Tính toán cơ cấu quay dàn ngang

n toàn: đảm bảo tương đương với chỉ tiêu tham khảo của xe nước ngoài. Các bộ phận nhập ngoại ( hoặc khai thác trong nước có xuất xứ từ nước ngoài) Có đặc tính kĩ thuật phù hợp với đặc tính yêu cầu. Có xuất xứ trực tiếp từ các nước công nghiệp phát triển hoặc có nguồn gốc từ các nước phát triển. (Được sản xuất hoặc lắp ráp tại các công ty của các nước công nghiệp phát triển ở ngoài nước sở tại) Cố gắng đồng bộ hoá khi nhập. 2.8. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 2.8.1 Lựa chọn kết cấu chung Hiện nay, thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu được sử dụng trên thế giới có 2 loại kết cấu chính là kết cấu kiểu hộp và kết cấu kiểu dàn. Thiết bị kết cấu kiểu hộp Thiết bị kiểm tra mặt dưới cầu kiểu hộp có hình dáng tương tự như các loại máy xúc hoặc các loại xe nâng người làm việc trên cao, truyền động thuỷ lực. Kết cấu hộp tạo cho thiết bị tính cơ động cao do gọn hơn nhiều so với kết cấu kiểu dàn. Thông thường đoạn hộp nối với ca bin thường được thiết kế kiểu hộp lồng, nhờ truyền độnh thuỷ lực, nó được đẩy ra hoặc thu ngắn vào làm cho việc thay đổi vị trí của ca bin phía dưới bề mặt cầu dọc theo thiết diện cầu được dễ dàng. Nhưng kết cấu kiểu hộp chỉ phù hợp với loại thiết bị kiểm tra có dạng ca bin. Do thiết bị kết cấu kiểu ộp có kích thước gọn nên nó cơ động và phù hợp với việc di chuyển trên đường bộ. Tuy nhiên, với thiết bị kết cấu kiểu hộp, trọng lượng toàn thiết bị có trị số lớn. Mặt khác như đã phân tích ở trên, kết cấu kiểu hộp chỉ phù hợp với những thit bị có ca bin, không thể dùng kết cấu kiểu này cho thiết bị có dàn công tác. Mặc dù đã có giải pháp kết cấu của một số hãng sản xuất lớn trên thế giới để cho ra đời thiết bị kết cấu kiểu hộp có dàn công tác, song trường hợp này, kích thước của thiết bị lại mất tính gọn gàng, cơ động do phải kết cấu thêm những bên thanh rằng cần thiết để phù hợp với việc liên kết giữa kết cấu hộp và kết cấu dàn. Thiết bị kết cấu kiểu dàn Thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu kết cấu kiểu dàn được thiết kế với các cơ cấu tương tự nh­ các loại cần trục tháp thường được khai thác ở nước ta hiện nay. Ưu điểm nổi bật của kết cấu kiểu dàn là trọng lượng của thiết bị giảm đi đáng kể so với kết cấu dạng hộp cùng tầm với. Nhược điểm lớn nhất của thiết bị kết cấu dạng dàn là kích thước tổng thể của thiết bị lớn lên, trong khi đó kích thước tối đa cho phép của những loại ô tô tham gia giao thông bị khống chế. Thiết bị kết cấu kiểu dàn đặc biệt phù hợp với thiết bị kiểm tra dạng có dàn công tác. Nh­ vậy, khi đã chọn dạng thiết bị là loại có dàn công tác, theo phân tích trên đây thì phương án kết cấu của thiết bị phải là kết cấu kiểu dàn. Hiện nay, một vài hãng sản xuất lớn trên thế giới đã cho ra đời những loại thiết bị kết cấu kiểu hộp nhưng lại có dàn công tác. Tuy nhiên, việc chế tạo ra những thiết bị này rất phức tạp và đòi hỏi phải có nền công nghệ cao. 2.8.2 Lựa chọn các cơ cấu chính 2.8.2.1. Sơ đồ kết cấu thiết bị Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu có kết cấu kiểu dàn đang ở vị trí kiểm tra được giới thiệu trên hình 2.14 Hình 2.14. Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu. Thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu kiểu dàn bao gồm các bộ phận kết cấu chính sau: Xe cơ sở Khung chính Dàn đứng Dàn công tác (bao qồm dàn công tác và dàn kéi dài) 2.8.2.2 Các thao tác đưa thiết bị vào vị trí kiểm tra. Để đưa thiết bị vào vị trí kiểm tra, cần phải có các thao tác sau đây: Quay toàn bộ phần kết cấu thép với góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh đường tâm thẳng đứng của khung chính. Thao tác này được cơ cấu quay chính thực hiện. Dựng dàn đứng cùng với dàn công tác từ vị trí nằm ngang lên vị trí thẳng đứng. Thao tác này được cơ cấu dựng dàn đứng thực hiện Hạ dàn đứng cùng với dàn công tác đến vị trí yêu cầu. Thao tác này được cơ cấu nâng hạ dàn đứng thực hiện. Hạ dàn công tác từ vị trí theo phương đứng thẳng xuống vị trí theo phương nằm ngang. Thao tác này được cơ cấu nâng hạ dàn công tác thực hiện. Quay dàn công tác xung quanh dàn đứng với một góc 90° vào vị trí dọc theo mặt cắt thiết diện ngang cầu. Thao tác này được cơ cấu quay dàn công tác thực hiện. Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc. Thao tác này được cơ cấu thu đẩy dàn công tác thực hiện. Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu có cùng với các cơ cấu chính được giới thiệu trên hình 2.15 Hình 2.15. Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu cùng với các cơ cấu chính. 2.8.2.3 Cơ cấu quay chính Các giải pháp truyền động cho cơ cấu quay thường được thực hiện theo 2 phương án sau đây Sử dụng hệ vành răng- bánh răng Sử dông xy lanh thuỷ lực Cơ cấu quay sử dụng hệ vành răng- bánh răng có kết cấu phức tạp. Vành răng thông thường có đường kính lớn, có thể kết cấu ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong với báng răng chủ động. Việc gia công vành răng đường kính lớn đòi hỏi có thiết bị chuyên dùng và quá trình công nghệ phức tạp. Hiện tại, nước ta chưa có cơ sở nào có thể chế tạo loại vành răng đường kính lớn đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp chế tạo thiết bị nâng và máy xây dựng. Mặt khác, với kết cấu vành răng- bánh răng, việc làm kín để tránh bụi rất khó thực hiện, do vậy phải thiết kế vành răng và bánh răng với vật liệu vừa đảm bảo độ bền nhưng phải chịu được mài mòn. Tuy nhiên với kết cấu vành răng- bánh răng, cơ cấu quay có thể quay được chọn vòng 360° một cách dễ dàng. Cơ cấu quay sử dụng xi lanh thuỷ lực có kết cấu đơn giản hơn nhiều so với cơ cấu sử dụng hệ vành răng- bánh răng. Sử dụng xi lanh thuỷ lực, cơ cấu quay có kết cấu gọn nhẹ. Nhưng nhược điểm cơ bản của cơ cấu truyền động bằng xi lanh thuỷ lực là góc quay của cơ cấu không lớn ( nhỏ hơn 180° ). Khác với các cơ cấu quay thông dụng trên các loại thiết bị nâng và máy xây dựng, cơ cấu quay chính của thiết bị kiểm tra mặt dưới của cầu có những đặc điểm chính sau đây: Không quay đầy góc 360° mà chỉ quay từ vị trí ban đầu đến một vị trí cố định với góc 90°. Vận tốc quay của cơ cấu quay chính không ảnh hưởng đến năng suất của thiết bị. Với những phân tích trên đây, cơ cấu quay của thiết bị thích hợp nhất là dùng xi lanh để truyền động. Sơ đồ làm việc của cơ cấu quay chính được giới thiệu trên hình 2.16 Hình 2.16. Sơ đồ làm việc của cơ cấu quay chính. 2.8.2.4 Cơ cấu dựng dàn đứng. Cơ cấu dựng dàn đứng của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu có chức năng giống nh­ cơ cấu nâng hạ cần của cần trục hoặc của máy xây dựng. Các giải pháp truyền động của cơ cấu câng hạ cần thông dụng thường gặp các phương án sau đây: Hệ bánh răng- thanh răng Hệ xi lanh thuỷ lực. Phương án truyền động bằng hệ bánh răng- thanh răng được phân tích về ưu, nhược điểm chủ yếu cũng tương tự nh­ phân tích cho cơ cấu quay sử dụng hệ vành răng- bánh răng. Ưu điểm nữa của phương án này là tạo được chuyển động của cơ cấu ổn định. Phương án này đặc biệt phù hợp cho những thiết bị nâng không truyền động thuỷ lực. Nhược điểm chủ yếu của giải pháp này là đòi hỏi gia công với độ chính xác cao. Do kết cấu của cơ cấu truyền động hở, vì vậy truyền động kiểu này không sử dụng được ở những nơi có người điều khiển đi lại. Phương án truyền động bằng xi lanh thuỷ lực có kết cấu gọn, nhẹ. Phương án này dặc biệt phù hợp với thiết bị đã có hệ thống truyền động thuỷ lực. Nhược điểm của phương án này là đòi hỏi phải có công nghệ chế tạo thiết bị thuỷ lực tiên tiến. Tuy nhiên, trong điều kiện hội nhập quốc tế hiện nay, với sự cộng tác của các nhà sản xuất trên thế giới, việc chế tạo các cụm, các chi tiết thuỷ lực ở nước ta không còn là vấn đề nan giải. Bằng những phân tích trên đây, cơ cấu dựng dàn đứng thiết kế theo phương án dùng xi lanh thuỷ lực là thích hợp nhất. Sơ đồ làm việc của cơ cấu dựng dàn đứng được giới thiệu trên hình 2.17 Hình 2.17 . Sơ đồ làm việc của cơ cấu dựng dàn đứng 2.8.2.5. Cơ cấu nâng hạ dàn đứng. Cơ cấu nâng hạ dàn đứng của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu cũng giống nh­ cơ cấu nâng hạ càng của xe hàng. Cơ cấu này được kết cấu theo các phương án sau: Xi lanh thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích Xi lanh thuỷ lực Phương án sử dụng dụng xi lanh thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích có ưu điểm nởi bật là hành trình nâng hạ có thể đạt được lớn hơn hành trình xi lanh thuỷ lực. Tuy nhiên phương án này không thể sử dụng được tại vị trí dàn đứng vì kết cấu hệ truyền động xích là kết cấu hở, trong khi dọc theo dàn đứng là lối lên xuống của người điều khiển. Phương án sử dụng xi lanh thuỷ lực đảm bảo được an toàn cho người kiểm tra. Tuy nhiên khi sử dụng xi lanh thuỷ lực, hành trình của xi lanh phải lớn. Những xi lanh hành trình lớn hơn chiều dài (chiều dài xi lanh ở vị trí hành trình bằnh 0) là những loại xi lanh lồng. Xy lanh loại này đòi hỏi chế tạo với công nghệ đặc biệt. Trong điều kiện công nghệ của nước ta hiện nay, xy lanh này chỉ có thể nhập ngoại. Bằng những phân tích trên đây, cơ cấu nâng hạ dàn đứng của thiết bị dùng phương án xy lanh thuỷ lực để truyền động là thích hợp nhất. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn đứng được giới thiệu trên hình 2.18 Hình 2.18. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn đứng Cơ cấu nâng quay dàn công tác. Cũng như cơ cấu quay chính, cơ cấu quay dàn công tác quay xung quanh tâm dàn đứng với góc có độ lớn 90°. Vận tốc quay của cơ cấu cũng không ảnh hưởng đến năng suất kiểm tra. Phương án kết cấu quay dàn công tác bao gồm: Vành răng- bánh răng truyền động động cơ điện hoặc mô tơ thuỷ lực Xi lanh thuỷ lực Riêng đối với cơ cấu quay dàn công tác, phương án kết cấu dùng xi lanh thuỷ lực để truyền động sẽ không thích hợp bởi việc thay đổi từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển quay đòi hỏi phải có không gian cần thiết, trong khi đó, kết cấu dàn chính không cho phép lắp đặt hệ thống xi lanh trên mặt phẳng vuông góc với trục đối xứng của dàn đứng. Do vậy đối với cơ cấu quay dàn công tác chỉ còn phương án dùng hệ vành răng- bánh răng mới phù hợp. 2.8.2.7 Cơ cấu nâng hạ dàn công tác Cơ cấu nâng hạ dàn công tác thực hiện các giống như cơ cấu dựng dàn đứng. Như phân tích ở phần trên, cơ cấu này cũng có chứ năng giống như cơ cấu nâng hạ cần của cần trục hoặc của máy xây dựng. Các giải pháp truyền động của cơ cấu nâng cần thông dụng đã đề cập ở phần trên bao gồm các phương án sau: Hệ thanh răng- bánh răng Hệ xy lanh thuỷ lực Phương án truyền động bằng hệ bánh răng- thanh răng do kết cấu của nó là kết cấu hở vì vậy truyền động kiểu này không sử dụng được ở những nơi có người điều khiển đi lại. Do phương án truyền động thuỷ lực đặc biệt thích hợp với thiết bị đã có truyền động thuỷ lực nên truyền động cho cơ cấu này dùng phương án truyền động thuỷ lực là thích hợp nhất. Bằng những phân tích trên đây, cơ cấu nâng hạ dàn công tác thiết kế theo phương án dùng xi lanh thuỷ lực. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn công tác được giới thiệu trên hình 2.19. Hình 2.19. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn công tác. 2.8.2.8.Cơ cấu thu đẩy dàn công tác Cơ cấu thu đẩy dàn công tác thực hiện các thao tác giống như cơ cấu ra vào cần của cần trục kiểu cần hộp. Các phương án truyền động cơ cấu thu đẩy dàn công tác vì vậy có thể chọn giống như đối với cơ câú ra vào cần của cần trục. Các phương án truyền động này bao gồm: Bằng xy lanh thuỷ lực Bằng xy lanh thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích Tuy nhiên tính năng làm việc của 2 cơ cấu này có sự khác nhau cơ bản, đó là: Lực hãm sự di chuyển dàn kéo dài của cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài là nhỏ hơn nhiều so với lực hãm cần lồng của cơ cấu ra vào cần của cần trục. Lực đẩy cũng nh­ lực kéo dàn kéo dài tương đương nhau đối với cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài, trong khi lực đẩy và lực thu cần lồng khác biệt nhau rất lớn Lực kéo dàn kéo dài đối với cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài nhỏ, trong khi lực đẩy cần lồng lớn. Với sự khác nhau đó, phương án truyền động sử dụng cho cơ cấu ra vào cần sẽ không thích hợp với cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu. Sau khi nghiên cứu những đặc điểm riêng của cơ cấu thu đẩy này, chọn phương án truyền động cho cơ cấu này là phương án sử dụng mô tơ thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích. Giải pháp này cho phép sử dụng đối với kết cấu đòi hỏi lực kéo nhỏ nhưng yêu cầu hành trình lớn. Sơ đồ làm việc của cơ cấu thu đẩy dàn công tác được giới thiệu trên hình 2.20. Hình 2.20. Sơ đồ làm việc của cơ cấu thu đẩy dàn công tác. 2.9. MÔ TẢ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ ĐÃ CHỌN. Thiết bị làm việc về cơ bản dựa trên nguyên lí truyền động thuỷ lực với nguồn thuỷ lực gắn trên xe cơ sở. Cơ cấu quay chính được gắn trên xe cơ sở, khi làm việc nhờ xi lanh thuỷ lực dẫn động quay một góc 90° so với phương dọc trục của xe. Tiếp theo, xi lanh nâng dàn đứng làm việc nâng dàn đứng lên một góc 90° so với đường vuông góc với tâm xe trong mặt phẳng thẳng đứng. Khi dàn đứng đạt 90° so với mặt phẳng ngang, nhờ xi lanh thuỷ lực gắn trên dàn đứng cùng với giá trượt trên khung chính đưa dàn đứng xuống độ sâu yêu cầu cần nâng cấp, sửa chữa. Nhờ cơ cấu nâng hạ dàn công tác đưa dàn công tác xuống vị trí nằm ngang (dàn công tác quay một góc 90° so với trục của dàn đứng trong mặt phẳng thẳng đứng ).Nhờ cơ cấu quay dàn công tác được lắp ở cuối dàn đứng, dàn công tác được quay 90° theo mặt phẳng nằm ngang đưa dàn công tác vào vị trí làm viếc sát với bề mặt dưới của cầu. Khi chiều rộng của cầu lớn, nhờ động cơ thuỷ lực được lắp ở đầu dàn công tác có thể đưa dàn kéo dài ra xa so với dàn đứng tới vị trí cần kiểm tra. Trong quá trình kiểm tra, xe cơ sở có thể di chuyển dọc theo trục của xe nhờ các bánh đỡ bằng cao su đặc được dẫn động bằng thuỷ lực giúp xe và thiết bị kiểm tra có thể di chuyển chậm. Dọc theo chiều dài của cầu đảm bảo thiết bị luôn ổn định trong quá trình làm việc. 2.10. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP. 2.10.1. Số liệu ban đầu để thiết kế: Thiết bị tự hành Chiều sâu cần đạt ( Tính từ mặt cầu) > 9 m Chiều ngang cần kiểm tra > 12 m Số người tối đa khi chiều ngang 8 m là 2 2.10.2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán Tổng quan về cầu bê tông ở nước ta Giới thiệu và lựa chọn phương án Tính toán kết cấu thép Tính toán cơ cấu quay dàn chính 2.10.3. Các bản vẽ và đồ thị Bản vẽ tổng quan về cầu A0 Bản vẽ tổng thể A0 Bản vẽ kết cấu thép A0 Bản vẽ cơ cấu quay A0 Các bản vẽ khác A0 hoặc A1 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP 3.1. NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY CÔNG TÁC ĐƯỢC XÁC ĐỊNH THEO 2 TRƯỜNG HỢP SAU: Khi khởi động máy vào vị trí làm việc. Khi máy đang làm việc. a/ - Khi khởi động máy vào vị trí làm việc: Khi khởi động máy vào vị trí làm việc, ngoại lực tác dụng lên máy bao gồm: + Trọng lượng bản thân của các thành phần kết cấu thép (tự trọng ) + Lực quán tính của các thành phần kết cấu thép chuyển động + Lực động + Lực gió Các lực này được coi là tổng hợp lực được áp dụng để tính toán kết cấu thép và tính toán các bộ máy công tác ( các bộ máy quay và nâng hạ kết cấu thép) b/ - Khi máy đang ở vị trí làm việc: Khi máy đang ở vị trí làm việc, ngoại lực tác dụng lên máy bao gồm: + Tự trọng của các thành phần kết cấu thép. + Lực động. + Lực gió. + Trọng lượng công nhân và các thiết bị công tác. Các lực này được áp dụng để tính độ bền kết cấu thép và độ ổn định của kết cấu thép trong quá trình máy làm việc. XÁC ĐỊNH CÁC NGOẠI LỰC KHI KHỞI ĐỘNG MÁY 3.2.1. Tự trọng kết cấu thép: Dựa vào cấu tạo của máy, kí hiệu: Gc – Tự trọng của khung chính, đối trọng và 2 xi lanh dung dàn đứng. Gd – Tự trọng của cơ cấu dung dàn đứng và xi lanh hạ dàn đứng. Gđ - Tự trọng của dàn đứng, bộ máy quay dàn công tác và 2 xi lanh. Gct - Tự trọng của dàn công tác. Gkd - Tự trọng của dàn léo dài. Qua sơ bộ chọn kích thước (Dài – Cao – Rộng ) của các dàn kết cấu thép và chọn tiết diện các thanh, ta xác định sơ bộ trọng lượng các bộ phận kết cấu thép nh­ sau: Gc = 4979 KG Gd = 417 KG Gđ = 1189 KG Gct = 493 KG Gkd = 459 KG Hình 3.1. Sơ đồ của máy sau khi khởi động máy vào vị trí làm việc. I – Cơ cấu quay trụ đỡ cùng với kết cấu thép, II - Cơ cấu dung dàn đứng; III - Cơ cấu nâng hạ dàn đứng; IV - Cơ cấu quay dàn công tác; V - Cơ cấu nâng hạ dàn công tác; VI - Cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài. CÁC THAO TÁC CẦN THỰC HIỆN KHI ĐƯA MÁY VÀO VỊ TRÍ LÀM VIỆC. Khi đưa máy vào vị trí làm việc, cần thực hiện 6 thao tác sau đây: Quay toàn bộ kết cấu thép (kể cả đối trọng) một góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh đường tâm thẳng đứng của khung chính (Hình 3.2a). Dựng toàn bộ kết cấu thép (trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90° (Hình 3.2b) Hạ dàn đứng (cùng với dàn công tác và dàn kéo dài) xuống đến độ sâu yêu cầu (Hình 3.2c). Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài một góc 90° đến vị trí nằm ngang (Hình 3.2d). Quay dàn công tác cùng với dàn kéo dài 90° vào vị trí vuông góc với tâm cầu (dưới gầm cầu), (Hình 3.2e) Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc (Hình 3.2f) Hình 3.2.a. Quay toàn bộ kết cấu thép một góc 90° xung quanh đường tâm thẳng đứng của khung chính. Hình 3.2.b. Dựng toàn bộ kết cấu thép (trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90° Hình 3.2.c. Hạ dàn đứng (cùng với dàn công tác và dàn kéo dài) xuống đến độ sâu yêu cầu (Hình 2.2c). Hình 3.2d. Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài một góc 90° đến vị trí nằm ngang Hình 3.2e. Quay dàn công tác cùng với dàn kéo dài 90° vào vị trí vuông góc với tâm cầu Hình 3.2f : Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc 3.3. CƠ SỞ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC NGOẠI LỰC. Trong các thao tác kể trên, có 4 thao tác (a,b,c,d,e) có chuyển động quay, hai thao tác còn lại có chuyển động tịnh tiến (c,f). Cách xác định các ngoại lực nh­ sau: a. Lực quán tính: Lực quán tính của các bộ phận có chuyển động quay được xác định nh­ sau [2,trang35]: Qqi = mi x= Gi x (KG ) Trong đó: Qqi – Lực quán tính do chuyển động quay của bộ phận thứ i gây ra (lực này tính theo phương tiếp tuyến của quĩ đạo chuyển động quay). Gi – Trọng lượng của bộ phận thứ i tham gia chuyển động quay, KG n- Số vòng quay của cơ cấu, (n= 2 v/p ) Ri – Bán kính quay của cơ cấu, (m) t – Thời gian phanh hãm cơ cấu, (giây) Lực quán tính do các bộ phận có chuyển động tịnh tiến gây ra [2, trang 34]: Chuyển động thẳng đứng: Qtđi = 0.107 x Gi x (KG ) Chuyển động ngang: Qtni = 0.102 x Gi x (KG ) Gi – Trọng lượng của bộ phận thứ i tham gia chuyển động tịnh tiến, KG. V – Vận tốc chuyển động của cơ cấu, m/s t- Thời gian phanh hãm cơ cấu (t = 1 s) Trên cơ sở các công thức trên, ta sẽ xác định được lực quán tính của các bộ phận kết cấu thép tương ứng cho 6 thao tác kể trên. b. Xác định lực động: Lực động phát sinh do ảnh hưởng chuyển động của các bộ phận cần phải được kể đến trong tính toán kết cấu thép. Với các chuyển động của các thành phần kết cấu thép nhỏ, cho nên lấy hệ số lực động Kđ = 1.1 [3, trang 219]. Hệ số này được nhân với trọng lượng của các thành phần kết cấu thép Giđ = 1.1 x Gi , KG Trong đó: Giđ - Lực động của thành phần kết cấu thép thứ i, KG. Gi – Trọng lượng tĩnh của thành phần kết cấu thép thứ i, KG c. Xác định lực gió: Lực gió tác dụng lên kết cấu thép của máy được xác định theo công thức Qgi = ko x qg x Fc x kh (KG) Trong đó: Qgi – Lực gió tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái thứ i, KG qi – Cường độ gió, KG/m2 ( Để an toàn cho máy làm việc ta tính toán lực gió cấp VII. Với gió cấp này, ta có qg= 25 KG/m2, Vg = 20 m/s [2, trang 38] Fc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép, m2 (Diện tích này bằng diện tích bao của kết cấu thép nhân với hệ số chắn gió Kg = 0.3) ko – Hệ số cản khí động học, ko = 1.2 – 1.4 kh – Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ cao của kết cấu thép, kh = 1.47 – tương ứng h < 50 m. 3.4. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CÁC NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU THÉP TRONG CÁC THAO TÁC ĐƯA MÁY VÀO VỊ TRÍ LÀM VIỆC: a/- Thao tác a: Quay toàn bộ kết cấu thép một góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh tâm thẳng đứng của khung chính + Lực quán tính (Qaq): Theo công thức 1 ta có: Qaq = (Gc + Gd + Gđ + Gct + Gkd ) x ( KG ) Thay các giá trị vào biểu thức trên: Qaq = ( 4979 + 417 + 1189 + 493 + 459 ) x =376.8 ( KG ) + Lực động (qđ ): Trị số lực động (qđ ) của các thành phần kết cấu thép được xác định như sau: Khung chính và đối trọng: qđc = 1.1 x Gc = 5477 KG Cơ cấu dựng dàn đứng: qđd = 1.1 x Gd = 459 KG Dàn đứng: qđđ = 1.1 x Gđ = 1308 KG Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG + Lực tác dụng của gió: Trong bước thao tác này, lực gió tác dụng bất lợi nhất theo phương dọc với đường tâm xe cơ sở ( Vuông góc với mặt bên của kết cấu thép) Qag = ko x qg x Fca x kh (KG) Trong đó: Qag – Lực của gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái a. qi – Cường độ gió, ( Để an toàn cho máy làm việc ta tính toán lực gió cấp VII. Với gió cấp này, ta có qg= 25 KG/m2, Vg = 20 m/s [2, trang 38] ) Fc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép, m2 (Với kết cấu thép dạng dàn ta lấy hệ số chắn gió Kg = 0.3) ko – Hệ số cản khí động học, ko = 1.2 – 1.4 kh – Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ cao của kết cấu thép, kh = 1.47 Thay các giá trị tính toán vào biểu thức ta có: Qag = 448.93 KG Nếu cho phân bố đều trên chiều dài kết cấu thép thì qag = 43.7 KG/m Như vậy, tổng hợp trạng thái chịu lực của kết cấu thép trong bước thao tác a như sau ( Xét trong 2 mặt phẳng ) Trong mặt phẳng thẳng đứng ( Nhìn từ sau xe) Q1đ = q dđ + q đđ + q ctđ + q kdđ = = 249 Hình 3.3. Lực tác dụng lên kết cấu thép trong mặt phẳng thẳng đứng. Trong mặt phẳng nằm ngang (Hình 3.4) Hình 3.4: Lực tác dụng lên kết cấu thép trong mặt phẳng nằm ngang b/-Thao tác b: Dựng toàn bộ kết cấu thép (Trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90°. + Lực quán tính: Ở trạng thái này tác dụng theo phương thẳng đứng và có trị số lớn nhất tại mút cao nhất của kết cấu thép (Hình 3.5). Hình 3.5: Lực tác dụng lên kết cấu thép trong mặt phẳng thẳng đứng Thay các giá trị vào công thức ta có: Gbmax = Gd + Gđ + Gct + Gkd = 2558 ( KG ) Qbmax = 128 ( KG ) + Lực động: Trong trường hợp này, lực động cũng chỉ tính cho 4 thành phần kết cấu thép (Trừ khung chính) Cơ cấu dựng dàn đứng: qđd = 1.1 x Gd = 459 KG Dàn đứng: qđđ = 1.1 x Gđ = 1308 KG Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG + Lực tác dụng của gió: Lúc này lực gió tác dụng bất lợi nhất theo phương như hình vẽ ( Đối diện với mặt tựa của khung chính, vì theo phương này diện tích chắn gió của kết cấu thép là lớn nhất) Qbg = ko x qg x Fbc x kh (KG) Trong đó: Fbc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép ở trạng thái b, m2. Thay các giá trị ta được: Qbg = 245.6 (KG) Lực gió phân bố theo chiều dài: qbg = 24.8 (KG/m) + Tổng hợp tình trạng chịu lực của kết cấu thép trong thao tác b: Tự trọng của kết cấu thép trong trạng thái này được qui về một lực tập trung, có trị số bằng tổng trọng lượng của 4 thành phần kết cấu thép (Trừ khung chính) GbS = Gd + Gđ + Gct + Gkd = 2558 ( KG ) Hình 3.6.: Lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái b c/- Thao tác c: Hạ dàn đứng cùng với dàn công tác và dàn kéo dài xuống đến độ sâu yêu cầu + Lực quán tính: Ở trạng thái này, lực quán tính được tính cho 3 thành phần kết cấu thép (Dàn đứng, dàn công tác và dàn kéo dài). Vì 3 thành phần này chuyển động theo phương thẳng đứng, do vậy lực quán tính được tính theo công thức (2). Qtđi = 0.107 x Gi x (KG ) Qctđ = 0.107 x ( 1189 + 493 + 459 ) x = 43 (KG) + Lực động: Lực động ở 3 trạng thái này cũng được tính theo 3 lực tập trung Gd , Gct , Gkd tức là: GđS = 1.1 x (Gđ + Gct + Gkd) = 1.1 x (1189 + 493 + 459) = 2355 (KG) + Lực tác dụng của gió: Lực gió ở trạng thái này cũng được xác định giống nh­ trạng thái b Qcg = Qbg = ko x qg x Fbc x kh (KG) = 255 (KG) Nh­ vậy, tình trạng chịu lực tổng hợp của kết cấu thép trong trạng thái c sẽ là (Hình 3.7 ): Hình 3.7. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy trong trạng thái c. d/ - Thao tác d: Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài xuống một góc 90° đến vị trí nằm ngang. + Lực quán tính: Qdq = ( Gct + Gkd ) x ( KG ) Thay sè ta được: Qdq = ( 493 + 459 ) x = 38.1 (KG) + Lực động: Lực động ở trạng thái này được tính theo 2 lực tập trung là Gct , Gkd tức là: Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG GSđ = 542 + 505 = 1047 KG Nếu phân bố theo chiều dài thì: qđ = = 140 ( ) + Lực tác dụng của gió: Lúc này lực gió tác dụng bất lợi nhất theo phương như hình vẽ ( Đối diện với mặt tựa của khung chính, vì theo phương này diện tích chắn gió của kết cấu thép là lớn nhất). Ta xác định lực này theo 2 thành phần: Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn đứng: Qdg,đ = ko x qg x Fdc,đ x kh = 127.4 (KG) Trong đó: Fdc,đ – Diện tích chắn gió của dàn đứng ở trạng thái d, m2. Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn công tác: Qdg,ct = ko x qg x Fdc,ctx kh = 128 (KG) Trong đó: Fdc,ct – Diện tích chắn gió của dàn công tác ở trạng thái d, m2. Từ đó: Qdg = 127.4 + 128 = 255.4 KG + Trong mặt phẳng thẳng đứng Hình 3.8. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái d. + Trong mặt phẳng song song với đường tâm xe cơ sở Hình 3.9. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái d. e/- Thao tác e: Quay dàn kéo dài cùng với dàn công tác một góc 90 vào vị trí vuông góc với đường tâm cầu. + Lực quán tính: Lực quán tính trong trường hợp này tác dụng theo phương nằm ngang và cũng do 2 thành phần kết cấu thép tạo nên ( Dàn kéo dài và dàn công tác). Trị số lớn nhất của lực quán tính ở tại đầu mút của dàn: Qdq = ( Gct + Gkd ) x ( KG ) = ( 493 + 459 ) x = 76 (KG) + Lực động: Cũng chỉ tính cho àn công tác và dàn kéo dài Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG + Lực tác dụng của gió: Trong trạng thái này, lực gió tác dụng bất lợi được xác định theo phương dọc với đường tâm cầu. Ta xác định lực này theo 2 thành phần: Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn đứng Qdg,đ =kox qg x Fdc,đ x kh (KG) = 12 (KG) Trong đó: Fdc,đ – Diện tích chắn gió theo mặt bên của dàn đứng ở trạng thái e, m2. Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn công tác Qdg,ct =kox qg x Fdc,ct x kh (KG) = 130 (KG) Trong đó: Fdc,ct – Diện tích chắn gió theo mặt bên của dàn công tác ở trạng thái e, m2. + Tổng hợp tình trạng chịu lực của kết cấu thép trong trạng thái e: Hình 3.10. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái e. f/ - Thao tác f: Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc + Lực quán tính: Trong thao tác này, lực quán tính tác dụng theo phương dọc theo dàn công tác và được qui về một lực tập trung: Qqđ = 0.102 x Gkd x (KG ) = 0.102 x 495 x = 7.5 (KG) + Lực đông: Lực động ở trạng thái này cũng được tính theo lực tập trung của trọng lượng dàn kéo dài (Gkd): Qđkd = 1.1 x Gkd = 505 (KG) + Lực gió: Trong trạng thái này, lực gió tác dụng bất lợi nhất được xác định theo phương dọc với đường tâm cầu. Ta xác định lực này theo 3 thành phần: Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn đứng (Giống nh­ thao tác e): Qfg,đ =kox qg x Ffc,đ x kh (KG) = 126 (KG) Trong đó: Ffc,đ – Diện tích chắn gió theo mặt bên của dàn đứng ở trạng thái f, m2. (Ffc,đ = Fec,đ ) Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn công tác (Giống nh­ thao tác e): Qdg,ct =kox qg x Ffc,ct x kh (KG) = 130 (KG) Trong đó: Ffc,ct – Diện tích chắn gió theo mặt bên của dàn công tác ở trạng thái f, m2. (Ffc,ct = Fec,ct ) Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn kéo dài Qdg,kd =kox qg x Ffc,kd x kh (KG) = 118 (KG) Trong đó: Ffc,kd – Diện tích chắn gió theo mặt bên của dàn kéo dài ở trạng thái f, m2. + Tổng hợp tình trạng chịu lực của kết cấu thép ở trạng thái f: Hình 3.11. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái f . XÁC ĐỊNH CÁC NGOẠI LỰC KHI MÁY ĐANG LÀM VIỆC Ngoại lực tác dụng lên máy khi máy đang làm việc được xét theo 2 trường hợp: 3.5.1 Tổng trọng lượng của công nhân và thiết bị công tác có trị số bằng 600 KG đặt tại đầu mút của dàn công tác. 3.5.2. Tổng trọng lượng của công nhân và thiết bị công tác có trị số bằng 300 KG đặt tại đầu mút của dàn kéo dài Ta lần lượt xét từng trường hợp một: Trường hợp thứ nhất: Tổng trọng lượng của công nhân và thiết bị công tác có trị số bằng 600 KG đặt tại đầu mút của dàn công tác. Ngoại lực tác dụng lên kết cấu thép trong trường hợp này chỉ bao gồm: Tự trọng kết cấu thép, lực gió, trọng lượng công nhân và thiết bị có kể đến hệ số lực động (kđ = 1.1). Sơ đồ lực tác dụng: Hình 3.12. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép khi máy đang làm việc ở trạng thái thứ nhất Trường hợp thứ hai: Tổng trọng lượng của công nhân và thiết bị công tác có trị số bằng 300 KG đặt tại đầu mút của dàn kéo dài Trong trường hợp thứ hai, dàn kéo dài được đẩy ra hết cỡ, trọng lượng của công nhân và thiết bị chỉ cho phép tối đa bằng 300 KG đặt ở đầu mút dàn kéo dài. Sơ đồ lực tác dụng: Hình 3.13. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép khi máy đang làm việc ở trạng thái thứ hai. CHƯƠNG4: TÍNH TOÁN CƠ CẤU QUAY DÀN NGANG 4.1. LỰC TÁC DỤNG LÊN CƠ CẤU. Dàn công tác cùng với dàn kéo dài sau khi được hạ xuống vị trí nằm ngang cần phải xoay đi một góc 90° vào vị trí vuông góc với tâm cầu Hình 4.1.Sơ đồ làm việc của cơ cấu quay dàn công tác 4.2.PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH CHỊU LỰC VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU Để quay được dàn công tác một góc 90, động cơ thuỷ lực (1) phải tạo nên một mô men xoay Mx có trị số lớn hơn mô men cản quay do dàn và đuôi quay (3) gây nên. Mô men cản quay được xác định theo biểu thức (6) Mq = Mms + Mg + Ma + Md Trong đó: + Mms – Mô men cản quay do ma sát trong ổ tựa quay. Mms= M – Mô men ngoại lực- tức là mô men do trọng lượng của dàn công tác, dàn kéo dài, đuôi quay (3) và do gió gây ra so với tâm quay. M = Gi.li + Pg.h + Mg – Mô men cản quay do tác dụng của gió. + Ma - Mô men cản quay do máy đứng trên góc nghiêng a. Trường hợp này ta xét máy đứng trên mặt phẳng nghiêng với góc a = 5. Ma = (Gct + Gkd) x Sina = 952 x 0.087 = 82.9 KG = 0.829 KN Mg = Mqt – Mô men quán tính của các phần tử quay gây nên (Dàn công tác, dàn kéo dài và đuôi quay) + Mqt = Md = Thay các giá trị của các đại lượng sau: G1 = Gct = 493 KG , l1 = lct = 3.12 m G2 = Gkd = 459 KG , l2 = lkd = 3.12 m. Q = Gct + Gkd + Gd = 493 + 459 + 369 = 1321 KG. Dtb = 0.8 m Pg = 130 kg – Lực gió tác dụng lên mặt bên của dàn công tác h = 3.52 (m) , nq = 1 vòng/ phút, tkđ = 2 giây. Thay vào biểu thức trên ta được: Mq = 632 KGm. = 6320 Nm 4.3.TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ. Công suất của động cơ được xác định theo công thức: N = KW Trong đó: N: công suất của động cơ (KW) Mq: Mô men cản quay trên trục động cơ (Nm) nq: Tốc độ quay của động cơ (v/p) ho: Hiệu suất truyền động của cơ cấu Thay sè ta có: N = = 1.2 KW 4.4.CHỌN MẠCH THUỶ LỰC Hình 4.2. Sơ đồ thuỷ lực cơ cấu quay dàn chính. Trong đó: 1: Lọc dầu 6: Động cơ thuỷ lực 2: Động cơ thuỷ lực 7: Van an toàn 3: Van một chiều 8: Đường ống 4: Cơ cấu phân phối 9: Nắp dầu 5: Hệ thống phanh hãm 10: Kim dầu 11: Bình dầu 4.5.PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN CƠ CẤU Tỷ số truyền bộ truyền ngoài: i2 i2 = = = 5.5 Trong đó: D2 : Đường kính bánh răng lớn (mm) D1 : Đường kính bánh răng nhỏ (mm) Tỷ số truyền của hộp giảm tốc: i1 i1 = 5 4.6.CHỌN ĐỘNG CƠ THUỶ LỰC Tỷ số truyền bộ truyền bánh răng : i2 = 5,5 Chọn hộp số tiêu chuẩn với tỷ số truyền: i1 = 5 Suy ra: Mô men quay trên trục động cơ thuỷ lực. Mq,đc = = = 229.8 Nm Tốc độ quay của động cơ: nđc = 1,5 x 5 x 5,5 = 41,25 v/p Căn cứ vào giá trị mô men, chọn mô tơ thuỷ lực của hãng ADAN kí hiệu: AGMB – 150 với các thông số kĩ thuật: Áp suất làm việc của chất lỏng công tác: 110 BAR Mô men quay: 240 Nm Tốc độ quay ứng với lưu lượng lớn nhất: nmax = 400 v/p Lưu lượng cần thiết: 9,5 l/p Lưu lượng riêng của mô tơ: q = 106,7 cm3/v Suy ra lưu lượng của bơm thuỷ lực cấp cho mô tơ thuỷ lực là: Q = = = 6.63 l/p Tổn thất đường ống lấy bằng 75% Suy ra lưu lượng thực tế của bơm: Qtt = = = 8.84 l/p Suy ra công suất của bơm: N = = = 1.6 KW 4.7.CHỌN VÀNH TỰA QUAY Xét cho 2 trường hợp: 4.7.1. Tổng trọng lượng của công nhân và thiết bị bằng 600 KG đặt tại đầu mút dàn công tác. Trọng lượng bản thân của dàn công tác và dàn kéo dài có trị số: Gbt = Gct + Gkd = 493 + 459 = 952 KG = 9.52 KN (Đặt tại điểm giữa của dàn công tác) Trọng lượng công nhân và thiết bị có trị số (Có kể đến lực động): Qcnđ = 1.1 x Qcn = 660 KG = 6.6 KN Qui về vòng tựa quay: Vòng tựa quay chịu tác động của một lực dọc trục và một mô men uốn có trị số: Lực dọc trục: V = Qđcn + Qbt = 6.6 + 9.52 = 16.52 KN Mô men uốn: M = Gbt .l1 + Qđcn.l2 Trong đó: l1 , l2 là khoảng cách từ Gbt và Qđcn đến tâm quay. Thay số với l1 = 3.735 m, l2 = 7.47 m ta có: M = 85 KNm 4.7.2. Tổng trọng lượng của công nhân và thiết bị bằng 200 KG đặt tại đầu mút dàn kéo dài. Trọng lượng bản thân của dàn công tác và dàn kéo dài có trị số: Gbt = Gct + Gkd = 493 + 459 = 952 KG =9.52 KN . Trọng lượng công nhân và thiết bị có trị số (Có kể đến lực động): Qcnđ = 1.1 x Qcn = 220 KG = 2.2 KN Qui về vòng tựa quay ta có: Lực dọc trục: V = Qđcn + Qbt = 2.2 + 9.52 = 11.72 KN Mô men uốn: M = 2.2 x 12 + 4.93 x 3.735 + 4.59 x ( 7.47 + 2.2 ) = 89.2 KNm Vậy trong 2 trường hợp ta thấy trường hợp ta tính cho trường hợp thứ hai. Căn cứ vào gá trị lực dọc trục V và giá trị mô men M, chọn vòng tựa quay tiêu chuẩn hoá số 1 với đặc tính kĩ thuật nh­ sau: Con lăn: Đường kính: dp = 16 mm Số lượng: 130 Kích thước vòng, mm D = 800, D1 = 710, D2 = 640, D3 = 770, D4 = 715, D5 = 660, B = 60, h = 5 Khối lượng: 80 KG Vành răng: Mô đun: m = 6 Số răng: Z = 142 Số lỗ để cố định: Đường kính: d = 15 mm Số lượng: 24 4.8.TÍNH BỀN BÁNH RĂNG Chọn vật liệu làm bánh răng nhỏ: Thép 45, bánh răng lớn: Thép 35, đều thường hoá ( theo bảng 3-6). Cơ tính của 2 loại thép này nh­ sau: Thép 45: sb = 600 N/mm2 ; sch = 300 N/mm2 ; HB = 200 Thép 35: sb = 500 N/mm2 ; sch = 260 N/mm2 ; HB = 170 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng. Hệ số dạng răng ( Bảng 3-18) Bánh nhá y1 = 0.47 Bánh lớn y2 = 0.517 Kiểm nghiệm ứng suất uốn ( Công thức 3-34 ) đối với răng nhỏ su1 = ( N/mm2 ) Trong đó: K: Hệ số tải trọng. N: Công suất bộ truyền,KW y: Hệ số dạng răng. m: Mô đun của bánh răng Z: Số răng. n: Số vòng quay trong một phút của bánh răng cần tính. b: Chiều rộng bánh răng su1 = = 104.1 N/mm2 su1 < [s ]u1 = 143.3 N/mm2; Đối với bánh răng lớn ( Công thức 3-40 ) su 2 = su1 = = 94.8 N/mm2 , su 2 < [s ]u2 = 119.4 N/mm2 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn. Ứng suất tiếp xúc cho phép ( công thức 3-43) [s ] txqt = 2.5x [s]Notx Bánh nhá: [s ] txqt1 = 2.5x520 = 1300 N/mm2. Bánh lớn: [s ] txqt2 = 2.5x442 = 1105 N/mm2. Ứng suất uốn cho phép ( công thức 3-46): [s ] uqt = 0.8x sch ( N/mm2 ) Bánh nhá: [s ] uqt1 = 0,8x300 = 240 N/mm2. Bánh lớn: [s ] uqt2 = 0.8x260 = 208 N/mm2. Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc ( công thức 3-14 và 3-41): s txqt2 = Trong đó: A: Khoảng cách trục 2 bánh răng (mm) i : Tỷ số truyền cơ cấu n2 : Vận tốc quay của bánh răng bị dẫn (v/p) b: Chiều rộng bánh răng (mm) K: Hệ số tải trọng. N: Công suất bộ truyền (KW) s txqt2 = = 687 N/mm2. Trong đó hệ số quá tải Kqt = 1,8. Ứng suất tiếp xúc quá tải nhỏ hơn trị số cho phép đối với bánh răng lớn và bánh răng nhỏ. Kiểm nghiệm sức bền uốn ( công thức 3-38 và 3-42 ): suqt = su . Kqt < [ s ]uqt Bánh nhá: suqt1 = 104.1x1.8 = 187.4 N/mm2 < [s ]uqt1 Bánh lớn: suqt2 = 94.8x1.8 = 170.6 N/mm2 < [s ]uqt2 4.9.KẾT CẤU CỤM TỰA QUAY Chọn bu lông để liên kết giữa phần cố định của vành tựa quay với phần không quay của dàn đứng và bu lông liên kết giữa bánh răng của vành tựa quay với thép có cùng đường kính. Vì phần trên của vành tựa quay bố trí 24 bu lông, phần dưới bố trí 12 bu lông nên các bu lông phía dưới sẽ chịu lực lớn hơn. Vậy chọn bu lông tính cho các bu lông hàng dưới. Xét cho trường hợp vành tựa quay chịu lực lớn nhất.Tức thao tác quay dàn công tác và dàn kéo dài vào vị trí vuông góc với đường tâm cầu. Các bu lông chịu lực cắt do mô men quán tính của các phần tử quay quanh tâm O (tâm quay) của thiết bị tựa quay và lực gió tác dụng vào 2 dàn công tác và kéo dài gây ra. Quy về vành tựa quay, vành tựa quay chịu tác dụng của mô men M và lực ngang R. - Mô men: M = M1 + M2 (Nm) Trong đó: M1: Mô men do tác dụng của lực gió lên 2 dàn công tác và kéo dài khi ở vị trí làm việc M1 = Pg x l = (7.4 x 7.47 + 15.4 x 7.42 ) x 7.47 = 18226 Nm. ( Pg: áp lực gió, l: khoảng cách từ tâm áp lực đến tâm quay của vành tựa quay) M2 : Mô men quán tính do 2 thành phần kết cấu thép là dàn công tác và dàn kéo dài tạo nên khi quay dàn công tác và dàn kéo dài vào vị trí vuông góc với đường tâm cầu. M2 = Qqt x l = 760 x = 2838 Nm ( Qqt: Lực quán tính khi quay dàn, l: Khoảng cách từ lực quán tính đến tâm quay.) Lực ngang: R = Pg + Qqt = 2440 + 760 = 3200 N Dùng bu lông lắp không có khe hở giữa lỗ và bu lông. Do tác dụng của lực ngang R (đặt tại O) nên các bu lông chịu lực ngang P bằng nhau P = (N) Trong đó: R: Lực ngang đặt tại O Z: Số lượng bu lông bố trí P = = 266 N Lực ngang do mô men M gây nên tại các bu lông có trị số bằng nhau và bằng: Q = = = = 5319 N ( r: Khoảng cách từ tâm quay đến tâm bu lông, r = = = 330 mm = 0.33 m.) Các lực Q1, …, Q12 có phương vuông góc với bán kính r1,…, r12, còn lực P có phương theo lực R ( Hình dưới) Sử dụng phương pháp đồ thị, xác định được hợp lực P1 do P và Q1 tác dụng vào bu lông số 1 và hợp lực P5 do P và Q5 tác dụng vào bu lông số 5 là lớn nhất, có trị số: P1 = P5 = P + Q1 = 266 + 5319 = 5585 N Theo điều kiện sức bền cắt ( CTM – 81) xác định đường kính thân bu lông D = = = 12.31 mm Trong đó [ t] = 0.4 x sch = 0.4 x 220 = 88 N/mm2 ( bảng 5-3, 5-4 CTM) Theo trị số d tìm được, chọn bu lông tinh lắp vào lỗ doa ( TCVN 98 – 63 ) có đường kính danh nghĩa của lỗ ren M14 và đường kính phần không có ren 15 mm Kiểm nghiệm sức bền dập ( công thức 5 – 12 CTM) sd = = = 7.4 N/mm2. Trị số ứng suất dập cho phép ( Bảng 5 – 4 CTM) [ s] = 0.4 x sb = 0.4 x 280 = 110 N/mm2 Vậy điều kiện sức bền cắt được thoả mãn Hình 4.3. Kết cấu cụm tựa quay. 4.10.TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ THUỶ LỰC KHÁC Thùng dầu: Thể tích thùng dầu cần xác định theo công thức: V = (3 – 5) Q = (30 – 50) lít Chọn thùng dầu tiêu chuẩn có thể tich: V = 60 lít Thước đo dầu LS-5¢¢. Nắp dầu + Bộ thoát khí HY – 06 Bộ lọc hút MF – 06 Bơm thuỷ lực 10 cm3/v, 210 KG/cm2 Van an toàn RV – 04T – H Van một chiều CV – 04T Đồng hồ áp suất LA – 63D*250K Khoá đồng hồ GCT – 02 Đế van AFD – 02 –01 Van phân phối điện từ AHD – G02 – 3C3 – D24 Van an toàn kép MRV – 02 – W – H Van Shuttle Valve VU – SH02 Đường ống mềm Đường ống cứng Đầu nối các loại CHƯƠNG 5: CHỌN XE CƠ SỞ Phần lớn các hãng thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu trên thế giới đều sử dụng các loại xe cơ sở thông dụng. Để phù hợp với xu thế chung đó đi sâu vào phân tích để chọn ra loại xe cơ sở phù hợp nhất trong điều kiện công nghệ, kinh tế, kĩ thuật của nước ta. 5.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA XE CƠ SỞ Xe cơ sở của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu khác cơ bản với các loại xe tải hoặc xe chuyên dùng bình thường ở những điểm sau đây: -Di chuyển Xe cơ sở của thiết bị chủ yếu thực hiện việc di chuyển thiết bị đến nơi kiểm tra cần thiết. Trong khi kiểm tra, việc di chuyển của xe cũng không cần thực hiện thường xuyên. Đặc biệt, việc di chuyển của xe cơ sở trong quá trình kiểm tra thực hiện trên quãng đường rất ngắn trong thời gian dài. -Hoạt động: Ngoài việc phải di chuyển với quãng đường rất ngắn trong khi kiểm tra, xe cơ sở chỉ hoạt động khi đưa thiết bị vào vị trí làm việc. Phụ thuộc vào kết cấu, vào đặc thù của từng loại cầu bê tông nh­ khẩu độ cầu, cách lắp đặt đèn chiếu sáng trên cầu, lượng cột đèn chiếu sáng đặt phía thành cầu…mà thiết bị phải hoạt động nhiều hay Ýt trong quá trình kiểm tra. Nhưng nhìn chung xe cơ sở của thiết bị hoạt động rất Ýt và sự hoạt động của nó không ảnh hưởng đến năng suất kiểm tra. 5.2. QUAN ĐIỂM LỰA CHỌN Sau khi phân tích các đặc điểm cơ bản của xe cơ sở và nghiên cứu những yêu cầu cần thiết của công việc kiểm tra bề mặt dưới của cầu, quan điểm lựa chọn xe cơ sở được đặt ra nh­ sau: Không nên chọn loại xe đắt tiền Do xe hoạt động Ýt nên chỉ cần lựa chọn những loại đáp ứng những chỉ tiêu, tính năng kĩ thuật cần thiết, không cần phải chọn loại đắt tiền được chế tạo để đảm bảo độ bền lâu. Chọn loại xe cơ sở có hệ truyền động thuỷ lực và có máy phát điện. Vì năng suất kiểm tra không chịu ảnh hưởng nhiều của thiết bị nên có thể sử dụng bất kì hệ truyền động thuỷ lực nào của xe cơ sở để truyền động chi các cơ cấu của thiết bị cũng đảm bảo nếu hệ thống thuỷ lực đó có áp suất công tác phù hợp. Nếu xe cơ sở không có hệ thống thuỷ lực, trong điều kiện công nghệ nước ta hiện nay, việc lắp đặt bổ xung thêm hệ thuỷ lực trên xe cơ sở sẽ trở nên hết sức phức tạp. Nếu thiết kế thêm hệ thuỷ lực ngoài được truyền động bởi động cơ nổ khác thì thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh và việc sử dụng nó lại phức tạp thêm. Tương tù nh­ vậy, nế trên xe cơ sở đã có hệ thống phát điện thì tránh được sự cồng kềnh, phức tạp khi phải trang bị thêm một hệ thống phát điện phục vụ cho việc kiểm tra. 5.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Tổng quan về xuất xứ của xe cơ sở: Hiện nay, nước ta chưa sản xuất được sat-xi xe cơ giới và xe chuyên dùng, trừ một số xe cỡ nhỏ kiểu xe công nông được sản xuất tại Công ty TNHH Hoa Mai, Công ty TNHH Chiến Thắng, Hải Phòng. Để sản xuất xe cơ giới, nước ta thường nhập sát-xi từ các nước như Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản và Nga. Như đã phân tích ở phần trên, việc chọn loại xe cơ sở có truyền động thuỷ lực và hệ thống phát điện là tối ưu nhất và phù hợp nhất với điều kiện công nghệ nước ta hiện nay. Xuất phát từ lÝ do trên, việc chế tạo xe cơ sở trên cơ sở xe sat-xi nhập từ nước ngoài sẽ không có tính khả thi cao và không mang lại lợi Ých về kinh tế. Nh­ vậy xe cơ sở ding cho thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu chỉ là xe nhập ngoại hoặc là xe của nuức ngoài đang khai thác tại Việt Nam. Việc lựa chọn xe cơ sở tập chung vào 2 hướng chính là xe tải thông dụng và xe chuyên dùng. Để lựa chọn được loại phù hợp, cần phải nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm của từng loại xe này. Xe tải thông dụng Xe tải thông dụng được nhập vào nước ta rất rễ dàng, hàng năm nước ta nhập về khoảng 15000 chiếc với nhiều chủng loại. Trong sè xe tải nhập về có một số loại có thể dùng làm xe cơ sở cho thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu. Ưu điểm nổi bật của xe tải là có thể chọn được loại có kích thước phù hợp với kết cấu của thiết bị. Toàn bộ thiết bị thiết kế trên cơ sở xe tải có kết cấu gọn nhẹ, có thể đảm bảo tính mĩ thuật theo ý đồ thiết kế. Nhưng với xe cơ sở là xe tải thông dụng sẽ tồn tại những nhược điểm sau đây: Phải cải tạo lại sát – xi. Trong điều kiện công nghệ nước ta, công việc này sẽ rất khó thực hiện có hiệu quả. Phải trích công suất để truyền động cho các cơ cấu. Không phải động cơ của xe nào cũng có thể trích được công suất để truyền động cho các cơ cấu phụ trợ. Trong trường hợp trchs được công suất thì với tang công suất sử dụng để truyền động cho các cơ cấu của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu, công suất được trích ra chưa chắc đã đủ lớn. Việc đặt hàng để nhà sản xuất lắp đặt riêng cho xe cơ sở được chọn loại động cơ phù hợp gây ra chi phí quá lớn trong trường hợp sản xuất đơn chiếc. Xe của các nước phương tây có sát – xi đủ bền để lắp đặt toàn bộ kết cấu của thiết bị thì giá thành đắt. Xe của Trung Quốc đảm bảo được yêu cầu về tính kinh tế nhưng độ bền của sát – xi thường không đảm bảo, nếu cải tạo thì không đảm bảo tính mỹ thuật. Tính kinh tế thấp Do phải nhập xe đắt và việc cải tạo ( trích công suất, lắp đặt hệ thống thuỷ lực) nên sẽ nâng giá thành của xe cơ sở lên cao. Nếu xe quá đắt thì việc chế tạo trong nước thiết bị kiểm tra này sẽ trở nên vô nghĩa vì thay cho chế tạo đắt, các cơ sở chỉ cần nhập ngoại thiết bị là xong. Xe chuyên dùng Trong phần tổng quan về thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu trên đây cho thấy thiết bị kết cấu kiểu dàn được thiết kế với kết cấu tương tự như các loại cần trục tháp và thiết bị kết cấu kiểu hộp được thiết kế với kết cấu tương tự các loại máy xúc hoặc thiết bị nâng người làm việc trên cao truyền động thuỷ lực. Xuất phát từ việc phân tích này, xe cơ sở dùng cho thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu kết cấu kiểu dàn nếu là cần trục kiểu cần dàn là thích hợp nhất. Cần trục của các nươc phương Tây có giá thành rất cao nên phương án chọn loại này không được xét đến. Trên cơ sở quan điểm lựa chọn xe cơ sở phân tích trên đây, đề tàI tập trung nghiên cứu các loại cần trục kiểu cần dàn của CHLB Nga hoặc của các nước Đông Ău. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, cần trục KC-4562 là loại kiểu cần dàn, có hệ truyền động thuỷ lực để nâng chân chống, có hệ thống phát điện để truyền động cho các cơ cấu của cần trục, nếu lựa chọn KC – 4562 làm xe cơ sở cho thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu thì hoàn toàn thích hợp. Tuy nhiên, với kích thước sẵn có, cần trục KC – 4562 không hoàn toaàn thích hợp với kích thước dự định thiết kế của thiết bị mà đề tài thực hiện. Để phục vụ cho việc chọn phương án thiết kế, đề tàI sẽ đi vào phân tích tong phương án cụ thể. 5.3.3. Cần trục kiểu cần dàn KC – 4562. Cần trục KC-4562 do CHLB Nga sản xuất. Đặc tính cơ bản nh­ sau: Xe cơ sở: KRAZ-250. Sức nâng: 20 Tấn (tại tầm với 3,5m) Tầm với, max: 10m (với sức nâng 3 tấn) Cần: Kiểu dàn, chiều dài 10,295 m Chiều cao nâng móc, max: 10,3 m Động cơ : Diesel Kiểu: AMZ-238 Công suất/ số vòng quay: 240 mã lực / 2100 vòng/ phút Vận tốc di chuyển, max: 75 km/ h Kích thước bao khi di chuyển Dài x Rộng x Cao: 14,0 x 2,5 x 3,8 m Trọng lượng: 24,1 tấn. Hiện tại, giá nhập khẩu cần trục này khoảng 18.000 USD. Phương án thiết kế thiết bị trên xe KC – 4562 + Phương án 1: Cách bố trí kết cấu của thiết bị theo phương án 1 nh­ sau: Phương án này không sử dụng toa quay của cần trục. Tâm quay của cần trục được tính toán để khi thiết bị hoạt động, kết cấu của nó không bị vướng xe cơ sở. Sau khi tính toán và chọn sơ bộ kích thước của thiết bị, tâm quay của thiết bị được bố trí nh­ sau: Dịch lên phía trên một khoảng 1870 mm so với tâm quay của cần trục và dịch sang bên trái ( đứng theo chiều tiến của xe) một khoảng 490 mm. Phương án bố trí này có những ưu đIểm sau: Kích thước của thiết bị phù hợp với qui định về kích thước của xe cơ giới được phép tham gia giao thông. Kết cấu gọn . Hình dáng đẹp. Tuy nhiên, phương án này có những nhược điểm sau: Sat xi của xe cơ sở luôn phải chịu uốn rất lớn. Cần phải cải tạo sát xi của xe cơ sở Việc cải tại xe cơ sở để đủ độ bền kết cấu sẽ rất phức tạp vì kích thước xe cơ sở không cho phép thực hiện những thay đổi lớn. Sơ đồ bố trí việc lắp đặt phần kết cấu của thiết bị trên xe cơ sở được giới thiệu trên hình 6.1 + Phương án 2: Cách bố trí thiết bị theo phương án 2 nh­ sau: Phương án này bố trí kết cấu thiết bị gần giống phương án 1 là không sử dụng toa quay của cần trục. Tâm quay của thiết bị được tính toán cho vị trí để sát xi xe cơ sở chịu uốn Ýt. Với phương án này, tâm quay của thiết bị được đặt ở vị trí sau: Dịch lên phía đầu xe một khoảng 1313 mm so với tâm quay của cần trục tại đường nối tâm 2 chân chống trước và dịch sang bên trái (đứng theo chiều tiến của xe) một khoảng 490 mm. Ưu điểm của phương án: Phương án này có những ưu điểm giống nh­ phương án 1, cụ thể nh­ sau: Kích thước của thiết bị phù hợp với quy định về kích thước của xe cơ giới được phép tham gia giao thông. Kết cấu gọn. Hình dáng đẹp. Ngoài ra, phương án này còn có những ưu điểm sau: Sát xi của xe cơ sở không phải chịu uốn lớn. Không cần phải gia cường thêm sát xi của xe cơ sở Tuy nhiên, phương án này có những nhược điểm sau: Phải cải tạo lại khung chịu lực của xe. Việc bố trí bộ phận tựa quay, các cụm chi tiết của cơ cấu quay ngay trên trục nối 2 chân chống trên sẽ rất phức tạp vì liên kết với 2 chân chống trước là hệ xi lanh thuỷ lực đặt trong dầm hộp đi ngang qua đường nối 2 tâm chân chống này. Sơ đồ bố trí việc lắp đặt phần kết cấu của thiết bị trên xe cơ sở được giới thiệu trên hình 6.2. +Phương án 3: Cách bố trí thiết bị theo phương án 3 nh­ sau: Sử dụng toa quay của cần trục làm tâm cơ cấu quay của thiết bị kiểm tra. Tâm quay của mâm quay trùng với tâm quay của khung chính. Ưu điểm của phương án: Sát xi của xe cơ sở không chịu uốn lớn Không cần cải tạo lại sát xi của xe cơ sở Tuy nhiên, phương án này có những nhược điểm sau: Kết cấu cồng kềnh Chiều dài của thiết bị trong trường hợp này lên đến hơn 13 m và chiều ngang của nó có trị số gần 3 m. Kích thước này không phù hợp với kích thước của xe cơ giới được phép tham gia giao thông. Hình dáng không đẹp Sơ đồ bố trí việc lắp đặt phần kết cấu của thiết bị trên xe cơ sở được giới thiệu trên hình 6.2. + Phương án 4: Cách bố trí thiết bị theo phương án 4 nh­ sau: Sử dụng toa quay của cần trục làm tâm cơ cấu quay của thiết bị kiểm tra. Khi làm việc, tâm quay của mâm quay trùng với tâm quay của khung chính. Khi di chuyển, tâm quay của khung chính được dịch chuyển sang bên trái (đứng theo chiều tiến của xe) một khoảng 490 mm. Giải pháp dịch chuyển tâm khung chính sẽ làm tăng thêm những ưu điểm cho thiết bị và làm bớt đi những nhược điểm cơ bản của những phương án khác. Ưu điểm của phương án này là: Kích thước của thiết bị phù hợp với qiy định về kích thước của xe cơ giới được phép tham gia giao thông. Kết cấu gọn Hình dáng đẹp Sát xi của xe cơ sở không phải chịu uốn lớn Không cần phải gia cường thêm sat xi của xe cơ sở Không phải chế tạo thêm cơ cấu quay cho thiết bị. Tuy nhiên, phương án này có nhược điểm cơ bản là phải thiết kế thêm cơ cấu dịch chuyển khung chính để thay đổi vị trí lắp đặt khung chính trên xe cơ sở khi làm việc và khi di chuyển. Sơ đồ bố trí việc lắp đặt phần kết cấu của thiết bị trên xe cơ sở khi di chuyển được giới thiệu trên hình 6.4 5.3.5. Phương án chọn Sau khi phân tích từng đặc điểm của các phương án, phương án được chọn là phương án 3. Để khắc phục những nhược điểm nêu ra, đề tài nghiên cứu các giải pháp cần thiết cho phương án này nh­: Tăng thêm đối trọng tại hướng lệch tải trọng, cải tạo chân chống cố định thành chân chống di chuyển. Vấn đề quan trọng của phương án này là giải pháp dịch chuyển tâm khung chính. Trong giải pháp này, những vấn đề cần phải nghiên cứu bao gồm: Cơ cấu dịch chuyển Với cơ cấu này, phần dịch chuyển của cơ cấu được liên kết với khung chính, phần cố định của cơ cấu liên kết với mâm quay. Phần dịch chuyển chuyển động dọc theo phần cố định nhờ hệ truyền động của cơ cấu. Truyền động cho cơ cấu dịch chuyển Truyền động cho cơ cấu dịch chuyển sử dụng xi lanh thuỷ lực. Hành trình tối đa của xi lanh thuỷ lực là 490 mm.