LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, khi nền kinh tế nước ta đi lên, cùng với sự phát triển không ngừng về cơ sở hạ tầng thì vấn đề phòng chống cháy nổ tại các khu công nghiệp, khu dân cư ngày càng được chú trọng. Ngoài việc đề phòng thì khi xảy ra hoả hoạn thì việc chữa cháy và cứu nạn phải được ưu tiên hàng đầu . Để làm được việc đó thì các đơn vị này phải có tính chuyên nghiệp và chuyên dụng cao. Xe thang là loại xe chuyên dụng được sử dụng nhiều, phổ biến trong lĩnh vực này.
Khi xảy ra hoả hoạn tại các khu nhà cao tầng thì xe thang phải là xe được bố trí tiếp cận đầu tiên để cứu và giải phóng các nạn nhân đang mắc kẹt trong đám cháy đồng thời đưa người lên tiếp cận với các khu vực của toà nhà, qua đó các nhân viên cứu hoả sẽ nắm bắt được tình hình thực tế và đưa ra phương án chữa cháy hữu hiệu. Chính do có vai trò quan trọng như vậy nên xe thang là xe chuyên dụng không thể thiếu trong các đơn vị chữa cháy tại các nước phát triển.
Hiên nay nước ta cũng đã nhập một số xe thang cứu nạn của các hãng sản xuất xe chuyên dụng nước ngoài. Tuy nhiên các xe này cũng có một số nhược điểm, ngoài vấn đề về giá của các xe chuyên dụng này rất đắt thì các xe này cũng chưa thật thích ứng với điều kiện sử dụng cũng như con người Việt Nam. Xe thường có kích thước quá lớn, trong khi đó cơ sở mạng lưới giao thông ở Việt Nam còn hạn chế, đường xá còn nhỏ hẹp, đường có nhiều vật cản trên cao cũng như tại mặt đường. Các thao tác đối với xe của người Việt Nam cũng không được thuận tiện bởi xe được thiết kế cho người Châu Âu có tầm vóc lớn…
Trong khi đó, công nghiệp nặng nước ta đang được ưu tiên phát triển, các ngành như Chế tạo máy, Ôtô… đang phát triển rất mạnh, khả năng sản xuất chế tạo được mở rộng. Đặc biệt ngành công nghiệp ôtô, với khả năng chất xám hiện nay, nước ta hoàn toàn đã có khả năng thiết kế, chế tạo và lắp ráp được một số cụm chi tiết, bộ phận trên ôtô phù hợp với yêu cầu sử dụng tại Việt Nam đồng thời đảm bảo tính kinh tế.
Trước tình hình đó, việc sản xuất các xe chuyên dùng cụ thể là xe thang cứu hộ sử dụng trong công tác phòng cháy chữa cháy vừa là đòi hỏi vừa là yêu cầu rất thực tiễn đối với ngành công nghiệp nước ta. Việc sản xuất xe thang cứu hộ ngay tại trong nước ngoài mục đích tiết kiệm ngân sách quốc gia, nó còn là sự tự khẳng định chính mình của ngành công nghiệp nói chung cũng như ngành công nghiệp ôtô nói riêng của nước ta.
Do tính thực tiễn như vậy nên em đã chọn đề tài : “THIẾT KẾ XE THANG CỨU HỘ DẠNG ĐỨNG CHO NHÀ CAO 30 M” . Đồ án gồm các nội dung như sau:
Chương I : Lựa chọn phương án thiết kế.
Chương II : Thiết kế thang cứu nạn.
Chương III : Tính ổn định xe và lựa chọn xe cơ sở.
Chương IV : Thiết kế sơ bộ hệ thống điều khiển.
Sau ba thang làm việc tại Bộ môn Ôtô - khoa Cơ khí - ĐHBK HN, để hoàn thành đề tài nay ngoài sự cố gắng của bản thân là giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, thầy: PGS.TS…………….. cùng các thầy giáo trong bộ môn.
Trong phạm vi đề tài tốt nghiệp, do thời gian và trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cùng các bạn trong ngành để đề tài này được hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày … tháng ... năm 20...
Sinh viên thiết kế
………………
CHƯƠNG I
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1. Các yêu cầu chung của đề tài.
Như đã biết, trong 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 thiết kế, lắp ráp chế tạo một số thiết bị chuyên dùng trên ô tô, phù hợp với nhu cầu sử dụng và đảm bảo tính kinh tế. Do đó việc nhập ngoại các sản phẩm cơ khí đã được giảm bớt và thay thế đó là thiết kế cải tiến, lắp ráp và sản xuất trên cơ sở một số linh kiện hay xe satxi được nhập từ nước ngoài.
- Giá thành của xe nhập ngoại rất cao.
- Xe thường có kích thước quá khổ không phù hợp với điều kiện đường xá, giao thông Việt Nam, trong quá trình vận chuyển đến các nơi có hoả hoạn rất khó khăn do đó không đảm bảo tính khẩn cấp của công tác.
- Chiều cao của các toà nhà tại Việt Nam còn hạn chế nên các xe nhập ngoại thường không phát huy hết công suất cũng như khả năng của xe.
* Về yêu cầu kỹ thuật:
- Xe thiết kế là xe thang dạng đứng
- Kích thước xe nhỏ gọn, phù hợp với điều kiện giao thông của các đô thị tại Việt Nam.
- Chiều cao cứu hộ của xe đạt trên 30 m.
* Yêu cầu cụ thể:
- Đảm bảo an toàn cho việc đưa người lên cũng như di dời các nạn nhân ra khỏi khu vực có hoả hoạn.
- Xe khi làm việc có tính năng linh hoạt.
- Xe dễ dang khi vận chuyển trên đường, đặc biệt là đường xá Việt Nam, chật hẹp và có nhiều vật cản phía trên.
- Xe thang có tầm vươn cao trên 30 m.
2. Xe thang cứu nạn.
2.1 Tổng quan về xe thang cứu nạn.
Xe thang cứu nạn là loại xe nâng thang dùng trong công việc cứu những người bị mắc kẹt trong những nhà cao tầng khí xảy ra những sự cố. Một nhà cao tầng không may xảy ra hỏa hoạn, các tầng dưới đang chìm trong biển lửa các phương tiên di chuyển xuống như thang, thang máy bị hỏng khiến cho mọi người ở tầng trên không thể nào thoát khỏi tòa nhà.
2.2 Mô tả nguyên lý hoạt động của phương tiện.
Khi chạy trên đường xe hoạt động như một phương tiện tham gia giao thông bình thường.
Khi làm việc xe đỗ tại vị trí xác định, công suất động cơ được ngắt khỏi hệ thống truyền lực tại hộp số và dùng dẫn động cho bơm thủy lực. Nhờ bộ phận điều khiển thủy lực, đầu tiên bốn chân chống của xe được duỗi ra và hạ xuống, khi đó các bánh xe sẽ không chịu ảnh hưởng của tải trọng tác dụng lên xe nữa.
3. Lựa chọn phương án thiết kế.
Cơ sở lựa chọn :
- Xe phải được bố trí sao cho có kích thước nhỏ gọn nhất theo tiêu chuẩn đường bộ Việt Nam.
- Thang có thể quay 3600 theo mọi hướng.
- Chiều cao tối thiểu thang có thể vươn tới là 30m.
3.1. Các phương án bố trí.
3.1.1. Phương án 1.
Xe được bố trí như hình vẽ:
- Thang được lắp trên một mâm quay, có thể quay tròn 3600, đầu thang quay về phía sau.
- Mâm quay được dẫn động bằng một cặp bánh răng trụ ăn khớp ngoài với bánh răng lớn là mâm được đặt cố định, bánh răng bé quay xung quanh để xoay thang.
3.1.2. Phương án 2.
Xe được bố trí như hình vẽ:
Đây là phương án thang được bố trí ở ngay giữa xe. Thang được dựng thẳng đứng và cũng được điều khiển như ở phương án trên.
3.1.3 Phương án 3.
Xe bố trí có bệ chân thang được đặt phía sau đầu thang được gối lên nóc cabin. Đây là phương án mà hầu hết các xe ngoại nhập đều áp dụng.
* Lựa chọn phương án:
Nếu ta chọn phương án 1 hoặc 2 thì nhược điểm lớn nhất của các phương án này chính là không tận dụng hết được chiều dài của xe cơ sở, do đó để có lợi về kết cấu của thang, điều khiển cũng như bố trí dể có được tầm vươn cao như yêu cầu của đề tài thì xe phải kéo dài satxi. Việc khắc phục này không có lợi vì yêu cầu về kích thước nhỏ gọn của xe không đảm bảo, lựa chọn xe satxi sẽ khó hơn để đảm bảo ổn định cho xe ngoài ra ta phải thêm một nguyên công cho việc kéo dài này do đó tốn công sức và kinh phí.
Vậy phương án lựa chọn của em là phương án 3 bởi các ưu điểm và các biện pháp khắc phục nhược điểm đã nêu ở trên.
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ THANG CỨU NẠN
1. Lựa chọn phương án thiết kế thang.
1.1. Phương án gấp thang.
Các khúc thang được liên kết trực tiếp với nhau qua các ổ trục, khi vận hành thang dùng một động cơ quấn cáp hoặc tời xích. Các dây cáp, xích được nối với các khúc thang thành phần để thực hiện việc duỗi thang vươn dài ra. Khi không làm việc các khúc thang được gấp lại và chồng lên nhau.
Phương án này có ưu điểm :
- Thực hiện việc gập duỗi một cách nhanh chóng.
- Quá trình vươn thang không đòi hỏi không gian xunh quanh khu vực cứu hộ phải rộng.
Tuy nhiên có một số nhược điểm như :
- Chiều cao làm việc của thang nhỏ và chỉ dùng để dùng thiết kế cho xe cứu hộ loại rọ nâng.
- Phức tạp về kết cấu do phải chế tạo thêm các ổ trục, ma sát lớn, cáp xích làm việc với độ tin cậy không cao gây va đập khi làm việc.
- Với hệ thống thang kiểu gập duỗi này, khi gấp lại các khúc thang sẽ chồng lên nhau, chiều cao hệ thống thang sẽ tăng lên chưa kể đến kết cấu của thành tay vịn, chiều cao của toàn xe tăng lên sẽ làm cho tính ổn định kém đi.
1.2. Phương án kéo thang.
Theo phương án này, các khúc thang sẽ trượt lên nhau bởi các con lăn và có các mấu hãm. Các thang được kéo lên nhờ hệ thống xilanh thủy lực hoặc hệ thống dây cáp hoặc xích. Thường hệ thống dẫn động được chọn là cáp do những ưu điểm của dây cáp.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thang cứu nạn cho nhà cao tầng.
Để thang vươn được tới độ cao 30 m, chiều dài toàn bộ thang rất dài nên ta chọn phương án chia thang làm các khúc gần bằng nhau sao cho chiều dài mỗi khúc thang khi xếp trên xe phải không vi phạm những quy định về giao thông.
* Nguyên lý hoạt động của thang :
- Khi thang không làm việc, các khúc thang được xếp lại và được gá lên bệ chống thang của xe.
- Khi thang làm việc : nhờ xylanh thuỷ lực sẽ đẩy toàn bộ các khúc thang dựng thẳng đứng (Hình II.4.2).
- Khi đã ở vị trí thẳng đứng các khúc thang được kéo trượt trên nhau nhờ hệ cáp palăng (Hình II.4.3).
3. Tính toán kết cấu thang nâng.
Việc tính toán kết cấu thang nâng chủ yếu xác định kích thước và trọng lượng các thanh thép để với trọng lượng nhỏ nhất song vẫn đảm bảo những yêu cầu về kích thước và độ bền.
3.1 Lựa chọn chiều dài làm việc của thang.
Khi làm việc, thang được dựng đứng và vươn tới tầm cao 30 m.
Chọn sơ bộ chiều cao bệ chân thang, việc chọn chiều cao bệ chân thang thích hợp để :
- Thang xếp trên xe khi di chuyển thì gần như nằm ngang nhằm giảm được chiều cao toàn bộ xe.
- Thang xếp trên xe gần như nằm ngang nhằm tăng chiều dài mỗi khúc thang dẫn tới việc giảm được số lượng các khúc thang, giảm được sự phức tạp trong kết cấu của thang.
Đối với thang dọc:
- Chiều dài mỗi khúc thang là: lkhd = 7 m.
- Số khúc thang là : i = 5.
Đối với thang ngang ta chia thành hai khúc, mọt khúc dài 7 m một khúc dài 3 m
Ta thấy nếu chọn như này thì chiều dài toàn bộ thang phải là : lkhd .i + lkhn . j = 6.7 + 3 = 45 (m)
3.2 Tính toán kích thước và trọng lượng các kết cấu thang
a. Các ống thép tay vịn
Mỗi khúc thang gồm hai thanh tay vịn làm bằng thép ống với đường kính vừa vặn bàn tay cầm của những người được cứu nạn, tuy nhiên ta phải hạn chế trọng lượng của chúng. Ta chọn kích thước thanh tay vịn này như sau bằng chiều dài thang: l = 45 m. Trong đó có 10 m của thang ngang và 35 m của thang dọc.
- Kích thước tiết diện của ống :
Đường kính ngoài của ống thép : O1 = 35 mm = 0,035 m.
Độ dày ống thép : d1 = 2 mm = 0,002 m
Trọng lượng của toàn bộ các thanh tay vịn trên 5 khúc thang dọc ( tất cả là 10 thanh tay vịn) : 58,69(kG)
Thang ngang : Gtvn = 16,76(kG).
b. Các thanh giằng chéo hai bên
Chiều cao lan can được chọn hợp lý vừa đảm bảo cho người di chuyển an toàn trên thang vừa phải hạn chế được chiều cao thang nhằm giảm chiều cao toàn bộ xe.
Chọn chiều cao lan can đối với thang dọc là: hlc = 0,3 m
Chọn thép góc đều cạnh kí hiệu No.1 theo tiêu chuẩn GOCT 8509-57 làm vật liệu chế tạo thanh giằng, thép có kích thước L 20x3.
Trọng lượng 1m loại thép này là : G = 0,89 (kG)
Trọng lượng toàn bộ các thanh giằng của các khúc thang dọc là ( với 2 thanh trên 1m lan can ở một phía ) :
Ggd = 2.i.lkh.(2.lg.G) = 2.5.7.(2. 0,71. 0,89) = 72,65 (kG)
Trọng lượng toàn bộ các thanh giằng của các khúc thang ngang là ( với 2 thanh trên 1m lan can ở một phía ) : lgn = 0,8 + 0,65 = 1,45 m
Ggn = 2.i.lkh.(2.lg.G) = 2.5.2.(2. 1,45. 0,89) = 51 (kG)
d. Các thanh dầm chính
Các thanh dầm chính là những dầm thép có tiết diện hình chữ U, hai bản cánh của dầm chữ U có tác dụng như các đường ray của các bánh xe di chuyển.
Kích thước tiết diện của các thanh dầm đối với các khúc thang là như nhau nhằm tăng tính công nghệ trong sản xuất vật liệu do chỉ cần sản xuất một loại sản phẩm duy nhất.
Chọn kích thước tiết diện ngoài việc chú ý về trọng lượng dầm, còn phải chú ý về sự nhỏ gọn và bố trí vị trí các bánh xe, các thanh bậc thang.
Diện tích tiết diện dầm :
Sd = [160.7 + 2.(60 - 7).7 ].10-6 = 19.10-4 (m)
Trọng lượng toàn bộ các thanh dầm :
Gdd = 2.i.lkh.Sd = 2.5.7.19.10-4= 1330 (kG)
Gdn = 2.i.lkh.Sd = 2.2.5.19.10-4= 380 (kG)
3.3 Tính toán trọng lượng của người
Với chiều dài thang ngang là l = 9 m thì trọng lượng người lớn nhất trên thang là :
Gng = l.G1 = 2.9.65 = 1170 (kG)
Với chiều dài thang ngang là l = 30 m thì trọng lượng người lớn nhất trên thang là :
Gnd = l/2.G1 = 2.15.65 = 1950 (kG)
* Ta coi trọng lượng các phần phụ kiện như cáp, puli, các bộ phận của hệ thống dẫn động chiếm 10%. Như vậy trọng lượng các thang:
- Thang dọc khi không người: G = 1747 + 0,1. 1747 = 1921,7(kG).
- Thang ngang khi không người: G = 460 + 0,1 . 460 = 506 (kG).
- Khi có người:
+ Thang dọc: G = 1921,7 + 1950= 3871,7 (kG).
+ Thang ngang : G = 506 + 1170 = 1676 (kG).
CHƯƠNG III
LỰA CHỌN XE CƠ SỞ VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH XE
1. Phương án bố trí chân đỡ.
Nguyên tắc thiết kế các loại xe cần trục tự hành là khi cần trục được đưa lên cao làm việc thì phải bố trí các chân chống :
- Trọng lượng xe cần trục khi làm việc sẽ do các chân chống này chịu, các bánh xe lúc đó coi như không chịu tải.
- Việc bố trí chân chống còn làm tăng tính ổn định cho xe do diện tích chân đế rộng hơn so với diện tích chân đế tạo bởi các bánh xe.
1.1. Dùng hai chân đỡ ở sau cầu trước.
Phương pháp này có hai chân chống thủy lực ngay sau cabin (đường CF). Đa giác chân đế là đường nối các tiếp xúc giữa bánh xe, chân chống với mặt đường gồm các cạnh lật : AF, FE, ED, DC, BC.
1.2. Dùng bốn chân chống ở sau cabin và cầu sau.
Phương án này có đa giác chân đế được tạo bởi đường nối điểm tiếp xúc của bốn chân chống xuống mặt đường, các cạnh chân đế là AB, BC, CD, DA.
2. Chọn xe cơ sở
Việc chọn xe phải đảm bảo tính ổn định của xe thang : khi thang vươn hết tầm và có người đang di chuyển ở trên và khi vận tải.Vì vậy tự trọng của xe được chọn phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định trên.
Kích thước của xe được chọn phải nhỏ gọn.
Trên cơ sở đó ta chọn xe cơ sở là xe đầu kéo KAMAZ_5410 có tải trọng tiêu chuẩn là 14,90 tấn. Đây là loại xe được sản xuất tại Liên Xô cũ nay là liên bang Nga, loại xe nay đã từng được sử dụng phủ biến và đã chứng minh được chất lượng của xe. Xe có tuổi thọ sử dụng cao, phù hợp với điều kiện đường xá và khí hậu ở Việt Nam.
4. Phương pháp tính toán cụ thể.
4.1. Trường hợp 1: Ổn định tĩnh khi có tải với hệ số an toàn k1=1,4.
Từ yêu cầu về hệ số ổn định khi làm việc ta có thể tính các momen gây lật và momen chống lật. Trong trường hợp này momen chống lật phụ thuộc vào tự trọng của ôtô, của thang và vị trí các trục lật có thể xẩy ra, momen gây lật là trọng lượng thang ngang và số lượng người trên thang.
Các cạnh lật: AB, BC, CD, DA. Tuy nhiên do tính đối xứng của xe nên ta chỉ cần xét các cạnh lật AB, BC và AD.
Ta có thể khai triển:
Mcl = G0.ltl+ Gc.y
Mgl=Gh.lh
=> Khi đánh giá ổn định: đường bao giới hạn an toàn trong các trường hợp tính toán phải lớn hơn bán kính trọng tâm hình học của phần tải trọng gây lật. Cụ thể trong bài toán ta đang xét phần tải trọng gây lật là thang nằm ngang.
Qua phân tích ta tính toàn cụ thể các góc và các cánh tay đòn cho các trường hợp lật qua từng trục.
Góc FTM=90o - arcsin((AB-TE)/Lmax): Góc lật FTM dung cho tính toán đối với cạnh AD
Góc ETH = arccos(TE/Lmax): Góc lật ETH dùng cho tính toán với cạnh lật BC
Góc ETR = arcsin(BC/(2.Lmax)): Góc dùng để tính góc lật qua trục AB
Góc RTP= 180o - 2.ETR: Góc lật qua trục AB
Góc MTY = arcsin((AB-TE)/Lmax): Góc dùng khi tính toán lật qua trục AD.
+ Trường hợp lật qua trục BC (Hình 20.1):
Cánh tay đòn : Lmax1= (GQ + TE) / cos(EPS)
+ Trường hợp lật qua trục AB (Hình 20.2):
Cánh tay đòn : Lmax3= (JQ + BC/2) / (sin(EPS + ETR)).
+ Trường hợp lật qua trục AD (Hình 20.3) :
Cánh tay đòn : Lmax2 = (IQ + (AB - TE)) / cos(180o - EPS).
* Các thông số và các khoảng cách cần thiết để tính toán.
- Thang dọc khi không người: G = 1747 + 0,1. 1747 = 1921,7(kG).
- Thang ngang khi không người: G = 460 + 0,1 . 460 = 506 (kG).
- Khi có người:
+ Thang dọc: G = 1921,7 + 1950= 3871,7 (kG).
+ Thang ngang : G = 506 + 1170 = 1676 (kG).
- Nt = 33500; tải trọng phân bố len cầu sau
- Ns=33000; tải trọng phân bố len cầu sau
- Lmax = 9; Chiều dài vươn lớn nhất của thang ngang.
- GxeT = 3,085 ; Khoảng cách từ trọng tâm đến chân thang.
- TE = 0,744 ; Khoảng cách từ chân thang đến cạnh lật BC
- AB = 4,762 ; Chiều dài chân đế.
- BC = 3,4 ; Bề rộng chân đế.
Kết quả tính toán ổn định K1 = 1,4 đối với xe KAMAZ, sử dụng phần mềm Malab, được thể hiện qua các đồ thị sau:
a. Trường hợp toàn bộ thang của xe đều có người:
Trường hợp này toàn bộ trọng lượng người trên thang ngang và tự rọng của thang ngang sẽ tạo nên mômen gây lật. Trong khi đó toàn bộ trọng lượng người đứng trên thang dọc sẽ tạo thêm mômen chống lật cho xe.
Vậy với xe cơ sở là xe KAMAZ là thoả mãn.
b. Trường hợp toàn bộ khúc ngoài cùng của thang ngang có người.
Tải trọng tác dụng lên thang ngang bao gồm tự trọng của thang và khối lượng người trên khúc thang ngoài cùng.
* Mhận xét: Ta nhận thấy trường hợp 3 khi thang ngang chứa đầy người còn thang dọc không có người thì các đươngf bao an toàn max ở gần đường bao an toàn cho phép nhất. Trường hợp này là trường hợp nguy hiểm nhất trong ba trường hợp. Tuy nhiên vẫn còn cách khá xa đường bao giới hạn an toàn nen có thể nói rằng tính ổn định lật tĩnh của xe thang khá cao.
4.2. Trường hợp 2: Tính ổn định K3.
Hệ số K3 được tính bằng tỉ số giữa mômen chống lật sau khi đã trừ đi các giá trị mômen làm giảm chống lật : mômen giảm chống lật do đường nghiêng, do gió, trên mômen gây lật. Hệ số này phải lớn hơn 1,15, là hệ số kinh nghiệm được áp dụng tính cho cần trục.
- Các tải trọng tác dụng lên xe:
Tự trọng của xe Gxe:
Trọng lượng xe phân bố lên cầu trước: Gt = 33500 N.
Trọng luợng xe phân bố lên cầu sau : Gs = 33000 N.
Trọng lượng của lái xe và hai phụ xe : Gn = 3 . 650= 1950 N.
Gxe =Gt + Gs + Gn = 33500 +33000 + 1950 = 68450 N.
Tự trọng của thang dọc: Gtd = 17470 N
Tự trọng của thang ngang: Gtng = 4600 N
- Các lực PE và PF là các lực do gió gây nên đối với các mặt E, F
PE = k.E.v2
Tương tự: PF = 0,3 . 41,73 . 172 = 3618 N
- Các mômen:
+ Mômen do gió:
MG = PE . h1 + PF . h2 = 51250,18 Nm
+ Mômen chống lật :
MCL = Gxe . cosa . GxeE + Gtd . cosa . TE =272547,5 Nm
- Các lực do gió gây nên với các mặt A,B,C:
PA = 3849,5 N
PB = 243,5 N
PB = 728,3 N
4. Tính ổn định vận tải.
Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ được quĩ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tuỳ thuộc điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đường dốc ( đường có thể nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang), có thể quay vòng hoặc phanh ở các loại đường khác nhau ( đường xấu, đường tốt... ). Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, xe phải giữ được quĩ đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt hoặc thùng xe không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo cho chúng chuyển động an toàn.
4.1. Tính toán ổn định lật tĩnh.
* Tính trọng tâm:
Phân bố tải trọng: Z1 = 5219 kG ; Z2 = 4052 kG.
Toạ độ trọng tâm : a = 1,92 m ; b = 1,58 m ; hg = 1,52 m.
* Tính ổn định ngang, xác định góc nghiêng ngang giới hạn của đường:
Ta chọn: b = 38,2o > {b } = 32o
4.2. Tính toán ổn định khi chuyển động quay vòng.
+) Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 7,4 m theo lật: Vghl = 27,25(km/h)
+) Tính vận tốc giới hạn khi quay vòng với Rmin = 7,4 m theo trượt ngang trên đường có hệ số bám 0,7:
Vght ~ 25,63 km/h
Khả năng trượt xẩy ra trước khi lật: Vght < Vghl
Tuy nhiên các vận tốc trên đều được tính khi xe quay vòng với bán kính nhỏ nhất, trong thực tế lái xe khi vào cua với bán kính quay vòng nhỏ nhất thường đi với vận tốc nhỏ nhất có thể của xe : Vmin = 5 km/h. Do đó với vận tốc giới hạn khi quay vòng tính theo trượt ngang như vậy là an toàn cho xe khi tham gia giao thông.
CHƯƠNG IV
THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG
1. Hệ thống kéo rút thang.
Hệ thống kéo rút thang là một bộ phận của hệ thống dẫn động của hệ thống thang nâng. Khi kéo thang, hệ thống này đẩy các khúc thang trượt trên nhau, làm thang được kéo dài ra tới khi đạt được chiều dài làm việc. Khi rút thang, hệ thống tác động làm cho các khúc thang trượt và chồng lên nhau, cho tới đạt được chiều dài cần mong muốn.
Hệ thống kéo rút thang gồm các bộ phận như : dây cáp , puly đổi hướng cáp, các bánh xe di chuyển, các bánh xe dẫn hướng, các thanh ray là bản cánh của các dầm chính.
1.1. Tính chọn các thông số của hệ thống
a. Chọn cáp.
Hệ thống kéo rút thang được thể hiện một cách đơn giản gồm các khúc thang có thể trượt trên nhau nhờ các bánh xe, dây cáp và puly tạo lực kéo thang
Các thông số thiết kê với các bánh xe lăn:
- dR : đường kính bánh xe, đường kính bánh xe lấy giá trị trung bình : dR = 50 (mm)
- d : đường kính ngõng trục, lấy d = 15 (mm).
Lực kéo cáp:
Smax = 0,5 . P
Vậy lực căng cáp lớn nhất: Smax = 0,5.1,4.2043,36 = 1430,4 kG
b. Tính toán tang cuốn cáp và puly
Tang là chi tiết dùng để cuốn cáp, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới các bộ phận khác. Loại tang được chọn là loại tang trụ trơn, có thể cuốn nhiều lớp cáp nhằm giảm kích thước và trọng lượng của tang tuy sẽ làm cáp chóng mòn hơn do bị cuốn chồng lên nhau.
Độ bền lâu của cáp còn phụ thuộc vào cách chọn tỉ số giữa đường kính tang hoặc puly D với đường kính cáp dc. Đường kính tang và puly tính đến tâm lớp cáp thứ nhất phải thỏa mãn điều kiện :
D ³ e . dc
Ta có : D ³ 17. 10 = 170 (mm)
Chọn đường kính puly Dp = 173 (mm)
Chọn đường kính tang cuốn cáp, đối với cần trục với Dt , D’t lần lượt là đường kính tang và đường kính vành tang : Dt = 410 (mm), D’t = 670 (mm)
* Công suất cần thiết của môtơ điện cuộn cáp:
- Mômen cuộn cáp trên tang là :
Mc = Smax . Dt/ 2 = 1430,4 . 0,41 = 293,23 kGm » 2932,3N
- Tốc độ kéo dài cần là : 6,66 m / 14 s nên vận tốc cuộn cáp trên tang:
w = V / R = 6,66 / (14.0,205) = 2,32 (rad/ giây)
- Công suất cần thiết :
N = Mc . w = 2932,3 . 2,32 = 6802,9 (w) ~ 6,9kw.
Vậy khi chọn mô tơ cuốn cáp ta nên chọn mô tơ có công suất bằng 1,2¸1,4 công suất cần thiết.
2. Hệ thống khoá an toàn khi kéo rút thang.
2.1. Kết cấu và nguyên lý làm việc của khoá an toàn
2.1.1. Cấu tạo khoá an toàn
Kết cấu khoá an toàn như hình IV.3.
2.1.2. Nguyên lý làm việc của khoá an toàn
Khi thang kéo lên do hệ thống cáp, đầu dưới của càng phản ứng ( 8 ) chạm vào các thanh bậc thang, làm cho đầu dưới càng phản ứng dịch chuyển sang trái. Khi đó đầu trên của càng phản ứng ( 8 ) ( mà luôn tiếp xúc với càng tỳ (3) qua mặt cong ) dịch chuyển sang phải. Khi lực tác dụng từ đầu trên càng phản ứng thắng lực hồi vị của lò xo ( 2 ) làm cho càng tỳ ( 3 ) xoay sang phía phải quanh chốt ( 5 ), đầu dưới của càng tỳ ( 3 ) sẽ di chuyển cho tới khi chạm vào miếng kê ( 9 ).
3. Hệ thống nâng hạ thang.
3.1. Các phương án bố trí.
Xylanh lực phải được đặt ở vị trí sao cho làm việc có hiệu quả nhất.
a. Xylanh nâng thang có điểm đặt gần sau cabin xe ( hình IV.4)
Đầu trên của xylanh chống vào gần phía đầu thang dưới cùng. Phương án này có ưu điểm :
- Lực nâng thang nhỏ do cánh tay đòn lớn ( tính từ điểm nâng đến chân thang ) nên đường kính xylanh nhỏ.
- Hệ thống điều khiển xylanh ngay sát hộp trích công suất nên tổn hao công suất thuỷ lực nhỏ.
Nhược điểm khi đặt xylanh tại vị trí này :
- Khi nâng thang đến góc nâng lớn nhất chiều dài xylanh rất lớn, làm tăng giá thành trang bị xylanh.
- Thang cứu hộ ngoài việc nâng hạ còn phải xoay nên phải chế tạo một bệ xoay tại vị trí đặt xylanh, rất phức tạp.
b. Xylanh nâng thang đặt trên bệ xoay thang ( Hình IV.5 )
* Ưu nhược điểm:
+ Ưu điểm:
- Xylanh thuỷ lực xoay cùng với bệ thang khi cứu hộ, thang sẽ làm việc đồng bộ.
- Chiều dài xylanh nhỏ cho nên giá thành trang bị không cao.
+ Nhược điểm :
- Lực nâng thang lớn do cánh tay đòn nhỏ.
- Đường kính xylanh lớn mới đủ khả năng nâng thang đến chiều cao cứu hộ.
3.2. Lựa chọn xylanh nâng thang
Trên hình (IV.6 ) :
- Điểm A là tâm quay của thang.
- Điểm B là trọng tâm của hệ thống thang
- Điểm C là vị trí đặt đầu trên xylanh, D là vị trí đặt đầu dưới xylanh
- a là góc nâng của thang
- Qo là trọng lượng của toàn bộ thang mà không kể đến người.
- Pxy là lực nâng của xylanh
- AE là cánh tay đòn của Pxyvới tâm quay A
* Công suất cần thiết để nâng thang ngang:
- Tốc độ kéo nâng cần là : từ 1 dến 78 độ mất 7,5s
w = 0,2 vòng/giây
- Mômen : M = Pxy . AE = 78280 N
- Công suất cần thiết :
N = Mc . w = 7828 . 0,2 = 15656 (w) ~ 15,565 kw.
* Công suất cần thiết để nâng thang ngang:
N = Mc . w = 18262 . 0,2 = 3652,4 (w) ~ 3,652 kw.
- Chọn xylanh đẩy thang:
Tầm vươn của thang ngang là 9 m, chiều dài của khúc dài là 7 m, khúc ngắn là 3m, khoảng gối nhau là 1m. Vậy chiều dài lớn nhất của xylanh phải trên 2m. Ta chọn là 2,4m (0,4 m dùng để gối và dẫn hướng xylanh.), chiều dài ngắn nhất của xylanh là 1,2 m.
Vậy xylanh được chọn có các thông số :
- Xylanh loại một tầng
- Diện tích chịu áp lực của piston là 480 mm2
- Chiều dài nhỏ nhất : Lmin = 1,2 (mm)
- Chiều dài lớn nhất : Lmax = 2,4 (mm)
4. Hệ thống quay thang
4.1. Kết cấu của thiết bị tựa quay kiểu bi.
Phần quay của thiết bị tựa quay gồm bệ chân thang, hai vòng tựa phía trên và phía dưới, các chi tiết này cố định với nhau bởi các bulông
Phần cố định bao gồm vành răng, vành đỡ bi, tấm cố định bắt lên sàn xe, các chi tiết này cũng được cố định với nhau bởi các bulông.
Kết cấu các chi tiết tiếp xúc với bi phải phẳng, đồng tâm và có độ cứng hợp lý, đảm bảo áp lực phân bố đều trên vòng tựa quay. Để chống nước và bụi bẩn, vòng lăn của các viên bi được che kín bằng các vành cao su, bôi trơn ổ bi bằng mỡ.
4.2. Dẫn động thiết bị tựa quay kiểu bi
Do yêu cầu của đề tài, bệ thang xoay có nhiệm vụ giữ hệ thông thang chống lật, và xoay tròn 180o phục vụ cho quá trình cứu hộ, do đó đòi hỏi kết cấu làm việc trơn nhậy ổn định.
Ta sử dụng hệ cơ khí dẫn động thang, dùng một cặp bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp. Kết cấu này có những ưu điểm sau :
- Kết cấu bệ thang xoay có kích thước nhỏ hơn so với dùng hệ thông thuỷ lực
- Do công nghệ chế tạo bánh răng ở nước ta đã phát triển nên giá thành chế tạo giảm đi rất nhiều so với việc dùng xylanh thuỷ lực
- Tỷ số truyền không thay đổi
- Hiệu suất làm việc cao, có thể đạt 0,97¸0,99
- Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy
- Bảo dưỡng và sửa chữa đơn giản.
6. Sơ đồ tổng thể hệ thống thuỷ lực của xe.
Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực như hình IV.9.
* Nguyên lý làm việc của hệ thống:
Dầu thuỷ lực trong thùng chứa được bơm dầu đưa vào đường ống cao áp, tới cá van điều khiển. Mỗi van điều khiển có ba vị trí : Vị trí tác dụng thuận, vị trí tác trung gian và vị trí tác dụng ngược. Dẫn động các van điều khiển được thực hiện bằng tay thông qua các cần gạt trên bảng điều khiển. Các van điều khiển sẽ điều khiển cấp hay ngừng cấp dầu cho các mô tơ hay xylanh.
Chuyển động quay của trục cuốn cáp và hệ thống mâm xoay được dẫn động bằng mô tơ thuỷ lực.
7. An toàn trong sử dụng xe thang cứu hộ
Việc khai thác và sử dụng xe thang phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn an toàn khi thiết dế, lắp đặt và sử dụng xe thang do Bộ Giao Thông Vận Tải ban hành. Sau đâu là một số quy đinh chung trong khai thác, sử dụng xe thang :
- Xe thang phải được kiểm tra, thử nghiệm và đăng ký tại cơ quan đăng kiểm trước khi đưa vào sử dụng lần đầu, sau khi làm việc.
- Kiểm tra các mối nối cáp phải được đúng kỹ thuạt, tuân thủ chế độ chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên. Không nối cáp để tăng chiều dài, không dùng cáp đã bị sơ, dão.
- Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống đèn báo tín hiệu, sự hoạt động của các cơ cấu máy.
- Không để xe thang ở trạng thái cứu hộ khi không cứu hộ hoặc di chuyển
- Xe thang không được làm việc khi có gió bão lớn hơn cấp 8.
- Khi vận chuyển trên đường nghiêng không được chạy quá 25,63 km/h
KẾT LUẬN
Sau 3 tháng làm việc tại bộ môn Ôtô - khoa Cơ khí - ĐHBK HN, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn : PGS.TS………………. cùng với sự giúp đỡ của các thầy, các bạn cùng ngành trong bộ môn em đã hoàn thành được đề tài này.
Về mặt nội dung, đồ án đã hoàn thành và đạt được các yêu cầu đã đặt ra:
- Trước tiên đồ án đã đưa ra được phương án thiết kế hợp lý: xe thang được bố trí có bệ chân thang đặt tại phía sau xe, vừa tận dụng được hết chiều dài của xe vừa dễ dàng trong việc bố trí các cụm chi tiết của xe cũng như dễ dàng trong thao tác của nhân viên cứu hộ; Về kết cấu và nguyên lý làm việc của thang : thang được thiết kế gồm các khúc lồng trượt trên nhau lên thẳng đứng, các khúc ngang được nâng và vươn ngang bằng xylanh thuỷ lực, khi xếp lại và vận chuyên thì kích thước thang gọn nhỏ thuận tiện đồng thời khi làm việc thì tính ổn định được nâng cao.
- Chọn được xe cơ sở, đó là xe KAMAZ-5410. Đây là loại xe đầu kéo có kích thước nhỏ gọn, tải trọng phù hợp với yêu cầu của đề tài đặt ra. Xe được chế tạo tại Liên Xô cũ, nay là Liên bang Nga, được nước ta đưa vao sử dụng vận hành nhiều năm. Xe có tuổi thọ, tuổi bền sử dụng cao, điều đó đã được chứng minh trong thực tế.
- Tính toán ổn định, xe được tính với hai hệ số K1 = 1,4 và K3 = 1,15, trong đó K1 là hệ số ổn định tĩnh khi có tải, K3 là hệ số tự ổn định của xe. Kết quả tính được cho ra bởi đồ thị và các hệ số cho thấy các kết quả này hoàn toàn thoả mãn yêu cầu của bài toán tính ổn định, khẳng định khi đưa ra sản xuất loạt nhỏ thì xe vận hành và làm việc an toàn.
- Khi xe tham gia giao thông, các kết quả tính cho thấy xe không vi phạm các tiêu chuẩn, luật giao thông đường bộ Việt Nam (kích thước bao của xe L´B´H là 7m´2,4m´3,8m) đồng thời tính ổn định của xe cũng thoả mãn với:
+ Góc nghiêng dọc có thể khi xe đầu quay lên dốc là 46o so với góc cho phép là 45o
+ Góc nghiêng dọc có thể khi xe đầu quay xuống dốc là 51,6o so với góc cho phép là 45o
+ Góc nghiêng ngang có thể là 38,2o so với góc cho phép là 32o
- Về dẫn động, đồ án chỉ dừng lại ở việc thiết kế sơ bộ. Tuy nhiên em cũng đã đưa ra được các phương án dẫn động có tính khả thi nhất.
+ Để nâng toàn bộ thang, thang ngang và vươn hết tầm thang em thiết kế chọn lựa hệ dẫn động thuỷ lực bởi tính ưu việt của hệ dẫn động thuỷ lực là làm việc ổn định, an toàn, dễ bố trí, kết cấu gọn nhẹ đơn giản và đáp ứng được khả năng công nghệ trong nước.
+ Để kéo rút thang em thiết kế chọ lựa hệ ròng rọc sử dụng cáp và được dẫn động bằng mô tơ thuỷ lực. Với hệ này thì việc bố trí đơn giản thuận tiện và làm việc êm, an toàn.
+ Để xoay toàn bộ thang tiếp cận vị trí cứu hộ, em thiết kế thiết bị tựa quay kiểu bi và được dẫn động bằng mô tơ thuỷ lực. Đây là thiết bị có kết cấu gọn nhẹ và tạo nên cho xe có tính năng linh hoạt cao.
Tuy nhiên do thời gian có hạn, không thể tránh khỏi những thiếu sót, các phần dẫn động chỉ dừng lại ở mức độ thiết kế sơ bộ mà không đi sâu vào tỉ mỉ nên em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn cùng ngành để đề tài này được hoàn thiện hơn.
Một lần nưa em xin trân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. MÁY XÂY DỰNG - NXB KH&KT = 2003.
Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai
2. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ÔTÔ
Trương Minh Chấp, Dương Đình Khuyến, Nguyễn Khắc Trai
Tủ sách Đại Học Tại Chức Bách Khoa - 1998
3. LÝ THUYẾT ÔTÔ - NXB KH&KT - 2000
Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Văn Thái,
Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.
4. MÁY VÀ THIẾT BỊ NÂNG - NXB KH&KT - 2000
Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng
5. CHI TIẾT MÁY - NXB GD - 1999
Nguyễn Trọng Hiệp
6. CƠ SỞ MATLAB VÀ ỨNG DỤNG - NXB KH&KT - 1999.
Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng,
Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Lan Hương
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"