Nghiên cứu khả năng nâng cao tầm với của máy đào thủy lực KOMATSU PC 450

Lịch sử nghiên cứu - Ở trên thế giới: Đối với các nước phát triền do có nhiều loại máy đào thủy lực vừa và lớn nên đáp ứng được các yêu cầu công việc, do đó hầu như không có nghiên cứu

II KẾT CẤU, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ

THUẬT CỦA MÁY ĐÀO THỦY LỰC KOMATSU PC-450 8

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU HỆ LỰC TÁC DỤNG TRÊN CẦN

MÁY ĐÀO THỦY LỰC KOMATSU PC-450

1.1 XÁC ĐỊNH HỆ LỰC TÁC DỤNG LÊN TAY GẦU 26 1.1.1 Xác định hành trình xi lanh tay gầu 27

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NÂNG CAO TẦM VỚI MÁY

2.2.1 Tính toán chọn kích thước cần nối dài và dung tích gầu mới lắp

2.2.2 Thiết kế sơ đồ thủy lực để điều khiển cần nối dài 49 2.2.3 Tính toán các cơ cấu dẫn động bộ công tác 53

2.2.4 Tính lực cản di chuyển - Cơ cấu di chuyển 60 2.2.5 Tính lực cản quay và cơ cấu quay 66 2.2.6 Tính toán kiểm tra hệ thống thủy lực 70 2.2.7 Tính toán kiểm tra hệ thống thủy lực 72

2.2.9 Tính toán, thiết kế xi lanh điều khiển cần nối dài 89 2.2.10 Thiết kế cần nối dài - Tính bền chốt và cần nối dài 97

2.2.11 Tính toán, thiết kế van an toàn lắp trên đường dầu tới xi lanh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi nghiên cứu và chưa từng được công bố ở bất kỳ công trình, tạp chí nào từ trước đến nay, các số liệu tính toán

là hoàn troàn trung thực

Người cam đoan

Võ Văn Long

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 0.1 - Sơ đồ bố trí các cơ cấu của máy đào KOMATSU PC-450 10 Hình 0.2 - Khả năng làm việc của máy đào KOMATSU PC-450 11 Hình 0.3 - Các thông số kích thước máy đào KOMATSU PC-45 13 Hình 0.4 - Các thông số về tầm với máy đào KOMATSU PC-450 15 Hình 0.5- Sơ đồ kết cấu di chuyển bánh xích 17 Hình 0.6- Các thông số kỹ thuật cơ bản 18

Hình 0.9- Sơ đồ cụm Block van phân phối 21 Hình 0.10- Sơ đồ cụm di chuyển của một bên xích phải (Bánh bên phải) 22

Hình 0.12- Sơ đồ các xy lanh thủy lực của bộ công tác 24 Hình 1.1- Hình vẽ xác định hành trình lớn nhất của xi lanh khi góc giữa

Hình 2.6 - Hình vẽ xác định mô men lớn nhất theo điều kiện đảm bảo

Hình 2.7 - Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển cần nối dài 50 Hình 2.8 - Sơ đồ điện điều khiển xi lanh cần nối dài 51 Hình 2.9 - Sơ đồ chuyển tín hiệu điều khiển cơ cấu di chuyển đến xi

Hình 2.10 - Hình vẽ xác định lực xi lanh cần nối dài 54 Hình 2.11 - Hình vẽ xác định lực xi lanh cần 56 Hình 2.12 - Hình vẽ xác định lực xi lanh gầu 57 Hình 2.13 - Hình vẽ xác định lực xi lanh tay gầu 59 Hình 2.14 - Hình vẽ xác định lực cản vòng quay W6 63 Hình 2.15 - Sơ đồ xác định tổn thất áp suất trong hệ thống thủy lực 71 Hình 2.16 - Hình vẽ xác định vị trí khi máy lên dốc với góc dốc α=300 81 Hình 2.17 - Hình vẽ xác định các thông số của mô men giữ 84 Hình 2.18 - Hình vẽ xác định vị trí khi máy xuống dốc với góc dốc α=300 87 Hình 2.19 - Kết cấu xi lanh điều khiển cần nối dài 90 Hình 2.20 - Hình vẽ xác định chiều dày thành xi lanh 91

Hình 2.26 - Hình vẽ tính phản lực tác dụng lên chốt d6 99 Hình 2.27 - Hình vẽ xác định lực cần nối dài 102 Hình 2.28 - Hình vẽ tách lực cần nối dài 102 Hình 2.29 - Hình vẽ xác định mô men chống uốn - chống xoắn tại mặt 105

cắt m-m

Hình 2.30 - Hình vẽ xác định mô men uốn - lực cắt tại mặt cắt n-n 107 Hình 2.31 - Kết cấu van an toàn 109

PHẦN MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU MÁY ĐÀO THỦY LỰC KOMATSU PC- 450

I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay cùng với sự phát triển của Công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các loại máy thủy lực được ứng dụng rộng rãi Ở Việt Nam, máy đào thủy lực thực hiện nhiều công việc đòi hỏi tầm với cao hơn như đào mương, nạo vét kênh ., do đó xuất hiện nhu cầu nâng cao tầm với để có thể thực hiện được những công việc đó Bản thân tôi đã có thời gian làm việc với máy đào và đã từng gặp máy không đáp

ứng được yêu cầu do hạn chế tầm với Đây là động lực cho tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu khả năng nâng cao tầm với của máy đào thủy lực KOMATSU PC-450" làm

luận văn tốt nghiệp cho khóa đào tạo Thạc sỹ Kỹ thuật

2 Lịch sử nghiên cứu

- Ở trên thế giới: Đối với các nước phát triền do có nhiều loại máy đào thủy lực vừa và lớn nên đáp ứng được các yêu cầu công việc, do đó hầu như không có nghiên cứu nào về khả năng nâng cao tầm với của máy đào thủy lực

- Ở Việt Nam: Có một số nghiên cứu nhưng không công bố rộng rãi

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

+ Đưa ra khuyến cáo cho người sử dụng khi nâng cao tầm với

- Đối tượng nghiên cứu: Máy đào thủy lực KOMATSU PC-450

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về mặt lý thuyết khả năng nâng cao tầm với của Máy đào thủy lực KOMATSU PC-450

4 Tóm tắt các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

- Nghiên cứu máy đào thủy lực KOMATSU PC-450 một cách cẩn thận và xác định khả năng làm việc của nó

- Nghiên cứu khả năng nâng cao tầm với và đi đến kết luận rằng máy đào thủy lực KOMATSU PC-450 có khả năng nâng cao tầm với từ L1=1,5m lên

L2=4,6m, tuy nhiên phải giảm dung tích gầu từ 1,6m3 xuống 0,65m3

- Đánh giá được sự ổn định của máy trong hai trường hợp lên dốc và xuống dốc với góc dốc α= 300 thì trường hợp lên dốc máy có độ ổn đinh cao hơn (kod= 1,834) so với trường hợp xuống dốc (kod= 1,494)

- Đề xuất các phương án khác để tăng tính ổn định khi nâng cao tầm với và thấy rằng cả hai phương án tăng tải trọng tĩnh và tăng tải trọng động đều không phù hợp với máy đào như KOMATSU PC-450 này

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích lực tác động lên hệ thống cần máy đào thủy lực KOMATSU PC-450 khi làm việc nguy hiểm nhất và xác định giá trị lớn nhất mà vẫn đảm bảo tính ổn định cho máy đào

II KẾT CẤU, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY ĐÀO THỦY LỰC KOMATSU PC-450

1 Giới thiệu chung

1.1 Công dụng

Máy đào KOMATSU PC-450 do hãng KOMATSU Nhật Bản sản xuất, được

dùng để đào đắp đất ở tất cả các cấp đất khác nhau, hay để bốc xúc liệu đổ lên các phương tiện vận chuyển Ngoài ra, khi thay thế thiết bị công tác thì nó có thể sử dụng với nhiều chức năng khác nhau như: cắt cây, khoan phá đá, bạt mái ta luy, đóng cọc

1.2 Cấu tạo

Theo chức năng làm việc thì máy đào được chia làm ba phần cơ bản:

+ Bộ công tác: Cần, tay gầu, gầu kết hợp với các xy-lanh dùng để đào xúc đất + Phần bệ quay: Là khung dùng để gá lắp bộ công tác và toàn bộ các thiết bị của máy (động cơ, bơm, van, mô tơ quay, các đường ống ) Bệ này có thể quay tròn được trên giá khi làm việc

+ Phần di chuyển: Là cơ cấu khung đỡ và các băng xích dùng để đỡ toàn bộ phần trên (bộ công tác, bệ quay) và thực hiện việc di chuyển máy

Hình 0.1 - Sơ đồ bố trí các cơ cấu của máy đào KOMATSU PC-450

1 - Xy lanh thuỷ lực gầu 10 - Động cơ Diesel

2 - Tay gầu 12 - Bàn quay

3 - Cần 13 - Vòng ổ quay

4 - Xy lanh thuỷ lực tay gàu 14 - Cơ cấu di chuyển

5 - Ống dẫn 15 - Khối phân phối thuỷ lực

6 - Gầu 16 - Bơm thuỷ lực

7 - Xy lanh thuỷ lực cần 17 - Đối trọng

8 - Buồng lái 18 - Ca bin

9 - Mô tơ thuỷ lực cơ cấu quay 19 - Thùng nhiên liệu

1.3 Quá trình làm việc

Máy làm việc theo chu kỳ gồm 5 nguyên công cơ bản là: đào đất, quay gầu đầy đất đến chỗ đổ, đổ đất lên phương tiện vận chuyển và quay gầu không tải về khoang đào, hạ gầu đào đất

Khi làm việc thì máy có thể quay tròn toàn vòng theo cả hai chiều Việc điều khiển máy do người lái ngồi trên ca bin thực hiện thông qua việc tác động vào các tay gạt, bàn đạp làm cho máy hoạt động như ý muốn

Khả năng làm việc của máy được cho ở sơ đồ dưới đây:

Hình 0.2 Khả năng làm việc của máy đào KOMATSU PC-450

Tuỳ theo địa điểm của công trình cần thi công mà người ta bố trí và tổ chức các phương tiện sao cho có thể sử dụng được tốt nhất, năng suất lao động cao nhất

Ngoài ra, tùy thuộc vào đặc tính đất đá của từng công trình mà ta đưa ra lựa chọn phù hợp cho từng loại máy Chẳng hạn, máy đào KOMATSU PC-450 với trang bị gầu ngược thường dùng để đào các loại đất đá thuộc nhóm

Đất sét nặng, sỏi lớn, vật liệu vụn III 1.950

Đất sét khô, hoành thổ, băng tích IV 2.000

Đất đồi núi khô cứng, đất đồi núi nổ

mìn quặng

2 Các thông số kỹ thuật chính của máy đào thủy lực Komatsu PC-450

Bảng 02 - Các thông số của máy đào Komatsu PC-450

Áp suất mạch thiết bị làm việc

- Tay cần (vào và ra) 35 MPa

13

16 15 14

Hình 0.3 - Các thông số kích thước máy đào KOMATSU PC-450

Bảng 03 - Các thông số về kích thước

Khoảng cách từ tâm quay đến đuôi 3.660 mm

Khoảng cách giữa hai trục bánh xích 4.020 mm Khoảng cách từ mặt đường đến đối trọng 1.455 mm Khoảng cách giữa hai trục chủ động 2.870 mm

Bảng 04 -Các thông số về tầm với

Chiều cao nhỏ nhất có thể đào đất khi nâng hết 11.252 mm

Hình 0.4 - Các thông số về tầm với máy đào KOMATSU PC-450

3 Giới thiệu các cơ cấu của máy đào Komatsu PC-450

3.1 Nguồn động lực máy

- Nguồn động lực để dẫn động máy là động cơ diesel 6 máy có tổng công suất là: N= 228 kW;

- Mô men lớn nhất trên trục là: M= 1213N.m (n=1400v/ph)

- Số vòng quay lớn nhất khi không tải là: nmax = 2150v/ph

- Số vòng quay nhỏ nhất khi không tải là: nmin = 800 v/ph

- Suất tiêu hao nhiên liệu là: q = 208g/kW

lực Toàn bộ cơ cấu được lắp trên bệ quay bằng khớp bản lề để quay cùng bệ quay

Các thông số kỹ thuật cơ bản của bộ công tác được cho ở dưới đây

Chiều dài tay gầu: 3.375 mm

Khối lượng tay gầu: 2.295 Kg

Bảng 05 - Các thông số của xilanh cần, xi lanh tay gầu và xi lanh gầu

Có nhiệm vụ đỡ bộ công tác và bàn quay ở phía trên, đồng thời thực hiện việc

di chuyển máy Bộ di chuyển là loại di chuyển xích, mỗi bên gồm khung xích, băng xích, bánh sao, bánh dẫn hướng, hộp giảm tốc hành tinh, 7 con lăn đè xích, 2 con lăn đỡ xích, cơ cấu căng xích bằng lò xo và xi-lanh thủy lực, mô tơ thủy lực dẫn động xích

Hình 0.5 - Sơ đồ kết cấu di chuyển bánh xích

4 Truyền động cuối cùng 9 Thanh chắn phía trước

5 Con lăn đè xích

Các thông số kỹ thuật cơ bản:

Hình 0.6 - Các thông số kỹ thuật cơ bản

1 Chiều dài dải xích L= 4020 4 Vận tốc di chuyển lớn nhất 5,5km/h

2 Chiều rộng dải xích B= 600 5 Góc dốc di chuyển lớn nhất 35 0

3 Khối lượng di chuyển m= 4700kg

Để dẫn động cơ cấu di chuyển người ta dùng động cơ thủy lực loại piston rô to hướng trục, trục thẳng có khả năng thay đổi góc nghiêng (để thay đổi số vòng quay,

mô men) Khi động cơ thủy lực nhận dầu có áp lực từ bơm đến sẽ quay rồi truyền chuyển động quay này qua hộp giảm tốc hành tinh để làm quay bánh sao của máy Muốn thay đổi tốc độ di chuyển thì ta thay đổi góc nghiêng của đĩa động cơ làm cho tốc độ động cơ thay đổi

3.4 Cơ cấu quay

Dùng để quay tròn bệ máy trên giá theo cả hai chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ để đưa đất từ khoang vào vị trí đổ

Cơ cấu quay bao gồm mô tơ thủy lực (dùng để dẫn động), bánh răng quay, vành răng cố định để tựa quay và hộp giảm tốc hành tinh Khi làm việc mô tơ dẫn động truyền chuyển động quay qua hộp giảm tốc hành tinh đến bánh răng quay, rồi bánh răng này quay ăn khớp với bánh răng cố định làm quay bệ máy

Mô tơ quay có dùng để dẫn động cơ

cấu quay là loại piston rô to hướng trục,

trục nghiêng không có khả năng thay đổi

Phân tích hệ thống thủy lực máy:

- Trạm nguồn;

- Bơm;

- Block van phân phối;

- Các mô tơ di chuyển;

- Mô tơ quay

- Các xylanh thủy lực của bộ công tác;

- Các tay điều khiển;

- Các van điện từ

A- Trạm nguồn

- Công dụng: Chứa dầu, lắng cặn, tản nhiệt, thu rò rỉ, thay thế và bổ sung dầu, làm giá để gá lắp một số thiết bị khác

Bộ phận cơ bản của trạm nguồn là thùng dầu có dung tích dầu là V=358 (l) Trong thùng dầu có lắp tấm kim loại nghiêng để phá xoáy, ba tấm kim loại đứng để cản tốc độ dầu, tạo điều kiện tốt cho việc lắng cặn và đặt các ống làm mát

Phía nắp trên của thùng dầu là nơi gá lắp bơm ống thông khí, ống xả và các van an toàn

B Cụm bơm

- Công dụng:

Là nguồn động lực của máy có nhiệm vụ cung cấp công suất cho toàn bộ hệ thống qua việc hút dầu từ bể lên với áp suất và lưu lượng lớn Lưu lượng là Q=321 l/ph, áp suất đặt của bơm là p=34,8 MPa

- Kết cấu:

+ Thiết bị chính: 02 bơm pit-tông rô to hướng trục có khả năng thay đổi được lưu lượng, được dẫn động chung bằng động cơ diesel có công suất N= 228kW + Cơ cấu thay đổi góc nghiêng của đĩa bơm, van cảm nhận tải trọng để giúp bơm có thể tự thay đổi lưu lượng

C Block van phân phối

Dùng để đóng cắt dầu động lực đến các bộ công tác của máy: các xylanh bộ công tác, các mô tơ quay, mô tơ di chuyển, thông qua sự trượt của con trượt trong van

Block van của máy là một cụm van gồm 10 van phân phối loại con trượt kiểu

09 cửa và 03 vị trí, trong đó có 07 van đã dùng để điều khiển các xylanh bộ công tác, và các mô tơ, còn 03 van mở rộng dùng để điều khiển các cơ cấu lắp thêm vào khi cần thiết; ta sẽ dùng 01 van mở rộng trong 03 van này để điều khiển cần nối dài

Sơ đồ dưới đây thể hiện 03 van trong 10 van của block

Hình 0.9- Sơ đồ cụm Block van phân phối

1- Thùng dầu 2- Bơm

3- Van trượt (Van phân phối 09 cửa, 03 vị trí) 4- Các van an toàn

7- Mô tơ di chuyển

Sự chuyển động qua lại của van trượt trong van là nhờ tín hiệu thủy lực từ các van tay điều khiển trên ca bin do người công nhân điều chỉnh

D Cơ cấu di chuyển

- Công dụng: Nhận dầu cao áp từ bơm truyền đến để tạo ra mô men làm quay bánh sao của máy, làm cho máy di chuyển

- Cấu tạo:

0.10 - Sơ đồ cụm di chuyển của một bên xích phải (Bánh bên phải)

3- Van phanh 4- Van an toàn tác động kép

5- Mô tơ di chuyển 6- Cơ cấu thay đổi góc nghiêng

7- Van tác động của cơ cấu 6 8- Van một chiều

9- Cơ cấu phanh thủy lực

Bộ phận chính của cụm di chuyển là hai mô tơ thủy lực loại pit-tông rô to hướng trục có khả năng thay đổi được góc nghiêng (thay đổi góc nghiêng làm thay đổi mô men hay tốc độ di chuyển)

Ngoài ra còn các bộ phận phụ như cơ cấu đổi góc nghiên của mô tơ, van phanh (đảm bảo cho máy khi không di chuyển thì luôn bị phanh lại chỉ khi nào máy

di chuyển thì van mới mở ra), van an toàn (để cho mô tơ không bị quá tải)

E Cụm mô tơ quay

- Công dụng: Đảm bảo dẫn động cả bàn máy quay tròn trên bệ

- Kết cấu: Ở hình dưới là sơ đồ thủy lực của cơ cấu quay bao gồm: 08 thiết bị

cơ bản:

Hình 0.11 - Sơ đồ cụm mô tơ quay

7- Cụm van phanh

Bộ phận chính của cơ cấu quay là mô tơ quay (6) có vai trò nhận dầu có áp suất cao từ bơm truyền ra mô men đến để tạo quay dẫn động cơ cấu quay

Đi cùng với mô tơ quay là cơ cấu phanh thủy lực (phanh thường đóng), van an toàn Các thiết bị đi kèm này có nhiệm vụ đảm bảo cho mô tơ làm việc an toàn nhịp nhàng

F Các xilanh thủy lực của bộ công tác

- Công dụng: Tiếp nhận dầu áp lực cao tạo để tạo ra áp lực nâng, hạ bộ công tác Xilanh của bộ công tác bao gồm: 02 xilanh cần, 01 xilanh tay gầu và 01 xilanh gầu Trên đường dầu tới xilanh cần và xilanh tay gầu người ta lắp thêm van chống rơi để đảm bảo cho cần hay tay gầu khi hạ không bị rơi do trọng lượng bản thân Ngoài các cụm và các phần tử kể trên thì trong hệ thống thủy lực của máy còn

có các cảm biến: cảm biến áp suất, đồng hồ đo, thiết bị nhập chia lưu lượng

- Kết cấu:

Hình 0.12- Sơ đồ các xy lanh thủy lực của bộ công tác

G Các van tay điều khiển và các van điện từ

Các van tay điều khiển có dạng van trượt kiểu 3/2 (van 3 cửa, 2 vị trí) có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu điều khiển các van phân phối Van tay được lắp trên ca

bin để người công nhân có thể cầm vào tay gạt điều chỉnh vị trí con trượt từ đó điều khiển máy

Các van điện từ ở đây là các van trượt được điều khiển bằng tín hiệu điện dùng để điều chỉnh gián tiếp các bộ công tác qua các thiết bị phụ hay để điều chỉnh các thiết bị phụ

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU HỆ LỰC TÁC DỤNG TRÊN CẦN MÁY ĐÀO THỦY LỰC

KOMATSU PC-450 1.1 XÁC ĐỊNH HỆ LỰC TÁC DỤNG LÊN TAY GẦU

1.1.1 Xác định hành trình xi lanh tay gầu

Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớp cần và tay gầu (khớp O2) là AO2= 3m

Hình 1.1 - Hình vẽ xác định hành trình lớn nhất của xi lanh

khi góc giữa tay gầu và cần là 30 0

* Hành trình lớn nhất của xi lanh đạt được khi góc giữa tay gầu và cần là 30 0

Áp dụng hệ thức lượng giác ta có:

AB2 = AO22 + BO22 –2 AO2 BO2 .cos (AO2B) (1.1) Trong đó: BO2= 1/4.ltg = 1/4.3,375 = 0,844m

AB2 = 32 + 0,8442 - 2.3.0,844.cos1500 =14,098 (m2)

AB(1) = 3,755 m

* Hành trình nhỏ nhất của xi lanh tay gầu đạt được khi tay gầu vươn xa nhất

AB2 = AO22 + BO22 – 2.AO2 BO2 .cos (AO2B) = 32 + 0,8442 - 2.3.0,844.cos(180-150)0 = 5,327 (m2)

AB(2) = 2,308 m Vậy hành trình xylanh tay gầu:

Sxt = AB(1) - AB(2) = 3,755 - 2,308 = 1,447 m = 1.447 mm (1.2)

Hình 1.2 - Hình vẽ xác định hành trình nhỏ nhất của xi lanh

khi góc giữa tay gầu và cần là 150 0

1.1.2 Xác định lực của xi lanh gầu

Vị trí tính toán: ở cuối quá trình đào, tay gầu nằm ngang, gầu đầy đất, Pxt có giá trị lớn nhất khi gầu gần kết thúc quá trình cắt đất với lát cắt lớn nhất CMax Tại vị trí này tay gầu nằm ngang, cần nghiêng một góc , góc  được tính như

sau: sin =

2 1

1

O O

D O

= 0 , 299 285

, 7

18 , 2

 , suy ra  = 17,40

Hình 1.3 - Hình vẽ xác định lực của xi lanh tay gầu

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

  119

, 0 30 , 1 14 , 7 45 , 1

1 6 , 1

.

.

k H

b

k q

C

TX S

Với: q- Dung tích gầu: q=1,6 m3

b- Chiều rộng gầu: b=1,45 (m)

Hs- Chiều sâu đào: Hs=7,14 (m)

Ktx- Hệ số tơi xốp, với đất cấp III lấy ktx=1,30

Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01= k1.b.CMax= 0,25.1,45.0,119 = 0,04314 Mpa.m2 = 43,14 KN

Với: k1- Hệ số cản đào, với đất cấp III ( Bảng 1.9/25 ) lấy k1= 0,25 Mpa

Lấy mômen đối điểm O2 ta có:

'

5,0

0

01

xt

xtg xtg xg

xg tg tg g đ g xt

r

r G r

G r G r G r

P

Trong đó:

+ P01 - Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 43,14 KN

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

) ( 69 , 3 16 , 1 4

375 , 3 3 4

3

1.5,19.6,1

Lấy: kđ = 1, đất cấp III lấy ktx= 1,30

 - Trọng lượng riêng đất cấp III, = 19,5 KN/m3

Gg - Trọng lượng gầu, Gg= 16,9 KN

Gg+đ= Gđ + Gg= 24 +16,9 = 40,9 (KN)

+ rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O2:

16,14

375,3.324

.3

m l

l

+ Gxg - Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 3,45 KN

+ rxg - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O2:

)(125,13

375,3

l

+ Gxtg - Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxtg= 5,8 KN

+ r’xtg - Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với điểm O2:

)(82,14

285,74

+ Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg= 22,95 KN

+ rtg - Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm O2:

)(844,04

375,3

375,34

,3.844,0.2

354,3844,0

.2)

(

2 2 2

2

2 2 2 2

2

AB B O

A O AB B

O BA

Vậy:

xt

xtg xtg xg

xg tg tg g đ g xt

r

r G r

G r G r G r P

P  01.0   .  .  . 0,5. . ' (1.14)

594,0

82,1.8,5.5,0125,1.45,3844,0.95,2211,3.7,4069

- Chọn điểm đặt khớp chân cần (O1) cách chân xi lanh cần (B) là đoạn O1B= 1m;

- Khớp chân cần (O1) và xi lanh cần (A) là đoạn O1A= 3m

+ Xét cần ở vị trí cao nhất:

- Khi cần ở vị trí cao nhất, 2 xi lanh cần có chiều dài lớn nhất, góc (AO1B)= (300+

350+ 150) = 800 Áp dụng hệ thức trong tam giác ta có:

AB2 = O1A2 + O1B2 - 2.O1A.O1B.cos(AO1B) (1.15)

AB2 = 32 + 12 - 2 3.1.cos800 = 8,96m2

AB(1) = 2,99 m

Hình 1.4 - Hình vẽ xác định cần ở vị trí cao nhất + Xét cần ở vị trí thấp nhất:

Lúc này cần nằm ngang, góc AO1B=150, khi đó chiều dài của xi lanh cần đạt giá trị nhỏ nhất

xtg xg xg tg tg g đ g c

c

xc

r

r G r

G r G r G r G r

+ Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ= 40,9 KN

+ rg - Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O1:

)(174,42

16,14

375,3.3285,724

.3

m l

l l

+ Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg= 22,95 KN

+ rtg - Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm O1:

)(44,64

375,3285,7

l l

+ Gxg - Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 3,45 KN

+ rxg - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O1:

3

375,3285,7

l l

+ Gxtg - Trọng lượng xy lanh tay gầu, Gxtg= 5,8kN

+ rxtg - Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối O1:

3

285,7.23

.2

285,73

xtg xg xg tg tg g đ g c c xc

r

r G r

G r G r G r G r G

P  .   .  .  .  . 0,5. . ' (1.22)

5,0

828,2.8.5,086,4.8,516,6.45,344,6.95,22174,4.9,406425,3

Hành trình lớn nhất của gầu đạt được 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

Chọn vị trí đặt khớp giữa xilanh gầu và tay gầu (D) cách khớp gầu và tay gầu (O3):

3

375,3.23

2

Hình 1.6 - Hình vẽ xác định vị trí khớp giữa xi lanh tay gầu và xi lanh gầu

- Vị trí I: Chiều dài lớn nhất của xi lanh gầu đạt được khi góc (DAC) = 1500

1.3.2 Tính lực lớn nhất tác dụng lên xi lanh gầu

- Lực lớn nhất của xy lanh gầu sẽ xuất hiện khi đào bằng xy lanh gầu

+ Chiều dày lát cắt lớn nhất là:

0,62

B

A C

D

O3

0,67

1.6,1

k q C

H1- Chiều sâu đào, H1= h = 1,16m

ktx - Hệ số tơi xốp lấy đối đất III, ktx= 1,3

kd - Hệ số đầy gầu, kd = 1

Hình 1.7 - Hình vẽ xác định lực lớn nhất tác dụng lên xi lanh gầu

- Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01 = k1.b.Cmax= 0,25.1,45.0,7317 = 0,2653 Mpa.m2 = 265,3 KN Với: k1 - Hệ số cản đào ở đất cấp III, k1= 0,25 Mpa

- 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 với điểm O3 ta có:

xg

xg xg g

đ g xg

r

r G r

G r P

P'  01.0  . 0,5. . ' (1.28)

Trong đó:

+ P01 - Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 265,3 KN

+ Gg+đ - Trọng lượng gầu có đất, Gg+đ= 40,9 KN

+ Gxg - Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 3,45 KN

+ r0 - Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O3, r0= lg = 1,16m

+ rg - Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O3, rg=1/2.lg= 1/2.1,16= 0,58m

+ rxg - Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm O3, rxg = 0,67.cos300= 0,58m

+ r’xg - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, r'xg= 0,32 m

Thay số ta được:

xg

xg xg g

đ g xg

r

r G r

G r P

P'  01.0   . 0,5. . ' (1.29)

58,0

32,0.45,3.5,058,0.9,4016,1.3,265

- Biết phương, giá trị P’xg= 572,45 KN;

- Biết phương của Tc;

Vẽ và đo theo tỉ lệ ta xác định được:

)(657,83245,572.96

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NÂNG CAO TẦM VỚI MÁY ĐÀO THỦY LỰC

KOMATSU PC-450 2.1 CÁC PHƯƠNG ÁN NÂNG CAO TẦM VỚI

Để có được máy có tầm với lớn thì ta có thể lựa chọn một trong ba phương án sau:

- Phương án 1: Giảm kích thước gầu (Giảm lực tác dụng của gầu vào đất)

- Phương án 2: Tăng đối trọng (Giữ nguyên áp suất)

- Phương án 3: Tăng áp suất (Tăng áp lực)

Ta xét từng phương án:

2.2 PHƯƠNG ÁN 1: GIẢM KÍCH THƯỚC GẦU

2.2.1 Tính toán chọn kích thước cần nối dài và dung tích gầu mới lắp lên máy

Khi ta thay đổi chiều dài bộ công tác của máy thì dẫn đến thay đổi hàng loạt các thông số kỹ thuật của máy như: tăng mô men cản, giảm độ ổn định, dễ gây vênh lật máy, hoặc động cơ không đủ công suất để làm việc với bộ công tác mới Vì vậy, ta phải tính toán làm sao để máy vẫn có thể làm việc bình thường khi nối dài cần Cụ thể là ta tính toán để chọn ra giá trị của cần nối dài và gầu mới vì khi khi nối dài cần thì phải giảm dung tích gầu đến một giá trị nào đó thì máy mới làm việc được (vẫn giữ nguyên hệ số an toàn của máy)

Theo tiêu chí là giữ nguyên trạng thái làm việc của máy để không làm giảm tuổi thọ thì ta sẽ tính toán để chọn ra một cặp giá trị của cần nối dài và dung tích gầu để khi làm việc nó sinh ra mô men lớn nhất nhỏ hơn mô men cho phép của máy

cũ Giá trị mô men cho được chọn là mô men làm việc lớn nhất của máy cũ

2.2.1.1 Tính mô men lớn nhất có thể chịu được của máy cũ (mô men cho phép)

Mô men cho phép của máy được xác định cho đảm bảo đối trọng (không lật quanh vành đối trọng phía trước)

A Xác định mô men cho phép theo điều kiện ổn định

Để tính toán mô men cho phép ta tính trong hai trường hợp nguy hiểm của máy là khi gầu đầy đất vươn xa nhất để đổ đất và khi gầu đầy đất lên đến mép hố đào với lực nâng lớn nhất của xi lanh cần

1 Trường hợp I (Gầu đầy đất vươn xa nhất để đổ đất)

Lúc này đường nối khớp chân cần và khớp gầu tức đường OO1 nằm theo phương ngang, cần nghiêng một góc γ=30o, tay gầu nghiêng một góc so với phương ngang là β=28o

Sơ đồ tính toán được cho như hình vẽ dưới:

Hình 2.1 - Hình vẽ xác định vị trí gầu đầy đất vươn xa nhất

Mô men sinh ra trên máy là:

xc xc c c xtg xtg tg tg xg xg g đ g tch tch r G r G r G r G r G r G r G

M         (2.1)

a Xác định các thông số khối lượng

Theo catalog ta tra được các thông số khối lượng như sau:

Ggđ = Gg + γ.V = 1690 9,81/1000 + 19,5.1,6 = 47,779 (kN) (2.2)

Với: + V= 1,6 (m3): Dung tích gầu;

+ ρ= 19,5 (kN/m3): Máy làm việc với đất cấp III

Gtch = 397.9,81/1000 = 3,895 (kN) - Trọng lượng thanh chống;

Gxg = 3,45(kN) - Trọng lượng xylanh gầu;

Gtg = 22,95 (kN) - Trọng lượng tay gầu;

Gxtg = 5,8 (kN) - Trọng lượng xy lanh tay gầu;

Gc = 34,5 (kN) - Trọng lượng cần;

Gxc = 8 (kN) - Trọng lượng 2 xylanh cần

b Xác định các thông số kích thước

Ta có: a = OO1 được xác định như sau:

Theo catalog: a = Khoảng cách đào lớn nhất - Chiều dài gầu

= 12020 - 1839 = 10181 (mm) Theo hình vẽ: a = lc cosα + ltg.cosβ = 7285 cos11o + 3375.cos28o = 10131 (mm) Qua hai giá trị trên ta lấy: a = 10150 (mm)

- Tính Rtg: Ta coi toàn bộ trọng lượng của tay gầu tập trung trên phần tam giác từ

O1 đến O2 của tay gầu khi đó trọng lượng sẽ đặt tại trọng tâm tam giác

Rtg = a - 2/3.O1O4.cosβ = a- 2/3.ltg.cosβ = 10150 - 2/3.3375.cos(28o) = 8163 (mm)

- Tính Rxtg: Ở vị trí này thì xilanh tay gầu co hết cỡ nên trọng lượng của nó đặt ở trọng tâm là trung điểm của xilanh

2/cos

cos2

/cos

cosOO

Rxtg  4  O4O5  l xtg l c O4O5  l xtg

)

(48562

/275628

cos.103811

cos7285

Rxtg  o o  mm

- Tính rc: Nếu ta cắt cần bằng một bằng mặt cắt qua khớp xilanh O7 thì được hai đoạn xấp xỉ bằng nhau lần lượt là: 3501mm và 3305 mm Ngoài ra, sau khi quan sát kết cấu các lượng bù trừ thì ta thấy trọng lượng của cần đặt tại khớp xilanh O7 Khi

đó ưu điểm là khớp O7 không chịu mô men do trọng lượng bản thân cần gây ra mà chỉ có lực cắt nên giảm thiểu độ nguy hiểm cho cần

Do đó: rc = OO7.cosγ = 3305.cos300= 2862 (mm)

- Tính Rxc: Rxc= OO7.cosγ - (O7O8 .cosδ)/2 = 2862 - (3000.cos50o)/2 = 1898 (mm)

Thay vào công thức tính mô men ta có:

xc xc c c xtg xtg tg tg xg xg g đ g tch tch r G r G r G r G r G r G r

G

M         (2.3)

).(465,814).(053,

Ta có mô men do lực cản đào P01, trọng lượng của đất, cả bộ công tác lấy đối với khớp chân cần O thì cân bằng với mô men do lực nâng xilanh cần gây ra Do đó mô men lớn nhất sinh ra trên máy trong trường hợp này được tính toán như sau:

).(281,886).(886281

4

2

2

2

m kN m

N R

d p R

G

(2.4)Trong đó: p= 200 (kg/cm2) - Áp suất làm việc

d = 160 (mm) - Đường kính xylanh cần

Rxc = 1102 (mm) - Cánh tay đòn của lực xilanh cần lấy đối với khớp chân cần

ta đo được theo phương pháp đồng dạng (Vì mô men trên là do hai lực của xilanh cần sinh ra nên ta nhân hệ số 2)

Qua phân tích tính toán hai trường hợp nguy hiểm trên ta thấy mô men lớn nhất sinh ra trên máy có giá trị là M= 886,281 (kN.m) ứng với trường hợp thứ hai

B Xác định mô men cho phép theo điều kiện đảm bảo đối trọng

Để xác định mô men lớn nhất (mô men cho phép) sinh ra trên máy theo điều kiện đảm bảo đối trọng thì ta xét trường hợp nguy hiểm sau: máy cơ sở làm việc với

bộ công tác cũ ở vị trí như sau:

- Cần nghiêng góc: γ = 36o;

- Tay cần nghiêng góc: β = 63o;

- Gầu đầu đất nâng lên khỏi hố đào và máy bắt đầu quay