Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế tàu hút bùn
CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM PHAY CẮT ĐẤT2.1. SƠ ĐỒ CỤM PHAY:Hình 2.1 – Sơ đồ cụm phay.1 – Hộp giảm tốc; 2 – Khớp nối; 3 – Động cơ điện; 4 – Ổ đỡ trục; 5 – Trục; 6 – Hộp chòu lực; 7 – Dao phay.2.2. CHỨC NĂNG CỤM PHAY:- Cụm phay có chức năng cắt đất và khuấy trộn tạo thành hỗn hợp bùn để bơm hút đổ lên bờ.- Đầu cụm phay có mang một dao phay có các lưỡi cắt để cắt đất. Dao phay là chi tiết quan trọng nhất của cụm phay, đóng vai trò quan trọng đối với năng suất của tàu hút bùn. Vì vậy, việc thiết kế chế tạo các biên dạng lưỡi phay, các góc độ thích hợp, sự bố trí các lưỡi cắt… thích hợp với từng loại đất thi công là điều hết sức cần thiết.2.3. CHỌN LỰA DAO PHAY:- Hiện nay, lý thuyết về dao phay còn đang là vấn đề nghiên cứu và tiếp tục hoàn thiện của các nhà khoa học trên thế giới. Các công thức tính toán dao phay mỗi nơi, mỗi nước trên thế giới có những kinh nghiệm riêng của mình. Những công thức thực nghiệm gần đúng đó được thực tế sử dụng, kiểm tra và đánh giá. 32 - Hiện nay, mặc dù có nhiều dạng lưỡi phay đang trang bò trên các tàu cuốc nước ngoài nhưng muốn nghiên cứu sử dụng các dạng lưỡi phay này, sử dụng các công thức của nước ngoài cho các lưỡi phay này chúng ta cần phải nghiên cứu, hiệu chỉnh các thông số cũng như kết cấu dao cho thích hợp với thực tế đất đai nơi ta thi công và nhất là trong điều kiện khả năng công nghệ ở nước ta cho phép.- Mới đây, nhóm nghiên cứu tàu hút bùn của trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu chế tạo thành công loại dao phay sử dụng cho đất sét dính và cứng cho tàu hút bùn.- So với các loại dao phay của Pháp, Nga… dao mới có những ưu điểm nổi bậc sau:+ Có khả năng thi công đất sét dính, cứng dễ dàng và hiệu quả hơn (ít bò kết dính, bó lưỡi, tốc độ mòn ít hơn).+ Nhờ có thêm các lưỡi cắt mặt đầu nên các phôi đất được tách ra khỏi lớp đất dễ dàng hơn, ít tốn năng lượng hơn.+ Nhờ có thêm các lưỡi vòng nên phôi đất tạo ra được nhỏ và đều đặn hơn tạo điều kiện cho bơm hút dễ dàng, ngoài ra còn làm cho dao thêm cứng vững, có khả năng chặt được các cây nhỏ.+ Quy trình chế tạo đơn giản, vật liệu rẻ tiền sẵn có, gia công dễ dàng (gò, rèn, hàn…) phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ.+ Giá thành rẽ, tuổi thọ cao.- Trên cơ sở trên, ta chọn loại dao phay này cho thiết bò ta thiết kế với kích thước phù hợp với năng suất tàu.2.4. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA DAO:2.4.1. Lưỡi cắt chính:- Số lưỡi: 5- Bề dày lưỡi: 6mm- Góc cắt: 035=δ- Góc sắt của lưỡi: 025=β- Góc nghiêng lưỡi so với trục quay: 020=α 33 2.4.2. Lưỡi cắt mặt đầu:- Số lưỡi: 5- Bề dày lưỡi: 6mm- Góc cắt: 035=δ- Góc sắt của lưỡi: 025=β2.4.3. Lưỡi cắt vòng:- Số lưỡi: 2- Bề dày lưỡi: 6mm- Đường kính dao:+ mm400max=φ+ mm250min=φ+ mmtb325=φ- Chiều dài dao: mmL 300=Hình 2.2 – Dao phay.2.5. TÍNH BỀ DÀY PHOI ĐẤT CẮT:Đối với các loại thiết bò tàu hút lớn, người ta áp dụng phương án thi công: cho lưỡi phay ấn vào đất một lượng z, sau đó cho tàu rê ngang để lần lượt cắt hết lớp đất như hình vẽ: 34 Hình 2.3Đối với phương án thi công này, để có thể rê ngang được dàn phay thì phải tác dụng vào lưỡi phay một lực ngang thắng được tổng các thành phần hình chiếu của lực cản đào tiếp tuyến 1F và lực cản đào pháp tuyến 2F xuống phương ngang, thường tổng thành phần hình chiếu xuống phương ngang này khá lớn nên người ta cho tàu rê quanh một cọc neo, dùng dây cáp để quay rê tàu quanh cọc đó tức là phải trang bò thêm động cơ, hộp giảm tốc và nhiều bộ phận khác cho cơ cấu rê tàu.Hình 2.4Đối với thiết bò tàu hút bùn của ta thiết kế có năng suất nhỏ, yêu cầu gọn nhẹ và nhất là vốn đầu tư chế tạo thấp nên ta áp dụng phương án thi công bằng tay tức là dùng tay tác dụng vào điểm A của dàn phay làm thay đổi vò trí dao phay như hình vẽ (hình 2.4) 35 Hình 2.5Do tổng thành phần hình chiếu của lực 1F và 2F (chủ yếu là 2F) xuống phương ngang lớn, đồng thời tỉ lệ với cánh tay đòn OAOB lớn (gần 2,5 lần) nên bằng sức tay trực tiếp ta không thể đẩy dàn phay quay quanh được điểm O của trục chữ T nhằm làm thay đổi vò trí dao phay trong mặt phẳng ngang.Do đó để giải quyết vấn đề này, ta đổi phương án thi công thay vì thay đổi vò trí dao theo phương ngang ta thay đổi vò trí dao theo phương thẳng đứng như sau: cho dao phay dần dần ăn sâu vào đất theo phương đứng từ trên đi xuống, sau đó nhất dao lên quay dao đi một góc quanh trục T theo phương ngang rồi tiếp tục cho dao phay ấn sâu vào đất… Phương án này có nhược điểm là thời gian chết (không làm việc) của dao phay lớn (lúc nhấc dao phay từ dưới lên theo phương đứng) nên ảnh hưởng đến năng suất của tàu hút bùn. Tuy nhiên, việc áp dụng phương án thi công này cho phép chúng ta sử dụng sức người để thi công:- Khi quay dàn phay theo trục T trong phương ngang do lúc này dao phay không cắt đất thì dùng sức người dể dàng.- Khi cho dao phay ăn sâu vào đất, để thắng được thành phần tổng hình chiếu của 21, FF theo phương đứng ta sử dụng đối trọng di chuyển trên dàn phay:+ Khi cho dao phay ăn sâu vào đất thì đưa đối trọng ra gần dao phay để dùng trọng lượng đối trọng thắng thành phần tổng hình chiếu 21, FF trên phương đứng. 36 + Khi cho dao phay nhấc lên thì đưa đối trọng chạy về phía trục T (phía tâm quay) để lúc này dùng sức người nhấc dàn phay và quay dàn phay đi một góc trong phương ngang được nhẹ nhàng.Tính chiều dày phôi cắt lớn nhất, ta áp dụng công thức (8-28)[01]:2180.arccos .−=πδRzRRxVđ (2.1)−=⇒180.arccos .2πδRzRRxVđ (2.2)Hình 2.61O: tâm của dao phay ở vò trí 1.2O: tâm của dao phay ở vò trí 2 cách vò trí đầu một vòng quay của dao.Trong đó:x: độ ăn sâu theo chiều dọc của lưỡi phay vào đất, do đất thi công là loại bùn nhão nên ta cho dao ăn sâu hoàn toàn vào đất, mLx 3,0==R: bán kính trung bình của dao, mRtb1625,02325,02===φz: khoảng cách từ điểm A đến B (điểm mà cần tìm bề dày phoi đất cắt tại đó) (trong trường hợp thi công của ta chính là y)đV: thể tích phoi đất cắtδ: bề dày phoi đất cắt 37 Nhìn vào công thức (2.2), ta nhận thấy bề dày phoi đất cắt lớn nhất tại vò trí mà Rz= (vò trí C), 090=nϕ.Do tính chất đất thi công là loại bùn nhão nên ta chọn độ dòch chuyển của dao theo phương ngang sau mỗi lần nhấc dao lên là: Rz 2=.Trong công thức (2.2), nếu ta cho mRz 1625,0== thì 2VV=đVới V: là thể tích phoi đất do một lưỡi cắt tạo ra trong một vòng quay của dao nhằm đảm bảo năng suất của thiết bò, V được tính như sau:mnkqV 60.2= (2.3)Trong đó:hmq /153=: năng suất thiết bòk: hệ số kể đến ảnh hưởng của thời gian không làm việc của dao (lúc nhấc dao lên), ta chọn 5,1=k5=m: số lưỡi daophvgn /352=: tốc độ quay của daoTa tính được:300214,0 mV=300107,02mVVđ==⇒Thế tất cả số liệu tính được vào (2.2) ta tính được bề dày phôi cắt lớn nhất:mmmRRR4004,018014,3.2arccos.1625,0.3,000107,0.2==−=δ2.6. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN DAO PHAY:Lực tác dụng lên dao phay gồm hai thành phần chính sau:2.6.1. Thành phần lực cản đào theo phương tiếp tuyến 1F:1F tính theo công thức (8.33)[01]:23211 21 . VSktxkfffxkFhγδγθα++= (2.4) 38 Trong đó:k1: lực cản đất tính trên tiết diện 21cm, tiết diện vuông góc với phương vận tốc cắt đất của lưỡi cắt, tra bảng (8-1)[01] ta có: 21/2,0 cmdaNk=x: tổng chiều dài mép cắt của các lưỡi cắt tham gia cắt đất đồng thời ở thời điểm tính toán: 2.mLx≈ (2.5)Với:L: chiều dài dao phay, cmL 30=m: số dao phay, 5=mcmx 75≈⇒δ: bề dày phoi đất cắt cực đại, cmmm 440==δγθαkkk ,,: các hệ số hiệu chỉnh tính đến sai lệch góc cắt so với góc cắt tối ưu, góc nghiêng của mép cắt lưỡi phay đối với đường trục trống quay, tốc độ cắt của lưỡi phay, ta chọn: 2,1,,=γθαkkkk2: sức cản nén của đất tính trên 21cm, tra bảng (8-1)[01] ta có 22/5,0 cmdaNk=t: chiều dày mép cắt của lưỡi phay, chọn cmt 3,0=k3: hệ số cản của bề dày lưỡi phay, tra bảng (8-2)[01] ta chọn 3,03=khγ: trọng lượng riêng hỗn hợp bùn, 3/1225 mdaNh=γS: diện tích bề mặt các lưỡi phay, ta tính gần đúng như sau: BLmS = (2.6)Với:m: số lưỡi dao, 5=mL: chiều dài dao, mL 3,0=B: bề rộng lưỡi, mB 04,0=206,004,0.3,0.5 mS ==⇒ 39 V: vận tốc cắt của dao phay:60 2nVtbφπ= (2.7)Với:tbφ: đường kính trung bình dao phay, mtb325,0=φphvgn /352=smV /6,06035.325,0.14,3==⇒Thế tất cả các số liệu vào công thức (2.4), ta tính được lực cản đào tiếp tuyến:NdaNF 2,87222,8706.06,0.1225.3,0.213,0.75.5,02,1.4.75.2,021==++=2.6.2. Thành phần lực cản đào pháp tuyến:Theo kinh nghiệm:( )12.45,03,0 FF÷= (2.8)Ta chọn:NFF 88,3482,872.4,0.4,012===Ngoài ra, do dao phay còn có các lưỡi cắt mặt đầu nên sẽ tạo ra một thành phần lực dọc trục (do thành phần lực pháp tuyến của lưỡi cắt cong mặt đầu tạo nên); thành phần lực cản đào tiếp tuyến của lưỡi dao cong mặt đầu và của lưỡi dao vòng sẽ làm cho thành phần lực cản đào tiếp tuyến của dao phay tăng lên một hệ số k, ta chọn: 4,1=kDo đó, giá trò của thành phần lực cản đào tiếp tuyến là:NF 08,12212,872.4,11==2.7. TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CỤM PHAY:Công suất động cơ cụm phay tính theo công thức:ηπ.1000.60 .221nRFaNtbp= (kW) (2.9)Trong đó:a: hệ số dự trữ công suất, ( )3,11,1 ÷=a, ta chọn 2,1=aNF 08,12211= 40 mRtbtb1625,02325,02===φphvgn /352=η: hiệu suất bộ truyền, chọn 8,0=ηThế vào công thức (2.9) ta tính được:kWNp12,18,0.1000.6035.1625,0.08,1221.2,1.14,3.2==2.8. CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỘP GIẢM TỐC CHO CỤM PHAY:Tra bảng 2p [03] ta chọn loại động cơ không đồng bộ ba pha roto đoản mạch điện áp 220/380V có ký hiệu: A02-22-4 có các thông số kỹ thuật như sau:- Công suất đònh mức: kWN 5,1=- Tốc độ: phvgn /1420=- Hiệu suất: 8,0=η- Tỉ số giữa momen mở máy và momen đònh mức: 8,1=đmMMm- Tỉ số giữa momen cực đại và momen đònh mức: 2,2max=đmMM- Tỉ số giữa momen cực tiểu và momen đònh mức: 2,1min=đmMM- Khối lượng động cơ: kgG 23=Tra bảng Atlat Máy Xây Dựng, ta chọn hộp giảm tốc PM250 có các thông số kỹ thuật:- Tỉ số truyền: 17,40=i- Tốc độ trục vào: phvgn /1500=- Công suất đònh mức: kWN 5,2= (chế độ 25%)- Momen xoắn giới hạn trên trục quay chậm: 330kgm- Khối lượng: 102kg. 41 [...]... như sau: - Chiều rộng: b = 12mm - Chiều cao: h = 8mm - Chiều dài: l = 50mm a Kiểm tra sức bền dập của then theo công thức: 44 σd = 2. M x d k l (2. 15) Với: M x = 26 9 Nm = 26 9000mm d = 40mm l =50mm k = 4,4mm : chiều sâu rãnh then Thế các số liệu vào tính được: σ d = 61,1N / mm 2 < [σ d ] = 100 N / mm 2 (tra bảng ( 7 -2 0)[03]) b Kiểm tra sức bền cắt: τc = 2. M x 26 9000 = = 12, 3N / mm 2 d b.l 40. 12. 50 ⇒ τ... của thiết bò phải đạt đến 1,8 ÷ 2m Vậy ta nên thiết kế dàn phay có chiều dài đạt được chiều sâu nạo vét 2m Nếu ta thiết kế dàn phay có chiều dài nạo vét được 2m thì chiều dài dàn phay từ trục T đến dao phay L’ dài: 46 Hình 2. 9 L '2 = ' L1 = 2 = 2, 82m cos 45 0 0,5 = 0,7 m cos 45 0 ' ' ' Vậy: L = L1 + L2 = 3,52m ' Chọn: L = 3,6m ' Với chiều dài dàn phay L = 3,6m lớn như vậy sẽ dẫn đến bất lợi: - Thiết. .. ⇒ S 5 +Y = 0 ⇒ S 5 = −Y = 28 8,3kg ∑X =0⇒S 4 + S6 = 0 ⇒ S 6 = − S 4 = 29 2kG 55 Tách nút III: ∑ Y = 0 ⇒ −G 2 − Gđtt + S 5 − S 3 cos α 1 − S 7 cos α 1 = 0 B 2 − G B − Gđtt + S 5 − S 3 cos α 1 ⇒ S7 = cos α 1 − 64 − 36 ,25 + 28 8,3 − 29 2 cos 67 ,2 cos 67 ,2 = 20 1,3kG = ∑ X = 0 ⇒ − S sin α 3 1 + S 7 sin α 1 + S 8 = 0 ⇒ S 8 = ( S 7 − S 3 ) sin α 1 = ( 20 1,3 − 316,76 ) sin 67 ,2 = 167 kG Tách nút V: ∑Y... 167 kG 12 Tách nút VI: ∑ Y = 0 ⇒ −S 9 ⇒ S10 = + S 7 cos α 1 + S10 cos α 2 = 0 S 9 − S 7 cos α 1 cos α 2 19 − 20 1,3 cos 67 ,2 cos 61,9 = − 125 ,3kG = ∑X =0⇒ S − S 7 sin α 1 − S10 sin α 2 + S11 = 0 6 ⇒ S11 = S 7 sin α 1 + S10 sin α 2 − S 6 = 20 1,3 sin 67 ,2 + 125 ,3 sin 61,9 − 29 2 = 4,1kG Tách nút VIII: ∑Y = 0 ⇒ S ∑X =0⇒ S 13 =0 14 = S11 = 4,1kG 56 Tách nút VII: ∑ Y = 0 ⇒ −G D + S10 sin α 2 − S15... trọng) có F = 1090mm 2 Kiểm tra bền: σ = S 8 1670 = = 1,53 N / mm 2 < [σ ] = 40 N / mm 2 F 1090 Thanh bên dưới: Thanh chòu lực lớn nhất là: S 4 = S 6 = 29 2kG = 29 20 N Để tiện lợi ta dùng thanh bên dưới cùng loại thép với thanh bên trên: [ N 0 8 Kiểm tra bền: σ= S 4 29 20 = = 2, 68 N / mm 2 < [σ ] = 40 N / mm 2 F 1090 57 Thanh chống đứng: Thanh chòu lực lớn nhất là: S 5 = 28 8,3kG = 28 83 N Do yêu cầu... 4,1kG 56 Tách nút VII: ∑ Y = 0 ⇒ −G D + S10 sin α 2 − S15 sin α 2 = 0 ⇒ S15 = S10 cos α 2 − G D = 125 ,3 cos 61,9 − 19 = 40kG ∑X =0⇒ S 10 sin α 2 − S 12 + S15 sin α 2 + S16 = 0 ⇒ S16 = S 12 − S10 sin α 2 − S15 sin α 2 = 167 − 125 sin 61,9 − 40 sin 61,9 = 2, 8kG Tách nút X: ∑Y = 0 ⇒ S 17 − S15 cos α 2 = 0 ⇒ S17 = S15 cos α 2 = 40 cos 61,9 = 18,84 Chọn số hiệu các thanh thép: Thanh bên trên:... trên của Y và Y’ chỉ là 1 /2 của lực tác dụng từ trục T lên dàn phay, do ta đang tính cho nửa dầm: tách làm 2 khung Tách nút I: ∑Y = 0 ⇒ S 1 1 = −( G A + Gđtt ) = 86,5 + 36 ,25 = 122 ,75kg ∑X =0⇒ S =0 2 Tách nút II: ∑ Y = 0 ⇒ −S 1 S1 122 ,75 = = 316,76kg cos α 1 cos 67 ,2 0 ⇒ S3 = ∑X =0⇒ S + S 3 cos α 1 = 0 4 + S 3 sin α 1 = 0 ⇒ S 4 = − S 3 sin α 1 = −316,76 sin 67 ,2 0 = 29 2kg Tách nút IV: ∑Y =.. .2. 9 TÍNH TOÁN TRỤC DAO PHAY, HỘP CHỊU LỰC: Kết cấu trục: a Chọn kết cấu trục như sau: Hình 2. 7 b Sơ đồ tính toán trục: c Biểu đồ nội lực: - Momen uốn M u : M umax = Fa l1 = 1 720 .0,115 = 197,6 Nm - Momen xoắn M x : Lực tác dụng lên các trục gồm: - Thành phần lực cản đào tiếp tuyến của dao gây nên momen xoắn: Mx = F1 φtb 2 (2. 10) 42 - Thành phần lực cản đào tiếp tuyến... b.l 40. 12. 50 ⇒ τ c < [τ c ] = 87Nmm 2 (tra bảng ( 7 -2 1)[03]) 2. 12 DÀN PHAY: 2. 12. 1 Nhiệm vụ: Dàn phay là một kết cấu dàn gồm các thanh thép đònh hình [ và L hàn lại với nhau, nó dùng để đỡ toàn bộ cụm phay gồm: động cơ, hộp giảm tốc, trục, ổ đỡ, lưỡi phay, ống hút ngoài ra nó còn dùng để thay đổi vò trí lưỡi phay theo phương đứng và ngang trong quá trình làm việc 2. 12. 2 Đònh các kích thước của dàn phay:... vào (2. 14) tính được: Q = 327 ,6daN Thế vào (2. 13) tính được: C = 15085,6 Tra bảng 14p [03] ta chọn loại ổ bi đỡ cỡ nhẹ có số hiệu 20 9 với các thông số kỹ thuật sau: - Đường kính vòng trong: d = 45mm - Đường kính vòng ngoài: D = 85mm - Bề rộng ổ: B = 23 mm - Hệ số khả năng làm việc: C bảng = 39000 > C = 15085,6 2. 11 LỰA CHỌN THEN VÀ KIỂM TRA THEN: Với đường kính nơi lắp then là φ 40 , tra bảng ( 7 -2 3)[03] . /6,06035. 325 ,0.14,3==⇒Thế tất cả các số liệu vào công thức (2. 4), ta tính được lực cản đào tiếp tuyến:NdaNF 2, 8 722 2,8706.06,0. 122 5.3,0 .21 3,0.75.5, 02, 1.4.75 .2, 021 ==++ =2. 6 .2. . được:[ ]22 /100/1,61 mmNmmNdd=<=σσ (tra bảng ( 7 -2 0)[03])b. Kiểm tra sức bền cắt :2/ 3, 125 0. 12. 4 026 9000...2mmNlbdMxc===τ[ ]28 7Nmmcc=<⇒ττ (tra bảng ( 7 -2 1)[03]) .2. 12.
