Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch trên cơ sở CAT 320d

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

ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ
THIẾT KẾ MÁY ĐÀO THUỶ LỰC GẦU NGHỊCH
LẮP TRÊN MÁY CƠ SỞ: Cat-320D
I .Số liệu cho trước:
1.Máy cơ sở: Cat-320D
2.Dung tích gầu:1m3.
3. Làm việc ở đất cấp II.
4. Vân tốc di chuyển: 4km/h.
5. Tốc độ nâng cần: Vxc=0,11 m/s.
6. Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu:Vxt=0,1-0.3 m/s.
7. Tốc độ làm việc của xi lanh gầu: Vxg=0,09 m/s.
8. Vận tốc vịng: nq=5 v/p.
II.Thiết minh tính tốn
1.Tính tốn thơng số máy đào.
2.Tính tốn bền tay gầu của bộ công tác.
3.Bản vẽ:
- Bản vẽ chung của máy: A1.
- Bản vẽ chế tạo tay gầu: A1.

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
2


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

Lời nói đầu

Thiết kế đồ án máy thuỷ lợi là môn học không thể thiếu
đối với mỗi sinh viên ngành máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi, nó
giúp sinh viên củng cố những kiến thức về nguyên lý làm việc, về
kết cấu và phương pháp tính tốn máy thuỷ lợi.
Trong cuộc sống phát triển đất nước theo hướng cơng ngiệp
hố, hiện đại hố đất nước. Xây dựng dân dụng và công nghiệp,
thuỷ lợi không thể thiếu được máy xây dựng, đặc biệt các cơng
trình thuỷ lợi rất cần thiết bị máy móc vì cơng trình thuỷ lợi có
khối lượng lớn, vốn đầu tư nhiều,địi hỏi thi cơng đúng tiến độ thời
vụ, có tầm quan trọng với sự tpát triển kinh tế nơng nghiệp, du
lịch…
Những cơng trình thuỷ lợi địi hỏi phải có cơng tác đất, xử
lý nền móng rất khắt khe,điều đó dẫn đến sự cần thiết của máy làm
đất như : máy ủi, máy san , máy đào, máy xúc…
Trong quá trình học em được giao đề tài thiết kế Máy đào
thuỷ lực gầu nghịch lắp trên máy cơ sở Cat-320D. Máy đào
thủy lực được dùng chủ yếu trong công tác làm đất, khai thác mỏ
lộ thiên, bốc xếp vật liệu, nó làm việc theo chu kỳ, có thể đổ vật
liệu lên phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống.
Hiện nay có rất nhiều chủng loại máy được nhập vào nước
ta, của nhiều nước khác nhau như: Nga, Nhật, Mỹ, Hàn Quốc,...để
sử dụng đạt hiệu quả cao nhất,bền nhất chúng ta phải hiểu rõ các
đặc tính kỹ thuật, tính năng của máy, biết thiết kế chế tạo các bộ
công tác của máy, để sửa chữa máy xây dựng khi bị hỏng. Đồ án
môn học Máy thuỷ lợi sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn, làm tốt hơn
vấn đề trên.

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
3


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

ĐỒ ÁN MÁY LÀM ĐẤT
THIẾT KẾ TAY GẦU VỚI MÁY CƠ SỞ CAD_320D
1 )ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ
Bộ công tác tiêu chuẩn
Cần
= 5,7(m)
Tay gầu = 2,9(m)
Gầu
= 1 (m3)
-Bộ công tác thiết kế :
Cần =6(m)
Gầu
=0.8(m3)
I)XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
Để xác định sơ bộ các thông số ta dựa vào luật đồng dạng về kích
thước , trọng lượng , cơng suất , dung tích gầu , …
L1
G
q
 1  1
L2 G2 q 2

L : thơng số hình học
G : thơng số trọng lượng

q : dung tích gầu
1) Tính mơmen tiêu chuẩn :

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
4


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Vị trí tính tốn : Gầu đầy đất , cần hợp với phương ngang một góc
450 , tay gầu hợp với phương ngang một góc 30o

Gxt

Gc

Gt

Gxg

Gg+d

Gxc

Motc = Gg+d.rg + Gtg.rtg + Gxg.rxg+ Gxtg.rxtg + 0,5.Gxc.rxc + Gc.rc
Gc :trọng lượng cần
Gc =17,37 (KN)
Gtg : trọng lượng tay gầu

Gtg=6,28 (KN)
Gxg :trọng lượng xi lanh gầu
Gxg =0,84 (KN)
Gxtg :trọng lượng xi lanh tay gầu Gxtg =0,21(KN)
Gxc : trọng lượng xi lanh cần
Gxc = 2,72(KN)
Gg+d : trọng lượng gầu đầy đất
Gg+d = Gd + Gg
q..k d
Gd = k tx =14,8 (KN)
Với đất cấp IV  20 ,ktx = 1,35

Gg+d = 14,8 + 8,37 =23.17 (KN); rc= 1,495 (m) ; rxtg = 2,551 (m)
rxg =6,070(m) ; rtg =5,223(m) ; rg = 6,485 (m) ; rxc = 0,67 (m)
Thay số ta có : Motc = 161,29 (KN.m)
II) Xác định các thông số mới
Cho trước chiều dài cần : 6 (m)
Dung tích gầu
: 0,8 (m3)
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
5


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Để xác định sơ bộ các thông số người ta dựa vào luật đồng dạng về
kích thước ,trọng lượng ,cơng suất , dung tích gầu …
A1

G
q
 1  1
A2
G2 q 2

1) Xác định khối lượng các bộ phận
Với bộ công tác mới : Gọi Gtg ,ltg là khối lượng và chiều dài của tay
gầu mới
-Khối lượng tay gầu :
Ltg
L1
G
 1  Gtg G1 .
 2,165.Ltg
Ltg Gtg
L1

- Khối lượng gầu :
G1 q1
q
  G2 G1 . 2 6,98( KN )
G2 q 2
q1

-Khối lượng cần :
L1 G1
L
  G2 G1 . 2 18,29 (KN)
L2 G2

L1

Mo = Gg+d.rg + Gc.rtg + Gxg.rxg+ Gxtg.rxtg + 0,5.Gxc.rc + Gc.rc
rc=

3
lc
. cos 45 0 = 2,12(m) ; rxtg = .l c . cos 45 0 = 6,36(m)
2
2
1
rxg = lc.cos450 + .ltg . cos 30 0 =0,22.ltg+4,24
4
1
0
rtg = lc.cos450+ ltg . cos 30 =0,29.ltg+4,24
3
3
1
rg = lccos450 + .ltg cos 30 0  H g =0,65.ltg+3,77
4
2

Hg là chiều dài gầu
Hg= 3 q =0,93(m)
Khối lượng gầu đầy đất :
Gg+d = Gd + Gg
q..k d
Gd = k tx =10,67 (KN)
Với đất cấp II  16 ,ktx = 1,15

Gg+d = 10,67 + 6,98 =17,65 (KN)
Để máy làm việc được ổn định thì:
Mo = Motc=161,29(KN)
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Mạnh Hà
Hồ Sĩ Sơn
6


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

ltg =3,23(m)
Gtg=7,344(KN)

III. Xác định các lực tác dụng lên bộ cơng tác
1. Tay gầu:
Tính ở vị trí cuối q trình đào,gầu đầy đất, Pxt có giá trị lớn
nhất khi gầu gần kết thúc quá trình cắt đất với lát cắt lớn nhất CMax
Tại vị trí này tay gầu nằm ngang, cần nghiêng một góc -150

Gt
Gg+d

Gxg

1
2

G xt

a. Tính chiều sâu đào
Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớp
1
4

cần và tay gầu (khớp O2) là .ltg

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
7


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

0
Hs = l c . sin 15  ltg  H g  1,7 = 4,01 (m)

b. Xác định lực của xylanh tay gầu
Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

cmax 

q.k d
0,8.1

0,156 m 

b.H 1.kTX 1,113 .4,01.1,15

q: dung tích gầu, q=0,8 m3
b- Chiều rộng gầu: b=1,2. 3 q =1,113 (m).
Hs- Chiều sâu đào: H1=4,01 (m).
Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp II lấy ktx=1,15
Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:
P01=k1.b.CMax=0,07.1,113.0,156 = 0,01213 Mpa =
12,13(KN/m2).
Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp II ( bảng 1.9/25 )lấy k1=0,07
Mpa.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
8


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Lấy mơmen đối điểm O2 ta có :
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= 12,13 KN.
r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O2:
r0 = 4,715 (m)
Khối lượng gầu đầy đất :

Gg+d = Gd + Gg
q..k d
Gd = k tx =10,67 (KN)
Với đất cấp II  16 ,ktx = 1,15

Gg+d = 10,67 + 6,98 =17,65 (KN)
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o2 :
rg= 3,787 (m)
Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 0,84 KN.
rxt, - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o2:
rxg= 1,315 (m)
Gxt- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxt= 2,093 KN.
rxt- Cánh tay đòn của Gxt lấy đối với điểm o2 :
rxt=0,803 (m)
Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg =7,34 KN
rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o2:
rtg 1,1(m)

rxt- Cánh tay đòn của Pxt lấy đối với điểm o2:
rxt=0,251(m)
Vậy
Pxt =

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

Pxt =134,05 (KN)
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
9


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Với lực của một xy lanh là Pxt =134,05 KN, với áp suất của
hệ thống
p =35 Mpa, ta tính được đường kính xy lanh cần là:
D=

Pxt .4
= 0,069(m) = 69 mm.
p.

Tra bảng ta chọn xylanh có các thơng số sau:
+ Đường kính xy lanh: D =140mm=> thoả m ãn
2.Xác định lực của xy lanh cần
a. Xác định hành trình xi lanh cần
Dựa vào thực tế và tính tốn ta chọn 2 xi lanh cần, và chọn vị
trí chân cần như hình vẽ:

1
2

G xc
Gc
Gxt

Gt
Gxg

Gg+d

b.Xác định lực của xy lanh cần:
Xét ở vị trí kết thúc q trình đào, gầu lên mép của khoang
đào, tay gầu nằm ngang, như hình vẽ:
Lấy mơmen đối điểm o1 ta có :
Pxc =
Với

Gc .rc  Gg  d .rg  Gtg .rtg  Gxg .rxg  Gxtg .rxtg  0,5.G xc .rxc,
rxc

Gc- Trọng lượng cần, Gc = 18,29 KN.

Gxt- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxt= 2,093 KN
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Mạnh Hà
Hồ Sĩ Sơn
10


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg =7,34 KN
Gg+d = 10,67 + 6,98 =17,65 (KN)
Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 0,84 KN.
Gxc- Trọng lượng xy lanh cần, Gxc= 3,51 KN.
Cánh tay đòn của Gc lấy đối với điểm o1:
rc=2,698 (m)
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o1:

rg= 2,041 (m)
rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o1:
rtg=4,728 (m)
rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o1:
rxg= 4,513 (m)
rxtg- cánh tay đòn của Gxtg lấy đối o1:
rxtg = 5,027 (m)
rc- Cánh tay đòn của Gxc lấy đối với điểm o1:
rc= 2,481 (m)
r,xc- Cánh tay đòn của Pxc lấy đối với điểm o1
rxc = 0,725 (m)
Thay số ta có:
Pxc 

Gc .rc  Gg d .rg  Gtg .rtg  Gxg .rxg  Gxtg .rxtg  0,5.G xc .r ,

xc

rxc

Pxc = 184,5 KN.
Với lực của xylanh cần Pxc = 456,02 KN, vì theo sơ đồ hệ
thống thuỷ lực dùng hai xylanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng
mỗi xylanh chịu một nửa lực của xylanh cần.
P’xc = 0,5.Pxc = 92,27(KN)
Với lực của một xy lanh là P’xc =92,27 KN, với áp suất của
hệ thống
p =35 Mpa, ta tính được đường kính xy lanh cần là:
D=

Pxc' .4
= 0,058(m) = 58 mm.
p.

Tra bảng ta chọn xylanh có các thơng số sau:
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
11


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
+ Đường kính xy lanh: D =120mm=> thoả m ãn
+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D = 75 mm.
3)

Xác định lực của xylanh gầu

a. Tính hành trình xylanh gầu
2

G xg

Gg+d
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:
q.k

0,8.1

d
Cmax= b.H .k 1,1136 .0,928.1,15 0,67 m.
1 tx

Với q- Dung tích gầu, q= 0,8 m3.
b- Chiều rộng gầu, b= 1,1136 m.
H1- Chiều sâu đào, H1= h = 0,928m.
ktx – Hệ số tơi xốp lấy đối đất II, ktx= 1,15.
kd : hệ số đầy gầu, kd = 1
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:
P01 = k1.b.Cmax= 0,1.1,1136.0,67 = 0,0746 MN
= 74,6 KN.
Với k1 – Hệ số cản đào ở đất cấp II, k1= 0,1 Mpa.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
12


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Lực lớn nhất của xy lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép của
khoang đào, cánh tay đòn rxg là nhỏ nhất.
Lấy mơmen đối điểm 03 ta có :
P’xg =
Với

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

P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 76,6 KN.
đ

- Trọng lượng gầu có đất, Gg+đ= 17,65 KN.

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 0,84
r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm o3,r0= Hg = 0,928m.
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o3, rg= 1/2. lg = 0,464 (m)
rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm o3,rxg = 0,17 (m)
r’xg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o3, r’xg = 0,216 m.
Thay số ta được: P’xg =

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

P’xg = 466,85 KN.

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 = 466,85 KN
- Biết phương của Tc
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
13

Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Vẽ và dùng hàm số sin ta có:
Pxg = 662,9 (KN);Tc=249,8 KN
Với lực của một xy lanh là Pxg =662,9 KN, với áp suất của hệ
thống
p =35 Mpa, ta tính được đường kính xy lanh cần là:
D=

Pxg .4
p.

= 0,155(m) = 155 mm.

Tra bảng ta chọn xylanh có các thơng số sau:
+ Đường kính xy lanh: D =120mm=> khơng thoả m ãn
chọn lại đường kính xi lanh gầu là 155 mm
4. Tính cơng suất , Chọn xylanh
a. Chọn xylanh tay gầu và tính cơng suất bơm phục vụ
xylanh tay gầu
Cơng suất của bơm phục vụ cho xy lanh tay gầu là:
N = Pxt.Vxt = 523,45.0,15 = 78,5 kw.
Với

Pxtg- Lực trên xylanh tay gầu
Pxtg= p.Fxc = 35.103.3,14.0,0692 = 523,45 KN.
Vxtg- Vận tốc của xy lanh tay gầu, Vxtg= 0,12 m/s.

b. Chọn xylanh cần và tính cơng suất bơm phục vụ cho xy lanh
cần

Với lực của xylanh cần ,vì theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực
dùng hai xylanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xylanh chịu
một nửa lực của xylanh cần.
Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh cần là:
N1 = Pxc.Vc = 739,78.0,11 = 81,3 kw.
Với: Pxc- Lực trên xylanh cần
Pxc= 2.p.Fxc = 2.35.103.3,14.0,0582 = 739,78 KN.
Vxc- Vận tốc của xylanh cần, Vxc= 0,11m/s.
c. Chọn xy lanh gầu và tính cơng suất bơm phục vụ cho xy
lanh gầu.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
14


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Công suất của bơm phục vụ cho xy lanh gầu là:
N3 = Pxg.Vg = 34,61 kw.
Với:

Pxg- Lực trên cán piston gầu
Pxg= p.Fxg = 35.103.3,14.0,152 = 2474 KN
Vg- Vận tốc của xy lanh gầu, Vg= 0,09 m/s.

IV - Tính tốn kéo bộ di chuyển bánh xích
1- Tính lực kéo
Trong thiết kế nếu động cơ chính đã biết thì tính tốn 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 cơng
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 qn tính khi khởi động
W6- lực cản quay vịng
Các lực trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví
dụ rất ít khi gặp trường hợp khởi động quay vịng 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 vịng trên mặt phẳng nằm ngang;
Sau đó chọn Pk lớn nhất để tính cơ cấu di chuyển.
a) Chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất
- 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:
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà

15


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
W1 = 0,2.G = 0,2.209,3 = 41,86 (KN);Chọn W1 = 42KN
- 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 .209,3= 14,65 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= 0,07.
G – Trọng lượng của máy, G = 20,93 tấn.
- Lực cản di chuyển trên dốc W3:
W3 = G.sin= 20,93. sin300
= 105 KN.
 - Góc dốc lớn nhất của đường di chuyển,  = 300.
- 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 = 9,38 m2
Với :
Bcs: Chiều rộng cơ sở

b = 3,18 m

Hbm : Chiều cao buồng máy H = 2,95 m
Thay số ta được:
W4 = q.F = 0,3.9,38 = 2,814 KN.

- Lực qn tính khi khởi động W5:
W5 =

G.v
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.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Mạnh Hà
Hồ Sĩ Sơn
16


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
W5 = 0,02.G =0,42(KN).
* Tổng lực cản khi chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn
nhất 30o là:
W’ = W1 + W2 +W3 +W4 +W5
W’ = 171,3 KN.
b) Tổng lực cản khi máy chuyển động quay vòng trên mặt phẳng
nằm ngang là:
W” = W1 + W2 +W4 + W5+ W6
W1 , W2 ,W5 có giá trị giơng trường hợp trên .
W4=q.F=4,96 KN
- Lực cản quay vòng W6 :

Để tính lực cản quay vịng ta giả thiết: máy quay vịng 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.
Lực cản quay vịng W6 đực phân ra thành W61 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 - '.

L G
)
2B 2

W62 =(f + '.

L G
)
2B 2

Trong đó: L- chiều dài phần xích tiếp xúc với đất, L = 4,455 m.
-’:Hệ số bám ngang

’ = 0,4 tra bảng (4-3/71) MTL

-B-chiều rộng giữa hai tâm bánh xích,B = 3,65 m.
- f -hệ số cản chuyển động của bánh xích,f = 0,07.

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
17


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





W61 =(f - '.

L G
) = -35,37 KN.
2B 2

W62 =(f + '.

L G
) = 58,09 KN.
2B 2

Vậy ta có: W6 = W61 + W62 = 23,72 KN.
W”= 82,3 KN.
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
18

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’ =171,3 KN nên chọn Pk = 171,3
KN, để tính cơ cấu di chuyển.
Với góc dốc 300 đơng cơ đáp ứng được lực kéo vậy
ta chọn lại khả năng vượt dốc là 300 ta có
Pk = 171,3 KN V- Tính tốn 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 thơng
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 khơng có đất J0(kN.m.s2), tốc
độ góc lớn nhất của bàn quay max(1/s), gia tốc góc lớn nhất 
2
max(1/s ), thời gian khởi động tk và phanh tp, góc quay của bàn quay
(rad), hiệu suất cơ cấu quay q, dạng đường đặc tính ngồi của
động cơ M=f(n). Các thông số này xác định thời gian quay tq(s),
công suất 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 cơng suất quay lớn nhất
được tính theo công thức:
2

Nmax =

J (1,37   q )  2
3

0,35.t q . q

Trong đó:J - mơ men qn tính của bàn quay khi gầu đầy
đất.
Đối với máy đào gầu nghịch thì J = (0,85  0,9)Jt
Jt - mơ men qn tính của máy đào xác định
theo
biểu đồ (h.5-26 MTL).
Với G = 20,93 tấn = 209,3 KN ta có Jt = 190
KN.m.s

2

Jn = 0,9.190 = 207 KN.m.s2.
 - góc quay của bàn quay,  = 900 = 1,57 rad.
q- hiệu suất cơ cấu quay:
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
19


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
q = 3br. 4ôl. k.brd = 0,973.0,994.0.99.096 = 0,88.
(br, ôl, k – 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 .
0
1 3
1 3 0
J
J
tck- Thời gian của một chu kỳ:
tck = b. G + A = 17,2(s).
b= 1,58 , A= 10 là các hệ số máy xây dựng.
td – Thời gian dỡ tải, tra bảng đối với đất cấp II, dỡ tải đổ
lên ôtô nên ta tra được td = 2,2 s(tra bảng)
S
v

tđ - Thời gian đào: t d  =

lmax  lmin
v

1.

A

C

Từ hàm số cos của tam giác ABC ta xác đinh được : Lmax=3,796 m

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
20

B


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

B

C

A

Và Lmin=2,336 m
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 td khi sử dụng lực xylanh tay gầu, khi đó ta có:
SXt = 1,46m , vxg = 4.0,12 = 0,48 m/s, thay số ta được:

td = 3,04 s

J0 - mơ men qn tính của bàn quay trong trừơng hợp gầu khơng
Gg 2
.r

có đất:
J0 = J g
r : Khoảng cách từ trọng tâm của gầu đến trục quay của
máy:Trong trường hợp này cần nghiêng góc 45 0 tay gầu nghiêng
góc 450;
r=Rd –H/2
Bán kính đào : Rd=KA. G1/3
KA=2,5:hệ số bán kính đào=> Rd=6,89 m=>r = 6,42m
Tra bảng ta có J =190 KN.m. s2
Thay số ta được: J0 = J -

Gg
g

.r 2 = 146 (KN.m.s2)

Vậy thời gian quay (khơng tồn vịng – góc 90O) là:
t ck  t d  t d

tq =

1 3

J0
J

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

= 6,26 s .

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
21


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
Vậy công suất quay lớn nhất:
Mô men quay lớn nhất :

M max 

Nmax = 13,3 KW
9,55.N max
n

Nmax: Công suất lớn nhất của cơ cấu quay

Nmax = 13,3 (KW)

n:

n = 5 (v/p)

Số vịng quay của bàn quay

Do đó :

Mmax=25,4 KW

Với Nmax = 13,3 KW tra bảng ta chọn môtơ di chuyển MR190 có các thơng số sau:

+ Cơng suất: PMax = 14 KW
+ Lưu lượng q= 192,8 cm3.
+ Số vòng quay n = 550 v/p.
+ Momen lớn nhất Tmax =1,28 KN.m.
+ Trọng lượng bơm: m = 44 Kg.
Tỷ số truyền
i

ndc 550

110
nq
5

Mô men bàn quay :
Mq = 2289.110 = 141790 Nm = 141,79 KNm
Ta thấy Mq= 141,79 KNm > Mmax =40,51 KNm
Vậy động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc
VI. Tính chọn bơm, động cơ đốt trong và hệ thống thuỷ lực
Dựa vào hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm A phục vụ cho một
mô tơ di chuyển và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di
chuyển không làm việc đồng thời nên ta chọn công suất của bơm
là công suất lớn nhất của một trong các công suất của cơ cấu trên,
ở đây chọn công suất cơ cấu di quay (bỏ qua tổn thất). Ta có cơng
suất của bơm A là:
NA = Nmax = 103,25 KW.
Với NA = 103,25 KW tra bảng ta chọn được bơm có các
thơng số sau:
+ Lưu lượng riêng q=16 cm3/v.
+ Số vòng quay n = 2950 v/p.

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Svth : Nguyễn Mạnh Hà
Hồ Sĩ Sơn
22


Đồ án môn học: Thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
+ Lưu lượng Q = 26,5 l/p.
+ Mômen quay M = 2,1 KN.m.
+ Momen lớn nhất Mmax = 3,2 KN.m.
+ Trọng lượng bơm có dầu: G = 7,5 Kg.
Tính lại công suất bơm ta đã chọn:
N = M.n =

2,1.2950
= 103,25 KW.
60

Cũng dựa vào hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm B phục vụ cho
một mô tơ di chuyển, xy lanh cần, xy lanh tay gầu, xy lanh gầu, do
cơ cấu di chuyển và bộ công tác không làm việc đồng thời nên ta
chọn công suất của bơm là công suất lớn nhất của một trong các
công suất của cơ cấu di chuyển và bộ công tác, ở đây ta chọn công
suất bộ công tác . Nếu bỏ qua tổn thất ta có cơng suất của bơm B
là:
NB = N4 = N5 = 87,22KW.
Với NB = 87,22 KW tra bảng ta chọn được bơm có các
thơng số sau:
+ Lưu lượng riêng q= 16 cm3/v.
+ Số vòng quay n = 2950 v/p.

+ Lưu lượng Q = 47 l/p.
+ Mômen quay M = 2,1 KN.m.
+ Momen lớn nhất Mmax = 3,2 KN.m.
+ Trọng lượng bơm có dầu: G = 7,5 Kg.
Tính lại công suất bơm ta đã chọn:
N = M.n =

2,1.2950
= 103,25 KW.
60

Công suất của động cơ là:
N = 1,2(NA+ NB) = 1,2(252 + 103,25) = 426,3 KW.
VI/ Tính tốn ổn đinh máy đào

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
23


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

P
01

Gc

G0

Gdt

Gt

C

Ga
G g+d

Góc nghiêng của cần so với phương ngang là 160
Từ phương trình momen tất cả các lực đối với khớp chân
cần, ta xác định được lực cản đào P01 có phương vng góc với
đường thẳng nối khớp chân cần với răng gầu.
P01 

Pxc r ' xc  Gc .rc'  Gt .rt  G g d .rg'
r01

Trong đó : Gg+d = 10,67 + 6,98 =17,65 (KN)
Gxc- Trọng lượng xy lanh cần, Gxc= 3,51 KN
Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg =7,34 KN
Gc- Trọng lượng cần, Gc = 18,29 KN

Xác định kích thước trường hợp máy làm việc cần nghiêng một
góc 160
r,c=2,4 m ,

r,g=5,23 m , rt = 5,96 m, r01= 4,6 m

Tính r’xc ; r’xc = 0,716 m
Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
24


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

P01=12,3 KN

Máy có thể bị lật theo đường mép ngồi các bánh tỳ (điểm C)
mơ men lật được xác định theo công thức
Ml = Gc.rc + Gt.rt + Gg+đ.rg+đ + P01.r’01
Trong đó :
- Khoảng cách từ khớp chân cần đến điểm lật C : b = 1,209 m
r’01 = 2,88 m ; rc = 1,19 m ; rt = 4,755 m ; rg+đ = 4,022 m
Vậy :

Ml = 18,29.1,19 +7,34.4,755 +17,65.4,022 +12,3.2,88

Ml = 163,08 KNm

Mô men giữ xác định theo công thưc sau:
Mg = Gđt.rđt + Ga. ra + G0.r0
Trong đó : G0 là trọng lượng các cơ cấu dưới bàn quay bao
gồm trọng lượng vòng ổ quay, khung dưới và bánh răng, ngõng
trục trung tâm cơ cấu di chuyển ,khung xích ,bánh chủ động , bánh
tì ,dải xích
Ga là trọng lượng các cơ cấu trên bàn quay gồm động cơ và
khung máy ; thiết bị thuy lực và thiết bị phụ ; cơ cấu quay ; bàn
quay bộ điều khiển ; vỏ máy
rđt = 3,722 m ; ra = 1,811 m ; r0 = 1,29 m ; Gđt = 39,76 KN
Ga =43,9 KN ; G0 = 65,1 KN
Vậy :

Mg = 305,5 KN.m

Hệ số làm việc của máy khi làm việc ở vị trí này được xác định
theo công thức sau:

kođ =

Mg
Ml



305,5
1,8
163

> [ Kôđ ] = 1,2

Vậy máy làm việc ổn định
b- Vị trí thứ hai
Máy đào gầu nghịch đổ đất ở độ vươn xa nhất ; tay gầu
nghiêng góc 610 so với cần ; cần nghiêng góc 160 ;

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
25


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

Gc

Gt

G0

Gdt

Gg+d
Ga

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

Trong đó :

Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg =7,34 KN
Gc- Trọng lượng cần, Gc = 18,29 KN

rc = 1,19 m ; rt = 5,49 m ; Gg+đ =17,65 KN ; Rg+đ = 6,3 m
Vậy mô men lật :
Ml = 18,29.1,19 + 7,34.5,49 + 17,65.6,3 = 173.2 KNm
* Mô men giữ : Mg = Gđt.rđt + Ga.ra + G0.r0
Mg = 305,5 KN.m (tính ở trên)
Hệ số ổn định được xác định theo công thức
Kđ = kođ =

Mg

401,7

2,3 > [Kod ] = 1,2
M l 173,2

Ta thấy máy làm việc luôn ổn định

Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

Svth : Nguyễn Mạnh Hà
26