Với kích thước trong các bản vẽ AutoCAD ở đề tài cấp bộ. Bằng cách dùng các lệnh trên thanh công cụ, ta xây dựng được cấu trúc các chi tiết của cụm bánh trước.
Vẽ bánh trước bằng cách vẽ tiết diện bánh và trục quay, sau đó dùng lệnh Revolve. Bằng các lệnh thiết kế chi tiết dạng tấm kết hợp với lệnh Cut – Extrude vẽ tấm khung đỡ càng lắp bánh và tấm bên.
Ống đứng ngõng quay và trục bánh xe được vẽ bằng lệnh Revolve Sau khi có mô hình 3D từng chi tiết, vào môi trường lắp ráp, sử dụng các ràng buộc thích hợp của Mate tạo được cụm bánh trước hình 3.28
Hình 3.28: Cụm bánh trước
Kết luận chương 3:
Trong chương 3 tôi đã xây dựng được mô hình 3D các chi tiết, các cụm chi tiết của máy kéo và máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông Sen – 8.
Chương 4
LẮP RÁP VÀ MÔ PHỎNG MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY 4.1. Lắp ráp máy khoan hố trồng cây.
Sau khi xây dựng được mô hình 3D các chi tiết, các cụm chi tiết của máy kéo bông sen – 8 và máy khoan hố trồng cây, tôi lắp ráp các chi tiết, cụm chi tiết lên máy kéo. Để làm việc này tôi khởi động Solidworks vào môi trường lắp ráp, từ hộp thoại Insert Component nhấp chọn cụm máy kéo Bông Sen - 8 đã được vẽ ở phần trước.
Tiếp theo từ hộp thoại Insert Component tải cụm bánh trước vào môi trường lắp ráp. Bằng việc chọn các ràng buộc phù hợp như Concentric, Distance, Coincident trong hộp thoại Mate ta lắp được cụm bánh trước vào đầu máy.
Từ hộp thoại Insert Component trên thanh công cụ Assembly nhấn nút Browse để tải các chi tiết của cụm puly vấu vào nôi trường lắp ráp như mặt bích đầu trục, ống nối đầu trục, bạc trượt, puly đai có vấu, then và vấu.
Từ nút lệnh Mate trên thanh công cụ Assembly bằng các ràng buộc thích hợp như đồng tâm (Concentric), khoảng cách (Distance), trùng khít (Coincident) lần lượt lắp các chi tiết như mặt bích đầu trục, ống nối đầu trục, bạc, các then, puly đai có vấu, vấu động vào trục thu công suất của máy kéo.
Để lắp các chi tiết, cụm chi tiết của máy khoan hố trồng cây lên máy kéo cần tải chúng vào môi trường lắp ráp sau đó dùng các ràng buộc phù hợp để lắp chúng lại với nhau và lắp lên máy kéo
Bằng lệnh Insert component trên thanh công cụ Assembly tải các cụm chi tiết như hộp giảm tốc, bánh đai bị động, trục then hoa, ống nối mũi khoan và mũi khoan, khung đỡ hộp giảm tốc, tay đòn, tấm nối khớp bản lề, con trượt vào môi trường lắp ráp.
Dùng các ràng buộc đồng tâm giữa các lỗ lắp bu lông trên tấm đỡ hộp giảm tốc và lỗ trên hộp số máy kéo để lắp hai tấm đỡ và tấm nối khớp bản lề vào máy kéo. Sử dụng các ràng buộc coincident, Concentric, parallel, distance để lắp hộp giảm tốc bánh răng côn lên khung. Dùng ràng buộc concentric để lắp trục then hoa vào moayơ của bánh răng côn bị động.
Dùng các ràng buộc concentric, parallel để lắp con trượt với phần dưới của trục then hoa. Sử dụng ràng buộc đồng tâm để lắp tay đòn vào tấm nối khớp bản lề. Dùng ràng buộc tiếp xúc để con trượt chạy trong rãnh của tay đòn. Dùng ràng buộc concentric để lắp ống nối và mũi khoan vào đầu trục then hoa hình 4.1.
Mô phỏng tháo lắp các chi tiết.
Lệnh Explode View dùng để tách các chi tiết sau khi lắp ráp, sau khi gọi lệnh xuất hiện hộp thoại Explode. Ta nhấp chọn chi tiết cần tách khỏi cụm chi tiết. Khi đó xuất hiện biểu tượng hệ trục toạ độ và con trỏ chuột.
Ta nhấp chọn trục để di chuyển chi tiết theo trục đó. Di chuyển con trỏ chuột để xác định khoảng cách hoặc nhập khoảng cách vào hộp thoại Explode hình 4.2.
Hình 4.2:Mô phỏng tháo lắp các chi tiết của máy khoan
Mô phỏng lắp ráp.
Sau khi tách các chi tiết bằng lệnh Explode View để thể hiện trình tự lắp ráp, bằng hình ảnh động ta tiến hành mô phỏng quá trình lắp ráp. Để làm việc này trước tiên ta chọn trang Configuration Manager. Sau đó nhấp chọn
Explview 1 trong cây phả hệ, nhấp phải chuột và chọn Animate collapse như hình 4.3.
Hình 4.3: Mô phỏng lắp ráp cụm puly vấu..
Khi đó quá trình lắp ráp sẽ được mô phỏng động trên màn hình đồ hoạ và xuất hiện thanh công cụ với các nút lệnh:
Normal: mô phỏng quá trình lắp một lần và dừng lại;
Loop: mô phỏng quá trình lắp liên tục cho tới khi ta nhấn nút Stop;
Reciprocate: mô phỏng quá trình lắp ráp và tách các chi tiết liên tục cho tới khi ta nhấn nút Stop;
Slow Display: tốc độ mô phỏng chậm; Fast Display: tốc độ mô phỏng nhanh; Stop: dừng mô phỏng;
Play: xem lại kết quả mô phỏng sau khi ta dừng.
Sau khi mô phỏng lắp ráp các chi tiết ở trạng thái lắp lại với nhau, để tách các chi tiết ban đầu ta chọn ExplView 1 trong cây phả hệ, nhấp chuột phải và chọn Explode.
4.2. Mô phỏng động máy khoan hố trồng cây.
Đề tài xây dựng mô hình 3D của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen 8 bằng phần mềm Solidworks. Trên cơ sở mô hình máy khoan hố trồng cây đã được xây dựng, tôi tiến hành mô phỏng động quá trình làm việc của máy khoan hố trông cây bằng Cosmos Motion trong Solidworks.
4.2.1. Phương pháp mô phỏng máy bằng Cosmos Motion.
Trình tự tiến hành mô phỏng động học.
- Trước tiên sử dụng các lệnh trong môi trường Part của Solidworks để mô hình hoá các chi tiết.
- Sau khi mô hình hoá các chi tiết, tiến hành vào môi trường lắp ráp và sử dụng các lệnh thanh công cụ assembly hoặc menu Insert để lắp ráp các chi tiết.
- Sau khi lắp ráp các chi tiết, tiến hành chọn bảng Motion trong cây phả hệ vào môi trường mô phỏng động học.
- Kế đến ta xác định đối tượng nào là đối tượng cố định, đối tượng nào là đối tượng chuyển động. Sau khi ta đã xác định, ta gán đối tượng cố định bằng cách nhắp chọn đối tượng trong cây phả hệ, nhắp phải chuột và chọn Ground Part. Tương tự ta chọn lựa Moving Part để gán cho đối tượng nào chuyển động. Đối tượng nào được gán là chuyển động sẽ xuất hiện biểu tượng khối cầu toạ độ.
- Sau khi gán đối tượng chuyển động và đối tượng cố định, tiến hành gán khớp nối cho các đối tượng. Mặc định, sau khi ta lắp ráp, chuyển sang môi trường mô phỏng và gán đối tượng cố định, chuyển động thì các lắp với
nhau sẽ được gán các khớp động. Các khớp động là các khớp xoay được tạo từ ràng buộc Concentric và Coincident hay khớp trụ được tạo từ ràng buộc Concentric trong lệnh Mate của môi trường lắp ráp. Các khớp động của mô hình được quản lý trong mục Constraints>Joints của cây phả hệ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp ta cần xoá bỏ tất cả các khớp nối không phù hợp và thêm vào một số các khớp động cần thiết. Để xoá khớp, ta nhắp chọn khớp cần xoá, nhắp chuột phải và chọn delete. Còn để thêm khớp ta chọn Constraints>Joints.
- Sau khi gán khớp động tiến hành gán lực và nguồn tạo chuyển động. - Bước tiếp theo, tiến hành kiểm tra, gán đơn vị lực và khối lượng cho mô hình. Từ menu Cosmos Motion chọn IntelliMotion Bulder, ta chọn các thông số cần thiết có trong chuyển động.
Sau khi định nghĩa các thông số, chúng ta tiếp tục nhắp vào Next để chuyển sang các trang và thiết lập các thông số theo yêu cầu.
- Để tạo các đồ thị hiển thị kết quả mô phỏng của một đối tượng nào đó, ta chọn đối tượng đó trong cây phả hệ, nhắp phải chuột và chọn plot
- Sau khi hoàn thành các bước trên, ta tiến hành mô phỏng bằng cách sử dụng nút Play trên thanh công cụ Cosmos Motion. Chúng ta có thể xuất quá trình mô phỏng sang file *.AVI hoặc sang các chương trình tính toán và mô phỏng khác như: FEA, MSC.ADAMS
4.2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng máy khoan hố trồng cây bằng Cosmos Motion. Motion.
Mô hình 3D của máy khoan hố đã được mô phỏng bằng phần mềm Solidworks. Từ đó chúng ta có thể mô phỏng các quá trình làm việc của máy khoan hố bằng Cosmos Motion trong Solidworks như sau:
Trong cây thư mục chuyển động, nhắp chuột phải vào Motion Model, sau đó chọn IntelliMotion Builder, sau đó chọn các thông số cần thiết có trong chuyển động.
1. Khai báo hệ thống đơn vị đo (Units).
2. Khai báo gia tốc trọng trường cho môi trường mô phỏng (Gravity). 3. Khai báo các liên kết (Joints).
Trong Cosmos Motion, việc liên kết các chi tiết lại với nhau được thực hiện thông qua việc tạo nên các khớp liên kết. Thư viện khớp nối của Cosmosmotion có đầy đủ các loại khớp như: khớp bản lề (Revolute); khớp trụ (Cylindrical); khớp cầu (Spherical); khớp tịnh tiến (Translational); cố định chi tiết (Fixed)….
Theo mặc định, sau khi lắp ráp các chi tiết và chuyển sang môi trường mô phỏng (motion), giữa các chi tiết lắp ráp với nhau sẽ tự động được gán các khớp tương ứng với các lựa chọn trong lệnh Mate. Tuy nhiên trong một số trường hợp ta phải xoá các khớp mặc định và tiến hành gán lại các khớp sao cho phù hợp với mô hình. Chúng ta cần chú ý rằng trước khi tiến hành gán các khớp phải định nghĩa đối tượng nào là đối tượng cố định, đối tượng nào là đối tượng di động. Căn cứ vào nguyên lý làm việc của máy khoan hố ta tiến hành khai báo khớp liên kết các chi tiết cho phù hợp. Mỗi liên kết được gán chuyển động sẽ có các ký hiệu cụ thể.
Các thông số của chuyển động sẽ được xác định trong bảng defined Joints: 4. Khai báo các lực (Force/Moment).
Lực tác dụng: lệnh Action Only Force với hộp thoại Insert Action only Force. Mômen tác dụng: Lệnh Action Only Moment.
Phản lực: Lệnh Action/Reaction Force.
Sau khi thiết lập các thông số, ta click chuột vào biểu tượng Run Simulation ở cuối cây phả hệ để xem chuyển động cụ thể.
Sau khi tiến hành các khai báo cần thiết cho các chi tiết trong Cosmos Motion, ta được mô hình mô phỏng động bộ phận dẫn động cho mũi khoan như hình 4.4.
Hình 4.4: Mô hình mô phỏng bộ phận dẫn động cho mũi khoan hố.
4.3. Khảo sát ứng suất biến dạng lưỡi khoan hố trồng cây.
Để xác định độ ổn định và độ bền của kết cấu đã cho, dưới các trạng thái tải trọng khác nhau, ta cần phải quan sát ứng suất và biến dạng trên các chi tiết của kết cấu khi chúng đang chịu tải. Có nhiều phương pháp khác nhau để tính ứng suất và biến dạng. Một trong các phương pháp này gọi là phân tích phần tử hữu hạn (FEA – Finite Element Analysis).
Trong Solidworks, với chức năng CosmosWorks và nút lệnh Cosmosxpress Analysis Wizard trên thanh công cụ Standard ta có thể phân tích ứng suất và biến dạng.
Để làm xuất hiện thêm menu CosmosWorks trên chương trình Solidworks ta thực hiện theo các trình tự sau:
Khi cài Solidworks ta phải chọn Solidworks Office Professionnal 2007 hoặc Solidworks Office Premium 2007.
Sau khi cài đặt Solidworks. Ta nhấp chọn Tools > Add-Ins. Khi đó hộp thoại Add – Ins xuất hiện.
Ta đánh dấu chọn mục CosmosWorks 2007 tại hai cột Active Add – Ins và Start Up. Nhấn nút Ok trong hộp thoại Add – Ins để kết thúc. Khi đó trên màn hình làm việc của Solidworks sẽ xuất hiện menu CosmosWorks.
Phân tích ứng suất và biến dạng theo phương pháp phần tử hữu hạn.
Trong bài toán cơ học [22], khi ngoại lực tác dụng vào một vật thể, khiến vật thể bị biến dạng và nội lực cân bằng với ngoại lực. Các ẩn số của bài toán được hình thành. Bài toán cơ học thường có dạng phương trinh vi phân, chúng thường thoả mãn 3 điều kiện ràng buộc:
1- Điều kiện vật liệu (định luật Hooke,…); 2- Tính tương thích; 3- Cân bằng lực n i i F 0 0.
Nội dung cơ bản của các bước giải một bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc là:
- Chia vật thể ra thành nhiều phần tử sao cho tính chất vật lý của từng phần tử không thay đổi. Nếu vật thể có dạng biên phức tạp thì nên chia các phần tử gần biên nhỏ hơn nữa (mịn hơn). Làm như vậy ta có thể dùng các phần tử đơn giản thay cho các phần tử phức tạp.
- Tìm phiếm hàm. - Tìm điều kiện biên.
- Dùng các hàm số tạo hình để tìm ra các ma trận cứng của các phần tử. - Kết nối các phần tử với nhau qua các nút để thu được hệ thống phương trình cho cấu trúc.
- Giải hệ thống phương trình để xác định các ẩn số là chuyển vị. - Từ chuyển vị, tính toán suy ra độ biến dạng và ứng suất.
Trong bài toán xác định ứng suất và biến dạng có thể được tính toán theo các cách khác nhau, nhưng với những hình dạng hình học và điều kiện biên phức tạp hơn, đòi hỏi cần phải có phương pháp khác phù hợp hơn. Phương pháp phần tử hữu hạn cùng với các phần mềm tính toán là lựa chọn phù hợp cho bài toán xác định ứng suất và biến dạng của kết cấu.
Trong đề tài này tôi phân tích ứng suất biến dạng của mũi khoan dạng khung. Đây là chi tiết chịu tải trọng phức tạp, ứng suất biến dạng của nó phụ thuộc nhiều vào mômen cản khi khoan đất.
Để có số liệu đầu vào cho việc khảo sát ứng suất biến dạng của mũi khoan, tôi xác định mômen cản khi khoan đất bằng nghiên cứu thực nghiệm (được trình bày chi tiết ở chương 5). Sau khi có mômen cản lớn nhất tác dụng lên trục mũi khoan từ kết quả thực nghiệm bằng 310Nm, tính được lực cản tác dụng lên lưỡi khoan.
Trước hết chúng tôi sử dụng các lệnh tạo hình, hiệu chỉnh, gán ràng buộc hình dạng và kích thước, đặc tính phác thảo để xây dựng mô hình mũi khoan hố dùng cho mô phỏng như hình 4.5.
Hình 4.5: Mô hình lưỡi khoan để mô phỏng ứng suất, biến dạng.
Nhấp chọn nút lệnh Cosmosxpress analysis wizard trên thanh công cụ standard khi đó cosmosxpress xuất hiện. Ta chọn vật liệu để gán cho mô hình. Tiếp theo đó nhấn nút next để chuyển sang trang Restaint, nhập tên gối tựa và chọn mặt để gán gối tựa. Tiếp tục nhấn next, chọn lực (Force), chọn mặt chịu lực, nhập giá trị lực tác dụng. Tiếp tục nhấn next để chuyển sang trang Analyze, nhấn nút Run để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi tính toán hộp thoại Cosmosxpress chuyển sang trang Results. Trang này thông báo về tính toán. Nhấn nút Next để chuyển sang trang Optimize, lựa chọn Yes và nhấn nút Next, trong hộp thoại Cosmosxpress có các lựa chọn để xác định hệ số an
toàn, ứng suất và chuyển vị lớn nhất. Sau khi thay đổi kích thước, nhấn nút Next để chuyển sang trang mới để lựa chọn hiện thị kết quả.
CHƯƠNG 5
Hình 4.6: Kết quả mô phỏng ứng suất
Hình 4.7: Kết quả mô phỏng biến dạng của lưỡi khoan
Từ kết quả mô phỏng ứng suất, biến dạng của lưỡi khoan cho ta những vị trí chịu ứng suất lớn trên lưỡi khoan. Để tránh gẫy lưỡi khoan tại những vị trí này, cần tăng kích thước hình học hoặc có các giải pháp tăng bền khác.
Chương 5
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm.
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệmlà xác định thông số đầu vào cho việc mô phỏng bằng Cosmos Works để xác định ứng suất và biến dạng của một số bộ phận làm việc của máy khoan hố trồng cây.
5.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm.
Đối tượng được sử dụng để tiến hành thí nghiệm là máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp sau máy kéo Bông sen - 8 của đề tài cấp bộ: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với