Các lực tác dụng lên cửa van gồm có: - Áp lực nước. - Lực đẩy. - Lực thấm. - Lực hút. - Lực ma sát do gối tựa. - Lực ma sát do gioăng chắn nước. - Trọng lượng cửa van.
Lực nâng hạ cửa van phụ thuộc vào trọng lượng của phần chuyển động, áp lực phần thủy tĩnh, thủy động gây ma sát ở các gối tựa với gioăng kín nước, lực đẩy hoặc lực hút, áp lực gió, lực bùn cát. Các tải trong này luôn biến thiên, không cố định, do vậy phải phân tích và chọn tổ hợp lực nào là quan trọng nhất để đưa vào thiết kế máy nâng. Đối với công trình thủy lợi người ta thường lựa chọn tổ hợp hai tải trọng : tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt.
Tổ hợp cơ bản bao gồm tải trọng cố định, tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn. Tổ hợp tải trọng đặc biệt bao gồm tải trọng cố định, tải trọng tạm thời dài hạn, một số tải trọng tạm thời ngắn hạn và một số tải trọng đặc biệt.
Khi tính toán cần xét tới điều kiện bất lợi nhất của tải trọng có thể tác động đồng thời lên cửa van ứng với các vị trí : cửa van tựa lên ngưỡng, cửa mở hoàn toàn, thời
điểm bắt đầu nâng cửa rời khỏi vị trí ngưỡng, hoặc hạ xuống ngưỡng, mở một phần có xét áp lực thủy động.
Cột nước tính toán lúc này là ∇TL = 6,5 m.
Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa khi đóng mở : 3461 kN
Như vậy để nâng được cửa van lên ta phải thiết kế xilanh tạo ra một lực bằng : Q ≥ k ( G + G ) + k( F + F ) + P (N).
Trong đó :
- k = 1,1 - Hệ số tính đến khả năng tăng trọng lượng - G - trọng lượng gia tải ( G = 0) kN.
- k = 1,2 - hệ số ma sát chưa tính đến.
- P - lực hút của cửa van , P = P.b.l = 60.0,15.22,5=20,25 kN - F - lực ma sát của gối tựa .F =P.f=2249,6 KN
Trong đó :
f - hệ số ma sát giữa thép và vật liệu cao su : f = 0,65. P áp lực nước.3461 KN
- F - lực ma sát do gioăng kín nước Do chỉ có gioăng đáy lên
F = 0 • Tính G : G = G1+G2+G3+G4+G5+G6 Trong đó : G : Trọng lượng bản mặt. G : Trọng lượng dầm ngang. G : Trọng lượng dầm đứng. G : Trọng lượng dầm biên. G : Trọng lượng dàn. 6 G : Trọng lượng phần phụ. Ta có bảng tính toán: Bản mặt:
Dài Cao Dày V KLRiêng Hệ số G m m m m kg/m kg 22,5 6,8 0,016 2,448 7850 1.05 20177,6 Dầm ngang dạng hộp: Dài Dtích V SLượn g KLRiêng Hệ số G2 m m m kg/m kg 22,5 0,0051 0,115 10 7850 1.05 9458 Dầm đứng chữ T:
Diện tích Dài V SLượn
g KLRiêng Hệ số G m m m kg/m kg 4 68 10× − 6,8 0,07397 9 7850 1.05 5487,3 Dầm biên:
Dài Dtích V SLượng KLRiêng Hệ số G
m m m kg/m kg
6,8 0,0804 0,1656 2 7850 1.05 2732,4
Dàn:
Loại thanh Diện tích Tổng độ dài KL riêng Hệ số KL
m m kg/m kg
(φ168,3 7,11× ) 0,00367 30,9x2 7850 1,15 2056,7
(φ355,6 11,13× ) 0,012 23,28x2 7850 1,15 5095,72 Vậy tổng khối lượng dàn là G = 7122,4 Kg
G = 20177,6+9458+5487,3+2732,4+7122,4=46509,7 Kg Trọng lượng phần phụ: G = 10%.G = 4650,9 kg.
Trọng lượng : G =51160,7 kg=511,6 KN Lực để nâng cửa van là:
Q ≥ 1,1.511,6+1,2.2249,6+20,25=3282,5 kN Xilanh phải có lực kéo lớn hơn Q =3292,5 kN. Hệ số an toàn khi tính toán lực nâng là n = 1,2.
Vậy lực kéo yêu cầu của xilanh thủy lực là Q = 1,2.3282,5=3939 kN Ta thiết kế 2 xi lanh để kéo cửa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vậy ta chọn xi lanh có lực kéo Q = Q /2 = 1970 kN. Lực hạ cửa van :
k.G’ ≥ k( F )+ P Trong đó G’ = G - G
Trong đó G - lực đẩy Acsimet, chính bằng trọng lượng mà thể tích cửa van chiếm chỗ.
G = γ.H.B.b =9,81.6,5.22,5.0,616=883,7 KN P : Lực đẩy nổi của cửa van.
P = γ(V + V + V + V+Vd)
= 9,81.(2,448+1,35.10+0.074.9+0,663.2+0,02.30,9.2+0,099.23,28.2) =233,3 kN
k = 1,1 hệ số tính đến khả năng tăng trọng lượng.
Do khi hạ mực nước 2 phía bằng nhau lên không có áp lực nước tác dụng lên cửa van lên Fms=0
Thay vào đẳng thức trên ta thấy thỏa mãn suy ra cửa tự đóng được bằng trọng lượng bản thân. Ta có bảng tính toán sau : Lực tác dụng kN Lực đẩy 233,3 Lực hút 20,25 Lực ma sát 2249,6 Lực nâng 3939 Lực hạ 0
- Tính trọng tâm cửa van theo chiều dầy cửa van để bố trí vị trí đặt thiết bị đóng mở: + Trọng tâm dàn: chọn mặt giao giữa dầm đứng và dàn làm mặt chuẩn.
. .
d d i i
G Y = −∑G Y
=-[(2.0.012.2,6).0,65+(2.0,0037.1,3).0,65+(2.0,012.4,54).1,6+(2.0,0037.2,6).0,65+ +(2.0,0037.2,9).0,9+(3.0,0037.1,85).0,93+(2.0,0 12.4,5).1,85].7850=-2,15 m + Trọng tâm cửa van: lấy mặt phẳng giao giữa dầm đứng và dàn làm chuẩn.
dd dd . . . . . . . c c i i bm bm dn dn d d db db G Y =∑G Y =G Y +G Y +G Y −G Y −G Y = 0,315.20177,6+0,15.9458+0,15.5487,3-2,15.7122,4-0,3.2732,4= -1985,9 => 412,714 3 42,7.10 46509, 7 c Y = − = − − m.
Vậy ta lắp xi lanh tại trọng tâm cửa van.cách mắt phẳng giao giữa dầm đứng và dàn 1 đoạn 42.7.10 3
c
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ 3.1 Các loại máy đóng mở dùng trong công trình thủy lợi:
Một công trình khai thác có tốt hay không, có đạt được mục tiêu thiết kế hay không phụ thuộc khá nhiều vào sự vận hành của cửa van. Muốn vận hành cửa van ngoài các loại cửa van tự động thuỷ lực còn các loại cửa van khác phải đóng mở cưỡng bức, nghĩa là phải có máy đóng mở lắp trực tiếp để điều kiển bắt buộc cửa van hoạt động theo quỹ đạo nhất định. Như vậy máy đóng mở cửa van phải phù hợp với loại kết cấu, quỹ đạo chuyển động phù hợp tải trọng nâng, môi trường khắc nghiệt và các điều kiện cụ thể khác của chế độ làm việc của cửa van trên công trình thuỷ lợi.
Vì vậy ở đây ta nghiên cứa một số thiết bị đóng mở cửa van phẳng thường dùng và phân tích ưu nhược điểm của từng loại thiết bị để lựa chọn tốt nhất một thiết bị cho hình thức cửa van phẳng trên mỗi công trình khác nhau.
3.2. Máy đóng mở van phẳng kiểu vít me đai ốc (gọi là máy vít):
*) Cấu tạo và nguyên lý: + Cấu tạo:
+ Nguyên lý:
- Quay tay: Chuyển cần gạt ly hợp đóng vào vị quay tay và ly hợp tự nhả không ăn khớp vào bánh răng trục động cơ. Tay quay vô lăng 1 làm cho cặp bánh răng nón quay và truyền chuyển động đến trục vít, bánh vít làm quay trục chính 4 nối đến hai đầu hộp chịu lực. Trong hộp chịu lực có cặp bánh răng nón. Bánh răng nón thứ hai, có tâm trùng với tâm trục vít me, lắp với đai ốc và đặt trên hai ổ bi đỡ chặn. Khi bánh răng nón quay làm quay đai ốc, đai ốc ăn khớp với trục vít me. Đai ốc quay tại chỗ, vít me tịnh tiến lên xuống tùy theo chiều quay của đai ốc. Như vậy cửa van lắp vào trục vít me cũng được chuyển động lên xuống theo.
- Chạy điện: Đẩy cần gạt của ly hợp ăn khớp với bánh răng lắp trên trục động cơ. Lúc này ly hợp 3 đó rời khỏi bánh răng ăn khớp với tay quay và ăn khớp với bánh răng trên động cơ. Khi đóng điện, động cơ quay truyền chuyển động qua cặp bánh răng lắp trên trục động cơ và làm trục vít quay theo. Trục vít ăn khớp với bánh vít nón bánh vít quay theo và dẫn động tới hộp chịu lực làm quay bánh răng nón. Đai ốc và vít me được chuyển động lên xuống tùy theo chiều quay của vít me.
*) Ưu nhược điểm: + Ưu điểm:
Các loại máy đóng mở cửa van phẳng thuộc loại vít me đai ốc, kết cấu cứng có khả năng chịu lực ấn khi đóng cửa xuống tận ngưỡng. Có thể nâng hạ các loại cửa van phẳng nâng thẳng đứng. Dễ chế tạo, giá thành rẻ, bền và dễ thay thế. Hai vít me được dẫn động chung từ động cơ (hay từ một vô lăng quay tay) qua hộp giảm tốc chung, qua trục chính và truyền tới hộp chịu lực (gồm hai bánh răng nón và đai ốc) và truyền tới hai vít me. Hai vít me này nối với cửa van bằng chốt qua các tai được hàn trên đỉnh cửa van, dùng cho cửa van có kích thước lớn. Kết cấu này có những ưu điểm: Hai vít me làm cho cửa nâng hạ được cân bằng, kích thước vít me không quá lớn. Có một bộ phận dẫn động chung nhằm truyền mô men và tốc độ nâng của hai vít me bằng nhau. Tuy nhiên đòi hỏi phải chế tạo và lắp đặt chính xác, nếu không những ưu điểm trên sẽ gây ra nhược điểm.
+ Nhược điểm:
- Máy nâng kiểu vít đai ốc có hiệu suất rất thấp. Khi vít me và đai ốc chế tạo không chính xác, các bước vít không đều nhau, không thẳng góc, sẽ gây ra ma sát và
lực kẹt lớn. Ngay cả khi chế tạo chính xác nhưng lắp đặt trên công trình không cân bằng cũng gây ra lực kẹt. Vì vậy cần nghiên cứu thiết kế các bộ phận ổ đỡ có khả năng tự lựa. Khi chiều cao nâng lớn, các vít me nhô lên cao không bảo đảm mỹ thuật, dễ bị cong trục khi có lực xô ngang tác động. Khi tải trọng lớn, kết cấu của máy nặng nề, công suất động cơ lớn, quay tay rất nặng và chậm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Do đặc điểm của công trình thủy lợi, các máy nâng cửa van vừa chạy điện khi có điện (thường xuyên chạy điện) và vừa phải quay tay (để điều chỉnh máy và dùng nâng hạ cửa van khi không có điện).
*) Phạm vi ứng dụng:
Máy đóng mở kiểu vít me đai ốc thường được sử dụng cho hình thức cửa van phẳng mà khi làm việc cửa van chuyển động tịnh tiến lên xuống, các loại cửa van nhỏ và trung bình đặc biệt trong việc đưa nước vào đồng ruộng.
3.3. Máy nâng van phẳng kiểu thanh răng bánh răng:
*) Cấu tạo và nguyên lý: + Cấu tạo:
Máy đóng mở kiểu thanh răng bánh răng có cấu tạo gần giống như máy đóng mở kiểu vít me đai ốc. Hệ thống gồm có: 1- Động cơ, 2- Bánh răng, 3- Thanh răng, 4 -Trục dẫn động, 5 - Hộp giảm tốc, 6- Tai kéo.
+ Nguyên lý:
Động cơ dẫn động qua hộp giảm tốc tới bánh răng, bánh răng ăn khớp với thanh răng nên khi bánh răng quay làm thanh răng chuyển động lên xuống.
*) Ưu nhược điểm:
+ Ưu điểm:
- Ưu điểm của loại máy nâng này là hiệu suất cao, truyền động êm, Khi bánh răng cuối ăn khớp với thanh răng có số răng nhỏ thì kết cấu sẽ nhỏ gọn.
+ Nhược điểm:
- Chế tạo khó, vật liệu sử dụng phải tốt và có xử lý bề mặt, thường lực nén không đúng tâm. Trong trường hợp chiều cao nâng lớn, thanh răng đẩy lên cao không ổn định. Việc nối dài thanh răng cũng khó khăn. Bản thân truyền động bánh răng, thanh răng không có khả năng tự hãm, vì vậy thường dùng cho cửa van phẳng trên công trình thủy lợi có chiều cao nâng không lớn và có kết hợp bộ truyền bánh vít trục vít. *) Phạm vi ứng dụng:
- Máy nâng kiểu thanh răng được sử dụng để đóng mở các loại cửa van phẳng có lực nâng trung bình.
3.4. Máy đóng mở van phẳng kiểu dây mềm:
*) Cấu tạo và nguyên lý: + Cấu tạo:
Hệ thống gồm có các bộ phận chính: Động cơ, 1- Hộp giảm tốc, 2- Tang cuốn dây, 3- Puli, 4- Dây mềm, 5- Hệ thống treo dây.
+ Nguyên lý:
Khi cửa van mở dây mềm sẽ kéo cửa van lên nhờ hệ thống Động cơ, Tang, Pu li Khi cửa van đúng thì nhờ trọng lượng của bản thân van do dây mềm chỉ có thể chịu kéo mà không chịu được nén.
Hình 3.3 - Cống Liên Mạc. *) Ưu nhược điểm:
+ Ưu điểm:
- Ưu điểm của máy nâng dây mềm là do độ mềm của dây nên khi nâng không đòi hỏi lắp đặt quá chính xác, hiệu suất của máy cao hơn máy vít, làm việc êm, lắp trên công trình gọn gàng, có mái che, tạo vẻ đẹp cho công trình. Dễ tạo được bội suất palăng để nâng lực lớn mà không cần phải thay đổi kích thước dây.
- Dùng đóng mở các loại cửa van đòi hỏi đóng mở nhanh, thường xuyên và các cửa van dự phòng. Có khả năng điều khiển tự động và điều khiển từ xa, dễ dàng khống chế hành trình và tốc độ. Thông thường khi dùng máy nâng cáp, các cửa van phẳng đều phải tự đóng được bằng trọng lượng bản thân hoặc phải thêm gia trọng.
+ Nhược điểm:
- Nhược điểm của loại máy nâng dây mềm là khó bảo quản và chăm sóc kỹ thuật cáp, xích. Nhất là ở vùng nửa khô nửa ướt, cáp rất dễ bị han rĩ. Khi có bội suất palăng thì chiều cao đặt máy phải lớn hơn các loại máy khác để bảo đảm chiều cao nâng. Khi dùng để hạ cửa van ( đối với cửa van không tự hạ được ) và cửa van phẳng quay đứng phải sử dụng nhiều ròng rọc và mắc cáp phức tạp.
*) Phạm vi ứng dụng:
- Máy đóng mở kiểu dây mềm được sử dụng cho cửa van như cửa van phẳng trong các công trình lớn, trung bình, nhỏ và công trình quan trọng.
3.5. Máy đóng mở kiểu xi lanh thủy lực:
*) Cấu tạo và nguyên lý: + Cấu tạo:
Máy nâng kiểu xi lanh thủy lực có 3 bộ phận chính : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống động lực : gồm máy bơm dầu cao áp, động cơ điện, hệ thống ống dẫn dầu cao áp.
Hệ thống phân phối, khống chế : gồm các loại van phân phối, van điều khiển, van an toàn, các đèn báo.
Bộ công tác : Hệ thống xi lanh pít tông thủy lực có áp lực lớn, tốc độ chuyển động thấp.
+Nguyên lý làm việc :
Máy đóng mở bằng xi lanh thuỷ lực làm việc dựa trên nguyên lý thuỷ lực thể tích, môi trường truyền lực là chất lỏng, áp lực chất lỏng được bơm vào xi lanh, đẩy pít tông chuyển động qua lại trong xy lanh, một đầu cán pit tông liên kết với cửa van một đầu liên kết với pittông, do vậy cửa van cũng được chuyển động theo và thực hiện nhiệm vụ đóng mở , máy đóng mở bằng xi lanh thuỷ lực có ưu việt hơn hẳn các loại máy khác và có thể sử dụng cho hầu hết các loại cửa van, kể cả cửa van dưới sâu, nó có thể lắp đặt ở mọi tư thế khác nhau, nhờ môi chất làm việc là chất lỏng nên chuyển động của pittông trong xi lanh rất êm, nó có khả năng điều chỉnh vô cấp vận tốc, đóng mở được cửa van có tải trọng lớn , có khả năng khống chế lực nâng một cách dễ dàng.
*) Ưu nhược điểm : +Ưu điểm :
Máy đóng mở cửa van bằng xi lanh thuỷ lực có thể nâng thẳng đứng, nghiêng một góc bất kỳ hoặc đẩy ngang.
- Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao đòi hỏi ít về chăn sóc và bảo dưỡng.
- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tính và vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình cho sẵn.
- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc vào nhau, các bộ phận nối thường là đường ống nên dễ đổi chỗ.
- Có khả năng giảm khối lượng và giảm kích thước nhờ chọn áp suất thuỷ lực cao . - Dễ biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.
- Dễ quan sát và theo dõi bằng áp kế, kể cả hệ phức tạp nhiều mạch .
- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá.
+ Nhược điểm :
- Tổn thất trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử , làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng.
- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất