Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp trên máy cơ sở EO 4121

Việc bố trí xi lanh thủy lực với bộ công tác của máy đào gầu nghịch có rất nhiều loại khác nhau.a/ Đối với xi lanh cần có các kiểu bố trí xi lanh sau Để khắc phục nhợc điểm này ta dùng s

Đồ Án Mụn Học Mỏy Thuỷ Lợi

Sinh viờn thiết kế: Nguyễn Thanh Tuấn

Lớp: 44M

Ngành học: Mỏy Xõy Dựng& Thiết bị thuỷ lợi

Đầu Đề Thiết KếThiết kế mỏy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp trờn mỏy cơ sở EO- 4121

I.Số liệu cho trước:

1.Máy kéo cơ sở: EO-4121

2.Dung tích gầu:1,4m3

3 làm việc ở đất cấp IV

4 Vân tốc di chuyển: 4 km/h

5 Tốc độ nâng cần: Vxc= 0,44 m/s

6 Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu:Vxt= 0,46m/s

7 Tốc độ làm việc của xi lanh gầu: Vxg= 0,36 m/s

8 Vận tốc vòng: nq= 5,5 v/p

II.Thuyết minh tớnh toỏn:

1.Tính toán chung máy đào

2.tính toán bền gầu của bộ công tác

Phần 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:

Với máy cỡ nhỏ lấy k4=1,8

+ Chiều dài tay cần;

A5=k5 3 G = 1,5 3 21= 4,138 (m)

Với máy cỡ nhỏ lấy k5=1,5

+ Chiều cao đổ đất:

A6=k63 G =1,5 3 21= 4,138(m)

Với máy cỡ nhỏ lấy k6=1,5

+ Chiếu sâu đào:

Víi m¸y cì nhá lÊy k9=2,52.

+ +ChiÒu cao d¶i xÝch:

TT Th«ng sè Gi¸ trÞ §V

1 Khèi läng toµn m¸y 21 TÊn

Việc bố trí xi lanh thủy lực với bộ công tác của máy đào gầu nghịch có rất nhiều loại khác nhau.

a/ Đối với xi lanh cần có các kiểu bố trí xi lanh sau

Để khắc phục nhợc điểm này ta dùng sơ đồ b, ngời ta bố trí xi lanh cần ở dới cần

Phơng án này thờng gặp ở máy đào quay toàn vòng

Phơng án bố trí xi lanh đợc chọn là phơng án b

b/ Đối với xi lanh tay gầu:

Phơng án a: Bố trí xi lanh tay gầu dễ dàng, trong quá trình đào thì lực lớn, tránh đợc bụi bẩn trong quá trình làm việc

Phơng án b: Bố trí phức tạp hơn, qúa trình đào thì lực xi lanh lớn, trong quá trình đào thì góc của tay gầu và cần nhỏ hơn => Đào thuận lợi hơn

Phơng án c: Dùng chủ yếu với máy đào gầu thuận, với máy đào gầu nghịch thì lực xi lanh nhỏ khi cắt đất, bụi bẩn lọt vào xi lanh dễ hơn

Phơng án đợc chọn là phơng án a

c/Đối với xi lanh gầu:

Phơng án a thì góc của tay gầu và gầu là nhỏ hơn so với phơng án b trong qúatrình cắt đất bằng xi lanh gầu

Phơng án đợc chọn là phơng án b

2- Hoạt động của hệ thống thuỷ lực của máy đào EO 4121.

Nguyên lý làm việc hệ thống thuỷ lực Dựa theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực máy cơ sở 4212.

Bơm 1 dẫn động từ động cơ điezen 2 hệ thông thuỷ lực đợc cung cấp từ bình chứa 3 Trong đó có lắp bộ lọc, sự phân phối dòng chảy thực hiện bằng ba bộ phân phối (4),(5), (6) Khối 4, 5 Có hai đờng tháo chất lỏng một đờng đợc nối với đờng tháo chung hệ thống còn một đờng dùng nối lần lợt các khối, đờng tháo khối (6) chỉ đợc nối với đờng tháo chung

Chất lỏng công tác từ bộ phận thứ nhất cuả bơm (1) đI đến khối phân phối thuỷ lực (5) điều khiển mô tơ thuỷ lực của bàn quay(18), xi lanh thuỷ lực tay xúc (17) và mô tơ thuỷ lực của dải xích bên phải (8).

Khi các van trợt của khối (5),ở vị trí trung gian khi chất lỏng công tác do bộ phận thứ nhất của bơm vào đờng thoát , đờng thoát dẫn bộ phận thứ hai của bơm đến khối (4), khối (4) điều khiển sự làm việc của các xi lanh thuỷ lực cần (16), xi lanh thuỷ lực gầu (15), và mô tơ thuỷ lực của dải xích bên trái (8).

Khi các van trợt (4),(5) ở vị trí trung gian thì chất lỏng công tác đợc tăng áp suất bằng bộ phận thứ nhất và bộ phận thứ hai của bơm đi đến khối phân phối thuỷ lực (6) Van trợt của khối (6), lắp liền với van trợt của khối (5),và cùng chuyển động do một tay lái điều khiển của xi lanh thuỷ lực tay xúc (17) một van trợt khác của khối (6).Van trợt

dự trữ có thể đợc dùng để điều khiển cơ cấu thừa hành thiết bị công tác thay thế.

Nh vậy cơ cấu thừa hành đợc dùng để điều khiển bằng khối (5) chỉ đợc cung cấp từ

bộ phận của bơm còn cơ cấu thừa hành điều khiển(4),(6) khi các van trợt ở vị trí trung gian thì chất lỏng đợc cung cấp tứ hai bộ phận của bơm

Hệ thống thuỷ lực của máy xúc cho phép phối hợp một chuyển động công tác thay thế bằng (4),(6) ngoài ra van trợt điều khiển hoạt động các xi lanh thuỷ lực của cần có cấu tạo hoạt động của các xi lanh thuỷ lực cần với một trong công tác đợc điều khiển bằng bốn van trợt khối (4), khối (6) nhng có thể phối hợp đồng thời ba chuyển động công tác Khi phối hợp thao tác thì mỗi xi lanh thuỷ lực cung cấp chất lỏng từ một bộ phận của bơm

Chỉ có xi lanh thuỷ lực tay xúc khi phối hợp thao tác với các xi lanh thuỷ lực cần

đơc cung cấp dòng chất lỏng kép nhờ điều khiển bằng hai van trợt khoá liên động của bộ phận phân phối thuỷ lực cùng làm việc đồng bộ với nhau

Để cho hệ thống không bị quá tải trong đờng cao áp cả mỗi bơm lắp song song với nhau hai van an toàn đơc chỉnh áp lực lớn nhất 15 Mpa để phanh êm nhẹ các mô tơ của bàn quay và bộ phận di chuyển máy trong hệ thống thuỷ lực lắp các van thông qua ,các van này cũng đợc đIều chỉnh đến áp suất tơng ứng từ 11 đến 16 Mpa.

Thiết bị van ra hành trình dẩn chất lỏng công tác từ đờng tháo qua bộ lọc hoặc trực tiếp chảy vào bình hoặc qua bộ lọc hoặc trực tiếp chảy vào bình hoặc qua bộ phận làm mát dầu Việc kiểm tra áp lực làm viêc trong hệ thống thuỷ lực đợc thực hiện nhờ khối van khoá và đồng hồ đo áp lực.

Cơ cấu quay bàn quay đợc dẩn động từ mô tơ thuỷ lực mô men lớn nhất (18) ,cối trục ra của nó đợc lắp bánh răng di động (19) ăn khớp với vành răng của vòng ổ quay từ hai cơ cấu di chuyển khác nhau ,mỗi cơ cấu đều có mô tơ thuỷ lực(8), bộ giảm tóc thuỷ lực bánh răng có phanh (10),và bộ giảm tóc bằng xích có các đĩa xich bị động (13), làm quay bánh xích chủ động(14).

Do vậy mà dải xích đợc quay theo đồng thời chuyển động của máy.

a

b t

§èi víi tay gÇu víi m¸y Nga cã:

ChiÒu dµi tay gÇu: 4138,39 mm

§o¹n ng¾n cña tay gÇu lµ = Ltg/3= 4138,39/3= 1379,46 mm

§o¹n dµi cña tay gÇu lµ = 2.Ltg/3= 2.4138,39/3= 2758,92 mm

1-Xác định lực của xy lanh tay gầu

Vị trí tính toán: ở cuối quá trình đào, tay gầu nằm ngang, gầu đầy đất, tâm đoạn ngắn cần nghiêng 1 góc 17 độ so với phơng ngang

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

k H b

k q C

TX S

d

33 , 1 79 , 5 342 , 1

1 4 , 1

Hs- Chiều sâu đào: Hs= 5,79 (m)

Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp IV lấy ktx=1,33

Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01=k1.b.CMax=0,22.1,342.0,1353=0,0399 Mpa.m2 =39,97 KN Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp IV lấy k1=0,22 Mpa

Lấy mômen đối điểm o2 ta có :

Pxtg =

xtg

xtg xtg xg

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

Gg+đ= Gđ + Gg = 21,05 + 9,45 = 30,5 KN.

Gg- Trọng lợng gầu, Gtg= 9,45 KN

Gxg- Trọng lợng xy lanh gầu, Gxg= 1,05 KN

Gxtg- Trọng lợng xy lanh tay gầu, Gxtg= 2,1 KN

r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm o2:

3

138 , 4 2 3

2

+

= + g tg

138 , 4 3 2

tg

tg l l

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

Xét ở vị trí kết thúc quá trình đào, gầu lên mép của khoang đào, tay gầu nằm ngang Tâm đoạn ngắn của cần so với phơng ngang 1 góc 17 độ, góc của tay gầu và đờng tâm đoạn dài của cần là 43 độ, góc của xi lanh tay gầu và tay gầu

là 31 độ, góc của đờng tâm khối lợng cần và phơng ngang là 4 độ

rxc

01

Lấy mômen đối điểm o1 ta có :

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

r’xc= cos(17).2,240= 2,142 m

rxtg- cánh tay đòn của Gxtglấy đối o1:

rxtg = 2.3,45.Ltg/3.cos(180-43))^(1/2))/2).cos(31)= 4,096 m

lc.cos(43-23)+Ltg/3-((((Ltg/3)^2+3,45^2-rxc- Cánh tay đòn của Pxc lấy đối với điểm o1, rxtg= 0,464 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

Lực lớn nhất của xy lanh gầu sẽ xuất hiện khi đào bằng xy lanh gầu đào với đất cấp 2:

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

28 , 1 118 , 1 342 , 1

1 4 , 1

k q

m

Với q- Dung tích gầu, q= 1,4 m3

b- Chiều rộng gầu, b= 1,342 m

H1- Chiều sâu đào, H1 = Hg= 1.118 m

ktx – Hệ số tơi xốp lấy đối đất II, ktx= 1,28

γII= 15,7Gđ= γII.q/ktxII= 15,7.1,4/1,28= 17,17 KNGg+đ= 17,17+ 9,45= 26,62 KN

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

Lực lớn nhất của xy lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép của khoang đào, cánh tay đòn rxg là nhỏ nhất.

Lấy mômen đối điểm 03 ta có :

P’xg =

xg

xg xg g

d g r

r G r

G r

r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm o3,r0= Hg= 1.1118 m

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o3, rg= Hg/2 = 0,559 mr’xg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o3, rxg= 0,38

rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm o3, rxg= 0,316 m

P’xg =

xg

xg xg g

d g r

r G r

G r

Bằng phơng pháp hoạ đồ véc tơ có Pxg= 513 KN

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

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

Với lực của xy lanh cần Pxc = 288,9 KN vì theo sơ đồ 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

P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.288,9 = 144,45 KN

Với lực của một xy lanh là P’xc =144,45 KN, với áp suất của hệ thống p

=10 Mpa, ta tính đợc đờng kính xy lanh cần là:

'

10 14 , 3 10

4 45 , 144

4

= Π

N1 = Pxc.Vc = 288,9.0,44 = 127.1 kw

Với Pxc- Lực trên cán piston, Pxc= 288,9 KN

Vxc- Vận tốc của xy lanh gầu, Vxc= 0,44 m/s

Xác định hành trình xi lanh cần:

Vị trí có Lmin (hành trình xl cần min) là khi cuối qúa trình đào khớp đầu cần chạm đất

Vị trí có Lmax (hành trình xl cần max) là khi đoạn ngắn của cần nghiêng 1 góc 90 độ so với phơng ngang

Có Lmin= (0.488^2+ 2,24^2-2.0,488.2,24.cos(60) )^(1/2)= 2,040m

Có Lmax= (0,488^2+2,24^2-2.0,488.2,24.cos(133))^(1/2)=2,598m Suy ra hành trình xi lanh cần là:

Lmax = ((Ltg/3)^2+(3,45)^2-2.(Ltg/3).3,45.cos(180-43))^(1/2)= 4,5mTại vị trí tay bắt đầu đào đất thì chiều dài xi lanh tay gầu đat giá trị min

Lmin=((Ltg/3)^2+(3,45)^2-2.3,45.(Ltg/3).cos(33))^(1/2)= 2,4 m

Suy ra hành trình xi lanh tay gầu là: S = Lmax- Lmin

S= 4,5- 2,4= 2,1 m

Với lực của một xy tay gầu là Ptg = 362,37 KN, với áp suất củahệ thống

p =10 Mpa, ta tính đợc đờng kính xy lanh tay gầu là:

D = 10 3 , 14 10 3

4 37 , 362

4

= Π

+áp suất p= 160 bar +Tốc độ co duỗi xi lanh max: 0,5m/sCông suất của bơm phục vụ cho xy lanh cần là:

N2 = Pxtg.Vtg = 362,37.0,46 = 166,69 kw

Với Pxtg- Lực trên cán piston, Pxtg= 362,37KN

Vxtg- Vận tốc của xy lanh tay gầu, Vxtg= 0,46 m/s

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

Với lực của một xy lanh là Pg =513 KN, với áp suất của hệ thống p

=10 Mpa, ta tính đợc đờng kính xy lanh gầu là:

D = 10 3 , 14 10 3

4 513

4

= Π

N3 = Pxg.Vg = 513,2.0,36 = 185 kw

Với Pxg- Lực trên cán piston, Pxg= 513 KN

Vg- Vận tốc của xy lanh gầu, Vg= 0,36 m/s

O3

Trong thiết kế nếu động cơ chính đã biết thì tính toán kéo có ý nghĩakiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho

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

Chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất;

Chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang;

Sau đó chọn Pk lớn nhất để tính cơ cấu di chuyển

W1 = F1+F2+F+F4+F5+F6+F7

Trong đó : + F1- Lực cản trong ổ trục bánh tỳ :

F1= 1100,7.G =1100,7.21= 0,375 tấn = 3,75 KN

+ F2-Lực cản trong ổ trục bánh chủ động:

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 = 21 tấn

 Lực cản gió khi máy di chuyển:

W4 = q.FTrong đó: q- áp lực gió khi làm việc, q = 400N/m2

F- diện tích chịu gió

v G

.

Trong đó: v- Tốc độ chuyển động của máy

g- Gia tốc trọng trờng

tk -Thời gian khởi động

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

W5 = 1002.G =1002.21= 0,42 tấn = 4,2 KN

 Lực cản quay vòng W6 :

Để tính lực cản quay vòng ta giả thiết: máy quay vòng trên nền phẳng, bỏ qua lực ly tâm vì tốc độ vào đờng cong thờng nhỏ và ta coi lực cản quay của haibánh xích nh nhau

Lực cản quay vòng W6 đực phân ra thành W61 và W2

6 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 - ϕ' ) 2

2

G B L

W62 =(f + ϕ' ) 2

2

G B L

Trong đó: L- chiều dài phần xích tiếp xúc với đất, L = 3,105 m

ϕ' -hệ số bám ngang, ϕ' = 0,4 đối với nền đất cứng.

B-chiều rộng giữa hai tâm bánh xích,B = 2,138m

f -hệ số cản chuyển động của bánh xích,f = 0,07

W61 =(f - ϕ' ) 2

2

G B

L

= ( 0,07 - 0,4 )212

138 , 2 2

105 , 3

= -2,31 tấn = 23,1 KN

W62 =(f + ϕ' ) 2

2

G B

L

138 , 2 2

105 , 3

= 3,78 tấn = 37,8 KN.Vậy ta có: W6 = W61 + W62 =37,8-23,1 = 14,7 KN

Vậy lực cản ma sát trong của bộ di chuyển là:

M1

M2

n

m

Vậy công suất của một mo tơ thuỷ lực di chuyển là:

N4 = N5 = P k1η.V d

.Trong đó: Vd – Vận tốc di chuyển của máy, Vd= 4km/h = 1,11 m/s

Vì chuyển động quay đợc truyền từ mô tơ thuỷ lực qua hộp giảm tốc đến bánh chủ động của cơ cấu di chuyển nên có tổn hao công suất do hiệu suất cơ khí, nên công suất của cơ cấu di chuyển là:

Phần V: Tính toán cơ cấu quay.

Thời gian quay của máy đào chiếm tới 2/3 thời gian chu kỳ làm việcthậm 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 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 ωmax(1/s), gia tốc góc lớn nhất ε max(1/s2), thời gian khởi động

tk và phanh tp, góc quay của bàn quay β(rad), hiệu suất cơ cấu quay ηq, 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 =

q q

35 , 0

) 37 , 1 (

3

2 2

+

Trong đó:

J - mô men quán tính của bàn quay

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

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

Với G = 21 tấn = 210 KN ta có Jt =200 KN.m.s2

Jn = 0,85.200 = 170 KN.m.s2

β - góc quay của bàn quay, β =1800 = 3,14 rad

ηq- hiệu suất cơ cấu quay:

J J t J

J

t t

t ck d d q jk

+

= +

td – Thời gian dỡ tải, tra bảng đối với đất cấpIV, dung tích gầu V= 1,4 m3 có thời gian dỡ tải= 4,3 đến 5,2 s.

Chọn thời gian dỡ tải = 4,3 s

tđ - Thời gian đào khi đào ta dùng xi lanh tay gầu là chủ yếu Tđ= 2,14/0,46= 4,66 s

Thời gian quay toàn bộ tqtb=tck - td - tđ = 17,24- 4,3- 4,66= 8,27 s

J0 - mô men quán tính của bàn quay trong trừơng hợp gầu không có đất:

45 , 9

= 104,76 KN.m.s2

Vậy thời gian quay có tải

tq = 1 3 0

J J

t t

27 , 8 3

35 , 0

) 37 , 1 (

3

2 2

+

83 , 0 47 , 4 35 , 0

14 , 3 ).

83 , 0 37 , 1 ( 170

3

2 2

14 , 3 83 , 0 56 , 132 05 , 1 ) 37

, 1 (

.

05 , 1

+

= + q

max

2 2

83 , 0 56 , 132

14 , 3 ) 83 , 0 37 , 1 (

170 42 , 1

) 37

, 1

tq

min = 4,47 (s)

PhầnVI : Chọn bơm và động cơ.

Dựa vào hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm A phục vụ cho một mô tơ di

chuyển và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di chuyển 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 trên, ở đây chọn công suất cơ cấu di quay (bỏ qua tổn thất) Ta có công suất của bơm A là:

NA = Nmax = 132,56 KWVới NA = 132,56 KW tra bảng ta chọn đợc bơm có các thông số sau:

Ký hiệu bơm là A2FO size 125 Dung tích làm việc: 125 cm3