Đối với một sinh viên cuối khóa, việc chuẩn bị những hành trang và một tỉnh thần sẵn sàng đến với một chương mới trong cuộc sống là một trong những nhiệm vụ bắt buộc. Và trước khi đến với một chương mới đầy những thử thách ấy, mỗi người đều phải trải qua một cánh cửa, đây có thể gọi là một bài tập cuối cùng trong cuộc đời của một người học sinh sinh viên, đó chính là thực hiện luận văn tốt nghiệp. Đối với em, luận văn tốt nghiệp không hẳn là một bài kiểm tra cuối cùng mà nó chỉ mang tính chất của việc tự bản thân nhìn nhận lại khả năng của bản thân. Và để hoàn thành bài luận văn, sức lực của mỗi mình em là không đủ, mà còn có sự hướng dẫn tận tình của thầy.
TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ TẢI - CẨU
Mục đích, ý nghĩa của đề tài
Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế hiện nay, nhu cầu về vận chuyển hàng hóa với số lượng lớn ngày một cao Vận tải hàng hóa và hành khách trong cuộc sống hiện đại cũng đòi hỏi ngày càng phải an toàn, nhanh, khả năng vận chuyển lớn, tiết kiệm, đảm bảo sức khỏe con người
Do đó, ngành giao thông vận tải đóng vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển của cả quốc gia Đòi hỏi chúng ta phải tập trung phát triển một hệ thống phương tiện hiện đại, có mối liên quan đặc biệt giữa đường bộ, đường sắt, đường thủy, đường hàng không,
Riêng đối với đường bộ, những năm gần đây các phương tiện vận tải hàng hóa phát triển mạnh mẽ do có sự đầu tư về cơ sở hạ tầng cũng như phát triển đa dạng các loại phương tiện.Ưu điểm của vận chuyển đường bộ là thời gian vận chuyển nhanh, quá trình thực hiện đơn giản, chi phí cố định thấp, linh hoạt và độ tin cậy cao
Vì vậy, việc thiết kế các phương tiện mới có những khả năng ưu việt luôn được ưu tiên hiện nay Ví dụ như các xe tải chuyên dùng, xe tải - cẩu, xe tự đổ,…
Hình 1.1 Phối cảnh xe tải - cẩu
1.1.1 Nhu cầu sử dụng xe tải - cẩu và mục đích của đề tài
Thiết kế xe tải - cẩu trên nền ô tô chassis FOTON C240
Trong quá trình vận tải hàng hóa nói chung thời gian bốc xếp hàng hóa lên xe và thời gian dỡ hàng xuống xe chiếm một phần lớn thời gian của công việc Nếu việc này được thực hiện một cách thủ công bằng sức lao động của con người thì sẽ rất tốn công, mất nhiều thời gian và không có hiệu quả về mặt kinh tế Mặt khác, chúng ta còn chưa kể đến nếu như khối lượng hàng hóa quá lớn, quá khổ vượt quá khối lượng an toàn cho phép sức nâng của con người như máy móc, cuộn sắt, cây cối lớn,… thì có thể gây ra nguy hiểm, mất an toàn, trong những trường hợp như thế cần phải sử dụng một máy nâng chuyển để đảm nhận công việc đó thay thế con người
Việc sử dụng các loại máy nâng chuyển cũng đặt ra một bài toán làm sao để phục vụ quá trình bốc xếp hàng nhanh, an toàn và tiết kiệm chi phí nhất Chúng ta có thể mua một chiếc xe tải - cẩu nhập khẩu từ nước ngoài, nhưng phương án này chi phí rất cao, không phù hợp Chúng ta cũng có thể mua máy nâng chuyển như pa lăng, tời,,,, nhưng những phương án này không có tính cơ động cao, tốn thời gian gá đặt cho mỗi lần bốc xếp hàng hóa
Vì thế, chúng ta có thể thiết kế một xe tải - cẩu tại các cơ sở trong nước để phục vụ nhu cầu bốc dỡ, nâng chuyển hàng hóa cho xe đó, hoặc nâng chuyển hàng từ vị trí này sang vị trí khác Phương án này có tính có tính khả thi nhất vì giảm chi phí nhất, mang lại hiệu quả cao.Như vậy mục đích của để tài là hướng tới thiết kế một chiếc xe tải - cẩu thật vững chắc, có khả năng bốc dỡ, vận chuyển hàng hóa một cách nhanh chóng, đảm bảo độ bền, tuổi thọ, tính ổn định và tính an toàn cao
- Xe tải - cẩu chuyên chở được nhiều loại hàng: So với các dòng xe ô tô chuyên dùng khác thì dòng xe ô tô có gắn cẩu mang lại hiệu quả cao trong công việc Một chiếc ô tô tải thùng lửng có gắn cần cẩu có thể chở được nhiều loại hàng hóa và đặc biệt là các loại hàng hóa cồng kềnh, các đồ vật nặng nhờ khả năng tự xếp dỡ hàng
- Giúp con người giảm bớt được sức lao động, tiết kiệm được thời gian, chi phí trong công việc: nếu như với một ô tô tải bình thường, khi cần nâng vận chuyển những đồ dùng, vật liệu nặng lên xe, chúng ta cần rất nhiều sức lao động của con người, trong một khoảng thời gian nhất định Thì bây giờ, với chiếc ô tô có gắn cần cẩu, chúng ta chỉ cần một người điều khiển và hoàn thành công một cách dễ dàng và nhanh chóng hơn
- Giúp nâng cao chất lượng lao động: khi không còn phụ thuộc lớn vào sức lao động của con người, chúng ta sẽ tiết kiệm được các chi phí về nhân công, mang lại hiệu quả cao trong công việc
- Tận dụng được mọi mặt về những nguồn lực sẵn có, đáp ứng nhu cầu của xã hội, thúc đẩy phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ và hướng đến phát triển ngành công nghiệp ô tô nước nhà.
Tính năng kỹ thuật của ô tô chassis FOTON C240
Xe tải FOTON C240 là dòng xe tải nặng cao cấp mới hiện nay tiếp nối các thành công của các sản phẩm xe tải nặng trước đây như C1400, C1400B, C1500 với đa dạng sự lựa chọn FOTON C240 được đánh giá là có động cơ khỏe, tiết kiệm nhiên liệu, có khả năng làm việc tốt trong mọi điều kiện đường sá giao thông Việt Nam và còn được đánh giá là dòng xe có nhiều tính năng, thông số kỹ thuật vượt trội so với các dòng sản
Hình 1.2 Ô tô chassis FOTON C240 phối cảnh phẩm tương tự trên thị trường hiện nay Sau đây bảng 1.1 giới thiệu về thông số kỹ thuật xe ô tô chassis FOTON C240
BẢNG 1.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE Ô TÔ CHASSIS FOTON C240
1 Thông tin chung Ô tô cở sở
1.1 Loại phương tiện Ô tô chassis
1.2 Nhãn hiệu; số loại: FOTON C240
2 Thông số về kích thước
2.3 Vết bánh xe trước/sau, mm 2014 / 1860
2.4 Vết bánh xe sau phía ngoài, mm 2200
2.5 Chiều dài đầu xe, L1, mm 1325
2.6 Chiều dài đuôi xe, L2, mm 3760
2.7 Khoảng sáng gầm xe, hgx,mm 270
2.8 Góc thoát trước/sau, độ 22 / 18
2.9 Chiều rộng cabin, Bcb, mm 2410
2.10 Chiều rộng thùng hàng, Btx, mm -
3 Thông số về khối lượng
3.1 Trọng lượng bản thân xe, kG 8200
+ Phân bố lên trục 1/(2+3), kG 3700 / 4500
3.2 Trọng lượng chở cho phép lớn nhất, kG -
3.3 Số người cho phép chở (kể cả lái xe) 3
3.4 Trọng lượng toàn bộ cho phép lớn nhất, kG 24000
+Phân bố lên trục 1/(2 + 3), kG -
3.5 Khả năng chịu tải lớn nhất trục, kG 6500 / 25200
4 Thông số về tính năng chuyển động
4.1 Tốc độ cực đại của xe, km/h 91
4.2 Độ dốc lớn nhất xe vượt được, % 33,3
4.3 Thời gian tăng tốc đến 200 m, s -
4.4 Góc ổn định tĩnh ngang khi không tải,% -
4.5 Bán kính quay vòng nhỏ nhất, m 10,8
5 Động cơ Diesel 4 kỳ, L6 XL, làm mát bằng nước, tăng áp, làm mát khí nạp
5.2 Dung tích xy lanh, cm 3 6690
5.4 Đường kính x hành trình piston, mm 107 x 124
5.5 Công suất lớn nhất, kW/vòng/phút 198 / 2500
5.6 Mô men lớn nhất, Nm/vòng/phút 970 / 1400
5.7 Phương thức cung cấp nhiên Bơm cao áp, phun trực tiếp 5.8 Vị trí bố trí động cơ trên khung xe Phía trước
6 Ly hợp Một đĩa ma sát khô, dẫn động thủy lực, trợ lực khí nén
7 Hộp số 8 số tiến , 1 số lùi, dẫn động cơ khí
7.1 Tỷ số truyền hộp số, ih 9,320 - 6,090 - 4,060 - 3,100 - 2,300
8 Trục các đăng 03 đoạn trục, ổ đỡ trung gian
9 Tỷ số truyền cầu chủ động, i0 5,286
10 Bánh xe và lốp cỡ lốp/khả năng chịu tải (kG)
11.1 + Kiểu treo trục 1 Phụ thuộc, nhíp lá giảm chấn thủy lực 11.2 + Kiểu treo trục 2 và 3 Phụ thuộc, nhíp cân bằng
12.1 Phanh chính Tang trống trước và sau
Dẫn động Khí nén, 2 dòng
Dẫn động Khí nén, lò xo tích năng tác động lên các bánh xe trục 02+03
12.3 Phanh dự phòng Khí xả
13.1 + Kiểu Trục vít - ê cu bi thanh răng- cung răng
13.2 + Dẫn động Cơ khí có trợ lực thủy lực
14.1 Áp định mức: 24V Ắc quy : 12V - 120Ah - 2 bình
14.2 Máy phát: 28 V - 70A Khởi động : 24 V- 6 kW
15 Hệ thống chiếu sáng tín hiệu
15.1 + Đèn chiếu sáng phía trước Theo xe cơ sở
15.2 + Đèn báo rẽ trước/sau/bên 2/2/2 (màu vàng)
15.3 + Đèn sương mù 2 (màu trắng)
15.6 + Đèn soi biển số 1 (màu trắng)
15.7 + Đèn chiếu sáng trong khoang lái 1 (màu trắng)
16 Ca bin và thùng hàng
Chọn và giới thiệu tính năng kỹ thuật của cẩu tự nâng hàng được sử dụng
Hiện nay, trên thị trường có các loại cẩu như: UNIC, TADANO, MAEDA, SOSSAN,… Mỗi hãng cẩu đều có những ưu nhược điểm riêng, vì thế việc chọn cần cẩu cho mỗi loại xe phải phụ thuộc vào tình trạng thực tế, nhu cầu công việc của người dùng để chúng ta chọn phương án thiết kế
Theo sở thích, nhu cầu của khách hàng cùng với sự so sánh về các đặc tính kỹ thuật giữa các dòng cẩu cùng phân khúc và tiềm năng nhu cầu sử dụng lớn Vì vậy, em chọn cần cẩu thương hiệu SOOSAN
Cần cẩu SOOSAN đang là loại cần cẩu khá phổ biến tại Việt Nam Mặc dù được thị trường Việt Nam đón nhận sau những thương hiệu khác nhưng bằng chất lượng cao SOOSAN vẫn chiếm được lòng tin của khách hàng và dần trở thành lựa chọn hàng đầu trong dòng sản phẩm cẩu tự hành Cần cẩu SOOSAN khá đa dạng về chủng loại, mẫu mã phù hợp với mọi loại xe tải tại Việt Nam hiện nay Bên cạnh đó, cẩu SOOSAN được đánh giá là có chất lượng tốt, hoạt động mạnh mẽ, rất ổn định, hiệu quả lâu dài về bền bỉ Cẩu SOOSAN được phân thành nhiều loại chủ yếu theo tải trọng của cẩu Mỗi trọng tải sẽ có nhiều mức cải tiến nâng cao hơn để đáp ứng được nhu cầu của khách hàng Các dòng sản phẩm của SOOSAN trải dài từ cẩu 2 tấn cho đến 15,17 tấn Vì thế người mua có thể lựa chọn cần cẩu sao cho phù hợp với nhu cầu của mình
Hình 1.3 Tổng thể xe tải có gắn cần cẩu SOOSAN SCS746L
Với ô tô chassi FOTON C240, ta có khối lượng toàn bộ ô tô thiết kế lớn nhất là 24 tấn, khối lượng chassi tải, khối lượng cụm cần cẩu ta chọn( dựa vào bảng), khối lượng thùng tải Từ các thông số trên, ta có thể ước lượng được khối lượng hàng chuyên chở
Cẩu SOOSAN có nhiều cỡ loại khác nhau theo mức tải như: SCS5334, SCS5335, SCS736, SCS746L, SCS 866LS,….Ta thấy đối với xe tải FOTON C240 thì ta nên chọn loại cẩu cỡ trung là SCS746L với sức nâng tối đa từ 7 ÷ 8 tấn là phù hợp nhất
1.3.2 Tính năng kỹ thuật của cẩu SOOSAN SCS746L
Các thông số kỹ thuật của cẩu SOOSAN SCS746L cho trong bảng 1.2 sau đây:
BẢNG 1.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CẦN CẨU SOOSAN SCS746L
STT THÔNG SỐ SOOSAN SCS746L
Công suất cẩu tối đa, tấn/m 17,5
1 Trọng lượng nâng lớn nhất/bán kính, kG/m 7000/2,5
2 Chiều cao lớn nhất của ròng rọc ở phía trên so với mặt đất, m 21,8
3 Chiều cao lớn nhất của ròng rọc ở phía dưới so với mặt đất, m 19
4 Bán kính làm việc nhỏ nhất/lớn nhất, m 0,7/19,6
Cần cẩu Kiểu cần ống lồng nhau với 6 tầng
1 Chiều dài cần khi thu lại, m 4,77
2 Chiều dài cần khi duỗi cần, m 19,9
3 Tốc độ duỗi cần, m/giây 14,58/30
4 Tốc độ nâng cần, độ/giây 1 0 -80 0 /12
Tời Điều khiển bằng mô tơ thủy lực, giảm tốc bánh răng trụ bằng phanh cơ khí tự động
1 Lực kéo (dây đơn), kN 14,7
2 Tốc độ dây đơn tại tầng thứ 4, m/s 56
3 Tốc độ của puly tại tầng thứ 4, m/s 14 (4 dây)
4 Chốt khóa puly 3 buly được chốt khóa an toàn
5 Đường kính dây cáp/chiều dài, mm/m 10/120
Cơ cấu quay Mô tơ dẫn động thủy lực, giảm tốc bánh răng trục vít, hệ thống khóa thủy lực
1 Góc quay của cần cẩu, độ 360 (quay liên tục trên ổ bi)
2 Tốc độ quay cần cẩu, vòng/phút 2
Chân chống Hệ thống xylanh thủy lực theo phương thẳng đứng
1 Kích theo phương thẳng đứng Các xilanh thủy lực hoạt động với van kiểm tra điều hướng
2 Dầm ngang Loại duỗi thông thường (2 hộp lồng nhau)
3 Bề rộng nhỏ nhất giữa hai chân chống trước, m 2,25
4 Bề rộng lớn nhất giữa hai chân chống trước, m 5,56
1 Bơm thủy lực Bơm bánh răng
4 Tốc độ vòng quay, vòng/phút 1200
5 Van điều khiển thủy lực Loại van nhiều vị trí, kiểu ống đếm trung tâm lò xo có van an toàn
6 Áp suất van giảm áp, MPa 19,6
7 Van cân bằng Lắp đặt cần nâng và các xy lanh tầng ồng nhau
8 Van một chiều Xy lanh đứng của chân chống
Bộ truyền động thủy lực
1 Bơm thủy lực Loại piston hướng trục, theo quỹ đạo
Loại hoạt động kép:1 xy lanh nâng cần, 3 xy lanh nâng theo tầng xy lanh, 4 xy lanh nâng theo chiều dọc chân chống, 4xy lanh duỗi theo dầm ngang chân chống
3 Thể tích bình dầu, lít 120
1 Van giảm áp cho hệ thống thủy lực
2 Van cân bằng đối trọng để nâng cần cao và xilanh tầng
3 Chỉ báo góc nâng cần và tải trọng ứng với mỗi góc nâng
4 Van một chiều cho các xi lanh kích của chân chống
6 Phanh cơ khí tự động cho tời
7 Hệ thống khóa xoay thủy lực
Hình 1.4 Sơ đồ tổng thể cần cẩu SOOSAN SCS 476L
- Biểu đồ phạm vi làm việc và chiều cao nâng của cần cẩu SOOSAN SCS476L:
Hình 1.5 Biểu đồ phạm vi làm việc của cần cẩu SOOSAN SCS 476L
Bảng 1.3 QUAN HỆ (ĐỒ THỊ) TẢI - TẦM NÂNG CẦN CẨU SOOSAN 476L ĐỒ THỊ TẢI TRỌNG NÂNG CỦA CẦN CẨU SCS746L ĐƠN VỊ: kG
BỐ TRÍ CHUNG Ô TÔ THIẾT KẾ
Phân tích các phương án thiết kế thùng tải, vị trí lắp cẩu lên xe chassis
Khi thiết kế một chiếc xe tải - cẩu, ngoài việc chọn cần cẩu phù hợp về kết cấu, thông số kỹ thuật với xe chassis thì chúng ta còn phải tính toán bố trí cần cẩu, thùng hàng, hàng hóa chuyên chở,…sao cho tải trọng phù hợp giữa các cầu xe, tính toán ổn định khi cẩu hàng,… Ngoài ra, nhìn tổng quan xe thiết kế còn phải gọn gàng, linh hoạt và mang tính thẩm mỹ cao Sau đây là các phương án vị trí lắp cẩu cũng như thiết kế thùng hàng: a) b) c) d)
Hình 2.1 Các phương án lắp cần cẩu lên xe tải - cẩu a)- lắp cần cẩu ở khoảng cuối đuôi xe - sau thùng (thùng lửng); b)- lắp cần cẩu phía sau cabin - trước thùng xe (thùng mui bạt); c)- lắp cần cẩu phía sau cabin - trước thùng xe (thùng kín); d)- lắp cần cẩu phía sau cabin - trước thùng xe (thùng lửng) ( Phương án chọn )
2.1.1 Phương án lắp cẩu ở khoảng cuối đuôi xe - sau thùng (thùng lửng)
Với phương án lắp cẩu ở khoảng cuối đuôi xe cơ sở - sau thùng (thùng lửng) ta có những ưu nhược điểm sau:
+ Tầm hoạt động của cẩn cẩu rộng hơn về phía sau xe vì thế có thể cẩu hàng hóa được từ xa
+ Cân đối tải trọng được giữa các cầu xe do tải trọng cho phép giữa cầu 2 lớn hơn nhiều so với cầu 1 Giúp tận dụng được tối đa tải trọng cho phép của các cầu xe, đảm bảo an toàn cho xe khi tham gia giao thông
+ Hầu hết tất cả các xe tải có gắn cần cẩu đều sử dụng thùng tải kiểu thùng lửng Thùng lửng được thiết kế để chở một số mặt hàng như: sắt tấm, sắt cuộn, dây điện, ống nước, các loại vật liệu công trình,…Ưu điểm của loại thùng này là kết cấu đơn giản, dễ dàng nâng, hạ, xếp hàng hóa nặng, không gian thùng rộng,
+ Hộp trích công suất xa cần cẩu làm cho hệ thống thủy lực trở nên phức tạp hơn;
+ Quan sát tổng thể xe thiết kế mang tính thẩm mỹ không cao, kém linh hoạt hơn khi cẩu, bốc dỡ hàng hóa
+ Sau khi lắp cẩu phía sau đuôi xe, thiết kế bố trí thùng tải lắp lên chassi khó khăn hơn Chiều dài thùng xe thiết kế ngắn hơn các phương án khác
+ Nếu cẩu hàng từ phía sau lên thùng, bắt buộc chúng ta phải cẩu hàng lại gần, đồng thời phải xoay cần cẩu góc 180 0 thì chúng ta mới hạ được hàng xuống thùng xe, làm cho quá trình nâng hạ hàng hóa trở nên phức tạp hơn
+ Khi cẩu hàng hóa nặng từ phía sau sẽ dễ bị mất ổn định dọc của xe thiết kế, gây mất an toàn khi vận hành cẩu
+ Thùng lửng (thùng hở) là thùng không có khung mui nên vấn đề thời tiết sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hàng hóa được chở Ngoài ra thùng lửng sẽ khó sắp xếp được hàng hóa lên cao được, dễ bị rơi vỡ ra ngoài
2.1.2 Phương án lắp cẩu phía sau cabine – trước thùng xe (thùng mui bạt)
Phương án lắp cần cẩu ngay phía sau cabin vẫn là phương án phổ biến được lắp trên các dòng xe tải - cẩu được sử dụng hiện nay Hầu hết những nhược điểm của phương án lắp cần cẩu phía sau đuôi xe thì được phương án này khắc phục Ngoài ra nếu thùng xe là thùng mui bạt thì sẽ có những ưu điểm, nhược điểm như:
+ Thiết kế bố trí cần cẩu, thùng tải gọn gàng, thẩm mỹ hơn;
+ Cẩu hàng lên xe từ 2 bên hông hoặc từ phía sau lên thùng tải một cách dễ dàng hơn, không gian xoay cần cẩu rộng hơn;
+ Khi lắp cẩn cẩu ngay sau cabin thì trọng tâm của cần cẩu nằm giữa cầu 1 và cầu 2,3 Vì thế giúp xe ổn định ngang, ổn định dọc hơn khi cần cẩu làm việc;
+ Với thùng xe là thùng mui bạt thì sẽ có thể chở được nhiều loại hàng hóa, có thể bảo vệ được hàng hóa tránh ảnh hưởng trực tiếp với thời tiết bên ngoài
+ Thông thường khi thiết kế thùng mui bạt, mục đích của người sử dụng là mong muốn chở hàng hóa có diện tích lớn, chiều cao khổ hàng hóa cao vì thế khối lượng riêng của hàng hóa thấp hơn Ngoài ra thùng còn có khung mui phủ bạt để giữ hàng hóa tránh các điều kiện thời tiết bên ngoài Với phương án thiết kế thùng mui bạt đối với xe có gắn cần cẩu thì không được khả thi bởi vì những hàng hóa khi sử dụng cần cẩu thường là có trọng lượng lớn, có thể chở hàng hoặc di dời từ vị trí này qua vị trí khác Vì thế cần nhiểu không gian để cần cẩu nâng hạ hàng lên xuống xe một cách linh hoạt, an toàn
2.1.3 Phương án lắp cẩu phía sau cabine – trước thùng xe (thùng kín)
Ta có thể thấy phương án lắp cẩu ngay phía sau cabine – trước thùng xe vẫn chiểm nhiều ưu điểm hơn là phương án lắp cần cẩu ở khoảng cuối đuôi xe, nhưng với việc thiết kế thùng kín được lắp sau cần cẩu lại có nhiều điểm không phù hợp vì:
- Thùng kín là loại thùng phù hợp với mục đích chuyên chở hàng hóa như: rau củ quả, hàng hóa tiện lợi, các mặt hàng cần bảo quản tránh ảnh hưởng trực tiếp với thời tiết bên ngoài Thùng kín được thiết kế như một khối hình hộp chữ nhật Có cửa sau, có thể có thêm cửa hông hoặc không để bốc dỡ hàng hóa lên xuống Thường thùng kín sẽ kết hợp với bửng nâng phía sau để nâng dỡ hàng hóa lên thùng xe sẽ là giải pháp thích hợp nhất
- Việc cần cẩu bốc dỡ hàng hóa lên thùng xe hầu như là không thể, không có khoảng không gian trống đủ lớn để đưa hàng lên thùng xe
- Không thể thiết kế thùng kín với chiều cao lớn nhất do vướng phải cần cẩu và khả năng làm hư hỏng thàng vách thùng xe là rất lớn
Vì vậy, với phương án thiết kế thùng xe tải - cẩu bằng thùng kín thì hoàn toàn không khả thi
2.1.4 Phương án lắp cẩu phía sau cabine - trước thùng xe (thùng lửng)
Qua những phân tích qua các phương án trên, ta thấy với phương án lắp cần cẩu ngày phía sau cabine - trước thùng xe kết hợp thùng lửng là phù hợp nhất Với các ưu điểm như:
- Trích dẫn công suất kéo bơm gần, dễ dàng hơn;
- Cần cẩu gần cabine người lái, dễ dàng quan sát khi xe chạy hoặc lúc gặp sự cố;
- Thiết kế bố trí cần cẩu, thùng tải gọn gàng, tính thẩm mỹ cao;
- Cần cẩu hoạt động một cách dễ dàng hơn, không gian xoay cần cẩu rộng, dễ dàng nâng hạ những hàng hóa nặng mà sức người không thể bê, vác được;
Nguyên lý hoạt động của phương án thiết kế
2.2.1 Sơ đồ thủy lực cẩn cẩu
Cấu tạo của hệ thống dẫn động cẩu gồm hai phần:
Phần thứ nhất là hệ thống điện và khí nén để điều khiển hoạt động của bộ trích công suất được lắp trên hộp số
Phần thứ hai là hệ thống thuỷ lực bao gồm bơm, bình chứa dầu, tổng van phân phối, lọc dầu, các động cơ thuỷ lực, xy lanh thủy lực và các đường dầu dùng để điều khiển hoạt động của các bộ phận trên cần cẩu Trục của bánh bơm được nối với trục đầu ra của bộ trích công suất qua trục các đăng
6 Cụm xylanh chân chống phía trước
8 Mô tơ thủy lực xoay cần
11 Đồng hồ đo tải trọng
14 Cụm xy lanh chân chống phía sau
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống thủy lực cần cẩu SOOSAN SCS 746L
Ta có nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động cẩu như sau:
- Lúc đầu công tắc ở vị trí tắt thì bộ trích công suất chưa hoạt động
- Khi muốn gài bộ trích công suất hoạt động, ta ngắt ly hợp hoàn toàn và bật bộ trích công suất, lúc này đèn tín hiệu sẽ được bật sáng, dòng điện qua cầu chì vào cuộn dây rơle làm cho rơle hoạt động, đồng thời mở van khí nén, khí nén từ bình chứa vào buồng chứa khí nén của bộ trích công suất, khí nén sẽ ép màng và đẩy trục gài khớp cho bánh răng nối trục ra của bộ trích công suất ăn khớp với bánh răng trên trục trung gian của hộp số Khi đó làm cho bơm hoạt động, dầu từ thùng chứa cung cấp cho tổng van phân phối, sau đó dầu từ tổng van phân phối đi đến điều khiển dẫn động các động cơ thuỷ lực, xy lanh thủy lực để dẫn động các cơ cấu chấp hành thực hiện hoạt động của cần cẩu
Các cơ cấu chấp hành trên cẩu gồm các động cơ thuỷ lực roto và các xy lanh thuỷ lực Cụ thể trên cẩu có:
- 1 động cơ thuỷ lực roto được nối với hộp giảm tốc để dẫn động xoay cần cẩu
- 1 động cơ thuỷ lực roto để dẫn động tời quấn dây cáp để nâng hạ cần móc cẩu
- 1 cụm xylanh thủy lực để thực hiện việc nâng hạ chân chống phía trước
- 1 cụm xylanh thuỷ lực để thực hiện việc nâng hạ chân chống phía sau
- 1 xylanh thuỷ lực để thực hiện việc nâng hạ cần cẩu
- 1 cụm xylanh thuỷ lực để thực hiện công việc vươn ra hay thu vào cần cẩu để tăng hay giảm bán kính nâng khi cẩu hàng
Các động cơ thuỷ lực, xy lanh thủy lực trên cẩu được cung cấp dầu từ tổng van phân phối Trên tổng van phân phối cũng có đường dầu hồi từ tổng van phân phối về thùng chứa Trên tổng van phân phối bao gồm các van điều chỉnh được theo hai chiều so với vị trí trung gian Nghĩa là khi van ở vị trí trung gian thì đường chất lỏng công tác thông từ nguồn cung cấp đến các cơ cấu chấp hành sẽ bị đóng lại Khi ta kéo van về một phía nào đó so với vị trí trung gian thì dòng chất lỏng công tác sẽ thông qua để đi đến các cơ cấu chấp hành Lúc đó, các cơ cấu chấp hành bắt đầu làm việc, hoạt động theo điều khiển của người sứ dụng Còn khi ta kéo van về phía kia thì động cơ thuỷ lực do van này điều khiển sẽ hoạt động theo chiều ngược lại Trên sơ đồ thuỷ lực của cẩu còn có các van như: van an toàn, van cân bằng, van điều khiển
- Dừng ô tô trên mặt phẳng ngang tại vị trí công tác, kéo phanh tay
- Cho động cơ hoạt động ở chế độ không tải
- Gài hộp trích công suất (phải cắt ly hợp khi gài)
- Kéo chân chống ra hết mức, hạ chân chống cho tới khi bánh xe bắt đầu được giảm tải
- Điều khiển nâng hạ cần, quay cần cẩu, chuyển hàng hóa
- Điều khiển tốc độ động cơ phù hợp bằng chân ga phụ khi cẩu làm việc
- Tuân theo hướng dẫn vận hành cần cẩu SOOSAN SCS746L
- Không được cẩu hàng phía trước cabin và trên mặt đường nghiêng
- Khi vận hành cẩu tủy theo khẩu độ làm việc thì khối lượng nâng phải trừ đi khối lượng của cụm móc cẩu, các thiết bị chuyên dùng chằng buộc hàng hóa, khối lượng do momen của hàng hóa tác dụng lên móc cẩu
- Bảng giá trị sức nâng, tầm với của cần cẩu được lựa chọn sẽ được xác nhận sau khi cẩu được lắp đặt hoàn thiện lên xe và được kiểm tra thử tải thực tế theo hướng dẫn của nhà sản xuất cần cẩu
- Cần cẩu phải được kiểm tra lần đầu và thử thiết bị nâng theo quy định trước khi đưa vào sử dụng
- Không được đồng thời vừa cẩu hàng vừa nâng người lên làm việc trên cao
- Không được đồng thời vừa cẩu hàng vừa cho xe chuyển động
- Xếp cần về vị trí ban đầu
- Điều khiển rút chân chống lên và thu chân chống vào
- Nhả hộp trích công suất (phải ngắt ly hợp khi nhả)
- Nhả phanh tay và điều khiển ô tô chuyển động
- Tuân theo hướng dẫn vận hành ô tô kèm theo.
Các yêu cầu về thiết kế và phương án thiết kế thùng hàng
2.3.1 Các yêu cầu về thiết kế
- Sau khi chọn phương án với thiết kế thùng xe là thùng lửng, kết hợp với sự tham khảo của các dòng xe tương tự Ta tiến hành thiết kế sao cho kết cấu thùng xe chắc chắn, phải đảm bảo độ bền, tuổi thọ và mang tính thẩm mỹ cao và nhất là phù hợp với các quy định, quy chuẩn của bộ GTVT để xe tham gia giao thông trên đường bộ một cách an toàn nhất
-Thiết kế yêu cầu phải thỏa mãn theo thông tư 42/2014/TT-BGTVT, thông tư 54/2014/TT-BGTVT thông tư 30/2011/TT-BGTVT và thông tư 46/2015/TT- BGTVT,QCVN 09:2015/BGTVT
- Toàn bộ vật tư, phụ tùng để chế tạo lắp đặt thùng mới lên ô tô cơ sở được sản xuất trong nước
- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ thực hiện, giá thành thấp phù hợp với khả năng cung cấp vật tư, phụ tùng và khả năng công nghệ thi công của các cơ sở sản xuất trong nước
- Đảm bảo được các chỉ tiêu về an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường theo các quy chuẩn hiện hành, đồng thời đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật công nghệ
- Ô tô thiết kế mới phải đảm bảo không ảnh hưởng đến đặc tính động học, động lực học của xe cơ sở Đảm bảo chuyển động ỏn định và an toàn trên các loại đường giao thông công cộng
* Thiết kế thùng hàng thỏa mãn các quy định hiện hành:
Theo thông tư 42/2014/TT-BGTVT có các yêu cầu sau:
- Chiều cao lọt lòng thùng Ht ≤ 0,3 x Wt = 0,3 x 2200 = 660 mm Ô tô thiết kế ta chọn chiều cao thùng là Ht = 650 mm ≤ 660 mm
Theo quy chuẩn QCVN 09:2015/ BGTVT có yêu cầu:
- Chiều dài đuôi xe (ROH) không lớn hơn 60% chiều dai cơ sở xe thiết kế
WB = 60% x 6575 = 3945 mm Ô tô thiết kế có chiều dài đuôi xe 3905 mm < 3945 mm
- Chiều rộng toàn bộ của thùng chở hàng không được vượt quá 10% chiều rộng toàn bộ của cabin xe và không được vượt quá 2,5 m Ô tô thiết kế có chiều rộng phủ bì thùng hàng 2495 mm
- Chiều dài phần đuôi xe tính từ mép cuối xe chassis đến mép cuối thùng hàng không được vượt quá 300 mm Thùng xe thiết kế thỏa mãn đủ điều kiện
- Chiều cao xe thiết kế không được vượt quá 4 m
- Chiều dài toàn bộ xe không được vượt quá 12,2 m Xe thiết kế thỏa mãn điều kiện với chiều dài toàn bộ là 11,805 m
Chiều cao thiết kế xe Hmax 900 mm
Thùng tải bằng kim loại (thép) có kích thước:
- Lọt lòng thùng hàng (DxRxC): 8140 x 2350 x 650 mm
Khung xương vách trước gồm các thanh được làm bằng thép CT3 có tiết diện U90x40x4 và ᴓ34x1,4 liên kết với nhau và liên kết với 2 trụ trước bằng mối hàn hồ quang điện Mặt trong vách trước phủ tấm tole nhám dày 3 mm Kết cấu vách trước được thể hiện tại hình 2.3 và bảng khối lượng 2.1
Hình 2.3 Kết cấu vách trước thùng xe
Khối lượng vách trước cho trong bảng 2.1:
BẢNG 2.1 KHỐI LƯỢNG VÁCH TRƯỚC THÙNG
Khối lượng đầu vào (kg/m)
Khối lượng tính toán (kg)
Vách hông (bửng lật hông):
Hình 2.4 Kết cấu vách bửng hông thùng xe Vách hông thùng gồm các trụ thép CT3 có tiết diện U140x50x5 có thể tháo rời được Mỗi vách hông gồm 3 bửng hông, khung xương bửng hông gồm các thanh thép hộp CT3 □60x30x1,3 mm và □30x30x1,2 mm; liên kết với nhau bằng mối hàn hồ quang điện, mặt trong khung phủ tấm tole 1,4 mm Vách hông được thể hiện trong hình 2.4 và bảng 2.2, (xem chi tiết kết cấu tại bản vẽ số 6)
BẢNG 2.2 KHỐI LƯỢNG VÁCH HÔNG THÙNG
Khối lượng đầu vào (kg/m)
Khối lượng tính toán (kg)
3 Khóa tôm + bát cong / bản lề bửng 12/30 27,00
Vách sau (bửng lật sau):
Phía sau thùng có bửng mở xuống, khung xương bửng sau gồm các thanh thép hộp CT3 □60x30x1,3 và □30x30x1,2 liên kết với nhau bằng mối hàn hồ quang điện Liên kết giữa bửng sau và biên sau bằng 5 bản lề bửng giúp bửng có thể mở xuống được Mặt trong phủ tấm tole 1,4 mm được liên kết bằng các mối hàn hồ quang điện với khung bửng Kết cấu và khối lượng vách sau được thể hiện trong hình 2.5 và bảng 2.3 (xem chi tiết kết cấu tại bản vẽ số 6)
Hình 2.5 Kết cấu vách sau (bửng lật sau) thùng xe BẢNG 2.3 KHỐI LƯỢNG BỬNG LẬT SAU THÙNG
Khối lượng đầu vào (kg/m)
Khối lượng tính toán (kg)
Sàn thùng kết cấu gồm: 2 đà dọc từ thép CT3 định hình tiết diện I150x75x6 mm và 30 đà ngang bằng thép CT3 định hình tiết diện U100x45x4 mm Đà ngang liên kết với đà dọc nhờ các bát liên kết được hàn bằng các mối hàn hồ quang điện Trên đà ngang lót sàn thùng là tole tấm (loại nhám) dày 3 mm được hàn ghép nối lại với nhau Các thanh biên hông và biên sau được chấn định hình dày 5 mm và được hàn bao xung quanh các đà ngang Kết cấu đáy sàn có hình ảnh thể hiện như hình 2.6 (xem chi tiết tại bản vẽ số 6)
Hình 2.6 Kết cấu sàn thùng xe
Thùng tải lắp trên khung xe, được giữ chặt bởi 8 bu lông quang M18x1,5 mm và bốn bát liên kết (bát chống xô) Các bát chống xô được hàn liên kết hồ quan điện với đà dọc thùng xe và liên kết bằng bu lông M10x1,25 vào chassis xe Giữa đà dọc thùng và khung xe có lót đệm cao su
BẢNG 2.4 KHỐI LƯỢNG SÀN THÙNG
Khối lượng đầu vào (kg/m)
Khối lượng tính toán (kg)
Tính toán bố trí chung trọng lượng thành phần xe
Hình 2.7 Sơ đồ phân bố trọng lượng của ô tô thiết kế khi không tải
- G0 = Ggc + Gch + Gc + Gt + Gcs - trọng lượng ô tô khi không tải và O- tâm điểm đặt G0;
- Gch - trọng lượng ô tô chassis và Och - tâm điểm đặt Gch;
- Gt - trọng lượng thùng và Ot - tâm điểm đặt Gt;
- Gc - trọng lượng cẩu và Oc - tâm điểm đặt Gc;
- Ggc - trọng lượng phần ốp gia cường khung xe và Ogc - tâm điểm đặt Ggc;
- Gcs - trọng lượng chân chống sau Gcs và Ocs - tâm điểm đặt Gcs
Bảng 2.5 Phân bố trọng lượng của các thành phần lên các trục và chiều cao trọng tâm khi xe không tải
STT Thành phần trọng lượng, kG
Trọng lượng phân bố lên các trục Chiều cao trọng tâm
Giá trị, mm Trục 1 Trục 2+3
1 Ô tô chassis cơ sở Gch 8200 3700 4500 hch 1150
4 Cụm cần cẩu và phụ kiện Gc 3725 2272 1453 hc 2550
5 Cụm chân chống sau Gcs 470 -164 634 hcs 800
6 Bản thân ô tô tải - cẩu thiết kế G0 14370 5946 8424 hg0 -
Hình 2.8 Tông thể ô tô thiết kế
Các thông số cơ bản của xe sau khi thiết kế
BẢNG 2.6 THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE Ô TÔ THIẾT KẾ
1.1 Loại phương tiện Ô tô tải - cẩu
1.2 Nhãn hiệu, số loại cẩu: FOTON AUMAN C240.E4-CS
2 Thông số về kích thước
2.3 Vết bánh xe (trước/sau), mm 2014/1860
2.4 Vết bánh xe sau phía ngoài, mm 2200
2.5 Chiều dài đầu xe, mm 1325
2.6 Chiều dài đuôi xe, mm 3230
2.7 Khoảng sáng gầm xe, mm 270
2.8 Góc thoát trước/sau, độ 22/10
2.10 Chiều rộng thùng hàng, mm 2495
3 Thông số về trọng lượng
3.1 Trọng lượng bản thân xe, G0, kG 14370
Phân bố lên trục 1/(2+3), kG 5946/8424
3.2 Trọng lượng chở cho phép lớn nhất, kG 9435
3.3 Trọng lượng chở thiết kế lớn nhất, kG 9435
3.4 Số người cho phép chở, người 3
3.5 Trọng lượng toàn bộ cho phép lớn nhất, kG 24000
Phân bố lên trục 1/(2+3), kG 6500/17500
3.6 Trọng lượng toàn bộ thiết kế lớn nhất, kG 24000
3.7 Khả năng chịu tải lớn nhất trên trục 1/(2+3) của xe cơ sở, kG 6500/25200
4 Thông số về tính năng chuyển động
4.5 Bán kính quay vòng nhỏ nhất, m 10,8
5.2 Loại động cơ Diesel 4 kỳ, 6 xy lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước, tăng áp, làm mát khí nạp
5.3 Dung tích xy lanh, cm 3 6690
5.5 Đường kính x hành trình piston, mm 107 x 124
5.6 Công suất lớn nhất, kW/v/ph 198 / 2500
5.7 Mô men lớn nhất, Nm/v/ph 970 / 1400
5.8 Phương thức cung cấp nhiên Bơm cao áp, phun trực tiếp 5.9 Vị trí bố trí động cơ trên khung xe Phía trước
6 Ly hợp 1 đĩa ma sát khô, Dẫn động thủy lực, trợ lực khí nén
7 Hộp số 8 số tiến, 1 số lùi, dẫn động cơ khí
Tỷ số truyền ở các tay số, ihi
8 Trục các đăng 03 trục, ổ đỡ trung gian
9 Tỷ số truyền cầu chủ động, i0 5,286
10.1 +Trục 1 (đơn): cỡ lốp/khả năng tải (kg) 11.00R20/3650
10.2 + Trục 2+3 (kép): cỡ lốp/khả năng tải, kg 11.00R20/3150
11.1 + Kiểu treo trục 1 Phụ thuộc, nhíp giảm chấn thủy lực 11.2 + Kiểu treo trục 2 +3 Phụ thuộc, nhíp cân bằng
12.1 Phanh chính Tang trống, dẫn động khí nén 2 dòng
12.2 Phanh tay Tang trống, khí nén, lò xo tích năng tác động lên các bánh xe trục 02+03
12.3 Phanh dự phòng Khí xả
13.1 + Kiểu Trục vít - ê cu bi thanh rang- cung răng
13.2 + Dẫn động Cơ khí có trợ lực thủy lực
14.1 Áp định mức: 24V Ắc quy : 12V - 120Ah - 2 bình
14.2 Máy phát: 28 V - 70A Khởi động : 24 V- 6 kW
TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC XE TẢI - CẨU FOTON C240
Xác định tọa độ trọng tâm và tính toán ổn định của xe tải - cẩu
3.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm
Sau khi tính sơ bộ bố trí các thành phần trọng lượng của ô tô lên các cầu xe khi chưa có tải ở mục 2.4, ta tiến hành xác định trọng lượng hàng hóa mà ô tô có thể chở được nhiều nhất (kể cả trọng lượng tổ lái) phân bố lên các cầu sao cho phù hợp với tải trọng cho phép Từ đó xác định được tọa độ trọng tâm xe ở cả hai chế độ không tải và đầy tải
Ta có sơ đồ tính toán tọa độ trọng tâm ô tô sau khi thiết kế như hình vẽ dưới đây:
Hình 3.1 Sơ đồ tính toán tọa độ trọng tâm xe tải - cẩu khi đầy tải
G0 - trọng lượng bản thân ô tô thiết kế và O0 - tâm điểm đặt G0;
G = G0 + Gng + Gh - trọng lượng toàn bộ ô tô thiết kế và O- tâm điểm đặt G;
Gng - trọng lượng người (tổ lái, Gng = 1950 N) và Ong - tâm điểm đặt Gng;
Z1- phản lực từ mặt đường tác dụng lên cầu trước;
Z23 - phản lực từ mặt đường tác dụng lên cụm hai cầu sau a - khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua tâm cầu trước; b - khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua cụm hai cầu sau;
L - chiều dài cơ sở của ô tô, L = 6,575 m;
Các thông số chiều cao trọng tâm của các thành phần khối lượng ta chọn theo kích thước xe chassis và theo bản vẽ thiết kế (xem bảng 3.1)
Bảng 3.1 Phân bố trọng lượng của các thành phần lên các trục và chiều cao trọng tâm khi xe đầy tải
STT Thành phần trọng lượng, kG
Trọng lượng phân bố lên các trục Chiều cao trọng tâm
Giá trị, mm Trục 1 Trục 2+3
1 Bản thân ô tô tải - cẩu thiết kế G0 14370 3700 4500 hg0 -
4 Tổng trọng lượng toàn bộ xe G 24000 2272 1453 hg -
3.1.1.1 Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua tâm cầu trước: a0 a0 = (G023 L)/G0 , (m), (3.1) Trong đó:
G023 - trọng lượng bản thân phân bố lên cụm trục 2, 3 của ô tô;
G0 - trọng lượng bản thân xe;
L - chiều dài cơ sở của ô tô;
Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt phẳng đứng qua tâm cụm hai cầu sau: b0 b0 = L – a0, (m), (3.2)
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua tâm cầu trước: a a = (G23.L)/G, (m), (3.3) Trong đó:
G23 - trọng lượng xe đầy tải phân bố lên trục 2, 3 của ô tô;
G - trọng lượng xe đầy tải;
L - chiều dài cơ sở ô tô
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cụm cầu sau khi xe đầy tải: b b = L – a, (m), (3.4)
3.1.1.2 Tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao
Căn cứ vào các thành phần trọng lượng và chiều cao trọng tâm của chúng, ta xác định chiều cao trọng tâm ô tô theo công thức: hg = (ΣGi.hgi )/G, (m), (3.5) Trong đó:
Gi - trọng lượng các thành phần;
G - trọng lượng toàn bộ của ô tô; hg - chiều cao trọng tâm của ô tô thiết kế
Kết quả tính toán như trong bảng:
Bảng 3.2 Tọa độ trọng tâm xe tải - cẩu
STT Ô tô tải - cẩu FOTON
3.1.2 Kiểm tra tính ổn định của ô tô
3.1.2.1 Tính kiểm tra ổn định của ô tô khi không thao tác cẩu a) Tính kiểm tra ổn định tĩnh dọc của ô tô khi không tải và đầy tải
* Khi xe đứng yên quay đầu lên dốc (hình 3.2):
Hình 3.2 Sơ đồ kiểm tra ổn định tĩnh dọc khi xe đứng quay đầu lên dốc
- Trường hợp khi xe đứng quay đầu lên dốc, và có thể xem như lực Pj=0, Pm=0,
Theo hình 3.2 ta xác định được góc dốc giới hạn khi xe đứng quay đầu lên dốc bị lật đổ dọc là:
Khi không tải: αL0 = arctg(b0/hg0) => αL0 = arctg 60 0
Khi có tải: αL = arctg (b/hg) => αL = arctg 48 0
Trong đó: αL0, αL - góc dốc giới hạn lật dọc khi xe không tải và đầy tải; b0, b - khoảng cách từ trọng tâm xe tới mặt phẳng vuông góc với mặt đường qua tâm cụm trục sau khi xe không tải và đầy tải; hg0, hg - chiều cao trọng tâm xe khi không tải và đầy tải;
* Khi xe đứng yên và quay đầu xuống dốc (hình 3.3):
- Trường hợp xe đứng quay đầu xuống dốc, ta xác định được góc dốc giới hạn là:
Khi xe không tải: αL0’= arctg(a0/hg0) = arctg 68 `
Khi xe đầy tải: α L’= arctg (a/hg) = arctg 71,2 0
Hình 3.3 Sơ đồ kiểm tra ổn định tĩnh dọc khi xe đứng quay đầu xuống dốc b) Tính ổn định ngang của ô tô khi không tải và đầy tải
* Ổn định tĩnh khi xe đứng yên trên đường nghiêng ngang (hình 3.4)
Hình 3.4 Sơ đồ kiểm tra ổn định tĩnh khi xe đứng trên đường nghiêng ngang Theo điều kiện ổn định về lật nghiêng ngang thì góc dốc giới hạn của ô tô và mặt đường được xác định theo công thức:
Khi xe không tải: β0 = arctg (B2/2hg0) = arctg 35,8 0
Khi xe đầy tải: β = arctg (B2/2hg) = arctg 34 0
Trong đó: β0, β - góc dốc giới hạn của ô tô và mặt đường khi xe không tải và đầy tải;
B2 - vết bánh xe sau phía ngoài của xe; hg0, hg - chiều cao trọng tâm của xe khi xe không tải và đầy tải
* Tính bán kính quay vòng nhỏ nhất đến trọng tâm xe
Theo sơ đồ hình 3.5 ta có:
Rmin = OH = 10,8 m - bán kính quay vòng nhỏ nhất tính đến tâm bánh xe dẫn hướng ngoài (theo tài liệu cho trước);
AH = 0,1 m - khoảng cách từ tâm bánh xe dẫn hướng ngoài đến tâm trụ đứng;
AB - khoảng cách tâm 2 trụ quay đứng, E là trung điểm của CD;
C, D - điểm chiếu của tâm hai trụ quay đứng A, B lên đường tâm hai trục sau;
CD = AB = 2,014 - 2.0,1 = 1,814 m (vết hai bánh xe trước bằng 2,014 m);
Hình 3.5 Sơ đồ tính bán kính quay vòng nhỏ nhất đến trọng tâm xe
Vì thế, ta có công thức tính bán kính quay vòng đến trọng tâm xe (Rqmin =OG) gần đúng được thể hiện như sau:
Khi xe không tải: R q0min = √OE 2 + b 0 2 = √7,43 2 + 2,725 2 = 8 m
Khi xe đầy tải: R qmin = √OE 2 + b 2 = √7,43 2 + 1,785 2 = 7,73 m
L- chiều dài cơ sở của ô tô, L= 6,575 m; b0, b - khoảng cách từ tọa độ trọng tâm xe đến tâm hai trục 2 và 3 của xe khi không tải và khi đầy tải;
Rq0min, Rqmin - bán kính quay vòng nhỏ nhất của xe thiết kế tính đến trọng tâm xe khi ở chế độ không tải và đầy tải;
* Tính ổn định khi xe quay vòng trên mặt đường nằm ngang ở chế độ không tải và đầy tải
Hình 3.6 Sơ đồ kiểm tra ổn định động khi xe quay vòng trên đường nằm ngang
Khi xe quay vòng trên đường nằm ngang với bán kính quay vòng nhỏ nhất, lực quán tính (ly tâm) xuất hiện đặt tại trọng tâm xe làm cho xe có thể bị lật nghiêng Lực ly tâm này có giá trị:
Khi xe không tải: Plt0 q0min
Khi xe đầy tải: Plt qmin
G0, G - trọng lượng của xe khi không tải và đầy tải, N; g - gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s 2 ); vgh0, vgh - vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường đường nằm ngang khi xe không tải và đầy tải;
Rq0min, Rqmin - bán kính quay vòng nhỏ nhất của xe thiết kế tính đến trọng tâm xe khi ở chế độ không tải và đầy tải;
Plt0, Plt - lực ly tâm đặt tại trọng tâm xe ở chế độ không tải và đầy tải
Theo hình 3.6 khi ô tô quay vòng thì đường tâm gây lật của xe đi qua tâm tiếp xúc của bánh xe dẫn hướng trước ngoài đến tâm bánh xe phía sau ngoài Gần đúng, có thể tính bằng một nửa (1/2) vết hai bánh xe sau ngoài B2/2 Ta có phương trình cân bằng mô men xét tại đường tâm gây lật như sau:
Từ công thức 3.15, suy ra vận tốc tối đa cho phép khi ô tô quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất xác định bới công thức:
Khi xe không tải: v0gh ≤ [ v gh ] = √
Khi xe đầy tải: vgh ≤ [ v gh ] = √
Trong đó: B2 - vết bánh xe ngoài phía sau;
* Tính kiểm tra ổn định ngang xe khi không tải và đầy tải trên đường nghiêng ngang
+) Ổn định động khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang với tâm quay vòng trên đỉnh dốc, lúc này xuất hiện lực quán tính (ly tâm) làm xe có thể bị lật ngang xuống dốc Ta có thể chọn góc dốc của mặt đường là 13 0 Lúc này lực ly tâm này có giá trị:
Khi xe không tải: Plt0 q0min
Khi xe đầy tải: Plt qmin
Plt0, Plt - lực ly tâm đặt tại trọng tâm xe ở chế độ không tải và đầy tải vgh0, vgh - vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường dốc ngang khi xe không tải và đầy tải;
G0, G - trọng lượng của xe khi không tải và đầy tải, N; g - gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s 2 );
Rq0min, Rqmin - bán kính quay vòng nhỏ nhất của xe thiết kế tính đến trọng tâm xe khi ở chế độ không tải và đầy tải;
Hình 3.7 Sơ đồ tính ổn định động khi ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang
- Theo hình khi hướng nghiêng của đường ngược phía với trục quay vòng thì vận tốc nguy hiểm khi xe bị lật đổ là:
Khi xe không tải: gh 0 v g0 2 g0
Khi xe đầy tải: v gh g 2 g
Trong đó: g - gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s 2 )
B2 - vết bánh xe sau phía ngoài;
Rq0min, Rqmin - bán kính quay vòng nhỏ nhất của xe thiết kế tính đến trọng tâm xe khi ở chế độ không tải và đầy tải β - góc nghiêng của xe so với mặt đường Ta chọn β = 13 0 ;
- Theo hình khi hướng nghiêng của đường cùng phía với trục quay vòng thì vận tốc nguy hiểm khi xe bị lật đổ là:
Bảng 3.3 Kết quả tính toán ổn định ngang, ổn định dọc của ô tô tải – cẩu
Các giá trị giới hạn về ổn định của ô tô sau khi đóng mới thùng tải đều phù hợp với QCVN 09:2015/BGTVT Đồng thời phù hợp với điều kiện giao thông thực thế, đam bảo ô tô hoạt động ổn định
3.1.2.2 Tính kiểm tra ổn định của ô tô khi thao tác cẩu
Khi cẩu làm việc thường thì chân chống được rút dài ra và hạ xuống chống lên mặt đất để cho tải trọng của phần lớn được truyền xuống mặt đất nhằm chống uốn khung xe và giảm tải trọng tác dụng lên cầu của xe, tăng tính ổn định của xe khi cẩu hàng Khi cẩu hàng hóa trong điều kiện mặt bằng rộng lớn, trọng lượng hàng hóa cần cẩu lớn thì ta kéo chân chống ra ở mức tối đa Còn khi cẩu hàng hóa ở điều kiện mặt bằng chật hẹp hơn hay tải trọng nhỏ thì tùy theo chiều rộng cho phép mà ta sử dụng chân chống ở mức sao cho phù hợp
Khi cẩu hàng hóa thì ta xem chính phần trọng lượng của hàng hóa gây lật xe Phần trọng lượng bản thân ô tô làm đối trọng chống lại sự lật đổ này Vì vậy ta cần tính toán kiểm tra tính ổn định của ô tô khi cẩu làm việc để xác định giới hạn làm việc của cần cẩu để ô tô không bị lật
Khi tính toán ổn định cho ô tô khi cẩu làm việc, ta xét cho 2 trường hợp là cẩu hàng hóa theo phương dọc và phương ngang của ô tô ứng với trạng thái không tải vì khi đó đối trọn nhỏ nhất nên ô tô dễ bị lật nhất
* Tính kiểm tra ổn định ô tô khi cẩu hàng theo phương dọc
Tính toán động lực học kéo của ô tô
3.2.1 Các thông số ban đầu
Bảng 3.6 Bảng thông số tính kiểm tra động lực học kéo ô tô
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Trọng lượng toàn bộ ô tô G N 240 000
Phân bố lên cầu chủ động Zφ N 175 000
Bán kính làm việc trung bình của bánh xe rb m 0,50
Hệ số biến dạng lốp 0,93
Hệ số cản không khí K Ns 2 /m 4 0,6
Hệ số sử dụng trọng lượng bám? mφ - 1,2 Động cơ
Công suất lớn nhất, Nemax/nN, kW/v/ph 198/2500
Mô men lớn nhất, Memax/nM, Nm/v/ph 970/1400
Tỉ số truyền hộp số, ih 9,32-6,09-4,06-3,1-2,3-1,5-1-0,76-iL9,28
Tỉ số truyền cầu chủ động, i0 5,286
Thời gian trễ khi chuyển số t s 1
3.2.2 Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ, đồ thị cân bằng công suất
Sử dụng công thức thực nghiệm của S.R.LayDecman:
Nemax - công suất lớn nhất của động cơ;
Ne - công suất của động cơ ứng với số vòng quay bất kỳ của động cơ; nN - vòng quay của động cơ ứng với công suất cực đại; ne - vòng quay của động cơ ứng với công suất Ne; a, b, c - các hệ số thực nghiệm của động cơ đựơc chọn tương đối theo chủng loại động cơ như sau: động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp, tăng áp: a = 0,5; b = 1,5; c = 1
3.2.2b Mô men xoắn của động cơ:
Mômen xoắn của động cơ được tính:
Me = 10 4 Ne/(1,047.ne), (Nm) , (3.32) Ở đây: Ne - công suất của động cơ; ne - vòng quay của động cơ
Kết quả tính toán công suất và môn men theo vòng vòng quay từ công thức Lây đéc man cho ở bảng 3.7
Bảng 3.7 Bảng tính đặc tính ngoài động cơ n e (v/p) 700 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2300 2500
3.2.2c Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài động cơ:
Từ bảng 3.8 có giá trị Ne, Me tương ứng với các giá trị ne ta có thể vẽ đồ thị Ne f(ne) và đồ thị Me = f(ne)
Như vậy sau khi xây dựng được đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ chúng ta mới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô
Hình 3.10 Đồ thị đặc tính ngoài động cơ
3.2.2d Xây dựng đồ thị cân bằng công suất:
Công suất kéo tại bánh xe chủ động (Nk):
Mối quan hệ phát ra của động cơ và các công suất cản trong quá trình ô tô chuyển động phụ thuộc vào vận tốc di chuyển của ô tô, nghĩa là N = f(v) được gọi là đồ thị cân bằng công suất của ô tô Giữa số vòng quay trục khuỷu của động cơ ne và vận tốc chuyển động của ô tô v có quan hệ phụ thuộc được biểu thị bằng biểu thức: v = b.rb = (.ne.rb)/(30.it), (m/s) , (3.34) Ở đây: ne : vòng quay của trục khuỷu động cơ, v/p; rb : bán kính làm việc trung bình của bánh xe: rb =.r0 =0,93.(11+20/2).25,4= 0,5 m, (3.35) it : tỉ số truyền của hệ thống truyền lực
Khi ô tô chuyển động trên đường bằng, tổng công suất cản của đường (cản lăn) và gió được xác định theo công thức:
Nc = Nf + Nw = f.G.vi + Wvi 3= f.G.vi + KFvi 3 , (3.36) Trong đó: f - hệ số cản lăn, chọn để tính f = 0,02;
G - trọng lượng toàn bộ của ô tô, N; vi - tốc độ ở tay số thứ i của ô tô, m/s;
W = KF - nhân tố cản của không khí;
K- hệ số dạng khí động học, chọn K = 0,6 Ns 2 /m 4 ;
F- diện tích cản chính diện xe tải - cẩu:
Htt - chiều cao tính toán: chiều cao tính từ mặt đất đến mép trên đầu cabine;
Bc - bề rộng cần cẩu - phần nhô cần cẩu lên trên cabine;
Hcl - chiều cao phần cần cẩu nhô lên phía trên cabine);
Sau khi tính toán, ta có bảng các giá trị (Nk), (v) tương ứng như bảng 3.8 sau:
Bảng 3.8 Bảng tính cân bằng công suất của ô tô Nk -V
Xây dựng đồ thị: Trên trục hoành của đồ thị: ta đặt các giá trị của vận tốc chuyển động của xe (v), còn trên trục tung đặt các giá trị công suất kéo tại bánh xe chủ động (Nk) ở các tỷ số truyền khác nhau của hộp số Đồng thời lập các đường cong của các công suất cản khi ô tô chuyển động Nf và Nw Đồ thị cân bằng công suất của xe được thể hiện như hình 3.10:
Hình 3.11 Đồ thị cân bằng công suất của xe tải - cẩu
3.2.3 Xây dựng các đồ thị động học, động lực học của ô tô
* Đồ thị cân bằng lực kéo
Từ phương trình cân bằng lực kéo ta có thể biểu diễn bằng đồ thị Quan hệ giữa lực kéo phát ra tại các bánh xe chủ động (Pk)và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô (v) Trên trục hoành của đồ thị, ta đặt các giá trị vận tốc chuyển động của ô tô (v) Trên trục tung ta đặt các giá trị lực kéo tiếp tuyến ứng với các số truyền khác nhau của hộp số Pk1, Pk2, Hình dạng của đường cong lực kéo tiếp tuyến
Pk tương tự như dạng của đường mô men xoắn của động cơ Me Giá trị lực kéo tiếp tuyến phát ra ở các bánh xe chủ động ở số thứ n được xác định theo công thức:
Pki = (Me.ihi i0 ) / (rb) (3.37) Ở đây:
Pki - lực kéo tiếp tuyến phát ra ở các bánh xe chủ động ở số thứ n của hộp số;
Me - mômen xoắn của động cơ (lấy theo đường đặc tính tốc độ ngoài); ihi - tỷ số truyền tay số thứ i trong hộp số; i0 - tỷ số truyền của truyền lực chính; rb - bán kính làm việc trung bình của bánh xe;
Ta xét trong trường hợp ô tô chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang, nghĩa tống lực cản lăn và cản gió được xác định theo công thức 3.38
(3.38) Trong đó: f - hệ số cản lăn, f = 0,02;
G - trọng lượng toàn bộ của ô tô; vi - tốc độ ở tay số thứ i của ô tô;
W - nhân tố cản của không khí, W= KF
Sau khi thay thế các giá trị tương ứng vào công thức, ta có bảng 3.9 và từ đó vẽ được đồ thị cân bằng lực kéo của xe như trên hình 3.11
Bảng 3.9 Bảng tính cân bằng lực kéo xe (Pk)
Hình 3.12 Đồ thị cân bằng lực kéo ô tô Pk – V
* Đồ thị nhân tố động lực học ô tô
Nhân tố động lực học của ô tô D có thể được biểu diễn bằng đồ thị Nó thể hiện mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học và vận tốc chuyển động của ô tô, nghĩa là D = f(v), khi ô tô có tải trọng đầy và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải Nhân tố động lực học của ô tô được xác định theo công thức:
Di = (Pki – Pwi)/G (3.39) Trong đó:
G - trọng lượng toàn bộ ô tô, N;
Pki - lực kéo ở tay số thứ i của ô tô, N;
Pwi - lực cản không khí ở tay số thứ i, N:
K - hệ số cản không khí, chọn K = 0,6 Ns 2 /m 4 ;
F - diện tích cản chính diện của ô tô, m 2 : vi : tốc độ ở tay số thứ i của ô tô: v = b.rb = [( ne /(30.it)].rb , m/s (3.41) Sau khi thay thế các giá trị tương ứng vào công thức 3.39 - 3.41 , ta có bảng sau:
Bảng 3.10 Nhân tố động lực học xe tải - cẩu
Hình 3.13 Đồ thị nhân tố động lực học xe D - V
* Đồ thị gia tốc (j), gia tốc ngược (1/j)
Nhờ đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) ta có thể xác định được sự tăng tốc của ô tô khi hệ số cản của mặt đường đã biết và khi chuyển động bất kỳ với một vận tốc nào cho trước Khi đã biết trị số của hệ số cản mặt đường f, nhân tố động lực học D, ta xác định được khả năng tăng tốc của ô tô và rút ra được giá trị gia tốc di chuyển của ô tô:
J - gia tốc di chuyển của ô tô (m/s 2 )
D - nhân tố động lực học
= 1+1,05 (1+ihi 2) () ihi – tỉ số truyền ở các tay số
Từ các thông số tính toán trên, ta lập được bảng các giá trị gia tốc tương ứng như sau:
Hình 3.14 Đồ thị gia tốc J - V
Hình 3.15 Đồ thị gia tốc ngược 1/J
Nhận xét: Ô tô tải (có cần cẩu) có khả năng chạy ở số truyền thẳng trên các loại đường bằng phẳng có hệ số cản (f = 0,02) với:
Vận tốc lớn nhất: Vmax = 23,77 m/s (85,57 km/h) Độ dốc mà ô tô có thể khắc phục được là: imax = (Dmax - f).100%, (3.44)
J 8 v max = 23,77 m/s v max = 23,77 m/s imax = 26,3 % Vậy độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục được là: 26,3 %
3.2.4 Xác định thời gian tăng tốc của ô tô
Thời gian để ô tô tăng tốc từ V1 đến V2 được xác định theo công thức: t = ∫ 1
J dV v2 v1 , (3.45) Trong đó: J (m/s 2 ) – Gia tốc di chuyển của ô tô
Sử dụng phương pháp đồ thị để giải tích phân này Từ đồ thị gia tốc của ô tô, chia đường cong gia tốc ra thành nhiều đoạn nhỏ Giả thiết rằng trong mỗi khoảng tốc độ ứng với đoạn đường cong đó thì ô tô tăng tốc với một gia tốc không đổi
Thời gian tăng tốc của ô tô trong khoảng tốc độ vi1 đến vi2 được xác định như sau:
J tb (3.46) Ở đây: Jitb = 0,5.(Ji1 + Ji2)
(Ji1 + Ji2) - gia tốc ứng với điểm đầu và điểm cuối khoảng tốc độ chọn
Thời gian tăng tốc tổng cộng từ tốc độ cực tiểu Vmin đến tốc độ V t = ∑ 𝑛 𝑖=1 𝛥𝑡 𝑖 = t1 + t2 + t3 + t4 + ……+ tn (s), (3.47)
3.2.5 Xác định quãng đường tăng tốc của ô tô
Quãng đường để ô tô tăng tốc từ vận tốc V1 đến vận tốc V2 xác định theo công thức:
Sử dụng phương pháp đồ thị dựa trên đồ thị thời gian tăng tốc vừa lập để giải tích phân này Chia đường cong thời gian tăng tốc ra nhiều đoạn nhỏ và thừa nhận rằng trong mỗi khoảng thay đổi tốc độ ứng với từng đoạn này ô tô chuyển động đều với tốc độ trung bình vitb = 0,5.(vi2 + vi1), (3.49) Quãng đường tăng tốc của ô tô trong khoảng tốc độ từ vi1 đến vi2:
S = vitb.Jitb (m), (3.50) Quãng đường tăng tốc tổng cộng từ tốc độ cực tiểu vmin đến tốc độ v:
Từ các công thức trên ta xây dựng bảng 3.12 sau đây:
Bảng 3.12: Bảng xác định quãng đường, thời gian tăng tốc của ô tô v (m/s) 1,28 2,28 3,90 5,75 8,61 14,53 19,81 22,78
Hình 3.15 Đồ thị quãng đường, thời gian tăng tốc của ô tô
Nhận xét: Từ bảng trên xây dựng đồ thị quãng đường và thời gian tăng tốc, dựa vào đồ thị mà ta xác định được thời gian tăng tốc đến 200 m là t ≈ 22 giây, Thời gian này thỏa mãn điều kiện: t ≈ 23 giây ≤ 20 + 0,4.G = 30 giây là theo tiêu chuẩn QCVN09:2015/BGTVT
3.2.6 Tính kiểm tra khả năng vượt dốc theo điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường
Theo lý thuyết ô tô thì:
Memax - mô men xoắn cực đại của động cơ; ih1 - tỉ số truyền số 1 của hộp số; i0 - tỉ số truyền lực chính;
Rđ - bán kính động lực học bánh xe (m); m − hệ số sử dụng trọng lượng bám khi kéo với m=
− tải trọng tác dụng lên cầu chủ động;
G - khối lượng toàn bộ của ô tô (kg);
− hệ số cản tổng cộng của đường: = f + i ;
Như vậy khả năng leo dốc cực đại của ô tô trên các loại đường tính theo khả năng bám của bánh xe chủ động được tính toán như sau:
Bảng 3.13 Kết quả tính toán động học, động lực học xe tải - cẩu
Thông số Giá trị Giới hạn
Nhân tố động lực học lớn nhất Dmax 0,283 -
Vận tốc lớn nhất Vmax , (km/h) 85,57 ≥ 60
Khả năng vượt dốc lớn nhất, imax 26,3 %
≥ 20% Khả năng vượt dốc lớn nhất theo điều kiện bám 59,25 %
Thời gian tăng tốc khi đạt quãng đường 200 m 28 ≤ 30
TÍNH TOÁN SỨC BỀN CÁC KẾT CẤU CHÍNH
Tính sức bền đà ngang sàn thùng
Để kiểm tra tính toán kiểm tra sức bền của vật liệu, ta có thể sử dụng phần mềm tính toán sức bền vật liệu bằng phương pháp phần tử hữu hạn RDM Sàn thùng gồm 27 đà ngang bằng thép CT3: U100x45x4
Bảng 4.1 Bảng thông số đầu vào vật liệu sàn thùng
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Số dầm ngang sàn xe (không kể dầm kép) n 27
Tiết diện dầm ngang mm U100x45x4
Vật liệu chế tạo Thép CT3
Trọng lượng tập trung tác dụng lên đầu dầm ngang:
270 Trọng lượng phần bố do:
* Các giả thiết sau đây được chấp thuận khi tính toán:
- Khối lượng toàn bộ khung xương các vách hông tác dụng lên đà ngang sàn thùng tại hai đầu mút của đà ngang
- Khối lượng hàng hóa và các trang thiết bị vận chuyển với khối lượng bản thân của các đà ngang là trải dàn đều trên sàn thùng xe
Các đà ngang sàn thùng chịu tác dụng của tải trọng chính là tải trọng tập trung và tải trọng phân bố đều
-Trọng lượng phân bố đều của sàn và hàng tác dụng lên mỗi thanh đà ngang: gP = (Gs + Gh)/Ln.(n - 1), (N/m) (4.1) Trong đó:
Ln = 2,45 m - chiều dài mỗi đà ngang; n= 27 - số lượng đà ngang sàn
Thay vào (4.1) ta có: gP = 155 kG/m = 1550 N/m
- Trọng lượng tập trung tại hai đầu mút của mỗi thanh đà ngang:
Trong đó: n = 27- số lượng dầm ngang sàn
Thay vào ta có: Ptt = 10 (kG) = 100 N
* Tiết diện chịu lực của các đà ngang sàn:
Các đà ngang sàn xe được sử dụng từ thép CT3 U100x45x4 có các thông số đặc trưng hình học của mặt cắt ngang như sau:
- Diện tích mặt cắt ngang A (cm 2 ): 7,28
- Moment quán tính Jx (cm 4 ): 108,95
- Moment chống uốn Wx (cm 3 ): 21,79
- Ứng suất uốn cho phép của vật liệu ([ CT3 ], (N/m 2 ): 120.10 6 (N/m 2 )
- Ta có sơ đồ tính toán:
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán bền đà ngang sàn thùng
Hình 4.2 Biểu đồ chuyển vị của đà ngang sàn thùng
Chuyển vị lớn nhất Xmax = 1,1.10 -3 m
Hình 4.3 Biểu đồ mô men uốn đà ngang sàn thùng
Mô men uốn lớn nhất: Mumax = 5,62.10 2 Nm
Hình 4.4 Biểu đồ ứng suất uốn đà ngang sàn thùng Ứng suất uốn lớn nhất tại vị trí liên kết giữa đà dọc và đà ngang:
Từ kết quả tính toán ta có umax = 2,502.10 6 N/m 2 < [ u ] = 120.10 6 N/m 2 ; do đó dầm ngang sàn xe dư bền.
Kiểm tra sức bền khung ô tô
Trong quá trình chuyển động khung phụ thùng hàng chịu 2 chế độ tải trọng đặc trưng: tải trọng tĩnh, tải trọng động Vì khung chịu lực lớn nhất ở chế độ tải trọng tĩnh nên chúng ta sẽ kiểm tra bền khung ô tô trong trường hợp này
Theo như tham khảo các bản hướng dẫn lắp ghép cần cẩu Ta thiết kế thêm các thanh V90x90x10 nẹp dọc khung dọc của xe chassis để tăng thêm độ bền cho khung xe Khung phụ tại vị trí lắp cẩu được ốp thêm các thanh la dày 8mm vào hai mép cạnh thép hình I150 tạo thành hình hộp giúp tăng cứng, đảm bảo độ bền tại vị trí lắp cần cẩu
Hệ thống treo của ô tô Foton C240 phía trước gồm các lá nhíp đơn Trục sau 2 và
3 cũng được thiết kế gồm nhíp lá phụ thuộc Vì thế, ta có thể xem mối dầm dọc khung xe có các điểm tựa 2 điểm tựa với các bệ nhíp phía trước và 1 điểm tựa tương ứng với bệ nhíp phía sau Ngoài ra mỗi dầm còn có cặp chân chống trước và sau
Trường hợp xe đứng yên và đang thao tác cẩu với tải trọng cẩu lớn nhất là Qc 7000 kG Khi đó tiết diện nguy hiểm nằm trong khoảng không gian giữa trục 1 và trục 2,3 Sự ảnh hưởng của trọng lượng các phần tử thuộc nhóm thứ nhất như: cụm động cơ
- hộp số, buồng lái, két nước, bình nhiên liệu, bình ắc quy, ta có thể quy về tải trọng tập trung phân bố lên cầu 1 và cầu 2,3 Giá trị ứng suất của các phần tử trọng lượng ở nhóm thứ nhất có giá trị nhỏ hơn nhiều so với nhóm 2 là: trọng lượng bản thân khung xe, trọng lượng của thùng hàng, trọng lượng hàng hóa, trọng lượng cẩu, trọng lượng vật nâng gây ra
- Trọng lượng khung xe và trọng lượng gia cường phân bố đều theo dọc khung
- Phân bố trọng lượng của cẩu:
- Phân bố trọng lượng trên hai gối nhíp được quy về tâm trục
- Trọng lượng thùng hàng và hàng hóa phân bố đều theo chiều dọc thùng hàng Với các giả thiết trên, ta xác định được các giá trị tác dụng lên một khung dầm như sau:
- Giá trị trọng lượng các thành phần khồi lượng như: cơ cấu lái, tổ kíp lái, động cơ, ly hợp, hộp số, két nước, và các thiết bị, hệ thống kèm theo trên xe phân bố tập trung lên cầu 1 và cầu 2, 3 Vì không có thể tháo rời từng bộ phận trên, để cho đơn giản hóa ta có thể ước lượng tính khối lượng các thành phần trên thông qua khối lượng bản thân xe chassis trừ đi các cầu xe, bánh xe là có thể xác định được sơ bộ khối lượng Tuy nhiên, các thành phần khối lượng trên chủ yếu tập trung tác dụng lên cầu 1 nên ta có thể quy về một thành phần lực tập trung có giá trị như sau:
Gcxc1 - Trọng lượng ô tô chassis cơ sở phân bố lên cầu trước (cầu 1)
Gbl - Trọng lượng (ước tính) của cụm cầu 1, các bánh xe, các thiết bị không tác dụng lên khung dầm chassis
- Giá trị trọng lực phân bố đều do trọng lượng bản thân khung tác dụng lên một dầm khung: q1 = G k
Gk – Trọng lượng bản thân khung xe và phần gia cường một bên, Gk = 4100 N;
Lk – Chiều dài khung, Lk = 11,6 m;
- Giá trị trọng lực phân bố đều do trọng lượng hàng hóa và trọng lượng thùng hàng tác dụng lên một dầm khung: q2 = G t + G h
Gt - Trọng lượng thùng xe, Gk = 18000 N;
G - Trọng lượng hàng hóa Gh = 94350 N;
Lk - Chiều dài khung; Lk = 8,3 m
- Giá trị trọng lực tập trung của cần cẩu và moment của cần cẩu khi nâng hàng với trọng lượng nâng hàng lớn nhất (Ghmax = 70000 N) và bán kính làm việc là 2m tác dụng lên một dầm khung:
Mh = LCC Ghmax = 2.70000 = 140000 N (4.7) Tiết diện chịu lực của khung xe chassi cơ sở và đà dọc thùng ta có thể coi như ghép liền nhau
Hình 4.5 Tiết diện khung xe cơ sở và đà dọc thùng
Tại vị trí lắp cẩu là vị trí nguy hiểm nhất
- Diện tích mặt cắt ngang A (cm 2 ): 115,79
- Moment quán tính Jx (cm 4 ): 63477,89
- Moment chống uốn Wx (cm 3 ): 2258,9
- Ứng suất uốn cho phép của thép CT3: [ u] = 120 Mpa = 120 10 6 N/m 2
Từ các giả thiết trên, có thể thống kê lại các giá trị thành phần lực tác dụng lên một dầm dọc khung và có thể biểu diễn theo biểu đồ tính toán trong phần mền RDM như hình 4.6 sau:
Hình 4.6 Sơ đồ tính bền khung xe
Tại điểm 2(1325); 3(2725); 5(7900); 6(10145) lần lượt là gối đỡ tại tâm cầu 1, tại chân trước của cẩu, chân cầu 2+3 và chân chống sau của cần cẩu
Tại điểm 2(1325) - trọng lượng tác dụng lên cầu 1 (một khung xe);
Tại điểm 3(2725) - trọng lượng của cần cẩu tác dụng khung xe;
Tại điểm 4(3300) đến điểm 7(11600) - trọng lượng hàng hóa phân bố đều lên khung xe;
Tại điểm 1(0) đến điểm 7(11600) - trọng lượng bản thân khung xe phân bố đều dọc khung;
Tại điểm 3(2725) - mô men quay khi cần cẩu nâng hàng với trọng lượng nâng lớn nhất;
Hình 4.7 Biểu đồ chuyển vị khung xe
Ta có kết quả tính toán chuyển vị: Xmax = 3,256 mm = 3,256.10 -3 m
Hình 4.8 Biểu đồ mô men uốn khung xe
Ta có kết quả tính toán Muốn = 1,067.10 9 Nmm = 1,067.10 12 Nm
Hình 4.9 Biểu đồ ứng suất uốn khung xe Ứng suất uốn lớn nhất: umax = 72,7 Mpa = 72,7.10 6 N/m 2
Từ kết quả tính toán ta có umax = 72,7.10 6 N/m 2 < [u] = 120.10 6 N/m 2 ; do đó khung xe kết hợp đà dọc thùng xe đủ bền.
Kiểm tra mối ghép mối ghép giữa thùng tải và khung ô tô
Dầm dọc của thùng tải được đặt lên khung và liên kết với khung xe bằng bu lông:
- Tại phía đầu của mỗi dầm dọc thùng, ta thiết kế các bát chống xô và được hàn liên kết với đà dọc của thùng xe và liên kết bằng bu lông với khung xe Các bát chống xô này giúp cho dầm dọc thùng không bị xô ngang khỏi khung xe
- Phân bố đều theo chiều dài thùng, mỗi bên lắp 5 bulông quang M18 Liên kết này giúp cho dầm dọc thùng không bị trượt dọc trên khung xe, không bị lật nghiêng khỏi khung trong các trường hợp - nhất là lúc xe quay vòng
4.3.1 Tính toán bu lông để chống trượt dọc
Khi xe xuống dốc hoặc lúc phanh gấp thì thùng xe có khả năng bị trượt dọc nhiều nhất, lúc này các bu lông liên kết thùng xe với khung xe có khả năng chịu ứng suất cắt lớn nhất Với cách bố trí liên kết như trên, liên kết chịu tải chính là liên kết các bản thép
(bát chống xô) và dầm dọc khung xe Liên kết gồm 24 bulông M12 chịu cắt (giả sử trong lúc tính toán chống trượt dọc lên khung xe, ta bỏ qua các bu lông quang thùng) Như vậy, bulông sẽ chịu ứng suất cắt lớn nhất khi xe đi trên đường xuống dốc và phanh ngặt:
- Chọn góc dốc tính toán 15 0
- Gia tốc phanh lớn nhất Jp (chọn gia tốc lớn nhất khi phanh là 6 m/s 2 )
Hình 4.10 Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi phanh đột ngột và đang xuống dốc
Hình 4.11 Liên kết dầm dọc thùng với khung xe
- Lực quán tính tác dụng:
Pqt = (Gtch/g) Jp = (149600)/9,81).6 = 91500 N, (4.8) Ở đây: Gthc - trọng lượng thùng, cẩu và hàng:
- Lực xê dịch cụm thùng do chuyển động xuống dốc:
- Hợp các lực làm xê dịch thùng xe:
- Gía trị ứng suất cắt trong bản thân bulông (giả sử các bulông chịu lực đều nhau): τ = 48
Trong đó: n - số bu lông liên kết giữa thùng xe và khung xe, (n = 24); db -đường kính bulông;
- Theo tài liệu tham khảo: vật liệu chế tạo bulông từ thép C45 có ứng suất cắt là:
Kết luận các bu lông trong nhóm chịu cắt đủ bền
4.3.2 Tính toán bulông quang treo để thùng chống trượt ngang
Ta tính toán cho trường hợp ô tô đầy tải quay vòng ổn định trên mặt đường bằng phẳng
Hình 4.12 Liên kết thùng xe với khung xe nhờ các bu lông quang thùng
Ta thấy khi xe quay vòng ổn định trên đường vòng thì thùng xe có khuynh hướng bị trượt ngang do tác dụng của lực ly tâm
Lực quán tính ly tâm khi xe quay vòng: min
Pltn - lực quán tính ly tâm;
G- lực tác dụng của hệ (thùng + hàng + cẩu), G = 149600 N;
Vgh - vận tốc giới hạn giới hạn (vận tốc nguy hiểm) khi xe quay vòng ổn định trên đường vòng khi xe đầy tải, Vgh = 8,7 m/s;
= 104724 N, (4.13) Để thùng không bị trượt ngang khi ô tô quay vòng trên đường thì: ltn b G).f) P ((P + , (4.14) Trong đó:
Pb - lực siết của bu bông quang treo;
- hệ số ma sát giữa hai thanh dọc thùng xe với khung xe Theo [1] thì = (0,15 ÷ 0,200) chọn =0,18,
104724− = N, (4.15) Vậy lực siết của mỗi bu lông quang treo là:
F= p b = N, (4.16) Ứng suất kéo phát sinh trong mổi bu lông:
Trong đó: d- Đường kính bu lông
43220 Ứng suất kéo cho phép của thép là [σk] 00 N/mm 2
Như vậy ứng suất kéo phát sinh của bu lông đủ bền.
Kiểm tra sự phù hợp của trục trích công suất (PTO) lắp đặt với bơm thủy lực của cần cẩu
Bơm thủy lực đồng bộ theo cẩu có các thông số như sau:
+ Tốc độ làm việc: 1200 vòng/phút
Ta có công suất kéo bơm:
Nđc = pb Q / 612 () Trong đó: pb - áp suất làm việc của bơm (kG/cm 2 )
= 0,98, - hiệu suất của hệ thống truyền lực
Tại số vòng quay bơm nb = 1200 (v/p) ta có số vòng quay động cơ là: nđc = 1200 0,818 = 981,6 vòng/phút Ở tốc độ 800 (v/p) thì công suất của động cơ là 76,84 kW
Như vậy các thông số hộp trích công suất phù hợp, bơm đạt 100% công suất.
Đánh giá về độ bền của các cụm chi tiết, tổng thành
Các loại vật liệu để làm thùng xe, gia cường chassis,…đều đạt các yêu cầu theo các tiêu chuẩn của Việt Nam về độ cứng, độ bền, Các chi tiết thùng xe được liên kết với nhau bằng nhiều phương pháp hàn khác nhau, phù hợp với từng loại vật liệu Kết hợp với nguồn nhân lực trình độ, chuyên môn cao nên chất lượng sản phẩm đầu ra đạt chuẩn về các yêu cầu kỹ thuật
Các hệ thống còn lại của xe như: hệ thống truyền lực, hệ thống chuyển động, hệ thống lái, hệ thống treo, hệ thống phanh, do kết cấu được giữ nguyên không thay đổi, khối lượng toàn bộ, khối lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau của ô tô khi lắp mới thùng tải vẫn không lớn hơn so với ô tô nguyên thủy nên vẫn đảm bảo đủ bền, không cần phải tính kiểm tra lại.
