TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU MÁI CHE:

d. Lựa chọn phương án cấp thức ăn:

4.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU MÁI CHE:

4.1.1. Tính toán thiết kế kết cấu kim loại dầm chính:

- Vật liệu chế tạo kết cấu kim loại: Thép hợp kim.

- Chiều dài của dầm chính: L = 7m.

- Chiều dài của dầm cuối và các dầm phụ: 6m. - Tính toán phân tích phản lực liên kết:

L = 7000 (mm)

P = (Ptôn + Pgió) = 11567,5 (N)

4

Trong đó:

Ptôn = (Stôn x dtôn).g = [(9 x 6) x 2,35] x 9,8 = 1270 (N) Pgió = 45000 (N)

Tính phản lực liên kết: VA = VB = P/2 = 5783,75 (N)

Dầm vừa chịu tác dụng của Qy và Mx  Uốn ngang phẳng. Mặt cắt ngang tại điểm chính giữa dầm là điểm nguy hiểm nhất. - Thiết kế mặt cắt ngang cho dầm:

Hình 4.1 – Các thông số mặt cắt ngang của dầm chính mái che.

Momen chống uốn: W  Jx

ymax  H Jx /2

Ứng suất uốn cực đại:   Mx (max) < [σ] (Với M

 P . L ) [σ] = 160 (N/mm2)

max Wu(min) x (max) 4

Dựa vào thực tế ta tra và tính ứng suất uốn các loại thép như sau: I100x75: σmax = 360,20 (N/mm2) > [σ]  Loại.

I125x75: σmax = 235,17 (N/mm2) > [σ]  Loại. I150x75: σmax = 185,38 (N/mm2) > [σ]  Loại. I150x125: σmax = 86,26 (N/mm2) < [σ]  Chọn.

Vậy ta chọn loại sắt I150x125 vừa đảm bảo bền, vừa đảm bảo hiệu quả nhất về mặt kinh tế

Sắt I150x125 có các thông số như sau: Bảng 4.1

H (mm) 150

B (mm) 125

t2 (mm) 14 r1 (mm) 13 r2 (mm) 6,5 Smcn (cm2) 46,15 Khối lượng (kg/m) 36,2 Jx (cm4) 1760 Jy (cm4) 385 Bán kính quán tính ix (cm) 6,18 Bán kính quán tính iy (cm) 2,89 Wx (cm3) 235 Wy (cm3) 61,6 4.1.2. Tính toán tải trọng: a. Tải trọng dầm chính: Loại: I150x125. Số lượng: 4. Chiều dài: 7m.

Khối lượng riêng: 36,2 kg/m. Khối lượng: 1013,6 kg.

b. Tải trọng mái tôn:

Loại tôn: 11 sóng. Kích thước: 7m x 6m. Khối lượng riêng: 2,35 kg/m2. Khối lượng: 127 kg.

c. Tải trọng dầm cuối:

Loại: H175x175.

Số lượng: 2. Chiều dài: 6m.

Khối lượng riêng: 40,2 kg/m. Khối lượng: 482,4 kg.

e. Tải trọng gió:

Tải trọng gió trung bình: 800 kg (150 N/m2)

Tải trọng gió lớn nhất có thể khi đang làm việc: 5 tấn (1000 N/m2)

f. Các tải trọng khác:

Tải trọng quán tính.

Tải trọng động (do rung động, va đập).

4.1.3. Phân tích động lực học cơ cấu kéo mái che:

Hình 4.2 - Sơ đồ phân tích động lực học cơ cấu đóng mở mái che.

Theo tiêu chuẩn, góc nghiêng α từ 15% – 25%. Chọn α = 20% ~ 11,3O.

P = m.g = 24230 (N)

Chiếu P lên Ox: Px = P. sin α = 4747,77 (N) Chiếu P lên Oy: N = Py = P. cos α = 23760,30 (N)

Bảng tra hệ số ma sát theo vật liệu. Bảng 4.2

Vật liệu Hệ số ma sát nghỉ Hệ số ma sát trượt

Thép trên thép 0,74 0,57

Gỗ trên gỗ 0,4 0,2

Cao su trên bê tông khô 0,9 0,7

Thủy tinh trên thủy tinh 0,9 0,4

Teflon trên teflon 0,04 0,04

Hệ số ma sát lăn:

Fms = ϻmsl. N = 541,73 (N)

Suy ra, T = Px + Fms = 5289,5 (N) 4.1.4. Tính chọn ray dẫn hướng:

Vật liệu chế tạo ray là thép có giới hạn bền kéo 750 MPa, giới hạn chảy 350 MPa.

Hình 4.3 – Hình dáng và kích thước ray chuyên dùng

Chọn kiểu ray P15 có các thông số sau: Bảng 4.3

Chiều cao h (mm) Chiều rộng của ray b1 (mm) Chiều rộng hữu ích b (mm) Chiều rộng đáy b2 (mm) Chiều dày thân ray T (mm) Khối lượng (Kg/m) 80 43 38 80 8,33 15 4.1.5. Tính chọn bánh xe: + Bánh xe dạng trụ, có hai thành bên.

+ Vật liệu chế tạo bằng thép C40. Bề mặt được nhiệt luyện đạt độ cứng 300~400 HB. Giới hạn bền: 569 MPa.

+ Đường kính bánh xe: Trong đó:

D  Fmax

1,9bpL

Fmax = Py = 23760,3 (N)

b là chiều rộng hữu ích của ray; b = 35mm.

 pL là áp suất giới hạn của bánh xe, phụ thuộc vào vật liệu chế tạo bánh xe; pL = 5,0 (MPa)

Suy ra, D  58,16(mm). Lấy D = 60 (mm)

+ Chiều rộng B của bánh xe: B = b + 15mm = 53 mm.

4.1.6. Tính chọn dây cáp:

- Chọn loại cáp: Cáp đơn.

- Tính chiều dài dây cáp: Lc = Llv + Lkc + Lat + Ldh Trong đó:

Llv là chiều dài làm việc của cáp. Llv = H.a; với a là số nhánh cáp treo vật. Lkc là chiều dài đoạn cáp nằm trong các kẹp cáp (Để cố định hai đầu cáp)

Lat là chiều dài đoạn cáp nằm trước các kẹp cáp, để giảm tải trọng tác dụng lên kẹp cáp, đảm bảo an toàn cho kẹp cáp.

Ldh là chiều dài đoạn cáp vòng qua các ròng rọc dẫn hướng.

Lc = 6800 + 660 + 660 + 4250 = 12370 (mm)

- Tính chọn đường kính của cáp:

Đường kính của dây cáp được chọn theo tiêu chuẩn theo điều kiện bền F0 <= [F] Trong đó, F0 là tải trọng tính, là lực kéo tính toán tác dụng lên cáp (N)

[F] là lực kéo cho phép F0 = Smax. Zp

Với Smax là lực căng lớn nhất trên dây cáp T, khi nâng tải (N)

Zp là hệ số an toàn sử dụng cáp. Giá trị của Zp được chọn tùy thuộc vào chế độ làm việc của cơ cấu nâng trong bảng sau:

Hệ số an toàn sử dụng cáp: Bảng 4.4

Vận tốc

nâng, m/s vn < 1 1 ≤ vn ≤ 2 2 ≤ vn ≤ 3 3 ≤ vn ≤ 4 4 ≤ vn ≤ 5

Zp 9 12 13 14 15

Suy ra Zp = 9

Vậy F0 = 5289,5 x 9 = 47605,54 (N)

Dựa vào bảng “Lực kéo cho phép của loại cáp theo tiêu chuẩn ӶOCT 30262-69 [1]”, ta chọn được loại cáp có các thông số sau:

Thông số cáp chọn được cho cơ cấu đóng mở mái che. Bảng 4.5

Đường kính cáp dc(mm) 6,7

Khối lượng tối thiểu/ 100m (kg) 23,45

Cấp độ bền (Mpa) 2000

Lực kéo cho phép [F] (KN) 48,5

4.1.7. Tính chọn tang quấn cáp:

- Chọn loại tang: Tang trơn.

- Chọn đường kính tang: D = D1 – dc. Trong đó D1 là đường kính tang kể đến tâm lớp cáp trong cùng.

Giá trị của D1 được lấy theo đường kính dc của cáp quấn trên tang, theo công thức D1 >= dc x e.

Giá trị của hệ số đường kính e được chọn tùy thuộc vào chế độ làm việc của cơ cấu, theo bảng sau:

Quan hệ tương ứng giữa chế độ làm việc và hệ số đường kính e. Bảng 4.6

Chế độ làm việc M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 Giá trị của e 11,2 12,5 14,0 16,0 18,0 20,0 22,4 25,0

Cơ cấu của chúng ta làm việc ở chế độ M1, giá trị của e = 11,2. Do đó, D1 >= 6,7 x 11,2 = 75,04 (mm)

Chọn D1 = 76,7 (mm)

- Chọn chiều dài của tang: (tang trơn) l = l0 + 2δ1;

Với δ1 là chiều dày thành tang của thành bên đầu tang;

δ1 = 0,01.D + 8 = 8,7 (mm). Lấy δ1 = 12 (mm) (để dễ điền đầy khuôn đúc)

l0 là chiều dài làm việc của tang (Chiều dài phần quấn cáp). Chiều dài l0 được tính như sau:

l0 = Z. (dc + 1,5 mm) (với Z là số vòng cáp quấn trên 1 lớp cáp)

Để tính Z, gọi m là số lớp cáp quấn trên tang, ta có công thức quan hệ giữa chiều dài cáp quấn trên tang và số lớp cáp m = 3:

Z = 9,56 (vòng). Lấy Z = 10 (vòng) Suy ra l0 = 82 (mm)

Suy ra Chiều dài tang: l = 82 + 2 x 12 = 106 (mm)

- Chọn đường kính thành tang Da:

Da = D + (m+2).dc = 115,5 (m)

 Lấy Da = 116 (m)

- Chiều dày của thân tang: δ = δ1= 12 (mm) -Hiệu suất của tang và ròng rọc: t = 0,97 4.1.8. Chọn động cơ:

-Công suất cần thiết trên trục động cơ: N  Nlv ct 

Trong đó: + Nct: Công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)

+ Nlv: Công suất trên trục công tác (kW)

+ : Hiệu suất truyền động chung.

- Xác định Nlv:

Công suất trên trục công tác được tính theo công thức 2.11 trg20

:

Nlv

= F.v 1000

Trong đó: + F: Lực kéo (lực căng dây) F = T = 3543,1 (N) + v: Vận tốc dài của tang: v = 0,3 m/s

Suy ra: Nlv = 1,063 (kW)

- Xác định :

Hiệu suất truyền động của toàn bộ hệ thống truyền động được tính theo công thức:

 = đai. tv. ol3. tang. kn

Trong đó: kn: Hiệu suất truyền động của khớp nối (1)

tv: Hiệu suất truyền động của bộ truyền trục vít bánh vít (0,4)

tang: Hiệu suất truyền động của tang (0,97)

ol: Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn (0,99)

đai: Hiệu suất truyền động của bộ truyền đai (0,94) Suy ra:  = 0,94 x 0,4 x 0,993 x 0,97 x 1. = 0,35 = 35%

Vậy, Công suất cần thiết trên trục động cơ là:

N  Nlv = 3,04 (kW)

ct 

Như vậy ta chọn loại động cơ không đồng bộ 3 pha A02-41-4 (loại che kín có quạt gió):

Thông số động cơ kéo mái che: Bảng 4.7

Công suất (kW) Vận tốc (v/ph) Hiệu suất (%) Mm Mdm Khối lượng động cơ ứng với III2 (kg) 4 1450 86 1,5 55,5

4.1.9. Phân phối tỷ số truyền:

Ta có đường kính tang là D = 70 mm. Số vòng quay tại trục tang:

ntang = 81,85 (v/ph).

Tỷ số truyền chung toàn máy:

ichung

 ndc = 17,715

nlv

Mà ichung ingoai.ihop = 17,715 Chọn ingoai = iđai = 1

ihộp ~ 18

Công suất trên các trục:

- Trục động cơ: Nđc = 4(KW)

- Trục vít: N1 = Nđc × ηkn × ηol x ηđai = 4. 1. 0,99. 0,94 = 3,72 (kW)

- Trục bánh vít: N2 = N1 × ηol × ηtv = 3,72. 0,99. 0,4 = 1,47 (KW)

- Trục tang: N3 = N2 × ηkn = 1,47. 1 = 1,47 (KW)

Mômen xoắn trên các trục:

- Trục động cơ:Mdc = 9,55. 106 × Ndc = 9,55. 106 × 4 = 26344,83 N. mm ndc 1450 - Trục vít: Mx1 = 9,55. 106 × N1 = 9,55. 106 × 3,72 = 24500,68 N. mm n1 1450 - Trục bánh vít: Mx2 = 9,55. 106 × N2 = 9,55. 106 × 1,47 = 174283,05 N. mm n2 80,55 - Trục tang: Mx3 = Mx2 = 174283,05 N. mm

h

a

4.1.10. Thiết kế bộ truyền đai:

a. Chọn loại đai: ho

Ta chọn loại đai thang. ao = 14 mm. h = 10,5 mm. a = 17 mm. ho = 4,1 mm. ao F = 138 mm2.

Hình 4.4 Mặt cắt ngang của đai

b. Xác định đường kính bánh đai:

- Đường kính D1 của bánh đai nhỏ dựa vào trị số nhỏ nhất và trị số lớn nhất nên dùng

cho mỗi tiết diện đai. Có D1 = 140 mm.

Kiểm nghiệm lại vận tốc của đai theo điều kiện vận tốc:

Với D1 = 140 mm. n1 = 1450 v/ph V  .D1 .n1 60.100 0 Vmax (30  35) m s

V 3,14.140.1450  10, 63 (m / s) V (thỏa điều kiện)

60.1000

Vậy D1 = 140 mm.

- Tính đường kính bánh đai lớn D2: D2 = i.D1.(1 - )

Với  = 0,02: Hệ số trượt đai thang. iđ = 1

max

D2 = 1.140.(1-0,02) = 137,2 mm. Chọn D2 = 140 mm.

c. Tính sơ bộ khoảng cách trục A:

Khoảng cách trục A phải thỏa mãn điều kiện sau:

0,55.(D2 + D1) + h  A  2.(D1 + D2) Trong đó: h = 10,5 mm: Chiều cao tiết diện đai.

 164,5 mm  A  560 mm. Ta chọn A = 500 mm.

d. Tính chính xác chiều dài L và khoảng cách trục A.

Theo khoảng cách trục A đã chọn ta tính chiều dài đai:

 (D D )2

L  2A 

Thay các giá trị ta được:

2 (D 1 D2 )  2 1 4.A L  2 500  3,14 (140 140)2 (140 140)  2 4 500  1439,82 mm

 Theo tiêu chuẩn ta chọn L = 1480 mm.

Kiểm nghiệm số vòng quay của đai trong 1 giây:

u V u L max  10 vg / s u 9,89  6, 64vg / s  u 1, 49 max

(thoả điều kiện)

Tính chính xác khoảng cách trục A

� = 2� − �(�1 + �2) + √ [2� − � (�1 + �2)]2  −  8 (�2 − �1)2  

8

A = 520 mm.

Xét về mặt kết cấu có thể căng đai trong quá trình làm việc, nghĩa là dịch chuyển trục A về 2 phía. Ta có công thức sau:

A - 0,015L  A  A + 0,03L Thay các giá trị vào, ta có:

520 - 0,015.1480  A  520 + 0,03.1480 498  A  564

e. Kiểm nghiệm góc ôm

Ta có: 1 = 1800 - (D2 - D1)/ A. 570

Thay các giá trị vào ta có:

2 = 1800 + (140 - 140)/ 278. 570 =1800

f. Xác định số đai cần thiết.

Gọi Z là số đai và được tính như sau:

1000 .N Z V..p .C .C .C .F 0 t  v

Trong đó: F = 138 mm2: Diện tích tiết diện đai. V = 10,7 m/s

[.p]0: Ứng suất cho phép (N/mm2)

0 = 1,2  1,5 chọn 0 = 1,2 Ta có, [.p]0 =1,51 N/mm2.

C: Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm  C = 0,89. Ct: Hệ số xét đến ảnh hưởng chế độ tải trọng  Ct = 0,6. Cv: Hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc  Cv = 1,00. N: Công suất trục dẫn: N = 0,055 kW. Z  1000.0, 055 7.43.1,51.0, 6.0,89.1.138  0, 07 Chọn Z = 1 sợi đai.

g. Định các kích thước của bánh đai:

Tỷ số truyền: i = 1.

Khoảng cách trục: A = 500 mm. Chiều dài danh nghĩa: L = 1400 mm. Đường kính bánh nhỏ: D1 = 140 mm. Đường kính bánh lớn: D2 = 140 mm. Tính chiều rộng bánh đai B = (Z - 1).t + 2s Ta có:

h0 = 5 mm, t = 20 mm, s = 12,5 mm, z =1, e = 16 mm Thay các giá trị vào ta được:

B = (1 - 1).20 + 2.12,5 = 25 mm

Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ và lớn: Dn1 = D1 + 2h0

Dn2 = D2 + 2h0

Dn1 = 140 + 2x5 = 142,5 mm Dn2 = 140 + 2x5 = 142,5 mm Đường kính trong của bánh đai:

Dt1 = Dn1 + 2.e = 140 – 2x16 = 108 mm Dt2 = Dn2 + 2.e = 140 – 2x16 = 108 mm

h. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

Lực căng ban đầu đối với mỗi đai: S0 = 0.F

Với 0 ứng suất ban đầu 0 = 1,2 N/mm2 F = 138mm2: diện tích của 1 đai.

 S0 = 1,2 x 138 = 165,6 N

Lực tác dụng lên trục: R = 3.S0.Z.sin(1/2)

 R = 3 x 165,6 x 1 x sin(180/2) = 497 N.

Lực vòng Pd: Pd = (2 x 9,55 x 106x N1) / (D2 x n1) = 5,58 N

4.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐÓNG MỞ RÈM CỬA:4.2.1. Tính toán tải trọng: 4.2.1. Tính toán tải trọng:

a. Tải trọng bạt che:

Loại: Bạt che da cam 2 lớp. Kích thước: 10m x 8m.

Khối lượng riêng: 0,15 kg/m2. Khối lượng: 12 kg.

b. Tải trọng thanh rèm:

Loại: Nhôm hộp vuông 10mm x 10mm. Số lượng: 8 cây.

Chiều dài: 10m.

Khối lượng riêng: 0,071 kg/m. Khối lượng: 5,68 kg.

c. Tải trọng gió:

Tải trọng gió trung bình: 1200 kg (150 N/m2)

Tải trọng gió lớn nhất có thể khi đang làm việc: 8 tấn (1000 N/m2)

4.2.2. Phân tích động lực học cơ cấu đóng mở rèm cửa:

Hình 4.5 - Sơ đồ phân tích động lực học cơ cấu đóng mở rèm.

P = m.g = 177 (N) N = Fgió = 12x103 (N) Hệ số ma sát trượt là ϻmst = 0,57. Hệ số ma sát lăn: Fmsl = ϻmsl. N = 273,6 (N) Suy ra, Ttổng = P + Fmsl = 451 (N)

Để vật cân bằng, cần ít nhất bộ tang và dây. Do đó T1 = T2 = 1

T = 225,5 (N) 2

4.2.3. Tính chọn dây cáp:

- Chọn loại cáp: Cáp đơn.

- Tính chiều dài dây cáp: Lc = Llv + Lkc + Lat Trong đó:

Llv là chiều dài làm việc của cáp. Llv = H.a; với a là số nhánh cáp treo vật. Lkc là chiều dài đoạn cáp nằm trong các kẹp cáp (Để cố định hai đầu cáp).

Lat là chiều dài đoạn cáp nằm trước các kẹp cáp, để giảm tải trọng tác dụng lên kẹp cáp, đảm bảo an toàn cho kẹp cáp.

Lc = 8000 + 330 + 330 = 8660 (mm)

- Tính chọn đường kính của cáp:

Đường kính của dây cáp được chọn theo tiêu chuẩn theo điều kiện bền F0 <= [F] Trong đó, F0 là tải trọng tính, là lực kéo tính toán tác dụng lên cáp (N).

[F] là lực kéo cho phép. F0 = Smax. Zp.

Với Smax là lực căng lớn nhất trên dây cáp T, khi nâng tải (N)

Zp là hệ số an toàn sử dụng cáp. Giá trị của Zp được chọn tùy thuộc vào chế độ làm việc của cơ cấu nâng trong bảng sau:

Quan hệ giữa vận tốc nâng và chế độ làm việc tương ứng. Bảng 4.8

Vận tốc

nâng, m/s vn < 1 1 ≤ vn ≤ 2 2 ≤ vn ≤ 3 3 ≤ vn ≤ 4 4 ≤ vn ≤ 5

Zp 9 12 13 14 15

Cho vận tốc nâng là Vn < 1 m/s. Suy ra Zp = 9.