THIẾT kế máy đào THUỶ lực gầu NGHỊCH (3)

Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu được máy 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

ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ

THIẾT KẾ MÁY ĐÀO THUỶ LỰC GẦU NGHỊCH

LẮP TRÊN MÁY CƠ SỞ: CASE CX130

Với máy cơ sở :

+ Bộ công tác tiêu chuẩn :

Dung tích gầu : q = 0,5 (m3 )

Chiều dài cần lc = 4,6 (m)

Chiều dài tay gầu lt = 2,5 (m)

Ta cần thiết kế bộ công tác mới có:

Dung tích gầu : q = 0,6 (m3 )

Chiều dài cần : 4,5 (m)

Làm việc ở đất cấp II

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 đại hoá đất nước Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu được máy 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 tếnông 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 CX 130 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 hiệuquả 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 :

Lê Tuấn Anh

Mục lục

Trang I Xác định các thông số cơ bản ……….4

II Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác ………… …8

1 Xác định lưc xilanh tay gầu ………… 8

a Hành trinh xilanh tay gầu 8

b Xác định lực xilanh tay gầu 9

2 Xác định lực của xilanh cần………13

a Hành trình xilanh cần 13

b Xác định lực xilanh cần 14

3 Xác định lực của xi lanh gầu ……… ………… 16

4 Chọn xi lanh thuỷ lực và tính công suất ……… 18

III Tinh kiểm nghiệm và tính ổn định cơ cấu máy 20

A Cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển 20

1 Tính toán cơ cấu quay 20

2 Tính lực kéo 22

VII Tính toán tĩnh máy đào ……… 25

1 Xác định đối trọng ……… ………… 25

2 Tính ổn định ………… ……… ……….30

VIII Tính bền cần ……… 34

1 Vị trí thứ nhất 34

2 Vị trí thứ hai 39

IX Tính bền chốt……… 42

II Sơ đồ hệ thống thuỷ lực ………… ……… 44

I XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

1_Với máy cơ sở :

+ Bộ công tác tiêu chuẩn :

Dung tích gầu : q = 0,5 (m3 )

Chiều dài cần lc = 4,6 (m)

Chiều dài tay gầu lt = 2,5 (m)

2_Ta cần thiết kế bộ công tác mới có:

3_ Tính mô men tại chân cần của máy cơ sở:

1 lt Cos =3,8 (m)

tx

d

k q

với đất cấp 4 : γ =20(KN/m3)

ktx =1,37

) ( 7299 20000

37 , 1

1 5 ,

) (

4840 N

Gg =

=> G g+d =12139 N( )

Do đó ∑ Mo=10043.1,63+3630.3,8+12139.5,27=94137 (KN)

*Ta cần thiết kế tay gầu,do đó lấy mô men tiêu chuẩn

1 l’t.Cos30 =3,2+0,22.x (m)

r’g=l’c.Cos45 +

4

3l’t.Cos30.x +

1 6 ,

' '

N Gg

g G g G

V Gg

x

x G G

l G

l

t t

t t

5 , 2

' '

+Gọi lc và l’c là chiều dài cần của máy cơ sở và bct thiết kế

Khi đó ta có :

9825

' ' '

c c

l

l G G

l G

l

=> G’c= 9825 (KN)

Vậy : ∑M tk= G’ c r’ c + G’ t r’t + G g+đ r’ g

⇔ 94137 = 9825.1,59 + 1452.x.(3,2+0,22x) + 13808(3,6+0,65x) Giải phương trình ta được:

x=2 (m)

⇒ G’t = 1452.x = 3904 (N) =290,4 (Kg)

II XÁC ĐỊNH CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN BỘ CÔNG TÁC

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

Sxt = AB(1) – AB2 = 3,44 – 2,58=0,86 m = 860(mm)

b Xác định lực của xylanh tay 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 α, góc α dượctính như sau:

sinα =

2 1

1

O O

D O

= 0 333 5

, 4

5 ,

1 = vậy α = 200

a

4500

30 15

HS =4(m)

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

( )m k

H b

k q c

TX S

d 0,13

2,1.4.1

1.6,0

Hs- Chiều sâu đào: Hs=4 (m)

Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp II lấy ktx=1,2

D O

rxt

rg+d

Po 1

ro 20°

Lấy mômen đối điểm O2 ta có :

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= 13 KN

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

4

2 3 4

3

+

= + g

2 3 2 4

3

+

= + g

tg l l

= 1,92 (m)Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 484 N

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

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

4

5 , 4

4c =

l

=1,125 (m)Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg = 2904 Nrtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm O2:

) ( 5 , 0 2 4

1 4

1

m l

1

o

Co l

2 2

2 2 2 2

AB B O

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 ' Pxt = 13000.2,34+13808.1,92+29040,36.0,5+484.0,67+0,5.1210.1,125 Pxt = 164967,5 N = 165 (KN)

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)

xtg xg xg tg tg g d g c c

r

r G r

G r G r G r G r

2c =

l

= 2,25 (m)

Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ= 13,808 (KN)

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

rg= lc Cos200 -

2 4

3l tg l g

− = 2,3 (m)Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg= 2904 (KN)

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

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

rxtg- cánh tay đòn của Gxtglấy đối O1:

rxtg =

3

2 lc Cos200 = 2,8 (m)Gxc- Trọng lượng Xilanh cần, Gxc= 1,573 (KN)

r’xc- Cánh tay đòn của Gxc lấy đối với điểm O1:

r’xc= 3

c

l

.Cos200 = 1,4 (m)rxc- Cánh tay đòn của Pxc lấy đối với điểm O1

Xác định rxc:

rxc= BO1.sin(AO1B) = 0,4.sin60o = 0,35 (m)Thay số ta có:

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

G + + + + + + 0 , 5 '

Pxc =10,043.2,25+13,808.2,3+2,904.3,70+,50,484.3,5+1,21.2,8+1,537.1,4.0,35

=14187 => Pxc ≈ 142 (KN)

3 Xác định lực của xylanh gầu

a Tính hành trình xylanh gầu

Hành trình lớn nhất của gầu đạt được khi gầu chuyển động từ vị trí bắtđầu 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 cách khớp gầu và tay

gầu DO3 = 1 , 33 ( )

3

2 2 3

b Tính lực lớn nhất tác dụng lên xi lanh gầu

Lực lớn nhất của Xilanh gầu sẽ xuất hiện khi đào bằng Xilanh gầu

d g

r

r G r

G r

0

01 + + + 0 , 5 Với P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 13KN

Gg+đ- Trọng lượng gầu có đất, Gg+đ= 13,808 KN

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 0,484 KN

r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O3,

r0= H = 0,84(m)

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

rg= 0,5.H = 0,42 (m)rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm o3,

rxg = 0,6.cos300 = 0,52 (m)r’xg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,3 m.Thay số ta được:

P’xg =

xg

xg xg g

d g

r

r G r

G r

0

01 + + + 0 , 5

P’xg = 13.0.84+13,8080.0,52,42+0,5.0,484.0,3

=> P’xg = 32,3 (KN)

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

- Biết phương giá trị P’xg = 32.3 KN

- Biết phương của Tc

Vẽ và đo theo tỉ lệ ta xác định được:

Pxg= 69 , 5

96 , 3

76 , 5

= 47 (KN)

4 Chọn Xilanh thuỷ lực và tính công suất

a Chọn xilanh cần và tính công suất bơm phục vụ cho xilanh cần

Với lực của xilanh cần Pxc = 142 KN, vì theo sơ đồ hệ thống thuỷ lựcdùng hai xilanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xilanh chịu một nửa lực của xilanh cần :

P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.142 = 71 (KN) Với lực của một xilanh là P’xc =71 KN,

Áp suất làm việc của hệ thống p =36,3 Mpa

Ta tính được đường kính xilanh cần là:

Π

4

'

p

1000 14 , 3 3 , 36

4 71

0,05 m =50 mm

Tra bảng ta chọn xilanh có các thông số sau:

+ Đường kính xilanh: D =102 (mm)+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D =74 (mm)

Công suất của bơm phục vụ cho xilanh cần là:

N1 = Pxc.Vc = 1248.0,11 = 137,3 (kw)

Với: Pxc- Lực trên xilanh cần Pxc= 2.p.Fxc = 2.36,3.103.3,14.0,0742 = 1248 (KN)

Vxc- Vận tốc của xilanh cần, Vxc= 0,11m/s

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

Với lực của xilanh tay gầu là Ptg = 165 KN, với áp suất của hệ thống

p =36,3 Mpa, ta tính được đường kính xilanh tay gầu là:

10 14 , 3 3 , 36

4 165

4

= Π

N2 = Pxt.Vxt = 766,5.0,12 = 92 kw

Với Pxt- Lực trên xilanh tay gầu Pxt= p.Fxc = 36,3.103.3,14.0,0822 = 766,5 KN

Vxtg- Vận tốc của xilanh tay gầu, Vxtg= 0,12 m/s

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

Với lực của xilanh gầu là Pxg =47 KN, với áp suất của hệ thống

p =36,3 Mpa, ta tính được đường kính xilanh gầu là:

10 14 , 3 36

4 47

4

= Π

Công suất của bơm phục vụ cho xilanh gầu là:

III TÍNH KIỂM NGHIỆM VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CƠ CẤU MÁY

* _ 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 khigầu đầy 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 ε max(1/s2), thời gian khởi động tk vàphanh tp, góc quay 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 mômen 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 phụ thuộc vào trọng lương máy

r : Khoảng cách từ trọng tâm của gầu đến trục quay của máy:

Trong trường hợp này cần nghiêng góc 450 tay gầu nghiêng góc 450

r = lc cos450 + ) sin 45 0

2

1 4

3 ( l t + l g = 6,54(m)

J = 80 (KN.m.s2), Gg = 8 (KN)

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

sử dụng lực đào của xylanh gầu hoặc của xylanh tay gầu ta tính toán khi sử dụng lực xylanh tay gầu, khi đó ta có:

Sxt= 0,86 m , Vxg = 2.0,12 = 0,24m/s, thay số ta được:

3 , 6 ( )

24 , 0

86 , 0

s v

S

t d = = =Vậy thời gian quay là:

tq =

3 0

1

J J

t t

5 , 1 6 , 3 6 , 15

3

s

= +

−

−

Vậy công suất quay lớn nhất:

88 , 0 3 , 5 35 , 0

14 , 3 ).

88 , 0 37 , 1 (

80

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 ,

Vì đạo hàm bậc hai luôn dương(tq''>0,tq =c.ωmax2+

max

ω

β) nên vận tốcgóc và tỷ số truyền tương ứng của cơ cấu quay sẽ đảm bảo thời gian quay lànhỏ nhất trong điều kiện cho trước:

Thời gian quay nhỏ nhất được tính theo công thức:

tqmin =1,423

max

2 2

.

) 37 , 1 (

tqmin = 4,7 (s)

Các lực trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví dụ rất

ít khi gặp trường hợp khởi động quay vòng lên dốc Vì vậy khi tính lực kéo

ta xét hai trường hợp sau:

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:

W1 = (0,05– 0,09).G = (0,05 – 0,09).12,1 (T)

Chọn W1 = 8 (KN)

- Lực cản di chuyển W2 :

Lực cản di chuyển tỷ lệ với trọng lượng máy và hệ số cản di chuyển

W2 = f.G = 0,07 12,1 =0,847 T = 8,47 (KN)

Trong đó : f – Hệ số cản chuyển động của bánh xích, ở đây địa hình

di chuyển của máy là đường đất chặt khô, f= 0,07

G – Trọng lượng của máy, G = 12,1 T

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

- Lực cản gió khi máy di chuyển W4 :

W4 = q.F

Trong đó:

q- áp lực gió khi làm việc, q = 400N/m2

F- diện tích chịu gió

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 đúngtheo trọng lượng máy

W5 =

100

1 , 12 2 100

.

2G = = 0,242 tấn =2,42 (KN).

- Lực cản quay vòng W6 :

Để tính lực cản quay vòng ta giả thiết: máy quay vòng trên nền phẳng,

bỏ qua lực ly tâm vì tốc độ vào đường cong thường nhỏ và ta coi lực cản quay của hai bánh xích như nhau

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 = 2,7(m)

ϕ’:Hệ số bám ngang ϕ’ = 0,4 tra bảng (4-3/69) MTL B-chiều rộng giữa hai tâm bánh xích,B = 1,99 m

G B

L

= ( 0,07 - 0,4

2

1 , 12 ) 99 , 1 2

7 , 2

= -1,22 tấn = -12,2 KN

W62 =(f + ϕ'

2

) 2

G B

L

= (0,07 + 0,4

2

1 , 12 ) 99 , 1 2

7 , 2

= 2,07 tấn = 20,7 KN.Vậy ta có: W6 = W61 + W62 =8,5(KN)

* Tổng lực cản khi chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất 30o là: W’ = W1 + W2 +W3 +W4 +W5

M1

M2

n

m

Đối trọng cần đảm bảo tổng hợp trọng lượng của các bộ phận, cơ cấu trên bàn quay trong mọi trường hợp không nằm ngoài chu vi vòng tựa, nghĩa

là không vượt quá điểm tựa giới hạn trước và điểm tựa giới hạn sau Sau đó

ta xét 2 vị trí bộ công tác để xác định đối trọng: vị trí một, trọng lượng bộ công tác sinh ra mô men lật lớn nhất, còn vị trí kia sinh ra mô men lật nhỏ nhất Vị trí thứ nhất tổng hợp trọng lượng lớn nhất đi qua điểm tựa giới hạn trước, vị trí thứ hai - điểm tựa giới hạn sau Chọn trọng lượng đối trọng không được nhỏ hơn giá trị đối trọng tương ứng với bàn quay lật ở điểm tựa trước đồng thời không được lớn hơn giá trị mà bàn quay lật ở điểm tựa sau Khi điều kiện này không thoả mãn thì phải bố trí lại các cơ cấu trên bàn quay

*Vị trí thứ nhất: Bàn quay lật ở con lăn tựa giới hạn trước gầu đầy

đất được nâng lên khỏi hố đào, máy đào bắt đầu quay đổ dỡ tải khi đó cần nghiêng một góc 300 so với phương ngang, tay gầu nghiêng một góc 450 so với phương thẳng đứng

30°

45°

G c

ra rdt

rc

rtg rg

A b

r

r G r G r G