Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến hệ thống thủy lực trên máy kéo kubota l1500 thành máy xúc lật

- Nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L 1500 trở thành máy xúc lật là một đòi hỏi phải tính toán một cách hợp lý kể cả từ kết cấu cho đến kết cấu hiện có của máy cũng như đặc đi

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HUẾ - 2018

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

PHẠM MINH TUÂN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CẢI TIẾN HỆ THỐNG THỦY LỰC TRÊN MÁY KÉO KUBOTA L 1500 THÀNH MÁY XÚC LẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã số: 8.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGƯT TS ĐINH VƯƠNG HÙNG

HUẾ - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đã được trích dẫn cụ thể

Huế, ngày 25 tháng 7 năm 2018

Học viên thực hiện

PHẠM MINH TUÂN

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực cố gắng của bản thân, tôi luôn nhận được sự quan tâm,giúp đỡ,hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện thuận lợi của quý Thầy, Cô trong khoa Cơ khí Công nghệ và phòng Đào tạo thuộc trường Đại học Nông Lâm Huế Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Cơ điện - Xây dựng và Nông Lâm Trung Bộ cùng gia đình, bạn bè đồng nghiệp Tôi chân thành cảm ơn

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến NGƯT.TS Đinh Vương Hùng, Người thầy đã dành nhiều thời gian công sức, tâm huyết cũng như cung cấp tài liệu khoa học cần thiết để giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Huế, ngày 25 tháng 7 năm 2018

Học viên thực hiện

PHẠM MINH TUÂN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tính cấp thiết của đề tài:

Thiết bị truyền động thủy lực thường được ứng dụng rộng rãi trong các máy công trình Điều đó có được là bởi vì so với các dạng truyền động khác, truyền động thủy lực có các ưu điểm: hiệu chỉnh đơn giản vô cấp vận tốc cơ cấu làm việc tịnh tiến – khứ hồi với giới hạn điều chỉnh rộng; có khả năng nhanh chóng đảo chiều với việc hãm (phanh) và khởi động êm dịu; năng lượng riêng lớn; dễ dàng điều khiển tự động hóa và bảo vệ; các thiết bị tự bôi trơn, nâng cao độ tin cậy làm việc; có khả năng chuẩn hóa các phần tử nhiệt

Thiết bị truyền động thủy lực được trang bị trên khoảng 2/3 số máy công trình (máy xây dựng và máy đường bộ) Tỉ lệ ứng dụng thiết bị truyền dẫn thủy lực vẫn không ngừng tăng lên

Việc các máy được trang bị thiết bị truyền dẫn thủy lực được phổ biến rộng rãi đặt ra yêu cầu đào tạo các chuyên gia thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa hệ thống truyền dẫn thủy lực Nghiên cứu này nhằm tính toán, thiết kế cải tiến một hệ thống truyền dẫn thủy lực của các máy công trình sẵn có nhằm làm tăng khả năng làm việc của liên hợp máy, tăng hiệu suất và thời gian sử dụng

- Để đầu tư một thiết bị mới đòi hỏi một nguồn kinh phí không nhỏ

- Hiện tại nhà trường còn một số thiết bị máy kéo không sử dụng hết

- Do điều kiện địa hình của đơn vị gần đồi núi, cần san gạt và xúc

- Dựa vào điều kiện thực tế của nhà trường, còn thiếu thiết bị trong quá trình luyện tập cho học sinh và máy không sử dụng kéo trong nông nghiệp nữa

- Máy sau khi cải tiến sẽ phục vụ cho quá trình giảng dạy, thực tập của học sinh - sinh viên được phong phú và đa dạng hơn Ngoài ra máy còn phục vụ tiếp liệu và dọn dẹp trong quá trình xây dựng và sửa chữa của nhà trường, nhằm giảm bớt sức lao động thủ công trong nhà trường

- Nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L 1500 trở thành máy xúc lật là một đòi hỏi phải tính toán một cách hợp lý kể cả từ kết cấu cho đến kết cấu hiện có của máy cũng như đặc điểm làm việc tự hành mới – khác với tính năng kéo của máy kéo

Vì vậy việc “Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L1500 thành máy xúc lật” là công việc hết sức cấp thiết đối với nhà trường cũng như các đơn vị tương tự

Phương pháp nghiên cứu:

- Căn cứ vào công suất của động cơ ở thiết bị đang nghiên cứu

- Căn cứ vào áp suất (P) và lưu lượng (Q) của bơm thủy lực đã có sẵn trên máy

- Dựa vào lưu lượng và áp suất làm việc của bơm thủy lực để chọn các phần

tử thủy lực

- Tính toán áp suất, lưu lượng của cơ cấu chấp hành dựa vào tải trọng

- Tính toán, thiết kế thiết bị công tác của máy dựa vào công suất kích thước thực tế của máy và P, Q của bơm thủy lực trên máy

Nội dung và kết quả nghiên cứu:

-Tính toán, thiết kế cải tiến làm cơ sở để chuyển đổi chức năng làm việc trên máy kéo KUBOTA L1500 trở thành máy xúc lật; làm tiền đề cho quá trình cải tiến những hệ thống thủy lựckhác tương tự

- Trên cơ sở nguồn động lực máy kéo Kubota L1500 có sẵn, do điều kiện sử dụng của nhà trường cần chuyền đổi khả năng làm việc của máy kéo sang máy xúc lật

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ xi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu chung của đề tài 2

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 2

3.1 Ý nghĩa khoa học: 2

3.2.Ý nghĩa thực tiễn: 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG, KHAI THÁC MÁY XÚC LẬT Ở VIỆT NAM 3

1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY XÚC LẬT: 3

1.2 CÔNG DỤNG VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MÁY XÚC LẬT 4

1.3 PHÂN LOẠI MÁY XÚC LẬT 4

1.4 CẤU TẠO CHUNG MÁY XÚC LẬT BÁNH LỐP: 5

1.5 CẤU TẠO TỔNG THỂ CỦA MÁY XÚC LẬT MỘT GẦU CHUYÊN DỤNG CỠ NHỎ: 6

1.6 MỘT SỐ LOẠI MÁY XÚC LẬT SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM: 7

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: 10

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHO ĐỀ TÀI: 10

2.2.1 Phương pháp điều tra, nghiên cứu tài liệu về các thiết bị về máy xúc đào, nâng chuyển: 10

2.2.2 Phương pháp tính toán, thiết lập các bài toán về động học và cân bằng trên máy

xúc lật cải tiến: 10

2.2.3 Phương pháp thiết kế cải tiến các bộ phận công tác của máy dựa vào công suất, kích thước thực tế của máy và các thông số kỹ thuật của bơm thủy lực (P, Q) và xi lanh thủy lực trên máy Kubota L1500: 11

2.2.4 Phương pháp công nghệ gia công chế tạo các bộ phận làm việc chính của máy cải tiến theo thiết kế: 12

2.2.5 Phương pháp thử nghiệm và thực nghiệm máy sau cải tiến trong điều kiện sản xuất thực tế: chuẩn bị máy, bấm giờ, đo đạc các chỉ tiêu: 12

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 13

3.1 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU MÁY CẢI TIẾN 13

3.1.1 Các thông số kỹ thuật và kết cấu của máy kéo Kubota L1500 13

3.1.2 Phân tích, lựa chọn kết cấu cải tiến liên kết với máy kéo Kubota L1500: 14

3.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU CƠ CẤU XÚC LẬT CẢI TIẾN 16

3.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của kết cấu khâu, khớp bộ phận làm việc xúc lật: 16

3.2.2 Xác định các cơ cấu làm việc khâu, khớp chính và chọn vật liệu: 17

3.3 LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHO CƠ CẤU XÚC LẬT 17

3.3.1 Tính tải trọng nâng lớn nhất của gầu xúc: 17

3.3.2 Xác định lực đẩy gầu lớn nhất để xúc vật liệu: 18

3.3.3 Lập biểu thức cân bằng mô men chống lật để xác định thông số hình học của các khâu theo tải trọng tối đa của cơ cấu xúc lật: 18

3.3.4 Lập biểu thức để xác định lực nâng tối đa theo các thông số tải trọng của xi lanh thủy lực: 21

3.4 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CƠ CẤU XÚC LẬT 22

3.4.1 Tính toán thiết kế gầu xúc: 22

3.4.2 Tính toán xác định thông số thiết kế 2 cần chính cơ cấu xúc 25

3.4.3 Tính chọn tiết diện cần xúc 34

3.5.THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC 36

3.6 TÍNH TOÁN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG 42

3.6.1 Xi lanh thủy lực 42

3.6.2.Tính chọn các van trong hệ thống thủy lực: 47

3.7 HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG 54

3.7.1 Đường ống vào và ra của xi lanh lực: 54

3.7.2 Ta chọn đường ống hút và đẩy của bơm 55

3.7.3 Cút nối: 56

3.7.4 Thùng dầu thuỷ lực: 56

3.7.5 Đối trọng 56

3.8 THỬ NGHIỆM VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY CẢI TIẾN 60

3.8.1 Thử nghiệm liên hợp máy (LHM) cải tiến: 60

3.8.2 Khảo nghiệm thực tế: 61

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

4.1 KẾT LUẬN: 64

4.2 KIẾN NGHỊ: 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

G đt: là khối lượng đối trọng phía sau kg

K0: Hệ số thực nghiệm

A1 : diện tích piston ở buồng công tác cm2

A2 : diện tích 2piston ở buồng chạy không cm2

p2: áp suất ở buồng ra kG/cm2

Fmsc: lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít N

pk : là áp suất ban đầu giữa vòng găng và xilanh kG/cm2

: Hiệu suất lưu lượng của bơm bánh răng

: Hiệu suất lưu lượng của xi lanh lực

pv pp : áp suất dầu vào van kG/cm2

pr pp : áp suất dầu ra van phân phối kG/cm2LHM: Liên hợp máy

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các số liệu chính để thiết kế bộ phận xúc lật 37Bảng 3.2 Các thống số kỹ thuật của LHM cải tiến 45Bảng 3.3 Bảng so sánh khảo nghiệm của LHM cải tiến với một số loại máy xúc chuyên dùng 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo máy xúc lật 5

Hình 1.2 Hình ảnh máy xúc lật công suất nhỏ 6

Hình 1.3 Hình ảnh máy xúc lật công suất nhỏ đang làm việc 6

Hình 1.4 Các kích thước cơ bản của máy xúc lật chuyên dụng 7

Hình 1.5 Máy xúc lật LIUGONG ZL50C 8

Hình 1.6 Máy xúc lật DooSan SD300N 8

Hình 1.7 Máy xúc lật Komatsu WA 430-6 9

Hình 3.1 Máy kéo Kubota L1500 (cũ) 13

Hình 3.2 Sơ đồ ngang kết cấu xúc lật dự kiến bố trí trên Kubota L1500 14

Hình 3.3.Máy kéo được gắn thêm bộ công tác gầu xúc ở phía trước 15

Hình 3.4 Máy kéo được gắn thêm bộ công tác gầu xúc ở phía sau 15

Hình 3.5 Sơ đồ kết cấu các khâu, khớp liên kết với máy kéo Kubota L 1500 16

Hình 3.6 Sơ đồ xác định lực nâng tối đa của cơ cấu xúc lật 19

Hình 3.7 Sơ đồ kết cấu máy xúc lật cải tiến 23

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán gầu xúc 24

Hình 3.9 Sơ đồ mô phỏng lực tác dụng lên cần gầu xúc 25

Hình 3.10 Sơ đồ biểu thị lực cắt vật liệu của gầu 26

Hình 3.11 Sơ đồ cơ cấu cần nâng chính và các lực tác dụng 28

Hình 3.12 Sơ đồ phân bố nội lực cần nâng xúc chính 29

Hình 3.13 Biểu đồ mô men cần chính 31

Hình 3.14 Biểu đồ mô men đoạn giữa cần chính 32

Hình 3.15 Biểu đồ mô men lực cần chính 33

Hình 3.16 Cấu tạo và kích thước cần xúc 35

Hình 3.17 Sơ đồ khối hệ thống thủy lực của máy xúc lật 36

Hình 3.18 Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ trên máy kéo Kubota L1500 37

Hình 3.19 Sơ đồ mạch thủy lực nâng hàng và đẩy hàng 37

Hình 3.20 Sơ đồ kết cấu xi lanh tác dụng kép có cần piston một phía 38

Hình 3.21 Sơ đồ kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ 39

Hình 3.22 Van an toàn tác dụng gián tiếp 40

Hình 3.23 Van cản (van một chiều) 41

Hình 3.24 Sơ đồ kết cấu van cản 41

Hình 3.25 Kết cấu bơm bánh răng 42

Hình 3.26 Sơ đồ tính toán xilanh 42

Hình 3.27 Sơ đồ kết cấu bơm bánh răng 47

Hình 3.28 Sơ đồ tính toán van tiết lưu 48

Hình 3.29 Sơ đồ kết cấu van tràn 50

Hình 3.30 Sơ đồ tính toán van cản 53

Hình 3.31 Chốt ắc cần phụ 57

Hình 3.32 Cần phụ và chốt, ắc cần chính 57

Hình 3.33 Bản vẽ cần chính và gầu xúc 58

Hình 3.34 LHM sau khi cải tiến 59

Hình 3.35 Hình ảnh liên hiệp máy xúc lật sau khi cải tiến (thế xúc) 59

Hình 3.36 Hình ảnh liên hiệp máy xúc lật sau khi cải tiến (thế nâng) 60

Hình 3.37 Máy ở trạng thái xúc vật liệu 62

Hình 3.38 LHM ở trạng thái đổ vật liệu 62

MỞ ĐẦU

tự bôi trơn, nâng cao độ tin cậy làm việc; có khả năng chuẩn hóa cao các phần tử nhiệt Thiết bị truyền dẫn thủy lực được trang bị trên khoảng 2/3 số máy công trình (máy xây dựng và máy đường bộ) Tỉ lệ ứng dụng thiết bị truyền dẫn thủy lực vẫn không ngừng tăng lên

Việc các hệ thống và liên hợp máy được trang bị thiết bị truyền dẫn thủy lực được phổ biến rộng rãi đặt ra yêu cầu đào tạo các chuyên gia thiết kế, lắp đặt, vận hành

và sửa chữa hệ thống truyền dẫn thủy lực

- Nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L1500 trở thành máy xúc Nghiên cứu này trình bày các bước tính toán, thiết kế cải tiến và chế tạo, khảo nghiệm một hệ thống truyền dẫn thủy lực trên máy kéo Kubota L1500 thành máy xúc lật

- Để đầu tư một thiết bị mới đòi hỏi một nguồn kinh phí không nhỏ

- Hiện tại nhà trường còn một số thiết bị máy kéo không sử dụng

- Do điều kiện địa hình của đơn vị gần đồi núi, có nhiều công trình cần xây dựng

- Dựa vào điều kiện thực tế của nhà trường, còn thiếu thiết bị trong quá trình luyện tập cho học sinh và máy kéo ít sử dụng trong nông nghiệp

- Máy sau khi cải tiến sẽ phục vụ cho quá trình thực tập của học sinh - sinh viên được phong phú và đa dạng hơn Ngoài ra máy còn phục vụ tiếp liệu và dọn dẹp trong quá trình xây dựng và sửa chữa của nhà trường, nhằm giảm bớt sức lao động lật đòi hỏi quá trình tính toán một cách hợp lý kể cả từ kết cấu bảo đảm khả năng làm việc linh hoạt cho đến cân bằng hệ thống, độ bền cấu tạo của các cơ cấu và mỗi chi tiết của máy

Vì vậy đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L1500 thành máy xúc lật” là công việc hết sức cấp thiết hiện nay cho Trường cao đẳng Cơ điện và Xây dựng Nam Trung bộ đã được tôi chọn thực hiện

2 Mục tiêu chung của đề tài

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này nhằm tạo ra một liên hợp máy xúc lật trên máy kéo hiện có, thay đổi tính năng kỹ thuật của máy kéo từ tạo ra lực kéo sang khả năng xúc – nâng – di chuyển

Việc các máy được trang bị thiết bị truyền dẫn thủy lực phổ biến rộng rãi đặt ra yêu cầu đào tạo các chuyên gia thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa hệ thống truyền dẫn thủy lực Nghiên cứu này nhằm tính toán, thiết kế cải tiến một hệ thống truyền dẫn thủy lực của các máy công trình sẵn có nhằm làm tăng khả năng làm việc của liên hiệp máy, tăng hiệu suất và thời gian sử dụng

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

3.1 Ý nghĩa khoa học:

- Kết quả nghiên cứu cải tiến của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho phương pháp

về thiết kế, cải tiến hệ thống thủy lực trong kỹ thuật nói chung và hệ thống thủy lực khi được cải tiến trên máy kéo nông nghiệp KUBOTA L1500 với chức năng mới

- Góp phần làm tài liệu đào tạo, nghiên cứu cho người học trong các Trường kỹ thuật nghề và đại học kỹ thuật

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG, KHAI THÁC

MÁY XÚC LẬT Ở VIỆT NAM

1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY XÚC LẬT:

Máy xúc lật một gầu thuộc nhóm máy động lực trong xây dựng và giao thông

Nó đóng vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong các công trường xây dựng, nhiệm vụ là xúc lật 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, gầu xúc được lắp chốt bản lề với một tay cần, đầu kia của tay cần được lắp chốt bản lề với khung máy kéo hoặc đầu kéo Tay gầu quay tương đối được với khung và gầu là nhờ các xy lanh thuỷ lực được 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 hoặc xúc lật toàn cần)

Ở loại gầu đổ vật liệu phía trước xúc vật liệu bằng cách cho máy tịnh tiến và

hạ gầu xuống cho lưỡi gầu xúc vào đống vật liệu, sau đó quay gầu với góc quay 450

-

60 Ở loại gầu đổ bên hông bộ công tác xúc được đặt trên mâm quay, sau khi xúc vật liệu xong 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 nâng hoàn toàn lên trên và quay gầu về phía sau máy để dỡ vật liệu, vật liệu chảy về phía đuôi gầu Loại máy bốc xúc một gầu đổ vật liệu phía sau ít thuận lợi cho khai thác, nên dần được thay thế bằng loại máy đổ phía trước và loại máy đổ bên hông

Thông số cơ bản của máy xúc lật một gầu là tải trọng nâng của máy 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 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 đẩy 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 2 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 đẩy gầu vào đống vật liệu phụ thuộc vào vị trí của tay gầu, tầm quay cần đặt cao, chiều sâu đẩy 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

Công suất cần thiết của động cơ được xác định từ trọng lượng máy và tốc độ

di chuyển của máy, thường cứ (25-35) kW trên một tấn sức nâng của gầu

1.2 CÔNG DỤNG VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MÁY XÚC LẬT

- 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: I, II và đổ lên các thiết bị vận chuyển

- Có thể vận chuyển các loại vật liệu trên trong cự ly không quá 100 m

- Máy 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 Atphal 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

1.3 PHÂN LOẠI MÁY XÚC LẬT

Các máy xúc lật rất đa dạng về kết cấu 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 kết cấu thiết bị công tác: Liên kết phía trước hoặc liên kết phía sau

- Theo kết cấu tổng thể:

+ Máy xúc lật làm việc liên tục

+ Máy xúc lật làm việc theo chu kỳ

1.4 CẤU TẠO CHUNG MÁY XÚC LẬT BÁNH LỐP:

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo máy xúc lật

1 Gầu xúc; 2 Thanh đẩy; 3 Xi lanh lật gầu; 4 Khung chính; 5 Cabin điều khiển;

6 Máy cơ sở; 7,10 Bánh lốp; 8 Khớp quay; 9 Xy lanh khung chính

Hình 1.2 Hình ảnh máy xúc lật công suất nhỏ

1.5 CẤU TẠO TỔNG THỂ CỦA MÁY XÚC LẬT MỘT GẦU CHUYÊN DỤNG

CỠ NHỎ:

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Hình 1.3 Hình ảnh máy xúc lật công suất nhỏ đang làm việc

b) Các bộ phận chính của một máy xúc lật:

Hình 1.4 Các kích thước cơ bản của máy xúc lật chuyên dụng

Máy xúc lật một gầu có bộ phận công tác gồm: cần, tay gàu, gầu xúc, răng gầu, các chốt liên kết và hệ thống xi lanh thuỷ lực Cần là bộ phận nâng gầu lên cao phục vụ quá trình xúc và đưa vật liệu lên cao Cần được nâng lên nhờ hai xi lanh thuỷ lực đặt ở hai bên máy Tay gầu là bộ phận để thay đổi góc cắt đất và lật gầu khi

đổ vật liệu Tay gầu được điều khiển bằng xi lanh tay gầu đặt ở trước máy Gầu để đựng vật liệu, răng gầu có tác dụng để chống mòn và chống gãy lưỡi gầu khi gặp vật liệu cứng Răng gầu khi mòn có thể thay thế nhanh chóng Ở cơ cấu làm việc còn có các khớp và chốt liên kiết, chúng có tác dụng để liên kết các chi tiết lại với nhau Phần cơ sở của máy xúc lật một gầu gồm các phần động lực, hệ thống chuyển động, khung máy và ca bin lái

1.6 MỘT SỐ LOẠI MÁY XÚC LẬT SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM:

Những thông số kỹ thuật và hình ảnh của máy xúc lật LIUGONG ZL50CN

- Nước sản xuất Trung Quốc

- Dung tích gàu 3m3

- Tải trọng nâng 5.000 kg

- Công suất máy 210 ml

- Chiều cao nâng đổ 4.200 mm

Hình 1.5 Máy xúc lật LIUGONG ZL50C

Hình 1.6 Máy xúc lật DooSan SD300N

- Hãng sx DooSan (Hàn Quốc)

- Dung tích gầu 2,9m3

- Công suất máy 200 ml

- Chiều cao đổ vật liệu 3560 mm

- Áp suất lớn nhất của bơm thủy lực 350 kG/cm2

- Trọng lượng của máy 16400 kg

- Kích thước cơ sở 7860×2942×3470

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

- Các thông số kỹ thuật của máy kéo Kubota L1500 và các máy kéo tương tự

- Kết cấu, cấu tạo của các bộ phận xúc và nâng, lật trên các máy công trình

- Các bộ phận chính trong các hệ thống thủy lực nâng chuyển (áp suất P và Q của bơm thủy lực, xi lanh thủy lực, bộ phân phân phối và điều khiển có sẵn trên máy kéo Kubota L 1500)

- Tính toán áp suất P, lưu lượng Q của cơ cấu chấp hành dựa vào tải trọng

- Đối tượng xúc lật: đất đá thuộc nhóm các vật liệu rời rạc trong sản xuất

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến hệ thống thủy lực trên máy kéo Kubota L1500 do

Nhật sản xuất thành máy xúc lật

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHO ĐỀ TÀI:

2.2.1 Phương pháp điều tra, nghiên cứu tài liệu về các thiết bị về máy xúc đào, nâng chuyển:

- Điều tra qua tài liệu đọc và thống kê các số liệu về các loại máy nâng chuyển phổ biến ở Việt Nam

- Tìm hiểu về các thông số kỹ thuật, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy kéo và máy xúc lật ở Việt Nam

- Tìm hiểu các thông số kỹ thuật, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy kéo Kubota L1500 hiện có tại cơ quan

2.2.2 Phương pháp tính toán, thiết lập các bài toán về động học và cân bằng trên máy xúc lật cải tiến:

- Bài toán về cân bằng lực của hệ thống nâng chuyển bảo đảm khả năng làm việc của cơ cấu xúc lật như xác định các khâu, khớp, tải trọng lực nâng tối đa, độ cao nâng tối đa; từ đó xác định áp suất và lưu lượng của bơm (hoặc ngược lại)

- Bài toán cân bằng, chống lật cho liên hiệp máy khi xúc – nâng – di chuyển

- Các bài toán tính bền cho các chi tiết chính trong cơ cấu nâng – xúc – lật

2.2.3 Phương pháp thiết kế cải tiến các bộ phận công tác của máy dựa vào công suất, kích thước thực tế của máy và các thông số kỹ thuật của bơm thủy lực (P, Q)

và xi lanh thủy lực trên máy Kubota L1500:

Thể hiện các bản vẽ và liên kết của cơ cấu xúc lật và của từng chi tiết

2.2.4 Phương pháp công nghệ gia công chế tạo các bộ phận làm việc chính của máy cải tiến theo thiết kế:

- Trình bày các công nghệ gia công cơ khí (cắt, hàn, tiện, phay, nhiệt luyện, sơn, lắp ráp các chi tiết: cần chính, gầu xúc, cần phụ, các chốt quay, các bố trí hệ thống thủy lực…)

- Công nghệ lắp ráp, hoàn thiện

2.2.5 Phương pháp thử nghiệm và thực nghiệm máy sau cải tiến trong điều kiện sản xuất thực tế: chuẩn bị máy, bấm giờ, đo đạc các chỉ tiêu:

- Nhằm kiểm tra khả năng làm việc: xúc, nâng, đổ vật liệu, khả năng di chuyển, điều khiển và cân bằng hệ thống

- Thử nghiệm liên hợp máy trong điều kiện sản xuất: để xác định khả năng điều khiển, vận hành, an toàn lao động

- Thực nghiệm liên hợp máy: xác định các thông số kinh tế, kỹ thuật sau cải tiến của liên hợp máy trong điều kiện sản xuất với đối tượng xúc là đất rời rạc di chuyển cự ly ngắn <10m

+ Xác định khả năng làm việc ổn định khi xúc, nâng, di chuyển

+ Xác định: đo đạc năng suất xúc chuyển

+ Xác định: đánh giá chất lượng làm việc xúc chuyển

+ Xác định: các chi phí làm việc như chi phí nhiên liệu, lao động

+ Nhận xét kết quả khảo nghiệm

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU MÁY CẢI TIẾN

3.1.1 Các thông số kỹ thuật và kết cấu của máy kéo Kubota L1500

Hình 3.1 Máy kéo Kubota L1500 (cũ)

- Công ty sản xuất: Kubota Nhật Bản

- Thông số kỹ thuật máy cày Kubota L1500:

+ Chi phí nhiên liệu trên giờ làm việc: 2 - 4 lít/h

+ Chi phí lao động: 1 người điều khiển

+ Trọng lượng ướt: 700 kg

- Kích thước máy: 1100mm x 1500mm x 2200mm

Chiều dài cơ sở: 1300 mm

- Trang bị làm việc: Hệ thống nâng hạ thủy lực sử dụng bơm thủy lực bánh răng, áp suất P = 56 kG/cm2, lưu lượng 53 l/ph 2 xi lanh thủy lực chính: D = 50 mm;

- Máy kéo Kubota Nhật Bản là dòng máy rất phù hợp với đặc thù đồng ruộng Việt Nam Máy đáp ứng tốt nhu cầu phục vụ nông nghiệp như cày, xới, kéo, bừa Máy cày Kubota Nhật Bản hoạt động bền bỉ, tiết kiệm nhiên liệu

- Máy cày Kubota L1500 là dòng máy phổ thông, đời trung, cũng đã được ưa

chuộng và sử dụng rộng rãi tại Nhật Bản từ những năm 1960 đến nay

3.1.2 Phân tích, lựa chọn kết cấu cải tiến liên kết với máy kéo Kubota L1500:

Hình 3.2 Sơ đồ ngang kết cấu xúc lật dự kiến bố trí trên Kubota L1500

a) Phân tích kết cấu và vị trí bộ phận xúc lật:

Ngày nay máy xúc lật được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực thi công máy xây dựng cơ bản Để thiết kế một máy xúc lật có thể có nhiều phương án, mỗi phương án thiết kế được căn cứ trên tính chất, điều kiện làm việc của máy và yêu cầu về hiệu quả kinh tế trong quá trình thi công và một số yếu tố khác nữa

Căn cứ theo điều kiện làm việc và tính chất công việc của máy xúc lật ta có thể đưa ra 2 phương án thiết kế sau:

Thiết kế cải tiến 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 xúc ở phía trước

Hình 3.3.Máy kéo được gắn thêm bộ công tác gầu xúc ở phía trước

Với các máy xúc đào dùng cho công trình gắn trên máy kéo, thường được bố trí

cơ cấu xúc đào phía sau Hình 3.4

Hình 3.4 Máy kéo được gắn thêm bộ công tác gầu xúc ở phía sau

b) Chọn kết cấu liên kết với máy kéo

Chúng tôi chọn kết cấu bộ phận xúc lật liên kết với máy kéo phía trước, lý do:

- Để thuận tiện cho điều khiển, quan sát khi đẩy xúc và nâng, trút vật liệu

- Phía sau vẫn liên kết với các máy nông nghiệp khi thay đổi chức năng làm việc

- Có sẵn các vị trí liên kết trên phần nửa khung trước của máy kéo, không thay đổi khung của máy kéo

- Khả năng di chuyển ổn định, chống lật dọc tốt hơn do nửa phần thân sau có khối lượng lớn trở thành đối trọng khi nâng gầu xúc

Nhược điểm của phương án này là: tải trọng chuyển lên 2 bánh hướng dẫn lớn, lực quay lái lớn hơn khi vận chuyển có tải trọng của gầu

3.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU CƠ CẤU XÚC LẬT CẢI TIẾN

3.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của kết cấu khâu, khớp bộ phận làm việc xúc lật:

Căn cứ vào tình hình thực tế sử dụng máy xúc lật ở nước ta hiện nay, máy xúc lật chủ yếu được sử dụng rộng rãi và nhiều nhất ở các trạm trộn bê tông xi măng, bê tông nhựa Atphal và các mỏ khai thác vật liệu xây dựng Do vậy, trong phạm vi đề tài thiết kế này tôi trình bày các bước thiết kế cải tiến máy xúc lật theo phương án để làm việc trong đô thị và xây dựng có khối lượng nâng chuyển nhỏ, khoảng cách nâng chuyển dưới 30m

Sơ đồ kết cấu các khâu, khớp liên kết phía trước với máy kéo như hình sau:

Hình 3.5 Sơ đồ kết cấu các khâu, khớp liên kết với máy kéo Kubota L 1500

Các yêu cầu kỹ thuật chính của liên hợp máy sau cải tiến là:

- Cơ cấu đơn giản, có ít số lượng liên kết khâu chính và khâu phụ, các khớp

- Sử dụng bơm, bộ điều khiển và các xi lanh thủy lực có sẵn trên máy kéo Kubota L1500

- Bảo đảm khả năng làm việc linh hoạt ở tất cả các vị trí: đẩy xúc khi thấp nhất tại mặt bằng, xúc đầy gầu, nâng được đến độ cao trên 2.000 mm (phía trên thùng chứa

xe ô tô tải nhỏ ) đổ trút vật liệu hoàn toàn

- Bảo đảm khả năng di chuyển của liên hợp máy có tải đầy gàu (0,2 m3) một cách ổn định, không lật dọc và lật ngang

- Điều khiển dễ dàng, bảo đảm an toàn cho máy và người khi làm việc

3.2.2 Xác định các cơ cấu làm việc khâu, khớp chính và chọn vật liệu:

Căn cứ sơ đồ liên kết hình 3.5 ta có:

- Hai cần chính song hành để nâng, hạ gầu là khâu: A1FG trên hình vẽ liên kết với khung máy kéo bằng khớp bản lề, một đầu của khâu liên kết với gầu xúc Sử dụng thép tấm bản dày 50mm - C45

- Hai cần phụ để điều chỉnh gầu xúc là khâu CD, một đầu của khâu liên kết với gầu xúc, đầu kia với xilanh lực Sử dụng thép tấm bản dày 50 mm - C45

- BC là các khâu dẫn trung gian Và các kết cấu nối tiếp liên kết với khung máy bằng các bu-lông chịu lực

- EF là khâu động (2 xi lanh thủy lực nâng chính, có chiều dài tối đa 900 mm)

- AB là khâu động (2 xi lanh thủy lực điều khiển gầu xúc 3 vị trí, có chiều dài tối đa 900 mm)

- Gầu xúc bao gồm: thân gầu có hình lòng chảo không đều, mép dưới gắn lưỡi xúc với các kích thước theo bản vẽ thiết kế Lưỡi xúc chế tạo riêng bằng thép tấm C45, dày 10 mm, tôi phần lưỡi; liên kết bằng các bu lông chìm với thân gầu Thân gầu xúc

sử dụng thép tấm C30, dày 5 mm Mặt sau hàn các khâu có khớp bản lề nối với cần chính và cần phụ

3.3 LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHO CƠ CẤU XÚC LẬT

3.3.1 Tính tải trọng nâng lớn nhất của gầu xúc:

a)Tải trọng gầu xúc khi làm việc đầy gầu:

Áp dụng công thức: M = QH/q (1) [6]

3.3.2 Xác định lực đẩy gầu lớn nhất để xúc vật liệu:

Lực kéo lớn nhất PKmax đặt trên bánh chủ động được tính theo khả năng bám của liên hợp máy như sau:

PKmax đủ khả năng đẩy gầu xúc vào vật liệu rời, bảo đảm xúc đầy gầu

3.3.3 Lập biểu thức cân bằng mô men chống lật để xác định thông số hình học của các khâu theo tải trọng tối đa của cơ cấu xúc lật:

Để xác định được các khoảng cách của khâu phù hợp trên cơ sở tải trọng max mà vẫn bảo đảm lực nâng được của 2 xi lanh thủy lực chính, ta cần lập phương trình cân bằng mô men chống lật dọc cho liên hợp máy khi làm việc với tải lớn nhất đã xác định Khi nâng gầu toàn tải, tải trọng đè lên 2 bánh trước, đồng thời sẽ tạo ra mô men ngược dồn toàn bộ khối lượng phía sau máy kéo cùng đè lên 2 bánh trước

Ta thiết lập trạng thái cân bằng, sau đó chọn các khâu sao cho bảo đảm khi nâng không lật dọc với tải trọng cho trước

Hình 3.6 Sơ đồ xác định lực nâng tối đa của cơ cấu xúc lật

Các điều kiện đầu khi nâng gầu ở trạng thái cân bằng của liên hợp máy là:

- g: là gia tốc trọng trường (m/s2)

- G1: Tự trọng của gầu (35 kg);

- G2: Tải trọng xúc khi đầy gầu (390 kg)

- G3: Tự trọng của khung + 2 xilanh (300 kg);

- Gmk là trọng lượng máy kéo = 700 kg;

- G đt là khối lượng đối trọng phía sau

- l1; l2; l3; … là các kích thước (mm) được xác định từ quan hệ cơ cấu trên hình vẽ

- Khối lượng thể tích của sỏi, đá dăm cở 1-2 mm (ɤ0 =1700 kg/m3);

- Gđt (kg) là khối lượng của đối trọng cần lắp để cân bằng bảo đảm chống lật dọc

- Các kích thước khác đo thực tế trên máy kéo Kubota L1500

Phương trình cân bằng chống lật của liên hiệp máy xúc lật cải tiến, khi làm việc với tải trọng tối đa sẽ là:

Khi tính cân bằng lật dọc thì điểm đặt lực ở vị trí là hai bánh trước, còn khi tính toán lực nâng tối đa thì điểm đặt lực tại chốt quay của cần chính (chân cần)

Mmax = g (G1+G2).lcần + g.G3 lcần = - g (Gmk (2(l1 + l2)/3) – g (Gđt(l1 + l2 + l3) (4)

Rõ ràng để không lật khi xúc nâng thì phải thỏa mãn điều kiện:

- Với kết cấu được chọn trên hình 3.6 hệ thống khi nâng tải không bị lật, có hệ

số an toàn đến 2 lần tải trọng nâng

- Chiều dài của 2 cần chính l = 1750 mm;

Chiều dài tổng của cần lcần =1750 mm, với 02 khớp bản lề theo kích thước

- Do phương trình ổn định trên đường ngang có sai lệch không lớn (vài cm) của điểm đặt lực ở khâu chính, phù hợp với điều kiện cải tiến do đó chúng tôi sử dụng phương trình này có thể điều chỉnh một vài kích thước của cần chính và cần phụ nhằm tạo điều kiện cho việc cải tiến những thiết bị khác

- Ta tính theo khối lượng ban đầu của máy vì khi khối lượng của máy có thêm tải trọng, lúc này lực bám sẽ lớn hơn và chúng tôi sử dụng lực truyền nhỏ do đó lực đẩy

sẽ lớn hơn

- Hệ thống phanh ở tỉ số truyền nhỏ trên mặt bằng ngắn của công trình,hệ thống phanh

có quá tải, nhưng vẫn đủ khả năng làm việc

- Hệ thống máy xúc lật khi tính tải trọng nâng đã có hệ số an toàn nên không cần tính

lại

3.3.4 Lập biểu thức để xác định lực nâng tối đa theo các thông số tải trọng của xi

lanh thủy lực:

Dựa vào phương trình cân bằng chống lật của toàn máy, với để ý rằng, vị trí nâng ban đầu (sau khi xúc đầy gầu) của cơ cấu nâng cần chính (hình vẽ 3.6) dùng 2 xi lanh thủy lực đẩy lên cần có góc nghiêng α nhỏ nhất và cánh tay đòn lực là lớn nhất do

đó đây là vị trí đòi hỏi lực đẩy của 2 xi lanh phải là lớn nhất

Ngược lại, vị trí khi nâng gầu đến độ cao nhất thì lực đẩy của 2 xi lanh là nhỏ nhất (khi α lớn nhất, gần 900 khi đó Sin α = 1)

Chú ý: α là góc nghiêng tạo ra giữa trục của xi lanh nâng cần chính với phương ngang, góc α ban đầu xác định trực tiếp trên cơ cấu là 300 Như vậy để tạo ra lực nâng theo phương đứng, tại vị trí thấp nhất sau khi xúc (đầu hành trình) thì cơ cấu nâng này cần có lực đẩy của 2 xi lanh lớn hơn rất nhiều so với vị trí đẩy cuối hành trình do phương của lực và góc α của 2 xi lanh không trùng phương nâng đứng

Để xác định lực đẩy cực đại vị trí nâng ban đầu cần thiết ta cần xác định lực nâng tối đa cần thiết, theo phương đứng là F đứng-max (kG) (khi tốc độ nâng nhỏ, bỏ qua lực quán tính):

F xilanh-max ≥ 1,52 F đứng-max / 2 (sin α (g (G1+G2)/lcần + g G3 lcần )

Thay số vào, biểu thức có thể viết lại là:

F xilanh-max ≥ 1,52 x 600 kG / 2 x 0,5 (9,81 x 420 x 1,75 + 9,81 x 300 x x 1,75)

F xilanh-max ≥ 912/ 9785 = 0,09 (6b)

Kết quả tính toán là: Fxilanh-max ≥ 0,09

Kiểm tra khả năng đẩy thực tế F xilanh-max của 2 xi lanh thủy lực có sẵn trên máy kéo Kubota L 1500 tương ứng các điều kiện:

Các cơ cấu đã chọn để tái sử dụng được bơm thủy lực trên máy kéo KUBOTA L1500 có các thông số như sau:

- P = 58 at = 56 kG/cm2

- Q = 53 lít/phút

Điều kiện bảo đảm khả năng nâng cho hệ thống:

F xilanh-max thực ≥ F xilanh-max

F xilanh-max thực = P S = 56 π.D2/4 ≥ F xilanh-max (kG) (7) Trong đó:

- P là áp suất tối đa của bơm

- S là diện tích đẩy của pít tông – xi lanh thủy lực D = 0,05 m

Fxilanh-max thực = 56 3,14 D2/ 4 = 0.11 (kG)

Thay số vào (7) và đối chiếu với (6b); Đối chiếu kết quả tính toán trên, ta có:

Fxilanh- max thực = 1,22 x Fxilanh max

- Hai xi lanh thủy lực nâng chính có Dxi lanh TL = 50 mm, có chiều dài (500 -900)

mm là phù hợp và bảo đảm khả năng làm việc cùng với cơ cấu xúc lật đã chọn

Vì xy lanh được thiết kế tiêu chuẩn nên ta chỉ cần tính tải trọng tối đa để chọn xy lanh Phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của máy mà không cần thiết kế và tiến hành kiểm tra xylanh trong thời gian thực nghiệm của máy

3.4 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CƠ CẤU XÚC LẬT

3.4.1 Tính toán thiết kế gầu xúc:

A)Xác định hệ thống lực tác dụng lên gầu xúc

Để tính toán thiết kế gầu xúc, ta tính toán gầu trong trường hợp máy làm việc bất lợi nhất: Máy vừa tịnh tiến lên dốc đi lên đống vật liệu vừa hạ gầu để xúc vật liệu đồng thời nâng và lật gầu để đổ vật liệu vào thùng xe Do vậy khi gầu xúc làm việc nó vừa di chuyển để tích vật liệu vào gầu như lưỡi ủi,vừa quay gầu như gầu ngửa của máy

đào gầu ngửa

B) lực tác dụng vào lưỡi gầu khi gặp vật cản: rx, ry

Ta dùng hai lực này để tính bền cho gầu [5]

Các thông số chính để thiết kế gầu xúc

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán gầu xúc

- Bề rộng của miệng gầu:

Bg=

2

g L

Trong đó:

Vg: Dung tích gầu xúc

Vg = 0,2 m3

Vậy chiều sâu của gầu là 300 mm

Vì lực đẩy để xúc và xoay gầu đều truyền qua hai cần chính và hai cần phụ cùng các

xy lanh thủy lực, mặt khác câc lực này nhỏ so với lực nâng cần chính và gàu nên chúng tôi chọn xy lanh thủy lực cùng thông số kỹ thuật

3.4.2 Tính toán xác định thông số thiết kế 2 cần chính cơ cấu xúc

Xét trạng thái máy xúc chứa đầy vật liệu Đây là trạng thái làm việc bất lợi nhất bởi máy phải chịu cả lực động và lực ngẫu nhiên do nhiều nguyên nhân gây ra Lúc đầu hạ gầu xúc xuống đống vật liệu, cho máy chuyển động tịnh tiến, gầu từ từ đẩy vào đống vật liệu với chiều sâu cắm không lớn, sau đó vừa nâng gầu vừa cho máy di

chuyển chậm về phía trước, gầu được chất vật liệu dần dần

Hình 3.9 Sơ đồ mô phỏng lực tác dụng lên cần gầu xúc

Lực tác dụng lớn cần xúc bao gồm:

+ P01: Lực cản đưa gầu cắm vào đống vật liệu

+P02: Lực cản xúc vật liệu khi nâng hoặc đóng gầu

+ Gt: Trọng lượng của tay gầu (cần phụ )

+ Gc: Trọng lượng của cần xúc

* Lực cản cắm gầu vào đống vật liệu phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, phụ thuộc vào chiều rộng của gầu và chiều sâu đưa lưỡi gầu vào đống

khi kích thước hạt a100 mm, k2=1;

khi kích thước hạt a200 mm, k2=1,25;

khi kích thước hạt a300 mm, k2=1,75;

khi kích thước hạt a 400 mm, k2=2,5

Chọn: k2=1,25

Lg - Chiều dài gầu (m), L = 1,1 m

S - Chiều sâu cắm gầu vào đống vật liệu (m), S = 0,6m

Khi đó:

P1 = 1,6 x 2 x 103 x 1,25

Hình 3.10 Sơ đồ biểu thị lực cắt vật liệu của gầu

C: Lực dính bám của vật liệu trên một đơn vị diện tích (kG/m2)

Từ lý thuyết vật liệu xốp, ta thấy trong cân bằng giới hạn, sự trượt xảy ra thuận lợi là theo mặt phẳng nghiêng đặt dưới góc 450- /2 so với phương ứng suất chính Khi quay gầu, ở tại lưỡi gầu xuất hiện lực cắt tiếp tuyến với quỹ đạo tiếp xúc là

P02 Có thể coi P02 đặt ở phương thẳng đứng (như hình 1.17) Các mặt trượt của vật