Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Trong bối cảnh xã hội hiện đại, ngành giao thông vận tải đang phát triển mạnh mẽ với sự đa dạng của các phương tiện giao thông, đặc biệt trong lĩnh vực vận chuyển hàng hóa Quá trình vận chuyển hàng hóa bao gồm các giai đoạn nâng và hạ hàng, thường được thực hiện bởi người lao động hoặc máy móc tùy thuộc vào điều kiện và trọng lượng hàng hóa Đối với hàng hóa nặng, việc sử dụng máy nâng, máy cẩu và ôtô tải có cẩu trở nên phổ biến, giúp đơn giản hóa việc vận chuyển và tiết kiệm thời gian cũng như sức lực cho con người.
Với nội dung đồ án tốt nghiệp chuyên nghành, chúng em được giao đề tài “THIẾT
KẾ CẢI TẠO XE TẢI THÙNG LỬNG THACO OLLIN 900A THÀNH XE TẢI CÓ GẮN CẨU SWC-CS 304” Nội dung chính của thuyết minh tính toán gồm:
- Giới thiệu xe tải thùng lửng THACO OLLIN 900A và cẩu SWC-CS 304
- Giới thiệu kết cẩu và bố trí trung của xe cẩu sau khi cải tạo
- Nội dung cải tạo và các bước thực hiện
- Tính toán thiết kế thùng xe cải tạo
- Tính toán lắp thùng và tính bền tại liên kết kết thùng xe lên khung xe
- Tính chọn hệ thống dẫn động cho cẩu
Tính ổn định và kiểm nghiệm xe cẩu sau cải tạo là rất quan trọng, giúp đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động Bài viết này có thể được sử dụng làm tư liệu cho việc tính toán lắp đặt cẩu trên các loại ôtô khác nhau, đồng thời hỗ trợ nghiên cứu kết cấu và nguyên lý làm việc của xe cẩu Ngoài ra, nó cũng cung cấp thông tin cần thiết để bảo dưỡng kỹ thuật, chẩn đoán tình trạng hư hỏng và tiến hành sửa chữa, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng của ôtô tải có cẩu.
Nhu cầu sử dụng ô tô tải có cẩu ngày nay :
Hiện nay, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến nhu cầu gia tăng về phương tiện giao thông để vận chuyển hàng hóa Điều này đòi hỏi các phương tiện vận tải phải có tính cơ động và hiệu quả sử dụng cao để đáp ứng sự đa dạng và phong phú của các hoạt động trên các địa bàn khác nhau.
Khi vận chuyển hàng hóa bằng ôtô, việc đưa hàng lên và xuống xe là rất quan trọng Đối với hàng hóa có khối lượng nhỏ, công nhân có thể thực hiện việc này bằng sức lao động trực tiếp Tuy nhiên, với hàng hóa có khối lượng lớn, cần sử dụng các thiết bị nâng chuyển như máy nâng hoặc máy cẩu để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận chuyển.
Khi vận chuyển hàng hóa có khối lượng nhỏ, việc sử dụng máy cẩu kết hợp với ôtô vận tải thường không hiệu quả và kém linh hoạt Để khắc phục nhược điểm này, người sử dụng có thể lắp thêm cẩu lên một số ôtô tải, đặt ở phía sau buồng lái và phía trước thùng hàng, nhằm nâng cao hiệu quả vận chuyển.
Việc sử dụng ôtô tải có cẩu mang lại nhiều lợi ích, đáp ứng nhu cầu của người dùng với tính cơ động và hiệu quả cao, đặc biệt trong việc vận chuyển hàng hóa đến những vùng xa xôi.
Ôtô tải có cẩu không chỉ là phương tiện vận chuyển mà còn có thể hoạt động như một ôtô cẩu thông thường, giúp cẩu và di dời hàng hoá một cách hiệu quả từ vị trí này sang vị trí khác.
Giới thiệu xe tải thùng lửng THACO OLLIN 900A
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của xe tải thùng lưng Thaco Ollin 900A
STT THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐƠN VỊ THACO OLLIN 900A
5 Chiều dài cơ sở Mm 6000
6 Khoảng sáng gầm xe Mm 260
7 Trọng lượng không tải Kg 5285
9 Trọng lượng toàn bộ Kg 14880
11 Hộp số 6 số tiến, 1 số lùi
12 Tỷ số truyền hộp số
Bảng 1.2 Thông số động cơ xe tải thùng lửng Thaco Ollin 900A
STT Thông số động cơ Đơn vị THACO OLLIN 900A
Diesel, 4 kỳ,4 xi lanh thẳng hàng turbo tăng áp
3 Dung tích xy lanh Cc 4260
4 Đường kinhx Hành trình piston Mm 110x112
Công suất cực đại/ Tốc độ quay Ps(Vòng/Phút) 160/2600
Giới thiệu các bộ phận của ô tô THACO OLLIN 900A
Hình 1.1 Xe tải lửng THACO OLLIN 900A
Xe tải Thaco Ollin 900A, với công nghệ sản xuất tiên tiến, nổi bật hơn hẳn so với các dòng xe khác Thiết kế nội ngoại thất tinh tế cùng động cơ mạnh mẽ mang lại sự thoải mái tối ưu cho người sử dụng Với kích thước nhỏ gọn nhưng khả năng chuyên chở lớn, xe có thể hoạt động hiệu quả trên mọi địa hình Đặc biệt, mức tiêu hao nhiên liệu chỉ 12 lít/100km, khẳng định Thaco Ollin 900A là lựa chọn hàng đầu trong lĩnh vực vận chuyển.
Thaco Ollin 900A được sản xuất dựa trên công nghệ tiên tiến của Hàn Quốc, với quy trình kiểm định chất lượng nghiêm ngặt Xe tải này sở hữu động cơ mạnh mẽ, tiết kiệm nhiên liệu, đáp ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng.
Thaco Ollin 900A được trang bị động cơ Yuchai mạnh mẽ hơn so với động cơ YC4E160-33 của Yangchai, mang lại công suất và mô men xoắn ấn tượng Điều này đảm bảo khả năng chịu tải cao, vận hành ổn định và bền bỉ, giúp bạn hoàn toàn yên tâm khi vận chuyển trên những cung đường dài.
- Mô men xoắn 430/1400~1800 vòng/ phút, dung tích xilanh: 4260
- Hộp số có 6 số tiến và 1 số lùi nên xe có độ cơ động cao
Hệ thống tăng áp và làm mát khí nạp intercooler giúp nâng cao sức mạnh động cơ bằng cách tăng lượng không khí nạp với mật độ cao Turbo intercooler làm mát không khí ở nhiệt độ cao, cải thiện sản lượng động cơ lên đến 30% so với động cơ hút khí tự nhiên, đồng thời nâng cao hiệu suất và tuổi thọ động cơ Hệ thống này cũng giảm độ rung, tiếng ồn, khí thải và cải thiện kinh tế nhiên liệu, mang lại khả năng vận hành mạnh mẽ và tăng tốc nhanh, phù hợp cho việc chạy trên đường cao tốc.
Hình 1.3 Hệ thống turbo intercooler trên xe Thaco OLLIN 900A
Ly hợp điều khiển bằng thủy lực, có trợ lực khí nén giúp lái xe thao tác nhẹ nhàng
Hình 1.4 Cơ cấu lái trục vít-êcu-bi-cung răng
Cơ cấu lái sử dụng loại trục vít – êcu - bi - cung răng, trong đó êcu kết hợp với khối kim loại thông qua các viên bi tròn Các viên bi này không chỉ giảm ma sát giữa các chi tiết mà còn giảm độ rơ của cơ cấu, điều này rất quan trọng khi đổi chiều tay lái Nếu không có viên bi, các răng sẽ tách rời nhau trong giây lát, gây ra độ dơ cho tay lái Hệ thống trợ lực lái thủy lực giúp giảm lực cần thiết từ người lái lên vô lăng và làm giảm tác động va đập từ mặt đường không bằng phẳng Bộ trợ lực này thường được tích hợp chung với cơ cấu lái để tối ưu hóa hiệu suất.
- Hệ thống treo là hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá với giảm chấn thuỷ lực
Bộ phận giảm chấn của ôtô này là loại thuỷ lực dạng ống lồng, được trang bị van giảm tải hoạt động hai chiều, phục vụ cho cả hệ thống treo trước và sau.
Hinh 1.5 Bộ phận giảm chấn trên Thaco ollin 900A và Rimen nhíp
Rimen nhíp của Thaco OLLIN 900A được thiết kế theo tiêu chuẩn xe tải nặng, đảm bảo khả năng chịu tải lớn Các chi tiết khung gầm được đúc đồng bộ với độ chính xác cao, giúp tăng cường độ bền và ổn định Để nâng cao tính an toàn khi hoạt động ở chế độ tải trọng cao, xe được trang bị chi tiết định vị quang nhíp ở các trục, giúp chống xô lệch hiệu quả.
Hình 1.6 Chi tiết định vị quang nhíp
Xe được trang bị hệ thống phanh khí nén, đảm bảo an toàn và hiệu quả Hệ thống này bao gồm phanh tay lốc kê và bộ điều chỉnh lực phanh theo tải trọng, giúp tối ưu hóa lực phanh, tăng cường tính an toàn và giảm mòn lốp khi phanh.
Hình 1.7 Bộ điều chỉnh lực phanh
Ngoài ra trên xe có trang bị hệ thống phanh khí xả (cup-pô) giúp vân hành an toàn hơn khi đi trên các đoạn đường đèo dốc
Động cơ YC4E160-33 được trang bị hệ thống tăng áp và làm mát đường khí nạp, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động Hệ thống phun dầu điện tử tối ưu hóa việc tiết kiệm nhiên liệu cho người dùng Đặc biệt, hệ thống phanh khí nén hoạt động êm ái và hiệu quả, đảm bảo an toàn tối đa Phanh tự hãm tác động lên bánh xe trục sau, cùng với phanh khí xả hỗ trợ khi xuống dốc, nâng cao tính an toàn Ngoài ra, hộp số 5 cấp và 6 cấp cải thiện khả năng cơ động của xe, mang lại trải nghiệm chuyển số nhẹ nhàng và thuận tiện.
Nội thất của Thaco Ollin 900A
Cabin xe được thiết kế với 3 chỗ ngồi, giúp tối ưu hóa không gian và tạo sự thoải mái cho người lái Cần gạt số và phanh dừng được bố trí bên phải tài xế, mang lại sự thuận tiện trong thao tác Các đồng hồ được sắp xếp khoa học, cho phép người lái dễ dàng quan sát và kiểm soát tình trạng ô tô Tay lái gật gù không chỉ tạo cảm giác thoải mái mà còn hỗ trợ việc điều khiển xe một cách hiệu quả.
Hình 1.9 Nội thất trong ô tô Thaco OLLIN 900A
Xe được trang bị hệ thống âm thanh và radio, mang lại trải nghiệm thư giãn cho người lái Ngoài ra, hệ thống điều hòa có hai hướng lấy gió, từ trong capo hoặc từ gầm xe, cùng với các chế độ thổi gió linh hoạt, đảm bảo sự thoải mái tối đa cho hành khách.
Hình 1.10 Hệ thống âm thanh và điều khiển thông gió trong cabin
Ngoại thất của Thaco Ollin 900A
Thaco OLLIN 900A được trang bị kính chắn gió hai lớp với độ cong tối ưu, giúp giảm vùng mù và mở rộng tầm nhìn cho tài xế Cabin xe nổi bật với đèn pha Halogen siêu sáng ở mặt trước, mang lại khả năng chiếu sáng tốt hơn.
Cabin lật có góc mở lớn, thuận tiện cho việc bảo dưỡng sửa chửa
Hình 1.11 Kính chắn gió và độ mở cabin của ô tô
Xe sử dụng đèn pha halogen với ưu điểm nổi bật là tính đơn giản và chi phí thấp, với tuổi thọ trung bình khoảng 1000 giờ và chi phí thay thế chỉ khoảng 30 USD cho một cụm Bên cạnh đó, đèn vị trí được trang bị công nghệ LED hiện đại Thùng xe được thiết kế theo công nghệ tiên tiến của Hàn Quốc, cho phép mở rộng tiện lợi.
Thùng xe có thiết kế 3 phía, thuận tiện cho việc bốc dỡ hàng hóa, với sàn bằng thép chấn sóng địa hình và lót sàn gỗ giúp chịu tải tốt và giảm va đập Các bửng hông được trang bị khóa, đảm bảo ổn định khi hoạt động và dễ dàng bốc dỡ hàng hóa Cabin xe được thiết kế khí động lực học, giảm lực cản tác động lên xe.
Chất lượng xe Thaco được khẳng định bởi độ bền và khả năng chịu tải cao, giúp chủ xe tối ưu hóa khả năng chuyên chở và tăng hiệu quả đầu tư Chassis được làm từ thép cao cấp, đảm bảo tính vững chắc và chịu lực lớn Các linh kiện sắc sảo, có tuổi thọ cao, cùng với cầu xe lớn và lốp xe nội địa hóa, phù hợp với điều kiện đường sá tại Việt Nam Thùng xe đa dạng mẫu mã, đáp ứng nhu cầu khách hàng, và 100% thùng xe cùng cabin được sơn nhúng tĩnh điện và bột Metalic, mang lại độ bóng và độ bền cao cho lớp sơn.
Hình 1.12 Khung chassis Thaco OLLIN 900A
Hình 1.13 Xe trước khi cải tạo
Giới thiệu cẩu SWC-CS 304
Hình 1.14 Hệ thống cẩu SWC-304 (TC/CS-304) A-Cụm chân trước; B- Cụm Base; C- Cụm Post; D- Boom
Bài viết này tập trung vào các thành phần quan trọng của thiết bị nâng, bao gồm: cơ sở (Base), bộ trích công suất, chân trước, và các loại van thủy lực như TX50-6 và TX50-4 Ngoài ra, bộ giảm tốc, motor quay tháp, bánh răng giảm tốc, và chốt chống xoay cũng được đề cập Các thành phần khác như post, bộ giảm tốc motor cáp, van cân bằng áp suất, cylinder Derrick, cụm Boom, dây cáp và móc cẩu đều đóng vai trò thiết yếu trong hoạt động của thiết bị nâng.
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của cẩu SWC-CS 304
STT Thông số Đơn vị Ký hiệu Giá trị
Rộng Cao mm mm mm
3 Khả năng xoay cần độ *** 360
4 Góc nâng cần cực đại cho phép độ *** 71 độ
5 Tải trọng nâng lớn nhất cho phép kG Qmax 2930 (cao
6 Bán kính làm việc nhỏ nhất đến lớn nhất M *** 0,68 đến
Yêu cầu nguồn động lực:
- Giá trị áp suất dầu
- Lưu lượng dầu cung cấp
Kiểu [KG/cm 2 ] [lít /ph]
Cẩu tự nâng UNIC SWC-304 có sức nâng tối đa lên đến 2930 kG, là sản phẩm được chế tạo tại Hàn Quốc, đảm bảo chất lượng 100% mới hoặc đã qua sử dụng Loại cẩu này được thiết kế để lắp đặt trên ô tô tải Thaco, mang lại hiệu quả cao trong công việc nâng hạ hàng hóa.
Cẩu được điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực, hoạt động nhờ bộ phận trích công suất từ hộp số ôtô và bơm thuỷ lực Với thiết kế gồm 04 đoạn, cẩu có khả năng quay 360 độ quanh bệ cẩu nhờ vào động cơ thuỷ lực và hộp giảm tốc Để đảm bảo ổn định trong quá trình hoạt động, bệ cẩu được trang bị 02 chân chống phía trước để chống uốn khung ôtô và 02 chân sau giúp cân bằng khi cẩu hàng hóa.
Hình 1.15 Kết cấu của cẩu SWC-CS 304
Giới thiệu về kết cấu và bố trí chung của xe tải sau khi cải tạo
Xe được cải tạo từ Thaco OLLIN 900A, giữ nguyên các hệ thống ban đầu Cẩu được lắp đặt phía sau cabin, có bốn chân (hai trước, hai sau) hạ xuống để đảm bảo sự ổn định khi hoạt động Việc điều khiển cần cẩu được thực hiện qua các cần ở hai bên, với hệ thống dẫn động cẩu kết nối từ hộp số động cơ qua bơm thủy lực đến các van chia dẫn động.
Hệ thống dẫn động thủy lực cẩu
Xe được cải tạo với bộ trích công suất từ động cơ, cho phép máy bơm thủy lực hoạt động khi hệ thống cẩu được kích hoạt Bộ trích công suất này hoạt động thông qua hệ thống khí nén, với van solenoid điều khiển dòng khí theo các chế độ hoạt động Khi cẩu không hoạt động, van sẽ đóng, ngăn chặn dòng khí đến xylanh khí nén, giữ cho cẩu không xoay Ngược lại, khi cẩu hoạt động, van mở để cung cấp khí đến bộ trích công suất PTO, từ đó dẫn động bơm thủy lực.
Hình 1.16a Vị trí lắp đặt PTO Hình 1.16b Bộ trích công suất PTO
Hình 1.16 Bộ trích công suất dẫn động bơm thủy lực
Nội dung và các bước thực hiện
Khi tiến hành cải tạo, cần tháo các bộ phận quan trọng như thùng khung, tháo hạ thùng hàng và cắt ngắn thùng hàng từ phía sau cabin sau khi đã thực hiện tính toán hợp lý.
Thùng hàng sau khi tháo cắt ngắn có kích thước lòng thùng: Dài x Rộng x Cao
Lắp đặt cẩu tự nâng hàng SWC-304 có tải trọng 2930 kG lên khung ô tô, sử dụng hộp trích công suất và bơm dầu thủy lực nguyên bản của ô tô Cẩu được trang bị 04 chân (2 chân trước và 2 chân sau) để đảm bảo độ ổn định và an toàn trong quá trình hoạt động.
Lắp lại thùng tải lên khung xe sau khi lắp cẩu để đảm bảo kích thước chiều dài bao xe không được thay đổi sau cải tạo
Lắp đặt cơ cấu truyền động trích công suất cho hệ thống dẫn động thủy lực của cần cẩu và chân cẩu, đồng thời thực hiện việc lắp lại các bộ phận đã tháo như thùng hàng và dây dẫn điện cho đèn tín hiệu.
Tổng kiểm tra, thử xe, sơn, xuất xưởng
Hình 1.17 Quy trình công nghệ Giải thích quy trình công nghệ
Để cải tạo thùng hàng xe trước, cần tháo bỏ các bulong liên kết giữa thùng và khung xe, cùng với các ổn định ngang và chéo Đồng thời, cũng cần tháo các hệ thống đèn điện ở phần dưới và các chi tiết liên quan khác.
- Cải tạo thùng hàng và khung xe: cắt ngắn thùng hàng theo bản thiết kế, ốp gia cố khung xe chỗ lắp cẩu
Lắp đặt hệ thống điều khiển cẩu bao gồm việc hàn và bắt bulong các giá lắp ống thủy lực lên khung xe, cũng như lắp đặt bơm, bộ trích công suất và thùng dầu thủy lực.
Lắp thùng hàng sau khi cải tạo và cẩu SWC-304 lên khung xe bằng cách sử dụng các bulong quang để ổn định thùng hàng theo chiều ngang và chéo Hàn pát trên dầm dọc của xe cách đầu dầm 90mm, sau đó lắp cẩu đã được lắp ráp lên khung xe sát với pát đã hàn và tiếp tục hàn thêm một pát trên dầm dọc sau đế cẩu Cuối cùng, dùng bulong quang để cố định cẩu trên khung xe và lắp đặt các đường dây điện để điều khiển cẩu hoạt động.
Sơn các phần cải tạo và kiểm tra hoàn thiện là bước quan trọng trong quy trình bảo trì thiết bị Cần kiểm tra nâng cẩu hàng theo khối lượng của nhà chế tạo, kiểm tra rò rỉ đường ống thủy lực, và chạy thử xe trên nhiều loại đường để đánh giá các mối lắp ghép Sau khi hoàn tất các kiểm tra và chạy thử, tiến hành sơn lại các bề mặt đã cải tạo và tra mỡ cho các chi tiết ma sát để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
HÌnh 1.18 Xe sau cải tạo
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CẢI TẠO XE TẢI THÀNH XE CẨU 16 2.1 Tính toán thùng xe
Xác định kích thước thùng hàng
Các kích thước cơ bản cần xác định của thùng là: chiều dài L, chiều rộng B và chiều cao H của thùng
2.1.1.1.Xác định chiều dài thùng (L t )
Theo thông tư 29/2012/TT/BGTVT
Chiều dài thùng xe không được tăng,vì vậy để tận dụng tối đa chiều dài thùng xe để chở được nhiều loại hàng nhất có thể
Ta có : L1 = L0 – B2 - E (2.1) Trong đó : Lt : Chiều dài thùng sau cải tạo
L0 : Chiều dài thùng trước cải tạo L0 = 7600 [mm]
B2 : Chiều rộng toàn bộ của cẩu B2 = 584 [mm]
E: Khoảng trống lắp cẩu,chọn E = 90mm]
Chiều dài thùng được tính toán là L1 = 6926 mm, nhằm tối ưu hóa theo quy định cải tạo của thông tư 29/2012/TT/BGTVT Để thuận tiện cho việc lắp đặt và hoạt động của cẩu, khoảng cách giữa thùng và cẩu sẽ là 100 mm, do đó chiều dài thực tế của thùng còn lại là 6826 mm.
Ta cần cắt bỏ phần thùng ban đầu 774mm để lắp cẩu
2.1.1.2 Xác định chiều rộng thùng (B t )
Khi lắp thùng chở hàng trên ôtô, chiều rộng thường bằng chiều rộng của ôtô Theo quy định của Bộ Giao Thông Vận Tải, chiều rộng toàn bộ ôtô không vượt quá 2500 mm Chúng ta chọn chiều rộng ôtô là 2450 mm, và chiều rộng sàn thùng chở hàng của ôtô mới này là 2300 mm, phần còn lại sẽ được sử dụng làm dự trữ cho các chi tiết khác.
2.1.1.3 Xác định chiều cao thùng (H t )
Chiều cao thùng chở hàng cần được xác định sao cho hàng hóa không bị rơi ra trong quá trình vận chuyển, đồng thời không quá cao để tránh gây vướng víu khi xếp dỡ Để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng, chiều cao hiệu dụng thường được chọn là Ht = 600 mm dựa trên kinh nghiệm hiện có.
2.1.1.4 Xác định chiều dày thùng ( t )
Chiều dày các thành bên của thùng được chọn có giá trị t = 75 mm
Từ các tính toán trên, ta có bảng một số các số liệu cơ bản của thùng chở hàng như sau:
Bảng 2.1 Bảng số liệu cơ bản của thùng chở hàng
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dày các thành của thùng
2 Chiều dài toàn bộ của thùng
3 Chiều dài hiệu dụng của thùng
4 Chiều rộng toàn bộ của thùng
5 Chiều rộng hiệu dụng của thùng
6 Chiều cao hiệu dụng của thùng
Xác định khối lượng thùng trước cải tạo
Thùng hàng: Thùng hàng dạng thùng hở có sàn, trụ thùng, thành thùng
Sàn thùng gồm có sàn, các đà dọc, đà ngang liên kết với nhau bằng mối ghép bu lông hoặc hàn
Các thành thùng được kết nối với be thùng bằng bản lề và liên kết với trụ thùng qua khóa Thành thùng phía trước được lắp cố định, trong khi các thành thùng bên và phía sau có khả năng lật lên để dễ dàng bốc dỡ hàng hóa.
Các trụ thùng được liên kết với đà ngang và be thùng thông qua phương pháp hàn Thùng hàng được gắn với dầm dọc của khung ô tô bằng các bu lông quang và 04 kết cấu kiểu tai kẹp Để đảm bảo độ bền, giữa dầm dọc của thùng hàng và dầm dọc của khung ô tô có một lớp đệm gỗ dày 25 mm.
Thông số khối lượng thùng được thể hiện ở bảng sau đây:
Bảng 2.2 Thông số khối lượng của thùng
STT Tên chi tiết Vật liệu Qui cách Số lượng Kích thước (kG/m)
Thành thùng trước và sau
Thép sàn thùng Thép 3 mm 17,02 26,55 451,881
Xác định khối lượng thùng sau cải tạo
Thùng sau cải tạo được cắt ngắn đi 774mm từ phía cabin trở về sau
Khối lượng thùng bi cắt đi là Gt2 KG
Hình 2.1Thùng xe sau cải tạo
Xác định trọng tâm theo chiều dọc của xe
Trọng lượng không tải ôtô tải THACO OLLIN 900A: G0= 5285 KG
Trọng lượng phần bệ cẩu THACO OLLIN 900A: G2= 1575 KG
Trọng lượng cần cẩu: G3= 565 KG
Trọng lượng thùng chở hàng và hàng hoá trên thùng: G4 với:
G4 = Gt + Gh [KG] (2.2) Trong đó:
Gt là trọng lượng của thùng
Gh là trọng lượng hàng hoá
Xác định toạ độ trọng tâm của ôtô satxi tải THACO OLLIN 900A theo chiều dọc của xe
Ta có công thức xác định toạ độ trọng tâm X của n vật có khối lượng mi và toạ độ xi như sau theo [6]:
Trong bài toán này, gốc tọa độ O được đặt tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe trước và mặt đường Các giá trị được xác định như sau: x1 = 0 [mm], m1 = 2748 [KG], x2 = L1`00 [mm], m2 = 2537 [KG].
Vậy: Toạ độ trọng tâm của ôtô satxi tải THACO OLLIN 900A theo chiều dọc của xe có giá trị là:
Xác định toạ độ trọng tâm của ôtô satxi tải THACO OLLIN 900A theo chiều dọc của xe khi có kíp lái trong buồng lái:
Khi có kíp lái trong buồng lái, trọng lượng của kíp lái được coi là chỉ tác động lên cầu trước của ôtô, dẫn đến công thức m1’ = m1 + n.Gn, trong đó n là số người trong kíp lái, với n = 3 người.
Gn: trọng lượng của 01 người, khi tính toán ta lấy Gn= 70 [KG]
Trọng lượng ôtô satxi khi có kíp lái là:
Vậy: Toạ độ trọng tâm của ôtô satxi tải THACO OLLIN 900A theo chiều dọc của xe khi có kíp lái trong buồng lái là:
Xác định toạ độ trọng tâm của bệ cẩu và cần cẩu theo chiều dọc xe:
Cẩu SWC-CS 304 được lắp đặt lên ôtô để đảm bảo hoạt động hiệu quả mà không bị vướng víu Khoảng cách giữa mặt sau cabin và mặt trước cẩu cần được tính toán sao cho cabin có thể lật nghiêng về phía trước, với giá trị khoảng cách là [mm] Trọng tâm của cẩu và cần được xác định thông qua thực nghiệm Khi lắp cẩu lên xe, các tọa độ trọng tâm cũng cần được ghi nhận.
- Toạ độ trọng tâm của bệ cẩu theo chiều dọc của xe được đo thực tế
- Toạ độ trọng tâm của cần cẩu theo chiều dọc của xe là:
- Toạ độ trọng tâm của thùng hàng theo chiều dọc của xe là:
Xác định toạ độ trọng tâm của thùng chở hàng hoá theo chiều dọc xe:
Từ công thức (2.3) ta tính được toạ độ trọng tâm X của ôtô đóng mới khi ở trạng thái toàn tải:
X (2.7) Thay số vào ta được :
G4 là trọng lượng của thùng và hàng được xác định như sau:
G là trọng lượng toàn bộ của ôtô tải có cẩu [KG], ta có G = 14880[KG];
Gc là trọng lượng toàn bộ của cẩu SWC-CS 340 [KG], ta có Gc = 2140 [KG];
Gt là trọng lượng thùng trước khi cắt [KG], Gt = 1766 [KG];
Gt2 là trọng lượng phần thùng bị cắt, Gt2 = 95 [KG];
G ’ trọng lượng xe nền G ’ = 5285-1766519 [KG]
G0 ’ là trọng lượng không tải sau cải tạo
Gn là trọng lượng người trong cabin (3 người), 1 người 70 [KG], Gn!0 [KG]
Thay kết quả vào (2.8) ta được:
Tính ở trạng thái đầy tải sau cải tạo,ta có
Vậy X1 = 3596,866 mm Trọng tâm xe không tải sau cải tạo là
Hình 2.2 Phân bố tải trọng trên ô tô
Tính toán sức bền của thùng chở hàng
Khi làm việc, thùng sub chịu tác dụng chủ yếu từ trọng lượng hàng hóa, với lực Qh tác động lên sàn thùng và truyền qua các dầm ngang đến dầm dọc của thùng và khung ô tô Bề dày lớp tôn lót sàn được chọn phù hợp với khoảng cách bố trí các dầm ngang, đảm bảo độ bền Các dầm dọc của thùng tiếp xúc hoàn toàn với dầm dọc của khung ô tô, giúp đảm bảo khả năng chịu lực khi truyền tải từ dầm này.
Khi đánh giá sức bền của thùng chở hàng, chúng ta chỉ cần tập trung vào các dầm ngang của sàn thùng, trong khi giả định rằng các chi tiết khác đều hoạt động với độ bền tối ưu.
Hình 2.3 Kết cấu dầm ngang gối lên dầm dọc và chassi
Khi tính toán sức bền cho dầm ngang của sàn thùng, giả thiết trọng lượng hàng hóa phân bố đều trên toàn bộ sàn là cần thiết Đối với tải trọng tác dụng lên dầm ngang khi ôtô đầy tải, tải trọng cũng được xem là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài dầm ngang.
Khi ôtô chở hàng đầy tải, trọng lượng tác dụng lên các dầm ngang của sàn thùng bao gồm toàn bộ trọng lượng hàng hóa và trọng lượng của thùng, trừ đi trọng lượng của các dầm dọc bằng thép và trọng lượng của dầm ngang đang được xem xét Từ đó, chúng ta có thể xác định tải trọng tác dụng lên các dầm ngang của sàn thùng.
Q = G4- Gtd- Gtn (2.10) Thay số vào ta được Q = 9011–141,36 - (137+58,92 )
Ta có tải trọng phân bố tác dụng lên 01 dầm ngang theo [6] là:
Trong đó: n: là số dầm ngang của sàn thùng, có n = 12 [dầm]
Bt: là chiều rộng của thùng chở hàng (chiều dài mà tải trọng phân bố tác dụng lên dầm ngang), có Bt= 2,450 [m]
Xét dầm ngang chịu tải trọng tác dụng phân bố đều
Hình 2.4 Sơ đồ lực tác dụng lên dầm ngang
Từ sơ đồ lực ở hình 2.4 ta xác định được biểu đồ momen uốn của lực tác dụng lên dầm ngang như sau: (Hình2.5)
Hình 2.5 Sơ đồ momen tác dụng lên dầm ngang
Biểu đồ momen uốn cho thấy dầm ngang chịu uốn lớn nhất tại vị trí mặt cắt A-A và B-B, đây là những vị trí nguy hiểm nhất cần kiểm tra độ bền Chúng ta sẽ tập trung kiểm tra bền dầm tại mặt cắt A-A của dầm ngang ở giữa, trong khi các dầm ở hai đầu sẽ được coi là đủ bền nếu các dầm ở giữa đạt tiêu chuẩn, do momen uốn tại đó giảm.
Tải trọng phân bố tác dụng lên 01 dầm ngang là: q = 321,84 [KG/m]
Tại tiết diện A-A có giá trị momen lớn nhất Mumax là:
850 Ứng suất uốn sinh ra tại tiết diện A-A của dầm ngang của thùng là: [2] u umax u W
Wu là momen chống uốn tại tiết diện nguy hiểm A-A của dầm thép
ut = − = [KG/m 2 ] Mặt khác ta có ứng suất cho phép của dầm ngang chế tạo bằng thép là:[2] d
ch là giới hạn chảy của vật liệu chế tạo dầm ngang, dầm ngang được chế tạo bằng thép CT3 có ch = 24.10 6 [KG/m 2 ]
Kđ là hệ số dự trù tính đến tải trọng động, khi tính toán ta thừa nhận
Theo [6] ta có: Kđ = 2,53,5 chọn Kđ = 3,5
So sánh u và [u] ta thấy:
u = 2,45.10 6 [KG/m 2 ] < [u]= 3,556.10 6 [KG/m 2 ] Vậy dầm thép đảm bảo bền
Với dầm ngang gỗ: Wug=0,1.0,05.2,45=0,01225 (m 3 )
Thay số vào ta được: 102, 98 0, 0084.10 6
Vậy ug < [ug] nên dầm ngang gỗ đủ bền.
Tính toán lắp thùng và tính bền tại thùng liên kết thùng lên khung xe
2.2.1 Liên kết cẩu vào khung xe
Cẩu SWC-CS 304 được lắp đặt trên hai dầm dọc của ôtô satxi tải lửng Thaco Ollin, sử dụng 02 khối thép đệm kích thước [120x60x5] [mm] Liên kết giữa cẩu và khung ôtô được thực hiện bằng 08 bulông, đảm bảo cẩu được cố định chắc chắn trên khung.
2.2.2 Tính toán bu lông lắp đặt cẩu vào khung xe
Bulông lắp đặt cẩu vào khung xe chịu tác động của lực quán tính khi ôtô phanh đột ngột trên đường dốc và khi quay vòng ổn định Trong quá trình tính toán, cần chú ý đến lực quán tính sinh ra từ cẩu trong trường hợp ôtô phanh đột ngột trên đường xuống dốc.
Còn khi cẩu làm việc thì bulông chịu kéo do momen lật do cẩu tạo ra khi cẩu hàng hoá lên hay xuống xe
Lực ma sát sinh ra tại mặt tiếp xúc giữa đế cẩu và dầm dọc của khung xe
Fms= (Gc.cos + Fbl) [KG] (2.15) Trong đó:
là hệ số ma sát giữa đế cẩu và dầm dọc của khung xe, với ma sát giữa thép và thép có = 0,17 [3]
là góc nghiêng dọc của đường dốc, xác định theo độ dốc của đường i Với i = 26%
Fbl là lực xiết của bulông ghép cẩu vào khung xe [KG]
Thay các thông số đã biết vào (2.15) ta được:
Lực quán tính do cẩu sinh ra khi ôtô phanh đột ngột trên đường xuống dốc:
P = = [KG] Để cho cẩu không bị trượt về phía trước khi ôtô phanh đột ngột trên đường xuống dốc thì ta cần phải có:
Gc là trọng lượng của cẩu theo chiều dọc của ôtô khi ôtô nghiêng theo chiều dọc một góc Với:
Lực xiết cần thiết do bulông tạo ra lực ma sát nhằm ngăn chặn cẩu bị trượt khi ôtô phanh đột ngột trên đường dốc được xác định từ các công thức (2.15) và (2.17).
Lực xiết cần thiết do 01 bulông tạo ra lực ma sát để hạn cẩu bị trượt khi ôtô phanh đột ngột trên đường xuống dốc là: bl bl
Vậy lực xiết ban đầu của bulông lắp cẩu lên khung ôtô ta chọn giá trị là:
Ta tính toán bulông lắp cẩu vào khung ôtô trong trường hợp bulông được xiết chặt, chịu lực ngoài theo chiều dọc trục
Khi làm việc, cẩu có nguy cơ lật đổ quanh chân đế do trọng lượng hàng hóa tạo ra momen lật Ml [KG.m] Để đảm bảo an toàn, cần tính toán momen lật lớn nhất Ml max khi cẩu nâng hàng hóa nặng 2930 [KG] ở bán kính 2,5 [m] Ngoài trọng lượng hàng hóa, trọng lượng bản thân của cẩu cũng góp phần vào momen lật Trong quá trình tính toán, trọng lượng của cẩu được đặt ở vị trí trung điểm của bán kính nâng để xác định chính xác momen lật.
Do đó ta có momen lật lớn nhất do cẩu gây ra khi cẩu hàng hoá có giá trị là:
Cẩu làm việc có khả năng quay quanh bệ và nâng hàng hóa ở mọi góc, với các bulông lắp cẩu vào khung xe phải chịu tải trọng khác nhau Khi cẩu hàng theo phương dọc hoặc ngang, tải trọng tác dụng lên bulông có tính đối xứng, thay đổi theo vị trí cẩu Cụ thể, khi cẩu ở bên phải, bulông ngoài cùng bên phải chịu tải trọng nhỏ nhất, trong khi bulông ngoài cùng bên trái chịu tải trọng lớn nhất, và ngược lại khi cẩu ở bên trái Do đó, trong quá trình tính toán, cần xác định bulông chịu tải trọng lớn nhất và chọn các bulông khác dựa trên bulông này để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Hình 2.6 Lắp đặt cẩu lên khung xe
Trường hợp 1: Cẩu hàng hoá theo phương dọc xe:
Hình 2.7 Sơ đồ lực tác dụng lên bulông lắp bệ cẩu vào khung xe
Trong trường hợp này, theo sơ đồ hình 2.7 ta thấy tải trọng do momen lật tạo ra tác dụng lên 04 bulông trên cùng 01 dãy với giá trị:
Ml = Fb.l1 [KG.m] (2.20) Trong đó:
Ml [KG.m] là momen lật gây ra trên cẩu, khi tính toán ta lấy giá trị là
Fb [KG] là lực tác động lên dãy bulông của cẩu Khoảng cách l1 [m] từ tâm lật của cẩu đến dãy bulông được xác định là l1 = 510 [mm] = 0,510 [m].
Từ (2.20) ta có lực tác dụng theo chiều dọc của dãy bulông khi cẩu hàng hoá theo phương dọc là:
Vậy, ta có lực tác dụng theo chiều dọc của 01 bulông khi cẩu hàng hoá theo phương dọc là:
Trường hợp 2: Cẩu hàng hoá theo phương ngang xe:
Hình 2.8 Sơ đồ lực tác dụng lên bulông lắp bệ cẩu vào khung xe
Trong trường hợp này, ta thấy tải trọng do momen lật tạo ra tác dụng lên 08 bulông trên 04 dãy với giá trị như ở sơ đồ hình 2.18
Xét các lực tác dụng lên các bulông khi cẩu hàng hoá theo phương ngang xe ta có: Phương trình momen đối với tâm lật:
Công thức tính lực mô men Ml được xác định như sau: Ml = F1.l2 + F2(l2 - e) + F3.e [KG.m] Trong đó, l2 [m] là khoảng cách từ tâm lật của đế bệ cẩu đến điểm đặt lực F1 tại tâm bulông ở dãy ngoài cùng Cẩu được lắp lên hai dầm dọc của khung ôtô, với bề rộng giữa hai tâm bulông là 850 [mm] Giả sử các bulông được lắp sát vào khung, ta có giá trị l2 là 0,850 [m] Biến e [m] là bề rộng của dầm dọc khung xe, với khung xe bằng thép kích thước [120x80x5] [mm], trong đó e = 80 [mm] tương đương với 0,08 [m].
Tỷ lệ giữa lực F1 và F2: e l l F
Tỷ lệ giữa lực F1 và F3: e l F
Giải hệ gồm các phương trình (2.22), (2.23) và (2.24) ta được các kết quả của F1, F2 và F3 như sau:
Với l2 = 0,850 [m], từ (2.25), (2.26) và (2.27) ta có các giá trị:
Khi cẩu hàng hóa theo phương ngang, tải trọng do momen lật lớn nhất Ml max tác động lên các bulông ở dãy ngoài cùng đạt giá trị lớn nhất là F1 = 4892,19 [KG], và lực F1 này được phân bổ lên hai bulông.
01 bulông lắp cẩu khi cẩu theo phương ngang là:
So sánh tải trọng lớn nhất tác dụng lên 01 bulông lắp cẩu khi cẩu hàng hoá theo phương ngang và theo phương dọc ta thấy:
Để tính toán bulông lắp đặt cẩu lên khung xe, cần xác định giá trị lực xiết chặt của bulông là Fbđ = 1450 [KG] Bulông sẽ phải chịu lực tác động bên ngoài theo chiều dọc trục với một giá trị nhất định.
Lực toàn phần tác dụng lên 01 bulông sau khi có ngoại lực là [3]:
Trong công thức (2.28), lực xiết ban đầu được nhân với 1,3 để tính đến tác dụng của momen ren khi xiết chặt đai ốc Hệ số ngoại lực được sử dụng, với giá trị cho các tấm ghép bằng thép hoặc gang và bulông bằng thép trong khoảng 0,2 đến 0,3; trong trường hợp này, chúng ta chọn = 0,3.
Thay các giá trị vào (2.28) ta được lực toàn phần tác dụng lên 01 bulông sau khi có ngoại lực là:
= 1,3.1450 + 0,3.3936,885 = 3066,06 [KG] Diện tích giới hạn nhỏ nhất của 01 bulông theo [3] là:
[k] là giới hạn bền kéo cho phép của vật liệu chế tạo bulông [KG/m 2 ] Với:
ch là giới hạn chảy của vật liệu chế tạo bulông, thân bulông chế tạo bằng thép CT3 thường có ch= 20.10 6 [KG/m 2 ]
Hệ số an toàn [S] là yếu tố quan trọng trong việc xiết bulông, đặc biệt khi bulông phải chịu tải trọng thay đổi Việc không kiểm tra lực xiết khi lắp bulông có thể dẫn đến rủi ro, đặc biệt trong trường hợp bulông lắp cẩu có đường kính M16.
= 383,26 [mm 2 ] Đường kính bulông là:
Chúng ta lựa chọn 08 bulông M24 để lắp cẩu vào khung ô tô, nhằm đảm bảo độ bền vượt trội trong việc chống lật khi cẩu hoạt động và ngăn chặn xô trượt do lực quán tính khi phanh gấp.
2.2.3 Kiểm tra bền mối ghép giữa thùng hàng với khung ô tô
Các mối ghép liên kết bu lông, chẳng hạn như thùng hàng, khung ôtô, ca bin và các liên kết ghế ngồi, được thiết kế dựa trên lực ép của bu lông và hệ số ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc của chi tiết.
Chế độ tải trọng tính toán chủ yếu xảy ra trong tình huống phanh gấp và khi ôtô quay vòng với bán kính nhỏ nhất ở vận tốc tối đa ổn định Các nghiên cứu cho thấy lực ly tâm khi ôtô quay vòng thường thấp hơn nhiều so với lực tác động khi phanh gấp với gia tốc tối đa Jpmax Do đó, trong quá trình tính toán các mối ghép liên kết bu lông, chỉ cần xem xét trường hợp nguy hiểm nhất là khi ôtô thực hiện phanh gấp.
Kết cấu và chi tiết định vị, kẹp chặt thùng hàng không thay đổi sau cải tạo Chúng tôi tiến hành kiểm nghiệm mối ghép bu lông của thùng hàng, với mỗi bên khung xe được định vị 04 quang thùng M24x1,5 và 02 bách chống xô Việc kiểm tra bền được thực hiện cho 08 bu lông quang thùng M24x1,5.
Ngoại lực tác dụng lên các bu lông liên kết:
Tính ổn định khi ô tô cẩu hàng
- Trọng lượng hàng hóa trên thùng hàng phân bố đều trên sàn thùng;
- Mặt phẳng nền khi ô tô cẩu hàng là mặt phẳng nằm ngang và không bị lún;
Trọng tâm của phần thân cẩu được xác định tại vị trí giữa khoảng cách giữa hai chân chống trước và đường nối giữa hai điểm tiếp xúc của chân chống với mặt nền, vuông góc với khung ô tô.
- Khi cẩu hàng chân chống của cẩu được điều chỉnh đến vị trí các dầm dọc của khung nằm trong một mặt phẳng
- Biến dạng của các chân chống và thanh liên kết của chân chống với dầm dọc khung coi như không đáng kể khi ô tô cẩu hàng;
- Góc nghiêng của ô tô (α) khi chân chống của cẩu hoạt động nhỏ nên trong tính toán lấy giá trị cosα=1
Trọng lượng hàng được cẩu phải đảm bảo độ bền của cẩu và ổn định của ô tô Nhà chế tạo đã cung cấp thông tin về trọng lượng hàng tối đa mà cẩu có thể chịu đựng Cần tính toán trọng lượng hàng lớn nhất có thể cẩu dựa trên điều kiện ổn định và trọng lượng hàng cho phép cẩu, với Ghb (kG) là trọng lượng hàng được cẩu theo độ bền của cẩu.
Ghc ( kG ): Trọng lượng hàng lớn nhất được cẩu theo độ ổn định của ô tô;
Gcp ( kG ): Trọng lượng hàng cho phép cẩu
Ta có Gcp= MIN (Ghb; Ghc) (2.35)
Ô tô tiếp xúc với mặt phẳng qua 4 điểm, tạo thành một tứ giác, và mỗi đường thẳng qua cạnh tứ giác chia mặt phẳng thành 2 nửa Ô tô có thể mất ổn định (lật) khi vị trí hàng cẩu và trọng tâm ô tô nằm ở 2 nửa mặt phẳng khác nhau, khiến các cạnh của tứ giác trở thành trục lật Nếu trọng tâm của cẩu nằm ở nửa mặt phẳng khác với ô tô, nó cũng có thể làm ô tô mất ổn định Để ô tô ổn định, điều kiện ổn định với cả 4 trục (4 cạnh tứ giác) cần được đảm bảo.
2.3.1 Điều kiện ổn định với trục QR
Phân tích lực tác dụng lên ô tô:
Hình 2.9 Lực tác dụng lên ô tô
P, Q: Các điểm tiếp xúc chân chống trước với mặt đường khi các chân chống mở lớn nhất;
R,S: Các điểm tiếp xúc chân chống sau với mặt đường khi các chân chống mở lớn nhất;
O: Tâm quay của cần khi cẩu;
OMh: vị trí của cần cẩu minh họa cho sơ đồ tính ;
Mc: Vị trí trọng tâm của cần;
OMh = B: Bán kính hoạt động (hình chiếu của cần trên mặt phẳng nền);
T: Trọng tâm của ô tô không tải và không tính trọng lượng của cần cẩu;
F: Giao điểm của trọng tâm cần với QR;
Nh, Nc, I ,E: Giao điểm của QR với các đường vuông góc với nó đi qua Mh, Mc , O,T;
Gcc, Gh, Goc : Lần lượt là trọng lượng cần, trọng lượng hàng được cẩu và trọng lượng ô tô không tính trọng lượng cần
Xét điều kiện ổn định với trục đi qua QR (gọi tắt là trục QR):
– Khi OMc ≥ OF Mô men lật Ml = Gh.MhNh + Gc.McNc (2.36) – Khi OMc < OF Mô men lật Ml = Gh.MhNh – Gc.McNc (2.37)
Với cùng giá trị OMc, OMh, thì Ml đạt giá trị lớn nhất khi OMh vuông góc với QR, khi đó:
Tổng hợp cả 2 trường hợp B/2 ≥ OI và B/2 = Gh.(B – OI) + Gcc.(B/2 –OI)
Gh