Bánh sao phụ được đặt lệch tâm với bánh sao chính một khoảng lệch đúng bằng độ dài tay đòn liên kết, cùng với các cánh bánh sao chính và phụ nó tạo nên cơ cấu hình bình hành. Khoảng lệch a phụ thuộc vào chiều dài tay đòn liên kết. Chiều dài tay đòn liên kết sẽ phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng.
Chọn sơ bộ khoảng lệch tâm a = 0,15 m.
3.2.7. Tốc độ di chuyển lý thuyết của máy.
Do máy thực hiện công việc chăm sóc lúa nên tốc độ di chuyển của máy nằm trong khoảng v = 1.6 ÷ 10 km/h = 0.44 ÷ 2,78 m/s.
3.2.8. Chiều dài mấu cọc.
Chiều dài của mấu phụ thuộc vào độ lún của đất và bước mấu trên bánh sao để đảm cơ cấu hoạt động được ổn định.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 32
Để xác định độ lún của đất ta tiến hành thực nghiệm trên ruộng lúa.
a) Dụng cụ thực nghiệm.
Dụng cụ thực nghiệm là một cọc có kích thước đế phía dưới tương đồng với đế của mấu dạng cọc trong cơ cấu và được làm bằng gỗ, hình dáng và kích thước của dụng cụ thí nghiệm được thể hiện trong hình 3.4.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 33
b) Mô tả thực nghiệm.
Mục đích của thực nghiệm này là xác định độ lún của đất trồng lúa đối với đế của mẩu thử (đế của mấu cọc) khi có một tải trọng áp lên, từ đó làm cơ sở xác định chiều dài của mấu bám dạng cọc.
Thực nghiệm này sẽ thực hiện theo quy trình sau:
- Chọn ruộng lúa thực nghiệm. - Thực nghiệm trên ruộng lúa:
+ Đo độ lún của đất trên ruộng đối với 1 bàn chân người trọng lượng G = 72 Kg.
+ Đo độ lún của dụng cụ thí nghiệm với tải trọng G = 72 Kg. - Tổng hợp số liệu và kết luận.
c) Tiến hành thực nghiệm.
Thực nghiệm được thực hiện trên các mảnh ruộng khác nhau và giai đoạn sinh trưởng của lúa khác nhau. Trong thực nghiệm này ta thực nghiệm trên các ruộng lúa 15 - 20 ngày sau sạ, 40 - 45 ngày sau sạ, 55 - 60 ngày sau sạ.
Thực nghiệm trên ruộng lúa 15 - 17 ngày sau sạ.
- Chọn ruộng lúa thực nghiệm.
Ruộng lúa được chọn đang trong giai đoạn mạ - đẻ nhánh.
Địa điểm ruộng lúa được chọn thực nghiệm tại Hiếu Nghĩa - Vũng Liêm - Vĩnh Long, ngày thực hiện 12/4/2015.
- Tiên hành thực nghiệm trên ruộng lúa.
Thực nghiệm được thực hiện trên các mảnh ruộng được chọn. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trong bảng 3.1.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 34
Hình 3.5. Thực nghiệm trên lúa 15 - 20 ngày sau sạ. Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm trên lúa 15 – 20 ngày sau sạ.
Lần do
Độ lún (cm)
Dụng cụ thực nghiệm Bàn chân người Ruộng lúa 15 ngày sau sạ Lần 1 10 8,5 Lần 2 5 3,5 Lần 3 15 10,5 Ruộng lúa 17 ngày sau sạ Lần 1 15,5 13,5 Lần 2 12 7,5 Lần 3 3 1 Ruộng lúa 20 ngày sau sạ Lần 1 21 17,5 Lần 2 18,5 15,5 Lần 3 19 15
SVTH: Phan Văn Đệ Page 35 Thực nghiệm trên ruộng lúa 40 - 45 ngày sau sạ.
- Chọn ruộng lúa thực nghiệm.
Ruộng lúa được chọn đang trong giai đoạn làm đòng.
Địa điểm ruộng lúa được chọn thực nghiệm tại Thuận Thới - Trà Ôn - Vĩnh Long, ngày thực hiện 12/4/2015.
- Tiến hành thực nghiệm trên ruộng lúa.
Thực nghiệm được thực hiện trên các mảnh ruộng được chọn. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trong bảng 3.2.
Hình 3.6. Thực nghiệm trên lúa 40 - 45 ngày sau sạ. Bảng 3.2. Kết quả thực nghiệm trên lúa 40 - 45 ngày sau sạ.
Lần do
Độ lún (cm)
Dụng cụ thực nghiệm Bàn chân người Ruộng lúa 40 ngày sau sạ Lần 1 4 2 Lần 2 3 2 Lần 3 4,5 2,5
SVTH: Phan Văn Đệ Page 36 Ruộng lúa 43 ngày sau sạ Lần 1 3 1,5 Lần 2 3 2 Lần 3 3 2 Ruộng lúa 45 ngày sau sạ Lần 1 3 2,5 Lần 2 3,5 2,5 Lần 3 3 2
Thực nghiệm trên ruộng lúa 55 - 60 ngày sau sạ.
- Chọn ruộng lúa thực nghiệm.
Ruộng lúa được chọn đang trong giai đoạn trổ.
Địa điểm ruộng lúa được chọn thực nghiệm tại Thuận Thới - Trà Ôn - Vĩnh Long, ngày thực hiện 12/4/2015.
- Thực nghiệm trên ruộng lúa
Thực nghiệm được thực hiện trên các mảnh ruộng được chọn. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trong bảng 3.3.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 37
Bảng 3.3. Kết quả thực nghiệm trên lúa 55 - 60 ngày sau sạ
Lần do
Độ lún (cm)
Dụng cụ thực nghiệm Bàn chân người Ruộng lúa 55 ngày sau sạ Lần 1 6,5 5 Lần 2 8 5 Lần 3 12 9,5 Ruộng lúa 58 ngày sau sạ Lần 1 5 3,5 Lần 2 8 6,5 Lần 3 12 9,5 Ruộng lúa 60 ngày sau sạ Lần 1 9 7 Lần 2 6 3,5 Lần 3 12 9
Kết luận: Thực nghiệm đo được độ lún lớn nhất đối với mẩu thử là 21 cm. Với độ lún và kết cấu của phương án thiết kế thì ta chọn sơ bộ chiều dài mấu bám dạng cọc l = 0,44m.
Do hạn chế về thời gian, địa hình nên thực nghiệm chỉ có thể thực hiện ở một vài địa phương và chỉ thực nghiệm trên vụ lúa hiện thời (vụ xuân - hè). Vì vậy thực nghiệm này cần kiểm nghiệm tại nhiều địa hình, nhiều vùng sản xuất lúa và các vụ mùa trong năm khác nhau.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 38
3.3. Tính toán thiết kế các chi tiết.
3.3.1. Tính bền mấu cọc.
3.3.1.1. Công dụng – yêu cầu.
Mấu bám cọc là chi tiết tiếp xúc trực tiếp với nền đất và chịu tải lớn nên nó có công dụng và yêu cầu sau:
Công dụng:
- Đỡ trọng lượng máy và bộ phận treo. - Là bộ phận bám đất giúp máy di chuyển.
Yêu cầu:
- Thân mấu cọc có thiết diện đảm bảo chịu lực.
- Hình dạng đế mấu bám ít bị lún khi làm việc ở đất lầy. - Có độ cứng lớn, độ bền cao và trọng lượng nhỏ.
3.3.1.2. Xác định lực tác dụng.
Để tính toán mấu cọc theo bền, chúng ta cần xác định độ lớn của các lực và phản lực tác dụng lên mấu cọc. Tùy theo từng trường hợp mà mấu cọc chịu tác dụng của các lực khác nhau.
Giả sử trọng lượng máy phân bố đều lên các bánh xe. Sơ đồ lực tác dụng lên hai bánh sau của máy được biểu diễn ở hình 3.8. Ý nghĩa các ký hiệu trên hình vẽ như sau:
X1, X2 – Phản lực của lực vòng truyền qua mấu cọc lên bánh xe trái và phải. Y1, Y2 – Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái và phải.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 39
Z1, Z2 - Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe trái và phải. B - Là chiều rộng cơ sở của máy B = 2 m.
hg - Là chiều cao trọng tâm máy hg = 1,5 m.
Hình 3.8. Sơ đồ lực tác dụng lên hai bánh sau.
Khi máy hoạt động các mấu cọc có thể gặp 1 trong 2 chế độ tải trọng đặt biệt sau:
a) Trường hợp 1:
Xi = Ximax ; Y = 0 ; Z1 = Z2 Trường hợp 1 xảy ra khi máy truyền lực kéo cực đại:
Gs Z1 Z2 Y1 Y2 X1 = X2 h g Y h m R h bx B/2 A B Z Y O
SVTH: Phan Văn Đệ Page 40 { 𝑋1 = 𝑋2 = 𝐺𝑠. 𝜑 2 𝑌1 = 𝑌2 = 0 𝑍1 = 𝑍2 = 𝐺𝑠 2 Trong đó:
Gs – Là trọng lượng khai thác của máy phân bố lên cầu sau Gs = 1400 N. 𝜑 – Là hệ số bám dọc 𝜑 = 1 Vậy: { 𝑋1 = 𝑋2 = 𝐺𝑠.𝜑 2 =1400.1 2 = 700 𝑁 𝑌1 = 𝑌2 = 0 𝑁 𝑍1 = 𝑍2 = 𝐺𝑠 2 = 1400 2 = 700 𝑁 b) Trường hợp 2:
Xi = 0; Y = Ymax ; Z1 = Zmax, Z2 = Zmin
Z1 = Zmax , Z2 = Zmin = 0 khi Y đạt giá trị Ymax tức là máy chuẩn bị lật và tâm lật tại điểm đặt lực Z1.
Để xác định các thông số trong trường hợp 2 ta xét hệ phương trình cân bằng sau:
{∑ 𝐹𝑌 = 𝑌 − 𝑌1− 𝑌2 = 0
∑ 𝐹𝑍 = 𝑍1+ 𝑍2− 𝐺𝑆 = 0 (3.1)
Z1 = Zmax khi máy chuẩn bị lật nghĩa là bánh 2 không tiếp xúc với mặt đất. => {𝑍2 = 0
𝑌2 = 0 (3.2)
SVTH: Phan Văn Đệ Page 41 { {𝑍2 = 0 𝑁 𝑌2 = 0 𝑁 𝑌1 = 𝑌 = 700 𝑁 𝑍1 = 𝐺𝑆 = 1400 𝑁 3.3.1.3. Tính bền thân mấu cọc.
Chọn thép C45 là vật liệu làm thân mấu bám. Với điều kiện tải trọng của mấu bám và thép được chọn C45 ta có:
- Ứng suất kéo - nén cho phép: [𝜎𝑘] = 140 𝑀𝑁/𝑚2 - Ứng suất uốn cho phép: [𝜎𝑢] = 175 𝑀𝑁/𝑚2
- Ứng suất xoắn cho phép: [𝜏𝑡] = 105 𝑀𝑁/𝑚2
Trường hợp 1:
- Momen uốn do X1, X2.
Các lực X1, X2 gây ra các momen uốn lên mấu bám trong mặt phẳng chứa trục Ox.
Mux1 = Mux2 = X1. hm = X2. hm = 700 . 0,44 = 308 Nm. - Lực thằng đứng do Z1, Z2.
Các lực Z1, Z2 gây ra lực nén lên mấu. Z1 = Z2 = 700 N.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 42
Hình 3.9. Biểu đồ nội lực mấu cọc trong trường hợp 1.
Trường hợp 2:
Trong trường hợp này thì bánh 1 chịu tải lớn, nên ta chỉ cần kiểm nghiệm độ bền của bánh 1.
- Momen uốn do Y1.
Lực Y1 gây ra các momen uốn lên mấu bám trong mặt phẳng yOz. Muy1 = Y1. hm = 700 . 0,44 = 308 Nm.
- Lực thẳng đứng do Z1
Lực Z1 gây ra lực nén lên mấu Z1 = 1400 N. X1 Z1 h m QX MX 700 N 308 Nm QZ 700 N
SVTH: Phan Văn Đệ Page 43
Hình 3.10. Biểu đồ nội lực mấu cọc trong trường hợp 2.
Do trong trường hợp 2 mấu bám chịu lực lớn hơn nên ta chỉ kiểm nghiêm bền mấu bám trong trường hợp 2.
a) Kiểm tra bền uốn của thân mấu cọc.
𝜎𝑢𝑦 = 𝑀𝑢𝑦
𝑊𝑢𝑦 ≤ [𝜎𝑢] ⇒ 𝑊𝑢𝑦 ≥ 𝑀𝑢𝑦 [𝜎𝑢]
Trong đó: Muy = 308 Nm – Là momen uốn theo phương Oy.
Wuy = 0,1 . 𝐷3 (1 − (𝑑
𝐷)4) m3 - Là momen chống uốn của thân mấu cọc.
D, d – Là đường kính ngoài và trong của thiết diện mấu cọc. [σu] = 175 MN/m2 - Là ứng suất uốn cho phép.
Vậy: 𝑊𝑢𝑦 ≥ 𝑀𝑢𝑦 [𝜎𝑢] = 308 175. 106 = 1,76 . 10−6 𝑚3 Với D = 32 mm, d = 26 mm, t = 3 mm thì: QY MY 1400 N 308 Nm QZ 700 N Y1 Z1 h m
SVTH: Phan Văn Đệ Page 44 𝑊𝑢𝑦 = 0,1 . 𝐷3 (1 − (𝑑 𝐷)4) = 0,1 . (32. 10−3)3 (1 − (26 32)4) = 1,84875. 10−6 > 1,8 . 10−6 𝑚3
b) Kiểm tra bền nén của thân mấu cọc.
𝜎𝑘 = 𝑍1 𝐴
Trong đó: Z1 = 1400 N – lực nén lớn nhất lên mấu. A = 𝜋(𝐷
2−𝑑2)
4 m2 – Là thiết diện mấu.
Với D = 32 mm, d = 26 mm. thì A = 2,73. 10-4 m2. Ta có: 𝜎𝑘 = 𝑍1 𝐴 = 1400 2,73. 10−4 = 5 128 205,13 𝑁 𝑚2 ≤ [𝜎𝑘] = 140𝑀𝑁 𝑚2
Vậy ta chọn thiết diện thân mấu cọc là thép ống có: D = 32 mm, d = 26 mm, t = 3 mm, A = 2,73. 10-4 m2.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 45
Hình 3.11. Hình ảnh mô phỏng mấu cọc.
3.3.2. Tính bền bánh sao chính. 3.3.2.1. Công dụng – yêu cầu.
Bánh sao chính là chi tiết nhận lực kéo từ hệ thống truyền lực của máy đồng thời truyền lực chủ động này sang cơ câu di chuyển. Bánh sao chính cũng chịu trực tiếp trọng lượng của máy.
Công dụng:
- Đỡ trọng lượng máy thông qua mấu cọc.
- Các cánh của bánh sao chính, bánh sao phụ và tay đòn liên kết tạo thành cơ cấu hình bình hành, giúp mấu cọc chuyển động song phẳng.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 46
- Là bộ phận nhận chuyển động quay từ hệ thống truyền lực của máy để truyền chuyển động đó lên hệ di động giúp máy di chuyển.
Yêu cầu:
- Có hình dạng và kết cấu hợp lý, đảm bảo chịu được lực - Có độ cứng lớn, độ bền cao và trọng lượng nhỏ.
3.3.2.2. Xác định lực tác dụng.
Để tính toán các cánh của bánh sao chính theo bền, chúng ta cần xác định độ lớn của các lực và phản lực tác dụng lên bánh sao chính. Tùy theo từng trường hợp mà bánh sao chính chịu tác dụng của các lực khác nhau.
Sơ đồ lực tác dụng lên bánh sao chính của hệ di động được biểu diễn ở hình 3.12. Ý nghĩa các ký hiệu trên hình vẽ như sau:
X1 - Phản lực của lực vòng truyền qua mấu cọc của bánh xe bên trái phía sau. Y1 - Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe bên trái phía sau.
Z1 - Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe bên trái phía sau. Zbsc1 - Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh sao chính.
Xbsc1 - Phản lực dọc của bánh sao chính.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 47
Hình 3.12. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh sao chính.
Để xác định lực tác dụng lên bánh sao ta cũng xét 2 trường hợp chế độ tải trọng đặt biệt tác dụng lên cơ cấu di chuyển phía sau của máy.
a) Trường hợp 1:
Xi = Ximax ; Y = 0 ; Z1 = Z2. Trường hợp 1 xảy ra khi máy truyền lực kéo cực đại.
R c b a h m X1 h m h bx Xbsc1 Z1 Y1 Zbsc1 c b X1 Xbsc1 Z1 Zbsc1 Z X O Z Y O
SVTH: Phan Văn Đệ Page 48 Như đã tính ở trên ta có: { 𝑋1 = 𝑋2 = 700 𝑁 𝑌1 = 𝑌2 = 0 𝑁 𝑍1 = 𝑍2 = 700 𝑁 (3.3) Ta xét hệ phương trình sau: {∑ 𝐹𝑋 = 𝑋1− 𝑋𝑏𝑠𝑐1 = 0 ∑ 𝐹𝑍 = 𝑍1− 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 0 (3.4) Từ (3.3) và (3.4) ta có: {𝑋𝑏𝑠𝑐1 = 𝑋1 = 700 𝑁 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 𝑍1 = 700 𝑁 b) Trường hợp 2:
Xi = 0; Y = Ymax ; Z1 = Zmax, Z2 = Zmin Như đã tính ở trên ta có: { {𝑍2 = 0 𝑁 𝑌2 = 0 𝑁 𝑌1 = 700 𝑁 𝑍1= 1400 𝑁 (3.5) Ta xét phương trình sau: ∑ 𝐹𝑍 = 𝑍1− 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 0 (3.6) Từ (3.5) và (3.6) ta có: 𝑍𝑏𝑠𝑐1 = 𝑍1 = 1400 𝑁 3.3.2.3. Tính bền bánh sao chính. Trường hợp 1: - Momen uốn do Xbsc1.
SVTH: Phan Văn Đệ Page 49
Lực Xbsc1 gây ra các momen uốn lên cánh bánh sao chính trong mặt phẳng xOz. Chiều dài cánh bánh sao chính được tính bằng R - r với r là bán kính đĩa của bánh sao chính và r = 10 cm.
Mux = Xbsc1. (R - r)= 700 . (0,5 - 0,1) = 280 Nm. - Momen uốn do Z1.
Lực Z1 gây ra các momen uốn lên cánh bánh sao chính trong mặt phẳng YOZ. Với cánh tay đòn b = 0,07.
Muz = Z1. b = 700 . 0,07 = 49 Nm. - Lực thẳng đứng do Zbsc1.
Các lực Zbsc1 gây ra lực nén lên mấu. Zbsc1 = Zbsc2 = 700 N.
- Momen xoắn do X1.
Lực X1 gây ra momen xoắn lên cánh bánh sao chính với cánh tay đòn b. Mxoắn = X1. b= 700 . 0,07= 49 Nm
Hình 3.13. Biểu đồ nội lực của cánh bánh sao chính trong trường hợp 1.
QX MX 700 N 280Nm Mxoan 49 Nm Mz 49 Nm Qz 700 N Z1 R h m Zbsc1 c b X1 Xbsc1 r X1 Xbsc1
SVTH: Phan Văn Đệ Page 50 Trường hợp 2:
Trong trường hợp này thì bánh xe số 1 chịu tải lớn, nên ta chỉ cần kiểm nghiệm độ bền của bánh 1.
- Momen uốn do Z1, Y1.
Lực Y1, Z1 gây ra các momen uốn cánh banh sao chính trong mặt phẳng chứa trục YOZ. Momen gây uốn lớn nhất là.
Muy1 = Y1. [(R - r) + h m] + Z1.b
= 700 . (0,4 + 0,44) - 1400. 0,07 = 490 Nm. - Lực thẳng đứng do Zbsc1
Lực Zbsc1 gây ra lực nén lên mấu Zbsc1 = 1400 N.
Hình 3.14. Biểu đồ nội lực của cánh bánh sao chính trong trường hợp 2.
Z1