Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế xe trộn bê tông
Chương 3: Tính toán trục khuấy trộn consol3.1.2.1 Sơ đồ chòu lựcLực tác dụng lên trục khuấy bao gồm momen xoắn Mx sinh ra do trở lực của môi trường (momen xoắn tác dụng từ bộ truyền động tới để cân bằng với momen xoắn sinh ra do trở lực của môi trường), lực hướng kính Fr và lực hướng trục Fa .Momen xoắn trung bình xM sinh ra do trở lực của môi trường tác dụng lên các cách của cơ cấu khuấy (khi áp suất trở lực hoặc trở lực riêng trên đơn vò dài q(r) phân bố như ở hình vẽ đối với cơ cấu khuấy bản hai cánh) có thể xác đònh theo công thức: 522kNxdnKNM (3-4)Trong đó: N – công suất khuấy,W – khối lượng riêng của môi trường khuấy, kg/m3 dk – đường kính cánh khuấy, m KN– hệ số công suất Công suất khuấy và momen trung bình là những đại lượng thay đổi theo thời gian do việc thay đổi phân bố vận tốc dẫn đến thay đổi áp suất làm sản sinh dao động (do không cân bằng). Như vậy khi tính bền cần phải chú ý đến momen xoắn lớn nhất xxxMCM' (3-5)Trong đó: 'xC- hệ số dao động tải lấy bằng 1.1-1.6Để tiện lợi và an toàn trong tính toán người ta thay công suất khuấy trộn bằng công suất động cơ Nđc pdcxdcxxnNCNCM95500 (3-6)Trong đó: Nđc– công suất động cơ, W np – số vòng quay trục khuấy, vg/ph Cx – hệ số chú ý đến dao động lực cản và lấy từ 1.1-1.6Mx – momen xoắn, NmLực hướng kính bằng lực tác dụng lên một cánh của cơ cấu khuấy (có điểm đặt lực cách đường trục của trục khuấy một đoạn rF) và được xác đònh theo công thức: rFxcrNrMFF (3-7)Trong đó: Nc – số cánh của động cơrF – khoảng cách của điểm đặt lực Fr đến trục quay, mMx– momen xoắn tính theo công thức pdcxdcxxnNCNCM95500Đối với cơ cấu khuấy bản kFd83r thì ckxrNd3M8F Lực chiều trục đối với các cánh khuấy vận chuyển chất lỏng theo chiều trục (chân vòt, tuabin hở cánh nghiêng, bản cánh nghiêng, vít tải, băng) có thể xác đònh theo công thức:4dv2F2k2z1aNếu thay 1azFNv sẽ có 321aAN2F Trong đó 1aF– lực chiều trục gây ra do sức cản chất lỏng đi theo chiều trục, N – khối lượng riêng của môi trường khuấy, kg/m3vz – vận tốc chất lỏng theo chiều trục, m/sN – công suất khuấy, W4dA2k– diện tích tiết diện quay của cơ cấu khuấy, m2Nếu thiết bò làm việc dưới áp suất dư p thì lực chiều trục àaFdo áp suất dư tác động lên cơ cấu khuấy làp4dF2taàTrong đó àaF– lực chiều trục do áp suất dư, Np – áp suất dư, N/m2dt– đường kính trục tại nơi đặt hộp đệm, mTổng lực chiều trục tác dụng lên trục khuấy là:2a1aaFFF Nếu môi trường khuấy có nguy cơ đông cứng hoặc đặc thì có thể xuất hiện momen xoắn quá tải Mxmax của động cơ, như vậy : xTxpdcdcxTxxMMnNNMMMmaxmax955000 (3-8)Trong đó xTxMMmax=2.7 – hệ số quá tải động cơNđc– công suất động cơ, Wnp – số vòng quay trục khuấy, vg/ph – vận tốc góc trục khuấy, rad/sdcxTNM – momen xoắn quy ước, NmKhi khởi động momen xoắn cản tác dụng lên trục khuấy sẽ lớn hơn lúc làm việc bình thường. Momen khởi động do trường điện từ của stato động cơ điện cung cấp sẽ dùng để khắc phục quán tính của roto cua( động cỏ, của các bộ truyền động trục khuấy, của cánh khuấy, của môi trường khuấy và khắc phục trở lực chuyển động khuấy trộn của môi trường được khuấy, nghóa là xkxMIIiM .2.1max (3-9)Trong đó: i – tỉ số truyền động của bộ truyền Mxmax– momen xoắn khởi động của động cơ, Nm – gia tốc góc khi khởi động, rad/s2 Mxk – momen xoắn trở lực của cánh khuấy khi khởi động, NmI1 – tổng momen quán tính của khối lượng chuyển động nằm trên tiết diện A - A quy về tiết diện trục khuấy, tddcIiII 21 (với Idc là momen quán tính của động cơ, I2 là tổng momen quán tính của cơ cấu khuấy)Momen xoắn cực đại tác dụng lên trục ở tiết diện A-A là:.2xkxAMIM từ các công thức trên ta rút ra công thức xác đònh momen xoắn cực đại tác dụng lên trục cánh khuấy là2127.11IIICNMxxA3.1.2.2 Tính trục theo bềnTừ sơ đồ chòu lực ta vẽ được biểu đồ momen xoắn và uốn. Momen uốn tại gối đỡ B có giá trò cực đại xFcruBMrNlFM 11Giá trò phản lực tại ổ đỡ A và B là : FxcuBrrAarMlNaMalFF21xFcrrArBMalrNFFF111Giá trò của momen uốn tại nội lực:axMxalFMuBru11 khi ax 10 lxMxlFMuBru221 khi lx 20Dùng thuyết năng lượng ta có thể tìm được giá trò ứng suất tương ứng tại B:5.023222234131633xuBtxxxuuBxBuBtdBMMdMWMWMTrong đó: uB, xB – tương ứng là ứng suất uốn và ứng suất cắt tại B MuB, Mx– momen uốn và momen xoắn lúc làm việc tại B Wu, Wx – momen chống uốn và chống xoắn tại tiết diện BỨng suất tương đương tính theo công thức trên mang đặc trưng biến đổi chu kỳ. Giá trò của nó cần thoả mãn điều kiện:1cptdBTrong đó 1cp– ứng suất cho phép mỏi, N/m2 và xác đònh theo công thứcbducpnk111ƠÛ đây u1– giới hạn bền mỏi, N/m2n-1 – hệ số an toàn mỏi và lấy 23 b – hệ số tác dụng bậc, đối với tiết diện ổ đỡ lấy b = 1.11.2 kd – hệ số độ lớn tra theo bảng sauBảng 3.2Đường kính trục mmdk,10 20 30 40 50 70 80 90 100Hệ số độ lớn dk1 0.9 0.8 0.75 0.7 0.65 0.62 0.6 0.59Đường kính trục là:31161231341316cpxxuBkMMMdĐộ bền đứt tại tiết diện B được kiểm tra với hai trường hợp:1. Nếu môi trường có nguy cơ đông cứng hoặc đông đặc thì tải trọng gây đứt nguy hiểm nhất chỉ là tải trọng xoắn Mx nên trục muốn bền phải thoả mãn điều kiện:cpkxdM316Trong đó – ứng suất cắt,N/m2Mx– momen xoắn, Nmcp – ứng suất cho phép và được xác đònh theo công thức TbTcpn3Với T– giới hạn chảy, N/m2nT– hệ số an toàn, thường lấy 34 b– hệ số tác dụng bậc, đối với ổ đỡ thường lấy 1.11.22. Nếu môi trường không có nguy cơ đông cứng hoặc đông lạnh thì tải trọng gây đứt nguy hiểm nhất là tải trọng khởi động. Lúc này ứng suất tương đương tính theo công thức:5.023'341316xAuBAkxAtdBMMdMvà thoả mãn điều kiện cptdB'Trong đó MxBA – momen uốn tại tiết diện B ở giai đoạn khởi độngcp – ứng suất cho phép uốn, N/m2 và xác đònh theo công thức cpcp3 với cp ứng suất cắt cho phép . sauBảng 3. 2Đường kính trục mmdk,10 20 30 40 50 70 80 90 100Hệ số độ lớn dk1 0.9 0.8 0.75 0.7 0.65 0.62 0.6 0.59Đường kính trục là :31 161 231 34 131 6cpxxuBkMMMdĐộ. lượng ta có thể tìm được giá trò ứng suất tương ứng tại B:5.0 232 22 234 131 633 xuBtxxxuuBxBuBtdBMMdMWMWMTrong