MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………………………………..….i
MỤC LỤC………………………………………………………………………………………………….ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN………………………………………………………....iii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BỐC XÚC........................................…...............................1
1.1 Tổng quan về công tác đất.......................................….......................................….............…1
1.1.1 Các loại đất cơ bản........................................….......................................…........................1
1.1.2 Các bước thi công cơ bản của quá trình công tác đất.......................................…...............2
1.2 Tổng quan về máy bốc xúc.......................................….......................................….............…4
1.2.1 Lịch sử hình thành…………………………………………….......................................…….....5
1.2.2 Phạm vi sử dụng ………………………………………………..........................................…..6
1.2.3 Đặc điểm cấu tạo máy bốc xúc XCMG LW500FN……………........................................…..7
1.2.4 Phân loại……………………………………………………….......................................…..…...8
1.2.5 Các dòng máy bốc xúc chính trên thế giới…………………….......................................…...10
1.2.6 Những ưu điểm của máy bốc xúc XCMG LW500FN……….......................................……..12
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ CÁC THÔNG SỐ.....................................................…14
2.1 Thiết kế tổng thể............................................................................….....................................14
2.1.1 Xác định các bộ phận của máy………………………….......................................……….....15
2.1.2 Xác định kích thước………………………………….......................................……...…….....22
2.2 Tính toán thông số........................................….......................................…...........................22
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VỀ MÁY BỐC XÚC XCMG LW500FN...........................................…30
3.1 Tải trọng và các trường hợp tải trọng.......................................................................…......…30
3.1.1 Tính lực đẩy gầu……………………………………………….......................................…..…30
3.1.2 Lực nâng gầu…………………………………………………….......................................…...33
3.2 Đặt lực và tính toán…………………………………………………….......................................34
3.2.1 Lực nâng gầu trong giai đoạn quay ngửa gầu chứa vật liệu………...................................34
3.2.2 Lực nâng gầu trong giai đoạn khi gầu xúc đã ngửa và chứa đầy tải…..........................…37
3.2.3 Tính toán chế tạo kết cấu thép của cần nâng máy xúc lật XCMG LW500FN…………...…42
3.2.4 Tính toán thiết kế xylanh nâng cần cho máy xúc lật XCMG LW500FN ……………..….….44
KẾT LUẬN……………………………………………………………….........................................…47
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………...........................................……48
LỜI NÓI ĐẦU
Trong cuộc sống công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước công tác xây dựng có một vị trí hết sức quan trọng. Nó là ngành kinh tế duy nhất có thể xây dựng cơ sở vật chất và cơ sở hạ tầng cho tất cả các ngành kinh tế xã hội trong nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, đây là nền kĩ thuật nặng nhọc, do đó để đạt được tiến độ thi công và chất lượng công trình thì vấn đề cơ giới hóa tức là đưa các loại máy móc vào thi công thay cho sức lao động thủ công của con người là một công tác rất cần thiết về cả mặt kinh tế cũng như xã hội. Trong đó công tác làm đất lại chiếm một khối lượng công việc cũng như tài chính khá lớn trong tỷ trọng của công trình. Đối với các nhà cao tầng, các khu chung cư là việc chuẩn bị mặt bằng, thi công phần ngầm..., trong các công trình giao thông là việc làm đường, san lấp các hố, ủi các đồi cao... Do đó, việc đưa các máy móc vào phục vụ cho thi công là điều tất yếu. Tuy nhiên, với điều kiện kinh tế kỹ thuật hiện nay của nước ta, các loại máy móc nói chung và máy làm đất nói riêng vẫn còn thiếu, các máy hiện nay chủ yếu là nhập khẩu từ các nước Nga, Nhật, Hàn Quốc,... vì vậy việc thiết kế, cải tiến các máy móc cho phù hợp với điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu và đặc biệt là phù hợp với điều kiện thi công của từng công trình là một yêu cầu cấp bách. Qua TKMH em sẽ tính toán thiết kế máy xúc lật để thi công làm đất và bố trí sao cho nó làm việc một cách hiệu quả nhất. Để hoàn thành đồ án ngoài nổ lực của bản thân, em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của thầy : TS……………… đã hướng dẫn cho em hoàn thành TKMH này. Tuy nhiên do thời gian và trình độ hiểu biết còn hạn chế, chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của quý thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BỐC XÚC
1.1 Tổng quan về công tác đất.
- Công tác đất là các công trình kỹ thuật được tạo ra thông qua quá trình xử lý các phần của bề mặt trái đất liên quan đến một lượng đất hoặc đá không định hình Quá trình thi công đất thường gặp 3 khâu cơ bản là đào, đắp, vận chuyển:
+ Khâu đào: Thường gặp là đào móng, kênh mương, đào khai thác vật liệu, đào đất dọn mặt bằng thi công.
+ Khâu đắp: Đắp đập để kênh mương, đắp đường v.v…
1.1.1. Các loại đất cơ bản .
Đất được thành tạo trong tự nhiên rất khác nhau về nguồn gốc, thành phần, cấu trúc và tính chất của nó , do đó chúng ta cần phân loại chúng như bảng 1.1.
- Phân cấp các nhóm đất đá cho máy ủi:
+ Đất cấp 1: Đất có cỏ mọc không lẫn rễ và đá dăm. Á sét nhẹ. Đất bùn không có rễ cây. Đất đồng bằng lớp trên. Đất vụn đổ đống bị nén.
+ Đất cấp 3: Đất sét vỡ từng mảnh. Đất sét lẫn sỏi sạn, đá dãm, cát khô. Đất lẫn đá tảng. Đất đã được nổ phá tơi rồi.
1.1.2. Các bước thi công cơ bản của quá trình công tác đất.
Trong thi công đất thường có các dạng công tác sau:
- Đào đất: là hạ độ cao mặt đất thiên nhiên xuống độ cao thiết kế, như đào hố móng, đào ao, đào hồ, v.v.
- Đắp đất: là nâng độ cao mặt đất thiên nhiên lên độ cao thiết kế, như đắp nền đường, nền nhà.
- Hớt đất (bóc đất): là lấy đi một lớp đất không sử dụng được trên mặt đất tự nhiên, như hớt lớp đất mùn, đất phù sa, đất thực vật, đất ô nhiễm. Hớt đất là đào nhưng không theo độ cao thiết kế mà theo độ dầy của lớp đất cần lấy đi.
- Lấp đất: là làm cho chỗ đất trũng cao bàng khu vực xung quanh. Lấp đất là đắp đất nhưng độ cao phụ thuộc vào độ cao ciia mặt đất thiên nhiên xung quanh, như lấp ao, lấp hô vôi, v.v.
1.2 Tổng quan về máy xúc lật.
Máy xúc lật trong xây dựng được sử dụng để xếp dỡ, vận chuyển với cự ly ngắn các loại vật liệu rời, tơi hoặc dính. 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 atphan…
1.2.1 Lịch sử hình thành.
Từ năm 1830, máy bốc xúc đã có mặt trên thế giới, tham gia vào quá trình xây dựng kênh đào, đường sắt, khai thác quặng mỏ. Nó hoạt động như những người đàn ông vạm vỡ di chuyển đất, đá từ nơi này sang nơi khác nhưng hiệu quả hơn, nhanh hơn và tiết kiệm hơn.
Tuy nhiên, chiếc máy này vẫn còn một số khuyết điểm như áp dụng hệ thống dây cáp trong điều khiển gầu múc.
Cuối cùng, chiếc máy này vẫn chưa mang lại hiệu quả thực sự.
Cho đến 15 năm sau, vào năm 1897, công ty máy Kilgore(Kilgore Machine Company) đã sản xuất máy xúc thủy lực sử dụng 4 xi lanh hoạt động bằng nước (thay vì dùng dầu thủy lực như máy xúc ngày nay).
1.2.3 Đặc điểm cấu tạo máy bốc xúc XCMG LW500FN
Sơ đồ cấu tạo máy bốc xúc bánh lốp như hình 1.7.
Ở đây ta xét cấu tạo của máy bốc xúc di chuyển bánh lốp được sử dụng nhiều nhất trong công việc xếp dỡ ở nước ta.
Máy bốc xúc một gầu có bộ công tác đặt trên máy cơ sở. Bộ công tác của máy gồm: cần, tay gầu, gầu - răng gầu, các chốt liên kết và hệ thống xy-lanh thủy lực. Cần là bộ phận để nâng gầu lên cao phục vụ quá trình xúc và đưa vật liệu lên cao. Cần được nâng lên nhờ hai xylanh thủy lực đặt ở hai bên máy. Tay gầu là bộ phận để thay đổi góc cắt đất và lật gầu khi đổ vật liệu.
1.2.4 Phân loại.
Các máy bốc xúc tuy rất đa dạng về hình dáng nhưng có thể phân loại theo các dạng sau:
- Theo thiết bị di chuyển:
+ Máy bốc xúc di chuyển bánh lốp.
+ Máy bốc xúc di chuyển bánh xích.
- Theo cách dỡ tải:
+ Máy bốc xúc dỡ tải phía trước máy.
+ Máy bốc xúc dỡ tải hai bên sườn.
1.2.5. Các dòng máy xúc lật chính trên thế giới.
- Một số hãng máy xúc lật lớn trên thế giới :
+ Hãng Komatsu (Nhật Bản) :Máy xúc lật WA250-5, WA320-5, WA380-5, WA380-6Z, WA470-5, WA500-6R, WA600-6R…
+ Doosan (Hàn Quốc) : các dòng máy ủi điển hình Doosan DL300-5, DL420-5, SD200, DL450-5 ...
1.2.6. Những ưu điểm của máy xúc lật XCMG LW500FN.
- Khả năng làm việc mạnh mẽ: Nó áp dụng hộp số hành tinh được phát triển độc lập bởi XCMG, có hiệu quả truyền tải và năng lực làm việc cao.
- Hiệu suất ổn định và đáng tin cậy: Toàn bộ máy sử dụng công nghệ hàn và hàn chất lượng cao, cấu trúc ổn định và đáng tin cậy, và nó có thể thích nghi với các điều kiện làm việc khắc nghiệt khác nhau.
- Khả năng hoạt động linh hoạt cao: Được trang bị hệ thống lái thủy lực đầy đủ và điều khiển thủy lực, hoạt động rất linh hoạt và dễ dàng.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ CÁC THÔNG SỐ
2.1 Thiết kế tổng thể
2.1.1 Xác định các bộ phận máy.
Thông số kỹ thuật máy xúc XCMG LW500FN như bảng 2.1.
a. Bộ chuyển đổi mômen:
Máy xúc tải truyền động cho bánh xe qua một bộ chuyển đổi mômen bằng tua bin thủy lực lắp giữa động cơ với hộp số truyền động để truyền năng lượng. Sử dụng bộ chuyển đổi mô men có những ưu việt sau đây:
- Bộ chuyển đổi mômen có thể tự động thay đổi mô men và tốc độ đầu ra của bộ truyền động để đáp ứng yêu cầu của máy tải tùy theo tình trạng đường và cách vận hành khác nhau.
- Bộ chuyển đổi mômen có thể đáp ứng như một truyền động vô cấp và truyền động trơn khi máy xúc tải tăng từ tốc độ khởi động đến tốc độ lớn nhất, vì vậy việc tăng tốc của xe là tốt.
b. Bộ phận lái :
Máy xúc lật bánh lốp XCMG LW500FN có phần khung bánh trước được nối với thân máy sau bằng khớp bản lề. Máy được lái bằng hai xy lanh thủy lực, sơ đồ kết cấu được thể hiện trên hình 2.1. Hai xy lanh thủy lực lái là hai xy lanh nhỏ có đường kính piston 80 mm và hành trình 405 mm. Cả hai xy lanh piston thủy lực này đều có cán piston được nối với khung của cụm bánh trước qua trục 2 và các vít chống xoay (hình 2.1).
c. Bộ công tác:
Bộ phận công tác của máy gồm:
Cơ cấu công tác của máy hay còn được gọi là bộ phận công tác (hay cơ cấu làm việc) của máy xúc tải bao gồm bốn bộ phận cơ bản sau: gầu, cần máy nâng, cần điều khiển và thanh liên kết (thanh nối). Bộ phận công tác được thể hiện trên hình 1.11 và hình 1.13.
Gầu xúc của máy có dung tích 3 m3 như hình vẽ 1.12. Thành trước của gầu có gờ và được lắp răng (có loại không lắp răng để xúc vật liệu tơi vụn). Răng gầu được lắp vào các ống. Các ống lắp răng được hàn trên gờ trước của gầu, mỗi răng được lắp vào một ống răng và được cố định bằng chốt.
Ngoài tác dụng chống xoay các bu lông hay vít này còn có tác dụng giữ cho các trục này không bị tuột ra trong quá trình máy làm việc. Đảm bảo sự làm việc ổn định của bộ phận công tác.
2.1.2 Xác định kích thước.
Các thông số kích thước cơ bản máy XCMG LW500FN được thể hiện như hình 2.5.
2.2 Tính toán thông số.
a. Nguyên lý làm việc của máy:
Để chuẩn bị cho máy làm việc phải dọn sạch bãi cho máy vận hành: làm đầy các hố lõm, loại bỏ những hòn đá sắc và các chướng ngại vật khác có thể làm hỏng lốp hoặc cản trở việc vận hành của máy xúc tải.
Trước khi cho máy hoạt động người thợ điều khiển máy phải làm các công tác kiểm tra, bảo dưỡng máy, bơm mỡ bôi trơn cho một số vị trí theo quy định. Sau đó bắt đầu tiến hành khởi động máy và chuẩn bị làm việc. Máy bốc xúc XCMG LW500FN là loại máy làm việc theo chu kỳ. Đầu mỗi chu kỳ, thợ lái dẫn động cho máy di chuyển để đẩy gầu xúc vào đống vật liệu(đất đá) xúc. Khi gầu đã ăn sâu vào đống vật liệu thì cắt dẫn động cho bộ phận di chuyển, máy dừng lại.
* Vận hành máy:
Lái máy bốc xúc về phía đống vật liệu cài số 1. Hạ thấp gầu xúc nhờ xy lanh nâng cần máy 5 (hình 2.2) và điều khiển xy lanh nghiêng gầu 4 để thành trước gầu nằm song song với mặt đất và cách mặt đất khoảng 300 mm (hình 2.6a).
Khi gầu cách đống vật liệu xúc khoảng 1m, hạ thấp cần máy xuống và điều khiển đưa đáy gầu tiếp xúc với mặt đất. Sau đó tiếp tục di chuyển đẩy gầu vào đống vật liệu xúc (hình 2.6b).
* Vận hành vận tải:
Máy xúc lật được dùng để vận tải chuyên trở vật liệu trong những điều kiện sau:
Khi mặt đất khá xốp hoặc khu khai thác không thể san bằng được, các xe tải không thể dừng được.
Chỉ nên chuyển chở hàng với khoảng cách dưới 500 m.
Khi vận tải, tốc độ chuyên chở hàng phụ thuộc vào tình trạng nền đường. Trong quá trình mang hàng di chuyển, gầu phải nâng lên vị trí cao và điểm bản lề phía dưới của cần máy được giữ ở độ cao cách mặt đất chừng 500mm (hình 2.7) để đảm bảo an toàn, ổn định và dễ nhìn trong khi chuyên chở hàng. Máy có thể được điều khiển lùi hay tiến để đưa gầu tới vị trí đổ tải.
- Sơ đồ vận hành ủi tải:
Máy bốc xúc XCMG LW500FN còn có thể làm cả nhiệm vụ ủi giống như máy gạt. Điều khiển đặt gầu nằm ngang trên mặt đất sau đó nhấn ga và đẩy gầu ủi về phía trước (hình 2-11a). Trong quá trình ủi, khi máy bốc xúc bị cản di chuyển chậm lại thì điều khiển nâng cần máy lên một chút. Khi đó gầu được nâng khỏi mặt đất một đoạn, lực cản giảm và tiếp tục ủi. Chú ý điều khiển gầu sao cho thao tác ủi được êm.
- Sơ đồ vận hành cạo tải:
Để vận hành cạo tải người ta điều khiển nghiêng gầu về phía trước đến vị trí tận cùng và hạ tay máy, đặt lưỡi gầu (răng gầu) tiếp xúc với mặt đất. Sau đó cài số lùi và sử dụng gầu để cạo bề mặt cho bằng phẳng như hình vẽ 2-11b.
- Sơ đồ vận hành kéo tải:
Máy bốc xúc XCMG LW500FN khi vận hành kéo tải, lái xe chậm khi khởi động và dừng, trước khi lái xuống dốc kiểm tra hệ thống phanh. Khi di chuyển trên con đường dốc có độ dốc lớn phải sử dụng thêm cả phanh của xe moóc để đảm bảo an toàn. Trường hợp này đòi hỏi trình độ vận hành tốt của người điều khiển máy bốc xúc.
Động cơ → Bộ chia mô-men → Hộp số → Cầu xe → Bánh xe → Di chuyển và kéo tải
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VỀ MÁY BỐC XÚC XCMG LW500FN
3.1 Tải trọng và các trường hợp tải trọng.
Máy bốc xúc XCMG LW500FN là loại máy xúc tải loại lớn. Vì vậy tính toán đầy đủ về loại máy xúc này là một công trình lớn, phức tạp và đòi hỏi công sức rất nhiều người. Ở đây chỉ thực hiện tính toán cơ bản với bộ phận công tác của máy như lực đẩy gầu, lực nâng gầu, kiểm tra điều kiện bám dính của máy, tính các thông số của xi lanh thủy lực dẫn động cho bộ phận công tác.
3.1.1 Tính lực đẩy gầu.
a. Lực cản đẩy gầu:
Khi bắt đầu một chu kỳ xúc trong quá trình làm việc, gầu xúc được đẩy sâu dần vào đống đất đá nhờ bộ phận di chuyển. Lực đẩy gầu cần phải thắng được các lực cản sau: lực cản xúc của đất đá tác dụng lên cạnh trước của gầu, lực ma sát giữa đáy gầu với nền xúc và thành bên của gầu với đống đất đá, lực ma sát giữa thành trong của gầu với đất đá được đẩy vào gầu. Các lực cản trên tăng dần trong quá trình xúc khi gầu đi sâu dần vào đống đất đá. Việc xác định lực đẩy gầu bằng lý thuyết từ các thành phần trên là rất khó khăn và khó đảm bảo chính xác.
Vì vậy, trong kỹ thuật tiến hành xác định lực đẩy gầu theo công thức thực nghiệm. Theo tài liệu về máy xúc tải tiếng nga (tài liệu [1]), lực đẩy lớn nhất để thắng được các lực cản trên được xác định theo công thức thực nghiệm sau:
Pd = 9,81. Ld1,25.B.Kc.Kh.Kd. KB (N) (3.1)
Trong đó:
Ld : chiều sâu đoạn đẩy gầu, (cm)
B : chiều rộng miệng gầu xúc, (cm)
Kc: hệ số thực nghiệm kể tới tốc độ cục của đất đá xúc
Kd : hệ số ảnh hưởng của dạng gầu
Kh: hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều cao đống đất đá xúc
- Hệ số Kd: là hệ số ảnh hưởng của dạng gầu có kể tới các ảnh hưởng như góc nghiêng thành bên, cạnh trước gầu và răng tăng cứng của nó. Hệ số này dao động trong khoảng từ 1,1 ¸ 1,8. Giá trị lớn cho gầu mà cạnh trước không có răng. Ở đây, gầu xúc có lắp răng cắt nên lấy Kd = 1,2.
- Hệ số Kh: là hệ số ảnh hưởng của chiều cao đống vật liệu xúc thay đổi từ Kh = 0,6 khi đống vật liệu xúc cao đến 0,5 m; đến Kh = 1,2 khi đống vật liệu xúc cao 1,5 m. Ở đây, tính cho trường hợp đống vật liệu xúc cao 1,5 m nên lấy hệ số Kh = 1,2.
- Chiều sâu đoạn đẩy gầu Ld được lấy:
Ld = (0,7 - 0,8).Lg (cm)
Với : Lg: chiều dài đáy gầu, (cm)
Theo kích thước của gầu trên máy thì chiều dài đáy gầu: Lg = 600 (mm) = 60 (cm)
Như vậy: Ld = (0,7 - 0,8).60 = 42 - 48 (cm)
- Chiều rộng miệng gầu B: theo kết cấu máy có B = 3016 (mm). Lấy B = 301,6 (cm).
Thay các giá trị vào ta được: Pd = 9,81 . 451,25 . 301,6 . 1 . 1,2 . 1,2 . 0,1 = 49657 (N)
b. Kiểm tra lực đẩy theo điều kiện bám dính của máy:
Lực đẩy gầu ở trên là do bộ phận di chuyển tạo nên. Do vậy phải kiểm tra lực đẩy theo điều kiện bám dính. Điều kiện để máy không bị trượt trơn là lực đẩy Pd phải thỏa mãn:
Pd ≤ Pbdmax (3.2)
Với: Pbdmax : lực đẩy lớn nhất có thể theo điều kiện bám dính của máy. Theo tài liệu “Máy vận tải” ([2]) của tác giả Nguyễn Văn Kháng và Hoàng Văn Trọng (trang 31 tập 3) thì Pbdmax được tính:
Pbdmax = 1000.P.y (N) (3.3)
Ở đây máy có khối lượng m = 17140 kg nên ta có
PX = m.g = 17140 . 9,81 = 168143,4 (N)
hay PX = 168,1434 (Kn)
Hệ số bám dính y, khi máy làm việc trên nền đất khô, tra theo bảng 12.6 trang 32 tài liệu [2] tra được: y = 0,5
Thay các giá trị vào ta được:
Pbdmax = 1000.168,1434.0,5 = 84071,7 ( N ) > Pd = 49657 (N)
Như vậy, lực đẩy Pd ≤ Pbdmax => thỏa mãn điều kiện bám dính.
3.1.2 Lực nâng gầu.
Sau khi đẩy gầu vào đống đất đá, người ta thực hiện dẫn động quay ngửa gầu ra để chứa đất đá trong gầu. Việc dẫn động quay ngửa gầu xúc được thực hiện nhờ xy lanh nghiêng gầu. Lúc này gầu quay quanh bản lề lắp gầu với tay máy (điểm O trên hình 2.1) nên gầu vừa ngửa dần ra và vừa được nâng lên một chút.
3.2 Đặt lực và tính toán.
3.2.1 Lực nâng gầu trong giai đoạn quay ngửa gầu chứa vật liệu.
Lực nâng gầu P1 tác dụng lên gầu từ thanh nối vào bản lề O1 của gầu. Lực P1 tạo mô men quay làm gầu quay quanh bản lề O và ngửa ra (được thể hiện trên hình 3-1). Lực P1 do xy lanh nghiêng gầu tác dụng lên thanh nối qua cần nghiêng gầu, lực này phải tạo ra mô men quay thắng các thành phần mô men cản.
Để xác định lực nâng gầu trong trường hợp này ta xét cân bằng cả khối gầu và đất đá trong gầu bằng cách lấy mô men các lực tác dụng lên gầu với tâm quay gầu (điểm O).
Ta có:
∑MO = M1 + M2 – M3 = 0 (3.5)
hay
M3 = M2 + M1
Trong đó:
M1: thành phần mô men cản do lực đẩy gầu Pd; (N.m)
M2: thành phần mô men cản do trọng lượng gầu và đất đá trong gầu Gg+d, (Nm)
M3: thành phần mô men quay nâng do lực đầy thanh nối P1, (N.m)
Chiều dài đẩy gầu đã được tính: Ld = 45 cm = 0,45 (m)
Các khoảng cách còn lại: l1 và l3 được xác định từ sơ đồ làm việc của gầu xúc như hình vẽ 2-1. Ta có: l1 = 1100 (mm) = 1,1 (m); l3 = 3150 (mm) = 3,15 (m).
Thay các giá trị vào ta được: M1 = 1,1.49657.(0.4.(1,1 - 1/4 .0,45)+3,15) = 193637 (N.m)
- Mô men cản M2 do trọng lượng gầu và đất đá trong gầu được tính:
M2 = Gg+d.l2 (Nm) (3.7)
Và trọng lượng gầu với đất đá: Gg+d = 8338,5 + 5000 = 13338,5 (N)
Cánh tay đòn l2 được đo trực tiếp từ sơ đồ làm việc của gầu xúc trên hình 2.1:
Lực Pd từ xi lanh gầu tác dụng lên tay gầu, tại điểm cách trục quay một khoảng đã được đánh dấu là 1100 (mm)
Thay các giá trị vào công thức tính được mô men cản M2
M2 = 13338,5 . 0,778 = 10377,353 (N.m)
- Mô men nâng gầu M3 do lực đẩy của thanh nối P1
M3 = P1.l4 (Nm) (3.10)
Như vậy thay các giá trị vào công thức ta có: P1 = (Pd⋅l2)/l4 = 49657.0,778/0,75 ≈ 51510,861 (N.m)
Từ đây rút ra được:
M3 = P1 . l4 = 51510,861 . 0,75 = 38633,145 (N.m)
3.2.2 Lực nâng gầu trong giai đoạn khi gầu xúc đã ngửa và chứa đầy tải.
Khi gầu đã quay ngửa và chứa đất đá đầy gầu, người ta thực hiện dẫn động xy lanh nâng tay máy đồng thời phối hợp với xy lanh nghiêng gầu để nâng dần gầu lên trong trạng thái giữ ngửa gầu. Lúc này lực nâng gầu được thực hiện từ xy lanh nâng tay máy. Do lực đẩy của xy lanh nâng tay máy, tay gầu quay quanh khớp bản lề O nối tay gầu với thân máy nên gầu và tay gầu được nâng dần lên. Trong quá trình nâng gầu, tay gầu và xy lanh nâng tay gầu luôn thay đổi góc nghiêng. Do đó, lực đẩy tác dụng từ xy lanh nâng tay máy cũng luôn thay đổi trong quá trình nâng gầu.
a. Khi bắt đầu nâng gầu:
Khi gầu đã quay ngửa và chứa đất đá đầy gầu, bắt đầu dẫn động nâng gầu (như sơ đồ hình 3-2). Lực tác dụng nâng gầu của xy lanh nâng tay máy cần khắc phục các lực cản tác dụng lên cụm gầu và tay gầu bao gồm các lực:
Trọng lượng gầu và đất đá trong gầu: Gg+d
Trọng lượng tay gầu và cần nghiêng gầu: Gc
Lực đẩy của xy lanh nâng tay máy ở vị trí này: S1
Xét cân bằng cả khối gầu và tay gầu bằng cách lấy mô men các lực tác dụng với điểm O (bản lề nối tay gầu và thân máy) ta có:
∑MO = S1.l1 - Gc.l2 - Gg+d.l3 = 0
Thay các giá trị vào ta được: S1 = (24034,5.1,05+13338,5.1,62)/0,65 = 72068,6 (N) ≈ 7,354 (kg)
b. Khi tay gầu tới vị trí nằm ngang:
Khi gầu xúc chuyển động tới vị trí tay gầu nằm ngang như hình 3-3. Lúc này, bản lề nối tay gầu với gầu nằm trên một đường thẳng với bản lề nối tay gầu và thân máy. Các lực tác dụng lên khối gầu và tay gầu trong trường hợp này bao gồm:
Trọng lượng gầu và đất đá trong gầu Gg+d
Trọng lượng tay gầu và cần nghiêng gầu Gc
Lực nâng gầu của xy lanh nâng tay gầu S2
Xét cân bằng cả khối gầu và tay gầu bằng cách lấy mô men các lực tác dụng với điểm O ta có:
∑MO = S2.l4 - Gc.l5 - Gg+d.l6 = 0
Thay các giá trị vào ta được: S2 = (24034,5.1,32+13338,5.2,75)/0,445 = 136442 (N)
3.2.3 Tính toán chế tạo kết cấu thép của cần nâng máy xúc lật XCMG LW500FN.
Gồm 8 bước tính toán thiết kế như sau:
* Bước 1: Xác định đầu vào dữ liệu
- Tải trọng nâng: 5000 (kg)
- Lực nâng lớn nhất: 190 (kN)
- Chiều dài cần nâng: ~2.5 ÷ 3 (m)
* Bước 3: Chọn hình dạng và kích thước tiết diện
- Loại tiết diện: Hộp chữ nhật hàn kín hoặc dầm hộp ghép đôi
- Ước lượng sơ bộ:
+ Chiều cao h = 500 (mm)
+ Chiều rộng b = 240 (mm)
* Bước 5: Tính ứng suất
σ = M/W=159413/(4,〖431.10-3) ≈ 35,96 (MPa)
=> Vậy hệ số an toàn ≈ 5 nên rất an toàn (σ = 35,96 MPa < σcp = 180 MPa)
+ Điều đó có nghĩa là: kết cấu của bạn chỉ đang chịu 1/5 so với khả năng tối đa mà vật liệu cho phép.
+ Có nghĩa là dư sức chịu lực, dù có rung động, va đập, hoặc tải vượt quá một chút thì vẫn không bị phá hủy hay biến dạng nguy hiểm.
* Bước 8: Lập ra bản vẽ chế tạo cần
- Mặt cắt dọc và ngang của cần
- Kích thước tổng thể, vị trí hàn
- Các điểm lắp chốt, bạc lót
3.2.4 Tính toán thiết kế xylanh nâng cần cho máy xúc lật XCMG LW500FN
* Bước 1: Xác định lực mỗi xylanh
- Cơ cấu cần là dầm quay bản lề, nên lực từ momen quy đổi:
Mmax = F . l ⇒ F = Mmax/l
- Giả sử khoảng cách từ chốt trục đến điểm đặt xi lanh: Lấy trung bình l≈ 1.5 - 1.8 m
Ftổng 2 xylanh = 159,413/1,6≈ 99,633 (N) → Fmỗi xylanh = 106,275/2≈ 49,816 (N)
* Bước 3: Chọn kích thước xi lanh theo tiêu chuẩn
- Chọn cỡ dư lớn để an toàn khi làm việc:
Dư 20 – 25% lực → Dp ≥ 80 (mm)
Chứng minh Dp ≥ 80 (mm)
Fmax mỗi xylanh= P × Ap= 20×106×0.005≈ 100,530 (N)
=> 100,530 > 49,816 rất an toàn, thừa lực ~100%
* Bước 4: Kiểm tra
- Áp suất làm việc P = 20 (MPa)
+ Phù hợp hệ thống thủy lực thực tế.
+ Đảm bảo xi lanh không quá lớn.
- Đường kính piston (D): 80 (mm).
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu và được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: TS …………….. cùng các thầy giáo trong Khoa Cơ khí, đến nay em đã hoàn thành bản Tiểu luận TKMH Máy làm đất
Quá trình làm Tiểu luận đã giúp em nắm vững hơn những vấn đề lý thuyết cơ bản, giúp em biết vận dụng kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề mà thực tế đặt ra cũng như giúp em biết cách trình bày một đề tài nghiên cứu một cách khoa học.
Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên nội dung bài làm không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy giáo để bài Tiểu luận của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP Thủ Đức, ngày … tháng … năm 20….
Sinh viên thực hiện
……………….
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PTS. Đoàn Văn Ký, KS. Vũ Thế Sự, PTS. Nguyễn Phạm Thức (7/1997).
Giáo trình Máy và Thiết bị khai thác mỏ,
NXB Giao thông vận tải.
[2]. TS. Hà Văn Vui.
Giáo trình truyền dẫn thủy lực và trong chế tạo máy.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ TIỂU LUẬN"