CHƯƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch đang dần bị khan hiếm, cùng với vấn nạn ô nhiễm môi trường từ khí thải của các loại phương tiện giao thông sử dụng xăng, dầu đang là vấn nạn toàn cầu. Vậy nên, xu hướng sử dụng các loại phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu thân thiện với mô trường ngày càng được ưa chuộng, việc sử dụng xe điện thay thế cho xe dùng động cơ đốt trong như một xu thế tất yếu. Những người trẻ thuộc hế hệ Millennials và GenZ (18-34 tuổi) hiện nay chiếm hơn ½ dân số Việt Nam và dự kiến đến năm 2023 người tiêu dùng ở độ tuổi này đóng góp khoảng 40% vào tổng lượng tiêu thụ của Việt Nam.
Đây là những thế hệ trẻ và có xu hướng quan tâm hơn đến các vấn đề bảo vệ môi trường, cho nên họ là những tệp khách hàng tiềm năng cho các loại phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu điện.[1] Nhận thấy được các vấn đề liên quan đến việc giữ gìn môi trường và nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông cá nhân sử dụng điện, nhóm chúng tôi quyết định chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo xe đạp điện khung gỗ”, từ đó nắm rõ hơn về thiết kế cũng như chế tạo được sản phẩm phù hợp với thực tế, tìm hiểu vật liệu gỗ được ứng dụng không chỉ trong đồ nội thất và sự kết hợp hài hòa của gỗ với các loại vật liệu khác. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: thiết kế và chế tạo khung xe đạp điện bằng gỗ, có kết cấu bền vững, phù hợp với nhu cầu đi lại hiện nay của mọi người. - Mục tiêu cụ thể: • Thiết kế được sản phẩm khung xe đạp điện bằng gỗ kết hợp các giải pháp liên kết mới, đáp ứng được sức bền, độ thẩm mỹ cần có trong sản phẩm. Kết hợp các phụ kiện, pin sạc… tối ưu hóa chức năng của xe và khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng.
• Lập hồ sơ thiết kế và quy trình gia công cho sản phẩm. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát các sản phẩm cùng loại được sản xuất trên thị trường - Phân tích lựa chọn loại nguyên vật liệu, công nghệ xử lý nguyên vật liệu từ những ứng dụng liên quan. - Đề xuất mô hình sản phẩm – phân tích kết cấu • Bản vẽ lắp và chi tiết của sản phẩm • Phối cảnh sản phẩm (mô hình 3D) 1 - Lựa chọn giải pháp liên kết giữa các chi tiết, cụm chi tiết - Tính toán bền, các chỉ tiêu kỹ thuật - Tính toán nguyên vật liệu và tính toán công nghệ - Thiết kế lưu trình công nghệ • Bản vẽ các chi tiết của sản phẩm • Biểu đồ gia công sản phẩm • Phiếu công nghệ được thể hiện trên bản vẽ của từng chi tiết • Quy trình lắp ráp và trang sức bề mặt - Tính toán giá thành – biện pháp hạ giá thành sản phẩm - Tiến hành chế tạo mô hình sản phẩm 1. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp khảo sát: • Khảo sát thực trạng, tìm hiểu về các mẫu xe điện có trên thị trường • Khảo sát về thông tin nguyên vật liệu chế tạo - Phương pháp kế thừa: • Kế thừa các nghiên cứu, tài liệu thiết kế xe đạp điện khung gỗ của các tác giả trong và ngoài nước - Phương pháp phân tích, đánh giá: • Dựa trên các tài liệu nghiên cứu, kết quả khảo sát rồi tiến hành phân tích tổng hợp, so sánh để đưa ra phương án thiết kế • Phân tích lựa chọn các phương án để chọn phương án thiết kế phù hợp nhất.
- Phương pháp nội nghiệp: Sử dụng các phần mềm đồ họa như AutoCAD, Inventor, SketchUp… để thể hiện và thiết lập hệ thống bản vẽ, trình bày nội dung trên phần mềm Microsoft Word, thực hiện thống kê trên phần mềm Microsoft Excel và áp dụng một số công thức tính toán bền, các chỉ tiêu kỹ thuật, nguyên vật liệu. - Phương pháp thực nghiệm: thực hiện các khảo sát, thí nghiệm thực tế với nhiều mẫu thử trên mô hình để kiểm chứng, hoàn thiện, bổ sung các giả thuyết đã đưa ra. Phạm vi nghiên cứu 2 Lấy nền tảng từ các môn học chuyên ngành liên quan đến thiết kế, chế biến, sản xuất vật liệu gỗ, nhóm chúng tôi xin giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài “Thiết kế, chế tạo xe đạp điện khung gỗ” lại với phần nghiên cứu chính tập trung vào phần khung xe. - Phạm vi nội dung: • Thiết kế sản phẩm khung xe điện bằng gỗ • Lập hồ sơ bản vẽ 2D, 3D • Chế tạo sản phẩm khung xe điện bằng gỗ - Phạm vi thời gian: Từ ngày 15/03/2024 đến 01/07/2024 - Sản phẩm và vật liệu nghiên cứu: Khung xe điện bằng gỗ làm từ gỗ Độc cần bờ Tây (Western Hemlock) nhập khẩu từ Canada 3 CHƯƠNG 2.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2. Lịch sử hình thành và phát triển của xe đạp Xe đạp được phát minh vào đầu thế kỷ 19, là phương tiện giao thông có lịch sử lâu đời. Tuy nhiên, những mô hình xe đạp đầu tiên xuất hiện từ cuối thế kỷ 18. Đây là một trong những phát minh quan trọng nhất trong quá trình phát triển của phương tiện giao thông vận tải, giúp con người di chuyển, vận chuyển hàng hóa nhanh hơn và tiết kiệm sức lao động.
Cùng với sự phát triển hiện đại, thì xe đạp cũng đã được cải tiến như xe đạp điện, xe đạp trợ lực, xe đạp gấp tiện lợi, … để thuận tiện sử dụng không chỉ trong đời sống hằng ngày mà còn trong các hoạt động thể thao, giải trí. Khởi đầu của xe đạp Những chiếc xe đạp đầu tiên được làm nên từ gỗ nhưng có trọng lượng không nhẹ nên dẫn đến sự bất tiện trong việc sử dụng. Một trong số đó là “Celerifere” được phát minh vào năm 1790 bởi người Pháp Comte Mede de Sivrac. Chiếc xe này có thiết kế hai bánh, không có bàn đạp và người dùng phải đẩy nó bằng chân.
Sau đó, vào năm 1817, ông Karl von Drais người Đức đã cho ra mắt một mô hình xe đạp khác được gọi là Hình 2.1: Mẫu xe đạp Draisine được lưu trữ tại bảo tàng xe hai bánh ở Đức 4 “Draisine”. Những năm 1860, các nhà phát minh đã bắt đầu sử dụng thép để làm giảm trọng lượng xe và tăng tính bền vững. Năm 1865, ông Pierre Michaux ở Pháp đã pháp minh ra loại xe đạp mới có khung xe bằng thép và hai bánh trước sau cùng một tay lái được gọi là “velocipede”. Nhưng chiếc xe này vẫn khá nặng và khó điều khiển.2: Kiểu dáng xe đạp đầu tiên Tiếp theo, trong những năm 1870, xe đạp mới có tên là “penny-farthing” với loại bánh trước lớn hơn bánh sau và tay lái cao hơn xuất hiện.
Loại xe đạp này cho phép người lái đi nhanh hơn.3: Xe đạp đặc trưng với bánh trước to hơn bánh sau 2. Sự phát triển của xe đạp trong thế kỷ XIX và trong cuộc cách mạng công nghiệp 5 Đến những năm 1880, xe đạp dần trở nên phổ biến hơn và các công ty sản xuất xe đạp bắt đầu phát triển. Các mẫu mã được cải tiến hơn, hệ thống phanh và truyền động được thêm vào góp phần tăng hiệu suất và độ phổ biến của xe đạp trong cuộc sống.4: Những cải tiến mới của xe đạp Một trong những cải tiến quan trọng là sử dụng thép để làm khung xe đạp, thay cho gỗ hay sắt. Ngoài ra, bộ truyền động và hệ thống phanh cũng được cải tiến để người điều khiển được tốc độ của xe dễ dàng hơn, ngừng xe một cách an toàn.
Thiết kế của bánh xe cũng được thay đổi và sử dụng lốp bơm hơi để giúp xe đi êm ái, giảm thiểu rung chấn và sức cản. Trong thời đại công nghiệp hóa, xe đạp đóng một vai trò quan trọng: - Vận chuyển: Xe đạp trở thành phương tiện vận chuyển phổ biến và tiện lợi. Với tốc độ trung bình 20km/h thì giúp việc vận chuyển nhanh chóng và đỡ tốn thời gian hơn. Chi phí sửa chữa bảo trì cũng không cao.
- Giải trí và thể thao: Với những người có phong cách sống năng động và khỏe mạnh thì xe đạp là phương tiện giải trí và thể thao phổ biến, các hoạt động như đạp xe địa hình, đua xe đạp… đã trở thành những hình thức được ưa chuộng trên toàn thế giới. - Kinh tế: Việc sản xuất xe đạp còn là một nền kinh tế lớn, bán lẻ và bảo trì xe đạp cũng đã tạo ra nhiều việc làm cho nhiều người. - Môi trường: Xe đạp là phương tiện di chuyển xanh, không tiếng ồn, không khói bụi, khí thải gây hại. Việc đi xe đạp cũng góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và tác động của con người đến môi trường sống.
Xe đạp trong thời đại hiện nay Với tình trạng ùn tắc giao thông và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng thì nhiều người đã chọn xe đạp là phương tiện di chuyển trong thành phố. Cho nên, các xu hướng 6 cải tiến các loại xe và công nghệ mới ngày càng được ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất xe đạp. Một số sản phẩm có thể kể đến như: - Xe đạp điện: Xu hướng sử dụng xe đạp điện đang dần được phổ biến hơn trên thế giới. Xe đạp điện được tạo ra từ những năm cuối thế kỷ 19 và chiếc xe đạp điện của Ogden Bolton Jr đã được chính phủ Hoa Kỳ cấp bằng sáng chế đầu tiên vào ngày 31 tháng 12 năm 1895.
Năm 1987, cũng tại Mỹ, Hosea W. Libbey đã dăng ký mẫu xe điện của riêng ông, với động cơ có hiệu suất gấp đôi sơ với phiên bản đầu tiên và được thiết kế nằm trong trung tâm trục bánh xe.5: Xe đạp điện Ở Việt Nam, theo Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA), năm 2018 có gần 500.000 xe điện hai bánh được bán ra, tăng 30% so với năm 2017 và xe đạp điện đến từ thị trường Trung Quốc và Nhật Bản chiếm thị phần lớn. Một số thương hiệu nổi tiếng có thể nhắc tới như Asama, Ambike, Vnbike, … Trải qua nhiều giai đoạn hình thành và phát triển, xe đạp điện dần được cải thiện hơn. Đặc biệt là về phần pin thay thế cho ắc-quy, các loại pin mới được sử dụng như pin NiMH, NiCd hoặc pin Li-ion có trọng lượng nhẹ hơn, dung lượng cao hơn.
Nhờ các đặc tính trên, những loại pin này có thời gian tích điện dài hơn, độ bền cũng cao hơn. - Xe đạp gấp: Là lựa chọn phổ biến của người dân di chuyển trong thành phố và cần di chuyển bằng phương tiện công cộng. Thiết kế gọn nhẹ nên xe có thể được gấp lại và mang theo lên tàu điện hoặc xe bus.