BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Ngô Văn Hiến NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GỐI XOAY XILANH THUỶ LỰC CHO CỬA VAN CUNG Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS PHẠM VĂN HÙNG Hà Nội – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hoàn toàn làm hướng dẫn PGS TS Phạm Văn Hùng thầy môn công nghệ chế tạo máy khoa khí trường Đại học Bác Khoa Hà Nội Không có chép, gian lận kết công trình nghiên cứu khác Học viên Ngô Văn Hiến - 2- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Trang : trọng lượng riêng nước (N/m3) H1: cột áp nước thượng lưu (m) H2: cột áp nước hạ lưu (m) Hn: cột áp từ mép vật chắn nước ngang đến mặt thoáng thượng lưu (m) Ht: cột áp từ tâm vật chắn nớc ngang đến mặt thoáng thượng lưu (m) L: bề rộng cửa (m) ho: chiều cao vật chắn nớc (m) pa: áp suất chân không (60.000 N/m2) b: bề rộng đáy cửa (m) F: diện tích cửa van (m2) bc: trọng lợng riêng bùn cát lắng (13.000 14.000 N/m3) hbc: chiều cao lớp bùn lắng (m) ζ: góc nghiêng tự nhiên bùn cát nước (rad) qw: áp lực gió (N/m2) fr: hệ số ma sát trục bạc Hav: cột áp trung bình ép vào gioăng (m) La: chiều dài gioăng tiếp xúc với nước (m) bs: bề rộng gioăng tiếp xúc với khe cửa (m) fs: hệ số ma sát gioăng khe cửa (N) T: lực kéo cửa (N) n1: hệ số bổ sung cho độ không xác toạ độ trọng tâm cửa n2: hệ số bổ sung cho lực phụ rg: cánh tay đòn lực G tâm quay (m) ra: cánh tay đòn lực Pa tâm quay (m) rshaft: bán kính trục quay cửa (m) xp: chuyển vị tải trọng Mg M: khối lượng tải bị lệch (kg) fi: phản lực sinh xilanh (N) Li: cánh tay đòn từ điểm liên kết fi đến trọng tâm hệ (m) J: mô men quán tính khối lượng quay quanh trọng tâm hệ (kg.m2) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3-1 Bảng mô men độ võng thân gối xoay Bảng 3-2 Khe hở hướng kính ổ cầu tự lựa - 3- 29 29 29 29 30 30 30 34 34 34 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 36 36 36 36 36 49 49 49 49 49 36 52 Bảng 3-3 Bảng hệ số tải trọng Bảng 3-4 Bảng hệ số tải trọng Bảng 3-5 Bảng hệ số tải trọng Bảng 3-6 Bảng hệ số tải trọng Bảng 3-7 Bảng hệ số trợt Bảng 3-8 Bảng hệ số ma sát ổ cầu Bảng 5-1 Bảng thông số kiểm tra độ võng thân gối xoay xilanh Hương Điền Bảng 5-2 Bảng thông số lắp đặt kiểm tra gối xoay Hương Điền Bảng 5-3 Bảng thông số kiểm tra độ võng thân gối xoay xilanh Cửa Đạt Bảng 5-4 Bảng thông số lắp đặt kiểm tra gối xoay Cửa Đạt Bảng 5-5 Bảng công trình sử dụng gối xoay xilanh kiểu Truntion DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2-1 Đập tràn Hình 2-2 Cửa van cung Hình 2-3 Các dạng kết cấu cửa Hình 2-4 Kết cấu cối lề cửa cung Hình 2-5 Sơ đồ bố trí kín nước cửa van Hình 2-6 Sơ đồ cửa cung hai lớp đồng tâm đường kính Hình 2-7 Sơ đồ cửa cung hai lớp đồng tâm khác bán kính Hình 2-8 Sơ đồ cửa cung phao Hình 2-9 Sơ đồ khối máy đóng mở Hình 2-10 Bố trí chung cửa van cung Hình 2-11 Xilanh ngõng treo thân Hình 2-12 Gối xoay chôn bê tông Hình 2-13 Gối xoay bắt bulông vào bê tông Hình 2-14 Gối xoay xilanh Ba Hạ Hình 2-15 Gối xoay xilanh Hương Điền Hình 2-16 Gối xoay xilanh gối đăng Hình 2-17 Gối xoay xilanh bậc quay Hình 2-18 Rèn thân gối xoay xilanh tải xưởng sản xuất (Trung Quốc) Hình 3-1 Tâm quay mức cao Hình 3-2 Tâm quay ngưỡng Hình 3-3 Tâm quay giới hạn, phía Hình 3-4 Tâm quay giới hạn, phía Hình 3-5 Tâm quay ngưỡng thấp Hình 3-6 Cửa dới sâu, tâm quay ngưỡng cao Hình 3-7 Cửa dới sâu, tâm quay ngưỡng cao Hình 3-8 Cửa dới sâu, tâm quay gần ngưỡng - 4- 58 60 61 61 63 81 86 87 93 98 10 12 13 14 15 16 16 17 17 21 22 23 24 25 25 25 25 27 29 29 30 30 31 31 32 32 Hình 3-9 Cửa dới sâu, tâm quay gần ngưỡng Hình 3-10 Sơ đồ tính toán lực kéo cửa Hình 3-11 Đồ thị khoảng cách đỉnh đường tâm xilanh Hình 3-12 Sơ đồ tìm điểm tối ưu T Hình 3-13 Vị trí gối xoay xilanh công trình thuỷ điện Sông Ba Hạ Hình 3-14 Sơ đồ chịu tải gối xoay xilanh 33 39 40 43 43 45 Hình 3-15 Sơ đồ tính kích thước ngàm lắp chốt treo xilanh Hình 3-16 Biểu đồ mô men độ võng thân gối xoay Hình 3-17 Ứng suất cụm gối xoay xilanh chịu tải Hình 3-18 Độ võng cụm gối xoay xilanh chịu tải Hình 3-19 Ổ cầu tự lựa Hình 4-1 Mô hình gối xoay xilanh sử dụng cầu tự lựa, bắt bulong móng Hình 4-2 Lới phần tử thân gối xoay Hình 4-3 Mô hình cửa van cung thuỷ điện Sông Ba Hạ nhìn từ hạ lưu Hình 4-4 Mô hình cửa van cung thuỷ điện Sông Ba Hạ nhìn từ thượng lưu Hình 4-5 Sơ đồ phân bố ứng suất gối xoay xilanh Cửa Đạt Hình 4-6 Sơ đồ phân bố biến dạng gối xoay xilanh Cửa Đạt Hình 5-1 Thông số cửa cung Hương Điền toạ độ điểm đặt gối xoay xilanh thuỷ lực Hình 5-2 Sơ đồ tính thân gối xoay xilanh Hình 5-3 Biểu đồ mômen uốn độ võng thân gối xoay xilanh Hương Điền Hình 5-4 Ổ cầu tự lựa Hương Điền Hình 5-5 Phân bố ứng suất thân gối xoay xilanh Hương Điền Hình 5-6 Phân bố độ võng thân gối xoay xilanh Hình 5-7 Bố trí cụm gối xoay xilanh trụ pin Hình 5-8 Kiểm tra khoảng cách tay đòn từ mép bê tông đến tâm ngõng treo Hình 5-9 Kiểm tra thông số vị trí gối xoay xilanh trụ pin Hình 5-10 Thông số cửa van cung Cửa Đạt và toạ độ điểm đặt gối xoay xilanh thuỷ lực Hình 5-11 Sơ đồ tính thân gối xoay 46 47 48 48 52 69 71 72 77 80 Hình 5-12 Biểu đồ mô men uốn độ võng thân gối xoay xilanh Cửa Đạt Hình 5-13 Ổ cầu tự lựa Cửa Đạt Hình 5-14 Phân bố ứng suất thân gối xoay xilanh Cửa Đạt Hình 5-15 Phân bố độ võng thân gối xoay xilanh Cửa Đạt 92 93 94 94 - 5- 72 73 74 81 82 83 83 84 85 85 88 91 MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan Danh mục kí hiệu từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị CHƯƠNG – MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.3 Vấn đề nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học 1.5 Ý nghĩa thực tiễn 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.7 Nhiệm vụ nội dung 1.8 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG – HỆ THỐNG GỐI XOAY XYLANH VÀ CỬA VAN CUNG 10 2.1 Sơ lược cửa van cung phân loại cửa van cung thông dụng 10 2.2 Các loại tải tác dụng lên cửa van 17 2.3 Sơ lược máy đóng mở thuỷ lực cửa van 20 2.4 Các loại gối quay thường dùng 22 2.5 Giới hạn công nghệ 26 CHƯƠNG – NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN 27 3.1 Phương pháp xác định lực kéo 27 3.2 Quy tắc xác định điểm đặt gần tối ưu 41 3.3 Xác định độ võng ứng suất gối xoay chịu tải 43 3.4 Chọn ổ cầu cho gối xoay 49 CHƯƠNG – MÔ PHỎNG MÔ HÌNH 65 4.1 Phần mềm Solidworks - Cosmosworks 65 4.2 Các bước mô 68 4.3 Sơ đồ phân bố ứng suất 73 4.4 Sơ đồ phân bố biến dạng 74 4.5 Nhận xét 75 CHƯƠNG – ỨNG DỤNG 76 5.1 Thiết kế gối xoay xilanh thuỷ lực cho cửa van cung thuỷ điện Hương Điền – Huế 5.2 76 Thiết kế gối xoay xilanh thuỷ lực cho cửa van cung thuỷ điện Cửa Đạt – Thanh Hoá 87 CHƯƠNG – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 98 CÁC CÔNG TRÌNH ĐANG SỬ DỤNG GỐI QUAY XILANH KIỂU TRUNTION CHO CỬA VAN CUNG CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Các thiết bị điện phục vụ cho công trình thuỷ lợi, thuỷ điện giữ vai trò quan trọng công trình, với an ninh quốc phòng Trong thời gian gần đây, nước ta bắt đầu ứng dụng công nghệ điều khiển thuỷ lực vào thiết kế, thi công công trình thuỷ lợi thuỷ điện, mà điển hình việc điều khiển cửa van cung kích thước lớn có bề rộng đến 33m, cao đến 15m, lực nâng đến 250 tấn, hành trình đến 12m Tuy nhiên, vấn đề thiết kế phần gối xoay cho xilanh điều khiển đóng mớ cửa van cung ngành thuỷ lợi, thuỷ điện chưa nghiên cứu ứng dụng đầy đủ nước ta Hầu hết thiết kế viện, công ty chuyên ngành dừng lại việc thiết kế cho công trình cụ thể với thông số kinh nghiệm qua tài liệu thiết kế có sẵn có nước Cấu tạo, chức năng, khả vận hành gối xoay xilanh kiểu Truntion không xác định đầy đủ nên có bất cập khâu thiết kế yêu cầu thực trường Một lý quan trọng đội ngũ thiết kế thuỷ lực, thuỷ lợi hầu hết có thong tin, tài liệu kinh nghiệm thiết kế khí chế tạo máy, nhà thiết kế khí chế tạo máy lại kinh nghiệm hệ thống thuỷ lực thuỷ lợi điều khiển loại cửa van cung ngành thuỷ lợi Có lẽ điều mà quy mô khả thiết kế cửa van cung cho công trình thuỷ lợi thuỷ điện nước ta hạn chế Vấn đề cấp thiết đặt phải có nghiên cứu ứng dụng, đưa tính năng, đặc điểm cụm gối xoay xilanh thuỷ lực cửa van cung, cửa van phổ biến công trình có quy mô vừa, lớn cực lớn, hay sử dụng công trình thuỷ lợi nước ta 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nước Ứng dụng nước máy đóng mở thuỷ lực nói chung gối xoay xilanh ngành thuỷ lợi, thuỷ điện nói trước nhiều Tuy nhiên, - 6- hầu hết nghiên cứu thường công bố tính thương mại cao Có thể kể đến vài nhà chế tạo thiết bị thuỷ lực cho cửa van, có nhiều kinh nghiệm Rexroth, Eaton, Montanhhydraulik 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước Ở nước ta, việc thiết kế, chế tạo cửa van sử dụng hệ thống đóng mở thuỷ lực thực thời gian gần Trong năm 70 – 80 cửa van ngành thuỷ lợi chủ yếu dung máy đóng mở kiểu tời cáp Đến năm gần đây, công ty tư vấn ngành thuỷ lợi Tổng công ty Cơ điện xây dựng nông nghiệp thuỷ lợi ứng dụng phần thiết bị thuỷ lực để làm máy đóng mở Tuy nhiên, nghiên cứu cụ thể cụm gối xoay xilanh cho cửa van cung chưa tiến hành Dẫn đến kết công trình không phát huy ưu điểm ứng dụng thuỷ lực Mặt khác, việc hiểu không đầy đủ hệ thống đặc điểm khác biệt máy mở thuỷ lực so với loại máy đóng mở khác nguyên nhân dẫn đến thiết kế không hợp lý nhiều công trình, gây lãng phí Về nghiên cứu ứng dụng cụ thể, nói nước ta, có nghiên cứu bước đầu để ứng dụng máy đóng mở thuỷ lực vào thực tế chưa có nhà nghiên cứu nghiên cứu nghiên cứu thực đưa yêu cầu cụm gối xoay xilanh tìm cách khắc phục nhược điểm cụm gối xoay, tượng thường xảy vận hành để đưa tiêu chí chức cụm gối xoay Một phần nghiên cứu gối xoay trình bày chương Phụ lục cuối luận văn tên địa điểm công trình khảo sát 1.3 VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Vấn đề nghiên cứu gối xoay xilanh kiểu Truntion cho cửa van cung nước ta mẻ, chưa có nghiên cứu cụ thể cấu tạo, chức năng, tính ổn định cụm gối xoay cho cửa van cung Đặc điểm tải trọng chế độ vận hành cửa van hình cung đề tài trình bày luận văn Hệ thống xilanh thuỷ lực máy đóng mở sử dụng cho cửa van cung, vận hành, thay đổi vị trí theo vị trí cửa Do đó, lực đóng mở thay đổi suốt trình làm việc Thực tế cho thấy máy - 7- đóng mở công trình thuỷ công có ảnh hưởng lẫn Vị trí đặt gối xoay ảnh hưởng lớn đến lực kéo cửa hành trình xilanh thuỷ lực Nhiều lực kéo tăng – lần vị trí khác với công trình Luận văn giải vấn đề chọn điểm đặt gần tối ưu để lực kéo cửa nhỏ tương ứng với hành trình xilanh hợp lý Giảm lực kéo cửa có nghĩa giảm kích thước xilanh thuỷ lực, giảm lượng dầu cần cung cấp cho máy đóng mở, giảm thời gian đóng mở, giảm kích thước gối xoay, giảm vật liệu chế tạo phận liên quan Điều có ý nghĩa quan trọng liên quan đến giá thành toàn công trình Điểm đặt gối xoay, đặc điểm, tính gối xoay vận hành vấn đề giải luận văn Mặc dù nhiều vấn đề khác cần giải khuôn khổ giới hạn luận văn trình bày hết 1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC Công trình nghiên cứu ứng dụng gối xoay xilanh cho cửa van cung có ý nghĩa quan trọng hộ trợ nghiên cứu, thiết kế cải tạo công trình cũ sang sử dụng máy đóng mở thuỷ lực 1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN Công trình giải vấn đề quan trọng việc ứng dụng kỹ thuật truyền động thuỷ lực ngành thuỷ lợi Đó thiết kế cho gối xoay xilanh thuỷ lực cho cửa van cung Rút tiêu chí chức quan trọng trợ giúp cho việc thiết kế máy đóng mở thuỷ lực cho công trình thuỷ lợi đặc biệt cửa van cung Nghiên cứu kết cấu gối xoay tiến tới cho thép việc chủ động thiết kế chế tạo hoàn toàn cụm gối xoay nước, giảm ngoại tệ nhập 1.6 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu cụm gối xoay đề cập đến luận văn không hạn chế; loại gối xoay kết sử dụng trường hợp riêng gối xoay xilanh kiểu Truntion cho cửa van cung - 8- - Ứng suất nhỏ thân gối 6,5.104 N/m2 - Độ võng vị trí tai treo khoảng 1mm Từ thông số tính toán, thông số kiểm tra phần mền Autocad Mechanical, phần mềm Solidworks – Cosmosworks kinh nghiệm thực tế thiết kế chế tạo máy, thiết kế khí thuỷ công ta có thiết kế cụm gối xoay xilanh hoàn chỉnh vào chế tạo lắp đặt công trường 5.1.4 Thông số lắp đặt kiểm tra gối xoay xilanh công trường 5.1.4.1 Một số hình ảnh lắp đặt gối xoay xilanh thuỷ điện Hương Điền Hình 5-7 Bố trí cụm gối xoay xilanh trụ pin - 84- Hình 5-8 Kiểm tra khoảng cách tay đòn từ mép bê tông đến tâm ngõng treo Hình 5-9 Kiểm tra thông số vị trí gối xoay xilanh trụ pin - 85- 5.1.4.2 Thông số lắp đặt thử nghiệm gối xoay xilanh Hương Điền Các thông số lắp đặt kiểm tra máy toàn đạc máy thuỷ bình Các thông số độ võng gối xoay kiểm tra đồng hồ so Bảng 5-2 Bảng thông số lắp đặt thử nghiệm gối xoay Hương Điền TT Thông số kiểm tra Cánh tay đòn L (khoảng cách từ mép bê tông đến tâm ngõng quay) Cao độ tâm tâm gối xoay xilanh so với tâm gối xoay cửa van cung Hoành độ tâm gối xoay xilanh so với tâm gối xoay cửa van cung Cao trình mở hết cửa (cao độ tâm gối xoay cửa van đến mép cửa mở hết) Độ võng gối xoay nâng cửa không tải Độ võng gối xoay nâng cửa với mức nước cao trình 55 m Độ võng gối xoay nâng cửa với mức nước cao trình 58 m Lý thuyết Thực tế Sai số cho phép Ghi 387,5 mm 387 mm ±1 Đạt +3828 mm +3830mm ±3 Đạt +11727 mm +11730 mm ±5 Đạt +11050 mm +11060 mm ±10 Đạt 0,5 mm 0,2 mm Đạt 0,8 mm 0,7 mm Đạt 0,8 mm 0,7 mm Đạt - 86- 5.2 THIẾT KẾ GỐI XOAY XILANH THUỶ LỰC CỬA VAN CUNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN CỬA ĐẠT – THANH HOÁ Khởi công từ tháng 2-2004, công trình Cửa Đạt (nằm huyện Thường Xuân, sông Cửa Đạt, nguồn sông Chu) với cụm hạng mục đầu mối đập chính, đập tràn, cửa nhận nước, tạo thành hồ chứa nước nhân tạo: diện tích mặt nước rộng 30,8km², dung tích 1.450 triệu m³ Công trình cách thành phố Thanh Hoá 60 km phía tây Công trình nhằm giảm lũ với tần suất 0,6%, bảo đảm mực nước sông Chu Xuân Khánh huyện Thọ Xuân không vượt 13,71m (lũ lịch sử 1962); cấp nước cho công nghiệp sinh hoạt với lưu lượng 7,715m³/giây; tạo nguồn nước tưới ổn định cho 86.862ha đất canh tác; bổ sung nước mùa kiệt cho hạ lưu sông Mã để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinh thái với lưu lượng 30,42m³/giây; đồng thời, kết hợp phát điện với công suất lắp máy 88-97 MW 5.2.1 Thông số kỹ thuật - Dung tích hồ chứa: 1.450 triệu m3 - Diện tích lưu vực: 30,8 km2 Đập tràn xả lũ: - Thiết kế cho lưu lượng xả: 6920 m3/s - Lưu lượng xả lũ kiểm tra lớn nhất: 9430m3/s - Kích thước thông thuỷ: 11,0x15,1m - Cửa tràn điều tiết hàng năm - Kiểu đập tràn: đập bê tông cốt thép - 87- - 88- Hình 5-10 Thông số cửa cung Cửa Đạt toạ độ điểm đặt gối xilanh thuỷ lực Số cửa van 05 Chiều rộng cửa van 11,00 m Bán kính cong phía tôn mặt 20,00 m Cao trình ngưỡng đáy cửa 96,50 m Cao trình đỉnh van 112,0 m Cao trình tâm quay cửa van 108,9 m Cao trình mở cửa van tối đa 116,9 m Cao trình đỉnh trụ pin nhà điều khiển cửa van 122,5 m Mực nước lũ cao 119,5 m Mực nước bình thường 117,6 m Mực nước chết 110,0 m Cơ cấu vận hành Thuỷ lực Số lượng xilanh cho cửa 02 Các thông số cửa cung tràn xả mặt: R=20,00 m; r6=19,43 m; rg=16,00 m; φ1= 12o; φ2= -38o; φg= -16o; φ80= 36o; φ60= -15o; α= φ60 φ80; Ht=16,4 m; H1=20 m; Hn=0,4 m; L=11 m; h0=0,6 m; rshaft=0,5 m; G=1.480.000 N; nuoc=10.000 N/m3; ra=15,6 m; n1=1,1; n2=1,2 Thời gian nâng hạ: tnâng=20,6 min; thạ=10,3 5.2.2 Các tính toán lực máy đóng mở, vị trí đặt gối xoay xilanh Áp lực ngang = 9.450.000 N Áp lực nước thẳng đứng Pv= - 89- (5-8) = 1.820.000 N (5-9) Tổng áp lực lớn = 962.000 N (5-10) Góc P với phương ngang = 14o (5-11) Lực ma sát áp lực nước P sinh ki đẩy vào cửa Pr = P.fr (5-12) fr = 0,3 (hệ số ma sát giữ trục bạc) Lực gioăng cao su chắn nước Pseal = .Hav.La.bs.fs = 49.300 N (5-13) Hav=5,7 m (cột áp trung bình ép vào gioăng) La=11 m (chiều dài gioăng tiếp xúc với nước) bs=0,06 m (bề rộng gioăng tiếp xúc với khe cửa) Pa=pa.b.L = 14.400 N pa=60.000 N/m2 (áp suất chân không đơn vị) b=0,03 m (bề rộng đáy đáy cửa) Lực nâng tính vị trí gối xoay xilanh T(6154,9104) Điển T xác định theo quy tắc chương T= = 2.000.000 N Hành trình xilanh 11500 mm tiêu chuẩn ISO 6022 MT4 400/200 5.2.3 Tính toán chọn gối xoay xilanh - 90- (5-14) Từ vị trí gối xoay xilanh trụ pin cao trình 118,00m, đỉnh trụ pin cao trình 122,50m, để thuận tiện, giảm chi phí lắp đặt bảo dưỡng ta chọn loại gối xoay có đế bắt bulông vào thân trụ pin Góc nâng cửa khoảng 610, bán kính tôn bưng cửa xấp xỉ 20m, trọng lượng cửa 148 tấn, xilanh thuỷ lực 400/200 Như vậy, gối xoay xilanh thích hợp loại gối sử dụng ổ cầu tự lựa Tóm lại: loại gối xoay xilanh ta dùng gối xoay sử dụng ổ cầu tự lựa bắt bulông vào trụ pin 5.2.3.1 Tính sơ thân gối chọn ổ cầu Theo thông số vị trí tai cửa van cung với trụ pin ta xác định khoảng cách tay đòn từ vị trí ngõng treo xilanh 452,0 mm Ta chọn sơ kích thước thân gối xoay 440 mm Từ thông số tiêu chuẩn ta có kích thước chọn sơ thân gối xoay (hình 5-11) Hình5-11 Sơ đồ tính thân gối xoay - 91- Hình 5-12 Biểu đồ mô men uốn độ võng thân gối xoay xilanh Cửa Đạt Bảng 5-3 Bảng thông số kiểm tra độ võng thân gối xoay xilanh Cửa Đạt Sử dụng phần mềm Autocad Mechanical 2006 kiểm tra độ võng thân xilanh ta có kết (hình 5-12 bảng 5-3) - 92- - Độ võng tối đa 0,8 mm chiều dài 697 - Áp lực lên ổ cầu xấp xỉ 3.991.000 N - Áp lực lên ổ cầu xấp xỉ 1.991.000 N - Hệ số an toàn đạt 1,4 Với xilanh 400/200 kích thước thân gối xoay Ø440 theo tiêu chuẩn hãng Rexroth ta tra chiều dày b tai treo 150 mm Với áp lực lên gối 1991000 N ta tính kích thước thân gối vị trí gối Ø260 Với áp lực lên gối, kích thước thân xilanh vị trí gối, bên cạnh cụm gối xoay đặt bê tông nên việc bôi trơn dễ dàng, ta chọn loại ổ cầu có ca thép cacbon ca thép hợp kim cứng mạ crom – GE ES (theo catalog hang SKF), với chế độ bôi trơn định kì Hình 5-13 Ổ cầu tự lựa Cửa Đạt 5.2.3.2 Kiểm tra ứng suất độ võng Dùng phần mềm Solidworks ta dung mô hình cụm gối xoay, trường hợp gối xoay xilanh công trình Hương Điền: chôn bê tông có độ ổn định cao, coi phần biến dạng ứng suất phần vỏ gối không đáng kể Do ta - 93- cần kiểm tra ứng suất độ võng tổng thể thân gối xoay phần mềm Solidworks – Cosmosworks (hình 5-14 hình 5-15) Hình 5-14 Phân bố ứng suất thân gối xoay xilanh – Cửa Đạt Hình 5-15 Phân bố độ võng thân gối xoay xilanh – Cửa Đạt - 94- Các thông số biểu đồ phân bố ứng suất độ võng kiểm tra phần mềm Solidworks – Cosmosworks: - Ứng suất lớn thân gối 5,0.108 N/m2 - Ứng suất nhỏ thân gối 5,8.103 N/m2 - Độ võng vị trí tai treo khoảng 2,5mm Từ thông số tính toán, thông số kiểm tra phần mền Autocad Mechanical, phần mềm Solidworks – Cosmosworks kinh nghiệm thực tế thiết kế chế tạo máy, thiết kế khí thuỷ công ta có thiết kế cụm gối xoay xilanh hoàn chỉnh vào chế tạo lắp đặt công trường 5.2.4 Thông số lắp đặt kiểm tra gối xoay xilanh công trường Bảng 5-4 Bảng thông số lắp đặt kiểm tra gối xoay Cửa Đạt TT Thông số kiểm tra Cánh tay đòn L (khoảng cách từ mép bê tông đến tâm ngõng quay) Cao độ tâm tâm gối xoay xilanh so với tâm gối xoay cửa van cung Hoành độ tâm gối xoay xilanh so với tâm gối xoay cửa van cung Cao trình mở hết cửa (cao độ tâm gối xoay cửa van đến mép cửa mở hết) Độ võng gối xoay nâng cửa không tải Lý thuyết Thực tế Sai số cho phép Ghi 450 mm 451 mm ±1 Đạt +6154 mm +6455mm ±3 Đạt +9104mm +9100 mm ±5 Đạt +7781 mm +7785 mm ±10 Đạt 0,5 mm 0,2 mm - 95- Đạt CHƯƠNG KẾT LUẬN V À KI ẾN NGH Ị 6.1 KẾT LUẬN Luận văn tiến hành nghiên cứu thống kê công trình cửa van cung nước sử dụng máy đóng mở thuỷ lực với gối quay kiểu Trution Phân tích đánh giá góc độ ứng dụng vấn đề chưa giải thực tế Về vấn đề lực kéo cửa, vị trí đặt gối xoay xilanh giải toán tìm điểm đặt có lực kéo gần tối ưu đưa biện pháp tìm điểm đặt cho gối xoay xilanh máy đóng mở cho thiết kế công trình cải tạo công trình cũ Về vấn đề ứng suất độ võng gối xoay xilanh giải toán ứng dụng phần mềm thiết kế 3D, phần mềm CAE việc dựng mô hình, mô trình chịu tải , đẩy nhanh trình thiết kế, giảm giá thành chi phí thử nghiệm ứng dụng thiết kế gối xoay xilanh thuỷ lực mà mở rộng lĩnh vực thiết kế khác Luận văn đề cập giải chi tiết vấn đề gối xoay xilanh trường hợp tổng quát ứng dụng vào hai công trình cụ thể 6.2 KIẾN NGHỊ VỀ NGHI ÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu phát triển theo hướng nghiên cứu sâu ma sát cặp vật liệu ổ cầu ảnh hưởng chế độ bôi trơn cho cụm gối xoay điều kiện làm việc gián đoạn Nghiên cứu ảnh hưởng thớ vật liệu đến phân bố ứng suất thân gối xay xilanh Nghiên cứu rung động gối xoay trình vận hành cửa van cung - 96- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Văn Khang (2004), Cơ học lý thuyết kỹ thuật, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội [2] Đặng Việt Cương, Nguyễn Nhật Thăng, Nhữ Phương Mai (2003), Sức bền vật liệu, NXB KHKT, Hà Nội [3] Ngô Sĩ Lộc (1976), Máy thuỷ lực thể tích, NXB ĐHBK, Hà Nội [4] Nhiều tác giả (1986), Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi, NXB KHKT, Hà Nội [5] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng (2005), Ma sát học, NXB KHKT, Hà Nội [6] Nguyễn Tiến Đào (2006), Công nghệ chế tạo phôi, NXB KHKT, Hà Nội [7] Trần Văn Địch (2007), Sổ tay công nghệ chế tạo máy, NXB KHKT, Hà Nội [8] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2005), Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí, NXB Giáo dục, Hà Nội [9] Tạ Ngọc Hải (2003), Bài tập Nguyên lý máy, NXB KHKT, Hà Nội [10] Ninh Đức Tốn (2000), Bài giảng dung sai, NXB ĐHBK, Hà Nội [11] Nhiều tác giả (2005), Kĩ thuật đo lường kiểm tra chế tạo khí, NXB KHKT, Hà Nội [12] Nhiều tác giả (2000), Phương pháp phần tử hữu hạn kĩ thuật, NXB KHKT, Hà Nội Tiếng Anh [13] Mannesmann Rexroth (1997), Symposium: Civil and Water Engineering, Mannesmann Rexroth, Lohr a Main, Germany [14] Department of Army (2000), Design of spillway tainer gates, U.S.Army Corp of Engineers, America [15] Otto Silk (2004), SKF spherical bearings and rod ends, SKF Group, Sweden - 97- PHỤ LỤC CÁC CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG GỐI XOAY XILANH KIỂU TRUNTION CHO CỬA VAN CUNG Bảng 5-5 Bảng công trình sử dụng gối xoay xilanh kiểu Truntion Công trình Mô tả, thông số Gối Thuỷ điện Sông Ba Hạ xoay sử dụng cầu tự lựa, chôn bê tông trụ pin, chịu lực nâng 180 Gối Thuỷ điện xoay sử dụng cầu tự lựa, Hương chôn bê Điền tông trụ pin, chịu lực nâng 110 Gối Thuỷ điện Cửa Đạt xoay sử dụng cầu tự lựa, bắt bulông móng với trụ pin, chịu lực nâng 200 Đơn vị thiết kế Khởi công Hoàn Thành 2004 2009 2006 2009 Tổng công ty Cơ điện xây dựng nông nghiệp thuỷ lợi – Công ty TNHH thành viên Tổng công ty Cơ điện xây dựng nông nghiệp thuỷ lợi – Công ty TNHH thành viên Tổng công ty Cơ điện xây dựng nông nghiệp thuỷ lợi – Công ty TNHH thành viên - 98- 2004 ... 2-14 Gối xoay xilanh Ba Hạ Hình 2-15 Gối xoay xilanh Hương Điền 2.4.2.2 Gối xoay xilanh sử dụng gối đăng Hình 2-16 Gối xoay cac đăng Hình 2-17 Gối xoay bậc quay Gối xoay sử dụng gối đăng loại gối. .. – ỨNG DỤNG 76 5.1 Thiết kế gối xoay xilanh thuỷ lực cho cửa van cung thuỷ điện Hương Điền – Huế 5.2 76 Thiết kế gối xoay xilanh thuỷ lực cho cửa van cung thuỷ điện Cửa Đạt – Thanh Hoá 87 CHƯƠNG... lực nâng hạ cửa van cung vào bê tông trụ pin dạng lực nén tuý 2.4.2 Phân loại gối xoay xilanh Truntion Thông thường gối xoay xilanh Truntion dùng cho cửa van cung chia làm loại chính: - Gối xoay