THIẾT kế máy đào THUỶ lực gầu NGHỊCH

Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu đượcmáy xây dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết bị máy móc vì công trình thuỷ lợi có khối lượng lớn, vốn đầu t

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MÁY THUỶ LỢI

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Trường Giang.

Lớp 45M

ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ

THIẾT KẾ MÁY ĐÀO THUỶ LỰC GẦU NGHỊCH

LẮP TRÊN MÁY CƠ SỞ: 325C

I Số liệu cho trước:

Bộ công tác tiêu chuẩn

1.Máy cơ sở: 325C- CAT

8 Chiều dài tay gầu :3,6(m)

Yêi cầu : Thiết kế gầu

Lời nói đầu

Thiết kế đồ án máy thuỷ lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi

sinh viên ngành máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi, nó giúp sinh viên củng cố những kiến thức về nguyên lý làm việc, về kết cấu và phương pháp tính toán máy thuỷ lợi

Trong cuộc sống phát triển đất nước theo hướng công ngiệp hoá, hiện đạihoá đất nước Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu đượcmáy xây dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết bị máy móc vì công trình thuỷ lợi có khối lượng lớn, vốn đầu tư nhiều,đòi hỏi thi công đúng tiến độ thời vụ, có tầm quan trọng với sự tpát triển kinh tế nông nghiệp, du lịch…

Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móng rất khắt khe,điều đó dẫn đến sự cần thiết của máy làm đất như : máy ủi, máy san, máy đào, máy xúc…

Trong quá trình học em được giao đề tài thiết kế Máy đào thuỷ lực gầu

nghịch lắp trên máy cơ sở 325C Máy đào thủy lực được dùng chủ yếu trong

công tác làm đất, khai thác mỏ lộ thiên, bốc xếp vật liệu, nó làm việc theo chu

kỳ, có thể đổ vật liệu lên phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống

Hiện nay có rất nhiều chủng loại máy được nhập vào nước ta, của nhiều nước khác nhau như: Nga, Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất,bền nhất chúng ta phải hiểu rõ các đặc tính kỹ thuật, tính năng của máy, biết thiết kế chế tạo các bộ công tác của máy, để sửa chữa máy xây dựng khi bị

hỏng Đồ án môn học Máy thuỷ lợi sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn, làm tốt hơn

vấn đề trên

Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Trường Giang

I Xác định thông số cơ bản của máy

1_ Với máy cơ sơ ta có :

O1

Rg+d Rtg

Gtg : trọng lượng tay gầu Gtg = 8,07 (KN)

Gg+d : trọng lương của gầu và của đát trong gầu:

Rc = 2 , 17 ( )

2

2 15 , 6 2

1 45 cos 2

1 2

1 = 4,75 Rg+d = lc.cos450 + sin 30 0

Rc Rtg

)3.Gc1 = (65,15,5 )322,327 = 15,97 (KN)

_Khối lượng tay gầu tính lại là Gtg = (33,,26)3.8,07 = 11,45( KN)

Gg+d : trọng lương của gầu và của đát trong gầu:

Gg+d = Gg + Gd

Ta có Gd = q.k k q1.,1614.1

tx

dγ = Trong đó :

1 45 cos 2

1 2

1 = 4,34(m)

3

2

( )m k

H b

k q c

TX S

4,1.22,6.14,1

1.6,1

Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp II lấy ktx=1,14

xg tg tg g d g

R

R G R

G R G R G R

Với P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 33 KN

R0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O2:

4

6 , 3 3 54

cos 4

.

+

= + g

6 , 3 3 2 54 cos 4

.

+

= + g

l

= 2.433(m)Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 1,076 KN

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

3

6 , 3 54 cos 3

0 =

tg

l

= 0,708 (m)Gxtg- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxtg= 2,69 KN

Rxtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với điểm o2 :

Rxtg= 0 , 99

4

5 , 5 6 cos 4

0 =

c

l

=1,361 (m)Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg = 11,45 KNRtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o2: Rtg 3 , 6 0 , 59

4

3 3

1 54 cos 4

3 3

xg tg tg g d g

R

R G R

G R G R G R P

, 0

01 + + + + + 0 , 5 ' Pxtg = 30.3,273+34,95.2,433+11,45.00,,59531+1,076.0,708+0,5.2,69.1,361 Pxtg =325,24(KN)

2.Xác định lực của xy lanh cần:

Xét ở vị trí kết thúc quá trình đào, gầu lên mép của khoang đào, như hình vẽ:

O1 ,

Rxc

Gtg

Rxtg Rtg

Rg+d Ro

Rxtg

Gxc

GcGtg

Gtg

Gg+d Po1

Rxc Rc

Lấy mômen đối điểm o1 ta có :

Pxc =

xc R'

5 , 0

.

0 =

c

l

= 2,72(m)

Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ=34,95(KN)

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

Rg+d= lc Cos60 -

2 54 cos 4

3l tg 0 H g

− = 5,5.0,99 – 1,59 – 1,68/2

=3,015 (m)

Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg= 11,45 (KN)

Rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o1:Rtg== lc Cos60 -

4

tg

l

cos540 = 5,5.0,99 – 3,6/4.0,59 = 4,914 (m)Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 1,076 (KN)

Rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o1:Rxg= lc Cos60 -

3

tg

l

cos540 = 5,5.0,99 – 3,6/3.0,59 = 4,737 (m)Gxtg- Trọng lượng xy lanh tay gầu, Gxtg= 2,69 KN

Rxtg- cánh tay đòn của Gxtglấy đối o1:

Rxtg =

3

2 lc Cos60 = 3,63 (m)Gxc- Trọng lượng xy lanh cần, Gxc= 3,497 (KN)

Rxc- Cánh tay đòn của Gxc lấy đối với điểm o1:

Rxc= 3

c

l

.Cos60 = 1,815 (m)R’xc - Cánh tay đòn của Pxc lấy đối với điểm o1

Xác định: R’xcR’xc = 0.803 (m)Thay số ta có:

Pxc =

xc R

Rxc G R

G R G R G R G R

G c c g d g tg tg xg xg xtg xtg xc

'

5 , 0

.

.

 Pxc =

803 , 0

815 , 1 497 , 3 5 , 0 63 , 3 69 , 2 737 , 4 076 , 1 914 , 4 45 , 11 015 , 3 34,95 72

3 Xác định lực của xylanh gầu

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

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

14 , 1 22 , 6 4 , 1

1 6 , 1

k q

(m)

Với q- Dung tích gầu, q= 1,6 m3 b- Chiều rộng gầu, b= 1,4 m

H1- Chiều sâu đào, H1= h = 6,22 (m)

ktx– Hệ số tơi xốp lấy đối đất II, ktx= 1,14

kd : hệ số đầy gầu, kd = 1Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01 = k1.b.Cmax= 0,15.1,4.0,15 = 0,0315 Mpa.m2

= 31,5 (KN)

Với k1 – Hệ số cản đào ở đất cấp II, k1= 0,15Mpa

Lực lớn nhất của xy lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép của khoang đào, cánh tay đòn Rxg là nhỏ nhất

Pxg T

g d g

R

R G R

G R

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 1,076 KN

R0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm o3,

R0= lg = 1,68(m)

Rg+d- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o3,

Rg+d= 1/2 Hg = 1/2.1,68 = 0,84 (m)Rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm o3,

Rxg = 0,34 (m)R’xg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o3, R’xg = 0,58m.Thay số ta được:

P’xg =

xg

xg xg d

g d g

R

R G R

G R

58 , 0 076 , 1 5 , 0 84 , 0 34,95 68

, 1 5 ,

P’xg = 242,91(KN)

Từ việc xác định P’xg vẽ biểu đồ lực ta xác định được lực Pxg , như hình vẽ:

- Biết phương giá trị P’xg = 266,59 KN

- Biết phương của Tc

Vẽ và đo theo tỉ lệ ta xác định được:

Pxg= .242,91

34,0

51,0

= 364,37 (KN)

4 Chọn xylanh thuỷ lực và tính công suất

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

Với lực của xylanh cần Pxc = 277,85 KN, vì theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực dùng hai xylanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xylanh chịu một nửa lực của xylanh cần

P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.277,85 = 138,93 (KN)Với lực của một xy lanh là P’xc =138,93 KN, với áp suất của hệ thống

p =10 Mpa, ta tính được đường kính xy lanh cần là:

Π

4

'

p

P xc

= 0,134 m =134 mm.< [ D ]

Tra bảng ta chọn xylanh có các thông số sau:

+ Đường kính xy lanh: D = 150 (mm)+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D = 90 – 105 (mm).Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh cần là:

=353,25 (KN) Vxc- Vận tốc của xylanh cần, Vxc= 0,2m/s

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

Với lực của xylanh tay gầu là Ptg = 325,24KN, với áp suất của hệ thống

p =10 Mpa, ta tính được đường kính xylanh tay gầu là:

D = 3

10 14 , 3 10

4 325,24

4

= Π

= 379,94 KN

Vxtg- Vận tốc của xy lanh tay gầu, Vxtg= 0,2 m/s

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

Với lực của xy lanh gầu là Pg =364,37 , với áp suất của hệ thống

p =10 Mpa, ta tính được đường kính xylanh gầu là:

10 14 , 3 10

4 364,37

4

= Π

0 2

= 379,94 KN Vg- Vận tốc của xy lanh gầu, Vg= 0,2 m/s

PHẦNIII: TÍNH KIỂM NGHIỆM VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CƠ CẤU MÁY

A / Với cơ cấu quoay và cơ cấu di chuyển:

1_Tính toán cơ cấu quay.

Thời gian quay của máy đào chiếm tới 2/3 thời gian chu kỳ làm việc thậm chí tới 80% Do đó việc xác định hợp lý các thông số của cơ cấu quay là những nhiệm 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

ωmax(1/s), gia tốc góc lớn nhất εmax(1/s2), thời gian khởi động tk và phanh tp, gócquay của bàn quay β(rad), hiệu suất cơ cấu quay ηq, dạng đường đặc tính ngoài của động cơ M=f(n) Các thông số này xác định thời gian quay tq(s), công suất cần 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 theo công thức:

Nmax =

q q

) 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)

95 , 34

= 148,61 (KN.m.s2)

tck- Thời gian của một chu kỳ:

tck = b G + A = 1,58 257 , 22 + 10 = 18,19(s)

b= 1,58 , A= 10 là các hệ số máy xây dựng

β - góc quay của bàn quay, β = 1800 = 3,14 (rad)

ηq- hiệu suất cơ cấu quay:

ηq = η3

br η4

ôl ηk.ηbrd = 0,973.0,994.0.99.096 = 0,88

(ηbr, ηôl, ηk – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối,bánh răng di động)

tq - thời gian quay có tải

tq = 3 0

1

J J

t t

td – Thời gian dỡ tải, tra bảng đối với đất cấpII, dỡ tải đổ lên ôtô

nên ta tra được td = 2,2 s

tđ - Thời gian đào:

in

Lmax = 1092,76Lmin = 363,37

2 , 0

36337 , 0 09276 , 1

s v

S

t d = = − =Vậy thời gian quay là:

tq =

3 0

1

J J

t t

6 , 3 2 , 2 19 , 18

3

s

= +

−

−

Vậy công suất quay lớn nhất:

88 , 0 8 , 6 35 , 0

14 , 3 ).

88 , 0 37 , 1 (

272

35 , 0

) 37 , 1 (

3

2 2 3

2 2

KW t

J

q q

+ η

β ηGiá trị tối ưu của vận tốc góc trong điều kiện cho trước:

ωmax = 0 , 72 ( )

) 37 , 1 (

.

05 ,

và tỷ số truyền tương ứng của cơ cấu quay sẽ đảm bảo thời gian quay là nhỏ nhấttrong điều kiện cho trước:

Thời gian quay nhỏ nhất được tính theo công thức:

tqmin =1,423

max

2 2

.

) 37 , 1 (

=1,42.3

2 2

88 , 0 38 , 40

14 , 3 ).

88 , 0 37 , 1 (

272 + tqmin = 6,9 (s)

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, Lực cản trong ổ trục bánh chủ động, lực cản trong ổ trục bánh bị động, lực cản lăn bánh tỳ, lực cản uốn của mắt xích ở bánh chủ động, lực cản uốn của mắt xích ở bánh bị động, lực cản chuyển động nhánh xích ở trên bánh đỡ… các thành phần

lực náy rất khó xác định nên W1 thường dược xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

α - Góc dốc lớn nhất của đường di chuyển, α = 300

- Lực cản gió khi máy di chuyển W4 :

W4 = q.FTrong đó:

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

F- diện tích chịu gió

F = A1.A2 =5,4.5,72 = 30,888 m2

A1: Chiều cao buồng máy : A1= k1. 3 G =0,85 3 257,22=5,4 (m)

A2: Bán kính thành sau vỏ máy: A2= k2. 3 G= 0,9., 3 257 , 22 =5,72 (m)

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 phụ thuộc vào người lái và hệ thống truyền động nên ta có thể tính gần đúng theo trọng lượng máy.

W5 =

100

22 , 257 2 100

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

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

W61 =(f - ϕ'

2

) 2

G B L

W62 =(f + ϕ'

2

) 2

G B L

Trong đó: L- chiều dài phần xích tiếp xúc với đất, L = 3,49(m)

W 62

1 6

B

W61 =(f - ϕ'

2

) 2

G B

L

= ( 0,07 - 0,4

2

22,257)39,2.2

49,3

= -28,58 KN

W62 =(f + ϕ'

2

) 2

G B

L

= (0,07 + 0,4

2

22 , 257 ) 39 , 2 2

49 , 3

Rdt Ra

Rc Rg+d

01 01

.

'

R

d Rg G Rtg Gtg Rc G R P

) 15 , 0 (

14 ,

= KN, Gc =15,97 KN, Gtg=11,45 KN, Gg+đ =34,95KN

Xác định kích thước trường hợp máy làm việc cần nghiêng một góc 43,620

) ( 48 , 5 6 cos

Rtg = c =

)(64,468,12

15cos.5,5

2

15cos

l

R g+d = c − g = − =

Rc = 2

1

lc cos50 = 5,5.cos50 = 2,74 (m)40

, 4

01 =

R (m)R’xc = 0,879(m)

40 , 4

48 , 5 45 , 11 64 , 4 34,95 74

, 2 97 , 15 83 , 0 9 , 623

Mg =51,11.4,021 + 56,49.3,331 + 112,98.1,595 = 573,88 (KNm)

Hệ số làm việc của máy khi làm việc ở vị trí này được xác định theo côngthức sau: 1 , 54

325 , 373

88 ,

b

Gdt

Ga Gg+d

1 20

cos 2

m b

l c − = − =Gtg = 11,45(KN) ,

Rtg = lccos200+ 3 , 6 cos 45 1 , 595 4 , 201 ( )

4

1 16 , 5 45

cos 3

m b

l tg − = + − =

Gg+đ =34,95(KN)

Rg+đ=

) ( 065 , 6 595 , 1 45 cos ).

68 , 1 2

1 6 , 3 4

3 ( 20 cos 5 , 5 45

cos ).

2

1 4

Phần IV: Tính bền gầu

1/Xác định các phản lực lên các khớp

Rg+d

Rpo1 Rtg

O

R3R1

tg

H

l + = 2,7 + 0,84 = 3,54 m

Rpo1= Rg+đ + Hg/2= 3,54 + 0,84 = 4,38 m

Suyra:

KN R

R G R G R

P

P

po

d g d g tg tg xtg

xtg

38,4

54,3.34,959

,0.45,11621,0.94,379

H G l P R

M R o g g d g xg 399,74

419,0

621,0.2/

Chứng tỏ rằng chiều của R3 là ngược lại

Viết phương trình cân bằng mô men với tâm của R3 ta xác định được R1:

KN P

H G l P R

M R o g g d g xg 198

419 , 0

202 , 0 2 /

Giả thiêt độ cứng thành sau lớn hơn độ cứng thành trước& thành bên thì sơ

đồ tính toán gầu là khung siêu tĩnh bậc 3

Sau đó thay khớp bởi lực Po1/2 và lực X1

X1 Po1/2

Dựa vào dạng biểu đồ có sẵn trong giáo trình cơ kết cấu ta có dạng biểu đồ

mô men gây ra do X1 với thành bên của gầu:

Biểu đồ mô men do lực Po1/2 gây ra đối với đai gầu:

Mp P.Bg/4

Ta có phương trình chính tắc:

) 1 ( 0 1

Hg J

E

Hg Hg Hg

x

3 3

2

2 1

δ

) 6

.(

16

) 4 4 4

2

3 2

4

2

1 (

.

g g

g g g g g

g

J E

B B

H B H B

B J

.(

16

3

0 ) 6

.(

16

.

.

2 1

3

g g g o

g g g o

H

B Hg

B P X

H

B J E

B P X Hg J

P.Bg/4 P.Bg/4

GH= CD+AB=

2919,9+111,86=3031,8 KNcm

Biểu đồ lực kéo:

Có δuva τ

Trong đó: ,KN/cm2

F

N W

M

u

u

u = ± δ

2

/ ,

.

cm KN b

.

cm H B

W d d

u = Thay số ta có Wu = 260 cm3

F: điện tích tiết diện đai gầu: F = Bđ.Hđ = 78 cm2

Mt: Mô men tĩnh của tiết diện đai gầu so với trục x-x, cm3

Mô men tĩnh được xác định theo công thức:

3

, 2 F H B H cm

.

cm H B

195 , 28 260

8 ,

cm KN

δ

) / ( 16 , 2 9 , 3 2600

780 1895

.

3 τ δ

cm KN

=

= δ

Ta có dạng biểu đồ mômen uốn và lực cắt:

Ung suất pháp tính theo công thức:

Qy Mx

P0

2

/ ,KN cm

6

) 4 13 (

13

6

)

cm a

t a

b

W x = − = − =

Suy ra:

) / ( 11 , 6 5

,

355

cm KN

b

S Q

x c

4

) 4 13 ( 13 ).

4 13 ( 2

) (

4

) ( 75 , 2310 12

) 4 13 ( 13 12

)

cm t

.

13

625 , 248

.

cm KN

70 46072

,

t = < δ = =

δ

Vậy tính bền gầu là thoả mãn

Phần IV: TÌM HIỀU HÊ THỐNG THUỶ LỰC

- Hoạt động của hệ thống thuỷ lực của máy đào 325C

* Dựa vào hệ thống thuỷ lực trên ta thấy, máy sẽ được dẫn động và điều khiển bởi các hệ thống sau :

- Hệ thống thuỷ lực chính điều khiển các xi lanh của bộ công tác: gầu, tay gầu, cần, các mô tơ di chuyển và môtơ quay toa

- Hệ thống thuỷ lực điều khiển sẽ cung cấp dầu tới các bơm chính, van điều khiển chính và các mô tơ phanh cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển

- Hệ thống điều khiển điện tử điều khiển công suất của động cơ và bơm

- Hệ thống làm mát dầu thuỷ lực cung cấp dầu tới các môtơ quạt để làm mátdầu thủy lực

* Hệ thống thuỷ lực chính cung cấp dầu từ bơm trái, bơm phải để điều khiển: xilanh gầu, xilanh tay gầu, các xilanh cần, môtơ di chuyển phải, môtơ di chuyểntrái và môtơ quay

- Bơm phải và bơm trái là các bơm có dung tích làm việc thay đổi.Bơm trái được nối trực tiếp với động cơ bằng một khớp nối mềm Bơm phải được nối cơ