Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật cơ khí tính toán thiết kế cải tiến bộ công tác máy đào gầu nghịch PC200 của KOMATSU

Cơ giới hoá rút ngắn thời gian thi công, giảm nhân lực và mang lại hiệu quả công việc rất cao.Trong các công trình xây dựng nói chung vàthuỷ lợi nói riêng công tác đất chiếm phần lớn côn

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH VÀ MÁY ĐÀO PC 200 CỦA KOMATSU 5

1.1 Máy đào gầu nghịch và tình hình sử dụng ở Việt nam 5

1.1.1 Máy đào gầu nghịch 5

1.1.2 Tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam 10

1.2 Tìm hiểu về máy đào PC200 11

1.2.1 Giới thiệu về máy đào PC200 của Nhật 11

1.2.2 Một số đặc điểm chính của máy đào Komatsu PC200 14

1.2.2.1 Kích thước của máy 14

1.2.2.2 Các kích thước chính của bộ công tác 15

1.2.2.3 Các thông số của động cơ diezel máy đào PC200: 18

1.2.3 Tính các vị trí ổn định của máy cơ sở 18

1.2.3.1 Vị trí thứ nhất 19

1.2.3.2 Vị trí thứ hai 21

1.2.3.3 Vị trí thứ ba 22

1.2.3.3 Vị trí thứ tư 23

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BỘ CÔNG TÁC VỚI DUNG TÍCH GẦU 0,6M3 26

2.1 Xác định thông số hình học của toàn tay gầu mới 26

2.2 Tính toán thiết kế gầu 28

2.2.1 Kích thước cơ bản của gầu, với dung tích gầu q= 0,6 m3 28

2.2.2 Xác định các lực tác dụng lên gầu khi đào 30

2.2.3 Tính bền gầu 33

2.2.4 Kiểm tra gẫy gầu tại một tiết diện khi răng gầu gặp lực cản lớn nhất 39

2.2.5 Tính bền răng gầu 41

2.3 Tính toán thiết kế tay gầu 43

2.2.1 Xác định kích thước, khối lượng và các thông số hình học của tay gầu 43

2.2.1.1.Tính kích thước 43

2.2.1.3 Xác định kích thước của các thanh chống nối giữa tay gầu, gầu và xi lanh gầu 48

2.2.2 Tính bền tay gầu 49

2.2.2.1 Vị trí tính toán thứ nhất 49

2.2.2.2 Vị trí tính toán thứ hai 59

2.3 Kiểm tra khả năng làm việc của cần 63

2.3.1 Vị trí thứ nhất: 63

2.3.1.Vị trí thứ hai 68

2.4 Tính bền chốt 71

2.4.1.Tính bền chốt giữa cần và tay gầu 71

2.4.2 Tính bền chốt giữa gầu và tay gầu 74

2.5 Kiểm tra ổn định của máy sau khi lắp bộ công tác mới 75

2.5.1 Vị trí thứ nhất 75

2.5.2 Vị trí thứ hai 77

2.5.3 Vị trí thứ ba 78

2.5.4 Vị trí thứ tư 78

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THUỶ LỰC DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC 80

3.1 Xác định các lực tác dụng lên các xilanh 80

3.1.1 Sơ đồ động học xác định khoang đào của máy 80

3.1.2 Tính toán lực tác dụng lên xilanh gầu: 81

3.1.2 Tính toán lực tác dụng lên xilanh tay gầu: 83

3.1.3 Tính toán lực tác dụng lên xilanh tay gầu di động : 84

3.1.4 Tính toán lực tác dụng lên xilanh cần 84

3.2 Tính chọn xilanh thuỷ lực: 86

3.2.1.Tính chọn xilanh gầu: 86

3.2.2 Tính chọn xilanh tay gầu cố định 87

3.2.3 Tính chọn xilanh tay gầu di động 87

3.2.4 Tính chọn xilanh cần 88

3.3 Hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác 89

3.3.1.Nguyên lý làm việc của hệ thống thuỷ lực 89

3.3.2 Các bộ phận điều khiển chính 89

3.3.2.1.Van điều khiển chính: PC 90

3.3.2.2.Van LS 92

3.3.2.3.Van điêù khiển PPC 93

3.3.3 Quá trình điều khiển làm việc 94

3.3.3.1 Nguyên lý làm việc của xilanh gầu 95

3.3.3.2 Nguyên lý làm việc của xilanh cần 95

3.3.3.3 Nguyên lý làm việc của xilanh tay gầu: 101

3.3.3.3 Nguyên lý làm việc của xilanh tay gầu di động : 101

3.3.4 Các quá trình kết hợp 102

3.3.4.1 Tay gầu co vào, cần được nâng lên 102

3.3.4.2 Cần nâng lên đồng thời động cơ quay làm việc 103

3.3.4.3 Động cơ di chuyển và cần đồng thời làm việc 104

3.3.4.4 Bộ di chuyển và tay gầu cùng làm việc 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đấtnước việc cơ giới hoá trong các công trình xây dung cơ bản là rất quan trọng vàngày càng diển ra mạnh mẽ Cơ giới hoá rút ngắn thời gian thi công, giảm nhân lực

và mang lại hiệu quả công việc rất cao.Trong các công trình xây dựng nói chung vàthuỷ lợi nói riêng công tác đất chiếm phần lớn công việc, cơ gới hoá công tác đấtcũng đang diễn ra với tốc độ cao trong đó máy đào giữ vai trò chủ đạo Công việcchủ yếu của máy đào là đào và vận chuyển đất, đó khâu đầu tiên trong dây chuyềnthi công Nếu máy đào làm việc hiệu quả thì năng suất tổ máy tăng và ngược lại nếumáy đào làm việc kém hiệu quả thì dẩn đến năng suất tổ máy giảm, điều này làmgiảm tiến độ thi công

Trên thực tế các chủng loại máy đào được sử dụng trong các công trình xâydựng là rất phong phú và đa dạng, các loại máy đào được nhập từ các nước tư bảntrên thế giới với nhiều chủng loại kích thước và các tính năng ưu việt khác nhau.Tuy nhiên trong quá trình sử dụng máy do không nắm vững các kỷ thuật vận hành,bảo dưỡng và sữa chữa nên không thể tránh khỏi sự hỏng hóc các hệ thống, các bộphận Bộ công tác của máy đào cũng không tránh khỏi vấn đề này do điều kiện làmviệc khắc nhiệt tiếp xúc với đất bùn, chịu ma sát và sự va đập

Bộ công tác nếu nhập ngoại thì rất đắt, do đó nghiên cứu thiết kế bộ công tác

sẽ đem lại lợi nhuận về kinh tế rất nhiều Mặt khác đối với điều kiện của đất nước tahầu hết thi công các công trình nhỏ và vừa nhưng đôi khi với những loại đất nhẹ tacần sử dụng bộ công tác có dung tích gầu lớn để tăng năng suất cũng có trường hợp

do điều kiện địa hình di chuyển khó khăn nên ta không thể cho máy đào tiến lại gầnđược vì vây đòi hỏi máy có tầm vươn xa để đào và vận chuyển đất một cách dễdàng còn khi ta đào các loại đất rắn thì lực cản cắt lớn yêu cầu phải có môn men lớn

vì vậy cánh tay đòn phải ngắn lại Do đó cần có các máy đào có dung tích lớn mới

có thể phù hợp Mặc dù đất nước ta công nghệ chế tạo, các vật liệu không bằng cácnước tư bản, tuy nhiên thiết kế bộ công tác không yêu cầu độ chính cao như chế tạo

cơ khí chính xác và vật liệu cũng không đòi hỏi quá cao Do đó việc tiến hành thiết

kế chế tạo bộ công tác là hoàn toàn có thể.Chính vì các lý do này mà việc nghiêncứu thiết kế chế tạo bộ công tác là rất cần thiết Do đó em đã được giao đề tài đồ án

tốt nghiệp: "Tính toán thiết kế cải tiến bộ công tác máy đào gầu nghịch PC200

của KOMATSU " với dung tích gầu 0,6 m3

Nội dung thuyết minh đồ án được tiến hành với trình tự sau:

* Chương 1: Tổng quan về máy đào gầu nghịch và máy đào PC200

* Chương 2: Tính toán thiết kế bộ công tác có dung tích gầu q= 0,6 m3

* Chương 3: Hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác

* Kết luận và những kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH VÀ MÁY

ĐÀO PC 200 CỦA KOMATSU 1.1 Máy đào gầu nghịch và tình hình sử dụng ở Việt nam.

1.1.1 Máy đào gầu nghịch.

Nhìn chung công nghiệp chế tạo máy xây dựng so với nền công nghiệp chế tạomáy thì còn non trẻ, thực tế máy làm đất ra đời từ thế kỷ thứ XIX, khi xuất hiện vàdùng rộng rãi máy hơi nước

Năm 1836 máy đào hơi nước đầu tiên có dung tích gầu q = 1,14 (m3)ra đời, động

cơ hơi nước kiểu đứng, công suất 15 (mã lực), áp suất hơi nước 0,5 (Mpa) Máy đào

có 3 cơ cấu chính: nâng hạ gầu, quay cần, co duỗi tay đẩy Năng suất của máy đào

từ 30 – 80 (m3/h) nhỏ hơn 1,5- 2 lần năng suất máy đào hiện nay có cùng dung tíchnhưng khối lượng nặng hơn nhiều

Năm 1842 một kỹ sư người Nga: P.P Melnikov đã chứng minh máy đào đầutiên đó có thể thay thế cho 150 người và ông đã mua 4 chiếc máy từ Mỹ Như vậygiai đoạn đầu phát triển máy làm đất dẫn động bằng sức người, sức ngựa, động cơgió, động cơ hơi nước kéo dài đến thế kỷ XIX

Trải qua nhiều giai đoạn phát triển, các loại máy xây dựng nói chung và máyđào nói riêng đã có những thay đổi rất nhiều theo hướng hiện đại và tiện dụng hơn.Các loại máy đào ngày nay có cấu tạo hiện đại nhằm giúp người điều khiển vậnhành máy được dễ dàng hơn năng suất đào đắp được nâng cao

Cấu tạo của máy đào gầu sấp (gầu nghịch) có bộ di chuyển xích bao gồm các bộphận chính được thể hiện trong hình:

Loại này đào đất thấp hơn mặt bằng mỏy đứng Cú thể dựng để đào kờnh mươngrónh đặt đường ống, nạo vột cửa cống, đào giao thụng hào, hố múng, khai thỏc vậtliệu,

Xilanh 4 nõng cần đảm bảo độ nghiờng thớch hợp, co xilanh 5 thực hiện việc duỗigầu, kết hợp hạ cần bằng xilanh 4 để đặt gầu vào vị trớ cắt đất

Duỗi xilanh 4, nõng gầu, thực hiện việc cắt đất

Khi gầu đầy đất, cũng là lỳc gầu lờn tới miệng hố đào, kết hợp cỏc xilanh 4 và 5nõng gầu lờn đến một độ cao nào đú, kết hợp quay đến vị trớ đổ

Thu cỏc xilanh 5 và 7, quay gầu duỗi ra đất được đổ qua miệng gầu

Ngày nay mỏy đào truyền động cỏp cũn lại rất ớt Hầu hết cỏc mỏy đào đều cú hệthống dẫn động bộ cụng tỏc bằng thuỷ lực, trừ một số loại mỏy đào gầu kộo, gầungoạm phục vụ những cụng việc đặc biệt Đa số là mỏy đào cú bộ di chuyểnxớch,mỏy đào bỏnh lốp chỉ được chế tạo với loại cụng suất nhỏ, phục vụ cỏc cụng

Hình1-1 :Cấu tạo chung máy đào xích, thuỷ lực gầu sấp:

1- Xích di chuyển, 2- Máy cơ sở, 3- Cần, 4- Xi lanh nâng cần, 5- Xi lanh tay

gầu, 6- Tay gầu, 7- Xi lanh quay gầu, 8- Gầu

trình có khối lượng nhỏ, trong địa bàn thành phố hoặc các công việc cần di chuyểnnhiều.

Do tính năng linh hoạt, máy đào gầu sấp được sử dụng rộng rãi hơn, với dung tíchgầu từ 0,18  27,5(m3) tương ứng với công suất động cơ dẫn động từ 54  1470(mã lực) và trọng lượng từ 7  317 (T) Nhìn chung, các loại máy đào gầu sấp hiệnđại có các đặc điểm chủ yếu sau:

Buồng lái rộng rãi, yên tĩnh, có tầm nhìn bao quát và được trang bị điều hoà nhiệt

độ làm giảm những mệt mỏi đối với người lái Các đệm giảm chấn ngăn các chấnđộng phát sinh từ hệ thống truyền lực tới ca bin

Tính năng hoạt động cao: Hệ thống điều khiển đảm bảo việc điều khiển nhẹ nhàng,chính xác và thuận tiện, lực đào của tay gầu, gầu và khả năng nâng cũng lớn hơn.Việc bảo dưỡng sửa chữa có thể thực hiện dễ dàng, thuận tiện, nhiều công việc cóthể đứng ngay dưới đất để thực hiện Việc chẩn đoán các hư hỏng nhờ hệ thốngkiểm soát điện tử làm giảm thời gian ngừng máy, tăng năng suất máy, giảm chi phíbảo dưỡng, sửa chữa

Hệ thống kiểm soát điện tử: Hệ thống điều khiển công suất bằng điện tử có thể chomáy làm việc với chế độ công suất khác nhau (100%, 90%, 80%) tuỳ theo điều kiệnlàm việc nặng, trung bình hay nhẹ, giúp tiết kiệm nhiên liệu đảm bảo quá trình hoạtđộng của máy êm dịu và có hiệu suất cao, ưu tiên dồn công suất thuỷ lực cho các cơcấu hoạt động cần ưu tiên ở mỗi trường hợp cụ thể làm tăng khả năng hoạt độngnhờ việc duy trì sự cân bằng tối ưu giữa tốc độ động cơ và yêu cầu thuỷ lực trongsuốt thời gian máy hoạt động Tình trạng kĩ thuật của máy được thể hiện trên bảngbáo, có các tín hiệu báo động cần thiết, giúp người vận hành có thể kịp thời khắcphục được các hỏng hóc có thể xảy ra

Hệ thống thuỷ lực: Các hệ thống thuỷ lực được cải tiến có áp suất cao hơn, làmtăng lực dẫn động từ các xi lanh tới cần, tay gầu và gầu Khi lực dẫn động tăng,khối lượng vật liệu được đào sẽ tăng lên, khả năng nâng của máy lớn hơn và thờigian chu kì làm việc của máy giảm, làm tăng năng suất máy

Động cơ: Thường được trang bị tuabin tăng áp, làm mát sau để đảm bảo cháyhết nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cho từng vòi phun, bơm cao ápriêng cho từng xi lanh Động cơ có bộ điều khiển tự động cho phép người lái tác

động bằng các nút bấm, điều khiển tốc độ động cơ ở ba mức, phù hợp với tải trọngngoài, đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu Các động cơ được chế tạo với mức độ ônhiễm môi trường thấp, thoả mãn các tiêu chuẩn nêu trong các điều luật về bảo vệmôi trường của tổ chức bảo vệ môi trường thế giới.

Hệ thống gầm và kết cấu khung: Hệ thống gầm có độ ổn định cao và ít cần bảodưỡng Khung con lăn đỡ xích hoạt động êm và dễ làm sạch Kết cấu máy có độ bềnlớn, tuổi thọ cao

Hình 1-2 : khung máy

Cần và tay gầu: Cần và tay gầu được thiết kế có dạng không tập trung ứng suất.Một máy đào có thể lắp các cần và tay gầu có kích thước khác nhau Nếu lắp cáccần và tay gầu dài thì tầm hoạt động sẽ lớn hơn nhưng dung tích gầu và lực đào nhỏ.Nếu lắp cần và tay gầu ngắn thì tình hình sẽ ngược lại

Hình 1-3 : Cần và tay gầu của máy đào gầu nghịch

Gầu: Các loại gầu xúc mới được thiết kế chế tạo có khả năng hoạt động cao Mộtmáy đào có thể lắp các loại gầu khác nhau tuỳ theo yêu cầu công việc: gầu côngdụng chung, gầu làm việc với chế độ nặng nhọc, gầu đào đá, gầu xới đá và gầu làmsạch Việc sử dụng loại gầu không phù hợp trong thực tế có thể làm giảm năng suất

từ 30  40% Gầu thường được chế tạo bằng thép có độ bền lớn, nên tự trọng giảm

mà vẫn đảm bảo độ bền của gầu để tăng khả năng chất tải

Hình 1-4: Các loại gầu của máy đào gầu nghịch.

Xích di chuyển: xích của máy đào có chức năng di chuyển, phân bố trọng lượngcủa máy xuống nền đất

1.1.2 Tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam.

Ở Việt Nam, vào những năm 60 của thế kỷ trước, miền Bắc đã nhập các loạimáy làm đất mà chủ yếu là máy đào để xây dựng các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện,giao thông, khai thác mỏ Trong giai đoạn này công việc xây dựng lại đất nước bắtđầu phát triển, do đó công việc bốc xúc vật liệu với khối lượng lớn đòi hỏi phải cơgiới hoá Những năm sau đó là xây dựng các công trình giao thông phục vụ cho việcchi việc chiến trường miền Nam Các máy móc trong thời kỳ này chủ yếu là do Liên

Xô và Trung Quốc tài trợ, cũng như một số nước XHCN khác

Những thập kỷ tiếp theo, tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam có nhiềuthay đổi, số lượng và chủng loại tăng lên đáng kể nhằm đáp ứng công việc xây dựngcác công trình thuỷ lợi, thuỷ điện có qui mô ngày càng lớn như thuỷ điện Sông Đà

và các công trình khai thác mỏ ở Quảng Ninh Sau ngày đất nước thống nhất, cácmáy làm đất của các nước tư bản như: Nhật, ý, Thụy Điển, Pháp bắt đầu có mặt ởnước ta Ví dụ: như các loại máy do Volvo, Komatsu, Kobelco, Hitachi, Fiat chế tạođược nhập vào nước ta để thi công các công trình như nhà máy ximăng HoàngThạch, hồ thuỷ lợi Dầu Tiếng, Thuỷ điện Trị An, và các công việc bốc xúc trongkhai thác mỏ lộ thiên ở Quảng Ninh Tuy máy móc của các nước tư bản chế tạo hoạtđộng có hiệu quả hơn nhưng do giá thành đầu tư ban đầu lớn nên thời kỳ này nhiềumáy móc của các nước XHCN cũ vẫn được sử dụng rộng rãi

Đến những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước, cùng với công cuộc đổi mớiđất nước, tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam được cải thiện Các công trình

có qui mô lớn, chất lượng đòi hỏi cao, thời gian xây dựng dài người ta đã sử dụngcác tổ máy đồng bộ, hiện đại Trong khi đó ở các công trình nhỏ, thời gian xây dựngngắn vẫn phải dựa trên cơ sở máy móc hiện có của các cơ sở xây dựng và chỉ đầu tưthêm một số thiết bị lẻ để thi công

Do chính sách mở cửa, dưới sức ép của nền kinh tế thị trường và chất lượngcông trình đòi hỏi cao, thời gian thi công rút ngắn nên máy làm đất được nhập vàonước ta cũng dần được nâng cao về chất Người ta đã tính đến hiệu quả thực tế cuốicùng của một thiết bị mang lại chứ không còn quá quan tâm đến giá đầu tư ban đầu,bởi vì thực sự thì giá đầu tư ban đầu theo kinh nghiệm chỉ chiếm khoảng 25% tổngchi phí cho cả đời máy (Caterpillar Annual Report – 1999 ) Hiệu quả của thiết bị

phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, chế độ hỗ trợ sản phẩm của nhà cung cấp thiết bị,năng suất, độ bền của máy móc, hiệu quả sử dụng nhiên liệu, trình độ sử dụng,…

Về suất tiêu hao nhiên liệu, trước đây người sử dụng chỉ quan tâm đến suất tiêu haonhiên liệu (kg/mã lực.giờ ), cách tính này không phản ánh được hiệu quả thực tế củamáy Ngày nay người ta đã dùng một thông số so sánh có ý nghĩa thực tế hơn, đó làkhối lượng công việc thực hiện được khi tiêu hao một đơn vị nhiên liệu (gọi là hiệuquả tiêu hao nhiên liệu)

Qua phân tích tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam, có thể thấy bức tranhtổng thể của hoạt động này, xu hướng phát triển và nhu cầu máy xây dựng cũng nhưmáy làm đất ở nước ta ngày càng tăng Trong những năm gần đây, do sự đòi hỏi củasản xuất, số lượng máy xây dựng được chế tạo với công nghệ hiện đại được nhậpvào nước ta ngày càng nhiều với sự đa dạng về chủng loại, kích cỡ Ngành côngnghiệp chế tạo máy Việt Nam cũng phải phấn đấu để có thương hiệu máy xây dựngcủa riêng mình, muốn đạt được điều này đòi hỏi phải có sự nỗ lực của rất nhiềuphía: cơ chế chính sách của nhà nước, vốn đầu tư, và đặc biệt là đội ngũ trí thức trẻ,các cán bộ kỹ thuật

Hình 1.6 Một số hình ảnh về cải tiến bộ công tác máy đào

1.2 Tìm hiểu về máy đào PC200

1.2.1 Giới thiệu về máy đào PC200 của Nhật.

Komatsu là một tập đoàn chuyên sản xuất máy xây dựng có uy tín trên thế giớiđặc biệt là các loại máy làm công tác đất Được xây dựng từ năm 1921 dựa trênnhững kinh nghiệm tích luỹ từ trước nên Komatsu đáp ứng được những yêu cầu cao

về công nghệ và tính kinh tế Là một công ty của Nhật nên Komatsu hiểu rõ nhữngtính chất về địa lý, địa chất cũng như môi trường của các nước Châu á, do đó cácloại máy do Komatsu chế tạo rất phù hợp với điều kiện sử dụng và bảo quản ở cácnước Châu á nói chung và ở Việt Nam nói riêng Trong các loại máy của Komatsuđược sử dụng ở Việt Nam ta thấy chủ yếu là các dòng máy PC trong đó PC200được sử dụng rất rộng rãi, do có kích thước phù hợp đồng thời giá thành mua vàocủa máy không quá cao nên PC 200 được sử dụng nhiều ở Việt Nam

Do PC200 được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam nên việc sửa chữa, hoặc thay thếnhững phần hư hỏng của máy nếu được thực hiện bằng các cơ sở trong nước thì giáthành sẽ giảm đi đáng kể

Hình 1-7: Một số hình ảnh về loại máy đào PC200:

1.2.2 Một số đặc điểm chính của máy đào Komatsu PC200.

1.2.2.1 Kích thước của máy.

Chiều cao kể cả cabin: E = 3000 (mm);

Chiều cao từ mặt đất đến đáy thùng máy: F = 1085 (mm);

Chiều cao gầm máy: G = 440 (mm);

Khoảng cách tâm quay đến đuôi máy: H = 2750 (mm);

Khoảng cách hai bánh sao: I = 3270 (mm);

Chiều dài bộ di chuyển: J = 4080 (mm);

Khoảng cách hai tâm dải xích: K = 2200 (mm);

* Kích thước làm việc ( khoang đào )

Hình1 - 9 : Kích thước làm việc của máy đào Komatsu PC200.

- Trong đó:

Chiều cao đào lớn nhất tính đến răng gầu: A = 9875 (mm)

Chiều cao đào mang tải lớn nhất tính đến răng gầu: B = 6620 (mm)

Chiều sâu đào lớn nhất: C = 6620 (mm)

Khối lượng của cần là: Gc = 1408 (kg) = 13,81 (KN).

Khối lượng của xilanh cần: Gxc = 172 x 2 (kg) = 3,37 (KN)

b Kích thước tay gầu

A3

A4

A2 A1

Trong đó:

A1 = 3748 (mm);A2 = 2919 (mm); A3 = 950(mm); A4 = 1185(mm);

A5 = 600(mm); A6 = 610 (mm); A7 = 410(mm);

Khối lượng của tay gầu: Gt = 653 (kg) = 6,406 (KN)

Khối lượng của xilanh tay gầu: Gxt = 226 (kg) = 2,217 (KN)

Khối lượng của xilanh gầu: Gxg = 136 (kg) = 1,33 (KN)

d Các thông số của các xilanh làm việc

+ Với xilanh gầu có các thông số sau :

- áp suất xilanh là: p = 300 (kg/cm2) = 3 (kN/cm2)

- Đường kính trong của xilanh là : d = 11,5 (cm)

Vậy lực lớn nhất xilanh có thể sinh ra là:

- Đường kính trong của xilanh là : d = 13,5 (cm)

Vậy lực lớn nhất xilanh có thể sinh ra là:

Pmax

xt = p = 3 3,14 = 429,5 (kN) + Với xi lanh cần có các thông số sau :

1.2.2.3 Các thông số của động cơ diezel máy đào PC200:

Công suất động cơ diezen trên máy: Nđ/c = 106,7 (KW)

Áp suất định mức: PPC200 = 37,2 (MPa)

Tốc độ trung bình của động cơ: nđ/c = 1950 (vòng/phút)

Mô men xoắn lớn nhất: Mxmax = 610 (Nm)

Lực đào lớn nhất: 138,3 (KN)

Tốc độ lớn nhất của động cơ khi không tải: n1 = 2150 (vòng/phút)

Tốc độ nhỏ nhất của động cơ khi không tải: n2 = 1030 (vòng/phút)

Suất tiêu hao nhiên liệu: 215 (g/kwh)

Bơm nguồn của hệ thống thuỷ lực: Q = 214.2 (lít/phút) (2 bơm)

Tốc độ quay của bàn quay: 12,4 (vòng/phút)

Góc đứng lớn nhất khi quay : 200

Tốc độ di chuyển: 3,0 – 5,5 (km/h)

Áp lực trung bình lên đất: 41,1 (Mpa)

1.2.3 Tính các vị trí ổn định của máy cơ sở.

Để tính toán thiết kế bộ công tác lắp trên máy cơ sở PC200, trước hết ta đi xácđịnh các vị trí tính ổn định của máy cơ sở PC200 Tại các vị trí trên ta sẽ tìm được

mô men đối với khớp chân cần Giá trị mô men đó phải được giữ nguyên khi lắp bộcông tác có dung tích gầu 0,6 m3 Các vị trí tính toán sẽ được trình bày dưới đây.

Cần có góc nghiêng so với phương ngang là nhỏ nhất

Máy làm việc trên mặt phẳng ngang

Gầu đang trong quá trình cắt đất, răng gầu gặp chướng ngại vật Trong gầukhông có đất hoặc nếu có thì trọng lượng có thể bỏ qua khi tính toán

Hình 1-13: vị trí tính toán thứ nhất.

M01: - Mô men đối với chân cần được xác định theo công thức:

k - Lực cản đào riêng hay hệ số lực cản đào, (KN/cm2)

Ta chọn theo bảng (1-3) - [II] Ta chọn: k = 0,3(MPa) = 30 N/cm2 = 300(KN/m2) (đối với đất cấp IV)

Cmax - Chiều dày lát cắt lớn nhất của phôi cắt;

Chiều dày lát cắt lớn nhất của phôi cắt được xác định theo công thức:

(2) (5-14) - [I]

Trong đó:

q - Dung tích hình học của gầu: q = 0,8 (m3);

b - Chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu; b = 1,15 (m)

Hđ - Chiều cao đào lớn nhất được xác định theo hệ số kq trong bảng (2-2) - [II]

Hđ =7,75 = 7,19 (m);

kt - Hệ số tơi của đất, với đất cấp IV chọn: kt = 1,33

Từ công thức (1) và (2) ta có biểu thức để tính P1:

P1 = Vậy: P0 = 25,1*1,3 = 32,63 (KN)

Khối lượng các chi tiết trên bộ công tác:

Khối lượng cần: Gc = 13,81 (KN)

Khối lượng tay gầu: Gtg = 6,406 (KN)

Khối lượng gầu: Gg = 6,16 (KN)

Khối lượng gầu đầy đất Gg+d = 12,3 + 6,16 =18,46 (KN)

Gd = =12,3 (KN)

Với đất cấp IV , kd = 1 ,ktx = 1,3

Vậy thay số vào ta được mô men lật là:

M01=13,81.2,667+6,406.5,45+6,16.5,143+32,63.2,23+3,37.1,508+2,217.4,356+1,33.5,869 = 198,7 (KNm)

1.2.3.2 Vị trí thứ hai.

Khi gầu ở cuối quá trình đào

* Điều kiện tính toán:

- Máy nằm ngang trên xích, phương của của cần vuông góc với phương dichuyển của máy

- Cần có góc nghiêng so với phương ngang là 450

- Tay gầu có phương vuông góc với cần

- Máy làm việc trên mặt phẳng ngang

- Gầu vẫn còn cắt đất với chiều dày cắt lớn nhất và răng gầu chịu lực cản đào P1

ở giai đoạn cuối của quá trình đào đất

- Gầu đã tích đầy đất, chuẩn bị kết thúc giai đoạn đào đất và chuyển qua giaiđoạn quay máy đến vị trí đổ đất

- Máy nằm ngang trên xích.

- Cần máy, tay gầu vươn xa nhất và hướng theo chiều dốc

- Góc nghiêng của cần so với phương ngang là 1 = 600, tay gầu nghiêng mộtgóc 2 = 300 so với phương ngang

- Phương của cần vuông góc với phương di chuyển của máy

Chiều dài tay gầu L2 = 3748 (mm)

Gọi Mtt là mô men của các bộ phận tĩnh và độ thay đổi mômen của bô công từ khớpchân cần đến tâm máy:

Vậy Tổng mô men của bộ phận gây lật đối với tâm máy là :

M = 313,58+ Mtt :

Khi ta thay thế bộ công tác mới với các thông số hình hoc khác nhau nhưng vẫnphải thoả mãn điều kiện cân bằng sau

Từ phương trình trên là cơ sở cho ta đi tính toán bộ công tác mới có tính năng làmviệc đa dạng phù hợp với các công việc khác nhau, đối với máy Komatsu PC200dung tích gầu nằm trong khoảng sau cho nên ta có thể thay thế các

bộ công tác khác nhau với dung tích gầu nằm trong khoảng cho phép:

Bảng giá trị của các thông số máy cơ sở

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BỘ CÔNG TÁC VỚI DUNG TÍCH GẦU

0,6M 3

2.1 Xác định thông số hình học của toàn tay gầu mới

Để xác định sơ bộ các thông số ta dựa vào luật đồng dạng về kích

thước , trọng lượng , công suất , dung tích gầu , lực …

Để xác định sơ bộ các thông số người ta dựa vào luật đồng dạng về

kích thước ,trọng lượng ,công suất , dung tích gầu …

Xác định khối lượng các bộ phận :

- Cần có khối lượng và chiều dài không đổi

-Khối lượng gầu :

rxc=

= 2,83(m)

rxtg = = 3,77 (m)

rxg =

lc.cos90 +

=5,65+0,6.ltg

rtg = lc.cos90+

=5,65+0,3.ltg

rg = lccos90

+ltg.cos250 +

=6,2 +0,9.ltg Khối lượng gầu đầy đất :

Gg+d = Gd + Gg

9,23 (KN) Với đất cấp IV ,ktx = 1,3, kd = 1

Gg+d = 9,23

+ 4,62

=13,85(KN) Thay số ta có

Mo=13,85.(6,2+0,9.ltg)+13,81.2,83+2,22.3,77+ Gtg.(5,65+1,81.ltg ) +1,33.(5,65+0,6.ltg)+0,5.2,83.3,37

Mo=145,6 +13,26.ltg +Gtg.(5,65+1,81.ltg )

Ta có Mo là mô men lật của bộ công tác mới đối với khớp chân cần

Gọi Mtt là mô men của các bộ phận tĩnh và độ thay đổi mômen của bô công từkhớp chân cần đến tâm máy:

Vậy Tổng mô men của bộ phận gây lật đối với tâm máy là :

M = Mo+ Mtt

Để máy làm việc được ổn định thì tổng mô men đối với tâm máy không đổi

Mo+ Mtt =313,58+ Mtt

Mo= 313,58

145,6 +13,26.ltg +Gtg.(5,65+1,81.ltg )

= 313,58

13,26.ltg +Gtg.(5,65+0,3.ltg )

=167,98 (1)

Theo luật đồngdạng ta có

Gtg =0,12ltg3 (2) (1) Và (2)

13,26ltg+ 0,12ltg3.(5,65+0,3.ltg )

Ltg Vế trái Vế phải =181,25 (

+ Bộ phận cố định

+ Bộ phận di động

2.2 Tính toán thiết kế gầu

* Điều kiện tính toán:

Gầu vẫn đang tiến hành cắt đất ở cuối quá trình đào và tích đất với chiều dàyphôi cắt lớn nhất, gầu gặp chướng ngại vật

Tay gầu gần như nằm ngang

Gầu đã được tích đầy đất Lúc đó gầu chịu lực lớn nhất do lực đẩy của xi lanhquay gầu truyền tới khớp qua khớp O1 và xilanh tay gầu truyền tới qua khớp O3,cùng với trọng lượng gầu đã chứa đầy đất

2.2.1 Kích thước cơ bản của gầu, với dung tích gầu q= 0,6 m 3

Dựa vào các công thức kinh nghiệm ta có thể tính được các kích thước của gầunhư sau:

R2 = 0,565 (m); R1 = 0,365 (m);

- Bề dày thành gầu, tính theo công thức kinh nghiệm của Stefan Mihailescu:

S0 = (2035) (2.72a)- [II] = (2035) = 16,86 25,3 (mm)

Chia thể tích khối đất thành hai phần: Phần một là phần thể tích của gầu V1,phần hai là phần đất tràn qua miệng gầu V2 (coi gần đúng là hình chóp ).

Vậy dung tích gầu thiết kế được tình bằng:

q = V1 + V2

Với: V1 = S1.B ; V2 = h.H.B

Trên bản vẽ ta đo được: S1 = 0,584 (m2)

Hệ số ma sát xoải động của đất được tính theo công thức: fđ = (0,35 – 0,4)ftn

Với: ftn - Hệ số ma sát tự nhiên giữa đất với đất cấp IV: Chọn ftn = 0,62 – 0,9

Lấy: fđ = 0,36

Từ đó ta có: đ = arctg(fđ) = 19,8o

h: chiều cao của khối chóp, h = = 0.36 = 0,182 ( m)

 q = 0,584.0,93 + 0,182.1,01.0,93 = 0,6 (m3)

Vậy gầu thiết kế thoã mãn điều kiện dung tích mà đề bài đã ra

2.2.2 Xác định các lực tác dụng lên gầu khi đào.

Các lực tác dụng lên gầu gồm: Lực đẩy của xilanh tay gầu Sxt, lực đẩy của xilanhgầu Sxg, trọng lượng gầu Gg và lực cản đào tác dụng lên răng gầu P1

Lực cản đào P1 được xem như có phương vuông góc với thành trước và tác dụngvào những răng giữa đối với số răng gầu chẵn hoặc vào một răng giữa đối với sốrăng gầu lẻ và được tính theo trường hợp gặp chướng ngại vật Đối với gầu không

có răng thì P1 đặt ở giữa mép cắt Trọng lượng đất không tính đến vì nó làm giảmứng suất ở gầu

Lực cản đào lớn nhất xuất hiện ở cuối quá trình trong quá trình đào bằng xilanhgầu được xác định theo công thức của Dombropxki Các lực tác dụng lên gầu gồmcó:

+ Lực cản đào P0

+ Lực liên kết của tay gầu và gầu thay bằng phản lực R2

+ Lực đẩy của xilanh gầu thay bằng phản lực Pxg

+ Trọng lượng Ggđ của gầu và đất

Sơ đồ lực tác dụng lên gầu như hình vẽ:

R 1 Y 1

X 1

O 1 1018

ktx - Hệ số tơi của đất, với đất cấp IV chọn: ktx = 1,33

Thay vào (3- 1) ta được:

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất tính theo công thức:

P1 = k.b.Cmax (5- 19 ) - [I]Trong đó:

k- Lực cản đào riêng hay hệ số lực cản đào: k = 30 (N/cm2) = 300(KN/m2)

O 1

R 1

P 0

Hình 2-4 Sơ đồ biểu diển chiều các lực tác dụng lên gầu.

Như vậy phương chiều các lực đã xác định như hình vẽ trên

Để xác định được các phản lực ta sử dụng phương pháp đa giác lực

Từ đó ta xác định được các phản lực: R1 = 109,48 (KN); R2 = 66,2 (KN)

2.2.3 Tính bền gầu.

Cấu tạo của gầu rất phức tạp, các bộ phận chịu lực khác nhau, tiết diện của thành

và đáy cũng thay đổi nên việc tính toán chính xác theo lý thuyết đàn hồi rất phứctạp, khó khăn Thành gầu được hàn với đai gầu nhằm làm tăng độ cứng vững củagầu Vì vậy, để giải bài toán đơn giản hơn, ta tiến hành tính sức bền các đai gầu vàsau đó chọn chiều dày của thành gầu dựa vào chiều dày đai gầu theo kinh nghiệmthực tế của các máy đồng dạng hiện có

Gầu thường có hai đai: đai trên và đai dưới, đai trên chịu lực lớn hơn đai dưới,nên ta tính sức bền đai trên

Khi tính toán sức bền đai trên của gầu ta thừa nhận các giả thuyết sau:

- Lực cản đào của chướng ngại vật P0 tác dụng vào chính giữa thành trước củagầu và có phương vuông góc với thành trước của gầu

- Phản lực do tay gầu truyền đến đặt chính giữa thành sau và có phương vuônggóc với thành sau của gầu

- Phản lực do xi lanh gầu tác dụng lên gầu phân bố đều cho hai khớp liên kếtgiữa thành sau của gầu và đòn gánh

- Sơ đồ tính gầu phụ thuộc vao công nghệ chế tạo gầu Ta chọn phương pháp chếtạo gầu bằng phương pháp hàn: thành trước và sau được hàn với nhau thành mộtkhối Sơ đồ tính được thể hiện dưới hình sau:

* Phương pháp tính hệ siêu tĩnh bằng phương pháp lực:

Số liên kết khối của hệ: n = 3V- K

Vậy hệ là khung siêu tĩnh bậc 3

Do đó ta cắt bỏ 3 liên kết tựa ở gối A vì đây là liên kết ngàm nên ta có thể thaytác dụng của chúng lên khung bằng 3 phản lực chưa biết X1, X2, X3

Khi đó hệ phương trình chính tắc của hệ phương trình siêu tĩnh bậc III có dạng:

(5-5) - [III]

* Tính các hệ số và số hạng tự do trong phương trình chính tắc:

Để tính các hệ số và số hạng tự do trong hệ phương trình chính tắc này ta cầnphải vẽ các biểu đồ mô men đơn vị Mk do lực đơn vị Xk= 1 gây nên và biểu đồ mômen Mp do tải trọng gây ra trong hệ cơ bản

Để giải được một cách đơn giản hơn bài toán này ta có thể coi: Mô men quántính và diện tích các mặt cắt trên đai gầu là như nhau.

Hình 2-6: Biểu đồ mô men đơn vị.

Với: b - Bề rộng của gầu: b = 0,93 (m).

H - ta coi gần đúng bằng chiều dài của gầu: H = 1,01(m)

P0- Lực cản: P0 = P0.cos(35o) = 45,15.cos(35o) =36,98 (KN)

Thế vào các hệ số và các số hạng tự do trên ta có:

Thay các số hạng tự do và các hệ số vừa tính được vào hệ phương trình chính tắcsau đó giản ước cả hai vế cho ta có:

Vậy lực X1 có chiều ngược lại với chiều giả sử ban đầu

Còn các lực X2, X3 có chiều như chiều hình vẽ

* Biểu đồ nội lực của hệ siêu tĩnh:

Để vẽ được biểu đồ nội lực hệ siêu tĩnh ta dùng phương pháp xét các mặt cắt đạidiện để tìm được giá trị của các mô men trên các mặt cắt đặc biệt, sau đó ta vẽ độlớn của chúng trên khung với tỉ lệ thích hợp sau đó ta nối các giá trị này bằng cácđường thẳng ta được biểu đồ nội lực của hệ bao gồm biểu đồ mô men uốn tổng cộng

Hình 2-7:Biểu đồ mô men của khung

- Biểu đồ lực dọc và lực cắt:

D

C B

3,9

3,9

3,9

18,54 18,54

Hình 2-8 : Biểu đồ nội lực các lực tác dụng lên gầu

Sau khi đã tính được nội lực của khung ta tiến hành chọn tiết diện của các thanhtrong khung sau đó tính bền cho các thanh

Tiết diện của đai gầu thường là hình chữ nhật với chiều rộng bđ và chiều cao hđ.Chiều dày thành gầu được xác định sau khi đã xác định chiều dày đai gầu theo côngthức thực nghiệm sau:

bt = (0,5-0,55).bđ (2-72) – [II]Khi đó chiều dày đai gầu:

bđ = bt/ 0,5 = 20/0,5 = 40 (mm)

Chiều cao của đai gầu xác định dựa vào gầu của máy cơ sở áp dụng luật đồngdạng: Ta tính được chiều cao đai trên của gầu hđ = 140 (mm).

Từ đây ta tính được các đặc trưng hình học của mặt cắt đai gầu:

Ta tiến hành tính bền cho từng thanh với các nội lực đã tính ở trên

Công thức chung để tính bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi:

Với:

(KN/mm2)

(KN/mm2)Trong đó:

- Giới hạn chảy của vật liệu được dùng để chế tạo đai gầu, thường đai gầuđược chế tạo bằng thép CT3 hoặc CT5 trong trường hợp này ta chọn thép CT5 cócác chỉ số bền như sau:

(N/mm2); (N/mm2)

F - Diện tích đai gầu: F = hđ.bđ = 5600 (mm2)

n - Hệ số an toàn, với gầu lấy: n = 1,4

Mt-Mô men tĩnh của tiết diện đai gầu so với trục x-x; được tính theo công thức:

Mt = y.F = = = 490000 (mm2)

+ Xét Thanh AB:

mm2< 2

+ Xét Thanh BC:

2

+ Thanh CD chịu lực như thanh AB nên cũng thoã mãn bền

2.2.4 Kiểm tra gẫy gầu tại một tiết diện khi răng gầu gặp lực cản lớn nhất.

Chọn tiết diện (m-m) có tiết diện nhỏ và mô men tác dụng lớn như hình vẽ: