.9 Đặc tính kỹ thuật của thép CT3

Bằng sự hỗ trợ của phần mềm Solidworks 2016, kết cấu thép được thiết kế sơ bộ như Hình 3.6.

Hình 3.6 Kết cấu thép sơ bộ

Khớp xoay sử dụng bạc trượt được chọn theo [18] với số lượng như sau:

STT MÃ SẢN PHẨM SỐ LƯỢNG

1 140 KNG 140 01

2 150 KNG 150 02

3 200 KNG 200 02

Bảng 3.10 Thống kê bạc trượt theo Kingsbury, Inc 3.2.3.3 Tối ưu kết cấu

Sử dụng phần mềm AnsysWorkbench 15.0 để phân tích mơ hình kết cấu đã thiết kế, nghiên cứu những hạn chế của mơ hình về sức bền và chuyển vị. Từ đó,

tinh chỉnh và tối ưu hóa, để giảm chi phí về vật liệu những vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Đối với kết cấu thép này, cần kiểm tra:

 Tại 3 vị trí chính:

 Vị trí làm việc xa nhất có gắn xe múc (trọng lượng: 3 tấn).  Vị trí làm việc gần nhất.

 Vị trí thu gọn lúc xe cơ sở di chuyển.  Với 2 đối tượng:

 Kết cấu thép mang vít tải VT4-10710.  Kết cấu thép mang vít tải VT2-3500.

Nhằm làm cho q trình phân tích đơn giản và nhanh chóng hơn, trước khi đưa mơ hình 3D vào phần mềm AnsysWorkbench 15.0 cần:

 Lược bỏ các chi tiết không cần thiết: bulong, đai ốc, ổ bi, ...  Thay các xylanh bằng các thanh rắn.

 Tại khớp xoay, gộp bạc trượt và trục lại thành 1 chi tiết trục.

Vị trí làm việc xa nhất có gắn xe múc

Bước 1: Gán vật liệu là thép CT3 cho toàn bộ mơ hình trong phần mềm Solidworks 2016.

Bước 2: Đưa chi tiết vào phần mềm AnsysWorkbench 15.0, tiến hành chia lưới. Với mơ hình này, số điểm nút là 134852 điểm.

Hình 3.7 Kết quả chia lưới

Bước 3: Thiết lập các thông số trong mơi trường tính tốn: trọng trường, ngàm, lực, áp suất, ...

Hình 3.8 Thiết lập thông số trọng trường

Lựa chọn mặt dưới của chân đế là ngàm (Fixed support), vì đây là mặt phẳng tiếp xúc trực tiếp với mâm xoay.

Hình 3.9 Thiết lập ngàm cho mơ hình

Kết cấu thép này chủ yếu chịu tác dụng của trọng lực. Vì thế, tiến hành đặt khối lượng của tồn bộ vít tải và xi măng (được điền đầy) lên các mặt của các kết cấu thép chịu lực tương ứng. Máy làm việc ổn định trong điều kiện thời tiết khơng mưa, gió cấp 6-7, áp lực gió là 138 (N/m2)[19].

Thành phần lực, gồm: STT TÊN LỰC VỊ TRÍ ĐẶT LỰC ĐỘ LỚN 1 Force, N C 13473 2 Force 2, N D 13473 3 Force 3, N E 28229 4 Force 4, N F 30000 5 Force 5, N G 40494 6 Pressure, Pa H 138

Bảng 3.11 Thành phần lực tác dụng lên toàn bộ kết cấu thép

Bước 4: Giải và xem kết quả.

Ở đây, cần quan tâm đến ứng suất và chuyển vị của kết cấu. Thép CT3 có ứng suất cho phép là 250 (MPa), với hệ số an tồn 1,2 thì vùng ứng suất cho phép cịn là 208 (MPa). Về chuyển vị cho phép, đối với thép thế giới là (1/1000).L trong đó, L là khả năng vươn xa của cần. Riêng tại Việt Nam, giá trị này là (1/750).L. Áp dụng cho dạng kết cấu cần phân tích thì giá trị ngưỡng là 30 (cm).

Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, cần thực hiện các thay đổi sau:  Tăng bề dày thép tấm dùng để chế tạo chân đế lên 20 (mm).

 Sử dụng tấm ốp dày 15-20 (mm) tại các khối tam giác ở đầu và chân xylanh.

 Thực hiện bo tròn tại các góc để giảm tập trung ứng suất, tránh gây rách, nứt.

Hình 3.12 Bo trong tại phần dưới của KCT10710

 Sử dụng tấm đế để dàn trải lực, tránh hàn trực tiếp 2 tấm tam giác lên kết cấu thép, nhằm giảm đáng kể ứng suất.

Hình 3.13 Sử dụng tấm đế trên KCT10710

 Tăng cường gân trợ lực tại những vị trí chịu lực kém, dễ bị uốn cong.

 Kết cấu thép KCT10710 chịu uốn lớn về phía đầu cần trục. Do đó, cần gia cường thép V8 dọc theo chiều dài kết cấu, cả mặt trên và mặt dưới, với khoảng cách 100 (mm) / một thanh.

Hình 3.15 Thép V8 được gia cường bên trong KCT10710

Bước 5: Nhận xét, phán đoán và tinh chỉnh kết cấu, đưa kết quả phân tích về trong vùng cho phép.

Phần mềm AnsysWorkbench 15.0 sử dụng màu sắc để hiển thị trạng thái ứng suất của mơ hình. Bên cạnh đó, phía góc trái là chỉ số ứng suất cũng được hiển thị đồng thời. Kết quả cho thấy toàn bộ kết cấu đảm bảo độ an toàn lúc làm việc, khi giá trị ứng suất đều nằm trong vùng cho phép

Đối với chuyển vị, kết quả cũng được hiển thị tương tự. cho thấy toàn bộ giá trị chuyển vị đạt yêu cầu.

Hình 3.17 Kết quả chuyển vị tại vị trí làm việc xa nhất có gắn xe múc

 Thực hiện q trình phân tích theo các bước như trên, kết quả đạt được như sau:

Vị trí làm việc gần nhất

Hình 3.19 Kết quả chuyển vị tại vị trí làm việc gần nhất Vị trí thu gọn khi xe cơ sở di chuyển Vị trí thu gọn khi xe cơ sở di chuyển

Hình 3.21 Kết quả chuyển vị tại vị trí thu gọn lúc xe cơ sở di chuyển Kết cấu thép mang DN10710 Kết cấu thép mang DN10710

Hình 3.23 Kết quả chuyển vị của kết cấu thép mang DN10710 Kết cấu thép mang DN3500

Hình 3.25 Kết quả chuyển vị của kết cấu thép mang DN3500 3.2.4 Thiết kế bộ mâm xoay 3.2.4 Thiết kế bộ mâm xoay

3.2.4.1 Tính tốn động cơ

Đặc điểm của cơ cấu quay là khi quay, thời gian chuyển động không ổn định (mở máy và phanh) chiếm phần lớn thời gian quay (thời gian chuyển động ổn định nhỏ). Vì vậy, cơng suất động cơ điện khơng tính theo moment tĩnh, mà tính theo tổng moment trong thời kỳ mở máy.

 Xác định moment cản quay

Trong thời kỳ mở máy moment cản quay đối với trục quay xác định theo công thức:

q 1 2 3 4

M M M M M Trong đó:

M2: moment cản do độ nghiêng của mặt nền. M3: moment cản do gió.

M4: moment cản do lực qn tính. Moment cản do ma sát

Theo cơng thức (9.5), với hệ thống tựa quay của thiết bị:

' ' 0 r r 1 1 0 0 ' 1 t 1 l ' r ' l d D D d M R R f R f K D D 2 2 144 D 0 55 550000 0 0, 25 0,3 0.0,3 .2 60 D 2 2 660 (Nm)                               Trong đó:

R0 = 550000 : Tổng tải tọng tác dụng lên con lăn, N. R’0 = 0 : Tổng tải trọng lên các con lăn ngược, N. Dr = 144 : Đường kính trung bình của vịng ray, mm. Dl = 60 : Đường kính trung bình của con lăn, mm. μ = 0,25: Hệ số ma sát tương đương.

f = 0,3: Hệ số ma sát trượt.

d0 = 0: đường kính trục con lăn, mm.

R1 = 0: Tải trọng ngang tác dụng lên trục giữa, mm.

d1 = 55: Đường kính ngõng trục của trục giữa lắp ổ chịu tải trọng ngang R1,

mm.

Kt = 2: Hệ số kể đến ma sát do hiệu lượng trượt của con lăn trên vòng ray, ma sát thành bên của con lăn vào ray và ma sát mặt đầu con lăn, theo bảng 9.1 trang 173[7].

Moment cản quay do độ nghiêng

 ' '  2 c c q q 0 M QL G l G l sin (30000 13700 183000 6850) sin2 58092 (Nm)          

Trong đó:

Q = 30000 : Trọng lượng vật nâng và bộ phận mang, N. L = 13700 : Tầm với của cần kể từ trục quay, mm.

Gc = 183000 : Trọng lượng cần và các thiết bị trên nó, N. lc = 6850 : Khoảng cách từ trọng tâm cần đến trục quay, mm.

α = 20 : Góc nghiêng lớn nhất của mặt nền cho phép cần trục làm việc theo thiết kế.

Moment cản quay do gió

Moment cản quay do gió lớn nhất được tính khi cần ở vị trí cũng có moment cản do độ nghiêng mặt nền lớn nhất, theo công thức (9.11) trang 174[7]:

    3 v c c q q M q F l F a F a 0, 000138 14117253,37.6850 514548(Nm)      Trong đó: q = 0,000138 : Áp lực gió tính tốn, N/mm2.

Fc = 14117253,37 : Diện tích chịu gió của cần, mm2.

ac = 6850 : Khoảng cách từ trục quay đến các điểm đặt tải trọng gió tác dụng lên máy, mm.

Do đó, moment tĩnh cản quay:

t

q 1 2 3

M M M M 573300 (Nm)

Động cơ điện cơ cấu quay được chọn xuất phát từ công suất tĩnh:

t q q t M .n 573300.0,03 N 1,8(kW) 9555 9555    Trong đó:

nq = 0,03 : Vận tốc quay ổn định, m/s, biết tốc độ quay của thiết bị là n = 2 rev/min

Công suất động cơ:

dc t

Theo [16], chọn động cơ loại Helical Geared Motor (tích hợp hộp giảm tốc và phanh hãm), ký hiệu HF 136C 3B 132M-04F-TH-TF-BR100 với cơng suất 7,5 (kW), số vịng quay 12 (rev/min).

3.2.4.2 Tính tốn ổ lăn

Theo [22], chọn ổ lăn kết hợp bánh răng ăn khớp trong, loại 01 – Single row ball slewing bearing, ký hiệu 013.60.2000. Đi kèm là bánh răng dẫn động với các thơng số kỹ thuật chính được thiết kế như sau:

STT THÔNG SỐ GIÁ TRỊ

1 Module, m 16

2 Số răng, z 18

3 Góc nghiêng răng, α 200

Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật bánh răng dẫn động 3.3 Thiết kế cụm đối trọng

3.3.1 Chức năng

Sự an toàn làm việc của tất cả các cụm, các ống vít tải cần được đảm bảo nhờ đủ độ ổn định chống lật máy. Hệ số dự trữ ổn định và phương pháp xác định nó được nêu trong các quy tắc của tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn sử dụng máy nâng (TCVN 4244:2005).

Điều kiện cân bằng của cần trục được xác định bằng tỷ số của moment chống lật và moment gây lật máy tác dụng so với đường trục lật (cạnh lật) của máy.

3.3.2 Tính tốn moment cần thiết để tạo đối trọng

Ta có: Mdt 1.15Mlat 1.15 max MtbiMxi , Mtbi Mxemuc Trong đó:

:

dt

M Moment do trọng lượng đối trọng gây ra

:

lat

M Tổng moment làm lật máy

:

tbi

M Moment do trọng lượng thiết bị gây ra

:

xi

:

xemuc

M Moment do trọng lượng xe múc được treo trên thiết bị gây ra  Tính Mtbi

Dùng phần mềm SolidWorks, ta cài loại vật liệu và tính được khối lượng của thiết bị và khoảng cách khối tâm so với tâm lật của thiết bị là: mtbi 18300kg

4600 4,6

d  mm m

Khi đó Mtbi mtbi g d118300 10 4, 6  841800Nm  Tính Mxi

Ta giả sử, xi măng lắp đầy hết các ống. Khi đó:

Thể tích xi măng chiếm chỗ: Vxi Vlongong Vvittai

Khối lượng xi măng: 3

1,2 / 1000 /

xi xi xi xi

m  V  tan m  kg tan V Moment lật do xi măng từng ống gây ra Mxi i  mxi i  g di i 

Khi đó, ta tính được moment lật do xi măng gây ra:

 

xi xi i xidung xixien xingang xixa

M M M M M M

Ta có bảng kết quả như sau:

d L Vlongong Vvit Vxi mxi di Mxi Vít đứng 0,3239 4,01 0,33 0,03 0,3 360,4 11,106 40024,67 Vít xiên 0,3239 5,15 0,424 0,039 0,386 462,8 9,584 44356,02 Vít ngang 0,4064 11,305 1,467 0,137 1,329 1594,9 4,251 67797,87 Vít xả 0,4064 6,615 0,858 0,078 0,78 935,6 4,997 46752,21 Tổng 105426,3

Bảng 3.13 Các thơng số tính tốn moment lật do xi măng gây ra

 Tính Mxe

Khối lượng xe: mxe 3000kg

Khoảng cách vị trí móc xe đến tâm lật: dxe 11106mm11,106m Khi đó, moment lật do xe múc gây ra là:

3000 10 11,106 333180

xe xe xe

Ta thấy, Mxe Mxi333180105426,3

Do đó, Mdt 1,15MtbiMxe1,15841800 333180 1351227Nm

3.3.3 Thiết kế

Sử dụng phần mềm Solidworks, nhóm đã thiết kế được mơ hình như Hình 5.1. Mơ hình vừa đảm bảo được Moment cần thiết và vừa đảm bảo được thiết bị

không bị va chạm khi làm việc. Bên cạnh đó, có thùng chứa dầu được thiết kế và được tính tốn để cân bằng khối lượng 2 bên, vì bên kia có khoảng trống đủ để đặt động cơ để xoay được mâm xoay.

Hình 3.26 Mơ hình cụm đối trọng

1 – Bê tơng; 2 – ti; 3 – Thùng chứa dầu; 4 – Dàn thép chữ I120; 5 – Kết cấu thép phụ

Hình 3.27 Thơng số đối trọng

Khối lượng đối trọng: mdt 33318, 77kg Z = 0 => Cân bằng được 2 bên

Khoảng cách đến tâm của xe là 1,71 m; khoảng cách từ tâm lật (chân chống bên trái) đến tâm xe là 2,5 m (có thể thu dài ngắn từ 0 đến 3m). Khi đó, khoảng cách từ tâm đối trọng đến tâm lật là: d 1,71 2,5 4, 21m

Moment đối trọng gây ra:Mdt mdt g d=33318,77 10 4,21=1399388,34Nm  Thỏa điều kiện Mdt 1351227Nm

3.4 Thiết kế hệ thống thủy lực 3.4.1 Đặc điểm

Hệ thống thủy lực của máy gồm bộ nguồn cung cấp cho sự hoạt động của 2 động cơ ở bộ phận gom liệu, 5 xylanh và bộ chân chống.

Đối với cần trục quay, cơ cấu thay đổi tầm với kêt hợp với cơ cấu nâng hạ có thể đưa đến bất kỳ tọa độ nào trong vùng phục vục của cần trục. Cơ cấu kiểu thủy lực (được sử dụng) gồm có xylanh có thể quay quanh bản lề, cần của pistong nối

với cần bằng bản lề, cơ cấu này làm việc bằng phương pháp kéo (nếu xylanh đặt phía trên cần), bằng phương pháp đẩy (nếu xylanh đặt phía dưới cần).

Cơ cấu kiểu thủy lực làm việc rất êm, nhưng phức tạp trong chế tạo và trong sử dụng, bảo dưỡng. Tuy nhiên, nó được dùng rất rộng rãi trong các ô tô - cần trục hiện nay.

3.4.2 Tính tốn xylanh

Để rút ngắn thời gian tính tốn và nâng cao độ chính xác, cần chuyển kết cấu thép về dạng khung. Kết hợp với sự trợ giúp của phần mềm SAP 2000, quá trình được thực hiện như sau:

3.4.2.1 XL700: số lượng 01, hành trình 700 (mm)

Bước 1: Chuyển đổi về bài toán dạng khung

Hình 3.28 Dạng khung của kết cấu thép tại vị trí của xylanh XL700

Bước 2: Đặt lực. Đối với dạng toán này, chủ yếu chịu tác dụng của khối lượng kết cấu thép, cụ thể là 2880 (kg) tại gốc tọa độ Oxz.

Bước 3: Xem kết quả. Sơ đồ lực được hiển thị thơng qua màu sắc như Hình 3.29.

Hình 3.29 Sơ đồ lực của dạng khung tại xylanh 700

Lực dọc trục lớn nhất của xylanh XL700 là 29499,77 (N).

Hình 3.30 Kết quả lực dọc trục của xylanh XL700

Bước 4: Tính tốn và chọn xylanh. Lực đẩy thực tế:

TT LT

F F .1,529499,77.1,544249,66(N) Áp suất dầu của bộ nguồn là P = 150 (bar). Diện tích của xylanh:

2 TT F 44249, 66 S 0, 00295(m ) P.100000 160.100000    Đường kính xylanh: 4S 4.0,00295 d 0,061(m) 61(mm)      

Theo [21], chọn xylanh kiểu AMP5 - RB - W, kiểu đầu cần RB (sử dụng bi cầu) với đường kính ống 70 (mm), đường kính cần là 35 (mm).

3.4.2.2 XL1000_1: số lượng 01, hành trình 1000 (mm)

Bước 1: Chuyển đổi về bài tốn dạng khung

Hình 3.31 Dạng khung của kết cấu thép tại vị trí của xylanh XL1000_1

Bước 2: Đặt lực. Đối với dạng toán này, chủ yếu chịu tác dụng của khối lượng kết cấu thép, cụ thể là 1700 (kg).

Bước 3: Xem kết quả. Sơ đồ lực được hiển thị thơng qua màu sắc như Hình

3.32

Hình 3.32 Sơ đồ lực của dạng khung tại xylanh XL1000_1

Lực dọc trục lớn nhất của xylanh XL1000_1 là 4096 (N).

Bước 4: Tính tốn và chọn xylanh. Lực đẩy thực tế:

TT LT

F F .1,54096.1,56144(N)

Áp suất dầu của bộ nguồn là P = 150 (bar). Diện tích của xylanh: