Ứng dụng phần mềm SolidWorks mô phỏng và xác định ứng suất tác dụng lên cần của máy đào Komatsu PW 210-1

Máy đào hiện nay phần lớn nhập khẩu từ các hãng của các nước Tư bản phát triển như : Hitachi, Komatsu, Kobelco Nhật Bản, Volvo Thuỵ Điển, Caterpillar Mỹ … Các máy này được áp dụng công n

Ứng dụng phần mềm SolidWorks mô phỏng và xác định ứng suất tác dụng lên cần của máy đào Komatsu PW 210-1

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay chúng ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ,vì thế các công trình cơ sở hạ tầng đang dần mọc lên Trong xây dựng cơ bản, khối lượng công tác làm đất chiếm một tỉ trọng tương đối lớn Để từng bước

cơ giới hoá, tự động hoá công tác làm đất trên thế giới cũng như ở nước ta ngày càng sử dụng nhiều máy làm đất Máy móc phục vụ công tác làm đất đã thay thế sức lao động của con người đem lại hiệu quả, năng suất cao

Trong số các máy làm đất, cùng với máy ủi, máy san, máy cạp… thì máy đào là loại máy được sử dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng

Những thập kỉ gần đây số lượng máy đào được sử dụng ở Việt Nam tăng lên đáng kể, nhiều về số lượng và đa dạng về chủng loại Máy đào hiện nay phần lớn nhập khẩu từ các hãng của các nước Tư bản phát triển như : Hitachi, Komatsu, Kobelco (Nhật Bản), Volvo (Thuỵ Điển), Caterpillar (Mỹ) … Các máy này được

áp dụng công nghệ sản xuất hiện đại nên có năng suất làm việc cao, kết cấu gọn nhẹ, điều khiển nhẹ nhàng

Để đáp ứng nhu cầu đó nhà trường cùng Khoa Cơ Khí Động Lực đã giao

cho em đề tài “Ứng dụng phần mềm SolidWorks mô phỏng và xác định ứng suất tác dụng lên cần của máy đào Komatsu PW 210-1.”

Với sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Xuân Hòa và các thầy cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực

Vì trình độ và thời gian còn hạn chế khong tránh khỏi những thiếu sót kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hưng yên, ngày tháng năm 2013

Sinh viên thực hiện :

Lê Hải Quân

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Quá trình phát triển của máy làm đất.

Công nghiệp chế tạo máy nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển của nó đồng hành với quá trình phát triển của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người

Bức tranh tổng thể của ngành chế tạo máy làm đất có thể chia thành các giai đoạn chính:

1, Giai đoạn 1: Thế kỷ XVI đến thế kỷ XVIII

Xuất hiện những phương tiện cơ giới và cơ giới hoá đầu tiên dùng trong khâu làm đất, động lực dùng trên các phương tiện cơ giới lúc đó chủ yếu là sức người, sức ngựa và bước đầu dùng động cơ hơi nước Loài người đã chế tạo và sử dụng máy xúc một gầu q = 0,75 m3 đầu tiên

2, Giai đoạn 2: Thế kỷ XIX đến năm 1910

Trong giai đoạn này cùng với sự phát triển các công trình xây dựng lớn, nhất

là công trình xây dựng giao thông, giao thông đường sắt, xuất hiện máy xúc một gầu quay toàn vòng 3600 – chạy trên ray, cùng các loại máy làm đất khác

3, Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910

Khâu làm đất trong công tác xây dựng đã được tiến hành cơ giới hoá ở mức

độ ngày càng cao do xuất hiện nhiều loại máy làm đất như: máy xúc đất quay toàn vòng 3600, di chuyển bằng bánh lốp, bánh xích kể cả máy xúc di chuyển bằng thiết

bị tự bước Đồng thời để đáp ứng khối lượng công tác đất ngày càng lớn trong xây dựng cơ bản Nền công nghiệp đã chế tạo nhiều loại máy làm đất có chức năng, công dụng, kết cấu khác nhau

Xu hướng phát triển máy làm đất trong giai đoạn này là nâng cao năng suất làm việc, tăng vận tốc di chuyển máy và vận tốc làm việc; sử dụng vật liệu kim loại, phi kim loại chất lượng cao để giảm khối lượng riêng của máy, nâng cao độ tin cậy của các chi tiết máy, giảm thời gian bảo dưỡng trong quá trình sử dụng, hoàn thiện các thiết bị động lực và truyền động cùng các hệ thống khác trên máy, chế tạo các bộ công tác (thiết bị làm việc) thay thế để máy có thể làm việc ở các điều kiện, chế độ khác nhau (tức là vạn năng hoá máy làm đất) nên năng suất làm việc của máy ngày càng được nâng cao

Trong những năm gần đây, khối lượng của một số máy làm đất giảm nhẹ đi

20  30% nhưng công suất máy tăng lên đến 50  80% Công suất trang bị trên máy tăng lên kéo theo hiệu suất làm việc của máy tăng lên Cũng với việc không ngừng cải tiến, hoàn thiện về nguyên lý, kết cấu, người ta còn sử dụng các bộ phận, các máy cơ sở được chế tạo theo tiêu chuẩn, theo môdun để hoà nhập xu hướng thống nhất hoá, tiêu chuẩn hoá và vạn năng hoá ngành sản xuất máy làm đất

1.2 Ý nghĩa cơ giới hoá công tác đất.

Trong xây dựng cơ bản: xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thuỷ lợi… Đối tượng thi công trước tiên có khối lượng lớn – có thể nói lớn nhất là công tác đất Trong các công trình xây dựng, đất là đối tượng được xử lý với các phương pháp, mục đích khác nhau nhưng có thể tập hợp theo các quy trình công nghệ chính: Đào – Khai thác, vận chuyển, đắp, san bằng và đầm chặt Trong đó, máy đào gầu nghịch thi công chủ yếu ở khâu Đào – Khai thác

Cơ giới hoá công tác đất có ý nghĩa trọng yếu và đó là vấn đề cấp bách, cần thiết do khối lượng công việc rất lớn, đòi hỏi nhiều nhân lực, lao động nặng nhọc, ảnh hưởng đến tiến độ thi công và năng suất lao động nói chung

Nhiệm vụ chủ yếu của cơ giới hoá là nâng cao năng suất lao động như V.I Lênin nói “ Năng suất lao động là điều kiện quan trọng và cơ bản nhất để xã hội mới chiến thắng xã hội cũ”

Cơ giới hoá là biện pháp chủ yếu chứ không phải là biện pháp duy nhất nhằm tăng năng suất lao động

Năng suất lao động còn có thể tăng lên bằng cách hoàn chỉnh quy trình công nghệ đã ổn định thì áp dụng cơ giới hoá tiến tới tự động hoá khâu làm đất là biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động Do vậy, có thể rút ra một số ý nghĩa của

cơ giới hoá công tác đất:

 Cơ giới hoá là bước đầu tiên và là một trong những biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động trong khâu làm đất

 Là biện pháp chính giảm nhẹ cường độ lao động cho công nhân

Ngoài ý nghĩa trên, việc cơ giới hoá công tác đất còn góp phần:

 Nâng cao chất lượng công trình xây dựng

 Giảm đáng kể diện hoạt động trên công trường

 Dễ dàng áp dụng tiêu chuẩn hoá, tiến hành công xưởng hoá các công đoạn của quá trình sản xuất, góp phần thực hiện thành công chủ trương công nghiệp hoá

 Đồng thời áp dụng cơ giới hoá khâu làm đất còn tiền hành được các công việc

mà lao động thủ công không làm được hoặc khó làm được

Cơ giới hoá khâu làm đất thường thực hiện bằng các hình thức sau:

 Máy và thiết bị cơ khí (Máy xúc, máy cạp, máy nỉ…)

 Máy và thiết bị thuỷ lực (Súng phun thuỷ lực, tầu hút bùn…)

 Chất nổ (mìn phá đá…)

 Dòng điện cao tần, siêu âm …(phá tan vỡ đất)

Cơ giới hoá khâu làm đất bằng máy và thiết bị cơ khí (phương pháp cơ học) là phổ biến nhất vì tính phổ biến và phổ cập của nó, đồng thời năng lượng tiêu tốn tính cho 1m3 đất rất nhỏ chỉ bằng khoảng 0,05  0,3 KW.h

Năng lượng tiêu tốn khi dùng phương pháp thuỷ lực cao hơn nhiều – khoảng 0,2  2 KW.h, có khi còn cao hơn, như đối với đất chặt lên tới 3  4 KW.h

Trên các công trình xây dựng, cơ giới hoá khâu làm đất bằng phương pháp cơ học chiếm khoảng 80  85%, bằng phương pháp thuỷ lực khoảng 7  8% và dùng chất nổ chỉ 1  3%, còn lại là các phương pháp khác

1.3Giới thiệu về máy đào và tình hình sử dụng máy đào ở Việt Nam

Trong xây dựng cơ bản, khối lượng công tác làm đất chiếm một tỉ trọng tương đối lớn Để từng bước cơ giới hoá, tự động hoá công tác làm đất trên thế giới cũng như ở nước ta ngày càng sử dụng nhiều máy làm đất Máy móc phục vụ công tác làm đất đã thay thế sức lao động của con người đem lại hiệu quả, năng suất cao

Trong số các máy làm đất, cùng với máy ủi, máy san, máy cạp… thì máy đào là loại máy được sử dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng

Ở Việt Nam vào những năm 1960 đã nhập và sử dụng máy đào vào làm công tác xây dựng giao thông, thuỷ lợi…phục vụ cho chiến tranh Máy thời kì này chủ yếu là các máy của các nước Xã hội chủ nghĩa viện trợ (Liên Xô, Trung Quốc) Các máy đào này chủ yếu có hệ thống dẫn động cơ khí, kết cấu cồng kềnh, làm việc nặng nhọc

Những thập kỉ gần đây số lượng máy đào được sử dụng ở Việt Nam tăng lên đáng kể, nhiều về số lượng và đa dạng về chủng loại Máy đào hiện nay phần lớn nhập khẩu từ các hãng của các nước Tư bản phát triển như : Hitachi, Komatsu, Kobelco (Nhật Bản), Volvo (Thuỵ Điển), Caterpillar (Mỹ) … Các máy này được

áp dụng công nghệ sản xuất hiện đại nên có năng suất làm việc cao, kết cấu gọn nhẹ, điều khiển nhẹ nhàng

1.4Giới thiệu công dụng của máy đào

Máy đào là máy có thể làm được nhiều công việc khác nhau, cụ thể là:

1.2.1 Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp:

Đào hố móng, đào rãnh thoát nước, đào rãnh để lắp đặt đường ống cấp thoát nước, dây cáp điện…

Bốc xúc vật liệu ở các bãi, kho chứa …

Làm việc thay cần trục khi lắp đặt các cấu kiện, thiết bị, thay thế các búa đóng cọc thi công móng cọc, phục vụ thi công cọc nhồi…

1.2.2 Trong xây dựng thuỷ lợi

Đào kênh mương, nạo vét sông ngòi, bến cảng, ao hồ…

Khai thác đất để đắp đê, đắp đập

1.2.3 Trong khai thác mỏ

Bóc lớp đất mặt phía trên, khai thác các mỏ lộ thiên (than, đất sét, cao lanh,

đá sau nổ mìn…)

1.2.4 Trong các lĩnh vực khác

Nhào trộn vật liệu trong các nhà máy hoá chất (phân lân, cao su…)

Tiếp liệu cho các trạm trộn bê tông xi măng

1.5 Phân loại máy đào

Có rất nhiều loại máy đào khác nhau hiện đang được sử dụng ở nước ta Có thể phân ra những loại cơ bản sau:

1.5.1 Phân loại theo thiết bị làm việc

Máy đào gầu thuận (gầu ngửa)

Máy đào gầu nghịch (gầu sấp)

Máy đào gầu ngoạm

Máy đào gầu dây văng

1.5.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc

Máy đào dẫn động cơ khí

Máy đào dẫn động thuỷ lực

1.5.3 Phân loại theo hệ thống di chuyển

Máy đào di chuyển bánh xích

Máy đào di chuyển bánh lốp

Máy đào di chuyển trên ray

1.5.4 Phân loại theo dung tích gầu đào

Máy đào loại nhỏ V < 1m3

Máy đào loại trung bình 1< V < 4 m3

Máy đào loại l ớn V > 4 m3 k

1.6 Mục đích, ý nghĩa của đề tài

Ngày nay, cuộc cách mạng khoa học công nghệ đã tác động đến mọi mặt đời sống kinh tế xã hội của hầu hết các quốc gia trên thế giới Vấn đề tự động hóa, cơ khí hóa đã tham gia ngày càng nhiều trong quá trình sản xuất để thay thế cho sức lao động của con người, làm cho năng suất lao động rất cao Nó tạo điều kiện cho kinh tế thế giới phát triển mạnh mẽ

Trong xây dựng cơ bản: xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thủy lợi… đất là đối tượng thi công có khối lượng lớn Cơ giới hóa công tác đất có ý nghĩa trọng yếu và đó là vấn đề cấp bách,cần thiết đối với tình hình nước ta hiện nay Trong những năm gần đây điều đó được quan tâm đáng

kể, cụ thể: Số lượng và chủng loại máy móc tăng nhiều, đặc biệt là nhóm máy làm công tác đất với hệ thống truyền động thuỷ lực được nhập về từ các nước như: Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Thụy Điển

Trong nhóm máy làm công tác đất, máy đào chiếm vai trò chủ đạo với khối lượng thi công rất lớn Do vậy, việc sử dụng hệ thống truyền động thủy lực trên máy đào để nâng cao năng suất là hết sức cần thiết với những ưu điểm nổi bật như sau:

- Kết cấu nhỏ gọn, có khả năng truyền lực đi xa

- Lực tác dụng lên tay điều khiển, bàn đạp và hành trình của chúng nhỏ

- Điều chỉnh độc lập và thuận tiện tốc độ chuyển động kết hợp theo thời gian trong một vùng rộng bằng những phương tiện đơn giản, điều đó làm tăng khả năng thao tác của máy dẫn đến nâng cao hiệu quả sử dụng công suất của động cơ

- Sử dụng điều khiển tự động và bán tự động, để cải thiện điều kiện lao động của người lái và nâng cao chất lượng công tác

Máy đào KOMATSU PW 210-1 là loại máy đào một gầu điều khiển bằng thuỷ lực được đưa vào nước ta trong những năm gần đây Do đó vấn đề vận hành, bảo dưỡng và sữa chửa vẫn còn là điều mới mẻ

PHẦN II: NỘI DUNG CHÍNH 2.1: Giới thiệu máy đào Komatsu PW 210-1

2.1.1 Kết cấu chung của máy đào Komatsu PW 210-1

Hình 2.1 Tổng thể máy đào Komatsu PW 201-1

4 Xi lanh tay gầu 10 Bộ di chuyển bánh hơi

Cấu tạo chung của máy đào Komatsu PW 210-1 bao gồm các bộ phận chính sau:

Trên máy cơ sở số 4 có lắp thiết bị gầu ngược bao gồm: Cần số 2 là một dầm cong liên tục, có tiết diện hình hộp, được liên kết với bàn quay số 12 bằng khớp bản lề O 1 Tay gầu số 5 được liên kết với đầu cần bằng khớp bản lề O 2 Gầu số 8 được liên kết với tay gầu bằng khớp bản lề O 3 và hai thanh giằng số 7 Xilanh số 3 để nâng hạ thiết bị làm việc Xilanh số 4 để điều khiển tay gầu Xi lanh số 6 để quay gầu quanh khớp O 3

Bộ phận di chuyển của máy đào Komatsu PW 210-1 là hệ thống di chuyển bằng bánh lốp có hai cầu chủ động Bộ truyền động cơ khí của bộ phận di chuyển của nó bao

gồm hộp số, truyền động các đăng, truyền lực chính, cầu trước và cầu sau chủ động Bộ truyền động thủy lực của hệ thống di chuyển bao gồm bơm được dẫn động bằng động cơ diêzen, hệ thống van, mô tơ thủy lực Thiết bị di động bánh hơi sử dụng dẫn động thuỷ lực đã làm cho kết cấu của khung di động và bộ di chuyển đơn giản đi rất nhiều.Việc sử dụng hệ truyền dẫn thuỷ lực cho phép điều khiển máy đào thuận tiện hơn và tốc độ trung bình tăng lên Việc sử dụng các bơm điều chỉnh tự động có bộ phận điều chỉnh vô cấp cung cấp dầu cao áp cho các động cơ di chuyển làm tăng thêm đặc tính kéo giãn của máy Hiện nay, nhằm tăng thêm độ ổn định của máy đào bánh hơi khi làm việc người ta sử dụng chân chống ngoài có dẫn động thuỷ lực được điều khiển từ buồng lái.

Toa quay của máy đào được đặt trên khung di chuyển thông qua vòng ổ quay con lăn ở trên toa quay có thiết bị động lực (động cơ Diesel) và thiết bị thuỷ lực, hệ thống điều khiển, bộ phận quay, bình nhiên liệu, ca bin điều khiển và đối trọng Bộ phận dưới của cần, xi lanh thuỷ lực nâng cần là một bộ phận được lắp cố định với toa quay Các bộ phận còn lại có thể tháo ra được khi thay thế thiết bị công tác này bằng một kiểu thiết bị công tác khác Ca bin điều khiển được trang bị hệ thống thông gió, cách âm và các thiết

bị khác để làm việc được ở các điều kiện thời tiết khác nhau Trong buồng lái còn bố trí ghế ngồi êm, các thiết bị kiểm tra, đo lường và các cần điều khiển Ngoài ra ca bin điều khiển còn được trang bị hệ thống chiếu sáng, tín hiệu,

Cơ cấu quay được dẫn động bằng một động cơ thuỷ lực và được truyền chuyển động quay thông qua hộp giảm tốc và bánh răng di động ở đầu phía trên của trục bánh răng có lắp phanh đĩa kiểu thường đóng, vỏ bọc ngoài của nó được lắp vào giữa động cơ thuỷ lực và vỏ hộp giảm tốc Khi không có áp lực ở trong hai ống dẫn công tác cung cấp dầu cho động cơ thuỷ lực thì phanh đĩa được đóng lại Việc sử dụng phanh ở trên trục vào của hộp giảm tốc tạo ra khả năng giữ cho toa quay không bị quay dưới tác dụng của phụ tải ngang phát sinh trong lúc đào và dừng máy đào trên đường dốc.

Các hệ thống khác như hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ thống nâng hạ chân chống lưỡi ủi

2.1.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản

Máy đào Komatsu PW 210-1 một gầu truyền động thủy lực, di chuyển bánh lốp của hãng Komatsu với các thông số kỹ thuật cơ bản như sau:

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của máy đào Komatsu PW 210-1

Vận tốc di chuyển lớn nhất 30 [km/h]

Vận tốc di chuyển nhỏ nhất 3 [km/h]

Tốc độ quay của bàn quay 12,4 [v/ph]

Các thông số về tầm hoạt động của máy đào.

Bảng 2.2 Các thông số về tầm hoạt động của máy đào Komatsu PW 210-1

Hình 2.2 Tầm hoạt động của máy đào Komatsu PW 210-1

2.1.3 Nguồn động lực

Mã hiệu S6D105

Hành trình piston 124 [mm]

Công suất 116 [kw] tại 2000 [v/p]

Momen xoắn lớn nhất 700 [Nm] tại 1500 [v/p]

Động cơ Komatsu S6D105 đáp ứng các quy định EPA, Tier 3, EU Stage 3A

và mức độ giảm khí thải NOxđến 29% so với các động cơ đời trước

Động cơ Komatsu S6D105 ít ồn, hoạt động êm nhờ các phương pháp triệt tiêu tiếng ồn từ gốc

Có 2 kiểu hoạt động được cải tiến:

Kiểu P – Kiểu Tăng lực hay ưu tiên công tác tiêu thụ ít nhiên liệu nhưng vẫn duy trì được tốc độ thiết bị, năng suất và công suất tối đa

Kiểu E – Kiểu Tiết kiệm hay ưu tiên giảm nhiên liệu hơn nữa, nhưng vẫn duy trì tốc độ làm việc giống kiểu P giành cho những công việc nhẹ

Có thể chọn kiểu làm việc bằng cách nhấn nút trên màn hình giám sát