kỹ thuật ô tô chuyên dụng

ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ CHUYÊN DÙNG Hệ thống thủy lực Truyền động dầu ép là truyền động trong đó thành phần làm việc chủ yếu là chất lỏng dầu thủy lực, được th

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 1

Chương 1 – Các khái niệm chung

Hình 2 – Bơm ly tâm, sơ đồ cấu tạo và biểu đồ lưu lượng – áp suất

Hình 3 – Sơ đồ cấu tạo các loại bơm có thể tích xác định

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 2

Hình 5 – a) Van tiết lưu dọc trục b) Van tiết lưu quanh trục

1 Vít điều chỉnh 2 Rãnh tiết lưu 1 Rãnh tiết lưu 2 Lỗ thông

Hình 6 – Van một chiều a) Sơ đồ nguyên lý b) Ký hiệu

c) Quan hệ lưu lượng – sụt áp

Hình 7 – Van một chiều có điều khiển mở : a) Sơ đồ b) Aùp dụng

Hình 8 – Van một chiều có điều khiển đóng

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 3

1.3.3.3 Xy lanh thủy lực :

- Đây là chi tiết tiêu chuẩn về đường kính trong Đường kính này thay đổi từ 25 –

Hình 9 – Van điều khiển 5 cửa 2 vị trí

Hình 10 – Vị trí trung gian van điều khiển

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 1 4

Hình 11 – Xy lanh không pis ton, tác dụng đơn, tác dụng kép

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Ô TÔ CHUYÊN DÙNG

I Ô TÔ CHUYÊN DÙNG

Định nghĩa:

Hiện nay không có chuẩn mực chung về ô tô chuyên dùng mà tùy mỗi nước Tại Việt

nam, căn cứ theo TCVN 6211:2003 - Phương tiện giao thông đường bộ, kiểu , thuật ngữ và định nghĩa, ta có thể phân ra các loại ô tô sau:

Ô tô (motor vehicle): Là loại PTGTĐB chạy bằng động cơ có từ bốn bánh xe

trở lên, không chạy trên đường ray và thường được dùng để chở người và hàng hoá, kéo các rơmoóc, sơmi rơmoóc, thực hiện các chức năng, công dụng đặc biệt

Ô tô còn bao gồm cả các xe được nối với một đường dây dẫn điện, ví dụ ô tô điện bánh lốp (trolley bus) và các xe ba bánh có khối lượng bản thân lớn hơn 400kg

Ô tô chuyên dùng: Có kết cấu và trang bị để thực hiện một chức năng, công

dụng đặc biệt Ví dụ: Xe chữa cháy, xe hút hầm cầu, xe thang, xe trộn bê tông, xe quét đường…

Phân loại: Có 2 cách phân loại, theo mục đích sử dụng hoặc theo kết cấu

Phân loại theo mục đích sử dụng:

1 XCD trong ngành thương nghiệp: Xe chở gia súc, chở bia, chở xe máy…

2 XCD trong ngành vệ sinh môi trường đô thị: Xe ép rác, tưới đường, quét đường …

3 XCD trong ngành xây dựng: Xe ủi, xe xúc, xe lu, xe trộn bê tông …

4 XCD trong ngành nông thủy sản:Xe đông lạnh, xe chở trái cây, xe bồn …

5 XCD trong ngành y tế: Xe cứu thương

6 XCD trong ngành sân bay, hải cảng: Xe nạp nhiên liệu, xe cẩu …

7 XCD trong ngành lâm nghiệp: Xe kéo gỗ

8 XCD trong ngành mỏ, địa chất: Xe cần trục, xe ben …

9 XCD trong ngành an ninh quốc phòng: Xe chữa cháy, xe việt dã

10 ……

Phân loại theo kết cấu:

1 Xe tự đổ (xe ben)

2 Xe tự xếp dỡ hàng (xe tải cẩu)

3 Xe thùng kín có bảo ôn (xe đông lạnh) hay không có bảo ôn (xe rác, xe quét đường)

4 Xe bồn (chở xăng dầu, sữa…, chữa cháy, tưới đường)

5 Xe có kết cấu chuyên biệt khác (xe thang, xe bơm bê tông…)

- Nâng cao lượng hàng hoá chuyên chở hữu ích: Tăng lượng hàng hóa /m 2 sàn xe nhờ kết cấu chuyên dùng (xe chở gia súc nhiều tầng, xe chở ôtô), nhờ cơ cấu đặc biệt (xe ép rác),

- Đảm bảo an toàn cho hàng hoá chuyên chở, giảm tỷ lệ hư hỏng do vận chuyển gây

nên: Xe đông lạnh, xe vận chuyển hoa quả

- Giảm bao bì khi vận chuyển, do đó giảm chi phí vận chuyển và công lao động: Xe ben, xe bồn

- Thựïc hiện các chức năng đặïc biệt không thể thiếu cho an ninh – quốc phòng, giao

thông công chánh: Xe chữa cháy, xe thang, xe cứu thương, xe hút cầu cống…

Xu hướng hiện nay trong nước là cải tạo xe vận tải thành xe chuyên dùng nhằm tăng tính kinh tế – an toàn cho việc vận chuyển hàng hóa

II PHƯƠNG PHÁP LUẬN TRONG VIỆÂC THIẾT KẾ XE CHUYÊN DÙNG

Ô tô chuyên dùng là sự kết hợp giữa các thiết bị chuyên dùng, thùng chuyên dùng với

ô tô cơ sở Công thức thành lập ô tô chuyên dùng là:

Ô tô chuyên dùng = Ô tô cơ sở + Thiết bị chuyên dùng + Thùng chuyên dùng

Các thiết bị chuyên dùng trên ô tô là những thiết bị đặc biệt, tạo được những thao tác riêng biệt cho ô tô chuyên dùng đó Ví dụ: Thiết bị nâng hạ thùng của xe ben; thiết bị lấy rác, ép rác, thải rác của xe chở rác; thiết bị làm lạnh trên xe đông lạnh; thiết bị bơm hút trên

xe hút hầm cầu…

Các thiết bị này có thể sử dụng các kiểu điều khiển cơ học, thủy lực, khí nén, điện hoặc hỗn hợp các kiểu trên Hiện nay kiểu điều khiển thủy lực được sử dụng rộng rãi do những ưu điểm của nó, vì vậy ở đây chúng ta đi sâu nghiên cứu các chi tiết của hệ thống điều khiển thủy lực

Để sản xuất xe chuyên dùng, chúng ta có các phương pháp sau:

- Thế giới: Sản xuất công nghiệp, có thiết kế ngay từ đầu

- Việt nam: Một số liên doanh có chế tạo xe chuyên dùng, nhưng có giá thành cao Phương pháp phổ biến hiện nay là cải tạo từ các loại xe tải thông thường thành các xe chuyên dùng Phương pháp này có các ưu điểm chính sau:

 Giá thành hạ

 Có kích thước phù hợp với nhu cầu, điều kiện hoạt động cụ thể của từng loại hàng hoá chuyên chở

 Thùng xe đóng chắc hơn, thành cao nên chở được nhiều hàng so với xe nguyên thủy nhập về

2 Thiết bị chuyên dùng

3 Thùng chuyên dùng

- Thùng nhập (bồn )

- Thùng tự chế tạo

- Thùng cải tạo từ thùng cũ…

Trên cơ sở phối hợp ba cụm này, ta sẽ có bố trí chung của xe, thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật – kinh tế – xã hội

Trọng lượng xe sau cải tạo : Ga = Gcs + Gtbcd + Gtcd

Gcs – Trọng lượng xe cơ sở

Gtcd – Trọng lượng thùng chuyên dùng

Gtbcd – Trọng lượng thiết bị chuyên dùng

Yêu cầu xe sau cải tạo:

- Xe sau cải tạo phải có tải trọng tương đương tải trọng cho phép của xe nền

- Các thông số, yêu cầu kỹ thuật thỏa mãn các quy định, tiêu chuẩn Việt Nam

- Phải bảo đảm tính an toàn trong sử dụng

Trình tự thiết kế:

1 Từ mục đích sử dụng, xác định các thông số cơ bản của xe:

 Loại xe cơ sở, tải trọng xe cơ sở

 Loại hàng, tỷ trọng hàng

 Kích thước thùng hàng sau cải tạo

2 Thiết kế sơ bộ: Chọn phương án bố trí chung (xe cơ sở, thùng chuyên dùng, thiết

bị chuyên dùng), xây dựng các kích thước cơ bản L x B x H

3 Thiết kế kỹ thuật: Thiết kế thùng; bố trí lắp đặt thiết bị chuyên dùng; tính toán kiểm tra bền các chi tiết của thùng, của hệ thống dẫn động; kiểm tra các cụm quan trọng của xe sau cải tạo: Khung xe, hệ thống phanh, hệ thống lái…

4 Kiểm tra tính ổn định xe sau cải tạo: Oån định dọc, ổn định ngang, ổn định tĩnh, ổn định động…

5 Tính toán kinh tế

III VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRÊN CÁC Ô TÔ CHUYÊN DÙNG

Trên ô tô chuyên dùng hiện nay, ngoài các vật liệu thông thường như gỗ, thép tấm thép định hình…, người ta còn sử dụng các loại vật liệu khác, tùy theo công năng của xe, ví dụ nhôm (thùng xe đông lạnh), polyurethan (vật liệu cách nhiệt thùng bảo ôn, đông lạnh), fiberglass (thùng thao tác xe thang, xe nâng) Để có thể thiết kế phù hợp, người kỹ sư thiết kế cần hiểu thêm cơ, lý, hoá tính các loại vật liệu mới này

4

IV ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ CHUYÊN DÙNG

Hệ thống thủy lực

Truyền động dầu ép là truyền động trong đó thành phần làm việc chủ yếu là chất lỏng (dầu thủy lực), được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng (bơm dầu nén dầu dưới áp suất nhất định), sau đó biến đổi thế năng dầu thành cơ năng (đẩy piston của xy lanh thủy lực) để thực hiện công cần thiết

Trên các ô tô chuyên dùng, hệ thống thủy lực được sử dụng rộâng rãi do các đặc điểm

sau:

Ưu điểm:

- Truyền được lực và công suất lớn với cơ cấu có kích thước, trọng lượng nhỏ gọn

- Sử dụng dễ dàng: Sự đa dạng các chi tiết thủy lực cho phép tạo nhiều chức năng khác nhau: Chuyển động thẳng và quay hai chiều, khoá, không tải, thay đổi vận tốc

- Điều khiển linh hoạt, dễ dàng tự động hóa, truyền động êm dịu: Có thể điều chỉnh dễ dàng áp suất để có lực theo ý muốn Có thể thay đổi lưu lượng để thay đổi vận tốc các cơ cấu chấp hành Có thể dùng các tín hiệu điện rất nhỏ vẫn điều khiển được hệ thống

- Làm việc ổn định, ít phụ thuộc vào tải trọng bên ngoài

- Các chi tiết, bộ phận được tiêu chuẩn hóa và phổ biến

- Có cơ cấu an toàn chống quá tải

- Tính không nén được của dầu: Tại áp suất thông thường (<350 bar), dầu được xem là không nén được Điều đó cho phép:

 Dừng các chuyển động một cách tức thời và chính xác;

 Giữ được các lực mà không tiêu tốn năng lượng;

 Tạo ra các chuyển động rất chính xác

Khuyết điểm:

- Giá thành: Aùp suất làm việc cao nên đòi hỏi hệ thống phải đảm bảo kín khít, không rò rỉ Việc này đòi hỏi độ chính xác khi gia công chi tiết, nên giá thành tương đối cao

- Đòi hỏi thiết bị chuyên dùng: Mỗi hệ thống thủy lực phải bao gồm các linh kiện cần thiết như bể chứa, bơm, đường ống, van…

- Giám sát: Cần giám sát thường xuyên hệ thống thủy lực , bảo đảm độ kín khít các mối ghép, và đặc biệt là giám sát dầu: Mực dầu, độ sạch của dầu, nhiệt độ làm việc của dầu…

- Vận tốc truyền động bị hạn chế vì cần đề phòng hiện tượng va đập thủy lực, tổn thất cột áp, tổn thất công suất lớn

- Aûnh hưởng bởi nhiệt độ: Trong quá trình biến đổi năng lượng, một phần năng lượng tiêu hao biến thành nhiệt làm độ nhớt dầu giảm Kết quả là làm tăng rò rỉ và kèm theo là mất áp, giảm vận tốc

5

Dầu thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, tính toán và chọn

Bơm thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ứng dụng, ký hiệu, tính toán và chọn

Van thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ký hiệu, vị trí trung gian, tính toán và

chọn

Xylanh thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ký hiệu, tính toán và chọn

Động cơ thủy lực (nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, ký hiệu, vị trí trung gian, tính toán

và chọn

Sơ đồ mạch thủy lực

Tính toán thủy lực: Lưu lượng, áp suất, tổn thất, độ cao,

Sơ đồ tổng quát hệ thống thủy lực

Một hệ thống thủy lực cơ bản sử dụng trên ô tô phải bao gồm các chi tiết sau (hình 1.5):

1 Thùng dầu

2 Bơm dầu

3 Các van điều chỉnh (van phân phối, van an toàn, van tiết lưu, van 1 chiều)

4 Cơ cấu chấp hành (xy lanh thủy lực, động cơ thủy lực)

5 Oáng dẫn, lọc dầu

6 Đồng hồ áp suất

Ký hiệu các chi tiết hệ thống thủy lực

Các thành phần của hệ thống thủy lực phải có ký hiệu thống nhất để thể hiện trên các

sơ đồ nguyên lý Các ký hiệu này căn cứ theo TCVN 1806 – 76 hoặc ISO 1219:1976 Ta có thể tổ hợp (hợp lý về mặt kỹ thuật) các ký hiệu cơ bản để tạo nên các ký hiệu khác

Tính điều chỉnh được

Đường dầu chính

Đường dầu điều khiển, dầu hồi

Hình 1.5 – Sơ đồ hệ thống thủy lực cơ bản

1 Xy lanh thủy lực

2 Piston thủy lực

3 Van tiết lưu

4 Van một chiều

5 Van phân phối 5/3

6 Cơ cấu điều khiển van

6

Ống dẫn chéo nhau

Ống dẫn nối nhau

Ống dẫn bị bịt

Ống dẫn mềm

Nối cơ khí

Điều khiển bằng tay gạt

Điều khiển bằng nút nhấn

Điều khiển bằng cam

Điều khiển bằng bàn đạp chân 1 chiều

Điều khiển bằng bàn đạp chân 2 chiều

Điều khiển bằng khí nén

Điều khiển bằng thủy lực

Điều khiển bằng điện

Thùng chứa chất lỏng làm việc

Aéc quy thủy lực

Bộ lọc

Bộ tản nhiệt

Bộ gia nhiệt

Đồng hồ đo áp

Bơm thủy lực, một chiều, lưu luợng không đổi

Bơm thủy lực, đổi chiều, lưu lượng thay đổi

Động cơ thủy lực

Động cơ điện

Động cơ đốt trong

Xy lanh thủy lực cán piston một phía

Xy lanh thủy lực cán piston hai phía

Xy lanh lồng tác dụng đơn

Xy lanh có lỗ dẫn trong cán piston

Van nhiều vị trí: (Giải thích ký hiệu cửa/vị trí)

7

Nối các rãnh bên trong

Các rãnh bị bịt kín

Phổ biến nhất là loại bốn cửa:

P – Pressure (supply) A , B – Output ports

T – Tank (return)

Van một chiều

Đóng bởi lò xo

Aùp suất mở quan trọng

Có điều khiển

Van điều áp (pressure control valve), van an toàn , van tràn

Van thường đóng

Van thường mở

Van tự điều khiển

Van điều khiển từ bên ngoài

Van tiết lưu

Không điều chỉnh

Có điều chỉnh

Điều chỉnh theo một chiều

Bơm thủy lựïc: Là thiết bị biến đổi cơ năng (ngẫu lực, vận tốc quay) của động cơ điện

cung cấp thành động năng (lưu lượng) và thế năng (dưới dạng áp suất) của dầu

Phân loại: Có hai nhóm chính: Bơm có lưu lượng thay đổi và bơm có lưu lượng

cố định

a) Bơm có lưu lượng thay đổi: Điển hình là bơm ly tâm (hình 1.6a) Khi áp suất tăng,

lưu lượng bơm giảm (hình 1.6b) Nếu bịt kín đầu ra của bơm làm tăng áp suất, thì lưu lượng bơm giảm bằng 0 Bơm hoạt động nhờ cánh quạt quay, hút chất lỏng vào qua cửa hút bên hông, và đẩy chất lỏng ra bằng lực ly tâm Loại bơm này sử dụng hạn chế trong hệ thống thủy lực, thường dùng làm bơm mồi cho một bơm chính dạng thể tích xác định, hoặc bơm chuyển chất lỏng, bơm hệ thống làm mát

Hình 1.6 – Bơm ly tâm, sơ đồ cấu tạo và biểu đồ lưu lượng – áp suất

8

b) Bơm cólưu lượng cố định: Đây là loại bơm mà lưu lượng lý thuyết bơm cung cấp

không thay đổi theo áp suất ra Khi đầu ra của bơm bịt kín, do lưu lượng cung cấp không thay đổi, áp suất sẽ tăng vọt nhanh chóng đến giá trị tối đa bơm chịu được về mặt cơ khí

Bơm có lưu lượng cố định luôn được dùng làm bơm chính trong hệ thống thủy lực Có hai nhóm bơm chính: Bơm quay và bơm tịnh tiến, trong mỗi nhóm lại có nhiều dạng khác nhau:

 Chuyển động bơm quay

 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

 Bơm bánh răng ăn khớp trong

 Bơm rotor quay

 Bơm trục vít

 Bơm cánh gạt

 Chuyển động bơm tịnh tiến

 Bơm piston hướng kính

 Bơm piston hướng trục

 Bơm piston thẳng hàng

Hình 1.7 – Sơ đồ cấu tạo các loại bơm có lưu lượng cố định

Dãy (thẳng hàng) 0.8 – 65 Có thể đến 500

Tiêu chuẩn chọn lựa bơm:

Do các bơm rất đa dạng về chủng loại nên việc chọn lựa bơm thích hợp cho hệ thống phải được căn cứ trên những thông số chính sau đây:

a) Lưu lượng tối đa bơm cung cấp: Bơm được chọn phải có khả năng cung cấp

đủ lưu lượng yêu cầu của hệ thống Tùy theo hiệu suất thể tích của bơm mà ta chọn vượt 10 -

15 % lưu lượng max có ích

Nhà chế tạo thường cho biết lưu lượng riêng của bơm q (cm3/vòng), từ đó ta tính toán được lưu lượng của bơm:

q - lưu lượng riêng (cm3/vòng)

n – số vòng quay bơm (vòng / phút)

Lưu lượng bơm lý thuyết : Q = 10-3.q.n (lít/phút)

Lưu lượng bơm thực tế Qtt < Q do tổn thất thể tích (rò rỉ, trượt)

Hiệu suất thể tích : Lưu lượng bơm thực tế / lưu lượng bơm lý thuyết

Lưu lương bơm thực tế: Qtt = Q ηv = 10-3 q.n ηv (l/p)

Hiệu suất cơ khí: ηck do ma sátcủa các chi tiết chuyển động…

Hiệu suất tổng hợp: η = ηv.ηck

Công suất cung cấp cho bơm hoạt động: (kW)

P – Aùp suất bơm (bar)

b) Aùp suất làm việc tối đa: Chọn vượt 15 – 30 % áp suất có ích của hệ thống Aùp

suất làm việc của hệ thống lại phụ thuộc nhiều yếu tố khác Tổng quát, áp suất làm việc

càng cao thì chi phí cho các thiết bị càng cao và khả năng chọn lựa thiết bị càng thấp Bù lại,

sử dụng áp suất cao sẽ giảm lưu lượng, kích thước bơm và các chi tiết khác trong hệ thống

nhỏ gọn hơn

c) Các điều kiện làm việc: Độ nhớt dầu thủy lực, khoảng nhiệt độ làm việc, vận

tốc quay, nhịp sử dụng

.P

Q

N  tt

10

d) Các tính chất khác:

- Môi trường xung quanh (bụi, nhiệt độ, hỏa hoạn…)

- Cách tháo lắp dự kiến

- Mức ồn có thể chấp nhận được

- Sự dễ dàng trong bảo trì, phụ tùng thay thế

- Tuổi thọ dự kiến

- Giá thành

Van thủy lực : Đây là những thiết bị tạo nên giao tiếp giữa dầu ép, tín hiệu điều

khiển và cơ cấu chấp hành Chúng dùng để kiểm soát áp suất dầu ép, lưu lượng và hướng

dòng dầu

Tổng quát, van thủy lực gồm các loại van chính sau:

a) Van điều áp : Dùng giới hạn áp suất cực đại (van an toàn), xác định áp suất mở

đường dầu về (van tràn), thay đổi áp suất trong đường ống (van giảm áp) Nguyên lý hoạt động chính là áp suất dầu phải thắng lực cản gây nên bởi lò xo

Ký hiệu van điều áp :

Đây là van thường đóng, chỉ mở một phần cho phép dầu chảy về bể chứa khi áp suất dầu vào lớn hơn lực ép của lò xo Nếu không có mũi tên trên hình lò xo, có nghĩa áp suất mở van đã được định sẵn

Có thể dùng bi, mặt côn hay tấm phẳng để bít lỗ vào van

b) Van tiết lưu: Dùng điều chỉnh lưu lượng dầu, do đó điều chỉnh được vận tốc cơ cấu

chấp hành (thường là xy lanh thủy lực) trong hệ thống

Có hai loại van tiết lưu: Điều chỉnh dọc trục và điều chỉnh quanh trục

Hình 1.8 – Van điều áp

11

c) Van một chiều: Chỉ cho phép dầu chảy theo một chiều và hạn chế theo chiều

nguợc lại Ký hiệu van một chiều như hình vẽ Lưu ý khi giá trị lực ép lò xo có ý nghĩa quan trọng, ta thể hiện hình lò xo trên ký hiệu

d) Van điều khiển:

3.4.2.1 Cơ cấu chấp hành

Xy lanh thủy lực

Xy lanh quay

Có trường hợp van một chiều được điều khiển đóng hoặïc mở bằng áp suất đường dầu điều khiển (hình 1.11 và 1.12)

Hình 1.9 – a) Van tiết lưu dọc trục b) Van tiết lưu quanh trục

1 Vít điều chỉnh 2 Rãnh tiết lưu 1 Rãnh tiết lưu 2 Lỗ thông

Hình 1.10 – Van một chiều a) Sơ đồ nguyên lý

b) Ký hiệu c) Quan hệ lưu lượng – sụt áp

12

Trên hình 1.11, khi có hiện tượng “tuột” ở đầu xy lanh dưới, áp suất đầu trên (là áp suất điều khiển van một chiều) giảm, khiến van được đóng chặt, hiện tượng giật ngừng lại Trên hình 1.12, van một chiều làm nhiệm vụ như van an toàn Khi áp suất dầu mạch 1 giảm, ngay lập tức mạch dầu 2 cũng được mở

d) Van điều khiển: Thường gặp nhất là van với ty van trượt Việc điều khiển ty van có

thể bằng cơ khí, thủy lực hoăïc điện

H 1.11 – Van một chiều có điều khiển mở : a) Sơ đồ b) Aùp dụng

H.1.12 – Van một chiều có điều khiển đóng

Hình 1.13 – Van điều khiển 5 cửa 2 vị trí

14

Aùp suất danh định là 60, 80, 120, 160, 250 bars

Thông thường người ta chia làm hai loại:

- Xy lanh thủy lực tác động đơn (1 chiều)

- Xy lanh thủy lực tác động kép (2 chiều)

Hình 1.14 – a) Xy lanh không pis ton, b) Xy lanh tác dụng đơn, c) Xy lanh tác dụng kép

1

CHƯƠNG 2 - XE TỰ ĐỔ

I CÔNG DỤNG – YÊU CẦU

1.1 Công dụng – Đặc điểm:

Các loại hàng hóa chuyên chở bằng xe tải thường là hàng hóa có thể tích lớn, do đó thùng xe tải thường phải có kích thước lớn để tận dụng hết công suất của động cơ Một số loại hàng hóa cần tránh mưa nắng nên thùng xe tải có mui Hai bửng hông và bửng sau có khớp bản lề, có thể mở bửng thuận tiện cho việc xếp hàng Thùng xe tải thường dài nên tính năng quay vòng thấp

Trong khi đó, xe tự đổ chủ yếu dùng chuyên chở hàng rời rạc có khối lượng riêng lớn như cát, đá, vật liệu xây dựng, đất rác nên thùng xe được làm ngắn và chắc chắn, hai bửng hông và bửng sau lật được để tháo dỡ hàng Vật liệu chuyên chở không đòi hỏi bảo quản mưa nắng nên thùng không có mui

Xe có chiều dài xe rất ngắn do đó có tính năng quay vòng tốt nên Xe thường được trang bị loại bánh xe có tính năng thông qua cao và có thể chạy được trên đất mềm

1.2 Yêu cầu:

- Thỏa mãn các tiêu chuẩn về an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường (xem 22TCN 224 – 2001, 22 TCN 307 – 03) của phương tiện giao thông cơ giới đường bộ do Bộ Giao thông Vận tải ban hành

- Thùng có kích thước, hình dáng phù hợp để chứa được lượng hàng hóa lớn nhất, dễ tháo sạch lòng thùng khi đổ

Quy định chung về kích thước cho phép lớn nhất:

Chiều rộng thùng xe không quá 2,5 m Chiều cao thùng xe không quá 4,0 m Chiều dài toàn xe không quá 12,2 m Đối với xe cơ giới cỡ nhỏ, để kích thước hình dáng bảo đảm tính hài hòa, Bộ Giao thông Vận tải quy định như sau:

Chiều dài toàn bộ xe L  1,95 L0 (chiều dài cơ sở)

Chiều cao tối đa xe Hmax 1,75 WT

Wt là khoảng cách giữa tâm vết tiếp xúc của hai bánh xe sau với mặt đường trường hợp trục sau lắp bánh đơn, hay là khoảng cách giữa tâm vết tiếp xúc của hai bánh xe sau phía ngoài trường hợp trục lắp bánh đôi (hình 2.1)

- Đảm bảo tính an toàn khi nâng, đổ hàng cũng như khi vận chuyển, không làm rơi vãi hàng hóa khi vận chuyển Xe phải trang bị cơ cấu khóa nắp thùng, cơ cấu an toàn, thùng phải đủ bền và cứng vững, có mái bảo vệ cabin khi chất hàng

- Góc nâng thùng phải đủ lớn để trút sạch hàng hóa

2

- Xe phải có tính ổn định khi nâng, hạ thùng

- Kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, giá thành thấp

- Dễ bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa, thao tác vận hành đơn giản

II KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Công thức cấu tạo: Xe cơ sở + Thùng hàng tự đổ + Cơ cấu nâng hạthùng hàng

Hình 2.2 – Xe tự đổ KAMAZ 65111 Hình 2.1 – Phương pháp xác định giá trị W t

3

2.1 Xe cơ sở:

Các xe tự đổ hiện nay thường được cải tạo từ xe tải thùng hở Việc chọn lựa xe cơ sở được tiến hành trên cơ sở phân tích khối lượng riêng loại hàng cần chuyên chở, thể tích hàng vận chuyển tối ưu, từ đó xác định được tải trọng xe

Trong quá trình cải tạo từ xe tải thùng sang xe tự đổ, thường phải cắt ngắn khung xe, dời cầu và thay thùng tải bằng thùng tự đổ

Thùng sau cải tạo thường được gia cố vững chắc hơn, ngoài ra còn phải bố trí thêm cơ cấu nâng hạ thùng, do đó tự trọng xe tăng lên, hệ quả là tải trọng xe giảm xuống Điều này cần lưu ý khi chọn xe cơ sở ban đầu, sao cho tải trọng xe sau cải tạo vẫn phù hợp với yêu cầu vận chuyển hàng và yêu cầu an toàn cho xe

Sau khi xác định được tải trọng, việc chọn xe cơ sở còn căn cứ vào các điều kiện khác như: Có/không hộp phân phối, khả năng trích công suất để dẫn động hệ thống nâng thùng, giá thành

2.2 Thùng hàng:

2.2.1 Kết cấu:

Thùng được chế tạo từ thép các loại Khung thùng làm từ thép cán định hình, thường là thép chữ C, thép L, sau đó hàn thép tấm tạo thành mặt bên và đáy Tấm đáy chịu tải trọng lớn nên thường dày hơn các tấm bên Ở thùng nguyên thủy, các tấm bên có thể lật ra; nhưng thùng sau cải tạo thường làm thành bên cố định để tăng độ cứng vững (hình 2.4)

Để bảo đảm an toàn cho người điều khiển xe, phần trên thùng được làm dài ra, che phủ cabin

Hình 2.3 – Tổng thể xe tự đổ (Hyundai 15T)

Hình 2.4 – Thùng trước và sau cải tạo

4

Phần sau thùng có thể làm dốc lên (hình 2.4), ngăn không cho vật liệu tràn ra ngoài khi vận chuyển, nhưng vẫn dễ dàng tháo sạch vật liệu khi nâng thùng lên Tuy nhiên, hiện nay phần lớn thùng tự đổ đều bố trí tấm bửng sau Trong trường hợp này, bản lề bửng pha ûi được bố trí phía trên, bảo đảm sau khi đổ hàng tấm bửng không bị vướng như trường hợp bản lề nằm dưới

Để việc tháo dỡ hàng thuận tiện, thùng được bố trí cơ cấu khoá bửng sau tự động

Nguyên lý hoạt động như sau:

Tấm bửng sau 4 được giữ bởi chốt khóa 3 Trên trục mang chốt khóa O3, người ta hàn cứng cánh tay đòn điều khiển 5, một đầu liên kết với lò xo giữ 1, đầu còn lại nối với xích 2 Đầu kia của xích 2 nối bản lề với khung xe tại O1 Trục quay thùng là O2 Như vậy, khi nâng thùng lên góc , điểm O3 quay quanh O2, còn còn điểm A quay quanh O1

Đặt O1O2 = l1 = const O1A = l4 const

O1O3 = l2 const O3A = l5 = const

O2O3 = l3 = const

Khi thùng nâng lên:

Xét tam giác O1O2O3’: l22 = l32 + l12 – l3l1.cos(+)

Xét tam giác O1A’O3’: l42 = l22 + l52 – l2l5.cos(O1O3’A’)

Vậy , khi  tăng thì l2 tăng (theo công thức trên) Nhưng ở công thức dưới, khi l2 tăng, tử sẽ tăng nhanh hơn mẫu, do đó góc O1O3’A’ giảm, có nghĩa là khóa 3 sẽ quay quanh O3 để mở bửng sau, thực hiện đổ hàng

Lò xo 1 có tác dụng giữ bửng không bung ra ở vị trí nằm ngang

Hình 2.5 – Sơ đồ nguyên lý

cơ cấu khóa bửng tự động

1 Lò xo giữ chốt khoá

2 Xích

3 Chốt khóa

4 Bửng sau

5 2

2 4 2 5 2 2 ' ' 3 1

cos

l l

l l l A O

5

2.2.2 Phương án lật thùng:

Khi đổ vật liệu, thùng phải được nâng lên một góc nào đó so với mặt phẳng ngang Ta có các phương án lật thùng như sau:

 Bố trí đổ ngang

Ưu khuyết điểm:

- Đổ vật liệu nhanh chóng do tiết diện đổ lớn

- Khó tăng góc nghiêng thùng nên khó đổ hết vật liệu

- Không thích hợp ở những nơi chật hẹp

- Vật liệu cản trở sự di chuyển của xe

- Kích thước ngang lớn, kém ổn định

 Bố trí đổ dọc

Ưu khuyết điểm:

- Rất thích hợp cho việc đổ hàng ở những nơi chật hẹp

- Có thể lùi vào đổ hàng, sau đó tiến ra hoặc vừa đổ vừa di chuyển

- Xe có tính ổn định cao khi đổ hàng

- Tốn nhiều thời gian đổ vì tiết diện bé

Hiện nay, phương án đổ dọc được sử dụng phổ biến hơn cả Tuy nhiên, có những

xe được bố trí đồng thời đổ ngang và đổ dọc, rất thuận tiện cho sử dụng ở những nơi chật hẹp ở đó xe không thể quay đầu, hoặc khi chuyên chở vật có hình dạng dài, tiết diện nhỏ như ống nước, sắt xây dựng (hình 2.8)

Hình 2.6 – Sơ đồ đổ ngang

Hình 2.7 – Sơ đồ đổ dọc

Hình 2.8 – Phương án đổ phối hợp

6

2.3 Cơ cấu nâng hạ

2.3.1 Hệ thống nâng hạ: Có thể sử dụng hệ thống cơ khí, khí nén hay thủy lực

 Phương án 1 : Dùng hệ thống truyền động bằng cơ khí

Ưu điểm: Giá thành thấp, dễ chế tạo, đơn giãn, dễ bảo trì, bảo dưỡng, thay thế Khuyết điểm: - Kết cấu cồng kềnh, phức tạp

- Lực nâng thùng nhỏ

- Làm việc nguy hiểm, không an toàn

 Phương án 2 : Dùng hệ thống truyền động bằng khí nén

Nhược điểm: - Lực nâng thùng nhỏ

- Kết cấu cồng kềnh

- Không ổn định vì không khí có thể nén được

 Phương án 3 : Dùng hệ thống truyền động bằng thủy lực

Ưu điểm: - Lực nâng lớn

- Kết cấu nhỏ gọn

- Làm việc ổn định Khuyết điểm: Giá thành cao, bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên

Hình 2.9 – Sơ đồ nâng hạ dùng truyền động cơ khí

7

2.3.2 Phương án nâng hạ: Trên cơ sở phân tích ở trên, ta chỉ đi sâu vào phương án

nâng hạ sử dụng hệ thống thủy lực

 Nâng hạ trực tiếp

 Dùng xy lanh một tầng

Ưu khuyết điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp

- Áp suất làm việc nhỏ

- Góc nâng nhỏ vì chịu ảnh hưởng chiều dài xy lanh thủy lực

- Chiếm khoảng không gian lớn

 Dùng xy lanh nhiều tầng

Khi nâng thùng, dầu từ bơm qua cơ cấu điều khiển vào buồng A đẩy piston 2 lên, đồng thời dầu từ buồng B chảy về thùng Khi piston 2 đi hết hành trình, dầu tiếp tục vào cửa A nâng piston 1 đi lên, còn dầu từ cửa C về buồng chứa

Hình 2.10 – Chu trình mở hệ thống thủy lực

1 Xy lanh thủy lực

2 Piston thủy lực

3 Van tiết lưu

4 Van một chiều

5 Van phân phối 5/3

8

Ưu khuyết điểm:

- Có thể nâng thùng cao, đảm bảo đổ hết hàng

- Không gian bố trí nhỏ

- Áp suất làm việc phù hợp với sự giảm dần tải trọng khi tăng góc nghiêng thùng

- Kết cấu xy lanh phức tạp

- Hệ thống điều khiển phức tạp, gia thành cao

 Nâng hạ gián tiếp

 Đòn bẩy di động

Khi nâng hay hạ thùng, piston 3 đẩy ra hay đi vào, khi đó điểm C quay quanh O1, còn A quay quanh O2

- Hành trình xy lanh nhỏ vẫn bảo dảm nâng thùng lên góc lớn

- Cơ cấu gọn nhẹ, đơn giản, không gian bố trí nhỏ

- Phải chế tạo thêm cơ cấu đòn bẩy làm tăng giá thành

 Đòn bẩy cố định

Cũng sử dụng xy lanh một tầng kết hợp với đòn bẩy tương tự như trên, nhưng đầu

C bắt cố định vào khung xe

- Cơ cấu có độ cứng vững cao

- Cơ cấu phức tạp vì phải bắt điểm C vào khung xe

- Hành trình nhỏ vẫn đảm bao nâng thùng hàng góc lớn, tuy nhiên phải sử dụng lực lớn

2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống:

Từ tất cả các phương án trên, hiện nay ta thường thấy phương án đổ dọc, nâng hạ thùng bằng cơ cấu thủy lực với xy lanh một tầng nâng gián tiếp có đòn bẩy di động

Hình 2.13 – Xy lanh nhiều tầng trực tiếp

Hình 2.14 – Nâng gián tiếp-đòn bẩy di động

Hình 2.15 – Nâng gián tiếp đòn bẩy cố định

9

Sơ đồ khối nguyên lý nâng thùng:

Nguyên lý hoạt động:

- Khi xe di chuyển trên đường, truyền động từ hộp số qua hộp trích công suất được ngắt Moment xoắn truyền qua hộp số đến cầu sau

- Khi xe đổ vật liệu, truyền động từ hộp số đến cầu sau có thể ngắt hoặc không tùy thời điểm, còn truyền động từ hộp số đến hộp trích công suất được kết nối (nhờ cần điều khiển trong cabin) điều kiển bơm hoạt động Bơm hút dầu từ thùng chứa, nén đến hệ thống van điều khiển rồi đến xy lanh thủy lực Áp suất dầu trong xy lanh tạo áp lực bằng giá trị lực cản P đẩy piston di chuyển Thùng hàng liên kết

với cơ cấu nâng hạ sẽ được nâng lên tự đổ vật liệu

III PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA XE TỰ ĐỔ

3.1 Các tham số kỹ thuật cơ bản của xe tự đổ

1) Chỉ số trọng lượng / thể tích (kg/m 3 , tấn/m 3 ):

Cho biết khả năng tận dụng thể tích thùng chứa Tuỳ thuộc tính chất khối hàng, kích thước các hạt của khối hàng, phương pháp chất hàng mà ta có hiệu suất sử dụng thùng xe

Với các loại than, xỉ, cát, đá dăm, sỏi, xi măng hh = 1,6 – 1,8 tấn/m3

2) Chỉ số hiệu suất tải trọng:

Bơm thủy lực

Hộp trích

công suất

Hộp số

Cầu chủ động

Van điều khiển

Hình 2.16 - Sơ đồ khối nguyên lý nâng thùng

(1)

(2)

Truyền động cơ khí

Truyền động thủy lực

10

Là tỷ số giữa tải trọng có ích trên tự trọng xe

hh = Ghh / G0 Giá trị này thường 1,1 – 1,3

3) Góc nâng tối đa thùng:

Tùy thuộc tính chất cơ lý của hàng Thông thường trong khoảng 50o – 60o

4) Thời gian nâng, hạ thùng:

Thời gian nâng : 15 – 20 s

Thời gian hạ: 10 – 15s

3.2 Các bước thiết kế

1) Từ tải trọng và loại hàng hóa, xác định kích thước thùng:

Từ vật liệu chuyên chở và tải trọng cho phép của xe nền, nên chọn loại có khối lượng riêng nhỏ nhất để xác định thể tích thùng cần thiết Sau đó, căn cứ trên xe nền chọn kích thước dài, rộng và cao thùng cho phù hợp

Thể tích thùng = Tải trọng / Khối lượng riêng

Khối lượng riêng một số vật liệu thông dụng:

Bảng 2.1

STT Vật liệu Khối lượng riêng (Kg/m3)

2) Thiết kế sơ bộ thùng: Kết cấu khung xương mặt sàn, mặt bên, mặt trước, mặt sau: Vật

liệu, quy cách, phương pháp liên kết các chi tiết với nhau

3) Xác định phương án liên kết thùng với chassis:

 Vị trí chốt lật thùng

11

Sơ đồ xác định vị trí chốt lật thùng:

 Bố trí cơ cấu thủy lực nâng hạ thùng

Khi điểm đặt đầu piston ởû vị trí đầu thùng (gần cabin người lái) thì lực nâng nhỏ nhưng hành trình picton lớn, ảnh hưởng độ bền khi chọn xylanh thuỷ lực và chiếm nhiều không gian bố trí

Khi điểm đặt ở gần vị trí cuối thùng thì lực nâng cần thiết sẽ lớn, áp suất làm việc xy lanh cao nên làm kín khó khăn Ngoài ra, thùng còn bị uốn do trọng lượng thùng và tải Khi bắt đầu nâng thùng, lực tác dụng lên khớp xoay rất lớn, có thể gây hư hỏng chốt

Vì vậy, thay vì sửû dụng xy lanh thủy lực một tầng không đòn bẩy, ta dùng cơ cấu có đòn bẩy Các ưu điểm :

- Đảm bảo độ bền của thùng, khớp xoay, chốt bắt xylanh vì điểm đặt lực thay đổi phù hợp

- Đảm bảo vị trí nâng thùng cao nhất cho phép khi hành trình làm việc của xy lanh nhỏ

Hình 2.17 – Sơ đồ xác định vị trí đặt chốt lật thùng

Hình 2.18 – Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng hạ thùng

12

 Phân tích động lực học cơ cấu nâng thùng ở từng vị trí

Xét cơ cấu đòn bẩy, ta có:

Phương trình moment quanh tâm C:

Thay thế giá trị  từ 0 đến max, ta lập được các giá trị moment cản Mc = Gt.lt.cos và

Pxl theo góc nâng thùng, cũng như hành trình piston

Các kết quả thể hiện trên sơ đồ

Hình 2.19 – Sơ đồ khảo sát động học cơ cấu đòn bẩy

13

Hình 2.20 – Các đồ thị tính toán cơ cấu nâng

14

4) Thiết kế kỹ thuật:

 Tính bền khung xương sàn thùng: Xà ngang, xà dọc

 Tính toán phân phố lực lên khung xe, cacđăng, kiểm tra quay vòng, phanh khi thay đổi chiều dài xe cơ sở

 Tính bền chốt xoay thùng tự đổ

 Thiết kế cơ cấu đòn bẩy nâng thùng

 Kiểm tra trục các đăng

 Kiểm tra bền khung xe

 Chọn các phần tử thủy lực

 Đườøng kính xy lanh

 Đường ống

 Bơm

5) Kiểm tra ổn định

 Ổn định định dọc tĩnh quay đầu lên dốc, xuống dốc

 Đứng trên dốc không nâng thùng

 Đứng trên dốc có nâng thùng

 Oån định dọc động

 Oån định ngang khi đứng trên đường nghiêng ngang

 Oån định ngang khi chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang

 Kiểm tra bán kính quay vòng, ận tốc quay vòng cực đại

IV GIỚI THIỆU MỘT SỐ XE TỰ ĐỔ SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM

Hình 2.21 – Sơ đồ nâng dọc gián tiếp

15

Hình 2.22 – Sơ đồ nâng dọc trực tiếp

16

Hình 2.23 – Sơ đồ nâng ngang

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 2.1 – Xe tự đổ 15

6 Cơ cấu kẹp chặt đầu cáp

Hình 2 – Sơ đồ hở hệ thống thủy lực

1 Xy lanh thủy lực

2 Piston thủy lực

3 Van tiết lưu

4 Van một chiều

5 Van phân phối 5/3

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 2.1 – Xe tự đổ 16

Ưu khuyết điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp

- Aùp suất làm việc nhỏ

- Gocù nâng nhỏ vì chịu ảnh hưởng chiều dài ben

- Chiếm khoảng không gian lớn

Ưu khuyết điểm:

- Có thể nâng thùng cao, đảm bảo đổ hết hàng

- Không gian bố trí nhỏ

- Aùp suất làm việc phù hợp với sự giảm dần tải trọng khi tăng góc ngiêng thùng

- Kết cấu xy lanh phức tạp

- Hệ thống điều khiển phức tạp

Khi nâng hay hạ thùng, piston 3 đẩy ra hay đi vào, khi đó điểm C quay quanh O1, còn

A quay quanh O2

Ưu nhược điểm:

- Hành trình xy lanh nhỏ vẫn bảo dảm nâng thùng lên góc lớn

- Cơ cấu gọn nhẹ, không gian bố trí nhỏ

- Phải chế tạo thêm cơ cấu đòn bẩy làm tăng giá thành

Cũng sử dụng xy lanh một tầng kết hợp với đòn bẩy tương tự như trên, nhưng đầu

C bắt cố định vào khung xe

- Cơ cấu có độ cứng vững cao

- Cơ cấu phức tạp vì phải bắt điểm C vào khung xe

Hình 5 – Xy lanh nhiều tầng trực tiếp

Hình 4 – Xy lanh một tầng trực tiếp

Hình 6 – Nâng gián tiếp-đòn bẩy di động

Hình 7 – Nâng gián tiếp đòn bẩy cố định

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 2.1 – Xe tự đổ 17

 Bố trí đổ ngang

Ưu khuyết điểm:

- Đổ vật liệu nhanh chóng do tiết diện đổ lớn

- Khó tăng góc nghiêng thùng nên khó đổ hết vật liệu

- Không thích hợp ở những nơi chật hẹp

- Vật liệu cản trở sự di chuyển của xe

- Kích thước ngang lớn, kém ổn định

 Bố trí đổ dọc

Ưu khuyết điểm:

- Rất thích hợp cho việc đổ hàng ở những nơi chật hẹp

- Có thể lùi vào đổ hàng, sau đó tiến ra hoặc vừa đổ vừa di chuyển

- Xe có tính ổn định cao khi đổ hàng

- Tốn nhiều thời gian đổ vì tiết diện bé

Hình 8 – Sơ đồ đổ ngang

Hình 9 – Sơ đồ đổ dọc

Hình 11 – Sơ đồ nguyên lý

cơ cấu khóa thùng tự động

1 Lò xo giữ chốt khoá

2 Xích

3 Chốt khóa bửng

4 Bửng sau

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 2.1 – Xe tự đổ 18

Hình 12 – Sơ đồ xác định vị trí đặt chốt lật thùng

Hình 13 – Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng hạ thùng

Hình 14 – Sơ đồ khảo sát động học cơ cấu đòn bẩy

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 2.1 – Xe tự đổ 19

Kỹ thuật ô tô chuyên dùng Chương 2.1 – Xe tự đổ 20

Hình 16 – Sơ đồ nâng dọc gián tiếp