Chương 11: THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ CỬA VAN pps

Chơng 11
Thiết bị đóng mở cửa van


11.1. Những vấn đề chung
11.1.1. Các loại cửa van trên công trình thuỷ lợi, thuỷ điện
Cửa van là một bộ phận rất quan trọng trên các công trình thuỷ lợi. Nó dùng để
điều tiết dòng chảy, điều chỉnh mực nớc và lu lợng qua công trình, dùng để ngăn mặn giữ
ngọt, tiêu chua rửa phèn ở các vùng triều. Cửa van không thể thiếu trong các công trình thuỷ
điện, làm cửa âu thuyền, điều tiết dòng chảy vào tuabin, tích nớc vào hồ chứa, xả nớc mặt
có vật trôi nổi, xả cát lắng đọng, đóng cửa van để sửa chữa tuabin Nh vậy công trình
khai thác có tốt hay không, có đạt đợc mục tiêu thiết kế hay không là phụ thuộc vào sự vận
hành và kết cấu cửa van.
Theo nhiệm vụ cửa van đợc phân thành: Cửa van chính, cửa van sửa chữa, cửa van bảo
hiểm, cửa van thi công. Các loại cửa van đợc thể hiện trên hình 11-1.
Theo kết cấu và hình dạng, chúng ta có các loại cửa van phẳng (hình 11-1 a, b, h), cửa
van cung (hình 11-1c), cửa van rẻ quạt (hình 11-1g, n), cửa van trụ đứng (hình 11-1d), cửa
van trụ lăn (hình 11-1e), cửa van mái nhà (hình 11-1 j, k), Cửa van chữ nhân (hình 11-1 m),
Cửa van thuỷ lực kiểu rèm (hình 11-1n). Nhng chủ yếu thờng sử dụng là cửa van phẳng
đóng mở thẳng đứng, cửa van phẳng trục đứng, cửa van tự động thuỷ lực kiểu rèm, cửa van
tự động quay đứng (hình 11-2), cửa van chữ nhân và cửa van cung. Các cửa van này phải
đóng mở linh hoạt, nhẹ nhàng trong điều kiện bất lợi nhất nh lũ lên đột ngột, giông
bão bảo đảm an toàn cho công trình.
Ngày nay nhiều nớc trên thế giới đã có những cửa van có khẩu độ đến 80 ữ 120 mét,
cột nớc cao từ 40 ữ 50 mét.
11.1.2. Nhiệm vụ của máy đóng mở cửa van.
Công trình khai thác có tốt hay không, có đạt đợc mục tiêu thiết kế hay không là phụ
thuộc vào sự vận hành cửa van. Muốn vận hành cửa van, ngoài các loại cửa van tự động
thuỷ lực, còn các loại cửa khác phải đóng mở cỡng bức, nghĩa là phải có máy đóng mở lắp
trực tiếp để điều khiển bắt buộc cửa van hoạt động theo một quỹ đạo nhất định. Nh vậy máy
đóng mở cửa van phải phù hợp với loại kết cấu, quỹ đạo chuyển động, phù hợp tải trọng

nâng, môi trờng khắc nghiệt và các điều kiện cụ thể khác của chế độ làm việc của cửa van
trên công trình thuỷ lợi, thuỷ điện.
37
1. Các yêu cầu về máy đóng mở cửa van
Nguyên lý hoạt động của các loại máy đóng mở cửa van không khác so với các loại
máy nâng thông thờng. Bao gồm các loại máy nâng kiểu vít- đai ốc, bánh răng-thanh răng,
máy nâng kiểu dây mềm (cáp, xích), máy nâng kiểu xi lanh thuỷ lực.
Tuỳ theo chức năng của cửa van, quỹ đạo chuyển động khi đóng mở, mức độ và quy
mô của công trình, điều kiện kinh tế cho phép mà lựa chọn thiết kế kiểu máy nâng thích
hợp. Tuy nhiên điều kiện và chế độ làm việc của máy nâng cửa van khác hoàn toàn so với
38
m)
l)
g)
e)
a)
c)
j)
h)
b)
p)
n)
k)
d)
Hình 11-1. Các loại cửa van: a,b- Cửa van phẳng, c Cửa van cung, d- Cửa van trụ đứng,
e- Cửa van trụ ngang, g- Cửa van lỡi gà, h- Cửa phai, j- Cửa khung quay, k- Cửa van tam giác,
l- Cửa van hình quạt, m- Cửa van chữ nhân, n- Cửa van máI nhà, p- Cửa van phai.
các loại máy nâng thông thờng. Ngoài trọng lợng nâng cố định còn có nhiều tải trọng nâng
khác tác động lên cửa van và
luôn luôn thay đổi chiều và trị

số; chúng bao gồm: áp lực
thuỷ tĩnh, áp lực thuỷ động,
lực hút, lực đẩy, lực do bùn
cát, lực do sóng và gió, lực ma
sát và nhất là lực kẹt do vật
trôi nổi theo dòng chảy chèn
vào khe van không thể xác
định đầy đủ và chính xác. Đôi
khi lực đóng cửa van còn lớn
hơn lực mở cửa van, do vậy có
nhiều trờng hợp đòi hỏi máy
phải có lực đóng mở đợc cả
hai chiều. Môi trờng ẩm ớt, m-
a gió thờng xuyên gây ra khó
khăn cho việc bảo quản thiết
bị. Hơn Hình 11-2. Cửa van
tự động trục đứng
nữa máy nâng thờng không làm việc thờng xuyên mà chỉ đóng mở khi cần thiết, điều
đó dễ dẫn đến han rỉ, hoạt động không trơn tru. Vị trí đặt máy thờng không bằng phẳng, rất
dễ gây ra sai số khi lắp ráp; gây ra lực đóng mở lớn ngoài khả năng đã tính toán.
Vì vậy việc lựa chọn nguyên lý, kết cấu máy nâng sao cho hợp lý, hoạt động an toàn,
nhẹ nhàng là việc làm khó khăn đòi hỏi phải nghiên cứu cẩn thận, kỹ lỡng.
2. Nguyên tắc cấu tạo các cơ cấu máy đóng mở cửa van
Phơng pháp cơ bản để xây dựng một kết cấu máy đóng mở cửa van là phải xác định
đợc mục đích chính và những ảnh hởng chính của cơ cấu đó. Trớc tiên cần quyết định về
loại truyền động cho loại và kiểu máy nâng nào, năng lợng sử dụng là gì (ví dụ năng lợng
điện, lực cơ bắp, chất lỏng, khí nén ), tiếp theo là lựa chọn phơng pháp công tác, loại
truyền động và hàng loạt những thông số kỹ thuật khác nh phơng pháp điều chỉnh tốc độ (cơ
khí hoặc điện) và mục tiêu kinh tế phải đạt đợc.
Nh vậy, để thực hiện công việc của bộ công tác, ta có thể sử dụng bộ phận dẫn động và

truyền động khác nhau. Mỗi loại dẫn động và truyền động có những u nhợc điểm riêng về kĩ
thuật và kinh tế và phạm vi ứng dụng. Vì vậy khi lựa chọn sơ đồ dẫn động và truyền động
cho một cơ cấu để thiết kế, cần quan tâm tới các thông số làm việc nh công suất, tốc độ, đặc
tính động lực học, phơng pháp điều khiển, môi trờng sinh thái, khả năng quá tải, khả năng
tiêu chuẩn hoá và tự động hoá, khả năng lắp đặt, vận hành, an toàn. Các chỉ tiêu kinh tế nh
giá thành, chi phí sản xuất, khấu hao, chi phí bảo dỡng sửa chữa.

39
Gsin
B
L
n

0
Đóng
Mở

Gcos

L

H
G
11.2. Tải trọng tác dụng lên máy đóng mở cửa van
11.2.1. Các loại tải trọng tác dụng lên cửa van phẳng
Muốn nâng hạ cửa van cần phải tạo đợc đủ lực ở cơ cấu nâng để thắng đợc lực cản khi
nâng cũng nh khi hạ cửa van. Các tải trọng tác dụng lên cửa van có tác động trực tiếp lên
máy nâng cửa van. Trong tính toán thiết kế cửa van ngời ta đã đa vào chín loại tải trọng tác
dụng để tính toán thiết kế kết cấu thép của cửa, bảo đảm cho cửa chịu đợc tải trọng bất lợi
nhất. Khi thiết kế máy nâng để đóng mở cửa van, ngời ta cũng phải quan tâm tới các loại tải

trọng này. Một điều cần quan tâm là các loại tải trọng (trừ trọng lợng cửa van) đều biến
thiên về trị số trong quá trình đóng và mở cửa, riêng lực ma sát còn thay đổi phơng của lực
khi thay đổi chiều chuyển động. Ngời thiết kế cần nắm vững sự biến thiên đó để tính toán,
lựa chọn tổ hợp tải trọng thích hợp nhất, tính chọn đợc động cơ làm việc an toàn, không
lãng phí công suất. Tuy có nhiều dạng cửa van, nhng có thể quy về hai dạng hay sử dụng
nhất và cũng đặc trng cho tính toán là cửa van phẳng và cửa van cung. Các tải trọng tác
dụng lên cửa van phẳng bao gôm:
1. áp lực thuỷ tĩnh (áp lực nớc tĩnh): Đây là áp lực do độ cao của cột nớc ở cả hai phía
thợng và hạ lu gây nên. Do cửa van chắn lại, nớc thợng lu có độ cao H
T
(m), khối lợng
riêng của nớc =1T/m
3
, chiều rộng của lỗ cống b
0
. Nh vậy cột nớc H
T
( cột nớc thợng lu)
càng cao thì áp lực thuỷ tĩnh tác dụng vào cửa van càng lớn. Kích thớc cửa van càng lớn
(chiều rộng nhân với chiều cao cửa) thì lực nâng cửa van càng nặng.
Bảng 11-1. áp lực thuỷ tĩnh lên cửa van phẳng trên mặt
H
H
T
z
P
H
H
z
T

P
H
H
H
T
H
z
P
a
a
H
H
P
z
T
H
H
P
t
2
T
L.H.
2
1

t
2
H
2
T

L).HH.(
2
1

t
2
T
L.H.
sin2
1


t
2
H
2
T
L).HH.(
sin2
1


H
z

T
H
3
2
)

HH
H
H2(
3
1
HT
2
H
T



T
H
3
2
)
HH
H
H(
3
1
HT
2
H
T


Bảng 11-2 áp lực thuỷ tĩnh lên cửa van phẳng dới sâu
40

H
H
H
H
P
T
z
t
H
z
T
P
H
H
H
a
a
H
H
H
T
z
t
P
z
T
H
H
H
t

H
H
P
t
P
tVVT
LH)HH2(
2
1

tVHT
L.H)HH(
tV
VT
LH
2
)sin.HH2(


tVHT
LH)HH(


H
z

VT
VT
T
T

HH2
)H2H3
3
H
H



)H
2
1
H
VT





sinHH2
)sinH2H3
3
H
H
VT
VTV
T

sinH
2
1

H
VT
áp lực thuỷ tĩnh có 2 tác dụng:
Toàn bộ áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên toàn bộ diện tích cửa van gây uốn cửa, làm
cong cửa. Vì vậy ngời ta dựa vào áp lực này để tính toán, thiết kế ra cửa van. Tức là tính
toán để lựa chọn ra kích thớc dầm ngang, dầm đứng, bản mặt có khả năng chống lại áp lực
của nớc mà không bị cong, gẫy (bảng 11-1, bảng 11-2).
trong đó: P- tổng áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van, N;
H
z
- vị trí hợp lực P
z
kể từ mặt nớc, m;
H
T
- cột nớc thợng lu, m;
H
H
- cột nớc hạ lu, m;
H
V
- Chiều cao cửa van, m;
H
t
- chiều cao chịu tải của cửa van bằng khoảng cách của hai vật chắn nớc
ngang, m.
L
t
- nhịp tải trọng của cửa van bằng khoảng cách của hai vật chắn nớc bên
thẳng đứng, m;

Toàn bộ áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên toàn bộ diện tích cửa van gây nén lên các
tấm trợt (hoặc các bánh xe) và bộ phận chắn nớc, tạo nên lực ma sát chống lại chiều chuyển
động lên xuống của cửa van. Đây là một trong những thành phần lực cản quan trọng
nhất để tính toán lực đóng mở cửa van.
áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên một đơn vị thể tích ở một điểm bất kỳ trên bề mặt cửa van
tỷ lệ bậc nhất với chiều sâu chịu tải của điểm đó và có phơng thẳng góc với bề mặt ấy. áp
lực tổng hợp của nớc tác dụng lên cửa van ở độ sâu bất kỳ Z
i
đợc xác định theo công thức:
41
P
z
= L
t

2
1
Z
Z
HdH
(11-1)
- trọng lợng riêng của nớc, N/m
3
;
Z
1;2
- chiều sâu của nớc từ độ sâu 1 đến độ sâu 2, m.
H - chiều cao cột áp, m.
áp lực thuỷ tĩnh P
t

và vị trí tác dụng phụ thuộc vào hình dạng, vị trí đặt của cửa van và
đợc thể hiện trong bảng 11-1, 11-2
2. áp lực thuỷ động:
Là áp lực của dòng chảy tác dụng lên cửa van khi nớc chảy dới đáy hoặc tràn trên
đỉnh cửa van gây ra.
áp lực thuỷ động tác
động lên cửa van lớn
hay nhỏ phụ thuộc
hình dạng mép dới của
cửa van có phù hợp với
mặt trên của dòng
chảy dới van hay
không, kết cấu của cửa
có tạo thành khoản
chân không khi dòng
chảy rời khỏi mép cửa
van hay không (hình
11-3). Hình 11-3. Dòng chảy dới cửa van
Trong trờng hợp hình dạng mép dới cửa van hợp với dạng mặt trên của dòng chảy thì
không có áp lực thẳng đứng tác dụng lên phía dới. Thông thờng ngời ta lấy áp lực thuỷ
động tơng đơng áp lực thuỷ tĩnh. Mép dới của cửa van có góc vát 30
0
.

Nếu dòng chảy
tách rời khỏi mép dới van, tạo thành một khoảng không gian bị ngăn cách với khí trời (hình
11-3b), sẽ xuất hiện chân không, có tác dụng hút cửa vào ngỡng do đó làm tăng lực kéo van,
vì vậy cần có lỗ thông với khí trời để triệt tiêu chân không này.
Khi bắt đầu nâng, dới đáy cửa van nớc bắt đầu chảy, vì quá nhanh nên gây ra lực
hút cửa van (hình 11-4a):

P
h
= P
tc
b l
cr
, N; (11-2)
P
tc
- áp lực tiêu chuẩn, N/mm
2
;
b - chiều rộng của vật chắn nớc tiếp xúc với ngỡng, mm;
l
cr
- chiều rộng của cửa tính đến tâm vật chắn nớc đứng, mm.
42
b)a)
Nhng chủ yếu áp lực thuỷ động thờng gây ra rung động, gây ra tải trọng động đối với
máy nâng, làm hỏng máy.
3. Lực đẩy và lực thấm.
Khi cửa van đang đóng, mép dới cửa van tựa lên ngỡng (hình 11-4 b). Nớc ở đáy
có xu thế đẩy cửa lên do có mép vát. Lực đẩy là lực tác động lên mép dới của cửa
van. Chiều của lực đẩy hớng từ dới lên trên và có trị số:
P
đ
= H
T
a l
c

, N;

(11-3)
trong đó:
H
T
- mực nớc thợng lu (m)
a - bề rộng của diện tích chịu áp lực nớc (m)
l
c
- Chiều dài chịu tải của vật chắn nớc (m)
Nếu không có mép vát thì không có lực đẩy.
Khi cửa van đang đóng,
mép dới cửa van tựa lên ngỡng.
Nớc ở đáy thấm qua mặt của ng-
ỡng và có hớng đẩy cửa lên (hình
11-4 b). Ta gọi đó là lực thấm.
Lực thấm sẽ nhỏ khi chiều rộng b
của vật chắn nớc nhỏ, tuy nhiên
chiều dày của chắn nớc b không
thể quá nhỏ vì kích thớc phải bảo
đảm đủ bền để chống lại trọng l-
ợng cửa van đè xuống. Công thức
tính lực thấm là:
Hình 11-4. Lực đẩy và lực thấm
P
th
=
2
1

bH
T
l
c
. (11-4)
4. Lực bùn cát
Do cửa van đóng, bùn cát bị chặn lại và lắng đọng trớc cửa van. Lớp bùn cát lắng đọng
này gây ra lực cản khi mở cửa. Lực bùn cát lớn hay nhỏ là phụ thuộc vào chiều dày lớp bùn
lắng đọng h
b
phía thợng lu của cửa van và tỷ trọng
b
của loại bùn cát lắng đọng này. Do đó
chúng ta cần xả đáy định kỳ để lớp bùn lắng đọng mỏng không gây ra ảnh hởng lớn tới
đóng mở cửa van. Giá trị của nó đợc xác định theo công thức:
P
b
=
2
1

b
h
b
2
tg
2
(45
0
-

2

)l
t
, N;

(11-5)
trong đó:
b
- trọng lợng riêng của bùn, N/m
3
;
43
b
P
h
P
t
a b
a) b)
P
đ
h
b
- chiêu cao lớp bùn , m;

b
- góc ma sát của bùn
l
t

- chiều dài của diện tích chụi tải của cửa van, m.
5. áp lực sóng và gió.
Là áp lực của sóng và gió tác dụng lên cửa van cản trở quá trình nâng của cửa. áp lực
sóng đợc tính theo các công thức trong quy phạm hiện hành. Chiều cao cột nớc tính toán để
xác định áp lực nớc ngang tác dụng lên cửa lúc này cần cộng thêm chiều cao sóng.
áp lực gió tác dụng lên cửa van đợc xét đối với trờng hợp khi van nhấc lên khỏi mặt
nớc. Trị số của áp lực gió đợc xác định theo công thức:
W
1
= qk
1
F, N; (11-6)
trong đó : q

- là cờng độ tải trọng gió đơn vị theo bảng, N/m
2
;
k
1
- hệ số kể đến hình dạng chịu gió của máy nâng;
F - tổng diện tích chịu gió, m
2
. F là diện tích có hớng gió vuông góc với bề
mặt đó. Diện tích hứng gió đợc xác định theo công thc:
F = F
o
k
2
(11-7)

trong đó :
F
o
- diện tích bề mặt đợc giới hạn bởi đờng biên ngoài của kết cấu, m
2
;
k
2
- hệ số kể đến phần hổng của kết cấu:
k
2
= 0,2 ữ 0,4 đối với kết cấu dàn;
k
2
= 0,8 ữ 0,1 đối với các cơ cấu máy;
k
2
= 1 đối với các kết cấu thành kín .
6. Lực ma sát của cửa lên khe van khi chuyển động
Đây là lực cản do ma sát của các gối tựa động của cửa van và bộ phận chắn nớc gây ra.
Các lực cản này chỉ xuất hiện khi cửa van bắt đầu chuyển động. Hớng của lực luôn luôn ng-
ợc lại chiều chuyển động của cửa van. (khi nâng cửa van lên thì lực có chiều xuống dới, khi
hạ cửa van xuống các lực này có chiều hớng lên trên. Đây là loại lực cản lớn nhất khi nâng
hạ cửa van.
a)Lực ma sát gối tựa động khi sử dụng tấm trợt (hình 11-5a):
F
ms
= Rf
1
, N;

(11-8)
b) Lực cản ma sát khi dùng
bánh xe (hình 11-5b):
44
z
P
P
z
ms
F
R
2
1
ms
Q
F
R
ms
F
2
R
F
ms
R
1
Q
- Bánh xe lắp bạc trợt trong ổ:
F
msl
=

r
)frf(R
1022,1
+

, N; (11-9)
- Bánh xe lắp ổ bi:
F
msl
=
r
)frf
d
r
(R
102
3
2
2,1
+

, N; (11-10)
trong đó:
R
1,2
- lực tác dụng lên bánh xe,
N; lực này đợc xác định từ áp lực thuỷ tĩnh;
P
z
- áp lực thuỷ tĩnh lên cửa van, N;

f
1
- hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và ray, cm; thờng f
1
= 0,06 ữ 0,08cm;
f
2
- hệ số ma sát trong ổ, có thể lấy f
2
=
0,08 ữ 0,1 cho ổ trợt, f
2
=0,015 ữ 0,03 cho ổ
bi;
r
0
- bán kính trục bánh xe, cm;
r - bán kính bánh xe, cm;
r
2
- bán kính vành trong bánh xe, cm;
d
3
- đờng kính bi hoặc con lăn, cm.
c) Lực ma sát của vật chắn nớc lắp trên
cửa van với bộ phận cố định.
- Lực ma sát mỗi vật chắn nớc bên của
cửa van phẳng trên mặt:
F
cn

=0,5
2
T
H
b
c
f, N; (11-11)
- Lực ma sát vật chắn nớc 2 bên và trên đỉnh của cửa van phẳng dới sâu:
F
cn
= 2f (H
T
-H
c
)H
c
b
c
+ f. (H
T
- H
cv
)b
c
l
cn
, N; (11-12)
trong đó:
- trọng lợng riêng của nớc, N/m
3

;
f - Hệ số ma sát của vật liệu chắn nớc với bộ phận cố định của công trình;
l
cn
- chiều dài của bộ phận chắn nớc, m;
H
c
- chiều cao của cửa van, m;
45
a) b)
Hình 11-5. Lực cản ma sát
Hình 11- 6. Vật chắn nớc: 1- Cửa van, 2- Vật
chắn nớc, 3- Gối tựa động, 4- Bộ phận cố
định (khe van,) 5- Bánh xe cữ,
a
4
1
2
10
3
5
Th(ợng l(u
b
b
c
- chiều rộng chịu áp lực nớc của vật chắn nớc tiếp xúc với bộ phận cố định, m.
(Đối với roăng chữ P lấy bằng đờng kính đầu tròn).

7. Trọng lợng bản thân cửa van.
Tổng trọng lợng phần kết cấu thép, vật chắn nớc, các gối tựa động đợc ký hiệu là G. và

gia trọng G
c
(nếu có).
Trọng lợng bản thân của bộ phận động của cửa van khi tính toán sơ bộ có thể xác định
theo công thức kinh nghiệm nh sau:
a) Đối với cửa van phẳng dới sâu có bánh xe:
g =
3
2
0c
bH76
, daN/m
2
; nhng g không đợc nhỏ hơn 410 daN/m
2
.
b) Đối với cửa van phẳng trên mặt loại có bánh xe:
g =
)1bH(64
3
2
0c

, daN/m
2
; nhng g không đợc nhỏ hơn 260 daN/m
2
c) Đối với cửa van phẳng loại trợt:
g =
)4,1bH(60

3
2
0c

, daN/m
2
;
trong đó:
g - trọng lợng phần động của cửa van phẳng tính cho 1 m
2
lỗ cống;
H
c
- cột nớc tính toán tính đến tâm lỗ cống, m;
b
0
- bề rộng lỗ cống, m.
Các công thức trên chỉ đợc dùng khi
2500bH100
2
0c

. Với cửa van liên kết bằng
hàn có dầm chính đặc và cờng độ tính toán của vật liệu bằng 1400 daN/cm
2
. Đối với cửa
van có dầm chính rỗng thì nhẹ hơn khoảng 15%. Loại cửa van nhiều tầng có các cánh khác
nhau thì nặng hơn khoảng 10%, còn khi các cánh nh nhau thì nặng hơn khoảng 20%. Trọng
lợng cửa van có cửa phụ lớn hơn từ 10 ữ15%.
Đối với cửa van dùng vật liệu có cờng độ tính toán lớn hơn 1400daN/cm

2
cũng có thể
dùng công thức trên nhng phải nhân thêm hệ số điều chỉnh K:
Đối với cửa van loại gối động trợt:

3
R
1400
K =
Đối với cửa van có bánh xe:
46

3
R
1400
8,02,0K +=
;
trong đó: R(daN/cm
2
) - cờng độ tải trọng của vật liệu sử dụng.
Cũng có thể xác định trọng lợng phần động của cửa van theo công thức sau:
a) Đối với cửa van phẳng dới sâu có bánh xe:
G=
73,0
0
390
b.P
.10

, KN;
b) Đối với cửa van phẳng trên mặt loại có bánh xe:
G =
71,0
0
200
Pb
.10






, KN;
c) Đối với cửa van phẳng trên mặt loại gối động trợt:
G=
70,0
0
270
Pb
.10

, KN;
d) Đối với cửa van phẳng dới sâu loại gối động trợt:
G=
70,0
0
490
Pb
.10






, KN;
trong đó:
b
0
- chiều rộng của lỗ cống, m;
P- tổng áp lực thuỷ tĩnh lên cửa van, N.
11.2.2. Lực nâng hạ cửa van phẳng
Lực nâng hạ cửa van phẳng phụ thuộc vào trọng lợng của phần chuyển động, áp lực
thuỷ tĩnh, thuỷ động gây ra ma sát ở các gối tựa động hoặc các bánh xe và vật chắn nớc, lực
đẩy hoặc lực hút, áp lực gió, lực bùn cát. Các tải trọng này luôn luôn biến thiên, không cố
định, do vậy phải phân tích và chọn tổ hợp lực nào là quan trọng nhất để đa vào thiết kế máy
nâng. Đối với công trình thuỷ lợi ngời ta thờng lựa chọn trong hai tổ hợp tải trọng: tổ
hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt.
Tổ hợp cơ bản bao gồm tải trọng cố định, tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn.

Tổ hợp đặc biệt bao gồm tải trọng cố định, tải trọng tạm thời dài hạn, một số tải trọng
tạm thời ngắn hạn và một tải trọng đặc biệt.
47
Khi tính toán cần xét tới điều kiện bất lợi nhất của tải trọng có thể tác động đồng thời
lên cửa van ứng với các vị trí: cửa van tựa lên ngỡng, cửa mở hoàn toàn, thời điểm bắt đầu
nâng cửa rời khỏi ngỡng, hoặc hạ xuống ngỡng, mở một phần có xét tới áp lực thuỷ
động.
- Nh vậy để nâng đợc cửa van lên ta phải tạo ra 1 lực bằng :
Q k
G
(G + G
c
) + k
ms
(F
ms
+ F
c
) + P
h
+ V
n
, N. (11-13)
- Để hạ đợc cửa van thì:
k
G
G k
ms
(F
ms

+ F
c
) + P
t
+ P
đ
, N. (11-14)
G = G- G
A
Trong đó:
G
A
- Lực đẩy Ac si mét, chính bằng trọng lợng nớc mà thể tích cửa van chiếm chỗ:
G
A
=.H.B.b, N;
k
G
= 1,1 - hệ số tính đến khả năng tăng trọng lợng;
G
c
- trọng lợng gia tải (nếu có), N;
G - trọng lợng cửa van, N;
k
ms
=1,2 - hệ số ma sát cha tính đến;
P
h
- lực hút của cửa, N;
V

n
- Trọng lợng nớc trên đỉnh cửa van đối với cửa van dới sâu, N;
G
a
- lực đẩy ác si mét, N;
F
ms
- lực ma sát của gối động, N;
F
c
- lực ma sát của vật chắn nớc, N;
P
t
- lực thấm, N;
P
đ
- lực đẩy, N.
Trong trờng hợp k
G
.Gnhỏ hơn vế phải thì phải thêm vào một trọng lợng gọi là gia
trọng và có thể viết:
1,1.(G+G
g
)1,2 .(F
ms
+F
c
) + P
t
+ P

đ
Hoặc phải dùng cơ cấu công tác máy nâng kiểu cứng để tạo một lực ấn:
1,1.(G+Q)1,2 .(F
ms
+F
c
) + P
t
+ P
đ
Vậy khi dùng cơ cấu đóng mở kiểu cứng thì lực đóng có thể viết:
Q 0,9.G+1,2 .(F
ms
+F
c
) + P
t
+ P
đ
(11-15)
48
Hoặc khi dùng cơ cấu dây mềm thì:
Q 1,1 (G+ G
g
) - (F
ms
+ F
c
) + P
h

(11-16)
Do áp lực của nớc tác dụng lên cửa van thay đổi trong quá trình nâng nên lực nâng
cửa van sẽ khác nhau. Ban đầu lực nâng nặng nhất sau đó sẽ giảm dần vì càng nâng lên cao
cột nớc trớc cửa van càng thay đổi (nhỏ dần).
Các lực xác định trên đây chỉ là tơng đối. Trong công trình thuỷ lợi có nhiều vật trôi
nổi: gỗ, cây, đá theo dòng chảy chèn vào khe van ở dạng nêm gây ra lực kẹt rất lớn, đôi
khi lực nâng cửa van không thể thắng nổi. Do vậy cần có kết cấu khe van, khoảng cách hai
gối động, hai bánh xe dẫn hớng thích hợp để chống lại phát sinh kẹt cửa. Mặt khác cần
có thiết bị chắn rác phía trên dòng chảy để ngăn vật trôi nổi. Cần có thiết bị bảo vệ an toàn
cho máy nâng nh cơ cấu hạn chế hành trình, hạn chế quá tải.


Hình 11-7. Cửa van hình cung
49
a)
b)
11.2.3. Các tải trọng tác dụng
lên cửa van cung:
1. Vấn đề chung.
Cửa van cung là loại cửa van mà
mặt cắt ngang của kết cấu phần động
có dạng hình cung và đợc liên kết với
các càng tới một gối tựa động lắp cố
định trên công trình.
Cửa van cung đợc sử dụng nhiều
trong các công trình thuỷ lợi thuỷ điện.
Nó là loại cửa van chính trên công trình
nh đập tràn, cống, âu thuyền. Không
dùng cửa van cung nh là cửa sửa chữa,
dẫn nớc vào buồng tua bin trong các

nhà máy thuỷ điện trên sông, cửa của
các bể áp lực, các ống có áp dẫn vào
nhà máy thuỷ điện.
Cửa van cung đợc phân thành các
loại:
+Theo mực nớc thợng lu: Cửa van
trên mặt và cửa van dới sâu.
+ Theo hình thức nớc chảy qua:
Cửa van cho nớc chảy dới, cửa van cho
nớc tràn trên, cửa van vừa chảy dới vừa
chảy tràn trên.
+Theo kết cấu: Cửa van đơn, cửa
van có cửa phụ, cửa van kép.
2. áp lực thuỷ tĩnh
Cũng nh cửa van phẳng, ở cửa van
cung có đủ các thành phần lực tác
dụng. Do kết cấu của bản mặt cong và
phơng pháp đóng mở cửa khác với cửa
50
Hình 11-8. áp lực lên cửa van cung: 1 Cửa
van cung, 2- ổ quay, 3- Ngỡng, 4- khe van,
5- Máy nâng thuỷ lực để quay trục lệch tâm,
6- Máy nâng cửa van, 7- Thanh kéo,
8- Cầu trục
13000
ng
đ
P
P
P

7
4
6000
3
1
2
5
6
8
van phẳng mà áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van có phơng chiều khác với van phẳng. Các
loại tải trọng còn lại cũng tính tơng tự nh phần cửa van phẳng.
Cửa van cung cũng chia ra cửa van trên mặt và cửa van dới sâu.
a) áp lực thuỷ tĩnh tổng hợp tác dụng lên cửa van cung trên mặt.
áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van cung phụ thuộc vào vị trí đặt cửa van và vị trí tâm
quay. Tổng áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van:

2
d
2
ng
PPP +=
, N; (11-17)
Lực P có phơng đi qua tâm bản mặt ( tâm quay) và hợp với đờng nằm ngang một gó:

ng
d
P
P
arctg==
(11-18)

trong đó :
P
ng
- tổng thành phần lực ngang tác dụng lên cửa van cả thợng lu và hạ lu.
P
đ
- tổng thành phần lực đứng tác dụng lên cửa van ở thợng lu và hạ lu. Lực ngang và
lực đứng phụ thuộc vào vị trí của tâm quay so với mực nớc thợng lu,
ví dụ:
Tâm quay đặt cao hơn mặt nớc thợng lu (bảng 11-3):

t
2
T
ng
T
L.
2
H
P
=

t
2
H
ng
H
L
2
H

P =
==
t
2
H
2
T
ng
H
ng
T
ng
L)HH(
2
1
PPP
.
Tơng tự tính cho P
đ
b) áp lực thuỷ tĩnh tổng hợp tác dụng lên cửa van cung dới sâu:

2
d
2
ng
PPP +=
(11-19)
trong đó thành phần lực ngang:

ng

H
ng
T
ng
PPP =
(11-20)
Thành phần lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van dới sâu phụ thuộc vào vị trí tâm quay
của cửa van so với đỉnh của cửa cống. Kết quả tính theo bảng 11-4.
Bảng 11-3. Tính áp lực thuỷ tĩnh lên cửa van cung trên mặt
51
Tâm quay cao hơn mực nớc thợng lu:
t
2
T
ng
T
L
2
H
P =
;
t
2
H
ng
H
L
2
H
P =

)]2sin2(sin
2
1
cossin2
180
[LR
2
1
P
2121
0
t
2d
T
++

=
)]2sin2(sin
2
1
cossin2
180
[LR
2
1
P
2121
0
t
2d

H
++

=
Tâm quay ngang bằng mực nớc thợng lu:
)HH(L
2
1
PPP
2
H
2
Tt
ng
H
ng
T
ng
==

]2sin
2
1
180
[LR
2
1
P
0
t

2d
T


=
)]sin2(sin
2
1
cossin2
180
[LR
2
1
P
11
0
t
2d
H
++

=
Tâm quay thấp hơn mực nớc thợng lu:
)HH(L
2
1
PPP
2
H
2

Tt
ng
H
ng
T
ng
==

)]sin22(sin
2
1
cossin2
180
[LR
2
1
P
2121
0
t
2d
T
+

=
)]sin2(sin
2
1
cossin2
180

[LR
2
1
P
2121
0
t
2d
H
++

=
]
2
sinsin
)(sin2sin
180
[LR
2
1
P
21
2
21
2
2
0
t
2d
T

=
Bảng 11-4. Bảng tính áp lực thuỷ tĩnh cửa cửa van dới sâu
Tâm quay cao hơn đỉnh cửa cống:
52





R
2
1
1
H
H
ng
P
P
đ
T
H
đ
P
T
T
ng

P
H
H


R
1
H
ng
P
đ
H
P
P
ng
T
T
H
T
đ
P
H
H
H
P
T
T
H

ng
H
H
đ
P
H
P


1
1
2
P
T
đ
ng
R
T
P
H
T



1
ng
P
đ
T

H
đ
P
R
cHTt
ng
T
h)HH(L
2
1
P +=
;
t
2
H
ng
H
L
2
H
P =
]Hh)HH[(L
2
1
PPP
2
HcHTt
ng
H
ng

T
ng
+==
)]cos(cos
R
H
2
)]2sin2(sin
2
1
cossin2
180
[LR
2
1
P
21
ng
2121
0
t
2d
T
++
++

=
)]2sin2(sin
2
1

cossin2
180
[LR
2
1
P
2121
0
t
2d
H
++

=
H
T
T
ng
P
P
đ
T
H
đ
P
R



1

H
n
h
0
Tâm quay ngang bằng đỉnh cửa cống:

)]cos1(
R
H
2
2sin
180
[LR
2
1
P
n
0
t
2d
T
+



=
)]2sin2(sin
2
1
cossin2

180
[LR
2
1
P
11
0
t
2d
H
++

=
H
H
2
P
ng
T
T
P
đ
H
T
đ
P
P
ng
H
H

1
1
R
n
h
0
H
Tâm quay thấp hơn đỉnh cửa cống:

)]cos(cos
R
H
2
)sin22(sin
2
1
cossin2
180
[LR
2
1
P
21
n
2121

0
t
2d
T
+
++

=
)]2sin2(sin
2
1
cossin2
180
[LR
2
1
P
2121
0
t
2d
H
++

=
G =1,5F
4
F
, KN;
Trong đó F là diện tích lỗ cống, m

2
.
Cửa van hình cung ở trên mặt có thể tính:
Loại cửa càng thẳng:

69,0
0
250
Pb
.10G






=
, KN.
Loại cửa càng xiên:
53
H
H





1
2
1

P
T
đ
ng
H
P
H
T
P
ng
T
H
đ
P
R
H
h
0
n

70,0
0
150
Pb
.10G

=
, KN.
b
0
- bề rộng lỗ cống, m.
Mô men do lực ma sát của vật chắn nớc ở hai bên và đỉnh:
M
cn
= T
c
R, Nm. (11-21)
T
c
là tổng lực ma sat:
T

= 2H
c
L
t
bn + HL
t
bn
Mô men của lực ma sát trong gối quay:
M
mô
= T
mô
R

2
, Nm. (11-22)
T
mô
là lực cản của ma sát trong gối quay:
T
mô
= Pf
2
Mô men của lực hút đợc xác định:
M
h
= P
h
l
h
, Nm. (11-23)
P
h
là lực hút tính theo công thức:
P
h
= P
tc
bL
t
, N;
trong đó:
H
c

- chiều cao cột áp tính đến tâm chảu vật chắn nớc.
L
t
- chiều dài của vật chắn nớc;
b-bề rộng chịu áp của vật chắn nớc trên ngỡng;
f
2
- hệ số ma sát trợt trong gối quay;
R
2
- bán kính quay của ngỗng trục;
P - tổng áp lực thuỷ tĩnh.
P
tc
= 60 KN/m
2
- cờng độ áp lực tiêu chuẩn;
Cửa van có thể tự hạ xuống với điều kiện:
1,2 ( M
cn
+M
mô
)+ P
t
l
t
+P
đ
l
đ

P l
P
1,1 Q l
Q
(11-24)
Điều kiện giữ đợc cửa van:
1,1 G l
G
+ P
h
l
h
+ n V
n.
l
n
- ( M
c
+M
mô
)

Q l
Q
(11-25)
n = 0,8 - hệ số dự trữ.
V
n
- trọng lợng nớc tràn qua đỉnh cửa;
54

l
n
-

Cánh tay đòn từ V
n
đến tâm quay.
11.3. Máy nâng cửa van
11.3.1. Các thông số cơ bản của máy nâng cửa van.
1. Tải trọng nâng.
Tải trọng nâng đợc xác định từ một loại cửa van cụ thể, trên một công trình cụ thể, sau
khi đã có các số liệu về thuỷ công. Nhờ sự phân tích và lựa chọn hình loại cửa van mà xác
định tổ hợp tải trọng tác dụng lên cửa van. Từ đó quyết định lựa chọn tải trọng nâng thích
hợp.
2. Vận tốc nâng.
Do đặc điểm của công trình thuỷ lợi là không đóng mở thờng xuyên, nhiệm vụ của cửa
van đóng mở khác nhau, khi đóng cửa đến đáy không gây ra va đập cửa van vào ngỡng,
không đợc kẹt cửa trong quá trình đóng mở.
Từ những đặc điểm đó, vận tốc nâng hạ đợc lựa chọn nh sau:
- Đối với loại đóng mở bằng máy:
v
n
= 0,2 ữ 2 m/ph. Cửa van hình cung đợc chọn tốc độ nâng lớn.
- Đối với cửa van bảo hiểm và dự phòng:
v
n
= 8 ữ 10 m/ph.
- Đối với cửa van đóng mở bằng cơ bắp:
v
n

= 0,01 ữ 0,03 m/ph.
2. Chiều cao nâng.
Phụ thuộc vào từng loại công trình và loại thiết bị nâng cụ thể.
3. Chế độ làm việc.
Đợc xây dựng theo thời gian và chế độ vận hành của từng công trình. Khi tính toán
bền các chi tiết cần chú ý đến trờng hợp đặc biệt, môi trờng làm việc khắc nghiệt, khó bôi
trơn bảo dỡng.
11.3.2. Máy đóng mở kiểu vít me đai ốc ( gọi là máy vít).
1. Lý thuyết cơ bản truyền động vít đai ốc
Khi xét một vật thể di chuyển lên dốc nhờ ngoại lực P tác dụng, có thể có 3 trờng hợp
xẩy ra:
55
- Lực tác dụng theo một phơng bất kỳ tạo với phơng chuyển động của vật thể một góc
(hình 11-9 a)
- Lực tác dụng cùng chiều với phơng chuyển động của vật thể (hình 11-9 b)
- Lực tác dụng có phơng song song với mặt phẳng ngang ( hình 11-9c).
a) Trờng hợp thứ nhất đợc thể hiện trên hình 11-9a.
Trên vật thể tác dụng : G trọng lợng vật thể, P
1
ngoại lực
kéo vật thể, N
1
phản lực của tải trọng G; F lực ma sát; R
1
là
hợp lực của N
1
và F
1
.

Ta có thể tính lực P
1
từ điều kiện cân bằng:
Y = 0 P
1
sin- Gcos + N
1
= 0 hay:
thay F
1
= N
1
ftg
=
N
1
Từ đó:
+
+
=
sinfcos
cosfsin
GP
1

b) Trờng hợp thứ hai (hình 11-9b):
X = 0 P
2
- Gsin - F
2

= 0
P
2
= Gsin + F
2
T
2
= f N
2
= f G cos
Từ đó:


+
=

+
=
cos
)sin(
G
cos
cossincossin
GP
2
c) Trờng hợp thứ 3 (hình 11-9c): từ trờng hợp thứ
hai, ta đặt =- và đợc:
Hì nh
11-9. Cơ sở tính lực nâng vít đai ốc
P

3
= G tg(+), N. (11-26)

Khi đai ốc di chuyển trên ren vít cũng tơng tự nh đẩy vật lên dốc. áp dụng trờng hợp
thứ 3 vào truyền động vít đai ốc. Xét trờng hợp phải xác định mô men cần thiết để đai ốc
quay tại chỗ và đẩy vít tịnh tiến lên xuống (hình 11-10). Trên vít có tải trọng Q tác dụng, đ-
ờng kính trung bình của vít là d
t
.
Bớc vít t, triển khai độ dốc theo chu vi ta có (hình 11-9d):
56
N






2
P
1
d)
c)
b)
a)
3
Q
d
y
P

F
3
R
N
G

y
F
2
R
G

y
1
G
F
R
v
v
t
x
3
P
x
x
1
P
tg =
d
t

(11-27)
Khi nâng một phần tử dQ trên độ dốc cần tác dụng một lực dP theo quan hệ sau:
dP = dQ tg(+)
Để quay đợc đai ốc cần một mô men cân bằng:
P
1
a = M
1
= r dP = r dQ tg(+) = r Q tg(+) (11-28)
Trong trờng hợp hạ xuống ta có:
P
2
.a =M
2
= r. Q.tg(-) (11-29)
Hiệu suất truyền động vít đai ốc:
Hiệu suất là tỷ số của công có ích trên tổng công
và đợc biểu hiện qua công thức:
=
tc
ci
A
A
(11-30)
Sau một vòng quay tải trọng nâng Q đợc nâng
lên một quãng s, vậy công có ích là:
A
ci
= Q s =Q 2 r tg

Trong khi đó lực P tác dụng trên quãng đờng
2.r
t
với tổng công:
A
tc
= P 2 r= Q 2 r tg(+)
Hình 11-10. Tính lực nầng vít đai ốc
Vậy =
)(tg
tg
)(rtg2Q
rtg2Q
A
A
tc
ci
+

=
+

=
(11-31)
Khi thì truyền động vít đai ốc có khả năng tự hãm, có nghĩa là khi có lực tác
dụng trên vít thì đai ốc không tự quay ngợc lại. Hiệu suất trong trờng hợp này rất thấp chỉ
bằng 0,3 ữ 0,5 hay khi góc nâng nhỏ.
( tg 2tg
0
) = 0,5. Công mất đi do ma sát bằng một nửa.

2. u điểm của máy đóng mở kiểu vít đai ốc
Các lọai máy đóng mở của cửa van thuộc loại vít me-đai ốc, kết cấu cứng, có khả năng
tăng lực ấn khi đóng cửa xuống tận ngỡng. Có thể nâng hạ các loại cửa van phẳng nâng
thẳng đứng. Dễ chế tạo, giá thành rẻ, bền và dễ thay thế. Máy nâng kiểu vít kép đợc thể
hiện trên hình 11-11; hai vít me đợc dẫn động chung từ động cơ (hay từ một vô lăng quay
tay) qua hộp giảm tốc chung, qua trục chính và truyền tới hộp chịu lực (gồm hai bánh răng
57

dQ
dR
dP
P
1
1
P
a
d


t
3
2
1
nón và đai ốc) và truyền tới 2 vít me. Hai vít me này nối với cửa van bằng chốt qua các tai
đợc hàn trên đỉnh cửa van, dùng cho cửa van có kích thớc lớn. Kết cấu này có những u
điểm: Hai vít me làm cho cửa nâng hạ đợc cân bằng, kích thớc vít me không quá lớn. Có
một bộ phận dẫn động chung nhằm truyền
mô men và tốc độ nâng của hai vít me
bằng nhau. Tuy nhiên đòi hỏi phải chế tạo
và lắp đặt chính xác, nếu không những u

điểm trên sẽ gây ra nhợc điểm.
3. Nhợc điểm của máy nâng vít: máy
nâng kiểu vít đai ốc có hiệu suất rất thấp.
Khi vít me và đai ốc chế tạo không chính
xác, các bớc vít t không đều nhau, không
thẳng góc, sẽ gây ra ma sát và lực kẹt lớn.
Ngay cả khi chế tạo chính xác nhng lắp đặt
trên công trình không cân bằng cũng gây
ra lực kẹt. Vì vậy cần nghiên cứu thiết kế
các bộ phận ổ đỡ có khả năng tự lựa. Khi
chiều cao nâng lớn, các vít me nhô lên cao
không bảo đảm mỹ thuật, dễ bị cong trục
khi có lực xô ngang tác động. Khi tải trọng
lớn, kết cấu của máy nặng nề, công suất
động cơ lớn, quay
tay rất nặng và chậm. Hình 11-11. Máy nâng vít kép
Do đặc điểm của công trình thuỷ lợi, các máy nâng cửa van vừa chạy điện khi có điện
( thờng xuyên chạy điện ) và vừa phải quay tay (để điều chỉnh máy và dùng nâng hạ cửa van
khi không có điện).Trên hình 11-12 giới thiệu một kiểu máy nâng kép vừa quay tay vừa
chạy điện.
4. Nguyên lý hoạt động của cơ cấu nâng vít me:
a)Quay tay: Chuyển cần gạt ly hợp đóng vào vị trí quay tay và ly hợp đã tự nhả
không ăn khớp vào bánh răng trục động cơ. Ta quay vô lăng 1 làm cho cặp bánh răng nón
quay và truyền chuyển động đến trục vít bánh vít làm quay trục chính 4 nối đến hai đầu hộp
chịu lực. Trong hộp chịu lực có cặp bánh răng nón. Bánh răng nón thứ hai, có tâm trùng
với tâm trục vít me, lắp với đai ốc và đặt trên hai ổ bi đỡ chặn. Khi bánh răng nón quay làm
quay đai ốc, đai ốc ăn khớp với trục vít me. Đai ốc quay tại chỗ, vit me tịnh tiến lên xuống
tuỳ theo chiều quay của đai ốc. Nh vậy cửa van lắp vào trục vít me cũng đợc chuyển động
lên xuống theo.
58

400

C
B
L
H
H
o
H
c
b) Chạy điện: Đẩy cần gạt của ly hợp ăn khớp với bánh răng lắp trên trục động cơ. Lúc
này ly hợp 3 đã rời khỏi bánh răng ăn khớp với tay quay và ăn khớp với bánh răng trên động
cơ. Khi đóng điện động cơ quay truyền chuyển động qua cặp bánh răng lắp trên trục động
cơ và làm trục vít quay theo. Trục vít ăn khớp với bánh vít nên bánh vít quay theo và dẫn
động tới hộp chịu lực, làm quay bánh răng nón. Đai ốc và vít me đợc chuyển động lên
xuống tuỳ theo chiều quay của
vít me.
Chạy điện hay quay
tay cũng cần có bộ phận hạn
chế hành trình, tức là ta quy
định cho cửa lên và xuống
trong phạm vi nhất định, đặc
biệt là lúc xuống. Làm thế nào
để bộ phận chắn nớc ở đáy cửa
tiếp xúc với ngỡng, chống đợc
nớc chảy qua. Nếu để cửa
chạy quá hành trình định trớc,
đáy cửa van bị nén xuống ng-
ỡng và làm cong vít me, gây ra
h hỏng và kẹt.

Để chống quá tải trong
máy cần trang bị cơ cấu hạn
chế mô men xoắn. Khi mô
men xoắn vợt ngỡng giá trị
mô men xoắn nào đó đã định
trớc thì tự ngắt điện không cho động cơ hoạt động, nh vậy không gây h hỏng cho máy.
5. Tính toán máy nâng kiểu vít đai ốc chạy điện:
Khi thiết kế máy nâng phải xuất phát từ tải trọng nâng Q và hạ Q. Vận tốc nâng có thể
chọn trớc theo yêu cầu. Mặt khác có thể tính từ số liệu thực tế trên công trình:
v
n
=
s
H
, m/ph; (11-32)
trong đó:
H- chiều cao nâng cần thiết, m; ( kích thớc này lấy theo yêu cầu của công
trình cụ thể).
s- thời gian cần thiết để nâng cửa khi mở hết, ph.
Công suất cần thiết để nâng cửa :


=
1000.60
Qv
N
n
, KW; (11-33)
59
Hình 11-12. Máy nâng vừa quay tay vừa chạy điện:

1- Tay quay, 2- Động cơ điện, 3- Ly hợp, 4- Bánh vít
trục vit, 5- Hiện thị chiều quay, 6-7- Hạn chế hành trình,
8- Hệ lò xo, 9- Hạn chế mô men quá tải
8
9
7
6
5
4
3
2
1
Trong đó =
đ

br

v

0.
là hiệu suất bộ truyền đai, bánh răng, vít đai ốc và ổ đỡ.
Vận tốc vòng của đai ốc lắp với trục vít me:
n
đô
=
t
v
n
, vg/ph (11-34)
Tỷ số truyền chung:

do
dc
n
n
i =
(11-35)
Từ kết quả tính i, phân phối tỷ số truyền cho các cặp bánh răng, bánh đai, bánh nón
trong hộp chịu lực.
5. Tính toán máy nâng kiểu vít đai ốc quay tay
Khi dùng máy vít quay tay, ta sử dụng công thức máy nâng tay:
Mô men tay quay:
M
tq
= m k p l , Nm. (11-36)
Mô men cần thiết khi quay đai ốc trên vít me:

)(Qtg
2
D
M
do
=
, Nm. (11-37)
Trong đó dấu (+) khi nâng, dấu (-) khi hạ.
Hiệu suất cả bộ truyền vít đai ốc:

)(tg
tg
+

=
Tỷ số truyền chung:

0tq
do
M
M
i

=
(11-38)

0
- hiệu suất của bộ truyền.
7. Tính trục vít me.
Trục vít me trong máy vít thờng rất dài. Trong quá trình làm việc, trục vít me
thờng bị nén và xoắn hay chịu kéo và xoắn. Do vậy trong khi tính bền vít me phải kiểm tra
điều kiện ổn định và điều kiện cứng vững:
Q
nén
N
th
Trong đó N
th
là lực tới hạn mà vít me chịu đựng đợc và tính theo công thức:
60

2
2

th
l
EJ
N


=
, N. (11-39)
Điều kiện cứng vững:
=
p
+
M
=
GJ
tM500
EF
N1000
xn

+
[]. (11-40)
trong đó:
l - chiều dài trục, m;
E - mô duyn đàn hồi , N/m
2
;
J - mô men quán tính, m
4
;

[] - độ cứng vững cho phép;
F - diện tích tiết diện chịu lực, m
2
;
M
x
- mô men xoắn trên trục vít, Nm;
t - bớc vít, m;
G - mô men đàn hồi chịu cắt, N/m
2
;
- hệ số.
11.3.3. Máy nâng kiểu thanh
răng bánh răng.
Máy nâng kiểu bánh răng thanh
răng đợc sử dụng để đóng mở các loại
cửa van phẳng, cửa van hình quạt và
cửa van chữ V ở các cửa âu thuyền.
Trên hình 11-13 giới thiệu máy nâng
kiểu thanh răng. Nguyên lý hoạt động
của thanh răng bánh răng đã đợc
nghiên cứu trong phần chi tiết máy.
Hình 11-13. Máy nâng thanh răng
Khi sử dụng trong máy nâng cho thuỷ lợi, quãng đờng nâng không thẳng mà có thay
đổi góc quay khi ăn khớp. Vì vậy để bảo đảm cho bánh răng cuối ăn khớp với thanh răng
cần có kết cấu cụm bánh xe hoặc bạc đỡ cùng xoay quanh trục bánh răng cuối trên đờng
tròn ăn khớp.
Ưu điểm của loại máy nâng này là hiệu suất cao, truyền động êm, khi bánh răng cuối
ăn khớp với thanh răng có số răng nhỏ thì kết cấu sẽ nhỏ gọn.
61