Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng
LỜI NÓI ĐẦU

Sau quá trình học tập nghiên cứu môn học Máy làm đất chúng em đã được trang bị
những kiến thức lý thuyết cơ bản về các máy làm đất. Đó là những cấu tạo, đặc tính,
thông số kỹ thuật, nguyên lý tính toán, phạm vi áp dụng sự kết hợp của các máy trong
quá trình sử dụng thực tế.
Hiện nay trong lĩnh vực cơ giới hoá thi công, lĩnh vực máy làm đất rất đa dạng và
phong phú, với rất nhiều chủng loại, đặc tính kỹ thuật, khả năng làm việc khác nhau.
Công việc mà máy làm đất thực hiện chủ yếu là việc đào đắp, san nền, làm móng...Như
vậy điều kiện làm việc là thường xuyên trực tiếp ở ngoài trời, tiếp xúc với bụi đất, mưa
gió...Yêu cầu đối với người quản lý sử dụng cần phải nắm bắt được toàn bộ những đặc
tính và khả năng làm việc của máy. Còn đối với người thiết kế cần phải nắm được các
thông số kỹ thuật, yêu cầu kết cấu, khả năng chịu lực, các sơ đồ dẫn động... Từ những
yêu cầu đó cần tiến hành tính toán thiết kế để đảm bảo máy sau khi thiết kế, chế tạo máy
có đầy đủ tính năng, khả năng làm việc như yêu cầu hỹ thuật đề ra.
Đồ án môn học Máy làm đất sẽ giúp cho chúng em nắm bắt được trình tự tính toán và
kết cấu máy cụ thể. Từ đó sẽ giúp cho chúng em củng cố được những kiến thức lý thuyết
đã học nắm bắt được trình tự tính toán các yêu cầu cụ thể khi tiến hành thiết kế máy cụ
thể ứng dụng sau này.
Đây là lần đầu thiết kế máy làm đất nói chung và máy ủi xới nói riêng.Trong quá trình
tính toán thiết kế còn nhiều thiếu sót,trình bày chưa được tốt.Nhưng đây là sự cố gắng
rất nhiều để hoàn thành công việc được giao.Em mong sự đóng góp của các thầy và các
bạn để bài làm hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

GVHD: Phan Văn Thảo
1

Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

CHƯƠNG 1. SỐ LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TOÁN
1.1 số liệu thiết kế:
Đầu đề: Thiết kế máy ủi + xới đất.
Các số liệu ban đầu:
-Chiều dài bàn ủi: 2600 mm
-Chiều sâu cắt đất :

+ ủi: 300 mm
+ xới: 350 mm

-Số răng xới: 4 răng.
-Độ dốc khi máy lên dốc: i=15%
- Cấp đất: cấp III
2.2 nội dung tính toán :
Phần tính toán chung:
-Công dụng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy ủi-xới
- Chọn máy cơ sở.
-Xác định các thông số cơ bản của máy.
-Tính toán kéo máy ủi.
-Tính năng suất máy ủi.
Xác định lực tác dụng lên máy và thiết bị ủi, thiết bị xới
2.3 Phần tính toán và thiết kế :
-Tính toán và thiết kế hệ thống thủy lực.


GVHD: Phan Văn Thảo
2


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CHUNG
2.1 Công dụng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy ủi
2.1.1 Công dụng
-Máy ủi thuộc máy chủ đạo trong nhóm máy đào và vận chuyển đất. Nó được sử dụng
hiệu quả để làm các công việc sau:
+Đào vận chuyển đất trong cự li tới 100m, tốt nhất ở cự ly từ 10-70m, với các nhóm đất
I,II,và III
+Lấp hào, hố và san mặt bằng nền móng công trình.
+Đào và đắp nền cao tới 2 m
+Ngoài ra máy ủi còn có thể làm các công viêc chuẩn bị mặt nền như: bào cỏ, bóc lớp
tầng phủ, hạ cây(đường kính tới 30cm), nhổ gốc cây, thu dọn mặt bằng thi công...Máy
còn được dùng để làm nhiệm vụ kéo cây hoặc đẩy các phương tiện khác.
2.1.2 Phân loại
-Máy ủi thường được phân ra theo loại công suất động cơ, lực kéo, kiểu điều khiển, đặc
điểm thiết bị di chuyển và kết cấu của bộ phận công tác.
*Tuỳ thuộc vào độ lớn của công suất động cơ và lực kéo danh nghĩa ở móc kéo của máy
cơ sở, máy ủi được chia thành các loại:
+Rất nặng (công suất trên 300CV, lực kéo trên 30T).
+Nặng (công suất 150-300 CV, lực kéo 20-30T).
+Trung bình (công suất 75-150 CV,lực kéo 13.5-20T).
+Nhẹ (công suất 35-75 CV, lực kéo 2.5-13.5T).
+Rất nhẹ (công suất 3.5 CV, lực kéo 2.5T).

*Theo kiểu điều khiển nâng hạ lưỡi ủi ta có:
+Điều khiển bằng tời + dây cáp.
+Điều khiển bằng cilanh thuỷ lực.
*Căn cứ vào thiết bị di chuyển ta có:
+Máy ủi di chuyển bằng bánh xích.
+Máy ủi di chuyển bằng bánh lốp.

GVHD: Phan Văn Thảo
3


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

*Hiện nay máy ủi có hệ thống điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực có nhiều ưu điểm nên
thường được chọn trong quá trình thi công
2.1.3 Cấu tạo
-Máy ủi- xới là sự kết hợp của 1 đầu kéo với 2 bộ phận công tác ủi. Bộ phận này được
chế tạo từ kết cấu thép với mối ghép hàn và các cụm chi tiết liên kết với nhau chủ yếu
nhờ khớp xoay.Bộ phận ủi có thể là vạn năng hoặc không vạn năng, với kiểu vạn năng
thì khung ủi có kết cấu liền khối và được nối với lưỡi ủi bằng khớp cầu.
-Lưỡi ủi bao gồm 2 phần cơ bản là thân lưỡi và lưỡi cắt. Thân lưỡi chế tạo từ thép
thường còn lưỡi cắt có dạng tấm được chế tạo từ thép hợp kim Mangan gồm 3 mảnh rời
nhau và được ghép với thân lưỡi bằng các bulông đầu chìm. Bộ công tác ủi được liên kết
với máy cơ sở thông qua liên kết chốt xoay ở chân khung ủi và hệ thống thỷ lực liên kết
không gian.
2.1.4 Nguyên lý làm việc
-Hạ lưỡi ủi bập xuống nền đào, cho máy tiên lên, đất dần dần tích tụ lại trước lưỡi ủi.
Khi đã tích đầy, vận chuyển khối đất đào bằng cách cho máy nâng lưỡi ủi lên một mức

(chưa thoát khỏi nền đào) Với mục đích đào thêm chút ít để bù hao khi vận chuyển.
-Khi ta muốn rải đều khối đất đã vận chuyển, cần phải nâng lưỡi ủi lên theo chiều dài
muốn rải và tiếp tục cho máy tiến.

GVHD: Phan Văn Thảo
4


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

2.2 chọn máy cơ sở và xác định lực kéo.

L­ ìi­Xíi­§iÒu­KhiÓn­B»ng­C¬­CÊu­4
Kh©u­vµ­1­Xy­Lanh­Thñy­Lùc

L­ ìi­Xíi­§iÒu­KhiÓn­B»ng­1­Xy­Lanh
Thñy­Lùc

L­ ìi­xíi­§iÒu­KhiÓn­B»ng­Khung­3
Khíp­vµ­1­Xy­Lanh­Thñy­Lùc

L­ ìi­Xíi­§iÒu­KhiÓn­B»ng­2­Xy­Lanh
Thñy­Lùc

Các Phương Pháp Điều Khiển Lưỡi Xới.

Bµn­ñi­L­ ìi­Th¼ng


Bµn­ñi­L­ ìi­Cong

Bµn­ñi­L­ ìi­Th¼ng­D¹ng­BËc
Bµn­ñi­L­ ìi­Cong­D¹ng­BËc

Các Dạng Bàn Ủi
 Chọn máy cơ sở: B10M
Thông số : + Khối lượng máy kéo cơ sở: Gm = 16,09 T
+ Công suất máy kéo: 132 KW
GVHD: Phan Văn Thảo
5


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

+ vòng quay động cơ: 1250 v/ph
+ Tốc độ di chuyển lam việc: 3,6 km/h
 Kiểm tra điều kiện sau:
Trong đó: -Tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi xới;
-Lực kéo tiếp tuyến của máy kéo;
-Lực bám giữa cơ cấu di chuyển và mặt đường.
= Wtb ủi+Wmáy +Wtb xới
Với:
 Wtb ủi = W1+W2+W3+W4
W1-Lực cản cắt đất thiết bị ủi.
W1=k.B.h1;
k-Lực cản cắt riêng,với đất cấp III chọn k=110 kN/m2
B-Chiều rộng bàn ủi, B = 2,6m

h1-Chiều sâu cắt đj sất thiết bị ủi:
h1 =
k1 :Hệ số kể đến rơi vãi sang hai bên;
+ với đất khô k1 =0,060,07
+ với đất ướt, dính k1 = 0,0250,32
Chọn k1 =0,06 với đất khô
V: Thể tích khối đất lăn trước bàn ủi; V phụ thuộc vào tính chất của đất và các
thông số hình học của bàn ủi.
V= =
Trong đó: HT :chiều cao kể cả tấm chắn phía trên của bàn ủi;
B=(2,63) H ==>chọn H = 1,44 (kể cả tấm chắn)
==> = 0,55 ==>Tra bảng chọn Kt =1,5
Vậy V = = 1,8 m3
h1 = = 0,042
Từ đó ta có: W1= 110.2,6.0,042 =12,012 kN
GVHD: Phan Văn Thảo
6


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

W2- Lực cản di chuyển khối đất lăn trước bàn ủi

B

H

b


W2 =V.ρ.µ2 = Gđ.µ2

G®
w2
h

w1

Trong đó:
2

+Gđ: Trọng lượng khối đất lăn trước bàn ủi :

B.H K
Gd = V .ρ =
.ρ
2.tgγ

+ρ=1,75 (T/m3) = 17,5 KN/m3: Trọng lượng riêng của đất chọn theo bảng
+µ2=0,7: Hệ số ma sát giữa đất và đất.
-Thay số liệu vào tính ta có: W2 = 1,8.17,5 .0,7 = 22,05(KN)
W3-lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi.
-Khi máy ủi thực hiện quá trình đào và tích đất, phía trước bàn ủi đất được cuộn
lên trên để tạo thành khối đất lăn có thể tích V và trọng lượng là G đ. Khối đất này sẽ nén
vào bề mặt làm việc của bàn ủi áp lực N. Dưới tác dụng của N, tại bề mặt tiếp xúc giữa
khối đất lăn và lòng bàn ủi xuất hiện lực ma sát F ms , chống lại chuyển động của đất khi
nó cuộn lên phía trên bàn ủi:
v
G®*η1*cos­δ

G®
w2

N=G®cos δ

W­=G®*
η1*cos­δ
3

GVHD: Phan Văn Thảo
7


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

-Lực ma sát này có phương vuông góc với phương của áp lực N và được xác định theo
công thức:
Fms=µ1.N=µ1.Gđ.cosδ
-Chiếu lực Fms xuống phương di chuyển, sẽ xác định được lực cản di chuyển do khối đất
cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra:
W3=Fms.cosδ = µ1.Gđ.cos2δ
+δ=450: Góc cắt của dao cắt.
µ1=0,6: Hệ số ma sát giữa thép và đất.
Thay số vào công thức ta có : W3= 0,6.1,8.17,5 450 = 9,45 kN (T)
 W4- lực cản ma sát giữa dao cắt của bàn ủi và đất.
-Lực cản này phụ thuộc vào thành phần thẳng đứng của lực cản cắt R 2 và trọng lượng
của thiết bị ủi, xác định theo công thức sau:
W4=µ1.(R2+GTB)

Trong đó:
R2 : lực cản theo phương thẳng đứng,
R2 = k.x.B
k : Hệ số khả năng chịu tải của đất; k = (50 – 60) N/cm2
x: chiều rộng mòn của dao cắt thường, x =1-1,5 cm
chọn x= 1cm
B: Bề rộng bàn ủi. B=2,6m
R2 =50.1.260 =13000N =1,3T
Gtb = 20%Gm =0,2.16,09 =3,22 T
: Hệ số ma sát giữa thép và đất, chọn = 0,5
Thay số vào ta có: W4=0,5.(1,3+3,22) = 2,26 (T)
Vậy Wtb ủi = 1,202+2,205+0,945+2,26 =6,612 T
 Wmáy -lực cản di chuyển máy ủi-xới.
Wmáy= Gm.(fi).
Gm-Trọng lượng máy cơ sở, Gm = 16,09 T
f-Hệ số cản lăn,với máy ủi-xới bánh xích f=0,1
GVHD: Phan Văn Thảo
8


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

i-độ dốc của bề mặt làm việc.
Thay số Wmáy =16,09.(0,1+0,15) =4,02 T
 Wcản xới:lực cản cắt đất của thiết bị xới.
Theo N.G Dombrovski ta có:
Wcản xới = n(P1+P2(f)), với n :là số răng xới n = 2 răng
Trong đó:

P1 : lực cản đào tiếp tuyến tại răng xới,N
P1 = K2.B.h
Với:
B: chiều rộng của phoi đất, B = 0,08 m
h : chiều dày phoi đất, chọn h =0,15m
K2 :Hệ số cản cắt thuần túy, Với đất cấp III thì K2 = 5,5-13; chon K2 =5,5
==>P1 =5,5.8.15 =660 N =0,066T
P2: Lực cản đào pháp tuyến tại răng xới,
P2 = .P1
Trong đó: = 0,3:Hệ số phụ thuộc
P2 =0,3.0,066 =0,0198T
Wcản xới = 4.[0,066+0,0198(0,1+0,15)] =0,2838 T
Vậy = 6,612+ 4,02+0,2838 = 10,916 T
 Tính Pk
Theo công thức:
N= ==> Pk = 11,88 T
 Tính Pb
Pb = . Gb = Gm.cos.kcd
Trong đó:
Gb :Trong lượng bám;
Gm: Trọng lượng máy ủi;
: Góc nghiêng máy làm việc theo phương ngang, < 100 nên cos =1
: Hệ số bám giữa dải xích với mặt đường, chọn = 0,09

GVHD: Phan Văn Thảo
9


Đồ án Máy Làm Đất


Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

kcd : hệ số kể đến trọng lượng máy phân ra các bánh chủ động, kcd =1 đối với bánh
xích
==>Pb = 0,9.16,09.1.1 = 14,481 T
Vậy: Điều kiên được thỏa mãn.Như vậy máy cơ sở B10M thỏa yêu cầu đề bài
2.3 Xác định thông số hình học

2ε

ϕ

2.3.1 Thông số hình học của máy cơ sở

Công
suất
động
cơ
(kW)

Lực
kéo
danh
nghĩa
(kN)

Tốc độ (Km/h)
Ứng với từng cấp số tiến

132


11,88

1

2

3

4

5

2,36 3,78 4,51 6,45 10,15
2.3.2 Thông số thiết bị ủi

R

H

O

HK

b

β0

βk


ε

a

0

δ α

GVHD: Phan Văn Thảo
10

Chiều Chiều
dài rộng
(mm)
(mm)

Chiều
cao
(mm)

Trọng
lượng
MK
(T)

4325

3140

16,09


2480


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

Thiết bị ủi điều khiển bằng thuỷ lực bàn quay
-Trọng lượng thiết bị ủi : G1=3,218 (T)
-Các thông số được chọn như sau :
STT

CC

Các thông số động

Loại bàn ủi quay

1
2
3
4

học của bàn ủi
Góc cắt đất δ
Góc đặt lưỡi εo
Góc đổ βo
Góc đặt của tấm chắn phía trên βk


5

Góc sau α

30o

6

Góc tạo bởi bàn ủi và dọc trục ϕ

600

Góc tạo bởi trục dao cắt với phương
ngang ε

750

ϕ

7

50o
75o
700
100o

Hình chiếu bằng
- Chiều cao bàn ủi được xác định thông qua công suất của động cơ máy kéo cơ sở
theo công thức:
-Chiều rộng bàn ủi xác định thông qua chiều cao bàn ủi với quan hệ:

GVHD: Phan Văn Thảo
11


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng
B = 2.6H

B= 2.6m.Thay số vào ta có : H = 1000 (mm)
- Bán kính cong của bàn ủi được xác định theo công thức:

H = a sinδ + R(cosδ +cosβ0) => R =

H − a sin δ
cos δ + cos β 0

+a =180 (mm) chiều rộng vùng phẳng trên bàn ủi để lắp dao cắt
Thay các số liệu vào ta có: R= 875(mm)
-Chiều cao tấm chắn phía trên bàn ủi tính theo công thức :
b =(0.15 ÷0.25).H
Thay số liệu vào ta có : b=200 (mm)
-Lực tác dụng lên dao cắt:

P
R1

R2

+R2 lực theo phương thẳng đứng tính theo công thức:

R2 = k’.x.B
k’ =50 N/cm2 hệ số chịu tải của đất
x=1 cm độ rộng mòn cùn của dao cắt
B = 260 cm bề rộng của bàn ủi
Thay số vào công thức trên ta có : R2= 13000 (N)
+R1 lực theo phương nằm ngang tính theo công thức:
R1 = µ1. R2 (N)
µ1=0.5 hệ số ma sát giữa thép và đất
Thay số vào ta có : R1= 6500(N)

GVHD: Phan Văn Thảo
12


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

2.3.3 Tính với thiết bị xới:
-Thiết bị xới được lắp phía sau máy cơ sở, điều khiển bằng thuỷ lực.
Có kết cấu như sau :
2

5

5

4

5


1-DÇm­chÝnh
2-CÇn­Piston­cña­xilanh­
3-R¨ng­xíi
1

4-M¸­®Ó­l¾p­Piston
3

5-M¸­®Ó­l¾p­r¨ng­xíi

- Trọng lượng của thiết bị xới G2=2,41 (T)
-Số lượng răng xới Z = 4
-Tầm với của răng xới : l=500(mm)
-Chiều sâu xới lớn nhất h max=350 (mm)
-Các lực tác dụng lên lưỡi xới:

P
R1

R2

+Lực cản đào theo phương ngang : P1=T.k1
k =0.8 hệ số sử dụng lực kéo của máy xới
T: Lực kéo danh nghĩa máy cơ sở: T= 11,88 T =118800N
Thay số vào công thức ta có: P1=118800.0,8=95040 (N)
+ Lực cản đào theo phương thẳng đứng tác dụng lên răng xới được xác định theo
công thức của giáo sư viện sỹ I.U.A Vetơrốp :
P2 = P1 .tgα


GVHD: Phan Văn Thảo
13


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

với α=250 Thay vào công thức trên ta có : P2 = 44318 (N)

- Chiều cao nâng bộ răng xới khỏi mặt đất khi di chuyển máy phải đảm bảo sao cho góc
tạo bởi giữa đường trục tâm của răng xới và phương ngang không nhỏ hơn 20 0. Theo
kinh nghiệm với máy xới loại trung bình chọn : H=650mm.
-Góc cắt của răng xới δ =400 dùng răng thẳng
-Tiết diện ngang của răng xới tại giữa răng có dang hình chữ nhật với chiều rộng b và
chiều cao h. Thông thường : b=(60 100)(mm), h=(150200)(mm) ta chọn :
b x h=125x200 (mm)
-Góc sắc của răng xới : β=δ−α ; α=60 là góc sau của răng xới. Vậy ta có β=340
-Chiều cao h1 của răng xới (hay còn gọi là chiều dài của răng xới) thường chọn dựa vào
chiều sâu xới lớn nhất :
h1= hmax+200(mm).
Thay số vào ta có : h1=550 (mm)
-Bước răng t là khoảng cách đo theo phương ngang giữa đường tâm của hai răng xới liên
tiếp nhau. Với máy xới trung bình 4 răng ta chọn :
÷

t=(300 500) (mm)
-Ta chọn bước răng là : t=500(mm)
-Khoảng cách từ mép xích di chuyển của máy đến bộ răng xới :
÷


a=(1.5 2.0) hmax
Thaysố chọn ta được : a=525 (mm)
-Vận tốc nâng, hạ bộ răng xới :
÷

+Khi nâng: vn =(0,3 0,5) m/s
+Khi hạ : vh=(0,5

÷

1,0 ) m/s

III-Xác định lực tác dụng lên máy ủi

GVHD: Phan Văn Thảo
14


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

-Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi thể hiện trên hình vẽ sau:

Zc

Pc
Xc


P

P2

GTB

P1
Trong sơ đồ trên, các lực tác dụng lên máy ủi gồm:
-Trọng lượng thiết bị làm việc GTB.
-Phản lực P của đất tác dụng lên dao cắt được phân thành hai thành phần P 1 theo
phương ngang và P2 theo phương thẳng đứng. Riêng với máy ủi vạn năng có thêm thành
phần P3 có phương vuông góc với trục dọc của máy.
-Lực nâng S trong cơ cấu nâng thiết bị làm việc.
-Phản lực tại khớp bản lề liên kết giữa khung ủi với máy P c . Phản lực Pc phân thành 2
thành phần:
+ Xc theo phương thẳng đứng.
+ Zc theo phương ngang.
1-Xác định các lực tác dụng lên máy ủi.
1. Trọng lượng thiết bị ủi GTB
GTB=3,218 (T)
2. Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi P
-Phản lực P được phân thành 2 thành phần:
+P1 theo phương ngang
+ P2 theo phương đứng
a) Khi bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất (dao bị mòn cùn)
GVHD: Phan Văn Thảo
15


Đồ án Máy Làm Đất


Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

-Trước bàn ủi chưa có khối đất lăn, lúc đó:
P1=R1= 0,65(T) ; P2=R2=1,3 (T)
ở đây P2 hướng lên và điểm đặt của P1 và P2 nằm tại mặt nền đất cơ bản.
b) Khi nâng bàn ủi ở cuối giai đoạn cắt đất và tích đất.
-Trước bàn ủi đã có khối đất lăn. Khối đất này tạo ra áp lực N, nén vào lòng bàn ủi. Dưới
tác dụng của N, tại bề mắt làm việc của bàn ủi xuất hiện lực ma sát F ms, cản lại chuyển
động của đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi: Fms=µ1.N.
-Mặt khác lực ma sát này được xác định theo công thức: Fms=Gđ.µ1.cosδ
Vậy P1 và P2 được xác định theo công thức:
P1=N.sin(δ+ϕ1)+R1
P2=N.cos(δ+ϕ1)-R2
-ở trường hợp này lực P2 hướng xuống và điểm đặt của P 1, P2 được nâng lên, cách mặt
nền đất cơ bản một đoạn: hp=(0.20÷0.27).H ⇒ hp= 230 (mm)
µ1=0.5: Hệ số ma sát giữa thép và đất.
Phản lực đất tác dụng lên bàn ủi

N

P1
R1

R1

δ

P1


P2
Fms

hp

P2

ϕ1

δ

R2

R2

Trong đó:
+δ=500: Góc cắt đất của dao cắt.
+ ϕ1: Góc ma sát giữa thép và đất ϕ1 =arctg(0,5)=26,50
+ Gđ=2,184 (T): Trọng lượng của khối đất trước bàn ủi.
-Khi máy ủi làm việc gặp chướng ngại vật ở dao cắt sẽ phát sinh tải trọng động.
Lúc đó phản lực theo phương ngang của đất tác dụng dao cắt là lớn nhất:
GVHD: Phan Văn Thảo
16


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

P1max=P1c+P1đ

Trong đó:
+P1c=14,481 (T) lực cản tĩnh, tính theo lực kéo lớn nhất của máy kéo
+P1đ: lực động được xác định trên cơ sở khảo sát máy ủi và chướng ngại vật như một hệ
thống đàn hồi một bậc tự do. Tính theo công thức:
P1d = V0 m..C0

Trong đó:
+V0=3,6 (km/h) là tốc độ chuyển động của máy ủi được tính tại thời điểm máy bắt đầu bị
quay trơn khi gặp chướng ngại, tính tương ứng với lực kéo lớn nhất nên thường chọn V 0
ở số I của máy kéo cơ sở.
+m=3,218 (T): khối lượng của bàn ủi.
+C0: Độ cứng tổng hợp của máy và chướng ngại vật. Tính theo công thức:
C0 =

C1.C2
C1 + C2

Trong đó:
+C1: độ cứng của thiết bị ủi: C1=α.GTB với α= 1.0 (kG/cm/kG) hệ số độ cứng của thiết
bị trên 1 kG trọng lượng của máy kéo ⇒ C1=3218 (kG/cm)
+C2: Độ cứng của chướng ngại vật: C 2=β.B với β=2.8 (kG/cm/cm) là độ cứng của
chướng ngại trên một cm chiều rộng bàn ủi ⇒ C2=728 (kG/cm)
Thay số vào tính toán ta có: C0= 594 (kG/cm) = 0,594(T/cm)⇒ P1đ=4,98 (T)
*Thay kết quả vào công thức trên ta có: P1max=19,461 (T)
-Để xác định P2 tiến hành giải phương trình :
P1=N.sin(δ+ϕ1)+R1
P2=N.cos(δ+ϕ1)-R2
Nghiệm của phương trình tính được:

N=


P1 − R1
P2 + R2
=
sin ( δ + ϕ1 ) cos( δ + ϕ1 )

GVHD: Phan Văn Thảo
17


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng
⇒P2 = (P1-R1).cotg(δ+ϕ1)-R2

-Lực P2 có giá trị max tại vị trí nâng bàn ủi lên ở cuối giai đoạn cắt đất và tích đất. Khi
đó R1=R2=0 và góc cắt δ có giá trị nhỏ nhất. Lực P 2 hướng xuống và được xác định theo
công thức:
P2max=P1.cotg(δ+ϕ1)
*Thay các giá trị vào công tức ta có: P2max= 0.16 (T)
-Bàn ủi của máy ủi vạn năng có thể quay trong mặt phẳng ngang .Khi góc quay của bàn
ủi ϕ khác 90o, thì phản lực P của đất tác dụng lên bàn ủi được phân thành 3 thành phần.
Ngoài hai lực P1 và P2 như ở trên còn thêm lực P3, có phương vuông góc với trục dọc của
máy. Dưới tác dụng của lực P3 máy có xu hướng bị quay vòng. Để máy vẫn có thể di
chuyển thẳng về phía trước khi làm việc thì giá trị lớn nhất của P 3 phải thoả mãn điều
kiện bám của cơ cấu di chuyển khi máy bị quay vòng
P3.l ≤ Mp → P3≤ Mp/l
Trong đó:
+Mp: Mô men cản vòng quay do tổng của các phản lực ngang của mặt đất tác dụng lên
cơ cấu di chuyển gây ra khi máy ủi quay vòng


Với máy ủi bánh xích: Mp =

µ pGL
4

L

P1
P3

L/2

P1

l

Trong đó:
+µp=0.8: Hệ số cản quay vòng của máy kéo xích.
+L=2060 (mm): Chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển;
GVHD: Phan Văn Thảo
18

Mp

B

O

P3



Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

+G=19,31 (T): Trọng lượng máy ủi dồn lên dải xích di chuyển khi thiết bị ủi nâng
khỏi mặt đất thì G chính là trọng lượng máy ủi
Thay số vào công thức trên ta có: Mp=7,96 (Tm)
+l=3750 (mm): Chiều dài cánh tay đòn tính toán
-Khi lực P3 làm máy ủi quay quanh điểm O thì P3 được xác định dựa vào mô men:
P3 =

Mp
l

-Thay số liệu vào tính ta được: P3 = 2,12 (T)
3. Lực tác dụng lên cơ cấu nâng thiết bị ủi
Sơ đồ xác định lực trong cơ cấu nâng (ở vi trí ấn sâu dao cắt xuống đất)

l1
GTB
S

Zc

Pc

y


r

P2

m

P

Xc

P1

l

lo

l1

* Khi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất
-ở giai đoạn cắt đất lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi được xác định từ phương trình cân
bằng mô men của các lực với điểm C
S=

GTB .l0 + P1.m + P2 .l
r

Thay giá trị P2max từ công thức vào phương trình trên ta có:

GVHD: Phan Văn Thảo
19



Đồ án Máy Làm Đất
S max =

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

GTB .l0 + P1max [ m + l cot g (δ + ϕ1 ]
r

Smax==15,40 T
Thay số vào ta có: Smax= 15,40 (T)
Giá trị lớn nhất của Smax trên cơ cấu nâng phải thoả mãn điều kiện ổn định của máy: S max
≤ Sy
Trong đó Sy là lực trên cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện ổn định của máy ủi. Với
máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực , vị trí để xác định S y là ở cuối quá trình cắt, trước bàn
ủi đầy đất, cơ cấu nâng làm việc để nâng thiết bị ủi, máy có xu thế lật
quanh điểm ngoài ra Sy còn được xác định ở vị trí bắt đầu ấn dao cắt xuống đất để thực
hiện quá trình cắt, máy có xu thế lật quanh điểm B
+Tính khi máy máy ủi lật quanh điểm A

Gm

S

P2

S

Gtb

A

m

P
P1

r

T

RA

B

lT
l1

l0
l

Khi máy ủi lật quanh điểm A thì lực P 2 được xác định từ phương trình cân bằng mô men
với điểm A và theo công thức
P2 =

Gm .lT + GTB (l 0 − l1 )
l − l1

P2==7,94 T
Trong đó:

+ GT và GTB là trọng lượng của máy kéo và của thiết bị ủi.
Thay số vào ta có: P2= 7,94 (T)
Lực Sy trong cơ cấu nâng được xác định khi máy lật quanh điểm A từ phương trình cân
băng mô men với điểm C, theo công thức:
GVHD: Phan Văn Thảo
20


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng
Sy =

P2 .l + P1.m + GTB .l0
r

Tha số vào tính ta có: Sy= 17,0 (T)
*Khi nâng thiết bị ủi ở cuối giai đoạn cắt đất

Gm

S

Q
P2

S
G®

C


Gtb

m

P
P1

r

A

B

l0
lr
l

-Lúc này ở phía trước bàn ủi đã tích đầy đất, đây là vị trí mà cơ cấu nâng làm việc nặng
nề nhất. Những lực tác động lên thiết bị ủi trong trường hợp này gồm:
+ GTB: Trọng lượng thiết bị ủi.
+Gđ : Trọng lượng của khối đất được nâng cùng bàn ủi.
+Q: Lực cản trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối
đất lăn trước bàn ủi.
+P1 và P2: Phản lực của đất tại dao cắt.
+Zc và Xc: Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy
Trọng lượng khối đất được nâng cùng bàn ủi xác định theo công thức:
B.H 2 .ρ
Gd = F1.B.ρ =
.K1

2tg γ

Trong đó:
+K1=0,25: Hệ số tỷ lệ giữa thể tích khối đất được nâng lên cùng bàn ủi và thể tích phần
đất còn lại của khối đất lăn trước bàn ủi.
+B,H: Chiều rộng và chiều cao bàn ủi.
+ρ=1,75 (T/m3): Trọng lượng riêng của đất.
GVHD: Phan Văn Thảo
21


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

+γ=500: Góc chảy tự nhiên của đất.
+F1: Diện tích tiết diện ngang của khối đất được nâng lên cùng bàn ủi
Thay số vào công thức ta có: Gđ= 0,55 (T)
-Lực cản trượt được xác định theo công thức:
Q = C.F2
Trong đó:
+C=0.5: Hệ số bám của đất và đất khi chúng trượt tương đối với nhau .
+F2: Diện tích bề mặt trượt giữa khối đất được nâng lên cùng bàn ủi và phần đất còn lại
trong khối đất lăn trước bàn ủi.Tính theo công thức: F2 = B.H2
+H2: Chiều cao của bề mặt trượt nói trên. Thường H2 = (0.7 ÷ 0.8). H = 0,7 m.
Thay số vào tính ta có: Q= 1,04 (m3)
Lực nâng Smax trong trường hợp này được xác định từ phương trình mô men lấy với điểm
C và được xác định theo phương trình sau :
S max =


S max =

GTB .l 0 + Gd .l r + Q.l + P2 .l + P1 .m
r

3,218.1,314 + 0,55.1,986 + 1,04.2,068 + 0,16.2,068 + 19,461.0,256
= 10,43
1,225

T

Thay giá trị vào tính toán ta có: Smax= 19,64 (T)
-Lực nâng Smax phải thoả mãn: Smax ≤ Sy
Sy=14.6 (T): Được xác định từ điều kiện ổn định, máy lật quanh điểm A- điểm tựa phía
trước của xích di chuyển
Kết hơp bài toán ta thấy điều kiện Smax ≤ Sy được thoả mãn
*Lực nâng để tính toán sức bền của cơ cấu nâng được xác định theo công thức:
St=Sy.Kđ
Trong đó:
+Kđ: Hệ số tải trọng động, Kđ = 1.4
Thay số vào tính ta có : St=21.5 (T)

GVHD: Phan Văn Thảo
22


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng


-Mặt khác lực nâng Smax phải được kiểm tra theo công suất động cơ của máy kéo và phải
thoả mãn điều kiện để máy vừa nâng thiết bị ủi vừa di chuyển khi làm việc:
S y .Vn

Nd / c ≥ Nn + Nd =

1000.ηn

+

Tmax .Vd
, kW
1000.ηd

Trong đó:
+Nđc=73.5 (kW): Công suất động cơ của máy kéo cơ sở.
+Nn: Công suất tiêu hao cho cơ cấu nâng thiết bị ủi.
+Nd: Công suất tiêu hao cho việc di chuyển máy.
+Sy=14.6 (T): Lực nâng xác định theo điều kiện ổn định.
+Vn=0.1 (m/s): Vận tốc nâng thiết bị ủi.
+Vd=0.5 (m/s): Vận tốc di chuyển của máy khi làm việc, ứng với tay số I
+ηn=0.95: Hiệu suất cơ cấu nâng.
+ηd=0.9: Hiệu suất cơ cấu di chuyển.
+Tmax=11.5 (T): Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của máy kéo
Thay số liệu vào công thức trên ta có: VP= 72.3 (kW).
-Với máy ủi điều khiển bằng thiết bị thuỷ lực ta xác định lực đẩy của pistong khi ấn sâu
cưỡng bức dao cắt vào đất ở giai đoạn bắt đầu đào. Lúc đó phản lực của đất P ,2 hướng
lên và được xác định từ phương trình cân bằng mô men với điểm lật B . Xác định theo
hình vẽ sau:


S

GT
r

lt

C
m

Gtb
A

P1

P2

l0

l1

l

Từ phương trình mômen cân bằng tại điểm B ta có:
,

P2 =

B


GT .lT + GTB ( l0 + l1 )
l + l1

GVHD: Phan Văn Thảo
23

T

RB


Đồ án Máy Làm Đất

Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

Thay số vào công thức ta có: P’2= 5.28 (T)
Xét sự cân bằng lực của riêng thiết bị ủi, sẽ xác định được lực đẩy của pistong trong xi
lanh theo công thức:
,

Sd =

P2 .l − P1.m − GTB .l0 R2 .l − R1.m − GTB .l0
=
r
r

Thay R2= k’.x.B và R1=µ1. R2 vào phương trình trên sẽ có:
k , .x.B.( l − µ1.m ) − GTB .l0
r


Sd =

Trong đó
+ k’, x, b, µ1 được xác định như tính toán ở trên
Thay số liệu vào ta có: Sđ= 720 (N)
Lực đẩy phải thoả mãn điều kiện : Sđ ≤ Sy'
Trong đó S'y được xác định theo điều kiện máy bị lật quanh điểm B và phương trình cân
bằng mô men với điểm C theo công thức sau:
'

P .l − P1.m − GTB .l0
Sy = 2
r
'

Trong đó:
+P2'=5.28 (T) được xác định trong tính toán ở trên
+ P1=11.5 (T) tính khi bất lợi nhất
Thay số vào công thức ta có: S’y=2.8 (T). Như vậy điều kiện trên được thoả mãn
4-Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo.
-Dưới tác dụng của các ngoại lực P1, P2, S và GTB, tại khớp C liên kết giữa khung ủi và
máy kéo sẽ xuất hiện phản lực RC. Phản lực này được phân thành hai thành phần X C và
ZC.Thể hiện trên hình vẽ sau:

GVHD: Phan Văn Thảo
24


Đồ án Máy Làm Đất


Bộ Môn cơ giới hóa Xây Dựng

S

r

P2

C

Gtb
A

Zc

Xc

m

P
P1

l0

B

l1

l


-Công thức xác định:
XC = P1+S.cosθ
ZC = S.sinθ - P2 - GTB
Trong đó:
+θ =600: Góc tạo bởi giữa cần của pistong nâng thiết bị ủi và đường tâm trục của khung
ủi.
-XC đạt giá trị lớn nhất khi dao cắt của bàn ủi gặp chướng ngại vật lúc đó:
P 1=11.5

(T)

;

P 2=

1.3

(T)

;

S=7.9

(T)

Thay các giá trị voà ta có: XC=15.5 (T) ; ZC=3.4 (T)
-Khi máy ủi làm việc trên bề mặt dốc thì các lực được tính là:
XC= P1+ S.cosθ + GTB.sinα
ZC= S.sinθ - P2 - GTB.cosα

Thay các giá trị vào ta có: XC=15.7 (T) ; ZC=3.5 (T)
Tính ổn định máy ủi.
I-Máy ủi cần được kiểm tra ổn định ở hai vị trí sau:
I.1-Dao cắt của bàn ủi gặp chướng ngại khi bắt đầu ấn sâu xuống đất.
-Trường hợp này tính cho máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực. Máy có xu hướng lật quanh
điểm O1, mô men gây lật chủ yếu do lực trong cơ cấu nâng S gây ra (H.4-10). Máy ủi
điều khiển bằng cáp ở trường hợp này thường không tính ổn định vì lúc đó lực nâng
trong pa lăng cáp xem như bằng 0 ( S = 0).

GVHD: Phan Văn Thảo
25