Thiết kế hệ thống nâng hạ cho xe ô tô tự đổ 16 tấn

Hình 1.2: Xe có thùng lật sang bên sờn, kích nâng đặt ở giữa thùng Hình 1.3: Xe có thùng lật sang bên sờn, kích nâng đặt ở trớc và sau thùng + Loại nâng thùng lên cao rồi mới lật: khả n

Chơng II Xác định hành trình nâng và lực nâng cần thiết.

II.1: Xác định hành trình nâng 16

II.2: Xác định lực nâng cần thiết 18

Chơng III: Thiết kế tính toán các chi tiết của cơ cấu nâng hạ.

III.2:Tính bền cho các chi tiết của xylanh 29

III.3: Tính kiểm tra an toàn 33

Chơng IV: Qui trình công nghệ chế tạo cần đẩy xylanh nâng hạ.

IV.2: Lập qui trình chế tạo 39

III.8 : Tính toán lực kẹp chặt , mô men xiết cần thiết 54

Lời nói đầu

Đất nớc ta đang trong gia đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá với tốc độ pháttriển rất cao.Để đáp ứng nhu cầu phát triển của các thành phần kinh tế khác nhauthì trớc hết cơ sở hạ tầng và giao thông vận tải phải đạt yêu cầu.Một trong nhữngnhu cầu quan trọng và cấp thiết đó là :vận chuyển với khối lợng lớn hàng hoá ,nguyên vật liệu,…Do đó đòi hỏi cần phải có các ô tô tải nặng để đáp ứng đợc nhucầu đó Nhận biết đợc vai trò quan trọng của ô tô tự đổ trong việc phát triển kinh

tế, hiện nay nhiều hãng sản xuất xe lớn trên thế giới đã đa ra thị trờng các loại xe

tự đổ tải trọng lớn khác nhau với nhiều kiểu dáng khác nhau nhằm đáp ứng nhucầu sử dụng ngày càng cao Tuy nhiên ở nớc ta chủ yếu mới chỉ dừng lại ở việcnhập satsi và lắp ráp mà cha đi vào chế tạo, nội địa hoá ở Việt Nam tổng công

ty Than Việt Nam đang triển khai chơng trình sản xuất và lắp ráp xe tải, xechuyên dụng, mà đặc biệt là ô tô tự đổ có tải trọng lớn Trớc mắt sản phẩm ra đời

đợc sử dụng trong ngành khai thác mỏ và tiến tới cung cấp cho thị trờng nhằm

đáp ứng nhu cầu về vận tải hàng hoá

Nh vậy việc thiết kế, sản xuất, lắp ráp ô tô tải tự đổ trọng tải lớn đang là nhu cầu

rất cần thiết Với cơ hội thực tiễn đó, em đợc giao đề tài: “Thiết kế hệ thống

nâng hạ cho xe ô tô tải tự đổ trọng tải 16 tấn”.Đề tài đợc thực hiện trên cơ sở

khảo sát thực tế một số doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô trong nớc Đồng thờitham khảo kết cấu của các loại xe có tải trọng tơng tự

Qua thời gian đợc giao nhiệm vụ với sự cố gắng của bản thân cùng với giúp đỡ

tận tình của thầy giáo KS Nguyễn Thành Công, tốt nghiệp của em đã hoàn thành.

Tuy nhiên do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức thực tế nên không tránhkhỏi những thiếu sót Em rất mong đợc sự góp ý và chỉ bảo của các thầy và cácbạn để đề tài của em đợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 4 năm 2007

SV: Lê Anh Tuấn

Chơng ITổng quan về hệ thống nâng hạ

I.1 Các loại hệ thống nâng hạ:

- Ô tô có thùng tự đổ là phơng tiện cơ giới đờng bộ chuyên dùng có trang bịthùng tự lật để dỡ hàng ra khỏi thùng, dải phân bố trọng tải của ô tô có thùng tự

đổ rất rộng, từ 0,5T đến 400T Dải trung bình từ 3,5T đến 12T

Đối với các xe tự đổ, các biện pháp nâng hạ thùng là rất đa dạng với nhiều ph

*) Theo h ớng đổ thùng :

sử dụng kích nâng đặt ở giữa thùng, khả năng trút hàng linh hoạt tuỳ thuộc điềukiện, vì xe có thể đổ nghiêng về hai phía hoặc ba phía:

Hình 1.2: Xe có thùng lật sang bên sờn, kích nâng đặt ở giữa thùng

Hình 1.3: Xe có thùng lật sang bên sờn, kích nâng đặt ở trớc và sau thùng

+ Loại nâng thùng lên cao rồi mới lật: khả năng chở hàng là không lớn, tuy nhiênloại này lại đem hiệu quả cao khi cần trút hàng vào các bể chứa, vào toa xe đờngsắt:

Hình 1.4: Xe có kết cấu nâng thùng lên cao rồi mới lật

Đại đa số ô tô có thùng tự đổ sử dụng loại kích thuỷ lực, vì có những u

điểm sau: kích thớc gọn và dễ bố trí; có tính tin cậy và độ an toàn cao; các bề mặttiếp xúc mòn ít vì luôn có dầu; thời gian dỡ hàng ngắn khoảng (1020) giây

Trong phạm vi thiết kế của đề tài này em chỉ đề cập đến phơng pháp nâng

hạ thùng bằng kích thuỷ lực, loại lật thùng cỡng bức về phía sau đợc sử dụng rộng rãi hiện nay.

Đựơc chia ra làm 2 loại chính:

+ Loại bố trí xy lanh thuỷ lực đặt trực tiếp dới thùng.

+ Loại bố trí xy lanh thuỷ lực kết hợp với giàn nâng

I.1.Loại bố trí xy lanh thuỷ lực đặt trực tiếp dới thùng:

a) Sử dụng xy lanh thuỷ lực đặt ở đầu thùng:

+ Đặc điểm:

_Dầu thuỷ lực đợc bơm dầu lắp ở bộ phận trích công suất của hộp số đa vào xylanh thuỷ lực, thông qua các gối đỡ nâng thùng tự đổ lên vị trí trút hàng Khi hạthùng chỉ cần mở van điều khiển đa dầu từ xy lanh về thùng chứa

+ Ưu điểm: Có kích thớc nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, ít chi tiết nên dễ chế tạo, rẻ

tiền; ngoài ra vì có ít khâu khớp nên động học đơn giản, vận hành thuận lợi, dễbảo dỡng sửa chữa

+ Nhợc điểm:

- Loại này lực nâng đặt trực tiếp vào kích nên tuổi thọ của xy lanh thuỷ lựcthấp, hành trình nâng dài dẫn đến khả năng chịu tải và độ cứng vững của hệ thốngkém, tuổi bền không đợc tốt; ngoài ra loại này chiếm thể tích lớn do hành trìnhcủa nó, làm giảm đáng kể thể tích thùng hàng

Hiện nay, cơ cấu nâng này vẫn đợc lắp trên một số loại xe nh KAMAZ, xe tự đổ

có tải trọng nhỏ, trung bình

Hình 1.5 : Hệ thống nâng hạ thùng dùng xy lanh thuỷ lực đặt đầu thùng

b)Sử dụng xy lanh thuỷ lực đặt ở giữa thùng:

- Lực nâng cũng đặt trực tiếp vào kích nên tuổi thọ của xy lanh thuỷ lực thấp,

do hành trình nâng đợc thu ngắn nên yêu cầu lực nâng lớn hơn

Phơng án có thể lắp đặt đồng thời 2 xy lanh thuỷ lực nâng thùng, nhằm tăng khảnăng nâng tải, giảm nhẹ lực nâng trên mỗi xy lanh

Hình 1.6: Hệ thống nâng hạ thùng dùng xy lanh thuỷ lực đặt giữa thùng

I.2.Loại bố trí xy lanh thuỷ lực kết hợp với giàn nâng:

- Cách bố trí này thờng sử dụng trên các loại xe tự đổ tải trọng lớn, dải tải

trọng phân bố từ 12T đến 400T Đặc điểm loại này là có kết cấu phức tạp hơn

nh-ng cho sức nânh-ng lớn, độ bền vữnh-ng cao, khả nănh-ng chịu lực tốt Đầu của xy lanhthuỷ lực không đặt trực tiếp lên thùng nên tuổi thọ cao hơn, đòi hỏi công suất của

bộ trích công suất không lớn Lực nâng đợc phân phối đều lên các gối

- Kết cấu phức tạp, yêu cầu về độ chính xác lắp ghép lớn đảm bảo độnghọc của giàn nâng Để đảm bảo làm việc thì tất cả các khớp của cơ cấu trong quá

+ Nhợc điểm:

- Cơ cấu có nhiều chi tiết, nhiều khâu khớp nên chế tạo khó khăn, lắp đặt phứctạp Vì tay nâng liên kết trực tiếp tác dụng đẩy thùng tự đổ nên yêu cầu về độ bền,tuổi thọ làm việc cao

Hiện nay cơ cấu này đợc lắp đặt trên xe Hyundai

c) Cách bố trí thứ ba:

+ Nhợc điểm:

- Cơ cấu có nhiều chi tiết, nhiều khâu khớp nên chế tạo khó khăn, vì tay nângliên kết trực tiếp tác dụng đẩy thùng tự đổ nên yêu cầu về độ bền, tuổi thọ làmviệc cao Vì việc bố trí chốt xoay xy lanh là xa so với giàn nâng, góc đặt xy lanh

so với phơng ngang là nhỏ nên yêu cầu lực nâng lớn, hành trình nâng dài

Hiện nay cơ cấu này đợc lắp đặt trên xe Kraz

I.2 Lựa chọn cơ cấu nâng hạ:

Qua phân tích u nhợc điểm của các phơng án đã trình bày, với đề tài đợc giaolà: “Thiết kế hệ thống nâng hạ cho xe tải tự đổ trọng tải 16 tấn” Đề tài đã lựachọn phơng án nâng hạ thùng là sử dụng xy lanh thuỷ lực kết hợp với giàn nâng

để đảm bảo lực nâng lớn, khả năng chịu tải tốt

Trên cơ sở cơ cấu nâng hạ chế tạo trong nớc, phù hợp với khả năng chế tạo,

đảm bảo độ cứng vững tốt, không gian bố trí trên xe nên lựa chọn cơ cấu nâng hạ theo phơng án thứ 3 của loại xy lanh thuỷ lực kết hợp với giàn nâng, với mẫu xe tham khảo là KRAZ 65055:

Hình 1.10: Xe sử dụng cơ cấu nâng hạ thùng

Hình1.11.Cơ cấu nâng hạ thùng

I.3 Giới thiệu ô tô thiết kế :

ô tô thiết kế có tải trọng 16 tấn đợc thiết kế dựa trên xe ô tô satxi cơ sở là xeKraz 65055, có công thức bánh xe 64, tay lái thuận, thùng tự trút hàng về phíasau, có tính việt dã cao, thích ứng làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt nhcác vùng mỏ, công trờng Ca bin của xe lật về phía trớc Cấu tạo thùng xe bằngthép, thùng xe có dạng hình hộp chữ nhật thành xe phía sau tự mở dùng điềukhiển cơ khí Đáy thùng xe đợc làm bằng phẳng mà không bị nâng cao ở phíasau, điều này làm giảm thiểu lợng hàng đọng lại ở đáy thùng Dung tích củathùng là 12 m3, đủ lớn để bốc hàng lên xe mà không cần phải “làm ngọn” chohàng.Xe có tuyến hình nh sau:

Để xác định đợc hành trình nâng ta xây dựng động học cơ cấu nâng thùng.

Các thông số cho trớc đợc xác định trên cơ sở cơ cấu thật của ô tô tự đổ KRAZ

65055

Giàn nâng có vị trí xác định trên khung phụ Giàn nâng gồm các khâu chuyển

động và các khớp quay( khớp trụ) Việc xác định động học giúp xác định hànhtrình nâng Smax và góc quay  max của xi lanh Do vậy cần xác định động học dịchchuyển các vị trí của cơ cấu từ khi bắt đầu nâng thùng đến vị trí thùng đợc nâng

đến góc lớn nhất để trút hết hàng

Ta tiến hành vẽ động học cơ cấu nh sau:

+O2:Tâm chốt quay của giàn nâng.

+O3:Tâm chốt quay của thùng xe

Với: _Khoảng cách O1O2: +Theo phơng ngang là: 1467mm

+Theo phơng thẳng đứng là:0mm

_Khoảng cách O2O3: +Theo phơng ngang là: 940mm

+Theo phơng thẳng đứng là:15mm

_O2AB:Tấm nâng chữ A(A,B quay quanh O2)

_AC:Tay nâng(C liên kết với thùng xe và quay quanh O3)

_ Kích thớc của cơ cấu nâng nh sau:

Hình 2.1: Động lực học cơ cấu nâng thùng

Tải trọng tác dụng lớn nhất vào xilanh thuỷ lực khi ô tô bắt đầu nâng thùng:

Hình 2.3: Trạng thái khi ô tô bắt đầu nâng thùngTrong đó:

- Rb : lực nâng của xilanh thuỷ lực, [kG]`

- Rb’:lực tác dụng của giàn nâng lên xilanh, [kG]

- Ra: lực tác dụng của tay nâng lên giàn nâng, [kG]

- Ra’: lực tác dụng của giàn nâng lên tay nâng, [kG]

- Rc: lực tác dụng của tay nâng tại thời điểm bắt đầu nâng thùng, [kG]

- Rc’: lực tác dụng của thùng lên tay nâng, [kG]

- Gth + Q : trọng lợng của thùng và hàng, [kG]

Để xác định giá trị lực nâng cần thiết của xilanh thuỷ lực tại thời điểm bắt

đầu nâng thùng tự đổ và phản lực tại các gối đỡ, ta tiến hành tách các khâu liên kết của cơ cấu nâng hạ nh sau:

+Xét khâu gồm thùng và khớp O3 ( gối xoay thùng tự đổ), C chính là điểm bắttay nâng với thùng

Giả thiết coi tải trọng tập trung của trọng lợng nâng đặt tại vị trí giữa của khungphụ, sau khi xác định khoảng cách ta có điểm đặt lực cách O3 là a = 1495(mm).Phản lực tại khớp liên kết tại C là Rc có phơng nh hình vẽ:

Hình 2.4: Sơ đồ xác định phản lực tại khớp C Lập phơng trình cân bằng mômen quanh chốt O3, ta có:

RC = (Gth+Q).1495/563 = 16000*1495/563 = 42487 (kG)

*Xét thanh AC:

Sơ đồ lực tác dụng lên đòn nâng AC nh hình vẽ:

Đặt các lực tác dụng vào khâu O2AB trong đó Rc là phản lực tác dụng lên gối C

do xilanh thuỷ lực ta có sơ đồ lực tác dụng nh sau:

ChơngIII Thiết kế Tính Toán các chi tiết cơ cấu nâng hạ

III.1. Thiết kế các chi tiết của cơ cấu nâng hạ:

1 Thiết kế xilanh thuỷ lực:

a)Lựa chọn các thông số cơ bản của xilanh:

Dựa trên kết quả tính toán động học của cơ cấu nâng hạ thùng ta có cácthông số động học nh sau:

L = 1652 (mm) L1 =1137 (mm)

S = 515(mm) q = 165kG/cm2

Trong đó :

L : chiều dài xilanh ở trạng thái thùng đợc nâng ỏ vị trí cao nhất

L1 : chiều dài xilanh ở trạng thái tĩnh ( vị trí thấp nhất của thùng )

S : hàng trình làm việc xilanh

q : áp suất bơm dầu

b)Xác định đờng kính trong xilanh:

Để có thể nâng thùng ở vị trí thấp nhất ban đầu thì đờng kính xilanh phải thoảmãn công thức sau:

P= 31472(KG)

d: đờng kính trong của xilanh thuỷ lực

q: áp suất dầu trung bình của hệ thống thuỷ lực,

q =165 [KG/cm2]

Thay số vào công thức (3-1) ta có:

d ≥ 1654*31472*3,14 =15,6 (cm)

Vậy ta chọn đờng kính trong của xilanh là d = 16 (cm)=160(mm)

c)Xác định chiều dày thành xilanh:

Để tính toán đờng kính ngoài của xilanh ta có thể tiến hành theo hai cách sau:+ Cách thứ nhất ta có thể tính đờng kính ngoài theo phơng pháp tính toán củasức bền vật liệu

+ Cách thứ hai ta có thể chọn đờng kính sau đó kiểm nghiệm lại

Vậy để tính chiều dầy của thành xilanh ta sử dụng phơng pháp thứ nhất.Theo sức bền vật liệu ta có công thức xác định chiều dày thành xilanh nh sau:

t =

  2

* 2

160

* 165

_Tính theo điều kiện bền:

P

F     (3-3)

Trong đó : P : là tải trọng tác dụng lên cán piston

F : diện tích cán piston F =

2 1

.d4



  : là ứng suất cho phép của vật liệu   = 180 MPa

Thay vào (5.3) ta có công thức xác định đờng kính cán piston:

10

* 31472

* 4

e)Xác định các thông số chiều dài:

- Chiều dài cần đẩy pistông : L2 = 964(mm)

- Chiều dài thân Xilanh: L3 = 860(mm)

- Chiều dày pítông: r1 = 65(mm)

- Chiều dày của phớt chắn dầu: r2 = 27(mm)

- Chiều dày mặt bích: r3 = 69(mm)

=> Lựa chọn kết cấu của xilanh :

Căn cứ vào các thông số hình học và điều kiện làm việc của xilanh ta tiến hànhlựa chọn kết cấu của xilanh có các kích thớc nh hình vẽ sau:

Hình 3.1 Kết cấu xilanh nâng hạ.

2.Thiết kế tấm chữ A:

Đặc điểm kết cấu:

Giàn nâng gồm 2 tấm chữ A, đóng vai trò trung gian trong việc truyền lực từ pittông

đến tay nâng Hai tấm chữ A đợc nối ghép với nhau bởi các chi tiết nối ghép nh tấmliên kết hai tấm chữ A, các gối đợc liên kết, gia cờng bởi thanh gia cờng thành trên, tấm gia cờng thành bên, tấm gia cờng phía trên

Việc ghép các chi tiết đợc thực hiện bằng công nghệ hàn Hai tấm chữ A yêu cầuphải đồng phẳng, độ cong vênh theo các phơng không vợt quá 1mm/1m chiều dài,

đảm bảo độ song song giữa các lỗ chốt Hình dáng và kích thớc nh sau:

Hình3.2.Kết Cấu Tấm chữ A

- Yêu cầu

+ Số lợng: 02 tấm,

+ Cắt phôi theo kích thớc của bản vẽ chi tiết,

+ Vật liệu: thép tấm phẳng C45 dầy 7 mm,

+ Đảm bảo độ cong vênh nằm trong giới hạn cho phép,

+ Đảm bảo đúng hình dáng,

+ Đảm bảo độ đồng tâm lỗ chốt của 2 tấm sau khi gia công

+ Đảm bảo độ không song song giữa các đờng tâm lỗ trong

khoảng 0,1  0,3 mm/ 100 mm chiều dài.

3.Thiết kế tấm gia cờng mặt bên:

+ Cắt phôi theo kích thớc của bản vẽ chi tiết,

+ Vật liệu: thép tấm phẳng C45 dầy 8 mm,

+ Đảm bảo không bị cong vênh,

+ Đảm bảo đúng hình dáng,

+ Đảm bảo độ đồng tâm lỗ chốt của 2 tấm sau khi gia công,

+ Đảm bảo độ song song giữa đờng tâm lỗ

4.Thiết kế Tay nâng thùng:

Tay nâng thùng 1 đầu liên kết với tấm chữ A , đầu kia liên kết với thùng xe –Tác dụng lực trực tiếp lên thùng xe , đồng thời trực tiếp chịu tải trọng ngợc lại Hình dáng và kích thớc nh sau:

b)Tính bền thanh đẩy của xilanh:

Chọn vật liệu thanh đẩy là C45 với c= 3600 (kG/cm2)  [] =

2



= 1800(kG/cm2) ; với hệ số an toàn n =2 Khi xilanh làm việc thanh đẩy sẽ chịu nén ở hành trình nâng thùng do đó thanh đẩy đợc kiểm tra theo ứng suất nén và uốn dọc

_Kiểm tra tính ổn định:

+E = 2,1.108 (kG/cm2) Mô đun đàn hồi của vật liệu;

+-Hệ số phụ thuộc liên kiết = 0.5

+l - Chiều thanh đẩy l = 964 (mm) = 96,4 (cm);

+j- Mômen quán tính tiết diện j = 0,321.107 (mm4) = 321 (cm4) ;

+Giá trị Pth = 0,367.108 N

3 Tính các phần làm kín của mối ghép di trợt:

Điều kiện: pm  pB (pB áp suất trong khoang)

pm = 0,66E.L

Dtrong đó:

D - đờng kính trong xilanh;

E - mô đun đàn hồi của vật liệu

E = 40 (kG/cm2)

L - chiều dày phớt

c)Phớt piston:

III.3 Tính kiểm tra an toàn

1 Độ an toàn của xi lanh khi tiến đến giới hạn hành trình cực tiểu và cực

- Khoảng cách từ đáy pítông khi ở vị trí thấp nhất tới đáy xilanh L5= 26(mm)

2 Độ ổn định của ô tô khi hạ tải:

Quá trình trút hàng của ô tô tự đổ diễn ra chậm, sự mất ổn định của ô tô tự đổkhi trút hàng cũng diễn ra rất chậm Khi nâng thùng cùng với hàng, trọng tâm củathùng và hàng dịch chuyển dần ra phía sau làm thay đổi liên tục phân bố tải trọnglên cầu trớc và các cầu giữa và cầu sau Khi trọng tâm vợt ra bên ngoài chân đế sẽmất ổn định xảy ra cầu trớc của ô tô bị nâng lên khỏi mặt đất Trong bài toán này

ta kiểm tra ổn định dọc của ô tô trong điều kiện đó

Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi đổ hàng nh hình vẽ: