XE MÔ TÔ BA BÁNH CHỞ RÁC CHẠY BẰNG
HAI NHIÊN LIỆU LPG/XĂNG
LPG/GASOLINE THREE-WHEEL MOTORCYCLE FOR SOLID WASTE
TRANSPORTATION
BÙI VĂN GA – LÊ VĂN TUỴ – HUỲNH BÁ VANG
Đại học Đà Nẵng
TRẦN ĐẠI HIẾU
Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế
TÓM TẮT
Trên cơ sở phân tích các phương án truyền động khác nhau của xe mô tô ba bánh bài báo đề xuất hệ
thống truyền động động lực mới cho kiểu xe này. Xe được cải tạo từ xe gắn máy hai bánh 110cc chạy
bằng hai nhiên liệu LPG/xăng. Ưu điểm của xe là gọn nhẹ, bán kính quay vòng thấp, hoạt động ổn định
trên các điều kiện đường sá khác nhau, ít gây ô nhiễm... do đó xe có thể hoạt động thuận lợi trong các
đường hẻm của thành phố.
ABSTRACT
Based on the analysis of different power drive systems of three-wheel motorcycles, this paper suggests
a new design for this kind of vehicle. The vehicle is transformed from a 110cc two-wheel motorcycle
running on bifuel LPG/gasoline. Its advantages include compactness, small turning radius, kinetic
stabilization in different road conditions, little pollution...; as a result, the vehicle can operate
conveniently in urban narrow alleys.
1. Giới thiệu
Việc thu gom rác tại Thành phố Đà Nẵng trong những năm gần đây được cải thiện
nhiều nhờ sự tăng cường cơ sở vật chất và tổ chức tốt hệ thống thu gom rác [3]. Hiện tại trên
các đường phố chính của Đà Nẵng đều được đặt các thùng rác tiêu chuẩn. Công ty Môi trường
Đô thị (URENCO) Đà Nẵng có 68 xe thu gom rác cơ giới lớn (16 tấn, 10 tấn, 7 tấn, 5 tấn và 3
tấn), 120 xe kéo rác thủ công (xe ba gác đạp và kéo bằng sức công nhân) để vận chuyển thùng
rác trên đường đến các trạm nén ép rác. Trên toàn thành phố Đà Nẵng có khoảng 4000 thùng
rác cố định (loại thể tích 240 lít và 660 lít). Hiện nay có 3 trạm nén ép rác được URENCO sử
dụng làm trạm trung chuyển tại chợ Đống Đa, công viên (đường Nguyễn Tri Phương) và
đường Phan Thành Tài (hình 3). Theo kế hoạch, sẽ có 17 trạm nén ép rác tương tự được xây
dựng trên địa bàn thành phố. Phương thức thu gom rác tại Đà Nẵng được thực hiện như sau:
- ở những khu vực đã có trạm trung chuyển:
Rác từ các hộ dân được bỏ vào các thùng rác đặt
trên đường (đối với đường hẻm) hay bỏ lên thùng rác đặt
trên xe ba gác (đối với đường xe ba gác có thể vào được) sau
đó công nhân URENCO đạp xe rác đến các trạm trung
chuyển. Ở đây rác được ép lại vào các thùng 10 tấn để các xe
tải chở lên đổ ở bãi rác Khánh Sơn.
- ở những khu vực chưa có trạm trung chuyển:
Rác từ các hộ dân được thu gom bởi các xe ba gác
hoặc bỏ vào các thùng rác đặt trên đường. Sau đó các xe ép
rác đến thu gom các thùng rác và trực tiếp chở đi đổ ở bãi
rác Khánh Sơn.
Với phương thức thu gom rác trên đây, việc vận
chuyển thùng rác từ các vị trí đặt trên đường đến các
trạm trung chuyển đóng vai trò quan trọng. Trong
Hình 1: Vận chuyển rác bằng xe ba
gác đạp
tương lai, khi mạng lưới 17 trạm nén ép rác của Thành phố đi vào hoạt động, các xe tải ép rác
không còn đi lấy rác dọc đường mà chỉ vận chuyển các thùng rác đã được nén ép sẵn từ các
trạm trung chuyển lên Khánh Sơn. Do đó, tất cả các thùng rác dọc đường hay trong ngõ hẻm
đều do công nhân đạp hay kéo đến các trạm trung chuyển. Việc làm này đòi hỏi người công
nhân phải bỏ ra sức lực rất nhiều (hình1). Sự cố gắng quá sức trong khi thu nhập còn khiêm
tốn, người công nhân không có điều kiện vật chất bù đắp lại sức lao động đã bỏ ra. Vì vậy
phương án thu gom và vận chuyển rác tại Đà Nẵng có hiệu quả trước mắt nhưng không phải
là phương án bền vững lâu dài nếu không cơ giới hóa việc vận chuyển các thùng rác thay cho
sức lực công nhân. Nghiên cứu chế tạo ra một kiểu xe kéo rác cơ giới phù hợp để hỗ trợ cho
URENCO là cần thiết.
2. Yêu cầu của xe chở rác
Xe kéo rác mới trước hết phải sử dụng sức động cơ thay thế sức người. Mặt khác nó
phải chạy êm, ít gây ồn và ít gây ô nhiễm môi trường. Với các yêu cầu đó, sử dụng kiểu xe
kéo rác chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG là phù hợp. Thật vậy, khi chuyển xe gắn máy
chạy bằng xăng sang xe gắn máy chạy bằng LPG, mức độ phát thải ô nhiễm của nó có thể
giảm đến 80% [1], [6]. Việc chuyển đổi hệ thống nhiên liệu được thực hiện dễ dàng nhờ bộ
phụ kiện GA-7 có sẵn (hình 2) [4].
Xe kéo rác phải đảm bảo được sức chở tương đương với
xe ba gác hiện nay. Thùng xe phải đặt được một thùng rác 660
lít hay hai thùng rác 240 lít. Thùng rác 660 lít có kích thước dài
1200mm, rộng 600mm, cao 1230mm, khối lượng định mức của
thùng khi đầy tải là 324kg. Thùng rác 240 lít có kích thước dài
540mm, rộng 720mm, cao 1000mm, khối lượng định mức của
thùng khi đầy tải là 120kg. Vì vậy thùng xe tối thiểu phải có
chiều dài 1200mm và rộng 720mm. Tải trọng toàn bộ xe khi
đầy tải là 450kg. Xe phải có bán kính quay vòng nhỏ để có thể
hoạt động trong điều kiện đường hẻm. Giá thành xe phải thấp.
Với yêu cầu này thì phương án cải tạo xe gắn máy hai bánh
thành xe mô tô 3 bánh, tận dụng tối đa các cụm chi tiết có sẵn
là tối ưu nhất. Vấn đề là chọn phương án cải tạo nào hợp lý
nhất. Các phương án thông thường trong cải tạo xe gắn máy
hai bánh thành xe mô tô ba bánh được trình bày trên hình 3a,c.
Đơn giản nhất là phương án xe lôi (hình 3a) trong đó chỉ cần
lắp một khớp quay hai phương lên yên xe (hình 3b) để kéo rơ
moóc. Tuy nhiên phương án này làm chiều dài cơ sở của xe gia
tăng, không phù hợp với yêu cầu đối với xe chở rác chạy trong đường hẻm. Phương án thứ hai
là cắt phần đuôi xe và hàn cứng thùng xe vào khung (hình 3c). Phương án này có thể rút ngắn
chiều dài cơ sở của xe nhưng phải chọn phương án dẫn động bánh xe phù hợp để dễ vận hành
và đảm bảo điều kiện ổn định của xe trên các địa hình khác nhau.
a. b. c.
Hình 3: Các kiểu cải tạo xe gắn máy hai bánh thành mô tô ba bánh
Hình 2: Bộ chế hòa khí cho xe
gắn máy hai nhiên liệu
LPG/xăng với bộ phụ kiện
GA
-
7
3. Phương án truyền động cho xe mô tô ba bánh chở rác
Với yêu cầu về tải trọng trên đây, trên cơ sở phân tích các chủng loại xe gắn máy hai
bánh phổ biến trên thị trường, chúng tôi chọn loại động cơ 110cc để lắp trên xe kéo rác. Mặc
dù có nhiều hãng sản xuất loại động cơ này nhưng nói chung hình dạng và kích thước bao
ngoài (liên quan đến vấn đề lắp đặt) không khác nhau mấy (hình 4). Khối lượng toàn bộ cụm
động cơ, ly hợp, hộp số khoảng 22 kg.
Phương án 1: Đặt động cơ bên cạnh thùng xe
Phương án này có ưu điểm là rút ngắn được
chiều dài xích truyền động và chiều dài cơ sở của
xe nhưng phải chế tạo hoàn toàn khung xe (hình 5).
Khi xe được dẫn động một phía với khoảng cách
hai bánh xe sau lớn, mối quan tâm hàng đầu là tính
ổn định của xe trong các điều kiện chuyển động
khác nhau: đứng yên, chuyển động trên dốc (đường
có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang), quay
vòng hoặc phanh... Trong những điều kiện chuyển
động phức tạp như vậy, xe phải giữ được quỹ đạo
chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không
bị trượt hoặc thùng xe không bị nghiêng, cầu xe
không bị quay lệch trong giới hạn cho phép để cho
xe chuyển động an toàn. Dưới đây là kết quả tính
toán tính ổn định của xe trong trường hợp chạy trên
đường phẳng.
Hình 5: Xe ba bánh dẫn động một phía
Trong trường hợp này, nguy hiểm nhất là khi xe chuyển động ở số I, chịu momen lớn
nhất và xe không chất tải. Kết quả tính toán lực kéo cho ta Pkmax = 732 N và lực đẩy ngang PN
= 470 N ≤ PNmax = 911,84 N. Mặc dù xe không bị quay vòng khi chuyển động trên đường
thẳng nhưng lực PN tác dụng lên trục quay của tay lái và sinh ra một momen quay. Để thắng
36.08
300 106
260
420
45
58
525
495
Hình 4: Hình dạng và kích thước ngoài
động cơ.
được momen này người lái phải tác dụng một ngẫu lực lên tay lái mà trị số của nó phụ thuộc
vào chiều dài cánh tay đòn của tay lái, thông thường chiều dài này là 600 mm. Khi đó giá trị
lực lớn nhất mà lái xe phải tác dụng lên tay lái là 45N. Thực tế lực này không lớn nhưng
người lái xe luôn phải ghì tay lái để giữ ổn định làm mất cảm giác thoải mái khi lái xe. Khi
phải quay vòng hay đi trên đường nghiêng, xe bị mất ổn định, có thể gây lật xe. Thực nghiệm
phương án dẫn động một bánh xe sau cho thấy xe rất khó điều khiển và người không quen lái
có thể gây lật xe ngay khi thực hiện việc quay vòng đầu tiên. Do đó phương án dẫn động một
bánh xe sau không phù hợp trong trường hợp này.
Phương án 2: Động cơ đặt ở giữa xe, hai bánh sau chủ động qua bộ vi sai
Sơ đồ của hệ thống truyền động được
trình bày trên hình 6. Sơ đồ này sử dụng
ba bộ truyền động xích. Bộ thứ nhất
truyền động từ động cơ đến trục trung
gian. Hai bộ còn lại truyền động từ trục
trung gian đến các bánh xe sau. Cơ cấu vi
sai đặt trên trục dẫn động trung gian. Với
cơ cấu này, xe làm việc rất ổn định, cua rẽ
dễ dàng trên các địa hình đường sá khác
nhau.
Hình 7 là ảnh chụp hệ thống dẫn động
từ động cơ đến trục trung gian và vị trí
lắp đặt bộ vi sai. Trong trường hợp này chúng ta tận dụng bộ vi sai của xe Lambretta. Hình 8
là ảnh chụp cơ cấu truyền động từ trục trung gian đến bánh sau. Sườn xe được bắt chặt vào
thùng xe. Các bánh sau bắt vào thùng xe nhờ các bộ nhún đôi.
Hình 7: Lắp bộ vi sai trên trục trung gian Hình 8: Dẫn động bánh xe sau
Đ
ộng c
ơ
Vi sai
Bánh xe sau
Truy
ền
đ
ộng xích
Hình 6: S
ơ
đ
ồ truyền
đ
ộng hai phía v
ới
hộp vi sai
Xe mô tô ba bánh chở rác chạy
bằng hai nhiên liệu LPG/xăng sau
khi chế tạo xong giới thiệu trên
hình 9. Sàn xe được hạ thấp hơn
so với xe ba gác đạp tạo điều kiện
thuận lợi cho việc đưa thùng rác
lên xuống xe.
Đồ thị cân bằng lực kéo của
mô tô thiết kế khi chạy bằng khí
dầu mỏ hóa lỏng LPG được giới
thiệu trên hình 10. Tốc độ cực đại
của mô tô theo thiết kế được xác
định theo đồ thị cân bằng công
suất (hình 11). Kết quả cho thấy mô tô ba bánh chở rác có thể chạy với tốc độ cực đại 48km/h
ở số III với tỉ số truyền động từ động cơ sang bánh xe chủ động giữ nguyên như xe gắn máy.
Thực nghiệm trên đường đối với xe mô tô chở rác đã chế tạo, tốc độ cực đại khi đầy tải là
40km/h. Để đánh giá đầy đủ hiệu quả truyền lực từ động cơ đến bánh xe chủ động, chúng ta
cần tiến hành các thử nghiệm trên băng thử.
P
P + P
Pk4
Pk3
Pk2
Pk1
800
V = 0,05 m/s/mm
V (m/s)
1513,7512,4911,249,988,737,476,224,963,712,451,20
100
200
300
400
500
600
700
Nk (N)
Ne
Nk2
Nk1 N+ N
N
Nk4
Nk3
Ne
Ne
Ne
1,2 2,45 3,71 4,96 6,22 7,47 8,73 9,98 11,2412,49 13,75 150
5
4
3
2
1
Ne= 0,04 kW/mm
Ne (kW)
V (m/s)
V= 0,05 m/s/mm
Hình 10: Đồ thị cân bằng lực kéo của xe mô tô Hình 11: Đồ thị cân bằng công suất của mô tô
4. Kết luận
Sử dụng xe mô tô ba bánh chở rác chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG thay cho sức
công nhân sẽ làm tăng năng lực thu gom rác, giảm ô nhiễm môi trường đô thị đảm bảo sự phát
triển bền vững của các thành phố nước ta.
Xe mô tô ba bánh chở rác được cải tạo từ xe gắn máy hai bánh 110cc có tốc độ cực đại
của xe khoảng 40km/h khi chất đầy tải (khoảng 300kg).
Với kích thước xe đảm bảo cùng sức chở với xe ba gác hiện nay, việc dẫn động cả hai
bánh sau thông qua bộ vi sai là hợp lý.
Hình 9: Xe mô tô ba bánh chở rác chạy bằng LPG/xăng