2.3.1. Các yêu cầu về thiết kế
- Sau khi chọn phương án với thiết kế thùng xe là thùng lửng, kết hợp với sự tham khảo của các dòng xe tương tự. Ta tiến hành thiết kế sao cho kết cấu thùng xe chắc chắn, phải đảm bảo độ bền, tuổi thọ và mang tính thẩm mỹ cao và nhất là phù hợp với các quy định, quy chuẩn của bộ GTVT để xe tham gia giao thông trên đường bộ một cách an toàn nhất.
-Thiết kế yêu cầu phải thỏa mãn theo thông tư 42/2014/TT-BGTVT, thông tư 54/2014/TT-BGTVT thông tư 30/2011/TT-BGTVT và thông tư 46/2015/TT- BGTVT,QCVN 09:2015/BGTVT.
- Toàn bộ vật tư, phụ tùng để chế tạo lắp đặt thùng mới lên ô tô cơ sở được sản xuất trong nước.
- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ thực hiện, giá thành thấp phù hợp với khả năng cung cấp vật tư, phụ tùng và khả năng công nghệ thi công của các cơ sở sản xuất trong nước.
- Đảm bảo được các chỉ tiêu về an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường theo các quy chuẩn hiện hành, đồng thời đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật công nghệ.
- Ô tô thiết kế mới phải đảm bảo không ảnh hưởng đến đặc tính động học, động lực học của xe cơ sở. Đảm bảo chuyển động ỏn định và an toàn trên các loại đường giao thông công cộng.
2.3.2. Thiết kế thùng hàng
* Thiết kế thùng hàng thỏa mãn các quy định hiện hành: Theo thông tư 42/2014/TT-BGTVT có các yêu cầu sau:
- Chiều cao lọt lòng thùng Ht ≤ 0,3 x Wt = 0,3 x 2200 = 660 mm. Ô tô thiết kế ta chọn chiều cao thùng là Ht = 650 mm ≤ 660 mm.
Theo quy chuẩn QCVN 09:2015/ BGTVT có yêu cầu:
- Chiều dài đuôi xe (ROH) không lớn hơn 60% chiều dai cơ sở xe thiết kế. WB = 60% x 6575 = 3945 mm.
Ô tô thiết kế có chiều dài đuôi xe 3905 mm < 3945 mm.
- Chiều rộng toàn bộ của thùng chở hàng không được vượt quá 10% chiều rộng toàn bộ của cabin xe và không được vượt quá 2,5 m.
Ô tô thiết kế có chiều rộng phủ bì thùng hàng 2495 mm.
- Chiều dài phần đuôi xe tính từ mép cuối xe chassis đến mép cuối thùng hàng không được vượt quá 300 mm. Thùng xe thiết kế thỏa mãn đủ điều kiện.
- Chiều cao xe thiết kế không được vượt quá 4 m.
- Chiều dài toàn bộ xe không được vượt quá 12,2 m. Xe thiết kế thỏa mãn điều kiện với chiều dài toàn bộ là 11,805 m.
* Mô tả thùng hàng
Thùng tải bằng kim loại (thép) có kích thước:
- Lọt lòng thùng hàng (DxRxC): 8140 x 2350 x 650 mm
Vách trước:
Khung xương vách trước gồm các thanh được làm bằng thép CT3 có tiết diện U90x40x4 và ᴓ34x1,4 liên kết với nhau và liên kết với 2 trụ trước bằng mối hàn hồ quang điện. Mặt trong vách trước phủ tấm tole nhám dày 3 mm. Kết cấu vách trước được thể hiện tại hình 2.3 và bảng khối lượng 2.1.
Hình 2.3. Kết cấu vách trước thùng xe
Khối lượng vách trước cho trong bảng 2.1:
BẢNG 2.1. KHỐI LƯỢNG VÁCH TRƯỚC THÙNG
STT Tên Khối lượng đầu vào (kg/m) Chiều dài (m) Diện tích (m2) Số lượng Khối lượng tính toán (kg) 1 Chấn U90x40x4 5,338 10,27 54,82 2 Ống Ø34x1,4 0,8 7,74 6,19 3 V50 2,33 2,4 5,59 4 Tole (1 mm) 7,85 1,59 12,48 5 Trụ thùng chấn hình 7,488 3,26 24,41
Khối lượng vách trước 79,09
Hình 2.4. Kết cấu vách bửng hông thùng xe
Vách hông thùng gồm các trụ thép CT3 có tiết diện U140x50x5 có thể tháo rời được. Mỗi vách hông gồm 3 bửng hông, khung xương bửng hông gồm các thanh thép hộp CT3 □60x30x1,3 mm và □30x30x1,2 mm; liên kết với nhau bằng mối hàn hồ quang điện, mặt trong khung phủ tấm tole 1,4 mm. Vách hông được thể hiện trong hình 2.4 và bảng 2.2, (xem chi tiết kết cấu tại bản vẽ số 6).
BẢNG 2.2. KHỐI LƯỢNG VÁCH HÔNG THÙNG
STT Tên Khối lượng đầu vào (kg/m) Chiều dài (m) Diện tích (m2) Số lượng Khối lượng tính toán (kg) 1 Hộp 30x60x1,3 1,75 38,84 67,97 2 Vuông 30x1,1 1 14,84 14.84
3 Khóa tôm + bát cong / bản
lề bửng 12/30 27,00
5 Tole (1 mm) 7,85 5,04 39,60
6 Yếm (cái) 8 8,00
7 Trụ thùng U140 9 5,25 47,25
Khối lượng 1 vách hông 204,66
Vách sau (bửng lật sau):
Phía sau thùng có bửng mở xuống, khung xương bửng sau gồm các thanh thép hộp CT3 □60x30x1,3 và □30x30x1,2 liên kết với nhau bằng mối hàn hồ quang điện. Liên kết giữa bửng sau và biên sau bằng 5 bản lề bửng giúp bửng có thể mở xuống được. Mặt trong phủ tấm tole 1,4 mm được liên kết bằng các mối hàn hồ quang điện với khung bửng. Kết cấu và khối lượng vách sau được thể hiện trong hình 2.5 và bảng 2.3. (xem chi tiết kết cấu tại bản vẽ số 6).
Hình 2.5. Kết cấu vách sau (bửng lật sau) thùng xe
BẢNG 2.3. KHỐI LƯỢNG BỬNG LẬT SAU THÙNG
STT Tên Khối lượng đầu vào (kg/m) Chiều dài (m) Diện tích (m2) Số lượng Khối lượng tính toán (kg) 1 Hộp 30x60x1,3 1,75 6,00 10,50 2 Vuông 30x1,1 1 2,65 2,65
3 Khóa tôm + bát cong 1 2 2,00
4 Bản lề bửng 0,5 5 2,50
5 Tole (1 mm) 7,85 1,53 12,01
Khối lượng vách sau 29,66
Sàn thùng:
Sàn thùng kết cấu gồm: 2 đà dọc từ thép CT3 định hình tiết diện I150x75x6 mm và 30 đà ngang bằng thép CT3 định hình tiết diện U100x45x4 mm. Đà ngang liên kết với đà dọc nhờ các bát liên kết được hàn bằng các mối hàn hồ quang điện. Trên đà ngang lót sàn thùng là tole tấm (loại nhám) dày 3 mm được hàn ghép nối lại với nhau. Các thanh biên hông và biên sau được chấn định hình dày 5 mm và được hàn bao xung quanh các đà ngang. Kết cấu đáy sàn có hình ảnh thể hiện như hình 2.6 (xem chi tiết tại bản vẽ số 6).
Hình 2.6. Kết cấu sàn thùng xe
Thùng tải lắp trên khung xe, được giữ chặt bởi 8 bu lông quang M18x1,5 mm và bốn bát liên kết (bát chống xô). Các bát chống xô được hàn liên kết hồ quan điện với đà dọc thùng xe và liên kết bằng bu lông M10x1,25 vào chassis xe. Giữa đà dọc thùng và khung xe có lót đệm cao su.
BẢNG 2.4. KHỐI LƯỢNG SÀN THÙNG STT Tên Khối lượng đầu vào (kg/m) Chiều dài (m) Diện tích (m2) Số lượng Khối lượng tính toán (kg) 1 U100 5,3 73,50 389,55 2 I160 14 19,10 267,40 3 La ốp (m2) 62,4 0,62 38,44 4 V50 2,33 1,04 2,42 5 Ke liên kết (cái) 0,159 58 9,22 6 Sàn (m2) 23,55 19,13 450,49
7 Khung bao cạnh hông 7,85 16,36 128,43
9 Khung bao cạnh sau (m2)* 39,25 1,54 60,45
10 Ốp khung cạnh sau (m2) 62,8 0,588 36,93
2.4. Tính toán bố trí chung trọng lượng thành phần xe
Hình 2.7. Sơ đồ phân bố trọng lượng của ô tô thiết kế khi không tải Trong đó:
- G0 = Ggc + Gch + Gc + Gt + Gcs - trọng lượng ô tô khi không tải và O- tâm điểm đặt G0;
- Gch - trọng lượng ô tô chassis và Och - tâm điểm đặt Gch; - Gt - trọng lượng thùng và Ot - tâm điểm đặt Gt;
- Gc - trọng lượng cẩu và Oc - tâm điểm đặt Gc;
- Ggc - trọng lượng phần ốp gia cường khung xe và Ogc - tâm điểm đặt Ggc; - Gcs - trọng lượng chân chống sau Gcs và Ocs - tâm điểm đặt Gcs.
Bảng 2.5. Phân bố trọng lượng của các thành phần lên các trục và chiều cao trọng tâm khi xe không tải
STT Thành phần trọng lượng, kG Ký hiệu Trị số, kG Trọng lượng phân bố
lên các trục cao trọng Chiều tâm
Giá trị, mm Trục 1 Trục 2+3
1 Ô tô chassis cơ sở Gch 8200 3700 4500 hch 1150 2 Ốp gia cường chassis
(khung xe) Ggc 175 111 64 hgc 950
3 Thùng tải Gth 1800 27 1773 ht 1450
4 Cụm cần cẩu và phụ
kiện Gc 3725 2272 1453 hc 2550
5 Cụm chân chống sau Gcs 470 -164 634 hcs 800
6 Bản thân ô tô tải - cẩu
Hình 2.8. Tông th ể ô tô thi ết k ế
2.5. Các thông số cơ bản của xe sau khi thiết kế
BẢNG 2.6. THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE Ô TÔ THIẾT KẾ
1 Thông tin chung Ô tô
1.1 Loại phương tiện Ô tô tải - cẩu
1.2 Nhãn hiệu, số loại cẩu: FOTON AUMAN C240.E4-CS
1.3 Công thức bánh xe 6x2R
2 Thông số về kích thước
2.1 Kích thước bao (D x R x C), mm 11805 x 2495 x 3900
2.2 Khoảng cách trục, mm 5900 + 1350
2.3 Vết bánh xe (trước/sau), mm 2014/1860
2.4 Vết bánh xe sau phía ngoài, mm 2200
2.5 Chiều dài đầu xe, mm 1325
2.6 Chiều dài đuôi xe, mm 3230
2.7 Khoảng sáng gầm xe, mm 270
2.8 Góc thoát trước/sau, độ 22/10
2.9 Chiều rộng cabin, mm 2410
2.10 Chiều rộng thùng hàng, mm 2495
3 Thông số về trọng lượng
3.1 Trọng lượng bản thân xe, G0, kG 14370
Phân bố lên trục 1/(2+3), kG 5946/8424
3.2 Trọng lượng chở cho phép lớn nhất, kG 9435 3.3 Trọng lượng chở thiết kế lớn nhất, kG 9435
3.4 Số người cho phép chở, người 3
3.5 Trọng lượng toàn bộ cho phép lớn nhất, kG 24000 Phân bố lên trục 1/(2+3), kG 6500/17500 3.6 Trọng lượng toàn bộ thiết kế lớn nhất, kG 24000 3.7 Khả năng chịu tải lớn nhất trên trục 1/(2+3)
của xe cơ sở, kG 6500/25200
4 Thông số về tính năng chuyển động
4.5 Bán kính quay vòng nhỏ nhất, m 10,8 5 Động cơ
5.1 Kiểu loại JSDe270 40
5.2 Loại động cơ Diesel 4 kỳ, 6 xy lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước, tăng áp, làm
mát khí nạp. 5.3 Dung tích xy lanh, cm3 6690 5.4 Tỉ số nén 17,3:1 5.5 Đường kính x hành trình piston, mm 107 x 124 5.6 Công suất lớn nhất, kW/v/ph 198 / 2500 5.7 Mô men lớn nhất, Nm/v/ph 970 / 1400
5.8 Phương thức cung cấp nhiên Bơm cao áp, phun trực tiếp. 5.9 Vị trí bố trí động cơ trên khung xe Phía trước
6 Ly hợp 1 đĩa ma sát khô, Dẫn động thủy lực,
trợ lực khí nén
7 Hộp số 8 số tiến, 1 số lùi, dẫn động cơ khí
Tỷ số truyền ở các tay số, ihi
9,320 - 6,090 - 4,060 - 3,100 - 2,300 - 1,500 - 1,0 - 0,760 -iL9,280
8 Trục các đăng 03 trục, ổ đỡ trung gian
9 Tỷ số truyền cầu chủ động, i0 5,286 10 Bánh xe và lốp
10.1 +Trục 1 (đơn): cỡ lốp/khả năng tải (kg) 11.00R20/3650 10.2 + Trục 2+3 (kép): cỡ lốp/khả năng tải, kg 11.00R20/3150
11 Hệ thống treo
11.1 + Kiểu treo trục 1 Phụ thuộc, nhíp giảm chấn thủy lực 11.2 + Kiểu treo trục 2 +3 Phụ thuộc, nhíp cân bằng
12 Hệ thống phanh
12.1 Phanh chính Tang trống, dẫn động khí nén 2 dòng 12.2 Phanh tay Tang trống, khí nén, lò xo tích năng
tác động lên các bánh xe trục 02+03
12.3 Phanh dự phòng Khí xả
13 Hệ thống lái
13.1 + Kiểu Trục vít - ê cu bi thanh rang- cung răng
13.2 + Dẫn động Cơ khí có trợ lực thủy lực
13.3 + Tỉ số truyền 25,13
14 Thiết bị điện
14.1 Áp định mức: 24V Ắc quy : 12V - 120Ah - 2 bình 14.2 Máy phát: 28 V - 70A Khởi động : 24 V- 6 kW
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC XE TẢI - CẨU FOTON C240
3.1. Xác định tọa độ trọng tâm và tính toán ổn định của xe tải - cẩu 3.1.1. Xác định tọa độ trọng tâm 3.1.1. Xác định tọa độ trọng tâm
Sau khi tính sơ bộ bố trí các thành phần trọng lượng của ô tô lên các cầu xe khi chưa có tải ở mục 2.4, ta tiến hành xác định trọng lượng hàng hóa mà ô tô có thể chở được nhiều nhất (kể cả trọng lượng tổ lái) phân bố lên các cầu sao cho phù hợp với tải trọng cho phép. Từ đó xác định được tọa độ trọng tâm xe ở cả hai chế độ không tải và đầy tải.
Ta có sơ đồ tính toán tọa độ trọng tâm ô tô sau khi thiết kế như hình vẽ dưới đây:
Hình 3.1. Sơ đồ tính toán tọa độ trọng tâm xe tải - cẩu khi đầy tải Trong đó:
G0 - trọng lượng bản thân ô tô thiết kế và O0 - tâm điểm đặt G0;
G = G0 + Gng + Gh - trọng lượng toàn bộ ô tô thiết kế và O- tâm điểm đặt G; Gng - trọng lượng người (tổ lái, Gng = 1950 N) và Ong - tâm điểm đặt Gng; Z1- phản lực từ mặt đường tác dụng lên cầu trước;
Z23 - phản lực từ mặt đường tác dụng lên cụm hai cầu sau.
a - khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua tâm cầu trước; b - khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua cụm hai cầu sau; L - chiều dài cơ sở của ô tô, L = 6,575 m;
Các thông số chiều cao trọng tâm của các thành phần khối lượng ta chọn theo kích thước xe chassis và theo bản vẽ thiết kế (xem bảng 3.1).
Bảng 3.1. Phân bố trọng lượng của các thành phần lên các trục và chiều cao trọng tâm khi xe đầy tải
STT Thành phần trọng lượng, kG Ký hiệu Trị số, kG Trọng lượng phân bố
lên các trục cao trọng Chiều tâm
Giá trị, mm Trục 1 Trục 2+3
1 Bản thân ô tô tải - cẩu
thiết kế G0 14370 3700 4500 hg0 -
2 Người lái Gnl 195 111 64 hnl 1800
3 Hàng hóa Gh 9435 27 1773 hh 1750
4 Tổng trọng lượng toàn
bộ xe G 24000 2272 1453 hg -
3.1.1.1. Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc
* Khi xe không tải:
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua tâm cầu trước: a0
a0 = (G023 . L)/G0 , (m), (3.1) Trong đó:
G023 - trọng lượng bản thân phân bố lên cụm trục 2, 3 của ô tô; G0 - trọng lượng bản thân xe;
L - chiều dài cơ sở của ô tô;
Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt phẳng đứng qua tâm cụm hai cầu sau: b0
b0 = L – a0, (m), (3.2) * Khi xe đầy tải:
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua tâm cầu trước: a a = (G23.L)/G, (m), (3.3)
Trong đó:
G23 - trọng lượng xe đầy tải phân bố lên trục 2, 3 của ô tô; G - trọng lượng xe đầy tải;
L - chiều dài cơ sở ô tô.
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cụm cầu sau khi xe đầy tải: b
3.1.1.2. Tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao
Căn cứ vào các thành phần trọng lượng và chiều cao trọng tâm của chúng, ta xác định chiều cao trọng tâm ô tô theo công thức:
hg = (ΣGi.hgi )/G, (m), (3.5) Trong đó:
Gi - trọng lượng các thành phần; G - trọng lượng toàn bộ của ô tô;
hg - chiều cao trọng tâm của ô tô thiết kế. Kết quả tính toán như trong bảng:
Bảng 3.2. Tọa độ trọng tâm xe tải - cẩu
STT Ô tô tải - cẩu FOTON C240
Thông số
G23, kG G, kG L, m a, m b, m hg, m 1 Khi không tải 8425 14370 6575 3,85 2,725 1,53 2 Khi đầy tải 17500 24000 6575 4,79 1,785 1,623
3.1.2 Kiểm tra tính ổn định của ô tô
3.1.2.1. Tính kiểm tra ổn định của ô tô khi không thao tác cẩu
a) Tính kiểm tra ổn định tĩnh dọc của ô tô khi không tải và đầy tải
* Khi xe đứng yên quay đầu lên dốc (hình 3.2):
- Trường hợp khi xe đứng quay đầu lên dốc, và có thể xem như lực Pj=0, Pm=0, Pw=0.
Theo hình 3.2 ta xác định được góc dốc giới hạn khi xe đứng quay đầu lên dốc bị lật đổ dọc là:
Khi không tải: αL0 = arctg(b0/hg0) => αL0 = arctg 0 60 53 , 1 725 , 2 , (3.6)
Khi có tải: αL = arctg (b/hg) => αL = arctg 0 48 623 , 1 785 , 1 , (3.7) Trong đó:
αL0, αL - góc dốc giới hạn lật dọc khi xe không tải và đầy tải;
b0, b - khoảng cách từ trọng tâm xe tới mặt phẳng vuông góc với mặt đường qua