Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu thuận

Thực tế máy đào gâù thuận đợc đánh giá là một trongnhững loại máy làm đất quan trọng, luôn có mặt trong cáccông việc khi thác vận chuyển đất đá… trên các lĩnh vựcthuỷ lợi, giao thông, xâ

Lời nói đầu

Trong qua trình xây dựng cơ bản hiện nay, máy móc đợc

sử dụng rộng rãi và đóng vai trò hết sức quan trọng của côngviệc nh : chất lợng, tiến độ, giá thành… của công trình Mặtkhác máy móc thiết bị sử dụng trong ngành xây dựng haycòn gọi là máy xây dựng chính là yếu tố cơ bản để đánhgiá tiềm lực và khả năng của mỗi đợn vị hay doanh nghiệpxây dựng

Do vậy ngày nay công tác thiết kế, chế tạo và sử dụng cóhiệu quả các loại máy này là yêu cầu cần thiết Đa máy mócvào thi công các công trình lớn và quan trọng là việc làmcần thiết để có thể đảm nhiệm đợc những công việc phứctạp, khối lợng các cộng việc nặng nề lao đọng thô sơ khôngthể thực hiện đợc hoặc năng suất thấp, hiệu quả kinh tếkhông cao Vì vậy, máy xây dựng không thể thiếu đợc trêncác công trờng xây dựng, các công trình thuỷ lợi, giao thông

…

Những năm gần đây, ngành cơ khí nói chung và lĩnh vựcmáy xây dựng nói riêng của nớc ta đã và đang đợc Nhà nớc

đầu t và tạo điều kiện phát triển Đó cũng chính là mục tiêu

đẩy mạnh sự phát triển kinh tế, dựa trên một nền côngnghiệp hiện đại và tiên tiến trong sự nghiệp đổi mới của

đất nớc

Đối với công tác xây dựng nói chung, xây dựng thuỷ lợi nóiriêng công tác làm đất chiếm 60 ữ80 % khối lợng công trìnhcho nên, máy làm đất có nhiệm vụ rất quan trọng đối vớicông tác xây dựng

Thực tế máy đào gâù thuận đợc đánh giá là một trongnhững loại máy làm đất quan trọng, luôn có mặt trong cáccông việc khi thác vận chuyển đất đá… trên các lĩnh vựcthuỷ lợi, giao thông, xây dựng bởi phạm vi sử dụng rộng, năngsuất cao và có nhiều tính năng u việt.

Với nhiệm vụ và yêu cầu đợc giao, qua quá trình nghiên cứu

và làm đồ án môn học Máy thuỷ lợi với đề tài “Thiết kế

máy Đào thuỷ lực gầu thuận” em đã đi sâu nghiên cứu về

tính bền bộ công tác ( tính bền gầu )

Vì có sự hạn chế về thời gian và kiến thức, em xin hệthống hoá và phân tích, đánh giá những vấn đề chung cơbản của các cơ cấu trong Máy Đào gầu thuận Sau đó đi sâunghiên cứu, tính toán tính bền cho bộ công tác (tính bềncần)

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn Vũ VănThinh, ngời đã hớng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

và các thầy cô giáo trong khoa đã cung cấp cho em nhữngkiến thức quý báu, các tài liêu tham khảo để em có điềukiện đi sâu tìm hiểu đề tài đã học Vì trình độ kiếnthức có hạn nên đồ án chắc chắn có nhiều thiếu sót Do đó

em kính mong đợc sự góp ý giúp đỡ của các thầy cô giáo vàcác bạn

Hà nội, ngày 20 thnág 9 năm 2002

Nguyễn Văn Ca

sơ đồ hệ thống thuỷ lực

Nguyên lý làm việc của hệ thống thuỷ lực

Bơm 1 dẫn động từ động cơ điêzen 2, hệ thống thuỷlực đợc cung cấp từ bình chứa 3, trong đó có lắp bộ lọc Sựphân phối dòng chảy thực hiện bằng ba bộ phân phối4,5,6 Khối 4,5 có hai đờng tháo chất lỏng, một đợc nối với đ-ờng tháo chung của hệ thống còn một đờng dùng nối lần lợtcác khối, đờng tháo khối 6 chỉ đợc nối với đờng tháo chung

Chất lỏng công tác từ bộ phận thứ nhất của bơm 1 đi

đến khối phân phối thuỷ lực 5 điều khiển mô tơ thuỷ lựccủa bàn quay 18, xi lanh thuỷ lực tay xúc 17 và mô t thuỷ lựccủa dãi xích bên phải 8

Khi các van trợt của khối 5 ở vị trí trung gan khi chấtlỏng công tác do bộ phận thứ nhất và thứ hai của bơm vào đ-ờng thoát, đờng thoát dẫn bộ phận thứ hai của bơm đếnkhối 4, khối 4 điều khiển sự làm việc của các xi lanh thuỷ lựccần 16, xi lanh thuỷ lực gàu 15 và mô tơ thủy lực của dảixích bên trái 8

Khi các van trợt 4,5 ở vị trí trung gian thì chất lỏngcông tác đợc tăng áp bằng bộ phận thứ nhất và bộ phận thứhai của bơm đi đến khối phân phối thuỷ lực 6 Van trợt khối

6 lắp liền với van trợt khối 5 và cùng chuyển động do mộy taylái điều khiển của xi lanh thuỷ lực tay xúc 17 Một van trợt dựtrữ khác của khối 6 có thể đợc dùng để điều chỉnh cơ cấuthừa hành thiết bị công tác thay thế

Nh vậy, cơ cấu thừa hành đợc dùng để điều khiểnbằng khối 5 chỉ đợc cung cấp từ bộ phận của bơm còn cơcấu thừa hành điều khiển 4,6 Khi các bộ phận ở vị trí trunggian thì chất lỏng đợc cung cấp từ hai bộ phận của bơm

Hệ thống thuỷ lực của máy xúc cho phép phối hợp mộtchuyển động công tác thay thế bằng 4,6 Ngoài ra van trợt

điều khiển hoạt động của xi lanh thuỷ lực của cần có cấu tạohoạt động của các xi lanh thuỷ lực cần với một trong công tác

đợc điều khiển bằng bốn van trợt khối 4 và khối 6, nhng cóthể phối hợp đồng thời ba chuyển động công tác Khi phốihợp thao tác thì mỗi xilanh thuỷ lực đợc cung cấp chất lỏng từmột bộ phận của bơm

Chỉ có xi lanh thuỷ lực tay xúc khi phối hợp thao tác vớicác xi lanh thuỷ lực cần đợc cung cấp dòng chất lỏng kép nhờ

điều khiển bằng hai van trợt khoá liên động của bộ phậnphân phối thuỷ lực cùng làm việc đồng bộ với nhau

Để cho hệ thống không bị quá tải, trong đờng cao ápcủa mỗi cửa bơm lắp song song với hai van an toàn đợc điềuchỉnh áp lực lớn nhất 15 Mpa để phanh êm nhẹ các mô tơcủa bàn quay và bộ phận di chuyển máy Trong hệ thống thuỷlực lắp các van thông qua, các van này cũng đợc điềuchỉnh đến áp suất tơng ứng từ 11 đến 16Mpa

Thiết bị van ra hàh trình dẫn chất lỏng công tác từ ờng tháo qua bộ lọc hoặc trực tiếp chảy vào bình hoặc qua

đ-bộ phận làm mát dầu Việc kiểm tra áp lực làm việc trong hệthống thuỷ lực đợc thực hiện nhờ khối van khoá và đồng hồ

động 14 Do vậy mà dải xích quay theo đồng thời chuyển

động của máy

II Kích thớc của máy, bộ công tác, bộ di chuyển

Kích thớc của máy,bộ công tác,bộ di chuyển liên quan đếntrọng lợngmáy và đợc xác định theo công thức sau :

A = kA.3 G (m)

trong đó : kA- hệ số kích thớc

G – trọng lợng máy (tấn)

Ta có bảng thông số kích thớc dựa vào bảng 5-1 (MTL)

Các thông số kích thớc cơ bản của máy đào gàu thuận

Xi lanh tay gµu 1 0,27

Phần 2

Xác định công suất động cơ

I.Xác định lực tác dụng lên xi lanh tay gàu

+ Chọn vị trí tính toán : Chọn vị trí cuối quá trình

đào,tay gàu nằm ngang khoang đào với chiều cao danhnghĩa

Cmax- chiều dày lát cắt lớn nhất (m)

Tính Cmax =

tx k H b

q

.Với : q- dung tích gàu , q = 1,5m3

H- chiều cao đào danh nghĩa, H = 6,45 m

ktx- hệ số tơi xốp , ktx = 1,4 – Bảng 1-2(MTL)

k H

k q tx

7 , 53 13

7 , 53 3 , 1 45 , 6

10 3 , 0 5 , 1

Trong thời gian đào , gàu chuyển động từ vị trí I đến vịtrí II ,lực cần thiết của xi lanh tay gàu Pxltg từ 0 đến Max Giátrị Pxltg ở vị trí II đợc xác định từ phơng trình mômen đốivới điểm O2:

ΣMo2= 0

⇒ Pxltg = tg

xl

xg xg g d g tg tg r

r G r G r G r

P01.0 + + + +

trong đó : P01- lực cản đào tiếp tuyến, P01= 53,7 (kN)

Gxg- trọng lợng xilanh gàu, Gxg= 0,135 (tấn)

với kđ- hệ số đầy gàu , kđ = 1

γ- trọng lợng riêng đất cấp

γ=18(kN/m3)- Bảng 1-2(MTL)

q=1,4(m3),ktx=1,3

⇒ Gđ =1,5.1.18/1,3 = 20,76 (kN)

1 3

5 sin 3 1

0 0

tg c

c

l l

l

.4,8 3

1 707 , 0 6 3 1

707 , 0 6 3

1

= +

⇒ β= 25o

⇒ rxltg=

3

1.lc.sin250=

3

1.6.0,423=0,876 (m)

⇒ Pxltg= 584 , 54

8 , 0

4 , 2 8 , 10 4 35 , 1 344 , 5 56 , 31 887 , 5 7 , 53

= +

+ +

,

, ,

,

ri’ :cánh tay đòn của các trọng lợng Gi lấy với

điểm O1

rxlc :cánh tay đòn của Pxlc lấy với điểm O1

⇒ Pxlc =

c xc

xc xc c

c xt xt tg tg xg xg g d g

r

r G r

G r G r G r G r

2

1

.

2

1.4,8 =6,532(m)

rxc’ : khoảng cách từ Gxc đến O1

rxc’ =

3

2.lc.cos450 = 2,755 (m)

rxlc : khoảng cách OO1 ⇒ chọn rxlc = 0,8(m)

⇒ Pxlc =

8 , 0

755 , 2 02 , 2 066 , 2 8 , 10 132 , 4 7 , 2 532 , 6 8 , 10 132 , 8 35 , 1 476 , 9 56 ,

Pxlc =524,47 (kN)

III Xác định lực của xi lanh gàu

Xét cơ cấu 4 khâu

+ Vị trí tính toán : Xét trờng hợp máy đào đất chỉ bằng

xi lanh gàu Xét ở vị trí cuối quá trình đào

Hình 2-4 Lực tác dụng lên xi lanh gàu

Tính chiều dày lát cắt lớn nhất :

Cmax’ =

tx k H b

q

. 1 trong đó :

I

I I

H1= k.3 q.sin650 = 1,46.3 1 , 5.0,91 = 1,541 (m)

B = k.3 q = 1,1.3 1 , 5 = 1,259m

⇒ Cmax’ = 0 , 605m

3 , 1 514 , 1 259 , 1

5 ,

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất khi răng gàu tiến đến vịtrí II (PO1’ lớn nhất, rxg’ nhỏ nhất )

P”01 = k1.b.Cmax’ = 0,1.103.1,259.0,606 = 76,2 (kN) trong đó : k1 = 0,1 (Mpa) – hệ số cản đào đối với đấtcấp II –Bảng 9-1 (MTL)

+ Lấy phơng trình mômen các lực đối với điểm O3 : ∑MO3

= 0

⇒ Pxlg = '

'' 0

''

xg

i i r

r G r

'' ''

'' 0

''

xg

xg xg d

g d g r

r G r

G r

Trong đó : P01’ = 76,2 (kN) – lực cản đào tiếptuyến lớn nhất

Gxg = 1,35(kN) - trọng lợng xi lanhgàu

rxg’ : k/c từ Pxl g đến O3 - Chọn rxg’ = 0,25(m) ⇒ Pxlg = 400 , 67

25 , 0

3 , 0 67 , 0 543 , 0 56 , 31 087 , 1 2 ,

⇒ Pxlg = 400,67(kN)

Phần 3

Ta có chiều dài xi lanh cần :

x = 2/3.lc – rxc = 2/3 6 – 0,8 = 3,2 (m)

Khi cần lên đến vị trí cao nhất (αmax= 600), nghĩa là so với

vị trí ban đầu cần quay đợc một góc bằng 75o Khi đó 2khớp xi lanh cần giãn dài thêm một đoạn s, ta tính đợc :(s+x) (s+x)2 = (

3

2.lc)2 + 0,82- 2

3

2.lc.0,8.cos(150+600)

⇒ (s+x)2 = (

3

2.6)2 + 0,82-

3

2.6.0,8.cos(150+600)

p = 25 Mpa =25.103 kN/mm2

Pxlc = 524,47 (kN) – lực tác dụng lên xi lanhcần

⇒ F = 3

10 25 2

47 , 524

−

115 10

2 Tính chọn xi lanh tay gàu

+Tại vị trí tay gàu nằm ngang cần nghiêng một góc 450

hành trình của xi lanh tay gàu lớn nhất

smax = 00

25 sin

45 sin 3

1

c

25 sin

45 sin 6 3

1

= 3,282 (mm)+Tại vị trí tay gàu thẳng đứng cần nghiêng một góc 450

hành trình của xi lanh tay gàu nhỏ nhất

smin = 2 2 cos 45 0

3

3 2 ) 3

1 ( ) 3

1

tg c

l l l

3

8 , 4 3

6 2 ) 8 , 4 3

1 ( ) 6 3

p = 25 Mpa =25.103 kN/mm2

Pxltg = 584(kN) – lực tác dụng lên xi lanh cần

584 4

14 , 3

4

Hành trình piston lớn nhất đạt đợc khi gàu chuyển động

từ vị trí bắt đầu đào ( tay gàu thẳng đứng) đến vị trítay gàu xúc đầy đất, khi đó góc xoay của gàu là lớn nhất.Tại vị trí 1:

5 4

) 3

1 ( l tg + h +h

⇒ O’O’’= 4 , 8 ) [( 0 , 43 0 , 1 ) 1 , 5 ] 1 , 71m

3

1 ( 2 + + 3 2 =

⇒ s = 490mm

67 , 400 4

14 , 3

4

L = 365 + s = 865(mm)

s = 500 (mm) l = 45 (mm)

D1 = 194 (mm) l1 = 71 (mm)

d = 80 (máymóc)

l2 = 73(mm)

d1 = 55 (máymóc)

l3 =174 (máy móc)

d2 = 75 (máymóc)

B = 60 (máy móc)

II Tính chọn bơm thuỷ lực.

Khi chọn các thông số truyền động thuỷ lực có sự phânchia công suất cho các cơ cấu chấp hành riêng biệt đợctiến hành theo cơ cấu chịu tải lớn nhất

Trong trờng hợp nhièu cơ cấu làm việc đồng thời cầntiến hành tính tổng nănglợng tiêu thụ, áp suất và lu lợngcủa chúng để chọn bơm có các thông số phù hợp.

Trong trờng hợp tính cho máy đào gàu thuận, khả năngphải cung cấp thuỷ lựclớn nhất đợc tính khi máy vừa quayvừa nâng cần và tay gàu

Mmax=55,6.10

4

Chọn động cơ điezen:

Nb=9 , 55 10 6

.n M

10 55 , 9

1440 10 37

= 55,8 (kW)Công suất của động cơ điezen:

N=

b b N

η =0 , 96

8 , 55

= 58,1 (kW)Tra bảng chọn đợc động cơ điêzen có số hiệu 3066T có

trong điều kiện đã cho Đối với máy dẫn động riêng biệttính toán kéo để chọn động cơ bảo đảm chế độ cho trớccủa máy

- chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất

- chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang.Sau đó chọn Pk lớn nhất để tính cơ cấu di chuyển

W2 tỷ lệ với trọng lợng của máy và hệ số cản di chuyển :

W2 = f.G

trong đó : f là hệ số cản chuyển động của bánh xích f= 0,063 ( Bảng 4-2 /MTL )

⇒W2=0,062.27= 1,701 (tấn) = 17,01 (kN)

- Lực cán khi máy lên dốc : W3 = G.sinα

Hb : chiều cao buồng máy Hb

V G

.

Trong thực tế rất khó xác định chính xác thời gian khởi

động vì nó phụ thuộc vào ngời lái và hệ thống truyền

động nên ta có thể tính gần đúng theo trọng lợng máy( Bảng 4-1/MTL)

+Lực cản di chuyển thuần tuý của mỗi bánhxích :

- P1 = P2 =

2

.

f a r

A =

NÕu ta coi lùc c¶n quay cña hai b¸nh xÝch nh nhau th× :

+M«men thuÇn tuý cña mçi b¸nh xÝch :

+Lùc c¶n di chuyÓn thuÇn tuý cña mçi b¸nhxÝch :

P1 = P2 =

2

.

f a r

+Lùc c¶n di chuyÓn thuÇn tuý cña mçi b¸nhxÝch :

P1 = P2 =

2

.

f a r

B

Lực cản quay vòng W61 và W62 đợc xác định từ phơngtrình mômen tơng ứng với điểm m và n

⇒ W61 =(0,063- 0,4

7 , 2 2

3 , 3)

3 , 3)

2

270

= 41,50 (kN)Xét trờng hợp 1 (chuyển động thẳng lên dốc )

Nđc =

6 , 3

. dc

k V P

=172,361,6.3,4= 163(kW) trong đó : Vdc = 3,4 (km/h) – vận tốc dichuyển

Khi chọn động cơ : Nchon= (1,2 ữ 1,4)Nđc= 1,2.163 =195k

Ta bảng chọn động cơ thuỷ lực Rôto cánh gạt có cácthông số sau :

I Chọn cơ cấu quay dùng cho bộ di chuyển :

Chọn cơ cấu quay toàn vòng, thời gian quay máy đàochiếm 2/3 thời gian chu kỳ làm việc

II Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu quay

Máy đào gàu thuận làm việc với nhiều động cơ

+ Thời gian làm việc một chu kỳ : t

tck = b G +A

trong đó : b =1,58 ; A=10 – các hệ số của máy đàoxây dựng

G = 27 (tấn) : trọng lợngmáy

⇒tck=1,58 27+10 = 18,2 (s)

+ Thời gian quay toàn bộ : tqJk

tqJk =tck-tđ -td

trong đó : tđ - thời gian đào

td – thời gian dỡ tải

+ Thời gian quay có tải : tq

tq =

1

J J

r = r'g = 9,47(m)

g = 9,81(m/s2) - gia tốc trọng ờng

⇒ J0 = 300 - 9 , 47 2

81 , 9

76 , 20

= 148,18 (kN.m.s2) +Thời gian quay toàn bộ :

tqJk =

3

2.tck =

3 2.18,2 = 12,14 (s)

+Thời gian quay có tải : tq

t q Jk

300

18 , 148 1

14 , 12

+ = 6,60 (s) + Trong điều kiện làm việc bình thờng, thời gian quaykhông tải : tq0

tq0 =tq.3 0

J

J

= 5,2(s) +Công suất lớn nhất của động cơ :η

Nmax=

q q

q t

J

η

β η

54 , 0

) 37 , 1 (

3

2 2 +

=

91 , 0 6 , 6 54 , 0

14 , 3 ) 91 , 0 37 , 1 ( 300

3

2 2 +

=45,5(kN)

trong đó : β =1800 – góc quay của bàn máy

ηq = 0,91 – hiệu suất của cơ cấuquay – P1-1(CTM)

+Mômen lớn nhất của động cơ :

M=

q n

Nmax

3 10 55 , 9

=

18

5 , 45 10 55 ,

9 3

= 24,14 (kN.m) trong đó : nq= 18 (v/p) - tốc độ quay củabàn máy

Tra bảng 11 trang 94 (sách Nga ) – Chọn động cơ thuỷlực hớng trục số 50 có các thông số sau:

Lu lợng riêng(cm3/vòng)

q = 510

Số vòng quay(v/ph)

n = 980

Lu lợng (l/ph) Q = 491

nhất(kN.m)

Mmax= 25 +Tỷ số truyền :

i =

q

dc n

n

=18

Xác định đối trọng nhằm đảm bảo cân bằng máy đào

với mọi vị trí bộ công tác khi làm việc cũng nh khi di chuyển

1 Vị trí 1 :Bàn quay của máy đào lật ở giới hạn trớc , cần

nghiêng 1 góc 350-450,gàu đầy đất ,tay gàu nằm ngang

Hình 5-1 Lực tác dụng lên máy khi nâng gàu đầy đất

ra

rc

a

Lấy phơng trình nômen đói với điểm A ∑M a =0

<=> G1dt=

a r

a r G a r G a r G a r G

dt

a a c

c t

t g

d g

+

+ +

− +

− +

*rc : k/c từ Gc đến trục quay máy đào

chọn khoảng cách từ tâm trục quay đến O

là 1,3(m)

⇒rc=2/3lc.cos40o +a = 2/3.6 + cos40o + 1,2 =5,2(m)

*rt : k/c từ Gt đến trục quay máy đào

rt = 1,3.ltg + lc.cos400 + a = 1/3.4,8 +6.cos40 +1,2 = 7,3(m)

*ra : k/c từ Ga đến trục quay máy đào

chọn ra =1,4(m)

*rđt : k/c từ Gđt đến trục quay máy đào

chọn rđt = 2,2 (m)