Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu thuận

Đối với công tác xây dựng nói chung, xây dựng Thuỷ Lợinói riêng công tác làm đất chiếm 60ữ80% khối lợng công trìnhcho, nên Máy Làm Đất có nhiệm vụ rất quan trọng đối với côngtác xây dựng

Thiết kế máy đào thủy lực gầu

 Tốc độ xi lanh tay gầu: Vxl =0.12 (m/s)

 Tốc độ xi lanh gầu: Vxg=0.08 (m/s)

 Tốc độ di chuyển: Vdc = 2.8(km/h)

 Số vòng quay bàn quay: Nq=6(v/p)

Nội dung tính toán:

Tính toán chung Máy Đào

Tính bền tay gầu

Bản vẽ:

Bản vẽ chung Máy Đào

Bản vẽ tay gầu

Lời nói đầu

Trong quá trình xây dựng cơ bản hiện nay, máy móc đợc

sử dụng rộng rãi và đóng vai trò hết sức quan trọng của côngviệc nh: chất lợng, tiến độ, giá thành của công trình Mặtkhác máy móc – thiết bị sử dụng trong ngành xây dựng haycòn gọi là máy xây dựng chính là yếu tố cơ bản để đánh giátiềm lực và khả năng của mỗi đơn vị hay doanh nghiệp xâydựng

Do vậy ngày nay công tác thiết kế, chế tạo và sử dụng cóhiệu quả các loại máy này là yêu cầu thiết yếu Đa máy mócvào thi công các công trình lớn và quan trọng là việc làm cầnthiết để có thể đảm nhiệm đợc những công việc phức tạp,khối lợng công việc nặng nề mà lao động thô sơ không thểthực hiện đợc hoặc năng suất thấp, hiệu quả kinh tế khôngcao Vì vậy Máy Xây Dựng không thể thiếu đợc trên các côngtrờng xây dựng, các công trình thuỷ lợi, giao thông

Những năm gần đây, ngành cơ khí nói chung và lĩnhvực Máy Xây Dựng nói riêng của nớc ta đã và đang đợc nhà nớc

đầu t và tạo điều kiện phát triển Đó cũng chính là mục tiêu

đẩy mạnh sự phát triển kinh tế, dựa trên một nền công nghiệphiện đại và tiên tiến trong sự nghiệp đổi mới của đất nớc

Đối với công tác xây dựng nói chung, xây dựng Thuỷ Lợinói riêng công tác làm đất chiếm 60ữ80% khối lợng công trìnhcho, nên Máy Làm Đất có nhiệm vụ rất quan trọng đối với côngtác xây dựng.

Thực tế Máy Đào gầu thuận đợc đánh giá là một trongnhững loại máy làm đất quan trọng, luôn có mặt trong cáccông việc khai thác vận chuyển đất đá trên các lĩnh vựcThuỷ Lợi, Giao Thông, Xây Dựng, bởi phạm vi sử dụng rộng,năng suất cao và có nhiều tính năng u việt

Với nhiệm vụ và yêu cầu đợc giao, qua quá trình nghiên

cứu và làm đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi với đề tài “ Thiết kế

máy Đào thuỷ lực gầu thuận” em đã đi sâu nghiên cứu về

tính bền bộ công tác (tính bền Tay Gầu)

Vì sự có hạn về cả thời gian và kiến thức, em xin hệthống hoá và phân tích, đánh giá những vấn đề chung cơbản của các cơ cấu trong Máy Đào gầu thuận Sau đó đi sâunghiên cứu, tính toán, tính bền cho bộ công tác (tính bền taygầu)

Nội dung cơ bản của thuyết minh đồ án đợc chia làm 6 phần:

- Phần VI:tính bền bộ công tác (tính bền tay gầu)

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn Vũ VănThinh, ngời đã hớng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này và

thức quý báu, các tài liệu tham khảo để em có điều kiện đisâu tìm hiểu đề tài đã học Vì trình độ kiến thức có hạnnên đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót Do đó kính mong

đợc sự góp ý giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn

Hà nội, ngày 22 tháng 09 năm2001

đờng tháo chung hệ thống còn một đờng dùng nối lần lợt cáckhối, đờng tháo khối (6) chỉ đợc nối với đờng tháo chung

Chất lỏng công tác từ bộ phận thứ nhất cuả bơm (1) đI

đến khối phân phối thuỷ lực (5) điều khiển mô tơ thuỷ lựccủa bàn quay(18), xi lanh thuỷ lực tay xúc (17) và mô tơ thuỷlực của dải xích bên phải (8)

Khi các van trợt của khối (5),ở vị trí trung gian khi chấtlỏng công tác do bộ phận thứ nhất của bơm vào đờng thoát ,

đờng thoát dẫn bộ phận thứ hai của bơm đến khối (4), khối(4) điều khiển sự làm việc của các xi lanh thuỷ lực cần (16),

xi lanh thuỷ lực gầu (15), và mô tơ thuỷ lực của dải xích bêntrái (8)

Khi các van trợt (4),(5) ở vị trí trung gian thì chất lỏngcông tác đợc tăng áp suất bằng bộ phận thứ nhất và bộ phậnthứ hai của bơm đi đến khối phân phối thuỷ lực (6) Van trợtcủa khối (6), lắp liền với van trợt của khối (5),và cùng chuyển

động do một tay lái điều khiển của xi lanh thuỷ lực tay xúc(17) một van trợt khác của khối (6).Van trợt dự trữ có thể đợcdùng để điều khiển cơ cấu thừa hành thiết bị công tác thaythế

Nh vậy cơ cấu thừa hành đợc dùng để điều khiển bằngkhối (5) chỉ đợc cung cấp từ bộ phận của bơm còn cơ cấuthừa hành điều khiển(4),(6) khi các van trợt ở vị trí trung gianthì chất lỏng đợc cung cấp tứ hai bộ phận của bơm

Hệ thống thuỷ lực của máy xúc cho phép phối hợp mộtchuyển động công tác thay thế bằng (4),(6) ngoài ra van trợt

điều khiển hoạt động các xi lanh thuỷ lực của cần có cấu tạohoạt động của các xi lanh thuỷ lực cần với một trong công tác

đợc điều khiển bằng bốn van trợt khối (4), khối (6) nhng cóthể phối hợp đồng thời ba chuyển động công tác Khi phối hợpthao tác thì mỗi xi lanh thuỷ lực cung cấp chất lỏng từ một bộphận của bơm

Chỉ có xi lanh thuỷ lực tay xúc khi phối hợp thao tác với các

xi lanh thuỷ lực cần đơc cung cấp dòng chất lỏng kép nhờ

điều khiển bằng hai van trợt khoá liên động của bộ phậnphân phối thuỷ lực cùng làm việc đồng bộ với nhau

Để cho hệ thống không bị quá tải trong đờng cao áp cảmỗi bơm lắp song song với nhau hai van an toàn đơc chỉnh

quay và bộ phận di chuyển máy trong hệ thống thuỷ lực lắpcác van thông qua ,các van này cũng đợc đIều chỉnh đến ápsuất tơng ứng từ 11 đến 16 Mpa.

Thiết bị van ra hành trình dẩn chất lỏng công tác từ ờng tháo qua bộ lọc hoặc trực tiếp chảy vào bình hoặc qua

đ-bộ lọc hoặc trực tiếp chảy vào bình hoặc qua đ-bộ phận làmmát dầu Việc kiểm tra áp lực làm viêc trong hệ thống thuỷ lực

đợc thực hiện nhờ khối van khoá và đồng hồ đo áp lực

Cơ cấu quay bàn quay đợc dẩn động từ mô tơ thuỷ lựcmô men lớn nhất (18) ,cối trục ra của nó đợc lắp bánh răng di

động (19) ăn khớp với vành răng của vòng ổ quay từ hai cơ cấu

di chuyển khác nhau ,mỗi cơ cấu đều có mô tơ thuỷ lực(8),

bộ giảm tóc thuỷ lực bánh răng có phanh (10),và bộ giảm tócbằng xích có các đĩa xich bị động (13), làm quay bánh xíchchủ động(14)

Do vậy mà dải xích đợc quay theo đồng thời chuyển

động của máy

II Xác định các thông số cơ bản:

Dựa vào quy luật đồng dạng về kích thớc, trọng lợng,công suất Máy cỡ nhỏ, điều kiện làm việc trung bình dựa vàobảng (5-1) MTL ta chọn: kG=10

Trọng lợng máy theo dung tích gầu:

G = kGì q = 10ì1.5 = 15 (tấn)Thông số và kích thớc máy:

3 G

k

Hệ số kích thớc bộ công tác (m)

Chiều dài cần 1.8 4.45 Chiều dài tay gầu 1.5 3.705 Chiều cao đổ đất 1.5 3.705 Chiều cao đào 2.1 5.3 Bán kính đổ đất 2.3 5.681 Bán kính đào 2.6 6.422

Hệ số kích thớc bộ di chuyển bánh xích nhiều

điểm tựa (m)

Chiều rộng cơ sở 0.96 2.17 Chiều dài cơ sở 1.1 2.72 Chiều rộng xích 0.18 0.44 Chiều cao xích 0.35 0.86 Đờng kính bánh xích chủ động 0.3 0.74 Đờng kính bánh dẫn hớng 0.25 0.62 Đờng kính bánh tì 0.1 0.25

Khối lợng các bộ phận chính( tấn).

Bộ công tác máy đào 18 2.7 Gầu và thanh kéo 4 0.6 Tay gầu 3.5 0.53 Cần 7.2 1.08

Xi lanh gầu 0.4 0.06

Xi lanh cần 1.3 0.20

Xi lanh tay gầu 0.9 0.14

Bàn quay và các cơ cấu (tấn)

Động cơ và khung máy 7 1.05 Thiết bị thuỷ lực và thiết bị phụ 9 1.35 Cơ cấu quay 2.5 0.38 Bàn quay 14 2.1

Bộ phận điều khiển 1 0.15

Vỏ máy 2.4 0.36 Đối trọng 0.8 0.12

Vòng ổ quay 1.6 0.24 Khung dới và bánh răng 9 1.35 Ngõng trục trung tâm 0.7 0.11 Cơ cấu di chuyển 4 0.6 Khung xích 6.8 1.02 Bánh chủ động, bánh bị động, bánh tì 8 1.2 Dải xích 9 1.35

Máy làm việc với ba bộ công tác

III Tính toán dẫn động bộ công tác máy đào gầu thuận:

Quá trình đào đất của Máy Đào thuỷ lực gầu thuận cóthể tiến hành theo các nguyên tắc:

 Gầu và tay gầu cố định, cần chuyển động nhờ xilanhcần

Cần quay quanh khớp bản lề nối với tay gầu nhờ xi lanhgầu, lúc đó cần và tay gầu cố định, gầu chuyển động nhờxilanh gầu

 Tay gầu quay quanh khớp bản lề nối với cần nhờ xi lanhtay gầu, lúc đó cần và gầu cố định, gầu chuyển động nhờxilanh tay gầu

 Cần và tay gầu cùng làm việc đồng thời nhờ các xilanhcần và xilanh tay gầu ở trờng hợp này gầu coi nh lắp cứngvới tay gầu

Giả sử trong thời gian đào, gầu chuyển động nhờ xilanhtay gầu lớn nhất của lát cắt đạt đợc khi răng gầu, khớp cần

và tay gầu (khớp O) nằm trên đờng nằm ngang (vị trí II)

o

xg xt

q C

.

Chiều cao đào H= 5,06 (m)

Dung tích hình học của gầu q=1,5 (m3)

Chiều rộng gầu chọn theo công thức kinh nghiệm

).

( 14 , 1 5 , 1 1 1

1

Hệ số tơi xốp ( Với cấp đất IV là loại đất Sét khô, chặt, ásét lẫn sỏi, hoàng thổ khô, mengemen) dựa vào Bảng 1-2(MTL) ta tra đợc ktx= 1,35

Ta có:

Chiều dày lát cắt lớn nhất:

) ( 18 , 0 14 , 1 3 , 5 35 , 1

5 , 1

m

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất đợc xác định theo côngthức NG.Dombrovsky

Po1= k1.b.CMax

Trong đó: k1: Là hệ số cản đào Dựa vào Bảng1-9 (MTL)

Ta có: k1= 0,2 MPa = 0,2.103 (kN/m2)

⇒ Po1= 0,2.103 1,14 0,18 = 61,6 (kN)

1 Xác định lực xilanh tay gầu:

Trong thời gian đào gầu chuyển động từ vị trí I ữII lựccần thiết của xilanh tay gầu Pxt thay đổi từ O đến lớn nhất

ở cuối quá trình đào, tay gầu ở vị trí nằm ngang, chiềudày lát cắt lớn nhất

Giá trị lớn nhất lực xilanh tay gầu Pxt sẽ xác định từ

ph-ơng trình mô men với khớp O của tất cả các lực tác dụng lên hệtay gầu ở vị trí II nh hình dới

Hình vẽ (Sơ đồ xác định lực xilanh tay gầu).

r

r G r

ri: Khoảng cách từ các phần tử đến điểmO.

rxt: Khoảng cách từ Pxt đến điểm O

xt

xt xt g

g xg

xg d

g d g xt

r

r G r

G r

G r

G r

P P

2

1

.

, 1

20 1 , 1 5 , 1

kN k

k q G

γ=20: Trọng lợng riêng của đất (Bảng 1-2) MTL

kxt=1,35: Hệ số tơi xốp (Bảng 1-2) đất cấp IV

⇒ Gg+d =Gg+ Gd= 6+ 24,4 = 30,4 (kN)

Mặt khác ta có:

 Chiều dài gầu:

) ( 087 1 5 , 1 95 , 0

95 ,

087 , 1 7 , 3

C l

tg d

⊕ r0: Khoảng cách từ P01 đến điểm O:

).

( 79 , 4 087 , 1 7 , 3

⊕ rt: Khoảng cách từ Gt đến điểm O:

( 85 , 1 7 , 3 2

1 2

1

m l

⊕ rxg: Khoảng cách từ Gxg đến điểm O:

).

( 08 , 3 7 , 3 6

5

6

5 3

1 2

1 3

2

m l

l l

⊕ rxt: Khoảng cách từ Gxt đến điểm O:

45 , 4

68 , 1 187 , 5

0

0

0

25 46

, 0 3

7 , 3 45 cos 45 , 4 3 1

45 sin 45 , 4 3 1

3 45

cos 3 1

45 sin 3

1

=

⇒

= +

= +

=

β

tg c

c

l l

l b

a

tg

) ( 67 , 0 ) 25 52

sin(

45 , 4 3

1 ) sin(

3

m l

) ( 650 67

, 0

67 , 0 4 , 1 2

1 85 , 1 6 08 , 3 6 , 0 2 , 4 4 , 30 79 , 4

Hình vẽ (Sơ đồ xác định lực xilanh cần).

o

xg xt

r

r G

P = ∑

Trong đó

Gi : Trọng lợng các phần tử bộ công tác đất

ri: Khoảng cách từ các phần tử đến điểmO

rxc: Khoảng cách từ Pxc đến điểm O

⇒

xc

xc xc c

c xt

xt t

t xg xg d

g d g

xc

r

r G r

G r

G r

G r

G r

G

P

' '

' '

'

2

1

.

⊕ r’

xg: Khoảng cách từ Gxg đến điểm O:

rxg’ = lc cos450+5/6.ltg=4.45.cos45+5/6.3,7=6,2(m)

⊕ r’

t: Khoảng cách từ Gt đến điểm O:

rt’ = lc cos450+ ltg/2 =4,45/cos450+1,85=5 (m)

⊕ r’

xt: Khoảng cách từ Gxt đến điểm O:

0 ' c cos 45

xt l

) ( 2 , 3 45 cos 45 ,

, 0

1 , 2 20 2

1 57 , 1 8 , 10 2 , 3 4 , 1 5 3 , 5 2 , 6 6 , 0 4 , 7

3 Xác định lực xilanh tay gầu:

Lực lớn nhất của xilanh gầu sẽ xuất hiện khi đào đất

q C

. 1

" =

Trong đó:

H1: chiều cao khi đào bằng gầu:

) ( 514 1 906 , 0 5 , 1 46 , 1 65 sin 46 ,

1

ktx= 1,35: Hệ số tơi xốp với đất cấp IV.Bảng1-2 (MTL)

) ( 64 , 0 35 , 1 514 , 1 14 , 1

5 , 1

 Lực cản đào tiếp tuyến:

Khi răng gầu tiến đến vị trí II.( "

01

P lớn nhất còn rxgnhỏ nhất)

P”

01= k1.b.C”

MaxTrong đó:

.

.

xg

xg xg d

g d g

xg

i i xg

r

r G r

G r P r

r G r

0 087 , 1 2

1

( 7 , 187 3

, 0

55 , 0 6 , 0 2

1 5435 , 0 4 , 30 087 , 1 48 ,

T¹i vÞ trÝ cÇn n»m ngang (α=O0) gãc β rÊt nhá

ChiÒu dµi xilanh cÇn

66 , 361 2

2

cm P

P

) ( 53 , 15 14

, 3

8 , 180 4 4

. 2

cm D

D

Chän D= 160(mm)

Tõ s=500(mm), D=160(mm) ta tra (b¶ng 27, trang 150 GT

S =500mm.

L=865mm

d =80mm

l1=71mm

D=160mm

L =45mm

d1=55mm

l2=73mm

D1=194m

m

B=60mm

d2=75mm

l3=174mm

b TÝnh chän xilanh tay gÇu.

T¹i vÞ trÝ tay gÇu n»m ngang cÇn nghiªng mét gãc 450

52 sin 45 , 4 3

1 sin

sin 3

1

0

0

m l

3

3 2 ) 3

1 ( ) 3

1

tg c

Min

l l l

l

) ( 13 , 1 45 cos 3

7 , 3 3

45 , 4 2 7

, 3 3

1 45

, 4 3

2 2

) ( 325 2

650 2

2

cm P

P

F = xt = =

)(2014

,3

325.44

2

cm D

L=2071mm

Hành trình Piston lớn nhất của gầu đạt đợc khi gầu

chuyển động từ vị trí bắt đầu đào (tay gầu thẳng đứng)

đến vị trí gầu xúc đầy đất khi đó góc xoay của gầu là lớn nhất

Tại vị trí 1:

3

68 , 4

3

3

2 2

5 4

3

5 4

"

Hành trình Piston là s= VT(2)- VT(1)= 1,28-1,034=0,46 (m)

Diện tích chịu lực Piston:

Diện tích Piston

) ( 7 , 187 1

7 ,

cm P

P

)(46,1514

,3

7,187.44

2

cm D

D

Chọn D=160(mm)

Từ s=460(mm), D=160(mm) ta tra (bảng 27 trang 150 GT Nga) chọn xilanh có các thông số:

S =500mm

L=865mm

d =80mm

l1=71 mm

mm

d1=55mm

l2=73 mm

D1=194m

m

B=60mm

d2=75mm

l3=174mm

d Tính chọn bơm.

Khi chọn các thông số truyền động thuỷ lực có sự phân chia công suất cho các cơ cấu chấp hành riêng biệt, đợc tiến hành theo cơ cấu chịu tải lớn nhất

Trong trờng hợp nhiều cơ cấu làm việc đồng thời cần tiến hành tính tổng năng lợng tiêu thụ, áp suất và lu lợng của chúng để chọn bơm có các thông số phù hợp

Trong trờng hợp tính cho máy đào gầu thuận, khả năng phải cung cấp thuỷ lực lớn nhất đợc tính cho khi máy vừa quay vừa nâng cần và tay gầu.

Lu lợng chung toàn bộ hệ thống:

Q = Qq+ Qc+ Qt

).

( 120 )

( 10 2 4

16 , 0 14 , 3 1 , 0

ph

l s

m F

V

) (

1 , 226 )

( 10 77 , 3 4

2 , 0 14 , 3 12 , 0

ph

l s

m F

55 , 9

1440 10 37 10

55 , 9

Khối lợng bơm M= 200 (kg)

Xác định thông số cơ bản của cơ cấu quay:

 Mô men quán tính của phần quay Máy Đào khi gầu đầy

đất Jo(KN.m/s2)

 Tốc độ góc lớn nhất của bàn quay:

 Gia tốc góc lớn nhất:

 Thời gian khởi động máy, phanh: tk, tp

Máy Đào làm việc nhiều động cơ, thời gian làm việc một chu kỳ tính theo công thức:

( ) s A G b

jk

Trong đó: tđ là thời gian đào

td là thời gian dỡ tải

Thời gian quay có tải đợc tính:

1

J J

t t t

J = − d

Với r: là khoảng cách từ trọng tâm gầu đến trục quay máy.

r = 5 (m)

) (

8 , 47 5

81 , 9

4 , 24 110

g

G J

) ( 75 , 10 12 , 16 3

2

3

2

s t

t t t

).

( 07 , 6 110

8 , 47 1

45 , 3 2 12 , 16

s J

J

t t t

67 52 07 , 6 3 0 3

J

J t

Công suất lớn nhất của động cơ:

( ) 47,6( ).

88,0.68,4.54,0

14,3.88,037,1.110

.54,0

)

37,1

.(

3

2 2

3

2 2

KW t

J

N

q q

q

η

β η

) (

7 , 75 6

6 , 47 10 55 , 9

10 55 ,

KNm n

N

Trong đó: β: góc quay của bàn quay (β= 1800= 3,14 rad)

ηq: hiệu suất cơ cấu quay

Cơ cấu quay đợc truyền qua hộp giảm tốc

Tra bảng 11 GT Nga chọn động cơ thuỷ lực Piston hớng trục số 50 có các thông số:

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

có ý nghĩa kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho Đối với máy dẫn động riêng biệt tính toán kéo đểchọn động cơ đảm bảochế đọ cho trớc của máy

Tính theo công thức tổng quát:

Pk= W1+ W2+ W3+ W4+ W5+ W6Trong đó:

W1: Lực cản đào do masát trong bộ di chuyển

ta tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm Dùa vµo b¶ng 4-1 MTL, ta cã:

).

( 55 , 2 100

150 7 , 1

).

( 72 , 1 100

150 15 , 1

).

( 8 , 1 100

150 2 , 1

).

( 2 , 1 100

150 8 , 0

).

( 25 , 2 100

150 5 , 1

).

( 25 , 2 100

150 5 , 1

).

( 9 100

150 6

+ F= B.Hb = 2,17 2,47 = 5,36(m2): Là diện tích chịu gió.

B= 2,17: Chiều rộng cơ sở

Hb= 2,47: Chiều cao buồng máy

k

t g

V G W

).

( 3 100

150 2

Tính W6:

Máy quay vòng trên nền phẳng, bỏ qua lực ly tâm vì tốc

độ vào đờng cong nhỏ Quá trình quay vòng có thể phân tích thành hai trờng hợp theo hình vẽ

 Coi hai xích nh nhau:

8

2

' 1 2 1

L G A

' 2 2

1

G f a

r

A P

W1

6, W2

6 xác định từ phơng trình mô men tơng ứng tại m,n

∑ Mm = 0

2

2

.

' 1

6

G B

L f

.

' 2

6

G B

L f

=