Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ

Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ Giáo dục Đào tạo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội NGUYỄN ANH TÚ Thiết kế tính tốn kiểm nghiệm máy tính trục đăng cho xe mỏ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS HỒNG THĂNG BÌNH Hà Nội Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Hồng Thăng Bình Đề tài thực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các số liệu kết trình bày luận văn độc lập, hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2013 Tác giả Nguyễn Anh Tú DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU TT Tên hình vẽ, bảng biểu Trang Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo bố trí phận ôtô 11 Hình 2.2 Xe ôtô vận tải nặng CAT 769 15 Hình 2.3 Mặt trước xe 16 Hình 2.4 Mặt sau xe 16 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí cụm đăng xe 16 Hình 2.6 Cấu tạo cụm đăng trước sau xe CAT 18 Hình 2.7 Sơ đồ truyền động đăng thông dụng ôtô 19 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo truyền lực đăng 20 Hình 2.9 Hai vị trí cấu đăng 21 10 Hình 2.10 Cấu tạo truyền động đăng ơtơ tải có ổ đỡ trung gian 23 11 Hình 2.11 Hai vị trí đặc trưng chữ thập 25 12 Hình 2.12 Truyền động đăng có hai khớp chữ thập 27 13 Hình 2.13 Truyền động đăng có khớp chữ thập 29 14 Hình 2.14 Truyền động đăng có khớp chữ thập 29 15 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý làm việc khớp đăng đồng tốc dạng bi 31 16 Hình 2.16 Khớp đăng bi với rãnh chia 32 17 Hình 2.17 Khớp đăng bi với rãnh thẳng 33 18 Hình 2.18 Khớp đăng bi với rãnh có tiết diện thay đổi 34 19 Hình 2.19 Sơ đồ động học đăng loại bi 35 20 Hình 2.20 Cách bố trí cụm đăng trước sau xe CAT 769 37 21 Hình 2.21 Cụm đăng trước xe CAT 769 37 22 Hình 2.22 Cụm đăng sau xe CAT 769 38 23 Hình 3.1 Sách tham khảo 42 24 Hình 3.2 Hộp thoại tạo liệu 45 25 Hình 3.3 Cửa sổ thiết kế phần mềm SolidWorks 45 26 Hình 3.4 Thanh cơng cụ Sketch 46 27 Hình 3.5 Mặt bích trục đăng trước 47 28 Hình 3.6 Ống ghép đăng trước 47 29 Hình 3.7 Mặt bích đăng sau 48 30 Hình 3.8 Ĩng ghép đăng sau 48 31 Hình 3.9 Ống ghép then hoa đăng sau 49 32 Hình 3.10 Trục then hoa đăng sau 49 33 Hình 3.11 Trục đăng trước 50 34 Hình 3.12 Trục đăng sau 51 35 Hình 3.13 Chọn vật liệu cho trục đăng 53 36 Hình 3.14 Điều kiện ràng buộc tính kiểm nghiệm 53 37 Hình 3.15 Đặt ngoại lực tác dụng lên trục 55 38 Hình 3.16 Chia lưới mơ hinh tính tốn đăng trước 55 39 Hình 3.17 Chia lưới mơ hinh tính tốn đăng sau 56 40 Hình 3.18 Kết tính tốn kiểm nghiệm trục đăng trước 57 41 Hình 3.19 Kết tính tốn kiểm nghiệm trục đăng sau 58 42 Hình 4.1 Thay đổi bán kính góc lượn mặt bích trục đăng 60 43 Hình 4.2 Kết cải tiến tăng bán kính góc lượn 62 44 Hình 4.3 Kết cải tiến thay đổi vật liệu 61 45 Hình 4.4 Kết cải tiến tổng hợp 61 46 Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật xe CAT 769 14 47 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật nhà chế tạo 17 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Ý nghĩa HT Hệ thống ĐHTĐ Hệ thống truyền động MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU .2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT .5 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .8 Chương TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN PHẨM TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .10 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 10 1.4 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU 10 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10 Chương TỔNG QUAN VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ 11 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ VẬN TẢI MỎ 11 2.1.1 Giới thiệu chung ôtô .11 2.1.2 Giới thiệu ôtô vận tải hạng nặng CAT 769 Error! Bookmark not defined 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG TRÊN XE MỎ 19 2.2.1 Giới thiệu truyền động đăng 19 2.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG TRÊN XE MỎ .36 2.3.1 Giới thiệu cách bố trí cụm đăng trước sau xe CAT 769 36 2.3.2 Cụm đăng trước xe CAT 769 .37 2.3.3 Cụm đăng sau xe CAT 769 37 2.4 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ 38 2.4.1 Cụm đăng trước bị vặn cong vênh 38 2.4.2 Mặt bích cụm đăng bị nứt, rạn phần góc lượn dễ gây đứt q trình làm việc .38 2.4.3 Mặt bích cụm đăng sau (phần nối cầu sau) bị nứt, rạn phần cổ phải hàn lại để sử dụng 39 2.4.4 Chi tiết phần ống then hoa cụm đăng sau trình làm việc bị va đập, lõm, sinh vết nứt thân 39 2.4.5 Trục bị đảo rung động làm việc 40 2.4.6 Có tiếng kêu làm việc 40 Chương THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM TRỤC CÁC ĐĂNG NGUYÊN BẢN CỦA XE MỎ CAT 769 BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS 41 3.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SOLIDWORKS 41 3.1.1 Tính 41 3.1.2 Nguyên tắc thiết kế chi tiết 3D SolidWorks 43 3.2 ỨNG DỤNG SOLIDWORKS VÀO THIẾT KẾ CỤM CÁC CHI TIẾT CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG TRỨƠC VÀ SAU CỦA XE MỎ CAT 769 45 3.2.1 Thiết kế trục đăng trước .46 3.2.2 Thiết kế trục đăng sau 47 3.2.3 Mơ hình thiết kế cụm đăng trước sau xe ô tô tải nặng CAT 769 49 3.3 TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM BỀN TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ BẰNG SOLIDWORKS SIMULATION 50 3.3.1 Tính tốn moment xoắn tác dụng lên cụm đăng trước sau 50 3.3.2 Đưa điều kiện tính tốn kiểm nghiệm vào SolidWorks Simulation 50 3.3.3 Kết tính tốn đánh giá 55 Chương THIẾT KẾ CẢI TIẾN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 58 4.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG CẢI TIẾN TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ CAT .58 4.2 CẢI TIẾN BẰNG CÁCH THAY ĐỔI KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC 58 4.3 CẢI TIẾN BẰNG CÁCH THAY VẬT LIỆU THIẾT KẾ .59 4.4 CẢI TIẾN TỔNG HỢP 62 Chương KẾT LUẬN .64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC .66 LỜI MỞ ĐẦU Xe mỏ phương tiện vận tải đường hữu ích cơng trường khai thác Ở nước ta, theo thực tế khai thác khoáng sản vận chuyển số lượng xe mỏ sử dụng cơng trường ngày tăng nhanh Do điều kiện làm việc thời gian làm việc có phần khắc nghiệt loại phương tiện khác nên việc hư hại ảnh hưởng tới thiết kế xe tránh khỏi Cho nên việc nghiên cứu chế tạo để thay phụ tùng đáp ứng kịp thời yêu cầu vận tải mỏ cần thiết Trục đăng xe mỏ chi tiết dễ hỏng việc nghiên cứu chế tạo gặp khơng khó khăn Trên giới, việc nghiên cứu chế tạo trục đăng xe mỏ tiến hành từ lâu Tuy nhiên, thực tế việc tiếp cận sử dụng nghiên cứu cịn khó khăn có tài liệu, cần nhiều thiết bị nghiên cứu thử nghiệm đại Việc nhập sản phẩm vừa phải chịu chi phí cao vừa phải chờ lâu làm ảnh hưởng tới tiến độ sản xuất Việc nghiên cứu thiết kế, tính tốn, kiểm nghiệm chế tạo trục đăng phục vụ cho vận tải mỏ công việc thiết thực, đem lại hiệu kinh tế mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Đề tài “Thiết kế tính tốn kiểm nghiệm máy tính trục đăng xe mỏ.” tác giả chọn làm đề tài nghiên cứu Để kết cơng trình ứng dụng đưa vào sử dụng rộng rãi thực tế, tác giả mong nhận nhiều ý kiến đánh giá từ chuyên gia chuyên nghành đồng nghiệp Qua tác giả bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS Hồng Thăng Bình tồn thể thầy Bộ mơn Ơ tơ - Viện Cơ khí động lực KS Dương Đình Hùng – Viện Cơ khí lượng mỏ - VINACOMIN hướng dẫn giúp đỡ tác giả hoàn thành đề tài Xin trân trọng cảm ơn! Chương TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN PHẨM TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN ĐỀ TÀI Hiện tính tốn kiểm nghiệm trước vào sản xuất vấn đề nhà sản xuất nỗ lực đầu tư khai thác nhằm đạt sản phẩm ý muốn thời gian ngắn nhất, cắt giảm phần lớn thời gian chế tạo thử nghiệm trước đưa vào sản xuất thức Việc đánh giá tính hoạt động trục đăng theo thông số kỹ thuật đủ bền, chống xoắn, cong đặt Nhu cầu tính tốn, kiểm nghiệm máy tính trục đăng ơtơ vận tải nói chung xe mỏ nói riêng nhu cầu cấp thiết cho thực tế Thực tế nay, việc kiểm tra đánh giá hiệu hoạt động trục đăng thường dựa vào kinh nghiệm người thợ Vì vậy, việc nghiên cứu tính tốn, kiểm nghiệm máy tính rút ngắn thời gian, nâng cao độ tin cậy trình thiết kế kiểm nghiệm trục đăng Tại Việt Nam có nhiều đơn vị sử dụng xe mỏ, nhiên trục đăng xe gặp hỏng hóc, cố thường tiến hành sửa chữa nhỏ mua phụ tùng thay chưa có đơn vị nước chế tạo cụm chi tiết Hiện nhiều nước giới sử dụng nhiều loại xe tải nặng khác để phục vụ ngành công nghiệp xây dựng khai thác khoáng sản Với ưu điểm trội tuổi thọ hiệu sử dụng, xe tải nặng hãng CAT ngày sử dụng rộng rãi có Việt Nam Do điều kiện đường xá, tần xuất sử dụng cao thói quen chở tải nên trục đăng xe hay bị hỏng Việc tìm hiểu kết cấu để sửa chữa trung đại tu cần thiết, sở cần nghiên cứu để cải tiến cho tận dụng khả chế tạo nước, sản xuất sản phẩm có giá thành thấp hơn, đáp ứng kịp thời nhu cầu vận tải mỏ, tiết kiệm chi phí khơng phải mua phụ tùng hãng mà phù hợp với điều kiện sử dụng vận hành nước Chương THIẾT KẾ CẢI TIẾN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG CẢI TIẾN TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ CAT Dựa kết đánh giá trục đăng trước sau chương thấy trục đăng cần thiết kế cải tiến trục đăng sau Trục có hệ số an tồn thấp dễ bị nứt gãy nơi chuyển tiếp từ mặt bích xuống ống nối Phương án cải tiến đề xuất nghiên cứu bao gồm: + Thay đổi kích thước hình học: cách tăng bán kính góc lượn nơi chuyển tiếp từ 10 mm lên 20 mm để giảm ứng suất tập trung điểm chuyển tiếp + Thay vật liệu chế tạo 20X thành 40X vật liệu thông thường dùng để chế tạo trục đăng + Tổ hợp hai cách 4.2 CẢI TIẾN BẰNG CÁCH THAY ĐỔI KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC Hình 4.1 Thay đổi bán kính góc lượn mặt bích trục đăng 58 Có thể thực ý tưởng thay đổi bán kính góc lượn mặt bích trục đăng cách nhanh chóng cách nhấn vào tab Model để quay trở lại mơi trường thiết kế 3D, kích chuột phải vào thư mục nơi vẽ bán kính lượn R10 chọn Edit Thay đổi kích thước bán kính giao diện thành R20 nhấn OK mơ hình Hình 4.1 với bán kính thay đổi Quay trở lại tab Simulation việc nhấn vào nút Run để chạy lại phần tính tốn kiểm nghiệm mà khơng phải thay đổi thơng số tồn điều kiện tính tốn khơng thay đổi, tiện lợi phần mềm SolidWorks tính tốn kiểm nghiệm đánh giá thiết kế Kết tính tốn kiểm nghiệm thể Hình 4.2 Ứng suất tổng hợp von Mises lớn có giá trị 5,185.108 N/m2 giảm xuống so với giá trị tính kiểm nghiệm chương nâng hệ số an tồn lên giá trị 1,516 4.3 CẢI TIẾN BẰNG CÁCH THAY VẬT LIỆU THIẾT KẾ Nếu giữ nguyên mô hình tính tốn thay đổi vật liệu thiết kế tạo kiểm nghiệm (Study 2) cách Copy toàn kiểm nghiệm làm (Study 1) chọn Duplicate Trong Study việc thay vật liệu 20X thành vật liệu 40X chạy lại tính tốn Phần mềm cho kết tính tốn giảm phần nhiều thời gian khơng phải chia lưới mơ hình Kết tính tốn kiểm nghiệm thể Hình 4.3 Ứng suất tổng hợp von Mises lớn có giá trị 5,897.108 N/m2 không thay đổi so với loại vật liệu 20X, mơ hình khơng thay đổi, điều kiện ràng buộc, tính tốn khơng thay đổi, vật liệu có tính chất vật lý gần tương đồng Do ứng suất giới hạn vật liệu 40X cao (841Mpa) so với 20X (786Mpa) nên hệ số an toàn điểm nguy hiểm nâng lên giá trị 1,426 59 a) Kết ứng suất trục đăng sau b) Hệ số an toàn trục đăng sau Hình 4.2 Kết cải tiến tăng bán kính góc lượn 60 b) Kết ứng suất trục đăng sau b) Hệ số an tồn trục đăng sau Hình 4.3 Kết cải tiến thay đổi vật liệu 61 4.4 CẢI TIẾN TỔNG HỢP Tương tự cách trình bày phần 4.2 4.3, phương pháp cải tiến tổng hợp nhanh chóng kiểm nghiệm cách sử dụng mơ hình thay đổi bán kính góc lượn thành R20 tạo Study với vật liệu thay đổi từ 20X thành 40 X Cơng việc cịn lại nhấn nút Run lấy kết tính tốn Kết phương án cải tiến tổng hợp thể Hình 4.4 Ứng suất tổng hợp von Mises lớn có giá trị 5,185.108 N/m2 giảm xuống so với giá trị tính kiểm nghiệm chương cộng với ứng suất giới hạn vật liệu tăng lên nên hệ số an toàn điểm nguy hiểm cải thiện lên giá trị 1,622 Trên thực tế, nhiệt luyện, độ bền, tuổi thọ chi tiết tăng lên kéo theo tăng hệ số an toàn cụm chi tiết Qua kiểm nghiệm modul Simulation phần mềm SolidWorks thấy: để chế tạo cụm đăng trước sau cho xe ô tô tải nặng CAT 769, sử dụng vật liệu thép 40X tốt so với vật liệu 20X công dụng vật liệu làm việc có vận tốc, áp lực cao, tải trọng va đập lớn Theo sổ tay thiết kế khí, tính số mác thép hợp kim nhiệt luyện: - Thép 20Cr: Thấm cacbon, dầu, ram σ k ≥ 85; σch ≥ 63; δ ≥ 10; ψ ≥ 40; ak ≥6; σ-1 = 59 Độ cứng lõi = 212HB; bề mặt đạt độ cứng 5860HRC - Thép 40Cr Tôi dầu ram cao: σk= 80 ÷ 95 σch= 60÷75; δ ≤10; ψ = 40÷50; ak ≥6; σ-1 = 36 Độ cứng đạt 230280HB Tôi bề mặt (cao tần) với chiều sâu lớp thấm 1,82,2 mm ram thấp nhiệt độ 180÷2000c: σ-1 = 56; độ cứng lớp bề mặt đạt 4852 HRC 62 Kết luận: Thép 40cr có tính tổng hợp cao so với thép 20cr, điều với kết kiểm tra thành phần vật liệu theo mẫu Vì vậy, tác giả đề xuất sử dụng thép 40X thay thép 20X để chế tạo cụm đăng trước sau cho xe ô tô tải nặng CAT 769 a) Kết ứng suất trục đăng sau b) Hệ số an tồn trục đăng sau Hình 4.4 Kết cải tiến tổng hợp 63 Chương KẾT LUẬN Đây đề tài nghiên cứu mang tính ứng dụng thực tế, nội dung nghiên cứu đề tài giải vấn đề đặt thiết kế kiểm nghiệm trục đăng xe mỏ, từ đề phương án cải tiến nâng cao độ bền độ an toàn vận hành cho trục đăng xe mỏ Đây tiền đề cho việc chế tạo thử nghiệm cụm đăng trước sau xe ô tô tải nặng CAT 769 phục vụ công tác vận tải, khai thác mỏ than lộ thiên Quảng Ninh Đề tài xây dựng phương pháp tính tốn kiểm trục đăng xe mỏ CAT 769, khẳng định kết tính tốn tin cậy sản phẩm chế tạo đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Từ kết mở rộng thiết kế, kiểm nghiệm để chế tạo cụm đăng cho xe ô tô Nhật, Mỹ HD 325-6, HD 465-5, CAT 773-E… nhập ngoại, tạo việc làm cho nhà máy khí nước 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, NXB Giáo dục, năm 2007 [2] Nguyễn Trọng Hoan, Giáo trình tính tốn thiết kế tơ, NXB Bách Khoa Hà Nội, năm 2009 [3] Nguyễn Bạch Liên, Kết cấu tính tốn tơ, NXB Giao thơng vận tải Hà Nội, Năm 1984 [4] Bùi Hải Triều, Nơng Văn Vìn, Đặng Tiến Hịa, Hàn Trung Dũng, Ơtơ – Máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, năm 2001 [5] Dương Văn Đức, Cấu tạo lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Xây dựng, năm 2005 [6] Nguyễn Oánh, Kỹ thuật sữa chữa ô tô động nổ đại tập Khung gầm bệ ô tô NXB Tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh, năm 2007 [7] Nguyễn Hữu Cẩn, Lý thuyết ô tô máy kéo NXB khoa học kỹ thuật, năm 2007 [8] Lưu Phong Liên, Nguyễn Ngọc Tín, Ơ tơ máy kéo xây dựng, NXB Xây dựng, năm 2003 [9] Trần Văn Địch, Sổ tay gia công NXB Khoa học kỹ thuật, năm 2002 65 PHỤ LỤC Các vẽ 2D trục đăng xe mỏ CAT 679 66 67 68 69 70 71 72 ... SOLIDWORKS VÀO THIẾT KẾ CỤM CÁC CHI TIẾT CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG TRỨƠC VÀ SAU CỦA XE MỎ CAT 769 Để thiết kế trục đăng cho xe mỏ CAT 769 tác giả dùng phương pháp chép mẫu nguyên Các vẽ 2D trục đăng phân... hiểu chủng loại trục đăng xe tải nặng - Thiết kế 3D kiểm nghiệm máy tính trục đăng nguyên - Đề xuất phương án cải tiến kiểm nghiệm phương án 10 Chương TỔNG QUAN VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ 2.1 GIỚI THIỆU... 3.2.1 Thiết kế trục đăng trước .46 3.2.2 Thiết kế trục đăng sau 47 3.2.3 Mơ hình thiết kế cụm đăng trước sau xe ô tô tải nặng CAT 769 49 3.3 TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM BỀN TRỤC CÁC ĐĂNG