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

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

Trờng đại học thuỷ lợi

Khoa máy xây dựng & tbtl

Bộ môn máy xây dựng

cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-+** -đồ án môn học

máy thuỷ lợi

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Khải Hoàn – Lớp: 44M Nghành học: Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi

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

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

8 Vận tốc vòng: nq= 6 v/p

II Thuyết minh tính toán:

1 Tính toán chung máy đào

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh

Lời nói đầu

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

mỗi sinh viên nghành Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi, nó giúpsinh viên củng cố những kiến thức về nguyên lý làm việc, vềkết cấu và phơng pháp tính toán máy thuỷ lợi

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

hiện đại hoá đất nớc Xây dựng dân dụng và công nghiệp,thuỷ lợi không thể thiếu đợc máy xây dựng, đặc biệt các côngtrình thuỷ lợi rất cần thiết cố 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 phát triển kinh tế nôngnghiệp, 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 thiếtcủa máy làm đất nh máy ủi, máy san, máy đào…

Trong quá trình học em đợc giao đề tài thiết kế: “Máy

đào thuỷ lực gầu nghịch lắp trên máy cơ sở CAT – 345C” Máy đào thuỷ lực đợc dùng chủ yếu trong công tác làm

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

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

các nớc: Nga, Nhật, Mỹ… để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất,bền nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tính năng củamáy, biết thiết kế chế tạo các bộ công tác của máy, nguyên lýhoạt động của hệ thống thuỷ lực để khắc phục sửa chữa máy

khi gặp sự cố hoặc bị hỏng Đồ án Máy thuỷ lợi sẽ giúp chúng

ta hiểu rõ hơn, và giải quyết tốt hơn những vấn đề trên

I Xác định các thông số cơ bản.

1 Khối lợng của máy.

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

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

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

G: khối lợng của máy

- Chiều cao buồng máy :

A1 = k1 = 0,9 = 3,32 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 0,9

- Bán kính thành sau vỏ máy:

A2 = k2 = 1,05 = 3,83 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k2 = 1,05

- Chiều cao khớp chân cầu:

A3 = k3 = 0,6 = 2,22 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k3 = 0,6

b Kích thớc của bộ công tác:

- Chiều dài cần:

A4 = k4 = 1,8 = 6,65 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 1,8

- Chiều dài tay gầu:

A5 = k5 = 1,5 = 5,54 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k5 = 1,5

- Chiều cao đổ đất:

A6 = k6 = 1,4 = 5,17 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 1,4

- Chiều sâu đào:

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k10 = 0,9

- Chiều dài cơ sở của bộ công tác:

14 §K b¸nh dÉn híng 0,18 0,66

d KÝch thíc c¬ b¶n cña gÇu:

Víi dung tÝch gÇu q = 2,8m3 , ta cã:

- ChiÒu réng cña gÇu lµ:

Ta cã thÓ chia viÖc tÝnh to¸n träng lîng m¸y nh sau:

a Träng lîng cña bé c«ng t¸c

- Träng lîng gÇu vµ thanh kÐo:

G1= k1.G = 0,04.50,4= 2,02 (T)

Khi làm việc dầu đợc hút từ thùng dầu (39) và đợc đa đitoàn hệ thống thông qua các van và đờng ống dẫn Trên sơ đồhiện tại là hệ thống thủy lực của máy đào đang ở trạng tháikhông tải, dầu đợc hút từ thùng dầu (39) rồi đi qua các van trợt ởtrạng thái không làm việc rồi quay lại thùng dầu thông qua hệthống lọc.

Bơm (28) Uper Pump cung cấp dầu có áp lực cao cho xilanh gầu (7) và xi lanh cần (8) làm việc, bơm (29) Lower Pumpthì cung cấp dầu cho các xi lanh và cơ cấu còn lại: xi lanh taygầu (9), cơ cấu quay (1), cơ cấu di chuyển trái (2) và cơ cấu dichuyển phải (3) Thông qua các hệ thống van phân phối mà

dầu sẽ đợc chuyển đến những vị trí cần thiết để thiết bịlàm việc.

Các hệ thống van phân phối (van trợt) đợc điều khiển bởicác hệ thống van trợt nhỏ hơn và hệ thống van trợt nhỏ này đợc

điểu khiển trực tiếp bởi các nút bấm trên bàn điều khiển.Trong đó:

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

 Cụm (18) điều khiển các van trợt của xi lanh tay gầu (9) vàcơ cấu quay (1)

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

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

1 Xác định lực của xi lanh tay gầu.

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

trí nằm ngang Gầu đầy đất, đầu cần nghiêng 45o so với taygầu Lát cắt đất là lớn nhất

Chiều dài lát cắt đợc xác định:

Trong đó:

q – Dung tích gầu: q=2,8 (m3)

b - Chiều rộng gầu: b=1,69 (m)

Hs- Chiều sâu đào: Hs=7,39 (m).

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

Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1

Vậy lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất là

P01=k1.b.Cmax= 0,25.1,69.0,17=0,07183 (Mpa.m2)

= 71,83 (KN)

Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp IV lấy k1=0,25 Mpa

Lấy mômen đối điểm O2 ta có :

P 01

rxgrxtg O2

rtg

Lấy kđ = 1, đất cấp IV lấy ktx = 1,35.

Gg+đ= Gđ + Gg = 39,4 + 20,2 = 59,6 (KN)

Gg- Trọng lợng gầu, Gtg= 20,2 (KN)

Gxg- Trọng lợng xi lanh gầu, Gxg= 2,5 (KN)

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

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

r’xtg= =1,39 (m)rxtg- Cánh tay đòn của Pxg lấy đối với điểm o2:

rxtg= = 0,75 (m)Pxtg =

=> Pxtg =

P xtg = 959,31 (KN).

2 Xác định lực của xi lanh cần.

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

nắm ngang, gầu đầy đất Bộ công tác chỉ đợc nâng lênbằng xi lanh gầu, cần tạo với tay gầu một góc 45o

Tơng tự, lấy mômen đối điểm O1 ta có : Pxc =

rxg

rxtgrxc

O 1

rc= = 3,33 (m)rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O1:

3 Xác định lực của xi lanh gầu.

Vị trí tính toán: Gần kết thúc quá trình đào khi mà chỉ

dùng xi lanh gầu để đào đất, lúc này lực của xi lanh sẽ đạt

cực đại vì cánh tay đòn giữa lực xi lanh và tâm quay O3 lànhỏ nhất Lúc này lực cản đào sẽ là cực đại, coi gầu vuông gócvới tay gầu (song song mặt đất).

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

Lực lớn nhất của xi lanh gầu khi răng gầu tiến đếnmép của khoang đào, cánh tay đòn rxg là nhỏ nhất

Lấy mômen đối điểm O3 ta có :P’xg =

Với: P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 297 KN

H 1

r003

4 Chọn xi lanh thủy lực và tính công suất.

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

* Xác định hành trình của xi lanh cần:

Ta có chiều dài lớn nhất của xilanh cần 3,65 (m)

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

D = = 0,112 (m) = 112 mm

Tra bảng ta chọn xi lanhcó các thông số sau:

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

Tính lại nội lực của 2 xi lanh cần là:

Công suất của bơm phục vụ cho xi lanh cần là:Nxc = 2.P’xc.Vc = 2.785.0,13 = 204,1 (kW).

Với P’xc- Lực trên cán 1 piston, Pxc= 785 KN

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

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

* Xác định hành trình của xi lanh tay gầu:

AB2 = AC2 + BC2 – 2.cos (ACB)

= 3,332 + 1,3852 -2.3,33.1,385.cos300

= 5,02

AB = 2,24 (m)Vậy hành trình S = AB(1) - AB(2)

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

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

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

hệ thống

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

D = = 0,1998 (m) = 199,8mm

tra bảng ta chọn xi lanh tay gầu có các thông số :+ Đờng kính xi lanh: D = 220 mm

+ Đờng kính cán piston: d = (0,6…0,7)D = 140mm

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

0

150

c0

a

b

Nxtg = Pxtg.Vtg = 959,31.0,11 = 105,52 (kW).

Với Pxtg- Lực trên cán piston, Pxtg= 959,31 KN

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

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

* Xác định hành trình của xi lanh gầu:

Hành trình lớn nhất của gầu đạt đợc khi gầu chuyển

động từ vị trí bắt đầu đào đến khi tay gầu xúc đầy đất khi

đó góc xoay của gầu là lớn nhất

- Hành trình lớn nhất của xi lanh gầu:

Chiều dài lớn nhất của xi lanh gầu đạt đợc khi góc DAC = 1500Chọn vị trí đặt khớp giữa xi lanh gầu và tay gầu cách khớpgầu và tay gầu AO

DO =

AD = OD – OA = 3,69 - 0,4 = 3,29 (m)

DC2 = AC2 + DA2 – 2.AC.DA.cos1500

0,50,5 B

A C

D

O

= 0,5 + 3,69 -2.0,5 3,69.cos150 = 17,06

DC = 4,13 (m)

- Hành trình nhỏ nhất của xi lanh gầu:

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

* Chọn xi lanh gầu và tính công suất bơm:

Với lực của một xi lanh là Pg =369,1 KN, với áp suất của hệthống p =25Mpa, ta tính đợc đờng kính xi lanh gầu là:

D = = 0,137 (m) = 137 mm

Tra bảng ta chọn xi lanhcó các thông số sau:

+ Đờng kính xi lanh: D = 140 mm+ Đờng kính cán piston: d = (0,6…0,7)D = 90mm

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

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

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

IV Tính toán lực kéo bộ di chuyển bánh xích.

1 Tính lực kéo.

Trong thực tế nếu động cơ chính đã biết thì tính lực kéo

có ý nghĩa kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điềukiện đã cho đối với máy dẫn động riêng biệt ( cơ cấu dichuyển có động cơ riêng), nếu cha biết động cơ chính thìtính toán lực kéo để chọn động cơ đảm bảo điều kiện làmviệc cho trớc của máy

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

Pk = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6Trong đó

W1 Lực cản di chuyển do ma sát trong bộ dichuyển

W2 Lực cản di chuyển W3 Lực cản lên dốc W4 Lực cản do gió

W5 Lực cản quán tính khi khởi động W6 Lực cản quay vòng

Các lực cản trên không phải lúc nào cũng tác động đồngthời ví dụ nh rất ít gặp trờng hợp khởi động quay vòng trêndốc Vì vậy khi tính lực kéo ta phải đi xét hai trờng hợp

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

+ Trờng hợp 2 : Chuyển động quay vòng trên mặt

phẳng nằm ngang

a Lực cản do ma sát trong bộ di chuyển: W1

W1 = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 + F7 Đối với bộ di chuyển bánh xích ít bánh tì tra bảng (4-1) MTL ta

đợc

d Lực cản gió khi di chuyển: W4

W4 = q F

Trong đó

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

F: Diện tích chịu gió của máy,coi tiết diện chịu giócủa máy códạng hình chữ nhật thì F đợc xác

Nếu coi lực cản quay vòng của xích nh nhau thì

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

1 M

1 P

2

P

m

61W

2 6

2 1

Lực cản di chuyển thuần tuý của mỗi bánh xích đợc xác

định nh sau

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

*Lực cản trong trờng hợp máy quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang:

W’’ = W1 + W2+ W4 + W6

= 30 + 35,5 + 5,39 + 35,5 = 106,39 (KN)

Ta thấy W’ = 303,27 KN > W’’ = 106,39 KN

Vậy chọn Pk = 310 KN  W’ = 303,27 KN để tính cơ cấu dichuyển

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 khithiết kế máy

Các thông số cơ bản là: mô men quán tính của phần quay máy đào khi gầu đầy đất J và khi gầu không có đất

J0(kN.m.s2), tốc độ góc lớn nhất của bàn quay max(1/s), gia tốc góc lớn nhất max(1/s 2), thời gian khởi động tk và phanh tp, góc quay của bàn quay (rad), hiệu suất cơ cấu quay q, dạng đờng đặc tính ngoài của động cơ M=f(n) Các thông

số này xác định thời gian quay tq(s), công suất cần thiết lớn nhất của động cơ Nmax(Kw) hay mô men lớn nhất của động cơ Mmax(kN.m)

Đối với máy đào một động cơ ta có:

Công suất quay lớn nhất đợc tính theo công thức:

Nmax =

Trong đó:

J - mô men quán tính của bàn quay

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

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

Tơng tự ta tính toán nh khi tính hành trình của tay gầu

(chiều dài xi lanh nhỏ nhất và lớn nhất) ta cũng xác định hành trình của xi lanh tay gầu trong quá trình bắt đầu đào đất

và kết thúc quá trình đào đất Giá trị

Với vận tốc xi lanh tay gầu đợc tăng lên (so với đầu bài) để phùhợp với thực tế ta lấy vtg = 0,42 m/s (< 0,5 m/s) Vậy ta xác

định đợc thời gian đào là:

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

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

Thời gian quay nhỏ nhất đợc tính theo công thức:

quay, do cơ cấu quay và di chuyển không làm việc đồng thời, tuy nhiên xi lanh tay gầu lại có thể cần làm việc đồng thời với 1 trong hai có cấu trên nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất lớn nhất của cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển với công suất của xi lanh tay gầu, do có hai động cơ di chuyển nênkhi bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 29 là:

N29 = 2.Ndc + Nxtg = 2.170 + 105,52 = 445,52 (KW)Với N29 = 445,52 KW tra bảng ta chọn đợc bơm có kí hiệu:

A2FO size - 710 với các thông số sau:

Cũng dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 28 phục

vụ cho xy lanh cần, xy lanh gầu, do cả xi lanh gầu và xi lanh cần có thể làm việc cùng lúc nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất của 2 xi lanh Nếu bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 28 là:

N28 = Nxc + Nxg = 204,1 + 44,292 = 248,392 (KW)Với N28 = 248,392 tra bảng ta chọn đợc bơm có kí hiệu:

A4VSG size -180 với các thông số sau:

+ Công suất: N = 252 KW

+ Thể tích bơm: V = 180 cm3

+ Số vòng quay: n = 2400 v/ph

Đại bộ phận các cơ cấu của máy đào đều bố trí trên bànquay, do đó khi thiết kế máy, việc cân bằng bàn quay là mộtnhiệm vụ không thể thiếu đợc.

Cân bằng bàn quay nhằm mục đích loại trừ hay giảm bớttrọng lợng vợt ra ngoài chu vi vòng tựa của bàn quay Kích thớccủa vòng tựa đợc xác định bởi kích thớc bộ di chuyển Do khithiết kế nên bố trí các cơ cấu lùi về phía sau, gần thành saucủa máy để giảm trọng lợng của đối trọng

Đối trọng cần đảm bảo tổng hợp trọng lợng 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 đểxác định đối trọng: vị trí một, trọng lợng bộ công tác sinh ramô 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 giới hạn sau Chọn trọng lợng

đối trọng không đợc nhỏ hơn giá trị đối trọng tơng ứng với bànquay lật ở điểm tựa trớc đồng thời không đợc lớn hơn giá trị

mà bàn quay lật ở điểm tựa sau Khi điều kiện này không thoảmãn thì phải bố trí lại các cơ cấu trên bàn quay

a 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 gầunghịch tơng tự nh máy đào gầu thuận Chúng ta có thể dùng phơng pháp giải tích hay đa giác dây để xác định trọng lợng

đối trọng

Trọng lợng đối trọng Gdt1 đợc xác định từ phơng trình cân bằng mô men với con lăn tựa trớc(điểm B) của máy đào

rtg

aBra

Trong đó: Gg+đ - Trọng lợng gầu đầy đất, Gg+đ = 59,6 KN Gtg- Trọng lợng tay gầu, Gtg = 20,2 KN.

b 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

Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 36 Lớp : 44M 1/2Gt

1/2G t g

G

rtg

rc

rdtra

a A