Thiết kế ô tô tải (gắn cần cẩu Unic UR-V 340) trên cơ sở ô tô sát xi tải ISUZU FRR90NE4 Ô tô tải cẩu được dùng rộng rãi để vận chuyển hàng hóa, xếp dỡ hàng hóa, phục vụ lắp ráp thiết bị. Vì ô tô phối hợp cả hai chức năng bốc dỡ hàng và vận chuyển hàng nên được ưa chuộng trên thị trường. Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố đông dân nhất, là đầu tàu kinh tế của Việt Nam. Thành phố Hồ Chí Minh còn có rất nhiều đường, hẻm với chiều rộng khác nhau, có đường/hẻm thậm nhỏ hơn 2 mét. Ngoài ra, có rất nhiều tuyến đường khác bị lâm vào tình trạng “thắt cổ chai” do lòng đường bị chiếm dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Những điều này gây rất nhiều khó khăn trong việc di chuyển cũng như vận chuyển và bốc dở hàng hóa Do những quy định của nhà nước về việc chuyển chở hàng hóa như: tải trọng cho phép, kích thước xe, giờ quy định xe được lưu thông trong nội thành …, cũng là những vấn đề cần chú ý khi thiết kế xe để đảm bảo tối ưu hoạt động của xe. Yêu cầu - Vừa làm chức năng bốc dỡ vừa vận chuyển. - Thiết bị cẩu có kích thước gọn nhẹ, ít ảnh hưởng khả năng tải của xe. Xếp dỡ được hầu hết các loại hàng hóa mà xe nền chuyên chở được. - Bảo đảm tính ổn định của xe khi vận chuyển cũng như khi xếp dỡ hàng hóa. Điều khiển cẩu thuận tiện (cơ cấu bố trí ở vị trí hợp lý). - Tuân thủ các tiêu chuẩn của xe được quy định trong TCVN
Công dụng, điều kiện làm việc, yêu cầu và phương án thiết kế
1 Công dụng Ô tô tải cẩu được dùng rộng rãi để vận chuyển hàng hóa, xếp dỡ hàng hóa, phục vụ lắp ráp thiết bị Vì ô tô phối hợp cả hai chức năng bốc dỡ hàng và vận chuyển hàng nên được ưa chuộng trên thị trường
Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố đông dân nhất, là đầu tàu kinh tế của Việt Nam Thành phố Hồ Chí Minh còn có rất nhiều đường, hẻm với chiều rộng khác nhau, có đường/hẻm thậm nhỏ hơn 2 mét Ngoài ra, có rất nhiều tuyến đường khác bị lâm vào tình trạng “thắt cổ chai” do lòng đường bị chiếm dụng cho nhiều mục đích khác nhau Những điều này gây rất nhiều khó khăn trong việc di chuyển cũng như vận chuyển và bốc dở hàng hóa
Do những quy định của nhà nước về việc chuyển chở hàng hóa như: tải trọng cho phép, kích thước xe, giờ quy định xe được lưu thông trong nội thành …, cũng là những vấn đề cần chú ý khi thiết kế xe để đảm bảo tối ưu hoạt động của xe
- Vừa làm chức năng bốc dỡ vừa vận chuyển
- Thiết bị cẩu có kích thước gọn nhẹ, ít ảnh hưởng khả năng tải của xe Xếp dỡ được hầu hết các loại hàng hóa mà xe nền chuyên chở được
- Bảo đảm tính ổn định của xe khi vận chuyển cũng như khi xếp dỡ hàng hóa Điều khiển cẩu thuận tiện (cơ cấu bố trí ở vị trí hợp lý)
- Tuân thủ các tiêu chuẩn của xe được quy định trong TCVN
1- xe cơ sở; 2- thùng xe; 3- càng nâng hàng; 4- cơ cấu nâng; 5- hàng
Hình 1 Phương án bốc dỡ hàng dùng càng lật dọc Ưu điểm:
- Có kết cấu đơn giản về kỹ thuật và vận hành
- Quá trình bốc dỡ nhanh, thích hợp cho những vị trí bốc hàng gần
Quá trình chất dỡ tải rất hạn chế, vị trí chất dỡ theo quỹ đạo quay của càng
1- xe cơ sở; 2- thùng xe; 3- cần trượt; 4- cáp trượt; 5- hàng; 6- cáp kéo hàng
Hình 2 Phương án bốc dỡ dùng cần trượt
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng
- Khu vực bốc dỡ hàng rộng hơn phương án 1
- Cần làm cố định nên quá trình bốc hàng không linh động, chỉ bốc được ở phía sau ô tô
- Vận chuyển kém ổn định do chiều dài cần không thu lại được
- Tầm với cần hạn hẹp
1- xe cơ sở; 2- thùng tải; 3- thân cầu; 4- cần cẩu; 5- cơ cấu nâng; 6- cáp nâng; 7- hệ thống điều khiển
Hình 3 Phương án bốc dỡ dùng cần cẩu Ưu điểm:
- Cơ cấu linh động, có thể bốc dỡ hàng ở nhiều vị trí khác nhau
- Khi di chuyển cẩu được xếp lại nên nâng cao tính ổn định ô tô
- Kết cấu phức tạp, khó bảo trì
- Khi cẩu vận hành, tính ổn định thấp
- Hiện nay sử dụng phổ biến nhất là loại tải cẩu với cần cẩu trong khoảng 3 tấn
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ô tô tải cẩu dùng cơ cấu thủy lực
Hình 4 Các chi tiết chính hệ thống nâng hạ
Hình 4.4 thể hiện các chỉ tiết chính của hệ thống nâng hạ thủy lực được lắp trên xe tải cẩu Khi cải tạo từ xe tải sang tải cẩu, công việc thường làm là cắt ngắn thùng tải, dời thùng về sau, lắp cẩu vào phần giữa cabin và thùng tải, gia cường chassis
Thiết bị lắp mới bao gồm các chỉ tiết chính sau:
- Cẩu và cơ cấu làm việc của cầu: dàn cẩu có thể thay đổi tầm phóng nhờ có các đoạn lồng vào nhau Số đoạn thường từ 2 - 5 Đoạn ngoài cố định, đoạn trong có thể chuyển động tương đối với đoạn ngoài nhờ hệ thống xy lanh thủy lực Trên đầu đoạn cần trong có gắn hệ thống tời - móc để nâng hạ hàng
- Cơ cấu nâng hạ: đoạn cần ngoài được nối với cột đứng của cẩu qua khớp bản lề và được nâng lên hạ xuống nhờ một xy lanh thủy lực
- Mâm quay: giúp cẩu quay tròn vòng, mâm quay được dẫn động bởi động cơ thủy lực, thông qua cặp bánh răng ăn khớp trong
- Chân chống: tăng độ ổn định của xe khi làm việc, gồm hai chân chống có thể dẫn động bằng xy lanh thủy lực hoặc bằng tay
Tất cả các nguồn động lực của cơ cấu đều do hệ thống thủy lực cung cấp Bơm dầu được dẫn động từ hộp thu công suất của xe Thông qua hệ thống van điều khiển, ta có thể thực hiện các thao tác sau:
- Nâng hạ tải: móc tải được nâng, hạ nhờ tời Tời được dẫn động bằng một động cơ thủy lực
- Nâng hạ cần: thông qua xy lanh thủy lực Xy lanh này có thể bố trí bên dưới cần (kiểu đấy) hoặc bên trên cần (kiểu kéo)
- Thay đổi tầm với của cần: với loại cần với kiểu hộp lồng vào nhau, ta có thể thay đổi tầm với cần thông qua thay đổi chiều dài xy lanh thủy lực bố trí trong lòng cần
- Quay cấn: toàn cụm cẩu được quay xung quanh trụ đứng cố định nhờ cặp bánh răng ăn khớp, dẫn động bởi cơ cấu trục vít - bánh vít
Với loại cẩu điều khiển chân chống bằng thủy lực, ta có thêm hai cần điều khiển:
- Thay đổi tầm với chân chống
Hình dưới giới thiệu sơ đồ hệ thống dẫn động sử dụng trên cẩu UNIC 2,9 tấn
Cần lưu ý tải trọng lớn nhất cầu nâng được sẽ thay đổi theo tầm với của cẩu Khi cần vươn dài tối đa, tải trọng nâng được là tối thiểu
4 Chọn phương án thiết kế:
Sau khi tham khảo điều kiện làm việc, yêu cầu thiết kế và so sánh ưu - nhược điểm của các phương án trên, ô tô hút bùn này chủ yếu sử dụng trong trung tâm thành phố Mặc khác, điều kiện đường xá ở Việt Nam còn chậm phát triển so với tốc độ phát triển số lượng xe, hệ thống đường xá nhỏ hẹp, hay tắc nghẽn rất nghiêm trọng, đặc biệt trong những mùa mưa bão và lễ Có những vị trí rát khó vào để bốc dỡ hàng hóa Để đảm bảo phục vụ cho những công tác trên, nhóm chọn phương án thiết kế như sau:
- Sử dụng xe nền FRR90NE4 có kích thước phù hợp với hệ thống đường xá của thành phố, giúp xe hoạt động linh hoạt và tối ưu hơn
- Phương án nâng hạ: dùng cần cẩu
- Phương án điều khiển hoạt động của cần cẩu là dùng thủy lực
Sơ đồ bố trí chung của phương án:
Thiết kế bố trí chung
Chọn xe cơ sở
1.1 Yêu cầu chọn xe cơ sở
- Tải trọng phân bố cho phép lên cầu trước và cầu sau phải phù hợp
- Chiều dài phần khung để lắp bộ phận chuyên dung phải phù hợp
- Dung tích phần động cơ, mức độ tiêu hao nhiên liệu cần thiết
- Có thể trích công suất từ động cơ
- Các thông số về hệ thống truyền lực, quay vòng, hệ thống phanh…
- Mức độ an toàn, khí thải phải đảm bảo theo tiêu chuẩn giao thông đường bộ Việt Nam
- Phổ biến trên thị trường
- Dễ dàng bảo trì bảo dưỡng và thay thế các thiết bị khi bị hư hỏng
=> Từ các yêu cầu trên chọn xe cơ sở FRR90NE4
1.2 Ưu điểm của xe FRR90NE4
- Xe có tải trọng phù hợp với yêu cầu đặt ra
- Khả năng chịu tải của cầu trước và cầu sau lớn
- Kích thước tổng thể của xe phù hợp với điều kiện đường xá của thành phố HCM
- Xe có công suất lớn, có thể trích công suất trên hộp số để cung cấp nguồn cho thiết bị chuyên dùng
- Các thông số về dung tích động cơ và truyền lực lớn hơn các xe cùng loại
- Thương hiệu ISUZU rất thông dụng ở thị trường Việt Nam với chế độ bảo trì, bảo dưỡng rộng khắp toàn quốc và rất chuyên nghiệp
Thông số kỹ thuật cơ bản
1 Thông tin chung Ô tô cơ sở
1.1 Loại phương tiện Ô tô sát xi tải 1.2 Nhãn hiệu, Số loại của phương tiện ISUZU FRR90NE4
2 Thông số về kích thước
2.1 Kích thước bao: Dài x Rộng x Cao
2.2 Chiều dài cơ sở (mm) 4990
2.3 Vệt bánh xe trước/sau (mm) 1790/1660
2.4 Chiều dài đầu xe (mm) 1150
2.5 Chiều dài đuôi xe (mm) 2280
2.6 Khoảng sáng gầm xe (mm) 210
3 Thông số về trọng lượng
3.1 Trọng lượng bản thân (kG) 3255
3.1.1 Phân bố trọng lượng bản thân trên từng trục (trục 1/ trục 2) của xe
3.2 Số chỗ ngồi (kể cả lái xe) 03
3.3 Trọng lượng toàn bộ thiết kế (kG) 11000
3.3.1 Phân bố trọng lượng toàn bộ trên từng trục (trục 1/ trục 2+3) của xe
4 Thông số về tính năng chuyển động
4.1 Tốc độ cực đại của xe khi toàn tải
4.2 Độ dốc lớn nhất xe vượt được (%) 34,89
4.3 Bán kính quay vòng nhỏ nhất (m) 7,2
5.1 Tên nhà sản xuất và kiểu loại động cơ
5.2 Loại nhiên liệu Diesel, 4 Kỳ, 4 xilanh thẳng hàng, làm mát bằng nước, tăng áp 5.3 Dung tích xi lanh (cm3) 5193
5.5 Đường kính xi lanh x Hành trình piston
5.6 Công suất lớn nhất (kW)/ Tốc độ quay (vòng/phút)
5.7 Mô men xoắn lớn nhất (N.m) / Tốc độ quay (vòng/phút)
5.8 Phương thức cung cấp nhiên liệu Phun nhiên liệu điện tử
5.9 Vị trí bố trí động cơ trên khung xe: Phía trước
6.1 Kiểu 1 đĩa ma sát khô
6.2 Dẫn động Thủy lực, trợ lực khí nén
7 Hộp số chính, hộp số phụ: 6 số tiến, 1 số lùi
7.1 Tỷ số truyền các tay số 6,369-3,767-2,385-1,442-1,000-0,720 7.2 Tỷ số truyền tay số lùi 6,369
8 Trục các đăng (trục truyền động):
9 Cầu xe: Cầu ở trục 2 chủ động; tỷ số truyền
10 Vành bánh xe và lốp trên từng trục:
10.2 Lốp trước, trục I 8,25-16, áp suất: 105 PSI
10.4 Lốp sau, trục II 8,25-16, áp suất: 105 PSI
11 Mô tả hệ thống treo trước/ sau:
Treo trục 1: Phụ thuộc, nhíp lá Giảm chấn: Thủy lực
Treo trục 2: Phụ thuộc, nhíp lá
12 Mô tả hệ thống phanh trước /sau:
- Dẫn động phanh chính: Thủy lực, 2 dòng, điều khiển khí nén
- Phanh đỗ xe (phanh tay): Cơ cấu cáp kéo, tác động lên trục thứ cấp hộp số
- Phanh dự phòng: Phanh khí xả
13 Mô tả hệ thống lái:
13.1 Kiểu Trục vít ê-cu bi
13.2 Tỷ số truyền cơ cấu lái 18,8
13.3 Dẫn động lái Cơ khí có trợ lực thủy lực
14 Kiểu thân xe: Sát-xi chịu lực
15.2 Máy phát điện: Không chổi than 24V/60A
15.3 Động cơ khởi động: 24 V – 4,5 kW
15.4 Hệ thống chiếu sáng, tín hiệu: Đèn chiếu sáng phía trước, màu trắng, số lượng 02 Đèn tín hiệu rẽ, màu vàng, số lượng 04 Đèn tín hiệu phanh và kích thước sau, màu đỏ, số lượng 02; Đèn sương mù trước/sau, số lượng 02
16 Mô tả ca bin: kiểu lật, 03 người trong ca bin kể cả lái xe, 02 cửa;
Xe nền ISUZU FRR90NE4
Chọn Cẩu
- Cơ cấu linh động, có thể bốc dỡ hàng ở nhiều vị trí khác nhau
- Khi di chuyển cẩu được xếp lại nên nâng cao tính ổn định ô tô
- Mức độ an toàn, khí thải phải đảm bảo theo tiêu chuẩn giao thông đường bộ Việt Nam
- Phổ biến trên thị trường
- Dễ dàng bảo trì bảo dưỡng và thay thế các thiết bị khi bị hư hỏng
=> Từ các yêu cầu trên chọn cẩu UNIC UR V344
2.2 Ưu điểm của cẩu UNIC UR V344
Dòng cẩu Unic URV344 có thiết kế 4 đoạn với sức nâng tối đa là 3,2 tấn tại 2m6 và 480 kg tại 9m81 Với trọng lượng bản thân là 1,1 tấn; bán kính làm việc từ 0m67 đến 9m81, chiều dài ra cần từ 3m41 đến 10m, góc nâng cần từ 1 đến 78 độ, không giới hạn góc quay Cẩu Unic URV344 vận hành bằng thủy lực, có hệ thống gập móc cần tự động
- Chiều cao móc tối đa: 11,4 m
Tải trọng nâng tối đa 3030kg tại 2,6 m
Góc nâng cần cẩu Từ 1 độ đến 78 độ
Góc xoay cần Liên tục 360 độ
Trang thiết bị an toàn:
- Van giảm áp mạch dầu thủy lực
- Van đối trọng xy lanh nâng hạ cần cẩu và thu vào/giãn ra cần cẩu
- Van kiểm tra điều khiển bằng dẫn hướng cho xy-lanh chân chống đứng
- Chỉ báo góc cần cẩu có chỉ báo tải
- Then cài an toàn cho móc
- Hãm tời bằng cơ tự động
- Còi báo động quấn cáp quá căng Trang thiết bị tùy chọn - Hệ thống gập móc cần tự động
Phương thức vận hành Vận hành bằng thủy lực
- Mở rộng hết mức tất cả chân chống, khi xe cân bằng trên bề mặt vững chắc, ngang bằng
- Tải trọng định mức được thể hiện trong biểu đồ dựa vào lực bền cẩu chứ không vào độ ổn định
- Tải trọng định mức được thể hiện phải giảm tương ứng tải trọng xe, tình trạng có tải của xe tải, vị trí lắp đặt cẩu, gió, tình trạng mặt đất và tốc độ vận hành
- Khối lượng của móc (30kg), các dây treo và bất cứ phụ kiện nào lắp vào cần cẩu hoặc phần chịu tải phải được trừ đi khỏi các tải trọng định mức nêu trên trong biểu đồ
Tải trọng mà cẩu URV340 có thể kéo được phụ thuộc vào khẩu độ (bán kính) quay củng như là số tầng hoạt động của cẩu Điều này được biểu diển như bảng hình dưới đây:
Biểu đồ tải trọng và khẩu đồ cẩu URV340 Nguyên lý hoạt động cần cẩu:
Nguyên lý làm việc của hệ thống thủy lực:
Dầu được bơm từ bình chứa, đi qua van một chiều Từ đó dầu được đưa tới các van điều khiển chân chống và các hoạt động của cần cẩu
Các van điều khiển gồm: van 1 điều khiển lên xuống chân chống trước phía bên trái, van 2 điều khiển lên xuống chân chống trước phía bên phải, van 3 điều khiển động cơ thủy lực quay cáp, van 4 điều khiển nâng cần cẩu lên xuống, van 5 điều khiển động cơ thủy lực xoay cần cẩu
Dầu hồi về được đưa qua bầu lọc rồi trở về bình dầu a) Khi cần cẩu hoạt động:
+ Dừng ôtô 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 ngắt li hợp khi gài)
+ Kéo chân chống ra hết mức, hạ chân chống cho đến khi bánh xe bắt đầu được giảm tải
+ Điều khiển nâng hạ cần, quay cần để cẩu chuyển hàng hoá
+ Điều khiển tốc độ động cơ phù hợp bằng cần ga phụ khi cẩu hoạt động
+ Tuân theo hướng dẫn vận hành của cần cầu UNIC URV344 kèm theo
+ Xếp cần cẩu về vị trí ban đầu
+ Rút chân chống lên, đẩy chân chống vào
+ Nhả hộp trích công suất (phải ngắt ly hợp khi nhả)
+ Nhả phanh tay và điều khiển ôtô chuyển động
+ Tuân theo hướng dẫn vận hành của ô tô sát-xi tải … kèm theo
- Không được cẩu hàng phía trước cabin và trên mặt đường nghiêng
- Cần cẩu phải được kiểm tra và thử thiết bị nâng theo quy định trước khi đưa vào sử dụng
- Khi vận hành khối lượng nâng phải được giảm trừ khối lượng cụm tời và các thiết bị lắp thêm trên cần cẩu tiêu chuẩn.
Thiết kế bố trí chung về kích thước
3.1 Kiểm tra sự phù hợp về kích thước theo QCVN 09:2015/BGTVT và thông tư 42/2014/TT-BGTVT
Dựa theo kích thước sát-xi đã chọn và tiêu chuẩn việt nam về kích thước xe QCVN 09:2015/BGTVT và thông tư 42/2014/TT-BGTVT, nhóm chọn được kích thước sẽ thiết kế để tối ưu hoạt động của xe như sau:
- Chiều rộng toàn bộ không kể gương chiếu hậu của xe lớn nhất là 2500 mm, xe thiết kế có chiều rộng bao là 2490mm, phù hợp với quy định của thông tư 42/2014/TT-BGTVT và QCVN 09:2015/BGTVT
- Kích thước lọt lòng thùng tải không có mui phủ: 6010x2370x575 (mm) Theo quy định, chiều cao vách thùng hàng Hc ≤ 0,3xWt Ta có Hc ≤ 0,3xWt 0,3x1930W9 mm Chiều cao vách thùng hàng thiết kế là 575mm phù hợp với quy định của thông tư 42/2014/TT-BGTVT
- Chiều dài đuôi xe thiết kế LROH = 2410 (mm) < 0,6 x Lcstt = 0,6x 4990 = 2994 (mm), phù hợp với quy định của thông tư 42/2014/TT-BGTVT và QCVN 09:2015/BGTVT
- Chiều cao xe lớn nhất ≤4m, dựa theo kích thước xe sát-xi và cẩu đã chọn, ta tính được chiều cao lớn nhất khi cẩu được gấp gọn là 3120mm, phù hợp với QCVN 09:2015/BGTVT
- Xe được trang bị các tấm che bánh xe tại các bánh xe đáp ứng được yêu cầu: + Chiều rộng của tấm che bánh xe là 575mm che phủ được các bánh xe
+ Khoảng hở so với mặt đường của các tấm che bánh xe trục sau cùng gồm cả tấm chắn bùn là 176mm < 230mm Thỏa mãn yêu cầu
- Như vậy ô tô thiết kế thỏa mãn các điều kiện của thông tư 42/2014/TT-BGTVT và QCVN 09:2015/BGTVT
3.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của ô tô thiết kế:
- Kích thước bao (DxRxC), mm: 8550 x 2490 x 3120
- Kích thước lòng thùng hàng (DxRxC), mm: 6010 x 2370 x 575
- Khối lượng bản thân ô tô thiết kế, kg: 5600
- Khối lượng hàng chuyên chở theo thiết kế, kg: 5205
- Khối lượng người (kể cả người lái), kg 195 (03 người)
- Khôi lượng toàn bộ theo thiết kế, kg: 11000
- Công suất động cơ, kW/vg/ph: 140/2600
3.3 Kích thước bố trí chung ô tô thiết kế
Mô tả kết cấu thùng hàng
- Làm khung đế bằng thép CT3 cán định hình [120x46x5], dùng thép tấm CT3 làm la hàn tạo hộp
- Làm đà ngang đế cẩu bằng thép CT3 cán định hình [120x46x4], dùng thép tấm CT3 làm la hàn tạo hộp
- Dầm ngang sàn thùng: Thép CT3 cán định hình [100x45x4] (số lượng: 15 cây)
- Dầm dọc sàn thùng: Thép CT3 cán định hình [120x58x5] (số lượng: 02 cây)
- Liên kết dầm ngang dầm dọc: Liên kết bằng mối hàn hồ quang điện qua các bát liên kết V 40x40x3
- Mặt sàn: Thép tấm CT3 dày 3mm có diện tích 0,6x0,234 = 0,14m 2
- Khung xương: Thép CT3 cán định hình [60x60x1,5]
- Trụ đứng mặt đầu: Thép CT3 cán định hình [60x45x4]
- Liên kết các thanh khung xương: Mối hàn hồ quang điện
- Vách ngoài: Thép CT3 dập sóng dày 1,5mm, liên kết với khung xương bằng mối hàn hồ quang điện
4.4 Tấm vách hông thùng hàng
- Khung xương vách hông: Thép CT3 cán định hình [80x40x2]
- Liên kết các thanh khung xương: Mối hàn hồ quang điện
- Vách ngoài: Thép CT3 dập sóng dày 1,5mm, liên kết với khung xương bằng mối hàn hồ quang điện
- Trụ đứng bửng: Thép CT3 cán định hình [40x30x3]
- Trụ giữa: Thép CT3 cán định hình [140x58x6]
- Trụ cuối: Thép CT3 cán định hình [140x58x6]
4.5 Tấm vách sau thùng hàng
- Khung xương: Thép CT3 cán định hình [40x40x1,5]
- Liên kết các thanh khung xương: Mối hàn hồ quang điện
- Vách ngoài: Thép CT3 dập sóng dày 1,5mm, liên kết với khung xương bằng mối hàn hồ quang điện
- Bản lề, tay khoá bửng bằng sắt Vè SUS 430 và 201 dày 1,2mm Tấm chắn bùn bằng cao su
- Cản hông thép CT3 cán định hình [70x40x2]
4.7 Liên kết thùng hàng với sát-xi
- Thùng hàng được lắp lên sát-xi ô tô qua bulong M18x1,5 và bát chống xô bằng thép được giữ chặt bằng bulong M14x1,25 và bulong M10x1,25
- Lót đà dọc sát xi bằng đệm cao su dày 20mm.
Bố trí chung về khối lượng
5.1 Xác định khối lượng và phân bố khối lượng
Các thành phần khối lượng:
- Khối lượng bản thân ô tô cơ sở: Gcs = 3255 (kg)
- Khối lượng thùng hàng và các trang thiết bị phụ: rào chắn hông, vè chắn bùn, nhiên liệu, lắp lên xe: Gth = 1200 (kg)
- Khối lượng cần cẩu và các trang thiết bị khác: bơm, trích công suất, nhiên liệu, … lắp lên xe: Gcc = 1145 (kg)
- Khối lượng bản thân ô tô thiết kế:
- Khối lượng kíp lái 3 người: Gkl = 195 (kg)
- Khối lượng hàng hóa chuyên chở: Ghh = 5205 (kg)
- Khối lượng toàn bộ của ô tô thiết kế:
Ga = Go + Ghh + Gkl = 5600 + 195 + 5205 = 11000 (kg) 5.2 Xác định phân bố khối lượng lên các trục
Sơ đồ tính toán lực phân bố khối lượng
STT Khoảng cách Ký hiệu Giá trị
1 Chiều dài cơ sở tính toán Lcs 4990
2 Khoảng cách từ kíp lái đến tâm trục 2 Lkl 4990
3 Khoảng cách từ trọng tâm sát-xi đến trục 2 Lsx 3150
4 Khoảng cách từ trọng tâm thùng hàng đến trục 2 Lth 703
5 Khoảng cách từ trọng tâm hàng hoá đến trục 2 Lhh 703
6 Khoảng cách từ trọng tâm cần cẩu đến trục 2 Lcc 1948 Khối lượng thùng phân bố lên trục 1: Gth1 = Gth*Lth/Lcs
Khối lượng thùng phân bố lên trục 2: Gth2 = Gth - Gth1
Khối lượng hàng phân bố lên trục 1: Ghh1 = Ghh*Lhh/Lcs
Khối lượng hàng phân bố lên trục 2: Ghh2 = Ghh - Ghh1
Khối lượng cần cẩu phân bố lên trục 1: Gcc1 = Gcc*Lcc/Lcs
Khối lượng cần cẩu phân bố lên trục 2: Gcc2 = Gcc – Gcc1
BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
STT CÁC THÀNH PHẦN KHỐI LƯỢNG TRỊ SỐ
1 Khối lượng ô tô sát-xi cơ sở 3255 2055 1200
2 Khối lượng thùng hàng, rào chắn hông, vè chắn bùn và các trang bị phụ khác 1200 169 1031
Khối lượng cần cẩu và các trang thiết bị lắp lên cần cẩu: bơm thủy lực, trích công suất, nhiên liệu, …
4 Khối lượng bản thân ô tô thiết kế 5600 2671 2929
5 Khối lượng hàng chuyên chở cho phép tham gia giao thông mà không phải xin phép 5205 734 4471
6 Khối lượng người cho phép chở kể cả người lái 195 195 0
7 Khối lượng toàn bộ cho phép tham gia giao thông không phải xin phép 10895 3600 7400
8 Khối lượng cho phép lớn nhất trên các trục - 3600 7400 Ghi chú:
- Không được cẩu hàng phía trước cabin và trên mặt đường nghiêng
- Cần cẩu phải được kiểm tra và thử thiết bị nâng theo quy định trước khi đưa vào sử dụng
- Khi vận hành khối lượng nâng phải được giảm trừ khối lượng cụm tời và các thiết bị lắp thêm trên cần cẩu tiêu chuẩn.
Đặc tính kỉ thuật cơ bản của ô tô tải cẩu thiết kế
TT Thông số Đơn vị Ôtô cơ sở Ô tô thiết kế
1.1 Loại phương tiện: Ô tô sát-xi tải Ô tô tải (có cần cẩu)
2 Thông số về kích thước
2.3 Vệt bánh xe trước/sau mm 1790/1660 1790/1660
2.4 Vệt bánh xe sau phía ngoài mm 1930 1930
2.5 Chiều dài đầu xe mm 1150 1150
2.6 Chiều dài đuôi xe mm 2280 2408
2.7 Khoảng sáng gầm xe mm 210 210
2.8 Góc thoát trước/sau độ 26/10 26/10
Chiều rộng thùng hàng không xe
3 Thông số về khối lượng
3.1 Khối lượng bản thân kg 3255 5600
1 Phân bố lên trục 1 kg
2 Phân bố lên trục 2 kg
Khối lượng hàng chuyên chở cho phép tham gia giao thông không phải xin phép kg
Khối lượng hàng chuyên chở theo thiết kế kg -
Số người cho phép chở kể cả người lái người 03 (195 kg) 03 (195 kg)
Khối lượng toàn bộ cho phép tham gia giao thông không phải xin phép kg - 11000
Khối lượng phân bố lên trục
Khối lượng phân bố lên trục
3.6 Khối lượng toàn bộ thiết kế kg 11000 11000
Khả năng chịu tải lớn nhất trên từng trục của xe cơ sở
Tính toán động lực học
Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ
Sử dụng công thức thực nghiệm của S.R.Laydecman:
Trong đó: Nemax (Ps) - Công suất hữu ích cực đại của động cơ
Ne - Công suất hữu ích động cơ ứng với số vòng quay bất kỳ của trục khuỷu trên đồ thị đặc tính ngoài nN (vòng /phút) - Số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với công suất cực đại ne (vòng /phút) - Số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với công suất
Ne a, b, c - Các hệ số thực nghiệm của động cơ
𝑁 = 0,0723𝑛 + 0,00000153𝑛 − 0,00000000048𝑛 (𝑝𝑠) 1.2 Mô men xoắn trên trục khuỷu động cơ e e e n
Ne (kW) – công suất của động cơ
Me (N.m) – mô-men xoắn trên trục động cơ
27 ne (Vg/ph) – Số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với công suất Ne
1.3 Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài động cơ
Sau khi có các 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)
Trên cơ sở xây dựng được đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ chúng ta xác định tính chất động lực học của ô tô.
Xác định nhân tố động lực học D
Trong đó: G – Khối lượng toàn bộ xe (kg)
Pk – Lực kéo trên bánh xe chủ động (kg)
Pk = [(Me ih io )/ λ*Rbx] (kg)
Trong đó: ih; io - Tỉ số truyền hộp số và truyền lực chính;
Pw - Lực cản không khí (kg)
F - Diện tích cản chính diện xe (m 2 )
- Với 1 là hệ số diện tích cản chính diện (xe con = 0,8; xe tải, xe khách
- Hệ số tính đến ảnh hưởng của khối lượng quán tính quay:
= 1,05 + 0,05 i 2 hi Độ dốc lớn nhất mà ôtô có thể khắc phục được xác định theo công thức: imax = Dmax - f f =0,02 - Hệ số cản lăn của mặt đường
2.1 Xác định thời gian tăng tốc của ô tô
Thời gian để ôtô tăng tốc từ V1 đến V2 xác định theo công thức:
Trong đó J(m/s 2 ) - Gia tốc di chuyển của ôtô
Sử dụng phương pháp đồ thị để giải tích phân này Từ đồ thị gia tốc của ôtô, 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 ôtô tăng tốc với một gia tốc không đổi
Thời gian tăng tốc của ôtô trong khoảng tốc độ từ Vi1 đến Vi2 được xác định như sau:
(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 n n i i t t t t t t
2.2 Xác định quãng đường tăng tốc của ô tô
Quảng đường để ôtô 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 dều với tốc độ trung bình
Vitb = 0,5(Vi2 + Vi1) (m/s) Quãng đường tăng tốc của ôtô trong khoảng tốc độ từ Vi1- Vi2:
Quãng đường tăng tốc tổng cộng từ tốc độ cực tiểu Vmin đến tốc độ V n n i i S S S S
2.3 Kiểm tra khả năng vượt dốc theo điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường
Theo lý thuyết ô tô thì :
Go (Memax ih1 io t) / Rđ m Z Trong đó : Memax - Mô men quay cực đại của động cơ; Memax (kg.m) ih1 - Tỉ số truyền số 1 hộp số; io - Tỉ số truyền lực chính;
Rđ - Bán kính động lực học bánh xe; (m) m - Hệ số sử dụng trọng lượng bám khi kéo; m = 1,2
Z - Tải trọng tác dụng lên cầu chủ động; Z (kg)
G - Khối lượng toàn bộ ô tô; (kg)
- Hệ số cản tổng cộng của đường (lấy theo ôtô nguyên thủy) : = f + i
Như vậy khả năng leo dốc cực đại của ôtô trên các loại đường tính theo khả năng bám của bánh xe chủ động được tính toán như sau : f
Bảng 4 – Kết quả tính toán các thông số động lực học n e (vg/ph) 800 1000 1200 1300 1500 1600 1800 1900 2000 2200 2400 2600
BẢNG 5 –KẾT QUẢ TÍNH TOÁN QUÃNG ĐƯỜNG TĂNG TỐC
1-Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ:
2- Đồ thị cân bằng lực kéo:
3-Đồ thị nhân tố động lực học:
Ne (vg/ph) ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI ĐỘNG CƠ
Tính toán ổn định và động lực học
Tọa độ trọng tâm theo chiều dài
Hình Tọa độ trọng tâm ô tô cẩu sau thiết kế
Trường hợp ô tô không tải:
- 𝑎01/𝑎02 (𝑚𝑚): khoảng cách từ tọa độ trọng tâm trường hợp không tải đến đường tâm cầu trước / cầu sau
- 𝐹𝑧01Ú𝐹𝑧02 (𝑁): khối lượng phân bố trường hợp không tải lên cầu trước / cầu sau Với 𝐹𝑧01 = 2671 (𝑁) và 𝐹𝑧02 = 2929 (𝑁) giải được 𝑎01 = 2607,275 (𝑚𝑚) và
𝑎02 = 2382,725(𝑚𝑚) Trường hợp ô tô đầy tải:
- 𝑎1/𝑎2 (𝑚𝑚): khoảng cách từ tọa độ trọng tâm trường hợp toàn tải đến đường tâm cầu trước / cầu sau
- 𝐹𝑧1Ú𝐹𝑧2 (𝑁): khối lượng phân bố trường hợp toàn tải lên cầu trước / cầu sau
Với 𝐹𝑧1 = 3600 (𝑁) và 𝐹𝑧2 = 7400 (𝑁) giải được 𝑎1 ≈ 3341(𝑚𝑚) và 𝑎2 ≈
Tọa độ trọng tâm theo chiều cao
Bảng : Thành phần khối lượng và chiều cao trọng tâm tương ứng
STT Thành phần khối lượng Gi (kg) Hi (mm)
1 Khối lượng bản thân ô tô cơ sở 3255 900
2 Khối lượng thùng hàng và các trang thiết bị phụ
4 Khối lượng kíp lái 3 người 195 1400
5 Khối lượng hàng hóa chuyên chở 5205 1400
- Hi : tọa độ trọng tâm theo chiều cao của khối lượng thành phần thứ i (tính từ mặt đất đến trọng tâm khối lượng thành phần)
- Gi : khối lượng thành phần thứ i
Chiều cao trọng tâm của ô tô được tính theo công thức:
Bảng : Thông số tọa độ trọng tâm
Ổn định tĩnh khi lên dốc
Hình Ổn định tĩnh khi lên dốc Điều kiện bám: tan 𝛼 = 𝜇 = 0,8 => 𝛼 = 38,65° Điều kiện lật: tan 𝛼𝐿 Trường hợp không tải: tan 𝛼0𝐿 = = , => 𝛼0𝐿b,78°
Trường hợp toàn tải tan 𝛼𝐿 = = => 𝛼0𝐿Q,6°
Ổn định tĩnh khi xuống dốc
Hình Ổn định tĩnh khi xuống dốc Điều kiện bám: tan 𝛼 = 𝜇 = 0,8 => 𝛼 = 38,65° Điều kiện lật: tan 𝛼X Trường hợp không tải: tan 𝛼0X = = =1,22 => 𝛼0XR,69°
Trường hợp toàn tải: tan 𝛼X = = =2,3 => 𝛼Xh,63°
Ổn định tĩnh ngang
Hình Ổn định tĩnh ngang Điều kiện bám: tan 𝛽 = 𝜇 = 0,8 => 𝛽 = 38,65° Điều kiện lật: tan 𝛽
Trường hợp không tải: tan 𝛽0 = 0,79 => 𝛽0 = 38,23°
Trường hợp toàn tải: tan 𝛽 = 0,74 => 𝛽 = 36,44°
Vận tốc giới hạn khi quay vòng với bán kính R min
𝑣𝑚𝑎𝑥 = μ g Rmin = √0,8.9,81.7,2 ≈ 7,5(𝑚Ú𝑠) = 27 (km/h) Điều kiện lật:
= 7,23 (𝑚Ú𝑠) ≈ 26,02 (km/h) Bảng : Các thông số ổn định của xe
Góc ổn định tĩnh dọc khi lên dốc 𝛼0𝐿 62,78°
Góc ổn định tĩnh dọc khi xuống dốc 𝛼0X 52,69°
Góc ổn định tĩnh ngang 𝛽0 38,23°
Vận tốc giới hạn với bán kính quay vòng nhỏ nhất
Theo QCVN09:2015 góc ổn định tĩnh ngang khi xe không tải phải lớn hơn 35° đối với xe tải Như vậy xe sau thiết kế có góc ổn định tĩnh ngang khi không tải là 38,23°>35° thỏa yêu cầu QCVN09:2015
Tính toán kiểm tra bền các chi tiết và tổng thành
Tính bền thùng xe
Dầm dọc của thùng tải được đặt trên dầm dọc của khung và liên kết với dầm dọc khung xe bằng bu lông:
- Phân bố theo chiều dài thung, mổi bên lắp 4 bu lông quang M18 Liên kết này chống không cho dầm dọc thùng hở khỏi bề mặt khung xe
- Phân bố theo chiều dài, mỗi bên thùng hàng lắp đặt 3 bát chống xô, mỗi bát lắp 1 bu lông M12 để tránh trượt dọc
1.2 Tính toán bu lông quang treo để thùng chống trượt ngang
Ta tính toán cho trường hợp ôtô đầy tải quay vòng ổn định trên đường vòng với góc nghiêng ngang của đường là bằng 0
Liên kết thùng xe với khung xe (Nhờ các bu lông quang)
Ta thấy khi xe quay vòng ổn định trên đường vòng thùng xe có khả năng bị trượt ngang do tác dụng của lực ly tâm
- Lực quán tính li tâm khi xe quay vòng: min
+ Pltn - Lực quán tính li tâm
+ Gh - Tải trọng tác dụng của hệ { thùng + hàng + cẩu}
Gh = 1200+5205+1145 = 7550 [KG] + Vn - Vận tốc giới hạn giới hạn (vận tốc nguy hiểm) khi xe quay vòng ổn định trên đường vòng g n h
Vn: vận tốc giới hạn khi xe quay vòng ổn định trên đường vòng
Rmin = 7,2 [m]: Bán kính quay vòng nhỏ nhất của xe
C = 1,660 [m]: bề rộng trung bình của vết tiếp xúc của vết bánh xe sau
Vậy nên lực quán tính li tâm của xe là:
- Để thùng không bị trượt ngang khi ôtô quay vòng trên đường thì:
V G t f P ltn Trong đó: V - lực siết của bu bông quang treo f - Hệ số ma sát giữa hai thanh dọc thùng xe với khung sat-xi Theo [1] thì f = (0,15 ÷ 0,200) chọn f =0,18
Vậy lực siết của mỗi bulông quang treo là:
[kG] Ứng suất kéo phát sinh trong mổi bu lông: σ = 4 d 2 v
Trong đó: d- Đường kính bu lông
Ứng suất kéo cho phép của thép theo tài liệu [6] là [σ] 00 [N/mm 2 ]
Như vậy so sánh ứng suất kéo phát sinh và ứng suất kéo cho phép ta thấy bu lông đủ bền
Khi làm việc, thùng chịu tác dụng của trọng lượng hàng hoá trên thùng Qh là chủ yếu Qh tác dụng lực lên sàn thùng truyền qua dầm ngang đến dầm dọc của thùng và đến dầm dọc của khung ôtô Tuy nhiên, do ta chọn bề dày lớp tôn lót sàn tương đối phù hợp với khoảng cách bố trí các dầm ngang nên ta xem như nó đủ bền, các dầm dọc của thùng thì tiếp xúc toàn bộ với dầm dọc của khung ôtô nên nó đủ bền khi truyền lực từ dầm ngang xuống
Khi tính toán sức bền của thùng chở hàng, ta chỉ tính bền cho các dầm ngang của sàn thùng và xem như các chi tiết khác làm việc đủ bền
Khi tính toán sức bền cho các dầm ngang của sàn thùng, ta giả thiết xem như trọng lượng hàng hoá phân bố đều trên toàn bộ sàn thùng Và khi xét tải trọng tác dụng lên dầm ngang khi ôtô đầy tải ta xem tải trọng phân bố đều và như nhau trên toàn bộ chiều dài của dầm ngang Trọng lượng tác dụng lên các dầm ngang của sàn thùng chở hàng khi ôtô đầy tải gồm toàn bộ trọng lượng hàng hoá và trọng lượng của thùng trừ đi trọng lượng của các dầm dọc bằng thép và trọng lượng dầm ngang mà ta xét Ta xác định được tải trọng tác dụng lên các dầm ngang của sàn thùng như sau:
Q: Trọng lượng tác dụng lên các dầm ngang của sàn thùng khi ô tô đầy tải
Gt: tổng trọng lượng hàng hóa và thùng (kg)
Gd: Trọng lượng dầm dọc (kg)
Gm: Trọng lượng dầm ngang (kg)
Ta có tải trọng phân bố tác dụng lên 01 dầm ngang theo [6] là:
Trong đó, n: là số dầm ngang của sàn thùng, có n = 15 [dầm]
Bt: là chiều rộng của thùng chở hàng (chiều dài mà tải trọng phân bố tác dụng lên dầm ngang), có Bt= 2,442 [m]
Xét dầm ngang chịu tải trọng tác dụng phân bố đều
Sơ đồ lực tác dụng lên dầm ngang
Từ sơ đồ lực, ta xác định được biểu đồ momen uốn của lực tác dụng lên dầm ngang như sau:
Từ biểu đồ momen uốn của dầm ngang, ta thấy dầm chịu uốn lớn nhất tại vị trí có mặt cắt A-A và B-B Đây là vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất, ta cần kiểm tra bền dầm chịu uốn ở vị trí mặt cắt A-A hay B-B., còn các vị trí còn lại ta xem như dầm đã đủ bền do momen uốn ở đó giảm Ở đây ta kiểm tra bền dầm ngang tại vị trí mặt cắt A-A của 01 dầm ngang ở phía trong, còn dầm ngang ở hai đầu thì nếu các dầm trong đủ bền nó cũng sẽ đủ bền vì nó lớn hơn
Tải trọng phân bố tác dụng lên 01 dầm ngang là: q = 187,35 [KG/m]
Tiết diện A-A có giá momen lớn nhất Mumax là: Ứng suất uốn sinh ra tại tiết diện A-A của dầm ngang của thùng là:
Với: Wu là momen chống uốn tại tiết diện nguy hiểm A-A của dầm thép
Mặt khác ta có ứng suất cho phép của dầm ngang chế tạo bằng thép là:
Trong đó: ch là giới hạn chảy của vật liệu chế tạo dầm ngang, dầm ngang được chế tạo bằng thép CT3 có ch = 24.10 6 [KG/m2]
Kđ là hệ số dự trữ tính đến tải trọng động, khi tính toán ta thừa nhận
Ta có: Kđ = 2,53,5 chọn Kđ = 3,5
So sánh u và [u] ta thấy:
Vậy dầm thép đảm bảo bền
Tính bền liên kết bệ cẩu với khung xe
Liên kết cẩu và khung xe bằng gu giông
Cách bố trí liên kết bệ cẩu và khung xe bằng mối ghép bu lông bao gồm:
- Phía trước: 4 gu giông M18; liên kết bệ chân với dầm dọc sắt xi
- Phía sau: 4 gu giông M18; liên kết bệ chân với dầm dọc sắt xi
2.2.1 Tính toán bu lông để cẩu không bị trượt dọc
Cẩu có khả năng trượt dọc lớn nhất so với khung xe khi xe phanh đột ngột khi xuống dốc, cẩu có trượt về phía trước Lực siết của các bulông phải đủ lớn để không cho cẩu trượt về phía trước
Ta có sơ đồ lực tác dụng lên cẩu khi xe phanh đột ngột khi xuống dốc:
- Lực quán tính khi phanh:
Pj = Jp × Gc Với Jp - Gia tốc chậm dần khi phanh ô tô Jp = 6 [m/s 2 ] suy ra: Pj = 6×1145 h70 [N] = 687 [KG]
- Hợp các lực làm xê dịch cẩu:
- Giá trị ứng suất cắt trong thân bu lông:
Trong đó: nb - Số bu lông liên kết bệ cẩu với 2 thanh dọc sắt xi nb = 8 d - đường kính bu lông liên kết
- Theo [6] ứng suất cắt cho phép đối với thép 45 là: [ ] = 100 [N/mm]
Như vậy các bu lông đủ bền khi chịu trượt dọc
2.2.2 Tính toán bu lông khi nâng hàng
Bỏ qua ảnh hưởng trọng lượng của phần thân cẩu (có tác dụng chống lật) thì momen cực đại tác dụng lên nhóm bu lông chính là momen lật khi nâng hàng:
MLmax = max( xi × Qci) = 8,18 [KGm]
Giả thiết các bu lông chịu các lực như nhau thì lực kéo phát sinh trong một thân bu lông ở phía trước:
FBL Trong đó: LBL- Khoảng cách xa nhất các bu lông theo phương dọc
- Giá trị ứng suất kéo phát sinh trong trong thân bu lông:
48 σ - Theo [6] giá trị ứng suất kéo đối với thép 45 là:
[σ] 00 [N/mm 2 ] Như vậy so sánh ứng suất phát sinh và ứng suất cho phép ta thấy bu lông đủ bền khi chống lại mô men lật của cẩu.
Thống kê các tổng thành, cụm chi tiết
Xe tải cẩu là xe Isuzu FRR90NE4 Nó bao gồm các chi tiết như sau:
- Thiết kế thùng mới cho xe tải cẩu
- Lắp cẩu tự nâng hàng URV 344
- Sử dụng hộp trích công suất của ô tô tải Isuzu FRR90NE4.
