Thiết kế hệ thống treo cho xe chở rác ba bánh

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO CHO XE CHỞ RÁC BA BÁNH SVTH : PHAN QUỲNH TRUNG LỚP : 02C4 GVHD : ThS. LÊ VĂN TỤY GVD : TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO CHO XE BA BÁNH CHỞ RÁC CỞ NHỎ CHIA THÀNH HAI PHẦN Phần thuyết minh:1. Vấn đề thu gom và vận chuyễn rác trong thành phố Đà Nẵng.Mục đích ý nghĩa của đề tài.2. Phân tích và tìm phương án thiết kế xe.3. Thiết kế kích thước tổng thể khung sườn chung của xe.4. Thiết kế và tính toán hệ thống treo.5. Tính toán và kiểm tra độ võng tĩnh của nhíp. 6. Tính toán và kiểm tra giảm chấn. Phầnbản vẽ:1 Bản vẽ chế tạo khung sườn xe. 2 Bản vẽ chế tạo dầm. 3 Bản vẽ cấu tạo nhíp và hai gối đỡ. 4 Bản vẽ lắp nhíp và cụm cầu sau lên khung. 5 Bản vẽ kết cấu giảm chấn trước và sau.6 Bản vẽ sơ đồ tính toán nhíp.7 Bản vẽ tổng thể của xe. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Nhằm để giảm bớt sức lao động cho người công nhân cần phải cơ giới hoá một phần phương thức vận chuyển các thùng rác đến các trạm trung chuyển thay cho các loại xe ba gác đạp thủ công hiện nay vừa chậm, vừa mất nhiều sức công nhân và không đảm bảo vệ sinh, cần thiết kế loại xe gắn động cơ có kết cấu đơn giản dễ sử dụng để có thể chuyên chở thùng rác được nhanh gọn hơn. Mặt khác xe thiết kế làm việc trong thành phố nên nó cũng phải đảm bảo yêu cầu chạy êm, ít gây ồn và ô nhiễm môi trường, Kích thứơc cơ sở của xe phải đảm bảo để cho xe quay đầu được trong các ngỏ kiệt hẽm. Với các yêu cầu đó, đề tài đi vào thiết kế kiểu xe kéo rác chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, loại động cơ sử dụng trên xe là động cơ xe gắn máy đã thiết kế, cải tạo hệ thống nhiên liệu cho phù hợp với việc sử dụng một trong hai loại nhiên liệu LPG và xăng THIẾT KẾ KÍCH THƯỚC TỔNG THỂ KHUNG SƯỜN CHUNG CỦA XE. BẢN VẼ CHẾ TẠO KHUNG SƯỜN XE. BẢN VẼ TỔNG THỂ CỦA XE THIẾT KẾ Các phương án bố trí nhíp lên xe. * Phương án 1. Lắp nhíp dạng đối xứng đặt ngang xe.` * Phương án 2. Lắp nhíp đối xứng đặt dọc theo xe nhưng dầm cầu đặt dưới như thông thường * Phương án thứ 3. Lắp nhíp đối xứng đặt dọc theo xe nhưng dầm cầu đặt phía trên. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO SAU. Các phương án tính toán xác định chiều dài nhíp và tính bền nhíp. Độ võng tĩnh của xe tải được chọn trong giới hạn ft =(80 ÷ 120)(mm) .Ta chọn sơ bộ độ võng tĩnh của hệ thống treo thiết kế là ft = 80 (mm).Đối với kết cấu hiện nay, độ võng động trong ôtô tải được thừa nhận như sau: ft = fđ.Nên ta chọn độ võng động của xe thiết kế ft = fđ = 80 (mm). Sau khi tính toán phù hợp các điều kiện ta chọn lá nhíp có các thông số sau chiều cao trung bình của lá nhíp: htb = 2.y = 0,0042 (m). Chiều rộng của lá nhíp (b) có điều kiện : Chọn: b=0,04(m)=40(mm) Bề dày của nhíp chọn:  h = 0,005m = 5mm Xác định đặc tính đàn hồi. - Đặc tính đàn hồi là đường biểu diễn mối quan hệ giữa phản lực pháp tuyến Z tác dụng lên bánh xe với biến dạng của hệ thống treo đo ngay tại trục bánh xe. Nhờ đặc tính đàn hồi mà ta đánh giá được cơ cấu đàn hồi của hệ thống treo. - Khi xây dựng đường đặc tính đàn hồi giả thuyết bỏ qua ma sát và khối lượng phần không treo và coi như đường đặc tính là đường tuyến tính. - Đặc tính đàn hồi đặc trưng cho độ võng tĩnh và độ võng động phải đảm bảo: Phương pháp tính cơ sở. Sơ đồ tính toán. Bảng 4.1. Giá trị tỷ số . Giá trị  được chọn theo khoảng, vì nó còn phụ thuộc vào kết cấu của bộ nhíp.Nếu nhíp được nối bằng bản lề với khung thì lấy gần giới hạndưới.Nếu đầu nhíp đặt trên gối su thì lấy gần giới hạn trên.Để xác định chiều dài các lá nhíp, ta cần phải chọn các giá trị  và biết chiều dài lá nhíp chính L1. - Cánh tay đòn từ điểm đặt P1 đến ngàm của lá nhíp chính L1 được xác định : - Từ biểu đồ ứng suất cho lá nhíp thứ i ta có: Từ đó suy ra: Với: Trong đó: Kp là hệ số tính đến ảnh hưởng của lá nhíp dưới cùng đến sự phân bố không đều ứng suất giữa các lá nhíp, kp được tính theo công thức: Với: Ứng suất trung bình được tính theo công thức: Khi đó ta có: Áp dụng các công thức trên ta tính được chiều dài từng lá nhíp cụ thể. Phương pháp thứ hai. Dự kiến phương án. Ta chọn cố định ứng suất trung bình tại ngàm của cả bộ nhíp là một giá trị cố định σtb = 500.106 MN/m2. Các thông số khác γi ta tiến hành chọn ngược lại với phương pháp tính cơ sở là tiến hành chọn giảm dần từ 1 ÷ 0,6 và αcc ta tiến hành chọn như củ theo các khoảng thực nghiệm. Tiến hành tính toán thực tế. Chọn ứng suất trung bình là: σtb = 500.106N/m2. Từ đó suy ra: Khi đó ta có: Áp dụng các công thức trên ta tính được chiều dài từng lá nhíp cụ thể. Sau khi tính được chiều dài của các lá ta tiến hành tính sơ bộ ứng suất trong lá nhíp do ngoại lực gây ra Đối với lá thứ nhất. Ứng suất tại chổ tiếp xúc với đầu lá thứ hai và ứng suất tại ngàm: Đối với lá thứ hai. Ứng suất tại chổ tiếp xúc với đầu lá thứ ba và ứng suất tại ngàm: Đối với lá thứ ba. Ứng suất tại chổ tiếp xúc với đầu lá thứ tư và ứng suất tại ngàm: Đối với lá thứ tư. Ứng suất tại chổ tiếp xúc với đầu lá thứ năm và ứng suất tại ngàm: Đối với lá thứ năm Kết quả tính toán sơ bộ ứng suất trong lá nhíp do ngoại lực gây ra cho thấy lá cuối cùng ứng suất quá lớn nên ta không công nhận kết quả này Ta nhận thấy một điều khi tiến hành tính toán ở hai phương pháp tính sơ bộ và phương pháp tính thứ hai là khi chọn các thông số của hệ số biên dạng nhíp bằng cách thông thường thì ta không thể tìm ra được một giải pháp tối ưu cho bài toán cần tính nên ta tiến hành bài toán theo phương pháp tính thứ ba. Ta dùng công cụ tìm giải pháp tối ưu Solver trong Microsoft Excel để tìm giải pháp thích hợp đối với bài toán tìm chiều dài các lá nhíp và tính bền cho các lá nhíp trên xe cần thiết kế. Phương pháp tính thứ ba. Cách tiến hành bài giải bài toán tối ưu trên công cụ là máy tính. Bước 1. - Ta tiến hành giải bài toán tính độ dài các lá nhíp tương tự như phương án trên để tìm được chiều dài các lá nhíp. - Từ các chiều dài tính được và các lực Pi khi tính toán ta tiến hành tính sơ bộ các ứng suất do ngoại lực gây ra trong lá nhíp. - Sau đó ta dùng công cụ solver trong Microsoft Excel để tìm giá trị cần đạt được là P5 với điều kiện (P5 ≤ 500.106), với các điều kiện: + Các thông số có thể thay đổi là γi, σtb và αcc. Tiến hành tính thực tế theo phương pháp tính thứ ba. Sau khi dùng công cụ solver trong Microsoft Excel để tìm giải pháp tối ưu cho bài toán, sau nhiều lần tiến hành tính toán trên máy, máy tính tìm ra được các thông số cần tìm sau: Hệ số biên dạng nhíp là một hằng số với hệ số biên dạng nhíp là: γ = 0,8. Ứng suất trung bình của bộ nhíp là: σtb = 400.106 (MN/m2). Tính toán chiều dài lá nhíp cụ thể. Áp dụng các công thức trên ta tính được chiều dài từng lá nhíp cụ thể. Lá thứ nhất. Ta chọn như dã tính ở trên: L1 = 435mm = 0.435m. Lá thứ hai. - Với lá nhíp thứ hai ứng với i=1, ta có: L2= L1- x1 (ứng với γ1 = 0,8). Vậy: L2 = L1 – x1 = 0,435 – 0,055 = 0,38m. Lá thứ ba. - Với lá nhíp thứ ba ứng với i = 2. Ta có: L3= L2- x2 (ứng với γ2 = 0,8). Với: Vậy: L3 = L2 – x2 = 0,38 – 0,06 = 0,32m. Lá thứ tư. Với lá nhíp thứ tư ứng với i = 3. Ta có: L4= L3- x3 (ứng với γ3 = 0,8). Với: Vậy: L4 = L3 – x3 = 0,32 – 0,05 = 0,27m. Lá thứ năm. Với lá nhíp thứ năm ứng với i = 4.Ta có: L5= L4- x4 (ứng với γ4 = 0,8). Vậy: -L5 = L4 – x4 = 0,27 – 0,11 = 0,16m Vậy chiều dài tổng thể của các lá nhíp là. Sơ đồ tính toán nhíp. Sau khi tìm được chiều dài các lá ta sử dụng các công thức biến đổi trên để lập phương trình biến dạng cho các lá nhíp có dạng đầu hình chử nhật theo sơ đồ tính toán sau: Sau khi tìm được chiều dài các lá ta sử dụng các công thức biến đổi trên để lập phương trình biến dạng cho các lá nhíp có dạng đầu hình chử nhật ta được: Ở điểm tiếp xúc của lá thứ nhất và lá thứ hai: Mà fB1 = fB2 (điểm tiếp xúc chung), nên ta có phương trình Sau khi biến đổi ta được Khi đó ta có hệ phương trình 4 ẩn: Nếu ta đặt: Ứng với: K = ( 2÷5). Ứng với K = (2÷5) ta có hệ phương trình gồm 4 phương trình sau đây: A2.P + B2.X2 + C2.X3 = 0. A3.X2 + B3.X3 + C3.X4 = 0. A4.X3 + B4.X4 + C4.X4 = 0. A5.X4 + B5.X5 = 0. Sau khi tính các hệ số liên quan ta lập được ma trận như sau: Ta tiến hành giải ma trận được các nghiệm như sau: X2 = 765,11 N.X3 = 454,57 N.X4 = 423,75 N.X5 = 630,84 N. Sau khi tính được các phản lực tại đầu mổi lá nhíp ta tiến hành tính ứng suất tại ngàm theo công thức sau đây. Đối với lá thứ nhất. Ứng suất tại chổ tiếp xúc với đầu lá thứ hai và ứng suất tại ngàm: Tương tự đối với các lá tiếp theo ta cũng tính theo công thức tương tự nên ta có được ứng suất tại ngàm và hệ số dạng nhíp theo bảng thông số sau. TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA ĐỘ VÕNG TĨNH CỦA NHÍP. .KHẢO SÁT MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ VÕNG TĨNH VÀ LỰC TÁC DỤNG LÊN NHÍP Hình 5.1. Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên nhíp. Theo hình vẽ ta có: Để hệ cân bằng thì Zn = ZA + ZB (trong tính toán bỏ qua các lực dọc XA, XB. Lực dọc XA, XB này do móc nhíp sinh ra: Độ võng f ở đầu lá nhíp dưới tác dụng của tải trọng P bằng đạo hàm thế năng biến dạng uốn của nhíp. Thế năng này được xác định theo công thức: Và bởi vậy: Ở đây: U:- Thế năng biến dạng uốn của nhíp. Mx: - Mômen uốn ở tiết diện x. J: - Mômen quán tính ở tiết diện x. TÍNH CHÍNH XÁC ĐỘ VÕNG TỈNH CỦA NHÍP. Ta chia tích phân trên thành thành tổng các tích phân thành phần tương ứng với các đoạn I, II, III…mà trong mổi đoạn đó mômen quán tính J là hằng số. Sau khi phân tích chúng ta nhận được: Trong đó: J1, J2, J3, J4, J5 mômen quán tính của nhíp ứng với các 1, 2, 3, 4, 5. Nếu ký hiệu: l1 – l2 = a2. 1/J1 = Y1. l1 – l3 = a3. 1/J2 = Y2. l1 – l4 = a4. và: 1/J3 = Y3. l1 – l5 = a5. 1/J4 = Y4. l1 – l6 = a6. 1/J5 = Y5. Khi đó ta có: Sau khi thay số vào ta tính được độ võng tĩnh của bộ nhíp sẽ là: TÍNH BỀN TAI NHÍP. Ứng suất tổng hợp của tai nhíp do nó uốn dưới tác dụng của lực dọc (lực kéo hay lực phanh) và chịu nén sẽ là: Ứng suất tổng hợp của tai nhíp do nó uốn dưới tác dụng của lực dọc (lực kéo hay lực phanh) và chịu nén sẽ là: Ứng suất tổng hợp của tai nhíp do nó uốn dưới tác dụng của lực dọc (lực kéo hay lực phanh) và chịu nén sẽ là: Ứng suất kéo hoặc nén sẽ là: TÍNH TOÁN KIỂM TRA GIẢM CHẤN. XÁC ĐỊNH TIẾT DIÊN LƯU THÔNG CỦA GIẢM CHẤN. + Gọi lượng chất lỏng piston ép qua van trong một giây khi giảm chấn làm việc là Qv thì: Suy ra:  Hành trình nén có: Ta có: Khi đó ta có thể tính được:  ở hành trình nén có:  ở hành trình trả có: 6.3. TÍNH TOÁN NHIỆT. Phương trình cân bằng nhiệt của chất lỏng trong giảm chấn:Nt= t.Sg.(tg- tm) [N.m/s] + Nt: Công suất tiêu thụ bởi giảm chấn, với: Với tốc độ Vg của piston giảm chấn thường có giá trị 0,2  0,3 m/s, ta tính toán ứng với chế độ làm việc căng thẳng với Vg = 0,3 m/s từ đó suy ra: Nhiệt độ của thành giảm chấn (tg): Nhiệt độ của Vậy tg không vượt quá giá trị cho phép là (100  120) oC. KẾT LUẬN Sau hơn ba tháng làm việc liên tục, nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đề tài một cách tốt nhất đến nay em đã hoàn thành. Về cơ bản xe thiết kế ra đã đảm bảo những yêu cầu đặt ra với kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.  Một vấn đề rất thuận lợi ở đây khi thiết kế xe này là ta có thể tìm những phụ tùng thay thế trên thị trường rất dẽ dàng tất cả đều là những mặt hàng thông dụng của xe máy và ôtô tải nhỏ, vì thế nó sẽ dáp ứng được nhu cầu sản xuất hành loạt mà ban đầu đề tài đã đề ra. Tuy vậy do chiều cao chất tải lớn mà cần phải hạn chế chiều dài toàn bộ xe nên xe thiết kế chưa hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu về vấn đề ổn định trên dốc nghiêng. Động cơ sử dụng có công suất nhỏ nên dộ dốc mà xe khắc phục được khá nhỏ, làm xe chuyển động trên dốc nghiêng lớn bị hạn chế.  Một lần nữa rất mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến và bổ sung cho đề tài này càng được hoàn thiện hơn và cũng để giải pháp cơ giới hóa việc vận chuyển rác trong thành phố Xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô giáo và các bạn đã quan tâm theo dõi! Sinh viên thực hiện: PHAN QUỲNH TRUNG Bản vẽ chế tạo dầm Bản vẽ lắp nhíp và cụm cầu sau lên khung. Bản vẽ cấu tạo nhíp và hai gối đỡ. Kết cấu giảm chấn.