MỤC LỤC

MỤC LỤC……………………………………………………………...……...2

LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………........3

PHẦN I. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN………………….....…...4

I. Thông số kích thước…………………………………………………….....4

II. Thông số trọng lượng…………………………………………………......6

PHẦN II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XI LANH……………….....8

PHẦN III. TÌM HIỂU HỆ THỐNG THUỶ LỰC………………………..…....9

PHẦN IV. TÍNH TOÁN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC………...11

I. Tính lực tác dụng nên các xi lanh………………………………….….....11

1. Xác định lực xilanh tay gầu………………………………………………11

2. Xác định lực xilanh cần…………………………………………….…..…11

3. Xác định lực xilanh tay gầu………………………………………….…...14

II. Tính chọn xilanh thuỷ lực. ……………………………………….……....16

1. Tính chọn xilanh cần. …………………………….…………………..….18

2. Tính chọn xilanh tay gầu. ………………………………………….…....18

3. Tính xilanh gầu. ………………………………………………………......19

IV. Cơ cấu quay. …………………………………………………….…..…..19

V. Tính chọn cơ cấu di chuyển……………………………………….….....21

PHẦN V. TÍNH ĐỐI TRỌNG………………………………………..…..….24

I. Vị trí 1. …………………………….………………………………….…....24

II. Vị trí 2. ……………………………………………………………….....…25

PHẦN VI. TÍNH ỔN ĐỊNH MÁY…………………………………...…....…27

PHẦN VII. TÍNH BỀN BỘ CÔNG TÁC………………………………...…29

I. Vị trí 1. (Tay gầu có phương vuông góc với cần) ………………….….29

II. Vị trí thứ 2: ( Kết thúc quá trình đào tay gầu nằm ngang)…………...33

III. Tính bền và chọn các chốt tại vị trí các khớp của cần…………..…..35

1. Tính chốt vị trí nối với tay gầu. …………………………….………..….36

2. Tính chốt tại vị trí khớp chân cần. …………………………………..…36

3. Tính chốt tại vị trí đặt xi lanh cần. ………………………………..…....36

4. Tính chốt tại vị trí đặt xilanh tay gầu. ……………………………...…..37

KẾT LUẬN………………………………………………………….….....…38

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………….…...…39

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển của ngành xây dựng nói chung và ngành thuỷ lợi nói riêng, máy thuỷ lợi và máy xây dựng là thiết bị thi công không thể thiếu trong các công trình do khối lượng thi công rất lớn ma sức lao động của con người không thể đáp ứng được.Các thiết bị này không những đảm bảo được tiến độ thi công mà chất lượng của công trình cũng  được thể hiện qua năng lực thi công của thiết bị.

Trong điều kiện thực tế của nước ta hiện nay trình độ khoa học và công nghệ chế tạo còn hạn chế chưa thể thực hiện  việc chế tạo hoàn chỉnh một máy xây dựng thuỷ lực và do nước ta nhập khẩu rất nhiều các loại máy xây dựng thuỷ lực của nhiều hãng sản xuất và nhiều quốc gia khác nhau nên có nhiều tính năng không phù hợp vói điều kiện thực tế của nước ta, cũng do trong quá trình sửa chữa bảo dưỡng và thay thế nhất là bộ công tác hay bị hư hỏng  và mòn do trực tiếp việc trong điều kiện nặng nhọc.

Như  vậy để phù hợp với điều kiện thực tế làm việc của các máy này, chúng ta có thể dựa trên các máy cơ sở cũ để thiết kế các phần còn lại như bộ công tác, bộ di chuyển, nhằm phục vụ tốt cho quá trình sửa chữa, thiết kế mới để thay thế một phần các thiết bị nhằm tiết kiệm các thiết bị , tận dụng các máy còn dùng được .

Việc thiết kế máy đào thuỷ lực trong đồ án máy làm đất này nhằm giải quyết những vấn đề đã nêu ở trên, đây là vấn đề rất cần thiết để từng bước tiến tới thiết kế toàn bộ hoàn chỉnh một máy xây dựng thuỷ lực. Xong trong quá trình thiết kế do kiến thức về thực tế còn hạn chế, tài liệu lại  thiếu nhiều và đây là một đề tài khó nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế. Rất mong sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ môn máy xây dựng để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Ths…………… đã trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN I

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

I. Thông số kích thước

Vậy ta lập được bảng các thông số cơ bản của máy như bảng dưới.

II. Thông số trọng lượng

Từ công thức trên ta cũng lập được bảng  về trọng lượng của các bộ phận

Từ các thông số cơ bản của máy ta có thể vẽ được tổng thể máy cơ sở. (Như hình vẽ tổng thể).

PHẦN II

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XI LANH

Ta lựa chon phương án bố trí xi lanh cần và xi lanh tay gầu theo sơ đồ h_b và h_f vì nó có lực nâng lớn phù hợp với máy đào gầu thuận không đào hố sâu

Xi lanh gầu ta chọn phương án bố trí như sơ đồ hình h_h ta dùng cơ cấu 6 khâu tuy lực xi lanh lơn hơn nhưng nó có góc xoay lơn (180⁰) vì vậy khả năng đổ của gầu lơn hơn .

PHẦN III

TÌM HIỂU HỆ THỐNG THUỶ LỰC

Nguyên lý làm việc hệ thống thuỷ lực. Dựa theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực máy cơ sở CAT 330C.

Các bơm 28 và 29 được dẫn động từ động cơ diezen thông qua bộ truyền cơ khí la cặp bánh răng. Bơm 28 cung cấp dầu áp cao cho xilanh thuỷ lực của gầu và cần. Bơm 29 cung cấp dầu áp cao cho xilanh thuỷ lực tay gầu và hệ thống di chuỷên, và cơ cấu quay.

Trong sơ đồ hình vẽ máy đang trong tình trang không làm việc động cơ diezen và các bơm 28 và 29 vẫn làm việc nhưng dầu không đi vào các bộ công tác mà chỉ đi qua các hệ thống dẫn rồi lại trở về thùng dầu 39.

Khi muốn cho xilanh gầu hoặc xilanh cần làm việc ta bật công tắc điều chỉnh các xilanh này khi đo các van trượt sẽ vào vị trí làm việc (thông dầu)cho dầu cao áp đến các khoang làm việc đồng thời dầu áp thấp sẽ được quay trở lại hệ thống, khi muốn hành trình xi lanh ngược lại ta chỉ việc chuyển vị trí của van trượt .

PHẦN IV

TÍNH TOÁN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC

I. Tính lực tác dụng nên các xi lanh

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 trường hợp này gầu coi như lắp cứng với tay gầu.

1. Xác định lực xilanh tay gầu

Giả sử trong thời gian đào, gầu chuyển động nhờ xilanh tay gầu lớn nhất của lát cắt đạt được khi răng gầu, khớp cần và tay gầu (khớp O) nằm trên đường nằm ngang (vị trí II).

Chiều cao đào H = L_tg+ h = 4.55 + 1.12 = 5,67 (m).

Dung tích hình học của gầu q=1,4 (m³).

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 được k_tx= 1,35.

Ta có: k₁= 0,2 MPa = 0,2.10­³ (kN/m²).

=> P_o1= 0,22.10³ . 1,34 . 0,13 = 38 (kN).

Trong thời gian đào gầu chuyển động từ vị trí I ¸II 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 phương trình mô men với khớp O của tất cả các lực tác dụng lên hệ tay gầu ở vị trí II như hình dưới.

Hình vẽ  (Sơ đồ xác định lực xilanh tay gầu)

P₀₁  = 38 (kN).

G^g_xl= 0,14T = 1,4 (kN).

G_xt  =3,5 (kN).

G_g  =12,6(kN).

=> G_g+d =G_g+ G_d= 12,6+ 22,8 = 35,4 (kN).

2. Xác định lực xilanh cần

Các xilanh cần sẽ làm việc sau khi đào xong, để nâng toàn bộ bộ công tác và đất lên chiều cao đổ, lực lớn nhất của xilanh cần sẽ được xác định từ phương trình mômen với O₁

G_c = 2,24(tấn) = 22,4(kN): Trọng lượng cần.

r^’_g+đ: Khoảng cách từ G_g+đ đến điểm O:

r^’_g+đ= l_c. cos45⁰ +l_tg +h/2= 4,5.cos45⁰ +3,6+1,12/2=7,3(m).

r^’_xg: Khoảng cách từ G_xg đến điểm O:

r_xg^’ = l_c. cos45⁰+5/6.l_tg=4,5.cos45+5/6.3,6=6,18(m).

r^’_t: Khoảng cách từ G_t đến điểm O:

r_t^’ = l_c. cos45⁰+ l_tg/2 =4, 5.cos45⁰+1,8 = 4,9 (m).

r^’_c: Khoảng cách từ G_c đến điểm O:

r_c^’ = 1/2 .l_c. cos45⁰ = 0,5.4,5. cos45⁰  = 1,6(m).

r^’_xc: Khoảng cách từ G_xc đến điểm O:

r_xc^’ = 2/3.l_c. cos45⁰ =2,1(m).

=> P_xc= 500(kN).

3. Xác định lực xilanh tay gầu

Lực lớn nhất của xilanh gầu sẽ xuất hiện khi đào đất bằng xilanh gầu,

Lực cản đào tiếp tuyến:

Khi răng gầu tiến đến vị trí II.(lớn nhất còn r_xgnhỏ nhất).

P^”₀₁= k₁.b.C^”_Max

Trong đó:

k₁= 0,03Mpa=0,03.10³kN/m²:

k₁: Hệ số cản đào vơí đất cấp I. Bảng 1-9 MTL

P^”₀₁=0,03.10³ . 1,34 . 0,6 = 24(kN).

II. Tính chọn xilanh thuỷ lực.

1. Tính chọn xilanh cần.

Tại vị trí cần nằm ngang (a=O⁰) góc b rất nhỏ.

Hành trình xilanh:

L = L_max - L_min  = 3.03 - 2.47 = 0,56 (m)

áp suất trên bề mặt làm việc của Piston: P= 250 Mpa = 2.5 kN/cm².

Lực tác dụng lên xilanh cần   P_xc=500 (kN).

Chọn d = 120(mm).

Từ L = 560 (mm), d = 120(mm) ta tra bảng chọn xilanh có các thông số:

CD.250  có:

S = tới  4000 mm ;d = 40 to 320;  v = to 0.5 m/s; p = 250bar.

2. Tính chọn xilanh tay gầu.

Tại vị trí tay gầu nằm ngang cần nghiêng một góc 45⁰

Như hình vẽ đã thể hiện ở phần tính toán lực của các xi lanh

Chọn d = 165(mm).

Từ L = 1600 (mm), D = 160(mm) ta tra bảng chọn xilanh có các thông số:

CD.250  có:

S = tới  4000 mm ;d = 40 to 320;  v = to 0.5 m/s; p = 250bar

IV. Cơ cấu quay.

Chọn cơ cấu quay toàn vòng. Thời gian quay của Máy Đào thường chiếm 2/3 thời gian chu kỳ làm việc.

Xác định thông số cơ bản của cơ cấu quay:

Mô men quán tính của phần quay Máy Đào khi gầu đầy đất J_o(KN.m/s²).

Tốc độ góc lớn nhất của bàn quay:

Cơ cấu quay được truyền qua hộp giảm tốc.

Tra bảng động cơ thuỷ lực ta chọn được động cơ có các  các thông số:

Model MZF  size 150 có : N = 13 KW; m = 12.7 kg; p = 250bar; n_dc = 520 v/p

Tỷ số truyền:  i = 83,8

V. Tính chọn cơ cấu di chuyển.

Trong thiết kế nếu động cơ chính đã biết tính toán kéo có ý nghĩa kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho. Đối với máy dẫn động riêng biệt tính toán kéo để chọn động cơ đảm bảochế đọ cho trước của máy.

Tính theo công thức tổng quát:

P_k= W₁+ W₂+ W₃+ W₄+ W₅+ W₆

a. Trường hợp máy chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang.

P_k1= W₁+ W₂+ W₃+ W₄+ W₅+ W₆

Trong đó:

W₁ = 20%G = 0,2.280     = 56    (kN).

W₂  = f . G    = 0,07 . 280 = 19.6 (KN).

Trong đó:

f:  là hệ số cản chuyển động bánh xích tra bảng 4-2 MTL.

W₃ = 0 (máy di chuyển trên mặt phẳng nằm  ngang)

W₄ = q . F= 0,4 . 3.3,1 = 3,72 (KN)

* Tính W₆:

Máy quay vòng trên nền phẳng, bỏ qua lực ly tâm vì tốc độ vào đường cong nhỏ. Quá trình quay vòng có thể phân tích thành hai trường hợp theo hình vẽ.

=> W₆= 94.8 – 75.2  = 19.6 (kN).

=> P_k1= 56 + 19.6 + 3.72 + 5.6 + 19.6 = 100.8 (kN).

b. Trường hợp máy chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất (a_Max = 30⁰; W₆ = 0)

P_k2= W₁+ W₂+ W₃+ W₄+ W₅

W₁= 56 (kN).

W₂= 19.6 (KN).

W₃= G. sina= 280 . 0,5= 140 (kN).

W₄ = 3.72(KN).

=> P_k2= 56 + 19.6 + 140 + 3.72 + 5.6 = 224.12 (kN).

Khi chọn động cơ cần tính

N_chon=(1,2¸1,4).N_đc=(1,2¸1,4).280,15 = 336 ¸ 392(KW).

N_chon=350(kW).

Tra bảng động cơ thuỷ lực ta chọn được động cơ có các  các thông số:

A6VM size 250  có : N = 365 KW; m = 90 kg; Q_o = 625l/p; n_dc = 2500 v/p

Tỷ số truyền: i = 62,79

PHẦN V

TÍNH ĐỐI TRỌNG

Lần lượt xác định đối trọng Máy Đào.

Kiểm tra ổn định ở hai vị trí.

Xác định đối trọng máy đảm bảo cân bằng máy đào ở vị trí bộ công tác khi làm việc và khi di chuyển.

I. Vị trí 1.

Bàn quay của máy đào lật ở điểm tựa giới hạn trước, cần nghiêng một góc 45⁰ gầu đầy đất, tay gầu nằm ngang.

G_g+đ = 35.4: Trọng lượng gầu đầy đất.

G_t    = 1.2  : Trọng lượng tay gầu.

G_c  = 22.4: Trọng lượng của cần.

G_a : Trọng lượng các bộ phận trên bàn quay.(Gồm động cơ và khung máy, thiết bị thuỷ lực, thiết bị phụ,cơ cấu quay, bộ phận điều khiển, vỏ máy)

G_a=1.96 + 2.24 + 0.56 + 4.2 + 0.17 + 0.67 = 9.8  (tấn) = 98 (kN).

Chọn điểm đặt khớp chân cần r_cc = 0.177 m

r_g: Khoảng cách từ G_g+đ đến tâm quay.

r_g = 7.3 + 0.177 = 7.477(m).

r_c: Khoảng cách từ G_c  đến tâm quay.

r_c = r^’_­c = 1,6 + 0.177 = 1.777(m).

r_t: Khoảng cách từ G_t đến tâm quay.

r_t = r^’_t = 4,9 + 0.177 = 5.077(m).

Bán kính vòng tựa quay theo máy tương tự ta có a = 0,8(m).

=> G_đt1 = 35.4KN =3.54 (tấn).

II. Vị trí 2.

Bàn quay lật ở điểm tựa sau, cần nghiêng một góc 60⁰ gầu không đất tựa trên mặt đất

G_đt2  = 4.6(tấn).

=> Ta chọn : G_đt  = 4.6(tấn).

PHẦN VI

TÍNH ỔN ĐỊNH MÁY

Kiểm tra ổn định ở vị trí cuối quá trình đào

Ổn định của Máy Đào khi làm việc được xác định ở cuối quá trình đào, tay gầu nằm ngang gần đến mép khoang đào, cần nghiêng một góc 45⁰.

Máy đào có thể lật ở mép ngoài của bánh tì A.

Hình vẽ.

M_l=551.6 kN

=> K_od =1,073>1 

Đảm bảo điều kiện ổn định.

PHẦN VII

TÍNH BỀN BỘ CÔNG TÁC

Khi tính cần người ta thường tiến hành tính đối với 2 vị trí đào đất

- Tay gầu có phương vuông góc với cần

- Kết thúc quá trình đào tay gầu nằm ngang.

Cả hai trường hợp ta đều giả thiết lực tác dụng của xi lanh tay gầu là lớn nhất P_xt^max

I. Vị trí 1. (Tay gầu có phương vuông góc với cần)

Sơ đồ lực tác dụng lên tay gầu tại vị trí 1

Thành phần lực cản đào pháp tuyến:

P_o2 = 0,1 . P₀₁ = 0,1 . 38,5 = 3.85 (KN)

Theo phương trình của tam giác lượng ta xác định được góc hợp bởi xilanh tay gầu và  gầu 68⁰.

Mô men uốn trong mặt phẳng ngang: e = 0.

M_y = K . (l_c - l₁) = 3,2.(4,5 - 1,5) = 9,6 (KNm)

Mô men xoắn do lực K

M_x = K.r_k  = 3,2.0,56 =  1,8(KNm)

Ở đây ta chọn thép CT - 5

II. Vị trí thứ 2: ( Kết thúc quá trình đào tay gầu nằm ngang)

Ở  đây ta xác định lực P₀₁ = 38.5 KN cũng như vị trí 1

Thành phần lực cản đào pháp tuyến:

P_o2 = 0,1 . P₀₁ = 0,1 . 38,5 = 3.85 (KN)

e: Khoảng cách lệch tâm của điểm đặt lực Z_o đối với tiết diện n-n.

Mô men uốn trong mặt phẳng ngang: e = 0.

M_y = K . (l_c - l₁) = 3,2.(4,5 - 1,5) = 9,6 (KNm)

Mô men xoắn do lực K

M_x = K.r_k  = 3,2.0,56 =  1,8(KNm)

y_xn = 30 + 1.5 = 31.5 cm = 0.315 m .

F =  2. (40.1,5) + 2.(1,5.60) = 0.03 (m²)

ở đây ta chọn thép CT - 5:

Đảm bảo điều kiện bền để làm việc ở cả hai trường hợp tính toán.

III. Tính bền và chọn các chốt tại vị trí các khớp của cần.

1. Tính chốt vị trí nối với tay gầu.

=> chọn d = 60 mm.

2. Tính chốt tại vị trí khớp chân cần.

Cũng tượng tự như ở vị trí khớp nối với tay gầu ta áp dụng

=> chọn d = 70 mm.

3. Tính chốt tại vị trí đặt xi lanh cần.

Sơ đồ dầm và biểu đồ mômen

Vậy ta chọn d = 85 mm.

4. Tính chốt tại vị trí đặt xilanh tay gầu.

Sơ đồ dầm và biểu đồ mômen

Vậy ta chọn d =70 mm.

KẾT LUẬN

Qua tính toán và nghiên cứu các máy thực tế ta thất các số liệu hoàn toàn phù hợp, máy đảm bảo làm việc tốt theo yêu cầu. Tuy nhiên vì thời gian và trình độ có hạn cho nên không tránh khỏi những thiếu sót, em mong được sự đóng góp của các thầy cô giáo.

Em xin chân thành cám ơn!

                                                                                                           Hà nội, ngày … tháng  … năm 20…

                                                                                                     Sinh viên thực hiện

                                                                                                     ………………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Máy Thuỷ Lợi - Trường đại học Thuỷ Lợi - Vũ Văn Thinh - Vũ Minh Khương - Nguyễn Đăng Cường.

2. Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (Tập I, Tập II ) - Trịnh  Đình Chất - Lê Văn Uyển.

3. Catalog Cat - 330C , Sơ đồ hệ thống thủy lực máy Cat - 330C và một số tài liệu tra cứu xi lanh, động cơ và bơm thủy lực.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"