CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển trong lĩnh vực sản xuất ô tô tải 1. Thực trạng Theo thống kê của bộ Công Thương, tính đến 01/2015 Việt Nam có khoảng gần 400 doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô. Tổng năng lực sản xuất - lắp ráp ô tô khoảng 46 ngàn xe năm, gồm hầu hết các chủng loại xe con (khoảng 2 ngàn xe năm, xe tải và xe khách (khoảng 215 ngàn xe năm).
Ngành công nghiệp ô tô đã có đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước và giải quyết công ăn việc làm cho một lượng không nhỏ lao động trực tiếp [1]. Mặc dù đã đạt được một số thành tựu, sau hơn 20 năm xây dựng và phát triển Việt Nam vẫn đang sở hữu một ngành công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu. Đa số các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước có quy mô vừa và nhỏ với công việc chủ yếu là lắp ráp với dạng 100% linh kiện nhập khẩu trên cơ sở linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài, tỷ lệ nội địa hóa trong các sản phẩm ô tô còn rất thấp. Trong bối cảnh chung của ngành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô tải, mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ cũng đang ở trong một tình trạng không mấy khả quan.
Hầu hết các doanh nghiệp ô tô Việt Nam mới chỉ sản xuất được một số sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ, ca bin và một số chi tiết khác. Toàn bộ phần máy móc từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển…đều được nhập khẩu từ nước ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc với linh kiện chất lượng thấp. Chúng ta thực tế còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra những chiếc ô tô tải có chất lượng và giá thành đáp ứng nhu cầu trong nước và hướng tới xuất khẩu, hội nhập với khu vực và thế giới. Định hướng phát triển Trước tình hình trên, trong tháng 07/2014 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành 2 văn bản quan trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến 4 năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, trong đó lĩnh vực sản xuất ô tô tải nhận được sự quan tâm đặc biệt [3, 4].
Gần đây nhất, ngày 04/02/2016 Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định số 229/QĐ-TTg về Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam [4]. Theo văn bản này, chúng ta cần chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe và vào năm 2020, đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa. Ngoài ra, trong bản Quy hoạch này đã thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến công nghiệp phụ trợ nhằm hỗ trợ cho sản xuất ô tô, phấn đấu đáp ứng 30 - 40% nhu cầu linh kiện, phụ tùng của sản xuất, lắp ráp xe ô tô trong nước, cũng như chế tạo được một số chi tiết quan trọng trong bộ phận truyền động, nhất là cho xe khách và xe tải nhẹ. Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển Hiện nay chúng ta có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ôtô tải, chủ yếu là loại nhỏ và trung bình.
Nhìn chung, các sản phẩm trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhập khẩu (chủ yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỷ lệ nội địa hóa không cao. Phần sản xuất trong nước chỉ có ca bin, thùng và khung xe. Với mức đầu tư về chất xám và trang thiết bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp trong nước còn ở mức độ hạn chế. Tuy nhiên, với ưu thế về giá thành, đây vẫn là nguồn cung cấp ôtô chủ yếu cho thị trường trong nước hiện nay.
Một trong những nguyên nhân chính kìm hãm sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là sự yếu kém của công nghiệp phụ trợ. Do đó, tỷ lệ nội địa hoá của các loại ô tô lắp ráp trong nước là rất thấp. Có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực chất mới chỉ làm công việc lắp ráp mà chưa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể có những sản phẩm ô tô thực sự chất lượng mang thương hiệu Việt Nam, tiến tới xuất khẩu và hội nhập với thế giới. 5 Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm và các hệ thống cho ô tô, thì cần phải có đầu tư chiều sâu, đặc biệt là đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu phát triển sản phẩm có chất lượng cao.
Trong đó, ưu tiên hàng đầu cần được dành cho các nghiên cứu chuyên sâu phục vụ cho việc thiết kế chế tạo các bộ phận, trong đó có các bộ phận của hệ thống truyền lực. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất các bộ phận của hệ thống truyền lực ô tô tải Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, trong những năm gần đây, đã xuất hiện một số đề tài nghiên cứu thiết kế các cụm trong hệ thống truyền lực như đề tài “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo cụm hộp số cho các loại xe ô tô thông dụng” (2006) và “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm cầu sau sử dụng cho các loại ô tô tải nhỏ tải trọng đến 3 tấn” (2010) thuộc chương trình trọng điểm cấp Nhà nước KC.05 đã được thực hiện tại Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM) trong đó đã đề xuất được quy trình thiết kế, chế tạo các bộ phận chính của vỏ cầu chủ động [2]. Tuy nhiên, những thành tựu chính của các đề tài trên chủ yếu thuộc về lĩnh vực vật liệu và công nghệ chế tạo mà chưa đầu tư nghiên cứu sâu về cơ sở lý thuyết. Tổng quan về vỏ cầu chủ động xe tải 1.
Cấu tạo chung của cầu chủ động Cấu tạo chung của cầu chủ động ô tô được mô tả trên hình 1. Cầu chủ động bao gồm các bộ phận cuối cùng trên đường truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe chủ động. Cầu chủ động có ba bộ phận chính: truyền lực chính, vi sai và các bán trục được lắp trong một vỏ. Trong đó, vỏ cầu là bộ phận chứa tất cả các bộ phận truyền lực nêu trên, đồng thời nó làm việc như một dầm đỡ trọng lượng của thân xe và phải chịu tác động của các tải trọng từ tương tác bánh xe - đường.
Các loại ô tô có động cơ đặt trước, cầu sau chủ động đều có cầu chủ động 6 với cấu tạo tương tự như trên, trừ trường hợp cầu sau chủ động của ô tô con có hệ thống treo độc lập.1: Cấu tạo vỏ cầu chủ động ô tô 1. Chức năng nhiệm vụ của cầu chủ động Mỗi bộ phận của cầu chủ động thực hiện một chức năng riêng. Bộ truyền lực chính, thường là cặp bánh răng hypoit hoặc bánh răng côn, có nhiệm vụ tạo tỷ số truyền nhằm tăng mô men truyền tới các bánh xe chủ động. Ngoài ra, đối với ô tô tải, truyền lực chính còn thực hiện thêm chức năng đổi hướng chuyển động đi một góc 90 o.
Bộ vi sai tạo điều kiện cho các bánh xe quay với vận tốc khác nhau khi ô tô quay vòng. Các bán trục thực hiện chức năng truyền mô men tới các bánh xe chủ động. Vỏ cầu chủ động là hộp chứa truyền lực chính, vi sai và các bán trục. Ngoài ra, vỏ cầu còn thực hiện chức năng của dầm đỡ toàn bộ phần trọng lượng phía sau của ô tô và chịu các tải trọng từ tương tác bánh xe với đường.
Vì vậy, kết cấu của 7 vỏ cầu phải đảm bảo độ bền và đặc biệt là độ cứng vững để không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của các bộ phận bên trong. Vật liệu và công nghệ chế tạo Tuỳ theo các dạng kết cấu, vỏ cầu hiện nay có thể được chế tạo từ gang đúc hoặc thép dập. Để đảm bảo độ bền trong điều kiện làm việc khắc nghiệt với tải trọng biến thiên trong phạm vi rộng, người ta thường sử dụng gang cầu để đúc vỏ cầu ô tô tải. Đây vẫn là loại vật liệu được sử dụng phổ biến hơn cả nhờ nó có độ bền cao và có những tính chất đặc biệt phù hợp với công nghệ đúc, độ chảy loãng cao, điền khuôn tốt, độ co ngót thấp khi đông cứng….
Gang cầu có nhiều chủng loại khác nhau với ứng suất giới hạn phá hủy nằm trong khoảng 460 - 920 MPa, giới hạn bền mỏi của gang cầu thường lớn hơn 2 MPa và số chu kỳ gây mỏi nằm trong khoảng 106–108 [7] 1. Điều kiện làm việc và các dạng tải trọng Vỏ cầu phải chịu tác dụng của các lực và mô men từ các bánh xe chủ động truyền lên cùng với các lực tương tác với hệ thống treo. Các phản lực tại bánh xe, thường được gọi theo phương tác động, gồm lực dọc (lực kéo và lực phanh), lực ngang và lực thẳng đứng. Các lực này tạo thành các tải trọng tác động lên vỏ cầu dưới dạng lực hoặc mô men.
Ngoài ra, mô men xoắn truyền qua các bộ phận trong cầu chủ động cũng có tác động lên vỏ cầu. Trong quá trình chuyển động của ô tô, vỏ cầu còn phải chịu tác dụng của các lực từ khối lượng được treo truyền qua các vị trí lắp nhíp và giảm chấn. Do ô tô tải thường xuyên phải hoạt động trên đường xấu nên vỏ cầu phải chịu tải trọng động biến thiên liên tục với biên độ lớn. Trong đó, các lực dọc và ngang phụ thuộc chủ yếu vào tác động điều khiển của người lái tăng tốc, phanh, quay vòng, còn lực thẳng đứng lại phụ thuộc vào điều kiện đường xá và thường có quy luật ngẫu nhiên.
Sự biến thiên của tải trọng thẳng đứng do mấp mô mặt đường thường gây nên hiện tượng hư hỏng do mỏi làm giảm tuổi thọ của vỏ cầu. 8 Những phân tích trên đây cho thấy, vỏ cầu chủ động ô tô tải phải chịu tác dụng của các lực động theo cả ba phương cùng với các mô men uốn và xoắn. Do vỏ cầu là nơi lắp truyền lực chính, vi sai và các bán trục, nên ngoài việc phải đảm bảo độ bền, nó còn phải có đủ độ cứng vững với độ biến dạng theo các phương là tối thiểu để không ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc của các bộ phận trên.