THIẾT kế bộ CÔNG tác máy dào THỦY lực gầu NGHỊCH

Lời nói đầu Thiết kế máy thủy lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi sinh viên ngành máy xây dựng và thiết bị thủy lợi nó giúp sinh viên củng cốn những kiến thức về nguyên lí làm việ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ độc lập tự do hạnh phúc

BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

DỒ ÁN MÔN HỌC MÁY LÀM ĐẤT Sinh viên : Vũ Văn Bình

Ngành học : máy xây dựng và thiết bị thủy lợi

THIẾT KẾ BỘ CÔNG TÁC MÁY DÀO THỦY LỰC GẦU NGHỊCH

DC 340 LC DEAWOO

I số liệu cho trước :

Thông số máy máy đào :

Thông số trọng lượng bộ công tác máy đào DX 340DC

Trọng lượng của toàn bộ máy G1= 3410 kg

Trọng lượng của tay gầu G2= 1023 kg

Trọng lượng của cần G3=2830,3 kg

Trọng lượng của xi lanh gầu G4 = 136,4 kg

Trọng lượng của xi lanh tay gầu G5 =341 kg

Trọng lượng của xi lanh cần G6 =443,3 kg

Lời nói đầu

Thiết kế máy thủy lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi sinh viên

ngành máy xây dựng và thiết bị thủy lợi nó giúp sinh viên củng cốn những

kiến thức về nguyên lí làm việc , về kết cấu và phương pháp tính toán máy

thủy lợi

Trong công cuộc phát triển đất nước theo công nghiệp hóa , hiện đại hóa đất

nước xây dựng dân dụng và công nghiệp , thủy lợi không thể thiếu được

máy xây dựng , đặc biệt là công trình thủy lợi không thể thiếu được máy móc

vì công trình thủy lợi có khối lượng lớn,vốn đầu tư nhiều , đòi hởi thi công

đúng tiến độ và thời vụ , có tầm quan trong với sự phát triển kinh tế nông

nghiệp và du lịch

Những cong trình thủy lợi đòi hỏi phải có cong tác đất , xử lí nền móng rất

khắt khe , điều đó dẫn đến sự cần thiết của máy làm đất như máy đào , máy ủi

, máy san …

Trong quá trình học em được giao đề tài thiết kế : máy đào thủy lực gầu

nghịch lắp trên máy cơ sở DX 340 LC DEAWOO 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 , nó có thể đổ vật liệu lên phương tiên vận chuyển hoặc

đỏ thành đống

Hiên nay có rất nhiều máy móc được sử dụng ở nước ta như của các nước :

nga , nhật , mỹ hàn quốc … để sử dụng hiệu quả cao nhất , bền nhất chúng ta

phải nắm vững kĩ thuật , tính năng của máy , biết thiết kế chế tạo bộ công tác

của máy, nguyên lý làm việc của hệ thống thủy lực để khắc phục sửa chữa khi

gặp sự cố hoặc bị hỏng đồ án MÁY THỦY LỢI sẽ giúp em hiểu rõ hơn và

giải quyết tốt hơn những vẫn đề trên

II thuyết minh tính toán :

A tính các lục tác dụng lên bộ công tác :

1 xác định lực xi lanh tay gầu :

Vị trí tính toán : cuối quá trình đào , tay gầu ở vị trí nằm ngang , gầu đầy đất đầu

cần nghiêng một góc 450 so với tay gầu , lát cắt là lớn nhất

ﻈTa có phương trình cân bằng môme với điểm 01 :

- l4 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gxc ,

l4 =lccos450 -1/4ltgcos300= 6,5.cos450-1/4*3.2cos300= 3,9 (m),

- l5 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gtg ,

l5 =lccos450 +1/4ltgcos300= 6,5.cos45+1/4*3.2cos300= 5,3 (m),

- l6 là khoảng cách từ tâm o1 tới Gxtg ,

l6 =lccos450 +1/2ltgcos300= 6,5.cos45+1/2*3.2cos300= 5,98 (m),

- l7 là khoảng cách từ tâm o1 tới Ggtd ,

với : lg =1= 13 1 , 48 =1,14 (m)

l7 =lccos450 +1/2ltgcos300 - 1/2lg= 6,5.cos45+3/4*3.2cos300 – 1/2.1,14= 6,1 (m),

Trong đó :

1/2 Gc : trọng lượng của một nửa cần

Gc : trọng lượng của cần ,

1/2 Gxt : trọng lượng của một nửa xi lanh tay gầu

Gtg : trọng lượng của tay gầu

Ggtd : trọng lượng của gầu đầy đất

Gxc : trọng lượng của xi lanh cần

Gxg : trọng lượng của xi lanh gầu

Ggtd = Gg + Gd

Trong đó:

Gd =

Mấy cũ lấy đối với đất cấp 4 thì hệ số tơi xốp ktx = 1,35

Kd : hệ số điền đầy đất lấy Kd=1

γ d trọng lượng riêng của đất cấp 4 : γ d =20

Q = 1,48 m3

Vậy Gd =1,481,.3520.1. = 20,83 (kN)

Với gầu có khối lượng là : 1.364 (Kg) ,

Trọng lượng bộ công tác máy cũ :

Trọng lượng của gầu Gg = 1364*9,8 = 133672 (N ) = 13,3672 (kN) ,

Mtc= 0.5 *4.3443*1.54+ 27.737*2.3 + 0.5 *3.3418*3.06 +

0.5*3.3418*3.9+10.0254*5.3 +1.3367*5.98 + 34.1972*6.1 = 348.5 (kN ) ,

Bộ công tác thiết kế

Chiều dài cần : 7 (m)

Chiều dài tay gầu : 2,9 (m)

Xác định khối lượng bộ công tác thiết kế :

Áp dụng định luật đồng dạng :

3

2

3 1

A

A

=2

Thay số vào ta có

G2 = 27.737 3

5 , 6

7 = 28.43 (kN ),Vậy trọng lượng cần thiết kế là Gc =G2 = 28.43 (kN) ,

Trọng lượng của tay gầu thiết kế là :

9 2 = 9.7 (kN) ,Trọng lượng của xi lanh cần thiết kế là :

Gxc =

737

27

34434 4

l1 l2 l3 l5

l4 l6

Ggtd

1/2Gxc Gc

1/2Gxc l7

Ta có phương trình cân bằng môme với điểm 01 : ( đối với máy mới )

- l4 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gxc ,

l4 =lccos450 -1/4ltgcos300= 7.cos450-1/4*2.9cos300= 4.32 (m),

- l5 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gtg ,

l5 =lccos450 +1/4ltgcos300= 7.cos45+1/4*2.9cos300= 5,3 (m),

- l6 là khoảng cách từ tâm o1 tới Gxtg ,

l6 =lccos450 +1/2ltgcos300= 7.cos45+1/2*2.9cos300= 5,98 (m),

- l7 là khoảng cách từ tâm o1 tới Ggtd ,

Kd : hệ số điền đầy đất lấy Kd=1

γ d trọng lượng riêng của đất cấp3 : γ d =18

Vậy Gd =q1*,3518. = 11.85*q (kN)

Gg = 13.3672

83 20

* 85

= 6.7*q ,Thay vào 2 ta có

Ggtd = 6.7*q +11.85*q = 19.45*q ,

Thay vào (1) ta có:

0.5*4.45*1.62+28.43*2.47 + 05*3.23*3.3 + 0.5*3.23*34.23 + 9.7*5.57 + 1.37*6.2 + 19.45*q ( 6.83 - 1/2 3 q )

Cân bằng mômen với bộ công tác cũ ta có:

0.5*4.45*1.62+28.43*2.47 + 05*3.23*3.3 + 0.5*3.23*34.23 + 9.7*5.57 + 1.37*6.2 + 19.45*q ( 6.83 - 1/2 3 q ) = 348.5 (kN)

Thông số của bộ công tác mới :

trọng lượng cần thiết kế là : Gc =G2 = 28.43 (kN)

Trọng lượng của tay gầu thiết kế Gtg= 9.7 (kN) ,

Trọng lượng của xi lanh cần : Gxc = 4.45 ( kN) ,

Trọng lượng của xi lanh tay gầu : Gxt = = 3.23 (kN) ,

Trọng lượng của xi lanh gầu : Gxc = 1.37 ( kN) ,

Trọng lượng của gầu : Gg = 9.045 (kN) ( kN) ,

Trọng lượng của gầu đầy đất : Ggtd = 26.2575 (kN)

Kích thước của gầu :

1 Xác định lực của xi lanh tay gầu

Vị trí tính toán: Cuối quá trình đào, tay gầu và gầu ở vị trí nằm ngang Gầu đầy

đất, khi đó đầu cần nghiêng một góc sinα= h/lc = 2,1/7 (α = 17027’ ) so với taygầu Lát cắt đất là lớn nhất

Chiều dài lát cắt được xác định:

( )m k

H b

k q C

TX S

35,1.18,9.33,1

1.35,1

r0 rg rxg

rxtg

rtg

p 01 p 02

G dtd G

xg

G tg

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= 26,6 (KN)

Gg+đ- Trọng lượng gầu có đất: tính từ phần trên

Gg+đ= 26,2575(KN)

Gxg- Trọng lượng xi lanh gầu, Gxg= 2,725 (KN)

Gxtg- Trọng lượng xi lanh tay gầu, Gxtg= 3.23 (KN)

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

r0= 2.9 1,1

4

3

4

3

+

=+ g

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o2 :

rg=

2

1,19,2.4

32

.4

= 1.45 (m)r’xtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với điểm o2 :

r’xtg=

4

9.2

xtg r xtg G xg

r xg G tg r tg G g r d g G r

 Pxtg=

4126.0

725.0

*23.3

*5.0725.0

*7.945.1

*37.1725.2

*2575.26275.3

*6

)5.11(

2

= 342.76 (kN ) ,

So sánh với lực xilanh Pxl= 342.76 (kN ) > P xtg = 325 (KN) Vậy thỏa mãn lên ta

chọn xilanh cũ để sử dụng cho bộ công tác cũ

2 Xác định lực của xi lanh cần.

Vị trí tính toán: Kết thúc quá trình đào, gầu và tay gầu nắm ngang, gầu đầy đất.

Bộ công tác chỉ được nâng lên bằng xi lanh gầu, cần tạo với tay gầu một gócsinα= h/lc = 2,1/7 (α = 17027’ )

rxc

rgrxg

rtg

rxtgrcr'xc

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 '

Với Gc- Trọng lượng cần, Gc = 28.43 KN

Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ= 26.2575 KN

Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg= 9.7 KN

Gxg- Trọng lượng xi lanh gầu, Gxg= 2.275 KN

Gxtg- Trọng lượng xi lanh tay gầu, Gxtg= 3.23 KN

Gxc- Trọng lượng xi lanh cần, Gxc= 4.45 KN

rc- Cánh tay đòn của Gc lấy đối với điểm O1:

rc= 0 ' *cos17027'

2

72717cos

9 , 2 3 27 17 cos

* 7 2 4

.2717cos 0 ' − tg = 0 '−

*3

.1

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 =

85 , 0

22 2

* 45 4

* 5 0 12 6

* 725 2 945 3

* 2575 26 335 3

* 43

P xc = 258.84 (KN).

Kiểm tra xilanh cần:

Xilanh cần máy cũ : D = 100 (mm) ,

Áp xuất trong xilanh : 330 kg/cm2 ,

Tiết diện máy cũ S = Πd2/4 = Π 102/4 = 78.54 cm2

Pxcmc = 330 *78.45*10/1000 = 259,2 (kN),

Cần có hai xilanh lên tổng lực xi lanh cần là 259,2*2 = 518,4 (kN), > P xc = 258.84

Vậy thỏa mãn lên ta chon xilanh cần của máy cũ cho bộ công tác cũ

3 Xác định lực của xi lanh gầu.

Vị trí tính toán: Gần kết thúc quá trình đào khi mà chỉ dùng xi lanh gầu để đào

đất, lúc này lực của xi lanh sẽ đạt cực đại vì cánh tay đòn giữa lực xi lanh và tâmquay O3 là nhỏ nhất Lúc này lực cản đào sẽ là cực đại, coi gầu vuông góc với taygầu (song song mặt đất)

k q

(m)Với q- Dung tích gầu, q= 1.35 m3

b- Chiều rộng gầu, b= 1,33 m

H1- Chiều sâu đào, H1= lg = 1,1 m

ktx – Hệ số tơi xốp ktx= 1,35

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

Khi dùng xilanh gầu để đào ta chỉ đào cho đất cấp hai khi đó hệ sốcản đào k1 = 0.1

P01 = k1.b.Cmax = 0,2.1,33.0,683 = 0,0908 (Mpa.m2)

 P01 = 90.8 (KN)

Lực lớn nhất của xi lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép của khoangđào, cánh tay đòn rxg là nhỏ nhất.

Lấy mômen đối điểm O3 ta có :

P’xg =

xg

xg xg g

d g

r

r G r

G r

Gxg - Trọng lượng xi lanh gầu, Gxg= 2.275 KN

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

rg - Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O3, rg= 0,5.hg = 0,55 m

Gg+đ

Pxg

TcP’xg

r’xg - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, r’xg= 0,62 m.

rxg - Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,62 m

Thay vào ta được:

P’xg = 90.8. 1.1+26.2575*0,062.55+0.5*2.725*0.62

=> P’xg = 183 KN

Pxg = P tg o o

37 cos

183 37

cos

'

=> P xg = 229,2 (KN)

Kiểm tra xilanh gầu:

Xilanh gầu máy cũ : D = 100 (mm) ,

Áp xuất trong xilanh : 330 kg/cm2 ,

Tiết diện máy cũ S = Πd2/4 = Π 102/4 = 78.54 cm2

Ptgmc = 330 *78.45*10/1000 = 259,2 (kN), > P xg = 229,2 (KN) vậy thỏa

mãn ta dùng xi lanh gầu của máy cũ để làm xilanh gầu cho bộ công tác mới

II Tính toán lực kéo bộ di chuyển bánh xích.

1 Tính lực kéo.

Trong thực tế nếu động cơ chính đã biết thì tính lực kéo có ý nghĩa kiểm tra khảnăng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho đối với máy dẫn động riêng biệt ( cơcấu di chuyển có động cơ riêng), nếu chưa biết động cơ chính thì tính toán lực kéo

để chọn động cơ đảm bảo điều kiện làm việc cho trước của máy

Trong mọi trường hợp lực kéo tính toán theo công thức sau :

W5 Lực cản quán tính khi khởi động

W6 Lực cản quay vòng Các lực cản trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví dụ như rất ítgặp trường hợp khởi động quay vòng trên dốc Vì vậy khi tính lực kéo ta phải

đi xét hai trường hợp

+ Trường hợp 1 : Chuyển động lên dốc góc dốc lớn nhất

+ Trường hợp 2 : Chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang

d Lực cản gió khi di chuyển: W4

W4 = q F

Trong đó

q: áp lực gió khi di chuyển q = 400 N/m2

F: Diện tích chịu gió của máy,coi tiết diện chịu gió của máy códạnghình chữ nhật thì F được xác định theo công thức sau

v G

Trong đó

V : Vận tốc di chuyển của máy V = 4.7 ÷3.1 Km/h lấy V = 4,7 Km/h

G : Trọng lượng của máy G = 336 KN

2

Nếu coi lực cản quay vòng của xích như nhau thì

Thì mô men quay thuần tuý của mỗi bánh xích được xác định như sau

8

2

/ 1 2 1

L G A

APP

2 1

G f

=

=

α Lực cản quay vòng W61 và W62 được xác định từ phương trình mô men tươngứng với điểm m và n

∑ = 0 = > 2 − 2 − 1 − 2 = 0

W Mm

B

L

f −ϕTrong đó

L : chiều dài dải xích tiếp xúc với đất L = H = 4,05 m

B : Chiều rộng giữa hai tâm bánh xích B = J= 2,68

1 M 1

2

m

6

1 W

2 6

2

1

Vậy:

2

336.68,2.2

05,4.4,007,02

2

05,4.4,007,02

2

Vậy chọn Pk = 180 KN ≥ W’ = 172.82 KN để tính cơ cấu di chuyển

2 Tính công suất và chọn động cơ thủy lực.

Theo sơ đồ thuỷ lực của máy ta sư dụng hai mô tơ di chuyển giống nhau

Lực kéo một mô tơ là:

ôl η η

Vậy Ndc = Nk1 = Nk2 = P k V dc 134 5(KW)

87 , 0

3 1

* 90

=

=

η

Ta so sánh với công suất của động cơ máy cũ là 184 Kw > 134,5 kw

Vậy ta giữ nguyên cho máy tính toán

III 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 gầu 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 và phanh 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 mô men lớn nhất của động cơ

Mmax(kN.m)

Đối với máy đào một động cơ ta có:

Công suất quay lớn nhất được tính theo công thức:

Nmax =

q q

35,0

)37

,1(

3

2 2+

Trong đó:

J - mô men quán tính của bàn quay

Đối với máy đào gầu ngịch 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 = = 336KN ta có Jt =440 KN.m.s2

Jn = 0,9.440 = 396 KN.m.s2

β - góc quay của bàn quay, β =900 = 0,5.3,14 rad = 1,57 rad

ηq- hiệu suất cơ cấu quay:

η = η3

br η4

ôl ηk.ηbrd = 0,973.0,994.0.99.096 = 0,83Với ηbr, ηôl, ηk – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối, bánh răng di động

tq - thời gian quay có tải

tq =

1

J J

t t

SXt = 1,81m , vxg = 0,1÷0,3 lấy , vxg =0,3 m/s, thay số ta được:

6 ( )

3 , 0

81 , 1

s v

3 + )sin450 = 7cos450 + ( 1 1

2

1 9 2 4

26.10

6 5 2 76 17

−

−

= +

−

−

J J

t t

= 4.68 (s)

Nmax =

q q

q t

J

η

βη

35 , 0

) 37

, 1 (

3

2 2 +

88,0.68.4.35,0

57,1)

88,037,1(369

3

2 2

=

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

2

) 8 , 0 37 , 1 ( 450

57 , 1 8 , 0 87 , 18 05 , 1 ) 37

, 1 (

.

05 , 1

+

=

q J

N

η

βη

Thời gian quay nhỏ nhất được tính theo công thức:

tq

2 2

3

max

2 2

8,0.87,18

57,1)8,037,1.(

450.42,1

)37

,1

tq

min = 6,46 (s)

IV Chọn bơm và động cơ.

Dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 29 phục vụ cho hai mô tơ di chuyển,

xi lanh tay gầu và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di chuyển không làm việc đồng thời, tuy nhiên xi lanh tay gầu lại có thể cần làm việc đồng thời với 1 trong hai có cấu trên nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất lớn nhất của

cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển với công suất của xi lanh tay gầu, do có hai động

cơ di chuyển nên khi bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 29 là:

N29 = 2.Ndc + Nxtg = 2.180 + 102.8 = 462.8 (KW)Với N29 = 445,52 KW tra bảng ta chọn được bơm có kí hiệu: A2FO size - 710 với

+ Momen: M = 3,955 KN.m

+ Lưu lượng: Q = 826 l/ph

Cũng dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 28 phục vụ cho xy lanh cần,

xy lanh gầu, do cả xi lanh gầu và xi lanh cần có thể làm việc cùng lúc nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất của 2 xi lanh Nếu bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 28 là:

N28 = 2Nxc + Nxg = 2*77.76 + 77.76 = 233.28 (KW)Với N28 = 233.28 tra bảng ta chọn được bơm có kí hiệu: A4VSG size -180 với các

Đại bộ phận các cơ cấu của máy đào đều bố trí trên bàn quay, do đó khi thiết

kế máy, việc cân bằng bàn quay là một nhiệm vụ không thể thiếu được

Cân bằng bàn quay nhằm mục đích loại trừ hay giảm bớt trọng lượng vượt ra ngoài chu vi vòng tựa của bàn quay Kích thước của vòng tựa được xác định bởi