Tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực bộ công tác theo máy xúc KOMATSU pc 350

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
CỦA MÁY ĐÀO
1.1. Công dụng – Phân loại máy đào
1.1.1. Công dụng
1.1.2. Phân loại
1.2. Cấu tạo và Nguyên lý làm việc của máy đào
1.3. Phân tích kết cấu máy đào KOMATSU PC 350
1.4. Ưu , Nhược điểm của hệ thống truyền động thủy lực
1.4.1. Khái niệm của hệ thống truyền động thủy lực
1.4.2. Đặc điểm của hệ thống truyền động thủy lực
1.4.3. Ưu điểm của hệ thống truyền động thủy lực
1.4.4. Nhược điểm của hệ thống truyền động thủy lực
1.5. Thông số hình học và đặc tính kỹ thuật của máy đào KOMATSU PC 350
CHƯƠNG 2 .TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC BỘ CÔNG
TÁC
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.2. Xác định lực trong các xy lanh
2.2.1. Xác định chiều dài phoi cắt lớn nhất và lực cản đào
2.2.2. Xác định lực trong xy lanh tay gầu
2.2.3. Xác định lực trong xy lanh nâng cần
2.2.4. Xác định lực trong xy lanh gầu
2.3. Tính chọn xy lanh
2.4. Tính chọn bơm dầu thủy lực
2.5.

Lựa chọn van phân phối

2.6.

Lựa chọn thùng chưa dầu thủy lực

2.7. Chọn bầu lọc
2.8.

Lựa chọn ống dẫn và cút nối

LỜI NÓI ĐẦU
Sau khi được học môn học máy làm đất em đã được tích lũy một số kiến thức nhất
định về ngành nghề của mình, để có có một cái nhìn trực quan và thực tế cũng như
gián tiếp thực tập về ngành, nay em được giao nhiệm vụ là: “Tính toán thiết kế hệ
thống thuỷ lực bộ công tác theo máy xúc KOMATSU C 350”.


Ở nước ta hiện nay, quá trình xây dựng các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, các công
trình giao thông, khai thác các loại khoáng sản: than, đá, quặng. Đòi hỏi cần phải giải
quyết những công việc như đào mà vận chuyển đất đá với khối lượng lớn mà lao động
phổ thông không đáp ứng được. Do đó máy đào một gầu KOMATSU PC 350 có hệ
thống truyền động thuỷ lực nên có rất nhiều ưu điểm về kết cấu và thao tác và có khả
năng tự động hoá, do đó nâng cao được năng suất và kinh tế trong quá trình sử dụng.
Trong quá trình làm đồ án do trình độ còn hạn chế, tài liệu chưa đầy đủ nên chắc chắn
không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sự chỉ bảo của quý thầy cô và sự đống góp ý
kiến của các bạn.
Cuối cùng cho em được gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả quý thầy cô trong nhà
trường đã truyền đạt kiến thức cho em trong thời gian qua. Em xin chân thành cám ơn
thầy giáo Phạm Như Nam đã định hướng, tận tình hướng dẫn cho em thực hiện và
hoàn thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện

Bùi Xuân Phong

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY ĐÀO
MÁY ĐÀO KOMATSU PC 350
1.1.

Công dụng – Phân loại máy đào

1.1.1. Công dụng
Máy xúc, đào được xem là thiết bị chính yếu trong công tác làm đất nói riêng và quá
trinh xây dựng nói chung. Máy xúc, đào chuyên làm nhiệm vụ khai thác đất và đổ vào
phương tiện vận chuyển hoặc tự vận chuyển trong cự ly ngắn (đào, đấp kênh,
mương,....).
Trong quá trình xây dựng đường xá, đê, đập, đập thủy điện, khai thác mỏ, thì máy xúc,
đào, đặc biệt là máy đào được đánh giá là thiết bị quan trọng nhất. Khối lượng đất, đá
do máy đào đảm nhiệm trung bình là 45% tổng khối lượng công việc.
Ngoài ra, máy đào còn được thiết kế thêm các bộ công tác gầu thuận, bộ công tác gầu
nghịch, bộ công tác gầu ngoặm, bộ công tác cần trục, bộ công tác búa đóng cọc,... để
máy có thể làm các việc khác nhau nhu: trục, cẩu các thiết bị hoặc vật liệu nặng lên
cao, làm búa đóng cọc, san lấp mặt bằng, phá dỡ công trình,...


Máy đào KOMATSU PC 350 là máy xúc một gầu có hệ thống truyền động thuỷ lực ,
có nhiều ưu điểm về thao tác kinh tế hơn so với máy đào truyền động cơ khí, nó
không những đạt năng suất gấp 1,25 ÷1,5 lần so với các loại máy tương tự có cùng
kích thước mà còn làm tăng mức độ cơ giới hoá một cách đáng kể khi sử dụng vào
những công việc làm đất khác nhau.
Máy xúc KOMATSU PC 350 đã được tiêu chuẩn hoá và thống nhất hoá các
cụm thiết bị dẫn động thuỷ lực, danh mục các chi tiết dự trữ của máy được giảm bớt đi
nhiều và tạo ra khả năng vận dụng sửa chữa liên hợp để sửa chữa máy, nhờ vậy giảm

bớt được việc sửa chữa nhỏ trong công tác sửa chữa và tăng thêm được thời gian sử
dụng hữu ích.

Hình a : Máy đào KOMATSU PC 350

1.1.2. Phân loại máy đào
Có nhiều cách phân loại các loại máy xúc, đào. Sau đây là một số cách phân loại máy
xúc, đào:
Theo đặc điểm bộ công tác: máy đào gầu thuận, máy đào gầu ngược, máy đào
gầu ngoặm, máy đào gầu kéo (kiểu dây quăng), máy đào gầu bào,...
Theo hệ thống treo bộ công tác: hệ treo mềm (dây cáp), hệ treo cứng (xilanh
thủy lực).


Theo hệ thống di chuyển: máy đào chạy bằng bánh xích, máy đào chạy bằng
bánh hơi.
Theo cơ cấu điều khiển: điều khiển bằng cơ, điều khiển bằng điện, điều khiển
kết họp (điều khiển bằng cơ kết họp với điện).
-

Theo dung tích gầu:

+ Máy đào loại lớn: dung tích gầu trên 4 m3
+ Máy đào loại vừa: dung tích gầu từ 1,25 đến 4 m3
+ Máy đào loại nhỏ: dung tích gầu nhỏ hơn 1 m3
Ngoài ra người ta còn phân loại máy đào theo cơ cấu sinh công: bằng động cơ điện
hoặc bằng động cơ đốt trong.
1.2.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đào gầu nghịch

Hình b. Cấu tạo chung của máy đào
1 – Buồng động cơ diesel
2 – Bơm thủy lực
3 – Motor di chuyển
4 – Thùng dầu thủy lực

5 – Motor quay toa
6 – Gầu đào
7 – Xy lanh thủy lực
8 – Cum van phân phối

Nguyên lý hoạt động:
Khi động cơ (1) làm việc. Công suất được truyền qua bánh đà đến bơm thuỷ
lực (2). Khỉ bơm thuỷ lực làm việc, dầu sẽ được hút từ thùng dầu thủy lực (4)
và đẩy đến cụm van phân phối chính (8). Trên ca bin, người vận hành sẽ điều
khiển bằng cách tác động đến các cần điều khiển thiết bị công tác, quay toa, di


chuyển. Khi cố sự tác động của người vận hành, một dòng dầu điều khiển sẽ
được mở đi đến cụm van phân phối chính, chứng có tác dụng đống/mở cụm
van phân phổi tương ứng cho thiết bị công tác, quay toa, di chuyển. Một đường
dầu đi đến các xilanh cần, xilanh tay gầu hoặc xilanh gầu; một đường dầu đi
đến motor quay toa (5) và một đường dầu đi đến motor di chuyển (3) làm cho
các motor này quay. Khi các motor này quay, chúng sẽ làm cho bánh xích di
chuyển hoặc bàn quay sẽ quay.
Dầu trước khi về thùng sẽ được làm mát ở két làm mát và được lọc bẩn bởi lưới
lọc dầu. Áp lực của hệ thống thuỷ lực được giới hạn bởi van an toàn, thông
thường được lắp ở cụm van phân phối chính. Khi áp lực hệ thống đạt đến giới
hạn của van thì van sẽ mở ra và cho dầu chảy về thùng, đảm bảo an toàn cho hệ

thống van, ống dây phân phối và bơm
1.3.

Các thông số cơ bản và sơ đồ cấu tạo của máy đào KOMATSU PC 350


Hình c. Sơ đồ kích thước, kết cấu máy đào PC 350
1-gầu; 2- tay gầu; 3- xilanh gầu; 4- xilanh tay gầu; 5- cần; 6- xilanh cần;
7- cabin; 8- động cơ; 9- dải xích; 10- môtơ di chuyển; 11- sắt xi; 12- galê
đỡ; 13- galê tỳ; 14- bánh dẫn hướng.
*Sơ đồ mạch thuỷ lực máy xúc PC-350


5

6

7

8

9

10
11

4

3
2

12

1

13

14

1-Bơm thuỷ lực; 2-Van phân phối; 3-Cụm van tiết lưu van 1 chiều; 4-Van an
toàn; 5-Xylanh điều chỉnh gầu; 6-Xylanh điều chỉnh tay gầu; 7-Xylanh nâng
hạ cần; 8-Mô tơ quay; 9-10-Mô tơ di chuyển; 11-Cụm van an toàn giảm chấn;
12-Cụm làm mát; 13-Thùng dầu; 14-Van an toàn
Nguyên lý hoạt động:
Bơm thủy lực (1) nhận dầu thủy lực từ thùng dầu (13) qua đường ống cao áp đi làm
việc, trong quá trình vận chuyển nếu áp suất dòng dầu trong đường ống quá lớn thì
van an toàn(14) sẽ mở dầu sẽ đi về thùng làm ổn định áp suất dòng dầu trong đường
ống, dầu cao áp tiếp tục đi đến các van phân phối (2) để phân chia dòng dầu cao áp ,
tiếp theo dầu cao áp sẽ đi qua các cụm van tiết lưu (3) để điều chỉnh lưu lượng dòng
dầu trước khi đến thiết bị công tác là xi lanh(5,6,7), trong quá trình đưa dòng dầu cao
áp từ cụm van tiết lưu lên các xi lanh công tác (5,6,7) nếu dầu trong đường ống có áp
suất vượt quá mức cho phép thì van an toàn(4) sẽ mở và một phần dầu sẽ về thùng
1.4. Hệ thống truyền động thủy lực
1.4.1. Khái niệm hệ thống truyền động thủy lực.
Về bản chất, truyền động thuỷ lực là hệ thống thuỷ lực dùng để truyền năng lượng
bằng chất lỏng và biến đổi nó thành cơ năng ở đầu ra của hệ thống (năng lượng
chuyển động động cơ thuỷ lực) đồng thời thực hiện chức năng điều khiển và điều
chỉnh tốc độ của khâu ra.


Khái niệm “Truyền động thuỷ lực” thường đi đôi với khái niệm “Hệ thống thuỷ lực”

và được hiểu là tổ hợp các cơ cấu truyền năng lượng bằng cách sử dụng chất lỏng vói
áp suất cao. Trong một hệ thống thuỷ lực có thể có một hoặc nhiều động cơ thuỷ lực
và bơm thuỷ lực. Truyền động thuỷ lực bao gồm nguồn lưu lượng chất lỏng, phần lớn
là các loại bơm thuỷ lực; động cơ thuỷ lực chuyển động thẳng hoặc chuyển động
quay; cơ cấu điều khiển.
1.4.2. Đặc điểm hệ thrống truyền động thủy lực
Hệ thống truyền động thủy lực là phương pháp truyền động được sử dụng rất phổ biến
và trở thành một trong những khuynh hướng phát triển của các loại máy xúc, đào.
Nhiệm vụ chính của hệ thống thủy lực là truyền năng lượng từ động cơ diezel đến các
cơ cấu khác nhau: gầu, motor di chuyển, motor quay toa. Động cơ diezel làm quay
bơm thủy lực, dòng dầu cao áp do bơm tạo ra sẽ di chuyển đến các xilanh, motor thủy
lực di chuyển hoặc motor quay toa. Để tạo ra dòng dầu thủy lực có áp suất cao, các hệ
thống thủy lực hiện nay chủ yếu sử dụng bơm piston thay thế bơm bánh răng và bơm
cánh gạt sử dụng trước đó. Các bơm piston có thể điều chỉnh được lưu lượng nên tiết
kiệm công suất, nâng cao hiệu suất của máy. Do áp suất trong hệ thống thủy lực rất
lớn, có những nơi áp suất lên đến 38 Mpa, do đó, các phần tử trong hệ thống thủy lực
đòi hỏi độ chính xác chế tạo rất cao. Các phần tử này chỉ làm việc hiệu quả khi kích
thước của cặn, bẩn không vượt quá 40 Micromet. Chính vì vậy, yêu cầu làm sạch dầu
là điều rất cần thiết.
Hệ thống thủy lực bị nhiễm bẩn có thể dẫn đến:
-Giảm hiệu suất làm việc của máy.
- Giảm tuổi thọ của các phần tử thủy lực.
Nguyên nhân chủ yếu làm bẩn dầu thủy lực:
- Sự thâm nhập của bụi bẩn (trong quá trình làm việc của máy hoặc trong những lần
bảo trì, sửa chữa nhân viên kỹ thuật không vệ sinh sạch sẽ các chi tiết trước khi lắp
ghép).
- Phần tử thủy lực bị bào mòn tạo ra các hạt kim loại.
- Cặn lẫn trong dầu thủy lực.
- Hệ thống lọc dầu không đảm bảo.
Để đảm bảo làm sạch dầu, các hệ thống thủy lực đều phải sử dụng những hệ thống lọc

khác nhau. Hai vị trí quan tíọng cần đặt hệ thống lọc là sau bơm và đường dầu hồi về
thùng chứa.
Hiện nay, hệ thống thủy lực đã ứng dụng điện, điện tử vào điều khiển thay thế cho
điều khiển bằng cơ học trước kia. Yì vậy, người lái có thể điều khiển nhẹ nhàng hơn,
nâng cao độ chính xác và an toàn.


1.4.3. Ưu điểm của phương pháp truyền động thủy lực
Truyền động thuỷ lực được sử dụng tính công nghiệp, đặc biệt là ngành chế tạo máy
và hàng không vũ trụ, đã thể hiện vai trò tích cực của nó trong sự phát triển của kỹ
thuật, bởi vì nó có những ưu điểm sau đây:
Kích thước và trọng lượng trên một đơn vị công suất nhỏ, hiệu suất lớn, độ tin cậy
cao, điều khiển đơn giản.
Động cơ thuỷ lực còn có tỷ số giữa mômen xoắn ở trục ra trên mômen quán tính của
rotor lớn. Nhờ có ưu điểm này mà thời gian đảo chiều và đạt tốc độ quay cực đại của
nó rất nhỏ (từ 0,03 - 0,05s). Động cơ thuỷ lực quay có thể đảo chiều đến 500 lần/phút.
Động cơ thuỷ lực chuyển động thẳng có thể đảo chiều đến 1000 lần/phút. Bơm thuỷ
lực cũng có tác động rất nhanh. Ví dụ bơm dùng trong hàng không có thể đạt lưu
lượng từ không đến cực đại trong khoảng 0,04s, và thòi gian giảm từ lưu lượng cực
đại về 0 trong khoảng 0,02s.
Ưu điểm của truyền động thuỷ lực còn được thể hiện ở việc điều khiển vô cấp tốc độ
trong dải rộng. Tỷ số truyền của truyền động thuỷ lực là tỷ số giữa số vòng quay lớn
nhất và số vòng quay nhỏ nhất trên trục của động cơ và có thể đạt tới 1000. Giới hạn
dưới của số vòng quay của phần lớn các loại động cơ thuỷ lực đạt tới 5 4-10
vòng/phút.
Ngoài ra, truyền động thuỷ lực rất đơn giản trong sử dụng và bảo quản. Tuổi thọ của
bơm và động cơ thuỷ lực thường đạt tới 20000h và lớn hơn. Do chất lỏng làm việc
trong truyền động thủy lực là dầu khoáng (hay còn gọi là nhớt, loại nhớt sử dụng phổ
biến hiện nay trong các máy xúc, đào là nhớt 10) nên có điều kiện bôi trơn tốt các chi
tiết và chuyển động êm hầu như không có tiếng ồn.

1.4.4. Nhược điểm của phương pháp truyền động thủy lực
Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng làm việc dể bị rò rĩ hoặc không khí dễ bị
lọt vào, làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định của truyền động.
Vận tốc truyền động bị hạn chế vì phải đề phòng hiện tượng va đập thủy lực,tổn thất
cột áp, tổn thất công suất lớn và xâm thực
Để khắc phục một số nhược điểm của truyền động thủy lực, trên các máy xúc, đào
thủy lực người ta thường bố trí loại truyền động liên hợp như truyền động thủy - cơ.
Tuy vậy, toàn bộ quá trình truyền và bộ phận truyền động là thủy lực nên vẫn được gọi
là truyền động thủy lực.
1.5. Thông số hình học và đặc tính kỹ thuật
Bảng d. Các thông số của máy đào KOMATSU PC350, bánh xích
Dung tích gầu

m3

1,4

Trọng lượng

kg

32.300


Khả Chiều sâu đào lớn nhất
năn Chiều sâu đào thẳng đứng lớn nhất
Tầm với lớn nhất khi đào
g
làm Tầm với lớn nhất khi ở mặt đất bằng
Tính việc phẳng

năng của Chiều cào lớn nhất khi đào
máy Chiều cao lớn nhất khi đổ đất thành đống
Lực đào lớn nhất
Vận tốc quay toa
Vận tốc di chuyển
Khả năng vượt dốc
Áp lực lên mặt đất
Chiều dài máy
Chiều rộng máy
Chiều rộng dải xích
Chiều cao máy khi di chuyển
Chiều cao tới đỉnh của buồng lái
Khoảng cách từ đối trọng đến mặt đất
Kích
thước Khoảng cách gầm xe
Bán kính quay vòng
máy
Bán kính thiết bị công tác nhỏ nhất
Độ cao của thiết bị công tác khi quay vòng nhỏ
nhất
Chiều dài tiếp xúc mặt đất của dải xích
Khoảng cách tâm hai dải xích
Chiều cao buổng lái
Model
Số xilanh-đường kính x hành trình
Dung tích xilanh
Động
Công suất đông cơ
cơ
Tính Mômen xoắn tối đa

năng Vận tốc không tải max
Vận tốc không tải min
Mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu
Môtơ khởi động
Máy phát điện

mm

kN
Vòng/phút
km/h
Độ
MPa
mm

mm
cc
kW/Vq
Nm/Vq
vòng/phút
vòng/phút
g/kWh

7.380
6.400
11.080
10.890
10.070
7.030
187,2

10,0
[3,7-5,5]
35
0,066
11.020
3.190
600
3.355
3.130
1.186
498
3.300
4.350
8.510
3.700
2.590
2.580
SAA6D108-2
6-108 x 130
7.145
172,8/(2.050)
897/(1.500)
2.250
900
205
24 V, 7,5 kW
24 V, 33A

Chương 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC BỘ CÔNG TÁC

2.1. Cơ sở lý thuyết
Dựa vào tính chất cơ lý của từng loại đất
Theo phương pháp thi công bằng cơ giới đất được chia thành 11 cấp.
Trong đó, từ cấp (I ÷V) có thể thi công bằng máy làm đất. Các đặc trưng cơ tính của
đất từ cấp (I ÷V) được xác định như trong bảng 1.II.1. [3]
Đào đất là tổ hợp hai quá trình:
Quá trình cắt đất thuần túy , làm cho đất bị tách khỏi nền cơ bản và trượt trên bề mặt
của dao cắt.
Quá trình tích đất vào trong bộ công tác (gầu xúc, thùng cạp…), hoặc tích đất trước bộ
công tác (bàn ủi, bàn san,…).
Dựa vào công thức N. G. Dombrovski để tính thành phần lực P1:.
P1 = K1.B.h
Trong đó: K1: hệ số lực cản đào và tích đất, hoặc còn gọi là lực cản đào riêng; tra bảng
1.III.1.[3].
Dựa vào các giả thiết đã cho trước:
Các lực trên được xác định dựa vào các đặc điểm của quá trình đào và tích đất, cụ thể
là các đặc điểm sau:
Gầu quay quanh khớp O3 nhờ xilanh quay gầu. Lúc này cho phép xem cần và tay gầu
cốđịnh.
Tay gầu quay quanh khớp O2 nhờ xilanh quay tay gầu. Khi đó xem cần cốđịnh và gầu
được coi là liên kết cứng với tay gầu.
Cần và tay gầuđồng thời cùng làm việc nhờ xilanh nâng hạ cần và xilanh quay tay
gầu. Trong trường hợp này cũng xem gầu liên kết cứng với tay gầu.
Dựa vào các lực tác dụng lên bộ phận công tác:
Trọng lượng của cần Gc, của tay gầu Gt, của gầu và đất Gg+đ
Lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu P1 ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu.
Lực cản đào tại răng gầu do chướng ngại vật gây ra, Pđ.
Lực nâng và hạ cần làm việc Pc, dưới tác dụng của Pc cần sẽ quay quanh khớp O1.

Lực để quay tay gầu quanh khớp O (Pt).
Lực quay gầu quanh khớp O2 (Pg).


Cmax

Hn

Gtc

Gtc

Gg+d
1

Gg

Hình 2.1. Sơ đồ lực tác dụng lên máy đào KOMATSU PC350
2.2. Xác định lực trong các xy lanh
2.2.1. Xác định chiều dày phoi cắt lớn nhất, lực cản đào và tích đất
Giả sử trong thời gian đào đất, gầu chuyển động nhờ tay gầu, chiều dày lớn nhất của
phoi đất đạt được khi răng gầu cắt hết tầng đào và ngang với khớp O2. Khớp O2 có độ
cao ngang mặt bằng đứng của máy.
Trong trường hợp này chiều dày phoi đất lớn nhất được tính theo công thức :

hmax 

q
b.H 0 .kt

q: Dung tích hình học gầu q= 1,4 m3.
b: Chiều rộng phoi cắt, lấy gần đúng bằng chiều rộng gầu b = 1445 (mm) = 1,445
(m).
Hn: Chiều sâu đào đất, được xác định theo công thức cho trong bảng(5-2)[3]
H 0  7, 75. 3 q  8, 67( m)

Kt: Hệ số tơi của đất, ta tính cho đất loại IV do đó ta chọn Kt = 1,37.
Vậy chiều dày phoi đất lớn nhất là:


hmax 

q
1,4

 0,082
b.H 0 .K n 1, 445.8,67.1,37
(m) = 8,2 ( cm ).

Trong trường hợp này, thành phần lực cản đào theo phương tiếp tuyến với quỹđạo đào
lớn nhất tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu) được xác định theo công thức của N. G.
Dombrovski:
P1= K1.b.hmax
Trong đó:
K1: Hệ số cản đào, theo bảng 1-3.1 [3] với đất cấp IV, chọn K1= 18 ( N/cm2 ).
P1: Lực cản đào tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu (hay mép gàu).
b: Chiều rộng gầu, b=144,5 (cm)
Lực cản đào lớn nhất tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu:
P1= b.K1.hmax=144,5.18.8,2= 21328,2 (N).
2.2.2. Xác định lực trong xilanh tay gầu

Để xác định lực tác dụng lên cán piston của xi lanh tay gầu ta dựa vào đặc điểm thứ
hai của quá trình đào và tích đất trong máy đào gầu ngược truyền động thuỷ lực.
Theo đặc điểm này, ta có thể xem cần là cố định và gàu được liên kết cứng với tay
gàu, chỉ có xi lanh quay tay gầu làm việc.
Lực đẩy Pt của xylanh quay tay gầu sẽđạt giá trị lớn nhất tại hai vị trí:
+Vị trí thứ nhất
Vị trí thứ nhất với các đặc điểm tính toán như sau:
Tay gầu gần như vuông góc với phương ngang, trục của tay gầu vuông góc với trục
dọc của xi lanh tay gầu hay cũng chính là phương của lực Pt trong xi lanh quay tay
gầu.
Gầu bắt đầu cắt đất, răng gầu gặp chướng ngại vật.


V? TRÍ MÁY LÀM VI? C (I)

O1

Hn

Gc

Hình 2.2. Sơ đồ xác định lực trong xi lanh quay tay gầu ở vị trí thứ nhất.
Lực Pt được xác định từ phương trình cân bằng mômen do các lực của hệ tay gầu và
gầu gây ra với khớp O2 ta có:

�M

O2

 0  Pt 

P1.a1  Gg .a2  Gtc .a3
a4

Trong đó:
Gt, Gg: trọng lượng của tay gầu và gầu.
Với: Gt = 17138,07 (N).
Gg =12497,94 (N).
P1: lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu.
a1, a2, a3, a4: cánh tay đòn từ các lực đến khớp O2.
Xác định các cánh tay đòn:
+ a1: Khoảng cách từ lực P1đến khớp quay O2
a1 = O2. O3 + lg = 3,38 + 1,663 = 5,043 (m).
+ a2: Cánh tay đòn của Ggđối với O2
l
1,663
a2 � g 
 0,8315
2
2
(m).


+ a3: Cánh tay đòn của Gt, a3 = 0.
+ a4: Cánh tay đòn của Ptđối với O2, a4 = 0,8 (m).
Từđó ta xác định được:

pt 

p1.a1  Gg .a2  Gt .a3

a4



21328, 2.5,043  12497,94.0,8315  17138,07.0
 147197,74( N )
0, 8

Vị trí thứ hai.
TRÍ MÁY
LÀMsau:
VI? C (II)
* Vị trí thứ hai với các đặc điểm tínhV?toán
như

Cmax

Gtc
Hn

Gg+d

Hình 2.3. Sơ đồ xác định lực trong xi lanh quay tay gầu ở vị trí thứ hai
Gầu vẫn đang cắt đất ở cuối quá trình đào đất và tích đất vào gầu.
Răng gầu cắt đất với chiều dày phoi cắt lớn nhất hmax; gầuđã được tích đầy đất.
Trong đó, vị trí thứ hai là vị trí tổng quát, luôn luôn xuất hiện trong quá trình đào đất
của máy đào gầu ngược. Do đó ta tiến hành xác định lực Pt trong xi lanh quay gầuở vị
trí và tích đấtthứ hai. Lực Pt có phương tạo với trục dọc của tay gầu góc 1.
Lực Pt được xác định từ phương trình cân bằng mô men do các lực của hệ tay gầu và
gầu gây ra với khớp O2 :

�M

02

 0 � Pt 

P1a1  G g  d .a 2  G t .a 3
a4


Trong đó:
Gt, Gg+đ: Trọng lượng tay gầu, trọng lượng gầu và đất ở trong gầu
a1, a2, a3, a4 : Cánh tay đòn từ các lực đến khớp O2
P1: Lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu.
Có Gt = 17138,07(N), Gg = 12497,94(N).
Gđ- là trọng lượng của đất:

G d  q.

kd
.
kt

Trong đó:
kđ- hệ số làm đầy gầu, chọn theo bảng (2.3) [3], kđ = 1
kt - hệ số tơi của đất, chọn theo bảng (1.5) [3], kt= 1,3



3
 - trọng lượng riêng của đất, được chọn theo bảng (1.5),   18 kN / m

� G d  1,4.



1
.18000  19384,61 N 
1,3

Gg+đ = Gg + Gđ = 12497,94+ 19384,61=31882,55(N).
Với P1 = 21328,2 (N).
Xác định các cánh tay đòn:
a1: khoảng cách từ lực P1đến khớp quay O2.
Lúc này, coi tay gầu và gầu nằm nghiêng so với phương ngang một góc 300, lực P1
vuông góc với tay gầu.
a1 = (O2O3 + lg)cos300 = (3,38+ 1,663 )cos300 = 4,36 (m).
a2: khoảng cách từ Gg+đđến khớp quay O2.
Lấy Gg+đnằm ở giữa gầu, vậy ta có:
a2 = (O2O3+ 0,5.lg)cos300 = (3,38 + 0,5.1,663). cos300 = 3,65 (m).
a3: khoảng cách từ Gtđến khớp quay O2.
a3=(m).
a4: cánh tay đòn từ lực Ptđến khớp quay O2.
Lấy góc 1 = 300=> a4 = 0,8.sin30 = 0,4 (m).
Từđó ta có:


pt 

p1.a1  Ggđ .a2  Gt .a3
a4



21328, 2.4,36  31882,55.3,65  17138,07.0,975
 565179,7( N ).
0, 4

2.2.3. Xác định lực trong xy lanh nâng cần
Lực trong xi lanh nâng cần được xác định tại hai vị trí.
Vị trí thứ nhất:
Máy làm việc ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu, gầu đã đầy đất, xi lanh quay
tay gầu và xi lanh quay gầu ngừng làm việc.
Lúc đó, xi lanh nâng cần vươn ra từ từđể nâng toàn bộ thiết bị làm việc gồm cần, tay
gầu, gầu chứa đầy đất, chuẩn bị quay máy đến vị trí xả.
Vị trí thứ hai:
Máy đã xả xong đất. Lúc này, toàn bộ thiết bị làm việc của máy vươn xa nhất, xi lanh
nâng cần chuẩn bị thu vềđưa thiết bị làm việc trở về chuẩn bị chu kỳ làm việc tiếp
theo.
a. Tại vị trí thứ nhất
Lực trong xi lanh nâng cần được xác định tại thời điểm kết thúc giai đoạn đào và tích
đất vào gầu, gầu đã đầy đất, xi lanh quay tay gầu và xy lanh quay tay gầu ngừng làm
việc. Lúc đó, xi lanh nâng cần vươn ra từ từđể nâng toàn bộ thiết bị làm việc gồm cần,
tay gầu và gầu chứa đầy đất lên khỏi tầng đào, chuẩn bị quay máy đến vị trí xảđất.


p

b4

A

Gc

Hn

Gtc
Gg+d

Hình 2.4. Sơ đồ xác định lực trong xi lanh nâng cần
Lực nâng cần Pc được xác định từ phương trình cân bằng mômen do các lực tác dụng
lên cân gây ra so với khớp chân cần – khớp O1.
MO1 = 0
� G g  d .b1  G t .b 2  G c .b 3  Pc .b 4  0
Suy ra: Pc =
Trong đó:
Gc, Gt, Gg+đ: trọng lượng của cần, tay gầu và gầu chứa đầy đất.
b1, b2, b3, b4: cánh tay đòn tương ứng từ các lực đến khớp O1.
Ta có: Gc =25309,8 (N).
Gt = 17138,07(N).
Gg+đ= 31882,55(N).
Xác định các cánh tay đòn:
b1 : khoảng cách từ Gg+đđến khớp quay O1.
Khi xi lanh nâng cần bắt đầu vươn ra từ từ, coi tay gàu nghiêng một góc


 = 300, cần nằm ngang :
b1 = lc – (O2O3 .cos300 + 0,5.lg)
b1 = 7,06 –(3,38.cos300 + 0,5.1,663] = 3,3 (m).

b2: khoảng cách từ Gtđến khớp quay O1.
b2 = lc – (m).
b3: khoảng cách từ Gcđến khớp O1.
b3 = (m).
b4: khoảng cách từ Pcđến khớp quay O1, coi đường tâm xi lanh cần nghiêng một
góc = 300 so với đường O1A.
b4 = O1A.sin300 = 2,95.sin 300 = 1,475 (m).
Từđó ta có:

1
 31882,55.3,3  17138,07.5,15  25309,8.3,53
1,
475
Pc =
= 191740,4 (N).
Do dùng hai chiếc xilanh nên lực trong mỗi xilanh sẽ bằng một nửa giá trị lực Pc.

� Pc' 

Pc 191740,4

 95570,2  N 
2
2

b. Vị trí thứ hai
Máy đã xả xong đất. Lúc này toàn bộ thiết bị làm việc của máy vươn xa nhất, xi lanh
nâng cần chuẩn bị thu vềđưa thiết bị làm việc trở về chuẩn bị chu kỳ làm việc tiếp
theo.

Gtc

p

Gc

Gg

Hình 2.5. Sơđồ tính lực trong xi lanh nâng hạ cần ở trường hợp xảđất
Lực nâng cần Pc được xác định từ phương trình cân bằng mômen do lực tác dụng lên
cần gây ra so với khớp chân cần – khớp O1.

�O1  0 � G g .b1  G tg .b2  G c .b3  Pc .b4  0
� Pc 

1
G g .b1  G tg . b 2  G c .b3
b4





Trong đó:
Gg, Gt, Gc: Trọng lượng của gầu, tay gầu và cần.
b1, b2, b3, b4: Cánh tay đòn tương ứng từ các lực đến khớp O1.
Có:
Gg+đ= 31882,55(N).
Gc =25309,8(N).

Gt = 17138,07(N).
- Xác định các cánh tay đòn:
Coi lúc này cần nghiêng một góc 450 so với phương ngang, tay gầu nghiêng một góc
300.
+ b1:khoảng cách từ trọng tâm gầu đến khớp O1
b1=Lc.cos450+(O2O3+.lg).cos300


b1 =10,28 (m).
+ b2:Khoảng cách từ Gt đến khớp O1
b2=Lc.cos450+(O2O3)/2.cos300
b2 = 8,58 (m).
+ b3: Khoảng cách từ Gcđến khớp O1
b3 = Lc.cos450 = 2,5 (m).
Ta có b4 = 0,5 (m).
=> Pc =(31882,55.10,28 + 17138,07. 8,58 + 25309,8.2,5)/0,5 = 1076143,5 (N).
Do dùng hai chiếc xilanh nên lực trong mỗi xilanh sẽ bằng một nửa giá trị lực Pc.

2.2.4. Xác định lực trong xi lanh gầu
-Trong khi đào đất và tích đất lực đẩy của xilanh quay gầu P_g sẽ tăng dần từ vị trí 1
đến vị trí 5 của gầu và sẽ đạt giá trị lớn nhất tại vị trí 5
+ xác định lực xilanh quay gầu
a.tại vị trí 1


=0 =>

 =
Trong đó
-- Trọng lượng gầu

-- cánh tay đòn từ các lực đến khớp
Xác định các cánh tay đòn
+ khoảng cách từ đến ;
+ cánh tay đòn của với ;
+ cánh tay đòn của với ; =1,75 m


-Từ (5) =>

===77,7 (kN)
=

==140 kN
Vị trí 2
Xác định lực trong xi lanh quay gầu trong trường hợp gàu quay quanh khớp O3 (giữa
gầu và tay gầu) để tiến hành xúc đất và tích đất vào gầu, xilanh cần và xilanh tay gầu
cốđịnh. Như vậy, khớp O3 cốđịnh gầu quay từ vị trí I đến vị trí II tiến hành cắt đất và
tích đất vào gầu với chiều cao H1. Khi răng gầu kết thúc quá trình cắt thì đạt độ cao
ngang với khớp O3 và chiều dày phoi cắt lớn nhất.

Hình 2.6. Sơđồ xác định lực trong xi lanh quay gàu của máy đào
Dựa vào đặc điểm thứ nhất, ta có thể xác định được lực trong xi lanh quay gầu khi
răng gầu ở vị trí thứ II bằng cách thiết lập phương trình cân bằng mômen với điểm O 3.

�O3  0 � Pg .r3  P1.r2  G gd .r2  0
� Pg 

P1.r2  G g d .r2
r3

Trong đó:
r1,r2,r3: cánh tay đòn của các lực đối với điểm O3.
Gg+đ: trọng lượng gầu và đất trong gầu. Gg+đ= 31882,55(N).
P1: lực cản đào tiếp tuyến của đất tác dụng lên răng gầu. P1 = 21328,2 (N).
Xác định các cánh tay đòn:
+r1 : khoảng cách từ lực P1đến khớp quay O3
r1 = Lg = 1,663 (m).


+r2 : khoảng cách từ Gg+đđến khớp quay O3
r2 = Lg = 1,663 =0,8315 (m).
+r3 : khoảng cách từ lực Pgđến khớp quay O3, r3 = 0,4 (m).
Lực trong xi lanh quay gầu là:
1
Pg = 0,34 (21328,2.1,663 + 31882,55.0,8315) =182291,6 (N)= 182,2 (KN)

2.3. Tính chọn xylanh
Khi các xilanh làm việc lực sinh ra ở cần piston theo áp suất chất lỏng trong hệ thống
thủy lực được tính như sau:

F : Lực đẩy cán piston, N
P1, P2 : áp lực dầu công tác, bar
A1, A2 : Diện tích phần chịu áp lực
dầu công tác của các bề mặt piston,
m2
D : Đường kính piston, mm
d: Đường kính cán piston, mm
Ps: áp suất dầu công tác từ bơm, bar

Hình 2.7.Mô hình của xilanh công tác

Phương trình cân bằng lực của xilanh:

P1 A1  P2 A2 

F
c

Trong đó:
P1, P2: Áp suất dầu công tác
c : Hiệu suất cơ khí của xi lanh thủy lực, thường lấy c = 0,95
A1, A2 : Diện tích làm việc của pittông ở phía không chứa cần và phía đối diện.
Hệ số tỉ lệ giữa đường kính piston D và cán piston d ký hiệu là  , được tính theo
công thức:


D2
= 2
D  d2
Chọn  = 1,6
 Diện tích cần thiết của xilanh được xác định như sau:

A1 

F
�
p �
c �p1  2 �
 �
�

Do có tổn thất trên hệ thống thủy lực nên giá trị áp suất p1 và p2 phải được nhân với hệ
số . Ta chọn = 0,8:
p1 = 230.105.0,8 = 184.105 (N/m2) , p2 = 15.105.0,8= 12.105 (N/m2).

+) Tính chọn xylanh tay gầu
Vậy diện tích cần thiết của xilanh được xác định như sau:

A1 

F
� p �
c �p1  2 �
�  �= (m2)

 D2
4A1
�D

Từ công thức: A1 = 4
D = (m) = 195(mm)
Chọn D=200mm
� Đường kính cán piston:
(m) = 120(mm)

Chọn d=120mm

Vậy xy lanh tay gầu đã chọn có các thông số sau:
Đường kính piston: D = 200 (mm)
Đường kính cán piston: d = 120 (mm)
Chiều dài hành trình: l =1700 (mm)

+) Tính chọn xy lanh cần