Tính toán thiết kế xe tưới nước tự cuốn phục vụ nông nghiệp

Nội dung đề tài cung cấp một thiết bị phục vụ tưới nước một cách hiệu quả giúp tăng năng suất cây trồng và chất lượng các sản phẩm nông nghiệp và góp phần vào sự phát triển chung nền kinh tế của đất nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ XE TƯỚI NƯỚC TỰ CUỐN PHỤC VỤ NÔNG NGHIỆP Sinh viên thực hiện: PHAN HỮU LÂM VÕ VĂN LỘC Đà Nẵng – Năm 2018 Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nơng nghiệp TĨM TẮT Tên đề tài: Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp Sinh viên thực hiện: Phan Hữu Lâm Võ Văn Lộc Số thẻ SV: 103130146 Lớp: 13C4B 103130138 Lớp: 13C4B Việc tưới tiêu chăm sóc loại trồng nông nghiệp nước ta đa số thực thủ công, tức sức người Do hiệu thực không cao, mặt khác lại tốn nhiều công lao động suất mùa vụ thấp Để góp phần giảm nhẹ sức lao động nâng cao suất thu được, nhóm em thực đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp” Nguyên lý áp dụng cho xe tưới nước tự phương pháp tưới phun mưa, với nhiều ưu điểm trội phương pháp tưới thông thường khác Sự hoạt động bơm nước cung cấp dịng nước có lưu lượng cột áp thích hợp đến súng phun mưa Ở đây, dòng nước xé tơi thành hạt mưa nhỏ dọc theo bán kính tưới súng Để thực q trình tưới di động, nhằm mục đích làm tăng diện tích tưới, xe tưới nước có cấu thu dây cuộn tang trống Q trình làm việc xe hồn tồn tự động sau người sử dụng khởi động cài đặt thông số làm việc ban đầu cho xe lưu lượng tưới, tốc độ cuộn dây,…Do người sử dụng tranh thủ làm cơng việc khác chờ xe kết thúc vận hành, điều giúp làm tăng suất lao động mà hiệu việc tưới cao Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên Võ Văn Lộc Số thẻ SV 103130146 Lớp 13C4B Ngành Kỹ thuật khí Phan Hữu Lâm 103130138 13C4B Kỹ thuật khí Tên đề tài đồ án: Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Lưu lượng tưới: 49.1 [ m3 /h] Bán kính tưới súng phun mưa: 49.5 [m] Nội dung phần thuyết minh tính tốn: a Phần chung TT Họ tên sinh viên Võ Văn Lộc Phan Hữu Lâm Nội dung Chương 1: Mở đầu Chương 2: Các thơng số tính toán ban đầu Kết luận b Phần riêng TT Họ tên sinh viên Võ Văn Lộc Phan Hữu Lâm Nội dung Chương 4: Tính tốn thiết kế hệ động lực Chương 3: Tính tốn thiết kế kết cấu bố trí chung Các vẽ, đồ thị: TT Họ tên sinh viên Võ Văn Lộc Nội dung Bản vẽ lắp hộp giảm tốc (1 A3) Bản vẽ lắp tuabin nước (1 A3) Bản vẽ chi tiết trục (5 A3) Bản vẽ chi tiết bánh (2 A3) Bản vẽ chi tiết vỏ hộp giảm tốc (2 A3) Bản vẽ chi tiết vỏ tuabin (1 A3) Bản vẽ chi tiết bánh công tác tuabin (1 A3) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp TT Họ tên sinh viên Võ Văn Lộc Nội dung Bản vẽ chi tiết bích ghép vỏ tuabin (1 A3) Bản vẽ chi tiết pát đỡ trục tuabin (1 A3) Phan Hữu Lâm Bản vẽ bố trí chung (1 A3) Bản vẽ tổng thể (1 A3) Bản vẽ khung xe (1 A3) Bản vẽ tang trống (1 A3) Bản vẽ thành bên tang trống (1 A3) Bản vẽ tổng thể xe mang súng tưới (1 A3) Bản vẽ khung bên xe mang súng tưới (1 A3) Bản vẽ khung xe mang súng tưới (1 A3) Bản vẽ cụm ống nước (1 A3) Bản vẽ chi tiết khác (13 A3) Họ tên người hướng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Trưởng Bộ mơn ThS Dương Đình Nghĩa 19/01/2018 25/05/2018 Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2018 Người hướng dẫn PGS TS Dương Việt Dũng Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm ThS Dương Đình Nghĩa Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp LỜI NĨI ĐẦU VÀ CẢM ƠN Thực tế ln cho thấy, thành công gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ người xung quanh giúp đỡ hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian từ bắt đầu làm đồ án đến nay, chúng em nhận nhiều quan tâm, bảo, giúp đỡ thầy cơ, gia đình bạn bè xung quanh Với lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng dùng tri thức tâm huyết để truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu suốt thời gian học tập trường Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Đình Nghĩa tận tâm bảo, hướng dẫn nhóm qua buổi nói chuyện, thảo luận đề tài nghiên cứu Nhờ có lời hướng dẫn đó, nội dung đồ án tốt nghiệp nhóm hồn thành cách tốt Một lần nữa, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trong tháng thực hiện, chúng em phấn đấu nỗ lực để hồn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên vốn kiến thức chúng em cịn hạn chế, khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q Thầy Cơ để nội dung đề tài nhóm hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Võ Văn Lộc Phan Hữu Lâm Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan: Những nội dung nội dung đồ án chúng em thực hướng dẫn trực tiếp thầy ThS Dương Đình Nghĩa Đây đề tài riêng nhóm, đề tài không trùng lặp với đề tài đồ án tốt nghiệp trước Các thông tin, số liệu sử dụng tính tốn từ tài liệu có nguồn gốc rõ ràng theo quy định Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, chúng em xin chịu hồn tồn trách nhiệm Nhóm sinh viên thực Võ Văn Lộc Phan Hữu Lâm Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nơng nghiệp MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu cảm ơn Lời cam đoan liêm học thuật i ii Mục lục iii Danh sách bảng biểu, hình vẽ sơ đồ iv Trang Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Mục đích ý nghĩa đề tài 1.2 Tổng quan 1.2.1 Các phương pháp tưới 1.2.1.1 Phương pháp tưới ngập nước 1.2.1.2 Phương pháp tưới rãnh 1.2.1.3 Phương pháp tưới dải 1.2.1.4 Phương pháp tưới nhỏ giọt 1.2.1.5 Tưới ngầm 1.2.1.6 Phương pháp tưới phun mưa 1.2.2 Nhu cầu nước số loại trồng 1.3 Các bước thực đề tài Chương 2: CÁC THÔNG SỐ TÍNH TỐN BAN ĐẦU 2.1 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động xe tưới nước tự 2.2 Bán kính tưới lượng nước tưới cần thiết 11 2.3 Chọn súng tưới ống dẫn 13 2.3.1 Chọn súng tưới 13 2.3.2 Chọn ống dẫn 14 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính toán thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nơng nghiệp 2.3.3 Tính tốn thơng số xe tưới nước tự 15 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU VÀ BỐ TRÍ CHUNG 19 3.1 Phân tích kết cấu chọn phương án bố trí xe 19 3.1.1 Phân tích kết cấu xe 19 3.1.2 Chọn phương án bố trí thiết bị xe 22 3.1.2.1 Phương án bố trí cụm tua động - bơm 22 3.1.2.2 Phương án bố trí tuabin hộp số khung xe 24 3.2 Tính tốn, thiết kế kết cấu phận xe tưới nước 26 3.2.1 Phương pháp công cụ thiết kế thiết kế 26 3.2.2 Các modul CATIA sử dụng để thiết kế đề tài 27 3.2.3 Thiết kế tang trống 29 3.2.3.1 Khái quát tang trống 29 3.3.3.2 Xác định thông số tang trống 30 3.2.3.3 Thiết kế kết cấu tang trống 32 3.2.4 Thiết kế khung xe 36 3.2.4.1 Nhiệm vụ yêu cầu khung xe 36 3.2.4.2 Lựa chọn kiểu kết cấu khung xe 36 3.2.4.2 Thiết kế kết cấu khung xe 38 3.2.5 Thiết kế xe kéo mang súng tưới 46 3.2.5.1 Khái quát xe mang súng tưới 46 3.2.5.2 Lựa chọn kiểu xe 46 3.2.5.3 Thiết kế kết cầu xe tưới nước tự 48 3.2.6 Phân tích lựa chọn truyền 54 3.2.6.1 Bộ truyền bánh 54 3.2.6.2 Bộ truyền đai 54 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nơng nghiệp 3.2.6.3 Bộ truyền xích 55 3.2.6.4 Chọn kiểu truyền 56 3.2.7 Tính tốn truyền bánh hộp số tang trống 56 3.2.8 Tính tốn thiết kế cấu xếp ống 58 3.2.9 Tính tốn thiết kế truyền xích 62 3.2.9.1 Chọn loại xích 62 3.2.9.2 Xác định tỉ số truyền truyền 64 3.2.9.3 Chọn số đĩa xích 65 3.2.9.4 Xác định bước xích 65 4.2.10 Hoàn thiện khung xe 66 3.2.11 Phân tích, tính tốn, kiểm tra độ bền khung xe 68 Chương 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ ĐỘNG LỰC 74 4.1 Tính tốn giới hạn trọng lượng xe để sử dụng nguồn động lực kéo xe xe máy 74 4.2 Tính tốn mô men yêu cầu dẫn động quay tang trống 77 4.2.1 Xác định lực tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống 77 4.2.2 Xác định cánh tay đòn momen cản tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống 81 4.2.3 Xác định momen yêu cầu dẫn động quay tang trống 83 4.3 Tính tốn thiết kế tuabin 86 4.3.1.1 Chọn sơ đồ bố trí hệ dẫn động quay tang trống 86 4.3.1.2 Xác định kiểu tuabin thiết kế 87 4.3.2 Tính tốn thiết kế bánh công tác tuabin 89 4.3.2.1 Tính tốn cơng suất trục bánh công tác tuabin 89 5.3.2.2 Xác định lưu lượng cột áp cung cấp cho tuabin 91 4.3.2.3 Xác định thông số bánh cơng tác tuabin 93 4.3.3 Tính toán thiết kế buồng tuabin 106 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp 4.3.3.1 Các thông số buồng tuabin 106 4.3.3.2 Tính tốn thủy động buồng xoắn 107 4.4 Tính tốn thiết kế hộp giảm tốc cho dẫn động quay tang trống 113 4.4.1 Phân phối tỷ số truyền cho cặp bánh 113 4.4.2 Chọn sơ đồ bố trí cặp bánh 114 4.4.3 Xác định thông số truyền bánh hộp giảm tốc 116 4.4.4 Tính toán thiết kế trục ổ đỡ 127 4.4.4.1 Tính tốn trục bánh bị động 127 4.4.4.3 Tính chọn ổ đỡ 135 4.4.5 Tính chọn thơng số khác 136 4.5 Tính chọn bơm nước cung cấp cho vận hành xe 138 4.6 Vấn đề ổn định tốc độ quay tang trống 154 KẾT LUẬNy 164 TÀI LIỆU THAM KHẢO 166 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Mục đích ý nghĩa đề tài Nước ta thuộc nhóm nước phát triển với nơng nghiệp truyền thống Qua nhiều thập niên trở lại nông nghiệp Việt Nam ngày phát triển vững mạnh Trên đà phát triển đó, khoa học cơng nghệ nước ta có tiến đáng kể Hưởng ứng chủ trương “Cơ giới hóa, đại hóa nơng nghiệp” Đảng nhà nước, thấy việc ứng dụng kỹ thuật vào nông nghiệp phù hợp, quan trọng cấp thiết Bởi điều giúp nâng cao suất chất lượng sản phẩm nơng nghiệp góp phần vào phát triển chung kinh tế đất nước Đối với loại cơng nghiệp mía, cà phê, chè, hồ tiêu… nước ta có diện tích trống lớn lên tới hàng trăm nghìn Đó giống trồng chủ lực cho việc xuất phát triển ngành công nghiệp liên quan ngành cơng nghiệp mía đường Điểm chung loại trồng nhu nước tưới lớn, yếu tố định đến suất trồng Tuy nhiên việc áp dụng thiết bị đại, khoa học phục vụ việc tưới nước cho trồng hạn chế giá thành tương đối cao nên đa phần người dân dùng biện pháp tưới truyền thống nên hiệu tưới chưa cao, nhiều công lao động thời gian tưới kéo dài Nhằm mục đích cung cấp thiết bị phục vụ tưới nước cách hiệu quả, giúp tăng suất trồng Nhóm chúng tơi tiến hành thực đề tài “ Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ nông nghiệp” 1.2 Tổng quan 1.2.1 Các phương pháp tưới Tùy thuộc vào loại trồng vùng khí hậu tùy thuộc vào thời kỳ sinh trưởng mà trồng cần độ ẩm khác Trên thực tế, việc tưới nước cho nước giới có phương pháp tưới sau: 1.2.1.1 Phương pháp tưới ngập nước Phương pháp tưới ngập nước phương pháp cung cấp cho vùng đất có bờ cao chung quanh nhằm trì lớp nước mặt đất khoảng thời gian định Đây phương pháp tưới cổ truyền có từ lâu đời Nó phù hợp với khu vực phẳng, có độ dốc khơng lớn áp dụng với số loại trồng lúa nước, rau cần hay số loại trồng khác cói, đay… Đây phương pháp dùng để cải tạo đất thau chua rửa mặn hay dùng để giữ ẩm đất trình chờ canh tác Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Hình 1.1 Phương pháp tưới ngập cho lúa Phương pháp có ưu điểm sau: - Hệ số sử dụng đất cao, xây dựng hệ thống tưới tiêu cho có diện tích lớn - Lớp nước ruộng tạo điều kiện cho rễ lúa phát triển tốt, hấp thụ loại phân bón thuận lợi, hạn chế nhiều loại cỏ dại ổn định nhiệt Những nhược điểm hạn chế: - Đây phương pháp tưới sử dụng nhiều lượng nước - Khi áp dụng tưới ngập, ruộng phải chuẩn bị san phẳng kỹ theo độ dốc định, bơ bao phải tốt để kiểm soát nước Do vậy, áp dụng tưới ngập, công sức đầu tư ban đầu cho ruộng lớn - Tưới ngập không ứng dụng để tưới cho loại trồng cạn, nhu cầu nước ít, vùng đất có độ dốc lớn - Tưới ngập làm cho độ thống khí đất kém, q trình phân giải chất hữu bị hạn chế Nếu chế độ tưới khơng thích hợp, việc tổ chức quản lý tưới sẻ làm ảnh hưởng xấu đến phát triển trồng, gây lãng phí nước, làm xói mịn đất rửa trơi phân bón Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 1.2.1.2 Phương pháp tưới rãnh Phương pháp tưới rãnh dùng phổ biến để tưới cho loại trồng bơng, mía; loại có củ, khoai, sắn, củ đậu, cà chua loại rau bắp cải, su hào Khi tưới rãnh nước không chảy vào khắp mặt ruộng mà vào rãnh tưới hàng trồng Yêu cầu tưới rãnh người quản lý phải kiểm soát lượng nước tưới, lưu lượng nước rãnh tưới, chiều dài rãnh tưới thời gian tưới để đáp ứng yêu cầu sinh trưởng trồng, phù hợp với điều kiện đất đai, địa hình khí hậu Ưu điểm phương pháp tưới rãnh lượng nước tưới tiết kiệm nhiều so với tưới ngập Đảm bảo đất tơi xốp, không phá vỡ lớp kết cấu mặt ruộng, giữ thoáng khí làm cho trồng phát triển thuận lợi Đảm bảo lượng nước tưới theo nhu cầu trồng Tiết kiệm nước, hao phí bốc ngấm xuống sâu Tuy nhiên phương pháp tồn nhiều nhược điểm phải đầu tư công sức nhiều cho việc tạo rãnh phải thường xuyên nạo vét, sửa chữa rãnh sạt lở, cỏ dại mọc,… Hình 1.2 Phương pháp tưới rãnh 1.2.1.3 Phương pháp tưới dải Tưới dải dùng để tưới cho loại trồng gieo với mật độ lớn hàng hẹp như, vừng, lạc Cũng dùng tưới cho ngơ vườn cây, vùng khơ hạn tưới làm ẩm đất trước gieo Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Những yếu tố kỹ thuật tưới dải chiều dài chiều rộng dải, lưu lượng riêng nước chảy đầu dải tính lit/s/m, thời gian tưới chiều cao giới hạn bờ dải Những yếu tố kỹ thuật tưới tưới dải phụ thuộc vào điều kiện tưới rãnh chủ yếu vào độ dốc ngang mặt ruộng 1.2.1.4 Phương pháp tưới nhỏ giọt Tưới nhỏ giọt phương pháp tưới ứng dụng nhiều Itsaren, Mỹ, Úc số nước có khí hậu khơ cằn, nguồn nước ít, dùng để tưới cho loại ăn quả, rau Nguyên tắc tưới nhỏ giọt dùng hệ thống ống dẫn cao su chất dẻo có đường kính từ 1,5 – cm để dẫn nước từ ống có áp trạm bơm cung cấp chạy dọc theo hàng Ở gốc có lắp vịi điều chỉnh lượng nước chảy Nước cấu tạo vòi sẻ nhỏ giọt xuống gốc làm ẩm đất Ưu điểm phương pháp tiết kiệm nhiều nước so với phương pháp tưới khác Hiệu suất sử dụng nước tưới tăng lên đảm bảo chế độ nước đất theo nhu cầu trồng Phạm vi tưới nước mặt đất nhỏ nên mặt đất phần lớn giữ khô, loại cỏ dại không đủ độ ẩm để phát triển giữ thoáng khí Hình 1.3 Phương pháp tưới nhỏ giọt Tuy nhiên nhược điểm chi phí đầu tư nhân cơng ban đầu cao phải lắp đặt hệ thống tưới nhỏ giọt Hệ thống tưới cố định nên gây khó khăn cho việc làm đất tái sản xuất cho mùa vụ Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 1.2.1.5 Tưới ngầm Phương pháp tưới nghiên cứu ứng dụng Liên Xô cũ từ năm 1935 Nguyên tắc dùng hệ thống đường ống dẫn nước đất nước thấm làm ẩm đất Ưu điểm phương pháp đảm bảo độ ẩm cần thiết suất thời gian sinh trưởng trồng, làm tăng suất trồng so với phương pháp tưới khác Lớp đất mặt giữ khơ ẩm giữ thống làm cho vi sinh vật hoạt động tốt, làm tăng độ phì đất Cho phép sử dụng phân hóa học hịa lẫn với nước tưới, trực tiếp bón vào hệ thống rễ trồng, làm tăng thêm hiệu phân bón Hệ thống tưới khơng làm trở ngại khâu sản xuất khí nên đồng ruộng, thuận tiện cho việc tự động hóa việc tưới nước tăng suất tưới Tuy nhiên, việc mở rộng tưới ngầm sản xuất hạn chế, chưa phát triển rộng rãi xây dựng hệ thống phức tạp, giá thành tư trang thiết bị xây dựng cao 1.2.1.6 Phương pháp tưới phun mưa Phương pháp tưới phun mưa phương pháp tưới phát triển rộng rãi vòng 40 năm Nguyên tắc phương pháp dùng hệ thống máy bơm, ống dẫn nước vòi phun để tạo thành mưa tưới nước cho loại trồng Hình 1.4 Phương pháp tưới phun mưa với súng tưới cố định Ưu điểm bật phương pháp tưới nhiều điều kiện sau: - Khi tiêu chuẩn tưới nhỏ, điều chỉnh phạm vi lớn ( 30 – 900 m3/ha) - Tưới địa hình phức tạp: Như dốc, khơng phẳng tiết kiệm nước tưới ( vùng nguồn nước tưới hạn chế) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa - Tiết kiệm nước nhiều Hệ số sử dụng nước đạt từ 90-95% có ý nghĩa với vùng nước hay lấy nước khó khăn Tưới phun cho phép tưới xác diện tích cần tưới với lưu lượng yêu cầu, đảm bảo tính hiệu lượng nước tưới - Tưới phun mưa thuận tiện cho việc phòng trừ sâu bênh chống cỏ dại Có thể hịa lẫn loại thuốc với nước tưới cho trồng - Năng suất lao động cao trình tưới tự động hố, tăng gấp chục lần so với tưới thông thường - Thoả mãn yêu cầu sinh lý trồng nước lớp đất có rễ hoạt động, bề mặt tưới làm bụi bám hữu ích cho sinh trưởng phát triển Điều hồ tiểu khí hậu (chống nóng, lạnh, sương muối cho trồng ) Tưới phun mưa làm tăng suất loại sản phẩm loại trồng Ở Italia tưới phun mưa cho nho, người ta nhận thấy chất lượng nho tốt hơn, hạm lượng đường nho tăng 2% Ở Việt Nam, qua nghiệm tưới phun mưa đồi chè 66 - Hợp tác xã Minh Hồng – Nho Quan – Ninh Bình cho thấy suất chè tăng 50% so với không tưới Do ưu điểm trội tưới phun mưa nên phương pháp tưới áp dụng nhiều nước phát triển với tốc độ cao Ở nước ta, việc tưới phun mưa áp dụng nhiều có loại cà phê, mía, cỏ voi… loại hoa, nông nghiệp ngắn ngày Nhược điểm phương pháp tưới phun mưa cố định giống phương pháp tưới nhỏ giọt, tốn nhiều cơng lắp đặt hệ thống khó khăn cải tạo lại mặt đất tiến hành tái sản xuất mùa vụ Tuy nhiên, để khắc phục nhược điểm này, nhóm chúng em tiến hành thiết kế hệ thống tưới phun mưa có khả di động, tức súng phun mưa tự di chuyển trình tưới Mặt khác hệ thống tưới lại động đến nơi, cánh đồng khác sau sử dụng cho cánh đồng vừa tưới Tên hệ thống tưới “Xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp” 1.2.2 Nhu cầu nước số loại trồng Nhu cầu nước tưới mía Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Để tạo thành kg mía cần 86- 210 lít nước ( trung bình 150 lít) Như để có mía cần 150 m3/ha Nhu cầu nước mía lớn tùy thuộc vào khí hậu thay đổi từ 1500 – 2500 mm nước/vụ Hệ số sử dụng nước mía tùy thuộc vào nhu cầu nước mía lượng bốc thoát nước Nhu cầu nước lớn mía vào thời kỳ đẻ nhành vươn cao Ở thời kỳ vươn cao nhu cầu nước mía chiếm khoảng 50 – 60 % tổng nhu cầu nước toàn thời gian sinh trưởng Cụ thể 400 – 500 m3/ha với lần tưới khoảng cách lần tưới 20 đến 30 ngày Nhu cầu nước tưới cà phê Cà phê loại công nghiệp lâu năm, tổng thời gian sinh trưởng phát triển từ lúc gieo hạt tới già cõi tầm khoảng 25 – 30 năm chia thành giai đoạn phát triển khác Tùy vào thời kỳ sinh trưởng mà lượng nước tưới cần thiết cho khác Những tiêu nước tưới cho cà phê gần giống với mía Đối với cà phê tuổi, lượng nước tưới cần thiết cho 80 – 120 m3, với cà phê từ – tuổi từ 120 – 160 m3/ha Ở giai đoạn kinh doanh, giai đoạn mà cà phê cần nhiều nước để đạt suất tốt với 400 – 600 m3/ha với chu kỳ tưới 15 ngày Cây cà phê mía loại có diện tích trống lớn nước ta cụ thể vào kết cuối năm 2017 mía 220 nghìn ha, mía 620 nghìn Đặc điểm nhu cầu nước tưới loại giống nhau, nên áp dùng phương pháp tươi hay thiết bị tưới cho Nên có sản phẩm phục vụ tốt việc tưới nước cho loại này, nhu cầu lợi ích mang lại lớn 1.3 Các bước thực đề tài - Xác định thông số ban đầu: phần cần phải xây dựng sơ đồ nguyên lí xe tưới nước xác định thơng số tính tốn ban đầu bán kính lượng nước tưới cần thiết, chọn loại súng phún, kích thước ống nước… Để làm sở cho phần tính tốn phần sau - Sau có thơng số bản, ta tiến hành xác định sơ kết cấu xe Sau tính tốn thiết kế, kiểm nghiệm bền khung xe - Tiếp theo tính tốn thiết kế hệ động lực phục vụ cho việc vận hành xe Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa Chương 2: CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN BAN ĐẦU 2.1 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động xe tưới nước tự Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý xe tưới nước tự 1- Xe nhỏ mang súng tưới; 2- Súng phun mưa; 3- Đường ống nước; 4- Tang trống dây; 5- Xe mang tang trống; 6- Bơm nước Xe tưới nước tự có cấu tạo gồm phận như: Bơm nước (6) cung cấp dòng nước với lưu lượng áp suất định, dẫn đường ống nước đến tang trống xe (5), từ cung cấp đến súng phun mưa (2) Súng phun mưa (2) có tác dụng xé nhỏ dòng nước áp lực cao thành hạt nhỏ dọc theo bán kính phun, đồng thời tự xoay quay trục để thực việc tưới với diện tích rộng (hình quạt hình trịn tùy theo u cầu sử dụng) Đường ống nước (3) nối tang trống (4) với súng phun có chất liệu đặc biệt giúp đảm bảo độ bền truyền dẫn dòng nước áp lực kéo xe nhỏ mang súng (1) Ngoài ra, xe tưới nước cịn có cấu dẫn động quay tang trống để kéo xe nhỏ mang súng, thu hồi súng phun mưa thực việc tưới di động Để thực nhiệm vụ đó, ta có phương án bố trí nguồn động lực sau: Phương án 1: Bố trí động đốt với hộp giảm tốc Phương án 2: Bố trí động điện với hộp giảm tốc Phương án 3: Bố trí tuabin sử dụng lượng dòng nước (tuabin nước) hộp giảm tốc Theo phương án 1, nguồn động lực dẫn động quay tang trống động đốt Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa (chạy nhiên liệu xăng dầu diesel) Qua tìm hiểu thị trường, có số loại động xăng công suất nhỏ (khoảng 4-5 kW) giá thành tương đối rẻ (khoảng 1-2 triệu) Tuy nhiên lại có nhược điểm lớn số vịng quay q cao (số vòng quay định mức 3000-4000 vòng/phút) Trong yêu cầu quay tang trống chưa tới vòng/phút, khơng thể bố trí hộp giảm tốc phù hợp Mặc khác, bố trí động đốt trong, cần phải có cấu ly hợp để động khởi động dễ dàng (khi khởi động phải tách ly hợp, sau đóng ly hợp từ từ), làm phức tạp thêm kết cấu xe Vì phương án hồn tồn khơng khả thi Ở phương án 2, ta sử dụng động điện, có ưu điểm khắc phục yêu cầu cấu ly hợp động điện ngắn mạch mở máy, mô men khởi động lớn momen định mức Tuy nhiên tương tự sử dụng động đốt trong, tồn nhiều nhược điểm số vòng quay động điện lớn, hạn chế mặt cung cấp lượng cho động điện: Không thể sử dụng điện lưới để cung cấp trực tiếp cho động điện xe có tính động chủ yếu hoạt động vùng đồng ruộng xa khu dân cư Có thể sử dụng ắc quy để cung cấp cho động điện chiều công suất nhỏ, nhiên cần ắc quy có điện lượng lớn khó khăn việc vận hành sạc ắc quy (giả sử vận hành ắc quy hết điện khơng thể sạc xa khu dân cư, mặc khác gây gián đoạn công việc tưới) Với phát triển khoa học kỹ thuật nay, áp dụng công nghệ pin lượng mặt trời để cung cấp phối hợp với ắc quy để cung cấp cho động điện Tuy nhiên điều khó khả thi giá thành pin lượng mặt trời cịn tương đối cao, khí hậu vùng miền nước ta khác nhau, có vùng nắng gắt số nắng khơng nhiều Hình 2.2 Đặc tính động điện chiều Với phương án 3, ta sử dụng tuabin nước, chuyển phần lượng dòng nước qua tuabin thành động quay tang trống Khi thấy khắc phục hạn chế phương án vì: - Số vịng quay tuabin phụ thuộc vào tải thường có giá trị khơng lớn, có Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 10 thể dễ dàng bố trí hộp giảm tốc kèm Vì tốc độ quay tang trống nhỏ (để thu hồi súng chậm làm tăng lượng nước tưới cho khu vực tưới) momen làm dẫn động quay tang trống không lớn nên công suất nguồn động lực làm quay tang trống nhỏ (khoảng 10 W) Do bố trí tuabin có kích thước nhỏ gọn lưu lượng nước qua khơng cần lớn mà đáp ứng yêu cầu quay tang trống Nếu sử dụng động đốt động điện, chắn có tình trạng dùng thừa cơng suất gây lãng phí - Mơi chất cơng tác tuabin dịng chất lỏng nên có tính êm dịu (giống khớp nối thủy lực hay biến mô thủy lực) Ở trạng thái khởi động dòng nước đập vào cánh tuabin từ từ dìu cánh tuabin tăng tốc độ quay, thực việc dẫn động tang trống Do ta khơng cần bố trí cấu ly hợp, giúp đơn giản kết cấu xe giảm trọng lượng xe 2.2 Bán kính tưới lượng nước tưới cần thiết Các thơng số q trình tưới di động lượng nước tưới đơn vị diện tích lần tưới V [ m3 /ha.lần], bán kính tưới R [m] chiều dài quãng đường kéo súng phun mưa L [m] Lượng nước tưới đơn vị diện tích phụ thuộc vào nhu cầu loại cần đáp ứng thích hợp (tức cần tưới vừa đủ, không nên tưới thiếu thừa) Như đề cập trên, theo tài liệu [1], lượng nước tưới trung bình đơn vị diện tích đợt tưới, suốt thời gian sinh trưởng mía khoảng 300 [ m3 /ha], hay ngô 250 [ m3 /ha] loại hoa màu khác tương tự Tuy nhiên để đảm bảo lượng nước lần tưới, yêu cầu cung cấp lưu lượng nước Q [ m3 /h] lớn khoảng thời gian có giới hạn Lưu lượng lớn ảnh hưởng đến kích thước đường ống kích thước tổng thể xe, cơng suất bơm,…Do bị hạn chế kích thước trọng lượng xe, công suất bơm không nên lớn, ta chia thành nhiều lần tưới đợt để đạt lượng nước u cầu Vì chọn lượng nước tưới tiêu chuẩn xe đơn vị diện tích lần tưới V=100 [ m3 / lần] Như vậy, để tưới đủ cho diện tích mía ha, ta cần số lần tưới là: (giả sử lần tưới xe tưới diện tích ha) s = 300 = [lần], với s số lần tưới xe 100 Bán kính tưới R súng phun mưa định phụ thuộc vào lưu lượng nước tưới Q kích thước súng phun mưa Khi tưới với bán kính lớn, diện tích tưới nhiều Giả sử lượng nước tưới đơn vị diện tích lần tưới V tốc độ thu hồi súng phun mưa v [m/s] khơng đổi, rút ngắn số lần tưới Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 11 khu tưới giúp giảm thời gian lao động Tuy nhiên điều u cầu súng phun mưa có kính thước lớn hơn, làm tăng giá thành trọng lượng toàn xe Đồng thời bơm phải tạo lưu lượng lớn, cột áp phải lớn (để dịng nước phun xa với bán kính R khắc phục tổn thất vận tốc dịng chảy tăng lên) Nghĩa cơng suất bơm phải tăng lên, làm tăng chi phí đầu tư bơm Chiều dài quãng đường kéo súng phun mưa L ảnh hưởng đến trọng lượng giá thành toàn xe tương tự bán kính tưới R Khi tăng chiều dài L, diện tích tưới tăng giúp giảm thời gian lao động Tuy nhiên tăng chiều dài ống làm tăng kích thước tang trống cuộn nó, làm tăng trọng lượng xe Đồng thời tổn thất dọc đường tăng làm cột áp yêu cầu bơm phải tăng lên, cơng suất bơm tăng dĩ nhiên tăng chi phí đầu tư đề cập Hình 2.3 Các thông số xe tưới nước tự 1- Súng phun mưa; 2- Đường ống dây; 3- Tang trống Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 12 Từ hình vẽ 2.3, ta coi diện tích tưới xe lần kéo súng phun mưa tổng diện tích hình chữ nhật có chiều dài L, chiều rộng R diện tích nửa hình trịn có bán kính R, nên tính theo cơng thức sau: St = 2.R.L +  R 2 (2.1) Trong đó: St - Diện tích tưới lần tưới, [ m ] R - Bán kính súng tưới, [m] L - Chiều dài quãng đường kéo súng phun mưa về, [m] 2.3 Chọn súng tưới ống dẫn 2.3.1 Chọn súng tưới Như phân tích mục 2.2, chọn súng tưới phun mưa ống dẫn cần cân nhắc đến yếu tố bán kính phun R, lưu lượng Q, chiều dài L cho hợp lý, chi phí mua thiết bị khơng q cao Đầu tiên tính sơ tốn thiết kế khí (tính giới hạn kích thước, trọng lượng xe để sử dụng nguồn động lực kéo xe xe máy) tốn thủy lực (tính sơ khả tưới xe trang bị súng phun mưa ống dây chọn trước có đáp ứng yêu cầu tưới) Hiện thị trường có nhiều loại súng phun mưa với chất lượng giá thành khác Qua so sánh đánh giá sản phẩm, với tiêu chí chất lượng, độ bền, ta chọn loại súng phun mưa Komet Twin Ultra 140 Tuy nhiên để giảm giá thành đầu tư, ta chọn súng tưới Ducar Atom 42 tài liệu [2] Đây hai loại súng có thơng số kỹ thuật tương tự nhau, ta để thành tùy chọn cho khách hàng lựa chọn theo nhu cầu họ Các thông số súng phun mưa Ducar Atom 42 đề cập sau đây: - Tưới xoay 360o (có thể điều chỉnh tùy theo nhu cầu người sử dụng) - Cỡ họng từ 12 – 24 [mm] Chọn cỡ họng max, d m = 24 [mm] để tính toán - Áp suất hoạt động từ 2.0 [bar] – 6.0 [bar] Chọn thơng số tính tốn p = [bar] - Bán kính tưới R = 49.5 [m] - Lưu lượng từ 11.0 – 51.0 m3/h Chọn Q max = 49.1 [ m3 /h] = 0,014 [m / s ] - Phủ nước từ họng súng tưới đến điểm cuối bán kính - Có nhiều cỡ họng thay giúp phù hợp với nhiều công suất máy bơm - Tối ưu cho tưới vườn ăn trái, công nghiệp, tưới cánh đồng rau, hoa Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 13 màu - Hệ thống hãm tự động giúp súng quay với tốc độ không đổi áp suất tăng cao - Thiết bị làm kim loại bền bỉ chịu va đập tốt, phù hợp với việc di dời, tháo lắp súng - Chi phí đầu tư 3.000.000 VNĐ (ở thời điểm tại) Hình 2.4 Súng tưới Ducar Atom 42 2.3.2 Chọn ống dẫn Ống dẫn nối tang trống súng phun mưa làm việc điều kiện chịu áp suất cao dịng nước chảy nó, đồng thời chịu tải trọng kéo xe mang súng phun mưa Do ống phải có tính phù hợp, có độ dẻo để cuộn vào tang trống, ống chịu áp lực có độ bền kéo cao Qua tìm kiếm sản phẩm có thị trường, ta chọn ống dẫn tài liệu [3], loại ống nhựa mềm, lõi thép, chịu áp lực có đặc điểm kỹ thuật sau: - Dẻo dai, độ bền cao: Ống sản xuất từ vật liệu dẻo PVC, có lõi thép xoắn hai lớp nhựa tạo nên lớp gia cường mang lại bền dẻo Bán kính cuộn dây r = 25 - 200 [mm] Vì sử dụng linh hoạt môi trường cần luồn lách uốn, kéo, cuộn Làm việc ngồi mơi trường chịu thời tiết, va đập, dễ dàng lắp đầu nối Khi siết đai chặt hơi, khơng bị rị rỉ - Chịu nhiệt độ: Mơi trường làm việc chịu nhiệt độ 80-150 [ o C ] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 14 - Chịu áp lực cao: Áp suất làm việc – [bar] - Tính suốt: Có thể theo dõi mức độ hao mịn bên dây, an tồn dễ dàng phát có vật bất thường bên dây, nhìn rõ vật phẩm bên ống - Đường kính (ngoài) ống đa dạng, từ 25 – 100 mm Để trang bị xe tưới nước tự thiết kế, ta chọn ống có thơng số cụ thể sau: - Đường kính ngồi ống: d = 64 [mm] - Đường kính ống: d1 =56 [mm] - Chiều dày ống: h = [mm] - Chiều dài ống hiệu dụng (bằng quãng đường kéo xe mang súng phun): L= 50 [m] - Chiều dài tổng cộng lắp xe: L1= 52 [m] - Bán kính uốn cong nhỏ r = 200 [mm] - Khối lượng 50 mét ống dây mL = 70 [kg] - Độ bền kéo  k = 2100 [psi] = 14,48 [MPa] - Đơn giá mét dây g = 40.000 [VNĐ/m.] Hình 2.5 Ống nhựa mềm lõi thép 2.3.3 Tính tốn thông số xe tưới nước tự Từ (2.1) ta có: St = 2.49,5.50 +  49,52 = 8798,844 [ m2 ] = 0,88 [ha] Suy lượng nước cần tưới lần tưới: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 15 V ' = V St (2.2) Trong đó: V ' - Lượng nước tưới lần tưới, [ m / lần] V- Lượng nước tưới đơn vị diện tích lần tưới, [ m3 /ha.lần] St - Diện tích tưới lần tưới, [ m ] Thay số vào (2.2) ta được: V ' = 100.0,88 = 88 [ m3 / lần] Ta có thời gian tưới lần tưới tính sau: t= V' Q (2.3) Trong đó: t – Thời gian tưới lần tưới, [h/lần] V ' - Lượng nước tưới lần tưới, [ m / lần] Q – Lưu lượng tưới [ m3 / h ] Thay số vào (2.3) ta được: t= 0,88 = 1, 79 [h/lần] 49.1 Từ ta tính tốc độ di chuyển xe mang súng phun sau: v= L 3600.t (2.4) Trong đó: v – Tốc độ di chuyển xe mang súng phun mưa, [m/s] t – Thời gian tưới lần tưới, [h/lần] L - Chiều dài quãng đường kéo súng phun mưa về, [m] Thay số vào (2.4) ta có: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 16 v= 50 = 0,0078 [m/s] 3600.1,79 Qua phân tích, tính tốn kích thước tang trống chương tới, ta có thơng số sau: Đường kính tang trống: D1 = 260 [mm] Đường kính ngồi cuộn dây tang trống: D2 = 644 [mm] Đường kính ngồi tang trống (đường kính vành tang trống): D= 800 [mm] Bề rộng dây tang trống: B=832 [mm] Số lớp ống: i=3 [lớp] Hình 2.6 Các thơng số tang trống Do ta có: Bán kính trung bình tang trống: D + D2 (2.5) Rtb = Trong đó: Rtb - Bán kính trung bình tang trống trình thu hồi dây về, [mm] D1 - Đường kính tang trống, [mm] D2 - Đường kính ngồi cuộn dây tang trống, [mm] Thay số vào (2.5) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 17 Rtb = 260 + 644 = 226 [mm] = 0,226 [m] Suy tốc độ quay trung bình tang trống: ntb = 30.v Rtb  (2.6) Trong đó: ntb - Tốc độ quay trung bình tang trống trình thu dây về, [vòng/phút] v – Tốc độ di chuyển xe mang súng phun mưa, [m/s] Rtb - Bán kính trung bình tang trống q trình thu hồi dây về, [mm] Thay số vào (2.6) ta được: ntb = 30.0,0078 = 0,327 [vòng/phút] = 0,034 [rad/s] 0, 226. Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm (2.7) Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 18 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU VÀ BỐ TRÍ CHUNG 3.1 Phân tích kết cấu chọn phương án bố trí xe 3.1.1 Phân tích kết cấu xe Xe tưới nước tự phương tiện dùng để tưới nước hoạt động theo nguyên tắc thay đổi vùng tưới cách tự động cách thay di chuyển súng phun Hình 3.1 Sơ đồ ngun lí hệ thống tưới nước tự 1- Động dẫn động; 2- Bơm nước; 3- Ống nước từ bơm đến tuabin; 4- Tuabin nước; 5- Khớp nối; 6- Hộp số; 7- Bộ truyền trục hộp số tang trống; 8-Trục tang trống; 9- Tang trống; 10- Cơ cấu xếp ống nước; 11-Ống nước từ tang trống đến súng phun; 12- Xe mang súng phun; 13- Súng phun Theo phân tích chương phương pháp đáp ứng nguyên lý hoạt động xe, qua ta nhận thấy phương án dùng tuabin nước để tận dụng phần động dòng nước từ bơm làm quay tang trống phương pháp tối ưu ngồi ưu điểm vận hành, thuận lợi việc bố trí phương pháp cịn giảm nguồn động lực phải sử dụng trình tưới, làm giảm chi Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 19 phí vận hành yếu tố quan trọng mặt ý nghĩa sử dụng thiết bị Qua ta chọn phương án dùng tuabin nước để thực tạo mô men làm quay tang trống trình tưới Để trở thành phương tiện có tính ứng dụng thực tiển, ngồi tuabin cần phải có cấu khác đảm bảo nhiệm vụ khác trình vận hành Để làm sở cho việc phân tích, thiết kế kết cấu, chi tiết khác xe, ta xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động xe tươi nước tự hình 3.1 Ngun lí hoạt động: Khi bắt đầu việc tưới, động (1) khởi động kéo theo bơm (2), cung cấp nước với áp suất lưu lượng theo đường ống (3) đến trục tang trống, đường ống trích vào tuabin để làm quay tuabin trước vào trục tang trống Trục tang trống làm rỗng thông với ống (11) cung cấp nước cho súng phun (13) xe tia nước thành hạt nhỏ phun ngồi với bán kính R Khi tuabin quay, để tang mô men đảm bảo quay tang trống đảm bảo tốc độ hợp lý cần phải qua hộp số (6) truyền (7) Lúc tang trống quay với vận tốc chậm kéo xe mang súng phun (12) di chuyển theo chiều hướng tang trống để làm quay vùng tưới phún phun Để đảm bảo việc thiết kế chi tiết tối ưu, ta phân tích đặc điểm thiết bị sơ đồ trên: - Động (1): động dẫn động bơm động đốt Với điểm phương tiện dùng để tưới cây, nên phạm vi hoạt động thay đổi phần lớn nơi cách xa nguồn điện Vì khơng thể dùng động điện để dẫn động bơm phương tiện Tùy trường hợp vị trí tưới gần nguồn điện sử dụng động điện để giảm chi phí vận hành tưới nước - Bơm (2) : Đặc điểm việc tưới nước cần cung cấp lượng nước lớn vừa đủ cho diện tích canh tác, loại trồng lượng nước tưới có khác cụ thể Nhưng phương pháp tưới phun mưa yêu cầu chung phải cung cấp lượng nước lớn để đảm bảo lượng nước tưới áp suất vừa đủ ( khoảng 3-8 bar) để có bán kính tưới rộng Và loại bơm ly tâm thường chọn cho việc - Ống nước từ bơm đến tuabin (3): với điều kiện phải chịu áp lực cao dòng nước nên loại ống thường chọn loại ống chịu áp lực, thị trường loại ống đảm bảo điều kiện thông dụng ống nước HDPE Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 20 - Tuabin nước (4): thiết bị biến thủy thành năng, có hiệu suất làm việc cao khơng làm nhiễm mơi trường Có nhiều loại tuabin khác tuabin phản kích, tuabin xung kích,…Tùy vào điều kiện sử dụng để chọn loại tuabin phù hợp Hình 3.2 Bơm li tâm Hình 3.3 Ống nước HDPE chịu áp lực cao có độ bền tốt - Khớp nối (5): chi tiết liên kết trục đầu tuabin trục đầu vào hộp số Cần phân tích kỹ để chọn khớp nối phù hợp - Hộp số (6): hộp số phải có tỉ số truyền ngồi việc đảm bảo mơ men để quay tang trống cịn phải đảm bảo tốc độ di chuyển xe mang súng phun hợp lý Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 21 Về cấp số tỉ số truyền, cần phân tích lựa chọn dựa điều kiện lượng nước tưới yêu cầu loại - Bộ truyền trục hộp số tang trống (7): nhằm mục đích giảm tỉ số truyển hộp số truyền mô men từ hộp số qua tang trống Cần phân tích kỹ để lựa chọn kiểu truyền phù hợp - Trục tang trống (8): Ngoài nhiệm vụ làm trục tang trống quay, trục (7) cịn có nhiệm vụ kết nối dịng nước từ bơm đến ống nước cuộn tang trống - Tang trống (9): phận lớn dùng để thu nhả dây q trình tưới xe Việc phân tích thiết kế tang trống cần dựa vào nhiều yếu tố như: kích thước ống nước, điều kiện trọng lượng, … - Cơ cấu xếp ống dây: để đảm bảo việc ống xếp trật tự trình thu ống cần có cấu làm nhiệm vụ này, không ống bị chùng lên nhau, làm sai lệch điều kiện tính tốn trình vận hành hay gặp trục trặc - Ống nước kết nối tang trống với súng phun (11): Vì điều kiện phải cuộn trịn tang trống, nên ngồi việc đảm bảo khả chịu áp suất, đập ống cần phải đảm bảo việc cuộn trịn dễ dàng Khác với loại ống HDPE có bán kính ống lớn, khó cuộn vào tang trống có bán kính nhỏ - Xe mang súng phun: thiết bị có nhiệm vụ mang di chuyển súng phun, thiết kế cần ý đến điều kiện làm việc xe, yêu cầu làm việc để có phương án thiết kế hợp lí - Súng phun (12): Là thiết bị có nhiệm vụ xe nhỏ tia nước thành nước hạt nhỏ phun chúng với khoảng cách xa, đảm bảo lượng nước phân bố điều vùng tưới thiết bị yêu cầu độ xác cao khó chế tạo, nên đề tài này, ta tính chọn mua súng phun với thơng số đảm bảo điều kiện làm việc giá thành hợp lí Ngồi để có bố trí lắp đặt thiết bị tang trống, tuabin, hộp số, di chuyển cần phải có khung xe 3.1.2 Chọn phương án bố trí thiết bị xe 3.1.2.1 Phương án bố trí cụm tua động - bơm Theo sơ đồ nguyên lí hoạt động xe tưới nước tự cuốn, có phương án đảm bảo ngun lí hoạt động là: phương án bố trí cụm động - bơm khung xe thiết bị khác phương án bố trí cụm động - bơm thành cụm riêng Phương án bố trị cụm động - bơm khung xe: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 22 Hình 3.4 Bố trí cụm bơm- động xe Phương án có ưu điểm sau: - Khi bố trí động khung xe, dùng làm nguồn động lực để di chuyển xe thay phải dùng đến phương tiện khác để kéo xe cách thiết kế thêm truyền dẫn động từ động đến trục xe tưới nước - Kết cấu gọn, dễ dạng di chuyển cụm lúc thay phải vừa di chuyển bơm xe bố trí cụm bơm rời - Giảm tổn thất đường ống lúc khoảng cách từ bơm đến tuabin ngắn chùng bố trí gần Về nhược điểm: - Khi bố trí cụm động cơ- bơm với xe yêu cầu khung xe phải lớn, tăng độ cứng vững khối lượng tăng thêm nhiều - Trong trình bơm, động đốt nên sẻ có độ rung lớn, khiến mối hàn, mối ghép bu lông, xe bị rơ lỏng, làm giảm tuổi thọ xe - Khi bố trí chung thành cum, giá thành no tăng thêm nhiều, làm hạn chế đối tượng khách hàng - Chỉ áp dụng với khung xe loại lớn Phương án bố trí cụm động – bơm rời: Ưu điểm: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 23 - Trái ngược với phương án trên, việc bố trí cụm động – bơm rời với khung xe, làm tuổi thọ khung xe cao đỡ chi tiết nhẹ làm việc ổn định, êm dịu - Đối với người có sẵn cụm bơm động sử dụng lại cần mua thêm xe tưới nước, sẻ giảm chi phí nhiều - Đối với địa hình khó khăn, việc đặt bơm gần ví trí lấy nước dễ dàng nhiều so với việc phải đặt xe tưới nước - Sẽ giảm khối lượng đáng kể cho xe tưới nước, dễ dàng việc di chuyển - Yêu cầu độ bền chịu tải trọng khung xe sẻ giảm, nên tiết kiệm chi phí việc làm khung xe - Có thể áp dụng cho khung xe nhỏ, vừa Nhược điểm: - Đường ống từ bơm đến xe dài, làm tăng tổn thất dọc đường ống dẫn tới yêu cầu công suất động cao làm tăng chi phi đầu tư bơm - Nhìn chung, phương án bố trí có đặc điểm đối lập Nhưng phương án bố trí động bơm rời có ưu điểm vượt trội hơn, phù hợp với điều kiện Việt Nam Hơn với điều kiện hạn chế khối lượng để dùng xe máy để kéo xe tưới nước nên đề tài chọn phương án bố trí cụm động - bơm rời 3.1.2.2 Phương án bố trí tuabin hộp số khung xe Tuabin kết nối trực tiếp với hộp số qua khớp nối, thể chúng thường bố trí chung với theo cụm Có phương án để bố trí tuabin hộp số khung xe là: bố trí phía bên hơng bố trí sàn khung xe Phương pháp bố trí bên hơng xe: Với cách bố trí này, tuabin hộp số bố trí bên hơng xe, bệ đỡ hàn chặt với bên khung Nhờ việc bố trí đường ống từ bơm đến tuabin từ tuabin trục tang trống dễ dàng hơn, hạn chế đoạn ống cong, giúp giảm tổn thất đường ống Nhưng phương án có nhược điểm sau: - Khi bố trí bên hơng u cầu kích thước tuabin hộp số phải tương đối nhỏ so với khung xe - Vì tuabin hộp số phải bố trí chung với thành cụm, nên bố trí bên hơng, sẻ làm đối xứng khung xe, dẫn đến việc cân chuyển động đường đặc biết với trường hợp tỉ lệ khối lượng tuabin hộp số so với khối lượng toàn xe lớn Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 24 Hình 3.5 Cụm tuabin - hộp số bố trí bên hơng xe 1- Đường nước vào; 2- Cụm tuabin- hộp số; 3- Tang trống; 4- Vành truyền động tang trống; 5- Khung xe Phương án bố trí sàn khung xe: Hình 3.6 Phương án bố trí tuabin hộp số sàn khung xe 1- Đường nước vào: 2- Khung xe; 3- Ống nước; 4- Tuabin; 5- Hộp số Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 25 Để khắc phục nhược điểm phương án bố trí trên, ta có phương án bố trí tuabin hộp số phía sàn khung xe Phương án cho phép bố trí tuabin hộp số sàn khung xe, ngày phía trước tang trống Nhờ việc bố trí tuabin va hộp số dễ dàng khơng gian phía trước rộng, việc ga đặt trở nên thuận tiện Theo kiểu bố trí này, quan trọng việc phân bố trọng lượng xe cân hơn, nhờ xe di chuyển ổn định an toàn so với phương án bố trí phía bên hơng 3.2 Tính tốn, thiết kế kết cấu phận xe tưới nước 3.2.1 Phương pháp công cụ thiết kế thiết kế Cùng với việc phát triển công nghệ thông tin khoa học kỹ thuật với mức độ cơng nghiệp hóa- đại hóa nay, kéo theo phát triển ngành nghề khác có liên quan Với việc ứng dụng thành tựu đạt lĩnh vực công nghệ thông tin giúp cho trình tự động hóa sản xuất người ngày hoàn thiện tối ưu Đối với chuyên ngành khí việc áp dụng cơng nghệ thơng tin ngày cấp thiết liên tục diễn trình sản xuất để nhằm rút ngắn thời gian nâng cao chất lượng sản phẩm Ngày nay, việc lên vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian người thiết kế với trợ giúp phần mềm chuyên thiết kế khí NX, CATIA, SOLIDWORKS, AUTOCAD, Trong đề tài này, xin áp dụng phần mềm CATIA vào việc thiết kế chi tiết, cụm chi tiết việc tạo lập vẽ Phần mềm CATIA hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh mạnh mẽ nay, hãng Dassault Systems phát triển, tiêu chuẩn giới giải hàng loạt toán lớn nhiều lĩnh vực khác như: xây dựng, khí, tự động hóa, cơng nghiệp tơ, tàu thủy cao cơng nghiệp hàng khơng Nó giải cơng việc cách triệt để, từ khâu thiết kế mô h.nh CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả phân tích tính tốn, tối ưu hóa lời giải dựa chức CAE(Computer Aid Engineering) phần mềm CATIA Lịch sử hình thành phát triển phần mềm CATIA bắt đầu hãng sản xuất máy bay Pháp Avions Marcel Dassault phát triển, vào thời điểm khách hàng phần mềm CADAM CAD Lúc đầu phần mềm tên CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive - tiếng Pháp Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 26 nghĩa Thiết kế ba chiều máy tính hỗ trợ có tương tác ) Nó đổi tên thành CATIA năm 1981, Dassault tạo chi nhánh để phát triển bán phần mềm ký hợp đồng không độc quyền phân phối với IBM Năm 1984, Công ty Boeing chọn CATIA công cụ để thiết kế 3D, trở thành khách hàng lớn Năm 1988, CATIA phiên chuyển từ máy tính Mainframe sang UNIX Năm 1990, General Dynamics/Electric Boat Corp chọn CATIA công cụ thiết kế 3D, thiết kế tàu ngầm hạt nhân Hải quân Hoa Kỳ Năm 1992, CADAM đ mua từ IBM năm CADAM CATIA V4 cơng bố Năm 1996, chuyển từ đến bốn hệ điều hành Unix, bao gồm IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS Hewlett-Packard HP-UX Năm 1998, phiên viết lại hoàn toàn CATIA, CATIA V5 phát hành, với hỗ trợ cho UNIX, Windows NT Windows XP từ 2001 Năm 2008, Dassault công bố CATIA V6, hỗ trợ cho hệ điều hành Windows, hệ điều hành Windows không hỗ trợ 3.2.2 Các modul CATIA sử dụng để thiết kế đề tài Modul Part design Hình 3.7 Một sản phẩm thiết kế môi trường part design Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 27 Part design để thiết kế mơ hình khối rắn, trình ứng dụng phần mềm Nó bao gồm thuộc tính xây dựng chi tiết kỹ dựng khối solid tạo tổ lệnh cách hệ thống Trong Part Desgin cho nhìn cách tổng quan thiết kế chi tiết, trình tự ứng dụng lệnh, kiểm soát chặt chẽ mối quan hệ cha Specification Tree Part design cung cấp số công cụ sau: - Sketch based Features: Dù ng để tạo hình Pad, Pocket, Shaft, Groove, Hole, Rib, Slot, Stiffener, Soft, Remove loft… - Constraints: để đặt ràng buộc kích thuớc, vị trí - Dress-up Features: chỉnh sửa, tạo mơ hình: Fillet, Chamfer, Draft… - Transfomation Features:Di chuyển thực số phép toán: Translation, Symmetry, Mirror, Scale… - Reference Element: Cho phép tạo đối tƣợng dùng để hỗ trợ quy trình thiết kế mơ hình: Point, Line, Plane - Surface-Base Features: Cung cấp số lệnh liên quan đến mặt: Split - Sketch: tạo phác thảo 2D để xây dựng mơ hình 3D Mơi trường lắp ráp Assembly Hình 3.8 Cụm chi tiết môi trường lắp ghép Sau thực trình vẽ chi tiết (part), người dùng dùng chức Assembly để thiết lập mối quan hệ đối tượng, tương tự Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 28 trình lắp ghép chi tiết máy lại với Một số công cụ Assembly: - Công cụ Define Multi-Instantiation: tương tự lệnh Rectangle Pattern phần Part Design, Công cụ Dm dùng để tạo đối tượng cách copy đối tượng theo phương xác định - Các ràng buộc học học chi tiết (Constraints): Trong vẽ Assembly, ràng buộc sử dụng để đặt chi tiết vị trí vẽ, đặt mối quan hệ vị trí chi tiết Mơi trường tạo vẽ bung Enhaced scene : Sau hoàn thiện vẽ lặp chi tiết, để di chuyển tồn chi tiết đến bị trí khác vị trí lắp nhằm mục đích cho người xem có cách nhìn tổng quát vẽ chi tiết vẽ Mơi trường tạo vẽ 2D từ mơ hình 3D Drawing Tương tự phần mềm 3D khác, CATIA cho phép người dùng thực phép chiếu phép cắt tiêu chuẩn để xây dựng vẽ 2D từ vật thể 3D Đây ứng dụng hữu hiệu thiết kế máy giảng dạy phần kiến thức liên quan học phần Hình họa, Vẽ kỹ thuật Generative Drafting cung cấp hệ thống công cụ đa dạng để tạo đối tượng 2D Generative Drafting cho phép thực phép chiếu đối tượng 3D xuống mặt phẳng theo nhiều góc độ khác Ngồi cho phép cắt đối tượng 3D theo nhiều mặt cắt phức tạp Các đối tượng chiếu mặt cắt 2D có mối liên hệ thơng minh với vật thể 3D Generative Drafting cho phép người dùng thực phép vẽ 2D phần mềm CAD 2D khác 3.2.3 Thiết kế tang trống 3.2.3.1 Khái quát tang trống Tang trống phần có kích thước quan trọng, ảnh hướng đến hầu hết kích thước khác xe tưới nước cách bố trí chi tiết khác lên xe Vì ta việc thiết kế tang trống Ngoài việc thu gom ống nước trình tưới, tang trống cịn có nhiệm vụ nhận mơ men từ tuabin thông qua hộp số truyền bánh để kéo xe mang súng tưới di chuyển với tốc độ hợp lý đảm bảo việc tưới nước hiệu Để đảm thực nhiệm vụ tang trống có cấu tạo theo sơ đồ hình 3.9 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 29 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý tang trống 1-Thành bên tang trống; 2- Ổ bi; 3- Trục tang trống; 4- Vành răng; 5- Ống nước; 6- Thành tang trống 3.3.3.2 Xác định thông số tang trống Các thơng số tang trống Hình 3.10 Các thơng số tang trống Trong đó: B- chiều rộng cuộn ống tang trống D1- Đường kính tang trống D2- Đường kính ngồi ống nước cuộn D- Đường kính ngồi thành bên tang trống d- Đường kính ngồi ống nước Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 30 Để xác định thông số ta cần dựa vào thơng số ống nước phân tích chọn chương 2: +Đường kính ngồi ống: d = 64 [mm] +Chiều dài tổng cộng lắp xe: L1= 52 [m] +Bán kính uốn cong nhỏ r = 200 [mm] Xây dựng phương trình tính kích thước tang trống Số vòng ống nước quấn lớp vào tang trống Với tang trống co chiều rộng thành tang trơng B, đường kính ống d Nếu quấn B lớp số vòng quấn lớp n = − Trong trường hợp này, tang trống d quấn gồm nhiều lớp dây, nên kết thúc lớp có đoạn dây nối lớp m lớp m+1, ta lấy giá trị gần 0,5 vịng Lúc ta có số vịng dây quấn cho lớp tang trống là: n= B − 0,5 [vịng] d (3.1) Ta có chiều dài vịng ống: C =  Dvd Hình 3.11: Đường kính vòn tâm cuộn ống Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 31 Trong đó: Dvd đường kính vịng tâm cuộn ống Với Dvd đường kính qua tâm cuộn ống quấn tang trống: B Khi có số vịng dây, với chu vi vòng L1 =  ( D1 + d )( − 0,5) d Chiều dài ống nước quấn hết lớp thứ là: B L1 =  ( D1 + d )( − 0,5) [m] d (3.2) Như ta có phương trình tổng qt chiều dài ống nước quấn hết i lớp là: i D B  L =  2  + (i − 0, 5) d   − 0,  [m]   d (3.3) Ta sử dụng phần mềm Microft Excel để xây dựng tồn tính sau: Chọn trước giá trị đường kính D1 chiều rộng cuộn ống B tang trống: D1= x, B= y B= m.d (với m số nguyên) Tiếp theo ta lập hàm tính chiều dài ống quấn lớp ống theo công thức (3.3) Khi đó: B L1 =  ( D1 + d )( − 0,5) (3.4) d L2 = 2 ( D1 B + 1,5d )( − 0,5) d D B  Li = 2  + (i − 0,5)d   − 0,5    d (3.5) (3.6) Với điều kiện tổng chiều dài ống nước 52m ta có phương trình điều kiện sau L = L1 + L2 + + Li = 52 [m] (3.7) Như ta xác định đường kính D1= 260 (mm); chiều rộng cuộn ống B=832 (mm), số lớp ống nước: lớp từ ta có thêm: Đường kính lớp ngồi ống cuộn: D2 = D1 + i.2.d = 260 + 3.2.64 = 644 [mm] (3.8) Đường kính ngồi ngồi thành bên tang trống thường làm lớn đường kính lớp ống ngồi khoảng nhỏ, ta chọn: D=800 [mm] 3.2.3.3 Thiết kế kết cấu tang trống Trục tang trống Với đặc điểm tang trống vừa cuộn uống nước vừa cung cấp nước vào đường ống, nên có cách bổ trí đường ống vào tang trống từ tâm tang trống Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 32 thực nhiệm vụ Vì trục tang trống phải ống rỗng thép đặc tròn làm rỗng phần Khi sử dụng thép đặc tròn để làm trục tang trống có ưu điểm độ bền trục tăng chi phí khối lượng tang trống sẻ tăng lên nhiều Nhưng yêu cầu chung việc thiết kế xe tưới nước phải hạn chế khối lượng tối đảm bảo điều kiện phương tiện kéo xe Như ta chọn cách làm trục tang trống ống thép rỗng Hình 3.12 Trục tang trống làm thép đặc tròn Ngược lại với việc dùng thép đặc tròn, dùng thép ống để làm trục tang trống giảm giá thành khối lượng tang trống cách đáng kể Để đảm bảo trục bền hoạt động, ta chọn loại thép ống có bề dày phù hợp Theo kích thước đường kính ống nước d1=56 mm, để đảm bảo tốc độ áp suất dịng nước khơng có thay đổi nhiều, ta chọn loại ống thép có đường kính gần với đường kính ống nước Qua tìm hiểu thị trường, nhận thấy loại thép ống đúc Phi 73-DN 65 , đảm bảo điều kiện Bảng 3.1 Bảng quy cách khối lượng thép ống đúc Phi 73-DN 65 Dựa vào bảng quy cách trên, ta chọn loại thép ống có thơng số sau : Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 33 Hình 3.13: Tiết diện ống thép Đường kính ngồi OD: 73 [mm] Độ dày: 9,53 [mm] Đường kính trong: 53,94 [mm] Thành bên tang trống Hình 3.14 Khung thành bên tang trống Thành bên tang trống có tác dụng giới hạn chiều rộng cuộn ống nước nơi gắn vành lớn Loại vật liệu dùng làm thành bên tang trống hướng đến thép hộp thép Hai loại vật liệu phổ biến thị trường có độ bền cao, khả chịu lực tốt Với kích thước: +Đường kính D1= 260 [mm] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 34 +Đường kính ngồi D= 800 [mm] Ta phác thảo khung thành bên tang trống hình 3.14 Các bước thiết kế thành bên tang trống - Thép dày 2mm cắt thành đoạn với chiều dày 20 mm 22 mm cuộn hàn lại thành vành trịn có đường kính ngồi 260 mm cho vành 800mm cho vành ngồi Hình 3.15 Vành ngồi vành Hình 3.16 Khung thành bên - Xương thành bên làm từ thép hộp có quy cách 10x20x1,2 cắt thành đoạn có chiều dài 267 mm sau hàn lại với vành vành ta khung hình 3.16 - Tiếp theo liên kết khung thành bên vào trục thơng qua bích trung gian mối hàn - Để làm cho mặt bên làm kín tăng tính thẩm mỹ cho tang trống ta dùng thép tâm 1mm, cắt thành nhỏ có kích thước với khoảng hở xương hàn kín vào mặt thành bên Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 35 Hình 3.17 Hình dạng thép làm kín mặt bên Sau hồn thành ta tang trống sau: Hình 3.18 Tang trống sau hoàn thành 3.2.4 Thiết kế khung xe 3.2.4.1 Nhiệm vụ yêu cầu khung xe Khung xe phận xe có tác dụng nâng đỡ thiết bị khác liên kết chúng để trở thành thiết bị hoàn chỉnh Yêu cầu khung xe: - Khung xe phải đảm bảo vị trí lắp đặt cách hợp lí - Đảm bảo xe di chuyển ổn định đường - Kết cấu đơn giản, dễ dàng tháo lắp - Khối lượng nhỏ có tuổi thọ cao 3.2.4.2 Lựa chọn kiểu kết cấu khung xe Với nhiệm vụ chủ yếu nâng đỡ cụm chi tiết khác cụm tang trống có khối lượng kích thước lớn Mặt khác, phương tiện phục vụ nơng nghiệp, địa hình hoạt động chủ yếu vùng đồi núi, đất nên tốc độ di chuyển Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 36 thấp Dựa vào điều kiện có kiểu khung xe đáp ứng Kết cấu khung xe hình chữ nhật bánh: Hình 3.19 Kiểu kết cấu khung xe hình chữ nhật bánh Với khung xe hình chữ nhật kiểu bánh có độ ổn định cao xe di chuyển cao, với đặc điểm xe thường xuyên di chuyển địa hình phức tạp, yếu tố quan Tuy nhiên phương tiện di chuyển nhờ nguồn động lực kéo khác nên bố trí bánh dẫn hướng việc thay đổi hướng xe sẻ khó kiểu bánh Kết cấu khung xe hình chữ nhật bánh: Hình 3.20 Kết cấu khung xe hình chữ nhật bánh Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 37 Để khắc phục nhược điểm kiểu khung xe dùng bánh với bánh dẫn hướng Kiểu khung xe hình chữ nhật kiểu bánh với bánh dẫn hướng giúp xe dễ dàng thay đổi góc quay xe quay vịng giữ độ ổn định xe với kiểu khung xe hình chữ nhật Kết cấu khung xe hình tam giác bánh: Hình 3.21 Kết cấu khung xe hình tam giác bánh Kết cấu xe hình tam giác với bánh bố trí phía sau, làm cho khung xe trở nên đơn giản so với kiểu khung Tuy nhiên với kiểu khung này, độ ổn định giảm di chuyển đường Đặc biệt có bánh bố trí phía sau nên di chuyển xe cần phải nâng phần trước bánh xe lên, việc khó dùng xe máy để kéo thường dùng loại máy kéo nông nghiệp khác Qua kiểu khung xe đưa trên, kiểu khung xe hình chữ nhật bánh có ưu điểm trội so với kiểu khung xe cịn lại có tính ổn định cao, khả thay đổi hướng dễ dàng sử dụng nhiều phương tiện để kéo so với kiểu khung xe tam giác bánh Vì chọn phương án dùng kiểu khung để thiết kế khung xe cho xe tưới nước 3.2.4.2 Thiết kế kết cấu khung xe Kích thước khung xe phụ thuộc chủ yếu vào kích thước tang trống, nên thiết kế khung xe ta lấy tang trống làm sở để làm vậy, ta phác thảo kích sơ kết cấu tang trống theo tang trống có sẵn Xác định kiểu dáng ban đầu khung xe hình 4.10 để đỡ tang trống khung xe phải có giá đỡ chính, cần có vị trí để lắp tuabin hộp số để phận kết nối cách hợp lí Phía sau xe giá để đỡ xe tưới nước sau Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 38 kết thúc q trình tưới Để xe di chuyển ổn định ta dung bánh xe, bố trí Hình 3.22 Sơ khung xe tưới nước Khung xe chính: Hình 3.23 Khung xe Loại vật liệu chọn dùng làm khung xe thép hộp vng 60x60x3 mm Cách xác định kích thước khung xe chính: - Chiều rộng : để đảm bảo tang trống quay không đụng vào mặt bên khung xe có chiều rộng khung xe là: 1070 mm Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 39 - Chiều cao : tương điều kiện chiều rộng, chiều cao khung xe phải đảm bao tang trống quay không va chạm vào mặt khung Qua ta xác định chiều cao khung là: 445 mm - Chiều dài: Ngoài ảnh hưởng kích thước tang trống chiều dài khung xe phải đảm bảo việc Tuabin hộp số lên xe hợp li Nên ta có chiều dài khung xe 1075 mm Từ kích thước trên, ta tiến hành thiết kế khung xe phần mềm CATIA Sau thiết xong, ta có khung xe sau: Bố trí bánh xe: Để giúp xe di chuyển ổn định dễ dàng việc thay đổi hướng di chuyển xe, ta chọn phương pháp bố trí bánh xe khung với bánh sau bánh trước Chọn loại bánh xe: Trên thị trường nay, loại lốp xe công nghiệp sản xuất cho việc chế tạo loại xe kéo hàng, xe đẩy, … phổ biến với nhiều kích cở, vật liệu, kiểu dáng theo khả chịu tải trọng khác Khối lượng giới hạn toàn xe tưới nước 380 kg, chọn bánh xe, bánh xe phải đảm bảo chịu tổng tải trọng lớn 3800 N Thơng số bánh xe sau: Hình 3.24 Bánh xe sau Đường kính bánh xe: 410 mm Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 40 Bề rộng bánh xe: 130 mm Đường kính lỗ bạc đạn: 50 mm Vật liệu: Cao su, thép Tải trọng: 3000 N Thông số bánh xe trước: Đường kính bánh xe: 265 mm Đường kính lỗ bạc đạn: 50 mm Bề rộng bánh xe: 75 mm Vật liệu: Cao su, thép Tải trọng: 1500 N Những loại bánh xe bán không kèm theo ổ bi nên ta phải chọn ổ bi phù hợp với kích thước loại bánh xe Hình 3.25 Bánh xe trước Xe tưới nước có đặc điểm di chuyển nhờ động lực xe máy máy kéo nên tốc độ di chuyển thấp 40 km/h Vì yêu cầu tốc độ tối đa ổ bi không cao Nên ta chọn loại ổ bi đỡ dãy hãng SKF với thông số sau - Ổ bi cho bánh xe sau: Đường kính ngồi D: 50 mm Đường kính d: 22 mm Bề rộng B: 14 mm Tải trọng động C: 14 kN Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 41 Tải trọng tĩnh C0: 7,65 kN - Ổ bi cho bánh xe trước: Đường kính ngồi D: 40 mm Đường kính d: 17 mm Bề rộng B: 12 mm Tải trọng động C: 9,95 kN Tải trọng tĩnh C0: 4,75 Kn Trục bánh xe sau: Hình 3.26 Trục bánh xe sau Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 42 Để dễ dàng việc tháo lắp bánh xe với khung xe, ta làm trục bánh xe rời so với khung Với kết cấu sau: Kết cấu trục gồm đoạn chính: - Đoạn trục có tiết diện vuông để liên kết vào khung xe qua lỗ trục nhờ mối ghép bu lông- đai ốc - Đoạn trục tiết diện tròn dùng để liên kết với bánh xe Sau lắp ráp, ta cụm trục bánh xe sau: Hình 3.27 Kết cấu cụm Bánh xe-trục Trục bánh xe trước: Trục bánh xe trước nhiệm vụ với bánh sau nâng đỡ khung xe giúp xe di chuyển ổn định có nhiệm vụ dẫn hướng Nên thiết kế trục bánh xe trước, phải đảm bảo việc thay đổi góc quay cách dễ dàng Với phương án bố trí bánh xe trước ta dùng loại bánh xe có sẵn mặt đế: Hình 3.28 Bánh xe có sẵn mặt đế Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 43 Với kết cấu gồm đầy đủ chi tiết : Bánh xe, chân càng, mặt đế, ổ bi, … nên việc lắp đặt vào khung xe đơn giản gia công thêm chi tiết tiết kiệm thơi gian tiến hành chế tạo khung xe Nhưng kết cấu có sẵn trên, để bố trí thêm cấu dẫn hướng kéo trở nên khó khăn dẫn hướng bánh xe phải liên kết trục tiếp với bánh xe để dễ dàng thay đổi góc quay phương tiện quay quay vịng Hình 3.29 Cấu tạo bánh xe có sẵn Hình 3.30 Chân bánh xe trước Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 44 Để giải vấn đề nên tiến hành theo phương án tự gia công trục bánh xe: Với kết cấu khung xe trên, chọn thiết kế chân bánh xe theo dạng chữ y: Hình 3.31 Cụm bánh xe trước Hình 3.33 Khung xe sau hồn thiện Chân bánh xe liên kết với trục bánh xe qua mối ghép bu lông, cách lắp Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 45 ghép giúp đơn giản việc tháo lắp việc sữa chữa bảo dưỡng hư hỏng cụm bánh xe Phần trục chân càng, liên kết với khung xe qua ổ bi cầu, giúp trục quay dễ dàng xe đổi hướng di chuyển Lúc ta có khung xe tưới nước hồn thiện hình 3.33 3.2.5 Thiết kế xe kéo mang súng tưới 3.2.5.1 Khái quát xe mang súng tưới Nhiệm vụ yêu cầu xe mang súng tưới Trong trình làm việc xe tưới nước để thay đổi vùng tưới cách tự động, súng phun di chuyển thẳng hàng tác dụng lực kéo tang quay gây nên Để di chuyển súng tưới ta cần thiết bị thực nhiệm vụ sau: - Liên kết tang trống quay súng tưới đảm bảo trình tưới diễn liên tục suốt trình làm việc thiết bị - Đảm bảo trình di chuyển súng phun ổn định địa hình Trên nhiệm vụ quan trọng mà thiết bị mang súng tưới cần đảm bảo, để tối ưu việc thiết kế ta cần phân tích thêm yếu tố khác để đưa điều kiện thiết kế thiết bị - Mục đích thiết bị tưới nước cho loại mía, ngơ, cà phê,… Những loại thường trồng vùng đất đồi núi, dốc,… nên thiết bị mang súng tưới cần phải di chuyển ổn định, không bị nghiên, ngã trình hoạt động - Vì tác dụng tưới cho nhiều loại khác thể chiều rộng luống để xe di chuyển khác nên xe phải thay đổi kích thước chiều rộng chiều cao nhằm tăng tính động hoạt động - Như điều kiện ban đầu thiết kế xe tưới nước bị hạn chế khối lượng để đảm bảo xe máy kéo xe mang súng tưới cần phải có kết cấu đơn giản, vật liệu chế tạo phù hợp để đảm bảo khối lượng nhỏ giảm giá thành sản phẩm 3.2.5.2 Lựa chọn kiểu xe Mục đích xe mang súng tưới mang súng tưới, với khối lượng súng tưới nhỏ khoảng kg thiết kế xe cần đơn giản hóa khung xe để giảm khối Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 46 lương nhiên phải đảm bảo yêu cầu nêu Qua ta có kiểu xe sau: Xe kiểu bánh: Hình 3.34 Xe mang súng tưới kiểu bánh 1- Đầu nối ống nước với tang trống; 2- Bánh xe; 3- Khung xe; 4- Súng phun Xe mang súng tưới có phần sau: Khung xe có mặt bích để liên kết với súng phun, mặt bích phải đảm bảo độ kín để khơng làm rị rỉ nước q trình tưới Đầu cịn lại đầu nối ống nước từ tang trống bánh xe Loại xe dùng bánh xe có kết cấu đơn giản với bánh xe liên kết vào khung, nhờ khối lượng xe thấp giảm chi phí đầu tư gia cơng Nhưng có bánh xe nên đầu nối ống tiếp xúc với mặt đất Khi di chuyển đầu ống ma sát trực tiếp với mặt đất gây mòn Quan trọng dễ làm bung mối nối ống nước đầu nối Xe dùng kiểu bánh Với bánh xe, kiểu xe dùng bánh khắc phục nhược điểm loại xe dùng bánh phần kết nối đầu nối ống không tiếp xúc với mặt đất, làm tang độ bền cho đầu nối tăng độ an toàn trình tưới Mặt khác, kiểu xe giúp xe di chuyển ổn định Khi khơng cịn tiếp xúc với mặt đất, nên ma sát giảm làm giảm mô men yêu cầu quay tang trống để kéo xe Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 47 Với ưu điểm kiểu xe này, ta chọn làm phương án thiết kế xe mang súng tưới Hình 3.35 Xe mang súng tưới kiểu bánh 1- Đầu nối ống nước với tang trống; 2- Bánh xe; 3- Khung xe; 4- Súng phun 3.2.5.3 Thiết kế kết cấu xe tưới nước tự Hình 3.36 Súng phun Komet Twin Ultra 140 Vì xe mang súng tưới có nhiệm vụ mang súng phun, nên kích thước Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 48 xe phụ thuộc vào kích thước súng phun Kích thước súng phun Loại súng phun chọn có đường kính miêng phun 32 mm đường kính mặt bích 140 mm hình 3.36 Mặt bích ống nước xe Từ kích thước mặt bích súng phun, ta tiến hành thiết kế mặt bích đường ống xe Hình 3.37 Mặt bích Mặt bích xe mang súng tưới phải có kích thước với mặt bích súng phun Để làm mặt bích này, ta chọn loại thép có độ dày 10 mm, gia cơng thành hình trịn với đường kính ngồi 140mm, tiện lỗ để bắt với mặt bích súng phun mối ghép bu lông đai ốc M10 Phần cịn lại, ta dùng thép ống có đường kính ngồi 70mm, đường kính tiện để lắp vừa đường kính ống nước Để tăng tuổi thọ sử dụng dễ kết nối với khung xe mối ghép hàn, chọn loại ống nước thép để dẫn nước từ đầu ống nước tang trống lên súng phun Kích thước ống nước phụ thuộc vào điều kiện sau: - Đường kính ống nước ống nước sẻ liên kết trực tiếp với ông thép - Phụ thuộc vào kích thước tiêu chuẩn có thị trường Bảng 3.2 Bảng quy chuẩn trọng lượng ống tròn Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 49 Hình 3.38 Cụm ống nước mặt bích 1- Giá đỡ ống nước; 2- ống nước; 3- Mặt bích; 4- Pát liên kết với khung xe; 5Chốt móc dây kéo Qua ta chọn loại ống có đường kính ngồi 54 mm độ dày 1,2 mm Để thuận tiện cho việc kéo ống đỡ phần ống nước ta làm thêm chốt để móc dây giá đỡ ống Cụm chi tiết liên kết với khung xe Pát liên kết bu lông Các chi tiết liên kết với ống mối hàn Khung xe Tiếp theo ta tiến hành thiết kế khung xe Kích thước khung xe phụ phụ thuộc vào cụm ống mặt bích Phải chon kích thước phù hợp kết cấu hợp lí so với ống nước Loại vật liệu dùng để làm khung xe, ta chọn loại thép hộp Để đáp ứng yêu cầu thay đơi kích thước xe, ta dùng kiểu thép hộp luồn vào Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 50 Với thép hộp lớn, ta chọn loại hộp vng có kích thước 45x45x2 mm Với thép hộp nhỏ, để luồn vào cách dễ dạng ta chọn loại 40x40x2 mm Trên hộp này, khoan lỗ để định vị vị trí tương đối chúng, việc mục đích để thay đổi cố định chiều cao chiều rộng khung xe tùy vào trước hợp mà người dùng dễ dàng điều chỉnh cặp bu lơng đai ốc Hình 3.39 Kích thước xe thay đổi cặp bu lông- đai ốc Chân đế xe Hình 3.40 Chân đế xe mang súng tưới Phần đế xe để liên kết khung xe với bánh xe phần chịu lực lớn xe mang súng tưới nên chọn kích thước thép hộp cần đảm bảo điều kiện Mặt khác để khung xe có tính thấp mỹ khơng nên chọn loại thép có kích thước q lớn, thay ta chọn loại thép có độ dày lớn Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 51 Như với loại thép hộp dùng làm đế xe, chọn loại thép có quy cách 50x50x3 mm Phần gối trục liên kết với trục bánh xe chân đế, ta dùng ống thép hộp, tiện lỗ với đường kính 30 mm đường kính trục bánh xe, hàn liên với chân đế Để tháp lắp bánh xe dễ dàng với chân đế, ta tiếp tục dùng bu lông để qua lỗ ren tiện gối trục Chọn loại bánh xe Xe mang súng tưới có kích thước khối lượng nhỏ, tốc độ di chuyển tang trống kéo thấp, nên yêu cầu chọn bánh xe khả chịu tải trọng khơng cao Vì ta chọn loại bánh xe 250-4MH với thơng số sau: Hình 3.41 Bánh xe 250-4MH Các thông số kỹ thuật: Trọng tải: 150 kg Chất liệu: Cao su thép Đường kính bánh xe: 205 mm Độ dày bánh xe: 57 mm Lỗ ổ bi: 40 mm Trọng lượng bánh xe: 2,1 kg Khi lắp ghép cụm chi tiết lại ta xe mang súng phun sau: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 52 Hình 3.42 Các chi tiết xe mang súng phun mưa 1- Mặt bích; 2- Ống thép; 3- Chốt móc dây kéo; 4- Giá đỡ ống nước; 5- Bánh xe; 6- Bu lơng định vị kích thước xe; 7- Mặt bích; 8- Súng phun mưa; 9- Giá ngang khung xe; 10- Thanh dọc khung xe; 11- Trục bánh xe; 12- Ổ bi SKF D40 Hình 3.43 Xe mang súng phun hoàn thiện Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 53 3.2.6 Phân tích lựa chọn truyền Như phân tích mục 4.1, ta cần truyền để truyền mô men từ tuabin đến tang trống quay làm quay cấu xếp ống Đặc điểm chung truyền truyền mô men trục song song với Để lựa chọn kiểu truyền phù hợp ta phần tích qua truyền sau: 3.2.6.1 Bộ truyền bánh Ưu điểm: - Bộ truyền bánh có kích thước nhỏ gọn truyền khác, làm việc với cơng suất, tỉ số truyền số vịng quay - Bộ truyền bánh có khả tải cao so với truyền khác có kích thước - Tỉ số truyền khơng thay đổi, số vòng quay trục thứ cấp ổn định - Hiệu suất truyền động cao truyền khác - Làm việc tin cậy có tuổi thọ cao Nhược điểm: - u cầu gia cơng khí có độ xác cao, phải có dao chun dùng giá thành tương đối cao - Bộ truyền làm việc tương đối ồn, làm việc với tốc độ cao - Khi sử dụng cần phải chăm sóc, bơi trơn đầy đủ Phạm vi sử dụng truyền bánh răng: - Bộ truyền bánh dùng nhiều so với truyền khác Nó dùng tất cá loại máy, ngành công nghiệp - Bộ truyền bánh truyền tải từ nhỏ đến lớn Tải trọng cực đại đến 30 kW - Bộ tryền làm việc với vận tốc từ nhỏ đến lớn Vận tốc lớn đến 200 m/s - Hiệu suất khoảng 0,97 đến 0,99 3.2.6.2 Bộ truyền đai Ưu điểm: - Bộ truyền đai có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ - Bộ truyền đai có khả truyền chuyển động trục xa mà kích thước truyền không lớn - Bộ truyền làm việc êm dịu, khơng có tiếng ồn - Đảm bảo an tồn cho động có tải Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 54 Nhược điểm: - Bộ truyền đai có trượt, nên tỉ số truyền số vòng quay trục thứ cấp khơng ổn định - Bộ truyền đai có khả tải khơng cao Kích thước truyền lớn truyền khác, làm việc với tải trọng - Tuổi thọ truyền tương đối thấp, đặc biệt làm việc với tốc độ cao - Lực tác dụng lên trục ổ lớn gấp đến lần so với truyền bánh Phạm vi sử dụng: - Bộ truyền đai dùng nhiều máy đơn giản Khi cần truyền chuyển động trục xa nhau, kết hợp dùng làm cấu an toàn để bảo vệ động - Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình Tải trọng cực đại đến 50 kW - Bộ truyền làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình Vận tốc thường dùng không nên 20 m/s vận tốc lớn dùng 30 m/s - Tỷ số truyền thường dùng từ đến cho đai dẹt, từ đến cho đai thang Tỷ số truyền tối đa cho truyền đai dẹt không nên 5, cho truyền đai thang không nên 10 - Hiệu suất trung bình khoảng 0,92 đến 0,97 3.2.6.3 Bộ truyền xích Ưu điểm: - Bộ truyền xích có khả tải cao hơn, kích thước nhỏ so với truyền đai - Bộ truyền xích truyền động trục xa mà kích thước truyền khơng lớn - Bộ truyền xích truyền chuyển động từ trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn xa - Hiệu xuất truyền động cao đai Nhược điểm: - Bộ truyền xích có vận tốc tỷ số truyền tức thời khơng ổn định - Bộ truyền xích làm việc có tiếng ồn - u cầu chăm sóc, bơi trơn thường xuyên trình sử dụng - Bản lề xích mau bị mịn có q nhiều mối ghép nên tuổi thọ không cao Phạm vi sử dụng: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 55 - Bộ truyền xích dùng nhiều máy nông nghiệp, máy vận chuyển tay máy - Khi cần truyền chuyển động trục xa truyền chuyển động từ trục đến nhiều trục - Bộ truyền xích thường dùng để truyền tải từ tải nhỏ đến trung bình Tải trọng cực đại đến 100 kW - Bộ truyền xích làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình Vận tốc thường dùng khơng nên m/s Vận tốc lớn dùng 25 m/s, tỷ số truyền nhỏ - Tỷ số truyền thường dùng từ đến Tỷ số truyền tối đa không nên 15 - Hiệu suất trung bình khoảng 0,96 đến 0,98 3.2.6.4 Chọn kiểu truyền Bộ truyền hộp số tang trống Hộp số tang trống có trục bố trí song song với nên sử dụng ba loại truyền Tuy nhiên để lựa chọn kiểu truyền phù hợp ta cần phân tích qua yêu cầu truyền Để xe mang súng tưới di chuyển với vận tốc ổn định tang trống phải quay với vận tốc khơng đổi lớp ống Vì yêu cầu truyền phải đảm bảo tốc độ trục thứ cấp ổn định Với điều kiện này, có truyền bánh truyền xích đảm bảo Để giảm tỉ số truyền hộp số tỉ số truyền truyền phải lớn để kích thước truyền lớn Mặt khác truyền yêu cầu độ bền lớn, làm việc ổn đỉnh nên truyền bánh phù hợp so với truyền xích Bộ truyền trục tang trống trục cấu xếp ống Để thuận tiện cho việc bố trí, ta lấy phần công suất để dẫn động cấu xếp ống nước từ trục tang trống Đặc điểm truyền có tỉ số truyền thấp khoảng cách trục xa Tuy nhiên để đảm bảo trình xếp ống xác, tốc độ trục thứ cấp phải ổn đinh Vì ta chọn kiểu truyền xích để thiết kế truyền 3.2.7 Tính toán truyền bánh hộp số tang trống Do truyền hoạt động tốc độ thấp, tải trọng nhỏ nên để đơn giản ta xác định thông số truyền : modul, số răng, tỉ số truyền, kích thước đường kính Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 56 Để xác định thông số truyền cần phụ thuốc vào yếu tố sau: - Tỉ số truyền lớn - Vì hộp số bó trí phía trước nên thơng số truyền phải đảm bảo trục hộp số khơng chạm vành tang trống - Bố trí truyền dễ dàng Như ta phác thảo sơ kích thước truyền có tang trống Hình 3.44 Phác thảo sơ kích thước truyền Qua tác xác định đường kính vịng chia bánh điều kiện ăn khớp với Khi trục hộp số không chạm với thành tang trống Để có tỉ số truyền truyền lớn nhất, số bánh nhỏ nhỏ Kèm theo điều kiện số tối thiểu 17 để tránh tượng cắt chân răng, tăng tuổi thọ cho truyền Vì tốc độ truyền nhỏ nên để đơn giản ta chọn kiểu bánh trụ thẳng Như ta xác định modul bánh thứ nhỏ sau: Theo [10] ta có đường kính vịng chia bánh d = m.Z [mm] (3.9) Trong đó: m: mơ dul bánh [mm] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 57 Z: số bánh Suy môđun truyền : m= d 51 = = [mm] Z 17 Tỉ số truyền truyền: i = (3.10) d 789 = = 15, 47 d1 51 (3.11) Ta có tiếp thơng số bánh nhỏ: Đường kính đỉnh răng: d a1 = m( Z1 + 2) = 3(17 + 2) = 57 [mm] (3.12) Đường kính chân răng: d f = m( Z1 − 2, 5) = 3(17 − 2, 5) = 43, [mm] (3.13) Thông số bánh bánh lớn: Số bánh lớn: Z = i.Z1 = 15, 47.17 = 263 (3.14) Đường kính đỉnh răng: d a = m(Z + 2) = 3(263 + 2) = 795 [mm] (3.15) Đường kính chân răng: d f = m( Z − 2, 5) = 3(263 − 2, 5) = 781, [mm] (3.16) 3.2.8 Tính tốn thiết kế cấu xếp ống Khi thu tang trống thu ống lại, để xếp ống cách có trật tự cần cấu đảm nhiệm vụ Nhiệm vụ cấu xếp ống di chuyển phần ống thẳng phía trước tang trống di chuyển qua lại theo chiều trục tang trống để ống xếp lại không chồng lại xếp khít nhau.Trong trường hợp này, có truyền trục vít đai ốc có chức thực nhiệm vụ Giới thiệu truyền vít đai ốc Hình 3.45 Sơ đồ ngun lí truyền trục vít- Đai ốc Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 58 Bộ truyền vít – đai ốc dùng để biến đổi chuyển động động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ tiếp xúc ren đai ốc ren trục vít Bộ truyền vít đai ốc có phần là: - Trục vít số quay với tốc độ n1, công suất truyền động P1 Trục vít có ren ngồi tương tự bu lơng Trong trường họp này, trục vít khâu dẫn - Đai ốc chuyển động tịnh tiến với vận tốc v2, công suất truyền động P2 Đai ốc có ren trong, điều kiện đai ốc khâu bị dẫn Một số loại truyền trục vít – đai ốc Tùy theo hình dạng mặt cắt tiết diện ren, truyền vít đai ốc chia thành loại sau: - Vít có ren hình thang: Loại dùng chủ yếu để truyền chuyển động theo chiều Ren gia công dễ dàng máy tiện ren Hình 3.46 Trục vít ren hình thang Hình 3.47 Trục vít ren hình chữ nhật Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 59 - Vít ren hình chữ nhât: Bộ truyền loại dùng để thực chuyển động dọc trục có độ xác cao Tiết diện chân ren nhỏ nên tải không cao có giá thành tương đối đắt - Vít có ren cưa, có hiệu suất truyền động cao, khả tải trung bình Thường dùng để truyền tải trọng theo chiều định Hình 3.48 Trục vít ren cưa - Trục vít có ren tam giác, giống bu lông, dùng để thực chuyển động chậm , có độ xác cao hiệu suất thấp - Bộ truyền vít – đai ốc bi: Loại có ma sát nhỏ, hiệu suất truyền động cao Được dùng máy tự động có độ xác cao Vít bi chế tạo phức tạp cần phải có đường dẫn hồi bi Hình 3.49 Bộ truyền vít đai ốc bi Để đai ốc di chuyển qua lại theo chiều dọc trục vít cách tự động trục vít quay Trong truyền trên, có truyền kiểu vit- đai ốc bi thực Khi trục vít quay, đai ốc chuyển động tịnh tiến nhờ viên bi lăn theo rảnh ren đai ốc trục vít Vì làm ren chiều liên tục trục vít sẻ làm cho đai ốc dễ dạng chuyển động qua lại cách liên tục Loại truyền gọi truyền trục vít chiều hay cịn gọi vít me chiều Theo tài liệu [10] ta có thơng số truyền: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 60 - Chọn đường kính ren: d1 = 30 [mm] - Đường kính bi db, giá trị thường chọn khoảng đến 12 mm Chọn db= 10 [mm] - Chọn bước vít: p = 64 [mm] - Bán kính rãnh lăn rl = 0,52.db = 0,52.10= 5,2 [mm] ( giá trị thường chọn 0,51…0,53 db) - Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi: d  c =  r1 − b  (3.17)   cos   (3.18) Với  góc tiếp xúc, nên chọn  =45o để độ cứng dọc khả tải vít tăng Khi đó: c =  5, −  cos 45o = 0,14 [mm] 2  10 - Đường kính vịng trịn qua tâm bi: Dtb = d1 + 2(r1 − c) = 30 + 2(5, − 0,14) = 40,12 [mm] (3.19) - Đường kính đai ốc: D1 = Dtb + 2(r1 − c) = 40,12 + 2(5, − 0,14) = 50, 24 [mm] (3.20) Chiều dài ren phụ thuộc vào kích kích thước tang trống Vì ống nước cuộn xong lớp tiếp xúc với mép tang trống nên chiều dài ren chiều dài đường tâm lớp ống tang trống L = B−d (3.21) Trong đó: L: chiều dài ren [mm] B: Chiều rộng tang trống [mm] D: Đường kính ngồi ống nước [mm] Lúc đó: L= 832 – 64 = 768 [mm] Từ các thông số ta có trục vít thiết kế phần mềm CATIA sau: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 61 Hình 3.50 Trục vít Để tăng độ xác dịch chuyển dọc trục dễ gia công ta dùng đai ốc bi nữa, loại điều chỉnh khử khe hở bi rãnh bi Hình 3.51 Đai ốc bi 3.2.9 Tính tốn thiết kế truyền xích Như phân tích mục 3.2.6, kiểu truyền động xích có đặc điểm phù hợp để áp dụng cho việc truyền mô men từ trục tang trống đến trục vít cấu xếp ống 3.2.9.1 Chọn loại xích Có loại xích là: Xích ống, xích lăn xích với đặc điểm riêng biệt sau - Xích ống: đơn giản, giá thành hạ khối lượng giảm khơng dùng lăn, Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 62 mà lề nhanh mịn Vì dùng xích ống truyền không quan trọng yêu cầu khối lượng nhỏ Hình 3.52 Xích ống - Xích ống - lăn gọi tắt xích lăn, kết cấu giống xích ống, khác phía ngồi ống lắp thêm lăn, nhờ thay ma sát trượt ống đĩa ma sát lăn lăn đĩa Kết độ bền mịn xích lăn cao xích ống Việc chế tạo khơng phức tạp xích nên xích lăn dùng rộng rãi Nó thích hợp vận tốc làm việc 10 đến 15 m/s Nên ưu tiên dùng xích dãy, truyền quay nhanh, tải trọng lớn dùng xích 2, dãy sẻ làm giảm bước xích, giảm tải trọng động kích thước khn khổ truyền Hình 3.53 Xích ống – lăn - Xích răng: Có ưu điểm khả tải lớn, làm việc êm chế tạo phức tạp giá thành đắt xích lăn Do nên dùng xích vận tốc xích 10 m/s tải trọng lớn Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 63 Hình 3.54 Xích Trong truyền này, yêu cầu tải trọng không cao quay với tốc độ thấp việc thu xe chậm để đảm bảo lượng nước tưới cho đơn vị diện tích Vì ta chọn loại xích lăn để vừa đáp ứng yêu cầu làm việc, vừa có độ bền tốt xích ống 3.2.9.2 Xác định tỉ số truyền truyền Ở ta quy đoạn ống tang trống đường ren trục vít đường tâm dạng xoắn helix để dễ dàng tính tốn Với helix ống nước, ống xếp sát vào nên có bước đường kính ngồi ống nước Như ta có pon = 64 [mm] Bước helix ren bước ren: pr = 64 [mm] Để đảm bảo việc dây xác, cần xác định xác quan hệ tốc độ quay tang trơng tốc độ quay trục vít Về nguyên tặc ống đoạn có chiều dài S1 đai ốc di chuyển đoạn S2 với điều kiện S1 = S2 Với quảng đường di chuyển đai ốc bi hay đoạn ống vào tang trống phụ thuộc vào tốc độ quay trục theo công thức sau: S = p.n (3.22) Trong đó: p bước helix (mm) n số vòng trục quay Như vậy: pon n1 = pr n2  pon = pr n2 pr = n1 i (3.23) Với Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 64 pon = pr = 64 [mm] (3.24) Suy ra: i = 3.2.9.3 Chọn số đĩa xích Số đĩa bị động quay khơng điều, động va đập lớn xích mịn nhanh Vì thiết kế cần đảm bảo số nhỏ zmin (zmin = 17 – 19 xích lăn vận tốc trung bình zmin = 13 – 15 vận tốc thấp) Bảng 3.3 Bảng tham khảo chọn số theo tỉ số truyền Dựa vào bảng 3.3 với tỉ số truyền ta chọn số bánh xích Z1 = Z2 = 30 3.2.9.4 Xác định bước xích Bước xích p xác định từ tiêu độ mòn lề Khi thiết kế cần vào công suất cần truyền công suất cho phép để xác định bước xích Bảng 3.4 Bảng xác định bước xích theo cơng suất cho phép tốc độ Vì tốc truyền nhỏ 50 vịng/phút cơng suất nhỏ 0,19 kW Dựa vào bảng 3.3, ta xác định bước xích p = 12,7 mm Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 65 Sau xác định thơng số ta có bánh xích sau: Hình 3.55 Bánh xích 4.2.10 Hồn thiện khung xe Hình 3.56 Vành bánh liên kết với tang trống Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 66 Sau hoàn thành cụm chi tiết khung ta tiến hành lắp ráp lại với để có khung xe hoàn chỉnh Vành bánh lớn hàn vào mặt bên tang trống qua chốt hình trụ trịn Phía sau khung xe hàn thêm thép để làm nới bắt ổ trục trục vít đỡ xe mang súng tưới Hình 3.57 Giá đỡ ổ trục đỡ xe mang súng tưới Hình 3.58 Cơ cấu xếp ống Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 67 Sau lắp ráp cụm chi tiết vào khung xe, ta xe sau: Hình 3.59 Tổng thể bố trí xe 3.2.11 Phân tích, tính tốn, kiểm tra độ bền khung xe Các bước tính tốn, kiểm tra bền Để kiểm tra bền chi tiết hay cụm chi tiết CATIA cần tiến hành theo bước sau Trong bước xây dựng mơ hình 3D gán vật liệu cho mơ hình thực trọng mơi trường PART DESIGN, GENERATIVE SHEET METAL, ASSEMBLY Ba bước lại tiến hành môi trường GERNERATIVE STRUCTURAL ANALYSIS Xây dựng mơ hình 3D Việc xây dựng mơ hình 3D thực phần thiết kế kết cấu khung xe tang trống Khối lượng tang trống tác dụng lên khung xe lơn nhất, nên toán ta kiểm tra bền khung xe chịu tải trọng tang trống khối lượng chi tiết tang trống Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 68 XẤY DỰNG MƠ HÌNH 3D GÁN VẬT LIỆU CHO MƠ HÌNH ĐẶT CÁC TẢI TRỌNG VÀ CÁC RÀNG BUỘC TIẾN HÀNH CHIA LƯỚI MƠ HÌNH CHẠY MƠ HÌNH VÀ XEM KẾT QUẢ Hình 3.60 Khung xe tang trống Gán vật liệu cho mơ hình Trong thư viện CATIA có hỗ trợ loại vật liệu đa dạng phổ biến Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 69 loại: thép, sắt, đồng, nhôm, nhựa tổng hợp, bê tông,… dẫn thông số thành phần cụ thể Khung xe làm từ thép hộp nên chọn gán vật liệu thép CT3 có giới hạn chảy Sy = 250.106 N/m2 cho khung xe Hình 3.61 Chọn gán vật liệu thép cho khung xe Đặt tải trọng ràng buộc cho mơ hình: Để thực viêc đặt tải trọng ta phân tích lực tác dụng lên khung xe Các khối lượng tác dụng lên khung xe với tang trống: - Tang trống: Sau thiết kế hoàn thiện mơ hình tang trống 3D tang trống, việc gấn vật liệu xác cho chi tiết vẽ lắp, xác định khối lượng tang trống cách xác: Bằng cách ta có khối lượng tồn tang trống là: 62 kg - Khối lượng ống nước: Theo thông số xác định chương 3, chiều dài ống nước 52 m Với khối lượng nhà sản xuất cung cấp loại ống lõi thép là: 1,4 kg/ m Ta có khối lượng tồn ống nước là: 72,8 kg - Khối lượng nước: Trong trường hợp tải trọng lớn mà khung xe chịu ống nước chưa toàn nước Như ta tính thể tích nước chưa trọng 52 m ống nước với đường kính 56 mm V=  D2 L (3.26) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 70 Trong đó: D= 56 mm: đường kính ống nước L= 52 m : chiều dài ống nước Như ta có V= 0,128 m3 Với khối lượng riêng nước 1000 kg/m3, có khối lượng tồn nước 128 kg - Khi gá đặt tang trống lên khung xe, cịn có thêm khối lượng ổ đỡ Cũng tương tự cách tính khối lượng tang trống cách gán vật liệu sử dụng công cụ Measure inertia ta có khối lượng ổ đỡ : 12 kg Tống khối lượng: mtong = mtt + mon + mn + mot = 274,8kg (3.27) Tải trọng tác dụng toàn lên tang trống là: F = mtong g = 274,8.9,81 = 2695,8 N (3.28) Hình 3.62 Ràng buộc vị trí ngàm khung Trước tiến hành phân tích cần đặt tải trọng ràng buộc cho mơ hình CATIA có số loại tải trọng sau: áp suất, lực phân bố phân bố không đều, momen, trọng lượng, lực quán tính, lực li tâm Và với số loại liên kết sau: Cố định, hoán vị, hoán vị từ xa, đàn hồi, ràng buộc mặt trụ, ràng buộc mặt cầu Khung xe gồm vị trí gán bánh xe nên vị trí cố đinh vị trí gắn bánh xe Tiếp theo đặt tải trọng lên khung: Vị trị đặt tải trọng vị trí gá đặt ổ bi lên khung Như ta có lực tải đặt lên bên : 1347,9 N Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 71 Hình 3.63 Đặt tải trọng lên khung Tiến hành chia lưới cho mơ hình Hình 3.64 Chia lưới cho khung xe Tạo lưới bước có tính định phân tích thiết kế Q trình tạo lưới tự động CATIA sinh lưới dựa kích cỡ phần tử chung, mức sai lệch đặc điểm kiểm soát lưới Việc kiểm soát lưới cho phép bạn xác định cỡ phần tử cho chi tiết máy, bề mặt, cạnh đỉnh CATIA ước lượng cỡ phần tử chung cho mơ hình với lưu tâm tới thể tích, diện tích bề mặt yếu tố hình học khác Cỡ lưới tạo tùy thuộc vào hình dạng kích thước mơ hình, cỡ phần tử, dung sai lưới, chế độ kiểm soát lưới điều kiện tiếp xúc Tiến hành chạy mơ hình xem kết Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 72 Sau đặt tải trọng buộc chọn vật liệu chia lưới ta tiến hành chạy mơ hình cho biết kết ứng suất, biến dạng chuyển vị, tác động nhiệt Hình 3.65 Ứng suất khung chịu tải tĩnh Dựa vào bảng kết ta thấy vị trí ứng suất lớn khung chịu tải toàn khối lượng tang trống σ max = 3,54.105 N/m2 Chọn hệ số an toàn N = 1.5 xe vào khúc cua chịu thêm lực hướng tâm Khi ứng suất thiết kế mà khung xe phải chịu phải nhỏ ứng suất cho phép Ứng suất cho phép: σd = Sy / N = 250/1.5 = 166,67.106 N/m2 Ta thấy ứng suất cực đại < ứng suất cho phép (σ max < σd ) kết cấu khung xe thiết kế hoàn toàn thỏa mãn đủ độ bền Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 73 Chương 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ ĐỘNG LỰC 4.1 Tính tốn giới hạn trọng lượng xe để sử dụng nguồn động lực kéo xe xe máy Một tiêu chí quan trọng mà việc tính tốn thiết kế cần đảm bảo kích thước trọng lượng xe phải phù hợp để sử dụng xe máy làm nguồn động lực kéo Hiện nay, xe gắn máy phổ biến khắp miền đất nước có giá thành tương đối rẻ Cho nên việc tận dụng xe gắn máy để kéo góp phần hạ thấp chi phí đầu tư ban đầu cho người nơng dân Lựa chọn loại xe cho tốn tính tốn sức kéo, ta chọn xe Honda Future 125, có thơng số trình bày bảng sau: Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật xe Honda Future 125 Tên sản phẩm Trọng lượng thân Dài x Rộng x Cao Khoảng cách trục bánh xe Độ cao yên Khoảng cách gầm so với mặt đất Loại động Hệ thống cung cấp nhiên liệu Dung tích xy-lanh Đường kính x hành trình pít-tơng Tỷ số nén Cơng suất tối đa Mô-men cực đại Hộp số Future 125cc 104kg 1.932mm x 711mm x 1.092mm 1.258mm 758mm 135mm Xăng, kỳ, xy-lanh, làm mát khơng khí Future: Bộ chế hịa khí / Future FI: Phun xăng điện tử 124,8 cm3 52,4mm x 57,9mm 9,3:1 Future: 7,06 kW/7.500 vòng/phút / Future FI: 7,08 kW/7.500 vịng/phút 10,6 N.m/5.500 vịng/phút Cơ khí, số trịn Để tính tốn ta chọn thơng số sau: Công suất tối đa: N e max = 7,06 [kW] Momen cực đại: M e max = 10,6 [N.m] Tỷ số truyền số 1: ih1 = 2,5 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 74 Tỷ số truyền cuối số 1: ih1c = 20,938 Bán kính bánh xe: Rbx = 0,28 [m] Trọng lượng tồn xe: G ' = 1020,24 [N] Hình 4.1 Sơ đồ lực tác dụng lên xe di chuyển đường dốc Xét trường hợp xe chuyển động bỏ qua lực cản khơng khí (do xe chuyển động với vận tốc nhỏ), theo tài liệu [4] ta có phương trình cân lực kéo sau: Fk = F f  Fi = F (4.1) Trong đó: Fk - Lực kéo tiếp tuyến nguồn động lực (ở xe máy), [N] F f - Lực cản lăn tác dụng lên xe, [N] Ff = F f + F f + F ' f + F ' f = G.cos  f + G '.cos  f = (G + G ') f cos  (4.2) G - Trọng lượng toàn xe tưới nước tự cuốn, [N] G ' - Trọng lượng toàn xe máy , [N] f- Hệ số cản lăn Theo tài liệu [4], hệ số cản lăn loại đường đất khô f = 0,025 – 0,035 Chọn f = 0,03  - Góc dốc mặt đường Tính tốn cho địa hình đồi núi thấp, theo [5] góc dốc  thường có giá trị từ 3o − 15o Chọn  = 7o Fi - Lực cản xe di chuyển đường dốc, [N] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 75 Fi = G.sin  + G '.sin  = (G + G ').sin  (4.3) F - Lực cản tổng cộng đường tác dụng lên xe, [N] Từ (4.1), (4.2), (4.3) ta có: F = (G + G '). = (G + G ') f cos   sin   - Hệ số cản tổng cộng đường  = f cos   sin  Vậy ta có hệ số cản tổng cộng đường lớn nhất:  max = f cos + sin  = 0,03.cos7o + sin 7o = 0,15 Suy lực cản tổng cộng lớn nhất: F max = (G + G '). max (4.4) Lại có: Fk = M e max ih1c Rbx t (4.5) Trong đó: Fk - Lực kéo tiếp tuyến [N] M e max - Momen cực đại động cơ, [N.m] ih1c - Tỷ số truyền cuối số Rbx - Bán kính bánh xe, [m] t - Hiệu suất hệ thống truyền lực, theo tài liệu [4], chọn t = 0,9 Từ (4.1), (4.4) (4.5) ta có: M e max ih1c = (G + G '). max Rbx t Suy ra: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 76 G= M e max ih1c − G ' (5.6)  max Rbx t Thay số vào (5.6) ta được: G= 10,6.20,938.0,9 − 1020, 24 = 3735,677 [N] 0,15.0, 28 Suy khối lượng xe tưới nước tự phải nhỏ bằng: M= G 3735,677 = = 380,803 [kg] g 9,81 4.2 Tính tốn mơ men u cầu dẫn động quay tang trống 4.2.1 Xác định lực tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống Hình 4.2 Sơ đồ lực cản tác dụng (giả thiết xe di chuyển mặt đường nằm ngang) Khi tang trống quay để cuộn ống dây lại, mô men dẫn động cần đảm lớn mô men cản phải kéo xe mang súng mô men cản ma sát ổ lăn lắp tang trống với khung xe Mô men cản kéo xe mang súng phụ thuộc vào chiều dài cánh tay địn d d (chính bán kính tính từ đường tâm ống dây đến tâm tang trống) lực cản tổng cộng xe mang súng, cộng với lực ma sát ống dây với mặt đất hình 4.1 4.2 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 77 Hình 4.3 Cánh tay địn mơ men cản tổng cộng tang trống Lực cản tổng cộng lớn đường tác dụng lên xe mang súng xác định theo tài liệu [4], xe di chuyển với tốc độ nhỏ nên bỏ qua lực cản khơng khí: F max = G1. max (4.7) Trong đó: F max - Lực cản tổng cộng lớn đường tác dụng lên xe mang súng, [N]  max - Hệ số cản tổng cộng lớn đường G1 - Trọng lượng xe mang súng phun mưa, [N] Trọng lượng xe mang súng phun mưa bao gồm trọng lượng súng phun mưa, khung xe chi tiết khác bánh xe, bích nối ống dây, Qua thiết kế sơ phần mềm Catia, sau áp vật liệu cho mơ hình ta khối lượng xe mang súng phun mưa: m1 = 50 [kg] hay G1 = g.m1 = 9,81.50 = 490,5 [N] Từ (4.7) suy ra: F max = 490,5.0,15 = 73,575 [N] Lực ma sát hình thành ống dây trượt mặt đất trình tang trống cuộn dây lại, thực việc kéo xe mang súng về, xác định sau: Fms = .g.mx (4.8) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 78 Trong đó: Fms - Lực cản ma sát ống dây đất, [N]  - Hệ số ma sát ống dây đất,  = 0,35 - 0,4 Chọn  =0,35 g- Gia tốc trọng trường, [ m / s ] Chọn g= 9,81 [ m / s ] mx - Khối lượng đoạn ống dây, bao gồm nước ống, [kg] Sở dĩ gọi mx khối lượng khơng số mà biến thiên trình kéo xe mang súng phun mưa lại (hay tang trống cuộn ống dây) Ta thấy bắt đầu thu dây, khối lượng lớn nhất, giá trị lớn bằng: d12 m2 = mL +  L. n (4.9) Trong đó: mL - Khối lượng đoạn ống dây có chiều dài L= 50 [m], [kg] d1 - Đường kính ống, [m] L - Chiều dài quãng đường kéo súng phun mưa về, [m] n - Khối lượng riêng nước, n =1000 [kg/ m3 ] Và trình thu dây, mx xác định sau: m x = m2 x L (4.10) x – Quãng đường lại mà xe mang súng phun mưa phải tiếp tục di chuyển để kết thúc trình cuộn ống, [m] Thay số vào (4.9) ta được: m2 = 70 +  0,0562 50.1000 = 193 [kg] Từ (4.8) (4.10) ta có: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 79 Fms =  g m2 x x = 0,35.9,81.193 = 13, 253.x L 50 (4.11) Hình 4.4 Qng đường di chuyển cịn lại mà xe mang súng tưới tiếp tục di chuyển x Ta có hệ số ma sát ổ lăn thường nhỏ, theo tài liệu [6],   0,005 Do ta bỏ qua lực ma sát ổ lăn lắp tang trống với khung xe, lực cản tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống là: Fc = F max + Fms = 73,575 + 13, 253.x (4.12) Sử dụng phần mềm Microsoft Excel, cho giá trị x biến thiên từ 50 đến 0, từ xác định giá trị lực cản Fc tương ứng, ta có bảng giá trị: Bảng 4.2 Bảng giá trị lực cản Fc theo quãng đường di chuyển lại x: x 50 45 40 Lực cản Fc 736.2 670.0 603.7 Từ ta có đồ thị: 35 30 25 537.4 471.2 404.9 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm 20 338.6 15 10 272.4 206.1 139.8 Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 73.6 80 Hình 4.4 Đồ thị diễn biến lực cản Fc theo quãng đường di chuyển cịn lại x Ta có Fc max = Fc ( x =50) = 736, 2405 [N] 4.2.2 Xác định cánh tay đòn momen cản tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống Từ hình vẽ (4.3), ta có chiều dài cánh tay địn hd lực cản Fc xác định từ đường tâm đường ống dây đến đường tâm tang trống Mặc khác chiều dài cánh tay đòn hd lại phụ thuộc vào số lớp ống dây quấn tang trống i Số lớp quấn nhiều chiều dài hd tăng hd nhảy bậc theo i nên số trình tang trống quấn ống dây lại để kéo xe mang súng tưới Hơn số lớp ống quấn tang trống i lại phụ thuộc vào chiều dài x Ta có chiều dài đoạn dây quấn tang trống liên quan đến số lớp quấn đường kính ống, theo cơng thức chương 3: i D B  L =  2  + (i − 0, 5) d   − 0,    d Do có lớp ống, nên i nhận giá trị từ đến Tại i=1 (tang trống bắt đầu quấn lớp đầu tiên), ta có: xi =1 = L (4.13) Tại i=2 (tang trống bắt đầu quấn lớp thứ 2), ta có: D B  L − xi = = 2  + (i − 0,5)d   − 0,5 2 d  Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hay: Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 81 D B  xi = = L − 2  + (i − 0,5)d   − 0,5 2 d  (4.14) Tại i=3 (tang trống bắt đầu quấn lớp thứ 3): D B  L − xi =3 =  2  + (i − 0,5) d   − 0,5   2 d Hay: D B  xi =3 = L −  2  + (i − 0,5) d   − 0,5  d    (4.15) Trong đó: xi - Chiều dài quãng đường lại lúc bắt đầu quấn lớp ống thứ i, [m] L - Chiều dài quãng đường kéo súng phun mưa về, [m] i- Số lớp ống quấn tang trống D1 - Đường kính tang trống, [m] d- Đường kính ngồi ống, [m] B- Bề rộng dây tang trống, [m] Thay số vào (4.13), (4.14) (4.15) ta tìm phụ thuộc i xi qua bảng số liệu sau: Bảng 4.3 Bảng giá trị xi theo số lớp ống thứ i: i xi (m) 50 37.277 19.527 Mặc khác ta có hd phụ thuộc theo i công thức sau: hd = D1 + (i − 0,5).d (4.16) Trong đó: hd - Chiều dài cánh tay đòn, [m] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 82 Thay số vào biểu thức (4.16), ta tìm liên hệ hd i qua bảng số liệu sau: Bảng 4.4 Bảng giá trị hd theo số lớp ống thứ i: i hd (m) 0.162 0.226 0.29 Từ bảng 4.3 bảng 4.4 ta tìm liên hệ hd x sau: Bảng 4.5 Bảng giá trị liên hệ i, hd x: i xi (m) 50 37.277 19.527 hd (m) 0.162 0.226 0.29 Sử dụng phần mềm Microsoft Excel, cho giá trị x biến thiên từ 50 đến 0, từ xác định đồ thị biển diễn giá trị chiều dài cánh tay đòn hd theo x: Hình 4.5 Đồ thị biển diễn chiều dài cánh tay đòn theo quãng đường lại x 4.2.3 Xác định momen yêu cầu dẫn động quay tang trống Ta có momen cản tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống tích số lực cản Fc chiều dài cánh tay đòn hd, xác định qua biểu thức sau: M c = Fc hd (4.16) Trong đó: M c - Momen cản tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống, [N.m] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 83 Fc - Lực cản tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống, [N] hd - Chiều dài cánh tay địn, [m] Vì Fc hd hàm số biến x nên ta có M c biến thiên theo giá trị x Nhân hai giá trị Fc đồ thị hình 4.4 hd đồ thị hình 4.5 ta giá trị M c biểu diễn hình 4.6: Từ đồ thị ta có: M c max =128,28 [N.m] Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn mơ men cản tổng cộng Mc biến thiên theo x Suy mô men dẫn động quay tang trống phải đảm bảo lớn giá trị M c max : M dd  M c max Trong đó: M dd - Mô men dẫn động quay tang trống, [N.m] M c - Momen cản tổng cộng cản lại chuyển động quay tang trống, [N.m] Do bỏ qua mơ men cản ma sát ổ lăn, để tính tốn ta chọn giá trị mơ men lớn dẫn động quay tang trống: M dd max = 130 [N.m] (4.17) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 84 Do mơ men cản tổng cộng biến thiên theo quãng đường di chuyển nên mô men dẫn động phải thay đổi phù hợp suốt trình xe tưới nước làm việc, để ổn định tốc độ quay tang trống Tính toán ổn định tốc độ quay tang trống đề cập phần Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 85 4.3 Tính tốn thiết kế tuabin 4.3.1 Lựa chọn sơ đồ bố trí hệ dẫn động quay tang trống kiểu loại tuabin thiết kế 4.3.1.1 Chọn sơ đồ bố trí hệ dẫn động quay tang trống Như đề cập chương 2, nguồn động lực sử dụng để dẫn động quay tang trống cụm tuabin thủy lực hộp giảm tốc Tuabin thủy lực (tuabin nước) sử dụng dòng nước áp lực vào từ vỏ tuabin, đập vào bánh công tác làm quay bánh công tác Bánh công tác tuabin lắp trục ra, dẫn động quay tang trống thơng qua hộp giảm tốc (có tác dụng giảm số vịng quay đồng thời tăng mơ men cung cấp từ tuabin) cặp bánh - vành (có tác dụng tương tự hộp giảm tốc) Ngoài ra, để khắc phục sai lệch đường trục nối trục nối tiếp với nhau, ta cần bố trí thêm nối trục đàn hồi, nối trục trục các-đăng Khi nối trục song song, ta cần truyền đai xích Khi bố trí cụm khung xe, ta có cách sau: Sơ đồ 1: Bố trí hình 4.7: Hình 4.7 Sơ đồ - Bố trí cụm tuabin, hộp giảm tốc lên khung xe 1- Đường ống nước vào tang trống; 2- Tang trống cuộn ống dây; 3- Tuabin nước; 4- Đường ống nước vào tuabin; 5- Nối trục đàn hồi (hoặc nối trục các-đăng); 6- Hộp giảm tốc; 7- Cặp bánh ăn khớp với vành Sơ đồ 2: Bố trí hình 4.8: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 86 Hình 4.8 Sơ đồ - Bố trí cụm tuabin, hộp giảm tốc lên khung xe 1- Tang trống cuộn ống dây; 2- Cặp bánh ăn khớp với vành răng; 3- Hộp giảm tốc; 4-Bộ truyền xích; 5- Tuabin nước; 6- Đường ống nước vào tuabin; 7- Đường ống nước vào tang trống Qua phân tích ưu nhược điểm sơ đồ sơ đồ 2, ta thấy sơ đồ 1, đường ống nước từ tuabin vào tang trống phải đoạn xa ngoằn ngoèo so với sơ đồ Đặc điểm đoạn đường ống làm từ vật liệu thép, nên điều làm tăng khối lượng vật liệu chế tạo, đồng thời có đoạn cong nên gây tổn thất cục cho dịng nước Tuy nhiên điều chấp nhận so với sơ đồ 1, kích thước ngang xe tăng lên đáng kể, ảnh hưởng đến kích thước giới hạn cho phép (giới hạn kích thước ngang xe để đảm bảo cho xe di chuyển đoạn đường hẹp kéo tưới) Đồng thời bố trí lệch sang bên nên khối lượng cụm gây cân cho xe, xe di chuyển bị ổn định Vì ta bố trí theo sơ đồ hợp lý 4.3.1.2 Xác định kiểu tuabin thiết kế Theo tài liệu [7], có hai loại tuabin phổ biến tuabin phản kích tuabin xung kích Tuabin phản kích tuabin lợi dụng hai phần động dịng chảy, chủ yếu Bánh cơng tác tuabin phản kích làm việc mơi trường chất lỏng kín liên tục Tuabin xung kích tuabin lợi dụng thành phần động dòng chảy tác dụng lên bánh cơng tác, cịn phần khơng Ở loại tuabin này, dòng chảy sau khỏi vòi phun tồn dịng chảy chuyển hóa thành động đập vào bánh công tác, Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 87 truyền lượng cho bánh cơng tác tuabin Từ sơ đồ hình 4.7 ta thấy bánh cơng tác tuabin ln làm việc với dịng chảy kín liên tục, dịng chảy sau qua tuabin dịng có áp nên tuabin thuộc loại tuabin phản kích Hình 4.9 Tuabin gáo – loại tuabin xung kích 1- Bánh cơng tác tuabin; 2- Van kim; 3- Miệng phun; 4- Vòi phun Đối với tuabin phản kích, khác hướng chảy chất điểm dịng chảy bánh cơng tác nên chia làm loại: Tuabin phản kích loại tâm trục: Đặc điểm tuabin tâm trục dịng nước chảy vào bánh cơng tác theo mặt nằm ngang thẳng góc với trục, sau đổi hướng song song với trục khỏi bánh cơng tác Hình 4.10 Cấu tạo tuabin phản kích loại tâm trục 1- Cánh hướng dịng; 2- Bánh cơng tác tuabin Tuabin phản kích loại hướng trục: Dịng chảy vào bánh cơng tác theo mặt phẳng dọc trục, sau khỏi bánh cơng tác với hướng dịng chảy khơng đổi Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 88 Hình 4.11 Cấu tạo tuabin phản kích hướng trục 1- Cánh hướng dịng; 2- Bánh cơng tác tuabin Tuabin phản kích loại hướng chéo: Hình 4.12 Cấu tạo tuabin phản kích hướng trục 1- Cánh hướng dịng; 2- Bánh cơng tác tuabin Dựa theo sơ đồ hình 4.7 chọn, kết cấu phù hợp gọn nhẹ loại cịn lại, đồng thời đặc tính cơng tác tốt nên ta chọn loại tuabin phản kích loại tâm trục cho hệ dẫn động quay tang trống Trong phạm vi làm việc với cột áp lưu lượng nhỏ, để đơn giản kết cấu, giảm kích thước trọng lượng, ta chọn loại tuabin tâm trục cánh hướng dịng 4.3.2 Tính tốn thiết kế bánh cơng tác tuabin 4.3.2.1 Tính tốn cơng suất trục bánh công tác tuabin Công suất cần thiết để dẫn động tang trống quay, từ (2.7) (4.17), cách gần ta có: Ndd = M dd ntb (4.18) Trong đó: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 89 Ndd - Công suất cần thiết để dẫn động quay tang trống, [W] M dd - Mô men dẫn động quay tang trống, [N.m] ntb - Tốc độ quay trung bình tang trống trình thu dây về, [rad/s] Thay số vào (4.18) ta được: Ndd = 130.0,034 = 4.45 [W] Từ sơ đồ hình 4.7, xét ảnh hưởng tổn thất ma sát ổ lăn lắp tang trống với khung, cặp bánh – vành ăn khớp với nhau, tổn thất hộp giảm tốc,…công suất trục bánh công tác tuabin phát tính sau: NT = N dd (4.19) tt vrhgt kn Trong đó: NT - Công suất trục bánh công tác tuabin, [W] Ndd - Công suất cần thiết để dẫn động quay tang trống, [W] tt - Hiệu suất cặp ổ lăn lắp tang trống với khung Chọn tt = 0.995  vr - Hiệu suất cặp bánh răng-vành ăn khớp với Chọn  vr = 0,96  vr - Hiệu suất khớp nối Chọn vr =  hgt - Hiệu suất hộp giảm tốc Hiệu suất hộp giảm tốc phụ thuộc vào hiệu suất cặp bánh hộp giảm tốc, ổ lăn đỡ trục bánh răng, tính sau: hgt = brn oln (4.20) Trong đó:  br - Hiệu suất cặp bánh hộp giảm tốc Chọn  br = 0,97  ol - Hiệu suất cặp ổ lăn đỡ trục Chọn  ol =0.99 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 90 n- Số cặp bánh hộp giảm tốc Chọn sơ n=3 Thay số vào (4.20) ta được: hgt = 0,973.0,993 = 0,89 Thay số vào (4.19) ta được: NT = 4.45 = 5, 23 [W] 0,995.0,96.0,89.1 5.3.2.2 Xác định lưu lượng cột áp cung cấp cho tuabin Để xác định thông số bánh công tác, trước tiên ta cần xác định lưu lượng cột áp cung cấp cho tuabin thiết kế làm việc, theo tài liệu [7] ta có: NT =  Q2' H l (4.21) Trong đó: NT - Công suất trục bánh công tác tuabin, [W] Q2' - Lưu lượng nước cung cấp cho tuabin, [ m3 / s ] H l - Cột áp lý thuyết vô cung cấp cho tuabin, [m]  - Trọng lượng riêng nước, [ N / m3 ] Ta có  = 9810 [ N / m3 ] Ta có lưu lượng cung cấp cho tuabin Q2' phụ thuộc vào lưu lượng tưới Q (đề cập chương 3) Đại lượng Q2' có ý nghĩa quan trọng việc ổn định tốc độ quay tang trống làm việc Tang trống quay ổn định nhờ vào điều chỉnh mô men cung cấp phù hợp với mơ men cản (như đồ thị hình 4.6), cách tăng giảm lưu lượng cung cấp cho tuabin Q2' Do Q2' khơng phải số q trình làm việc Thế lưu lượng Q khơng đổi tưới, nên bắt buộc phải làm đường ống riêng vào tuabin để thuận tiện cho việc điều chỉnh lưu lượng Điều thể qua sơ đồ sau: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 91 Hình 4.13 Sơ đồ bố trí dịng chảy qua tuabin 1- Dòng chảy cung cấp từ bơm; 2- Tuabin nước; 3- Dòng chảy đến súng phun mưa Từ sơ đồ hình 4.9, ta có: Q = Q1 + Q2 (4.22) Trong đó: Q – Lưu lượng tưới [ m3 / h ] Q1 - Lưu lượng dòng chảy nối tắc qua tuabin, [ m3 / h ] Q2 - Lưu lượng dòng chảy đến tuabin, [ m3 / h ] Do ta xét đến hiệu suất thủy lực tuabin, tức dịng chảy đến tuabin có phần bị rị rỉ qua khe hở bánh cơng tác vỏ Do lưu lượng dịng chảy thực cung cấp cho tuabin Q2' nhỏ lưu lượng đến tuabin Q2 xác định theo công thức: Q2' = Q2 Q (4.23) Trong đó: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 92 Q - Hiệu suất lưu lượng Chọn Q = 0,9 Lưu lượng đến tuabin Q2 nhỏ lưu lượng tưới Q, tính tốn ta chọn giá trị Q2 thích hợp Với tuabin có sẵn (giả sử kích thước bị giới hạn điều kiện lắp xe, nghĩa không lớn) , tăng Q2 , mặt làm tăng mơ men cung cấp, mặt khác vận tốc vào tuabin tăng làm tăng tổn thất lượng tuabin Nếu Q2 nhỏ mơ men tạo nhỏ ảnh hưởng đến tính chọn tỷ số truyền cho phận liên qua khác Tính chọn Q2 với tuabin làm việc chế độ thiết kế: Q2 = Q 49,1 = = 12, 275 [ m / h ] 4 Từ (4.23) ta có: Q2' = 12,275.0,9 = 11,048 [ m3 / h ] = 0,003 [ m3 / s ] Từ (5.21) ta rút ra: H l = NT  Q2' (4.24) Thay số vào (4.24) ta được: H l = 5, 23 = 0,174 [m] 9810.0, 003 4.3.2.3 Xác định thông số bánh công tác tuabin Để xác định thông số bánh cơng tác tuabin, đường kính ngồi, đường kính trong, bề rộng cánh,…nói riêng thơng số tuabin nói chung, ta dựa phương pháp tính tốn thủy lực sau: Phương pháp 1: Kế thừa kết cơng trình nghiên cứu tuabin từ trước đến nay, cách tra đồ thị đặc tính tuabin mơ hình (đã xác định qua lý thuyết thực nghiệm) sử dụng luật tương tự máy cánh dẫn để suy thông số tuabin thiết kế Phương pháp có ưu điểm tính tốn khơng q phức tạp có độ xác cao Theo tài liệu [8], ta có: • Luật tương tự thể qua điều kiện: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 93 - Tương tự hình học: Điều kiện địi hỏi tương tự hình dạng ngồi phần nước qua tuabin Hai tuabin thực (T) mẫu (M) coi tương tự hình học khi: góc bố trí cánh dẫn nhau, số cánh dẫn tồn kích thước dài, bề mặt phần nước qua điểm tương ứng chúng tuân theo tỉ lệ: D1T b = T = = l D1M bM Trong đó: D1T - Đường kính ngồi bánh cơng tác tuabin thực, [m] D1M - Đường kính ngồi bánh cơng tác tuabin mơ hình, [m] bT - Bề rộng bánh công tác tuabin thực, [m] bM - Bề rộng bánh cơng tác tuabin mơ hình, [m] l - Hệ số tương tự hình học - Tương tự động học: Hai tuabin (T) (M) gọi tương tự động học khi: tương tự trường vận tốc dòng chảy điểm tương ứng phần nước qua tuabin kiểu Điều có nghĩa hình tam giác vận tốc điểm tương ứng dòng chảy phải đồng dạng với uT w c = T = T = = v uM wM cM Trong đó: uT , wT , cT - Là thành phần vận tốc chất lỏng bánh công tác tuabin thực, [m/s] uM , w M , cM - Là thành phần vận tốc chất lỏng bánh công tác tuabin mô hình, [m/s] v - Hệ số tiêu chuẩn động học - Tương tự động lực học: Điều kiện đòi hỏi tương tự lực tác dụng lên hai tuabin thực (T) mơ hình (M), tức tỉ số cặp lực tên tác dụng lên bánh cơng tác tuabin thực mơ hình phải PltT P = trT = = P PltM PtrM Trong đó: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 94 PltT - Lực ly tâm tác dụng lên bánh công tác tuabin thực, [N] PtrT - Lực hướng trục tác dụng lên bánh công tác tuabin thực, [N] PltM - Lực ly tâm tác dụng lên bánh cơng tác tuabin mơ hình, [N] PtrM - Lực hướng trục tác dụng lên bánh công tác tuabin mơ hình, [N] P - Hệ số tiêu chuẩn động lực học • Mặt khác ta có phương trình tương tự máy cánh dẫn: - Phương trình tương tự lưu lượng: QT F c = 1T 1mT = l2 v QM F1M c1mM Trong đó: QT - Lưu lượng chảy vào bánh công tác tuabin thực, [ m3 / s ] QM - Lưu lượng chảy vào bánh cơng tác tuabin mơ hình, [ m3 / s ] F1T - Diện tích mặt chảy vào bánh công tác tuabin thực, [ m2 ] F1M - Diện tích mặt chảy vào bánh cơng tác tuabin mơ hình, [ m2 ] c1mT - Thành phần vận tốc tạo lưu lượng vào bánh công tác tuabin thực, [m/s] c1mM - Thành phần vận tốc tạo lưu lượng vào bánh công tác tuabin mơ hình, [m/s] l - Hệ số tương tự hình học v - Hệ số tiêu chuẩn động học - Phương trình tương tự cột áp tuabin: HT n = l2 T HM nM Trong đó: HT - Cột áp tuabin thực, [m] H M - Cột áp tuabin mơ hình, [m] l - Hệ số tương tự hình học nT - Số vịng quay tuabin thực, [vòng/phút] nM - Số vòng quay tuabin mơ hình, [vịng/phút] - Phương trình tương tự cơng suất: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 95 n  NT  = T l5  T  NM  M  nM  Trong đó: NT - Công suất tuabin thực, [W] N M - Công suất tuabin mơ hình, [W]  T - Trọng lượng riêng chất lỏng công tác tuabin thực, [ N / m3 ]  M - Trọng lượng riêng chất lỏng cơng tác tuabin mơ hình, [ N / m3 ] l - Hệ số tương tự hình học nT - Số vịng quay tuabin thực, [vịng/phút] nM - Số vịng quay tuabin mơ hình, [vịng/phút] • Các đại lượng quy dẫn: - Lưu lượng quy dẫn: Lưu lượng quy dẫn lưu lượng tuabin quy điều kiện D = 1[m], H = 1[m], lưu lượng quy dẫn xác định theo công thức: Q QI' = D1 H Trong đó: Q - Lưu lượng tính tốn, [m3/s] H - Cột áp tính tốn, [m] D1 - Đường kính ngồi bánh cơng tác, [m] - Tốc độ quy dẫn: Tốc độ quy dẫn tuabin tốc độ quy điều kiện H = (m), D = (m) xác định theo công thức: n I' = n.D1 H Trong đó: n - Số vịng quay trục tuabin [vòng/phút] - Số vòng quay đặc trưng: Số vòng quay đặc trưng số vòng quay tuabin mơ hình đồng dạng hình học làm việc với cột nước H = 1(m), phát công suất N = 1(KW) Vòng quay đặc trưng xác định theo công thức: ns = n N H 5/ Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 96 Trong đó: ns - Số vòng quay đặc trưng tuabin, [vòng/phút] n - Số vịng quay trục tuabin, [vịng/phút] N - Cơng suất trục tuabin [KW] H - Cột áp tính tốn [m] Phương pháp 2: Giải toán học thủy khí máy thủy khí để tìm thơng số tuabin, cách sử dụng định lý, cơng thức tính tốn giáo trình thiết kế tuabin thủy lực Với phương pháp này, trước tiên ta phải lập giả thiết cho đề toán, nên tồn sai số giả thiết thường lý tưởng khác so với thực tế Hơn nữa, việc áp dụng cơng thức tính tốn mang ý nghĩa đơn mặt lý thuyết, kết tính tốn chưa qua kiểm nghiệm so với phương pháp sử dụng luật tương tự cho tuabin mơ hình (đã tính tốn thực nghiệm) Tuy nhiên, đa số cơng trình nghiên cứu tuabin thủy lực tập trung cho lĩnh vực tuabin nước nhà máy thủy điện Nên áp dụng cho tuabin thiết kế chắn thiếu xác phạm vi tính chất làm việc hai loại tuabin khác Mặt khác, việc tìm đường đặc tính tổng hợp tuabin mơ hình, để phục vụ tính tốn theo luật tương tự khó khăn Sở dĩ kết nghiên cứu thường không công bố rộng rãi Cho nên ta sử dụng phương pháp để tính toán cho tuabin cần thiết kế Ta nhận thấy cấu trúc dịng chảy tuabin phức tạp Ở phần tử chất lỏng mặt chảy men theo bề mặt cánh dạng cong không gian, mặc khác chảy vịng quanh trục quay tuabin Vì chuyển động chất lỏng chuyển động phẳng mà chuyển động không gian phức tạp Sự thay đổi phương, chiều, lẫn trị số vận tốc dòng chảy, làm thay đổi thông số thủy động lực học tuabin lưu lượng Q, số vòng quay n, hiệu suất, Bởi để hiểu trình làm việc tuabin cần phân biệt khái niệm chuyển động tương đối, chuyển động tuyệt đối chất lỏng bánh công tác tuabin Xét chuyển động phần tử chất lỏng qua khe cánh bánh công tác tuabin, chuyển động phần tử chất lỏng so với mặt đất gọi chuyển động tuyệt đối, cịn chuyển động so với điểm nằm cánh gọi chuyển động tương đối (tọa độ quan sát chuyển động gắn bánh công tác, tức coi ta đứng bánh công tác để quan sát chuyển động phần tử chất lỏng) Chuyển động quay phần tử chất lỏng tọa độ quan sát, quanh trục quay tuabin (tức so với mặt đất) gọi chuyển động theo Nếu ký hiệu vận tốc ba chuyển động nói phần tử chất lỏng là: c, w, u, theo tài liệu [8] ta có: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 97 (4.25) c = w+u Ba vận tốc hợp thành hình tam giác gọi tam giác vận tốc Trị số vận tốc u điểm bánh công tác tỷ lệ thuận với vận tốc góc chuyển động theo xác định bằng: u = R. (4.26) Trong đó: u- Vận tốc vòng phần tử chất lỏng chuyển động theo, [m/s] - Vận tốc góc phần tử chất lỏng chuyển động theo, [rad/s] R- Khoảng cách từ điểm xét đến trục quay, [m] Hướng véctơ vận tốc u hướng tiếp tuyến với vịng trịn có tâm trục quay, bán kính R Trị số vận tốc w tỷ lệ với lưu lượng nước Q chảy qua bánh cơng tác, cịn hướng thay đổi men theo bề mặt cánh Nếu giả thiết bánh công tác gồm vơ số cánh cực mỏng hợp thành khe cánh tạo khoảng trống hai cánh hẹp, lúc quỹ đạo chuyển động tương đối chất lỏng trùng với đường dịng Hình 4.14 Dịng chảy qua bánh cơng tác tuabin phản kích tâm trục Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 98 Theo thủy lực học, lúc dịng chảy ổn định, giả thiết cho phép ta xác định vị trí hình dạng đường dịng tuabin Đồng thời với giả thiết này, cịn có giả thiết sau: - Chất lỏng chảy tuabin lý tưởng - Dòng chảy liên tục - Lưu lượng Q phân bố cánh bánh cơng tác Ta có cửa vào bánh cơng tác (điểm hình 4.14), dịng phân tử chất lỏng chảy vào với vận tốc tuyệt đối c1, chảy men theo biên dạng cánh bánh công tác với vận tốc w1 đồng thời quay với cánh với vận tốc vòng u1 tạo thành tam giác vận tốc cửa vào Tương tự điểm có tam giác vận tốc cửa Góc kẹp vận tốc tuyệt đối vận tốc vòng ký hiệu  , góc kẹp tốc độ tương đối vận tốc vịng ký hiệu  Góc  cịn gọi góc đặt cánh phụ thuộc vào cấu tạo hình dạng cánh bánh cơng tác tuabin Hình 4.15 Tam giác vận tốc vào bánh công tác tuabin Theo tài liệu [8], ta có phương trình ngun lý tuabin xác lập liên hệ mômen lực tác dụng nước vào bánh công tác với thành phần vận tốc cửa vào cửa nó, xác định sau: Hình 4.16 Minh họa dịng chảy bánh công tác tuabin Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 99 Khi dịng nước chảy qua rãnh cánh bánh công tác, cánh bánh công tác bắt dòng nước phải thay đổi hướng độ lớn, tức cánh tuabin gây lực tác dụng lên dịng nước Ngược lại dịng nước có lực phản tác dụng lên cánh tuabin làm bánh công tác quay ngược chiều dòng nước cửa Theo định lý mô men động lượng, biến thiên mô men động lượng khối chất lỏng đơn vị thời gian, lưu tuyến 1-2 tổng mô men ngoại lực tác dụng lên khối chất lỏng trục, tức mô men quay bánh cơng tác Từ hình 4.14, ta có: dL =  dQ.c1.R1 −  dQ.c2 R2 dt M' = dL =  dQ.(c1u R1 − c2 u R2 ) dt Trong đó: M’ – Tổng mơ men ngoại lực tác dụng lên dòng nguyên tố chất lỏng, [N.m] dL - Biến thiên mơ men động lượng dịng ngun tố chất lỏng có lưu dt lượng dQ chảy qua bánh công tác tuabin, [N.m]  - Khối lượng riêng chất lỏng chảy qua bánh công tác tuabin, [ kg / m3 ] dQ – Lưu lượng dòng nguyên tốc chất lỏng chảy qua bánh công tác tuabin, [ m3 / s ] R1 - Bán kính ngồi bánh cơng tác, [m] R2 - Bán kính bánh cơng tác, [m] c1u , c2u - Các thành phần vận tốc hình 4.14, [m/s] Ta có cơng trục tuabin tính sau: NT = M  =   M '.dQ = . Q2' ( R1.c1u − R2 c2u ) toandong Do: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 100 .R1 = u1 , .R2 = u2 (4.27) Nên ta có: NT = .Q2' (u1.c1u − u2 c2u ) (4.28) Trong đó: NT - Cơng suất trục bánh công tác tuabin, [W] M – Tổng mô men ngoại lực tác dụng lên tồn dịng chất lỏng, [N.m] Do khối nước có dạng trịn xoay nên mơmen áp lực khơng Lực ma sát nhỏ nên bỏ qua, mô men ma sát không Như vậy, mômen ngoại lực tác dụng cánh bánh cơng tác lên dịng chảy Mơmen mơmen tác dụng dịng chảy lên cánh bánh công tác M T , song có hướng ngược lại (theo định luật III Newton), tức M = − M T , xét giá trị tuyệt đối M = M T M T - Mô men phát tuabin, [N.m]  - Tốc độ góc bánh cơng tác tuabin, [rad/s] Q2' - Lưu lượng chảy vào bánh công tác tuabin, [ m3 / s ] Từ phương trình (4.27) ta thấy muốn tăng hiệu suất tuabin nên giảm thành phần u2 c2 u , hiệu suất tuabin đạt giá trị lớn u2 c2 u = 0, hay c2.u2.cos2 =0 Do c2, u2 không được, có cos2 = hay 2 = 900 Như điều kiện chảy lợi véctơ vận tốc c thẳng góc với véctơ vận tốc u tức chảy thẳng góc Dịng chả khỏi bánh công tác tuabin thỏa mãn điều kiện giảm tổn thất xốy đến mức thấp nhất, làm tăng hiệu suất tuabin Tuy theo tài liệu [7], thực nghiệm cho biết muốn tăng hiệu suất tuabin cần đảm bảo góc 2 = 900 khơng hồn tồn Thực nghiệm chứng minh dòng chảy cửa bánh cơng tác nên đảm bảo lượng chảy vịng vừa phải cho u2.c2u = 0,2.g.H làm tăng hiệu suất H tuabin mà cải thiện dịng chảy ống hút tốt Khi dịng chảy xoay quanh trục vừa phải nên lực li tâm sinh chảy xoáy làm cho phần tử chất lỏng cửa vào ống hút bám sát vào thành ống nên khắc phục tượng tách dịng ống hút chóp, Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 101 đồng thời giảm vận tốc tương đối dịng chảy men theo cánh bánh cơng tác giảm tổn thất thủy lực bánh cơng tác Vì mà thiết kế hệ thống cánh bánh công tác, người ta không loại bỏ điều kiện chảy không thẳng góc mà tính tốn cố ý thỏa mãn khơng điều kiện Nói cách khác hầu hết tuabin thiết kế với góc 2 vào khoảng 800 Mặt khác theo tài liệu [8] ta có: c1m = Q2, Q2' = F1 2 R1.b. (4.29) Trong đó: c1m - Thành phần vận tốc hướng tâm tạo lưu lượng, [m/s] Q2' - Lưu lượng nước chảy vào bánh công tác tuabin, [ m3 / s ] F1 - Diện tích mặt chảy vào bánh cơng tác tuabin, [ m2 ] R1 - Bán kính ngồi bánh cơng tác, [m] b - Bề rộng mặt chảy vào bánh công tác, [m]  - Hệ số ảnh hưởng chiều rộng cánh bánh cơng tác Theo [3] ta chọn  = 0,9 Hình 4.17 Các thông số bánh công tác tuabin 1- Vỏ tuabin; 2- Bánh công tác tuabin Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 102 Hơn theo hình 4.15, ta có: c1u = u1 + c1m cotg 1 (4.30) Thay (4.29) vào (4.30) ta được: Q2' c1u = .R1 + cot g 1 2 R1.b. (4.31) Giả thiết cho trường hợp lý tưởng tuabin hoạt động trạng thái chảy thẳng góc, từ (4.28) ta có: NT = .Q2' (u1.c1u ) (4.32) Thay (4.30) vào (4.32) ta được: NT = .Q2' u1.(u1 + c1m cotg 1 ) (4.33) Qua tính tốn sơ bộ, ta chọn giá trị bánh công tác tuabin sau: Đường kính ngồi bánh cơng tác tuabin D1=180 [mm] = 0,18 [m] Suy bán kính ngồi bánh cơng tác R1 = 0,09 [m] Đường kính bánh cơng tác tuabin D2=120 [mm] = 0,12 [m] Suy bán kính bánh công tác R2 = 0,06 [m] Bề rộng cánh b = 50 [mm] = 0.05 [m] Đối với tuabin phản kích tâm trục tuabin có góc 1  khác có hình dạng cánh khác nhau, theo tài liệu [7] ta chọn góc đặt cánh 1 = 70o Thay số vào (4.29), ta có: c1m = 0,003 = 0,12 [m/s] 2. 0,09.0,05.0,9 Thay số vào phương trình (4.33) ta có: 5,32 = 1000.0,003.u1.(u1 + 0,12.cot g 1 ) Giải phương trình có dạng bậc 2, giải ta giá trị u1 = 1,28 [m/s] Từ (4.27) suy tốc độ góc bánh công tác tuabin: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 103 T = u1 1, 28 = = 14, 26 [rad/s] R1 0,09 Suy tốc độ quay bánh công tác tuabin: nT = T 30 = 136, [vòng/phút]  Mà tỷ số truyền tổng hộp giảm tốc cặp bánh – vành tính theo công thức: it = ihgt ivr = nT ntb (4.34) Trong đó: it - Tỷ số truyền tổng ihgt - Tỷ số truyền hộp giảm tốc ivr - Tỷ số truyền cặp bánh – vành nT - Tốc độ quay trục tuabin, [vòng/phút] ntb - Tốc độ quay trung bình tang trống, [vịng/phút] Thay số vào (4.34) ta được: Theo kết tính tốn chương 3, ta có tỷ số truyền cặp bánh – vành tính chọn ivr = 15,747 Suy tỷ số truyền hộp giảm tốc: ihgt = it 415,9 = = 26.4 ivr 15,747 Chọn ihgt = 27 Tiếp tục thay số vào (4.30) ta được: c1u = 1, 28 + 0,12.cotg 70o = 1, 33 [m/s] Từ (4.27), ta có: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 104 u2 = T R2 = 14, 26.0,06 = 0,86 [m/s] Với giả thiết dòng chảy thẳng góc, ta có: c2 m = c2 = c1m = 0,12 [m/s] Hình 4.18 Tam giác vận tốc cửa bánh cơng tác tuabin Từ hình vẽ 4.18, ta có:  = 90o +arctg u2 c2 m (4.35) Thay số vào (4.35) ta được:  = 90o + arctg 0,86 = 171o 0,12 Vậy ta có góc đặt cánh 2 = 171o Tham khảo số tubin kích cỡ, ta chọn số cánh bánh công tác Z=10 [cánh] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 105 Hình 4.19 Bánh cơng tác tuabin sau tính tốn thiết kế 4.3.3 Tính tốn thiết kế buồng tuabin Buồng tuabin (hay gọi vỏ tuabin) có cấu tạo hình xoắn ốc, làm nhiệm vụ dẫn dòng nước áp lực vào cung cấp cho bánh công tác tuabin Yêu cầu buồng tuabin phải đảm bảo điều kiện chủ yếu sau: - Dẫn nước đặn lên chu vi mặt chảy vào bánh cơng tác để tạo nên dịng chảy đối xứng với trục tuabin - Đảm bảo tổn thất buồng tuabin nhỏ, ảnh hưởng đến đặc tính lượng tuabin - Vỏ có kích thước nhỏ kết cấu đơn giản - Thuận tiện việc bố trí với hệ thống khác xe hộp số, đường ống nước,… 4.3.3.1 Các thông số buồng tuabin Các thông số buồng xoắn gồm: Góc bao max, vận tốc bình qn dịng nước cửa vào buồng xoắn cv hình dạng tiết diện buồng xoắn Ta tìm hiểu yếu tố ảnh hưởng đến thơng số cách lựa chọn chúng • Góc bao max diện tích tiết diện vào: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 106 Theo tài liệu [7], thực nghiệm cho thấy tổn thất lượng tuabin phụ thuộc vào quan hệ diện tích tiết diện vào Fv buồng xoắn với góc bao max Khi kích thước tiết diện vào Fv buồng chọn, nên tăng góc bao max, mặt làm cho dịng chảy phân bố theo chu vi mặt chảy vào, đảm bảo điều kiện dòng đối xứng tuabin, lại làm tăng vận tốc dòng nước buồng xoắn hình thành dịng chảy xốy Kết làm tăng tổn thất lượng tuabin Vì biết bề rộng buồng xoắn cần chọn quan hệ diện tích tiết diện vào Fv góc bao max cho tổn thất lượng phận hướng dịng nhỏ • Vận tốc hình dạng tiết diện vào buồng xoắn: Vận tốc dòng nước cửa vào cv buồng xoắn lớn tổn thất thuỷ lực buồng xoắn tăng lên làm giảm hiệu suất tuabin Nhưng cv nhỏ làm cho kích thước buồng xoắn tăng lên Vận tốc dòng chảy đường ống áp lực thường khác với vận tốc dòng nước vào buồng xoắn Do ống áp lực cửa vào buồng xoắn có đoạn ống chuyển tiếp tiết diện biến đổi phù hợp Hình dạng tiết diện buồng xoắn thơng thường hình trịn, hình thang hình chữ V Mỗi loại có ưu nhược điểm khác Tuy nhiên xét tiêu chí vừa đơn giản, dễ chế tạo, vừa có tổn thất thủy lực nhỏ, buồng tiết diện trịn có ưu Buồng tuabin tiết diện trịn, có tiết diện ngang (mặt cắt chứa trục tuabin) giảm dần theo đường xoắn ốc từ tiết diện vào cuối buồng Sự chuyển động chất lỏng buồng xoắn tương đối trật tự so với loại buồng khác, vận tốc trung bình cho phép buồng lớn 4.3.3.2 Tính tốn thủy động buồng xoắn Theo tài liệu [7], tính tốn buồng xoắn tuabin cần dựa theo hai điều kiện sau: • Lưu lượng phân bố lên chu vi mặt chảy vào bánh công tác tuabin, nghĩa thành phần vận tốc hướng tâm c1m điểm chu vi phải Từ công thức (4.29): c1m = Q2, Q2' = F1 2 R1.b. Trong đó: c1m - Thành phần vận tốc hướng tâm tạo lưu lượng chảy vào bánh công tác tuabin, [m/s] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 107 Q2' - Lưu lượng nước chảy vào bánh công tác tuabin, [ m3 / s ] F1 - Diện tích mặt chảy vào bánh công tác tuabin, [ m2 ] R1 - Bán kính ngồi bánh cơng tác, [m] b - Bề rộng mặt chảy vào bánh công tác, [m]  - Hệ số ảnh hưởng chiều rộng cánh bánh công tác Theo kết tính ta có: c1m = 0,12 [m/s] Muốn đảm bảo điều kiện phải chọn để tiết diện ngang buồng ứng với góc  cần phải cho qua lưu lượng Q xác định theo công thức: Qi = Qtt i 360 (4.36) Trong : Qtt- Lưu lượng tính tốn, Qtt = Q2' = 0,003 [m3/s] Qi- Lưu lượng qua tiết diện buồng ứng với góc i , [m3/s] i - Góc bao tiết diện ngang buồng xoắn Biết lưu lượng qua tuabin, ta xác định lưu lượng qua tiết diện vào ứng với góc ơm max Sau xác định diện tích vào Fv cách cho trước vận tốc trung bình tiết diện vào cv Vận tốc cv tính chọn cho dung hịa hai điều kiện kích thước tiết diện chảy không lớn tổn thất thủy lực nhỏ, đề cập phần Qua tính tốn sơ bộ, ta chọn: cv = 0,6 [m/s] • Điều kiện thứ hai để tính tốn thủy động buồng xoắn phải dựa vào qui luật tính tốn nói để xác định diện tích hình dạng mặt buồng, đảm bảo phân phối lưu lượng nước cách đặn theo chu vi mặt chảy vào Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 108 Hình 4.20 Sơ đồ tính tốn buồng xoắn tiết diện trịn Ta có bán kính tiết diện vào xác định theo công thức: v = Qtt max 360. cv (4.37) Trong :  v - Bán kính tiết diện cửa vào buồng xoắn tuabin, [m] max - Góc bao lớn Theo tài liệu [7], buồng xoắn kim loại tiết diện tròn, ta chọn max = 3400 Qtt - Lưu lượng tính tốn, [m3/s] cv: Vận tốc cửa vào, [m/s] Thay số vào (4.37) ta có: v = 0,003.340 = 0,04 [m] 360. 0,6 Từ (4.37) ta suy bán kính tiết diện tương ứng với góc i sau: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 109 i = Qtt i 360. cv (4.38) Và cách cho trước trị số i , ta tính lưu lượng tương ứng với Qi bán kính tiết diện  i mặt cắt ngang bất kì, từ xác định hình dạng mặt buồng xoắn theo quan hệ: Ri =  i + Ro (4.39) Trong đó: i - Góc bao tiết diện ngang buồng xoắn Ri - Bán kính đường cong ngồi mặt buồng xoắn tiết diện ngang bất kì, [m]  i - Bán kính tiết diện tương ứng với góc i , [m] Ro – Bán kính mặt chảy vào bánh cơng tác, bán kính ngồi bánh công tác R1 = 0,09 [m] nên ta chọn Ro = 0,095 [m] Tại tiết diện cửa vào ta có: Ra =  v + Ro (4.41) Thay số vào (4.41) ta được: Ra = 2.0,04+0,095 = 0,175 [m] Từ biểu thức (4.36), (4.38), (4.39), ta cho giá trị i biến thiên từ đến max , ta lập bảng giá trị: Bảng 4.6: Bảng giá trị liên hệ i ,  i , Ri Qi i [độ]  i [m] Ri [m] Qi [m/s] 0.000 0.095 0.000 10 0.007 0.108 0.000 20 0.010 0.114 0.000 30 0.012 0.118 0.000 40 0.013 0.122 0.000 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 110 i [độ]  i [m] Ri [m] Qi [m/s] 50 0.015 0.125 0.000 60 0.016 0.128 0.001 70 0.018 0.131 0.001 80 0.019 0.133 0.001 90 0.020 0.135 0.001 100 0.021 0.138 0.001 110 0.022 0.140 0.001 120 0.023 0.142 0.001 130 0.024 0.143 0.001 140 0.025 0.145 0.001 150 0.026 0.147 0.001 160 0.027 0.149 0.001 170 0.028 0.150 0.001 180 0.029 0.152 0.002 190 0.029 0.154 0.002 200 0.030 0.155 0.002 210 0.031 0.157 0.002 220 0.032 0.158 0.002 230 0.032 0.160 0.002 240 0.033 0.161 0.002 250 0.034 0.162 0.002 260 0.034 0.164 0.002 270 0.035 0.165 0.002 280 0.036 0.166 0.002 290 0.036 0.167 0.002 300 0.037 0.169 0.003 310 0.037 0.170 0.003 320 0.038 0.171 0.003 330 0.039 0.172 0.003 340 0.039 0.173 0.003 Từ thông số trên, ta thiết kế buồng xoắn có hình dạng kích thước hình (4.21) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 111 Hình 4.21 Vỏ tuabin sau thiết kế Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 112 4.4 Tính tốn thiết kế hộp giảm tốc cho dẫn động quay tang trống Như đề cập phần đầu chương sơ đồ bố trí hệ dẫn động quay tang trống hình 4.7, ta thấy hộp giảm tốc vừa có tác dụng giảm số vịng quay, mặt khác tăng mô men xoắn truyền từ nguồn động lực (ở tuabin) đến thiết bị dẫn động (tang trống) Hộp giảm tốc có cấu tạo gồm cặp bánh ăn khớp với nhau, lắp trục, có trục vào (nối với trục tuabin để nhận mô men số vòng quay từ trục tuabin) trục (nối với truyền bánh – vành để dẫn động quay cho truyền này) Để lắp cố định trục vỏ hộp giảm tốc, ta dùng ổ lăn Vì ổ lăn có hệ số ma sát nhỏ nên tổn thất công suất ổ nhỏ, mặt khác ổ lăn đáp ứng yêu cầu độ cứng vững trục quay truyền mô men 4.4.1 Phân phối tỷ số truyền cho cặp bánh Theo kết tính tốn mục 4.3.2.3, ta có tỷ số truyền hộp giảm tốc thiết kế là: ihgt = 27 Để phân phối tỷ số truyền cho cặp bánh răng, ta cần dựa theo điều kiện sau: - Số cặp bánh ăn khớp với hay số lượng trục bé có thể, để đảm bảo điều kiện kết cấu hộp giảm tốc đơn giản, kích thước trọng lượng nhỏ, giá thành chế tạo thấp,… - Tuy giảm số lượng cặp bánh răng, yêu cầu tỷ số truyền cặp bánh phải lớn, chênh lệch kích thước bánh chủ động bị động lớn nên ảnh hưởng đến điều kiện bôi trơn cặp bánh (giả sử mức dầu bôi trơn cho phép, bánh bị động (bánh lớn) ngập dầu bánh chủ động (bánh nhỏ) lại không ngập Hơn nữa, chưa kể tăng lên mức kích thước bánh lớn (do tỷ số truyền cao) ảnh hưởng đến kích thước tổng quan hộp giảm tốc, có cịn trường hợp chọn tỷ số truyền cho cặp bánh thấp làm nhiều cặp bánh - Khi phân phối tỷ số truyền cặp bánh răng, nên ưu tiên tỷ số truyền nhau, hay cặp bánh để đơn giản cho trình chế tạo Nghĩa khơng cần chuẩn bị q nhiều khn đúc đồ gá, máy móc khác để gia công đúc gia công cắt gọt Điều cho phép giảm giá thành chế tạo sản phẩm Mặt khác cặp bánh lắp lẫn với lắp ráp lần đầu hộp giảm tốc Hơn số lượng loại cặp bánh dễ dự báo số lượng Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 113 cần chế tạo dư để dự trữ Qua phân tích trên, ta phân phối tỷ số truyền với trường hợp hai cặp bánh – ba trục đỡ trường hợp ba cặp bánh – trục đỡ Trường hợp 1: Hai cặp bánh – ba trục đỡ Với cách phân phối tỷ số truyền này, tính sơ theo điều kiện cặp bánh giống nhau, ta có: i1 = i2 = ihgt = 27 = 5, Trong đó: i1 , i2 - Lần lượt tỷ số truyền cặp bánh cặp bánh thứ cặp bánh nói chung Ta thấy với trường hợp này, ta thấy mặt dù số lượng cặp bánh trục nhỏ, tỷ số truyền cao Do vi phạm điều kiện kích thước tổng quan hộp giảm tốc phải nhỏ gọn điều kiện bôi trơn cặp bánh Trường hợp 2: Ba cặp bánh – bốn trục đỡ Ta có tỷ số truyền cặp bánh tính sau: i1 = i2 = i3 = i = ihgt = 27 = i1 , i2 , i3 - Lần lượt tỷ số truyền cặp bánh cặp bánh cặp bánh cặp bánh nói chung Trong trường hợp này, tỷ số truyền cặp bánh hợp lý, đảm bảo yêu cầu nêu trên, nên ta tính tốn thiết kế theo phương án 4.4.2 Chọn sơ đồ bố trí cặp bánh Theo sơ đồ bố trí hệ dẫn động quay tang trống hình 4.7, ta biết vị trí lắp đặt hộp giảm tốc, không gian giới hạn cho hộp giảm tốc Nên bố trí cặp bánh ta phải đảm bảo cho kích thước tổng thể hộp giảm tốc phải phù hợp với vị trí lắp đặt Với hộp giảm tốc ba cặp bánh răng, ta bố trí theo hai cách sau: Phương án 1: Bố trí hình 4.22 Với cách bố trí trên, ta thấy đường trục cặp bánh (hay trục đỡ) nằm đường thẳng Như trường hợp này, hộp giảm tốc có chênh lệch kích thước cao dài, tức có xu hướng dài phía sau Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 114 Hình 4.22 Sơ đồ bố trí cặp bánh theo phương án Phương án 2: Bố trí hình 4.23 Hình 4.23 Sơ đồ bố trí cặp bánh theo phương án 1- Cặp bánh thứ 1; 2- Cặp bánh thứ 3; 3- Cặp bánh thứ Với phương án bố trí này, ta thấy có ưu điểm kích thước dài cao hài hịa so với phương án bố trí Tức chiều dài chiều cao không chênh lệch, chí có dạng hình vng Khi bố trí khung xe thuận tiện tận dụng khoảng khơng theo chiều cao hộp giảm tốc (khơng gian phía hộp giảm tốc trống trải khơng có thiết bị, cấu bố trí đó) Nếu Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 115 chọn sơ đồ hộp giảm tốc theo phương án 1, ta thấy kích thước dài lớn làm tằng chiều dài khung xe Do làm tăng độ cồng kềnh phương tiện, khơng tận dụng khơng gian trống phía hộp giảm tốc Vậy ta chọn cách bố trí cặp bánh theo phương án 4.4.3 Xác định thông số truyền bánh hộp giảm tốc Như đề cập trên, kích thước hộp giảm tốc nên giảm nhỏ có thể, để đảm bảo điều kiện nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ,… Mà kích thước tổng quan hộp giảm tốc lại định kích thước truyền bánh hộp giảm tốc Trong đặc thù hộp giảm tốc chủ yếu giảm số vòng quay truyền đến cho tang trống, phần truyền mơ men xoắn nhỏ, nên điều kiện hoạt động không nặng nhọc Như ta thiết kế truyền bánh theo hướng giảm tối đa kích thước - Xác định số răng, mơ đun cặp bánh răng: Ta có kích thước bánh răng, đường kính bánh tỷ lệ với mô đun số bánh Theo tài liệu [9], tính cho trường hợp cặp bánh tiêu chuẩn (khơng dịch chỉnh), góc ăn khớp hay góc áp lực  = 20o khơng xảy tình trạng cắt chân răng, số tối thiểu bánh nhỏ (bánh chủ động) Z1 = 17 Như bánh chủ động với số 17 có kích thước nhỏ (xét cho trường hợp trên) Suy số bánh bị động: Z = i.Z1 = 3.17 = 51 [răng] Trong đó: Z1 - Số bánh chủ động (bánh nhỏ), [răng] Z - Số bánh bị động (bánh lớn), [răng] Theo tài liệu [10], trị số mô đun bánh chọn theo dãy số tiêu chuẩn Thông thường với truyền bánh ta chọn mơ đun m=2 Do ta có đường kính vịng lăn bánh chủ động tính sau: d1 = m.Z1 (4.42) Trong đó: d1 - Đường kính vịng lăn bánh chủ động, [mm] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 116 m - Mơ đun bánh Z1 - Số bánh chủ, [răng] Thay số vào (5.42) ta được: d1 = 2.17 = 34 [mm] Tương tự với bánh bị động ta có: d = m.Z (4.43) Trong đó: d - Đường kính vịng lăn bánh bị động, [mm] m - Mô đun bánh Z - Số bánh bị động, [răng] Thay số vào (5.43) ta được: d1 = 2.51 = 102 [mm] - Xác định góc ăn khớp, góc nghiêng răng, khoảng cách trục bề rộng bánh răng: Góc ăn khớp (tức xét cho trường hợp hai bánh ăn khớp với nhau) hay góc áp lực (xét cho trường hợp gia công bánh phương pháp bao hình):  = 20o Khi ta có khoảng cách trục cặp bánh tính sau: A= d1 + d 2 (4.44) Trong đó: d1 - Đường kính vịng lăn bánh chủ động, [mm] d - Đường kính vịng lăn bánh bị động, [mm] A- Khoảng cách trục cặp bánh răng, [mm] Thay số vào (4.44) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 117 A= 34 + 102 = 68 [mm] Đối với bánh trụ, ta thường có ba loại bánh trụ thẳng, bánh trụ nghiêng loại chữ V Tùy theo điều kiện làm việc tình trạng chịu lực, ta sử dụng loại bánh cho phù hợp Thông thường, cặp bánh làm việc điều kiện nặng nhọc, tức truyền giá trị mơ men lớn, để trình ăn khớp êm dịu, ta sử dụng loại bánh trụ nghiêng chữ V Sở dĩ đặc điểm loại bánh q trình ăn khớp diễn từ từ theo chiều dọc trục bánh răng, không vào khớp – khớp đột ngột loại thẳng Với cặp bánh hộp giảm tốc thiết kế, truyền mô men không lớn nên ta chọn loại bánh trụ thẳng, mục đích để giảm tính cơng nghệ gia cơng, qua giảm giá thành sản phẩm Vậy góc nghiêng  Theo tài liệu [10], bề rộng bánh ảnh hưởng đến độ bền truyền lực tiếp nhận lực cặp bánh Nếu bề rộng bánh tăng, cặp bánh đảm bảo độ bền ăn khớp Tuy nhiên bề rộng bánh lớn quá, dư bền lại gây lãng phí vật liệu Do cặp bánh làm việc điều kiện không nặng nhọc, nên ta chọn bề rộng bánh tương đối nhỏ, mục đích để tiết kiệm vật liệu giảm trọng lượng cho hộp giảm tốc Chọn bề rộng bánh bị động: b2 = 10 [mm] Bề rộng bánh chủ động, thường chọn lớn chút để đảm bảo cặp bánh tiếp xúc hoàn toàn theo chiều dọc bánh răng, cặp bánh làm việc (sỡ dĩ để loại bỏ ảnh hưởng xê dịch dọc trục lực dọc trục tác động), chọn b1 = 14 [mm] - Các thông số chi tiết cặp bánh răng: Ta có kích thước hình học bánh cịn thể thơng qua: Đường kính vịng đỉnh bánh chủ động, theo tài liệu [10] xác định sau: d a1 = d1 + 2.m (4.45) Trong đó: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 118 d a1 - Đường kính vịng đỉnh bánh chủ động, [mm] d1 - Đường kính vịng lăn bánh chủ động, [mm] m - Mô đun bánh Thay số vào (4.45) ta được: d a1 = 34 + 2.2 = 38 [mm] Đường kính vịng chân bánh chủ động: d f = d1 − 2,5.m (4.46) Trong đó: d f - Đường kính vòng đỉnh bánh chủ động, [mm] d1 - Đường kính vịng lăn bánh chủ động, [mm] m - Mô đun bánh Thay số vào (4.46) ta được: d f = 34 − 2,5.2 = 29 [mm] Tương tự tính với bánh bị động, ta có thơng số sau: Đường kính vịng đỉnh: d a = 106 [mm] Đường kính vòng chân: d f = 97 [mm] - Xác định mô men lực tác dụng lên cặp bánh thứ 1: Từ sơ đồ hình 4.7, cách gần ta suy mô men truyền từ trục đầu hộp số (hay mô men truyền từ trục bánh bị động cặp 1) tính sau: M1 = M dd max ivr (4.47) Trong đó: M1 - Mơ men trục bánh bị động cặp 1, [N.m] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 119 M dd max - Mơ men lớn dẫn động quay tang trống, [N.m] ivr - Tỷ số truyền cặp bánh – vành Thay số vào (4.47) ta được: M1 = 130 = 8, 26 [N.m] 15,747 Suy lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp bánh thứ 1: Pt = 2.M d2 (4.48) Trong đó: Pt - Lực vòng tác dụng lên bánh cặp 1, [N] M1 - Mô men trục bánh bị động cặp 1, [N.m] d - Đường kính vịng lăn bánh bị động, [m] Thay số vào (4.48) ta được: Pt = 2.8, 26 = 161,87 [N] 0,102 Theo tài liệu [10], lực hướng tâm xác định sau: Pr = Pt tg (4.49) Trong đó: Pr - Lực hướng tâm tác dụng lên bánh cặp 1, [N] Pt - Lực vòng tác dụng lên bánh cặp 1, [N]  - Góc ăn khớp hay góc áp lực Thay số vào (4.49) ta được: Pr = 161,87.tg 20o = 58,9 [N] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 120 Sở dĩ ta quan tâm đến lực mô men tác dụng lên cặp bánh thứ cặp bánh chịu lực mơ men lớn ba cặp bánh hộp giảm tốc, thơng số kích thước chúng Do tính tốn kiểm nghiệm bền, ta thực cặp bánh Nếu đủ bền, hiển nhiên cặp lại - Tính tốn kiểm nghiệm bền cho cặp bánh thứ 1: + Vật liệu làm bánh chủ động bánh bị động: Chọn thép C35 thường hóa, với giả thiết đường kính phơi từ 100 – 300 [mm], tra bảng 3-8 tài liệu [10] ta có tính loại thép này: Giới hạn bền kéo  bk =500 [N / mm ] Giới hạn chảy  ch = 260 [N / mm ] HB = 170 + Định ứng suất tiếp xúc ứng suất uốn cho phép: Ta có ứng suất tiếp xúc cho phép, theo tài liệu [10]:  tx  =  Notx .kN' (4.50) Trong đó:  tx  - Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh răng, [N / m  Notx  ] - Ứng suất mỏi tiếp xúc cho phép bánh làm việc lâu dài, phụ thuộc vào độ rắn Brinen, [N / m ] Theo bảng 3-9 tài liệu [10], ta có:  Notx  = 2,6.HB = 2,6.170 = 442 [N / m ] kN' - Hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, tính với trường hợp bánh làm việc lâu dài, theo tài liệu [10], ta chọn k N' = Thay số vào (4.50) ta được:  tx  = 442.1 = 442 [N / m ] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 121 Ứng suất uốn cho phép, tính cho trường hợp bánh làm việc mặt, xác định theo công thức:  u (1, − 1,6). −1.k N'' = n.K Trong đó:  u - Ứng suất uốn cho phép bánh răng, [N / m ]  −1 - Giới hạn mỏi uốn chu kỳ đối xứng, [N / m ] Theo tài liệu [10] ta có:  −1 = (0, − 0, 45). bk Trong đó:  bk - Giới hạn bền kéo vật liệu làm bánh răng, [N / m ] Vì bánh chịu tải trọng nhẹ, nên ta chọn:  −1 = 0, 4. bk (4.51) Thay số vào (4.51) ta được:  −1 = 0,4.500 = 200 [N / m ] kN'' - Hệ số chu kỳ ứng suất uốn, làm việc lâu dài, chọn k N'' = n – Hệ số an tồn Đối với bánh thép thường hóa, chọn n=1,5 K - Hệ số tập trung ứng suất chân Đối với bánh thép thường hóa, chọn K =1,8 Vì bánh chịu tải trọng nhẹ, chọn ứng suất uốn cho phép theo công thức:  u 1, 4. −1.k N'' = n.K (4.52) Thay số vào (4.52) ta được:  u = 1, 4.200.1 = 103,7 [N / m ] 1,5.1,8 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 122 + Xác định hệ số tải trọng K: Theo tài liệu [10], hệ số tải trọng tính theo cơng thức: K = Ktt K d (4.53) Trong đó: K – Hệ số tải trọng truyền bánh K tt - Hệ số tập trung tải trọng Ta có hệ số chiều rộng bánh tính theo cơng thức: d = b1 (4.54) d1 Trong đó:  d - Hệ số chiều rộng bánh b1 - Bề rộng bánh chủ động, [mm] d1 - Đường kính vịng lăn bánh chủ động, [mm] Thay số vào (4.54) ta được: d = 14 = 0, 41 34 Giả thiết với trường hợp truyền khơng chạy mịn tải trọng thay đổi, tra bảng 3-12 tài liệu [10] ta Ktt = K d - Hệ số tải trọng động Tính trường hợp vận tốc vịng bánh chủ động nhỏ [m/s], cấp xác chế tạo bánh 9, tra bảng 3-13 tài liệu [10] ta K d = Thay số vào (4.53) ta có: K = 1.1 = + Tính kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 123 Theo tài liệu [10], công thức kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc truyền bánh trụ thẳng tính sau: 1,05 (i + 1)3 K N br1  tx =   tx  A.i b2 n2 (4.55) Trong đó: A – Khoảng cách trục cặp bánh răng, [mm] i – Tỷ số truyền cặp bánh K – Hệ số tải trọng truyền bánh Nbr1 - Công suất dẫn động truyền cặp bánh thứ 1, [kW] b2 - Bề rộng bánh bị động, [mm] n2 - Tốc độ quay trục bánh bị động, [vòng/phút] Ta có cơng suất truyền cặp bánh thứ tính sau: N br1 = N dd tt vrol (4.56) Trong đó: Ndd - Cơng suất cần thiết để dẫn động quay tang trống, [W] tt - Hiệu suất cặp ổ lăn lắp tang trống với khung, tt = 0.995  vr - Hiệu suất cặp bánh răng-vành ăn khớp với nhau,  vr = 0,96  ol - Hiệu suất cặp ổ lăn đỡ trục,  ol =0.99 Thay số vào (4.55) ta được: N br1 = 4, 45 = 4,7 [W] = 0,0047 [kW] 0,995.0,96.0,99 Tốc độ quay trục bánh bị động cặp bánh thứ tính theo công thức: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 124 n2 = ntb ivr (4.57) Trong đó: n2 - Tốc độ quay trục bánh bị động cặp thứ 1, [vịng/phút] ntb - Tốc độ quay trung bình tang trống, [vòng/phút] ivr - Tỷ số truyền cặp bánh – vành Thay số vào (4.57) ta được: n2 = 0,327.15,747 = 5,15 [vòng/phút] Thay số vào (5.55) ta được: 1,05.106 (3 + 1)3 1.0,0047  tx = = 393, [N / m ] 68.3 10.5,15 Do  tx <  tx  nên truyền thõa mãn độ bền tiếp xúc + Kiểm nghiệm sức bền uốn: Theo tài liệu [10], công thức kiểm nghiệm sức bền uốn truyền bánh trụ thẳng tính sau: 1,91.106.K N br1 u =   u  y.m Z n.b Trong đó:  u - Ứng suất uốn bánh răng, [N / m ] K – Hệ số tải trọng truyền bánh Nbr1 - Công suất dẫn động truyền cặp bánh thứ 1, [kW] y – Hệ số dạng Tra bảng 3-18 tài liệu [10], ta có hệ số dạng bánh chủ động y1 = 0,357 , bánh bị động y2 = 0, 49 m – Mô đun bánh Z – Số bánh Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 125 n – Tốc độ quay trục bánh răng, [vòng/phút] b – Bề rộng bánh răng, [mm] Đối với bánh chủ động ta có: 1,91.106.K Nbr1  u1 =   u  y1.m2 Z1.n1.b1 (4.58) Ta có tốc độ quay trục bánh chủ động tính sau: n1 = n2 i1 (4.59) Trong đó: n1 - Tốc độ quay trục bánh chủ động cặp thứ 1, [vòng/phút] n2 - Tốc độ quay trục bánh bị động cặp thứ 1, [vòng/phút] i1 - Tỷ số truyền cặp bánh thứ Thay số vào (4.59) ta được: n1 = 5,15.3 = 15, 45 [vòng/phút] Thay số vào (4.58) ta được: 1,91.106.1.0,0047  u1 = = 6,84 [N / m ] 0,357.2 2.17.15, 45.14 Suy ứng suất uốn bánh bị động:  u =  u1 y1 y2 (4.60) Thay số vào (4.60) ta được:  u = 6,84 0,357 = 4,98 [N / m ] 0, 49 Ta thấy ứng suất uốn bánh chủ động bánh bị động nhỏ ứng suất uốn cho phép nên truyền thõa mãn yêu cầu độ bền uốn Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 126 4.4.4 Tính tốn thiết kế trục ổ đỡ Theo hướng thiết kế nêu, bánh loại làm giống nhau, nên với trục đỡ có thơng số tương tự với nhau, để thuận tiện cho việc gia công chế tạo Như vậy, trường hợp ta tính tốn với trục cặp bánh chịu tải trọng lớn nhất, đảm bảo độ bền cho chúng hiển nhiên trục cịn lại thỏa mãn Do ta tiến hành tính tốn với trục cặp bánh thứ 4.4.4.1 Tính tốn trục bánh bị động Qua tính tốn sơ vẽ phát thảo mặt cắt hộp giảm tốc, bao gồm bánh răng, trục đỡ, ổ bi đỡ vỏ hộp, ta chọn kích thước sau hình 4.24 Hình 4.24 Mặt cắt sơ đồ hộp giảm tốc Do ta có khoảng cách điểm đặt lực bánh đến gối đỡ (ổ lăn) : a = 22 [mm] Khoảng cách hai điểm đặt lực hai bánh trục là: b = 60 [mm] Khoảng cách điểm đặt lực bánh bên trái đến gối đỡ bên phải là: c = a + b = 22 + 60 = 82 [mm] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 127 Hình 4.25 Sơ đồ tính tốn lực trục bị động Từ ta vẽ sơ đồ lực tác dụng lên bánh bị động trục đỡ nó, hình 4.25 - Xác định phản lực RAx , RAy RBx RBy gối đỡ A B: Ta có phản lực RAx , RBx sinh gối đỡ lực Pt tác dụng Để xác định RAx , RBx ta lập hệ phương trình:  RAx = Pt − RBx  RAx + RBx = Pt    P a RBx = t  Pt a = RBx c  c  Trong đó: (4.61) RAx , RAy - Phản lực gối đỡ A, [N] RBx , RBy - Phản lực gối đỡ B, [N] Pt - Lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp bánh thứ 1, [N] Pr - Lực hướng tâm tác dụng lên bánh bị động cặp bánh thứ 1, [N] a, b, c – Các thống số kích thước hình 4.23 Thay số vào hệ phương trình (4.61) ta được:  RAx = 161,87 − 34, 24 = 127,63[N ]   161,87.22 RBx = = 34, 24[N ]  82  Phản lực RAy , RBy xuất gối đỡ lực Pr tác dụng Tương tự để xác định RAy , RBy ta lập hệ phương trình:  RAy = Pr − RBy  RAy + RBy = Pr    Pr a  Pr a = RBy c  RBy = c  (4.62) Thay số vào hệ phương trình (4.62) ta được:  RAy = 58,9 − 12, 46 = 34, 46[ N ]   58,9.22 = 12, 46[ N ]  RBy = 82  - Vẽ biểu đồ lực cắt Qx , Q y , mô men uốn M x , M y , mô men xoắn M z : Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 128 Hình 4.26 Biểu đồ nội lực trục bánh bị động cặp1 - Tính mơ men uốn tổng cộng M u , mô men uốn tương đương M td tiết diện bánh tiết diện đặt ổ bi đỡ: Tại tiết diện bánh răng, ta có: M ub = M x + M y (4.63) Trong đó: M ub - Mơ men uốn tổng cộng tiết diện bánh bị động, [N.m] M x , M y - Mô men uốn theo trục x y, [N.m] Thay số vào (4.63) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 129 M ub = 1,022 + 2,82 = 2,99 [N.m] Theo tài liệu [14], mô men uốn tương đương tiết diện bánh xác định theo công thức: M tdb = M ub + 0,75M zb (4.64) Trong đó: M tdb - Mô men uốn tương đương tiết diện bánh bị động, [N.m] M ub - Mô men uốn tổng cộng tiết diện bánh bị động, [N.m] M zb - Mô men xoắn tiết diện bánh bị động, [N.m] Ta có M zb = M1 M1 - Mô men xoắn trục bánh bị động cặp bánh thứ 1, [N.m] Thay số vào (4.64) ta được: M tdb = 2,992 + 0,75.8,262 = 7,75 [N.m] Tương tự tiết diện ổ bi đỡ, ta có: M uo = ; M tdo = M uo + 0,75.M zo = 02 + 0,75.8,262 = 7,15 [N.m] Trong đó: M tdo - Mô men uốn tương đương tiết diện ổ bi đỡ, [N.m] M uo - Mô men uốn tổng cộng tiết diện ổ bi đỡ, [N.m] M zo - Mô men xoắn tiết diện ổ bi đỡ, [N.m] Ta có M zo = M1 - Tính đường kính trục tiết diện bánh đường kính trục tiết diện ổ bi đỡ: Chọn vật liệu làm trục: Thép C45 Theo tài liệu [15], đường kính trục tiết diện bánh bị động xác định theo công thức: db  kd M tdb (4.65) Trong đó: db - Đường kính trục tiết diện bánh bị động, [mm] M tdb - Mô men uốn tương đương tiết diện bánh bị động, [N.m] kd - Hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào vật liệu làm trục, kd = − 4,6 Chọn kd = 4,5 Thay số vào (4.63), ta suy đường kính trục tiết diện bánh bị động là: db  4,5 7,75 = 8,9 [mm] Chọn db = 19 [mm] Đường kính trục tiết diện ổ bi đỡ xác định theo công thức: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 130 d ol  kd M td (4.66) Trong đó: d ol - Đường kính trục tiết diện ổ bi đỡ, [mm] kd - Hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào vật liệu làm trục M tdo - Mô men uốn tương đương tiết diện ổ bi đỡ, [N.m] Thay số vào (4.66) ta được: dol  4,5 7,15 = 8,7 [mm] Chọn sơ d ol = 15 [mm] 4.4.4.2 Tính tốn trục bánh chủ động Ta có lực tác dụng lên bánh chủ động cặp bánh lực tác dụng lên bánh bị động (theo định luật III Newton), nên: Pt1 = Pt , Pr1 = Pr Trong đó: Pt1 - Lực vịng tác dụng lên bánh chủ động cặp 1, [N] Pt - Lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp 1, [N] Pr1 - Lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp 1, [N] Pr - Lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp 1, [N] Từ sơ đồ hình 5.22, ta có mơ men truyền trục bánh chủ động cặp thứ tính sau: M2 = M1 i1 (4.67) Trong đó: M - Mô men trục bánh chủ động cặp thứ 1, [N.m] M1 - Mô men trục bánh bị động cặp thứ 1, [N.m] i1 - Tỷ số truyền cặp bánh thứ hộp giảm tốc Thay số vào (4.67) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 131 M2 = 8, 26 = 2, 75 [N.m] Suy lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp thứ tính theo cơng thức: Pt = 2.M d2 (4.68) Trong đó: Pt - Lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp 2, [N] M - Mô men trục bánh chủ động cặp 1, [N.m] d - Đường kính vịng lăn bánh bị động cặp 2, [m] Thay số vào (4.68) ta được: Pt = 2.2,75 = 53,96 [N] 0,102 Theo tài liệu [10], lực hướng tâm xác định sau: Pr = Pt tg (4.69) Trong đó: Pr - Lực hướng tâm tác dụng lên bánh bị động cặp 2, [N] Pt - Lực vòng tác dụng lên bánh bị động cặp 2, [N]  - Góc ăn khớp hay góc áp lực Thay số vào (4.69) ta được: Pr = 53,96.tg 20o = 19,64 [N] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 132 Hình 4.27 Sơ đồ tính toán lực trục chủ động - Xác định phản lực RAx , RAy RBx RBy gối đỡ A B: Ta có phản lực RAx , RBx sinh gối đỡ lực Pt1 Pr tác dụng Để xác định RAx , RBx ta lập hệ phương trình:  RAx = Pt1 − Pr − RBx  RAx + RBx = Pt1 − Pr   Pt1.a − Pr (a + b) (4.70)  R = P a − P ( a + b ) = R ( a + c ) Bx r2 Bx  t1  (a + c)  Thay số vào (4.70) ta được:  RAx = 161,87 − 19,64 − 18,75 = 123, 47[N ]  161,87.0,022 − 19,64.(0,022 + 0,06)  R = = 18,75[N ] Bx  (0,022 + 0,082)  Phản lực RAy , RBy xuất gối đỡ lực Pr1 Pt tác dụng Tương tự để xác định RAy , RBy ta lập hệ phương trình:  RAy = Pr1 − Pt − RBy  RAy + RBy = Pr1 − Pt    Pr1.a − Pt (a + b)  Pr1.a − Pt ( a + b) = RBy (a + c )  RBy = (a + c)  (4.71) Thay số vào (4.71) ta được:  RAy = 58,92 − 53,96 − (−30,08) = 35,04[N ]  58,92.0,022 − 53,96.(0,022 + 0,06)  = −30,08[N ]  RBy = (0,022 + 0,082)  RBy có giá trị âm chứng tỏ chiều lực chiều ngược lại - Vẽ biểu đồ lực cắt Qx , Q y , mô men uốn M x , M y , mô men xoắn M z : Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 133 Hình 4.28 Biểu đồ nội lực trục bánh chủ động cặp - Tính mơ men uốn tổng cộng M u , mô men uốn tương đương M td tiết diện bánh chủ động cặp 1: Tại tiết diện bánh chủ động cặp 1, ta có: M u1 = M x12 + M y12 (4.72) Trong đó: M u1 - Mơ men uốn tổng cộng tiết diện bánh chủ động cặp 1, [N.m] M x1 , M y1 - Mô men uốn theo trục x y tiết diện bánh chủ động cặp 1, [N.m] Thay số vào (4.72) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 134 M u1 = 0,772 + 2,72 = 2,8 [N.m] Theo tài liệu [14], mô men uốn tương đương tiết diện bánh chủ động cặp xác định theo công thức: M td = M u12 + 0,75M z12 (4.73) Trong đó: M td - Mơ men uốn tương đương tiết diện bánh chủ động cặp 1, [N.m] M u1 - Mô men uốn tổng cộng tiết diện bánh chủ động cặp 1, [N.m] M z1 - Mô men xoắn tiết diện bánh chủ động cặp [N.m] Ta có M z1 = M2 M - Mô men xoắn trục bánh chủ động cặp bánh thứ 1, [N.m] Thay số vào (4.73) ta được: M tdb = 2,82 + 0,75.2,752 = 3,68 [N.m] - Tính đường kính trục tiết diện bánh chủ động cặp 1: Chọn vật liệu làm trục: Thép C45 Theo tài liệu [15], đường kính trục tiết diện bánh bị động xác định theo công thức: db1  kd M td (4.74) Trong đó: db1 - Đường kính trục tiết diện bánh chủ động cặp 1, [mm] M td - Mô men uốn tương đương tiết diện bánh chủ động cặp 1, [N.m] kd - Hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào vật liệu làm trục, kd = − 4,6 Chọn kd = 4,5 Thay số vào (4.74), ta suy đường kính trục tiết diện bánh chủ động cặp là: db1  4,5 3,68 = 6,95 [mm] Chọn db1 = 19 [mm] 4.4.4.3 Tính chọn ổ đỡ Theo kết tính tốn phần trên, ta có đường kính trục tiết diện ổ lăn, hay đường kính vịng ổ lăn lắp trục là: d o / = 15 [mm] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 135 Dựa biểu đồ nội lực hình 5.24, ta có ổ lăn chịu lực lớn gối đỡ A trục lắp bánh bị động cặp Phản lực gối đỡ bằng: 2 RA = RAx + RAy = 127,632 + 46,452 = 132,14 [N] Vì khơng có lực dọc trục tác dụng nên ta chọn ổ lăn ổ bi lòng cầu dãy Tra cứu thơng số đường kính vịng 15 [mm], tải trọng tác dụng 132,14 [N], theo tài liệu [16], ta chọn ổ bi SKF W6002 với thơng số cụ thể như: Đường kính vịng trong: 15 [mm] Đường kính vịng ngồi: 32 [mm] Bề rộng ổ bi: [mm] Chịu tải trọng tĩnh lớn nhất: 2,8 [kN] Chịu tải trọng động lớn nhất: 4,88 [kN] Số vịng quay cực đại: 32000 [vịng/phút] 4.4.5 Tính chọn thông số khác - Chọn kiểu lắp: Chọn kiểu lắp trục bánh bị động: Lắp trung gian có kí hiệu H7 19 k6 Chọn kiểu lắp trục bánh bị động: Lắp trung gian có kí hiệu H7 19 k6 Kiểu lắp vòng ổ bi W6002 trục 15 k6 Kiểu lắp vịng ngồi ổ bi W6002 vỏ hộp 32 G7 - Chọn vật liệu làm vỏ hộp gang xám, chế tạo vỏ hộp theo phương pháp đúc Bề dày nhỏ vỏ hộp [mm] - Bôi trơn ổ lăn bánh răng: Sở dĩ ta cần phải bôi trơn để giảm mát công suất ma sát, giảm mài mịn, đảm bảo nhiệt bảo vệ bề mặt chi tiết tránh bị han gỉ Chọn phương pháp bôi trơn bánh ngâm dầu, bôi trơn ổ lăn mỡ Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 136 Hình 4.29 Hộp giảm tốc sau tính toán thiết kế Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 137 4.5 Tính chọn bơm nước cung cấp cho vận hành xe - Xác định số thông số hệ thống lưới sơ đồ mạch thủy lực tính tốn: Hình 4.30 Sơ đồ mạch thủy lực xe tưới nước tự 1- Bơm; 2- Tuabin; 3- Súng phun mưa Từ sơ đồ hình 3,3 sơ đồ hình 4.7, ta vẽ lại sơ đồ mạch thủy lực xe hình 4.30 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 138 Ta có chiều dài đoạn ống quãng đường kéo súng phun mưa L Do cần phải có đoạn ống cố định làm nhiệm vụ chuyển tiếp nên chiều dài đoạn ống kể từ đầu vô tang trống đến súng phun mưa L’ (được biểu diễn hình 4.30) Chọn L’=52 [m] Chiều dài đoạn ống từ đầu vô tuabin đến đầu vô tang trống (hay đoạn ống nối tắc tuabin) l Qua bố trí sơ bộ, ta chọn l = [m] Theo tài liệu [8], bơm nước cung cấp cho hệ thống lưới cần phải thỏa mãn lưu lượng cột áp yêu cầu chế độ hoạt động hệ thống Trong trường hợp này, hệ thống lưới mạch thủy lực bao gồm đường ống dẫn, tuabin, súng phun mưa,…như hình 5.30 Do lưu lượng yêu cầu bơm chế độ thiết kế lưu lượng nước tưới Q Cịn cột áp cần thiết bơm phải đảm bảo khắc phục tổn thất cột áp dọc đường đoạn đường ống, cột áp cần cung cấp cho tuabin làm việc, cột áp cần thiết miệng súng phun mưa, để dịng nước phun với lưu lượng bán kính tưới nêu Với lập luận vậy, để tính tốn ta dựa theo phương pháp cho trước loại bơm phù hợp, sẵn có thị trường, đặt vào hệ thống lưới trên, tính tốn thỏa mãn u cầu hệ thống lưới để xác định đường ống đẩy dài bơm Sở dĩ ta cần xác định thơng số đường ống đẩy bơm chiều dài đường ống hút bơm ta xác định trước Bởi chiều dài đường ống hút bơm khơng vượt giới hạn chiều cao hút (ta coi đường ống hút bố trí theo phương thẳng đứng), để tránh tượng xâm thực cánh bơm (làm ăn mòn cánh bơm, giảm tuổi thọ hoạt động bơm) chí bơm khơng hút nước Trong chiều dài đường ống đẩy lại không bị giới hạn điều kiện nào, có phụ thuộc vào lực cung cấp bơm (điều đương nhiên) Vì ta chọn trước chiều dài đường ống hút theo tiêu chí giảm tối đa kích thước phù hợp với địa hình tưới Do ta chọn l’ = [m] - Áp dụng phương trình Béc-nu-li vào toán thủy lực: Theo tài liệu [8], ta viết phương trình Béc-nu-li cho hai mặt cắt a-a b-b theo hai đoạn đường ống, đoạn qua tuabin đoạn nối tắc qua tuabin: Phương trình Béc-nu-li cho hai mặt cắt a-a b-b theo đoạn ống nối tắc tuabin, giả thiết với dòng chất lỏng lý tưởng bỏ qua tổn thất cục (tức tổn thất đoạn đường ống gấp khúc, ngoặc, thiết kế ta hạn chế tối đa tổn thất này): Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 139 v  ''.L ''.v .l.v12 (4.75) H b = Z + + + +  2g d 2.g d1.2.g p Trong đó: H b - Cột áp cung cấp bơm đoạn ống hai mặt cắt a-a b-b, [m] Z - Chênh lệch độ cao hình học (hay chênh lệch vị năng) hai mặt cắt a-a b-b, [m] p  - Chênh lệch áp hai mặt cắt a-a b-b, [m] Trong đó: p - Chênh lệch áp suất hai mặt cắt a-a b-b, [Pa]  - Trọng lượng riêng chất lỏng công tác, nước, [N / m3 ] v - Chênh lệch động hai mặt cắt a-a b-b, [m] 2g Trong đó: v2 - Chênh lệch bình phương vận tốc hai mặt cắt a-a b-b, [m/s] g- Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m / s ]  ''.L ''.v d 2.g - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống đẩy bơm, [m] Trong đó:  '' - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống đẩy bơm L’’ – Chiều dài đoạn ống đẩy bơm, [m] v- Vận tốc đường ống đẩy, [m/s] d – Đường kính ống đẩy [m]  l.v12 d1.2.g - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 140 Trong đó:  - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống nối tắc qua tuabin, giả thiết hệ số tổn thất dọc đường đoạn ống qua tuabin l – Chiều dài đoạn đường ống nối tắc qua tuabin, chiều dài đoạn ống qua tuabin, [m] v1 - Vận tốc đoạn đường ống nối tắc qua tuabin, [m/s] d1 - Đường kính đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] Viết phương trình Béc-nu-li cho hai mặt cắt a-a b-b theo đoạn ống qua tuabin, giả thiết với dòng chất lỏng lý tưởng bỏ qua tổn thất cục đường ống gấp khúc: H b = Z + p  + v  ''.L ''.v .l.v2 v2 + + H tb + +  2g d 2.g d 2.g 2g (4.76) Trong đó: H b - Cột áp cung cấp bơm đoạn ống hai mặt cắt a-a b-b, [m] H tb - Cột áp cung cấp cho tuabin, [m] .l.v2 d 2.g - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống qua tuabin, [m] Trong đó: v2 - Vận tốc đoạn đường ống qua tuabin, [m/s] d - Đường kính đoạn ống qua tuabin, [m]  v22 - Tổn thất cột áp tuabin, ảnh hưởng cản trở dịng chảy bánh 2g cơng tác tuabin buồng xoắn, [m] Trong đó:  - Hệ số tổn thất tuabin Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 141 - Xác định hệ số tổn thất dọc đường, hệ số tổn thất tuabin thông số khác liên quan : Số Rê-nôn đoạn đường ống đẩy, xác định theo công thức tài liệu [11]: Red = v.d  (4.77) Trong đó: Red - Số Rê-nôn đường ống đẩy v- Vận tốc đường ống đẩy, [m/s] d – Đường kính ống đẩy [m]  - Hệ số nhớt động học nhiệt độ 30o C Chọn đường ống đẩy giống đường ống nối tang trống với súng phun mưa Khi ta có d = 0,056 [m] Ta có vận tốc đường ống đẩy tính sau: v= Q d2  (4.78) Trong đó: v- Vận tốc đường ống đẩy, [m/s] Q – Lưu lượng chảy đường ống đẩy, lưu lượng tưới, [ m3 / s ] d – Đường kính ống đẩy [m] Thay số vào (4.78) ta được: v= 0,014 = 5,54 [m/s] 0,0562  Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 142 Theo tài liệu [12], hệ số nhớt động học nước 30o C  = 0,0000008005 [m / s ] Thay số vào (4.77) ta được: Red = 5,54.0,056 = 387382,3 0,0000008005 Do Red = 387382,3  2300 nên trạng thái chảy rối Giả thiết chảy rối thành trơn thủy lực, theo tài liệu [11], hệ số cản dọc đường đoạn ống đẩy xác định sau:  '' = 0,3164 R ed 0,25 (4.79) Trong đó:  '' - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống đẩy bơm Red - Số Rê-nôn đường ống đẩy Thay số vào (4.79) ta được:  '' = 0,3164 = 0,013 387382,30,25 Để thuận lợi cho việc tính tốn sau này, cách gần ta coi:  =  '' = 0,013 Từ (4.24) ta có cột áp lý thuyết cần cung cấp cho tuabin là: H l = 0,174 [m] Tuy nhiên ảnh hưởng số cánh bánh công tác hữu hạn (trong giả thiết số cánh vô cùng) hiệu suất thủy lực (do ma sát chất lỏng công tác thành tuabin làm giảm áp suất), nên cột áp thực cần cung cấp cho tuabin để làm việc theo chế độ thiết kế là: H TB = H l  H  (4.80) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 143 Trong đó: HTB - Cột áp thực cần cung cấp cho tuabin, [m] H l - Cột áp lý thuyết vô cung cấp cho tuabin, [m] H - Hiệu suất thủy lực tuabin Theo tài liệu [8], chọn H = 0,9  - Hệ số ảnh hưởng số cánh hữu hạn Theo tài liệu [8], chọn  = 0,8 Thay số vào (4.80) ta được: H TB = 0,174 = 0, 24 [m] 0,9.0,8 Theo tài liệu [7], hệ số cản tuabin  hình thành ảnh hưởng buồng xoắn bánh công tác tuabin đến tổn thất lượng Trong đó, ảnh hưởng buồng xoắn chủ yếu Tổn thất lượng buồng xoắn phụ thuộc vào góc bao  hình dạng tiết diện buồng xoắn Theo thực nghiệm, kiểu buồng xoắn có tiết diện trịn góc bao  = 340o − 345o ,  = 0,12 − 0, 24 tùy theo cột áp làm việc tuabin Do cột áp tuabin đề nhỏ, ta chọn  = 0,15 - Xác định thông số đường kính đường ống nối tắc tuabin đường ống qua tuabin: Từ (4.75) (4.76) ta có: v  ''.L ''.v .l.v12 p v  ''.L ''.v .l.v2 v22 H b = Z + + + + = Z + + + + H tb + +   2g d g d1.2 g  2g d g d 2 g 2g p Suy ra:  l.v12  l.v2 v22 = H tb + +  2g 2g 2g (4.80) Lại có: v1 = Q1 Q ; v2 = 2 Q1 = 3.Q2 d d   4 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm (4.81) Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 144 Trong đó: v1 - Vận tốc đoạn đường ống nối tắc qua tuabin, [m/s] v2 - Vận tốc đoạn đường ống qua tuabin, [m/s] Q1 - Lưu lượng dòng chảy nối tắc qua tuabin, [ m3 / s ] Q2 - Lưu lượng dòng chảy đến tuabin, [ m3 / s ] d1 - Đường kính đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] d - Đường kính đoạn ống qua tuabin, [m] Thay (4.81) vào (4.80) biến đổi, ta đươc: 72lQ22 8 Q22 8lQ22 − g H tb − − =0 d15 d2 d 25 (4.79) Thay số vào phương trình (4.79) ta có: 72.0,013.1.0,0032 8.0,15.0,0032 8.0,013.1.0,0032 − 9,81 0, 24 − − =0 d15 d 24 d 25 Đây phương trình bậc cao (số mũ lớn 5), với hai ẩn số d1 d Để giải phương trình này, ta cho trước giá trị d1 , sau dùng phương pháp giải phương trình cơng cụ MS Excel để tìm nghiệm gần d Với giá trị d1 , ta chọn sơ tương quan theo kích thước đường ống có Do ta chọn d1 = 0,05 [m] Giải phương trình trên, ta tìm d = 0,044 [m] - Xác định cột áp tổn thất dọc đường đường lớn đường ống đẩy bơm: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 145 Hình 4.31 Sơ đồ đơn giản hệ thống lưới 1- Mặt thoáng nước; 2- Bơm, 3- Súng phun Để đơn giản, ta vẽ lại mạch thủy lực hệ thống lưới hình 4.31 Ta có cột áp cần thiết bơm để cung cấp cho hệ thống lưới xác định cách viết phương trình Béc-nu-li cho hai mặt cắt mặt thoáng nước (mặt cắt I-I) mặt cắt miệng vòi phun (mặt cắt II-II) hình (4.31) Khi đó: H B = l '+ h + hdh + hdL'' + hdl + hdL ' + H s (4.80) Trong đó: H B - Cột áp cần thiết bơm, [m] l’- Chiều cao hút bơm (một cách gần coi chiều dài đường ống hút bơm), [m] h - Độ cao tính từ miệng súng phun đến mặt đất, [m] hdh - Tổn thất cột áp dọc đường đường ống hút bơm, [m] hdL'' - Tổn thất cột áp dọc đường đường ống đẩy bơm, [m] hdl - Tổn thất cột áp đoạn đường ống nối tắc qua tuabin (cũng tổn thất cột áp đoạn đường ống qua tuabin), [m] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 146 hdL ' - Tổn thất cột áp hai đoạn đường ống kéo súng phun mưa đoạn đường ống dự trữ cho việc ghép nối, [m] H s - Cột áp yêu cầu miệng súng phun, [m] Từ (5.80) ta suy tổn thất dọc đường đường ống đẩy bơm: hdL'' = H B − (l '+ h + hdh + hdl + hdL ' + H s ) (4.81) Đặt: HT = l '+ h + hdh + hdl + hdL ' + H s (4.82) Với: HT - Tổng cột áp cần thiết hệ thống lưới, ngoại trừ tổn thất dọc đường đường ống đẩy bơm, [m] Từ (5.81) suy ra: hdL'' = H B − HT (4.83) Ta có cột áp cần thiết miệng súng phun (để đảm bảo dịng nước phun với lưu lượng bán kính tưới nêu) tính theo cơng thức: Hs = vs2 2g (4.84) Trong đó: H s - Cột áp miệng súng phun, [m] vs - Vận tốc dòng nước phun từ miệng súng phun, [m/s] g- Gia tốc trọng trường, [m / s ] Ta có vận tốc dịng nước phun từ miệng súng phun tính sau: vs = Q dm2  (4.85) Trong đó: Q - Lưu lượng tưới, [m / s ] d m - Đường kính miệng vịi phun, [m] Thay số vào (4.85) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 147 vs = 0,014 = 30,15 [m/s] 0,0242  Thay số vào (5.84) ta được: 30,152 Hs = = 46,3 [m] 2.9,81 Cột áp cần thiết để bù lại tổn thất dọc đường đoạn ống L’, tính sau: hdL ' =  '.L '.v '2 d '.2.g (4.86) Trong đó: hdL ' - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống L’, [m]  ' - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống L’ Do đoạn đường ống giống với đường ống đẩy bơm L’’, nên thông số vận tốc, hệ số cản dọc đường,…đều thông số tương ứng đường ống đẩy xác định  ' =  = 0, 013 L’- Chiều dài tổng cộng đoạn ống kéo súng phun mưa đoạn ống dự trữ cho lắp ghép chuyển tiếp, [m] v ' - Vận tốc đoạn đường ống L’, [m/s] Như đề cập, ta có v ' = v = 5,54 [m/s] d ' - Đường kính đoạn ống L’, [m] Ta có d ' = d = 0,056 [m] g- Gia tốc trọng trường, [m / s ] Thay số vào (4.86) ta được: hdL ' 0,013.52.5,54 = = 18, 0,056.2.9,81 Ta có cột áp cung cấp cần thiết đoạn ống l, theo tài liệu [11], ta sử dụng hai nhánh qua tuabin nối tắc qua tuabin để tính, cột áp Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 148 hai đường ống song song Để tính tốn đơn giản, ta chọn đường ống nối tắc qua tuabin: hdl = .l.v12 d1.2.g (4.87) Trong đó: hdl - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống l, [m]  - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống l l – Chiều dài đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] v1 - Vận tốc đoạn đường ống nối tắc qua tuabin, [m/s] d1 - Đường kính đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] g- Gia tốc trọng trường, [m / s ] Ta có vận tốc dòng chảy đoạn đường ống nối tắc qua tuabin tính theo cơng thức: v1 = Q1 d2  (4.88) Trong đó: v1 - Vận tốc đoạn đường ống nối tắc qua tuabin, [m/s] Q1 - Lưu lượng dòng chảy nối tắc qua tuabin, [ m3 / s ] d1 - Đường kính đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] Mà lại có: Q1 = Q − Q2 = 0,01 [m / s ] Thay số vào (4.87) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 149 v1 = 0,01 = 5, [m / s ] 0,05  Tiếp tục thay số vào (4.87) ta được: 0,013.1.5, 2 hdl = = 0,35 [m] 0,05.2.9,81 Mà ta có độ cao đặt bơm hay chiều cao hút bơm đề cập phần trên: l’ = [m] Ta có tổn thất dọc đường đường ống hút bơm tỷ lệ với chiều dài đường ống hút hay coi chiều cao hút bơm, vận tốc đường ống hút Mặt khác vận tốc đường ống hút phụ thuộc vào lưu lượng nước chảy tiết diện lưu thơng Trong ta có lưu lượng nước cố định, lưu lượng tưới, nên để giảm vận tốc chảy, mục đích giảm tổn thất, ta chọn đường ống hút có tiết diện lớn Do chiều dài đường ống hút thường ngắn nên tăng đường kính ống (để tăng tiết diện lưu thơng) khơng ảnh hưởng nhiều đến chi phí đầu tư mua ống Theo tài liệu [11], ta có tổn thất dọc đường đường ống hút tính theo cơng thức: hdh = h l '.vh2 d h 2.g (4.89) Trong đó: hdh - Tổn thất cột áp dọc đường đường ống hút bơm, [m] h - Hệ số tổn thất dọc đường đương ống hút l’- Chiều cao hút bơm (một cách gần coi chiều dài đường ống hút bơm), [m] vh - Vận tốc đoạn đường ống hút bơm, [m/s] d h - Đường kính đoạn ống hút, [m] Chọn d h = 0,08 [m] g- Gia tốc trọng trường, [m / s ] Ta có: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 150 Vận tốc đường ống hút tính theo cơng thức: vh = Q d2  h (4.90) Thay số vào (4.90) ta được: vh = 0,014 = 2,71 [m/s] 0,082  Suy số Rê-nôn đường ống hút: Reh = vh d h  (4.91) Trong đó: Reh - Số Rê-nôn đường ống hút vh - Vận tốc đường ống hút, [m/s] d h – Đường kính ống hút, [m]  - Hệ số nhớt động học nhiệt độ 30o C Thay số vào (4.91) ta được: Reh = 2,71.0,08 = 271167,59 0,0000008005 Reh > 2300 nên trạng thái chảy rối Giả thiết chảy rối thành trơn thủy lực, theo tài liệu [11] ta có: h = 0,3164 R eh 0,25 (4.92) Trong đó: h - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống hút Reh - Số Rê-nôn đường ống hút Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 151 Thay số vào (4.92) ta được: h = 0,3164 = 0,014 271167,590,25 Tiếp tục thay số vào (4.89) ta được: hdh = 0,014.1.2,712 = 0,13 [m] 0,08.2.9,81 Độ cao tính từ miệng súng phun đến mặt đất, có đại lượng súng phun thường đặt cao so với mặt đất để dễ dàng tưới xa Nếu đặt súng thấp, dòng nước từ miệng súng bị cản trở chướng ngại vật, tưới, ví dụ mía Đối với tưới mía, độ cao đặt súng phun phải thỏa mãn cho dịng nước phun cao mía Nghĩa quỹ đạo dịng nước khơng chạm vào mía để hạt mưa phân bố theo bán kính tưới Thơng thường ta chọn h = 1,5 [m] Khi thay số vào (4.82) ta được: HT = + 1,5 + 0,13 + 0,35 + 18, + 46,3 = 67, [m] Từ (4.83) ta có: H B  HT = 67, [m] Tức ta chọn bơm cho cột áp cung cấp phải lớn 67,2 [m] Cột áp bơm lớn nhiều so với 67,2 [m] giá trị tổn thất cột áp đường đẩy tăng lên, nghĩa chiều dài ống đẩy tăng Khi xe tưới nước tự bố trí với khoảng cách xa so với bơm, cho phép tăng tính động thuận tiện vận hành tưới Tuy nhiên, cột áp bơm q lớn u cầu cơng suất dẫn động bơm phải lớn theo, tăng cho phí đầu tư mua bơm Qua tính tốn sơ tham khảo loại bơm nước có thị trường, ta chọn bơm có thơng số vận hành sau, theo tài liệu [13]: Công suất: 22,5 [kW] Lưu lượng: 27 – 78 [m / s ] Cột áp: 71,7 – 89, [m] Tính với trường hợp cột áp bơm H Bmax = 89,5 [m], từ (4.83) suy ra: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 152 hdL'' = 89,5 − 67, = 22,3 [m] Suy chiều dài đường ống đẩy cực đại tính theo cơng thức: L''max = hdL '' d 2.g  ''.v (4.93) Trong đó: L''max - Chiều dài đường ống đẩy cực đại bơm ứng với bơm hoạt động với cột áp lớn nhất, [m] hdL '' - Tổn thất cột áp dọc đường đường ống đẩy bơm, [m] d – Đường kính ống đẩy [m] g- Gia tốc trọng trường, [m / s ]  '' - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống đẩy bơm v- Vận tốc đường ống đẩy, [m/s] Thay số vào (4.93) ta được: L''max = 22,3.0,056.2.9,81 = 63 [m] 0,013.5,542 Tuy nhiên để loại trừ ảnh hưởng sai số, bơm không hoạt động với tối đa công suất, ta chọn chiều dài lớn đường ống đẩy bơm L''max = 60 [m] Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 153 4.6 Vấn đề ổn định tốc độ quay tang trống - Xác định phương pháp điều chỉnh tốc độ quay tang trống: Ở chương 2, ta biết tốc độ quay tang trống ảnh hưởng đến lượng nước tưới lần tưới V’ Khi xe vận hành chế độ thiết kế, tốc độ quay tang trống bị sai khác so với giá trị tính tốn, giả sử lớn nhiều, kết lượng nước tưới V’ bị giảm đáng kể, không đáp ứng yêu cầu tưới Điều dễ dàng nhận ra, tốc độ quay tang trống tăng lên, tức cuộn ống diễn nhanh hơn, xe mang súng tưới bị kéo nhanh nên chưa kịp tưới đủ lượng nước tưới Mặt khác, tốc độ quay tang trống lại phụ thuộc vào giá trị mô men dẫn động mô men cản Giả sử tang tống quay đều, tức gia tốc quay 0, xảy trường hợp chênh lệch mô men dẫn động mô men cản, điều dẫn đến gia tốc tốc quay khác 0, tang trống tăng giảm tốc độ quay tùy theo gia tốc dương hay âm Gia tốc quay tang trống phụ thuộc vào giá trị mô men dẫn động mô men cản, xác định qua biểu thức tài liệu [8]: J d = M dd − M c dt Trong đó: J- Mơ men qn tính phần chuyển động quay, tang trống cuộn ống dây quấn nó, [kg/ m2 ] d - Gia tốc góc chuyển động quay, [rad / s ] dt M dd - Mô men dẫn động quay tang trống, [N.m] M c - Mô men cản quay tang trống, [N.m] Như biết, mô men cản trường hợp số suốt trình vận hành tưới, mà biến thiên theo đồ thị hình 4.6 Do đó, ta cung cấp giá trị mô men dẫn động định, giả sử mô men dẫn động M dd max = 130 [N.m], sau mô men cản nhỏ lại, nhỏ mô men dẫn động nên xuất gia tốc quay dương, tức tang trống quay nhanh dần Do ta cần phải ổn định tốc độ quay tang trống, thông qua việc điều chỉnh mô men dẫn động cho phù hợp với biến thiên mô men cản, nghĩa mô men dẫn động phải giảm theo mô men cản Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 154 Từ phương trình định lý mơ men động lượng dịng chảy tuabin thiết lập phần trên, ta thấy mô men tuabin phát để dẫn động quay tang trống tỷ lệ bậc với lưu lượng cung cấp Do cách dễ để điều chỉnh mơ men dẫn động điều chỉnh lưu lượng cung cấp cho tuabin, thơng qua việc bố trí van điều chỉnh lưu lượng đường ống trước vào tuabin Tín hiệu cho điều chỉnh tốc độ quay tang trống, tức phát thay đổi tốc độ quay điều chỉnh van để thay đổi lưu lượng cho phù hợp Nguyên lý điều chỉnh kiểu giống với điều tốc thơng thường Ví dụ điều tốc khí, thay đổi tốc độ quay trục làm thay đổi lực ly tâm tác dụng lên văng Do nâng hạ văng tác động lên van điều chỉnh thơng qua địn dẫn động Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh thể hình 4.32 Hình 4.32 Sơ đồ điều tốc khí 1- Trục quay nối với trục tang trống; 2- Cơ cấu văng; 3- Van điều chỉnh lưu lượng Tuy nhiên nhược điểm phương án điều tốc khí tốc độ quay trục nhỏ nên lực ly tâm của văng không lớn Mặt khác lực tác động lên van lớn van ngập dòng chảy áp lực, nên với cách không khả thi Ta khắc phục nhược điểm điều tốc khí, cách sử dụng điều tốc kiểu – điện tử Tức cấu nhận biết thay đổi tốc độ quay khơng thiết phải liên hệ khí với van Ví dụ ta bố trí cảm biến tốc độ kiểu điện từ trục quay, tín hiệu tốc độ quay truyền xử lý Bộ xử lý có chức xử lý tín hiệu truyền từ cảm biến tốc độ, sau truyền tín hiệu điện cho cấu chấp hành, động điện để dẫn động cấu điều chỉnh van Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 155 Khi với động điện có cơng suất đủ lớn, dễ dàng dẫn động van điều chỉnh lưu lượng Nhược điểm phương án đòi hỏi tính cơng nghệ cao Mặt khác lại khó bố trí nguồn lượng cho điều tốc làm việc Hơn có nhiều linh kiện điện, điện tử nên khó đảm bảo vận hành tin cậy điều kiện làm việc tiếp xúc với nước thời tiết khắc nghiệt Một cách khả thi cho trường hợp ta lợi dụng hoạt động cấu xếp ống (đã tính tốn thiết kế chương 3) để phục vụ cho việc điều chỉnh lưu lượng Ta thấy chất thay đổi mô men cản nhảy bậc (như đồ thị hình 4.6) thay đổi cánh tay đòn lực cản Mà chiều dài cánh tay đòn thay đổi thay đổi số lớp ống tang trống Sự thay đổi số lớp ống lại diễn cấu xếp ống đổi chiều hoạt động Do lớp ống định, ta tiến hành điều chỉnh cấu xếp ống bắt đầu di chuyển, kết thúc trình điều chỉnh lúc cấu xếp ống dừng lại để đổi chiều Theo đồ thị hình 4.6 ta thấy, biên độ thay đổi giá trị mô men cản không lớn lần cuộn lớp ống thứ lớp ống thứ Do để đơn giản ta chọn mơ men cung cấp giai đoạn số có giá trị M dd max = 130 [N.m] Tại lần cuộn ống lớp cuối (lớp thứ 3), ta thấy mô men cản giảm nhanh giá trị M c = 20 [N.m] Do điều chỉnh tiến hành giai đoạn Do mơ men cản giảm theo đường tuyến tính, nên ta điều chỉnh giảm lưu lượng theo quy luật - Xác định lưu lượng cung cấp cho tuabin lúc kết thúc trình điều chỉnh: Ta có mơ men dẫn động lúc bắt đầu điều chỉnh: M dd max = 130 [N.m] Tương ứng với lưu lượng qua tuabin là: Q2 = 0,003 [m / s ] Mô men dẫn động lúc kết thúc trình điều chỉnh: M dd = M c = 20 [N.m] Thay số vào (4.18), ta được: Ndd = 20.0,034 = 0,68 [W] Tiếp tục thay số vào (4.19) ta được: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 156 NT = 0,68 = 0,88 [W] 0,995.0,96.0,89.1 Từ biểu thức (4.33) ta suy ra: u1.(u1 + c1m cotg 1 ) = NT  Q2' (4.94) Thay (4.29) vào (4.94) ta được: u1.(u1 + Q2' N cot g  ) = T ' 2. R1.b.  Q2 (4.95) Thay số vào (4.95) ta được: 1, 28.(1, 28 + Q2' 0,88 cot g 70o ) = 2. 0, 09.0, 05.0,9 1000.Q2' (4.96) Đây phương trình có ẩn Q2' , để giải phương trình này, ta dùng phương pháp giải phương trình cơng cụ MS Excel để tìm nghiệm gần Q2' Do ta tìm được: Q2' = 0,000533 [m / s ] = 1,92 [m3 / h] Từ (4.23) ta suy ra: Q2 = Q2' Q (4.97) Thay số vào (4.97) ta được: Q2 = 0,000533 = 0,00059 [m / s ] = 2,133 [m3 / h] 0,9 Vậy cuối trình điều chỉnh ta phải cung cấp cho tuabin lưu lượng vào Q2 = 2,133 [m3 / h] Như đề cập, để giảm lưu lượng cung cấp cho tuabin ta sử dụng van cản, mục đích tạo sức cản thủy lực từ giảm lưu lượng Đặc trưng thủy lực Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 157 van cản hệ số cản thủy lực  k Theo tài liệu [17], tùy theo góc mở van  mà ta có giá trị  k thích hợp, xác định thực nghiệm Hình 4.33 Sơ đồ van điều chỉnh lưu lượng 1- Đường ống nước; 2- Van điều chỉnh lưu lượng - Xác định giá trị góc mở  van lúc kết thúc trình điều chỉnh: Ứng với giá trị Q2 = 2,133 [m3 / h] , ta cần đặt trước đường ống vào tuabin van cản có giá trị  k , xác định cách viết phương trình Béc-nu-li cho hai mặt cắt a-a b-b theo hai đoạn đường ống, đoạn qua tuabin đoạn nối tắc qua tuabin, tương tự lập phần Phương trình Béc-nu-li cho hai mặt cắt a-a b-b theo đoạn ống nối tắc tuabin, giả thiết với dòng chất lỏng lý tưởng bỏ qua tổn thất cục bộ: v  ''.L ''.v .l.v12 H b = Z + + + +  2g d 2.g d1.2.g p (4.98) Trong đó: H b - Cột áp cung cấp bơm đoạn ống hai mặt cắt a-a b-b, [m] Z - Chênh lệch độ cao hình học (hay chênh lệch vị năng) hai mặt cắt a-a b-b, [m] p  - Chênh lệch áp hai mặt cắt a-a b-b, [m] v - Chênh lệch động hai mặt cắt a-a b-b, [m] 2g Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 158  ''.L ''.v d 2.g  l.v12 d1.2.g - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống đẩy bơm, [m] - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] Hình 5.34 Sơ đồ mạch thủy lực xe tưới nước tự 1- Bơm; 2- Van điều chỉnh lưu lượng; 3- Tuabin; 4- Súng phun mưa Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 159 Viết phương trình Béc-nu-li cho hai mặt cắt a-a b-b theo đoạn ống qua tuabin, giả thiết với dòng chất lỏng lý tưởng bỏ qua tổn thất cục đường ống gấp khúc: v  ''.L ''.v .l.v2 v22 v22 H b = Z + + + + H tb + +  +k  2g d 2.g d 2.g 2g 2g p (4.99) Trong đó: H b - Cột áp cung cấp bơm đoạn ống hai mặt cắt a-a b-b, [m] H tb - Cột áp cung cấp cho tuabin, [m] .l.v2 d 2.g  - Tổn thất cột áp dọc đường đoạn ống qua tuabin, [m] v22 - Tổn thất cột áp tuabin, ảnh hưởng cản trở dòng chảy bánh 2g công tác tuabin buồng xoắn, [m] v22  k - Tổn thấy cột áp van điều chỉnh lưu lượng, [m] 2g Từ (4.98) (4.99) ta suy ra: Z + p  + v  ''.L ''.v .l.v12 p v  ''.L ''.v .l.v2 v2 v + + = Z + + + + H tb + +  +  k 2g 2g 2g  2g 2g 2g 2g Qua rút gọn ta được:  l.v12 2g = H tb + .l.v2 2g +  v22 v2 +k 2g 2g (4.100) Từ (4.100) ta suy ra:  l  v  2.g H tb 2l  k =   − − − d1  v2  v22 d2 (4.101) Trong đó: Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 160  k - Hệ số cản thủy lực van điều chỉnh lưu lượng 1 - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống nối tắc qua tuabin 2 - Hệ số tổn thất dọc đường đường ống qua tuabin l - Chiều dài đoạn ống nối tắc qua tuabin hay chiều dài đoạn ống qua tuabin, [m] v1 - Vận tốc đoạn đường ống nối tắc qua tuabin, [m/s] v2 - Vận tốc đoạn đường ống qua tuabin, [m/s] d1 - Đường kính đoạn ống nối tắc qua tuabin, [m] d - Đường kính đoạn ống qua tuabin, [m] g – Gia tốc trọng trường H tb - Cột áp cung cấp cho tuabin, [m] Ta có: Vận tốc đoạn đường ống nối tắc qua tuabin xác định theo công thức: v1 = Q1 d2  (4.102) Mà lại có: Q1 = Q − Q2 (4.103) Thay số vào (4.103) ta được: Q1 = 0,014 − 0,000533 = 0,013046 [m / s ] Thay số vào (4.102) ta được: v1 = 0,013046 = 8,58 [m/s] 0,052  Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 161 Tương tự ta có vận tốc đường ống qua tuabin tính theo cơng thức: v2 = Q2 d2  (4.104) Thay số vào (4.104) ta được: v2 = 0,000533 = 0, 27 [m/s] 0,0442  Số Rê-nôn đoạn đường ống nối tắc qua tuabin tính theo cơng thức: Re1 = v1.d1  (4.105) Thay số vào (4.105) ta được: Re1 = 8,58.0,05 = 535920,9 0,0000008005 Suy hệ số tổn thất dọc đường đoạn đường ống nối tắc qua tuabin, giả thiết chảy rối thành trơn thủy lực: 1 = 0,3164 Re10,25 Thay số vào ta được: 1 = 0,3164 = 0,012 53520,90,25 Tương tự ta xác định hệ số cản dọc đường đường ống qua tuabin: 2 = 0,029 Từ (4.24) ta suy cột áp thực tuabin trường hợp tính theo công thức: HT = NT  Q2'  H  (4.106) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 162 Thay số vào (4.106) ta được: HT = 0,88 = 0, 235 [m] 9810.0, 000533.0,9.0,8 Do thay số vào (4.101) ta tìm được: 0,012.1  0,58  2.9,81.0, 235 0,029.1 k = − − − 0,15 = 170 0,05  0, 27  0, 27 0,044 Tra bảng số liệu thực nghiệm tài liệu [17] ta tìm góc mở van là:  = 59o Vậy ta điều chỉnh tuyến tính từ vị trí góc mở  = đến vị trí góc mở  = 59o , tương ứng với thời điểm tang trống bắt đầu cuộn lớp ống thứ đến kết thúc trình tưới Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 163 KẾT LUẬN Sau tháng tập trung cao độ, cố gắng nỗ lực vượt qua khó khăn vướng mắc, cuối nhóm chúng em hoàn thiện xong nội dung đồ án tốt nghiệp Trong đề tài này, thực nhóm chúng em áp dụng kiến thức tích lũy suốt q trình học tập, từ mơn khoa học bản, sở ngành đến chuyên ngành Vì vậy, thực đề tài, bên cạnh thách thức gặp phải hội quý báu để chúng em ôn tập, củng cố lại kiến thức học, tổng hợp vận dụng vào đời sống thực tế Cụ thể là: Khi thực phần tính tốn thiết kế khung xe bố trí chung, nhóm chủ yếu dựa vào sở lý thuyết môn Cơ học lý thuyết, Sức bền vật liệu, Chi tiết máy,… để phân tích tổng quan lựa chọn kết cấu phận xe tưới nước tự cuốn, tính tốn thơng số bản, tính tốn kiểm nghiệm bền khung xe Trong phần tính tốn thiết kế hệ động lực, vấn đề liên quan chủ yếu đến thủy động lực học Vì giải tốn thuộc lĩnh vực này, chúng em áp dụng hầu hết kiến thức có từ mơn Thủy khí máy thủy khí, để tìm thơng số u cầu bơm, trạng thái làm việc dòng chất lỏng xe vận hành thông số kỹ thuật khác liên quan đến hệ động lực xe Mặt khác, việc ứng dụng phần mềm thiết kế Dassualt Catia để phục vụ cho công việc thiết kế sản phẩm 3D, mang ý nghĩa to lớn chúng em Vì dịp để chúng em tiếp tục trao đồi, rèn luyện kỹ sử dụng phần mềm cách thành thạo Hơn nữa, điểm nội dung đề tài chúng em tự nghiên cứu, tìm tịi hiểu phương pháp tính bền khung xe mơ đun GERNERATIVE STRUCTURAL ANALYSIS có phần mềm Catia Đây có lẽ thành không nhỏ mà chúng em thu được, đặc biệt cịn hữu ích cho cơng việc chúng em sau Sở dĩ Catia công cụ thiết kế dùng phổ biến nhiều công ty lớn thuộc lĩnh vực khí nói chung khí tơ nói riêng Cụ thể có mặt hầu hết phận Nghiên cứu phát triển (R&D) – nơi tập trung nhân lực chất xám cao nhân tố quan trọng nhà máy Vì với khả thiết kế thành thạo nắm phương pháp tính bền phần mềm Catia, điều thuận lợi, mở nhiều hội việc làm cho tân kỹ sư chúng em sau trường Đó chưa kể hiệu từ việc Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 164 trình thực đề tài, nhóm chúng em sử dụng nhiều phần mềm khác Microsoft Office (MS Word, MS Excel, MS Powerpoint), AutoCad, … Và kỹ quan trọng người kỹ sư Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://nongdanmuado.vn/uncategorized/tuoi-tieu-nuoc-cho-cay-mia-ky-3-cacyeu-cau-khi-tuoi-cho-cay-mia.html [2] http://www.tuoiphunmua.com/sung-tuoi-ban-kinh-lon-ducar-atom-42fc.html [3] http://etechcompany.com.vn/co-khi/ong-nhua-mem-loi-thep-phi-64.html [4] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2005), Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5] https://vi.wikipedia.org/wiki/Nha_Trang [6] https://www.slideshare.net/sunguyen5099/chng-8-ln [7] Giáo trình tuabin thủy lực [8] Phạm Thị Kim Loan, Máy truyền động thủy khí, Giáo trình lưu hành nội Khoa Cơ khí Giao thông-trường Đại học Bách Khoa, Đà Nẵng [9] Lê Cung (2006), Giáo trình nguyên lý máy, Giáo trình lưu hành nội trường Đại học Bách Khoa, Đà Nẵng [10] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (1999), Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo dục [11] Phan Thành Long, Giáo trình thủy khí, Giáo trình lưu hành nội Khoa Cơ khí Giao thơng-trường Đại học Bách Khoa, Đà Nẵng [12]https://www.engineeringtoolbox.com/water-dynamic-kinematic-viscosityd_596.html?vA=30&units=C# [13] http://hangnhapgiagoc.net/san-pham/may-bom-chua-chay-diesel-hyundai- 30hp-225kw [14] Đặng Việt Cương, Sức bền vật liệu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 166 [15] Lê Văn Tụy (2009), Hướng dẫn thiết kế ô tô, Giáo trình lưu hành nội Khoa Cơ khí Giao thơng-trường Đại học Bách Khoa, Đà Nẵng [16]http://www.skf.com/group/products/bearings-units-housings/ballbearings/deep-groove-ball-bearings/deep-groove-ballbearings/index.html?designation=W%206002&unit=metricUnit [17] https://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/congnghe2/thuyluccoso/ch4.htm#VIII.3 [18] http://www.vingal.com/bang-quy-chuan-trong-luong-ong-tron-tcvn-3783-83 [19] http://hungthuanplastic.com.vn/banh-xe-250-4-mh-id474.html [20] http://hungthuanplastic.com.vn/banh-xe-400-8-2m-id468.html [21] http://xedienmotordien.com/pro/banh-xe-gofl-18x8-50-8-xe-tuan-tra-xe-baibien/ [22] Nguyễn Xuân Tiệp, Một số phương pháp tưới nước cho loại trồng, Nhà xuất Nông Nghiệp [23] nghiep http://tuoinongnghiepvn.com/nhu-cau-nuoc-cua-cay-ca-phe-cay-cong- [24] https://tailieu.vn/doc/che-do-tuoi-cho-mia-889493.html Sinh viên thực hiện: Võ Văn Lộc – Phan Hữu Lâm Hướng dẫn: Dương Đình Nghĩa 167 .. .Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nơng nghiệp TĨM TẮT Tên đề tài: Tính toán thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp Sinh viên thực hiện: Phan... Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp 2.3.3 Tính tốn thơng số xe tưới nước tự 15 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU VÀ BỐ TRÍ CHUNG 19 3.1 Phân tích kết cấu... án tốt nghiệp với đề tài: ? ?Tính tốn thiết kế xe tưới nước tự phục vụ cho nông nghiệp? ?? Nguyên lý áp dụng cho xe tưới nước tự phương pháp tưới phun mưa, với nhiều ưu điểm trội phương pháp tưới thông