Đồ án Thiết kế máy xúc lật dẫn động thủy lực

Đây có thể nói là đề tài không mới nhưng nó có ý nghĩa thực tiễn đối với bản thân em khi ra làm việc, khi mà với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước, đất nước ta đang chuyển mình phấn

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 6

1.1 Tổng quan chung về công tác đất và máy làm đất 6

1.2 Tổng quan chung về máy xúc lật 9

1.3 Phân tích lựa, chọn phương án thiết kế 11

1.4 Giới thiệu máy cơ sở 14

CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN CHUNG 16

2.1 Xác định, lựa chọn thông số cơ bản của máy 16

2.2 Tính toán các lực tác dụng lên các cơ cấu của thiết bị làm việc 19

2.3 Tính chọn hoặc kiểm tra công suất động cơ 22

2.4.Tính toán ổn định máy xúc lật 23

2.5 Tính toán năng suất máy xúc lật 28

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN RIÊNG 30

3.1 Tính toán, thiết kế gầu 30

3.2 Tính toán, thiết kế tay cần 34

3.3 Tính toán, thiết kế cần 38

3.4 Tính toán, thiết kế các chốt liên kết 42

CHƯƠNG 4:TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THỦY LỰC 47

4.1 Truyền động thủy lực ở nước ta hiện nay 47

4.2 Xây dựng sơ đồ truyền động thủy lực tổng thể 48

4.3 Tính chọn các thiết bị thủy lực chính 50

CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG, BẢO QUẢN, SỬA CHỮA MÁY XÚC LẬT 55

5.1 Một số vấn đề chung về sử dụng máy trên công trường 55

5.2 Bảo quản kỹ thuật máy xúc lật 58

5.3 Bảo dưỡng và sửa chữa kỹ thuật 61

5.4 Các hư hỏng thường gặp trong máy xúc lật 71

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Kí

hiệu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 5.1 Khoảng cách an toàn ứng với điện áp định mức 56

DAN H M ỤC CÁ C HÌN H V Ẽ

Hình 2.2 Sơ đồ ổn định của máy xúc lật khi làm việc 24 Hình 2.3 Sơ đồ ổn định của máy xúc lật khi lên dốc 26 Hình 2.4 Sơ đồ ổn định của máy xúc lật khi xuống dốc 27

Hình 3.5 Biểu đồ nội lực moomen, lực cắt, lực dọc 33

Hình 3.11 Biểu đồ mômen, lực cắt của cần trường hợp 1 39

Hình 3.13 Biểu đồ mômen, lực cắt của cần trường hợp 2 40

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là một trong những nội dung quan trọng đối với sinh viên sắp tốt nghiệp Ngoài mục đích kiểm tra sát hạch kiến thức lần cuối đối với sinh viên trước khi ra trường, nó còn giúp cho bản thân mỗi sinh viên hệ thống lại toàn bộ những kiến thức đã học qua 5 năm đại học Tập dượt cho mỗi sinh viên làm quen với thực tế sản xuất Với ý nghĩa đó trong đề tài thiết kế của mình bản thân em đã được

giao đề tài : “Thiết kế máy xúc lật dẫn động thủy lực” Đây có thể nói là đề tài không mới nhưng nó có ý nghĩa thực tiễn đối với bản thân em khi ra làm việc, khi mà với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước, đất nước ta đang chuyển mình phấn đấu

từ một nước nông nghiệp trở thành nước công nghiệp hoá, hiện đại hoá.Và hiện nay

đất nước ta đang cố gắng tự nghiên cứu sản xuất các thiết bị máy móc trong nước thay thế hàng nhập khẩu nhằm giảm chi phí đầu tư

Là sinh viên của ngành Máy Xây Dựng của trường Đại học Xây dựng, đến nay

em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp là thiết kế máy xúc lật Trong đồ án

em đã trình bày những hiểu biết về lựa chọn các thông số của máy xúc lật Đồng thời qua đồ án em còn đưa ra tính toán thiết kế thiết bị công tác phù hợp với điều kiện cụ thể

Mặc dù đã thực hiện một số đồ án môn học với những nhiệm vụ thiết kế khác nhau có liên quan tới thực tế nhưng đây là đồ án tốt nghiệp cần kiến thức về nhiều vấn đề khác nhau và kinh nghiệm thực tế, không thể tránh khỏi nhầm lẫn và thiếu sót,

vì vậy em rất mong các thầy cô giáo hướng dẫn thêm

Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo Th.S Vũ Anh Tuấn tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án Em xin cảm ơn các thầy cô đã giúp đỡ em !

Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2018 Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG

1.1 Tổng quan chung về công tác đất và máy làm đất

1.1.1 Quá trình phát triển của máy làm đất

Công nghiệp chế tạo máy nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển của nó đồng hành với quá trình phát triển của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người

Bức tranh tổng thể của ngành chế tạo máy làm đất có thể chia thành các giai đoạn chính:

A, Giai đoạn 1: Thế kỷ XVI đến thế kỷ XVIII

Xuất hiện những phương tiện cơ giới và cơ giới hoá đầu tiên dùng trong khâu làm đất, động lực dùng trên các phương tiện cơ giới lúc đó chủ yếu là sức người, sức ngựa và bước đầu dùng động cơ hơi nước Loài người đã chế tạo và sử dụng máy đào một gầu q = 0,75 m3 đầu tiên

B, Giai đoạn 2: Thế kỷ XIX đến năm 1910

Trong giai đoạn này cùng với sự phát triển các công trình xây dựng lớn, nhất

là công trình xây dựng giao thông, giao thông đường sắt, xuất hiện máy đào một gầu quay toàn vòng 3600 – chạy trên ray, cùng các loại máy làm đất khác

C, Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910

Khâu làm đất trong công tác xây dựng đã được tiến hành cơ giới hoá ở mức

độ ngày càng cao do xuất hiện nhiều loại máy làm đất như: Máy đào đất quay toàn vòng 3600, di chuyển bằng bánh lốp, bánh xích kể cả máy đào di chuyển bằng thiết

bị tự bước Đồng thời để đáp ứng khối lượng công tác đất ngày càng lớn trong xây dựng cơ bản Nền công nghiệp đã chế tạo nhiều loại máy làm đất có chức năng, công dụng, kết cấu khác nhau

Xu hướng phát triển máy làm đất trong giai đoạn này là nâng cao năng suất làm việc, tăng vận tốc di chuyển máy và vận tốc làm việc, sử dụng vật liệu kim loại, phi kim loại chất lượng cao để giảm khối lượng riêng của máy, nâng cao độ tin cậy của các chi tiết máy, giảm thời gian bảo dưỡng trong quá trình sử dụng, hoàn thiện các thiết bị động lực và truyền động cùng các hệ thống khác trên máy, chế tạo các bộ công tác (thiết bị làm việc) thay thế để máy có thể làm việc ở các điều kiện, chế độ khác nhau (tức là vạn năng hoá máy làm đất) nên năng suất làm việc của máy ngày càng được nâng cao

Trong những năm gần đây, khối lượng của một số máy làm đất giảm nhẹ đi

20  30% nhưng công suất máy tăng lên đến 50  80% Công suất trang bị trên máy

tăng lên kéo theo hiệu suất làm việc của máy tăng lên Cũng với việc không ngừng cải tiến, hoàn thiện về nguyên lý, kết cấu, người ta còn sử dụng các bộ phận, các máy

cơ sở được chế tạo theo tiêu chuẩn, theo môdun để hoà nhập xu hướng thống nhất hoá, tiêu chuẩn hoá và vạn năng hoá ngành sản xuất máy làm đất

1.1.2 Ý nghĩa cơ giới hóa công tác đất

Trong xây dựng cơ bản: xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thủy lợi Đối tượng thi công trước tiên có khối lượng lớn, có thể nói lớn nhất là công tác đất Trong các công trình xây dựng, đất là đối tượng được xử lý với các phương pháp, mục đích khác nhau nhưng có thể tập hợp theo các quy trình công nghệ chính Đào, khai thác, vận chuyển, đắp, san bằng và đầm chặt

Cơ giới hoá công tác đất có ý nghĩa trọng yếu và đó là vấn đề cấp bách, cần thiết

do khối lượng công việc rất lớn, đòi hỏi nhiều nhân lực, lao động nặng nhọc, ảnh hưởng đến tiến độ thi công và năng suất lao động nói chung

Nhiệm vụ chủ yếu của cơ giới hoá là nâng cao năng suất lao động như V.I Lênin nói “ Năng suất lao động là điều kiện quan trọng và cơ bản nhất để xã hội mới chiến thắng xã hội cũ”

Cơ giới hoá là biện pháp chủ yếu chứ không phải là biện pháp duy nhất nhằm tăng năng suất lao động

Năng suất lao động còn có thể tăng lên bằng cách hoàn chỉnh quy trình công nghệ đã ổn định thì áp dụng cơ giới hoá tiến tới tự động hoá khâu làm đất là biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động Do vậy, có thể rút ra một số ý nghĩa của cơ giới hoá công tác đất:

- Cơ giới hoá là bước đầu tiên và là một trong những biện pháp chủ yếu

để tăng năng suất lao động trong khâu làm đất

- Là biện pháp chính giảm nhẹ cường độ lao động cho công nhân Ngoài ý nghĩa trên, việc cơ giới hoá công tác đất còn góp phần:

- Nâng cao chất lượng công trình xây dựng

- Giảm đáng kể diện hoạt động trên công trường

- Dễ dàng áp dụng tiêu chuẩn hoá, tiến hành công xưởng hoá các công đoạn của quá trình sản xuất, góp phần thực hiện thành công chủ trương công nghiệp hoá

- Đồng thời áp dụng cơ giới hoá khâu làm đất còn tiền hành được các công việc mà lao động thủ công không làm được hoặc khó làm được

Cơ giới hoá khâu làm đất thường thực hiện bằng các hình thức sau:

- Máy và thiết bị cơ khí (Máy xúc, máy cạp, máy nỉ…)

- Máy và thiết bị thuỷ lực (Súng phun thuỷ lực, tầu hút bùn…)

- Chất nổ (mìn phá đá…)

- Dòng điện cao tần, siêu âm …(phá tan vỡ đất)

Cơ giới hoá khâu làm đất bằng máy và thiết bị cơ khí (phương pháp cơ học)

là phổ biến nhất vì tính phổ biến và phổ cập của nó, đồng thời năng lượng tiêu tốn tính cho 1m3 đất rất nhỏ chỉ bằng khoảng 0,05  0,3 kW.h

Năng lượng tiêu tốn khi dùng phương pháp thuỷ lực cao hơn nhiều – khoảng 0,2  2 kW.h, có khi còn cao hơn, như đối với đất chặt lên tới 3  4 kW.h

Trên các công trình xây dựng, cơ giới hoá khâu làm đất bằng phương pháp cơ học chiếm khoảng 80  85%, bằng phương pháp thuỷ lực khoảng 7  8% và dùng chất nổ chỉ 1  3%, còn lại là các phương pháp khác

1.1.3 Phân loại máy làm đất

Để phục vụ cho việc cơ giới hóa công tác đất, đá hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, người ta sử dụng nhiều oại máy khác nhau Tuy nhiên nếu dựa vào công dụng thì máy làm đất được chia thành các nhóm chính sau đây

A, Nhóm máy đào – chuyển đất đá

Máy đào – chuyển đất, đá được dùng để vừa đào vừa vận chuyển đất, đá ở cự

ly gần và rải đất, đá dăm như máy ủi, máy cạp, máy san

B, Nhóm máy đào (xúc) đất, đá

Nhóm máy này được sử dụng để đào (hoặc xúc đất đá, than, quặng ) đổ lên ô

tô vận chuyển đi nơi khác hoặc đổ thành đống tại nơi thi công Do đó máy này thường được dùng kết hợp với ô tô tự đổ thành tổ hợp máy thi công

Máy đào (xúc) đất, đá có hai loại:

- Máy đào một gầu: Gầu nghịch, gầu thuận, gầu dây, gầu ngoạm

- Máy đào nhiều gầu: Hệ xích, hệ roto

Trong đó: Máy đào một gầu làm việc theo chu kỳ, Máy đào nhiều gầu làm việc liên tục nên cho năng suất cao

Tuy nhiên máy đào nhiều gầu có cấu tạo phức tạp, cồng kềnh, phải cần có băng tải để vận chuyển đất đổ sang bên cạnh máy, giá thành máy cao, lại không có tính đa năng nên trong thực tế hiện nay, máy đào nhiều gầu ít được sử dụng ở nước ta cũng như trên thế giới

Việc cơ giới hóa công tác đào (xúc) đất, đá được thực hiện chủ yếu bằng máy đào (xúc) một gầu

C, Nhóm máy đầm nén đất, đá, máy đóng cọc

Nhóm máy này được dùng phổ biến trong thi công đường bộ, đường thành phố (máy lu bánh cứng trơn, máy lu chân cừu, búa đóng cọc, máy khoan cọc nhồi )

D, Nhóm máy làm công tác chuẩn bị mặt bằng thi công

Gồm có: Máy chặt cây, nhổ gốc cây, xới đất, bóc lớp đất thực vật

1.2 Tổng quan chung về máy xúc lật

1.2.1 Sơ lược về máy xúc lật

Máy xúc lật một gầu thuộc nhóm máy động lực Nó đóng vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong các công trường xây dựng, nhiệm vụ là bốc xúc vật liệu xây dựng ,đất, đá, sỏi, than, rác…ở máy xúc lật một gầu tự hành, thiết bị làm việc trực tiếp với vật liệu là gầu xúc, nó dược lắp chốt bản lề với một tay cần, đầu kia của tay cần dược lắp chốt bản lề với khung máy kéo hoặc dầu kéo Tay gầu quay tương đối được với khung và gầu là nhờ các xy lanh thuỷ lực dược cấp dầu cao áp từ máy bơm, máy bơm dược dẫn động từ động cơ đốt trong của máy kéo Máy xúc lật một gầu có các loại: loại dỡ tải (đổ vật liệu) phía trước máy, loại đổ sang hai bên sườn và loại đổ vật liệu ra phía sau (máy xúc vượt) ở loại gầu đổ vật liệu phía trước xúc vật liệu bằng cách cho máy tịnh tiến và hạ gầu xuống cho lưỡi gầu cắm vào đống vật liệu, sau đó quay gầu với góc quay 450-600 Ở loại gầu đổ bên hông bộ công tác xúc được đặt trên mâm quay, sau khi xúc vật liệu song sẽ quay tay gầu cùng với cần sang hai bên hông để đổ xuống phương tiện vận chuyển (quay sang bên trái hoặc bên phải vuông góc) Loại máy có khung di chuyển có hai nửa lắp khớp bản lề với nhau để dễ lượn vòng Ở máy gầu đổ phía sau lấy vật liệu phía trước, sau khi đã xúc vật liệu người ta điều khiển tay gầu và gầu về phía sau máy để dỡ vật liệu, vật liệu chảy về phía đuôi gầu Loại máy xúc lật một gầu đổ vật liệu phía sau ít thuận lợi cho khai thác, nên nó dần được thay thế bằng loại máy đổ phía trước và loại máy đổ bên hông Thông số cơ bản của máy bốc xúc một gầu là tải trọng nâng của nó Đối với loại máy đổ vật liệu phía trước là vật liệu chứa trong gầu, đối với loại máy đổ vật liệu phía bên hông, ngoài trọng lượng của vật liệu chứa trong gầu còn phải kể đến trọng lượng

bộ phận công tác Sức nâng của máy xúc lật một gầu di chuyển bánh lốp từ (0,32-5) Tấn, đối với máy di chuyển xích từ (2-10) Tấn

Cho gầu xúc vật liệu được thực hiện bằng hai phương pháp :

Phương pháp 1: Hạ gầu xuống đống vật liệu, cho máy tịnh tiến lúc đầu gầu cắm vào đống vật liệu, nhờ lực đẩy của máy gầu cắm sâu vào đống vật liệu, sau đó nâng gầu lên vật liệu sẽ được chất đầy trong gầu

Phương pháp 2: Hạ gầu xuống đống vật liệu, cho máy tịnh tiến cắm vào đống vật liệu với chiều sâu không lớn, sau đó vừa nâng gầu lên vừa cho di chuyển máy chậm về phía trước, gầu sẽ được chất đầy vật liệu từ từ

Theo phương pháp hai đạt hiệu quả cao hơn, vì khi gặp vật liệu cục không thể đưa sâu gầu một lần vào đống vật liệu được, do lực cắm lưỡi gầu lớn, bộ phận di chuyển máy sẽ bị trượt Do đó gầu được đưa vào đống vật liệu cục phải từng nấc sẽ thuận lợi hơn, giảm được lực cản Theo phương pháp hai sẽ tiết kiệm năng lượng hơn

so với phương pháp một, nhưng năng suất thấp hơn

Mức độ cắm gầu vào đống vật liệu phụ thuộc vào vị trí của tay gầu, tầm quay càng đặt cao, chiều sâu cắm được gầu vào đống vật liệu càng nhỏ Tốc độ gầu khi xúc vật liệu nằm trong giới hạn từ (1-1,5) m/s Chiều cao nâng gầu phải đảm bảo cho gầu có thể đổ được vào thùng xe ôtô hoặc phễu chứa vật liệu

Nếu sức nâng của gầu (1,25-5)tấn thì chiều cao nâng gầu là (2,8-3,6)m Tốc độ

di chuyển của máy xúc lật một gầu chạy xích tương đương tốc độ di chuyển của máy kéo bánh xích từ (3-8) km/h, khi lắp thêm hộp giảm tốc phụ thì có thể đến (8-12) km/h với mục đích để đảm bảo lực đẩy lớn nhất so với lực bán di chuyển bánh xích trên nền Máy xúc lật một gầu bánh hơi, thường được trang bị bộ biến tốc thuỷ lực, đảm bảo tốc độ di chuyển có thể thay đổi tốc độ vô cấp từ (0-40) km/h Khối lượng riêng của máy xúc lật một gầu di chuyển bánh hơi thường (3-4)Tấn trên một tấn sức nâng của gầu

1.2.2 Công dụng và phạm vi sử dụng

Máy xúc lật trong xây dựng được sử dụng để xếp dỡ, vận chuyển với cự ly ngắn các loại vật liệu rời (cát đá sỏi), tơi hoặc dính, xúc các loại hàng rời, hàng cục nhỏ, khai thác (đào và xúc) đất thuộc nhóm cấp I, cấp II và đổ lên các thiết bị vận chuyển

Có thể vận chuyển các loại vật liệu trên trong cự ly đến 1 km

Nó được sử dụng rộng rãi trong các mỏ đá, trong các xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, trong các kho bãi chứa vật liệu xây dựng và trong các trạm sản xuất

bê tông tươi, bê tông Asphalt Ngoài ra máy xúc lật còn được sử dụng vào một số công việc khác tuỳ vào bộ công tác của từng máy mà ta có công dụng riêng

1.2.3 Phân loại máy xúc lật

Các máy xúc lật tuy rất đa dạng về hình dáng nhưng có thể phân loại theo các dạng sau:

 Theo thiết bị di chuyển:

+ Máy xúc lật di chuyển bánh xích

+ Máy xúc lật di chuyển bánh lốp

 Theo cách dỡ tải:

+ Máy xúc lật dỡ tải phía trước máy

+ Máy xúc lật dỡ tải hai bên sườn

+ Máy xúc lật dỡ tải ra phía sau

 Theo dung tích gầu xúc

a) Căn cứ theo điều kiện làm việc và tính chất công việc của máy xúc lật ta có thể đưa ra phạm vi hoạt động để thiết kế máy như sau:

- Thiết kế máy xúc lật làm việc tại trạm trộn nhựa Asphalt hoặc bê tông xi măng Với điều kiện làm việc ổn định về chu kỳ tải trọng nâng, thành phần vật liệu có tính chất chuyên dùng cao

- Thiết kế máy xúc lật làm việc tại các công trường xây dựng cơ bản như đường

xá, đập, thuỷ điện với điều kiện làm việc nặng nhọc và kém ổn định như chu kì làm việc dài, tải trọng nâng đổ lớn, thành phần vật liệu phức tạp có tính chất chuyên dùng hơn

- Thiết kế máy xúc lật làm việc tại các đô thị được dùng để làm các công việc

vệ sinh đô thị với điều kiện làm việc đơn giản nhẹ nhàng như: tải trọng nâng đổ nhỏ, tính chất công việc đơn giản Do đó phương án này thường là thiết kế máy xúc lật bánh lốp mini và có tính vạn năng cao, thường máy được gắn thêm bộ công tác gầu đào ở phía sau

b) Căn cứ theo điều kiện và thực tế ta có 2 phương án sau

 Máy xúc lật di chuyển bánh lốp

Hình 1.1 Máy xúc lật bánh lốp

+ Chúng có thể di chuyển một quãng đường dài dễ dàng, nhanh chóng, tính

cơ động cao khi có thể di chuyển nhiều với quãng đường dài và tốc độ đạt

từ 30-40km/h

+ Trong quá trình làm việc khá êm, không có tiếng kêu hay bất cứ điều gì đáng tiếc Vì vậy chúng còn được cho thuê để làm việc theo ca, theo giờ + Nhờ khả năng di chuyển tốt mà quá trình vận chuyển cũng như chi phí dành cho việc này tiết kiệm đáng kể

+ Khó di chuyển (trong địa hình mấp mô), làm việc trong môi trường có nhiều bùn đất

+ Chi phí bảo dưỡng, sữa chữa tốn kém

+ Giá thuê, mua khá cao

+ Khả năng làm việc ổn định, bền bỉ và có thể làm việc trong thời gian dài + Dễ dàng di chuyển trên các dạng địa hình khác nhau

+ Kích cỡ phong phú thích hợp với mọi nhu cầu

1.3.3 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy xúc lật bánh lốp

 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy xúc lật bánh lốp

1.Gầu xúc; 2 Thanh liên kết giữa gầu xúc và tay cần; 3 Cần; 4 Tay cần; 5 Xilanh điều khiển tay cần; 6 Xilanh nâng hạ cần; 7 Cabin; 8 Động cơ; 9 Bánh lốp

 Nguyên lý làm việc:

+ Máy làm việc cao hơn mặt bằng đứng của máy

+ Làm việc ở nền vật liệu cấp I và cấp II

+ Vật liệu xả qua miệng gầu

+ Máy làm việc theo chu kỳ

 Nguyên lý làm việc :

Đưa máy tới vị trí làm việc, hạ gầu tiếp xúc với nền vật liệu Dùng xilanh 5 điều khiển tay cần và gầu ở vị trí phù hợp với đối tượng làm việc Cho máy di chuyển với vận tốc xúc vật liệu, gầu tiến hành xúc vật liệu vào gầu Gần cuối quá trình xúc, dùng xilanh 5 điều khiển tay cần và gầu sao cho khi nâng gầu lên thì vật liệu không bị rơi

ra ngoài Nâng gầu (nâng cần) nhờ xilanh 6 Đưa máy về vị trí xả vật liệu bằng cách tiến hoặc lùi máy Vật liệu xả thành đống hoặc xả trực tiếp vào thiết bị vận chuyển

Hết một chu kỳ làm việc

1.4 Giới thiệu máy cơ sở

Với nhiệm vụ thiết kế là máy xúc lật bánh lốp, chọn máy cơ sở là loại máy KOMATSU_WA 200 của Nhật Bản chế tạo Có thể làm việc với vật liệu cấp I và cấp

II Có kích thước cơ bản sau

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của máy

Các thông số về gầu xúc:

- Dung tích gầu tiêu chuẩn, m3 1,7

Kích thước máy khi vận chuyển, mm

- Chiều rộng máy cơ sở (không kể gầu) 2450

- Chiều rộng máy cơ sở (có kể gầu) 2550

Các thông số làm việc của gầu, mm

- Tầm với xa nhất so với mép trước của máy 925 Động cơ chính của máy

- Tốc độ quay trục động cơ, vg/ph 2000

- Thể tích buồng đốt của xilanh, cm3 5880

Hệ thống thủy lực

- Lưu lượng do bơm tạo ra, l/ph 156

- Áp suất dầu trong hệ thống, MPa 20,6 Tốc độ di chuyển lớn nhất, km/h 34,5 Các tốc độ di chuyển của máy theo hộp số, km/h 4- 13

20- 34,5

12PR

CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN CHUNG

2.1 Xác định, lựa chọn thông số cơ bản của máy

Chọn các thông số cơ bản dựa vào quy luật đồng dạng so với máy cơ sở theo công thức của N.G.Dômbrôvski:

A : Thông số các kích thước, m

G : Thông số về khối lượng, tấn

N : Thông số về công suất, mã lực

q : Thông số về dung tích gầu, m3

t : Thông số về thời gian chu kỳ làm việc của máy, s

1,5 1,14

Ak q k  k (m) (2.2) Trong đó: A: Thông số các kích thước (m)

q: Thông số về dung tích hình học của gầu (m3)

Chiều dài tay cần Ltc 5,00 5,7 5,7 Chiều dài gầu Lg 1,26-1,34 1,43-1,52 1,5 Chiều rộng gầu Bg 1,05-1,22 1,2-1,4 1,3

2.1.1 Chọn sơ bộ thông số trọng lượng các cụm cơ bản

Tổng trọng lượng của máy (gồm máy cơ sở và các bộ phận công tác: Cần xúc dài 2650 mm, tay cần dài 1200 mm, dầu bôi trơn, nước làm mát, thùng đầy nhiên liệu, thợ vận hành và các thiết bị tiêu chuẩn, loại lốp 17.5 – 25) là G 99, 2 (kN)

Bộ phận công tác chiếm (16 -20)% toàn bộ trọng lượng máy, ta lấy 20%

Vậy G 1 0, 2.99, 2 19,84  (kN)

Do đó trọng lượng của máy cơ sở Gmcs  99, 2 19,84 79,36   (kN)

Từ công thức (2.1) ta có trọng lượng bộ phận công tác của máy thiết kế

2 1 2

1

1, 5 19,84 17, 6

2.1.2 Thông số cơ bản của gầu

Dựa vào kích thước của gầu có dung tích q 1, 7 m3, ta chọn sơ bộ các thông

số kích thước gầu thiết kế có dung tích q 1, 5m3 như sau:

- Chiều sâu gầu: 2 3 3 3

2 1 2

1

1, 5 650 573, 5

2.1.4 Thông số cơ bản tay cần

Dựa vào phương pháp nội suy, ta chọn sơ bộ kích thước cần như sau:

- Chiều dài tay cần: 2 3 3 3

2

1

1,5 100 88, 23

2.2 Tính toán các lực tác dụng lên các cơ cấu của thiết bị làm việc

2.2.1 Tính lực cản tiếp tuyến P01 và tính lực cản pháp tuyến P02

B H k

 (m) Trong đó: q - Là dung tích gầu, theo yêu cầu thiết kế q = 1,5 m3

Bg- Là chiều rộng của gầu, B 2g 2, 445 (m)

kt - Là hệ số tơi của đất, với đất cấp I, kt = 1,1-1,3 Chọn kt= 1,2, (B1.1/TL [1])

P01 - Lực cản đào tiếp tuyến

 - Hệ số phụ thuộc vào cấp đất và tình trạng dao cắt Có thể chọn từ 0,15 – 0,45 Chọn   0, 45

Vậy lực cản đào đất theo phương pháp tuyến:

P02  P01 0, 45.3, 42 1,54  (kN)

2.2.2 Xác định lực tác dụng lên các cơ cấu

2.2.2.1 Xác định lực tác dụng lên xilanh tay cần

Hình 2.1 Sơ đồ lực tác dụng vào máy xúc lật

Trường hợp gầu xúc vừa cắt một lớp vật liệu vừa quay gầu đối với khớp O4 Ta

có thể viết phương trình mô men của các lực tác dụng vào gầu và thanh đẩy như sau:

' 01 01 02 02

'

g d g d tc

Thay số vào ta có: . 1,5.1,1.15 20, 65

1, 2

d d t

q k G

P r P

r

 (kN) (2.6)

Trong đó: - rtcLà khoảng cách của các lực tương ứng với O3, r tc 0, 6m

- r tc' Là khoảng cách của các lực tương ứng với O3, r  tc' 0,5m

Thay số vào phương trình (2.6) ta có:

 '. ' 63,1.0, 5 52, 5

0, 6

tc tc tc

tc

P r P

r

2.2.2.2 Xác định lực tác dụng lên xilanh nâng cần

Lực nâng cần được xác định khi gầu đã kết thúc quá trình xúc và gầu đầy vật liệu Xilanh tay cần cố định Viết phương trình mô men của tất cả các lực tác dụng lên hệ gầu xúc, tay cần và cần đối với khớp O1, ta có:

2.2.3 Tính lực cản di chuyển của máy xúc lật di chuyển bánh lốp

Thông thường các loại máy xúc một gầu di chuyển bánh lốp có lực cản nhỏ hơn nhiều so với máy xúc di chuyển bằng xích

Lực cản trong quá trình di chuyển bao gồm:

+ Lực cản vòng Nhờ có cơ cấu vi sai của cơ cấu di chuyển bánh bằng lốp nên lực cản vòng rất bé Thực tế: W3 0, 01 Gm, kN Nên trong tính toán

+ Lực cản gió Vì bé nên có thể bỏ qua

Như vậy, tổng các lực cản di chuyển của máy xúc di chuyển bánh lốp sẽ là:

Wd c/  W1 W2 W4, kN (2.11) Thay số vào công thức (2.11) ta có:

Wd c/ W1W2W4 92,75.cos15 0,06 92,75.0,04 92,75.sin150   033,1 kN

2.3 Tính chọn hoặc kiểm tra công suất động cơ

2.3.1 Công suất cơ cấu co duỗi tay cần

Công suất cơ cấu co duỗi tay cần tính theo công thức:

.

1000

tc tc tc

tc

P v N

Thay giá trị các đại lượng vào công thức (2.12) ta có:

. 52500.0, 3 17, 5

1000 1000.0, 9

tc tc tc

tc

P v N



2.3.2 Công suất cơ cấu nâng hạ cần

Công suất cơ cấu nâng hạ cần tính theo công thức:

1000

c c c

c

P v N

 - Là hiệu suất cơ cấu co duỗi tay cần, Chọn c  0,9

Thay số vào công thức (2.13) ta có:

184600.0,3

61,5

1000 1000.0,9

c c c

c

P v N



2.3.3 Công suất cơ cấu di chuyển máy

Tính công suất cơ cấu di chuyển máy tính theo công thức:

W

1000

dc dc dc

dc

v N

 - Là hiệu suất cơ cấu di chuyển, Chọn dc  0,9

Thay giá trị các đại lượng vào công thức (2.14) ta có:

W 33100.1, 67 61, 41

1000 1000.0, 9

dc dc dc

dc

v N



Động cơ trên máy cơ sở là động cơ Komatsu SAA6D 102E-2 có công suất Nđc

= 95 kW Động cơ này hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đặt ra của các thiết bị công tác Dựa vào thông số các công suất tính toán được ta thấy máy chỉ có thể thực hiện riêng

rẽ từng công việc, không thể kết hợp các công việc với nhau

2.4.Tính toán ổn định máy xúc lật

2.4.1 Trường hợp máy xúc gặp chướng ngại vật trong khi làm việc

Do trong phạm vi bài thiết kế này là xét máy xúc lật làm việc tại trạm trộn bê tông

xi măng nên ta cũng sẽ tính ổn định cho máy trong những điều kiện bất lợi nhất mà máy có thể gặp phải trong khi làm việc

Trường hợp tính toán:

- Máy làm việc trên mặt bằng không có độ dốc

- Trong quá trình xúc gặp chướng ngại vật cách mặt bằng đứng làm việc của máy chừng 0,3m

- Lực P hướng song song với trục của máy và cách A một đoạn

Hình 2.2 Sơ đồ tính độ ổn định của máy xúc lật khi làm việc

Để xác định được lực cản của chướng ngại vật ta viết phương trình cân bằng momen đối với điểm O1, ta có:

tc

G - Trọng lượng tay cần, G tc 0,88, kN

g

G - Trọng lượng gầu, G  g 6,53, kN

P - Lực cản xúc khi gặp chướng ngại vật Lực P được tính bằng cách viết

phương trình của phần thiết bị làm việc đối với khớp chân cần O1 khi xilanh nâng cần hoặt động

P - Lực lớn nhất trong xialanh nâng cần, kN

Chọn theo máy cơ sở, đường kính pittong của xilanh nâng hạ cần là 10,2cm, áp suất dầu thuỷ lực là 20,6 MPa = 2,06 kN/cm2 Vậy lực nâng gầu lớn nhất là:

l

M K M

 Máy làm việc ổn định khi gặp chướng ngại vật

2.4.2 Trường hợp máy xúc đang đi lên dốc

Hình 2.3 Sơ đồ tính độ ổn định của máy xúc lật khi lên dốc

Trường hợp tính toán:

- Thiết bị làm việc ở phía trước máy theo hướng di chuyển

- Máy di chuyển lên dốc ngiêng góc 𝛼 =100 so với mặt nằm ngang

- Gió thổi ngược chiều với hướng di chuyển

Ta có hệ số ổn định trong trường hợp này được xác định như sau:

1, 2

cl od

l

M K M

mcs G

1 A

Thay các giá trị vào công thức (2.21), (2.22), ta có:

l

M K

M

   >1,2

=> Máy đảm bảo điều kiện ổn định khi di chuyển lên dốc

2.4.3 Trường hợp máy xúc đang đi xuống dốc

Trường hợp tính toán:

+ Thiết bị làm việc ở trước máy theo hướng di chuyển

+ Máy di chuyển xuống dốc với góc nghiêng 𝛼 =10o

+ Gió thổi cùng chiều với hướng di chuyển

+ Gầu ở vị trí xa nhất

Hình 2.4 Sơ đồ tính độ ổn định của máy xúc lật khi xuống dốc

Ta có hệ số ổn định trong trường hợp này được xác định như sau:

1, 2

cl od

l

M K M

M K

M

   >1,2

=> Máy đảm bảo điều kiện ổn định khi di chuyển xuống dốc

2.5 Tính toán năng suất máy xúc lật

2.5.1 Năng suất lý thuyết

Năng suất lý thuyết tính theo công thức:

lt 3600.

ck

q N

T

 (m3/h) (2.26)

Trong đó: q - Dung tích hình học của gầu, q 1, 5 m3

T ck- Thời gian một chu kỳ làm việc của máy, T ck    t1 t2 t3 t4 (s) Với: t 1 (7 8)  s - Thời gian xúc vật liệu

t2: Thời gian di chuyển đến nơi dỡ, s: 2 20 20( )

t 3 (6 7)  s - Thời gian đổ vật liệu

t4: Thời gian trở về vị trí xúc vật liệu, s: 4 20 13( )

3600.1, 5

117, 4 46

lt

2.5.2 Năng suất kỹ thuật

Năng suất kĩ thuật của máy tính theo công thức:

3600 .

.

d kt

t ck

q k N

k T

 (m3/h) (2.27)

Trong đó: k t -Hệ số tơi của đất: k  t 1,3 (B1.4/TL[1])

k d - Hệ số đầy gầu: k  d 0,9 (B1.12/TL[1])

Thay số liệu vào công thức (2.27), ta có:

3600.1,5.0,9

81, 27 1,3.46

t ck

q k k N

k T

 (m3/h) (2.28)

Trong đó: k tg-Hệ số sử dụng thời gian k  tg 0,85 0,9 

Thay số liệu vào công thức (2.28), ta có:

3600.1, 5.0, 9.0,85 69

1, 3.46

tt

N   (m3/h)

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN RIÊNG

3.1 Tính toán, thiết kế gầu

3.1.1 Trường hợp tính toán

 Khi bắt đầu cắt vật liệu gầu gặp chướng ngại vật, lúc này xilanh tay cần có lực đẩy lớn nhất và được truyền tới đỉnh gầu

 Khi gầu sắp kết thúc quá trình xúc vật liệu, gầu gặp chướng ngại vật

Trong cả 2 trường hợp thì phản lực P của vật liệu đều gần như có phương vuông góc với gầu và chỉ có xylanh tay cần làm việc Nếu coi rằng hai trường hợp này lực

max

tc

P có giá trị như nhau thì trường hợp thứ hai gầu chịu thêm trọng lượng của vật liệu Do đó chọn trường hợp thứ hai để tính toán

3.1.2 Xác định các lực tác dụng lên gầu và sơ đồ kết cấu

Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên gầu

Theo hình (3.1): Các lực tác dụng lên gầu gồm có

+ Các lực đã biết:

- Trọng lượng gầu và vật liệu ở trong gầu, G g d  26, 4(kN) (Tính ở 2.2.2.1)

- Lực cản xúc pháp tuyến của đất tại gầu P Vì trong quá trình xúc đất, chỉ có xilanh tay cần làm việc nên, để đơn giản trong tính toán ta xem như lực P chính bằng P tcmax Chọn theo máy cơ sở, đường kính pittong của xilanh co duỗi tay cần là 9cm, áp suất dầu thủy lực là 2

20, 6 2, 06 /

p MPa kN cm Vậy lực co duỗi tay cần lớn nhất là:

Vậy PP tcmax.k d , có kể đến tải trọng động do chướng ngại vật gây ra tại đỉnh gầu và hệ số tải động kđ=1,5, PP tcmax.k d  131,1.1,5 196,5  (kN)

Khi đai thành gầu chế tạo thành hai phần: Phần trước và hai thành bên thành một khối, phần sau chế tạo riêng sau đó liên kết lại với nhau Khi đó sơ đồ tính toán đai thành gầu như sau :

Hình 3.2: Sơ đồ tính đai gầu

Chọn tiết diện đai thành gầu là thép có hình chữ nhật cao h 24cm, cần phải tính chiều dày của đai thành để gầu đảm bảo bền

Để tính được ứng suất lớn nhất trong gầu cần tìm được nội lực tại mọi tiết diện

Sử dụng phương pháp lực để giải bài toán :

+ Sơ đồ tính gầu là dạng khung siêu tĩnh có bậc siêu tĩnh bằng 1

+ Chọn hệ cơ bản có dạng như sau :

Hình 3.3 Sơ đồ đặt lực

2445 P

P

1

X

Khi tính toán đai thành gầu, coi phản lực P tác dụng vào chính giữa thành trước

và vuông góc với nó, bỏ qua trọng lượng bản thân của thành gầu Coi lực P là lực cản

do khi xúc vật liệu gặp chướng ngại vật (Tính ở mục 3.1.2)

Ta có phương trình chính tắc : 1.X1  1 0 (3.8) Trong đó : δ1 – Chuyển vị theo phương trục X do lực X1 =1 gây ra

Δ1 – Chuyển vị theo phương trục Y do lực P gây ra

(kN.m)

p M

(kN.m)

1,1 1,1

120,1

92,3 92,3

27,8

(M)

98,25 98,25

Từ biểu đồ nội lực thấy rằng tiết diện nguy hiểm nhất có:

1

.24.12

Suy ra ta có : 108, 67.1 32, 5 b 3, 34

b   (cm) Chọn chiều dày đai gầu là b = 3,5 (cm)

Chiều dày thành gầu chọn theo công thức kinh nghiệm như sau:

t  g (20 30) 1, 5  3  2, 5 (cm)

3.2 Tính toán, thiết kế tay cần

Có hai trạng thái tay cần chịu lực lớn nhất là khi bắt đầu xúc vật liệu, xi lanh

tay cần vuông góc với tay cần và khi gầu gần kết thúc xúc vật liệu, gầu đã tích đầy vật liệu Cả hai trường hợp gầu gặp chướng ngại vật, phải dùng lực đẩy lớn nhất của

xi lanh tay cần để làm việc Đây chính là yếu tố chính gây nguy hiểm cho tay cần vì thế chỉ cần kiểm tra bền cho tay cần ở trạng thái này

Chọn sơ bộ hình dạng của khung tay cần là hai tấm thép liên kết với nhau qua các gân gia cường, nên khi tính toán ta chia lực thành hai để tính toán cho một bên

Từ sơ đồ lực (Hình 2.1), ta thấy hệ lực tác dụng lên tay cần gồm có:

+ Lực đẩy của xilanh tay cần max 196, 5 98, 5

quá trình tính toán có thể bỏ qua

Để có thể xúc được vật liệu và lật được gầu khi đổ vật liệu thì phải thỏa mãn

điều kiện sau đây:

1X 1 max 2

tc

R l P l (3.14) Lấy dấu (=) ta có:

P l

l  R   (3.15) Mặt khác ta lại có:

l  l (m) (3.16) Giải 2 phương trình (3.15) và (3.16) ta có:

1 0, 65

l  m l 2 0,55 m, là cánh tay đòn ở hai đầu của tay cần

Mô hình hóa tay cần thành dạng dầm đơn giản chịu lực như sau:

Hình 3.6: Sơ đồ đặt lực lên tay cần

- Xác định phản lực ở gối tựa A,B

- Vẽ biểu đồ mô men và lực cắt

Hình 3.7: Biểu đồ mô men và lực cắt tay cần

Mặt cắt nguy hiểm của tay cần là mặt cắt I-I tại khớp quay

Giả sử mặt cắt I-I có dạng sau:

Hình 3.8 Mặt cắt tại khớp quay

Để đảm bảo điều kiện bền của cần phải thoả mãn: ứng suất tại mặt cắt (I-I)

[ ] W

x x

M

    (3.19) Trong đó: Mxmax - Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt I-I

max

tc P

(M) (kN.m)

Chọn vật liệu chế tạo tay cần là thép tấm SS540 có c  39 (kN/𝑐𝑚2)

3.3 Tính toán, thiết kế cần

Xét theo điều kiện làm việc thì có hai trạng thái cần làm việc nặng nhất Một là bắt đầu làm việc gặp chướng ngại vật Hai là sắp kết thúc quá trình làm việc gặp chướng ngại vật Ta sẽ đi tính toán hai trường hợp này và lựa chọn ra trường hợp nặng nhất

O