Đồ án thiết kế cơ cấu nâng hạ cho xe tải nhiều cầu

Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu
Ngành giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng trong nền
kinh tế quốc dân, là nhu cầu cấp thiết cho sự phát triển. So với các
phơng tiện vận tải khác thì ôtô có những u điểm nh tính năng cơ
động cao, giá thành vận chuyển phù hợp. Do đó, vận tải bằng ôtô
chiếm 80% tỷ trọng của ngành vận tải. Và trong sự phát triển của
nền công nghiệp , nhu cầu vận chuyển hàng hóa phải đợc chuyên
môn hoá và đợc vận chuyển với số lợng nhiều lên .Để đáp ứng nhu
cầu vận chuyển này , con ngời đà sử dụng đến xe tải nhiều cầu, từ
xe 2 cầu , 3 cầu đến xe có 5 cầu 6 cầu và cả xe kéo móc.Với xe
nhiều cầu con ngời có thể vận chuyển hàng hoá nhiều hơn trớc , tải
trọng đợc phân bố ra các cầu đợc giảm đi so với các xe ít cầu hơn ,
đáp ứng đợc yêu cầu giảm tải trọng của bánh xe lên mặt đờng , làm
giảm hiện tợng xe đi phá đờng.Song nhợc điểm của loại xe nhiều
cầu này là kết cấu phức tạp và đặc biêt là khả năng quay vòng của
xe gặp khó khăn ( do bán kính quay vòng lớn).
Chính vì thế mà từ yêu cầu vận chuyển hàng hoá đợc nhiều
và cải thiện khả năng quay vòng của xe thì trên xe tải nhiều cầu có
sử dụng cơ cấu cầu nâng hạ với mục đích giảm công suất tiêu hao
của động cơ do lực cản lăn,phân tải ra các cầu giảm tải trọng của
bánh xe tác dụng nên nền đờng và cải thiện khả năng quay vòng
của ôtô. Từ đó em đợc giao nhiệm vụ thiết kế cơ cấu cầu nâng hạ
cho xe tải nhiều cầu với công thức bánh xe 10x4.
Trong quá trình làm đồ án đợc sự tận tình giúp đỡ của thầy
giáo hớng dẫn Võ Văn Hờng và các thầy cô khác trong bộ môn ôtô nh-

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
1

Đồ án tốt nghiệp
ng do trình độ còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế cha có nên đồ án
của em còn có khiếm khuyết. Em mong các thầy thông cảm và
đóng góp ý kiến để em có thể làm tốt hơn trong tơng lai.
Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên: Nguyễn Quang Minh
Chơng 1 : Tổng quan về cầu nâng hạ trên ôtô.
I. Giới thiệu về cầu nâng hạ
I.1. Cơ sở thiết kế cầu nâng hạ cho xe tải
Cơ sở thiết kế cầu nâng hạ cho xe tải xuất phát từ yêu cầu đỡ
tải khi toàn tải giảm áp lực của bánh xe lên nền đờng , và đồng thời
giảm hiện tợng mất công suất khi xe không tải hoặc non tải (do cầu
xe đợc nâng nên).
Giả sử nếu : khi xe cha đủ tải tất cả các bánh xe đều tiếp xúc
với mặt đờng .Lúc này tại các bánh xe xuất hiện lực cản lăn Ff. Lực
cản này sẽ làm tiêu hao công suất của xe.

F f fZ
Trong đó :

f
Z

: Hệ số cản lăn

: Phản lực pháp tuyến từ mặt đờng tác dụng

lên bánh xe.
Nh cậy lúc đó xe phải tiêu hao công suất động cơ.Công suất này
tăng theo giá trị của vận tốc:

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
2


§å ¸n tèt nghiƯp

W f F f V
V: VËn tèc chuyển động của xe ( m/s).
Ta khảo sát khi xe đi trên đờng có :
Hệ số cản lăn : f= 0,015
VËn tèc :

V= 72km/h ( =20 m/s):

Víi xe t¶i thiÕt kế tải trọng tác dụng lên cầu đợc nâng là
G=83385(N)
Từ đó ta có : Z= 83385 N.
Ta tính đợc sơ bộ công tiêu hao để thăng lực cản lăn:

W f  fZV 0,015.83385.20 25015,5(W ) 25kW
Nh vËy nÕu trong ®iỊu kiện xe không đủ tải thì nếu cầu xe đợc
nâng lên ta sẽ tiết kiệm đợc công suất của động cơ.
Không những thế ta có hệ số cản lăn phụ thuộc vào biến dạng của
lốp và tình trạng mặt đờng, nếu đi vào đờng xấu ( có hệ số cản
lớn ) khi đó công suất tiêu hao do cản lăn sẽ tăng lên .Do vậy việc
thiết kế cầu nâng hạ cho xe tải nặng là một nhiệm vụ cần thiết.
I.2. Cầu nâng hạ.
Với sự phát triển của ngành vận tải hàng hoá thì nhu cầu vận
chuyển hàng hoá ngày càng tăng , việc vận chuyển đợc chuyên môn

hoá sử dụng các xe tải với tải trọng lớn, và cả xe kéo móc.Để đáp ứng
nhu cầu đó thì các xe vận tải chuyên dùng này đợc thiết kế với

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
3


Đồ án tốt nghiệp
nhiều cầu nhằm mục đích phân tải ra các cầu và giảm áp lực của
bánh xe tác dụng lên nền đờng, tránh hiện tợng xe phá đờng trong
quá trình vận chuyển.Nhng việc bố trí xe nhiều cầu lại có nhợc
điểm lớn là khó quay vòng ( bán kính quay vòng sẽ lớn), do có nhiều
cầu nên khi quay vòng sẽ có những bánh xe bị trợt quay và dẫn tới
mòn lốp. Và khi xe không tải hay non tải thì khi đó với xe nhiều
cầu thì sẽ xuất hiện lực cản lăn làm tiêu hao công suất của ôtô.
Chính vì vậy mà cầu nâng hạ đợc đa vào trong thiết kế xe tải
nhiều cầu ( với xe 3 cầu), với mục đích hạ cầu đỡ tải khi tải nặng
và nâng cầu lên để thuận lợi cho quá trình quay vòng, giảm lực cản
lăn và tránh mòn lốp.
I.3. Mục đích công dụng và yêu cầu của cầu nâng hạ.
Mục đích và công dụng :
-

Giảm tải trọng phân bố lên các cầu , giảm áp lực của bánh xe

-

tác dụng lên nền đờng.
Cải thiện khả năng quay vòng của xe .
Tránh hiện tợng mòn lốp , giảm lực cản lăn và giảm tiêu hao

công suất của động cơ.

Yêu cầu của cầu nâng hạ :
Cầu nâng hạ có cầu tạo gồm các phần tử của hệ thống treo và đợc bổ xung cơ cấu nâng hạ cầu hoặc thêm một số cơ cấu khác
để khắc phục những hạn chế của cầu này nên cầu nâng hạ phải
đảm bảo các yêu cầu cảu hệ thống nh : yêu cầu của các phần tử
của hệ thống treo , cơ cấu nâng hạ cầu , và của các cơ cấu khác
liên quan .

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
4


Đồ án tốt nghiệp
Yêu cầu cảu hệ thống treo :
- Đảm bảo tần số dao động riềng thích hợp cho phần đợc treo .
- Có độ võng động hợp lý để không sinh ra va đập lên các ụ hạn
-

chế bằng cao su .
Đảm bảo vỏ ôtô không bị nghiêng khi quay vòng hoặc khi

-

phanh
Đảm bảo chiều rộng cơ sở và các góc đặt của trụ đứng cảu

-

bánh xe dẫn hớng không thay đổi .

Đảm bảo sự tơng thích giữa động học bánh xe dẫn hớng và

động học dẫn động lái.
Yêu cầu của cầu nâng hạ :
- Có khả năng giữ cầu ở trạng thái ổn định trong quá trình xe
chuyển động .
- Có tần số dao động nhỏ.
- Đảm bảo khả năng nâng ( hạ ) cầu .
- Dễ điều khiển , dễ bố trí và không ảnh hởng đến các hệ
thống khác trên xe.
- Đảm bảo độ tin cậy trong quá trình xe chuyển động.
Yêu cầu của các hệ thống khác :
Các hệ thống khác sử dụng trên cầu nh cơ cấu lái ( đối với cầu
nâng đợc láI cỡng bức ), hay cơ cầu tự lái , cơ cấu hÃm bánh xe
khi cầu đợc nâng lên , và cơ cấu khoá đờng truyền công suất
xuống cầu nâng ( nếu cầu này là chủ động )
- Cơ cấu lái phải đảm bảo động học quay vòng đúng tránh các
bánh xe bị trợt lết,
- Có sự ổn định trong quá trình quay vòng.
- Giữ đợc chuyển động thẳng.
- Cơ cấu hÃm bánh xe phải ổn định tránh cho bánh xe dao
động trong quá trình chuyển động
I.4. Phân loại.
Phân loại theo kết cấu phần tử của hệ thống treo trong cơ cấu:
- Sử dụng phần tử đàn hồi nhíp .

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
5

Đồ án tốt nghiệp
Phân loại
Phân loại
Phân loại
-

Sử dụng phần tử đàn hồi là lò xo.
Sử dụng phần tử đàn hồi là khí nén.
theo kết cấu nâng hạ cầu :
Sử dụng thủ lùc .
Sư dơng lß xo .
Sư dơng khÝ nÐn.
theo loại cầu :
Cầu nâng phụ thuộc ( chỉ đỡ tải ).
Cầu nâng chủ động ( đỡ tải và truyền lực).
Cầu nâng lái cỡng bức ( dẫn động từ cơ cấu lái).
Cầu nâng tự lái( tự lựa để quay vòng ).
theo nguyên lý điều khiển:
Điều khiển tự động .
Điều khiển bằng tay .

I.5. Một số cầu nâng sử dụng trên xe vận tải

Hình
1.1. Cầu
nâng
đỡ tải
và tự lái
trên xe
Huyndai

10x4

Nguyễn Quang Minh - ¤t« K50
6


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.2. Cầu
nâng đỡ tải
trên xe Huyndai
6x4

Hình1.3. Xe kết hợp
các loại cầu nâng lái cỡng bức, cầu nâng đỡ
tải của xe tải Man 10x2

II.
Phân tích phơng án lựa chọn thiết kế .
II.1. Các phơng án lựa chọn thiết kế.
II.1.1. Treo và cơ cấu nâng hạ sử dụng khí nén.

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
7


Đồ án tốt nghiệp

1
2

3
7

6

5

1
2
3
4
5
6
7

: Khung xe.
: Ballon khíhạ cầu
: Đ òn kéo dọc.
: Cầu xe.
: Giảmchấn.
: òn nâng.
: Ballon khínâ
ng cầu

4
Hì
nh 2.1.Treo khínén ,
cơcấu nâ
ng hạ cầu khínén

a.
-

Cu to v nguyên tắc hoạt động :
Ở trạng thái hạ cầu : Khí nén được cấp vào ballon khí hạ cầu từ bình chứa khí

nén , đồng thời khí nén từ ballon khí hạ cầu được xả ra ngồi( giảm khoảng cách giữa
khung xe và địn nâng 6).Do ballon khí hạ cầu có áp suất khí làm thay đổi thể tích dẫn
tới thay đổi về chiều cao, làm tăng khoảng cách giữa khung xe 1 và đòn kéo dọc 3,
thực hiện hạ cầu.Lúc này ballon khí hạ cầu đảm nhiệm vai trị là bộ phận đàn hồi của
hệ treo.
Ở trạng thái nâng cầu: Khí nén được cấp vào ballon khí nâng cầu và đồng thời
đó khí nén từ ballon khí hạ cầu được xả ra ngồi (chiều cao giảm).Khi đó ballon khí
nâng cầu thay đổi chiều cao làm đòn nâng 6 tiếp xúc vào đòn kéo dọc tạo ra lực nâng
làm xoay đòn kéo dọc quanh tâm quay, thực hiện nâng cầu xe.
b.
Ưu điểm:
- Hệ thống treo khí nén có phần tử đàn hồi kết cấu đơn giản ,
sử dụng luôn nguồn cung cÊp khÝ nÐn ë hÖ thèng phanh do xe tải
thờng sử dụng phanh khí nén nên việc tận dụng ngn khÝ nÐn
nµy lµ mét sù lùa chän tèt nhÊt.

Ngun Quang Minh - Ôtô K50
8


Đồ án tốt nghiệp
-

Do phần tử đàn hồi là khí nén sử dụng balon khí nên khối lợng

của chúng nhỏ do vậy khối lợng phần không đợc treo nhỏ nên làm
tăng độ êm dịu của xe.
- Với cơ cấu nâng hạ cầu thì sử dụng luôn nguồn khí nén của hệ
thống phanh dễ dàng điều khiển .
c. Nhợc điểm :
- Phần tử đàn hồi không đảm nhiệm đợc vai trò làmphần tử dẫn
hớng nên đòi hỏi phải có thêm các đòn thanh để truyền lực dọc và
lực ngang do đó kÕt cÊu sÏ phøc t¹p.
- Do sư dơng chung ngn khÝ nÐn víi hƯ thèng phanh khi ®ã khÝ
cung cÊp phải qua bộ điều chỉnh áp suất để phù hợp.Với cơ cấu
nâng cầu phải có các bộ phận làm tăng tính ổn định của bánh xe
khi đợc nâng lên.
II.1.2. Treo nhíp và cơ cấu nâng hạ sử dụng thuỷ lực.
1
1: Khungxe.
2: Nhíplá
3:Chốt quay
4: Giá nâng cầu
5: Piston thủy lực
6 :Tấmliên kết cầu xe.
7: Cầu xe.
8: Bánh xe

8

2
3

7
6
4
5

Hì
nh 2.2.Hệtreo sử dụng nhíp lá, cơcấu nâ
ng hạ sử dụng thủy lực

a. Nguyờn tắc hoạt động:
- Khi hạ cầu : Piston thủy lực 5 tăng khoảng cách giữa khung xe và cầu thực hiện
khóa cứng chuyển động quay của nhíp quanh chốt quay 3.Bánh xe tiếp xúc với đường
sử dụng một phần nhíp là phần tử đàn hồi , cũng như dẫn hướng.

NguyÔn Quang Minh - Ôtô K50
9


§å ¸n tèt nghiƯp
- Khi nâng cầu : Piston thủy lực 5 làm giảm khoảng cách giữa khung và cầu xe.Nhờ
tầm liên kết cầu xe , piston thủy lực kéo nhíp mang theo cầu xe lên cao, thực hiện q
trình nõng cu.
b. Ưu điểm :
- Hệ thống treo sử dụng nhíp này đơn giản không cần điều
chỉnh.Do sử dụng nhíp là bộ phận đàn hồi cng l bộ phận dẫn hớng
điều này làm cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn giản và
lắp ráp dễ dàng.
Cơ cấu nâng cầu sử dụng piston thuỷ lực có kết cấu đơn giản, dễ
bố trí
c. Nhợc điểm :

- Nhíp lá ngoài nhợc điểm chung của bộ phận đần hồi kim loại còn
có nhợc điểm là khối lợng lớn nên sẽ làm tăng khối lợng không đợc treo
lên do vậy làm giảm sự êm dịu của xe.Hệ thống treo này có độ cứng
không thay đổi đợc

làm giảm tính an toàn của hàng hoá vận

chuyển.
Việc sử dụng cơ cấu nâng cầu bằng thuỷ lực đòi hỏi có một hệ
thống cung cấp dầu : gồm bơm , các đờng ống và vân phân
chia.Khi đó sẽ làm tổn hao công suất của xe.
II.1.3. Treo khí nén và cơ cấu nâng hạ sử dụng lò xo.
a. Nguyờn tắc hoạt động: Ở phương án này bánh xe luôn có xu hướng được nâng lên
( do tác dụng của lực lị xo ln ở trạng thái nén , sinh lực thơng qua cơ cầu địn để
nâng cầu xe lên).Khi hạ cầu , khí nén được cấp vào ballon khí 2 làm lò xo 7 tiếp tục bị
nén lại, ballon khí tăng khoảng cách giữa khung xe và cầu xe thực hiện hạ cầu.Khi đó
ballon khí và lị xo đồng thời là bộ phận đàn hồi .

NguyÔn Quang Minh - ¤t« K50
10


Đồ án tốt nghiệp

1: Giảmchấn.
2: Ballon khí.
3: Bánh xe.
4: Cầu xe.
5: Đ òn dọc.
6: Đ òn nâ

ng.
7: Lòxo.
8: Cốc đ
ỡ.
9: Khungxe.

1
9

2

8

3
4

7

6

5
Hì
nh 2.3.Treo khínén , cơcấu nâ
ng sử dụng lò xo

b. Ưu điểm :
- Hệ thống treo khí nén đơn giản , sư dơng lu«n ngn cung cÊp
khÝ nÐn ë hƯ thèng phanh do xe t¶i thêng sư dơng phanh khÝ nén
nên việc tận dụng nguồn khí nén này là một sự lựa chọn tốt nhất.
- Cơ cấu nâng cầu sử dụng lò xo để nâng , nó luôn tạo ra một

trng thái cân bằng để nâng bánh xe lên ( khi động cơ không hoạt
động và tải trọng nhỏ) khi đó việc nâng cầu không ảnh hởng gì
đến công suất của động cơ mà vẫn tạo ra sự ổn đnh của cầu.Khi
hạ cầu khi đó động cơ làm việc lúc nµy khÝ nÐn lµ nguån cung cÊp
vµo balon khÝ chØ cần thắng lực ép của lò xo .Lúc này lực lò xo nhỏ
hơn nhiều so với áp lực mà khí nén gây ra ( do tải trọng tác dụng lên
bánh xe lớn hơn khối lợng của cầu) do vậy việc hạ cầu rất dễ dàng
c. Nhợc điểm:
Việc sử dụng hệ thèng treo khÝ nÐn kÕt hỵp víi hƯ thèng treo
sư dụng nhíp thì khi đó việc chọn áp suất khí nén trong balon khí
khi nâng cầu phải chọn phù hợp tránh hiện tợng làm treo các bánh xe
còn lại và ảnh hởng đến tính ổn định của xe khi chuyển động.
Do bộ phần đàn hồi là khí nén nên khi thiết kế cần phải có
các thanh , đòn để làm phÇn tư dÉn híng phÇn tư trun lùc däc ,

Ngun Quang Minh - Ôtô K50
11


Đồ án tốt nghiệp
ngang do đó kết cấu sẽ phức tạp hơn so với dùng phần tử đàn hồi là
nhíp.
c tính đàn hồi của hệ treo khó xác định.
II.2. Ph©n tích chọn các phần tử trong cơ cấu
Từ những phơng ¸n lùa chän thiÕt kÕ ë trªn ta cã :
Treo sử dụng bộ phận đàn hồi là nhíp có u điểm là kết cấu
đơn giảm , giá thành hạ .Nhng nhợc điểm của loại này là độ cứng
không đổi (c= const ) nên độ êm dịu của xe chỉ đợc đảm bảo
trong một vùng tải trọng nhất định không thích hợp với những xe có
tải trọng thờng xuyên thay đổi.

Treo loại khí đợc sử dụng tốt ở các ôtô có trọng lợng phần đợc
thay đổi khá lớn nh ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe. Loại này
có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay
đổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi. Giảm độ cứng
của hệ thống treo sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn. Hệ
thống treo khí không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lợng
nhỏ và giảm đợc chấn động cũng nh giảm đợc tiếng ồn từ bánh xe
truyền lên buồng lái và hành khách. Tận dụng đợc nguồn khí nén từ
máy nén khí tạo khí nén cho hệ thống phanh nên đối với những xe
tải lớn thì sử dụng hệ thống treo này là một u điểm. Nhng hệ thống
này có kết cấu phức tạp hơn vì phải có bộ phận dẫn hớng riêng và
trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh áp suất v.v.
Cơ cấu nâng hạ sử dụng thuỷ lực có kết cấu phức tạp không
gian bố trí đòi hỏi phải rộng .Cơ cấu này sử dụng thuỷ lực để
nâng cầu nên dùng bơm thuỷ lực do vậy sẽ tốn công suất của động

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
12


Đồ án tốt nghiệp
cơ , và kết cấu của phần điều khiển đòi hỏi có các van điều khiển
do vậy nên kết cấu này ít đợc sử dụng trong thực tế xe vận tải.
Cơ cấu nâng hạ sử dụng khí nén tận dụng đợc nguồn khí nén
từ bình chứa khí máy nén của hệ thống phanh (do xe tải lớn thêng
sư dơng phanh khÝ nÐn) , viƯc bè trÝ cịng đơn giản không gian
không cần rộng.Nhng có một nhợc điểm là cần phải có hệ thống
điều khiển áp suất trong hệ thống , khi đó giá thành sẽ tăng theo.
Cơ cấu nâng hạ sử dụng lò xo có kết cấu đơn giản , dễ bố trí
và ổn định trong quá trình xe chuyển động , không ảnh hởng

đến công suất của động cơ và không cần các thiết bị phức tạp nh
ở khí nén cũng nh thuỷ lực .
Cầu nâng chủ động , hay lái cỡng bức có kết cấu phức tạp đòi
hỏi phải có nhiều cơ cấu phụ để đảm bảo ổn định của xe trong
quá trình chuyển động nên việc thiết kế sẽ trở nên khó khăn. Cầu
nâng phụ thuộc ( chỉ đỡ tải ) có kết cấu đơn giản , giá thành hạ có
thể kết hợp với cơ cấu tự lái để cải thiện khả năng quay vòng của
ôtô.
Lựa chọn : Từ những phân tích trên em lựa chọn phơng
án thiết kế cầu nâng hạ sử dụng hệ thống treo khí nén , cơ
cấu nâng cầu sử dụng khí nén và cầu nâng là cầu phụ
thuộc và có khả năng tự lái.
Đồ án gồm có :
-

Tính toán thiết kế cơ cầu nâng hạ cầu.

-

Tính chọn cơ cấu tự lái.

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
13


Đồ án tốt nghiệp
-

Tính toán hệ thống điều khiển.

-

Quy trình công nghệ gia công chi tiết.

Chơng II: Tính toán thiết kế cơ cấu cầu nâng hạ
I. Thông số xe tham khảo : Huyndai Trago 25 tấn Cargo

Hundai Trago 10x4 Cargo

Thông sè
ChiỊu dµi toµn bé (mm)

11630

KÝch

ChiỊu réng (mm)

2945

thíc

ChiỊu cao (mm)

3140

ChiỊu dµi cơ sở L (mm)

9100

Chiều rộng cơ sở F/R (mm)

2040/1850

Khoảng sáng gầm xe (mm)

450

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
14


Đồ án tốt nghiệp

Động
cơ

Trọng lợng không tải

13866

Trọng lợng tải

25000

Trọng lợng toàn tải

38855

Dung tích xilanh (cc)

12344

Công suất (Ps)

440

Mômen (kgm)

206

Hộp số

16 số tiến và 2 số lùi

Cầu 1

12R22.5 -16PR

Kíc

Cầu 2

12R22.5 -16PR

h th-

Cầu 3

385/65R22.5 -20PR

ớc

Cầu 4

12R22.5-16PR

lốp

Cầu 5

12R22.5-16PR

Cơ cấu phanh

Tang trống dẫn động khí
nén

Khả năng vợt dốc (tg)

0,491

Bán kính quay vòng nhỏ nhất

11,7

Rmin(m)
Vận tốc lớn nhất Vmax ( km/h)

II.

Xác định động học cơ cấu nâng hạ cầu

2.1. Vị trí cầu đợc hạ xuống

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
15

128


Đồ án tốt nghiệp
ở vị trí này, van điều khiển mở van khí cung cấp cho ballon khí
hạ cầu và đồng thời xả khí trong ballon khí ra ngoài.Lúc này dới tác
dụng của sự tăng áp suất và thể tích trong ballon khí hạ cầu , cầu
xe đợc hạ xuống.Khi bánh xe tiếp xúc với mặt đờng áp suất khí trong
ballon khí hạ cầu đợc điều chỉnh phù hợp với tải trọng tác dụng lên
cầu .Ballon khí hạ cầu sẽ đảm nhiệm vai trò của phần tử đàn hồi
của hệ treo khi bánh xe đợc hạ xuống.

Ballon khí

G'

Khung xe

b


Ballon

khí

Gc

Fk


ho






Gắ
n vớ i
khung xe

Cầu
x

a

Bánh xe

Hình 2.1.Vị trí cầu khi hạ
xuống

Với O là tâm quay của cơ cấu nâng cầu. OA là chiều dài đòn kéo
dọc OB là chiều dài đòn nâng.

- Giả sử ở vị trí này đòn kéo dọc OA ở vị trí hợp với phơng
nằm ngang góc , chiều dài đòn kéo dọc là : a =OA.Lúc này
chiều cao ho của điểm A đợc tính là:

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
16


Đồ án tốt nghiệp
-

Đòn nâng OB hợp với đòn kéo dọc một góc nh hình vẽ , đòn

-

nâng có chiều dài là :b=OB
Lúc này ballon khí nâng cầu không có áp suất nên tại thời
điểm này tại vị trí B của đòn nâng tự do (không có lực tác

-

dụng).
Lực tác dụng tại điểm A có tải trọng phân bố tác dụng lên cầu
G( tả trọng tác dụng lên cầu bằng áp lực do ballon khí hạ cầu
tạo ra), và khối lợng của cầu Gc.

Vị trí này ta coi là vị trí ban đầu để tính độ dịch chuyển và quỹ
đạo chuyển động của các khâu khớp.
2.2. Vị trí cầu đợc nâng lên
Ballon khí

nâ
ng cầu

Ballon khí
hạ cầu



Cầu

A'









ho



x
a

Bánh xe

h

Gắ
n vớ i
khung xe

Gc

Fk

b

B'

Khung xe

Hình 2.2.Vị trí cầu khi nâng
Ôtô ở trạng thái không
tải hay non tải , hoặc động cơ không hoạt
lên
động , van điều khiển tác dụng mở van khí nén thông với khí trời
làm cho khí nén xả ra ngoài ,khi đó ballon khí hạ cầu không có áp ,

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
17


Đồ án tốt nghiệp
và đồng thời bộ phận điều khiển cugn cấp khí nén vào ballon khí
nâng cầu.Dới tác dụng của áp suất khí và thể tích làm ballon khí
thay đổi chiều cao .Khi áp suất tăng dần, lúc này ballon khí hạ cầu

bị ép lại ( do không có áp suất), lực do áp suất sinh ra tăng lên dần
và khi lực này lớn hơn trọng lợng của cầu thì cầu đợc nâng lên.Khi ụ
hạn chế của ballon khí hạ cầu tiếp xúc nhau,thì hành trình nâng
của cầu đợc hạn chế lại, chiều cao của ballon khí nâng cũng đợc hạn
chế lại.
Cầu đợc nâng lên một chiều cao là h.Lúc này ,lực tác dụng lên điểm
A chỉ là khối lợng của cầu Gc.
Với :

OA,OA :

Đòn kéo dọc .

OB, OB : Đòn nâng .
Chiều cao nâng phụ thuộc vào hành trình của ụ hạn chế trong
ballon khí hạ cầu.
Ta có quỹ đạo chuyển động của các điểm A và B là các cung tròn
tâm O bán kính lần lợt là OA và OB.Vị trí AOB là vị trí cơ cấu
nâng hạ cầu ở trạng thái nâng cầu.
2.3. Xác định vị trí ,quỹ đạo và độ dịch chuyển của cơ
cấu
Vị trí đòn kéo dọc và đòn nâng ở trạng thái cầu đợc hạ
xuống:
-

Dựng tiaOx có phơng song song với mặt đờng hay khung xe.Từ
O dựng đoạn OA tạo với phơng Ox góc .

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
18

Đồ án tốt nghiệp
-

Vị trí đoạn OA có chiều dài là a là vị trí của đòn kéo dọc của
cầu nâng ở trạng thái cầu đợc hạ xuống.

-

Từ điểm O dùng OB = b ,.hỵp víi OA mét gãc α .Với các thông số
a,b, đà chọn theo xe tham khảo .
Vị trí đòn kéo dọc và đòn nâng ở trạng thái cầu đợc nâng

-

lên.
Từ A ta dựng tia Ay vuông góc với OX .
Trên Ay lấy AH = h ( h : là chiều cao nâng ).
Dựng các đờng tròn với tâm là O với các bán kính làn lợt là OA
và OB.
c

y



B'

Fk

A'
H
h








ho

b







x

a

-

Hình 2.3. Dựng hình xác định vị
trí các đòn

Từ H dựng đờng thẳng song song với Ox cắt đờng tròn tâm
O bán kính OA tại A.Ta có vị trí của đòn đọc OA khi cầu đợc

-

nâng lên là OA.
Góc tạo bởi OA và OA là góc : góc nâng .
Từ hình vẽ ta có góc nâng đợc tính theo công thức:

Nguyễn Quang Minh - ¤t« K50
19


Đồ án tốt nghiệp

Tơng tự vậy vị trí đòn nâng OB đợc xác định là OB.Do OA
và OB hợp với nhau một góc là .Nên khi đòn OA tới vị trí OA
thí OB cung dịch tới vị trí OB và hợp với OA góc .Nên từ O ta

-

dựng OB hợp với OA góc ta sẽ xác định đợc vị trí OB.
Độ dịch chuyển của điểm B ta coi xấp xØ b»ng BB’.
Tõ B’ dùng B’I vu«ng gãc OB

-

Ta cã :

-

Từ hình vẽ ta có các phơng trình sau:

-

(1)-(2)+(3) ta có :

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
20


Đồ án tốt nghiệp



1

2

B'
Hình 2.5.

b

Vị trí đòn
nâng



Ta có :

Mà

BI= OB sin=bsin

Vậy độ dịch chuyển của điểm B là BB :

s= 2bsin/2.

Độ dịch chuyển của điểm A : l= h ( hành trình của ụ hạn chế).

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
21


Đồ án tốt nghiệp

III.

Cơ sở lý thuyết treo sử dụng khÝ nÐn.
HƯ thèng treo khÝ nÐn thùc chÊt lµ hƯ thống treo cơ bản với

phần tử đàn hồi là buồng đàn hồi khí nén, trong đó có môi chất
là khí nén. Hệ thống treo khí nén làm việc đảm bảo mọi yêu
cầu nh đối với các hệ thống treo khác tuy nhiªn víi viƯc bè trÝ hƯ
thèng treo khÝ nÐn trên xe buýt ngoài những u điểm riêng nó còn
có khả năng nâng cao tính tiện nghi cho xe. Mặt khác do đặc
thù của loại treo khí nén là buồng đàn hồi không đảm nhận thêm
vai trò dẫn hớng nh đối với hệ treo cơ khí nên không thể truyền
đợc lùc ngang, lùc däc cđa xe. Do vËy ®èi víi hệ treo này phải có

hệ thống các đòn dẫn hớng riêng biệt.

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
22


Đồ án tốt nghiệp
3.1. Cơ sở lý thuyết của bộ phận đàn hồi
Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo khí nén có dạng buồng,
bên trong có môi chất là khí nén, áp lực khí nén đợc tạo ra phụ
thuộc vào tải trọng bên ngoài.
Với :
- Fp : Tải trọng đặt lên buồng đàn hồi.
- pa : áp suất khí quyển.
- p : áp suất khí nén trong buồng
đàn hồi.
- S : Diện tích làm việc

buồng

đàn hồi
Hình vẽ 3.1:
Fp = (p -pa)S
Hay là :

(3.1)

Fp = pzS

Hình3.1. Sơ đồ

tính toán

Trong đó:
- pz là độ chênh áp suất của buồng khí nén.
2
- S = d w lµ diƯn tÝch lµm viƯc cđa bng khÝ nÐn víi ®4

êng kÝnh dw. NÕu nh dw thay đổi thì S cũng thay đổi,
có thể viết: S=f(z).
ở trạng thái tĩnh tải trọng đặt nên buồng đàn hồi là:

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
23


Đồ án tốt nghiệp
Fs = (ps -pa)S

(3.2)

Trong đó : ps là áp suất khí nén ở trạng thái tĩnh.
Mối quan hệ của Fp và z. đợc thể hiện qua đồ thị sau :

a) Buồng
xếp

b) Buồng
gấp
Hình 3.2. Quan hệ của F

Với loại buồng gấp, trong khoảng làm việc nhất định, buồng đàn
hồi khi bị nén lại có thể làm giảm diện tích làm việc, do đó cần
thiết phải tạo dáng pittong một cách thích hợp.
Trên đờng đặc tính trên xác định tại

z = 0, tơng ứng với

chiều cao tĩnh của của buồng đàn hồi, quan hệ của áp suất p z là
không thay đổi. Trong thực tế các đờng cong này còn xác định sao
cho: áp suất pz đợc giữ cho không thay đổi (khoảng 0,5 Mpa). Nh
vậy quan hệ giữa F và z ở trạng thái tĩnh cho với áp suất không đổi.
Sự biến đổi của S theo khoảng nhỏ dz gọi là hệ số biến đổi
diện tích làm việc U:

Nguyễn Quang Minh - Ôtô K50
24


§å ¸n tèt nghiƯp

U=

dS
dz

(3.3)

Khi z = 0, ¸p st khÝ nén khoảng 0,5Mpa. Giá trị của U nh
sau:
U > 0 diện tích làm việc tăng lên,

U = 0 diện tích làm việc không thay đổi,
U < 0 diện tích làm việc giảm đi.
Giá trị U có thể biểu thị nhờ thể tích không gian bên trong.
Nếu nh thể tích làm việc giảm xuống, có quan hệ về sù biÕn ®ỉi
thĨ tÝch nhá cđa bng khÝ nÐn:
dV= - dS.dz
hay là:

dV
dS
dz

Đạo hàm một lần nữa:

ở đây:

U

d 2V
dS

U
2
dz
dz

d 2V
( gọi là hệ số biến đổi diện tích khi thay đổi
dz 2

chiều cao).
a. Đặc tính tải của buồng đàn hồi
Quan hệ S=f(z), S=f(pP) hay V=f(z) đợc gọi là đặc tính hình
học của buồng đàn hồi.

Nguyễn Quang Minh - ¤t« K50
25