Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình ô tô tham gia giao thông trên đường, phương tiện luôn chịu tác động liên tục từ các yếu tố động học và môi trường như tải trọng thay đổi, vận tốc chuyển động, lực cản không khí và tình trạng mấp mô của bề mặt đường. Các xung lực và dao động này nếu không được triệt tiêu sẽ làm giảm tính ổn định chuyển động của xe, gây mệt mỏi cho người điều khiển cùng hành khách, làm giảm tuổi thọ của các cụm chi tiết cơ khí và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông. Hệ thống treo đóng vai trò là cơ cấu liên kết đàn hồi giữa khung/vỏ xe và các cầu xe, đảm nhận nhiệm vụ giảm tải trọng động, dập tắt các dao động và duy trì mối quan hệ hình học chuẩn xác giữa bánh xe với thân xe.

Tại thị trường Việt Nam, dòng xe thương mại 16 chỗ Ford Transit giữ vai trò quan trọng trong vận tải hành khách và du lịch. Dòng xe này được thiết kế kết hợp giữa hệ thống treo độc lập kiểu MacPherson ở cầu trước và hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá ở cầu sau nhằm đáp ứng khả năng chịu tải cao cùng độ êm dịu vận hành. Tuy nhiên, dưới điều kiện vận hành cường độ lớn và mạng lưới đường sá phức tạp, các chi tiết trong hệ thống treo thường xuyên gặp phải tình trạng rơ lỏng, mài mòn, biến dạng hoặc hỏng hóc. Cùng với sự phát triển của ngành dịch vụ kỹ thuật ô tô sau khi thuế nhập khẩu ô tô khu vực ASEAN giảm còn 50% vào năm 2014 theo Thông tư 161/2011/TT-BTC, yêu cầu chuẩn hóa quy trình bảo dưỡng và sửa chữa nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ trở nên cấp thiết. Đề tài khóa luận "Xây dựng quy trình bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống treo trên xe FORD TRANSIT" được thực hiện nhằm giải quyết trực tiếp vấn đề này.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm hai nhiệm vụ chính:

  1. Nắm được các dạng hư hỏng, quá trình kiểm tra đánh giá tình trạng kỹ thuật của các thông số chính và các thông số kết cấu của hệ thống treo xe ô tô.
  2. Xây dựng được quy trình bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống treo trên xe Ford Transit đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cơ bản.

Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu triển khai bao gồm:

  • Phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống treo độc lập phía trước và phụ thuộc phía sau trên xe Ford Transit.
  • Tổng hợp các phương án kiểm tra, chẩn đoán, sửa chữa và phục hồi các chi tiết, cụm chi tiết của hệ thống treo.
  • Xây dựng quy trình công nghệ bảo dưỡng và sửa chữa hoàn chỉnh cho hệ thống treo xe Ford Transit.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình kỹ thuật bảo dưỡng, sửa chữa các bộ phận thuộc hệ thống treo trên xe ô tô Ford Transit.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khóa luận tập trung nghiên cứu, khảo sát thực tế và thực hành quy trình bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống treo trong phạm vi xưởng thực tập kỹ thuật ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết động lực học ô tô và nguyên lý kết cấu hệ thống gầm ô tô thương mại. Cơ sở lý thuyết tập trung vào các khái niệm phân loại hệ thống treo (hệ thống treo độc lập, hệ thống treo phụ thuộc; phân loại theo phần tử đàn hồi cơ khí, thủy lực, khí nén; phân loại theo cơ cấu giảm chấn và phương pháp điều khiển bị động/chủ động). Về mặt kết cấu chuyên biệt, tác giả sử dụng mô hình hệ thống treo độc lập MacPherson đặt lệch lò xo (nhằm tạo phản lực triệt tiêu lực ngang, giảm ma sát giữa pít-tông và xy-lanh giảm chấn) và hệ thống treo phụ thuộc kiểu nhíp song song kết hợp giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ (hoạt động theo nguyên lý biến đổi cơ năng dao động thành nhiệt năng thông qua các cụm van tiết lưu nén - trả và buồng bù thể tích). Ngoài ra, khóa luận căn cứ vào bối cảnh chính sách ngành thông qua Thông tư 161/2011/TT-BTC của Bộ Tài chính quy định biểu thuế nhập khẩu hàng hóa thực hiện Hiệp định Thương mại Hàng hóa ASEAN.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu chuyên ngành cơ khí ô tô, sổ tay bảo dưỡng chính hãng của Ford, các số liệu thống kê từ Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) để xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết và phân tích kết cấu.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Trực tiếp khảo sát, thao tác tháo lắp, kiểm tra hư hỏng, đo kiểm các thông số hình học và thực hiện các bước bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống treo thực tế trên xe Ford Transit tại xưởng kỹ thuật.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong khóa luận gồm:

  • Tài liệu thông số kỹ thuật, cấu tạo chi tiết dòng xe Ford Transit thế hệ 2020.
  • Số liệu thống kê của VAMA về quy mô ngành công nghiệp ô tô trong nước (11 doanh nghiệp liên doanh, tổng vốn đầu tư 543,429 triệu USD, sản lượng đạt 148.900 xe/năm).
  • Dữ liệu đo kiểm, ghi nhận tình trạng kỹ thuật thực tế của các chi tiết nhíp lá, lò xo, đòn giằng, ống giảm chấn và khớp cầu trong quá trình thực hành xưởng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa lịch sử phát triển ngành công nghiệp ô tô thế giới từ mốc xe hơi nước năm 1770 của Nicolas Joseph Cugnot, động cơ đốt trong năm 1876 của Nicolaus Otto, các sáng chế của Gottlieb Daimler, Wilhelm Maybach, Karl Benz, đến giai đoạn sản xuất hàng loạt tại Mỹ (năm 1892 tại Chicago và dây chuyền lắp ráp của Henry Ford) và sự phát triển của các hãng xe Nhật Bản từ năm 1907.

Đối với ngành ô tô Việt Nam, tác giả chia quá trình phát triển qua ba thời kỳ:

  • Thời kỳ trước năm 1975: Sử dụng xe nhập từ Pháp, tiếp nhận viện trợ xe vận tải GAT51 (từ năm 1950), thành lập các nhà máy phụ tùng 1, 2, 3 và nhà máy ô tô 1-5, Ngô Gia Tự.
  • Thời kỳ 1975 – 1991: Giai đoạn bao cấp gặp khó khăn về thiết bị và công nghệ, bắt đầu chuyển hướng mở cửa từ năm 1986.
  • Thời kỳ từ năm 1991 đến nay: Hình thành 11 liên doanh sản xuất lắp ráp ô tô thuộc VAMA, giải quyết việc làm cho hơn 3.000 lao động.

Chương này cũng phân tích tầm quan trọng của dịch vụ bảo dưỡng sửa chữa ô tô khi chính sách giảm thuế nhập khẩu ASEAN xuống 50% theo Thông tư 161/2011/TT-BTC tạo áp lực cạnh tranh gay gắt. Đồng thời, chương 1 tóm lược lịch sử dòng xe Ford Transit (ra đời năm 1965 tại Anh, đạt mốc 7 triệu xe xuất xưởng vào năm 2013, chính thức lắp ráp tại Việt Nam từ năm 1997, đạt nhiều giải thưởng quốc tế từ 2007 đến 2013) và xác định rõ mục tiêu, đối tượng, phạm vi cùng phương pháp nghiên cứu của đề tài.

Chương 2: Kết cấu các cụm cơ bản của hệ thống treo trên xe Ford Transit

Chương 2 trình bày chi tiết nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật và phân loại hệ thống treo ô tô, sau đó đi sâu vào kết cấu cụ thể trên xe Ford Transit:

  • Hệ thống treo trước: Sử dụng hệ thống treo độc lập kiểu MacPherson. Cấu tạo gồm khớp trụ nối đòn dưới với khung xe, ống giảm chấn, khung liên kết và cụm đòn treo. Điểm đặc thù trong thiết kế là lò xo được đặt lệch so với đường tâm của giảm chấn nhằm tạo ra phản lực ngược chiều với lực ngang từ bánh xe, giúp giảm thiểu ma sát giữa pít-tông và bạc dẫn hướng/xy-lanh, ngăn ngừa tiếng ồn và tăng độ êm dịu.
Cụm bộ phận Kiểu kết cấu trên xe Ford Transit Đặc điểm kỹ thuật chính
Treo trước Độc lập kiểu MacPherson Giảm khối lượng không được treo, lò xo đặt lệch tâm, giải phóng không gian khoang động cơ.
Treo sau Phụ thuộc kiểu nhíp song song Cấu tạo gồm bó nhíp lá thép đàn hồi kết hợp ống giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ, khả năng chịu tải trọng lớn.
Phần tử đàn hồi phụ Vấu cao su, gối đỡ Tăng độ cứng, hạn chế hành trình va đập cơ học và chống rung động, giảm tiếng ồn.
Cơ cấu ổn định Thanh ổn định ngang Tạo mô-men chống lật, phân phối đều tải trọng đứng lên bánh xe khi quay vòng.
  • Hệ thống treo sau: Sử dụng hệ thống treo phụ thuộc với các lá nhíp thép cong xếp chồng từ ngắn đến dài, định vị bằng bu-lông trung tâm và các đai kẹp nhíp. Đầu lá nhíp chính uốn cong thành mắt nhíp để bắt vào khung xe.
  • Bộ phận giảm chấn: Sử dụng giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ tác dụng hai chiều (nén và trả). Cấu tạo gồm khoang vỏ ngoài, xy-lanh làm việc trong, cần pít-tông, buồng bù chất lỏng (khoang C), cụm van nén mạnh/nén nhẹ (I, IV) và cụm van trả mạnh/trả nhẹ (II, III). Nguyên lý làm việc dựa trên việc đẩy dầu qua các tiết diện lỗ van tiết lưu để sinh lực cản thủy lực, dập tắt dao động nhanh chóng.

Chương 3: Phân tích các hư hỏng của hệ thống treo

Chương 3 phân tích toàn diện các dạng hư hỏng, nguyên nhân và hậu quả kỹ thuật phát sinh ở từng cụm chi tiết trên hệ thống treo xe Ford Transit, đồng thời phân nhóm các bảng dữ liệu hư hỏng cụ thể:

Hư hỏng bộ phận đàn hồi (Bảng 3.1 trong văn bản): Tổng hợp 13 dạng hư hỏng gồm: lá nhíp mất tính đàn hồi; nhíp bị gãy; lò xo gãy/hỏng; giảm độ võng tĩnh của nhíp; bu-lông, đai ốc, ren bị trờn hoặc gãy; mòn chốt và bạc nhíp; mòn cao su hạn chế hành trình; đai nhíp bị hỏng; quai nhíp bị lỏng; đệm cao su gối đầu nhíp bị mòn; bó kẹt nhíp do hết mỡ bôi trơn; lò xo treo độc lập bị gãy; các gối đỡ cao su mòn, thanh giằng biến dạng, thanh ổn định bị cong. Hậu quả gây mòn lốp, lệch cầu, nghiêng thùng xe, phát sinh tiếng gõ/tiếng ồn và làm mất tính êm dịu.

Hư hỏng bộ phận giảm chấn (Bảng 3.2 trong văn bản): Tổng hợp 9 dạng hư hỏng gồm: vòng chắn dầu bị hỏng; hết dầu giảm chấn; kẹt van giảm chấn ở trạng thái luôn mở; kẹt van ở trạng thái luôn đóng; mòn bộ đôi xy-lanh - pít-tông; dầu giảm chấn bị biến chất do lẫn nước/tạp chất hóa học; cần pít-tông/trục giảm chấn bị cong; nát cao su ở các vị trí liên kết; máng che bụi bị rách. Hậu quả làm giảm hoặc mất hoàn toàn lực cản dập tắt dao động, gây nóng vỏ giảm chấn, rò rỉ dầu và phát sinh tiếng va đập cứng.

Hư hỏng bộ phận dẫn hướng (Bảng 3.3 trong văn bản): Phân tích các dạng mòn khớp trụ, khớp cầu do thiếu bôi trơn và sai lệch thông số cấu trúc/chỗ điều chỉnh do tháo lắp sai kỹ thuật. Hậu quả làm sai lệch quan hệ động học bánh xe, dẫn tới mòn nhanh lốp và mất tính ổn định hướng chuyển động.

Biện pháp khắc phục (Bảng 3.4 trong văn bản): Đưa ra chỉ dẫn sửa chữa chi tiết cho từng hạng mục như thay thế lò xo, nhíp lá, bu-lông, chốt bạc, gối cao su; tra mỡ bôi trơn khi nhíp bị bó kẹt; xiết chặt bu-lông định vị; thay thế cụm giảm chấn hoặc phớt chắn dầu.

Chương 4: Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống treo

Chương 4 thiết lập sơ đồ quy trình công nghệ bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống treo xe Ford Transit theo trình tự kỹ thuật khép kín:

Trình tự các bước Nội dung thao tác kỹ thuật Dụng cụ / Thiết bị sử dụng
1. Công tác chuẩn bị Chuẩn bị vị trí xưởng, kiểm tra an toàn thiết bị nâng hạ và trang thiết bị chuyên dụng. Cầu nâng 2 trụ, bộ cờ lê, bộ típ, búa, vòng và còng chẻ, tua vít 2 cạnh và 4 cạnh.
2. Kiểm tra tổng quát và chẩn đoán - Chẩn đoán bằng quan sát: kiểm tra rò rỉ dầu giảm chấn, độ rơ lỏng, xô lệch kết cấu, biến dạng đòn giằng.
- Kiểm tra vận hành: đánh giá độ ồn trong, độ ồn ngoài và độ êm dịu khi xe chạy qua đường xấu.
- Kiểm tra trên bệ thử chuyên dùng.		 Bệ kiểm tra hệ thống treo, thiết bị đo độ rơ.
3. Tháo rời và làm sạch Kê kích xe trên cầu nâng, tháo bánh xe, tháo bu-lông quang nhíp (phun chất chống gỉ/đổ dầu chống kẹt), tháo chốt nhíp, tháo cụm lá nhíp và tháo rời cụm giảm chấn trước/sau. Dụng cụ tháo lắp, máy khoan (khoan đinh tán ri-vê thanh kẹp), chàng tháo đệm lót.
4. Kiểm tra, sửa chữa chi tiết - Đo kiểm độ cong, biến dạng của thanh giằng, thanh ngang.
- Kiểm tra khe hở pít-tông - xy-lanh giảm chấn, kiểm tra độ kín khít cụm van.
- Kiểm tra độ võng tĩnh của nhíp lá, tình trạng rạn nứt bề mặt lò xo.		 Thước đo, thiết bị kiểm tra giảm chấn, dưỡng kiểm.
5. Lắp ráp và cân chỉnh Lắp các cụm chi tiết theo trình tự ngược lại, lắp đúng lực xiết bu-lông quang nhíp, lắp lò xo vào giảm chấn, kiểm tra và căn chỉnh góc nghiêng bánh xe (Camber, Caster, độ chụm). Cờ lê lực, thiết bị kiểm tra góc đặt bánh xe.
6. Nghiệm thu, bàn giao Kiểm tra vận hành thử, hoàn thiện hồ sơ bảo dưỡng kỹ thuật và bàn giao xe. Biên bản kiểm tra kỹ thuật.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu đề ra với những kết quả cụ thể:

  • Làm rõ cơ sở lý thuyết và bản vẽ cấu tạo của hệ thống treo độc lập MacPherson (cầu trước) và hệ thống treo phụ thuộc nhíp lá (cầu sau) trên dòng xe thương mại Ford Transit.
  • Tổng hợp và phân loại chi tiết 24 dạng hư hỏng kỹ thuật điển hình thuộc 3 cụm bộ phận: 13 hư hỏng bộ phận đàn hồi, 9 hư hỏng bộ phận giảm chấn và 2 hư hỏng bộ phận dẫn hướng; xác định rõ nguyên nhân gốc rễ và hậu quả động lực học của từng dạng hư hỏng.
  • Xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ chẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống treo xe Ford Transit gồm 6 giai đoạn rõ ràng, từ chuẩn bị thiết bị (cầu nâng 2 trụ, bộ dụng cụ chuyên dụng), chẩn đoán quan sát/vận hành, đến quy trình tháo - kiểm tra - sửa chữa - lắp ráp và cân chỉnh góc đặt bánh xe.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật định kỳ: kiểm tra xiết chặt bu-lông bắt chân giảm chấn và quang nhíp, tra mỡ định kỳ chống bó kẹt nhíp, kiểm tra độ kín khít của phớt dầu giảm chấn hai lớp vỏ và định kỳ đo kiểm góc nghiêng bánh xe để chống mòn lốp.

Về mặt học thuật và thực tiễn, đề tài đóng góp một tài liệu hướng dẫn kỹ thuật có tính hệ thống, gắn kết giữa lý thuyết kết cấu ô tô và thao tác sửa chữa thực tế tại xưởng cho dòng xe Ford Transit, phục vụ trực tiếp cho hoạt động đào tạo thực hành chuyên ngành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do điều kiện nghiên cứu giới hạn trong phạm vi xưởng thực hành của trường đại học, đề tài chủ yếu tập trung vào các phương pháp kiểm tra cơ học, quan sát thủ công và tháo lắp bằng dụng cụ truyền thống; chưa áp dụng các thiết bị chẩn đoán điện tử chuyên sâu hoặc mô phỏng số dao động động lực học trên các phần mềm chuyên ngành (như Matlab-Simulink, ADAMS/Car).
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu ứng dụng thiết bị kiểm tra góc đặt bánh xe 3D quang học tự động; khảo sát độ bền mỏi của các lá nhíp và lò xo MacPherson theo chu kỳ tải trọng thực tế; nghiên cứu nâng cấp hoặc đối sánh quy trình bảo dưỡng với các hệ thống treo khí nén hoặc hệ thống treo điều khiển điện tử trên các dòng xe thương mại thế hệ mới.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực tham khảo làm đồ án tốt nghiệp, bài tập lớn môn học Kết cấu ô tô, Lý thuyết ô tô và Bảo dưỡng sửa chữa ô tô.
  • Giảng viên bộ môn thực hành ô tô sử dụng làm tài liệu xây dựng giáo trình thực tập xưởng gầm.
  • Kỹ thuật viên, thợ sửa chữa tại các xưởng dịch vụ ô tô cần tài liệu hướng dẫn tra cứu nhanh về nguyên nhân hư hỏng, biện pháp khắc phục và trình tự tháo lắp hệ thống treo xe Ford Transit (đặc biệt là Chương 3 và Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống treo MacPherson ở cầu trước xe Ford Transit lại thiết kế lò xo đặt lệch tâm so với đường tâm giảm chấn?
Trong hệ thống treo MacPherson, giảm chấn chịu tải trọng trực tiếp từ bánh xe nên có xu hướng bị cong nhẹ, sinh ra lực ngang gây ma sát lớn giữa pít-tông và bạc dẫn hướng/thành xy-lanh, dẫn đến tiếng ồn và giảm độ êm dịu. Thiết kế đặt lò xo lệch tâm nhằm tạo ra phản lực ngược chiều để triệt tiêu các lực ngang này, giảm thiểu ma sát và mài mòn.

2. Hệ thống treo sau kiểu nhíp lá trên xe Ford Transit có ưu điểm và nhược điểm kỹ thuật gì?

  • Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, độ cứng vững cao, giá thành thấp, chịu được tải trọng nặng và bản thân nhíp vừa đóng vai trò đàn hồi vừa tham gia dẫn hướng và giảm chấn nhờ ma sát giữa các lá nhíp.
  • Nhược điểm: Trọng lượng phần không được treo lớn, tính êm dịu kém hơn lò xo xoắn, tuổi thọ thấp hơn và khó hấp thụ các dao động nhỏ tần số cao từ mặt đường do nội ma sát giữa các lá nhíp.

3. Cơ chế hoạt động của giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ trong hành trình nén mạnh diễn ra như thế nào?
Khi bánh xe chuyển động nén mạnh về phía khung xe với vận tốc pít-tông vượt giới hạn, áp suất dầu ở khoang dưới (buồng B) tăng cao tới giá trị giới hạn. Lúc này, van giảm tải nén sẽ thắng lực ép của lò xo van để mở rộng cửa lưu thông, cho phép dầu từ buồng B thoát nhanh sang buồng bù C. Cơ chế này giúp khống chế tốc độ gia tăng áp suất dầu, hạn chế sự tăng đột biến của lực cản nén, bảo vệ kết cấu giảm chấn.

4. Hiện tượng bó kẹt nhíp trên xe Ford Transit xuất phát từ nguyên nhân nào và gây ra hậu quả gì?
Hiện tượng bó kẹt nhíp xảy ra khi các lá nhíp bị hết mỡ bôi trơn định kỳ. Hậu quả là làm tăng độ cứng của hệ thống treo sau, khiến xe bị rung xóc mạnh khi đi qua đường xấu, mất tính êm dịu chuyển động, tăng tải trọng động truyền lên thân xe, giảm độ bám đường của bánh xe và làm giảm tuổi thọ làm việc của ống giảm chấn.

5. Danh mục trang thiết bị, dụng cụ tối thiểu cần chuẩn bị để bảo dưỡng hệ thống treo trong khóa luận gồm những gì?
Khóa luận quy định các trang thiết bị chuẩn bị tại Bảng dụng cụ gồm: cầu nâng 2 trụ, bộ cờ lê, bộ dụng cụ típ, búa, vòng và còng chẻ, tua vít 2 cạnh và 4 cạnh, máy khoan (dùng khoan đinh tán ri-vê khi tháo thanh kẹp nhíp), cùng chất chống gỉ/dầu bôi trơn phục vụ tháo bu-lông quang nhíp.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Hữu Hội đã tổng hợp hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết kết cấu hệ thống treo trước kiểu MacPherson và hệ thống treo sau kiểu nhíp lá trên dòng xe Ford Transit. Công trình đã phân tích chi tiết 24 dạng hư hỏng kỹ thuật đặc trưng kèm nguyên nhân và hậu quả động lực học tương ứng. Đồng thời, tác giả đã xây dựng thành công quy trình công nghệ 6 bước cho công tác chẩn đoán, tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa và cân chỉnh hệ thống treo, mang lại giá trị thực tiễn cao cho công tác đào tạo thực hành kỹ thuật ô tô và dịch vụ bảo dưỡng sửa chữa xưởng.