Lời nói đầu ... 3
Chương I: Tổng quan về máy xúc lật ... 5
I.1:Tổng quan về máy xúc lật: ... 5
I.1.1:Công dụng và phạm vi sử dụng máy xúc lật. ... 7
I.1.2:Phân loại máy xúc: ... 8
I.1.3:Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc. ... 11
I.2:Một số vấn đề chung trong sử dụng và thi công máy xúc lật ... 12
I.2.1:Các mức đánh giá về gầu xúc đối với các máy xúc lật. ... 12
I.2.2:Các chỉ tiêu kỹ thuật về hoạt động. ... 13
I.3:Tình hình máy xúc lật ở Việt Nam. ... 17
I.4:Truyền động thuỷ lực tại nước ta hiện nay. ... 17
Chương II: Tính toán thiết kế tổng thể máy bốc xúc... 20
II.1:Xe cơ sở và phương án thiết kế. ... 20
II.1.1:Xe cơ sở. ... 20
II.1.2:Lựa chọn phương án thiết kế. ... 23
II.2:Tính toán các thông số kỹ thuật của máy bốc xúc di chuyển bằng bánh lốp ... 24
II.2.1:Năng suất của máy ... 24
II.2.2:Tính khối lượng máy. ... 26
II.2.3: Lực kéo lớn nhất. ... 26
Chương III: Tính toán thiết kế một số cụm chi tiết chủ yếu của máy xúc lật ... 28
III.1.1:Tính toán thiết kế gầu xúc ... 28
III.1.2:Tính toán thiết kế cần xúc. ... 34
III.1.3:Tính toán hệ thống lực tác dụng lên bộ công tác ... 48
III.1.4:Tính bền cho các chi tiết, cụm chi tiết thuộc bộ phận công tác. ... 53
III.2:Tính ổn định cho máy bốc xúc. ... 63
III.2.1:Trường hợp máy bốc xúc gặp phải vật cản cứng đột ngột. ... 63
III.2.2:Trường hợp máy vừa xúc vật liệu vừa di chuyển lên dốc ... 65
III.3:Thiết kế hệ thống truyền động thuỷ lực ... 67
III.3.1:Xác định nhiệm vụ thiết kế và số liệu ban đầu. ... 67
III.3.2:Xây dựng sơ đồ truyền động thuỷ lực tổng thể ... 69
III.3.3:Xác định các thông số cơ bản của hệ thống truyền động thuỷ lựcvà tính chọn các cụm máy thuỷ lực chính ... 71
Chương IV: công nghệ gia công chi tiết pistong xi lanh nâng cần ... 76
IV.1:Kết cấu pistong. ... 77
IV.1.1:Sơ đồ. ... 77
IV.1.2:Chức năng. ... 77
IV.1.3:Yêu cầu kỹ thuật. ... 77
IV.2:Phân tích công nghệ và chọn chuẩn gia công... 78
IV.2.1:Phân tích công nghệ. ... 78
IV.2.2:Chọn chuẩn gia công... 78
IV.2.3:Chọn phôi. ... 78
IV.3:Các nguyên công gia công chi tiết. ... 79
IV.3.1:Nguyên công 1. ... 79
IV.3.2:Nguyên công 2. ... 81
IV.3.3:Nguyên công 3. ... 83
IV.3.4:Nguyên công 4. ... 84
Chương V: công tác sử dụng và bảo dưỡng, sửa chữa máy xúc lật ... 84
V.1:Bảo quản kỹ thuật máy xúc lật ... 85
V.1.1:Khái niệm chung. ... 85
V.1.2:Những yêu cầu đối với nơi bảo quản máy. ... 85
V.1.3:Tổ chức bảo quản máy xúc lật. ... 86
V.2:Bảo dưỡng và sửa chữa kĩ thuật. ... 87
V.2.1:Bảo dưỡng kĩ thuật ... 88
V.2.2:Sửa chữa máy xúc lật. ... 92
V.3. Các hư hỏng thường gặp trong máy xúc lật và cách khắc phục. ... 98
Tài liệu tham khảo ... 105
Lời nói đầu
Đồ án tốt nghiệp là một trong những nội dung quan trọng đối với sinh viên sắp tốt nghiệp. Ngoài mục đích kiểm tra sát hạch kiến thức lần cuối đối với sinh viên trước khi ra trường, nó còn giúp cho bản thân mỗi sinh viên hệ thống lại toàn bộ
những kiến thức đã học qua 5 năm đại học.Tập dượt cho mỗi sinh viên làm quen với thực tế sản xuất .Với ý nghĩa đó trong đề tài thiết kế của mình bản thân Em đã được giao đề tài : “Tính toán, thiết kế máy xúc lật cỡ nhỏ”. Đây có thể nói là đề tài không mới nhưng nó có ý nghĩa thực tiễn đối với bản thân em khi ra làm việc,khi mà Với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước, đất nước ta đang chuyển mình phấn đấu từ một nước nghèo nàn lạc hậu trở thành nước công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Và hiện nay đất nước ta đang cố gắng tự nghiên cứu sản xuất các thiết bị máy móc trong nước thay thế hàng nhập khẩu nhằm giảm chi phí đầu tư .
Được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn : Phạm Huy Hường
Cùng tập thể các Thầy, Cô giáo trong bộ môn Ô tô & Xe chuyên dùng trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cộng với sự nỗ lực của bản thân. Em đã hoàn thành thiết kế được giao.
Do thời gian và kiến thức có hạn, mặc dù đã rất cố gắng. Song trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót .Vì vậy Em kính mong các Thầy, Cô giáo trong bộ môn nhận xét, chỉ bảo để giúp Em hoàn thiện hơn đồ án của mình. Giúp cho buổi bảo vệ đồ án đạt kết quả tốt.
Một lần nữa Em xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo hướng dẫn cùng toàn thể các Thầy, Cô giáo trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội ngày 30/5/2009 Sinh viên thực hiện
Chương I: Tổng quan về máy xúc lật
I.1:Tổng quan về máy xúc lật:
ở máy xúc một gầu tự hành ,thiết bị làm việc trực tiếp với vật liệu là gầu xúc,nó dược lắp chốt bản lề với một tay cần,đầu kia của tay cần được lắp chốt bản lề với khung máy kéo hoặc đầu kéo. Tay gầu quay tương đối được với khung và gầu là nhờ các xy lanh thuỷ lực được cấp dầu cao áp từ máy bơm, máy bơm được dẫn động từ động cơ đốt trong của máy kéo. Máy bốc xúc một gầu có các loại: loại dỡ tải(đổ vật liệu) phía trước máy ,loại đổ sang hai bên sườn và loại đổ vật liệu ra phía sau(máy xúc vượt)
ở loại gầ đổ vật liệu phía trước xúc vật liệu bằng cách cho máy tịnh tiến và hạ gầu xuống cho lưỡi gầu cắm vào đống vật liệu ,sau đó quay gầu với góc quay 450
-60
0. ở loại gầu đổ bên hông bộ công tác xúc được đặt trên mâm quay,sau khi xúc vật
liệu song sẽ quay tay gầu cùng với cần sang hai bên hông để đổ xuống phương tiện vận chuyển(quay sang bên trái hoặc bên phải vuông góc). Loại máy có khung di chuyển có hai nửa lắp khớp bản lề với nhau để dễ lượn vòng . ở máy gầu đổ phía sau lấy vật liệu phía trước,sau khi đã xúc vật liệu người ta điều khiển tay gầu và gầu về phía sau máy để dỡ vật liệu,vật liệu chảy về phía đuôi gầu. Loại máy bốc súc một gầu đổ vật liệu phía sau ít thuận lợi cho khai thác,nên nó dần được thay thế bằng loại máy đổ phía trước và loại máy đổ bên hông.
Thông số cơ bản của máy xúc một gầu là tải trọng nâng của nó. Đối với loại máy đổ vật liệu phía trước là vật liệu chứa trong gầu,đối với loại máy đổ vật liệu phía bên hông, ngoài trọng lượng của vật liệu chứa trong gầu còn phải kể đến trọng lượng bộ phận công tác. Sức nâng của máy xúc một gầu di chuyển bánh lốp từ 0,32-5 Tấn; đối với máy di chuyển xích từ 2-10 Tấn.
Phương pháp 1: Hạ gầu xuống đống vật liệu,cho máy tịnh tiến,lúc đầu gầu cắm vào đống vật liệu, nhờ lực đẩy của máy gầu cắm sâu vào đống vật liệu ,sau đó nâng gầu lên vật liệu sẽ được chất đầy trong gầu.
Phương pháp 2: hạ gầu xuống đống vật liệu,cho máy tịnh tiến cắm vào đống vật liệu với chiều sâu không lớn, sau đó vừa nâng gầu lên vừa cho di chuyển máy chậm về phía trước,gầu sẽ được chất đầy vật liệu từ từ.
Theo phương pháp hai đạt hiệu quả cao hơn, vì khi gặp vật liệu cục không thể đưa sâu gầu một lần vào đống vật liệu được,do lực cắm lưỡi gầu lớn, bộ phận di chuyển máy sẽ bị trượt. Do đó gầu được đưa vào đống vật liệu cục phải từng nấc sẽ thuận lợi hơn, giảm được lực cản. Theo phương pháp hai sẽ tiết kiệm năng lượng hơn so với phương pháp một, nhưng năng suất thấp hơn.
Mức độ cắm gầu vào đống vật liệu phụ thuộc vào vị trí của tay gầu, tầm quay càng đặt cao, chiều sâu cắm được gầu vào đống vật liệu càng nhỏ.
Tốc độ gầu khi xúc vật liệu nằm trong giới hạn từ(1-1,5)m/s. Chiều cao nâng gầu phải đảm bảo cho gầu có thể đổ được vào thùng xe ôtô hoặc phễu chứa vật liệu.
Nếu sức nâng của gầu (1,25-5)tấn thì chiều cao nâng gầu là (2,8-3,6)m. Tốc độ di chuyển của máy bốc xúc một gầu chạy xích tương đương tốc độ di chuyển của máy kéo bánh xích từ(3-8)km/h; khi lắp thêm hộp giảm tốc phụ thì có thể đến(8-12)km/h với mục đích để đảm bảo lực đẩy lớn nhất so với lực bán di chuyển bánh xích trên nền. Máy bốc xúc một gầu bánh hơi, thường được trang bị bộ biến tốc thuỷ lực,đảm bảo tốc độ di chuyển có thể thay đổi tốc độ vô cấp từ(0-40)km/h. Khối lượng riêng của máy bốc xúc một gầu di chuyển bánh hơi thường (3-4)Tấn trên một tấn sức nâng của gầu.
Công suất cần thiết của động cơ được xác định từ trọng lượng máy và tốc độ di chuyển của máy, thường cứ (25-35)KW trên một tấn sức nâng của gầu.
I.1.1:Công dụng và phạm vi sử dụng máy xúc lật.
Hiện nay máy xúc lật là một loại thiết bị không thể thiếu được trong việc thi công , xây lắp các hạng mục công trình. Máy xúc lật thường được dùng để xúc đất cấp I, cấp II, xúc các loại vật liệu rời như đá, cát, than rời đổ vào các phương tiện vận chuyển hoặc dồn thành đống trong phạm vi công trường, xếp dỡ vận chuển hàng hóa và các vận nặng ở các nhà kho, bến bãi.
Hình 1: Máy xúc lật đang vận chuyển thân cống.
Nó được sử dụng rộng rãi trong các mỏ đá, trong các xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng,trong các kho bãi chứa vật liệu xây dựng và trong các trạm sản xuất bê tông tươi,bê tông Atphal...Ngoài ra máy bốc xúc còn được sử dụng vào một số công việc khác tuỳ vào bộ công tác của từng máy mà ta có công dụng riêng
Máy xúc lật ngày càng trở nên đa dụng, đa dạng đảm nhận nhiều công việc khác nhau như vận chuyển gỗ trong lâm nghiệp, hay trong nông nghiệp
I.1.2:Phân loại máy xúc: a. Máy xúc một gầu:
Người ta phân loại máy xúc một gầu ra hai loại, máy xúc gầu thuận và máy xúc gầu nghịch. Trong máy xúc gầu thuận và nghịch lại chia làm hai loại. Máy xúc gầu thuận (nghịch) điều khiển bằng cáp và máy xúc gầu thuận nghịch điều khiển bằng thủy lực. Máy xúc gầu thuận điều khiển thủy lực có loại xả đất qua đáy gầu, có loại xả đất bằng cách xoay gầu để úp miệng gầu hướng xuống.
Hình 3: Máy xúc gầu nghịch điều khiển thủy lực.
Máy xúc gầu ngửa làm việc theo chu kỳ trên từng vị trí đứng của máy, mỗi chu kì gồm bốn giai đoạn sau.
+ Xúc và tích đất vào gầu. + Quay gầu đến nơi dỡ tải.
+ Quay gầu không tải trở lại vị trí đào đất để bắt đầu chu kỳ tiếp theo.
Trong một chu kỳ làm việc máy không di chuyển mà chỉ đứng tại chỗ, vì vậy phải chọn vị trí đứng của máy sao cho vùng làm việc của máy bao phủ cả vùng lấy đất và vùng dỡ tải, tức khả năng với gầu của máy phải với tới được vị trí dỡ tải.
b. Máy xúc lật.
Các máy xúc lật tuy rất đa dạng về hình dáng nhưng có thể phân loại theo các dạng sau:
-Theo thiết bị di chuyển:
+Máy xúc lật di chuyển bánh xích. +Máy xúc lật di chuyển bánh lốp. - Theo cách dỡ tải:
+Máy xúc lật dỡ tải phía trước máy. +Máy xúc lật dỡ tải hai bên sườn. +Máy xúc lật dỡ tải ra phía sau. - Theo kết cấu thiết bị công tác: - Theo kết cấu tổng thể:
+Máy xúc lật làm việc liên tục. +Máy xúc lật làm việc theo chu kỳ *máy xúc lật bánh lốp.
Hình 4: Máy xúc lật bánh lốp
-Sử dụng động cơ diezen, chế độ làm việc nặng của Caterpillas.
-Ca bin tiện nghi, có tầm quan sát tốt,có cơ cấu điều khiển và nâng tự động. -Vô lăng và chỗ ngồi giảm chấn có thể điều chỉnh được, bốn bánh có phanh đĩa ngâm kín trong dầu.
- Truyền động biến mô tự động cho phép người lái có thể lựa chọn chế độ điều khiển bằng tay hoặc tự động.
- Kiểm soát các chức năng làm việc của máy bằng máy tính. Có thể hiển thị báo khi phanh bị mòn quá, có cơ cấu hành tinh giới hạn trượt.
-hệ thống giảm chấn điều khiển lái tự động đóng, mở -Có thể kiểm soát tải trọng
*máy bốc xúc có bộ di chuyển bánh xích:
-Tính đa năng cao: có thể đào,chất tải,ủi,lấp hố móng với mọi điều kiện đất nề. - Ca bin êm dịu đảm bảo môi trường tuyệt vời cho người lái.
- Xích bôi trơn kín làm giảm mức mài mòn và chi phí bảo dưỡng.
- Thanh nối kín làm kéo dài chu kì bôi trơn và giảm thời gian bảo dưỡng. -Điều khiển gầu tự động cho phép nâng gầu tới chiều cao để đặt trước và quay vềvới góc đào đặt trước, làm giảm thời gian chu kì làm việc.
-Các gầu công dụng chung và đa dụng, cơ cấu thay dầu nhanh và nhiều thiết bị công tác khác làm tăng tính đa năng của máy.
- Động cơ phía sau tạo ra sự ổn định tự nhiên như một đối trọng, tầm quan sát tốt và tỉ lệ trọng lượng/công suất tốt.
-Truyền động thuỷ lực thuỷ tĩnh điều khiển điện tử cho phép điều khiển hai giải xích độc lập. Quay vòng nhanh, tốc độ thay đổi vô cấp hai chiều gia tốc nhanh, cơ động và năng suất cao.
-Bơm và mô tơ thuỷ lực có dung tích làm việc thay đổi làm cho hiệu quả làm việc cao và điều khiển dễ dàng.
-Thanh nối chữ Z làm tăng lực đào, ít điểm bơm mỡ hơn và tốc độ đổ nhanh hơn.
I.1.3:Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc. a. Cấu tạo chung.
1-gầu xúc; 2-thanh đẩy; 3-xy lanh lật gầu; 4-khung chính; 5-ca bin điều khiển ;
6-máy cơ sở; 7,10: hệ thống di chuyển bánh lốp; 8- khớp quay; 9:xy lanh nâng hạ khung chính.
b. Nguyên lý làm việc.
Máy xúc lật làm việc theo chu kỳ, mỗi chu kỳ gồm sáu giai đoạn. + Tiến về nơi xúc đất.
+ Xúc đất vào gầu. + Lùi khỏi nơi xúc đất. + Tiến đến nơi dỡ tải. + Dỡ tải khỏi gầu.
+ Lùi lại để bắt đầu chu kỳ mới. - Giai đoạn xúc đất vào gầu:
Điều khiển các xi lanh thực hiện hạ gầu, miệng gầu hướng về phía trước, cho máy tiến tới để xúc đất vào gầu bằng sức đẩy của máy đồng thời điều khiển lật ngửa dần gầu lên để chứa đất trong gầu.
- Giai đoạn rời khỏi nơi xúc đất và tiến đến nơi dỡ tải:
Giai đoạn này máy phải thay đổi hướng di chuyển vì vậy phải hạ gầu xuống thấp tránh lật máy do lực ly tâm của gầu chứa đất gây ra. Xả đất, nâng gầu lên cao đồng thời lật miệng gầu xuống để đổ đất ra.
I.2:Một số vấn đề chung trong sử dụng và thi công máy xúc lật I.2.1:Các mức đánh giá về gầu xúc đối với các máy xúc lật.
- Sức chứa chất đống của một gầu xúc của máy bốc xúc được dựa trên các tiêu chuẩn SAE. Tiêu chuẩn này quy định góc dốc tự nhiên của vật liệu là 2:1 đối với phần
vật liệu nằm ở phía trên của sức chứa gạt bằng. Sự điều chỉnh theo hệ số đầy gầu đối với một gầu xúc của máy bốc xúc điều chỉnh sức chứa chất đống đổi theo khối vật liệu rời(ICY) dựa trên loại vật liệu được đào.
Khi khối vật liệu theo thể tích của một gầu xúc được xác định, bắt buộc phải kiểm tra về trọng lượng đối với tải. Khác với máy đào, để đưa gầu xúc vào vị trí đổ, máy bốc xúc bắt buộc phải quay và di chuyển cùng với tải. S EA đã thiết lập các giới hạn về trọng lượng tải hoạt động đối với các máy bốc xúc. Một máy bốc xúc bánh lốp bị giới hạn bởi tải hoạt động, theo trọng lượng, giá trị này nhỏ hơn 50% của tải trọng đầy đủ tĩnh được xác định theo trọng lượng kết hợp của tảivà gầu xúc, được đo từ trọng tâm của thiết bị đến cự li tiếp cận tối đa của gầu xúc, với đối trọng và các lốp thường. Với trường hợp máy bốc xúc bánh xích, tải trọng hoạt động được giới hạn dưới 35% của tải trọng tĩnh. Hầu hết các gầu xúc được thiết kế kích thước dựa trên trọng lượng tiêu chuẩn 3.000 lb trên Cuyd vật liệu rời.
I.2.2:Các chỉ tiêu kỹ thuật về hoạt động.
Các chỉ tiêu kĩ thuật về hoạt động đại diện đối với một máy bốc xúc bánh lốp được liệt kê dưới đây:
-Sức kéo của bánh đà của động cơ 119@ 2.30 rmp. -các tốc độ tiến và lùi:
Thấp: 0-3,9 m/ph
Trung bình : 0-11,1 m/ph Cao : 0-29,5 m/ph
Tải trọng hoạt động: (SEA) 6.800lb
Tải trọng vươn thẳng về phía trước: 17.400lb Tải trọng vươn quay đủ vòng:16.800lb Lực nâng: 18.600lb
Lực phá tối đa: 30.300lb
a.Các hệ số đầy gầu đối với các máy xúc lật bánh lốp và bánh xích. Vật liệu Hệ số đầy gầu của máy
xúc lật bánh lốp(%)
Hệ số đầy gầu của máy xúc lật bánh xích(%) Vật liệu rời Hỗn hợp các thành phần hạt ướt 95-100 95-100 Thành phần hạt đồng nhất 8 1 in 95-100 95-100 8 3 : 8 1 in 90-95 90-110 4 3 : 8 1 in 85-90 90-110 1in và lớn hơn 85-90 90-110 đá được phá nổ Phá nổ kỹ 80-95 80-95 Trung bình 75-90 75-90 Kém 60-75 60-75 Khác Hỗn hợp đá bùn 100-120 100-120 Mùn ẩm 100-110 100-120
Đất 80-100 80-100 Các vật liệu gia cố xi
măng
85-90 85-100
b. Các mức sản lượng của các máy xúc lật bánh lốp. Mức năng suất của một máy xúc lật sẽ phụ thuộc vào:
Thời gian cố định cần thiết để chất tải cho gầu xú,đổi số,quay đầu và đổ tải. -thời gian cần thiết để di chưyềnt vị trí chất tải.
-Thể tích thực tế của vật liệu được vận chuyển trong mỗi chuyến.
Các máy bốc xúc lật bánh lốp có khả năng di chuyển tốt hơn và có thể di chuyển với tốc độ cao hơn trên các mặt đường vận chuyển êm thuận, các mức năng suất của chúng cao hơn so với các thiết bị bánh xích trong các điều kiện thuận lợi đòi hỏi cự li di chuyển dài.
Khi vận chuyển với gầu xúc có tải, thiết bị cần phải di chuyển với tốc đổtung bình khoảng 80% so với tốc độ tối đa trong phạm vi tốc độ thấp. Khi trở về không tải, thiết bị cần phải di chuyển với tốc độ trung bình khoảng 60% của tốc độ cao nhất của phạm vi tốc độ trung bình đối với các cự li dưới 100ft và tại tốc độ khoảng 80% của tốc độ cao nhất trong cùng phạm vi tốc độ đối với các cự li 100 ft và lớn hơn. Các tốc độ trung bình (theo foot trên phút fpm) nên vào khoảng cách như sau:
-vận chuyển tất cả các cự ly: 0,8.3,9mph.88fpm /mph=274fpm -Quay về, 0-99ft:
0.6.11,1mph.88fpm/mph=586fpm -quay về 100ft và lớn hơn
0.8.11.1mph.88fpm/mph=781fpm
Nếu bề mặt của đường vận chuyển không được bảo dưỡng tốt, hoặc gồ ghề, các mức tốc độ này cần phải được giảm đi theo các gí trị thực tế. Tác động của cự ly vận chuyển tăng lên đến năng suất được thể hiện bằng việc tính toán như sau
*thời gian chu kỳ: Cự ly vận chuyển(ft) 25 50 100 150 200 Thời gian cố định 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 Thời gian vận chuyển 0.09 0.18 0.36 0.55 0.73 Thời gian trở về 0.04 0.09 0.13 0.19 0.26
Thời gian chu kỳ(phút) 0.58 0.72 0.94 1.19 1.44 Số chuyến/ giờ 86.2 69.4 53.2 42.0 34.7 Sản lượng tấn/giờ 262 210 161 127 105 c. Các mức sản lượng của các máy xúc lật bánhxích:
Các mức sản lượng của các máy bốc xúc bánh xích được xác định theo cùng cách thức đối với các máy bốc xúc bánh lốp
I.3:Tình hình máy xúc lật ở Việt Nam.
Những năm gần đây,mức độ cơ giới hoá trong lĩnh vực thi công ở nước ta ngày càng tăng,tính đến năm 1993 tổng số thiết bị cơ giới hoá đã tăng lên tới 40.000 chiếc,bao gồm gần 50 chủng loại khác nhau của khoảng 24 nước sản xuất. Trong đó bộ giao thông vận tải quản lỷtên 20%.Do số lượng máy móc quá nhiều gây khó khăn cho công tác quản lý,khai thác những máy móc thiết bị thường được nhập từ các nước Đông Âu từ những thập kỉ trước nên tính tối ưu của bộ công tác và máy cơ sở còn nhiều hạn chế. Hiện nay do điều kiện kinh tế nước ta còn kém phát triển,việc nhập khẩu hay đầu tư chế tạo máy mới gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy việc khai thác các thiết bị máy móc đã có và tối ưu hoá bộ công tác để phù hợp với tình hình sử dụng của nước ta là công việc rất quan trọng và cần thiết.
Hiện nay máy xúc lật ở Việt Nam chủ yếu dùng ở các trạm trộn bê tông xi măng,bê tông nhựa nóng. Một máy xúc có thể đáp ứng được cho một trạm. Ví dụ như tại xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng thuộc công ty xây dựng số 6 Hà Nội có một máy bốc xúc KLD70 dung tích gầu 2 tấn phục vụ cho trạm trộn bê tông xi măng công xuất 35m3
/h. Hiện nay nước ta đang trong công cuộc phát triển cơ sở hạ tầng rất lớn vì vậy máy bốc xúc rất quan trọng và cần thiết.
I.4:Truyền động thuỷ lực tại nước ta hiện nay.
Truyền động thuỷ lực (TĐTL) là một tiến bộ khoa học kỹ thuật, được áp dụng rộng rãi trong khoảng 30 năm tở lại đây trong nhiều ngành chế tạo máy. Việc ứng dụng TĐTL ngày càng nhiều đã góp phần nâng cao các chỉ tiêukinh tế kĩ thuật của máy móc, và nhất là đã đáp ứng một phần nhu cầu động hoá ngày càng cao trong kỹ thuật.
Cùng với sự phát triển của thời đại,trên các máy xây dựng và xếp dỡ, đặc bịêt là máy thi công, khuynh hướng thuỷ lực hoá dần dần chiếm ưu thế một cách tuyệt đối. Năm 1984 ở các nước tư bản phát triển, các máy xây dựng và xếp dỡ TĐTL như cần trục ô tô, xe nâng hàng, máy làm đất ... chiếm tới 94%, cho tới nay con số này xấp xỉ 100%.
Các máy xây dựng và xếp dỡ TĐTL được sử dụng rộng rãi ở các ga đường sắt, bến cảng,kho bãi hàng hoá, trên các công trường xây dựng,bãi khai thác vật liệu...để thực hiện các công việc xếp dỡ hàng hoá, trục lắp các thiết bị, thi công xây dựng. Sở dĩ chúng được sử rộng rãi như vậy là do hệ thống truyền động thuỷ lực có rất nhiều ưu điểm nổi bật.
- Có khả năng truyền được lực lớn và đi xa.
-Trọng lượng, kích thước bộ truyền nhỏ hơn so với các kiểu truyền động thuỷ lực khác.
-Các khả năng tạo ra những tỉ số truyền lớn ( tới 2000 hoặc cao hơn nữa). -Quán tính của truyền động nhỏ.
-Truyền động êm dịu không gây ồn.
-Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng, thuận lợi, không phụ thuộc vào công suất truyền động.
-Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ của bộ công tác.
- Có khả năng tự bôi trơn bộ truyền,nâng cao được tuổi thọ của máy. - Có khả năng tự bảo vệ máy khi quá tải.
- có khả năng bố trí bộ truyền theo ý muốn, tạo hình dáng tổng thể đẹp, có độ thẩm mỹ cao.
- Dễ dàng chuyển đổi chuyển động quay thành tịnh tiến và ngược lại.
- Sử dụng các cụm máy đã được tiêu chuẩn hoá, thống nhất hoá, tiện lợi cho việc sửa chữa, thay thế cụm chi tiết, giảm thời gian và giá thành sửa chữa.
Tuy nhiên bên cạnh đó truyền động thuỷ lực vẫn còn tồn tại những nhược điểm: -Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng công tác dễ bị rò rỉ hoặc không khí bên ngoài dễ bị lọt vào làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định của bộ
- áp lực công tác của dầu khá cao, đòi hỏi phải chế tạo bộ truyền động từ các loại vật liệu đặc biệt và chất lượng công nghệ chế tạo phải rất cao. Do vậy giá thành bộ truyền động thuỷ lực đắt.
Truyền động thuỷ lực có hai loại: truyền động thuỷ tĩnh và truyền động thuỷ động.
Trong truyền động thuỷ tĩnh năng lượng truyền động được dùng dưới hình thức dầu có áp suất cao và chuyển động với vận tốc nhỏ.
Trong truyền động thuỷ đậu, năng lượng truyền được cơ bản là do kết quả sử dụng động năng của dầu, còn áp suất dùng không cần lớn.
Với các máy xây dựng và xếp dỡ, truyền động thuỷ động chưa phát triển đến các bộ máy trực tiếp (tức là nó chưa làm được nhiệm vụ quán xuyến từ động cơ đến các cơ cấu cuối cùng của máy), mà chỉ có tính chất thay thế một khâu nào đấy (ly hợp, hộp số...) của truyền động cơ học.
Trái lại truyền động thuỷ tĩnh đã giải quyết triệt để khâu truyền động từ động cơ đến tận các bộ máy khác nhau trong máy, mà nhiều khi không hoặc ít dùng hình thức cơ học hỗ trợ. Nói tóm lại, về mọi phương diện, truyền động thuỷ tĩnh được đánh giá cao.
Chương ii: Tính toán thiết kế tổng thể máy bốc xúc
II.1: xe cơ sở và phương án thiết kế. II.1.1:Xe cơ sở.
a.Vài nét sơ lược về cấu tạo.
Khác với cấu tạo chung của đại bộ phận các xe chuyên dùng khácnhư máy xúc một gầu hay máy nâng. . . thường có cấu tạo một thân. máy xúc lật CAT-904B có cấu tạo hai thân, thân trước và thân sau nối với nhau bằng các khớp mềm. Thân trước và thân sau có thể quay tương đối với nhau theo chiều ngang khi xe đối hướng chuyển động và theo chiều đứng khi xe chuyển động trên đường không phẳng.
Hình 6: Xe cơ sở * Phần thân sau.
Thân sau xe là một giá dạng hộp được gá trực tiếp lên cầu sau. Do vận tốc di chuyển thấp (vmax= 20 Km/h) việc nâng cao êm dịu cho lái xe được khắc phục chính
Động cơ và các bộ phận khác của hệ thống truyền lực được đặt gọn dưới hộp thân sau. Hệ thống truyền lực cơ khí có sự kết hợp với thủy lực, đặc biệt hộp số thủy cơ chỉ được thiết kế một số tiến và một số lùi. Bơm dầu được dẫn động từ hộp số cấp dầu có áp suất tới các xi lanh công tác. Ngoài ra ở thân sau còn bố trí các thiết bị điều khiển hệ thống truyền lực, hệ thống phanh, chiếu sáng, cơ cấu điều khiển thủy lực. . .
Hình 7: Phần thân sau máy. * Phần thân trước.
Thân trứớc xe bố trí cơ cấu làm việc. Cơ cấu làm việc được cấu tạo bởi cần nâng hạ gầu, gầu xúc, đòn quay và xi lanh tác dụng hai chiều gắn một đầu với thân trước, một với cần nâng.
Hình 8: Phần thân trước máy
Điều khiển quay gầu để xúc hoặc xả được dẫn động bởi một xi lanh hai chiều gắn với thân trước, đầu kia gắn với đòn quay. Đòn quay có thể quay quanh chốt gắn trên ống nối hai thanh của cần nâng. Điều khiển các xi lanh bằng các cơ cấu điều khiển thủy lực đặt ở thân sau.
b. Phạm vi hoạt động của xe.
Xe xúc lật cỡ nhỏ CAT-904B với ưu thế về kích thước và khả năng di chuyển cơ động nhờ hệ thống di chuyển bằng lốp nên xe có phạm vi hoạt động rộng.
- Máy xúc lật trong xây dựng được sử dụng để xếp dỡ, vận chuyển với cự ly ngắn các loại vật liệu rời (cát đá sỏi), tơi hoặc dính, xúc các loại hàng rời, hàng cục nhỏ.
- Khai thác (đào và xúc) đất thuộc nhóm: I và IIvà đổ lên các thiết bị vận chuyển. - Được sử dụng phổ biến trong vệ sinh môi trường ở các thành phố do có kích thước nhỏ gọn và khả năng di chuyển cơ động.
c. Các thông số kỹ thuật xe cơ sở CAT-904B.
Trọng lượng toàn bộ : 4000 Kg
Chiều dài toàn bộ( kể cả gầu xúc): 4520 mm
Chiều cao đầu xe: 2390 mm
Vận tốc di chuyển lớn nhất: 20 Km/h Vận tốc di chuyển nhỏ nhất: 4 Km/h Số lượng xi lanh trong cơ cấu làm việc: 3 xi lanh Trong đó: + Một xi lanh điều khiển gầu.
+ Hai xi lanh điều khiển nâng hạ.
Chiều cao đổ lớn nhất: 2550 mm
Dung tích gầu: 0,25 m3
d. Yêu cầu kỹ thuật của xe.
Dể kéo dài tuổi thọ của xe và an toàn khi làm việc người điều khiển phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu đảm bảo an toàn. Có chế độ bảo dưỡng và kiểm tra thường xuyên, kịp thời phát hiện và khắc phục sai sót hỏng hóc. Đặc biệt phải kiểm tra kỹ hệ thống thủy lực của xe trước khi làm việc như áp suất đã đủ chưa , bơm dầu hoạt động như thế nào. Kiểm tra hệ thống truyền lực, hệ thống điện, các khâu khớp, gầu xúc. . .
II.1.2:Lựa chọn phương án thiết kế.
Căn cứ vào tình hình thực tế sử dụng máy bốc xúc ở nước ta hiện nay, do có kích thước nhỏ gọn và khả năng di chuyển cơ động với hệ thống di chuyển bánh lốp thích hợp với môi trường làm việc chật hẹp, trong phạm vi đề tài thiết kế này em xin được trình bày các bước thiết kế máy xúc lật theo phương án máy xúc lật cỡ nhỏ được sử dụng phổ biến trong vệ sinh môi trường ở các thành phố.
II.2: tính toán các thông số kỹ thuật của máy bốc xúc di chuyển bằng bánh lốp II.2.1:Năng suất của máy
ck t tg d sd T k k k q N . . . . 3600 (m3/h). Trong đó: dung tớch gầu.q=0.25 m3. Kd:hệ số đầy gầu. Bảng hệ số đầy gầu. Tờn vật liệu Khối lượng riêng (T/m3). K d Đất tơi 1,6 0,80,9 Cỏt ẩm 1,7 0,75 Sỏi 1,8 0,6 Đá dăm 1,75 0,5 Đất lẫn đá 1,75 0,9 Chọn Kd=0,5 Ktg:hệ số sử dụng thời gian.Ktg0,850,9. Chọn K =0,88
Kt:hệ số tơi trung bỡnh. -Đá dăm kt=1,151,16 -Cỏt kt1,11,5 -Đất tơi kt1,21,26 -đất bản đá kt=1,241,3. Chọn KT = 1,15
Tck- thời gian một chu kỳ,s: Tck=t1+t2+t3+t4 Với:
t1=5 6.s- thời gian xúc vật liệu t2: thời gian di chuyển đến nơi dỡ,s: t2= v l l=20m: cự ly vận chuyển v- Vận tốc di chuyển có vật liệu. v=2 (m/s) vậy t2=10 s
t3=3 4 s - thời gian đổ vật liệu. t4=
0 v
l
: thời gian trở về vị trí xúc vật liệu
v0= 4 m/s: tốc độ di chuyển khi không có vật liệu. vậy t4=5 s
Vậy : ck t tg d sd T k k k q N . . . . 3600 =3600.0, 25.0,5.0,88 1,15.23,5 =14,65 (m 3 /h)
II.2.2:Tính khối lượng máy. áp dụng công thức: m=QH/q Trong đó: QH:Tải trọng nâng lớn nhất QH=Vh.Kd. Vh=0,25 m3: dung tích gầu
Kd=1,25 : Hệ số điền đầy gầu. =1,75 T/ m3 : Khối lượng riêng.
QH=Vh.Kd.
=0,25.1,25.1,75 = 0,55 (T).
q- Hệ số khối lượng(q=0,2 với bánh lốp, q= 0,3 đối với bánh xích) Thay số ta có khối lượng của máy là:
m=QH/q =0,55/0,2 =2,45 (T).
Chọn máy có khối lượng m= 4 (T) để tính toán II.2.3: Lực kéo lớn nhất.
Lực kéo lớn nhất PKmax đặt trên bánh chủ động được tính theo khả năng bám của máy như sau:
Trong đó: Gb:trọng lượng bám của máy. Gb= 0,8.m= 0,8.4000.10= 32000 (N) b : hệ số bám của bánh với nền (b=0,8) Thay số ta có : PKmax= Gb . b = 32000 .0,8 = 25600 (N)
Chương iii: Tính toán thiết kế một số cụm chi tiết chủ yếu của máy xúc
lật
III.1:Tính toán thiết kế bộ công tác III.1.1:Tính toán thiết kế gầu xúc
1> xác định hệ thống lực tác dụng lên gầu xúc.
Để tính toán thiết kế gầu xúc,ta tính toán gầu trong trường hợp máy làm việc bất lợi nhất: Máy vừa tịnh tiến lên dốc đi lên đống vật liệu vừa hạ gầu để xúc vật liệu đồng thời nâng và lật gầu để đổ vật liệu vào phễu chứa. Do vậy khi gầu khi gầu xúc làm việc nó vừa di chuyển để tích vật liệu vào gầu như lưỡi ủi,vừa quay gầu như gầu ngửa của máy đào gầu ngửa.
2> Lực tác dụng vào góc mép gầu khi gặp vật cản tại góc mép gầu: Rx,Ry. Ta dùng hai lực này để tính bền cho gầu và răng gầu.
Rx=PK - W + V . c.m Trong đó:
PK- Tải trọng tính toán của máy (lực đẩy của máy) Pk=25600 (N)
VT- Vận tốc tích đất.
VT=0,277.K..v (m/s)
K=0,5 : Hệ số biểu diễn sự giảm tốc độ khi sục vào vật liệu.
=11,2 : Hệ số có thể thực hiện đồng thời một vài thao tác. Chọn =1 v- Vận tốc di chuyển của máy khi sục vào vật liệu.
v=7,4 (m/h) = 2,05 (m/s) Thay số ta có: VT=0,277.0,5.1.2,05 =0,284(m/s) V=VT.(1-) =0,07 : Hệ số di chuyển số 1 Vậy: V=0,284.(1-0,07) =0,264 (m/s) m- tổng khối lượng máy. m=4000 (KG)
C- độ cứng có giá trị phụ thuộc vào độ cứng của bộ công tác và độ cứng của vật liệu. C= 2 1 2 1. C C C C Với:
C1- Độ cứng của bộ công tác tính theo công thức thực nghiệm. C1=.Gm (KG/m) = 90 KG m KG / : Hệ số tính toán. Gm- trọng lượng máy cơ sở. Gm=m.g = 4000.9,8 =39200 (N) Do đó: C1=90.39200 = 3528000 (N/m) C2-Độ cứng của vật liệu.
C2=120000 (N/m) Suy ra: C= 3528000.120000 3528000 120000 =119590 (N/m) W-Lực cản di chuyển W=Gm.f f-Hệ số ma sát f=0,04 (bánh lốp) Vậy: W=39200.0,04=1568(N) Thay số ta có: Rx= 2560 - 1568 + 0,264. 11959.4000=10208,3 (N) *Lực tác dụng lên gầu xúc theo phương nâng gầu.
Ry= l a G b Gm. 0.
Trong đó: G0- trọng lượng của bộ công tác G0= Gm*K0 (KG) Trong đó : Gm trọng lượng máy cơ sở. Gm=40000 (N) K0: Hệ số thực nghiệm. K0=0,25-0,35 Ta chọnK0 = 0,25 G0= 40000*0.25 = 10000 (N) Các khoảng cách l, a, b, ta xác định được là: l= 1745 (mm)
a = 450 (mm) ( Thực tế ) b = 700 (mm) Vậy : Ry = 4000.700 1000.450 1700 = 13823,4 (N) 3> tính toán thiết kế gầu
- Bề rộng của gầu: Bg= 2 g L + b Trong đó:
Chiều dài gầu bằng bề rộng máy cơ sở: Lg=1450 (mm)
l
l
R
l
Chọn b = 150 Bg=1450 2 +150 =875 (mm) - Bán kính mép gầu: R0= )]} 180 1 ( 5 , 0 2 [cot sin ). cos ( 5 , 0 { 2 0 0 0 1 0 g V r r s H Trong đó: VH- Dung tích gầu xúc VH = 0,25 m3 0 = (1,4 1,5) Chọn 0= 1,4 s= (1,1 1,2) Chọn s= 1,2 k= (0,12 0,14) Chọn k = 0,14 r= (0,35 0,4) Chọn r= 0,4 1 = (5 100) Chọn 1= 60 0 = (420- 460) Chọn 0 = 450
Vậy ta có: R0= 0 0 0 0 2 0, 25 45 45
{0,5.1, 4(1, 2 0, 4 cos 45 ).sin 45 0, 4 [cot 0,5 (1 )]}
2 180 g = 0, 25 {0, 7(1, 2 0, 4.0, 71).0, 71 0,16[2, 414 1, 57.0, 75]} =0,68 (m) = 680 (mm) l1=(0,12 0,14) R0 = (81,6 95,2) Chọn l1 = 90 (mm) l2= l3 = (1,1 1,2 ) R0 l2= l3 = 748 816 (mm) chọn l2= l3 = 800 (mm) Bán kính đáy gầu: r0=( 0,35 0,4) R0 = (238 272) (mm) Chọn r0 = 250 (mm)
III.1.2: Tính toán thiết kế cần xúc.
1>Lực và biểu đồ nội lực của cần xúc
Xét trạng thái máy bốc xúc tích đầy vật liệu. Đây là trạng thái làm việc bất lợi nhất bởi máy phải chịu cả lực động và lực ngẫu nhiên do nhiều nguyên nhân gây ra. Lúc đầu hạ gầu xúc xuống đống vật liệu, cho máy chuyển động tịnh tiến, gầu từ từ
cắm vào đống vật liệu với chiều sâu cắm không lớn; sau đó vừa nâng gầu vừa cho máy di chuyển chậm về phía trước, gầu được chất vật liệu dần dần
Lực tỏc dụng lờn cần xỳc bao gồm:
+ P01: Lực cản đưa gầu cắm vào đống vật liệu. + P02: Lực cản xỳc vật liệu khi nõng hoặcquay gầu. + Gt: Trọng lượng của tay gầu.
+ Gc: Trọng lượng của cần xúc.
* Lực cản cắm gầu vào đống vật liệu phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, phụ thuộc vào chiều rộng của gầu và chiều sõu đưa lưỡi gầu vào đống...
Theo cụng thức kinh nghiệm:
P01=1,6.k1.k2.B.S1,1
Ở đây: k1- Sức cản riêng cắm gầu vào đống vật liệu.
đối với cát: k1=1.104 N/m2. đối với đá vôi: k1=2.104 N/m2.
T
G
Q
H CG
01P
P
02đối với đá cục Granit: k1=4.104 N/m2. Chọn: k1=2.104 (N/m2) k2- Hệ số kích thước hạt vật liệu. khi kích thước hạt a100 mm, k2=1; khi kích thước hạt a200 mm, k2=1,25; khi kớch thước hạt a300 mm, k2=1,75; khi kích thước hạt a400 mm, k2=2,5. Chọn :k2=1,75
B- Chiều dài gầu (m), B=1,45 m.(bằng bề rộng máy cơ sở)
S- Chiều sâu cắm gầu vào đống vật liệu (m), S=0,8 (xác định sau)s1,1=0,78.
Khi đó:
P01=1,6.2.103.1,75.1,45.0,78 = 63336 (N).
* Lực cản xúc vào đống vật liệu được xác định theo phương pháp
Ta coi đống vật liệu rời như một vật thể xốp ta có phương trỡnh cõn bằng giới hạn:
=.tg +C
: Gúc nội ma sỏt vật liệu.
Từ lý thuyết vật liệu xốp, ta thấy trong cõn bằng giới hạn, sự trượt xảy ra thuận lợi là theo mặt phẳng nghiêng đặt dưới góc 450-/2 so với phương ứng suất chính.
Khi quay gầu, ở tại lưỡi gầu xuất hiện lực cắt tiếp tuyến với quỹ đạo tiếp xúc là P02. Cú thể coi P02 đặt ở phương thẳng đứng (như hỡnh vẽ). Cỏc mặt trượt của vật liệu sẽ là OA và OB. Tại mặt cắt OA lực cản là nhỏ nhất, vật liệu bên phải mặt cắt OA sẽ rơi vào gầu. Để nâng gầu lên phải thắng được lực cản theo mặt trượt OB.
Chiếu lực P02 theo hướng OB và theo hướng vuông góc với nó:
C F tg P F P /2) sin(45 /2) 45 cos( 0 02 0 02 . . ). 2 45 sin( ) 2 45 cos( 1 . 0 02 CF tg F C p
Trong đó: F là diện tích tiếp xúc (m2), F=h 0.B Theo định lý hàm sin: ) 2 45 sin( sin . 0 0 S h
A
h
S
P
01B P
0245°-
45°-
Với B- Chiều dài gầu(m), lấy B=1,45 m S- Chiều rộng gầu cắm vào đống vật liệu(m)
Với vật liệu xõy dựng, gúc nội ma sỏt và gúc chõn nún lấy =450
S B C Sin Sin S B C h B C F C p 3,4. . . ) 2 45 ( . . . . . . . . . 0 0 02 Theo mặt phẳng OA: S B C P02 1,41. . .
Nếu kể cả lực cản hai thành bờn gầu thỡ phải nhõn thờm 1520%. Khi đó:
S B C P02 (41,7). . .
Lấy: P02 2,5.C.B.S
Chiều sâu S được xác định theo điều kiện thể tích của khối vật liệu nằm bên phải OB bằng dung tích gầu chứa:
0, 25 1, 08 1, 08. 0,504 1, 45 g V S B
Chọn C=12000 N/m2, với vật liệu là sỏi
02 2,5.12000.1, 45.0,504 21924, 4( )
P N
*Lực ma sát của gầu xúc tác dụng theo hướng P01 được tính theo công thức:
2 02. f
P Fms
2
f - là hệ số ma sỏt giữa vật liệu với thộp f2 0,84
Vậy:
21924, 4.0,84 18416( )
ms
Đặt: Qh=Qg+Qv. Qv=0,25 m3 = 0,25.1,75.104 ( N) = 4375 (N)
Qv: Trọng lượng khối vật liệu trong gầu. Qg=10%Qv=0,1.4375 = 437,5 (N): Trọng lượng gầu xỳc.
Qh=4375+ 437,5= 4812,5 (N).
* Sơ bộ chọn trọng lượng tay gầu Gt=400 (N)
* Trọng lượng cần xúc gc phân bố đều trên suốt chiều dài cần, sơ bộ chọn gc=1700 N/m2.
Do kết cấu cần bao gồm hai càng chịu lực như nhau, nên ta chỉ tính chọn cho một càng, giá trị lực trên mỗi càng cũn lại là một nửa.
Sơ đồ lực tác dụng lên cần cần xúc; sơ bộ chọn chiều dài của cần L=1,75m
Chia cỏc lực ( 2 02 Qh P )cos450; 2 01 P sin450; 2 t G cos450; 2 c g
cos450 theo hai phương, một thành phần theo trục dầm và một theo phương vuông gúc với nú:
- Theo phương góc với dầm: .cos45 2 01 P Q ; sin 45 2 01 P ; cos45 2 t G ; cos45 2 c g . Đặt: 45 sin . 2 01 1 P P + .cos45 2 02 Qh P 1 63336 2 21924 4812, 5 2 . . 2 2 2 2 P =31840 (N) Đặt Gt1= 2 t G cos450=400. 2 2 2 =140 (N). Đặt gc1= 2 c g cos450=1700. 2 2 2 =600 (N/m). - Theo phương trục của dầm: ( 2 02 Qh P ).sin450; 2 01 P cos450; 2 t G sin450; 2 c g sin450. Đặt : P2= 2 01 P cos450 -2 02 Qh P .sin450 P2= 63336 2 21924 4812, 5 2 . . 2 2 2 2 = 12940 (N). Đặt: Gt2= 2 t G sin450=400. 2 2 2 =140 (kG). Đặt gc2= 2 c g sin450=1700. 2 2 2 =600 (N/m). 2>Tính chọn tiết diện cần xúc
Coi cần như một dầm AD, có các điểm tựa tại C và D. Chịu các lực từ vật liệu tác dụng lên P1, P2 tại A. Ta phân tích và vẽ các biểu đồ mô men uốn, lực cắt và lực dọc trục.
- Biểu đồ mômen uốn - Biểu đồ lực cắt - Biểu đồ lực dọc trục Xác định các phản lực tại C và D Ta cú: X=0gc2.1, 75Gt2P2XD 0 XD gc2.1, 75Gt2P2 XD 600.1, 75 14 12940 11750( )N Y=0Yc +YD =Gt1+P1+gc1.1,75. Yc+YD =140+ 31840+1,75.600 = 33030 (N) MD=01,75.P1+Gt1.1,22+1,75.gc1.1,75/2-YC.0,42=0 (N.m) YC = 2 1 1 1 1, 75. 1, 22 1, 75 . / 2 0, 42 t c P G g
2 31840.1, 75 140.1, 22 300.1, 75 0, 42 c Y 135260,8 (N) Do đó: YD=33030-135260,8=-102230,8 (N) *Biểu đồ nội lực cho đoạn A-B:
- Xét đoạn AB: Dùng mặt cắt (1-1), xột cõn bằng bờn trỏi (0Z10,53) Qy= -P1-gc1.Z1. Mu= P1.Z1+ gc1. 2 2 1 Z . Nz= gc2.Z1-P2
Tại Z1=0: Qy0= -31840 (KG) Mu0=0. Nz0= -12940 (KG) Tại Z1=0,53 Qy1= -32158 (N) Mu1=16959,5 (N.m) Nz1= -13622 (N)
*Biểu đồ nội lực cho đoạn B-C:
- Xét đoạn BC: Dùng mặt cắt (2-2), xét cân bằng bên trái (0Z20,8) Qy= -P1-Gt1-gc1(0,53+Z2). Mu= P1.(0,53+Z2)+Gt1.Z2+ gc1. 2 2 (0, 53 ) 2 Z . Nz=gc2.(0,53+Z2)-P2+Gt2.
+Tại Z2=0: Qy0= -32298 (N) Mu0=16959,5 (N.m) Nz0= -12482 (N) +Tại Z2=0,8: Qy1= -32778 (N) Mu1=42989,8 (N.m) Nz1=- 12002 (N)
*Biểu đồ nội lực cho đoạn C-D: - Xét đoạn CD: Dùng mặt cắt (3-3), xét cân bằng bờn trỏi (0Z30,42) Qy= - gc1.Z3 +YD. Mu=gc1. 2 2 3 Z -YD.Z3. Nz= XD-gc2.Z3. Tại Z3=0: Qy0= -102230,8 (N) Mu0= 0 (N.m).
Nz0=- 11750 (N) Tại Z3=0,42: Qy3= -102482,8 (N) Mu3= 42989,8 (N/m) Nz3=-12002 (N) chọn kết cấu như hình vẽ sau A A B B B - B A-A
Để chọn được tiết diện của cần xúc ta cần phải xác định được nội lực lớn nhất của mặt cắt tính toán:
Tại mặt cắt (C-C) là mặt cắt nguy hiểm nhất, cú: Biểu đồ mô men tác dụng lên tay gầu:
Mu=42989,8 (N.m) Qy=102230,8 (N) Nz=12002 (N) Theo lý thuyết bền: = F N Mu z u W [] Wu= 6 1 ab2 -là mụ men uốn lớn nhất
F=a.b -diện tích mặt cắt (a,b lần lượt là chiều rộng và chiều cao cần xúc) Chọn vật liệu cần là thép CT5 thường hoỏ []=14000 N/cm2. Khi đó: 42989,8.62 12002 14000 . . a b a b Chọn a=5cm ta cú: 2 42989,8.6 12002 14000 5.b 5.b 2 7000.b 1200, 2.b 25793,98 0 b ≥ 15,54 Lấy b=25 (cm).
Do tại mặt cắt C-C cần trục chịu uốn nén và cắt lớn, nên ta phải kiểm tra độ bền của cần xúc tại mặt cắt C-C Ta cú ứng suất tiếp: a J S Q x y . . Trong đó: Sy= 2 . .b a a = 2 2 3 . 20 5 . 250( ) 2 2 b a cm 3 3 4 . 5.20 1333( ) 12 12 x a b J cm . 2 102230,8.250 3834, 6( / ) 1333.5 N cm Ứng suất phỏp: 2 2 U 6.42989,8 12002 248, 9( / ) W 5.20 5.20 u Z M N N cm F . Theo lý thuyết bền (3): tđ= 2 32 248,923.383, 462 6646(N cm/ 2)<[] Vậy mặt cắt C-C đủ điều kiện bền.
III.1.3: Tính toán hệ thống lực tác dụng lên bộ công tác * Trạng thái máy xúc vật liệu tác dụng lên piston.
- Lực nâng tại mép gầu:
NB =(1,82,3)Q Trong đó :
Q- Trọng lượng khối vật liệu trong gầu. Q= V.. (N)
Với:
V-Dung tích gầu xúc V= 0,25 (m3) - Hệ số đầy gầu
=1,25 (vì khi xúc lên thường đầy hơn gầu khoảng 25%)
= 1,75.104 (N/m3) (đối với vật liệu là đá dăm) Vậy: Q=0,25.1,25.1,75.104 =5400 (N) Ta lấy: NB=2.Q.g =2. 5400 =10800 (N) - Lực tác dụng lên pistông lật gầu là: SK=(NB.iH+ GK.iK).K1 (N) Trong đó: K1=1,25 (Hệ số) iH= 9 7 8 6 . . l l l l iK= 9 7 8 11 . . l l l l Ta có: l6 = 720 (mm) l7 = 200 (mm) l8 = 420 (mm) l9 = 320 (mm) l11= 220 (mm)
Gk =Gg+ Ql Lấy theo kinh nghiệm ta ta có : Gg = K.V (tấn) Với: K- hệ số kinh nghiệm K=0,45 V- Dung tích gầu : V=0,25 m3 = 0,45.0,25 = 0,1125 (m3) Gg= 0,1125 . 1,75 .104= 1960 (N) Vậy: Gk= 1960 + 5400 = 7360 (N) iH =720.420 200.320= 4,73 iK= 220.420 200.320=1,44 Vậy ta có : SK = (10800 . 4,73+ 7360 . 1,44) .1,25 = 77103 (N) * Lực tác dụng lên xy lanh nâng hạ cần. Lực tác dụng lên một xy lanh.
SC = 2 4 5 10 3 . . . . . k n l l S l G l N c K P B Trong đó: GP- trọng lượng của cần. GP= G0-Gg G0- Trọng lượng của bộ công tác. G0 = 10000(N) Gg- Trọng lượng của gầu. Gg=1960 (N) Vậy: GP = 10000-1960=8040 (N) nc- Số xy lanh nâng cần. nc= 2 K2- Hệ số K2=1,25
l3-Khoảng cách từ lực NB tới khớp quay của cần: l3=2800 (mm) l4- Khoảng cách từ xy lanh lật gầu tới khớp quay cần.
l4=400 (m)
l5- Khoảng cách từ xy lanh lật gầu tới xi lanh nâng cần. l5=630 (mm)
l10- khoảng cách từ khớp quay cần tới khớp nối xy lanh lật gầu với đòn lật. l10=1700 (mm)
Vậy ta có:
SC = 10800.2820 8040.1700 77103.400.1, 25 700.2
=9487 (N)
*Trong trường hợp máy ở trạng thái đổ vật liệu vào phễu chứa thì lực tác dụng lên xy lanh cần là: SC= 4 5 10 11 . ( ). . . l l i G Q l G l Q P K K SC=5400.220 8040.1700 (5400 7360).1, 44.630 400 SC=8200,3 (N)
III.1.4:Tính bền cho các chi tiết, cụm chi tiết thuộc bộ phận công tác. 1>mô hình tính.
S
YS
X l1 l3S
KG
PS
CR
1 l4G
l2-Lực tác dụng lên thanh đẩy: R1 M01 =0 R1.l4 - Rx.l3- Ry.l1- GK.l2 = 0 R1= 4 2 1 3 . . . l l G l R l Rx y K Với:
l1-khoảng cách từ mép gầu đến chốt gầu lắp với cần O1 l1=720 (mm)
l2- khoảng cách từ trọng tâm của gầu đến chốt O1 l2= 220 (mm)
l3- Khoảng cách từ chốt O1 tới đất l3= 190 (mm)
l4- Khoảng cách vuông góc của lực R1 với chốt O1 l4= 240 (mm) Vậy ta có : R1=10208.190 13823.720 7360.220 240 R1=56297 (N)
-Mô men gây uốn gầu theo phương vuông góc với Ry
MB= Ry.
2
g
B
-Mô men gây uốn gầu theo phương vuông góc với Rx
MR= Rx.
2
g
B
Trong đó:
Bg- Bề rộng của gầu(bằng bề rộng máy cơ sở) Bg=1450 (mm) Vậy: MB=13823.1, 450 2 = 10021,675 (N.m) SC SC SK RX RY R0'1Y R0'1X R0'1X R0'1Y BY/2 l
Mr=10208. 1, 450 2 = 7400,8 (N.m) -Phản lực tại khớp 0’1 R’01x = x g r R b M 1 Trong đó:
bg-Khoảng cách từ khớp O1’ đến mặt cắt giữa gầu bg= 300 (mm) R’01y = y g B R b M 1
R1x- lực tác dụng vào thanh đẩytheo phương lực Rx R1x=R1.cos (N)
R1y- lực tác dụng vào thanh đẩy theo phương lực Ry R1y=R1.sin(N) ở trạng thái xúc vật liệu thì thường có góc = 200 Vậy ta có : R1X=56297.cos 200 =52902 (N) R1y=56297.sin 200 =19255 ( N) Và:
R’01x=7400800 52902 300 =-28233 (N) R01y=10021675 19255 300 =14150 (N) Phản lực tại khớp 0”1 R0”1x= x g r R b M 1 =7400800 52902 300 =50571 (N) R0”1y= y y B R b M 1 =10021675 19255 300 =52660 (N) *Tính toán thiết kế đòn lật Từ sơ đồ lực ta thấy hệ lực tác dụng lên đòn lật gồm có: +Lực đẩy của xylanh lật gầu SK:
SK=77103 (N) +Phản lực từ thanh đẩy R1 R1=56297 (N)
Để có thể xúc được vật liệu và lật được gàu khi đổ vật liệu thì phải thoả mãn điều kiện sau đây:
R1.l2 ≤ SK.l1 Lấy dấu (=) ta có: 2 1 1 77103 56297 K l S l R =1,37 (1) Mặt khác ta lại có: l1 + l2 = l (2) Với l- chiều dài đòn lật
Ta chọn l = 650 (mm) Từ (1) và (2) ta có:
l1= 274,3 (mm) l2=375,7 (mm)
l1, l2 – là cánh tay đòn ở hai đầu của đầu lật .
Mặt cắt nguy hiểm của đòn lật là mặt cắt I-I tại khớp quay. Giả sử mặt cắt I-I có dạng sau:
Mặt cắt chịu mô men uốn chủ yếu theo trục x
.
b
Mxmax= SK. l1= 77103.0,2743
=21150,08 (KG.m)
Để đảm bảo điều kiện bền của đòn lật cần phải thoả mãn: ứng suất tại mặt cắt(I-I) = x x W M max ≤ [] Trong đó:
Mxmax- Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt I-I Wx- Mô men chống uốn theo trục x
Wx=
6 2
ab
(mm2)
[]- ứng suất cho phép của thép làm đòn lật []=250 (N/mm2)
=21150780.62 250
ab
ab2≥507618,7
Vì mặt cắt (I-I) chịu uốn theo trục Y không đáng kể ( chỉ khi gầu bị lắc nên ta chọn a tuỳ ý ):
Chọn a=40 (mm)
b≥117 (mm) Lấy b=150 (mm)
Trong thực tế để đảm bảo điều kiện bền và đỡ tốn vật liệu người ta chế tạo đòn lật có mặt cắt (I-I) dạng sau:
*Tính toán thiết kế thanh đẩy.
-Để tính bền cho thanh đẩy, theo kinh nghiệm thực tế để thuận lợi cho gia công chế tạo ta chọn mặt cắt của thanh có dạng hình tròn đặc.
+Chọn chiều dài thanh đẩy theo thiết kế của bộ phận công tác ta có chiều dài thanh là: Ld=450 (mm).
+Sơ đồ tính toán
Do thanh chỉ chịu lực dọc trục nên:
+ứng suất sinh ra tại mặt cắt bất kì của thanh R1
= F R1 Trong đó: R1-Lực đẩy gầu xúc R1=56297 (N) F-Diện tích mặt cắt thanh đẩy.
F=
4 .D2
D-đường kính của thanh đẩy(mm)
+Điều kiện bền của thanh đẩy được thoả mãn khi: ≤ []
[]-ứng suất cho phép của thép chế tạo thanh đẩy. []=250 (N/mm2)
Vậy ta có:
D2≥5629, 7.4
3,14.25
D≥16 (mm) Ta chọn: D=50(mm)
III.2:tính ổn định cho máy bốc xúc.
Do trong phạm vi bài thiết kế này là xét máy bốc xúc làm việc trong các thành phố nên ta cũng sẽ tính ổn định cho máy trong những điều kiện bất lợi nhất mà máy có thể gặp phải trong khi làm việc.
III.2.1: Trường hợp máy bốc xúc gặp phải vật cản cứng đột ngột.
-Mô men gây lật máy là: M1=Ry.l1+(GK+GP).(l1-l6+l11) =13823.1850 + (7360+8040) .(1850-720 +220) =46363 (N.m) -Mô men chống lật. Mcl=Gt.l2 Trong đó: Gt- trọng lượng máy cơ sở. Gt=40000 (N)
l2-Khoảng cách từ trọng tâm của máy đến điểm lật O l2=1700 (mm) Vậy ta có: Mcl=40000.1700.10-3 =68000 (N.m) Hệ số lật cảu máy là: K= 68000 46363 cl l M M =1.47 K=1.47 > [K] Với [K] - Hệ số lật cho phép [K]=1,4
III.2.2: trường hợp máy vừa xúc vật liệu vừa di chuyển lên dốc .
-Sở dĩ ta xét trưòng hợp này là vì trong thực tế, để tăng năng suất cho máy xúc lật khi làm việc, người ta thường cho máy xúc lật vừa xúc vật liệu vừa di chuyển lên dốc. Khi đó năng suất của máy xúc lật có thể đạt(125 -140)%
-Giả sử máy lên dốc với độ dốc cao nhất là góc max. Ta phải tính toán ổn định cho máy để tìm ra góc max máy vẫn làm việc ổn định.
-Điểm lật máy là điểm O’ + Mô men gây lật máy:
Ml=GTsin .l1 + GPsin . l6 + GKsin . l5 =(GT.l1 + GP .l6 + GK . l5) sin
+Mô men chống lật.
MC l = (GT .l2 + GP .l6 +GK .l5)cos Trong đó:
l1- Khoảng cách từ trọng tâm máy đến mặt di chuyển của máy. l1=680 (mm)
l2- Khoảng cách từ phương tác dụng của thành phần lực GT . cos tới điểm O’ l2 = 510 (mm)
l3- khoảng cách từ cánh tay đòn của lực GP . cos đối với điểm O’ l3= 2320 (mm)
l4- Khoảng cách cánh tay đòn của lực GK . cos đối với điểm O’ l4= 3080 (mm)
l5- Khoảng cách từ tâm gầu tới mặt di chuyển của máy. l5= 350 (mm)
l6- Khoảng cách từ trọng tâm bộ công tác đến mặt di chuyển của máy. l6= 520 (mm) Vậy ta có: Ml=(40000.680 + 8040.520 + 7360.350) . sin = (27200000+ 4180800 + 2576000).sin = 33956800.sin MC l =(40000.510 +8040.520 +7360.350).cos =(20400000+ 4180800 + 2576000). cos
Để cho máy được ổn định thì phải thoả mãn điều kiện: K= l Cl M M ≥[K] Trong đó: [K]- Hệ số lật cho phép [K] =1,4 Vậy ta có : 33956800.cos 1, 4 27156800.sin cotg ≥1,12 tg ≤ 0,89 ≤41,6 0
Vậy để máy làm việc được ổn định thì góc dốc khi máy di chuyển là ≤ 41,60 và góc dốc lớn nhất cho phép là max=41,60.
III.3:thiết kế hệ thống truyền động thuỷ lực
III.3.1: Xác định nhiệm vụ thiết kế và số liệu ban đầu. 1>nhiệm vụ thiết kế:
-Xây dựng sơ đồ truyền động thuỷ lực tổng thể. -Tính chọn các thông số cơ bản cho hệ thống - Chọn các cụm máy chính
- Sơ đồ phải đảm bảo hoạt động dồng thời hoặc riêng biệt của các cụm máy. 2>Số lỉệu ban đầu:
G =0,5 GT = 20000 (N) -Bán kính bánh hơi chủ động: R = 0,4 (m) - Hệ số bám lớn nhất của bánh hơi: ửmax=0,85 -Hệ số bám ứng với tốc độ lớn nhất: ử= 0,338
-Tỷ số truyền động từ động cơ thuỷ lực tới trục bánh hơi chủ động : i= 35 -Tốc độ di chuyển lớn nhất.
V0max =20 (km/h) =5,56 (m/s)
-Tốc độ làm việc lớn nhất (ứng với trường hợp máy bốc xúc di chuyển và xúc vật liệu) V1max=8,2 (km/h) =2,28 (m/s) -tốc độ làm việc nhỏ nhất: V1min=1,11 (m/s) -Tốc độ quay trên trục bơm . nB=1800 (v/ph) = 30 (v/s) *Xy lanh lật gầu:
+Tải trọng lớn nhất (lực đẩy hoặc kéo) SK=77103 (N)
+ Hành trình pis tông: L1= 400 (mm)
+Vận tốc dịch chuyển của pis tong xy lanh V1=0,1 (m/s) + Số lượng xy lanh lật gầu nG=1 *Xy lanh nâng hạ cần +Số lượng xy lanh nâng hạ cần: nC=2 +Tải trọng lớn nhất SC=9487 (N) +Hành trình pis tông L2=600 (mm)
+Vận tốc dịch chuyển của pis tông xy lanh V2=0,08(m/s)
III.3.2: Xây dựng sơ đồ truyền động thuỷ lực tổng thể
Từ đặc điểm làm việc của máy xúc lật bánh lốp tự hành, ta nhận thấy sơ đồ truyền động thuỷ lực của máy cần có các bộ phận quan trọng sau:
-Hai xy lanh thuỷ lực với chuyển động ngược chiều nhau để lái bộ phận công tác
-Ngoài ra cần có đầy đủ các van phân phối, các bộ máy và các cụm thuỷ lực khác như van an toàn, bộ lọc dầu, van một chiều.
* Sơ đồ truyền động nói chung và sơ đồ truyền động thuỷ lực nói riêng của một máy xúc lật bánh lốp được mô tả bằng hình vẽ dưới đây.
1-Thùng dầu. 2-Bơm thủy lực. 3-Van giảm áp.
4-Cặp xi lanh nâng cần. 5-Xi lanh lật gầu. 6-Van phân phối.
7-Van tiết lưu điều khiển xi lanh nâng cần 8-Cặp xi lanh nâng cần 9-ống dẫn dầu 10-Pittong 11-Thân xi lanh 12-Cán pittonh
13-Van tiết lưu điều khiển xi lanh lật gầu
III.3.3: Xác định các thông số cơ bản của hệ thống truyền động thuỷ lựcvà tính chọn các cụm máy thuỷ lực chính
Đối với bộ công tác ta chọn bơm piston hướng trục có Pđm4=19,6MPa, với cách chọn này ta có:
1> Đối với các xy lanh thuỷ lực.
*Tính chọn cặp xy lanh nâng hạ khung chính(cần)
+Diện tích pistong của cặp xy lanh này được xác định từ điều kiện cân bằng lực :
P1.A1= x
F
A1= x P F 1 1 (1) Mặt khác đường kính piston được xác định A1= 4 .D21 D1=2 1 A (2) Từ (1) và (2) suy ra: D1=2 . . 1 1 x P F Trong đó: D1-đường kính piston P1-áp suất làm việc của dầu
P1=0,9Pđm1=0,9.19,6 =17,64 MPa =1764.104(N) F1-Lực tác dụng lên xy lanh
F1=SC=9487 (N)
x-Hiệu suất cơ khí của xy lanh x=0,945
Vậy:
D1=2. 94874
1764.10 .3,14.0, 95
Ta chọn cặp xy lanh nâng hạ cần tiêu chuẩn có đường kính piston: D1=60 (mm) và đường kính cán piston d=38 (mm)
+Do đường kính danh nghĩa của xy lanh lớn hơn giá trị tính toán vì vậy áp suất làm việc sẽ nhỏ hơn. P1= x A F . 1 1 = x D F . . . 4 2 1 1 = 4.94873 2 3,14.(60.10 ) .0,95 =3,5.106 (N) = 3,5 MPa *Tính chọn xy lanh lật gầu:
+Diện tích piston của xy lanh này được xác định từ điều kiện cân bằng lực.
P2.A2= x
F
2
Trong đó:
P2- áp suất làm việc của dầu P2=0,9.Pđm1
= 0,9.19,6MPa =1764.104(N) A2-Diện tích piston của xy lanh lật gầu
A2=
4 .D22
D2-Đường kính piston