LỜI NÓI ĐẦU

       Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, tạo ra nhiều sản phẩm vật chất phục vụ cho đời sống xã hội, và các nhu cầu thiết yếu của con người.

 Song song với sự phát triển của xã hội và sự đô thị hoá với tốc độ nhanh làm cho sự gia tăng cơ học về dân số, điều đó kéo theo sự gia tăng về số lượng lớn rác thải trong thành phố, rác thải là nguồn ô nhiễm môi trường, đây là vấn đề nhức nhối của các đô thị và thành phố lớn, đặc biệt là thủ đô Hà Nội.

     Khi dân số tăng, đô thị càng phát triển thì số lượng khí thải và rác thải càng nhiều về chủng loại và số lượng, chúng là một trong những nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến đời sống của nhân dân.

    Trong giai đoạn này bộ mặt của thành phố, thị xã, thị trấn đặc biệt là thủ đô Hà Nội ngày càng hiện đại và văn minh hơn, đòi hỏi tương ứng với nó là nhu cầu vệ sinh môi trường cũng tăng lên, vì vậy vấn đề thu gom và sử lý chất thải, khí thải là một vấn đề then chốt để đảm bảo cho một thành phố xanh, sạch đẹp.

   Xuất phát từ những nhu cầu trên của xã hội, đặc biệt là của những đô thị lớn,vì vậy việc thiết kế xe ép và chở rác là nhu cầu rất cần thiết .Vì vậy em đã được giao đề tài: “Thiết kế kỹ thuật ô tô chở và ép rác trên cơ sở ô tô sát xi  HINO WU422L”. Với nhiệm vụ riêng là: “Thiết kế thùng phụ và tính toán xilanh nâng hạ thùng phụ” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Nội dung của đề tài được trình bày gồm:

- Chương 1: Tổng quan về đề tài.

- Chương 2:  Thiết kế thùng phụ

- Chương 3: Tính toán xilanh nâng hạ thùng phụ.

CHƯƠNG 1:  TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Nhu cầu sử dụng ô tô chở 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, vởi tổng lượng ước tính 5.000 9tấn/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 nạn 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 ô tô chở 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 xử lý chúng để không gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh đáp ứng nhu cầu đặt ra.

Hiện nay trên thế giới 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 ô tô chở và ép rác 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 ô tô chuyên dùng chưa đủ tiêu chuẩn về hình dáng, kích thước và kết cấu thùng rác vị trí bố trí các thiết bị thuỷ lực chuyên dùng như các piston chưa được hợp lý:

 - Hệ thống thu gom rác hở gây rơi vãi, ô nhiễm môi trường.

 - Khối lượng vận chuyển thấp.

 - Hành trình thu gom rác chưa hợp lý.

 - Kết cấu thùng của ô tô 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 cơ giới hoá và tự động hoá.

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

 - Giá thành ô tô còn cao so với một số xe sản xuất trong  nước và nhập từ nước ngoài.

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

 - Các pistôn thuỷ lực làm việc không ổn định hay bị tụt áp và chảy dầu.

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

   Với số lượng xe sát xi, xe tải sẵn có ở Việt Nam cả về số lượng và chất lượng thì việc thiết kế, cải tạo trên các dạng xe này thành các dạng xe chuyên dùng chở và ép rác là một vấn đề hết sức cần thiết. Sự phát triển của ô tô chuyên dùng về số lượng phương tiên và kiểu loại phương tiện phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế quốc dân và đặc biệt phụ thuộc vào nhu cầu vận tải.

Phần lớn các loại xe chuyên dùng hiện nay là chế tạo trên cơ sở ô tô tải sát xi thông thường có lắp đặt thùng xe chuyên dùng hoặc thiết bị chuyên dùng.Cho nên xu hướng hiện nay là ngày càng hoàn thiện các loại thùng xe và thiết bị chuyên dùng để đảm bảo tính tin cậy cao, tiện nghi cao, tính cơ giới hoá và tự động hoá cao.

   Một xu hướng khác là đa dạng hoá tải trọng xe đang dùng để tận dụng tải trọng tối đa hay nâng cao hệ số xử dụng tải trọng.

    Do có nhiều thiết bị chuyên dùng nên tải trọng của xe chuyên dùng lớn hơn tải trọng của xe phổ thông cùng loại . Để nâng cao tải trọng của ô tô chuyên dùng ta phải sử dụng vật liệu chế tạo thùng xe nhẹ, tăng kích thước của thùng xe, tăng

chất lượng động lực kéo. Nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy và độ bền khi xe chuyển động.

     Ngoài ra còn có xu hướng khác là khắc phục tối đa các ảnh hưởng của các tác động bên ngoài như điều kiện đường xá, khí hậu (mưa nắng) đảm bảo một cách vận chuyển hàng hoá có hiều quả cao nhất và phải đảm bảo những yêu cầu sau đây:

 - Giá thành rẻ so với các loại xe trong nước và nước ngoài cùng loại.

 - Thùng rác kín, hệ thống thu gom rác thấp, không gây bụi và rơi vãi.

 - Có thể thu gom rác từ các xe đẩy hoặc đổ trực tiếp vào khoang nạp, phù hợp với công nghệ thu gom của các Tỉnh, Thành phố.

 - Kết cấu thùng chứa hệ thống thu gom, hệ thống ép và hệ thống xả rác phù hợp với khả năng công nghệ chế tạo của cơ sở sản xuất có đủ pháp nhân thi công trong nước.

 - Tận dụng hết tải trọng tối đa của xe, tránh lãng phí công xuất và nhiên liệu.

 - Khi ô tô hoạt động thì đảm bảo chuyển động êm dịu ít gây tiếng ồn

 - Có tính cơ giới hoá và tự động hoá cao.

 - Đảm bảo dễ sử dụng khi vận hành và bảo dưỡng.

Vì vậy việc thiết kế xe chở và ép rác đáp ứng được những yêu cầu trên.

1.2. Lựa chọn ô tô cơ sở.

       Xe cở sở được chọn để làm xe thiết kế cần phải đảm bảo các yêu cầu của xe thiết kế như kích thước của xe thiết kế. Khả năng chịu tải tối đa của xe cơ sở, xong phải đảm bảo tải trọng của xe thiết kế phân bố lên các trục theo quy định của Bộ Giao Thông Vận Tải. Bên cạnh đó phải đảm bảo được tính kính tế trong quá trình sử dụng.

    Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại ô tô sát xi ca bin được nhập khẩu từ các nước như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc. Theo mục tiêu nghiên cứu chú ý đến một số loại ô tô sau (Bảng 1.1):

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật chủ yếu của một số loại ô tô.

 Tất cả các loại ô tô cơ sở trên đều có thể lựa chọn để thiết kế, ở đây đề tài chỉ lựa chọn ra một loại ô tô cơ sở điển hình để thiết kế đó là: Ô tô HINO 300 SERIES model WU422L.

  Có tuyết hình như hình 1.1:

Hình 1.1: Tuyết hình ô tô cơ sở HINO WU422L.

1.3. Lựa chọn phương án thiết kế.

* Ô tô thu gom rác loại bé:

Hình 1.2: Ô tô thu gom rác

    Sử dụng để thu gom rác trong các ngõ xóm. Dung tích thùng đạt khoảng 3,0m³.Sau khi thu gom rác ô tô đến các container thùng rời để đổ rác.

   - Ưu điểm: Xe có kích thước gọn tạo điều kiện thuận lợi khi ra vào ngõ xóm, cơ động trong việc thu gom rác, có hệ thống tay nâng thuận tiện cho việc nâng và đổ rác

   - Nhược điểm: Hệ số sử dụng tải trọng nhỏ.

   * Xe thu gom rác dạng container: Xe  được trạng bị cơ cấu kiểu tay đòn dung để nâng hạ container.Thùng chứa đặt ở vị trí cố định, khi thùng đầy ô tô đến nâng thùng lên xe và cở đến bãi rác.

                                     Hình 1.3 : Xe thu gom dạng container.

    - Ưu điểm: Không mất thời gian thu gom rác,tiết kiệm được thời gian vận chuyển rác.Thùng container được đóng kín đảm bảo  không ô nhiễm môi trường.

  - Nhược điểm: Hệ số sử dụng tải trọng nhỏ.

* Xe chở rác loại có hệ thống cuốn và ép rác:

Hình 1.4: Xe chở rác loại có hệ thống cuốn và ép rác.

  - Ưu điểm: Tỷ số ép của hệ thống từ 1,2 - 3 nên hệ số sử dụng tải trọng rất cao.

    Kết cấu thùng dạng kín nên giảm thiểu tối đa được sự ô nhiễm môi trường trong quá rình thu gom rác.

    Rác được chuyển trực tiếp từ xe thu gom rác của hộ dân và được nâng lên xe nhờ cơ cấu nâng do đó giảm được sức lao động của nhân công.

Kết luận: Dựa vào những ưu điểm của các loại xe chở rác trên ta chọn phương án thiết kế là: Xe chở rác loại có hệ thống cuốn và ép rác.

1.4. Giới thiệu ô tô thiêt kế.

   Ô tô thiết kế là ô tô chở rác thiết kế trên ô tô cơ sở HINO WU422L có công thức bánh xe 4x2 .Tuyết hình được thể hiện trên hình vẽ dưới:

   Bảng thông số kỹ thuật:

Bảng 1.2: Các thông số kỹ thuật cơ bản của ô tô thiết kế.

1.4.1. Tổng thể ô tô thiết kế:

Hình 1.5: Tổng thể ô tô thiết kế.

1.4.2. Các cụm tổng thành chính của ô tô thiết kế như sau:

a. Thùng chính:

Hình 1.6: Kết cấu thùng chính.

01- Tôn thành thùng; 02- Xương đầu thùng; 03-Bàn xả; 04- Xy lanh xả; 05-Xương thành bên; 06- Xương nóc trên; 07- Xương cuối thùng; 08- Dầm dọc;

09- Hệ sàn thùng; 10- Tôn nóc trên.

   Thùng chứa thiết kế dạng hộp, kết cấu chắc chắn và phù hợp với công nghệ chế tạo trong nước. Toàn bộ khung xương thùng chính được chế tạo từ thép định hình gồm các mảng thành trước,hai thành bên và mảng sàn  mảng nóc ghép lại .Bên trong thùng chính bố trí cơ cấu xả rác.

b. Cụm thùng phụ:

Hình 1.7: Lắp thùng phụ.

01-Cụm thân sau; 02- Bàn ép rác;  03-Bàn cuốn rác; 04- Xi lanh nâng thân sau; 05- Xi lanh càng gập; 06- Xi lanh dẫn động lưỡi cuốn rác; 07- Xi lanh dẫn động bàn trượt; 08- Cơ cấu khóa thân sau; 09- Tai dẫn động cơ cấu khóa.

    Thùng phụ đươc bố trí cơ cấu bàn cuốn, cơ cấu nâng hạ xe thu gom rác. Mặt sau thùng được thiết kế mở bằng tay với cơ cấu mở khóa thùng cơ khí. Toàn bộ khung xương thùng và sàn thùng được chế tạo bằng thép định hình, gồm các mảng thành trước, thành bên, nắp thùng sau và mảng sàn. tương đương), đây là loại thép chịu mòn tốt.

c. Cơ cấu nạp rác:

    Càng gắp xe gom dùng để gom rác được thiết kế theo kích thước xe gom. Càng gắp điều chỉnh được khoảng cách để nâng các xe gom rác có chiều rộng khác nhau, càng gắp này rất thuận tiện cho người sử dụng trong quá trình làm việc .

   Chuyển động nâng xe gom và đổ rác vào khoang ép của thân sau được thực hiện nhờ hai xylanh bố trí phía bên ngoài thành thùng chứa và phía dưới. Khi ô tô chạy trên đường hai xylanh này ở vị trí co hết hành trình để gập gọn cơ cấu nạp rác lên phía trên.

d. Hệ thống cuốn ép rác:

Hệ thống cuốn ép rác gồm hai tấm:

+ Tấm cuốn ép rác có chuyển động xoay và chuyển động tịnh tiến nhờ các xylanh thủy lực.

+ Tấm ép chuyển động tịnh tiến lên xuống trong rãnh trượt nhờ hai xylanh thủy lực dẫn động , rãnh trượt ở hai bên thành thân sau được chế tạo từ thép tấm C45.

c. Hệ thống thủy lực:

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống thủy lực

 01-Thùng dầu thủy lực; 02-Van an toàn; 03-Cụm van phân phối 3 tay; 04-Xy lanh điều khiển lưới cuốn; 05- Xy lanh điều khiển bàn ép; 06-Xy lanh càng nâng; 07- Xy lanh nâng cụm thùng phụ; 08-Xy lanh xả rác; 0 9-Cụm van phân phối 2 tay; 10 Van 3 ngả;11- Van 1 chiều;12- Bơm thủy lực.

  Hệ thống thủy lực dùng để tự động thực hiện toàn bộ các thao tác của hệ thống chuyên dùng trên ô tô cuốn ép rác, hệ thống bao gồm:

- Bơm thủy lực: Là loại bơm bánh răng được dẫn động nhờ hộp trích công suất.

- Van một chiều dùng để ngăn không cho dầu tự động chảy về khi bơm ngừng làm việc, giữ cho pistông ở vị trí cố định trong xi lanh.

 - Van phân phối : Ô tô chở rác thiết kế có 7 xi lanh làm việc. Để tiện lợi điều khiển sử dụng 2 hộp van phân phối. Một hộp van phân phối ba cửa lắp đặt thân sau để điều  khiển bộ phận nạp rác và cuốn ép rác.

Một hộp van phân phối hai ngăn lắp đặt sau ca bin để điều khiển mở thân sau và xả rác.

-  Các xy lanh thủy lực: Dùng để điều khiển các hệ thống nâng thùng phụ, nâng xe thu gom, hệ thống xả, hệ thống cuốn ép rác.

- Thùng dầu: Dùng để chứa dầu.

- Bầu lọc: Dùng để lọc dầu trước khi qua các van và vào xi lanh.

- Hệ thống đường ống cứng dùng ống thép:  Ø15x25 và Ø20x3 chịu áp lực 160 KG/cm³. Hệ thống ống mềm là ống có lưới thép chịu áp lực 160 KG/cm³ có 4 loại  G41, G32, G27 và G24.

* Nguyên lý làm việc:

- Trường hợp 1:  Quá trình nạp rác: Động cơ làm việc, hộp số ở vị trí trung gian, gài hộp trích công suất, bơm thủy lực làm việc bơm dầu từ thùng chứa qua đường ống qua van phân phối tới khoang trên của xi lanh của bàn cuốn để co hết hành trình. Đồng thời điều khiển tay gạt cho dầu qua van phân phối tới khoang dưới của xy lanh ép đẩy hết hành trình, để tạo không gian chứa rác ở thùng phụ. Tiếp đó điều khiển tay gạt cho dầu qua van phân phối tới khoang dưới của xi lanh nâng xe gom, đưa càng nâng về vị trí ngang sát đất, đẩy xe gom vào vị trí điều khiển tay gạt cho dầu qua van phân phối vào khoang trên của xi lanh đồng thời dầu từ khoang dưới qua van phân phối về thùng chứa. Tiếp đó mới điều bàn cuốn ép đi xuống và cuốn ép rác nên thùng chính.

- Trường hợp 2:  Quá trình xả rác:  Động cơ làm việc, hộp số ở vị trí trung gian, gài hộp trích công suất, bơm thủy lực làm việc bơm dầu từ thùng chứa qua đường ống, đẩy van 1 chiều mở qua van 3 ngả tới van phân phối ( ở vị trí nâng thùng phụ) tới khoang dưới của xilanh,đẩy thùng phụ mở. tiếp điều khiển tay gạt mở van phân phối cho dầu tới khoang dưới của xi lanh xả, đẩy bàn xả, xả rác ra ngoài.

1.5. Giới thiệu mục tiêu và nội dung đề tài.

1.5.1. Mục tiêu:

    Với tình hình nước Việt Nam là nước đang phát triển, phương tiện đi lại ngày càng được nâng cao, vì vậy việc thiết kế, sản xuất, lắp ráp ô tô tự đổ đang là nhu cầu rất cần thiết. Với cơ hội thực tiễn đó, em lựa chọn đề tài: “Thiết kế ô tô chở rác trên cơ sở ô tô sát xi “HINO WU 422L” với nhiệm vụ riêng là: ‘‘Thiết kế thùng phụ ” làm đề tài tốt nghiệp. Đề tài được tham khảo tại một số xưởng sản xuất lắp ráp ô tô. Đồng thời tham khảo kết cấu của các loại xe có tải trọng tương tự.

     Đề tài giúp em nghiên cứu sâu hơn và bổ xung được kiến thức chung về ô tô cũng như các kiến thức về nền công nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô hiện nay.

1.5.2. Nội dung đề tài:

  - Thiết kế thùng phụ:

    + Lựa chọn dung tích thùng phụ.

    + Kết cấu thùng phụ.

    + Tính bền thùng phụ.

 - Tính toán cơ cấu cuốn rác:

   + Động học cơ cấu cuốn rác.

   + Kết cấu bàn cuốn rác.

   + Lựa chon xi lanh, bàn cuốn.

CHƯƠNG 2:           THIẾT KẾ THÙNG PHỤ

2.1. Lựa chọn dung tích thùng phụ.

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

     - Kích thước của thùng chính.

     - Kích thước xe thu gom.

     - Xe tham khảo cùng loại.

     - Tải trọng cho phép của hàng hóa.

     - Theo tiêu chuẩn hiện hành. Về quy định trọng lượng và kích thước của ô tô. Với ô tô thiết kế có tải trọng  là: 7,5 tấn.

  Căn cứ theo lập luận xác định kích thước sơ bộ của xe và kích thước thùng phụ chọn thùng phụ của xe có dạng hình hộp có kích thước trong lòng thùng là:

Dài x rộng x cao = 970 x1494x2011(mm).

 Thùng chứa có các kích thước sau:

                Đáy dài:                970(mm)

                Đáy ngắn:             686(mm)      

                Rộng:                    1494(mm)

                Cao:                      2011(mm)

Dung tích toàn bộ thùng chứa rác: V₀ =1,6(m³ )

Phần thể tích bố trí toàn bộ bàn cuốn rác và bàn ép rác, xi lanh: V_d  = 0,8( m³ )

Vậy dung tích chứa rác là: V_r  =0,8(m³ ).

- Trọng lượng của rác chuyên chở là:

                    Q_r = g.K.V_r = 1,5.322.0,8  = 386,4(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).   

       K: Hệ số ép giác K=1,5

2.2. Kết cấu thùng phụ.

 2.2.1. Kết cấu thùng phụ thiết kế:

  Thùng phụ thiết kế dạng hộp, kết cấu chắc chắn và phù hợp với công nghệ chế tạo trong nước. Toàn bộ khung xương thùng và sàn thành thùng được chế tạo từ thép hình gồm các mảng thành trước, sau, hai thành bên và mảng sàn ghép lại. mặt trước được thiết kế để lắp thùng chính vào cùng với các cơ cấu bàn xả ....       Vật liệu chế tạo thùng là thép CT3 (hoặc tương đương), đây là loại thép chịu mòn tốt.

Hình 1.8: Kết cấu thùng phụ thiết kế.

01-Tôn che thân sau; 02- Xương trên thân sau; 03- Xương miệng máng thân sau; 04- Xương ngang máng thân sau; 05- Tôn máng thân sau; 06- Xương đứng máng thân sau; 07- Xương đứng thân sau; 08- Xương ray trượt; 09- Xương dưới thân sau.

   Phần xương của thùng được cấu tạo bởi các U sấn. Các xương này được liên kết với nhau bằng phương pháp hàn có khí CO2 bảo vệ. Sàn thùng được lót thép tấm CT3 dày 4 mm liên kết với khung xương sàn thùng bằng phương pháp hàn điểm..

2.2.2. Các chi tiết cấu thành thùng phụ:

 - Phần xương dưới thân sau: Được cấu tạo bởi các U sấn thép CT3 100*50*3   

Hình 1.9: Khung xương dưới thân sau.

   Xương dưới thân sau gồm hai xương hai bên đối xứng nhau và mỗi xương được tạo thành bởi các chi tiết như hình vẽ. Các chi tiết này được liên kết với nhau bằng các mối hàn có khí CO2 bảo vệ.

- Phần xương trên thân sau: Được cấu tạo bởi các thép hộp CT3 60*50*3.

Hình 2.0: Khung xương trên thân sau.

Xương trên thân sau gồm hai xương hai bên đối xứng. Các xương này được tạo thành từ các chi tiết như hình vẽ và được hàn bằng các mối hàn có khí CO2 bảo vệ.

- Xương ray trượt: Được cấu tạo bởi các U sấn thép CT3 80*50*3.

Hình 2.1: Xương ray trượt.

 - Xương miệng máng thân sau:  Được chế tạo từ thép ống  Ø89*6.

Hình 2.2: Xương miệng máng thân sau.

- Xương đứng máng thân sau: Được chế tạo từ thép chữ L50*50*3. Gồm hai thân hai bên được hàn vào khung xương trên thân sau.

Hình 2.3: Xương đứng máng thân sau.

- Xương đứng thân sau: Là chi tiết tăng độ cứng vững cho thùng phụ và được làm từ U sấn 120*50*3.

Hình 2.4: Xương đứng thân sau.

- Tôn che thân sau: Là phần được hàn từ phía sau khung xương thùng phụ, có tác dụng ngăn cho rác được ép và đưa vào thùng chính không bị ra ngoài. Chi tiết được làm từ tôn sấn dầy 3mm.

Hình 2.5: Tôn che thân sau.

- Xương ngang máng thân sau: Được chế tạo từ thép chữ U100*50*3. Được liên kết với khung dưới thân sau bằng mối hàn có khí CO2 bảo vệ.

Hình 2.6: Xương ngang máng thân sau.

- Tôn máng thân sau: Được chế tạo từ tôn sấn dầy 6mm và được hàn vào phần khung xương thùng phụ.

Hình 2.7: Tôn máng thân sau.

2.2.3. Xác định trọng lượng của thùng phụ:

 Trọng lượng của thùng được xác định dựa vào trọng lượng của các chi tiết.

Công thức tính trọng lượng của thùng:

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 khung xương và trọng lượng của các mảng vỏ thùng phụ như sau:

a. Phần khung xương của thùng.

      Gồm có các chi tiết:

Bảng 2.1: Bảng kê khối lượng vật liệu khung xương thùng phụ.

b. Phần tôn mãng thùng:

Gồm có các chi tiết :

Bảng 2.2: Bảng kê khối lượng vật liệu tôn mãng thùng phụ.

c. Phần tôn ốp hai bên hông thùng:

    Để tính khối lượng tôn ốp hai bên thùng ta chia thành 3 khối sau:

Hình 2.8: Tôn ốp hai bên hông thùng.

Bảng 2.3: Bảng kê khối lượng vật liệu tôn hông thùng phụ.

d. 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  = 27(kg)

- Khối lượng phụ khác:  G_p = 10 (kG).

Do đó trọng lượng thùng phụ được là:

G_thp = G_st + G_tb +G_nt + G_h+p + G_tt + G_p

G_thp = 359,27+63+108,86+27+10 = 568,16(kg).

2.3. Kiểm tra bền thùng phụ.

2.3.1. Kiểm tra bền dầm ngang:

Để đơn giản trong tính toán có các giả thiết sau:

  - Xem các dầm ngang thép chịu toàn bộ lực tác dụng, còn tôn sàn là kết cấu gia cường. Giả thiết này có thể chấp nhận được vì kết quả tính toán thiên về hướng an toàn.

  - Các lực tác dụng phân bố đều lên 02 cặp dầm ngang và không tính cho dầm ngang đặt gối đỡ. Giả thiết này có thể chấp nhận được vì khi chuyển bài toán siêu tĩnh không gian về bài toán phẳng đã bỏ qua nhiều liên kết gia cường. Khi ôtô chuyển động, dầm ngang chịu tác dụng của các tải trọng sau:

     + Trọng lượng bản thân thùng phụ.

     + Tải trọng động khi phanh gấp hoặc khi quay vòng.

    Dầm ngang chịu tải lớn nhất khi ôtô chở đủ tải và phanh đột ngột. Vì vậy khi tính bền dầm ngang sàn chỉ cần tính cho trường hợp này.

    Khi phanh gấp các dầm chịu tác dụng của lực quán tính tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang và trọng lượng của thành thùng, sàn và tải trọng tác dụng trong mặt phẳng thẳng đứng.

    Tính bền dầm dọc và các gối đỡ vì đây là các vị trí chịu tải trọng và tải trọng va đập lớn, có ứng suất tập trung.

Bảng 2.4: Bảng thông số tính toán độ bền dầm ngang

*Khối lượng tác dụng theo phương thẳng đứng:

Khối lượng tập trung tại đầu đầm ngang sinh ra do trọng lượng thành bên của thùng phụ:

        Q_tb = G_tb/(2.n) = 183,39/(2.2) = 45,84(kg).  (n: số cặp dầm ngang: n = 2)

Khối lượng phân bố do trọng lượng sàn, thành trước và khối lượng rác sinh ra:

q_x = (Q_s +Q_r )/(a.2.n) = (241,91+386,4)/(2.2.147,4) = 1,06(kg/cm).

n: Số cặp dầm ngang: n = 2

a: Là chiều dài toàn bộ dầm ngang: a=147,4(cm)

*Tải trọng tác dụng theo phương nằm ngang:

- Lực quán tính tập trung tại đầu các dầm ngang sinh ra do trọng lượng thành bên:

           P_pmax = G_tb . j_max/(2.g.n) =  183,39. 7/(2.9,81.2) = 32,71(kg).

- Lực quán tính do lực phân bố sinh ra:

           q_y = q_x.j_max/g = 1,06.7/9,81= 0,75(kg/cm).

Các dầm ngang sàn được cố định chắc chắn vào dầm dọc bằng phương pháp hàn. Khi đó vị trí nguy hiểm nhất của dầm ngang sàn là mặt cắt sát mép ngoài của dầm dọc sàn thùng. Do dầm ngang chịu lực đối xứng đối với trục dọc của ôtô nên sơ đồ lực tác dụng lên một dầm ngang như hình sau:

Hình 2.9: Biểu đồ mômen uốn tác dụng lên dầm ngang.

Mô men chống uốn theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang của mặt cắt dầm nguy hiểm tra bằng với thép: U100x50x3mm có: W_x=J_x/y_max ; W_y = J_y/x_max

Hình 3.0: Mặt cắt dầm ngang.

Trong đó ta tính được với thép hình chữ U như hình bên có:

       J_x =378 cm⁴; J_y =37,5.cm⁴

      W_x= 57,7 cm³; W_y =8,1 cm³

Ứng suất uốn cực đại của dầm ngang:

     σ_umax =   

      =  = 205,42 (kg/cm²).

     σ_umax = 205,42 (kg/cm).

Bảng 2.5: Bảng kê lực phân bố trên thùng phụ.

* Kiểm tra bền mối hàn:

Áp dụng theo công thức:                =                  

      Trong đó:

          - Q_xmax: Lực cắt theo trục x tại mặt cắt nguy hiểm của dầm ngang.

          - Q_ymax: Lực cắt theo trục y tại mặt cắt nguy hiểm của dầm ngang.

          - k: Chiều cao mối hàn: k = 0,5cm.

          - l_d : Chiều dài mối hàn dọc: l_d =12cm.

          - l_n: Chiều dài mối hàn ngang: l_n=6cm.

          - L: Tổng chiều dài mối hàn dọc và ngang: L= 18cm.

+ Lực cắt theo trục x tại mặt cắt nguy hiểm của dầm ngang là:

           Q_xmax = 110,55 (kg).

+ Lực cắt theo trục y tại mặt cắt nguy hiểm của dầm ngang là:

           Q_ymax = 57,48 (kg)

   =  =17,54 (kg/cm²)

  =  = 9,12 (kg/cm²)

       =  =19,76 (kg/cm²)

Ứng suất tổng:

Dầm ngang được chế tạo từ thép CT3 có: [s] =1600kG/cm²

   Þs =435,52 £ [s]=1600kG/cm²

  Như vậy mối hàn đảm bảo bền chắc.

2.3.2. Kiểm tra bền dầm dọc thùng phụ:

    Với giả thiết rằng các dầm dọc là kết cấu khung xương, với các liên kết siêu tĩnh chuyển về dầm tĩnh định một đầu liên kết gối cố định một đầu liên kết gối di động, chịu tải trọng phân bố đều do các dầm ngang truyền lên.

     Khi đó xem các tải trọng đó được chia đều cho các thanh dầm ngang và tổng tải trọng này chia đều lên dầm dọc khi bắt đầu nâng thùng. Tải trọng này do trọng lượng bản thân thùng tự đổ và trọng lượng hàng hóa  sinh ra. Các dầm ngang này sẽ chia đều tải trọng lên hai dầm ngang do kết cấu đối xứng.

     Giả thiết này sát với thực tế hơn vì thực tế ngoài tải trọng tập trung sinh ra do các dầm ngang phân bố đều thì còn có tải trọng phân bố lên dầm dầm dọc, vậy giả thiết này đảm bảo khi tính bền cho dầm dọc chính xác hơn, với giả thiết tính cho dầm tĩnh định cũng  thiên về tính an toàn do kết cấu siêu tĩnh luôn bền hơn kết cấu tĩnh định. Biểu đồ lực cắt và mô men uốn tính cho dầm dọc như sau:

Hình 3.1 : Biểu đồ mômen tác dụng lên dầm dọc.

Trong đó: q₀ =( Q_th +Q_h )/2.l_d =(531,13 +320)/ 2.120= 3,54(kG /cm²).

Phản lực đầu gối: Z₁ =Z₂ = (Q_th +Q_h )/8 =(531,13 + 320)/ 4=  212,78 (kG).

Phương trình mô men viết cho mặt cắt cách đầu dầm khoảng là x là:

      M_x = Z₂.x-q₀.x²/2 = 212,78.x – 3,54.x²/2      với 0 ≤ x ≤ 120cm

Biểu đồ mô men uốn có dạng parabol giá trị cực đại tại giá trị của x sao cho:

     M_x/dx =0 →3,54x=425,56 →x= 123,35 cm chính là ứng với giá trị M_xmax.

     M_xmax = 531,13.123,35 – 3,54.123,35²/2= 38583,9 (kG.cm)

Tại mặt cắt nguy hiểm lực cắt bằng không: Q=0,

Mặt cắt nguy hiểm nhất là mặt cắt ngang chính giữa dầm, tiến hành kiểm tra bền:

Mô men chống uốn theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang của mặt cắt dầm nguy hiểm tra bẳng với thép: U100x50x3mm có:

     W_x=J_x/y_max ; W_y = J_y/x_max

Trong đó ta tính được với thép hình chữ. U như hình bên có:

    J_x =302,24.10⁴mm⁴;  J_y =88,32.10⁴mm⁴.

    W_x = 58,84.10³mm³; W_y = 31,87.10³mm³.

Kiểm tra bền dầm khi chịu toàn bộ tải trọng :

      (kG /cm^2.)

             (kG /cm²)

Dầm được chế tạo bằng thép CT3 có ứng suất chảy: s_ch = 3200kG /cm²nên ứng suất cho phép là: [s] = s_ch/[s] = 3200/138,2= 23,1kG /cm²

Như vậy: s_max< [s] nên dầm dọc đủ bền.         

2.3.3. Kiểm tra bền thành bên:

Chế độ tải trọng tính toán:

   + Khi xe quay vòng sẽ xuất hiện lực quán tính ly tâm.

   + Áp lực do rác bị ép.

  Sơ đồ bố trí lực và mômen như hình vẽ:

Hình 3.2 : Biểu đồ  mômen tác dụng lên dầm thành bên

           21220 (KG)

    Trong đó:

                    - q_lt: Là lực quán tính li tâm: q_lt=21220(KG)

                    - V: Là vận tốc max của ô tô: v=80(km/h)

                     -g: Là gia tốc trọng trường: g=9,81(m/ )

                     -R: Là bán kính quay vòng của ô tô:R=9,5(m)

            0,206(KG/mm)

Trong đó:     

                   - q: Là trọng lượng phân bố của rác lên thành bên.

                   - G_r: Là trọng lượng của rác.

                   - L: Là chiều dài của dầm thành bên: l=1494(mm)   

                        R_a=R_b= 1209,5(KG); M_umax=1255,3 (KG.cm)

Vật liệu làm thành bên là thép: U100x50x3 có mômen chống uốn là:

 W_x=70,2

Hình 3.3 : Mặt cắt ngang dầm thành bên.

            17,88(KG/mm)

Mà [su] của thép CT3 là: 1600 (KG/ cm² )    

Vậy: < [su] do đó thành bên đủ bền.

    2.3.4. Kiểm tra bền chốt trên:

- Chốt trên của thùng phụ chịu ứng suất cắt khi làm việc. Với các thông số cơ bản của chốt khi làm việc là:

  + Vật liệu chốt là thép: C45.

  + Đường kính chốt là: D=44mm.

  + Chiều dài: l=180mm.

  + Lực tác dụng: P = 9049,5 KG.

- Tiết diện chịu cắt của 02 chốt là:

       S = p.D²/4 = 2.3,14.44²/4 = 3039,5 mm²

- Ứng suất cắt:

       t = P/S = 9049,5/ 3039,5 = 2,97KG/mm²      

- [t_c] của thép 45 là: 13,8 KG/mm² > t.

Vậy: Chốt đảm bảo diều kiện bền.

- Biểu đồ mômen tác dụng lên chốt:  

Hình 3.4: Biểu đồ mômen lực cắt.

CHƯƠNG 3:      TÍNH TOÁN XILANH NÂNG HẠ THÙNG PHỤ   

3.1. Động học xilanh nâng hạ thùng phụ.

  3.1.1. Sơ đồ hệ thống nâng hạ thùng phụ: 

    Xilanh nâng hạ thùng phụ là xilanh có tác dụng nâng thùng phụ lên để chuẩn bị cho quá trình xả rác từ thùng chính và đưa rác ra ngoài. Sau khi xe xả rác xong thì thùng phụ sẽ được hạ xuống vị trí ban đầu. Xilanh nâng hạ thùng phụ về mặt nguyên lý thì giống nhau cho tất cả các loại xe chở rác, nhưng về kết cấu trọng lượng lại khác nhau tùy thuộc vào trọng lượng của xilanh nâng hạ thùng phụ, trọng lượng thùng chứa và loại xe.

Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống nâng hạ thùng phụ nhờ 2 xilanh thủy lực.

             01- Thùng chính. 02- Chốt thùng phụ với thùng chính.

             03-Xilanh nâng hạ thùng phụ. 04- Thùng phụ.

3.1.2. Sơ đồ động học xilanh nâng hạ thùng phụ:

Hình 3.6: Sơ đồ động học nâng hạ thùng phụ.

3.1.3.Xác định hành trình xilanh nâng hạ thùng phụ:

   Để xác định hành trình của xilanh nâng hạ thùng phụ ta dùng phương pháp họa đồ xác định hành trình của xilanh:

   - Từ tâm O ta vẽ đường tròn bán kính OA, từ O ta vẽ đường tròn bán kính OA’. Hành trình của xilanh có quỹ đạo là một đường thẳng mà đầu xilanh được bắt với thùng chính từ đó ta xác định được A và A’.

    - Hành trình của xilanh:

                      S= OA’- OA

    Trong đó: 

               +  α: Là góc nghiêng của xilanh so với phương nằm ngang. Qua khảo sát thực tế ta thấy góc nghiêng của xilanh so với phương nằm ngang là: ɑ =75˚.

               + A:  Là vị trí ban đầu của xilanh khi không làm việc.

               + A’: Là vị trí cuối của xilanh khi xilanh làm việc.

       Sơ đồ động học của xilanh nâng hạ thùng phụ như trên hình vẽ 3.6. Hành trình cần thiết của xilanh nâng hạ khi xilanh đi từ vị trí ban đầu đến vị trí cuối cùng để nâng thung phụ là:

- Nhìn vào sơ đồ động học ta chọn xilanh có hành trình là:

                .

Trong đó:

       + S: Là hành trình xilanh nâng hạ thùng phụ.

       + S_đ: Là hành trình xilanh ở vị trí đầu (vị trí không làm việc): S_đ =880 mm .

       + S_c: Là hành trình xilanh ở vị trí cuối cùng (vị trí nâng thùng phụ):

             S_c =1480 mm.

Vậy: Hành trình cần thiết của xilanh nâng hạ thùng phụ là: S= 600 mm.

3.1.4: Nguyên lý làm việc của động học xi lanh nâng hạ thùng phụ:

       Từ sơ đồ động học ta thấy khi rác được đưa lên trạng thái chuẩn bị đẩy ra bên ngoài thì xilanh nâng hạ thùng phụ ở vị trí A (tức là vị trí ban đầu khi xilanh nâng hạ thùng phụ không làm việc). Khi rác trong thùng chính đã đầy và người lái xe chở rác đã chuyển rác tới nơi tập trung xả rác, thì người công nhân sẽ vận hành hệ thống thủy lực của xilanh nâng hạ thùng phụ để cho xilanh hoạt động và đẩy xilanh ra với quãng đường hành trình là OA’ .

3.2. Tính toán động lực học xilanh nâng hạ thùng phụ.

  3.2.1. Xác định lực nâng thùng phụ:

    Bài toán động lực học là bài toán xác định lực đặt lên hệ thống thủy lực khi

 làm việc, từ đó ta tìm được lực đẩy lớn nhất cần thiết của xilanh thủy lực để có thể nâng thùng phụ.

     Lực đẩy tác dụng vào xilanh thủy lực khi khi thùng phụ được nâng lên để xả rác. Tại thời điểm này ta có sơ đồ tác dụng lực như sau:

Hình 3.7: Sơ đồ động lưc học hệ thống thủy lực nâng thùng phụ.

 Theo sơ đồ trên, ta có phương trình tác dụng theo phương đứng là:

        Trong đó:

                   +F: Lực đẩy của kích.

                   +G: Trọng lượng của thùng phụ:(gồm trọng lượng vỏ thùng phụ: G_vtp=5681,6N, trọng lượng của bàn ép: G_be =1030N, trọng lượng bàn cuốn:

G_bc =650N).

           Suy ra:   G = 7361,6 N

                  + : Góc nghiêng của xilanh so với phương thẳng đứng. Qua khảo sát thực tế góc nghiêng: ɑ =75˚

                   =>  F=  =  = 28443 N

Vì hệ thống nâng hạ thùng phụ sử dụng hai xilanh hai bên nên lực ở mỗi xilanh sẽ  là: F =14221,5 N.

Vậy: Lực đẩy của xilanh sẽ tăng từ 0 đến lớn nhất để đẩy và nâng thùng phụ lên sẽ là:  F =14221,5 N.

  3.2.2. Xác định đường kính xilanh nâng thùng phụ:

  Theo thiết kế thì hệ thống thủy lực nâng thùng phụ được sử dụng cơ cấu hai xilanh ở hai bên (i=2).               

* Nguyên lý làm việc của xilanh nâng hạ thùng phụ:            

- Xilanh hoạt động nhờ áp suất dầu được dẫn từ thùng chứa dầu qua bơm, van phân phối tới xilanh.

- Xilanh nâng hạ thùng phụ có nhiệm vụ là dùng để nâng thùng phụ lên để thực hiện quá trình xả rác từ thùng chính ra ngoài.

- Từ bài toán động học ta đã xác định được hành trình xilanh, từ bài toán động lực học ta đã xác định được đường kính xilanh. Trên cơ sở đã biết đường kính và hành trình xilanh ta tiến hành lựa chọn xilanh theo tiêu chuẩn.

KẾT LUẬN

    Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Với đề tài đồ án “Thiết kế ô tô chở và ép rác trên cơ sơ ô tô HINO WU422L” với nhiệm vụ riêng là: “Thiết kế thùng phụ và tính toán xilanh nâng hạ thùng phụ” em đã hoàn thành được các nội dung đề tài như sau:

     -  Tổng quan về đề tài.

     -  Thiết kế thùng phụ.

     - Tính toán xilanh nâng hạ thùng phụ.

   Ô tô thiết kế đã đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và các quy định hiện hành. Các cơ sở sản xuất có thể thi công theo thiết kế này.

    Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nên trong quá trình làm đồ án của em vẫn còn nhiều thiếu sót về mặt nội dung và trình bày. Nên em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy giáo cùng các bạn để em hoàn thiện hơn đề tài của em được tốt hơn.

    Một lần nữa em xin chân thành cám ơn các thầy cô bộ môn, trong khoa cơ khí, các bạn, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn đề tài: …………., đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình em trong suốt quá trình làm và hoàn thiện đồ án tốt nghiệp này.

  Em xin chân thành cảm ơn !

                                                                                                                            ………, ngày….tháng…. năm 20…….

                                                                                                                           Sinh viên thực hiện

                                                                                                                           …………………..

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Ngô Thành Bắc (1985), Sổ tay thiết kế ô tô khách, Nhà xuất bản Giao thông vận tải.

[2]. GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn (chủ biên), TS. Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2005), Lý thuyết ôtô- máy kéo, Nxb Khoa học & Kỹ thuật.

[3]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên (1984), Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo, Nhà xuất bản đại học và trung học  chuyên nghiệp.

[4]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (1998), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Nhà xuất bản giáo dục.

[5]. Nguyễn Danh, Điện lạnh ô tô, Nhà Xuất bản Giao thông Vận tải.

[6]. Tô Đằng, Nguyễn Xuân Phú, Sử dụng và sửa chữa khí cụ điện hạ thế, Nhà xuất xuất bản khoa học và kỹ thuật.

[7]. B. N. ARZAMAXOV (2000), Vật liệu học, Nhà xuất bản giáo dục.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"