Tính toán các cơ cấu điều khiển thiết bị làm việc

Chương9: TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ LÀM VIỆC. 9.1 Xác định lực tác dụng trong cơ cấu điều khiển bộ công tác ngược: Trong khi đào đất, cơ cấu điều khiển thiết bị làm việc chịu tác dụng các lực sau: : lực nâng hạ cần và thiết bị làm việc. Dưới tác dụng của lực , cần sẽ quay quanh khớp . : lực để quay tay gầu quanh khớp - liên kết giữa tay gầu và đầu cần. : lực quay gầu quanh khớp– liên kết giữa gầu và tay gầu. Các lực trên được xác định dựa các đặc điểm của quá trình đào và tích đất trong máy đào gầu ngược, các đặc điểm đó là: Gầu quay quanh khớp nhờ xylanh quay gầu. Lúc này cho phép xem cần và tay gầu cố định. Tay gầu quay quanh khớp nhờ xylanh quay tay gầu. Khi đó xem cần cố định và gầu dược coi là liên kết cứng với tay gầu. Cần và tay gầu đồng thời cùng làm việc nhờ xylanh nâng hạ cần và xylanh quay tay gầu. Trong trường hợp này cũng coi gầu được liên kết cứng với tay gầu. 9.1.1 Xác định lực tác dụng trong cơ cấu điều khiển cần: Lực trong xylanh nâng cần được xác định tại thời điểm kết thúc giai đoạn đào và tích đất vào gầu, gầu đã đầy đất xylanh quay tay gầu và xylanh quay gầu ngừng làm việc. Lúc đó xylanh nâng cần co lại từ từ để nâng toàn bộ thiết bị làm việc gồm cần, tay gầu và gầu chứa đầy đất lên khỏi tầng đào, chuẩn bị quay đến vị trí xả đất. Trong trường hợp này lực trong xylanh nâng cần sẽ đạt giá trị lớn nhất. Hình 9.1 Lực nâng cần được xác định từ phương trình cân bằng momen do các lực tác dụng lên cần gây ra so với khớp O1. (9.1) Trong đó: : trọng lượng cần. : trọng lượng tay gầu. : trọng lượng gầu chứa đất. : trọng lượng xylanh điều khiển tay gầu . : trọng lượng xylanh điều khiển gầu. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. 9.1.2 Xác định lực tác dụng trong cơ cấu điều khiển tay gầu: Để xác định lực tác dụng lên cần pittông của xylanh quay tay gầu ta dựa vào đặc điểm thứ hai của quá trình đào và tích đất. Theo đặc điểm này ta có thể coi cần cố định và gầu liên kết cứng với tay gầu chỉ có xylanh quay tay gầu làm vịệc. Lực đẩy của xylanh quay tay gầu sẽ đạt giá trị lớn nhất ở hai vị trí: a) Vị trí thứ nhất với các đặc điểm tính toán như sau: + Tay gầu gần như vuông góc với phương ngang. + Gầu bắt đầu cắt đất răng gầu gặp chướng ngại vật. Hình 9.2 Lực được xác định từ phương trình cân bằng mômen do các lực của hệ tay gầu và gầu gây ra với khớp O2. (9.2) Lực được xác định từ phương trình cân bằng mômen với điểm O1. (9.3) Mặt khác theo công thức (1-6a).[5] ta có: (9.4) Trong đó: : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O1. Lực cản đào tiếp tuyến và pháp tuyến có kể đến tải trọng động. (9.5) : hệ số kể đến tải trọng động. Trong đó: : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. b) Vị trí thứ hai với các đặc điểm tính toán như sau: + Gầu vẫn đang cắt đất ở cuối quá trình đào đất và tích đất vào gầu. + Răng gầu cắt đất với chiều dày phoi cắt lớn nhất, gầu đã tích đầy đất. Hình 9.3 Lực được xác định từ phương trình cân bằng mômen do các lực của hệ tay gầu và gầu gây ra với khớp O2. (9.6) Xác định Pl theo công thức (2-11).[5] (9.7) Trong đó: : hệ số lực cản đào, chọn theo bảng(1-3)[5]. : chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu. : chiều dày lớn nhất của phoi cắt, được xác định: (9.8) Trong đó: : dung tích gầu. : chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu. : chiều sâu đào. : hệ số tơi của đất, chọn theo bảng (1-5)[5]. Lực cản đào tiếp tuyến ở cuối giai đoạn đào: Trong đó: : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O2. 9.1.3 Xác định lực tác dụng và công suất tiêu hao trong cơ cấu điều khiển gầu: Trong khi đào đất và tích đất, lực đẩy của xylanh quay gầu sẽ tăng từ vị trí 1 đến vị trí 5của gầu và sẽ đạt đến giá trị lớn nhất tại vị trí 5. Điều kiện tính toán: - Khi đó răng gầu cắt đất với chiều dày phoi cắt lớn nhất. - Gầu đã được tích đầy đất. - Răng gầu ở độ cao gần bằng với khớp O3. Tức là răng gầu đang vị trí thứ 5. Hình 9.4 Xác định lực trong xylanh quay gầu. Dựa vào đặc điểm thứ nhất, ta có thể xác định được lực trong xylanh quay gầu khi răng gầu đang ở vị trí số 5 bằng các thiết lập phương trình cân bằng mômen với điểm O3. (9.9) Trong đó: : trọng lượng gầu chứa đất. : lực cản đào tiếp tuyến ở cuối giai đọan đào. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O3. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O3. : khoảng cách từ điểm đặt lực đến khớp O3. Xác định P1 (9.10) Trong đó: : hệ số lực cản đào, máy làm việc ở trường hợp này là đất cấp II, chọn theo bảng (1-3).[5]. : chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu. : chiều dày lớn nhất của phoi cắt, được xác định: (9.11) Trong đó: : dung tích gầu. : chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu. : chiều sâu đào. Lực cản đào tiếp tuyến ở cuối giai đoạn đào: Lực trong xylanh quay gầu là: 9.2 Xác định lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi. Để xác định lực trong cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi ta khảo sát hai vị trí làm việc chủ yếu của máy: a) Vị trí thứ nhất: + Khi bàn ủi ấn sâu dao cắt xuống đất và gặp chướng ngại vật. + Ở giai đoạn này lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi được xác đinh từ phương trình cân bằng mômen của các lực đối với khớp . Bàn ủi chụi các lực tác dụng phản lực của đất trọng lượng bàn ủi và lực trong xylanh hạ lưỡi ủi. Hình 9.5 Xác định các phản lực (9.11) : hệ số kể đến tải trọng động. (9.12) Trong đó: : lực bám của máy. : hệ số bám, tra bảng (4.I.5).[1]. : trọng lượng máy. : hệ số phân bố trọng lượng bám, với xe có một cầu chủ động. Xác định lực , (4.I.40).[1]. (9.13) : góc cắt của dao , góc ma sát giữa đất và thép, tra bảng (1-6).[5]. : trọng lượng bàn ủi. Xác định lực trong xylanh. Lập phương trình cân bằng mômen với khớp (9.14) Trong đó : : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . b) Vị trí thứ hai: Khi nâng thiết bị ủi ở cuối giai đoạn ở cuối giai đoạn cắt đất phía trước bàn ủi đã tích đầy đất. Những lực tác dụng lên thiết bị ủi gồm: - Trọng lượng thiết bị ủi. - Trọng lượng của khối đất được nâng cùng bàn ủi. - Lực cản trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối lăn trước bàn ủi. - Phản lực của đất tại dao cắt. Hình 9.6 Xác định trọng lượng khối đất được nâng cùng bàn ủi theo công thức (4.I.51).[1]. (9.15) Trong đó: : hệ ssố tỷ lệ giữa thể tích khối đất được nâng cùng bàn ủi và thể tích phần đất còn lại củ khối đất lăn trước bàn ủi. : chiều cao lưỡi ủi. : chiều rộng lưỡi ủi. : trọng lượng riêng của đất. : góc chảy tự nhiên của đất. : diệ tích tiết diện ngang của khối đất được nâng cùng bàn ủi. Xác định lực cản trượt theo công thức (4.I.52).[1]. (9.16) Trong đó: : hệ số bám của đất và đất khi chúng trượt tương đối với nhau. : diện tích bề mặt trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi theo công thức (4.I.53).[1]. : chiều cao bề mặt trượt, thường Xác định lực phản lực của đất theo công thức (4.I.34).[1]. (9.17) Trong đó: : lực bám của máy. : hệ số bám, tra bảng (4.I.5).[1]. : trọng lượng máy. : hệ số phân bố trọng lượng bám, với xe có một cầu chủ động. (9.18) - Xác định lực trong xylanh nâng bàn ủi. Lập phương trình cân bằng mômen với khớp . (9.19) Trong đó: : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . : khoảng cách từ lực đến khớp . 9.3 Xác định lực trong xylanh nâng chân chống. Vì cơ cấu di chuyển của máy là bánh hơi nên dễ mất ổn định hơn bánh xích chính vì lý do đó mà khi thiết kế máy ta thiết kế thêm phần chân chống khi máy bắt đầu làm việc thì hai chân chống sẽ được duỗi ra nâng trọng lượng bàn quay và bộ công tác lên. Nhằm làm tăng độ ổn định của máy. Ta xác định lực duỗi xylanh lớn nhất là khi máy đang làm việc ở cuối giai đoạn đào răng gầu gặp chứng ngại vật. Lúc này tại chân chống sẽ chụi các lực: : trọng lượng bàn quay và cơ cấu quay. : trọng lượng khung bệ máy. : trọng lượng cần. : trọng lượng tay gầu. : trọng lượng gầu chứa đầy đất. : trọng lượng xylanh nâng hạ cần. : trọng lượng xylanh co duỗi tay gầu. : trọng lượng xylanh quay gầu. : lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất có kể đến tải trọng động khi răng gầu gặp chướng ngại vật. Hình 9.7 Lập phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đứng trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc của máy: (9.20) Trong đó: : góc tạo bởi phương của xylanh so với phương đứng. Vì có hai chân chống nên lực trong mỗi xylanh lúc này là: (9.21)