Trờng đại học thuỷ lợi cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Bộ môn máy xây dựng -+** Khoa máy xây dựng & tbtl Độc lập Tự Hạnh phúc đồ án môn học máy thuỷ lợi Sinh viên thiết kế: Nguyễn Khải Hoàn Lớp: 44M Nghành học: Máy xây dựng thiết bị thuỷ lợi đầu đề thiết kế thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp máy CƠ Sở cat 345C I Số liệu cho trớc: Máy kéo sở: CATERPILLAR -345C Dung tích gầu: 2,8 m3 làm việc đất cấp IV Vận tốc di chuyển: 3.4 km/h Tốc độ nâng cần: Vxc=0,13 m/s Tốc độ làm việc xi lanh tay gầu: Vxt= 0,11m/s Tốc độ làm việc xi lanh gầu: Vxg= 0,12 m/s Vận tốc vòng: nq= v/p II Thuyết minh tính toán: Tính toán chung máy đào Tính toán bền cần công tác Bản vẽ: - Bản vẽ chung máy: Ao - Bản vẽ chế tạo cần: A1 Ngày giao đề: Ngày hoàn thành: Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh Lời nói đầu Thiết kế máy thuỷ lợi môn học thiếu sinh viên nghành Máy xây dựng thiết bị thuỷ lợi, giúp sinh viên củng cố kiến thức nguyên lý làm việc, kết cấu phơng pháp tính toán máy thuỷ lợi Trong sống phát triển đất nớc theo công ngiệp hoá, đại hoá đất nớc Xây dựng dân dụng công nghiệp, thuỷ lợi thiếu đợc máy xây Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: Lớp : 44M dựng, đặc biệt công trình thuỷ lợi cần thiết cố máy móc công trình thuỷ lợi có khối lợng lớn, vốn đầu t nhiều, đòi hỏi thi công tiến độ thời vụ, có tầm quan trọng với phát triển kinh tế nông nghiệp, du lịch Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý móng khắt khe, điều dẫn đến cần thiết máy làm đất nh máy ủi, máy san, máy đào Trong trình học em đợc giao đề tài thiết kế: Máy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp máy sở CAT 345C Máy đào thuỷ lực đợc dùng chủ yếu công tác làm đất, khai thác mỏ lộ thiên, bốc xếp vật liệu, làm việc theo chu kỳ, đổ vật liệu lên phơng tiện vận chuyển đổ thành đống Hiện nay, có nhiều máy đợc sử dụng nớc ta nh nớc: Nga, Nhật, Mỹ để sử dụng đạt hiệu cao nhất, bền phải nắm vững kỹ thuật, tính máy, biết thiết kế chế tạo công tác máy, nguyên lý hoạt động hệ thống thuỷ lực để khắc phục sửa chữa máy gặp cố bị hỏng Đồ án Máy thuỷ lợi giúp hiểu rõ hơn, giải tốt vấn đề I Xác định thông số Khối lợng máy Khối lợng máy đợc xác định theo công thức sau: G = kG.q Trong đó: - kG: Hệ số trọng lợng, với cấp đất lám việc IV lấy kG=18 - q: Dung tích gầu, q = 2,8m3 -> Máy thuộc loại vừa lớn Do đó, G = 18.2,8 = 50,4 (T) Các thông số kích thớc a Kích thớc máy sở: Các kích thớc máy đợc xác định theo công thức sau: Ai=ki G Trong đó: ki: hệ số kích thớc G: khối lợng máy - Chiều cao buồng máy : Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: Lớp : 44M A1 = k1 G = 0,9 50,4 = 3,32 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k1 = 0,9 - Bán kính thành sau vỏ máy: A2 = k2 G = 1,05 50,4 = 3,83 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k2 = 1,05 - Chiều cao khớp chân cầu: A3 = k3 G = 0,6 50,4 = 2,22 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k3 = 0,6 b Kích thớc công tác: - Chiều dài cần: A4 = k4 G = 1,8 50,4 = 6,65 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k1 = 1,8 - Chiều dài tay gầu: A5 = k5 G = 1,5 50,4 = 5,54 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k5 = 1,5 - Chiều cao đổ đất: A6 = k6 G = 1,4 50,4 = 5,17 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k1 = 1,4 - Chiều sâu đào: A7 = k7 G = 2,0 50,4 = 7,39 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k7 = 2,0 - Bán kính đổ đất: A8 = k8 G = 2,2 50,4 = 8,13 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k8 = 2,2 - Bán kính đào: A9 = k9 G = 2,4 50,4 = 8,87 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k9 = 2,4 c Kích thớc di chuyển Thiết kế với di chuyển bánh xích nhiều điểm tựa - Chiều rộng sở công tác: Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: Lớp : 44M A10 = k10 G = 0,9 50,4 = 3,32 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k10 = 0,9 - Chiều dài sở công tác: A11 = k11 G = 1,1 50,4 = 4,06 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k11 = 1,1 - Chiều rộng xích: A12 = k12 G = 0,18 50,4 = 0,66 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k12 = 0,18 - Chiều cao xích: A13 = k13 G = 0,2 50,4 = 0,74 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k13 = 0,2 - Đờng kính bánh xích chủ động: A14 = k14 G = 0,16 50,4 = 0,59 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k14 = 0,16 - Đờng kính bánh dấn hớng: A15 = k15 G = 0,18 50,4 = 0,66 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k15 = 0,18 - Đờng kính bánh tì: A16 = k16 G = 0,08 50,4 = 0,30 (m) Với máy cỡ vừa lớn lấy k16 = 0,08 Bảng tổng hợp thông số kích thớc (Máy đào CAT-345C ; G=50,4T ; q=2,8m3) STT Thông số Chiều cao buồng máy BK thnh sau vỏ máy Chiều cao khớp chân cần Chiều dài cần Chiều dài tay gầu Chiều cao đổ đất Bán kính đổ đất Svth: Nguyễn Khải Hoàn Hệ số (ki) 0,9 1,05 0,6 1,8 1,5 1,4 2,2 Trang: Trị số (m) 3,32 3,88 2,22 6,65 5,54 5,17 8,13 Lớp : 44M 10 11 12 13 14 15 16 Bán kính đào Chiều rộng sở công tác Chiều dài sở công tác Chiều rộng xích Chiều cao xích ĐK bánh xích chủ động ĐK bánh dẫn hớng ĐK bánh tì Chiều sâu đào 2,4 0,9 1,1 0,18 0,2 0,16 0,18 0,08 8,87 3,32 4,06 0,66 0,74 0,59 0,66 0,30 7,39 d Kích thớc gầu: Với dung tích gầu q = 2,8m3 , ta có: - Chiều rộng gầu là: b = 1,2.3 q = 1,2.3 2,8 = 1,69(m) - Chiều dài gầu: h = 1,0.3 q = 1,0.3 2,8 = 1,41(m) - Chiều cao gầu cha tính gầu: l1 = 0,96.3 q = 0,96.3 2,8 = 1,35(m) - Chiều cao gầu tính gầu: l = 1,44.3 q = 1,44.3 2,8 = 2,03(m) - Bề dày thành gầu: S = 0,087.3 q = 0,087.3 2,8 = 0,123(m) Xác định trọng lợng máy Việc xác định sơ trọng lợng máy bớc quan trọng việc tính toán sơ cho máy Các phận đợc xác định theo công thức sau: Gi = ki.G (T) , đó: G khối lợng sơ máy đào (T) ki phần trăm khối lợng phận so với máy đào Ta chia việc tính toán trọng lợng máy nh sau: a Trọng lợng công tác Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: Lớp : 44M - Trọng lợng gầu kéo: G1= k1.G = 0,04.50,4= 2,02 (T) Với hệ số trọng lợng k1= 4% - Trọng lợng tay gầu: G2= k2.G = 0,04.50,4= 2,02 (T) Với hệ số trọng lợng k2= 4% - Trọng lợng cần: G3= k3.G = 0,08.50,4= 4,03 (T) Với hệ số trọng lợng k3= 8% - Trọng lợng xi lanh gầu: G4= k4.G = 0,005.50,4= 0,25 (T) Với hệ số trọng lợng k4= 0,5% - Trọng lợng xi lanh tay gầu: G5= k5.G = 0,01.50,4= 0,504 (T) Với hệ số trọng lợng k5=1% - Trọng lợng xi lanh cần: G6= k6.G = 0,014.50,4= 0,71 (T) Với hệ số trọng lợng k6= 1,4% b Trọng lợng bàn quay cấu khác - Trọng lợng động khung máy: G7= k7.G = 0,07.50,4= 3,53 (T) Với hệ số trọng lợng k7= 7% - Trọng lợng thiết bị thuỷ lực thiết bị phụ: G8= k8.G = 0,08.50,4= 4,03 (T) Với hệ số trọng lợng k8= 8% - Trọng lợng cấu quay: G9= k9.G = 0,02.50,4= 1,01 (T) Với hệ số trọng lợng k9= 2% - Trọng lợng bàn quay: G10= k10.G = 0,15.50,4= 7,56 (T) Với hệ số trọng lợng k10= 15% - Trọng lợng phận điều khiển: G11= k11.G = 0,01.50,4= 0,504 (T) Với hệ số trọng lợng k11= 1% - Trọng lợng vỏ máy: Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: Lớp : 44M G12= k12.G = 0,02.50,4= 1,01 (T) Với hệ số trọng lợng k12= 2% - Trọng lợng đối trọng: G13= k13.G = 0,01.50,4= 0,504 (T) Với hệ số trọng lợng k13= 1% c Trọng lợng phần di chuyển - Trọng lợng vòng ổ quay: G14= k14.G = 0,018.50,4= 0,91 (T) Với hệ số trọng lợng k14= 1,8% - Trọng lợng khung dới vành bánh răng: G15= k15.G = 0,10.50,4= 5,04 (T) Với hệ số trọng lợng k15= 10% - Trọng lợng ngõng trục trung tâm: G16= k16.G = 0,007.50,4= 0,35 (T) Với hệ số trọng lợng k16= 0,7% - Trọng lợng cấu di chuyển: G17= k17.G = 0,05.50,4= 2,52 (T) Với hệ số trọng lợng k17= 5% - Trọng lợng khung xích: G18= k18.G = 0,07.50,4= 3,53 (T) Với hệ số trọng lợng k18= 7% - Trọng lợng chủ động, bị động bánh tì: G19= k19.G = 0,08.50,4= 4,03 (T) Với hệ số trọng lợng k19= 8% - Trọng lợng dải xích: G20= k20.G = 0,10.50,4= 5,04 (T) Với hệ số trọng lợng k20= 10% Bảng tổng hợp thông số trọng lợng Bảng tổng hợp thông số trọng lợng (Máy đào CAT-345C ; G=50,4T ; q=2,8m3) STT Tên phận Svth: Nguyễn Khải Hoàn Hệ số ki (%) Trang: Trọng lợng (T) Lớp : 44M gầu kéo Tay gầu Cần Xi lanh gầu Xi lanh tay gầu Xi lanh cần động khung máy Thiếu bị thủy lực thiết bị phụ Cơ cấu quay Bàn quay 10 Bộ phận điều khiển 11 Vỏ máy 12 Đối trọng 13 Vòng ổ quay 14 Khung dới vành bánh 15 Ngõng trục trung tâm 16 Cơ cấu di chuyển 17 Khung xích 18 Bánh chủ động, bị động bánh tì 19 Dải xích 20 Tổng cộng 2.02 2.02 4.03 0.25 0.50 0.71 3.53 4.03 1.01 7.56 0.50 1.01 0.50 0.91 5.04 0.35 2.52 3.53 5.04 5.04 2.02 2.02 4.03 0.25 0.50 0.71 3.53 4.03 1.01 7.56 0.50 1.01 0.50 0.91 5.04 0.35 2.52 3.53 5.04 5.04 50.10 II Sơ đồ hệ thống thủy lực Sơ đồ Sơ đồ thuỷ lực máy đào đợc xét vẽ hệ thống thuỷ lực máy CAT 330B Nguyên lý hoạt động hệ thống Từ sơ đồ ta thấy: Đầu tiên động Diesel (31) làm việc, thông qua khớp nối bánh ăn khớp dẫn động bơm piston (28), (29) bơm cung cấp dầu riêng cho hệ thống điều khiển làm việc theo Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: Lớp : 44M Khi làm việc dầu đợc hút từ thùng dầu (39) đợc đa toàn hệ thống thông qua van đờng ống dẫn Trên sơ đồ hệ thống thủy lực máy đào trạng thái không tải, dầu đợc hút từ thùng dầu (39) qua van trợt trạng thái không làm việc quay lại thùng dầu thông qua hệ thống lọc Bơm (28) Uper Pump cung cấp dầu có áp lực cao cho xi lanh gầu (7) xi lanh cần (8) làm việc, bơm (29) Lower Pump cung cấp dầu cho xi lanh cấu lại: xi lanh tay gầu (9), cấu quay (1), cấu di chuyển trái (2) cấu di chuyển phải (3) Thông qua hệ thống van phân phối mà dầu đợc chuyển đến vị trí cần thiết để thiết bị làm việc Các hệ thống van phân phối (van trợt) đợc điều khiển hệ thống van trợt nhỏ hệ thống van trợt nhỏ đợc điểu khiển trực tiếp nút bấm bàn điều khiển Trong đó: Cụm (23) điều khiển van trợt xi lanh gầu (7) xi lanh cần (8) Cụm (18) điều khiển van trợt xi lanh tay gầu (9) cấu quay (1) Cụm (17) điều khiển van trợt cấu di chuyển trái (2) cấu di chuyển phải (3) III Xác định lực tác dụng lên công tác Xác định lực xi lanh tay gầu Vị trí tính toán: Cuối trình đào, tay gầu gầu vị trí nằm ngang Gầu đầy đất, đầu cần nghiêng 45o so với tay gầu Lát cắt đất lớn Chiều dài lát cắt đợc xác định: C max = q.k d 2,8.1 = = 0,17 ( m ) Trong đó: b.H S kTX 1,69.7,39.1,35 q Dung tích gầu: q=2,8 (m3) b - Chiều rộng gầu: b=1,69 (m) Hs- Chiều sâu đào: Hs=7,39 (m) Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp IV lấy ktx=1,35 Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1 Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: Lớp : 44M Vậy lực cản đào tiếp tuyến lớn P01=k1.b.Cmax= 0,25.1,69.0,17=0,07183 (Mpa.m2) = 71,83 (KN) Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp IV lấy k1=0,25 Mpa P01 Cmax Pxtg O2 rxtg 1/2Gxtg P02 rtg Gtg rxtg Gxg Gg+đ rxg rg Lấy mômen đối điểm O2 tarcó : Pxtg = Với Gđ = ' P01 r0 + G g + d rg + Gtg rtg + G xg rxg 0,5.G xtg rxtg rxtg P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 71,83 KN Gg+đ- Trọng lợng gầu có đất: q. k d 2,8.19.1 = = 39,4 (KN) k tx 1,35 Lấy kđ = 1, đất cấp IV lấy ktx = 1,35 Gg+đ= Gđ + Gg = 39,4 + 20,2 = 59,6 (KN) Gg- Trọng lợng gầu, Gtg= 20,2 (KN) Gxg- Trọng lợng xi lanh gầu, Gxg= 2,5 (KN) Gxtg- Trọng lợng xi lanh tay gầu, Gxtg= 5,1 (KN) r0- Cánh tay đòn lực P01 lấy điểm O2: r0= Svth: Nguyễn Khải Hoàn l tg + h g = 5,54 + 1,41 = 5,57 (m) Trang: 10 Lớp : 44M J0 - mô men quán tính bàn quay trờng hợp gầu đất: Gg J0 = J - r g r - khoảng cách từ trọng tâm gầu đến trục quay máy r = A9 0,5.hg = 8,87 0,5.1,41 = 8,17 (m) => J0 = J - Gg g r = 450 - 20,2 8,17 = 312,56 KN.m.s2 9,81 t ck t d t d Vậy thời gian quay là: tq = 1+ J0 J = 21,22 5,07 1+ 312,56 450 = 7,5 (s) Nmax = J (1,37 + q ) 0,35.t q q 450(1,37 + 0,8 ).1,57 = 18,87 (KW) 0,35.7,53.0,8 Tra bảng ta tìm đợc động phù hợp với cấu quay loại: MCR size 400 với thông số sau: - Số vòng quay: 300 v/ph - Mômen cực đại: 2,544 KN.m - Công suất : 22 KW => Nmax = Vậy tỉ số truyền là: i = n c 300 = = 50 nq Giá trị tối u vận tốc góc điều kiện cho trớc: N max q 18,87.0,8.1,57 = 1,05.3 max = 1,05.3 450(1,37 + 0,8 ) J (1,37 + q ) max = 0,312 ( s -1) Vì đạo hàm bậc hai dơng(tq''>0,tq =c.max2+ ) nên vận tốc góc tỷ số max truyền tơng ứng cấu quay đảm bảo thời gian quay nhỏ điều kiện cho trớc: Thời gian quay nhỏ đợc tính theo công thức: J (1,37 + q ) 2 t q =1,42 t q = 6,46 (s) N max q Svth: Nguyễn Khải Hoàn 450.(1,37 + 0,8 )1,57 = 1,42 18,87.0,8 Trang: 25 Lớp : 44M VI Chọn bơm động Dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 29 phục vụ cho hai mô tơ di chuyển, xi lanh tay gầu mô tơ cấu quay, cấu quay di chuyển không làm việc đồng thời, nhiên xi lanh tay gầu lại cần làm việc đồng thời với hai có cấu nên ta chọn công suất bơm tổng công suất lớn cấu quay cấu di chuyển với công suất xi lanh tay gầu, có hai động di chuyển nên bỏ qua tổn thất ta có công suất bơm 29 là: N29 = 2.Ndc + Nxtg = 2.170 + 105,52 = 445,52 (KW) Với N29 = 445,52 KW tra bảng ta chọn đợc bơm có kí hiệu: A2FO size - 710 với thông số sau: + Công suất: N = 497 KW + Thể tích bơm: V = 710 cm3 + Số vòng quay: n = 1200 v/ph + Khối lợng : m = 753 kg + Momen: M = 3,955 KN.m + Lu lợng: Q = 826 l/ph Cũng dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 28 phục vụ cho xy lanh cần, xy lanh gầu, xi lanh gầu xi lanh cần làm việc lúc nên ta chọn công suất bơm tổng công suất xi lanh Nếu bỏ qua tổn thất ta có công suất bơm 28 là: N28 = Nxc + Nxg = 204,1 + 44,292 = 248,392 (KW) Với N28 = 248,392 tra bảng ta chọn đợc bơm có kí hiệu: A4VSG size -180 với thông số sau: + Công suất: N = 252 KW + Thể tích bơm: V = 180 cm3 + Số vòng quay: n = 2400 v/ph + Khối lợng : m = 104 kg + Momen: M = 1,001 KN.m + Lu lợng: Q = 432 l/ph Công suất động diesel dẫn động là: N = 1,2(N28+ N29) = 1,2(252 + 497) = 898,8 KW Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 26 Lớp : 44M VII Tính toán tĩnh máy đào Xác định đối trọng Nhiệm vụ tính toán tĩnh xác định trọng lợng đối trọng đảm bảo cân bàn quay máy đào với vị trí công tác không đào đất tính toán ổn định máy làm việc nh di chuyển Đại phận cấu máy đào bố trí bàn quay, thiết kế máy, việc cân bàn quay nhiệm vụ thiếu đợc Cân bàn quay nhằm mục đích loại trừ hay giảm bớt trọng lợng vợt chu vi vòng tựa bàn quay Kích thớc vòng tựa đợc xác định kích thớc di chuyển Do thiết kế nên bố trí cấu lùi phía sau, gần thành sau máy để giảm trọng lợng đối trọng Đối trọng cần đảm bảo tổng hợp trọng lợng phận, cấu bàn quay trờng hợp không nằm chu vi vòng tựa, nghĩa không vợt điểm tựa giới hạn trớc điểm tựa giới hạn sau Sau ta xét vị trí công tác để xác định đối trọng: vị trí một, trọng lợng công tác sinh mô men lật lớn nhất, vị trí sinh mô men lật nhỏ Vị trí thứ tổng hợp trọng lợng lớn qua điểm tựa giới hạn trớc, vị trí thứ hai - điểm tựa giới hạn sau Chọn trọng lợng đối trọng không đợc nhỏ giá trị đối trọng tơng ứng với bàn quay lật điểm tựa trớc đồng thời không đợc lớn giá trị mà bàn quay lật điểm tựa sau Khi điều kiện không thoả mãn phải bố trí lại cấu bàn quay a Vị trí thứ nhất: bàn quay lật lăn tựa giới hạn trớc, gầu đầy đất đợc nâng lên khỏi hố đào, máy bắt đầu quay để dỡ tải rtg rc rdt Gc Gtg B Gg Svth: Nguyễn Khải Hoàn a G a Gdt rg Trang: 27 Lớp : 44M Phơng pháp xác định trọng lợng đối trọng máy đào gầu nghịch tơng tự nh máy đào gầu thuận Chúng ta dùng phơng pháp giải tích hay đa giác dây để xác định trọng lợng đối trọng Trọng lợng đối trọng Gdt1 đợc xác định từ phơng trình cân mô men với lăn tựa trớc(điểm B) máy đào đất: Gđt1= G g + d (rg a ) + Gtg (rtg a ) + GC ( rc a ) G a ( + a) rdt + a Trong đó: Gg+đ - Trọng lợng gầu đầy đất, Gg+đ = 59,6 KN Gtg- Trọng lợng tay gầu, Gtg = 20,2 KN Gc - Trọng lợng cần, Gc = 40,3 KN Ga - Trọng lợng phận bàn quay gồm : động khung máy, thiết bị thuỷ lực thiết bị phụ, cấu quay, bàn quay, phận điều khiển, vỏ máy Ga = 3,5 + 4,03 + 1,01 + 7,56 + 0,5 + 1,01 = 17,7 (T) Ga = 177 KN Chọn a = 0,8 m rg - khoảng cách từ trọng lợng gầu đến trục quay máy đào, rg= 7,477 m rtg - khoảng cách từ trọng lợng tay gầu đến trục quay máy đào, rtg= 6,724m rc - khoảng cách từ trọng lợng cần đến trục quay máy đào, rc = 2,366 m - khoảng cách từ trọng lợng phận bàn quay đn trục quay máy đào: = G r i Ga i = 35.1,9 + 40,3.1,5 + 10,1.0,8 + 75,6.1,5 + 10,1.1,2 + 5.1,2 1,5 (m) 177 Lấy rđt = 3,0 m Gđt1= G g + d ( rg a ) + Gtg ( rtg a ) + GC ( rc a ) Ga ( + a ) rdt + a 59,6(7,47 0,8) + 20,2(6,724 0,8r)tg+ 40,3(2,366 0,8) 177(1,5 + 0,8) Gđt1= rc + 0,8 Gđt1 = 45,5 KN rdt b Vị trí thứ hai: bàn quay lật lăn tựa giới hạn sau, gầu đất vra ơn xa hạ mặt đất 1/2Gtg 1/2Gtg Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 28 a A Ga Gdt Lớp : 44M Trọng lợng đối trọng Gđt2 đợc xác định từ phơng trình cân mô men tất trọng lợng lăn tựa sau( điểm A ): Gđt2= 0,5.G g (rg + a) + 0,5.Gtg (rtg + a) + 0,5.GC (rc + a) G a (ra a) rdt a Các khoảng cách là: rg = 8,723 m rtg = 6,832 m rc = 2,419 m Các khoảng cách khác tơng tự nh vị trí thứ Thay số ta đợc: Gđt2 = 0,5.20,2.(8,723 + 0,8) + 0,5.20,2(6,832 + 0,8) + 0,5.40,3( 2,419 + 0,8) 177(1,5 0,8) 0,8 Gđt2 = 51,8 KN Ta thấy Gđt1 < Gđt2 nên ta chọn trọng lợng đối trọng Gđt là: Gđt = G t1 + G t 45,5 + 51,8 = = 48,7( KN ) 2 Tính ổn định ổn định máy đào tiêu sử dụng quan trọng mà ngời thiết kế sử dụng phải quan tâm để đảm bảo an toàn máy làm việc nặng nhọc a Vị trí thứ nhất: Máy đào nằm ngang xích, gầu đợc nâng lên khỏi mép hố đào nhờ xy lanh cần với lực lớn Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 29 Lớp : 44M Pxc rc rxc Gc rtg Gtg P01 A r0 Gg r0 b Gdt b G0 Ga rg rdt Từ phơng trình mômen tất lực khớp chân cần, ta xác định đợc lực cản đào P01 có phơng vuông góc với đờng thẳng nối khớp chân cần với gầu P01 = Pxc rxc Gc rc Gtg rtg G g + d rg r '0 Trong : Pxc =1570 KN, Gc =40,3 KN, Gtg=20,2 KN, Gg+đ=59,6 KN rc= 3,021 m, rtg = 6,562 m, rg= 5,976 m, rxc= 0,723 m, r0 = 5,277m P01 = Pxc rxc Gc rc Gtg rtg G g + d rg r '0 Thay số ta đợc: 1570.0,723 40,3.3,021 20,2.6,562 59,6.5,976 = 99,42(KN) 5,177 Máy bị lật theo đờng mép bánh tỳ - điểm A, momen lật xác định theo công thức sau: Ml = Gc(rc-b) + Gtg(rtg-b) + Gg+đ(rg-b) + P01.r0 Trong đó: b = 0,5.A9 = 0,5.3,32 = 1,66 (m) ro =3,475 m Thay số vào ta đợc: Ml = 40,3.(3,021-1,66) + 20,2 (6,562-1,66) + 59,6.(5,976-1,66) + 99,42.3,475 Ml = 756,6 (KN.m) P01 = Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 30 Lớp : 44M Mômen giữ : Mg = Gdt(rdt+b) + Ga(ra+b) +G0.b Trong : + G0 Trọng lợng cấu dới bàn quay bao gồm: trọng lợng vòng ổ quay, khung dới bánh răng, ngõng trục trung tâm, cấu di chuyển, khung xích, bánh chủ động bánh tỳ, dải xích Vì vậy: G0 = 0,91 + 5,04 + 0,35 + 2,52 + 3,53 + 5,04 +5,04 = 22,43 (Tấn) = 224,3 KN + ra= 1,5 m, rdt = 3,0 m , b= 1,66 m Mg = Gdt(rdt+b) + Ga(ra+b) +G0.b Thay số vào ta đợc: Mg = 48,7.(3 + 1,66) + 177.(1,5 + 1,66) + 224,3.1,66 Mg = 1158,6 (KN.m) Hệ số ổn định vị trí : kođ = Mg Ml = 1158,6 = 1,53 756,6 b Vị trí thứ hai: Máy đào gầu nghịch đổ đất độ vơn xa nhất: Máy bị lật theo đờng mép bánh tỳ diểm B, mômen lật xác định theo công thức sau: Ml = Gc(rc-b) + Gtg(rtg-b) + Gg+đ(rg-b) Với: rc= 2,684 m, rtg = 7,410 m, rg= 10,21 m Còn giá trị khác tơng tự vị trí thứ Ml = Gc(rc-b) + Gtg(rtg-b) + Gg+đ(rg-b) Thay số vào ta đợc Ml = 40,3.(2,684 1,66) + 20,2.(7,410 1,66) + 59,6.(10,21 1,66) Ml = 666,72 (KN.m) rg rtg rc rdt Gc Gtg Gg+đ Svth: Nguyễn Khải Hoàn B b Trang: 31 G0 b Gdt Ga Lớp : 44M Mômen giữ : Ta thấy hai vị trí tính toán mômen giữ có giá trị nh nhau, ta có Mg2 = Mg1 = 1158,6 KN.m Hệ số ổn định vị trí : kođ = Mg Ml = 1158,6 = 1,74 666,72 Ta nhận thấy hai vị trí mà máy có nguy lật đạt đợc điều kiện ổn định Với hệ số ổn định kôđ lớn 1,0 VIII Tính bền cần Tính bền cần Trong trình đào đất, gầu gặp chớng ngại vật, xi lanh tay gầu vuông góc với tay gầu Lực xi lanh tay gầu lớn Gầu dùng để bật chớng ngại vật, nên lực P0 có lực ngang K Lực phát sinh cấu quay mà trình đào cha kết thúc, giá trị lực K đợc xác định từ mô men phanh có cấu quay K= Mf R. q Trong : Mf Mô men phanh đa trục động đợc xác định nh sau Mf = N max max q Với : Nmax: Công suất lớn cấu quay Nmax = 18,87 KW R: Khoảng cách từ mép gầu đến trục quay máy là: R = 5,663 m q: Hiệu suất cấu quay từ trục đặt phanh đến trục quay bàn quay q = 0,88 max Vận tốc góc lớn bàn quay max = 2..n = 2.3,14.6 = 37,68 (rad/ph ) = 0,628 (rad/s) Với: n : Là số vòng quay bàn quay n = (v/ph) Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 32 Lớp : 44M Vậy : Mf = Do : N max 18,87 = = 37,56 ( KN m ) max q 0,628.0,8 K= Mf R. q = 37,56 = 8,3 5,66.0,8 ( KN ) Và để tính bền cần ta tính toán nội lực mặt cắt nguy hiểm cần a Vị trí tính toán: - Xét vị trí mà lực đẩy xi lanh tay gầu P tmax có phơng vuông góc với phơng trục dọc tay gầu - Tại gầu có lực cản đào P01 chớng ngại vật gây - Gầu cha tích đất - Giả thiết Ptmax có phơng song song với P01 b Tính bền cần: Muốn tính bền cần ta tách cần khỏi tay gầu thay vào khớp O phản lực XO2, ZO2 ; O1 phản lực XO1, ZO1 Trớc hết ta xác định ngoại lực tay gầu: Các lực biết Ptmax, Gtg, Gg - Xác định lực cản đào P01 Thiết lập phơng trình cân mômen với khớp O2 hình A Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 33 Lớp : 44M M O2 = P01.r01 - Gg.rg - Gtg rtg - Ptmaxrp = => P01 = G g rg + Gtg rtg + Pt max rp Ta có: r01 = r01 3 l tg + h g = 5,54 + 1,41 = 5,57(m) 4 l tg = 1,39(m) 1 rg= l g + 0,3 = 2,03 + 0,3 = 1,32(m) 2 Lấy rtg = 0,3 m Thay vào ta đợc: rp = P01 = 20,2.1,32 + 20,2.0,3 + 959,31.1,39 = 245,27(m) 5,57 - Xác định phản lực khớp O2: XO2, ZO2 Để xác định hai lực này, ta lập phơng trình cân hình chiếu lực xuống trục tọa độ Z X hệ tay gầu cần Trong trục X song song với Ptmax P01 Ta đợc: XO2 = Ptmax + P01 + Gg.cos + Gtg.cos = 959,31 + 245,27 + 20,2.cos75o + 20,2.cos75o = 1215 (KN) ZO2 = Gg.sin + Gtg.sin = 20,2.sin75o + 20,2.sin75o = 39 (KN) Xác định lực nâng cần Pc Lập phơng trình cân mômen với khớp nối O1 M O1 => Pc = = Pc l c Gc l c + Pt max l y sin + X O rx Z O rz = Gc l c Pt max l y sin X O rx + Z O rz lc Mà lc = 0,5.lcần.cos30o = 0,5.6,65.cos30o = 2,88 (m) lp = 2/3.lc = 2/3.2,88 = 1,92 (m) Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 34 Lớp : 44M lấy = 10o , ly = 0,5.lcần =3,33 m lấy rx = m; rz =6,0 m Thay vào ta đợc: 40,3.2,88 959,31.3,33 sin 10 o + 1215.2 39.6,0 Pc = = 915,3 (KN) 1,92 Xác định phản lực khớp chân cần Để xác định nội lực cần, ta xác định phản lực khớp chân cần O XO1 ZO1 Ta xét dựa vào phơng trình cân hình chiếu lực tác dụng lên cần xuống hệ XO1Z X '= X 01 X 02 cos + Z 02 sin + Pt max cos + G c cos Pc cos = Ta lấy = = 10o ; = 45o ; = 60o Thay vào ta đợc: X01 = 1215.cos100 39.sin100 959,31.cos100 40,3.cos600 + 915,3.cos450 X01 = 872,1 (KN) Z'= Z 01 + Z 02 cos + X 02 sin + Pt max sin + Gc sin Pc sin = Z01 = 959,31.sin100 + 915,3.sin450 39.cos100 -1215.sin100 40,3.sin600 Z01 = 529,5 (KN) Xác định nội lực cần Tiết diện nguy hiểm cần tiết diện (a-a): tiết diện thẳng đứng qua giao điểm đờng thẳng dọc trọc cần (kéo từ khớp O O2) Tại nội lực phản lực X01 Z01 gây đợc xét nh sau: - Mômen uốn mặt phẳng chứa cần: Mu = Z 01 l y + X 01 l x + G1 sin ly Pc l sin Trong đó: ly = 0,5.lcần = 3,33 m; lx = 0,3 m l: khoảng cách từ điểm đặt lực nâng cần Pc tới tiết diện (a-a) Và ta xác định đợc: l = ly lc = 0,12 m cos 34 o G1: Khối lợng cần tính theo đoạn cần dài ly Coi trọng lợng cần phân bố nên ta có: G1 = Gc 40,3 l y cos 34 o = 3,33 cos 34 o = 16,7( KN ) l cõn 6,65 Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 35 Lớp : 44M Thay giá trị vào ta đợc: Mu= 529,5.3,33 + 872,1.0,3 + 16,7.3,33.sin60o + 915,3.0,12.sin45o= 1995,4 (KN) - Xác định lực kéo ngoại lực Pc, Gc X01 gây N = X 01 + Gc cos 40,3 cos 60 o = 872,1 + Pc cos 915,3 cos 45 o 2 N = 235 (KN) Xác định mômen chống uốn diện tích tiết diện (a-a) Chọn b = 600 mm = 0,6 m h = 800 mm = 0,8 m = 20 mm = 0,02 m Do tiết diện (a-a) hình hộp chữ nhật, nên ta có: Mômen chống uốn đợc xác định nh sau: =20 h=800 b =600 b.h (b 2. ).(h 2. ) Wu = 6.h = 0,6.0,8 (0,6 2.0,02).(0,8 2.0,02) 6.0,8 => Wu = 0,0128 (m3) Ta lại có diện tích phần kim loại tiết diện (a-a) là: F = b.h (b 2.)(h 2.) Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 36 Lớp : 44M = 0,6.0,8 (0,6 2.0,02)(0,8 2.0,02) = 0,0544 (m2) Vậy tiết diện nguy hiểm (a-a) cần ta xác định đợc ứng suất nội lực gây là: = M u N 1995,4 235 + = + = 160210,5 (KN/m2) (*) Wu F 0,0128 0,0544 Ta chọn vật liệu làm cần thép CT5 có gh = 26 KN/cm2 = 26.104 KN/m2 Vậy ứng suất cho phép vật liệu làm cần kể đến hệ số an toàn (k = (1,5 ữ 1,8) ta chọn k = 1,5) là: [] = gh k = 26.10 = 173333 (KN/m2) (**) 1,5 Từ (*) (**) ta đợc < [] Vậy cần làm thép CT5 đủ bền Tính bền chốt a Tính chọn chốt : + Tính chốt cần tay gầu : Theo công thức d Trong : T 4.T .[c ] lực cắt ngang tác dụng lên chốt [ c ] ứng suất cắt cho phép vật liệu chốt [ c ] = ( 0,2 ữ 0,3). ch ch ứng suất chảy vật liệu với thép 45 ch = 580 MPa = 58 (KN/cm2) [ c ] = 0,3 ch = 0,3.58 =17,4 (KN/cm2) Đối với chốt cần tay gầu T = P01+Ptmax = 245,27 + 959,31 = 1204,6 (KN) 4.1204,6 d = 9,39( cm ) 3,14.17,4 Chọn chốt có đờng kính d = 100 ( mm) + Tính chốt cần khung máy T= ( X 02 + Pt max ) + ( Z 02 Gc ) Svth: Nguyễn Khải Hoàn = (1215 + 959,31) + ( 39 40,3) Trang: 37 = 2174,3( KN ) Lớp : 44M Do : d1 4.2174,3 =12,62( cm ) lấy đờng kính d1 = 140 ( mm) 3,14.17,4 b Tính bền chốt Trong trình máy làm việc, chốt công tác chịu tác dụng tải trọng động tĩnh Đối với công tác máy đào chốt chịu tải trọng lớn chốt vị trí cần tay gầu Để tính bền chốt công tác ta cần tính bền cho chốt vị trí đợc + Chọn vật liệu: chốt chịu tải trọng trung bình vừa ta chọn vật liệu thép 45 cải thiện ( theo bảng 6-1/CTMT1) tra đợc giới hạn bền: [ b ] = 850( MPa) ; [ ch ] = 580( MPa) + Đờng kính chốt cần tay gầu xác định theo điều kiện bền cắt: d = 100 (mm) Đã tính + Chốt chịu mômen uốn mặt phẳng thẳng đứng trọng lợng công tác + Tải trọng mặt phẳng thẳng đứng: P = Gtg + P01+ Gg+đ=20,2 + 99,42 + 59,6 = 179,22 (KN) Trong đó: G t = 20,2(KN): trọng lợng tay gầu Gg+đ = 59,6 (KN): trọng lợng gầu đầy đất P01 = 99,42 (KN): lực cản đào theo phơng tiếp tuyến với gầu + Mômen lực P gây ra: Mx = P.l 179,22.0,8 = = 35,844( KN m) 4 Trong đó: l = 80 (cm): chiều dài chốt Ta coi chốt nh dầm chịu lực tập trung P: theo sức bền vật liệu ta có sơ đồ mômen lực cắt chốt nh sau: m m-m P/2 m 00 P P/2 M Pl/4 P/2 Q Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 38 Lớp : 44M + Mô đun chống uốn: Wx = R 3,14.(0,05) = = 9,813.10 (m ) 4 + ứng suất pháp: = Mx 35,844 KN = = 3,653.10 ( ) W x 9,813.10 m + ứng suất tiếp: = 4.Q 4.89,61 KN = = 15,22.10 ( ) 2 3. R 3.3,14.0,05 m Trong đó: Q = P 179,22 = = 89,61(kN ) 2 R= 0,05(m): bán kính chốt Khi điều kiện bền chốt: tt = + = (365,3.10 ) + 3.(15,22.10 ) = 366,22.10 (kN / m ) Ta thấy: tt = 366,22( MPa) < [ b ] = 850( MPa ) Vậy điều kiện bền chốt đợc đảm bảo Tài liệu tham khảo: Máy Thuỷ Lợi Trờng đại học Thuỷ Lợi Vũ Văn Thinh Vũ Minh Khơng Nguyễn Đăng Cờng Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động khí ( Tập I, Tập II ) Trịnh Đình Chất Lê Văn Uyển Catalog Cat 345C , Sơ đồ hệ thống thủy lực máy Cat 330B số tài liệu tra cứu xi lanh, động bơm thủy lực Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 39 Lớp : 44M [...]... vị trí mà máy có nguy cơ lật nhất đều đạt đợc điều kiện ổn định Với hệ số ổn định kôđ lớn hơn 1,0 VIII Tính bền cần 1 Tính bền cần Trong quá trình đào đất, gầu gặp chớng ngại vật, xi lanh tay gầu vuông góc với tay gầu Lực xi lanh tay gầu lớn nhất Gầu dùng răng ngoài cùng để bật chớng ngại vật, nên ngoài lực P0 còn có lực ngang K Lực này có thể phát sinh khi cơ cấu quay mà quá trình đào cha kết thúc,... Pxg- Lực trên cán piston, Pxg= 369,1 KN Vg- Vận tốc của xi lanh gầu, Vg= 0,12 m/s IV Tính toán lực kéo bộ di chuyển bánh xích 1 Tính lực kéo Trong thực tế nếu động cơ chính đã biết thì tính lực kéo có ý nghĩa kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho đối với máy dẫn động riêng biệt ( cơ cấu di chuyển có động cơ riêng), nếu cha biết động cơ chính thì tính toán lực kéo để chọn động cơ. .. trớc(điểm B) của máy đào đất: Gđt1= G g + d (rg a ) + Gtg (rtg a ) + GC ( rc a ) G a ( ra + a) rdt + a Trong đó: Gg+đ - Trọng lợng gầu đầy đất, Gg+đ = 59,6 KN Gtg- Trọng lợng tay gầu, Gtg = 20,2 KN Gc - Trọng lợng của cần, Gc = 40,3 KN Ga - Trọng lợng của các bộ phận trên bàn quay gồm : động cơ và khung máy, thiết bị thuỷ lực và thiết bị phụ, cơ cấu quay, bàn quay, bộ phận điều khiển, vỏ máy Ga = 3,5... định lực của xi lanh gầu Vị trí tính toán: Gần kết thúc quá trình đào khi mà chỉ dùng xi lanh gầu để đào đất, lúc này lực của xi lanh sẽ đạt cực đại vì cánh tay đòn giữa lực xi lanh và tâm quay O3 là nhỏ nhất Lúc này lực cản đào sẽ là cực đại, coi gầu vuông góc với tay gầu (song song mặt đất) Chiều dầy lát cắt lớn nhất là: Cmax= q.k d 2,8.1 = = 0,88 (m) b.H 1 k tx 1,69.1,41.1,33 Với q- Dung tích gầu, ... Với Pxtg- Lực trên cán piston, Pxtg= 959,31 KN Vxtg- Vận tốc của xi lanh tay gầu, Vxtg= 0,11 m/s c Chọn xi lanh gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh gầu * Xác định hành trình của xi lanh gầu: Hành trình lớn nhất của gầu đạt đợc khi gầu chuyển động từ vị trí bắt đầu đào đến khi tay gầu xúc đầy đất khi đó góc xoay của gầu là lớn nhất D B 0,5 A O C 0,5 - Hành trình lớn nhất của xi lanh gầu: Chiều... kiện này không thoả mãn thì phải bố trí lại các cơ cấu trên bàn quay a Vị trí thứ nhất: bàn quay lật ở con lăn tựa giới hạn trớc, gầu đầy đất đợc nâng lên khỏi hố đào, máy bắt đầu quay để dỡ tải rtg rc rdt ra Gc Gtg B Gg Svth: Nguyễn Khải Hoàn a G a Gdt rg Trang: 27 Lớp : 44M Phơng pháp xác định trọng lợng đối trọng ở máy đào gầu nghịch tơng tự nh máy đào gầu thuận Chúng ta có thể dùng phơng pháp giải... 17,7 (T) Ga = 177 KN Chọn a = 0,8 m rg - khoảng cách từ trọng lợng gầu đến trục quay của máy đào, rg= 7,477 m rtg - khoảng cách từ trọng lợng tay gầu đến trục quay của máy đào, rtg= 6,724m rc - khoảng cách từ trọng lợng cần đến trục quay của máy đào, rc = 2,366 m ra - khoảng cách từ trọng lợng các bộ phận trên bàn quay đn trục quay của máy đào: ra = G r i Ga i = 35.1,9 + 40,3.1,5 + 10,1.0,8 + 75,6.1,5... Gđt = G t1 + G t 2 45,5 + 51,8 = = 48,7( KN ) 2 2 2 Tính ổn định ổn định của máy đào là một trong những chỉ tiêu sử dụng quan trọng mà ngời thiết kế và sử dụng đều phải quan tâm để đảm bảo an toàn khi máy làm việc nặng nhọc nhất a Vị trí thứ nhất: Máy đào nằm ngang trên xích, gầu đợc nâng lên khỏi mép hố đào nhờ xy lanh cần với lực lớn nhất Svth: Nguyễn Khải Hoàn Trang: 29 Lớp : 44M Pxc rc rxc Gc rtg... động cơ ta chọn động cơ MRE size 5400 có các thông số sau: + Mô men Mmax = 30,1 KN.m + Công suất N = 170 KW + Số vòng quay n = 160 v/ph V Tính toán cơ cấu quay Thời gian quay của máy đào chiếm tới 2/3 thời gian chu kỳ làm việc thậm chí tới 80% Do đó việc xác định hợp lý các thông số của cơ cấu quay là những nhiệm vụ quan trọng khi thiết kế máy Các thông số cơ bản là: mô men quán tính của phần quay máy. .. tính toán nội lực tại các mặt cắt nguy hiểm của cần a Vị trí tính toán: - Xét tại vị trí mà lực đẩy xi lanh tay gầu P tmax có phơng vuông góc với phơng trục dọc của tay gầu - Tại răng gầu có lực cản đào P01 do chớng ngại vật gây ra - Gầu cha tích đất - Giả thiết Ptmax có phơng song song với P01 b Tính bền cần: Muốn tính bền cần ta tách cần ra khỏi tay gầu và thay vào khớp O 2 các phản lực XO2, ZO2 ; ... trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý móng khắt khe, điều dẫn đến cần thiết máy làm đất nh máy ủi, máy san, máy đào Trong trình học em đợc giao đề tài thiết kế: Máy đào thuỷ lực gầu nghịch. .. định lực xi lanh gầu Vị trí tính toán: Gần kết thúc trình đào mà dùng xi lanh gầu để đào đất, lúc lực xi lanh đạt cực đại cánh tay đòn lực xi lanh tâm quay O3 nhỏ Lúc lực cản đào cực đại, coi gầu. .. (Máy đào CAT- 345C ; G=50,4T ; q=2,8m3) STT Tên phận Svth: Nguyễn Khải Hoàn Hệ số ki (%) Trang: Trọng lợng (T) Lớp : 44M gầu kéo Tay gầu Cần Xi lanh gầu Xi lanh tay gầu Xi lanh cần động khung máy