Thiết kế máy xúc một gầu loại nhỏ

Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
Thiết kế môn học Máy Làm Đất
Đề bài : Thiết kế máy xúc một gầu bánh xích loại nhỏ của Nga .
I. Đặc tính kỹ thuật của máy xúc gầu thuận , công dụng, phân
loại và lĩnh vực áp dụng của nó :
1. Máy Xúc là một loại Máy làm Đất rất phổ biến, thờng đợc sử dụng để thực hiện một
khối lợng rất lớn và điều này nói lên vai trò quan trọng của Máy xúc .
ở Việt Nam trong các công trình xây dựng công nghiệp lớn (Khu gang thép , công trình
xây dựng kiến trúc, thuỷ lợi, thuỷ điện, các công trình xây dựng giao thông ) thì Máy
Đào thờng đợc sử dụng để thực hiện các công việc nh : khai thác khoáng sản (Than đá,
kim loại ) , đào hào, đào kênh , đào đất đá phục vụ cho việc làm đ ờng , các công
trình xây dựng nhà cửa , xây dựng sân bay hay bến cảng .v.v Máy đào th ờng đợc sử
dụng nhiều , thể hiện tính tiện ích và vai trò quan trọng của nó ; và phổ biến là loại Máy
Xúc có dung tích gầu từ 1 m
3
trở xuống đợc sử dụng nhiều .
Máy Xúc trong công trình xây dựng thờng là máy vạn năng tức là nó có thể làm đợc
nhiều công việc khác nhau nh đào hào , đóng cọc , xúc đất , nhổ gốc cây , hay là trên
Máy Xúc nó có thể lắp các thiết bị thay thế (Bộ phận công tác ) khác nhau . dung tích
gầu thờng dới 1m
3
, số Máy Xúc có bộ di chuyển là bánh hơi thờng có dung tích gầu dới
0.35 m
3
và dung tích gầu lớn hơn thờng có bộ di chuyển bánh xích
Đối với Máy Xúc một gầu hiện đại thờng có hệ thống di chuyển bằng bánh xích , bánh
lốp hoặc bằng cơ cấu tự bớc đối với những Máy Xúc làm việc trên nền đất rất yếu .
Dung tích của gầu tuỳ thuộc vào đặc tính sử dụng của máy xúc . Trọng lợng củav máy
xúc một gầu từ 2 đến 45 tấn . Máy xúc có dung tích gầu nhỏ (0.15
ữ
1 m

3
) và trung bình
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
1
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
(1
ữ
3.5 m
3
) thờng là Máy xúc vạn năng và trên các máy xúc đó có thể lắp nhiều thiết bị
công tác nh : Gàu thuận , gầu nghịch , gầu ngoạm , cần trục , gầu bào , thiết bị bốc dỡ vật
liệu Các loại Máy xúc một gầu có dung tích từ 3
ữ
4 m
3
trở lên thờng để thực hiện một
công việc nhất định và chỉ lắp một kiểu thiết bị công tác hay chính nó chỉ là một loại
máy xúc chuyên dùng .
2. Máy xúc một gầu có thể phân loại theo công dụng , theo hệ thống dẫn động , theo hệ
thống di chuyển , theo khả năng quay của phần quay , theo hệ thống treo và theo kiểu
thiết bị công tác , .. Cụ thể là :
- Theo công dụng máy xúc 1 gầu có thể phân thành : Máy Xúc xây dựng , Máy Xúc
khai thác mỏ , Máy Xúc bóc vỉa , Máy Xúc đào giếng và đờng hầm .
- Theo hệ thống dẫn động : Máy Xúc đợc phân theo số động cơ và dạng truyền
động(Truyền động cơ khí , truyền động thuỷ lực ) .
- Theo khả năng quay của bộ phận quay : Máy Xúc đợc phân thành Máy Xúc quay hết
vòng và Máy Xúc quay không hết vòng .
- Theo cấu tạo của hệ thống di chuyển có Máy Xúc bánh xích , ( Xích thờng ,xích mở
rộng ) , bánh lốp , Máy Xúc lắp trên máy cơ sở tự hành hoặc lắp trên khung bệ

chuyên dùng .
- Theo hệ thống treo thiết bị công tác : Máy Xúc hệ thống treo mềm (Máy đào cáp ) và
hệ thống treo cứng (Máy Xúc thuỷ lực ) .
- Theo dạng thiết bị công tác : Máy Xúc gầu thuận , Máy Xúc gầu nghịch , Máy Xúc
gầu ngoạm , Máy Xúc gầu bào , cần trục , búa đóng cọc , Máy Xúc gầu quăng , máy
nhổ gốc cây ,
3. Máy Xúc gầu thuận có hớng di chuyển của gầu khi làm việc ra xa khỏi tâm máy th-
ờng dùng để đào đất ở mức cao hơn mặt bằng máy đứng .
Máy Xúc gầu thuận là Máy Xúc một gầu phổ biến nhất , có số lợng lớn và nhiều thể
loại .
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
2
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
Quá trình đào đất của Máy Xúc gầu thuận là cỡng bức nhờ tay gầu ấn gầu vào đất đặc
tính và trạng thái của đất loại thiết bị công tác , trạng thái lỡi cắt cũng nh tốc độ đào và
nâng gầu .

Hình I. 1 Máy Xúc gầu thuận .
1- Bộ di chuyển bánh xích ; 2-Xi lanh nâng hạ cần ; 3-Xi lanh co duỗi tay gầu ;
4- Xi lanh gầu ; 5- Gầu xúc ; 6- Tay gầu ; 7- Cần : 8 - ống khói ; 9 - Bầu le ;
10 - Chốt ngang ; 11 - Đèn chiếu sáng ; 12 - Ca bin ; 13 - Hệ thống động lực .

Trong quá trình làm việc , Máy Xúc gầu thuận thực hiện 5 thao tác cơ bản sau : Đào
đất quay gầu đầy đất đến chỗ đổ , đổ đất lên phơng tiện vận chuyển hay đổ thành từng
đống , quay gầu không tải về khoang đào và hạ gầu để đào . Trong thực tế , để giảm
thời gian một chu kỳ nâng cao năng suất của máy ,có thể thực hiện nhiều nguyên
công
Khi bắt đầu đào , gầu đợc hạ ở vị trí I (hình I ) để đào dễ dàng tay gầu nghiêng về phía
trong so với phơng thẳng một góc

=20
ữ
25
0
khi máy làm việc dọc theo xích . Muốn
đào đất nâng gầu từ vị trí I đến vị trí II bằng xi lanh tay gầu (8) đồng thời nâng , hạ cần
(1) bằng xi lanh (9) để điều chỉnh chiều dày lát cắt . Để đảm bảo chế độ làm việc và sử
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
3
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
dụng công suất của máy hợp lý , chiều dày phoi đợc thay đổi một cách hợp lý , có giá trị
nhỏ nhất ở đầu quá trình đào và lớn nhất ở cuối quá trình đào khi răng gầu nằm trên đờng
nằm ngang với tâm khớp cần và tay gàu (2) . Sau khi gàu đầy đất , nâng cần và đa cần ra
khỏi khoang đào rồi quay đợc xác dịnh theo điều kiện làm việc và có thể từ 15
0

ữ
180
0

trong cùng một khoang đào . Để đổ đất , mở đáy gàu bằng xi lanh thuỷ lực (7) hoặc quay
gàu bằng xi lanh (10) . Sau đó quay gàu về khoang đào và hạ gàu, quá trình làm việc lại
đợc tiếp tục và lặp lại nh trên .
II. Tính toán các thông số cơ bản của Máy Xúc gàu thuận :

Xuất phát từ yêu cầu , ta chọn Máy Xúc gầu thuận loại nhỏ của nga có dung tích gầu q
= 0.65 m
3

. Từ các thông số của Máy Xúc EC 650 , ta dùng tỷ số đồng dạng để tính cho
Máy Xúc có dung tích gầu q = 0.65 m
3
, các thông số chủ yếu của Máy Xúc EC 650 nh
sau :
- Công suất động cơ : N = 284 KW.
- Dung tích gầu : q = 0,65 m
3
.
- Trọng lợng toàn bộ máy G = 64.9 Tấn .
- Chiều cao của máy : H = 3600 mm .
- Chiều rộng của máy : B = 4150 mm .
- Chiều dài máy : L = 6830 mm .
- Chiều rộng của xích : b = 600 mm .
- Bán kính đào lớn nhất : R = 1310 mm .
- Chiều cao thi công lớn nhất : S = 8400 mm .
- Tốc độ di chuyển lớn nhất : V = 2.8 KM/h .
- Lực kéo lớn nhất : F = 519 KN .
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
4
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
1. Các thông số đồng dạng chính của máy :
* Hệ số đồng dạng về kích thớc : K
v
=
3
0.63
0.65
l

K =
= 0.969
* Bán kính đào lớn nhất : k
l
=
7300
7533.5
0.969
M M
T
T L
R R
R
R K
= = =
(mm).
* Chiều cao thi công của máy :
4500
4643
0.969
M
L T
T
H
K H
H
= = =
(mm).
* Chiều sâu hố đào :
1900

1960
0.969
OM OM
L OT
OT L
H H
K H
H K
= = = =
(mm).
* Chiều dài của cần :
4300
4437.5
0.969
CM CM
L CT
CT L
L L
K L
L K
= = = =
(mm) .
Chú ý các thông số tính toán khi gầu vơn xa nhất (cần nghiêng một góc 45
0
) :
+ Bán kính quay của gầu : R
gầu
= B (Bề rộng của phoi đất )
+ Bán kính quay của tay gầu : R
tg

= L
TT

+ Khối lợng của cần : m
c
= 900 kg

Trọng lợng của cần : G
c
= 9*10
3
KG .
+ Khối lợng của tay gầu : m
tg
= 450 kg

Trọng lợng của tay gầu : G
tg
= 4.5 * 10
3
KG.
+ Khối lợng của gầu : m
g
= 300 kg

Trọng lợng của gầu :G
g
= 3* 10
3
KG .

2. Tính toán các cơ cấu làm việc của thiết bị công tác Máy Xúc thuỷ lực gàu thuận
loại nhỏ :
Quá trình đào đất của Máy Xúc thuỷ lực gầu thuận có thể tiến hành theo các nguyên tắc
sau :
- Gầu và tay gầu cố định , cần chuyển động nhờ xi lanh cần
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
5
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
- Cần và gầu cố định , gầu chuyển động nhờ xi lanh tay gầu .
- Cần và tay gầu cố định , gầu chuyển động nhờ xi lanh tay gầu .
- Cần và tay gầu hoạt động đồng thời nhờ các xi lanh tơng ứng .
Ba trờng hợp sau thờng đợc sử dụng trong thực tế .
Giả sử trong thời gian đào đất , gàu chuyển động nhờ tay gàu , chiều dày lớn nhất của
phoi cắt đạt đợc khi răng gàu và khớp 0 (khớp cần và tay gàu ) nằm trên đờng nằm
ngang , vị trí II (Hình 2-1) :

* *
Max
tx
q
C
b H K
=
(m) (1)
Trong đó : q Dung tích hình học của gầu (m
3
) , q = 0.65 m
3
b Chiều rộng gầu ( m) ,

H Chiều cao đào danh nghĩa (m) .
K
tx
Hệ số tơi xốp .
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất tác dụng lên răng (hay mép gầu ) ở vị trí II đợc xác định
theo công thức của N.G.Dombrovski :
P
01
= K
1
*b*C
MaX
(2)
Trong đó : K
1
Hệ số đào cản (KG/cm
3
)
Đối với đất loại III

K
1
= 1.5
Đối với đất loại IV

K
1
= 2.5
Đối với đất loại V

K
1
= 3.5
Đối với đất loại VI

K
1
= 2.4
* Chiều rộng hố đào (B) : khi ta coi gầu là hình chữ nhật thì V = q = B
3



B =
3
3
65.0
=
q
= 0.866 ( m )
* Chiều dày phoi đất (C) : Với chiều cao đào H = 5.366 (m) .
Hệ số đầy gầu

= 1.15 (đào xốp ) .
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
6
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ

Xét một lợt đào của gầu

phoi đất đợc hình thành nh hình vẽ , ta có :
V = q = H *C
Ma
x

1
2* *
2 *
Max
B q K
C
B H
=
2*0.65
0.37
0.866*5.366
Max
C = =
(m) .



Chiều dày trung bình của phoi đất :
2
37
2
==
Max

Tb
C
C
= 18.5 (cm ) .
* Tính lực cản đào P
01
theo C
Max
:
+ Với đất loại III : P
01
= K
III
* C
Max
* B = 1.5 * 37 * 86.6 = 4806.3 (KG) .
+ Với đất loại IV : P
01
= K
IV
* C
Max
* B = 2.5 * 37 * 86.6 = 8010.5 ( KG ) .
+ Với đất loại V : P
01
= K
V
* C
Max
* B = 3.5 * 37 * 86.6 = 11214.7 (KG) .

+ Với đất loại VI : P
01
= K
VI
* C
Max
* B = 2.4 * 37 * 86.6 = 7690 (KG) .
* Thành phần lực cản đào theo phơng pháp tuyến với quỹ đạo trong trờng hợp này có
thể tính gần đúng theo công thức :
P
02
= 0.1 P
01
( 3 )
Trong đó : 0.1 Hệ số lực động
1- Cần ; 2 Tay gầu ; 3 gầu ; 4- xi lanh cần ; 5- Xi lanh tay gầu ; 6 xi lanh
gầu .
Trong thời gian đào , gầu chuyển động từ vị trí I đến vị trí II , lực cần thiết của xi lanh
tay gầu P
xl
thay đổi từ 0 đến Max
Giá trị lớn nhất của lực P
xl
ở vị trí II ( Hình II-2) đợc xác định từ phơng trình mô men
đối với khớp 0 :
P
xl
=
01 0 1
* *

i
xl
P r G r
r
+

( 4)
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
7
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
Trong đó : P
01
- Lực cản đào tiếp tuyến .
r
0
Cánh tay đòn của lực P
01
lấy đối với điểm 0 .
G
i
Trọng lợng của các phần tử công tác và đất ( Trọng lợng của gầu đầy
đất G
g+đ
, trọng lợng xi lanh gầu G
xg
, trọng lợng tay gầu G
t
, 1/2 trọng lợng tay gầu G
xl

) .
r
1
Cánh tay đòn của các trọng lợng G
i
lấy đối với điểm 0
r
xl
cánh tay đòn của lực P
xl
lấy đối với điểm 0 .
Các xi lanh cần về nguyên tắc sẽ làm việc sau khi đào xong đất để nâng bộ công tác
lên độ cao đổ đất . Giá trị lớn nhất của xi lanh cần P
xc
trong trờng hợp này đợc xác định
từ phơng trình mô men của tất cả các lực tác dụng lên cần tay cần gầu đối với khớp
0
1
(Hình II-2) :
P
xc
=
'
*
i i
xc
G r
r

(5)

Trong đó : G
i
Trọng lợng của các phần tử bộ công tác và đất ( Trọng lợng gầu đầy
đất G
g+đ
, trọng lợng xi lanh gầu G
xg
, trọng lợng tay gầu G
tg
, trọng lợng xi lanh tay gầu
G
xl
, trọng lợng cần G
c
, 1/2 trọng lợng xi lanh cần G
xc
.) .
Lực lớn nhất của xi lanh gầu sẽ xuất hiện trong trờng hợp đào đất bằng xi lanh gầu
( Hình III ) .Trong trờng hợp này , chiều dày lớn nhất của phoi cắt sẽ là :
C
'
1
* *
Max
tx
q
b H K
=
( 6 )
Lực đào tiếp tuyến : P

' '
01 1
* *
Max
k b C=
( 7 )
Trong đó : k
1
hệ số cản đào lấy đối với đất cấp I , II .
P
xg
=
' " '
01 0
* *
i i
xg
P r G r
r


( 8 )
Trong đó : G
i
Trọng lợng gầu đầy đất G
g+Đ
và 1/2 trọng lợng xi lanh gầu G
xg
.
r

'
1
- cánh tay đòn của các trọng lợng lấy đối với điểm 0
2
;
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
8
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ
r
xg
Cánh tay đòn của lực P
xg
lấy đối với điểm 0
2
.
3. Tính toán cơ cấu quay :
Thời gian quay của máy xúc 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 một trong những
nhiệm vụ quan trọng nhất khi thiết kế máy .
Các thông số cơ bản là : Mô men quán tính của phần quay Máy Xúc gầu đầy đất và gầu
không có đất J
0
( KN.m.S
2
) , tốc độ góc lớn nhất của bàn quay

Max
(1/s) , Gia tốc góc
lớn nhất

Max

(1/s
2
) ; Thời gian khởi động t
k
và phanh t
p
; Góc quay của bàn quay

(rad)
; Hiệu suất của cơ cấu quay
q

; Dạng đờng 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) .
Khi tính cơ cấu quay có thể áp dụng một trong các trờng hợp sau :
1. Đối với Máy Xúc một động cơ , biết công suất lớn nhất N
Max
hay mô men lớn nhất
của động cơ M
Max
, góc quay

Max
, mô men quán tính của bàn quay J , J
0
, cần phải xác
định giá trị tối u của các thông số cơ bản còn lại của bàn quay
,,
MaxMax

t
Max
, sao
cho thời gian quay là nhỏ nhất ( t
minq
) .
2. Khi tính cho Máy Xúc nhiều động cơ , biết

, J , J
0
cần phải chọn các thông số còn
lại
,,
MaxMax

t
Max
đảm bảo t
q
cho trớc trong điều kiện công suất nhỏ nhất N
Min

hay mô
men nhỏ nhất của động cơ M
Min
.
Trong thời gian khởi động quay bàn quay , mô men của động cơ phải thắng mô men cản
tĩnh trên bàn quay M
t
, mô men khởi động các chi tiết chuyển động quay từ động cơ đến
bàn quay
1
d
M
và mô men khởi động bàn quay
2d
M
:
M
Max
= M
t
+ M
d1
+ M
d2
( 9 )
Gia tốc góc của bàn quay :
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
9
Thiết Kế Máy Xúc Một Gầu Bánh Xích Loại Nhỏ

2
1
1
( )
d
Max t
d
M
M M M
J J

= =

( 10)
Trong đó : J Mô men quán tính của bàn quay khi gầu vơn ra trung bình .
Trên cơ sở thực nghiệm , ta có thể lấy gần đúng :
M
t
+ M
d1
= ( 0.08 0.1) M
Max
- Máy Xúc một động cơ .
M
t
+ M
d1
= ( 0.15 0.35 )M
Max

Máy Xúc nhiều động cơ .
Đo gia tốc góc trung bình có thể tính gần đúng theo công thức :

2
*
d
M
J a

=
(11)
Trong đó : a = 1.17 Hệ số kể đến ảnh hởng M
t
, M
d1
.
Quá trình quay máy có thể xẩy ra hai trờng hợp :
- Quay máy theo hai giai đoạn : Khởi động và phanh hãm ( Hình IV-1) . Quá trình
quay này thờng tiến hành trong trờng hợp góc quay nhỏ và trung bình . Tốc độ quay lớn
nhất nhỏ hơn tốc độ quay tính toán .
- Quay máy theo ba giai đoạn : Khởi động , chuyển động quay ổn định với tốc độ góc
lớn nhất và phanh hãm (Hình IV 2 ) . Trong trờng hợp góc quay lớn , ngời ta tiến hành
quay máy theo ba giai đoạn .
Giai đoạn phãnh hãm phải đảm bảo dừng bàn quay ở một vị trí xác định .
- Thời gian quay có thể xác định theo thời gian của các giai đoạn . Đối với trờng hợp
quay máy theo hai giai đoạn :

0 0
q k f k f
t t t t t= + + +

(12)
Đối với quay máy theo ba giai đoạn :

0 0 0
0 0q k d f k k f
t t t t t t t= + + + + +
(13)
Trong đó :
q
t
- thời gian một chu kỳ quay ;
SVTH : Phạm Hoàng Lâm Lớp Máy Xây Dựng . A.
K39
10