MỤC LỤC MỤC LỤC 1 SỐ LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TOÁN 6 LỜI NÓI ĐẦU 7 CHƯƠNG 1: 8 TỔNG QUAN CHUNG 8 1.1. Công dụng, phân loại, lịch sử phát triển máy làm đất. 8 1.1.1. Lịch sử phát triển máy làm đất. 8 1.1.1.1. Giai đoạn 1: 8 1.1.1.2. Giai đoạn 2: 8 1.1.1.3. Giai đoạn 3: 8 1.1.2. Công dụng của máy làm đất. 9 1.1.3. Phân loại máy làm đất 9 1.2. Công dụng và phân loại máy đào một gầu. 9 1.2.1. Công dụng của máy đào một gầu. 9 1.2.2. Phân loại máy đào một gầu. 10 1.2.2.1. Phân dạng theo dạng thiết bị làm việc. 10 1.2.2.2. Phân loại theo hệ thống di chuyển. 10 1.2.2.3. Phân loại theo dung tích gầu. 10 1.2.2.4. Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc. 10 1.2.2.5 Phân loại theo động cơ trang bị trên máy. 10 1.2.2.6 Phân loại theo công dụng. 10 1.3. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy đào một gầu, gầu nghịch, dẫn động thủy lực. 11 1.3.1. Sơ đồ nguyên lý. 11 1.3.2. Nguyên lý làm việc. 11 1.4. Giới thiệu máy thiết kế 12 CHƯƠNG 2: 14 TÍNH TOÁN CHUNG 14 2.1. Xác định, lựa chọn các thông số cơ bản của máy. 14 2.1.1. Cơ sở để chọn các thông số cơ bản. 14 2.1.2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý và chọn sơ bộ các thông số cơ bản của máy thiết kế 17 2.1.2.1. Cơ sở để xây dựng sơ đồ 17 2.1.2.2. Chọn sơ bộ đặc tính kỹ thuật của máy thiết kế. 17 2.2. Tính toán các lực tác dụng lên các cơ cấu của thiết bị làm việc. 18 2.2.1. Tính lực cản cắt đất P01 và P02 18 2.2.1.1. Tính P01 18 2.2.1.2. Tính P02 19 2.2.2. Tính lực tác dụng lên xi lanh tay cần 19 2.2.3. Tính lực tác dụng lên xilanh nâng cần. 20 2.2.4. Tính lực tác dụng lên xilanh quay gầu. 20 2.3. Tính lực tác dụng lên cơ cấu quay. 21 2.3.1. Tính momen cản do các lực ma sát sinh ra. 21 2.3.2. Tính momen cản do gió. 22 2.3.3. Tính momen cản do quán tính. 23 2.4. Tính các lực cản di chuyển. 23 2.5. Tính công suất tiêu hao cho các cơ cấu và chọn động cơ. 24 2.5.1. Công suất cơ cấu co duỗi tay cần. 24 2.5.2. Công suất cơ cấu nâng hạ cần. 25 2.5.3. Công suất cơ cấu quay gầu. 25 2.5.4. Công suất quay máy. 25 2.5.5. Công suất cơ cấu di chuyển máy. 26 2.6. Tính cân bằng bàn quay và đối trọng. 26 2.6.1. Trường hợp 1: 26 2.6.2. Trường hợp thứ 2. 27 2.6. Tính toán ổn định máy. 29 2.6.1. Khi máy làm việc. 29 2.6.1.1. Trường hợp máy đào gặp chướng ngại vật trong khi làm việc. 29 2.6.1.2. Trường hợp máy làm việc với nền đất bết dính. 31 2.6.2. Khi máy di chuyển 32 2.6.2.1. Trường hợp khi máy lên dốc. 32 CHƯƠNG 3: 36 TÍNH TOÁN RIÊNG (CẦN) 36 3.1. Phân tích, chọn trường hợp, vị trí tính toán, sơ đồ lực tác dụng ứng với từng vị trí. 36 3.2. Tính toán bền cho cần ở vị trí xi lanh tay cần vuông góc với tay cần (vị trí thứ nhất) 36 3.2.1. Sơ đồ kết cấu và lực tác dụng 37 3.2.2. Sơ đồ tính và lực tác dụng 38 3.2.3. Xác định nội lực 38 3.3. Tính toán bền cho cần ở vị trí kết quá trình cắt ( vị trí thứ hai). 41 3.3.1. Sơ đồ kết cấu và lực tác dụng. 42 3.3.2. Sơ đồ tính và lực tác dụng. 42 3.3.3. Xác định nội lực. 43 3.4. Tính toán bền cho cần ở vị trí cần vươn xa nhất ( vị trí thứ ba ) 44 3.4.1. Sơ đồ kết cấu và lực tác dụng 45 3.4.3. Xác định nội lực 46 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 SỐ LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TOÁN LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, với sự đầu tư mạnh của nhà nước, ngành xây dựng cơ bản đã và đang có bước phát triển nhảy vọt tạo đà cho sự phát triển kinh tế và xã hội ở nước ta. Trong sự phát triển chung đó, ngành máy xây dựng đã và đang có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ tiên tiến cũng như chủng loại sử dụng.Trong đó, máy làm đất là một trong những nhóm máy rất quan trọng trong công tác thi công. Máy làm đất giúp tăng năng suất lao động, đặc biệt nó còn bảo vệ sức khỏe cho người công nhân, là một trong những tiêu chí hàng đầu về vấn đề lao động. Đặc biệt, máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực là máy được sử dụng khá phổ biến hiện nay, phục vụ nhiều công trình quan trọng. Đồ án môn học máy làm đất là đồ án được giao song song với quá trình học môn học máy làm đất. Do đó, đồ án này giúp em củng cố lại kiến thức của môn học máy làm đất, đồng thời hệ thống lại kiến thức các môn học trước đó như dung sai, kỹ thuật gia công cơ khí, chi tiết máy, sức bền vật liệu… Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Ths. Vũ Anh Tuấn, đến nay em đã hoàn thành đồ án môn học máy làm đất với đề tài : “Thiết kế máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực”. Em xin cảm chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn Máy xây dựng, đặc biệt là thầy Ths. Vũ Anh Tuấn, các thầy trong bộ môn Cơ sở kỹ thuật cơ khí đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án. Trong quá trình làm đồ án do kiến thức còn hạn chế nên vẫn còn những sai sót, em rất mong các thầy góp ý để em có thể hoàn thiện đồ án hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2014 Sinh viên thực hiện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1.1. Công dụng, phân loại, lịch sử phát triển máy làm đất. 1.1.1. Lịch sử phát triển máy làm đất. Công nghiệp chế tạo máy xây dựng nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển nó động hành với quá trình phát triển của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người. Bức tranh tổng thể ngành chế tạo máy làm đất có thể chia thành các giai đoạn chính: 1.1.1.1. Giai đoạn 1: Thế kỷ 16 đến thế kỷ 18. Xuất hiện những phương tiện cơ giới và cơ giới hóa đầu tiên dùng trong khâu làm đất, động lực dùng trên các tiện cơ giới lúc đó chủ yếu là sức người, sức ngựa và bước đầu sử dụng động cơ hơi nước. Loài người đã chế tạo và sử dụng máy xúc 1 gầu q = 0,75m3 đầu tiên. 1.1.1.2. Giai đoạn 2: Thế kỷ 19 đến năm 1910. Trong giai đoạn này cùng với sự phát triển các công trình xây dựng lớn, nhất là các công trình xây dựng giao thông, giao thông đường sắt, xuất hiện máy xúc một gầu quay toàn vòng 3600 – chạy trên ray, cùng các loại máy làm đất khác. 1.1.1.3. Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910. Khâu làm đất trong công tác xây dựng đã được tiến hành cơ giới hóa ở mức độ ngày càng cao do xuất hiện nhiều loại máy làm đất, như: máy xúc đất quay toàn vòng 3600 di chuyển bằng bánh lốp, bánh xích, kể cả máy xúc di chuyrn bằng thiết bị tự bước. Đồng thời để đáp ứng khối lượng công tác đất ngày càng lớn trong xây dựng cơ bản. Nền công nghiệp đã chế tạo nhiều loại máy làm đất có chức năng, công dụng, kết cấu khác nhau: Máy xúc nhiều gầu, máy ủi đất, máy cạp đất, máy đầm đất,… Xu hướng phát triển máy làm đất trong giai đoạn này là nâng cao năng suất làm việc, tăng vận tốc di chuyển máy và vận tốc làm việc; sử dụng vật liệu kim loại, phi kim loại chất lượng cao để giảm khối lượng riêng của máy, nâng cao độ tin cậy của các chi tiết máy, giảm thời gian bảo dưỡng trong quá trình sử dụng; hoàn thiện các thiết bị động lực và truyền động cùng các hệ thống khác trên máy – chế tạo các bộ công tác (thiết bị làm việc) thay thế để máy có thể làm việc ở các điều kiện, chế độ khác nhau (tức là vạn năng hóa máy làm đất), nên năng suất làm việc của máy ngày càng được nâng cao. Trong những năm gần đây, khối lượng của một số loại máy làm đất giảm nhẹ đi 20 – 30%, nhưng công suất trên máy tăng lên 50 – 80%. Công suất trang bị trên máy tăng lên kéo theo hiệu suất làm việc của máy tăng lên. Cùng với việc không ngừng cải tiến, hoàn thiện về nguyên lý, kết cấu của máy, người ta còn sử dụng các bộ phận, các máy cơ sở được chế tạo
MỤC LỤC MỤC LỤC SỐ LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TỐN LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: .8 TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Công dụng, phân loại, lịch sử phát triển máy làm đất 1.1.1 Lịch sử phát triển máy làm đất 1.1.1.1 Giai đoạn 1: 1.1.1.2 Giai đoạn 2: 1.1.1.3 Giai đoạn 3: 1.1.2 Công dụng máy làm đất .9 1.1.3 Phân loại máy làm đất 1.2 Công dụng phân loại máy đào gầu 1.2.1 Công dụng máy đào gầu .9 1.2.2 Phân loại máy đào gầu .10 1.2.2.1 Phân dạng theo dạng thiết bị làm việc .10 1.2.2.2 Phân loại theo hệ thống di chuyển .10 1.2.2.3 Phân loại theo dung tích gầu 10 1.2.2.4 Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc 10 1.2.2.5 Phân loại theo động trang bị máy 10 1.2.2.6 Phân loại theo công dụng 10 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy đào gầu, gầu nghịch, dẫn động thủy lực 11 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý 11 1.3.2 Nguyên lý làm việc 11 1.4 Giới thiệu máy thiết kế 12 CHƯƠNG 2: .14 TÍNH TỐN CHUNG .14 2.1 Xác định, lựa chọn thông số máy .14 2.1.1 Cơ sở để chọn thông số 14 2.1.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý chọn sơ thông số máy thiết kế 17 2.1.2.1 Cơ sở để xây dựng sơ đồ 17 2.1.2.2 Chọn sơ đặc tính kỹ thuật máy thiết kế 17 2.2 Tính tốn lực tác dụng lên cấu thiết bị làm việc .18 2.2.1 Tính lực cản cắt đất P01 P02 18 2.2.1.1 Tính P01 18 2.2.1.2 Tính P02 19 2.2.2 Tính lực tác dụng lên xi lanh tay cần 19 2.2.3 Tính lực tác dụng lên xilanh nâng cần 20 2.2.4 Tính lực tác dụng lên xilanh quay gầu 20 2.3 Tính lực tác dụng lên cấu quay 21 2.3.1 Tính momen cản lực ma sát sinh .21 2.3.2 Tính momen cản gió 22 2.3.3 Tính momen cản quán tính 23 2.4 Tính lực cản di chuyển 23 2.5 Tính công suất tiêu hao cho cấu chọn động 24 2.5.1 Công suất cấu co duỗi tay cần 24 2.5.2 Công suất cấu nâng hạ cần 25 2.5.3 Công suất cấu quay gầu .25 2.5.4 Công suất quay máy 25 2.5.5 Công suất cấu di chuyển máy .26 2.6 Tính cân bàn quay đối trọng .26 2.6.1 Trường hợp 1: 26 2.6.2 Trường hợp thứ 27 2.6 Tính tốn ổn định máy .29 2.6.1 Khi máy làm việc 29 2.6.1.1 Trường hợp máy đào gặp chướng ngại vật làm việc 29 2.6.1.2 Trường hợp máy làm việc với đất bết dính .31 2.6.2 Khi máy di chuyển 32 2.6.2.1 Trường hợp máy lên dốc .32 CHƯƠNG 3: .36 TÍNH TỐN RIÊNG (CẦN) 36 3.1 Phân tích, chọn trường hợp, vị trí tính tốn, sơ đồ lực tác dụng ứng với vị trí 36 3.2 Tính tốn bền cho cần vị trí xi lanh tay cần vng góc với tay cần (vị trí thứ nhất) 36 3.2.1 Sơ đồ kết cấu lực tác dụng 37 3.2.2 Sơ đồ tính lực tác dụng 38 3.2.3 Xác định nội lực .38 3.3 Tính tốn bền cho cần vị trí kết q trình cắt ( vị trí thứ hai) .41 3.3.1 Sơ đồ kết cấu lực tác dụng 42 3.3.2 Sơ đồ tính lực tác dụng 42 3.3.3 Xác định nội lực .43 3.4 Tính tốn bền cho cần vị trí cần vươn xa ( vị trí thứ ba ) 44 3.4.1 Sơ đồ kết cấu lực tác dụng 45 3.4.3 Xác định nội lực .46 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 SỐ LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TỐN LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, với đầu tư mạnh nhà nước, ngành xây dựng có bước phát triển nhảy vọt tạo đà cho phát triển kinh tế xã hội nước ta Trong phát triển chung đó, ngành máy xây dựng có tiến vượt bậc cơng nghệ tiên tiến chủng loại sử dụng.Trong đó, máy làm đất nhóm máy quan trọng công tác thi công Máy làm đất giúp tăng suất lao động, đặc biệt cịn bảo vệ sức khỏe cho người công nhân, tiêu chí hàng đầu vấn đề lao động Đặc biệt, máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực máy sử dụng phổ biến nay, phục vụ nhiều cơng trình quan trọng Đồ án môn học máy làm đất đồ án giao song song với q trình học mơn học máy làm đất Do đó, đồ án giúp em củng cố lại kiến thức môn học máy làm đất, đồng thời hệ thống lại kiến thức môn học trước dung sai, kỹ thuật gia cơng khí, chi tiết máy, sức bền vật liệu… Dưới hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo Ths Vũ Anh Tuấn, đến em hồn thành đồ án mơn học máy làm đất với đề tài : “Thiết kế máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực” Em xin cảm chân thành cảm ơn thầy môn Máy xây dựng, đặc biệt thầy Ths Vũ Anh Tuấn, thầy môn Cơ sở kỹ thuật khí giúp đỡ em hồn thành đồ án Trong q trình làm đồ án kiến thức cịn hạn chế nên cịn sai sót, em mong thầy góp ý để em hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2014 Sinh viên thực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Công dụng, phân loại, lịch sử phát triển máy làm đất 1.1.1 Lịch sử phát triển máy làm đất Công nghiệp chế tạo máy xây dựng nói chung, máy làm đất nói riêng cơng nghiệp cịn non trẻ q trình phát triển động hành với q trình phát triển ngành khoa học công nghiệp loài người Bức tranh tổng thể ngành chế tạo máy làm đất chia thành giai đoạn chính: 1.1.1.1 Giai đoạn 1: Thế kỷ 16 đến kỷ 18 Xuất phương tiện giới giới hóa dùng khâu làm đất, động lực dùng tiện giới lúc chủ yếu sức người, sức ngựa bước đầu sử dụng động nước Loài người chế tạo sử dụng máy xúc gầu q = 0,75m 1.1.1.2 Giai đoạn 2: Thế kỷ 19 đến năm 1910 Trong giai đoạn với phát triển cơng trình xây dựng lớn, cơng trình xây dựng giao thơng, giao thơng đường sắt, xuất máy xúc gầu quay tồn vịng 3600 – chạy ray, loại máy làm đất khác 1.1.1.3 Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910 Khâu làm đất công tác xây dựng tiến hành giới hóa mức độ ngày cao xuất nhiều loại máy làm đất, như: máy xúc đất quay tồn vịng 360 di chuyển bánh lốp, bánh xích, kể máy xúc di chuyrn thiết bị tự bước Đồng thời để đáp ứng khối lượng công tác đất ngày lớn xây dựng Nền công nghiệp chế tạo nhiều loại máy làm đất có chức năng, cơng dụng, kết cấu khác nhau: Máy xúc nhiều gầu, máy ủi đất, máy cạp đất, máy đầm đất,… Xu hướng phát triển máy làm đất giai đoạn nâng cao suất làm việc, tăng vận tốc di chuyển máy vận tốc làm việc; sử dụng vật liệu kim loại, phi kim loại chất lượng cao để giảm khối lượng riêng máy, nâng cao độ tin cậy chi tiết máy, giảm thời gian bảo dưỡng q trình sử dụng; hồn thiện thiết bị động lực truyền động hệ thống khác máy – chế tạo công tác (thiết bị làm việc) thay để máy làm việc điều kiện, chế độ khác (tức vạn hóa máy làm đất), nên suất làm việc máy ngày nâng cao Trong năm gần đây, khối lượng số loại máy làm đất giảm nhẹ 20 – 30%, công suất máy tăng lên 50 – 80% Công suất trang bị máy tăng lên kéo theo hiệu suất làm việc máy tăng lên Cùng với việc khơng ngừng cải tiến, hồn thiện ngun lý, kết cấu máy, người ta sử dụng phận, máy sở chế tạo theo tiêu chuẩn, theo mơđun để hịa nhập xu hướng thống hóa, tiêu chuẩn hóa vạn hóa ngành sản xuất máy làm đất 1.1.2 Công dụng máy làm đất Máy làm đất có nhiều cơng dụng khác nhau, phục vụ mục đích khác dọn mặt bằng, đào (xới), vận chuyển, san (lấp), đầm lèn, … với đối tượng làm việc chủ yếu đất Việc sử dụng máy làm đất có ý nghĩa to lớn tính ưu việt điểm sau: - Tăng suất lao động, rút ngắn thời gian thi công - Nâng cao chất lượng cơng trình giảm giá thành cơng trình - Cho phép thực công việc nặng nhọc, thay sức người, giảm cường độ lao động, bảo vệ sức khỏe an tồn cho cơng nhân 1.1.3 Phân loại máy làm đất Để phục vụ cho cơng tác đất, ngày có nhiều cách phân loại khác Có thể phân thành nhóm thường sử dụng xây dựng: - Máy đào đất : đào, xúc đất vào gầu đổ vào phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống ( máy đào gầu nghịch, gầu thuận,…) - Máy đào chuyển đất: đào gom lại thành đống chyển san thành lớp ( máy ủi, máy san, máy capk, máy xúc lật,…) - Máy đầm đất : máy lu, máy đầm cóc,… - Máy thiết bị gia cố móng : máy đóng ( ép ) cọc, máy khoan cọc nhồi,… - Nhóm máy phụ : làm cơng tác chuẩn bị mặt ( máy dọn mặt bằng, máy nhổ gốc cây, cắt xén bụi rậm, gom phế thải,…) phụ trợ ( máy xới tơi đất,…) - Thiết bị khai thác thủy lực : tàu hút bùn, cát, sung phun thủy lực, 1.2 Công dụng phân loại máy đào gầu 1.2.1 Công dụng máy đào gầu Máy đào gầu chủ yếu dùng để đào khai thác đất, cát phục vụ công việc xây dựng sở hạ tầng lĩnh vực: Xây dựng dân dụng công nghiệp, khai thác mỏ, xây dựng thủy lợi, xây dựng cầu đường…Cụ thể, phục vụ cơng việc sau: - Trong xây dựng dân dụng công nghiệp: Đào hố móng, đào rãnh nước, đào rãnh dùng để lắp đặt đường ống cấp thoát nước, đường điện ngầm, điện thoại, bốc xúc vật liệu bãi, kho chứa vật liệu Ngồi có lúc làm việc thay cần trục lắp ống thoát nước thay búa đóng cọc để thi cơng móng cọc, phục vụ thi công cọc nhồi… - Trong xây dựng thủy lợi: Đào kênh, mương; nạo vét sơng ngịi, bến cảng, ao, hồ, khai thác đất để đắp đập, đắp đê… - Trong xây dựng cầu đường: Đào móng, khai thác đất, cát để đắp đường; nạo, bạt sườn đồi để tạo ta luy thi công đường sát sườn núi… - Trong khai thác mỏ: Bóc lớp đất tẩm thực vật phía bề mặt đất; khai thác mỏ lộ thiên ( than,đất sét, cao lanh, đá sau nổ mìn…) - Trong lĩnh vực khác: Nhào trộn vật liệu nhà máy hóa chất (phân lân, cao su,…).Khai thác đất cho nhà máy gạch, sứ,…Tiếp liệu cho trạm trộn bê tông,bê tông asfalt…Bốc xếp vật liệu ga tàu, bến cảng Khai thác sỏi, cát lịng sơng… Ngồi ra, máy sở máy xúc gầu lắp thiết bị thi cơng khác ngồi thiết bị gầu xúc như: cần trục, búa đóng cọc, thiết bị ấn bấc thấm,… 1.2.2 Phân loại máy đào gầu 1.2.2.1 Phân dạng theo dạng thiết bị làm việc - Máy đào gầu thuận (gầu ngửa ): làm việc nơi cao mặt đững máy - Máy đào gầu nghịch ( gầu sấp ): làm việc nơi thấp ( cao ) mặt đứng máy - Máy đào gầu dây (gầu quăng ): làm việc nơi thấp mặt đứng máy - Máy đào gầu ngoạm : làm việc nơi thấp ( cao ) mặt đứng máy - Máy đào gầu bào - Máy xúc lật 1.2.2.2 Phân loại theo hệ thống di chuyển - Máy đào di chuyển bánh xích Máy đào di chuyển bánh phao Máy đào di chuyển tự bước 1.2.2.3 Phân loại theo dung tích gầu - Loại nhỏ : q < m3 Loại trung bình : q = 1,0 …2,0 m3 Loại lớn : q > m3 1.2.2.4 Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc - Máy đào gầu dân động khí Máy đào gầu dẫn động thủy lực 1.2.2.5 Phân loại theo động trang bị máy - Máy đào gầu trang bị động Máy đào gầu trang bị nhiều động Máy đào gầu trang bị tổ hợp 1.2.2.6 Phân loại theo công dụng - Máy đào gầu thông dụng Máy đào gầu chuyên dung 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy đào gầu, gầu nghịch, dẫn động thủy lực 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý 14 13 12 11 10 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý máy đào gầu nghịch 1.Cơ cấu di chuyển 2.Cơ cấu quay 3.Bàn quay 4.Xi lanh nâng hạ cần 5.Đòn gánh 6.Gầu xúc 7.Xi lanh quay gầu 8.Tay cần 9.Xi lanh co duỗi tay cần 10.11.Cần 12.Cabin 13.Động 14.Đối trọng 1.3.2 Nguyên lý làm việc - Đặc điểm làm việc máy : + Máy làm việc nơi thấp cao mặt máy đứng + Máy làm việc đất cấp IV - + Đất xả qua miệng gầu + Máy làm việc chỗ đứng + Máy làm việc theo chu kì Nguyên lý làm việc: Trong chu kì làm việc máy có ngun cơng + Đưa máy đến vị trí làm việc + Đưa gầu vươn xa hạ xuống, gầu tiếp xúc với đất + Cắt đất tích đất vào gầu từ I – II – III + Đưa gầu khỏi tầng đào + Quay máy vị trí xả đất + Xả đất + Quay máy vị trí làm việc 1.4 Giới thiệu máy thiết kế Máy cần thiết kế máy đào gầu nghịch, dẫn động thủy lực Kết cấu máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực gồm phần phần máy sở phần thiết bị công tác: - Máy sở loại máy PC200LC-8 hãng Komatsu-Nhật Bản ,có cấu di chuyển bánh xích, cơng suất động 110 kW ( 148 hp ) - Phần thiết bị công tác bao gồm cần, tay cần, gầu xúc hệ thống xi lanh thủy lực dẫn động thiết bị làm việc * Máy sở PC200LC-8 Máy thiết kế có dung tích gầu q = 0.65m 3, với máy sở loại máy PC200LC-8 có cấu di chuyển bánh xích, cơng suất động 110kW (148hp ) Có thơng số hình học sau Chiều cao đến phần cao cabin ( E ) Chiều dài dải xích đất ( J ) Khoảng cách hai trục ( I ) Khoảng cách đất đến đối trọng ( F ) Bề rộng dải xích ( M ) Khoảng cách từ tâm quay đến thành sau máy ( P ) Chiều cao phần vỏ máy ( O ) 10 mm mm mm mm mm mm mm 3040 4450 3655 1085 700 2710 2095 Thay giá trị vào công thức, ta có: Mcl=3,984.0,85+2,256.64,95+1,595.70,05=261,64 (kNm) Ml=0,626.11,44+5,562.5,31+7,826.5,1+2,632.7,2= 95,56 (kNm) K od M cl 261, 64 Ml 95,56 = 2,74 > 1,2 ta có: Vậy máy đào thỏa mãn điều kiện ổn định di chuyển xuống dốc 33 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN RIÊNG (CẦN) 3.1 Phân tích, chọn trường hợp, vị trí tính tốn, sơ đồ lực tác dụng ứng với vị trí Tính tốn cần thực nhiều vị trí đào đất khác vị trí gầu đầy đất nâng lên vươn cách xa máy Các vị trí đào đất vị trí: + Khi bắt đầu đào; + Khi nội lực lớn xuất tay cần; + Vị trí cuối q trình đào; Cả vị trí lực xi lanh tay cần lớn Nhận thấy vị trí bắt đầu đào đất nội lực lớn xuất tay cần xi lanh tay cần vng góc với tay cần, nên ta xét trường hợp vị trí Vậy cần tính kiểm tra bền cho cần vị trí : vươn xa nhất; xi lanh tay cần vuông góc với tay cần kết thúc q trình cắt đất 3.2 Tính tốn bền cho cần vị trí xi lanh tay cần vng góc với tay cần (vị trí thứ nhất) Điều kiện tính tốn: + Tại vị trí này, lực đẩy xi lanh quay tay gầu P tmax có phương vng góc với trục dọc tay gầu + Gầu tiến hành cắt đất, gầu gặp chường ngại vật + Khi ta xem xi lanh nâng cần xi lanh quay gầu khơng làm việc + Tại gầu có lực cản đào Pđ chướng ngại vật gây ra; + Gầu chưa tích đất + Khi tính dựa hệ trục tọa độ XO2Z, trục Z có phương song song với trục dọc tay gầu 34 O1 Gc Ptcmax O2 Pd O3 Gtc Hình 3.1: Sơ đồ lực tác dụng lên máy đào gầu nghịch vị trí tính tốn thứ 3.2.1 Sơ đồ kết cấu lực tác dụng Ptcmax Pc Gc R1 R2 Hình 3.2: Sơ đồ lực tác dụng lên cần 35 3.2.2 Sơ đồ tính lực tác dụng a Z' Ptcmax a Z' Pc O1 X01 X' Gc Z01 Z O2 Ptcmax Z02 X'02 X' Z'02 X02 m m O2 X Gtc O3 Pd Gg Hình 3.3: Sơ đồ tính sức bền cần máy máy đào gầu nghịch vị trí thứ 3.2.3 Xác định nội lực a) Các lực tác dụng vào thiết bị làm việc máy - Lực từ xi lanh nâng cần, Pc ; - Lực đẩy lớn từ xi lanh tay cần, Ptcmax - Lực từ vật cản Pđ - Trọng lượng cần Gc = 11,44 kN, tay cần Gtc = 5,31 kN, gầu Gg = 5,1 kN b) Các lực khớp chân cần - Tính lực chưa biết : + Ptcmax = Ptc.n ; n hệ số an toàn xi lanh tay cần, n=1,2; Ptc lực lớn xi lanh tay cần máy đào đất, d p2 3,14.13,52 1.3,5 1.3,5 = Ptc = nxl.p.F = 500,73 (kN) � Ptcmax = 500,73.1,2 = 600,88 (kN) - Lực từ vật cản Pđ : để tính Pđ ta xét mơ men tâm O2 ; 36 Ta có Pd rp Gg rg Gtc rtc Ptc max rPtc 0 X � Pd Gg rg Gtc rtc Ptc max rPtc rp 5,1.0,373 5,31.0,173 600,88.0, 796 119,36(kN ) 3,999 c) Các lực khớp cần tay cần Xo2;Zo2 : - Viết phương trình cân hình chiếu lên hệ trục X-Z hệ tay cần – gầu : X 02 (Gg Gtc ).sin(90� 64� ) Ptc max Pd � X 02 (5,1 5,31).sin 26� 600,88 119,36 724,8(kN ) Z 02 (Gg Gtc ).cos 26� � Z 02 (5,1 5,31).cos 26� 9,36(kN ) - Tính Pc phương trình cân mơ men khớp O1 mặt phẳng đứng lực tác dụng vào thiết bị làm việc Pc rc Gc rGc Ptc max r ' Ptc X '02 rX '02 Z '02 rZ '02 � Pc Gc rGc Ptc max r ' Ptc X '02 rX '02 Z '02 rZ '02 rc 5,31.2,858 600,88.2,538 724,8.1,972 9,36.6, 331 0, 666 � Pc 32,36(kN ) Chiều lực Pc ngược với chiều hình vẽ ban đầu - Viết phương trình cân lực theo hệ trục O1XZ ta có : X 01 Ptc max cos 55� Pc cos16� X '02 cos 55� Z '02 sin 55� Gc cos 61� � X 01 Ptc max cos 55� Pc cos16� X '02 cos 55 � Z '02 sin 55 � Gc cos 61 � � X 01 600,88.cos 55� 32,36.cos16� 724,8.cos 55� 9,36.sin 55� 5,31.cos 61� � X 01 29, 73(kN ) - Lực X01 có chiều với chiều chọn ban đầu Z 01 Ptc max sin 55� Gc sin 61� Pc sin16� X '02 sin 55� Z '02 cos 55� � Z 01 Ptc max sin 55� Gc sin 61� Pc sin16� X '02 sin 55� Z '02 cos 55� � Z 01 600,88.sin 55� 11, 44.sin 61� 32, 36.sin16 � 724,8.sin 55� 9,36.cos 55� � Z 01 404, 75(kN ) - Tại tiết diện a-a có kích thước hình vẽ 37 Hình 3.4: Thơng số kích thước mặt cắt tiết diện n-n Đặc trưng hình học tiết diện a-a: 2 Diện tích : F 2.(370.23) 4.(320.23) 46460(mm ) 4, 646.10 (m ) Mô men chống uốn theo phương ngang: 370.233 23.8003 23.1603 (370.23).411,52 ] 2.( ) 4845353727( mm4 ) 12 12 12 I 4845353727 � Wx x 11454736,94( mm3 ) 11, 45.103 ( m3 ) h/2 423 I x 2.[ Mô men uốn tiết diện a-a M u Z 01.2,351 Gc 2,3512 11, 44 2,3512 404, 75.2,351 957, 08( kN m) X , K , X n Lc 2.sin 61� 6,565 2.sin 61� d)Lực kéo tiết diện n-n Pk X 01 Gc cos61� 11, 44.cos61� Pc cos16� 29, 73 32,36 64,86( kN ) 2 Ứng suất: M u Pk 957, 08 64,86 1059, 48(kN / m ) 6 2 W F 11454736,94.10 4, 646.10 Ứng suất giới hạn cần ( cần làm từ thép CT5) gh 26(kN / cm ) 260000( kN / m ) Hệ số an toàn cần thường lấy n=1,5 - 1,8.Chọn n=1,5, [ ] gh 260000 173333(kN / m2 ) n 1,5 Nhận thấy [ ] 38 Cần đảm bảo điều kiện bền ứng với vị trí thứ (bắt đầu đào đất) 3.3 Tính tốn bền cho cần vị trí kết q trình cắt ( vị trí thứ hai) Điều kiện tính tốn: + Gầu cắt đất cuối giai đoạn đào tích đất với chiều dày phoi cắt lớn Gầu tích đầy đất + Lực Pt max xy lanh quay tay gầu có phương tạo với trục dọc tay gầu góc 1; Pc O1 P01 Gc O2 P02 Ptc Gtc Gg+d Hình 3.5: Sơ đồ lực tác dụng lên máy đào gầu nghịch vị trí thứ hai 39 3.3.1 Sơ đồ kết cấu lực tác dụng Ptc R1 Gc R2 Hình 3.6: Sơ đồ lực tác dụng lên cần 3.3.2 Sơ đồ tính lực tác dụng Pc O1 Z01 X01 Ptcmax Gc O2 X'02 Z'02 Z02 P01 X02 O2 Ptcmax Gtc Gg+d Hình 3.7: Sơ đồ tính sức bền cần máy máy đào gầu nghịch vị trí thứ hai 40 3.3.3 Xác định nội lực a) Các lực tác dụng vào thiết bị làm việc máy gồm: - Lực từ xi lanh nâng cần, Pc ; - Lực đẩy lớn từ xi lanh tay cần, Ptcmax - Lực từ vật cản Pđ - Trọng lượng cần Gc = 11,44 kN, tay cần Gtc = 5,31 kN, gầu Gg+đ = 14,49 kN b)Các lực khớp chân cần - Tính lực chưa biết : + Ptcmax = Ptc.n ; n hệ số an toàn xi lanh tay cần, n=1,2; Ptc lực lớn xi lanh tay cần máy đào đất, d p2 3,14.13,52 1.3,5 1.3,5 = Ptc = nxl.p.F = 500,73 (kN) � Ptcmax = 500,73.1,2 = 600,88 (kN) - Lực từ vật cản P01 Để tính P01 ta xét mơ men tâm O2 : ta có Pd rp Gg d rg Gtc rtc Ptc max rPtc 0 X � Pd Gg d rg d Gtc rtc Ptc max rPtc rp 14, 49.3,143 5,31.0,81 600,88.0,326 35,82(kN ) 4, 076 c)Các lực khớp cần tay cần Xo2;Zo2 : - Viết phương trình cân hình chiếu lên hệ trục X-Z hệ tay cần – gầu : Chiếu lực lên phương X0-Y0 ta X 02 Ptc max cos 38� 600,88.cos 38� 473,5(kN ) Z 02 Pd Gg d Gtc Ptc max sin 38� 35,82 14, 49 5,31 600,88.sin 38� 425,56( kN ) - Tính Pc phương trình cân mơ men khớp O1 mặt phẳng đứng lực tác dụng vào thiết bị làm việc Pc rc Gc rGc Ptc max r ' Ptc X '02 rX '02 Z '02 rZ '02 � Pc Gc rGc Ptc max r ' Ptc X '02 rX '02 Z '02 rZ '02 rc 5,31.3,374 600,88.2, 751 473,5.1,881 425,56.6, 292 0, 666 � Pc 228, 03(kN ) Chiều lực Pc với chiều hình vẽ ban đầu Viết phương trình cân lực theo hệ trục O1XZ ta có : 41 X 01 Ptc max cos 38� Pc cos16� X '02 � X 01 Ptc max cos 38� Pc cos16� X '02 � X 01 600,88.cos 38� 228, 03.cos16� 473,5 � X 01 219, 2(kN ) Lực X01 có chiều ngược với chiều chọn ban đầu Z 01 Ptc max sin 38� Gc Pc sin16� Z '02 � Z 01 Ptc max sin 38� Gc Pc sin16� Z '02 � Z 01 600,88.sin 38� 11, 44 228, 03.sin16� 425,56 � Z 01 4, 21( kN ) - Tiết diện nguy hiểm tiết diện a-a + Đặc trưng hình học tiết diện a-a: 2 Diện tích : F 2.(370.23) 4.(320.23) 46460(mm ) 4, 646.10 (m ) + Mô men chống uốn theo phương ngang: 370.233 23.8003 23.1603 (370.23).411,52 ] 2.( ) 4845353727( mm4 ) 12 12 12 Ix 4845353727 � Wx 11454736,94( mm3 ) 11, 45.103 ( m3 ) h/2 423 I x 2.[ + Mô men uốn tiết diện a-a M u Z 01.2,168 X 01.0,915 Gc 2,3512 11, 44 2,3512 4, 21.2,168 219, 2.0,915 Lc 2.sin 67� 6,565 2.sin 67� 204, 46(kN m) d)Lực kéo tiết diện n-n Pk X 01 Gc cos67� 11, 44.cos67� Pc cos16� 219, 228, 03.cos16� 2, 24( kN ) 2 Ứng suất: Ứng suất giới hạn cần ( cần làm từ thép CT5) gh 26(kN / cm ) 260000( kN / m ) Nhận thấy [ ] Cần đảm bảo điều kiện bền ứng với vị trí thứ hai 3.4 Tính tốn bền cho cần vị trí cần vươn xa ( vị trí thứ ba ) Điều kiện tính tốn: + Gầu đầy đất, nâng lên vươn xa 42 Ptcmax O2 Pc Gtc Gc O1 Gg+d Hình 3.8: Sơ đồ lực tác dụng lên máy đào gầu nghịch vị trí thứ hai 3.4.1 Sơ đồ kết cấu lực tác dụng Ptc O2 R2 Pc Gc Hình 3.9: Sơ đồ lực tác dụng lên cần 3.4.2 Sơ đồ tính lực tác dụng Ptc X02 O2 X'02 a Z02 O2 Z'02 a Pc Gc O1 Ptc Gtc X01 Z01 Hình 3.10: Sơ đồ tính sức bền cần máy máy đào gầu nghịch vị trí thứ hai 43 Gg+d 3.4.3 Xác định nội lực a)Các lực tác dụng vào thiết bị làm việc máy gồm: - Lực từ xi lanh nâng cần, Pc ; - Lực đẩy từ xi lanh tay cần, Ptc Trọng lượng cần Gc = 11,44 kN, tay cần Gtc = 5,31 kN, gầu Gg+đ = 14,49 kN b)Các lực khớp chân cần - Tính lực chưa biết : Viết phương trình momen cho khớp O2, ta xác định Ptc vị trí Ptc 0,537 Gtc 0, 594 Gg d 3, 071 � Ptc - Gtc 0,594 Gg d 3, 071 0,537 5,31.0,594 14, 49.3, 071 88, 74(kN ) 0,537 Các lực khớp cần tay cần Xo2;Zo2 : Viết phương trình cân hình chiếu lên hệ trục X-Z hệ tay cần – gầu : Chiếu lực lên phương X0-Y0 ta X 02 Ptc max cos 4� 88, 79.cos 4� 88,57( kN ) Z 02 Gg d Gtc Ptc max sin 4� 14, 49 5,31 88,79.sin 4� 13, 61( kN ) - Tính Pc phương trình cân mơ men khớp O1 mặt phẳng đứng lực tác dụng vào thiết bị làm việc Pc rc Gc rGc Ptc r ' Ptc X '02 rX '02 Z '02 rZ '02 � Pc Gc rGc Ptc r ' Ptc X '02 rX '02 Z '02 rZ '02 rc 5,31.1, 662 88, 74.2,665 88,57.2,564 13, 61.6, 046 0,541 � Pc 185, 79(kN ) Chiều lực Pc với chiều hình vẽ ban đầu Viết phương trình cân lực theo hệ trục O 1XZ ta có : X 01 Ptc cos 4� Pc cos13� X '02 � X 01 Ptc cos 4� Pc cos13� X '02 � X 01 88, 57.cos 4� 185, 79.cos13� 88,57 � X 01 357,95( kN ) Lực X01 có chiều ngược với chiều chọn ban đầu Z 01 Ptc sin 4� Gc Pc sin13� Z '02 � Z 01 Ptc sin 4� Gc Pc sin13� Z '02 � Z 01 88,57.sin 4� 11, 44 185, 79.sin13� 13, 61 � Z 01 10,57( kN ) Tiết diện nguy hiểm tiết diện a-a Đặc trưng hình học tiết diện a-a: 2 Diện tích : F 2.(370.23) 4.(320.23) 46460(mm ) 4, 646.10 (m ) 44 Mô men chống uốn theo phương ngang: 370.233 23.8003 23.1603 (370.23).411,52 ] 2.( ) 4845353727( mm4 ) 12 12 12 I 4845353727 � Wx x 11454736,94( mm3 ) 11, 45.103 ( m3 ) h/2 423 I x 2.[ Mô men uốn tiết diện a-a M u Z 01.1,008 X 01.2, 086 Gc 2,3512 11, 44 2,3512 10,57.1, 008 357,95.2,086 Lc 2.sin 67� 6,560 2.sin 27� 725, 41( kN m) Lực kéo tiết diện n-n Pk X 01 Gc cos67� 11, 44.cos67� Pc cos13� 357, 95 185, 79.cos13� 179,17( kN ) 2 Ứng suất: M u Pk 725, 41 179,17 3919, 76(kN / m ) 6 2 W F 11454736,94.10 4, 646.10 Ứng suất giới hạn cần ( cần làm từ thép CT5) gh 26(kN / cm ) 260000(kN / m ) Nhận thấy [ ] Cần đảm bảo điều kiện bền ứng với vị trí thứ ba 45 KẾT LUẬN Dưới hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo Ths Vũ Anh Tuấn, em hồn thành xong đồ án mơn học máy làm đât Đồ án cho em biết thêm nhiều kiến thức môn học, nguyên lý làm việc máy, thiết kế tính tốn bền, ổn định Đồng thời, đồ án giúp em củng cố kiến thức môn học trước kỹ vẽ Autocad Khơng thế, đồa án cịn giúp em định hướng phần công việc tương lai sau tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy giúp em hoàn thành đồ án 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Máy làm đất, Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngũ, Lưu Bá Thuận, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 2004 Máy làm đất – Hướng dẫn đồ án đặc tính kỹ thuật máy, Hoa Văn Ngũ, Lưu Bá Thuận, Nhà xuất hoa học kỹ thuật, Hà Nội 2012 47 ... đất + Quay máy vị trí làm việc 1.4 Giới thiệu máy thiết kế Máy cần thiết kế máy đào gầu nghịch, dẫn động thủy lực Kết cấu máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực gồm phần phần máy sở phần thiết bị... bị làm việc - Máy đào gầu dân động khí Máy đào gầu dẫn động thủy lực 1.2.2.5 Phân loại theo động trang bị máy - Máy đào gầu trang bị động Máy đào gầu trang bị nhiều động Máy đào gầu trang bị tổ... Máy đào gầu thông dụng Máy đào gầu chuyên dung 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy đào gầu, gầu nghịch, dẫn động thủy lực 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý 14 13 12 11 10 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý máy đào gầu