Đồ án cầu nâng hạ trên ô tô (kèm bản vẽ)

Và trong sự phát triển của nền công nghiệp , nhu cầu vận chuyển hàng hóa phải đợc chuyên môn hoá và đợc vận chuyển với số lợng nhiều lên .Để đáp ứng nhu cầu vận chuyển này , con ngời đã

Lời nói đầu

Ngành giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nhu cầu cấp thiết cho sự phát triển So với các phơng tiện vận tải khác thì ôtô có những

u điểm nh tính năng cơ động cao, giá thành vận chuyển phù hợp Do đó, vận tải bằng

ôtô chiếm 80% tỷ trọng của ngành vận tải Và trong sự phát triển của nền công nghiệp , nhu cầu vận chuyển hàng hóa phải đợc chuyên môn hoá và đợc vận chuyển với số lợng nhiều lên Để đáp ứng nhu cầu vận chuyển này , con ngời đã sử dụng đến xe tải nhiều cầu, từ xe 2 cầu , 3 cầu đến xe có 5 cầu 6 cầu và cả xe kéo móc.Với xe nhiều cầu con…ngời có thể vận chuyển hàng hoá nhiều hơn trớc , tải trọng đợc phân bố ra các cầu đợc giảm đi so với các xe ít cầu hơn , đáp ứng đợc yêu cầu giảm tải trọng của bánh xe lên mặt đờng , làm giảm hiện tợng xe đi phá đờng.Song nhợc điểm của loại xe nhiều cầu này là kết cấu phức tạp và đặc biêt là khả năng quay vòng của xe gặp khó khăn ( do bán kính quay vòng lớn)

Chính vì thế mà từ yêu cầu vận chuyển hàng hoá đợc nhiều và cải thiện khả năng quay vòng của xe thì trên xe tải nhiều cầu có sử dụng cơ cấu cầu nâng hạ với mục đích giảm công suất tiêu hao của động cơ do lực cản lăn,phân tải ra các cầu giảm tải trọng của bánh xe tác dụng nên nền đờng và cải thiện khả năng quay vòng của ôtô Từ đó em

đợc giao nhiệm vụ thiết kế cơ cấu cầu nâng hạ cho xe tải nhiều cầu với công thức bánh

xe 10x4

Trong quá trình làm đồ án đợc sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo hớng dẫn Võ Văn Hờng và các thầy cô khác trong bộ môn ôtô nhng do trình độ còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế cha có nên đồ án của em còn có khiếm khuyết Em mong các thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để em có thể làm tốt hơn trong tơng lai

I Giới thiệu về cầu nâng hạ

I.1 Cơ sở thiết kế cầu nâng hạ cho xe tải

Cơ sở thiết kế cầu nâng hạ cho xe tải xuất phát từ yêu cầu đỡ tải khi toàn tải giảm áp lực của bánh xe lên nền đờng , và đồng thời giảm hiện tợng mất công suất khi

xe không tải hoặc non tải (do cầu xe đợc nâng nên)

Giả sử nếu : khi xe cha đủ tải tất cả các bánh xe đều tiếp xúc với mặt đờng Lúc này tại các bánh xe xuất hiện lực cản lăn Ff Lực cản này sẽ làm tiêu hao công suất của xe

fZ

Ff =Trong đó : f : Hệ số cản lăn

Z : Phản lực pháp tuyến từ mặt đờng tác dụng lên bánh xe

Nh cậy lúc đó xe phải tiêu hao công suất động cơ.Công suất này tăng theo giá trị của vận tốc:

V F

Wf = fV: Vận tốc chuyển động của xe ( m/s)

Ta khảo sát khi xe đi trên đờng có :

Hệ số cản lăn : f= 0,015

Vận tốc : V= 72km/h ( =20 m/s):

Với xe tải thiết kế tải trọng tác dụng lên cầu đợc nâng là G=83385(N)

Từ đó ta có : Z= 83385 N

Ta tính đợc sơ bộ công tiêu hao để thăng lực cản lăn:

kW W

fZV

Wf = = 0 , 015 83385 20 = 25015 , 5 ( ) = 25

Nh vậy nếu trong điều kiện xe không đủ tải thì nếu cầu xe đợc nâng lên ta sẽ tiết kiệm

đợc công suất của động cơ

Không những thế ta có hệ số cản lăn phụ thuộc vào biến dạng của lốp và tình trạng mặt

đờng, nếu đi vào đờng xấu ( có hệ số cản lớn ) khi đó công suất tiêu hao do cản lăn sẽ tăng lên Do vậy việc thiết kế cầu nâng hạ cho xe tải nặng là một nhiệm vụ cần thiết

I.2 Cầu nâng hạ.

Với sự phát triển của ngành vận tải hàng hoá thì nhu cầu vận chuyển hàng hoá ngày càng tăng , việc vận chuyển đợc chuyên môn hoá sử dụng các xe tải với tải trọng lớn, và cả xe kéo móc.Để đáp ứng nhu cầu đó thì các xe vận tải chuyên dùng này đợc thiết kế với nhiều cầu nhằm mục đích phân tải ra các cầu và giảm áp lực của bánh xe tác dụng lên nền đờng, tránh hiện tợng xe phá đờng trong quá trình vận chuyển.Nhng việc bố trí

xe nhiều cầu lại có nhợc điểm lớn là khó quay vòng ( bán kính quay vòng sẽ lớn), do có nhiều cầu nên khi quay vòng sẽ có những bánh xe bị trợt quay và dẫn tới mòn lốp Và khi xe không tải hay non tải thì khi đó với xe nhiều cầu thì sẽ xuất hiện lực cản lăn làm tiêu hao công suất của ôtô

Chính vì vậy mà cầu nâng hạ đợc đa vào trong thiết kế xe tải nhiều cầu ( với xe ≥ 3 cầu), với mục đích hạ cầu đỡ tải khi tải nặng và nâng cầu lên để thuận lợi cho quá trình quay vòng, giảm lực cản lăn và tránh mòn lốp

I.3 Mục đích công dụng và yêu cầu của cầu nâng hạ.

- Cải thiện khả năng quay vòng của xe

- Tránh hiện tợng mòn lốp , giảm lực cản lăn và giảm tiêu hao công suất của động cơ

 Yêu cầu của cầu nâng hạ :

Cầu nâng hạ có cầu tạo gồm các phần tử của hệ thống treo và đợc bổ xung cơ cấu nâng hạ cầu hoặc thêm một số cơ cấu khác để khắc phục những hạn chế của cầu này nên cầu nâng hạ phải đảm bảo các yêu cầu cảu hệ thống nh : yêu cầu của các phần tử của hệ thống treo , cơ cấu nâng hạ cầu , và của các cơ cấu khác liên quan

• Yêu cầu cảu hệ thống treo :

- Đảm bảo tần số dao động riềng thích hợp cho phần đợc treo

- Có độ võng động hợp lý để không sinh ra va đập lên các ụ hạn chế bằng cao su

- Đảm bảo vỏ ôtô không bị nghiêng khi quay vòng hoặc khi phanh

- Đảm bảo chiều rộng cơ sở và các góc đặt của trụ đứng cảu bánh xe dẫn hớng không thay đổi

- Đảm bảo sự tơng thích giữa động học bánh xe dẫn hớng và động học dẫn động lái

• Yêu cầu của cầu nâng hạ :

- Có khả năng giữ cầu ở trạng thái ổn định trong quá trình xe chuyển động

- Có tần số dao động nhỏ

- Đảm bảo khả năng nâng ( hạ ) cầu

- Dễ điều khiển , dễ bố trí và không ảnh hởng đến các hệ thống khác trên xe

- Đảm bảo độ tin cậy trong quá trình xe chuyển động

• Yêu cầu của các hệ thống khác :

Các hệ thống khác sử dụng trên cầu nh cơ cấu lái ( đối với cầu nâng đợc láI ỡng bức ), hay cơ cầu tự lái , cơ cấu hãm bánh xe khi cầu đợc nâng lên , và cơ cấu khoá đờng truyền công suất xuống cầu nâng ( nếu cầu này là chủ động )

c Cơ cấu lái phải đảm bảo động học quay vòng đúng tránh các bánh xe bị trợt lết,

- Có sự ổn định trong quá trình quay vòng

- Giữ đợc chuyển động thẳng

- Cơ cấu hãm bánh xe phải ổn định tránh cho bánh xe dao động trong quá trình chuyển động

I.4 Phân loại.

Phân loại theo kết cấu phần tử của hệ thống treo trong cơ cấu:

Phân loại theo loại cầu :

- Cầu nâng phụ thuộc ( chỉ đỡ tải )

- Cầu nâng chủ động ( đỡ tải và truyền lực)

- Cầu nâng lái cỡng bức ( dẫn động từ cơ cấu lái)

- Cầu nâng tự lái( tự lựa để quay vòng )

Phân loại theo nguyên lý điều khiển:

- Điều khiển tự động

- Điều khiển bằng tay

I.5 Một số cầu nâng sử dụng trên xe vận tải

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 5

Hình 1.1 Cầu nâng

đỡ tải và

tự lái trên

xe Huyndai 10x4

II Phân tích phơng án lựa chọn thiết kế

II.1 Các ph ơng án lựa chọn thiết kế.

II.1.1. Treo và cơ cấu nâng hạ sử dụng khí nén.

Hình 1.2 Cầu nâng

đỡ tải trên xe

Huyndai 6x4

Hình1.3 Xe kết hợp các loại cầu nâng lái cỡng bức, cầu nâng đỡ tải của xe tải Man 10x2

2

34

56

a Cấu tạo và nguyờn tắc hoạt động :

- Ở trạng thỏi hạ cầu : Khớ nộn được cấp vào ballon khớ hạ cầu từ bỡnh chứa khớ nộn , đồng thời khớ nộn từ ballon khớ hạ cầu được xả ra ngoài( giảm khoảng cỏch giữa khung xe và đũn nõng 6).Do ballon khớ hạ cầu cú ỏp suất khớ làm thay đổi thể tớch dẫn tới thay đổi về chiều cao, làm tăng khoảng cỏch giữa khung xe 1 và đũn kộo dọc 3, thực hiện hạ cầu.Lỳc này ballon khớ hạ cầu đảm nhiệm vai trũ là bộ phận đàn hồi của

hệ treo

- Ở trạng thỏi nõng cầu: Khớ nộn được cấp vào ballon khớ nõng cầu và đồng thời

đú khớ nộn từ ballon khớ hạ cầu được xả ra ngoài (chiều cao giảm).Khi đú ballon khớ nõng cầu thay đổi chiều cao làm đũn nõng 6 tiếp xỳc vào đũn kộo dọc tạo ra lực nõng làm xoay đũn kộo dọc quanh tõm quay, thực hiện nõng cầu xe

- Hệ thống treo khí nén có phần tử đàn hồi kết cấu đơn giản , sử dụng luôn nguồn cung cấp khí nén ở hệ thống phanh do xe tải thờng sử dụng phanh khí nén nên việc tận dụng nguồn khí nén này là một sự lựa chọn tốt nhất

- Do phần tử đàn hồi là khí nén sử dụng balon khí nên khối lợng của chúng nhỏ do vậy khối lợng phần không đợc treo nhỏ nên làm tăng độ êm dịu của xe

- Với cơ cấu nâng hạ cầu thì sử dụng luôn nguồn khí nén của hệ thống phanh dễ dàng

điều khiển

c Nhợc điểm :

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 7

- Phần tử đàn hồi không đảm nhiệm đợc vai trò làmphần tử dẫn hớng nên đòi hỏi phải có thêm các đòn thanh để truyền lực dọc và lực ngang do đó kết cấu sẽ phức tạp

- Do sử dụng chung nguồn khí nén với hệ thống phanh khi đó khí cung cấp phải qua bộ điều chỉnh áp suất để phù hợp.Với cơ cấu nâng cầu phải có các bộ phận làm tăng tính ổn định của bánh xe khi đợc nâng lên

II.1.2. Treo nhíp và cơ cấu nâng hạ sử dụng thuỷ lực.

4

3 2 1

Hình 2.2.Hệ treo sử dụng nhíp lá, cơ cấu nâng hạ sử dụng thủy lực

a Nguyờn tắc hoạt động:

- Khi hạ cầu : Piston thủy lực 5 tăng khoảng cỏch giữa khung xe và cầu thực hiện khúa cứng chuyển động quay của nhớp quanh chốt quay 3.Bỏnh xe tiếp xỳc với đường

sử dụng một phần nhớp là phần tử đàn hồi , cũng như dẫn hướng

- Khi nõng cầu : Piston thủy lực 5 làm giảm khoảng cỏch giữa khung và cầu xe.Nhờ tầm liờn kết cầu xe , piston thủy lực kộo nhớp mang theo cầu xe lờn cao, thực hiện quỏ trỡnh nõng cầu

b Ưu điểm :

- Hệ thống treo sử dụng nhíp này đơn giản không cần điều chỉnh.Do sử dụng nhíp là

bộ phận đàn hồi cũng là bộ phận dẫn hớng điều này làm cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn giản và lắp ráp dễ dàng

Cơ cấu nâng cầu sử dụng piston thuỷ lực có kết cấu đơn giản, dễ bố trí

c Nhợc điểm :

- Nhíp lá ngoài nhợc điểm chung của bộ phận đần hồi kim loại còn có nhợc điểm là khối lợng lớn nên sẽ làm tăng khối lợng không đợc treo lên do vậy làm giảm sự êm dịu của xe.Hệ thống treo này có độ cứng không thay đổi đợc làm giảm tính an toàn của hàng hoá vận chuyển.

- Việc sử dụng cơ cấu nâng cầu bằng thuỷ lực đòi hỏi có một hệ thống cung cấp dầu : gồm bơm , các đờng ống và vân phân chia.Khi đó sẽ làm tổn hao công suất của xe

II.1.3. Treo khí nén và cơ cấu nâng hạ sử dụng lò xo.

a Nguyờn tắc hoạt động: Ở phương ỏn này bỏnh xe luụn cú xu hướng được nõng lờn ( do tỏc dụng của lực lũ xo luụn ở trạng thỏi nộn , sinh lực thụng qua cơ cầu đũn để nõng cầu xe lờn).Khi hạ cầu , khớ nộn được cấp vào ballon khớ 2 làm lũ xo 7 tiếp tục bị nộn lại, ballon khớ tăng khoảng cỏch giữa khung xe và cầu xe thực hiện hạ cầu.Khi đú ballon khớ và lũ xo đồng thời là bộ phận đàn hồi

1 2

3 4

5 6

7 8

- Hệ thống treo khí nén đơn giản , sử dụng luôn nguồn cung cấp khí nén ở hệ thống

phanh do xe tải thờng sử dụng phanh khí nén nên việc tận dụng nguồn khí nén này là một sự lựa chọn tốt nhất

- Cơ cấu nâng cầu sử dụng lò xo để nâng , nó luôn tạo ra một trạng thái cân bằng để nâng bánh xe lên ( khi động cơ không hoạt động và tải trọng nhỏ) khi đó việc nâng cầu không ảnh hởng gì đến công suất của động cơ mà vẫn tạo ra sự ổn định của cầu.Khi hạ

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 9

cầu khi đó động cơ làm việc lúc này khí nén là nguồn cung cấp vào balon khí chỉ cần thắng lực ép của lò xo Lúc này lực lò xo nhỏ hơn nhiều so với áp lực mà khí nén gây ra ( do tải trọng tác dụng lên bánh xe lớn hơn khối lợng của cầu) do vậy việc hạ cầu rất dễ dàng

c Nhợc điểm:

- Việc sử dụng hệ thống treo khí nén kết hợp với hệ thống treo sử dụng nhíp thì khi đó việc chọn áp suất khí nén trong balon khí khi nâng cầu phải chọn phù hợp tránh hiện tợng làm treo các bánh xe còn lại và ảnh hởng đến tính ổn định của xe khi chuyển

động

- Do bộ phần đàn hồi là khí nén nên khi thiết kế cần phải có các thanh , đòn để làm phần tử dẫn hớng phần tử truyền lực dọc , ngang do đó kết cấu sẽ phức tạp hơn so với dùng phần tử đàn hồi là nhíp

- Đặc tớnh đàn hồi của hệ treo khú xỏc định

II.2 Phân tích chọn các phần tử trong cơ cấu

Từ những phơng án lựa chọn thiết kế ở trên ta có :

Treo sử dụng bộ phận đàn hồi là nhíp có u điểm là kết cấu đơn giảm , giá thành hạ Nhng nhợc điểm của loại này là độ cứng không đổi (c= const ) nên độ êm dịu của

xe chỉ đợc đảm bảo trong một vùng tải trọng nhất định không thích hợp với những xe

có tải trọng thờng xuyên thay đổi

Treo loại khí đợc sử dụng tốt ở các ôtô có trọng lợng phần đợc thay đổi khá lớn

nh ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe Loại này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn Hệ thống treo khí không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lợng nhỏ và giảm đợc chấn động cũng nh giảm đợc tiếng ồn từ bánh xe truyền lên buồng lái và hành khách Tận dụng đ-

ợc nguồn khí nén từ máy nén khí tạo khí nén cho hệ thống phanh nên đối với những xe tải lớn thì sử dụng hệ thống treo này là một u điểm Nhng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì phải có bộ phận dẫn hớng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh

áp suất v.v

Cơ cấu nâng hạ sử dụng thuỷ lực có kết cấu phức tạp không gian bố trí đòi hỏi phải rộng Cơ cấu này sử dụng thuỷ lực để nâng cầu nên dùng bơm thuỷ lực do vậy sẽ tốn công suất của động cơ , và kết cấu của phần điều khiển đòi hỏi có các van điều khiển do vậy nên kết cấu này ít đợc sử dụng trong thực tế xe vận tải.

Cơ cấu nâng hạ sử dụng khí nén tận dụng đợc nguồn khí nén từ bình chứa khí máy nén của hệ thống phanh (do xe tải lớn thờng sử dụng phanh khí nén) , việc bố trí cũng đơn giản không gian không cần rộng.Nhng có một nhợc điểm là cần phải có hệ thống điều khiển áp suất trong hệ thống , khi đó giá thành sẽ tăng theo

Cơ cấu nâng hạ sử dụng lò xo có kết cấu đơn giản , dễ bố trí và ổn định trong quá trình xe chuyển động , không ảnh hởng đến công suất của động cơ và không cần các thiết bị phức tạp nh ở khí nén cũng nh thuỷ lực

Cầu nâng chủ động , hay lái cỡng bức có kết cấu phức tạp đòi hỏi phải có nhiều cơ cấu phụ để đảm bảo ổn định của xe trong quá trình chuyển động nên việc thiết kế sẽ trở nên khó khăn Cầu nâng phụ thuộc ( chỉ đỡ tải ) có kết cấu đơn giản , giá thành hạ

có thể kết hợp với cơ cấu tự lái để cải thiện khả năng quay vòng của ôtô

Lựa chọn : Từ những phân tích trên em lựa chọn phơng án thiết kế cầu nâng hạ sử dụng hệ thống treo khí nén , cơ cấu nâng cầu sử dụng khí nén và cầu nâng là cầu phụ thuộc và có khả năng tự lái

Đồ án gồm có :

- Tính toán thiết kế cơ cầu nâng hạ cầu.

- Tính chọn cơ cấu tự lái.

- Tính toán hệ thống điều khiển.

- Quy trình công nghệ gia công chi tiết.

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 11

Ch¬ng II: TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¬ cÊu cÇu n©ng h¹

I Th«ng sè xe tham kh¶o : Huyndai Trago 25 tÊn Cargo

Hundai Trago 10x4 Cargo

đợc hạ xuống.

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 13

A' B'

Ballon khí nâng cầu

Gắn với

khung xe

Cầu

Ballon khí hạ cầu Khung xe

x

Α γ

Cầu đợc nâng lên một chiều cao là h.Lúc này ,lực tác dụng lên điểm A chỉ là khối lợng của cầu Gc

Với : OA,OA’ : Đòn kéo dọc

OB, OB’ : Đòn nâng Chiều cao nâng phụ thuộc vào hành trình của ụ hạn chế trong ballon khí hạ cầu

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 15

Hình 2.2.Vị trí cầu khi nâng lên

Ta có quỹ đạo chuyển động của các điểm A và B là các cung tròn tâm O bán kính lần

l-ợt là OA và OB.Vị trí A’OB’ là vị trí cơ cấu nâng hạ cầu ở trạng thái nâng cầu

2.3.

Xác định vị trí ,quỹ đạo và độ dịch chuyển của cơ cấu

• Vị trí đòn kéo dọc và đòn nâng ở trạng thái cầu đợc hạ xuống:

- Dựng tiaOx có phơng song song với mặt đờng hay khung xe.Từ O dựng đoạn

• Vị trí đòn kéo dọc và đòn nâng ở trạng thái cầu đợc nâng lên.

- Từ A ta dựng tia Ay vuông góc với OX

- Trên Ay lấy AH = h ( h : là chiều cao nâng )

- Dựng các đờng tròn với tâm là O với các bán kính làn lợt là OA và OB

- Từ H dựng đờng thẳng song song với Ox cắt đờng tròn tâm O bán kính OA tại A’.Ta có vị trí của đòn đọc OA khi cầu đợc nâng lên là OA’.

- Góc tạo bởi OA và OA’ là góc β : góc nâng

- Từ hình vẽ ta có góc nâng β đợc tính theo công thức:

Tơng tự vậy vị trí đòn nâng OB đợc xác định là OB’.Do OA và OB hợp với nhau một góc là α.Nên khi đòn OA tới vị trí OA’ thí OB cung dịch tới vị trí OB’ và hợp với OA’ góc α.Nên từ O ta dựng OB’ hợp với OA’ góc α ta sẽ xác định đợc

1 1 2 β

B'

b

Β

Ta có :

Mà B’I= OB’ sinβ=bsinβ

Vậy độ dịch chuyển của điểm B là BB’ : s’= 2bsinβ/2

Độ dịch chuyển của điểm A : l= h ( hành trình của ụ hạn chế)

Hình 2.5

Vị trí đòn

nâng

III Cơ sở lý thuyết treo sử dụng khí nén.

Hệ thống treo khí nén thực chất là hệ thống treo cơ bản với phần tử đàn hồi là buồng đàn hồi khí nén, trong đó có môi chất là khí nén Hệ thống treo khí nén làm việc đảm bảo mọi yêu cầu nh đối với các hệ thống treo khác tuy nhiên với việc bố trí hệ thống treo khí nén trên xe buýt ngoài những u điểm riêng nó còn có khả năng nâng cao tính tiện nghi cho xe Mặt khác do đặc thù của loại treo khí nén là buồng

đàn hồi không đảm nhận thêm vai trò dẫn hớng nh đối với hệ treo cơ khí nên không thể truyền đợc lực ngang, lực dọc của xe Do vậy đối với hệ treo này phải có hệ thống các đòn dẫn hớng riêng biệt

3.1 Cơ sở lý thuyết của bộ phận đàn hồi

Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo khí nén có dạng buồng, bên trong có môi chất

là khí nén, áp lực khí nén đợc tạo ra phụ thuộc vào tải trọng bên ngoài

Với :

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 19

- Fp : Tải trọng đặt lên buồng đàn hồi.

- pa : áp suất khí quyển

- p : áp suất khí nén trong buồng đàn hồi

- S : Diện tích làm việc buồng đàn hồi Hình vẽ 3.1:

là diện tích làm việc của buồng khí nén với đờng kính d w

Nếu nh d w thay đổi thì S cũng thay đổi, có thể viết: S=f(z)

ở trạng thái tĩnh tải trọng đặt nên buồng đàn hồi là:

Fs = (ps -pa)S (3.2)

Trong đó : ps là áp suất khí nén ở trạng thái tĩnh

Mối quan hệ của Fp và z đợc thể hiện qua đồ thị sau :

Hình3.1 Sơ đồ tính toán

Với loại buồng gấp, trong khoảng làm việc nhất định, buồng đàn hồi khi bị nén lại

có thể làm giảm diện tích làm việc, do đó cần thiết phải tạo dáng pittong một cách thích hợp

Trên đờng đặc tính trên xác định tại z = 0, tơng ứng với chiều cao tĩnh của của buồng đàn hồi, quan hệ của áp suất pz là không thay đổi Trong thực tế các đờng cong này còn xác định sao cho: áp suất pz đợc giữ cho không thay đổi (khoảng 0,5 Mpa) Nhvậy quan hệ giữa F và z ở trạng thái tĩnh cho với áp suất không đổi

Sự biến đổi của S theo khoảng nhỏ dz gọi là hệ số biến đổi diện tích làm việc U:

U =

dz

dS

(3.3)Khi z = 0, áp suất khí nén khoảng 0,5Mpa Giá trị của U nh sau:

U > 0 – diện tích làm việc tăng lên,

U = 0 – diện tích làm việc không thay đổi,

U < 0 – diện tích làm việc giảm đi

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 21

Hình 3.2 Quan hệ của F và z

Giá trị U có thể biểu thị nhờ thể tích không gian bên trong Nếu nh thể tích làm việc giảm xuống, có quan hệ về sự biến đổi thể tích nhỏ của buồng khí nén:

V d

U =− ( gọi là hệ số biến đổi diện tích khi thay đổi chiều cao).

a Đặc tính tải của buồng đàn hồi

Quan hệ S=f(z), S=f(pP) hay V=f(z) đợc gọi là đặc tính hình học của buồng đàn hồi

ở trạng thái tĩnh buồng đàn hồi đợc đặc trng bởi các thông số :

− Chiều cao tĩnh của buồng đàn hồi Hs (chiều cao cần đạt của buồng đàn hồi)

− Tải trọng tĩnh của buồng đàn hồi Fs

− áp lực khí nén trong buồng đàn hồi pp

− Diện tích làm việc Ss hay là hệ số biến đổi diện tích làm việc Us

Dới tác dụng của tải trọng đặt lên buồng đàn hồi chiều cao buồng đàn hồi biến

đổi thờng xuyên, dẫn tới thay đổi giá trị diện tích làm việc và thể tích của buồng đàn hồi Cả hai giá trị này chịu ảnh hởng của kết cấu buồng đàn hồi (dạng của pittông) Khi thay đổi thể tích dẫn tới thay đổi áp suất trong buồng đàn hồi Coi khí nén trong buồng

đàn hồi là khí lí tởng và biến đổi tuân theo quá trình đa biến Ta có phơng trình trạng thái biểu thị quan hệ của áp suất và thể tích

p.Vn = const (3.4)

Quan hệ của các trạng thái:

ps.Vsn=p.Vn (3.5)Trong đó :

- ps = pPs+ pa : áp suất tuyệt đối của khí nén ứng với chiều cao tĩnh buồng

- pps : áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tĩnh Hs

- pp : áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời

- V : Thể tích buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời

- Vs : Thể tích buồng đàn hồi ở chiều cao tĩnh

- n : Trị số mũ đa biến của phơng trình trạng thái khí lí tởng

Để giả thiết trên là đúng thì khí nén trong buồng đàn hồi phải thỏa mãn giả thiết sau : Khi biến dạng, lu lợng của buồng đàn hồi không thay đổi, tức là khi làm việc buồng đàn hồi không nạp và xả khí nén bằng van điều chỉnh

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 23

Khi bị nén, piston di chuyển một đoạn z Thể tích buồng khí nén ở trạng thái tức thời :

n s

z S V

V p p V

V

S (3.7)

Trong công thức (3.7) V=f(z) (bỏ qua sự thay đổi nhỏ của S bởi sự thay đổi của

áp suất) Quan hệ này có thể biểu biễn bằng đồ thị đối với áp suất hay lực tác dụng (pp = f(z))

Quan hệ F= f(z) gọi là đặc tính tải của buồng đàn hồi

Hệ số mũ đa biến n phụ thuộc vào tốc độ thay đổi thể tích của buồng đàn hồi, nhiệt độ môi trờng, tốc độ dòng khí của môi trờng

Ta có thể giả thiết nh sau :

- Khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng, sự thay đổi thể tích nhanh

n = 1,38 (hay 1,40) ứng với trạng thái pVn = const

- Khi chạy vào đờng vòng hoặc quay vòng (có sự nghiêng ngang thân xe) sự thay

đổi thể tích chậm n =1 ứng với trạng thái pV = const

- Quan hệ F= f(z) khi n = 0 ứng với trạng thái pp = const.

Ta có đờng đặc tính tham khảo :

Đờng cong khi n = 1,0 gọi là đặc tính tải tĩnh của buồng đàn hồi

Đờng cong khi n = 1,4 gọi là đặc tính tải động của buồng đàn hồi

- Buồng đàn hồi có thể tích phụ

Thể tích phụ có ảnh hởng lớn đến đờng đặc tính tải phần tử đàn hồi Các thể tích phụ có thể là buồng dự trữ hay là hộp dự trữ nh ở hình 3.4

Nếu tính cả buồng thể tích phụ Vd này vào thì thể tích tại trạng thái tĩnh là:

Vs+Vd, khi chiụ tải thay đổi là V+Vd Nhu vậy:

V V

V V

a s n

d

d s

V V

V V

+

+

càng giảm, có nghĩa là giảm lực F

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 25

Hình 3.3.Đặc tính tải của phần tử đàn hồi khí nén

Hình3.5 ảnh hởng của buồng thể tích phụ

tới đặc tính tải

NÕu Vd→∞ th×

d

d s

V V

V V

C =

10

) 0 z ( F ) 10 z

Nếu coi: F = S.pP , với sự thay đổi thể tích của buồng đàn hồi dẫn tới thay đổi áp suất khí nén và diện tích truyền tải trọng thì:

s

2 n s s

) z S V (

S V p n dz

dF

+

−

Từ (10) ta thấy độ cứng của phần tử đàn hồi C bao gồm hai thành phần: Độ cứng

do thay đổi thể tích V, độ cứng do thay đổi diện tích S

Độ cứng thể tích tạo nên bởi sự thay đổi thể tích và phụ thuộc vào áp suất tuyệt

đối ps và áp suất khí nén pps

Độ cứng diện tích đợc tạo nên bởi sự thay đổi diện tích làm viêc hữu ích Sự giảm thấp độ cứng C trong thực tế đợc tiến hành bằng sự thay đổi diện tích làm việc của pittông

ở trạng thái tĩnh (z=0) độ cứng của buồng đàn hồi đợc xác định:

Cs =

s

2 s

V

S p n

Trong đó:

- ps là áp suât tuyệt đối tơng ứng với chiều cao tĩnh của buồng đàn hồi (Hs)

Với tải trọng tĩnh đặt nên buồng đàn hồi :F = Fs =p S ps = (ps -pa)S

Độ cứng ở trạng thái tĩnh là:

Cs =

s

a s

V

S ) S p F (

Cz =

V

S ) S p F (

n z + a

(3.13)

Trong đó: Fz là tải trọng ở trạng thái làm việc đặt nên buồng đàn hồi

Khi tải trọng thay đổi thì áp lực của khí nén đợc xác định:

p =

S

S p

a

S p F

S p F

++

Độ cứng của phần tử đàn hồi khi đó :

Cz =

V

S ) S p F (

n z + a

=

2

.( )( )

p (

S g p n

Nh vậy muốn có tần số thấp thì cần có thể tích buồng đàn hồi lớn Tần số dao

động riêng ở tại một vị trí nhất định không phụ thuộc vào tải trọng đặt lên buồng đàn hồi

Tần số dao động riêng ở trạng thái làm việc:

z s

F C

F C

Chúng ta giả thiết rằng: khi thay đổi tải trọng thể tích buồng đàn hồi không biến

đổi (nhng khối lợng khí nén gia tăng), thì độ cứng của phần tử đàn hồi khi đó sẽ là;

Cz =

o

a z

V

S ) S p F (

z s

F C

F C

dùng cho cả xe tải, đoàn xe Trên xe con không dùng phơng pháp này vì không có nguồn khí nén, ngoại trừ truờng hợp của xe Renault Vesta 2.

So sánh chung thông qua đồ thị:

3.2 Một số dạng buồng khí nén tiêu chuẩn

Ngày nay tồn tại hai loại buồng đàn hồi (hình vẽ ):

Hình 3.7 So sánh độ cứng và tần số Hình 3.8 So sánh sự đàn hồi

Hình 3.9 Các dạng buồng đàn hồi

IV Tính toán thiết kế cơ cấu nâng hạ

Để cho đơn giản quá trình tính toán thiết kế ta chọn góc =0 độ

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 31

Đối với cơ cấu nâng cầu sử dụng 2 cơ cấu nâng thì ta coi mỗi bên nâng chịu khối lợng của một nửa cầu, và chịu một nửa tải trọng phân bố lên cầu khi hạ cầu.

Ta tính đợc lực tác dụng lên ballon khí nâng cầu ( lực cần thiết để nâng cầu ) :

) ( 7320 )

221 , 1 0435 , 0 sin(

33 , 0

0435 , 0 cos 6 , 0 5 , 4414

- Đờng kính lớn nhất ballon : Dmax = 180 mm

- áp suất khí nén : pmin =1 bar; pmax= 8 bar

- Độ cao : Hmin= 70mm ;Hmax=200 mm

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 33

Hình 4.2.Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao và lực F

Tính chọn ballon khí hạ cầu

Với phơng án thiết kế nh trên , để hạ cầu thì ballon khí nâng cầu phải đợc xả khí

đồng thời với quá trình cung cấp khí cho ballon khí hạ cầu.Dới tác dụng của khối lợng của cầu xe , cầu có xu hớng làm cho bánh xe tiếp đất,khí nén đợc cung cấp vào ballon khí , và là phần tử truyền tảI trọng từ khung xuống bánh xe.Lúc này cầu xẽ chịu tải.Ballon hạ cầu khí sẽ trở thành phần tử đàn hồi của hệ treo

Và do ballon khí hạ cầu là phần tử đàn hồi của hệ thống treo nên ballon khí phải tải trọng phân bố của xe tác dụng lên cầu này là :

Gt=83385 N

Đối với cơ cấu nâng hạ cầu sử dựng hai cơ cấu nâng thì khi hạ cầu tải trọng phân

bố lên cầu ta coi đợc chia đôi tác dụng vào phần tử đàn hồi (ballon khí).Nên tải trọng tĩnh tác dụng lên đầu trục bánh xe là :

G = Gt/2=41692 ( N)

Buồng khí nén ( hay ballon khí) là buồng tiêu chuẩn , với phạm vi của đồ án tốt nghiệp ta không thiết kế tính toán cho buồng khí nén mà ta chọn buồng khí nén theo tiêu chuẩn để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của hệ thống

Hình 4.1.3.Bảng phân bố lực F ứng với chiều cao và áp suất

Từ lực mà ballon khí phải sinh ra ta chọn theo tiêu chuẩn ta có các thông số của

- Đờng kính lớn nhất ballon : Dmax = 355 mm

- áp suất khí nén : pmin =1 bar

Pmax= 8 bar

Hmax=360 mmChọn ballon khí tiêu chuẩn :FD330 -30

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 35

Hình 4.3.Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao và lực F

Nên độ võng tĩnh của phần tử đàn hồi nh sau :

Hình 4.3 Bảng phân bố lực F ứng với chiều cao và áp suất

300300

2

2 2

2

m cm

,0

41692

m N f

G C

∑

f =ft+fd=0,111+0,0333=0,144 (m)

4.3.

Tính toán giảm chấn

4.3.1 Hệ số cản của giảm chấn

Hệ thống treo dập tắt dao động bằng cách sinh ra lực cản dao động Qc.Lực cản này đợc sinh ra chủ yếu từ giảm chấn , phần còn lại là do ma sát trong hệ

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 37

thống.Đặc biệt nếu phần tử đàn hồi trong hệ thống là nhíp thì một phần lực cản sẽ

,0.13,3

41692.3,0,23

,31

2

m Ns f

Xác định hệ số cản của giảm chấn ở hành trình nén và hành trình trả

Khi thiết kế giảm chấn ta chọn:

kgt=3kgnkgt+kgn=2kgVới : kgt : Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả

kgn : Hệ số cản cảu giảm chấn trong hành trình nén

Giải hệ phơng trình ta có :

kgt=17990 Ns/mkgn=5997 Ns/m

4.3.2 Lực cản giảm chấn trong quá trình nén và quá trình trả

Đặc tính làm việc vủa giảm chấn gồm hai giai đoạn :

• Giai đoạn làm việc bình thờng với vận tốc nhỏ hơn Vn1 và

Vt1( Vn1=Vt1=0,3m/s) gọi là hành trình nén nhẹ và trả nhẹ.Lực cản tối đa ở hành trình này đợc tính nh sau:

- Hành trình nén : Pgn1=kgnVn1=5997.0,3=1799 (N)

- Hành trình trả: Pgt1=kgtVgt1=17990.0,3=5397 (N)

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50 39

Hình 4.4 Sơ đồ bố trí giảm chấn

• Giai đoạn làm việc ở chế độ giảm tải với vận tốc lớn hơn Vn1 và Vt1.Lúc này van giảm tải đã mở và hệ số cản của giảm chấn giảm xuống.Khi đó hệ số cản giảm xuống:

k’gn= 0,6kgn =0,6.5997 =3598 (Ns/m)k’gt= 0,6kgt =0,6.17990 =10794 (Ns/m)Vận tốc làm việc tối đa không vợt quá 0,6m/s.Lực cản ở hành trình này đợc tính :

- Hành trình nén :

Pgn2=Pgn1+k’gn(Vn2-Vn1)=1799+3598(0,6-0,3)=2878 (N)

- Hành trình trả :

Pgt2 =Pgt1+k’gt(Vt2-Vt1)=5397+10794(0,6-0,3)=8635 (N)

4.4.3 Xác định kích thớc của giảm chấn

4.3.3.1 Xác định đờng kính, chiều dài piston:

Chế độ làm việc căng thẳng đợc xác định là V =0,3 m/s

Công suất tiêu thụ bởi giảm chấn đợc xác định :

)(89925,02

53971799

2

)(

2

2

W V

K K V P P

N tt = fn + gt g = n + tr g == + =

Công suất tỏa nhiệt của một vật thể kim loại có diện tích tỏa nhiệt là F đợc tính nh sau:

)(