MỤC LỤC
Mục lục..............................................................................................1
Lời nói đầu:....................................................................................... 2
Phần I: Giới Thiệu Chung................................................................ 4
1. Mục đích yêu cầu của đồ án........................................................... 4
2. Nguyên lí hoạt động của phương tiện............................................ 5
Phần II: Tính Toán ổn Định Khi Cẩu.............................................. 6
1. Phương pháp tính .......................................................................... 6
2. Cơ sở lí thuyết................................................................................ 6
3. Chọn cẩu và xe cơ sở...................................................................... 8
4. Phương pháp tính toán cụ thể......................................................... 11
Phần III: Tính Toán Ổn Định Khi Vận Chuyển............................. 30
1. Tính Toán Ổn Định Lật Tĩnh.......................................................... 30
2. Tính Toán ổn định khi chuyển động quay vòng............................. 35
Phần IV: Tính Toán Độ Bền Khung Xe Cẩu Khi Làm Việc........... 37
1. Mục Đích, Yêu Cầu Của Tính Toán Bền Khung............................. 37
2. Chế Độ Tính Toán.......................................................................... 37
3. Phương Pháp TínhToán Khung...................................................... 40
4. Tính uốn khung ............................................................................. 49
5. Kết quả tính toán............................................................................ 52
6. Kiểm bền khung.............................................................................. 53
7. Gia cường khung............................................................................. 54
Phần V: Hướng Dẫn Sử Dụng Xe.................................................... 57
1.Một số thông số kỹ thuật của xe...................................................... 57
2.Một số lưu ý khi sử dụng xe............................................................ 57
Kết Luận............................................................................................ 59
Tài Liệu Tham Khảo........................................................................ 60
Phụ Lục.............................................................................................. 61
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ôtô đang là vấn đề được nhiều dư luận quan tâm, nhất là sau khi chính phủ ban hành nghị định số 23/2004/ND - CP quy định về niên hạn sử dụng ôtô. Với nghị định này thì hầu hết tất cả các xe có tuổi thọ cao đều sẽ dần dần bị loại bỏ và tiến tới loại bỏ hoàn toàn, trong đó có cả xe chuyên dùng.
Trước tình hình đó, Chính phủ đã có những chính sách ưu đãi hỗ trợ đối với ngành công nghiệp ôtô Việt Nam nhằm đẩy mạnh việc nội địa hoá và bù đắp lại lượng xe đang bị loại bỏ vì đã quá thời hạn sử dụng, trong đó xe cao cấp, xe phổ thông và xe chuyên dùng sản xuất trong nước được ưu đãi hệ số khuyến khích tỷ lệ nội địa hoá ở mức cao nhất.
Từ trước đến nay đa số xe chuyên dùng vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài, việc làm này thường mang lại hiệu quả kinh tế không cao và tính năng kĩ thuật của các xe này thường chưa thực sự phù hợp với điều kiện sử dụng của nước ta.
Trong các năm gần đây, ngành công nghiệp ôtô của nước ta đã được ưu tiên phát triển và khả năng sản xuất chế tạo được mở rộng, chúng ta đã có thể lắp ráp chế tạo một số thiết bị chuyên dùng trên ôtô, phù hợp với nhu cầu sử dụng xe chuyên dùng của nước ta, làm giảm bớt việc nhập khẩu các xe chuyên dùng từ nước ngoài, mang lại hiệu quả kinh tế.
Thực tế hiện nay việc sản xuất xe tại một số nhà máy ở nước ta mà cụ thể là công ty Chiếu Sáng Và Thiết Bị Đô Thị Hà Nội (HAPULICO), đã sản xuất lắp đặt được nhiều loại xe và đã bán cho nhiều nơi khắp cả nước, công ty này đã lắp đặt thành công xe chuyên dùng 2,3 chức năng vận tải cẩu hàng 3 tấn, hiện xe vận tải cẩu hàng 4 tấn đã được công ty lắp và đang trong thời gian chạy thử nghiệm, để làm rõ hơn về vấn đề thiết kế tính toán em đã là đồ án tốt nghiệp về loại xe này với đề tài: “Tính toán thiết kế xe vận tải cẩu hàng 4 tấn trên xe HINO”. Nhằm hoàn thiện hơn về tư liệu thiết kế trên sớm đưa xe vào sản xuất hàng loạt nhỏ.
Nội dung chính của đồ án bao gồm:
1. Tính toán ổn định khi cẩu.
2. Tính toán ổn định khi vận chuyển.
3. Tính toán độ bền khung xe cẩu khi làm việc.
Để hoàn thành được Đồ án tốt nghiệp ngoài những kiến thức đã được học, em còn được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy : TS……………. cùng các thầy giáo khác trong bộ môn. Nhưng do kiến thức bản thân còn hạn chế, điều kiện nghiên cứu thực tế không nhiều và thời gian thực hiện ngắn nên đồ án tốt nghiệp của em không thể chánh khỏi có những thiếu sót. Em mong được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy giáo cùng các bạn để tăng thêm vốn kiến thức cho bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian em học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp tại trường.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………
PHẦN I
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Mục đích, yêu cầu của Đồ án.
Đối với một đất nước đang phát triển như nước ta, nhu cầu sử dụng xe chuyên dùng ngày càng gia tăng: Để đáp ứng được nhu cầu đó ta có thể tiến hành bằng các cách sau:
- Nhập nguyên chiếc từ nước ngoài.
- Tự chế tạo toàn bộ.
- Lắp ráp từ các cụm linh kiện riêng biệt.
Hiện nay nước ta đang có xu hướng sản xuất lắp ráp xe từ các cụm linh kiện riêng biệt nhằm tiến tới nội địa hoá sản xuất từng phần.
Để mở rộng thêm phạm vi sử dụng cho xe chuyên dùng và để hoàn thiện thêm về tư liệu thiết kế tính toán em đã làm đồ án tốt nghiệp về đề tài: Tính toán thiết kế xe vận tải cẩu hàng 4 tấn trên xe HINO.
Loại xe này có thể thực hiên được 2 chức năng:
- Vận tải hàng hoá.
- Cẩu hàng hoá.
Kết cấu của xe bao gồm các bộ phân chính sau:
- Xe cơ sở sát xi (HINO): gồm cabin, máy, gầm, lốp …
- Cần cẩu nâng hàng thông thường có tải trọng 4 tấn.
- Thùng chở hàng như 1 xe vận tải thông thường.
* Yêu cầu của đề tài:
- Việc chọn cẩu phải thoả mãn tính năng kỹ thuật yêu cầu.
- Thiết kế và lắp đặt cẩu lên xe HINO tạo nên xe cẩu đa chức năng: kết hợp vận chuyển hàng hoá và cẩu hàng.
- Khi cẩu hàng và vận chuyển xe phải đảm bảo tính ổn định.
- Khi cẩu hàng phải thực hiện được hết tính năng của cẩu.
- Thực hiện đề tài với giá thành kinh tế hợp lý, phù hợp với công nghệ của Việt Nam.
2. Nguyên lý hoạt động của phương tiện:
Nguyên lý hoạt động của phương tiện có thể mô tả qua từng trạng thái sau: (hình vẽ 1.1)
- Khi vận tải hàng hoá: cần cẩu sẽ tự bốc hàng vào thùng xe cho đến khi bằng hoặc thấp hơn tải trọng cho phép của xe, sau đó xe sẽ chạy như một xe vận tải bình thường, đến nơi tập kết hàng cẩu lại tự bốc hàng xuống xe.
- Khi cẩu hàng bình thường: khi cẩu hàng hai chân chống thuỷ lực sẽ vươn ra, xe có tác dụng như một cần cẩu, trọng lượng tối đa vật cẩu thay đổi theo chiều dài tầm với của cẩu và bán kính hoạt động của tay với, thoả mãn quy định của cần cẩu.
PHẦN II
TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH KHI CẨU
1. Phương pháp tính.
Dựa vào tính năng làm việc của cẩu và xe cơ sở, lắp đặt và tính toán lại sự ổn định của xe ở mọi trạng thái làm việc.
Tính toán cải tiến khung và gia cường khung khi lắp cẩu lên xe đảm bảo khung đủ bền.
2. Cơ sở lí thuyết.
Vấn đề ổn định khi cẩu được xác định trên cơ sở cần trục tự hành, cụ thể là được xác định bởi 3 hệ số an toàn k1, k2, k3.
3. Chọn cẩu và xe cơ sở
3.1. Chọn cẩu.
Với yêu cầu tính năng kĩ thuật về cẩu của đề tài và trên cơ sở giới thiệu, tham khảo. Em thấy cẩu do hãng TADANO sản xuất tại Nhật Bản được lắp khá nhiều trên các xe tải cẩu ở nước ta, có khả năng đáp ứng được yêu cầu của đề tài, chính vì vậy trong đồ án này em đã chọn loại cẩu thuỷ lực TADANO TM - ZR504G.
3.2. Các thông số kỹ thuật xe cơ sở.
Việc chọn xe phải đảm bảo tính ổn định của xe cẩu: khi cẩu hàng nặng, cẩu làm việc trên cao và khi vận tải. Vì vậy tự trọng của xe được chọn phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định trên.
Trên cơ sở đó và qua tham khảo thực tế tại 1 số công ty em thấy với loại cẩu này thường được lắp đặt chủ yếu trên xe có tải trọng tiêu chuẩn là 7,5 tấn, chính vì vậy em đã chọn xe cơ sở là xe HINO FF3HMSA có tải trọng tiêu chuẩn là 7,5 tấn.
4. Phương pháp tính toán cụ thể.
4.1. Trường hợp 1: Ổn định tĩnh khi có tải với hệ số an toàn [k1] =1,4.
Từ yêu cầu về hệ số ổn định khi làm việc ta có thể tính các momen gây lật và momen chống lật. Trong trường hợp này momen chống lật phụ thuộc vào tự trọng của ôtô, của cẩu và vị trí các trục lật có thể xẩy ra, momen gây lật là trọng lượng hàng cẩu.
Đa giác chân đế có tính đối xứng nên khi tính toán chỉ việc tính cho 1 nửa của ôtô, đó là các trục lật: ER, RW, WU, UP.
Từ (1) ta có thể khai triển:
Mcl = G0.ltl+ Gc.
Mgl=Gh.lh
Giả sử khi cẩu vươn về phía sau xe, trường hợp này chỉ có thể lật qua trục RE, vậy ta giả sử có 1 cung tròn giới hạn tầm với lớn nhất của đầu cần cẩu, nó sẽ cắt đường kéo dài của trục RE và cung này mới có thể gây lật qua trục RE.
4.1.1. Tính toán các góc quét và các cánh tay đòn.
Qua phân tích như trên ta có thể tính toán cụ thể các góc và các cách tay đòn cho các trường hợp lật qua từng trục.
Góc BCR = arctg( BR/CB): khi lật quanh trục cầu sau.
Góc RCW = 900-BCR: khi lật quanh trục WR.
Góc ACU = arctg(UA/CA): khi lật quanh trục cầu trước
Góc UCW = 900 - ACU : khi lật quanh trục WU
- Trường hợp lật qua trục RE: trên hình 2.4
CQ = ( QG + CB)/cos(EPS)
- Trường hợp lật qua trục WR: trên hình 2.5
CN = 0,5.WZ.cos(CKW)
TD = (CK - CT).sin(CKW)
CK = CW.cotg( CKW)
CT = CB - TB
CQ = ( QF + CN)/ sin[(EPS) + (CKW)]
- Trường hợp lật qua trục WU: trên hình 2.6
CO = 0,5.WZ.cos(CMW)
TV = (CM + CT).sin(CMW)
CM = CW.cotg(CMW)
CQ = (QI + CO)/sin[(EPS) + (CKW)]
- Trường hợp lật qua trục UP: trên hình 2.7
CQ = (QL + CA)/ cos [1800 - (EPS)]
4.1.2. Phương trình cân bằng lật.
Nếu(EPS) < góc BCR : khi lật quanh trục cầu sau
Gc.CB +G0.TB 1,4.Gh.QG
nếu 900 > (ESP) > góc BCR : khi lật quanh trục WR
* Chương trình cụ thể.
Như vậy dựa vào các số liệu và phương pháp tính như trên ta có thể viết được chương trình matlab ( trình bày ở phụ lục ) vẽ ra được các đường bao an toàn có các trạng thái cẩu vật nặng lớn nhất, trên mặt phẳng ngang và có góc nâng cần là 10.
* Kết quả tính k1 ứng với các tải trọng và tầm vươn
Đồ thị ứng với tầm vươn là 2,95m và tải trọng là 4040 KG.
Đồ thị ứng với tầm vươn là 8.17m và tải trọng là 1280 KG
Đồ thị ứng với tầm vươn là 10,58m và tải trọng là 830 KG
**Nhận xét: như vậy nhìn vào đồ thị ta thấy đường bao giới hạn an toàn ( các đườn thẳng) luôn lớn hơn đường tròn thể hiện bán kính khả năng làm việc cho phép của cẩu trong mọi trường hợp. điều đó chính tỏ hệ số an toàn k1 luôn lớn hơn 1,4 trong mọi trường hợp tầm vươn và tải trọng.
4.2. Trường hợp 2: Ổn định động khi có tải [k2 ] = 1,15.
Khi cẩu làm việc ở góc nâng cần 450 và chịu thêm các mômen khác làm giảm momen chống lật.
4.2.1. Cẩu làm việc trên nền nghiêng (Mc1).
Độ nghiêng có thể xẩy ra khi cẩu trên nền đường nghiêng hoặc khi đang cẩu xẩy ra nổ một bên bánh xe, trạng thái nguy hiểm hơn là khi cẩu bị hết hơi lốp của một phía bánh xe, lấy trường hợp này tính toán để tính toán.
Nếu lốp có b = h thì độ nghiêng lớn nhất có thể gây nên theo mặt phẳng của xe là: w = arctg( b/RE)
Ta có:
- Cỡ lốp là:10 - 20 - 14PR
b = 10,0.25,4 = 254 mm
- Chiều rộng cơ sở: RE = 1820 mm
Khi đó: Bmax = arctg( b/RE) = arctg(254/1820) = 7,90
Như vậy ta có thể lấy độ nghiêng của nền bằng: 7,90
Phương trình cân bằng lật qua trục WR sẽ là:
(Gc.CN + G0.TD).cosB>1,15.Gh.CQ/B
4.2.2. Cần trục quay quanh trục đứng(Mc2).
Lực quán tính do quay cần sinh ra:
Pqz = Gh.CQ. (N)
Khi đó lực quán tính khi quay cần sinh ra là: Pqz = Gh.CQ.0,088
Điều kiện nguy hiểm xẩy ra khi lực quán tính này vuông góc với trục lật.
Khi đó mômen sinh ra do lực Pqz đặt tại độ cao Lh2 của lực ở vị trí mà lực vuông góc với trục lật là: Mc2 = Pqz.Lh2 (Nm)
Mà: Lh2 = Tan(450).CQ + 3,2 (m) = CQ + 3,2
Vậy momen làm giảm momen chống lật do lực quá tính của cần quay xung quanh trụ đứng là:
Mc2 = (CQ + 3,2).Gh.CQ.0,088
4.2.3. Cần trục nâng hạ thẳng đứng có gia tốc (Mc3)
Lực quán tính tạo nên khi nâng hàng:
Pqh = Gh.h’’ (N)
Lực quán tính tạo nên khi nâng hàng là:
Pqh = Gh.h’’ = Gh.0,04 (N)
Lực quán tính này xẩy ra ở mọi trạng thái nâng hàng. Khi nâng hàng thì lực quán tính hướng về phía mặt đất là trạng thái nguy hiểm hơn khi hạ hàng, ta tính toán ở trạng thái này và tiến hành kiểm tra ngay tại các mặt cắt tính toán, tính với lực Pqh là lớn nhất.
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục ER:
Mc31 = Pqh.( CQ - CB) (Nm)
Mc31 = Gh.0,04.( CQ - CB) (Nm)
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục WR:
Mc32 = Pqh.( CQ - CN) (Nm)
Mc32 = Gh.0,04.( CQ - CN) (Nm)
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục UW:
Mc33 = Pqh.( CQ - CO) (Nm)
Mc33 = Gh.0,04.( CQ - CO) (Nm)
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục UV:
Mc34 = Pqh.( CQ - CA) (Nm)
Mc34 = Gh.0,04.( CQ - CA) (Nm)
4.2.5. Cần trục thay đổi chiều dài tầm vươn( Mc5):
Lực quán tính tạo nên khi đột ngột thu cần :
Pql = Gh .l’’ ( N)
Lực quán tính này xẩy ra ở mọi trạng thái thu cần và có hướng ngang.
Khi đó momen sinh ra do lực Pql này là:
Mc5 = Pql . Lh5 ( Nm)
Với Lh5 = Lh2 = tan(450).CQ + 2,8 (m) = CQ + 2,8 (m)
Vậy: Mc5 = 0,086.Gh.(CQ+2,8)
4.3. Trường hợp 3 : Với hệ số an toàn [k3] = 1,15.
Đây là trường hợp ổn định cẩu khi không tải với các điều kiện:
Khi cần cẩu không làm việc, chịu lực gió lớn nhất, độ dài cần lớn nhất và góc nâng cần lớn nhất trên mặt phẳng nghiêng.
Trong trường hợp này xe đứng trên nền đường nghiêng lớn nhất: Bmax =5,820 , khi tính toán với khối lượng hàng này ta tính thêm phần trọng lượng khúc cẩu là: 657 KG.
4.3.1. Tính momen chống lật.
Mcl = Go.m.cos(Bmax) + Gtc.n.cos(Bmax)
Với:
Go : là trọng lượng xe cơ sở.
Gtc: trọng lượng phần thân cẩu.
Bmax: góc nghiêng của đường.
m,n: là khoảng cách từ trọng tâm xe và trọng tâm cẩu đến trục lật.
4.3.2. Tính Momen gây lật.
Mgl = Gvc.cos(780-Bmax).(Lmax - n) + Gđc.cos(780- Bmax).[(Lmax/2) - n]
(công thức trên được thể hiện ở hình vẽ dưới).
Với:
Gvc: là khối lượng vật cẩu.
Gđc: là khối lượng đầu cần cẩu.
Lmax: là tầm vươn lớn nhất của cẩu.
Bmax: góc nghiêng lớn nhất của đường.
m,n: là khoảng cách từ trọng tâm xe và trọng tâm cẩu đến trục lật.
4.3.3. Tính momen lật do gió gây nên.
Momen này được tính theo công thức:
Mg = Pkk.Lh3
- Lực cản gió: Pkk = kFv2(N)
Như vậy: Pkk = 0,3.16.(11)2 = 1387,2 (N)
- Lh3 là độ cao của điểm đặt lực gió, tính gần đúng trong trường hợp nguy hiểm, điểm đặt lực gió tác dụng vào đầu cần, khi cẩu làm việc trên cao (giá trị 3,2m là độ cao phần thân cẩu và độ cao của sát xi xe cơ sở).
Lh3 = sin(780).Lmax + 3,2
Lh3 = sin(780).10,8 + 3,2 = 13,76 m
Mg = Pkk.Lh3 =1387,2.13,76 = 1907,87 (Nm)
Vậy ta có thể xác định được hệ số ổn định k3 ở từng vị trí nguy hiểm của mỗi trục lật khác nhau.
Dựa vào chương trình matlab ta có thể tính ra được các giá trị: k31, k32, k33, k34, tại các vị trí nguy hiểm của mỗi trục lật (đó là các vị trí cần cẩu vuông góc với trục lật).
* Nhận xét: Như vậy tất cả các hệ số k3 ta tính được tại các vị trí nguy hiểm đều thoả mãn điều kiện: k3 
1,15
PHẦN III
TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH KHI VẬN CHUYỂN
1. Tính toán ổn định lật tĩnh:
Sơ đồ:
+ Khi xe đỗ quay đầu lên dốc: Như hình vẽ.
+ Khi xe đỗ quay đầu xuống dốc: Như hình vẽ.
1.1. Trường hợp 1: Khi không tải.
a. Xác định trọng lượng và phân bố tải trọng lên các cầu:
Trọng lượng bản thân ôtô sát xi HINO FF3HMSA: GBT = 4265 (KG)
Trọng lượng thùng hàng mới và các chi tiết lắp ghép: GTh = 1145 (KG)
Trọng lượng của cần trục TADANO TM-ZR504G: GC = 1790 (KG)
Trọng lượng ôtô không tải:
Go = GBT+GTh+GC = 4265+1145+1790 = 7200 (KG)
- Phân bố tải trọng :
Phân bố tải trọng trên cầu trước: Z1 =3820 (KG)
Phân bố tải trọng trên cầu sau: Z2 =3380 (KG)
- Toạ độ trọng tâm:
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước: a = Z2.L/Go = 3380.5,050/7200 = 2,37 m
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau: b = Z1.L/Go = 3820.5,050/7200 = 2,68 m
Chiều cao trọng tâm tính từ mặt đất:hg = 1,293 m
1.2. Trường hợp 2: khi đầy tải.
Trọng lượng, phân bố tải trọng lên các cầu và toạ độ trọng tâm ôtô được xác định trong bảng .
- Phân bố tải trọng :
Phân bố tải trọng trên cầu trước: Z1 =4380 (KG)
Phân bố tải trọng trên cầu sau: Z2 =9150 (KG)
- Toạ độ trọng tâm:
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước: a = Z2.L/G = 9150.5,050/13530 = 3,415 m
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau: b = Z1.L/G = 4380.5,050/13530 = 1,635 m
- Chiều cao trọng tâm tính từ mặt đất: hg = 1,407 m
2. Tính toán ổn định khi chuyển động quay vòng.
2.1. Trường hợp 1: Khi không tải.
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 10,0 m theo lật:
Vghl = 8,31 (m/s)
=> Vghl = 29,92(km/h)
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 10,0 m theo trượt ngang trên đường có hệ số bám 1,0:
Vght =9,9 ( m/s )
Khả năng trượt xẩy ra trước khi lật: Vght < Vghl
2.2. Trường hợp 2: Khi đầy tải.
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 9,772 m (tại trọng tâm) theo lật:
Vghl = 7,874(m/s)
=> Vghl = 28,347(km/h)
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 9,772 m theo trượt ngang trên nền đường có hệ số bám 1,0:
Vght = 9,791 (m/s)
Khả năng trượt xẩy ra trước khi lật: Vght < Vghl:
** Kết luận: Qua tính toán ổn định khi vận tải ta thấy trong mọi trường hợp vận tải xe đều được ổn định như vậy xe cẩu hoàn toàn vận tải được trên đường theo tiêu chuẩn Việt Nam như các xe vận tải thông thường khác.
PHẦN IV
TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN KHUNG XE CẨU KHI LÀM VIỆC
1. Mục đích, yêu cầu của tính toán bền khung.
Xe HINO FF3HMSA là xe được thiết kế để vận tải với tải trọng tổng cộng là: 14200(KG), việc tính toán khung xe để vận tải đều đã được nhà sản xuất thực hiện.
2. Chế độ tính toán.
Để tính toán được độ bền của khung xe cẩu khi làm việc và xác định được phần gia cường khung hợp lí ta có nhiều phương pháp khác nhau:
- Phương pháp tính bằng các giả thiết đơn giản: phương pháp này tính bằng khung xe có sẵn chỉ cần gia cường thêm.
- Phương pháp tính bền khung dàn kết cấu: phương pháp này được ứng dụng nhiều trong công việc tính dàn khung mới.
- Phương pháp phần tử hữu hạn: phương pháp này chủ yếu được máy tính hỗ trợ nhiều và được ứng dụng nhiều trong các năm gần đây, phương pháp này được tính cho những bài toán đòi hỏi sự tỉ mỉ đến từng phần tử. Việc tính toán này ngày nay được thực hiện trên các môi trường: matlab, pascal, sap, Mechanical…
2.1. Các giả thiết tính toán.
Để có thể tính uốn khung một cách dễ dàng, mặt khác vẫn đảm bảo hệ số an toàn cho phép ta đưa ra một số các giả thiết sau:
- Tính khung trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh.
- Khi làm việc hai chân cẩu được kéo ra với chiều rộng lớn nhất (3,8 m), nên biến dạng của khung theo phương ngang khi cẩu ngang thì hầu như khung xe không chịu xoắn, thời gian chịu xoắn nhỏ.
2.2. Chế độ tính toán.
Để đảm bảo an toàn và độ bền cho khung sát xi trong mọi điều kiện làm việc của xe thì chế độ tải chịu tải lớn nhất của khung được chọn để tính bền.
Chế độ làm việc của xe:
- Vận tải hàng hoá.
- Cẩu hàng hoá.
3. Phương pháp tính toán khung.
3.1. Kết cấu khung xe HINO FF3HMSA.
Kết cấu khung xe gồm 2 xà dọc liên kết với nhau bởi các xà ngang. Hai xà dọc này đặt song song với nhau cách nhau 0,87 m, chúng liên kết với các xà ngang bằng phương pháp hàn hoặc tán rivê, nhằm liên kết đảm bảo độ cứng vững và chống xoắn của khung.
Khi cẩu làm việc thì 2 chân cẩu kéo dài ra với chiều rộng là 3,8m
Chiều dài toàn bộ của khung ôtô là: 8500 (mm).
3.1.2. Khi cẩu làm việc.
Khi cần cẩu làm việc thì 2 chân đỡ của cẩu được hạ xuống, lúc đó khung xe được đỡ bởi hai chân chống, cầu trước và cầu sau, đặc điểm khi cẩu hàng với cẩu 2 chân chống là có thêm 1 điểm tựa thứ 3, điểm tựa này thực chất là các cơ cấu chân đỡ thuỷ lực làm việc ở áp xuất cao, do đó mô hình mô tả của bài toán dựa trên cơ sở của 1 dầm 3 gối tựa trong đó có 2 gối tựa đàn hồi liên kết 1 chiều là cầu trước và cầu sau, gối tựa giữa là gối tựa cố định.
Các trạng thái làm việc của cẩu:
3.1.2.1.Khi cẩu chưa làm việc:
Khi cẩu chưa làm việc thì 2 chân chống cẩu chưa làm việc, xe tiếp xúc với mặt đường bằng 4 bánh xe.
Giả thiết các chiều lực như hình vẽ.
Giải hệ phương trình ta tìm được Rt và Rs khi cẩu chưa làm việc.
Dựa vào các số liệu trong bảng và hệ phương trình (I) ta có thể xác định được các giá trị lực và toạ độ trọng tâm của xe theo công thức trên:
- Trọng tâm xe Zc được tính theo công thức: Zc = 3,297 (m)
- Phản lực tác dụng lên cầu trước: Rt = 52020.(3,297 - 1,235)/ 2.5,050 = 10620(N)
- Phản lực tác dụng lên cầu sau: Rs = (52020/2) - 10620 = 15390(N)
- Trọng lượng phần được treo: Gt = 5202(KG) =52020(N)
3.1.2.2. Khi cẩu làm việc.
Ở đây khi cẩu làm việc bài toán tính khung là bài toán siêu tĩnh. Các gối tựa trên cầu xe là gối tựa đàn hồi vì vậy khi thiết kế bài toán siêu tĩnh phản lực tác dụng lên khung qua các điểm tựa của cầu phải được xem xét trước.
a. Trường hợp 1: cẩu về phía sau:
Trong trường hợp cẩu làm việc, để đảm bảo đủ độ bền uốn, ta tính trong trường hợp xe chịu uốn với momen uốn lớn nhất do vật cẩu gây nên.
Theo đồ thị hình 2.1 thì momen uốn lớn nhất do vật cẩu gây nên là khi vật cẩu lớn nhất 4040(KG) với tầm vươn cần là 2,95(m), momen uốn là 11918(KGm).
Trong phương trình biến dạng, ta giả thiết dầm cứng tuyệt đối vậy sự biến dạng chỉ xẩy ra tại lốp và nhíp ở cầu trước và cầu sau. độ cứng tương đương của hệ nhíp và lốp tỷ lệ với hệ số cứng của nhíp theo một hệ số nào đó tuỳ từng hãng sản xuất.với hãng HINO thì có:
Clốp = 5.Cn
Với:
Clốp : độ cứng của lốp.
Cnhíp : độ cứng của nhíp.
Ta đo được với xe HINO FF3H
Với cầu trước: CnA = 128000(N/m)
Với cầu sau: CnB = 247000(N/m)
b. Trường hợp 2: Cẩu ra phía trước.
Sơ đồ:
Để tính toạ độ trọng tâm xe ta dựa vào công thức sau với toạ độ các cụm được cho trong bảng số liệu trên (Bảng IV.2) đồng thời cẩu trong trường hợp này làm việc với tải trọng hàng max có toạ độ là -0,53m vươn ra phía trước:
Trọng tâm xe Zc khi cẩu ra phía trước: Zc = 1,624(m)
Khi cẩu vươn về phía sau:
Rt1 = Rt2= 6036/4 = 1509(N)
Rs1 = Rs2= 44724/4 = 11181(N)
Rc = R’c / 2 = 15650/2 =7825 (N)
Khi cẩu vươn về phía trước:
Rt1 = Rt2= 15202/4 = 3800,5(N)
Rs1 = Rs2= -13944/4 = -3486(N)
Rc = R’c / 2= 65150/2 = 32575 (N)
4. Tính uốn khung.
4.1. Phương trình mômen uốn khung.
Theo tài liệu “ Sức Bền Vật Liệu” ta có công thức vạn năng tính mômen uốn cho dầm đàn hồi đồng chất.
Ta có:
Mu(z): là mômen uốn tại điểm có toạ độ z.
n: là số đoạn được chia trong quá trình tính toán khung.
a0i: là khoảng cách từ điểm tính tới gốc tính toán.
M*0i: là mômen ngoại lực tập trung tác dụng lên khung.
Poi: là ngoại lực tập trung tác dụng lên khung.
Aqoi, Aq’oi, Aq’’oi: là các bước nhảy của tải trọng phân bố, bước nhảy của các đạo hàm phân bố tại đầu trái của đoạn i.
Aqoi = qoi+ - qoi-
Aq’oi = q’oi+ - q’oi-
Aq’’oi = q(n)oi+ - q(n)oi-
4.3. Khi cẩu ra phía sau:
4.3.1. Sơ đồ tính toán.
Mômen M được tính với tải trọng vật cẩu lớn nhất là 4040(KG) và tầm vươn là 2,95m. như vậy mômen M tính cho một dầm là:
M = 4040.10.2.95/2 = 59590 (Nm)
Quy ước:
- Gốc toạ độ đặt ở đầu trái của thanh điểm O.
- Trục của toạ độ z trùng với trục của thanh và hướng sang phải.
- Các lực vuông góc với trục z là dương nếu hướng lên trên.
- Các mômen tập trung ngoại lực là dương nếu có chiều quay thuận kim đồng hồ.
5. Kết quả tính toán.
Kết quả tính toán cho ta thấy được biểu đồ mômen uốn và lực cắt như hình dưới đây.
Với kết quả khi cẩu về phía sau trạng thái chịu lực của dầm là siêu tĩnh.
Khi cẩu về phía trước trạng thái chịu lực của dầm là tĩnh định.
Theo đồ thị cho ta các giá trị mômen uốn và lực cắt tại điểm nguy hiểm nhất là tại vị trí: z = 2420 mm
Khi cẩu về phía sau:
Qy = 1306,36 (N)
Mx = 62415 (Nm)
Khi cẩu về phía trước:
Qy = 2569,35 (N)
Mx = 22399 (Nm)
7. Gia cường khung.
Hiện nay có rất nhiều biện pháp để nâng cao độ bền của khung.
Với đồ án này để đơn giản và thuận tiên cho việc gia công, em chọn phương pháp tán nóng kết hợp hàn ốp tạo hộp để chống bẹp.
Miếng hàn ốp được dập bằng thép lá với cùng vật liệu có kích thước phụ thuộc vào kích thước của khung xe cần táp, với xe HINO này khung xe có kích thước là 268x85x12 (mm), như vậy ta có thể chọn miếng hàn ốp cùng vật liệu với khung và có kích thước là: 2300x244x12 (mm)
Đoạn khung được táp bắt đầu từ mõ nhíp sau của nhíp trước. Chiều dài đoạn táp khung là 2300mm chiều dài này được quyết định dựa trên giản đồ mômen lực và lực cắt.
Kiểm tra lại độ bền của khung sau khi táp:
Mômen chống uốn tại mặt cắt nguy hiểm sau khi táp khung: Wu = 1187904(mm3)
Ứng suất uốn tại mặt cắt nguy hiểm là: eu < [eu]= 52,54(N/mm2)
Suy ra: eu < [eu] ; ( [eu] = 54 N/mm2)
Như vậy ta thấy ứng suất uốn tại mặt cắt nguy hiểm sau khi được gia cường nhỏ hơn ứng suất uốn cho phép. Chính tỏ sau khi gia cường thì khung sẽ đủ độ bền khi xe làm việc ở các trạng thái khác nhau.
** Kết luận:
Khi khung chưa được gia cường thì khung sẽ không đủ bền tại vị trí đặt cẩu khi cẩu hàng.
Sau khi khung được gia cường bằng phương pháp tán nóng với 1 tấm thép hình chữ U và một tấm thép chống móp thì khung xe sẽ đủ bền khi cẩu làm việc ở mọi trạng thái khác nhau.
PHẦN V: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE
1. Một số thông số kỹ thuật của xe.
Các thông số kĩ thuật của xe khi lắp thêm cẩu vào xe HINO FF3HMSA là:
Chiều dài toàn bộ(mm): 8980
Chiều rộng toàn bộ khi cẩu chưa làm việc(mm): 2440
Chiều rộng toàn bộ khi cẩu làm việc(mm): 3800
Chiều cao toàn bộ xe (mm): 3450
Chiều dài cơ sở(mm):5050
Trọng lượng xe không tải: 7200(KG)
Trọng lượng xe phân ra cầu trước: 3820(KG)
Trọng lượng phân ra cầu sau: 3380(KG)
Trọng lượng hàng cẩu max: 4040(KG)
2. Một số lưu ý khi sử dụng.
Sau khi lắp cẩu TADANO TM - ZR504 vào xe HINO FF3HMSA thì xe mới lắp này là một xe 2 tác dụng, có khả năng vừa vận chuyển như một xe tải thông thường và vừa có khả năng cẩu hàng.
Chính vì vậy khi sử dụng xe cẩu này ta phải có 1 số chú ý sau đây:
a. Khi vận tải hàng hoá.
- Không trở hàng quá tải.
- Cố định hàng hoá khi vận chuyển chánh hàng hoá xê dịch, mất thăng bằng, gây mất ổn định khi xe vận chuyển.
- Dùng bạt phủ hàng kín khít khi xe vận chuyển.
b. Khi cẩu hàng.
- Kiểm tra cần điều khiển hộp số trước khi cẩu làm việc.
- Không trở hàng vượt trọng tải cho phép trước theo bảng hướng dẫn.
- Không cẩu hàng trên nền nghiêng vượt quá giới hạn tiêu chuẩn Việt Nam.
KẾT LUẬN
Sau hơn 3 tháng học tập và nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tính toán thiết kế xe vận tải cẩu hàng 4 tấn trên xe HINO”. Đây là một đề tài mang tính thực tế, nó giải quyết được phần nào về việc thiết kế chế tạo xe chuyên dùng 2 chức năng mà đang là nhu cầu cần thiết của xã hội, nâng cao việc sản xuất từng phần và tiến tới nội địa hoá các cụm.
Trong đề tài này từ 1 xe HINO FF3HMSA dạng sát xi đồ án đã tính toán và lắp đặt cẩu TADANO TM-ZR 504 và thùng vào xe, tạo cho xe có 2 chức năng: vận tải và cẩu hàng hoá.
Đồ án đã hoàn thành việc kiểm tra, xác định các hệ số ổn định theo lý thuyết máy xây dựng với 3 hệ số k1, k2, k3. Với xe đã được thiết kế, 3 hệ số này đảm bảo hoạt động của ôtô chuyên dùng với chức năng cẩu an toàn trên các loại nền đường và các mặt phẳng làm việc đã được chuẩn bị sẵn. Những thông số ổn định chỉ ra rằng cẩu đảm bảo được điều kiện ổn định ở trạng thái làm việc và ở trạng thái tự ổn định.
Việc lắp đặt thiết kế từ ôtô sát xi với các chân chống và cẩu TADANO đảm bảo khả năng có thể gia công sản xuất hàng loạt nhỏ ở Việt Nam.
Đề tài cũng đã tiến hành tính toán bền cho khung xe, tìm ra các giải pháp tối ưu để gia cường cho thân xe, trong đó mặc dù sử dụng những cơ sở tính toán cơ bản nhưng đã chỉ ra được các chỗ hư hỏng cần gia cường. Kết quả giải pháp kĩ thuật của gia cường là sử dụng biện pháp tán nóng, tán ốp phù hợp với điều kiện cẩu về phía trước, cẩu về phía sau gây uốn khung lớn.
Các giải pháp trong đồ án hoàn toàn phù hợp với điều kiện công nghệ của công ty Chiếu Sáng Và Thiết Bị Đô Thị Hà Nội (HAPULICO) và cũng có thể mở rộng cho nhiều công ty khác ở Việt Nam.
Tuy nhiên những phần thiết kế, kiểm tra lại hệ thống thuỷ, những phần thiết kế liên quan tới thiết bị an toàn chưa được đề cập sâu, nếu giả quyết được vấn đề này đề tài chắc chắn còn hoàn thiện hơn, đồng thời chỉ ra được việc nội địa hoá các cụm.
Qua đồ án này, em đã rút ra được rất nhiều kinh nghiệm bổ ích khi tính toán và thiết kế, học hỏi được nhiều điều trên thực tế, ứng dụng được nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức cơ bản và cũng nhờ đồ án tốt nghiệp này em đã có thêm được những bài học bổ ích cho quá trình công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thiết kế tính toán ôtô - máy kéo.
Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên.
Nhà xuất bản đại học và trung hoc chuyên nghiệp.
2. Giáo trình lý thuyết ôtô - máy kéo.
Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Văn Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 1996.
3. Máy Xây Dựng.
Tác giả: Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 2003.
4. Giáo trình sức bền vật liệu (Tập I, II ).
Tác giả: Lê Quang, Nguyễn Văn Vượng.
Nhà xuất bản đại học và trung hoc chuyên nghiệp.
5. Tài liệu tham khảo của hãng xe HINO - 2003.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"