(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải

(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải

TỔNG QUAN

Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập kinh tế quốc tế, vai trò của ngành giao thông vận tải ngày càng trở nên quan trọng, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế quốc gia Tuy nhiên, nhu cầu vận chuyển ngày càng tăng cao dẫn đến các doanh nghiệp không tuân thủ quy định về tải trọng xe, cố tình chở quá mức cho phép để tiết kiệm chi phí, gây hậu quả nghiêm trọng cho hạ tầng giao thông Tình trạng này khiến nhiều tuyến đường, cầu cống bị xuống cấp nhanh chóng, làm giảm an toàn giao thông và gây mất an toàn cho người tham gia giao thông Đồng thời, các vấn đề này cũng tạo ra sự bức xúc trong dư luận xã hội về công tác quản lý và ý thức chấp hành quy định của các doanh nghiệp vận tải.

Là một kỹ sư ô tô, tôi nhận thấy rằng tình trạng quá tải gây ra hậu quả nghiêm trọng cho xe, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của các chi tiết, hiệu quả phanh, công suất động cơ và tính năng động học Các bộ phận của xe vốn được thiết kế để chịu tải trong giới hạn nhất định, nhưng khi xe phải gánh chịu tải trọng gấp rưỡi đến gấp 2-3 lần giới hạn này, sẽ dẫn đến hao mòn nhanh chóng và giảm tuổi thọ của xe Quá tải không những làm giảm hiệu suất vận hành mà còn tiềm ẩn nguy cơ hỏng hóc nặng, đe dọa an toàn của người dùng Do đó, việc tuân thủ giới hạn tải trọng là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả và độ bền của xe ô tô.

Nhóm chúng em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp liên quan đến kiểm tra các chi tiết trên xe khi xe chở quá tải nhằm giải quyết các vấn đề nguy hiểm và cấp bách hiện nay Việc này giúp có cái nhìn chính xác về tình trạng quá tải của xe, từ đó đưa ra quyết định về mức giới hạn tải trọng an toàn hoặc đề xuất các phương án nâng cấp, cải tiến xe để đảm bảo an toàn Đề tài còn cung cấp nền tảng phân tích chi tiết, giúp nâng cao hiệu quả kiểm tra, giảm thiểu rủi ro tai nạn và tối ưu hóa hiệu suất vận hành của các phương tiện giao thông.

Tóm tắt

Đối tượng nghiên cứu là xe Hyunhdai HD120S được giả thiết chở quá tải 80%

Dựa trên số liệu của nhà sản xuất và các đo đạc thực tế, khung xe, bao gồm xà dọc, cầu trước, và cầu sau, được phân tích và tính toán để xác định độ bền Quá trình này giúp đánh giá khả năng hoạt động của các bộ phận khi xe chở quá tải, đảm bảo an toàn và hiệu suất vận hành.

Dựa trên kiến thức và phương pháp luận về sức bền vật liệu cùng thiết kế ô tô, chúng em đã sử dụng phần mềm MD SOLIDS 4.0 để kiểm chứng các phân tích về ảnh hưởng của tải trọng phân bố và tải tập trung lên các chi tiết Việc tính toán momen uốn, xoắn được thực hiện dựa trên các trường hợp tải trọng khác nhau, kết hợp với giá trị momen chống uốn và chống xoắn xác định trên cơ sở tiết diện sẵn có Các ứng suất uốn và xoắn trong các vùng nguy hiểm của chi tiết sau đó được xác định chính xác để đánh giá độ bền của cấu kiện Cuối cùng, kết quả so sánh với giới hạn bền của vật liệu thép giúp kiểm tra độ bền và độ tin cậy của thiết kế.

Trong quá trình tính toán, chúng tôi đã sử dụng nhiều giả thiết để đơn giản hóa bài toán đặt ra mà vẫn đảm bảo kết quả chính xác Các giả thiết này giúp rút ngắn quá trình phân tích mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy của kết quả Chi tiết về các giả thiết và cách chúng tôi áp dụng trong phần tính toán sẽ được trình bày rõ ràng, giúp bạn đọc dễ dàng theo dõi và hiểu rõ quá trình phân tích.

Kết quả đạt được: dầm dọc, cầu trước và cầu sau đều đủ khả năng chịu tải trọng khi xe chở quá tải 80%.

Giới hạn vấn đề

Trong phạm vi thời gian và quy mô đề tài hạn chế, nhóm chúng em tập trung nghiên cứu về xe tải Hyundai HD120S khi xe vượt quá tải trọng 80%, nhằm phân tích tác động của mức quá tải này đến hiệu suất hoạt động, an toàn vận hành và sự bền bỉ của xe.

+ Xác định tải trọng tác dụng lên các cầu xe

+ Tính toán kiểm tra khung xe khi xe chở quá tải (chỉ giới hạn tính toán và kiểm tra 2 dầm dọc)

+ Tính toán kiểm tra cầu trước khi xe chở quá tải

+ Tính toán kiểm tra cầu sau khi xe chở quá tải

Các đề tài liên quan đã được nghiên cứu cả trong nước và quốc tế, tập trung vào đánh giá ảnh hưởng của tải trọng quá tải đến các chi tiết và hệ thống trên xe Nghiên cứu này giúp đề xuất các phương pháp cải tiến và chế tạo nhằm nâng cao độ bền và hiệu suất của các cấu kiện Ngoài ra, các nghiên cứu chuyên sâu như của Min Jang và Lijun Li (2015) đã phân tích ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến ứng suất và độ bền mỏi của dầm cầu, góp phần cải thiện thiết kế và an toàn công trình cầu.

Dựa trên phương pháp thực nghiệm, nghiên cứu đã kiểm tra ảnh hưởng của các thông số như chiều dài và độ sâu của vết nứt đến độ bền mỏi của vật liệu Topac (2008) cũng áp dụng phương pháp này để nghiên cứu vỏ cầu sau của xe tải nặng, từ đó đề xuất các giải pháp thiết kế bộ phận cơ khí chống đỡ hiệu quả Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài tốt nghiệp, nhóm chúng em gặp hạn chế về khả năng truy cập các cơ sở dữ liệu, thời gian và phương pháp tính toán chính xác hơn Vì vậy, nhóm chỉ tập trung hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao, phù hợp với kiến thức và chuyên môn của chương trình đào tạo, còn những vấn đề đòi hỏi nghiên cứu thực tế sâu hơn sẽ được giới hạn, dành cho các đề tài khác hoặc cấp độ phù hợp hơn.

Chúng em xin trân trọng cảm ơn!

Bảng 1.1: THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE HD120S THÙNG MUI BẠT

Trọng lượng bản thân: 3425 kg

Phân bố cầu trước: 1780 kg

Phân bố cầu sau: 1645 kg

Tải trọng cho phép chở: 8000 kg

Số người cho phép chở: 3 người

Trọng lượng toàn bộ: 11620 kg

Khoảng sáng gầm xe: 235 mm

Kích thước tổng thể DxRxC: 6910 x 2200 x 2970 mm

Kích thước lòng thùng hàng

Dung tích thùng nhiên liệu: 100 lít

Vệt bánh xe trước / sau: 1650 / 1495 mm

Loại nhiên liệu: Diesel Động cơ:

Loại động cơ: 4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng, phun nhiên liệu trực tiếp, làm mát bằng nước, tăng áp

Thể tích: 3907 cc Đường kính x hành trình: 104 x 105 mm

Công suất cực đại/tốc độ quay:

Mômen xoắn cực đại: 373/1800 Nm/rpm

Kiểu hộp số: M035S5, cơ khí, 5 số tiến + 1 số lùi

Số lượng lốp trên trục

Phanh chính Tang trống, thủy lực 2 dòng, trợ lục chân không

Phanh đỗ Cơ khí, tác dụng lên trục thứ cấp của hộp số

Ly hợp: Đĩa ma sát khô, dẫn động thủy lực, trợ lực chân không

Hệ thống treo: Phụ thuộc, nhíp lá, giảm chấn thủy lực

Kiểu hệ thống lái: Trục vít – ê cu bi/Cơ khí có trợ lực thủy lực

Máy phát điện: 24V- 40A Ắc quy: 2 x 12V – 90Ah

Tính năng động lực học:

Khả năng vượt dốc lớn nhất: 22,7 %

Tốc độ tối đa: 82 km/h

Bán kính quay vòng nhỏ nhất: 7,3 m Độ cao trọng tâm xe hg: 1150 mm

Hình 1.1: Thông số các kích thước cơ bản của xe HD120s

HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA XE HD120S:

Hình 1.2: Hình ảnh thực tế của xe

Hình 1.3: Hình ảnh thực tế của xe

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC CẦU KHI XE CHỞ QUÁ TẢI 80%

Xác định tọa độ trọng tâm xe khi xe không tải

Giả thiết xe chuyển động trên đường thẳng, mặt đường không nghiêng

Hình 2.1: Tọa độ trọng tâm xe

Gxe là trọng lượng của xe khi không tải, với giá trị G xe bằng 3425 Kg, tương đương 34250 N Trong phân tích lực tác dụng lên xe, ZT và ZS là các phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh trước và bánh sau, được giả định bằng trọng lượng phân bố lên từng cầu, giúp đảm bảo tính chính xác trong tính toán và thiết kế xe.

GS của xe Z T G T 1780 Kg17800 N, Z S G S 1645 Kg16450 N m A   G a Z xe  S 4,035 0 

Sự phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau khi xe quá tải 80%

Hình 2.2: Sơ đồ phân bố tải trọng trên xe khi quá tải 80%

+ Gxe là trọng lượng xe khi xe không tải G xe 3425 Kg 34250 N

+ Gn trọng lượng tối đa của người G n 195 kg1950 ( )N + Ghh là trọng lượng hàng hóa khi quá tải 80%:

Trong bài viết này, ta xem xét phản lực thẳng đứng tác dụng từ mặt đường lên bánh trước và bánh sau của xe Các phản lực này được ký hiệu là ZT và ZS, với giả thiết ZT bằng lực G T (trọng lượng phân bố lên cầu trước) và ZS bằng lực G S (trọng lượng phân bố lên cầu sau) Điều này giúp xác định lực tác dụng lên các bánh xe dựa trên trọng lượng phân bố của xe, từ đó hỗ trợ quá trình phân tích động lực và đảm bảo an toàn khi vận hành.

2.2.1 Trường hợp xe ở trạng thái tĩnh

2.2.2 Trường hợp xe phanh với lực phanh cực đại

- Tải trọng phân bố lên cầu sau:

Trong đó: m2p là hệ số thay đổi trọng lượng tác dụng lên cầu sau khi phanh Đối với xe tải: m 2 p 0, 9 0, 95 , chọn m 2 p 0, 95

- Vậy, tải trọng phân bố lên cầu trước là:

2.2.3 Trường hợp xe đang truyền lực kéo cực đại:

- Tải trọng phân bố lên cầu sau:

Trong đó: m2k hệ số thay đổi trọng lượng tác dụng lên cầu sau khi xe đang truyền lực kéo Đối với xe tải, m 2 k 1,1 1, 2 , chọn m 2 k 1, 2

- Tải trọng phân bố lên cầu trước:

BẢNG 2.1: GIÁ TRỊ CỦA G T , G S KHI XE QUÁ TẢI 80% TRONG 3

Phanh cực đại G Tp  52352, 249 G Sp  127847, 750

Truyền lực kéo G Tk 18708,105 G Sk 161491,895

TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHUNG XE KHI XE QUÁ TẢI 80%

Tính toán nội lực trong dầm dọc

3.1.1 Tính phản lực của các điểm đặt nhíp lên dầm dọc:

Hình 3.1: Hình thể hiện sự phân bố các phản lực của những điểm đặt nhíp lên dầm xe

Phản lực thẳng đứng từ nhíp lên dầm cầu trước được ký hiệu là Znt, tác dụng tại phía trước bánh xe, trong khi đó, phản lực thẳng đứng từ nhíp lên dầm cầu phía sau bánh xe được ký hiệu là Z’nt Các lực này đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải tải trọng của xe lên dầm cầu, đảm bảo sự ổn định và an toàn trong quá trình vận hành Việc phân tích chính xác các phản lực này giúp tối ưu hóa cấu trúc của hệ thống treo và nâng cao hiệu quả chịu lực của xe.

Phản lực thẳng đứng từ nhíp lên dầm cầu sau đóng vai trò quan trọng trong hệ thống treo của xe, tác dụng phía trước bánh xe (Zns), giúp duy trì độ ổn định và cân bằng cho xe khi di chuyển Đồng thời, phản lực thẳng đứng từ nhíp tác dụng lên dầm cầu sau phía sau bánh xe (Z’ns) cũng đảm bảo khả năng chịu lực và giảm rung lắc, cải thiện hiệu suất vận hành của hệ thống treo.

Hình 3.2: Sơ đồ phân bố các phản lực của các điểm đặt nhíp

+ qt : lực phân bố đều lên 1 bên dầm dọc phần đầu xe khi xe quá tải 80% (N/m)

+ qs : lực phân bố đều lên 1 bên dầm dọc phần sau xe khi xe quá tải 80% (N/m)

+ lt là chiều dài phần đầu của dầm

+ ls là chiều dài phần sau dầm

+ L là chiều dài của xe

+ Từ kết quả đo thực tế, ta có: l1 = 0,520 (m) l2 = 1,28 (m) l3 = 2,013 (m) l4 = 2,507 (m) l5 =1,35 (m) l6 = 1,040 (m) lt = 2,013 (m) ls = 4,897 (m)

- Tính toán giá trị của Z nt và Z’ nt :

Hình 3.3: Sơ đồ lực phân bố trên đầu dầm

- Tính toán giá trị của Z ns và Z’ ns:

Hình 3.4: Sơ đồ lực phân bố trên sau dầm

3.1.2 Xác định nội lực trong dầm dọc:

Để vẽ biểu đồ nội lực, ta sử dụng hai mặt cắt đặt tại các vị trí khác nhau và cho phép chúng biến thiên dọc theo chiều dài của dầm Mặt cắt thứ nhất có tọa độ li biến thiên từ 0 đến lt, giúp xác định chính xác lực nội tại tại các điểm khác nhau trên dầm Quá trình này là bước quan trọng trong phân tích kết cấu nhằm xác định phân bố nội lực và đảm bảo tính an toàn của công trình.

Trong bài viết này, chúng tôi trình bày các biểu thức giải tích của ứng lực dựa trên tọa độ biến thiên từ 0 đến l₁ đối với mặt cắt thứ nhất và từ 0 đến lₛ đối với mặt cắt thứ hai Các công thức này giúp xác định chính xác sự phân bố ứng lực trong kết cấu, từ đó tối ưu hóa thiết kế và nâng cao độ bền chịu lực Cuối cùng, chúng tôi vẽ đồ thị các hàm số ứng lực theo biến số li để trực quan hóa sự biến thiên của các ứng lực qua các mặt cắt, cung cấp cái nhìn rõ nét về hành trình phân bố nội lực trong cấu kiện.

Trong cấu trúc dầm, do chỉ chịu tác dụng của tải trọng ngang (tải trọng xe tác dụng theo chiều vuông góc với dầm dọc), nên trong dầm chỉ xuất hiện lực cắt Qy và mômen uốn Mx Lực dọc Nz không có mặt, nhằm đảm bảo tính chất chịu lực phù hợp với đặc tính tải trọng ngang tác dụng vào dầm Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế dầm và đảm bảo khả năng chịu lực hiệu quả trong các công trình xây dựng.

- Chọn chiều dương của Qy và Mx như trên hình vẽ theo như quy ước về dấu như sau:

+ Qy dương khi có xu hướng đi quanh phần đang xét theo chiều kim đồng hồ

+ Mx dương khi làm thanh cong thêm đối với thanh cong, hoặc làm giãn phía dưới của thanh, làm co phía trên của thanh nằm ngang

Hình 3.5: Nội lực trong đoạn AB

Trong đoạn AB có tải trọng qt phân bố đều (hằng số) và hướng xuống ⟹ lực cắt

Qy là đường bật nhất ⟹ Mx bật hai

Hình 3.6: Nội lực trong đoạn BC

Trong đoạn AB có tải trọng qt phân bố đều (hằng số) và hướng xuống ⟹ lực cắt

Qy là đường bật nhất ⟹ Mx bật hai

Hình 3.7: Nội lực trong đoạn CD

Trong đoạn AB có tải trọng qt phân bố đều (hằng số) và hướng xuống ⟹ lực cắt

Qy là đường bật nhất ⟹ Mx bật hai

Hình 3.8: Nội lực trong đoạn DE

Trong đoạn AB có tải trọng qt phân bố đều (hằng số) và hướng xuống ⟹ lực cắt

Qy là đường bật nhất ⟹ Mx bật hai

Hình 3.9: Nội lực trong đoạn EF

Trong đoạn AB có tải trọng qt phân bố đều (hằng số) và hướng xuống ⟹ lực cắt

Qy là đường bật nhất ⟹ Mx bật hai  Y  0

Hình 3.10: Nội lực trong đoạn FG

Trong đoạn AB có tải trọng qt phân bố đều (hằng số) và hướng xuống ⟹ lực cắt

Qy là đường bật nhất ⟹ Mx bật hai

Kiểm tra dầm

3.2.1 Môđun chống uốn của dầm:

Hình 3.11: Mặt cắt ngang của dầm

+ d là chiều cao dầm , có giá trị thay đổi Giá trị tại các điểm đặt nhíp như sau:

A B d d  cm, d C d D 19, 5cm, d E 18,5cm, d F d G 15, 5cm ( Các giá trị bằng nhau là gần đúng, do sai lệch nhỏ ( 1-2 mm) nên không đáng kể)

2 2 h d s y    (m), là khoảng cách từ trục trung hòa đến điểm ngoài cùng của mặt cắt ngang

+ b = 0,06 (m), là chiều rộng của dầm

+ t   s 0, 0055 (m) là độ dày của dầm

Hình 3.12: Hình cho thấy độ biến thiên của chiều cao dầm

- Tính mô đun chống uốn:

+ Ix là momen quán tính của mặt cắt ngang đối với trục trung hòa x Đối với mặt cắt hình chữ U của dầm ta có:

+ y là khoảng cách từ trục trung hòa đến điểm ngoài cùng của mặt cắt ngang

+ Wx : được gọi là mômen chống uốn của dầm Do tiết diện đối xứng qua trục trung hòa x nên:

Thay các giá trị của d vào công thức trên, ta được:

3.2.2 Ứng suất uốn của dầm dọc:

Mômen Mx gây ra ứng suất

 M trên các cạnh song song với trục x:

Hình 3.13: Ảnh hưởng của ứng suất uốn lên dầm dọc

Hình 3.14: Tác dụng của mômen uốn lên dầm

BẢNG 3.1: GIÁ TRỊ LỰC CẮT Q Y , MÔMEN UỐN M X VÀ ỨNG SUẤT UỐN 𝛔 u

TẠI CÁC ĐIỂM ĐẶC BIỆT: li (m) Qy (N) Mx (Nm)  u (N/cm 2 ) l1: AB 0 0 0 0

3.2.4 Điều kiện bền: Đối với dầm dài (chiều dài của dầm lớn hơn từ 10 lần kích thước chiều ngang) thì ảnh hưởng của lực cắt đến độ bền của dầm không đáng kể so với ảnh hưởng của mômen uốn, do đó ta chỉ cần kiểm tra trạng thái của ứng suất đơn, tức kiểm tra bền theo thuyết bền 1: thuyết bền ứng suất pháp lớn nhất

Khi trục x đối xứng: σmax, σmin bằng nhau, và vì dầm dọc là vật liệu dẻo nên

       n   k   , điều kiện bền có dạng đơn giản là:

Từ biểu đồ nội lực, ta xác định được giá trị cực đại của Mx là max 51816,77 (Nm)

M x  , ứng với ứng suất uốn cực đại max mi

  tại li = 4,52 m tính từ đầu dầm

Trong khi đó, ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo dầm là [ ] 62000 N/cm 2 Vậy,  max  61981,78      62000(N/ cm ) 2

- Hệ số dự trữ độ bền (hệ số an toàn):

PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BỀN CẦU TRƯỚC

Giới thiệu

Cầu trước (Hình 4.1) được thiết kế để truyền trọng lượng của ô tô từ lò xo đến bánh trước, giúp xe di chuyển ổn định theo hướng phải hoặc trái theo yêu cầu Cấu tạo của cầu trước bao gồm dầm ngang, đũa côn, trục cam quay và thanh ôn định dưới, đảm bảo sự vững chắc và an toàn khi xe vận hành Thường thì cầu trước là cầu bị động, đặc biệt phổ biến ở các loại xe tải vận chuyển hàng hóa, tối ưu hóa khả năng chịu tải và độ bền của hệ thống treo.

Cầu trước thường có hình dạng chữ I hoặc chữ H và làm bằng thép chịu lực cao để đảm bảo độ bền và khả năng chịu momen uốn, xoắn Trong điều kiện tĩnh, cầu trước hoạt động như một thanh dầm chịu lực dọc hướng lên tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và khung xe Ngoài ra, cầu trước còn chịu tải trọng tác động từ trên xuống ngay vị trí các má nhíp, góp phần giữ ổn định và an toàn cho hệ thống treo của xe.

Hình 4.2 Vị trí đặt nhíp cầu trước

Hình 4.3 Gân chịu lực ở giữa cầu

Phân tích và tính toán các lực và momen tác động lên cầu trước

4.2.1 Sơ đồ các lực tác động lên cầu trước

Hình 4.4 Sơ đồ các lực tác dụng lên cầu trước dẫn hướng bị động Ý nghĩa các ký hiệu trên hình vẽ như sau:

Phản lực của lực vòng truyền qua các bánh xe chủ động được biểu thị bằng X1 và X2, có khả năng thay đổi chiều dựa trên trạng thái của bánh xe, tức là khi bánh xe chịu lực kéo hoặc lực phanh (Xk hoặc Xp) Những lực này đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động và đảm bảo an toàn cho hệ thống, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của phương tiện Việc hiểu rõ cách các phản lực này thay đổi giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành hệ thống truyền động bánh xe chủ động.

X Xmax ứng với lúc xe chạy thẳng

- Y1, Y2: Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái và phải cấu trước

- Z1, Z2: Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh trái, bánh phải cầu trước

- S1, S2: Các lực thẳng đứng tác dụng từ nhíp lên dầm cầu

- Y1 ’, Y2 ’: Là các lực ngang tác dụng giữa nhíp và cầu (Y1 ’ + Y2 ’ = Y1 + Y2)

Các lực S1, S2 và Y1 ’, Y2 ’ tác động ngay trên dầm vì thế các momen gây ra bởi các lực này khá nhỏ nên có thể bỏ qua khi tính toán

Cầu trước bị động dẫn hướng từ đầu cầu đến vị trí đặt nhíp cầu, chịu lực xoắn do lực phanh gây ra, trong khi không có lực kéo truyền từ động cơ Đoạn giữa hai nhíp cầu chịu uốn trong mặt phẳng đứng do tác dụng của các lực Z1, Z2, Y1, và Y2 khác nhau ở phía trải và phía phải của cầu Ngoài ra, cầu trước còn bị uốn trong mặt phẳng nằm ngang do tác dụng của các lực X1P và X2P gây ra.

Cầu trước được tính dựa trên ba chế độ tải trọng đặc biệt, mỗi chế độ tải trọng đều ảnh hưởng khác nhau đến trọng lượng tác động lên cầu trước Việc xác định trọng lượng này phụ thuộc vào từng chế độ tải trọng cụ thể, được thể hiện rõ qua Bảng 2.1.

Cầu trước được làm từ thép chịu lực 4140

Vật liệu chịu lực có độ bền lên đến 920 MPa và độ bền dẻo đạt 710 MPa, đảm bảo khả năng chịu tải tốt trong các cấu kiện xây dựng Ngoài ra, do hai bên của cầu đối xứng qua mặt cắt I, trong các phép tính kỹ thuật chỉ cần tính toán một bên cầu, còn bên kia sẽ có cùng hoặc khác dấu tương ứng, giúp đơn giản hóa quá trình phân tích và thiết kế kết cấu.

Khi tính toán trọng lượng của bánh xe gbx được bỏ qua vì gbx rất nhỏ so với Z1, Z2

- Trường hợp 1: Khi xe đang phanh với lực phanh lớn nhất

Xi = Ximax; Y = Yi = 0; Z1 = Z2; m1pG1= GTp

- Với: G1 là tải trọng tác dụng lên cầu trước khi quá tải 80% m: hệ số thay đổi tải trọng, phụ thuộc vào điều kiện chuyển động.

: hệ số bám dọc giữa lốp xe và mặt đường Đối với xe tải:

+ Mômen uốn do Z1, Z2 gây nên trong mặt phẳng thẳng đứng:

Hình 4.5 Biểu đồ mômen trong mặt phẳng thẳng đứng

+ Mômen uốn do X1p, X2P gây ra trong mặt phẳng nằm ngang:

2 2 p ct Tp ct uZA uZC ct ct m G l G l m  m  Z l  Z l  

Hình 4.6 Biểu đồ mômen trong mặt phẳng nằm ngang

- Trường hợp 2: Xe bị trượt ngang (giả sử trượt về bên trái)

Xi= 0, Y= Ymax= m1G1 1; Z1≠ Z2 (m1= 1; 1≈ 1), G1 = GT Trong trường hợp này các momen uốn do Z1 và Y1 tác dụng ngược chiều nhau, trong khi đó momen do Z2 và Y2 gây ra lại cùng nhiều nhau

1: Hệ số bám ngang giữa lốp xe và mặt đường

+ Các phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe

   Kết hợp các công thức từ (4.1) đến (4.6) thì momen tại A và C được tính

Dễ dàng thấy rằng ngoài các vị trí A và C cần tính momen tổng hợp thì khi lct = 0, momen của Z + Y tại vị trí A’ là lớn nhất

+ Giá trị các momen tại A, C, A’:

Hình 4.7 Biểu đồ mômen khi xe bị trượt

- Trường hợp 3: Tải trọng động

Xi = 0; Yi = 0; Zi = Zmax = kd.(G1/2); G2 = GT

+ Mômen uốn gây ra tại A và C: kd: là hệ số tải trọng động (2÷ 3) kd = 2

Hình 4.8 Biểu đồ momen khi cầu trước chịu tải trọng động.

Tính toán ứng suất uốn – Kiểm tra bền

Trong cấu trúc cầu trước, vị trí lắp nhíp được gia công dày hơn với tiết diện lớn hơn nhằm nâng cao khả năng chịu tải trọng của xe Ngoài ra, phần giữa cầu trước cũng được thiết kế chắc chắn để đảm bảo độ bền và ổn định chịu tải tốt hơn.

1max 2 max . uZA uZC ct ct d 2 ct m m Z l Z l k G l

55 có gân chịu lực để gia cố tiết diện nguy hiểm.( Hình 4.3) Đưới đây là vị trí của các tiết diện nguy hiểm

Hình 4.9 Vị trí các thiết diện nguy hiểm

Khi so sánh các biểu đồ momen ở trên, ta thấy vị trí đặt nhíp thường chịu lực momen lớn Tuy nhiên, do phần thiết diện của dầm ở khu vực này được gia công dày hơn, nên ta cần kiểm tra khả năng chịu lực bền vững tại vị trí kế bên, tức là vị trí 2 hoặc vị trí theo Hình 4.9.

- Tính toán momen chống uốn

Hình 4.10: Mặt cắt ngang của dầm trước

- Ứng suất trong trường hợp 1:

+ Trong mặt phẳng thẳng đứng max

+ Trong mặt phẳng nằm ngang:

- Ứng suất trong trường hợp 2:

Xét mặt cắt (6) hình 4.8 có:

Hình 4.11: Tiết diện tại (6) (mm) 4,577.10  5 (m 3 )

- Ứng suất trong trường hợp 3: max

Các ứng suất trong cả ba trường hợp đều được so sánh với ứng suất cho phép của thép, và kết quả cho thấy tất cả đều nằm trong giới hạn bền của vật liệu chế tạo cầu trước Điều này đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy của cấu trúc cầu, phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việc kiểm tra các ứng suất này giúp xác định khả năng chịu lực của thép trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

- Mômen xoắn gây ra bởi X1p, X2p ( = 0,7; m1p.G1=Gtp)

2 2 p bx Tp bx p p p bx p bx m G r G r m m X r X r  

Tiết diện kiểm tra ứng suất tiếp sẽ từ cam quay đến chỗ đặt nhíp Như vậy, khu vực (6) và (4) được chọn để tính toán

- Xét thiết diện tại (6) có:

- Xét thiết diện tại (4) có:

Hình 4.12 Thiết diện tại (4) (đơn vị: m)

- Do ứng xuất xoắn tại (4) lớn hơn (6) nên ta chọn ứng suất tại (4) để so sánh

- Ứng suất tiếp cho phép = Ứng suất bền*0.58 q0*0.58 A1,8 (MPa)

- Ứng suất vừa tính được nhỏ ứng suất tiếp cho phép nên trong trường hợp khi xe phanh với lực phanh tối đa Xe vẫn hoạt động bình thường

4.5 Hệ số an toàn trong các trường hợp đã tính toán

CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CẦU SAU KHI CHỞ

Hệ số an toàn trong các trường hợp đã tính toán

CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CẦU SAU KHI CHỞ

PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BỀN CẦU SAU KHI CHỞ QUÁ TẢI

Giới thiệu

Các xe có hệ thống treo sau phụ thuộc thường sử dụng cầu sau chủ động hoặc bị động Cầu sau bị động chủ yếu chịu tải trọng của xe, trong khi cầu chủ động còn có cơ chế truyền động bánh răng và trục để chuyển công suất từ động cơ đến bánh xe, gồm các thành phần chính như cơ cấu vi sai và truyền lực cuối Các đầu cầu được kết nối với bánh xe qua cụm may-ơ, và các thông số kỹ thuật của cầu sau có thể khác nhau tùy theo từng nhà sản xuất.

Với xe tải HD120s sử dụng cầu sau R145s của Huyndai Dymos

Bảng 5.1: Thông số chi tiết cầu sau R145hs

Không Đường kính bánh răng vành chậu

368 (mm) Thiết diện vỏ cầu

Khoảng cách đường tâm bánh răng vành chậu và bánh răng quả dứa

8140 (kg) Momen xoắn tối đa

Dầu 8.3 (lít) Tỉ số truyền

Hình 5.2: Vỏ cầu sau và bán trục giảm tải hoàn toàn

Phân tích và tính toán các lực, momen tác động lên cầu sau

5.2.1 Sơ đồ các lực tác động lên cầu sau

Hình 5.3: Sơ đồ lực tác dụng lên vỏ cầu sau

Các lực tác động lên vỏ cầu sau cũng tương tự và được tính toán dựa trên các công thức tính phản lực, momen ở cầu trước (chương 4)

Khi tính phản lực thẳng đứng Z1 và Z2, trọng lượng bánh xe vào moayơ sẽ không được xem xét vì phần trọng lượng này truyền trực tiếp xuống đất và không tác động lên cầu xe Điều này giúp đơn giản hóa quá trình phân tích lực trong hệ thống lái và kết cấu của xe Việc bỏ qua trọng lượng bánh xe vào moayơ trong tính toán phản lực đảm bảo độ chính xác trong việc xác định các lực tác động lên khung xe.

Vỏ cầu sau được tính toán dựa trên các chế độ tải trọng đặc biệt, trong đó có sự tác động của lực kéo, khác hoàn toàn so với vỏ cầu trước chỉ chịu lực phanh Quá trình này đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết cấu cầu sau trong các điều kiện vận hành khác nhau Việc tính toán vỏ cầu sau dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và chế độ tải trọng đặc biệt giúp nâng cao khả năng chịu lực và an toàn cho toàn bộ hệ thống cầu.

Cầu sau được làm từ thép chịu lực 4140 Độ bền : 920 MPa Độ bền dẻo: 710 MPa

Hai bên cầu đối xứng qua mặt cắt I, giúp simplifying các phép toán liên quan Chỉ cần tính toán giá trị của một bên cầu, bên còn lại sẽ giống hoặc đối ngược, tùy theo tình huống Điều này giúp giảm thiểu công đoạn tính toán và tăng hiệu quả trong quá trình phân tích cấu trúc Với tính đối xứng này, các kỹ thuật tính toán trở nên linh hoạt, tiết kiệm thời gian và công sức trong thiết kế kết cấu cầu.

- Trường hợp 1: xe đang truyền lực kéo/ phanh cực đại

Xi = Ximax; Y = 0; (Yi = 0); Z1 = Z2; + Xe đang truyền lực kéo cực đại: m2kG2 = GSk (Bảng 2.1) m: hệ số thay đổi tải trọng, phụ thuộc vào điều kiện chuyển động

: hệ số bám dọc giữa lốp xe và mặt đường ( = 0,7)

 Mômen uốn gây ra bởi Z1, Z2 đạt giá trị cực đại tại A và C:

Hình 5.4: Biểu đồ mômen lực Z của xe khi truyền lực kéo

 Mômen uốn gây ra bởi X1, X2 tại A và C:

cs cs uZA uZC cs cs k l Sk l l G m G m m Z Z l  

Hình 5.5: Biểu đồ mômen lực X của xe khi truyền lực kéo

+ Xe đang phanh với lực phanh tối đa (m2pG2=GSp)

 Momen uốn gây ra bởi Z1, Z2 tại A và C:

Hình 5.6: Biểu đồ mômen của lực Z khi xe đang phanh

 Mômen uốn gây ra bởi X1, X2 tại A và C:

. uZA uZC cs c e h s cs bx

cs cs uZA uZC cs cs p l Sp l l G m G m m Z Z l  

cs cs uXA uXC cs cs p Sp

Hình 5.7: Biểu đồ mômen của lực Xkhi xe đang phanh

- Trường hợp 2: Xe bị trượt ngang

Xi=0, Y=Ymax= G2m2 1; Z1≠Z2; (m2=1, 1 ≈ 1), G2 = GS với 1 là hệ số bám ngang giữa lốp xe và mặt đường

Với lcs= 0, m u đạt giá trị cực đại tại (A’)

Hình 5.8: Biểu đồ mômen khi xe bị trượt

- Trường hợp 3: Tải trọng động

Xi = 0; Yi = 0; Zi = Zmax = kd.(G2/2); G2 = GS kd: Hệ số tải trọng động (1,75 ÷ 2) kd = 2

Hình 5.9: Biểu đồ momen của tải trọng động.

Tính toán ứng suất uốn – kiểm tra bền

5.3.1 Tính toán momen chống uốn:

Momen chống uốn càng vào giữa cầu càng tăng, gây ra nguy hiểm về thiệt hại và nguy cơ cấu trúc Thường, các vị trí nguy hiểm nhất được chọn là điểm A và điểm C, nằm tại chỗ đặt nhíp của cầu Dựa trên tiết diện vỏ cầu đã cho sẵn, việc kết hợp với các giá trị momen uốn hoặc xoắn tính được giúp xác định chính xác ứng suất uốn trong vỏ cầu Điều này rất quan trọng để đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình cầu.

- Momen chống uốn tại A và C:

Hình 5.10: Mặt cắt tiết diện tại A và C

5.3.2 Tính toán ứng suất uốn và so sánh

- Trường hợp 1: Ứng suất uốn tại A và C:

+ Khi xe đang truyền lực kéo:

- Trường hợp 2: Khi xe bị trượt ngang

- Trường hợp 3: Tải trọng động

Trong quá trình phân tích, các ứng suất trong cả ba trường hợp đều đã được so sánh với ứng suất cho phép của thép Kết quả cho thấy tất cả các ứng suất này đều nằm trong giới hạn bền của vật liệu chế tạo cầu, đảm bảo tính an toàn và độ bền 구조 của công trình Việc này giúp xác định được độ tin cậy của kết cấu thép trong các điều kiện tải trọng khác nhau, góp phần nâng cao tuổi thọ và đảm bảo an toàn cho cầu.

Tính toán – kiểm tra momen xoắn

Hình 5.11: Cầu sau nhìn từ trên

1: Vỏ xe 2: Mặt bích 3: Nhíp lá

Khi xe truyền lực kéo từ động cơ đến cầu sau, mômen xoắn Mk1 tác dụng lên (3) và gây xoắn vỏ cầu từ (4) đến (3)

+ Momen chống xoắn từ tiết điện B-B (Hình 5.9)

Khi bánh xe đang phanh, momen phanh Mp1 tác dụng lên chốt của má phanh đặt trên mặt bích 2, gây ra lực tác động trực tiếp lên hệ thống phanh Mặt khác, mặt bích 2 gắn liền với vỏ cầu, làm cho momen phanh truyền lên vỏ cầu và gây ra hiện tượng xoắn vỏ cầu Hiểu rõ quá trình này giúp tối ưu hóa hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn cho xe trong quá trình vận hành.

  5.12: Mặt cắt đũa côn cụm moayơ cầu sau (mm)

Ứng suất tiếp cho phép được xác định bằng cách nhân ứng suất bền với hệ số 0.58 và nhân tiếp với q0 nhân 0.58, cùng hệ số A1,8 (MPa) Trong đó, ứng suất vừa tính được nhỏ hơn ứng suất tiếp cho phép, đảm bảo an toàn cho xe khi phanh với lực phanh tối đa Nhờ đó, xe vẫn hoạt động bình thường trong mọi tình huống phanh gấp.

Hệ số an toàn trong các trường hợp đã tính toán

 Với max = lớn nhấttrong các trường hợp tải trọng khác nhau

[ ] ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo