I. Tính các lực tác dụng lên cèn hĩp
a) Trớng hợp 1: Trớng hợp khi máy hạ cèn khoan vào đÍt
Trớng hợp khi máy hạ cèn khoan vào đÍt: Cèn chịu tải trụng bản thân cèn và tải trụng giờ. Các lực tác dụng lên cèn trong trớng hợp này là
-Mô men khoan:Mk=2342 (Nm)
-Phản lực P do mô men Mk gây ra:P=Mk
L = 2342
0,125=18736 (N)=18,736(KN) - Tải trụng giờ Wg
- Trụng lợng bản thân cèn Gc - Trụng lợng hệ puli SP Ta cờ sơ đơ lực nh sau:
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Hình 35: Các lực tác dụng lên cèn khi ta hạ ỉng thép * Tải trụng giờ tác dụng lên cèn hĩp (Wg) :
Với bài toán của chúng ta, việc tính tải trụng giờ nh sau:
tải trụng giờ đợc tính theo công thức sau: Wg = q.k.c. β.A Trong đờ:z
Wg: Tải trụng giờ.
q: áp lực giờ tiêu chuỈn.Tính với giờ II q=250N/m2 k: hệ sỉ kể đến sự tăng áp theo chiều cao.
Theo tài liệu bảng3 “Hớng dĨn đơ án môn hục máy nâng”. từ 0 ữ 10m chụn k =1
từ 10 ữ 20m chụn k = 1,32 từ 20 ữ 30m chụn k = 1,52
c: hệ sỉ cản khí đĩng hục.Với kết cÍu cèn hĩp là ỉng thép tròn nên ta chụn c = 1,2 β: Hệ sỉ đĩng lực hục kể đến đƯc tính xung đĩng của tải trụng giờ.LÍy β=1,2
A: diện tích hứng giờ tính toán của kết cÍu.
A=A0.φ .Với cèn hĩp φ=1
A0:diện tích bề mƯt đợc giới hạn bịi đớng biên ngoài của kết cÍu Với 8,5 m đèu tiên của cèn ta cờ :A0=0,325.8,5=2,76 m2
Với 10 m tiếp theo của cèn ta cờ:A0=0,325.10=3,25 m2 Với 1,5 m cuỉi cùng của cèn ta cờ:A0=0,325.1,5=0,49 m2
Ta chụn sơ bĩ tiết diện của cèn hĩp cờ kích thớc là hình tròn cờ chiều rĩng theo tiêu chuỈn là 309 mm nh hình 35: Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 99 309 325
Hình 36: MƯt cắt sơ bĩ tiết diện của cèn hĩp
- Theo sơ đơ hình chung thì cèn cao 20 m chiều rĩng của cèn là 325 mm = 0,325m và coi hệ puly nâng cáp cờ diện tích gèn bằng 1x1 = 1m2.
- Tính tải trụng giờ cho 8,5m đèu là W1 = 250.1.1,2.1,2.2,76=993,6 (N) - Tính tải trụng giờ cho 10 m tiếp theo là W2 = 250.1,32.1,2.1,2.3,25= 1544,4 (N) - Tính tải trụng giờ cho 1,5m còn lại là W3 = 250.1,52.1,2.1,2.0,49 = 268,2 (N) * Xác định trụng lợng bản thân cèn:
Chụn vỊt liệu chế tạo là thép tôn tÍm cờ:
Khỉi lợng riêng là γ = 7850 (kg/m3) = 78,5(KN/m3) => Khỉi lợng cèn là Gc = F x L x γ
Trong đờ:
F: diện tích tiết diện cèn
F = π x 0,16252 – π x 0,15452= 0,008 (m2) L: chiều dài cèn L = 20 (m)
=> Gc = 0,008 x 20 x 78,5 = 12,56 (KN) * Xác định trụng lợng hệ puli:
Trụng lợng hệ puli đợc xác định theo công thức kinh nghiệm SP = 0,06 x Gc
Với Gc trụng lợng của cèn hĩp Gc = 41,43 (KN) => SP = 0,06 x 12,56 =0,75 (KN) * Xác định các phản lực tại gỉi A và gỉi B.
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Mk Mk C B A VA q1=116,9 N/m q2=154,44N/m 5m 10m 8,5m 6,5m V'B HB VB Gc=12,56 (KN) q3=178,8 N/m 1,5m Sp=0,75 (KN) 11 HA
Hình 37: Sơ đơ lực tác dụng lên cèn khi ta hạ ỉng thép
Khi lực giờ tác dụng lên cèn tại gỉi A (gỉi A là liên kết cèn với máy cơ sị) cờ phản lực VA ,HAvà tại gỉi B (gỉi B là gỉi liên kết giữa cèn và xy lanh thụ lực) cờ phản lựcV’B. Gỉi B là gỉi xiên nên phản lực V’B phân làm hai lực là lực vuông gờc VB và lực dục trục HB.Gỉi B nghiêng so với phơng ngang 1 gờc là α=11o
Ta cờ sơ đơ lực nh sau: Ta cờ:
ΣMA = VB.13,5 – 993,6.8,5/2 – 1544,4.(8,5 + 10/2) – 268,2.(18,5 + 0,75)=0 => VB = 2239,6 (N) = 2,24 (KN)
Σy=0<=> VA– 993,6 –1544,4 – 268,2 +VB = 0=>VA=993,6+1544,4+268,2– 2239,6=566,6 (N) Σx =0 <=> HB +HA– Gc – SP = 0 => HB +HA= 12,56+0,75=13,31(KN) Lại cờ: Tgα= B B V H =2, 24 B H =>tg11o=2, 24 B H =>HB= 2, 24 11o tg =11,52 (KN) VỊy : HA=13,31–11,52=1,79 (KN) B. Trớng hợp 2: Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 101
Trớng hợp khi rút cèn khoan lên. Khi đờ cèn chịu các lực là
-Mô men xoắn khi cèn khoan quay ngợc chiều trĩn đÍt:Mx=2342 (Nm) - Phản lực P do mô men Mk gây ra:P=Mk
L = 2342
0,125=18736 (N)=18,736(KN) - Tải trụng giờ Wg (đã xác định ị trớng hợp 1)
- Trụng lợng của đĩng cơ và hĩp giảm tỉc GĐC = 0,65 +0,93=1,58(KN) - Trụng lợng bản thân cèn Gc = 12,56 (KN)
- Trụng lợng cèn khoan Gck=1,64 (KN)
- Khỉi lợng đÍt lớn nhÍt bị kéo lên khi rút cèn Q = 51,2 (KN) - Trụng lợng hệ puli cáp SP = 0,75 (KN)
* Xác định lực căng cáp SC
Lực căng cáp SC đợc xác định bằng tưng trụng lợng đĩng cơ và hĩp giảm tỉc, trụng lợng cèn khoan và khỉi lợng đÍt lớn nhÍt cờ thể bị kếo lên khi rút cèn
=> SC=GĐC+Gck+ Qma = 1,58 + 1,64 + 51,2 =54,42 (KN) sp s c s c
Hình 38: Sơ đơ xác định lực tác dụng lên đèu cèn * Xác định lực dục tác dụng lên cèn:
Theo nh sơ đơ lực tác dụng lên đèu cèn ta cờ lực tác dụng lên đèu cèn là
S = 2SC + SP
= 2 . 54,42 + 0,75 = 109,59 (KN)
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Hình 39: Các lực tác dụng lên cèn khi ta rút cèn khoan * Xác định các phản lực tại gỉi A và B:
Ta cờ sơ đơ lực nh sau:
11 HA S=109,59(KN) 1,5m q3=178,8 N/m Gc=12,56 (KN) VB HB V'B 6,5m 8,5m 10m 5m q2=154,44 N/m q1=116,9 N/m VA A B C Mk
Hình 40: Sơ đơ lực tác dụng lên cèn khi ta rút cèn khoan Ta cờ:
ΣMA = VB .13,5 – 993,6 .8,5/2 – 1544,4 .(8,5 + 10/2) – 268,2. (18,5 + 0,75)=0 => VB = 2239,6 (N) = 2,24 (KN)
Σy=0<=> VA– 993,6 –1544,4 – 268,2 +VB = 0 =>VA=993,6+1544,4+268,2– 2239,6=566,6 (N) Σx = HB +HA– 12,56 – 109,59 = 0 => HB +HA= 122,15 (KN) Lại cờ: Tgα= B B V H =2, 24 B H =>tg11o=2, 24 B H =>HB= 2, 24 11o tg =11,52 (KN) VỊy : HA=122,15–11,52=110,63 (KN)
Cả hai trớng hợp tại gỉi B đều chịu lực cắt lớn nhÍt.Do đờ ta đƯt phản lực do mô men khoan gây ra tại gỉi B là nguy hiểm nhÍt.
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
II. thiết kế cèn dĨn hớng:1.Các biểu đơ nĩi lực: 1.Các biểu đơ nĩi lực:
* Trớng hợp 1: Khi ta hạ cèn khoan. Mx(KNm) 109,59 HA 98,07 110,63 A A B B A N(KN) M(KNm) 0,2 0,483 3,47 0,483 0,593 1,06 Q(KN) C B A VA q1=116,9 N/m q2=154,44 N/m q3=178,8 N/m 5m 1,5m 10m 8,5m 6,5m V'B HB VB Sp=109,59 (KN) Gc=12,56 (KN) B 11 0,427 1,2 19,776 2m 0,268 2,342 19 0,5666
Hình 41: Sơ đơ nĩi lực của cèn khi ta hạ cèn khoan
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Nh biểu đơ nĩi lực ta thÍy tại gỉi B là nguy hiểm nhÍt -Mô men xoắn Mx=2,342 (KNm)
- Lực cắt Q = 20,976 (KN) - Mô men uỉn M = 3,47 (KNm) - Lực dục trục N = 12,56 (KN) * Trớng hợp 2: Khi ta rút cèn khoan lên
Mx(KNm) 109,59 HA 98,07 110,63 A A B B A N(KN) M(KNm) 0,2 0,483 3,47 0,483 0,593 1,06 Q(KN) C B A VA q1=116,9 N/m q2=154,44 N/m q3=178,8 N/m 5m 1,5m 10m 8,5m 6,5m V'B HB VB Sp=109,59 (KN) Gc=12,56 (KN) B 11 0,427 1,2 19,776 2m 0,268 2,342 19 0,5666
Hình 42: Sơ đơ nĩi lực của cèn khi ta rút cèn khoan Nh biểu đơ nĩi lực ta thÍy tại gỉi B là nguy hiểm nhÍt
-Mô men xoắn Mx=2,342 (KNm) - Lực cắt Q = 20,976 (KN)
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
- Mô men uỉn M = 3,47 (KNm) - Lực dục trục N = 110,63 (KN)
2. Thiết kế cèn hĩp:
- Chụn vỊt liệu chế tạo là thép tôn tÍm cờ:
Khỉi lợng riêng là γ = 7850 (kg/m3) = 78,5(KN/m3)
ứng suÍt cho phép là [σ] = 6,25 (KN/cm2) - Tiết diện cèn nh sau:
Hình 43: MƯt cắt tiết diện của cèn hĩp
ị đây ta chỉ xét tiết diện của cèn hĩp là tiết diện tròn cờ đớng kính trong là 309mm và đớng kính ngoài là 325mm.
* Xác định mômen quán tính: Chụn hệ trục toạ đĩ oxy nh hình vẽ:
- Diện tích tiết diện: A = π(162,52 – 154,52) = 7967,08 mm2 Hệ trục quán tính chính trung tâm là hệ trục OXY
VỊy mô men quán tính chính trung tâm là:
Ix = Iy = 0,05 . D4 (1 – n4) (Công thức trang 108 Sức bền vỊt liệu) Trong đờ: n = d/D d: đớng kính trong d = 309mm D: đớng kính ngoài D = 325mm => n = 309/325 = 0,95 => Ix = Ix = 0,05 x 3254 (1 – 0,954) = 103474,4 mm4 * Kiểm tra điều kiện bền của cèn hĩp theo hai trớng hợp
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
106
309 325
- Trớng hợp 1:
+Mô men xoắn Mx=2,342 (KNm) + Lực cắt Q = 20,976 (KN)
+ Mômen uỉn M = 3,47 (KNm) + Lực dục trục N = 12,56 (KN)
Coi đây là bài toán nén uỉn đơng thới ta (theo trang 175 tài liệu Sức Bền VỊt Liệu) Ta cờ điều kiện bền: [ ]σ σ = + + ≤ Y Y X X W M W M A N My = 0 vỊy X X W M A N + = σ
Ta cờ: WX = 0,2 x D3 x (1 – n4) (Công thức trang 123 Sức bền vỊt liệu) = 0,2 x 3253 x (1 – 0,954) = 1273530,5 mm3 => X X W M A N + = σ = 2240 3470000 7967,08 1273530,5+ = 3,006 (N/mm2) = 0,3 (KN/cm2) => σ < [σ] = 6,25 (KN/cm2) thoả mãn
Khi chịu xoắn cèn hĩp ta phải tính ứng suÍt tiếp trên tiết diện. (Theo trang 171 tài liệu Sức bền vỊt liệu). 2 k k k p p x M M M I W W τ = ρ = = Trong đờ: τ:ứng suÍt tiếp Mk:Mô men khoan Wx:Mô men chỉng xoắn
2342000 0,92
2.1273530,5
τ = = (N/ mm2)=0,092 (KN/cm2) Theo thuyết bền ứng suÍt tiếp ta cờ:
2 2 [ ] 4 σ + τ ≤ σ Cờ: σ2+4τ2 = 0,32+4.0,0922 =0,352 (KN/cm2) <6,25 (KN/cm2) VỊy vỊt liệu đủ bền. - Trớng hợp 2:
+ Mô men xoắn Mx=2,342 (KNm) + Lực cắt Q = 20,976 (KN)
+ Mômen uỉn M = 3,47 (KNm)
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
+ Lực dục trục N = 110,63(KN) => X X W M A N + = σ = 110630 3470000 7967,08 1273530,5+ = 16,61 (N/mm2) = 1,661 (KN/cm2) => σ < [σ] = 6,25 (KN/cm2) thoả mãn
VỊy thoả mãn điều kiện bền theo ứng suÍt pháp
Tơng tự trớng hợp 1 ta cểng suÍt tiép khi cèn chịu mô men xoắn τ=0,092 (KN/cm2)
Cờ: 2 2 2 2
4 1,661 4.0,092
σ + τ = + =1,7 (KN/cm2) <6,25 (KN/cm2) VỊy vỊt liệu đủ bền.
Chơng iii: tính chụn máy cơ sị, năng xuÍt máy i. yêu cèu của máy cơ sị:
- Máy cơ sị phải thi công đợc trên nền đÍt yếu, di chuyển trên mụi địa hình trên công trớng, cờ hệ di chuyển phù hợp (ị đây sau khi phân tích ta chụn hệ di chuyển hệ bánh xích)
- Máy cơ sị phải cờ hệ truyền đĩng thụ lực, cờ các cơ cÍu xy lanh thụ lực. - Máy cơ sị cờ hệ tang cuỉn cáp thích hợp.
- Máy cơ sị phải cờ kích thớc đèy đủ, cờ khỉi lợng đủ để đảm bảo điều kiện ưn địn của máy.
- Máy cơ sị cờ đủ công suÍt để:
+ Đủ công suÍt để máy di chuyển trên những khoảng cách nhõ trên công trớng. + Đủ công suÍt để nâng hạ đĩng cơ,hĩp giảm tỉc .
+ Đủ công suÍt để rút cèn khoan lên.
+ Đủ công suÍt để nâng hạ cèn trong những phạm vi nhõ.
ii. tính chụn, Kiểm tra máy cơ sị:1. tính chụn máy cơ sị: 1. tính chụn máy cơ sị:
Ta thÍy trong các công suÍt máy thì công suÍt để máy rút đợc cèn lên là lớn nhÍt do vỊy ta chụn máy cơ sị theo công suÍt rút cèn khoan và kiểm tra xem máy cờ đủ công suÍt di chuyển hay không.
Công suÍt rút cèn khoan của máy cơ sị đợc tính theo công thức sau: Nn = . 1000. n n n S V η Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 108
Trong đờ: Sn: Lực nâng (lực căng cáp), Sn = Sc = 54,42 (KN) =54420 (N) Vn: VỊn tỉc rút ỉng, theo kinh nghiệm thì Vn = 0,3 (m/s)
ηn: Hiệu suÍt của cơ cÍu nâng, chụn ηn = 0,85
=> Nn = 54420.0,3
1000.0,85 = 19,2 (KW)
Từ công suÍt rút ỉng cèn khoan ta tra bảng 2.14 sách sư tay máy xây dựngta chụn máy xúc thụ lực của hãng KOMATSU nhãn hiệu PC120-5 CUSTOM
Các đƯng tính kỹ thuỊt của máy xúc KOMATSU – PC120-5 CUSTOM - Công suÍt lắp đƯt: N = 84 (KW)
- Cơ cÍu di chuyển: Hệ xích. - Tỉc đĩ di chuyển: 1,5 (Km/h). - Kích thớc bao: + Chiều dài : 3475 mm + Chiều rĩng: : 2480 mm + Chiều cao : 2690 mm - Khỉi lợng : 12030 kg = 120,3 (KN)
2. Kiểm tra điều kiện di chuyển:
a. Xác định các lực cản di chuyển của máy cơ sị hệ xích:
Đỉi với những máy di chuyển bằng hai dải xích thì trong quá trình di chuyển sẽ xuÍt hiện các lực cản sau:
- Lực cản ma sát trong các bĩ phỊn của cơ cÍu di chuyển. - Lực cản do biến dạng của nền đÍt dới tác dụng của xích. - Lực cản vòng.
- Lực cản do đĩ dỉc gây ra.
* Xác định lực cản ma sát trong các bĩ phỊn của cơ cÍu di chuyển W1: Lực cản W1 bao gơm các lực cản sau:
- Lực cản ma sát sinh ra ị các khớp của mắt xích vòng qua bánh xích chủ đĩng bị đĩng.
- Lực cản ma sát sinh ra trong các ư đỡ con lăn tỳ.
- Lực cản ma sát sinh ra trong các ư trục bánh xích chủ đĩng và bị đĩng.
Theo kinh nghiệm, tưng các lực cản này chiếm khoảng 5% - 9% trụng lợng máy đè lên hai dải xích. Nh vỊy:
W1 = (0,05 ữ 0,09) G Trong đờ:
- G:trụng lợng máy lên dải xích - Trụng lợng máy lên dải xích gơm cờ
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
+ Trụng lợng máy cơ sị Gm = 120,3 (KN) + Trụng lợng cèn hĩp Gc = 12,56 (KN) + Trụng lợng cèn khoan Gck = 1,64 (KN)
+ Trụng lợng đĩng cơ và hĩp giảm tỉc Gđc = 1,58 (KN) + Trụng lợng hệ puly Sp = 0,75 (KN)
=> Trụng lợng máy tác dụng lên dải xích là G = Gm + Gc + Gck + Gđc + Sp
= 120,3 + 12,56 + 1,64 + 1,58 + 0,75 = 136,83 (KN) => W1 = 0,06 x 136,83 = 8,21 (KN)
* Xác định lực cản do biến dạng của đÍt W2 Cờ hai trớng hợp:
- Trớng hợp thứ nhÍt: Bánh xích phía trớc nằm ngang với cùng dải xích tựa trên mƯt bằng ngang.
- Trớng hợp thứ hai: Bánh xích phía trớc đợc nâng lên (Khi máy đi lên dỉc)
Theo kinh nghiệm, khi máy di chuyển trong điều kiện khờ khăn nhÍt, bÍt lợi nhÍt (trên nền cha làm đớng sẵn) – theo sách máy làm đÍt trang 108 thì
W2 = (0,08 ữ 0,17)G => W2 = 0,1 x 136,83 = 13,7 (KN) * Xác định lực cản vòng W3
Lực cản vòng do các lực ma sát sinh ra giữa dải xích và nền đÍt. Theo kinh nghiệm – theo sách máy làm đÍt trang 109 thì
W3 = 0,3G
=> W3 = 0,3 x 136,83 = 41,05 (KN) * Xác định lực cản dỉc W4
Lực cản máy do đĩ dỉc gây ra đợc tính theo công thức W4 = G.sinα
Trong đờ: α: là gờc dỉc thớng là α = 15 ữ 200
=> W4 = 136,83 x sin150 = 35,41(KN)
Tưng các lực cản của máy trong quá trình di chuyển cờ thể tư hợp theo hai trớng hợp sau: - Trớng hợp thứ nhÍt:
Máy xúc di chuyển trên mƯt phẳng ngang và thực hiện lái vòng: W = W1 + W2 + W 3
= 8,21 + 13,7 + 41,05 = 62,96 (KN) - Trớng hợp thứ hai:
Máy xúc di chuyển cờ đĩ dỉc α và không thực hiện lái vòng.
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
W = W1 + W2 + W4
= 8,21 + 13 ,7+ 35,41 = 57,32 (KN)
VỊy trong hai trớng hợp ta thÍy trớng hợp mĩt lực cản lớn hơn nên lực cản của máy khi di chuyển là W = 62,96 (KN)
b. Kiểm tra công suÍt máy:
=>Công suÍt đĩng cơ cho cơ cÍu di chuyển là Nd = . 1000. d d W V η Trong đờ: W: Lực cản di chuyển, W = 62,96 (KN) =62960 (N) Vd: VỊn tỉc khi di chuyển, Vd = 1,5 (Km/h) = 0,4 (m/s)
ηd: Hiệu suÍt di chuyển ηd = 0,95 => Nd = 62960.0, 4
1000.0,95 = 26,51 (KW) => Nd < N = 84 (KW)
VỊy máy đã chụn đủ công suÍt.
Chơng iV:thiết kế tính chụn các cơ cÍu khác i. tính chụn cáp và puly:
1. Tính chụn cáp:
- Tải trụng nâng lớn nhÍt chính bằng lực khi rút cèn Smax = Sc = 54,42 (KN)
- Chụn cáp theo lực kéo tĩnh lớn nhÍt: Smax x n ≤ [Sd]
Trong đờ:
Smax: Lực căng cáp lớn nhÍt Smax = 54,42 (KN)
n : Hệ sỉ an toàn bền của cáp. Tra bảng 9 sách hớng dĨn đơ án máynâng ta đợc n = 4
[Sd]: Lực kéo đứt cho phép của cáp => [Sd] ≥ 54,42 x 4 = 217,7 (KN)
Theo tài liệu ASLAT máy nâng ta chụn đợc cáp
Đớngkính cáp (mm)
Diện tích tính toán mƯt cắt của tÍt cả các sợi (mm2) Khỉi lợng 1000m cáp đã bôi trơn (kg) Lực kéo đứt không nhõ hơn (KN) 18 143,99 1321 233,5