Đề tài Thiết kế máy xúc một gầu bánh xích loại nhỏ của Nga

ThiÕt kÕ m«n häc M¸y Lµm §Êt §Ò bµi : “ThiÕt kÕ m¸y xóc mét gÇu b¸nh xÝch lo¹i nhá cña Nga ” . I. §Æc tÝnh kü thuËt cña m¸y xóc gÇu thuËn , c«ng dông , ph©n lo¹i vµ lÜnh vùc ¸p dông cña nã : 1. M¸y Xóc lµ mét lo¹i M¸y lµm §Êt rÊt phæ biÕn , th­êng ®­îc sö dông ®Ó thùc hiÖn mét khèi l­îng rÊt lín vµ ®iÒu nµy nãi lªn vai trß quan träng cña M¸y xóc . ë ViÖt Nam trong c¸c c«ng tr×nh x©y dùng c«ng nghiÖp lín (Khu gang thÐp , c«ng tr×nh x©y dùng kiÕn tróc , thuû lîi , thuû ®iÖn , c¸c c«ng tr×nh x©y dùng giao th«ng ...) th× M¸y §µo th­êng ®­îc sö dông ®Ó thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc nh­ : khai th¸c kho¸ng s¶n (Than ®¸ , kim lo¹i ...) , ®µo hµo , ®µo kªnh ..., ®µo ®Êt ®¸ phôc vô cho viÖc lµm ®­êng , c¸c c«ng tr×nh x©y dùng nhµ cöa , x©y dùng s©n bay hay bÕn c¶ng .v.v M¸y ®µo th­êng ®­îc sö dông nhiÒu , thÓ hiÖn tÝnh tiÖn Ých vµ vai trß quan träng cña nã ; vµ phæ biÕn lµ lo¹i M¸y Xóc cã dung tÝch gÇu tõ 1 m3 trë xuèng ®­îc sö dông nhiÒu . M¸y Xóc trong c«ng tr×nh x©y dùng th­êng lµ m¸y v¹n n¨ng tøc lµ nã cã thÓ lµm ®­îc nhiÒu c«ng viÖc kh¸c nhau nh­ ®µo hµo , ®ãng cäc , xóc ®Êt , nhæ gèc c©y ,hay lµ trªn M¸y Xóc nã cã thÓ l¾p c¸c thiÕt bÞ thay thÕ (Bé phËn c«ng t¸c ) kh¸c nhau . dung tÝch gÇu th­êng d­íi 1m3 , sè M¸y Xóc cã bé di chuyÓn lµ b¸nh h¬i th­êng cã dung tÝch gÇu d­íi 0.35 m3 vµ dung tÝch gÇu lín h¬n th­êng cã bé di chuyÓn b¸nh xÝch §èi víi M¸y Xóc mét gÇu hiÖn ®¹i th­êng cã hÖ thèng di chuyÓn b»ng b¸nh xÝch , b¸nh lèp hoÆc b»ng c¬ cÊu tù b­íc ®èi víi nh÷ng M¸y Xóc lµm viÖc trªn nÒn ®Êt rÊt yÕu . Dung tÝch cña gÇu tuú thuéc vµo ®Æc tÝnh sö dông cña m¸y xóc . Träng l­îng cña m¸y xóc mét gÇu tõ 2 ®Õn 45 tÊn . M¸y xóc cã dung tÝch gÇu nhá (0.15 1 m3) vµ trung b×nh (13.5 m3) th­êng lµ M¸y xóc v¹n n¨ng vµ trªn c¸c m¸y xóc ®ã cã thÓ l¾p nhiÒu thiÕt bÞ c«ng t¸c nh­ : Gµu thuËn , gÇu nghÞch , gÇu ngo¹m , cÇn trôc , gÇu bµo , thiÕt bÞ bèc dì vËt liÖu ...C¸c lo¹i M¸y xóc mét gÇu cã dung tÝch tõ 3 4 m3 trë lªn th­êng ®Ó thùc hiÖn mét c«ng viÖc nhÊt ®Þnh vµ chØ l¾p mét kiÓu thiÕt bÞ c«ng t¸c hay chÝnh nã chØ lµ mét lo¹i m¸y xóc chuyªn dïng . 2. M¸y xóc mét gÇu cã thÓ ph©n lo¹i theo c«ng dông , theo hÖ thèng dÉn ®éng , theo hÖ thèng di chuyÓn , theo kh¶ n¨ng quay cña phÇn quay , theo hÖ thèng treo vµ theo kiÓu thiÕt bÞ c«ng t¸c , .. Cô thÓ lµ : Theo c«ng dông m¸y xóc 1 gÇu cã thÓ ph©n thµnh : M¸y Xóc x©y dùng , M¸y Xóc khai th¸c má , M¸y Xóc bãc vØa , M¸y Xóc ®µo giÕng vµ ®­êng hÇm . Theo hÖ thèng dÉn ®éng : M¸y Xóc ®­îc ph©n theo sè ®éng c¬ vµ d¹ng truyÒn ®éng(TruyÒn ®éng c¬ khÝ , truyÒn ®éng thuû lùc ...) . Theo kh¶ n¨ng quay cña bé phËn quay : M¸y Xóc ®­îc ph©n thµnh M¸y Xóc quay hÕt vßng vµ M¸y Xóc quay kh«ng hÕt vßng . Theo cÊu t¹o cña hÖ thèng di chuyÓn cã M¸y Xóc b¸nh xÝch , ( XÝch th­êng ,xÝch më réng ) , b¸nh lèp , M¸y Xóc l¾p trªn m¸y c¬ së tù hµnh hoÆc l¾p trªn khung bÖ chuyªn dïng . Theo hÖ thèng treo thiÕt bÞ c«ng t¸c : M¸y Xóc hÖ thèng treo mÒm (M¸y ®µo c¸p ) vµ hÖ thèng treo cøng (M¸y Xóc thuû lùc ) . Theo d¹ng thiÕt bÞ c«ng t¸c : M¸y Xóc gÇu thuËn , M¸y Xóc gÇu nghÞch , M¸y Xóc gÇu ngo¹m , M¸y Xóc gÇu bµo , cÇn trôc , bóa ®ãng cäc , M¸y Xóc gÇu qu¨ng , m¸y nhæ gèc c©y , … 3. M¸y Xóc gÇu thuËn cã h­íng di chuyÓn cña gÇu khi lµm viÖc ra xa khái t©m m¸y th­êng dïng ®Ó ®µo ®Êt ë møc cao h¬n mÆt b»ng m¸y ®øng . M¸y Xóc gÇu thuËn lµ M¸y Xóc mét gÇu phæ biÕn nhÊt , cã sè l­îng lín vµ nhiÒu thÓ lo¹i . Qu¸ tr×nh ®µo ®Êt cña M¸y Xóc gÇu thuËn lµ c­ìng bøc nhê tay gÇu Ên gÇu vµo ®Êt ®Æc tÝnh vµ tr¹ng th¸i cña ®Êt lo¹i thiÕt bÞ c«ng t¸c , tr¹ng th¸i l­ìi c¾t còng nh­ tèc ®é ®µo vµ n©ng gÇu . H×nh vÏ H×nh I. 1 M¸y Xóc gÇu thuËn . cÇn ; 2-Tay gÇu ; 3-Thanh kÐo ; 4- R¨ng gÇu ; 5- gÇu ; 6- §¸y gÇu ; 7,8,9,10 – Xi lanh thuû lùc ; I, II : VÞ trÝ gÇu khi ®µo . Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc , M¸y Xóc gÇu thuËn thùc hiÖn 5 thao t¸c c¬ b¶n sau : §µo ®Êt quay gÇu ®Çy ®Êt ®Õn chç ®æ , ®æ ®Êt lªn ph­¬ng tiÖn vËn chuyÓn hay ®æ thµnh tõng ®èng , quay gÇu kh«ng t¶i vÒ khoang ®µo vµ h¹ gÇu ®Ó ®µo . Trong thùc tÕ , ®Ó gi¶m thêi gian mét chu kú n©ng cao n¨ng suÊt cña m¸y ,cã thÓ thùc hiÖn nhiÒu nguyªn c«ng Khi b¾t ®Çu ®µo , gÇu ®­îc h¹ ë vÞ trÝ I (h×nh I ) ®Ó ®µo dÔ dµng tay gÇu nghiªng vÒ phÝa trong so víi ph­¬ng th¼ng mét gãc x=20 ¸ 250 khi m¸y lµm viÖc däc theo xÝch . Muèn ®µo ®Êt n©ng gÇu tõ vÞ trÝ I ®Õn vÞ trÝ II b»ng xi lanh tay gÇu (8) ®ång thêi n©ng , h¹ cÇn (1) b»ng xi lanh (9) ®Ó ®iÒu chØnh chiÒu dµy l¸t c¾t . §Ó ®¶m b¶o chÕ ®é lµm viÖc vµ sö dông c«ng suÊt cña m¸y hîp lý , chiÒu dµy phoi ®­îc thay ®æi mét c¸ch hîp lý , cã gi¸ trÞ nhá nhÊt ë ®Çu qu¸ tr×nh ®µo vµ lín nhÊt ë cuèi qu¸ tr×nh ®µo khi r¨ng gÇu n»m trªn ®­êng n»m ngang víi t©m khíp cÇn vµ tay gµu (2) . Sau khi gµu ®Çy ®Êt , n©ng cÇn vµ ®­a cÇn ra khái khoang ®µo råi quay ®­îc x¸c dÞnh theo ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ cã thÓ tõ 150 1800 trong cïng mét khoang ®µo . §Ó ®æ ®Êt , më ®¸y gµu b»ng xi lanh thuû lùc (7) hoÆc quay gµu b»ng xi lanh (10) . Sau ®ã quay gµu vÒ khoang ®µo vµ h¹ gµu , qu¸ tr×nh lµm viÖc l¹i ®­îc tiÕp tôc vµ lÆp l¹i nh­ trªn . II. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña M¸y Xóc gµu thuËn : XuÊt ph¸t tõ yªu cÇu , ta chän M¸y Xóc gÇu thuËn lo¹i nhá cña nga cã dung tÝch gÇu q = 0.65 m3 . Tõ c¸c th«ng sè cña M¸y Xóc EC 650 , ta dïng tû sè ®ång d¹ng ®Ó tÝnh cho M¸y Xóc cã dung tÝch gÇu q = 0.65 m3 , c¸c th«ng sè chñ yÕu cña M¸y Xóc EC 650 nh­ sau : C«ng suÊt ®éng c¬ : N = 284 KW. Dung tÝch gÇu : q = 0,63 m3 . Träng l­îng toµn bé m¸y G = 64.9 TÊn . ChiÒu cao cña m¸y : H = 3600 mm . ChiÒu réng cña m¸y : B = 4150 mm . ChiÒu dµi m¸y : L = 6830 mm . ChiÒu réng cña xÝch : b = 600 mm . B¸n kÝnh ®µo lín nhÊt : R = 1310 mm . ChiÒu cao thi c«ng lín nhÊt : S = 8400 mm . Tèc ®é di chuyÓn lín nhÊt : V = 2.8 KM/h . Lùc kÐo lín nhÊt : F = 519 KN . C¸c th«ng sè ®ång d¹ng chÝnh cña m¸y : * HÖ sè ®ång d¹ng vÒ kÝch th­íc : Kv = = 0.969 * B¸n kÝnh ®µo lín nhÊt : kl = (mm). * ChiÒu cao thi c«ng cña m¸y : (mm). * ChiÒu s©u hè ®µo : (mm). * ChiÒu dµi cña cÇn : (mm) . Chó ý c¸c th«ng sè tÝnh to¸n khi gÇu v­¬n xa nhÊt (cÇn nghiªng mét gãc 450 ) : + B¸n kÝnh quay cña gÇu : R gÇu = B (BÒ réng cña phoi ®Êt ) + B¸n kÝnh quay cña tay gÇu : Rtg = LTT + Khèi l­îng cña cÇn : mc = 900 kg Träng l­îng cña cÇn : Gc = 9*103 KG . + Khèi l­îng cña tay gÇu : mtg = 450 kg Träng l­îng cña tay gÇu : Gtg= 4.5 * 103KG. + Khèi l­îng cña gÇu : mg= 300 kg Träng l­îng cña gÇu :Gg= 3* 103 KG . 2. TÝnh to¸n c¸c c¬ cÊu lµm viÖc cña thiÕt bÞ c«ng t¸c M¸y Xóc thuû lùc gµu thuËn lo¹i nhá : Qu¸ tr×nh ®µo ®Êt cña M¸y Xóc thuû lùc gÇu thuËn cã thÓ tiÕn hµnh theo c¸c nguyªn t¾c sau : GÇu vµ tay gÇu cè ®Þnh , cÇn chuyÓn ®éng nhê xi lanh cÇn CÇn vµ gÇu cè ®Þnh , gÇu chuyÓn ®éng nhê xi lanh tay gÇu . CÇn vµ tay gÇu cè ®Þnh , gÇu chuyÓn ®éng nhê xi lanh tay gÇu . CÇn vµ tay gÇu ho¹t ®éng ®ång thêi nhê c¸c xi lanh t­¬ng øng . Ba tr­êng hîp sau th­êng ®­îc sö dông trong thùc tÕ . Gi¶ sö trong thêi gian ®µo ®Êt , gµu chuyÓn ®éng nhê tay gµu , chiÒu dµy lín nhÊt cña phoi c¾t ®¹t ®­îc khi r¨ng gµu vµ khíp 0 (khíp cÇn vµ tay gµu ) n»m trªn ®­êng n»m ngang , vÞ trÝ II (H×nh 2-1) : (m) (1) Trong ®ã : q – Dung tÝch h×nh häc cña gÇu (m3) , q = 0.65 m3 b – ChiÒu réng gÇu ( m) , H – ChiÒu cao ®µo danh nghÜa (m) . Ktx – HÖ sè t¬i xèp . Lùc c¶n ®µo tiÕp tuyÕn lín nhÊt t¸c dông lªn r¨ng (hay mÐp gÇu ) ë vÞ trÝ II ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña N.G.Dombrovski : P01 = K1*b*CMaX (2) Trong ®ã : K1 – HÖ sè ®µo c¶n (KG/cm3) §èi víi ®Êt lo¹i III K1= 1.5 §èi víi ®Êt lo¹i IV K1= 2.5 §èi víi ®Êt lo¹i V K1= 3.5 §èi víi ®Êt lo¹i VI K1= 2.4 * ChiÒu réng hè ®µo (B) : khi ta coi gÇu lµ h×nh ch÷ nhËt th× V = q = B3 B = = 0.866 ( m ) * ChiÒu dµy phoi ®Êt (C) : Víi chiÒu cao ®µo H = 5.366 (m) . HÖ sè ®Çy gÇu = 1.15 (®µo xèp ) . XÐt mét l­ît ®µo cña gÇu phoi ®Êt ®­îc h×nh thµnh nh­ h×nh vÏ , ta cã : V = q = H *CMax (m) . ChiÒu dµy trung b×nh cña phoi ®Êt : = 18.5 (cm ) . * TÝnh lùc c¶n ®µo P01 theo CMax : + Víi ®Êt lo¹i III : P01 = KIII * CMax * B = 1.5 * 37 * 86.6 = 4806.3 (KG) . + Víi ®Êt lo¹i IV : P01 = KIV * CMax * B = 2.5 * 37 * 86.6 = 8010.5 ( KG ) . + Víi ®Êt lo¹i V : P01= KV* CMax * B = 3.5 * 37 * 86.6 = 11214.7 (KG) . + Víi ®Êt lo¹i VI : P01 = KVI * CMax* B = 2.4 * 37 * 86.6 = 7690 (KG) . * Thµnh phÇn lùc c¶n ®µo theo ph­¬ng ph¸p tuyÕn víi quü ®¹o trong tr­êng hîp nµy cã thÓ tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc : P02 = 0.1 P01 ( 3 ) Trong ®ã : 0.1 – HÖ sè lùc ®éng H×nh vÏ H×nh II : - S¬ ®å lùc t¸c dông lªn M¸y Xóc thuû lùc gÇu thuËn khi ®µo ®Êt b»ng xi lanh tay gÇu : 1- CÇn ; 2 – Tay gÇu ; 3 – gÇu ; 4- xi lanh cÇn ; 5- Xi lanh tay gÇu ; 6– xi lanh gÇu . Trong thêi gian ®µo , gÇu chuyÓn ®éng tõ vÞ trÝ I ®Õn vÞ trÝ II , lùc cÇn thiÕt cña xi lanh tay gÇu Pxl thay ®æi tõ 0 ®Õn Max Gi¸ trÞ lín nhÊt cña lùc Pxl ë vÞ trÝ II ( H×nh II-2) ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh m« men ®èi víi khíp 0 : Pxl =  EMBED Equation.3 
 ( 4) Trong ®ã : P01- Lùc c¶n ®µo tiÕp tuyÕn . r0 – C¸nh tay ®ßn cña lùc P01 lÊy ®èi víi ®iÓm 0 . Gi – Träng l­îng cña c¸c phÇn tö c«ng t¸c vµ ®Êt ( Träng l­îng cña gÇu ®Çy ®Êt Gg+® , träng l­îng xi lanh gÇu Gxg , träng l­îng tay gÇu Gt , 1/2 träng l­îng tay gÇu Gxl ) . r1 – C¸nh tay ®ßn cña c¸c träng l­îng Gi lÊy ®èi víi ®iÓm 0 rxl – c¸nh tay ®ßn cña lùc Pxl lÊy ®èi víi ®iÓm 0 . C¸c xi lanh cÇn vÒ nguyªn t¾c sÏ lµm viÖc sau khi ®µo xong ®Êt ®Ó n©ng bé c«ng t¸c lªn ®é cao ®æ ®Êt . Gi¸ trÞ lín nhÊt cña xi lanh cÇn Pxc trong tr­êng hîp nµy ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh m« men cña tÊt c¶ c¸c lùc t¸c dông lªn cÇn – tay cÇn – gÇu ®èi víi khíp 01 (H×nh II-2) : Pxc = EMBED Equation.3  (5) Trong ®ã : Gi – Träng l­îng cña c¸c phÇn tö bé c«ng t¸c vµ ®Êt ( Träng l­îng gÇu ®Çy ®Êt Gg+® , träng l­îng xi lanh gÇu Gxg , träng l­îng tay gÇu Gtg , träng l­îng xi lanh tay gÇu Gxl , träng l­îng cÇn Gc , 1/2 träng l­îng xi lanh cÇn Gxc .) . Lùc lín nhÊt cña xi lanh gÇu sÏ xuÊt hiÖn trong tr­êng hîp ®µo ®Êt b»ng xi lanh gÇu ( H×nh III ) .Trong tr­êng hîp nµy , chiÒu dµy lín nhÊt cña phoi c¾t sÏ lµ : C ( 6 ) Lùc ®µo tiÕp tuyÕn : P ( 7 ) Trong ®ã : k1 – hÖ sè c¶n ®µo lÊy ®èi víi ®Êt cÊp I , II . H×nh vÏ H×nh III – S¬ ®å x¸c ®Þnh lùc xi lanh gÇu cña M¸y Xóc thuû lùc gÇu thu©n . Pxg = ( 8 ) Trong ®ã : Gi – Träng l­îng gÇu ®Çy ®Êt Gg+§ vµ 1/2 träng l­îng xi lanh gÇu Gxg . r- c¸nh tay ®ßn cña c¸c träng l­îng lÊy ®èi víi ®iÓm 02 ; r xg – C¸nh tay ®ßn cña lùc Pxg lÊy ®èi víi ®iÓm 02 . 3. TÝnh to¸n c¬ cÊu quay : Thêi gian quay cña m¸y xóc chiÕm tíi 2/3 thêi gian chu kú lµm viÖc , thËm chÝ tíi 80% . Do ®ã viÖc x¸c ®Þnh hîp lý c¸c th«ng sè cña c¬ cÊu quay lµ mét trong nh÷ng nhiÖm vô quan träng nhÊt khi thiÕt kÕ m¸y . C¸c th«ng sè c¬ b¶n lµ : M« men qu¸n tÝnh cña phÇn quay M¸y Xóc gÇu ®Çy ®Êt vµ gÇu kh«ng cã ®Êt J0 ( KN.m.S2 ) , tèc ®é gãc lín nhÊt cña bµn quay Max (1/s) , Gia tèc gãc lín nhÊt (1/s2) ; Thêi gian khëi ®éng tk vµ phanh tp ; Gãc quay cña bµn quay (rad) ; HiÖu suÊt cña c¬ cÊu quay ; D¹ng ®­êng ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬ M=f(n) . C¸c th«ng sè nµy x¸c ®Þnh thêi gian quay T(s) , c«ng suÊt cÇn thiÕt lín nhÊt cña ®éng c¬ NMax (KW) hay m« men lín nhÊt cña ®éng c¬ MMax ( KN.m) . Khi tÝnh c¬ cÊu quay cã thÓ ¸p dông mét trong c¸c tr­êng hîp sau : 1. §èi víi M¸y Xóc mét ®éng c¬ , biÕt c«ng suÊt lín nhÊt NMax hay m« men lín nhÊt cña ®éng c¬ MMax , gãc quay Max , m« men qu¸n tÝnh cña bµn quay J , J0 , cÇn ph¶i x¸c ®Þnh gi¸ trÞ tèi ­u cña c¸c th«ng sè c¬ b¶n cßn l¹i cña bµn quay tMax ,… sao cho thêi gian quay lµ nhá nhÊt ( t) . 2. Khi tÝnh cho M¸y Xóc nhiÒu ®éng c¬ , biÕt , J , J0 cÇn ph¶i chän c¸c th«ng sè cßn l¹i tMax ®¶m b¶o tcho tr­íc trong ®iÒu kiÖn c«ng suÊt nhá nhÊt NMin hay m« men nhá nhÊt cña ®éng c¬ MMin . Trong thêi gian khëi ®éng quay bµn quay , m« men cña ®éng c¬ ph¶i th¾ng m« men c¶n tÜnh trªn bµn quay Mt , m« men khëi ®éng c¸c chi tiÕt chuyÓn ®éng quay tõ ®éng c¬ ®Õn bµn quay vµ m« men khëi ®éng bµn quay : MMax = Mt + Md1 + Md2 ( 9 ) Gia tèc gãc cña bµn quay : ( 10) Trong ®ã : J – M« men qu¸n tÝnh cña bµn quay khi gÇu v­¬n ra trung b×nh . Trªn c¬ së thùc nghiÖm , ta cã thÓ lÊy gÇn ®óng : Mt + Md1 = ( 0.08 – 0.1) MMax - M¸y Xóc mét ®éng c¬ . Mt + Md1 = ( 0.15 – 0.35 )MMax – M¸y Xóc nhiÒu ®éng c¬ . §o gia tèc gãc trung b×nh cã thÓ tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc : (11) Trong ®ã : a = 1.17 – HÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h­ëng Mt , Md1 . Qu¸ tr×nh quay m¸y cã thÓ xÈy ra hai tr­êng hîp : Quay m¸y theo hai giai ®o¹n : Khëi ®éng vµ phanh h·m ( H×nh IV-1) . Qu¸ tr×nh quay nµy th­êng tiÕn hµnh trong tr­êng hîp gãc quay nhá vµ trung b×nh . Tèc ®é quay lín nhÊt nhá h¬n tèc ®é quay tÝnh to¸n . Quay m¸y theo ba giai ®o¹n : Khëi ®éng , chuyÓn ®éng quay æn ®Þnh víi tèc ®é gãc lín nhÊt vµ phanh h·m (H×nh IV –2 ) . Trong tr­êng hîp gãc quay lín , ng­êi ta tiÕn hµnh quay m¸y theo ba giai ®o¹n . Giai ®o¹n ph·nh h·m ph¶i ®¶m b¶o dõng bµn quay ë mét vÞ trÝ x¸c ®Þnh . Thêi gian quay cã thÓ x¸c ®Þnh theo thêi gian cña c¸c giai ®o¹n . §èi víi tr­êng hîp quay m¸y theo hai giai ®o¹n : (12) §èi víi quay m¸y theo ba giai ®o¹n : (13) Trong ®ã : - thêi gian mét chu kú quay ; Thêi gian khëi ®éng , quay æn ®Þnh vµ phanh ë hµnh tr×nh quay cã t¶i ; - Thêi gian khëi ®éng , quay æn ®Þnh vµ phanh ë hµnh tr×nh quay kh«ng t¶i . H×nh IV – Sù thay ®æi tèc ®é quay cña m¸y xóc mét gÇu : a – Quay m¸y theo hai giai ®o¹n ; b – Quay m¸y theo ba giai ®o¹n . Thêi gian khëi ®éng víi gÇu ®Çy ®Êt ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : Coi gÇn ®óng MMax = const nªn = const , suy ra : (14) ( , C1 – HÖ sè quy ®æi thø nguyªn ) Gãc quay t­¬ng øng ë thêi kú nµy : (15) T­¬ng tù x¸c ®Þnh ®­îc thêi gian vµ gãc quay ë thêi kú phanh cã t¶i : (16) (17) Thêi gian chuyÓn ®éng æn ®Þnh cã t¶i ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : (18) Thêi gian quay cã t¶i : (19) §Æt th× khi ®ã ta cã : (20) LÊy ®¹o hµm vµ cho b»ng kh«ng , ta ®­îc : Thay gi¸ trÞ Cvµo biÓu thøc trªn , x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ tèi ­u cña vËn tèc gãc trong ®iÒu kiÖn cho tr­íc : (21) V× ®¹o hµm bËc hai lu«n lu«n d­¬ng ( ) nªn vËn tèc gãc vµ tû sè truyÒn t­¬ng øng cña c¬ cÊu quay sÏ ®¶m b¶o thêi gian quay lµ nhá nhÊt trong ®iÒu kiÖn cho tr­íc : Thay gi¸ trÞ vËn tèc gãc tèi ­u : vµo c«ng thøc : <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< 4. TÝnh to¸n tÜnh M¸y Xóc : NhiÖm vô cña tÝnh to¸n tÜnh lµ x¸c ®Þnh träng l­îng ®èi träng ®¶m b¶o c©n b»ng bµn quay M¸y Xóc víi mäi vÞ trÝ cña bé c«ng t¸c khi kh«ng ®µo ®Êt vµ tÝnh to¸n æn ®Þnh cña m¸y khi lµm viÖc còng nh­ khi di chuyÓn 4.1. X¸c ®Þnh träng l­îng ®èi träng : PhÇn lín c¸c c¬ cÊu cña M¸y Xóc ®Òu bè trÝ trªn bµn quay , do ®ã khi thiÕt kÕ m¸y bµn quay ph¶i ®¶m b¶o lu«n lu«n c©n b»ng . C©n b»ng bµn quay nh»m môc ®Ých lo¹i trõ hay gi¶m bít tæng hîp träng l­îng v­ît ra ngoµi chu vi vßng tùa cña bµn quay .KÝch th­íc cña bµn tùa ®­îc x¸c ®Þnh bëi kÝch th­íc hÖ di chuyÓn . Do ®ã khi thiÕt kÕ nªn bè trÝ c¸c c¬ cÊu lïi vÒ phÝa sau , gÇn thµnh sau cña m¸y ®Ó gi¶m träng l­îng cña ®èi träng . §èi träng cÇn ®¶m b¶o tæng hîp träng l­îng cña c¸c bé phËn , c¬ cÊu trªn bµn quay trong mäi tr­êng hîp kh«ng n»m ngoµi chu vi vßng tùa , nghÜa lµ kh«ng v­ît qu¸ ®iÓm tùa giíi h¹n tr­íc vµ ®iÓm tùa giíi h¹n sau . Do ®ã xÐt 2 vÞ trÝ bé c«ng t¸c ®Ó x¸c ®Þnh ®èi träng : VÞ trÝ ®èi träng bé c«ng t¸c sinh ra m« men lËt lín nhÊt vµ vÞ trÝ sinh ra m« men lËt nhá nhÊt . VÞ trÝ thø nhÊt tæng hîp träng l­îng lín nhÊt ®i qua ®iÓm tùa giíi h¹n tr­íc , vÞ trÝ thø 2 - §iÓm tùa giíi h¹n sau .Chän träng l­îng ®èi träng kh«ng ®­îc nhá h¬n gi¸ trÞ ®èi träng t­¬ng øng víi bµn quay lËt ë ®iÓm tùa tr­íc ®ång thêi kh«ng ®­îc lín h¬n gi¸ trÞ mµ bµn quay lËt ë ®iÓm tùa sau .Khi ®iÒu kiÖn nµy kh«ng tho· m·n th× ph¶i bè trÝ l¹i c¸c c¬ cÊu trªn bµn quay VÞ trÝ thø nhÊt : Bµn quay cña M¸y Xóc lËt ë ®iÓm tùa giíi h¹n tr­íc , cÇn nghiªng mét gãc 350 ®Õn 400 , gÇu ®Çy ®Êt , tay gÇu n»m ngang ( H×nh V – 1) >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> H×nh V – S¬ ®å tÝnh to¸n ®Ó x¸c ®Þnh träng l­îng ®èi träng M¸y Xóc gÇu thuËn . a – Khi bµn quay lËt ë ®iÓm tùa tr­íc ; b – Khi bµn quay lËt ë ®iÓm tùa sau . Träng l­îng ®èi träng G®t1®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m« men ®èi víi ®iÓm tùa tr­íc ( ®iÓm B ) cña M¸y Xóc ®Êt . G®t1= (21) Trong ®ã : Gg+® - Träng l­îng gÇu ®Çy ®Êt ; Gt – Träng l­îng tay gÇu ; Gc – Träng l­îng cÇn ; Ga – Träng l­îng c¸c bé phËn trªn bµn quay ; rg, rt, rc, ra, r®t – Kho¶ng c¸ch tõ träng l­îng gÇu , tay gÇu , cÇn c¸c bé phËn trªn bµn quay vµ ®èi träng ®Õn trôc quay vµ M¸y Xóc . VÞ trÝ hai : Bµn quay lËt ë ®iÓm tùa giíi h¹n sau , cÇn nghiªng mét gãc 550 ®Õn 600 gÇu kh«ng cã ®Êt vµ tùa trªn mÆt ®Êt ( H×nh V-2) . Träng l­îng ®èi träng G®t2 ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m« men cña tÊt c¶ c¸c träng l­îng ®èi víi ®iÓm tùa sau (®iÓm A) . (22) NÕu G®t2 > G®t1 th× träng l­îng ®èi träng chän gi÷a c¸c gi¸ trÞ nµy – gÇn tíi G®t1 . Khi G®t1 > G®t2 chøng tá c¸c bé phËn trªn bµn quay ®Æt qu¸ vÒ phÝa tr­íc bé c«ng t¸c qu¸ dµi vµ nÆng , vßng tùa kh«ng hîp lý vµ do ®ã ph¶i bè trÝ l¹i c¸c c¬ cÊu trªn bµn quay hoÆc thay ®æi kÝch th­íc bé c«ng t¸c . 5. æn ®Þnh cña M¸y Xóc : æn ®Þnh cña M¸y Xóc lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu sö dông quan träng mµ ng­êi thiÕt kÕ vµ sö dông ®Òu ph¶i quan t©m ®Ó ®¶m b¶o an toµn khi m¸y lµm viÖc ë chÕ ®é nÆng nhÊt , di chuyÓn trªn dèc vµ gãc dèc lín nhÊt . §é æ ®Þnh cña M¸y Xóc biÓu thÞ b»ng hÖ sè æ ®Þnh : K0® = (23) Trong ®ã : Mg- M« men cña tÊt c¶ c¸c lùc gi÷ M¸y Xóc kh«ng bÞ lËt ; Ml – M« men cña tÊt c¶ c¸c lùc g©y ra lËt . §èi víi tr­êng hîp æn ®Þnh cña M¸y Xóc gÇu thuËn khi lµm viÖc ®­îc x¸c ®Þnh ë cuèi qu¸ tr×nh ®µo , tay gÇu n»m ngang , gÇn ®Õn mÐp khoang ®µo , gãc nghiªng cña cÇn . M¸y Xóc cã thÓ bÞ lËt víi mÐp ngoµi cña c¸c b¸nh t× - §iÓm A ( H×nh VI) >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>.. H×nh VI – S¬ ®å tÝnh to¸n æn ®Þnh M¸y Xóc gÇu thuËn khi lµm viÖc . ë vÞ trÝ nµy gÇu chÞu t¸c dông cña lùc P01 ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®èi víi khíp tay gÇu vµ cÇn cña tÊt c¶ c¸c lùc t¸c dông lªn gÇu vµ tay gÇu . Khi ®ã lùc ë cÇn piston cña xi lanh tay gÇu ®­îc tÝnh to¸n theo ¸p suÊt lín nhÊt : P01= 6. TÝnh to¸n thiÕt bÞ c«ng t¸c cña M¸y Xóc thuû lùc gÇu thuËn : 6.1 – TÝnh gÇu : Nh÷ng lùc t¸c dông lªn gÇu : Lùc ®Èy cña xi lanh tay gÇu Pxt truyÒn qua khíp Sk vµ tay ®ßn (hoÆc thanh kÐo ) St hoÆc lùc ®Èy cña xi lanh Pxg . Träng l­îng gÇu Gg ; Lùc c¶n ®µo t¸c dông lªn r¨ng gÇu P0 . VÞ trÝ nguy hiÓm nhÊt cña gÇu lµ khi b¾t ®Çu ®µo ( H×nh VII ) , xi lanh tay gÇu vu«ng gãc víi tay gÇu vµ cuèi qu¸ tr×nh ®µo , tay gÇu n»m ngang ( H×nh VII-2) . H×nh VII – VÞ trÝ tÝnh to¸n gÇu M¸y Xóc thuû lùc gÇu thuËn . B¾t ®Çu ®µo khi xi lanh tay gÇu vu«ng gãc víi tay gÇu ; Cuèi qu¸ tr×nh ®µo , tay gÇu n»m ngang , S¬ ®å lùc t¸c dông lªn gÇu . Lùc P0 ®­îc coi nh­ cã ph­¬ng vu«ng gãc víi thµnh tr­íc vµ t¸c dông vµo nh÷ng r¨ng gi÷a ®èi víi sè r¨ng gÇu ch½n hoÆc vµo mét r¨ng gi÷a ®èi víi sè r¨ng gÇu lÎ .§èi víi gÇu kh«ng cã r¨ng P0 ®Æt ë gi÷a mÐp c¾t . Träng l­îng ®Êt kh«ng tÝnh ®Õn v× nã lµm gi¶m øng suÊt ë gÇu . Trong c¶ hai tr­êng hîp gÇu ®Òu gÆp ch­íng ng¹i . Tõ ph­¬ng tr×nh m« men cña tÊt c¶ c¸c lùc ®èi víi khíp tay gÇu vµ cÇn , x¸c ®Þnh ®­îc P0 : P0 = (26) X¸c ®Þnh Sk vµ St cã thÓ tiÕn hµnh tõ ph­¬ng tr×nh m« men cña tÊt c¶ c¸c lùc ®èi víi c¸c khíp hay b»ng ph­¬ng ph¸p ho¹ ®å lùc . TÝnh søc bÒn gÇu : CÊu t¹o cña gÇu rÊt phøc t¹p , c¸c bé phËn chÞu lùc kh¸c nhau , tiÕt diÖn cña thµnh vµ ®¸y còng thay ®æi nªn viÖc tÝnh to¸n chÝnh x¸c theo lý thuyÕt ®µn håi rÊt khã kh¨n . Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu thùc nghiÖm øng suÊt ë c¸c bé phËn cña gÇu ë ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm vµ ngoµi hiÖn tr­êng lµ ph­¬ng ph¸p tin cËy nhÊt ®Ó ®¸nh gi¸ ®é bÒn . S¬ ®å tÝnh to¸n gÇu ®óng thÓ hiÖn ë h×nh VII . C¸c phÇn tö cña gÇu ®­îc m« t¶ d­íi d¹ng hÖ thèng khung ph¼ng . S¬ ®å H×nh VII-1 lµ gÇu ®óc liÒn . Gi¶ thiÕt r»ng ®é cøng thµnh sau lín h¬n ®é cøng thµnh tr­íc vµ thµnh bªn th× s¬ ®å tÝnh to¸n cã thÓ coi lµ khung siªu tÜnh bËc 3 ( H×nh VII-2) . §èi víi gÇu mµ thµnh tr­íc vµ thµnh bªn ®óc liÒn , s¬ ®å tÝnh to¸n lµ vßm 2 khíp ( H×nh VII-3) , ë gÇu thµnh tr­íc vµ sau liªn kÕt víi nhau ë gi÷a thµnh bªn , s¬ ®å tÝnh to¸n cã thÓ coi nh­ mét vßm cã mét khíp chuyÖn ®éng ( H×nh VII-4 ) . >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> H×nh VII – S¬ ®å tÝnh to¸n gÇu 1- GÇu ®óc liÒn ; 2 – GÇu cã thµnh sau cøng ; 3 – GÇu cã thµnh tr­íc vµ thµnh bªn ®óc liÒn ; 4 – GÇu cã thµnh tr­íc vµ thµnh sau liªn kÕt víi nhau ë gi÷a thµnh bªn . Lùc t¸c dông lªn r¨ng gÇu chñ yÕu lµ P0 vµ tiÕt diÖn nguy hiÓm nhÊt lµ mÆt c¾t (n-n) H×nh VIII . Khe hë gi÷a thµnh lç vµ r¨ng gÇu kh«ng lín h¬n 12 mm vµ phô thuéc vµo dung tÝch gÇu . H×nh VIII – S¬ ®å tÝnh to¸n r¨ng gÇu 6.2 . TÝnh tay gÇu : Tay gÇu bÞ uèn trong mÆt ph¼ng ®øng , ngang , xo¾n , kÐo hoÆc nÐn . Nh÷ng øng suÊt nµy xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh ®µo vµ phanh ®ét ngét khi quay . VÞ trÝ tÝnh to¸n thø nhÊt : Trong qu¸ tr×nh ®µo ®Êt gÆp ch­íng ng¹i , lùc lín nhÊt cña xi lanh tay gÇu cã ph­¬ng vu«ng gãc víi tay gÇu ( H×nh IX ) . Tõ ph­¬ng tr×nh m« men cña tÊt c¶ c¸c lùc ®èi víi khíp tay gÇu vµ cÇn , ta x¸c ®Þnh ®­îc P01 : P01= ( 27 ) Thµnh phÇn lùc c¶n ®µo ph¸p tuyÕn :P02=0.5*P01 X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn lùc t¹i khíp 0 cã thÓ tiÕn hµnh b»ng ph­¬ng ph¸p gi¶i tÝch hay ho¹ ®å lùc . Trong qu¸ tr×nh ®µo ®Êt gÆp ch­íng ng¹i , gÇu dïng mét r¨ng ngoµi cïng ®Ó bËt ch­íng ng¹i nªn ngoµi lùc P0 cßn cã lùc K . Lùc nµy còng cã thÓ ph¸t sinh khi quay c¬ cÊu quay mµ qu¸ tr×nh ®µo ch­a kÕt thóc . Gi¸ trÞ lùc K ®­îc x¸c ®Þnh xuÊt ph¸t tõ m« men phanh c¬ cÊu quay Mf : K = (28) Trong ®ã : Mf – M« men phanh ®­a vÒ trôc quay cña bµn quay ; R – Kho¶ng c¸ch tõ mÐp r¨ng gÇu tíi trôc quay cña bµn quay ; - HiÖu suÊt c¬ cÊu quay tõ trôc ®Æt phanh ®Õn trôc quay bµn quay . TiÕt diÖn nguy hiÓm (m’-m’ ) cña tay gÇu chÞu t¸c dông cña c¸c m« men vµ lùc : - M« men uèn trong mÆt ph¼ng ®øng : Mx = (29) Trong ®ã : e - Kho¶ng lÖch t©m cña ®iÓm ®Æt lùc Z0 ®èi víi tiÕt diÖn (m’-m’ ) . - M« men uèn trong mÆt ph¼ng ngang : My= K(r0- ry ) (30) - Lùc kÐo : S = Z0+ (31) -M« men xo¾n do lùc K vµ P01 : Mx = K * rx + P01* a (32) øng suÊt lín nhÊt ë tiÕt diÖn (m’-m’ ) x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : (33) Trong ®ã : ; VÞ trÝ tÝnh to¸n thø hai : Tay gÇu n»m ngang v­¬n ra xa nhÊt , gÇu ®Çy ®Êt , cÇn nghiªng mét gãc 450 , m¸y quay víi vËn tèc gãc lín nhÊt , phanh ®ét ngét (H×nh X) . H×nh X – S¬ ®å x¸c ®Þnh t¶i träng ®éng trong thêi gian quay ë M¸y Xóc gÇu thuËn . Trong tr­êng hîp nµy , tiÕt diÖn nguy hiÓm lµ ( 0 – 0 ), ngoµi c¸c m« men vµ lùc trong mÆt ph¼ng ®øng do t¶i träng tÜnh cßn chÞu t¸c dông cña m« men uèn trong mÆt ph¼ng n»m ngang bëi c¸c lùc qu¸n tÝnh tiÕp tuyÕn cña gÇu vµ tay gÇu ( H×nh X ) . M« men uèn do lùc qu¸n tÝnh tiÕp tuyÕn cña gÇu ®Çy ®Êt ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : (34) Trong ®ã : - Gia tèc gãc trong thêi gian phanh ; g – Gia tèc träng tr­êng . M« men uèn do lùc qu¸n tÝnh tiÕp tuyÕn cña mét ph©n tè tay gÇu ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : TÝch ph©n sÏ ®­îc : (35) Trong ®ã lt – ChiÒu dµi tay gÇu . M« men uèn toµn bé trong mÆt ph¼ng ngang : 6.3 . TÝnh cÇn : Khi tÝnh cÇn th­êng tiÕn hµnh ®èi víi 2 vÞ trÝ ®µo ®Êt ( H×nh XI ). Tay gÇu cã ph­¬ng vu«ng gãc víi cÇn . KÕt thóc qu¸ tr×nh ®µo , tay gÇu n»m ngang . Trong c¶ hai vÞ trÝ ®Òu gi¶ thiÕt r»ng lùc t¸c dông cña xi lanh tay gÇu lµ lín nhÊt ë ®©y chØ tiÕn hµnh tÝnh to¸n ë vÞ trÝ thø nhÊt cßn vÞ trÝ thø hai tÝnh t­¬ng tù . Lùc t¸c dông lªn bé c«ng t¸c gåm cã : Lùc xi lanh tay gÇu , träng l­îng gÇu Gg , träng l­îng tay gÇu Gt , träng l­îng cÇn Gc , lùc c¶n ®µo P01 , P02 , lùc ngang K ®Æt ë r¨ng gÇu . H×nh XII – S¬ ®å tÝnh cÇn M¸y Xóc thuû lùc gÇu thuËn . Chia cÇn vµ tay gÇu thµnh hai dÇm riªng biÖt . X¸c ®Þnh ph¶n lùc ë khíp tay gÇu vµ cÇn Y0vµ Z0 . Tõ c¸c ph­¬ng tr×nh c©n b»ng cña cÇn : ; ; x¸c ®Þnh ®­îc Pxc , Y01 , Z01 . TiÕt diÖn nguy hiÓm lµ tiÕt diÖn (n-n) chÞu t¸c dông : - M« men uèn : Mx = (36) (37) - Lùc kÐo : S = Z0 + (38) -M« men xo¾n : Mx = K* rk (39) øng suÊt lín nhÊt ë tiÕt diÖn (n- n ) x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : Trong ®ã : ; . 7. N¨ng suÊt M¸y Xóc gÇu thuËn : N¨ng suÊt cña M¸y Xóc mét gÇu lµ thÓ tÝch khèi ®Êt ®¸ ®­îc ®µo trong khoang ®µo vµ ®æ lªn ph­¬ng tiÖn vËn chuyÓn hay ®æ thµnh ®èng trong mét ®¬n vÞ thêi gian . Dùa vµo c«ng thøc vµ ®Æc ®iÓm tÝnh to¸n cã 3 d¹ng n¨ng suÊt kh¸c nhau :N¨ng suÊt lý thuyÕt , n¨ng suÊt kü thuËt vµ n¨ng suÊt sö dông . *N¨ng suÊt lý thuyÕt ®­îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së lý thuyÕt (tèc ®é , t¶i träng , ®iÒu kiÖn lµm viÖc theo tÝnh to¸n , chÕ ®é lµm viÖc liªn tôc ) cã nghÜa lµ tÝnh theo gi¶ ®Þnh khi gÇu ®Çy ®Êt 100% vµ thêi gian lµm viÖc cña mét chu kú theo tÝnh to¸n . N¨ng suÊt lý thuyÕt tû lÖ thuËn víi dung tÝch h×nh häc cña gÇu vµ sè chu kú lµm viÖc trong mét ®¬n vÞ thêi gian : Qlt = 60*q*n0 = , m3/h (40) Trong ®ã : q – Dung tÝch h×nh häc cña gÇu , m3 ; n0 – Sè chu kú lµm viÖc lý thuyÕt trong mét phót , n0 = 4.5 3.5 - Thêi gian lý thuyÕt cña mét chu kú , = 16 17 s t® + td + tq+ t , s Víi : t® - Thêi gian ®µo ; td - Thêi gian dì t¶i ; tq – Thêi gian quay cã t¶i ; t - Thêi gian quay vÒ khoang ®µo . Thêi gian lý thuyÕt cña mét chu kú ®­îc x¸c ®Þnh khi chiÒu cao khoang ®µo b»ngchiÒu cao ®µo danh nghÜa , gãc quay 900 , ®æ ®Êt thµnh ®èng . * N¨ng suÊt kü thuËt lµ n¨ng suÊt thùc tÕ lín nhÊt cña m¸y khi lµm viÖc liªn tôc ë ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh vÒ tÝnh chÊt cña ®Êt , vÞ trÝ khoang ®µo , ®iÒu kiÖn chuyÓn vµ ®æ ®Êt ®ång thêi cã kÓ ®Õn hÖ sè lµm ®Çy gÇu . N¨ng suÊt kü thuËt ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : m3/ h . Trong ®ã : Kd – HÖ sè ®Çy gÇu ; Ktx- HÖ sè t¬i xèp cña ®Êt ; Kck- HÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña thêi gian chu kú , Kck= ; n = - Sè chu kú kü thuËt trong mét phót ; Tck – Thêi gian kü thuËt cña mét chu kú , s * N¨ng suÊt sö dông ®­îc tÝnh theo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cô thÓ nghÜa lµ cã kÓ ®Õn sö dông m¸y theo thêi gian vµ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : Qsd= Qkt*Kt*KQ = 60*q*n0*Kck*Kt*KQ* , m3/ h . Trong ®ã : Kt- HÖ sè sö dông m¸y theo thêi gian ; KQ – HÖ sè sö dông m¸y theo n¨ng suÊt , phô thuéc vµo tr×nh ®é cña ng­êi l¸i : NÕu KQ = 0.81 th× hÖ ®iÒu chØnh b»ng tay vµ tr×nh ®é ng­êi l¸i trung b×nh ; NÕu KQ = 0.86 0.98 th× hÖ ®iÒu khiÓn b»ng c¬ cÊu trî lùc ,