MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI. 5

1.1. Container và hệ thống vận tải container: 5

1.1.2. Hệ thống vận tải Container: 9

1.2. Ô tô và đoàn ô tô vận chuyển Container. 11

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH.. 15

2.1. Lựa chọn các thành phần của đoàn ô tô: 15

2.1.1. Tính chọn và phân bố trọng lượng đầu kéo: 15

2.1.2. Tính chọn số trục và phân bố tải trọng của sơmi rơmoóc: 20

2.2. Tinh phân bố trọng lượng của đoàn ô tô. 27

2.3.  Xác định toạ độ trọng tâm của sơmi rơmoóc: 28

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƠMI RƠMOÓC. 29

3.1. Yêu cầu. 29

3.2. Thiết kế kết cấu sơmi rơmoóc: 29

3.3. Sử dụng phần mềm MIDAS để tính bền khung SMRM.. 32

3.3.1 Giới thiệu về MIDAS: 32

1. Bản chất của MIDAS: 32

2. Phạm vi ứng dụng và khả năng tính toán của MIDAS: 32

3. Các bước giải bài toán trên MIDAS: 33

3.3.2 Mô hình tính toán: 35

3.3.3. Khai báo các đặc trưng và kết quả tính toán: 38

1. Các thông số của dầm dọc: 38

2. Các thông số của dầm ngang định vị Container: 39

3. Các xà ngang gia cường cho khung: 40

4. Kết quả tính toán trên MIDAS: 41

5. Kiểm tra bền cho các dầm: 42

3.4. Chọn số cơ cấu và chọn dẫn động phanh: 46

3.4.1. Hệ thống phanh chính: 46

3.4.2. Hệ thống phanh dừng: 47

3.5. Tính chọn chân chống: 47

3.6. Chọn chốt kéo và khoá giữ Container: 49

3.6.1. Chọn chốt kéo: 49

3.6.2. Chọn khoá giữ Container: 49

1. Chọn giá đỡ chốt định vị: 49

2. Chọn khoá giữ Container: 50

3.7. Thiết kế các bộ phận an toàn: 51

3.7.1. Hệ thanh bảo hiểm dọc sườn sơmi rơmoóc: 51

3.7.2. Hệ thống tín hiệu: 53

3.8. Chọn cụm trục và bánh xe: 54

3.8.1. Trục sơmi rơmoóc: 54

3.8.2. Bánh xe sơmi rơmoóc: 55

3.9. chọn hệ thống treo: 55

CHƯƠNG IV: TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘNG HỌC QUAY VÒNG ĐOÀN Ô TÔ   56

4.1. Tính ổn định cho đoàn ô tô: 56

4.1.1. Tính vận tốc lớn nhất của đoàn ô tô thiết kế. 56

4.1.2. Ổn định dọc: 58

4.1.3. ổn định ngang: 59

4.2. Động học quay vòng đoàn ô tô: 60

4.2.1. Các giả thiết. 60

4.2.2. Mô hình nghiên cứu động học quay vòng đoàn ôtô. 61

4.2.3. Xác định các thông số động học của chuyển động quay vòng đoàn ô tô: 62

1. Bán kính quay vòng: 62

2. Độ lệch quỹ đạo giới hạn của sơmi rơmooc so với ô tô kéo khi quay vòng với R_omin: 63

3. Hành lang quay vòng của đoàn ôtô. 64

KẾT LUẬN.. 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 67

LỜI NÓI ĐẦU

   Với xu hướng hội nhập và phát triển hiện nay của kinh tế Việt Nam, các hoạt động xuất nhập hàng hoá diễn ra hết sức sôi nổi, tấp nập, kim nghạch xuất nhập khẩu không ngừng tăng trưởng. Hàng hoá được xuất đi hay nhập về phải sử dụng Container ngày càng trở nên phổ biến. Do vậy yêu cầu về công tác vận chuyển Container từ các kho, bến, bãi ra các cửa khẩu, ra các cảng đầu mối cũng như từ các cửa khẩu và các bến cảng về nội địa là rất thiết thực.

   Hiện nay chúng ta vẫn thường sử dụng phương tiện để vận chuyển các Container trên các tuyến đường bộ là các chủng loại xe ô tô kéo rơmoóc hoặc sơmi rơmoóc. Mặt khác do các Container thường là hai loại 20 feet và 40 feet cho nên phương tiện chủ yếu được sử dụng là đầu kéo kéo theo sơmi rơmoóc chuyên dùng để vận tải Container.

   Để đáp ứng nhu cầu vận tải Container đòi hỏi các phương tiện vận tải chúng mà cụ thể ở đây là đầu kéo và sơmi rơmoóc chuyên dùng phải tăng lên. Các loại đầu kéo do chúng ta chưa sản xuất được nên có thể cải tạo hoặc nhập từ nước ngoài. Tuy nhiên với sơmi rơmoóc cũng là một phần rất quan trọng của phương tiện vận tải loại này, với công nghệ trong nước chúng ta hoàn toàn có thể tự sản xuất được với chất lượng cao mà không cần nhập ngoại. Nếu tự sản xuất được chúng ta sẽ chủ động hơn trong sản xuất kinh doanh, giảm giá thành phương tiện, tiết kiệm ngoại tệ, tạo được thêm công ăn việc làm cho các cơ sở công nghiệp trong nước và nhiều lợi ích kinh tế khác. Từ đó cho thấy việc thiết kế, chế tạo sơmi rơmoóc chuyên dùng chở Container không chỉ là một nhu cầu mà còn là một yêu cầu cấp thiết.

   Vì vậy, được sự giúp đỡ của các thầy giáo trong Bộ môn Cơ khí ôtô, đặc biệt với sự nhiệt tình hướng dẫn là thầy giáo: ThS…………….. em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp có nội dung: “Thiết kế đoàn ô tô chở Container dài 40 feet”.

   Trong khuôn khổ đề tài này em sẽ trình bày các vấn đề sau:

Chương I: Tổng quan về đề tài

Chương II: Thiết kế tuyến hình

Chương III: Tính toán thiết kế sơmi rơmoóc

Chương IV: Tính ổn định và động học quay vòng của đoàn ô tô

   Em xin chân thành cảm ơn Thầy: ThS…………….. cùng các thầy giáo trong Bộ môn Cơ khí ôtô Trường Đại học Giao thông Vận tải đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.

   Tuy nhiên, do trình độ bản thân và thời gian hạn chế nên thiếu sót xảy ra là điều không thể tránh khỏi. Vì vậy em rất mong nhận được ý kiến chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và những ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện và có nhiều ý nghĩa hơn nữa.

                                       Hà nội, ngày …tháng … năm 20…

                              Sinh viên thực hiện

                            ……………….

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

1.1. Container và hệ thống vận tải container:

1.1.1.Container:

Từ “Container” trong tiếng Anh là danh từ được cấu tạo từ động từ tương đương: Contain - có nghĩa là chứa đựng. Container có nghĩa là vật dùng để chứa đựng. Container tải là một đơn vị trang bị vận tải được sử dụng nhiều lần, có dung tích tiêu chuẩn, dùng để chứa đựng hàng hoá, và được chuyên chở bằng các loại phương tiện vận tải khác nhau mà không cần chuyển tải hàng hoá xếp bên trong khi chuyển bến hoặc chuyển phương tiện vận tải.

Container trong vận tải hàng hoá có rất nhiều chủng loại. Ta có thể phân loại ra theo các cách sau:

- Theo công dụng có các loại Container như: Vạn năng, chuyên dùng, sàn và đặc biệt.

+ Container vạn năng sử dụng để vận chuyển và bảo quản hàng chiếc (cái) có danh mục rộng.

+ Container chuyên dùng để vận chuyển và bảo quản hàng hoá có danh mục hẹp, hoặc một loại hàng hoá như: Container đông lạnh, Container xi téc, Container chứa gia cầm...

+ Ngoài ra còn có các loại Container công nghệ sử dụng trong phạm vi xí nghiệp, nhà máy, hoặc một vùng chế xuất...

- Theo kết cấu, có các loại Container:

+ Container kín: có vách ngăn cách bên trong Container với bên ngoài.

+ Container hở: không có nắp hoặc không có thành.

+ Container tháo rời và xếp được với mục đích là để thu nhỏ diện tích và dễ bảo quản khi không có hàng.

Tựu chung lại các Container được đặc trưng bởi các thông số chính của chúng, đó là các thông số về sức chứa, trọng lượng (cả bì), trọng tải của Container, và các thông số về kích thước.

Trọng lượng cả bì của Container bao gồm tự trọng của Container và trọng lượng của hàng hoá. Tự trọng của Container gồm trọng lượng rỗng và trang thiết bị lắp đặt trong Container.

Các Container trọng tải lớn có dạng hình hộp, có cùng các kích thước về chiều cao và chiều rộng, chỉ khác nhau về chiều dài, đảm bảo xếp gọn cho bất kỳ phương tiện vận tải nào. Giữa các Container có khoảng cách qui định để thao tác chằng buộc, xếp, dỡ, kẹp chặt...

1.1.2. Hệ thống vận tải Container:

Hệ thống vận tải Container được chia làm hai loại đó là: Vận tải Container trong nội địa và vận tải Container liên vận quốc tế. Ở nước ta vận tải Container trong nội địa chủ yếu là bằng đường bộ và đường sắt còn vận tải Container liên vận quốc tế có cả ba loại hình vận tải đó là đường bộ, đường sắt, đường thuỷ. Vận tải Container trong nội địa cũng như trong liên vận quốc sẽ chỉ có hiệu quả cao nếu như có một hệ thống vận tải thống nhất về tổ chức và kỹ thuật, thống nhất về kế hoạch và hạch toán từ khâu đầu đến khâu cuối. Thuận tiện cho người gửi hàng cũng như nhận hàng, giải phóng hoàn toàn các công việc áp tải, kiểm tra chất lượng và số lượng hàng hoá.

1.2. Ô tô và đoàn ô tô vận chuyển Container.

Đối với các Container trọng tải trung bình và trọng tải nhỏ có thể sử dụng ô tô thùng để vận chuyển. Nhưng đối với các Container trọng tải lớn thì phải sử dụng các đoàn ôtô chuyên dùng để vận chuyển như vậy sẽ có hiệu quả cao. Độ ổn định của đoàn ô tô sẽ cao hơn do hạ thấp được trọng tâm; độ êm dịu và độ ổn định dọc, ổn định ngang tốt hơn do có trang bị kẹp chặt giới hạn dịch chuyển của Container. 

Trong phạm vi đề tài thiết kế này chỉ đề cập đến đoàn ô tô chở Container kiểu sơmi rơmoóc. Đoàn ô tô sơmi rơmoóc chở Container bao gồm 01 đầu kéo kéo theo 01 sơmi rơmoóc.

Thông thường đối với đoàn ô tô chở Container trọng tải lớn hay sử dụng đầu kéo có công thức bánh xe 6 x 4 (hai cầu chủ động), kéo theo 01 sơmi rơmoóc có 02 trục hoặc 03 trục.

- Đầu kéo của đoàn ô tô:

Các loại đầu kéo thường sử dụng ở Việt Nam như: đầu kéo HYUNDAI, INTERNATIONAL, ASIA, KAMAZ... Trong đó tỷ lệ đầu kéo KAMAZ là lớn nhất.

- Sơmi rơmoóc:

+ Đối với sơmi rơmoóc vận chuyển Container trọng tải lớn ngoài các yêu cầu chung về các hệ thống điện, hệ thống phanh, cơ cấu nối ghép,... cần chú ý thêm các yêu cầu sau:

+ Container phải ở vị trí thẳng đứng, tỳ trên sàn phẳng của sơmi rơmoóc.

+ Đoàn ôtô vận chuyển Container phải có tính cơ động cao.

+ Sàn sơmi rơmoóc phải thấp để hạ thấp trọng tâm, nâng cao tính ổn định.

+ Có trang bị cơ cấu định vị và kẹp chặt chuyên dùng.

Trong quá trình vận chuyển khoá kẹp là bộ phận chịu phụ tải lớn, do đó vật liệu chế tạo cũng như công nghệ chế tạo khoá kẹp đòi hỏi phải có độ tin cậy cao.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH

2.1. Lựa chọn các thành phần của đoàn ô tô:

Đoàn ô tô chở Container dài 40 feet được thiết kế gồm một đầu kéo kéo sơmi rơmoóc.

Sơmi rơmóc thiết kế cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

- Trước hết nó phải đáp ứng đầy đủ những yêu cầu cơ bản của chuyên ngành quản lý vận tải theo các quy định trong thiết kế và đóng mới như: chiều dài, chiều rộng, chiều cao, loại quá khổ, quá tải..

- Các yêu cầu về kỹ thuật:

Tính năng cơ bản: sức kéo, đảm bảo bền, chuyển động ổn định và an toàn, hình dáng mẫu mã sau thiết kế phải đảm bảo mỹ quan công nghiệp. Cách thức tiến hành thiết kế phải phù hợp với điều kiện công nghệ của nước ta hiện nay như:

+ Vật liệu chế tạo phải là loại dễ kiếm được ở thị trường trong nước.

+ Các phương pháp sản xuất và các công nghệ đưa ra không được quá khó nếu không sẽ vượt quá khả năng của máy móc cũng như trình độ tay nghề của công nhân.

2.1.1. Tính chọn và phân bố trọng lượng đầu kéo:

Tính chọn đầu kéo kéo theo sơmi rơmoóc vận tải Container loại trọng tải lớn trong trường hợp này chủ yếu là để đảm bảo:

- Đảm bảo đủ công suất để kéo theo sơmi rơmoóc + Container đầy tải.

- Xác định khả năng chuyển động của xe theo điều kiện đường cho trước hoặc xác định vận tốc của xe có thể có được ở điều kiện đường đã cho.

- Xác định lực cản lớn nhất mà xe có thể khắc phục được.

- Xác định lực kéo dư (lực kéo dư này có thể dùng để tăng tải cho xe, để kéo rơmoóc, để khắc phục lực cản hoặc để tăng tốc cho xe).

+ Trọng lượng toàn bộ của đoàn ô tô là G_đ

G_đ = G_đk + G_sm + G_Con + G_h = 7000 + 6000 + 30000 = 43000 (KG)

Vậy ta phải chọn ôtô đầu kéo có công suất >306 ml;

Trên thị trường nước ta hiện nay thông dụng có các loại đầu kéo như bảng sau.

-  Phân bố tải trọng khi không tải:

Coi tự trọng (Z_TT) của ôtô kéo tác dụng tập trung như hình trên:

Theo thông số kỹ thuật của đầu kéo ta có:

Z_tt = 8720 (KG),

Z_T = 4340 (KG)

Z_S = 4380 (KG)

Lấy mômen cân bằng đối với đường tâm trục cầu trước hoặc điểm giữa của hệ thống treo ta được:

a = 1858 (mm);     b = 1842 (mm);

- Lực tác dụng lên trụ đứng khi đầy tải:

Tải trọng phân bố lên cầu sau của đầu kéo là:

Z_Så = Z_S + Z_S’

Trong đó:

Z_S - là tự trọng phân bố lên cầu sau của đầu kéo.

Z_S’ - là tải trọng phân bố lên cầu sau của đầu kéo khi có tải.

Gọi Z_tđ là lực tác dụng lên trụ đứng của đầu kéo khi đầy tải, từ hình 2.4 lập phương trình cân bằng mômen đối với đường tâm trục trước ta có:

3700 . Z_S’ = (3700 - 240) . Z_tđ

=> Z_S’ = 0,935 . Z_tđ

Theo tiêu chuẩn Việt Nam 22 TCN 307 - 03, thì việc phân bố tải trọng lên các cầu sau của đầu kéo phải đảm bảo:

Z_Så = Z_S + Z_S’ £ 18000 (KG)

Hay:  4380 + 0,935.Z_tđ £ 18000

=>  Z_tđ £ 14566 (KG)

2.1.2. Tính chọn số trục và phân bố tải trọng của sơmi rơmoóc:

 Khi thiết kế sơmi rơmóc có các phương án sau:

- Phương án 01: Sơmi rơmoóc được bố trí 03 trục:

Khung sơmi rơmoóc gồm 02 dầm dọc chính chịu lực, 08 dầm ngang đặt vuông góc, 03 dầm ngang đặt xiên để tăng khả năng chịu lực, 04 dầm ngang để đặt chốt định vị Container và hệ thống chân chống, chốt kéo và có 08 gối đỡ Container.

- Phương án 02: Sơmi rơmoóc được bố trí 02 cầu:

Về kết cấu khung của sơmi rơmoóc gồm: dầm dọc, dầm ngang, các bộ phận định vị, gối đỡ, chốt, khoá, hệ thống chân chống, kích thước…hoàn toàn giống như phương án 01 nhưng chỉ khác là bố trí 02 cầu.

+ Trọng lượng của hàng hoá và Container:

Theo Qui phạm về Container của Cục đăng kiểm Việt Nam (TCVN 4146-85) đã qui định trọng lượng của hàng hoá và Container như sau:

Loại 40 feet:                   R = 30000 (KG);

Loại 20 feet:                   R = 20000 (KG).

Giả sử ta tính chọn cho đoàn ô tô chở Container gồm đầu kéo kéo theo sơmi rơmoóc 02 trục.

Trọng lượng hàng hoá và Container :       G_hh+Con = 30000 (KG)

Tự trọng của sơ mi                           :          G_sơmi = 5450 (KG)

Khi đó tải trọng tổng cộng là:       G = G_hh+Con + G_sơmi = 35450 (KG)

Tải trọng này được phân bố lên trụ đứng là Z₁, lên các trục của somi rơmoóc là Z₂, theo tiêu chuẩn Việt Nam và kết quả tính toán ở mục 2.1.1.

Hệ phương trình vô nghiệm, do đó sơmi rơmoóc có thể chở được Container loại 1A phải sử dụng sơmi rơmoóc lớn hơn 02 trục.       

Giả sử ta tính chọn cho đoàn ô tô chở Container gồm đầu kéo kéo theo sơmi rơmoóc 03 trục.

Trọng lượng hàng hoá và Container :        G_hh+Con = 30000 (KG)

Tự trọng của sơ mi:                                    G_sơmi = 6350 (KG)

Khi đó tải trọng tổng cộng là: G = G_hh+Con + G_sơmi = 36350 (KG)

Coi tải trọng phân bố đều lên dầm dọc có chiều dài L = 12190 (mm) ta có:

Tải trọng phân bố do hàng hoá và Container là:

q_R = 30000/12190 = 2,46 (KG/mm)

Tải trọng phân bố của khối lượng được treo:

q_K = (6350 - 2700)/12190 = 0,3 (KG/mm)

=> q = q_R + q_K = 2,76 (KG/mm)

Thay vào công thức tính Z₁ và Z₂ được:

Z₁ = 11751 < 14566 (KG);   

Z₂ = 21894 < 24000 (KG)   

Kết luận: tải trọng phân bố hợp lý tại tất cả các cầu. Như vậy ta chọn sơmi rơmoóc 03 trục và có khoảng cách từ đầu sơmi rơmoóc đến điểm gắn chốt kéo là a=1260 (mm) ; khoảng cách từ trục giữa đến cuối sơmi rơmoóc là b = 3500 (mm).

2.2. Tính phân bố trọng lượng của đoàn ô tô

Trong quá trình tính toán ta thay thế sơ mi rơ moóc bằng lực tác dụng Z_m  như hình vẽ.

Lấy mô men với tâm của trục sau ta có: (1858+1842)Z_t- 1842Z_tt­-240Z_m=0       (1)

Chiếu lên phương Y ta có: Z_t+Z_s-Z_tt-Z_m=0                                 (2)

Với : Z_tt=8720(KG); Z_m=11751(KG) thay vào (1) và (2) ta được: Z_t=5103,4(KG);  Z_s=15367,6(KG)

 2.3. Xác định toạ độ trọng tâm của sơmi rơmoóc:

Toạ độ trọng tâm của sơmi rơmoóc khi đầy tải được xác định như sau:

Suy ra: a_g = Z₂ . (a_g + b_g)/G = 21894 . 7430/36350 = 4475 (mm)

b_g = 7430 - 4475 = 2955 (mm)

h_g  = (2785 . 30000 + 745 . 6350)/36350 = 2,633 (m)

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƠMI RƠMOÓC

3.1. Yêu cầu

Thiết kế được thực hiện trên cơ sở các yêu cầu sau:

- Sơmi rơmoóc phải có đủ độ bền. Có chiều cao thấp để giảm trọng tâm. Tiêu chuẩn hoá các kích thước và bộ phận khoá kẹp. Các kết cấu của sơmi rơmoóc phải được tính toán hợp lý sao cho các kết cấu thép đủ bền nhưng không thừa bền quá nhiều, tránh gây lãng phí nguyên vật liệu không cần thiết để vừa giảm được tự trọng của sơmi rơmoóc và đồng thời giảm giá thành chế tạo. Về bộ phận khoá kẹp, ngoài các yêu cầu về tiêu chuẩn hoá các kích thước để đảm bảo tính lắp lẫn cao còn phải đảm bảo về độ bền của khoá do khoá kẹp trong quá trình vận chuyển Container chịu phụ tải rất lớn.

- Sơmi rơmoóc được thiết kế để sản xuất lắp ráp mang nhãn hiệu hàng hoá trong nước.

- Khung sơmi rơmoóc được chế tạo trong nước, các cụm tổng thành còn lại nhập ngoại mới 100% phù hợp với sức chịu tải của nó.

3.2. Thiết kế kết cấu sơmi rơmoóc:

Căn cứ vào các quy định chung về tải trọng và kích thước của đoàn ô tô kéo sơmi rơmoóc, tham khảo các thông số kỹ thuật của sơmi rơmoóc cùng loại của công ty cơ khí Tân Thanh; sơmi rơmoóc được thiết kế sẽ tuân theo các thông số kỹ thuật cơ bản sau.

Kết cấu chung của sơ mi rơ moóc bao gồm các tổng thành và các cụm chi tiết trên. Do vậy công việc thiết kế nó bây giờ bao gồm 2 công việc chính:

- Thiết kế (hình dáng và kích thước), lựa chọn vật liệu cho các chi tiết sẽ chế tạo trong nước; sau đó kiểm tra bền cho các chi tiết chịu tải trọng.

- Lựa chọn các tổng thành hoặc cụm chi tiết phải nhập ngoại hoặc đặt chế tạo từ các nhà máy khác phù hợp với tính năng và tải trọng tác dụng. Sau đó phải kiểm tra bền đối với các chi tiết hoặc tổng thành chịu tải trọng tác dụng mà không phải là dạng tiêu chuẩn, kiểm nghiệm độ an toàn đối với các cơ cấu chấp hành.

Khung sơmi rơmoóc bao gồm :

- 02 dầm chịu lực chính, có tiết diện chữ I

- 04 dầm ngang đỡ Container

- 10 thanh giằng ngang gia cường cho khung

- 10 thanh giằng chéo gia cường cho dầm ngang đỡ Container.      

+ Tải trọng phân bố của khung sơ mi rơ moóc như sau:

- Trụ đứng: 11751( KG)

- Trục sơ mi rơ moóc: 21489(KG)

3.3. Sử dụng phần mềm MIDAS để tính bền khung SMRM

3.3.1 Giới thiệu về MIDAS

MIDAS là một trong những phần mềm chuyên dùng cho lĩnh vực phân tích và thiết kế kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn khá nổi tiếng và được sử dụng rộng rãi trên thế giới

- Các lệnh về MIDAS xem phụ lục

1. Bản chất của MIDAS:

MIDAS được lập trình trên cơ sở lý thuyết phần tử hữu hạn (PTHH).

Tư tưởng cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn là rời rạc hoá vật thể thành hữu hạn các phần tử. Các phần tử liên kết với nhau bởi các điểm, gọi là các nút. Vật thể được nghiên cứu trên cơ sở nghiên cứu các phần tử hữu hạn.

2. Phạm vi ứng dụng và khả năng tính toán của MIDAS:

Ngày ngay MIDAS được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế như: thiết kế cầu đường, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, thiết kế móng, tính toán đê, đập, bể nước, thiết kế khung dầm, vỏ ô tô và các phương tiện vận tải khác. Sở dĩ nó được sử dụng rộng rãi như vậy bởi nó có thể tính toán các kết cấu phức tạp như khung không gian và cả kết cấu siêu tĩnh. MIDAS có khả năng tính toán với nhiều loại tải trọng khác nhau: tải trọng tĩnh, tải trọng gió, tải trọng nhiệt, tải trọng động và tải trọng chuyển động ô tô. 

- Các thông số đầu vào:

 + Mô hình kết cấu: Thể hiện bởi hình dáng và kích thước của kết cấu.

+ Đặc trưng hình học của phần tử: thể hiện hình dạng và các kích thước mặt cắt của phần tử kết cấu.

+ Đặc trưng vật liệu của phần tử: bao gồm các thông số của vật liệu như: trọng lượng bản thân, mô đun đàn hồi, hệ số dãn nở nhiệt…

- Kết quả: sau khi chạy chương trình MIDAS cho phép xuất kết quả dưới dạng biểu đồ và dạng bảng.

+ Biểu đồ nội lực gồm: Biểu đồ lực dọc, biểu đồ lực cắt, biểu đồ momen uốn, biểu đồ momen xoắn, biểu đồ ứng suất pháp và biểu đồ ứng suất tiếp.

+ Chuyển vị: thể hiện hình dạng của kết cấu dưới tác dụng của các loại tải trọng.

3. Các bước giải bài toán trên MIDAS:

Bước 1: Chọn đơn vị:Trước khi giải bài toán ta cần phải định đơn vị. Chương trình MIDAS cung cấp một số đơn vị thường dùng nhất : N - m; N - mm; kN -  m; kN - mm; gf - mm; gf - m; kgf - m; kgf - mm.

kết cấu đúng kích thước cần thiết kế.

Bước 3: Khai báo đặc trưng hình học của phần tử.

Bước 4: Sơ bộ gán đặc trưng hình học cho phần tử

- Trước tiên chọn phần tử gán.

- Gán tiết diện cho phần tử khung (Frame)

Bước 5: Khai báo điều kiện biên

- Chọn các nút cần thay đổi.

- Gán các điều kiện biên cho các nút như: ngàm, gối cố định, gối di động hay giải phóng liên kết cho các nút tự do.

Bước 6: Khai báo trường hợp tải.

Bước 7: Gán giá trị tải trọng:

- Chọn phần tử cần gán tải trọng: nút, phần tử thanh hay phần tử tấm vỏ

- Gán tải trọng đã khai báo cho phần tử, trong đó cần chọn: loại tải trọng, đơn vị, chiều và giá trị của tải trọng.

Bước 10: Thiết kế và kiểm tra: Sau khi có được kết quả phân tích nội lực ta tiến hành thiết kế các phần tử theo điều kiện bền.

3.3.2 Mô hình tính toán:

Mô hình tính toán được thành lập trong điều kiện đoàn ô tô chở đầy tải, tải trọng đặt lên các dầm dọc được lấy trong trường hợp đoàn ô tô chở  01 Container loại 1A, tức tải trọng tối đa 30000 (KG) và khi đoàn ô tô đang phanh với gia tốc phanh lớn nhất theo phương dọc trên mặt phẳng nghiêng, với góc nghiêng ngang tối đa giả thiết lấy bằng 20⁰.    

Để sát với thực tế chịu tải của sơ mi rơ moóc khi xe vận hành trên đường ta nhân thêm các giá trị lực trong trường hợp tĩnh với hệ số tải trọng động k_đ, lấy k_đ=2,5 và để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng ta nhân thêm hệ số an toàn n, lấy n = 1,5.

Khi đó ta có các giá trị tải trọng như sau:

- Tính tải trọng phân bố lên dầm dọc:

Coi tải trọng phân bố đặt lên dầm dọc được tổng hợp thành các tải trọng tập trung có giá trị là Z’ và Z”, lập phương trình cân bằng mômen đối với đường tâm của dầm dọc.

Tổng trọng lượng của hàng hoá và vỏ Container là: G_1A = 30000 (KG),

Trọng lượng bản thân khung Sơ mi rơ moóc:

G_k = G_SM - G_{trục + treo} = 6350 - 2700 = 3650 (KG)

=>  G_å = G_1C + G_k = 30000 + 3650 = 33650 (KG)

Tải trọng tác dụng lên dầm ngang:

Dầm ngang đỡ Container được tính theo chế độ lực dọc động lớn nhất, đòan ô tô thực hiện quá trình phanh xe với gia tốc lớn nhất, chọn j_m = 5 (m/s²), coi gia tốc trọng trường g » 10 (m/s²).

Lực ma sát giữa Container và dầm dọc:

F_ms = f_ms. G_å

Chọn hệ số ma sát: f_ms = 0,15;

F_ms = 0,15. 33650 = 5047,5 (KG)

Lực dọc thực tế lớn nhất tác dụng lên mỗi đầu chốt định vị trên dầm ngang là:

F_d = k_đ . n . (F_qt - F_ms)/4 = 2,5 . 1,5 . (168250 - 5047,5)/4 = 153002 (KG)

Như vậy trong quá trình tính toán thiết kế ta tính cho trường hợp tại mỗi vị trí chốt định vị Container chịu tải trọng tập trung thực tế lấy:

H = k_đ . n. H₁/2 = 2,5 . 1,5 . 20970/2 = 39318 (KG)

3.3.3. Khai báo các đặc trưng và kết quả tính toán:

1. Các thông số của dầm dọc:

Các dầm dọc của sơ mi rơ moóc được chế tạo từ  thép tấm SS400 có độ dày 16 mm bằng phương pháp cắt và hàn ghép. Trong đó  01 dầm dọc được cấu tạo gồm 02 bản cánh và 01 bản bụng tạo thành tiết diện chữ I. 

- Dầm dọc chịu lực phân bố: q_tt = 9,45 (KG/mm).

- Trong mô hình tính toán bằng MIDAS, tại các ngõng nhíp và chốt kéo sơmi rơmoóc giả thiết coi như là các gối cố định.

 2. Các thông số của dầm ngang định vị Container:

Để đảm bảo sơmi rơmoóc có thể chở được 01 Container 40 feet hoặc 02 Container loại 20 feet nên trên khung sơmi rơmoóc phải có ít nhất 04 dầm ngang có gối đỡ định vị Container gồm 01 dầm đầu, 01 dầm cuối và 02 dầm giữa. Các dầm ngang đặt thấp hơn các so với mặt trên của dầm dọc một khoảng đúng bằng bề dày của bản cánh.

 4. Kết quả tính toán trên MIDAS:

Sau khi khai báo các giá trị đặc trưng của vật liệu, đặc trưng hình học các mặt cắt của các dầm, và các giá trị tải trọng, điều kiện biên; tiến hành chạy chương trình, ta thu được các kết quả như hình.

 Kết luận: thanh gia cường chịu một ứng suất khá lớn nên ta phải lựa chọn loại thép có cơ tính cao như: SS400 hoặc 50G thường hoá có s_ch= 37 ¸ 43(KG/mm²)

3.4. Chọn số cơ cấu và chọn dẫn động phanh:

Theo tiêu chuẩn 22 TCN 327 - 05 của Bộ Giao thông Vận tải ban hành kèm theo Quyết định số 30/2005/QĐ - BGTVT ngày 09/06/2005, thì rơmoóc (sơmi rơmoóc) có khối lượng toàn bộ lớn hơn 0,75 tấn phải được trang bị hệ thống phanh chính và phanh dừng.

3.4.1. Hệ thống phanh chính:

Tiêu chuẩn 22 TCN 327 - 05 quy định hệ thống phanh chính phải tác động lên tất cả các bánh xe. Như vậy, cơ cấu phanh được lắp trên tất cả các bánh xe của sơmi rơmoóc.

Để đơn giản trong việc nối ghép ống dẫn, ta sử dụng hệ thống phanh được dẫn động bằng khí nén hai dòng và cơ cấu phanh tang trống. Trong đó, một dòng liên tục cung cấp khí nén cho bình chứa của sơmi rơmoóc, dòng kia làm nhiệm vụ điều khiển quá trình phanh ở sơmi rơmoóc. Hệ thống phanh chính được nhập đồng bộ cùng với cụm cầu sau của hãng BPW (Đức).

3.4.2. Hệ thống phanh dừng:

Khi tháo rời sơmi rơmoóc khỏi đầu kéo ngoài việc phải hạ chân chống ta còn phải kéo (hãm) phanh tay của nó để đảm bảo sơmi rơmoóc không bị trượt, trôi. Hệ thống phanh dừng của sơmi rơmoóc là phanh cơ khí có cóc hãm, dẫn động bằng dây cáp.

3.5. Tính chọn chân chống:

Hệ thống chân chống có tác dụng giữ cho sơmi rơmoóc ở vị trí nằm ngang khi tháo rời nó ra khỏi đầu kéo.

Khi nối hoặc tách sơmi rơmoóc khỏi đoàn xe chân chống phải đảm bảo:

- Khả năng di động dù trong khoảng cách rất nhỏ.

- Thuận tiện và nhẹ nhàng tối đa cho lái xe

Lập phương trình cân bằng mômen đối với điểm B ta có:

Z_cc .(4475 + 2955 - 2420) -  G_å . 2955 = 0

Z_cc =  19848 (KG);

Vậy tải trọng tác dụng lên một bên chân chống là 9924 (KG)

Hệ thống chân chống sơmi rơmoóc được nhập đồng bộ của hãng JOST loại có ký hiệu A400 - T21 19 (USA) bằng thép ống vuông. Khả năng chịu tải là: 27000 (KG)/77000 (KG), truyền động cơ khí, hành trình làm việc là 400 (mm). Vì chân chống đã được chế tạo tiêu chuẩn nên không cần tính toán kiểm nghiệm bền.

3.6. Chọn chốt kéo và khoá giữ Container:

3.6.1. Chọn chốt kéo:

Chốt kéo đã được tiêu chuẩn hoá nên không cần phải tính toán mà ta chọn chốt kéo phù hợp với kết cấu và tải trọng tác dụng lên nó.

Chốt kéo được liên kết với sơmi rơmoóc bằng phương pháp hàn. Chốt kéo có ký hiệu Kingpin 2”- 781100/01 được nhập khẩu của hãng YORK (Singapore).

3.6.2. Chọn khoá giữ Container:

1. Chọn giá đỡ chốt định vị:

- Công dụng và kết cấu:

Giá đỡ chốt định vị gồm 2 loại khác nhau tương ứng với 2 loại vị trí của chốt định vị Conainer. Chốt định vị Container đầu và cuối luôn nhô lên cao hơn mặt sàn một khoảng bằng bề dày của lỗ định vị Container + chiều cao của phần mũ kẹp chặt của chốt kẹp + khe hở dôi.

2. Chọn khoá giữ Container:

- Khoá giữ Container có công dụng: định vị và kẹp chặt Container trên sơmi rơmoóc Container, đảm bảo an toàn cho đoàn xe và cho các phương tiện tham gia giao thông trên đường.

Trên biểu đồ ứng suất tiếp lớn nhất tại đường trung hoà:

s_max = 1,5 . Q_y/(b . h) = 1,5 . 153002 /(88 . 60) = 32,34 (KG/mm²)

Chọn vật liệu làm chốt khoá Container là thép CT45 thường hoá để vừa đảm bảo s_ch = 33 ¸ 37 (KG/mm²) vừa đảm bảo độ cứng của chi tiết HB = 140 ¸190 do trong quá trình làm việc chốt kẹp Container chịu nhiều va chạm với nối góc dưới của Container.

3.7.2. Hệ thống tín hiệu:

Hệ thống tín hiệu trên sơmi rơmoóc chủ yếu là hệ thống đèn tín hiệu bao gồm: đèn vị trí, đèn soi biển số, đèn lùi, đèn phanh, đèn báo rẽ và còi hậu. Hệ thống tín hiệu được điều khiển bởi hệ thống điện có hộp chia điện loại 7 chân được nhập khẩu đồng bộ của hãng BPW (Đức), có sơ đồ bố trí như hình vẽ.

3.8. Chọn cụm trục và bánh xe:

3.8.1. Trục sơmi rơmoóc:

Trục sơmi rơmoóc được nhập đồng bộ của hãng BPW kiểu HZM 12010, gồm 03 trục bị động lắp lốp kép, khả năng chịu tải lớn nhất của trục là 12000 (KG), tâm vết bánh xe là 1820 (mm), đường kính tang phanh 380 (mm).

3.8.2. Bánh xe sơmi rơmoóc:

- Lốp và săm sơmi rơmoóc gồm 12 bộ, cỡ lốp 10.00 - 20, để giảm giá thành ta có thể đặt mua của các hãng sản xuất săm lốp trong nước như công ty Cao su Sao vàng hoặc CASUMINA.

- Bộ la - zăng dùng loại phù hợp với cỡ lốp trên. Có thể nhập đồng bộ với trục sơmi rơmoóc hoặc chọn mua loại tương đương.

3.9. chọn hệ thống treo:

- Công dụng và kết cấu:

Hệ thống treo có tác dụng dập tắt các dao động của các khối lượng được treo thuộc sơmi rơmoóc, đảm bảo cho đoàn xe chuyển động êm dịu và an toàn trên  đường.

4.1. Tính ổn định cho đoàn ô tô:

4.1.1. Tính vận tốc lớn nhất của đoàn ô tô thiết kế.

 Vận tốc lớn nhất đạt được khi:

Me = Mc                  (4.1)

 Trong đó:

Me: Momen xoắn trên trục khuỷ động cơ.

Mc: Momen cản tổng cộng của điều kiện chuyển động quy dẫn về trục khuỷ của động cơ.

Memax = 110 (KGm), n_M = 1400 (v/ph),

Nemax = 320 (m.l), n_N  = 2200 (v/ph)

Thay các thông số trên vào (4.7) giải ra ta được:  a = 0,881;     b = 0,554;  c = 0.345

Giải phương trình trên ta được:

V_max = 23,4 (m/s) = 84 (km/h)

Vậy tốc độ chuyển động lớn nhất của đoàn ô tô thiết kế là 84 (km/h)

4.1.2. Ổn định dọc:

Ổn định dọc tĩnh là khả năng đảm bảo cho đoàn xe không bị lật hoặc bị trượt khi đoàn xe đứng yên trên đường dốc dọc. (Trong trường hợp tính ổn định dọc động ta thay lực phanh bằng lực kéo).

Trường hợp đoàn xe đứng yên trên đường dốc, nghiêng một góc a so với phương ngang:

Thừa nhận góc giới hạn trượt nhỏ hơn góc giới hạn lật, từ hình 4.1 ta xác định được các phản lực của đường lên các cầu của đoàn xe như sau:

Z₁ =  29,1192 . cosa (KG)

Z’_T = 4,031 . cosa (KG)

Z’_S = 18,16 . cosa (KG)

Tổng trọng lượng bám: G_j = 53170 . cosa (KG)

Lực phanh lớn nhất: P_pmax = 53170 . sina  (KG)

Lực bám lớn nhất: P_j = j . G_j

Đoàn xe đạt tới giá trị trượt khi P_pmax = P_j  hay tga = j.

Từ đó ta có góc giới hạn trượt dọc:

Nếu đường nhựa tốt, khô: j  = 0,8 thì: a_trượt = arctg(0,8) = 38,6⁰.

Nếu đường nhựa tốt, ướt: j = 0,35; thì : a_trượt = arctg(0,35) = 19,2⁰.

4.1.3. ổn định ngang:

Trong trường hợp trên đoàn xe quay vòng trên đường nghiêng ngang góc b, tâm quay của đoàn xe tạo với phương của mặt đường một góc (90⁰- b). Thực tế cho thấy trên các đoạn quay vòng, mặt đường thường được làm nghiêng vào trục quay, đảm bảo xe khi vào quay vòng không bị lật đổ. Vì vậy ta chỉ xét sự trượt của đoàn xe khi đứng yên trên đường nghiêng ngang. Sơ đồ lực trong trường hợp này tương tự như hình 4.2 trong đó lực li tâm P_lt = 0. 

Để đơn giản trong tính toán ta coi đoàn xe thống nhất có trọng lượng bằng G_đx = 53170 (KG),

Đoàn xe bị trượt ngang khi

G_đx . sinb = G_đx. j_y . cosb                   Hay   tgb = j_y.

Trong đó j_y là hệ số bám ngang của đường. Lấy j_y = 0,48.

Suy ra góc giới hạn trượt ngang của đoàn xe là: b_gh = arctg(0,48) = 25,6⁰.

- Xác định góc giới hạn lật ngang:

Khi phản lực của đường lên các bánh xe phía trên của đoàn xe Z” = 0, đoàn xe sẽ bị lật ngang quanh tâm quay là tiếp điểm giữa mặt đường và các bánh xe phía dưới.

 Khi đó ta có:

Z’ = G_đx . cosb_gh

Z’ . B₂ = 0,5 . B₂ . G_đx . cosb_gh + h_g . G_đx . sinb_gh

Suy ra: B₂ . cosb_gh = 0,5 . B₂ . cosb_gh + h_g . sinb_gh

tgb_gh = 0,5 . B₂/h_g = 0.5 . 1829/2633 = 0.347

Góc giới hạn lật ngang là: b_gh = 19⁰

Vì vậy để đảm bảo sự ổn định theo phương ngang cho đoàn xe thì góc nghiêng ngang của đường không được vượt quá góc nghiêng ngang giới hạn: b_gh = 19⁰

4.2. Động học quay vòng đoàn ô tô:

4.2.1. Các giả thiết.

Để nghiên cứu động học quay vòng của đoàn ôtô, giả thiết:

- Đường bằng phẳng, có bề mặt cứng, sức cản chuyển động không đáng kể.

- Không có dịch chuyển thẳng đứng của các khối tâm và dao động của thùng xe.

 4.2.2. Mô hình nghiên cứu động học quay vòng đoàn ôtô.

Các điểm 1, 2, 3 là điểm giữa của các trục đoàn ôtô; v_i là vận tốc tịnh tiến điểm giữa của các trục đoàn ôtô; o là góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hướng; y là góc hướng của các khâu đoàn ôtô; L₁, L₂ là chiều dài cơ sở của ôtô kéo và sơmi rơ moóc; R_i là bán kính quỹ đạo điểm giữa các trục đoàn ôtô.

4.2.3. Xác định các thông số động học của chuyển động quay vòng đoàn ô tô:

- Bán kính quay vòng.

- Độ lệch quỹ đạo giới hạn của sơmi rơmooc so với ô tô kéo khi quay vòng với R_omin.

- Hành lang quay vòng của đoàn ôtô.

KẾT LUẬN

   Với đề tài: ”Thiết kế đoàn ô tô vận chuyển Container dài 40 feet” em đã phân tích, lựa chọn, tính toán thiết kế hoàn chỉnh một đoàn ô tô chuyên dùng cho vận tải Container; đảm bảo các thông số và yêu cầu kỹ thuật cũng như các quy định có liên quan để có thể lưu hành trên đường bộ Việt Nam, góp phần giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến kỹ thuật, kinh tế và xã hội.

   Trong quá trình tính toán, thiết kế khung sơmi rơmoóc em đã ứng dụng phần mềm MIDAS - một phần mềm đã và đang được sử dụng rộng rãi trong tính toán, kiểm nghiệm các hệ thống khung dầm phục vụ cho việc thiết kế trong các ngành kỹ thuật. Sử dụng phần mềm này không những cho kết quả chính xác mà còn rút ngắn thời gian, công sức tính toán; đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho người sử dụng.

   Do thời gian và trình độ bản thân có hạn nên thiếu sót là điều khó tránh khỏi, nhưng về cơ bản thì đây là đề tài có tính khả thi cao và có thể đưa vào thiết kế sản xuất ở Việt Nam nhằm đáp ứng những nhu cầu cấp bách trong thời kỳ đổi mới, đẩy mạnh công nghiệp hoá - hiện đại hoá và hội nhập đất nước.

   Vì vậy hướng mở của đề tài là, trên cơ sở thiết kế này chúng ta sẽ lập các qui trình công nghệ để chế tạo hoàn chỉnh khung sơmi rơmoóc, đồng thời tính toán thiết kế các dây chuyền, nhà xưởng để tiến hành sản xuất. Ngoài ra chúng ta cũng cần tính toán để có thể thay thế các thiết bị nhập ngoại nhằm nâng cao tỉ lệ nội địa hoá, giảm chi phí giá thành của sản phẩm.

   Một lần nữa em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và xin chân thành cảm  ơn sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của thầy giáo hướng dẫn: ThS……….. cùng các thầy giáo trong bộ môn Cơ khí ô tô Trường Đại học Giao thông Vận tải đã giúp em  hoàn thành thiết kế này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[ 1] - Kết cấu tính toán ô tô - Thái Nguyễn Bạch Liên, Trịnh Chí Thiện,Tô Đức Long, Nguyễn Văn Bang - NXB GTVT - Hà Nội 1994.

[ 2 ] - Lý thuyết ô tô - Nguyễn Ngọc Lâm - NXB GTVT - Hà Nội 1984.

[ 3 ] - Bài giảng ôtô vận tải chuyên dùng - Trịnh Chí Thiện, Nguyễn Văn Bang - Đại học GTVT - Hà Nội 2001.

[ 4 ] - Quy phạm Container TCVN 4146 - 85 - Cục đăng kiểm Việt Nam - NXB GTVT - Hà Nội 1992.

[ 5 ] - Tài liệu huấn luyện nghiệp vụ kiểm tra kỹ thuật ô tô sản xuất - lắp ráp - Cục Đăng kiểm Việt Nam - Hà Nội 2003.

[ 6 ] - Thiết kế chi tiết máy - Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm -NXB Giáo dục - Hà Nội 1999.

[ 7 ] - Sức bền vật liệu - Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu, Bùi Đình Nghi - NXB GTVT - Hà Nội 2000.

[ 8 ] - Phân tích và thiết kế kết cấu bằng phần mềm MIDAS 

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"