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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LỜI NÓI ĐẦU

+) Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước việc cơ giới hoá trong các công trình xây dựng cơ bản là rất quan trọng và ngày 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 và thuỷ lợi nói riêng công tác đất chiếm phần lớn công việc, cơ gới hoá công tác đất cũng đang diễn ra với tốc độ cao trong đó máy đào giữ vai trò chủ đạo Công việc chủ yếu của máy đào là đào và vận chuyển đất, đó khâu đầu tiên trong dây chuyền thi công Nếu máy đào làm việc hiệu quả thì năng suất tổ máy tăng và ngược lại nếu máy đào làm việc kém hiệu quả thì dẩn đến năng suất tổ máy giảm, điều này làm giảm tiến độ thi công

+) Trên thực tế các chủng loại máy đào được sử dụng trong các công trình xây dựng là rất phong phú và đa dạng, các loại máy đào được nhập từ các nước tư bản trên 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 bộ phận Bộ công tác của máy đào cũng không tránh khỏi vấn đề này do điều kiện làm việc 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 ta hầu hết thi công các công trình nhỏ và vừa nhưng đôi khi với những loại đất nhẹ ta cần 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 gần được vì vây đòi hỏi máy có tầm vươn xa để đào và vận chuyển đất một cách dễ dàng 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

Mà ở nứoc ta việc tiến hành thiết kế chế tạo bộ công tác là hoàn toàn có thể Chính vì các lý do này mà việc nghiên cứu 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 PC200 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 tạo máy thì còn non trẻ, thực tế máy làm đất ra đời từ thế kỷ thứ XIX, khi xuất hiện và dùng rộng rãi máy hơi nước.

 + Trải qua nhiều giai đoạn phát triển, các loại máy xây dựng nói chung và máy đào 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 vận hành 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 bộ phận chính được thể hiện trong hình:

Hình 1-1: Cấu tạo chung máy đào 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

Nguyên lý làm việc của máy đào gầu nghịch.

Loại này đào đất thấp hơn mặt bằng máy đứng Có thể dùng để đào kênh mương

rãnh đặt đường ống, nạo vét cửa cống, đào giao thông hào, hố móng, khai thác vật liệu,

Xilanh 4 nâng cần đảm bảo độ nghiêng thích hợp, co xilanh 5 thực hiện việc duỗi gầu, kết hợp hạ cần bằng xilanh 4 để đặt gầu vào vị trí cắt đất.

Duỗi xilanh 4, nâng gầu, thực hiện việc cắt đất.

Khi gầu đầy đất, cũng là lúc gầu lên tới miệng hố đào, kết hợp các xilanh 4 và 5 nâng gầu lên đến một độ cao nào đó, kết hợp quay đến vị trí đổ.

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

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 loại máy 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 bắt đầu phát triển, do đó công việc bốc xúc vật liệu với khối lượng lớn đòi hỏi phải cơ giới hoá

Hiện nay nước ta có rất nhiều các loại máy phục vụ công tác làm đất được nhập từ các nước tư bản như: Nhật, ý, Thụy Điển, Pháp Ví dụ: như các loại máy đào Caterpillar , Volvo, Komatsu, Kobelco, Hitachi, Fiat chế tạo được nhập vào nước ta để thi công các công trình như nhà máy ximăng Hoàng Thạch, hồ thuỷ lợi Dầu Tiếng, Thuỷ điện Trị An, và các công việc bốc xúc trong khai thác mỏ lộ thiên ở Quảng Ninh.

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 giới đặc biệt là các loại máy làm công tác đất

+ Là một công ty của Nhật nên Komatsu hiểu rõ những tính chất về địa lý, địa chất cũng như môi trường của các nước Châu á, do đó các loại máy do Komatsu chế tạo rất phù hợp với điều kiện sử dụng và bảo quản ở các nước Châu á nói chung và ở Việt Nam nói riêng.

+ Trong các loại máy của Komatsu được sử dụng ở Việt Nam ta thấy chủ yếu là các dòng máy PC trong đó PC200 được sử dụng rất rộng rãi, do có kích thước phù hợp đồng thời giá thành mua vào của 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 thế những phần hư hỏng của máy nếu được thực hiện bằng các cơ sở trong nước thì giá thành sẽ giảm đi đáng kể.

+ Một số hình ảnh về loại máy đào PC200:

Các thông sô chính của bộ công tác. a Kích thước của cần.

 Theo khảo sát và các tài liệu về máy đào Komatsu PC200 thì các kích thước và trọng lượng cơ bản của bộ công tác như sau:

 Trong đó: A1 = 5725 (mm); A2 = 2515 (mm);  A3 = 3600 (mm); A4 = 3078 (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).

A2

b Kích thước tay gầu.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).

c Kích thước gầu.

Trong đó: A1 = 1480 (mm); A2 = 445 (mm); A3 = 450 (mm); A4 = 940; A5 = 158 (mm); A6 = 750 (mm); A7 = 1200 (mm).

Các bán kính cong của đáy gầu: R1 = 400 (mm); R2 = 800 (mm).Chiều rộng lòng gầu: 1000 (mm).

Khối lượng của gầu: Gg = 628 (kg) = 6,16 (KN).Dung tích gầu : q = 0,8 (m3).

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

A7A1

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 xác định 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 bộ công tác có dung tích gầu 0,6 m3 Các vị trí tính toán sẽ được trình bày dưới đây.

 P1 - Lực cản đào tiếp tuyến của đất tác dụng lên răng gầu, tính theo công thức Dombrpxki:

 P1 = k.b.Cmax (1); (5-15) - [I] k - Lực cản đào riêng hay hệ số lực cản đào, (KN/cm2)

Máy đang tiến hành xả đất trên dốc, góc dốc tính toán a= 12o.

Qua các vị trí tính toán ta thấy Mômen tại khớp chân cần có giá trị lớn nhất là M = 313,58 (KNm).

Đối với máy cơ sở có dung tích gầu là q = 0,8 (m3) ; Có chiều dài cần là L1 = 5725(mm)

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 khớp chân 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 vẫn phải thoả mãn điều kiện cân bằng sau

Mcs < Mtk Hay 313,58 + Mtt < Mtk (*)

Từ phương trình trên là cơ sở cho ta đi tính toán bộ công tác mới có tính năng làm việc đa dạng phù hợp với các công việc khác nhau, đối với máy Komatsu PC200 dung tích gầu nằm trong khoảng sau 0,45 < q < 1,15 cho nên ta có thể thay thế các bộ công tác khác nhau với dung tích gầu nằm trong khoảng cho phép:

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

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 …

+ Tính toán thong số hình học của tay gầu

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

+ Theo luật đồng dạng ta có

Giải phương trình bậc 4 trên ta dựa vào phương pháp nội suy gần đúng sau dưới dạng thử dần cho kết quả dưới dây:

- Bán kính cong đáy lòng gầu: R2 = 0,565 (m); R1 = 0,365 (m);

- Bề dày thành gầu, tính theo công thức kinh nghiệm của Stefan Mihailescu: S0 = 16,86 25,3 (mm).

Chọn: S0 = 20(mm).- Khối lượng gầu:

Từ đó ta thiết kế được gầu như hình vẽ:

Tính ứng suất tại mặt cắt nguy hiểm:

Giải ta được:

Thoả mãn điều kiện bền

Vậy ta chọn răng gầu có kích thước như đã chọn Và số răng gầu là: 4 răng

2.3 Tính toán thiết kế tay gầu.

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

Chiều dài tay gầu cố định là L1 = 2930 (mm)Chiều dài tay gầu cố định là L1 = 2710 (mm)

+ Tính bền tay gầu.

Vị trí tính toán thứ nhất

+ Vị trí tính toán thứ hai

Vị trí tính toán này là khi máy nâng lên chiều cao đổ, tay gầu gần như nằm ngang và máy quay với vận tốc góc lớn nhất và phanh đột ngột Khi đó mặt cắt nguy hiểm nhất vẫn là mặt cắt (n-n) đi qua chốt của cần và tay gầu.

2.4 Kiểm tra khả năng làm việc của cần.

Vị trí thứ nhất.

Tay gầu có phương vuông góc với cần,cần nghiêng một góc 280

Vị trí thứ hai

Kết thúc quá trình đào, cần nghiêng một góc -110

2.5 Tính bền chốt.

Trong bộ công tác mới thiết kế, ta thấy chỉ có chốt giữa tay gầu với cần và chốt giữa tay gầu và gầu là thay đổi về kích thứơc Vì vậy khi tính chốt ta chỉ đi tính

2.4.1.Tính bền chốt giữa cần và tay gầu.

m - m

450

2.6 Kiểm tra ổn định của máy sau khi lắp bộ công tác mới.

Ta sẽ tính các mô men đối với chân cần của máy tại các vị trí như đã tính cho máy cơ sở Cụ thể những vị trí tính toán như sau.

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

3.1 Xác định các lực tác dụng lên các xilanh.

PC 200

PC 200

-8-9

3.1.2 Tính toán lực tác dụng lên xilanh gầu:

3.3 Hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác.

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

Nguyên lý: Dầu được đưa từ thùng qua lọc, đến hệ thống bơm, qua van phân phối và đến van điều khiển chính của hệ thống thuỷ lực Đồng thời có một đường dầu điều khiển từ thùng dầu qua hệ thống van điện từ – thuỷ lực vào van điều khiển Đường dầu qua van điện từ – thuỷ lực có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển truyển đến van điều khiển chính để thực hiện các mệnh lệnh Từ van điều khiển chính, dầu được cung cấp đến

3.3.3 Quá trình điều khiển làm việc.

Đối với các loại máy đào ngày nay việc ứng dụng của thuỷ lực rât lớn cho nên hầu hết các cơ cấu chấp hành luôn được điều khiển bằng thuỷ lực với các ưu điểm sau :làm việc nhẹ nhang điều khiển dễ và các chi tiết nhỏ gọn mà cho hiệu quả làm việc cao hơn so với cách điều khiển khác.

Nguyên lý làm việc của xilanh gầu.

Quá trình làm việc kết hợp.

Bộ di chuyển và tay gầu cùng làm việc.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

 Kết Luận : Đồ án tốt nghiệp là nội dung cuối cùng trong chương trình đào tạo

kỹ sư thuỷ lợi trường Đại Học Thuỷ Lợi Sau khi hoàn thành đồ án này mỗi sinh viên Thuỷ lợi nói chung, sinh viên khoa cơ khí nói riêng sẽ là những

người có đã được trang bị khá đầy đủ về các kiến thức cơ bản nhất để có từ đó mang lại những sản phẩm trí tuệ có thể từ các bản vẽ, từ các xưởng thiết kế có thể hoặc các kỹ sư có mặt trực tiếp trên công trường, các nhà máy, xí nghiệp đem các kiến thức được học tập và rèn luyện trong nhà trường ra áp dụng vào thực tế sản xuất và xây dựng.

 Sau khoảng thời gian 14 tuần làm đồ án và 4 tuần thực tập tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô trong khoa em đã đi nghiên cứu thiết kế bộ công tác mới của máy đào Komatsu PC200 Và em đã hoàn thành đầy đủ và đúng hạn các nội dung nhiệm vụ đồ án mà nhà trường đề ra

 Tuy nhiên do trình độ và thời gian có hạn nên trong khuôn khổ đồ án này em mới thiết kế được gầu và tay gầu, đồng thời em tìm hiểu sơ qua hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác mà chưa thể tìm hiểu tỉ mỉ và đầy đủ về hệ thống thuỷ lực.

Kiến Nghị : "Em xin đưa ra một số nhận xét về đồ án tốt nghiệp như sau: Với

việc thiết kế bộ công tác mới sẽ giải quyết dễ dàng cho việc thi công tại các địa hình khác nhau do khả năng thay đổi tầm vươn thì dải làm việc của máy lớn mà máy cơ sỏ hay các loại máy tương tự không thực hiện được

Với sự thay đổi tầm vươn làm cho ta có thể thi công với các loại cấp đất khác nhau ví dụ như chiều dài tay gầu lớn thì sẽ đào đất ở xa hơn hoặc máy đứng ở trên cao vẫn đào được chủ yếu đào các loại đất mềm dùng nạo vét các kênh hoặc các đập cao, ngược lại khi tay gầu ngắn thì ta có thể đào với các loại đất rắn chắc cho nên máy rất cơ động Hiện nay có rất nhiều các loại máy phục vụ thi công có năng suất cao như các hãng Hitachi, Kobelco, Catapiner cho nên không phải chỉ sử dung loại máy Komatsu để thay thế bộ công tác mà ta có thể dùng bất cứ loại máy cơ sở này để thay thể cho bộ công tác tạo khả năng làm việc van năng của bộ công tác Em cũng đã tìm hiểu một số loại máy mới đuợc cải tiến có hai bộ công tác gồm bộ công tác thực hiện nhiệm vụ đào đất và một bộ công tác được gắn ở phía sau như lưỡi ủi hoặc bộ công tác của máy xúc lật cho nên ở nước ta việc chế tạo bộ công tác có tính năng đa dạng là một việc cần làm để dần tiếp cận với các công nghệ mới của thế giới“.

Em mong muốn sau khi ra trường em sẽ có cơ hội và điều kiện để tiếp tục đi sâu vào lĩnh vực chế tạo bộ công tác, một lĩnh vực còn mới và hiện nay chúng ta đang phải nhập từ nước ngoài về với giá thành cao Từ việc sửa chữa em mong muốn

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm giúp em hoàn thành đồ án Đặc biệt em xin cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Đăng Cường đã nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức cần thiết, giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Mặc dù đã có sự cố gắng của bản thân nhưng do trình độ và kinh nghiệm thiết kế còn ít, khả năng hiểu biết thực tế còn hạn chế Do đó đồ án này không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến chỉ bảo của thầy cô và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

KÍNH CHÚC CÁC THẦY CÔ GIÁO MẠNH KHOẺ LUÔN CÔNG TÁC TỐT !