CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
3.2. Tính toán thiết kế các bộ phận cơ học
3.2.2. Tính toán thiết kế các cơ cấu bộ phận trong thiết bị
Hình 3.3 là cấu trúc của lõi thiết bị phát điện, các bản vẽ thiết kế được thực hiện trên các phần mềm chuyên dụng Solidworks và AutoCad. Các cơ cấu bộ phận, các khối chức năng được tính toán lắp đặt và ghép nối phù hợp trong thiết bị (với trình tự các bước thực hiện trong thiết kế, các bản vẽ thiết kế chi tiết được đưa ra ở phụ lục B) [33,39].
Hình 3.3. Cấu trúc lõi thiết bị phát điện
Từ kết quả tính toán ở chương 2 về mức công suất cơ hệ của thiết bị, biên độ dao động của mô hình theo biên độ sóng biển đã nhận được (hình 2.21) với phạm vi dao động của mô hình trong khoảng 0,45 m. Trên cơ sở các số liệu sóng biển thực tế tại biển Hòn Dấu – Hải Phòng [36], đồ thị về đường đặc trưng điện áp và cường độ dòng điện của mô tơ phát điện theo tốc độ chuyển động quay sử dụng trong thiết bị trên hình 2.6, cũng như khả năng gia công chế tạo ở trong nước và thực hiện thử nghiệm thiết bị hoạt động thực tế ở biển. Các thông số chính của thiết bị được đưa ra trong bảng 3.1, đồ thị tốc độ chuyển động quay của mô tơ phát điện theo biên độ sóng biển trong mô hình thiết bị được đưa ra ở hình 3.4.
Bảng 3.1. Các thông số chính trong mô hình
Thông số Giá trị
Chiều dài vỏ trục piston (mm) 400
Chiều dài thanh trục piston (mm) 450
Chiều dài thanh răng (mm) 450
Đường kính bánh răng (mm) 60
Bộ tăng tốc chuyển động 1:30
Hình 3.4. Tốc độ chuyển động quay của mô tơ theo biên độ sóng biển
Từ kết quả đồ thị cho thấy, nếu thiết bị hoạt động ở biển với độ cao sóng từ 0,5÷1,4 m, tương ứng tốc độ chuyển động quay của mô tơ phát điện sẽ đạt từ
495,5÷1618 vòng/phút. Đối chiếu với đồ thị đặc trưng về điện áp và cường độ dòng điện của mô tơ phát điện phát ra theo tốc độ chuyển động quay (xem hình 2.6), ta thấy mức tốc độ chuyển động quay này nằm trong vùng hoạt động ổn định và hiệu quả của mô tơ phát điện, đồng thời thỏa mãn mức tốc độ quay nhỏ nhất cần đạt được khi thiết bị hoạt động. Do vậy, tác giả nhận thấy thiết bị sau khi chế tạo và đưa vào sử dụng sẽ có công suất điện phát ra đạt tốt nhất.
Xác định kích thước và khối lượng các cơ cấu bộ phận của thiết bị:
- Khối lượng thanh răng được xác định [53,54]:
mrack = DWrLrTr - mk . (3.1) Trong đó mk là khối lượng phần vật liệu khoét răng và được xác định bởi:
,
mk DWr2LrTk (3.2)
với: Wr = 21 mm là chiều rộng thanh răng, Lr =450 mm là chiều dài thanh răng, Tr = 20 mm là chiều cao thanh răng, hệ số D = 7,7 g/cm3 là mật độ khối lượng của thép SKD 11 sử dụng chế tạo thanh răng và Tk =3 mm là độ sâu của răng. Do vậy khối lượng của thanh răng là 1,346 kg.
- Khối lượng trục piston:
mpiston = πRp2LpD, (3.3)
trong đó Rp = 11 mm, Lp = 450 mm là bán kính và chiều dài thanh trục piston. Do vậy khối lượng của thanh trục piston là 1,316 kg. Trong đó trục piston và vỏ trục piston được tác giả thiết kế theo kích thước mô hình xi lanh thủy lực của hãng Kracht – Đức, trên cơ sở đó các gioăng phớt công nghiệp sẽ được đưa vào sử dụng trong mô hình thiết bị của luận án [55].
- Các thông số của lò xo được xác định từ biểu thức [56,57]:
8 3 .
4
n D
G k d
S s
S (3.4)
Trong đó, kS = 2100 N/m là hệ số đàn hồi của lò xo đã nhận được từ kết quả tính toán ở chương 2. Do vậy, các thông số của lò xo được xác định tương ứng ds =
4 mm là đường kính dây, DS = 33 mm là đường kính lò xo và G = 7,6923.1010 N/m2 là hệ số mô đun trượt (Shear modulus) và số vòng của lò xo là n = 32,6 vòng.
- Khối lượng bánh răng được xác định:
2 , ) ) (
( m
2 2 2 2 1
3 2 1 pinion
dD R dD R
R
R
(3.5)
với: R1 = 30 mm là bán kính đỉnh răng, R2 = 27 mm là bán kính đáy răng, R3
= 7,5 mm là bán kính của lỗ trục bánh răng, d =10 mm là chiều rộng bánh răng, hệ số D = 7,7 g/cm3 là mật độ khối lượng của thép SKD 11 sử dụng chế tạo bánh răng.
Thực hiện tính ta được khối lượng của bánh răng là 0,183 kg.