Ứng dụng phần mềm SolidWorks mô xác định ứng suất tác dụng lên cần máy đào Komatsu PW 210-1 LỜI NÓI ĐẦU Hiện q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước ,vì cơng trình sở hạ tầng dần mọc lên Trong xây dựng bản, khối lượng công tác làm đất chiếm tỉ trọng tương đối lớn Để bước giới hoá, tự động hố cơng tác làm đất giới nước ta ngày sử dụng nhiều máy làm đất Máy móc phục vụ cơng tác làm đất thay sức lao động người đem lại hiệu quả, suất cao Trong số máy làm đất, với máy ủi, máy san, máy cạp… máy đào loại máy sử dụng rộng rãi đóng vai trị quan trọng Những thập kỉ gần số lượng máy đào sử dụng Việt Nam tăng lên đáng kể, nhiều số lượng đa dạng chủng loại Máy đào phần lớn nhập từ hãng nước Tư phát triển : Hitachi, Komatsu, Kobelco (Nhật Bản), Volvo (Thuỵ Điển), Caterpillar (Mỹ) … Các máy áp dụng cơng nghệ sản xuất đại nên có suất làm việc cao, kết cấu gọn nhẹ, điều khiển nhẹ nhàng Để đáp ứng nhu cầu nhà trường Khoa Cơ Khí Động Lực giao cho em đề tài “Ứng dụng phần mềm SolidWorks mô xác định ứng suất tác dụng lên cần máy đào Komatsu PW 210-1.” Với hướng dẫn thầy giáo Nguyễn Xn Hịa thầy Khoa Cơ Khí Động Lực Vì trình độ thời gian cịn hạn chế khong tránh khỏi thiếu sót kính mong thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hưng yên, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực : Lê Hải Quân CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Quá trình phát triển máy làm đất Cơng nghiệp chế tạo máy nói chung, máy làm đất nói riêng cơng nghiệp cịn non trẻ q trình phát triển đồng hành với trình phát triển ngành khoa học cơng nghiệp lồi người Bức tranh tổng thể ngành chế tạo máy làm đất chia thành giai đoạn chính: 1, Giai đoạn 1: Thế kỷ XVI đến kỷ XVIII Xuất phương tiện giới giới hoá dùng khâu làm đất, động lực dùng phương tiện giới lúc chủ yếu sức người, sức ngựa bước đầu dùng động nước Loài người chế tạo sử dụng máy xúc gầu q = 0,75 m3 2, Giai đoạn 2: Thế kỷ XIX đến năm 1910 Trong giai đoạn với phát triển cơng trình xây dựng lớn, cơng trình xây dựng giao thông, giao thông đường sắt, xuất máy xúc gầu quay tồn vịng 3600 – chạy ray, loại máy làm đất khác 3, Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910 Khâu làm đất công tác xây dựng tiến hành giới hoá mức độ ngày cao xuất nhiều loại máy làm đất như: máy xúc đất quay tồn vịng 3600, di chuyển bánh lốp, bánh xích kể máy xúc di chuyển 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 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 hoá máy làm đất) nên suất làm việc máy ngày nâng cao Trong năm gần đây, khối lượng số máy làm đất giảm nhẹ 20 ÷ 30% cơng suất máy tăng lên đến 50 ÷ 80% Cơng suất trang bị máy tăng lên kéo theo hiệu suất làm việc máy tăng lên Cũng với việc khơng ngừng cải tiến, hồn thiện ngun lý, kết cấu, người ta sử dụng phận, máy sở chế tạo theo tiêu chuẩn, theo mơdun để hồ nhập xu hướng thống hố, tiêu chuẩn hoá vạn hoá ngành sản xuất máy làm đất 1.2 Ý nghĩa giới hố cơng tác đất Trong xây dựng bản: xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thuỷ lợi… Đối tượng thi cơng trước tiên có khối lượng lớn – nói lớn cơng tác đất Trong cơng trình xây dựng, đất đối tượng xử lý với phương pháp, mục đích khác tập hợp theo quy trình cơng nghệ chính: Đào – Khai thác, vận chuyển, đắp, san đầm chặt Trong đó, máy đào gầu nghịch thi công chủ yếu khâu Đào – Khai thác Cơ giới hố cơng tác đất có ý nghĩa trọng yếu vấn đề cấp bách, cần thiết khối lượng cơng việc lớn, địi hỏi nhiều nhân lực, lao động nặng nhọc, ảnh hưởng đến tiến độ thi cơng suất lao động nói chung Nhiệm vụ chủ yếu giới hoá nâng cao suất lao động V.I Lênin nói “ Năng suất lao động điều kiện quan trọng để xã hội chiến thắng xã hội cũ” Cơ giới hoá biện pháp chủ yếu biện pháp nhằm tăng suất lao động Năng suất lao động tăng lên cách hồn chỉnh quy trình cơng nghệ ổn định áp dụng giới hoá tiến tới tự động hoá khâu làm đất biện pháp chủ yếu để tăng suất lao động Do vậy, rút số ý nghĩa giới hố cơng tác đất: − Cơ giới hoá bước biện pháp chủ yếu để tăng suất lao động khâu làm đất − Là biện pháp giảm nhẹ cường độ lao động cho cơng nhân Ngồi ý nghĩa trên, việc giới hố cơng tác đất cịn góp phần: − Nâng cao chất lượng cơng trình xây dựng − Giảm đáng kể diện hoạt động công trường − Dễ dàng áp dụng tiêu chuẩn hoá, tiến hành cơng xưởng hố cơng đoạn q trình sản xuất, góp phần thực thành cơng chủ trương cơng nghiệp hố − Đồng thời áp dụng giới hố khâu làm đất cịn tiền hành cơng việc mà lao động thủ công không làm khó làm Cơ giới hố khâu làm đất thường thực hình thức sau: Máy thiết bị khí (Máy xúc, máy cạp, máy nỉ…) Máy thiết bị thuỷ lực (Súng phun thuỷ lực, tầu hút bùn…) Chất nổ (mìn phá đá…) Dịng điện cao tần, siêu âm …(phá tan vỡ đất) Cơ giới hoá khâu làm đất máy thiết bị khí (phương pháp học) phổ biến tính phổ biến phổ cập nó, đồng thời lượng tiêu tốn tính cho 1m3 đất nhỏ khoảng 0,05 ÷ 0,3 KW.h Năng lượng tiêu tốn dùng phương pháp thuỷ lực cao nhiều – khoảng 0,2 ÷ KW.h, có cịn cao hơn, đất chặt lên tới ÷ KW.h Trên cơng trình xây dựng, giới hố khâu làm đất phương pháp học chiếm khoảng 80 ÷ 85%, phương pháp thuỷ lực khoảng ÷ 8% dùng chất nổ ÷ 3%, lại phương pháp khác 1.3Giới thiệu máy đào tình hình sử dụng máy đào Việt Nam − − − − Trong xây dựng bản, khối lượng công tác làm đất chiếm tỉ trọng tương đối lớn Để bước giới hoá, tự động hố cơng tác làm đất giới nước ta ngày sử dụng nhiều máy làm đất Máy móc phục vụ cơng tác làm đất thay sức lao động người đem lại hiệu quả, suất cao Trong số máy làm đất, với máy ủi, máy san, máy cạp… máy đào loại máy sử dụng rộng rãi đóng vai trị quan trọng Ở Việt Nam vào năm 1960 nhập sử dụng máy đào vào làm công tác xây dựng giao thông, thuỷ lợi…phục vụ cho chiến tranh Máy thời kì chủ yếu máy nước Xã hội chủ nghĩa viện trợ (Liên Xô, Trung Quốc) Các máy đào chủ yếu có hệ thống dẫn động khí, kết cấu cồng kềnh, làm việc nặng nhọc Những thập kỉ gần số lượng máy đào sử dụng Việt Nam tăng lên đáng kể, nhiều số lượng đa dạng chủng loại Máy đào phần lớn nhập từ hãng nước Tư phát triển : Hitachi, Komatsu, Kobelco (Nhật Bản), Volvo (Thuỵ Điển), Caterpillar (Mỹ) … Các máy áp dụng công nghệ sản xuất đại nên có suất làm việc cao, kết cấu gọn nhẹ, điều khiển nhẹ nhàng 1.4Giới thiệu công dụng máy đào Máy đào máy làm nhiều công việc khác nhau, cụ thể là: 1.2.1 Trong xây dựng dân dụng công nghiệp: Đào hố móng, đào rãnh nước, đào rãnh để lắp đặt đường ống cấp thoát nước, dây cáp điện… Bốc xúc vật liệu bãi, kho chứa … Làm việc thay cần trục lắp đặt cấu kiện, thiết bị, thay búa đóng cọc thi cơng móng cọc, phục vụ thi công cọc nhồi… 1.2.2 Trong xây dựng thuỷ lợi Đào kênh mương, nạo vét sơng ngịi, bến cảng, ao hồ… Khai thác đất để đắp đê, đắp đập 1.2.3 Trong khai thác mỏ Bóc lớp đất mặt phía trên, khai thác mỏ lộ thiên (than, đất sét, cao lanh, đá sau nổ mìn…) 1.2.4 Trong lĩnh vực khác Nhào trộn vật liệu nhà máy hoá chất (phân lân, cao su…) Tiếp liệu cho trạm trộn bê tông xi măng 1.5 Phân loại máy đào Có nhiều loại máy đào khác sử dụng nước ta Có thể phân loại sau: 1.5.1 Phân loại theo thiết bị làm việc Máy đào gầu thuận (gầu ngửa) Máy đào gầu nghịch (gầu sấp) Máy đào gầu ngoạm Máy đào gầu dây văng 1.5.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc Máy đào dẫn động khí Máy đào dẫn động thuỷ lực 1.5.3 Phân loại theo hệ thống di chuyển Máy đào di chuyển bánh xích Máy đào di chuyển bánh lốp Máy đào di chuyển ray 1.5.4 Phân loại theo dung tích gầu đào Máy đào loại nhỏ V < 1m3 Máy đào loại trung bình 1< V < m3 Máy đào loại l ớn V > m3 k 1.6 Mục đích, ý nghĩa đề tài Ngày nay, cách mạng khoa học công nghệ tác động đến mặt đời sống kinh tế xã hội hầu hết quốc gia giới Vấn đề tự động hóa, khí hóa tham gia ngày nhiều trình sản xuất để thay cho sức lao động người, làm cho suất lao động cao Nó tạo điều kiện cho kinh tế giới phát triển mạnh mẽ Trong xây dựng bản: xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thủy lợi… đất đối tượng thi cơng có khối lượng lớn Cơ giới hóa cơng tác đất có ý nghĩa trọng yếu vấn đề cấp bách,cần thiết tình hình nước ta Trong năm gần điều quan tâm đáng kể, cụ thể: Số lượng chủng loại máy móc tăng nhiều, đặc biệt nhóm máy làm cơng tác đất với hệ thống truyền động thuỷ lực nhập từ nước như: Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Thụy Điển Trong nhóm máy làm cơng tác đất, máy đào chiếm vai trị chủ đạo với khối lượng thi cơng lớn Do vậy, việc sử dụng hệ thống truyền động thủy lực máy đào để nâng cao suất cần thiết với ưu điểm bật sau: - Kết cấu nhỏ gọn, có khả truyền lực xa - Lực tác dụng lên tay điều khiển, bàn đạp hành trình chúng nhỏ - Điều chỉnh độc lập thuận tiện tốc độ chuyển động kết hợp theo thời gian vùng rộng phương tiện đơn giản, điều làm tăng khả thao tác máy dẫn đến nâng cao hiệu sử dụng công suất động - Sử dụng điều khiển tự động bán tự động, để cải thiện điều kiện lao động người lái nâng cao chất lượng công tác Máy đào KOMATSU PW 210-1 loại máy đào gầu điều khiển thuỷ lực đưa vào nước ta năm gần Do vấn đề vận hành, bảo dưỡng sữa chửa điều mẻ PHẦN II: NỘI DUNG CHÍNH 2.1: Giới thiệu máy đào Komatsu PW 210-1 2.1.1 Kết cấu chung máy đào Komatsu PW 210-1 Hình 2.1 Tổng thể máy đào Komatsu PW 201-1 Máy sở Thanh giằng Cần Gầu Xi lanh cần Lưỡi ủi Xi lanh tay gầu 10 Bộ di chuyển bánh Gầu 11 Chân chống Xi lanh gầu 12 Bàn quay Cấu tạo chung máy đào Komatsu PW 210-1 bao gồm phận sau: Trên máy sở số có lắp thiết bị gầu ngược bao gồm: Cần số dầm cong liên tục, có tiết diện hình hộp, liên kết với bàn quay số 12 khớp lề O Tay gầu số liên kết với đầu cần khớp lề O Gầu số liên kết với tay gầu khớp lề O3 hai giằng số Xilanh số để nâng hạ thiết bị làm việc Xilanh số để điều khiển tay gầu Xi lanh số để quay gầu quanh khớp O Bộ phận di chuyển máy đào Komatsu PW 210-1 hệ thống di chuyển bánh lốp có hai cầu chủ động Bộ truyền động khí phận di chuyển bao gồm hộp số, truyền động đăng, truyền lực chính, cầu trước cầu sau chủ động Bộ truyền động thủy lực hệ thống di chuyển bao gồm bơm dẫn động động diêzen, hệ thống van, mô tơ thủy lực Thiết bị di động bánh sử dụng dẫn động thuỷ lực làm cho kết cấu khung di động di chuyển đơn giản nhiều.Việc sử dụng hệ truyền dẫn thuỷ lực cho phép điều khiển máy đào thuận tiện tốc độ trung bình tăng lên Việc sử dụng bơm điều chỉnh tự động có phận điều chỉnh vơ cấp cung cấp dầu cao áp cho động di chuyển làm tăng thêm đặc tính kéo giãn máy Hiện nay, nhằm tăng thêm độ ổn định máy đào bánh làm việc người ta sử dụng chân chống ngồi có dẫn động thuỷ lực điều khiển từ buồng lái Toa quay máy đào đặt khung di chuyển thơng qua vịng ổ quay lăn toa quay có thiết bị động lực (động Diesel) thiết bị thuỷ lực, hệ thống điều khiển, phận quay, bình nhiên liệu, ca bin điều khiển đối trọng Bộ phận cần, xi lanh thuỷ lực nâng cần phận lắp cố định với toa quay Các phận lại tháo thay thiết bị công tác kiểu thiết bị công tác khác Ca bin điều khiển trang bị hệ thống thơng gió, cách âm thiết bị khác để làm việc điều kiện thời tiết khác Trong buồng lái cịn bố trí ghế ngồi êm, thiết bị kiểm tra, đo lường cần điều khiển Ngồi ca bin điều khiển cịn trang bị hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, Cơ cấu quay dẫn động động thuỷ lực truyền chuyển động quay thông qua hộp giảm tốc bánh di động đầu phía trục bánh có lắp phanh đĩa kiểu thường đóng, vỏ bọc ngồi lắp vào động thuỷ lực vỏ hộp giảm tốc Khi khơng có áp lực hai ống dẫn công tác cung cấp dầu cho động thuỷ lực phanh đĩa đóng lại Việc sử dụng phanh trục vào hộp giảm tốc tạo khả giữ cho toa quay không bị quay tác dụng phụ tải ngang phát sinh lúc đào dừng máy đào đường dốc Các hệ thống khác hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ thống nâng hạ chân chống lưỡi ủi 2.1.2 Các thông số kỹ thuật Máy đào Komatsu PW 210-1 gầu truyền động thủy lực, di chuyển bánh lốp hãng Komatsu với thông số kỹ thuật sau: Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật máy đào Komatsu PW 210-1 Các thông số tầm hoạt động máy đào Bảng 2.2 Các thông số tầm hoạt động máy đào Komatsu PW 210-1 Tên thơng số Giá trị Bán kính đào lớn nhất: Chiều sâu đào lớn nhất: 8660 [mm] 5380 [mm] Bán kính xả đất lớn nhất: 8850 [mm] Chiều cao xả đất lớn nhất: 6630 [mm] Hình 2.2 Tầm hoạt động máy đào Komatsu PW 210-1 2.1.3 Nguồn động lực Mã hiệu S6D105 Nhiên liệu Diesel Số xi lanh Hành trình piston 124 [mm] Cơng suất 116 [kw] 2000 [v/p] Momen xoắn lớn 700 [Nm] 1500 [v/p] Tốc độ động 2000 [v/p] Kiểu làm mát Làm mát nước Động Komatsu S6D105 đáp ứng quy định EPA, Tier 3, EU Stage 3A mức độ giảm khí thải NOxđến 29% so với động đời trước Động Komatsu S6D105 ồn, hoạt động êm nhờ phương pháp triệt tiêu tiếng ồn từ gốc Có kiểu hoạt động cải tiến: Kiểu P – Kiểu Tăng lực hay ưu tiên cơng tác tiêu thụ nhiên liệu trì tốc độ thiết bị, suất công suất tối đa Kiểu E – Kiểu Tiết kiệm hay ưu tiên giảm nhiên liệu nữa, trì tốc độ làm việc giống kiểu P giành cho cơng việc nhẹ Có thể chọn kiểu làm việc cách nhấn nút hình giám sát 2.2 Hệ thống truyền động máy đào Komatsu PW 210-1 2.2.1 Truyền động di chuyển máy đào Komatsu PW 210-1 So với di chuyển bánh xích, di chuyển bánh có ưu nhược điểm sau: + Ưu điểm: - Thời gian phục vụ lâu, bền 30÷40 nghìn km - Tốc độ di chuyển lớn tới 60 Km/h - Việc chế tạo, bảo dưỡng đơn giản - Trọng lượng nhỏ, 20% trọng lượng máy 1/2 trọng lượng bánh xích máy tương đương - Chuyển động êm, nhẹ nhàng, hiệu suất cao + Nhược điểm: - Sức bám máy nhỏ áp suất đè lên lớn 1,5÷5 kg/cm2 phân bố không nên thường xảy mát công suất - Khả vượt dốc tới 25% động địa bàn công tác Với khuyết điểm ngày người ta cải thiện cách tốt, bánh ngày sử dụng phổ biến (ở số nước công nghiệp phát triển, máy cỡ nhỏ vừa hầu hết trang bị bánh hơi) Hướng cải thiện chủ yếu chế tạo bánh cỡ lớn, chịu tải cao, có gai lốp thích hợp với địa hình cơng tác đảm bảo sức bám tốt, áp suất thấp cố định tăng giảm tuỳ ý cho thích hợp Bánh cỡ lớn có áp suất thấp bảo đảm diện tích tiếp xúc với nhiều, khả bám so sánh với bánh xích chừng mực 2.2.1.1 Hệ thống truyền động di chuyển Thơng số bản: Vận tốc nhỏ Vận tốc di chuyển đường Khối lượng máy làm Bán việc kính bánh lốp : V1 = [km/h] : V2 = 30 [km/h] : 23730 [kg] : Rb = 525 [mm] Động cơ, mã hiệu Công suất thiết kế Số vòng quay : Komatsu S6D105 : 116 [Kw] : 2000 [V/ph] Hiệu suất truyền động : = 90% Hệ thống di chuyển máy đào Komatsu PW 210-1 bao gồm hai phần: phần dẫn động thủy lực dẫn động khí Phần dẫn động thủy lực bao gồm bơm van điều khiển, lọc dầu, thùng dầu thủy lực động thủy lực Phần dẫn động khí bao gồm hộp số, trục đăng truyền lực chính, cầu trước cầu sau bánh xe Động 19 dẫn động bơm cung cấp dầu qua hệ thống thủy lực đến mô tơ thủy lực Việc điều khiển hệ thống thực khối phân phối thủy lực Khối van có tác dụng việc khởi động dừng hệ thống di chuyể nhẹ nhàng Bộ góp trung tâm dùng để cung cấp chất lỏng công tác từ phân phối thủy lực đến mô tơ thủy lực Từ mô tơ thủy lực chuyển động quay truyền đến hộp số hai tốc độ qua trục đăng đến cầu trước 14 cầu sau 12 xe Ở chuyển động quay phân phối đến bánh xe thông qua hộp giảm tốc cấu vi sai cầu trước cầu sau Người ta cho phận di chuyển chạy với tốc độ thứ thứ hai đứng yên nhờ ống gài số Cơ cấu di chuyển trang bị phanh 10 1 16 17 18 19 10 15 14 13 11 12 Hình 2.1 Sơ đồ truyền động cấu di chuyển bánh máy đào Komatsu PW 210-1 Khối phân phối thủy lực Các khối van Bộ góp trung tâm Mơ tơ thủy lực Hộp số 6,7,8 – Cặp truyền động thứ nhất, thứ hai, thứ bacủa cấu di chuyển – Ống gài số 10 – Phanh cấu di chuyển 11,13 – Trục đăng 12,14 – Cầu trước cầu sau 15 Ly hợp 16 Bánh lốp 17 Bơm 18 Thùng dầu thủy lực 19 Động Diesel Để hiểu rõ kết cấu nguyên lý làm việc hệ thống ta tiến hành khảo sát kết cấu cấu hệ thống di chuyển  ... ngày sử dụng nhiều máy làm đất Máy móc phục vụ cơng tác làm đất thay sức lao động người đem lại hiệu quả, suất cao Trong số máy làm đất, với máy ủi, máy san, máy cạp… máy đào loại máy sử dụng rộng... chuyển Máy đào di chuyển bánh xích Máy đào di chuyển bánh lốp Máy đào di chuyển ray 1.5.4 Phân loại theo dung tích gầu đào Máy đào loại nhỏ V < 1m3 Máy đào loại trung bình 1< V < m3 Máy đào loại... làm việc Máy đào gầu thuận (gầu ngửa) Máy đào gầu nghịch (gầu sấp) Máy đào gầu ngoạm Máy đào gầu dây văng 1.5.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc Máy đào dẫn động khí Máy đào dẫn