MỤC LỤC

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

I. Xác định các thông số cơ bản.…………………………………….....4

1. Khối lượng của máy.……………………………………………….…....4

2. Các thông số kích thước cơ bản………………………………….……8

3. Xác định trọng lượng của máy………………………………………....9

II. Sơ đồ hệ thống thủy lực………………………………..……….…...11

1. Sơ đồ…………………………………………………………………......11

2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống……………………………...….…11

III. Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác………………………12

1. Xác định lực của xi lanh tay gầu…………………………………...….12

2. Xác định lực của xi lanh cần………………………………………..….15

3. MXác định lực của xi lanh gầu………………………………….……...17

4. Chọn xi lanh thủy lực và tính công suất………………………………19

IV. Tính toán lực kéo bộ di chuyển bánh xích……………………....27

1. Tính lực kéo…………………………………………………….….…....28

2. Tính công suất và chọn động cơ thủy lực……………………….…...31

V. Tính toán cơ cấu quay……………………………………….……....33

VI. Chọn bơm và động cơ………………………………………….......33

1. Xác định đối trọng…………………………………………………...….33

2. Tính ổn định………………………………………………………....…..36

III. Tính bền cần……………………………………………………..…....39

1. Tính bền cần……………………………………………………….…...39

2. Tính bền chốt…………………………………………………….....…..43

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………….…….......….44

MỤC LỤC…………………………………………………………........….45

ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ

THIẾT KẾ MÁY ĐÀO THUỶ LỰC GẦU NGHỊCH LẮP TRÊN MÁY CƠ SỞ CAT - 345C

I. Số liệu cho trước:

1. Máy kéo cơ sở: CATERPILLAR -345C.

2. Dung tích gầu: 2,8 m³.

3. làm việc ở đất cấp IV.

4. Vận tốc di chuyển: 3.4 km/h.

5. Tốc độ nâng cần: V_xc=0,13 m/s.

6. Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu: V_xt= 0,11m/s.

7. Tốc độ làm việc của xi lanh gầu: V_xg= 0,12 m/s.

8. Vận tốc vòng: n_q= 6 v/p.

II. Thuyết minh tính toán:

1. Tính  toán chung máy đào.

2. Tính toán bền cần của bộ công tác.

3. Bản vẽ:

-  Bản vẽ chung của máy: A_o.

-  Bản vẽ chế tạo tay gầu:  A₁.

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế máy thuỷ lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi sinh viên nghành Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi, nó giúp sinh viên củng cố những kiến thức về nguyên lý làm việc, về kết cấu và phương pháp tính toán máy thuỷ lợi.

Trong cuộc sống phát triển đất nước theo công ngiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu được máy xây dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết cố máy móc vì công trình thuỷ lợi có khối lượng lớn, vốn đầu tư nhiều, đòi hỏi thi công đúng tiến độ thời vụ, có tầm quan trọng với sự phát triển kinh tế nông nghiệp, du lịch…

Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móng rất khắt khe, điều đó dẫn đến sự cần thiết của máy làm đất như máy ủi, máy san, máy đào..

Trong quá trình học em được giao đề tài thiết kế: “Máy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp trên máy cơ sở CAT - 345C”. Máy đào thuỷ lực được dùng chủ yếu trong công tác làm đất, khai thác mỏ lộ thiên, bốc xếp vật liệu, nó làm việc theo chu kỳ, nó có thể đổ vật liệu lên phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống…

Hiện nay, có rất nhiều máy được sử dụng ở nước ta như của các nước: Nga, Nhật, Mỹ…. để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất, bền nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tính năng của máy, biết thiết kế chế tạo các bộ công tác của máy, nguyên  lý hoạt động của hệ thống thuỷ lực để khắc phục sửa chữa máy khi gặp sự cố hoặc bị hỏng. Đồ án MÁY THUỶ LỢI sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn, và giải quyết tốt hơn những vấn đề trên.

I. Xác định các thông số cơ bản.

1. Khối lượng của máy.

Khối lượng của máy được xác định theo công thức sau:

G = k_G.q .

Trong đó:

k_G: Hệ số trọng lượng, với cấp đất lám việc IV lấy k_G=18.

q: Dung tích gầu, q = 2,8m³ -> Máy thuộc loại vừa và lớn.

Do đó, G = 18.2,8 = 50,4 (T)

2. Các thông số kích thước cơ bản.

a. Kích thước của máy cơ sở:

- Bán kính thành sau vỏ máy:

A₂  = 3,83 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₂ = 1,05

- Chiều cao khớp chân cầu:

A₃  = 2,22 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₃ = 0,6

b. Kích thước của bộ công tác:

- Chiều dài cần:

A₄ = 6,65 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₁ = 1,8

- Chiều dài tay gầu:

A₅ = 5,54 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₅ = 1,5

- Chiều cao đổ đất:

A₆ = 5,17 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₁ = 1,4

c. Kích thước bộ di chuyển.

Thiết kế với bộ di chuyển bánh xích nhiều điểm tựa.

- Chiều rộng cơ sở của bộ công tác:

A₁₀ = 3,32 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₁₀ = 0,9

- Chiều dài cơ sở của bộ công tác:

A₁₁ = 4,06 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₁₁ = 1,1

- Chiều rộng xích:

A₁₂ = 0,66 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₁₂ = 0,18

- Đường kính bánh tì:

A₁₆ = 0,30 (m)

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k₁₆ = 0,08

Bảng tổng hợp các thông số kích thước cơ bản (Máy đào CAT-345C ; G=50,4T ; q=2,8m³)

3. Xác định trọng lượng của máy.

Việc xác định sơ bộ trọng lượng máy là một bước quan trọng trong việc tính toán sơ bộ cho máy. Các bộ phận được xác định theo công thức sau:

G_i = k_i.G (T)

Trong đó:

G : là khối lượng sơ bộ máy đào (T)

k_i : là phần trăm khối lượng bộ phận so với máy đào.

Ta có thể chia việc tính toán trọng lượng máy như sau:

a. Trọng lượng của bộ công tác.

- Trọng lượng gầu và thanh kéo:

G₁= k₁.G = 0,04.50,4= 2,02 (T)

Với hệ số trọng lượng k₁= 4%.

- Trọng lượng tay gầu:

G₂= k₂.G = 0,04.50,4= 2,02 (T)

Với hệ số trọng lượng k₂= 4%.

- Trọng lượng cần:

G₃= k₃.G = 0,08.50,4= 4,03 (T)

Với hệ số trọng lượng k₃= 8%.

- Trọng lượng xi lanh cần:

G₆= k₆.G = 0,014.50,4= 0,71 (T)

Với hệ số trọng lượng k₆= 1,4%.

b. Trọng lượng bàn quay và các cơ cấu khác.

- Trọng lượng động cơ và khung máy:

G₇= k₇.G = 0,07.50,4= 3,53 (T)

Với hệ số trọng lượng k₇= 7%.

- Trọng lượng thiết bị thuỷ lực và thiết bị phụ:

G₈= k₈.G = 0,08.50,4= 4,03 (T)

Với hệ số trọng lượng k₈= 8%.

- Trọng lượng cơ cấu quay:

G₉= k₉.G = 0,02.50,4= 1,01 (T)

Với hệ số trọng lượng k₉= 2%.

c. Trọng lượng phần di chuyển.

- Trọng lượng vòng ổ quay:

G₁₄= k₁₄.G = 0,018.50,4= 0,91 (T)

Với hệ số trọng lượng k₁₄= 1,8%.

- Trọng lượng khung dưới và vành bánh răng:

G₁₅= k₁₅.G = 0,10.50,4= 5,04 (T)

Với hệ số trọng lượng k₁₅= 10%.

- Trọng lượng ngõng trục trung tâm:

G₁₆= k₁₆.G = 0,007.50,4= 0,35 (T)

Với hệ số trọng lượng k₁₆= 0,7%.

- Trọng lượng cơ cấu di chuyển:

G₁₇= k₁₇.G = 0,05.50,4= 2,52 (T)

Với hệ số trọng lượng k₁₇= 5%.

- Trọng lượng dải xích:

G₂₀= k₂₀.G = 0,10.50,4= 5,04 (T)

Với hệ số trọng lượng k₂₀= 10%.

Bảng tổng hợp các thông số trọng lượng cơ bản (Máy đào CAT-345C ; G=50,4T ; q=2,8m³)

II. Sơ đồ hệ thống thủy lực.

1. Sơ đồ.

Sơ đồ thuỷ lực của máy đào được xét trên bản vẽ hệ thống thuỷ lực của máy CAT -330B.

2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Từ sơ đồ ta thấy:

Đầu tiên động cơ Diesel (31) làm việc, thông qua các khớp nối và các bánh răng ăn khớp dẫn động các bơm piston (28), (29) và bơm cung cấp dầu riêng cho hệ thống điều khiển làm việc theo.

Khi làm việc dầu được hút từ thùng dầu (39) và được đưa đi toàn hệ thống thông qua các van và đường ống dẫn. Trên sơ đồ hiện tại là hệ thống thủy lực của máy đào đang ở trạng thái không tải, dầu được hút từ thùng dầu (39) rồi đi qua các van trượt ở trạng thái không làm việc rồi quay lại thùng dầu thông qua hệ thống lọc.

Các hệ thống van phân phối (van trượt) được điều khiển bởi các hệ thống van trượt nhỏ hơn và hệ thống van trượt nhỏ này được điểu khiển trực tiếp  bởi các nút bấm trên bàn điều khiển.

Trong đó:

- Cụm (23) điều khiển các van trượt của xi lanh gầu (7) và xi lanh cần (8).

- Cụm (18) điều khiển các van trượt của xi lanh tay gầu (9) và cơ cấu quay (1).

- Cụm (17) điều khiển các van trượt của cơ cấu di chuyển trái (2) và cơ cấu di chuyển phải (3).

III. Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác.

1. Xác định lực của xi lanh tay gầu.

Vị trí tính toán: Cuối quá trình đào, tay gầu và gầu ở vị trí nằm ngang. Gầu đầy đất, đầu cần nghiêng 45^o so với tay gầu. Lát cắt đất là lớn nhất.

Vậy lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất là

P₀₁=k₁.b.C_max= 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.

Lấy k_đ = 1, đất cấp IV lấy k_tx = 1,35.

G_g+đ= G_đ + G_g = 39,4 + 20,2 = 59,6  (KN)

G_g­: Trọng lượng gầu, G_tg= 20,2 (KN).

G_xg: Trọng lượng xi lanh gầu, G_xg= 2,5 (KN).

G_xtg: Trọng lượng xi lanh tay gầu, G_xtg= 5,1 (KN).

P_xtg = 959,31 (KN).

2. Xác định lực của xi lanh cần.

Vị trí tính toán: Kết thúc quá trình đào, gầu và tay gầu nắm ngang, gầu đầy đất. Bộ công tác chỉ được nâng lên bằng xi lanh gầu, cần tạo với tay gầu một góc 45^o.

Ta có:

G_c: Trọng lượng cần, G_c = 40,3 KN.

G_g+đ: Trọng lượng gầu đầy đất, G_g+đ= 59,6 KN.

G_tg: Trọng lượng tay gầu, G_tg= 20,2 KN.

G_xg: Trọng lượng xi lanh gầu, G_xg= 2,5 KN.

G_xtg: Trọng lượng xi lanh tay gầu, G_xtg= 5,1 KN.

G_xc: Trọng lượng xi lanh cần, G_xc= 7,1 KN.

P_xc = 496,53 (KN).

3. Xác 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).

Ta có:

q: Dung tích gầu, q= 2,8 m³.

b: Chiều rộng gầu, b= 1,69 m.

H₁: Chiều sâu đào, H₁= l_g =  1,41 m.

k_tx: Hệ số tơi xốp  k_tx= 1,33.

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P₀₁ =  k₁.b.C_max =  0,2.1,69.0,88 =  0,0297 (Mpa.m²)

=> P₀₁ = 297  (KN)

Với: k₁ : Hệ số cản đào ở đất cấp II, k₁= 0,2 Mpa.

Thay vào ta được:

=> P_xg = 369,1 (KN)

4. Chọn xi lanh thủy lực và tính công suất.

a. Chọn xi lanh cần và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh cần.

* Xác định hành trình của xi lanh cần:

Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớp cần và tay gầu bằng 0,5.l_c = 0,5.6,65 = 3,33 (m)

Chọn điểm đặt khớp chân cần cách chân xi lanh cần la đoạn O₁B

O₁B = 0,8 m

Khớp giữa cần và xi lanh cần la đoạn O₁A

O₁A = 3,33 m

Xét cần ở vị trí cao nhất

Khi cần ở vị trí cao nhất khi đó 2 xi lanh cần có chiều dài lớn nhất.

Ta có chiều dài lớn nhất của xilanh cần 3,65 (m)

Xét cần ở vị trí thấp nhất

Lúc này cần nằm ngang, góc AO₁B = 15⁰ khi đó chiều dài của xi lanh cần đạt giá trị nhỏ nhất

AB² = O₁ A² + O₁ B² - 2. O₁ A. O₁ B.cos(AO₁B)

AB² = 3,33² + 0,8² - 2. 3,33.0,8.cos15⁰

AB² = 6,58

AB = 2,57 (m)

Vậy : hành trình của xilanh cần là:

S = AB⁽¹⁾ - AB⁽²⁾

S =3,56 - 2,57 = 0,99 (m)

* Chọn xi lanh cần và tính công suất bơm:

Với lực của xi lanh cần P_xc = 496,53 KN. Vì theo sơ đồ  hệ thống thuỷ lực dùng hai xi lanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xi lanh chịu một nửa lực của xi lanh cần.

P’_xc = 0,5.P_xc = 0,5.596,53 = 248,3 (KN)

Tra bảng ta chọn xi lanhcó các thông số sau:

+ Đường kính xi lanh: D = 200 mm

+ Đường kính cán piston: d = (0,6…0,7)D =  130 mm.

Công suất của bơm phục vụ cho xi lanh cần là:

N_xc = 2.P’_xc.V_c = 2.785.0,13 = 204,1  (kW).

Với  P’_xc: Lực trên cán 1 piston, P_xc=  785 KN.

V_xc: Vận tốc của xi lanh gầu, V_xc= 0,13 m/s.

b. Chọn xi lanh tay gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh tay gầu.

* Xác định hành trình của xi lanh tay gầu:

- Hành trình lớn nhất của xi lanh đạt được khi góc giữa tay gầu và cần là 30⁰

Áp dụng hệ thức lượng giác ta có:

AB²  = AC² + BC² –2.cos (ACB) = 3,33² + 1,385²  -2.3,33.1,385.cos150⁰ = 21

AB = 4,58  (m)

AB²  = AC² + BC² - 2.cos (ACB)

= 3,33² + 1,385²  -2.3,33.1,385.cos30⁰

= 5,02

AB = 2,24 (m)

Vậy hành trình     S = AB⁽¹⁾ - AB⁽²⁾ = 4,58 - 2,24 = 2,34(m)

* Chọn xi lanh tay gầu và tính công suất bơm:

Với lực của một xy tay gầu là P_tg = 959,31 KN, với áp suất của hệ thống: p = 25 Mpa

Tra bảng ta chọn  xi lanh tay gầu có các thông số :

+ Đường kính xi lanh: D = 220 mm

+ Đường kính cán piston: d = (0,6…0,7)D =  140 mm

Công suất của bơm phục vụ cho xi lanh tay gầu là:

N_xtg = P_xtg.V_tg = 959,31.0,11 = 105,52 (kW).

Với:

P_xtg: Lực trên cán piston, P_xtg= 959,31  KN.

V_xtg: Vận tốc của xi lanh tay gầu, V_xtg= 0,11 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 chưa biết động cơ chính thì tính toán lực kéo để chọn động cơ đảm bảo điều kiện làm việc cho trước của máy.

Trong mọi trường hợp lực kéo tính toán theo công thức sau :

P_k = W₁ + W₂ + W₃ + W₄ + W₅ + W₆

a. Lực cản do ma sát trong bộ di chuyển: W₁

W₁ = F₁ + F₂ + F₃ + F₄ + F₅ + F₆ + F₇

Đối với bộ di chuyển bánh xích ít bánh tì tra bảng (4-1) MTL ta được:

W₁ = (5,2% - 9,5%).G_m

Vậy W₁ = (5,2% - 9,5%).504  =  (26,21 - 47,88) (KN)

Lấy W₁ = 30 KN

c. Lực cản di chuyển máy lên dốc : W₂ + W₃

W₂ + W₃ = G.( f.cosa + sina )

= 504.(0,07.cos30⁰+sin30⁰) = 282,5 (KN)

d. Lực cản gió khi di chuyển:  W₄

W₄   =  q . F

Vậy: W₄ = 400. 13,48 = 5392 (N) = 5,392 KN

f. Lực cản quay vòng: W₆

W₆ =  W₁ + W₂ = -59,3 + 94,6 = 35,3 (KN)

* Lực cản trong trường hợp máy lên dốc với góc dốc max 30⁰:

W’ =  W₁  + (W₂  +  W₃) +  W₄  +  W₅

= 30 + 222,5 + 5,39 + 10,08  = 303,27  (KN)

* Lực cản trong trường hợp máy quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang:

W’’ = W₁ + W₂+ W₄ +  W₆

= 30 + 35,5 + 5,39 + 35,5 = 106,39 (KN)

Ta thấy W’ = 303,27   KN > W’’ = 106,39 KN

Vậy chọn P_k = 310 KN ³ W’ = 303,27 KN để tính cơ cấu di chuyển

2. Tính công suất và chọn động cơ thủy lực.

Dựa vào bảng tra động cơ ta chọn động cơ MRE size – 5400 có các thông số sau:

+ Mô men       M_max = 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.

=>   N_max = 18,87 (KW)

Tra bảng ta tìm được động cơ phù hợp với cơ cấu quay là loại: MCR - size 400 với các thông số cơ bản sau:

- Số vòng quay: 300 v/ph

- Mômen cực đại: 2,544 KN.m

- Công suất : 22 KW

Thời gian quay nhỏ nhất được tính theo công thức:

t^q_min = 6,46 (s).

VI. Chọn bơm và động cơ.

Dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 29 phục vụ cho hai mô tơ di chuyển, xi lanh tay gầu và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di chuyển không làm việc đồng thời, tuy nhiên xi lanh tay gầu lại có thể cần làm việc đồng thời với 1 trong hai có cấu trên  nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất lớn nhất của cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển với công suất của xi lanh tay gầu, do có hai động cơ di chuyển nên khi bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 29 là:

N₂₉ = 2.N_dc + N_xtg = 2.170 + 105,52 = 445,52  (KW)

Với N₂₉ = 445,52 KW tra bảng ta chọn được bơm có kí hiệu: A2FO size - 710 với các thông số sau:

+ Công suất: N = 497 KW

+ Thể tích bơm: V = 710 cm³

+ Số vòng quay: n = 1200 v/ph

+ Khối lượng :  m = 753 kg

+ Momen: M = 3,955 KN.m

Cũng dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 28 phục vụ cho xy lanh cần, xy lanh gầu, do cả xi lanh gầu và xi lanh cần có thể làm việc cùng lúc nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất của 2 xi lanh . Nếu bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 28 là:

N₂₈ = N_xc + N_xg = 204,1 + 44,292 = 248,392 (KW)

Với: N₂₈ = 248,392 tra bảng ta chọn được bơm có kí hiệu: A4VSG size -180 với các thông số sau:

+ Công suất: N = 252 KW

+ Thể tích bơm: V = 180 cm³

+ Số vòng quay: n = 2400 v/ph

+ Khối lượng :  m = 104 kg

Công suất của động cơ diesel dẫn động là:

N = 1,2(N₂₈+ N₂₉) = 1,2(252 + 497) = 898,8 KW.

VII. Tính toán tĩnh máy đào.

1. Xác định đối trọng.

Nhiệm vụ của tính toán tĩnh là xác định trọng lượng đối trọng đảm bảo cân bằng bàn quay máy đào với  mọi  vị trí của bộ công tác khi không đào đất và tính toán ổn định của máy khi làm việc cũng như khi di chuyển.

a. Vị trí thứ nhất: Bàn quay lật ở con lăn tựa giới hạn trước, gầu đầy đất được nâng lên khỏi hố đào, máy bắt đầu quay để dỡ tải.

Phương pháp xác định trọng lượng đối trọng ở máy đào gầu nghịch tương tự như máy đào gầu thuận. Chúng ta có thể dùng phương pháp giải tích hay đa giác dây để xác định trọng lượng đối trọng.

=> G_đt1 = 45,5 KN.

b. Vị trí thứ hai: bàn quay lật ở con lăn tựa giới hạn sau, gầu không có đất vươn ra xa nhất và hạ trên mặt đất.

Các khoảng cách là:

r_g = 8,723 m

r_tg = 6,832 m

r_c = 2,419 m

=> G_đt2 = 51,8 KN.

2. Tính ổn định.

a. Vị trí thứ nhất:

Máy đào nằm ngang trên xích, gầu được nâng lên khỏi mép hố đào nhờ xy lanh cần với lực lớn nhất.

Thay số vào ta được:

M_l = 40,3.(3,021-1,66) + 20,2. (6,562-1,66) + 59,6.(5,976-1,66) + 99,42.3,475

M_l = 756,6 (KN.m)

Mômen giữ :

M_g = G_dt(r_dt+b) + G_a(r_a+b) +G₀.b

M_g = G_dt(r_dt+b) + G_a(r_a+b) +G₀.b. Thay số vào ta được:

M_g = 48,7.(3 + 1,66) + 177.(1,5 + 1,66) + 224,3.1,66

M_g = 1158,6 (KN.m)

b. Vị trí thứ hai:

Máy đào gầu nghịch đổ đất ở độ vươn xa nhất:

Máy có thể bị lật theo đường mép ngoài các bánh tỳ - diểm B, mômen lật xác định theo công thức sau:

M_l = G_c(r_c-b) + G_tg(r_tg-b) + G_g+đ(r_g-b)

Với: r_c= 2,684 m, r_tg = 7,410 m, r_g= 10,21 m. Còn các giá trị khác tương tự vị trí thứ nhất.

M_l = G_c(r_c-b) + G_tg(r_tg-b) + G_g+đ(r_g-b). Thay số vào ta được

M_l = 40,3.(2,684 - 1,66) + 20,2.(7,410 - 1,66) + 59,6.(10,21 - 1,66)

M_l = 666,72 (KN.m)

VII. Tính bền cần.

1. Tính bền cần.

Trong quá trình đào đất, gầu gặp chướng 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 chướng 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 chưa kết thúc, giá trị lực K được xác định từ mô men phanh có cấu quay.

a. Vị trí tính toán:

- Xét tại vị trí mà lực đẩy xi lanh tay gầu P_tmax có phương vuông góc với phương trục dọc của tay gầu.

- Tại răng gầu có lực cản đào P₀₁ do chướng ngại vật gây ra.

- Gầu chưa tích đất.

- Giả thiết P_tmax có phương song song với P₀₁.

b. Tính bền cần:

Muốn tính bền cần ta tách cần ra khỏi tay gầu và thay vào khớp O₂ các phản lực X_O2, Z_O2 ; tại O₁ là các phản lực X_O1, Z_O1.

* Trước hết ta đi xác định ngoại lực tay gầu: Các lực đã biết P_tmax, G_tg, và G_g.

- Xác định các phản lực tại khớp O₂: X_O2, Z_O2

Để xác định hai lực này, ta lập phương trình cân bằng hình chiếu của lực xuống các trục tọa độ Z và X của hệ tay gầu và cần. Trong đó trục X song song với P_tmax và P₀₁. Ta được:

X_O2 = P_tmax + P₀₁ + G_g.cosa + G_tg.cosa = 959,31 + 245,27 + 20,2.cos75^o + 20,2.cos75^o = 1215 (KN)

Z_O2  = G_g.sina + G_tg.sina = 20,2.sin75^o + 20,2.sin75^o = 39 (KN)

* Xác định phản lực tại khớp chân cần.

Để xác định các nội lực trong cần, ta xác định phản lực tại khớp chân cần O₁  là X_O1 và Z_O1. Ta xét dựa vào phương trình cân bằng hình chiếu của các lực tác dụng lên cần xuống hệ X’O₁Z’

Ta lấy: b = b₁ = 10^o ; b₂ = 45^o ; b₃ = 60^o . Thay vào ta được:

X₀₁ = 1215.cos10⁰ - 39.sin10⁰ - 959,31.cos10⁰ - 40,3.cos60⁰ + 915,3.cos45⁰

X₀₁ = 872,1 (KN)Z₀₁ = 959,31.sin10⁰ + 915,3.sin45⁰ - 39.cos10⁰ -1215.sin10⁰ - 40,3.sin60⁰

Z₀₁ = 529,5 (KN)

* Xác định nội lực trong cần.

Tiết diện nguy hiểm nhất của cần là tiết diện (a-a): tiết diện thẳng đứng đi qua giao điểm của 2 đường thẳng dọc trọc của cần (kéo từ khớp O₁ và O₂). 

Thay các giá trị vào ta được:

M_u= 529,5.3,33 + 872,1.0,3 + 16,7.3,33.sin60^o + 915,3.0,12.sin45^o= 1995,4 (KN)

* Xác định mômen chống uốn và diện tích tiết diện (a-a).

Chọn b = 600 mm = 0,6 m

h = 800 mm = 0,8 m

d = 20 mm = 0,02 m

=> W_u = 0,0128 (m³)

Ta lại có diện tích phần kim loại trong tiết diện (a-a) là:

F = b.h - (b - 2.d)(h - 2.d) = 0,6.0,8 - (0,6 - 2.0,02)(0,8 - 2.0,02) = 0,0544 (m²)

Ta chọn vật liệu làm cần là thép CT5 có s_gh = 26 KN/cm² = 26.10⁴ KN/m²

Vậy ứng suất cho phép của vật liệu làm cần khi kể đến hệ số an toàn

(k = (1,5 - 1,8)  ta chọn k = 1,5) là:

[s]  = 173333 (KN/m²) (**)

Từ (*) và (**)  ta được s < [s]

Vậy cần làm bằng thép CT5 là đủ bền.

2. Tính bền chốt.

a. Tính chọn chốt :

Đối với chốt giữa cần và tay gầu

T = P₀₁+P_tmax = 245,27 + 959,31 = 1204,6  (KN)

Chọn chốt có đường kính  d = 100 ( mm)

b. Tính bền chốt

Trong quá trình máy làm việc,  các chốt của bộ công tác chịu tác dụng của tải trọng động và tĩnh. Đối với bộ công tác của máy đào thì chốt chịu tải trọng lớn nhất là chốt tại vị trí cần và tay gầu. Để tính bền chốt ở bộ công tác ta chỉ  cần tính bền cho chốt ở vị trí này là được.

+ Đường kính chốt của cần và tay gầu xác định theo điều kiện bền cắt: d = 100 (mm). Đã tính ở trên.

+ Chốt chỉ chịu mômen uốn trong mặt phẳng thẳng đứng do trọng lượng bộ công tác.

+ Tải trọng trong mặt phẳng thẳng đứng:

P = G_tg + P₀₁+ G_g+đ=20,2 + 99,42 + 59,6 = 179,22 (KN)

+ Mômen do lực P gây ra:

M_X  = 35,844(KN.m):   

R= 0,05(m): bán kính chốt .

Khi đó điều kiện bền của chốt:

e_tt = 366,22.10³ (kN.mm²)

Ta thấy:

e_tt < [e_b] = 850 MPa

Vậy điều kiện bền của chốt được đảm bảo.

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 - 345C , Sơ đồ hệ thống thủy lực máy Cat- 330B và một số tài liệu tra cứu xi lanh, động cơ và bơm thủy lực.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"