MỤC LỤC
Mục lục
Lời nói đầu
Chương I: Tổng quan về vấn đề cần nghiên cứu
1.1. Mục đích nghiên cứu
1.2. Nội dung
1.3. Mô tả nguyên lý hoạt động của phương tiện
1.4. Chọn xe cơ sở và cẩu
1.4.1. Chọn xe cơ sở
1.4.1.1. Giới thiệu về xe tải Hino
1.4.1.2. Bảng thông số kỹ thuật ôtô tải Hino FF3HMSA
1.4.2. Chọn cẩu
1.4.3. Lắp thùng lên xe cơ sở
Chương II: Khảo sát ổn định khi cẩu và khi vận chuyển
2.1 Khảo sát ổn định khi cẩu
2.1.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định khi cẩu
2.1.2. Tính toán cụ thể
2.1.2.1. Trường hợp 1
2.1.2.2. Trường hợp 2
2.1.2.3. Trường hợp 3
2.2 Tính toán ổn định khi vận chuyển
2.2.1 Tính toán ổn định lật tĩnh
2.2.1.1. Trường hợp 1: Khi không tải
2.2.1.2. Trường hợp 2: khi đầy tải
2.2.2. Tính toán ổn định khi chuyển động quay vòng
2.2.2.1. Trường hợp 1: Khi không tải
2.2.2.2. Trường hợp 2: Khi đầy tải
Chương III: Tính toán kiểm bền khung xe
3.1. Mục đích, yêu cầu của tính toán bền khung
3.2. Chế độ tính toán
3.2.1. Các giả thiết tính toán
3.2.2. Chế độ tính toán
3.3. Phương pháp tính toán khung
3.3.1. Kết cấu khung xe Hino FF3HMSA
3.3.1.1. Khi xe vận tải
3.3.1.2. Khi cẩu làm việc
3.4. Tính uốn khung
3.4.1. Phương trình mômen uốn khung
3.4.2.Phương trình tính lực cắt
3.4.3. Khi cẩu ra phía sau
3.4.3.1. Sơ đồ tính toán
3.4.4. Khi cẩu ra phía trước
3.4.4.1. Sơ đồ tính toán
3.5. Kết quả tính toán
3.6. Kiểm bền khung
3.7. Gia cường khung
Kết luận
Tài liệu tham khảo
LỜI NÓI ĐẦU
Trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân thì giao thông vận tải đóng một vai trò quan trọng, nó góp phần đắc lực thúc đẩy nền kinh tế phát triển. Trong giao thông vận tải thì ôtô là loại hình vận tải quan trọng và nó là loại hình vận tải để “từ nhà đến nhà, từ kho đến kho” mà các loại hình vận tải khác không thực hiện được. Mặt khác vận tải ôtô có tính cơ động cao, có thể hoạt động ở nhiều địa hình khác nhau trong những điều kiện khai thác khác nhau và có khả năng chuyên chở được các loại hàng hóa khác nhau.
Hiện nay trên thị trường Việt Nam các doanh nghiệp nhập khẩu ô tô thường nhập các loại ô tô chưa có công năng xác định (ô tô satxi) như HUYNDAI, KIA, HINO, SAMSUNG, ISUZU.... Từ đó căn cứ vào nhu cầu thực tế của các chủ phương tiện mà tiến hành đóng mới từng loại xe nhất định như ô tô tải, ô tô tự đổ, ô tô xi téc, ôtô tự nâng hàng, ôtô thùng kín... Ngày nay xe chuyên dùng ở nước ta ngày càng gia tăng để đáp ứng các nhu cầu trong các ngành như: Điện lực, chiếu sáng đô thị, môi trường, mà các loại xe thông thường khác không thể đáp ứng được. Các loại xe chuyên dùng này một mặt nó làm tăng năng suất và hiệu quả của công việc, mặt khác nó làm cho con người không phải tốn nhiều sức lực. Để giảm giá thành của những chiếc xe đó việc chế tạo lắp ráp trong nước là một trong những biện pháp hữu hiệu nhất để giảm giá thành sản phẩm. Dựa trên những điều kiện và yêu cầu trên thì phương án thiết kế, cải tạo xe satxi thành xe chuyên dùng là phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay. Phương án lắp thêm cần cẩu cho xe satxi HINO được lựa chọn, việc thiết kế phù hợp với khả năng công nghệ và cung cấp vật tư của các cơ sở để có thể thi công trong nước.
Vì vậy em được giao nhận đề tài tốt nghiệp: Thiết kế xe tải có lắp cẩu đa năng 4 tấn. Dưới sự hướng dẫn của thầy: TS……………. và các thầy trong bộ môn cơ khí ôtô của trường đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội em sẽ cố gắng hết mình để hoàn thành tốt đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn bộ môn cơ khí ôtô trường đại học Giao Thông Vận Tải đã tạo điều kiện giúp đỡ em.
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
1.1. Mục đích nghiên cứu
Trong thực tế hiện nay, việc sử dụng xe chuyên dùng ngày càng gia tăng trong nhiều ngành khác nhau. Nhu cầu xe chuyên dùng để phục vụ trong các ngành như : Điện lực, chiếu sáng đô thị , môi trường, … ngày càng nhiều. Để phục vụ nhu cầu đó chúng ta có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp như:
- Nhập xe mới nguyên chiếc.
- Nhập xe cũ nguyên chiếc.
Trước đây khi nền công nghiệp cơ khí của nước ta còn chưa phát triển ,xe chuyên dùng vẫn phải nhập từ nước ngoài.Trong đó các năm gần đây ngành cơ khí ở nước ta đã được ưu tiên phát triển và khả năng sản xuất chế tạo được mở rộng, có khả năng lắp ráp và chế tạo một số thiết bị chuyên dùng trên ôtô, phù hợp với nhu cầu sử dụng và bảo đảm tính kinh tế.
Ở nước ta đang sử dụng chủ yếu hai loại xe riêng biệt:
Xe đưa người và vật tư làm việc trên cao - gọi là xe thang.
Xe chở hàng có gắn cần cẩu - gọi là xe cẩu.
Một vài nhà cung cấp trong nước( công ty Trường Long - HCM ) đã bắt đầu nhập khẩu từ Nhật Bản, Hàn Quốc loại xe cần cẩu thang thuỷ lực( kết hợp cả ba chức năng) nhưng chưa có doanh nghiệp nào nghiên cứu và chế tạo trong nước loại xe này.
1.2. Nội dung
Nhiệm vụ cụ thể của nội dung nghiên cứu:
Nội dung nghiên cứu là nhằm đáp ứng cơ sở dữ liệu cho việc thiết kế chế tạo xe nâng đưa người và vật làm việc trên cao kết hợp làm cần cẩu và tự vận tải hàng với mục đích:
- Đảm bảo an toàn trong việc đưa người vật tư làm việc trên cao, đảm bảo khả năng cẩu hàng hoá theo khả năng của cần cẩu chọn, đồng thời đảm bảo chuyển động an toàn của ôtô khi vận tải.
- Kiểm bền khung xe và chọn phương án gia cường khung cần thiết
Với mục đích trên phần nghiên cứu đã dựa trên các chỉ tiêu tính năng kĩ thuật bao gồm:
+ Độ cao tính theo miệng giỏ hàng 11,69 m,với trọng lượng 300KG (giỏ, người,vật tư).
+ Trọng lượng hàng cẩu được lớn nhất 4040KG.
+ Trọng lượng hàng vận tải lớn nhất 7500KG.
1.3. Mô tả nguyên lý hoạt động của phương tiện
Nguyên lý họạt động cuả phương tiện có thể mô tả qua các trạng thái sau:
Khi cẩu hàng bình thường: xe sẽ như một cần cẩu làm việc với hai chân chống thuỷ lực, trọng lượng tối đa vật cẩu thay đổi theo tầm vươn, bán kính hoạt động của tay với thoả mãn quy định của cần cẩu chọn.
Khi đưa và vật tư lên làm việc trên cao: người và vật tư sẽ ở trong một thùng có thể tích 0,63m3, nằm ở tầm cao nhất có thể.
1.4. Chọn xe cơ sở và cẩu
Hình dạng tổng quát của xe thiết kế:
1.4.1. Chọn xe cơ sở
Trên thị trường hiện nay các loại xe tải được sử dụng chủ yếu như: Misubishi canter, Hyundai, Hino. Được sử dụng nhiều nhất vẫn là xe tải Hino.
Dựa vào khảo sát thực tế trong đề tài này chọn xe cơ sở là xe tải Hino FF3HMSA.
Xe được chọn đảm bảo ổn định theo yêu cầu: cẩu nâng hàng nặng, cẩu làm việc trên cao, trong vận tải.
1.4.1.1. Giới thiệu về xe tải Hino
Ôtô tải Hino FF3HMSA do liên doanh ôtô Hino Việt Nam sản xuất, có công thức bánh xe (4 x 2).
- Động cơ kiểu : Hino H07D diezel 4 thì 6 máy đặt thẳng hàng, làm mát bằng nước; dung tích xi lanh 7412 cm3,công suất lớn nhất 195ml ở tốc độ quay 2900v/ph; mô men xoắn cực đại 510 Nm ở tốc độ quay 2100 v/ph.
- Ly hợp một đĩa ma sát khô, dẫn động ly hợp thuỷ lực.
- Hộp số cơ khí 6 số tiến và một số lùi, có bộ phận trích công suất. Tỷ số truyền ở các tay số: i1 = 7,640 i2 = 4,834 i3 = 2,856 i4 = 1,895 i5 = 1,337
i6 = 1,000 il = 7,107
- Cầu sau chủ động, tỷ số truyền i0=5,428
- Cầu trước dẫn hướng, cơ cấu lái kiểu trục vít - ê cu bi, dẫn động lái có trợ lực thuỷ lực.
1.4.1.2. Bảng thông số kỹ thuật xe satxi Hino FF3HMSA
Với các yêu cầu về tính năng cụ thể đã nêu đồng thời qua khảo sát thực tế đề tài chọn loại cần cẩu của hãng TADANO do Nhật Bản sản xuất.
Hãng TADANO có sản phẩm trên các xe tải cẩu ở nước ta khá nhiều, có khả năng đáp ứng thiết bị cẩu tổng thành bao gồm hệ thống thuỷ lực và cơ khí hoàn chỉnh.
* Cần cẩu được lắp đặt lên khung ôtô tại vị trí cách tâm cầu sau một đoạn 3850 mm. Bệ của cẩu được bắt chặt với khung ôtô bằng 04 gu giông M20 (mỗi bên 02). Khoảng cách tâm các chân chống của cẩu ở vị trí hẹp nhất là 2200 mm và ở vị trí lớn nhất là 3800 mm.
Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau :
Dầu thủy lực trong thùng chứa 1 được bơm đưa vào đường ống cao áp, tới các van điều khiển. Mỗi van điều khiển đều có ba vị trí : vị trí tác dụng thuận, vị trí trung gian (dừng tác động) và vị trí tác dụng ngược. Dẫn động các van điều khiển được thực hiện bằng tay thông qua các tay gạt.
Van điều áp của hệ thống 2 có tác dụng đảm bảo áp suất dầu trong hệ thống không vượt quá 140 KG/cm2.
1.4.3. Lắp thùng lên xe satxi
Thiết kế đóng mới thùng xe bằng các vật liệu trong nước, tạo khoảng trống thích hợp (920 mm) giữa buồng lái và thùng hàng để lắp đặt cần cẩu. Kết cấu của thùng hàng bao gồm:
Sàn thùng hàng được tạo bởi 02 dầm dọc bằng thép CT3 kích thước 140 x62x4 (mm). Mỗi dầm dọc được kẹp chặt với khung ôtô bằng 05 bu lông M18 (vật liệu thép 45) để hạn chế dịch chuyển ngang và 02 bích chống xô bằng thép C35, tai trên hàn chặt vào dầm dọc thùng, tai dưới bắt bằng bu lông M14 (vật liệu thép 35) vào dầm dọc satxi ôtô để hạn chế dịch chuyển dọc của thùng hàng.
CHƯƠNG II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH KHI CẨU VÀ KHI VẬN CHUYỂN
2.1 Khảo sát ổn định khi cẩu
2.1.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định khi cẩu
Vấn đề ổn định cẩu được xác định trên cơ sở cần trục tự hành. Theo tài liệu máy xây dựng( trường đại học Xây Dựng) cần trục được tính với ba hệ số an toàn k1, k2, k3.
+ Trường hợp 1:
Tính toán ổn định cho cẩu khi cẩu hàng ở trên nền phẳng, trọng lượng vật cẩu lớn nhất và góc cần nằm ngang, ngoài ra không còn lực nào tác dụng vào cần trục, hệ số ổn định phải thoả mãn yêu cầu:
K1 =Mcl/Mgl > 1,4 (1)
Trong đó:
Mcl: Mômen chống lật do trọng lượng xe cơ sở và cần trục gây nên.
Mgl: Mômen gây lật do trọng lượng vật nâng gây nên.
+ Trường hợp 2:
Khi cần trục làm việc ở góc nâng cần là 45 độ và chịu thêm các mô men khác làm giảm mômen chống lật.
Các mômen này ứng với các điều kiện:
- Cần trục nằm trên mặt phẳng nghiêng ( Mc1),
- Cần trục quay quanh trục đứng (Mc2),
- Gia tốc nâng hạ (Mc3),
2.1.2. Tính toán cụ thể
2.1.2.1. Trường hợp 1: với hệ số an toàn [k1]=1,4
Trong trường hợp này: Mômen chống lật phụ thuộc vào tự trọng của ôtô, của cẩu và vị trí các trục lật có thể xảy ra.
Khi cẩu làm việc các chân đỡ phải kéo ra( với khoảng cách lớn nhất là 3,8m). Như vậy, dù cẩu có làm việc ở bất kì trạng thái nào thì trường hợp lật có thể xảy ra chỉ có thể lật qua các trục là đường nối các điểm đầu chân đỡ và các bánh xe.
Đa giác chân đế có tính đối xứng nên khi tính toán ta chỉ tính cho nửa của ôtô( trên hình là các trục lật qua ER, RW, WU, UP).
Trong đó:
ER: Trục cầu sau
RW: Là trục nối chân đỡ cẩu tới bánh xe sau
WU: Là trục nối chân đỡ cẩu tới bánh xe phía trước
UP: Trục cầu trước
Từ (1) có thể triển khai:
Mcl= Go.l+Gc.l
Mgl= Gh.l
Bán kính khả năng làm việc cho phép của cẩu được vẽ bằng vòng tròn có tâm là trục cẩu, bán kính xác định theo giới hạn cho phép của cẩu ứng với các giá trị trọng lượng hàng cho phép( hình vẽ).
Xe đảm bảo tính ổn định khi: Đường bao giới hạn an toàn trong các trường hợp tính toán phải lớn hơn bán kính khả năng làm việc cho phép của cẩu.
Từ đó ta có thể kết luận rằng xe đã lựa chọn đảm bảo các yêu cầu đã nêu.
Với mỗi trục lật, có các góc quét khác nhau (góc tính toán trong tọa độ cực), và tầm với của đầu cần khác nhau. Mỗi trường hợp như vậy được tính độc lập, cụ thể như tính mômen chống lật, mômen gây lật, tay đòn.
Qua phân tích như trên có thể tính cụ thể các góc và các cánh tay đòn cho các trường hợp lật qua từng trục.
Giả thiết:
Tải trọng cẩu phân bố:
2/3 trọng lượng cẩu đặt tại đế bắt cẩu với sát xi tại điểm C: Gtamcau
1/3 trọng lượng cẩu đặt tại móc treo hàng tại điểm Q: Gdaucan
Vậy trọng lượng cẩu tính toán là: Gvcau = Gdaucan + Gvcthuc
Gvcthuc là trọng lượng vật cẩu thực tế.
* Trục lật RE
Góc quét BCR = arctg(BR/CB).
CQ = (QG + CB)/cos(BCQ).
Trong đó:
CB: Là khoảng cách từ trọng tâm cẩu đến trục lật RE.
TB: Là khoảng cách từ tâm xe tới trục lật RE.
QG: Là khoảng cách từ vật cẩu đến trục lật RE.
Nếu góc BCQ < góc BCR
Phương trình cân bằng lật:
Gc.CB + Go.TB ≥ 1,4.Gh.QG
* Trục lật WR:
Góc quét RCW = 90- BCR
CN = 0,5.WZ.cos(CKW)
TD = (CK - CT).sin(CKW)
CK = CW.cotg(CKW)
CT = CB - TB
CQ=(QF+CN)/sin[(BCQ)+(CKW)]
Trong đó:
CN: Là khoảng cách từ tâm cẩu tới trục lật WR.
TD: Là khoảng cách từ tâm của xe tới trục lật WR.
QF: Là khoảng cách từ vật cẩu tới trục lật WR.
Nếu 90≥ góc BCQ ≥ góc BCR
Phương trình cân bằng lật:
Gc.CN + Go.TD ≥ 1,4.Gh.QF
Chương trình cụ thể.
Như vậy dựa vào các số liệu và phương pháp tính như trên ta có thể viết được chương trình matlab (trình bày ở phụ lục) vẽ ra được các đường bao an toàn có các trạng thái cẩu vật nặng lớn nhất, trên mặt phẳng ngang và có góc nâng cần là 10.
Sau khi chạy chương trình matlab ta được các đồ thị ứng với các tầm vươn và tải trọng khác nhau như trang bên:
Kết quả tính k1 ứng với các tải trọng và tầm vươn:
Đồ thị ứng với tầm vươn là 2,95m và tải trọng là 4040 KG.
Đồ thị ứng với tầm vươn là 5.5m và tải trọng là 2030 KG
2.1.2.2. Trường hợp 2: ổn định động khi có tải [k2 ] = 1,15
Khi cẩu làm việc ở góc nâng cần 450 và chịu thêm các mômen khác làm giảm momen chống lật.
a) Cẩu làm việc trên nền nghiêng (Mc1).
Độ nghiêng có thể xẩy ra khi cẩu trên nền đường nghiêng hoặc khi đang cẩu xẩy ra nổ một bên bánh xe, trạng thái nguy hiểm hơn là khi cẩu bị hết hơi lốp của một phía bánh xe, lấy trường hợp này tính toán để tính toán.
- Chiều rộng cơ sở: RE = 1820 mm
Khi đó: B= arctg( b/RE) = arctg(254/1820) = 7,90
Như vậy ta có thể lấy độ nghiêng của nền bằng: 7,90
Phương trình cân bằng lật qua trục WR sẽ là: (Gc.CN + G0.TD).cosB1,15.Gh.CQ/B
Các trục lật khác cũng tính tương tự:
Phương trình cân bằng lật qua trục ER sẽ là:
(Gc.CB + G0.TB).cosB1,15.Gh.CQ/B
Phương trình cân bằng lật qua trục WU sẽ là:
(Gc.CO + G0.TV).cosB1,15.Gh.CQ/B
Phương trình cân bằng lật qua trục UP sẽ là:
(Gc.CA + G0.TA).cosB1,15.Gh.CQ/B
Khi cẩu trên mặt đường nghiêng thì đường bao an toàn của tầm với lớn nhất của cẩu bị thu hẹp lại so với trường hợp trước đó nền đường nghiêng đã gây ra 1 mômen phụ làm giảm mômen chống lật. Góc nghiêng của đường càng lớn thì độ thu hẹp này càng nhiều, đến 1 giới hạn nào đó thì đường này cắt đường tròn giới hạn tầm với cho phép của cẩu, khi đó xe sẽ bị lật.
b) Cần trục quay quanh trục đứng(Mc2).
Lực quán tính do quay cần sinh ra: Pqz = Gh.CQ (N)
Khi đó mômen sinh ra do lực Pqz đặt tại độ cao Lh2 của lực ở vị trí mà lực vuông góc với trục lật là:
Mc2 = Pqz.Lh2 (Nm)
Mà: Lh2 = Tan(450).CQ + 3,2 (m) = CQ + 3,2
Vậy momen làm giảm momen chống lật do lực quá tính của cần quay xung quanh trụ đứng là:
Mc2 = (CQ + 3,2).Gh.CQ.0,088
c) Cần trục nâng hạ thẳng đứng có gia tốc (Mc3).
Lực quán tính tạo nên khi nâng hàng:
Pqh = Gh.h’’ (N)
Trong đó:
Gh: là khối lượng của vật cẩu (kg).
CQ: là tầm với của cẩu.
h’’: là gia tốc thẳng đứng khi nâng hàng.
Theo tài liệu cho thì tốc độ nâng cần là 60 m/ph =1 m/s. Giả sử với khoảng thời gian để đạt được vận tốc đó là 4 giây.
Lực quán tính tạo nên khi nâng hàng là: Pqh = Gh.h’’ = Gh.0,04 (N)
Lực quán tính này xẩy ra ở mọi trạng thái nâng hàng. Khi nâng hàng thì lực quán tính hướng về phía mặt đất là trạng thái nguy hiểm hơn khi hạ hàng, ta tính toán ở trạng thái này và tiến hành kiểm tra ngay tại các mặt cắt tính toán, tính với lực Pqh là lớn nhất.
Khi đó mômen sinh ra do lực Pqh với cánh tay đòn là khoảng cách của hình chiếu điểm đặt lực xuống mặt đường tới các trục lật:
Như vậy mômen sinh ra do lực Pqh này là:
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục ER:
Mc31 = Pqh.( CQ - CB) (Nm)
Mc31 = Gh.0,04.( CQ - CB) (Nm)
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục WR:
Mc32 = Pqh.( CQ - CN) (Nm)
Mc32 = Gh.0,04.( CQ - CN) (Nm)
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục UW:
Mc33 = Pqh.( CQ - CO) (Nm)
Mc33 = Gh.0,04.( CQ - CO) (Nm)
Khi đó momen sinh ra khi cần vuông góc với trục UV:
Mc34 = Pqh.( CQ - CA) (Nm)
Mc34 = Gh.0,04.( CQ - CA) (Nm)
e) Cần trục thay đổi chiều dài tầm vươn( Mc5).
Lực quán tính tạo nên khi đột ngột thu cần :
Pql = Gh .l’’ ( N)
Trong đó:
Gh: là khối lượng của vật cẩu.
l’’: là gia tốc thu cần.
Theo tài liệu tốc độ vươn cần đạt: 7,25m/21s = 0,345m/s. Khi đột ngột thu cần thì lực quán tính hướng ra xa là trạng thái nguy hiểm hơn. Giả thiết khi thu cần từ vận tốc bằng 0 tới vận tốc 0,345m/s mất khoảng thời gian là 4 giây, thì gia tốc thu cần lúc đó là:
l’’=v/t = 0,345/4 = 0,086 (m/s2)
Khi đó lực quán tính tạo nên khi đột ngột thu cần là:
Pql = Gh .l’’ = Gh.0,086 ( N)
Lực quán tính này xẩy ra ở mọi trạng thái thu cần và có hướng ngang.
Khi đó momen sinh ra do lực Pql này là: Mc5 = Pql . Lh5 ( Nm)
Với Lh5 = Lh2 = tan(450).CQ + 3,2 (m) = CQ + 3,2 (m)
Vậy: Mc5 = 0,086.Gh.(CQ+3,2)
Sau đây là bảng giá trị các hệ số an toàn k2 mà ta tính được dựa vào chương trình matlab với góc nâng cần là 450, góc nghiêng của mặt đường là 5,82 0 chịu lực cản gió là với vận tốc gió cấp 6:v = 11(m/s).
2.1.2.3. Trường hợp 3 : Với hệ số an toàn [k3] = 1,15
Đây là trường hợp ổn định cẩu khi không tải với các điều kiện:
Khi cần cẩu không làm việc, chịu lực gió lớn nhất, độ dài cần lớn nhất và góc nâng cần lớn nhất trên mặt phẳng nghiêng.
Trong trường hợp này xe đứng trên nền đường nghiêng lớn nhất: B =5,820, khi tính toán với khối lượng hàng này ta tính thêm phần trọng lượng khúc cẩu là: 657 KG.
Kết luận: Như vậy sau khi tính toán ổn định khi cẩu ta thấy trong cả 3 trường hợp: ổn định tĩnh khi có tải , ổn định động khi có tải, ổn định khi không tải. Thì các hệ số k đều lớn hơn hệ số [k] cho phép. Điều đó chính tỏ cẩu được ổn định trong mọi trạng thái làm việc với cấp độ gió lên tới cấp 6, và làm việc trên nền đường nghiêng 7,90
2.2 Tính toán ổn định khi vận chuyển
2.2.1 Tính toán ổn định lật tĩnh:
Khi xe đỗ quay đầu lên dốc:
Ta có:
L: Là chiều dài cơ sở của xe.
a: Là khoảng cách từ cầu trước tới trọng tâm của xe.
b: Là khoảng cách từ cầu sau tới trọng tâm của xe.
Hg: Chiều cao từ trọng tâm của xe tới mặt đường.
Z1: Phản lực từ mặt đường lên cầu trước.
Z2: Phản lực từ mặt đường lên cầu sau
Khi xe đỗ quay đầu xuống dốc:
Ta có:
L: Là chiều dài cơ sở của xe.
a: Là khoảng cách từ cầu trước tới trọng tâm của xe.
b: Là khoảng cách từ cầu sau tới trọng tâm của xe.
Hg: Chiều cao từ trọng tâm của xe tới mặt đường.
Z1: Phản lực từ mặt đường lên cầu sau.
Z2: Phản lực từ mặt đường lên cầu trước.
Khi xe đỗ trên mặt đường nghiêng:
Ta có:
L: Là chiều dài cơ sở của xe.
a: Là khoảng cách từ cầu trước tới trọng tâm của xe.
b: Là khoảng cách từ cầu sau tới trọng tâm của xe.
Hg: Chiều cao từ trọng tâm của xe tới mặt đường.
Z1: Phản lực từ mặt đường lên bánh xe trái.
Z2: Phản lực từ mặt đường lên bánh xe phải.
C: Vết bánh xe phía sau.
2.2.1.1 Trường hợp 1: Khi không tải
Xác định trọng lượng và phân bố tải trọng lên các cầu:
Trọng lượng bản thân ôtô sát xi HINO FF3HMSA: GBT = 4265 (KG)
Trọng lượng thùng hàng mới và các chi tiết lắp ghép: GTh = 1145 (KG)
Trọng lượng của cần trục TADANO TM-ZR504G: GC = 1790 (KG)
Trọng lượng ôtô không tải:
Go = GBT+GTh+GC = 4265+1145+1790 = 7200 (KG)
Trọng lượng, phân bố tải trọng lên các cầu và toạ độ trọng tâm ôtô được xác định trong bảng.
- Phân bố tải trọng :
Phân bố tải trọng trên cầu trước: Z1 =3820 (KG)
Phân bố tải trọng trên cầu sau: Z2 =3380 (KG)
- Toạ độ trọng tâm:
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước: a = Z2.L/Go = 3380.5,050/7200 = 2,37 m
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau: b = Z1.L/Go = 3820.5,050/7200 = 2,68 m
Chiều cao trọng tâm tính từ mặt đất: hg = 1,293 m
2.2.2. Tính toán ổn định khi chuyển động quay vòng
Ta có:
L: Chiều dài cơ sở của xe.
B: Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng.
R: Bán kính quay vòng của xe.
2.2.2.1. Trường hợp 1: Khi không tải
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 10,0 m theo lật:
Vghl = 8,31 (m/s)
Vghl = 29,92(km/h)
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 10,0 m theo trượt ngang trên đường có hệ số bám 0,7:
Vght = 8,3 ( m/s )
Khả năng trượt xẩy ra trước khi lật: Vght < Vghl
2.2.2.2. Trường hợp 2: Khi đầy tải
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 9,772 m (tại trọng tâm) theo lật:
Vghl = 7,874(m/s)
Vghl = 28,347(km/h)
- Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 9,772 m theo trượt ngang trên nền đường có hệ số bám 0,7:
Vght = 8,2 (m/s)
Khả năng trượt xẩy ra trước khi lật: Vght < Vghl:
Kết luận: Qua tính toán ổn định khi vận tải ta thấy trong mọi trường hợp vận tải xe đều được ổn định như vậy xe cẩu hoàn toàn vận tải được trên đường theo tiêu chuẩn Việt Nam như các xe vận tải thông thường khác.
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KIỂM BỀN KHUNG XE
3.1. Mục đích, yêu cầu của tính toán bền khung
Xe Hino FF3HMSA là xe được thiết kế để vận tải với tải trọng tổng cộng là: 14200(KG), việc tính toán khung xe để vận tải đều đã được nhà sản xuất thực hiện.
Khi xe đã lắp thêm cẩu để thực hiện thêm việc cẩu hàng với trọng lượng hàng cẩu là 4040 KG ở tầm vươn 2,95 m. Trọng lượng bản thân cẩu là 1790 (KG), cẩu làm việc có thêm 2 chân đỡ cẩu. Để đảm bảo độ bền của khung xe thì đòi hỏi người thiết kế phải tính toán lại độ bền của khung xe khi cẩu làm việc và gia cường thêm cho khung.
3.2. Chế độ tính toán
Để tính toán được độ bền của khung xe cẩu khi làm việc và xác định được phần gia cường khung hợp lí ta có nhiều phương pháp khác nhau:
- Phương pháp tính bằng các giả thiết đơn giản: phương pháp này tính bằng khung xe có sẵn chỉ cần gia cường thêm.
- Phương pháp tính bền khung dàn kết cấu: phương pháp này được ứng dụng nhiều trong công việc tính dàn khung mới.
3.2.1. Các giả thiết tính toán
Để có thể tính uốn khung một cách dễ dàng, mặt khác vẫn đảm bảo hệ số an toàn cho phép ta đưa ra một số các giả thiết sau:
- Tính khung trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh.
- Khi làm việc hai chân cẩu được kéo ra với chiều rộng lớn nhất (3,8 m), nên biến dạng của khung theo phương ngang khi cẩu ngang thì hầu như khung xe không chịu xoắn, thời gian chịu xoắn nhỏ.
Tải trọng của thùng xe phân bố đều theo chiều dài của dầm dọc.
Giả thiết chỉ xét khung trong trường hợp một dầm chịu lực nhằm tăng hệ số dự trữ độ bền của khung làm cho phương pháp tính phù hợp thực tế hơn và nâng cao tính an toàn.
Dầm dọc được xem là dầm cứng tuyệt đối và sự biến dạng chỉ xẩy ra với lốp và nhíp, chân đỡ cẩu là các cơ cấu chân đỡ thuỷ lực làm việc ở áp suất cao và coi là cứng tuyệt đối.
Coi dầm dọc một dầm đàm hồi có tiết diện không thay đổi và bằng tiết diện lớn nhất của dầm dọc.
3.2.2. Chế độ tính toán
Để đảm bảo an toàn và độ bền cho khung sát xi trong mọi điều kiện làm việc của xe thì chế độ tải chịu tải lớn nhất của khung được chọn để tính bền.
Chế độ làm việc của xe:
- Vận tải hàng hoá.
- Cẩu hàng hoá. - Đưa người làm việc trên cao.
Ở chế độ vận tải khung đã được nhà thiết kế tính toán đầy đủ. Để đảm bảo làm việc ở chế độ cẩu cần tính bền cho khung khi cẩu hàng. Qua đồ thị tầm vươn và tải trọng hàng ta có momen gây uốn lớn nhất ở tầm vươn 2,95 với tải trọng hàng cho phép là 4040 KG.
Khi đó Mcaumax = 2,95.4040 = 11918(KGm)
Do đó khung được tính bền khi khung xe chịu chế độ tải trọng nặng nề nhất này.
3.3. Phương pháp tính toán khung
3.3.1. Kết cấu khung xe Hino FF3HMSA
Kết cấu khung xe gồm 2 xà dọc liên kết với nhau bởi các xà ngang. Hai xà dọc này đặt song song với nhau cách nhau 0,87 m, chúng liên kết với các xà ngang bằng phương pháp hàn hoặc tán rivê, nhằm liên kết đảm bảo độ cứng vững và chống xoắn của khung.
Khi cẩu làm việc thì 2 chân cẩu kéo dài ra với chiều rộng là 3,8m
Chiều dài toàn bộ của khung ôtô là: 8500 (mm).
- Phản lực tác dụng lên cầu trước:
Rt = 52020.(3,297 - 1,235)/ 5,050 = 21240(N)
- Phản lực tác dụng lên cầu sau:
Rs = 52020 - 21240 = 30780(N)
- Trọng lượng phần được treo: Gt = 5202(KG) =52020(N)
Khi này 2 chân chống của cẩu được hạ xuống, với khoảng cách lớn nhất là 3,8m. chính vì vậy ta chỉ tính bền cho khung trong 2 trường hợp cẩu vươn ra phía trước và cẩu vươn ra phía sau, khi đó khung sẽ bị uốn, còn trong trường hợp cẩu vươn ra hai bên thì khung chỉ có thể bị xoắn nhưng nhờ có các chân chống được kéo ra với chiều dài lớn nên tính chịu xoắn của khung được cải thiên tốt hơn và hầu như không gây ảnh hưởng đến đọ bền của khung. Việc tính bền cho khung có thể tính khi cẩu với vật cẩu lớn nhất, thùng xe không có hàng. Tuy nhiên cũng có thể tính trong các trường hợp tải trọng khác nhau theo phương pháp tương tự.
Theo đồ thị (hình 2.2) thì momen uốn lớn nhất do vật cẩu gây nên là khi vật cẩu lớn nhất 4040(KG) với tầm vươn cần là 2,95(m), mômen uốn là 11918(KGm).
Theo tài liệu tham khảo về xe Hino FF3HMSA ta có:
Với cầu trước: CnA = 128000(N/m)
Với cầu sau: CnB = 247000(N/m)
Do khung xe của chúng ta được đỡ bởi 2 gối tựa đàn hồi một chiều, sau khi tìm được các giá trị Ri, ta thấy các giá trị Rs khi cẩu vươn về phía trước là nhỏ hơn không, tức là khi cẩu về phía trước thì cầu sau bị nhấc lên khỏi mặt đất, khi đó chiều của lực Rs trên sơ đồ phải có chiều ngược lại, còn các R khác đều dương, chứng tỏ chiều các lực khác ta chọn là đúng với thực tế.
Như vậy khi cẩu về phía sau thì bài toán của ta là bài toán siêu tĩnh, còn khi cẩu về phía trước thì cầu sau sẽ bị nhấc lên, đây là bài toán tĩnh định, ở trường hợp này xe tiếp xúc với đường bằng 2 chân chống và bằng 2 bánh trước.
3.4. Tính uốn khung
3.4.1. Phương trình mômen uốn khung
Theo tài liệu “ Sức Bền Vật Liệu” ta có công thức vạn năng tính mômen uốn cho dầm đàn hồi đồng chất.
Ta có:
- Mu(z): là mômen uốn tại điểm có toạ độ z.
- n: là số đoạn được chia trong quá trình tính toán khung.
- a0i: là khoảng cách từ điểm tính tới gốc tính toán.
- M*0i: là mômen ngoại lực tập trung tác dụng lên khung.
- Poi: là ngoại lực tập trung tác dụng lên khung.
- qoi, q’oi, q’’oi: là các bước nhảy của tải trọng phân bố, bước nhảy của các đạo hàm phân bố tại đầu trái của đoạn i.
qoi = qoi+ - qoi-
q’oi = q’oi+ - q’oi-
q’’oi = q(n)oi+ - q(n)oi-
3.4.2.Phương trình tính lực cắt
Ta có:
- Q(z): là lực cắt tại điểm có toạ độ z.
- n: là số đoạn được chia trong quá trình tính toán khung.
- a0i: là khoảng cách từ điểm tính tới gốc tính toán.
- Poi: là ngoại lực tập trung tác dụng lên khung.
- qoi, q’oi, q’’oi: là các bước nhảy của tải trọng phân bố, bước nhảy của các đạo hàm phân bố tại đầu trái của đoạn i.
qoi = qoi+ - qoi-
q’oi = q’oi+ - q’oi-
q’’oi = q(n)oi+ - q(n)oi-
3.4.3. Khi cẩu ra phía sau
Mômen M được tính với tải trọng vật cẩu lớn nhất là 4040(KG) và tầm vươn là 2,95m. như vậy mômen M tính cho một dầm là:
M = 4040.10.2.95/2 = 59590 (Nm)
Quy ước:
- Gốc toạ độ đặt ở đầu trái của thanh điểm O.
- Trục của toạ độ z trùng với trục của thanh và hướng sang phải.
- Các lực vuông góc với trục z là dương nếu hướng lên trên.
- Các mômen tập trung ngoại lực là dương nếu có chiều quay thuận kim đồng hồ.
3.4.4. Khi cẩu ra phía trước
Tương tự như khi cẩu ra phía sau ta có thể vẽ được biểu đồ momen uốn dựa vào sơ đồ tính toán và phương trình mômen uốn khung.Với công cụ tính toán là matlab ta có thể lập trình vẽ ra được biểu đồ momen uốn khung trong trường hợp cẩu ra phía trước.
3.5. Kết quả tính toán
Kết quả tính toán cho ta thấy được biểu đồ mômen uốn và lực cắt như hình dưới đây.
Với kết quả khi cẩu về phía sau trạng thái chịu lực của dầm là siêu tĩnh.
Khi cẩu về phía trước trạng thái chịu lực của dầm là tĩnh định.
Theo đồ thị cho ta các giá trị mômen uốn và lực cắt tại điểm nguy hiểm nhất là tại vị trí: z = 2420 mm.
Khi cẩu về phía sau:
Qy = 1306,36 (N)
Mx = 62415 (Nm)
Khi cẩu về phía trước:
Qy = 2569,35 (N)
Mx = 22399 (Nm)
3.7. Gia cường khung
Hiện nay có rất nhiều biện pháp để nâng cao độ bền của khung.
Với đồ án này để đơn giản và thuận tiên cho việc gia công, em chọn phương pháp tán nóng kết hợp hàn ốp tạo hộp để chống bẹp.
Miếng hàn ốp được dập bằng thép lá với cùng vật liệu có kích thước phụ thuộc vào kích thước của khung xe cần táp, với xe HINO này khung xe có kích thước là 268x85x12 (mm), như vậy ta có thể chọn miếng hàn ốp cùng vật liệu với khung và có kích thước là: 2300x244x12 (mm).
Kết luận: Khi khung chưa được gia cường thì khung sẽ không đủ bền tại vị trí đặt cẩu khi cẩu hàng. Sau khi khung được gia cường bằng phương pháp tán nóng với 1 tấm thép hình chữ U và một tấm thép chống móp thì khung xe sẽ đủ bền khi cẩu làm việc ở mọi trạng thái khác nhau.
KẾT LUẬN
Sau hơn ba tháng học tập và nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế xe tải có lắp cẩu đa năng 4 tấn. Đây là một đề tài mang tính thực tế, nó giải quyết được phần nào về việc thiết kế chế tạo xe chuyên dùng 3 chức năng mà đang là nhu cầu cần thiết của xã hội, nâng cao việc sản xuất từng phần và tiến tới nội địa hoá các cụm.
Trong đề tài này từ 1 xe HINO FF3HMSA dạng sát xi đồ án đã tính toán và lắp đặt cẩu TADANO TM-ZR 504G và thùng vào xe, tạo cho xe có 3 chức năng: vận tải, cẩu hàng hoá và đưa người làm việc trên cao.
Đồ án đã hoàn thành việc kiểm tra, xác định các hệ số ổn định theo lý thuyết máy xây dựng với 3 hệ số k1, k2, k3. Với xe đã được thiết kế, 3 hệ số này đảm bảo hoạt động của ôtô chuyên dùng với chức năng cẩu an toàn trên các loại nền đường và các mặt phẳng làm việc đã được chuẩn bị sẵn. Những thông số ổn định chỉ ra rằng cẩu đảm bảo được điều kiện ổn định ở trạng thái làm việc và ở trạng thái tự ổn định.
Việc lắp đặt thiết kế từ ôtô sát xi với các chân chống và cẩu TADANO đảm bảo khả năng có thể gia công sản xuất hàng loạt nhỏ ở Việt Nam.
Đề tài cũng đã tiến hành tính toán bền cho khung xe, tìm ra các giải pháp để gia cường cho thân xe.
Tuy nhiên những phần thiết kế liên quan tới thiết bị an toàn chưa được đề cập sâu, nếu giải quyết được vấn đề này đề tài chắc chắn còn hoàn thiện hơn, đồng thời chỉ ra được việc nội địa hoá các cụm.
Qua đồ án này, em đã rút ra được rất nhiều kinh nghiệm khi tính toán và thiết kế, học hỏi được nhiều điều trên thực tế, ứng dụng được nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức cơ bản và cũng nhờ đồ án tốt nghiệp này em đã có thêm được những bài học bổ ích cho quá trình công tác sau này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thiết kế tính toán ôtô - máy kéo.
Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên.
Nhà xuất bản đại học và trung hoc chuyên nghiệp.
2. Giáo trình lý thuyết ôtô - máy kéo.
Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Văn Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 1996.
3. Máy Xây Dựng.
Tác giả: Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 2003.
4. Giáo trình sức bền vật liệu (Tập I, II).
Tác giả: Lê Quang, Nguyễn Văn Vượng.
Nhà xuất bản đại học và trung hoc chuyên nghiệp.
5. Tài liệu tham khảo của hãng xe HINO - 2003.
6. Tài liệu tham khảo của hãng cẩu TADANO - 2003.
7. Sổ tay kết cấu thép.
Tác giả: Lều Thọ Trình.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật -1993.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"