Luận văn Chọn phương án thi công kênh tiêu nước.tính toán máy xúc gầu ngược truyền động diesel thủy lực dung tích gầu 0,8m3

CHƯƠNG 5. TIÍNH TOÁN THIẾT BỊ LÀM VIỆC 5.1 Tính bền gầu xúc 5.1.1 Tính lực tác dụng vào gầu + Gầu có dung tích q = 0,8 (m3) thì có các kích thước như hình vẽ sau: Hình 5.1 Kích thước cơ bản của gầu. + Có hai trường hợp gầu phải chịu tải trọng lớn nhất là: Khi bắt đầu cắt đất, gầu gặp chướng ngại vật, lúc này xi lanh tay cần có phương vuông góc với tay cần có nghĩa là lực đẩy lớn nhất của xi lanh tay cần (Ptgmax) được truyền tới răng gầu. Trường hợp thứ hai là khi gầu sắp kết thúc quá trình cắt đất, răng gầu gặp chướng ngại vật. Trong cả hai trường hợp thì phản lực P của đất đều gần như có phương vuông góc với răng gầu và chỉ có xi lanh tay cần làm việc. Trường hợp thứ nhất, trọng lượng tay cần có tác dụng chống lại phản lực của đất. Trường hợp thứ hai trọng lượng tay cần chống lại lực đẩy của xi lanh tay cần. Nếu coi rằng hai trường hợp lực Ptgmax có giá trị như nhau thì rõ ràng trường hợp thứ nhất gầu chịu phản lực từ đất lớn hơn trường hợp sau. Do đó chọn trường hợp thứ nhất để a. Phản lực từ chướng ngại vật: Hình 5.2 Sơ đồ tính toán gầu. Phản lực lớn nhất của chướng ngại vật được tính từ phương trình cân bằng mô men với khớp O: P = (5.1) Trong đó: Gtc = 7 (kN); Gg = 7,33 (kN); rGtc:là khoảng cách từ Ptc đến O rg : là khoảng cách từ Gtc đến O rp : là khoảng cách từ Gg đến O Ptcmax = Ptc.n (5.2) Với n : Là hệ số an toàn của xi lanh tay gầu, n = 1,2; Ptc: Lực tay gầu lớn nhất khi máy đào đất, Ptc = 470 (kN). => Ptcmax = 470.1,2 = 564 (kN). => P = = 169 (kN). b. Lực tại các khớp: + Lực S2 tại khớp O3 tính bằng cách viết phương trình cân bằng mô men đối với khớp O2: Mo2 = P.rp - Gg.rg - S2.r2 = 0 (5.3) => S2 = Trong đó: Gg = 7,33 (kN); rg = 300 (mm), là khoảng cách từ Gg tới O2; rp = 950 (mm), là khoảng cách từ P tới O2; r2 = 420 (mm), là khoảng cách giữa S2 tới O2. Hình 5.3 Lực tác dụng vào gầu. => S2 = = 377 (kN) + Lực S1 được xác định từ hai thành phần S1x và S1y: - Phương trình cân bằng cân bằng lực tác dụng lên gầu chiếu theo phương ngang: P.sin - S1y - S2 .sin= 0 (5.4) => S1y = P.sin - S2 = 169.sin360 - 377.sin180 = - 17,2 (kN) Vậy lực S1y có chiều ngược so với hình vẽ. - Phương trình cân bằng cân bằng lực tác dụng lên gầu chiếu theo phương đứng: P.cos - S1x + S2 .cos + Gg = 0 (5.5) S1x = P.cos + S2.cos + Gg = 169.cos360 + 377.cos180 + 7,33= 502,6 (kN) 5.1.2. Tính bền gầu + Điều kiện bền của gầu được kiểm tra theo thế năng biến đổi hình dáng theo (6.12)[4]: = (5.6) + Gầu có kết cấu gồm: - Thành sau. - Tai gầu gồm hai cái được hàn vào thành sau, để liên kết gầu với tay gầu. - Đai gầu làm nhiệm vụ truyền tải trọng từ răng gầu tới thành sau. - Răng gầu để cắt vật liệu đào, răng gầu gồm 5 cái. - Lưỡi cắt bên, cắt đất ở hai bên thành gầu. - Thành bên và đáy gầu để giữ đất trong gầu. - Thành trước là nơi lắp các răng gầu. + Coi P tác dụng vào chính giữa thành trước của gầu, trong tính toán bỏ qua trọng lượng thành trước vì nó có giá trị rất nhỏ so với phản lực. + Nếu coi gầu là một thanh ngàm vào tai gầu thì dễ dàng nhận thấy rằng chiều cao của thanh ngàm gần bằng chiều dài của nó vì thế gầu không thể bị phá hoại theo hai thành bên được. + Gầu có kết cấu không gian và chịu lực phức tạp do vậy việc tính chính xác sức bền gầu rất khó, để đơn giản ta tính sức bền đai gầu và sau đó tính chiều dày thành gầu theo chiều dày đai gầu dựa vào công thức kinh nghiệm. Gầu có hai đai trên và dưới, đai trên chịu lực nhiều nhất do đó tính bền cho đai trên. + Đai gầu được tính phụ thuộc vào công nghệ chế tạo gầu, kết cấu gầu. Thực tế có 3 phương pháp chính chế tạo gầu là: - Gầu chế tạo bằng phương pháp đúc toàn khối; - Gầu có thành trước và hai thành bên chế tạo thành khối; - Gầu có thành trước và một phần hai thành bên chế tạo thành khối, phần còn lại của thành bên và thành sau là một khối, hai khối được liên kết bằng hàn hoặc đinh tán. + Chọn công nghệ chế tạo gầu là chế tạo thành trước và thành bên là một khối. Khi đó sơ đồ tính gầu có dang như sau: Hình 5.4 Sơ đồ tính đai gầu. + Chọn tiết diện đai gầu là thép có tiết diện hình chữ nhật cao 25 (mm), cần phải tính chiều dày của đai để gầu bảo đảm bền. Tính được mô men chống uốn là: W = = = b.104,17 (cm3) (5.7) + Để tính được ứng suất lớn nhất trong gầu cần tìm nội lực tại mọi tiết diện. Sử dụng phương pháp lực để giải bài toán: - Sơ đồ tính gầu là dạng khung siêu tĩnh có bậc siêu tĩnh là 1. - Chọn hệ cơ bản có dạng như hình vẽ sau: Hình 5.5 Hệ cơ bản - Thiết lập phương trình chính tắc (theo [6]): .X + = 0 (5.8) Trong đó: : Chuyển vị theo phương trục X do lực X = 1 gây ra, = (M1). (M1) = = : Chuyển vị theo phương trục X do lực P gây ra, = (M1). (M2) = = Hình 5.6 Biểu đồ mômen của hệ cơ bản => .X += 0 => X = - 25,35 (kN) - Vậy biểu đồ nội lực có dạng như sau: Hình 5.7 Biểu đồ nội lực của hệ. + Từ biểu đồ nội lực thấy rằng tiết diện nguy hiểm nhất có ứng suất pháp theo (6.1)[4] là: max = = = (kN/cm2) (5.9) Và ứng suất tiếp (6.1)[4] là: max = (5.10) Với: Jx = = (cm4); Mt = y.F = .b.h = (cm3) => max = = (kN/cm2) (5.11) + Chọn vật liệu chế tạo gầu là thép CT5 có ứng suất giới hạn lấy theo giới hạn chảylà: gh = gh = 260 (N/mm2) = 26 (kN/cm2) Hệ số an toàn: n = 1,2 – 1,4; chọn n = 1,2. => = = = (5.12) = 21,67 (kN/cm2) Chiều rộng nhỏ nhất mà đai gầu có thể nhận là: = ó = 21,67 => b = 2,21 (cm) (5.13) Vậy chọn chiều dày đai gầu là 2,5 (cm) Chiều dày thành gầu lấy theo kinh nghiệm: bt = (0,50 0,55).b, chọn bt = 1,5 (cm). 5.1.3. Tính bền răng gầu + Răng gầu có dạng một lăng trụ tam giác cân cao 96 (mm), cạnh đáy 100(mm), chiều dài răng là 220 (mm). Hình 5.8 Kích thước cơ bản của răng gầu + Răng gầu chịu lực lớn nhất khi máy đào gặp chướng ngại vật. Coi phản lực từ chướng ngại vật tác dụng vào mũi răng gầu, có phương vuông góc với trục răng. Tiết diện nguy hiểm nhất là chân răng vì vừa chịu lực cắt Q = P = 169 (kN), vừa chịu mô men uốn M = P. l = 169.22= 3718 (kN.cm). W = = = 160 (cm3) (5.14) => max = = = 23,24 (kN/cm2) max = (5.15) Với: Jx = = = 800 (cm4); Mt = y.F = .b.h = = 480 (cm3) => max = = 10,56 (kN/cm2) + Tính kiểm tra bền theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng: = (5.16) = = 29,57 (kN/cm2). Chọn vật liệu chế tạo răng gầu là thép hợp kim man gan trung bình có b = 130 (kN/cm2). Lấy hệ số an toàn n = 1,2 => = = 108 (kN/cm2) (5.17) Vậy < nghĩa là răng gầu bảo đảm bền. 5.2 . Tính tay cần + Có hai trạng thái tay cần chịu lực lớn nhất là khi bắt đầu cắt đất, xi lanh tay cần vuông góc với tay cần và khi gầu gần kết thúc cắt đất, gầu đã tích đầy đất. Cả hai trường hợp gầu gặp chướng ngại vật, phải dùng lực đẩy lớn nhất của xi lanh quay tay cần để làm việc. Trường hợp thứ nhất thì mô men tại mặt cắt m-m đi qua khớp O do Ptc gây ra sẽ lớn nhất, đây chính là yếu tố chính gây nguy hiểm cho tay cần vì thế chỉ cần kiểm tra bền cho tay cần ở trạng thái này. + Tay cần có dạng hộp, được hàn từ các tấm thép, các kích thước cơ bản thể hiện trên hình vẽ, chiều rộng tay cần là 280 (mm). Trên cần có hàn các tai để lắp xi lanh tay cần và xi lanh quay gầu. Hình 5.9 Kích thước tay cần + Trạng thái này tay cần chịu tác dụng của lực từ xi lanh tay cần Ptc, lực từ tại chốt xi lanh quay gầu, lực từ thanh chống, phản lực tại khớp quay tay cần và các lực tại khớp quay gầu. + Giả sử xi lanh quay gầu và xi lanh nâng cần không làm việc, chỉ có xi lanh tay cần làm việc. Dễ dàng nhận thấy mặt cắt nguy hiểm nhất của tay cần là vị trí khớp tay cần vì nó vừa chịu lực cắt lớn nhất, vừa chịu mô men uốn lớn nhất lại phải chịu mô men xoắn và lực nén. Do vậy cần tìm nội lực tại mặt cắt này. + Xét trường hợp bất lợi nhất là khi gầu dùng răng ngoài cùng để bật chướng ngại vật làm xuất hiện thêm mô men xoắn và lực uốn tay cần theo chiều ngang. + Để tìm nội lực trong tay cần tại mặt cắt m-m ta xét cân bằng hệ tay cần, gầu. Hệ chịu tác dụng của các lực là: - Lực đẩy lớn nhất từ xi lanh tay cần: Ptcmax = 564 (kN); - Lực từ vật cản P = 169 (kN), có thể chia P thành hai phần: Thành phần nằm ngang P02 = P. .sin = 169.sin360 = 99,3 (kN); Thành phần thẳng đứng P01 = P.cos = 169.cos360 = 136,7 (kN); - Vật cản ở răng ngoài cùng còn làm xuất hiện lực ngang K làm cho thiết bị làm việc và bàn quay quay, khi đó người lái sẽ hãm phanh cơ cấu quay nên lực ngang K có giá trị bằng ngẫu lực của mô men phanh đặt tại răng gầu theo (2.6)[1]: K = (5.18) Trong đó: Mph : mô men phanh, lấy bằng mô men quay: Mph = Mq = 7517,6 (kN.cm); :Hiệu suất cơ cấu quay, = 0.9; rk : Khoảng cách từ K đến tâm quay máy, rk = 5700 (mm) => K = = 14,7 (kN). (5.19) - Ngoài các lực trên còn phải kể đến trọng lượng tay cần Gtc = 7 (kN) và trọng lượng gầu Gg = 7,33 (kN). Hình 5.10 Lực tác dụng vào hệ tay cần gầu + Tính các thành phần nội lực tại mặt cắt qua 0 (m-m) : - X: Lực dọc tại tiết diện qua 0 (m-m), tính từ hợp lực của các lực chiếu lên trục thẳng đứng x: X - Gtc - Gg - P01 = 0 => X = Gtc + Gg + P01 = 7 + 7,33 + 136,7= 151 (kN). - Y: Tính từ hợp lực chiếu lên trục Y, - Ptcmax + Y - P02 = 0 => Y = Ptcmax + P02 = 564 +99,3 = 663,3 (kN). - Z: Tính từ hợp lực chiếu lên trục z, Z = K = 14,7 (kN). - Mô men gây uốn quanh trục Y do P01 và K gây ra: My = P01.60 + K.430= 136,7.60 + 14,7.430 = 14524 (kN.cm). - Mô men xoắn Mx = P02.60 = 99,3.60 = 5960 (kN.cm). - Mô men uốn do xi lanh tay cần: Mz = Ptcmax.rtcmax = 564.86 = 48504 (kN.cm). Hình 5.11 Biểu đồ nội lực của tay cần. + Tiết diện m-m có dạng hình chữ nhật rỗng, kích thước bao là 280 (mm)x 650 (mm), chiều dày (c) của thép làm tay cần là 20 (mm). Cần tính ứng suất lớn nhất để kiểm tra độ bền. + Tính mô men chống uốn theo phương trục y: Wy = (5.20) = Wy = 2637,3 (cm3). + Tính mô men chống uốn theo phương trục z: Wz = = (5.21) Wz = 4832,67. (cm3). Hình 5.12 Mặt cắt nguy hiểm của tay cần + ứng suất pháp lớn nhất theo (8.7)[4]: (5.22) = = 16 (kN/cm2). + ứng suất tiếp lớn nhất xuất hiện tại trung điểm của cạnh dài tiết diện là tổng của hai thành phần (1) do mô men xoắn gây ra và (2) do lực cắt gây ra. - Tính 1 theo bài toán xoắn thanh có tiết diện mỏng kín theo (5.11)[4]: 1max = (5.23) Trong đó: : là phần diện tích giới hạn bởi đường trung bình của tiết diện m-m = (b-c)(h-c) = (28-2)(65-2) = 1638 (cm2). => 1max = = 0,91 (kN/cm2) (5.24) - Tính 2 theo (5.12)[4]: 2 = 2max = + (5.25) Trong đó: Sc : Là mô men tĩnh đối với trục trung hoà của một nửa tiết diện. Sc1 = z.c.; Sc2 = y.c. 2 đạt giá trị lớn nhất khi z = và y = ta có: Sc1 = .2. = 882 (cm3) Sc2 = .2. = 845 (cm3) Iz ,Iy: Mô men quán tính của tiết diện với trục trung hoà theo (4.14)[4]: Iz = = = 186830 (cm4) Iy = = = 48635 (cm4) => 2max = + = 1,7 (kN/cm2) (5.26) => = 0,91 + 1,7 = 2,61 (kN/cm2). + Kiểm tra theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng theo (6.12)[4]: = , (5.27) n thường lấy với tay cần là 1,4 1,6. Với: => = = = 14,3 (kN/cm2) = 17,33 (kN/cm2) Vậy < nên tay cần đảm bảo bền. + Dựa vào các biểu đồ nội lực của tay cần thấy rằng có thể giảm tiết diện tay cần ở đầu và cuối để giảm hao phí vật liệu và giảm trọng lượng tay cần. 5.3. Tính cần + Tương tự như tính tay cần, ta cũng tính cần bằng cách chọn trước tiết diện cần sau đó kiểm tra lại sức bền cần ở trạng thái có ứng suất lớn nhất. + Tính toán cần được thực hiện tại nhiều vị trí của cần gồm: - Khi gầu đầy đất, thiết bị làm việc vươn xa nhất để xả đất; - Khi xi lanh tay cần vuông góc với tay cần; - Khi gần kết thúc quá trình đào đất; - Khi nội lực trong tay cần lớn nhất. Thực tế nội lực tại mặt cắt m-m của tay cần lớn nhất khi xi lanh tay cần vuông góc với tay cần và vị trí cần ở ba trường hợp sau là một vì khi cắt đất chỉ có xi lanh tay cần làm việc do vậy chỉ cần tính kiểm tra sức bền cần ở ba vị trí là khi vươn xa nhất; khi xi lanh tay cần vuông góc với tay cần và khi gần kết thúc quá trình cắt đất. 5.3.1. Tính cần khi xi lanh tay cần vuông góc với tay cần + Các lực tác dụng vào thiết bị làm việc của máy gồm: - Lực từ xi lanh nâng cần Pc; - Lực đẩy lớn nhất từ xi lanh tay cần: Ptcmax = 564 (kN); - Lực ngang K = 14,7 (kN); - Lực từ vật cản P = 169 (kN), có thể chia P thành hai phần: Thành phần nằm ngang P02 = P. .sin = 169.sin360 = 99,3 (kN); Thành phần thẳng đứng P01 = P.cos = 169.cos360 = 136,7 (kN); - Trọng lượng cần Gc = 15 (kN), trọng lượng tay cần Gtc = 7 (kN) và trọng lượng gầu Gg = 7,33 (kN). - Các lực tại khớp chân cần X0, Y0. Hình 5.13 Lực tác dụng vào thiết bị làm việc khi bắt đầu cắt đất. + Tính các lực chưa biết: - Tính Pc bằng phương trình cân bằng mô men với khớp O1 trong mặt phẳng đứng của các lực tác dụng vào thiết bị làm việc: Pc.sin230.2400 - Gc.2650 - (Gtc + Gg).5400 + P02.(4300 + 1960) - P01.5400 = 0 (5.17) Pc= (5.28) Pc= = 249,2 (kN); - X0 tính từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục x: X0 - X.cos260 + Ptcmax.sin260 + Pc.sin230 -Gc - Y.sin260= 0 (5.29) => X0 = X.cos260- Ptcmax.sin260 - Pc.sin230 +Gc + Y.sin260 X0 = 151.cos260- 564.sin260 - 249,2.sin230 +15 + 663,3.sin260 = 96,88 (kN); - Y0 tính từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục y: Y0 + X.sin260 + Ptcmax.cos260 - Pc.cos230- Y.cos260= 0 (5.30) => Y0 = -X.sin260 - Ptcmax.cos260 + Pc.cos230+ Y.cos260 Y0 = -151.sin260 - 564.cos260 + 249,2.cos230+ 663,3.cos260 = 252,45 (kN); - Z0 = 14,7 (kN); - Mô men gây uốn quanh trục Y do P01 tạo ra trong tay cần trở thành mô men xoắn trong cần: Mxc = My = 14524 (kN.cm); - Mô men xoắn Mx trong tay cần gây ra mô men uốn ngang (uốn quanh trục X) trong cần: Mu = Mx = 5960 (kN.cm). + Mặt cắt nguy hiểm nhất của cần là mặt cắt n-n qua khớp liên kết giữa cần với xi lanh nâng cần. Để kiểm tra bền cần phải tìm nội lực trong cần tại mặt cắt n-n: - Mô men uốn trong mặt phẳng đứng: Muđ = X0.2400 = 96,88.2400 = 232512 (kN.mm) = 23251,2 (kN.cm); (5.31) - Mô men uốn ngang: Mun = Mu + Z.(540 - 265) = 5960 + 14,7.275= 10002,5 (kN.cm); - Lực dọc: N0 = Y0 = 252,45 (kN); - Lực cắt đứng: Q0 = X0 + Pc. sin230 = 96,88 + 249,2. sin230 = 194,25 (kN); - Lực cắt ngang: Z0 = 14,7 (kN); - Mô men xoắn: Mxc = 14524 (kN.cm). + Chọn tiết diện cần tại mặt cắt n-n có kích thước b x h = 380 (mm) x 760 (mm). Cần hàn từ các tấm thép dày 20 (mm). Hình 5.13 Mặt cắt nguy hiểm của cần Tính được các đặc trưng hình học của tiết diện: - Tính mô men chống uốn theo phương trục x: Wx = = (5.32) Wx = 5879 (cm3). - Tính mô men chống uốn theo phương trục z: Wz = = (5.33) Wz = 8751 (cm3). + ứng suất pháp lớn nhất theo (8.8)[4]: (5.34) = = 4,93 (kN/cm2). + ứng suất tiếp lớn nhất xuất hiện tại trung điểm của cạnh dài tiết diện là tổng của hai thành phần (1) do mô men xoắn gây ra và (2) do lực cắt gây ra. Tính 1 theo bài toán xoắn thanh có tiết diện mỏng kín theo (5.11)[4]: 1max = (5.35) Trong đó: - là phần diện tích giới hạn bởi đường trung bình của tiết diện n-n = (b-c)(h-c) = (38-2)(76-2) = 2664 (cm2). => 1max = = 1,36 (kN/cm2) - Tính 2 : 2 = 2max = + (5.36) Trong đó: Sc – Là mô men tĩnh đối với trục trung hoà của một nửa tiết diện. Sc1 = z.c.; Sc2 = x.c.; (5.37) 2 đạt giá trị lớn nhất khi z = và x = ta có: Sc1 = .2. = 1406 (cm3); Sc2 = .2. = 1368 (cm3); Iz ,Ix– Mô men quán tính của tiết diện với trục trung hoà, Iz = = = 332555 (cm4) Ix = = = 111699 (cm4) => 2max = + = 0,5 (kN/cm2) (5.38) => = 0,77 + 0,5 = 1,27 (kN/cm2). + Kiểm tra theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng: = , (5.39) n thường lấy với tay cần là 1,4 1,6. Với: => = = = 4,78 (kN/cm2) = 17,33 (kN/cm2) (5.40) Vậy < nên cần đảm bảo bền. 4.3.2 . Tính cần khi gần kết thúc quá trình cắt đất + Lực cản của chướng ngại vật tính từ phương trình cân bằng mô men với khớp O của tay cần: P = = P = 58 (kN) => P01 = P.sin360 = 58. sin360 = 34,1 (kN); P02 = P.cos360 = 58. cos360 = 47 (kN); + Lực ngang: K = = 36,3 (kN). (5.41) + Lực tác dụng vào cần: - Tại khớp O gồm các lực sau: X = P01 + Gg+đ + Gtc +Ptcmax .sin350 = 34,1 + 20,13 + 7 + 564. sin350= 385 (kN); Y = Ptcmax.cos350 - P02 = 564. cos350 - 47 = 415 (kN); Z = K = 36,3 (kN); Coi P vuông góc với đoạn dưới của cần khi đó P cùng với K sẽ gây ra mô men xoắn cho cần. Tính mô men xoắn tại chốt xi lanh cần: Mxc = P.60+K.196 = 58.60+36,3.196 = 10595 (kN.cm) (5.42) HÌnh 5.4 : löïc taùc duïng vaøo thieát bò laøm vieäc cuoái quaù trình caét ñaát - Lực đẩy của xi lanh nâng cần tính từ phương trình cân bằng mô men với khớp O1 Pc.sin230.2400 - P01.(5400 - 4300) - P02.1960 - Gg+đ.(5400 - 3700) - Gc.2650 - Gtc.(5400 - 660)= 0 Pc = Pc = = 245,23 (kN) - X0 tính từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục x: X0 - X + Ptcmax.sin350 + Pc.sin230 - Gc = 0 (5.43) => X0 = X - Ptcmax.sin350 - Pc.sin230 +Gc = 385 - 564.sin350 - 245,23.sin230 +15 X0 = -19,3 (kN); - Y0 tính từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục y: Y0 + Ptcmax.cos350 - Pc.cos230- Y = 0 (5.44) => Y0 = - Ptcmax.cos350 + Pc.cos230+ Y Y0 = - 564.cos350 + 245,23.cos230+ 415 = 178,7 (kN); Z0 = K = 36,3 (kN). + Mặt cắt nguy hiểm nhất của cần là mặt cắt n-n qua khớp liên kết giữa cần với xi lanh nâng cần. Để kiểm tra bền cần phải tìm nội lực trong cần tại mặt cắt n-n: - Mô men uốn trong mặt phẳng đứng: Muđ = X0.2400 = - 19,3.2400 = -46320 (kN.mm) = -4632 (kN.cm); - Lực dọc: N0 = Y0 = 178,7 (kN); - Lực cắt: Q0 = X0 + Pc. sin230 = -19,3 + 245,23. sin230 = 76,5 (kN); - Z = 36,3 (kN); - Mô men xoắn: Mxc = 10595 (kN.cm). + Các đặc trưng hình học của tiết diện đã tính ở trên: - Mô men chống uốn theo phương trục x: Wx = 5879 (cm3); - Mô men chống uốn theo phương trục z: Wz = 8751 (cm3). + ứng suất pháp lớn nhất theo (8.8)[4]: (5.45) = = 0,94 (kN/cm2). + ứng suất tiếp lớn nhất xuất hiện tại trung điểm của cạnh dài tiết diện là tổng của hai thành phần (1) do mô men xoắn gây ra và (2) do lực cắt gây ra. - Tính 1 theo bài toán xoắn thanh có tiết diện mỏng kín theo (5.11)[4]: 1max = (5.46) Trong đó: : là phần diện tích giới hạn bởi đường trung bình của tiết diện n-n = (b-c)(h-c) = (38-2)(76-2) = 2664 (cm2). => 1max = = 0,99 (kN/cm2) - Tính 2 : 2 = 2max = + (5.47) Trong đó: Sc: Là mô men tĩnh đối với trục trung hoà của một nửa tiết diện. Sc1 = z.c.; Sc2 = x.c.; 2 đạt giá trị lớn nhất khi z = và x = ta có: Sc1 = .2. = 1406 (cm3); Sc2 = .2. = 1368 (cm3); Iz ,Ix: Mô men quán tính của tiết diện với trục trung hoà theo (4.14)[4]: Iz = = =332555 (cm4) Ix = = =111699 (cm4) => 2max = + = 0,38 (kN/cm2) => = 0,99 + 0,38 = 1,37 (kN/cm2). + Kiểm tra theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng theo (6.12)[4]: = , (5.48) n thường lấy với tay cần là (1,4 1,6) Với: => = = = 2,55 (kN/cm2) = 17,33 (kN/cm2) Vậy < nên cần đảm bảo bền ở trạng thái này. 5.3.3 . Tính cần khi thiết bị làm việc vươn xa nhất Hình5.15 löïc taùc duïng vaøo thieát bò laøm vieäc khi xaû ñaát + Khi thiết bị làm việc của máy vươn xa nhất để xả đất thì phần sau của cần ở trạng thái nằm ngang, + Xét cân bằng hệ tay cần - gầu để tìm Ptc, X, Y: - Từ phương trình cân bằng mô men với khớp O tìm được Ptc: Ptc = = = -111,8 (kN); - Từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục x ta có: X = Gtc + Gg+đ = 7 + 20,13 = 27,13 (kN); - Từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục y ta có: Y = Ptc = -111,8 (kN). + Các lực tác dụng vào cần: - Pc được tính từ phương trình cân bằng mô men của các lực với khớp O: Pc = (5.49) Pc = = 141,5 (kN); - Từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục x ta có: X0 = Gc + X – Pc.sin580 = 15 + 27,13 -141,5. sin580 = -77,87 (kN); - Từ phương trình cân bằng các lực chiếu lên trục y ta có: Y0 =Y - Ptc + pc.cos580 = -111,8 + 111,8 + 141,5. cos580 = 75 (kN). + Các nội lực tại mặt cắt nguy hiểm: - Lực dọc: N0 = Y0 = 75 (kN); - Lực cắt: Q0 = X0 = 77,87 (kN), - Mô men uốn: Muđ = Gg+đ.(3400+5500-1950)+Gtc.(600+5500-1950)+Gc.(2300-1950 (5.50) Muđ =20,13.(3400+5500-1950)+7.(600+5500-1950)+15.(2300-1950) Muđ =174203,5 (kN.mm) = 17420,35 (kN.cm). + Các đặc trưng hình học của tiết diện: - Mô men chống uốn dọc: Wz = 8751 (cm3); - Mô men quán tính: Iz = 332555 (cm4); - Mô men tĩnh: Sc = 1406 (cm3) + Các ứng suất lớn nhất trên mặt cắt đang xét: - ứng suất pháp: theo (8.8)[4]: = = 2 (kN/cm2); (5.51) - ứng suất tiếp theo (5.11)[4]: = = = 0,16 (kN/cm2). + Kiểm tra bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi theo (6.12)[4]: = = = 2,02 (kN/cm2) (5.52) = 17,33 (kN/cm2) => Vậy < nên cần đảm bảo bền ở trạng thái này. 5.3.4 . Kiểm tra cần khi máy dùng má gầu để làm việc + Trong nhiều trường hợp máy xúc phải dùng má gầu để làm việc như khi gạt đất, khi trợ lực cho máy khác Khi đó máy sử dụng mô men quay của cơ cấu quay để làm việc, mô men quay gây ra hiện tượng uốn ngang của cần và tay gầu. Nếu gặp chướng ngại vật thì phải sử dụng hết công suất cơ cấu quay với hy vọng thắng được lực cản. + Coi bàn quay và thiết bị công tác là một ngàm công xôn được ngàm vào ngõng trục trung tâm và chịu phản lực Pm từ vật cản thì biểu đồ nội lực có dạng như sau: Hình 5.15 löïc taùc duïng vaøo thieát bò laøm vieäc khi xaû ñaát Với: Pm = trong đó M = Mq = 7517,6 (kN.cm). + Thường thì máy sử dụng má gầu làm việc ở độ cao bằng với độ cao mặt bằng máy đứng. Dễ dàng nhận thấy tiết diện nguy hiểm nhất của thiết bị công tác là tiết diện tại khớp chân cần, lực cắt Q lớn nhất khi vật cản gần tâm quay máy nhất. Khoảng cách gần nhất giữa vật cản và tâm quay máy là: a = lc - ltc -lg = 5700 -2925 -1400 = 1375 (mm) Khi đó: Lực căt Q = Pm = = 54,7 (kN); (5.53) Mô men xoắn Mx = Pm.b = 54,7.196 = 10721 (kN.cm); (b=1950 mm là chiều cao khớp chân cần). + Chọn tiết diện chân cần là hình chữ nhật kích thước: b.h = 660 (mm).240 (mm) được hàn từ thép dày 20 (mm). Tính được các đặc trưng hình học là: - Mô men chống uốn quanh trục z: Wx = = (5.54) Wx = 5134 (cm3); - Mô men tĩnh của nửa tiết diện với trục x: Sc = x.c.; x lớn nhất có giá tri là x = Sc = .2. = 744 (cm3) - Ix : Mô men quán tính của tiết diện với trục x theo (4.4)[4]: Ix = = Ix = 164288 (cm4). + Tính các ứng suất: - ứng suất pháp lớn nhất: = = 1,5 (kN/cm2); (5.55) - ứng suất tiếp lớn nhất xuất hiện tại trung điểm của cạnh dài tiết diện là tổng của hai thành phần (1) do mô men xoắn gây ra và (2) do lực cắt gây ra. - Tính 1 theo bài toán xoắn thanh có tiết diện mỏng kín 1max = (5.56) Trong đó: : là phần diện tích giới hạn bởi đường trung bình của tiết diện n-n = (b-c)(h-c) = (64-2)(24-2) = 1364 (cm2). => 1max = = 1,96 (kN/cm2) (5.57) 2max = = = 0,12 (kN/cm2) (5.58) = 1max + 2max = 1,96 + 0,12 = 2,08 (kN) + Kiểm tra bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi: = = = 3,9 (kN/cm2) = 17,33 (kN/cm2) (5.59) => Vậy < nên cần đảm bảo bền ở trạng thái này. 5.4 . Tính các chốt + Các khớp liên kết giữa các bộ phận của thiết bị công tác là dạng khớp bản lề, cấu tạo gồm các má và chốt liên kết. + Coi lực tác dụng của các má bản lề đặt tại điểm giữa của má, khi đó sơ đồ tính của các chốt có dạng dầm đơn giản chịu lực tập trung. 5.4.1. Chốt giữa gầu và tay cần + Khoảng cách giữa tâm hai tai gầu chọn là 320 (mm) để có thể lắp tay cần và các miếng đệm. Đây chính là chiều dài làm việc của chốt. + Chọn vật liệu làm chốt là thép hợp kim thấp 20X vì cần chịu mài mòn. ứng suất giới hạn là = 750 (MN/m2) = 75 (kN/cm2). Chọn đường kính chốt là d = 80 (mm). Tiết diện chốt có các đặc trưng hình học là: - Mô men quán tính: Ip = = = 401,92 (cm4); - Mô men chống uốn: Wx = = = 100,48 (cm3); - Mô men tĩnh: Sx = = = 42,67 (cm3). =>Q = = + Lực lớn nhất tác dụng vào chốt chính là lực S1 từ gầu truyền lên qua hai tai gầu. Lực S1 là hợp lực của S1x và S1y đã tính ở phần tính toán gầu: S1x = 502,6 (kN); S1y = 17,2 (kN). =>= (5.60) + Các nội lực của chốt: - löïc caét: Hình 5.17 Biểu đồ nội lực chốt gầu và tay cần - Mô men uốn lớn nhất: M = .16 = 251,45. 16 = 4023,2 (kN.cm). + Các ứng suất lớn nhất: - ứng suất pháp lớn nhất theo (6.2)[4]: max= = = 40,04 (kN/cm2); ứng suất tiếp lớn nhất theo (6.4)[4]: max= = = 3,34 (kN/cm2). + Kiểm tra sức bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi theo (6.12)[4]: = (5.61) - Với: = = = 40,46 (kN/cm2); - = = 50 (kN/cm2). (n : hệ số an toàn của chốt, lấy n = 1,5) => , vậy chốt bảo đảm bền. 5.4.2 . Chốt giữa gầu và đòn gánh + Chiều dài làm việc của chốt lấy bằng chiều dài chốt giữa gầu và tay cần 320 (mm), + Chọn vật liệu làm chốt là thép hợp kim thấp 20X vì cần chịu mài mòn. ứng suất giới hạn là = 750 (MN/m2) = 75 (kN/cm2). Chọn đường kính chốt là d = 80 (mm). Tiết diện chốt có các đặc trưng hình học là: - Mô men quán tính: Ip = 401,92 (cm4); - Mô men chống uốn: Wx = 100,48 (cm3); - Mô men tĩnh: Sx = 42,67 (cm3). + Lực lớn nhất tác dụng vào chốt chính là lực S2 từ gầu truyền lên qua hai tai gầu. S2 = 377 (kN); + Các nội lực của chốt: - Lực cắt: Q = = = 188,5 (kN); - Mô men uốn lớn nhất: M = .1