thiết kế ô tô cứu nạn giao thông trên xe kamaz 54112

Nắm bắt đợc nhu cầu này, đợc sự giúp đỡ của bộ môn và thầy giáo hớng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Bang, đề tài tốt nghiệp của em có tên: “Thiết kế cụm cần nâng cho ô tô cứu nạn giao thông ô tô

Mục lục

Mở đầu Chơng 1:Động học và động lực học cụm cần nâng.

1.1 Các thông số đầu vào 4

1.1.1.Giới hạn về tải trọng 4

1.1.2.Hành trình và tốc độ nâng cần 7

1.2 Động học cụm cần nâng 7

1.2.1.Kích thớc cơ bản của cụm cần nâng 8

1.2.2.Quỹ đạo chuyển động của cụm cần nâng trong quá trình làm việc 8

1.2.3.Xác định hành trình của xy lanh nâng 9

1.3 Động lực học cụm cần nâng 10

1.3.1 Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí thấp nhất 10

1.3.2 Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí cao nhất 11

Chơng 2:Thiết kế cụm cần nâng 2.1 Xác định kích thớc các khâu cơ bản của cụm cần nâng 13

2.1.1.Giới thiệu các khâu cơ bản 13

2.1.2 Kích thớc các khâu cơ bản 15

a) Vị trí cụm cần nâng trên xe cơ sở 15

b) Cần nâng chính 16

c) Cần đỡ 19

d) Bàn đỡ 20

e) Cụm bệ đỡ 25

f) Xy lanh thủy lực 27

2.2 Thiết kế các khâu 29

2.2.1.Cụm bệ đỡ 29

2.2.2.Cần nâng chính 30

2.2.3.Cần đỡ 32

2.2.4.Bàn đỡ 33

2.3 Tính bền 35

2.3.1 Ngoại lực tác dụng lên cần nâng 35

2.3.2 Mô hình đặt lực và biểu đồ nội lực 38

2.3.3 Tính bền chốt đứng 39

2.3.4 Tính bền bulong hãm tại B 42

2.3.5.Kiểm tra tại mặt cắt 1-1 43

2.3.6 Kiểm tra tại mặt cắt 2-2 45

2.3.7.Kiểm tra chốt xy lanh nâng hạ cần 47

Chơng 3: Lập quy trình công nghệ chế tạo chốt đứng. 3.1 Giới thiệu về chi tiết 51

3.2 Lựa chọn quy mô sản xuất 52

3.3 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết 52

Mở ĐầU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế đất nớc ta ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại, giao thơng giữa các vùng miền trong cả nớc cũng nh nhu cầu xuất nhập khẩu hàng hóa phát triển rất nhanh và đa dạng Cùng với tiến trình phát triển ấy, ngành giao thông vận tải nói chung và vận tải đờng bộ bằng ô tô nói riêng cũng đang ngày một mở rộng Cũng từ đó, số vụ tai nạn,

h hỏng ô tô dọc đờng cũng ngày càng tăng đòi hỏi cần tăng cờng công tác cứu hộ, cứu nạn đảm bảo hiệu quả và nhanh chóng Trong điều kiện phát triển của ngành công nghiệp ô tô và ngành cơ khí chế tạo hiện nay cho phép

giảm giá thành, mở rộng phạm vi sử dụng loại phơng tiện hiện đại nàytrong công tác cứu nạn

Nắm bắt đợc nhu cầu này, đợc sự giúp đỡ của bộ môn và thầy giáo hớng

dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Bang, đề tài tốt nghiệp của em có tên: “Thiết

kế cụm cần nâng cho ô tô cứu nạn giao thông ô tô tải (khách)”sẽ góp

phần đặt những cơ sở đầu tiên cho việc chế tạo ô tô cứu nạn dạng này trongnớc và sử dụng rộng rãi trong công tác cứu hộ, cứu nạn hiện nay

CHƯƠNG 1 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

1.1 Các thông số đầu vào.

1.1.1 Giới hạn về tải trọng.

Cơ sở cho việc xác định giới hạn:

Xe cứu nạn giao thông đợc chế tạo với mục đích kéo ô tô hỏng hóckhông có khả năng di chuyển ra khỏi vị trí đờng giao thông và có thể kéocác ô tô hỏng đó về nơi sửa chữa Thờng khi kéo xe bị nạn, ô tô cứu nạn sẽ

bị giảm tải trọng tác dụng lên cầu trớc Vì vậy để đảm bảo điều kiện ổn

định và khả năng quay vòng của xe cứu nạn ta tăng trọng lợng đè lên trụctrớc băng cách bố trí 2 đối trọng có thể di chuyển dọc xe

Khi kéo xe có tải trọng lớn, 2 đối trọng đợc đa về phía trớc sát với cabin.Giới hạn trọng lợng xe kéo đợc phải đảm bảo luôn có tải tác dụng lên cầutrớc.

Trọng lợng xe Q đợc kéo sẽ tác động một lực lên bàn đỡ, tạo ra momengây lật xe kéo quanh điểm A

Hình 1.1: Phơng án kéo xe Khi 2 đối trọng kéo về phía trớc, qua tính toán thì tảI trọng tối đa tácdụng lên trục trớc xe kéo là 6500 KG

Trên hình 1.1, điều kiện của giá trị Q là không vợt quá giá trị gây lật xe

và đảm bảo điều kiện quay vòng ổn định của xe cứ nạn Nh vậy có thể tínhgiới hạn của Q theo phơng trình cân bằng mômen dới đây:

Qmax= 4800KG 3500mm

Với 3500 mm là chiều dài cơ sở của ô tô kéo ( hình 1.2) 3707 mm làkhoảng cách tâm bàn đỡ đến điểm A(ở vị trí cần dài nhất)

Trong quá trình nâng, xe bị nạn sẽ tác động vào bàn đỡ không chỉ lực Q

mà còn lực Fd (sinh ra do khi nâng, xe bị nạn sẽ bị đẩy về phía sau một

- Sự phân bố lại tải trọng khi xe tăng tốc

- Sai số trong tính toán, xác định trọng lợng và trọng tâm của xe

- Tải trọng động khi xe gặp vật cản hay di chuyển trên đờng xấu

- Thực tế các xe tải hay xe khách thông dụng hiện nay khi không tảithì trọng lợng đặt lên cầu trớc thờng chỉ tới 4000KG

Kết luận:

Ta chọn tải trọng giới hạn đặt lên bàn đỡ là Q = 4000 Kg < Q max để thỏamãn các điều kiện nêu trên.

Lu ý:

- Trờng hợp cần ở trạng thái cần dài không dùng phổ biến mà chỉ là giải pháp về kết cấu để thuận tiện trong các trờng hợp xe hỏng có kết cấu

đặc biệt (khung quá ngắn hay về chiều dài đầu xe quá lớn).

- Khi tính ổn định vẫn xét cho cả trờng hợp này Tuy nhiên trong thực tế nếu sử dụng trạng thái cần dài thì để làm tăng sự ổn định có thể sử dụng các biện pháp nh:

+ Tăng thêm đối trọng (Trong điều kiện phải đảm bảo giới hạn về tải trọng đặt lên các cầu).

+ Gia trọng cho phần đuôi của xe đợc cứu nạn để giảm tải trọng đặt lên bần nâng

1.1.2 Hành trình và tốc độ nâng của cần.

a) Hành trình nâng:

Xe bị nạn sẽ đợc nâng lên khỏi mặt đất một đoạn 300mm đến 400mm(phụ thuộc vào từng loại xe) Giá trí này đợc tính toán dựa trên các yếu tốsau:

- Tâm bàn đỡ có chiều cao tơng dơng với chiều cao tâm giá cân bằngnhíp cầu sau của xe cơ sở Do vậy sẽ triệt tiêu đợc momen gây lật sinh

ra từ lực kéo

- Chiều cao tối đa của các phơng tiện lu thông là 4m vì vậy giới hạnchiều cao cho xe đợc cứu nạn là 3,6m ( giá trị này phù hợp với các loại

xe tải, xe khách hiện nay có tải trọng < 10 Tấn)

- Góc thoát trớc hoặc thoát sau cũng là yếu tố quyết định đến hành trìnhnâng Theo phần thống kê số liệu( phần thiết kế tổng quan) với khoảngcách nâng nh trên các loại xe nằm trong giới hạn cứu nạn vẫn đảm bảokhả năng di chuyển

Chú ý:

Trong các trờng hợp xe hỏng không đạt đợc những tiêu chuẩn trên thì có thể sử dụng các biện pháp khắc phục nh:

 Nếu chiều cao toàn bộ lớn nhất sau khi nâng vợt 4000 mm thì cần

khảo sát trớc đoạn đờng cần kéo nếu không có trớc ngại ảnh hởng thì

 Nếu gầm xe cứu nạn không đảm bảo giới hạn thì có thể sử dụng kích

thủy lực (trang bị mang theo xe) để kích xe hỏng đảm bảo chiều cao tối thiểu để có thể đa cần vào.

 Nếu khoảng cách giữa đầu xe hỏng và đuôi xe cơ sở nhỏ hơn 600

mm thì thì sẽ ảnh hởng đến động học quay vòng do đó chỉ kéo trên

đoạn đờng thẳng, hoặc đờng có hành lang quay vòng lớn

 Nếu góc thoát sau quá nhỏ( một số loại xe khác lớn nh Aero space)

cần khảo sát trớc đoạn đờng sẽ di chuyển

Dựa trên các thông số đầu vào sau khi lắp đặt cụm cần nâng lên xe cơ sở

ta tính toán sơ bộ kích thớc cơ bản của cụm cần nâng (hình 1.5)

1.2.2 Quỹ đạo chuyển động của cụm cần nâng trong quá trình làm việc.

Ta có thể coi cụm cần nâng là một cơ cấu cứng, cố định trên sắt-xi xe cơ

sở bởi một chốt xoay và 1 xy lanh thủy lực Xy lanh thủy lực còn có nhiệm

vụ nâng và đỡ toàn bộ cụm cần nâng và tải trọng đặt lên nó Do vậy quỹ đạo

chuyển động của mọi điểm trên cụm cần nâng đều xoay quanh điểm O.(hình 1-6)

Chú ý: Tính toán trong trờng hợp cần đỡ ở vị trí ngắn

Hình 1.6: Quỹ đạo chuyển động của cụm cần nâng

Để xác định góc xoay của cụm cần nâng giữa 2 vị trí ta tính toán nh sau:

- Góc giữa đờng thẳng OC với phơng thẳng đứng là :

arctg(OCX^)= arctg 5042

+OB2 −2.OA OB cos ⁡ ¿ ¿=AB= √1502 2 +1358 2 −2.1502.1358 cos ⁡(3,17+15,4+3,4)=563

Nh vậy hành trình xy lanh là: AB - AB1=563 - 485=78 (mm)

1.3 Động lực học cụm cần nâng.

Ghi chú: Tính toán ở trong trờng hợp cần đỡ ở trạng thái kéo dài.

Ta đi xác định lực tác dụng lên cụm cần nâng ở hai trạng thái: trạng thái

xy lanh nâng thấp nhất và trạng thái cao nhất

1.3.1.Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí thấp nhất.

Tại vị trí xy lanh nâng thấp nhất lực tác dụng lên bàn đỡ

đợc thể hiện trên hình 1.8

Hình 1.8: Sơ đồ lực của cần nâng ở vị trí thấp nhất

Phơng trình cân bằng lực theo phơng x và y

1.3.2 Lực tác dụng lên cụm cần nâng khi xy lanh nâng ở vị trí cao nhất.

Hình 1.9: Sơ đồ lực của cần nâng ở vị trí cao nhất

Tại trạng thái này xuất hiện lực kéo do cần nâng không chỉ thực hiệncông việc nâng xe lên khỏi mặt đất mà còn có nhiệm vụ kéo xe bị hỏng Phơng trình cân bằng lực theo phơng x và y

K=(4000+600)/4000= 1,15

Nh vậy lực thực tế tác dụng vào xy lanh là:

Fn= 16200.1,15= 18630 KG

Chơng 2 Thiết kế cụm cần nâng2.1 Xác định kích thớc các khâu cơ bản của cụm cần nâng.

2.1.1 Giới thiệu các khâu cơ bản.

Hình 2.1: Các khâu cơ bản trong cụm cần nâng Cụm cần nâng có các khâu cơ bản nh sau:

Cả cụm cần nâng đợc đặt trên bệ đỡ, cố định bởi mối ghép bu lông Bệ

đỡ đặt trên sắt-xi xe cơ sở, cố định nhờ bulông quang và mã chống xô Tải trọng của xe đợc kéo sẽ tác dụng lên bàn đỡ, thông qua cần đỡ vàcần nâng chính tác động vào xy lanh nâng Xy lanh nâng là loại xy lanh

ợc cố định vào sắt-xi xe cơ sở nhờ cơ cấu chốt giữ để trong quá trình làmviệc xy lanh nâng sẽ ko phải chịu tải trọng.

Các vị trí làm việc của cụm cần nâng:

- Vị trí cần đỡ gập: Tại vị trí này xe không làm việc, cần đỡ đợc gậplên, cố định bởi cơ cấu chốt gập Sử dụng khi di chuyển đến các địa điểm xe

bị nạn

Hình 2.2: Trạng thái cần nâng đợc gập lên

- Vị trí cần đỡ hạ: Vị trí này sử dụng khi chuẩn bị kéo xe h hỏng vào vịtrí đặt lên bàn đỡ Khi đó cần đỡ, bàn đỡ đợc hạ xuống nhờ cơ cấu tời, songsong và gần sát với mặt đờng Cần đỡ đợc cố định với cần nâng chính nhờcơ cấu chốt gập

- Vị trí sau khi nâng: Vị trí này sử dụng khi khéo xe bị nạn Sau khi cố

định xe bị nạn vào bàn đỡ, xy lanh thủy lực sẽ nâng cả cụm cần nâng lênmột góc 3,4o Khi đạt đợc vị trí cao nhất, ta cũng sử dụng một cơ cấu chốt

để cố định cụm cần với sắt-xi xe cơ sở

- Theo tải trọng thiết kế.

a) Vị trí của cụm cần nâng trên xe cơ sở.

Ta lấy tâm giá đỡ xy lanh thủy lực làm điểm định vị cho cả cụm cầnnâng Giá đỡ đợc đặt tại vị trí đặt yên ngựa của xe cơ sở trớc khi cải tạo bởivì tại vị trí này sắt-xi đã đợc gia cờng Khoảng cách giá đỡ xy lanh thủy lực

đến tâm treo cân bằng cầu sau là 190 mm.( hình 2.4)

Hình 2.4: Vị trí cụm cần nâng trên xe

b) Cần nâng chính.

Hình 2.5 : Kích thớc cơ bản cần nâng chính.

Khoảng cách tơng đối giữa xy lanh nâng và chốt xoay cần nâng đợc xác

định dựa trên cơ sở thỏa mãn động học và động lực học của cần

Kích thớc cần nâng chính đợc xác định theo các yếu tố sau:

- Chiều dài phù hợp để khi nâng lên vị trí cao nhất có thể sử dụng chốt

- Đảm bảo điều kiện bền

Một số chi tiết trong cụm cần nâng chính:

- Trên thân cần nâng chính còn đợc đặt puly dẫn động dây kéo của tời.Kích thớc lỗ để đặt puly thể hiện nh hình dới(hình 2.7)

ta sử dụng chốt hãm cố định cần nâng chính vào ngàm qua lỗ 50 đểtránh tải trọng động cho xy lanh thủy lực Sau khi xe bị nạn đã đợc

đặt vào đúng vị trí và cố định chắc chắn ta tháo chốt hãm ra để xylanh thủy lực nâng cả cụm cần lên Sau khi nâng hết hành trình ta lại

sử dụng chốt hãm đó cố định cả cụm cần nâng vào ngàm bằng lỗ

60 2 lỗ này đợc thiết kế để vị trí và khoảng cách của chúng đảmbảo trùng với lỗ trên ngàm

Hình 2.9: Kết cấu các lỗ chốt

c) Cần đỡ

- Chiều dài cần đỡ có thể thay đổi với 2 vị trí cách nhau 350 mm để

đảm bảo có thể làm việc với các loại xe có chiều dài thò đầu và thò

đuôi khác nhau

- Các kích thớc phải đảm bảo đủ bền

- Cần có gân tăng cứng tại các vị trí có măt cắt nguy hiểm

Các kích thớc cơ bản:

Hình 2.10: Cần đỡ.

- Thân cần đỡ có cấu tạo 2 lớp ống thép vuông, đợc lồng và trợt tơng đốivới nhau Do đó ta có thể kéo dài cần khi làm việc và thu cần lại khi cần

đợc gập lên Khi làm việc ta cố định chiều dài cần đỡ bằng cơ cấu chốt.Chi tiết nạng cần đỡ đợc thể hiện ở hình dới

Hình 2.11: Kết cấu nạng cần đỡ

- Phần thân nạng có tiết diện vuông, phần đuôi có tiết diện tròn, tiện ren

để bắt đai ốc Phần thân nạng đợc lồng vào trong ống cần đỡ, vặn chặt

Kết cấu lỗ chốt xoay đợc thể hiện trên hình 2.12

- Ta nhận thấy phơng án nh trên chỉ có thể thay đổi khoảng cách 2 vòngnâng trong giới hạn của 7 giá trị tơng ứng với 7 lỗ chốt, vì thế cần cóthêm cơ cấu để điều chỉnh một cách tùy động khoảng cách giữa 2 vòngnâng.(cơ cấu này sẽ đợc đề câp chi tiết trong phần thiết kế).

- Bàn đỡ phải có khả năng chuyển động lắc qua lại quanh cần đỡ để đảmbảo động học quay vòng cho đoàn xe Do đó ta sử dụng chi tiết kết nốigiữa cần nâng và cần đỡ là một chốt đứng có đờng kính 50mm

- Khoảng cách giữa 2 vòng đỡ có thể thay đổi trong giới hạn 15502050mm

- Vòng đỡ có kích thớc trong 700x250 mm

Hình 2.13: Bàn đỡ.

Mặt cắt A-A đợc thể hiện ở hình 2.14:

Hình 2.14: Kết cấu thân bàn đỡ sau khi lắp với cần nâng.

- Khoảng cách từ tâm bàn đỡ đến tâm chốt đứng là 250mm Kích thớcnày đợc xác định dựa trên tải trọng tác dụng lên bàn đỡ và kích thớctổng thể của cụm cần nâng

Thân bàn đỡ, vòng đỡ có kết cấu cụ thể nh sau:

- Lớp ống đỡ: Tiết diện vành khăn, kích thớc ngoài 134mm Ông đỡ

tr-ợt tơng đối đợc với lớp ống ngoài Trên thân ống ngoài và ống đỡ đợc cókhoan các lỗ dùng để cố định vị trí giữa hai ống Sau khi thay đổikhoảng cách 2 vòng nâng đến gần giá trị cần dùng và vị trí lỗ chốt trênhai ống trùng nhau thì ta lấy then cài vào

- Trục vít cố định đợc hàn chặt với ống đỡ Kích thớc trục vít là: 32x6mm(ren vuông)

- Phần đuôi vòng đỡ là lớp ống trong cùng, có kích thớc 114mm, hànvới bạc ren đầu ống Khi xoay vòng đỡ, bạc ren đầu ống sẽ xoay tơng

đối với trục vít Do đó có thể thay đổi vị trí vòng đỡ một cách linh hoạt

- Khoảng cách giữa các dầm dọc đợc thiết kế để phù hợp cho việc đặt giá

- Khoảng cách tâm 2 lỗ chốt của giá đỡ và giá cần nâng l = 975 mm

- Chiều cao tâm lỗ chốt tới mặt trên khung cụm bệ đỡ h= 82 mm

- áp suất dầu trong hệ thống thủy lực : 120 KG/cm2.

Đờng kính xy lanh đợc tính theo công thức sau:

- Có kể tới ảnh hởng của gia tốc nâng

- Các điều kiện thực tế khi nâng xe

Hình 2.18: Xy lanh nâng thủy lực.

Lỗ chốt xy lanh nâng trên thân cần nâng chính có kết cấu nh sau:

Hình 2.19: Chốt xoay giữa xy lanh thủy lực với cần nâng

2.2 Thiết kế các khâu.

2.2.1.Cụm bệ đỡ.

- Thanh gia cờng: Sl 02 thép U120.

- Thanh bao ngoài:Sl 02 thep []50x50

- Mã chống xô: thép CT3

Các bộ phận đợc liên kết nhau bằng phơng pháp hàn điện

Yêu cầu kỹ thuật:

- Các chi tiết đợc lắp đặt cân đối, đúng vị trí

- Các bulong liên kết phải đảm bảo chắc chắn và có chi tiết phòng lỏng

2.2.2 Cần nâng chính

a) Lỗ chốt, giá đỡ và chân cần nâng chính

Chân cần nâng làm từ thép CT3, S=10 mm Các chi tiết đợc liên kết vớinhau bằng phơng pháp hàn điện

- Chi tiết bạc đợc lắp chặt với lỗ chân cần nâng Do đó chốt sẽ xoay tơng

đối với bạc Ta có thể thay thế bạc khi mòn

- Giá đỡ có 2 gân tăng cứng để tăng khả năng chịu lực

Hình 2.21: Kết cấu giá đỡ và chân cần nâng.Hình2.22: Chốt xoay chân cần nâng chính

Chốt xoay chân cần nâng chính có đờng kính  50 mm vật liệu là thépC30 Trên thân chốt khoan

hàn lại với nhau thành tiết

diện chữ nhật Yêu cầu kỹ thuật nh sau:

- Thân cần nâng đảm bảo cân đối đứng vững

- Các mối hàn đảm bảo ngấu đều

- Khi hàn ghép chân cần nâng với thân chính cần sử dụng đồ gá để đảmbảo độ đồng tâm của các lỗ chốt trên cùng một đờng thẳng Sai lệch các mối ghép hàn không quá 0,5 mm

- Đánh sạch xỉ hàn và sơn toàn bộ

2.2.3 Cần đỡ.

Hình 2.24: Kết cấu cần đỡ.

Cần đỡ đợc làm từ thép CT3 [200x100x10, hàn lại với nhau bằng hàn

điên

Yêu cầu kỹ thuât:

- Các mối hàn đảm bảo ngấu đều, không nứt rỗ

- Đờng tâm các lỗ đảm bảo vuông góc với các mặt bên

- Sau khi gia công mài tròn các mép sắc

- Bôi mỡ các mặt tiếp xúc khi lắp ghép

Ta thiết kế 4 lỗ 40 mm để cố định chiều dài cần nâng Tại vị trí làmviệc hoặc vị trí gập ta sử dụng 2 chốt để khóa

Tại vị trí góc vuông của cần đỡ ta sử dụng 2 miếng thép ốp ngoài làm gântăng cứng