Tính toán, thiết kế máy đào gầu nghịch hệ thống thủy lực dung tích gầu 1m³

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU…………………………   ………………………………….2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG………………..……………………..3

1.1. Tổng quan chung về công tác đất và máy làm đất……………….3

1.2. Tổng quan chung về máy đào……………………………………6

1.3. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế……………………….7

1.4. Sơ đồ và nguyên lý của máy đào gầu nghịch bánh xích truyền động thủy lực……………………………………………………………….11

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CHUNG………………………………………18

2.1. Xác định và lựa chọn các thông số cơ bản của máy…………....18

2.2 .Tính toán các lực tác dụng lên cơ cấu của thiết bị làm việc……24

2.3. Xác định lực tác dụng lên các cơ cấu…………………………..26

2.4.Tính chọn và kiểm tra công suất động cơ………………………34

2.5.Tính cân bằng bàn quay và đối trọng……………………….….37

2.6. Tính toán ổn định máy đào…………………………………….39

2.7. Tính toán năng suất máy………………………………………47

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LÀM VIỆC………………..……49

3.1.Tính bền gầu xúc……………………………………………….49

3.2.Tính tay cần……………………………………………………..58

3.3.Tính cần………………………………………………………….63

3.4.Tính các chốt…………………………………………………....78

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ LÀM VIỆC……………………………………………………………..89

4.1.Thiết kế hệ thống thủy lực………………………………..……89

4.2.Nguyên lý làm việc……………………………………….…….90

4.3.Tính toán xylanh thủy lực………………………...……………..91

Kết luận…………………………………………………………………….98

Tài lệu tham khảo………………………………………………….……….99

 

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là một trong những nội dung quan trọng đối với sinh viên sắp tốt nghiệp. Ngoài mục đích kiểm tra sát hạch kiến thức lần cuối đối với sinh viên trước khi ra trường, nó còn giúp cho bản thân mỗi sinh viên hệ thống lại toàn bộ những kiến thức đã học qua 5 năm đại học.Tập dượt cho mỗi sinh viên làm quen với thực tế sản xuất.Với ý nghĩa đó trong đề tài thiết kế của mình bản thân em đã được giao đề tài : “Tính toán, thiết kế máy đào gầu nghịch hệ thống thủy lực dung tích gầu 1m³”. Đây có thể nói là đề tài không mới nhưng nó có ý nghĩa thực tiễn đối với bản thân em khi ra làm việc, khi màvới chính sách mở cửa của Đảng và Nhànước, đất nước ta đang chuyển mình phấn đấu từ một nước nghèo nàn lạc hậutrở thành nước công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Và hiện nay đất nước ta đang cố gắng tự nghiên cứu sản xuất các thiết bị máy móc trong nước thay thế hàng nhập khẩu nhằm giảm chi phí đầu tư .

Được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn : ThS.VŨ ANH TUẤN cùng tập thể các Thầy, Cô giáo trong khoa Cơ Khí Xây Dựng Trường Đại Học Xây Dựng cộng với sự nỗ lực của bản thân. Em đã hoàn thành thiết kế được giao.

Do thời gian và kiến thức có hạn, mặc dù đã rất cố gắng. Song trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót .Vì vậy em kính mong các Thầy, Cô giáo nhận xét, chỉ bảo để em hoàn thiện hơn đồ án của mình. Giúp cho buổi bảo vệ đồ án đạt kết quả tốt.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG

1.1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG TÁC ĐẤT VÀ MÁY LÀM ĐẤT

1.1.1.  Quá trình phát triển của máy làm đất.

          Công nghiệp chế tạo máy nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển của nó đồng hành với quá trình phát triển của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người.

          Bức tranh tổng thể của ngành chế tạo máy làm đất có thể chia thành các giai đoạn chính:

A, Giai đoạn 1: Thế kỷ XVI đến thế kỷ XVIII

          Xuất hiện những phương tiện cơ giới và cơ giới hoá đầu tiên dùng trong khâu làm đất, động lực dùng trên các phương tiện cơ giới lúc đó chủ yếu là sức người, sức ngựa và bước đầu dùng động cơ hơi nước. Loài người đã chế tạo và sử dụng máy đào một gầu q = 0,75 m³ đầu tiên.

B,  Giai đoạn 2: Thế kỷ XIX đến năm 1910

          Trong giai đoạn này cùng với sự phát triển các công trình xây dựng lớn, nhất là công trình xây dựng giao thông, giao thông đường sắt, xuất hiện máy đào một gầu quay toàn vòng 360⁰ – chạy trên ray, cùng các loại máy làm đất khác.

C,  Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910

          Khâu làm đất trong công tác xây dựng đã được tiến hành cơ giới hoá ở mức độ ngày càng cao do xuất hiện nhiều loại máy làm đất như: máy đào đất quay toàn vòng 360⁰, di chuyển bằng bánh lốp, bánh xích kể cả máy đào di chuyển 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.

          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 hoá 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 máy làm đất giảm nhẹ đi 20 ¸ 30% nhưng công suất máy tăng lên đến 50 ¸ 80%. Công suất trang bị trên máy tăng lên kéo theo hiệu suất làm việc của máy tăng lên. Cũng với việc không ngừng cải tiến, hoàn thiện về nguyên lý, kết cấu, người ta còn sử dụng các bộ phận, các máy cơ sở được chế tạo theo tiêu chuẩn, theo môdun để hoà nhập xu hướng thống nhất hoá, tiêu chuẩn hoá và vạn năng hoá ngành sản xuất máy làm đất.

1.1.2.  Ý nghĩa cơ giới hoá công tác đất.

       Trong xây dựng cơ bản: xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thuỷ lợi… Đối tượng thi công trước tiên có khối lượng lớn – có thể nói lớn nhất là công tác đất. Trong các công trình xây dựng, đất là đối tượng được xử lý với các phương pháp, mục đích khác nhau nhưng có thể tập hợp theo các quy trình công nghệ chính: Đào – Khai thác, vận chuyển, đắp, san bằng và đầm chặt. Trong đó, máy đào gầu nghịch thi công chủ yếu ở  khâu Đào – Khai thác.

          Cơ giới hoá công tác đất có ý nghĩa trọng yếu và đó là vấn đề cấp bách, cần thiết do khối lượng công việc rất lớn, đòi hỏi nhiều nhân lực, lao động nặng nhọc, ảnh hưởng đến tiến độ thi công và năng suất lao động nói chung.

          Nhiệm vụ chủ yếu của cơ giới hoá là nâng cao năng suất lao động như V.I. Lênin nói “ Năng suất lao động là điều kiện quan trọng và cơ bản nhất để xã hội mới chiến thắng xã hội cũ”

          Cơ giới hoá là biện pháp chủ yếu chứ không phải là biện pháp duy nhất nhằm tăng năng suất lao động.

          Năng suất lao động còn có thể tăng lên bằng cách hoàn chỉnh quy trình công nghệ đã ổn định thì áp dụng cơ giới hoá tiến tới tự động hoá khâu làm đất là biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động. Do vậy, có thể rút ra một số ý nghĩa của cơ giới hoá công tác đất:

-         Cơ giới hoá là bước đầu tiên và là một trong những biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động trong khâu làm đất.

-         Là biện pháp chính giảm nhẹ cường độ lao động cho công nhân.

Ngoài ý nghĩa trên, việc cơ giới hoá công tác đất còn góp phần:

-         Nâng cao chất lượng công trình xây dựng.

-         Giảm đáng kể diện hoạt động trên công trường.

-         Dễ dàng áp dụng tiêu chuẩn hoá, tiến hành công xưởng hoá các công đoạn của quá trình sản xuất, góp phần thực hiện thành công chủ trương công nghiệp hoá.

-         Đồng thời áp dụng cơ giới hoá khâu làm đất còn tiền hành được các công việc mà lao động thủ công không làm được hoặc khó làm được.

Cơ giới hoá khâu làm đất thường thực hiện bằng các hình thức sau:

-         Máy và thiết bị cơ khí (Máy xúc, máy cạp, máy nỉ…)

-         Máy và thiết bị thuỷ lực (Súng phun thuỷ lực, tầu hút bùn…)

-         Chất nổ (mìn phá đá…)

-         Dòng điện cao tần, siêu âm …(phá tan vỡ đất)

Cơ giới hoá khâu làm đất bằng máy và thiết bị cơ khí (phương pháp cơ học) là phổ biến nhất vì  tính phổ biến và phổ cập của nó, đồng thời năng lượng tiêu tốn tính cho 1m³ đất rất nhỏ chỉ bằng khoảng 0,05 ¸ 0,3 KW.h.

Năng lượng tiêu tốn khi dùng phương pháp thuỷ lực cao hơn nhiều – khoảng 0,2 ¸ 2 KW.h, có khi còn cao hơn, như đối với đất chặt lên tới 3 ¸ 4 KW.h

Trên các công trình xây dựng, cơ giới hoá khâu làm đất bằng phương pháp cơ học chiếm khoảng 80 ¸ 85%, bằng phương pháp thuỷ lực khoảng 7 ¸ 8% và dùng chất nổ chỉ 1 ¸ 3%, còn lại là các phương pháp khác.

1.1.3    Phân loại máy làm đất theo công dụng

Máy làm công tác chuẩn bị: Máy xới tơi đất, máy dọn mặt bằng, máy cắt xén, nhổ gốc cây và gom phế liệu.

Máy đào đất: Dùng để đào và xúc đất đổ vào phương tiện hoặc đổ thành đống.

-         Máy đào 1 gầu: Gầu thuận, nghịch, gầu dây, gầu ngoạm, gầu bào.

-         Máy đào nhiều gầu: Hệ xích, hệ rôto.

Máy đào và vận chuyển đất: Máy đào đất rồi gom lại thành đống hoặc chuyển đi và san thành từng lớp. Ví dụ: Máy ủi, máy san, máy cạp …

Máy đầm đất: Dùng để lèn chặt đất, bao gồm máy lu bánh cứng trơn, bánh lốp, bánh vấu(lu chân cừu).

Máy thi công đất bằng phương pháp thủy lực: Súng phun thủy lực, tàu hút bùn.

1.2.    TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY ĐÀO MỘT GẦU

1.2.1.  Công dụng và phạm vi của máy đào một gầu

          Máy đào một gầu chủ yếu dùng để đào và khai thác đất, cát phục vụ công việc xây dựng cơ sở hạ tầng trong các lĩnh vực: Xây dựng dân dụng và công nghiệp, khai thác mỏ, xây dựng thủy lợi, xây dựng cầu đường…

Tùy vào cơ cấu di chuyển và công dụng máy đào có thể làm việc trên nhiều loại địa hình khác nhau và trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau. 

1.2.2.  Phân loại máy đào một gầu

  a) Phân theo dạng thiết bị làm việc:

-         Máy đào gầu thuận:làm việc tại những nơi cao hơn mặt bằng đứng của máy.

-         Máy đào gầu nghịch:làm việc ở những nơi thấp (hoặc cao) hơn mặt bằng đứng của máy.

-         Máy đào gầu dây:làm việc ở những nơi thấp hơn mặt bằng đứng của máy.

-         Máy đào gầu ngoặm:làm việc ở những nơi thấp (hoặc cao) hơn mặt bằng đứng của máy.

-         Máy đào gầu bào.

-         Máy xúc lật.

  b) 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.

  c) Phân loại theo dung tích gầu:

-         Loại nhỏ: q< 1 m³.

-         Loại trung bình:q=1,0…2,0 m³.

-         Loại lớn:q>2 m³.

  d) Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc:

-         Máy đào một gầu dẫn động cơ khí.

-         Máy đào một gầu dẫn động thủy lực.

  e) Phân loại theo động cơ trang bị trên máy:

-         Máy đào một gầu trang bị một động cơ.

-         Máy đào một gầu trang bị nhiều động cơ.

-         Máy đào một gầu trang bị tổ hợp.

  f) Phân loại theo công dụng:

-         Máy đào một gầu thông dụng.

-         Máy đào một gầu chuyên dùng.

1.3.      PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.3.1.  Các phương án lựa chọn

a. Máy đào gầu nghịch bánh lốp, truyền động cơ khí

Hình 1.1  Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch bánh lốp, truyền động cơ khí

1.cơ cấu di chuyển bánh lốp; 2. Cơ cấu quay; 3. Bàn quay; 4. Gầu; 5. Đòn gánh;  6. Tay cần; 7. Cần; 8. Cụm puly đầu tay cần; 9. Cáp nâng hạ cần; 10. Puly đổi hướng cáp; 11. Cáp kéo gầu; 12. Thanh chống; 13. Cáp nâng hạ thanh chống;14. Cabin; 15. Cơ cấu kéo gầu; 16. Cơ cấu nâng hạ cần;17. Cơ cấu nâng hạ thanh chống;18. Động cơ và các bộ truyền động;19. Đối trọng.

Ưu điểm

Có thể di chuyển một quãng đường dài dễ dàng, nhanh chóng. Có thể di chuyển nhiều với quãng đường dài với vận tốc tối đa đạt 30 - 40 km/h.

Nhược điểm

Khó di chuyển, làm việc trong môi trường có nhiều bùn, đất.

Độ ổn định kém, chỉ di chuyển được ở những nơi có địa hình phẳng.Đặc biệt, với truyền động cơ khí công xuất của máy đào sẽ không cao.

b. Máy đào gầu nghịch bánh lốp, truyền động thủy lực

Hình 1.2  Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch bánh lốp truyền động thủy lực

1.Cơ cấu di chuyển bánh lốp; 2. Cơ cấu quay; 3. Bàn quay; 4. Đối trọng; 5. Động cơ; 6.Cabin;7. Cần;8. Xylanh điều khiển cần;9. Xylanh điều khiển tay cần;10. Tay cần; 11.xylanh quay gầu;12. Gầu

Ưu điểm

Có thể di chuyển một quãng đường dài dễ dàng, nhanh chóng. Có thể di chuyển nhiều với quãng đường dài với vận tốc tối đa đạt 30 - 40 km/h.

Có công suất làm việc lớn hơn so với truyền động cơ khí.

Nhược điểm

Khó di chuyển, làm việc trong môi trường có nhiều bùn, đất.

Độ ổn định kém, chỉ di chuyển được ở những nơi có địa hình phẳng.

c. Máy đào gầu nghịch bánh xích, truyền động cơ khí

Hình 1.3  Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch bánh xích, truyền động cơ khí

1.Cơ cấu di chuyển bánh xích;2. Cơ cấu quay;3. Bàn quay;4. Gầu;5. Đòn gánh6.Tay cần;7. Cần;8. Cụm puly đầu tay cần;9. Cáp nâng hạ cần;

10. Puly đổi hướng cáp;11. Cáp kéo gầu;12. Thanh chống;13. Cáp nâng hạ thanh chống;14. Cabin;15.Cơ cấu kéo gầu;16. Cơ cấu nâng hạ cần;

17. Cơ cấu nâng hạ thanh chống;18.Động cơ và các bộ truyền động;19. Đối trọng.

Ưu điểm

Có thể làm việc trên nhiều dạng địa hình khác nhau như: phá dỡ công trình, san lấp mặt bằng khai thác khoáng sản...

Dễ di chuyển trên các dạng địa hình khác nhau.

Kích cỡ phong phú thích hợp với mọi như cầu.

Nhược điểm

Khả năng di chuyển trong đoạn đường dài kém, thường mất quá nhiều thời gian, chi phí vận chuyển máy cao.

Công xuất hoạt động của máy kém hơn truyền động thủy lực.

 

d. Máy đào gầu nghịch bánh xích, truyền động thủy lực

Hình 1.4Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch bánh xích, truyền động thủy lực

1.Cơ cấu di chuyển bánh lốp;2. Cơ cấu quay;3. Bàn quay;4. Đối trọng;

5. Động cơ;6.Cabin;7. Cần;8. Xylanh điều khiển cần;9. Xylanh điều khiển tay cần;10. Tay cần11.Xylanh quay gầu;12. Gầu

Ưu điểm

Có thể làm việc trên nhiều dạng địa hình khác nhau như: phá dỡ công trình, san lấp mặt bằng khai thác khoáng sản...

Dễ di chuyển trên các dạng địa hình khác nhau.

Kích cỡ phong phú thích hợp với mọi như cầu.

Công xuất làm việc lớn hơn nhiều so với truyền động cơ khí.

Nhược điểm

Khả năng di chuyển trong đoạn đường dài kém, thường mất quá nhiều thời gian, chi phí vận chuyển máy cao.

1.3.2.  Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa theo 4 phương án trên ta nhận thấy việc sử dụng máy đào gầu bánh xích truyền động thủy lực có rất nhiều các ưu điểm cũng như phù hợp với đề tài được giao.

Vì vậy ta lựa chọn phương án thiết kế là phương án 4: máy đào gầu nghịch bánh xích truyền động thủy lực.

1.4.         SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH BÁNH XÍCH TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

1.4.1.  Sơ đồ kết cấu

        Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch dẫn động thuỷ lực.

Hình 1.5  Sơ đồ kết cấu Máy đào gầu nghịch

1. Cơ cấu di chuyển; 2.Cơ cấu quay; 3.Bàn quay; 4.Xilanh nâng hạ cần; 5.Gầu;6. Thanh đẩy; 7.Xilanh nâng hạ tay cần; 8.Tay cần;

9.Xilanh co duỗi tay cần; 10.cần; 11.cabin; 12.Động cơ; 13.Đối trọng                                       

Kết cấu của máy gồm hai phần chính: phần máy cơ sở (máy kéo xích) và phần thiết bị công tác (thiết bị làm việc).

Phần máy cơ sở: Cơ cấu di chuyển (1) chủ yếu di chuyển máy trong công trường. Nếu cần di chuyển máy với cự ly lớn phải có thiết bị vận chuyển chuyên dùng. Cơ cấu quay (2) dùng để thay đổi vị trí của gầu trong mặt phẳng ngang trong quá trình đào và xả đất. Trên bàn quay (3) người ta bố trí động cơ, các bộ truyền động cho các cơ cấu…Cabin(11)nơi tập trung cơ cấu điều khiển toàn bộ hoạt động của máy. Đối trọng (13) là bộ phận cân bằng bàn quay và ổn định của máy.

Phần thiết bị công tác: Cần (10) một đầu được lắp khớp trụ với bàn quay còn đầu kia được lắp khớp với tay cầm. Cần được nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh duỗi được nhờ xi lanh (4). Điều khiển gầu xúc (5) nhờ xi lanh (7). Gầu thường được lắp thêm các răng để làm việc ở nền đất cứng.

1.4.2.  Nguyên lý làm việc

Máy thường làm việc ở nền đất thấp hơn mặt bằng đứng của máy (cũng có những trường hợp máy làm việc ở nơi cao hơn, nhưng nền đất mềm và chỉ có xy lanh quay tay gầu để cắt đất). Đất được xả qua miệng gầu. Máy làm việc  theo chu kỳ và trên từng chỗ đứng. Một chu kỳ làm việc của máy bao gồm những nguyên công sau: Máy đến vị trí làm việc. Đưa gầu vươn xa máy và hạ xuống, răng gầu tiếp xúc với nền đất. Gầu tiến hành cắt đất và tích đất vào gầu từ vị trí I đến vị trí II nhờ xi lanh 9 hoặc kết hợp với xi lanh 4.

Quỹ đạo chuyển động của răng gầu trong quá trình cắt đất là một đường cong. Chiều dày phoi cắt thông thường thay đổi từ bé đến lớn. Vị trí II gầu đầy đất và có chiều dày phoi đất lớn nhất. Đưa gầu ra khỏi tầng đào và nâng gầu lên nhờ xi lanh 4. Quay máy về vị trí xả đất nhờ cơ cấu quay 2. Đất có thể xả thành đống hoặc xả vào thiết bị vận chuyển. Đất được xả ra khỏi miệng gầu nhờ xilanh 7. Quay máy về vị trí làm việc tiếp theo với một chu kỳ hoàn toàn tương tự.

1.4.3    Giới thiệu và chọn máy cơ sở

a, Các loại máy đào một gầu dẫn động thủy lực tương tự máy thiết kế

 - Máy đào gầu nghịch DX 225 LC do hãng DOOSAN (Hàn Quốc) chế tạo. Máy có thể lắp các gầu với dung tích q = (0,51- 1,4m³, với công suất động cơ 116 kW.

.

 - Máy đào gầu nghịch 320DL do hãng CATERPILLAR (Hoa Kỳ) chế tạo. Máy lắp được với các loại gầu với dung tích q = 0,55 – 1,57, trong đó, gầu tiêu chuẩn có q=1m³ . Máy có công suất 110kW.

 - Máy đào gầu nghịch PC 200 do hãng KOMATSU (Nhật Bản) chế tạo. Máy có thể lắp các gầu với dung tích q = 0,52 – 1,8m³ , dung tích gầu tiêu chuẩn là q=1,4m³ .Công suất động cơ là 184kW.

 - Máy đào gầu nghịch SK 200-8 do hãng KOBELCO (Nhật Bản) chế tạo. Máy có thể lắp các gầu với dung tích q= 0,51 – 1,3m³ , dung tích gầu tiêu chuẩn q= 0,8m³ . Công suất động cơ 114 kW.

- Máy đào gầu nghịch ZX 200H-3 do hãng HITACHI (Nhật Bản) chế tạo. Máy có thể lắp các gầu với dung tích q= 0,51 – 1,2m³, dung tích gầu tiêu chuẩn 1= 0,8 m³ . Công suất động cơ 122 kW.

 

b, Chọn máy cơ sở SK200-8

Máy cần thiết kế là máy đào gầu nghịch, bánh xích, truyền động thủy lực. Chọn máy SK200-8 của hãng KOBELCO của Singapore có cơ cấu di chuyển bánh xích vì đáp ứng được yêu cầu công việc của máy thiết kế và tính kinh tế cao.

Hình 1.6  Máy cơ sở SK200-8

Thông số kỹ thuật của máy đào Kobelco SK-200 : 

Trọng lượng toàn bộ	18,7 tấn (với loại bánh xích rộng 600 mm)
Năng suất
Tốc độ quay	13 Vòng/phút
Tốc độ di chuyển	4 (số 1) km/h ; 5,5 (số 2) km/h
Khả năng leo dốc	70 (350) %
Lực đào :
Gầu	11,0 tấn
Tay cần	10,4 - 8,9 - 8,2 tấn
Lực kéo	11,5/16,3 tấn
Kích thước tổng quát
Chiều dài toàn bộ	4835 mm
Bề rộng toàn bộ	2710 mm
Chiều cao toàn bộ	3030 mm
Khoảng sáng gầm	465 mm
Bánh xích
Chiều dài toàn bộ của xích	4170 mm
Khoảng cách tâm của máy	2850 mm
Khoảng cách tâm của xích	3371 mm
Bề rộng của mắt xích / Áp lực lên mặt đất	* Đế có gân : 600 / 0,44 (mm; KG/cm2)
Động cơ
Hãng sản xuất / kiểu mẫu	MITSUBISHI 6D31T Nhãn hiệu: HINO J05E
Loại	4 kỳ làm mát bằng nước, phun trực tiếp, tuabin tăng áp bằng khí xả
Công suất đầu ra	114kW(155/2,000ps;vg/ph)
Mô men lớn nhất	47 / 1700 KGm;vg/ph
Số xi lanh	D x S : 6 – 100 x 105 mm
Dung tích tổng cộng	4948 cc
Tiêu thụ nhiên liệu	165 g / psh
Trọng lượng khô	440 kg
Sức chứa thùng nhiên liệu	300 L

 

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHUNG

2.1. XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY

2.1.1. Cơ sở để chọn các thông số cơ bản.

        Chọn các thông số cơ bản dựa vào quy luật đồng dạng so với máy cơ sở theo công thức của   N.G.Dômbrôvski:

                                                                        (2.1)

 Trong đó:           

+ A : Thông số các kích thước (m)

+ G : Thông số về khối lượng  (tấn)

+ N : Thông số về công suất (mã lực)

+ q : Thông số về dung tích gầu (m³)

+ t : Thông số về thời gian chu kỳ làm việc của máy (s)

+ v : Thông số về vận tốc (m/s)

       Với chỉ số 1 của máy mẫu(cũ), chỉ số 2 của máy chưa có(đang thiết kế).

   a) Chọn sơ bộ các thông số hình học.

        Dựa vào dung tích hình học của gầu q (m³), chọn sơ bộ các thông số khác theo công thức

A =  =  =                                                (2.2)

Trong đó:

+ A : Thông số các kích thước (m)

+ q : Thông số về dung tích hình học của gầu (m³)  với q = 1 (m³) 

+ k_q : Hệ số tỷ lệ , tra theo bảng II – 1 (10-HDDAMH MLD)

Bảng 2.1: Kích thước hình học chọn sơ bộ

Các thông số kích thước (m)	Ký hiệu	Hệ số kq	Giá trị sơ bộ (m)	Giá trị chọn (m)
Bán kính đào lớn nhất	Rđ	9,12	9,12	9,2
Bán kính xả lớn nhất	Rx	7,96	7,96	8
Chiều cao đào lớn nhất	Hđ	7,75	7,75	8
Chiều cao xả lớn nhất	Hx	5,35	5,35	5,5
Chiều dài cần	Lc	6,88	6,88	7
Chiều dài tay cần	Ltc	5,00	5	5
Chiều dài gầu	Lg	1,26-1,34	1,26 – 1,34	1,25
Chiều rộng gầu	Bg	1,05-1,22	1,05 – 1,22	1,1

 

b) Chọn sơ bộ thông số trọng lượng các cụm cơ bản.

-    Tổng trọng lượng của máy (gồm máy cơ sở và các bộ phận công tác gầu có dung tích  0,7 m­³, thợ vận hành và các thiết bị tiêu chuẩn,loại xích 600 mm) là G=187000 (N) = 187(kN)

  -     Bộ phận công tác chiếm (16 -20)%  toàn bộ trọng lượng máy, ta lấy 20%

G₁ = 0,2.187 = 37,4 (kN)

  -     Do đó trọng lượng của máy cơ sở G_mcs = 187 - 37,4 =149,6 (kN)

  -     Từ công thức (2.1) ta có trọng lượng bộ phận công tác của máy thiết kế

G₂ = G_1. = 37,4.  =46,75(kN)

  -     Vậy tổng trọng lượng của máy thiết kế với dung tích gầu q=1 m³:

              G_m = G_mcs + G₂ =149,6+46,75 = 196 (kN)

  -    Với G_m = 196(kN) do vậy ta đi tính các cụm cơ bản lấy theo % so với trọng lượng toàn bộ máy :

Bảng 2.2: Chọn sơ bộ phân bố trọng lượng.

Tên các bộ phận chính	Tỷ lệ (%)	Trọng lượng (kN)	Chọn sơ bộ
Bộ phận công tác của máy đào gầu nghịch:	16-20	31,36-39,2	35,8
Gầu và đòn gánh	3,5-4,5	6,86-8,82	8,5
Tay cần	3,0-4,0	5,88-7,84	7
Cần	7,0-8,0	13,72-15,68	15
Xi lanh điều khiển gầu	0,3-0,5	0,588-0,98	0,8
Xi lanh co duỗi tay cần	0,8-1,0	1,568-1,96	1,8
Xi lanh nâng hạ cần	1,2-1,5	2,352-2,94	2,7
Bàn quay và các cơ cấu:	36-39	70,56-76,44	70
Động cơ và khung máy	6,0-7,0	11,76-13,72	13
Thiết bị thủy lực và thiết bị phụ	6,0-10,0	11,76-19,6	18
Cơ cấu quay	1,0-3,0	1,96-5,88	5
Bàn quay	10,0-16,0	19,6-31,36	28
Bộ phận điều khiển	0,5-1,0	0,98-1,96	1,5
Vỏ máy	2,0-2,5	3,92-4,9	4,5
Đối trọng	0-1,0	0-1,96	1,5
Phần di chuyển:	38-42	74,48-82,32	77,5
Vòng ổ quay	1,0-1,8	1,96-3,528	3
Khung dưới và vòng bánh răng	7,0-10,0	13,72-19,6	18
Ngõng trục trung tâm	0,6-0,8	1,176-1,568	1,5
Cơ cấu di chuyển	3,0-5,0	5,88-9,8	8
Khung xích	6,5-7,0	12,74-13,72	13
Bánh chủ động, bánh bị động, bánh tì	5,0-10,0	9,8-19,6	16
Dải xích	8,0-10,0	15,68-19,6	18

 

c) Gầu

          Thiết kế gầu, cần dựa vào dung tích gầu của một máy tương tự (tương tự về loại máy, loại dẫn động ,…) đã có.

          Ví dụ: đối với máy đào gầu nghịch, dẫn động thủy lực  với dung tích gầuđã có sẵn, khối lượng của gầu G_g = 628kg, kích thước hình học được ghi trên hình 2.1:

Hình 2.1  Kích thước hình học gầu máy tương tự q = 0,8 m³

- Dựa vào kích thước của gầu có dung tích q = 0,8 m³, ta chọn sơ bộ các thông số kích thước gầu thiết kế có dung tích q = 1m³ như sau:

- Chiều sâu gầu: H_g =  .720 = 755(mm) è chọn H­_g = 760mm

- Chiều dài gầu:L_g=.1180 = 1271 (mm)è chọn L_g = 1280mm

- Chiều rộng gầu: B_g =.1000 = 1077(mm) è chọn B_g =1080 mm

- Chiều rộng răng gầu: b_r =.85 =91,6 (mm)è  chọn b_r = 95 mm.

- Trọng lượng gầu thiết kế:

G_g = 628=785(kg)

G_g = 7,85(kN).

d) Tay cần

- Với kích thước và kết cấu của tay cần loại 0,8 m³ của máy đã có, ta biết được khối lượng của tay cần G_tc = 653kg. Dựa vào phương pháp nội suy, ta chọn sơ bộ kích thước tay cần như sau:

- Chiều cao tay cần: H_tc­ = 600= 646(mm) è chọn H_tc = 650 mm

- Chiều dài tay cần: L_tc=   3700=3985 (mm) è chọn L_tc = 3990 mm

- Chiều rộng tay cần: B_tc=  390= 420(mm)   è B_tc=430 mm.

Hình 2.2  Kích thước hình học tay cần máy tương tự q = 0,8 m³

- Sau khi thiết kế tay cần, ta tính được trọng lượng tay cần :

          G_tc = 653=816 (kg) = 8,16 (KN)

e) Cần

- Với kích thước và kết cấu của cần loại 0,8 m³ của máy đã có, ta biết được khối lượng của cần G_c = 1408kg. Dựa vào phương pháp nội suy, ta chọn sơ bộ kích thước cần như sau:

- Chiều dài cần: L_c  =5700 = 6140 (mm)è chọn L_c = 6150 (mm)

- Chiều rộng cần: B_c =390 = 420 (mm)è chọn B_c = 430(mm)

Hình 2.3  Kích thước hình cần máy tương tự q = 0,8m³

- Trọng lượng cần tính được sau thiết kế :

G_c =1408 = 1850 (kg) = 18,5(KN)

G_tb = G_c + G_tc + G_g = 18,5 + 8,16 + 7,85 = 34,5 (kN)

- Ta tính lại khối lượng thiết bị làm việc của máy :

G_m = 162,4 + 34,5 = 196,9 (kN).

2.2 .TÍNH TOÁN CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN CƠ CẤU CỦA THIẾT BỊ LÀM VIỆC

-                     Ta chọn phương pháp tính lực cản đào đất của Đombrovski

-                     Đựa vào số liệu trong nhiệm vụ thiết kế và số liệu đã chọn ở phần trên, để thiết lập sơ đồ tính các lực cản đào đất và lực tác dụng lên cấc cơ cấu của thiết bị làm việc

-                     Đối với máy đào gầu nghịch ta cần tính toán ít nhất ở 3 vị trí.Vẽ sơ đồ tính toán theo tỷ lệ nhất định, trên cơ sở đố dễ dàng xác định khoảng cách các cánh tay đòn, các góc, ...

Ta có sơ đồ biểu diễn các lực tác dụng lên các cơ cấu của thiết bị làm việc được thể hiện ở hình 2.4

Hình 2.4 Sơ đồ lực tác dụng lên các cơ cấu của thiết bị làm việc

2.2.1. Tính lực cản cắt đất P₀₁ và P₀₂.

2.2.1.1. Tính lực cản tiếp tuyến P₀₁

             Theo công thức N.G.Dombroski , ta có lực cản cắt đất được tính theo công thức sau

P₀₁ = h_max.z.b_r.                                                                  (2.3)

  Trong đó :

               k₁ là hệ số cản đào riêng, với đất cấp IV, k₁ = 22 - 36 N/cm²,

        Chọn k₁ = 25 N/cm² =250 KN/m² (bảng 1-9 –HD ĐA môn học máy làm đất)

z: là số răng gầu, Chọn theo máy cơ sở z = 5

b_r : là chiều rộng răng gầu, theo tính toán có b_r = 95 mm

h_max : là chiều dày phoi cắt lớn nhất, được tính theo công thức:

                 Trong đó:

+ q : là dung tích gầu, theo yêu cầu thiết kế q = 1 m³

+ B_g : là chiều rộng của gầu, B_g = 1080 mm (chọn sơ bộ ở trên)

+ k_t : là hệ số tơi của đất,với đất cấp IV, k_t = 1,33-1,37;

          Chọn k_t= 1,35(bảng 1-4 –hướng dẫn ĐA môn học máy làm đất)

+H_d : là chiều sâu đào lớn nhất  , H_d = 8 m.

                           h_max =  = 0,086 (m)

          Vậy lực cản đào tiếp tuyến:

               => P₀₁ = h_max.z.b_r.k₁ =0,086.5.0.095.250 = 10,2(KN)

2.2.1.2. Tính lực cản pháp tuyến P₀₂      

                                                             (2.4)

Trong đó:

+P₀₁: lực cản đào tiếp tuyến

+: hệ số phụ thuộc vào cấp đất và tình trạng dao cắt. =0,15…0,45

    Chọn =0,4.(trang 24- HDĐAMLĐ)        

    Vậy lực cản đào đất theo phương pháp tuyến:

                              =0,4.10,2 = 4,08 (KN)

2.3. XÁC ĐỊNH LỰC TÁC DỤNG LÊN CÁC CƠ CẤU.

2.3.1. Tính lực tác dụng lên xylanh co duỗi tay cần

         Lực tác dụng lên tay cần lớn nhất ở cuối quá trình đào, tại thời điểm phoi cắt có chiều dày lớn nhất, cánh tay đòn r₄ là nhỏ nhất. đỉnh răng gầu cùng cao độ với khớp O₂ ( theo hình 2.4)

Viết phương trình cân bằng momen đối với khớp O­­₂ của hệ gầu - tay cần:

                         ∑ M₀₂ = 0                                                                 (2.5)

           ta có:                                             (2.6a)

...............

Theo giáo trình truyền động thủy khí có tổng lực cản do ma sát giữa piston và xy lanh, giữa cần piston với vòng chắn được xác định gần đúng bằng 10% tải trọng công tác:

Chọn áp suất làm việc của xylanh, p = 343,36 bar = 343,36.10⁵ (N/m²)

Vậy đường kính của xylanh được tính như sau:

 (mm)

chọn đường kính trong xylanh D_c > 80 mm. Ta chọn D_c=120 mm. Đường kính ngoài D = 140 mm.

Chọn đường kính cần Piston theo kinh nghiệm:

 (mm)

Chọn d = 90 mm.

b. Xác định lượng dầu cần cấp cho xylanh.

Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh được xác định theo công thức:

(l/ph)

Trong đó :

- Q: Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh

- A: Diện tích tác dụng của xylanh, dm²

- v: Vận tốc cần piston, dm/ph

Vận tốc của piston trong hành trình nâng:

Vận tốc của piston trong hành trình hạ:   

Vậy lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh trong hành trình nâng là:

(m³/s) = 74,6(l/ph)

Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh trong hành trình hạ:

(m³/s)

4.3.2. Tính xylanh điều khiển tay cần

a. Tính toán kích thước xylanh

Các thông số đá biết:

- Lực công tác: F_xl = 308,6 kN

- Hành trình xylanh, H = 1100 mm

- Thời gian thực hiện nâng: t₁ = 10 s

- Thời gian thực hiện hạ: t₂ = 10 s

- Chế độ làm việc êm

Tính toán tương tự như phần tính toán kích thước của xylanh nâng hạ cần, ta xác đinh đường kính xylanh theo công thức:

 (mm)

Vậy chọn đường kính trong xylanh D_c =135 mm. Đường kính ngoài D =155 mm.

Đường kính cần piston được xác định theo kinh nghiệm:

(mm)

Vậy chọn đường kính cần piston d = 95 mm.

b. Xác định lưu lượng dầu cung cấp cho xylanh

Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh được xác định theo công thức:

 (l/ph)   Trong đó :

- Q :Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh

- A :Diện tích tác dụng của xylanh, dm²

- v :Vận tốc cần piston, dm/ph

Vận tốc của piston trong hành trình nâng:

Vận tốc của piston trong hành trình hạ:

Vậy lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh trong hành trình nâng là:

(m³/s) = 94,4 (l/ph)

Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh trong hành trình hạ:

(m³/s)

=62,4 (l/ph)

4.3.3. Tính xylanh quay gầu

a. Tính toán kích thước xylanh.

Các thông số đá biết:

- Lực công tác: F_xl = 340,1 kN

- Hành trình xylanh, H =1000 mm

- Thời gian thực hiện nâng: t₁ = 5s

- Thời gian thực hiện hạ: t₂ = 5s

- Chế độ làm việc êm.

Tính toán tương tự như phần tính toán kích thước của xylanh nâng hạ cần , ta xác đinh đường kính xylanh theo công thức:

 (mm)

Vậy chọn đường kính trong xylanh D_c = 100 mm, đường kính ngoài D = 120 mm

Đường kính cần piston được xác định theo kinh nghiệm:

(mm)

Vậy chọn đường kính cần piston d = 80 mm.

b. Xác định lưu lượng dầu cung cấp cho xylanh.

Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh được xác định theo công thức :

 (l/ph)

Trong đó:

- Q: Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh

- A: Diện tích tác dụng của xylanh, dm²

- v: Vận tốc cần piston, dm/ph

Vận tốc của piston trong hành trình nâng:

Vận tốc của piston trong hành trình hạ:

Vậy lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh trong hành trình nâng là:

 (l/ph)

Lưu lượng dầu cần cung cấp cho xylanh trong hành trình hạ:

(l/ph)

           Dựa vào các phần tính toán trên. Ta nhận thấy việc lựa chọn xy lanh có thể hoạt động tốt trong các trường hợp. Tuy nhiên, theo như thông số của máy cơ sở SK200-8 của hãng KOBELCO (Singapore) thì với bộ xy lanh của máy cơ sở có thể hoàn toàn đáp ứng được máy đào có dung tích gầu giao động từ 0,51 m³1,3 m³. Vì vậy, để giảm bớt khâu chế tạo chúng ta sẽ sử dụng toàn bộ hệ thống xy lanh cũng như bộ truyền động thủy lực của máy cơ sở SK200-8 của hãng KOBELCO (Singapore ) cho máy đào có dung tích gầu 1 m³.