Đồ án thiết kế máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực

MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................................. 1
SỐ LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TỐN.............................................................................6
LỜI NĨI ĐẦU...................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1:.........................................................................................................................8
TỔNG QUAN CHUNG........................................................................................................8
1.1. Cơng dụng, phân loại, lịch sử phát triển máy làm đất..................................................8
1.1.1. Lịch sử phát triển máy làm đất.............................................................................8
1.1.1.1. Giai đoạn 1:...................................................................................................8
1.1.1.2. Giai đoạn 2:...................................................................................................8
1.1.1.3. Giai đoạn 3:...................................................................................................8
1.1.2. Công dụng của máy làm đất.................................................................................9
1.1.3. Phân loại máy làm đất..........................................................................................9
1.2. Công dụng và phân loại máy đào một gầu...................................................................9
1.2.1. Công dụng của máy đào một gầu.........................................................................9
1.2.2. Phân loại máy đào một gầu.................................................................................10
1.2.2.1. Phân dạng theo dạng thiết bị làm việc.........................................................10
1.2.2.2. Phân loại theo hệ thống di chuyển...............................................................10
1.2.2.3. Phân loại theo dung tích gầu........................................................................10
1.2.2.4. Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc......................................10
1.2.2.5 Phân loại theo động cơ trang bị trên máy......................................................10
1.2.2.6 Phân loại theo công dụng..............................................................................10
1.3. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy đào một gầu, gầu nghịch, dẫn động thủy lực. 11
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý..................................................................................................11
1.3.2. Nguyên lý làm việc.............................................................................................11
1.4. Giới thiệu máy thiết kế..............................................................................................12
CHƯƠNG 2:.......................................................................................................................14
TÍNH TỐN CHUNG.......................................................................................................14
2.1. Xác định, lựa chọn các thông số cơ bản của máy.......................................................14
2.1.1. Cơ sở để chọn các thông số cơ bản.....................................................................14
2.1.2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý và chọn sơ bộ các thông số cơ bản của máy thiết kế 17

2.1.2.1. Cơ sở để xây dựng sơ đồ..............................................................................17
2.1.2.2. Chọn sơ bộ đặc tính kỹ thuật của máy thiết kế.............................................17
2.2. Tính tốn các lực tác dụng lên các cơ cấu của thiết bị làm việc.................................18
1


2.2.1. Tính lực cản cắt đất P01 và P02.............................................................................18
2.2.1.1. Tính P01........................................................................................................18
2.2.1.2. Tính P02........................................................................................................19
2.2.2. Tính lực tác dụng lên xi lanh tay cần..................................................................19
2.2.3. Tính lực tác dụng lên xilanh nâng cần................................................................20
2.2.4. Tính lực tác dụng lên xilanh quay gầu................................................................20
2.3. Tính lực tác dụng lên cơ cấu quay.............................................................................21
2.3.1. Tính momen cản do các lực ma sát sinh ra.........................................................21
2.3.2. Tính momen cản do gió......................................................................................22
2.3.3. Tính momen cản do qn tính............................................................................23
2.4. Tính các lực cản di chuyển........................................................................................23
2.5. Tính cơng suất tiêu hao cho các cơ cấu và chọn động cơ...........................................24
2.5.1. Công suất cơ cấu co duỗi tay cần........................................................................24
2.5.2. Công suất cơ cấu nâng hạ cần.............................................................................25
2.5.3. Công suất cơ cấu quay gầu.................................................................................25
2.5.4. Công suất quay máy............................................................................................25
2.5.5. Cơng suất cơ cấu di chuyển máy.........................................................................26
2.6. Tính cân bằng bàn quay và đối trọng.........................................................................26
2.6.1. Trường hợp 1:.....................................................................................................26
2.6.2. Trường hợp thứ 2................................................................................................27
2.6. Tính tốn ổn định máy...............................................................................................29
2.6.1. Khi máy làm việc................................................................................................29
2.6.1.1. Trường hợp máy đào gặp chướng ngại vật trong khi làm việc.....................29
2.6.1.2. Trường hợp máy làm việc với nền đất bết dính.......................................................31

2.6.2. Khi máy di chuyển..............................................................................................32
2.6.2.1. Trường hợp khi máy lên dốc.......................................................................32
CHƯƠNG 3:.......................................................................................................................36
TÍNH TỐN RIÊNG (CẦN).............................................................................................36
3.1. Phân tích, chọn trường hợp, vị trí tính tốn, sơ đồ lực tác dụng ứng với từng vị trí.. 36
3.2. Tính tốn bền cho cần ở vị trí xi lanh tay cần vng góc với tay cần (vị trí thứ nhất)
.......................................................................................................................................... 36
3.2.1. Sơ đồ kết cấu và lực tác dụng.............................................................................37
3.2.2. Sơ đồ tính và lực tác dụng..................................................................................38
2


3.2.3. Xác định nội lực.................................................................................................38
3.3. Tính tốn bền cho cần ở vị trí kết q trình cắt ( vị trí thứ hai).................................41
3.3.1. Sơ đồ kết cấu và lực tác dụng.............................................................................42
3.3.2. Sơ đồ tính và lực tác dụng..................................................................................42
3.3.3. Xác định nội lực.................................................................................................43
3.4. Tính tốn bền cho cần ở vị trí cần vươn xa nhất ( vị trí thứ ba )................................44
3.4.1. Sơ đồ kết cấu và lực tác dụng.............................................................................45
3.4.3. Xác định nội lực.................................................................................................46
KẾT LUẬN......................................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................49

3


SỐ LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TỐN

4

LỜI NĨI ĐẦU
Trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, với sự đầu tư mạnh của nhà
nước, ngành xây dựng cơ bản đã và đang có bước phát triển nhảy vọt tạo đà cho sự phát
triển kinh tế và xã hội ở nước ta. Trong sự phát triển chung đó, ngành máy xây dựng đã và
đang có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ tiên tiến cũng như chủng loại sử dụng.Trong
đó, máy làm đất là một trong những nhóm máy rất quan trọng trong cơng tác thi công. Máy
làm đất giúp tăng năng suất lao động, đặc biệt nó cịn bảo vệ sức khỏe cho người cơng nhân,
là một trong những tiêu chí hàng đầu về vấn đề lao động. Đặc biệt, máy đào gầu nghịch dẫn
động thủy lực là máy được sử dụng khá phổ biến hiện nay, phục vụ nhiều cơng trình quan
trọng.
Đồ án môn học máy làm đất là đồ án được giao song song với q trình học mơn học
máy làm đất. Do đó, đồ án này giúp em củng cố lại kiến thức của môn học máy làm đất,
đồng thời hệ thống lại kiến thức các mơn học trước đó như dung sai, kỹ thuật gia cơng cơ
khí, chi tiết máy, sức bền vật liệu…
Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Ths. Vũ Anh Tuấn, đến nay em đã hồn
thành đồ án mơn học máy làm đất với đề tài : “Thiết kế máy đào gầu nghịch dẫn động thủy
lực”. Em xin cảm chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn Máy xây dựng, đặc biệt là thầy
Ths. Vũ Anh Tuấn, các thầy trong bộ môn Cơ sở kỹ thuật cơ khí đã giúp đỡ em hồn thành
đồ án.
Trong quá trình làm đồ án do kiến thức cịn hạn chế nên vẫn cịn những sai sót, em rất
mong các thầy góp ý để em có thể hồn thiện đồ án hơn. Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Lê Thị Dung

5

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN CHUNG
1.1. Công dụng, phân loại, lịch sử phát triển máy làm đất.
1.1.1. Lịch sử phát triển máy làm đất.
Cơng nghiệp chế tạo máy xây dựng nói chung, máy làm đất nói riêng là nền cơng
nghiệp cịn non trẻ và q trình phát triển nó động hành với q trình phát triển của các
ngành khoa học và cơng nghiệp của loài người.
Bức tranh tổng thể ngành chế tạo máy làm đất có thể chia thành các giai đoạn chính:
1.1.1.1. Giai đoạn 1: Thế kỷ 16 đến thế kỷ 18.
Xuất hiện những phương tiện cơ giới và cơ giới hóa đầu tiên dùng trong khâu làm đất,
động lực dùng trên các tiện cơ giới lúc đó chủ yếu là sức người, sức ngựa và bước đầu sử
dụng động cơ hơi nước. Loài người đã chế tạo và sử dụng máy xúc 1 gầu q = 0,75m 3 đầu
tiên.
1.1.1.2. Giai đoạn 2: Thế kỷ 19 đến năm 1910.
Trong giai đoạn này cùng với sự phát triển các cơng trình xây dựng lớn, nhất là các
cơng trình xây dựng giao thơng, giao thông đường sắt, xuất hiện máy xúc một gầu quay tồn
vịng 3600 – chạy trên ray, cùng các loại máy làm đất khác.
1.1.1.3. Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910.
Khâu làm đất trong công tác xây dựng đã được tiến hành cơ giới hóa ở mức độ ngày
càng cao do xuất hiện nhiều loại máy làm đất, như: máy xúc đất quay tồn vịng 360 0 di
chuyển bằng bánh lốp, bánh xích, kể cả máy xúc di chuyrn bằng thiết bị tự bước. Đồng thời
để đáp ứng khối lượng công tác đất ngày càng lớn trong xây dựng cơ bản. Nền công nghiệp
đã chế tạo nhiều loại máy làm đất có chức năng, cơng dụng, kết cấu khác nhau: Máy xúc
nhiều gầu, máy ủi đất, máy cạp đất, máy đầm đất,…
Xu hướng phát triển máy làm đất trong giai đoạn này là nâng cao năng suất làm việc,
tăng vận tốc di chuyển máy và vận tốc làm việc; sử dụng vật liệu kim loại, phi kim loại chất
lượng cao để giảm khối lượng riêng của máy, nâng cao độ tin cậy của các chi tiết máy, giảm
thời gian bảo dưỡng trong q trình sử dụng; hồn thiện các thiết bị động lực và truyền
động cùng các hệ thống khác trên máy – chế tạo các bộ công tác (thiết bị làm việc) thay thế
để máy có thể làm việc ở các điều kiện, chế độ khác nhau (tức là vạn năng hóa máy làm

đất), nên năng suất làm việc của máy ngày càng được nâng cao.
Trong những năm gần đây, khối lượng của một số loại máy làm đất giảm nhẹ đi 20 –
30%, nhưng công suất trên máy tăng lên 50 – 80%. Công suất trang bị trên máy tăng lên kéo
theo hiệu suất làm việc của máy tăng lên. Cùng với việc khơng ngừng cải tiến, hồn thiện về
nguyên lý, kết cấu của máy, người ta còn sử dụng các bộ phận, các máy cơ sở được chế tạo
6


theo tiêu chuẩn, theo mơđun để hịa nhập xu hướng thống nhất hóa, tiêu chuẩn hóa và vạn
năng hóa ngành sản xuất máy làm đất.
1.1.2. Công dụng của máy làm đất.
Máy làm đất có rất nhiều cơng dụng khác nhau, phục vụ các mục đích khác nhau như
dọn mặt bằng, đào (xới), vận chuyển, san (lấp), đầm lèn, … với đối tượng làm việc chủ yếu
là đất.
Việc sử dụng máy làm đất có ý nghĩa rất to lớn do tính ưu việt của nó ở các điểm sau:
- Tăng năng suất lao động, rút ngắn thời gian thi công.
- Nâng cao chất lượng cơng trình và giảm giá thành cơng trình
- Cho phép thực hiện được những cơng việc hết sức nặng nhọc, thay thế sức người,
giảm
cường độ lao động, bảo vệ sức khỏe và an tồn cho cơng nhân.
1.1.3. Phân loại máy làm đất
Để phục vụ cho công tác đất, ngày nay có rất nhiều cách phân loại khác nhau. Có thể
phân ra thành 6 nhóm chính thường được sử dụng trong xây dựng:
- Máy đào đất : đào, xúc đất vào gầu rồi đổ vào các phương tiện vận chuyển hoặc đi
hoặc đổ thành đống ( như máy đào gầu nghịch, gầu thuận,…)
- Máy đào chuyển đất: đào và gom lại thành đống rồi chyển đi hoặc san ra thành lớp (
như máy ủi, máy san, máy capk, máy xúc lật,…)
- Máy đầm đất : máy lu, máy đầm cóc,…
- Máy và thiết bị gia cố nền móng : máy đóng ( ép ) cọc, máy khoan cọc nhồi,…
- Nhóm máy phụ : làm các cơng tác chuẩn bị mặt bằng ( máy dọn sạch mặt bằng, máy

nhổ gốc cây, cắt xén bụi rậm, gom phế thải,…) và phụ trợ ( máy xới tơi đất,…)
- Thiết bị khai thác bằng thủy lực : tàu hút bùn, cát, sung phun thủy lực,..
1.2. Công dụng và phân loại máy đào một gầu.
1.2.1. Công dụng của máy đào một gầu.
Máy đào một gầu chủ yếu dùng để đào và khai thác đất, cát phục vụ công việc xây
dựng cơ sở hạ tầng trong các lĩnh vực: Xây dựng dân dụng và công nghiệp, khai thác mỏ,
xây dựng thủy lợi, xây dựng cầu đường…Cụ thể, nó có thể phục vụ các cơng việc sau:
- Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp: Đào hố móng, đào rãnh thốt nước, đào
rãnh dùng để lắp đặt đường ống cấp thoát nước, đường điện ngầm, điện thoại, bốc xúc vật
liệu ở các bãi, kho chứa vật liệu. Ngồi ra có lúc làm việc thay cần trục khi lắp các ống thoát
nước hoặc thay các búa đóng cọc để thi cơng móng cọc, phục vụ thi công cọc nhồi…
- Trong xây dựng thủy lợi: Đào kênh, mương; nạo vét sơng ngịi, bến cảng, ao, hồ,
khai
thác đất để đắp đập, đắp đê…
7


-

Trong xây dựng cầu đường: Đào móng, khai thác đất, cát để đắp đường; nạo, bạt
sườn
đồi để tạo ta luy khi thi công đường sát sườn núi…
- Trong khai thác mỏ: Bóc lớp đất tẩm thực vật phía trên bề mặt đất; khai thác mỏ lộ
thiên ( than,đất sét, cao lanh, đá sau nổ mìn…).
- Trong các lĩnh vực khác: Nhào trộn vật liệu trong các nhà máy hóa chất (phân lân,
cao
su,…).Khai thác đất cho các nhà máy gạch, sứ,…Tiếp liệu cho các trạm trộn bê tông,bê tông
asfalt…Bốc xếp vật liệu trong các ga tàu, bến cảng. Khai thác sỏi, cát ở lịng sơng…
Ngồi ra, máy cơ sở của máy xúc một gầu có thể lắp các thiết bị thi cơng khác ngồi
thiết bị gầu xúc như: cần trục, búa đóng cọc, thiết bị ấn bấc thấm,…

1.2.2. Phân loại máy đào một gầu.
1.2.2.1. Phân dạng theo dạng thiết bị làm việc.
-

Máy đào gầu thuận (gầu ngửa ): làm việc ở những nơi cao hơn mặt bằng đững của
máy
- Máy đào gầu nghịch ( gầu sấp ): làm việc ở những nơi thấp hơn ( hoặc cao hơn ) mặt
bằng đứng của máy.
- Máy đào gầu dây (gầu quăng ): làm việc ở những nơi thấp hơn mặt bằng đứng của
máy
- Máy đào gầu ngoạm : làm việc ở những nơi thấp hơn ( hoặc cao hơn ) mặt bằng đứng
của máy.
- Máy đào gầu bào.
- Máy xúc lật.
1.2.2.2. Phân loại theo hệ thống di chuyển.
-

Máy đào di chuyển bánh xích.
Máy đào di chuyển bánh phao.
Máy đào di chuyển tự bước.

1.2.2.3. Phân loại theo dung tích gầu.
-

Loại nhỏ : q < 1 m3.
Loại trung bình : q = 1,0 …2,0 m3.
Loại lớn : q > 2 m3.

1.2.2.4. Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc.
-

Máy đào một gầu dân động cơ khí.
Máy đào một gầu dẫn động thủy lực.

8


1.2.2.5 Phân loại theo động cơ trang bị trên máy.
-

Máy đào một gầu trang bị một động cơ.
Máy đào một gầu trang bị nhiều động cơ.
Máy đào một gầu trang bị tổ hợp.

1.2.2.6 Phân loại theo công dụng.
-

Máy đào một gầu thông dụng.
Máy đào một gầu chuyên dung.

1.3. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy đào một gầu, gầu nghịch, dẫn động thủy lực.
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý.
14

13

12

11
10

9

1

2

3

4

5

6

7

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của máy đào gầu nghịch.

1.Cơ cấu di chuyển
2.Cơ cấu quay
3.Bàn quay
4.Xi lanh nâng hạ cần
5.Đòn gánh
6.Gầu xúc
7.Xi lanh quay gầu

8.Tay cần
9.Xi lanh co duỗi tay cần
10.11.Cần

12.Cabin
13.Động cơ
14.Đối trọng

1.3.2. Nguyên lý làm việc.
-

Đặc điểm làm việc của máy :
+ Máy làm việc ở những nơi thấp hơn hoặc cao hơn mặt bằng máy đứng
+ Máy làm việc ở nền đất cấp IV
9

8


-

+ Đất xả qua miệng gầu
+ Máy làm việc trên từng chỗ đứng
+ Máy làm việc theo chu kì
Nguyên lý làm việc: Trong một chu kì làm việc của máy có các ngun cơng
+ Đưa máy đến vị trí làm việc
+ Đưa gầu vươn xa và hạ xuống, răng gầu tiếp xúc với nền đất
+ Cắt đất và tích đất vào gầu từ I – II – III
+ Đưa gầu ra khỏi tầng đào
+ Quay máy về vị trí xả đất
+ Xả đất
+ Quay máy về vị trí làm việc tiếp theo

1.4. Giới thiệu máy thiết kế

Máy cần thiết kế là máy đào gầu nghịch, dẫn động thủy lực. Kết cấu của máy đào gầu
nghịch dẫn động thủy lực gồm 2 phần chính là phần máy cơ sở và phần thiết bị công tác:
- Máy cơ sở là loại máy PC200LC-8 của hãng Komatsu-Nhật Bản ,có cơ cấu di chuyển
bánh xích, cơng suất động cơ là 110 kW ( 148 hp ).
- Phần thiết bị công tác bao gồm cần, tay cần, gầu xúc cùng hệ thống xi lanh thủy lực
dẫn động thiết bị làm việc.
* Máy cơ sở PC200LC-8
Máy thiết kế có dung tích gầu q = 0.65m 3, với máy cơ sở là loại máy PC200LC-8 có cơ cấu
di chuyển bánh xích, cơng suất động cơ là 110kW (148hp ). Có các thơng số hình học sau
Chiều cao đến phần cao nhất của cabin ( E )
Chiều dài dải xích trên nền đất ( J )
Khoảng cách giữa hai trục ( I )
Khoảng cách giữa nền đất đến đối trọng ( F )
Bề rộng dải xích ( M )
Khoảng cách từ tâm quay đến thành sau của máy ( P )
Chiều cao phần vỏ máy ( O )

10

mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm

3040
4450
3655

1085
700
2710
2095


Hình 1.2: Máy cơ sở PC200LC – 8

-

Động cơ :
+ Kiểu : komatsu SAA6D 107E-1
+ Loại : động cơ 4 kỳ ,làm mát bằng nước ,phun nhiên liệu trực tiếp.
+ Số xylanh :6
+ Đường kính : 107mm.
+ Hành trình của pittông : 124mm.
+ Công suất : 110kW (148 hp)
+ Tốc độ quay của trục động cơ :2000 vòng /phút.
+ Tốc độ di chuyển : Số lớn nhất : 5,5 km/h
Số trung bình : 4,1 km/h
Số thấp : 3,0 km/h
+ Tốc độ quay : 12,4 vòng/phút
- Lấy sơ bộ khối lượng máy cơ sở Gcs = 0,8 Gm
Khối lượng của máy cơ sở khi làm việc kể cả cần dài 5700mm,tay cần dài 2925mm,
gầu 0.8m3, dầu bôi trơn, nước làm mát, thùng đầy nhiên liệu, thợ vận hành và các thiết bị
tiêu chuẩn với loại xích 700mm là 20900 (kg) = 209 kN.
Từ cơng thức (2.1) ta có Gm2 =

Gm1

q2
0,65
209.
q1
0,8 = 169,81 (kN)
=

Vậy Gcs = 0,8.Gm = 0,8.169,81 = 135,85 (kN).

11


CHƯƠNG 2:
TÍNH TỐN CHUNG
2.1. Xác định, lựa chọn các thơng số cơ bản của máy.
2.1.1. Cơ sở để chọn các thông số cơ bản.
Chọn các thông số cơ bản dựa vào quy luật đồng dạng so với máy cơ sở theo công thức
của N.G.Dômbrôvski:
A13 G1 N1 q1 t13 v13
� � � � �
A23 G2 N 2 q2 t23 v23

; trong đó

+ A : Thơng số các kích thước (m)
+ G : Thông số về khối lượng (tấn)
+ N : Thông số về công suất (mã lực)
+ q : Thông số về dung tích gầu (m3)
+ t : Thơng số về thời gian chu kỳ làm việc của máy (s)
+ v : Thông số về vận tốc (m/s)

Với chỉ số 1 của máy cơ sở, chỉ số 2 của máy thiết kế.
2.2. a) Chọn sơ bộ các thơng số hình học.
Dựa vào dung tích hình học của gầu q (m 3), chọn sơ bộ các thông số khác theo công
thức
k

3

q

k

3

0, 65

k

A= q
= q
= 0,0866. q
Trong đó:
+ A : Thơng số các kích thước (m)
+ q : Thơng số về dung tích hình học của gầu (m3) với q = 0,65 (m3)
+ kq : Hệ số tỷ lệ , tra theo bảng II – 1 (10-HDDAMH MLD)
Bảng 2.1: Kích thước hình học chọn sơ bộ

Các thơng số kích thước (m) Ký hiệu
Bán kính đào lớn nhất
Rđ

Bán kính xả lớn nhất
Rx
Chiều cao đào lớn nhất
Hđ
Chiều cao xả lớn nhất
Hx
Chiều dài cần
Lc
Chiều dài tay cần
Ltc
Chiều dài gầu
Lg
Chiều rộng gầu
Bg

Hệ số kq
9,12
7,96
7,75
5,35
6,88
5,00
1,26-1,34
1,05-1,22

12

Giá trị sơ bộ
7,90
6,70

6,71
4,63
5,96
4,33
1,09 – 1,16
0,91 – 1,06

Giá trị chọn
8
7
7
5
6
4,5
1,1
1


b) Chọn sơ bộ thông số trọng lượng các cụm cơ bản.
Với Gm2 = 169,81 (kN) do vậy ta đi tính các cụm cơ bản lấy theo % so với trọng lượng
toàn bộ máy :
Bảng 2.2: Chọn sơ bộ phân bố trọng lượng

Tỷ lệ
(%)

Tên các bộ phận chính

Bộ phận cơng tác của máy đào gầu
nghịch

16 - 20
Gầu và đòn gánh
3,5 – 4,5
Tay cần
3,0 – 4,0
Cần
7,0 – 8,0
Xi lanh điều khiển gầu
0,3 – 0,5
Xi lanh co duỗi tay cần
0,8 – 1,0
Xi lanh nâng hạ cần
1,2 – 1,5
Bàn quay và các cơ cấu:
36 -39
Động cơ và khung máy
6,0 – 7,0
Thiết bị thủy lực và thiết bị phụ
6,0–10,0
Cơ cấu quay
1,0 – 3,0
Bàn quay
10–16,0
Bộ phận điều khiển
0,5 – 1,0
Vỏ máy
2,0 – 2,5
Đối trọng
0 – 1,0
Phần di chuyển:

38 - 42
Vòng ổ quay
1,0 – 1,8
Khung dưới và vòng bánh răng
7 – 10
Ngõng trục trung tâm
0,6 – 0,8
Cơ cấu di chuyển
3,0 – 5,0
Khung xích
6,5 – 7,0
Bánh chủ động, bánh bị động, bánh tì
5 – 10
Dải xích
8 – 10

Trọng lượng
(kN)

Trọng lượng
chọn sơ bộ (kN)

27,17 – 33,96
5,94 – 7,64
5,09 – 6,79
11,89 – 13,58
0,51 – 0,85
1,36 – 1,7
2,04 – 2,55
61,13 – 66,23

10,19 – 11,89
10,19 – 16,98
1,7 – 5,09
16,98 – 27,17
0,85 – 1,7
3,4 – 4,25
0 – 1,7
64,53 – 71,32
1,7 – 3,06
11,89– 16,98
1,02 – 1,36
5,09 – 8,49
11,04 – 11,89
8,49 – 16,98
13,58 – 16,98

33,96
8
7
13,7
1
1,7
2,56
65,8
11
16
7
25
1,7
4,25

0,85
70,05
3
15
1,3
8
11,5
15
16,25

c) Gầu.
Dựa vào kích thước của gầu có dung tích q = 0,8 m 3, ta chọn sơ bộ các thơng số kích
thước gầu thiết kế có dung tích q = 0,65 m3 như sau:
3

0,65
.720
0,8
= 671,8 (mm) � chọn Hg = 720 mm

-

Chiều sâu gầu: Hg =

-

0, 65
Chiều dài gầu:Lg= 0,8 .1180 = 1101,09 (mm) � chọn Lg = 1180 mm
3

13


0, 65
Chiều rộng gầu: Bg = 0,8 .1000 = 933,13 (mm) � chọn Bg = 1000 mm
3

-

3

-

Chiều rộng răng gầu: br =
Trọng lượng gầu thiết kế:

0, 65
0,8 .85 = 79,32 (mm) � chọn b = 85 mm.
r

0, 65
Gg = 628. 0,8 = 510,25 (kg)

Gg = 5,10 (kN).
d) Tay cần.
Dựa vào phương pháp nội suy, ta chọn sơ bộ kích thước tay cần như sau:
0, 65
Chiều cao tay cần: Htc = 0,8 . 600= 559,88 (mm) � chọn Htc = 560 mm
3

-

3

0, 65
0,8 .3700= 3452,57 (mm) � chọn L = 3450 mm
tc

-

Chiều dài tay cần: Ltc=

-

0, 65
Chiều rộng tay cần: Btc= 0,8 . 390= 363,9 (mm) � chọn Btc= 370 mm.
3

Sau khi thiết kế tay cần, ta tính được trọng lượng tay cần :
0,65
Gtc = 653 0,8 = 530,56 (kg) = 5,31 (kN)

e) Cần.
Dựa vào phương pháp nội suy, ta chọn sơ bộ kích thước cần dựa vào kích thước của
cần của máy đào gầu nghịch, dẫn động thủy lực với dung tích gầu q = 0,8m 3 như sau:
3

-

Chiều dài cần: Lc =

0, 65
0,8 .5700 = 5318,83 (mm) � chọn L = 6565 (mm)
c

0, 65
Chiều rộng cần: Bc = 0,8 .390 = 363,9 (mm) � chọn Bc = 370 (mm)
3

-

Trọng lượng cần tính được sau thiết kế :
0, 65
Gc =1408 0,8 = 1144 (kg) = 11,44 (kN)

=> Gtb = Gc + Gtc + Gg = 11,44 + 5,31 + 5,10 = 21,85 (kN)
Ta tính lại khối lượng thiết bị làm việc của máy :
Gm = Gcs + Gtb = 135,85 + 21,85 = 157,7 (kN).

14


2.1.2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý và chọn sơ bộ các thông số cơ bản của máy thiết kế
2.1.2.1. Cơ sở để xây dựng sơ đồ
-

Dựa vào nhiệm vụ thiết kế;
Dựa vào máy tương tự;
Dựa vào phương án lựa chọn cơ cấu di chuyển.
Với nhiệm vụ thiết kế là máy đào gầu nghịch với dung tích gầu q = 0,65m 3. Do khơng

có
máy có dung tích gầu q = 0,65m3 của nhà chế tạo nên ta chọn máy có sẵn là máy có dung
tích gầu q = 0,8m3 và dựa vào cơng thức (2.1) để tìm ra các kích thước sơ bọ của máy thiết
kế
Trên cơ sở đó ta chọn sơ bộ máy cơ sở để lắp thiết bị làm việc của máy thiết kế

Gtc

Gc
Gg+d
O1

Hình 2.1: Hình chung máy thiết kế

2.1.2.2. Chọn sơ bộ đặc tính kỹ thuật của máy thiết kế.
Dựa vào máy tương tự đã có sẵn ta chọn các thông số sau :
- Chiều sâu đào lớn nhất : 6,62 (m).
- Tầm với đào lớn nhất ngang mặt bằng đứng của máy : 9,7 (m).
- Các thông số động học :
+ Tốc độ di chuyển : 5- 4,1 -3 (km/h ).
+ Vận tốc co duỗi tay cần : 0,3 (m/s).
+ Vận tốc co duỗi cần : 0,5 (m/s).
+ Vận tốc quay gầu : 0,6 (m/s).

15


2.2. Tính tốn các lực tác dụng lên các cơ cấu của thiết bị làm việc.
Ta tính tốn, thiết lập sơ đồ tính các lực cản đào đất và lực tác dụng lên các cơ cấu của

thiết bị làm việc dựa vào số liệu nhiệm vụ thiết kế với q = 0,65 m 3 và các số liệu đã chọn ở
trên tính tốn ít nhất ở 3 vị trí.
Ta có sơ đồ tính tốn sau

Pc

O1

Gc

P01

O2

P02

Ptc
Gtc
Gg+d

Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên các cơ cấu và thiết bị làm việc

2.2.1. Tính lực cản cắt đất P01 và P02
( Theo phương pháp tính lực cản cắt đất của Đơmbrơvski).
2.2.1.1. Tính P01
Ta có lực cản cắt đất được tính theo cơng thức sau:
P01 = k1.n.br.hmax
P02 =   P01
Trong đó :
16

+ k1 : là hệ số cản đào riêng, với đất cấp IV, k1 =22 – 36 N/cm2,
Chọn k1 = 30 N/cm2= 300 kN/m2 (bảng 1-9–HD ĐA môn học máy làm đất)
+ n : là số răng gầu, Chọn theo máy cơ sở n = 5
+ br : là chiều rộng răng gầu, theo tính tốn có br = 80 mm
+ q : là dung tích gầu, theo yêu cầu thiết kế q = 0,65 m3
+ Bg : là chiều rộng của gầu, Bg = 930 mm (chọn sơ bộ ở trên)
+ kt : là hệ số tơi của đất, là hệ số phụ thuộc vào cấp đất và tình trạng của dao cắt, với
đất cấp IV, kt = 1,33 – 1,37; Chọn kt= 1,35 (bảng 1-4 –hướng dẫn ĐA môn học máy làm
đất)
+ Hd : là chiều sâu đào , Hd = 6620 mm (chọn sơ bộ ở trên) là hệ số phụ thuộc vào cấp
đất và tình trạng của dao cắt.
+   : là hệ số phụ thuộc vào cấp đất và tình trạng của dao cắt,   = 0,15 – 0,45
Chọn   = 0,4 (hướng dẫn ĐA môn học máy làm đất-tr 24)
q
+ hmax là chiều dày phoi cắt lớn nhất, hmax = Bg.Hd.K1
0, 65
Suy ra: hmax = 0,93.6,62.1,35 = 0,078 m.

Từ đó, ta tính được
=> P01 = k1.n.br.hmax = 300.5.0,08.0,078 = 9,36 (kN)
2.2.1.2. Tính P02
P02 =   P01 = 0,4.9,36 = 3,744 (kN).
2.2.2. Tính lực tác dụng lên xi lanh tay cần
Lực tác dụng lên tay cần có giá trị lớn nhất ở cuối q trình đào, tại thời điểm này
chiều dày phoi cắt lớn nhất, cánh tay địn r4 là nhỏ nhất.
Viết phương trình cân bằng momen đối với khớp O2 của hệ gầu - tay cần:
∑ M02 = 0 ta có

G tc .l1  G gđ .l2  P
01 .l
3 P
tc .l
4 0

P01.l3  G g d .l2  G tc .l1

Suy ra Ptc=

l4

17


Trong đó: P01, P02 : lực cắt đất đã tính ở trên, P01= 9,36 kN, P02= 3,744 kN
Gđ 

+

q. 0, 65.19,5

kt
1,35 = 9,39 (kN)

Với đất cấp IV :  = 19 – 20 KN/m3 là trọng lượng riêng của đất.
Chọn  = 19,5 kN/m3 (bảng 1-4 –hướng dẫn môn học máy làm đất)
Gg  d

+

là trọng lượng gầu và đất

Gg  d

= 5,1 + 9,39 = 14,49 (kN)

+ Gtc là trọng lượng tay cần, Gtc = 5,31 (kN)

+ l1, l2, l3, l4, các cánh tay đòn của các lực tương ứng như hình 2.2
l1

=0,81 m; l2 = 3,143 m; l3 = 4,076 m; l4 = 0,326 m ;

Thay vào ta được:

 

2.2.3. Tính lực tác dụng lên xilanh nâng cần.
Lực tác dụng lên xylanh nâng cần được tính trong trường hợp gầu đã đầy đất sau khi
kết thúc quá trình đào. Nghĩa là P01, P02 đều bằng khơng. Viết phương trình cân bằng momen
đối với khớp O1 của hệ thiết bị làm việc (cần-tay cần-gầu) ta có:
∑ M01 = 0 hay

Ggđ .l5  Gc .l6  Gtc .l7  P
c .l8  0

Trong đó:
Gg d

là trọng lượng gầu và đất,

Gg  d

= 14,49 kN

Gc

là trọng lượng cần, Gc= 11,44 kN

Gtc

là trọng lượng tay cần, Gtc = 5,31 kN

l5 , l6 , l7 , l8
l5

 Pc 

là các cánh tay đòn của các lực tương ứng như hình 3.1

= 3,165 m; l6 = 3,374 m; l7 = 5,482 m; l8 = 0,666 m

Ggđ .l5  Gc .l6  Gtc .l7
l8

2.2.4. Tính lực tác dụng lên xilanh quay gầu.
Lực tác dụng lên xilanh quay gầu được xác định trong trường hợp gầu xúc đất bằng
cách chỉ quay gầu quanh khớp O 3. Lực quay gầu lớn nhất ở cuối quá trình đào, đỉnh răng
gầu ở cùng độ cao với khớp O3.

18


P'02

P'01

Gg+d

Pqg

Hình 2.3: Sơ đồ tính lực quay gầu

Viết phương trình cân bằng momen đối với điểm O3 ta có:
G

.l '  P ' .l '  P
qg .l '1  0

01
3
∑ MO3 = 0 hay gđ 2
Trong đó: H’d = 1350 mm

+

Gg d

là trọng lượng gầu và đất,

+ P’01= k1.n.br.h’max =

k1.n.b r .q
H'd .Bg .k t

Gg  d

= 14,49 kN

300.5.0, 08.0, 65
 46, 02
= 1,350.0,930.1, 35
(kN)

+ l '2 , l '3 , l '1 là các cánh tay đòn của các lực tương ứng như hình vẽ
l '1

= 0,435 m; l '2 = 0,465 m; l '3 = 1,398 m

 Pqg 

G gđ .l'2  P'01 .l'3
l'1

14, 49.0, 465  44, 06.1,398
 157,09
0,
435
Thay các giá trị vào công thức, ta có:
(kN)

2.3. Tính lực tác dụng lên cơ cấu quay.
Cơ cấu quay của máy đào một gầu có thể quay 360o, thời gian quay máy chiếm một tỷ
trọng khá lớn trong một chu kỳ làm việc của máy, thời gian đó có thể chiếm từ 60 ÷ 80%
thời gian của một chu kỳ. Lực tác dụng lên cơ cấu quay được xác định trong các trường
hợp:
+ Gầu đã chứa đầy đất và đi ra khỏi tầng đào.
+ Xilanh nâng cần lên ở độ cao xả đất
+ Bắt đầu quay về vị trí xả đất.
+ Máy đứng làm việc trên mặt bằng nghiêng 1 góc α.
Momen cản quay máy bao gồm:
M cq  M ms  M gió  M qt

19


Trong đó Mms – Momen cản do các lực ma sát sinh ra;
Mgió – Momen cản do gió sinh ra khi máy quay;
Mqt – Momen cản do các lực quán tính gây ra;
2.3.1. Tính momen cản do các lực ma sát sinh ra.
Ta có

Mms=0,02 Q.R.f /d
Q là tải trọng tác dụng lên vịng tựa quay,
Trong đó: Có Q = Gg+đ + Gtc+ Gc+ Gbq+cc+đc + Gđt
=> Q = 14,49 + 5,31 + 11,44 + 64,5 + 1,3 = 97,04 kN
+ R là bán kính trung bình của vịng tựa quay, Chọn theo máy R=0,72 m
+ d là đường kính con lăn tỳ, Chọn theo máy cơ sở d = 0,1 m
+ f là hệ số ma sát lăn của con lăn trên vòng tựa quay, f = 0.05 – 0,1 cm
Chọn f = 0,07 cm

=> Mms= 0,02. 97,04 .0,72.0,07 /0,1 = 0,98 kN.m

Gtc

Gc
Gg+d
O1

Gdt

Gbq+cc+dc

Hình 2.4: Sơ đồ lực tác dụng lên phần quay

2.3.2. Tính momen cản do gió.
Ta có :
Trong đó:

M gió  �p.Fi .ri

+ p là áp lực gió tại nơi máy làm việc, lấy trạng thái gió trung bình p = 20
daN/m2 = 0,2 kN/ m2
+ Fi là diện tích chắn gió của bộ phận thứ i của máy
20


+ ri là khoảng cách tương ứng từ trọng tâm chắn gió tới trục bàn quay
Xét trong trường hợp tải trọng gió tác dụng ngang vào máy. Chia máy thành năm phần
tử chắn gió gồm: Gầu, tay cần, cần, ca bin và phần bàn quay phía sau ca bin. Lấy các thơng
số về mặt chắn gió theo hình vẽ tham khảo và xác định tỷ lệ theo (2.1), theo phần tính tốn

chọn sơ bộ các kích thước.
+ Fg. Tính được diện tích chắn gió: Fg+đ = 1,360.1,515 = 2,06 (m2)
+ r3 = 6,245 m
- Tay cần :
+ Ftc = 0,56.3,45= 1,93 m2,
+ r2 = 5,405 m;
- Cần :
+ Fc = 6,565.0,37= 2,43 m2;
+ r1 = 1,373 m
- Ca bin tương đương với hình chữ nhật :
+ Fcb = 1,955.1,9 = 3,71 m2;
- Phần bàn quay sau ca bin có dạng chữ nhật cao 0,3 m, dài 3,5 m
+ Fbq =1,05 (m2)
- Phần khơng gian chứa động cơ coi như hình chữ nhật :
Fđc = 2,1.0,9 = 1,89 (m2)
=>Fbq+cc+dc=3,71+ 1,05 + 1,89= 6,65 m2 ; r4 = 0,349 m
- Phần đối trọng có dạng hình chữ nhật cao 0,5 m, dài 0,5 m
Fđt =0,25 m2 ; r5 = 2,404 m
=>
=>

M gió  p.( Fc .r1  Ftc .r2  Fgđ .r3  Fcb

dc
 cc


.r4  F
đt .r5 )

= 5,91 (kN.m)
2.3.3. Tính momen cản do qn tính.

.Gi .ri2
Mqt = g

Ta có:
+ n là tốc độ quay của bàn quay, từ máy cơ sở ta có n=12,4 v/p
+ t là thời gian gia tốc khi quay, Chọn t= 1,5 s


 .n  .12, 4

30.t 30.1,5 =0,866 (m/s2)

+  là gia tốc khi khởi động hoặc khi phanh
+ g là gia tốc trọng trường, Lấy g = 9,81 m/s2
+ Gi là trọng lượng của phần quay thứ i
+ ri là khoảng cách tương ứng từ trọng tâm phần quay tới trục bàn quay.
21


ε
.(G c .r12  G tc .r22  G gđ .r3 2  Gbq
g
Vậy ta có: Mqt=

=>

M qt 

2
.r 2  Gđt .r
5 )

cc
 đc
 4

0,866
9,81 .( 11,44.1,3732 + 5,31.5,4052 + 14,49.6,2452 + 64,5.0,3492 + 1,3.2,4042)

= 66,84 (kNm)
Vậy ta có tổng momen cản quay tác dụng lên cơ cấu quay là:
Mcq = Mms+ Mgió + Mqt = 0,98 + 5,91 + 66,84 = 73,73 (kN.m)
2.4. Tính các lực cản di chuyển.
Với cơ cấu di chuyển bánh xích, ta có :
Lực tác dụng lên cơ cấu được tính theo cơng thức sau: Wd / c  W1 +W2 +W3  W4
+ W1 : lực cản ma sát trong các bộ phận của cơ cấu di chuyển.
+ W2 : lực cản do biến dạng của nền đất dưới tác dụng của dải xích.
+ W3: lực cản vịng
+ W4 : lực cản dốc.
- Tính các lực cản:
+ W1 : lực cản ma sát trong các bộ phận của cơ cấu di chuyển.
Tính theo kinh ngiệm: W1 = (0,05 ...0,09).Gm
+ W2 : lực cản do biến dạng của nền đất dưới tác dụng của dải xích.
Tính theo kinh ngiệm: W2 = (0,08...0,17).Gm
+ W3: lực cản vịng.
Theo cơng thức (2.21), sách hướng dẫn đồ án mơn học máy làm đất, ta có:
W3= 0,3.Gm

+ W4 : lực cản dốc.
Theo công thức (2.22), trang 30, sách hướng dẫn đồ án mơn học máy làm đất, ta có:
W4 = Gm.sinα (0,26 ÷ 0,34)Gm
Thay các giá trị vào cơng thức ta có:
+ W1 = (0,05 ...0,09).Gm =(0,05…0,07).169,41 = (8,47…11,86) (kN), lấy W1=10,17(kN)
+ W2 = (0,08...0,17).Gm = (0,08…0,17).169,41 = (13,55…28,8) (kN), lấy W2= 21,18 (kN)
+ W3= 0,3.Gm= 0,3.169,41=50,82 (kN),
+ W4 = Gm.Sinα = 169,41.( 0,26 ÷ 0,34) =(44,05…57,6) (kN), lấy W4= 51 (kN)
Xét hai trường hợp:
Trường hợp1: Khi máy di chuyển trên mặt phẳng ngang và thực hiện lái vòng:
Wdc= W1+ W2+ W3
=>Wdc= 10,17 + 21,18 + 50,82 = 82,17 (kN)
Trường hợp2: Khi máy di chuyển lên dốc và không thực hiện lái vòng:
22


Wdc= W1 + W2 + W4
=> Wdc= 10,07 + 16,12 + 51 = 82,35 (kN)
Kết luận: So sánh lực cản di chuyển trong hai trường hợp, ta thấy lực cản di chuyển
trường hợp thứ nhất lớn hơn. Vậy lực cản di chuyển khi tính tốn sẽ bằng:
Wdc = 82,35 (kN)
2.5. Tính cơng suất tiêu hao cho các cơ cấu và chọn động cơ.
2.5.1. Công suất cơ cấu co duỗi tay cần.
Cơng suất cơ cấu co duỗi tay cần tính theo cơng thức:

N tc 
Trong đó:

Ptc .vtc
tc

+ Ptc là lực tác dụng lên xilanh nâng tay cần, Ptc = 269,92 kN
+ vtc là vận tốc co duỗi tay cần, Chọn vtc = 0,3 m/s

+ tc là hiệu suất cơ cấu co duỗi tay cần, chọn tc = 0,90
Thay giá trị các đại lượng vào cơng thức trên ta có:
=>

N tc 

269,92.0,3
 89,97(kW )
0,90

2.5.2. Công suất cơ cấu nâng hạ cần.
Công suất cơ cấu nâng hạ cần tính theo cơng thức:

Nc 
Trong đó:

Pc .vc
c

+ Pc là lực tác dụng lên xilanh nâng cần, Pc = 170,52 kN
+ vc là vận tốc co duỗi cần, Chọn vc = 0,4 m/s
+c là hiệu suất cơ cấu co duỗi cần, chọn c = 0,90

Thay giá trị các đại lượng vào cơng thức trên ta có:
=>

Nc 

170,52.0, 4
 75, 79(kW )
0,90

2.5.3. Công suất cơ cấu quay gầu.
Cơng suất cơ cấu quay gầu tính theo cơng thức:
N qg 

Trong đó:

Pqg .vqg

qg

+

Pqg

là lực tác dụng lên xilanh tay cần, Pqg = 157,09 kN

+

vqg

là vận tốc quay gầu, Chọn

vqg

23

= 0,6 m/s




+ qg là hiệu suất cơ cấu co duỗi tay cần, Chọn
Thay giá trị các đại lượng vào công thức (2.14),ta có:
N qg 

 qg

= 0,90

157, 09.0, 6
 104, 73kW
0,9

2.5.4. Cơng suất quay máy.
Cơng suất quay máy tính theo cơng thức:
M q .q
Nq 
q
Trong đó:

Mq là momen cản quay khi quay máy,
q

q

là vận tốc quay của máy, Có

q

M cq

= 73,73 kN.m

= 12,4 (v/ph) = 1,3 (1/s)


là hiệu suất cơ cấu quay máy, Chọn q = 0,9
Thay giá trị các đại lượng vào cơng thức trên ta có:
=>

Nq 

73, 73.1,3
 106,5(kW )
0,9

2.5.5. Công suất cơ cấu di chuyển máy.
Công suất cơ cấu di chuyển máy tính theo cơng thức:
N dc 

Wdc .vdc
dc

Trong đó + Wdc là lực cản khi di chuyển, Wdc = 82,35 (kN)

+ vdc là vận tốc di chuyển, theo máy cơ sở vdc = 1,14 m/s
+ dc là hiệu suất cơ cấu di chuyển, chọn dc = 0,9
Thay giá trị các đại lượng vào cơng thức ta có:
N dc 

82,35.1,14
 104,31(kW )
0,9

Động cơ trên máy cơ sở là: Komatsu SAA6D107E-1, công suất động cơ
Nđc = 110 kW. Động cơ này hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đặt ra của các thiết bị công tác.
Dựa vào thông số các cơng suất tính tốn được ta thấy máy chỉ có thể thực hiện riêng
rẽ từng công việc, không thể kết hợp các cơng việc với nhau.
2.6. Tính cân bằng bàn quay và đối trọng.
2.6.1. Trường hợp 1:
Trường hợp gầu vươn ra ở bán kính đào lớn nhất, gầu tựa trên nền đất.

24


R1

G1

Gdc

O1

Gc/2

Gbq
Gcc

Hình 2.5: Sơ đồ tính đối trọng trong trường hợp thứ nhất

Ta tìm đối trọng trong trường hợp 1 theo phương pháp giải tích

R1

G1 Gdc

Gbq

Gcc

Gc/2

1

Hình 2.6: Sơ đồ lực tác dụng theo phương pháp giải tích

Ta có:

�M

1

Rcc  525mm, Rc /2  3700mm, Rdc  1200mm, Rbq  400mm, R1  1753mm

 0 � Gcc .Rcc  Gc / 2 .Rc /2  Gdc .Rdc  Gbq .Rbq  G1.R1  0

� G1 



Gcc .Rcc  Gc / 2 .Rc / 2  Gdc .Rdc  Gbq .Rbq
R1

7.525  5, 745.3700  11.1200  25.400
 0,99
1753
(kN)

Trong trường hợp này ta tính được khối lượng đối trọng là lớn nhất: G1  Gdt max =0,99
(kN)
2.6.2. Trường hợp thứ 2.
Trường hợp gầu đầy đất, vừa ra khỏi tầng đào, gầu ở vị trí bán kính đào nhỏ nhất
25