LỜI NÓI ĐẦU

    Ngày nay, vấn đề môi trường luôn được quan tâm không chỉ trong phạm vi của một quốc gia mà lan rộng ra toàn thế giới. Bên cạnh khí thải những ngành công nghiệp, khí thải giao thông thì rác thải cũng là một nguyên nhân không kém gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, cảnh quan thiên nhiên và đặc biệt là sức khỏe con người trong quá trình đô thị hoá.

    Phương thức thu gom rác trong tương lai gần của thành phố Hà Nội sẽ thay đổi với hàng loạt trạm trung chuyển đi vào hoạt động khi đó đội ngũ công nhân làm việc bằng xe ba gác đạp hay kéo sẽ đóng vai trò quan trọng quyết định hiệu quả thu gom rác. Để nâng cao hiệu suất thu gom rác trên mỗi công nhân, giảm bớt sức lao động cho người công nhân bằng cách cải tiến một phần cơ cấu của xe đồng thời cũng nhằm giải quyết tốt vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị do khí xả động cơ.

    Đề tài“Nghiên cứu tính toán và thiết kế chế tạo xe thu gom rác cải tiến ở khu dân cư” cũng đã được nhiều nhà khoa học cũng như sinh viên trường đại học  đang quan tâm nghiên cứu và đạt được một số kết quả nhất định. Đề tài đã nghiên cứu thiết kế cải tiến xe rác nhằm mục đích giảm sức lao động cho người lao công đẩy xe phải thường xuyên đi thu gom rác trong thành phố, với kết cấu đơn giản giúp tuổi thọ của xe cũng tăng lên so với những mẫu xe thu gom rác trên thị trường.

CHƯƠNG 1:  TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI XE THU GOM RÁC

1.1. Nhu cầu sử dụng xe thu gom rác.

1.1.1. Thực trạng rác thải tại Việt nam.

    Rác thải ở Việt Nam đang là một hiện trạng đáng lo ngại. Cùng với sự phát triển kinh tế, gia tăng dân số cộng với sự lãng phí tài nguyên trong thói quen sinh hoạt của con người, rác thải có số lượng ngày một tăng, thành phần ngày càng phức tạp và tiềm ẩn ngày càng nhiều nguy cơ độc hại với môi trường và sức khoẻ con người.

    Trong thời gian gần đây đã trở nên bức xúc, đặc biệt ở 3 thành phố lớn là: Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. Theo thống kê tại Hà Nội, khối lượng rác thải sinh hoạt tăng trung bình 15%/năm, với tổng lượng ước tính 5.000 (tấn/ngày) đêm, và dự đoán chỉ năm 2015 có thể không còn chỗ để đổ rác. Thành phố Hồ Chí Minh mỗi ngày có trên 7.000 (tấn) rác thải sinh hoạt, mỗi năm cần 235 tỷ đồng để xử lý. Thời gian gần đây, tình hình xả rác bừa bãi cũng như những bất cập trong khâu xử lý chôn lấp rác thải trở thành vấn đề nạn giải ở nước ta, đặc biệt tại các thành phố lớn như Hà Nội và TP HCM.

    Thực tế cho biết hầu hết rác thải sinh hoạt chỉ được chôn lấp tại các bãi với hình thức thô sơ mang nhiều nhược điểm (tốn diện tích đất, mùi hôi thối ảnh hưởng đến khu dân cư, có thể trở thành nguồn phát sinh dịch bệnh). Hậu quả đã tác động nghiêm trọng tới môi trường và không tận dụng được các nguyên liệu có thể tái sinh.

    Theo các chuyên gia môi trường, nguồn rác thải này qua thời gian thấm xuống đất, gây ô nhiễm nguồn nước. Số lượng rác được xử lý chiếm một tỷ lệ rất thấp với quy mô nhỏ bé

    Theo nhận định của nhiều chuyên gia quốc tế và trong nước, nguồn rác thải ở Việt nam chưa được tận dụng đúng mức. Bên cạnh mục đích bảo vệ mội

trường thì việc xử lý rác thải còn hứa hẹn đem lại lợi ích kinh tế, xã hội rất lớn.

1.1.2. Nhu cầu sử dụng xe thu gom rác.

     Xã hội càng phát triển hiện đại, khoa học kỹ thuật tiên tiến, chủng loại chất thải càng nhiều, phong phú và đa dạng về số lượng, vấn đề sử lý chúng không gây ô nhiễm môi trường là vấn đề cần làm đối với đô thị lớn. Do đó phải có một loại xe chuyên dùng để chuyên chở và đưa đến nơi tập kết xử lý chúng để không gây ô nhiễm, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh đáp ứng nhu cầu đặt ra.

     Hiện nay trên toàn quốc sử dụng rất nhiều phương tiện chuyên dùng để chuyên chở rác thải với nhiều hình thức vận chuyển và phương pháp vận chuyển khác nhau với nhiều loại phương tiện cơ giới khác nhau như: đường bộ, đường sông, đường biển, đường sắt, đường hàng không trên các mạng lưới giao thông khác nhau, nhưng phổ biến hơn cả là đường bộ.

    Các loại xe chở rác thải, xe chở hoá chất, xe nạo vét bùn, xe hút nước cống.                          

 Phương tiện vận tải đường bộ chúng có tính cơ động cao, khả năng thông qua cao khi vận chuyển rác thải trong thành phố, nhất là các đô thị lớn đường xá phức tạp như Hà Nội.

    Hiện nay các phương tiện chở rác và chất thải ở Việt Nam trong những thị xã và những đô thị lớn chủ yếu là xe thu gom rác đẩy tay kiểu thùng kín, thùng hở… do nhiều xí  nghiệp thiết kế khác nhau do đó xe có dung tích và kích thước thùng rác khác nhau. Có nhiều xe thu gom rác chuyên dùng chưa đủ tiêu chuẩn về hình dáng, kích thước và kết cấu thùng rác chưa được hợp lý:

 - Hệ thống thu gom rác sử dụng sức người nhiều do kết cấu xe không phù hợp khi sử dụng.

 - Khối lượng vận chuyển thấp.

 - Hành trình thu gom rác chưa hợp lý.

 - Kết cấu thùng của xe không đủ bền, không đủ độ cứng vững khi khối lượng vận chuyển lớn và làm việc trong thời gian lâu dài.

 - Chuyển động không ổn định khi chở rác thải cồng kềnh không đảm bảo tính tiện nghi.

 - Không đảm bảo tính mỹ thật so với tiêu chuẩn kỹ thuật của Việt Nam.

- Hệ thống chuyên dùng không tiện cho việc thay thế và bảo dưỡng.

- Việc sử dụng và điều khiển gặp nhiều khó khăn.

     Vì những đặc tính như trên mà hiện chúng ta cần phải đưa ra những chiếc xe thu gom rác cải tiến nhằm giảm sức đẩy của con người, tính năng sử dụng rộng rãi, phù hợp với nhiều điều kiện địa hình khác nhau, nhằm tăng hiệu quả thu gom rác hàng ngày ở môi trường xã hội.

  1.2. Công dụng xe thu gom rác.

      Xe thu gom rác là loại xe chuyên chở các loại rác từ các khu nhà máy, khu dân cư, khu vui chơi giải trí… thải ra đến nơi tập kết để xử lý. Xe thu gom rác thường có kích thước loại nhỏ nên rất thuận tiện cho việc thu gom rác trong các ngõ hẻm, các con đường chật hẹp.. mà các loại xe cỡ lớn không làm được.

     Xe thu gom rác được thiết kế nhỏ gọn về kết cấu, khung xe cùng như thùng chứa rác. Các loại thùng chứa thường từ 350÷650 lít. Xe được thiết kế đẩy dùng sức lao động là chủ yếu. Loại xe này không gây tiếng ồn, khói bụi động cơ thải ra khi sử dụng như các loại xe khác.

Hình 1.1: Hình dáng xe thu gom rác đẩy tay.

   Với thiết kế nhỏ gọn, kết cấu đơn giản dễ sử dụng và tháo lắp thì loại xe thu gom rác kiểu đẩy tay đang được sử dụng rộng rãi và phát huy được tính hiệu quả cao trong vấn đề giải quyết rác thải ở môi trường dân cư đông đúc và là công cụ luân chuyển rác tới điểm tập kết xử lý.

  1.3. Hình dáng xe thu gom rác.

    Hiện nay trên thị trường, xe dùng cho việc thu gom rác rất nhiều chủng loại, có hình dáng , kích thước khác nhau do nhiều xí nghiệp, công ty sản xuất. Ta có thể khái quát một số loại xe cơ bản như sau:

1.3.1. Xe gom rác loại 650 lít.

  Xe gom rác loại 650 lít là loại có lớn nhất đang được sử dụng trên thị trường hiện nay. Loại này được sử dụng chủ yếu ở các khu công nghiệp, khu vui chơi giải trí.. nhằm thực hiện quá trình thu gom rác được thuận tiện và nhanh hơn với khối lượng rác lớn.

Hình 1.2: Hình dáng xe thu gom rác đẩy tay 650 lít không nắp đậy.

      Loại xe kiểu không nắp đậy được dùng chủ yếu ở môi trường công cộng như: dọc đường một, khu công nghiệp.. Loại xe kiểu kết cấu không nắp đậy giúp khả năng sử dụng dễ dàng hơn và có thể chất đầy rác trong quá trình thu gom. Quatrình chế tạo đơn giản và giá thành chế tạo thấp so với các loại xe kiểu khác.

    - Nhược điểm của kiểu xe không  nắp đậy  là khả năng gây mùi hôi thối cho người sử dụng. Các loại rác không được đậy kín trong quá trình sử dụng nên khi sử dụng các loại xe này trong các cơ quan, công sở là rất bất tiện. Hơn nữa trong quá trình thu gom thường gây ô nhiểm, vì trong quá trình vận chuyển rác ở trên thùng rơi xuống.

Hình 1.3: Hình dáng xe thu gom rác đẩy tay 650 lít có nắp đậy.

    So với xe kiểu không nắp đậy thì kiểu xe loại có nắp đậy được sử dụng rộng rãi trong các cơ quan, các công ty, hộ gia đình. Loại xe kiểu nắp kín này thì khi chứa rác không có mùi của rác bốc lên làm ô nhiễm môi trường, lượng rác thu gom trong thung không bị rơi trong quá trình thu gom.

    - Nhược điểm xe gom rác kiểu có nắp đậy là khối lượng rác chuyên chở là thấp so với loại thùng không nắp đậy, chiều cao chất tải bị hạn chế, không vượt qua chiều cao thân thùng. Quá trình thu gom phải diễn ra nhiều lần, tốn thời gian nhân công và giá thành sản xuất cao, tính kết cấu phức tạp nên quá trình cần thu gom rác với một khối lượng lớn không thuận lợi.

1.3.2. Xe gom rác loại 500 lít không nắp đậy.

   Xét về mặt kết cấu thì loại xe thu gom rác 500 lít và loại xe 650 lít đều như nhau, chỉ khác nhau về dung tích thùng chứa rác của xe. Loại xe này cũng được thiết kế theo kiểu không nắp và có nắp đậy, nhưng chủ yếu là loại xe kiểu không nắp đậy.

Hình 1.3: Hình dáng xe thu gom rác đẩy tay 500 lít không nắp đậy.

   Xe thu gom rác kiểu 500 lít được dùng rộng rãi nhất trên thị trường. Vì loại xe này khối lượng luân chuyển thu gom là hợp lý, kết cấu thùng có tải trọng thu gom rác là thích hợp cho một công nhân vệ sinh môi trường có thể tự tiến hành thu gom. Kết cấu xe không nỗi phức tạp, dễ tháo lắp khi sử dụng, giá cả hợp lý, chính vì vậy loại xe này đang được công ty môi trường Hà nội sử dụng nhiều nhất trong việc thu gom rác thải và xỷ lý ô nhiễm môi trường.

1.3.3. Xe gom rác loại 400 lít không nắp đậy.

     Xe gom rác loại 400 lít là loại xe có tính cơ động cao, phù hợp với công tác thu gom chất thải rắn tại các tuyến phố, ngõ nhỏ, vùng nông thôn hoặc ngoại thành, đặc biệt trong các hầm mỏ. Loại xe 400 lít có kết cấu linh hoạt, vận chuyển nhẹ nhàng trên những con đường có độ dốc lớn, ít tốn sức của nhân công, khả năng chứa rác phù hợp. Chiều cao thùng phù hợp với các loại xe cẩu rác hiện nay trên thị trường.

Hình 1.4: Hình dáng xe thu gom rác đẩy tay 400 lít không nắp đậy.

  1.4. Ưu nhược điểm của từng loại xe thu gom rác.

      Như đã giới thiệu ở trên thì hiện nay trên thị trường đang được sử dụng rộng rãi 3 loại xe thu gom rác đẩy tay là: 650 lít, 500 lít, 400 lít, kiểu không nắp đậy cũng như kiểu có nắp đậy. Tuy nhiên trong đề tài đồ án này, tập trung yêu cầu loại xe thu gom rác không có nắp đậy. Xét về kết cấu thì đa số kiểu xe thu gom rác dạng đẩy tay gần như giống nhau, nhưng bên cạnh đó mỗi kiễu xe lại có những ưu nhược điểm sau:

1.4.1. Xe gom rác loại 650 lít.

   a. Ưu điểm:

   - Do dung tích thùng lớn nên quá trình thu gom rác chứa được khối lượng rác lớn.

  - Tiết kiệm được quãng thời gian thu gom rác phải diễn ra nhiều lần. Do đó giảm chi phi nhân công lao động.

  - Phù hợp với việc thu gom rác ở những nơi có khối lượng rác thải lớn như: bệnh viện, khu công nghiệp, khu vui chơi giải trí..

   b. Nhược điểm:

    - Do kích thước lớn nên khó khăn trong việc thu gom rác tại những con hẻm nhỏ, hộ gia đình.

   - Khối lượng chứa rác của xe lớn nên cần nhiều sức lao động đẩy xe trong quá trình thu gom rác.

  - Thiết kế cồng kềnh khó vận hành.

  - Gía thành sản xuất cao nên ít được sử dụng trên thị trường.

1.4.2. Xe gom rác loại 500 lít.

   a. Ưu điểm:

    -  Đây cũng là loại xe thu gom rác có dung tích thùng tương đối lớn nên quá trình thực hiện thu gom rác có khối lượng tương đối lớn, do đó giảm chi phí nhân công thu gom.

   -  Kiểu xe thu gom rác 500 lít phù hợp với việc thu gom với những nơi có lượng rác thải lớn như: khu công nghiệp, bệnh viện, khu dân cư..

  - Do dung tích vừa phải nên kiểu xe thu gom này đang được sử dụng rộng rãi ở ngoài thị trường.

  - Xe có kết cấu thiết kế rất phù hợp cho quá trình tháo lắp cũng như sử dụng xe.

   b. Nhược điểm:

   - Do xe có dung tích chứa rác lớn, kích thước xe thiết kế công kềnh nên khó khăn trong việc thu gom ở những nơi ngõ hẻm, khu dân cư.

   - Xe có dung tích lớn nên quá trình thực hiện thu gom rác cần nhiều sức nhân công để thực hiện.

  - Thiết kế đang còn cồng kềnh, chưa cải tiến thích hợp nên khó khăn trong quá trình sử dụng.

 - Gía thành sản xuất đang còn cao nên mức độ phạm vi sử dụng xe đang còn nhiều hạn chế.

1.4.3. Xe gom rác loại 400 lít.

a. Ưu điểm:

   -  Xe thiết kế nhỏ gọn nên thuận tiện cho quá trình thu gom rác ở những nơi ngỏ hẹp, đường xấu..phù hợp trong các khu dân cư, hầm mỏ.

    - Do được thiết kế với dung tích thùng rác là bé nên quá trình thu gom rác của người công nhân diễn ra dễ dàng, sức lực bỏ ra ít.

    - Giá thành của xe vừa phải nên tiết kiệm được vốn đầu tư cơ bản.

    - Xe được thiết kế đơn giản nên thuận lợi cho quá trình sử dụng, vận hành..

b. Nhược điểm:

    - Do dung tích của thùng chứa rác không lớn nên rất khó khăn cho việc thu gom rác có khối lượng lớn, nhất là các khu công nghiệp, khu vui chơi, giải trí.

     - Thời gian thu gom rác diễn ra nhiều lần nên quá trình nhân công cao. Gây lãng phí thời gian sử dụng.

    - Kết cấu xe đang còn nhiều hạn chế, quá trình đẩy xe đang còn tốn nhiều sức nhân công và chủ yếu là dùng sức người.

1.5. Quy trình thu gom rác đổ rác từ xe vào xe tải lớn.

Sau khi thu gom rác, xe thu gom sẽ tập trung rác đến nơi tập kết để chuẩn bị cho quá trình xử lý rác trên các loại xe chuyên dùng. Quá trình thu gom rác từ xe vào xe tải lớn như sau:

1.5.1. Giai đoạn 1:  Giai đoạn thu gom rác từ các cơ sở  thải rác.

Sau khi rác từ các nơi sinh hoạt được thu gom trên các loại xe đẩy tay chuyên dùng và được tập kết tại một nơi để chuẩn bị cho quá trình sử lý bằng sử lý rác thải môi trường.

Hình 1.5: Quy trình xử lý rác từ xe thu gom rác vào xe môi trường.

1.5.2. Giai đoạn 2:  Giai đoạn đưa rác vào thùng  phụ của xe môi trường.

Xe rác được đẩy về phía miệng thùng phụ của ô tô môi trường. Do quá trình thiết kế của xe thu gom rác phù hợp cho quá trình tự động đưa rác vào thùng phụ ô tô mà không phải dùng sức lao động của con người. Từ thùng phụ có cơ cấu gắp thùng rác từ phía ngoài đổ vào thùng phụ, sau đó cơ cấu lại gắp thùng rác vào xe thu gom rác bằng hệ thống thủy lực của hai xi lanh bàn gắp.

     1.6. Đề xuất hướng xe cải tiến.

Thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt luôn là vấn đề được đặt ra rất bức xúc ở Hà Nội. Thành phố và các sở, ngành có liên quan đã có rất nhiều cuộc họp để lắng nghe những phản ánh từ cơ sở và bàn bạc đề ra giải pháp. Nhiều biện pháp đã được đưa ra. Nhiều nhưng chưa đủ, dường như vẫn thiếu sự quan tâm đúng mức tới phương tiện thu gom rác mà cụ thể là chiếc xe chở rác nói trên. Phương tiện thu gom rác cần phải được thay mới và cải tiến cho phù hợp hơn không chỉ vì đã cũ mà còn rất nhỏ và thô sơ. Mặt khác, phương tiện thu gom, vận chuyển rác cũng cần được bảo đảm vệ sinh và thẩm mỹ để có thể đặt tại các khu dân cư phục vụ thu rác ngoài giờ hoặc các hoạt động vệ sinh công cộng khác. Cải tiến phương tiện, cải thiện điều kiện làm việc còn góp phần rất lớn vào việc động viên tinh thần lao động của những người công nhân vệ sinh môi trường. 

Trong thời gian làm đề tài chúng em cũng đã làm quen với công tác thu gom vận chuyển rác thải, đặc biệt là nghiên cứu kết cấu và hoạt động của xe gom rác đẩy tay, hiện nay xe gom rác do phân bố trọng tải không đều nên rất tốn sức đẩy của công nhân môi trường, điều này làm ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động, sức khỏe của công nhân môi trường, mà tác động trực tiếp thời gian sử dụng xe.

Chính vì điều đó mà nhóm em đã đưa ra hướng cải tiến trên phần thùng rác của xe. Thùng chứa rác khi chưa cải tiến sẽ nghiêng về phía người công nhân đẩy xe, qua quan sát dễ dàng nhận thấy gối tựa của thùng rác nằm lệch về phía trước L=405(mm), trong khi đó L₁=605 (mm) nằm về phía người đẩy xe. Chính sự bố trí gối tựa không cân đã làm cho xe khi di chuyển  luôn ở trong trạng thái mất cân bằng, tải trọng tập trung về phía người đẩy rấy lớn nên gây ra khó khăn khi xe hoạt động, tốn sức đẩy của người công nhân.

Hình 1.6: Thùng rác khi chưa cải tiến.

Thùng rác khi được cải tiến, gối tựa sẽ được dịch chuyển vào tâm của thùng rác , bên cạnh đó sẽ bố trí hai tai ở bên hông thùng nhằm giữ thùng khi xe di chuyển không bị lật thùng và lật xe. Tính toán cải tiến thùng rác đã ảnh hưởng đến phân bổ tải trọng của xe, cho xe ở vị trí cân bằng nhất khi di chuyển. Khi xe không tải cũng như khi đầy tải, sức lao động của công nhân được tiết kiệm ở mức tối đa, tức là lực bỏ ra để đẩy xe là ít nhất để xe có thể di chuyển.

Hình 1.7: Thùng rác sau khi cải tiến.

Kết luận: Từ việc phân tích trên ta thấy, đối với xe khi chưa cải tiến thì tâm thùng rác của xe sẽ được thiết kế và đặt lùi về phía trước một khoảng L_trc=120mm. Đối với kiểu thiết kế này thì trọng lượng của xe sẽ đẩy về phía sau rất nhiều và điều này sẽ làm cho người đẩy xe rất là nặng cần một lực rất là lớn thì mới làm cho xe di chuyển nhẹ nhàng được. Còn theo phương án cải tiến thì tâm thùng rác của xe sẽ được đẩy lùi về phía sau một khoảng L_sc =120mm, điều này đồng nghĩa với trọng lượng của xe sẽ hướng về phía trước rất là nhiều. Điều này sẽ làm cho người đẩy xe không tốn sức và quá trình di chuyển xe được nhẹ nhàng hơn. Như vậy qua cải tiến ta thấy phương án lựa chọn là phù hợp với yêu cầu đặt ra.

CHƯƠNG 2:  TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CẢI TIẾN XE

2.1.  Xác định sơ bộ kích thước tổng thể chung của xe.

2.1.1. Xác định sơ bộ chiều dài toàn bộ của xe.

    Đối với loại xe ba bánh thiết kế để rút ngắn chiều dài của xe ta xem như chiều dài toàn bộ của xe chỉ phụ thuộc vào chiều dài thùng chứa rác. Khoảng cách từ vị trí người đẩy rác đến cánh tay đòn (thanh ngang để đẩy xe) được thuận tiện. Góc đặt của trục quay cổ phụ thuộc vào xe và đường kính bánh xe sau mà tạm thời chưa quan tâm đến tính ổn định chuyển động thẳng của xe. Ta có:

     Góc đặt trục quay cổ liên quan đến tính ổn định lái. Góc đặt trục quay cổ phuốc tay lái khi đẩy xe nằm trong khoảng 55˚ ÷65˚. Đối với kết cấu khung xe thu gom rác đẩy tay có góc đặt cổ phuốc (Nghĩa là cổ phuốc lắp bánh xe phía sau-bánh xe dẫn hướng) là 60˚. Khi đó cánh tay đòn (thanh ngang để đẩy xe) tạo mômen ổn định làm bánh xe co xu hướng quay về vị trí trung gian khi bị lệc khỏi vị trí này:

                     C= r_b.sin(90- 60) = .sin30⁰ = 62,5 (mm).

      Trong đó:

        - C: Là khoảng cách người đẩy rác đến cánh tay đòn: C=62,5 (mm).

        - D: Là đường kính của bánh xe dẫn hướng lấy theo tiêu chuẩn hiện hành là: D =250 (mm).

       - r_b: Là bánh kính của bánh xe dẫn hướng: r_b =125 (mm).

Chiều dài thùng chứa rác được xác định từ chiều dài thùng chứa rác cần chuyên chở là: l₁=1010(mm).

       Khoảng cánh từ tay đòn xe (thanh ngang để đẩy) đến mép của thùng rác là: l₂=250(mm).

Như vậy: Từ các giá trị trên ta vẽ phác thảo xe cần thiết kế như hình vẽ sau, và xác định được chiều dài toàn bộ của xe là: L = 1260 (mm).

Hình vẽ 2.1: Sơ đồ xác định chiều dài toàn bộ xe thiết kế.

2.1.2. Chiều dài cơ sở của xe.

     Việc xác định chiều dài cơ sở của xe phụ thuộc vào vị trí đặt dầm cầu trước của xe. Ta thấy rằng chiều dài cơ sở của xe càng ngắn thì tính linh hoạt quay vòng  của xe càng cao, hay nói cách khác là rút ngắn được hành lang và bánh kính  quay vòng cho xe. Tuy nhiên nếu chiều dài cơ sở của xe ngắn quá thì tải trọng đè lên cầu trước sẽ lớn và góc thoát của xe sẽ giảm. Như vậy ta không thể chọn chiều dài xe cơ sở xe theo tiêu chí linh hoạt của xe mà còn phải đảm bảo sự phân tải trọng ra cầu xe một cách hợp lý, vì điều này liên quan đến tính ổn định của xe thiết kế và nhiều chỉ tiêu khác.

     Tham khảo đối với xe ôtô tải hai trục loại 4x2 khi chuyển chở đầy tải thông thường trọng lượng phân bố ra cầu trước chỉ bằng 20÷25% trọng lượng phân phối ra cầu sau (Cơ sở thiết kế ô tô - PGS.TS Nguyễn Khắc Trai - NXB GTVT). Với loại xe ba bánh với công thức 4x2 thì ta cũng có thể áp dụng phân bổ như sau. Trọng lượng ra cầu trước và bánh sau theo tỷ lệ là:

                                   G₁ = (0,20 ÷ 0,25).G_a

                                   G₂ = (0,75 ÷ 0,80).G_a.

 Trong đó:

           - G₁: Là trọng lượng đặt lên cầu sau (bánh dẫn hướng): (kg).

           - G₂: Là trọng lượng đặt lên cầu trước (bánh trước): (kg).

           - G_a: Là trọng lượng toàn bộ của xe khi có tải: G_a =179 (kg).

 Ta thấy rằng, cầu sau chỉ có một bánh xe nếu trọng lượng phân bổ ra cầu sau lớn quá thì cầu sau sẽ quá tải đặc biệt là khi phanh hoặc khi quay vòng. Ngoài ra phân phối tải trọng lên các cầu phải đảm bảo điều kiện khi xe không mang tải mà vẫn đảm bảo có thể vận hành được trên các loại đường có hệ số bám thấp thì tải trọng phân phối ra cầu chủ động không được bé hơn 50% trọng lượng bản thân của xe.

   Từ các lý luận trên, ta chọn chiều dài xe cơ sở là: L₀ = 642 (mm). Phương pháp xác định khối lượng của xe như sau:

a. Khi xe không tải: 

    Đặt cân tại vị trí A cách vết tiếp xúc giữa bánh xe sau vơi mặt đường (O₁) một khoảng là: L₀ =642 (mm). Ta cân được: Z₂₀ =40 (kg) (Được xem là phản lực vào nền lên bánh trước).

Hình vẽ 2.2: Sơ đồ xác định khối lượng không tải của xe.

      Đặt cân tại vị trí (O₁) ta cân được: Z₁₀ =10 (kg). Được xem là phản lực của nền lên bánh sau.

     Suy ra trọng lượng không tải của xe thiết kế là:

                         G₀ = Z₁₀+ Z₂₀= 40+10 =50 (kg).

     Ta có thể xác định được tọa độ trọng tâm của xe khi xe không tải bằng cách viết phương trình cân bằng mômen qua điểm (O₁):

                         G₀.a₀ – Z₂₀. L₀ = 0.

               Þ a₀ = = = 513,6 (mm).

    Vậy: Tọa độ trọng tâm của xe khi xe không tải là: 513,6 (mm).

b. Khi xe đầy tải:

Hình vẽ 2.3: Sơ đồ xác định khối lượng đầy tải của xe.

   Như đã phân tích ở hình trên đối với xe ba bánh có trọng lượng phân bố ra cầu trước là:

                         Z₂ = (0,75÷0,80).( G_T+ G₀).

      Trong đó:

              - G_T: Là trọng lượng thùng rác cần chuyên chở. Với trọng lượng riêng của rác:  =322(kg/m³), dung tích thùng chứa rác của xe thiết kếlà: V=400(lít).  Do đó ta có: G_T =129 (kg).

              - G₀: Là trọng lượng không tải của xe: G₀ =50 (kg).

    Thay vào công thức trên ta được:

                      Z₂ = 0,80.( 129+ 50) =143,2 (kg).

                Và Z₁ = 0,2.(129+ 50) =35,8 (kg).

   Như vậy: Trọng lượng phân bố ra cầu trước là 80% và cầu sau là 20%. Ta thấy phân bố như vậy có thể chấp nhận được vì cầu trước có hai bánh chủ động sẽ tận dụng được trọng lượng bám, đặc biệt là xe di chuyển trên đường có hệ số bám thấp. Do đó phân bố trọng lượng như trên là khá hợp lý.

2.1.3. Xác định chiều cao của xe.

     Chiều cao xe phụ thuộc vào chiều cao sàn xe và chiều cao thùng rác cần chuyên chở. Từ đó ta chọn chiều cao xe như sau:

                      H=1005(mm).

  2.1.4. Xác định chiều rộng của xe.

      Để thuận tiện cho việc vận chuyển trong các ngỏ hẻm và chở được thùng rác theo tiêu chuẩn thì việc bố trí hệ thống truyền lực, bề rộng lốp thì chiều rộng xe được thiết kế ta chọn như sau:

                      B =1098(mm).

2.2. Xác định các tọa độ trọng tâm xe.

2.2.1. Xác định các tọa độ trọng tâm khi xe không tải.               

a. Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc:

Hình vẽ 2.4: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc.

       Ta có thể xác định được tọa độ trọng tâm của xe khi xe không tải bằng cách viết phương trình cân bằng mômen qua điểm (O₁) như sau:

                                G₀.a₀ - Z₂₀. L₀ = 0.

            Trong đó:

                      - G₀: Là trọng lượng không tải của xe thiết kế: G₀ =50(kg).

                      - L₀: Là chiều dài cơ sở của xe: L₀=642(mm).

                      - Z₂₀: Là trọng lượng xe khi cân tại vị trí A: Z₂₀ =40(kg).

           Þ a₀ = = = 513,6 (mm).

              Ta được: a₀ = 513,6 (mm).

                   b₀ = L₀ - a₀ = 642 - 513,6 =128,4 (mm).

             Vậy:  b₀ = 128,4 (mm).

b. Xác định chiều cao tọa độ trọng tâm xe khi xe nghiêng một góc  về phía trước:

Hình vẽ 2.5: Sơ đồ xác định chiều cao tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao khi xe nghiêng một góc  về phía trước.

Phương pháp xác xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao như sau:

Đặt xe trên mặt phẳng nghiêng một góc ɑ bất kỳ (ɑ không nên quá lớn), sau đó xác định trọng lượng đè lên cầu trước cân bằng. Phương trình mômen đôi với điểm (O₁) là:

                               åM_O1 = 0

          Û  Z₂’.L_0­cosa - G₀.sina.(h’_go + r_bxcosa) - G₀cosa.(a₀ - r_bxsina) = 0.

           Û h’_g0 =

   Trong đó:

               - Z₂’ = 45 (kg).

              -  L₀ = 642 (mm).

               - R_bx = 280 (mm).

         Ta có: a = arcsin( )

              Với: H₀ = 170 (mm)

                =>  a = arcsin( ) = 15⁰

   Thay các giá trị vào ta được: h’_g0 = 239,6(mm).

   Toạ độ trọng tâm xe theo chiều cao khi không tải:

                  h_g0 = h’_g0+ r_bx  

         => Ta có: h_g0 = 239,6 + 280 = 519,6 (mm).

              Vậy:  h_g0 = 519,6 (mm).

2.2.2. Xác định các tọa độ trọng tâm khi xe đầy tải.               

a. Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dài:

        Để xác định được tọa độ trọng tâm của xe theo chiều dài ta khảo xác các lực tác dụng lên xe khi nó đứng yên trên đường ngang theo hình vẽ sau:

Hình vẽ 2.6: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dài.

        Các lực tác dụng lên xe trong trường hợp này bao gồm:

                  - G_a: Là trọng lượng toàn bộ của xe: G_a = 179 (kg).

                  - Z₁: Là hợp các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe sau.

                 - Z₂: Là hợp các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe trước.

                - L₀: Là chiều dài xe cơ sở.

                - h_g: Là tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao.

               - a₀, b₀: Là khoảng cách từ trọng tâm của xe đến trục bánh xe sau và trước.

Từ sơ đồ phân tích lực như hình vẽ trên ta viết phương trình cân bằng mômen với điểm (O₁), (O₂) như sau:

                         G_a.a₀ - Z₂.L₀ = 0          

                        G_a.b₀ - Z₁.L₀ = 0 

    Từ hai phương trình trên suy ra:

                       a₀

                         b₀           

    Trong đó:

      -  Z₁, Z₂: Bằng phần trọng lượng toàn bộ phân phối lên cầu trước, bánh sau (do xe đứng trên mặt đường ngang) do vậy:

                        Z₁ = G₁ = 35,8 (kg).

                         Z₂ = G₂ = 143,2 (kg).

 Thay các giá trị Z₁, Z₂, G_a vào các công thức trên ta tính được:

                       a₀ 513,6 (mm).

                     b₀ 128,4 (mm).

b. Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao:

      Về nguyên tắc không cho phép đo trên băng thử xe đầy tải nên không thể tiến hành cân xe trên mặt phẳng nghiêng để xác định cao trọng tâm như trường hợp không tải. Để xác định được tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao khi xe đầy tải ta xác định trên cơ sở cân bằng chiều cao khối tâm các thành phần trọng lượng theo công thức sau:

        Trong đó:

             - m_i: Là khối lượng thứ i.

             - h_i: Là toạ độ trọng tâm theo chiều cao của khối lượng thứ i.

Hình vẽ 2.7: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao.

               Áp dụng cho xe thiết kế, ta có:

                                    h_g =

Trong đó:

         +  h_gT = 78 (mm).

         + h_go= 519,59 (mm).

         + G₀ = 50 (kg).

         + G_T = 129 (kg).

         Suy ra:   h_g =

          Vậy:  h_g = 710 (mm).

2.3. Kiểm nghiệm độ lật của xe.

      Khi tính toán thường đặt trọng tâm của xe khi có tải trọng nghiêng về cầu trước (nghĩa là cầu đặt thùng rác lên) nhằm giảm lực đẩy-do giảm mômen quay. Tuy nhiên khi trọng tâm rời về vị trí phía trước sẽ tạo ra độ lật của xe, do đó để đảm bảo điều kiện an toàn cho xe ta phải kiểm nghiệm xem xe có bị lật trong quá trình sử dụng hay không.

Hình vẽ 2.8: Sơ đồ xe trạng thái cân bẳng.

      Để kiểm nghiệm xe có bị lật hay không trong quá trình sử dụng ta nâng xe lên một góc 30˚ hoặc làm nghiêng xe một góc 30˚. Nếu trọng tâm của xe vẫn nằm trong vùng diện tích của xe là hợp lý. Và ngược lại trong tâm rơi ra ngoài thì ta phải tăng khoảng cách giữa các trục với bánh xe.

Hình vẽ 2.9: Sơ đồ gới hạn trạng thái lật.

Kết luận: Xe đủ điều kiện chống lật và để trọng tâm của xe khi có tải trọng không vượt ra ngoài thùng xe thì xe chỉ được nghiêng một góc nhỏ hơn

30˚. Như vậy xe đảm bảo điều kiện chống lật cho phép (thông thường do các đoạn đường độ nghiêng hoặc dốc trong hẻm và ngoài đường lớn cho phép nhỏ hơn 15˚).

2.4. Xác định lực đẩy cần thiết của xe.

2.4.1. Lực đẩy khi xe chưa cải tiến.

a. Khi xe không tải:

        Do kết cấu của thùng không cân nhau nên khi di chuyển trên đường người công nhân tiêu tốn sức lực cho việc đẩy trọng lượng xe ngoài ra còn phải tốn thêm một lượng sức cho việc cân bằng xe, vì vậy để xác định lực đẩy ta có thể xác định theo công thức sau:   

                              F = m.a+f

 Trong đó:   

   - F: Là lực tác dụng lên xe.

   - m: Là khối lượng của xe.

   - a: Là gia tốc: a = . Khi xe không tải người công nhân bắt đầu khởi hành sau 10 (s) đạt được tốc độ: t = 1(m/s). Thay số ta có: a =  = 0,1 (m/s²).

   - f: Là lực bổ sung cho xe di chuyển khi chưa cải tiến, căn cứ vào phương pháp thực nghiệm  ta chọn: f = 1(N).

Thay số ta được:     F = 50.0,1+1 = 6(N).

b. Khi xe đầy tải:

Khi xe đầy tải vận tốc của xe sẽ chậm hơn khi xe không tải, khi đó gia tốc là:

            a =0,7/10 = 0,07(m/s²).

Ta có lực cần thiết để xe di chuyển là:

            F = 179.0,07 +1 = 13,53(N).

Như vậy:  Khi xe chưa cải tiến cần lực đẩy là 6(N) cho xe không tải và 13,53 (N) cho xe đầy tải di chuyển trên đường.

2.4.2. Lực đẩy khi xe cải tiến.

      a. Khi xe không tải.

Với phần thùng chứa rác được cải tiến làm cho xe trong quá trình di chuyển một cách nhẹ nhàng, xe luôn ở vị trí cân bằng xe người công nhân chỉ cần tác dụng vào xe một lực vừa phải là xe có thể di chuyền trên đường.

 Lực tác dụng vào xe là:

                                 F = m.a

Thay số ta có:     F = 50.0,1 = 5 (N).

     b. Khi xe đầy tải.

Lực tác dụng vào xe khi xe đầy tải là:

                                F = m.a

Trong đó:

      - m: Là khối lượng xe: m = 179 (kg).

      - a: Là gia tốc: a = 0,07

     =>    F = 179.0,07 = 12,53 (N).

Ngoài ra, xe cải tiến còn được thiết kế hai tai khóa vào hai bên hông thùng chứa rác, có tác dụng giữ cho thùng luôn cố định, giữ rác khỏi rơi ra ngoài gây ô nhiểm môi trường.

2.4.3. So sánh lực đẩy khi xe chưa cải tiến và xe sau khi cải tiến.

Để so sánh lực đẩy cần thiết của xe thu gom rác khi chưa cải tiến và xe sau khi cải tiến thì ta có thể khảo sát xe  vận chuyển trên một quãng đường xác định là 1km. Từ đó ta đưa ra được khả năng lợi về lực của xe thu gom rác sau khi cải tiến có hợp lý với phương pháp tính toán và thiết kế.

- Khi xe chưa cải tiến ta có lực đẩy bỏ ra là 6 (N) trên 1(m)đường vận chuyển. Vậy khi vận chuyển với 1(km) sẽ tiêu tốn lực đẩy là:

                           F_cct =6x1000 = 6000 (N/km).

      F_cct: Là lực đẩy khi xe chưa cải tiến.

- Khi xe cải tiến lực bỏ ra là 5 (N) trên 1(m) đường vận chuyển. Vậy khi vận chuyển trên 1(km) sẽ tiêu tốn lực đẩy là:

              F_ct =5x1000 =5000 (N/km).

     F_ct: Là lực đẩy khi xe đã cải tiến.

=> Lực tiết kiệm sức công nhân trên 1(km) là:

             F₀ = F_cct- F_ct = 6000-5000 = 1000 (N/km).

Như vây: So sánh với xe thu gom rác chưa cải tiến thì xe thu gom rác sau khi cải tiến sẽ giảm được lực đẩy khi xe vận chuyển là 1000 (N/km). Điều này cũng đồng nghĩa với việc tiết kiệm được sức lao động của người công nhân khi vận chuyển xe. Do đó việc cải tiến xe theo phương pháp trên là hợp lý.

2.5. Bán kính và hành lang quay vòng của xe .

 2.5.1. Bán kính quay vòng xe.

      Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó chính là tâm quay vòng tức thời của xe.

     Xe thu gom rác là loại xe chỉ có một bánh dẫn hướng đằng sau, nên khi quay vòng ta chỉ quay bánh xe này lệch khỏi vị trí trung gian so với mặt phẳng quay đứng một góc nào đó.

    Ta có sơ đồ động học quay vòng của xe như hình vẽ ở dưới.

     Từ sơ đồ ta có:        tg  

Trong đó:

         - L: Là chiều dài cơ sở của xe: L = 642( mm).

         - R: Là bán kính quay vòng.

         - : Là góc quay bánh xe dẫn hướng.

Hình 2.10: Sơ đồ động học quay vòng của xe .

     Giải thích sơ đồ:

          + j_x:  Gia tốc của trọng tâm xe hướng theo truc dọc của xe.

         +  j_y:  Gia tốc của trọng tâm xe hướng vuông góc với trục dọc.

         + :  Gia tốc hướng tâm của tâm trục sau đối với tâm quay tức thời.

         + :  Gia tốc tiếp tuyến của tâm trục sau đối với tâm quay tức thời.

         + :  Gia tốc hướng tâm của trọng tâm xe đối với tâm trục sau.

         + :  Gia tốc tiếp tuyến của trọng tâm xe đối với tâm trục sau.

         Tham khảo góc quay trung bình bánh dẫn hướng của xe mô tô ba bánh thì góc quay trung bình của bánh xe dẫn hướng 30⁰ ÷ 40⁰, chọn góc quay của bánh xe dẫn hướng là:  = 40⁰.    

         Khi đó bán kính quay vòng sẽ là:

                                                R =

         Thay số vào ta có:          R = = 765,10 (mm).

   2.5.2. Hành lang quay vòng của xe.

        Hành lang quay vòng của xe là diện tích bề mặt tựa được giới hạn bởi hình chiếu của quỹ đạo chuyển động của các điểm biên với tâm quay vòng tức thời của nó.

        Từ sơ đồ hình vẽ  ta xác định được hành lang quay vòng là: H_V

                           H_V = R_B – R_A

  Trong đó: 

           - R_A: Là bán kính quay vòng của bánh xe trước gần tâm quay vòng.

           - R_B: Là bán kính quay vòng của bánh xe trước xa tâm quay vòng.

 Thay số vào ta có:

                       H_V =1032 – 274  

          Vậy: H_V = 758 (mm).

Hình 2.11: Sơ đồ xác định chiều rộng hành lang quay vòng của xe.

    Giải thích sơ đồ:

+ R_A: Bán kính quay vòng của điểm biên xe gần tâm quay vòng nhất.

+  R_B: Bán kính quay vòng của điểm biên xe xa tâm quay vòng lớn nhất.

       + R₀ : Bán kính quay vòng của trọng tâm xe.

       + a, b: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục bánh xe trước và sau.

 + L, B: Chiều dài, chiều rộng cơ sở của xe.

2.6. Tính toán ổn định xe.

      Tính ổn định của xe là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo chuyển động của xe theo yêu cầu điều khiển của người vận hành trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tuỳ thuộc vào điều kiện sử dụng xe có thể đứng yên, chuyển động trên dốc (đường có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang), có thể quay vòng ở các loại đường khác nhau. Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, thì xe phải giữ được quỹ đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt hoặc thùng xe không bị nghiêng, cầu xe không bị quay lệch trong giới hạn cho phép để cho xe chuyển động an toàn.

2.6.1. Tính ổn định dọc của xe.

       Tính ổn định dọc tĩnh của xe là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật hoặc không bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc.

Hình 2.12: Sơ đồ lực và mô mem tác dụng lên xe khi nó đứng quay đầu lên dốc.

a. Khi xe đứng lên dốc thì xe chịu tác dụng các lực như sau:

-  Trọng lượng toàn bộ của xe G đặt tại trọng tâm xe. Do có góc dốc  của đường  nên G được phân ra làm hai thành phần: G.cos  và G.sin .

-  Hợp lực của các phản lực của đường tác dụng thẳng đứng lên bánh xe trước là Z₂ và bánh xe sau là Z₁.

            Ta có:           Z₁ + Z₂ = G.cos .

-  Để xe khỏi bị trượt lên dốc do thành phần trọng lượng G.sin , mặc dù có momen cản lăn của bánh xe nhưng nhỏ nên ta đặt lực đẩy bằng tay P_đ ở bánh xe sau.

- Trong trường hợp xe đứng quay đầu lên dốc ta thấy rằng: Nếu góc dốc  tăng dần tới một giới hạn nào đó thì bánh xe trước sẽ nhấc khỏi mặt đường khi đó hợp lực Z₂ = 0 và bánh xe sẽ bị lật quanh điểm O₁ là giao điểm của đường và trục thẳng đứng đi qua bánh xe sau.

      Gọi _l là góc dọc giới hạn mà tại đó xảy ra lật đổ xe. Khi đó lập phương trình mômen của tất cả các lực đối với điểm O₁ rồi rút gọn với Z₂ = 0 ta sẽ được:

                  G.b₀.cos _l - G.h_g.sin _l = 0

      Suy ra:  tga_l =                                                        

Thay các giá trị đã biết ta được:  tga_l =  =  0,1808

       hay a_l = 10⁰36’. Vậy: a_l = 10⁰36’.

b. Khi xe đứng xuống dốc thì xe chịu tác dụng các lực như sau:

   Khi xe quay đầu xuống dốc cũng tương tự như trên ta có sơ đồ lực và momen tác dụng thể hiện như hình bên dưới:

Hình 2.13: Sơ đồ lực và mô mem tác dụng lên xe khi nó đứng quay đầu xuống dốc.

         Gọi ’_l là góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ khi xe quay đầu xuống dốc khi đó nếu lấy mômen đối với điểm O₁, thay Z₂ = 0, ta sẽ xác định được giá trị góc ’_l như sau:

                                G.cosa’₁ - G.h_g.sina’₁ = 0                         

             =>    tga’₁  =  

              Hay: a’₁ = 41⁰46’

        Theo thông tư của Bộ Giao Thông Vận Tải Việt Nam qui định góc dốc giới hạn ( _gh) nguy hiểm của đường không nhỏ hơn 16⁰. Vậy theo cách tính toán như trên thì góc dốc giới hạn của xe khi lên dốc, xuống dốc ( _l, ’₁) là phù hợp.

-  Sự mất ổn định của xe không chỉ lật đổ dọc mà còn có thể trượt trên dốc do bám không tốt giữa bánh xe và mặt đường. Để xe không bị trượt lăn xuống dốc người ta dùng lực kéo của sức người lớn nhất đạt đến giới hạn bám, khi lực kéo lớn nhất đạt đến gới hạn bám, xe có thể bị trượt lê xuống dốc, góc dốc giới hạn khi xe bị trượt xác định như sau:

                      P_kmax = G.sina_t = j.Z₂                                     

Trong đó:

     - P_kmax: Lực kéo lớn nhất để giữ khi xe xuống dốc đặt ở bánh xe sau.

     - : Hệ số bám dọc của bánh xe với đường, với loại đường nhựa hoặc bê tông trong thành phố thì:  = 0,6 ÷ 0.65, chọn:    = 0,6.

     - Z₂: Phản lực của đường tác dụng lên bánh xe trước ta có:

                  Z₂  =                               

     Từ hai công thức trên, ta xác định được góc dốc giới hạn khi xe đứng trên dốc quay đầu xuống bị trượt là:

                     tga_t = j                                             

                    tga_t = 0,6.  

             Hay: a_t = 54⁰3^’

     -  Khi xe đứng trên dốc quay đầu xuống, ta cũng xác định được góc dốc giới hạn khi xe bị trượt bằng phương trình sau:

                      tga_t^’ = j                                                                                                        tga_t^’ = 0,6. = 0,288.

         Hay: a_t^’ = 16⁰1^’

  Tại góc xảy ra lật ta có hệ số bám:

         Ta có:

                        tga_l = j^*   

Thay giá trị vào ta có:

                        0,26.

     Qua các trường hợp trên thấy rằng góc giới hạn khi xe đứng trên dốc bị trượt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của xe và chất lượng măt đường.

   2.6.2. Tính ổn định ngang của xe .

      Khi xét tính ổn định ngang của xe ta chỉ xét khi chuyển động trên đường nghiêng ngang, ta xét các yếu tố sau:

     -  Trọng tâm của xe nằm trong mặt phẳng đối xứng dọc.

     - Trị số momen quán tính của các chi tiết quay của hệ thống truyền lực khi xe chuyển động đều M_jn nhỏ và xem:

                                          M_jn = 0.

      Khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang lực tác dụng lên xe gồm:

      - Trọng lượng của xe G_a­ được phân ra hai thành phần là:

                                     G.cos , G.sin .

      - Các phản lực thẳng đứng từ đường tác dụng lên bánh xe trước bên trái Z’₂ và bên phải Z’’₂, lên bánh xe sau là Z₁.

     -  Các phản lực ngang của bánh xe trước bên trái Y’₂ và bên phải Y’’₂, lên bánh xe sau là Y₁.

     -  M_jn: Momen quán tính của các chi tiết quay và hệ thống truyền lực.

      Dưới tác dụng của các lực và momen, khi góc  tăng dần tới góc giới hạn  thì xe bị lật quanh đường giao tuyến của mặt phẳng thẳng đứng qua hai bánh xe là bánh xe trước bên trái và bánh sau với mặt  phẳng đường lúc đó:

                                          Z” = 0.

       Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang được trình bày trên hình vẽ bên dưới.

Hình 2.14. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi chuyển động trên đường nghiêng ngang.

        Lấy momen đối với giao tuyến trên ta có và cho phản lực: Z’’₂ = 0.

   Ta có phươngtrình sau:

                               G.sin cos .h_g - G.cos .c’ = 0

   Suy ra: tg  =                                                       

     Với cánh tay đòn c’ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm xe và chiều rộng cơ sở xe từ sơ đồ tính toán như hình trên ta có biểu thức theo định lý sin sẽ là:

                  =>  c’=                                                                                Trong đó:  tg =  

                   Hay:   39⁰6’

  Thay vào ta tính được: c’ = 328,42 (mm).

  Thay các giá trị vào ta tính được góc dốc giới hạn trước khi xe bị lật đổ.

                  tg  =  

         Hay tg  = 0,596 suy ra  = 30°1’

        Khi chất lượng bám của bánh xe với đường kém, xe cũng có thể bị trượt khi chuyển động trên đường nghiêng ngang từ sơ đồ tính toán ở hình vẽ trên ta suy ra góc dốc giới hạn mà xe bị trượt sẽ là:

               G.sin _j = Y₁ + Y’₂ + Y’’₂ = j_y.G.cos _j                                

    Trong đó:                                                                               

       + : Góc dốc giới hạn mà xe bị trượt.

       + _y: Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường:  j_y = 0,6 ÷ 0,65.

      Giải phương trình trên ta được: tg _j  = j_y 

                Suy ra:     _j  = 30⁰

                                                                                            Ta thấy:  tg _j  > tg

Kết luận: Như vậy xe đảm bảo được điều kiện bị trượt trước khi bị lật.

2.7. Tính toán các kết cấu xe.

Qua tính toán trên ta thấy các chi số thiết kế của xe cải tiến là hợp lý với thực tế. Vì vậy ta có thể tính toán các  kết cấu của xe như: Thùng chứa rác, khung, bộ dẫn động (bánh xe), bộ chống lật của xe, nhằm tạo điều kiện thuận lợ cho việc đưa vào quá trình sản xuất sau này.

2.7.1. Thùng chứa rác.

Thùng chứa rác của xe là một bộ phận chủ yếu dùng để chứa rác khi luân chuyển. Việc lựa chọn kết cấu thùng chứa sao cho hợp lý và thuận tiện khi sản xuất cũng như khi sử dụng là một yếu tố rất quan trọng.

          a. Xác định kích thùng chứa rác:

   Kích thước thùng chứa rác của xe được xác định trên các cơ sở sau:

  - Trọng tải của xe chở rác cần thiết kế.

  - Tỷ trọng của rác mà xe thường chuyên chở.

  - Chiều dài của xe gom rác cơ sở.

       Theo tính toán ở trên với xe gom rác đẩy tay thiết kế có tải trọng là:

179 (kg).

 Căn cứ theo lập luận xác định kích thước sơ bộ của xe và kích thước thùng chứa rác đã chọn, thì ta thấy thùng chứa rác của xe thu gom rác cải tiến có dạng hình thang có kích thước trong lòng thùng là:

(Đáy lớn + đáy bé)/2 x chiều cao = (919+572)/2x650 (mm).

 Thùng chứa có các kích thước sau:

                Đáy lớn:                919 (mm).

                Chiều rộng:            700( mm).

                Đáy bé:                 572 (mm).     

                Cao:                      650 (mm).

Dung tích toàn bộ thùng chứa rác: V_r =0,4 (m³ ).

- Trọng lượng của rác chuyên chở là:

                    Q_r = g.V_r =.322.0,4  = 129 (kg)

Với trọng lượng riêng của rác lấy theo giá trị trung bình của công ty vệ sinh môi trường đô thị Hà Nội.

     Với khối lượng riêng của rác:  g= 250-450 (kg/m³). Lấy khối lượng riêng theo giá trị trung bình của rác thải đô thị: g= 322 (kg/m³).   

    b. Kết cấu thùng chứa rác:

Thùng chứa rác của xe thu gom rác cải tiến được thiết kế dạng hình thang, kết cấu chắc chắn phù hợp với công nghệ chế tạo trong nước. Phần xương của thùng được chế tạo từ thép V50x5 và V40x4 hàn lại với nhau. Để tăng độ cứng vững cho thùng khi chứa rác thì hai bên hông thùng (phần hàn hai gối tựa của thùng vào khung xe) có hàn hai thanh thép định hình dày 6(mm) Còn xung quanh vách thùng và đáy được chế tạo từ tôn không rĩ có khả năng chịu mài mòn và chống rỉ tốt dầy 1,5 (mm). Với việc thiết kế như vậy sẽ làm tăng độ cứng vững cho xe khi vận chuyển rác.

Hình 2.15. Kết cấu thùng chứa rác.

01. Tấm tôn hông.     04: Tấm tôn trước.       06. Lỗ thoát nước.

02. Thanh tăng cứng.  05. Thanh mép thùng.   07. Đinh tán chỏm cầu Ø2.

03. Tai gối thùng.

c. Xác định khối lượng thùng chứa rác:

Trọng lượng của thùng chứa rác được xác định dựa vào trọng lượng của các chi tiết tạo thành.

Công thức tính trọng lượng của thùng chứa rác:

                     G_th= Σ.γ.V_i = Σn.F.L.γ  N.

Trong đó:

         - V_i: Thể tích của thanh hoặc chi tiết cần tính.

         - γ: Trọng lượng riêng, đối với thép: γ_t = 7,85.10⁴  (N/m³).

         - n: Số lượng chi tiết cần tính.

         - F: Diện tích mặt cắt.

         - L: Chiều dài chi tiết.

Từ bản vẽ tính được trọng lượng của các chi tiết thùng chứa rác như sau:

Bảng 2.1: Bảng kê khối lượng vật liệu thùng chứa rác.

d. Xác định khối lượng các mối hàn và chi tiết phụ trong quá trình hàn:

- Khối lượng mối hàn được tính trên cơ sở kích thước mối hàn chồng, hàn giáp mối và hàn điểm. Tổng trọng lượng các mối hàn là:                                                     

                          G_h+p  = 0,4 (kg).

- Khối lượng phụ khác: 

                        G_p = 0,1 (kg).

Do đó trọng lượng thùng chứa rác được là:

                        G_thr = G_vlt +G_p+ G_h+p

                        G_thr = 21,88+0,5 = 22,38 (kg).

e. Kiểm tra bền thùng chứa rác:

Do thùng được thiết kế theo hình thang nên khi thùng chứa rác có xu hướng tải trọng dồn theo hướng xuống đáy thùng. Nên trong quá trình kiểm tra bền của thùng ta chỉ cần tiến hành kiểm tra độ võng của đáy thùng là đủ

- Kiểm tra độ võng của đáy thùng:

Trong quá trình hoạt động do người công nhân gom rác liên tục thu gom rác làm cho thùng chứa rác không có một trọng lượng nhất định. Do đó xãy ra các bài toán khác nhau về lực. Để kiểm nghiệm độ võng của thùng phải kiểm nghiệm tải trọng trong một số trường hợp sau:

+ Tải trọng dàn đều trên xe.

+ Tải trọng nghiêng về một phía (bên phải, bên trái).

+ Tải trọng dồn về một phía (phía trước, phía sau).

Tuy nhiên khi kiểm nghiệm độ võng của thùng trong trường hợp tải trọng tác dụng dàn đều trên xe, để đảm bảo các điều kiện còn lại ta tăng hệ số an toàn lên hai lần (a=2).

Với trọng lượng xe rác đầy tải (G_T+G₀) =179 (kg). Để tăng hệ số an toàn cho xe ta thấy tải trọng tác dụng là:    

                    m = 2.179 =358 (kg).

Suy ra: P = m.g = 358 x10 =3580 (N). (g: Là gia tốc trọng trường lấy: g=10)

 Lấy: P=3500 (N).

Như vậy, mỗi dầm trên thùng sẽ chịu một tải lực tác dụng khi có tải trọng là:

         P₁ =P/2 =3500/2 =1750 (N).

Sơ đồ lực tác dụng lên thùng xe.

Gọi : a: Là chiều dài của thùng tính từ đầu thùng đến cuối thùng.

         b: Là chiều rộng của thùng. 700 (mm).

Hình 2.16. Độ võng thùng khi trọng lực ở giữa thùng.

Từ biểu đồ lực ta thấy khi tải trọng tập trung ở giữa thì thùng có xu hướng bị võng ở giữa rất là lớn. Điều này khi thiết kế cần phải thiết kế hai thanh ở phía dưới đáy thùng nhằm giảm độ võng của thùng khi quá tải.

Cũng từ sơ đồ này ta thấy hai khung đều chịu tác dụng lực như nhau. Phản lực tại gối đớ A, B là 1000 (N).

Hình 2.17. Độ võng thùng khi trọng lực không ở giữa thùng.

Qua biểu đồ thấy, với trường hợp tải trọng đặt lệch trong giới hạn a/3 thì thấy là đổ vọng của thùng ở giữa đã giảm đi rất nhiều. Điều này đồng nghĩa với đáy thùng sẽ đảm bảo điều kiện độ võng khi thùng chứa đầy. Nhưng điều náy không phù hợp vì thùng được thiết kế theo hình thang nên khi chứa rác thì rác có xu hướng đẩy về phía giữa thùng nên vẫn xáy ra điều kiện võng thùng.

Trường hợp này phù hợp với độ võng trên khung xe. Lực tác dụng lên bánh sau lớn hơn hai lần lực tác dụng lên bánh trước do tải trọng nghiêng về phía sau. Lực tác dụng lên bánh sau C là: 1166,67 (N) và bánh trước D là: 583,4 (N).

2.7.2. Khung xe.

Khung xe là bộ phận quan trọng cuả xe, nó có tác dụng tạo cơ sở vững chắc cho xe hoạt động. Xe có đảm bảo ổn định trong quá trình làm việc hay không phụ thuộc rất nhiều về kết cấu của khung xe. Kết cấu của khung xe phải đảm bảo:

- Độ ổn định cho xe làm việc đặc biệt là khi chịu tải trọng lớn.

- Khung xe không quá phức tạp.

- Vật liệu chế tạo không khó và đắt tiền.

a. Xác định kết cấu của khung xe:

Qua việc tính toán thiết kế xe thu gom rác cải tiến cơ sở và việc lựa chọn thùng rác cho xe. Nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất cũng như hiệu quả sử dụng xe thì kết cấu của khung xe được lựa chọn từ vật liệu ống sắt tuýp Ø34 (mm), Ø32 (mm) dày 2 (mm). Dầm dưới và dầm trên được chế tạo từ sắt tuýp Ø34 (mm), Ø32 (mm) dày 2 (mm), được uốn định hình trên máy uốn thủy lực chuyên dùng. Hai dầm ngang của xe được làm từ sắt tuýp Ø34 (mm) dày 2 (mm), đầu dầm được làm biến dạng nhằm làm tăng độ cứng vững cho mối hàn. Hai bên hông khung có hàn hai thanh trụ đứng bằng U65x27x6 là điểm đặt tai gối tựa của thùng .

Ngoài ra khung xe còn được hàn tấm lót đáy thùng và cử đẩy thùng. Nhằm giảm độ võng đáy thùng và thuận lợi khi đẩy thùng ra và đưa thùng vào trong quá trình xử lý rác.

Hình 2.18. Kết cấu phần khung xe.

01. Cổ bánh xe.                05. Cử đẩy thùng.                   08. Chốt ngang.                      

02. Dầm dưới.                   06. Dầm trên.                           09. Dầm ngang.

03. Tay khóa thùng.          07. Trục trước.                        10. Thanh đỡ đáy

04. Thanh trụ đứng đỡ thùng.

c. Xác định khối lượng khung xe:

Tương tự  như trên thì trọng lượng của khung xe được xác định dựa vào trọng lượng của các chi tiết tạo thành.

Công thức tính trọng lượng của khung xe:

                          G_kx= Σ.γ.V_i = Σn.F.L.γ N.

Trong đó:

          - V_i: Thể tích của thanh hoặc ống chi tiết cần tính.

          - γ: Trọng lượng riêng, đối với thép: γ_t = 7,85.10⁴  N/m³.

          - n: Số lượng chi tiết cần tính.

          - F: Diện tích mặt cắt.

         - L: Chiều dài chi tiết.

Từ bản vẽ tính được trọng lượng của các chi tiết khung xe như sau:

Bảng 2.2: Bảng kê khối lượng vật liệu khung xe.

d. Xác định khối lượng các mối hàn và chi tiết phụ trong quá trình hàn khung xe:

- Khối lượng mối hàn được tính trên cơ sở kích thước mối hàn chồng, hàn giáp mối và hàn điểm. Tổng trọng lượng các mối hàn là:                                                      

                         G_h+p  = 0,68 (kg).

- Khối lượng phụ khác: 

                       G_p = 0,2 (kg).

Do đó trọng lượng khung xe được là:

                      G_kx = G_vlk + G_p+ G_h+p

                      G_thr = 26,94+0,88 = 27,82 (kg).

2.7.3. Bộ phận dẫn động của xe (bánh xe).

Bộ phận dẫn động của xe gồm hai bánh xe trước và một bánh xe sau. Theo tính toán trên ta thấy bánh xe trước chịu 80  còn bánh xe sau chịu 20  tải trọng của xe. Chính vì điều này mà việc lựa chọn bộ phận dẫn động của xe là rất quan trọng, lựa chon làm sao mà vừa giảm giá thành sản xuất lại tăng hiệu quả sử dụng xe. Tham khaoe ngoài thực tế cùng với lựa chọn thiết kế xe mà em đã lựa chọn bộ phận dẫn động cho xe là hai bánh trước có đường kính bánh xe 560(mm), còn bánh dẫn hướng có đường kính 250 (mm).

a. Bộ phận dẫn động bánh xe trước:

Hình 2.19. Bánh xe trước.

01.Lốp.   02. Nan hoa.    03. May ơ lắp bi 6206.    04. Vành bánh xe

       -  Lốp xe: Là bộ phận tiếp xúc mặt đường của xe. Lốp xe được làm bằng cao su có khả năng chịu mài mòn cao.

- Nan hoa: Có tác dụng tăng độ cứng vững cho vành xe. Nan hoa được làm bằng thép có độ cứng cáo như C45.

- May ơ: Với thiết kế bánh xe có kahr năng chịu tải trọng thì tại ổ bi của bánh xe được lắp hai vòng bi cầu một dãy 6206 vào mỗi bánh. Đây là loại bi có khả năng chịu tải trọng , tuổi thọ cao và rất thông dụng ngoài thị trường. Với các thông số bi như sau:

- Vành bánh xe: Là bộ phận dùng để lắp lốp xe và cũng là bộ phận chịu tải trọng lớn của xe. Vành xe thường được làm bằng thép C40 có cơ tính tôt và độ cứng cáo.

b. Bộ phận dẫn động bánh xe sau:

Hình 2.20. Bánh xe sau.

01. Lốp.      02. Nan hoa.       03. May ơ lắp bi 6206.      04. Vành bánh xe

Kết cấu bánh xe sau tương tự như bánh xe trước. May ơ được thiết kế dùng lắp hai vòng bi cầu 6205, có các thông số sau:

2.7.4. Bộ phận chống lật của xe.

Qua tính toán kiểm nghiệm xe phần trên ta thấy, khi xe chuyển động đặc biệt là khi có tải trọng thì xe có xu hướng bị lật về phía trước của xe. Trường hợp lật xe là trường hợp cộng hưởng lực giữa thùng xe, lực người đẩy và lực cản của bề mặp nhấp nhô của đường. Trường hợp lực cản của bề mặt nhấp nhô của đường ta có thể bỏ qua vì đây là điều kiện khách quan. Còn trường hợp lực của thùng xe và người đẩy thì cần phải tính toán thiết kế cơ cấu chống lật xe khi xe di chuyển.

Từ tham khảo thực tế và tính toán ở trên, em đã đưa ra cơ cấu chống lật xe như sau:

.

Hình 2.21. Bộ phận chống lật xe.

01.Tay khóa thùng. 02.Tai khóa thùng. 03.Thùng rác. 04.Chốt khóa thùng Ø3.

Từ bản vẽ thiết kế thấy, khi xe ở trạng thái không tải hay có tải thì để chống lực cộng hưởng của thùng xe có xu hướng làm cho xe phân bố tải trong không đều

và lật về phía trước cần có cơ cấu chống lật nhằm làm cho thùng xe và khung xe luôn ở vị trí trạng thái phân bố lực trên xe hợp lý.

Cơ cấu chống lật gồm: tay kháo thùng được bắt giữa thùng rác với khung xe bằng tai kháo, ai khóa được hàn cố định vào khung xe và thùng rác. Khi lắp thùng lên xe để chống lật thì người công nhân sẽ tay khóa bắt lên tai thùng rồi chốt đầu tài thùng lại bằng chốt Ø3.Tay khóa thùng có thể tháo ra và gạt lên gạt xuống được.

2.7.5. Trục bánh xe.

Trục bánh xe là chi tiết cơ sở quan trọng của xe, trục bánh xe chịu tải trọng lớn nhất là trục bánh trước. Vì vậy khí tính toán thiết kế  xe cần lựa chọn phương án trục sao cho hợp lý, vừa chịu tải trọng tốt, vừa dễ dàng khi gia công thiết kế. Với xe làm việc trong điều kiện không khắc nghiệt lắm nên ta lựa chon trục bậc làm trục cho bánh trước và bánh sau.

a. Trục bánh xe trước:

Hình 2.22. Trục bánh trước.

Yêu cầu kỹ thuật:

+  Đảm bảo độ đồng tâm của cổ trục lắp bi không quá 0,025mm.

+ Nhiệt luyện đạt: 30-40HB.

+ Vật liệu: Thép C45.

b. Trục bánh xe sau:

Hình 2.23. Trục bánh sau.

Yêu cầu kỹ thuật:

+  Trục gia công đảm bảo không bị cong vênh.

+ Nhiệt luyện đạt: 30-40HB.

+ Vật liệu: Thép C45.

c. Kiểm tra bền trục trước:

Vì tải trọng của xe phân bố nằm 80% là cầu trước còn 20% nằm ở cầu sau. Nên trong quá trình xe làm việc chịu tải trọng thì cầu trước là điểm nguy hiểm và có hiện tượng hỏng trục của cầu trước. Vì vậy ta cần kiểm tra bền của xe tại cầu trước của xe khi xe chịu trọng lớn nhất (nghĩa là xe đầy tải). Ta có sơ đồ tải trọng lên cầu trước như sau:

Ta có: Σy =V_A+V_B=0. (1)

           ΣM/A = 1/2Pa²-a.V_B =0 (2)

<=> V_A =1/2Pa = 1/2.143,2.946.10³ =67733,6.10³  (1)

         V_B =1/2Pa (2)

Vẽ đồ thị (V):  P_A->B =V_A-Px       (0≤ x≤ a).

Vẽ đồ thị (M):  P_A->B =V_Ax-1/2Px       (0≤ x≤ a).

Tại A: x=0 =>M_(A) =0

Tại B: x=a=>M_(B) =1/2Pa² - 1/2Pa² =0.

M^’_A->B = - Px+V_A =    - Px+1/2 Pa

M^’_A->B = 0 <=>- Px+1/2 Pa =0<=>x =1/2a.

Tại: x=1/2a => M_A->B/x=1/2a =1/2Pa.1/2a -1/2P.1/4.a²

        = 1/8Pa² =1/8.143,2.10³.946² = 16019. 10³ (N/mm) =160,19( N/mm ).

= 175( N/mm ).

Vậy so sánh với gới hạn bền của thép ta thấy trục đảm bảo về điều kiện bền.

2.7.6. Các chi tiết tiêu chuẩn.

Ngoài các chi tiết cơ bản trên, xe còn có các chi tiết tiêu chuẩn như: bu long M28x1,5, bu long M23x1,5, vòng bi lắp bánh xe 6206 và 6205, bạc chặn, đệm vênh, mặt bích.. là các chi tiết có thể mua sẫn có ngoài thị trường.

2.8. Bản vẽ kết cấu xe thu gom rác sau khi cải tiến.

Hình 2.24. Bản vẽ kết cấu xe gom rác cải tiến.

01. Bánh xe sau.                 09. Trụ đỡ thùng.        17. Mép thùng.

02. Càng sau.                     10. Thanh đỡ thùng.    18. Chốt khóa thùng Ø3.

03. Cổ càng sau.                11. Bánh xe trước.       19. Bi đỡ 6206.

04. Trục cổ càng sau.        12. Bi đỡ 6205.              20. Trục trước.

05. Tay khóa thùng.           13. Êcu M28x1,5.         21. Êcu M23x1,5.

06. Khung xe.                    14. Chốt khóa Ø3.         22. Trục sau.

07. Thân thùng xe.             15. Tay gối thùng.         23. Đệm

08. Thanh tăng cứng.         16. Tai khóa thùng.        24. Bạc chặn.

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRÊN PHẦN MỀM AUTODESK INVENTOR

3.1. Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor.

  Autodesk Inventor, được phát triển bởi công ty phần mềm Autodesk _USA, là phần mềm thiết kế 3D cơ khí dạng mô hình khối rắn, phần mềm này dùng để tạo ra nguyên mẫu kỹ thuật số 3D giúp hình dung, thiết kế và mô phỏng các sản phẩm trên môi trường 3D.

Hình 3.1: Giao diện khởi động phần mềm autodesk inventor

 Với phần mềm Autodesk Inventor bạn có thể:

Tạo các bản vẽ phác thảo (sketch) 2D và 3D, vật thể 3D và các bản vẽ sản xuất 2D. Tạo các chi tiết máy (part), những đặc trưng phù hợp và các lắp ráp thứ cấp, tạo các snapshot động học của lắp rắp trong nhiều vị trí khác nhau.

Thay đổi hay điều chỉnh các góc nhìn cùa mô hình lắp ráp bằng cách dùng các yếu tố điều khiển hiển thị.

Quản lý hàng ngàn chi tiết và các mô hình lắp ráp lớn, phức tạp.

Dùng các ứng dụng Third-party, với giao diện chương trình ứng dụng (Application Program Interface-API).

 Dùng VBA để tiếp cận Autodesk Inventor API.Tạo chương trình để tự động các chức năng sao chép.Trên thanh Menu, chọn Programmer Help.

Inventor có thể nhập (Import) các file STEP, SAT, AutoCAD®, Autodesk® Mechanical Desktop®(DWG) để dùng trong Autodesk Inventor. Xuất (Export) các file Autodesk Inventor cho AutoCAD, Mechanical Desktop và các file dạng IGES và STEP.

Cộng tác với nhiều người trong quá trình thiết kế.

Kết nối các công cụ web để tiếp cận các nguồn công nghiệp, các dữ liệu chia sẻ, giao tiếp với các đồng nghiệp khác.

      Dùng hệ thống hỗ trợ thiết kế được tích hợp giúp cho công việc của bạn.

        3.2. Thiết kế mô hình trên Autodesk Inventor.

     3.2.1.Thiết kế các chi tiết của xe rác.

         Với các thông số đã được tính toán trước ta thiết kế được các chi tiết của xe rác như sau:

Hình 3.2: Bánh xe trước

Hình 3.3:  Bánh xe sau

Hình 3.4: Tay khóa thùng

Hình 3.5:  Trục sau

Hình 3.6:  Trục cổ càng sau.

Hình 3.7: Chốt ngang

Hình 3.8: Các chốt giữ cố định.

3.2.2.Thiết kế các chi tiết trong cụm chi tiết

      a. Bản vẽ cụm chi tiết khung  xe:

Hình 3.9:Bản vẽ 2D và 3D cụm chi tiết khung xe rác.

- Cụm chi tiết khung xe rác bao gồm các chi tiết chính như : Trục trước,dầm dưới,dầm trên,dầm ngang,thanh đỡ đáy,cụm chi tiết thanh trục đứng đỡ thùng(gồm các chi tiết mặt bên,thanh uốn và chi tiết trục uốn),cụm chi tiết cổ bánh xe (gồm chi tiết cổ càng sau,khung bản,thanh gia cố,khung bản giữ,thanh chèn cổ càng)

Hình 3.10: Bản vẽ 2d và 3D chi tiết Trục trước

Hình 3.11: Bản vẽ 2d và 3D chi tiết Dầm dưới

Hình 3.12: Bản vẽ 2d và 3D chi tiết Dầm trên

Hình 3.13: Bản vẽ 2d và 3D chi tiết dầm ngang  và thanh đỡ đáy

- Các cụm chi tiết thanh trục đỡ thùng:

:

Hình 3.14: Cụm chi tiết thanh trục đứng đỡ thùng và các chi tiết cấu tạo lên thanh trục đứng đỡ

Hình 3.15: Bản vẽ 2D cụm chi tiết thanh trụ đứng đỡ.

-      Cụm chi tiết cổ bánh xe

Hình 3.16: Cụm chi tiết cổ bánh xe và các chi tiết cấu trong cụm

Hình 3.17:  Bản vẽ 2D cụm chi tiết cổ bánh xe

b. Bản vẽ cụm chi tiết đệm bánh xe sau:

 Gồm các chi tiết đệm cạch,đệm dưới,đệm nắp trên.

Hình 3.18:  Các chi tiết cấu trong cụm chi tiết đệm bánh xe sau

Hình 3.19:  Bản vẽ 2D cụm chi tiết đệm bánh xe sau

c.      Bản vẽ cụm chi tiết thùng xe:

Hình 3.20: Bản vẽ 2D và 3D Cụm chi tiết thùng xe

e. Cụm chi tiết thùng xe:

 Bao gồm các chi tiết như : tấm tôn trước, tấm tôn hông (dùng để tạo thùng),các thanh tăng cứng 1,2,3 (giúp thùng bền hơn khi chất tải) và các tay gối thùng (có 2 tay,mỗi bên 1 tay) và tai khóa thùng  (có 4 tai khóa,mỗi bên 2 tai khóa).Ngoài ra còn có các thanh mép thùng 1,2 giúp mép thùng vững chắc hơn.

Hình 3.21: Các chi tiết cấu tạo lên thùng xe

- Một số chi tiết chính trong cụm chi tiết thùng xe:

Hình 3.22: Tấm tôn trước

Hình 3.23: Tấm tôn hông

Hình3.24:  Tai khóa thùng

Hình 3.25: Tay gối thùng.

3.3  Lắp ráp và mô phỏng mô hình trên Autodesk Inventor

3.3.1. Lắp ráp hoàn thiện thiết kế.

 - Sau khi hoàn thiệt tất cả các chi tiết ta vào môi trường Assembly , tiến hành lắp ráp ràng buộc bằng các lệnh Constrain để lắp ráp các chi tiết thành mô hình hoàn thiện, rồi mô phỏng chuyển động của xe,mô phỏng các thao tác của xe khi chuẩn bị đổ rác vào các xe chuyên dụng chở rác.

Hình 3.26: xe rác cải tiến sau khi thiết kế hoàn thiện

3.3.2. Mô phỏng quá trình thu gom và đổ rác.
Sau khi xe thu gom rác ở các khu phố, các ngõ dân cư xe được đưa ra địa điểm tập kết thu gom và được xe thu gom lớn đổ lấy rác, dưới đây là hình ảnh mô phỏng thu gom rác.

Hình 3.27: Xe rác chất đầy rác.

Hình 3.28: Quá trình trước khi xe đưa đến điểm thu gom rác

Hình 3.29: quá trình thu gom

Hình 3.30: quá trính sau khi hoàn tất thu gom rác.

CHƯƠNG 4:  QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO XE THU GOM RÁC CẢI TIẾN

4. 1. Chế tạo thùng chứa rác của xe.

4.1.1. Nhiệm vụ.

- Thùng rác có nhiệm vụ chứa rác cho xe trong quá trình thực hiện thu gom rác.

- Thùng rác là bộ phộ cơ sở để lắp các chi tiết khác như: tai khóa, chốt khóa, tai gối tựa.

4.1.2. Kết cấu.

Từ bản vẽ thiết kế ta thấy thùng rác có kết cấu tương đối đơn giản, phù hợp cho việc sản xuất trong các xưởng cơ khí trong nước.

Hình 4.1. Bản vẽ kết cấu thùng rác.

Thùng rác được tạo thành từ 7 chi tiết cơ sở đó là:

- Hai chi tiết tấm tôn hông được làm bằng tôn mạ kẽm dày 1(mm).

- Một tấm tôn trước cũng được làm từ tôn mạ kẽm dày 1(mm). Chi tiết được uốn định hình trước khi đưa vào hàn ghép thùng.

- Hai thanh tăng cứng bằng thép dẹt dày 6mm được hàn và ghép chặt bằng đinh tán ở hai bên hông của thùng.

- Hai tai gối thùng được hàn vào hai thanh tăng cứng ở hai bên hông của thùng. Hai tai gối này chịu tải trọng cả thùng.

- Bốn thanh mép thùng được làm bằng V50x5 có tác dụng tạo cho thùng vững chắc trong quá trình thu gom rác.

- Bốn lỗ thoát nước Ø16 ở đáy thùng có tác dụng làm cho nước ở trong thùng không bị đọng lại trong quá trình thu gom rác.

- Đinh tán chỏm cầu Ø2 có tác dụng tạo mối ghép vững chắc cho thùng.

4.1.3. Vật liệu.

Vật liệu chế tạo thùng xe thu gom rác chủ yếu là tôn mạ kẽm dày 1(mm). Ngoài ra còn có vật liệu thép định hình được làm khung xương của thùng nhằm tăng độ cứng vững và tuổi thọ cho thùng.

4.1.4. Quy trình công nghệ chế tạo thùng chứa rác.

Qua việc nghiên cứ về kết cấu của thùng chứa rác của xe ta thấy, thùng rác được chế tạo từ các chi tiết cơ bản ghép thành bằng các mối ghép đinh tán hoặc hàn. Vì vậy việc thiết kế quy trình công nghệ chế tạo thùng rác đồng nghĩa với việc chế tạo gia công các chi tiết cơ bản của thùng rác. Sau đó ghép lại thành thùng chứa rác bằng các mối ghép đinh tán hoặc hàn.

a. Tạo phôi:

- Đối với áo thùng:  được lấy từ tôn mạ kép dày 1(mm), được cắt trên máy thủy lực.

- Đối với phần xương thùng:  được lấy từ thép V5 và thép dẹt dày 6 (mm).

Hình 4.2. Tấm tôn trước.

Hình 4.3. Tấm tôn sau.

Hình 4.4. Thanh tăng cứng.

Hình 4.5. Thanh mép thùng.

Hình 4.6. Tai thùng (2,5:1).

b. Dập tạo biên dạng tôn tấp sau:

- Sơ đồ:

Hình 4.7. Dập vuốt.

- Phân tích:

Chi tiết được dập vuốt trên máy ép thủy lực với đồ gá chuyên dùng. Chi tiết dập có biên dạng gần giống chi tiết cần gia công.

c. Hàn gá áo thùng:

- Sơ đồ:

- Phân tích:

Sau khi tấp trước được dập vuốt ta tiến hành gá mép thùng. Đặt tấm tôn sau, sau khi đã được dập vuốt theo biên dạng lên mặp phẳng. Lần lượt lấy hai tâm tôn sau hàn gá vào hai mặt.

Lưu ý trong quá trình hàn gá chi tiết tôn không được thủng, mối hàn phải ngấu và đủ chắc.

d. Hàn khung thanh mép thùng:

- Sơ đồ:

- Phân tích:

Hàn 4 thanh mép thùng lại với nhau. Các góc hàn tạo nhau góc 90˚ và mối hàn tại góc phải đủ độ ngấu, không bị cong vênh.

e. Tạo thùng:

- Sơ đồ:

- Phân tích:

+ Bước 1: Ghép thanh mép thùng vào áo thùng bằng mối hàn đính.

+ Bước 2: Ghép hai thanh tăng cứng vào hai bên hông thùng bằng mối hàn đính.

+ Bước 3: Khoan các lỗ Ø2,5 và ghép đinh tán vào mép thùng, vào hông thùng.

f. Hàn tai gối thùng vào thanh tăng cứng:

- Sơ đồ:

- Phân tích:

Tai gối thùng Ø34 được hàn váo hai thanh tăng cứng ở hai phía hông thùng. Trong quá trình hàn hai gối thùng phải đảm bảo độ đồng tâm gới hạn sai lệch cho phép không quá 0,2 (mm). Vì tại hai vị trí của gối thùng chịu lực lớn nên trong quá trình hàn phải đảm bảo độ ngấu, mối hàn không bị ngậm rỉ và bề rộng mối hàn đảm bảo 2 (mm).

g. Kiểm tra thùng:

- Sơ đồ:

- Phân tích:

+ Kiểm tra các mối hàn và đinh tán: Các mối hàn ghép phải đảm bảo độ ngấu và không bị ngậm rỉ. Đinh tán dùng để bắt giữa các thanh với áo thùng không bị đứt ngậm và đứt mũ.

+ Kiểm tra độ đồng tâm của hai tai gối: Gá thùng trên hai gối V có gắn đồng hồ so. Ta kiểm tra nếu thấy trị số đồng hồ hai bên có tri số sai lêch trong giới hạn cho phép thì thùng đảm bảo yêu cầu và ngược lại.

4.2. Chế tạo trục trước của xe.

4.2.1. Nhiệm vụ.

Trục là bộ phận quan trọng của xe, chịu tải trọng của xe khi hoạt động. Theo thiết kế cải tiến thì trục bánh trước của xe chịu tải trọng 80  tải trọng của xe khi xe hoạt động, điều này cũng đồng nghĩa với việc nhằm lợi về lực cho người sử dụng xe. Vì vậy khí tính toán thiết kế trục trước của xe phải đảm bảo về mặt cơ tính, về khả năng chịu tải trọng của trục.

4.2.2. Kết cấu.

Hình 4.8. Bản vẽ kết cấu trục bánh trước.

 Từ bản vẽ thấy kế cấu trục tương đối đơn giản. Hai đầu là hai cổ trục gối bi và đầu ngoài là ren.

4.2.3. Vật liệu.

Căn cứ vào điều kiện làm việc, chức năng của xe và kết cấu trục ta chọn vật liệu chế tạo trục là: thép C45. Đây là loại vật liệu cơ cơ tính tương đối tốt và chịu được tải trọng, gới hạn bền uốn và bền kéo.

4.2.4. Quy trình công nghệ chế tạo trục trước.

Từ bản vẽ chế tạo thấy, kết cấu trục tương đối đơn giản nên rất thuận cho việc gia công trục. Căn cứ vào chương gia công các chi tiết điến hình của chi tiết dạng trục (Công nghệ chế tạo máy-GS.TS Trần Văn Địch) ta lập được quy trình công nghệ gia công trục trước như sau.

a. Tạo phôi:

- Sơ đồ:

- Yêu cầu:

+ Phôi không bị cong vênh biến dạng.

+ Bề mặt phôi không bị nứt rỗ quá lớn và lượng dư phân bố đều trên bề mặt.

+ Với vật liệu: Thép C45.

b. Khỏa mặt và khoan tâm:

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

+ Định vị: Chi tiết đực định vị trên mâm cặp ba chấu máy tiện.

+ Chọn máy: Tra bảng 9-3 sách (STCNCTM T3) ta chọn máy tiện ren vít vạn năng T616 do nhà máy Cơ khí Hà nội sản xuất.

+ Kích thước gia công: 1065 (mm) và khoan tâm Ø3 (mm).

+ Đồ gá gia công: Đồ gá tiện chuyên dùng.

+ Chọn dao: Dao tiện: T15K6 16 x25 x45^o_II 6743 –53 (TL 10/313 ), và mũi khoan tâm có d=3 mm.

+Dụng cụ đo: Thước cặp 1/10-1/20, thước panme.

    + Dung dịch tưới nguội:  Dùng dung dịch tưới nguội Emunxi (TL5/53).

c. Tiện cổ trục Ø30+0,03 và tiện ren M28 đầu A:

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

+ Định vị: Chi tiết đựơc định vị trên mâm cặp ba chấu máy tiện.

+ Chọn máy: Tra bảng 9-3 sách (STCNCTM T3) ta chọn máy tiện ren vít vạn năng T616 do nhà máy Cơ khí Hà nội sản xuất.

+ Kích thước gia công: Tiện Ø30 (mm), M28.

+ Đồ gá gia công: Đồ gá tiện chuyên dùng.

+ Chọn dao: Dao tiện: T15K6 16 x25 x45^{o _}II 6743 –53 (TL 10/313 ), dao tiện ren T15K6 16 x25 x30^{o _}II 6743 –54 (TL 10/313 )

+ Dụng cụ đo: Thước cặp 1/10-1/20, thước panme và dưỡng đo ren.

      + Dung dịch tưới nguội:  Dùng dung dịch tưới nguội Emunxi (TL5/53).

d. Tiện cổ trục Ø30+0,03 và tiện ren M28 đầu B :

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

+ Định vị: Chi tiết đựơc định vị trên hai mũi tâm có cặp tốc. Để tăng độ cứng vững ta dùng luynet gá phía giữa trục.

+ Chọn máy: Tra bảng 9-3 sách (STCNCTM T3) ta chọn máy tiện ren vít vạn năng T616 do nhà máy Cơ khí Hà nội sản xuất.

+ Kích thước gia công: Tiện Ø30, M28.

+ Đồ gá gia công: Đồ gá tiện chuyên dùng.

+ Chọn dao: Dao tiện: T15K6 16 x25 x45^{o _}II 6743 –53 (TL 10/313 ), dao tiện ren T15K6 16 x25 x30^{o _}II 6743 –54 (TL 10/313 )

+ Dụng cụ đo: Thước cặp 1/10-1/20, thước panme và dưỡng đo ren.

      + Dung dịch tưới nguội: Dùng dung dịch tưới nguội Emunxi (TL5/53).

e. Kiểm tra :

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

Để kiểm tra độ đồng tâm giữa hai cổ trục Ø30 ta tiến hành gá chi tiết trên hai mũi tâm xoay. Ở mỗi đầu có gấn đồng hồ so chỉ vào cổ trục cần kiểm tra, ta tiến hành quay chi tiết. Nếu trị số trên hai đồng hồ sai lệch trong giới hạn cho phép thì ta kết luận trục đảm bảo yêu cầu, và ngược lại.

4.3. Chế tạo trục sau của xe.

4.3.1.Nhiệm vụ.

Trục sau có nhiệm vụ để lắp bánh xe sau-bánh xe dẫn hướng. Theo tính toán thiết kế thì trục sau cu axe chịu tải trọng là 20% trọng lượng xe.

4.3.2. Kết cấu.

Hình 4.9. Bản vẽ kết cấu trục bánh sau.

Nhìn bản vẽ thấy, trục có kết cấu tương đối đơn giản. Hai đầu bên là ren và cổ

 trục lắp bi ở giữa. Với kết cấu này rất thuận lợi cho việc gia công trên các may công cụ bình thường.

4.3.3. Vật liệu.

Cũng như trục bánh trước, trục bánh xe sau được chế tạo từ vật liệu thép C45.

4.3.4. Quy trình công nghệ chế tạo trục sau của xe.

a. Tạo phôi:

- Sơ đồ:

- Yêu cầu:

+ Phôi không bị cong vênh biến dạng.

+ Bề mặt phôi không bị nứt rỗ quá lớn và lượng dư phân bố đều trên bề mặt.

b. Khỏa mặt và khoan tâm:

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

+ Định vị: Chi tiết đực định vị trên mâm cặp ba chấu máy tiện.

+ Chọn máy: Tra bảng 9-3 sách (STCNCTM T3) ta chọn máy tiện ren vít vạn năng T616 do nhà máy Cơ khí Hà nội sản xuất.

+ Kích thước gia công: 157 (mm) và khoan tâm Ø3.

+ Đồ gá gia công: Đồ gá tiện chuyên dùng.

+ Chọn dao: Dao tiện: T15K6 16 x25 x45^{o _}II 6743 –53 (TL 10/313 ), và mũi khoan tâm có d=3 (mm).

+ Dụng cụ đo: Thước cặp 1/10-1/20, thước panme.

      + Dung dịch tưới nguội:  Dùng dung dịch tưới nguội Emunxi (TL5/53).

c. Tiện Ø30 và ren M23 mặt A:

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

+ Định vị: Chi tiết đựơc định vị trên mâm cặp ba chấu máy tiện với một đầu chống tâm.

+ Chọn máy: Tra bảng 9-3 sách (STCNCTM T3) ta chọn máy tiện ren vít vạn năng T616 do nhà máy Cơ khí Hà nội sản xuất.

+ Kích thước gia công: Tiện Ø25, M23.

+ Đồ gá gia công: Đồ gá tiện chuyên dùng.

+ Chọn dao: Dao tiện: T15K6 16 x25 x45^{o _}II 6743 –53 (TL 10/313 ), dao tiện ren T15K6 16 x25 x30^{o _}II 6743 –54 (TL 10/313 )

+ Dụng cụ đo: Thước cặp 1/10-1/20, thước panme và dưỡng đo ren.

      + Dung dịch tưới nguội:  Dùng dung dịch tưới nguội Emunxi (TL5/53).

d. Tiện ren M23 mặt B:

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

+ Định vị: Chi tiết đựơc định vị trên hai mũi tâm có cặp tốc.

+ Chọn máy: Tra bảng 9-3 sách (STCNCTM T3) ta chọn máy tiện ren vít vạn năng T616 do nhà máy Cơ khí Hà nội sản xuất.

+ Kích thước gia công: Tiện ren M23.

+ Đồ gá gia công: Đồ gá tiện chuyên dùng.

+ Chọn dao: Dao tiện: T15K6 16 x25 x45^{o _}II 6743 –53 (TL 10/313 ), dao tiện ren T15K6 16 x25 x30^{o _}II 6743 –54 (TL 10/313 )

+ Dụng cụ đo: Thước cặp 1/10-1/20, thước panme và dưỡng đo ren.

      + Dung dịch tưới nguội: Dùng dung dịch tưới nguội Emunxi (TL5/53).

e. Kiểm tra:

- Sơ đồ:

-  Phân tích:

+ Hai đầu ren của trục không bị hỏng ren và vặn phải nhẹ.

+ Đảm bảo dung sai +0,03 (mm) tại cổ trục Ø25.

4.4. Khung xe.

4.4.1. Nhiệm vụ.

Khung xe là phần quan trọng của xe có nhiệm vụ đảm bảo độ cứng vững cho xe khi làm việc. Phần khung xe là phần chịu tải trọng lớn nên để đảm bảo độ bền, tăng tuổi thọ sử dụng xe thì cần lựa chọn vật liệu cũng như kết cấu khung xe sao cho hợp lý và tối ưu.

4.4.2. Kết cấu.

Hình 4.10. Bản vẽ kết cấu khung xe.

Qua bản vẽ kết cấu khung xe ta thấy, phần khung xe bao gồm các chi tiết cơ bản  được liên kết với nhau bằng mối hàn vững chắc. Các chi tiết đó là:

- Cổ trục bánh xe: Được chế tạo từ thép tấm C40 và thép ống dầy 4(mm).

- Hai dầm dưới thành bên: Được chế tạo từ thép không rỉ tuýp Ø34 dầy 2(mm).

- Hai tay khóa thùng: Được chế tạo từ thép CT3.

- Hai thanh trụ đứng đỡ thùng: Hai thanh trụ đứng đỡ thùng có tác dụng đỡ toàn bộ trọng lượng của thùng khi có tải hoặc không có tải. Vì vậy hai thanh trụ đứng đỡ thùng được làm từ vật liệu sắt U65x27x6, là loại vật liệu có độ cứng vững cao.

- Cử đẩy thùng: Được chế tạo từ vật liệu thép C40.

- Dầm trên của khung xe: Được chế tạo từ vật liệu ống thép không rỉ tuýp Ø32 dầy 2(mm).

- Trực trước: Trục trước là phần chịu tải trọng lớn của xe nên được lựa chọn vật liệu là thép C45. Đây là loại vật liệu có cơ tính tốt nên rất phù hợp cho việc chế tạo các chi tiết dạng trục.

- Chốt ngang: Được chế tạo từ vật liệu thép C40.

- Dầm ngang: Được lựa chọn vật liệu là thép ống tuýp Ø32 dầy 2(mm).

- Thanh đỡ đáy: Được làm từ thép tấm CT3.

4.4.3. Vật liệu.

Qua phân tích trên ta thấy, vật liệu được lựa chọn làm khung xe chủ yếu là ống thép tuýp Ø34 có độ dày 2 (mm). Đây là loại vật liệu có cơ tính tương đối tốt, giá thành hợp lý và thuận tiện trong quá trình sử dụng công nghệ để sản xuất khung xe. Hai thanh trụ đứng đỡ thùng được làm bằng U sấn 65x27x6, trục trước làm bằng thép C45 và các chi tiết khác được làm bằng thép C40 hoặc thép tấm CT3.

4.5. Tính toán các thông số chế độ hàn.

    Chế độ hàn là tổng hợp các thông số cơ bản của quá trình hàn để nhận được mối hàn có hình dáng, kích thước và chất lượng như mong muốn. Các thông số cơ bản của phương pháp hàn hồ quang tay gồm: đường kính que hàn, dòng điện hàn, điện áp hàn, vận tốc hàn, số lớp hàn và năng lượng đường.

4.5.1. Đường kính que hàn.

    Đường kính que hàn là thông số chủ yếu của chế độ hàn vì nó có tính quyết định đến các thông số khác.

Để lựa chọn đường kính que hàn ta căn cứ vào:      

- Căn cứ vào chiều dày chi tiết, chi tiết càng lớn thì tiết diện kim loại đắp càng lớn nên đường kính que hàn cũng phải lớn để đảm bảo năng suất nhưng để đảm bảo an toàn quy định đường kính que hàn không lớn hơn 6 (mm).

+ Với mối hàn giáp mối:   

 S: Chiều dày chi tiết.

+ Với mối hàn góc:

          K: cạnh mối hàn

- Đối với mối hàn nhiều lớp ta lựa chọn que hàn như sau:

+ Lớp thứ nhất chọn que hàn có đường kính d_q≤3 mm để có sự tạo dáng tốt cho đường hàn.

+ Lớp hàn thứ hai trở đi ta sử dụng que hàn có đường kính d_q=(4÷5) mm để tăng năng suất.

    Vì đường kính que hàn tỉ lệ với cường độ dòng điện nên theo quy định không sử dụng que hàn có đường kính lớn hơn 6 mm để đảm bảo an toàn cho người thợ.

4.5.2. Cường độ dòng điện hàn.

    Cường độ dòng hàn là thông số quan trọng của chế độ hàn vì nó ảnh hưởng tới hình dáng, kích thước và chất lượng mối hàn. Đối với chế độ hàn thì I_h được xác định trong phạm vi nhất định, do đó khi hàn không được điều chỉnh I_h quá giá trị cho phép nếu không sẽ không đảm bảo về chất lượng. Dòng hàn quá lớn dễ gây nứt mối hàn, cháy thủng còn quá nhỏ sẽ gây không ngấu, lẫn xỉ.

     Cường độ I_h được tính theo công thức:

                    I_h=(β+α.d_q).d_q

               Trong đó:        β=20, α=6. 

Công thức trên chỉ áp dụng đối với hàn bằng giáp mối. Để giảm bớt lượng kim loại nóng chảy, tạo điều kiện cho sự hình thành mối hàn được tốt khi hàn các mối hàn trong không gian sau khi tính toán ta hiệu chỉnh như sau:

- Nếu vật hàn có chiều dày S>3d hay vị trí hàn góc I_h tăng lên (10÷15)% để đảm bảo độ ngấu.

- Nếu vật hàn mỏng S<1,5d hay ở vị trí hàn đứng I_h giảm xuống (10÷15)% để hạn chế cháy thủng và chảy xệ mối hàn.

- Khi hàn ở vị trí hàn ngang hoặc hàn trần I_h giảm xuống (15÷20)% để kim loại không bị loãng quá ít bắn toé đảm bảo an toàn cho công nhân lao động.

4.5.3.1. Điện áp hàn.

    Khi hàn hồ quang tay điện áp hàn phụ thuộc vào chiều dài cột hồ quang và tính chất của que hàn nhưng trị số của chúng thay đổi trong phạm vi hẹp.

    Áp dụng công thức mục 1.5.3 trang 16 sách Công nghệ Hàn của Trường Đại Học Sao Đỏ, ta có:

                                             U_h=a+b.l_hq

Trong đó:

         - L_hq là chiều dài cột hồ quang.

        - a: Hệ số đặc trưng cho sự giảm điện áp trên que hàn và phụ thuộc vào vật liệu hàn: a=(18÷20) (V).

        - b: Hệ số đặc trưng cho sự giảm điện áp trên 1mm chiều dài hồ quang

   và b=(2÷2,5)  (V/mm).

Mặt khác: L_hq= d_q. Đối với que hàn thép ta chọn: Chọn a= 18 (V).                                             U_h1=18+2,5.2,5=24,25 (V)=> Chọn U_hl= 25 (V).

Vậy ta chọn U_h=25 V cho cả 2 lớp hàn.

3.5.3.2. Số lớp hàn.

    Trên thực tế, đường kính que hàn không vượt quá 6mm nên đối với các vật hàn có chiều dày lớn, để đảm bảo độ ngấu người ta tiến hành hàn nhiều lớp.      

Khi xác định số lớp cần hàn, phải biết diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp.

Đối với chi tiết có chiều dày S 6 mm thì phải vát mép để đảm bảo độ ngấu.

Do đường kính que hàn chỉ cho phép sử dụng trong phạm vi nhất định.

Số lớp hàn được tính theo công thức sau đây:

                              n= -1 (lớp).     

Trong đó:

 - n: Số lớp hàn.          

       - F_d: Là diện tích tiết diện ngang kim loại mối hàn.

a. Mối hàn giáp mối:

Được tính theo công thức:

Trong đó:

-  là diện tích tiết diện ngang mối hàn được chia nhỏ ra để tính rồi cộng lại với nhau

             Hoặc : F_d = .B.S   (mm²)

Trong đó:

        + B: Bề rộng mối hàn.

         + S: Chiều dày vật hàn.

b. Mối hàn góc:

   Được tính theo công thức:

Trong đó:

 -  là diện tích tiết diện ngang mối hàn được chia nho ra để tính rồi cộng lại với nhau.

Hoặc : F_d = .K^2s.K_y   (mm²).

Trong đó:

         + K: Kích thước cạnh mối hàn góc.

                + K_y: Hệ số tính đến khe hở và phần lồi mối hàn :K_y = (1,1÷1,5 )

c. Mối hàn ngang:

Trên thực tế diện tích tiết diện ngang lớn nhất của một lớp hàn không vượt quá 30÷45 mm². Để có được sự tạo dáng tối ưu cho mối hàn thì diện tích tiết diện ngang của lớp hàn thứ nhất F₁ là:

                 F₁ =(6÷8).d ≤ 35 mm².

Trong đó:

        - F₁: Tiết diện đắp lớp 1  (mm²).

        - d: Là đ ường kính que hàn (mm).

Lớp hàn đầu tiên thường lấy que hàn có đường kính nhỏ hơn: 3÷4 mm

Các lớp hàn tiếp theo (thường lấy que hàn có đường kính từ: 4÷5 mm ). Có thể lấy bằng nhau và bằng F_n ta có công thức sau:

             F_n= ( 8÷12 ).d ≤ 45 mm².

Trong đó:

+ F_n: Là tiết diện đắp lớp thứ n (mm²).

+ d: Đường kinh que hàn (mm).

3.5.3.3. Tốc độ hàn:

    Khi hàn hồ quang tay diện tích tiết diện ngang quyết định tới vận tốc của que hàn..

Vận tốc cũng ảnh hưởng lớn đến mối hàn như vận tốc lớn thì mối hàn nhỏ không ngấu, hay bị rỗ xỉ. Vận tốc nhỏ thì mối hàn có thể cháy thủng kim loại mối hàn to hoặc gồ cao.

Do đó việc xác định vận tốc hàn hợp lý  là điều rất quan trọng và cần thiết đảm bảo nhận được mối hàn đúng với yêu cầu kỹ thuật.

Vận tốc hàn được tính theo công thức sau:

                  =  (cm/s).

Trong đó:

       - L:  Là chiều dài mối hàn (cm).

       - T: Là thời gian hàn (s).

Hoặc vận tốc hàn tính theo công thức:

                 V_h=  (cm/s).    

Trong đó:

        - ɑ_d: Hệ số đắp kim loại nóng chảy: α_d = 8÷12 (g/A.h).  Lấy α_d=10 (g/A.h)

        - γ : Khối lượng riêng của kim loại: γ=7,85 (g/cm³).

        - I_h: Dòng điện hàn (A).

        - F_d: Diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp. Khi hàn nhiều lớp:

                 F_d ≤ 40 (mm²)..

3.5.3.4. Năng lượng đường:

Năng lượng đường là tỉ số nhiệt hiệu dụng của hồ quang q và tốc độ hàn V_h  (tốc độ dịch chuyển của hồ quang). Đây là một đại lượng quan trọng của chế độ

hàn để đánh giá chu trình nhiệt hàn đối với kim loại cơ bản và kim loại đắp.

    Khi hàn mối hàn một lớp hay nhiều lớp bằng điện cực nóng chảy tiết diện ngang như nhau thì năng lượng đường q_d tỷ lệ với tiết diện ngang của lớp đắp đó vì:

    Theo công thức (1-13) trang 22 sách giáo khoa Lý thuyết Hàn.

                     G_d = α_d.I_h.t₀  (g).

    Nhưng cũng có thể tính theo công thức:

                      G_d = γ.L.F_d (công thức 1-16 trang 22 SGK lý thuyết hàn)

Trong đó:

    - γ: Khối lượng riêng của kim loại đắp (g/cm³):  γ= 7,85 (g/cm³).

    - L: Chiều dài mối hàn (cm).

    - F_d: Diện tích tiết diện ngang của lớp kim loại đắp (cm²).

    Tốc độ hàn có thể tính như sau:

                    V_k =         

    (Công thức 1-17 trang 23 SGK lý thuyết Hàn Trường Đại Học Sao Đỏ)

Thay (1-17) vào (1-16) ta có:

                G_d.Vh = α_d.L.F_d  hay                  

Từ đó ta có năng lượng đường:

                 q_d =                    

Trong đó:

+  q_d: Năng lượng đường.

+ q: Công suất hiệu dụng của hồ quang hàn.

+ V_h: Vận tốc hàn (cm/s).

+ U_h: Điện áp hàn (V).

      + η : Hệ số hữu ích của hồ quang hàn: Lấy η=0,80.

Trong hàn hồ quang tay năng lượng đường thường tính theo công thức:

             q_d=150.F_d  (cal/cm.)

 Công thức (1-18) trang 23 giáo trình Lý thuyết Hàn Trường Đại Học Sao Đỏ.

3.5.4. Đề xuất phê chuẩn và lựa chọn các thiết bị hàn phù hợp.

       Hiện nay có rất nhiều thiết bị hàn, đối với kết cấu được giao có chiều dài mối hàn ngắn và trung bình. Căn cứ vào điều kiện sản xuất thực tế ta lựa chọn phương pháp hàn hồ quang tay.Yêu cầu đối với thiết bị hàn hồ quang tay là:

   -  Điện áp hàn từ: 15÷30V. Điện áp không tải ≤80V để đảm bảo an toàn cho người thợ khi làm việc.

Hàn hồ quang tay với que hàn có vỏ bọc (MMA) là phương pháp hàn hồ quang sử dụng nhiệt của hồ quang được sinh ra giữa điện cực que và kim loại hàn cơ bản. Nhiệm vụ của vỏ thuốc bọc là ổn định hồ quang và bảo vệ vùng hàn không cho không khí xâm nhập. Ngày nay để tăng năng xuất hàn vỏ thuốc còn có bột sắt để khi nóng chảy cùng với lõi que đắp lên mối hàn. Phương pháp này không sử dụng áp lực, và kim loại điền đầy thu được từ điện cực que, với những ưu điểm vượt trội phương pháp hàn này đã phát triển rất nhanh thay thế hàn hồ quang kim loại trần (không có vỏ thuốc bảo vệ ) của kỹ thuật hàn cổ xưa.  

KẾT LUẬN

   Qua thời gian thực hiện nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp, được sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa công nghệ cơ khí, trực tiếp là thầy:…………….. đến nay đồ án của em đã hoàn thành.
Thông qua việc thực hiện đồ án em đã biết tổng hợp các kiến thức đã được học trong nhà trường để giải quyết một công việc cụ thể, đó là đã “Nghiên cứu tính toán và thiết kế chế tọa xe thu gom rác cải tiến ở khu dân cư” hoàn thành.
   Trong quãng thời gian làm đồ án này, mặc dù đã hoàn thành nhưng do thời gian và kiến thức hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa có nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy cho ý kiến chỉ bảo để dồ án của em được hoàn thiện hơn, và bổ trợ tốt hơn cho chúng em trong công việc sau này.
   Đồ án này hoàn thành được là nhờ sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn:……………….  cùng các thầy trong khoa trong quá tình làm đồ án cũng như quá trinh học tập.

    Em xin chân thành cảm ơn.

                                                                            ……ngày….tháng… năm 20..

                                                                              Sinh viên thực hiện

                                                                              ………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Cơ sở thiết kê máy và chi tiết máy (Trịnh Chất-Nhà xuất bản KHKT 2007).

2. Chi tiết máy Tập 1 và Tập 2 (Nguyễn Trọng Hiệp-Nhà xuất bản giáo dục Việt nam 2009).

3. Công nghệ chế tạo máy (GS.TS Trần Văn Địch- Nhà Xuất bản khoa hoạc và kỹ thuật 2012).

4. Công nghệ hàn - Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ 2007

5 .Vật Liệu hàn - Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ 2007

6. Sức bền Vật Liệu - Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ 2007

7. Cẩm nang hàn - Hoàng Tùng - Nguyễn Thúc Hà - Ngô Lê Thông-Chu Văn Khang - NXB- KH - KT Hà Nội

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"