Thiết kế thùng xe tải chuyên dụng vận chuyển bồn nước trên xe cơ sở Vinhphat FTR160SL9

Đối với một sinh viên cuối khóa, việc chuẩn bị những hành trang và một tỉnh thần sẵn sàng đến với một chương mới trong cuộc sống là một trong những nhiệm vụ bắt buộc. Và trước khi đến với một chương mới đầy những thử thách ấy, mỗi người đều phải trải qua một cánh cửa, đây có thể gọi là một bài tập cuối cùng trong cuộc đời của một người học sinh sinh viên, đó chính là thực hiện luận văn tốt nghiệp. Đối với em, luận văn tốt nghiệp không hẳn là một bài kiểm tra cuối cùng mà nó chỉ mang tính chất của việc tự bản thân nhìn nhận lại khả năng của bản thân. Và để hoàn thành bài luận văn, sức lực của mỗi mình em là không đủ, mà còn có sự hướng dẫn tận tình của thầy.

VIỆN CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ THÙNG XE TẢI CHUYÊN DỤNG VẬN CHUYỂN BỒN NƯỚC TRÊN XE CƠ SỞ

VINHPHAT FTR160SL9

Chuyên ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: ThS THÁI VĂN NÔNG

TP Hồ Chí Minh, 2023

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

i

LỜI CẢM ƠN

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã bước vào giai đoạn hội nhập quốc tế Bên cạnh những thay đổi tích cực về kinh tế còn có thể nhận thấy chất lượng cuộc sống người dân ngày càng được nâng cao, cơ sở hạ tầng nhà ở được cải thiện đáng kể Vì thế nhu cầu mua sắm bồn nước để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt cũng tăng, kéo theo đó việc phát triển các nhà máy sản xuất, các đại lý bồn nước cũng tăng theo, để bồn nước đến được với tay khách hàng thì cần phải vận chuyển bồn nước từ nơi sản xuất, nhập khẩu đến đại lý an toàn Với nhu cầu thực tế đó, bên cạnh các mẫu xe chuyên dụng để chở bồn nước hiện nay thì cần phát triển thêm xe chở bồn nước để phục vụ nhu cầu đa dạng trong lĩnh vực này

Nhận thấy được nhu cầu đó, với tư cách là một sinh viên ngành cơ khí ô tô, qua kiến thức tích lũy được trong gần 5 năm học tại trường Đại học Giao thông vận tải TP.HCM và kinh nghiệm thực tế khi tham gia thực tập tại Công ty TNHH Vĩnh Phát

Motors, em lựa chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: “Thiết kế thùng xe tải chuyên

dụng vận chuyển bồn nước dựa trên xe cơ sở VINHPHAT FTR160SL9”

Sau thời gian thực hiện luận văn với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS.TS Thái Văn Nông, em đã hoàn thành đề tài Vì còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên khó tránh khỏi những thiếu sót, những vấn đề có thể chưa hợp lý; nhưng đây là bước đệm giúp những sinh viên như em tiến bước trên con đường của mình Em mong nhận được sự góp ý chân thành của Quý thầy cô và các bạn để đề tài hoàn chỉnh hơn đồng thời cũng tích lũy thêm kinh nghiệm làm việc sau này

Sau cùng em xin gửi cảm ơn chân thành đến gia đình, và Quý thầy/cô trong Viện Cơ Khí, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Thái Văn Nông đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp vừa qua

Xin chân thành cảm ơn

TP.HCM, ngày 27 tháng 2 năm 2023 Sinh viên thực hiện

Thành Ngô Tín Thành

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong những năm trở lại đây, Việt Nam đang trên đà phát triển, đời sống con người được nâng cao, nhu cầu mua sắm sản phẩm bồn nước để dự trữ nước ngày càng nhiều Để đáp ứng nhu cầu vận chuyển và phân phối sản phẩm bồn nước đến các đại lý, luận văn này trình bày nội dung thiết kế xe tải chở bồn nước dựa trên ô tô cơ sở VINHPHAT FTR160SL9 Bố cục luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan đề tài, giới thiệu các loại xe vận chuyển bồn nước có mặt

trên thị trường hiện nay và công dụng của một số bộ phận chính

Chương 2: Giới thiệt về xe cơ sở VINHPHAT FTR160SL9 và chọn phương án thiết

kế xe vận chuyển bồn nước (thiết kế sơ bộ)

Chương 3: Trình bày kết cấu chi tiết thùng xe vận chuyển bồn nước Chọn cơ cấu

nâng hạ

Chương 4: Tính kiểm tra ổn định, động học và động lực học xe thiết kế

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

Tổng quan đề tài và giới thiệu về xe vận chuyển bồn nước 1

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 1

1.2 Giới thiệu chung về xe vận chuyển bồn nước 1

Ô tô cơ sở và phương án thiết kế 5

2.1 Tổng thể ô tô cơ sở có ca bin VINHPHAT FTR160SL9 5

2.2 Yêu cầu của xe sau thiết kế 8

2.3 Phân tích, chọn phương án thiết kế 9

3.6 Tính bền bu lông lắp bát chống trượt giữa thùng hàng và khung xe 35

3.7 Tính bền bulông quang treo chống trượt ngang thùng chở hàng khi ô tô quay vòng ổn định trên đường vòng 38

3.8 Tính chọn hệ thống thủy lực điều khiển nâng sàn thùng 40

3.8.1 Tính toán chọn bơm và xi lanh 41

3.8.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thủy lực 43

Chương 4 45

Kiểm tra ổn định – động học – động lực học 45

4.1 Tính toán ổn định ô tô sau thiết kế 45

4.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm 45

4.1.2 Kiểm tra ổn định dọc của ô tô 47

4.1.3 Tính ổn định ngang của ô tô 49

4.1.3.1 Tính ổn định của ô tô khi chuyển động trên đường nghiêng ngang…………49

4.1.3.2 Tính ổn định của ô tô khi chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang 52

4.2 Tính toán sức kéo ô tô sau khi thiết kế 55

4.2.1 Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ 55

4.2.2 Xây dựng đặc tính công suất của ô tô 58

4.2.3 Xây dựng đặc tính kéo của ô tô 61

4.2.4 Xây dựng đặc tính động lực học của ô tô 64

4.2.5 Xây dựng đồ thị gia tốc của ô tô 67

4.3 Hướng dẫn vận hành 69

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

Hình 3 1.Kết cấu khung xương sàn 14

Hình 3 2.Kết cấu khung xương sàn tầng 2 15

Hình 3 3.Kết cấu mặt hông 16

Hình 3 4.Kết cấu mặt trước 17

Hình 3 5.Kết cấu mặt sau 18

Hình 3 6.Sơ đồ phân bố lực lên dầm ngang 24

Hình 3 7.Biểu đồ momen uốn tác dụng 24

Hình 3.13 Biểu đồ momen uốn tác dụng lên cột 31

Hình 3.14 Sơ đồ momen uốn 33

Hình 3.15 Biểu đồ momen uốn tác dụng lên cột 33

Hình 3 16.Liên kết bát chống trượt 34

Hình 3 17.Liên kết bát chống xô 35

Hình 3 18.Liên kết bu lông quang 35

Hình 3 19.Sơ đồ lực tác dụng lên thùng của ô tô khi xuống dốc phanh đột ngột 36

Hình 3.20.Sơ đồ tính toán lực tác dụng của xy lanh 41

Hình 3.21.Xi lanh thủy lực 43

Hình 3.22.Sơ đồ mạch điện điều khiển sàn tầng 2 43

Hình 4.1.Sơ đồ xác định tải trọng thùng phân bố lên trục trước và trục sau 45

Hình 4.2 Sơ đồ lực và momen tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu lên dốc 47

Hình 4 3.Sơ đồ lực và momen tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu xuống dốc 49

Hình 4 4.Sơ đồ kiểm tra ổn định tĩnh ngang 50

Hình 4 5.Sơ đồ lực, momen tác dụng của xe quay vòng trên đường nghiêng ngang 52

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

vii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng tính toán khối lượng thành bên thùng 19 Bảng 3.2 Bảng tính toán khối lượng khung dầm sàn tầng 1 19 Bảng 3.3 Bảng tính toán khối lượng khung dầm sàn tầng 2 20 Bảng 3.4 Bảng tính toán khối lượng phần khung mặt trước 21 Bảng 3.5 Bảng tính toán khối lượng phần khung mặt sau 21

Bảng 3.9 Bảng tính lực phân bố lên thành bên 29 Bảng 3.10 Bảng tính lực phân bố lên thành trước 32 Bảng 3.11 Bảng tính trọng tâm theo chiều cao thùng 39

Bảng 4.2 Bảng tính toán phân bố trọng lượng lên các trục 46 Bảng 4.3 Bảng tính toán trọng tâm ô tô theo chiều cao 46 Bảng 4.4 Bảng giá trị công suất và momen tương ứng tốc độ quay 57

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI VÀ GIỚI THIỆU VỀ XE VẬN CHUYỂN BỒN NƯỚC

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Nước đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với con người, là một một nguồn tài tài nguyên vô cùng quý giá rất cần cho sự sống và phát triển Vì vậy, bồn nước được sinh ra để có thể dự trữ nước dùng cho sinh hoạt và sản xuất Do nhu cầu sử dụng bồn nước ngày càng nhiều nên cần nhiều phương tiện vận chuyển bồn nước phân phối đến các đại lý, chi nhánh trong nước Để đáp ứng nhu cầu này và đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông thì các nhà nhập khẩu, sản xuất hay các công ty kinh doanh vận chuyển cần phải có xe chuyên dụng vận chuyển bồn nước Do đó đáp ứng nhu cầu thực tế đó thì việc thiết kế ô tô tải chuyên dụng để vận chuyển bồn nước là cần thiết

Với mục đích ý nghĩa đó: “Thiết kế xe vận chuyển bồn nước 2 tầng từ xe cơ sở

VINHPHAT FTR160SL9” là đề tài luận văn tốt nghiệp ngành cơ khí ô tô của em

1.2 Giới thiệu chung về xe vận chuyển bồn nước 1.2.1 Công dụng và chức năng

Đại lý là nơi cung cấp các loại thùng bồn nước đến tay người tiêu dùng, tùy vào nhu cầu sử dụng thùng bồn loại lớn hoặc nhỏ Và để có đa dạng các loại thùng cũng như là số lượng đủ lớn để bán cho người tiêu dùng thì đại lý cần có xe chuyên dụng để vận chuyển từ nơi sản xuất Việc vận chuyển một lúc được nhiều thùng bồn như vậy để tiết kiệm kinh phí (xăng dầu, nhân công,…)

Hiện nay, để vận chuyển thùng bồn nước bằng đường bộ người ta có thể sử dụng nhiều loại phương tiện khác nhau Tuy nhiên nhu cầu chuyên chở rất đa dạng; nếu số lượng mỗi lần chuyên chở dưới 10 bồn thường thì sử dụng xe tải đơn lẻ để cải tạo thành xe chuyên dụng chở ô tô Ô tô tải chở xe hiện này ở Việt Nam chủ yếu là xe tải 2 tầng do các công ty trong nước sản xuất lắp ráp

1.2.2 Đặc điểm về kết cấu xe chở bồn nước

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phương tiện vận chuyển bồn nước Riêng ở Việt Nam sử dụng xe tải chuyên dụng chở bồn nước như sau:

1- Xe vận chuyển bồn nước cỡ lớn: đây là loại xe tải cẩu để chở bồn nước cở lớn (10000-20000 lít) (hình 1.1)

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

2

Hình 1.1 Xe chở bồn nước cỡ lớn

2- Xe vận chuyển bồn nước loại vừa: được sử dụng phổ biến hiện nay vì số lượng bồn nước loại trung bình (1000-1300 lít) chở được nhiều

Hình 1.2 Xe chở bồn nước loại nhỏ

Dựa vào các mẫu xe đã được giới thiệu ở trên ta rút ra được một số đặc điểm chủ yếu của loại phương tiện này là:

-Thùng xe thường có kết cấu 2 tầng để chở được nhiều bồn nước (15-20 bồn nước);

-Sàn thùng tầng 2 có thể nâng hạ linh hoạt và được thiết kế thành một sàn liền hoặc nhiều phần tách biệt;

-Được bố trí hệ thống thủy lực và dây cáp để nâng hạ sàn thùng giúp vận chuyển bồn nước lên xuống dễ dàng

1.3 Cơ cấu nâng hạ sàn

Như các xe tải hiện nay, hàng hóa được xếp lên xe và chuyên chở nơi này đến nơi khác Đối với bồn nước với vỏ rỗng và khối lượng tương đối nhẹ thì việc vận chuyển để sắp xếp lên thùng phải được thực hiện từng bước và có sự hỗ trợ của con người Thông thường, đối với xe chở bồn nước hiện nay thường có kết cấu thùng 2 tầng Sàn thùng tầng 2 (trên) sẽ được hạ xuống thấp nhất bằng hệ thống thủy lực, sau khi bồn nước đã sắp xếp và cố định trên sàn bằng các thiết bị chuyên dụng, hệ thống thủy lực sẽ hỗ trợ nâng sàn thùng đến vị trí thích hợp và được cố định, rồi tiếp tục sắp xếp xe lên sàn tầng 1 (dưới) Khi đã sắp xếp bồn nước lên thùng đảm bảo an toàn ta tiến hành vận hành xe giống như xe tải thông thường Việc cho bồn nước xuống cũng thực hiện theo từng bước Tuy nhiên, quy trình thực hiện là ngược lại với đưa bồn nước lên thùng xe

Ngoài kết cấu của một xe tải thông thường, xe chở bồn nước có thêm một số bộ phận khác:

1.3.1 Dây cấp nâng hạ sàn

- Dây cáp thép là loại dây cẩu hàng thông dụng, được gia công đa dạng theo nhu cầu của khách hàng về đường kính sợi cáp, chiều dài hoàn thiện của sợi cáp, vòng bấm chì, kiểu sling: 1 đầu móc 1 đầu mắt, hoặc 2 đầu mắt bấm chì, sling cáp thép đơn, sling cáp thép đa, mắt cứng hoặc mắt mềm Tải trọng tối đa của dây cáp thép lên đến 300 tấn

Hình 1.3 Dây cáp và sling cáp thép

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

4

1.3.2 Hệ thống xi lanh thủy lực

Xi lanh thủy lực được sử dung phổ biến trong công nghiêp hiện nay Trên ô tô hiện nay có rất nhiều hệ thống cần đến sự hỗ trợ của xi lanh thủy lực

Đặc điểm của hệ thông xi lanh thủy lực là có thể dễ dàng sử dụng trên ô tô hiện nay vì kết cấu đơn giản , bố trí dễ dàng, kích thước nhỏ gọn tuy nhiên có thể dùng với tải trọng lớn Bơm đầu để dẫn động xi lanh thường được gắn vào hộp số ô tô hoặc sử dụng bộ nguồn thủy lực riêng Trên ô tô chở bồn nước hệ thống xi lanh thủy lực một đầu được nối với đầm hoặc cột cố định, một đầu có thể nối trực tiếp với sàn thùng cần nâng hạ hoặc nối gián tiếp qua hệ thống puly và dây cáp để giảm tải trọng hoặc giảm hành trình dịch chuyển của xi lanh thủy lực

Hình 1.4 Xi lanh thủy lực

1-Đầu đẩy đấy; 2-Vấu dầu; 3- Ống xy lanh; 4-Cổ xy lanh; 5- Đầu đẩy cần; 6-Bi cầu; 7-Gạt bụi; 8-Phớt áp lực cổ; 9-Gioăng chắn nước; 10- Vòng chặn; 11-Gioăng áp lực cổ; 12-Cần đẩy; 13- Phớt áp lực piston; 14- Gioăng cần; 15- Piston; 16- Đáy xy lanh

CHƯƠNG 2 Ô TÔ CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Tổng thể ô tô cơ sở VINHPHAT FTR160SL9

Xe chassis VINHPHAT FTR160SL9 là loại xe chassis được lắp ráp và sản xuất tại nhà máy Vĩnh Phát Motors Trên các hình 2.1 là hình tổng thể và 2.2 là các hình chiếu xe chassis VINHPHAT FTR160SL9

Hình 2.1 Hình tổng thể ô tô cơ sở VINHPHAT FTR160SL9

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

Bảng 2.1.Thông số kỹ thuật chính ô tô cơ sở VINHPHAT FTR160SL9 - Phân bố lên trục trước - Phân bố lên trục sau

Trọng lượng toàn bộ theo thiết kế lớn nhất, kG - Khả năng chịu tải lớn nhất trục trước - Khả năng chịu tải lớn nhất trục sau

4.3 Góc ổn định tĩnh ngang của xe khi không tải 49,53

4.4 Thời gian tăng tốc của xe đầy tải từ lúc khởi

hành đến khi đi hết quãng đường 200 m, s 13,09

4.5 Gia tốc phanh xe (đầy tải) ở tốc độ 30 km/h,

4.6 Quãng đường phanh xe (đầy tải) ở tốc độ 30

4.7 Bán kính quay vòng nhỏ nhất của xe, m 12

5.1 Động cơ, 4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng, tăng áp ISUZU QINGLING/ 4HK1- TCG40

5.6 Công suất lớn nhất (Nemax/nN), kW/v/ph 139/2600 5.7 Mô men xoắn lớn nhất (Memax/nM), Nm/v/ph 510/1600

thuỷ lực, trợ lực khí nén 7.1 Hộp số cơ khí 6 cấp, model MLD-6Q

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành - Đường kính trống phanh trước/sau, mm Ø410x95/Ø410x95

11.4 Thiết bị trợ giúp điều khiển hệ thống phanh ABS

12.1 Kiểu loại cơ cấu lái Trục vít-(êcu bi-thanh răng-piston)- cung răng,

14.1 Bình ắc quy: (lượng, điện áp, dung lượng) 02-12V-75Ah 14.2 Máy phát điện: (điện áp, cường độ điện) 28V- 50A 14.3 Động cơ khởi động: (điện áp, công suất) 24V – 4,5kW

2.2 Yêu cầu của xe sau thiết kế

- Thiết kế theo QCVN09:2015/BGTVT và Thông tư 42/2014/TT-BGTVT quy định về thùng xe của xe tự đổ, xe xi téc, xe tải tham gia giao thông đường bộ

- Sử dụng toàn bộ phần khung gầm ô tô cơ sở

- Đảm bảo được các yêu cầu về an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường theo quy định hiện hành, đồng thời đáp ứng được các yêu cầu về mặt mỹ thuật công nghiệp

- Ô tô thiết kế khai thác tốt các đặc tính kỹ thuật, động lực học của xe cơ sở - Ô tô phải đảm bảo chuyển động ổn định và an toàn trên các lọai đường giao thông công cộng

- Đảm bảo được một số yêu cầu cụ thể đối với ô tô tải chuyên dùng chở bồn nước: + Thùng xe phải được bố trí sao cho có thể vận chuyển bồn nước lên xuống dễ dàng, đảm bảo góc thoát trước

+ Xe thiết kế đảm bảo chở được 24 bồn nước 1000 lít cùng lúc mà xe không quá tải cho phép; kích thước thùng đảm bảo cho các bồn không va chạm nhau

+ Sàn thùng tầng 2 phải được bố trí nâng hạ linh hoạt, đảm bảo vận chuyển bồn nước lên xuống dễ dàng, an toàn; hệ thống nâng hạ đảm bảo tải cho phép, bố trí gọn, chắc chắn, điều khiển dễ dàng

+ Kích thước tổng thể thùng xe không làm thay đổi kích thước tổng thể của toàn xe theo quy định

2.3 Phân tích, chọn phương án thiết kế

Để chọn phương án thiết kế của xe chở bồn nước em đã dựa vào nhu cầu vận chuyển bồn nước hiện nay ở Việt Nam

Tham khảo thông số của một số bồn nước trên thị trường hiện nay tổng hợp

Dựa trên kích thước trung bình của bồn nước và tham khảo một số thông số của bồn nước được ưa chuộng trên thị trường hiện nay ta đưa ra các phân tích thiết kế như sau:

- Tham khảo kích thước các bồn nước trên bảng 3.1 ta thấy để đảm bảo thùng xe chở được số bồn tối đa thì các kích thước chiều dài, rộng và cao dựa trên xe cơ

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

10 sở là đảm bảo

- Với chiều dài thùng hiện tại nếu chỉ dùng 1 sàn thì chỉ chở được ít bồn và còn thừa không gian trong thùng, vì vậy cần thiết kế sao cho thùng có 2 tầng và tầng trên có thể nâng hạ để dễ dàng cho bồn nước lên xuống Như vậy thùng phải bố trí thêm hệ thống nâng hạ bằng cơ khí hoặc bằng thủy lực

Dựa trên những phân tích trên ta đưa ra phương án thiết kế như sau:

- Bố trí bồn nước trên thùng xe: vì chiều rộng thùng thiết kế không được quá 2,5m mà chiều rộng trung bình cả chân bồn 1,1m nên ta có thể đặt 2 bồn nước song song ở dạng nằm dọc để phù hợp với xe cả 2 tầng sàn

- Phương án vận chuyển bồn nước lên thùng:

+ Ta có 2 phương án để vận chuyển bồn nước lên thùng:

1 Vận chuyển bồn nước từ phía trên xuống thùng xe: Chi có thể vận chuyển bằng xe cần cẩu chuyên dụng

2 Vận chuyển bồn nước từ phía sau lên lên thùng xe: bằng cách dùng sức người để mang bồn lên thùng xe vì bồn nước rỗng với trọng lượng nhẹ

Dựa vào 2 phương án trên: để tiết kiệm chi phí đồng thời việc vận chuyển xe lên xuống được dễ dàng nhất, ta chọn phương án vận chuyển bồn nước lên từ phía sau lên thùng

Để vận chuyển bồn nước được lên xuống dễ dàng và hợp lý nội dung thiết kế sơ bộ theo sơ đồ hình 2.3

Hình 2 3 Kết cấu thùng dự kiến

1- Xy lanh thủy lực nâng hạ sàn; 2- Sàn tầng 2; 3- Sàn tầng 1

- Độ cao từ mặt đất lên sàn thùng tầng 1 là 1200mm

- Tham khảo kích thước và trọng lượng của một số mẫu bồn nước có trên thị trường đã tham khảo, kích thước và tải trọng cho phép của ô tô cơ sở và điều kiện cân bằng tải trọng khi chuyên chở ta dự kiến thiết kế thùng xe mới sao cho có thể chở được tối đa 24 bồn nước 1000 lít và tải trọng dự kiến nhỏ hơn 2000 kG, kích

thước tổng thể thùng 10000x2490x2870 mm sẽ được thiết kế 2 tầng Thùng được bố

trí 4 xylanh thủy lực để nâng hạ sàn Sàn thùng hạ thấp cách mặt sàn tầng 1 chiều

cao 20mm

Nguyên lý nâng hạ sàn thùng theo sơ đồ hình 2.4:

Hình 2.4 Sơ đồ nâng hạ sàn tầng 2

1- Xy lanh thủy lực nâng hạ sàn; 2- Sàn tầng 2; 3- Sàn tầng 1

Sàn tầng 2 sẽ được nâng hạ bằng 4 xi lanh thủy lực (mỗi bên xi lanh) Xi lanh thủy lực được điểu khiển thông qua bảng điều khiển bằng điện, 2 cặp xi lanh sẽ điều khiển cùng lúc với nhau Khi cho sàn đi xuống, nhấn nút điều khiển để hệ thống thủy lực sẽ điều khiển đồng thời 4 xilanh thu cần, thông qua cáp kéo, puly sàn sẽ được hạ đến vi trí thấp nhất (vị trí số 2) Sau khi đã cố định bồn nước trên sàn, điều khiển để xi lanh đẩy cần ra, khi đó cáp sẽ kéo sàn đi lên Sau khi đưa sàn lên vị trí thích hợp (vị trí số 1) tiến hành dừng hệ thống và cố định sàn

Dựa trên phương án thiết kế cải tạo ta có quy trình thực hiện cải tạo như sau:

- Tính toán thiết kế thùng hàng chuyên dụng chở bồn nước có kích thước tổng

thể 10000x2490x2870 mm, với kết cấu 2 tầng Tại các trụ hông của thùng có bố trí

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

12 hệ thống thủy lực nâng hạ sàn thùng tầng 2

- Lắp thùng hàng chở bồn nước lên khung xe

- Thùng được lắp lên khung xe cơ sở nhờ các bu lông quang, bát chống trượt theo phương thẳng đứng và bát chống xô ngang

- Giữ nguyên các cụm tổng thành và hệ thống khác của ô tô cơ sở

CHƯƠNG 3:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XE CHỞ BỒN NƯỚC 3.1 Xác định kích thước thùng hàng

Khi xác định kích thước thùng hàng ta cần xác định 3 thông số bao gồm: chiều dài thùng hàng Lth, chiều rộng toàn bộ Bth và chiều cao Hth Các kích thước này được xác định lớn nhất theo quy định của pháp luật và yêu cầu khi chuyên chở:

- Xác định chiều dài Lth: theo Thông tư 42…chiều dài toàn bộ xe có thể thiết kế không quá 12200 mm, với thông số cabin do nhà sản xuất cho thì toàn bộ thùng thiết kế không được dài quá 10000 mm Cho nên ta chọn thùng dài 9900 mm, phần còn lại dữ trữ cho các chi tiết nhô ra của thùng hàng Với chiều dài này có thể chở được các bồn có dung tích từ 310 lít đến 1300 lít, đặt biệt với loại bồn inox 1000 lít thùng xe chở được 24 bồn và các thiết bị chân gía, đường ống nước đi kèm theo bồn

- Xác định bề rộng Bth: theo thông tư QCVN09: 2015/BGTVT và thông tư 42/2014/TT- BGTVT quy định về thùng xe của xe tự đổ, xe xi téc, xe tải tham gia giao thông đường bộ thì bề rộng thùng không vượt quá 110% bề rộng cabin và nhỏ hơn 2500 mm Vì vậy ta chọn bề rộng thùng hàng 2450 mm, phần còn lại dữ trữ cho các chi tiết nhô ra của thùng hàng Với chiều rộng của thùng đảm bảo bố trí sản phẩm bồn nước

- Xác định chiều cao Hth: theo quy định của Bộ Giao Thông Vận Tải thì chiều cao tối đa của ô tô tải trên 5 tấn không được vượt quá 4m Theo phương án thiết kế dự

kiến thì chiều cao lớn nhất của thùng chọn là 2900 mm kể cả chiều dày của sàn thùng

để đảm bảo chiều cao ô tô không được vượt quá 4m Với chiều cao này sau khi thiết kế sàn thùng đảm bảo chở được 24 thùng tiêu chuẩn 1000 lít với tổng chiều cao 2400 mm và một số loại thùng có kích thước nhỏ hơn Đảm bảo yêu cầu đặt ra

3.2 Kết cấu thùng hàng

Tham khảo kết cấu thùng chở hàng của một số loại xe tải có trên thị trường hiện nay và các yêu cầu đặc biệt của thùng hàng chở bồn nước nên thùng hàng mới sẽ được thiết kế cụ thể như sau:

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

14

a Kết cấu sàn tầng 1

Hình 3 1 Kết cấu khung xương sàn

1- Đà ngang đầu; 2- Đà ngang chính; 3- Đà dọc; 4- Tôn sàn

Chiều cao của ô tô cơ sở là 1080 mm (kể cả chiều cao phần gỗ lót dọc chassis) nên chiều cao tối đa phần thùng là 2920 mm Để tăng khoảng chiều cao hiệu dụng lòng thùng thì yêu cầu phải thiết kế sàn thấp nhất có thể đồng thời không để bánh xe va chạm vào sàn thùng khi xe di chuyển trên đường mấp mô nên phần sàn thùng tại vị trí các bánh xe được thiết kế cao hơn, Dựa trên những tiêu chí đó, sàn tầng 1 có cấu tạo như sau:

Cấu tạo của sàn tầng 1 bao gồm các đà ngang và đà dọc bằng thép hình [ hàn lại với nhau:

- Gồm 2 đà dọc (2) bố trí mép ngoài cách nhau 850 mm, cấu tạo từ thép CT3 chữ U140x58x5

- Đà ngang đầu (1) là thép định hình CT3, U120x50x4

- Viền dọc sàn được ốp 2 bên thành thùng, hàn với các đà ngang, cấu tạo từ thép

b Kết cấu sàn thùng tầng 2

Hình 3 2 Kết cấu khung xương sàn tầng 2

1- Đà ngang; 2- Đà ngang ngắn; 3- Đà dọc; 4- Tôn sàn

Sàn thùng tầng 2 có chiều dài 9670 mm, chiều rộng 2210 mm đảm bảo bố trí không va chạm với kích thước trụ chính thành bên thùng Chiều dày sàn cũng được thiết kế nhỏ nhất để tăng khoảng chiều cao hiệu dụng của lòng thùng, các đà dọc có kích thước lớn song được bố trí không làm ảnh hưởng đến chiều cao hiêu dụng lòng thùng

Sàn thùng tầng 2 có cấu tạo chi tiết như sau: - Đà ngang (1) gồm 2 thanh thép CT3 chữ U50x32 - Đà ngang (2) gồm 64 đà ngắn thép CT3 chữ U50x32 - Đà dọc (3) gồm 5 đà thép CT3 chữ U100x46

- Tôn sàn (4) là lọai tôn trơn 2 mm được lót phủ kín mặt sàn

- Tại các vị trí đầu, giữa và cuối sàn sẽ bố trí các móc để cố định sàn với các trụ đứng bằng tăng đơ

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

16

c Kết cấu mặt hông

Hình 3 3 Kết cấu mặt hông

1- Thanh mui kèo; 2- Ống lắp kèo; 3- Thanh ngang; 4- Biên bao dọc sàn thùng ; 5- Xương đứng; 6- Trụ lắp xy lanh thủy lực; 7- Kèo mui; 8- Xương đứng ngoài

Mặt hông có kết cấu mỗi bên gồm có các trụ trước sau, có 3 trụ đỡ được bố trí đầu, giữa và cuối để cân bằng khi đỡ sàn tầng 2; 2 trụ chính để gắn xilanh thủy lực được bố trí gần các chốt móc cáp kéo của sàn thùng tầng 2 Các xương ngang dọc được bố trí đều theo các khung phân chia bởi các trụ đứng sao cho đảm bảo về mặt thẩm mĩ Các khung mui được thiết kế đều nhau đảm bảo khoảng cách 2 khung liền kề không nhỏ hơn 550mm theo quy định của Bộ GTVT Chi tiết cấu tạo như sau:

- Xương ngang chính có cấu tạo từ thép hộp 40x40x1,4mm gồm 4 thanh chính chạy doc chiều dài thùng

- Xương ngang, xương dọc cấu tạo từ thép hộp 40x40x1,4mm được hàn với các trụ đỡ và xương ngang chính

- Chân kèo dùng để lắp khung kèo có cấu tạo từ thép ống 34x2 mm

- Trụ lắp xy lanh gồm có 2 trụ mỗi bên, cấu tạo từ thép định hình ]50x100x300x100x50x5 mm có tiết diện cắt ngang lớn, mặt trong rỗng để bố trí xilanh thủy lực

- Trụ đỡ gồm 3 trụ được bố trí đầu, giữa và cuối có cấu tạo thép chữ U140x58x5 có tác dụng đỡ và cố định sàn thùng tầng 2

d Kết cấu khung xương mặt trước

Hình 3 4 Kết cấu mặt trước

1- Xương đứng; 2,3- Xương ngang; 4- Bát tăng cứng

- Khung xương mặt trước nối liền với mặt sàn và trụ trước của thành bên thùng - Xương ngang đầu (3) và trụ trước là phần đà và trụ của mặt sàn và khung bên - Xương ngang gồm 16 thanh cách đều nhau cấu tạo từ thép hộp 40x40x1,4mm - Xương đứng chính gồm 2 thanh có cấu tạo từ thép [140x58x5mm và 3 xương đứng giữa cấu tạo từ thép hộp 40x40x1,4mm

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

18

e Kết cấu mặt sau

Hình 3 5 Kết cấu mặt sau

1- Trụ sau; 2,3-Thanh ngang khung; 4-Kèo mui

- Khung xương mặt sau được nối liền với mặt sàn với 2 trụ đuôi thùng hàn - Thanh ngang khung được bắt qua 2 trụ sau cấu tạo từ thép hộp 40x40x1,4 - Trụ sau được hàn với kèo mui

3.3 Xác định khối lượng thùng hàng

Để xác định khối lượng thùng hàng ta tiến hành tính toán trọng lượng của riêng từng phần của thùng gồm: 2 mặt bên, sàn thùng tầng 1, sàn thùng tầng 2, mặt trước, mặt sau thùng và khung mui

mthùng = mmb + msànt1+ msànt2 + mmt + ms + mkm (kg) (3.1) Trong đó:

- mthùng: Khối lượng toàn bộ của thùng - mmb: Khối lượng phần mặt bên - msànt1: Khối lượng sàn tầng 1 - msànt2: Khối lượng sàn tầng 2 - mmt: Khối lượng mặt trước - mms: Khối lượng mặt sau

- mkm : Khối lượng khung mui

Thùng được chế tạo từ thép CT3, khối lương riêng t = 7800 kg/m3

Sàn thùng là sàn thép chống trượt dày 3mm có khối lượng riêng 26,6 [kg/m2]

a Xác định khối lượng mặt bên thùng

Khối lượng 2 mặt bên thùng Mmb (kg) được xác đinh như sau: Bảng 3.1 Bảng tính toán khối lượng thành bên thùng

Theo kết quả tính toán từ bảng ta có khối lượng toàn bộ 2 bên thành thùng là:

- md1: Khối lượng phần khung dầm

- mts1: Khối lượng phần tôn sàn

Khối lượng phần khung dầm được tính toán theo bảng sau: Bảng 3.2 Bảng tính toán khối lượng phần khung dầm sàn thùng tầng 1

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

Mặt sàn được phủ tôn chống trượt có tổng diện tích 2 4 2 5 5 0 0 0 mm2 Tổng khối lượng tôn sàn md2: Khối lượng phần khung dầm

mts2: Khối lượng phần tôn sàn

Khối lượng phần khung dầm được tính toán theo bảng sau: Bảng 3.3 Bảng tính toán khối lượng khung dầm sàn thùng tầng 2

Phần sàn thùng tầng 2 được phủ tôn trơn 2mm có tổng diện tích 21569600 mm2

Tổng khối lượng tôn sàn

mts2= 21569600 2.10-9 7800 = 336,5 kg Tổng khối lượng của sàn thùng tầng 2

msànt2 = 606,03 + 336,5 = 942,5 kg

d Xác định khối lượng mặt trước

Khối lượng mặt trước thùng mmt (kg) được xác định như sau:

Với:

mkt: Khối lượng phần mặt khung trước mtt: Khối lượng phần tôn phủ mặt trước

Khối lượng phần khung mặt trước đươc tính toán theo bảng sau: Bảng 3.4 Bảng tính toán khối lượng phần khung mặt trước

TT Thành phần mặt trước Tồng chiều dài

e Xác định khối lượng mặt sau

Khối lượng mặt trước thùng mmt kg được xác đinh như sau:

Với: - mks: Khối lượng phần mặt khung sau mts: Khối lượng phần tôn phủ mặt sau

Khối lượng phần khung mặt sau đươc tính toán theo bảng 3.5: Bảng 3.5 Bảng tính toán khối lượng phần khung mặt sau

Tổng thể tích

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

22 Theo kết quả tính toán từ bảng ta có:

mks = 6482576.10-9.7800 = 50,6 kg

Phần cửa và bửng được phủ tôn dày 0,5 mm mặt ngoài, chế tạo từ thép CT3 có khối lượng riêng t = 7800 kg /m3 có tổng diện tích 5019100 mm2

Khối lượng phần tôn cửa và bửng:

mt = 5019100.0,5.10-9.7800 = 19,6 kg mmt = 50,6 + 19,6 = 70,2 kg

f Xác định khối lượng phần khung mui

Chiều dài tổng thể một khung mui từ thép ống 27 dày 1,5 mm l=3460 mm

Diện tích mặt cắt ngang: S=120,2 mm2

Khối lượng 1 khung mui: m1k = 3460.120,2.10-9.7800= 3,24 kg Khối lượng toàn bộ 16 khung mui: mkm =3,24.16= 51,9 kg

Từ kết quả tính toán trên ta tính được khối lượng toàn bộ thùng như sau

mthùng =872,5 + 1328,1 + 869,4 + 104,5 + 70,2 + 51,9 = 3296,6 kg

3.4 Tính bền thùng xe

3.4.1 Tính bền dầm ngang thùng (sàn thùng tầng 1)

Khi làm việc sàn thùng chiụ tác dụng của trọng lượng hàng hóa trên thùng Gh và trọng lượng bản thân thùng hàng Gthùng Các tải trọng này tác dụng lên thùng thông qua các dầm ngang truyền đến các dầm dọc của thùng và đến các dầm dọc của khung ô tô Các dầm dọc của thùng tiếp xúc dọc trên chiều dài của khung ô tô qua lớp gỗ lót nền đảm bảo đủ bền khi truyền lực từ các dầm ngang xuống Khi tính toán bền thùng hàng ta chỉ cần tính toán bền cho các dầm ngang và xem như các phần khác làm việc đủ bền

Để tính toán bền các dầm ngang ta giả thiết rằng:

- Trọng lượng hàng hóa và phần sàn thùng phân bố đều trên mặt sàn, tức là phần trọng lượng này phân bố đều cho các dầm ngang và trên suốt chiều dài của thùng

- Trọng lượng thành thùng hàng tác dụng lên các dầm ngang tại các điểm đầu mút của dầm

Theo thiết kế thì sàn thùng có 24 dầm ngang, mỗi dầm có chiều dài 2450 mm Tải trọng hàng hóa cho phép chở của ô tô thiết kế mới được tính toán như sau:

- Trọng lượng bản thân của ô tô cơ sở: Gbt = 5850 (kG) - Trọng lượng thùng hàng mới chế tạo: Gthùng = 3296 (kG)

- Trọng lượng toàn bộ theo thiết kế của ô tô cơ sở: Gtk = 16000 (kG) - Trọng lượng kíp lái gồm 3 người: Gkl = 195 (kG)

 Trọng lượng hàng hóa chuyên chở

Gh =16000 - (5850 + 3296 + 195) = 6659 (kG)

Để đảm bảo an toàn cho các hệ thống và theo phương án thiết kế ban đầu tải trọng khi chở tối đa khoảng 3000 (kG) nên ta chọn trọng lượng hàng hóa chuyên chở cho phép

Thay vào công thức (3.7) ta có: q=0,052 [kG/mm]  Tải trọng phân bố lên đầu dầm ngang - Gkm: Trọng lượng phần khung mui Gkm = 51,9 (kG) Thay vào công thức (3.8) ta có : P = 73,83 (kG)

Sử dụng MDsolid tính toán bền ta có các sơ đồ tính toán như sau:

Hình 3 6 Sơ đồ phân bố lực lên dầm ngang

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

24

Hình 3 7 Biểu đồ momen uốn tác dụng

Theo sơ đồ trên hình 3.7 ta thấy momen uốn lớn nhất tác dụng lên dầm tại vị trí 2 gối đỡ là Mu=82,4.104 [ N.mm]

Dầm ngang là chữ U120x50 có các thông số kỹ thuật sau (theo [10]): Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật thép U120x50x4

Tên đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Mô men quán tính với trục x Jx 304 cm4

Mômen chống uốn với trục x Zx 50,6 cm3 Bán kính quán tính với trục x rx 4,78 cm Mô men quán tính với trục y Jy 31,2 cm4

Mômen chống uốn với trục y Zy 8,52 cm3

Để tính bền cho các đà ngang sàn tầng 2 ta có các giả thiết sau:

- Xem như mặt sàn tầng 2 chịu ½ trọng lượng hàng hóa khi đầy tải và tải trọng

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

26

Hình 3 9 Biểu đồ momen uốn tác dụng lên dầm

Theo sơ đồ trên hình 3.9 ta thấy momen uốn lớn nhất tác dụng lên dầm vị trí chính giữa dầm là Mu=28,1.103 N.mm

Dầm ngang là thép CT3 chữ U có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật thép U50x32

Mô men tĩnh của nửa tiết diện với trục x Sx 1,16 cm3

Theo bảng số liệu ta có momen chống uốn đối với trục x là:

Để tính bền cho đà dọc thùng ta đưa ra các giả thiết sau:

- Xem như mặt sàn tầng 2 chiu ½ trọng lượng hàng hóa khi đầy tải và tải trọng toàn bộ sàn tầng 2, như vậy mỗi nữa sàn (trước, sau) sẽ chịu ¼ tải trọng hàng hóa và ½ tải trọng sàn

- Xem như lực tác dụng lên mặt sàn phân bố đều trên các đà dọc va suốt chiều dài đà dọc

- Khi nâng sàn lúc đó đà sàn sẽ được treo bằng cáp ở 3 đầu, lúc này đà chịu tải trọng lớn nhất, khi tính toán ta xem như đây là các gối đỡ tĩnh Tuy nhiên ta chỉ xét ở 2 gói tương ứng với nữa sàn (trước, sau)

Tải trọng phân bố lên các đà dọc sàn thùng tầng 2

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

28

Hình 3 11 Biểu đồ momen uốn tác dụng lên dầm

Theo sơ đồ trên hình 3.11 ta thấy momen uốn lớn nhất tác dụng lên dầm vị trí chính giữa dầm là Mu=1,18.106 [N.mm]

Đà dọc là thép CT3 [TCVN 1654-85] có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật thép chữ U100x46

Bán kính quán tính với trục x rx 3,99 cm Mô men tĩnh của nửa tiết diện với trục x Sx 20,4 cm3

Bán kính quán tính với trục y ry 1,37 cm Theo bảng số liệu ta có momen chống uốn đối với trục x là:

Wx= 34,8 (cm3)

Ứng suất uốn tác dụng lên dầm theo [4]

Tính bền thành bên của thùng hàng ta xét trường hợp ô tô xếp hàng hóa bằng chiều cao thùng xe (theo thông tư 46/2015/TT-BGTVT) Thành bên chịu tác dụng lớn nhất khi ô tô quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất Tổng lực phân bố đều lên các cột thành thùng (tính từ sàn thùng lên đến mặt nóc)

Bảng 3.9: Khối lượng hàng phân bố lên thành bên

2 Khối lượng một bên thành thùng hàng Gtb kg 436 9 Kích thước mặt cắt nguy hiểm cột thành bên mm U140x58x5 10 Ứng suất cho phép vật liệu (CT3) [] MPa 120 Trong đó:

Plth - Lực quán tính li tâm do khối lượng thùng hàng và hàng hóa sinh ra khi quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất:

Plth = (Gtb+Q+Q1).V2/(9,81.Rmin) = 1022 [kg]

Pms - Lực ma sát giữa khối lượng hàng hóa chuyên chở và sàn thùng hàng khi xe quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất:

Pms = Q.fms = 375 [kg]

P - Tổng lực tác dụng lên thành bên khi xe quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất: P = (Plth - Pms) = 647 [kg]

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

30 Lực phân bố đều lên chiều dài tính toán khi đó là:

q = P/(K.L) = 64 [kg/m]

Thành bên được chế tạo bằng thép CT3 có tiết diện [ 140x58x5 Xem các cột bị ngàm tại vị trí sàn thùng Sơ đồ tính toán thành bên được thể hiện như hình vẽ

Hình 3.12 Sơ đồ phân tích lực

Hình 3.13 Biểu đồ momen uốn tác dụng lên cột

Theo sơ đồ trên hình 3.13 ta thấy momen uốn lớn nhất tác dụng lên dầm vị trí

Khi tính bền thành trước ta xét trường hợp ô tô xếp hàng hóa bằng chiều cao của thành trước Thành trước chịu tác dụng lực lớn nhất khi ô tô phanh gấp với gia tốc cực đại khi đầy tải, coi các thanh đứng chịu toàn bộ lực phanh, các thanh ngang là kết cấu gia cường

Luận văn tốt nghiệp SVTH: Ngô Tín Thành

32 Bảng 3.10: Khối lượng hàng phân bố lên thành trước

2 Khối lượng thành trước thùng hàng Gtb kg 104,5 3 Chiều dài một cột thành trước phía dưới chịu 7 Kích thước mặt cắt nguy hiểm cột thành bên mm []40x40x1,4 8 Ứng suất cho phép vật liệu (CT3) [] MPa 120 Khi phanh gấp, thành trước thùng hàng chịu tác dụng của các lực:

- Lực quán tính của khối lượng thành trước và hàng hóa:

Thành trước được chế tạo bằng thép CT3 có tiết diện [ 140x58x5 Xem các cột bị ngàm tại vị trí sàn thùng Sơ đồ phân bố lực lên cột thành trước được thể hiện như hình: