CHƯƠNG IV: TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN
IV.1 TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ TAY GẦU
Đối với máy đào gầu thuận truyền động thủy lực việc tính toán sức bền tay gầu thường đc tiến hành ở 2 vị trí mà tại đó lực quay tay gầu Pt đạt giá trị lớn nhất, tức là nội lực do Pt gây ra trong tay gầu tại tiết diện nguy hiểm là lớn nhất.
a) Ở vị trí thứ nhất.
Điều kiện tính toán:
-Trục dọc của tay gầu có phương vuông góc với phương của lực đảy Ptmax trong xi lanh quay tay gầu.
- răng gầu gặp chướng ngại vật trong khi đào dất nên nó chịu tải trọng động Pd do chướng ngại vật gây ra.
-trong gầu vẫn chưa có đát.
Để xác định lực Ptmaxta thiết lập phương trình cân bằng mômen của các lực tác dụng lên hệ tay gầu và gầu gây ra so với khớp O2
∑Mo2 =0
⇒Ptmax.rp −Pd.rd −Gt.rt −Ggrg =0
p
t t g g d d
t r
r G r G r
P P . . .
max
+
= +
⇒
Gt
Gg
Gc
03 02
O1
Pd
Ptmax
rp
Ptmax
Gt
03
rp
m m
02 X02 Z02
Pd
rd
Gg
rg 68
Trong đó:
t g d
p r r r
r , , , lần lượt là cánh tay đòn từ các lực đén khớp O2
Phản lực Pđ tại răng gầu có phương song song với phương Ptmax và được xác định có kể tới tải trọng động do chướng ngại vật gây ra.
Pủ = P1.kủ.
Ơû đây: P1: lực cản đào tiếp tuyến, được xác định trên có giá trị P1 = 1,33tấn = 133 KN
kđ = 1,5 : hệ số tải trọng động.
200 5 , 1 .
133 =
=
⇒Pd (KN)=2tan
rủ = 2,94 m
Gt = 0,36 tấn trọng lượng của tay cần, rt = 0,171 m Gg = 0,3 tấn trọng lượng của gầu xúc, rg = 0,7 m ⇒Pmax = 2.2,94+0,36o.,034,7+0,3.0,171=9,58 (tan)
Để tính sức bền tay gầu trước hết ta tách tay gầu ra khỏi khớp O2-liên kết giữa tay gầu với đầu cần và đặt vào đó các phản lực zo2vàXO2
Dưới tác dụng của các lực Ptmax tay gầu chịu mômen uốn .tiết diện nguy hiểm của tay gầu cũng là tiết diện m-m đi qua khớp O2
+) Mômen uốn do Ptmax gây ra tại tiết diện m-m của tay gầu chứa khớp O2. Mu = Ptmax . rp
= 9,58 . 0,34=3,2 T.m=325KN/m
Để đảm bảo sức bền cho tay gầu thì thì ứng suất do Mu gây ra tại tiết diện m-m phải thỏa mãn điều kiện:
MW [ ] ngh
u
U σ
σ σ = ≤ = Trong đó:
σgh: giới hạn chảy của vật liệu được dùng để chế tạo tay gầu, ta chọn thép chế tạo tay cần là thép CT5, có σgh= 26 KN/cm2
n: hệ số an toàn, vì là tay gầu thường nên ta chọn n = 1,4÷1,6, chọn n = 1,6
⇒ [ ] 19
4 , 1
26 =
σ = (KN/cm2) (1)
Wu : mômen chống uốn của tiết diện m-m. tay gầu có tiết diện hình hộp chữ nhật, nên mômen chống uốn được xác định theo công thức:
Wu = ( ) ( )
h h b
h b
. 6
. 2 . . 2
. 3− − δ1 − δ2 3 Ơû đây:
b: chiều rộng của tiết diện m-m, b = 35 (cm) h: chieàu cao cuỷa tieỏt dieọn m-m, h = 40 (cm)
δ2: chiều dày của thành ngang, δ2 = 10(mm)= 1 (cm)
⇒ Wu = ( ) ( ) 1788
40 . 6
1 . 2 40 . 1 . 2 35 40 .
35 3− − − 3 = (cm4)
⇒ 18
1788 10 . 325 2 =
σ = (KN/cm2) (2) từ (1) và (2) ta có:
[ ] 19( / )
) / (
18 KN cm2 ≤ = KN cm2
= σ
σ
vậy với những thông số đã chọn trên thì tay cần làm việc an toàn.
b) Ơû vị trí thứ hai.
m
Gg+d 03 Gt
02
O1 P1
1 maxcosλ Pt
m
n
n max
Pt
1 maxcosλ Pt
Điều kiện tính toán
+) Gầu đang cắt đất ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu với chiều dày phoi cắt lớn nhất. Gầu đã được tích đất đầy gầu.
+) Lực Ptmax của xi lanh tay gầu có phương tạo với trục dọc của tay cần góc α1
tiết diện nguy hiểm của tay gầu vẫn là tiết diện m-m đi qua khớp O2. Trong trường hợp nầy lực Ptmax được phân thành hai phần:
+) Lực Ptmax. sinα1 gây ra mômen uốn tại tiết diện m-m đi qua khớp O2 (trong mặt phẳng thẳng đứng).
Mu = Ptmax .rp . sinα1
= 9,58. 0,34 . sin23 = 1,3 (T.m) Trong đó :
Ptmax = 9,58 T lực của xi lanh quay tay gầu.
Rp = 0,34m , cánh tay đòn của Ptmax tới O2. α1= 230
+) Lực kéo gầu được xác định theo công thức:
N = Ptmax . cosα1
= 9,58 . cos23 = 8,8 T
+) Ứng suất do mômen uốn Mu và lực nén N gây ra tại tiết diện nguy hiểm m- m của tay gầu phải thỏa mãn điều kiện:
[ ]
n F
N W
M gh
U
u σ
σ
σ = + ≤ =
Trong đó:
Wu : Mômen chống uốn của tiết diện m-m . tay gầu có tiết diện hình hộp chữ nhật nên mômen chống uốn được xác định theo công thức:
Wu = ( )
h h b
h b
. 6
. 2 ).
. 2 (
. 3 − − δ1 − δ2 3 Ơû đây:
b: chiều rộng của tiết diện m-m, b = 35 (cm) h: chieàu cao cuỷa tieỏt dieọn m-m, h = 40 (cm)
δ1: chiều dày của thành đứng, δ1= 10 (mm)= 1 (cm) δ2: chiều dày của thành ngang, δ2 = 10(mm)= 1 (cm) ⇒ Wu = ( ) ( ) 1788
40 . 6
1 . 2 40 . 1 . 2 35 40 .
35 3 − − − 3 = (cm4)
F: diện tích tiết diện m-m được xác định theo công thức:
F = b.h – (b – 2. δ1).(h – 2. δ2) = 35.40 – (35 – 2.1).(40 – 2.1)
= 146 (cm2).
⇒ [ ] 19( )
4 , 1 ) 26
( 3 , 146 13 880 1788
10 . 130
2 2
2
cm KN cm
KN ≤ = =
= +
= σ
σ
Vậy ta xét hai vị trí nguy hiểm tại hai trạng thái làm việc của máy thỏa mãn điều kiện làm việc với mức tải đã cho.
Theo kết quả tính toán trên ta có tiết diện của tay cần như sau: