thiết kế ô tô cứu nạn giao thông trên xe kamaz 54112

Đồ án tốt nghiệp 1 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang Mục lục Mở đầu Chơng 1:Động học và động lực học cụm cần nâng. 1.1 Các thông số đầu vào 4 1.1.1.Giới hạn về tải trọng 4 1.1.2.Hành trình và tốc độ nâng cần 7 1.2 Động học cụm cần nâng 7 1.2.1.Kích thớc cơ bản của cụm cần nâng 8 1.2.2.Quỹ đạo chuyển động của cụm cần nâng trong quá trình làm việc 8 1.2.3.Xác định hành trình của xy lanh nâng 9 1.3 Động lực học cụm cần nâng 10 1.3.1. Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí thấp nhất 10 1.3.2. Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí cao nhất 11 Chơng 2:Thiết kế cụm cần nâng 2.1 Xác định kích thớc các khâu cơ bản của cụm cần nâng 13 2.1.1.Giới thiệu các khâu cơ bản 13 2.1.2. Kích thớc các khâu cơ bản 15 a) Vị trí cụm cần nâng trên xe cơ sở 15 b) Cần nâng chính 16 c) Cần đỡ 19 d) Bàn đỡ 20 e) Cụm bệ đỡ 25 f) Xy lanh thủy lực 27 2.2 Thiết kế các khâu 29 2.2.1.Cụm bệ đỡ 29 2.2.2.Cần nâng chính 30 2.2.3.Cần đỡ 32 2.2.4.Bàn đỡ 33 2.3 Tính bền 35 2.3.1. Ngoại lực tác dụng lên cần nâng 35 2.3.2. Mô hình đặt lực và biểu đồ nội lực 38 2.3.3. Tính bền chốt đứng 39 2.3.4. Tính bền bulong hãm tại B 42 2.3.5. Kiểm tra tại mặt cắt 1-1 43 2.3.6. Kiểm tra tại mặt cắt 2-2 45 2.3.7.Kiểm tra chốt xy lanh nâng hạ cần 47 Chơng 3: Lập quy trình công nghệ chế tạo chốt đứng. 3.1 Giới thiệu về chi tiết 51 SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 2 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang 3.2 Lựa chọn quy mô sản xuất 52 3.3 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết 52 Mở ĐầU Trong những năm gần đây, nền kinh tế đất nớc ta ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại, giao thơng giữa các vùng miền trong cả nớc cũng nh nhu cầu xuất nhập khẩu hàng hóa phát triển rất nhanh và đa dạng. Cùng với tiến trình phát triển ấy, ngành giao thông vận tải nói chung và vận tải đờng bộ bằng ô tô nói riêng cũng đang ngày một mở rộng. Cũng từ đó, số vụ tai nạn, h hỏng ô tô dọc đờng cũng ngày càng tăng đòi hỏi cần tăng cờng công tác cứu hộ, cứu nạn đảm bảo hiệu quả và nhanh chóng. Trong điều kiện phát triển của ngành công nghiệp ô tô và ngành cơ khí chế tạo hiện nay cho phép ta có thể thực hiện việc chế tạo các cụm chức năng cứu nạn trong nớc nhằm giảm giá thành, mở rộng phạm vi sử dụng loại phơng tiện hiện đại này trong công tác cứu nạn. Nắm bắt đợc nhu cầu này, đợc sự giúp đỡ của bộ môn và thầy giáo hớng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Bang, đề tài tốt nghiệp của em có tên: Thiết kế cụm cần nâng cho ô tô cứu nạn giao thông ô tô tải (khách)sẽ góp phần đặt những cơ sở đầu tiên cho việc chế tạo ô tô cứu nạn dạng này trong nớc và sử dụng rộng rãi trong công tác cứu hộ, cứu nạn hiện nay. SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 3 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang CHNG 1 NG HC V NG LC HC CM CN NNG. 1.1 Các thông số đầu vào. 1.1.1. Giới hạn về tải trọng. Cơ sở cho việc xác định giới hạn: Xe cứu nạn giao thông đợc chế tạo với mục đích kéo ô tô hỏng hóc không có khả năng di chuyển ra khỏi vị trí đờng giao thông và có thể kéo các ô tô hỏng đó về nơi sửa chữa. Thờng khi kéo xe bị nạn, ô tô cứu nạn sẽ bị giảm tải trọng tác dụng lên cầu trớc. Vì vậy để đảm bảo điều kiện ổn định và khả năng quay vòng của xe cứu nạn ta tăng trọng lợng đè lên trục trớc băng cách bố trí 2 đối trọng có thể di chuyển dọc xe. Khi kéo xe có tải trọng lớn, 2 đối trọng đợc đa về phía trớc sát với cabin. Giới hạn trọng lợng xe kéo đợc phải đảm bảo luôn có tải tác dụng lên cầu trớc. Trọng lợng xe Q đợc kéo sẽ tác động một lực lên bàn đỡ, tạo ra momen gây lật xe kéo quanh điểm A. SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 4 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang Hình 1.1: Phơng án kéo xe . Khi 2 đối trọng kéo về phía trớc, qua tính toán thì tảI trọng tối đa tác dụng lên trục trớc xe kéo là 6500 KG. Trên hình 1.1, điều kiện của giá trị Q là không vợt quá giá trị gây lật xe và đảm bảo điều kiện quay vòng ổn định của xe cứ nạn. Nh vậy có thể tính giới hạn của Q theo phơng trình cân bằng mômen dới đây: )(4532 3707 350 0.4800 max Kg mm mmKG Q == Với 3500 mm là chiều dài cơ sở của ô tô kéo ( hình 1.2). 3707 mm là khoảng cách tâm bàn đỡ đến điểm A(ở vị trí cần dài nhất). Hình 1.2:Ngoại lực tác dụng khi cứu nạn. Trong quá trình nâng, xe bị nạn sẽ tác động vào bàn đỡ không chỉ lực Q mà còn lực Fd (sinh ra do khi nâng, xe bị nạn sẽ bị đẩy về phía sau một đoạn). SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 5 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang Hình 1.3:Quá trình nâng xe bị nạn. Lực tác dụng lên bàn đỡ khi đó sẽ là: Hình 1.4: Lực tác động lên bàn đỡ. Lực F d là phản lực của lực cản lăn. Lực này khá nhỏ và chỉ xuất hiện khi cần nâng chuyển động lên xuống do vậy có thể bỏ qua. Ta còn cần xét đến các yếu tố khác nh: - Khả năng ổn định của xe khi vợt dốc. - Sự phân bố lại tải trọng khi xe tăng tốc. - Sai số trong tính toán, xác định trọng lợng và trọng tâm của xe. - Tải trọng động khi xe gặp vật cản hay di chuyển trên đờng xấu. - Thực tế các xe tải hay xe khách thông dụng hiện nay khi không tải thì trọng lợng đặt lên cầu trớc thờng chỉ tới 4000KG. Kết luận: Ta chọn tải trọng giới hạn đặt lên bàn đỡ là Q = 4000 Kg < Q max để thỏa mãn các điều kiện nêu trên. Lu ý: SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 6 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang - Trờng hợp cần ở trạng thái cần dài không dùng phổ biến mà chỉ là giải pháp về kết cấu để thuận tiện trong các trờng hợp xe hỏng có kết cấu đặc biệt (khung quá ngắn hay về chiều dài đầu xe quá lớn). - Khi tính ổn định vẫn xét cho cả trờng hợp này. Tuy nhiên trong thực tế nếu sử dụng trạng thái cần dài thì để làm tăng sự ổn định có thể sử dụng các biện pháp nh: + Tăng thêm đối trọng (Trong điều kiện phải đảm bảo giới hạn về tải trọng đặt lên các cầu). + Gia trọng cho phần đuôi của xe đợc cứu nạn để giảm tải trọng đặt lên bần nâng 1.1.2. Hành trình và tốc độ nâng của cần. a) Hành trình nâng: Xe bị nạn sẽ đợc nâng lên khỏi mặt đất một đoạn 300mm đến 400mm (phụ thuộc vào từng loại xe). Giá trí này đợc tính toán dựa trên các yếu tố sau: - Tâm bàn đỡ có chiều cao tơng dơng với chiều cao tâm giá cân bằng nhíp cầu sau của xe cơ sở. Do vậy sẽ triệt tiêu đợc momen gây lật sinh ra từ lực kéo. - Chiều cao tối đa của các phơng tiện lu thông là 4m vì vậy giới hạn chiều cao cho xe đợc cứu nạn là 3,6m ( giá trị này phù hợp với các loại xe tải, xe khách hiện nay có tải trọng < 10 Tấn). - Góc thoát trớc hoặc thoát sau cũng là yếu tố quyết định đến hành trình nâng. Theo phần thống kê số liệu( phần thiết kế tổng quan) với khoảng cách nâng nh trên các loại xe nằm trong giới hạn cứu nạn vẫn đảm bảo khả năng di chuyển. Chú ý: Trong các trờng hợp xe hỏng không đạt đợc những tiêu chuẩn trên thì có thể sử dụng các biện pháp khắc phục nh: + Nếu chiều cao toàn bộ lớn nhất sau khi nâng vợt 4000 mm thì cần khảo sát trớc đoạn đờng cần kéo nếu không có trớc ngại ảnh hởng thì vẫn xe vẫn có thể hoạt động đợc. + Nếu gầm xe cứu nạn không đảm bảo giới hạn thì có thể sử dụng kích thủy lực (trang bị mang theo xe) để kích xe hỏng đảm bảo chiều cao tối thiểu để có thể đa cần vào. + Nếu khoảng cách giữa đầu xe hỏng và đuôi xe cơ sở nhỏ hơn 600 mm thì thì sẽ ảnh hởng đến động học quay vòng do đó chỉ kéo trên đoạn đờng thẳng, hoặc đờng có hành lang quay vòng lớn SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 7 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang + Nếu góc thoát sau quá nhỏ( một số loại xe khác lớn nh Aero space) cần khảo sát trớc đoạn đờng sẽ di chuyển. b) Tốc độ nâng cần: Tốc độ nâng cần cũng phải đảm bảo hợp lý, không gây ra tải trọng động quá lớn khi nâng đồng thời phù hợp với công suất bơm thủy lực, đờng kính xy lanh thủy lực Chọn sơ bộ tốc độ nâng của cần tính tâm bàn đỡ là 12 cm/s. 1.2 . Động học của cụm cần nâng. 1.2.1. Kích thớc cơ bản cụm cần nâng. Hình 1.5: Kích thớc cơ bản cụm cần nâng. Dựa trên các thông số đầu vào sau khi lắp đặt cụm cần nâng lên xe cơ sở ta tính toán sơ bộ kích thớc cơ bản của cụm cần nâng. (hình 1.5) 1.2.2. Quỹ đạo chuyển động của cụm cần nâng trong quá trình làm việc. Ta có thể coi cụm cần nâng là một cơ cấu cứng, cố định trên sắt-xi xe cơ sở bởi một chốt xoay và 1 xy lanh thủy lực. Xy lanh thủy lực còn có nhiệm vụ nâng và đỡ toàn bộ cụm cần nâng và tải trọng đặt lên nó. Do vậy quỹ đạo chuyển động của mọi điểm trên cụm cần nâng đều xoay quanh điểm O. (hình 1-6) Chú ý: Tính toán trong trờng hợp cần đỡ ở vị trí ngắn. SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 8 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang Hình 1.6: Quỹ đạo chuyển động của cụm cần nâng. Để xác định góc xoay của cụm cần nâng giữa 2 vị trí ta tính toán nh sau: - Góc giữa đờng thẳng OC với phơng thẳng đứng là : arctg()= arctg=77,2 o - Góc giữa đờng OC với phơng thẳng đứng là: arctg()= arctg=80,6 o Nh vậy góc xoay của cần là: 80,6 o -77,2 o =3,4 o 1.2.3. Xác định hành trình của kích nâng. Hình 1.7: Sơ đồ tính hành trình xy lanh nâng. Góc quay của cần giữa 2 vị trí là =3,4 o . Các công thức tính: =1502 =1358 tg=3,16 o tg=15,4 o SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 9 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang Xét AB1O: AB1= AB 1 ==485 Xét ABO: AB= = AB= =563 Nh vậy hành trình xy lanh là: AB - AB1=563 - 485=78 (mm). 1.3 Động lực học cụm cần nâng. Ghi chú: Tính toán ở trong trờng hợp cần đỡ ở trạng thái kéo dài. Ta đi xác định lực tác dụng lên cụm cần nâng ở hai trạng thái: trạng thái xy lanh nâng thấp nhất và trạng thái cao nhất. 1.3.1.Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí thấp nhất. Tại vị trí xy lanh nâng thấp nhất lực tác dụng lên bàn đỡ đợc thể hiện trên hình 1.8. Hình 1.8: Sơ đồ lực của cần nâng ở vị trí thấp nhất. Phơng trình cân bằng lực theo phơng x và y. x= Fn.cos67 o +X=0 (1) y=-4000+Fn.sin67 o - Y=0 (2) Phơng trình cân bằng momen tại điểm O. M=4000.5392-Fn.cos67 o .363- Fn.sin67 o .1310 = 0 (3) Từ công thức (3) ta tính đợc Fn=16000 (KG). Thay Fn vào công thc (1) và (2) ta tính đợc phản lực tại chốt tựa O. SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 10 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang X=-6251 (KG) Y=10728(KG) 1.3.2. Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí cao nhất. Hình 1.9: Sơ đồ lực của cần nâng ở vị trí cao nhất. Tại trạng thái này xuất hiện lực kéo do cần nâng không chỉ thực hiện công việc nâng xe lên khỏi mặt đất mà còn có nhiệm vụ kéo xe bị hỏng. Phơng trình cân bằng lực theo phơng x và y. x= Fn.cos68 o +X=0 (1) y= - 4000+Fn.sin68 o - Y=0 (2) Phơng trình cân bằng momen tại điểm O. M=4000.5474-Fn.cos68 o .476- Fn.sin68 o .1273 = 0 (3) Từ công thức (3) ta tính đợc Fn=16200(KG). Thay Fn vào công thc (1) và (2) ta tính đợc phản lực tại chốt tựa O. X=-6068 (KG) Y=11020(KG) Nh vậy ta nhận thấy tại vị trí xy lanh nâng ở vị trí cao nhất thì yêu cầu lực nâng là lớn nhất. Ta lấy Fn=16200 KG. Để đơn giản trong quá trình tính toán và đảm bảo an toàn ta coi khối lợng cụm cần nâng( khoảng 600 Kg) đặt tại bàn đỡ. Nh vậy lực tác dụng vào xy lanh tăng lên một lợng là: K=(4000+600)/4000= 1,15 Nh vậy lực thực tế tác dụng vào xy lanh là: Fn= 16200.1,15= 18630 KG. SVTH : Lại Thái Phong [...]... bằng vòng đỡ Hình trên thể hiện trạng thái bánh xe của xe đợc cứu hộ đã cố định vào vòng đỡ bằng dây xích chuyên dùng Các bớc tiến hành nh sau: - Kiểm tra các điều kiện ngoại cảnh để đảm bảo an toàn cho công tác cứu nạn - Xe cứu phải đợc phanh tay - Sau khi hạ cần đỡ xuống, ta điều chỉnh khoảng cách giữa 2 vòng nâng phù hợp với độ rộng vết bánh xe của xe bị nạn - Dùng móc tời kéo xe bị nạn tiến về phía... Hình 2.15: Kết cấu cụm bệ đỡ Cụm bệ đỡ có nhiệm vụ đỡ và cố định cần nâng trên sắt-xi xe cơ sở Cụm có cấu tạo nh hình 2.16 - Cụm bệ đỡ có 2 dầm dọc đợc bắt trực tiếp vào sắt-xi xe cơ sở bằng 8 bu lông quang và 6 mã chống xô Khoảng cách giữa 2 dầm dọc là 870mm - 7 dầm ngang ( thanh đỡ sàn) đợc hàn cố định vào các dầm dọc, tạo nên không gian sàn xe - Khoảng cách giữa các dầm dọc đợc thiết kế để phù hợp... theo tiêu chuẩn đờng Việt Nam là 20%) - Xe chạy với tốc độ khai thác thực tế là 30km/h - Lực cản chuyển động ô tô hỏng kéo theo: F c = f.Z2cos + Gsin( Z2 là tải trọng tác dụng lên cầu sau xe đợc hỏng) - Sử dụng xe bị nạn có các thông số dới đây để tính toán(ZIN 130) TT Tên gọi Ký Giá trị hiệu 1 Chiều dài cơ sở L 3500 mm - Khoảng cách trọng tâm tới cầu trớc 2 a Khi không tải 1783 mm Khi có tải 3050 mm Khoảng... hỏng khi đợc kéo Trong đó: - Fk là lực kéo cần thiết để kéo xe gặp nạn - Tải trọng của xe đợc kéo: G - Chiều dài cơ sở xe đợc kéo: a, b,L - Chiều cao trọng tâm: hg - Độ dốc của đờng: 1=13o - Góc nâng xe: 2 - tg2 = 350/3500 = 0,1 - 2 = arctg2 = 5,7 o - Độ cao nâng của xe: h Ngoài ra còn có các thông số sau để phục vụ tính toán: - Pf2: lực cản lăn tại bánh sau xe đợc kéo Pf2 = f.Z2 (f =0,02, hệ số cản lăn)... thép C30 - Liên kết giữa vòng đỡ và phần đuôi(phần bắt vào thân bàn đỡ) là liên kết hàn - Trên vòng đỡ hàn các tai để buộc dây chằng b) Thân bàn đỡ - Vật liệu: thép CT38 - Sử dụng các thanh vuông, tròn lồng vào nhau Để đảm bảo các lỗ chốt 15 trên ống đỡ và ống ngoài luôn trùng nhau ta có thể hàn thêm các tai dẫn hớng trên ống đỡ c) Lỗ, chốt đứng - Vật liệu làm chốt đứng là thép C30 Trên thân chốt đứng... nghiệp 32 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang Hình 2.25: Nạng cần đỡ Nạng cần đỡ có phần đuôi tiết diện vuông đợc lồng vào trong thân cần đỡ, cố định nhờ lớp đệm và đai ốc hãm Lớp đệm đợc hàn với lớp vỏ trợt Lớp vỏ trợt có thể trợt tơng đối với vỏ ngoài - Nạng là chi tiết chịu lực lớn nên ta thiết chiều dày má nạng là 20mm, phần đuôi nạng có tiết diện vuông : 105x105mm, vật liệu thép C30 - Phần ren có kích thớc:... Xác định kích thớc theo động học và động lực học - Theo kích thớc tổng thể của xe ( giới thiệu trong phần tổng quan) - Theo loại hình xe bị nạn - Theo tải trọng thiết kế a) Vị trí của cụm cần nâng trên xe cơ sở Ta lấy tâm giá đỡ xy lanh thủy lực làm điểm định vị cho cả cụm cần nâng Giá đỡ đợc đặt tại vị trí đặt yên ngựa của xe cơ sở trớc khi cải tạo bởi SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 14 GVHD:... làm việc ta cố định chiều dài cần đỡ bằng cơ cấu chốt Chi tiết nạng cần đỡ đợc thể hiện ở hình dới Hình 2.11: Kết cấu nạng cần đỡ - Phần thân nạng có tiết diện vuông, phần đuôi có tiết diện tròn, tiện ren để bắt đai ốc Phần thân nạng đợc lồng vào trong ống cần đỡ, vặn chặt đai ốc để cố định Lỗ chốt (mặt cắt C-C hình2.12) có nhiệm vụ liên kết cần đỡ với cần nâng chính Trong đó: - Lỗ 60 là lỗ chốt xoay... định cần đỡ ở trạng thái gập và trạng thái hạ) Kết cấu lỗ chốt xoay đợc thể hiện trên hình 2.12 SVTH : Lại Thái Phong Đồ án tốt nghiệp 21 GVHD: PGS.TS nguyễn văn bang Hình 2.12: Lỗ chốt xoay cần đỡ Bàn đỡ Cơ sở để xác định kích thớc và lựa chọn kết cấu: d) - - - - Khoảng cách giữa 2 bàn đỡ phải thay đổi đợc để mở rộng phạm vi xe cứu nạn Vì vậy ta thiết kế các lớp ống lồng vào nhau để vòng đỡ có thể... Bệ đỡ đặt trên sắt-xi xe cơ sở, cố định nhờ bulông quang và mã chống xô Tải trọng của xe đợc kéo sẽ tác dụng lên bàn đỡ, thông qua cần đỡ và cần nâng chính tác động vào xy lanh nâng Xy lanh nâng là loại xy lanh thủy lực, có nhiệm vụ nâng cả cụm cần nâng và xe đợc kéo lên khỏi mặt đất một khoảng cách nhất định Sau khi nâng lên vị trí cao nhất, cần nâng sẽ đợc cố định vào sắt-xi xe cơ sở nhờ cơ cấu chốt . ô tô cứu nạn giao thông ô tô tải (khách)sẽ góp phần đặt những cơ sở đầu tiên cho việc chế tạo ô tô cứu nạn dạng này trong nớc và sử dụng rộng rãi trong công tác cứu hộ, cứu nạn hiện nay. SVTH. hóc không có khả năng di chuyển ra khỏi vị trí đờng giao thông và có thể kéo các ô tô hỏng đó về nơi sửa chữa. Thờng khi kéo xe bị nạn, ô tô cứu nạn sẽ bị giảm tải trọng tác dụng lên cầu trớc. Vì. HC CM CN NNG. 1.1 Các thông số đầu vào. 1.1.1. Giới hạn về tải trọng. Cơ sở cho việc xác định giới hạn: Xe cứu nạn giao thông đợc chế tạo với mục đích kéo ô tô hỏng hóc không có khả năng di chuyển