Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

độc lập

tự do

hạnh phúc

BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

DỒ ÁN MÔN HỌC
MÁY LÀM ĐẤT
Sinh viên : Vũ Văn Bình.
Ngành học : máy xây dựng và thiết bị thủy lợi .
THIẾT KẾ BỘ CÔNG TÁC MÁY DÀO THỦY LỰC GẦU NGHỊCH
DC 340 LC DEAWOO.
I. số liệu cho trước :
Thông số máy máy đào :
Máy cơ sở :
Cần

:

6,5 (m)

Tay gầu

:

3,2 (m).

Gầu

:

1,48 m.

Bộ công tác thiết kế :
Cần:

: 7 (m),

Tay gầu

: 2,9 (m).

Vận tốc xi lanh :0,1 ÷ 0.3 (m).
Cấp đất

: 3.

Thông số trọng lượng bộ công tác máy đào DX 340DC
Trọng lượng của toàn bộ máy


G1= 3410 kg

Trọng lượng của tay gầu

G2= 1023 kg

Trọng lượng của cần

G3=2830,3 kg

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất
Trọng lượng của xi lanh gầu

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh
G4 = 136,4 kg

Trọng lượng của xi lanh tay gầu

G5 =341 kg

Trọng lượng của xi lanh cần


G6 =443,3 kg

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

Lời nói đầu
Thiết kế máy thủy lợi là môn học không thể thiếu đối với mỗi sinh viên
ngành máy xây dựng và thiết bị thủy lợi nó giúp sinh viên củng cốn những
kiến thức về nguyên lí làm việc , về kết cấu và phương pháp tính toán máy
thủy lợi .
Trong công cuộc phát triển đất nước theo công nghiệp hóa , hiện đại hóa đất
nước . xây dựng dân dụng và công nghiệp , thủy lợi không thể thiếu được
máy xây dựng , đặc biệt là công trình thủy lợi không thể thiếu được máy móc
vì công trình thủy lợi có khối lượng lớn,vốn đầu tư nhiều , đòi hởi thi công
đúng tiến độ và thời vụ , có tầm quan trong với sự phát triển kinh tế nông
nghiệp và du lịch.
Những cong trình thủy lợi đòi hỏi phải có cong tác đất , xử lí nền móng rất
khắt khe , điều đó dẫn đến sự cần thiết của máy làm đất như máy đào , máy ủi
, máy san …
Trong quá trình học em được giao đề tài thiết kế : máy đào thủy lực gầu
nghịch lắp trên máy cơ sở DX 340 LC DEAWOO . 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 , nó có thể đổ vật liệu lên phương tiên vận chuyển hoặc
đỏ thành đống .
Hiên nay có rất nhiều máy móc được sử dụng ở nước ta như của các nước :
nga , nhật , mỹ hàn quốc … để sử dụng hiệu quả cao nhất , bền nhất chúng ta
phải nắm vững kĩ thuật , tính năng của máy , biết thiết kế chế tạo bộ công tác

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

của máy, nguyên lý làm việc của hệ thống thủy lực để khắc phục sửa chữa khi
gặp sự cố hoặc bị hỏng . đồ án MÁY THỦY LỢI sẽ giúp em hiểu rõ hơn và
giải quyết tốt hơn những vẫn đề trên .
II. thuyết minh tính toán :
A tính các lục tác dụng lên bộ công tác :
1 xác định lực xi lanh tay gầu :
Vị trí tính toán : cuối quá trình đào , tay gầu ở vị trí nằm ngang , gầu đầy đất . đầu
cần nghiêng một góc 450 so với tay gầu , lát cắt là lớn nhất .
‫ﻈ‬Ta có phương trình cân bằng môme với điểm 01 :
Mtc= 0.5 .Gxcl1+ Gc.l2 + 0.5 .Gxt.l3 + 0.5Gxt.l4 +Gtgl5 +Gxtl6 + Ggtd.l7
Với
- l1 là khoảng cách tử tâm o1 tới 1/2Gxc
l1 =1/3lccos450= 1/2.6,5.cos450 = 1,53 (m),

- l2 là khoảng cách từ tâm o1 tới Gc
l2 = 1/2 lccos450= 1/3.6,5.cos450 = 2,3(m),
- l3 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gxc ,
l3 =2/3lccos450 = 2/3.6,5.cos450 =3,06 (m).
- l4 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gxc ,
l4 =lccos450 -1/4ltgcos300= 6,5.cos450-1/4*3.2cos300= 3,9 (m),
- l5 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gtg ,
l5 =lccos450 +1/4ltgcos300= 6,5.cos45+1/4*3.2cos300= 5,3 (m),
- l6 là khoảng cách từ tâm o1 tới Gxtg ,
l6 =lccos450 +1/2ltgcos300= 6,5.cos45+1/2*3.2cos300= 5,98 (m),
- l7 là khoảng cách từ tâm o1 tới Ggtd ,
với :
lg =1= 1 3 1,48 =1,14 (m).

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

l7 =lccos450 +1/2ltgcos300 - 1/2lg= 6,5.cos45+3/4*3.2cos300 – 1/2.1,14= 6,1 (m),
Trong đó :
1/2 Gc :
Gc
:

1/2 Gxt :
Gtg :
Ggtd :
Gxc :
Gxg :

trọng lượng của một nửa cần .
trọng lượng của cần ,
trọng lượng của một nửa xi lanh tay gầu.
trọng lượng của tay gầu .
trọng lượng của gầu đầy đất.
trọng lượng của xi lanh cần.
trọng lượng của xi lanh gầu

Ggtd = Gg + Gd .
Trong đó:
Gd =.
Mấy cũ lấy đối với đất cấp 4 thì hệ số tơi xốp ktx = 1,35
Kd : hệ số điền đầy đất lấy Kd=1.
γ d trọng lượng riêng của đất cấp 4 : γ d =20.
Q = 1,48 m3
Vậy

Gd =

1,48.20.1.
= 20,83 (kN).
1,35

Với gầu có khối lượng là : 1.364 (Kg) ,

Trọng lượng bộ công tác máy cũ :
Trọng lượng của gầu Gg = 1364*9,8 = 133672 (N ) = 13,3672 (kN) ,
Ggtd = Gg + Gd = 20.83 +13.3672 = 34,1972 ( kN),
Trọng lượng của tay gầu :
Gtg = 1023.9.8 =10025.4 ( N). =10.0254( kN),
Trọng lượng của cần :
Gc = 2830.3*9.8=27736.94( N). 27.73694 ( kN),
Trọng lượng của xi lanh gầu :
Gxg = 136.4*9.8 =1336.72 (N) = 1.33672 (kN) ,
Trọng lượng của xi lanh tay :
Gxt = 341*9.8 = 3341.8 (N) = 3.341(kN) ,
Trọng lượng của xi lanh cần :
Gxc = 443.3*9.8 =4344.34 (N) =4.34434 (kN) ,

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

Mtc= 0.5 *4.3443*1.54+ 27.737*2.3 + 0.5 *3.3418*3.06 +
0.5*3.3418*3.9+10.0254*5.3 +1.3367*5.98 + 34.1972*6.1 = 348.5 (kN ) ,

Bộ công tác thiết kế
Chiều dài cần

: 7 (m) .
Chiều dài tay gầu
: 2,9 (m).
Xác định khối lượng bộ công tác thiết kế :
Áp dụng định luật đồng dạng :
3
G1 .
A1
=
vậy G2 = G1
G2
A23

3

A1
A2

Thay số vào ta có
G2 = 27.737

7
3

= 28.43 (kN ),

6,5

Vậy trọng lượng cần thiết kế là Gc =G2 = 28.43 (kN) ,
Trọng lượng của tay gầu thiết kế là :


G3 = G4

3

A3
2.9
= 10.0254 3
= 9.7 (kN) ,
A4
3.2

Trọng lượng của xi lanh cần thiết kế là :
Gxc =

28.43 * 4.34434.
= 4.45 ( kN) ,
27.737

Trọng lượng của xi lanh tay gầu :
Gxt =

3.3418 * 9.7.
= 3.23
10.0254

(kN) ,

Trọng lượng của xi lanh gầu :
Gxc =


1.3367 * 28.43
= 1.37( kN) ,
27.737

Sơ đồ tính toán như hình vẽ :

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

l4
l6
l5
Gxg

Gtg

1/2Gxc
1/2Gxc
l7

l3

l2
l1
1/2Gxc

Gc
Ggtd

Ta có phương trình cân bằng môme với điểm 01 : ( đối với máy mới )
Mtc= 0.5 .Gxcl1+ Gc.l2 + 0.5 .Gxt.l3 + 0.5Gxt.l4 +Gtgl5 +Gxtl6 + Ggtd.l7 (1)
Với
- l1 là khoảng cách tử tâm o1 tới 1/2Gxc
l1 =1/3lccos450= 1/2.7.cos450 = 1.65(m),
- l2 là khoảng cách từ tâm o1 tới Gc
l2 = 1/2 lccos450= 1/3.7.cos450 = 2.47(m),
- l3 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gxc ,
l3 =2/3lccos450 = 2/3.7.cos450 =3.3 (m).
- l4 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gxc ,
l4 =lccos450 -1/4ltgcos300= 7.cos450-1/4*2.9cos300= 4.32 (m),
- l5 là khoảng cách từ tâm o1 tới 1/2 Gtg ,
l5 =lccos450 +1/4ltgcos300= 7.cos45+1/4*2.9cos300= 5,3 (m),
44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh


- l6 là khoảng cách từ tâm o1 tới Gxtg ,
l6 =lccos450 +1/2ltgcos300= 7.cos45+1/2*2.9cos300= 5,98
(m),
- l7 là khoảng cách từ tâm o1 tới Ggtd ,
với :
lg =1
l7 =lccos450 +1/2ltgcos300 - 1/2lg= 7.cos45+3/4*2.9cos300 –
1/2. 3 q = 6.83 - 1/2. 3 q ,
trọng lượng của gầu thiết kế là :
Ggtd = Gg + Gd
(2)
Gd =.
hệ số tơi xốp ktx = 1,35
Kd : hệ số điền đầy đất lấy Kd=1.
γ d trọng lượng riêng của đất cấp3 : γ d =18
Vậy
Gg = 13.3672

q * 18.

Gd = 1,35 = 11.85*q (kN).
11 .85 * q
= 6.7*q ,
20.83

Thay vào 2 ta có
Ggtd = 6.7*q +11.85*q = 19.45*q ,
Thay vào (1) ta có:
0.5*4.45*1.62+28.43*2.47 + .05*3.23*3.3 + 0.5*3.23*34.23 + 9.7*5.57 + 1.37*6.2

+ 19.45*q ( 6.83 - 1/2. 3 q )
Cân bằng mômen với bộ công tác cũ ta có:
0.5*4.45*1.62+28.43*2.47 + .05*3.23*3.3 + 0.5*3.23*34.23 + 9.7*5.57 + 1.37*6.2
+ 19.45*q ( 6.83 - 1/2. 3 q ) = 348.5
(kN)
133.427*q + 9.725* 3 q = 199.78
Giài bằng excel ta tìm được q = 1.35 (m3) ,
Vầy ta có :
Gg = 6.7*q = 6.7*1.35 = 9.045 (kN)
Gd = 11.85*q = 11.85*1.35 = 15.9975
(kN).
Ggtd = 19.45*q = 19.45*1.35 = 26.2575
(kN).

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất
Thông số của bộ công tác mới :
trọng lượng cần thiết kế là
Trọng lượng của tay gầu thiết kế
Trọng lượng của xi lanh cần
Trọng lượng của xi lanh tay gầu
Trọng lượng của xi lanh gầu
Trọng lượng của gầu
Trọng lượng của gầu đầy đất


GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

:
:
:
:
:
:

Gc =G2 = 28.43
Gtg= 9.7
Gxc = 4.45
Gxt = = 3.23
Gxc = 1.37
Gg = 9.045 (kN)
Ggtd = 26.2575

(kN)
(kN) ,
( kN) ,
(kN) ,
( kN) ,
( kN) ,
(kN).

Kích thước của gầu :
Với q = 1,35 (m3) ,
h = 1,0* 3 q = 1 3 1,35 = 1.1 (m),
l1= 0.96* 3 q =0.96 3 1,35 = 1.06 (m),

b= 1.2 3 q = 1,2* 3 1,35 = 1.33m),
l = 1,44* 3 q = 1.44* 3 1,35 = 1,6 (m) ,
s = 0.087* 3 q = 0.087* 3 1,35 = 0.096 (m) = 9,6 (cm ) ,
BXác 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, khi đó đầu cần nghiêng một góc sinα= h/l c = 2,1/7 (α = 17 027’ ) so với tay
gầu. Lát cắt đất là lớn nhất.
Chiều dài lát cắt được xác định:
C max =

q.k d
1,35.1
=
= 0,08 ( m ) . Trong đó:
b.H S .kTX 1,33.9,18.1,35

q – Dung tích gầu: q=2,8 (m3).
b - Chiều rộng gầu: b=1,69 (m).
Hs- Chiều sâu đào tính theo vị trí hình vẽ trong catalog:
Hs=lc.sin450 +ltg +b = 7sin450 +2,9 +1,33 = 9,18 (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= 0,25.1,33.0,08=0,0266 (Mpa.m2) = 26,6 (KN)
Với k1 hệ số cản đào, với đất cấp IV lấy k1=0,25 Mpa.

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình


Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

p

01

p

02

tg
rx

p

xtg

G

tg

G

G


dtd

xg

rtg

rxg
rg
r0

Lấy mômen đối điểm O2 ta có :
Pxtg =

Với

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

rxtg

P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01= 26,6 (KN).
Gg+đ- Trọng lượng gầu có đất: tính từ phần trên
Gg+đ= 26,2575(KN).
Gxg- Trọng lượng xi lanh gầu, Gxg= 2,725 (KN).
Gxtg- Trọng lượng xi lanh tay gầu, Gxtg= 3.23 (KN).
r0- Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O2:
r0=

3

3
..ltg + hg = .2.9 + 1,1 = 3.275 (m)
4
4

rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm o2 :

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh
hg 3
3
1,1
.ltg +
= .2,9 +
= 2.275 (m)
4
2 4
2

rg=

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

rtg=

ltg
4

=

2.9
= 0.725 (m)
4

rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm o2:
rxg= .

ltg

=.

2

2.9
= 1.45 (m)
2

r’xtg- Cánh tay đòn của Gxtg lấy đối với điểm o2 :
r’xtg=

lc 2.9
=
=0.725 (m)

4
4

rxtg- Cánh tay đòn của Pxg lấy đối với điểm o2:
rxtg=

ltg
4

0

sin 45 =

2.9
sin 450 = 0,5126 (m)
4

P .r + G
.r + G .r + G .r − 0,5.G xtg .r ' xtg
Pxtg = 01 0 g + d g tg tg xg xg
rxtg

 Pxtg=

26.6 * 3.275 + 26.2575 * 2.725 + 1.37 *1.45 + 9.7 * 0.725 − 0.5 * 3.23 * 0.725
0.4126
Pxtg = 325 (KN).
`
Theo catalog áp suất trong xilanh tay gầu là 330 kg/cm2
Và đường kính xilanh là 115 ( mm) ,

Vậy lực của xilanh là
(11 .5) 2 10
Pxl = 330*п .
= 342.76 (kN ) ,
.
4
1000
So sánh với lực xilanh Pxl= 342.76 (kN ) > Pxtg = 325 (KN). Vậy thỏa mãn lên ta
chọn xilanh cũ để sử dụng cho bộ công tác cũ
2. Xác định lực của xi lanh cần.
44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

Vị trí tính toán: Kết thúc quá trình đào, gầu và tay gầu nắm ngang, gầu đầy đất.
Bộ công tác chỉ được nâng lên bằng xi lanh gầu, cần tạo với tay gầu một góc
sinα= h/lc = 2,1/7 (α = 17027’ )

rxtg
rc
r'xc
o


rxc

17 27'

1/2Gxg
G
c

G

xtg

G

G

tg

gtd

G

xg

Tương
Pxc =

rg

rxg

rtg

tự,

lấy

mômen

đối

điểm

O1

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 = 28.43 KN.
Gg+đ- Trọng lượng gầu đầy đất, Gg+đ= 26.2575 KN.
Gtg- Trọng lượng tay gầu, Gtg= 9.7 KN.
Gxg- Trọng lượng xi lanh gầu, Gxg= 2.275 KN.
Gxtg- Trọng lượng xi lanh tay gầu, Gxtg= 3.23 KN.
Gxc- Trọng lượng xi lanh cần, Gxc= 4.45 KN.
44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M

ta


có

:


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

rc- Cánh tay đòn của Gc lấy đối với điểm O1:
rc=

lc
7
* cos17 0 27 ' = * cos17 0 27 ' = 3,335 (m)
2
2
rg- Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O1:

rg= lc* cos17 0 27 ' -

3ltg
4

−

hg
2


= 7 * cos17 0 27 ' −

3.2,9 1,1
−
= 3.945 (m)
4
2

rtg- Cánh tay đòn của Gtg lấy đối với điểm O1:
 ltg
 4

0
'
rtg= l c cos17 27 − 


2.9 
 = 6,65 − 
 = 5,945 (m)
 4 


rxg- Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O1:
rxg= lc cos17 0 27 ' −

.ltg
2

= 7 cos17 0 27 ' −


2.9
= 6.12 (m)
2

r’xc- Cánh tay đòn của Gxc lấy đối với điểm O1:
r’xc=

1.lc
2.7
* cos17 0 27 ' =
* cos17 0 27 ' = 2.22 (m)
3
3
rxtg- cánh tay đòn của Gxtglấy đối O1:

rxtg =

3
3* 7
l c cos17 0 27 ' =
cos17 0 27 ' = 5 (m)
4
4

rxc- Cánh tay đòn của Pxc lấy đối với điểm O1, và rxc= 0,85 (m)
Pxc =
=> Pxc =

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

rxc

28.43 * 3.335 + 26.2575 * 3.945 + 2.725 * 6.12 + 0.5 * 4.45 * 2.22
0,85

Pxc = 258.84 (KN).
Kiểm tra xilanh cần:
Xilanh cần máy cũ : D = 100 (mm) ,
Áp xuất trong xilanh : 330 kg/cm2 ,
Tiết diện máy cũ S = Πd2/4 = Π 102/4 = 78.54 cm2
Pxcmc = 330 *78.45*10/1000 = 259,2 (kN),

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

Cần có hai xilanh lên tổng lực xi lanh cần là 259,2*2 = 518,4 (kN), > Pxc = 258.84
Vậy thỏa mãn lên ta chon xilanh cần của máy cũ cho bộ công tác cũ .
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 là:

Cmax=

q.k d
1.35.1
=
= 0,683 (m)
b.H 1 .k tx 1,33.1,1.1,35

Với q- Dung tích gầu, q= 1.35 m3.
b- Chiều rộng gầu, b= 1,33 m.
H1- Chiều sâu đào, H1= lg = 1,1 m.
ktx – Hệ số tơi xốp ktx= 1,35.
Lực cản đào tiếp tuyến lớn nhất:
Khi dùng xilanh gầu để đào ta chỉ đào cho đất cấp hai khi đó hệ số
cản đào k1 = 0.1
P01 = k1.b.Cmax = 0,2.1,33.0,683 = 0,0908 (Mpa.m2)
 P01 = 90.8 (KN)

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh


r0
Gxg/2

P’01

r’xg
rxg

03
H1

Tc

P’xg

Gg+đ

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 :
P’xg =

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


Với: P01- Lực cản đào tiếp tuyến, P01=90.8 KN.
Gg+đ - Trọng lượng gầu có đất, Gg+đ= 26.2575 KN.
Gxg - Trọng lượng xi lanh gầu, Gxg= 2.275 KN.
r0 - Cánh tay đòn của lực P01 lấy đối với điểm O3, r0= hg= 1,1 m.
rg - Cánh tay đòn của Gg+đ lấy đối với điểm O3, rg= 0,5.hg = 0,55 m.

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

r’xg - Cánh tay đòn của Gxg lấy đối với điểm O3, r’xg= 0,62 m.
rxg - Cánh tay đòn của P’xg lấy đối với điểm O3, rxg= 0,62 m.
Thay vào ta được:
P’xg =

90.8. *1.1 + 26.2575 * 0.55 + 0.5 * 2.725 * 0.62
0,62

=> P’xg = 183 KN.
Pxg =

Ptg'
cos 37


o

=

183
= 229,2 (KN)
cos 37 o

=> Pxg = 229,2 (KN)
Kiểm tra xilanh gầu:
Xilanh gầu máy cũ : D = 100 (mm) ,
Áp xuất trong xilanh : 330 kg/cm2 ,
Tiết diện máy cũ S = Πd2/4 = Π 102/4 = 78.54 cm2
Ptgmc = 330 *78.45*10/1000 = 259,2 (kN), > Pxg = 229,2 (KN) vậy thỏa
mãn ta dùng xi lanh gầu của máy cũ để làm xilanh gầu cho bộ công tác mới
II. Tính toán lực kéo bộ di chuyển bánh xích.
1. Tính lực kéo.
Trong thực tế nếu động cơ chính đã biết thì tính lực kéo có ý nghĩa kiểm tra khả
năng di chuyển của máy trong điều kiện đã cho đối với máy dẫn động riêng biệt ( cơ
cấu di chuyển có động cơ riêng), nếu chưa biết động cơ chính thì tính toán lực kéo
để chọn động cơ đảm bảo điều kiện làm việc cho trước của máy .
Trong mọi trường hợp lực kéo tính toán theo công thức sau :
P k = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6
Trong đó

44

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

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

W5

Lực cản quán tính khi khởi động

W6

Lực cản quay vòng


Các lực cản trên không phải lúc nào cũng tác động đồng thời ví dụ như rất ít
gặp trường hợp khởi động quay vòng trên dốc .Vì vậy khi tính lực kéo ta phải
đi xét hai trường hợp
+

Trường hợp 1 : Chuyển động lên dốc góc dốc lớn nhất

+

Trường hợp 2 : Chuyển động quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang

a. Lực cản do ma sát trong bộ di chuyển: 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 được
W1 = (5,2% ÷ 9,5%).Gm
Trong đó Gm là trọng lượng máy

(34100- 6138)*9,8 /1000 +( 28.43

+9.7+2*4.45+3.23+1.37+10.26) = 336 (kN)
Vậy W1 = (5,2% ÷ 9,5%).336 = (17.46 ÷ 32.24) (KN)
Lấy W1 = 25 KN
b. Lực cản di chuyển: W2
Lực cản di chuyển tỷ lệ với trọng lượng của máy và hệ số cản di chuyển
được xác định theo công thức sau
W2 = f . G
Trong đó
G: Trọng lượng của máy G = 336 (KN)
f: Hệ số cản chuyển động của xích f = 0,07

W2 = 0,07 . 336 = 23.52 (KN).
c. Lực cản di chuyển máy lên dốc : W2 + W3
W2 + W3 = G.( f.cosα + sinα )
= 336.(0,07.cos200+sin200) = 137(KN)
Với α là góc dốc lấy α = 200

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

d. Lực cản gió khi di chuyển: W4
W4 = q . F
Trong đó
q: áp lực gió khi di chuyển q = 400 N/m2
F: Diện tích chịu gió của máy,coi tiết diện chịu gió của máy códạng
hình chữ nhật thì F được xác định theo công thức sau
F = A11 . A1 = 3.125*3.28 = 10.25 (m2)
Với :
A11: Chiều rộng cơ sở

: M-M’ =3,280 (m)

A1 : Chiều cao buồng máy :C= 3,125 (m )

Vậy
W4 = 400. 10.25 = 4100(N) = 4.1 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 = 4.7 ÷3.1 Km/h lấy V = 4,7 Km/h

G : Trọng lượng của máy

G = 336 KN

g:

g = 9,81 m/s2

Gia tốc trọng trường

tk : Thời gian khởi động . Do thời gian khởi động khó xác định chính xác nên
dựa vào bảng (4-1) MTL xác định gần đúng theo trọng lượng máy như sau:
W5 =

2.G 2.336
=

= 6.72( KN )
100
100

f. Lực cản quay vòng: W6

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

dx

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

n

l
x

2

dα

P2


4

3

P1

5

1

r

M1

2
W6

m

1
W6

M1
B

dα

Nếu coi lực cản quay vòng của xích như nhau thì
. Thì mô men quay thuần tuý của mỗi bánh xích được xác định như sau
A1 ϕ / .G.L

M1 = M 2 =
=
2
8

.

Lực cản di chuyển thuần tuý của mỗi bánh xích được xác định như sau
P1 = P2 =

A1
f .G
=
r.α
2

Lực cản quay vòng W 61 và W62 được xác định từ phương trình mô men tương
ứng với điểm m và n

∑ Mm = 0 = >

W62 .B − P2 .B − M 1 − M 2 = 0

∑Mn = 0 = >−W

1
6

.B + P1.B − M 1 − M 2 = 0


W61 = ( f − ϕ ' .



L G
).
2B 2

Trong đó
L:

chiều dài dải xích tiếp xúc với đất

B:

Chiều rộng giữa hai tâm bánh xích B = J= 2,68

ϕ’:

Hệ số bám ngang

F :
44

L = H = 4,05 m

ϕ’ = 0,4 tra bảng (4-3) MTL

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


Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

Vậy:

L G 
4,05  336

/
= 62.53( KN )
.
. =  0,07 + 0,4.
W62 =  f + ϕ .
2.B  2 
2.2,68  2

L G 
4,05  336

/
= −48.45( KN )
.
. =  0,07 − 0,4.
W61 =  f − ϕ .

2. B  2 
2.2,68  2

W6 = W1 + W2 = -48.45 + 62.53 = 14.08 (KN)
*Lực cản trong trường hợp máy lên dốc với góc dốc max 300:
W’ = W1 + (W2 + W3) + W4 + W5
= 25 + 137 + 4.1 + 6.72= 172.82 (KN)
*Lực cản trong trường hợp máy quay vòng trên mặt phẳng nằm ngang:
W’’ = W1 + W2+ W4 + W6
= 25 + 23.52 + 4.1 + 14.08 = 66.7 (KN)
Ta thấy W’ = 172.82 KN > W’’ = 66.7 (KN),
Vậy chọn Pk = 180 KN ≥ W’ = 172.82 KN để tính cơ cấu di chuyển
2. Tính công suất và chọn động cơ thủy lực.
Theo sơ đồ thuỷ lực của máy ta sư dụng hai mô tơ di chuyển giống nhau
Lực kéo một mô tơ là:
Pk1 = Pk2 =

Pk 180
=
= 90 (KN)
2
2

Nk1 = Nk2 =

Pk .Vdc
η

Trong đó
Pk : Lực kéo bộ di chuyển Pk = 155 KN

Vdc : Vận tốc di chuyển
vdc =4,7Km/h = 1,3m/s
η : Hiệu suất của bộ truyền động cơ khí
η = η ôl4 .η br3 .η k = 0,99 4.0,97 3.0,99 = 0,87
Vậy Ndc = Nk1 = Nk2 =

44

Pk .Vdc 90 *1.3
=
= 134.5( KW )
η
0,87

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

Ta so sánh với công suất của động cơ máy cũ là 184 Kw > 134,5 kw
Vậy ta giữ nguyên cho máy tính toán

III. 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 ta có:
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.
Đối với máy đào gầu ngịch thì J = (0,85 ÷ 0,9)Jt
Jt - mô men quán tính của máy đào gầu thuận xác định theo biểu đồ (h.5-26 MTL).
Với G = = 336KN ta có Jt =440 KN.m.s2
Jn = 0,9.440 = 396 KN.m.s2.
β - góc quay của bàn quay, β =900 = 0,5.3,14 rad = 1,57 rad
ηq- hiệu suất cơ cấu quay:
η = η3br. η4ôl. ηk.ηbrd = 0,973.0,994.0.99.096 = 0,83
Với ηbr, ηôl, ηk – Hiệu suất của bánh răng, ổ lăn, khớp nối, bánh răng di động.
tq - thời gian quay có tải
44


Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

t ck − t d − t d
tq =

1+ 3

J0
J

.

tck- Thời gian của một chu kỳ:
tck = b. G + A = 1,33. 33.6 + 10 = 17.7(s).
b= 1,58 , A= 10 là các hệ số máy xây dựng.
td–Thời gian dỡ tải, tra bảng đối với đất cấp III – dỡ tải lên oto nên ta tra được ,
td = 2,5s
S
v

tđ - Thời gian đào: t d =

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 = 1,81m , vxg = 0,1÷0,3 lấy , vxg =0,3 m/s, thay số ta được:
td =

S 1,81
=
= 6( s )
v 0,3

J0 - mô men quán tính của bàn quay trong trường hợp gầu không có đất:
J0 = J -

Gg

.r 2

g
r - khoảng cách từ trọng tâm gầu đến trục quay của máy
3
4

1
2

3
4

1
2


r = lccos450 + ( .lt + l g )sin450 = 7cos450 + ( .2.9 + 1.1 ) sin450
= 6.87 (m) ,
=> J0 = J -

Gg
g

.r 2 = 396 -

10.26
.6.87 2 = 346.63 KN.m.s2
9,81
t ck − t d − t d

Vậy thời gian quay sẽ là: tq =

1+ 3

J0
J

=

17.76 − 2.5 − 6
1+ 3

346.63
369


= 4.68 (s)

2

Nmax =


44

J (1,37 + η q ) β 2
3

0,35.t q .η q

369(1,37 + 0,88 2 ).1,57 2
= 61.78 (KW)
Nmax =
0,35.4.683.0,88

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

Giá trị tối ưu của vận tốc góc trong điều kiện cho trước:
N max .η q .β

18,87.0,8.1,57
= 1,05.3
ωmax = 1,05.3
2
450(1,37 + 0,8 2 )
J (1,37 + η q )
ωmax = 0,312 ( s -1)
Vì đạo hàm bậc hai luôn dương(tq''>0,tq =c.ωmax2+

β
) nên vận tốc góc và tỷ số
ω max

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

q

t min =1,42 3

N max .η q

450.(1,37 + 0,8 2 )1,57 2
= 1,42.3
18,87.0,8

tqmin = 6,46 (s).


IV. Chọn bơm và động cơ.
Dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 29 phục vụ cho hai mô tơ di chuyển,
xi lanh tay gầu và một mô tơ cơ cấu quay, do cơ cấu quay và di chuyển không làm
việc đồng thời, tuy nhiên xi lanh tay gầu lại có thể cần làm việc đồng thời với 1
trong hai có cấu trên nên ta chọn công suất của bơm là tổng công suất lớn nhất của
cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển với công suất của xi lanh tay gầu, do có hai động
cơ di chuyển nên khi bỏ qua tổn thất ta có công suất của bơm 29 là:
N29 = 2.Ndc + Nxtg = 2.180 + 102.8 = 462.8 (KW)
Với N29 = 445,52 KW tra bảng ta chọn được bơm có kí hiệu: A2FO size - 710 với
các thông số sau:
+ Công suất: N = 479 KW
+ Thể tích bơm: V = 710 cm3
+ Số vòng quay: n = 1200 v/ph
+ Khối lượng : m = 753 kg
44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M


Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

+ Momen: M = 3,955 KN.m
+ Lưu lượng: Q = 826 l/ph
Cũng dựa vào sơ đồ hệ thống thuỷ lực ta thấy bơm 28 phục vụ cho xy lanh cần,
xy lanh gầu, do cả xi lanh gầu và xi lanh cần có thể làm việc cùng lúc nên ta chọn

công suất của bơm là tổng công suất của 2 xi lanh . Nếu bỏ qua tổn thất ta có công
suất của bơm 28 là:
N28 = 2Nxc + Nxg = 2*77.76 + 77.76 = 233.28 (KW)
Với N28 = 233.28 tra bảng ta chọn được bơm có kí hiệu: A4VSG size -180 với các
thông số sau:
+ Công suất: N = 252 KW
+ Thể tích bơm: V = 180 cm3
+ Số vòng quay: n = 2400 v/ph
+ Khối lượng : m = 104 kg
+ Momen: M = 1,001 KN.m
+ Lưu lượng: Q = 432 l/ph
Công suất của động cơ diesel dẫn động là:
N = 1,2(N28+ N29) = 1,2(252 + 497) = 898,8 KW.

VII-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

44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M



Đồ án môn học: máy làm đất

GV Hướng Dẫn : Vũ Văn Thịnh

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.
Vị trí thứ nhất: Bàn quay lật ở con lăn tựa giới hạn trước gầu đầy đất được nâng
lên khỏi hố đào, máy đào bắt đầu quay đổ dỡ tải khi đó cần nghiêng một góc 45 0 so
với phương ngang, tay gầu nghiêng một góc 450 so với phương thẳng đứng.

G
c

45

o

G dt
b

Rc

a
Ra

Rtg

Rdt

Rgtd

Trọng lượng đối trọng Gdt1 được xác định từ phương trình cân bằng mô men với
con lăn tựa trước của máy đào đất:
Gdt1 =

G g + d .rg + d + Gc .rc + Gt rt − Ga ra
rdt 1

Trong đó
44

Sinh viên : Vũ Văn Bình

Lớp 45M