TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

Thiết kế môn học Máy làm đất Thiết kế môn học: MÁY LÀM ĐẤT Đề Bài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1) Máy làm đất – Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngũ, Lưu Bá Thuận 2) Tính toán máy thi công đất- Lưu Bá Thuận Thiết kế môn học Máy làm đất Thiết kế môn học Máy làm đất TRÌNH TỰ THỰC HIỆN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY THIẾT KẾ I.1 công dụng, phân loại máy thiết kế I.2 cấu tạo nguyên lý làm việc máy I.3 phân tích chọn phương án thiết kế CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHUNG II.1 xác đònh thông số máy phận máy II.2 tính toán cân bàn quay xác đònh trọng lượng đối trọng máy II.3 tính ổn đònh suất máy II.4 tính lực cản tác dụng lên cấu di chuyển công suất máy II.5 tính toán cấu quay máy CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ LÀM VIỆC: III.1 xác đònh lực tác dụng công suất tiêu hao cấu điều khiển gầu III.2 xác đònh lực tác dụng công suất tiêu hao cấu điều khiển tay gầu III.3 xác đònh lực tác dụng công suất tiêu hao cấu điều khiển cần III.4 tính chọn bơm thủy lực xi lanh điều khiển cấu CHƯƠNG IV: TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY IV.1 tính sức bền thiết kế tay gầu IV.2 tính sức bền thiết kế cần máy IV.3 tính sức bền thiết kế gầu CHƯƠNG V: KẾT LUẬN CHUNG Thiết kế môn học Máy làm đất TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY XÚC GẦU THUẬN I.1 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LỌAI MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN DẪN ĐỘNG THỦY LỰC Công dụng Máy xúc gầu chủ yếu dùng để đào khai thát đất, cát phục vụ công nghiệp xây dựng sở hạ tầng lónh vực: xây dựng dân dụng công nghiệp, khai thát mỏ, xây dựng thủy lợi, xây dựng cầu đường… cụ thể phục vụ cho công trình sau: +) xây dựng dân dụng công nghiệp: đào hố móng, đào rãnh thoát nước, đào rãnh để lắp đặt đường ống thoát nước, đường điện ngầm, điện thoại, bốc xúc vật liệu bãi, kho chứa vật liệu Ngoài có lúc làm việc thay cho cần trục lắp ống thoát nước thay búa đóng cọc để thi công móng cọc, phục vụ cho thi công cọc nhồi… +) xây dựng thủy lợi: đào kênh mương, nạo vét sông ngòi, bến cản, ao, hồ, khai thát đất để đắp đập, đắp đê… +) xây dựng cầu đường: đào móng, khai thát đất, cát để đắp đường, nạo bạt sường đồi để tạo taluy thi công sườn núi +) khai thác mỏ: bóc lớp đất tẩm thực vật phía bề mặt đất, khai thác mỏ lộ thiên (than, đất sét, cao lanh, đá sau nổ mìn…) +) lónh vực khai thác: nhào lộn vật liệu nhà máy hóa chất(phân lân, cao su…) khai thát đất cho nhà máy gạch sứ, tiếp liệu cho trạm trộn bêtông, bêtông at phan… bốc xếp vật liệu ga tàu, bến cản, khai thác sỏi, cát dòng sông Ngoài máy sở máy xúc gầu lắp thiết bò thi công khác như: cần trục, búa đóng cọc, thiết bò bấc thấm… phân loại máy xúc gầu a phân loại theo dạng thiết bò làm việc +) máy xúc gầu thuận (gầu ngửa): loại máy làm việc nơi cao mặt máy đứng +) máy xúc gầu nghòch (gầu sấp): loại máy nầy thường làm việc nơi thấp mặt đứng máy +) máy xúc gầu dây (gầu quăng, gầu kéo) +) máy xúc gầu ngoạm +) máy cúc gầu bào Thiết kế môn học Máy làm đất +) xúc gầu lật (máy bốc xếp) b phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bò làm việc +) máy xúc gầu dẫn động khí (cáp) +) máy xúc gầu dẫn động thủy lực c phân loại theo hệ thống di chuyển +) máy xúc gầu di chuyển bánh lốp +) máy xúc gầu di chuyển bánh xích +) máy xúc gầu di chuyển bánh sắt di chuyển ray +) máy xúc gầu di chuyển phao +) máy xúc gầu di chuyển tự bước d phân loại theo động trang bò máy +) máy xúc gầu trang bò động cơ(dẫn động chung) +) máy xúc gầu trang bò nhiều động loại (dẫn động riêng) +) máy xúc gầu trang bò tổ hợp: động điezel – máy phát – động điện e phân loại theo dung tích gầu xúc +) máy xúc gầu cở nhỏ : loại máy có dung tích gầu q m f phân loại theo cấu quay +) máy xúc gầu quay tòan vòng +) náy xúc gầu quay không toàn vòng I.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY cấu tạo Thiết kế môn học Máy làm đất 1) cấu di chuyển 2) bàn quay 3) đối trọng 4) buồng máy 5) ca bin 6) cần 7) xi lanh tay cần 8) tay cần 9) xi lanh xoay gầu 10) đẩy 11) gầu 12) xi lanh nâng cần nguyên lý làm việc a đặc điểm máy xúc gầu gầu thuận dẫn động thủy lực +) máy thường làm việc cao mặt đứng máy +) đất xả qua miệng gầu +) máy làm việc chu kỳ chổ đứng b nguyên lý làm việc May đến vị trí làm việc ,hạ gầu đưa vị trí xát máy tiếp xúc với đất (vị trí 1).Cho gầu chuyển động từ vị trí 1,2 , 3.Nhờ xi lanh kết hợp với xi lanh Gầu tiến hành cắt đất tích đất vào gầu.Ddến vị trí coi gầu đầy đất kết thúc q trình cắt đất Đua gầu khỏi tầng đào nhờ xi lanh 4.Quay máy Thiết kế môn học Máy làm đất vị trí xả đất nhờ cấu quay 2.đất xả trực tiếp xả vào thiết bị vận chuyển Đất đc xả qua miệng gầu nhờ xi lanh Quay vị trí làm việc vời chu kì hồn tồn tương tự CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHUNG II.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY VÀ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY a Các thông số máy đào gầu truyền động thủy lực gồm có: +) dung tích gầu: q = 0,3m3 +) trọng lượng máy G = (15÷31)q = +) công suất máy N = +) thông số tốc độ vận tốc di chuyển máy v = m/s tốc độ nâng gầu: = 0,5 m/s +) thời gian chu kỳ làm việc máy tck = 15 s +) kích thước máy: chiều cao buồng máy: 1,25 m bán kính thành sau võ máy: r = 0,9 m chiều cao khớp chân cần: hc = 0,5m +)hệ số kích thước phận công tác chiều dài cần: lc = 1,8 m chiều dài tay cần : ltc = 1,5 m chiều cao đất đổ: hđđ = 1,5 m chiều cao xúc: hx = 2,05 m bán kính đổ đất: Rđđ = 2,25 m +) lực cấu:Sn = (20÷8)q = +) lực cản đào đất gầu: P1 = (6,7÷6,5).q =2 b trọng lượng phận máy trọng lượng phận máy có quan hệ với trọng lượng chung máy theo công thức: Gi = ki.G Trong : ki hệ số tỉ lệ trọng lượng phận Gi trọng lượng chung máy G (xem bảng tra bảng 2-1 trang 58) +) trọng lượng gầu máy đào gầu thuận ngược phụ thuộc vào dung tích gầu theo công thức: Gg = kg.q Trong đó: q: dung tích gầu q= 0,3 m3 Thiết kế môn học Máy làm đất Kg = (đất trung bình) ⇒ Gg = 0,36 +) trọng lượng cần máy đào gầu thuan : Gc = (0,07÷0,008).G = 0,7 +)trọng lượng tay cần máy đào gầu nghòch Gtc = (0,03÷0,04)G =0,3tấn =)trọng lượng bàn quay Gb =(0,4÷0,48)G =(0,4÷0.48)9=4,32 +)trọng lượng động Gđc =0,54 tan +)trọng lượng thiết bò tựa quay Gtq =0,09 Trong đó: Gd trọng lượng đất gầu được xác đònh dựa vào dung tích gầu: k d Gd = q k ρ t 1,2 = 0,3 1,24 18 =5,1 Trong đó: q: dung tích hình học gầu q = 0,9 m3 kđ :hệ số làm đầy gầu, tra theo bảng(2-3) kđ = 1,2 (trang 133) kt: hệ số tơi đất,chọn theo bảng 1-5, kt = 1,24 (trang 15) ρ : trọng lượng riêng đất, chọn theo bảng 1-5, ρ = 18 KN/m3 c xác đònh kích thước máy đào gầu Các kích thước máy đào gầu phận máy xác đònh dựa vào dung tích gầu, theo công thức: li =kq q (m) Trong đó: li: thông số kích thứơc, (tra bảng 2-2) q: dung tích gầu (m3) kq: hệ số tỷ lệ kích thước thân máy bội phận máy với gầu chọn theo bảng 2-2 Thiết kế môn học Máy làm đất Rd Rx 02 03 rc Gt O1 hx Hx Hd Gc Gg+d Lo +) bán kính đào lớn nhất: Rđ = 9,12 0,3 =6,2 (m) +) bán kính xả đất lớn nhất: Rx = 7,96 0,3 = 5,33 (m) +) chiều cao đào lớn nhất: Hđ = 7,75 0,3 = 5,18 (m) +) chiều cao xả đất lớn nhất: Hx = 5,35 0,3 = 3,58(m) +) chiều dài cần máy: Lc = 6,88 +) chiều dài tay gầu: Lt = 5,00 0,3 =2,8 (m) 0,3 =3,92(m) +) tầm với lớn gầu: Rmax = 6,09 0,3 = 4,07(m) +) khoảng cách từ trục quay máy đến chốt chân cần: r c = 1,22 0,5(m)ss +) chiều cao cấu di chuyển xích: hx = 0,894 0,3 = 0,59(m) +) khoảng cách đường tâm dọc hai xích: b = 2,94 3 0,3 = 0,3 = 1,97 (m) +) chiều dài bề mặt tựa xích: L0 = 3,24 0,3 = 2,17 (m) +) kích thước gầu: chiều dài gầu: lg = 1,26 0,3 =0,87 (m) chiều rộng gầu: bg = 1,05 0,3 =0,8 (m) +) chiều sâu cắt lớn lần cắt đất: cmax = 0,56 0,3 =0,37 (m) II.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG BÀN QUAY VÀ XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯNG ĐỐI TRỌNG CỦA MÁY xác đònh trọng lượng đối trọng máy đào gầu gầu thuận: Thiết kế môn học Máy làm đất Đối trọng dùng máy đào gầu có tác dụng giữ cân cho bàn quay Trọng lượng đối trọng xác đònh hai trạng thái vò trí giới hạn gầu: gầu gần máy gầu xa máy trình làm việc Bằng phương pháp thiết lập phương trình cân mômen lực điểm tựa phía trước phía sau vòng tựa quay phương pháp họa đồ lực, ta xác đònh trọng lượng đối trọng máy hai trạng thái nêu Đối với máy đào gầu thuận trọng lượng đối trọng xác đònh hai vò trí, ngược lại với máy đào gầu thuận +) gầu gần máy tựa mặt đất ,chuổn bị đào,do tính tốn cho phép bỏ qua trọng lượng tay gầu gầu ,trong gầu chưa có đất ,cần nghiêng goc lớn =60 so với phương ngang ta nhận đc trọng lượng đối Gmin +) vò trí thứ hai: tay gầu vị trí xa tay gầu vị trí nằm ngang ,gầu 0 chứa đầy đất ,cần nghiêng góc α = 30 − 40 so với phương ngangta nhận đc trọng lượng đối trọng lớn Gmax +trọng lượng hợp lý đối trọng máy đào gầu thuận đc chọn nàm giới hạn Gmin Gmax II.3 TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ NĂNG SUẤT CỦA MÁY 2.3a tính ổn đònh máy xúc gầu thuận: Độ ổn đònh máy xúc gầu ngược làm việc kiểm tra trường hợp : Máy làm việc máy di chuyenr đường Ngun tắc chung để tính máy đào gầu :xác định mơ men chóng lật hay mơmen giữ cho Mý ổn định Mo momen laytj máy M1 lực tác dụng lên máy gây ,tỷ số gia trị mơmen đc gọi hệ số ổn định Kod phỉa ln thỏa mãn điề kiện 1,0 < K od = M0 < 1,4 M1 Nếu Kod >1,4 máy sễ có kích thước trọng lượng lớn lãng phí ngfuyeen vật liệu ,giá thành cao a máy làm việc bình thường cuối giai đoạn đào đất: 10 Thiết kế môn học Máy làm đất Phản lực Pđ gầu có phương song song với phương Ptmax xác đònh có kể tới tải trọng động chướng ngại vật gây Pđ = P1.kđ đây: P1: lực cản đào tiếp tuyến, xác đònh có giá trò P1 = 1,33tấn = 133 KN kđ = 1,5 : hệ số tải trọng động ⇒ Pd = 133.1,5 = 200 (KN)=2tan rđ = 2,94 m Gt = 0,36 trọng lượng tay cần, rt = 0,171 m Gg = 0,3 trọng lượng gầu xúc, rg = 0,7 m ⇒ Pmax = 2.2,94 + 0,36.0,7 + 0,3.0,171 = 9,58 (tan) o,34 Để tính sức bền tay gầu trước hết ta tách tay gầu khỏi khớp O2-liên kết tay gầu với đầu cần đặt vào phản lực z o vàX O Dưới tác dụng lực Ptmax tay gầu chịu mơmen uốn tiết diện nguy hiểm tay gầu tiết diện m-m qua khớp O2 +) Mômen uốn Ptmax gây tiết diện m-m tay gầu chứa khớp O2 Mu = Ptmax rp = 9,58 0,34=3,2 T.m=325KN/m Để đảm bảo sức bền cho tay gầu thì ứng suất Mu gây tiết diện m-m phải thỏa mãn điều kiện: σ M σ = U ≤ [σ ] = gh Wu n Trong đó: σ gh : giới hạn chảy vật liệu dùng để chế tạo tay gầu, ta chọn thép chế tạo tay cần thép CT5, có σ gh = 26 KN/cm2 n: hệ số an toàn, tay gầu thường nên ta chọn n = 1,4÷1,6, chọn n = 1,6 ⇒ [σ ] = 26 = 19 (KN/cm2) 1,4 (1) Wu : mômen chống uốn tiết diện m-m tay gầu có tiết diện hình hộp chữ nhật, nên mômen chống uốn xác đònh theo công thức: b.h − ( b − 2.δ ).( h − 2.δ ) Wu = 6.h đây: b: chiều rộng tiết diện m-m, b = 35 (cm) h: chiều cao tiết diện m-m, h = 40 (cm) 30 Thiết kế môn học Máy làm đất δ1 : chiều dày thành đứng, δ1 = 10 (mm)= (cm) δ : chiều dày thành ngang, δ = 10(mm)= (cm) ⇒ Wu = 35.40 − ( 35 − 2.1).( 40 − 2.1) = 1788 (cm4) 6.40 ⇒ σ = 325.10 1788 từ (1) (2) ta có: 2 = 18 (KN/cm ) (2) σ = 18( KN / cm ) ≤ [σ ] = 19( KN / cm ) với thông số chọn tay cần làm việc an toàn b) vò trí thứ hai Pt max cos λ Pt max m n 02 P1 m 03 Pt max cos λ n Gt O1 Gg+d Điều kiện tính toán +) Gầu cắt đất cuối giai đoạn đào tích đất vào gầu với chiều dày phoi cắt lớn Gầu tích đất đầy gầu +) Lực Ptmax xi lanh tay gầu có phương tạo với trục dọc tay cần góc α tiết diện nguy hiểm tay gầu tiết diện m-m qua khớp O Trong trường hợp nầy lực Ptmax phân thành hai phần: +) Lực Ptmax sin α gây mômen uốn tiết diện m-m qua khớp O2 (trong mặt phẳng thẳng đứng) Mu = Ptmax rp sin α = 9,58 0,34 sin23 = 1,3 (T.m) Trong : Ptmax = 9,58 T lực xi lanh quay tay gầu 31 Thiết kế môn học Máy làm đất Rp = 0,34m , cánh tay đòn Ptmax tới O2 α = 230 +) Lực kéo gầu xác đònh theo công thức: N = Ptmax cos α = 9,58 cos23 = 8,8 T +) Ứng suất mômen uốn Mu lực nén N gây tiết diện nguy hiểm mm tay gầu phải thỏa mãn điều kiện: σ gh M N σ = u + ≤ [σ ] = WU F n Trong đó: Wu : Mômen chống uốn tiết diện m-m tay gầu có tiết diện hình hộp chữ nhật nên mômen chống uốn xác đònh theo công thức: b.h − (b − 2.δ 1).( h − 2.δ ) Wu = 6.h đây: b: chiều rộng tiết diện m-m, b = 35 (cm) h: chiều cao tiết diện m-m, h = 40 (cm) δ1 : chiều dày thành đứng, δ1 = 10 (mm)= (cm) δ : chiều dày thành ngang, δ = 10(mm)= (cm) ⇒ Wu = 35.40 − ( 35 − 2.1).( 40 − 2.1) = 1788 (cm4) 6.40 F: diện tích tiết diện m-m xác đònh theo công thức: F = b.h – (b – δ1 ).(h – δ ) = 35.40 – (35 – 2.1).(40 – 2.1) = 146 (cm2) ⇒σ = 130.10 880 KN 26 KN + = 13,3( ) ≤ [σ ] = = 19( ) 1788 146 1,4 cm cm Vậy ta xét hai vò trí nguy hiểm hai trạng thái làm việc máy thỏa mãn điều kiện làm việc với mức tải cho Theo kết tính toán ta có tiết diện tay cần sau: 32 Thiết kế môn học Máy làm đất IV.2 TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CẦN MÁY Cần máy máy đào gầu thuận tính bền vò trí thứ Điều kiện tính toán: +) Tại vò trí nầy lực đẩy xilanh quay tay gầu Ptmax có phương vuông góc với trục dọc tay gầu +) Tại gầu có lực cản đào Pđ chướng ngại vật gây +) Gầu chưa tích đất Muốn tính toán sức bền cần trước hết ta tách cần khỏi gầu thay vào khớp O2 (liên kết tay cần cần) phản lực Xo2 Zo2 khớp O1 chân cần có phản lực Xo1, Zo1 a) Xác đònh ngoại lực tác dụng lên cần 33 Thiết kế môn học Máy làm đất β1 Pc Z Ptma x O2 ZO2 β1 β2 a XO2 X a Gc β3 Z ZO2 O2 XO2 X Để xác đònh phản lực cần dựa vào lực biết là: Ptmax , Gt , Gg Với giả thiết lực Ptmax Pđ song song với +) Xác đònh lực cản đào Pđ : Ta thiết lập phương trình cân mômen với khớp O2 , ta có: ∑M o2 =0 ⇒ Pđ rđ – Gg rg – Gt rt + Ptmax.rt = ⇒ Pd = ( G g rg + Gt rt − Pt max rp ) rg Vì theo tính toán phần tay cần ta có Pđ = +) Xác đònh phản lực Xo2 , Zo2 Để xác đònh lực nầy ta lập phương trình cân hình chiếu lực xuống trục tọa độ X , Z cuả hệ tay gầu gầu Trong X song song với Pmax, trục Z song song với trục tay gầu X02 = -Ptmax + Gg cos α + Gt cos α + Pđ = -9,58 + 0,36 cos68 + 0,3 cos68 + = -7,3 TẤN Z02 = Gg sin α + Gt sin α = 0,36 sin 68 + 0,3 sin68 = 0,7 TẤN 34 Thiết kế môn học Máy làm đất đây: α : góc nghiêng lực Gt Gg so với trục X +) Xác đònh lực xi lanh nâng cần:lấy mơ men với khớp 01 ta có Pc Pc = GC l c + PT max lt − X 02 rx + Z 02 rz 0,7.1,59 + 9,58.1,125 − 7,3.1,014 + 0,7.3,13 = = 8,8T lp 0,737 +) Xác đònh phản lực khớp chân cần Muốn xác đònh nội lực cần thì trước hết ta phải xác đònh giá trò phản lực khớp chân cần X 01 Z01 phản lực nầy xác đònh dựa vào phương trình hình chiếu lực tác dụng lên cần máy xuống hệ trục tọa độ XO1Z ∑ X = ⇒ X 01 − X 02 cos β + Z 02 sin β − Pt max cos β1 + Gc cos β − PC cos β = ⇒ X 01 = X 02 cos β − Z 02 sin β + Pt max cos β1 − Gc cos β + Pc cos β = −7,3 cos 40 − 0,7 sin 40 + 9,58 cos 32 − 0,7 cos 55 + 8,8 cos 26 = 9,59 (TẤN) Trong đó: Gc β , β , β , β : góc thể hình β = 400 β = 320 β = 260 β = 550 ∑ Z = ⇒ Z 01 + Z 02 C cos β + X 02 sin β + Pt max sin β1 + Gc sin β − Pc sin β ⇒ Z 01 = − Pt max sin β1 + Pc sin β − Gc sin β − X 02 sin β − Z 02 cos β = −9,58 sin 32 + 8,8 sin 26 − 0,7 sin 55 + 7,3 sin 40 − 0,7 cos 40 = −0,68 TẤN b) Xác đònh nội lực cần Tiết diện nguy hiểm cần tiết diện a-a có nội lực phản lực X01 Z01 gây tính sau: Mômen uốn mặt phẳng chứa cần (mặt phẳng thẳng đứng) M u = Z O1 l y ± X o1 l x + G1 sin β ly − Pc l sin β Trong đó: G1 trọng lượng đoạn cần tính từ chốt chân cần đến tiết diện nguy hiểm a-a đọan nầy có chiều dài ly Ta xem trọng lượng cần phân bố suốt chiều dài G xác đònh theo công thức: G1 = Gc 0,7.2 l y = = 0,42 T lc 3,3 Trong đó: 35 Thiết kế môn học Máy làm đất Gc : trọng lượng cần máy, Gc = 0,7 lc : chiều dài cần, lc = 3,3 (m) ly : chiều dài đoạn cần từ chốt chân cần đến tiết diện nguy hiểm, ly = (m) l: khoảng cách từ điểm đặt lực nâng cần Pc đến tâm tiết diện a-a, l= 0,3 (m) ly : khoảng cách từ tiết diện a-a đến chốt chân cần, ly = (m) lx : khoảng cách từ tiết diện a-a đến phản lực X01, lx = 1,8 (m) β = 260 β = 550 ⇒ M u = −0,68.2 + 9,59.2 + 0,42 sin 55 − 8,8.0,3.sin 26 = 4,3 (T.m) +) Lực kéo ngoại lực Pc , Gc , X01 gây cần xác đònh sau: G cos β N = X 01 + C − Pc cos β (công thức – 70 trang 100 sách tính toán máy thi công đất) ⇒ N = 9,59 + 0,7 cos 55 − 8,8 cos 26 = 1,88 (T) c) Kiểm tra sức bền cho cần Ứng suất nội lực gây tiết diện a-a phải thỏa mãn điều kiện bền sau: M σ N σ = u + ≤ [σ ] = ch Wu F n Tiết diện a-a cần có dạng hình hộp chủ nhật Trong đó: [ σ ]: ứng suất cho phép thép chế tạo cần thép CT5 có σ ch = 26 (KN/cm2) n: hệ số an toàn, với cần thường lấy n = 1,5÷1,8 chọn n = 1,5 ⇒ [σ ] = 26 = 17,5 (KN/cm2) 1,5 N : lực kéo ngoại lực gây tính trên, N = 180 (KN) Mu : mômen uốn cần xác đònh trên, Mu = 430 (KNm) Wu : mômen chống uốn cần xác đònh theo công thức: b.h − (b − 2.δ 1).( h − 2.δ ) Wu = 6.h 36 Thiết kế môn học Máy làm đất đây: b: chiều rộng tiết diện m-m, b = 35 (cm) h: chiều cao tiết diện m-m, h = 45 (cm) δ1 : chiều dày thành đứng, δ1 = 10 (mm)= (cm) δ : chiều dày thành ngang, δ = 10(mm)= (cm) ⇒ Wu = 30.45 − ( 30 − 2.1).( 45 − 2.1) = 2693 (cm4) 6.35 F: diện tích tiết diện m-m xác đònh theo công thức: F = b.h – (b – δ1 ).(h – δ ) = 35.45 – (35 – 2.1).(45 – 2.1) = 156 (cm2) ⇒σ = 430.10 180 KN 26 KN + = 17,1( ) ≤ [σ ] = = 17,5( ) 2693 156 1,5 cm cm Vậy ta xét hai vò trí nguy hiểm hai trạng thái làm việc máy thỏa mãn điều kiện làm việc với mức tải cho Với tính toán ta có tiết diện cần sau: IV.3 TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ GẦU Sơ đồ tính sức bền gầu máy đào gầu ngược truyền động thủy lực thể sau: 37 Thiết kế môn học Máy làm đất Pd O Pg O3 O1 R1 Gg+d a) Điều kiện tính toán: +) Gầu tiến hành cắt đất cuối giai đoạn đào tích đất với chiều dày phoi cắt lớn nhất, đồng thời gầu gặp chướng ngại vật +) Tay gầu gần nằm ngang +) Gầu tích đầy đất, lúc gầu chiệu lực lớn lực đẩy xi lanh quay gầu truyền tới qua khớp O1 xilanh tay gầu truyền tới qua khớp O3 với trọng lượng gầu chứa đầy đất b) Xác đònh lực tác dụng lên gầu Sơ đồ lực tác dụng lên gầu thể hình vẽ Các lực tác dụng lên gầu gồm có: Các lực biết: +) Trọng lượng gầu đất có gầu Gg+đ = 6,5 (KN) +) Lực đẩy xilanh quay gầu Pq (Được xác đònh theo công thức 2-43 sách tính toán máy thi công đất) Pq = 503.3(KN) +) Lực cản đào tiếp tuyến đất gầu Pđ Vì kể tới tải trọng động chướng ngại vật gây gầu với hệ số tải trọng động k đ = 1,5 Pđ = 16,2500 1,5 = 87,75 (KN) Các phản lực cần xác đònh gồm có: +) Phản lực R3 khớp O3 R1 khớp O1 Để xác đònh R3 ta lập phương trình cân mômen khớp O 1, muốn xác đònh lực R1 ta lập phương trình cân mônen khớp O3 dùng phương pháp đa giác lực xác đònh R3 R1 Xác đònh lực R3 : Lập phương trình cân mômen O1 ta có: ∑M O1 =0 ⇒ R3 L3 − Pd l d −G g + d l g + d = 38 Thiết kế môn học Máy làm đất ⇒ R3 = Pd l d + G g + d l g + d l3 Trong đó: l3 = l1 = 0,5 (m) lđ = 0,7 (m) lg+đ = 0,3 (m) ⇒ R3 = 24,375.0,7 + 6,5.0,3 = 38 0,5 (KN) Xác đònh lực R1 : Lập phương trình cân mômen O3 ta có: ∑M O3 =0 ⇒ R1 L1 − Pd l d −G g + d l g + d = ⇒ R1 = Pd l d + G g + d l g + d l1 24,375.0,7 + 6,5.0,3 ⇒ R1 = = 38 (KN) 0,5 c) Tính sức bền gầu: Gầu có kết cấu không gian chiệu lực phức tạp nên việc tính toán sức bền gầu muốn đạt độ xác cao khó khăn phức tạp Thành gầu hàn với đai gầu nhằm làm tăng độ cứng vững cho gầu Vì toán đơn giản hơn, ta tiến hành tính sức bền cho đai gầu sau chọn chiều dày thành gầu dựa vào chiều dày đai gầu theo kinh nghiệm thực tế của máy đồng dạng có Gầu thường có hai đai: đai đai dưới, đai chiệu lực lớn đai dứơi nên ta tính sức bền đai Khi tính toán sức bền đai ta thừa nhận giả thiết sau: +) Lực cản đào chướng ngại vật Pđ tác dụng vào thành trước gầu có phương vuông góc với thành trước gầu +) Phản lực R3 tay gầu truyền tới đặt thành sau có phương vuông góc với thành sau gầu +) Phản lực R1 phân bố cho hai khớp O1 liên kết thành sau gầu đòn gánh Xác đònh thông số gầu: +) Chiều dày thành gầu bt chọn gần theo công thức kinh nghiệm sau: bt = (0,5÷0,55).bđ Trong đó: bđ : chiều dày đai gầu 39 Thiết kế môn học Máy làm đất ta chọn trứơc chiều dày thành gầu theo công thức kinh nghiệm Stefan Mihailescu sau: bt = (20÷35) q (mm) Trong đó: q : dung tích gầu q = 0,9 m3 ⇒ bt = ( 20 ÷ 35).3 0,9 = (41,6÷72,8) (mm) ta chọn bt = 60 (mm) ⇒ bd = bt 60 = = 120 (mm) 0,5 0,5 +) xác đònh chiều cao hđ tiết diện đai gầu hđ = 60 (cm) +) ta xác đònh ứng suất tai gầu ng suất nầy kiểm tra theo lý thuyết bền biến đổi hình dáng: σ gh σ t = σ u2 + 3.τ ≤ [σ ] = n đó: ta chọn thép CT5, có σ gh = 26 KN / cm n : hệ số an toàn, với gầu thường lấy n = 1,2÷1,4 σ gh 26 ⇒ [σ ] = = = 18,6( KN / cm ) n 1,4 M N σ u : ứng suất uốn tai gầu, σ u = u + , ( KN / cm ) Wu F Q.M t τ= J x bt công thức trên: Wu : mômen chống uốn tiết diện đai gầu W= bd hd3 4.253 = = 6333,3(cm ) 6 F: diện tích tiết diện đai gầu, F = bđ hđ =12.60= 720cm2 Mt : mômen tónh tiết diện đai gầu so với trục x-xs M T = y.F = hd 60 bd hd = 12.60 = 2160(cm ) 2 Jx : mômen quán tính tiết diện đai gầu so với trục x-x bd hd3 12.60 Jx = = = 3625(cm ) 12 12 bt : chiều dày thành gầu, bt = 60mm = 6cm 40 Thiết kế môn học Máy làm đất ta xác đònh gía trò M, N, Q IV.4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BƠM THUỶ LỰC xác đònh lưu lượng bơm thuỷ lực Chọn bơm thuỷ lực cho hệ thống điều khiển phận công tác máy bơm bánh Bơm nầy có ưu nhược điểm sau: +) loại bơm thuỷ lực đơn giản nhất, có kết cấu nhỏ gọn, cho áp suất dòng thủy lực lớn, làm việc chắn đảm bảo, loại bơm thuỷ lực rẻ tiền so với loại bơm thuỷ lực khác lưu lượng Khi tính bơm động thuỷ lực phải xác đònh lưu lượng yêu cầu hệ thống truyền động thuỷ lực công suất cần thiết Lưu lượng nầy phụ thuộc vào vận tốc chuyển động tònh tiến pitông pittong xi lanh pitông, tức vận tốc nâng hạ thiết bò làm việc loại máy làm đất diện tích làm việc pitông xilanh Dựa vào hai thông số nầy lưu lượng loại bơm – động thuỷ lực nói chung xác đònh theo công thức tổng quát sau: Sau xác đònh xi lanh thuỷ lực cấu, ta xác đònh đường kính pittông diện tích bề mặt làm việc pittông xilanh F xilanh nâng cần thường có đường kính diện tích làm việc pitông lớn Dựa vào vận tốc, ta xác đònh lưu lượng bơm thuỷ lực theo công thức: Q = F.v (cm3/phút) Trong đó: Ta chọn theo đương kính xilanh nâng cần ta có: F: Diện tích làm việc pitông xilanh: π D 3,14.22,3 = F= = 390cm2 4 V : vận tốc tònh tiến pittong xilanh, v = 200 cm/ phút Vậy lưu lượng bơm là: Q = 390 200 = 78000 cm3/phút = 78 (lít/phút) Vì bơm bánh nên tính lưu lương sau: Q = π z.m2.b.n (cm3/phút) Trong đó: z: số bánh chủ động, chọn z = 20 m: môđun ăn khớp, m = b (cm) 2.k Ở đây: k hệ số phụ thuộc trò số áp suất hệ thống thuỷ lưc (tra bảng 4.IV.2 trang 355 sách giáo khoa) ta k = 150 41 Thiết kế môn học Máy làm đất = 0,013 (cm) 2.150 ta m = b : chiều rộng răng, b = cm n : tốc độ quay bánh chủ động, n = 600÷1500 v/phút ta chọn n = 1000 v/phút ⇒ Q = 2.3,14.20.0,0132 4.1000 = 84,9 (cm3/phút) thực tế bơm có lưu lượng là: Q = 84,9 (cm3/phút) +) Vận tốc nâng cần là: ta có công thức: Q = F.v Q 84,9 = 1,08 (cm/phút) ⇒v= = F 78,5 Xác đònh công suất mômen xoắn +) Công suất bơm cung cấp cho động thuỷ lực xác đònh theo công thức: Nb = Q.p 612.η (KW) Trong đó: Q: lưu lượng bơm, Q = 30,78 lít/phút P : áp suất bơm tạo ra, p = 250 N/cm2 (xem trang 359) η : hệ số có ích bơm, η = 0,8 ÷ 0,85 ⇒ Nb = 30,78.250 = 14,79 612.0,85 (KW) +) Công suất áp suất chất lỏng hệ thống thuỷ lực cung cấp cho động thuỷ lực: Nc = Q.( p1 − p ) 612 (KW) Trong đó: Q: lưu lượng bơm, Q = 30,78 lít/phút P1: áp suất chất lỏng đường đầu vào p1 = 100 KG/cm2 P2 : áp suất chất lỏng đường đầu p2 = 250KG/cm2 ⇒ Nc = 30,78.( 250 − 50 ) = 10 (KW) 612 +) Công suất trục động thuỷ lực Nđ = Nc η = 10 0,85 = 8,55 (KW) +) Mômen xoắn trục động N 8,55 d Mx = 9,55 n = 955 2400 = 3,4( KGm) d 42 Thiết kế môn học Máy làm đất 3) tính chọn đường ống dẫn dầu Đường ống phận quang trọng, nối liền cấu khác hệ thống thuỷ kực Chất lượng đường ống ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc hệ thống thuỷ lực Tuỳ theo đặc điểm hệ thống công tác mà đường ống có kết cấu cứng mềm a Đường ống cứng Đường ống cứng hệ thống thuỷ lực thường chế tạo từ thép bon hình trụ không hàn có nhãn hiệu C10 C20 hệ thống thuỷ lực có hệ áp suất cao đường ống chế tạo từ thép hợp kim, có gia công khí bề mặt ống +) Tính đường ống theo sức bền tónh Đường ống cứng thường kiểm tra đứt dọc đường ống theo sức bền tónh công thức sau: σd = p.d ≤ [σ ] d 2.b đó: p: áp suất lớn chất lỏng, N/cm2 b= Ta có công thức: p.( d + m ) 2.[σ ] d n ⇒ p= 2.b.n.[σ ] d 2.0,6.0,9.7,9 = = 0,861( N / cm ) d +m 9,6 + 0,3 d : đường kính ống, cm ta có công thức: b ≥ d ⇒ d ≤ 16.b = 16.0,6 = 9,6 (cm) 16 b: chiều dày thành ống,cm b = 0,6 mm (chọn theo trang 360 sách giáo khoa) [ σ ]đ : ứng suất đứt cho phép, thường (30÷35)% giới hạn vật liệu chế tạo ống [ σ ]đ = 30%.26 = 7,8 (KN/cm2) m: lệch theo đường kính ống chế tạo lệch, m = 0,3 mm n: hệ số kể đến sai lệch theo chiều dày thành ống chế tạo, n = 0,9 ta có: σd = 0,861.9,6 = 6,88( KN / cm ) ≤ [σ ] d = 7,8( KN / cm ) 2.0,6 Vậy đường ống làm việc đảm bảo Đường kính ống xác đònh theo công thức: d t = d − 2.b = 9,6 − 2.0,6 = 8,4(cm) b Chọn đường ống 43 Thiết kế môn học Máy làm đất ng dùng để nối với hai phận máy có chuyển động tương làm việc Có hai loại ống mèn: ống vải cao su ống mềm kim loại Ta chọn ống mềm vải cao su để sử dụng cho máy Nền ống lớp cao su kín phía tăng bền lớp vỏ sợi kim loại phía Loại ống nầy làm việc đến nhiệt độ 135 0c dùng với chất lỏng có tính ăn mòn hoặclàm việc nhiệt độ cao phải sử dụng ống mềm có cao su đặt biệt Đường kính ống mềm thường từ 3÷50 mm, dùng với áp suất 750÷1000 N/cm2 tới 1300 N/cm2 áp suất chất lỏng cao dùng ống mềm có hai ba lớp cốt kim loại lớp cao su bên lớp võ sợi bên 44 [...]... gọi là truyền động thủy lực thể tích Truyền động thủy lực động +) Nhiệm vụ chủ yếu khi tính chọn hệ thống điều khiển bằng thủy lực: phân tích và chọn loại hệ thống truyền động thủylực 25 Thiết kế môn học Máy làm đất Tính chọn xi lanh thủy lực và các cơ cấu Tính chọn bơm – động cơ thủy lực Tính chọn đường ống dẫn dầu 2 )Tính chọn xi lanh thủy lực tay gầu Đối với máy xúc gầu ngược, xi lanh thủy lực được... và lực gió Pg thổi ngược chìu di chuyển của máy gây ra = 15 Thiết kế môn học Máy làm đất 2.4 tính toán năng suất của máy xúc một gầu gầu ngược truyền động thủy lực Năng suất của máy xúc một gầu cơ bản phụ thuộc vào dung tích gầu và thời gian làm việc trong 1 chu kỳ của máy a năng suất lý thuyết của máy xúc một gầu: Qlt = 3600.q Tck trong đó: q: dung tích hình học của gầu, q = 0,3 m3 Tck: thời gian một. .. ứng từ các lực đến khớp O1 ⇒ Pc = 1 ( 5,1.5,3 + 0,3.3,2 + 0,7.1,16) = 12,5 tan 2,3 III.4 Tính chọn hệ thống truyền động thủy lực 1) Khái niệm chung: hiện nay hệ thống truyền động bằng thủy lực được sử dụng rộng rãi trên máy làm đất và trong tương lai nó sẽ thay thế cho hệ thống truyền động cơ khí +) Phân loại truyền động thủy lực Có hai loại hệ thống truyền độ thủy lực: Truyền động thủy lực thủy tónh... CHƯƠNG IV: TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY IV.1 TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ TAY GẦU Đối với máy đào gầu thuận truyền động thủy lực việc tính tốn sức bền tay gầu thường đc tiến hành ở 2 vị trí mà tại đó lực quay tay gầu Pt đạt giá trò lớn nhất, tức là nội lực do Pt gây ra trong tay gầu tại tiết diện nguy hiểm là lớn nhất a) Ở vò trí thứ nhất Điều kiện tính toán: -Trục dọc của tay gầu có... + 2,5.1,5] 9,81 = 0,52(T m) M qt = III TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ LÀM VIỆC Để điều khiển thiết bò làm việc của máy đào một gầu, người ta thường sử dụng hai phương pháp truyền động là truyền động bằng cơ khí và truyền động bằng thủy lực Trong đó, truyền động bằng thủy lực có kết cấu gọn, nhẹ, hình thức đẹp,, truyền lực êm, dể dàng đảo chiều chuyên động và có rhể điều chỉnh vô cấp tốc độ... việc của máy thỏa mãn điều kiện làm việc với mức tải đã cho Theo kết quả tính toán trên ta có tiết diện của tay cần như sau: 32 Thiết kế môn học Máy làm đất IV.2 TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CẦN MÁY Cần máy của máy đào gầu thuận được tính bền ở vò trí thứ nhất Điều kiện tính toán: +) Tại vò trí nầy lực đẩy của xilanh quay tay gầu Ptmax có phương vuông góc với trục dọc của tay gầu +) Tại răng gầu có lực cản... những ưu điểm đó nên truyền động thủy lực đã và đang được sử dụng rộng rãi trên máy đào một gầu Đặt biệt là máy đào dùng trong xây dựng Trong tương lai truyền động thủy lực sẽ thay thế cho truyền động cơ khí III.1 xác đònh lực tác dụng và công suất tiêu hao trong cơ cấu điều khiển gầu 21 Thiết kế môn học Máy làm đất hmax Pg O3 P1 5 4 I II 3 2 Gg+d 1 P1 Lực đẩy trong xi lanh quay gầu Pg trong khi đào... trong đó: W: tổng các lực cản di chuyển của máy, W = 6270 (N) V: vận tốc di chuyển của máy, v = 3 m/s η : hiệu suất truyền động từ động cơ đến cơ cấu di chuyển, thường η = 0,8÷0,85 ⇒ N dc = 6270.3 = 22 1000.0,85 (Kw) Trong đó: 18 Thiết kế môn học Máy làm đất W: tổng các lực cản di chuyển của máy, W = 6270 (N) V: vận tốc di chuyển của máy, v = 3 m/s η : hiệu suất truyền động từ động cơ đến cơ cấu di... sách máy làm đất – phạm hữu đỗng, hoa văn ngũ, lưu bá thuận) 2.5 tính các lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển và công suất của máy tính toán các lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển Muốn di chuyển được khi làm việc, máy làm đất có cơ cấu di chuyển bánh xích cần phải thỏa mãn các điều kiện sau: W ≤ Pk < Pb (công thức 2-30 trang 75 sách tính toán máy thi công đất – lưu bá thuận) Trong đó: W: tổng các lực cản... 110 (mm) lực đẩy pittong: P = 254 (KN) 26 Thiết kế môn học Máy làm đất 3 )Tính chọn xi lanh thủylực xoai gầu: Như ở trên ta tính được Pmax = 870 (KN) Ta xác đònh được đường kính trong của xi lanh xoai gầu theo công thức: D=2 Pmax π [ p ] Trong đó: Pmax : tải trọng lớn nhất tác dụng lên cần pitông N Theo tính toán trên ta có Pmax = 870 KN [p] : áp suất cho phép của chất lỏng trong hệ thống thủy lực KN/cm ... tính sức bền thiết kế tay gầu IV.2 tính sức bền thiết kế cần máy IV.3 tính sức bền thiết kế gầu CHƯƠNG V: KẾT LUẬN CHUNG Thiết kế môn học Máy làm đất TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN... máy đứng +) máy xúc gầu nghòch (gầu sấp): loại máy nầy thường làm việc nơi thấp mặt đứng máy +) máy xúc gầu dây (gầu quăng, gầu kéo) +) máy xúc gầu ngoạm +) máy cúc gầu bào Thiết kế môn học Máy. .. dung tích gầu xúc +) máy xúc gầu cở nhỏ : loại máy có dung tích gầu q m