Thiết kế sản xuất lắp ráp ô tô tải tự đổ có trọng tải lớn

THIẾT KẾ SẢN XUẤT LẮP RÁP ÔTÔ TẢI TỰ ĐỔ CÓ TRỌNG TẢI LỚN (Design, manufacture and assembly of heavy-duty) PGS. TS. Nguyễn Văn Bang KS. Vũ Ngọc Khiêm Đại học Giao thông vận tải Hà Nội Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo mã số B-2004-35-89TĐ Abstract: This article presents the result of Ministry of Education and Training level research project No. B2004-35-89 TD “Design, manufacture and assembly of heavy-duty trucks with 14,000 Kgf payload”. Keywords: Heavy-duty truck, Suspension system design, Passive safety, Virtual testing. Theo thống kê của tập đoàn công nghiệp Than- Khoáng sản Việt Nam, mỗi năm tập đoàn cần tiêu thụ khoảng 2000 xe tải tự đổ trọng tải lớn. Ngoài ra còn các tổ chức và cá nhân có nhu cầu sử dụng xe tải tự đổ trọng tải lớn khác. Vì vậy nhu cầu sử dụng ôtô tải tự đổ trọng tải lớn tại Việt Nam là tương đối lớn. Để đáp ứng nhu cầu trên, hàng năm chúng ta phải nhập ôtô từ nước ngoài (Cộng hòa liên bang Nga, Hàn Quốc, Nhật Bản) hoặc lắp ráp trong nước. Thiết kế chế tạo ôtô tải tự đổ trọng tải lớn trên cơ sở các tổng thành nhập khẩu và chế tạo trong nước là hướng đi hợp thời, giúp hạ giá thành sản phẩm, thúc đẩy ngành công nghiệp trong nước phát triển. Trên cơ sở các thành tựu của ngành công nghiệp ô tô thế giới, sau khi tham quan công ty công nghiệp ô tô Than Việt Nam và các cơ sở cơ khí khác của Tập đoàn công nghiệp Than - khoáng sản Việt Nam, dựa vào các văn bản pháp qui hiện hành của Nhà nước nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng: Để có thể chế tạo được ô tô tự đổ trọng tải 14000 Kgf phải dựa vào các tổng thành nhập khẩu của ô tô Kamaz – một mác xe đã được người tiêu dùng Việt Nam chấp nhận về chất lượng và giá thành, mặt khác Tập đoàn chế tạo ô tô Kamaz có quan hệ thương mại và kỹ thuật tốt với Tập đoàn công nghiệp Than - khoáng sản Việt Nam trong nhiều năm. Tuyến hình của xe thiết kế (cabin và thùng tự đổ) được thiết kế hợp lý về thẩm mỹ, kiểu dáng công nghiệp và tải trọng. Khâu đột phá quan trọng của phần chế tạo trong nước là cabin và thùng tự đổ. Ô tô tải tự đổ làm việc trong các điều kiện nặng nhọc, đặc thù của các công trường xây dựng, vì vậy phương pháp tính toán, thiết kế bộ phận chuyển động cũng có những đặc thù riêng, ít được trình bày trong các tài liệu truyền thống, ngoài ra còn phải kể tới các phần mới như: thiết kế thùng tự đổ, hệ thống nâng hạ, thiết kế cabin, kiểm tra ổn địnhCác tính toán trên được hỗ trợ tối đa bởi máy tính nên có độ chính xác cao, rút ngắn thời gian thiết kế. Do thiếu các thiết bị thử nghiệm và kinh nghiệm thiết kế ô tô tự đổ trọng tải lớn chưa có nên chỉ chọn một số tổng thành, hệ thống (cabin, khung phụ, thùng tự đổ, nhíp) để thiết kế, chế tạo trong nước. KẾT QUẢ NGHIấN CỨU Ôtô cơ sở của thiết kế là chassis ôtô KAMAZ 53229. Các tổng thành nhập khẩu và sản xuất trong nước đề nghị như bảng 1: Bảng 1: Tổng thành nhập khẩu và sản xuất trong nước TT Tên cụm lắp, bộ phận và chi tiết Nguồn gốc Ghi chú 1 Động cơ và ly hợp Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 2 Hộp số Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 3 Các đăng Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 4 Cụm cầu trước Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 5 Cụm cầu giữa Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 6 Cụm cầu sau Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 7 Khung xe Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 8 Hệ thống điện(trừ ắc quy) Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 9 Hệ thống phanh Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 10 Hệ thống lái Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 11 Giảm chấn Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 12 Ghế lái Liên bang Nga Lắp trên ôtô Kamaz 53229 13 Ca bin Sản xuất trong nước 14 Thùng tự đổ Sản xuất trong nước 15 Khung phụ Sản xuất trong nước 16 Hệ thống nâng hạ thuỷ lực Sản xuất trong nước 17 Nhíp Sản xuất trong nước 18 Giằng cầu Sản xuất trong nước 19 Hệ thống che bụi thùng tự đổ Sản xuất trong nước 20 Cản trước Sản xuất trong nước 21 Bảo hiểm dọc hông xe Sản xuất trong nước 22 Ghế phụ Sản xuất trong nước 23 Lốp Sản xuất trong nước 24 ắc quy Sản xuất trong nước 25 Các chi tiết nối ghép Sản xuất trong nước Tuyến hình ôtô thiết kế trình bày trên hình 1. Hình 1: Tuyến hình của ôtô thiết kế. Các thông số kích thước và trọng lượng trình bày trên bảng 2 Bảng 2: Các thông số kích thước và trọng lượng ôtô thiết kế TT Ôtô thiết kế Thông số G(kgf) Z2(kgf) Z1(kgf) L(mm) a(mm) b(mm) hg(mm) 1 Khi không tải 9800 3977 5823 3500 2080 1420 1099 2 Khi đầy tải 24000 6000 18000 3500 2625 875 1630 Cabin của ôtô thiết kế là loại đặt phía trên động cơ, lật về phía trước, có 02 ghế (01 ghế lái, 01 ghế phụ), lắp điều hòa không khí, cabin thiết kế có kích thước cơ bản trên hình 2. Hình 2: Các kích thước cơ bản của cabin Cabin gồm khung xương, các mảng vỏ, các cánh cửa, các ô kính, nội thất và ngoại thất. Để đảm bảo giá thành và khả năng công nghệ thì khung xương, các mảng vỏ, cánh cửa, ghế phụ, kính, các tấm trần và tấm sàn, tấm che nắng được chế tạo trong nước. Các phần còn lại gồm táplô, điều hòa không khí, ghế lái, gối đỡ (lật cabin), khóa cửa được nhập ngoại để lắp ráp. Kết cấu khung xương cabin được thiết kế bằng Autodesk Inventor, kiểm tra bền bằng phần mềm ANSYS. Toàn bộ cabin được kiểm tra độ an toàn theo tiêu chuẩn ECE R-29. Cabin được lắp điều hòa SANDEN 508 có công suất lạnh 19000 BTU/h. Thùng xe có dạng hình hộp, tải trọng chuyên chở 14000Kgf, hàng hóa là vật liệu rời có tỷ trọng 1120Kgf/m3, thể tích trong lòng 12,5 m3, kích thước trong lòng, dài x rộng x cao = 4225 x 2340 x1250 mm (hình 3) Hình 3. Kích thước thùng xe Toàn bộ khung xương thùng là thép định hình, xung quanh có bọc tôn chiều dày khác nhau. Thùng xe có trọng lượng chính xác là 2200Kgf . Khung phụ có kích thước dài x rộng x cao: 3920x800x200 (mm) gồm 02 xà dọc thép 16G tiết diện [ 200x80x8 (mm), 04 xà ngang thép 16G tiết diện [ 150x70x7 (mm), liên kết với nhau bằng hàn. Các kết cấu và kích thước còn lại xuất phát từ yêu cầu lắp đặt cơ cấu nâng thùng và lắp thùng tự đổ. Kết cấu khung phụ trên hình 4: Hình 4: Khung phụ. Thùng tự đổ được nâng lên và trút hàng ra phía sau bằng hệ thống nâng thủy lực. Phương án thiết kế được chọn là xilanh thủy lực kết hợp với giàn nâng. Giàn nâng là loại giàn chữ A nối với khung phụ (hình 5). Hình 5: Các phần tử cơ bản của hệ thống nâng thùng. Vị trí tương quan giữa giàn chữ A với khung phụ, giữa xilanh thủy lực với giàn chữ A, giữa tay nâng thùng với giàn chữ A và thùng xe xác định trên cơ sở tham khảo các xe cùng loại. Hệ thống treo trước của ôtô thiết kế là hệ thống treo phụ thuộc, nhíp bán elip đặt dọc, hệ thống treo sau phụ thuộc, thăng bằng, có các thanh giằng cầu làm nhiệm vụ dẫn hướng (một thanh trên, hai thanh dưới cho mỗi cầu). Các thông số cơ bản của nhíp bao gồm: chiều rộng, chiều dày lấy theo mẫu ôtô Kamaz 53229, xác định chiều dài, bán kính cong của từng lá nhíp ở trạng thái tự do, tiến hành kiểm tra bền theo uốn và xoắn. Để lựac chọn giảm chấn đã xác định hệ số cản, đường kính, chiều dài sao cho giảm chấn có thể làm việc với bộ nhíp thiết kế (hệ thống treo trước). Tiến hành kiểm tra động học và động lực học hệ thống treo thăngbằng làm cơ sở cho việc thiết kế các thanh giằng. Cụm hệ thống treo cầu trước sau khi lắp ráp lên xe có kết cấu trên hình 6. Cụm hệ thống treo cầu sau trình bày trên hình 7. Hình 6: Kết cấu hệ thống treo trước Hình 7: Kết cấu treo sau. Hệ thống che bụi của ôtô thiết kế là loại 02 cánh (hình 8). Hình 8: Kết cấu bạt loại cánh: 1-thùng tự đổ; 2-động cơ điện; 3-cánh bạt. Đã tiến hành tính toán động học và động lực học hệ thống che bụi. Động cơ dẫn động 02 tấm che bụi độc lập được lựa chọn là động cơ điện Electro-Craft E640, công suất Nđc = 250 kW, số vòng quay nđc = 2100 vòng/phút, hộp giảm tốc có tỷ số truyền là 700. KẾT LUẬN Lần đầu tiên ở Việt Nam, đã hoàn thành thiết kế tương đối hoàn chỉnh ôtô tự đổ trọng tải lớn. Ôtô thiết kế được lắp ráp trên cơ sở các tổng thành nhập ngoại và phần chế tạo trong nước - đây là hướng đi tất yếu của ngành công nghiệp ôtô thế giới vừa đảm bảo chất lượng, tiến độ, giá thành sản phẩm trong thời đại toàn cầu hóa. Ôtô thiết kế có trọng tải 14000Kgf đã khai thác tối đa khả năng chịu lực của các tổng thành và cầu đường Việt Nam, ôtô không bị hạ tải khi kiểm định. Mẫu mã, hình dáng của ôtô thiết kế hiện đại, không trùng lặp, mang tính bản quyền và cạnh tranh cao. Việc lắp điều hòa cho cabin đã nâng cao đáng kể tính tiện nghi so với ôtô nguyên thủy KAMAZ 53229. Để thiết kế các cụm của ôtô đã dùng trợ giúp tối đa của máy tính và các phần mềm (ANSYS, Matlab, ...) để nâng cao năng suất và độ chính xác thiết kế. Một số vấn đề lý thuyết mới như tính ổn định ngang khi chuyển động hoặc khi trút hàng có kể tới biến dạng của nhíp, lốp, khung xe, tính xoắn nhíp... Kiểm nghiệm “ảo” cabin trên máy tính theo tiêu chuẩn ECE R-29 đã được nghiên cứu, đưa vào sử dụng có hiệu quả. TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Nguyễn Văn Bang, Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp Bộ B2004-35-89 TĐ,Thiết kế sản xuất lắp rỏp ụtụ tải tự đổ trọng tải 14000 KGF Ngô Thành Bắc, Sổ tay thiết kế ô tô khách, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 1985 GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn (chủ biên), TS. Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Lý thuyết ôtô, máy kéo - Nxb Khoa học & Kỹ thuật, 2003 Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên,Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo - Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp , 1984 Trịnh Chí Thiện, Tô Đức Long, Nguyễn Văn Bang - Kết cấu và tính toán ô tô - Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 1984 Trịnh Chí Thiện, TS. Nguyễn Văn Bang - Ô tô chuyên dùng - Hà Nội – 2001 PGS.TS Nguyễn Trường Phỏi – GVC.TS Trương Tớch Thiện – Ths. Nguyễn Tường Long – Ths. Nguyễn Định Giang, Giải bài toỏn cơ kỹ thuật bằng chương trỡnh Ansys – NXB KHKT 2003 PGS.TS Nguyễn Việt Hựng - PGS.TS Nguyễn Trọng Giảng, ANSYS và mụ phỏng số trong cụng nghiệp bằng phần tử hữu hạn – NXB KHKT 2003 Automotive Handbook 6th – Bentley 2004 Matthew Huang, Vehicle Crash Mechanics – CRC Presss 2002.