Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Máy đào gầu nghịch 0.8m3 - Nguyễn Bảo Trung

Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy đào gầu nghịch 0.8m3. Tài liệu trình bày chi tiết các bước tính toán tổng thể, kết cấu thép và hệ thống thủy lực.

• Tác giả: Nguyễn Bảo Trung
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Toàn Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Máy Xây Dựng & Xếp Dỡ
• Đề tài: Tính Toán, Thiết Kế Máy Đào Gầu Nghịch Hệ Thống Thủy Lực Dung Tích Gầu 0.8m³
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Máy Đào Gầu Nghịch

Máy đào gầu nghịch là một trong những thiết bị cơ khí quan trọng trong lĩnh vực xây dựng và khai thác mỏ. Với dung tích gầu 0.8m3, loại máy này được thiết kế đặc biệt để thực hiện các công tác đào, xúc đất với hiệu suất cao. Máy đào gầu nghịch hoạt động dựa trên nguyên lý hệ thống thủy lực, cho phép điều khiển chuyển động của các cơ cấu một cách chính xác và an toàn. Trong quá trình phát triển của công nghiệp chế tạo máy, máy đào một gầu đã trở thành giải pháp tối ưu cho các dự án xây dựng quy mô vừa và nhỏ. Sự kết hợp giữa công nghệ thủy lực hiện đại và kết cấu thép bền vững đã giúp máy đào gầu nghịch đạt được độ tin cậy cao trong thực tiễn sản xuất.

1.1. Nguyên Lý Hoạt Động Hệ Thống Thủy Lực

Hệ thống thủy lực của máy đào gầu nghịch 0.8m3 sử dụng áp suất chất lỏng để truyền động lực. Các xylanh thủy lực được kết nối với bộ phận công tác giúp thực hiện chuyển động xúc, nâng hạ gầu một cách mạnh mẽ. Sơ đồ thủy lực được thiết kế để điều phối các động cơ thủy lực, đảm bảo máy hoạt động hiệu quả trong các điều kiện công tác khác nhau.

1.2. Lịch Sử Phát Triển Máy Đào Một Gầu

Từ thế kỷ XVI, máy đào đã bắt đầu xuất hiện với động lực sơ khai. Đến thế kỷ XIX, máy đào gầu quay 360 độ được phát triển. Đặc biệt, từ năm 1910 trở đi, công nghệ máy đào di chuyển bằng bánh xích ra đời, mở ra kỷ nguyên mới của cơ giới hoá công tác đất trong xây dựng.

II. Thiết Kế Kết Cấu Và Các Thông Số Cơ Bản

Đồ án thiết kế máy đào gầu nghịch tập trung vào việc xác định các thông số cơ bản phù hợp với dung tích 0.8m3. Quá trình tính toán thiết kế tổng thể bao gồm xác định lực tác dụng lên các cơ cấu, lựa chọn động cơ phù hợp và tính toán năng suất làm việc. Kết cấu thép bộ phận công tác được thiết kế để chịu tải trọng lớn, bao gồm tính bền gầu xúc và tính toán tay cần. Máy đào gầu nghịch còn phải đảm bảo tính ổn định trong mọi điều kiện hoạt động, từ khi làm việc đến khi di chuyển trên các địa hình khác nhau.

2.1. Tính Toán Lực Tác Dụng Lên Cơ Cấu

Các lực tác dụng lên cơ cấu của máy đào gầu nghịch bao gồm trọng lượng gầu xúc, lực cản từ đất và lực quán tính. Tính toán chính xác các lực này là cơ sở để xác định công suất động cơ cần thiết và độ bền của các bộ phận. Công thức tính lực được áp dụng theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

2.2. Lựa Chọn Động Cơ Và Tính Năng Suất

Công suất động cơ được xác định dựa trên tính toán các lực cản và tốc độ hoạt động. Năng suất của máy đào 0.8m3 phụ thuộc vào chu kỳ làm việc, chất lượng đất và kỹ năng của người vận hành. Tính toán năng suất giúp dự báo được khối lượng công tác có thể thực hiện trong một thời gian nhất định.

III. Hệ Thống Điều Khiển Thủy Lực Và Di Chuyển

Hệ thống thủy lực điều khiển là trái tim của máy đào gầu nghịch hệ thống thủy lực. Sơ đồ thủy lực được thiết kế để điều phối hoạt động của các xylanh thủy lực một cách khoa học. Mỗi xylanh thủy lực được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo lực nâng đủ lớn và tốc độ chuyển động phù hợp. Bên cạnh đó, cơ cấu di chuyển máy đào sử dụng động cơ thủy lực để thực hiện các chuyển động tương đối mục tiêu. Lực kéo và công suất cần thiết cho cơ cấu di chuyển được tính toán dựa trên tính toán lực cản di chuyển và lực bám của máy đào trên mặt đất.

3.1. Thiết Kế Sơ Đồ Thủy Lực Toàn Bộ

Sơ đồ thủy lực của máy đào gầu nghịch bao gồm bơm thủy lực, van điều khiển và các xylanh thủy lực. Bơm được lựa chọn dựa trên lưu lượng và áp suất cần thiết. Nguyên lý làm việc của hệ thống thủy lực đảm bảo các chuyển động được điều khiển mượt mà và an toàn cho toàn bộ máy.

3.2. Tính Toán Cơ Cấu Di Chuyển Và Lực Bám

Cơ cấu di chuyển được thiết kế để máy đào có thể di chuyển linh hoạt trên các địa hình khác nhau. Lực bám của máy đào được xác định dựa trên trọng lượng máy và hệ số ma sát với mặt đất. Động cơ thủy lực của cơ cấu di chuyển được lựa chọn sao cho có đủ công suất để vượt qua các lực cản.

IV. Tính Toán Ổn Định Và Cân Bằng Máy Đào

Tính ổn định máy đào gầu nghịch là một yếu tố then chốt đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động. Cân bằng bàn quay được thực hiện thông qua tính toán trọng lượng đối trọng phù hợp. Máy phải đảm bảo ổn định cả khi làm việc và khi di chuyển, đặc biệt trong các trường hợp gặp chướng ngại vật hoặc làm việc với nền đất bết dính. Tính toán ổn định máy đào khi lên dốc là rất quan trọng để tránh hiện tượng lật úng không mong muốn. Bằng cách tính toán chính xác tâm trọng lực và bán kính ổn định, ta có thể xác định giới hạn an toàn cho máy hoạt động trong mọi điều kiện.

4.1. Cân Bằng Bàn Quay Và Đối Trọng

Cân bằng bàn quay được thực hiện bằng cách tính toán mô men lực của phần trên và phần dưới máy đào. Đối trọng được bố trí ở phía sau để cân bằng cho trọng lượng của bộ phận công tác phía trước. Hai trường hợp tính toán được xét: máy chưa tải và máy đang tải công việc tối đa.

4.2. Điều Kiện Ổn Định Khi Hoạt Động

Máy đào gầu nghịch phải duy trì ổn định khi làm việc với các loại nền đất khác nhau. Khi máy làm việc với nền đất bết dính, lực cản tăng đáng kể nên cần kiểm tra ổn định. Khi máy lên dốc, điều kiện ổn định trở nên nghiêm ngặt hơn, yêu cầu tính toán góc dốc tối đa mà máy có thể vượt qua an toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG TÁC ĐẤT VÀ MÁY LÀM ĐẤT 1. Quá trình phát triển của máy làm đất. Công nghiệp chế tạo máy nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển của nó đồng hành với quá trình phát triển của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người.

Bức tranh tổng thể của ngành chế tạo máy làm đất có thể chia thành các giai đoạn chính: A, Giai đoạn 1: Thế kỷ XVI đến thế kỷ XVIII Xuất hiện những phương tiện cơ giới và cơ giới hoá đầu tiên dùng trong khâu làm đất, động lực dùng trên các phương tiện cơ giới lúc đó chủ yếu là sức người, sức ngựa và bước đầu dùng động cơ hơi nước. Loài người đã chế tạo vàsử dụng máy đào một gầu q = 0,75 m3 đầu tiên. B, Giai đoạn 2: Thế kỷ XIX đến năm 1910 Trong giai đoạn này cùng với sự phát triển các công trình xây dựng lớn, nhất là công trình xây dựng giao thông, giao thông đường sắt, xuất hiện máy đào một gầu quay toàn vòng 3600 – chạy trên ray, cùng các loại máy làm đất khác. C, Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910 Khâu làm đất trong công tác xây dựng đã được tiến hành cơ giới hoá ở mức độ ngày càng cao do xuất hiện nhiều loại máy làm đất như: máy đào đất quay toàn vòng 3600, di chuyển bằng bánh lốp, bánh xích kể cả máy đào di chuyển bằng thiết bị tự bước.

Đồng thời để đáp ứng khối lượng công tác đất ngày càng lớn trong xây dựng cơ bản. Nền công nghiệp đã chế tạo nhiều loại máy làm đất có chức năng, công dụng, kết cấu khác nhau. Xu hướng phát triển máy làm đất trong giai đoạn này là nâng cao năng suất làm việc, tăng vận tốc di chuyển máy và vận tốc làm việc; sử dụng vật liệu kim loại, phi kim loại chất lượng cao để giảm khối lượng riêng của máy, nâng cao độ tin cậy của các chi tiết máy, giảm thời gian bảo dưỡng trong quá trình sử dụng, hoàn thiện các thiết bị động lực và truyền động cùng các hệ thống khác trên máy, chế tạo các bộ công tác (thiết bị làm việc) thay thế để máy có thể làm việc ở các điều kiện, chế độ khác nhau (tức là vạn năng hoá máy làm đất) nên năng suất làm việc của máy ngày càng được nâng cao. Trong những năm gần đây, khối lượng của một số máy làm đất giảm nhẹ đi 20 ÷ 30% nhưng công suất máy tăng lên đến 50 ÷ 80%.

Công suất trang bị 5 trên máy tăng lên kéo theo hiệu suất làm việc của máy tăng lên. Cũng với việc không ngừng cải tiến, hoàn thiện về nguyên lý, kết cấu, người ta còn sử dụng các bộ phận, các máy cơ sở được chế tạo theo tiêu chuẩn, theo môdun để hoà nhập xu hướng thống nhất hoá, tiêu chuẩn hoá và vạn năng hoá ngành sản xuất máy làm đất. Ý nghĩa cơ giới hoá công tác đất. Trong xây dựng cơ bản: xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thuỷ lợi… Đối tượng thi công trước tiên có khối lượng lớn – có thể nói lớn nhất là công tác đất.

Trong các công trình xây dựng, đất là đối tượng được xử lý với các phương pháp, mục đích khác nhau nhưng có thể tập hợp theo các quy trình công nghệ chính: Đào – Khai thác, vận chuyển, đắp, san bằng và đầm chặt. Trong đó, máy đào gầu nghịch thi công chủ yếu ở khâu Đào – Khai thác. Cơ giới hoá công tác đất có ý nghĩa trọng yếu và đó là vấn đề cấp bách, cần thiết do khối lượng công việc rất lớn, đòi hỏi nhiều nhân lực, lao động nặng nhọc, ảnh hưởng đến tiến độ thi công và năng suất lao động nói chung. Nhiệm vụ chủ yếu của cơ giới hoá là nâng cao năng suất lao động như V.

Lênin nói “ Năng suất lao động là điều kiện quan trọng và cơ bản nhất để xã hội mới chiến thắng xã hội cũ” Cơ giới hoá là biện pháp chủ yếu chứ không phải là biện pháp duy nhất nhằm tăng năng suất lao động. Năng suất lao động còn có thể tăng lên bằng cách hoàn chỉnh quy trình công nghệ đã ổn định thì áp dụng cơ giới hoá tiến tới tự động hoá khâu làm đất là biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động. Do vậy, có thể rút ra một số ý nghĩa của cơ giới hoá công tác đất: - Cơ giới hoá là bước đầu tiên và là một trong những biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động trong khâu làm đất. - Là biện pháp chính giảm nhẹ cường độ lao động cho công nhân.

Ngoài ý nghĩa trên, việc cơ giới hoá công tác đất còn góp phần: - Nâng cao chất lượng công trình xây dựng. - Giảm đáng kể diện hoạt động trên công trường. - Dễ dàng áp dụng tiêu chuẩn hoá, tiến hành công xưởng hoá các công đoạn của quá trình sản xuất, góp phần thực hiện thành công chủ trương công nghiệp hoá. - Đồng thời áp dụng cơ giới hoá khâu làm đất còn tiền hành được các 6 công việc mà lao động thủ công không làm được hoặc khó làm được.

Cơ giới hoá khâu làm đất thường thực hiện bằng các hình thức sau: - Máy và thiết bị cơ khí (Máy xúc, máy cạp, máy nỉ…) - Máy và thiết bị thuỷ lực (Súng phun thuỷ lực, tầu hút bùn…) - Chất nổ (mìn phá đá…) - Dòng điện cao tần, siêu âm …(phá tan vỡ đất) Cơ giới hoá khâu làm đất bằng máy và thiết bị cơ khí (phương pháp cơ học) là phổ biến nhất vì tính phổ biến và phổ cập của nó, đồng thời năng lượng tiêu tốn tính cho 1m3 đất rất nhỏ chỉ bằng khoảng 0,05 ÷ 0,3 KW. Năng lượng tiêu tốn khi dùng phương pháp thuỷ lực cao hơn nhiều – khoảng 0,2 ÷ 2 KW.h, có khi còn cao hơn, như đối với đất chặt lên tới 3 ÷ 4 KW.h Trên các công trình xây dựng, cơ giới hoá khâu làm đất bằng phương pháp cơ học chiếm khoảng 80 ÷ 85%, bằng phương pháp thuỷ lực khoảng 7 ÷ 8% và dùng chất nổ chỉ 1 ÷ 3%, còn lại là các phương pháp khác.3 Phân loại máy làm đất theo công dụng Máy làm công tác chuẩn bị: Máy xới tơi đất, máy dọn mặt bằng, máy cắt xén, nhổ gốc cây và gom phế liệu. Máy đào đất: Dùng để đào và xúc đất đổ vào phương tiện hoặc đổ thành đống. - Máy đào 1 gầu: Gầu thuận, nghịch, gầu dây, gầu ngoạm, gầu bào.

- Máy đào nhiều gầu: Hệ xích, hệ rôto. Máy đào và vận chuyển đất: Máy đào đất rồi gom lại thành đống hoặc chuyển đi và san thành từng lớp. Ví dụ: Máy ủi, máy san, máy cạp … Máy đầm đất: Dùng để lèn chặt đất, bao gồm máy lu bánh cứng trơn, bánh lốp, bánh vấu(lu chân cừu). Máy thi công đất bằng phương pháp thủy lực: Súng phun thủy lực, tàu hút bùn.

TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY ĐÀO MỘT GẦU 1. Công dụng và phạm vi của máy đào một gầu Máy đào một gầu chủ yếu dùng để đào và khai thác đất, cát phục vụ công việc xây dựng cơ sở hạ tầng trong các lĩnh vực: Xây dựng dân dụng và công nghiệp, khai thác mỏ, xây dựng thủy lợi, xây dựng cầu đường… 7 Tùy vào cơ cấu di chuyển và công dụng máy đào có thể làm việc trên nhiều loại địa hình khác nhau và trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau. Phân loại máy đào một gầu a) Phân theo dạng thiết bị làm việc: - Máy đào gầu thuận:làm việc tại những nơi cao hơn mặt bằng đứng của máy. - Máy đào gầu nghịch:làm việc ở những nơi thấp (hoặc cao) hơn mặt bằng đứng của máy.

- Máy đào gầu dây:làm việc ở những nơi thấp hơn mặt bằng đứng của máy. - Máy đào gầu ngoặm:làm việc ở những nơi thấp (hoặc cao) hơn mặt bằng đứng của máy. - Máy đào gầu bào. b) Phân loại theo hệ thống di chuyển: - Máy đào di chuyển bánh xích.

- Máy đào di chuyển bánh phao. - Máy đào di chuyển tự bước. c) Phân loại theo dung tích gầu: - Loại nhỏ: q < 1 m3. - Loại trung bình:q= 1,0…2,0 m3.

d) Phân loại theo hệ thống dẫn động thiết bị làm việc: - Máy đào một gầu dẫn động cơ khí. - Máy đào một gầu dẫn động thủy lực. e) Phân loại theo động cơ trang bị trên máy: - Máy đào một gầu trang bị một động cơ. - Máy đào một gầu trang bị nhiều động cơ.

- Máy đào một gầu trang bị tổ hợp. f) Phân loại theo công dụng: - Máy đào một gầu thông dụng. - Máy đào một gầu chuyên dùng. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.

Các phương án lựa chọn a. Máy đào gầu nghịch bánh lốp, truyền động cơ khí 8 Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch bánh lốp, truyền động cơ khí 1.cơ cấu di chuyển bánh lốp; 2.Cụm puly đầu tay cần; 9.Cáp nâng hạ cần; 10.Puly đổi hướng cáp; 11.Cáp nâng hạ thanh chống; 14.Cơ cấu kéo gầu; 16.Cơ cấu nâng hạ cần; 17.Cơ cấu nâng hạ thanh chống;18. Động cơ và các bộ truyền động;19. - Ưu điểm + Có thể di chuyển một quãng đường dài dễ dàng, nhanh chóng.

Có thể di chuyển nhiều với quãng đường dài với vận tốc tối đa đạt 30 - 40 km/h. - Nhược điểm + Khó di chuyển, làm việc trong môi trường có nhiều bùn, đất. + Độ ổn định kém, chỉ di chuyển được ở những nơi có địa hình phẳng.Đặc biệt, với truyền động cơ khí công xuất của máy đào sẽ không cao. Máy đào gầu nghịch bánh lốp, truyền động thủy lực 9 Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch bánh lốp truyền động thủy lực 1.Cơ cấu di chuyển bánh lốp; 2.

Xylanh điều khiển cần; 9. Xylanh điều khiển tay cần; 10.xylanh quay gầu; 12. Gầu - Ưu điểm + Có thể di chuyển một quãng đường dài dễ dàng, nhanh chóng. Có thể di chuyển nhiều với quãng đường dài với vận tốc tối đa đạt 30 - 40 km/h.

+ Có công suất làm việc lớn hơn so với truyền động cơ khí. - Nhược điểm - Khó di chuyển, làm việc trong môi trường có nhiều bùn, đất. - Độ ổn định kém, chỉ di chuyển được ở những nơi có địa hình phẳng. Máy đào gầu nghịch bánh xích, truyền động cơ khí Hình 1.3 Sơ đồ kết cấu máy đào gầu nghịch bánh xích, truyền động cơ khí 1.Cơ cấu di chuyển bánh xích; 2.Cụm puly đầu tay cần; 9.Cáp nâng hạ cần; 10.Puly đổi hướng cáp; 11.Cáp nâng hạ thanh chống; 14.Cơ cấu kéo gầu; 16.Cơ cấu nâng hạ cần; 17.

Cơ cấu nâng hạ thanh chống; 18.Động cơ và các bộ truyền động; 19.