Đồ án môn học thiết kế bộ công tác của máy đào gầu nghịch

Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

Trường đại học thuỷ lợi
Khoa máy xây dựng
Bộ máy xây dựng

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Đồ án môn học
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Duy Huân
Lớp 45M
Nghành học: Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi
Đầu đề thiết kế
Thiết kế bộ công tác của máy đào gầu nghịch
trên máy cơ sở SK350LC-KOBELKO
I .Số liệu cho trước:
1.Máy cơ sở SK350LC
2.Dung tích gầu: 1,4 m3
3. Chiều dài cần 6,5 m.
4. Chiều dài tay gầu 3,3m.
5. Cấp đất 4.
6. Vận tốc xilanh 0,1- 0,3 m/s
II .Số liệu thiết kế:
1.Máy cơ sở SK350LC
2.Dung tích gầu: 1,6 m3
3. Chiều dài cần 6,1 m.
4. Cấp đất 3.
5. Vận tốc xilanh 0,1- 0,3 m/s
III.Thiết minh tính toán
1.Tính toán chiều dài bộ công tác mới.

2.Kiểm tra ổn định
3.Tính lực
3.1 Tính lự xilanh
3.2 Tính bền cần
4. Tìm hiểu nguyên lý điều khiển của xilanh tay gầu
- Bản vẽ chung của máy: A1.
- Bản vẽ chi tiết:
A1.
Ngày giao đề: 07- 08-2007.
Ngày hoàn thành: 28-09-2007.
Th.s Vũ Văn Thinh.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M
2


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

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 mà 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 hao mòn
do trực tiếp làm 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 Vũ Văn Thinh và thầy Hồ
Sĩ Sơn đã trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Duy Huân

Mục lục
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

3


ỏn mụn hc: Thit k mỏy o thu lc gu nghch

1. Tớnh toỏn chiu di b cụng tỏc mi.
2. Kim tra n nh
2.1. Vị trí 1
2.2. Vị trí 2
3.Tớnh lc
3.1 Tớnh lc và công suất
3.1.1 Tớnh lc xylanh tay gầu
3.1.2 Tính lực xylanh cần
3.1.3 Tính lực xylanh gầu
3.2 Tính công suất cơ cấu di chuyển
3.3 Tính công suất cơ cấu di quay
3.4 Kiểm tra công suất động cơ
3.5 Tớnh bn cn
4. Tỡm hiu nguyờn lý iu khin ca xilanh tay gu

Gvhd : Ths V Vn Thinh
Svth : Nguyn Duy Huõn Lp45M

2
11
13
13
16
20
21
26
28
29

4

Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

5


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

I.Tính toán chiều dài bộ công tác mới.

O2

O3

O1

G+§

G g0+ đ

- Trọng lượng gầu có đất:
Lấy kđ = 1, đất cấp 4 lấy ktx = 1,35
g: Trọng lượng riêng đất cấp 4, g = 20 KN/m3
Trọng lượng gầu
q 0 .γ .k d 1,4.20.1
=

Gđ0 = k tx
1,35 = 20,74 KN
G g0

- Trọng lượng gầu có đất:
G = 14,6 KN
0
G

G g0+ đ

0
0
= G g + Gđ = 20,74 + 14,6 = 35,34 (KN)

+Chiều cao gầu:
3

q

1

h = 1,0.
thay số: h = 1,0. 3 1,4 = 1,119 (m)

h

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

6


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

Xác định mômen với khớp chân cần tại thời điểm cần nghiêng một góc 45 0so
với phương lằm ngang và tay gầu nghiêng một góc 300 so với phương lằm
ngang gầu lằm ngang
M 01

L0g
L0C
1 0
3 0
0
0
0
0
0
0
0
0
= G . . cos 45 + ( .Ltg . cos 30 + LC . cos 45 )G.tg + ( LC . cos 45 + .Ltg . cos 30 − ).G g0+ đ
2
12
4
2
0
C

M 01 = 30,295.

6,5
1
3
1,119
. cos 45 0 + ( .3,3. cos 30 0 + 6,5. cos 45 0 )10,95 + (6,5. cos 45 0 + .3,3. cos 30 0 −
).35,34
2
12
4
2

340,961 KNm
Để xác định chiều dài tay gầu mới ta phải xác định khối lượng cần mới là
L3c
L0c

3

3

=

GC
L
6,1
→ GC = C 3 .GC0 = ( ) 3 .30,295 = 25,039 KN
0
6,5

Gc
L0C

Khối lượng gầu mới là
qg
Gc q g
1,6
=
→
G
=
.G g0 = ( ) .14,6 = 16,6857 KN
g
0
0
0
1,4
Gc q g
qg
G g + đ - Trọng lượng gầu có đất:
Gđ =

q .γ .k d 1,6.18.1
=
= 22,1538 KN.
k tx
1,3

Lấy kđ = 1, đất cấp 3 lấy ktx = 1,3
Trọng lượng riêng đất cấp 3, γ =18KN/m3

G g0 - Trọng lượng gầu, Gđ0 = 22,1538t KN.
G g0+ đ = G g0 + Gđ0 = 20,74 + 14,6 = 35,34 (KN)

Từ bộ công tác ban đầu ta có tỉ lệ giữa khối lượng và chiều dài là:
Gtg
0
tg

L

=

10,95
= 3,3182
3,3

Gọi chiều dài của cần mới là X Gtg = 3,3182. X
Để đảm bảo sử dụng hết công suất của máy cơ sở mômen của bộ công tác thiế
kế với khớp O1 bằng mômen máy cơ sở
Lg
LC
1
3
. cos 45 0 + ( .Ltg . cos 30 0 + LC . cos 45 0 )G.tg + ( LC . cos 45 0 + .Ltg . cos 30 0 −
).G g + đ
2
12
4
2
6,1

1
3
1,1696
= 25,039. . cos 45 0 + ( . X . cos 30 0 + 6,1. cos 45 0 )3,3182. X + (6,1. cos 45 0 + . X . cos 30 0 −
).38,8395
2
12
4
2
M 01 = GC .

=340,961 KNm
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

7


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
0.23947. X 2 + 39,5395. X − 142,146 = 0 → X = 3,52m

II- 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.

O1

dt

g+d
g+d
g+d
g+d
g+d

Tại vị trí này góc nghiêng của cần được tính như sau
3
.lt − h
BD
−
OH
0,75.3,52 − 1,65
sinα =
= 4
=
= 0,165 ⇒ α =10 o
OB
lc
6,1

Vậy góc nghiêng của cần so với phương ngang là 100
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.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

8


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

P01 =

Pxc rxc − Gc .rc − Gt .rt − G g + d .rg
r01

Trong đó : Pxc = 327,8 KN,
Gtg=11,68 KN,

Gc = 25,039 KN,
Gg+đ= 38,8395 KN.

Xác định kích thước trường hợp máy làm việc cần nghiêng một góc 30
rc = lc . cos 10 0.

1
1
= 6,1. cos 10 0 = 3(m)
2
2

1
1
rg + d = lc . cos10 0 − .l g = 6,1. cos10 0 − 1,1696 = 5,4(m)
2

2

rt = lc . cos100 = 6,1.cos100 = 6 m
r01 = OH 2 + O ' H 2

O’H = lc . cos100 - lg = 6,1.cos100 – 1,1696 = 4,83 m
OH = 1,65
ro1 = 4,832 + 1,65 2 = 5,1m
Tính r’xc
rxc = OA.sin(OAF) , OA = 3,05 m
Tính góc OAF:
Ta có : AF2 = OF2 + OA2 – 2.OF.OA.Cos AOF
= 12 + 3,052 –2.1.3,05.cos(30+300)
AF = 2,8m
AF 2 + AO 2 − OF 2 2,8 2 + 3,05 2 − 12
=
= 0,93
CosOAF =
2.OA. AF
2.2,8.3,05

Góc OAF = 21,80
Vậy rxc =3,05.sin21,80 = 1,133 m
Vậy :

P01 =

327,8.1,133 − 25,039.3 − 11,68.6 − 38,8395.5,4
= 3,22( KN )
5,1

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

9


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Máy có thể bị lật theo đường mép ngoài các bánh tỳ (điểm C) mô men lật
được xác định theo công thức
Ml = Gc.rc + Gt.rt + Gg+đ.rg+đ + P01.r01
Trong đó :
-

Khoảng cách từ khớp chân cần đến điểm lật C:
b = 1,7-0,2=1,5 m
r01 = O’C.Cos(CO’O)
O’C = lc .cos100 - b - lg = 6.cos100 –1,5 –1,1696 = 3,337 m
OH

1,65

,
o
Tg(CO’O) = HC + O' C = 1,5 + 3,337 = 0,341 ⇒ CO O = 18,34

⇒ r01 = 3,337.cos18,340 = 3,167 m
rc =

1

1
l c . cos10 0 − b = 6. cos10 0 − 1,5 = 1,5 m
2
2

rt = lc . cos100 - b = 6.cos100 - 1,5 = 4,5 m
rg+đ = rt - 0,5lg = 4,5 - 0,5.1,1696 = 3,33 m
Vậy
Ml= 25,039.1,5 +11,68.4,5 +38,8395.3,33 +3,167.3,22
Ml = 229,6 KNm
Mô men giữ xác định theo công thưc sau:
Mg = Gđt.rđt + Ga. ra + G0.r0
Trong đó :
rđt = 3 +1,5=4,5 m
ra = 2,5 m
r0 = 1,5 m
Gđt = 69,35 KN
Ga = 76,65 KN
G0 = 155,3 KN
Vậy
Mg = 69,35.4,5+76,65.2,5+155,3.1,5
= 736,65 KNm
Hệ số làm việc của máy khi làm việc ở vị trí này được xác định theo công
thức sau:

K od =

Mg
Ml

=

736,65
= 3,2 > [ Kôđ ] = 1,2
229,6

Vậy máy làm việc ổn định
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

10


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

b- Vị trí thứ hai
Máy đào gầu nghịch đổ đất ở độ vươn xa nhất:

O1

dt

g+d

dt

Trong trường hợp này ta tiến hành tính mô men lật và mô men
giữ xác định tương tự như trên ta tính được như sau :
∗ Mô men lật:
Ml = Gc.rc + Gt.rt + Gg+đ.rg+đ

Trong đó
1
2

1
2

Gc = 25,039KN , rc = .lc . cos10 0 − b = .6,1. cos10 0 − 1,5 = 1,5m
Gt
Lc . cos10 0 +

=

11,68KN

,

rt

=

1
1
lt . sin 70 0 = 6,1. cos10 0 + 3,52.sin 70 0 = 6,28m
12
12

Gg+đ =38,038KN
3
1

3
1
R g + đ = l c . cos10 0 + ( lt + l g ).sin 70 0 − b = 6,1. cos10 0 + ( .3,52 + .1,1696). sin 70 0 − 1,5 = 9,03m
4
2
4
2

Vậy mô men lật
Ml = 25,039.1,5+11,68.6,28+38,8395.9,03 = 461,6 KNm
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

11


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
* Mô men giữ:
Mg = Gđt.rđt + Ga.ra + G0.r0
Mg = 736,65 KN (tính ở trên)
Hệ số ổn định được xác định theo công thức
Kđ =

Mg
Ml

=

736,65
= 1,59 > [Kod ] = 1,2

461,6

Ta thấy máy làm việc luôn ổn định
III. TÝnh lực
3.1 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 3,05m
A
B
O2

O1

O3

O1

* Hành trình lớn nhất của xi lanh đạt được khi góc giữa tay gầu và cần là 500
áp dụng hệ thức lượng giác ta có
AB2 = AO22 + BO22 –2. AO2 . BO2 .cos (AO2B)
Trong đó: BO2=1/4Ltg = 1/4.3,52 = 0.88m
= 3,052 + 0,882 -2.3,05.0,88.cos1240
AB1 = 3,616 m
* Hành trình nhỏ nhất của xi lanh tay gầu đạt được khi tay gầu vươn xa nhất

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

12

Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
B
A

O2

O3

O1

AB2 = AO22 + BO22 –2. AO2 . BO2 .cos (AO2B)
= 3,052 + 0,882-2.3,05.0,88.cos300
AB2 = 2,33 m
Vậy hành trình Sxt = AB1- AB2
= 3,616 –2,33=1,286 m
b. Xác định lực của xylanh tay gầu
Vị trí tính toán: ở cuối quá trình đào, tay gầu nghiêng một góc 50 0 so với
phương nằm ngang, gầu đầy đất, Pxt có giá trị lớn nhất khi gầu gần kết thúc quá
trình cắt đất với lát cắt lớn nhất CMax
A
B
O2

O1

O3

E

D

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

cmax =

q.k d
1,6.1
=
= 0,144( m )
b.H S .kTX 1,4035.6,08.1,30

q: dung tích gầu, q=1,6 m3
b- Chiều rộng gầu: b = 1,2. 3 q =1,2. 3 1,6 = 1,4035 (m)
Hs- Chiều sâu hố đào được xác định khi cần nghiêng một góc 300 so với phương
nằm ngang ,tay gầu thẳng đứng gầu ruỗi thẳng
0
0
Hs= LC . cos 60 + Ltg + hg − O1 D = 6,1. cos 60 + 3,52 + 1,1696 − 1,65 = 6,08m
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

13


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp III lấy ktx=1,30
Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01=k1.b.CMax=0,25.1,4035.0,144 = 0,0505 Mpam2 = 50,5 KN.
Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp III ( bảng 1.9/25 )lấy k1=0,25 Mpa.
Lấy
momen
đối
điểm
O2
ta
co
'
P01 .r0 + G g + d .rg + Gtg .rtg + G xg .rxg + 0,5.G xt .rxt
Pxt =
rxt
Với P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 50,5 KN.
r0- của lực P01 lấy đối với điểm O2:
3.l tg

r0=

4

. cos 50 0 + hg =

:

3.3,52
. cos 50 0 + 1,1696 = 2,87 m = 4,32 (m)
4

.

.
Gg+đ= 38,8395 KN
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o2 :
rg=

3.l tg
4

. cos 50 0 +

hg
2

=

3.3,52
1,1696
. cos 50 0 +
= 2,28m
4
2

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 1,46 KN.
rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o2:
l tg

. cos 50 0 =

3,52
. cos 50 0 = 0,754m

3

rxg= 3
Gxtg- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxtg= 3,65 KN.
r’xtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với điểm o2
l
4

r’xtg= c . cos 7 0 =

6,1
. cos 7 0 = 1,51 =1,50 (m)
4

Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg = 11,68 KN
rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o2:
rtg =

1
1
.ltg . cos 50 0 = .3,52. cos 50 0 = 0,19( m)
12
12

rxt- Cánh tay đòn của Pxt lấy đối với điểm o2:
Xác định rxt
Xét tam giác AO2B ta có
Đoạn AB2 = AO22 + O2B2 – 2.O2A.O2B.cosAO2B
= 3,052 + 0,882 –2.3,05.0,88Cos1240 (m2)
AB =3,616 m

1
1
O2 B = .lt = .3,52 = 0,88(m)
4
4

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

14


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch

Cos(O2BA) =

O2 B 2 + AB 2 − O2 A 2 0,88 2 + 3,616 2 − 3,05 2
=
= 0,714
2.O2 B. AB
2.0,88.3,616

Góc O2BA = 440
⇒ rxt = O2B.sin(O2BA) = 0,88.sin440 = 0,61(m)
Vậy
Pxt =

P01 .r0 + G g + d .rg + Gtg .rtg + G xg .rxg + 0,5.G xtg .r ' xtg

rxtg

50,5.2,87 + 38,8395.2,28 + 1,46.0,754 + 0,5.3,65.1,51 + 11,68.0,19
= 393KN
Pxt =
0,61

Chọn xylanh tay gầu và tính công suất bơm phục vụ xylanh tay gầu.
Với lực của xylanh tay gầu là Ptg = 393 KN, với áp suất của hệ thống
p =34,3 Mpa, ta tính được đường kính xylanh tay gầu là:
D=

Ptg .4
p.Π

=

393.4
= 0,121m = 121mm
34,3.3,14.10 3

Tra bảng ta chọn xy lanh tay gầu có các thông số :
+ Đường kính xy lanh: D = 130 mm
+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D = 90 mm
Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh tay gầu là:
N2 = Pxt.Vxt = 455,27.0,11 = 50 kw.
Với Pxtg- Lực trên xylanh tay gầu
Pxtg= p.Fxc = 34,3.103.3,14.0,0652 = 455,27 KN.
Vxtg- Vận tốc của xy lanh tay gầu, Vxtg= 0,11 m/s.
3.1.2 X¸c định lực của xylanh cÇn
a. Xác định hành trình xi lanh cÇn
Dựa vào thực tế và tính toán ta chọn 2 xi lanh cần, và chọn vị trí chên 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 = 3,05 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 = 3,052 + 12 - 2. 3,05.1.cos(30+30+20)0
AB1 = 3,04m

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

15


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
B
A

O2

O3

O1

Xét cần ở vị trí thấp nhất:
A

B

O1

O3

Lúc này cần nằm ngang, góc AO 1B = 300 khi đó chiều dài của xi lanh cần
đạt giá trị nhỏ nhất
AB2 = O1A2 + O1B2 - 2. O1A.O1B.cos(AO1B)
AB2 = 3,052 + 12 - 2. 3,05.1.cos300 = 4,21 m2
AB2 = 2,24m
Vậy : hành trình của xilanh cần là Sxc = AB1 – AB2
Sxc =3,04 – 2,24 = 0,8 (m)
b.Xác định lực của xylanh cần:
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M
16


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Xét ở vị trí kết thúc quá trình đào, gầu lên mép của khoang đào, cần nghiêng
một góc 70 so với phương nằm ngang và tay gầu nghiêng góc 50 0 độ so với
phương nằm ngang như hình vẽ:

B
A
O2

O1

D

O3

Lấy

momen
Pxc =

đối

điểm

O1

ta

có

:

Gc .rc + G g + d .rg + Gtg .rtg + G xg .rxg + G xtg .rxtg + 0,5.G xc .r ' xc
rxc

Với Gc- Trọng lượng cần, Gc = 25,039 KN.
rc- Cánh tay đòn của Gc lấy đối với điểm O1:
l
2

rc= c . cos 7 0 =

6,1

. cos 7 0 = 3,027m
2

Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ= 38,8395 KN.
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o1:
0

rg= LC . cos 7 −

3l tg
4

. cos 50 0 −

lg
2

= 6,1. cos 7 0 −

3.3,52
1,1696
. cos 50 0 −
= 3,77 m
4
2

Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg= 11,68 KN.
rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o1:
0

rtg= LC . cos 7 −

l tg
12

. cos 50 0 = 6,1. cos 7 0 −

3,52
. cos 50 0 = 5,865m
12

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg=1,46 KN.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

17


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o1:
0

rxg= LC . cos 7 −

l tg
3

. cos 50 0 = 6,1. cos 7 0 −

3,52

. cos 50 0 = 5,3m
3

Gxtg- Trọng lượng xy lanh tay gầu, Gxtg= 3 KN.
rxtg- cánh tay đòn của Gxtg lấy đối O1:
2.l c
2.6,1
. cos 7 0 =
. cos 7 0 = 4,036m
3
3

rxtg =

Gxc- Trọng lượng xy lanh cần, Gxc= 4,745 KN.
r’xc- Cánh tay đòn của Gxc lấy đối với điểm O1:
r’xc=

lc
6,1
. cos 7 0 =
. cos 7 0 = 2,02m
3
3

rxc- Cánh tay đòn của Pxc lấy đối với điểm O1
M

O1
N

2

2

I
2

MN = O1 M + O1 N - 2.O1M.O1N.cos(AO1B)
MN2 = 3,052 + 12 - 2. 3,05.1.cos570
MN = 2,642m
2

2

MN 2 + NO1 − MO1
2,642 2 + 12 − 3,05 2
cos MNO1 =
=
2.MN .NO1
2.2,642.1

MNO =104.5
1

0

⇒ IO1 = O1 N . sin(108 0 − 104,5 0 ) = 1. sin(180 − 105,5) 0 = 0.97m

Thay số ta có:
Pxc =

Gc .rc + G g + d .rg + Gtg .rtg + G xg .rxg + G xtg .rxtg + 0,5.G xc .r ' xc
rxc

= (25,039.3,027 + 38,8395.3,77 + 11,68.5,865 + 1,46.5,3 + 3,65.4,036 + 0,5.4,745.2,02) / 0,97
Pxc = 327,8 KN.
.
Chọn xylanh cần và tính công suất bơm phục vụ cho xy lanh cần
Với lực của xylanh cần Pxc = 327,8 KN, vẽ 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.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

18


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.327,8 = 163,9 (KN)
Với lực của một xy lanh là P’xc =163,9KN, với áp suất của hệ thống
p =34,3 Mpa, ta tính được đường kính xy lanh cần là:
D=

Pxc' .4
163,9.4
=
= 0,078m = 78mm
p.Π
34,3.3,14.10 3

Tra bảng ta chọn xylanh cần có các thông số sau:
+ Đường kính xy lanh: D = 80 mm
+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D = 55mm.
Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh cần là:
N1 = Pxc.Vc = 344,82.0,11 = 37,93 kw.
Với: Pxc- Lực trên xylanh cần
Pxc= 2.p.Fxc = 2.34,3.103.3,14.0,042 = 344,82 KN.
Vxc- Vận tốc của xylanh cần, Vxc= 0,11m/s.
3.1.3 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
Chọn vị trí đặt khớp giữa xilanh gầu và tay gầu cách khớp gầu và tay gầu DO 3 =

2
2.3.52
lt =
= 2,346(m)
3
3

Vị trí I: Chiều dài lớn nhất của xi lanh gầu đạt được khi góc DAC = 1500
AD = O3D – O3A = 2,346 - 0,5 = 1,846 m
DC2 = AC2 + DA2 – 2.AC.DA.cos1502
= 0,672 + 1,8462 - 2.0,67.1,846.cos1502
DC1 = 2,45 m
Vị trí II: Chiều dài nhỏ nhất của xi lanh gầu đạt được khi góc DAC = 300
DC2 = AC2 + DA2 – 2.AC.DA.cos302
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

19


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
= 0,672 + 1,8462 - 2.0,67.1,846.cos302
DC2 = 1,3 m
Hành trình của xi lanh gầu là:
S = DC1 – DC2 = 2,45– 1,3=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 .
Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

XG
2

xg

g+d

g+d

0

q.k

1,6.1

d
Cmax= b.H .k = 1,4035.1,1696.1,2 = 0,812m
1 tx

Với q- Dung tích gầu, q= 1,6m3.
b- Chiều rộng gầu, b= 1,4035 m.
H1- Chiều sâu đào, H1= h = 1,1696 m.
ktx – Hệ số tơi xốp lấy đối đất II, ktx= 1,2.
kd : hệ số đầy gầu, kd = 1
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:
P01 = k1.b.Cmax= 0,07.1,4035.0,812 = 0,0798 Mpa.m2= 79,8 KN.
Với k1 – Hệ số cản đào ở đất cấp II, k1= 0,07 Mpa
Lực lớn nhất của xy lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép của khoang đào, cánh
tay đòn rxg là nhỏ nhất.
Lấy
momen
đối
điểm
03
ta
có
:
P’xg =

P01 .r0 + G g + d .rg + 0,5.G xg .rxg'
rxg

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

20

Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 79,8 KN.
r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm o3,
r0= hg = 1,1696m
Gg+đ- Trọng lượng gầu có đất, Gg+đ= 38,8395 KN.
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O3,
rg= 1/2. lg = 1/2.1,1696 = 0,585 (m)
Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 1,1,46 KN.
rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm O3,
rxg = 0,67.cos30 = 0,58 (m)
r’xg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,3 m.
Thay số ta được:
P’xg =
P’xg =

P01 .r0 + G g + d .rg + 0,5.G xg .rxg'
rxg
79,8.1,1696 + 38,8395.0,585 + 1,46.0,5.0,3
= 200,47 KN
0,58

Từ việc xác định P’xg vẽ biểu đồ lực ta xác định được lực Pxg , như hình vẽ:
Biết phương. giá trị P’xg = 200,26 KN
Biết phương của Tc
Vẽ và đo theo tỉ lệ ta xác định được:
PXG =

86,4
.200,47 = 279,36 KN
62

Chọn xy lanh gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xy lanh gầu.
Với lực của xy lanh gầu là Pg =279,36 KN, với áp suất của hệ thống
p =34,3 Mpa, ta tính được đường kính xylanh gầu là:
D=

Pg .4
p.Π

=

279,36.4
= 0,1018m = 101,8mm
34,3.3,14.10 3

Tra bảng ta chọn xy lanh có các thông số sau:
+ Đường kính xy lanh: D = 110 mm
+ Đường kính cán piston: d= 70 mm.
Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh gầu là:
N3 = Pxg.Vg = 325,96.0,01 = 32,596 kw.
Với: Pxg- Lực trên cán piston gầu
Pxg= p.Fxg = 34,3.103.3,14.0,0552 = 325,96 KN
Vg- Vận tốc của xy lanh gầu, Vg= 0,01 m/s.

3.2 - TÝnh c«ng suÊt c¬ cÊu di chuyÓn
a. Tính lực kéo

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

21


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
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:
Pk = W1+W2+W3+W4+W5+W6
Trong đó: W1-lực cản do ma sát trong của bộ di chuyển
W2-lực cản di chuyển
W3-lực cản lên dốc
W4 -lực cản gió
W5- lực cản quán tính khi khởi động
W6- lực cản quay vòng
Các lực trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví dụ rất ít khi
gặp trường hợp khởi động quay vòng lên dốc. Vì vậy khi tính lực kéo ta xét hai
trường hợp:
Chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất;
Chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang;
Sau đó chọn Pk lớn nhất để tính cơ cấu di chuyển.
- 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 = 18,98– 34,675 (KN)
Chọn W1 = 23KN
- 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 .365=25,55 KN.
Trong đó : f – Hệ số cản chuyển động của bánh xích, ở đây địa hình di
chuyển của máy là đường đất chặt khô, f= 0,065.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M
22


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
G – Trọng lượng của máy, G = 365KN
- Lực cản di chuển trên dốc W3:
W3 = G(f.cosα + sinα) = 365.(0,065cos250 + sin250)
= 147 KN.
Trong đó: G – Trọng lượng của máy, G = 365KN.
f – Hệ số cản vhuyển động của bánh xích, f = 0,07.
α - Góc dốc lớn nhất của đường di chuyển, α = 250.
- Lực cản gió khi máy di chuyển W4 :
W4 = q.F
Trong đó: q- áp lực gió khi làm việc, q = 300N/m2
F: Diện tích chịu gió của máy,coi tiết diện chịu gió của máy
có dạng hình chữ nhật thì F xác định theo công thức sau
F = Bcs . Hbm = 3,4.3,16 = 10,744 m2
Với :
Bcs: Chiều rộng cơ sở
b =3,4m
Hbm : Chiều cao buồng máy H = 3,16 m
Thay số ta được:
W4 = q.F = 300.10,744 = 3223,2 N = 3,22 KN.
- Lực quán tính khi khởi động W5:

G.v
W5 =
g .tk
Trong đó: v- Tốc độ chuyển động của máy.
g- Gia tốc trọng trường.
tk -Thời gian khởi động.
Trong thực tế khó xác định chính xác thời gian khởi động máy vì nó phụ
thuộc vào người lái và hệ thống truyền động nên ta có thể tính gần đúng theo
trọng lượng máy.
W5 =

2.G
.365 = 7,3KN
100

- 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.

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

23


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Lực cản quay vòng W6 đực phân ra thành W 61 và W26. Quá trình quay
vòng trong trường hơp tổng quát là cả hai bánh xích đều quay. Trường hợp một
bánh đứng yên, một bánh quay chỉ là trường hợp đặc biệt của trường hợp tổng

quát.
W61 =(f - ϕ'.

L G
)
2B 2

W62 =(f + ϕ'.

L G
)
2B 2

Trong đó: L- chiều dài phần xích tiếp xúc với đất, L = 4,05 m.
ϕ’:Hệ số bám ngang ϕ’ = 0,4 tra bảng (4-3/71) MTL
B-chiều rộng giữa hai tâm bánh xích,B = 2,6 m.
f -hệ số cản chuyển động của bánh xích,f = 0,07.
n
W62

P2
M2

W61

P1

m

B

M1

W61 =(f - ϕ'.

4,05 365
L G
)
) = ( 0,07 - 0,4.
= -45 KN.
2.2,6 2
2B 2

W62 =(f + ϕ'.

4,05 365
L G
)
) = (0,07 + 0,4.
= 68,6 KN.
2.2,29 2
2B 2

Vậy ta có: W6 = W61 + W62 =- 45 + 68,6 = 23,6KN.
* Tổng lực cản khi chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất 20o là:
W’ = W1 + W2 +W3 +W4 +W5
W’ = 23 + 25,55 + 147+ 3,22 + 7,3 = 206,02 KN.
* Tổng lực cản khi máy chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang là:
W” = W1 + W2 +W4 +W6
W”= 23 + 25,55 + 3,22 + 23,6=75,37 KN.

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

24


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Ta thấy trường hợp khi máy động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất có lực
cản lớn nhất W’ =206,02 KN nên chọn Pk = 210 KN, để tính cơ cấu di chuyển.
b. Tính công suất
Vì theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta dùng hai môtơ di chuyển, nên lực
kéo của một mô tơ di chuyển là:
Pk1= Pk2 = 0,5.Pk =0,5. 210 = 105 KN.
Vậy công suất của một môtơ thuỷ lực di chuyển là:
N4 = N5 =

Pk1.Vd
.
η

Trong đó: Vd – Vận tốc di chuyển của máy, Vd= 4km/h = 4/3,6 m/s.
Pk1- Lực kéo cần thiết, Pk1 = 105 KN.
η- Hiệu suất của bộ truyền:
η = η3br. η4ôl. ηk = 0,973.0,994.0,99 = 0,86.
Với ηbr, ηôl, ηk – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối.
Vì chuyển động quay được truyền từ mô tơ thuỷ lực qua hộp giảm tốc đến
bánh chủ động của cơ cấu di chuyển nên có tổn hao công suất do hiệu suất cơ
khí, nên công suất của cơ cấu di chuyển là:
N4 = N5 =

Pk1 .Vd
105.4
= 0,86.3,6 = 136,65 KW.
η

3.3 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 J 0(kN.m.s2), tốc độ góc lớn nhất của bàn quay
ωmax(1/s), gia tốc góc lớn nhất ε max(1/s2), thời gian khởi động tk và phanh tp, góc
quay của bàn quay β(rad), hiệu suất cơ cấu quay ηq, 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

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

25


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
cần thiết lớn nhất của động cơ Nmax(Kw) hay mô men lớn nhất của động cơ
Mmax(kN.m)
Đối với máy đào một động cơ thì công suất quay lớn nhất được tính theo
công thức:
J (1,37 + η q ) β 2
2

Nmax =

0,35.t q .η q
3

Trong đó:J - mô men quán tính của bàn quay khi gầu đầy đất.
Đối với máy đào gầu nghịch thì J = (0,85 ÷ 0,9)Jt
Jt - mô men quán tính của máy đào gầu thuận xác định theo
biểu đồ (h.5-26 MTL).
Với G = 36,5 tấn = 365 KN ta có Jt = 470 KN.m.s2
Jn = 0,85.360 = 399,5 KN.m.s2.
β - góc quay của bàn quay, β = 900 = 1,57 rad.
ηq- hiệu suất cơ cấu quay:
ηq = η3br. η4ôl. ηk.ηbrd = 0,973.0,994.0.99.096 = 0,88.
(ηbr, ηôl, ηk – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối,
bánh răng di động)
tq - thời gian quay có tải
tq jk
tck − td − td
=
tq =
J
J .
1+ 3 0
1+ 3 0
J
J
tck- Thời gian của một chu kỳ:
tck = b. G + A = 1,58. 36,5 + 10 = 19,54(s).
b= 1,58 , A= 10 là các hệ số máy xây dựng.

td – Thời gian dỡ tải, tra bảng đối với đất cấp III, dỡ tải đổ lên ôtô
nên ta tra được td = 2,5 s
tđ - Thời gian đào: t d =

S
v

Trong đó ta giả thiết rằng khi đào ta chỉ sử dụng 1 phần bộ công tác:
hoặc sử dụng lực đào của xylanh gầu hoặc của xylanh tay gầu. ta tính t d khi sử
dụng lực xylanh tay gầu, khi đó ta có:
SXt = 1,286m , vxg = 4.0,12 = 0,48 m/s, thay số ta được:
td =

S 1,286
=
= 2,68( s)
v 0,48

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Duy Huân – Lớp45M

26