Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ

THIẾT KẾ MÁY ĐÀO THUỶ LỰC GẦU NGHỊCH
LẮP TRÊN MÁY CƠ SỞ: CASE CX130

Với máy cơ sở :
+ Bộ công tác tiêu chuẩn :
Dung tích gầu :
Chiều dài cần

q

= 0,5 (m3 )

l c = 4,6 (m).

Chiều dài tay gầu l t = 2,5 (m)
Ta cần thiết kế bộ công tác mới có:
Dung tích gầu

: q = 0,6 (m3 )

Chiều dài cần

: 4,5 (m).

Làm việc ở đất cấp II

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

1

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

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 toán máy thuỷ lợi.
Trong cuộc sống phát triển đất nước theo hướng công ngiệp hoá,
hiện đại hoá đất nước. Xây dựng dân dụng và công nghiệp, thuỷ lợi không
thể thiếu được máy xây dựng, đặc biệt các công trình thuỷ lợi rất cần thiết
bị máy móc vì công trình thuỷ lợi có khối lượng lớn, vốn đầu tư nhiều,đòi
hỏi thi công đúng tiến độ thời vụ, có tầm quan trọng với sự tpát 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 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 CX 130. 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.

Sinh viên thực hiện :

Lê Tuấn Anh

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

2

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
Mục lục
Trang
I. Xác định các thông số cơ bản …………………………….4
II. Xác định các lực tác dụng lên bộ công tác …………...…8
1. Xác định lưc xilanh tay gầu …………...............................8
a. Hành trinh xilanh tay gầu.................................................8
b. Xác định lực xilanh tay gầu..............................................9
2. Xác định lực của xilanh cần………………………………13
a. Hành trình xilanh cần......................................................13
b. Xác định lực xilanh cần...................................................14
3. Xác định lực của xi lanh gầu ………………....…………..16
4. Chọn xi lanh thuỷ lực và tính công suất .......……………...18

III. Tinh kiểm nghiệm và tính ổn định cơ cấu máy..............20
A. Cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển.......................................20
1. Tính toán cơ cấu quay........................................................20
2. Tính lực kéo.......................................................................22
VII. Tính toán tĩnh máy đào ………………………………...25
1. Xác định đối trọng ……………………………..…………..25
2. Tính ổn định …………..…………………………. ……….30
VIII. Tính bền cần ………………………………...................34
1. Vị trí thứ nhất.......................................................................34
2. Vị trí thứ hai..........................................................................39
IX Tính bền chốt………………………………......................42
II. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực …………..……………................44

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

3

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
I XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

L = 1,44.

3

L


L

H

1

1_Với máy cơ sở :
+ Bộ công tác tiêu chuẩn :
Dung tích gầu : q = 0,5 (m3 )
Chiều dài cần
l c = 4,6 (m).
Chiều dài tay gầu l t = 2,5 (m)
2_Ta cần thiết kế bộ công tác mới có:
Dung tích gầu
: q = 0,6 (m3 )
Chiều dài cần
: 4,5 (m).
Làm việc ở đất cấp II
Kích thước tính toán của gầu :
+Chiêu rộng gầu:
b =1.2. 3 q
thay số: b = 1,2. 3 0,6 = 1 (m)
+Chiều cao gầu:
H = 1,0. 3 q
thay số: H = 1,0. 3 0,6 = 0,84 (m)
+Chiều dài gầu:
L1= 0,96. 3 q = 0,96. 3 0,6 = 0,8(m).

q = 1,44. 3 0,6 =1,2 (m)


+Chiều dày của gầu:
S=0,087. 3 q =0,087. 3 0,6 = 0,07(m).

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

4

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
3_ Tính mô men tại chân cần của máy cơ sở:

30°

120°

45°

Bỏ qua trọng lượng của xi lanh, và tính toán tại vị trí bất lợi nhất:

∑

Mo=Gc.rc+Gt.rt = 0
1
2

rc = .l c . Cos 450 =1,63 (m)
1 3


rt = l c . Cos 450 + . 3 . 4 l t .Cos30 0 =3,8 (m)
3

rg = l c . Cos 450 + 4 l .Cos30

0

t

+

H
2

=5,27 (m)

(với H= 3 0,5 = 0,8(m) )
k
G d = q. k txd .γ
với đất cấp 4 : γ = 20(KN/m 3 )
k tx =1,37

G
G

d

g


1
.20000 = 7299( N )
1,37
= 4840( N )

= 0,5.

=> G g + d = 12139( N )
Do đó ∑ M o =10043.1,63+3630.3,8+12139.5,27=94137 (KN)

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

5

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
*Ta cần thiết kế tay gầu,do đó lấy mô men tiêu chuẩn
Mtc =

∑

Mo = 94137 (KN)

+Gọi chiều dài tay gầu thiết kế là x; gầu có thể tích q’=0,6 (m 3 );
cần dài l’c=4,5 (m)
Với bộ công tác thiết kế ta có:
r’c =


1
l’c.Cos45=
2

1,59 (m)

1 3
3 4

r’t =Cos 45 + . . l’t.Cos30 =3,2+0,22.x (m)
3
4

r’g =l’c.Cos45 + l’t.Cos30.x +

H'
=3,7+0,65.x (m)
2

(với H’= 3 0,6 = 0,84(m) )

G

d

= 0,6.

1
.16000 = 8000( N )

1,37

Gọi Gg và G’g là trọng lượng gầu của máy cơ sở và của bct thiết kế
Gọi V và V’ là thể tích gầu của máy cơ sở và máy thiết kế
Khi đó ta có tỉ số :
'

V
V'
0,6
=
⇒G ' g = V .Gg =
.4840 = 5808( N )
Gg
G' g
0,5
V

=>G’g+đ = G’đ + G’g = 13808 (KN)
+Gọi Gt và G’t là trọng lượng tay gầu của máy cơ sở và và bct thiết kế
+Gọi lt và l’t là chiều dài tay gầu của máy cơ sở và và bct thiết kế
Khi đó ta có :
lt
l'
x
= t ⇒ G 't =
3630 = 1452.x
Gt G ' t
2,5


=>G’t = 1452.x (m).
+Gọi Gc và G’c là trọng lượng cần của máy cơ sở và bct thiết kế

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

6

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
+Gọi lc và l’c là chiều dài cần của máy cơ sở và bct thiết kế
Khi đó ta có :
lc
l'
l'
= c ⇒ G ' c = c Gc = 9825
Gc G ' c
lc

=> G’c= 9825 (KN)
Vậy :

∑ M tk= G’c.r’c + G’t.r’t + Gg+đ.r’g

⇔ 94137 = 9825.1,59 + 1452.x.(3,2+0,22x) + 13808(3,6+0,65x)

Giải phương trình ta được:
x=2 (m)

⇒ G’t = 1452.x = 3904 (N) =290,4 (Kg)

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

7

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
II. XÁC ĐỊNH CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN BỘ CÔNG TÁC
1 Tay gầu :
a. Hành trình tay gầu:
Chọn vị trí đặt chân xi lanh tay gầu trên tay gầu cách khớp cần và tay
gầu (khớp O2) là 1.5m
A

B

30°

O2

* Hành trình lớn nhất của xi lanh đạt được khi góc giữa tay gầu và cần là 300
áp dụng hệ thức lượng giác ta có
AB2=AO22 + BO22 –2.AO2 . BO2 .cos (AO2B)
Trong đó: BO2=1/4Ltg = 1/4.2 = 0,5 m
=> AB1 = 3,44 m


Sinh viên: Lê Tuấn Anh

8

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

* Hành trình nhỏ nhất của xi lanh tay gầu đạt được khi tay gầu vươn xa nhất
A

B

O2
150°

AB2 = AO22 + BO22 – 2.AO2 . BO2 .cos (AO2B)
= 32 + 0,52-2.3.0,5.cos(180-150)0
AB2= 2,58 m
Vậy hành trình :
Sxt = AB(1) – AB2 = 3,44 – 2,58=0,86 m = 860(mm).
b. Xác định lực của xylanh tay gầu
Vị trí tính toán: ở cuối quá trình đào, tay gầu nằm ngang, gầu đầy đất,
Pxt có giá trị lớn nhất khi gầu gần kết thúc quá trình cắt đất với lát cắt lớn
nhất Cmax
Tại vị trí này tay gầu nằm ngang, cần nghiêng một góc α, góc α dược
tính như sau:
sinα =


O1 D
O1O2

=

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

1,5
= 0.333 vậy α = 200
4,5

9

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

O1

120°

4500

D

15
30


a

2000

Hs

3
.ltg –O1D+H
4

HS = lc .Sin450+
HS =4(m).

Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:

cmax =

q.k d
0,6.1
=
= 0,13( m )
b.H S .kTX 1.4.1,2

q: dung tích gầu, q=0,6 m3
b- Chiều rộng gầu: b=1 (m).
Hs- Chiều sâu đào: Hs=4 (m).
Ktx- Hệ số tơi xốp, vơi đất cấp II lấy ktx=1,2
Kđ- Hệ số đầy gầu kđ=1
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:

P01=k1.b. Cmax =0,1.1.0,13 = 0,013 Mpa.m2 = 13KN.
Với k1 hệ số cản đào,với đất cấp II ( bảng 1.9/25 )lấy k1=0,1 Mpa.

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

10

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn

O1

r'xt

Gxt

4500

30°

Po1
20°

D

Gt


Gxg

Gg+d

O2

rxt
rtg

Pxt

rxg
rg+d

ro

Lấy mômen 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= 13 KN.
r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O2:
r0=

3.l tg
4

+ lg =


3.2
+ 0,84 = 2,34 (m)
4

G g+đ- Trọng lượng gầu có đất:
G g+đ= Gđ + Gg = 13808 (N)
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o2 :
rg=

3.l tg
4

+

lg
2

=

3.2 0,84
+
= 1,92 (m)
4
2

Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 484 N.
rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O2:
rxg=


l tg
3

=

2
= 0,67 (m)
3

Gxtg- Trọng lượng xylanh tay gầu, Gxtg= 1210 N.
r’xtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với điểm O2 :

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

11

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
r’xtg=

l c 4,5
=
=1,125 (m)
4
4

Gtg - Trọng lượng tay gầu, Gtg = 2904 N

rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm O2:
1
1
rtg = .lt = .2 = 0,5(m)
4
4

rxt - Cánh tay đòn của Pxt lấy đối với điểm O2:
* Xác định rxt :
Xét tam giác AO2B ta có
Góc DO2A = α + 300 = 200 + 300 = 500
Góc AO2B = 1800- 500 = 1300
Đoạn AB2 = AO22 + O2B2 – 2.O2A.O2B.cosAO2B
= 2,62 +0,52 –2.2,6.0,5.Cos1300 = 8,64
1
1
O2 B = .lt = .2 = 0,5(m)
4
4
O2 A =

1
.lC
2.

Cos30 o

= 2,6(m)

AB = 2,94(m)

O2 B 2 + AB 2 − O2 A 2
= 0,7257
Cos(O2BA) =
2.O2 B. AB

Góc O2BA = 43,50
⇒ rxt = O2B.sin(O2BA) = 0,5.sin43,50 = 0,36 (m)
Vậy :
Pxt =

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

rxtg
13000.2,34 + 13808.1,92 + 2904.0,5 + 484.0,67 + 0,5.1210.1,125
Pxt =
0,36

Pxt = 164967,5 N = 165 (KN)

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

12

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
2.Xác định lực của xy lanh cần:
a. Xác định hành trình xi lanh cần

Dựa vào thực tế và tính toán ta chọn 2 xi lanh cần, và chọn vị trí chân
cần như hình vẽ:
Chọn điểm đặt khớp chân cần cách chân xi lanh cần là đoạn O1B=0,4 m
Khớp giữa cần và xi lanh cần là đoạn O1A = 1,5 m
*Xét cần ở vị trí cao nhất:
Khi cần ở vị trí cao nhất khi đó 2 xi lanh cần có chiều dài lớn nhất
áp dụng hệ thức trong tam giác ta có
AB2 = O1 A2 + O1 B2 - 2.O1A.O1B.cos(AO1B)
AB2 = 1,52 + 0,42 - 2.1,5.0,4cos(30+35+15)0
=>AB1 = 2,2 m

A
1500
30°

B

15°

400

*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 nhỏ nhất
AB2 = O1A2 + O1B2 - 2. O1A.O1B.cos(AO1B)
AB2 = 1,52 + 0,42 - 2.1,5.0,4cos150 = 1,25
AB2 = 1,12 (m)
Vậy : hành trình của xilanh cần là Sxc = AB(1) – AB(2)
Sxc =2,2 – 1,12 = 1,08


Sinh viên: Lê Tuấn Anh

13

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
b.Xác định lực của xy lanh cần:
Xét ở vị trí kết thúc quá trình đào, gầu lên mép của khoang đào, tay gầu
nằm ngang, như hình vẽ:
rxt
rc
r'xt

A

O1

Pxc
Gc

r

xc

B

Gxtg


4500

Po1
O2

D
Gxg

Gtg

Gg+d

rg+d
rg
rtg

Lấy mômen đối điểm O1 ta có :
Pxc =

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

Với Gc- Trọng lượng cần, Gc = 10,043 KN.
rc- Cánh tay đòn của Gc lấy đối với điểm O1:
rc=

l c 4,5
=
= 2,25 (m)

2
2

Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ= 13,808 (KN).
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O1:

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

14

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
rg= lc. Cos200 -

3l tg
4

−

lg
2

= 2,3 (m)

Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg= 2904 (KN).
rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm O1:
rtg== lc. Cos200 -


l tg
4

= 3,7 (m)

Gxg- Trọng lượng Xilanh gầu, Gxg= 0,484 (KN).
rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O1:
rxg= lc. Cos200 -

l tg
3

= 3,5 (m)

Gxtg- Trọng lượng Xilanh tay gầu, Gxtg= 1,21 KN.
rxtg- cánh tay đòn của Gxtg lấy đối O1:
2
3

rxtg = . lc. Cos200 = 2,8 (m)
Gxc- Trọng lượng Xilanh cần, Gxc= 1,573 (KN).
r’xc- Cánh tay đòn của Gxc lấy đối với điểm O1:
r’xc=

lc
.Cos200 = 1,4 (m)
3

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

Xác định rxc:
rxc = BO1.sin(AO1B) = 0,4.sin60o = 0,35 (m)
Thay số ta có:
Pxc =

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

rxc
10,043.2,25 + 13,808.2,3 + 2,904.3,7 + 0,484.3,5 + 1,21.2,8 + 1,537.1,4.0,35
Pxc =
0,5

=14187

=>

Pxc ≈ 142 (KN).

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

15

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
3. Xác định lực của xylanh gầu
a. Tính hành trình xylanh gầu
Hành trình lớn nhất của gầu đạt được khi gầu chuyển động từ vị trí bắt

đầu đào đến khi tay gầu xúc đầy đất khi đó góc xoay của gầu là lớn nhất
Chọn vị trí đặt khớp giữa xilanh gầu và tay gầu cách khớp gầu và tay
gầu DO3 =

2
2.2
lt =
= 1,33( m)
3
3

*Vị trí I: Chiều dài lớn nhất của xi lanh gầu đạt được khi góc DAC = 1500
AD = O3D – O3A = 1,33 - 0,45 = 0,88 (m).
DC2 = AC2 + DA2 – 2.AC.DA.cos1500
=>DC(1) = 1,4 (m).
*Vị trí II: Chiều dài nhỏ nhất của xi lanh gầu đạt được khi góc DAC = 300
DC2 = AC2 + DA2 – 2.AC.DA.cos300
DC(2) = 0,6 (m).
Hành trình của xi lanh gầu là:
S = DC(1) – DC(2) = 1,2– 0,62= 0,8 (m)
b. Tính lực lớn nhất tác dụng lên xi lanh gầu
Lực lớn nhất của Xilanh gầu sẽ xuất hiện khi đào bằng Xilanh gầu .
Chiều dầy lát cắt lớn nhất là:
Cmax= 0,13 (m).
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:
P01 = k1.b.Cmax= 0,1.1.0,13
= 0,013 Mpa.m2

Sinh viên: Lê Tuấn Anh


= 13 (KN).

16

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
r'xg

D
Po
ro

O3

600

B

C
Tc

P'xl

Pxg

rg


Lực lớn nhất của xy lanh gầu khi răng gầu tiến đến mép của khoang
đào, cánh tay đòn rxg là nhỏ nhất.
Lấy mômen 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= 13KN.
Gg+đ- Trọng lượng gầu có đất, Gg+đ= 13,808 KN.
Gxg- Trọng lượng xy lanh gầu, Gxg= 0,484 KN.
r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O3,
r0= H = 0,84(m).
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O3,
rg= 0,5.H = 0,42 (m)
rxg- Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm o3,
rxg = 0,6.cos300 = 0,52 (m)
r’xg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,3 m.

Thay số ta được:
P’xg =

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

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

rxg

17


Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
P’xg =

13.0.84 + 13,808.0,42 + 0,5.0,484.0,3
0,52

=> P’xg = 32,3 (KN).
Từ việc xác định P’xg vẽ biểu đồ lực ta xác định được lực Pxg , như
hình vẽ trên :
- Biết phương. giá trị P’xg = 32.3 KN
- Biết phương của Tc
Vẽ và đo theo tỉ lệ ta xác định được:
5,76

Pxg = 3,96 .69,5 = 47 (KN)
4. Chọn Xilanh thuỷ lực và tính công suất
a. Chọn xilanh cần và tính công suất bơm phục vụ cho xilanh cần
Với lực của xilanh cần Pxc = 142 KN, vì theo sơ đồ hệ thống thuỷ lực
dùng hai xilanh để nâng cần, nên ta coi gần đúng mỗi xilanh chịu một nửa
lực của xilanh cần :
P’xc = 0,5.Pxc = 0,5.142 = 71 (KN)
Với lực của một xilanh là P’xc =71 KN,
Áp suất làm việc của hệ thống p =36,3 Mpa
Ta tính được đường kính xilanh cần là:
D=


Pxc' .4
=
p.Π

71.4
= 0,05 m =50 mm.
36,3.3,14.1000

Tra bảng ta chọn xilanh có các thông số sau:
+ Đường kính xilanh: D =102 (mm)
+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D =74 (mm).
Công suất của bơm phục vụ cho xilanh cần là:
N1 = Pxc.Vc = 1248.0,11 = 137,3
(kw).
Với: Pxc- Lực trên xilanh cần
Pxc= 2.p.Fxc = 2.36,3.103.3,14.0,0742 = 1248
(KN).
Vxc- Vận tốc của xilanh cần, Vxc= 0,11m/s.

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

18

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
b. Chọn Xilanh tay gầu và tính công suất bơm phục vụ Xilanh tay gầu.

Với lực của xilanh tay gầu là Ptg = 165 KN, với áp suất của hệ thống
p =36,3 Mpa, ta tính được đường kính xilanh tay gầu là:
D=

Ptg .4
p.Π

=

165.4
= 0,076 m = 76 mm.
36,3.3,14.10 3

Tra bảng ta chọn xilanh tay gầu có các thông số :
+ Đường kính xilanh: D = 115 mm
+ Đường kính cán piston: d=(0,6-0,7).D = 82 mm
Công suất của bơm phục vụ cho xilanh cần là:
N2 = Pxt.Vxt = 766,5.0,12 = 92 kw.
Với

Pxt- Lực trên xilanh tay gầu
Pxt= p.Fxc = 36,3.103.3,14.0,0822 = 766,5 KN.
Vxtg- Vận tốc của xilanh tay gầu, Vxtg= 0,12 m/s.

c. Chọn xy lanh gầu và tính công suất bơm phục vụ cho xilanh gầu.
Với lực của xilanh gầu là Pxg =47 KN, với áp suất của hệ thống
p =36,3 Mpa, ta tính được đường kính xilanh gầu là:
D=

Pg .4

p.Π

=

47.4
= 0,04 m = 40 mm.
36.3,14.10 3

Tra bảng ta chọn xilanhcó các thông số sau:
+ Đường kính xilanh: D = 114 mm
+ Đường kính cán piston: d= 76 mm.
Công suất của bơm phục vụ cho xilanh gầu là:
N3 = Pxg.Vg = 658,3.0,09 = 59,3 kw.
Với: Pxg- Lực trên cán piston gầu
Pxg= p.Fxg = 36,3.103.3,14.0,0762 = 658,3 KN
Vg- Vận tốc của xilanh gầu, Vg= 0,09 m/s.

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

19

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
III TÍNH KIỂM NGHIỆM VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CƠ CẤU MÁY
* _ Với cơ cấu quoay và cơ cấu di chuyển:
1_Tính toán cơ cấu quay.
Thời gian quay của máy đào chiếm tới 2/3 thời gian chu kỳ làm việc

thậm chí tới 80%. Do đó việc xác định hợp lý các thông số của cơ cấu quay
là những nhiệm vụ quan trọng khi thiết kế máy.
Các thông số cơ bản là: mô men quán tính của phần quay máy đào khi
gầu đầy đất J và khi gầu không có đất J0(kN.m.s2), tốc độ góc lớn nhất của
bàn quay ωmax(1/s), gia tốc góc lớn nhất ε max(1/s2), thời gian khởi động tk và
phanh tp, góc quay của bàn quay β(rad), hiệu suất cơ cấu quay ηq, dạng
đường đặc tính ngoài của động cơ M=f(n). Các thông số này xác định thời
gian quay 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 công suất quay lớn nhất được tính
theo công thức:
J (1,37 + η q ) β 2
2

Nmax =

0,35.t q .η q
3

Trong đó:J - mô men quán tính của bàn quay khi gầu đầy đất.
*Đối với máy đào gầu nghịch thì J = (0,85 ÷ 0,9)Jt
Jt - mô men quán tính phụ thuộc vào trọng lương máy.
xác định theo biểu đồ (h.5-26tr 138)
Với G = Gmcs–( Gt+Gc+Gtg)mcs + ( Gt+Gc+Gg)mtk=
= 12100,4– (363+1004,3+484 ) + (390,4+982,5+580,8 )
=> G=12,1 (T)
=> J=80 (KN.m.s2)
=> Jn = 0,9Jt=.0,9.80 = 72 (KN.m.s2)
J0 - mô men quán tính của bàn quay trong trừơng hợp gầu không có đất:
Gg 2

.r với J=Jn
J0 = J g
r : Khoảng cách từ trọng tâm của gầu đến trục quay của máy:
Trong trường hợp này cần nghiêng góc 450 tay gầu nghiêng góc 450
3
4

1
2

r = lc . cos450 + ( lt + l g ). sin 45 0 = 6,54(m)
J = 80 (KN.m.s2), Gg = 8 (KN)
Thay số ta được:

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

20

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
J0 = J -

Gg
g

8
.4,54 2 = 63,2 (KN.m.s2)

9,81

.r 2 = 80 -

tck- Thời gian của một chu kỳ:
tck = b. G + A = 1,58. 12,1 + 10 = 15,6(s).
b= 1,58 , A= 10 là các hệ số máy xây dựng.
β - góc quay của bàn quay, β = 1800 = 3,14 (rad).
ηq- hiệu suất cơ cấu quay:
ηq = η3br. η4ôl. ηk.ηbrd = 0,973.0,994.0.99.096 = 0,88.
(ηbr, ηôl, ηk – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối,bánh răng di động)
tq - thời gian quay có tải
t ck − t d − t d

tq =

1+ 3

.

J0
J

td – Thời gian dỡ tải, tra bảng đối với đất cấp II, dỡ tải đổ lên ôtô
nên ta tra được td = 1,5 s
t d - Thời gian đào: t d =

S
v


Trong đó ta giả thiết rằng khi đào ta chỉ sử dụng 1 phần bộ công tác: hoặc
sử dụng lực đào của xylanh gầu hoặc của xylanh tay gầu. ta tính toán khi sử
dụng lực xylanh tay gầu, khi đó ta có:
Sxt = 0,86 m , Vxg = 2.0,12 = 0,24m/s, thay số ta được:
td =

S 0,86
=
= 3,6( s )
v 0,24

Vậy thời gian quay là:
15,6 − 3,6 − 1,5

t ck − t d − t d

tq =

1+ 3

=

J0
J

72
1+ 3
80

= 5,3( s )


.

Vậy công suất quay lớn nhất:
J (1,37 + η q ) β 2
2

Nmax =

0,35.t q .η q
3

80.(1,37 + 0,88 2 ).3,14 2
=
= 192( KW )
0,35.5,33.0,88

Giá trị tối ưu của vận tốc góc trong điều kiện cho trước:
ωmax = 1,05.3

N max .η q .β
J (1,37 + η q )

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

2

= 0,72( S −1 )

21


Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
β

Vì đạo hàm bậc hai luôn dương(t q''>0,tq =c.ωmax2+ ω ) nên vận tốc
max
góc và tỷ số truyền tương ứng của cơ cấu quay sẽ đảm bảo thời gian quay là
nhỏ nhất trong điều kiện cho trước:
Thời gian quay nhỏ nhất được tính theo công thức:
J .(1,37 + η q ) β 2
2

tqmin =1,42

3

N max .η q

tqmin = 4,7 (s).
2_Tính lực kéo
Trong thiết kế nếu động cơ chính đã biết thì tính toán kéo có ý nghĩa
kiểm tra khả năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho.
Trong mọi trường hợp lực kéo có thể xác định theo công thức:
Pk = W1+W2+W3+W4+W5+W6
Trong đó: W1-lực cản do ma sát trong của bộ di chuyển
W2-lực cản di chuyển

W3-lực cản lên dốc
W4 -lực cản gió
W5- lực cản quán tính khi khởi động
W6- lực cản quay vòng
Các lực trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví dụ rất
ít khi gặp trường hợp khởi động quay vòng lên dốc. Vì vậy khi tính lực kéo
ta xét hai trường hợp sau:
Chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất;
Chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang;
Sau đó chọn Pk lớn nhất để tính cơ cấu di chuyển.
- Lực cản do ma sát trong của bộ di chuyển W1:
Lực này bao gồm rất nhiều thành phần: Lực cản trong ổ trục bánh tỳ,
Lực cản trong ổ trục bánh chủ động, lực cản trong ổ trục bánh bị động, lực
cản lăn bánh tỳ, lực cản uốn của mắt xích ở bánh chủ động, lực cản uốn của
mắt xích ở bánh bị động, lực cản chuyển động nhánh xích ở trên bánh đỡ…
các thành phần lực náy rất khó xác định nên W1 thường dược xác định theo
công thức kinh nghiệm sau:
W1 = (0,05– 0,09).G = (0,05 – 0,09).12,1 (T)
Chọn W1 = 8 (KN)

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

22

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
- 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 .12,1 =0,847 T = 8,47 (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 = 12,1 T.
- Lực cản di chuển trên dốc W3:
W3 = G(f.cosα + sinα) = 12,1.(0,07cos300 + sin300)
= 6,78 tấn = 67,8(KN).
Trong đó: G – Trọng lượng của máy, G = 12,1KN.
f – Hệ số cản vhuyển động của bánh xích, f = 0,07.
α - Góc dốc lớn nhất của đường di chuyển, α = 300.
- Lực cản gió khi máy di chuyển W4 :
W4 = q.F
Trong đó:
q- áp lực gió khi làm việc, q = 400N/m2
F- diện tích chịu gió
F = A1.A2 =2.2,2 = 4,4 m2
A1: Chiều cao buồng máy : A1= k1. 3 G =0,85. 3 12,1 =1,95 (m)
A2: Bán kính thành sau vỏ máy: A2= k2. 3 G = 0,9. 3 12,1 =2,07 (m)
=> W4 = 1,76 (KN).
- Lực quán tính khi khởi động W5:
G.v
W5 =
g .tk
Trong đó: v- Tốc độ chuyển động của máy.
g- Gia tốc trọng trường.
tk -Thời gian khởi động.
Trong thực tế khó xác định chính xác thời gian khởi động máy vì nó
phụ thuộc vào người lái và hệ thống truyền động nên ta có thể tính gần đúng
theo trọng lượng máy.

W5 =

2.G 2.12,1
=
= 0,242 tấn =2,42 (KN).
100
100

- Lực cản quay vòng W6 :
Để tính lực cản quay vòng ta giả thiết: máy quay vòng trên nền phẳng,
bỏ qua lực ly tâm vì tốc độ vào đường cong thường nhỏ và ta coi lực cản
quay của hai bánh xích như nhau.
Sinh viên: Lê Tuấn Anh

23

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh
Hồ Sĩ Sơn
Lực cản quay vòng 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.
L G
)
2B 2
L G
W62 =(f + ϕ'. )

2B 2

W61 =(f - ϕ'.

Trong đó: L- chiều dài phần xích tiếp xúc với đất, L = 2,7(m).
ϕ’:Hệ số bám ngang ϕ’ = 0,4 tra bảng (4-3/69) MTL
B-chiều rộng giữa hai tâm bánh xích,B = 1,99 m.
f -hệ số cản chuyển động của bánh xích,f = 0,07.
n
W62

P2
M2

W61

P1
B

m
M1

2,7 12,1
L G
)
) = ( 0,07 - 0,4.
= -1,22 tấn = -12,2 KN.
2.1,99 2
2B 2
2,7 12,1

L G
)
W62 =(f + ϕ'. ) = (0,07 + 0,4.
= 2,07 tấn = 20,7 KN.
2.1,99 2
2B 2

W61 =(f - ϕ'.

Vậy ta có: W6 = W61 + W62 =8,5(KN).
* Tổng lực cản khi chuyển động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất 30o là:
W’ = W1 + W2 +W3 +W4 +W5
W’ = 8 + 8,47 + 67,8 + 1,76 + 2,42 = 88,45 (KN).
lấy W’=88(KN)
* Tổng lực cản khi máy chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang
là:
W” = W1 + W2 +W4 +W6
W”= 8 + 8,47 + 1,76 + 8,5 =26,73 (KN).
Lấy W”=27(KN)
Ta thấy trường hợp khi máy động thẳng lên dốc với góc dốc lớn nhất có
lực cản lớn nhất W’ =88 KN nên chọn Pk =88 KN, để tính cơ cấu di chuyển.

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

24

Lớp 45M-DHTL


Gvhd : Ths Vũ Văn Thinh

Hồ Sĩ Sơn
IV. TÍNH TOÁN TĨNH MÁY ĐÀO
1-Xác định trọng lượng đối trọng:
Nhiệm vụ của tính toán tĩnh là xác định trọng lượng đối trọng đảm
bảo cân bằng bàn quay máy đào với mọi vị trí của bộ công tác khi không
đào đất và tính toán ổn định của máy khi làm việc cũng như khi di chuyển.
Đại bộ phận các cơ cấu của máy đào đều bố trí trên bàn quay, do đó khi
thiết kế máy, việc cân bằng bàn quay là một nhiệm vụ không thể thiếu được.
Cân bằng bàn quay nhằm mục đích loại trừ hay giảm bớt trọng lượng
vượt ra ngoài chu vi vòng tựa của bàn quay. Kích thước của vòng tựa được
xác định bởi kích thước bộ di chuyển.Do khi thiết kế nên bố trí các cơ cấu
lùi về phía sau, gần thành sau của máy để giảm trọng lượng của đối trọng.
Đối trọng cần đảm bảo tổng hợp trọng lượng của các bộ phận, cơ cấu
trên bàn quay trong mọi trường hợp không nằm ngoài chu vi vòng tựa, nghĩa
là không vượt quá điểm tựa giới hạn trước và điểm tựa giới hạn sau. Sau đó
ta xét 2 vị trí bộ công tác để xác định đối trọng: vị trí một, trọng lượng bộ
công tác sinh ra mô men lật lớn nhất, còn vị trí kia sinh ra mô men lật nhỏ
nhất. Vị trí thứ nhất tổng hợp trọng lượng lớn nhất đi qua điểm tựa giới hạn
trước, vị trí thứ hai - điểm tựa giới hạn sau. Chọn trọng lượng đối trọng
không được nhỏ hơn giá trị đối trọng tương ứng với bàn quay lật ở điểm tựa
trước đồng thời không được lớn hơn giá trị mà bàn quay lật ở điểm tựa sau.
Khi điều kiện này không thoả mãn thì phải bố trí lại các cơ cấu trên bàn
quay.

Sinh viên: Lê Tuấn Anh

25

Lớp 45M-DHTL