Tính toán máy khoan gia cố xi măng đất (cọc xi măng đất)

I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MŨI KHOAN CHUYÊN DÙNG 1.1 Lựa chọn sơ đồ lưỡi cắt đất - Để thực trình khoan đất đồng thời phun trộn vữa xi măng vào đất nên cấu tạo mũi khoan bao gồm mũi cắt trộn chế tạo thêm cánh tano để tạo hình cho cọc Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo mũi khoan trộn Hình 1.2 Phương pháp CDM (xi măng phương pháp trộn sâu) Hình 1.3 Phương pháp CDM-LODIC (loại giảm lượng đất khoan sâu) - Thông số mũi khoan:  Đường kính khoan: φ = 800 ÷1000 mm  Đường kính cần khoan : φ = 160 ÷200 mm  Số lớp cánh khoan : lớp cánh ( lớp cánh cắt đất, lớp trộn vữa xi măng, cánh tano tạo hình cọc)  Tốc độ khoan : n=20 ; 30 vòng/phút  Chiều sâu khoan: L = 36 mét 1.2 Tính toán lực cản cắt đất Sử dụng lý thuyết cắt đất SG VS N.G.Dombrovski - Tính cho lưỡi cắt đất bao gồm tác dụng vào đất để thực công tác khoan - Dombrovski đề nghị lực cản cắt túy P0 tổng hai thành phần: P0 = P01 + P02 Trong thì: P01 = K1 b.h: B; h: chiều rộng chiều dầy phoi đất K1: hệ số lực cản cắt túy P02 tính từ P01, phụ thuộc vào loai máy, dạng dao cắt - công tác tình trạng vị trí lưỡi cắt: P02 = ѱ P01 Trong đó: hệ số phụ thuộc: ѱ = 0.1 - 0.5 Giá trị lớn ứng với lưỡi cắt bị mòn cùn, phoi đất mỏng (h nhỏ) - Theo Dombrovski lực cản đào có tích đất lại tính theo công thức P01 = K K1 b h K1: hệ số lực cản đào có tích đất Trong thực tế gầu khoan vừa đào vừa tích đất nên ta dùng phương án - Và Dom brovski đưa bảng hệ số lực cản cát gầu đào loại đất khác nhau, Ví dụ loại đất cát, sét nhẹ trung bình ẩm rời; sét sỏi nhỏ trung bình sét mềm; sét chắc, sét trung bình ẩm rời; sét nặng pha sỏi lẫn đá nhỏ, thạch cao, đá ghíp mềm ; sét khô, hoàng thổ cứng - Công thức tính theo phương pháp đơn giản, ro ràng không xác phương pháp trên, dùng phổ biến ta lựa chọn hệ số lực cản K1, K2 hệ số phụ thuộc ѱ Theo công thức 1.2 [ ] N.G.Dombrovski ta có: Lực cản cắt túy P0=P01+P02 (N) (3.1) Với : P0 : Lực cản cắt túy; P01 :Lực cản tiếp tuyến; P02 :Lực cản pháp tuyến 1.2.1 Xét cánh tay cắt đất trộn đất lúc xuống: 1.2.1.1 Xét cánh tay cắt đất lúc xuống Hình 1.4: Sơ đồ tính cánh tay cắt đất lúc xuống 1- Lưỡi cắt đất; 2- Mũi khoan;3 – Mối hàn P01 = K.K1.B.h (3.2) Lực cản tiếp tuyến: Trong đó: K: Hệ số xét đến số số cắt đất cánh tay cắt, với K ≤ 1, chọn K = K2: Hệ số cắt đất túy Chọn loại đất trường hợp đất cấp IV Theo bảng 1.III.1 [4] chọn K1 = 22N/cm2 B: Chiều rộng phoi đất cắt B = R- r = 400-100 = 300 mm =30 cm h: Chiều dầy phoi đất cắt h = 40 mm = cm Vậy: P01 = 1.22.30.4 = 2640 N Ta có: P02 = ψ.P01 Trong đó: ψ: Hệ số phụ thuộc ; ψ = 0,1 – 0,5 Chọn ψ = 0,3 Vậy: P02 = 0,3.2640 = 792 N Vì cánh tay cắt đặt nghiêng góc α=450 nên ta có thành phần lực P01x = P01.cosα = 2640.cos 450 = 1866,76 N P01y = P01.sinα = 2640.sin 450 = 1866,76 N P02x = P02.cosα = 792.cos 450 = 560 N P02y = P02.sinα = 792.sin 450 = 560 N Tại điểm cánh tay cắt chịu đồng thời lực P01 P02 nên ta có: P0x = P01x - P02x = 1866,76 - 560 = 1306,76 N P0y = P01y + P02y =1866,76 + 560 = 2426,76 N Nhận xét: Lực tác dụng vào cánh tay cắt gồm có lực P 0x P0y tác dụng lực cắt đất P0x lực đẩy lưỡi cắt ngược trở lại P0y *Tính lực tác dụng vào cánh tay cắt: Hình 1.5: Sơ đồ lực tác dụng vào cánh tay cắt Xét phần tử dF cánh tay cắt đặt cách tâm trục quay khoảng cách x Có: dF = b.dx Trong đó: dx : bề rộng phần tử cánh tay trộn b : bề rộng làm việc theo phương vuông góc với trục quay đặt nghiêng góc α so với tâm trục quay b0 = 0,2m b = b0.sinα = 0,2.sin 450 = 0,14 m Lực cản đất tác dụng lên phần tử dF theo công thức [4] là: dP = P0.dF.v2dF Trong đó: vdF = ω.x : vận tốc chuyển động cắt đất phần tử cánh tay cắt ω: vận tốc góc trục quay ω= Với: nxuống= 30 vòng/phút nlên= 30 vòng/phút => ωxuống = ωlên = = 3,14 (rad/s) Theo công thức [ ] thì: dP = Ta có : P = =dx P= (3.3) Trong đó: R: khoảng cách từ tâm trục quay tới mép cánh tay cắt r: khoảng cách từ tâm trục quay tới mép cánh tay cắt Ta có: R = 400 mm =0,4 m , r = 100 mm = 0,01 m γ: Trọng lượng thể tích, có γ = 19500 N/m3 g: gia tốc trọng trường; lấy g = 9,81 b: bề rộng cánh tay cắt; b = b0.sinα = 0,14 m β: hệ số ứng với vận tốc: + Với vận tốc nxuống= 30 vòng/phút có β = + Với vận tốc nlên= 30 vòng/phút có β = Lực P có điểm đặt cánh tay cắt vị trí cách tâm trục quay đoạn x có vận tốc v0 = ω.x0 (m) Ta xác định giá trị x0 từ điều kiện mômen hợp lực tổng mômen vi phân lực tác dụng lên phần tử dF cánh tay cắt: P.x0 = dP Với: dP = dx = Vậy: x0 = (3.4) Thay (3.3) vào (3.4) ta có: x0 = Khi vận tốc điểm đặt lực P là: v0 = ω.x0 = ω (m/s) Thay số ta có lực cản tác dụng vào cánh tay cắt lúc xuống là: P= P = 75295,33 N Do có cánh tay cắt đất nên lực cắt là: = 2.P = 7529,33 = 15058,66 N Tọa độ điểm đặt lực: x0 = = 0,3 m Mô men cản cắt cánh tay cắt là: Mcc = x0 =15058,66 0,3 = 4517,6 N.m Vận tốc quay lúc mũi khoan xuống: Vx = 3,14 = 0,942 (m/s) Vận tốc quay lúc mũi khoan lên: Vx = 3,14 = 0,942 (m/s) 1.2.1.2 Xét cánh tay trộn đất lúc xuống Ta tính toán lực cản đất tác dụng lên cánh tay trộn mũi khoan tương tự cánh tay cắt, khác cánh tay trộn so với cánh tay cắt lên mũi khoan xuống trộn đất tơi xốp Ta chọn loại đất đất loại II Lực cản tác dụng vào bề mặt cánh trộn P0 = K.K1.B.h Trong đó: K: Hệ số xét đến số số cắt đất cánh tay cắt, với K ≤ 1, chọn K = trường hợp cắt K1: Hệ số cản trộn hỗn hợp vữa xi măng đất : K1 = 2,5 N/cm2 Hình 1.6: Sơ đồ tính cánh tay trộn đất lúc xuống Cánh tay trộn; Mũi khoan; Mối hàn B: Chiều rộng phoi đất cắt B = R- r = 400-100 = 300 mm =30 cm h: Chiều dầy phoi đất cắt h = 40 mm = cm Vậy: P01 = 1.2,5.30.4 = 300 N Ta có: P02 = ψ.P01 Trong đó: ψ: Hệ số phụ thuộc ; ψ = 0,1 – 0,5 Chọn ψ = 0,3 Vậy: P02 = 0,3.300 = 90 N Vì cánh tay cắt đặt nghiêng góc α=450 nên ta có thành phần lực P01x = P01.cosα = 300.cos 450 = 212,1 N P01y = P01.sinα = 300.sin 450 = 212,1 N P02x = P02.cosα = 90.cos 450 = 63,63 N P02y = P02.sinα = 90.sin450 = 63,63 N Tại điểm cánh tay cắt chịu đồng thời lực P01 P02 nên ta có: P0x = P01x - P02x = 212,1 - 63,63 = 148,47 N P0y = P01y + P02y =848,53 + 254,6 = 1103,13 N Nhận xét : Lực tác dụng vào cánh tay trộn gồm có lực P 0x P0y tác dụng lực cắt đất P0x lực đẩy lưỡi cắt ngược trở lại P0y Lực cản đất tác dụng vào cánh tay trộn đất lúc xuống là: P= P = 8554,81 N Do có cánh tay trộn lớp cánh nên lực cản là: Pcx =2.P.4 = 34222,16.4 = 68438,48 N Tọa độ điểm đặt lực: x0 = = 0,3 m Mômen cản cắt cánh tay trộn là: Mcx = Pcx x0 = 68,438,48 0,3= 20531,54 N.m Mô men cản tổng hợp là: Mc = Mcc + Mcx = 4517,6 + 20531,54 = 25049,14 N.m Công suất cần thiết để quay mũi khoan lúc xuống là: N = Mc ωxuống = 25049,14 3.14 = 78654,32 W =78,65 KW Lực cản dọc trục tác dụng vào mũi khoan xuống: Py = 2426,76 + 4.2 1103,13 N = 11251,8 N = 1,125 Tấn Đây tải trọng cần thiết tác dụng dọc trục cần khoan để mũi khoan xuống trình khoan đất 1.2.2 Xét cánh tay cắt đất trộn đất lúc lên: - Trong trình lên mũi khoan quay ngược chiều thực trình trộn đất với vữa xi măng, xét trường hợp hệ thống cánh trộn độ sâu lớn Tính lực cản trộn tác dụng lên tất cánh trộn cắt mũi khoan Hình 1.7: Sơ đồ tính cánh tay trộn đất lúc lên Cánh tay trộn; Mũi khoan; Mối hàn Lực cản tác dụng vào bề mặt cánh trộn P0 = K.K1.B.h Trong đó: K: Hệ số xét đến số số cắt đất cánh tay cắt, với K ≤ 1, chọn K = trường hợp cắt K1: Hệ số cản trộn hỗn hợp vữa xi măng đất : K1 = 2,5 N/cm2 B: Chiều rộng phoi đất cắt B = R- r = 400-100 = 300 mm =30 cm h: Chiều dầy phoi đất cắt h = 40 mm = cm Vậy: P01 = 1.2,5.30.4 = 300 N Ta có: P02 = ψ.P01 Trong đó: ψ: Hệ số phụ thuộc ; ψ = 0,1 – 0,5 Chọn ψ = 0,3 Vậy: P02 = 0,3.300 = 90 N Vì cánh tay cắt đặt nghiêng góc α=450 nên ta có thành phần lực P01x = P01.cosα = 300.cos 450 = 212,1 N P01y = P01.sinα = 300.sin 450 = 212,1 N P02x = P02.cosα = 90.cos 450 = 63,63 N P02y = P02.sinα = 90.sin450 = 63,63 N Tại điểm cánh tay cắt chịu đồng thời lực P01 P02 nên ta có: P0x = P01x - P02x = 212,1 - 63,63 = 148,47 N P0y = P01y + P02y =848,53 + 254,6 = 1103,13 N Nhận xét : Lực tác dụng vào cánh tay trộn gồm có lực P 0x P0y tác dụng lực cắt đất P0x lực đẩy lưỡi cắt ngược trở lại P0y Lực cản đất tác dụng vào cánh tay trộn đất lúc xuống là: P= P = 8554,81 N Do có cánh tay trộn lớp cánh nên lực cản là: Pcx =2.P.5 = 8554,81 N = 85548,1 N Tọa độ điểm đặt lực: x0 = = 0,3 m Mômen cản cánh tay trộn là: Mcx = Pcx x0 = 85548,1 0,3= 25664,43 N.m Công suất cần thiết để quay mũi khoan lúc xuống là: N = Mc ωxuống = 25664,43 3.14 = 80586,3 W =80,58 KW Lực cản dọc trục tác dụng vào mũi khoan xuống: Py = 5.2 1103,13 N = 11031,3 N = 1,1031 Tấn Đây lực kéo mũi khoan lên trình phun trộn 1.3 Tính toán cấu dẫn động mũi khoan Tra bảng 6.2 trang 94 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí: σ0Hlim = 17HRC + 200 = 17.60 + 200 = 1220 (Mpa) SH = 1,2: Hệ số an toàn ứng suất tiếp xúc KHL= ⇒ [σH] = 1220 = 1016.66( MPa) 1,2 6.1.2 Ứng suất uốn cho phép: -Vì : NF1 = NH1 NF2 = NH2 NFO = 4.106 Nên: KFL1 = KFL2 = ⇒ ứng suất uốn cho phép là: [σF] = σ F0 lim K FC K FL SF KFC = 0,8: Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ đặt tải ( Trag trang 93 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí) Tra bảng 6.2 trang 94 – Tính toán hệ dẫn động khí : σ0Flim = 550 (MPa SF = 1,75: Hệ số an toàn ứng suất uốn ⇒ [σF] = 550.0,8.1 = 251,43( MPa ) 1,75 -Với thép 40XH có HRC55: [σH]max = 40.HRC = 40.55 = 2200 (MPa) [σF]max = 0.6.σch = 0.6.1400 = 840 (MPa) -Vậy: [σH] < [σH]max [σF] < [σF]max * Cặp bánh ăn khớp Chọn vật liệu bánh số có HRC = 48 ⇔ HB 460 2, H HB NHO = 30 = 30.(460)2,4 = 7.37.107 NH3 = N H c u 23 u23 = c=3 ⇒ NH3 = e = = 2,675 u12 1,5 14,7.10 3.3 = 16,52.10 2,67 ⇒ NH3 > NHO ⇒ KHL3 = - Ứng suất tiếp xúc cho phép: [σH3] = ⇒ [σH3] = σ H0 lim K HL3 SH3 1016.1 = 846.67( MPa ) 1.2 - Ứng suất uốn cho phép [σF3] = = -Với 40XH, HRC 48 thì: σ F0 lim K FC K FL3 SF3 550.1.1 = 314.29( MPa) 1.75 [σH]max = 40.HRC = 40.48 = 1920 (MPa) [σF]max = 840 (MPa) -Vậy: [σH3] < [σH3]max [σF3] < [σH3]max Kiểm nghiệm cặp bánh 7.1 Cặp bánh 1-2-3: 7.1.1 Kiểm nghiệm cặp bánh ăn khớp (1-2) - Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc σH = ZM.ZH.Zε 2.T1 K H (u + 1) < [σ H ] bw u.d w21 Trong đó: ZM = 274 (MPa)1/3 : Hệ số kể đến tính vật liệu bánh (Tra bảng 6.5 trang 96 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí) ZH = 1,76: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc (Tra bảng 6.12 trang 106 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí) Zε : Hệ số kể đến trùng khớp răng: Zε = − εα εβ = 0: Hệ số trùng khớp dọc - Do góc nghiêng β = 00 εα: Hệ số trùng khớp ngang [1.88 − 3.2( 1 + )] cos β Z1 Z [1.88 − 3.2( 1 + )] cos 00 = 1,75 42 63 εα = = ⇒ Zε = − 1.75 = 0.7489 KH: Hệ số tải trọng tính tiếp xúc KH = KHβ.KHα.KHV KHβ: Hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành Tra bảng 6.7 trang 98 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí được: KHβ = 1,02 KHα = 1:Hệ số kể đến phân bố không cho đôi đồng thời ăn khớp KHV: Hệ số kể đến tải trọng động xuất vùng ăn khớp, phụ thuộc vào vận tốc bánh răng: Vận tốc bánh nhỏ là: V= π d w1 n1 60000 = 3.14 × 52.5 × 750 = 2.06(m / s ) 60000 ⇒ Tra bảng 6.13 trang 106 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí chọn: K HV = 1,03: Cấp xác ⇒ KH = 1.02×1×1.03 = 1.05 u = u12 = Z2/Z1 = 63/42 = 1.5: Tỷ số truyền T1: Mômen xoắn trục chủ động T1 = 210000 (N.mm) bw = 40 (mm) 274 × 1.76 × 0.749 ⇒ σH = × 21 × 10 × 1,03 × (1,5 + 1) = 923.68( MPa ) 40 × 1.5 × 52.5 ⇒σH < [σH] = 1016.66 (Mpa) Vậy: Cặp bánh thoả mãn điều kiện ứng suất tiếp xúc - Kiểm nghiệm ứng suất uốn 2.T2 K F Yε Yβ YF bw d w1 m σF1 = σF2 = ≤ [σ F ] σ F 1.YF ≤ [σ F ] YF KF: Hệ số tải trọng tính uốn KF = KFβ.KFα.KFV K Fβ = 1,03: Tra bảng 6.7 trang 98 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí KFα = KFV = 1,01 ⇒ KF = 1.03×1×1.01 = 1.04 Yε = εα ⇒ Yε = : Hệ số kể đến trùng khớp = 0.57 1.75 Yβ = 1: Hệ số kể đến độ nghiêng YF1; YF2: Hệ số dạng bánh Tra bảng 6.18 trang 109 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí được: YF1 = 0.426 YF2 = 3,85 ⇒ σF1 = ⇒ σF2 = × 21 × 104 × 0.65 × × 0.426 = 44.304( MPa) 40 × 52.5 × 1.25 < [σF1] = 251.43 (MPa) 44.304 = 1040( MPa) < [σ F ] 0.426 Vậy: Cặp bánh thoả mãn điều kiện kiểm tra ứng suất uốn - Kiểm nghiệm tải - Quá tải ứng suất tiếp xúc: σHmax = σ H K qt ≤ [σH]max + Kqt = 1,7 : Hệ số tải ⇒ σHmax = 923.68 1.7 = 1203.940( MPa) ≤ [σH]max = 2200(MPa) - Quá tải ứng suất uốn: σFmax = σF.Kqt = 95.81×1.7 = 162.88 (MPa) < [σF]max = 840 (MPa) Vậy: Cặp bánh thoả mãn điều kiện tải Kết luận: Cặp bánh – thoả mãn điều kiện làm việc 7.1.2 Cặp bánh ăn khớp (2-3) - Kiểm nghiệm độ bền tiếp xú.c σH = ZM.ZH.Zε 2.T2 K H (u 23 − 1) < [σ H ] bw u 23 d w2 Trong đó: ZM = 274 (MPa)1/3 ZH = 1.76 Zε = − εα εβ = 0: Hệ số trùng khớp dọc_ Do góc nghiêng β = 00 εα: Hệ số trùng khớp ngang [1.88 − 3.2( εα = [1.88 − 3.2( = ⇒ Zε = − 1.75 1 + )] cos β Z Z3 1 + )] cos 00 = 1.75 42 63 = 0.88 KH = KHβ.KHα.KHV KHβ = 1.02 KHα = Vận tốc bánh vệ tinh với cần là: V02 = n2 – n0 = ⇒ V02 = π d w (n2 − n0 ) 60000 2.e.n0 2.5.184 = = 460 e −1 −1 3.14 × 60 × 460 = 1.44(m / s) 60000 ⇒ Tra bảng P2.3 trang 250 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí chọn: K HV = 1.05 ⇒ KH = 1.02×1×1.05 = 1.07 u23 = = 2.07 1.5 : Tỷ số truyền T2: Mômen xoắn trục bánh T2 = T1.u12 210.103 × 1.5 = = 105.103 c 274 × 1.76 × 0.88 ⇒ σH = (N.mm) × 105.103 × 1.07 × (2,67 − 1) = 484.103( MPa ) 30 × 2.67 × 602 ⇒σH < [σH] = 945.8 (MPa) Vậy: Cặp bánh thoả mãn điều kiện ứng suất tiếp xúc - Kiểm nghiệm ứng suất uốn 2.T2 K F Yε Yβ YF bw d w m σF3 = ≤ [σ F ] + KF = 1.04 + Yε = εα = = 0,59 1,7 + Yβ = + YF =3.62 ⇒ σF3 = × 105.103 × 1.04 × 0.59 × 1× 3.62 = 103.65( MPa) 30 × 60 × 2.5 < [σF1] = 314.29 (MPa) Vậy: Cặp bánh thoả mãn điều kiện kiểm tra ứng suất uốn - Kiểm nghiệm tải - Quá tải ứng suất tiếp xúc: σHmax = σ H K qt ≤ [σH]max Kqt = 1.7 : Hệ số tải ⇒ σHmax = 208.42 1.7 = 271.75( MPa ) ≤ [σH]max = 1920(MPa) - Quá tải ứng suất uốn: σFmax = σF.Kqt = 25.62×1.7 = 43.55 (MPa) < [σF]max = 840 (MPa) Vậy: Cặp bánh thoả mãn điều kiện tải Kết luận: Cặp bánh 1- – thoả mãn điều kiện làm việc - Chọn ổ lăn cho bánh vệ tinh Bánh vệ tinh - Đường kính chân bánh vệ tinh là: df2 = 53.75 (mm) - Chọn chiều dày bánh vệ tinh H > 2.m = 2x1.25 = 2.5 ⇒ chọn: H = (mm) ⇒ Đường kính ổ lăn d2 = df2 – 2.H = 53.75 – 2.3 = 47 (mm) ⇒ Tra bảng P2.7 trang 254 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí chọn ổ : 104 D = 47 (mm) C = 10 (kN) - Xác định thời gian phục vụ ổ: -Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ lăn là: Q= 4T K V S ( C ) + Flt2 K0 j d w1 c V: Hệ số kể đến vòng quay, vòng quay ⇒ V = 1.2 S = 1.3: Hệ số an toàn j = 1: Số ổ lăn bánh vệ tinh ⇒ K0 = 1: Hệ số kể đến phân bố không tải trọng lên ổ Flt = 6.7.10-11.d22.bw.n20.a.λ0 = 6.7.10-11×602 × 30×1842×50×0.5 = 6.12 (N) ⇒Q= 1.2 × 1.3 × 51.9 × 103 × 1.1 ( ) + (6.12) = 2.97(kN ) 1.1 40.3 - Thời hạn ổ tính Lh = 10 6.L 60(n2 − n0 ) C ( )m Q L= ( ⇒L= ⇒ Lh = : Thời hạn sử dụng ổ 10 ) = 38.17 2.97 106 × 38.17 = 1383 60 × 460 (triệu vòng) (giờ) Tính toán hiệu suất truyền động hộp giảm tốc: - Bộ truyền 1-2-3: η310 = 1- ϕ0 e −1 e +1 f = 0,08: Hệ số ăn khớp ϕ0 : Hệ số tổn thất ăn khớp chuyển động tương đối f ( ϕ0 = 1 + ) Z1 Z 2.3.0.08( ⇒ ϕ0 = 1 + ) = 7.3 x10 −3 42 63 ⇒ η1 = η310 = 1- 7.3x10-3 −1 = 0,98 +1 ⇒ η1 = 0,98 - Hiệu suất truyền 4-5-3: η2 = η1 = 0,98 - Hiệu suất hộp giảm tốc: η = η1.η2 = 0.98×0.98 = 0.96 Tính toán trục bánh Chọn bánh thuộc dạng trụ thẳng 8.1 Trục bánh 8.1.1 Sơ đồ tính toán Hình 13 - Sơ đồ tính trục bánh số 8.1.2 Xác định thông số: Các kích thước - Vì trục bánh lắp với trục động nên khoảng cách l bề rộng ổ bi - Đường kính trục động d = 35 (mm) Chọn sơ ổ bi 207 ⇒ l1 = B = 17 (mm) - Chọn khoảng cách thành hộp giảm tốc với bánh 20 (mm) ⇒ l2 = l1 + 20 + = 17 + 20 + bw 40 = 57 (mm) 8.1.3 Xác định lực - Mômen xoắn trục là: MX1 = MX = 20 KN.m (vì ta chọn động động chịu mômen xoắn 40/2 = 20 KN.m) - Do bánh vệ tinh ăn khớp với bánh trung tâm thời điểm đặt cách góc 1200: P12 MX Pr12 Pr11 P11 Pr13 P13 Góc tâm bánh vệ tinh Trong đó: P1.i: Lực tiếp tuến tác dụng lên bánh vệ tinh 1ữ Pr1.i : Lực hướng tâm tác dụng lên bánh vệ tinh 1ữ ⇒ P1 = ΣP1.i = Pr1 = ΣPr1.i = Vậy biểu đồ mômen lại mômen xoắn Biểu đồ mômen Pt Pr MX 210 N.m MX Hình 14 - Biểu đồ mômen xoắn trục bánh số Tính đường kính trục: d≥ Mx 0,2.[τ ] [τ] = 15 ÷ 50 (MPa): Ứng suất cho phép vật liệu trục thép CT5, thép 45, 40X (trang 188 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí) Ta chọn [τ] = 40 MPa ⇒d≥ 21.104 = 29.7(mm) 0.2 × 40 ⇒ Chọn d = 30 (mm) - Tính xác trục Mômen tương đương (Mtd) tính theo công thức: M u2 + 0,75.M x2 Mtd = 02 + 0,75.( 21.104 ) = = 181865.33(N.mm) M td 0,1[σ ] ⇒d= [σ] = 70 (MPa): Ứng suất cho phép tra bảng 10.5 trang 195 – Tính toán thiết kế hệ dẫn đông khí ⇒d= 181865 33 0.1 × 70 = 29.6 (mm) Vậy chọn d = 30 (mm) 8.2 Thiết kế trục cho bánh hành tinh 8.2.1 Sơ đồ tính toán F MU Hình 15 - Biểu đồ mômen uốn trục bánh số F= = M x1 × d c1 210.103 = 1333.333( N ) × 52.5 Trong đó: Chiều dài L = 70 mm chọn sơ - Vậy mômen uốn lớn sinh tiết diện nguy hiểm đầu ngàm là: Mu = F×70 =1333.333×70 = 93333.333 (N.mm) - Đường kính trục: d≥ MU 0.1× [τ ] [τ] = 15 ÷ 50 (MPa): Ứng suất cho phép vật liệu trục thép 40X (trang 188 – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí) Ta chọn [τ] = 40 MPa ⇒d≥ 93333.33 = 28.5(mm) 0.1× 40 ⇒ Chọn d = 30 (mm) - Tính xác trục Mômen tương đương (Mtd) tính theo công thức: Mtd = MU [σ] = 70 (MPa): Ứng suất cho phép tra bảng 10.5 trang 195 – Tính toán thiết kế hệ dẫn đông khí ⇒d= 93333.333 0.1 × 70 Vậy chọn d = 30 (mm) = 23.7 (mm) 8.3 Trục bánh số 8.3.1 Sơ đồ tính toán P4 MX l1 Pr4 l2 Hình 16 - Sơ đồ tính toán trục bánh số Tính toán thông số: - Kích thước hình học Chọn sơ l1 = 17 (mm) l2 = 60 (mm) - Tính toán lực tác dụng Mômen xoắn trục 4: Mx4 = MMT×i1c×η1 Với MMT = 210 N.m – mômen xoắn trục môtơ thuỷ lực i1c = – tỉ số truyền hệ bánh hành tinh 1-2-3 η1 = 0.98 – Hiệu suất truyền hệ bánh 1-2-3 Vậy Mx4 = 210×5×0.98=1029 N.m Tương tự bánh số 1, trục bánh số chịu tác dụng mômen xoắn Biểu đồ mômen Pt Pr MX 1029 N.m MX Hình 17 - Biểu đồ mômen xoắn tác dụng lên trục bánh số Tính đường kính trục d≥ Mx 0,2.[τ ] [τ] = 40 (Mpa): ứng suất cho phép vật liệu trục ⇒d≥ 1029 × 10 = 50.47(mm) 0.2 × 40 ⇒ Chọn d = 55 (mm) - Tính xác trục Mômen tương đương (Mtd) tính theo công thức: M u2 + 0,75.M x2 M td = ( = M x× 0.75 = 1029×10 × 0.75 = 891×103 N.mm) [σ] = 70 (MPa): Ứng suất cho phép tra bảng 10.5 trang 195 – Tính toán thiết kế hệ dẫn đông khí ⇒d= 891000 0.1 × 70 Vậy chọn d = 55 (mm) = 50.3 (mm) [...]...1.3.1 Tính chon động cơ: Theo tính toán của phần lực cắt đất ta có công suất cần thiết dẫn động mũi khoan là: N = 80,58 kW Do có sự truyền động từ động cơ điện qua hộp giảm tốc đến bộ truyền động quay cơ khí nên công suất thực tế sẽ là: Ntt = Trong đó: η... – 220 lấy HB = 190 Tính chọn sơ bộ trục đỡ bánh răng: Tính toán sơ bộ trục là ta dựa vào mô men xoắn mà trục truyền để ta xác định sơ bộ kích thước của trục Ta có: Mô men xoắn truyền trên trục có giá trị là: M 1X = Với MX 25664, 43 = = 5399,62 ( Nm ) i ×ηbr ×ηo 5 ×0,98 ×0,97 ηbr = 0,98 ηo = 0,97 là hiệu suất của bộ truyền bánh răng là hiệu suất của cặp ổ lăn Vậy đường kính trục tính sơ bộ có giá trị... chịu mô men xoắn, do đó ta chọn sơ đồ tính trục là dầm giản đơn dạng mút thừa Thành phần lực vòng tác dụng vào trục tại điểm giữa của chiều dài răng có xu hướng làm cho trục bị uốn Thành phần lực hướng tâm có xu hướng làm trục bị uốn Bỏ qua ảnh hưởng của trọng lượng bản thân của trục X o Z Y Pr B A l1=210 P MX D C l2=210 l3=120 Hình 1.10: Sơ đồ tính toán trục b Tính các phản lực tại các gối đỡ trục:... vào công thức ( 1 ) ta được: n= nσ ×nτ n +n 2 σ 2 τ = 4,09 ×4,31 4,09 + 4,31 2 2 = 2,966 > [ n ] = 2, 475 Vậy trục ta tính đã đảm bảo được về độ bền Mà hệ số an toàn ta tính được sát với hệ số an toàn cho phép nên kết cấu trục ta chọn đã phù hợp 2 Tính chọn ổ lăn đỡ trục Trong quá trình máy làm việc thì trục chịu tác dụng của mô men xoắn và mô men uốn lớn, vận tốc nhỏ Chính vì vậy ta cần chọn ổ lăn sao... = 99,48 kW Chọn động cơ điện DJM 2090 L: có công suất Nđc = 90 kW Tốc độ vòng quay n= 1500 vòng/phút 1.3.2 Tính chọn hộp giảm tốc Hình 1.8 Sơ đồ bộ truyền dẫn động cho mâm xoay 1 Động cơ điện, 2 Hộp giảm tốc hành tinh, 3 Bánh răng chủ động, 4 Cần khoan, 5 Bánh răng bị động Tốc độ vòng quay cần khoan : nc = 30 vòng/phút; nc = 20 vòng/phút Tốc độ quay của động cơ điện: nđc = 1500 vòng /phút - Phân phối... Hình 1.13 : Kết cấu trục Tính chính xác trục: Đó là ta đi kiểm tra hệ số an toàn của trục tại tiết diện nguy hiểm của trục khi nó chịu ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố chất lượng bề mặt và yếu tố kích thước… Ta cần phải đi kiểm tra mặt cắt B của trục Hệ số an toàn của trục được tính theo công thức sau:... trục được tính sơ bộ như sau: l = bbr + 2 ×a + 2 ×b + c ( mm ) Trong đó: bbr = 270mm a = 15 mm là khoảng cách từ bề mặt bánh răng với thành mâm xoay b = 125 mm c = 60 mm là chiều dài của răng là bề rộng sơ bộ của ổ lăn đỡ trục là khoảng chiều dài của trục để lắp then với trục hộp giảm tốc Vậy chiều dài sơ bộ của trục là: l = 270 + 2 ×15 + 2 ×125 + 60 = 610 ( mm ) Tính gần đúng trục: a Chọn sơ đồ tính trục:... được sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy Nó chịu lực hướng tâm, lực dọc trục, và nó đảm bảo cố định trục theo hai chiều - ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy: Đây là loại ổ không tháo được, chủ yếu chịu tải trọng hướng tâm nó có thể chịu tải trọng dọc trục không lớn lắm Được sử dụng trong các ổ trục có độ võng lớn khi chịu tác dụng của ngoại lực - ổ bi đũa lòng cầu hai dãy: có đặc tính như ổ bi lòng cầu hai dãy, nhưng... 20XH3A, 18X T Dựa vào bảng trên ta chọn được vật liệu chế tạo bánh răng sẽ là: Vật liệu chế tạo bánh răng nhỏ là: thép 45 thường hoá Vật liệu chế tạo bánh răng lớn là: thép 40 thường hoá Chúng có tính chất cơ tính như sau: Đối với thép 45 thường hoá dùng chế tạo bánh răng nhỏ, đường kính phôi của bánh răng nhỏ: D = 100 – 300 mm thì : Giới hạn bền kéo là: Giới hạn chảy là: Độ rắn : 1 σ bk = 580 ( N /... động: Dc1 = D1 − 2,5 ×m = 264 − 2,5 ×12 = 234 ( mm ) Đường kính vòng chân răng của bánh răng bị dẫn: Dc 2 = D2 − 2,5 ×m = 1320 − 2,5 ×12 = 1290 ( mm ) Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế toạ bánh răng: Vận tốc vòng của bánh răng được tính theo công thức sau: V= π ×D1 ×n1 3,14 ×264 ×100 = = 1,38 60 ×1000 60 ×1000 V = 1,38 Ta thấy vận tốc vòng trên bánh răng là ( m / s) ( m / s) , ... dụng dọc trục cần khoan để mũi khoan xuống trình khoan đất 1.2.2 Xét cánh tay cắt đất trộn đất lúc lên: - Trong trình lên mũi khoan quay ngược chiều thực trình trộn đất với vữa xi măng, xét trường... Tốc độ khoan : n=20 ; 30 vòng/phút  Chiều sâu khoan: L = 36 mét 1.2 Tính toán lực cản cắt đất Sử dụng lý thuyết cắt đất SG VS N.G.Dombrovski - Tính cho lưỡi cắt đất bao gồm tác dụng vào đất để... lượng đất khoan sâu) - Thông số mũi khoan:  Đường kính khoan: φ = 800 ÷1000 mm  Đường kính cần khoan : φ = 160 ÷200 mm  Số lớp cánh khoan : lớp cánh ( lớp cánh cắt đất, lớp trộn vữa xi măng,