MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XE THANG

I.1. TỔNG QUAN VỀ XE THANG CỨU NẠN DẠNG NGHIÊNG, MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI.

I.1.1. Tổng quan về xe thang cứu nạn dạng nghiêng.

I.1.2. Phương án thiết kế

I.1.3. Việc thiết kế xe thang phải đạt được một số yêu cầu như sau

I.2. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ  XE THANG

 I.2.1. Bệ chân thang đặt ngay sau cabin

I.2.2. CHƯƠNG II. THIẾT KẾ THANG CỨU NẠN

II.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ THANG

II.1.1. Phương án gấp thang.

I.1.2. Phương án kéo thang

II.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THANG CỨU NẠN CHO NHÀ CAO TẦNG

II.3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU THANG NÂNG

II.3.1. Tính toán chiều dài làm việc của thang

II.3.2. Tính toán kích thước và trọng lượng các kết cấu thang

CHƯƠNG III. LỰA CHỌN SÁTXI CƠ SỞ

III.1. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHÂN ĐỠ

III.1.1. Dùng hai chân đỡ ở sau cầu trước

III.1.2. Dùng bốn chân chống ở sau cabin và cầu sau

III.2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TĨNH VÀ CHỌN XE

III.2.1. Xác định các lực và kích thước cần thiết

III.2.2. Tính toán ổn định

CHƯƠNG IV.. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH XE THANG

IV.1. TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE THANG THEO HỆ SỐ K₃

IV.2.1. Tính ổn định lật tĩnh

CHƯƠNG V. THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG

V.1. HỆ THỐNG KÉO RÚT THANG

V.1.1.Lựa chọn phương án kéo rút thang

V.1.3. Tính chọn các thông số của hệ thống

V.1.4. Kết cấu và nguyên lý làm việc của khoá an toàn

V.2. HỆ THỐNG NÂNG HẠ THANG

V.2.1.Lựa chọn phương án bố trí xylanh

V.2.2.Lựa chọn xylanh nâng thang

V.2.3. Tốc độ nâng hạ thang và công suất của bơm thuỷ lực

V.3. HỆ THỐNG QUAY THANG

V.3.1.Kết cấu của thiết bị tựa quay kiểu bi

V.3.2.Dẫn động  thiết bị tựa quay kiểu bi

V.3.3.Vận tốc quay thang, công suất động cơ thuỷ lực dẫn động quay thang

V.4. HỆ THỐNG CHÂN CHỐNG

V.5. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ THỐNG CUNG CẤP THUỶ LỰC

V.6. MỘT SỐ QUY ĐỊNH VỀ SỬ DỤNG XE THANG CỨU HỘ

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay ở nước ta nhu cầu về xe chuyên dụng phục vụ trong các ngành như điện lực, môi trường, phòng cháy chữa cháy..., ngày càng tăng cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội. Trong nghành phòng cháy chữa cháy, nhóm xe chuyên dùng phục vụ cho công nghệ cứu nạn đối với nhà cao tầng là những phương tiện không thể thiếu nhất là khi tốc độ xây dựng nhà cao tầng ở nước ta đang tăng nhanh như hiện nay.

Công nghệ cứu nạn đối với nhà cao tầng khi xảy ra hoả hoạn là huy động những phương tiện và dụng cụ chuyên dụng nhằm :

- Đưa người bị mắc kẹt trên những tầng nhà cao xuống mặt đất an toàn.

- Đưa lính cứu hoả và những dụng cụ cứu hoả lên những tầng nhà cao một cách nhanh chóng, dập tắt hoả hoạn một cách hiệu quả.

Qua đó ta thấy loại xe thang cứu nạn dạng nghiêng có ý nghĩa sử dụng rất lớn khi những hiểm hoạ trên xảy ra. Xe thang nghiêng có thể giúp cho những người còn tự di chuyển được xuống mặt an toàn và có thể đưa những người lính cứu hoả lên cao làm nhiệm vụ của họ.

Hiện nay, nước ta cũng đã nhập khẩu một số xe thang cứu nạn của các hãng sản xuất xe chuyên dụng của nước ngoài. Các xe thang này có thể xếp loại thành ba loại sau :

- Các xe thang loại lớn dùng cho những khu chung cư cao tầng.

- Các xe thang tầm trung có chiều cao cứu nạn từ 20 ¸ 35 m dùng cho những khu vực nhà có độ cao trung bình trong đô thị.

- Các xe thang loại nhỏ dùng cho nhà thấp tầng.

Tuy nhiên chúng có một số nhược điểm như :

- Một số đặc điểm về kích thước của các loại xe này không phù hợp với quy định hiện hành của bộ Giao Thông Vận Tải do quá cao hoặc quá dài, gây trở ngại khi di chuyển, nhất là khi di chuyển trong những đường phố nhỏ hẹp.

- Giá thành các loại xe chuyên dùng nhập khẩu quá cao, nhất là lại so với nền kinh tế đang phát triển của Việt Nam.

Xuất phát từ thực tế của công việc cứu nạn cho nhà cao tầng ở các đô thị khi xảy ra các sự cố, bên cạnh đó là khả năng công nghệ chế tạo cơ khí của Việt Nam thì việc thiết kế chế tạo loại xe thang cứu nạn tầm trung của Việt Nam là hoàn toàn có thể thành hiện thực, nhờ đó chúng ta có thể :

- Tiết kiệm được ngân sách quốc gia cho việc nhập khẩu

- Sử dụng một cách hiệu quả nhất các phương tiện cứu hộ nhờ được thiết kế chế tạo phù hợp với điều kiện Việt Nam

- Bước đầu cho việc gia tăng khối lượng chi tiết nội địa hóa trong việc sản xuất xe chuyên dụng

Do tính thực tiễn của việc thiết kế chế tạo một loại xe chuyên dụng như thế em đã nhận đề tài : “THIẾT KẾ XE THANG CỨU NẠN DẠNG NGHIÊNG CHO NHÀ CAO 30 M” nhằm đưa ra một phương án thiết kế xe thang phù hợp với những điều kiện tại Việt Nam. Đồ án của em có nội dung như sau:

-  Lựa chọn phương án bố trí xe thang

-  Thiết kế thang cứu nạn

-  Lựa chọn satxi cơ sở

-  Kiểm tra ổn định xe thang

-  Thiết kế sơ bộ hệ thống dẫn động thang

  Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này, cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, thầy : PGS.TS……………. cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ôtô .

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                         Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                           Sinh viên thiết kế

                                                                                       ………………

CHƯƠNG I

PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XE THANG

I.1. TỔNG QUAN VỀ XE THANG CỨU NẠN DẠNG NGHIÊNG, MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI.

I.1.1. Tổng quan về xe thang cứu nạn dạng nghiêng.

Xe thang cứu nạn dạng nghiêng 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. Chẳng hạn như một nhà cao tầng không may xảy ra hỏa hoạn, các tầng dưới đang chìm trong biển lửa khiến cho mọi người ở tầng trên không thể nào thoát khỏi tòa nhà bằng thang máy hoặc cầu thang. 

Khi xe tới vị trí làm việc, 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. Sau đó các khúc thang sẽ được nâng lên và quay đến vị trí làm việc nhờ hệ thống dẫn động thủy lực từ bộ phận điều khiển thủy lực. 

I.1.2. Phương án thiết kế

Nhu cầu sử dụng xe chuyên dùng hiện nay ở nước ta ngày càng tăng, đòi hỏi sự quan tâm của các cấp, các ngành đưa ra các hướng giải quyết cụ thể . Chúng ta có thể tiến hành bằng các biện pháp :

- Nhập hoàn toàn xe chuyên dùng của nước ngoài.

- Tự thiết kế chế tạo toàn bộ xe.

- Sử dụng các xe sátxi nhập ngoại, sau đó thiết kế chế tạo các cụm linh kiện chuyên dùng.

- Tận dụng loại xe sẵn có trong nước để cải tạo nâng cấp thành xe chuyên dùng.

I.2. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ  XE THANG

 I.2.1. Bệ chân thang đặt ngay sau cabin

Phương án bố trí này có bệ chân thang đặt ngay sau cabin và chiều kéo thang hướng ra phía sau xe. Bệ xoay thang được bố trí ngay sau cabin, các hệ thống nâng thang, hệ thống kéo rút thang cũng được bố trí ở vị trí đó. Khi không làm việc các khúc thang được xếp chồng lên nhau, và xếp dọc theo chiều dài xe và chống lên bệ chống thang.

I.2.2. Bệ chân thang đặt phía đuôi xe

Phương án này bố trí bệ chân thang nằm ở phía đuôi xe, khi thang không làm việc đầu kia của thang được đặt ngay trên nóc cabin, khi thang làm việc các khúc thang sẽ được vươn về phía trước. Các hệ thống dẫn động của thang được bố trí ở phía cuối xe.

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ THANG CỨU NẠN

II.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ THANG

II.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 có lắp 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.

I.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.

II.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 bằng nhau sao cho chiều dài mỗi khúc thang khi xếp trên xe phải không vi phạm những quy định về giao thông.

II.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.

Việc tính toán kích thước chiều dài từng khúc thang cũng như chiều dài toàn bộ thang hay chiều cao của thanh tay vịn dựa trên những kích thước cơ bản của dòng xe cơ sở FF3H của hãng HINO là hãng xe chuyên sản xuất xe tải của Nhật Bản. Lựa chọn dòng xe cơ sở của hãng HINO có được một số lợi thế như sau :

- Hãng HINO là hãng chuyên về sản xuất xe tải đã thành lập liên doanh lắp ráp tại Việt Nam trong vài năm gần đây do đó ta có thể lựa chọn những sátxi xe thích hợp nhất ngay tại trong nước.

- Các mẫu xe của hãng được sản xuất với trình độ công nghệ kĩ thuật cao, áp dụng nhiều cải tiến trên thế giới về các hệ thống truyền lực, hệ thống phanh, hệ thống lái...nên xe vận hành một cách tin cậy và giảm bớt sự vất vả cho người điều khiển.

- Các mẫu xe của hãng đa dạng về tính năng và hình dáng nên ta có nhiều sự chọn lựa.

Đề tài chọn 3 mẫu xe trong loạt sản phẩm sátxi FF3H của hãng HINO, đó là những mẫu xe đang được lắp ráp tại Việt Nam. Các mẫu xe đó là FF3HKSA, FF3HMSA, FF3HPSA ..

II.3.1. Tính toán chiều dài làm việc của thang

Khi làm việc xe thang có góc nâng thang tối đa so với phương ngang là 60⁰ và đạt được chiều cao 30 m. Dựa theo một số kích thước cơ bản của dòng HINO FF3H :

- A= 3,280¸5,530 (m) : chiều dài cơ sở của sátxi.

- B = 6,435¸9,450 (m) : chiều dài toàn bộ của sátxi.

- D = 2,595 (m) : chiều cao toàn bộ sátxi ( là chiều cao tại cabin ).

- E = 2,955¸4,705 (m) : khoảng cách từ sau cabin tới cầu sau.

- F = 1,285¸2,550 (m) : khoảng cách từ cầu sau tới phần cuối khung xe.

- H = 1,005 (m) : chiều cao khung xe tính tại cầu sau.

Do vậy ta chọn sơ bộ chiều cao bệ chân thang có giá trị là h1=700 (mm).

Gọi chiều dài làm việc của thang là l, ta có : l = 32,670 (m). Chọn sơ bộ :

- Chiều dài mỗi khúc thang là: l_kh = 8 m.

- Số khúc thang là : i = 5.

Ta thấy nếu chọn như thế này thì chiều dài toàn bộ thang phải là : l_kh .i = 8.5 = 40 (m)

II.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 :

- Chiều dài mỗi thanh chọn bằng chiều dài khúc thang : l_tv= l_kh = 8 m.

- 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

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 nghiêng vừa phải hạn chế được chiều cao thang nhằm giảm chiều cao toàn bộ xe.

Chọn chiều cao lan can : h_lc = 0,4 m

Chọn thép góc đều cạnh kí hiệu N^o.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 là ( với 2 thanh trên 1m lan can ở một phía ) :

G_g = 2.i.l_kh.(2.l_g.G)  = 2.5.8.(2. 0,64. 0,89) = 91,136 (kG)

c ) Các thanh bậc thang

Số lượng các thanh bậc trên mỗi khúc thang dài 8m là :

t_b = 2.l_kh = 2.8= 16 (thanh)

Như vậy tổng chiều dài của các thanh bậc trên cả 5 khúc là :

l_b = t_b.(l_b1 + l_b2 + l_b3 + l_b4 + l_b5) = t_b. (i.l_b1 + D.(1 + 2 + 3 + 4 )) = 16.(5.0,5 + 0,12.10) = 59,2 m

Diện tích tiết diện mỗi thanh bậc với d₁ = 0,08 m, d₂ = 0,03 m là :

S_b = d₁.d₂ - [(d₁-2.0,002)². (d₂-2.0,002)²] = 4,24.10^-4 m

Tổng trọng lượng tất cả các thanh bậc là :

G_b = g.l_b.S_b = 7850.59,2.4,24.10^-4 = 197,1 (kG)

II.3.3. Tính toán trọng lượng của người

Khi xe làm việc trong điều kiện nặng nhất tức là với số lượng người đông nhất ở trên thang. Lúc đó coi như trên 1m thang ( gồm có hai thanh bậc thang) có một người đứng, với trọng lượng người trung bình là 60 (kG), trọng lượng người trung bình trên 1m thang là : G₁ = 60 (kG)

Với chiều dài thang là l = 32,670 m thì trọng lượng người lớn nhất trên thang là : G_ng = l.G₁ = 32,67.60 = 1960,3 (kG)

CHƯƠNG III

LỰA CHỌN SÁTXI CƠ SỞ

III.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.

- Việc bố trí chân chống đảm bảo sự an toàn cho xe khi làm việc, tránh sự nguy hiểm khi xe bất ngờ bị thủng săm, nổ lốp như đối với các bánh xe.

III.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.

III.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.

III.2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TĨNH VÀ CHỌN XE

III.2.1. Xác định các lực và kích thước cần thiết

Lực do tổng trọng lượng của các khúc thang tức là trọng lượng của tay vịn, các thanh giằng, các thanh bậc, các thanh dầm :

Q_o = ( G_tv + G_g + G_b + G_d ).10 = ( 67,079 + 83,033 +197,1 +1169,3).10 = 15165 (N) = 15,165 (kN)

Lực này tác dụng trên toàn bộ chiều dài làm việc của thang nên ta coi là lực phân bố đều và có giá trị :

q_o = Q_o/l =15,165 / 32,67 = 0,464 (kN/m)

Lực do tổng trọng lượng tác dụng lên thang có kể đến trọng lượng người lớn nhất :

Q = Q_o + G_ng.10 = 15165 + 1960,3.10 = 34678 (N) = 34,678 (kN)

Tương tự cũng coi lực này tác dụng lên toàn bộ chiều dài làm việc của thang, là lực phân bố có giá trị :

q = Q/l = 34,678 / 32,67 = 1,064 (kN/m)

III.2.2. Tính toán ổn định

- Lật qua trục lật tạo bởi hai chân chống trước.

- Lật qua trục lật tạo bởi hai chân chống ở một bên thành xe

Mômen chống lật gồm mômen gây ra bởi các lực Q_xe­, Q_cd, và phần trọng lượng thang nằm trong khu vực chân đế đối với cạnh lật :

M_cl = Q_xe .l_xe+ Q_cd.l_cd

Cũng theo hình 15, ta gọi :

- b_cc là bề rộng ngang của chân chống khi chân chống làm việc b_cc = 3,4 (m)

- l_cc là khoảng cách giữa hai chân chống mỗi bên thành xe l_cc = c = E + F – 0,45

Tuy nhiên, xe cơ sở HINO FF3HKSA là sự lựa chọn hợp lí nhất do xe có các kích thước cơ bản nhỏ nhất so với các loại xe trên, đáp ứng được  yêu cầu về sự nhỏ gọn của xe thang.

a) Xét trường hợp trên thang đầy người

Trường hợp lật có thể xảy ra khi xe làm việc trong những điều kiện nguy hiểm nhất :

- Góc nâng của thang đạt tới giá trị cực đại 60⁰

- Tầm vươn của thang là dài nhất 32,67 m.

- Phần thang nằm bên ngoài chân đế có trọng lượng người là lớn nhất.

Các trường hợp khác như ở các góc nâng thang thấp hơn thì tầm vươn thang sẽ không lớn do ở các độ cao thấp hơn 30 m thang sẽ đươc rút lại.

Chiều dài làm việc của thang lớn nhất chiếu xuống phương ngang : l_ng = l . cos60⁰ = 16,336 (m)

Với cạnh lật AB :

- Góc quét : eps1 = 45⁰

- Cánh tay đòn của Q_xe đối với cạnh lật : L_xe = l_cc + 0,15 - ( r + F )

- Cánh tay đòn của Q_cd đối với cạnh lật : L_cd = 0,6 . c

- Lực gây lật do trọng lượng thang và người gây ra : Q_gl = q . l

b) Xét trường hợp một khúc thang trên cùng đầy người

Ta cũng xác định lật với hai cạnh lật AB và BC tương tự như cách xác định đồ thị ở trên.

Trường hợp này chỉ khác trường hợp trên ở giá trị lực gây lật và chiều dài cánh tay đòn thực tế của Q_gl đối với cạnh lật :

Q_gl = Q_o + q_ng . l_kh

Qua kiểm tra cả hai trường hợp trên ta nhận thấy rằng, trường hợp người đứng đầy trên các khúc thang và thang ở tầm vươn lớn nhất, góc nâng lớn nhất là trường hợp nguy hiểm nhất. Xe cơ sở HINO FF3HKSA đă thỏa mãn được tất cả các trường hợp kể trên.

CHƯƠNG IV

KIỂM TRA ỔN ĐỊNH XE THANG

IV.1. TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE THANG THEO HỆ SỐ K₃

Theo cơ sở lý thuyết về tính toán độ ổn định của cần trục tự hành, K₃ là hệ số đánh giá khả năng tự ổn định của xe cần trục. Ta dùng hệ số K₃ để kiểm tra khả năng tự ổn định của xe thang.

Như vậy : M_gl = M_g + M_cn

Như vậy, M_g  sẽ có giá trị : M_g = P_kk.L_g (Nm)

Xác định góc nghiêng của xe thang cho trường hợp thứ hai, ta có :

- Kích thước lốp của xe FF3HKSA : 10-20-14PR. Như vậy khoảng cách từ mặt đường tới la-giăng của loại lốp này là : h_lg = 10 . 2,54 = 25,4 (cm) = 254 (mm)

- Kích thước vết bánh xe FF3HKSA, ta chọn với vết bánh sau do kích thước vết bánh sau nhỏ hơn : b_vết = 1820 (mm)

Như vậy, mômen cản ngang được xác định như sau :

M_cn = Q_xe. h_xe.sinb + Q_cd. h_cd.sinb + Q_o. h_thang.sinb

Ta có :

M_cn = (40250. 1,005 + 80000. 1,205 + 15165. 15,85).sin7,95⁰ = 52144 (N.m)

Dưới đây ta xác định M_gl và M_cl đối với từng trường hợp lật theo hướng gió tác dụng.

a) Trường hợp gió thổi vào đầu xe.

Trường hợp này các mômen do gió và độ nghiêng của xe tác động vào xe và làm cho xe có xu hướng lật qua đường thẳng đi qua hai chân chống phía sau.

Xác định diện tích cản của xe thang, ta coi diện tích cản xe thang là những hình chữ nhật có kích thước là kích thước bao của xe thang.

Như vậy :

S₁ = h . w = 1. 16,296 = 27,405 (m²)

S₂ = D. C = 2,595. 2,385 = 6,189 (m²)

Lực do gió gây ra trong trường hợp này là :

 P_kk1 = k. S₁.v² = 0,3. 27,405. 17² = 2376 (N)

P_kk2 = k. S₂.v² = 0,3. 6,189. 17² = 536,6 (N)

Mômen gây lật trong trường hợp này là tổng của mômen do gió và mômen do độ nghiêng của xe gây ra :

M_gl = M_g + M_cn = 52144 + 39419 = 91564 (N.m)

Mômen chống lật gồm mômen do Q_xe, Q_cd, Q_o gây ra đối với cạnh lật :

M_cl = Q_xe. (c - l_xe) + Q_cd.(c - l_cd) + Q_o.l_ng / 2

M_cl = 40250. (6,075 - 0,866) + 80000.(6,075 - 3,645) + 15165. 16,336/2 = 528960 (N.m)

b) Trường hợp gió thổi từ phía sau xe.

Trường hợp này xe có thể bị lật qua hai chân chống phía trước.

Ta có :

M_gl = M_cn + M_g + M_thang

M_gl = 52144 + 39419 + 31741 = 123330 (N.m)

M_cl = Q_xe. l_xe + Q_cd. l_cd

M_cl = 40250 . 0,866 + 80000. 3,645 = 326640 (N.m)

IV.2. TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE THANG KHI VẬN CHUYỂN

IV.2.1. Tính ổn định lật tĩnh

Tính ổn định lật tĩnh của xe thang là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc.

a) Tính trọng tâm của xe thang

Theo đó ta có :

- khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu trước : a = 3,534 ( m )

- khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu sau : b = 1,266 ( m )

- chiều cao trọng tâm : h_g = 1,304 ( m )

b) Tính ổn định dọc

- Khi lên dốc : a_L = 45,16⁰

- Khi xuống dốc : a_L = 69,75⁰

d) Tính ổn định khi chuyển động quay vòng

- Vận tốc giới hạn khi quay vòng theo điều kiện lật : V_ghl = 22,98 ( km/h )

- Vận tốc giới hạn khi quay vòng theo điều kiện trượt ngang trên nền đường có hệ số bám j = 0,6 : V_ght = 21,3 ( km/h )

Vậy khả năng trượt xảy ra trước khả năng lật do V_ght < V_ghl

Khi xe quay vòng, theo tiêu chuẩn quy định xe thiết kế phải có vận tốc tối thiểu khi quay vòng là V_min = 5 (km/h). Ta thấy các giá trị V_ght , V_ghl của xe thang đều rất lớn so với V_min  nên khi xe quay vòng với vận tốc V_min  xe sẽ không bị lật ngang hoặc trượt ngang.

CHƯƠNG V

THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG

V.1. HỆ THỐNG KÉO RÚT THANG

V.1.1.Lựa chọn phương án kéo rút thang

a) Dùng các xylanh thuỷ lực

Trên mỗi khúc thang có một hoặc hai xylanh thuỷ lực, phần cố định của xylanh bắt vào gối đỡ ở khúc thang dưới, phần di chuyển của xylanh được bắt vào gối đỡ của khúc thang trên.

b) Dẫn động bằng xích và dòng dọc, đĩa xích

Các đĩa xích được bắt cố định vào hai đầu của mỗi khúc thang, xích con lăn được vắt qua các các đĩa xích. Nhờ một đĩa xích chủ động, xích được cuốn lại hoặc nhả ra làm cho các khúc thang được kéo ra hoặc thu lại.

V.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống kéo rút thang dẫn động bằng 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, tang cuốn cáp.

V.1.3. Tính chọn các thông số của hệ thống

a) Chọn cáp.

Chọn loại cáp bện kép lõi đay với 6 dánh cáp do loại này được sử dụng rất thông dụng. Cáp loại này được bện xuôi, các sợi cáp trong dánh bện cùng chiều với chiều bện của các dánh quanh lõi, các sợi thép trong cáp tiếp xúc với nhau tương đối tốt nên cáp tương đối mềm, có tuổi thọ cao.

Giá trị trọng lực của bốn khúc thang phía trên, có kể đến trọng lực gây ra do trọng lượng các mối hàn, các puly, dây cáp, các bánh xe (giá trị trọng lượng này chiếm khoảng 2% trọng lượng toàn bộ bốn khúc thang phía trên ) : Q_4kh = 12375 (N)

Như vậy tổng lực ma sát sinh ra trên cả bốn bánh xe là :

W_4kh = 4.W = 520,8 (N)

Lực căng cáp lớn nhất, cũng là giá trị làm các khúc thang bắt đầu trượt là, có kể đến hệ số k với k = 3 :

S_max = k.W_4kh = 1562 (N)

Như vậy :

S_d ³ 1562.5,5 = 8591 (N)

Do đó ta chọn loại cáp LK-P (loại cáp có tiếp xúc đường với 6 dánh bện) của Liên Xô cũ có đường kính cáp d_c = 8,3 mm, giới hạn bền kéo của sợi thép là 1570 N/mm², lực phá hủy cáp R = 34800 (N).

b) Tính toán tang cuốn cáp và puly

Chọn đường kính tang cuốn cáp, đối với cần trục với D_t , D^’_t lần lượt là đường kính tang và đường kính vành tang : D_t = 300 (mm), D^’_t = 340 (mm)

Số vòng cáp làm việc cuốn trên tang : Z = 34,69 ( vòng )

Chọn Z = 35 vòng, với giá trị 7,5 vòng cáp trong công thức được tính như sau :

- 1,5 vòng để giảm tải trọng tác dụng vào đầu kẹp cáp trên tang

- 4 vòng để cố định đầu cáp trên tang và cho phép 2 vòng thừa ở đầu tang

Chiều dài làm việc của tang đơn được tính như sau :

L_t = Z . d_c . j = 35 . 8,3 . 1,1  » 320 (mm)

Với j là hệ số kể đến xếp cáp không đều, j = 1,1.

c) Tốc độ quấn cáp và công suất động cơ

Tốc độ kéo rút thang tham khảo tốc độ vươn dài cần của cần cẩu TAZANO TM-ZR 504G và các loại máy cần trục khác, ta có : V_n = 7,25 / 21 (m/s) = 0,35 (m/s)

Do đầu dây cáp được gắn cố định vào thang nên tốc độ quấn cáp cũng là tốc độ kéo rút thang, do đó : V_cáp = V_n = 0,35 (m/s)

V.2. HỆ THỐNG NÂNG HẠ THANG

V.2.1.Lựa chọn phương án bố trí xylanh

Để nâng thang được một góc giới hạn 60⁰ đảm bảo chiều cao cứu hộ tối đa 30 (m) cần lựa chọn hợp lý điểm đặt xylanh, việc bố trí xylanh cũng phải đảm bảo để tay đẩy không bị uốn.

a) Xylanh nâng thang có điểm đặt gần sau cabin xe ( hình V.5 )

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 V.6 )

Ưu điểm của phương án này :

- 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.

V.2.3. Tốc độ nâng hạ thang và công suất của bơm thuỷ lực

Tham khảo hệ thống nâng hạ cần của hệ thống cẩu TAZANO TM-ZR 504G và một số máy cần trục, chọn tốc độ nâng hạ thang từ 5,571⁰ đến 60⁰ là 15 s, tức là : V_a = 3,629 ( độ /s)

Vận tốc trượt của xylanh tương ứng với tốc độ nâng hạ cần : V_t = ( 1,700 - 1,000 ) / 15 = 0,047 (m/s)

Công suất thuỷ lực truyền cho piston : N_p = [p] . Q_tb = 10⁷. 5,275.10^-4 = 5,275.10³ (W) = 5,275 (kW)

Với [p] = 100 (kG/cm²) =10⁷ (N/m²)

V.3. HỆ THỐNG QUAY THANG

V.3.1.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.

V.3.2. Dẫn động  thiết bị tựa quay kiểu bi

Do yêu cầu của đề tài, bệ thang xoay có nhiệm vụ giữ hệ thống thang chống lật, và xoay về hai phía mỗi góc 45⁰ phục vụ cho quá trình cứu hộ đòi hỏi kết cấu làm việc trơn nhậy ổn định.

- 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

V.5. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ THỐNG CUNG CẤP THUỶ LỰC

Sơ đồ tổng quát hệ thống thuỷ lực NHƯ HÌNH v.10.

* Nguyên lý làm việc của hệ thống thuỷ lực :

Bơm thuỷ lực được dẫn động từ hộp trích công suất của hộp số, bơm dầu từ thùng chứa dầu đưa vào đường ống cao áp, tới các van điều khiển.

Các van điều khiển được đặt trên hộp điều khiển, đều là loại van bốn cửa ba vị trí : vị trí tác dụng thuận, vị trí trung gian và vị trí tác dụng ngược. Dẫn động các van điều khiển được thực hiện bằng tay thông qua các tay gạt. Các van an toàn loại ba ngăn có tác dụng cân bằng áp suất giữa hai khoang của xylanh, làm giảm quán tính của hệ thống và đảm bảo an toàn khi đường ống gặp sự cố.

V.6. MỘT SỐ QUY ĐỊNH VỀ SỬ DỤNG XE THANG CỨU HỘ

Trước khi vận hành cũng như sau khi hoàn thành công tác cứu hộ, xe thang phải được kiểm tra nhằm đáp ứng được tiêu chuẩn an toàn. Ngoài kế hoạch bảo dưỡng chăm sóc thường xuyên như đối với tất cả các loại xe ôtô khác, để đảm bảo tính sẵn sàng hoạt động và hoạt động tốt của xe, xe thang cần phải được :

- Kiểm tra trạng thái kết cấu thang, không có vết nứt vỡ giữa các mối hàn các thanh thép, không có sự biến dạng của các thanh thép.

- Kiểm tra các mối nối cáp trên thang và trên tang cuốn cáp, không nối cáp để tăng chiều dài, dây cáp không bị sơ dão, nếu dây cáp bị sơ dão cần tiến hành thay thế.

- Kiểm tra sự tiếp xúc giữa các bánh xe di chuyển thang với các thanh dầm chính, các bánh xe phải được bôi trơn bằng mỡ và hoạt động tốt.

Khi đang vận hành xe, người vận hành phải chú ý quan tâm tới sự làm việc của các chi tiết trên xe :

- Đánh giá sự hoạt động bình thường động cơ và các bộ phận thuộc hệ thống truyền lực qua các âm thanh phát ra từ chúng.

- Kiểm tra áp suất trong hệ thống thuỷ lực thông qua đồng hồ đo áp suất

- Đánh giá tốc độ làm việc của các cụm chi tiết quay thang, nâng thang, kéo rút thang, để ý nếu có những âm thanh không bình thường phát ra từ chúng.

- Xe thang không được làm việc khi có gió bão lớn hơn cấp 6.

- Tốc độ kéo rút thang không quá 0,35 m/s

- Tốc độ nâng thang không quá 3,629 (độ/s)

- Tốc độ quay thang không quá 2,5 vg/ph

KẾT LUẬN

Sau hơn ba tháng thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ THIẾT KẾ XE THANG CỨU NẠN DẠNG NGHIÊNG CHO NHÀ CAO 30 M ”, nội dung của đồ án đã thực hiện đầy đủ bao gồm :

- Xây dựng được sự bố trí chung của toàn bộ xe thang, đề ra phương án kéo thang về phía trước dọc theo chiều dài của xe, đặt điểm quay thang về phía cuối của xe cơ sở nhằm đạt được yêu cầu cứu hộ và sự nhỏ gọn của xe. Đây là cơ sở đầu tiên để hoàn thành những phần nội dung tiếp theo của đồ án.

- Đưa ra kết cấu thang cứu hộ có chiều dài đảm bảo độ cao làm việc 30 m và góc nâng tối đa 60⁰ cùng với trọng lượng toàn bộ thang. Thang gồm 5 khúc, mỗi khúc dài 8 m và bố trí lồng vào nhau, thang có thể vươn dài hay rút ngắn chiều dài làm việc nhờ các khúc thang di chuyển trên nhau dẫn động bằng hệ thống dây cáp và puly.

- Từ bài toán tính hệ số ổn định K₁ theo cơ sở lý thuyết về ổn định của máy cần trục, chọn được xe cơ sở phù hợp HINO FF3HKSA để thiết kế xe thang có khả năng cứu hộ với chiều cao 30 m, góc nâng lớn nhất 60⁰, có thể quay sang hai bên một góc 90⁰ nhằm nâng cao sự cơ động khi cứu nạn, phù hợp với yêu cầu đề tài.

-   Xe thang thiết kế có chiều dài tổng khi rút thang lại tham gia giao thông 8,05 m, chiều cao tổng 3,5 m, chiều rộng tổng 2,385 m, trọng lượng các chi tiết lắp ráp tổng thành trên xe không vượt quá tải trọng quy định của xe cơ sở là 14200 kG.

- Xe thang đáp ứng được yêu cầu về sự nhỏ gọn về kích thước so với các loại xe thang có cùng chiều cao làm việc tương ứng của các hãng nước ngoài, phù hợp với các quy định tham gia giao thông hiện hành của Bộ Giao Thông Vận Tải.

- Xe thang đảm bảo khả năng ổn định khi làm việc cũng như khi di chuyển, kết quả đánh giá này dựa trên sự kiểm tra hệ số ổn định K₃ theo lý thuyết ổn định của máy cần trục và các văn bản pháp lý hiện hành về xe ôtô tham gia giao thông của Việt Nam.

- Chọn được xylanh nâng hạ thang và xây dựng được sơ đồ động học nâng thang phù hợp với yêu cầu thiết kế.

- Đưa ra sơ đồ cụm cơ cấu xoay thang truyền động bằng cặp bánh răng vành răng với góc xoay 90⁰

- Xây dựng được sơ đồ tổng quát của hệ thống thuỷ lực trên xe thang, tính toán công suất cần cho xylanh nâng thang, động cơ cuốn cáp, động cơ dẫn động quay thang để trên cơ sở đó ta có thể chọn được các thiết bị với các thông số phù hợp.

Việc tính toán thiết kế, lắp đặt các cụm chi tiết đảm bảo khả năng gia công lắp ráp hàng loạt nhỏ, phù hợp với điều kiện sản xuất hiện tại ở các nhà máy cơ khí ở Việt Nam.

Đây là đề tài mang tính thực tiễn, khối lượng công việc nhiều trong khi thời gian có hạn nên đồ án đã giải quyết các nội dung theo nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp đề ra. Hạn chế cơ bản của đồ án là mới chỉ thiết kế sơ bộ hệ thống thuỷ lực. Nếu thời gian cho phép, đề tài có thể hoàn thiện hơn nhờ đề cập sâu hơn vào vấn đề này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai

MÁY XÂY DỰNG -  NXB KH&KT - 1998

2. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Văn Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.

LÝ THUYẾT ÔTÔ - NXB KH&KT - 2000

3. Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng

MÁY VÀ THIẾT BỊ NÂNG - NXB KH&KT - 2000

4. Nguyễn Trọng Hiệp

CHI TIẾT MÁY - NXB GD - 1999

5. Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Lan Hương

CƠ SỞ MATLAB VÀ ỨNG DỤNG - NXB KH&KT - 1999

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"