Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo Thiết kế máy đào thủy lực gầu thuận Lắp trên máy cơ sở PC200 Số liệu cho tr ớc: Dung tích gầu: q=0.8 m 3 . Cấp đất: IV. Tốc độ nâng cần: V xc = 0.115 (m/s). Tốc độ xi lanh tay gầu: V xl = 0.11 (m/s). Tốc độ xi lanh gầu: V xg = 0.12 (m/s). Tốc độ di chuyển: V dc = 3.6 (km/h). Số vòng quay bàn quay: n q =6.2 (v/p) Thuyết minh tính toán: Tính toán chung Máy Đào. Tính bền tay gầu của bộ công tác. Bản vẽ: Bản vẽ chung Máy Đào.A0 Bản vẽ chế tạo tay gầu.A1 Trang 1 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo 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 công việc nh: chất lợng, tiến độ, giá thành .của công trình. Mặt khác máy móc thiết bị sử dụng trong ngành xây dựng hay còn gọi là máy xây dựng chính là yếu tố cơ bản để đánh giá tiềm lực và khả năng của mỗi đơn vị hay doanh nghiệp xây dựng. Do vậy ngày nay công tác thiết kế, chế tạo và sử dụng có hiệu quả các loại máy này là yêu cầu thiết yếu. Đa máy móc vào thi công các công trình lớn và quan trọng là việc làm cần thiết để có thể đảm nhiệm đợc những công việc phức tạp, khối lợng công việc nặng nề mà lao động thô sơ không thể thực hiện đợc hoặc năng suất thấp, hiệu quả kinh tế không cao. Vì vậy Máy Xây Dựng không thể thiếu đợc trên các công trờng xây dựng, các công trình thuỷ lợi, giao thông . Những năm gần đây, ngành cơ khí nói chung và lĩnh vực 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 nghiệp hiện đại và tiên tiến trong sự nghiệp đổi mới của đất nớc. Đối với công tác xây dựng nói chung, xây dựng Thuỷ Lợi nói riêng công tác làm đất chiếm 60ữ80% khối lợng công trình cho, nên Máy Làm Đất có nhiệm vụ rất quan trọng đối với công tác xây dựng. Thực tế Máy Đào gầu thuận đợc đánh giá là một trong những loại máy làm đất quan trọng, luôn có mặt trong các công việc khai thác vận chuyển đất đá . trên các lĩnh vực Thuỷ 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). Trang 2 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo Vì sự có hạn về cả thời gian và kiến thức, em xin hệ thống hoá và phân tích, đánh giá những vấn đề chung cơ bản của các cơ cấu trong Máy Đào gầu thuận. Sau đó đi sâu nghiên cứu, tính toán, tính bền cho bộ công tác (tính bền tay gầu) . Nội dung cơ bản của thuyết minh đồ án đợc chia làm 6 phần: - Phần I : chọn sơ đồ hệ thống thuỷ lực. - phần II: xác định các thông số cơ bản. - Phần III:lựa chọn phơng án bố trí xilanh. - Phần IV: tính toán cơ cấu dẫn động bộ công tác. - Phần V: tính đối trọng . - Phần VI : tính ổn định. - Phần VII:tính bền bộ công tác (tính bền tay gầu). Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫnh Hồ Sĩ Sơn ngời đã hớng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này và các thầy cô giáo trong Khoa đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu, các tài liệu tham khảo để em có điều kiện đi sâu tìm hiểu đề tài đã học. Vì trình độ kiến thức có hạn nên 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 20 tháng 09 năm 2006. Sinh viên Lê Quang Đạo. Nội dung tính toán I. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực: Trang 3 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo Dựa vào sơ đồ thuỷ lực của máy cơ sở KOMATSU PC200, ta có thể biết đợc nguyên lí làm việc của cả hệ thống và chức năng của một số loại van trong sơ đồ. Dầu từ bể chứa đợc hút lên từ 2 bơm dẫn động bằng động cơ điện đặt trong cụm bơm. Từ đây dầu sẽ đợc đa tới cụm van điều khiển. Lu lợng của cụm bơm đợc điều chỉnh thông qua sự hoạt động của 2 van LS và van PC. Van LS trong cụm bơm đợc nối với tín hiệu cảm nhận tải trọng và nó điều khiển tổng lu lợng của bơm. Với van PC, khi tải trọng trong lúc làm việc tăng lên và áp suất của bơm cũng tăng thì nó sẽ làm giảm bớt lu lợng từ bơm và nếu nh bơm giảm áp suất thì nó sẽ tằng lu lợng của bơm. Cụm van điều khiển là một hệ thống đợc coi nh là tập hợp của rất nhiều các van nhỏ khác nhau có tác dụng phân phối dòng dầu để đa dầu tới bộ công tác. Dòng dầu khi đến cụm van điều khiển sẽ chờ ở đó. Khi có tín hiệu điều khiển từ hệ thống cần gạt và từ cụm van điện từ mà các van trong cụm van điều khiển sẽ đợc đóng mở thích hợp để phân phối dầu tới bộ công tác. Bộ công tác gồm có : 2 xi lanh cần, 1 xi lanh tay gầu, 1 xi lanh gầu, 1 động cơ quay, 2 động cơ di chuyển. Khi cần nâng hoặc hạ cần, tay gầu hay gầu thì dầu từ cụm van điều khiển sẽ đợc đa tới các xi lanh tơng ứng của nó để thực hiện quá trình làm việc. Khi cần quay máy, dầu đợc đa tới động cơ quay. Tín hiệu điều khiển từ van điện từ làm nhả li hợp phanh của động cơ và làm cho động cơ quay theo chiều thích hợp. Trong bộ công tác quay máy còn có hệ thống van cân bằng áp suất để đảm bảo áp suất trong quá trình quay là không đổi. Khi đó quá trình quay sẽ liên tục, làm việc êm, khi quay không bị giật. Khi cần di chuyển máy, dầu đợc đa tới động cơ di chuyển. Động cơ đợc dùng ở đây là động cơ thuỷ lực pittông rôto hớng trục. Do đó nó có thêm cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng của đĩa quay để điều chỉnh lu lợng dầu vào động cơ, do đó điều chỉnh tốc độ di chuyển của máy. Bộ đóng cắt li hợp để thực hiện việc đóng nhả chuyển động. Phía trên cơ cấu di chuyển là khớp nối quay tung tâm để đảm bảo dòng dầu đợc cung cấp liên tục đến cơ cấu di chuyển trong khi quay máy mà không làm uốn, xoắn hoặc đứt đờng ống dẫn dầu. 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 vào bảng (5-1) MTL ta chọn: k G =10. Trang 4 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo Trọng lợng máy theo dung tích gầu: G = k G ì q = 10ì0.8 = 14 (tấn) Thông số và kích thớc máy: 3 .GkA A = Trong đó: k A : Là hệ số kích thớc. G: trọng lợng máy. ( )(41,214 3 3 tG == ). Ta có bảng thông số kích thớc dựa vào Bảng 5-1(MTL): Các thông số cơ bản của máy đào gầu thuận Thông số và hệ số kA A Kích thớc cơ bản của máy (m) Chiều cao buồng máy 1.23 2.965 Bán kính thành sau vỏ máy 0.93 2.297 Chiều cao khớp chân cần 0.68 1.68 Hệ số kích thớc bộ công tác (m) Chiều dài cần 1.8 4.45 Chiều dài tay gầu 1.13 2.724 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 2.785 Chiều dài cơ sở 1.68 4.06 Chiều rộng xích 0.24 0.596 Chiều cao xích 0.36 0.888 Đờng kính bánh xích chủ động 0.29 0.71 Đờng kính bánh dẫn hớng 0.21 0.52 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 4.5 0.63 Tay gầu 3.5 0.53 Cần 7.2 1.12 Xi lanh gầu 0.3 0.042 Xi lanh cần 1.3 0.20 Trang 5 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo 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 Bộ phận di chuyển (tấn) 5.87 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 Tính các thông số của gầu: h l l1 - Chiều rộng gầu: ).(11398,18,0.2,1.2,1 3 3 mqb === - Chiều dài gầu : ).(9283,08,0.1.1 3 3 mqh === - Chiễu cao từ đáy đến lợi của gầu : ).(891,08,0.96,0.96,01 3 3 mql === - Chiều cao từ đáy đến răng gầu: ).(336,18,0.44,1.44,1 3 3 mql === - Chiều dày gầu: s = 0,0087 3 14 = 0,02 (m) III. Lựa chọn ph ơng án bố trí xilanh: Trang 6 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo 1. Xi lanh cần. Ta thờng sử dụng cơ cấu 4 khâu có xilanh thuỷ lực đặt phía trên cần (1) ở máy đào quay không toàn vòng .Phơng án này có u điểm là xilanh không bị va đập khi chiều sâu đào lớn và khi đổ đất lên phơng tiện vận chuyển đồng thời giảm đợc bụi bẩn lọt vào xilanh.Song lực nâng cần không đạt đợc trị số lớn nhất .Để khắc phục nhợc điểm này ngời ta đặt xilanh dơi cần (2). 1 2 2. Chọn xilanh tay gầu. Ta chọn phơng án đặt xilanh phía dới tay gầu vì thuân tiện cho việc lắp đặt , tạo đợc lực đào lớn nhất là đối máy đào gầu thuận , giúp cho máy gọn nhẹ hơn. (4) 3 4 5 3. Chọn xilanh gầu. Đối với máy đào gầu thuận có rât nhiều phơng án bố trí xilanh gầu nhng ở đây ta chọn phơng án đặt xilanh theo sơ đồ nh hình vẽ , vì phơng án này sẽ tạo đơc lực đào đất lớn. Đặc biệt với máy đào gầu thuận thớng đợc sử dụng để đào khối lợng đất lớn.Với sơ đồ bố trí nh vậy ta có thế thay thế bộ công tác có dung tích gầu khác nhau, tuỳ theo điều kiện sử dụng.(6) Trang 7 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo 6 7 IV. Tính toán dẫn động bộ công tác máy đào gầu thuận: Quá trình đào đất của Máy Đào thuỷ lực gầu thuận có thể tiến hành theo các nguyên tắc: Gầu và tay gầu cố định, cần chuyển động nhờ xilanh cần. Cần quay quanh khớp bản lề nối với tay gầu nhờ xi lanh gầu, lúc đó cần và tay gầu cố định, gầu chuyển động nhờ xilanh gầu. Tay gầu quay quanh khớp bản lề nối với cần nhờ xi lanh tay gầu, lúc đó cần và gầu cố định, gầu chuyển động nhờ xilanh tay gầu. Cần và tay gầu cùng làm việc đồng thời nhờ các xilanh cần và xilanh tay gầu. ở trờng hợp này gầu coi nh lắp cứng với tay gầu. Giả sử trong thời gian đào, gầu chuyển động nhờ xilanh tay 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). Trang 8 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo 01 g+đ t t g+đ O' xg c xt o xg xt c 1 ở trờng hợp này chiều dày lát cắt lớn nhất đợc tính theo biểu thức (5-6) MTL: tx Max kHb q C = Trong đó: - q: Dung tích hình học của gầu. - b: Chiều rộng gầu. - H: Chiều cao đào danh nghĩa. - K tx : Hệ số tơi xốp. Chiều cao đào H= 5,18 (m). Dung tích hình học của gầu q=0,8 (m 3 ). Chiều rộng gầu chọn theo công thức kinh nghiệm ).(11,18,0.1,1.2,1 3 3 mqb === Hệ số tơi xốp ( Với cấp đất IV là loại đất Sét khô, chặt, á sét lẫn sỏi, hoàng thổ khô, mengemen) dựa vào Bảng 1-2 (MTL). ta tra đợc k tx = 1,35. Ta có: Chiều dày lát cắt lớn nhất: )(12257,0 4,1.18,5.11,1 5,1 mC Max == Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất đợc xác định theo công thức NG.Dombrovsky P o1 = k 1 .b.C Max Trang 9 Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo Trong đó: k 1 : Là hệ số cản đào. Dựa vào Bảng1-9 (MTL). Ta có: k 1 = 0,26 MPa = 0,26.10 3 (kN/m 2 ). P o1 = 0,26.10 3 . 1,11 . 0,12257 = 35,64 (kN). 1. Tính lực tác dụng lên các xilanh. a. Xác định lực xilanh tay gầu: Trong thời gian đào gầu chuyển động từ vị trí I ữII lực cần thiết của xilanh tay gầu P xt thay đổi từ O đến lớn nhất. ở cuối quá trình đào, tay gầu ở vị trí nằm ngang, chiều dày lát cắt lớn nhất. Giá trị lớn nhất lực xilanh tay gầu P xt sẽ xác định từ phơng trình mô men với khớp O của tất cả các lực tác dụng lên hệ tay gầu ở vị trí II nh hình dới. Hình vẽ (Sơ đồ xác định lực xilanh tay gầu). 01 II I g+đ t t g+đ Lấy phơng trình mô men đối với điểm O: = 0 0 M Ta có: xt i xt r rGrP P = 1001 Trong đó: P 01 : Lực cản đào tiếp tuyến. Trang 10 . Đồ án môn học Máy Thuỷ Lợi SV: Lê Quang Đạo Thiết kế máy đào thủy lực gầu thuận Lắp trên máy cơ sở PC200 Số liệu cho tr ớc: Dung tích gầu: q=0.8 m 3. dới tay gầu vì thuân tiện cho việc lắp đặt , tạo đợc lực đào lớn nhất là đối máy đào gầu thuận , giúp cho máy gọn nhẹ hơn. (4) 3 4 5 3. Chọn xilanh gầu. Đối