THIẾT kế máy đào THUỶ lực gầu NGHỊCH lắp TRÊN máy cơ sở CATERPILLAR

Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Trờng đại học thuỷ lợi
Khoa máy xây dựng & tbtl

cộng hoà xà hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập Tự do Hạnh phúc
-------------------+**------------------

Bộ môn máy xây dựng

đồ án môn học
máy thuỷ lợi
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Khải Hoàn Lớp: 44M
Nghành học: Máy xây dựng và thiết bị thuỷ lợi .
đầu đề thiết kế
thiết kế máy đào thuỷ lực gầu nghịch
lắp trên máy CƠ Sở cat 345C
I. Số liệu cho trớc:
1. Máy kéo cơ sở: CATERPILLAR -345C.
2. Dung tích gầu: 2,8 m3.
3. làm việc ở đất cấp IV.
4. Vận tốc di chuyển: 3.4 km/h.
5. Tốc độ nâng cần: Vxc=0,13 m/s.
6. Tốc độ làm việc của xi lanh tay gầu: Vxt= 0,11m/s.
7. Tốc độ làm việc của xi lanh gầu: Vxg= 0,12 m/s.
8. Vận tốc vòng: nq= 6 v/p.
II. Thuyết minh tính toán:

1. Tính toán chung máy đào.
2. Tính toán bền cần của bộ công tác.
3. Bản vẽ:
- Bản vẽ chung của máy: Ao.
- Bản vẽ chế tạo cần:
A1.
Ngày giao đề: 10 08 2006 .
Ngày hoàn thành: 20 09 2006.
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh.

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 1

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Lời nói đầu
Thiết kế máy thuỷ lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi sinh viên
nghành 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 phơng pháp tính toán máy thuỷ lợi.
Trong cuộc sống phát triển đất nớc theo công ngiệp hoá, hiện đại hoá đất
nớc. Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không thể thiếu đợc máy xây
dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết cố máy móc vì công trình thuỷ
lợi có khối lợng lớn, vốn đầu t nhiều, đòi hỏi thi công đúng tiến độ thời vụ, có tầm
quan trọng với sự phát triển kinh tế nông nghiệp, du lịch

Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móng rất
khắt khe, điều đó dẫn đến sự cần thiết của máy làm đất nh máy ủi, máy san, máy
đào
Trong quá trình học em đợc giao đề tài thiết kế: Máy đào thuỷ lực gầu
nghịch lắp trên máy cơ sở CAT 345C. Máy đào thuỷ lực đợc dùng chủ yếu
trong công tác làm đất, khai thác mỏ lộ thiên, bốc xếp vật liệu, nó làm việc theo
chu kỳ, nó có thể đổ vật liệu lên phơng tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống
Hiện nay, có rất nhiều máy đợc sử dụng ở nớc ta nh của các nớc: Nga,
Nhật, Mỹ để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất, bền nhất chúng ta phải nắm vững
kỹ thuật, tính năng của máy, biết thiết kế chế tạo các bộ công tác của máy, nguyên
lý hoạt động của hệ thống thuỷ lực để khắc phục sửa chữa máy khi gặp sự cố hoặc
bị hỏng. Đồ án Máy thuỷ lợi sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn, và giải quyết tốt
hơn những vấn đề trên.

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 2

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh
I.

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Xác định các thông số cơ bản.
1. Khối lợng của máy.
Khối lợng của máy đợc xác định theo công thức sau: G = kG.q . Trong ®ã:
- kG: HƯ sè trọng lợng, với cấp đất lám việc IV lấy kG=18.

- q: Dung tích gầu, q = 2,8m3 -> Máy thuộc loại vừa và lớn.
Do đó, G = 18.2,8 = 50,4 (T)
2. Các thông số kích thớc cơ bản.
a. Kích thớc của máy cơ sở:
Các kích thớc của máy đợc xác định theo công thức sau:
Ai=ki. 3 G
Trong đó: ki: hệ số kích thớc.
G: khối lợng của máy.
- Chiều cao buồng m¸y :
A1 = k1. 3 G = 0,9. 3 50,4 = 3,32 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 0,9
- Bán kính thành sau vỏ máy:
A2 = k2. 3 G = 1,05. 3 50,4 = 3,83 (m)
Víi m¸y cì võa vµ lín lÊy k2 = 1,05
- ChiỊu cao khớp chân cầu:
A3 = k3. 3 G = 0,6. 3 50,4 = 2,22 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k3 = 0,6
b. Kích thớc của bộ công tác:
- Chiều dài cần:
A4 = k4. 3 G = 1,8. 3 50,4 = 6,65 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 1,8
- Chiều dài tay gầu:
A5 = k5 3 G = 1,5. 3 50,4 = 5,54 (m)
Víi m¸y cì võa và lớn lấy k5 = 1,5
- Chiều cao đổ đất:

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 3

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lỵi

A6 = k6. 3 G = 1,4. 3 50,4 = 5,17 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k1 = 1,4
- Chiều sâu đào:
A7 = k7. 3 G = 2,0. 3 50,4 = 7,39 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k7 = 2,0
- Bán kính đổ đất:
A8 = k8. 3 G = 2,2. 3 50,4 = 8,13 (m)
Víi m¸y cỡ vừa và lớn lấy k8 = 2,2
- Bán kính ®µo:
A9 = k9. 3 G = 2,4. 3 50,4 = 8,87 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k9 = 2,4
c. KÝch thíc bé di chun.
ThiÕt kÕ víi bé di chuyển bánh xích nhiều điểm tựa.
- Chiều rộng cơ sở của bộ công tác:
A10 = k10. 3 G = 0,9. 3 50,4 = 3,32 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k10 = 0,9
- Chiều dài cơ sở của bộ công tác:
A11 = k11. 3 G = 1,1. 3 50,4 = 4,06 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k11 = 1,1
- ChiÒu réng xÝch:
A12 = k12. 3 G = 0,18. 3 50,4 = 0,66 (m)
Với máy cỡ vừa và lín lÊy k12 = 0,18
- ChiỊu cao xÝch:

A13 = k13. 3 G = 0,2. 3 50,4 = 0,74 (m)
Víi m¸y cỡ vừa và lớn lấy k13 = 0,2
- Đờng kính bánh xích chủ động:
A14 = k14. 3 G = 0,16. 3 50,4 = 0,59 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k14 = 0,16
- Đờng kính bánh dấn hớng:
A15 = k15. 3

G

= 0,18.

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

3

50,4

= 0,66 (m)

Trang: 4

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Với máy cỡ vừa và lớn lấy k15 = 0,18

- Đờng kính bánh tì:
A16 = k16. 3 G = 0,08. 3 50,4 = 0,30 (m)
Với máy cỡ vừa và lớn lấy k16 = 0,08
Bảng tổng hợp các thông số kích thớc cơ bản
(Máy đào CAT-345C ; G=50,4T ; q=2,8m3)
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Thông số
Chiều cao buồng máy
BK thnh sau vỏ máy
Chiều cao khớp chân cần
Chiều dài cần
Chiều dài tay gầu
Chiều cao đổ đất

Bán kính đổ đất
Bán kính đào
Chiều rộng cơ sở bộ công tác
Chiều dài cơ sở bộ công tác
Chiều rộng xích
Chiều cao xích
ĐK bánh xích chủ động
ĐK bánh dẫn hớng
ĐK bánh tì
Chiều sâu đào

Hệ số (ki)
0,9
1,05
0,6
1,8
1,5
1,4
2,2
2,4
0,9
1,1
0,18
0,2
0,16
0,18
0,08
2

Trị số (m)

3,32
3,88
2,22
6,65
5,54
5,17
8,13
8,87
3,32
4,06
0,66
0,74
0,59
0,66
0,30
7,39

d. Kích thớc cơ bản của gÇu:
Víi dung tÝch gÇu q = 2,8m3 , ta cã:
- Chiều rộng của gầu là:
b = 1,2.3

q =1,2.3 2,8 =1,69( m)

- Chiều dài của gầu:

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 5

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh
h = 1,0.3

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

q =1,0.3 2,8 =1,41( m)

- Chiều cao của gầu cha tính răng gầu:
l1 =

0,96.3 q = 0,96.3 2,8 =1,35( m)

- Chiều cao của gầu tính cả răng gầu:
l = 1,44.3

q =1,44.3 2,8 = 2,03(m)

- Bề dày thành gầu:
S=

0,087.3 q = 0,087.3 2,8 = 0,123( m)

3. Xác định trọng lợng của máy.
Việc xác định sơ bộ trọng lợng máy là một bớc quan trọng trong việc tính
toán sơ bộ cho máy. Các bộ phận đợc xác định theo công thức sau:
Gi = ki.G (T) , trong đó: G là khối lợng sơ bộ máy đào (T)
ki là phần trăm khối lợng bộ phận so với máy đào.

Ta có thể chia việc tính toán trọng lợng máy nh sau:
a. Trọng lợng của bộ công tác.
- Trọng lợng gầu và thanh kÐo:
G1= k1.G = 0,04.50,4= 2,02 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k1= 4%.
- Trọng lợng tay gầu:
G2= k2.G = 0,04.50,4= 2,02 (T)
Với hệ số trọng lợng k2= 4%.
- Trọng lợng cần:
G3= k3.G = 0,08.50,4= 4,03 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k3= 8%.
- Trọng lợng xi lanh gầu:
G4= k4.G = 0,005.50,4= 0,25 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k4= 0,5%.
- Träng lỵng xi lanh tay gÇu:
G5= k5.G = 0,01.50,4= 0,504 (T)
Víi hƯ sè trọng lợng k5=1%.

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 6

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

- Trọng lợng xi lanh cần:

G6= k6.G = 0,014.50,4= 0,71 (T)
Với hệ số trọng lợng k6= 1,4%.
b. Trọng lợng bàn quay và các cơ cấu khác.
- Trọng lợng động cơ và khung máy:
G7= k7.G = 0,07.50,4= 3,53 (T)
Với hệ số trọng lợng k7= 7%.
- Trọng lợng thiết bị thuỷ lực và thiết bị phụ:
G8= k8.G = 0,08.50,4= 4,03 (T)
Với hệ số trọng lợng k8= 8%.
- Trọng lợng cơ cấu quay:
G9= k9.G = 0,02.50,4= 1,01 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k9= 2%.
- Trọng lợng bàn quay:
G10= k10.G = 0,15.50,4= 7,56 (T)
Với hƯ sè träng lỵng k10= 15%.
- Träng lỵng bé phËn ®iỊu khiĨn:
G11= k11.G = 0,01.50,4= 0,504 (T)
Víi hƯ sè träng lợng k11= 1%.
- Trọng lợng vỏ máy:
G12= k12.G = 0,02.50,4= 1,01 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k12= 2%.
- Träng lỵng ®èi träng:
G13= k13.G = 0,01.50,4= 0,504 (T)
Víi hƯ sè träng lợng k13= 1%.
c. Trọng lợng phần di chuyển.
- Trọng lợng vßng ỉ quay:
G14= k14.G = 0,018.50,4= 0,91 (T)
Víi hƯ sè trọng lợng k14= 1,8%.
- Trọng lợng khung dới và vành bánh răng:

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 7

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lỵi

G15= k15.G = 0,10.50,4= 5,04 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k15= 10%.
- Trọng lợng ngõng trục trung tâm:
G16= k16.G = 0,007.50,4= 0,35 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k16= 0,7%.
- Träng lợng cơ cấu di chuyển:
G17= k17.G = 0,05.50,4= 2,52 (T)
Với hƯ sè träng lỵng k17= 5%.
- Träng lỵng khung xÝch:
G18= k18.G = 0,07.50,4= 3,53 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k18= 7%.
- Trọng lợng chủ động, bị động và bánh tì:
G19= k19.G = 0,08.50,4= 4,03 (T)
Víi hƯ sè träng lỵng k19= 8%.
- Trọng lợng dải xích:
G20= k20.G = 0,10.50,4= 5,04 (T)
Với hệ số trọng lợng k20= 10%.
Bảng tổng hợp các thông số trọng lợng cơ bản

Bảng tổng hợp các thông số trọng lợng cơ bản
(Máy đào CAT-345C ; G=50,4T ; q=2,8m3)
STT
1
2
3
4

Tên các bộ phận
gầu và thanh kéo
Tay gầu
Cần
Xi lanh gầu

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Hệ số ki (%)
2.02
2.02
4.03
0.25

Trang: 8

Trọng lợng (T)
2.02
2.02
4.03
0.25

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Xi lanh tay gầu
5
Xi lanh cần
6
động cơ và khung máy
7
Thiếu bị thủy lực và thiết bị phụ
8
Cơ cấu quay
9
Bàn quay
10
Bộ phận điều khiển
11
Vỏ máy
12
Đối trọng
13
Vòng ổ quay
14
Khung dới và vành bánh răng
15
Ngõng trục trung tâm

16
Cơ cấu di chuyển
17
Khung xích
18
Bánh chủ động, bị động và bánh tì
19
Dải xích
20
Tổng cộng

0.50
0.71
3.53
4.03
1.01
7.56
0.50
1.01
0.50
0.91
5.04
0.35
2.52
3.53
5.04
5.04

0.50
0.71

3.53
4.03
1.01
7.56
0.50
1.01
0.50
0.91
5.04
0.35
2.52
3.53
5.04
5.04
50.10

II. Sơ đồ hệ thống thủy lực.
1. Sơ đồ.
Sơ đồ thuỷ lực của máy đào đợc xét trên bản vẽ hệ thống thuỷ lực của máy
CAT 330B.
2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Từ sơ đồ ta thấy:
Đầu tiên động cơ Diesel (31) làm việc, thông qua các khớp nối và các bánh
răng ăn khớp dẫn động các bơm piston (28), (29) và bơm cung cấp dầu riêng cho
hệ thống điều khiển làm việc theo.
Khi làm việc dầu đợc hút từ thùng dầu (39) và đợc đa đi toàn hệ thống thông
qua các van và đờng ống dẫn. Trên sơ đồ hiện tại là hệ thống thủy lực của máy đào

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 9

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

đang ở trạng thái không tải, dầu đợc hút từ thùng dầu (39) rồi đi qua các van trợt ở
trạng thái không làm việc rồi quay lại thùng dầu thông qua hệ thống lọc.
Bơm (28) Uper Pump cung cấp dầu có áp lực cao cho xi lanh gầu (7) và xi
lanh cần (8) làm việc, bơm (29) Lower Pump thì cung cấp dầu cho các xi lanh và
cơ cấu còn lại: xi lanh tay gầu (9), cơ cấu quay (1), cơ cấu di chuyển trái (2) và cơ
cấu di chuyển phải (3). Thông qua các hệ thống van phân phối mà dầu sẽ đợc
chuyển đến những vị trí cần thiết để thiết bị làm việc.
Các hệ thống van phân phối (van trợt) đợc điều khiển bởi các hệ thống van trợt nhỏ hơn và hệ thống van trợt nhỏ này đợc điểu khiển trực tiếp bởi các nút bấm
trên bàn điều khiển. Trong đó:
ã Cụm (23) điều khiển các van trợt của xi lanh gầu (7) và xi lanh cần (8).
ã Cụm (18) điều khiển các van trợt của xi lanh tay gầu (9) và cơ cấu quay (1).
ã Cụm (17) điều khiển các van trợt của cơ cấu di chuyển trái (2) và cơ cấu di
chuyển phải (3).

III. Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác.
1. Xác định lực của xi lanh tay gầu.
Vị trí tính toán: Cuối quá trình đào, tay gầu và gầu ở vị trí nằm ngang. Gầu
đầy đất, đầu cần nghiêng 45o so với tay gầu. Lát cắt đất là lớn nhất.
Chiều dài lát cắt đợc xác định:
C max =

q.k d
2,8.1
=
= 0,17 ( m )
b.H S .k TX
1,69.7,39.1,35

. Trong ®ã:

q – Dung tÝch gÇu: q=2,8 (m3).
b - ChiỊu réng gÇu: b=1,69 (m).

Svth: Ngun Khải Hoàn

Trang: 10

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Hs- Chiều sâu đào: Hs=7,39 (m).
Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp IV lấy ktx=1,35.
Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1
Vậy lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất là
P01=k1.b.Cmax= 0,25.1,69.0,17=0,07183 (Mpa.m2) = 71,83 (KN)
Với k1 hệ số cản đào, với ®Êt cÊp IV lÊy k1=0,25 Mpa.

P01

Cmax

Pxtg

rxtg

1/2Gxtg

P02

O2
G

rtg tg
r’xtg

Gxg Gg+®

rxg
rg
r0

LÊy m«men ®èi ®iĨm O2 ta cã :
Pxtg =
Víi

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

rxtg

P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 71,83 KN.
Gg+đ- Trọng lợng gầu có đất:

Gđ =

q. .k d
2,8.19.1
=
k tx
1,35

= 39,4 (KN)

LÊy k® = 1, ®Êt cÊp IV lÊy ktx = 1,35.
Gg+®= G® + Gg = 39,4 + 20,2 = 59,6 (KN)

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 11

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Gg- Trọng lợng gầu, Gtg= 20,2 (KN).
Gxg- Trọng lợng xi lanh gầu, Gxg= 2,5 (KN).
Gxtg- Trọng lợng xi lanh tay gầu, Gxtg= 5,1 (KN).
r0- Cánh tay đòn của lực P01 lÊy ®èi víi ®iĨm O2:
r0=

3
2
..l tg + h g = .5,54 + 1,41
4
3

= 5,57 (m)

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lÊy ®èi víi ®iĨm o2 :
rg=

hg
3
3
1,41
.l tg +
= .5,54 +
4
2
4
2

= 4,86 (m)

rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm o2:
rtg=

l tg
2



l tg
4

=

5,54 5,54
+
=
2
3

1,39 (m)

rxg- Cánh tay đòn của Gxg lÊy ®èi víi ®iĨm o2:
rxg=

3 l tg
3 5,54
.
= .
4 2
4 3

= 2,08 (m)

rxtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy ®èi víi ®iĨm o2 :
r’xtg=

l c 5,54
=
4
4

=1,39 (m)

rxtg- C¸nh tay ®ßn cđa Pxg lÊy ®èi víi ®iĨm o2:
rxtg=
Pxtg =
=> Pxtg =

l tg
4

0

sin 33 =

5,54
sin 33 0
4

= 0,75 (m)

P .r0 + g + .rg + tg .rtg + xg .rxg − ,5.G xtg .r ' xtg
G
G
G
0
01
d
rxtg

71,83.5,57 +59,6.4,86 + 2,5.5,08 + 20,2.1,39 0,5.5,1.1,39
0,75

Pxtg = 959,31 (KN).
2. Xác định lực của xi lanh cần.
Vị trí tính toán: Kết thúc quá trình đào, gầu và tay gầu nắm ngang, gầu đầy
đất. Bộ công tác chỉ đợc nâng lên bằng xi lanh gầu, cần tạo với tay gầu một góc
45o.

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 12

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

rxtg

r'xc

rxc

Pxc

O1

1/2Gxc

rc

Gc

Gxtg

Gtg

Gxg

Gg+đ

rg

rxg
rtg
Tơng
Pxc =

tự,

lấy

mômen

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 lợng cần, Gc = 40,3 KN.
Gg+đ- Trọng lợng gầu đầy đất, Gg+đ= 59,6 KN.
Gtg- Trọng lợng tay gầu, Gtg= 20,2 KN.
Gxg- Trọng lợng xi lanh gầu, Gxg= 2,5 KN.
Gxtg- Trọng lợng xi lanh tay gầu, Gxtg= 5,1 KN.
Gxc- Trọng lợng xi lanh cần, Gxc= 7,1 KN.
rc- Cánh tay đòn của Gc lấy đối với điểm O1:
rc=

lc

6,65
=
2
2

= 3,33 (m)

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lÊy ®èi víi ®iĨm O1:
rg= lc -

3l tg
4

−

hg
2

= 6,65 −

3.5,54 1,41

4
2

= 1,79 (m)

rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm O1:

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 13

Lớp : 44M

:


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lỵi

 l tg l tg 
 5,54 5,54 
−  = 6,65 − 
−


4 
4 
 2
 2

rtg= l c


= 5,27 (m)

rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy ®èi víi ®iĨm O1:
rxg=

3
3
.l tg
.5,54
lc − 4
= 6,65 − 4
2
2

= 4,57 (m)

rxc- Cánh tay đòn của Gxc lấy đối với điểm O1:
rxc=

2.l c
2.6,65
=
5
5

= 2,66 (m)

rxtg- cánh tay đòn của Gxtglấy ®èi O1:
l c l tg
6,65 5,54
+
+
lc 2 4
6,65

rxtg = +
4 = 5,69 (m)
=
+ 2
2
2
2
2

rxc- Cánh tay đòn của Pxc lấy ®èi víi ®iĨm O1, vµ rxtg= 0,8 (m)
Pxc =
=> Pxc =

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

40,3.3,33 + 59,6.1,79 + 20,2.5,27 + 2,5.4,57 + 5,1.5,69 + 0,5.7,1.2,66
0,8

Pxc = 496,53 (KN).
3. Xác định lực của xi lanh gầu.
Vị trí tính toán: Gần kết thúc quá trình đào khi mà chỉ dùng xi lanh gầu để
đào đất, lúc này lực của xi lanh sẽ đạt cực đại vì cánh tay đòn giữa lực xi lanh và
tâm quay O3 là nhỏ nhất. Lúc này lực cản đào sẽ là cực đại, coi gầu vuông góc
với tay gầu (song song mặt đất).
Chiều dầy lát cắt lớn nhất lµ:
q.k

2,8.1

d
Cmax= b.H .k = 1,69.1,41.1,33 = 0,88 (m)
1
tx

Víi q- Dung tÝch gÇu, q= 2,8 m3.
b- ChiỊu réng gÇu, b= 1,69 m.
H1- Chiều sâu đào, H1= lg = 1,41 m.
ktx Hệ số tơi xốp ktx= 1,33.

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 14

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:
P01 = k1.b.Cmax = 0,2.1,69.0,88 = 0,0297 (Mpa.m2)
=> P01 = 297 (KN)
Víi k1 – Hệ số cản đào ở đất cấp II, k1= 0,2 Mpa.
r0
Gxg/2

P01

0
H1

rxg
rxg

3

Pxg

Gg+đ

Tc

rg
Pxg
Lực lớn nhất của xi lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép của khoang
đào, cánh tay đòn rxg là nhỏ nhất.
Lấy mômen đối điểm O3 ta có :
Pxg =

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

rxg

Víi: P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 297 KN.
Gg+đ - Trọng lợng gầu có đất, Gg+đ= 59,6 KN.
Gxg - Trọng lợng xi lanh gầu, Gxg= 2,5 KN.
r0 - Cánh tay ®ßn cđa lùc P01 lÊy ®èi víi ®iĨm O3, r0= hg= 1,41 m.

rg - Cánh tay đòn của Gg+đ lấy ®èi víi ®iĨm O3, rg= 0,5.hg = 0,7 m.
r’xg - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,45 m.
rxg - Cánh tay đòn của Pxg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,35 m.
Thay vào ta đợc:
Pxg =

297.1,41 +59,6.0,7 −0,5.2,5.0,45
0,35

=> P’xg = 237,2 KN.
Pxg =

'
Ptg

cos 50

o

=

237,2
(KN)
cos 50 o

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 15

Lớp : 44M

Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lỵi

=> Pxg = 369,1 (KN)
4. Chän xi lanh thđy lùc và tính công suất.
a. Chọn xi lanh cần và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh cần.
* Xác định hành trình của xi lanh cần:

a

3,33

30 0

55 0
o1

b

15 0

0,8

Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớp cần và tay gầu
bằng 0,5.lc = 0,5.6,65 = 3,33 (m)
Chọn điểm đặt khớp chân cần cách chân xi lanh cần la đoạn O1B
O1B = 0,8 m

Khớp giữa cần và xi lanh cần la đoạn O1A
O1A = 3,33 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 cã
AB2 = O1 A2 + O1 B2 - 2. O1 A. O1 B.cos(AO1B)
AB2 = 3,332 + 0,82 - 2.3,33.0,8.cos1000

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 16

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

AB2 = 12,65
AB = 3,56 (m)
Ta có chiều dài lớn nhất của xilanh cần 3,65 (m)
Xét cần ở vị trí thấp nhất
Lúc này cần nằm ngang, góc AO1B = 150 khi đó chiều dài của xi lanh cần
đạt giá trị nhá nhÊt
AB2 = O1 A2 + O1 B2 - 2. O1 A. O1 B.cos(AO1B)
AB2 = 3,332 + 0,82 - 2. 3,33.0,8.cos150
AB2 = 6,58
AB = 2,57 (m)
Vậy : hành trình của xilanh cần là S = AB(1) AB(2)

S =3,56 2,57 = 0,99 (m)
* Chọn xi lanh cần và tính công suất bơm:
Với lực của xi lanh cần Pxc = 496,53 KN. Vì theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực
dùng hai xi lanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xi lanh chịu một nửa lực của
xi lanh cÇn.
P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.596,53 = 248,3 (KN)
Víi lùc cđa một xi lanh là Pxc =248,3 KN, với áp suất của hệ thống:
p = 25 MPa, ta tính đợc đờng kính xi lanh cần là:
'
Pxc .4
=
p. .10 3

D=

248,3.4
= 0,112 (m) = 112 mm.
25.3,14.10 3

Tra bảng ta chọn xi lanhcó các thông số sau:
+ Đờng kính xi lanh: D = 200 mm
+ Đờng kính cán piston: d = (0,60,7)D = 130 mm.
Tính lại nội lực của 2 xi lanh cần là:
Pxc =

D 2 . p.π.10 3
0,2 2.25.3,14.10 3
=
4
4

= 785 (KN)

C«ng suÊt của bơm phục vụ cho xi lanh cần là:
Nxc = 2.Pxc.Vc = 2.785.0,13 = 204,1 (kW).

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 17

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Với Pxc- Lực trên cán 1 piston, Pxc= 785 KN.
Vxc- VËn tèc cđa xi lanh gÇu, Vxc= 0,13 m/s.
b. Chän xi lanh tay gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh tay gầu.
* Xác định hành trình của xi lanh tay gầu:

a
o1
30

150

0

c

d

0

b

- Hành trình lớn nhất của xi lanh đạt đợc khi góc giữa tay gầu và cần là 300
áp dụng hệ thức lợng giác ta có:
AB2 = AC2 + BC2 –2.cos (ACB)
= 3,332 + 1,3852 -2.3,33.1,385.cos1500
= 21
AB = 4,58 (m)
- Hµnh trinh nhá nhÊt cđa xi lanh tay gầu đạt dợc khi tay gầu vơn xa:

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 18

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lỵi

a

b

0

0
15
0

c

AB2 = AC2 + BC2 – 2.cos (ACB)
= 3,332 + 1,3852 -2.3,33.1,385.cos300
= 5,02
AB = 2,24 (m)
Vậy hành trình

S = AB(1) - AB(2)
= 4,58 - 2,24 = 2,34(m)

* Chän xi lanh tay gầu và tính công suất bơm:
Với lực của một xy tay gầu là Ptg = 959,31 KN, với áp suất của hệ thống
p = 25 Mpa, ta tính đợc đờng kính xi lanh tay gầu là:
D=

Ptg .4
p..10 3

=

959,31.4
25.3,14.10 3

= 0,1998 (m) = 199,8 mm.

tra b¶ng ta chän xi lanh tay gầu có các thông số :
+ Đờng kính xi lanh: D = 220 mm
+ Đờng kính cán piston: d = (0,60,7)D = 140 mm
Công suất của bơm phục vụ cho xi lanh tay gầu là:
Nxtg = Pxtg.Vtg = 959,31.0,11 = 105,52 (kW).
Với Pxtg- Lực trên cán piston, Pxtg= 959,31 KN.
Vxtg- VËn tèc cđa xi lanh tay gÇu, Vxtg= 0,11 m/s.
c. Chọn xi lanh gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xi lanh gầu.

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 19

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

* Xác định hành trình của xi lanh gầu:
Hành trình lớn nhất của gầu đạt đợc 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

D

B

0,5

A
O

C
0,5

- Hành trình lớn nhất của xi lanh gầu:
Chiều dài lớn nhất của xi lanh gầu đạt đợc khi góc DAC = 1500
Chọn vị trí đặt khớp giữa xi lanh gầu và tay gầu cách khớp gầu và tay gầu AO
DO =

2
2
lt = 5,54 = 3,69( m)
3
3

AD = OD – OA = 3,69 - 0,4 = 3,29 (m)
DC2 = AC2 + DA2 – 2.AC.DA.cos1500
= 0,52 + 3,692 -2.0,5. 3,69.cos1500 = 17,06
DC = 4,13 (m)
- Hành trình nhỏ nhất của xi lanh gầu:
Chiều dài nhỏ nhất của xi lanh gầu đạt ®ỵc khi gãc DAC = 300
DC2 = AC2 + DA2 – 2.AC.DA.cos300
= 0,52 + 3,692 -2.0,5.3,69.cos300 = 10,67
DC = 3,27 (m)
Hành trinh của xi lanh là:

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 20

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lỵi

S = DC(1) – DC(2) = 4,13 - 3,27 = 0,86 (m)
* Chọn xi lanh gầu và tính công suất bơm:
Với lực của một xi lanh là Pg =369,1 KN, với áp suất của hệ thống p
=25Mpa, ta tính đợc đờng kính xi lanh gầu là:
D=

Pg .4
p..10 3

=

369,1.4
25.3,14.10 3

= 0,137 (m) = 137 mm.

Tra bảng ta chọn xi lanhcó các thông số sau:
+ Đờng kính xi lanh: D = 140 mm
+ Đờng kính cán piston: d = (0,60,7)D = 90 mm.

Công suất của bơm phục vụ cho xi lanh gầu lµ:
Nxg = Pxg.Vg = 369,1.0,12 = 44,292 (kW)
Víi Pxg- Lùc trên cán piston, Pxg= 369,1 KN.
Vg- Vận tốc của xi lanh gầu, Vg= 0,12 m/s.
IV. Tính toán lực kéo bộ di chun b¸nh xÝch.
1. TÝnh lùc kÐo.
Trong thùc tÕ nÕu động cơ chính đà biết thì tính lực kéo có ý nghĩa kiểm tra
khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đà cho đối với máy dẫn động riêng
biệt ( cơ cấu di chuyển có động cơ riêng), nếu cha biết động cơ chính thì tính toán
lực kéo để chọn động cơ đảm bảo điều kiện làm việc cho trớc của máy .
Trong mọi trờng hợp lực kéo tính toán theo công thức sau :
Pk = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6
Trong đó
W1

Lực cản di chuyển do ma sát trong bộ di chuyển

W2

Lực cản di chuyển

W3

Lực cản lên dốc

W4

Lực cản do gió

W5

Lực cản quán tính khi khởi động

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 21

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh
W6

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

Lực cản quay vòng

Các lực cản trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví dụ nh rất ít
gặp trờng hợp khởi động quay vòng trên dốc .Vì vậy khi tính lực kéo ta phải
đi xét hai trờng hợp
+ Trờng hợp 1 : Chuyển động lên dốc với góc dốc lớn nhất
+ Trờng hợp 2 : Chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang
a. Lực cản do ma s¸t trong bé di chun: W1
W1 = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 + F7
Đối với bộ di chuyển bánh xích ít bánh tì tra bảng (4-1) MTL ta đợc
W1 = (5,2% ữ 9,5%).Gm
Vậy W1 = (5,2% ÷ 9,5%).504 = (26,21 ÷ 47,88) (KN)
LÊy W1 = 30 KN
b. Lùc c¶n di chun: W2
Lùc c¶n di chuyển tỷ lệ với trọng lợng của máy và hệ số cản di chuyển

đợc xác định theo công thức sau
W2 = f . G
Trong đó
G: Trọng lợng của máy G = 504 KN
f: Hệ số cản chuyển động của xÝch f = 0,07
W2 = 0,07 . 504 = 35,3 (KN).
c. Lực cản di chuyển máy lên dốc : W2 + W3
W2 + W3 = G.( f.cosα + sinα )
= 504.(0,07.cos300+sin300) = 282,5 (KN)
d. Lùc c¶n giã khi di chun: W4
W4 = q . F
Trong đó
q: áp lực gió khi di chuyển q = 400 N/m2

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 22

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

F: Diện tích chịu gió của máy,coi tiết diện chịu gió của máy
códạng hình chữ nhật thì F đợc xác định theo công thức sau
F = A11 . A1 = 4,06.3,32 = 13,48 (m2)
Víi :
A11: ChiỊu réng c¬ së

A1 : ChiỊu cao bng m¸y
VËy
W4 = 400. 13,48 = 5392 (N) = 5,392 KN
e. Lực cản quán tính khi khởi động: W5
W5 =

G.v
`
g .t k

Trong đó
V:

Vận tốc di chuyển của máy V = 3,4 Km/h = 0,944 m/s

G : Träng lỵng cđa m¸y

G = 240 KN

g:

Gia tèc träng trêng

g = 9,81 m/s2

tk :

Thêi gian khëi ®éng . Do thêi gian khëi động khó xác định chính xác

nên dựa vào bảng (4-1) MTL xác định gần đúng theo trọng lợng máy nh sau:

W5 =

2.G 2.504
=
=10,08( KN )
100
100

f. Lực cản quay vòng: W6

dx

n

l
x

2

d

3

1

P2

4
5

M1

P1

r

m

2
W6
1
W6

M1
B

d

Nếu coi lực cản quay vòng của xích nh nhau thì
. Thì mô men quay thuần tuý của mỗi bánh xích đợc xác định nh sau

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 23

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

M1 = M 2 =

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

A1 / .G.L
=
2
8

. Lực cản di chuyển thuần tuý của mỗi bánh xích đợc xác định nh sau
P1 = P2 =

A1
f .G
=
r.
2

Lực cản quay vòng W61 và W62 đợc xác định từ phơng trình mô men tơng ứng
với điểm m và n

Mm = 0 =>

W62 .B − P2 .B − M 1 − M 2 = 0

∑ Mn = 0 => −W

1
6

.B + P .B − M 1 − M 2 = 0
1

W61 = ( f ' .



L G
).
2B 2

Trong đó
L:

chiều dài dải xích tiếp xúc với đất

B:

Chiều rộng giữa hai tâm bánh xÝch B = A10- A13 = 2,66

ϕ’:

HƯ sè b¸m ngang ϕ’ = 0,4 tra b¶ng (4-3) MTL

F :
VËy:

L = A11= 4,06 m

Hệ số cản chuyển động f = 0,07 tra b¶ng (4-2) MTL

W62 =

L G 
4,06  504

/
= 94,6( KN )
.
 f +ϕ .
. = 0,07 + 0,4.
2.B  2 
2.2,66  2


W61 =

L G 
4,06  504

/
= −59,3( KN )
.
 f −ϕ .
. = 0,07 − 0,4.
2 .B  2 
2.2,6  2


W6 = W1 + W2 = -59,3 + 94,6 = 35,3 (KN)

*Lực cản trong trờng hợp máy lªn dèc víi gãc dèc max 300:
W’ = W1 + (W2 + W3) + W4 + W5
= 30 + 222,5 + 5,39 + 10,08 = 303,27 (KN)
*Lùc c¶n trong trêng hợp máy quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang:
W = W1 + W2+ W4 + W6
= 30 + 35,5 + 5,39 + 35,5 = 106,39 (KN)
Ta thÊy W’ = 303,27 KN > W’’ = 106,39 KN
VËy chän Pk = 310 KN W = 303,27 KN để tính cơ cấu di chuyển

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 24

Lớp : 44M


Gvhd: Th.S Vũ Văn Thinh

Đồ án môn học: Máy Thủy Lợi

2. Tính công suất và chọn động cơ thủy lực.
Theo sơ đồ thuỷ lực của máy ta s dụng hai mô tơ di chuyển giống nhau
Lực kéo một mô tơ là:
Pk1 = Pk2 =
Nk1 = Nk2 =
Trong đó
Pk :
Vdc :

Pk 310

=
= 155 (KN)
2
2
Pk .Vdc

η

Lùc kÐo bé di chuyÓn Pk = 155 KN
VËn tèc di chun
vdc = 0,944 m/s

η : HiƯu suất của bộ truyền động cơ khí
= ụl .br .ηk
4

3

= 0,99 4.0,97 3.0,99 = 0,87

VËy Ndc = Nk1 = Nk2 =

Pk .Vdc



=

155.0,944
= 168( KW )

0,87

Dựa vào bảng tra động cơ ta chọn động cơ MRE size 5400 có các thông số
sau:
+ Mô men
Mmax = 30,1 KN.m
+ Công suất N = 170 KW
+ Sè vßng quay n = 160 v/ph

V. Tính toán cơ cấu quay.
Thời gian quay của máy ®µo chiÕm tíi 2/3 thêi gian chu kú lµm viƯc 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 J0(kN.m.s2), tốc độ góc lớn nhất của bàn quay
max(1/s), gia tèc gãc lín nhÊt ε max(1/s2), thêi gian khëi ®éng tk vµ phanh tp,
gãc quay cđa bµn quay β(rad), hiƯu suất cơ cấu quay q, dạng đờng đặc tính
ngoài của động cơ M=f(n). Các thông số này xác định thời gian quay tq(s), công

Svth: Nguyễn Khải Hoàn

Trang: 25

Lớp : 44M