Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam đang trên đà hội nhập và phát triển, các công trình xây dựng đang
và sẽ mọc lên ngày càng to đẹp và có hiệu quả.
Máy xây dựng nói chung và máy xây dựng Thuỷ lợi nói riêng đóng vai trò
quan trọng trong công tác xây dựng cũng như xây dựng thuỷ lợi, đặc biệt là
công tác làm đất.Vì công trình thuỷ lợi thường có khối lượng lớn, công tác làm
đất chiếm 60 ÷ 80% khối lượng công trình nên việc cơ giới hoá công tác làm
đất là quan trọng và cần thiết ...
Máy làm đất gồm các loại máy làm đất có công dụng chung như máy ủi,
san, đào...và máy thuỷ lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợi chuyên dùng).Trong
đó, máy ủi được sử dụng rộng rãi, nó có thể dùng để san mặt bằng công trình,
định hình mặt đường, san phẳng, đào đắp các công trình có chiều cao ± 3m ...
Hiện nay có rất nhiều chủng loại và số lượng máy được nhập vào nước ta từ các
nước Nga, Nhật, Mỹ... Tuy nhiên các máy đó không đáp ứng được hoàn toàn
yêu cầu công tác đất rất đa dạng của nước ta.
Để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tính
năng của máy,đồng thời còn phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộ công
tác của các loại máy, cho phù hợp với điều kiện nước ta và thuận tiện cho việc
thay thế sửa chữa khi bị hỏng.
Đồ án môn học “Máy thuỷ lợi” với đề tài “Thiết kế máy ủi với lưỡi ben
không quay” đã giúp em hiểu rõ hơn phần lý thuyết đã học đồng thời vận dụng
được nhiều hơn các kiến thức của các môn cơ sở cũng như chuyên ngành.Tuy
nhiên, trong quá trình làm đồ án, do còn thiếu kiến thức thực tế nên đồ án của
em không tránh khỏi những sai sót.Em kính mong các thầy cô giáo trong bộ
môn xem xét giúp đỡ em để em có thể sửa chữa trong đồ án tốt nghiệp sau này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Thinh, thầy giáo Hồ Sỹ
Sơn đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này.
Hà Nội ngày tháng 9 năm 2007
SVTH: Nguyễn Văn Duệ

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

1


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

PHẦN I: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LƯỠI ỦI
1. Xác định chiều cao lưỡi ủi:
Ta có: Gb = 16792 (kg) =167,92 (KN)
Gb

GMK = (1,17 − 1,22) = 14300 (Kg) = 143 (KN)
Trong đó Gb là trọng lượng bám của máy ủi
Chiều cao của lưỡi ủi xác định theo lực kéo T và điều kiện nền đất, để
tính toán sơ bộ máy ủi, chiều cao lưỡi ủi có thể xác định theo công thức kinh
nghiệm sau:
Đối với máy có lưỡi ủi cố định:
H = 500.3 0,1.T − 0,5.T (mm).

Trong đó:
T- Lực kéo danh nghĩa của máy kéo (KN),
Lực kéo T có thể xác định theo điều kiện bám: T=Gb. ϕ b,

ϕ b=0,9 với bộ di chuyển bánh xích.
⇒ T = 167,92.0,9 = 151,128 (KN)
Chọn T = 150 (KN)
⇒ H = 500.3 0,1.150 − 0,5.150 = 1158,1(mm) .
Chọn H=1150(mm).

2. Xác định chiều dài lưỡi ủi L:
Chiều dài của lưỡi ủi phải phủ kín chiều ngang của máy kéo và thừa ra mỗi
bên ít nhất là 100 (mm).
Chiều dài lưỡi ủi cố định tính theo công thức:
L = (2,8 ÷ 3).H = (2,8 ÷ 3).1150 = 3220 ÷ 3450(mm).

Chọn L = 3400 (mm).
3. Xác định các thông số về góc:
a.Góc nhọn β
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

2


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định
Góc nhọn β xác định đặc tính thay đổi áp lực riêng của lưỡi lên đất theo

mức độ mài mòn mép cắt. Góc β càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăng
chậm, lực cản cắt nhỏ nhưng độ bền lưỡi cắt giảm do đó  ≥ 20o.
Ψ

Chọn β = 25o.

δ

β

ε


H

H
1

Ψ

1

b.Góc cắt sau α :
Góc cắt sau
α xác định theo
R
điều kiện làm việc
của máy ủi, không
a
được nhỏ hơn các
góc lên dốc và góc
Hình 1:Dạng hình học lưỡi ủi .
xuống dốc của nền
thi công. Góc  càng nhỏ thì lực ma sát giữa lưõi cắt và đất càng lớn, do đó α =
δ

30 ÷ 35o.
Chọn α = 30o.
c.Góc cắt δ
Góc cắt ảnh hưởng lớn đến việc tiêu hao năng lượng cho quá trình đào, góc
cắt δ càng nhỏ thì lực cản cắt càng nhỏ.
Chọn δ = 55o
d.Góc quay δ :

o
Lưỡi ủi không quay: δ = 90 .

e.Góc chếch γ :
Góc chếch γ có thể thay đổi để máy làm việc ở sườn dốc, đất rắn chắc
cũng như để định hình mặt đường.Vì máy không có cơ cấu điều chỉnh nên góc
chếch γ có thể thay đổi trong khoảng ± 5o.
f.Góc đổ ψ
Góc đổ ψ chọn sao cho đất không tràn qua lưỡi ra phía sau. Khi góc đổ
ψ nhỏ thì đất nhanh tích luỹ vào trong lưỡi và lát cắt mau cuộn lại để đổ ra phía
trước như vậy sẽ tăng áp lực của đất vào lưỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát. Xuất
phát từ điều kiện đó, ψ có thể chọn trong giới hạn:
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

3


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định
ψ = 70 ÷ 75o (đối với lưỡi ủi không quay).

Chọn ψ = 75o.
g.Góc đặt lưỡi ủi ε :
Góc đặt lưỡi ủi ε là góc giữa đường nối mép cắt với mép trên lưỡi
ủi(không kể tấm chắn) và phương nằm ngang. Khi góc cắt lưỡi ủi nhỏ thì đất có
thể tràn qua lưỡi, khi góc cắt lớn sẽ làm xấu đi diều kiện chuyển động của đất
theo lưỡi ủi lên phía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng
lượng, do đó người ta chọn ε = 75o.
Hình dạng hợp lý của lưỡi ủi là hình thân khai với sự giảm dần độ cong về
phía trên, nhưng chế tạo khó khăn do đó lưỡi ủi có độ cong nhất định.

4. Xác định chiều dài phần thẳng a:
Chiều dài phần thẳng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lưỡi cắt, phần
thẳng chịu mòn nhiều nhất do đó phải chọn vật liệu hợp lý. Chiều dài a có ảnh
hưởng lớn đến việc tách đất ra khỏi khối đất chính.
Thông thường a = 150 ÷ 250 (mm)
Chọn a = 250 mm.
5. Bán kính cong của lưỡi ủi:
Bán kính cong có thể xác định theo công thức:
R=

H − aSinδ
Cosδ + Cosψ

a: chiều dài phần thẳng của lưỡi ủi.
R = H=1150(mm) đối với lưỡi ủi không quay.
6. Xác định chiều cao tấm chắn H1:
cao tấm chắn H1 phải bảo đảm điều kiện quan sát của người lái khi nâng lưỡi
ủi. Thông thường H1 = (0,1÷ 0,25)H, trị số lớn lấy đối với máy lớn. Tấm chắn có
dạng hình thang, chiều dài cạnh trên lấy lớn hơn chiều rộng nắp máy cơ sở
khoảng 200 ÷ 300 mm nhưng không nhỏ hơn 0,5L.
Thay số ta tìm được H1:
H1 = (115÷ 287,5) (mm)
Chọn H1=250 (mm)
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

4


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định


PHẦN II: TÍNH LỰC CẢN KHI MÁY ỦI LÀM VIỆC
Ta xét lực cản của máy ủi trong trường tổng quát nhất, khi máy ủi làm việc
trên dốc với góc a Tổng lực cản lớn nhất phát sinh ở cuối quá trình đào và bắt
đầu nâng lưỡi ủi. Trong trường hợp này lực kéo phải thắng các lực cản sau.
T ≥ W1 + W2 + W3 + W4 + W5.
Trong đó:
W1 - lực cản cắt.
W2 - lực cản ma sát giữa lưỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo
phương pháp tuyến Po2 gây ra.
W3 - lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi.
W4 - lực cản ma sát giữa đất và lưỡi ủi.
W5 - lực cản di chuyển máy ở trên dốc.

1-Lực cản cắt W1:
W1 = k . F. Sin ϕ
Trong đó:
k - hệ số cản cắt theo bảng (1-9), k = 0,12 MPa =120 (KN/m2)
F - diện tích lát cắt, F = L . h
L - chiều dài lưỡi cắt, L=3,4(m)
h - chiều dày trung bình của lát cắt

ϕ :góc lệch của lưỡi ủi so với trục dọc của máy
Sin ϕ =Sin(90 ) = 1
0

⇒ W1 = 1.120.3.4.h = 420h (KN)
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn


5


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

2. Lực cản ma sát giữa lưỡi ủi với nền đào do lực cản cắt pháp tuyến P 02 gây
ra W2.
W2 = f1 . P02 . Sin ϕ 
Trong đó:
P02 = k’ . L . x
k’ –hệ số cản cắt theo phương P02.
k’ = 0,5 MPa = 0,5 . 103 KN/m3.
x –chiều rộng của lưỡi cắt tiếp xúc với nền đào.
Lấy x=1(cm)=0,01(mm)
f1 –hệ số ma sát giữa đất và thép, tra bảng (1-5) ⇒ f1 = 0,5
Khi đó: W2 = 0,5.0,5.3,5.0,01.1 =8,75(KN)
3. Lực cản di chuyển đất trước lưỡi ủi (W3).
W3 = Vđ . γ . f2 . cosα. sin ϕ 
W3 = Gđ . f2 . cosα. sin ϕ 
L.H 2
V
=
Trong đó: V - thể tích khối đất trước lưỡi ủi, d 2.k
d
đ

kđ - hệ số thuộc tính chất đất và tỷ số
Với

H

L

H
= 0,36 theo bảng (7-3) có kđ = 0,86
L

2
2
⇒ Vd = L.H = 3,4.1,15 = 3,18(m 3 )

2.k d

2.0,86

f2 – hệ số ma sát giữa đất với đất, theo bảng (1-5), f2 = 0,70
g:trọng lượng riêng của đất theo bảng (1-2),γ = 17,1
(KN/m3)
⇒ W3 = 38,06.cosα
4. Lực ma sát giữa đất và lưỡi ủi (W4):
W4 = W4’ + W4”
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

6


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Áp lực tác dụng lên lưỡi ủi: N = N1 + N2
N1 là áp lực do thành phần trọng lượng đất, N1 = Ga . cos (δ - α)

N2 là áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi:
N2 = f2.Ga.cosα.sinδ
N = N1 + N2 = Ga.[cos(δ - α) + f2.cosα.sinδ].
W4’ là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lưỡi ủi từ dưới lên trên:
W4’ = f1.N.cosδ.sinϕ
⇒ W4’=f1.Ga.[cos(δ - α) + f2.cosα.sinδ].cosδ
W4” là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lưỡi ủi
W4” = f1.N.cosϕ
W4” = f1.N.cosϕ
⇒ W4 = f1 . Ga[ cos(δ - α) +f2. cosα . sinδ] . [cosδ. sinϕ + cosϕ]
= f1 . Ga[ cos(δ - α) +f2. cosα . sinδ] . cosδ. (KN) (Vìϕ=900)
0

0

Với f1 = 0,5 ; f2 = 0,7; sinδ = sin55 = 0,82; cosδ =cos55 = 0,57;
Ga = Vđ .γ =3,18.17,1 = 54,38 (KN)
⇒ W4 = 27,19. [cos(55-α) + 15,6. cosα ] (KN)
5. Lực cản di chuyển bản thân máy ủi trên dốc (W5)
W5 = ω .Gm . cosα + (Gm + Ga) . sinα
Trong đó: ω - hệ số cản truyển động ω = 0,1 ÷ 0,15
chọn ω =0,1
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

7


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định


Gm -trọng lượng máy ủi, Gm = 143(KN )
Ga- trọng lượng của đất Ga= 54,38 (KN)
Tổng lực cản chuyển động tác dụng lên máy:

∑ W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5
= 420 h+ 8,75 + 38,06.cosα +27,19.cos(55- α)+15,6. cosα +
14,4. cosα + 193,93.sinα

∑W = 21 + 420.h + 83,66.Cosα + 216,2.Sinα
Điều kiện làm việc của máy:
T ≥ ∑ W = 21 + 420.h + 83,66.Cosα + 216,2.Sinα
150 ≥ 21 + 420.h + 83,66.Cosα + 216,2.Sinα

h≤

129 −83,66.Cosα.216,2 Sinα
420

Xác định chiều sâu cắt ứng với góc α khác nhau: Dựa vào công thức nội
suy trên với mỗi góc dốc α khác nhau cho ta một giá trị chiều sâu cắt h tương
ứng, đến khi nào h ≤ 0 thì dừng lại.
Bảng chiều sâu cắt ứng với góc dốc:
α (độ)
0
1
2
3
4
5
6

7
8

h (m)
0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,055
0,047
0,039

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

8


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

9
10
11
12
13

0,031
0,023

0,015
0,006
- 0,003

PHẦN III: TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI
Máy ủi có cấu tạo rất phức tạp,nhưng lúc ta dựng lên máy hầu như tương
tự: Trọng lượng bộ lưỡi ủi Gu ,phản lực của đất tác dụng lên lưỡi ủi S n , phản lực
tại khớp giữa khung đẩy và máy trước Xc , Zc .
1. Trọng lượng bộ lưỡi ủi (Gu)
Trọng lượng bộ lưỡi ủi cần phải kiểm tra đối với máy ủi cáp vì lưỡi ủi ngập
vào đất nhờ trọng lượng bộ lưỡi ủi, còn với máy D150A có bộ điều khiển thuỷ
lực, lưỡi ngập vào trong đất nhờ lực của xilanh thuỷ lực do vậy trọng lượng của
bộ lưỡi ủi chỉ cần đảm bảo điều kiện bền.

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

9


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

*Vị trí tính toán:
-Máy ủi làm việc trên mặt phẳng nằm ngang, lưỡi ủi hạ vào nền đào hoặc
cắm sâu vào đất.
-Cáp nâng không căng, Sn=0.
*Lực tác dụng:
-Lực cản ma sát giữa lưỡi ủi và nền đào W2
-


Trọng lượng bộ lưỡi ủi Gu

*Trọng lượng nhỏ nhất của bộ công tác Gumin theo điều kiện ấn lưỡi sâu lưỡi ủi
vào đất được xác định theo phương trình mô men của tất cả các lực tác
dụng lên bộ công tác tại khớp C:
∑ Mc = 0 ⇒ Gu =

P02 .l − W2 .m
, trong đó:
l0

W2 = f1 . P02= f1.k’.L.x
2

k’: hệ số cản cắt, k’=500(KN/m ) (Bảng 1.9)
L=3,4(m), x=0,01(mm), m=0,454(m), l0=3,124(m), l=3,546(m)
f1=0,5
P02 .( l − f 1 .m
umin
Do đó G =
l0
=

)

k ' .L.x.( l − f1 .m
=
l0

)


500.3,4.0,01.( 3,546 - 0,5.0,454 )
= 18,06 (KN)
3,124

Với máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực, lực ấn sâu bộ lưỡi ủ vào đất là nhờ
lực của xilanh thuỷ lực do đó trọng lượng bộ lưỡi ủi dược xác định the điều kiện
bền của lưỡi ủi.
Chọn sơ bộ: Gu = 27.5(KN)
2.Tính Pt1max:
Theo công thức (7-23: Giáo trình MTL)
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

10


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định
(Gmk + Gu )ϕ max
t
P 1max = 1 − ϕ .Cotg (δ + ϕ )
max
1

Trong đó ϕ max -là hệ số bám lớn nhất của bộ di chuyển, ϕ max = 0,9
ϕ1 - góc ma sát giữa đất và thép

ta có: tg ϕ1 = f1 = 0,5 ⇒ ϕ1 = 26057’
Thay số:
P1tmax =


(143 + 27,5).0,9
= 166,2( KN )
1 − 0,9.Cotg (55 0 + 26 0 57 ' )

Theo công thức (7-20):
⇒ P1 = Pt1max . ka = 166,2 . 1,5 = 249,3(KN).
Trong đó ka = 1,5 :Hệ số tải trọng động
Mặt khác:
P 2max=P 1max.cotg( δ + ϕ1 )=166,2.cotg(55 +26 ,57’)=24,63(KN)
t

t

0

0

t

Theo (7-20) : P2 = P 2max . ka
P2 = 24,63.1,5 =36,945

(KN)

Lực P1, P2 xác định ở trên được dùng để tính bền bộ công tác.

3. Lực nâng bộ lưỡi ủi của xi lanh thuỷ lực
Lực nâng xi lanh thuỷ lực đạt giá trị lớn nhất khi bắt đầu cắt hay bắt đầu nâng
ở cuối quá trình cắt. Do đó ta tính lực nâng lớn nhất Snmax ở hai vị trí:

a.Vị trí 1: Lực nâng của xi lanh thuỷ lực ở đầu qúa trình cắt:

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

11


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Để xác định lực này ta thiết lập phương trình mô men của các lực tác dụng
lên bộ lưỡi uỉ đối với điểm C:
max

Sn

=

P02 .l − P01 .m − G u .l 0
r

Trong đó: P01 = p01 . L
p01-lực cản riêng theo phương ngang lưỡi cắt, tra bảng (7-4),
p01 = 40 N/mm = 40 KN/m
⇒ P01 = 40 .3,4 = 136(KN)
Theo tính toán ở trên ta có: P02 =k’.L.x=1200.4,13.0,007=34,69(KN),
3

( k’=2,5.10 ) (bảng 7-4)
Với l = 3,546 (m) ; l 0 = 3,124 (m) ; m = 0,454 (m) ; r =2,187 (m);

lm=1,39 (m)

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

12


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định
85.3,546 - 136.0,454 - 27.5.3,124
max
= 26,52( KN ).
Sn =
2,187

Trị số Snmax cần phải kiểm tra theo điều kiện ổn định của máy khi nó bập bênh
ở điểm A dưới tác dụng của lực đẩy.
max

Sn

≤ Sn

ođ

Xác định lực nâng lớn nhất theo diều kiện ổn định như sau:
Xuất phát từ phương trình cân bằng các lực tác dụng lên máy ủi khi máy kéo
bập bênh đối với điểm A, ta xác định lực P’ 02 cần thiết để giữ lưỡi uỉ khi chuyển
động:
G m .l m + G u (l 0 + l1 )

l + l1

P02 =
,

Trong đó: lm = 1,39( m) ; l1 = 1,209(m)
Thay số:

P

,
02

od
n

S

=

143.1,39 + 27,5.(3,124 + 1,209)
= 96.93( KN )
3,546 + 1,209

P02' .l − P01 .m − G u .l 0
=
r

Thay giá trị P’02 vào công thức:


S

od
n

=

96,93.3,546 - 136.0,454 − 27,5.3,124
= 42,5( KN )
2,187

Điều kiện ổn định Snmax ≤ Snođ thoả mãn.

b.Vị trí 2: Lực nâng của xi lanh thuỷ lực khi bắt đầu nâng bộ lưỡi uỉ ở cuối
qúa trình cắt.

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

13


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Lực Sn được xác định từ phương trình mô men các lực tác dụng lên bộ công
tác đối với điểm C: ∑ MC = 0.
Theo công thức (7-27):
Gu .l o + G d .l d + τ .l + P02t .l + P01t .m
Sn =
r


Trong đó:
lđ - khoảng cách từ trọng tâm khối đất đến khớp C: lđ = 3,325( m)
Gđ - trọng lượng khối đất được nâng lên
*Tính Gđ:

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

14


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Hình 2.4 – sơ đồ tính thể tích khối đất.
Fn : Diện tích mặt cắt ngang của đất ở trong lưỡi ủi.
Fn = =FAnB + FABD
Ta có :
ε = góc ABx = 750
ABd = 150

ϕ 0 góc ma sát trong của đất
AB =

DE
ED
H
1,15
+
= AB = 1,19

=
= 1,19 (m) ;Ta có
o
o
o
tg15
tg15 o
sin 75
sin 75

⇒ DE = 0,2

(m)

Ta có FABD =

1
1
.ED.AB= .0,2.1,15= 0,119 (m2)
2
2

Sinα =

AF 0,775
=
= 0,516 ⇒ α = 31,1o ⇒ gocAOB = 62 o
AO
1,5


⇒ FAnB =
FAnB =

α .π .R 2 Oß.AB
−
có OF=AOcos31o=1,28
2
360 o

62.π .1,5 2 1,28.1,15
−
= 0,325
360
2

(m)

(m2)

Fn=0,119+0,325=0,5185 (m2).
⇒ Gd = Fn.L.γ .1/KTX
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

15


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

= 0,5185.3,4.17,1.1/1,25 = 82,52(KN)

- Lực cản trượt τ xác định theo công thức.
τ = f2.T + C.F
T : Lực kéo đặt ở trước lưỡi ủi gặp chướng ngại vật thì. T = 0
C : Hệ số bám của đất khi trượt, tra bảng (1-7) lấy C = 0,04 (Mpa)
DE.3,4

F = BD.L = tg15. cos15 = 3,94 (m2)

F : Diện tích mặt trượt.

→ τ = C.F = 0,04.103. 3,94 = 157,6 (KN)
Lấy phương trình momen cân bằng của các lực tác dụng lên bộ công tác tại điểm
C ta có : ΣMc = Gu.l0 + τ.l + Gđ.lđ+P2.l + P1.m – Sn.r = 0
⇒Sn

max

G .l +τ.l+ G l + P t .l+P t .m
d. d 2 1
= u 0
r

Trong đó :
Pt1= 166,2(KN), Pt2= 24,63 (KN)
Gđ = 85,52 (KN)
Thay số:
S =
n

27,5.3,124 + 157,6.3,546 + 85,52.3,325 + 24,63.3,546 + 166,2.0,454

= 453,58 (KN)
2,187

kiểm tra điều kiên ổn định của máy. máy bị mất ổn định tại điểm B . Khi đó
lực P02’ để giữ máy
Lực Snođđáy khi cân bằng mô men tại điểm B.
’

P 02 =
P’02=

G

(

) ( )

l - G (l −l ) − G l − l − τ l − l
mk m
u 0 1
d d 1
1
l−l
1

143.1,39 − 27,5.(3,546 − 1,209) − 85,52.(3,325 − 1,209) − 157,6.(3,546 − 1,209)
3,546 − 1,209

=33,08 (KN)
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M

Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

16


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Snôđ =
Snôđ =

P .l + Gd .l d + Gu .l 0 + Gmk .l m + P01 .m
r
'
02

33,08.3,546 + 85,52.3,325 + 27,5.3,124 + 143.1,39 + 136.0,454
2,187

Snôđ =306,5 (KN)
Khi đó Snmax < Snođ Vậy máy làm việc ổn định.

4. Phản lực ở khớp C.
Phản lực ở khớp C, biểu thị bằng hai thành phần X C, ZC xác định từ hệ
phương trình cân bằng các lực tác dụng lên bộ công tác:
a. Máy làm việc trên mặt phẳng nằm ngang
Chiếu các lực theo phương ngang:
∑XC = 0 ⇒ XC = P1 + Sn . Cosθ
Chiếu các lực theo phương thẳng đứng:
∑ZC = 0 ⇒ ZC = Sn . Sinθ - P2 – Gu
Trong đó θ góc giữa xilanh thuỷ lực với phương ngang, θ = 600


XC = 249,3 +453,58. cos600 = 476,04( KN )
ZC = 453,58. sin600 –36,945- 27,5 = 295,36(KN)
b. Máy làm việc trên mặt dốc với góc dốc α
Chiếu các lực theo phương ngang:
∑XC = 0 ⇒ XC = P1 + Sn . cosθ +Gu . sin α
Chiếu các lực theo phương thẳng đứng:
∑ZC = 0 ⇒ ZC = Sn . sinθ - P2 – Gu . cos α
Sử dụng bảng tính với các gócα khác nhau:
XC = 476,64+ 27,5.sinα

(KN )

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

17


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

ZC = 355,8– 27,5.cosα
Bản tính giá trị Xc và Zc
Xc(KN)
47664
47668.8
47673.6
47678.39
47683.18
47687.97

47692.75
47697.51
47702.27
47707.02
47711.75
47716.47
47721.18
47725.86

α(độ)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

( KN )
Zc(KN)
3283
3283.042
3283.168

3283.377
3283.67
3284.046
3284.506
3285.05
3285.676
3286.386
3287.178
3288.053
3289.009
3290.048

PHẦN IV: TÌM HIỂU HỆ THỐNG THUỶ LỰC VÀ TÍNH CHỌN
XILANH
1.Hệ thống thuỷ lực của máy ủi.

6

1- Thùng dầu Thuỷ Lực

5

2- Bơm Thuỷ lực

4

3- Bộ phân phối điều khiển
4- Xi lanh thuỷ lực
5- Van 1 chiều và tiết lưu


7

3

8

2

6- Bộ phận phân phối hệ thống điều khiển
7- Van một chiều
8- Van an toàn
9- Bộ phận lọc
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

9

18

1


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Quá trình nâng ben:
Dầu từ thùng dầu 1, qua bơm 2,
van một chiều 7, Bộ phân phối
điều khiển 3, bộ phân phối điều
khiển này điều khiển van trượt để buồng bên trái của xi lanh thông với đường
dầu hồi và buồng bên phải của buồng Dầu được nối với đường ống từ bơm 2. Xi

lanh thuỷ lực được dịch chuyển về bên trái. Lưỡi ben được nâng lên.
Quá trình hạ ben:
Dầu từ thùng Dầu 1 qua bơm 2 tới bộ phân phối hệ thống 6 và bộ phân phối
điều khiển 3. Bộ phận này điều khiển con trượt để Dầu đi vào buồng bên trái của
xi lanh thuỷ lực và buồng bên phải của xi lanh thuỷ lực nối với đường hồi của hệ
thống. Lưỡi ben được hạ xuống nhờ lực của xi lanh thuỷ lực.
Bộ phận van một chiều và tiết lưu 5 đượcđặt trong ống dẫn của xi lanh thuỷ
lực 4 để tránh sự gián đoạn của dòng chất lỏng làm việc trong các khoang của xi
lanh thuỷ lực khi piston chuyển động nhanh dưới tác dụng của tải trọng ngoài.
Duy trì áp suất nhỏ cần thiết không đổi ở ống dẫn chính của xi lanh thuỷ lực để
đảm bảo độ tin cậy đóng mở con trượt 3 không phụ thuộc vào sự dao động áp
suất trong đường ống chính của bơm.
Van an toàn 8 và van một chiều 7 đảm bảo hệ thống không bị quá tải và bảo
vệ hệ thống điều khiển bằng tay khi hệ thống tự động làm việc.
2. Xác định đường kính xilanh:
1: Xác định đường kính xylanh và hành trình piston:
Ta có áp suất trong xilanh thuỷ lực p :
Đường kính cán piston d:

p = 26,2 MPa = 2,62.104 KN/m2.

d = 0,7 . D; ( D - đường kính piston ).

Đường kính xylanh được xác định theo công thức :
S n .k
S n .k
S n .k .4
π .D 2 S n .k
p=
⇒F=

⇒
=
⇒ D=
F
p
4
p
π .p

Trong đó : - p: là áp suất xylanh: p = 26,2 MPa = 2,62.104 KN/m2.
- Sn : là lực tác dụng vào xylanh.
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

19


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

- k: là hệ số an toàn về lực lấy k = 1,2.
- F: là diện tích mặt trong của xylanh.
Do thường bố trí hai xylanh nâng hạ lưỡi ủi nên ta có đuờng kính của mỗi
xylanh là:
D=

S n .k .4
2.π. p

a: Xét tại vị trí thứ nhất :
Tại vị trí thứ nhất lưỡi ủi thực hiện cắt đất ở chiều sâu cắt lớn nhất lực tác

dụng của xylanh vào phía không có cần của piston. Khi đó ta có :
D=

S n .k .4
=
2.π . p

35,04.1,2.4
= 0,032( m) = 3,2(cm)
2.3,14.2,62.10 4

Chọn : D = 4 ( cm ). Khi đó đường kính của cần piston là
d = 0,7. D = 0,7. 4 = 2,8 (cm) . Chọn d = 3 (cm).
Vậy ta có : D = 4 (cm); d = 3 (cm).
b: Xét tại vị trí thứ hai:
Vị trí tính toán thứ hai tính khi xylanh nâng lưỡi ủi ở cuối quá trình cắt. Khi đó
lực tác dụng của xylanh tác dụng vào phía có cần của xylanh. Ta có công thức
tính đường kính xylanh là:

4.S n .k
π .( D 2 − d 2 ) S n .k
F=
=
⇒ D2 − d 2 =
4
2. p
π .p
Thay d = 0,7. D vào ta có :
D 2 − (0,7.D ) 2 =
⇒D =


4.S n .k
4.S n .k
⇒ 0,51.D 2 =
⇒D =
2.π . p
2.π . p

4.S n .k
0,51.2.π . p

4.505,75.1,2
= 0,17(m) = 17(cm).
0,51.2.3,14.2,62.10 4

Chọn D = 17 (cm).: Khi đó đường kính cần piston là:
d = 0,7.D = 0,7.17=11,9 (cm). Chọn d = 12 (cm).
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

20


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Vậy ta có: D = 17 (cm) ; d = 12 (cm)
2. Xác định chiều dài xilanh:

l


xl

=

rn
3,4
=
= 1,039(m)
0
tg 73
tg 730

PHẦN V: TÍNH BỀN LƯỠI ỦI
I. Chọn vị trí tính toán và tính bền:
Để tính toán bền lưỡi ủi, đầu tiên phải phân tích ngoại lực tác dụng để tìm
ra cá vị trí có lực tác dụng lớn nhất theo điều kiện làm việc của máy ủi, vì với
lực lớn nhất đó khi tác dụng lên máy ủi sẽ gây lên nguy hiểm nhất là về phương
diện sức bền cho các chi tiết của máy ủi làm việc tương ứng với điều kiện và vị
trí đó.
Các ngoại lực tác dụng lớn nhất ở các điều kiện làm việc như sau:
- Lực P1 và Xc đạt tới giá trị giới hạn khi máy ủi làm việc ứng với lúc sử
dụng toàn bộ sức kéo của máy kéo và có thể tính đến lực tác dụng của lực quán
tính. Có điều kiện này là lúc máy ủi đang cắt bình thường mà lưỡi cắt gặp trở
ngại.
- Phản lực P2 và lực nâng xi lanh S có thể đạt tới giá trị lớn nhất tương ứng
lúc lưỡi cắt cùng với đất trong điều kiện sử dụng toàn bộ công suất của động cơ.
Điểm tác dụng của P1, P2 có thể là điểm bất kỳ nào đó trên bề mặt lưỡi cắt. khi
tính các chi tiết riêng biệt nào đó cần xét đến ảnh hưởng P1, P2.

1,Chọn vị trí tính toán.


Vị trí thứ nhất :
Trong quá trình cắt lưỡi ủi gặp chướng ngại, điểm tựa của chướng ngại nằm
ở giữa lưỡi ủi, khi đó cơ cấu nâng ở vị trí làm việc.
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

21


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Điều kiện tính toán :
* Máy ủi chuyển động trên mặt ngang với tốc độ danh nghĩa.
* Khi va vấp vào chướng ngại máy sử dụng lực kéo bám là lớn nhất.
kđ = 2,5

Vị trí thứ hai :
Trong quá trình nâng lưỡi ủi ra khỏi chiều sâu cắt gặp chướng ngại điểm
tựa của chướng ngại ở giữa đồng thời máy chuyển động.
Điều kiện tính toán :
* Máy ủi chuyển động trên mặt ngang.
* Lực nâng và lực kéo lớn nhất được xác định theo điều kiện ổn định và theo
công suất của động cơ ;

kđ = 1,5.

Vị trí thứ ba :
Trong quá trình ấn sâu lưỡi ủi vào đất gặp chướng ngại vật điểm tựa của
chướng ngại nằm ở giữa, đồng thời máy chuyển động.

Điều kiện tính toán :
* Máy ủi chuyển động trên mặt ngang.
• Lực ấn sâu và lực kéo lớn nhất, kđ = 1,5.

Vị trí thứ tư :
Cắt đất gặp chướng ngại, điểm tựa của chứơng ngại ở mép ngoài cùng của
lưỡi ben cơ cấu nâng đống.
Điều kiện tính toán : Như vị trí 1.

Vị trí thứ năm :
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

22


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Tương tự như vị trí 2, với điểm tựa của chướng ngại ở mép ngoài cùng của
lưỡi ben.
Điều kiện tính toán : Như vị trí 2.

Vị trí thứ sáu :
Tương tự vị trí 3, điểm tựa của chướng ngại ở mép ngoài cùng.
Điều kiện tính toán : Như vị trí 3.
2,Tính toán bền lưỡi ben
Tính toán bền lưỡi ben theo trình tự sau đây. khi xây dựng sơ đồ tính toán
máy ủi.
Ta thấy các ngoại lực G, P1, P2, Sn tác dụng lên máy ủi. Trọng lượng của các
thiết bị công tác và vị trí trọng tâm được xác định từ số liệu của mô hình thực tế

tương tự.
Ngoài các lực P1, P2, Sn tác động vào lưỡi ben còn có trọng lượng lưỡi ben
Guvà các lực XA1 ; ZA1 ; XA2 ; ZA2 tại khớp và PB1 và PB2 tại thanh chống.
Hãy coi lưỡi ben như một dầm liên kết khớp tại các điểm A 1 và A2 trong đó
bỏ qua mô men tác động trong mặt phẳng ngang đặt vào lưỡi ben theo các dầm
đẩy , điều đó chỉ làm tăng độ an toàn lên một ít .
Hình 2.6 – Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi.

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

23


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

24


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định

Giả thiết rằng hình dáng và kích thước mặt cắt ngang của lưỡi ben là không
đổi dọc theo chiều dài lưỡi ben .
Mặt cắt a-a là mặt cắt nguy hiểm nhất , vì tại vị trí đó sẽ có nội lực là lớn
nhất .
Nội lực xuất hiện trong mặt cắt nguy hiểm sẽ xác định được nếu xác định
được toạ độ trọng tâm của mặt cắt và phương của các trục quán tính chính.

Sau đây sẽ xác định các đặc trưng của mặt cắt .
Hình dạng mặt cắt (hình vẽ).
Phần lưỡi cong có bán kính cong R = 1500 ( mm).
Chọn chiều dày δ = 15 (mm)
Góc đặt lưỡi ε = 750
Phần nối tiếp với phần cong để lắp lưỡi cắt có δ =15 (mm), dài 200 (mm)
Lưỡi cắt dày δ =20 (mm)

dài 250 (mm)

Xà ngang tăng cứng , chọn thép hình trữ nhật có cùng kích thước :
b = 15 (mm)

h = 100 (mm)

Trị số cần tìm với các trục
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

25