intTypePromotion=3

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình xe ô tô thân vỏ bằng vật liệu composite, sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng điện phục vụ du lịch

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

0
31
lượt xem
8
download

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình xe ô tô thân vỏ bằng vật liệu composite, sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng điện phục vụ du lịch

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu nội dung nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình xe ô tô sử dụng các nguồn năng lượng mới. Trên cơ sở phân tích, tổng hợp lý thuyết từ đó triển khai thiết kế, chế tạo mô hình chúng tôi đã chế tạo thành công mô hình xe 04 chổ ngồi, thân vỏ bằng vật liệu composit, sử dụng năng lượng điện và năng lượng mặt trời. Kết quả này là tiền đề để có thể tiến tới chế tạo xe thương mại phục vụ du lịch tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình xe ô tô thân vỏ bằng vật liệu composite, sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng điện phục vụ du lịch

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 1/2016<br /> <br /> KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC<br /> <br /> NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE Ô TÔ THÂN VỎ<br /> BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE, SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI<br /> VÀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN PHỤC VỤ DU LỊCH<br /> RESEARCH OF DESIGNING AND MANUFACTURING A CAR MODEL<br /> WITH COMPOSITE CAR BODY WHICH ELECTRIC AND SOLAR ENERGY SOURCES<br /> Phạm Tạo1, Lê Văn Thoại2, Lê Bá Khang3<br /> Ngày nhận bài: 23/7/2015; Ngày phản biện thông qua: 26/8/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo giới thiệu nội dung nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình xe ô tô sử dụng các nguồn năng lượng<br /> mới. Trên cơ sở phân tích, tổng hợp lý thuyết từ đó triển khai thiết kế, chế tạo mô hình chúng tôi đã chế tạo<br /> thành công mô hình xe 04 chổ ngồi, thân vỏ bằng vật liệu composit, sử dụng năng lượng điện và năng lượng<br /> mặt trời. Kết quả này là tiền đề để có thể tiến tới chế tạo xe thương mại phục vụ du lịch tại thành phố Nha<br /> Trang, tỉnh Khánh Hòa.<br /> Từ khóa: năng lượng mặt trời, năng lượng điện, composite, ô tô điện,...<br /> ABSTRACT<br /> The article introduces the research of designing and manufacturing a car model using new energy<br /> sources. After analysing the theory, we have successfully designed and manufactured a four- seat car model<br /> with a composite car body, using electric and solar energy sources. This research is a prerequisite to<br /> manufacture commercial vehicles for tourism in Nha Trang city, Khanh Hoa province.<br /> Key word: Solar energy source, Electric energy source, Composite, ElectricVehicle,...etc<br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Tốc độ khai thác sử dụng các nguồn nhiên<br /> liệu trên so với trữ lượng của chúng đang dấy<br /> lên hồi chuông cảnh báo về việc cạn kiệt năng<br /> lượng hóa thạch trong tương lai. Vì vậy, việc<br /> đa dạng hóa các nguồn năng lượng và tránh<br /> sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch là một<br /> trong những mục tiêu hàng đầu của các nhà<br /> khoa học trên toàn thế giới.<br /> Bên cạnh đó nhiên liệu hóa thạch như dầu,<br /> than, khí tự nhiên khi đốt cháy sẽ thải ra CO2,<br /> ôxít sunphua (SOx), ôxít nitơ (NO2), methane<br /> 1<br /> <br /> 3<br /> <br /> (CH4),…Những khí này là nguyên nhân gây ra<br /> tác hại to lớn đối với môi trường sống và ảnh<br /> hưởng trực tiếp đến chính con người như: Mưa<br /> axit, sự nóng lên toàn cầu, gây ra nhiều bệnh<br /> tật, gây ra các tranh chấp trên toàn cầu,…[1].<br /> Trong các nguồn gây ô nhiễm không khí,<br /> các chất do động cơ ô tô phát thải như CO,<br /> CO2, NOx, HC,..là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất,<br /> gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người<br /> cũng như đến môi trường sinh thái, khí hậu. [1]<br /> Nếu chỉ xét từ góc độ bảo vệ môi trường<br /> thì sử dụng ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời<br /> <br /> Phạm Tạo, 2Lê Văn Thoại: Cao học Kỹ thuật Cơ khí động lực 2012 - Trường Đại học Nha Trang<br /> TS. Lê Bá Khang: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 117<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> và ô tô chạy bằng ắc qui điện là giải pháp triệt<br /> để nhất. Trong thực tế nghiên cứu, hàng ngàn<br /> mẫu ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời được<br /> thiết kế và chế tạo. Tuy nhiên, tất cả chúng mới<br /> chỉ được coi là biểu tượng của khả năng và<br /> quyết tâm bảo vệ môi trường của con người.<br /> Còn rất nhiều vấn đề kỹ thuật, kinh tế và xã<br /> hội cần giải quyết để ô tô điện mặt trời có thể<br /> trở thành phương tiện giao thông thông dụng<br /> trong tương lai.<br /> Mặt khác, giảm chi phí nhiên liệu nhờ giảm<br /> khối lượng của xe bằng việc sử dụng các loại<br /> vật liệu mới bền, nhẹ như composit sợi thủy tinh,<br /> thép siêu nhẹ , hợp kim nhôm,…luôn được các<br /> nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm.<br /> Cùng đồng hành với chương trình nghiên<br /> cứu mang nhiều ý nghĩa và tính thực tế của<br /> các nhà khoa học lĩnh vực ô tô trong nước,<br /> chúng tôi chọn nội dung “Nghiên cứu thiết<br /> kế, chế tạo mô hình xe ô tô thân vỏ bằng<br /> <br /> Số 1/2016<br /> vật liệu Composite, sử dụng năng lượng<br /> mặt trời và năng lượng điện phục vụ du<br /> lịch” để tổ chức thực hiện.<br /> II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 1. Đối tượng nghiên cứu<br /> Mô hình xe ô tô thân vỏ bằng vật liệu<br /> composite, sử dụng năng lượng mặt trời và<br /> năng lượng điện phục vụ du lịch.<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu<br /> Thiết kế mô hình xe 4 chỗ ngồi, thân - vỏ<br /> bằng vật liệu Composite, sử dụng năng lượng<br /> mặt trời và năng lượng điện chạy với vận tốc<br /> tối đa 30 km.<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> Tổng hợp lý thuyết, khảo sát thực tế các<br /> mẫu xe ô tô điện trên thị trường, từ đó triển<br /> khai thiết kế, chế tạo mô hình, được tiến hành<br /> theo các bước như hình 1:<br /> <br /> Hình 1. Phương pháp và trình tự thực hiện<br /> <br /> - Tính chọn động cơ điện và nguồn điện:<br /> + Động cơ điện của ô tô mô hình được<br /> thiết kế được phải có đặc tính phù hợp với<br /> <br /> 118 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> các chế độ làm hoạt động của xe và công<br /> suất đủ lớn để khắc phục các lực cản sinh<br /> ra trong quá trình chuyển động của xe:<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> Lực cả lăn, lực cản dốc, lực ma sát, lực<br /> quán tính.<br /> Từ các yêu cầu trên, động cơ điện một<br /> chiều, kích từ nối tiếp, có chổi than hiệu NIKKO<br /> được chọn làm động cơ cho xe mô hình, với<br /> các thông số: Công suất định mức 2kW, hiệu<br /> điện thế định mức 24V.<br /> + Nguồn điện được duy trì bởi năng lượng<br /> điện lưới nạp vào ắc qui 12V-65Ah mắc nối<br /> tiếp khi xe đứng yên và được nạp thêm bởi<br /> năng lượng điện từ 2 tấm pin mặt trời hiệu<br /> TIDI-SUN có công suất 85W/tấm trong qua<br /> trình hoạt động của xe.<br /> Tốc độ xe (tốc độ quay của động cơ điện)<br /> được điều khiển bằng phương pháp điều chế<br /> độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation).<br /> Phương pháp này điều chỉnh điện áp ra tải,<br /> hay nói cách khác, là điều chế dựa trên sự thay<br /> đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự<br /> thay đổi điện áp ra. Trong nghiên cứu này, tác<br /> giả đã sử dụng vi điều khiển Atmega32 để điều<br /> khiển độ rộng của xung, dựa vào giá trị điện<br /> áp đầu vào từ biến trở chân ga vi điều khiển<br /> Atmega32 sẽ điều khiển tốc độ động cơ tỉ lệ<br /> thuận với giá trị điện áp đầu vào.<br /> Khung, vỏ xe:<br /> + Vỏ xe: Được thiết kế, chế tạo bằng vật<br /> liệu Composite trên cơ sở tính chọn theo các<br /> mẫu vỏ của các loại xe điện trên thị trường<br /> + Khung xe: Được chế tạo bằng thép<br /> cacbon thấp CT3, sau đó được kiểm nghiệm<br /> độ bền trong hai trường hợp: Phanh gấp và<br /> quay vòng ngoặt bằng phần mềm RDM.<br /> - Mô hình được chế tạo phải đảm bảo<br /> các yêu cầu:<br /> + Tuân thủ nghiêm ngặt, đầy đủ quy trình<br /> công nghệ trong chế tạo, lắp ráp, kiểm nghiệm,<br /> thử nghiệm xe mô hình.<br /> + Khi hoàn thành xe mô hình ngoài việc<br /> đảm bảo yêu cầu kết cấu, tính năng còn hướng<br /> đến tiêu chí tính thẩm mỹ, thông thoáng, dễ<br /> <br /> Số 1/2016<br /> vận hành, tin cậy,…ngoài ra còn có thể phục<br /> vụ tốt cho đào tạo.<br /> + Các bộ phận, hệ thống chế tạo: Hệ thống<br /> khung; Bộ phận giảm tốc động cơ điện; Bộ<br /> phận điều khiển tốc độ động cơ; Thân vỏ; Các<br /> hệ thống còn lại chủ yếu là tính chọn và mua<br /> các sản phẩm tương đương có trên thị trường<br /> để lắp ráp.<br /> + Vật liệu chế tạo: thép cacbon, nhôm và<br /> composite cốt sợi thủy tinh.<br /> III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> 1. Thiết kế, lắp đặt các bộ phận, hệ thống xe<br /> ô tô mô hình<br /> Sau khi khảo sát thực tế chúng tôi tiến<br /> hành xây dựng, phân tích lựa chọn phương<br /> án và sử dụng phần mềm RDM để tính toán,<br /> thiết kế khung vỏ, bố trí hệ thống động lực, lái,<br /> phanh...cho xe mô hình thân vỏ bằng vật liệu<br /> composite, sử dụng năng lượng mặt trời và<br /> năng lượng điện (trình bày trên hình 1), cụ thể:<br /> - Công thức bánh xe: 4x2.<br /> - Sử dụng điện 1 chiều từ ắc quy và pin<br /> năng lượng mặt trời.<br /> - Vận tốc ô tô khoảng: 30 km/h.<br /> - Tải trọng: Chở được 4 người (kể cả tài<br /> xế, tương đương 260kg).<br /> - Khả năng vượt dốc: 10%.<br /> Kích thước: [2]<br /> - Kích thước tổng thể L x W x H: 2712 x<br /> 1420 x 1650 mm.<br /> - Chiều dài cơ sở: 1500 mm.<br /> - Chiều rộng cơ sở: 1320 mm.<br /> - Khoảng sáng gầm: 240 mm.<br /> Vật liệu, khối lượng:<br /> Khung xe làm bằng thép cacbon nhẹ CT3,<br /> đảm bảo độ cứng vững, vỏ được làm bằng vật<br /> liệu Composite đảm bảo bền, tính thẩm mĩ.<br /> - Khối lượng toàn bộ xe: 578 kg.<br /> - Khối lượng bản thân: 318 kg.<br /> - Khối lượng phân bố lên cầu trước: 289 kg.<br /> - Khối lượng phân bố lên cầu sau: 289 kg.<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 119<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 1/2016<br /> <br /> 1. Bàn đạp phanh;<br /> 2. Xy lanh phanh chính;<br /> 3. Bàn đạp ga;<br /> 4. Óng dẫn dầu đến bộ chia;<br /> 5. Bộ chia dầu hệ thống phanh;<br /> 6. Ống dẫn dầu đến hệ thống phanh trước;<br /> 7. Bánh xe;<br /> 8. Ống dẫn dầu đến hệ thống phanh sau;<br /> 9. Bộ điều khiển tốc độ động cơ;<br /> 10. Bộ đảo chiều động cơ;<br /> 11. Ắc qui;<br /> 12. Động cơ điện;<br /> 13. Cầu chủ động;<br /> 14. Dây điện điều khiển;<br /> 15. Hộp lái trung gian;<br /> 16. Phanh tay;<br /> 17. Vô lăng;<br /> 18. Ghế ngồi;<br /> 19. Vỏ xe;<br /> 20. Pin mặt trời.<br /> Hình 2. Kết cấu tổng thể của xe ô tô mô hình<br /> <br /> Xe được dẫn động bằng động cơ điện một<br /> chiều có công suất 2kW, cầu sau chủ động.<br /> 2. Chế tạo thân vỏ, board mạch điều khiển<br /> tốc độ động cơ:<br /> 2.1. Chế tạo thân vỏ bằng vật liệu composit sợi<br /> thủy tinh<br /> 2.1.1. Thiết bị, qui trình công nghệ chế tạo<br /> Dựa vào vị trí chịu lực của hệ thống thân vỏ<br /> trên xe mô hình mà chế tạo vật liệu composite<br /> với các đặc tính (số lượng lớp gia cường) khác<br /> nhau.<br /> - Chuẩn bị khuôn: Mặt khuôn phải sạch,<br /> không có bất cứ tạp chất nào trên mặt khuôn.<br /> Sau đó, bôi chất chống dính và chất tách khuôn<br /> lên khuôn, để khô tự nhiên.<br /> - Tạo lớp gelcoat: Gelcoat sau khi pha<br /> trộn màu phải sử dụng ngay. Lớp gelcoat<br /> được quét bằng cọ mềm trên bề mặt khuôn.<br /> Các vết quết phải liền một vệt thẳng theo một<br /> chiều nhất định, không quét theo đường cong,<br /> <br /> 120 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> đường tròn. Các vệt quét sau song song, không<br /> chồng lên các vệt trước quá nhiều (chồng mép<br /> từ 3÷5mm), để đảm bảo độ đồng đều của lớp<br /> gelcoat. [3]<br /> - Tạo các lớp gia cường bằng tay: Trải<br /> vải thủy tinh và thấm ướt resin.<br /> Sau khi lớp gelcoat đóng rắn (khô hoàn<br /> toàn nhưng vẫn dính tay) thì tiến hành tạo các<br /> lớp gia cường.<br /> Lớp gia cường tiếp giáp với lớp gelcoat<br /> là MAT - vải với thủy tinh sợi ngắn, sắp xếp<br /> ngẫu nhiên (0,2÷0,3) kg/m2, các lớp tiếp theo là<br /> Roving - vải với thủy tinh sợi dài và được dệt<br /> thành tấm (0,36÷0,8) kg/m2. [3]<br /> Resin dùng để tạo lớp, không pha màu.<br /> Resin được pha với chất xúc tác theo đúng<br /> tỷ lệ, khuấy đều nhẹ nhàng, và phải sử dụng<br /> ngay sau khi pha.<br /> Quy trình tạo lớp theo phương pháp bằng<br /> tay: Trải vải thủy tinh phủ kín bề mặt khuôn,<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> trên lớp gelcoat. Tiếp theo dùng con lăn lăn<br /> resin đã hòa xúc tác lên vải thủy tinh. Trong<br /> quá trình lăn, ép nhẹ con lăn nhằm làm cho<br /> resin thấm vào sợi thủy tinh, tạo sự liên kết các<br /> lớp và tránh bọt khí. Cứ tiếp tục qui trình như<br /> trên cho đến khi đạt chiều dày sản phẩm mong<br /> muốn.[3]<br /> Khi gia công công đoạn này cần chú ý đến<br /> những đểm sau:<br /> - Bọt khí sẽ làm yếu lớp gia cường, cho<br /> nên phải đảm bảo resin thấm ướt đều để tránh<br /> bọt khí.<br /> - Các mối ghép gối đầu của vải thủy tinh<br /> nên so le nhau từ (3÷5) cm, các mối ghép của<br /> lớp sau phải cách xa mối ghép của lớp trước,<br /> tránh trùng lặp giữa các mối ghép.<br /> Chế tạo thử<br /> Trước khi bước vào quá trình chế tạo hệ<br /> thống thân vỏ, cần chế tạo các mẫu thử để<br /> kiểm nghiệm cơ tính của vật liệu composite<br /> nhằm chọn ra kết cấu vật liệu phù hợp nhất. Ta<br /> tiến hành thử nghiệm với loại vật liệu composite<br /> có quy cách như sau:<br /> Gelcoat/MAT CSM 225/MAT CMS 225/WR<br /> 360/Gelcoat (2 Mat -1 Vải)<br /> Thiết bị thử<br /> Cơ tính của vật liệu làm vỏ xe được chế<br /> tạo thử được kiểm tra trên máy kiểm nghiệm<br /> cơ tính vạn năng HOUNSFIELD Model H50KS<br /> tại Viện Nghiên cứu chế tạo tàu thủy - Trường<br /> Đại học Nha Trang.<br /> 2.1.2. Tiến hành chế tạo<br /> Bảng 1. Vật liệu cho quá trình chế tạo<br /> khung vỏ composite<br /> TT<br /> <br /> Vật liệu<br /> <br /> Đơn vị<br /> <br /> Số lượng<br /> <br /> 1<br /> <br /> Gelcoat<br /> <br /> Kg<br /> <br /> 35<br /> <br /> 2<br /> <br /> Matit<br /> <br /> Kg<br /> <br /> 20<br /> <br /> 3<br /> <br /> WR 360<br /> <br /> Kg<br /> <br /> 8<br /> <br /> 4<br /> <br /> WR 800<br /> <br /> Kg<br /> <br /> 10<br /> <br /> 5<br /> <br /> MAT CSM 225<br /> <br /> Kg<br /> <br /> 6<br /> <br /> 6<br /> <br /> Resin<br /> <br /> Kg<br /> <br /> 45<br /> <br /> 7<br /> <br /> Mek<br /> <br /> Kg<br /> <br /> 1<br /> <br /> - Chuẩn bị vật liệu cho quá trình chế tạo<br /> <br /> Số 1/2016<br /> Bước 1: Tạo lớp bề mặt gelcoat<br /> Sau khi xử lý vệ sinh bề mặt khuôn, bôi<br /> chất chống dính và chất tách khuôn lên khuôn<br /> ta tiến hành quét lớp gelcoat đã pha màu lên<br /> bề mặt khuôn.<br /> Bước 2: Tạo lớp gia cường laminat<br /> - Sau khi lớp gelcoat được thực hiện ở<br /> bước 1 đóng rắn (khô hoàn toàn nhưng hít tay)<br /> thì tiến hành tạo các lớp laminat gia cường.<br /> <br /> Hình 3: Thân vỏ xe mô hình sau khi hoàn thiện<br /> <br /> - Vải thủy tinh bề mặt tiếp giáp với lớp<br /> gelcoat là loại MAT cát ngắn CSM mỏng mềm<br /> có khối lượng 0,225 kg/m2. Tiến hành trải MAT<br /> CSM 225 lên bề mặt gelcoat. Tiếp theo sử<br /> dụng roving dệt WR có khối lượng 0,8 kg/m2<br /> để tiếp tục cho lớp vật liệu kế tiếp.<br /> Các lớp gia cường tiếp theo: Tùy thuộc vào<br /> yêu cầu sản phẩm mà ta có thể chọn số lượng<br /> và loại vật liệu cho các lớp gia cường tiếp theo.<br /> Bước 3: Lấy sản phẩm ra khỏi khuôn<br /> Sau khi resin lỏng liên kết với các lớp sợi<br /> thủy tinh và đóng rắn hoàn toàn thì sản phẩm<br /> composite hoàn tất, tiến hành lấy sản phẩm ra<br /> khỏi khuôn.<br /> Bước 4: Lắp ráp thân vỏ composite vào<br /> xe mô hình<br /> Sau khi đã có sản phẩm composite dạng<br /> tấm phẳng hoặc dạng uống cong theo yêu cầu<br /> chế tạo, tiến hành ốp các tấm composite lên<br /> khung xe tạo thành hệ thống vỏ cho xe mô<br /> hình, cụ thể:<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 121<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản