MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nƣớc ta đang tiến hành công nghiệp hóa và hiện đại hóa với mục tiêu phấn đấu đƣa Việt Nam trở thành nƣớc công nghiệp. Đã có nhiều chính sách mở cửa đầu tƣ thu hút vốn đầu tƣ trong và ngoài nƣớc nhằm phát triển các ngành công nghiệp. Trong đó phát triển ngành công nghiệp ô tô đƣợc quan tâm sâu sắc, có khả năng đáp ứng nhu cầu thị trƣờng trong nƣớc và hơn thế là vƣơn ra khu vực và thế giới. Hiện nay, các doanh nghiệp trong nƣớc đang cố gắng tăng tỉ lệ nội địa hóa nhằm góp phần giảm giá thành phẩm sản phẩm, tăng công ăn việc làm cho lao động trong nƣớc.
Các công ty trong nƣớc thƣờng nhập xe satxi từ nƣớc ngoài về dựa trên cơ sở đó tiếp tục hoàn thiện phần khung vỏ và hoàn thiện nội ngoại thất phù hợp với nhu cầu, điều kiện sủ dụng trong nƣớc. Trong kết cấu ô tô khách, kết cấu khung xƣơng đóng vai trò hết sức quan trọng, là nơi chứa hành khách, lái xe và hành khách, có ảnh hƣởng trực tiếp đến độ bền vững, dao động và độ an toàn của thân xe. Tuy nhiên từ trƣớc tới nay việc tự động hóa quá trình thiết kế còn hạn chế làm cho kết cấu của khung ô tô khách chƣa hợp lí (Khối lƣợng lớn, sức bền và độ cứng còn chƣa đồng đều,…vv) và thời gian thiết kế kéo dài. Với việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách” hi vọng sẽ khắc phục đƣợc một phần các khiếm khuyết trên.
Đề tài đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của Thầy PGS. TS Nguyễn Văn Bang, tại trƣờng Đại học Giao Thông Vận Tải. Trong qua trình nghiên cứu học viên không tránh khỏi sai xót, rất mong nhận đƣợc sự chỉ vảo từ tất cả Quý thầy. Xin trân trọng cảm ơn! 1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Sự cần thiết của đề tài Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, các ngành kinh tế làm cho mức sống đƣợc nâng lên, nhu cầu đi lại, vận chuyển lại càng đƣợc quan tâm hoàn thiện không ngừng. Trong các loại phƣơng tiện giao thông hiện đang đƣợc sử dụng trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam thì phƣơng tiện giao thông đƣờng bộ mà đặc biệt ôtô là loại phƣơng tiện đƣợc sử dụng phổ biến nhất, do nó có nhiều ƣu điểm hơn so với các loại khác: Cơ động, giá thành rẻ, nhanh gọn. Nhu cầu sử dụng phƣơng tiện tập thể là rất lớn, nhƣ vận chuyển ô tô khách liên tỉnh, vận chuyển hành khách cho các công ty xí nghiệp và trƣờng học,. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu của xã hội, các doanh nghiệp trong nƣớc không ngừng nâng cao chất lƣợng và số lƣợng phƣơng tiện (Ô tô khách) theo yêu cầu và mục đích sử dụng của khách hàng.
Do hạn chế về kỹ thuật ô tô trong nƣớc hiện nay nên ô tô khách thƣờng đƣợc nhập khẩu nguyên chiếc hoặc nhập phụ kiện từ các hãng nƣớc ngoài về lắp ráp, tỉ lệ nội địa hóa thấp dẫn đến giá thành còn cao. Việc chế tạo khung vỏ ô tô khách trong nƣớc góp phần đáng kể vào việc tăng tỉ lệ nội địa hóa của các ô tô khách sản xuất và lắp ráp trong nƣớc, góp phần giảm giá thành phẩm, tăng công ăn việc làm trong nƣớc. Tuy nhiên từ trƣớc tới nay việc tự động hóa quá trình thiết kế còn hạn chế làm cho kết cấu của khung ô tô khách chƣa hợp lí (Khối lƣợng lớn, sức bền và độ cứng còn chƣa đồng đều,…vv) và thời gian thiết kế kéo dài. Với việc thực hiện đề tài này hi vọng sẽ khắc phục đƣợc một phần các khiếm khuyết trên, ngoài ra làm tài liệu trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học.
Những vấn đề chung về quá trình thiết kế khung ô tô khách Ngành công nghiệp ô tô hiện nay ngày càng thay đổi mạnh mẽ về kết cấu nhằm đáp ứng những nhu cầu vận chuyển, đi lại của con ngƣời bên cạnh đó yếu tố an toàn, giá thành cũng đƣợc hết sức quan tâm. Trong kết cấu ô tô khách, khung vỏ là bộ phận hết sức quan trọng dùng để chứa lái xe, hành khách và hàng hóa. Việc thiết kế khung ô tô phải hợp lí về hình dạng, khí động lực học, tính thẩm mĩ cao, đảm bảo độ bền vững, chống rung ồn mang tới cảm giác an toàn, thoải mãi cho lái xe và hành khách. 2 Quá trình thiết kế khung ô tô khách trong nƣớc thƣờng dựa trên các thiết kế đã có sẵn của nƣớc ngoài, việc thiết kế giảm trọng lƣợng và tính toán độ bền vững thƣờng dựa trên các khung ô tô này sau khi đƣa vào sản xuất và lắp ráp.
Hai quy trình này không diễn ra đồng dẫn tới việc khung ô tô khách trong nƣớc khối lƣợng lớn, độ bền không đồng đều, tính kinh tế chƣa cao và thời gian thiết kế còn dài,… Do đó đòi hỏi phải có một liên kết giữa hai quy trình này nhằm giảm thiểu các khiếm khuyết trên. Hiện trạng nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1. Nghiên cứu trong nƣớc Ở Việt Nam, các hƣớng nghiên cứu thiết kế cải tiến, tối ƣu hóa khung xƣơng ô tô khách chủ yếu tập trung tính toán mô phỏng trạng thái bền, tính ổn định và tính năng an toàn bị động của ô tô (Khi sảy ra va chạm) hoặc tính bền trên cơ sở các xe ô tô khách đã đƣợc đƣa vào sản xuất. Một số đề tài tốt nghiệp thực hiện thiết kế khung xƣơng ô tô khách dựa trên thiết kế đã có sẵn của các hãng nƣớc ngoài mà không cần tính toán bền cho khung xƣơng.
Việc nghiên cứu quá trình tự động hóa thiết kế khung xƣơng ô tô khách vẫn chƣa đƣợc thực hiện, hiện tại cũng chƣa thấy một công trình nghiên cứu hay bài báo cáo khoa học nào liên quan đƣợc công bố. Do vậy, việc nghiên cứu góp phần tăng tỉ lệ nội địa hóa ô tô khách sản xuất và lắp ráp trong nƣớc, đảm bảo độ bền vững, giảm giá thành phẩm và thời gian thiết kế là hết sức cần thiết. Nghiên cứu ngoài nƣớc Nghiên cứu thiết kế khung xƣơng ô tô là khâu nghiên cứu quan trọng không thể thiếu trong việc nghiên cứu thiết kế ô tô. Trên thế giới việc nghiên cứu tính toán lý thuyết cũng nhƣ tiến hành thử nghiệm để thiết kế và hoàn thiện khung xƣơng ô tô khách đã đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
Việc thử nghiệm đối với khung xƣơng ô tô khách thƣờng đƣợc tiến hành tại các nhà máy, cơ sở nghiên cứu của các hãng ô tô lớn trên thế giới do chi phí cho việc này rất cao. Vì vậy, các tác giải thƣờng tập trung vào việc tìm kiếm các phƣơng pháp, công cụ thiết kế và mô hình hóa kết cấu khung xƣơng ô tô khách để nghiên cứu tính toán kết cấu và đƣa ra phƣơng pháp thiết kế tối ƣu. Các hƣớng nghiên cứu đƣợc thực hiện qua các đề tài nhƣ: 3 - Nghiên cứu ảnh hƣởng của cửa sổ, độ cứng của khung xƣơng và vỏ đến độ bền vững của xe ô tô khách của Josifina Falck [5]. - Nghiên cứu ứng dụng máy tính vào việc thiết kế khung xƣơng xe ô tô khách của Hussein, Hussein MA; Harrich Alexader [6].
Các kết quả nghiên cứu của các tác giả nƣớc ngoài đã tƣơng đối hoàn thiện, tuy nhiên đó là nghiên cứu bản quyền của các công ty hoặc chƣa đƣợc công bố rộng rãi, sâu sắc nên cần phải có những nghiên cứu riêng về vấn đề này. Xác định mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu - Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách sản xuất lắp rắp tại Việt Nam bằng cách sử dụng dụng các phần mềm Ansys và Catia. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong thiết kế sản xuất, lắp ráp khung xƣơng ô tô khách trong nƣớc và dùng làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học. - Đối tƣợng nghiên cứu: + Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là khung xƣơng ô tô khách chịu tải ½ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam.
+ Những phần mềm ứng dụng, sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài và các vật liệu gán vào kết cấu khung xƣơng ô tô khách để thực hiện nghiên cứu. - Phạm vi nghiên cứu: Thực hiện tự động hóa quá trình thiết kế kết cấu và tính toán bền khung xƣơng để hợp lí hóa về kết cấu, về khối lƣợng, về độ bền, về độ cứng của khung ô tô khách phù hợp với điều kiện công nghệ trong nƣớc. Đề xuất các kết quả ngiên cứu có khả năng ứng dụng vào việc chế tạo khung xƣơng ô tô khách tại các nhà máy sản xuất lắp ráp trong nƣớc. - Phƣơng pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu kết hợp, gồm các bƣớc sau: + Nghiên cứu lý thuyết: Xây dựng mô hình 3D khung xƣơng ô tô khách bằng phần mềm Catia, sử dụng lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng và tính toán bền khung xƣơng ô tô khách đã thiết kế.
4 + Nghiên cứu mô phỏng: Trên cơ sở phân tích kết quả mô phỏng tiến hành đánh giá và tối ƣu hóa thiết kế, từ đó đƣa ra đƣợc quy trình thiết kế khung xƣơng ô tô khách hợp lý. Kết luận chƣơng 1 1. Phân tích đƣợc tình hình nghiên cứu thiết kế khung xƣơng ô tô khách trong nƣớc. Từ đó đƣa ra mục tiêu nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu.
Đƣa ra phƣơng pháp tính toán thiết kế và ứng dụng các phần mềm vào quá trình tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách. Phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng thu đƣợc. Từ đó tối ƣu hóa khung xƣơng ô tô khách theo yêu cầu đặt ra. 5 CHƢƠNG II SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS VÀ CATIA TRONG THIẾT KẾ KHUNG XƢƠNG Ô TÔ KHÁCH 2.
Giới thiệu các phần mềm Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp cơ khí ô tô thì việc ứng dụng các phần mềm thiết kế, tính toán bền vào việc chế tạo, sản xuất và lắp ráp các sản phẩm là rất quan trọng. Các phần mềm này không những mô phỏng một các gần đúng các mô hình thực tế cần chế tạo mà còn giúp tối ƣu hóa đƣợc một số kết cấu không cần thiết, giảm đƣợc chi phí sản xuất, giảm đƣợc các công đoạn kiểm tra đánh giá.