CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.3. LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHO CƠ CẤU XÚC LẬT
a)Tải trọng gầu xúc khi làm việc đầy gầu:
Chọn V = 0,2 m3 [9]
Áp dụng công thức: M = QH/q (1) [6]
Trong đó:
QH: Tải trọng nâng lớn nhất
QH = Vh.Kd. (2)
Vh = 0,2 m3: dung tích gầu
Kd = 1,25: Hệ số điền đầy gầu (hệ số chứa). Khi xúc đầy hơn thể tích gầu.
= 1,7 T/ m3: Khối lượng thể tích của sỏi.
Đặt G1 là tải trọng nâng lớn nhất ta có:
G1= Vh.Kd. = 0,2.1,25.1700 = 425 (kG).
b) Tải trọng do khối lượng tự có của các khâu, khớp và gầu xúc: G2 = 300 kG c) Tổng tải trọng cần nâng: Tải trọng cộng với tự trọng lớn nhất là:
G0 = G1 + G2 = 725 (kG)
3.3.2. Xác định lực đẩy gầu lớn nhất để xúc vật liệu:
Lực kéo lớn nhất PKmax đặt trên bánh chủ động được tính theo khả năng bám của liên hợp máy như sau:
PKmax= Gb x b (kG) (3) Trong đó:
Gb: trọng lượng bám của máy . Gb= 0,8 x m = 0,8 x 700 = 560 (kG)
b: hệ số bám của bánh với nền (b= 0,8)
Thay số ta có: PKmax= Gb x b= 560 x 0.8 = 448 (kG)
PKmax đủ khả năng đẩy gầu xúc vào vật liệu rời, bảo đảm xúc đầy gầu.
3.3.3 Lập biểu thức cân bằng mô men chống lật để xác định thông số hình học của các khâu theo tải trọng tối đa của cơ cấu xúc lật:
Để xác định được các khoảng cách của khâu phù hợp trên cơ sở tải trọng max mà vẫn bảo đảm lực nâng được của 2 xi lanh thủy lực chính, ta cần lập phương trình cân bằng mô men chống lật dọc cho liên hợp máy khi làm việc với tải lớn nhất đã xác định.
Khi nâng gầu toàn tải, tải trọng đè lên 2 bánh trước, đồng thời sẽ tạo ra mô men ngược dồn toàn bộ khối lượng phía sau máy kéo cùng đè lên 2 bánh trước.
Ta thiết lập trạng thái cân bằng, sau đó chọn các khâu sao cho bảo đảm khi nâng không lật dọc với tải trọng cho trước.
Hình 3.6. Sơ đồ xác định lực nâng tối đa của cơ cấu xúc lật
Các điều kiện đầu khi nâng gầu ở trạng thái cân bằng của liên hợp máy là:
- g: là gia tốc trọng trường (m/s2) - G1: Tự trọng của gầu (35 kg);
- G2: Tải trọng xúc khi đầy gầu (390 kg) - G3: Tự trọng của khung + 2 xilanh (300 kg);
- Gmk là trọng lượng máy kéo = 700 kg;
- G đt là khối lượng đối trọng phía sau.
- l1; l2; l3; … là các kích thước (mm) được xác định từ quan hệ cơ cấu trên hình vẽ.
- Khối lượng thể tích của sỏi, đá dăm cở 1-2 mm (ɤ0 =1700 kg/m3);
- Gđt (kg) là khối lượng của đối trọng cần lắp để cân bằng bảo đảm chống lật dọc.
- Các kích thước khác đo thực tế trên máy kéo Kubota L1500.
Phương trình cân bằng chống lật của liên hiệp máy xúc lật cải tiến, khi làm việc với tải trọng tối đa sẽ là:
Khi tính cân bằng lật dọc thì điểm đặt lực ở vị trí là hai bánh trước, còn khi tính toán lực nâng tối đa thì điểm đặt lực tại chốt quay của cần chính (chân cần).
Mmax = g (G1+G2).lcần + g.G3 . lcần = - g (Gmk (2(l1 + l2)/3) – g (Gđt(l1 + l2 + l3) (4)
Rõ ràng để không lật khi xúc nâng thì phải thỏa mãn điều kiện:
g (G1+G2).lcần + g.G3 . lcần g (Gmk (2(l1 + l2)/3) + g (Gđt(l1 + l2 + l3) 10 x 420 x 1,75 +10 x 300 x 0,875 ≤ 10 x 700 x 0,9 + 10 x Gđt x 2,05 3.587,3 ≤ 20,5 Gđt => Gđt ≥ 174,9 (kG)
Từ điều kiện này, thay các số liệu trên vào biểu thức ta chọn được các điều kiện, thông số và kích thước chính của cơ cấu như sau:
- Với kết cấu được chọn trên hình 3.6 hệ thống khi nâng tải không bị lật, có hệ số an toàn đến 2 lần tải trọng nâng.
- Chiều dài của 2 cần chính l = 1750 mm;
Trong đó:
- G0: trọng lượng toàn bộ của bộ phận công tác khi có tải = 725 kg.
- G0 = GmK0 (kG)
- Gmk : trọng lượng máy cơ sở.
- Gmk = 700 kg 686 (kG) - K0: Hệ số thực nghiệm.
- K0= 0,25-0,35
- Ta chọn K0 = 0,25 G0= 686 x 0.25 = 171,5 (kG)
- Các khoảng cách l (trên hình vẽ), a, b, ta xác định được cho thiết kế, chế tạo là:
l = 1690 (mm) a = 450 (mm) b = 900 (mm)
Chiều dài tổng của cần lcần =1750 mm, với 02 khớp bản lề theo kích thước.
- Do phương trình ổn định trên đường ngang có sai lệch không lớn (vài cm) của điểm đặt lực ở khâu chính, phù hợp với điều kiện cải tiến do đó chúng tôi sử dụng phương trình này có thể điều chỉnh một vài kích thước của cần chính và cần phụ nhằm tạo điều kiện cho việc cải tiến những thiết bị khác.
- Ta tính theo khối lượng ban đầu của máy vì khi khối lượng của máy có thêm tải trọng, lúc này lực bám sẽ lớn hơn và chúng tôi sử dụng lực truyền nhỏ do đó lực đẩy sẽ lớn hơn.
- Hệ thống phanh ở tỉ số truyền nhỏ trên mặt bằng ngắn của công trình,hệ thống phanh có quá tải, nhưng vẫn đủ khả năng làm việc.
- Hệ thống máy xúc lật khi tính tải trọng nâng đã có hệ số an toàn nên không cần tính lại.
3.3.4. Lập biểu thức để xác định lực nâng tối đa theo các thông số tải trọng của xi lanh thủy lực:
Dựa vào phương trình cân bằng chống lật của toàn máy, với để ý rằng, vị trí nâng ban đầu (sau khi xúc đầy gầu) của cơ cấu nâng cần chính (hình vẽ 3.6) dùng 2 xi lanh thủy lực đẩy lên cần có góc nghiêng α nhỏ nhất và cánh tay đòn lực là lớn nhất do đó đây là vị trí đòi hỏi lực đẩy của 2 xi lanh phải là lớn nhất.
Ngược lại, vị trí khi nâng gầu đến độ cao nhất thì lực đẩy của 2 xi lanh là nhỏ nhất (khi α lớn nhất, gần 900 khi đó Sin α = 1).
Chú ý: α là góc nghiêng tạo ra giữa trục của xi lanh nâng cần chính với phương ngang, góc α ban đầu xác định trực tiếp trên cơ cấu là 300. Như vậy để tạo ra lực nâng theo phương đứng, tại vị trí thấp nhất sau khi xúc (đầu hành trình) thì cơ cấu nâng này cần có lực đẩy của 2 xi lanh lớn hơn rất nhiều so với vị trí đẩy cuối hành trình do phương của lực và góc α của 2 xi lanh không trùng phương nâng đứng.
Để xác định lực đẩy cực đại vị trí nâng ban đầu cần thiết ta cần xác định lực nâng tối đa cần thiết, theo phương đứng là F đứng-max (kG) (khi tốc độ nâng nhỏ, bỏ qua lực quán tính):
F đứng max = G0.g = 625 kg x 9,81 m/s2 600 kG (5)
Để xác định lực đẩy cực đại F xilanh-max của 2 xi lanh tại vị trí nâng ban đầu cần thiết, ta phải lập biểu thức cân bằng lực khi nâng gầu xúc đầy vật liệu như sau:
F đứng-max ≤ 2. F xilanh-max . sin α . (g (G1+G2) . lcần + g. G3 . lcần ) x 1,52 m. (6) Từ đó rút ra:
F xilanh-max ≥ 1,52 . F đứng-max / 2 (sin α . (g (G1+G2)/lcần + g. G3 . lcần ).
Thay số vào, biểu thức có thể viết lại là:
F xilanh-max ≥ 1,52 x 600 kG. / 2 x 0,5 (9,81 x 420 x 1,75 + 9,81 x 300 x x 1,75).
F xilanh-max ≥ 912/ 9785 = 0,09 (6b)
Kết quả tính toán là: Fxilanh-max ≥ 0,09
Kiểm tra khả năng đẩy thực tế F xilanh-max của 2 xi lanh thủy lực có sẵn trên máy kéo Kubota L 1500 tương ứng các điều kiện:
Các cơ cấu đã chọn để tái sử dụng được bơm thủy lực trên máy kéo KUBOTA L1500 có các thông số như sau:
- P = 58 at = 56 kG/cm2
- Q = 53 lít/phút
Điều kiện bảo đảm khả năng nâng cho hệ thống:
F xilanh-max thực ≥ F xilanh-max
F xilanh-max thực = P. S = 56 . π.D2/4 ≥ F xilanh-max (kG) (7) Trong đó:
- P là áp suất tối đa của bơm.
- S là diện tích đẩy của pít tông – xi lanh thủy lực. D = 0,05 m Fxilanh-max thực = 56 . 3,14. D2/ 4 = 0.11 (kG)
Thay số vào (7) và đối chiếu với (6b); Đối chiếu kết quả tính toán trên, ta có:
Fxilanh- max thực = 1,22 x Fxilanh max
- Hai xi lanh thủy lực nâng chính có Dxi lanh TL = 50 mm, có chiều dài (500 -900) mm là phù hợp và bảo đảm khả năng làm việc cùng với cơ cấu xúc lật đã chọn.
Vì xy lanh được thiết kế tiêu chuẩn nên ta chỉ cần tính tải trọng tối đa để chọn xy lanh Phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của máy mà không cần thiết kế và tiến hành kiểm tra xylanh trong thời gian thực nghiệm của máy.