Thiết kế xe tải gắn cẩu dựa trên xe cơ sở HINO

TỔNG QUAN VỀ XE TẢI CẨU

Phân loại xe tải gắn cẩu

Dựa vào cấu tạo, mục đích sử dụng, cung đường di chuyện và điều kiện khai thác ta có thể phân loại xe tải cẩu thành 3 nhóm sau:

Xe được phân loại theo tải trọng chở, bao gồm: tải trọng nhẹ (xe 4x2) với khả năng chở từ 1 đến 5 tấn; tải trọng hạng trung (xe 4x2, 6x4) với tải trọng từ 6 đến 10 tấn; và tải trọng hạng nặng (xe 6x4, 8x4, 10x4) với khả năng chở hơn 10 tấn.

- Phân loại theo cấu tạo của cần thuỷ lực ta có: xe tải gắn cẩu thước ống lồng (như

Xe tải gắn cẩu có hai loại chính: cẩu thước ống lồng và cẩu gấp khúc robot, mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng Cẩu thước ống lồng có chi phí đầu tư thấp, tầm với lớn và khả năng nâng hạ linh hoạt trong không gian hẹp, đồng thời phân bố tải trọng đều lên hai cầu xe, cho phép tải trọng chở lớn hơn Ngược lại, cẩu gấp khúc robot có mức đầu tư cao hơn, nhưng sở hữu sức nâng và tầm với lớn hơn, không sử dụng pully, và móc cẩu được bố trí ngay đầu cần, mang lại tốc độ nâng nhanh và năng suất cao Tuy nhiên, thiết kế gấp gọn phía sau cabin của cẩu robot làm giảm tải trọng cho phép của xe do trọng lượng dồn lên cầu xe gần nhất.

Hình 1.2: Phân loại cẩu theo cần thuỷ lực

Xe cẩu tự hành chủ yếu được sử dụng để vận tải hàng hóa và thực hiện các nhiệm vụ cẩu nâng hạ, xếp dỡ Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, các tính năng và phụ kiện sẽ được điều chỉnh cho phù hợp Nếu vận tải là ưu tiên hàng đầu, xe thường có tải trọng lớn như xe 3, 4, hoặc 5 chân, với cẩu có tải trọng từ 2 đến 5 tấn Ngược lại, nếu mục đích là lắp dựng và cẩu nâng hạ được ưu tiên, xe cơ sở sẽ thường chọn loại có tải trọng nặng để đáp ứng yêu cầu công việc.

Cẩu tự hành với sức nâng lớn từ 7 đến 15 tấn, cùng với thiết kế 3, 4, 5 chân, rất phù hợp cho việc xây lắp công trình và các hoạt động phụ trợ xây dựng Ngoài chức năng chở và cẩu hàng, xe còn có thể được trang bị thêm giỏ nâng người, đầu khoan ruột gà, gầu ngoạm và càng gắp, biến nó thành một chiếc xe đa năng và chuyên dụng.

Hình 1.3: Phân loại cẩu theo công năng sử dụng

BỐ TRÍ CHUNG CỦA XE TẢI GẮN CẨU HINO

Lựa chọn phương án thiết kế

Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế xe tải cẩu là quá trình quan trọng, giúp xác định các phương án khả thi với những ưu và nhược điểm riêng Dựa trên những yếu tố này, chúng ta có thể lựa chọn phương án thiết kế phù hợp nhất Quyết định cuối cùng về phương án thiết kế sẽ phụ thuộc vào kết cấu và trang bị của xe.

Có một số phương án như sau:

Xe tải cẩu được thiết kế từ cabin sát-xi, nhập khẩu mới từ nước ngoài, đảm bảo tuân thủ quy định của Bộ Giao thông Vận tải Ưu điểm của xe bao gồm máy móc hoạt động êm ái, khả năng di chuyển nhanh và các cơ cấu bền chắc, mang lại độ an toàn cao và khả năng di chuyển trên quãng đường dài Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí cao hơn so với các phương án khác, quy trình mua bán phức tạp hơn và khả năng mất giá nhanh chóng do phải thiết kế lại.

Việc thiết kế và cải tạo thùng mui bạt để lắp đặt cẩu mang lại nhiều lợi ích, như giúp xe hoạt động ổn định và có thể di chuyển với tốc độ cao, đồng thời phát huy tối đa khả năng tải trọng Tuy nhiên, phương án này cũng gặp phải một số nhược điểm, bao gồm chi phí đầu tư cao, quy trình gia công phức tạp và yêu cầu tay nghề cao từ người thực hiện, cùng với chi phí sửa chữa và bảo dưỡng cũng không hề thấp.

Hình 2.2: Xe tải mui bạt

Thiết kế cải tạo ô tô chở hàng cũ thành xe tải cẩu là một giải pháp hiệu quả cho các công ty và cá nhân Việc mua lại xe đã qua sử dụng giúp tiết kiệm chi phí, thuế thấp và có nhiều lựa chọn ở phân khúc cao Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phương án này cũng tiềm ẩn rủi ro như mua phải xe bị tai nạn hoặc ngập nước, đồng thời chi phí sửa chữa và bảo dưỡng có thể cao.

Dựa trên phân tích ưu nhược điểm của các phương án thiết kế và điều kiện địa hình, thời tiết khắc nghiệt tại Việt Nam, phương án chuyển đổi từ xe cabin sát-xi sang xe tải cẩu được đánh giá là tối ưu Mặc dù chi phí đầu tư cao hơn, nhưng phương án này đảm bảo độ bền và an toàn trong quá trình di chuyển và làm việc Do đó, trong nghiên cứu này, tôi sẽ thực hiện thiết kế chuyển đổi từ cabin sát-xi sang xe tải cẩu.

Thiết kế thùng hàng

2.2.1 Phân tích các yêu cầu đặt ra đối với thùng hàng xe tải cẩu

Thùng xe tải cẩu cần có độ bền và độ cứng cao để đảm bảo an toàn khi vận chuyển hàng hóa cồng kềnh và khối lượng lớn Việc thiết kế thùng xe phải đáp ứng yêu cầu ngăn chặn hàng hóa rơi ra ngoài khi xe di chuyển, từ đó đảm bảo an toàn cho cả hàng hóa và người tham gia giao thông.

Thùng xe cần phải được gắn chắc chắn với khung xe để tránh tình trạng chao đảo hoặc rơi ra khi xe di chuyển với tốc độ cao hoặc trên địa hình gồ ghề Việc này rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định của xe và giảm thiểu nguy cơ tai nạn, do đó, mối liên kết giữa thùng xe và chassis phải có độ an toàn cao.

Thùng xe cần linh hoạt trong việc bốc dỡ hàng hóa, đặc biệt khi sử dụng cẩu để nâng hàng nặng Việc tháo lắp thùng xe phải đơn giản để đảm bảo quá trình vận chuyển nhanh chóng Loại xe này không chỉ chuyên chở hàng hóa nặng mà còn phải có khả năng vận chuyển hàng cồng kềnh, như ống thép dài từ 5 mét trở lên, điều mà xe tải thông thường không thể thực hiện Do đó, thiết kế thùng xe cần đủ dài để thuận tiện cho việc bố trí hàng hóa, tiết kiệm không gian và đảm bảo tính kinh tế.

Tải trọng cho phép của thùng xe không được vượt quá tải trọng định mức của xe cơ sở nhằm đảm bảo an toàn cho các hệ thống của xe.

Việc thiết kế thùng đảm bảo theo tiêu chuẩn của “Bộ giao thông vận tải về thiết kế thùng xe cho xe chuyên dùng” Trong đó:

- Chiều dài của đuôi thùng không vượt quá 60% chiều dài cơ sở xe

- Chiều rộng của thùng không lớn hơn 2.5[m]

Với các kích thước đã nêu ở trên ta dự kiến thùng hàng gồm có các chi tiết sau đây:

- Dầm dọc: Thép định hình : 2 thanh [120

Hình 2.4: Mặt cắt ngang thép dầm dọc

- Dầm ngang: Thép định hình : 14 thanh [120

Hình 2.5: Mặt cắt ngang thép dầm ngang

- Be sàn bên: Thép định hình : 2 thanh [100

Hình 2.6: Mặt cắt ngang be sàn bên

- Sàn thùng: Thép tấm dày 2 [mm]

- Thành bên và thành hậu: Khung viền ngoài thép hộ 60𝑥40𝑥1,5

Hình 2.7: Mặt cắt ngang thép bên và thành hậu

- Thành trong thép hộ 20𝑥40𝑥1,5 ; phủ tôn dày 1,2 mm

Hình 2.8: Mặt cắt ngang thành trong

- Thành bên và thành hậu liên kết với thùng bằng bản lề

Hình 2.10: Liên kết thành hậu và cột đỡ bằng khoá

- Thành trước: Khung viền ngoài thép hộ 60𝑥40𝑥1,5

- Thành trong thép hộ 20𝑥40𝑥1,5; phủ tôn dày 1,2 mm.Thành trước cố định với sàn thùng

- Cột đở thùng: thép hộ 80𝑥40𝑥2

Hình 2.11: Mặt cắt ngang thép cột đỡ thùng

- Liên kết thành bên và be sàn thùng: 10 bản lề mổi bên

- Liên kết thành hậu và be sàn thùng: 4 bản lề

- Cố định thành bên, thành hậu với cột: Khóa ở đầu cột

- Liên kết thùng với khung xe: Bu lông tại các bát liên kết, có 4 bu lông quang θ14 ở mổi bên.

2.2.2 Tính toán trọng lượng thùng hàng

Hình 2.12: Kết cấu của thùng hàng

1-Thành bên thùng hàng; 2- Khoá thành; 3- Bản lề; 4- Thành trước; 5- Dầm dọc; 6-

Khung bao là phần cấu trúc tạo dáng thể tích cho thùng chứa, có chức năng cố định hàng hóa bên trong và ngăn chặn việc rơi ra ngoài Để chế tạo khung bao này, chúng ta lựa chọn các loại thép hộp.

Kết cấu khung chịu lực chính của thùng bao gồm sàn thùng, các thanh dọc và thanh ngang, đóng vai trò quan trọng trong việc chịu lực Đây là phần có khả năng chịu tải lớn nhất do khối lượng hàng hóa tác động, đảm bảo đỡ toàn bộ kết cấu khung bao và khối lượng hàng hóa bên trong thùng.

Dầm dọc chịu trách nhiệm chính trong việc nâng đỡ toàn bộ thùng và trọng lượng hàng hóa bên trong Bên cạnh đó, dầm dọc còn tạo ra khoảng cách an toàn, giúp ngăn chặn va chạm.

Dầm dọc được lắp đặt trực tiếp lên sát-xi xe cơ sở, vì vậy khoảng cách giữa hai dầm dọc cần phải tương ứng với khoảng cách giữa hai thanh dọc của sát-xi Liên kết giữa các dầm dọc được thực hiện bằng các bu lông phân bố đều hai bên sát-xi, nhằm đảm bảo tính ổn định và tránh hư hỏng cho các thiết bị khác trên khung xe.

Dầm ngang bao gồm 14 thanh chịu lực được phân bố đều từ sàn thùng, được hàn chắc chắn với dầm dọc Chức năng chính của chúng là tăng cứng cho sàn thùng, ngăn chặn hiện tượng võng sàn Các thanh ngang này được liên kết với sàn thùng thông qua các mối hàn.

Trọng lượng của hai dầm dọc bằng chiều dài của thùng hàng là 5,2m Với chiều dài 1m của thép [120 có trọng lượng 10,4 Kg, tổng trọng lượng của hai dầm dọc sẽ được tính toán dựa trên thông số này.

Trọng lượng của 14 dầm ngang làm băng thép [120 là:

Trọng lượng của be bên sàn (Gbs):

Trọng lượng sàn thùng: Gst

Trong đó: ρt - Trọng lượng riêng của thép Theo tài liệu [4] ρt = 7800 [KG/m 3 ]

Trọng lượng khung viền ngoài: Trọng lượng 1m chiều dài của thép hộp 60𝑥40𝑥1,5 là 2,7 KG:

Trọng lượng các thanh phía trong: Trọng lượng 1m chiều dài của thép hộp 20𝑥40𝑥1,5 là 1,4 KG

Trọng lượng thép bao quanh 2 thành bên:

Do đó trọng lượng của 2 thành bên là:

Gtb = Gtb + Gtt + Gkv = 58+55+ 32 = 145 [KG]

- Trọng lượng khung viền ngoài:

- Trọng lượng các thanh phía trong:

- Trọng lượng thép bao thành trước:

Nên trọng lượng của thành thùng trước:

Gtr = Gkv + Gtt + Gtb = 15 + 8 + 27= 50 [KG]

Trọng lượng cột đỡ thành thùng: Có 6 cột đỡ thành thùng làm bằng thép hộp 80𝑥40𝑥1,5 và 40𝑥40𝑥1,5 nên trọng lượng của chúng là:

Trọng lượng của các chi tiết còn lại như bản lề, mối hàn… là

Như vậy trọng lượng của thùng hàng thiết kế:

Gt = Gd + Gdn + Gbs + Gst + Gtb + Gtr + Gts + Gcd + Gcl = 1090 [ KG]

Giới thiệu cẩu UNIC

2.3.1 Tính năng kỹ thuật của cẩu tự nâng hàng được sử dụng

Cẩu UNIC có nhiều loại như URV230, URV260, UR290, URV300, URV340, URV370, URV500, mỗi loại phù hợp với các loại xe khác nhau Đối với xe tải HINO 500FC2AJ1A, thuộc loại xe tải cỡ trung bình, cẩu URV340 là sự lựa chọn tối ưu cho loại xe này.

Cẩu URV340, được sản xuất bởi hãng UNIC Nhật Bản, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu nâng hạ hàng hóa, đặc biệt là các loại hàng hóa có khối lượng lớn Với hệ thống dẫn động thủy lực và điều khiển thông qua các tay cần trên cẩu, URV340 mang lại hiệu suất làm việc cao và tính linh hoạt trong việc nâng đỡ.

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của cẩu UNIC 340

TT Thông số kỹ thuật Kí hiệu Giá trị Đơn vị

1 Chiều dài bao Lcc 3494 Mm

2 Chiều rộng bao Bcc 2150 Mm

3 Chiều cao bao Hcc 2592 Mm

5 Chiều rộng khi thu chân chống A*c 2000 Mm

6 Chiều cao, tính từ mặt tựa bệ chân Htc 2092 Mm

Khoảng cách tâm chân chống:

8 Chiều cao chân khi thu, tính từ mặt bệ chân Hbc 497,5 Mm

9 Chiều dài tựa của bệ chân Lbc 700 Mm

11 Khả năng xoay cần 360 độ

12 Góc nâng cần cực đại 78 độ

13 Tốc độ xoay cần quanh trục đứng 2,5 v/ph

14 Tốc độ chuyển động móc kéo

Yêu cầu nguồn động lực:

- Giá trị áp suất dầu

- Lưu lượng dầu cung cấp

Trích lực, trích công suất

Tải trọng mà cẩu UNIC 340 có khả năng kéo phụ thuộc vào khẩu độ quay và số tầng hoạt động của cẩu, được thể hiện rõ trong Bảng 2.2.

Bảng 2.2: Thông số vận hành của cẩu URV340 khi hoạt động ở tầng 1 và 1+2

Bảng 2.3: Thông số vận hành của cẩu URV340 khi hoạt động ở tầng 1+2+3

Hình 2.13: Biểu đồ tải trọng và khẩu độ cẩu UNIC 340

2.3.2 Sơ đồ lắp đặt hệ thống thuỷ lực cẩu

Sơ đồ hệ thống dẫn động của cẩu như sau:

Hình 2.14: Sơ đồ dẫn động cẩu

1-Bánh răng truyền động với hộp số; 2- Bơm thủy lực; 3- Đường ống cao áp; 4- Cụm van phân phối của cẩu; 5- Van an toàn; 6- Đường dầu hồi; 7- Thùng chứa dầu; 8-

Bộ trích công suất; 9- Các đường dầu cao áp đến bộ phận công tác (chân chống,xoay cần, cáp, nâng cần, thu duỗi cần)

Và sơ đồ hệ thống thuỷ lực của cẩu:

Hình 2.15: Sơ đồ hệ thống thuỷ lực của cẩu

Hệ thống nâng hạ của cần cẩu bao gồm nhiều thành phần quan trọng như xylanh nâng chân chống bên trái và bên phải, bình chứa dầu, bầu lọc, bơm dầu, và van an toàn Để điều khiển hoạt động, cần có môtơ thuỷ lực điều khiển quấn dây cáp, xylanh co duỗi tay cần, và van cân bằng Ngoài ra, môtơ thuỷ lực còn điều khiển cần cẩu quay quanh bệ cẩu, cùng với cụm van hai thân và van cân bằng, giúp đảm bảo sự ổn định trong quá trình nâng hạ Cuối cùng, xylanh thay đổi góc nâng cần cũng là một phần không thể thiếu trong cấu trúc này.

14- bể lọc; 15- cụm van điều khiển

Hệ thống dẫn động cẩu bao gồm hai phần chính: phần đầu tiên là hệ thống điện và khí nén, chịu trách nhiệm điều khiển bộ trích công suất gắn trên hộp số; phần thứ hai là hệ thống thủy lực, bao gồm bơm, bình chứa dầu, van phân phối, lọc dầu, động cơ thủy lực và các đường dầu, giúp điều khiển hoạt động của các bộ phận trên cần cẩu Trục bánh bơm được kết nối với trục ra của bộ trích công suất thông qua trục các đăng.

Nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động cẩu:

- Lúc đầu công tắc ở vị trí tắt thì bộ trích công suất cũng chưa hoạt động

Để kích hoạt bộ trích công suất, trước tiên cần ngắt ly hợp hoàn toàn và bật bộ trích công suất, khiến đèn tín hiệu sáng lên Dòng điện qua cầu chì vào cuộn dây rơle sẽ mở van khí nén, cho phép khí nén từ bình chứa và buồng chứa khí nén đẩy màng, từ đó kích hoạt trục gài khớp với bánh răng trên trục trung gian của hộp số Quá trình này làm cho bơm hoạt động, hút dầu từ thùng chứa và cung cấp cho tổng van phân phối, từ đó dẫn dầu đến các động cơ thủy lực để thực hiện công việc cẩu hàng hóa.

Các động cơ thuỷ lực trên cẩu gồm các động cơ thuỷ lực roto và các động cơ thuỷ lực pittông Cụ thể trên cẩu có:

- 1 động cơ thuỷ lực roto được nối với hộp giảm tốc để dẫn động xoay cần cẩu

- 1 động cơ thuỷ lực roto nối với hộp giảm tốc để dẫn động tời quấn dây cáp để nâng hạ cần móc cẩu

- 1 động cơ pittông thuỷ lực để thực hiện việc nâng hạ chân chống phía bên phải

- 1 động cơ pittông thuỷ lực để thực hiện việc nâng hạ cần cẩu

- 1 động cơ pittông thuỷ lực để thực hiện công việc vươn ra hay thu vào cần cẩu để tăng hay giảm bán kính nâng khi cẩu hàng

Các động cơ thủy lực trên cẩu nhận dầu từ tổng van phân phối, nơi có đường dầu hồi về thùng chứa Tổng van phân phối bao gồm các van điều chỉnh hai chiều, cho phép đóng/mở dòng chất lỏng công tác Khi van ở vị trí trung gian, động cơ thủy lực không hoạt động và giữ nguyên vị trí Khi kéo van về một phía, chất lỏng công tác sẽ đi vào động cơ, khiến nó hoạt động và điều khiển các bộ phận của cẩu Kéo van về phía còn lại sẽ làm cho động cơ hoạt động ngược lại Sơ đồ thủy lực của cẩu còn tích hợp các van an toàn, van cân bằng và van điều khiển.

Hình 2.16: Tổng thể cẩu UNIC URV340

Lựa chọn xe cơ sở

Hiện nay, thị trường Việt Nam có nhiều loại xe tải cẩu nhập khẩu chất lượng cao nhưng giá thành khá cao Để giảm chi phí, nhiều doanh nghiệp đã chuyển sang sản xuất lắp ráp xe tải cẩu từ xe sát xi nhập khẩu và thiết bị chuyên dụng Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn tận dụng nguyên vật liệu và nhân công trong nước, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng tương đương xe nhập khẩu Các loại xe sát-xi như Huyndai, Dongfeng, Hino có thể đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để thiết kế xe tải cẩu Trong thiết kế này, xe cơ sở được chọn là sát-xi HINO 500FC2AJ1A do Nhật Bản sản xuất, nổi bật với tính năng mạnh mẽ, bền bỉ, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải thấp, đáp ứng tốt nhu cầu vận chuyển hàng hóa.

Hình 2.17: Sát-xi xe HINO 500FC2AJ1A

Bảng 2.2: Các đặc tính kỹ thuật của sát-xi HINO 500FC2AJ1A

1.1 Loại phương tiện Ô tô sát-xi Ô tô tải (có cần cẩu) 1.2 Nhãn hiệu, số loại của phương tiện Hino FC2AJ1A HINO FC2AJ1A

2 Thông số về kích thước

2.1 Kích thước bao : DxRxC (mm) 7445x2190x2445 7793x2204x3120

2.2 Chiều dài cơ sở (mm) 4350 4350

2.3 Vết bánh xe trước/sau (mm) 1780/1660 1780/1660

2.4 Chiều dài đầu xe/đuôi xe (mm) 1145/1950 1145/2260

2.5 Khoảng sáng gầm xe (mm) 190 190

2.6 Góc thoát trước/ sau (độ) 22/26 22/26

3 Thông sô về khối lượng

3.1 Khối lượng bản thân (kg) 3390 5975

+ Phân bố lên trục trước (kg) 2330 3291

+ Phân bố lên trục sau (kg) 1060 2436

3.2 Khối lượng hàng chuyên chở cho phép tham gia giao thông không phải xin phép

3.3 Khối lượng hàng chuyên chở theo thiết kế - 4860

3.4 Số người cho phép chở (người) 03 03 (195 kg)

Khối lượng toàn bộ cho phép tham gia giao thông không phải xin phép

+ Phân bố lên trục trước (kg) - 3808

+ Phân bố lên trục sau (kg) - 7192

3.6 Khối lượng toàn bộ theo thiết kế 11000 11000

+ Khả năng chịu tải lớn nhất trên trục trước của xe cơ sở 4100

+ Khả năng chịu tải lớn nhất trên cụm trục sau của xe cơ sở 7600

4 Thông số về tính năng chuyển động

4.1 Tốc độ cực đại của xe (km/h) -

4.2 Độ dốc lớn nhất xe vượt được (%) -

4.3 Góc ổn định tĩnh ngang của xe khi không tải -

4.4 Thời gian tăng tốc đi hết quãng đường 200mm (s) -

4.5 Bán kính quay vòng theo vết bánh xe trước phía ngoài (m)

5.1 Tên nhà sản xuất và kiểu loại Hino A05C-TE

5.2 Loại nhiên liệu, số kỳ, số xi lanh, cách bố trí xi lanh, phương thức làm mát

Diesel, 4 kỳ, tăng áp, 4 xi lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước

5.3 Dung tích xi lanh (cm 3 ) 5123

5.5 Đường kính xylanh x Hành trình piston

5.6 Công suất cực đại (kw/v/ph) 177/2300

5.7 Mô men xoắn cực đại (Nm/v/ph) 794/1400

5.8 Vị trí bố trí động cơ trên khung xe Phía trước xe

6.1 Li hợp 01 đĩa ma sát khô, lò xo giảm chấn

6.2 Hợp số chính Cơ khí, 6 số tiến, 1 số lùi

6.2.1 Tỉ số truyền hộp số (ihi) i1 = 3,512; i2 = 1,896; i3 = 1,439; i4 = 1,000; i5

= 0,737; i6 = 0,643; irl = 5,086 6.3 Trục các đăng (trục truyền động) Loại hai trục, có ổ đỡ trung gian

6.4 Cầu xe Cầu sau chủ động: i0=4,333

6.5 Vành bánh xe và lốp trên từng trục Trục 1

7.1 Treo trước Phụ thuộc, nhíp lá nửa e líp

Giảm chấn: ống thuỷ lực tác động hai chiều

7.2 Treo sau Phụ thuộc, nhíp lá nửa e líp

8.1 Phanh chính Tang trống/ Tang trống

Dẫn động thuỷ lực, điều khiển khí nén

8.2 Phanh dừng Tang trống, tác động lên trục thứ cấp; dẫn động cơ khí

9.4 Hệ thống chiếu sáng, tín hiệu

9.4.1 Cụm đèn trước Được giữu nguyên xe cơ sở

9.4.2 Cụm đèn sau Gồm: 02 đèn báo rẽ, 02 đèn phanh + đèn kích thước, 01 đèn lùi, 01 đèn soi biển số

10.1 Kiểu loại Trục vít – ê cu bi

10.2 Dẫn động cơ cấu lái Cơ khí, có trợ lực thuỷ lực

11 Cabin: kết cấu thép hoàn toàn có thể lật về phía trước

12.2 Kích thước lòng thùng hàng (mm) - 5000x2090x500

13.2 Sức nâng lớn nhất (Kg) 3030

13.3 Chiều cao làm việc lớn nhất (m) 9,2

13.4 Bán kính làm việc lớn nhất (m) 7,51

13.5 Tốc độ chuyển động móc kéo (m/ph)

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ CỦA XE TẢI CẨU HINO

Tính toán trọng lượng và phân bố trọng lượng của xe

Sat xi HINO 500FC2AJ1A có tổng trọng lượng khi đầy tải là 11000 (kG), trọng lượng bản thân của xe là 5945 (kG)

Hình 3.1: Xe tải gắn cẩu sau khi thiết kế

Khối lượng bản thân ô tô cơ sở: GCS390 Kg

Khối lượng thùng hàng: Gth90 Kg

Khối lượng khung phụ Gp40 Kg

Khối lượng rào chắn bảo hiểm: Gbh Kg

Khối lượng cần cẩu: Gcc45 Kg

Khối lượng bản thân ô tô: G0= Gsx + Gth + Gbh + Gp + Gcc = 5945 Kg

Khối lượng kíp lái ( 03 người ): Gkl5 Kg

Khối lượng hàng chuyên chở:GhhH60 Kg

Khối lượng toàn bộ của ô tô: G= 11000 Kg

3.1.2 Xác định khối lượng phân bố lên các trục của ô tô:

Sơ đồ phân bố trọng lượng của cụm thùng hàng, kíp lái, bảo hiểm, chắn bùn, cẩn cẩu như bên dưới:

Hình 3.2: Sơ đồ phân bố khối lượng lên các trục của ô tô

Trọng lượng phân bố lên cầu trước của ô tô thiết kế:

- Trọng lượng bản thân ôtô sát xi phân bố lên cầu trước: Gsx1 = 2330 ( kg )

- Trọng lượng thùng hàng phân bố lên cầu trước: Gth1 = Gth.288

- Trọng lượng khung phụ phân bố lên cầu trước: Gp1 = Gp.732

- Trọng lượng bảo hiểm phân bố lên cầu trước: Gbh1 = Gbh.1849

- Trọng lượng cụm cần cẩu phân bố lên cầu trước: Gnh1 = Gcc.3322

- Trọng lượng bản thân ôtô thiết kế phân bố lên cầu trước:

Z01 = Gsx1+ Gth1 + Gp1 + Gbh1 + Gnh1 = 3291 ( kg )

- Trọng lượng hàng hóa phân bố lên cầu trước: Ghh1 = Ghh.288

- Trọng lượng kíp lái phân bố lên cầu trước: Gkl1 = 195 ( kg )

- Trọng lượng toàn bộ ôtô thiết kế phân bố lên cầu trước:

Z1 = Ghh1 + Gkl + Z01 = 3808 ( kg ) Trọng lượng phân bố lên cầu sau của ô tô thiết kế:

- Trọng lượng bản thân ôtô sát xi phân bố lên cầu trước:

- Trọng lượng thùng hàng phân bố lên cầu trước: Gth2 = Gth – 72 = 1018 ( kg )

- Trọng lượng khung phụ phân bố lên cầu trước: Gp2 = Gp – 57 = 283 ( kg )

- Trọng lượng bảo hiểm phân bố lên cầu trước: Gbh2 = Gbh – 34 = 46 ( kg )

- Trọng lượng cụm cần cẩu phân bố lên cầu trước: Gnh2 = Gcc -798 = 247 ( kg )

- Trọng lượng bản thân ôtô thiết kế phân bố lên cầu trước:

Z02 = Gsx2+ Gth2 + Gp2 + Gbh2 + Gnh2 = 2654 ( kg )

- Trọng lượng hàng hóa phân bố lên cầu trước: Ghh2 = Ghh - 322 = 4538 ( kg )

- Trọng lượng kíp lái phân bố lên cầu trước: Gkl2 = 0 ( kg )

- Trọng lượng toàn bộ ôtô thiết kế phân bố lên cầu trước:

Bảng 3.1: Phân bố trọng lượng ô tô thiết kế

TT Các thành phần trọng lượng Trị số

1 Khối lượng bản thân ô tô cơ sở 3390 2330 1060

2 Khối lượng cụm thùng hàng 1090 72 1018

3 Khối lượng cụm cần cẩu 1045 798 247

4 Khối lượng chắn bùn, bảo hiểm 80 34 46

6 Khối lượng bản thân ô tô 5945 3291 2654

6 Khối lượng hàng chuyên chở cho phép tham gia giao thông không phải xin phép 4860 322 4538

8 Khối lượng toàn bộ cho phép tham gia giao thông không phải xin phép 11000 3808 7192

9 Khả năng chịu tải lớn nhất trên từng trục của xe cơ sở - 4100 7600

Tính toạ độ trọng tâm

Bảng 3.2: Thông số tính toán ổn định

TT Thông số Ký hiệu Số liệu tính toán Trường hợp không tải

Khối lượng bản thân (Kg)

- Phân bố lên cầu trước (Kg)

- Phân bố lên cầu sau (Kg)

Trọng lượng toàn bộ (Kg)

- Phân bố lên cầu trước (Kg)

- Phân bố lên cầu sau (Kg)

3 Chiều dài cơ sở (mm) L 4350

Bảng 3.3: Thông số tính toán chiều cao trọng tâm

BẢNG THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CHIỀU CAO TRỌNG TÂM

TT Thành phần trọng lượng Kí hiệu Giá trị (kg) hgi (mm)

1 Khối lượng bản thân ô tô cơ sở Gcs 3390 750

2 Khối lượng thùng xe Gth 1090 1125

3 Khối lượng khung phụ Gkp 340 825

4 Khối lượng rào chắn bảo hiểm Gbh 80 450

5 Khối lượng cụm cần cẩu Gcc 1045 1710

6 Khối lượng hàng chuyên chở Ghh 4860 1405

7 Khối lượng kíp lái Gkl 195 1350

Vị trí trọng tâm của ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính ổn định của xe Nó được xác định bởi ba thông số chính: khoảng cách từ trọng tâm đến trục trước theo phương nằm ngang, khoảng cách từ trọng tâm đến trục sau theo phương nằm ngang, và chiều cao trọng tâm, tức là khoảng cách từ trọng tâm đến mặt đường.

Để xác định tọa độ trọng tâm của ô tô theo ba chiều (dọc, ngang, cao) trong cả tình trạng không tải và đầy tải, cần phải biết tọa độ trọng tâm của các cụm chi tiết cũng như tải trọng của người, thùng hàng và hàng hóa.

Hình 3.3: Chiều cao trọng tâm của ô tô thiết kế

3.2.1 Xác định toạ độ trọng tâm khi không tải

3.2.1.1 Toạ độ trọng tâm ô tô theo chiều dọc

Khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm cầu trước: a = (Z2 L) / G= ( 2654 4350 ) / 5945 = 1942 (mm)

Khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm cầu sau: b = L – a = 4350 – 1774 = 2408 (mm)

3.2.1.2 Toạ độ trọng tâm ô tô theo chiều cao

Dựa vào giá trị các thành phần khối lượng và tọa độ trọng tâm, chiều cao trọng tâm của ô tô được xác định bằng công thức: hg = (∑ Gi hgi) / G.

Trong đó: hg, G - Chiều cao trọng tâm và khối lượng của ô tô

Từ phương trình trên ta suy ra : h g = G sx h sx +G th h th +G bh h bh +G p h p +Gcc.hcc+G kl h kl

Chiều cao trọng tâm của xe sat xi được xác định là hsx = 750 mm, trong khi chiều cao trọng tâm thùng hàng là hth = 1125 mm Đối với khung phụ, chiều cao trọng tâm là hp = 825 mm Chiều cao trọng tâm của bảo hiểm cạnh được ghi nhận là hbh = 450 mm, và chiều cao trọng tâm của cụm cần cẩu là hcc = 1710 mm.

G – Khối lượng ô tô không tải : G = 5975 (kg)

Gsx - Khối lượng bản thân của ô tô sất xi: Gsx = 3390 kg

Gth - Khối lượng thùng chở hàng: Gth = 1090 kg

Gp - Khối lượng khung phụ Gp 40 kg

Gbh - Khối lượng rào chắn bảo hiểm: Gbh = 80 kg

Gnh - Khối lượng cụm cần cẩu : Gnh = 1045 kg

Gkl - Khối lượng kíp lái(03 người): Gkl = 195 kg

Ghh - Khối lượng hàng chuyên chở: Ghh = 4860 kg

3.2.2 Xác định toạ độ trọng tâm khi đầy tải

3.2.2.1 Toạ độ trọng tâm ô tô theo chiều dọc

Khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm cầu trước: a = (Z2 L) / G= ( 7192 4350 ) / 11000 = 2844 (m)

Khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm cầu sau: b = L – a = 4350 – 2844 = 1506 (m)

3.2.2.2 Toạ độ trọng tâm ô tô theo chiều cao

Dựa vào giá trị các thành phần khối lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, chiều cao trọng tâm của ô tô được xác định bằng công thức: hg = (Σ Gi hgi) / G.

Trong đó: hg, G - Chiều cao trọng tâm và khối lượng của ô tô

Từ phương trình trên ta suy ra : h g0 = G.h g +G hh h hh +G kl h kl

Chiều cao tổng thể của xe không tải là G0 = 1,24 m Trong đó, chiều cao trọng tâm của xe không tải (hg) được xác định là 1096 mm, chiều cao trọng tâm hàng hóa (hhh) là 1405 mm, và chiều cao trọng tâm kíp lái (hkl) là 1350 mm.

Gkl - Khối lượng kíp lái(03 người): Gkl = 195 kg

Ghh - Khối lượng hàng chuyên chở: Ghh = 4860 kg

G – Khối lượng ô tô không tải : G = 5975 (kg)

G0 – Khối lượng ô tô đầy tải : G0 = 11000 (kg)

Bảng 3.4: Kết quả tính toán tạo độ trọng tâm ô tô thiết kế

3.2.3 Tính toán động học quay vòng

Hình 3.4: Sơ đồ tính toán bán kính quay vòng của xe

M - Tâm trục quay đứng của bánh xe dẫn hướng phía ngoài

N - Tâm trục quay đứng của bánh xe dẫn hướng phía trong

M’, N’ - Tấm vết bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong

A - Điểm biên ngoài đầu ô tô

B - Điểm biên trong tại tâm của cụm trục sau

C - Điểm biên ngoài tại tâm cảu cụm trục sau

Rmin = PM’ - Bán kính quay còng tính theo tâm bánh xe dẫn hướng ngoài

Hq = RA - RB - Hành lang quay vòng của ô tô Đo thực tế trên xe HINO 500FC2AJ1A , ta có các kết quả sau:

- Khoảng cách tâm 2 trụ quay đứng: MN = 1540 [mm] o B

- Chiều rộng cơ sở: M’N’ = 1780 [mm]

- Khoảng cách từ hình chiếu thẳng đứng của tâm trụ quay đứng đến tâm vết bánh xe:

- Góc quay lớn nhất của bánh xe dẩn hướng ngoài: αn = arcsin

- Bán kính quay vòng nhỏ nhất của ô tô sau cải tạo, tính theo bánh trước phía ngoài:

Kí hiệu: MH - Hình chiếu của M trên đường tâm trục sau

- Bán kính quay vòng tính theo điểm B:

- Bán kính quay vòng tính theo điểm C:

- Bán kính quay vòng tính theo điểm A:

- Hành lang quay vòng của ô tô sau cải tạo :

Ô tô có bán kính quay vòng nhỏ nhất là Rmin = 7,069 m và hành lang quay vòng Hq = 4,395 m, cho phép xe có thể di chuyển linh hoạt trên các tuyến đường công cộng hiện nay tại Việt Nam.

Tính toán ổn định của xe ô tô

3.3.1 Tính ổn định của ô tô khi không tải

Hình 3.5: Sơ đồ tính toán ổn định dọc khi xe lên dốc

Trường hợp khi xe lên dốc với tốc độ nhỏ và chuyển động ổn định thì ta xem như

Pj =0, Pm =0, Pω =0, Pf =0, và lực cản lăn nhỏ có thể bỏ qua

Theo tài liệu [1] ta xác định được góc dốc giới hạn khi xe lên dốc bị lật đổ là: tgα h g b => α = arctg h g b = 65 0 31’

Trong đó : α - góc dốc giới hạn b - khoảng cách từ trọng tâm xe tới bánh sau của xe b = 2408 [mm] hg - Chiều cao trọng tâm của xe hg 96 [mm]

Hình 3.6: Sơ đồ tính toán ổn định dọc khi xe xuống dốc

Trường hợp khi xe chuyển động xuống dốc với tốc độ nhỏ và chuyển động ổn định ta củng xác định được góc dốc giới hạn là: α ’ = arctg(a/hg)= 60 0 33’

Hình 3.7: Sơ đồ tính toán ổn định ngang của ô tô

Theo điều kiện ổn định về lật đỗ ngang thì ta xác định góc dốc giới hạn của mặt đường được xác định theo công thức:

Trong đó: β- Góc dốc giới hạn của ô tô và mặt đường

B - Khoảng cách giữa 2 bánh sau h- Chiều cao trọng tâm của xe

3.3.1.3 Vận tốc chuyển động giới hạn của ô tô

Hình 3.8: Sơ đồ tính toán ổn định ô tô quay vòng trên đường bằng

Khi đó vận tốc chuyển động giới hạn của ô tô khi quay vòng với bán kính RGmin là :

WT – Bề rộng tâm hai bánh xe của xe thiết kế, WT = 1,78 (m) hg – Chiều cao trọng tâm xe thiết kế

RGmin – Bán kính quay vòng nhỏ nhất của ô tô, RGmin = 7,069 (m) g – Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 )

3.3.2 Tính ổn định của ô tô khi đầy tải

Khảo sát tương tự ta có:

Khi xuống dốc: α ’ = arctg(a/hg)= 66 0 26’

3.3.2.2 Tính ổn định ngang β = arctg h

3.3.2.3 Vận tốc chuyển động giới hạn của ô tô

Bảng 3.5: Kết quả tính toán ổn định

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH a (m) b (m) hg (m) B(m) L (độ) X(độ)  (độ) Vgh (km/h) Vgh (m/s)

Các giá trị tải trọng 2.844, 1.506, 1.240, 1.660, 50.5, 66.4, 33.8, 24.53, và 6.81 cho thấy rằng giới hạn ổn định của ô tô thiết kế ở chế độ đầy tải đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành Điều này đảm bảo rằng ô tô có khả năng di chuyển ổn định trên các loại đường giao thông công cộng.

3.3.3 Tính ổn định của ô tô khi cẩu hàng

Hình 3.9: Tính ổn định ô tô khi cẩu hàng

35 Để ô tô không lật ngang khi cẩu hàng thì tổng mômen tại điểm K phải lớn hơn không (Quy ước chiều dương là chiều ngược chiều kim đồng hồ)

MK = G0.L0 - Gh.Lh >0 Trong đó:

G0= 5975 Kg – Tự trọng của ô tô

L0= 1,75 m – Khoảng cách từ tâm đối xứng ngang ô tô đến chân cần cẩu

Gh (Kg) – Trọng lượng hàng hoá

Lh (m) – Khoảng cách từ chân cẩu đến trọng tâm hàng

Theo bảng thông số kỹ thuật của cần cẩu và tính toán ta lập được bảng sau:

Bảng 3.6: Tính toán mômen lật của cẩu khi hoạt động ở tầng 1 và 1+2

Bảng 3.7: Tính toán mômen lật của cẩu khi hoạt động ở tầng 1+2+3

Mk luôn lớn hơn không, điều này đảm bảo rằng ô tô hoạt động ổn định trên đường nằm ngang khi trọng lượng hàng được cẩu không vượt quá giới hạn cho phép.

Để đảm bảo an toàn tối đa, ô tô cần cẩu nâng hàng chỉ nên hoạt động trên bề mặt phẳng và cần được kê đệm chân cẩu chắc chắn tại những khu vực có nền đất yếu.

Vì vậy không cần phải tính toán ổn định cẩu khi đang làm việc trên mặt đường nghiêng

Khi tăng góc nâng của cần cẩu, thành phần mômen gây lật Gh.Lh giảm, dẫn đến sự gia tăng tính ổn định của ô tô cần cẩu Do đó, không cần thiết phải tính toán ổn định của ô tô trong các trường hợp tăng góc nâng của cần.

Tính toán động lực học kéo

Sau khi thiết kế xe ben, cần tính toán lại sức kéo của xe thông qua việc xây dựng các đồ thị như đồ thị cân bằng công suất động cơ N = f(v), đồ thị cân bằng lực kéo P = f(v), đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) và đồ thị gia tốc j = f(v) Những đồ thị này giúp đánh giá và so sánh khả năng động lực của ô tô, từ đó xác định vận tốc tối đa trên từng đoạn đường, tỉ số truyền hợp lý cho từng loại địa hình, khả năng tăng tốc, khả năng leo dốc, cũng như sức cản mà xe có thể vượt qua với mức tải trọng cụ thể.

Bảng 3.8: Các thông số để tính toán sức kéo của ô tô

TT Thông số Ký hiệu Đơn vị

1 Trọng lượng toàn bộ G0 Kg 11000

2 Phân bố lên cầu chủ động G0Z2 Kg 7192

3 Bán kính bánh xe rbx m 0,434

4 Hệ số biến dạng lốp 0,94

Hệ số cản không khí K 0,06

Hiệu suất truyền lực tl 0,85

7 Công suất lớn nhất N ml 240

Tốc độ quay cực đại nv v/ph 2300

Mômen xoắn cực đại Me kG.m 81

Tốc độ quay nv v/ph 1400

9 Tỷ số truyền hộp số i0 4,333

11 Tỷ số truyền cầu chủ động ic 4,333

12 Thời gian trễ khi chuyển số i 1,58

3.4.1 Đặc tính ngoài động cơ

Công thức Lâydecman đối với động cơ Diesel để xác định đặc tính ngoài

3 2 max nN ne c nN ne b nN ne a N

Ne - Công suất động cơ ở tốc độ quay ne

Nmax là công suất lớn nhất của động cơ, trong khi tốc độ quay động cơ ở công suất Nmax được xác định bởi các yếu tố a, b, c Hệ số thực nghiệm cũng được tính đến để phản ánh ảnh hưởng của buồng cháy và loại động cơ.

Mô men xuắn Me được xác định : Me = Ne.K ne (kG.m ) Với K q6,2

Ta lập được bảng đặc tính ngoài của động cơ:

Bảng 3.9: Giá trị đường đặc tính ngoài của động cơ ĐẶC TÍNH NGOÀI ĐỘNG CƠ n (v/ph) 1000 1155 1310 1465 1620 1775 1930 2085 2240 2395 2550

Từ các số liệu trên, ta vẽ được thường đặc tính ngoài của động cơ:

Hình 3.10: Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ

3.4.2 Tính toán nhân tố động lực học

Nhân tố động lực học của ôtô được xác định theo công thức: Di = (PKi - PWi)/ Gtb

PKi lực kéo ở tay số thứ i của ôtô:PKi = (Me ihi io )/ Rbx (kG) ihi - Tỷ số truyền tay số thứ i trong hộp số

Me - Mô men xoắn của động cơ : lấy theo đường đặc tính tốc độ ngoài

Lực cản không khí ở tay số thứ i: PWi = ( K F Vi 2)/ 13 (kG)

Diện tích cản chính diện của ôtô F = 0,8.H Bt (m 2 )

Tốc độ tay số thứ i của ôtô: Vi = 0,377 (Rbx ne)/ (ihi ip io) (km/h)

Từ công thức trên ta có giá trị tính toán của vận tốc, nhân tố động lực học và đồ thị bên dưới:

Trong đó : Rbx = 0,434 (m) – Bán kính bánh xe k = 0,06 (kgs 2 /m 4 ) – Hệ số cản không khí f = 0,02 – Hệ số cản lăn

B = 2,2 (m) – Chiều rộng xe io = 4,333 – Tỉ số truyền lực chính

Bảng 3.10: Giá trị vận tốc ở các tay số và nhân tố động lực học

Km/h Bảng giá trị vận tốc ở các tay số

V5 51.24 59.18 67.12 75.06 83.01 90.95 98.89 106.83 114.77 122.72 130.66 V6 58.73 67.83 76.93 86.04 95.14 104.24 113.35 122.45 131.55 140.66 149.76 landa = 0.9493 giá trị nhân tố động lực học

Hình 3.11: Đồ thị nhân tố động lực học

Ô tô trang bị động cơ Hino A05C-TE có khả năng vận hành trên đường bằng phẳng với hệ số cản lăn f = 0,02, đạt vận tốc tối đa 149,76 Km/h Độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua được tính toán theo công thức: imax = Dmax - f = 0,209.

Vậy độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục được là 20,9%

Kiểm tra khả năng vượt dốc theo điều kiện bám

Theo điều kiện bám khi ô tô lên dốc có phương trình cân bằng lực như sau : mφ.Zφ.φ  Pkmax  G0 Ψ

Trong đó: mφ – Hệ số sử dụng trọng lượng bám, mφ = 1,2

Zφ = Z2 – Trọng lượng toàn bộ phân bố lên cầu sau, Z2 = 7192 kG φ – Hệ số bám, φ = 0,75

Pkmax – Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động

G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô thiết kế, G = 11000 kG Ψ – Hệ số cản tổng cộng của đường, Ψ = f +i

Từ phương trình trên ta suy ra được : i max ≤ mφ Zφ φ G - f = 1,2.7192.0,75

11000 - 0,02 = 0,588 Vậy khả năng vượt dốc lớn nhất theo điều kiện bám mà ô tô có thể đạt được là 58,8%

3.4.3 Đánh giá khả năng tăng tốc khi ô tô đầy tải

Bảng 3.11: Giá trị vận tốc khi ô tô đầy tải

Hình 3.12: Đồ thị vận tốc của ô tô

Thời gian tăng tốc của ô tô khi đầy tải từ 0 đến 200m được tính là 19 giây, theo quy định QCVN09:2011/BGTVT, với công thức t < 20 + 0,4.G + 0,4.11 Do đó, thời gian tăng tốc của xe đáp ứng yêu cầu.

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Thông số Đơn vị Giá trị Quy định

Nhân tố động lực học lớn nhất Dmax 0,229

Nhân tố động lực học nhỏ nhất Dmin - 0.003

Vận tốc Vmax tính toán km/h 149,76

 60 Vận tốc Vmax thực tế theo hệ số cản mặt đường km/h 124,125

Khả năng vượt dốc lớn nhất imax (đầy tải)

Khả năng vượt dốc theo điều kiện bám 58,8

Thời gian tăng tốc khi ô tô đầy tải từ 0 đến 200m s 19 24,4

TÍNH BỀN CÁC CHI TIẾT LẮP GHÉP VÀ TỔNG THÀNH CỦA XE TẢI CẨU HINO BẰNG PHẦN MỀM

Giới thiệu về Solidworks Simulation

SolidWorks là phần mềm thiết kế 3D tham số được phát triển bởi Dassault Systèmes từ năm 1995, chạy trên hệ điều hành Windows Mặc dù có nhiều phần mềm thiết kế 3D khác như CATIA, SIEMENS NX, INVENTOR và AUTOCAD, SolidWorks vẫn nổi bật nhờ tính trực quan và phương pháp xây dựng mô hình 3D nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi cho người sử dụng.

SolidWorks Simulation is a comprehensive design analysis system integrated within SolidWorks It offers an all-in-one solution for various analysis types, including stress, frequency, buckling, thermal, and design optimization.

Chỉ cần một chiếc máy tính cá nhân, SolidWorks Simulation giúp bạn nhanh chóng giải quyết các vấn đề phức tạp thông qua các phép tính mạnh mẽ và linh hoạt Phần mềm này được chia thành nhiều gói sản phẩm khác nhau, đáp ứng nhu cầu phân tích thiết kế đa dạng của người dùng.

Quy trình tính toán bền thùng hàng bằng phần mềm Solidworks Simulation

Sau khi đã vẽ mô hình cơ cấu trên phần mềm SolidWorks ta mở chức năng Simulation trong phần mềm SolidWorks để thực hiện tính bền

Hình 4.1 : Chức năng Simulation trong giao diện SolidWorks

Chọn New Study để tạo công việc mới

Hình 4.2 : Mục New Study trên thanh công cụ

Nhấp chọn Apply Material trên thanh công cụ để chọn loại vật liệu cho mô hình cần tính bền

Hình 4.3 : Mục Apply Material trên thanh công cụ Ở đây ta chọn thép C45 có giới hạn chảy là [] = 5,8.10 8 (N/m 2 )

4.2.1 Tính toán kiểm tra bền thùng hàng ở tải trọng tĩnh

Giả thiết xe đang đứng yên :

Dầm ngang thùng hàng chịu tác dụng của trọng lượng hàng hoá và khối lượng bản thân của thùng hàng

Khối lượng hàng hoá và phần sàn thùng hàng được phân bố đồng đều trên mặt sàn, đảm bảo sự phân bố đồng đều trên các dầm ngang và suốt chiều dài của dầm Đồng thời, khối lượng thành thùng hàng tác động lên dầm ngang tại điểm đầu mút của mỗi dầm.

TT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

1 Khối lượng hàng hóa Ghh kG 4680

2 Khối lượng sàn thùng Gst kG 208

3 Khối lượng thành thùng Gt kG 145

4 Chiều dài dầm ngang ldn mm 2190

5 Khoảng cách 2 dầm dọc thùng ldd mm 770

7 Giới hạn chảy vật liệu làm dầm ngang ch N/m 2 5,8.10 8

Kết cấu của sàn thùng trên bản vẽ 2D (Hình 4.5):

Hình 4.5: Kết cẩu của sàn thùng

1- Dầm dọc; 2- Dầm ngang; 3- Bao sàn dọc

Vẽ 3D khung sàn thùng tự đổ trên phần mềm SOLIDWORKS

Hình 4.6: Tổng thể khung sàn tự đổ 3D

After launching the Simulation feature and assigning the material type to the structure, navigate to the Fixtures section, select Fixed Geometry, and choose the fixed supports for the self-dumping frame floor.

Hình 4.7: Gán gối cố định cho khung sàn

Sau đó ta vào mục External Loads => Chọn Force , ta chọn các mặt của khung sàn thùng chịu tải trọng phân bố của mặt sàn và hàng hóa :

Ghh + Gs = 4680 + 208 = 4888 ( kg ) => Nhập lực F1 = 48880 ( N )

Hình 4.8: Đặt lực F 1 lên khung sàn

Tiếp tục chọn mục External Loads => Force ta đặt thêm một tải trọng tập trung của thành thùng hàng trên mỗi đầu dầm ngang sàn thùng hàng: Gt = 145 ( kg ) => F2 = 1450 ( N )

Hình 4.9: Đặt lực F 2 lên khung sàn

Sau khi nhập đầy đủ dữ liệu và thông số tính toán, bạn hãy chọn "Run This Study" trên thanh công cụ để phần mềm tiến hành tính toán độ bền cho khung sàn tự đổ.

Hình 4.10: Khởi chạy mục Run This Study

Sau khi hoàn tất quá trình chạy dữ liệu ta có được biểu đồ ứng suất chảy của khung sàn thùng tự đổ như hình

Hình 4.11: Biểu đồ ứng suất của khung sàn thùng hàng

Từ biểu đồ trên ta có được giới hạn chảy lớn nhất của dầm :  = 5,028.10 8 (N/m 2 )

Và giới hạn chảy nhỏ nhất của dầm :  = 4,357.10 5 (N/m 2 )

Kết luận : Từ các kết quả tính toán cho thấy khung sàn của thùng bảo đảm điều kiện bền khi làm việc

4.2.2 Tính toán kiểm tra bền thùng hàng ở tải trọng động

Giả thiết xe đang tăng tốc về phía trước :

Khi xe tăng tốc, hàng hóa sẽ bị đẩy về phía sau do lực quán tính, và lực này tác động lên thành sau của thùng hàng.

Khi xe đang tăng tốc, hàng hóa sẽ bị dồn về phía sau do lực quán tính Lực quán tính này tác động lên vách sau của thùng hàng.

Pmax = (Ghh + Gts).jmax / g = 596 (kG)

Trong đó : Ghh = 4680 (kg) - Khối lượng hàng hóa chuyên chở

Gts = 33 (kg) - Khối lượng thành sau thùng hàng. jmax = 1,24 (m/s 2 ) - Gia tốc cực đại

Lực cản do ma sát trượt : Fms = Ghh.k = 4680.0,3 = 1404 (kG) ( k : hệ số ma sát )

Lực tác dụng lên thành sau : Pts = Pmax – Fms = - 808 (kG)

Lực phân bố lên thành sau :

Vẽ 3D thành sau trên phần mềm Solidworks

Hình 4.12: Mô hình thành sau

After launching the Simulation feature and assigning the material type to the structure, navigate to the Fixtures section, select Fixed Geometry, and choose the fixed support for the rear bumper.

Hình 4.13: Chọn gối cố định trong Fixture

Sau đó ta vào mục External Loads => Chọn Force , ta chọn mặt của thành sau chịu tác dụng của lực phân bố của hàng hóa :

Với hệ số tải trọng nhỏ nhất Kđmin = 2,5 => P1 = P kđmin = 1930 (kg/m 2 )

Hình 4.14: Đặt lực trong mục Force

Sau khi nhập đầy đủ các dữ liệu và thông số cần thiết, bạn hãy chọn "Run This Study" trên thanh công cụ để phần mềm tiến hành tính toán độ bền cho thành sau (Hình 4.10).

Sau khi hoàn tất quá trình chạy dữ liệu ta có được biểu đồ ứng suất chảy của thành sau thùng hàng như ( Hình 4.15 )

Hình 4.15: Biểu đồ ứng suất của thành sau ở hệ số tải trọng nhỏ nhất

Với hệ số tải trọng trung bình Kđtb = 3 : P2 = P kđtb = 2316 (kg/m 2 ), tương tự ta cũng có được biểu đồ ứng suất (Hình 4.16)

Hình 4.16: Biểu đồ ứng suất của thành sau ở hệ số tải trọng trung bình

Với hệ số tải trọng lớn nhất Kđmax = 3,5 : P3 = P kđmax = 2702 (kg/m 2 ), tương tự ta cũng có được biểu đồ ứng suất (Hình 4.17)

Hình 4.17: Biểu đồ ứng suất của thành sau ở hệ số tải trọng lớn nhất

Giả thiết ô tô phanh đột ngột trên đường thẳng :

Khi ô tô phanh đột ngột, hàng hóa trong thùng sẽ bị dồn về phía trước do lực quán tính Lực này tác động lên thành trước của thùng hàng, gây ra áp lực lớn.

Pphmax = (Ghh + Gvt).jpmax / g = 3312 (kG)

Gttr = 50 (kg) - Khối lượng thành trước thùng tải. jpmax= 6,87 (m/s 2 ) - Gia tốc phanh cực đại

Lực tác dụng lên vách trước : Pttr = Pphmax – Fms = 1908 (kG)

Lực phân bố lên vách :P = Pttr

Vẽ 3D thành trước trên phần mềm Solidworks

Hình 4.18: Mô hình thành trước

After launching the Simulation feature and assigning the material type to the structure, navigate to the Fixtures section, select Fixed Geometry, and then choose the fixed support for the front bumper.

Sau đó ta vào mục External Loads => Chọn Force , ta chọn mặt của thành trước chịu tác dụng của lực quán tính hàng hóa :

Hình 4.20: Chọn lực trong mục Force

Sau khi nhập đầy đủ dữ liệu và thông số tính toán, bạn chọn "Run This Study" trên thanh công cụ để phần mềm tiến hành tính toán độ bền cho thành trước (Hình 4.10).

Sau khi hoàn tất quá trình chạy dữ liệu ta có được biểu đồ ứng suất chảy của thành trước thùng hàng như ( Hình 4.21 )

Hình 4.21: Biểu đồ ứng suất của thành trước ở hệ số tải trọng nhỏ nhất

Với hệ số tải trọng trung bình Kđtb = 3 : P2 = P kđtb = 1740 (kg/m 2 ), tương tự ta cũng có được biểu đồ ứng suất (Hình 4.22)

Hình 4.22: Biểu đồ ứng suất của vách trước ở hệ số tải trọng trung bình

Hình 4.23: Biểu đồ ứng suất của vách trước ở hệ số tải trọng lớn nhất

Giả thiết xe đang quay vòng trên đường thẳng với bán kính R Gmin = 7,069 m :

Khi ô tô quay vòng, hàng hóa bên trong sẽ trượt ngang và tạo ra lực quán tính ly tâm tác động lên vách thùng xe Lực này có thể được xác định thông qua các yếu tố liên quan đến chuyển động và trọng lực của hàng hóa.

PLT = (Ghh + Gvb).Vgh 2/ g.RGmin = 3524 (kG)

Gvb= 73 (kg) - Khối lượng thành bên thùng hàng.

Vgh = 7,17 (m/s) - Vận tốc giới hạn khi quay vòng

RGmin = 7,069 – Bán kính quay vòng nhỏ nhất

Lực tác dụng lên vách bên : Ptb = PLT – Fms = 2120 (kG)

Lực phân bố lên vách :P = Ptb

Vẽ 3D thành bên thùng hàng trên phần mềm Solidworks

Hình 4.24: Mô hình vách thành bên

Sau khi khởi chạy chức năng Simulation và gán loại vật liệu cho cơ cấu, bạn cần vào mục Fixtures, chọn Fixed Geometry và sau đó chọn gối cố định cho thành bên.

Sau đó ta vào mục External Loads => Chọn Force , ta chọn mặt của thành bên chịu tác dụng của lực quán tính hàng hóa :

Hình 4.26: Chọn lực trong mục Force

Sau khi nhập đầy đủ dữ liệu và thông số cần thiết, hãy chọn "Run This Study" trên thanh công cụ để phần mềm tiến hành tính toán độ bền cho vách thành bên (Hình 4.10).

Sau khi hoàn tất quá trình chạy dữ liệu ta có được biểu đồ ứng suất chảy của thành bên thùng như ( Hình 4.27 )

Hình 4.27: Biểu đồ ứng suất của thành bên ở hệ số tải trọng nhỏ nhất

Với hệ số tải trọng trung bình kđtb = 3 : P2 = P kđtb = 5316 (kg/m 2 ), tương tự ta cũng có được biểu đồ ứng suất (Hình 4.28)

Hình 4.28: Biểu đồ ứng suất của thành bên ở hệ số tải trọng trung bình

Hình 4.29: Biểu đồ ứng suất của thành bên ở hệ số tải trọng lớn nhất

Bảng 4.1 : Kết quả tính bền của các chi tiết ở các trường hợp

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH BỀN STT Trường hợp Chi tiết kiểm tra bền

Hệ số tải trọng động Ứng suất của chi tiết

1 Ô tô đứng yên Khung sàn 1 5,028.10 8

2 Ô tô chuyển động nhanh dần

3 Ô tô phanh đột ngột Thành trước 2,5 7,55.10 5

4 Ô tô quay vòng Thành bên 2,5 4,868.10 7

3 5,841.10 7 3,8 6,815.10 7 Kết luận :  < [] các chi tiết của thùng hàng bảo đảm điều kiện bền khi làm việc

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	10,82 MB