Tính toán kiểm tra ống nâng thùng ben khi xe chở quá tải đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

35CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH LƯC TÁC DỤNG LÊN ỐNG NÂNG THÙNG BEN KHI XE CHỞ QUÁ TẢI.... KÍ HIỆU TÊN GỌIφ Góc hợp bởi hai tia Ox và OT λ Góc đổ của cát β Góc nghiêng ống nâng thùng xe với phương

Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Công Nghệ Kỹ thuật ô tô với đề tài “TÍNH

TOÁN KIỂM TRA ỐNG NÂNG THÙNG BEN KHI XE CHỞ QUÁ TẢI” là kết

quả của quá trình cố gắng không ngừng nghỉ của bản thân mỗi chúng em và được sựgiúp đỡ tận tình, động viên khích lệ của thầy cô, bạn bè và người thân Qua đây, chúng

em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người đã giúp đỡ chúng em trong thờigian hoàn thành khóa luận tốt nghiệp vừa qua

Chúng em xin trân trọng gửi đến thầy GVC.MSc ĐẶNG QUÝ - Người đã trực tiếp

tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho bàiluận này lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất

Xin cảm ơn lãnh đạo, ban giám hiệu cùng toàn thể các thầy cô giáo trườngĐại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh khoa Cơ Khí Động Lực và bộ môn Ô Tô

đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình

Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng

hộ, động viên

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 5

DANH MỤC CÁC HÌNH 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 9

1.1 Mở đầu 9

1.2 Giới hạn và đặt vấn đề 9

1.3 Giới thiệu xe Kamaz 65115 và thông số kỹ thuật 10

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC TRỌNG TÂM TỔNG HỢP KHI ĐỔ VẬT LIỆU 13

2.1 Tính chiều cao của vật liệu đổ trên thùng 13

2.2 Tính thể tích và trọng lượng cát còn lại trong thùng khi nâng thùng từ 0°- 50°14 2.2.1 Khi thùng chưa nâng α = 0° 14

2.2.2 Khi thùng nâng α = 5° 15

2.2.3 Khi thùng nâng α = 10° 15

2.2.4 Khi thùng nâng α = 15° 15

2.2.5 Khi thùng nâng α = 20° 16

2.2.6 Khi thùng nâng α = 25° 16

2.2.7 Khi thùng nâng α = 30° 16

2.2.8 Khi thùng nâng α = 35° 17

2.2.9 Khi thùng nâng α = 40° 17

2.2.10 Khi thùng nâng α = 45° 17

2.2.11 Khi thùng nâng α = 50° 18

2.3 Xác định tọa độ trọng tâm của cát 18

2.3.1 Khi thùng chưa nâng α = 0° 19

2.3.2 Khi thùng nâng α = 5° 20

2.3.3 Khi thùng nâng α = 10° 21

2.3.4 Khi thùng nâng α = 15° 22

2.3.5 Khi thùng nâng α = 20° 23

2.3.6 Khi thùng nâng α = 25° 24

2.3.7 Khi thùng nâng α = 30° 25

2.3.8 Khi thùng nâng α = 35° 26

2.3.9 Khi thùng nâng α = 40° 27

2.3.10 Khi thùng nâng α = 45° 28

2.3.11 Khi thùng nâng α = 50° 29

2.4 Xác định vị trí tọa độ trọng tâm tổng hợp của cát và thùng từ 0° - 50° 29

2.4.1 Khi thùng chưa nâng α = 0° 30

2.4.2 Khi thùng nâng α = 5° 30

2.4.3 Khi thùng nâng α = 10° 31

2.4.4 Khi thùng nâng α = 15° 31

2.4.5 Khi thùng nâng α = 20° 32

2.4.6 Khi thùng nâng α = 25° 33

2.4.7 Khi thùng nâng α = 30° 33

2.4.8 Khi thùng nâng α = 35° 34

2.4.11 Khi thùng nâng α = 50° 35

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH LƯC TÁC DỤNG LÊN ỐNG NÂNG THÙNG BEN KHI XE CHỞ QUÁ TẢI 38

3.1 Khi thùng chưa nâng α = 0° 43

3.2 Khi thùng nâng α = 5° 43

3.3 Khi thùng nâng α = 10° 44

3.4 Khi thùng nâng α = 15° 45

3.5 Khi thùng nâng α = 20° 45

3.6 Khi thùng nâng α = 25° 46

3.7 Khi thùng nâng α = 30° 46

3.8 Khi thùng nâng α = 35° 47

3.9 Khi thùng nâng α = 40° 47

3.10 Khi thùng nâng α = 45° 48

3.11 Khi thùng nâng α = 50° 49

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KIỂM TRA ỐNG NÂNG THÙNG BEN TRONG MẶT PHẲNG DỌC KHI XE CHỞ QUÁ TẢI 52

4.1 Tính chiều dài tổng của ống nâng thùng ben khi thùng nâng lên một góc α 52

4.1.1 Khi chưa nâng α = 0° 53

4.1.2 Khi nâng α = 5° 53

4.1.3 Khi nâng α = 10° 53

4.1.4 Khi nâng α = 15° 53

4.1.5 Khi nâng α = 20° 53

4.1.6 Khi nâng α = 25° 54

4.1.7 Khi nâng α = 30° 54

4.1.8 Khi nâng α = 35° 54

4.1.9 Khi nâng α = 40° 54

4.1.10 Khi nâng α = 45° 54

4.1.11 Khi nâng α = 50° 54

4.2 Tính phản lực tác dụng ở các khớp quay O và A 57

4.2.1 Tính phản lực tác dụng lên khớp quay O 57

4.2.1.1 Khi thùng chưa nâng α = 0° 58

4.2.1.2 Khi thùng nâng lên α = 5° 58

4.2.1.3 Khi thùng nâng lên α = 10° 58

4.2.1.4 Khi thùng nâng lên α = 15° 59

4.2.1.5 Khi thùng nâng lên α = 20° 59

4.2.1.6 Khi thùng nâng lên α = 25° 59

4.2.1.7 Khi thùng nâng lên α = 30° 59

4.2.1.8 Khi thùng nâng lên α = 35° 60

4.2.1.9 Khi thùng nâng lên α = 40° 60

4.3.3.1 Góc α = 0° 68

4.3.3.2 Góc α = 5° 69

4.3.3.3 Góc α = 10° 69

4.3.3.4 Góc α = 15° 69

4.3.3.5 Góc α = 20° 69

4.3.3.6 Góc α = 25° 69

4.3.3.7 Góc α = 30° 69

4.3.3.8 Góc α = 35° 69

4.3.3.9 Góc α = 40° 70

4.3.3.10 Góc α = 45° 70

4.3.3.11 Góc α = 50° 70

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 74

5.1 Kết luận 74

5.2 Đề nghị 74

KÍ HIỆU TÊN GỌI

φ Góc hợp bởi hai tia Ox và OT

λ Góc đổ của cát

β Góc nghiêng ống nâng thùng xe với phương OZ

α Góc nâng thùng xe

ε 0 Góc giữa OZ và cạnh đáy thùng

a Chiều dài của đáy thùng

b Chiều rộng của đáy thùng

γ Góc nghiêng ống nâng thùng xe với phương thẳng đứng

A Khớp quay liên kết giữa ống nâng ben và dầm dọc

n Khoảng cách từ khớp quay O của thùng xe đến khớp quay A của ống

nâng ben

E Mô đun đàn hồi của thép

m Khoảng cách từ khớp quay O của thùng xe đến khớp quay Z của ống

nâng ben

F z Tải trọng tác dụng lên ông nâng ben

F zx Phản lực ngang của tải trọng Fztác dụng lên ống nâng ben

F zy Phản lực thẳng đứng của tải trọng Fztác dụng lên ống nâng ben

ρ Khối lượng riêng của cát

G c Trọng lượng cát

G t Trọng lượng của thùng xe

G tc Trọng lượng tổng hợp của thùng xe và cát

g Gia tốc trọng trường

h c Chiều cao của khối cát chứa trong thùng

I Moment quán tính chính của ống nâng ben

cát còn lại

L Z Chiều dài tăng thêm của ông nâng ben khi thùng nâng lên với góc α > 0

L 0 Chiều dài của ống nâng khi chưa nâng thùng

L tc Chiều dài tổng cộng của ống nâng ứng với các góc nâng của thùng

m t Khối lượng của thùng xe

O Khớp quay của thùng xe

R o Phản lực tác dụng lên khớp quay O của thùng xe

R ox Phản lực ngang tác dụng lên khớp quay O của thùng xe

R oy Phản lực thẳng đứng tác dụng lên khớp quay O của thùng xe

R A Phản lực tác dụng lên khớp quay A của ống nâng xe ben

R Ax Phản lực ngang tác dụng lên khớp quay A của ống nâng xe ben

R Ay Phản lực thẳng đứng tác dụng lên khớp quay A của ống nâng xe ben

S đ Diện tích đáy thùng

S hbh Diện tích hình bình hành

S ∆ Diện tích hình tam giác

T c(hbh) Vị trí trọng tâm của khối cát có hình chiếu cạnh là hình bình hành

T c( ∆ ) Vị trí trọng tâm của khối cát có hình chiếu cạnh là hình tam giác

T c Vị trí trọng tâm của khối cát

T t Vị trí trọng tâm của thùng ben

T tc Vị trí trọng tâm tổng hợp của thùng và cát

V c Thể tích khối cát

V hbh Thể tích của khối cát hình bình hành

S ∆ Thể tích khối cát hình tam giác

y (Z) Độ võng của ống nâng ben tại tiết diện có tọa độ z

Z Khớp quay liên kết giữa ống nâng ben và thùng xe

Hình 1-1 Xe Kamaz 65115 10

Hình 1-2 Sơ đồ kích thước thùng ben 12

Hình 2-1 Diện tích hình bình hành và tam giác ở góc nâng bất kỳ 14

Hình 2-2 Thùng chưa nâng nhưng đã mở thành chắn phía sau đuôi 19

Hình 2-3 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 5° 20

Hình 2-4 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 10° 21

Hình 2-5 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 15° 22

Hình 2-6 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 20° 23

Hình 2-7 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 25° 24

Hình 2-8 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 30° 25

Hình 2-9 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 35° 26

Hình 2-10 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 40° 27

Hình 2-11 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 45° 28

Hình 2-12 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 50° 29

Hình 2-13 Sơ đồ thay đổi vị trí trọng tâm tổng hợp của thùng ben và cát khi góc nâng từ 0°－50° 37

Hình 3-1 Các lực tác dụng lên ống nâng thùng ben, thùng ben và các khớp A, O khi giải phóng các khớp 39

Hình 3-2 Các lực tác dụng lên thùng ben khi ống nâng thùng ben nghiêng sang trái 40

Hình 3-3 Các lực tác dụng lên thùng ben khi ống nâng thùng ben nghiêng sang phải 42

Hình 3-4 Đồ thị biểu thị mối liên hệ giữa lực F Z và góc nâng α 51

Hình 4-1 Chiều dài ống nâng L tc ứng với góc nâng α 52

Hình 4-2 Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa L tc và góc nâng α 56

Hình 4-3 Phản lực tác dụng lên khớp xoay A và O 57

Hình 4-4 Lực tác dụng lên ống nâng ben 61

Hình 4-5 Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa R O và góc nâng α 63

Hình 4-6 Lực F Z tác dụng lên ống nâng ben 64

Hình 4-7 Kích thước ống nâng ben 65

Hình 4-8 Đồ thị biểu thị mối liên hệ giữa h(α) và góc nâng α 72

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2-1 Tóm tắt các giá trị V c , G c , G tc , x, y, tỉ lệ l 1

l 2 ứng với từng góc nâng α.36

Bảng 3-1 Các góc α, γ, φ tương ứng 50

Bảng 3-2 Giá trị α, j, G tc , F Z 50

Bảng 4-1 Giá trị L tc ứng với từng góc α 55

Bảng 4-2 Giá trị R O , R A ứng với từng góc nâng α 63

Bảng 4-3 Giá trị L tc , F Z , I, h(α) ứng với góc nâng α 71

1.1 Mở đầu

Để nâng cao sự phát triển của nên kinh tế và đời sống xã hội, nước ta đã tiến hànhcông nghiệp hóa, hiện đại hóa trên nhiều lĩnh vực quan trọng, trong đó ngành côngnghiệp ô tô được chú trọng và phát triển mạnh mẽ và ô tô trở thành phương tiện dichuyển thiết yếu trong đời sống ngày nay Với sự phát triển nhanh và xu hướng hộinhập quốc tế đã tạo ra sự phát triển mạnh mẽ cho nền công nghiệp ô tô, với thị trườngnhiều hãng xe, nhiều chủng loại và qui mô lớn đáp ứng được các yêu cầu cho sự pháttriển nhanh chóng, tiện ích và an toàn…

Tuy nhiên, việc sử dụng ô tô đặc biệt là ô tô tải tự đổ hay họi cách khác là xe ben,thì việc chở qua tải xảy ra hầu hết người sử dụng vì thế chúng em nhận thấy rằng:

‘‘TÍNH TOÁN ỐNG NÂNG THÙNG XE BEN KHI CHỞ QUÁ TẢI’’ là nhu cầu

thiết yếu với sinh viên ngành công nghệ kĩ thuật ô tô nhằm kiểm tra sự ổn định và độbền ống nâng thùng xe ben khi nâng thùng đổ các vật liệu nhằm đảm bảo an toàn … vàtìm ra giải pháp tốt hơn để cải tiến ô tô tự đổ

1.2 Giới hạn và đặt vấn đề

Ô tô tải tự đổ (hay còn gọi là xe ben) khi chở quá tải so với trọng lượng cho phépthì dẫn đến các tính năng hoạt động khác không đảm bảo an toàn, mất ổn định, cáckhớp liên kết chịu lực vượt mức cho phép khiến gầm hư hỏng và có thể phá hủy, vìvậy chúng ta cần phải tính toán kiểm tra:

- Kiểm tra ống nâng ben

- Kiểm tra hai chốt quay giữa thùng xe và dầm dọc (O), giữa ống nâng ben vàdầm dọc (B)

Do thời gian có hạn và theo yêu cầu của người hướng dẫn đề tài là kiểm tra ống nângben nên chúng em chỉ tính toán kiểm tra ông nâng thùng ben khi đổ các vật liệu

1.3 Giới thiệu xe Kamaz 65115 và thông số kỹ thuật

Ô tô tải tự đổ KAMAZ 65115 được sản xuất tại CHLB Nga, là loại xe ô tô tải tự

đổ, có công thức bánh xe là 6x4

Hình 1-1 Xe Kamaz 65115

Tên sản phẩm Xe ben Kamaz

Khối lượng bản thân 10050 kg

- Cầu sau: 2900 + 2900 kgKhối lượng cho phép chở 12730 kg

Số người cho phép chở 3

Khối lượng thùng ben 2140 kg

Loại động cơ 4 kỳ, 8 xi lanh chữ V, tăng áp

Công suất lớn nhất/tốc độ quay 169 kW/ 2200 v/ph

Số lượng lốp trên trục I/II/III 02/04/04

Hình 1-2 Sơ đồ kích thước thùng ben

Chiều dài đáy thùng a = 3600 mm

Chiều rộng đáy thùng b = 2300 mm

Chiều dài miệng thùng c = 5270 mm

Chiều cao thùng d = 1400 mm

CỦA CÁC TRỌNG TÂM TỔNG HỢP KHI ĐỔ VẬT LIỆU

2.1 Tính chiều cao của vật liệu đổ trên thùng

Để tính toán đơn giản, ta giả sử bề dày đáy thùng và vách thùng là không đáng kể,chọn vật liệu xe chở là cát với các thông số như sau:

Góc đổ của cát: λ = 47º

Khối lượng riêng cát: ρ = 2.103kg/m3

Chiều cao của cát: hc

Khối lượng của thùng: m t= 2140 kg

Xe chở đúng tải: 13.103kg, quá tải 80%: 23,4.103kg

Hình 2-1 Diện tích hình bình hành và tam giác ở góc nâng bất kỳ

2.2.1 Khi thùng chưa nâng α = 0°

Để chuẩn bị đổ cát xuống, bắt buộc phải mở trước thành chắn phía sau đuôi thùngben, lập tức cát đã tự sạt xuống đúng theo góc sạt đổ của cát là 47º

2.3 Xác định tọa độ trọng tâm của cát

Khi thùng chưa nâng lên tọa độ trọng tâm của cát là trung điểm của đường nối haitrung điểm hai cạnh của hình thang vuông (hình chiếu đứng), ta bỏ qua sai lệch nhỏcủa các cạnh vát theo hình dạng thùng xe

Gọi Tc(x,y) là tọa độ trọng tâm khối cát còn lại

Gọi Tc(hbh)(u,t) là tọa độ trọng tâm khối cát hình bình hành

Gọi Tc(∆)(p,q) là tọa độ trọng tâm khối cát còn lại

Để chuẩn bị cát đổ xuống, bắt buộc phải mở trước thành chắn phía sau đuôi thùngben, lập tức cát tự sạt xuống theo góc 47º.

Trước hết ta xác định tọa độ Tc(hbh), sau đó xác định tọa độ Tc(∆)

Hình 2-2 Thùng chưa nâng nhưng đã mở thành chắn phía sau đuôi

Dựa vào khối lượng cát hình lăng trụ (có hình chiếu cạnh là hình bình hành) vàtrọng lượng khối cát hình lăng trụ (có hình chiếu cạnh là hình tam giác) ta sẽ xác địnhđược tọa độ trọng tâm toàn bộ khối cát còn lại trong thùng ben

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình bình hành Tc(hbh)(1,932 ; 0,7)

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(0,011 ; 0,467)

2.3.2 Khi thùng nâng α = 5°

Hình 2-3 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 5°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình bình hành Tc(hbh)(1,989 ; 0,876)

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(0,217 ; 0,31)

Hình 2-4 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 10°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình bình hành Tc(hbh)(2,054 ; 1,072)

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(0,293 ; 0,526)

2.3.4 Khi thùng nâng α = 15°

Hình 2-5 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 15°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình bình hành Tc(hbh)(2,137 ; 1,297)

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(0,492 ; 0,615)

Hình 2-6 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 20°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình bình hành Tc(hbh)(2,255 ; 1,565)

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(0,755 ; 0,77)

2.3.6 Khi thùng nâng α = 25°

Hình 2-7 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 25°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình bình hành Tc(hbh)(2,434 ; 1,908)

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(1,118 ; 1,036)

Hình 2-8 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 30°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình bình hành Tc(hbh)(2,743 ; 2,391)

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(1,668 ; 1,501)

2.3.8 Khi thùng nâng α = 35°

Hình 2-9 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 35°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(1,55 ; 1,45)

Hình 2-10 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 40°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(1,427 ; 1,41)

2.3.10 Khi thùng nâng α = 45°

Hình 2-11 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 45°

Tọa độ trọng tâm của khối cát hình tam giác Tc(∆)(1,321;1,382)

Hình 2-12 Sơ đồ thùng xe và cát khi nâng lên 50°

Lúc này góc nâng thùng ben quá lớn, lớn hơn góc sạt của cát nên cát đổ hết ra khỏithùng

2.4 Xác định vị trí tọa độ trọng tâm tổng hợp của cát và thùng từ 0° - 50°

Gọi:

T t là vị trí trọng tâm của thùng xe

Do cát và thùng là hai vật liệu khác nhau nên khối lượng riêng của chúng khácnhau cho nên ta áp dụng phương trình cân bằng moment (hai lực song song cùng chiềutrong cơ lí thuyết) theo công thức như sau:

G c l 2 = G t l 1 => G c

G t = l 1

l 2

2.4.1 Khi thùng chưa nâng α = 0°

Trọng lượng cát ban đầu:

Góc nâng

α(º)

Thể tíchcát còn lại

V c (m 3)

Trọnglượng cátcòn lại

G c (N)

l 1

l 2

Trọnglượng tổng

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH LƯC TÁC DỤNG LÊN ỐNG NÂNG THÙNG BEN KHI XE CHỞ QUÁ TẢI

Gọi:

γ là góc nghiêng của ống nâng ben so với phương thẳng đứng

β là góc nghiêng của ống nâng ben so với phương Oz

Hình 3-1 Các lực tác dụng lên ống nâng thùng ben, thùng ben và các khớp A, O khi

Trường hợp 1: Ống nâng ben nghiêng sang trái

Hình 3-2 Các lực tác dụng lên thùng ben khi ống nâng thùng ben nghiêng sang trái