Áp lực gió trên toàn bộ mặt phẳng dàn (Các công thức tính toán giống như trường hợp tính dàn 500W):
Giả thiết áp suất gió phân bố đều trên toàn bộ mặt phẳng tấm thu. Từ đó ta tính được áp lực trên toàn bộ tấm thu:
P = W. S
- 55-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
S = 0,6x0,25x2 = 0,3 (m2) là diện tích toàn bộ mặt phẳng dàn.
W = 82,416 (daN)
Vậy áp lực gió trên toàn bộ mặt khung:
P = 82,426x0,3 = 24,7278 (daN) 2,5 (kN)
Dàn có tính đối xứng nên ta chỉ kiểm tra độ bền một bên khung.Vậy áp lực gió một nửa mặt phẳng của khung là:
So với áp lực này (tương đương khoảng 0,125 tấn), khối lượng bản thân của dàn (khoảng 0,005 tấn) có thể bỏ qua.
Giả thiết áp lực gió phân bố đều trên toàn bộ bề mặt khung, lời giải bài toán không thay đổi nếu giả thiết lực tác động lên các thanh số 2 là như nhau. Khi đó, lực phân bố đều trên mỗi thanh là:
Hình 3.17. Sơ đồ phân bố lực trên một thanh
Từ các giả thiết đã có ở trên, sử dụng phần mềm RDM, kết quả như sau như hình 3.18:
- 56-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.18. Ứng suất của dầm
Hình 3.18 cho ta thấy ứng suất lớn nhất tại mặt cắt ngang ở vị trí liên kết ngàm. Đồ thị biểu diễn cho chúng ta thấy ứng suất cực đại tại vị trí này la 120,7 (Mpa).
3.4.2.3. Kiểm tra độ bền dầm chính
Vật liệu được chọn để chế tạo dầm chính là thép CT3 được sản xuất theo tiêu chuẩn Việt Nam, có kích thước 40x20x2, chiều dài của dầm chính là 1,8m. Các thanh của dàn được liên kết với dầm chính bằng mối ghép bulong- đai ốc. Dầm chịu lực bằng áp lực gió tác dụng lên dầm và trọng lượng của dàn.
- 57-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Để tính toán độ bền của dầm, ta giả thiết toàn bộ áp lực gió tác dụng lên dàn phân bố đều trên chiều dài của dầm. Từ đó, bài toán sức bền vật liệu là dầm chịu lực phân bố đều, với lực phân bố đều p = 0,004121kN/m (hình 3.20).
Hình 3.20. Mô phỏng lực tác dụng lên dầm chính
Hình 3.21 mô tả ứng suất khi dầm chịu lực. Vị trí có ứng suất cực đại là giữa dầm, theo sơ đồ thì ứng suất cực đại tại vị trí này là 42,35 Mpa.
Hình 3.21. Mô phỏng ứn suất dầm
3.4.3. Thiết kế trục
- 58-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.23. Mô phỏng trục chịu lực
Để tính toán độ bền trục, ta giả thiết toàn bộ áp lực gió tác dụng lên dàn đều tập trung tại hai vị trí mối ghép giữa khung đỡ và trục, mỗi thành phần có giá trị 1,264 (kN). Với những điều kiện ban đầu, sử dụng phần mềm RDM để tính độ bền dầm. Sau khi tính toán, kết quả như sau:
Hình 3.24. Mô phỏng ứng suất
Hình 3.24 mô phỏng ứng suất trên trục quay của dàn, giá trị ứng suất cực đại là 32,18 Mpa, giá trị này trong giới hạn cho phép của của thép CT3.
3.4.4. Thiết kế trụ đỡ
Trụ đỡ dùng để đỡ toàn bộ trọng lượng và áp lưc gió của dàn pin, do đó cần phải có độ cứng vững cao. Trụ đỡ chính làm bằng thép định hình trụ rỗng, có
- 59-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
100, chiều dày 2mm theo tiêu chuẩn Việt Nam. Chân đế của trụ đỡ được liên
kết với bệ đỡ bằng mối ghép bulông-đai ốc M12.
Hình 3.25. Trụ đỡ dàn pin
Trên hình 3.25, trụ đỡ (1) được liên kết với chân đế (2) bằng mối liên kết hàn. Để tăng độ cứng vững của trụ đỡ, tại vị trí liên kết này, hàn bốn ke tăng lưc (3) có kích thước 80x80x5. Chân đế (2) có kích thước 300x300x10, trên tấm đế
có khoan 4 lỗ 14 dùng để cố định trụ đỡ lên bệ đặt dàn pin.
Để tính toán sức bền của trụ đỡ, giả thiết lực tác dụng lên trụ đặt tập trung ở đầu trụ, tính toán khi dàn chịu áp lực gió cấp 12, bỏ qua áp lực gió tác dụng lên thân trụ đỡ. Với các thông số đã có như trên, bài toán được giải nhờ vào phần mềm RDM cho kết quả như sau:
- 60-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.26. Mô phỏng ứng suất dầm
Hình 3.26 cho ta thấy ứng suất lớn nhất trên mặt cắt ngang của dầm là tại vị trí liên kết ngàm. Để tăng độ bền cũng như độ cứng vững của trụ đỡ, tại chân của trụ đỡ ta hàn các ke tăng lực.
3.4.5. Chọn công suất của động cơ
Công suất của động cơ được chọn được tính toán như trong trường hợp dàn 500W. Sử dụng công thức 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 để tính mô men quán tính của dàn. Trong đó:
- là khoảng cách từ trục dàn đến trọng tâm của một bên mặt phẳng dàn.
d = 0,25 (m)- là khoảng cách từ trục dàn đến trục quay của dàn.
Từ công thức 3.5, ta tính được mô men quá tính của dàn đối với trục dàn là:
(3.10)
Từ công thức 3.6, ta tính được mô men quán tính của dàn đối với trục quay của dàn:
- 61-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(3.11)
Kết hợp 3.10 và 3.11, ta tính được mô men quán tính của dàn pin là:
Gia tốc góc của dàn được tính như dưới đây. Giả sử thời gian từ lức khởi động động cơ đến lúc động cơ chạy ổn định là 0,5 giây, từ đó ta tính được gia tốc góc như sau:
Từ đó ta tính được mô men trên trục quay của dàn: M = 0,3018x0,035 = 0,011(N.m)
Để dàn quay được khi khởi động động cơ, momen trên trục của trên đầu ra của hộp giảm tốc nối với trục của dàn phải lớn hơn momen trên trục quay của dàn. Sử dụng công thức tính công suất:
Trong đó: M là mô men xoắn trên tục, tính bằng N.m. n –là số vòng quay của trục, tính bằng vòng/ phút.
Để tính công suất trên trục mang dàn, sử dụng giá trị momen M= 0,01 (N.m) như đã tính ở trên. Giả sử chọn vận tốc quay của trục mang dàn là n = 1 (vòng/phút), ta có:
- 62-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 = 0,4- là hiệu suất của bộ truyền trục vít- bánh vít, 2 =0,99 là hiệu suất
của ổ đỡ, 3 = 0,97 là hiệu suất của khớp nối. i = 50 là tỉ số truyền của hộp giảm
tốc.
Suy ra công suất làm việc trên trục vít của hộp giảm tốc thứ hai:
Mô men xoắn trên bánh vít của hộp giảm tốc thứ nhất bằng mô men xoán trên trục vít của hộp giảm tốc thứ hai chia cho hiệu suất của khớp nối.
Momen trên trục vít của hộp giảm tốc thứ nhất:
Suy ra công suất làm việc của động cơ:
Chọn công suất của đông cơ: Nđc = 2(W), tốc độ đầu ra 2400(vòng/phút). Động cơ gắn với hai bộ truyền trục vít- bánh vít có tỉ số truyền lần lượt là 1/40 và 1/60 để có tốc độ đầu ra 1 vòng/phút