Thiết kế máy đào thủy lực gầu thuận lắp trên máy cơ sở PC200

Thực tế Máy Đào gầu thuận đợc đánh giá là một trong những loại máy làm đất quan trọng, luôn có mặt trong các công việc khai thác vận chuyển đất đá.... Với nhiệm vụ và yêu cầu đợc giao, q

Thiết kế máy đào thủy lực gầu thuận Lắp trên máy cơ sở PC200

Số liệu cho tr ớc:  Dung tích gầu: q=0.8 m3

 Cấp đất: IV

Thuyết minh tính toán:

Tính toán chung Máy Đào

Tính bền tay gầu của bộ công tác

Bản vẽ:

Bản vẽ chung Máy Đào.A0

Bản vẽ chế tạo tay gầu.A1

Trang 1

Lời nói đầu

Trong quá trình xây dựng cơ bản hiện nay, máy móc đợc sử dụng rộng rãi và đóng vai trò hết sức quan trọng của công việc nh: chất lợng, tiến độ, giá thành của công trình Mặt khác máy móc – thiết bị sử dụng trong ngành xây dựng hay còn gọi là máy xây dựng chính là yếu tố cơ bản để đánh giá tiềm lực

và khả năng của mỗi đơn vị hay doanh nghiệp xây dựng

Do vậy ngày nay công tác thiết kế, chế tạo và sử dụng có hiệu quả các loại máy này là yêu cầu thiết yếu Đa máy móc vào thi công các công trình lớn

và quan trọng là việc làm cần thiết để có thể đảm nhiệm đợc những công việc phức tạp, khối lợng công việc nặng nề mà lao động thô sơ không thể thực hiện

đợc hoặc năng suất thấp, hiệu quả kinh tế không cao Vì vậy Máy Xây Dựng không thể thiếu đợc trên các công trờng xây dựng, các công trình thuỷ lợi, giao thông

Những năm gần đây, ngành cơ khí nói chung và lĩnh vực Máy Xây Dựng nói riêng của nớc ta đã và đang đợc nhà nớc đầu t và tạo điều kiện phát triển

Đó cũng chính là mục tiêu đẩy mạnh sự phát triển kinh tế, dựa trên một nền công nghiệp hiện đại và tiên tiến trong sự nghiệp đổi mới của đất nớc

Đối với công tác xây dựng nói chung, xây dựng Thuỷ Lợi nói riêng công tác làm đất chiếm 60ữ80% khối lợng công trình cho, nên Máy Làm Đất có nhiệm vụ rất quan trọng đối với công tác xây dựng

Thực tế Máy Đào gầu thuận đợc đánh giá là một trong những loại máy làm đất quan trọng, luôn có mặt trong các công việc khai thác vận chuyển đất

đá trên các lĩnh vực Thuỷ Lợi, Giao Thông, Xây Dựng, bởi phạm vi sử dụng rộng, năng suất cao và có nhiều tính năng u việt

Với nhiệm vụ và yêu cầu đợc giao, qua quá trình nghiên cứu và làm đồ

án môn học Máy Thuỷ Lợi với đề tài Thiết kế máy Đào thuỷ lực gầu thuận“ ”

em đã đi sâu nghiên cứu về tính bền bộ công tác (tính bền Tay Gầu)

Vì sự có hạn về cả thời gian và kiến thức, em xin hệ thống hoá và phân tích, đánh giá những vấn đề chung cơ bản của các cơ cấu trong Máy Đào gầu thuận Sau đó đi sâu nghiên cứu, tính toán, tính bền cho bộ công tác (tính bền tay gầu)

Nội dung cơ bản của thuyết minh đồ án đợc chia làm 6 phần:

- Phần VII:tính bền bộ công tác (tính bền tay gầu)

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫnh Hồ Sĩ Sơn ngời đã hớng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này và các thầy cô giáo trong Khoa đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu, các tài liệu tham khảo để em có điều kiện

đi sâu tìm hiểu đề tài đã học Vì trình độ kiến thức có hạn nên đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót Do đó kính mong đợc sự góp ý giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn

Dựa vào sơ đồ thuỷ lực của máy cơ sở KOMATSU PC200, ta có thể biết

đợc nguyên lí làm việc của cả hệ thống và chức năng của một số loại van trong sơ đồ

Dầu từ bể chứa đợc hút lên từ 2 bơm dẫn động bằng động cơ điện đặt trong cụm bơm Từ đây dầu sẽ đợc đa tới cụm van điều khiển Lu lợng của cụm bơm

đợc điều chỉnh thông qua sự hoạt động của 2 van LS và van PC

Van LS trong cụm bơm đợc nối với tín hiệu cảm nhận tải trọng và nó điều khiển tổng lu lợng của bơm Với van PC, khi tải trọng trong lúc làm việc tăng lên và áp suất của bơm cũng tăng thì nó sẽ làm giảm bớt lu lợng từ bơm và nếu

nh bơm giảm áp suất thì nó sẽ tằng lu lợng của bơm

Cụm van điều khiển là một hệ thống đợc coi nh là tập hợp của rất nhiều các van nhỏ khác nhau có tác dụng phân phối dòng dầu để đa dầu tới bộ công tác Dòng dầu khi đến cụm van điều khiển sẽ chờ ở đó Khi có tín hiệu điều khiển từ

hệ thống cần gạt và từ cụm van điện từ mà các van trong cụm van điều khiển sẽ

đợc đóng mở thích hợp để phân phối dầu tới bộ công tác

Bộ công tác gồm có : 2 xi lanh cần, 1 xi lanh tay gầu, 1 xi lanh gầu, 1

động cơ quay, 2 động cơ di chuyển Khi cần nâng hoặc hạ cần, tay gầu hay gầu thì dầu từ cụm van điều khiển sẽ đợc đa tới các xi lanh tơng ứng của nó để thực hiện quá trình làm việc Khi cần quay máy, dầu đợc đa tới động cơ quay Tín hiệu điều khiển từ van điện từ làm nhả li hợp phanh của động cơ và làm cho

động cơ quay theo chiều thích hợp Trong bộ công tác quay máy còn có hệ thống van cân bằng áp suất để đảm bảo áp suất trong quá trình quay là không

đổi Khi đó quá trình quay sẽ liên tục, làm việc êm, khi quay không bị giật Khi cần di chuyển máy, dầu đợc đa tới động cơ di chuyển Động cơ đợc dùng ở đây

là động cơ thuỷ lực pittông rôto hớng trục Do đó nó có thêm cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng của đĩa quay để điều chỉnh lu lợng dầu vào động cơ, do đó điều chỉnh tốc độ di chuyển của máy Bộ đóng cắt li hợp để thực hiện việc đóng nhả chuyển động Phía trên cơ cấu di chuyển là khớp nối quay tung tâm để đảm bảo dòng dầu đợc cung cấp liên tục đến cơ cấu di chuyển trong khi quay máy mà không làm uốn, xoắn hoặc đứt đờng ống dẫn dầu

II Xác định các thông số cơ bản:

Dựa vào quy luật đồng dạng về kích thớc, trọng lợng, công suất Máy cỡ nhỏ, điều kiện làm việc trung bình dựa vào bảng (5-1) MTL ta chọn: kG=10

Träng lîng m¸y theo dung tÝch gÇu:

G = kG× q = 10×0.8 = 14 (tÊn)Th«ng sè vµ kÝch thíc m¸y:

Xi lanh tay gầu 0.9 0.14

Bàn quay và các cơ cấu (tấn)

- Chiều dài gầu : h= 1 3 q = 1 3 0 , 8 = 0 , 9283 (m).

- Chiễu cao từ đáy đến lợi của gầu : l1 = 0 , 96 3 q = 0 , 96 3 0 , 8 = 0 , 891 (m).

- Chiều cao từ đáy đến răng gầu: l = 1 , 44 3 q = 1 , 44 3 0 , 8 = 1 , 336 (m).

- Chiều dày gầu: s = 0,00873 14= 0,02 (m)

2 Chọn xilanh tay gầu.

Ta chọn phơng án đặt xilanh phía dới tay gầu vì thuân tiện cho việc lắp đặt , tạo đợc lực đào lớn nhất là đối máy đào gầu thuận , giúp cho máy gọn nhẹ hơn.(4)

3 Chọn xilanh gầu

Đối với máy đào gầu thuận có rât nhiều phơng án bố trí xilanh gầu nhng ở đây

ta chọn phơng án đặt xilanh theo sơ đồ nh hình vẽ , vì phơng án này sẽ tạo đơc lực đào đất lớn Đặc biệt với máy đào gầu thuận thớng đợc sử dụng để đào khối lợng đất lớn.Với sơ đồ bố trí nh vậy ta có thế thay thế bộ công tác có dung tích gầu khác nhau, tuỳ theo điều kiện sử dụng.(6)

Trang 7

6 7

IV Tính toán dẫn động bộ công tác máy đào gầu thuận:

Quá trình đào đất của Máy Đào thuỷ lực gầu thuận có thể tiến hành theo các nguyên tắc:

 Gầu và tay gầu cố định, cần chuyển động nhờ xilanh cần

Cần quay quanh khớp bản lề nối với tay gầu nhờ xi lanh gầu, lúc

đó cần và tay gầu cố định, gầu chuyển động nhờ xilanh gầu

 Tay gầu quay quanh khớp bản lề nối với cần nhờ xi lanh tay gầu, lúc đó cần và gầu cố định, gầu chuyển động nhờ xilanh tay gầu

 Cần và tay gầu cùng làm việc đồng thời nhờ các xilanh cần và xilanh tay gầu ở trờng hợp này gầu coi nh lắp cứng với tay gầu

Giả sử trong thời gian đào, gầu chuyển động nhờ xilanh tay gầu lớn nhất của lát cắt đạt đợc khi răng gầu, khớp cần và tay gầu (khớp O) nằm trên

đờng nằm ngang (vị trí II)

o

xg xt

k H b

q C

.

Chiều cao đào H= 5,18 (m)

Dung tích hình học của gầu q=0,8 (m3)

Chiều rộng gầu chọn theo công thức kinh nghiệm

).

( 11 , 1 8 , 0 1 , 1

2 ,

5 , 1

Trong đó: k1: Là hệ số cản đào Dựa vào Bảng1-9 (MTL).

Ta có: k1= 0,26 MPa = 0,26.103 (kN/m2)

⇒ Po1= 0,26.103 1,11 0,12257 = 35,64 (kN).

1 Tính lực tác dụng lên các xilanh.

a Xác định lực xilanh tay gầu:

Trong thời gian đào gầu chuyển động từ vị trí I ữII lực cần thiết của xilanh tay gầu Pxt thay đổi từ O đến lớn nhất

ở cuối quá trình đào, tay gầu ở vị trí nằm ngang, chiều dày lát cắt lớn nhất

Giá trị lớn nhất lực xilanh tay gầu Pxt sẽ xác định từ phơng trình mô men với khớp O của tất cả các lực tác dụng lên hệ tay gầu ở vị trí II nh hình dới

Hình vẽ (Sơ đồ xác định lực xilanh tay gầu).

r

r G r

xg xg d g d g xt

r

r G r

Gt r

G r

G r P P

2

1

.0

, 1

20 1 , 1 8 , 0

kN k

k q G

γ=20: Trọng lợng riêng của đất (Bảng 1-2) MTL

kxt=1,35: Hệ số tơi xốp (Bảng 1-2) đất cấp IV

⇒ Gg+d =Gg+ Gd= 6,3+ 13,03 = 19,33 (kN)

Mặt khác ta có:

 Chiều dài gầu:

) ( 9283 , 0 8 0 1

9283 , 0 724 , 2

h l

⊕ r0: Khoảng cách từ P01 đến điểm O:

).

( 65 , 3 9283 , 0 724 , 2

1 2

1

m l

⊕ rxg: Khoảng cách từ Gxg đến điểm O:

Trang 11

( 27 , 2 724 , 2 6

5 6

5 3

1 2

1 3

2

m l

l l

⊕ rxt: Khoảng cách từ Gxt đến điểm O:

Ta có:

73 , 0

, 0

73 , 0 4 , 1 2

1 364 , 1 3 , 5 27 , 2 84 , 0 188 , 3 33 , 19 65 , 3

xt

o

xg xt

r

r G

xc

xc xc c

c xt xt t t xg xg d g d

g

xc

r

r G r

G r G r G r

G r

G

P

' '

' '

'

2

1

.

xt l

) ( 2 , 3 45 cos 45 ,

, 0

1 , 2 20 2

1 57 , 1 8 , 10 2 , 3 4 , 1 5 3 , 5 2 , 6 6 , 0 4 ,

+ Vị trí tính toán : Xét trờng hợp máy đào đất chỉ bằng xi lanh gàu Xét ở

vị trí cuối quá trình đào

I

I I

Lực lớn nhất của xilanh gầu sẽ xuất hiện khi đào đất bằng xilanh gầu,

Chiều dày lát cắt lớn nhất sẽ là:

tx

Max

k H

b

q C

H = =b: chiều rộng gầu:

).

( 114 , 1 8 , 0 2 1

2

ktx= 1,35: Hệ số tơi xốp với đất cấp IV.Bảng1-2 (MTL)

) (

57 , 0 35

, 1 9283 ,

0 114 ,

1

8 , 0

 Lực cản đào tiếp tuyến:

Khi răng gầu tiến đến vị trí II.( "

01

P lớn nhất còn rxgnhỏ nhất)

.

.

xg

xg xg

d g d g xg

i i xg

r

r G

r G

r P r

r G r

0 93

, 0

2

1

r xg =

Trang 15

, 0

3 , 0 84 , 0 2

1 465 , 0 33 , 19 93 , 0 9 , 127

322 2

2

cm p

P

) ( 05 , 9 14 , 3

4 , 64 4 4

2

cm D

, 3

4 , 110 4 4

2

cm D

512 2

2

cm P

P

F = xg = =

) ( 42 , 11 14

, 3

4 , 102 4 4

2

cm D

D

Hµnh tr×nh piston : s = 2800- 1680 = 1120 (mm)

Tõ s= 1120 (mm) vµ D = 11,42 (cm) ta chän D = 10,25 (cm)

Trong trờng hợp tính cho máy đào gầu thuận, khả năng phải cung cấp thuỷ lực lớn nhất đợc tính cho khi máy vừa quay vừa nâng cần và tay gầu.

12 , 0 14 , 3 115 , 0

ph

l s

m F

e Chọn động cơ Điêzen.

).

( 8 , 55 10

55 , 9

1440 10 37 10

55 , 9

Công suất động cơ Điêzen:

b b

N N

η

=Với ηb: Là hiệu suất của bơm ηb= 0,96

).

( 1 , 58 96 , 0

8 , 55

3.Tính toán cơ cấu quay.

Chọn cơ cấu quay toàn vòng Thời gian quay của Máy Đào chiếm 2/3 thời gian chu kỳ làm việc

Xác định thông số cơ bản của cơ cấu quay:

 Mô men quán tính của phần quay Máy Đào khi gầu đầy đất

Jo(KN.m/s2)

 Tốc độ góc lớn nhất của bàn quay:

 Gia tốc góc lớn nhất:

 Thời gian khởi động máy, phanh: tk, tp

Máy Đào làm việc nhiều động cơ, thời gian làm việc một chu kỳ tính theo công thức:

( )s A G b

t ck = +b= 1,58 ; A= 10 ; G= 14 (tấn)

⇒ t ck = 1 , 58 14 + 10 = 15 , 91 (s).

Thời gian quay toàn bộ:

d d ck jk

t = − −

Trong đó: tđ là thời gian đào

td là thời gian dỡ tải

Thời gian quay có tải đợc tính:

3 01

J J

t t t

t ck d d q

Với r: là khoảng cách từ trọng tâm gầu đến trục quay máy

Trang 19

r = 6,7.

) (

66 , 89 7 , 6 81 , 9

11 140

g

G J

) ( 6 , 10 91 , 15 3

2 3

2

s t

t t t

q d ck

).

( 24 , 3 110

66 , 89 1

31 , 3

s J

J

t t t

t ck d d

+

= +

66 , 89 24 , 3

J

J t

t q = q = =Công suất lớn nhất của động cơ:

88 , 0 24 , 3 54 , 0

14 , 3 88 , 0 37 , 1 110

54 , 0

).

37 , 1 (

3

2 2 3

2 2

KW t

J N

q q

q

η

β η

) ( 22000 2

, 6

143 10 55 , 9 10 55 ,

Nm n

N

Trong đó: β: góc quay của bàn quay (β= 1800= 3,14 rad)

ηq: hiệu suất cơ cấu quay

Cơ cấu quay đợc truyền qua hộp giảm tốc

Tra bảng chọn động cơ thuỷ lực MR SIZE3600, có N =160kw M=

- 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

W2 tỷ lệ với trọng lợng của máy và hệ số cản di chuyển : W2 = f.G

trong đó : f là hệ số cản chuyển động của bánh xích

trong đó : q : áp lực gió khi làm việc q= 400 N/m2 = 0,4 kN/m2

F : diện tích chịu gió

F = B.Hb với B : chiều rộng cơ sở B = 2,785m

Hb : chiều cao buồng máy Hb = 2,965 m

Trang 21

V G

.

Trong thực tế rất khó xác định chính xác thời gian khởi động vì nó phụ thuộc vào ngời lái và hệ thống truyền động nên ta có thể tính gần đúng theo trọng lợng máy ( Bảng 4-1/MTL)

=> W5 = 1%G = 0,14T = 1,4kN

- Lực cản quay vòng W6

Nếu ta coi lực cản quay của hai bánh xích nh nhau thì :

+Mômen thuần tuý của mỗi bánh xích :

M1 = M2 =

2 1

A

=ϕ’

8

.L G

+Lực cản di chuyển thuần tuý của mỗi bánh xích :

P1 = P2 =

2

.

f a r

B

Bàn quay của máy đào lật ở điểm tựa giới hạn trớc, cần nghiêng một góc

450 gầu đầy đất, tay gầu nằm ngang

Trang 23

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

dt

a a c

c t

t g

d g dt

+

−

−

− +

− +

vµ khung m¸y, thiÕt bÞ thuû lùc, thiÕt bÞ phô,c¬ cÊu quay, bé

phËn ®iÒu khiÓn, vá m¸y)

tbp tbp dc dc dt dt c c t t g g

i

i i

m m m m m m

m r m r m r m r m r m r m

m r

+ + + + +

+ +

+ +

+

=

∑

∑

8 , 0 1 4 , 80 8 , 0 4 , 1 2 , 11 8 , 0 9 , 3 6 , 5 8 , 0 25 , 7 3

− +

a r G a r G G

dt

a a c

c dt

−

−

− +

1 6 , 0 60 cos 2

m l

8 , 0 3 , 2

8 , 0 1 4 , 80 8 , 0 4 , 1 2 , 11

ổn định của Máy Đào khi làm việc đợc xác định ở cuối quá trình đào, tay

gầu nằm ngang gần đến mép khoang đào, cần nghiêng một góc 450

Máy đào có thể lật ở mép ngoài của bánh tì A

H×nh vÏ

LÊy ph¬ng tr×nh c©n b»ng m«men ë khíp tay gÇu

∑M O = 0

' 0

' '

' 01

.

.

r

r G r G r P

'

) ( 53 , 19 37

, 6

863 , 4 7 , 13 972 , 2 6 , 5 67 , 0 149 , 331

⇒M« men lËt:

( ) ( ) kN

M G = 4 , 2 1 , 6 + 1 , 3 + 80 , 4 1 + 1 , 3 + 58 , 7 1 , 3 = 273

1 , 1 113 , 1 5 , 241

M

M K

Đảm bảo điều kiện ổn định

) ( 36 , 1 cos

45 cos 2

, 4

59 , 216

M

M k

Đảm bảo điều kiện ổn định

Xét trờng hợp máy xuống dốc với αmax=300, γ=600 khi máy xuống dốc tay gầu thẳng đứng, gầu gần chạm đất (xét máy lật tại điểm tựa của xích phía trên A)

rg=rt=lc.cosγ.cosαmax=4,45.cos300.cos600= 1,9(m)

rc=1/2lc.cosγ.cosαmax= 0,95(m).

9 ,

Đảm bảo điều kiện ổn định

Trang 29

Trong quá trình đào đất gặp chớng ngại vật, lực lớn nhất xilanh tay gầu

có phơng vuông góc với tay gầu

Sơ đồ lực tác dụng lên tay gầu tại vị trí 1

, 4

2 , 0 6 , 5 5 , 0 3 , 6 8 , 0 149 , 331

o

t t g g xt xt

r

r G r G r P P

Thành phần lực cản đào pháp tuyến:

Po2 = 0,5 P01 = 0,5 57,98 = 28,99 (KN)Trong quá trình đào đất gặp chớng ngại vật, gầu dùng một răng ngoài để bật chớng ngại vật lên ngoài lực Po còn có lực ngang K Lực này cũng có thể

Trang 31

phát sinh khi cơ cấu quay mà quá trình đào cha kết thúc Giá trị K đợc tính theo mômen phanh cơ cấu quay Mp:

4 , 100 max

N Mp

( 03 , 40 87 , 0 99 , 4

82 , 175

Mp: Mô men phanh đa về trục quay;

R: Khoảng cách từ mép răng của gầu tới trục quay của bàn quay;

ηq: Hiệu suất cơ cấu quayTiết diện nguy hiểm (m-m) của tay gầu chịu lực tác dụng của mômen và lực

Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng

Mx = Yo.ry±Zo.ee: Khoảng cách của điểm đặt lực Zo đối với tiết diện m-m

σtd = 2 + 3 2 ≤

S M

M W

M

y

y x

=

σMÆt c¾t (m – m)

cm

) ( 9 , 38700 12

27 4 , 52 30 4 ,

) ( 97 , 3658 4

, 55

55 , 101353

=

2580 , 06 ( )

30

9 , 38700

) / ( 10 05 , 11 0247 , 0

09 , 38 00258 , 0

8771 , 102 0036 , 0

86 ,

248 + + = 4 KN m2

=

σ

) / ( 10 9 , 6 0036 0

86 ,

m KN

=

=

τ

2 4

2 4 2

4 ) 3 ( 6 , 9 10 ) 16 , 2 10 / 10

05 , 11

σ

Chọn thép C50 có {σ ] =640 Mpa

=>Đảm bảo điều kiện bền để làm việc

2.Vị trí thứ 2:Tay gầu nằm ngang , vơn ra xa nhất , gầu đầy đất , cần nghiêng 1

góc 45o , máy quay với vận tốc góc lớn nhất , phanh đột ngột:

Sơ đồ xác định tải trọng động trong thời gian quay

Kiểm tra ở tiết diện 0-0, ngoài các lực và mômen trong mặt phẳng thẳng

đứng do tải trọng tĩnh còn chịu tác dụng của mômen uốn trong mặt phẳng nằm ngang bởi các lực quán tính tiếp tuyến của gầu và tay gầu