CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.4. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CƠ CẤU XÚC LẬT
3.4.2. Tính toán xác định thông số thiết kế 2 cần chính cơ cấu xúc
Xét trạng thái máy xúc chứa đầy vật liệu. Đây là trạng thái làm việc bất lợi nhất bởi máy phải chịu cả lực động và lực ngẫu nhiên do nhiều nguyên nhân gây ra. Lúc đầu hạ gầu xúc xuống đống vật liệu, cho máy chuyển động tịnh tiến, gầu từ từ đẩy vào đống vật liệu với chiều sâu cắm không lớn, sau đó vừa nâng gầu vừa cho máy di chuyển chậm về phía trước, gầu được chất vật liệu dần dần.
Hình 3.9. Sơ đồ mô phỏng lực tác dụng lên cần gầu xúc Lực tác dụng lớn cần xúc bao gồm:
+ P01: Lực cản đưa gầu cắm vào đống vật liệu.
+P02: Lực cản xúc vật liệu khi nâng hoặc đóng gầu.
+ Gt: Trọng lượng của tay gầu (cần phụ ).
+ Gc: Trọng lượng của cần xúc.
* Lực cản cắm gầu vào đống vật liệu phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, phụ thuộc vào chiều rộng của gầu và chiều sâu đưa lưỡi gầu vào đống...
Theo thực nghiệm: P01=1,6.k1.k2.B.S (10) [9]
Ở đây: k1- Sức cản riêng đẩy gầu vào đống vật liệu.
+ đối với cát: k1=1x103 kG/m2.
+ đối với đất đá hỗn hợp: k1=2x103 kG/m2. + đối với đá cục Granit: k1=4x103 kG/m2. Chọn: k1=2 x 103 (kG/m2)
k2 - Hệ số kích thước hạt vật liệu.
khi kích thước hạt a100 mm, k2=1;
khi kích thước hạt a200 mm, k2=1,25;
khi kích thước hạt a300 mm, k2=1,75;
khi kích thước hạt a 400 mm, k2=2,5.
Chọn: k2=1,25
Lg - Chiều dài gầu (m), L = 1,1 m.
S - Chiều sâu cắm gầu vào đống vật liệu (m), S = 0,6m Khi đó:
P1 = 1,6 x 2 x 103 x 1,25
Hình 3.10. Sơ đồ biểu thị lực cắt vật liệu của gầu C: Lực dính bám của vật liệu trên một đơn vị diện tích (kG/m2)
Từ lý thuyết vật liệu xốp, ta thấy trong cân bằng giới hạn, sự trượt xảy ra thuận lợi là theo mặt phẳng nghiêng đặt dưới góc 450- /2 so với phương ứng suất chính.
Khi quay gầu, ở tại lưỡi gầu xuất hiện lực cắt tiếp tuyến với quỹ đạo tiếp xúc là P02. Có thể coi P02đặt ở phương thẳng đứng (như hình 1.17). Các mặt trượt của vật
liệu sẽ là OA và OB. Tại mặt cắt OA lực cản là nhỏ nhất, vật liệu bên phải mặt cắt OA sẽ rơi vào gầu. Để nâng gầu lên phải thắng được lực cản theo mặt trượt OB.
Chiếu lực P02 theo hướng OB và theo hướng vuông góc với nó:
F C
tg P
F
P
/2) sin(45 /2) 45
cos( 0 02 0
02
. .
2).
45 sin(
2) 45 cos(
. 1
0
02 CF
tg F
C
p
Trong đó:
F là diện tích tiếp xúc (m2), F=h0.B Theo định lý hàm sin:
2) 45
sin(
. sin
0
0
S h
Với Bm - Chiều rộng miệng gầu (m), Bm = 0,7 (m).
S - Chiều sâu gầu tiếp xúc vào đống vật liệu (m)
Với vật liệu xây dựng, góc nội ma sát và góc chân nón lấy = 450 S B C Sin
S Sin B C h B C F C
p 3,4. . .
2) 45
( . . . . . . . . .
0 0
02
Theo mặt phẳng OA: (hình 3.10) S
B C P02 1,41. . .
Nếu kể cả lực cản hai thành bên gầu thì phải nhân thêm 1520%. Khi đó:
S B C P02 (41,7). . .
Lấy: P02 2,5.C.B.S
Chiều sâu S được xác định theo điều kiện thể tích của khối vật liệu nằm bên phải OB bằng dung tích gầu chứa:
S = = = 0,535 m
Chọn C=1200 kG/m2, với vật liệu là sỏi P02 = 2,5 x 1200 x 0,6 x 0,577 = 1038,6 (kG)
*Lực ma sát của gầu xúc tác dụng theo hướng P01 được tính theo công thức:
2 02.f P Fms
f2- là hệ số ma sát giữa vật liệu với thép f2 0,84 Vậy:
Fms = 1038,6 x 0,84 = 872,4 (kG)
Trọng lượng của khối vật liệu trong gầu xúc
Đặt: Qh=Qg+Qv. Qv=0,2m3 = 0,2x1,75.103 ( kG)=350 (kG)
Qv: Trọng lượng khối vật liệu trong gầu.
Qg=10%.Qv=0,1 x 350 = 35 (kG): Trọng lượng gầu xúc.
Qh= 350+ 35 = 385 (kG).
* Sơ bộ chọn trọng lượng tay gầu Gt= 40 (KG)
* Trọng lượng cần xúc gc phân bố đều trên suốt chiều dài cần, sơ bộ chọn gc=170 kG/m2.
Do kết cấu cần bao gồm hai càng chịu lực như nhau, nên ta chỉ tính chọn cho một càng, giá trị lực trên mỗi càng còn lại là một nửa.
Sơ đồ lực tác dụng lên cần xúc; ta đã xác định được chiều dài của 2 cần chính L= 1750 mm theo [4] ta tiến hành tính lực của cần.
Hình 3.11. Sơ đồ cơ cấu cần nâng chính và các lực tác dụng
Chia các lực ( 2
02 Qh
P
)cos450; 2 P01
sin450; 2 Gt
cos450; 2 gc
cos450 theo hai phương, một thành phần theo trục dầm và một theo phương vuông góc với nó:
Hình 3.12. Sơ đồ phân bố nội lực cần nâng xúc chính - Theo phương vuông góc với dầm:
45
cos 2 .
01
P Q
; sin45 2 P01
; cos45 2
Gt
; cos45 2
gc
.
Đặt: .sin45 2
01 1
P P + .cos45 2
02 Qh
P
P1= + x = 1748 (kG)
Đặt Gt1=
2 Gt
cos450 = =14 (kG).
Đặt gc1= 2 gc
cos450 = = 60 (kG/m).
- Theo phương trục của dầm:
(
2
02 Qh
P
).sin450; 2 P01
cos450; 2 Gt
sin450; 2 gc
sin450.
Đặt: P2=
2 P01
cos450- 2
02 Qh
P
.sin450
P2= x - x = 741(kG)
Đặt: Gt2= 2 Gt
sin450 = = 14 (kG).
Đặt: gc2= 2 gc
sin450 = = 60 (kG/m).
- Xác định các phản lực tại C và D
Ta có:X= 0 => gc2 x 1,75 + Gt2 – P2 – XD = 0
=> XD = gc2.1,75 + Gt2 – P2
=> XD = 60.1,75 + 14 – 741= - 622 (kG)
Y= 0 =>YC + YD= Gt1 + P1 + gc1 x 1,75 = 14 + 1748 + 60.1,75 = 1867 (kG)
MD= 01,75.P1+Gt1.1,22 +1,75.gc1.1,75/2-YC.0,42 = 0 YC =
YC =
YC = 7542,56 (kG)
Do đó: YD= 1867– 7542,56 = - 5675,56 (kG)
* Biểu đồ nội lực cho đoạn A-B:
- Xét đoạn AB: Dựng mặt cắt (1-1), xét cân bằng bên trái (0Z10,53)
Hình 3.13. Biểu đồ mô men cần chính
Qy= -P1-gc1. Z1. Mu= P1.Z1+ gc1. 2
2
Z1 .
Nz= gc2.Z1-P2
Tại Z1 = 0:
Qy0 = - 1748 (kG) Mu0 = 0.
Nz0 = - 741 (kG) Tại Z1= 0,53
Qy1= -1748 – 60 x 0,53 = -1779,8 (kG) Mu1= 934,87 (kG.m)
Nz1= - 715,8 (kG)
*Biểu đồ nội lực cho đoạn B-C:
- Xét đoạn BC: Dựng mặt cắt (2-2), xét cân bằng bên trái (0 Z2 0,8)
Hình 3.14. Biểu đồ mô men đoạn giữa cần chính.
Qy= -P1-Gt1-gc1.(0,53+Z2).
Mu= P1.(0,53+Z2)+Gt1.Z2+ gc1.
2
(0,53 2) 2
Z
Nz= gc2.(0,53+Z2)-P2+Gt2.
Tại Z2= 0:
Qy0= -1839,8 (kG) Mu0= 934,87 (kG.m) Nz0= -649,2 (kG) Tại Z2= 0,8:
Qy1= -1887,8(kG) Mu1= 2425,9(kG.m) Nz1= - 601,2 (kG)
* Biểu đồ nội lực cho đoạn C-D:
- Xét đoạn CD: Dựng mặt cắt (3-3), xét cân bằng bên trái (0Z30,42)
Hình 3.15. Biểu đồ mô men lực cần chính Qy= - gc1.Z3 +YD.
Mu= gc1. 2
2
Z3 -YD.Z3. Nz= XD - gc2.Z3.
Tại Z3= 0
Qy0= - 5698,55 (kG) Mu0= 0 (kG.m).
Nz0= - 622 (kG) Tại Z3= 0,42
Qy3= -5723,75 (kG) Mu3= 2398,7 (kG/m) Nz3= -647,2 (kG)