Đặt vấn đề Hiện nay, vấn đề an toàn khi vận hành xe tải nói chung và xe chuyên dùng nói riêng đang được mọi người rất quan tâm, đặc biệt là sơmi rơ-moóc chở xăng. Khi sơmi rơ-moóc chở xăng chuyển động trên đường đang chở nhiên liệu trong xi-téc, tùy thuộc vào khối lượng hay thể tích nhiên liệu chứa trong xi-téc mà mức độ ổn định của xe sẽ khác nhau và mức độ an toàn của xe cũng khác nhau. Động học của chất lỏng chứa bên trong xi-téc sẽ làm giảm khả năng ổn định của sơmi rơ-moóc chở xăng. Vì vậy, thiết kế và sản xuất xi-téc như thế nào để đảm bảo tính ổn định của sơmi rơ-moóc chở xăng là vấn đề cần được quan tâm đúng mức, và cần được giải quyết.
Động học của chất lỏng chứa bên trong xi-téc sẽ làm giảm khả năng ổn định của sơmi rơ-moóc chở xăng. Động học của chất lỏng chứa bên trong xi-téc phụ thuộc rất lớn đến hình dạng và số lượng vách ngăn bên trong xi-téc chứa. Các vách ngăn nếu được thiết kế và lắp đặt đúng sẽ nâng cao tính nâng ổn định khi xe chuyển động, phanh và quay vòng. Đề tài nghiên cứu này tập trung phân tích các dao động của chất lỏng bên trong xi-téc tương ứng với từng trường hợp cụ thể của các vách ngăn theo chuyển động dọc.
Dựa vào phương trình Navier-Stokes kết hợp với phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Ansys Fluent để chúng ta có thể phân tích được xu hướng chuyển động của chất lỏng cũng như tầm ảnh hưởng của từng kiểu vách ngăn khác nhau đến việc triệt tiêu dao dộng sinh ra bởi chất lỏng khi xe chuyển động. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi giới hạn về thời gian, nguồn lực và yêu cầu của luận văn thạc sĩ, đề tài này chỉ giới hạn nghiên cứu như sau: - Đối tượng nghiên cứu: Sơmi rơ-moóc và xi téc: KCT G43-BX40-02 1 Nhãn hiệu : KCT G43-BX40-02 Số chứng nhận : 0090/VAQ09 - 02/16 – 01 Loại phương tiện : Sơ mi rơ moóc xi téc (chở xăng) Năm bắt đầu sản xuất : 2016 Cơ sở sản xuất : Công ty cổ phần thương mại cơ khí Tân Thanh Địa chỉ : Khu phố 4, Trường Sơn, Quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh Thông số chung: Trọng lượng bản thân : 9415 kG Phân bố : - Mâm kéo : 2175 kG - Trục sau : 7240 kG Tải trọng cho phép chở : 29600 kG Trọng lượng toàn bộ : 39015 kG Kích thước xe : Dài x Rộng x Cao : 11050 x 2500 x 3980 mm Khoảng cách trục: 6620 + 1310 + 1310 mm Số trục 3 Vết bánh xe sau: 1840 mm Cỡ lốp : Lốp trước / sau: 11R22.5 Hệ thống phanh : Phanh trước / Dẫn động: / Phanh sau / Dẫn động: Tác động lên bánh xe trục 2, 3, 4/Tự hãm Phanh tay / Dẫn động: Tang trống/Khí nén Kích thước bao xi téc: 10500/10200 x 2500 x 1960 mm; - Xi téc chứa xăng (thể tích 40000 lít, khối lượng riêng 0,74 kg/lít); - Chốt kéo nhãn Ghi chú : hiệu JOST model KZ 1012/10/08; - Hàng năm, giấy chứng nhận này được xem xét đánh giá 2 Hình 1.1: Đối tượng nghiên cứu 3 GHI CHÚ KỸ THUẬT: - Xi-téc thiết kế có mặt cắt ngang là hình elip (2500x1960 mm) và có chiều dài là 10500 mm. - Toàn bộ vật liệu chế tạo xi téc là SS400.
Xi-téc có chiều dày vỏ thân, mặt đầu và vách ngăn là 4 mm. Thân xi-téc phải được hàn bền chắc, kín. Mặt ngoài phải được sơn bảo vệ. Kích thước không vượt quá giới hạn cho phép quy định trong an toàn giao thông.
- Chiều cao mối hàn = 5 (mm), bảo đảm chắc chắn, ngấu đều. - Làm sạch các bề mặt trước khi hàn. - Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về sơmi rơ-moóc chở xăng G43-BX40-02. Nghiên cứu vách ngăn xi-téc để nâng cao tính năng động lực học của sơmi rơ-moóc chở xăng theo chuyển động dọc.
Tìm hiểu ứng dụng phần mềm Ansys Fluent trong nghiên cứu các tính năng của sơmi rơ-moóc chở xăng. Ứng dụng phần mềm Ansys Fluent, tiến hành mô phỏng, đánh giá, phân tích các tính năng hoạt động của sơmi rơ-moóc chở xăng. Mục tiêu nghiên cứu Ở nước ta số lượng xe chuyên dùng nói chung và sơmi rơ-moóc chở xăng nói riêng đang vận hành rất nhiều và trong tương lai càng phát triển mạnh hơn. Tuy nhiên tất cả các xe này chỉ dựa trên kinh nghiệm thực tiễn để phát triển các loại xi-téc dùng trong từng lĩnh vực khác nhau.
Điều này dẫn đến các rủi ro trong quá trình vận hành và khó khăn trong quá trình sửa chữa, cải tạo xi-téc. Vì vậy, trong phạm vi luận văn này sẽ giải quyết vấn đề cơ sở lý thuyết cho các loại xe chuyên dùng trong đó có sơmi rơ-moóc chở xăng. Chúng ta sẽ tập trung giải quyết vấn đề dao động gây ra bởi chất lỏng trong xi-téc chứa khi xe vận chuyển trên đường. Thông qua phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Ansys Fluent, chúng ta sẽ có các kết quả từ các mô phỏng tương ứng với các điều kiện ban đầu.
Từ các kết quả trên 4 chúng ta sẽ biết được và lựa chọn vách ngăn xi-téc thích hợp nhất, đảm bảo tính ổn định của xe khi vận hành. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu vách ngăn xi-téc để nâng cao tính năng động lực học của sơmi rơ- moóc chở xăng theo chuyển động dọc. - Trình bày các mô hình tính toán mà Ansys Fluent có để đánh giá, phân tích các tính năng động lực học của sơmi rơ-moóc chở xăng. - Tiến hành mô phỏng động lực học sơmi rơ-moóc chở xăng với các mô hình tính toán phù hợp.
- Phân tích các kết quả tính toán mô phỏng từ đó lựa chọn kết cấu vách ngăn xi-téc phù hợp. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong sơmi rơ-moóc chở xăng, dù chỉ một chuyển động nhỏ của xe cũng làm cho bề mặt chất lỏng bên trong xi-téc có những dao động lớn. Vấn đề này thường thấy trong xe chở xăng, dầu, các xi-téc chứa nhiên liệu của máy bay, tàu thủy.
Trong sơmi rơ-moóc chở xăng, khi chở một phần chất lỏng trong xi-téc thì động năng đáng kể chuyển tải từ mặt phẳng chuyển động lắc qua mặt phẳng chuyển động lên xuống của xe. Việc chuyển tải động năng khi xe chuyển động ảnh hưởng rất lớn đến các xe xi-téc hạng nặng. Độ lớn của các chuyển động trong xi-téc phụ thuộc nhiều yếu tố liên quan đến kết cấu xe, thiết kế của xi-téc chứa và kiểu chuyển động của xe. Độ lớn của các chuyển động trong xi-téc có thể được gây ra bởi xe khi phanh, quay vòng hay chuyển làn đường.
Một đánh giá về tai nạn xe cộ ở Mỹ và Canada tiết lộ rằng xe tải nặng chiếm 28%, xe khách chiếm 19%. Tai nạn trên xa lộ liên quan đến các xe hạng nặng là nguyên nhân đáng kể về thiệt hại tài sản, tính mạng con người và thiệt hại về môi trường khi hóa chất dễ cháy, độc hại. Nghiên cứu của Ranganathan [1] cũng cho biết có hơn 15000 xe tải thương mại mỗi năm ở Mỹ và khoảng 62,67% xe xi-téc semi. 5 Tính chất ổn định của xe xi-téc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như là hình dạng của xi- téc chứa, tọa độ trọng tâm, mực chất lỏng chứa trong xi-téc, thiết kế để giảm va đập của chất lỏng trong xi-téc … Phần lớn các nghiên cứu đã tập trung vào tính ổn định của xe xi- téc khi chất lỏng trong xi-téc chưa điền đầy, trong khi chỉ có một vài báo cáo về sự thay đổi tải trọng khi phanh và trong quá trình quay vòng.
Những nghiên cứu này chủ yếu dựa trên các giải pháp tĩnh kineto của chất lỏng không nhớt, nghiên cứu này không đặc trưng cho các lực và moment gây ra bởi các chuyển động của chất lỏng. Hơn nữa, nó cũng không đánh giá được tác dụng của các vách ngăn trong việc giảm các dao động của chất lỏng trong xi-téc. Các vách ngăn trong xe xi-téc có tác dụng hạn chế việc chuyển tải lực dọc khi phanh và khi vừa phanh vừa quay vòng. Hiệu quả phanh sẽ cao khi sử dụng các vách ngăn.
Chỉ có một số ít nghiên cứu đã cố gắng để nghiên cứu hiệu quả của các thiết bị chống va đập của chất lỏng trong xi-téc dưới tác dụng của các lực và moment. Hiệu quả của các vách ngăn phụ thuộc vào việc thiết kế kiểu vách ngăn như thế nào, số lượng vách ngăn và vị trí vách ngăn trong xi-téc. Các ảnh hưởng của các yếu tố như động lực học của chất lỏng trong xi-téc chứa và moment, tuy nhiên vẫn chưa được nghiên cứu. Điều này một phần là do sự phức tạp liên quan đến mô hình tính toán CFD với chất lỏng phi tuyến.
Những năm gần đây phương pháp CFD được sử dụng để nghiên cứu sự chuyển động của chất lỏng trong xi-téc khi chưa được điền đầy [2]. Trong khi một số mô hình CFD hai và ba chiều nghiên cứu về tác động của chuyển động chất lỏng trong xi-téc, chỉ có hai nghiên cứu đã khám phá vai trò của vách ngăn [3,4]. Luận văn này nghiên cứu tập trung vào việc phân tích các dao động của chất lỏng trong xi-téc với các thiết kế khác nhau của vách ngăn. Một mô hình ba chiều của một chiếc xe xi-téc khi chưa điền đầy chất lỏng trong xi-téc được xây dựng để nghiên cứu trạng thái ổn định của xe cũng như lực dọc và moment khi xe tăng tốc.
Các mô hình chuyển động của chất lỏng được xây dựng cho các thiết kế và bố trí khác nhau của vách ngăn. Ý nghĩa khoa học - Vận dụng phần mềm số vào nghiên cứu khoa học. 6 - Từ những thông số ban đầu thông qua chương trình mô phỏng đánh giá được tính năng hoạt động của sơmi rơ-moóc chở xăng. - Phân tích kết quả cho biết sự ảnh hưởng các thông số ban đầu ảnh hưởng như thế nào tới khả năng động lực học của sơmi rơ-moóc chở xăng, qua đó điều chỉnh cho hợp lý, cung cấp thông tin cho việc thiết kế kỹ thuật.
Ý nghĩa thực tiễn - Đánh giá được tính năng động lực học của sơmi rơ-moóc chở xăng, là cơ sở để đánh giá những sản phẩm tương tự trên thị trường. - Cung cấp những thông tin cần thiết như về tính năng động lực của sơmi rơ-moóc chở xăng, cũng là cơ sở để đánh giá hiệu quả sử dụng của sơmi rơ-moóc chở xăng. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Sử dụng những mô hình phân tích đã tích hợp sẵn trong phần mềm. Tìm hiều những thông số cần thiết để tạo mô hình mới dựa trên cái đã có.