`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
trờng đạI học thuỷ lợi hà nội
Khoa Máy XD & thiết bị thuỷ lợi
Bộ môn Máy Xây Dựng


Đồ án môn học

máy thuỷ lợi

Sinh viên thiết kế : Trần Văn Khải
Lớp
: 44M - Năm thứ 5
Ngành học
: Máy XD & Thiết bị xây dựng Thuỷ Lợi

đầu đề thiết kế
Thiết kế Máy ủi lỡi ben không quay lắp trên Máy kéo T100M

Số liệu cho trớc
Đặc tính kỹ thuật Máy kéo T100M làm việc ở đất cÊp IV.
Lùc kÐo sè I:
T = 98,7(KN).
Tèc ®é sè I:
V = 2,6(Km/h).
Công suất động cơ: N = 306(KW).
Trọng lợng Máy: G = 14015(KG).
Làm việc đất cấp IV.

Khối lợng thiết kế

I. Thuyết minh tính toán:

- Xác định các thông số cơ bản của máy ủi.
- Xác định chiều sâu cắt theo các góc dốc khác nhau.
- Xác định lực tác dụng lên máy ủi.
- Tính sơ bộ toàn bộ hệ thống thuỷ lực.
- Tính toán bền lỡi ủi

II. Bản vẽ:

- Bản vẽ chung của máy :

A0.
- Bản vẽ chi tiết Dầm đẩy: A1.
Ngày giao đề
: 10-08-2006.
Ngày hoàn thành
: 20-09-2006.
Giáo viên hớng dẫn : Vũ Văn Thinh.

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Kh¶i - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL

3


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Phần I: Mở đầu.
Lời nói đầu
Trong công cuộc phát triển đất nớc theo hớng công nghiệp
hoá, hiện đại hoá đất nớc. Trong công cuộc xây dựng nói chung và xây

dựng công trình thuỷ lợi nói riêng, không thể thiếu đợc máy xây dựng,
đặc biệt với các công trình thuỷ lợi rất cần thiết có máy làm đất vì công
trình thuỷ lợi thờng có khối lợng lớn công tác làm đất chiếm 60 ữ 80%
khối lợng công trình nên việc cơ giới hoá công tác làm đất là quan trọng
cần thiết ...
Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền
móng rất khắt khe, điều đó dẫn tới sự cần thiết của máy làm đất gồm các
loại máy làm đất có công dụng chung nh máy ủi, san, đào...và máy thuỷ
lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợi chuyên dùng).
Máy ủi đợc sử dụng rộng rÃi, nó có thể dùng để san mặt bằng công
trình, định hình mặt đờng, san phẳng, đào đắp các công trình có chiều
cao 3m ... Với tính năng đa dạng nh vậy máy ủi vạn năng đợc sử dụng
rộng rÃi, nhiều hơn cả trong các loại máy làm đất.
Hiện nay có rất nhiều chủng loại và số lợng máy đợc nhập vào nớc
ta, của các nớc Nga, Nhật, Mỹ... Nhng do điều kiện về địa chất, khí hậu
của nớc ta khác với so với các nớc sản xuất, nên máy không đáp ứng đợc
hoàn toàn yêu cầu công tác đất rất đa dạng của nớc ta. Để sử dụng đạt
hiệu quả cao nhất, bền nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tính năng
của máy, chúng ta còn phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộ công
tác của các loại máy, cho phù hợp với điều kiện nớc ta và thay thế sửa
chữa máy xây dựng khi bị hỏng. Đồ án môn học Máy thuỷ lợi sẽ giúp
cho chúng ta hiểu rõ hơn, làm tốt hơn vấn đề trên.

Phần Ii: Xác định thông số cơ bản.

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M – Khoa:MXD&TBTL

4



`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
I. Bảng thông số máy cơ sở T100M
Công suất động cơ:

Nđc = 306 (KW).

Trọng lợng xe máy: Gmx = 114015 (KG).
Lùc kÐo sè I:
VËn tèc sè I:

TkI = 98,7 (KN).
vI = 2,7 (Km/h)

II- Các thông số cơ bản của lỡi ủi:
- Chiều cao và chiều dài của lỡi ủi quyết định khối lợng đất đợc vận
chuyển khi máy làm việc, do đó nó ảnh hởng đến khả năng làm việc, công suất
lực kéo...
1. Xác định chiều cao lỡi ủi:
- Chiều cao của lỡi ủi xác định theo lực kéo T và điều kiện nền đất, để tính
toán sơ bộ máy ủi, chiều cao lỡi ủi có thể xác định theo công thức kinh nghiệm
sau:
Đối với máy có lỡi ủi cố định:
H = 500.3 0,1.T 0,5.T

(mm).

Trong đó:
T- Lùc kÐo danh nghÜa cđa m¸y kÐo (KN)
T = Gb.ϕ b
Trong đó : Gb : trọng lợng bám của máy kÐo khi thiÕt kÕ s¬ bé

Gb = ( 1,17 - 1,22) Gmk

= ( 1,17 - 1,22).140,15
= 163,97 – 170.983 (KN)
chän Gb = 165 KN

b = 0,75 đối với máy kéo bánh xích
T = 165.0,75 = 123,75 KN

Thay vào công thøc (1) ta cã : H = 500

3

0,1.123,75

- 0,5.123,75

Sinh viªn thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL

5


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
= 1096,125
chọn H = 1100 mm
2. Xác định chiều dài lỡi ủi L:
Chiều dài của lỡi ủi phải phủ kín chiều ngang của máy kéo và thừa ra mỗi
bên ít nhất là 100 mm.
Chiều dài lỡi ủi cố định tính theo công thức:
L = (2,8 ữ 3).H = (2,8 ÷ 3).1100 = 3080 ÷ 3300( mm).


Chän L = 3200(mm)
3. Xác định góc cắt :
Góc cắt ảnh hởng lớn đến việc tiêu hao năng lợng cho quá trình đào, góc cắt
càng nhỏ thì lực cản cắt càng nhỏ.
Chọn = 55o

4. Xác định góc nhọn :
Góc nhọn xác định đặc tính thay đổi áp lực riêng của lỡi lên đất theo mức
độ mài mòn mép cắt. Góc càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăng chậm,

H1

1





a

H

R




5.. Xác định góc cắt
sau :

Góc cắt sau
xác định theo điều
kiện làm việc của
máy ủi, không đợc
nhỏ hơn các góc lên
dốc và góc xuống



Chọn = 25o.



lực cản cắt nhỏ nhng độ bền lỡi cắt giảm do đó 20o.

Hình 1:Dạng hình học lưỡi ủi .

dốc của nền thi công. Góc càng nhỏ thì lực ma sát giữa lõi cắt và đất càng
lớn, do đó = 30 ữ 35o.
Chọn = 30o.
6. Xác định góc quay :
Lỡi ủi không quay:

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL

6


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
= 90o.

7. Xác định góc chếch :
Góc chếch có thể thay đổi để máy làm việc ở sờn dốc, đất rắn chắc cũng
nh để định hình mặt đờng. Khi máy có cơ cấu điều chỉnh thì góc chếch có thể
thay đổi từ 0o đến (6ữ12o), không có cơ cấu điều chỉnh, thì thay đổi đến 5o.
8. Xác định góc đổ :
Góc đổ chọn sao cho đất không tràn qua lỡi ra phía sau. Khi góc đổ
nhỏ thì đất nhanh tích luỹ vào trong lỡi và lát cắt mau cuộn lại để đổ ra phía trớc nh vậy sẽ tăng áp lực của đất vào lỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát. Xuất phát từ
điều kiện đó, có thể chọn trong giới hạn:
= 70 ữ 75o đối với lỡi ủi không quay.
Chọn = 75o.
9. Xác định góc đặt lỡi ủi :
Góc đặt lỡi ủi là góc giữa đờng nối mép cắt với mép trên lỡi ủi(không kể
tấm chắn) và phơng nằm ngang. Khi góc cắt lỡi ủi nhỏ thì đất có thể tràn qua lỡi, khi góc cắt lớn sẽ làm xấu đi diều kiện chuyển động của đất theo lỡi ủi lên
phía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng lợng, do đó ngời
ta chọn = 75o.
Hình dạng hợp lý của lỡi ủi là hình thân khai với sự giảm dần độ cong về
phía trên, nhng chế tạo khó khăn do đó lỡi ủi có độ cong nhất định.
Bán kính cong có thể xác định theo công thức:
R=

H aSin
Cos + Cos

a: phần thẳng của lỡi ủi.
R = H đối với lỡi ủi không quay.
R =1000( mm)
10. Xác định chiều dài phần thẳng a:

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL


7


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Chiều dài phần thẳng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lỡi cắt, phần
thẳng chịu mòn nhiều nhất do đó phải chọn vật liệu hợp lý. Chiều dài a có ảnh
hởng lớn đến việc tách ®Êt ra khái khèi ®Êt chÝnh.
Thêng chän: a = 180 mm.
11. Xác định chiều cao tấm chắn H1:
Chiều cao tấm chắn H1 phải bảo đảm điều kiện quan sát của ngời lái khi nâng
lỡi ủi. Thông thờng H1 = (0,1ữ0,25)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 ữ 300 mm nhng không nhỏ hơn 0,5L.
Thay số ta tìm đợc H1:
H1 = 0,2 . 1100 = 220 (mm)

Sinh viªn thiÕt kÕ: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL

8


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định

Phần III: Tính lực kéo
Ta xét lực cản của máy ủi trong trờng tổng quát nhất, khi máy ủi làm việc
trên dốc với góc . Tổng lực cản lớn nhất phát sinh ở cuối quá trình đào và bắt
đầu nâng lỡi ủi. Trong trờng hợp này lực kéo phải thắng cản sau.
Trong đó:

T W1 + W2 + W3 + W4 + W5.

W1 - lực cản cắt.

W2 - lực cản ma sát giữa lỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo phơng pháp tuyến Po2 gây ra.
W3 - lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi.
W4 - lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi.
W5 - lực cản di chuyển máy ở trên dốc.

I-Lực cản cắt W1:
W1 = k . F. Sin
Trong đó:
k - hệ số cản cắt theo bảng (1-9) k = 0,25MPa = 0,25 . 103KN/m2.
F - diƯn tÝch l¸t cắt
F=L.h
L - chiều dài lỡi cắt
h - chiều dày trung bình của lát cắt
góc lệch của lỡi ủi so víi trơc däc cđa m¸y
Sin ϕ = Sin(900) = 1
W1 = 1 . 0,25 . 103.3,2. h

(KN)

W1 = 0,8.103 . h = 800.h

(KN)

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL

9



`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
II. Lực cản ma sát giữa lỡi ủi với nền đào do lực cản cắt pháp tuyến
P02 g©y ra W2.
W2 = f1 . P02 . Sin ϕ
Trong ®ã:
P02 = k’ . L . x
k’ –hƯ sè c¶n cắt theo phơng P02.
k = 0,6 MPa = 0,6 . 103 KN/m3.
x chiều rộng của lỡi cắt với nền đào.
(do lỡi cắt bị mòn x = 1cm = 0,01m)
f1 hệ số ma sát giữa đất và thépTra bảng (1-5) f1 = 0,6
W2 = 1.0,6 . 0,6 . 0,01 .3,2. 103
W2 = 11.52

(KN)
(KN)

III. Lực cản di chuyển đất trớc lỡi ủi (W3).
W3 = V® . γ . f2 . Cosα . Sinϕ
W3 = G® . f2 . Cosα . Sinϕ
Trong ®ã: V® - thĨ tÝch khèi ®Êt tríc lìi đi
Vd =

L.H 2
2.k d

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

H

= 0,0.343
L
Vd =

H
L

theo bảng (7-3) kđ = 1,2

L.H 2
32.1,12
=
= 1,613(m 3 )
2.k d
2.1,2

f2 hệ số ma sát giữa ®Êt víi ®Êt theo b¶ng (1-5), f2 = 0.6
γ − trọng lợng riêng của đất theo bảng (1-2), = 20

(KN/m3)

W3 = 1,613. 20 .0,6.1 . Cos

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
10


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
()


W3 = 19,356. Cos
IV. Lực ma sát giữa đất và lỡi ủi (W4):
W4 = W4 + W4
áp lực tác dụng lên lỡi ủi:
N = N1 + N2
N1 là áp lực do thành phần trọng lợng đất.
N1 = Ga . Cos ( - )

N2 là áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ñi:
N2 = f2.Ga.Cosα.Sinδ
N = N1 + N2 = Ga.[Cos(δ - ) + f2.Cos.Sin].
W4 là lực cản ma sát khi đất di chun theo lìi đi tõ díi lªn trªn.
W4’ = f1.N.Cos.Sin
W4=f1.Ga.[Cos( - ) + f2.Cos.Sin].Cos
W4 là lực cản ma sát khi ®Êt di chun theo lìi đi
W4” = f1.N.Cosϕ
W4 = f1 . Ga[ Cos(δ + α) +f2. Cosα . Sinδ] . [Cosδ . Sinϕ + Cosϕ]
(KN)
W4= f1 . Ga[ Cos(δ + α) +f2. Cosα . Sinδ] . Cosδ
(KN)
(V× ϕ =900)
f1

= 0,6

f2

= 0,9

Sin = Sin550 = 0,82


Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
11


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Cos = Cos550 = 0,57
Ga = Vđ . γ
Ga =1,613.20 =32,26

(KN)

Thay sè ta cã :
W4 = 11,102.[ Cos(55 + α) +0,738. Cosα]
V. Lùc c¶n di chun b¶n thân máy ủi trên dốc (W5)
W5 = .Gm . Cosα + (Gm + Ga) . Sinα
Trong ®ã: ω − hệ số cản truyển động = 0,15
Gm -trọng lợng máy ủi
Theo đầu đề thiết kế: Gm = 140,15

(KN)

Theo tính toán ở trên ta có: Ga = 32,26

(KN)

W5 = 0,15.140,15 . Cosα + (140,15 + 32,26) . Sinα
Tỉng lùc c¶n chuyển động tác dụng lên máy:

()


W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5
W
∑

= 800.h +11,52 +19,356.Cosα +11,102.(Cos (55 +α) + 0,0,738 cos α) +

W
∑

= 800.h +11,52 + 48,55.Cosα +11,102. cos(55 +α) +172,41

+ 21.Cosα +172,41.Sinα

Mµ tỉng lùc cản chuyển động của máy không đợc lớn hơn lực kéo
của Máy. Do đó:
T = 800.h +11,52 + 48,55.Cosα +11,102. cos(55 +α) +172,41
W

98,7 ≥ 800.h +11,52 + 48,55.Cosα +11,102. cos(55 + α) +172,41

123,75 − (48,55.Cosα + 11,102. cos(55 + α ) + 172,41.sin α 
h≤

800



Sinh viªn thiÕt kÕ: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
12



`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Xác định chiều sâu cắt ứng với góc khác nhau: dựa vào công thức nội suy
trên với mỗi góc dốc khác nhau cho ta một giá trị chiều sâu cắt h tơng ứng,
đến khi nào h 0 thì dừng lại.
Bảng chiều sâu cắt ứng với góc dốc:
h (m)

(độ)
0
1
2
3
4
5
.
20
21
22
23
24
25
26
27

0.0860
0.0825
0.0789
0.0754

0.0719
0.0685
..
0.0203
0.0174
0.0145
0.0117
0.0089
0.0062
0.0035
0.0007

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Kh¶i - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL
13


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Phần iv: Tính lực tác dụng lên máy ủi
I. Trọng lợng bộ lỡi ủi (Gu)
Trọng lợng bộ lỡi ủi cần
phải kiểm tra đối với máy
ủi cáp vì lỡi ủi ngập vào đất
nhờ trọng lợng bộ lỡi ủi,
W2
còn với máy D5H có bộ
điều khiển thuỷ lực, lỡi
Gu
l1
P02
ngập vào trong đất nhờ lực

l
của xilanh thuỷ lực do vậy
trọng lợng của bộ lỡi ủi chỉ
Hình 2: Sơ đồ lực tác dụng khi bắt đầu cắt.
cần đảm bảo điều kiện bền.
Trong trờng hợp này trọng
lợng bộ lỡi ủi đợc xác định theo điều kiện bền.
Gu > Gumin
Phơng trình mô men cho khíp C:
∑ Mc = 0 ⇒ Gu =

P02 .l − W2 .m
l0

W2 = f1 . P02
P02 .( l − f 1 .m
Do ®ã Gumin =
l0

)

k ' .L.x.( l − f 1 .m
=
l0

)

Thay sè:
víi l = 3,5(m)
l0 = 3,2( m)

m = 0,47( m)
Gumin =

0,6.10 3.3,2.,01.(3,5 − 0,6.0,47)
=19,3
3,2

(KN)

Gu = (80-90) Gumin

Sinh viªn thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
14


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Chọn Gu = 15 (KN)
Lỡi ủi bảo đảm bền.
II. Phản lực của đất tác dụng lên bộ công tác.
Phản lực của đất tác dụng lên lỡi ủi ở điều kiện làm việc bình thờng chính là
lực cản đào của đất dợc xác định ở phần tính toán kéo. Lực tìm đợc bằng phơng
pháp này dùng để xác định lực kéo cần thiết, công suất dẫn động máy cũng nh
để tính các chi tiết của bộ công tác về độ bền lâu.
Khi tính bền ngời ta dùng giá trị lớn nhất của phản lực đất trong trờng
hợp máy ủi làm việc ở điều kiện nặng nhọc nhất. Đó là lỡi ủi va vấp vào chớng
ngại khi máy ủi chuyển động mà không khắc phục nổi nh tảng đá, gốc cây ...
Phản lực của
đất P tác dụng lên lỡi ủi có thể phân
tích thành 2 thành
phần: P1: Lực cản

cắt tiếp tuyến,



1

N

W2



P2

F

P1
P02
gg

P2: Lực cản Hình 3: Sơ đồ lực tác dụng lên lưỡi ủi khi va vấp
cắt pháp tuyến,
1. Xác định lực cản cắt tiếp tuyến P1.
Tính Pt1max:
Theo công thức (7-23: Giáo trình MTL)
Pt1max =

(G mk + G u )max
1 max .Cotg ( + 1 )


Trong đó max-là hệ sè b¸m lín nhÊt cđa bé di chun, ϕmax = 0,9
1- góc ma sát giữa đất và thép
ta có: tg1 = F/N = f1 = 0,6 ⇒ ϕ1 = 30,96370
F: lực ma sát
N: áp lực pháp tuyến

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
15


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Thay số:
P tmax =
1

(140,15 + 15).0,9
= 149( KN )
1 − 0,9.Cotg (55 0 + 30,96 0 )

Theo c«ng thøc (7-20):
P1 = Pt1max . ka = 149 . 2,5 = 372,5(KN).
Trong ®ã ka = 2,5 :HƯ sè ®éng
2. Xác định lực cản cắt pháp tuyến P2.
Pt2max = Pt1max . Cotg(δ + ϕ1) = 149. Cotg(550 + 30,960)
Pt2max = 149 . 0,07 = 10,43

(KN)

Theo (7-20)
P2 = Pt2max . ka

P2 = 10,43 . 2,5 = 26,075 (KN)
III. Lùc n©ng ë cán pitông

1.Vị trí 1: lực đẩy của xi lanh
thuỷ lực ở đầu qúa trình cắt:

Gm

lm

Sn

r

Lực tác động của 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:

m

P01

l1

l0

l


Gu

P02

Hình 4: Sơ đồ lực tác dụng
lên máy ủi khi bắt đầu cắt.

Để xác định lực này ta thiết lập phơng trình mô men của các lực tác dụng
lên bộ lỡi uỉ ®èi víi ®iĨm C:
max

Sn

=

P02 .l − P01 .m − G u .l 0
r

Trong đó: P01 = p01 . L
p01-lực cản riêng theo phơng ngang lỡi cắt, tra bảng (7-4),

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
16


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
p01 = 60 N/mm = 60 KN/m
P01 = 60 . 3,2 = 192

KN


Theo tính toán ở trên ta cã:
P02 = k’.L.x= 1,2.3,2.103.0,01= 38,4

KN

Trong ®ã k’: HƯ sè cản cắt theo phơng P02;
Với l = 3,5 (m) ; l0 = 3,2 (m) ; m = 0,47 (m) ; r = 2,3 (m)

S

max
n

=

38,4.3,5 - 192.0,47 - 15.3,2
= -3,506( KN ).
2,3

Trị số Snmax cần phải kiểm tra theo điều kiện ổn định của máy khi nó bập bênh
ở điểm A dới tác dụng của lực đẩy.
Snmax Snođ
Xác định lực nâng lớn nhất theo diều kiện ổn định nh sau:
Xuất phát từ phơng 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 lỡi uỉ khi chuyển
động:
,

P02 =

trong đó: lm =

G m .l m + G u (l 0 + l1 )
l + l1

Lx tx
+ (0,02 − 0,08).2380
2

= 1237,6 ÷ 1380,4
chän lm= 1,3 m
Thay sè:

P
od
n

S

,
02

=

140,15.1,3 +15.(3,2 +1,05)
= 54( KN )
3,5 +1,05

'
P02 .l P01 .m G u .l 0

=
r

Thay giá trị P02 vào công thức:

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL
17


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
S

od
n

=

54.3,5 192.0,47 15.3,2
= 46,34( KN )
2,3

Điều kiện ổn định Snmax Snođ thoả mÃn.

2.Vị trí 2:
lực đẩy của xi lanh thuỷ lực khi bắt đầu nâng bộ lỡi uỉ ở cuối qúa trình cắt:
Lực Sn đợc xác định từ phơng trình mô men các lực tác dụng lên bộ công tác
đối với điểm C: MC = 0.
theo c«ng thøc (7-27):

Sn =


G u .l 0 + G d .l d + τ.l + P02 .l + P01 .m
r

Trong đó:
Gm

Sn

r

lđ - khoảng cách từ trọng tâm khối
đất đến khớp C: lđ = 3,52 m
- lực cản trợt


lm

Gđ - trọng lợng khối đất đợc nâng
lên

l1

F .L

Với: ktx Hệ số tơi xốp.
L Chiều dài lỡi uỉ, L = 3 m

Gd P02


P01

l0
ld

Tính Gđ:
n
Gđ = k
tx

Gu

l

Hình 5: Sơ đồ lực tác dụng
lên máy ủi khi bắt đầu cắt.

- Trọng lợng riêng của đất.
theo bảng (1-2), ktx = 1,35;
γ = 20 KN/m3
Fn – DiƯn tÝch mỈt cÊt ngang của khối đất đợc nâng.
0 - góc soải tự nhiên của đất, bảng (1-6), 0 = 450
- góc đặt lỡi uỉ, = 750

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL
18


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định


Hình 6: Hình học khối đất nâng
Fn = SBnC + SABC
R – B¸n kÝnh cong cđa lìi uØ, R = 1m
Ta cã BC =
∆ABC

SABC=

H
sin α

=

1500
= 1552,9 ≈ 1,553m
sin 75 0

c©n => ON =

BO 2 − (

BC 2
1,553 2
) = 1,5 2 − (
)
2
2

1
1

NO.BC = .1,283.1,553 = 0,996
2
2

SquatOABN =

R 2π .α
= 1,178
360 0

= 1,283 m2

m2

m2

Tg450 =

BF
H
H
=
⇒ Fo ' =
Fo' Fo'
tg 45 0

Tg750 =

BF
H

H
=
⇒ FC =
FC FC
tg 75 0

CO’ = FO’-FC =

H
tg 450

-

H
tg 750
H

=>AC = tg450.CO’ = tg450.( tg 45 0



H
tg 75 0

)

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL
19



`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
=(H- H.
=>SABC =

1
2

1
2

AC.FC =

tg 45 0
tg 75 0

.(H- H.

1

= 2 .H2.(1=

1
2

)

tg 45 0
tg 75 0

tg 45 0

tg 75 0

.1,52.( 1-

H

). tg 750
1

). tg 75 0

1
1
). 3,73
3,73

= 0,22m2

Fn = SBnC + SABC = 1,82 + 0,22 = 0,402 m2
Gd =

0,402.3,2.20
= 19,05( KN )
1,35

TÝnh τ:
τ = f2 . T + C . F
trong đó: T- lực kéo đặt trớc lìi đi, T = 0
f2 – hƯ sè ma s¸t đất với đất
C- hệ số bám của đất khi trợt,tra bảng (1-7), C = 0,06 MPa

F- diện tích mặt trợt
F = SBCDE = H’ . L =(H- H.

tg 45 0
tg 75 0

=1,5.( 1-

).L

1
).3,2
3,73

= 3,5 m2

=> τ = 0,1.3,5 = 0,35 ΚΝ
thay sè vµo:

S

max
n

=

15.3,2 +19,05.3,7 + 0,35.3,5 +10,43.3,5 +149.0,47
= 115,3( KN )
2,3


Khi ta tính giá trị Snmax ta tiến hành kiểm tra máy theo điều kiện ổn định, máy
làm việc mất ổn định tại B:
Với Snôđ đợc tính theo công thức:

Snmax Snôđ

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M – Khoa:MXD&TBTL
20


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
'
G u .l 0 + G d .l d + τ.l + P02 .l + P01 .m
=
r

od
n

S

XuÊt phát từ phơng trình cân bằng các lực tác dụng lên máy ủi khi máy kéo
bập bênh đối với điểm B, ta xác định lực P 02 cần thiết để giữ lỡi ủi khi chuyển
động khi có cả đất:
Trong đó: lm = 0,56
,

P02 =

G m .l m − G u (l 0 − l1 ) − G d (l d − l1 ) − τ(l − l1 )

l − l1

víi lm’ = Lxtx – lm = 2,380 – 1,3 = 1,08 m
thay sè

P

,
02

=

140,15.1,08 −15.(3,2 −1,05) −19,05(3,7 −1,05) − 0,35(3,5 −1,05)
= 27,66 KN
3,5 −1,05

Thay sè vµo ta cã:

S

0d
n

=

15.3,2 +19,05.3,7 + 0,35.3,5 + 27,66.3,5 +192.0,47
= 133,37( KN )
2,3

Điều kiện Snmax Snôđ đợc bảo đảm tính ổn định:

IV. Phản lực ở khớp C.
Phản lực ở khớp C, biểu thị bằng hai thành phần XC, ZC xác định từ hệ phơng
trình cân bằng các lực tác dụng lên bộ công tác:
1. Máy làm việc trên mặt phẳng nằm ngang
Chiếu các lực theo phơng ngang:
∑XC = 0 ⇒ XC = P1 + Sn . Cos
Chiếu các lực theo phơng thẳng đứng:
ZC = 0 ZC = Sn . Sinθ - P2 – Gu
Trong ®ã góc giữa xilanh thuỷ lực với phơng ngang, = 580
XC = 372,327 + 115,3 Cos580 = 433,42

KN

Sinh viªn thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
21


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
ZC = 115,3. Sin580 26,075- 19,05 = 52,655

KN

2. Máy làm việc trên mặt dốc với góc dốc .
Chiếu các lực theo phơng ngang:
XC = 0 XC = P1 + Sn . Cosθ + Gu . Sin
Chiếu các lực theo phơng thẳng đứng:
ZC = 0 ⇒ ZC = Sn . Sinθ - P2 – Gu . Cos
Sử dụng bảng tính với các khác nhau:
XC = 433,42+ 19,05.Sinα


KN

ZC = 71,7– 19,05. Cosα

KN

Sinh viªn thiÕt kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
22


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
(độ)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Xc(KN)

398,895
398,502
398,110
397,718
397,326
396,935
396,545
396,155
395,767
395,379
394,993
394,608
394,224
393,842
393,462

Zc(KN)
20,243
19,850
19,458
19,066
18,674
18,283
17,893
17,503
17,115
16,727
16,341
15,956
15,572

15,190
14,810

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL
23


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Phần v: tính toán xilanh thuỷ lực
Truyền động thuỷ lực là một bộ phận không thể tách rời đợc của bất kỳ một
máy hiện đại nào. Truyền động thuỷ lực phát triển rất nhanh và thay dần truyền
động cơ học trong các máy thuỷ lợi.
Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực của máy ủi
1- Thùng dầu Thuỷ Lực

6

2- Bơm Thuỷ lực
3- Bộ phân phối điều khiển

5

4- Xi lanh thủ lùc

4

5- Van 1 chiỊu vµ tiÕt lu

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
Quá trình nâng ben:

1

Dầu từ thùng dầu 1, qua bơm 2,
van một chiều 7, Bộ phân phối

9 buồng bên trái của xi lanh thông với đờng
khiển này điều khiển van trợt để
điều khiển 3, bộ phân phối điều

dầu hồi và buồng bên phải của buồng Dầu đợc nối với đờng ống từ bơm 2. Xi
lanh thuỷ lực đợc dịch chuyển về bên trái. Lỡi ben đợc 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 trợt để Dầu đi vào buồng bên trái của
xi lanh thuỷ lực và buồng bên phải của xi lanh thủ lùc nèi víi ®êng håi cđa hƯ
thèng. Lỡi ben đợc hạ xuống nhờ lực của xi lanh thuỷ lực.

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M – Khoa:MXD&TBTL

24


`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Bộ phận van một chiều và tiết lu 5 đợcđặt 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 dới 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 trợt 3 không phụ thuộc vào sự dao động áp
suất trong đờng ống chính của bơm.
Van an toàn 8 và van một chiều 7 đảm bảo hệ thống không bị quá tải và bảo
vệ hƯ thèng ®iỊu khiĨn b»ng tay khi hƯ thèng tù động làm việc.
I. Xác định đờng kính xilanh:
áp suất trong xilanh thủ lùc p:
p = 25 MPa = 2,5.104 KN/m2.
§êng kính cán piston d:
d = 0,7 . D
D - đờng kÝnh piston, tÝnh theo c«ng thøc:
(D − d ) =

4.S n .k
=
2.π . p

4.115,3.1,3
= 0,061(m)
2.π .2,5.10 4

Víi: k- hƯ sè an toàn về lực, k =1,3
D=


0,061
= 0,2( m).
0,3

Đờng kính cán piston:
d = 0,2.0,7 = 0,14( m) .

Chän ®êng kÝnh xi lanh D = 200(mm).
Hành trình piston s = 152(mm).
II. Xác định chiều dài xilanh:

l

xl

=

rn
2,3
=
= 1,328( m)
0
tg 60
tg 60 0

2.4. Tính bền lỡi ủi.

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Líp 44M – Khoa:MXD&TBTL
25



`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
2.4.1. Chọn vị trí tính toán và tính bền:
Để tính toán bền lỡi 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 phơng diện
sức bền cho các chi tiết của máy ủi làm việc tơng ứng với điều kiện và vị trí đó.
Các ngoại lực tác dụng lớn nhất ở các điều kiện làm việc nh 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 thờng mà lỡi cắt gặp trở ngại.
- Phản lực P2 và lực nâng xi lanh S có thể đạt tới giá trị lớn nhất tơng ứng lúc
lỡi 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 lỡi cắt. khi
tính các chi tiết riêng biệt nào đó cần xét đến ảnh hởng P1, P2.

Chọn vị trí tính toán.
Vị trí thứ nhất :
Trong quá trình cắt lỡi ủi gặp chớng ngại, điểm tựa của chớng ngại nằm ở
giữa lỡi ủi, khi đó cơ cấu nâng ở vị trí làm việc.
Điều kiện tính toán :
* Máy ủi chuyển động trên mặt ngang với tốc độ danh nghĩa.
* Khi va vấp vào chớng ngại máy sử dụng lực kéo bám là lớn nhất.
kđ = 2,5

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M – Khoa:MXD&TBTL
26



`Đồ án máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi Ben cố định
Vị trí thứ hai :
Trong quá trình nâng lỡi ủi ra khỏi chiều sâu cắt gặp chớng ngại điểm tựa
của chớng 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 đợc 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 lỡi ủi vào đất gặp chớng ngại vật điểm tựa của chớng
ngại nằm ở giữa, đồng thời máy chuyển động.
Điều kiện tính toán :
* Máy ủi chuyển động trên mặt ngang.
ã Lực ấn sâu và lực kéo lớn nhất, kđ = 1,5.

Vị trí thứ t :
Cắt đất gặp chớng ngại, điểm tựa của chứơng ngại ở mép ngoài cùng của lỡi ben cơ cấu nâng đống.
Điều kiện tính toán : Nh vị trí 1.

Vị trí thứ năm :
Tơng tự nh vị trí 2, với điểm tựa của chớng ngại ở mép ngoài cùng của lỡi
ben.
Điều kiện tính toán : Nh vị trí 2.

Sinh viên thiết kế: Trần Văn Khải - Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL
27