm) c) Tính chọn then
Dựa vào đường kính trục và bảng chọn then bằng có kích thước như bảng 3.9
Hình 3.19 -Minh họa thông số kỹ thuật then
Xác định chiều dài then: Điều kiện cắt tại A
5.20 = 52,7(𝑚𝑚) Chọn 𝑙 cho 2 đầu máy phát 𝑙 S mm Điều kiện dập tại A
𝜎 = 2.46407,26 53.25.3,3 = 21.22 < [𝜎] = 100(𝑁𝑚𝑚 2 ) Thỏa mãng điều kiện c) Kiểm nghiệm bền trục
2.25 = 2922,7 (𝑚𝑚 3 ) b: Chiều rộng của then t: Chiều sâu của then thay 𝑊 𝑜 vào 3.86 𝜏 𝐴 = 45943,18 2922,7 = 15,7(𝑁/𝑚𝑚 2 ) thay 𝜏 𝐴 vào 3.85 ta được :
𝜓 𝜏 : hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi và phụ thuộc vào cơ tính vật liệu với thép cacbon trung bình 𝜓 𝜎 =0,05
𝛽 ∶ hệ số tăng bề mặt chọn 𝛽 1,3
𝐾 𝜏 : hệ số xét đến ảnh hưởng của sự tập trung tải trọng đến độ bền mỏi chọn 𝐾 𝜏 1.4
Tính toán chọn ly hợp ly tâm
Để hạn chế thay đổi kết cấu xe ta chọn ly hợp ly tâm của xe làm ly hợp tính toán ta đi kiểm nghiệm
Bảng 3.9-Thông số kỹ thuật ly hợp ly tâm xe Vision
Khối lượng má côn, 0.15 kg
Bán kính trung bình của má côn, 52 mm
Chuyển vị của lò xo 5 mm Đường kính kích thước tiết diện dây lò xo 2mm
D - Đường kính trung bình của lò xo: 11mm;
Số vòng làm việc của lò xo 5 vòng
Bề mặt làm việc của trống bị động của côn 105mm h chiều dày má côn 11mm
Sơ đồ cấu tạo của côn ly tâm như hình 3.19
Hình 3.20 - Sơ đồ cấu tạo côn ly tâm
7- Trục bị động Để côn làm việc không bị trượt phải thỏa mãn điều kiện sau:
T ms ≥T bđ hoặc T ms =S.T bđ
Tms - Mô men ma sát do các má côn ép sát vào bề mặt trong của trống ngoài (trống bị động) tạo ra;
Tbđ - Mô men cần thiết trên trục bị động của côn;
Mô men ma sát sinh ra trên bề mặt tiếp xúc giữa các má côn với mặt trong của trống bị động (7) được xác định theo công thức:
Trong đó: P lt - Lực ly tâm phát sinh khi máy làm việc, và được tính theo công thức:
P lt =0,15.0,052.785,3 2 = 4810 (N) (3.85) Ở đây: m c - Khối lượng má côn;
R c - Bán kính trung bình của má côn;
𝜔 - Tốc độ góc của trục chủ động, 7500 vòng/phút x5,3ad/s;
+ P lx - lực do lò xo giữ má côn sinh ra và được xác định theo công thức:
𝜆 - Chuyển vị của lò xo
G - Mô đun đàn hồi trượt, với lò xo bằng thép: G = 8.10 4 MPa d - Đường kính kích thước tiết diện dây lò xo,
D - Đường kính trung bình của lò xo; n - Số vòng làm việc của lò xo;
+ f - Hệ số ma sát giữa vật liệu má côn với bề mặt trong trống bị động; + Z - Số má côn;
+ Dtr - Bề mặt làm việc của trống bị động của côn; h chiều dày má côn 11mm
Ta chọn ly hợp ly tâm của xe vision vì thỏa mãn điều kiện làm việc
Tính toán chọn ly hợp điện từ
- Công suất trên trục dẫn : P mp 6,39 W k
Dựa vào điều kiện ta chọn ly hợp từ ECH model ECH 0.6[13]
Hình 3.21- ly hợp từ ECH 0.6
Bảng 3.10- Thông số kỹ thuật ly hợp điện từ
Tốc độ 3000 vòng/phút Điện thế 72v
Chiều dày 40mm Đường kính 150mm