MỤC LỤC

Mục lục

Đặt vấn đề 

Chương 1. Tìm hiểu các văn bản pháp quy có liên quan đến việc thiết kế xe

Chương 2. Tính toán thiết kế xe chở bồn trộn bê tông

2.1. Giới thiệu xe cơ sở - xe Краз 256Б

2.2. Tính toán thiết kế 

2.2.1. Bố trí chung

2.2.2. Cụm bồn trộn bê tông

2.2.3 . Xác định trọng lượng các cụm

2.2.4. Xác định tọa độ trọng tâm, phân bố trọng lượng

2.2.5. Các nội dung tính toán, kiểm tra

Chương 3. Xây dựng phần mềm trợ giúp thiết kế và ứng dụng tính toán cho một xe cụ thể

3.1. Mục đích

3.2. Chương trình trợ giúp tính toán thiết kế

3.2.1. Cấu trúc chương trình

3.2.2. Cơ sở thuật toán 

3.2.3. Sơ đồ trình tự tính toán của chương trình

3.3. Ngôn ngữ lập trình

3.4. Ứng dụng cho xe thiết kế

3.5. Phạm vi ứng dụng của chương trình

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, đất nước ta đang trên tiến trình hội nhập với nền kinh tế thế giới, cần xây dựng nhiều công trình, cơ sở hạ tầng, ... nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế. Đối với ngành xây dựng hiện đại, nhu cầu về vật liệu bê tông là rất lớn. Để đáp ứng nhu cầu vận chuyển bê tông cho các công trình, chúng ta đã nhập hàng loạt xe bồn chở bê tông chuyên dụng của nước ngoài. Nhìn chung, các xe bồn chở bê tông nhập của nước ngoài hoạt động tương đối tốt, ổn định nhưng có giá thành khá cao.

Hiện nay, số lượng xe vận tải các loại, đặc biệt là xe do Liên Xô cũ sản xuất khá nhiều nhưng các xe này đều là xe vận tải nhiều công dụng, không thể dùng để vận chuyển bê tông được. Như chúng ta đã biết, các xe do Liên Xô cũ sản xuất có một số đặc điểm quan trọng là: hệ số dự trữ rất lớn, kết cấu rất bền vững, đặc biệt là cơ cấu khung, vỏ,... Ngoài ra, quá trình khai thác cho thấy các xe vận tải do Liên Xô sản xuất này đều hoạt động tốt trong điều kiện địa hình, thời tiết, khí hậu Việt Nam.

Để giải quyết vấn đề kinh tế mà vẫn phải đảm bảo tính năng của phương tiện, vấn đề nghiên cứu thiết kế, cải tiến các xe vận tải cũ thành xe chuyên dụng vận chuyển bê tông đã được đặt ra và trở thành vấn đề cấp thiết. Vấn đề thiết kế, cải tiến xe vận tải thông thường thành xe chuyên dụng là một vấn đề lớn, phức tạp. Trong đó, việc thiết kế bố trí chung đóng vai trò quyết định đến khả năng làm việc của phương tiện sau khi đã thiết kế, cải tiến. Xuất phát từ thực tiễn như trên, được sự hướng dẫn của thầy giáo, tôi đã chọn đề tài:

“Thiết kế bố trí chung xe chở bồn trộn bê tông có sự trợ giúp của máy tính”

Nội dung đề tài này gồm các phần chính sau:

Đặt vấn đề

Chương I: Tìm hiểu các văn bản pháp quy liên quan đến việc thiết kế ôtô.

Chương II: Thiết kế bố trí chung

Chương III: Xây dựng phần mềm trợ giúp thiết kế và ứng dụng tính toán cho một xe cụ thể

Kết luận

Xin chân thành cám ơn PGS.TS …………… khoa Động lực - đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn để tôi có thể hoàn thành được đề tài này.

                                                             Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 20….

                                                           Học viên thực hiện

                                                            ………………

CHƯƠNG 1

TÌM HIỂU CÁC VĂN BẢN PHÁP QUY LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC THIẾT KẾ XE

1.1 DANH MỤC CÁC VĂN BẢN PHÁP QUY CÓ LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC THIẾT KẾ XE:

1.1.1 Quyết định số 4134/2001/QĐ-BGTVT của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải, ban hành ngày 05 tháng 12 năm 2001: ban hành “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện giao thông cơ giới đường bộ”. Số đăng ký: 22 TCVN 224 - 01.

1.1.2 Quyết định số 1362/2000/QĐ-BGTVT của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải, ban hành ngày 29 tháng 05 năm 2000: “Quy định về việc cải tạo phương tiện cơ giới đường bộ”.

1.1.7 Quyết định số 152/2001/ĐK của Cục trưởng Cục Đăng kiểm, ban hành ngày 14 tháng 12 năm 2001, “Quy định kiểm định an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường đối với phương tiện giao thông cơ giơi đương bộ”.

1.1.8 Quyết định số 1397/1999/QĐ-BGTVT, của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải, công bố đối tượng và mức bắt buộc áp dụng TCVN về môi trường đối với các phương tiện giao thông đường bộ.

1.1.9 Quyết định số 4331/2002/QĐ-BGTVT của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải, ban hành ngày 24 tháng 12 năm 2002, về việc sửa đổi bổ sung tiêu chuẩn ngành 22 TCN 224 - 01. Công văn 966/2002ĐK: Hướng dẫn bổ sung việc kiểm tra an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường đối với các ôtô cũ và ôtô khách.

Số đăng ký: TCVN - 5658:1999

1.1.15 Tiêu chuẩn ISO 3450 : 1996

1.1.16 Tiêu chuẩn EN 500 : 1995

1.2 TRÍCH DẪN QUY ĐỊNH VỀ VIỆC CẢI TẠO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG CƠ GIỚI ĐƯỜNG BỘ: (Ban hành kèm theo quyết định số 1362/2000/QĐ - BGTVT của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải, ban hành ngày 29 tháng 5 năm 2000):

1.2.1 Quy định chung:

Các thuật ngữ trong quy định này được hiểu như sau:

- Phương tiện CGĐB là các loại phương tiện được định nghĩa tại TCVN 6211:1996 “Phương tiện giao thông cơ giới đường bộ - Kiểu Thuật ngữ và định nghĩa”

- Thay đổi tính năng sử dụng là thay đổi công dụng nguyên thủy của phương tiện.

- Thay đổi tổng thành là thay thế tổng thành nguyên thủy bằng tổng thành khác có tính năng kỹ thuật tương đương.

1.2.2 Quy định về thiết kế và thẩm định thiết kế:

Đơn vị thiết kế là các đơn vị có tư cách pháp nhân, có đăng ký kinh doanh nghề thiết kế cải tiến phương tiện CGĐB phù hợp với các quy định pháp luật hiện hành.

Nội dung hồ sơ thiết kế gồm có:

Các bản vẽ:

- Bản vẽ bố trí chung của phương tiện sau khi cải tạo.

- Bản vẽ bố trí chung của phương tiện trước khi cải tạo để đối chiếu.

- Bản vẽ lắp đặt tổng thành hệ thống được cải tạo hoạc thay thế.

- Bản vẽ những chi tiết được cải tạo, thay thế bao gồm cả hướng dẫn, công nghệ và vật liệu được phép sử dụng khi cải tạo, thay thế.

Các bản vẽ kỹ thuật phải được trình bày theo đúng các Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.

Thuyết minh tính toán gồm các nội dung:

- Giới thiệu nhu cầu cải tạo.

- Đặc tính kỹ thuật cơ bản của xe cơ giới trước và sau khi thực hiện cải tạo.

- Nội dung thực hiện cải tạo và các bước công nghệ thi công.

- Tính toán các đặc tính động học, lực học có liên quan tới nội dung cải tạo.

- Tính toán kiểm nghiệm sức bền liên quan đến nội dung cải tạo.

- Những hướng dẫn cần thiết cho việc sử dụng xe cơ giới sau khi cải tạo.

- Kết luận.

1.2.3 Quy định về thi công cải tạo:

Việc thi công cải tạo phương tiện CGĐB phải được thực hiện theo đúng thiết kế đã được thẩm định, đáp ứng các yêu cầu về chất lượng và an toàn kỹ thuật tại cơ sở sản xuất có tư cách pháp nhân, có đang kỹ kinh doanh thực hiện cải tạo phương tiện CGĐB phù hợp với các quy định pháp luật hiện hành.

1.3 TRÍCH TCVN 6211:1996 “PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - KIỂU THUẬT NGỮ  VÀ ĐỊNH NGHĨA”

1.3.1 Phạm vi:

Tiêu chuẩn này quy định các thuật ngữ cho một số kiểu phương tiện giao thông đường bộ có kết cấu và đặc tính kỹ thuật đã xác định.

1.3.3 Thuật ngữ và định nghĩa:

Ôtô: Một loại phương tiện giao thông đường bộ chạy bằng động cơ, có bốn hoặc nhiều hơn bốn bánh xe, không chạy trên đường ray và dùng để:

- Chở người và / hoặc hàng hóa.

- Cho các xe lai dắt dùng để chở người và / hoặc hàng hóa.

- Cho các dịch vụ vận chuyển đặc biệt.

1.5 TRÍCH DẪN “QUY ĐỊNH KIỂU LOẠI PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG CƠ GIỚI ĐƯỜNG BỘ ĐƯỢC PHÉP THAM GIA GIAO THÔNG” (Ban hành kèm theo quyết định số 4597/2001/QĐ-BGTVT của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải ngày 28 tháng 12 năm 2001)

1.5.1 Quy định chung:

Quy định này quy định các thông số kỹ thuật cơ bản của các kiểu loại phương tiện giao thông cơ giới đường bộ (xe cơ giới) nhập khẩu, sản xuất, lắp ráp và cải tạo để tham gia giao thông đường bộ trên lãnh thổ nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam.

Quy định này không áp dụng đối với các loại xe cơ giới của Quân đội, Công an sử dụng vào mục đích quốc phòng, an ninh.

1.5.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe cơ giới được phép tham gia giao thông:

Kích thước cho phép lớn nhất của ôtô máy kéo, ôtô rơ moóc, ôtô khách nối toa, ôtô kéo rơ moóc, máy kéo rơ moóc:

- Chiều dài:

+ Ôtô: không quá 12,20 m

+ Ôtô sơ mi rơ moóc (ôtô đầu kéo kéo sơ mi rơ moóc), ôtô khách nối toa, ôtô kéo rơ moóc, máy kéo kéo rơ moóc: không quá 20,00 m

- Chiều rộng:

Tất cả các loại xe: không được vượt quá 2,5 m

- Chiều cao:

+ Xe có trọng lượng toàn bộ trên 5T: 4,00 m

+ Xe có trọng lượng toàn bộ trên đến 5 tấn:

H_max ≤ 1,75.W_T nhưng không quá 4,00 m

Tải trọng trên trục cho phép lớn nhất:

- Trục đơn: 10 tấn

- Trục kép: phụ thuộc vào khoảng cách hai tâm trục d

+ d < 1,0 m : 11 tấn

+ 1,0 m ≤ d ≤ 1,3 m : 16 tấn

+ d ≥ 1,3 m : 18 tấn

- Trục ba: phụ thuộc vào khoảng cách hai trục liền kề d

+ d ≤ 1,3 m : 21 tấn

+ d > 1,3 m : 24 tấn

1.5.3 Quy định khác:

Việc xác định các kích thước và khối lượng của xe cơ giới nêu tại mục 2 phải phù hợp với các quy định của tiêu chuẩn ngành: 22 TCVN 275 - 01 “Sai số cho phép và quy định làm trong số đối với kích thước, khối lượng của phương tiện cơ giới đường bộ” của Bộ Giao thông Vận tải.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XE CHỞ BỒN TRỘN BÊ TÔNG

Bố trí chung là việc xếp đặt, phối hợp giữa các cụm, cơ cấu và hệ thống trên xe. Tùy theo mục đích sử dụng mà sự xếp đặt, phối hợp đó phải tuân theo những quy luật và nguyên tắc nhất định.

- Khả năng cách âm và cách nhiệt cho lái xe. Yếu tố này liên quan trực tiếp đến việc bố trí động cơ trên xe.

- Khả năng quan sát của người lái khi ngồi vào vị trí để điều khiển xe (góc và tầm quan sát của người lái). Người lái đóng vai trò quyết định nâng cao độ an toàn chuyển động cho xe. Khi người lái được bố trí ngồi càng gần mũi xe thì góc và tầm quan sát càng lớn và càng thoáng.

- Mức độ thuận tiện trong việc điều khiển xe, bảo dưỡng, sửa chữa và tháo lắp các cụm chính trên xe.

2.1 GIỚI THIỆU XE CƠ SỞ - XE Краз 256Б

Xe Краз 256Б là loại xe tự đổ, do nhà máy Liên Xô cũ) sản xuất năm 1969. Về cơ bản, ấðàỗ 256Á có cấu tạo hoàn toàn giống với  xe Краз 256Б, chỉ khác về phần thùng. ấðàỗ 256Á có thùng là loại thùng tự đổ, nâng hạ bằng thủy lực, còn thùng Краз 256Б là loại thùng gắn cố định trên khung. Do đó, ta có thể dễ dàng tìm được các thông số cấu tạo chung của xe Краз 256Б.

Các thông số chung của xe Краз 256Б được tổng hợp trong bảng 2.1.

- Hệ thống truyền lực:

+ Ly hợp: loại ma sát khô hai đĩa

+ Hộp số: ba trục, có đồng tốc quán tính ở các số 2-3, 4-5

+ Hộp số phân phối: gồm một bộ truyền lực phụ trợ bánh răng 2 tốc độ, hộp phân phối chính kiểu hành tinh

+ Bộ truyền các đăng: gồm 5 trục các đăng và gối tựa trung gian để dẫn động tới các cầu. Các trục các đăng đều là loại ống hở. Các khớp các đăng đều có ổ lăn trụ.

+ Cầu chủ động: gồm cầu trước, cầu giữa và cầu sau. Các hộp giảm tốc chính kiểu kép, có tỷ số truyền là 8,21. Bán trục loại giảm tải hoàn toàn.

- Phần vận hành:

+ Khung xe: gồm 2 xà dọc - là thép định hình, có 5 thanh nối ngang.

+ Treo: treo trước kiểu phụ thuộc trên 2 nhíp dọc làm việc đồng thời với 2 giảm chấn kiểu ống lồng. Treo sau kiểu phụ thuộc, tự cân bằng trên 2 nhíp dọc, phần tử hướng của hệ thống treo sau là các thanh giằng cầu.

- Hệ thống phanh:

+ Phanh chân: kiểu tang với guốc phanh ở phía trong, bố trí ở tất cả các bánh xe. Dẫn động phanh bằng khí nén.

+ Phanh tay: bố trí ở trục truyền động, kiểu tang với guốc phanh phía trong. Dẫn động phanh tay bằng cơ khí.

2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:

2.2.1 Bố trí chung:

Theo phân tích ở mục trước, ta không thiết kế một xe mới mà chỉ tiến hành cải tiến một xe cơ sở: ở đây ta sử dụng xe cơ sở là xe tự đổ ấðàỗ 256Á, tháo dỡ phần thùng tự đổ, gia công khung xe cơ sở để có thể đặt bồn trộn bê tông lên phần khung trống sau khi tháo dỡ thùng tự đổ.

Do kích thước cụm bồn trộn bê tông lớn hơn kích thước phần khung trống sau khi tháo bỏ thùng tự đổ của xe Kðàỗ 256Á, nên ta phải tiến hành nối khung. Theo tính toán sơ bộ, khung ban đầu có chiều dài 7430 mm, khung cải tiến cần có chiều dài 8910 để có thể đặt cụm bồn trộn bê tông. Vậy ta phải kéo dài khung xe cơ sở thêm một đoạn 1480 mm.

Phương pháp tiến hành: ta có thể sử dụng phần khung của một xe có khung tương đương ví dụ như xe Kðàỗ 255B1 - có rất nhiều trên thị trường Việt Nam. Cắt một đoạn khung của xe cơ sở, hàn nối đoạn khung mới vào để đạt kích thước yêu cầu. 

2.2.2 Cụm bồn trộn bê tông:

Với cụm bồn trộn bê tông, ta không thực hiện thiết kế, chế tạo một bồn mới mà chỉ sử dụng loại bồn trộn bê tông có sẵn trên thị trường. Trong đề tài này, tôi chọn sử dụng loại bồn trộn bê tông do hãng Hyundai sản xuất vì giá thành hợp lý nhưng chất lượng, tính năng vẫn có thể đảm bảo được yêu cầu sử dụng.

2.2.3 Xác định trọng lượng các cụm, trọng lượng xe:

Trọng lượng các cụm trên xe đã được nhà sản xuất cung cấp trong các tài liệu kèm xe. Ngoài ra, ta cũng có thể tính được trọng lượng của các cụm bằng phương pháp đo, hoặc bằng các phương pháp tính khác.

- Trọng lượng bản thân xe Kðàỗ 256B trước khi cải tạo: G_nt = 11000 KG

- Trọng lượng thùng tháo bỏ: G_tb = 2450 KG

- Trọng lượng cụm trục các đăng phía trước tháo bỏ: G_cđtb = 45 KG

- Trọng lượng cụm các đăng trung gian và sát xi lắp thêm: G_cđlt = 100 KG

- Trọng lượng bồn trộn bê tông lắp thêm: G­_b = 3300 KG

- Trọng lượng bản thân ôtô thiết kế:

G = G_nt - G_tb - G_cđtb + G_cđlt + G_b = 11000 - 2450 - 45 + 100 + 3300 = 11905 KG

- Trọng lượng kíp lái: G_kl = 130 KG

- Trọng lượng bê tông chuyên chở (tối đa): G_bt = 12000 KG

- Trọng lượng toàn bộ xe (đủ tải) sau khi cải tạo:

G₀ = G + G_kl + G_bt = 11905 + 130 + 12000 = 24035 KG

2.2.4 Xác định tọa độ trọng tâm xe và sự phân bố trọng lượng: 

a. Xác định tọa độ trọng tâm của ôtô:

Tọa độ trọng tâm ôtô theo chiều dọc (chiều dài xe):

- Xác định phản lực tại các gối đỡ:

Các tải trọng tác dụng lên khung xe là trọng lượng các cụm trên xe, gồm có tải tập trung và tải phân bố.

b. Xác định sự phân bố trọng lượng xe:

Với giá trị trọng lượng các cụm đã xác định, tọa độ trọng tâm cũng đã tính toán được, ta có thể xác định được sự phân bố trọng lượng trên các cầu như trong bảng 2.2.

2.2.5 Các nội dung tính toán, kiểm tra:

Trong quá trình thiết kế, ta đã thay đổi kết cấu khung, dịch chuyển vị trí một số cụm (đặc biệt là dịch chuyển cụm cầu giữa và cầu sau) làm phân bố trọng lượng lên các cầu bị thay đổi. Khi cải tiến như thế, các thông số động lực học của xe có thể bị thay đổi, thậm chí là thay đổi nhiều tới mức ảnh hưởng đến khả năng hoạt động bình thường của xe. Vì thế ta cần phải tính toán lại để kiểm tra các thông số động lực học của xe mới có đảm bảo khả năng chuyển động của xe hay không.

a. Tính toán động lực học:

Vì ta sử dụng lại hầu như toàn bộ kế cấu của xe cơ sở, do đó, ta không cần tính toán thiết kế lại mà chỉ cần tính toán kiểm nghiệm, xác định các thông số đánh giá chất lượng chuyển động có đảm bảo trong điều kiện đường Việt Nam hay không.

Trong tính toán kéo kiểm nghiệm, các thông số ban đầu là:

- Trọng lượng toàn bộ xe

- Số lượng bánh xe, công thức bánh xe, kích thước bánh xe,...

- Các thông số kết cấu của hệ thống truyền lực (tỷ số truyền của các cụm trong hệ thống truyền lực, hiệu suất hệ thống truyền lực,...)

- Các thông số về đặc tính ngoài của động cơ

- Các thông số về khí động học của xe

- Các thông số về khả năng gia tốc,...

Cụ thể, trình tự tính toán tiến hành như sau:

+ Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ òèầ-238:

Động cơ òèầ-238 lắp trên xe ấðàỗ-256Á là loại động cơ diesel, 4 kỳ không tăng áp. Một số thông số đặc trưng quan trọng của động cơ đã được trình bày trong phần giới thiệu chung về xe cơ sở (bảng 2.1):

N_emax = 240 (ml)

n_N      = 2100 (vòng/phút)

M_emax = 90 (KGm)

n_M     = 1500 (vòng/phút)

Thay a, b, c vào phương trình (*), ta sẽ tính được N_e bất kỳ. Theo đó, ta cũng sẽ xây dựng được đường biểu diễn N_e = f₁(n_e) và M_e = f₂(n_e).

Tính toán bằng chương trình “Tính toán động lực học” (viết bằng phần mềm MathCad, ta sẽ nhận được bảng giá trị như bảng 2.3.

Từ bảng tổng hợp kết quả tính toán động lực học trên, ta có thể nhận xét như sau: Sau khi tiến hành cải tiến, so sánh các thông số động lực học của hai xe, ta thấy các thông số này có thay đổi nhưng thay đổi này không đáng kể. Kết quả tính toán trên cho thấy khả năng động lực học của xe vẫn đảm bảo yêu cầu chuyển động với điều kiện đường sá Việt Nam.

b. Tính toán ổn định:

Trên cơ sở trọng lượng, sự phân bố trọng lượng lên các cầu và tọa độ trọng tâm đã tính toán được như trên, tham khảo tài liệu “Lý thuyết ôtô”, ta có thể xác định được các giới hạn về ổn định của ôtô như sau:

- Góc giới hạn lật dọc khi lên dốc.

- Góc giới hạn lật dọc khi xuống dốc.

- Góc giới hạn lật trên đường nghiêng ngang.

Nhận xét: Các giá trị về giới hạn ổn định của ôtô thiết kế ở chế độ đầy tải thỏa mãn các tiêu chuẩn hiện hành và đảm bảo ôtô chuyển động ổn định trên các loại đường giao thông công cộng ở Việt Nam.

c. Tính toán kiểm nghiệm chất lượng phanh:

Vì ta thay đổi trọng lượng xe, thay đổi sự phân bố trọng lượng trên các cầu, nên cần thiết phải kiểm tra các thông số đánh giá chất lượng phanh. Ta chỉ cần tính toán trong trường hợp nguy hiểm nhất là xe phanh cấp tốc khi đang chuyển động với tốc độ cao trên đường ngang.

Phương pháp tính: sử dụng phương trình cân bằng lực kéo, ta có

P_j = P_f + P_p + P_w

Với xe cơ sở, tỷ số này bằng 1 (trường hợp lý tưởng, và ta coi như xe đạt được). Với G₁, G₂ (của xe cải tiến) đã xác định được, ta có: 0,637007

So sánh với tỷ số này của xe cơ sở: 0,611612

Ta thấy có sự thay đổi nhưng sự thay đổi này không lớn lắm, có thể chấp nhận được. Vậy, chất lượng phanh của xe cải tiến bị thay đổi không nhiều, đảm bảo xe vẫn ổn định ngay cả xe phanh cấp tốc khi đầy tải ở tốc độ cao.     

d. Tính toán kiểm nghiệm chất lượng động học quay vòng:

Trong thiết kế, ta có thay đổi chiều dài cơ sở của xe. Điều này chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến động học quay vòng của xe mới. Các yếu tố chính đánh giá khả năng quay vòng của ôtô là:

- Vận tốc quay vòng (v_qv)

- Bán kính quay vòng nhỏ nhất (R_qmin)

- Chiều rộng hành lang quay vòng (H_q)

Nhận xét: Sau khi cải tiến, xe chở bồn trộn bê tông có các thông số động học quay vòng (bán kính quay vòng nhỏ nhất - R_qmin - và chiều rộng hành lang quay vòng - H_q) lớn hơn so với xe cơ sở Краз 256Б. Tuy có tăng lên nhưng với điều kiện đường giao thông Việt Nam, xe cải tiến vẫn có thể chuyển động tốt mà không gây cản trở giao thông,... Như vậy, các thông số động học quay vòng của xe cải tiến hoàn toàn đảm bảo.

e. Tính toán kiểm nghiệm bền khung:

Để việc tính toán được dễ dàng, thuận lợi hơn mà kết quả tính vẫn chính xác một cách tương đối, có thể chấp nhận được, ta phải có các giả thiết như sau:

- Trọng lượng khung ôtô phân bố đều trên toàn bộ chiều dài khung.

- Trọng lượng bồn và tải (bê tông chứa trong bồn) phân bố đều trên phần chiều dài khung bồn.

- Trọng lượng cabin phân bố đều trên phần chiều dài cabin.

- Tải trọng toàn bộ xe phân bố đối xứng qua mặt phẳng đối xứng dọc xe. Do đó ta chỉ cần tính toán bền cho một dầm dọc với tải bằng nửa tải trọng toàn bộ xe.

- Hai phản lực thẳng đứng của hai gối (Y_A và Y_B) đặt ở vị trí tâm bánh xe phía trước và tâm trục cân bằng.

Giá trị mômen uốn lớn nhất: M_xmax= 3706,04503 KGm

Kiểm tra bền tại mặt cắt có mômen uốn lớn nhất:

- Ta tính được tọa độ điểm có mômen uốn M_x đạt max (tính từ đầu dầm) là: x_Mxmax = 6830 mm

- Giá trị mômen chống uốn của mặt cắt dầm dọc khung ôtô tại mặt cắt có M_xmax: W_x= 23778,73 mm³

- Giá trị ứng suất phát sinh tại mặt cắt nguy hiểm: s_u= 155,855  KG/mm²

So sánh với giá trị cho phép, ta thấy: s_u = 155,855 < [s_u] = 170 KG/mm²

Như vậy, tại mặt cắt nguy hiểm, khung vẫn đủ bền.

- Kiểm tra bền cho mối hàn khung:

+ Tọa độ vị trí hàn nối (tính từ đầu dầm): x_hn = 6110

+ Giá trị mômen uốn tại vị trí hàn nối: M_xhn = 907,04735 KGm

+ Giá trị lực cắt Q_y tại vị trí hàn nối: Q_yhn = 4229,82 KG

+ Mômen chống uốn của dầm dọc khung tại vị trí mối hàn nối:

W_xhn = W_x + W_xt = 23778,73 + 34413,34 = 58192,07 (mm³)

So sánh với các giá trị bền cho phép của vật liệu mối hàn, ta thấy:

s_uhn < [s_uhn] =  0,9.[s_u] = 0,9.170 = 153 KG/mm²

t_hn < [t_hn] = 0,6.[s_u] = 0,6.170 = 102 KG/mm²

Như vậy tại vị trí xung yếu của khung (vị trí ta tiến hành cắt, nối khung) các giá trị ứng suất vẫn nằm trong giới hạn cho phép.

Kết luận: Sau khi tiến hành kiểm tra bền cho khung tại các vị trí có khả năng mất an toàn cao nhất (vị trí có mômen uốn lớn nhất và vị trí hàn nối khung), ta thấy các giá trị ứng suất phát sinh khi xe chở đầy tải đều vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Như vậy, thiết kế của ta đảm bảo bền, xe có thể hoạt động an toàn, không xảy ra gẫy, vỡ, ...

f. Tính toán kiểm nghiệm bền mối liên kết bồn - sát xi:

Bồn trộn bê tông được liên kết với khung xe bằng các bu lông:

- Theo tính toán sơ bộ, số bu lông cần thiết để liên kết bồn trộn bê tông với khung xe là: 2 x 4 = 8 [chiếc]

- Loại bu lông sử dụng: bu lông M18

Tải trọng tác dụng lên bu lông liên kết bồn - sát xi là toàn bộ trọng lượng toàn bộ các cụm:

- Bồn trộn bê tông - G_b

- Lượng bê tông trong bồn khi xe đầy tải - G_bt

Do đó, tải trọng tính toán sẽ là: G_L = G_b + G_bt = 3300 + 12000 = 15300 (KG)

+Tổng tiết diện chịu kéo của toàn bộ bulông liên kết:

S_S = 2.4.S_k = 2.4.254,34 = 2034,72 [mm²]

+ Ứng suất kéo của một bulông: e_j = 15,23 [KG/mm²]

So sánh với giới hạn bền của vật liệu chế tạo bulông, ta thấy: s_k = 15,33 < [s_k] = 20 [KG/mm²]. Như vậy mối liên kết đủ bền khi xe phanh cấp tốc.

- Kiểm bền bu lông liên kết khi xe quay vòng ổn định: Ta chỉ cần tính cho trường hợp xe quay vòng với vận tốc lớn nhất, khi đó, trạng thái chịu lực của bulông liên kết cũng là khắc nghiệt nhất.

+ Vận tốc giới hạn khi quay vòng: v_gh = 8,5 [m/s]

+ Lực quán tính ly tâm: P_ji = 7966,87 [KG]

Ta thấy tải trọng tác dụng lên bulông liên kết khi quay vòng ổn định nhỏ hơn nhiều so với tải trọng tác dụng lên bulông liên kết khi phanh đột ngột (7966,87 so với 12477 KG). Mà theo tính toán trên, các bulông liên kết chắc chắn đủ bền.

CHƯƠNG 3

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TRỢ GIÚP THIẾT KẾ

3.1 MỤC ĐÍCH:

Trong quá trình tính toán thiết kế, ta phải tính bền cho khung. Đây là một nội dung tính toán phức tạp, khối lượng tính toán nhiều, thời gian tính toán yêu cầu lớn (nếu tính bằng phương pháp giải tích bình thường của sức bền vật liệu).

Để đáp ứng yêu cầu tính toán nhanh mà độ chính xác của kết quả có thể chấp nhận được và đặc biệt là sử dụng dễ dàng với mọi đối tượng, tôi đã xây dựng chương trình trợ giúp tính toán, kiểm bền khung ôtô.

3.2 CHƯƠNG TRÌNH TRỢ GIÚP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:

3.2.1 Cấu trúc chương trình:

Chương trình trợ giúp tính toán, kiểm bền khung ôtô bao gồm một số mẫu biểu (Form) và các môđun tính toán:

- ModuleMain - là môđun chứa các hàm tính toán chính: tính lực cắt Q_y, mômen uốn M_x, mômen chống uốn W_x ,ứng suất s_u, ... tại một điểm bất kỳ và trên toàn dầm.

- ModuleDrawing - là môđun chứa các hàm cho phép xuất kết quả tính toán (giá trị số) dưới dạng các biểu đồ.

3.2.2. Cơ sở thuật toán:

Vì bài toán tính toán bền khung ở đây là một bài toán tổng quát (trường hợp tải trọng bất kỳ - gồm n lực tập trung, m lực phân bố, ...) nên ta phải giải quyết vấn đề cơ bản nhất là xây dựng các hàm tính toán giá trị nội lực (lực cắt Q_y, mômen uốn M_x, mômen chống uốn W_x, ứng suất pháp s_u).

Đối với lực tập trung P_i bất kỳ, ta có 3 trường hợp như sau:

+ Trường hợp 1: 0 ≤ x_Pi ≤ x_A

+ Trường hợp 2: x_A ≤ x_Pi ≤ x_B

+ Trường hợp 3: x_B ≤ x_Pi ≤ L_kh

Dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết như trên, tôi lấy một hàm tính toán lực cắt Q_y do lực tập trung P_i, và một hàm tính toán giá trị mômen uốn M_x do một lực phân bố qP_i gây ra tại một mặt cắt có tọa độ z bất kỳ để minh họa. (xem phần phụ lục).

Ta mới chỉ xây dựng được hàm tính Q_y(z), M_x(z) cho một lực (tập trung hay phân bố). Để có được giá trị lực cắt Q_y(z), M_x(z) do tổng hợp hệ lực gây nên trên dầm, ta phải cộng dồn tất cả các giá trị của từng lực trong hệ lực tác dụng lên dầm.

Từ các giá trị Q_y(z), M_x(z), s(z), t(z) đã tính được bằng các công thức như trên, ta tiến hành vẽ biểu đồ nội lực và phân bố ứng suất trên toàn chiều dài của dầm.

- Các kết quả (thông số đầu ra) của chương trình:

+ Tọa độ trọng tâm

+ Giá trị nội lực (lực cắt Q_y, mômen uốn M_x, ứng suất s_u), tọa độ mặt cắt nguy hiểm và các giá trị nội lực tại đó.

+ Các biểu đồ nội lực

3.2.3 Sơ đồ trình tự tính toán của chương trình:

Lưu đồ thuật toán của chương trình được thể hiện cụ thể trong bản vẽ “Lưu đồ thuật toán”.

3.4 Ứng dụng cho xe thiết kế:

Trong đề tài này, tôi tiến hành thiết kế xe chở bồn trộn bê tông trên cơ sở cải tiến xe tự đổ ấðàỗ 256B. Do đó, tôi lấy số liệu tính toán là các thông số về trọng lượng, tọa độ trọng tâm các cụm, kết cấu khung xe, ... để tính toán.

Để thuận tiện trong việc theo dõi, tôi sẽ trình bày các bước tiến hành tính toán với “Chương trình trợ giúp tính toán thiết kế”:

Cụ thể, các thông số đầu vào (đối với xe thiết kế) như trong các bảng giá trị như bảng.

Sau khi đã nhập đầy đủ các giá trị, nếu muốn xem dạng sơ đồ tải trọng tính toán, ta bấm chọn nút “Xem trước”, khi đó, trên khung ảnh sẽ thể hiện sơ đồ tải trọng tính toán với các thông số đầu vào đã nhập. Các lực đều có tên (đánh theo số thứ tự nhập: 1, 2, 3, ...) và phân biệt nhờ màu sắc thể hiện trên hình vẽ. Ngoài các tải trọng tác dụng, trên sơ đồ tải trọng còn có hai phản lực Y_A, Y_B thể hiện phản lực tại gối đỡ trước - tâm cầu trước- và gối đỡ sau - tâm trục cân bằng của xe.

Ngoài ra, nếu muốn biết giá trị nội (lực cắt Q_y, mômen uốn M_x, ứng suất pháp s_u) hoặc giá trị mômen chống uốn W_x tại một mặt cắt có tọa độ bất kỳ, ta bấm chọn nút “Nhập tọa độ”, nhập tọa độ mặt cắt cần tính toán, bấm “Enter”, ta sẽ có các giá trị cần thiết: Giả sử ta nhập tọa độ điểm có ứng suất max (theo tính toán của chương trình) để kiểm tra.

Nút “Xuất kết quả” cho phép ta nhận được bảng giá trị dạng số của các kết quả tính toán (dạng bảng tính Excel). Giả sử ta nhập giá trị 25 - là số điểm muốn lấy kết quả, ta sẽ có bảng giá trị như bảng.

* Lưu ý: các giá trị trọng lượng ở trong bảng chỉ bằng nửa trọng lượng của xe và không tính đến trọng lượng phần không được treo của xe.

III.5 Phạm vi ứng dụng của chương trình trợ giúp thiết kế:

Với chương trình này, ta có thể tính toán cho các mô hình khung tổng quát có 2 gối đỡ, trường hợp tải trọng bất kỳ (n lực tập trung, m lực phân bố). Vì thế, ngoài việc tính toán sơ bộ trong thiết kế, ta còn có thể dùng chương trình để tính toán, kiểm tra một bài toán kiểm bền khung bình thường trong đồ án môn học tính toán kết cấu ôtô (thường chỉ làm đến ôtô 3 cầu)

Hiện nay, chương trình “Trợ giúp tính toán thiết kế” mới chỉ có khả năng tính được cho các mô hình khung xe 2 cầu, 3 cầu tức là các mô hình khung mà các phản lực mặt đường quy về 2 phản lực gối đỡ trước, sau.

KẾT LUẬN

Sau một thời gian không dài với một lượng kiến thức của bản thân còn tương đối hạn chế, được sự giúp đỡ của các thầy giáo, đồng chí đồng đội. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế bố trí chung xe chở bồn trộn bê tông có sự trợ giúp của máy tính” đã được hoàn thành đúng tiến độ.

Đồ án đã đề cập đến một số vấn đề sau: Chương 1 - Tham khảo các tài liệu pháp quy liên quan đến việc thiết kế xe. Chương 2 - là phần cơ bản của đồ án. Phần này thực hiện tính toán thiết kế một xe chở bồn trộn bê tông trên cơ sở cải tiến một xe cơ sở mà trong đồ án này là xe tự đổ ấðàỗ 256B. Trong đó, có tận dụng khả năng tính toán của máy tính thông qua các chương trình tính toán, cụ thể là chương trình “trợ giúp tính toán thiết kế”, chương trình “tính toán động lực học”,... để tính toán kiểm tra các thông số của xe mới thiết kế. Qua phần tính toán trong chương 2 này, một cách sơ bộ, ta có thể đánh giá tính khả thi của phương án thiết kế xe chở bồn trộn bê tông thiết kế là tốt. Chương 3 - nội dung quan trọng của đồ án. Chương này giới thiệu quá trình xây dựng chương trình “trợ giúp tính toán thiết kế” viết bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0; Đưa ra mô hình biện luận tính toán, cơ sở thuật toán của chương trình. Ngoài ra, chương 3 còn có một nội dung là dùng chương trình đã xây dựng được để tính thử cho một xe cụ thể là xe thiết kế. Các kết quả tính toán được bằng chương trình sau khi kiểm tra cho thấy có độ chính xác khá cao, có thể áp dụng được.

Với chương trình xây dựng được, ta có thể áp dụng trong quá trình thiết kế một xe mới bất kỳ (phần tính toán khung, trọng tâm,...), hơn nữa, nó cũng là một công cụ thiết thực phục vụ cho việc học tập của học viên.

Việc thực hiện đồ án đã phần nào giúp bản thân hiểu thêm các kiến thức về ôtô nói chung và kết cấu khung nói riêng, làm cơ sở cho việc học tập, công tác và nghiên cứu sau này.

Mặc dù tôi đã rất nỗ lực nhưng chắc chắn đồ án này còn có nhiều hạn chế. Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để những lần nghiên cứu sau đạt kết quả tốt hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Phúc Hiểu; Vũ Đức Lập. Lý thuyết ôtô Quân sự-HVKTQS - 2002

[2]. Vũ Đức Lập. Ứng dụng máy tính trong tính toán xe Q.Sự HVKTQS - 2001

[3]. Vũ Đức Lập. Tính toán kéo ôtô HVKTQS - 1992

[4]. Nguyễn Hữu Cẩn -Phan Đình Kiên. Thiết kế và tính toán ôtô máy kéo Tập I, II và III NXB ĐH và TH chuyên nghiệp -1971

[5]. Hoàng Xuân Lượng. Sức bền vật liệu. HVKTQS - 2003

[6]. Nguyễn Thị Ngọc Mai. Microsoft Visual Basic 6.0 & Lập trình cơ sở dữ liệu. NXB Lao động - Xã hội - 2004

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"