TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

Thiết kế môn học Máy làm đất

Thiết kế môn học: MÁY LÀM ĐẤT

Đề Bài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU
THUẬN TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1) Máy làm đất – Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngũ, Lưu Bá Thuận.
2) Tính toán máy thi công đất- Lưu Bá Thuận

1


Thiết kế môn học Máy làm đất

2


Thiết kế môn học Máy làm đất

TRÌNH TỰ THỰC HIỆN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY THIẾT KẾ
I.1 công dụng, phân loại máy thiết kế.
I.2 cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy.
I.3 phân tích và chọn phương án thiết kế.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHUNG
II.1 xác đònh các thông số cơ bản của máy và các bộ phận chính
của máy.
II.2 tính toán cân bằng bàn quay và xác đònh trọng lượng đối trọng
của máy

II.3 tính ổn đònh và năng suất của máy.
II.4 tính các lực cản tác dụng lên cơ cấu di chuyển và công suất
của máy.
II.5 tính toán cơ cấu quay của máy
CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
LÀM VIỆC:
III.1 xác đònh lực tác dụng và công suất tiêu hao trong cơ cấu điều
khiển gầu
III.2 xác đònh lực tác dụng và công suất tiêu hao trong cơ cấu điều
khiển tay gầu.
III.3 xác đònh lực tác dụng và công suất tiêu hao trong cơ cấu điều
khiển cần.
III.4 tính chọn bơm thủy lực và xi lanh điều khiển các cơ cấu
CHƯƠNG IV: TÍNH SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH
CỦA MÁY

IV.1 tính sức bền và thiết kế tay gầu.
IV.2 tính sức bền và thiết kế cần máy.
IV.3 tính sức bền và thiết kế gầu.
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN CHUNG

3


Thiết kế môn học Máy làm đất
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN TRUYỀN
ĐỘNG THỦY LỰC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY XÚC GẦU THUẬN.
I.1 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LỌAI MÁY XÚC MỘT GẦU GẦU THUẬN DẪN ĐỘNG
THỦY LỰC.

1. Công dụng.
Máy xúc một gầu chủ yếu được dùng để đào khai thát đất, cát phục vụ công
nghiệp xây dựng cơ sở hạ tầng trong các lónh vực: xây dựng dân dụng và công
nghiệp, khai thát mỏ, xây dựng thủy lợi, xây dựng cầu đường… cụ thể nó có thể
phục vụ cho các công trình sau:
+) trong xây dựng dân dụng và công nghiệp: đào hố móng, đào rãnh thoát
nước, đào rãnh để lắp đặt các đường ống thoát nước, đường điện ngầm, điện
thoại, bốc xúc vật liệu ở các bãi, kho chứa vật liệu. Ngoài ra có lúc nó làm
việc thay cho cần trục khi lắp các ống thoát nước hoặc thay các búa đóng cọc
để thi công móng cọc, phục vụ cho thi công cọc nhồi…
+) trong xây dựng thủy lợi: đào kênh mương, nạo vét sông ngòi, bến cản, ao,
hồ, khai thát đất để đắp đập, đắp đê…
+) trong xây dựng cầu đường: đào móng, khai thát đất, cát để đắp đường, nạo
bạt sường đồi để tạo taluy khi thi công các sườn núi.
+) trong khai thác mỏ: bóc lớp đất tẩm thực vật phía trên bề mặt đất, khai thác
mỏ lộ thiên (than, đất sét, cao lanh, đá sau nổ mìn…)
+) trong lónh vực khai thác: nhào lộn vật liệu trong các nhà máy hóa chất(phân
lân, cao su…) khai thát đất cho các nhà máy gạch sứ, tiếp liệu cho các trạm trộn
bêtông, bêtông at phan… bốc xếp vật liệu trong các ga tàu, bến cản, khai thác
sỏi, cát ở các dòng sông.
Ngoài ra máy cơ sở của máy xúc một gầu còn có thể lắp các thiết bò thi công
khác như: cần trục, búa đóng cọc, thiết bò bấc thấm…
2. phân loại máy xúc một gầu.
a. phân loại theo dạng thiết bò làm việc
+) máy xúc gầu thuận (gầu ngửa): loại máy này làm việc ở nơi cao hơn mặt
bằng máy đứng.
+) máy xúc gầu nghòch (gầu sấp): loại máy nầy thường làm việc ở nơi thấp hơn
mặt bằng đứng của máy.
+) máy xúc gầu dây (gầu quăng, gầu kéo)

+) máy xúc gầu ngoạm.
+) máy cúc gầu bào.
4


Thiết kế môn học Máy làm đất
+) mấy xúc gầu lật (máy bốc xếp)
b. phân loại theo hệ thống dẫn động của thiết bò làm việc .
+) máy xúc một gầu dẫn động cơ khí (cáp)
+) máy xúc một gầu dẫn động thủy lực.
c. phân loại theo hệ thống di chuyển
+) máy xúc một gầu di chuyển bằng bánh lốp
+) máy xúc một gầu di chuyển bằng bánh xích
+) máy xúc một gầu di chuyển bằng bánh sắt di chuyển trên ray
+) máy xúc một gầu di chuyển bằng phao
+) máy xúc một gầu di chuyển tự bước.
d. phân loại theo động cơ trang bò trên máy.
+) máy xúc một gầu trang bò một động cơ(dẫn động chung)
+) máy xúc một gầu trang bò nhiều động cơ cùng loại (dẫn động riêng)
+) máy xúc một gầu trang bò tổ hợp: động cơ điezel – máy phát – động cơ điện.
e. phân loại theo dung tích gầu xúc.
+) máy xúc một gầu cở nhỏ : loại máy có dung tích gầu q<1 m3
+) máy xúc một gầu cở trung bình: loại máy có dung tich q = 1 ÷ 2 m 3
+) máy xúc môt gầu cở lớn: là loại máy có dung tích gầu q > 2 m 3
f. phân loại theo cơ cấu quay.
+) máy xúc một gầu quay tòan vòng.
+) náy xúc một gầu quay không toàn vòng.
I.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY.
1. cấu tạo.

5


Thiết kế môn học Máy làm đất

1) cơ cấu di chuyển
2) bàn quay
3) đối trọng
4) buồng máy
5) ca bin
6) cần
7) xi lanh tay cần
8) tay cần
9) xi lanh xoay gầu
10) thanh đẩy
11) gầu
12) xi lanh nâng cần
2. nguyên lý làm việc.
a. đặc điểm của máy xúc một gầu gầu thuận dẫn động bằng thủy lực.
+) máy thường làm việc ở nền cao hơn mặt bằng đứng của máy.
+) đất được xả qua miệng gầu.
+) máy làm việc trên từng chu kỳ và trên từng chổ đứng.
b. nguyên lý làm việc.
May đến vị trí làm việc ,hạ gầu và đưa về vị trí xát máy tiếp xúc với nền đất (vị
trí 1).Cho gầu chuyển động từ vị trí 1,2 , 3.Nhờ xi lanh 9 hoặc kết hợp với xi lanh
4 .Gầu tiến hành cắt đất và tích đất vào gầu.Ddến vị trí 3 coi như gầu đã đầy đất
và kết thúc q trình cắt đất .Đua gầu ra khỏi tầng đào nhờ xi lanh 4.Quay máy

6

Thiết kế môn học Máy làm đất
về vị trí xả đất nhờ cơ cấu quay 2.đất có thể xả trực tiếp hoặc xả vào thiết bị vận
chuyển .Đất đc xả ra qua miệng gầu nhờ xi lanh 6 .Quay về vị trí làm việc tiếp
theo vời 1 chu kì hồn tồn tương tự.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHUNG
II.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY VÀ CÁC BỘ PHẬN
CHÍNH CỦA MÁY.

a. Các thông số cơ bản của máy đào một gầu truyền động thủy lực gồm có:
+) dung tích gầu: q = 0,3m3
+) trọng lượng máy G = (15÷31)q = 9 tấn
+) công suất máy N =
+) thông số về tốc độ
vận tốc di chuyển của máy v = 4 m/s
tốc độ nâng gầu: vn = 0,5 m/s
+) thời gian chu kỳ làm việc của máy tck = 15 s
+) các kích thước cơ bản của máy:
chiều cao buồng máy: 1,25 m
bán kính thành sau võ máy: r = 0,9 m
chiều cao khớp chân cần: hc = 0,5m
+)hệ số kích thước bộ phận công tác
chiều dài cần: lc = 1,8 m
chiều dài tay cần : ltc = 1,5 m
chiều cao đất đổ: hđđ = 1,5 m
chiều cao xúc: hx = 2,05 m
bán kính đổ đất: Rđđ = 2,25 m
+) lực trong các cơ cấu:Sn = (20÷8)q = 6 tấn
+) lực cản đào của đất tại răng gầu: P1 = (6,7÷6,5).q =2 tấn

b. trọng lượng các bộ phận chính của máy
trọng lượng các bộ phận chính trong máy có quan hệ với trọng lượng chung
của máy theo công thức:
Gi = ki.G
Trong đó :
ki hệ số tỉ lệ giữa trọng lượng của các bộ phận Gi và trọng lượng chung
của máy G. (xem bảng tra bảng 2-1 trang 58)
+) trọng lượng gầu của máy đào gầu thuận và ngược phụ thuộc vào dung tích
gầu theo công thức:
Gg = kg.q
Trong đó: q: dung tích gầu q= 0,3 m3
7


Thiết kế môn học Máy làm đất
Kg = 1 (đất trung bình)
⇒ Gg = 0,36 tấn
+) trọng lượng cần của máy đào gầu thuan :
Gc = (0,07÷0,008).G
= 0,7 tấn
+)trọng lượng tay cần của máy đào gầu nghòch
Gtc = (0,03÷0,04)G =0,3tấn
=)trọng lượng bàn quay
Gb =(0,4÷0,48)G =(0,4÷0.48)9=4,32 tấn
+)trọng lượng động cơ chính
Gđc =0,54 tan
+)trọng lượng thiết bò tựa quay
Gtq =0,09 tấn
Trong đó: Gd trọng lượng đất ở trong gầu được được xác đònh dựa vào dung
tích của gầu:

k

d
Gd = q. k .ρ
t

1,2

= 0,3. 1,24 .18 =5,1 tấn
Trong đó: q: dung tích hình học của gầu q = 0,9 m3
kđ :hệ số làm đầy gầu, tra theo bảng(2-3) kđ = 1,2 (trang 133)
kt: hệ số tơi của đất,chọn theo bảng 1-5, kt = 1,24 (trang 15)
ρ : trọng lượng riêng của đất, chọn theo bảng 1-5, ρ = 18 KN/m3
c. xác đònh các kích thước cơ bản của máy đào 1 gầu
Các kích thước cơ bản của máy đào một gầu và của các bộ phận chính của máy
có thể được xác đònh dựa vào dung tích gầu, theo công thức:
li =kq. 3 q (m)
Trong đó: li: các thông số kích thứơc, (tra bảng 2-2)
q: dung tích gầu (m3)
kq: hệ số tỷ lệ giữa kích thước bản thân máy và các bội phận chính
của máy với gầu được chọn theo bảng 2-2
8


Thiết kế môn học Máy làm đất

Rd

Rx

02

03

rc

Gt

O1

hx

Hx

Hd

Gc
Gg+d

Lo

+) bán kính đào lớn nhất: Rđ = 9,12. 3 0,3 =6,2 (m)
+) bán kính xả đất lớn nhất: Rx = 7,96. 3 0,3 = 5,33 (m)
+) chiều cao đào lớn nhất: Hđ = 7,75 3 0,3 . = 5,18 (m)
+) chiều cao xả đất lớn nhất: Hx = 5,35.

3

0,3 = 3,58(m)

+) chiều dài cần máy: Lc = 6,88.

3

+) chiều dài tay gầu: Lt = 5,00.

0,3 =2,8 (m)

3

0,3 =3,92(m)

+) tầm với lớn nhất của gầu: Rmax = 6,09.

3

0,3 = 4,07(m)

+) khoảng cách từ trục quay của máy đến chốt chân cần: r c = 1,22.
0,5(m)ss
+) chiều cao của cơ cấu di chuyển xích: hx = 0,894. 3 0,3 = 0,59(m)
+) khoảng cách đường tâm dọc của hai xích: b = 2,94.

3

3

0,3 =

0,3 = 1,97 (m)

+) chiều dài bề mặt tựa của xích: L0 = 3,24. 3 0,3 = 2,17 (m)
+) kích thước của gầu:
chiều dài gầu: lg = 1,26. 3 0,3 =0,87 (m)
chiều rộng gầu: bg = 1,05. 3 0,3 =0,8 (m)
+) chiều sâu cắt lớn nhất của mỗi lần cắt đất: cmax = 0,56. 3 0,3 =0,37 (m)
II.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG BÀN QUAY VÀ XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯNG ĐỐI
TRỌNG CỦA MÁY

1. xác đònh trọng lượng đối trọng của máy đào một gầu gầu thuận:

9


Thiết kế môn học Máy làm đất
Đối trọng dùng trong máy đào một gầu có tác dụng giữ cân bằng cho bàn
quay. Trọng lượng của đối trọng được xác đònh ở hai trạng thái vò trí giới hạn
của gầu: khi gầu ở gần máy nhất và khi gầu ở xa máy nhất trong quá trình làm
việc.
Bằng phương pháp thiết lập phương trình cân bằng mômen của các lực đối
với điểm tựa phía trước hoặc phía sau của vòng tựa quay hoặc bằng phương
pháp họa đồ lực, ta có thể xác đònh trọng lượng của đối trọng của máy ở hai
trạng thái nêu trên.
Đối với máy đào gầu thuận trọng lượng đối trọng cũng được xác đònh ở hai vò
trí, nhưng ngược lại với máy đào gầu thuận.
+) khi gầu ở gần máy nhất và tựa trên mặt đất ,chuổn bị đào,do đó khi tính tốn cho
phép bỏ qua trọng lượng tay gầu và gầu ,trong gầu chưa có đất ,cần nghiêng 1 goc
lớn nhất =60 so với phương ngang ta sẽ nhận đc trọng lượng đối trong Gmin.
+) vò trí thứ hai: khi tay gầu ở vị trí xa nhất tay gầu ở vị trí nằm ngang ,gầu
0

0
chứa đầy đất ,cần nghiêng 1 góc α min = 30 − 40 so với phương ngangta sẽ nhận đc
trọng lượng đối trọng lớn nhất Gmax.
+trọng lượng hợp lý của đối trọng đối với máy đào gầu thuận đc chọn nàm trong giới
hạn Gmin và Gmax
II.3 TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ NĂNG SUẤT CỦA MÁY.
2.3a. tính ổn đònh của máy xúc gầu thuận:
Độ ổn đònh của máy xúc gầu ngược khi làm việc được kiểm tra ở 2 trường hợp :
Máy đang làm việc và máy di chuyenr trên đường .
Ngun tắc chung để tính máy đào 1 gầu .:xác định mơ men chóng lật hay mơmen giữ
cho Mý ổn định Mo và momen laytj máy M1 do các lực tác dụng lên máy gây ra ,tỷ số
giữa gia trị của 2 mơmen này đc gọi là hệ số ổn định Kod phỉa ln thỏa mãn điề kiện
1,0 < K od =

M0
< 1,4
M1

Nếu Kod >1,4 thì máy sễ có kích thước và trọng lượng lớn lãng phí ngfuyeen vật
liệu ,giá thành cao.
a. máy đang làm việc bình thường ở cuối giai đoạn đào đất:

10


Thiết kế môn học Máy làm đất

Rd
P1
02

03

rc

d =5,18

Gt
Gc
Gg+d

O1

G3

Điều kiện ổn đònh là:
+) máy nằm ngang trên xích, phương của cần vuông góc với phương di
chuyển của máy.
+) máy làm việc trên mặt phẳng ngang.
+ tay gầu vươn xa nhất và gần như nằm ngang ,gầu vẫn đang cắt đất và chiều dày
lớp cát đât là lớn nhất và chịu lực cản đào tiếp tuyến của đât P1
Máy có xu thế lật quanh cạnh lật đi qua điểm A.
Hệ số ổn đònh trong trường hợp nầy phải thỏa mãn điều kiện:
kc =

MO
≥ 1,1
ML

Trong đó: M0: mô men ổn đònh, được xác đònh theo công thức:

M0 = G1.r1 + G2.r2 + G3.r3
= 5,4.3,6+5,8.2,8+1,98.1,1=37,858
ML: mômen lật máy, được xác đònh theo công thức:
ML = Gc.rc + Gt.rt + Gg+d.rg + P1.rp
đây:
= 0,7.0,7+0,3.2,6+5,1.4,8+1,33.5,2=32,676
G1, G2, G3: lần lượt là trọng lượng đối trọng, trọng lượng bàn quay, và các
cơ cấu trên bàn quay, trọng lượng khung dưới và cơ cấu di chuyển.
R1, r2, r3 – lần lượt là cánh tay đòn tương ứng của các lực G 1, G2, G3 so với
cạnh lật đi qua điểm A.

11


Thiết kế môn học Máy làm đất
Gc, Gt, Gg – trọng lượng cần máy, trọng lượng tay cần và trọng lượng
gầu.
P1: lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất do chướng ngại vật gây ra tại răng gầu,
được xác đònh theo công thức: P1 =kb hmax
=133 KN
2
Trong đó:k =0,35 KN / cm lực cản đào riêng hay hệ số lực cản đào ,KN/cm2 đc chọn
theo bảng (1-3) , b chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu(cm). Hmax là chiều dày
lớn nhất của pho cắt (cm)
Chìu dày lớn nhất của phơi cát đc xác định theo cơng thức
hmax =

q
10 6.0,3
=

= 5,67cm
bH d k t 80.518.1,3

Trong đó : q=0,3 m 3 là dung tich hình học của gầu
b=80cm- chieu rộng cắt lấy bằng chìu rộng gầu.
Hd=5,18m chìu cao đào lớn nhất
xác định theo hệ số kq trong bang(2-2)
Kt=1,3- hệ số tời của đất
B1,b2,b3,b4 là cánh tay đòn
b. máy đào gầu thuận đang dào đất ,răng gầu gặp chướng ngại vật:
Điều kiện để tính ổn đònh:
+) máy nằm ngang trên xích
+) cần có góc nghiêng so với phương ngang α = 45 0
+) máy làm việc trên mặt phẳng ngang.
+)răng gầu gặp chướng ngại vật và chịu lực cản đào lớn nhất Pd có kể đến tải trọng
động do chướng ngại vật sinh ra
Pd =P1. Kd=6.1,5=9
Trong đó: kd hệ số tải trọng động (kd=1,3-1,5)
P1 lực cản dào đc xác định từ phương trình cân bằng mơmen với khớp O1
ở chân cần cảu các lực tác dụng lên hệ cần –tay gầu và gầu
Gầu vần chưa đc tich dất hoặc nếu có thì đất trong gầu khơng đáng kể
Lực quay gầu đạt giá trị lớn nhất để đẩy gầu vượt qua chướng ngại vật
Máy có xu thế lật quanh cạnh lật đi qua điểm A.

12


rd

Thiết kế môn học Máy làm đất

02

03

Gt

Gc

Pd

O1
Gg

hx
rc
rt
rg

G2

G3

G1

r3
r2
r1

Hệ số ổn đònh trong trượng hợp nầy phải đảm bảo điều kiện:trong trường hợp

này giá trị mơmen ổn định vẫn đc xác định giống như trường hợp trên :
k2 =

M0
≥ 1,1
M ,L

M0 = G1.r1 + G2.r2 + G3.r3
ML = Gc.rc + Gt.rt + Gg.rg + Pd.rp
= 0,7.0,7+0,3.2,75+0,36.4,6+9.2,9
Trong đó: =29,07
Mo, ML - Được xác đònh như trường hợp trên nhưng công thức tính
mômen lật phải kể tới trọng lượng đất ở trong gầu.
2.3b.trường hợp máy đào đang di chuyển
a. khi máy di chuyển lên dốc:

13


Thiết kế môn học Máy làm đất

Pg

B

h

G

a

điều kiện đêt tỉnh ổn định:
-cần máy ,tay gầu và gầu quay về phía trước may
-góc nghiêng của cần là lớn nhất
-gầu ở vị trí thấp nhất và sát với máy
-lực gió Pg thổi ngược chìu với chiều di chuyển của máy
-góc dốc mặt đường lớn nhât có thể max
Hệ số ổn định trong trường hợp này phải thả mãn điều kiện
M
k 01 = 0 ≥ 1,2
ML
Trong đó :
M0 mơmen ổn định của máy đào
Mo=G(a.cos α max − h sin α max )
= 9000(1,085.cos12-1,7.sin12)=9256 N
M L mơmen gây lật máy quanh điểm B do lực gió gây ra
M L =Pg.hg = p.F.hg=250.6.3=4500 N
Trong đó:
G là trọng lượng máy, p là áp suất của gió p=250N/m2, F=5 m 2 là diện tích chắn gió của
máy(m2)

b.khi di chuyển xuống dốc:

14


Thiết kế môn học Máy làm đất

Pg

2

Gc

2
0,53

1,2

G3

hx

Gt

03

G1

0,8

02

1,5

G2
O1

0,25

1,06

Gg

3,52

1.085

2,7
3,4

12°

5,3

điều kiện để máy di chuyển xuống dốc là
-cần,tay gầu,gầu ở phía trước máy
-góc nghêng của cần là nhỏ nhất
-tay gầu và gầu vươn ra xa nhất
-lực gió Pg thổi cùng chìu di chuyển và có phương song song với phương di chuyển của
máy:- góc dốc của đường có thể là lớn nhất
Máy có xu hướng lật quanh diểm tựa phía trước của xích di chuyển (Điểm A)
Hệ số ổn định của máy trong TH này phải thỏa mãn điền kiện
M
k 02 = 0 ≥ 1.05
ML
G1 (r1 − h1tgα ) + G2 (r2 − h2 tgα ) + G3 (r3 − h3tgα )
k 02 =
Gc (c1 + h4 tgα ) + Gt (c2 + h5tgα ) + G g (c3 + h6 tgα ) + Pg hg
5,4(3,4 − 0,8.tg12) + 5,8(2,7 − 1,5tg12) + 1,98(1,085 − 0,53tg12)

0,7(1,06 + 2tg12) + 0,3(3,52 + 1,2tg12) + 0,36(5,3 + 0,25tg12) + 0,256.2
33
=
=2
15
Trong đó
α = 12 0 góc nghiêng của mặt đuong so với phương ngang
Mo momen ổn định do các thành phần trọng lượng G1,G2,G3 gây ra so với điểm lật A
M L mơmen lật do các thành phần trọng lượng Gc, Gt,Gg và lực gió Pg thổi ngược chìu
di chuyển của máy gây ra
=

15


Thiết kế môn học Máy làm đất
2.4. tính toán năng suất của máy xúc một gầu gầu ngược truyền động thủy
lực.
Năng suất của máy xúc một gầu cơ bản phụ thuộc vào dung tích gầu và thời
gian làm việc trong 1 chu kỳ của máy.
a. năng suất lý thuyết của máy xúc một gầu:
Qlt =

3600.q
Tck

trong đó:
q: dung tích hình học của gầu, q = 0,3 m3.
Tck: thời gian một chu kỳ làm việc của máy, Tck = 15 (s).
⇒ Qlt =

3
3600.0,3
= 72(m )
h
15

b. năng suất kỹ thuật của máy xúc một gầu:
Qkt =

3600.q k d m 3
. (
)
h
Tck
kt

trong đó:
kđ : hệ số đầy gầu, kđ = 1,2.
Kt : hệ số tơi của đất, Kt = 1,24.
⇒ Qlt =

3
3600.0,3 1,2
.
= 70(m )
h
15
1,24

c. năng suất thực tế của máy xúc một gầu:
Qkt =

3
3600.q k d
. .k tg (m )
h
Tck
kt

trong đó:
ktg : hệ số sử dụng thời gian, k tg = 18 (s). (tra bảng 2.III.3 trang
118, sách máy làm đất – phạm hữu đỗng, hoa văn ngũ, lưu bá thuận).
2.5 tính các lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển và công suất của máy.
tính toán các lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển.
Muốn di chuyển được khi làm việc, máy làm đất có cơ cấu di chuyển bánh
xích cần phải thỏa mãn các điều kiện sau:
W ≤ Pk < Pb. (công thức 2-30 trang 75 sách tính toán máy thi công đất – lưu
bá thuận)
Trong đó:
W: tổng các lực cản tác dụng lên cơ cấu di chuyển bánh xích.
Pk : lực kéo tiếp tuyến của máy.
Pb : lực bám cơ cấu di chuyển với mặt đất.
Ta đi xác đònh các lực:

xác đònh tổng các lực cản di chuyển của máy đào bánh xích (W).
16


Thiết kế môn học Máy làm đất

tổng lực cản được xác đònh theo công thức:
W = W1 + W2 + W3 + W4
Trong đó:
W1 : lực cản do nội ma sát trong các bộ phận của cơ cấu di chuyển
W2 : lực cản lăn do biến dạng của nền đất
W3 : lực cản do độ dốc của nền đất.
W4 : lực cản do việc quay vòng máy đào.
Với các lực cản trên được xác đònh như sau:
a)lực cản do nội ma sát trong các bộ phận của cơ cấu di chuyển.
Để đơn giản, ta có thể xác đònh một cách gần đúng lực cản W 1 theo công
thức kinh nghiệm:
W1 = (0,05÷0,09)Gm.
Trong đó:
Gm : trọng lượng máy truyền xuống hai dãi xích. Gm = 9(tấn)
⇒ W1 = (0,05 ÷ 0,09).9 = 0.63 (tấn)
b)lực cản lăn W2 được xác đònh theo công thức:
W2 = f.Gm.cos α
Trong đó:
Gm : trọng lượng máy, Gm = 9tấn.
F: hệ số cản lăn, phụ thuộc vào biến dạng nền đất. Với cơ cấu di
chuyển bánh xích, thường f = 0,06÷0,15.
α : góc nghiêng của mặt nền đất nơi máy làm việc so với phương ngang,
α = 120
⇒ W2 = 0,15.9. cos12 = 1,5(T )

c)lực cản do độ dốc của nền đất:
W3 = Gm . sin α
= 9. sin12 = 2(tấn)
d)lực cản do việc quay vòng máy đào:

để xác đònh chính xác lực cản quay vòng W 4 được đơn giản hơn, ta có thể
xác đònh một cách gần đúng lực cản quay vòng W 4, dựa vào lực cản lăn
hoặc trọng lượng máy và theo công thức kinh nghiệm sau:
W4 = (0,5÷0,7).W2 = 0,3. Gm.
= 0,3.9 = 2,7. tấn
⇒ W = 0,636 + 1,5+ 2 + 2,7 = 6,836 Tấn
2.5.2xác đònh lực bám cơ cấu di chuyển với mặt đất.(P b)
với máy đào di chuyển bằng bánh xích:
Pb = ϕ .Gb.cos α = ϕ .Gm.cos α

17


Thiết kế môn học Máy làm đất
Trong đó:
ϕ : Hệ số bám của cơ cấu di chuyển bánh xích, tra bảng (1-12) trang 42
sách tính toán máy thi công đất ta chọn ϕ = 0,7
Gm, Gb : trọng lượng chung và trọng lượng bám của máy. Gm = 8 tấn
α : góc nghiêng của nền đất nơi máy làm việc so với phương ngang,
α = 120
vậy Pb = 0,7.25.cos12 = 17,1 tấn
Vậy theo điều kiện để máy làm việc được thì :
W = 15,06 (tấn) ≤ Pk < Pb = 17,1 (tấn)
Vậy ta chọn Pk = 16 tấn.
1. công suất cần thiết của cơ cấu di chuyển.
N dc =

W .v
1000.η

(Kw)

trong đó:
W: tổng các lực cản di chuyển của máy, W = 6270 (N)
V: vận tốc di chuyển của máy, v = 3 m/s
η : hiệu suất truyền động từ động cơ đến cơ cấu di chuyển, thường
η = 0,8÷0,85
⇒ N dc =

6270.3
= 22
1000.0,85

(Kw).

Trong đó:
18


Thiết kế môn học Máy làm đất
W: tổng các lực cản di chuyển của máy, W = 6270 (N)
V: vận tốc di chuyển của máy, v = 3 m/s
η : hiệu suất truyền động từ động cơ đến cơ cấu di chuyển, thường
η = 0,8÷0,85

II.5 TÍNH TOÁN CƠ CẤU QUAY CỦA MÁY.
1. xác đònh tải trọng tác dụng lên thiết bò tựa quay.
Điều kiện tính toán.
+) Tại vò trí kết thúc giai đoạn đào và tích đất, gầu đã chưá đầy đất.
+) Xi lanh nâng cần làm việc để nâng thiết bò làm việc và gầu đầy đất thoát

khỏi tầng đào.
+) Bắt đầu quay máy đến vò trí đổ đất.
+) Máy làm việc trên bề mặt nghiêng so với phương ngang một góc α .
Với điều kiện làm việc như vậy thiết bò tựa quay của cơ cấu quay ở các loại
máy đào một gầu vạn năng thường chiệu các tải trọng sau:
+) Mô men trong mặt phẳng thẳng đứng M đ, mômen này do các tải trọng
nằm trong mặt phẳng đứng gây ra so với tâm quay của máy. Gồm các lực:
Gđ, Gb, Gc, Gt, Gg+đ, Pq, Pg,
+) Tổng tải trọng theo phương thẳng đứng Rz.
+) Tổng tải trọng hướng vào tâm vòng tựa quay theo phương ngang R x.
2. Xác đònh mômen cản quay.
Mômen cản quay được xác đònh theo công thức tổng quát :
M cq = M1 + M2 + M3 + M4
Trong đó:
M1: mômen cản do lực ma sát sinh ra.
M2: mômen cản do lực quán tính gây ra.
M3: mômen cản do tải trọng gió gây ra.
M4: mômen cản do độ dốc của mặt đất nơi máy đang làm việc.
Các mômen trên được xác đònh như sau:
+) Xác đònh mômen cản do lực ma sát sinh ra(M1).
M1 = Mms = 0,01.

Q.R
.( µ .d 1 + 2. f )
d

(daN.m)

Công thức nầy được tính trong trường hợp con lăn tỳ cố đònh vào bàn quay.
Trong đó:

Q: tải trọng tác dụng vào vòng tựa quay, Q = 500 (daN)
R: bán kính trung bình của vòng tựa quay (cm), R = 35 (cm).

19


Thiết kế môn học Máy làm đất
(chọn theo bảng 1-15 trang 50 sách tính toán máy thi công đất)
d: đường kính con lăn tỳ, d = 20 (cm).
d1 : đường kính trục con lăn tỳ, d1 = 10 (cm).
µ : hệ số ma sát, µ = 0,06
f: hệ số ma sát lăn của con lăn trên vòng tựa quay, f = 0,05÷0,1
cm, ta chọn f = 0,06.
⇒ M1 = Mms = 0,01.

500.35
.( 0,06.10 + 2.0,06) = 6,3
20

(daN.m)

+) Xác đònh mômen cản quay do lực cản của gió.
Mômen cản do gió được tính gần đúng theo công thức:
M g = 0,0014∑ Fi ρ i3 .n 2
(daN.m)
Trong đó:
Fi : tổng các diện tích bề mặt chắn gió của bộ phận khi quay,
Fi = 8(m2).
ρ1 : khoảng cách từ trọng tâm của bề mặt chiệu gió đến tâm quay của
máy. ρ1 = 2,5 (m).

n : số vòng quay của bàn quay trong một phút, n = (5÷7) (v/phut).
⇒ M g = 0,0014∑ 8.2,5 3 .5 2 = 4,375
(daN.m).
+) Xác đònh mômen cản quay do lực quán tính gây ra.
mômen cản quay do lực quán tính gây ra được xác đònh theo công thức gần
đúng sau:
ε
M qt = .∑ Gi .ri
(daN.m). (công thức 2.III.61 trang 105 sách
g

i =1

máy làm đất – phạm hữu đỗng)
Trong đó:
ε - gia tốc góc khi khởi động(hãm):
2.π .n 2.3,14.5
ε=
=
= 0,523 rad/s2.
60

60

g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)
Gi ,ri : trọng lượng và bán kính phần tử quay tương ứng thứ I ( daN).
Gi bao gồm:
+) Gg :trọng lượng của gầu xúc, Gg = 0,9tấn,
rg = 5 (m)
+) Gc :trọng lượng cần của máy đào gầu nghòch : Gc = 0,405 tấn,

rtc = 3 (m)
+) trọng lượng tay cần của máy đào gầu nghòch : Gtc = 0,036 (tấn).
20


Thiết kế môn học Máy làm đất
Rtc = 3 (m)
+) trọng lượng bàn quay và các cơ cấu trên bàn quay: Gb = 0,36 (tấn).
rb = 0,2 (m)
+) trọng lượng động cơ chính : Gđc = 0,009 (tấn)
rđc = 0,3 (m)
+) trọng lượng đối trọng : Gđt = 2,5 (tấn)
rg = 1,5 (m)

[

]

0,523
. G g .rg + GC .rc + Gtc .rtc + Gb .rb + Gdc .rdc + Gdt .rdt
9,81
0,523
=
.[ 0,9.5 + 0,405.3 + 0,036.3 + 0,36.0,2 + 0,09.3 + 2,5.1,5]
9,81
= 0,52(T .m)
M qt =

III. TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ LÀM VIỆC.
Để điều khiển thiết bò làm việc của máy đào một gầu, người ta thường sử dụng

hai phương pháp truyền động là truyền động bằng cơ khí và truyền động bằng
thủy lực. Trong đó, truyền động bằng thủy lực có kết cấu gọn, nhẹ, hình thức
đẹp,, truyền lực êm, dể dàng đảo chiều chuyên động và có rhể điều chỉnh vô
cấp tốc độ của bộ phận làm việc, không phụ thuộc vào tải trọng ngoài, chăm
sóc và bảo quảng dể dàng và đơn giản.
Nhờ có những ưu điểm đó nên truyền động thủy lực đã và đang được sử dụng
rộng rãi trên máy đào một gầu. Đặt biệt là máy đào dùng trong xây dựng.
Trong tương lai truyền động thủy lực sẽ thay thế cho truyền động cơ khí.
III.1. xác đònh lực tác dụng và công suất tiêu hao trong cơ cấu điều khiển
gầu.

21


Thiết kế môn học Máy làm đất

hmax

Pg

O3

P1 5

4

I

II

3

2
Gg+d

1

P1

Lực đẩy trong xi lanh quay gầu Pg trong khi đào đất sx tăng từ vị trí I dến vị trí II
của gầu và sẽ đạt già trị lớn nất tại cuối q trình đào đất và tích đát
(tương ứng với vị trí II).Răng gầu cắt đát với chìu dày phơi cắt là lớn nhất
và ở vị trí có cùng độ cao với khớp O3 lúc này gầu đã đc tích đầy đất.
Trong trường hợp này ta cũng xem như cần và tay gầu có định nghĩa là
các xi lanh nâng cần và quay tay gầu khơng làm việc
Để xác định lực đẩy của xi lanh quay gầu Pg

∑M

O3

⇒ Pg =

= 0 → Pg .r1 − P1 .r2 − G g + d .r3 = 0
P1 .r2 + G g + d .r3
r1

=

1,3.0,7 + 5,1.0,3

= 8,7 tan
0,3

Trong đó;
r1 ,r2 ,r3 : cánh tay đòn của các lực đối với điểm O3.
r1 = 0,3 (m)
r2 = 0,7 (m)
r3 = 0,3 (m)
Gg+đ : trọng lượng gầu và đất trong gầu.
Gg+đ = Gg + Gđ = 36 + V. ρ = 36 + 0,3.16 = 516 (KN)
đây: ρ : trọng lượng riêng của đất, ρ = 16 KN/m3.
V: thể tích của gầu, V = 0,3 m3
Gg : trọng lượng của gầu không đất, Gg = 36 KN
P1 : lực cản đào tiếp tuyến của đất tác dụng lên răng gầu
P1 = (6,7÷6,5).q =1,33 tấn
III.2. xác đònh lực tác dụng và công suất tiêu hao trong cơ cấu điều khiển
tay gầu.
22


Thiết kế môn học Máy làm đất
Lực trong xi lanh quay tay gầu cũng đc xác định ở 2 vị trí .trước hết ta cũng xác
định Pt

ở vị trí thứ 2 .Đây là vị trí tổng qt của máy trong q trình đào đất và tích
đất vào gầu.
Điều kiện tính tốn :Tại thời điểm cuối giai đoan đào đất và tích đất vào
gầu ,tay gầu vươn ra hết ,răng gầu vẫn tiến hành cắt đất với chìu dày phơi
cắt là lớn nhất ,gầu đã đc tích đầy đất và vươn ra xa máy nhất ,gầu coi
như đc gắn cứng với tay gầu .xi lanh nâng cần khơng làm việc.

Để xác định lực Pt ta tiến hành lập phương trình cân bằng mơmen do các
lực trong hệ tay gầu và gầu gây ra với khớp O2 lien kết giữa tay gầu và
cần.

hmax
Ptmax

P1
02

03
Pg

Gt

d

Gc

∑M

O2

= 0 ⇒ Pt =

Gg+d

O1

P1 .a1 + G g + d .a 2 + Gtc .a3

a4

=

1,33.2,8 + 5,1.2,2 + 0,3.0,2
= 8,7 tan
0,5

Trong đó:
a1, a2, a3, a4 : cánh tay đòn từ các lực đến O2,
Gtc , : trọng lượng tay gầu, Gtc = 0,3 tấn , a3 = 0,2m
Gg+đ :trọng lượng gầu và đất ở trong gầu, Gg+đ = 5,1 tan, a2 = 2,2 m
P1 : lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu khi đào đất,
P1 = 1,33tấn , a1 = 2,8m
23


Thiết kế môn học Máy làm đất
+) Xác đònh chiều dày lớn nhất của phoi cắt:ta có lực cản đào tiếp tuyến tại
răng gầu, được xác đònh theo công thức:
P1 = k.b.hmax=1,33tan
q

hmax = H .b.k = 0.057 m (m)
d
t
Trong đó:
K: lực cản đào riêng hay hệ số lực cản đào, (N/cm2) được chọn theo
bảng (1 - 3)
H d - chìu cao đào lớn nhất (m) đc xác định theo cơng thức (2-42a)

b=80 cm - chìu rộng phơi cắt lấy gần đúng bằng chiều rộng gầu (m)
k t - hệ số tơi của đát chọn theo bảng (1-5)
q- là dung tích hình học của gầu ( m 3 )
III.3. Xác đònh lực tác dụng và công suất tiêu hao trong xi lanh nâng cần.
Lực trong xilanh nâng cần được xác đònh tại thời điểm kết thúc giai đoạn đào,
và tích đất vào gầu, gầu đã đầy đất, xi lanh quay tay gầu và xi lanh xoai gầu
ngừng làm việc. Lúc đó, xi lanh nâng cần vươn ra từ từ để nâng toàn bộ thiết bò
làm việc gồm cần, tay cần và gầu chứa đầy đất ra khỏi tầng đào, chuẩn bò quay
máy đến vò trí xả đất. Trong trường hợp nầy, lực trong xi lanh nâng cần P c sẽ
đạt giá trò lớn nhất.
Lực nâng cần Pc sẽ được xác đònh từ phương trình cân bằng mômen do các lực
tác dụng lên cần gây ra so với khớp chân cần – khớp O 1.

24


Thiết kế môn học Máy làm đất

Pc

03

02
Gt
Gc

Gg+d

O1

∑M

O1

=0
⇒ G g + d .b1 + Gtc .b2 + Gc .b3 − Pc .b4 = 0
⇒ Pc =

1
(G g +d .b1 + Gtc .b2 + Gc .b3 )
b4

Trong đó:
Gc : trọng lượng của cần, Gc = 0,7 (tấn) , b3 = 1,16 m
Gtc :trọng lượng của tay gầu, Gtc = 0,3 tan ,b2 = 3,2 m
Gg+đ : trọng lượng của cần gầu chứa đầy đất. Gg+đ = 5,1tan ,b1 = 5,3 m
b1 , b2, b3, b4 : cánh tay đòn tương ứng từ các lực đến khớp O1.
⇒ Pc =

1
( 5,1.5,3 + 0,3.3,2 + 0,7.1,16) = 12,5 tan
2,3

III.4 Tính chọn hệ thống truyền động thủy lực.
1) Khái niệm chung:
hiện nay hệ thống truyền động bằng thủy lực được sử dụng rộng rãi trên máy
làm đất và trong tương lai nó sẽ thay thế cho hệ thống truyền động cơ khí.
+) Phân loại truyền động thủy lực.
Có hai loại hệ thống truyền độ thủy lực:
Truyền động thủy lực thủy tónh hay còn gọi là truyền động thủy lực thể tích.

Truyền động thủy lực động.
+) Nhiệm vụ chủ yếu khi tính chọn hệ thống điều khiển bằng thủy lực:
phân tích và chọn loại hệ thống truyền động thủylực.
25