Thiết kế bộ công tác của máy đào gầu nghịch

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: Cat-320D

I Số liệu cho trước:

1.Máy cơ sở: Cat-320D

2.Dung tích gầu:1m3

3 Làm việc ở đất cấp II

4 Vân tốc di chuyển: 4km/h

5 Tốc độ nâng cần: Vxc=0,11 m/s

6 Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu:Vxt=0,1-0.3 m/s

7 Tốc độ làm việc của xi lanh gầu: Vxg=0,09 m/s

8 Vận tốc vòng: nq=5 v/p

II.Thiết minh tính toán

1.Tính toán thông số máy đào

2.Tính toán bền tay gầu của bộ công tác

3.Bản vẽ:

- Bản vẽ chung của máy: A1

- Bản vẽ chế tạo tay gầu: A1

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 ngiệphoá, 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 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 làmđất 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 Cat-320D 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

Cần =6(m)Gầu =0.8(m3)

I)XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

Để xác định sơ bộ các thông số ta dựa vào luật đồng dạng về kíchthước , trọng lượng , công suất , dung tích gầu , …

2

1 2

1 2

1

q

q G

G L

Vị trí tính toán : Gầu đầy đất , cần hợp với phương ngang một góc

450 , tay gầu hợp với phương ngang một góc 30o

Gxc

t G

Gc

G

Gg+d

xt G

xg

Motc = Gg+d.rg + Gtg.rtg + Gxg.rxg+ Gxtg.rxtg + 0,5.Gxc.rxc + Gc.rc

Gc :trọng lượng cần Gc =17,37 (KN)

Gtg : trọng lượng tay gầu Gtg=6,28 (KN)

Gxg :trọng lượng xi lanh gầu Gxg =0,84 (KN)

Gxtg :trọng lượng xi lanh tay gầu Gxtg =0,21(KN)

Gg+d = 14,8 + 8,37 =23.17 (KN); rc= 1,495 (m) ;rxtg = 2,551 (m)

rxg =6,070(m) ; rtg =5,223(m) ; rg = 6,485 (m) ; rxc = 0,67 (m)

Thay số ta có : Motc = 161,29 (KN.m)

II) Xác định các thông số mới

Cho trước chiều dài cần : 6 (m)

Dung tích gầu : 0,8 (m3)

Để xác định sơ bộ các thông số người ta dựa vào luật đồng dạng vềkích thước ,trọng lượng ,công suất , dung tích gầu …

2

1 2

1 2

1

q

q G

G A

tg tg

L

L G G G

G L

L

165 , 2 L

.

1 1 1

1 2

q

q G G q

q G

-Khối lượng cần :

29 , 18 L

.

1

2 1 2 2

1 2

1 = ⇒G =G L =

G

G L

Gg+d = 10,67 + 6,98 =17,65 (KN)

Để máy làm việc được ổn định thì:

Mo = Motc=161,29(KN)

Vậy ltg =3,23(m)

Gtg=7,344(KN)

III Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác

1 Tay gầu:

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 -150

Gg+d

1 G xt Gxg

Gt

a Tính chiều sâu đào

Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớpcần và tay gầu (khớp O2) là

4 1

.ltg

Hs = l c sin 15 0 +l tg +H g − 1 , 7= 4,01 (m)

b Xác định lực của xylanh tay gầu

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

( )m k

H b

k q c

TX

15,1.01,4.113,1

1.8,0

Hs- Chiều sâu đào: H1=4,01 (m)

Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp II lấy ktx=1,15

Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01=k1.b.CMax=0,07.1,113.0,156 = 0,01213 Mpa = 12,13(KN/m2)

Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp II ( bảng 1.9/25 )lấy k1=0,07 Mpa

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

01 + + + + +0,5

Với P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 12,13 KN

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

Gg+d = 10,67 + 6,98 =17,65 (KN)

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

rg= 3,787 (m)

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 0,84 KN

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

rxg= 1,315 (m)

Gxt- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxt= 2,093 KN

rxt- Cánh tay đòn của Gxt lấy đối với điểm o2 :

rxt=0,803 (m)

Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg =7,34 KN

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

) ( 1 ,

xg tg tg g d g

r

r G r

G r G r G r

Pxt =134,05 (KN)

Với lực của một xy lanh là Pxt =134,05 KN, với áp suất của

p

P xt

= 0,069(m) = 69 mm

Tra bảng ta chọn xylanh có các thông số sau:

+ Đường kính xy lanh: D =140mm=> thoả m ãn

xc

1 G

g+d G

Gt xg G

xtg xg xg tg tg g d g c c

r

r G r

G r G r G r G r

Với Gc- Trọng lượng cần, Gc = 18,29 KN

Gxt- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxt= 2,093 KN

Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg =7,34 KN

xtg xg xg tg tg g d g c c xc

r

r G r

G r G r G r G r G P

,

5 , 0

.

+ Đường kính xy lanh: D =120mm=> thoả m ãn

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:

15 , 1 928 , 0 1136 , 1

1 8 , 0

k q

m

Với q- Dung tích gầu, q= 0,8 m3 b- Chiều rộng gầu, b= 1,1136 m

H1- Chiều sâu đào, H1= h = 0,928m

ktx – Hệ số tơi xốp lấy đối đất II, ktx= 1,15

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 điểm 03 ta có :

P’xg =

xg

xg xg g

d g

r

r G r

G r

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 0,84

r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm o3,r0= Hg = 0,928m

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o3, rg= 1/2 lg = 0,464 (m)

rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm o3,rxg = 0,17 (m)

r’xg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o3, r’xg = 0,216 m

Thay số ta được: P’xg =

xg

xg xg g

d g

r

r G r

G r

- Biết phương giá trị P’xg = 466,85 KN

- Biết phương của Tc

P xg

= 0,155(m) = 155 mm

Tra bảng ta chọn xylanh có các thông số sau:

+ Đường kính xy lanh: D =120mm=> không thoả m ãnchọn lại đường kính xi lanh gầu là 155 mm

4 Tính công suất , Chọn xylanh

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

Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh tay gầu là:

N = Pxt.Vxt = 523,45.0,15 = 78,5 kw

Với Pxtg- Lực trên xylanh tay gầu

Pxtg= p.Fxc = 35.103.3,14.0,0692 = 523,45 KN

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

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

Với lực của xylanh cần ,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

Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh cần là:

N3 = Pxg.Vg = 34,61 kw.

Với: Pxg- Lực trên cán piston gầu

Pxg= p.Fxg = 35.103.3,14.0,152 = 2474 KN

Vg- Vận tốc của xy lanh gầu, Vg= 0,09 m/s

IV - Tính toán kéo bộ di chuyển bánh xích

1- Tính lực kéo

Trong thiết kế nếu động cơ chính đã biết thì tính toán kéo

có ý nghĩa kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đãcho

Trong mọi trường hợp lực kéo có thể xác định theo côngthức:

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:

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

a) Chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất

- 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 bánhchủ 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 kinhnghiệm sau:

W1 = 0,2.G = 0,2.209,3 = 41,86 (KN);Chọn W1 = 42KN

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 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 phụ thuộc vào người lái và hệ thống truyền động nên ta

có thể tính gần đúng theo trọng lượng máy

W5 = 0,02.G =0,42(KN)

* Tổng lực cản khi chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn

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 = 4,455 m

-ϕ’:Hệ số bám ngang ϕ’ = 0,4 tra bảng (4-3/71) MTL

-B-chiều rộng giữa hai tâm bánh xích,B = 3,65 m

- f -hệ số cản chuyển động của bánh xích,f = 0,07

G B

G B

L

= 58,09 KN

Vậy ta có: W6 = W61 + W62 = 23,72 KN

W”= 82,3 KN

Ta thấy trường hợp khi máy động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất có lực cản lớn nhất W’ =171,3 KN nên chọn Pk = 171,3

KN, để tính cơ cấu di chuyển

Với góc dốc 300 đông cơ đáp ứng được lực kéo vậy

ta chọn lại khả năng vượt dốc là 300 ta có

Pk = 171,3 KN <lực kéo lớn nhất 246 KN thoả mãn đk keo

V- Tính toán cơ cấu quay.

Thời gian quay của máy đào chiếm tới 2/3 thời gian chu kỳlàm 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 lớnnhất 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

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 xác định theo

biểu đồ (h.5-26 MTL)

Với G = 20,93 tấn = 209,3 KN ta có Jt = 190KN.m.s2

Jn = 0,9.190 = 207 KN.m.s2

β - góc quay của bàn quay, β = 900 = 1,57 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,

J

t t

+

=+

Từ hàm số cos của tam giác ABC ta xác đinh được : Lmax=3,796 m

C B

tq =

3 0

1

J J

t t

Mô men quay lớn nhất :

Mô men bàn quay :

Mq = 2289.110 = 141790 Nm = 141,79 KNm

Ta thấy Mq= 141,79 KNm > Mmax =40,51 KNm

Vậy động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc

VI Tính chọn bơm, động cơ đốt trong và hệ thống thuỷ lực

Dựa vào hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm A phục vụ cho một

mô tơ di chuyển và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di chuyển không làm việc đồng thời nên ta chọn công suất của bơm

là công suất lớn nhất của một trong các công suất của cơ cấu trên,

ở đây chọn công suất cơ cấu di quay (bỏ qua tổn thất) Ta có công suất của bơm A là:

+ Mômen quay M = 2,1 KN.m.

+ Momen lớn nhất Mmax = 3,2 KN.m

+ Trọng lượng bơm có dầu: G = 7,5 Kg

Tính lại công suất bơm ta đã chọn:

N = M.n =

60

2950.1,2

+ Trọng lượng bơm có dầu: G = 7,5 Kg

Tính lại công suất bơm ta đã chọn:

N = M.n =

60

2950.1,2

= 103,25 KW

Công suất của động cơ là:

N = 1,2(NA+ NB) = 1,2(252 + 103,25) = 426,3 KW

VI/ Tính toán ổn đinh máy đào

Ổn định của máy đào là một trong những chỉ tiêu sử dụng quan trọng mà người thiết kế và sử dụng đều phải quan tâm để đảm bảo an toàn khi máy làm việc nặng nhọc nhất

a-Vị trí thứ nhất

Máy đào nằm ngang trên xích, gầu được nâng lên khỏi mép hố đào nhờ xy lanh cần với lực lớn nhất.

P xc

P01

Gt c

G

Gg+d

a G

Góc nghiêng của cần so với phương ngang là 160

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

01

' '

01

.

'

r

r G r G r G r P

Vậy : P01=12,3 KN

Máy có thể bị lật theo đường mép ngoài các bánh tỳ (điểm C)

mô men lật được xác định theo công thức

Ml = Gc.rc + Gt.rt + Gg+đ.rg+đ + P01.r’01

Trong đó :

- Khoảng cách từ khớp chân cần đến điểm lật C : b = 1,209 mr’01 = 2,88 m ; rc = 1,19 m ; rt = 4,755 m ; rg+đ = 4,022 mVậy : Ml = 18,29.1,19 +7,34.4,755 +17,65.4,022 +12,3.2,88

tì ,dải xích

Ga là trọng lượng các cơ cấu trên bàn quay gồm động cơ vàkhung máy ; thiết bị thuy lực và thiết bị phụ ; cơ cấu quay ; bànquay bộ điều khiển ; vỏ máy

rđt = 3,722 m ; ra = 1,811 m ; r0 = 1,29 m ; Gđt = 39,76 KN

Ga =43,9 KN ; G0 = 65,1 KN

Vậy : Mg = 305,5 KN.m

Hệ số làm việc của máy khi làm việc ở vị trí này được xác định

theo công thức sau: kođ = 1,8

163

5,305

G0 dt

G

Gt c

G

Trong trường hợp này ta tiến hành tính mô men lật và

mô men giữ xác định tương tự như trên ta tính được như sau :

7,401

VII Tính bền tay gầu

Vị trí tính toán :

Trong quá trình đào đất gầu gặp chướng ngại vật, xi lanh tay gầuvuông góc với tay gầu Lực xi lanh tay gầu lớn nhất

E A

0

g+d G

t G

Từ phương trình cân bằng mô men đối với điểm O ta có :

01

max 01

.

.

r

r G r G r P

rt = 0,173 Độ lệch tâm điểm đặt lực Gt so với mặt phẳng

Gt Trọng lượng tay gầu Gtg = 7,34 KN

Gg Trọng lượng gầu Gg = 6,98 KNVậy : P01=99,96 KN

Thành phần lực cản đào pháp tuyến :

P02 = 0,5.P01 = 49,98 KN

Trong quá trình đào đất, gầu gặp chướng ngại vật, gầu dùngrăng ngoài cùng để bật chướng ngại vật, nên ngoài lực P0 còn cólực ngang K Lực này có thể phát sinh khi cơ cấu quay quay màquá trình đào chưa kết thúc, giá trị lực K được xác định từ mô menphanh có cấu quay

q

f

.R

MK

87,18

max

=

ηω

Với :

Nmax Công suất lớn nhất của cơ cấu quay Nmax = 13,3 KW

R : Khoảng cách từ mép răng gầu đến trục quay của máy ;R= 5,925 (m)

ηq Hiệu suất cơ cấu quay từ trục đặt phanh đến trục quay bàn quay ηq

2 nπ =

5233 , 0 60

5

, , ,

,

Y 0 0

Z0

Y 0

P xt

c G

Z Y

01 = 0 => Z’

rT Là khoảng cách từ lựcTsin60 tới mặt cắt nguy hiểm (n-n)

rT = 2,736 m ; rxt = 0,86 m ; ry=3,18 m

Do vậy : Mx = 1173,7 KNm

∗ Mô men uốn trong mặt phẳng nằm ngang : My = K rk’

Với : rk’ Khoảng cách từ lực K đến mặt cắt nguy hiểm

rk’ =3,9 m

Vậy My = 5,9.3,9 = 23,01 KNm

∗ Mô men xoắn : Mz = P01.rp

Với : rp Được xác định như sau

rp= B/2 =0,56 m

B là chiều rộng gầu B=1,2.3 q=1,11 mVậy Mz = 55,66 KNm

σ

σtt= 2 +3 2 ≤

Trong đó :

F

S W

M W

M

y

y x

=σ

Với :

( )3

2 2

2 1 1 2

6

76 56 6

80 60 6

6

b.h

( )3

2 2

2 1 1 2

6

56 76 6

60 80 6

6

∗ Mô men xoắn Mz = P01.rp

Với : rp Được xác định như sau

rp= B/2 =0,56 m

B là chiều rộng gầu B=1,2.3 q=1,11 m