Đồ án Tốt nghiệp: Tính toán và Kiểm nghiệm xe bus Thaco City TB115CT-WLFII

Tải đồ án tốt nghiệp chi tiết về tính toán, kiểm nghiệm xe bus Thaco City TB115CT. Khảo sát sức kéo, ổn định và phân tích độ bền khung xương xe.

• Tác giả: Phan Văn Tú
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Đình Quý
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Tính toán và Kiểm nghiệm Xe Bus Thaco City TB115CT-WLFII
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về Đồ án Xe Bus Thaco City TB115CT

Đồ án xe bus Thaco City TB115CT là một nghiên cứu toàn diện về tính toán và kiểm nghiệm của dòng xe buýt phổ biến tại Việt Nam. Đề tài này được thực hiện bởi các sinh viên từ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, khoa Cơ Khí Động Lực. Mục đích chính của đồ án này là khảo sát chi tiết các đặc tính động học và động lực học của động cơ, cũng như đánh giá độ ổn định và độ bền khung xương của xe. Thời gian thực hiện kéo dài từ tháng 04 năm 2019 đến tháng 07 năm 2019. Nghiên cứu này cung cấp những kiến thức quý báu về hiệu suất xe bus, an toàn vận hành và thiết kế kỹ thuật của phương tiện giao thông công cộng.

1.1. Lý do chọn đề tài và mục đích nghiên cứu

Việc chọn xe bus Thaco City TB115CT-WLFII làm đối tượng nghiên cứu xuất phát từ tầm quan trọng của giao thông công cộng tại Việt Nam. Đồ án này nhằm xây dựng cơ sở tính toán vững chắc, mô hình hóa các phương pháp tính toán để đánh giá hiệu suất động cơ và độ bền cấu trúc xe. Các kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng vào thiết kế và cải tiến xe buýt trong tương lai.

1.2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính là xe bus Thaco City TB115CT-WLFII với động cơ Weichai WP7. Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết (ôn tập kiến thức ô tô, nghiên cứu tài liệu) và thực hành (sử dụng phần mềm CATIA để mô hình hóa và phân tích phần tử hữu hạn). Các công cụ chính bao gồm công thức S.Lây Đécman, mô hình động lực học và phần mềm CAD/CAE.

II. Khảo sát Sức kéo và Động lực học Xe Bus

Khảo sát sức kéo xe bus là một bước quan trọng trong đồ án tính toán này. Nghiên cứu bao gồm xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ Weichai WP7, phân tích cân bằng lực kéo và cân bằng công suất của xe. Thông qua các đồ thị đặc tính động lực học, đội nghiên cứu đã xác định được khả năng tăng tốc, tốc độ tối đa và hiệu suất vận hành của xe buýt. Các kết quả cho thấy xe bus có khả năng kéo ổn định trên các địa hình khác nhau và đáp ứng yêu cầu vận chuyển hành khách hiệu quả.

2.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ Weichai

Đường đặc tính ngoài của động cơ được xây dựng dựa trên công thức S.Lây Đécman hiệu chỉnh với các thông số kỹ thuật của xe bus Thaco City TB115CT-WLFII. Động cơ Weichai WP7 cung cấp công suất tối đa 298 kW và mô-men xoắn tối đa 1360 Nm. Đường đặc tính này giúp xác định mối quan hệ giữa công suất, mô-men xoắn và số vòng quay động cơ, từ đó tối ưu hóa hiệu suất vận hành của xe.

2.1. Phân tích cân bằng lực kéo và công suất

Phương trình cân bằng lực kéo được sử dụng để xác định lực cảm ứng tối đa mà xe có thể phát sinh ở mỗi tay số truyền động. Đồ thị cân bằng công suất cho biết tốc độ tối đa của xe ở từng tay số và điểm giao nhau giữa lực cảm ứng và lực cản chuyển động. Các kết quả cho thấy quá trình chuyển tay số diễn ra suôn sẻ và xe có khả năng vượt dốc tốt, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn vận chuyển.

III. Tính toán Tính ổn định của Xe Bus

Tính ổn định của ô tô là yếu tố quyết định đến an toàn vận hành và sự thoải mái của hành khách. Đồ án này bao gồm tính toán ổn định dọc (khi tăng tốc, phanh gấp) và ổn định ngang (khi quay vòng trên đường nghiêng). Trước tiên, đội nghiên cứu xác định tọa độ trọng tâm của xe dựa trên phân bố trọng lượng hành khách. Sau đó, áp dụng các phương trình cân bằng lực và mômen để tính toán góc lật tối giới hạn và độ an toàn. Kết quả cho thấy xe bus có độ ổn định tốt và không bị lật trong các tình huống vận hành thường gặp.

3.1. Xác định trọng tâm và tính ổn định dọc

Vị trí trọng tâm được xác định bằng cách phân tích phân bố trọng lượng giữa trục trước và trục sau. Nghiên cứu xem xét các trường hợp tải khác nhau: xe trống, đầy tải hành khách ngồi, và tải trọng hành khách đứng. Tính ổn định dọc được kiểm tra qua gia tốc giới hạn khi phanh gấp. Các tính toán chứng minh rằng hành khách không bị rơi khi xe phanh gấp và xe có khả năng liên hệ tốt với mặt đường.

3.2. Tính ổn định ngang trên đường cong và dốc

Tính ổn định ngang được đánh giá khi xe chuyển động quay vòng trên đường bằng và đường nghiêng ngang. Tốc độ an toàn tối đa được xác định dựa trên điều kiện không lật và không trượt bánh. Kết quả tính toán cho thấy xe bus có tốc độ quay vòng an toàn là khoảng 50-60 km/h trên đường bình thường, đủ để đảm bảo an toàn hành khách trong các tình huống giao thông thực tế.

IV. Tính toán và Mô hình hóa Khung xương Thân xe

Khung xương thân xe bus đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong chịu lực kết cấu của xe. Đồ án này sử dụng phần mềm CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) để xây dựng mô hình 3D và tính toán phần tử hữu hạn (FEM). Quá trình bao gồm xây dựng hình học khung xe, định nghĩa thuộc tính vật liệu (thép với mô đun đàn hồi 210 GPa), và xác định điều kiện tải trọng. Các tải trọng tĩnh (trọng lượng xe và hành khách) cùng tải trọng động (phanh gấp, quay vòng) được đặt vào mô hình. Kết quả phân tích cho thấy ứng suất tối đa ở các vị trí uốn và các góc kết nối, nhưng vẫn dưới giới hạn cho phép của vật liệu.

4.1. Giới thiệu cấu trúc khung xe và liên kết

Khung xe bus bao gồm khung xe chính (rương khung) và khung xương thân xe được liên kết chặt chẽ. Các liên kết này sử dụng bu lông và hàn để chịu các lực phức tạp. Thiết kế kết cấu được tối ưu hóa để giảm trọng lượng và tăng độ cứng. Nghiên cứu phân tích chi tiết các điểm yếu tiềm năng và đề xuất cải thiện thiết kế.

4.2. Phân tích phần tử hữu hạn và kết quả

Mô hình FEM được chia thành hàng chục ngàn phần tử lưới để đảm bảo độ chính xác. Các ràng buộc được đặt tại những điểm liên kết chính. Sau khi giải bài toán, phần mềm cung cấp bản đồ phân bố ứng suất và biến dạng dư. Kết quả cho thấy hệ số an toàn là khoảng 2.5-3.0, đảm bảo độ bền của kết cấu trong điều kiện vận hành bình thường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về đề tài 1. Lí do chọn đề tài Nước ta đang trên đà phát triển và hội nhập quốc tế không chỉ về nền kinh tế mà còn phát triển mạnh mẽ trên tất cả các lĩnh vực nhưng tình trạng đường xá và văn hóa giao thông vẫn còn ùn tắc và rất phức tạp. Đặc biệt là ở các thành phố lớn, người dân sử dụng phương tiện cá nhân nhiều vào giờ cao điểm.

Do chính sách của nhà nước khuyến khích sử dụng phương tiện công cộng và ý thức của người dân ngày càng tiến bộ, một phần lớn người dân chuyển sang đi lại bằng xe buýt, vì vậy số lượng xe buýt ngày càng tăng. Hiện nay, trong thời kì kinh tế ngày càng phát triển thì hầu hết dân số ở các tỉnh thành, nông thôn,. tập trung ở các thành phố lớn để học tập, tìm kiếm công việc, du lịch,. Trong khi đó cơ sở hạ tầng vẫn chưa thể đáp ứng kịp thời với tốc độ phát triển kinh tế và dân số như hiện nay, điều đó dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông, kẹt xe ở các thành phố lớn vào giờ cao điểm gây ảnh hưởng đến người dân và nền kinh tế nước nhà.

Một trong những biện pháp khắc phục nạn ùn tắc giao thông là sử dụng các phương tiện công cộng như xe buýt, đã và đang giải pháp tối ưu cho con người và xã hội. Nước ta hiện nay, nghành công nghiệp ô tô đang trên đà phát triển nên việc nhập khẩu nguyên chiếc không còn là giải pháp tối ưu. Thay vào đó, các nhà máy sản xuất ô tô buýt, khách như công ty ô tô Trường Hải, tổng công ty cơ khí giao thông vận tải Samco,. sẽ nhập khẩu khung gầm (chassis) ở nước ngoài và tiến hành sản xuất khung vỏ để lắp ráp thành phẩm và đưa ra thị trường.

Quy trình sản xuất này cũng được áp dụng cho xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII, để đánh giá được độ bền và tối ưu hóa kết cấu khung xương thân xe trong các trường hợp tải trọng khác nhau khi xe vận hành trên đường nên chúng em đi vào tính toán mô hình theo thiết kế có sẵn trên phần mềm. Điều kiện làm việc của xe buýt thường phải dừng đỗ để đón khách liên tục nên phải thay đổi tốc độ, giảm tốc và dừng đúng điểm đỗ rồi lại khởi hành tăng tốc. Mặt khác do điều kiện sử dụng khác nhau ở mỗi nơi, mỗi loại xe, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng 1 của xe đó là điều kiện đường xá như: hệ số cản lăn mặt đường, độ dốc, tải trọng thực tế của xe,. Mặt khác, để nâng cao hiệu suất sử dụng xe buýt, đảm bảo chính xác trong việc lắp ráp, tối ưu hóa toàn bộ kết cấu khung cũng như giảm giá thành sản xuất và tăng tính năng động lực học của xe, việc kiểm tra tính bền khung xương thân xe buýt đóng một vai trò quan trọng.

Việc sử dụng phương tiện sao cho hợp lí và đạt hiệu quả cao cần chọn chế độ hoạt động phù hợp với động cơ, điều kiện sử dụng cụ thể. Tức là chúng ta cần phải xây dựng đường đặc tính động lực học, tính ổn định của xe. Do những yêu cầu trên, để giải quyết bài toán kinh tế kĩ thuật đối với ngành vận tải nói chung và vận tải xe buýt nói riêng tạo điều kiện cho người điều hành và vận hành, việc khảo sát khả năng làm việc của xe ứng với từng loại động cơ hay khung vỏ là rất cần thiết và phải được tiến hành một cách cụ thể. Dựa trên cơ sở đó, chúng em quyết định thực hiện đề tài “TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM XE BUS THACO CITY TB115CT-WLFII”.

Mục đích nghiên cứu - Khảo sát các đặc tính động học và động lực học của động cơ theo quan điểm coi động cơ là nguồn sức kéo của ô tô, khảo sát tính ổn định của xe trong mặt phẳng dọc và mặt phẳng ngang. - Xây dựng mô hình hình học của xe buýt bằng phần mềm và qua đó thực hiện tính toán bền cho khung xương thân xe ở trạng thái tải trọng tĩnh. Đối tượng nghiên cứu Thông số kĩ thuật ảnh hướng đến sức kéo và tính ổn định của xe; bản vẽ xe buýt THACO CITY TB115CT-WLFII; tính toán và mô phỏng khung xương thân xe trên phần mềm Catia. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp chính mà chúng em sử dụng đó là: - Ôn lại các kiến thức lý thuyết ô tô đã học được và hướng dẫn từ giáo viên hướng dẫn.

- Sử dụng kiến thức về phần mềm Catia ứng dụng vào việc dựng mô hình và tính toán. - Nghiên cứu các tài liệu liên quan để tìm được cơ sở lý thuyết. Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ; khảo sát cân bằng lực kéo và công suất của xe; tính toán đặc tính động lực học của xe khi đầy tải và khi tải thay đổi. Khảo sát tính ổn định của xe trong mặt phẳng dọc và mặt phẳng ngang.

- Xây dựng mô hình hình học, xác định các chế độ tải trọng và điều kiện ràng buộc để tính toán cho mô hình khung xương thân xe ở chế độ tải tĩnh. 3 CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT SỨC KÉO XE BUS THACO CITY TB115CT-WLFII 2. Khảo sát và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ WEICHAI 2. Thông số kĩ thuật xe BUS THACO CITY TB115CT-WLFII Bảng 2.

Thông số kĩ thuật xe BUS THACO CITY TB115CT-WLFII THÔNG SỐ KĨ THUẬT VÀ TRANG THACO THIẾT BỊ ĐỘNG CƠ WEICHAI Kiểu WP7.300E30 Diesel, 4 kỳ, 6 xilanh thẳng hàng, có tăng Loại áp, làm mát bằng nước Dung tích xi lanh 7140 cc Đường kính x Hành trình piston 108 x 130 (mm) Công suất cực đại/Tốc độ quay 300 (PS)/2300 (vòng/phút) Mooment xoắn cực đại/Tốc độ quay 1100 (N.m)/1200 ÷ 1700 (vòng/phút) TRUYỀN ĐỘNG 01 đĩa, ma sát khô, dẫn động thuỷ lưc, trợ Ly hợp lưc khí nén Hộp số Cơ khí , 5 số tiến,1 số lùi ih1 = 6,09; ih2 = 3,57; ih3 = 2,16; ih4 = 1,32; Tỷ số truyền chính ih5 = 1,00; iR = 5,22 4 Tỷ số truyền của truyền lực chính i0 = 4,873 HỆ THỐNG LÁI Trục vít ê cu, trợ lực thủy lực HỆ THỐNG PHANH Kiểu tang trống, dẫn động khí nén 2 dòng HỆ THỐNG TREO Trước Phụ thuộc, nhíp lá, giảm chấn thủy lực Sau Phụ thuộc, nhíp lá, giảm chấn thủy lực LỐP XE Trước/Sau 11 R22.5 KÍCH THƯỚC Kích thước tổng thể (DxRxC) 11560 x 2500 x 3200 (mm) Vết bánh trước 2050 (mm) Vết bánh sau 1860 (mm) Chiều dài cơ sở 6000 (mm) Khoảng sáng gầm xe 250 (mm) TRỌNG LƯỢNG Trọng lượng không tải 10200 (kG) - Phân bố lên cầu trước: 3600 (kG) - Phân bố lên cầu sau: 6600 (kG) 5 Trọng lượng toàn bộ 15400 (kG) Số người cho phép chở (kể cả người lái) 80 (34 chỗ ngồi, 46 chỗ đứng) ĐẶC TÍNH Khả năng leo dốc 33,4% - Bán kính quay vòng nhỏ nhất theo 10,4 (m) vệt bánh xe trước phía ngoài - Bán kính quay vòng trung bình của 8,6 (m) cầu sau Chiểu cao trọng tâm khi không tải 1,125 (m) Tốc độ tối đa 95 (km/h) Dung tích thùng nhiên liệu 240 (lít) 2. Xây dựng đường đặc tính ngoài dựa vào công thức S.Lây Đécman hiệu chỉnh Nhiều tài liệu sử dụng công thức Le-đéc-man để xây dựng đặc tính động cơ đốt trong và cho các hệ số a, b, c. Ngày nay động cơ có nhiều thay đổi như tăng áp, phun xăng hỗn hợp, do vậy các hệ số đó không còn phù hợp.Ta biết rằng khi một động cơ được đưa ra thị trường người ta cho biết một số thông số cơ bản như số vòng quay cực tiểu, cực đại, mômen và công suất cực đại và số vòng quay tương ứng. Đường đặc tính mômen là một đường bậc 2 theo số vòng quay của động cơ.

Một đường bậc 2 ta có thể xác định các hệ số a, b, c khi biết cực trị tại mômen cực đại và xác định cặp giá trị tại hai điểm của số vòng quay cực tiểu và cực đại. 6 Thông thường, ta có thể xác định ba điểm sau và với một đường bậc 2 có ba điểm ta hoàn toàn xác định được dáng điệu của Me(ne), Pe(ne): Đường công suất và mô men: n n n Pe = Pemax[a pe + b( pe )2 − c( pe )3 ] (2.1) ne ne ne p n n Me = Me emax [a + b( pe ) − c( pe )2 ] (2.2) ne ne Điểm 1: (Me, min; ne, min) Điểm 2: (Me, max; ne, Memax) Điểm 3: (Me, Pemax; ne, Pemax) Trong đó: Pe - Công suất động cơ tại số vòng quay ne (kW) Pemax - Công suất cực đại của động cơ (kW) p ne - Số vòng quay khi công suất đạt cực đại (vòng/phút) a, b, c - Các hệ số thực nghiệm Me - Mô-men xoắn động cơ tại số vòng quay ne (N.m) Động cơ xe tải khảo sát có: p Công suất cực đại: Pemax = 300 (PS) = 220,65 (kW) tại số vòng quay: ne = 2300 (vòng/phút) P 60.2300 7 Mô-men xoắn cực đại: Memax = 1100 (N.m) tại số vòng quay: nm e = 1600 (vòng/phút) Phương trình (2.2) là một hàm số bậc 2 và đạt cực đại tại điểm nm e = 1600 (vòng/phút) với giá trị mô-men xoắn cực đại: Memax = 1100 (N.m) nên lấy đạo hàm của Me tại điểm nm e = 0 ta có: p b.1200 24 nm e = = suy ra = p e = = (2.ne Thay ne = nm e = vào (2.c P b2 b2 Memax 1100 275 Memax = Me emax ( a+ ) suy ra a + = P = = (2.4) 4c 4c Me emax 916 229 p Mặt khác, thay ne = ne và Pe = Pemax vào (2.5) ta có: b 24 = a = 0,96 c 23 b2 275 a+ = suy ra b = 0,92 4c 229 a+b-c=1 c = 0,88 Vậy phương trình đường cong công suất và mô-men của xe có dạng: ne ne ne Pe = 220,65[0,96 + 0,92( )2 − 0,88( )3 ] (2.6) 2300 2300 2300 ne ne Me = 916 [0,96 + 0,92 − 0,88( )2 ] (2. Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ WEICHAI WP7.300E30 Giới hạn tốc độ số vòng quay của động cơ WEICHAI WP7.300E30: 8 nemin = 600 (vòng/phút) nemax = 2300 (vòng/phút) Sử dụng phần mềm Matlab vẽ hàm số (2.3) ta cho giá trị n𝑒 → pe. Sau đó nối các điểm lại ta có đồ thị đặc tính ngoài của động cơ WEICHAI WP7.

Sau đây là các giá trị đại diện trong đồ thị đường đặc tính ngoài động cơ WEICHAI WP7. Bảng giá trị công suất Pe theo số vòng quay ne 𝐧𝒆 (vòng/phút) Pe (kW) 600 65.65 9 Tính Mô-men xoắn Me của động cơ theo Pe tương ứng với từng tốc độ ne 104 .