MỤC LỤC

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

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

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

1. Khối lượng của máy……………………………………………………..…..6

2. Xác định thông số của máy…………………………………………………6

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

II. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực……………………………………..................12

1. Sơ đồ………………………………………………………………………...12

2. Hoạt động của hệ thống thuỷlực……………………………………….....12

III. Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác……………………........16

1. Xác định lực của xilanh tay gầu…………………………………………..16

2. Xác định lực của xi lanh cần…………………………………………..….19

3. Xác định lực của xi lanh gầu……………………………………………...22

4. Chọn xi lanh thuỷ lực và tính công suất………………………………....24

IV. Tính toán lực kéo bộ di chuyển bánh xich…………………….....…24

1. Tính lực kéo………………………………………………………………...26

2. Tính công suất và chọn động cơ thuỷ lực…………………………….…29

V. Tính toán cơ cấu quay……………………………………….................30

VI. Chọn bơm và động cơ……………………………………..………......32

VII. Tính toán tĩnh máy đào…………………………………….................34

1. Xác định đối trọng…………………………………………………….…....34

2. Tính ổn định………………………………………………………. ……....38

VIII. Tính bền cần …………………………………………….....................43

IX Tính bền chốt…………………………………………….......................54

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………..............55

ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ

THIẾT KẾ MÁY ĐÀO THUỶ LỰC GẦU NGHỊCH LẮP TRÊN MÁY CƠ SỞ PC-400

I .Số liệu cho trước:

1. Máy cơ sở:   PC- 400

2. Dung tích gầu:  1,2m³.

3. Làm việc ở đất cấp III.

4. Vân tốc di chuyển:  4km/h.

5. Tốc độ nâng cần:  V_xc=0,11 m/s.

6. Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu:   V_xt=0,12 m/s.

7. Tốc độ làm việc của xi lanh gầu:   V_xg=0,09 m/s.

8. Vận tốc vòng:  n_q=5 v/p.

II.Thiết 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 chi tiết:             A₁.

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế đồ án máy thuỷ lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi sinh viên ngành 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 hướng 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 bị 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 tpát 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, máy xúc…

Trong quá trình học em được giao đề tài thiết kế Máy đào thuỷ lực gầu nghịch lắp trên máy cơ sở PC-400. Máy đào thủy 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, có thể đổ vật liệu lên phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống.

Hiện nay có rất nhiều chủng loại máy được nhập vào nước ta, của nhiều nước khác nhau như: Nga, Nhật, Mỹ, Hàn Quốc,...để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất,bền nhất chúng ta phải hiểu rõ các đặc tính kỹ thuật, tính năng của máy, biết thiết kế chế tạo các bộ công tác của máy, để sửa chữa máy xây dựng khi bị hỏng. Đồ án môn học Máy thuỷ lợi sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn, làm tốt hơn vấn đề trên.

                                                                                          Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                  Sinh viên thực hiện

                                                                                      ………………   

I. Xác định thông số cơ bản

1. Khối lượng của máy

Công thức xác định khối lượng của máy:   

G = K_G.q

Trong đó:

K_G: Hệ số trọng lượng máy, đất cấp III thì K_G = 25(Bảng 5.1/113)

q: Dung tích gầu, q = 1,2 m³

Thay số:

G = 1,2.25 = 30 (tấn)

2. Xác định thông số kích thước của máy

a. Xác định kích thước của máy

+ chiều cao buồng máy:

A₁ = 2,18 (m)

Chọn hệ số k₁= 0,75.

+ Bán kính thành sau vỏ máy:

A₂=2,82 (m).

Chọn hệ số k₂=0,94.

+ Chiều cao khớp chân cần

A3 = 1,85 (m).

Chọn hệ số k₃=0,6

c. Kích thước của gầu

+ Chiêu rộng gầu:

Với: q: dung tích gầu, q = 1,2 m³

Thay số: b = 1,27 (m)

+ Chiều cao gầu:

Thay số: h = 1,06 (m)

+Chiều dày của gầu:

S = 0,092(m).

d. Kích thước bộ di chuyển bánh xích

+ Chiều rộng cơ sở:

A₁₀= 2,91 (m).

Chọn hệ số k₁₀ =0,93

+ Chiều dài cơ sở:

A₁₁= 3,4 (m).

Chọn hệ số k₁₁=1,1

+ Chiều rộng dải xích:

A₁₂= 0,62 (m).

Chọn hệ số k₁₂= 0,19

+ Chiều cao dải xích:

A₁₃=0,93 (m).

Chọn hệ số k₁₃=0,30

3. Xác định các thông số trọng lượng của máy

Trọng lượng của các bộ phận máy xác định theo công thức sau:

G_i =k_i.G.

Trong đó: 

k_i: Hệ số trọng lượng, tra bảng 5.2 MTL

G : Trọng lượng của máy,G =30 (T)

a. Trọng lựợng của bộ công tác:

+ Trọng lượng gầu và thanh kéo:

G₁= k₁.G = 0,045.30= 1,35 (Tấn).

Với hệ số trọng lựơng k₁= 0,045

+ Trọng lưọng tay gầu:

G₂ = k₂.G = 0,04. 30 =1,2 (Tấn).

Với hệ số trọng lượng k₂= 0,04

+ Trọng lưọng cần:

G₃ = k₃.G =0,08. 30= 2,4 (Tấn).

Với hệ số trọng lưọng k₃= 0,08

+ Trọng lượng xi lanh gầu:

G₄ =k₄.G= 0,0045. 30,8= 0,138 (Tấn).

Với trọng lượng k₄=0,0045

b. Trọng lượng bàn quay và các cơ cấu.

+ Trọng lưọng động cơ và khung máy:

G₇= k₇.G =0,07. 30= 2,1 (Tấn).

Với hệ số trọng lượng k₇ =0,07

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

G₈= k₈.G =0,01. 30=3 (Tấn).

Với hệ số trọng lưọng k₈ =0,01

+ Trọng lượng cơ cấu quay:

G₉ =k₉.G = 0,03. 30=0,9 (Tấn).

Với hệ số trọng lượng k₉ = 0,03

+ Trọng lượng bàn quay:

G₁₀ =k₁₀.G =0,15.30= 4,8 (Tấn).

Với hệ số trọng lượng k₁₀ =0,15

c. Trọng lưọng phần di chuyển.

+ Trọng lưọng phần ổ quay:

G₁₄ =k₁₄.G = 0,017. 30 = 0,51 (Tấn).

Với hệ số trọng lượng k₁₄= 0,017

+ Trọng lượng khung dưới và phần bánh răng:

G₁₅= k₁₅.G = 0,1.30= 2,7(Tấn).

Với hệ số trọng lượng k₁₅= 0,1

+ Trọng lượng ngõng trục trung tâm:

G₁₆= k₁₆.G= 0,008. 30 = 0,24 (Tấn)

Với hệ số trọng lượng k₁₆ =0,008

+ TRọng lưọng cơ cấu di chuyển:

G₁₇= k₁₇.G =0,05. 30= 1,5 (Tấn).

Với hệ số trọng lượng k₁₇= 0,05

+ Trọng luợng khung xich:

G₁₈=k₁₈.G = 0,068.30= 2,04 (Tấn).

Với hệ sổ trọng lượng k₁₈= 0,068

II. Các phương án bố trí xi lanh thuỷ lực với bộ công tác và sơ đồ hệ thống thuỷ lực của máy

1. Các phương án bố trí xilanh thuỷ lực

Bộ công tác của máy đào thuỷ lực có cấu tạo đơn giản nhưng khi tính toán các thông số kết cấu cần phải kết hợp các điều kiện tĩnh, động học khi thay đổi các kích thước nào đó sẽ dẫn đến thay đổi các kích thước còn lại.

Mỗi phần tử bộ công tác như cần, tay gầu, gầu, đều có những chuyển động riêng biệt và các xi lanh thuỷ lực tương ứng sẽ thực hiện các chuyển động đó. Khi làm việc các xi lanh thuỷ lực này có gây các phản lực tác động xi lanh thuỷ lực khác tạo áp suất thụ động trong chất lỏng. Khi chọn sơ bộ bộ công tác, người ta mong muốn áp suất thụ động trong các buồng xi lanh không làm việc sẽ không vượt áp suất tính toán ( áp suất chủ động ) trong xi lanh làm việc. Như vậy kích thước, trọng lượng, sức bền của các phần tử bộ công tác có ảnh hưởng lẫn nhau. Dưới đây là 1phương án lựa chọn cách bố trí xilanh bộ công tác do giáo sư Brach đề suất, phương án này được em lựa chọn .

+ Xilanh tay gầu: đặt bên trên cần, cán của píttông nối khớp với tay gầu.

+ Xilanh gầu: đặt trên tay gầu, cán píttông được nối với gầu thông qua thanh kéo, cơ cấu 6 khâu. Sơ đồ này có thể giúp quay gầu toàn vòng

2. Sơ đồ hệ thống lực thuỷ

a. Sơ đồ như hình vẽ

b. Hoạt động của hệ thống thuỷ lực của máy đàoPC-400

* Dựa vào hệ thống thuỷ lực trên ta thấy, máy sẽ được dẫn động và điều khiển bởi các hệ thống sau :

- Hệ thống thuỷ lực chính điều khiển các xi lanh của bộ công tác: gầu, tay gầu, cần, các mô tơ di chuyển và môtơ quay toa.

- Hệ thống thuỷ lực điều khiển sẽ cung cấp dầu tới các bơm chính, van điều khiển chính và các mô tơ phanh cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển .

- Hệ thống điều khiển điện tử điều khiển công suất của động cơ và bơm.

* Hệ thống thuỷ lực điều khiển nhận dầu từ bơm hệ thống điều khiển điều khiển các chức năng sau :

+ Hệ thống thuỷ lực điều khiển điều khiển hoạt động các van bộ công tác :

Dầu hệ thống điều khiển chảy từ bơm điều khiển qua cụm hệ thống điều khiển, sau đó chảy tới các van điều khiển hệ thống điều khiển đối với hoạt động của máy( hoạt động của cơ cấu công tác, cơ cấu quay, cơ cấu di chuyển ). Các van này được tác động bởi các tay điều khiển và các tay điều khiển /bàn đạp điều khiển di chuyển - do người công nhân vận hành máy thực hiện).

Theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực của máy cơ sở PC400 thì có 2 tay điều khiển: 1 tay điều khiển sự làm việc của xilanh gầu và xilanh cần, 1 tay điều khiển sự làm việc của xilanh tay gầu và cơ cấu quay, ngoài ra còn có bàn đạp điều khiển 2 môtơ di chuyển.

- Hệ thống thuỷ lực điều khiển tạo ra áp suất tín hiệu để thực hiện các hoạt động sau:

+ Áp suất tín hiệu hệ thống điều khiển tác động lên hệ thống điều chỉnh tự động tốc độ động cơ (AEC), tạo ra các chức năng tự động giảm tốc độ động cơ khi không cần hoạt động nào của hệ thống thuỷ lực nữa.

+ Áp suất tín hiệu hệ thống điều khiển nhả phanh dừng cơ cấu quay.

+ Áp suất tín hiệu hệ thống điều khiển tự động thay đổi tốc độ di chuyển phù hợp với tải trọng của hệ thống thuỷ lực.

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

1. Tay gầu.

a. Hành trình xi lanh tay gầu

Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớp cần và tay gầu (khớp O₂) là 3m.

* 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  = AO₂² + BO₂² -2. AO₂ . BO₂ .cos (AO₂B)

Trong đó:  BO₂=1/4L_tg = 1/4.4,35 = 1,0875 m

= 3² + 1,0875²  -2.3.1,0875.cos150⁰  =15,833

AB¹ = 3,98 m

b. Xác định lực của xylanh tay gầu

Vị trí tính toán:  ở cuối quá trình đào, tay gầu nằm ngang, gầu đầy đất,gầu đầy đất, P_xt có giá trị lớn nhất khi gầu gần kết thúc quá trình cắt đất với lát cắt lớn nhất C_Max

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P₀₁=k₁.b.C_Max=0,25.1,27.0,121 = 0,0384 Mpam²  = 38,4 KN.

Với k₁ hệ số cản đào, với đất cấp III ( bảng 1.9/25 )lấy k₁=0,25 Mpa.

Lấy k_đ = 1, đất cấp III lấy k_tx = 1,30

g: Trọng lượng riêng đất cấp III, g = 18 KN/m³

G_g­: Trọng lượng gầu, G_g= 13,5 KN.

G_g+đ= G_đ + G_g = 16,6 + 13,5 = 30,1  (KN)

* Xác định r_xt

Xét tam giác AO₂B ta có

Góc DO₂A = a + 30⁰ = 18⁰ + 30⁰ = 48⁰

Góc AO₂B = 180⁰- 48⁰ = 132⁰

Đoạn AB² = AO₂² + O₂B² - 2.O₂A.O₂B.cosAO₂B = 3² + 1,0875² -2.3.1,0875.Cos132⁰ = 14,55

Vậy: P_xt = 464,75 (KN)

2. Xác định lực của xy lanh cần

a. Xác định hành trình xi lanh cần

Dựa vào thực tế và tính toán ta chọn 2 xi lanh cần, và chọn vị trí chân cần như hình vẽ:

Chọn điểm đặt khớp chân cần cách chân xi lanh cần là đoạn O₁B = 1 m

Khớp giữa cần và xi lanh cần là đoạn O₁A = 3 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.

Áp dụng hệ thức trong tam giác ta có

AB² = O₁ A² + O₁ B² - 2.O₁A.O₁B.cos(AO₁B)

AB² = 3² + 1² - 2. 3.1.cos(30+35+15)⁰  = 9,47

AB₁ = 3,08 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 = O₁A² + O₁B² - 2. O₁A.O₁B.cos(AO₁B)

AB² = 3² + 1² - 2. 3.1.cos15⁰  = 4,21

AB₂ = 2,05 m

b. Xác định lực của xy lanh cần:

G_g+đ: Trọng lượng gầu đầy đất, G_g+đ= 32,35 KN.

r_g: Cánh tay đòn của G_g+đ lấy đối với điểm o₁:

r_g = 2,2 (m)

G_xtg: Trọng lượng xy lanh tay gầu, G_xtg= 3 KN.

r_xtg:  cánh tay đòn của G_xtg lấy đối o₁:

r_xtg = 4 (m)

Xác định r_xc:

r_xc = BO₁.sin(AO₁B) = 1,0.sin30^o = 0,5 (m)

Thay số ta có: P_xc = 440,93 KN.

3. Xác định lực của xylanh gầu

a. Tính hành trình xylanh gầu

Hành trình lớn nhất của gầu đạt được 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

- Vị trí I: Chiều dài lớn nhất của xi lanh gầu đạt được khi góc DAC  = 150⁰

AD = O₃D - O₃A = 2,9 - 0,5 = 2,4 m

DC² = AC² + DA² - 2.AC.DA.cos150⁰

= 0,67²  + 2,4² - 2.0,67.2,4.cos150⁰ =8,994

DC¹ = 3 m

- Vị trí II: Chiều dài nhỏ nhất của xi lanh gầu đạt được khi góc DAC  = 30⁰

DC² = AC² + DA² - 2.AC.DA.cos30⁰

= 0,67²  + 2,4² - 2.0,67.2,4.cos30⁰ = 3,42

DC² = 1,85 m

Hành trình của xi lanh gầu là:

S = DC⁽¹⁾ - DC⁽²⁾ = 3- 1,85= 1,15  (m)

b. Tính lực lớn nhất tác dụng lên xi lanh gầu

Lực lớn nhất của xy lanh gầu sẽ xuất hiện khi đào bằng xy lanh gầu.

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P₀₁ = k₁.b.C_max= 0,1.1,27.0,743 = 0,0943 Mpa.m². = 94,3 KN.

Với: k₁ : Hệ số cản đào ở đất cấp II, k₁= 0,1 Mpa.

Lực lớn nhất của xy lanh gầu khi răng gầu tiến đến  mép của khoang đào, cánh tay đòn r_xg là nhỏ nhất.

r_g: Cánh tay đòn của G_g+đ lấy đối với điểm o₃,

r_g= 1/2. l_g = 1/2.1,06 = 0,53  (m)

r_xg: Cánh tay đòn của P’_xg lấy đối với điểm o₃,

r_xg = 0,67.cos30⁰ = 0,58  (m)

r’_xg: Cánh tay đòn của G_xg lấy đối với điểm o₃, r_xg= 0,32 m.

Thay số ta được: P’_xg = 200,26KN.

Từ việc xác định P’_xg vẽ biểu đồ lực ta xác định được lực P_xg , như hình vẽ:

- Biết phương. giá trị P’_xg = 200,26 KN

4. Chọn xylanh thuỷ lực và tính công suất

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

Với lực của xylanh cần P_xc = 440,93 KN, vì theo sơ đồ  hệ thống thuỷ lực dùng hai xylanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xylanh chịu một nửa lực của xylanh cần.

P’_xc = 0,5.P_xc = 0,5.440,93 = 220,46 (KN)

Tra bảng ta chọn xylanh có các thông số sau:

+ Đường kính xy lanh: D = 110 mm

+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D =  70 mm.

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

N₁ = P_xc.V_c = 474,92.0,11 = 52,24 kw.

Với:  P_xc: Lực trên xylanh cần

P_xc= 2.p.F_xc = 2.25.10³.3,14.0,055² = 474,92 KN.

V_xc: Vận tốc của xylanh cần, V_xc= 0,11m/s.

b. Chọn xylanh tay gầu và tính công suất bơm phục vụ xylanh tay gầu.

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

+ Đường kính xy lanh: D = 170 mm

+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D = 100 mm

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

N₂ = P_xt.V_xt = 567,16.0,12 = 68,05 kw.

IV. Tính toán kéo bộ di chuyển bánh xích

1. Tính lực kéo

Trong thiết kế nếu động cơ chính đã biết  thì tính toán kéo có ý nghĩa kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho.

Trong mọi trường  hợp lực kéo có thể xác định theo công thức:

P_k = W₁+W₂+W₃+W₄+W₅+W₆

- Lực cản do ma sát trong của bộ di chuyển W₁:

Lực này bao gồm rất nhiều thành phần: Lực cản trong ổ trục bánh tỳ, Lực cản trong ổ trục bánh chủ động, lực cản trong ổ trục bánh bị động, lực cản lăn bánh tỳ, lực cản uốn của mắt xích ở bánh chủ động, lực cản uốn của mắt xích ở bánh bị động, lực cản chuyển động nhánh xích ở trên bánh đỡ… các thành phần lực náy rất khó xác định nên W₁ thường dược xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

W₁ = (0,052 - 0,095).G = (0,05 - 0,09).300 = 15- 27 (KN)

Chọn W₁ = 20 KN

- Lực cản di chuyển W₂ :

Lực cản di chuyển tỷ lệ với trọng lượng máy và hệ số cản di chuyển.

W₂ = f.G = 0,07 .30 =2,1 tấn = 21 KN.

- Lực cản di chuển trên dốc W₃:

W₃ = G(f.cosa + sina) = 30.(0,07cos20⁰ + sin20⁰) =  12,23 tấn = 122,3 KN.

- Lực cản gió khi máy di chuyển W₄ :

W₄ = q.F

Thay số ta được:

W₄ = q.F = 400.6,34 = 2537,5 N = 2,537 KN.

- Lực cản quay vòng W₆ :

Để tính lực cản quay vòng ta giả thiết: máy quay vòng trên nền phẳng, bỏ qua lực ly tâm vì tốc độ vào đường cong thường nhỏ và ta coi lực cản quay của hai bánh xích như nhau.

W₆¹ = -3,4 tấn = -34 KN.

W₆² = 4,52 tấn = 45,2 KN.

Vậy ta có:  W₆ = W₆¹ + W₆² =- 34 + 45,2 = 11,2 KN.

* Tổng lực cản khi chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất 20^o là:

W’ = W₁ + W₂ +W₃ +W₄ +W₅

W’ = 20 + 21 + 122,3 + 2,537 + 6  = 171,84 KN.

2. Tính công suất và chọn động cơ  thuỷ lực

Vì theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta dùng hai môtơ di chuyển, nên lực

kéo của một mô tơ di chuyển là:

P_k1= P_k2 = 0,5.P_k =0,5.175 = 87,5 KN.

Với N₄ = N₅ = 113 KW tra bảng ta chọn môtơ di chuyển MR 2400 có các thông số sau:

+ Công suất P_Max = 120 KW

+ Lưu lượng  q= 2380 cm³

+ Số vòng quay n = 220 v/p.

+ Momen lớn nhất T_max = 15,918 KN.m.

+ Trọng lượng bơm  m = 328 Kg.

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 đào khi gầu đầy đất J và khi gầu không có đất J₀(kN.m.s²), tốc độ góc lớn nhất của bàn quay w_max(1/s), gia tốc góc lớn  nhất _max(1/s²), thời gian khởi động t_k và phanh t_p, góc quay của bàn quay b(rad), hiệu suất cơ cấu quay h_q, dạng đường   đặc tính ngoài của động cơ M=f(n). Các thông số này xác định thời gian quay t_q(s), công suất cần thiết lớn nhất của động cơ N_max(Kw) hay mô men lớn nhất của động cơ M_max(kN.m)

Thay số ta được: J₀ = 258,1 (KN.m.s²)

Với: N_max = 21,21 KW tra bảng ta chọn môtơ di chuyển MR-190 có các thông số sau:

+ Công suất: P_Max = 24 KW

+ Lưu lượng  q= 192,8 cm³.

+ Số vòng quay n = 550 v/p.

+ Momen lớn nhất T_max =1,28 KN.m.

+ Trọng lượng bơm: m = 44 Kg.

Mô men bàn quay :

M_q = 2289.110 = 141790 Nm = 141,79 KNm

Ta thấy  M_q= 141,79 KNm > M_max =40,51 KNm

Vậy động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc

VI. Tính chọn bơm, động cơ đốt trong và hệ thống thuỷ lực

Dựa vào hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm A phục vụ cho một mô tơ di chuyển và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di chuyển không làm việc đồng thời nên ta chọn công suất của bơm là công suất lớn nhất của một trong các công suất của cơ cấu trên, ở đây chọn công suất cơ cấu di quay (bỏ qua tổn thất). Ta có công suất của bơm A là:

N_A = N_max = 103,25 KW.

Với : N_A = 103,25  KW tra bảng ta chọn được bơm có các thông số sau:

+ Lưu lượng riêng q=16 cm³/v.

+ Số vòng quay n = 2950 v/p.

+ Lưu lượng Q = 26,5 l/p.

+ Mômen quay M = 2,1 KN.m.

+ Momen lớn nhất M_max = 3,2 KN.m.

+ Trọng lượng bơm có dầu: G = 7,5 Kg.

Tính lại công suất bơm ta đã chọn: N = 103,25 KW.

Tính lại công suất bơm ta đã chọn:

N = M.n = 103,25 KW.

Công suất của động cơ là:

N = 1,2(N_A+ N_B) = 1,2(252 + 103,25) = 426,3 KW.

VII. Tính toán tĩnh máy đào.

1. Xác định trọng lượng 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.

Đại bộ phận các cơ cấu của máy đào đều bố trí trên bàn quay, do đó khi thiết kế máy, việc cân bằng bàn quay là một nhiệm vụ không thể thiếu được.

Cân bằng bàn quay nhằm mục đích loại trừ hay giảm bớt trọng lượng vượt ra ngoài chu vi vòng tựa của bàn quay. Kích thước của vòng tựa được xác định bởi kích thước bộ di chuyển.Do khi thiết kế nên bố trí các cơ cấu lùi về phía sau, gần thành sau của máy để giảm trọng lượng của đối trọng.

* Vị trí thứ nhất: Bàn quay lật  ở con lăn tựa giới hạn trước gầu đầy đất được nâng lên khỏi hố đào, máy đào bắt đầu quay đổ dỡ tải khi đó cần nghiêng một góc 30⁰ so với phương ngang, tay gầu nghiêng một góc 45⁰ so với phương thẳng đứng.

Chọn vị trí đặt các cơ cấu như hình vẽ với;

r₁  = 2 m             r₂  = 1  m              r₃  = - 0,7 m

r₄  = 1,15  m       r₅  = - 0,9 m         r₆  = 1,15 m

Vậy G_a cách tâm máy 0,8 m về phía sau máy

r_a = r^,_a + a =1,08 + 0,8 = 1,88 (m)

* 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.

Do gầu hạ trên mặt đất nên bỏ qua trọng lượng của gầu

r_a = r^’_a - a = 1,08 - 0,8 = 0,28 m

r_đt = r^’_đt - a  = 2,5 - 0,8 = 1,7 m

Do đó : G_đt2 = 6,3  Tấn

Ta thấy G_đt1 < G_đt2 nên ta chọn trọng lượng đối trọng G_đt = 6,3 tấn

2. Tính ổn định

Ổn định của máy đào là một trong những chỉ tiêu sử dụng quan trọng mà người 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 được nâng lên khỏi mép hố đào nhờ xy lanh cần với lực lớn nhất.

Vậy góc nghiêng của cần so với phương ngang là 13,62⁰ + 30⁰ = 43,62⁰

Từ phương trình momen tất cả các lực đối với khớp chân cần, ta xác định được lực cản đào P₀₁ có phương vuông góc với đường thẳng nối khớp chân cần với răng gầu.

Tính r’_xc

r’_xc = OA.sin(OAF) ,  OA = 3m

Tính góc OAF:

Ta có : AF² = OF² + OA² - 2.OF.OA.Cos AOF = 1²  + 3² -2.1.3.cos(15⁰+43,62⁰) = 6,87573

AF = 2,6 m

Máy có thể bị lật theo đường mép ngoài các bánh tỳ (điểm C) mô men lật được xác định theo công thức

M_l = G_c.r_c  + G_t.r_t  + G_g+đ.r­_g+đ  + P­₀₁.r’₀₁

Vậy:

M_g = 63.4,305 +117.2,429 +123.1,305 = 715,923 KNm

Vậy máy làm việc ổn định

b. Vị trí thứ hai

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

Vậy mô men lật

M_l = 24.2,26 + 12.7,02 + 30,1.8,36 = 390,116 KNm

* Mô men giữ:

M_g = G_đt.r_đt  + G_a.r_a  + G₀.r₀

M_g = 715,923 KN (tính ở trên)

Ta thấy máy làm việc luôn ổn định.

VII. Tính bền cần

1. Vị trí thứ nhất

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.

Thành phần lực cản đào pháp tuyến :

P₀₂  = 0,5.P₀₁ = 0,5.117,98 = 59 KN

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

*  Lực tác dụng lên bộ công tác.

Lực tác dụng nên xi lanh tay gầu:     P_xt  =  464,75 KN

Lực cản đào                                 :     P₀₁ =  117,98 KN

Lực ngang K đặt ở răng gầu        :     K  =   10,8 KN

Các trọng lượng G_g= 13,5 KN , G_c=24 KN , G_t=12 KN

* Chiếu các lực lên phương Y

åY= 0 Û P_xt + P₀₁ - Y₀^, = 0

Y₀^’ = P_xt + P₀₁ = 464,75+117,98 = 582,73 KN

Y₀ = Y₀^’/ cos25⁰ = 582,73/cos25⁰ = 642,97 KN

* Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng

M_x = Z₀.r_z  +  G_c . r_c +Y₀. r_y -P_xt.r_xt

Do vậy:

M_x  = 93,23.3,2+ 24.3+ 642,97.1,5 - 464,75.0,6 = 1055,94KNm

* Mô men uốn trong mặt phẳng nằm ngang.

M_y  =  K .  r_k^’

Với  :

r_k : Khoảng cách từ lực K đến mặt cắt nguy hiểm

r_k^’ = l₂ =3,6 m

Vậy M_y = 10,8.3,6 = 38,88 KNm

2. Vị trí thứ hai

Kết thúc quá trình đào, tay gầu nằm ngang, cân nghiêng góc -18⁰, lực tác dụng nên xi lanh tay gầu là lớn nhất P_xt.

*  Lực tác dụng lên bộ công tác.

Lực tác dụng lên xi lanh tay gầu:     P_xt  =  464,75    KN

Lực cản đào                                 :    P₀₁  =   117,98  KN

Lực ngang K đặt ở răng gầu        :    K   =  10,8   KN

Các trọng lượng G_g=13,5 KN , G_c=24 KN , G_t=12 KN

* Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng

M_x = Z₀.r_z  -  G_c . r_c + P_xt .e - Y₀.r_y

Do vậy:

M_x = 189,44.3,2 - 24.0,3 + 464,75.0,6 - 257,6.1,5 = 491,46   KNm

* Mô men uốn trong mặt phẳng nằm ngang.

M_y  =  K .  r_k

Với  :

r_k : Khoảng cách từ lực K đến mặt cắt nguy hiểm (n  - n )

r­_z = 1,06+3,26 - (5,7 - 2,14) = 0,76 (m)

Vậy M_y = 10,8. 0,76 = 8,2 KNm

* Mô men xoắn

M_Z = K.r^’_k

Với :

r^,_k  = r_z .sin48⁰ = 3,2.sin48⁰ =2,37 m

Vậy M_z = 10,8.2,37 = 25,68 KNm

XIII. Tính bền chốt

Trong quá trình làm việc, chốt chịu mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đướng do trọng lượng bộ công tác. tính bền chốt ta tính trong trường hợp chịu tải trọng lớn nhất:

* Tải trọng trong mặt phẳng đứng

P = Z₀ = G_t + P0₂ + G_g+đ

Vậy:

P = Z₀ = G_t + P0₂ + Gg+đ = 12 + 59 + 30,1 = 101,1   (KN)

* Chọn vật liệu chốt

Đối với chốt máy đào nói chung và chốt của giữa cần và tay gầu nói riêng thì vật liệu chế tạo chốt thì ta dùng thép CT3 có s_b = 160 (MPa)

* Điều kiện bền

Ta thấy s = 18,96 MPa  < [s] =160   MPa

Đảm bảo điều kiện bền.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Máy Thuỷ Lợi - Trường đại học Thuỷ Lợi.

Vũ Văn Thinh - Vũ Minh Khương - Nguyễn Đăng Cường.

2. Máy Làm Đất - Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp.

3. Máy xúc một gầu vạn năng - Nhà xuất bản công nhân kỹ thuật

Hà Nội - Việt Nam.

Người dịch : Nguyễn Văn Trọng - Nguyễn Xuân Chính.

4.Thuỷ lực và máy thuỷ lực - Trường đại học Bách Khoa.

Nguyễn Hữu Ái

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"