Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp trên máy cơ sở cat 345c

dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết cố máy móc vì công trìnhthuỷ lợi có khối lợng lớn, vốn đầu t nhiều, đòi hỏi thi công đúng tiến độ thời vụ,có tầm quan trọng với sự ph

Trờng đại học thuỷ lợi

Khoa máy xây dựng & tbtl

Bộ môn máy xây dựng

cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập Tự do Hạnh phúc– – -+** -

đồ án môn họcmáy thuỷ lợi

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Khải Hoàn – Lớp: 44M

Nghành học: Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi

6 Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu: Vxt= 0,11m/s

7 Tốc độ làm việc của xi lanh gầu: Vxg= 0,12 m/s

8 Vận tốc vòng: nq= 6 v/p

II Thuyết minh tính toán:

1 Tính toán chung máy đào

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh

Lời nói đầu

Thiết kế máy thuỷ lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi sinh viên

nghành Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi, nó giúp sinh viên củng cố những kiếnthức về nguyên lý làm việc, về kết cấu và phơng pháp tính toán máy thuỷ lợi

Trong cuộc sống phát triển đất nớc theo công ngiệp hoá, hiện đại hoá đất

nớc Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu đợc máy xây

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 1 Lớp : 44M

dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết cố máy móc vì công trìnhthuỷ lợi có khối lợng lớn, vốn đầu t nhiều, đòi hỏi thi công đúng tiến độ thời vụ,

có tầm quan trọng với sự phát triển kinh tế nông nghiệp, du lịch…

Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móng

rất khắt khe, điều đó dẫn đến sự cần thiết của máy làm đất nh máy ủi, máy san,máy đào…

Trong quá trình học em đợc giao đề tài thiết kế: “Máy đào thuỷ lực gầu

nghịch lắp trên máy cơ sở CAT “ 345C“ Máy đào thuỷ lực đợc dùng chủ yếu

trong công tác làm đất, khai thác mỏ lộ thiên, bốc xếp vật liệu, nó làm việc theochu kỳ, nó có thể đổ vật liệu lên phơng tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống…

Hiện nay, có rất nhiều máy đợc sử dụng ở nớc ta nh của các nớc: Nga,

Nhật, Mỹ… để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất, bền nhất chúng ta phải nắm vững

kỹ thuật, tính năng của máy, biết thiết kế chế tạo các bộ công tác của máy,nguyên lý hoạt động của hệ thống thuỷ lực để khắc phục sửa chữa máy khi gặp

sự cố hoặc bị hỏng Đồ án Máy thuỷ lợi sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn, vàgiải quyết tốt hơn những vấn đề trên

I Xác định các thông số cơ bản.

1 Khối lợng của máy.

Khối lợng của máy đợc xác định theo công thức sau: G = kG.q Trong đó:

- kG: Hệ số trọng lợng, với cấp đất lám việc IV lấy kG=18

- q: Dung tích gầu, q = 2,8m3 -> Máy thuộc loại vừa và lớn

A1 = k1.3 G = 0,9 3 50,4 = 3,32 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 0,9

- Bán kính thành sau vỏ máy:

A2 = k2.3 G = 1,05 3 50,4 = 3,83 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k2 = 1,05

- Chiều cao khớp chân cầu:

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 1,8

- Chiều dài tay gầu:

A5 = k53 G = 1,5.3 50,4 = 5,54 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k5 = 1,5

- Chiều cao đổ đất:

A6 = k6.3 G = 1,4 3 50,4 = 5,17 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 1,4

- Chiều sâu đào:

A10 = k10.3 G = 0,9 3 50,4 = 3,32 (m)

Víi m¸y cì võa vµ lín lÊy k10 = 0,9

- ChiÒu dµi c¬ së cña bé c«ng t¸c:

Với dung tích gầu q = 2,8m3 , ta có:

- Chiều rộng của gầu là:

Gi = ki.G (T) , trong đó: G là khối lợng sơ bộ máy đào (T)

ki là phần trăm khối lợng bộ phận so với máy đào

Ta có thể chia việc tính toán trọng lợng máy nh sau:

a Trọng lợng của bộ công tác

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 5 Lớp : 44M

- Träng lîng gÇu vµ thanh kÐo:

1 gÇu vµ thanh kÐo 2.02 2.02

Khi làm việc dầu đợc hút từ thùng dầu (39) và đợc đa đi toàn hệ thống thôngqua các van và đờng ống dẫn Trên sơ đồ hiện tại là hệ thống thủy lực của máy

đào đang ở trạng thái không tải, dầu đợc hút từ thùng dầu (39) rồi đi qua các vantrợt ở trạng thái không làm việc rồi quay lại thùng dầu thông qua hệ thống lọc Bơm (28) Uper Pump cung cấp dầu có áp lực cao cho xi lanh gầu (7) và xilanh cần (8) làm việc, bơm (29) Lower Pump thì cung cấp dầu cho các xi lanh vàcơ cấu còn lại: xi lanh tay gầu (9), cơ cấu quay (1), cơ cấu di chuyển trái (2) vàcơ cấu di chuyển phải (3) Thông qua các hệ thống van phân phối mà dầu sẽ đợcchuyển đến những vị trí cần thiết để thiết bị làm việc

Các hệ thống van phân phối (van trợt) đợc điều khiển bởi các hệ thống vantrợt nhỏ hơn và hệ thống van trợt nhỏ này đợc điểu khiển trực tiếp bởi các nútbấm trên bàn điều khiển Trong đó:

• Cụm (23) điều khiển các van trợt của xi lanh gầu (7) và xi lanh cần (8)

• Cụm (18) điều khiển các van trợt của xi lanh tay gầu (9) và cơ cấu quay (1)

• Cụm (17) điều khiển các van trợt của cơ cấu di chuyển trái (2) và cơ cấu dichuyển phải (3)

III Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác.

1 Xác định lực của xi lanh tay gầu.

Vị trí tính toán: Cuối quá trình đào, tay gầu và gầu ở vị trí nằm ngang Gầu

đầy đất, đầu cần nghiêng 45o so với tay gầu Lát cắt đất là lớn nhất

Chiều dài lát cắt đợc xác định:

( )m k

H b

k q C

TX S

35,1.39,7.69,1

1.8,2

Hs- Chiều sâu đào: Hs=7,39 (m)

Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp IV lấy ktx=1,35

Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 9 Lớp : 44M

Vậy lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất là

P01=k1.b.Cmax= 0,25.1,69.0,17=0,07183 (Mpa.m2) = 71,83 (KN) Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp IV lấy k1=0,25 Mpa

Lấy mômen đối điểm O2 ta có :

Pxtg =

xtg

xtg xtg xg

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

1.19.8,2

Gxtg- Trọng lợng xi lanh tay gầu, Gxtg= 5,1 (KN)

r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O2:

r0= 5,54 1,41

3

2

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o2 :

rg=

2

41,154,5.4

32

.4

54,542

32

.4

r’xtg=

4

54,5

xtg r xtg G xg

r xg G tg r tg G g r d g G r

P01.0+ + + + − 0 , 5 '

=> Pxtg =

75,0

39,1.1,5.5,039,1.2,2008,5.5,286,4.6,5957,5.83,

P xtg = 959,31 (KN).

2 Xác định lực của xi lanh cần.

Vị trí tính toán: Kết thúc quá trình đào, gầu và tay gầu nắm ngang, gầu đầy

đất Bộ công tác chỉ đợc nâng lên bằng xi lanh gầu, cần tạo với tay gầu mộtgóc 45o

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 11 Lớp : 44M

rxtg

Tơng tự, lấy mômen đối điểm O1 ta có :

Pxc =

xc

xc xc xtg

xtg xg xg tg tg g d g c c

r

r G r

G r G r G r G r

54 , 5 3 65 , 6 2 4

54 , 5 65 , 6 4 2

tg tg c

l l

rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O1:

rxg=

2

54,5.4

365,62

.4

.2

54 , 5 2

65 , 6 2

65 , 6 2

4 2 2

+ +

=

+ +

tg c c

l l

xtg xg xg tg tg g d g c c

r

r G r

G r G r G r G r

G + + + + + + 0 , 5 '

=> Pxc =

8 , 0

66 , 2 1 , 7 5 , 0 69 , 5 1 , 5 57 , 4 5 , 2 27 , 5 2 , 20 79 , 1 6 , 59 33 , 3 3 ,

P xc = 496,53 (KN).

3 Xác định lực của xi lanh gầu.

Vị trí tính toán: Gần kết thúc quá trình đào khi mà chỉ dùng xi lanh gầu để

đào đất, lúc này lực của xi lanh sẽ đạt cực đại vì cánh tay đòn giữa lực xi lanh

và tâm quay O3 là nhỏ nhất Lúc này lực cản đào sẽ là cực đại, coi gầu vuônggóc với tay gầu (song song mặt đất)

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

33,1.41,1.69,1

1.8,2

k q

(m)Với q- Dung tích gầu, q= 2,8 m3

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 13 Lớp : 44MGg+đ

Pxg

TcP’xg

Lực lớn nhất của xi lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép củakhoang đào, cánh tay đòn rxg là nhỏ nhất.

Lấy mômen đối điểm O3 ta có :P’xg =

xg

xg xg g

d g

r

r G r

G r

r0 - Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O3, r0= hg= 1,41 m

rg - Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O3, rg= 0,5.hg = 0,7 m

r’xg - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, r’xg= 0,45 m

rxg - Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,35 m

Thay vào ta đợc:

P’xg =

35 , 0

45 , 0 5 , 2 5 , 0 7 , 0 6 , 59 41 , 1

=> P’xg = 237,2 KN

Pxg =

o o

tg

P

50 cos

2 , 237 50

cos

'

=> Pxg = 369,1 (KN)

4 Chọn xi lanh thủy lực và tính công suất.

a Chọn xi lanh cần và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh cần.

* Xác định hành trình của xi lanh cần:

P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.596,53 = 248,3 (KN)Với lực của một xi lanh là P’xc =248,3 KN, với áp suất của hệ thống:

p = 25 MPa, ta tính đợc đờng kính xi lanh cần là:

D =

3 3

'

10.14,3.25

4.3,24810

4

=π

p

Tra bảng ta chọn xi lanhcó các thông số sau:

+ Đờng kính xi lanh: D = 200 mm+ Đờng kính cán piston: d = (0,6…0,7)D = 130 mm

Tính lại nội lực của 2 xi lanh cần là:

P’xc =

4

10.14,3.25.2,04

10

Vxc- Vận tốc của xi lanh gầu, Vxc= 0,13 m/s

b Chọn xi lanh tay gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh tay gầu.

* Xác định hành trình của xi lanh tay gầu:

Svth: NguyÔn Kh¶i Hoµn Trang: 17 Líp : 44M

= 4,58 - 2,24 = 2,34(m)

* Chọn xi lanh tay gầu và tính công suất bơm:

Với lực của một xy tay gầu là Ptg = 959,31 KN, với áp suất của hệ thống

p = 25 Mpa, ta tính đợc đờng kính xi lanh tay gầu là:

D = 3 3

10 14 , 3 25

4 31 , 959 10

.

4

Vxtg- Vận tốc của xi lanh tay gầu, Vxtg= 0,11 m/s

c Chọn xi lanh gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh gầu.

* Xác định hành trình của xi lanh gầu:

Hành trình lớn nhất của gầu đạt đợc khi gầu chuyển động từ vị trí bắt đầu

đào đến khi tay gầu xúc đầy đất khi đó góc xoay của gầu là lớn nhất

- Hành trình lớn nhất của xi lanh gầu:

Chiều dài lớn nhất của xi lanh gầu đạt đợc khi góc DAC = 1500

Chọn vị trí đặt khớp giữa xi lanh gầu và tay gầu cách khớp gầu và tay gầu AO

0,5

0,5

B

A C

D

O

DO = 5,54 3,69( )

3

23

- Hành trình nhỏ nhất của xi lanh gầu:

Chiều dài nhỏ nhất của xi lanh gầu đạt đợc khi góc DAC = 300

* Chọn xi lanh gầu và tính công suất bơm:

Với lực của một xi lanh là Pg =369,1 KN, với áp suất của hệ thống p

=25Mpa, ta tính đợc đờng kính xi lanh gầu là:

D =

3

3 25 3 , 14 10

4 1 , 369 10

.

4

Công suất của bơm phục vụ cho xi lanh gầu là:

Nxg = Pxg.Vg = 369,1.0,12 = 44,292 (kW)Với Pxg- Lực trên cán piston, Pxg= 369,1 KN

Vg- Vận tốc của xi lanh gầu, Vg= 0,12 m/s

IV Tính toán lực kéo bộ di chuyển bánh xích.

1 Tính lực kéo.

Trong thực tế nếu động cơ chính đã biết thì tính lực kéo có ý nghĩa kiểm trakhả năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho đối với máy dẫn động riêngbiệt ( cơ cấu di chuyển có động cơ riêng), nếu cha biết động cơ chính thì tínhtoán lực kéo để chọn động cơ đảm bảo điều kiện làm việc cho trớc của máy

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 19 Lớp : 44M

Trong mọi trờng hợp lực kéo tính toán theo công thức sau :

ít gặp trờng hợp khởi động quay vòng trên dốc Vì vậy khi tính lực kéo taphải đi xét hai trờng hợp

+ Trờng hợp 1 : Chuyển động lên dốc với góc dốc lớn nhất

+ Trờng hợp 2 : Chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang

Trong đó

q: áp lực gió khi di chuyển q = 400 N/m2

F: Diện tích chịu gió của máy,coi tiết diện chịu gió của máycódạng hình chữ nhật thì F đợc xác định theo công thức sau

v G

W5 = 10 , 08 ( )

100

504 2 100

2

Nếu coi lực cản quay vòng của xích nh nhau thì

Thì mô men quay thuần tuý của mỗi bánh xích đợc xác định nh sau

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 21 Lớp : 44M

B

1 M

1 M

1 P

2 P

m

6

1 W

2 6

n

W x

2

1

8

2

/ 1 2 1

L G A

M

M = = = ϕ Lực cản di chuyển thuần tuý của mỗi bánh xích đợc xác định nh sau

2

APP 1

2 1

G f

r =

=

=

α Lực cản quay vòng W6 và W62 đợc xác định từ phơng trình mô men tơngứng với điểm m và n

∑ = 0 => 2 − 2 − 1 − 2 = 0

6 B P B M M W

B

L

f −ϕTrong đó

L : chiều dài dải xích tiếp xúc với đất L = A11= 4,06 m

B : Chiều rộng giữa hai tâm bánh xích B = A10- A13 = 2,66

06,4.4,007,02

2

06,4.4,007,02

2

Vậy Ndc = Nk1 = Nk2 = P k V dc 168(KW)

87 , 0

944 , 0 155

V Tính toán cơ cấu quay.

Thời gian quay của máy đào chiếm tới 2/3 thời gian chu kỳ làm việc thậm chí tới 80% Do đó việc xác định hợp lý các thông số của cơ cấu quay là những nhiệm vụ quan trọng khi thiết kế máy

Các thông số cơ bản là: mô men quán tính của phần quay máy đào khi gầu

đầy đất J và khi gầu không có đất J0(kN.m.s2), tốc độ góc lớn nhất của bàn quay ωmax(1/s), gia tốc góc lớn nhất εmax(1/s2), thời gian khởi động tk và phanh tp, góc quay của bàn quay β(rad), hiệu suất cơ cấu quay ηq, dạng đờng

đặc tính ngoài của động cơ M=f(n) Các thông số này xác định thời gian quay

tq(s), công suất cần thiết lớn nhất của động cơ Nmax(Kw) hay mô men lớn nhất của động cơ Mmax(kN.m)

Đối với máy đào một động cơ ta có:

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 23 Lớp : 44M

Công suất quay lớn nhất đợc tính theo công thức:

Nmax =

q q

q t

J

η

βη 35,0

)37

,1(

3

2 2

+

Trong đó:

J - mô men quán tính của bàn quay

Đối với máy đào gầu ngịch thì J = (0,85 ữ 0,9)Jt

Jt - mô men quán tính của máy đào gầu thuận xác định theo biểu đồ (h.5-26 MTL)

Với G = 50,4 tấn = 504 KN ta có Jt =500 KN.m.s2

Jn = 0,9.500 = 450 KN.m.s2

β - góc quay của bàn quay, β =900 = 0,5.3,14 rad = 1,57 rad

ηq- hiệu suất cơ cấu quay:

η = η3

br η4

ôl ηk.ηbrd = 0,973.0,994.0.99.096 = 0,83Với ηbr, ηôl, ηk – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối, bánh răng di động

tq - thời gian quay có tải

tq =

3 0

1

J J

t t

Với vận tốc xi lanh tay gầu đợc tăng lên (so với đầu bài) để phù hợp với thực tế

ta lấy vtg = 0,42 m/s (< 0,5 m/s) Vậy ta xác định đợc thời gian đào là:

tđ =

402 , 0

13 , 2

J0 - mô men quán tính của bàn quay trong trờng hợp gầu không có đất:

2,20

07 , 5 2 22 , 21

−

−

= +

−

−

J J

t t

t ck d d

= 7,5 (s)

Nmax =

q q

35 , 0

) 37

, 1 (

3

2 2

+

=> Nmax = 18,87

8,0.5,7.35,0

57,1)

8,037,1(450

3

2 2

=

Tra bảng ta tìm đợc động cơ phù hợp với cơ cấu quay là loại:

MCR – size 400 với các thông số cơ bản sau:

57 , 1 8 , 0 87 , 18 05 , 1 ) 37

, 1 (

.

05 , 1

+

= + q

điều kiện cho trớc:

Thời gian quay nhỏ nhất đợc tính theo công thức:

tq

2 2

3

max

2 2

8,0.87,18

57,1)8,037,1.(

450.42,1

)37

,1

q

q N

VI Chọn bơm và động cơ.

Dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 29 phục vụ cho hai mô tơ di chuyển, xi lanh tay gầu và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di chuyển không làm việc đồng thời, tuy nhiên xi lanh tay gầu lại có thể cần làm việc đồng thời với 1 trong hai có cấu trên nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất lớn nhất của cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển với công suất của xi lanh tay gầu,

do có hai động cơ di chuyển nên khi bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 29 là:

N29 = 2.Ndc + Nxtg = 2.170 + 105,52 = 445,52 (KW)Với N29 = 445,52 KW tra bảng ta chọn đợc bơm có kí hiệu: A2FO size - 710 với các thông số sau:

có công suất của bơm 28 là:

N28 = Nxc + Nxg = 204,1 + 44,292 = 248,392 (KW)Với N28 = 248,392 tra bảng ta chọn đợc bơm có kí hiệu: A4VSG size -180 với các thông số sau:

VII Tính toán tĩnh máy đào.

1 Xác định đối trọng.

Nhiệm vụ của tính toán tĩnh là xác định trọng lợng đối trọng đảm bảo cânbằng bàn quay máy đào với mọi vị trí của bộ công tác khi không đào đất và tínhtoán ổn định của máy khi làm việc cũng nh khi di chuyển

Đại bộ phận các cơ cấu của máy đào đều bố trí trên bàn quay, do đó khi thiết

kế máy, việc cân bằng bàn quay là một nhiệm vụ không thể thiếu đợc

Cân bằng bàn quay nhằm mục đích loại trừ hay giảm bớt trọng lợng vợt rangoài chu vi vòng tựa của bàn quay Kích thớc của vòng tựa đợc xác định bởikích thớc bộ di chuyển Do khi thiết kế nên bố trí các cơ cấu lùi về phía sau, gầnthành sau của máy để giảm trọng lợng của đối trọng

Đối trọng cần đảm bảo tổng hợp trọng lợng của các bộ phận, cơ cấu trên bànquay trong mọi trờng hợp không nằm ngoài chu vi vòng tựa, nghĩa là không vợtquá điểm tựa giới hạn trớc và điểm tựa giới hạn sau Sau đó ta xét 2 vị trí bộ côngtác để xác định đối trọng: vị trí một, trọng lợng bộ công tác sinh ra mô men lậtlớn nhất, còn vị trí kia sinh ra mô men lật nhỏ nhất Vị trí thứ nhất tổng hợp trọnglợng lớn nhất đi qua điểm tựa giới hạn trớc, vị trí thứ hai - điểm tựa giới hạn sau.Chọn trọng lợng đối trọng không đợc nhỏ hơn giá trị đối trọng tơng ứng với bànquay lật ở điểm tựa trớc đồng thời không đợc lớn hơn giá trị mà bàn quay lật ở

điểm tựa sau Khi điều kiện này không thoả mãn thì phải bố trí lại các cơ cấu trênbàn quay

nâng lên khỏi hố đào, máy bắt đầu quay để dỡ tải

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 27 Lớp : 44M