Đồ án môn học thiết kế bộ công tác của máy đào gầu nghịch

Trường đại học thuỷ lợiKhoa máy xây dựng Thiết kế bộ công tác của máy đào gầu nghịch trên máy cơ sở SK350LC-KOBELKO I .Số liệu cho trước: III.Thiết minh tính toán 1.Tính toán chiều dài

Trường đại học thuỷ lợi

Khoa máy xây dựng

Thiết kế bộ công tác của máy đào gầu nghịch

trên máy cơ sở SK350LC-KOBELKO

I Số liệu cho trước:

III.Thiết minh tính toán

1.Tính toán chiều dài bộ công tác mới

2.Kiểm tra ổn định

3.Tính lực

3.1 Tính lự xilanh

3.2 Tính bền cần

4 Tìm hiểu nguyên lý điều khiển của xilanh tay gầu

- Bản vẽ chung của máy: A1

- Bản vẽ chi tiết: A1

Ngày giao đề: 07- 08-2007

Ngày hoàn thành: 28-09-2007

Th.s Vũ Văn Thinh

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển của ngành xây dựng nói chung và ngành thuỷ lợi nóiriêng, máy thuỷ lợi và máy xây dựng là thiết bị thi công không thể thiếu trongcác công trình do khối lượng thi công rất lớn mà sức lao động của con ngườikhông thể đáp ứng được Các thiết bị này không những đảm bảo được tiến độ thicông mà chất lượng của công trình cũng được thể hiện qua năng lực thi công củathiết bị

Trong điều kiện thực tế của nước ta hiện nay trình độ khoa học và côngnghệ chế tạo còn hạn chế chưa thể thực hiện việc chế tạo hoàn chỉnh một máyxây dựng thuỷ lực và do nước ta nhập khẩu rất nhiều các loại máy xây dựngthuỷ lực của nhiều hãng sản xuất và nhiều quốc gia khác nhau nên có nhiều tínhnăng không phù hợp vói điều kiện thực tế của nước ta, cũng do trong quá trìnhsửa chữa bảo dưỡng và thay thế nhất là bộ công tác hay bị hư hỏng và hao mòn

do trực tiếp làm việc trong điều kiện nặng nhọc

Như vậy để phù hợp với điều kiện thực tế làm việc của các máy này,chúng ta có thể dựa trên các máy cơ sở cũ để thiết kế các phần còn lại như bộcông tác, bộ di chuyển…nhằm phục vụ tốt cho quá trình sửa chữa, thiết kế mới

để thay thế một phần các thiết bị nhằm tiết kiệm các thiết bị , tận dụng các máycòn dùng được

Việc thiết kế máy đào thuỷ lực trong đồ án máy làm đất này nhằm giảiquyết những vấn đề đã nêu ở trên, đây là vấn đề rất cần thiết để từng bước tiếntới thiết kế toàn bộ hoàn chỉnh một máy xây dựng thuỷ lực Xong trong quátrình thiết kế do kiến thức về thực tế còn hạn chế, tài liệu lại thiếu nhiều và đây

là một đề tài khó nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết

kế Rất mong sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ môn máy xây dựng để

em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Thinh và thầy Hồ

Sĩ Sơn đã trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

3.2 TÝnh c«ng suÊt c¬ cÊu di chuyÓn 21

4 Tìm hiểu nguyên lý điều khiển của xilanh tay gầu

I.Tính toán chiều dài bộ công tác mới.

Xác định mômen với khớp chân cần tại thời điểm cần nghiêng một góc 450so

với phương lằm ngang và tay gầu nghiêng một góc 300 so với phương lằm

ngang gầu lằm ngang

0

0 0 0

0 0

0 0 0

0 0

3 45 cos ( ) 45 cos 30

cos 12

1 ( 45 cos 2

119 , 1 30 cos 3 , 3 4

3 45 cos 5 , 6 ( 95 , 10 ) 45 cos 5 , 6 30 cos 3 , 3 12

1 ( 45 cos 2

5 , 6

G L

L

C C

C C c

C c

c ) 30 , 295 25 , 039

5 , 6

1 , 6 (

3 0

3 0

q G

G

g g

g g g

g c

c ) 14 , 6 16 , 6857

4 , 1

6 , 1 ( 0 0 0

1 18 6 , 1



tx

d k

k

q 

= 22,1538 KN

Lấy kđ = 1, đất cấp 3 lấy ktx = 1,3Trọng lượng riêng đất cấp 3,

95 , 10

tg

tg L G

Gọi chiều dài của cần mới là X G tg  3 , 3182 X

Để đảm bảo sử dụng hết công suất của máy cơ sở mômen của bộ công tác thiế

kế với khớp O1 bằng mômen máy cơ sở

đ g

g tg

C tg C

3 45 cos ( ) 45 cos 30 cos 12

1 ( 45 cos

2

01

8395 , 38 ).

2

1696 , 1 30 cos 4

3 45 cos 1 , 6 ( 3182 , 3 ) 45 cos 1 , 6 30 cos 12

1 ( 45 cos

II- Tính ổn định

ổn định của máy đào là một trong những chỉ tiêu sử dụng quan trọng màngười thiết kế và sử dụng đều phải quan tâm để đảm bảo an toàn khi máy làmviệc nặng nhọc nhất

h l OB

OH BD

10 165

, 0 1

, 6

65 , 1 52 , 3 75 , 0

4

Vậy góc nghiêng của cần so với phương ngang là 100

Từ phương trình momen tất cả các lực đối với khớp chân cần, ta xác địnhđược lực cản đào P01 có phương vuông góc với đường thẳng nối khớp chân cầnvới răng gầu

01 01

.

.

r

r G r G r G r P

1 1 , 6 2

1 10 cos

l

)(4,51696,12

110cos.1,6.2

110cos

1 05 , 3 8 , 2

2

2 2 2

2 2 2

OF AO AF

Góc OAF = 21,80

Vậy rxc =3,05.sin21,80 = 1,133 m

1 , 5

4 , 5 8395 , 38 6 68 , 11 3 039 , 25 133 , 1 8 , 327

Máy có thể bị lật theo đường mép ngoài các bánh tỳ (điểm C) mô men lậtđược xác định theo công thức

OH

34 , 18 341

, 0 337 , 3 5 , 1

65 , 1 '

cos 2

65 , 736

cos 2

12

1 10 cos 1 , 6 70 sin 12

l l l

2

1 52 , 3 4

3 ( 10 cos 1 , 6 70

sin ).

2

1 4

3 ( 10

* Mô men giữ:

65 , 736

a Hành trình xi lanh tay gầu

Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớp cần và tay gầu (khớpO2) là 3,05m

= 3,616 –2,33=1,286 m

b Xác định lực của xylanh tay gầu

Vị trí tính toán: ở cuối quá trình đào, tay gầu nghiêng một góc 500 so vớiphương nằm ngang, gầu đầy đất, Pxt có giá trị lớn nhất khi gầu gần kết thúc quátrình cắt đất với lát cắt lớn nhất CMax

E

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

 m k

H

b

k q

c

TX S

30,1.08,6.4035,1

1.6,1

Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi 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=0,25.1,4035.0,144 = 0,0505 Mpam2 = 50,5 KN

Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp III ( bảng 1.9/25 )lấy k1=0,25 Mpa

Pxt =

xt

xt xt xg

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

0

Với P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 50,5 KN

r0- của lực P01 lấy đối với điểm O2:

r0= l tg h g cos 50 1 , 1696 2 , 87m

4

52 , 3 3 50

cos 4

52 , 3 3 2 50

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 1,46 KN

rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o2:

l tg

754 , 0 50 cos 3

52 , 3 50 cos 3

0 0





Gxtg- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxtg= 3,65 KN

r’xtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với điểm o2

r’xtg= cos 7 1 , 51

4

1 , 6 7 cos 4

0 0





c l

=1,50 (m)Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg = 11,68 KN

rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o2:

) ( 19 , 0 50 cos 52 , 3 12

1 50 cos 12

m l

1

Cos(O2BA) = 0 , 714

616 , 3 88 , 0 2

05 , 3 616 , 3 88 , 0

2

2 2

2 2

2 2 2 2 2

A O AB B O

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

P01.0      0 , 5 '

61 , 0

19 , 0 68 , 11 51 , 1 65 , 3 5 , 0 754 , 0 46 , 1 28 , 2 8395 , 38 87 , 2 5 , 50

Chọn xylanh tay gầu và tính công suất bơm phục vụ xylanh tay gầu

Với lực của xylanh tay gầu là Ptg = 393 KN, với áp suất của hệ thống

p =34,3 Mpa, ta tính được đường kính xylanh tay gầu là:

p

P tg

121 121

, 0 10 14 , 3 3 , 34

4 393

4

Khi cần ở vị trí cao nhất khi đó 2 xi lanh cần có chiều dài lớn nhất

áp dụng hệ thức trong tam giác ta có

AB2 = O1 A2 + O1 B2 - 2.O1A.O1B.cos(AO1B)

AB2 = 3,052 + 12 - 2 3,05.1.cos(30+30+20)0

AB1 = 3,04m

Xét ở vị trí kết thúc quá trình đào, gầu lên mép của khoang đào, cần nghiêngmột góc 70 so với phương nằm ngang và tay gầu nghiêng góc 500 độ so vớiphương nằm ngang như hình vẽ:

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

0 0





Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ= 38,8395 KN

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o1:

2

1696 , 1 50 cos 4

52 , 3 3 7 cos 1 , 6 2 50 cos 4

3 7 cos

Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg= 11,68 KN

rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o1:

12

52 , 3 7 cos 1 , 6 50 cos 12 7 cos

rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o1:

3

52 , 3 7 cos 1 , 6 50 cos 3 7 cos

Gxtg- Trọng lượng xy lanh tay gầu, Gxtg= 3 KN

rxtg- cánh tay đòn của Gxtg lấy đối O1:

rxtg = l c cos 7 4 , 036m

3

1 , 6 2 7 cos 3

MN2 = O1 M2 + O1 N2 - 2.O1M.O1N.cos(AO1B)

MN2 = 3,052 + 12 - 2 3,05.1.cos570

MN = 2,642m

1 642 , 2 2

05 , 3 1 642 , 2

2

1

2 1

2 1 2 1

MO NO

MN

MNO

MNO1=104.50

m N

xtg xg xg tg tg g d g c c

r

r G r

G r G r G r G r

G       0 , 5 '

=( 25 , 039 3 , 027  38 , 8395 3 , 77  11 , 68 5 , 865  1 , 46 5 , 3  3 , 65 4 , 036  0 , 5 4 , 745 2 , 02 ) / 0 , 97

Pxc = 327,8 KN

Chọn xylanh cần và tính công suất bơm phục vụ cho xy lanh cần

Với lực của xylanh cần Pxc = 327,8 KN, vẽ theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực dùnghai xylanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xylanh chịu một nửa lực củaxylanh cần

P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.327,8 = 163,9 (KN)

Với lực của một xy lanh là P’xc =163,9KN, với áp suất của hệ thống

p =34,3 Mpa, ta tính được đường kính xy lanh cần là:

p

P xc

78 078

, 0 10 14 , 3 3 , 34

4 9 , 163

4

= 0,672 + 1,8462 - 2.0,67.1,846.cos302

DC2 = 1,3 m

Hành trình của xi lanh gầu là:

S = DC1 – DC2 = 2,45– 1,3=1,15 (m)

b 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 dầy lát cắt lớn nhất là:

g+d

0 g+d

XG 2

xg

k H b

k q tx

2 , 1 1696 , 1 4035 , 1

1 6 , 1

H1- Chiều sâu đào, H1= h = 1,1696 m

ktx – Hệ số tơi xốp lấy đối đất II, ktx= 1,2

kd : hệ số đầy gầu, kd = 1

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01 = k1.b.Cmax= 0,07.1,4035.0,812 = 0,0798 Mpa.m2= 79,8 KN

Với k1 – Hệ số cản đào ở đất cấp II, k1= 0,07 Mpa

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

Lấy momen đối điểm 03 ta có :P’xg =

xg

xg xg g

d g r

r G r

G r

0

01    0 , 5

P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 79,8 KN.

r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm o3,

r0= hg = 1,1696mGg+đ- Trọng lượng gầu có đất, Gg+đ= 38,8395 KN

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O3,

rg= 1/2 lg = 1/2.1,1696 = 0,585 (m)Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 1,1,46 KN

rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm O3,

d g r

r G r

G r

3 , 0 5 , 0 46 , 1 585 , 0 8395 , 38 1696 , 1 8 , 79

Biết phương của Tc

Vẽ và đo theo tỉ lệ ta xác định được:

P XG 200 , 47 279 , 36KN

62

4 , 86





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

Với lực của xy lanh gầu là Pg =279,36 KN, với áp suất của hệ thống

p =34,3 Mpa, ta tính được đường kính xylanh gầu là:

mm m

p

P

10 14 , 3 3 , 34

4 36 , 279

4

Vg- Vận tốc của xy lanh gầu, Vg= 0,01 m/s

3.2 - TÝnh c«ng suÊt c¬ cÊu di chuyÓn

a Tính lực kéo

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 trường 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

- Lực cản do ma sát trong của bộ di chuyển W1:

Lực này bao gồm rất nhiều thành phần: Lực cản trong ổ trục bánh tỳ, Lựccản trong ổ trục bánh chủ động, lực cản trong ổ trục bánh bị động, lực cản lănbánh tỳ, lực cản uốn của mắt xích ở bánh chủ động, lực cản uốn của mắt xích ởbánh bị động, lực cản chuyển động nhánh xích ở trên bánh đỡ… các thành phầnlực náy rất khó xác định nên W1 thường dược xác định theo công thức kinhnghiệm sau:

W1 = (0,052 – 0,095).G = (0,05 – 0,09).300 = 18,98– 34,675 (KN)Chọn W1 = 23KN

G – Trọng lượng của máy, G = 365KN

 - Góc dốc lớn nhất của đường di chuyển,  = 250

- Lực cản gió khi máy di chuyển W4 :

W4 = q.F

Trong đó: q- áp lực gió khi làm việc, q = 300N/m2

F: Diện tích chịu gió của máy,coi tiết diện chịu gió của máy

có dạng hình chữ nhật thì F xác định theo công thức sau

v G

Trong đó: v- Tốc độ chuyển động của máy

g- Gia tốc trọng trường

tk -Thời gian khởi động

Trong thực tế khó xác định chính xác thời gian khởi động máy vì nó phụthuộc vào người lái và hệ thống truyền động nên ta có thể tính gần đúng theotrọng lượng máy

W5 = G 365 7 , 3KN

100

2



- Lực cản quay vòng W6 :

Để tính lực cản quay vòng ta giả thiết: máy quay vòng trên nền phẳng, bỏqua lực ly tâm vì tốc độ vào đường cong thường nhỏ và ta coi lực cản quay củahai bánh xích như nhau

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

6 Quá trình quayvòng trong trường hơp tổng quát là cả hai bánh xích đều quay Trường hợp mộtbánh đứng yên, một bánh quay chỉ là trường hợp đặc biệt của trường hợp tổngquát

W61 =(f - '

2

) 2

G B L

W62 =(f + '

2

) 2

G B L

Trong đó: L- chiều dài phần xích tiếp xúc với đất, L = 4,05 m

G B

L

= ( 0,07 - 0,4 )3652

6 , 2 2

05 , 4

= -45 KN

W62 =(f + '

2

) 2

G B

L

= (0,07 + 0,4 )3652

29 , 2 2

05 , 4

W

6 1

m

Ta thấy trường hợp khi máy động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất có lựccản lớn nhất W’ =206,02 KN nên chọn Pk = 210 KN, để tính cơ cấu di chuyển.

.Trong đó: Vd – Vận tốc di chuyển của máy, Vd= 4km/h = 4/3,6 m/s

Với br, ôl, k – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối

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

N4 = N5 =



d k1 V P

= 0105,86..34,6= 136,65 KW

Thời gian quay của máy đào chiếm tới 2/3 thời gian chu kỳ làm việc thậmchí tới 80% Do đó việc xác định hợp lý các thông số của cơ cấu quay là nhữngnhiệm vụ quan trọng khi thiết kế máy

Các thông số cơ bản là: mô men quán tính của phần quay máy đào khi gầuđầy đất J và khi gầu không có đất J0(kN.m.s2), tốc độ góc lớn nhất của bàn quay

max(1/s), gia tốc góc lớn nhất  max(1/s2), thời gian khởi động tk và phanh tp, gócquay của bàn quay (rad), hiệu suất cơ cấu quay q, dạng đường đặc tính ngoàicủa động cơ M=f(n) Các thông số này xác định thời gian quay tq(s), công suấtcần 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 thì công suất quay lớn nhất được tính theocông thức:

Nmax =

q q

q t

J





 35 , 0

) 37 , 1 (

3

2 2



Trong đó:J - mô men quán tính của bàn quay khi gầu đầy đất

Đối với máy đào gầu nghịch thì J = (0,85  0,9)Jt

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

Với G = 36,5 tấn = 365 KN ta có Jt = 470 KN.m.s2

Jn = 0,85.360 = 399,5 KN.m.s2

 - góc quay của bàn quay,  = 900 = 1,57 rad

q- hiệu suất cơ cấu quay:

J

t t

286 , 1

s v

r : Khoảng cỏch từ trọng tõm của gầu đến trục quay của mỏy:Trongtrường hợp này cần nghiờng gúc 450 tay gầu nghiờng gúc 450

r = lc cos450 + ) sin 45 0

2

1 4

3 ( l  t l g

= 6,1.cos450 +( 1 , 1696 ) sin 45 6 , 59m

2

1 52 , 3 4





J = 399,5 KN.m s2 , Gg = 16,6857 KNThay số ta được:

6857 , 16

= 325,63 (KN.m.s2)Vậy thời gian quay (khụng toàn vũng – gúc 90O) là:

tq =

3 0

1

J J

t t

63 , 325 1

68 , 2 5 , 2 54 , 19

88 , 0 4 , 7 35 , 0

57 , 1 ).

88 , 0 37 , 1 (

5 , 399

35 , 0

) 37 , 1 (

3

2 2 3

2 2

KW t

J

q q

Nmax: Cụng suất lớn nhất của cơ cấu quay Nmax = 16,9 (KW)

n: Số vũng quay của bàn quay n = 10 (v/p)

3.4 Kiểm tra công suất của động cơ

Điều khiển cần và quay máy: NCần +Nquay = 37,93+16,9 = 54,83 <197 (KW)

NCần +NDC = 37,93+136,65 = 174,58 <197(KW)

NCần +NTG = 37,93+50 = 87,93<197(KW)

NDC +NTG = 136,65+50 = 186,65<197(KW)

Từ phơng trình cân bằng momen đối với điểm O ta có.

max 01

.

.

r

r G r G r P

P  xt xt  g g  t t

Trong đú:

r0 Khoảng cách từ P01 đến tâm O

 m l

l

r g tg 3 , 8096

4

52 , 3 3 1696 , 1 4

r xt tg 3 , 52 0 , 88

4

1 4

KN

r

r G r G r P

P xt xt g g t t

4 , 106 8096

, 3

25 , 0 68 , 11 1 , 0 6857 , 16 88 , 0 27 , 455

.

.

0

max 01

để bật chớng ngại vật, nên ngo i lực Pào đất gầu gặp ch 0 còn có lực ngang K Lực n y có thể phátào đất gầu gặp chsinh khi cơ cấu quay quay m quá trình đ o chào đất gầu gặp ch ào đất gầu gặp ch a kết thúc, giá trị lực K đợc xác

định từ momen phanh cơ cấu quay

q

f

.R

MK





Trong đú :

Mf =120KNm Mụ men phanh đưa về trục động cơ

R Khoảng cỏch từ mộp răng gầu đến trục quay của mỏy

R = lc.cos300 = 6,1.cos300 =5,283 (m)

q Hiệu suất cơ cấu quay từ trục đặt phanh đến trục quay bànquay q = 0,85