THIẾT kế máy đào THUỶ lực gầu NGHỊCH lắp TRÊN máy cơ sở CAT 330

Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu đợc máy xây dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết bị máy móc vì công trình thuỷ lợi có khối lợng lớn, vốn đầu t

Trờng đại học thuỷ lợi cộng hoà x hội chủ ã hội chủ

nghĩa việt nam

Khoa máy xây dựng & tbtl Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn máy xây dựng

đồ án môn học

máy thuỷ lợi Sinh viên thiết kế: Nguyễn Duy Chung Lớp 44M

Nghành học: Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi

3 Làm việc ở đất cấp IV.

4 Vân tốc di chuyển: 3.4km/h.

5 Tốc độ nâng cần: V xc =0,09 m/s.

6 Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu:V xt =0,12 m/s.

7 Tốc độ làm việc của xi lanh gầu: V xg =0,1 m/s.

8 Vận tốc vòng: n q =4,2v/p.

II.Thiết minh tính toán

1.Tính toán chung máy đào.

2.Tính toán bền cần của bộ công tác.

3.Bản vẽ:

- Bản vẽ chung của máy: A o

- Bản vẽ chi tiết: A 1 Ngày giao đề: 10- 08-2006.

Ngày hoàn thành: 20-09-2006.

Giáo viên hớng dẫn:

Th.s Vũ Văn Thinh

Lời nói đầu

Thiết kế đồ án máy thuỷ lợi là môn học không thể

thiếu đối với mỗi sinh viên ngành máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi, nó giúp sinh viên củng cố những kiến thức về nguyên lý làm việc, về kết cấu và phơng pháp tính toán máy thuỷ lợi.

Trong cuộc sống phát triển đất nớc theo hớng công ngiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu đợc máy xây dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết bị máy móc vì công trình thuỷ lợi có khối lợng lớn, vốn đầu t nhiều,đòi hỏi thi công đúng tiến

độ thời vụ, có tầm quan trọng với sự tpát 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, máy xúc…

Trong quá trình học em đợc giao đề tài thiết kế

Máy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp trên máy cơ sở PC-400

Máy đào thủy lực đợc dùng chủ yếu trong công tác làm đất, khai thác mỏ lộ thiên, bốc xếp vật liệu, nó làm việc theo chu kỳ, có thể đổ vật liệu lên phơng tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống.

Hiện nay có rất nhiều chủng loại máy đợc nhập vào nớc ta, của nhiều nớc khác nhau nh: Nga, Nhật, Mỹ, Hàn

Quốc, để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất,bền nhất chúng ta phải hiểu rõ các đặc tính kỹ thuật, tính năng của máy, biết thiết kế chế tạo các bộ công tác của máy, để sửa chữa máy xây dựng khi

bị hỏng Đồ án môn học Máy thuỷ lợi sẽ giúp chúng ta hiểu rõ

hơn, làm tốt hơn vấn đề trên

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Chung

I Xác định thông số cơ bản.

1.khối lợng của máy

Khối lợng của máy đợc xác định thao công thức sau:

G khối lợng của máy

+ chiều cao buồng máy:

+ Chiều dàI tay cần;

A5=k5 3 G = 1,5 3 27= 4,5 (m)

+ Chiều cao đổ đất:

+ Chiếu sâu đào:

+ Khối lọng của gầu:

100

27 4

+Chiều cao dải xích:

A13=k13 3 G =0,36 3 27=1,0

+Đờng kính bánh chủ động:

A14=k14 3 G =0,35 3 27= 1,0

Víi m¸y cì nhá lÊy k14=0,3

2- Hoạt động của hệ thống thuỷ lực của máy đào

CAT 330C.

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

1-Xác định lực của xy lanh tay gầu

Vị trí tính toán: ở cuối quá trình đào, tay gầu nằm

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

k H b

k q C

TX S

d

35 , 1 3 , 6 4 , 1

1 5 , 1

Lấy mômen đối điểm o2 ta có :

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

3





 g

tg l

5 , 4 3 2 4

3





 g

tg l l

5 , 4 4 2

tg

tg l l

4 

tg l

= 1,125 m

r’xtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với

0



tg l

= 1,06 m

Pxtg =

xtg

xtg xtg xg

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

P01. 0      0 , 5 '

Pxtg =

06 , 1

2 7 , 2 5 , 0 125 , 1 3 , 1 125 , 1 11 825 , 3 4 , 34 275

xtg xg xg tg tg g d g c c

r

r G r

G r G r G r G r

Gg+đ- Trọng lợng gầu đầy đất, Gg+đ= 34,4 KN.

5 , 4 3 6 2 4

5 , 4 6 3 2

tg tg c

l l

2



c l

= 4 m

m

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

G       0 , 5 '

5 , 0

2 05 , 4 5 , 0 4 7 , 2 5 , 4 3 , 1 25 , 5 11 175 , 2 4

3 Xác định lực của xy lanh gâu:

Lực lớn nhất của xy lanh gầu sẽ xuất hiện khi đào bằng

xy lanh gầu

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

2 , 1 5 , 1 4 , 1

1 5 , 1

k q

m

b- Chiều rộng gầu, b= 1,4 m

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

= 84 KN

Mpa

Lực lớn nhất của xy lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép

Lấy mômen đối điểm 03 ta có :

P’xg =

xg

xg xg g

d g

r

r G r

G r

d g

r

r G r

G r

3 , 1 5 , 0 43 , 0 4 , 34 85 , 0

Pxlg = P’xg/cos22 0 =191,87/ cos22 0 = 221,5 KN

4.Chọn xy lanh thuỷ lực và tính công suất.

phục vụ cho xy lanh cần.

hệ thống thuỷ lực dùng hai xy lanh để nâng cần, nên ta coi gần

đúng mỗi xy lanh chịu một nửa lực của xy lanh cần

áp suất của hệ thống p =25 Mpa, ta tính đợc đờng kính xy lanh cần là:

10 14 , 3 25

4 27 , 219

4

+ §êng kÝnh xy lanh: D =160 mm+ §êng kÝnh c¸n piston: d= 128 mm.

C«ng suÊt cña b¬m phôc vô cho xy lanh cÇn lµ:

b.Chän xy lanh tay gÇu vµ tÝnh c«ng suÊt b¬m phôc vô

cho xy lanh tay gÇu.

chiÒu dµi gÇu xy lanh tay gÇu lµ dµi nhÊt:

Lmax =

30 sin 3

45 sin 6 30 sin 3

45 sin



c L

2 2

tg c tg

5 , 4 3

4 353,08

4

+ §êng kÝnh xy lanh: D = 160 mm+ §êng kÝnh c¸n piston: d= 128 mm

C«ng suÊt cña b¬m phôc vô cho xy lanh cÇn lµ:

c- Chọn xy lanh gầu và tính công suất bơm phục vụ cho

xy lanh gầu.

suất của hệ thống p =25 Mpa, ta tính đợc đờng kính xy lanh gầu là:

10 14 , 3 25

4 5 , 221

4

+ Đờng kính xy lanh: D = 120 mm+ Đờng kính cán piston: d= (06-0,7)D=72 mm

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

N3 = Pxg.Vg = .0,1 = kw

IV - Tính toán kéo bộ di chuyển bánh xích.

1- Tính lực kéo.

Trong thiết kế nếu động cơ chính đã biết thì tính toánkéo có ý nghĩa kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điềukiện đã cho

Trong mọi trờng hợp lực kéo có thể xác định theo côngthức:

W5- lực cản quán tính khi khởi động

Các lực trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví dụ rất ít khi gặp trờng hợp khởi động quay vòng lên dốc Vì vậy khi tính lực kéo ta xét hai trờng hợp:

động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngangSau đó chọn P k lớn nhất để tính cơ cấu di chuyển.

Lực cản do ma sát trong của bộ di chuyển xác định theo công thức:

Trong đó :

f – Hệ số cản chuyển động của bánh xích,

ở đây địa hình di chuyển của máy là đờng đất chặt khô, f= 0,07

G – Trọng lợng của máy, G = 27 tấn

Lực cản gió khi máy di chuyển:

Trong đó:

F- diện tích chịu gió

v G

.

Trong đó: v- Tốc độ chuyển động của máy

g- Gia tốc trọng trờng

Trong thực tế khó xác định chính xác thời gian khởi

động máy vì nó phụ thuộc vào ngời lái và hệ thống truyền động nên ta có thể tính gần đúng theo trọng lợng máy

100

27 2 100

2

Lực cản quay vòng W6 đực phân ra thành W6 và W2 Quá trình quay vòng trong trờng hơp tổng quát là cả hai bánh xích đều quay Trờng hợp một bánh đứng yên, một bánh quay chỉ

là trờng hợp đặc biệt của trờng hợp tổng quát

W61 =(f - '

2

) 2

G B L

W62 =(f + ' ) 2

2

G B L

L

7 , 2 2

3 , 3

G B

L

= (0,07 + 0,4 )272

7 , 2 2

3 , 3

= 7,545 tấn = 75,45 KN.

W

6 1

W’ = W1 + W2 +W3 +W4 +W5

W’ = 14,04 + 18,9+ 88,1 +2,754+ 54 = 177,79 KN

Tổng lực cản khi máy chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang là:

W”= 14,04 + 18,9 + 2,754 + 18,9 = 54,594 KN.

Ta thấy trờng hợp khi máy động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất có lực cản lớn nhất W’ = 177,79 nên ta chọn P k =180 KN, để tính cơ cấu di chuyển.

N4 = N5 =



d k1 V P

= 900.0,92,944= 92,34 KW

chuyển có các thông số sau:

+ Lu lợng riêng q=2091 cm3.

+ Trọng lợng bơm có dầu: G = 217 Kg

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 phầnquay máy đào khi gầu đầy đất J và khi gầu không có đất

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

Đối với máy đào một động cơ ta có:

Công suất quay lớn nhất đợc tính theo công thức:

Nmax =

q q

) 37 , 1 (

3

2 2



Trong đó:

J - mô men quán tính của bàn quay

Víi br, «l, k – HiÖu suÊt cña b¸nh r¨ng, æ l¨n, khípnèi

J

t t

2

s t

G g

81 , 9

2 , 12

t t

4 , 10

) 37 , 1 (

3

2 2



N max = 117 , 7

88 , 0 4 , 5 35 , 0

14 , 3 ).

88 , 0 37 , 1 ( 270

3

2 2

14 , 3 88 , 0 7 , 117

05 , 1 ) 37

, 1 (

.

05 , 1





q J

max





) nên vận tốc góc và tỷ số truyền tơng ứng của cơ cấu quay sẽ đảm bảo thời gian quay là nhỏ nhất trong điều kiện cho trớc:

Thời gian quay nhỏ nhất đợc tính theo công thức:

tq

2 2 3

max

2 2

88 , 0 7 , 117

14 , 3 ) 88 , 0 37 , 1 (

270 42 , 1

) 37

, 1

thông số sau:

+ Lu lợng riêng q=2380 cm3.

+ Trọng lợng bơm có dầu: G = 328 Kg

Cũng dựa vào hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm B phục

vụ cho một mô tơ di chuyển, xy lanh cần, xy lanh tay gầu, xy lanh gầu, do cơ cấu di chuyển và bộ công tác không làm việc đồng thời nên ta chọn công suất của bơm là công suất lớn nhất của một trong các công suất của cơ cấu di chuyển và bộ công tác, ở đây ta chọn côngsuất bộ công tác Nếu bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm B là:

thông số sau:

đào với mọi vị trí của bộ công tác khi không đào đất

và tính toán 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 trừhay giảm bớt trọng lợng vợt ra ngoài 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, gần thành sau của máy để giảm trọng lợng của đối trọng.

Đối trọng cần đảm bảo tổng hợp trọng ợng của các bộ phận, cơ cấu trên bàn quay trong mọi trờng hợp không nằm ngoài chu vi vòng tựa, nghĩa là không vợt quá điểm tựa giới hạn trớc và điểm tựa giới hạn sau Sau đó ta xét 2 vị trí bộ công tác để xác định

l-đối trọng: vị trí một, trọng lợng bộ công tác sinh ra mô

men lật lớn nhất, còn vị trí kia sinh ra mô men lật nhỏ nhất Vị trí thứ nhất tổng hợp trọng lợng lớn nhất đi qua điểm tựa giới hạn trớc, vị trí thứ hai - điểm tựa giớihạn sau Chọn trọng lợng đối trọng không đợc nhỏ hơn giá trị đối trọng tơng ứng với bàn quay 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 trên bàn quay

Vị trí thứ nhất: bàn quay lật ở con lăn tựa

giới hạn trớc, gầu đầy đất đợc nâng lên khỏi hố đào, máy bắt đầu quay để dỡ tải

Phơng pháp xác định trọng lợng đối trọng ở máy đào gầu nghịch tơng tự nh máy đào gầu thuận

a

Chúng ta có thể dùng phơng pháp giải tích hay đa giác dây để xác định trọng lợng đối trọng.

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

dt

a a c

C tg

tg g

d g

32 , 4 55 , 0 5 , 2 0,9 8 , 1 2,7 2 , 2 1,9

r G

= 1,22 m

Gđt1=

a r

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

dt

a a c

C tg

tg g

d g

8 , 0 2

) 8 , 0 22 , 1 ( 7 , 111 ) 8 , 0 8 , 1 ( 22 ) 8 , 0 15 , 5 ( 11 ) 8 , 0 75

Vị trí thứ hai: bàn quay lật ở con lăn tựa giới hạn sau,

gầu không có đất vơn ra xa nhất và hạ trên mặt đất

C tg

5 , 0

dt

a a c

C tg

5 , 0

Gđt2 =

8 , 0 2

) 8 , 0 22 , 1 ( 7 , 111 ) 8 , 0 8 , 1 ( 22 5 , 0 ) 8 , 0 15

ổn định của máy đào là một trong những chỉ tiêu sử

dụng quan trọng mà ngời thiết kế và sử dụng đều phải

quan tâm để đảm bảo an toàn khi máy làm việc nặng nhọc nhất.

.

r

r G r G r G r

.

r

r G r G r G r

P xc xc  c c  tg tg  gd g

P01

5 , 4

65 , 4 4 , 34 19 , 5 11 6 , 2 22 5

Máy có thể bị lật theo đờng mép ngoài các bánh tỳ -

điểm A, mômen lật xác định theo công thức sau

quay bao gồm: trọng lợng vòng ổ quay, khung dới và bánh răng, ngõng trục trung tâm, cơ cấu di chuyển, khung xích, bánh chủ động và bánh tỳ, dải xích

1,1 – 1,2

Máy đào gầu nghịch đổ đất ở độ vơn xa nhất:

Máy có thể bị lật theo đờng mép ngoài các bánh tỳ – diểm B, mômen lật xác định theo công thức sau:

1 , 489





l

g M M

VIII.Tính bền cần

1 Vị trí thứ nhất

Trong quá trình đào đất gầu gặp chớng ngại vật, xi lanh tay gầu vuông góc với tay gầu Lực xi lanh tay gầu lớn nhất.

gg

02p

01p

.

.

r

r G r G r P

P  xt xt  g g  t t

Trong đó:

r 0 Khoảng cách từ P 01 đến tâm O

 m l

l

4

5 , 4 3 9 , 0 4 3

P xtmax Lực lớn nhất tác dụng lên xi lanh tay gầu P xtmax = 353,08 KN

r xt Khoảng cách từ P xtmax đến tâm O

 m l

r xt tg 4 , 5 1 , 125

4

1 4

KN

r

r G r G r P

25 , 93 275

, 4

25 , 0 11 1 , 0 2 , 12 125 , 1 08 , 353

.

.

0

max 01

q

f

R

M K

max f

N M

 max VËn tèc gãc lín nhÊt cña bµn quay

 max =

60

.

2  n

= 0 , 4396 60

2 , 4 2





(rad/s) Víi:

n Lµ sè vßng quay cña bµn quay n = 4,2 (v/p) VËy :

KNm

N M

q

88 , 0 4396 , 0

7 , 117

max

q

88 , 0 19 , 5

25 , 304

y

z

2

0a

 ChiÕu c¸c lùc lªn ph¬ng Y Y= 0  P xt + P 01 - Y 0, = 0

Y 0’ = P xt + P 01 = 353,08+93,25 = 446,3 KN

Y 0 = Y 0’/ cos25 0 = 446,3 /cos25 0 = 492,43 KN

ChiÕu c¸c lùc lªn ph¬ng Z

Z = 0  G g +P 02 + G t – Z 0 ’ = 0

 Z 0’ = G g + P 02 + G t = 11 + 46,6 + 12,2 = 69,8 (KN)

Z 0 = Z 70KN

25 cos

8 , 69 25

' 0

 Mô men uốn trong mặt phẳng nằm ngang.

M y = K r k’

Với :

r k Khoảng cách từ lực K đến mặt cắt nguy hiểm

r k’ = l 2 =3,6 m Vậy M y = 66,6.3,6 = 239,76 KNm  Mô men xoắn

3

g t

l l

l

P Z

Y

46 , 109 353,08 25

sin 70 25 cos 43 , 492

25 cos 25 cos

0 0

0 0

0 0

F

S W

M W M

y y x

2 1 1 2

6

76 56 6

80 60 6

6

b.h

2 2

2 1 1 2

6

56 76 6

60 80 6

6

h.b

W xo¾n = W x +W y = 10090,6 +8277,3 = 18367,9 cm 3

) ( 94 , 19 3

, 19941 0183679

, 0

366,28

2 Mpa m

KN W

M x

17 , 11 544

46 , 109 3

, 8277

10 239,76 6

, 10090

10 814,95

cm

KN F

S W

 Lực tác dụng lên xi lanh tay gầu: P xt = 353,08 KN

 Lực cản đào : P 02 = 46,6KN

 Lực ngang K đặt ở răng gầu : K = 66,6 KN Các trọng lợng G g =11 KN , G c =21,6 KN , G t =12,2 KN Để tính toán các thông số ta tách tay gầu và cần thành hai thành phần riêng biệt :

z

y

0

18 a

02 '' '

0

12 cos

97 , 251 12

' 0

6 , 189 12

cos 0

' 0

 M« men uèn trong mÆt ph¼ng n»m ngang.

= 0,76 (m) VËy M y = 66,6 0,76 = 50,616 KNm

G P Z

Y

3 , 512 48

sin 6 , 21 12 sin 8 , 193 48

cos 08 , 353 12

sin 12

cos

.

0 0

0 0

0 ,,

0 0

0 0

 Kiểm tra bền tại tiết diện nguy hiểm (n - n )

Chọn vật liệu tay gầu là thép CT5 có     160 (Mpa)

 Điều kiện bền tt  2 3 2    

Trong đó :

F

S W

M W M

y y x

2 1 1 2

6

76 56 6

80 60 6

6

b.h

 3

2 2

2 1 1 2

6

56 76 6

60 80 6

6

h.b

W xo¾n = W x +W y = 10090,6 +8277,3 = 18367,9 cm 3

) ( 701 , 1 1

, 170 0183679 ,

0

8 , 193

2 Mpa m

KN W

M x

F

S W

M W

M

y

y x x

6 , 61 16

, 6

544

3 , 513 3

, 8277

10 50,616 6

, 10090

10 439,1

2

2 2