thiết kế tính toán tay gầu PC350

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. Những năm sau đó là xây dựng các công trình giao thông phục vụ cho việc chi 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 nhiều thay đổi, số lượng và chủng loại tăng lên đáng kể nhằm đáp ứng công việc xây dựng các 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, các máy làm đất của các nước tư bản như: Nhật, ý, Thụy Điển, Pháp bắt đầu có mặt ở nước ta. Ví dụ: như các loại máy do 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. Tuy máy móc của các nước tư bản chế tạo hoạt động có hiệu quả hơn nhưng do giá thành đầu tư ban đầu lớn nên thời kỳ này nhiều máy móc của các nước XHCN cũ vẫn được sử dụng rộng rãi.

Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây LỜI NÓI ĐẦU Hiện đất nước ta q trình cơng nghiệp hố đại hố đất nước việc giới hố cơng trình xây dung quan trọng ngày diển mạnh mẽ Cơ giới hoá rút ngắn thời gian thi công, giảm nhân lực mang lại hiệu cơng việc cao.Trong cơng trình xây dựng nói chung thuỷ lợi nói riêng cơng tác đất chiếm phần lớn cơng việc, gới hố cơng tác đất diễn với tốc độ cao máy đào giữ vai trò chủ đạo Cơng việc chủ yếu máy đào đào vận chuyển đất, khâu dây chuyền thi cơng Nếu máy đào làm việc hiệu suất tổ máy tăng ngược lại máy đào làm việc hiệu dẩn đến suất tổ máy giảm, điều làm giảm tiến độ thi công Trên thực tế chủng loại máy đào sử dụng cơng trình xây dựng phong phú đa dạng, loại máy đào nhập từ nước tư giới với nhiều chủng loại kích thước tính ưu việt khác Tuy nhiên trình sử dụng máy không nắm vững kỷ thuật vận hành, bảo dưỡng sữa chữa nên tránh khỏi hỏng hóc hệ thống, phận Bộ cơng tác máy đào không tránh khỏi vấn đề điều kiện làm việc khắc nhiệt tiếp xúc với đất bùn, chịu ma sát va đập Bộ cơng tác nhập ngoại đắt, nghiên cứu thiết kế công tác đem lại lợi nhuận kinh tế nhiều Mặt khác điều kiện đất nước ta hầu hết thi cơng cơng trình nhỏ vừa đơi với loại đất nhẹ ta cần sử dụng cơng tác có dung tích gầu lớn để tăng suất có trường hợp điều kiện địa hình di chuyển khó khăn nên ta khơng thể cho máy đào tiến lại gần vây đòi hỏi máy có tầm vươn xa để đào vận chuyển đất cách dễ dàng ta đào loại đất rắn lực cản cắt lớn yêu cầu phải có mơn men lớn cánh tay đòn phải ngắn lại Do cần có máy đào có dung tích lớn phù hợp Mặc dù đất nước ta công nghệ chế tạo, vật liệu không nước tư bản, nhiên thiết kế cơng tác khơng u cầu độ cao chế tạo khí xác vật liệu khơng đòi hỏi q cao Do việc tiến hành thiết kế chế tạo cơng tác hồn tồn có thể.Chính lý mà việc nghiên cứu thiết kế chế tạo công tác cần thiết Do em giao đề tài đồ án môn học: "Khai thác kết cấu thép tính tốn thiết kế tay gầu cơng tác dựa theo máy đào PC350-6 KOMATSU Rất mong giúp đỡ thầy Em xin chân thành cảm ơn ! SVTH: Vũ Trường Giang Vũ Trường Giang Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH VÀ MÁY ĐÀO PC350-6 CỦA KOMATSU 1.1 Máy đào gầu nghịch tình hình sử dụng Việt nam 1.1.1 Máy đào gầu nghịch Nhìn chung cơng nghiệp chế tạo máy xây dựng so với công nghiệp chế tạo máy non trẻ, thực tế máy làm đất đời từ kỷ thứ XIX, xuất dùng rộng rãi máy nước Năm 1836 máy đào nước có dung tích gầu q = 1,14 (m 3)ra đời, động nước kiểu đứng, công suất 15 (mã lực), áp suất nước 0,5 (Mpa) Máy đào có cấu chính: nâng hạ gầu, quay cần, co duỗi tay đẩy Năng suất máy đào từ 30 – 80 (m3/h) nhỏ 1,5- lần suất máy đào có dung tích khối lượng nặng nhiều Năm 1842 kỹ sư người Nga: P.P Melnikov chứng minh máy đào thay cho 150 người ông mua máy từ Mỹ Như giai đoạn đầu phát triển máy làm đất dẫn động sức người, sức ngựa, động gió, động nước kéo dài đến kỷ XIX Trải qua nhiều giai đoạn phát triển, loại máy xây dựng nói chung máy đào nói riêng có thay đổi nhiều theo hướng đại tiện dụng Các loại máy đào ngày có cấu tạo đại nhằm giúp người điều khiển vận hành máy dễ dàng suất đào đắp nâng cao Cấu tạo máy đào gầu sấp (gầu nghịch) có di chuyển xích bao gồm phận thể hình: Vũ Trường Giang Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây Hình1-1 :Cấu tạo chung máy đào xích, thuỷ lực gầu sấp: 1- Xích di chuyển, 2- Máy sở, 3- Cần, 4- Xi lanh nâng cần, 5- Xi lanh tay gÇu, 6- Tay gÇu, 7- Xi lanh quay gÇu, 8- GÇu Loại đào đất thấp mặt máy đứng Có thể dùng để đào kênh mương rãnh đặt đường ống, nạo vét cửa cống, đào giao thơng hào, hố móng, khai thác vật liệu, Xilanh nâng cần đảm bảo độ nghiêng thích hợp, co xilanh thực việc duỗi gầu, kết hợp hạ cần xilanh để đặt gầu vào vị trí cắt đất Duỗi xilanh 4, nâng gầu, thực việc cắt đất Khi gầu đầy đất, lúc gầu lên tới miệng hố đào, kết hợp xilanh nâng gầu lên đến độ cao đó, kết hợp quay đến vị trí đổ Thu xilanh 7, quay gầu duỗi đất đổ qua miệng gầu Ngày máy đào truyền động cáp lại Hầu hết máy đào có hệ thống dẫn động cơng tác thuỷ lực, trừ số loại máy đào gầu kéo, gầu ngoạm phục vụ công việc đặc biệt Đa số máy đào có di chuyển xích,máy đào bánh lốp chế tạo với loại công suất nhỏ, phục vụ công Vũ Trường Giang Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây trình có khối lượng nhỏ, địa bàn thành phố cơng việc cần di chuyển nhiều Do tính linh hoạt, máy đào gầu sấp sử dụng rộng rãi hơn, với dung tích gầu từ 0,18 ÷ 27,5(m3) tương ứng với công suất động dẫn động từ 54 ÷ 1470 (mã lực) trọng lượng từ ÷ 317 (T) Nhìn chung, loại máy đào gầu sấp đại có đặc điểm chủ yếu sau: Buồng lái rộng rãi, n tĩnh, có tầm nhìn bao quát trang bị điều hoà nhiệt độ làm giảm mệt mỏi người lái Các đệm giảm chấn ngăn chấn động phát sinh từ hệ thống truyền lực tới ca bin Tính hoạt động cao: Hệ thống điều khiển đảm bảo việc điều khiển nhẹ nhàng, xác thuận tiện, lực đào tay gầu, gầu khả nâng lớn Việc bảo dưỡng sửa chữa thực dễ dàng, thuận tiện, nhiều cơng việc đứng đất để thực Việc chẩn đoán hư hỏng nhờ hệ thống kiểm soát điện tử làm giảm thời gian ngừng máy, tăng suất máy, giảm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa Hệ thống kiểm sốt điện tử: Hệ thống điều khiển công suất điện tử cho máy làm việc với chế độ công suất khác (100%, 90%, 80%) tuỳ theo điều kiện làm việc nặng, trung bình hay nhẹ, giúp tiết kiệm nhiên liệu đảm bảo trình hoạt động máy êm dịu có hiệu suất cao, ưu tiên dồn công suất thuỷ lực cho cấu hoạt động cần ưu tiên trường hợp cụ thể làm tăng khả hoạt động nhờ việc trì cân tối ưu tốc độ động yêu cầu thuỷ lực suốt thời gian máy hoạt động Tình trạng kĩ thuật máy thể bảng báo, có tín hiệu báo động cần thiết, giúp người vận hành kịp thời khắc phục hỏng hóc xảy Hệ thống thuỷ lực: Các hệ thống thuỷ lực cải tiến có áp suất cao hơn, làm tăng lực dẫn động từ xi lanh tới cần, tay gầu gầu Khi lực dẫn động tăng, khối lượng vật liệu đào tăng lên, khả nâng máy lớn thời gian chu kì làm việc máy giảm, làm tăng suất máy Động cơ: Thường trang bị tuabin tăng áp, làm mát sau để đảm bảo cháy hết nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cho vòi phun, bơm cao áp riêng cho xi lanh Động có điều khiển tự động cho phép người lái tác Vũ Trường Giang Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây động nút bấm, điều khiển tốc độ động ba mức, phù hợp với tải trọng ngồi, đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu Các động chế tạo với mức độ ô nhiễm môi trường thấp, thoả mãn tiêu chuẩn nêu điều luật bảo vệ môi trường tổ chức bảo vệ môi trường giới Hệ thống gầm kết cấu khung: Hệ thống gầm có độ ổn định cao cần bảo dưỡng Khung lăn đỡ xích hoạt động êm dễ làm Kết cấu máy có độ bền lớn, tuổi thọ cao Hình 1-2 : khung máy Cần tay gầu: Cần tay gầu thiết kế có dạng khơng tập trung ứng suất Một máy đào lắp cần tay gầu có kích thước khác Nếu lắp cần tay gầu dài tầm hoạt động lớn dung tích gầu lực đào nhỏ Nếu lắp cần tay gầu ngắn tình hình ngược lại Hình 1-3 : Cần tay gầu máy đào gầu nghịch Vũ Trường Giang Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây Gầu: Các loại gầu xúc thiết kế chế tạo có khả hoạt động cao Một máy đào lắp loại gầu khác tuỳ theo yêu cầu công việc: gầu công dụng chung, gầu làm việc với chế độ nặng nhọc, gầu đào đá, gầu xới đá gầu làm Việc sử dụng loại gầu khơng phù hợp thực tế làm giảm suất từ 30 ÷ 40% Gầu thường chế tạo thép có độ bền lớn, nên tự trọng giảm mà đảm bảo độ bền gầu để tăng khả chất tải Hình 1-4: Các loại gầu máy đào gầu nghịch Xích di chuyển: xích máy đào có chức di chuyển, phân bố trọng lượng máy xuống đất H×nh 1-5 HƯ thèng di chun xích, có bánh chủ động thông thờng: 1-Xích, 2- Bánh dẫn hớng, 3- Thiết bị căng xích, 4- Con lăn V Trng Giang đè xích, 5- Con lăn đỡ, 6- Bánh chủ động ỏn mụn hc Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây 1.1.2 Tình hình sử dụng máy làm đất Việt Nam Ở Việt Nam, vào năm 60 kỷ trước, miền Bắc nhập loại máy làm đất mà chủ yếu máy đào để xây dựng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện, giao thông, khai thác mỏ Trong giai đoạn công việc xây dựng lại đất nước bắt đầu phát triển, cơng việc bốc xúc vật liệu với khối lượng lớn đòi hỏi phải giới hố Những năm sau xây dựng cơng trình giao thơng phục vụ cho việc chi việc chiến trường miền Nam Các máy móc thời kỳ chủ yếu Liên Xô Trung Quốc tài trợ, số nước XHCN khác Những thập kỷ tiếp theo, tình hình sử dụng máy làm đất Việt Nam có nhiều thay đổi, số lượng chủng loại tăng lên đáng kể nhằm đáp ứng công việc xây dựng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện có qui mơ ngày lớn thuỷ điện Sơng Đà cơng trình khai thác mỏ Quảng Ninh Sau ngày đất nước thống nhất, máy làm đất nước tư như: Nhật, ý, Thụy Điển, Pháp bắt đầu có mặt nước ta Ví dụ: loại máy Volvo, Komatsu, Kobelco, Hitachi, Fiat chế tạo nhập vào nước ta để thi cơng cơng trình nhà máy ximăng Hồng Thạch, hồ thuỷ lợi Dầu Tiếng, Thuỷ điện Trị An, công việc bốc xúc khai thác mỏ lộ thiên Quảng Ninh Tuy máy móc nước tư chế tạo hoạt động có hiệu giá thành đầu tư ban đầu lớn nên thời kỳ nhiều máy móc nước XHCN cũ sử dụng rộng rãi Đến năm đầu thập kỷ 90 kỷ trước, với cơng đổi đất nước, tình hình sử dụng máy làm đất Việt Nam cải thiện Các cơng trình có qui mơ lớn, chất lượng đòi hỏi cao, thời gian xây dựng dài người ta sử dụng tổ máy đồng bộ, đại Trong cơng trình nhỏ, thời gian xây dựng ngắn phải dựa sở máy móc có sở xây dựng đầu tư thêm số thiết bị lẻ để thi công Do sách mở cửa, sức ép kinh tế thị trường chất lượng cơng trình đòi hỏi cao, thời gian thi công rút ngắn nên máy làm đất nhập vào nước ta dần nâng cao chất Người ta tính đến hiệu thực tế cuối thiết bị mang lại khơng q quan tâm đến giá đầu tư ban đầu, thực giá đầu tư ban đầu theo kinh nghiệm chiếm khoảng 25% tổng chi phí cho đời máy (Caterpillar Annual Report – 1999 ) Hiệu thiết bị Vũ Trường Giang Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chế độ hỗ trợ sản phẩm nhà cung cấp thiết bị, suất, độ bền máy móc, hiệu sử dụng nhiên liệu, trình độ sử dụng,… Về suất tiêu hao nhiên liệu, trước người sử dụng quan tâm đến suất tiêu hao nhiên liệu (kg/mã lực.giờ ), cách tính khơng phản ánh hiệu thực tế máy Ngày người ta dùng thơng số so sánh có ý nghĩa thực tế hơn, khối lượng cơng việc thực tiêu hao đơn vị nhiên liệu (gọi hiệu tiêu hao nhiên liệu) Qua phân tích tình hình sử dụng máy làm đất Việt Nam, thấy tranh tổng thể hoạt động này, xu hướng phát triển nhu cầu máy xây dựng máy làm đất nước ta ngày tăng Trong năm gần đây, đòi hỏi sản xuất, số lượng máy xây dựng chế tạo với công nghệ đại nhập vào nước ta ngày nhiều với đa dạng chủng loại, kích cỡ Ngành cơng nghiệp chế tạo máy Việt Nam phải phấn đấu để có thương hiệu máy xây dựng riêng mình, muốn đạt điều đòi hỏi phải có nỗ lực nhiều phía: chế sách nhà nước, vốn đầu tư, đặc biệt đội ngũ trí thức trẻ, cán kỹ thuật Hình 1.6 Một số hình ảnh cải tiến công tác máy đào 1.2 Tìm hiểu máy đào PC650-3 1.2.1 Giới thiệu máy đào PC650-6 Nhật Vũ Trường Giang Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây Komatsu tập đoàn chuyên sản xuất máy xây dựng có uy tín giới đặc biệt loại máy làm công tác đất Được xây dựng từ năm 1921 dựa kinh nghiệm tích luỹ từ trước nên Komatsu đáp ứng yêu cầu cao cơng nghệ tính kinh tế Là cơng ty Nhật nên Komatsu hiểu rõ tính chất địa lý, địa chất môi trường nước Châu á, loại máy Komatsu chế tạo phù hợp với điều kiện sử dụng bảo quản nước Châu nói chung Việt Nam nói riêng Trong loại máy Komatsu sử dụng Việt Nam ta thấy chủ yếu dòng máy PC PC350-6 sử dụng rộng rãi, có kích thước phù hợp đồng thời giá thành mua vào máy không cao nên PC350-6 sử dụng nhiều Việt Nam Do PC350-6 sử dụng rộng rãi Việt Nam nên việc sửa chữa, thay phần hư hỏng máy thực sở nước giá thành giảm đáng kể Hình 1-7: Một số hình ảnh loại máy đào Vũ Trường Giang Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây 1.2.2 Một số đặc điểm máy đào 1.2.2.1 Kích thước máy * Kích thước Hình 1-8 : Kích thước máy - Trong đó: Chiều dài tổng thể máy hạ cần co tay gầu để di chuyển: A = 9495 (mm); B = 5700 (mm); Chiều cao tổng thể: Vũ Trường Giang C = 3190 (mm); 10 Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây A O3 C B Hình 2- 19 Sơ đồ đẩy kéo gầu Theo chống cơng tác có kích thước là: Thanh AB = 545 (mm); Thanh BC = 555 (mm); Đoạn AO3 = 370 (mm) Đoạn CO3 = 408 (mm) 2.1.2 Tính bền tay gầu Tay gầu bị uốn mặt phẳng đứng, ngang; xoắn; kéo nén Những ứng suất xuất trình đào phanh đột ngột quay 2.1.2.1 Vị trí tính tốn thứ Trong q trình đào đất gặp chướng ngại vật, đào xy lanh gầu Xi lanh tay gầu có phương vng góc với tay gầu Ta có sơ đồ lực tác dụng lên tay gầu hình vẽ ta co tồn tay gầu dầm liên tục cứng Vũ Trường Giang 28 Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây Sxltg R1 o1 z0 X0 R2 o2 1467,76 n n o3 Gg P01 P02 Hình 2- 20 Lực tác dụng lên tay gầu Theo hình, từ phương trình mơ men tất lực khớp tay gầu cần, ta xác định P1: P1 = S xl R1 + Gt Rt + G g R g RP Trong đó: Sxt - Lực tác dụng từ xi lanh tay gầu, xilanh vng góc với tay gầu: Sxt =256,67 (KN) Gg - Trọng lượng gầu: Gg = 4,62 (KN) Gt - Trọng lượng tay gầu: Gt = 12,86 (KN) R1 - Khoảng cách từ điểm đặt lực xi lanh tay gầu đến điểm O: R1 = 0,93 (m) Rg - Khoảng cách từ điểm đặt lực Gg đến điểm O: Rg = 0,675 (m) Rt - Khoảng cách từ điểm đặt lực Gt đến điểm O: Rt = 0,255 (m) Rp - Khoảng cách từ điểm đặt lực cản đào P1 đến điểm O: Vũ Trường Giang 29 Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây Rp = lt + lg = 5,286 (m) Vậy ta có: P1 = 256,67.0,93 + 12,86.0,255 + 4,62.0,675 = 46,36( KN ) 5,286 Thành phần lực cản đào pháp tuyến: P2 = 0,5.P1 = 0,5.46,36 = 23,18 (KN) Xác định thành phần lực khớp O tiến hành theo phương pháp hoạ đồ lực sau: sxt p1 z0 gt gg p2 x0 Hình 2- 21: Đa giác lực tác dụng lên tay gầu Nhìn vào hoạ đồ ta xác định Y0, Z0: X0 = Sxt + P1 = 256,67 + 46,36 = 303,03 (KN) Z0 = Gt + Gg + P2 = 12,86 +4,62 + 23,18 = 40,66 (KN) Trong trình đào đất gặp chướng ngại vật, gầu dùng để bật chướng ngại vật nên lực P có lực ngang K Lực phát sinh quay cấu quay mà trình đào chưa kết thúc Giá trị lực K xác định xuất phát từ mô men phanh cấu quay Mf: K= Mf R.η q R - Khoảng cách từ mép gầu đến trục quay máy : R = 4,505 (m) ηq - Hiệu suất cấu quay từ trục đặt phanh đến trục quay: ηq = 0,88 ωmax -Vận tốc góc lớn bàn quay: ωmax = 2.π n 60 Với: n - Tốc độ quay bàn quay: n = 12,4 (vòng/phút) Vũ Trường Giang 30 Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây ⇒ ωmax = 2.π 12,4 = 1,3 (rad/s) 60 Mô men phanh đưa trục động cơ: Mf = N max ( KNm ) ω max η Với: Nmax - Công suất lớn lấy theo công suất động cơ: Nmax = 106,7 (KW) ⇒Mf = 106,7 = 93,27 ( KNm ) 1,3.0,88 Do đó: K= Mf R.η q = 93,27 = 23,52 ( kN ) 4,505.0,88 Để xác định nội lực dầm ta tiến hành xác định phản lực khớp xy lanh tay gầu tay , khớp gầu tay gầu Để xác định phản lực mặt phẳng chứa lực P 01,P02 khớp gầu tay gầu( khớp O3) ta tách gầu khỏi tay gầu Do gầu chịu tác dụng lực cản đào P01,P02 ,Gg chịu tác dụng lực K lực K vng góc với tất lực nên để xác định phản lực khớp G ta dùng phương trình momen trục vng góc với lực P 01,P02,Gt , phương trình hình chiếu mặt phẳng chứa lực lực K khơng tham gia vào phương trình đó ta khơng cần quan tâm đến lực K Lấy phương trình momen điểm O3 ta xác định thành phần P’g Pg o3 R4 R1 R3 P'g Gg R2 P01 P02 Hình 2-22 Các lực tác dụng lên gầu Vũ Trường Giang 31 Đồ án mơn học Dựng Ta có : Ngành: Cơ Khí Máy Xây ∑ Mo3 = → P’g = P01 r1 − P02 r2 − G g r3 r4 Trong : r1 ,r2 ,r3 ,r4 – cánh tay đòn lực P01 ,P02,Gg ,P’g điểm O3 r1 = 1,468m ; r2 = 0,23m ; r3 = 0,674m ; r 4= 0,447m thay giá trị vào cơng thức ta có : P’g= P01 r1 − P02 r2 − G g r3 r4 = 46,36.1,468 − 23,18.0,23 − 4,62.0,674 =133,4 0,447 (KN) Biết P’g ta xác đinh phản lực khớp O ,bằng cánh dùng phương trình hình chiếu ta phân phản lực mặt phẳng (YOZ) làm hai thành phần Y1 ,Z1 hình vẽ sau : X 1 o3 P01 ° 74 Y P'g Gg P02 Hình 2-23 Chiếu lực tác dụng lên hai phương Ta có : ∑Y = Y + Pg, cos 74 − P01 = → Y1 = P01 – P’g.cos74,86 = 46,36 – 133,4.cos740 = 9,59 ∑Z = Z (KN) − Pg, sin 74 − P02 − G g = → Z1 = P’g.sin740 + P02+Gg = 133,4.sin740 + 23,18 +4,62 = 156,03 (KN) + xác định phản lực khớp xy lanh tay gầu chống (khớp D) : ta xét cân chốt di qua khớp D ,chốt chịu tác dụng lực sau : Lực đẩy chống nối với tay gầu Pt , lực xy gầu Pxg , phản lực đẩy nối với gầu P’ g(về độ lớn ,còn chiều ngược lại ),để xác định hai lực ta dùng phương pháp họa đồ lực Ta có : Pxg + Pg, + Pt = ⇔ Pxg = −( Pg, + Pt ) sơ đồ hình vẽ sau Vũ Trường Giang 32 Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây P'g Pt Pxg Hình 24 Sơ đồ lực tác dụng lên chống đẩy Phương chiều lực biết ta dùng phương pháp họa đồ lực sau : KN Chọn D làm gốc họa đồ, Chọn tỷ lệ xích họa đồ µ p = ,có nghĩa độ mm lớn vécto lực 1(KN) biểu diển họa đồ đoạn thẳng 1(mm) A 198,1 133, B 17 9,5 O Hình2-25 họa đồ lực xác định Pt , Pxg Ta có véc tơ OA biểu diển cho véctơ lực P’g ,véc tơ AB biểu diển cho lực Pt ,véc tơ khép kín BO vectơ biểu diển cho lực Pxg độ lớn lực xác định sau : Pxg = BO µ p = 179,53.1 = 179,53 Pt = AB µ p = 198,12 = 198,12 (KN) (KN) Sau xác định phản lực khớp ta vẽ biểu đồ nội lực tay gầu sau : Do lực nằm mặt phẳng thẳng đứng nên tay gầu bị uốn mặt phẳng thẳng đứng ( uốn quanh trục X), nên ta có biểu đồ momen uốn Mx,và biểu đồ lực kéo (N) hình vẽ sau: Vũ Trường Giang 33 Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây o1 X0 550,13 374,96 Sxltg z0 374,96 o2 415,62 415,62 377,56 S xlg 294,72 X4 5,4 239,76 Z4 X3 o3 Z3 Mx 156,03 R3 N Hình 2-26 biểu đồ momen uốn Mx lực dọc N Do lực K khơng nằm mặt phẳng (yoz) ,mà vng góc với mặt phẳng nên tay gầu bị uốn mặt phẳng (xoz) ( uốn quanh trục y ) để vẽ biểu đồ momen uốn (My) ta coi gầu tay gầu liên kết cứng với (sử dụng tiên đề hóa rắn ) ta có biểu đồ momen sau R1 o1 z2 X2 m o2 m 5384,86 R2 K*r0 Sxltg n 1467,76 K*r'0 n o3 Gg P01 P02 Y My X o P Rk=591 Hình 2-27 biểu đồ momen uốn My Vũ Trường Giang 34 Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây Mặt khác lực K P01 tác dụng vào bên ( lệch tâm) nên gây momen xoắn ,momen xoắn có giá trị dọc theo chiều dài tay gầu Giá trị momen xoắn xác định theo công thức sau : Mτ = K rk + P01 a ; Dựa vào biểu đồ nội lực ta thấy tiết diện nguy hiểm tiết diện mm , ta cần kiểm tra bền cho tiết diện Xác định nội lực tiết diện bao gồm : Mx , My, N, Mz ; Trong : - Mx : momen uốn quanh trục X ; Mx = Pxt ry + Z0.e = 429,41.0,93+40,66 0,255 = 409,72 (KNm) - My : momen uốn quanh trục Y ; My = K r0 = 23,52 5,2869 = 124,35 (KNm) - N : lực kéo ; N = (KN) - Mz㘠㘠momen xoắn ; Mτ = K rk + P01 a = 23,52 0,591 +46,36 0,465 = 35,45 (KNm) 2 Điều kiện bền: σ tt = σ + 3.τ ≤ [σ ] Trong : σ= τ= Mx My N + + Wx W y F Mz Wρ Với : Wx ;Wy – modun chống uốn trục X Y Wρ modun chống xoắn F – diện tích mặt cắt Ta có theo tính tốn kích thước tiết diện hình vẽ : 90 320 15 80 o 280 Y X 244,6 15 Hình 2-28 Mặt cắt vị trí nối cần với tay gầu Vũ Trường Giang 35 Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây (cm2) F = 32.1,5.2 + 25.1,5.2 + 6,5.1,5.2 = 190,5 Momen quán tính Jx , Jy xác định sau :  h (b − 9)  b1 h13 + 2. + r h.(b − 9) = Jx = 12  12  1,5 3.(49 − 9)  1,5.25 + 2. + 13,25 2.1,5.(49 − 9) =24996,25 (cm4) 12 12   n Jy = ∑ (2 hi3 bi + d i2 hi bi ) = 12  1,5.(32 + − )  2 2  + 2.( 21,96 8.1,5 + 7,04 32.1,5 − 13,46 9.1,5) = 19577,83 (cm ) 12   [ J x 24996,25.2 = = 1785,45 h 28 Wx = Wy = ] J y b 19577,83.2 = 799,09 49 = (cm3) (cm3) xoắn thành mỏng với ( thành mỏng hở ) ứng suất tiếp xác định theo cơng thức sau τ = Trong : Mz δmax jxoan ( trang 153: SBVL_ ĐH KIẾN TRÚC ) δ max - bề dày lớn thành : Jxoan - momen quán tính xoắn xác định theo công thức sau 㘠㘠 㘠㘠 Jxoan 1,12 n ∑ hi δ i3 ;với hi, 㘠㘠 δ i chiều dài chiều rộng hình chữ nhật = thành phần ( chia mặt cắt thành hình chữ nhật ) Vậy ta có : Jxoan = 1,12 ∑ 2.( 25 + 32 + 8).1,5 = → τ = σ= 35,45.100 1,5 = 32,46 163,8 163,8 ( (cm4) KN ) cm 409,72 124,35 Mx My N + + + + ).100 = 38,51 = ( Wx W y F 1785,45 799,09 190,5 điều kiện bền : σ tt = σ + 3.τ = Vũ Trường Giang ( KN ) cm σ tt = σ + 3.τ ≤ [σ ] 38,512 + 3.32,46 = 68,15 ( KN KN ) ) = 681,5.10 ( cm m2 36 Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây = 681,5 (MPa) Chọn vật liệu chế tạo tay gầu thép 45 cải thiện có [σ ] =850 Vậy σ = 681,5 (MPa) < [σ ] =850 (MPa) (MPa) + vị trí tính tốn thứ ta thấy ,ngồi tiết diện m-m ta cần thấy tiết diện khớp tay gầu gầu củng tiết diện cần phải kiểm tra ( gọi tiết diện :(m1-m1)) Tiết diện :(m1-m1) chịu lực sau : Mx = (KNm) - My : momen uốn quanh trục Y ; My = K r’0 = 23,52 1,468 = 34,53 (KNm) - N : lựckéo ; N = 128,25 (KN) - Mz momen xoắn ; Mτ = K rk + P01 a = 23,52 0,591 +46,36 0,465 = 35,45 (KNm) Tiết diện :(m1-m1) tiết diện cuối tay gầu thường đúc thành dạng ống hình vẽ sau : 90 230 n270 -n Hình 2-29 Mặt cắt vị trí nối tay gầu gầu Xác định đặc trưng hình học: F = 27 23 –27.9 = 378 (cm2) Wx = Wy = Jxoắn= (27.23 - 27.9 ) = 2016 (cm3) (27 2.23 - 27 2.9) = 1701 (cm3) 23 − b − f 1,12 1,12 2.27.( ) = 6914,9 (cm4) .2.b1 ( ) = 3 Xác định ứng suất : Vũ Trường Giang 37 Đồ án môn học Dựng τ= Ngành: Cơ Khí Máy Xây Mz δ m = J xoan Ứng suất pháp : σ = + điều kiện bền : σ tt = σ + 3.τ = 35,45.100 = 3,58 6914,9 ( KN ) cm Mx My N 34,53.100 268,1 KN + + + + = = 2,74 ( ) Wx W y F cm 2016 1701 378 σ tt = σ + 3.τ ≤ [σ ] 2,74 + 3.3,58 = 6,78 ( KN ) = 67,8 Mpa < [σ ] cm Vậy mặt cắt thoả mãn điều kiện bền 2.1.2.2 Vị trí tính tốn thứ hai Vị trí tính tốn máy nâng lên chiều cao đổ, tay gầu gần nằm ngang máy quay với vận tốc góc lớn phanh đột ngột Khi mặt cắt nguy hiểm mặt cắt (n-n) qua chốt cần tay gầu 7497,75 6144,38 R0=5138,87 2328,21 o3 PC 200 Hình 2- 30: Vị trí tính tốn thứ hai Mơ men men uốn mặt phẳng thẳng đứng : M x = G g + d ( R gd − Ro ) + Gt ( Rt − Ro ) Trong đó: Rgd - Khoảng cách từ trọng tâm gầu đến tâm quay máy Rt - Khoảng cách từ Gt tới mặt tâm quay máy Ro - Khoảng cách từ mặt cắt (O-O) đến tâm quay máy Vũ Trường Giang 38 Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây * Mô men uốn mặt phẳng đứng: M x = 20,22.(7,498 − 5,139) + 12,86.(6,145 − 5,139) = 60,64 ( KNm) * Mô men uốn mặt phẳng nằm ngang: My = Mqt = Mqt1 + Mqt2 Trong đó: - Mqt1 - Mơ men qn tính gầu đầy đất gây ra: M qt1 = G gd g R g ε max ( R g − R0 ) Với : εmax- Gia tốc góc lớn bàn quay:㘠 εmax = 0,65 (m/s2) g - Gia tốc trọng trường: g Xác định kích thước: = 9,81 (m/s2) Rgd = 7,498 (m) Ro = 5,139 (m) Vậy: 20,22 7,498.0,65.(7,498 - 5,139) = 23,7 9,81 M qt1 = (KNm) - Mơ men qn tính phân tố tay gầu xác định sau: dM qt2 = (R x - R0 ).dPqt2 = R x ε max (R x - R ).dm = Gt ε max R x ( R x - R ).dx g l t Tích phân hai vế ta được: M qt = R1 Gt ε max ∫ R x ( R x − R0 ) dx R0 g.l t M qt = 㘠㘠㘠㘠㘠㘠㘠㘠㘠㘠㘠 R1 Gt ε max ∫ R x ( R x − R0 ) dx R0 g.l t ( G = t ε max R1 − 3R12 R0 + R03 g * lt ) Thay số vào ta được: ( G M qt = t ε max R13 − 3R12 R0 + R03 g.l t ) ( ) 12,86 = 0,65 2.7,498 − 3.7,498 2.5,139 + 5,139 = 9,81.3,34 4,764 ( KNm ) * Mô men uốn mặt phẳng ngang Y: Vũ Trường Giang 39 Đồ án môn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây My = Mqt1 + Mqt2 = 23,7 + 4,764 = 28,464 (KNm) Mặt khác quay lực qn tính gầu gây mơ men xoắn tay gầu, mơ men có giá trị dọc theo chiều dài tay gầu xác định theo công thức sau: M z = Pgdqt Hg = G gd g R gd ε max Hg = 20,22 1,01 7,498 * 0,65 * = 5,07( KNm) 9,81 + Kiểm tra bền tiết diện nguy hiểm (n - n) Điều kiện bền: σ tt = σ + *τ ≤ [ σ ] Trong đó: Mx My + Wx W y σ= Mặt cắt tiết diện (n- n) có kích thước sau: 90 320 15 80 o 280 Y X 244,6 15 Hình 2- 31 Mặt cắt vị trí nối cần với tay gầu Đặc chưng hình học mặt cắt: Wx = 1785,45 (cm3) Wy = 799,09 (cm3) Vậy: σ= M x M y 60,64.100 28,464.100 + = + Wx W y 1785,45 799,09 τ= = 37,53 ( KN / cm ) = 375,3 ( MPa) ( ) Mz 5,07.100 δ max = 1,5 = 4,64 KN / cm = 46,4 J xoan 163,8 ( Mpa ) Do đó: Vũ Trường Giang 40 Đồ án mơn học Dựng Ngành: Cơ Khí Máy Xây σ tt = σ + 3.τ = 375,3 + 3.46,4 = 383,8 ( MPa ) σ Ta thấy: tt = 383,8 Mpa < [σ ] = 800 (Mpa) Vậy trường hợp mặt cắt nguy hiểm thoả mãn điều kiện bền * Kiểm tra bền tiết diện qua khớp nối tay gầu gầu ( n1-n1) Tiết diện (n1-n1) thường dùng hai phẳng có kích thước dày kích thước thành tay gầu, ta chọn kích thước tiết diện hình vẽ 90 230 n 270 -n Hình: 2- 32 Mặt cắt vị trí nối tay gầu gầu Tiết diện chịu thành phần lực dọc là: N = 128,53 (KN) Diện tích: F = 27.(23-9) = 378 (cm2) Ứng suất pháp: σ= N 128,53 = = 0,34( KN / cm ) = 3,4( MPa) F 378 Mặt khác tiết diện có thành phần lực dọc, mà tiết diện cuối tay gầu có bề rộng chiều cao nhỏ nên ta cần kiểm tra điều kiện bền cắt tiết diện sau: Ứng suất cắt: τ = N/Fc Fc - Diện tích bị cắt (diện tích vng góc với diện tích trên) Đo được: Fc = 0,0074 (m2) Vậy: τ= N 128,53 = = 23333,78( KN / m ) = 23,33( N / mm )