ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI
KHOA MÁY XÂY DỰNG VÀ THIẾT Ị THUỶ LỢI


ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY THUỶ LỢI
ĐỀ BÀI:

Thiết kế khung ủi với lưỡi ben quay lắp trên máy cơ sở komatsu D575A-3 .
SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:

Máy cơ sở: komatsu D575A-3.
Máy làm việc ớ đất cấp II.
Kiểu khung ủi quay (vạn năng).

YÊU CẦU:
MỘT BẢN THUYẾT MINH GỒM:
Chương I: xác định các thông số cơ bản của lưỡi ủi vạn năng:
Chương II: thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu cắt ứng với các góc dốc

khác nhau:
Chương III: xác định các lực tác dụng lện máy ủi:
Chương IV: tính chọn sơ bộ hệ thống thuỷ lực:
Chương V: tính bền kung ủi:
BẢN VẼ:

Một bản vẽ tổng thể toàn máy: A0 :
Một bản vẽ lắp: A1 :
HD: VŨ VĂN THINH

HỒ SĨ SƠN

-1-

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

LỜI NÓI ĐẦU
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 khung ủi với lưỡi
ben 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 23 tháng 9 năm 2007
NGUYỄN TRUNG BIÊN
HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

-2-

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
CỦA LƯỠI ỦI VẠN NĂNG
I: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY CƠ SỞ KOMATSU D575A-3
1: một số kích thước cơ bản máy:

2: các thông số về động học - động lực học:
Trọng lượng toàn bộ máy ủi cơ sở (komatsu D575A-3)
GMU = 152600 (Kg) = 1526 (KN)
Trọng lượng máy kéo:
GMK = 114580(Kg) = 1145,8(KN)
Vận tốc:


Công suất máy cơ sở:
NCS = 858 (KW)
Lực kéo lớn nhất ở vận tốc số một:
T1 = 1400 (KN)
II: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LƯỠI ỦI VẠN NĂNG:

1: Chiều cao lưỡi ủi:

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

-3-

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

Chiều cao lưỡi ủi được xác định thông qua lực kéo và điều kiện nền đất.
Trong tính toán sơ bộ máy ủi, chiều cao lưỡi ủi có thể xác định từ công thức
thực nghiệm sau:
Đối với lưỡi ủi quay (lưỡi ủi vạn năng) xác theo công thức:
H = 450.3 0,1.T − 0,5.T (mm) (1-1)
Trong đó : T - lực kéo danh nghĩa của máy kéo (KN) xác định từ điều
kiện bám:
T = GB gϕ B ( KN )
(1-2)
Gb - trọng lượng bám của máy ủi (KN) trong thiết kế sơ bộ có

thể lấy :

GB = (1,17 ÷ 1, 22)GMK ( KN )

GB ≈ 1340, 6 ÷ 1397,9( KN )
Chọn
GB = 1350 (KN)
ϕB - hệ số bám của máy kéo: do máy cơ sở lá máy kéo bánh
xích nên ta lấy
ϕB = 0,9
Thay số vào công thức (1-2), (1-2) ta có.
T = GB gϕ B ( KN )
T = 1350g0,9 = 1215( KN )
H = 450. 3 0,1.T − 0, 5.T
H = 450g3 0,1g1215 − 0,5g1215
H = 1621,3( mm)
Chọn H = 1650 (mm)
2: xác định chiều dài lưỡi ủi.
Chiều dài lưỡi ủi yêu cầu phải phủ kín chiều ngang của máy kéo cơ sở, và
thừa ra mỗi bên ít nhất là 100(mm). Đối với lưỡi ủi vạn năng chiều dài có
thể xác định theo công thức.
L = LCD + (20 ÷ 30) 0 0 LCD

Trong đó. Lcd - chiều dài lưỡi ủi cố định.

Lcd = (2,8 ÷ 3) H (mm)
Lcd = (2,8 ÷ 3)g1650 = 4620 ÷ 4950( mm)

Chọn
Thay vào ta có.


Lcd = 4950 (mm)

L = LCD + (20 ÷ 30) 0 0 LCD
L = 4950 + (0, 2 ÷ 0,3)4950 = 5940 ÷ 6435

chọn L = 6000
HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

-4-

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

3: xác định góc cắt δ:
Góc cắt ảnh hưởng tới việc tiêu hao năng lượng cho quá trình đào. δ càng
nhỏ thì lực cản cắt càng nhỏ, nhưng độ bền càng kém vì vậy thông thường
người ta lấy: δ = 500  550 ta chọn δ=550
4: xác định góc nhọn β:
Góc nhọn β xác định đặc tính thay đổi áp lực riêng của lưỡi lên đất theo
mức đọ mài mòn mép cắt. góc β càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăng
chậm, lực cắt nhỏ nhưng độ bền giảm thông thường. β ≥ 200 chọn β = 250
5: xác định góc cắt sau α:
Xác địng theo điều kiện làm việc của máy ủi, không được nhỏ hơn góc lên
dốc và xuống dốc của nền thi công. α càng nhỏ thì masát giữa lưỡi và đất
càng lớn, do đó α = 30 350 chọn α = 300

6: góc lệch lưỡi ủi ϕ:
Xác định xuất phát từ điều kiện yêu cầu vận chuyển đất về một phía. Khi ϕ
thay đổi thì trọng tâm của máy cũng thay đổi. Thông thường ϕ = 55  600 ta
chọn ϕ = 600
7: xác định góc chếch γ :
Có thể thay đổi để máy làm việc ở sườn dốc, đất rắn chắc và khi định hình
mặt đường. Ta chọn γ thay đổi trong khoảng γ = ±0 ÷ ±120
8: xác định góc đổ ψ:
Góc đổ chọn sao cho đất không tràn qua lưỡi ủi ra phía sau. Khi góc đổ nhỏ
thì đất nhanh tích luỹ vào lưỡi ủi và lát cắt sẽ mau cuộn lại để đổ ra phía
trước, như vậy seư làm tăng áp lực của đất vào lưỡi, dẫn đến tăng lực masát.
Do đó đối với lưỡi ủi vạn năng có thể lấy. ψ = 70750 chọn ψ = 75
9: xác định 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. ε càng nhỏ thì đất có thể tràn qua lưỡi ủi. ε lớn thì làm
xấu đi 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 gười ta chọn ε = 750
10: xác định chiều dài phần thẳng a:
Là phần chịu mòn nhiều nhất, có ảnh hưởng lớn tới việc tách đất, phụ thuộc
vào điều kiện lien kết với lưỡi cắt. Thông thường người ta lấy.
a = 150  200(mm) chọn a = 200
11: xác định bán kính cong lưỡi ủi R:
Bán kính cong phải đảm bảo lực masát giữa đất và lưỡi ủi là nhỏ nhất. Ta có
thể xác định bán kính cong theo công thức.

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

-5-


SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

H − a gsinδ
cos δ + cosψ
1650 − 200gsin 55
R=
= 1785, 4
cos 55 + cos 75
R=

Chọn
R = 1800
12: xác định chiều cao tấm chắn H1:
Chiều cao tấm chắn phải đảm bảo điều kiện quan sát của người lái khi nâng
lưỡi ủi, thông thường.
H1 = (0,1 ÷ 0, 25) H (mm)

H1 = (0,1 ÷ 0, 25)1650 = 165 ÷ 412,5( mm)

Chọn

H1 = 400(mm)

H1

ψ


ψ1

δ

β

H

R
ε

α

δ
b¶ng c¸c th«ng sè cã b¶n cña lƯìi ñi
δ
550
α
300
ψ
750
β
250
ϕ
600
ε
750
γ
± 0 ± 


HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

L(mm)
a(mm)
H(mm)

6000
200
1650

H1(mm)
R(mm)

400
1800

-6-

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

CHƯƠNG II: THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ GIỮA CHIỀU SÂU CẮT
ỨNG VỚI CÁC GÓC DỐC KHÁC NHAU
I: TÍNH LỰC CẢN KHI MÁY KÉO LÀM VIỆC


Xét lực cản của máy ủi trong trường hợp tổng quát nhất, khi máy ủi vạn
năng làm việc trên dốc với góc dốc α. Khi đó lực cản bao gồm 5 thành phần
sau.
1: lực cản cắt ( W1 )
W = K gF gsin ϕ

Trong đó: k - hệ số cản cắt tra bảng 1-9 trang 25 MTL ứng với đất cấp II
tra được k = 0,058  0,13 (MPa) ta chọn k = 0,1 (MPa) = 100 (KN)
ϕ - góc lệch lưỡi úi so với trục dọc của máy. ϕ = 600.
F - diện tích lát cắt.
F = Lgh

L - chiều dài lưỡi cắt. L = 6000 (mm)
h - chiều dầy trung bình của lát cắt.
Thay vào ta có:
W = K gF gsin ϕ = K gL ghgsin ϕ ( KN )
W = 100g6gh gsin600 ( KN )
W = 519, 6h( KN )

2: lực cản ma sát giữa lưỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo phương
pháp tuyến P02 gây ra (W2).
W2 = f1 gP02 gsin ϕ

Trong đó: f1 - hệ số ma sát giữa đất và thép. Tra bảng 1-5 trang 15 MTL ta
được f1 = 0,5  0,6 lấy f1 = 0,5.
ϕ - góc chếch. ϕ = 600
P02 - lực cản cắt theo phương pháp tuyến.
P02 = k , gLgx ( KN )

k, - hệ số cản cắt theo hướng P02. với k, = 0,5  0,6 ( MPa )

lấy k, = 0,5 (MPa) = 500 (KN)
x - chiều rộng lưỡi cắt tiếp xúc với nền đào (do lưỡi cùn) .
x = 0,7 1(cm) lấy x = 1 (cm) = 0,01 (m)
Thay vào ta có.
P02 = k , gLgx ( KN )
W2 = f1 gP02 gsin ϕ ( KN )

P02 = 500g6g0, 01 = 30( KN )

W2 = 0,5g30gsin 600 ( KN )
W2 ≈ 13( KN )

3: lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi (W3).
W3 = Vd gγ gf 2 gcos α gsin ϕ

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

-7-

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

Trong đó: f2 - hệ số ma sát giữa đất và đất. tra bảng 1-5 trang 15 MTL ta
được f2 = 0,70,8 chọn f2 = 0,8.
γ - trọng lượng riêng của đất. tra bảng 1-2 trang 12 MTL ứng
với đất cấp II ta được γ = 15,7  17,1(KN/m3) chọn γ = 16 (KN/m3)

α - góc dốc làm việc của máy.
Vd - thể tích khối đất trước lươpĩ ủi.
Vd =

LgH
2gK a

Ka - hệ số phụ thuộc vào loại đất và tỷ số H/L. tra bảng 7-3
trang 193 MTL ứng với H/L = 1650/6000 = 0,275 ta tra được ka = 0,78.

Thay vào ta có.

Vd =

LgH 2 3
(m )
2gK a

Vd =

6g1, 652
≈ 10,5(m3 )
2g0, 78

W3 = Vd gγ gf 2 gcos α gsin ϕ
W3 = 10,5g16g0,8gcos α gsin 60
W3 ; 131cos(α )( KN )

4: lực cản masat giữa đất và lưỡi ủi (W4)
W4 = W4, + W4,,


Trong đó: W4, - lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lưỡi ủi từ dưới lên trên.
W4, = f1 gN gcos δ gsin ϕ ( KN )
W4, - lực cản ma sát khi đất di chuyển dọc theo lưỡi ủi từ dưới lên trên.
W4,, = f1 gN gcos ϕ ( KN )

N – áp lực tác dụng lên lưỡi ủi.

N = N1 + N 2

N1 – áp lực do thành phần trọng lượng gây ra.
N1 = Gd gcos(δ − α )( KN )

N2 – áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi.
N 2 = f 2 gGd gcos α gsin δ ( KN )

Gd – trọng lượng của đất trước lưỡi ủi.

Gd = Vd gγ d = 10,5g16 = 168( KN )

δ - góc cắt. δ = 55 .
Thay vào ta có.
0

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

-8-

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN



ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

W4 = W4, + W4,,

W4 = f1 gGd g[ cos(δ − α ) + f 2 gcos α gcos δ ] g(cos δ gsin ϕ + cos ϕ )
W4 = 0,5g168g[ cos(55 − α ) + 0, 46gcos α ] g(0,57g0,87 + 0,5)
W4 = 84(cos α + 0,82sin α )
W4 = 84 cos α + 69sin α ( KN )

5: lực cản di chuyển máy lên dốc (W5).

W5 = ω gGm gcos α + (Gm + Gd )sin α
W5 = 0,1g1145,8gcos α + (1145,8 + 168)sin α

W5 = 114,58cos α + 1313,8sin α ( KN )
Trong đó: ω - hệ số cản chuyển động. ω = 0,1 ÷ 0,15 chọn ω = 0,1
II: THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ h VÀ α

Mối quan hệ giữa h va α được thiết lập từ điều kiện làm việc được của máy.
Đó là lực kéo của máy ủi phải thắng được lực cản lớn nhất khi máy làm việc,
tức.
T ≥ ∑ W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5

T ≥ 519, 6h + 13 + 131cos(α ) + 84 cos α + 69sin α + 114,58cos α + 1313,8sin α
T ≥ 13 + 519, 6h + 329,58cos α + 1382,8sin α ( KN )

Trong đó: T - lực kéo lớn nhất ở vận tốc số 1. T = 1400 (KN)

Vậy.
T ≥ 13 + 519, 6h + 329,58cos α + 1382,8sin α ( KN )
1400 ≥ 13 + 519, 6h + 329,58cos α + 1382,8sin α
1387 − 329,58cos α − 1382,8sin α
h≤
519, 6

Từ công thức trên ta thiết lập quan hệ h và α bằng cách, cho α thay đổi từ
giá trị 0 đến giá trị của αn mà tại đó h <0.
BẢNG THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ GIỮA h VÀ α
α
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

h
1.8426097
1.796260602

1.750118836
1.704198456
1.65851345
1.613077734
1.567905148
1.523009452
1.478404322
1.434103346
1.390120017
1.346467733

α
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

-9-

h
0.740176744
0.703548897

0.66746123
0.631924738
0.596950245
0.562548405
0.528729696
0.49550442
0.462882698
0.430874467
0.399489477
0.368737287
SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3
1.303159792
1.260209384
1.217629594
1.175433392
1.133633631
1.092243043
1.051274237
1.010739692
0.970651755
0.931022637
0.891864411
0.853189003
0.815008195
0.777333617


12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51


0.338627267
0.309168586
0.280370219
0.252240938
0.224789311
0.1980237
0.171952259
0.146582929
0.121923438
0.097981297
0.074763799
0.052278017
0.0305308
0.009528772

CHƯƠNG III: TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI.
I: TRỌNG LƯỢNG BỘ LƯỠI ỦI.

Trọng lượng bộ lưỡi ủi được xác định dựa trên điều kiện cắt đất. đối với
máy ủi komassu D575A-3 thì việc cắt đất được điều khiển bằng hệ thống
thuỷ lực, do đó việc lựa chon trọng lượng bộ lưỡi ủi phải đảm bảo điều kiện
bền.
GU > GUmin

c

l0
l

w


rc

G u P02

Trong đó GUmin được xác định sơ bộ từ phương trình mômen của tất cả các
lực tác dụng lên bộ công tác lấy đối với điểm C khi bắt đầu cắt (hình trên).
GU min =

P02 gl − W2 grc
l0

Trong đó: l – ta có thể chọn gần đúng bằng cách đo tỷ lệ máy cơ sở, ta được
l = 6500 (mm)
HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 10 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

l0 – tương tự ta chọn, l0 = 5200 (mm).
rc – tương tự chọn, rc = 1000 (mm)
W2 – lực masát giữa lưỡi cắt và nền đào.
W2 = f1 gP02


f1 – hệ số ma sát giữa lưỡi và đất. f1 = 0,5
P02 - phản lực chống lại sự ấn sâu của lưỡi ủi vào đất.
P02 = k , gxgL
k , - hệ số cản cắt theo phương P02 . k , = 500 (KN)

x – theo trên x = 0.01 (m)
Thay vào ta có.
GU min =

P02 g(l − f1 grc )
l0

GU min =

k , gxgLg(l − f1 grc )
l0

GU min =

500g0, 01g6g(6,5 − 0,51 g1)
= 34, 6( KN )
5, 2

Ta chọn GU = 50 (KN)
II: PHẢN LỰC CỦA ĐẤT TÁC DỤNG LÊN BỘ CÔNG TÁC.

Ở đây ta xét phản lực của đất trong trường hợp nặng nhọc nhất. Đó là khi
lưỡi ủi bị va vấp vào chướng ngại vật, máy ủi chuyển động mà không khắc
phục nổi như tảng đá, gốc cây…đồng thời lưỡi ben lệch so với phương dọc
trục 1 góc ϕ ≠ 900, khi đó có thể phân tích thành 3 thành phần chính.


N

Q

P2

W2

P2

Fms

P1
P02

f

P1

P3
HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 11 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI

THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

1: LỰC CẢN CẮT TIẾP TUYẾN P1.

Được xác định theo khả năng kéo bám của máy kéo và tải trọng động khi
lưỡi ủi va vấp chướng ngại.
P1mac = P1t + P1d

Để đơn giản có thể tính P1 theo công thức.
P1mac = K d gP1t

Trong đó:
Kd - hệ số động, Kd = 1,52,5 ta chọn Kd = 2
P1T - lực cản cắt tiếp tuyến tĩnh. Xác định theo công thức.
P1tmac =

(GMK + GU )ϕbmac
1 − ϕ mac gcos tg (δ + ϕ1 )

ϕbmac – lực bám lớn nhất của bộ di chuyển với đất,
ϕbmac = 0,850,95 ta có thể chọn ϕbmac = 0,9
ϕ1 – góc ma sát giữa đất và thép, do f1 = 0,5 nên ta có
Tang(ϕ1) = 0,5 ⇒ ϕ1 = 26,60
Thay vào ta có.
P1tmac =

(GMK + GU )ϕbmac
( KN )
1 − ϕmac gcos tg (δ + ϕ1 )


P1tmac =

(1145,8 + 50)g0,9
1 − 0,9gcos tg (55 + 26, 6)

P1tmac = 902,5( KN )

Và.
P1mac = K d gP1t ( KN )
P1mac = 2g902,5 = 1805( KN )
2: LỰC CẢN CẮT THEO PHƯƠNG PHÁP TUYẾN P2.

P2 Được xác định từ lực cản cắt tiếp tuyến theo công thức.
cos δ − f1 gsin δ gcos ω
P2 = P1 g
cos ε1 + f1 sin ε1

Trong đó:

ε1 – góc giữa áp lực của đất lên lưỡi ủi (N) với phương dọc trục
của máy.
ε1 = 900 – 550 =350
ω - góc giữa tổng lực ma sát đất - lưỡi ủi với lực ma sát khi đất di
chuyển lên phía trên.

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 12 -


SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

W4,,
f1 gN gcos ϕ
cotgϕ
tgω = , =
=
W4
f1 gN gcos δ gsin ϕ cos δ
tgω =

Thay vào ta có.

cotg 60
≈ 1 ⇒ ω = 450
cos 55

cos δ − f1 gsin δ gcos ω
P2 = P1 g
( KN )
cos ε1 + f1 gsin ε1
cos 55 − f1 gsin 55gcos 45
P2 = 1805g
cos 35 + 0,5gsin 35
P2 = 463, 4( KN )


3: LỰC CẢN CẮT BÊN.

Được xác định từ lực cản cắt tiếp tuyến, dựa theo công thức.


sin δ
P3 = P1 gcotg  arccotg (
+ (cos δ ) 2 gtgϕ ) + ϕ 
f1 gsin ω




sin 55
P3 = 1805gcotg  arccotg (
+ (cos 55) 2 gtg 60) + 60 
f1 gsin 35


P3 = 5639, 7( KN )

II: LỰC NÂNG Ở CÁN PITTÔNG.

Ta tính lực nâng ở cán pittông theo 2 trường hợp.
1: lực đẩy của xilanh thuỷ lực ở đầu quá trình cắt.

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 13 -


SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

Gm

r

O
A

Sn

B

l0
l

l1

P01
G0

rc

P02


Được xác định từ phương trình mômen của các lực tác dụng lên bộ lưỡi
ủi đối với điểm C.
S n1( mac ) =

p02 • l − p01 • rc − Gu • l0
r

Trong đó:
r: - khoảng cách từ điểm c tới xilanh. Xác định gần đúng bắng
cách đo tỷ lệ trên máy cơ sở. r = 4000 (mm) = 4 (m)
P02 – lực cản cắt theo phương pháp tuyến xác định theo công thức.
P02 = K , • L • x
K , - hệ số cản cắt theo phương P02 tra bảng 7-4 trang 200 MTL ta
được K , = 1,2 ÷ 2 MPa chọn K , = 2 MPa = 2000 (KN)
P02 = K , • L • x
P02 = 2000 • 6 • 0, 01 = 120( KN )

P01 - lực cản cắt theo phương ngang.
P01 = p01 • L

p01 - lực cản cắt riêng theo phương ngang tra bảng 7-4 trang 200
MTL ta có p01 = 2030 (N/mm) chọn p01 = 30 (N/mm) = 30 (KN/m)
P01 = p01 • L
P01 = 30 • 6 = 180( KN )

Thay vào ta có.

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN


- 14 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

P02 • l − P01 • rc − Gu • l0
r
120 • 6,5 − 180 • 1 − 50 • 5, 2
=
4
= 85( KN )

S n1( mac ) =
S n1( mac )
S n1( mac )

* Kiểm tra theo điều kiện ổn định.
S

od
N

P02, • l − P01 • rc − GU • l0
=
r

Trong đó:

P02, – xác định từ điều kiện cần thiết để giữ lưỡi ủi khi chuyển

động, khi máy kéo mất cân bằng tại điểm A. Bằng pơhương trìng cân bằng
các lực tác dụng lên máy ủi khi máy mất ổn đinh tại A.
GMK • lmA • GU • (l0 + l1 )
P =
l + l1
,
02

lmA – hình vẽ được xác định gần đúng bằng cách đo tỷ lệ trên máy
cơ sở. lm = 2800 (mm) = 2,8 (m)
l1 – tương tự l1 = 2,7 (m)
P02, =

1145,8 • 2,8 + 50 • (5, 2 + 2, 7)
6,5 + 2, 7

P02, = 900,8( KN )

Thay vào ta có:
P02, • l − P01 • rc − GU • l0
r
900,8 • 6,5 − 180 • 1 − 50 • 5, 2
=
4
= 1353,8( KN )

S Nod =
S Nod

S Nod

I
Ta thấy SNod = 1353,8 (KN) > S N = 85 (KN) vậy thảo mãn điều kiện ổn
định.

2: lực nâng pittông ở cuối quá trình cắt, bắt đầu nâng.

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 15 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

lm
Gm

r

G®

Sn

c


t

l1

A

B

l0
l

P1t

G u P2t

Lực nâng Sn được xác định từ phương trình mômen các lực tác dụng lên bộ
công tác đối với điểm C.
SIIN =

GU • l0 + Gd • ld + τ • l + P2 • l + P1 • rc
r

Trong đó:
ld – hình vẽ xác định gần đúng bằng cách đo trên máy cơ sở. ta
được ld = 6000(mm) = 6 (m)
Gd - trọng lượng khối đất được nâng lên, xác định theo công thức.
1
Gd = FN gLgγ g
K tx


γ - trọng lượng riêng của đất. γ = 16 (KN/m3)
Ktx - hệ số tơi xốp tra bảng 1-2 trang 12 MTL ta có
Ktx = 1,14÷1,28 chọn Ktx = 1,2
Fn - diện tích mặt cắt ngang của đất trong lưới ủi (khối đất được
nâng lên) xác định theo công thức.
Fn =

H2
2gtgϕ0

ϕ 0 - góc soải tự nhiên của đất. Tra bảng 1-6 trang 15 MTL ta có

φ0 = 300
Thay vào ta có.
Fn =

H2
2gtgϕ0

1, 652
Fn =
= 2,36(m 2 )
2gtg 30

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 16 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN



ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

1
Gd = 2,36 g6 g16 g = 188, 7( KN )
1, 2

τ - lực cản trượt xác định theo công thức.
τ =C•F

C - hệ số bám của đất khi trượt, tra bảng 1-7 trang 16 MTL ta
được C = 0,025 (MPa) = 25 (KN/m3)
F - diện tích mặt trượt giữa khối đất được nâng lên cùng bàn ủi
và phần còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi, xác định gần đúng theo công
thức.
F = L • H2

H2 - Chiều cao của bề mặt trượt, thường lấy, H2 = (0,7÷0,8) • H
Vậy H2 = 1,155÷1,32 chọn H2 = 1,3 (m)
Diện tích mặt trượt:
F = L • H2

F = 6 • 1,3 = 7,8(m 2 )

Lực cản trượt:

τ =C•F
τ = 25 • 7,8 = 195( KN )


Lực nâng xilanh ở vị trí II:

GU • l0 + Gd • ld + τ • l + P2 • l + P1 • rc
r
50 • 5, 2 + 188, 7 • 6 + 195 • 6,5 + 463, 4 • 6,5 + 1805 • 1
SIIN =
4
II
SN = 1869( KN )
SIIN =

∗

Kiểm tra ổn đinh làm việc của máy khi làm việc. Máy có thể bị mất ổn
định tại B, Sod có thể xác định theo công thức.
SodII =

GU • l0 + Gd • ld + τ • l + P2, • l + P1 • rc
r

Trong đó: P2, - lực cần thiết để giữ lưỡi ủi, xác định bằng phương trình cân
bằng các lực tác dụng lên máy ủi khi máy mất ổn định tại điểm B.
P2, =

Gm • lmB − GU • (l0 − l1 ) − Gd (ld − l1 ) − τ (l − l1 )
l − l1

P2, =


1145,8 • (5, 485 − 2,8) − 50 • (5, 2 − 2, 7) − 188, 6 • (6 − 2, 7) − 195 • (6,5 − 2, 7)
6,5 − 2, 7

P2, = 418( KN )

Thay bào ta có:

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 17 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

GU • l0 + Gd • ld + τ • l + P2, • l + P1 • rc
S =
r
50 • 5, 2 + 188, 6 • 6 + 195 • 6,5 + 418 • 6,5 + 1805 • 1
SodII =
4
II
Sod ≈ 2580
II
od

CHƯƠNG IV: TÍNH BỀN KHUNG ỦI

Để tính bền khung ủi ta xét máy ủi làm việc ở điều kiện nặng nhọc nhất.
Đó là vị trí mà trong quá trình nâng lưỡi ủi ra khỏi chiều sâu cắt gặp chướng
ngại, điểm tựa của chướng ngại ở mép ngoài, đồng thời máy đang chuyển
động.
I: XÁC ĐỊNH PHẢN LỰC TẠI KHỚP C.
Ta có sơ đồ tính toán như hình vẽ:
ZC2

C2

XC2

rc

?1

Sn

YC2

2b

P2

ZC1

?

P1
f


m1

Z

P3

C1
XC1

l

Y

l2
Ta chọn điểm C2 làm điểm gốc toạ độ để lập hệ toạ độ , trục x và y nằm
trong mặt phẳng của khung còn z nằm trong mặt phẳng vuông góc với
khung. Khi xác định ngoại lực tác dụng lên lưỡi ủi ta giả thiết rằng thành
phần nằm ngang của phản lực đất P3 tác dụng lên lưỡi ủi đều do khớp C2 chịu
và đồng thời dưới tác dụng của lực P3, khớp C2 sẽ xuất hiện phản lực Yc. Với
giả thết đó không dẫn đến sai số khi xác định ngoại lực.
HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 18 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI

THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

Để xác định phản lực chưa biết ở khớp C , chúng ta lập các phương trình
cân bằng lực tác dụng lên bộ lưỡi ủi

ΣMz=- P3.l + (SnCosθ - Gu.Sinθ1).b + X01.2b = 0
ΣMx= P3.m1 – ( Sn.Sinθ - Gu.Cosθ1).b + Z01.2b = 0
Σx = - P1.Cosθ + P2.Sinθ1 – Sn .Cosθ - X01 + X02 + Gu.Cosθ 1 =

0

ΣY= Yc – P3 = 0
Σ Z = P1Sinθ1

+ P2Cosθ1 + Gu.Cosθ1 + Zc1 – Zc2

GiảI hệ phương trình ta nhận được :
l
P3 . 1 − S n .Cosθ + Gu .Sinθ1
b
X c1 =
2

X c2

l
P3 . 1 + S n .Cosθ + Gu .Sinθ1
b
=
+ P1.Cosθ1 − P2 .Sinθ1

2
Yc = P3

Z c1 =

Zc 2 =

− P3 .

− P3 .

m1
+ S n .Sinθ − Gu .Cosθ1
b
2

m1
− S n .Sinθ + Gu .Cosθ1
b
+ P1.Sinθ1 + P2 .Cosθ1
2

ứng với : P3 = 352 (KN) tính toán trên (trang 12)
l1 = 6,5(m)
b : đo trên máy cơ sở ta được b = 2,5 (m)
θ : góc tạo bởi xylanh nâng hạ lưỡi với mặt phẳng
khung ta chọn θ = 45 ÷ 750 lấy θ = 750
0

HD: VŨ VĂN THINH

HỒ SĨ SƠN

- 19 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

θ 1 = góc nghiêng của khung so với phương ngang
thông thường θ1 = 10 ÷ 150 lấy θ = 150
GU – trọng lượng lưỡi ủi. GU = 50 (KN)
m1 = 0,24(m)
Thay vào ta có :
6,5
− 1869 • Cos75 + 50 • Sin15
2,1
X c1 =
2
X c1 = 222, 4( KN )
352 •

6,5
+ 1869 • Cos 75 + 50 • Sin15
2,1
=
+ 1805 • Cos15 − 463, 4 • Sin15
2
= 2329, 6( KN )

352 •

X c2
X c2

Yc = 352( KN )
0, 24
+ 1869 • Sin75 − Gu • Cos15
2,1
Z c1 =
2
Z c1 = 861, 7( KN )
−352 •

0, 24
− 1869 • Sin75 + 50 • Cos151
2,1
Zc 2 =
+ 1805 • Sin15 + 463, 4 • Cos15
2
Z c 2 = 19,3( KN )
−352 •

II : XÁC ĐỊNH LỰC TÁC DỤNG LÊN KHUNG.
Xác định lực tác dụng lên các chi tiết của bộ lưỡi ủi. Để đơn giản điều
kiện tính toán người ta giả thiết khung đẩy như là hai dầm, phía trước liên
kết với lưỡi ủi bằng khớp cầu. phía sau liên kết bằng khớp trụ với khung
máy kéo.
Sơ đồ tính toán khung đẩy:


HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 20 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

ZC2

XC2
PE2

C2
LE

?2

Sn

d

?

2b

YC2


ZC1
L

GK

XA

Z

C2
PE1

GK
ZA

YA

XC1

C1

?1

Y
LA

Lực tác dụng lên khớp trụ phía sau: Xc1 , Zc1, Xc2 , Zc2, Yc ; lực tác dụng lên
khớp cầu A: XA , ZA, YA; lực tác dụng trong các thanh: PE1 PE2 ;lực ở cán pít
tông: Sn; trọng lượng khung ủi: Gk

Lực chưa biết là các lực ở khớp cầu A: XA , ZA, YA và các lực ở các
thanh chống xiên, thanh đẩy : PE1 PE2 . Như vậy lực chưa biết nhiều hơn số
phương trình tĩnh định.Để giải bài toán ta cần phải có một điều kiện phụ là
dưới tác dụng của ngoại lực,các thanh đẩy bị biến dạng.
Coi khung đẩy và lưỡi ủi là một hệ tuyệt đối cứng dưới tác dụng của
ngoại lực, góc lệch lưỡi ủi ϕ thay đổi một giá trị ∆ ϕ thí điểm A1, A2 sẽ
chuyển vị ∆ l, các thanh A1E1, A2E2 – Biến dạng có giá trị gần như bằng nhau
nhưng ngược phía. Vì các dầm có mô đun đàn hồi, diện tích tiết diện, chiều
dài như nhau nên với độ biến dạng bằng nhau chị khi dưới tác dụng của các
lực bằng nhau, do đó:
PE1 =PE2

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 21 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

Để xác định các lực tác dụng lên khung ủi ta viết các phương trình cân băng
lực tác dụng lên khung ủi:

∑M

A
Z


= ( PE1 + PE 2 ) • cos θ 2 • b + YC 2 • LA − ( X C1 + X C 2 ) • b = 0

∑X=X

A

− Gk • cos θ 1 + Sn • cos θ + ( X C1 − X C 2 ) + ( PE 2 − PE1 ) • cos θ 2 = 0

∑Y=Y

C

∑Z=Z

A

− YA = 0

+ Gk .cos θ 1 − S n .sin θ + ( Z C1 − Z C 2 ) − ( PE1 − PE 2 ) .sin θ 2 = 0

Giải ra ta được:

X A = GK • sin θ 1 − Sn • cos θ − ( X C1 − X C 2 ) ( KN )
YA = YC2 (KN)

Z A = S N • sin θ − GK • cos θ1 ( KN )
PE1 = PE 2 =

X C1 + X C 2 − YC .

2

LA
b ( KN )

Trong đó ;
Gk = (0,3 ÷ 0,35) • Gu =(0,3 ÷ 0,35) • 50 = 15 ÷ 17,5 Chọn Gk =16 (KN)
Và các kích thước khác lựa chọn sao cho phù hợp với máy cơ sở
b = 2,5 (m) ;

LA = 5,7 (m) ;

LD = 5,4(m) ;

LE = 2 (m) ;

Thay vào ta được ;

X A = GK • sin θ 1 − Sn • cos θ − ( X C1 − X C 2 )

⇒ X A = 16 • sin15 − 1869 • cos 75 − ( 222,4 − 2329,6 ) = 1627,6( KN )
YA = YC2 = 352 (KN)

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 22 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN



ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

Z A = S N ×sin θ − GK ×cos θ1
⇒ Z A = 1869 ×sin 75 − 16 ×cos15 = 1790( KN )
PE1 = PE 2 =

X C1 + X C 2 − YC .

LA
b

2
222, 4 + 2329, 6 − 352 •

⇒ PE1 = PE 2 =

2

5, 7
2,5

= 874, 6( KN )

Tuy nhiên để đơn giản hoá việc tính bền khung ủi ta có thể đưa kết cấu
khung và các lực tác dụng lên khung theo sơ đồ như hình vẽ.

HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN


- 23 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

SZ

SA

A D
0.3

ZE2

ZE1

ZC1
2

5.4

ZC2

XE2

XC2


C2

5

XD

YC

MD
D

A
YA

d

C1
LA

XC1

XE1

Ứng với sơ đồ trên thì các lực XD, YD, MD, được xác định bằng cách chuyển
lực XA, YA, SN, GK, về điểm D và các lực chưa biết khác được xác định theo
các công thức sau.

X D = X A + S N • cos θ − GK • sin θ 1
⇒ X D = 1627,6 + 1869 • cos 75 − GK • sin15 = 2107,2( KN )

YD = YA = 352( KN )
M D = YA • d = 352 • 0,3 = 105,6( KN .m)
HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 24 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN


ĐỒ ÁN MÁY THUỶ LỢI
THIẾT KẾ KHUNG ỦI VỚI LƯỠI BEN QUAY TRÊN MÁY CƠ SỞ KOMATSU 575A-3

X E1 = X E 2 = PE1 • cos θ 2
⇒ X E1 = X E 2 = 874,6 • cos 25 = 792,6( KN )
Z E1 = Z E 2 = PE1 • sin θ 2
⇒ Z E1 = Z E 2 = 874,6 • sin 25 = 369,6( KN )
SZ = S N • sin θ
⇒ S Z = 1869 • sin 75 = 1805, 4( KN )
q=

GK • cos θ 1 16 • cos15
=
( KN / m)
S0
S0

q - tải trọng phân bố trọng lượng
S0 - chiều dài trục tâm khung dẩy. lấy gần đúng S0 = 13,8 (m)


q=

GK • cos θ 1 16 • cos15
=
= 1,1( KN / m)
S0
13,8

III: LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO, KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC VÀ
TÍNH BỀN KHUNG
1: LỰA CHỌN VẬT LIÊU CHẾ TẠO VÀ KÍCH
THƯỚC HÌNH HỌC CỦA KHUNG

z
B1

A1
A2

Chọn vật liệu làm khung đẩy là thép CT6 có

B2

4a/3

[σ]b = 450 MPa =45 • 104 (KN/m2)
ứng với hệ số an toàn lấy. n=1.2
Khung được hình thành từ những tấm thép gép
lại với nhau bằng liên kết hàn 4 góc
Kích thước của tiết diện được biểu diện như

hình

D2
D1

C2

a

vẽ bên: với các kích thước lựa chọn sơ bộ là.
HD: VŨ VĂN THINH
HỒ SĨ SƠN

- 25 -

SV: NGUYỄN TRUNG BIÊN

a/6 C1

Y