[Phần 2] Ứng Dụng Gầu Ngoạm, Gầu Gắp Trong Các Ngành Xử Lý Phế Liệu, Vận Chuyển Hàng Rời

Hôm nay B2bmart tiếp tục giới thiệu đến các bạn đọc phần 2 của chủ đề ứng dụng của gầu ngoạm, gắp trong ngành vật liệu rời. Ở phần này chúng ta sẽ cùng tính toán cơ cấu gắp phế liệu dạng 4 cánh – orange peel grab bucket.

Với mô hình này sẽ chịu sự tác động của các lực tác dụng và các tác nhân khác nhau, cần phải xác định vật liệu mà chúng ta sẽ xây dựng từng phần tử.

Nhưng trong dự án này, chúng ta  không có lực dọc trong các chốt, vì vậy vòng đệm sẽ không chịu bất kỳ lực nào. 

Các tính chất vật lý của thép được sử dụng trong tính toán như sau: 

– Giới hạn chảy = 620 e^(+6) N /m²

– Độ bền kéo = 724 e^(+8) N /m³

– Môđun đàn hồi = 210 e^(+9) N /m²

– Tỷ trọng = 7800 kg /m³

– Áp suất làm việc tối ưu của xi lanh = 400 bar.

– Trọng lượng mà nó nâng được = 780 kg

4. Phân tích lý thuyết 

Quy trình vận hành

Để có được các lực và phản lực của mô hình, chúng ta sẽ thiết lập một số điểm cần thiết để giải các phương trình. Chúng ta sẽ bắt đầu với những chiếc kẹp vì chúng sẽ trực tiếp nhận trọng lượng của tải. Với trọng lượng này, chúng ta sẽ tính được lực mà khối trụ phải tác dụng khi các kẹp mở một góc nhất định. Biết được lực tác dụng của xilanh, có thể tính được các phản lực trong bộ gắp, xilanh và trong thân máy chính.

Chúng ta  sẽ xây dựng các phương trình chung để có thể sử dụng chúng trong các tính toán khác, chẳng hạn như tối ưu hóa. Cuối cùng, chúng ta  sẽ phân tích các điểm tới hạn cho lực lớn nhất mà chúng sẽ phải chịu.

Điểm đặt – lực – góc – khoảng cách

• Điểm đặt: Bây giờ chúng ta sẽ chỉ ra những điểm mà chúng ta đã tính toán các lực và các phản lực.

 Hình 1: Các điểm tính toán

 Các điểm A, E và I cố định trong không gian, còn các điểm B, G và H sẽ quay xung quanh điểm A.

• Lực tác dụng: Và các lực tác dụng chính trong dự án này như sau:

Hình 2: Sơ đồ đặt lực

Wt là trọng lượng của lưỡi.

Wc là trọng lượng của xilanh.

Wmb là trọng lượng của vật chính.

S là phản lực của kim loại vụn trên lưỡi, pháp tuyến đối với bề mặt của nó.

S đã được đặt ở cuối lưỡi vì nó là điểm bất lợi nhất, vì nó xa hơn điểm cố định A và sẽ tạo ra một mômen lớn hơn. Điều quan trọng cần lưu ý là phản lực này do thành phần thẳng đứng gây ra. trọng lượng (trọng lực) của miếng sắt vụn (có khối lượng M).

“Lớp Bọc chống mòn” là phần trọng lượng kim loại vụn này được phân bổ cho mỗi phần trong số 4 lớp vỏ trong việc phân bổ trọng lượng phế liệu giữa chúng.

Phản lực S sẽ sao cho thành phần thẳng đứng của nó bằng lực Wscrap đó

(và thành phần nằm ngang của nó sẽ bị hủy bởi một trong những vỏ đối diện). Do đó, nó sẽ phụ thuộc vào độ mở của vỏ và giá trị của nó sẽ là:

 

Scyl là lực mà xilanh tạo ra trên vỏ. Đây là điều quan trọng đầu tiên của chúng ta giá trị không xác định.

Khối lượng đã được tính toán bằng phần mềm SolidWork/ Catia xây dựng các yếu tố với thép hợp kim đã chọn.

 Trong trường hợp chung, lực ma sát giữa lưỡi và tải cũng sẽxuất hiện, điều này sẽ phải được tính đến. Nó sẽ hoạt động trên lưỡi trong hướng xuống dốc nhất trên bề mặt của nó.Lực ma sát này sẽ tạo ra một thời điểm ngược với lực ma sát từ lực bình thường, do đó, sẽ làm giảm lực xi lanh cần thiết đối với cân bằng, đặc biệt là khi vỏ rất mở. Bằng cách này, lực ma sát sẽ giúp nâng tải hiệu quả. Hình sau minh họa lực ma sát này:

Hình 3: Lực ma sát

Lực Sfric này sẽ được tính như sau:

Trong đó:

• μ là một hệ số ma sát phụ thuộc vào mối quan hệ giữa vật liệu vỏ và vật liệu tải.
• S là lực của tải trọng lên vỏ, pháp tuyến đối với bề mặt của nó.

Tuy nhiên, trong dự án này, chúng ta  sẽ nghiên cứu trường hợp xấu nhất, không có trợ lực ma sát, đó là trường hợp thực tế nhất khi tải là vật liệu phế liệu, có thể có hệ số ma sát rất thấp.

• Góc: Sáu góc đã được xác định trong mô hình này. Hai trong số chúng là cố định (β và γ) và được biết đến từ  mô hình hình học. Các góc α, ε, θ và ω phụ thuộc vào vị trí của lưỡi. Sử dụng lượng giác, ε, θ và ω có thể được xác định với α. Chúng ta  sẽ giải thích quá trình này trong các chương tiếp theo.

Hình 4: Góc đặt lực

Nhờ thiết kế, chúng ta có thể đo các giá trị ban đầu của góc α và ω, và, mà sau này chúng ta sẽ cần. Chúng ta  sẽ lấy vị thế đóng này làm cơ sở cho các tính toán của chúng ta.

α(0) = 11.10°

ω(0) = 28.61º

• Khoảng cách: Có 7 khoảng cách “điểm đến điểm” không đổi trong suốt dự án và giá trị của chúng được biết đến từ thiết kế. Những khoảng cách không đổi này là:

Hình 5: Khoảng cách giữa các điểm

Các giá trị khoảng cách là:

• dAB = 0.18195 m
• dAE = 0.7081 m
• d AG = 0.34222 m

 Có 4 khoảng cách “lực điểm” mà chúng ta sẽ sử dụng để tính toán.

Ba trong số chúng sẽ phụ thuộc vào biến góc α và biến còn lại, dBH, sẽ không thay đổi.

Hình 6: Khoảng cách “Lực điểm”

• dAWt là khoảng cách từ điểm A đến Wt, vuông góc với phương của Wt
• dAS là khoảng cách từ điểm A đến S, vuông góc với phương của S.
• dAScyl là khoảng cách từ điểm A đến Scyl, vuông góc với hướng của Scyl
• dBS là khoảng cách từ B đến S, vuông góc với đường thẳng của S và được tính với các góc ban đầu và đó là các góc α và ω ở vị trí đóng (vị trí ban đầu).
• Chúng a chỉ phân tích mô hình một lưỡi kẹp . Thay vì toàn bộ trọng lượng của kim loại phế liệu

Lưỡi kẹp đóng hoàn toàn (α = α(0)= 11.10º)

Hình 7.  Các lưỡi kẹp ở vị trí đóng hoàn toàn

Lưỡi kẹp mở một nữa (α = 39.75º)

Hình  26.  Các lưỡi kẹp ở vị trí mở một phần

Các lưỡi kẹp mở hoàn toàn (α = 68.40º)

Hình 8.  Các lưỡi kẹp ở vị trí mở toàn bộ

-> Khi đó giá trị  góc α (11.10º < α < 68.40º)

Tính toán trên lưỡi kẹp

Lực tác dụng trên lưỡi kẹp

Đây là phần phức tạp nhất của các phép tính vì nó liên quan đến nhiều

khoảng cách, góc và lực chỉ phụ thuộc vào góc α.

Hình 9: Mô hình tính toán

Để làm cho bản vẽ rõ ràng hơn, chúng ta sẽ chỉ làm việc với các dòng cần thiết mà chúng ta trích xuất trong hình sau:

Hình 10: Đơn giản hóa mô hình làm việc

Như chúng ta đã nói trước đây, chúng ta sẽ tính toán giá trị của lực

xilanh Scyl bằng cách áp đặt điều kiện của tổng các mômen ở phương trình cân bằng không. Vì vậy, chúng ta sẽ thực hiện tổng các khoảnh khắc liên quan đến điểm A:

Scyl . dAScyl + Wt . d AWt – S . dAS = 0

Bây giờ chúng ta cần tính toán các khoảng cách:

Để giải các khoảng cách này như một hàm của α, chúng ta phải viết θ và ω chỉ phụ thuộc vào α.

Để liên hệ ω với α, chúng ta sẽ xác định khoảng cách không đổi dBS.

Từ mục đích này, chúng ta sẽ sử dụng các góc và vị trí ban đầu. Với phương trình trước, bây giờ chúng ta có thể liên hệ hai góc sau:

Bước tiếp theo là liên hệ θ với α bằng cách sử dụng góc phụ ε.

Hình 11: Sơ đồ tính θ

XAE và YAE là các giá trị cố định mà chúng ta có thể nhận được từ thiết kế của mô hình:

XAE = 0.11459 m

YAE = 0.69877 m

Mặt khác, XAB và YAB sẽ thay đổi tùy thuộc vào góc α.

Bây giờ, chúng ta có phương trình tổng các khoảnh khắc liên quan đến điểm A chỉ phụ thuộc vào α và khối lượng của mảnh vụn, đó sẽ là dữ liệu mà chúng ta sẽ giới thiệu. 

Phản lực trên lưỡi kẹp

Để tính toán các phản lực trên vỏ, chỉ cần cân bằng của lực dọc và lực ngang. Sẽ có hai điểm mà chúng ta phải đạt được phản lực:

ĐIỂM A

ĐIỂM B

Tính toán trên xi lanh

Các phép tính trên xilanh  dễ dàng hơn, vì các lực đến trực tiếp từ lưỡi kẹp  và chúng tôi chỉ phải thêm phần đóng góp của trọng lượng của xilanh .

Các lực tác dụng trên xi lanh

Hình 12: Lực tác động lên xilanh 

Thành phần mới mà chúng ta có là trọng lượng của xilanh  Wc.

Phản lực trên chu kỳ

Với phương trình cân bằng của các lực dọc và ngang:

VE = VB – Wc

HE = HB

VB và HB có giá trị như nhau trong tiếng.

Tính toán trên thân chính

Bây giờ chúng ta đã có thông tin về vỏ và xi lanh, các phản lực trên các điểm A và E là nhỏ.

Các phản lực ngang trên A và E là hướng tâm và vì tính đối xứng của

cuộc cách mạng, một phản lực hướng tâm được chống lại với phản lực ngược lại của nó. Vì vậy, đối với lý thuyết này phân tích, những phản lực này là không cần thiết. Nhưng sau này, khi chúng ta phải tính toán hoạt động của mô hình với phần mềm 3d  là cần thiết

Với các phản lực thẳng đứng và trọng lượng của phần thân chính của mô hình, chúng tôi sẽ có thể tính toán các phản lực trên điểm của đỉnh, I.

Các lực tác dụng lên thân chính 

Như chúng tôi vừa nói, chỉ cần thêm trọng lượng của phần thân chính:

Hình 13: Lực tác động lên thân chính

Các phản lực trên thân chính

Như chúng ta có thể thấy, và vì tính đối xứng, các phản lực ngang bị hủy bỏ.

Do đó, chúng ta có thể suy ra rằng:

HI = 0

Từ phương trình cân bằng của các lực thẳng đứng:

VI = Wmb + 4 . VA – 4 . VE

VA và HA có cùng giá trị như trên lưỡi kẹp .

VE và HE có cùng giá trị như trên xilanh .

Các kết quả

Khi chúng ta có các thành phần dọc và ngang của một phản lực, chúng ta sẽ có thể tính toán tổng phản lực theo cách này:

Kết quả về tổng

Lập đồ thị Scyl (N) so với góc (điểm):

 

Hình 14: Scyl (N) vs Angle (cấp) cho tải trọng 780 kg

Chúng ta có thể thấy rằng trường hợp bất lợi nhất là khi vật lộn hoàn toàn mở, tức là ở 68,40º.

Bằng cách biết góc này, chúng ta có thể giới thiệu nó trong các phương trình trước và thu được lực tác dụng lên xilanh:

Scyl = 131821.845 N

Với giá trị này và phép tính trước đó, chúng ta có thể nhận được các phản lực sau:

ĐIỂM A

VA = 127990 N

HA – 69527 N

RA = 145655.223 N 

ĐIỂM B

VB = 124840 N

HB = 42802 N

RB = 131821.846 N

Kết quả trên chu kỳ

ĐIỂM B

VB = 124840 N

HB = 42802 N

RB = 131821.845 N

ĐIỂM E 

VE = 124620 N

HE = 42802 N

Như vậy, B2bmart.vn đã trình bày chi tiết các bước tính toán gầu ngoạm 4 lưỡi, hy vọng bạn có thể tham khảo để tự thiết kế cho mình 1 dụng cụ làm việc phù hợp.