Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi 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.
Song song với sự lớn mạnh của ngành xây dựng, lực lợng máy xây dựng cũng
ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt cả về lợng và chất.
Máy xây dựng nói chung và máy xây dựng Thuỷ lợi nói riêng đóng vai trò
quan trọng trong công tác xây dựng cũng nh xây dựng thuỷ lợi, đặc biệt là công
tác 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 và cần thiết ...
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).Trong đó,
máy ủi ®ỵc sư dơng réng r·i, nã cã thĨ dïng ®Ĩ san mặt bằng công trình, định hình
mặt đờng, san phẳng, đào đắp các công trình có chiều cao 3m ... Hiện nay có rất
nhiều chủng loại và số lợng máy đợc nhập vào nớc ta từ các nớc Nga, Nhật, Mỹ...
Tuy nhiên các máy đó 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 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 ®iỊu kiƯn níc ta vµ thn tiƯn cho viƯc thay thế sửa
chữa khi bị hỏng.
Đồ án môn học Máy thuỷ lợi với đề tài Thiết kế máy ủi với l ỡi ben
không quay đà giúp em hiểu rõ hơn phần lý thuyết đà học đồng thời vận dụng
đợc nhiều hơn các kiến thức của các môn cơ sở cũng nh 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
đà tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này.

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

1


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

Hà Nội ngày 23 tháng 9 năm 2006
SVTH: Nguyễn Thị Oanh

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sü S¬n

2


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

Phần I: Xác định thông số cơ bản của lỡi ủi
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 ®ã:

T- Lùc kÐo danh nghÜa cđa m¸y kÐo (KN),
Lùc kÐo T có thể xác định theo điều kiện bám: T=Gb. b,
trong đó Gb là trọng lợng bám của máy đi, khi thiÕt kÕ s¬ bé ta lÊy
Gb=1,2.GMK=1,2.271,5=325,8(KN).

ϕ b=0,9 víi bé di chun b¸nh xÝch.

⇒

H = 500.3 0,1.325,8.0,9 − 0,5.325,8.0,9 =1395,21( mm) .

Chọn H=1395(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 thøc:
L = ( 2,8 ÷ 3).H = ( 2,8 ÷ 3).1395 = 3906 ữ 4185( mm).

Chọn L = 4130(mm).
3. Xác định các thông số về góc:
a.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
b.Góc nhọn :

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hå Sü S¬n

3



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

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







a

H

H
1

1



R



c.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
dốc của nền thi



Chọn = 25o.

Hình 1:Dạng hình học lưỡi ủi .

công. Góc càng nhỏ thì lực ma sát giữa lõi cắt và đất càng lớn, do đó = 30 ữ
35o.
Chọn = 30o.
d.Gãc quay ϕ :
o

Lìi đi kh«ng quay: ϕ = 90 .
e.Gãc chÕch γ:
Gãc chÕch γ cã thĨ thay ®ỉi để máy làm việc ở sờn dốc, đất rắn chắc cũng
nh để định hình mặt đờng.Vì máy không có cơ cấu điều chỉnh nên góc chếch có
thể thay đổi trong khoảng 5o.
f.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 ®iỊu
kiƯn ®ã, ψ cã thĨ chän trong giíi h¹n:

ψ = 70 ữ 75o (đối với lỡi ủi không quay).
Chọn = 75o.
g.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,
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

4


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

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.
4. Bán kính cong của lỡi ủi:
Bán kính cong có thể xác định theo công thøc:
R=

H − aSin δ
Cos δ + Cos ψ

a: chiỊu dµi phần thẳng của lỡi ủi.
R = H=1395(mm) đối với lỡi ủi không quay.
5. Xác định chiều dài phần thẳng a:
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 đất ra khỏi khối đất chính.

Chọn a = 200 mm.
6. Xác định chiều cao tấm chắn H1:
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 = (139,5ữ348,75) (mm)
Chọn H1=150 (mm)

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

5


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

Phần II: Tính lực cản khi máy ủi làm việc
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 các lực 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.

1-Lực cản cắt W1:
W1 = k . F. Sin
Trong đó:
k - hệ số cản cắt theo bảng (1-9), k = 0,08 MPa =80 (KN/m2)
F - diện tích lát cắt, F = L . h
L - chiều dài lỡi cắt, L=4,130(m)
h - chiều dày trung bình của lát cắt
góc lệch cđa lìi đi so víi trơc däc cđa m¸y
0

Sin ϕ = Sin(90 ) = 1

⇒ W1 = 1.80.4,13.h = 330,4h (KN)
2. Lực cản ma sát giữa lỡi ủi với nền đào do lực cản cắt pháp tuyến P02 gây ra
W2.
W2 = f1 . P02 . Sin ϕ
Trong ®ã:
P02 = k’ . L . x
k hệ số cản cắt theo phơng P02.
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

6


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


k = 0,6 MPa = 0,6 . 103 KN/m3.
x –chiỊu réng cđa lìi c¾t tiÕp xúc với nền đào.
Lấy x=0,7(cm)=0,007(mm)
f1 hệ số ma sát giữa đất và thép, tra bảng (1-5) f1 = 0,6
Khi ®ã: W2 = 1.0,6 .(600.4,13.0,007) =10,41(KN)
3. Lùc c¶n di chun ®Êt tríc lìi đi (W3).
W3 = V® . γ . f2 . cosα . sinϕ
W3 = G® . f2 . cosα . sinϕ
Trong ®ã: V - thĨ tÝch khèi ®Êt tríc lìi đi,
®

Vd =

k® - hƯ sè thc tÝnh chÊt đất và tỷ số
Với

H
= 0,33
L

L.H 2
2.k d

H
L

theo bảng (7-3) có k® = 0,85

2


2

⇒ Vd = L.H = 4,13.1,395 = 4,73(m 3 )
2.k d

2.0,85

f2 hệ số ma sát giữa đất với đất, theo bảng (1-5), f2 = 0,70
trọng lợng riêng của đất theo bảng (1-2), = 16 (KN/m3)

W3 = 4,73. 16 .0,7.1 .cosα=52,95 cosα (ΚΝ)
4. Lùc 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 ®Êt, N1 = Ga . cos (δ - α)
N2 lµ áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối ®Êt tríc lìi đi:
N2 = f2.Ga.cosα.sinδ
N = N1 + N2 = Ga.[cos(δ - α) + f2.cosα.sinδ].
Sinh viªn thiÕt kÕ: Ngun Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sü S¬n

7


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

W4 là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lỡi ủi từ dới lên trên:
W4 = f1.N.cos.sin

W4=f1.Ga.[cos( - ) + f2.cos.sin].cos

W4 là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lỡi ñi
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) (V× ϕ =900)

0

0

Víi f1 = 0,6 ; f2 = 0,7; sinδ = sin55 = 0,82; cosδ =cos55 = 0,57;
Ga = V® . γ =4,73.16 = 75,68 (KN)

⇒ W4 = 26,04.(1,14.cosα + 0,82.sinα) (KN)
5. 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 = 0,10
Gm -trọng lợng m¸y đi, Gm = 271,5 (KN)

⇒ W5 = 0,10.271,5.cosα + (271,5+75,64).sin ()
=27,15. cos+347,14. sin
Tổng lực cản chuyển động tác dụng lên máy:

W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5
W
∑

= 330,4.h +10,41 + 52,95.Cosα + 29,69.Cosα + 21,35.Sinα +

+ 27,15.Cosα + 347 ,14.Sinα

∑W = 10,41 + 330,4.h + 109,79.Cos + 368,49.Sin
Điều kiện làm việc của máy:
T ∑W = 10,41 + 330,4.h + 109,79.Cosα + 368,49.Sinα
Sinh viªn thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

8


Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi ben cố định
345 10,41 + 330,4.h + 109,79.Cos + 368,49.Sin

h

334,59 109,79.Cos 368,49.Sin
330,4

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:
(độ)
0
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

h (m)
0.51
0.50
0.48
0.46

0.45
0.43
0.42
0.40
0.39
0.38
0.36
0.35
0.33
0.32
0.30
0.29
0.28
0.26
0.25
0.24
0.22
0.21
0.20
0.19
0.17
0.16
0.15
0.14
0.13
0.12

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn


9


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

30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

0.11
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.03
0.02
0.01
0.00


Phần iii: Tính lực tác dụng lên máy ủi
1. 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, còn với
máy D150A có bộ điều khiển
thuỷ lực, lỡi ngập vào trong đất
nhờ lực của xilanh thuỷ lực do
vậy trọng lợng của bộ lỡi ủi chỉ
cần đảm bảo điều kiện bền.

W2
l1

Gu
l

P02

Hình 2: Sơ đồ lực tác dụng khi bắt đầu cắt.

*Vị trí tính toán:

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

Trọng lợng bộ lỡi ủi G0

-

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ S¬n

10


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

*Trọng lợng nhỏ nhất của bộ công tác Gumin theo điều kiện ấn lỡi sâu lỡi ủi vào
đất đợc xác định theo phơng 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 ®ã:
l0

W2 = f1 . P02= f1.k.L.x
2

k: hệ số cản cắt, k=1200(KN/m )
L=4,13(m), x=0,007(mm), m=0,64(m), l0=4,236(m)
P02 .( l − f 1 .m
Do ®ã Gumin =
l0


=

)

k ' .L.x.( l − f1 .m
=
l0

34,69.( 4,67 - 0,6.0,64 )
= 35,12
4,236

)
(KN)

Víi máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực, lực ấn sâu bộ lỡi ủ vào đất là nhờ lực
của xilanh thuỷ lực do đó trọng lợng bộ lỡi ủi dợc xác định the điều kiện bền của
lỡi ủi.
Chọn sơ bộ: G0=0,1.GMK=0,1.271,5=27,15(KN)

2. Phản lực của đất tác dụng lên bộ công tác.



1

Để tính bền bộ lỡi ủi ngời ta dùng giá trị lớn nhất của phản lực đất tác dụng
lên bộ công tác 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 ...
N
P2
Lực
của
chớng ngại tác
dụng lên lỡi ủi là
áp lực pháp tuyến
N.

W2

F

P1
P02

g
Hình 3: Sơ đồ lực tác dụng lên lưỡi ủi khi va vấp
g

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

11


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

Lực ma sát: Fms=f1.N có chiều hớng lên trên.

Ngoài ra còn có phản lực của đất tác dụng lên lỡi ủi khi lỡi cắt mòn P02, W2
Khi đó, thành phần P1, P2 của tổng phản lực của đất tác dụng lên lỡi ủi đợc xác
định:
P1=N.sin( δ + ϕ 1)+W2
P2=N.cos(( δ + ϕ 1)-P02
P1 t¸c dơng vào bộ lỡi ủi có giá trị lớn nhất đợc xác định theo khả năng kéo bám
và tải trọng động khi vavấp lỡi ủi vào chớng ngại vật.
P1max=P1t + P1đ
Tính Pt1max:
Theo công thức (7-23: Giáo trình MTL)
(Gmk + G0 )max

t

P 1max = 1 − ϕ .Cotg (δ + ϕ )
max
1
Trong đó max-là hệ số bám lớn nhất của bộ di chuyển, max = 0,9
1- góc ma sát giữa đất và thÐp
ta cã: tgϕ1 = f1 = 0,6 ⇒ ϕ1 = 30057’
Thay sè:
P tmax =
1

(271,5 + 27,15).0,9
= 287 ,01( KN )
1 − 0,9.Cotg (55 0 + 30 0 57 ' )

Theo c«ng thøc (7-20):


⇒ P1 = Pt1max . ka = 287,01 . 1,5 = 430,52(KN).
Trong ®ã ka = 1,5 :HƯ sè tải trọng động
Mặt khác:
t

t

0

0

P 2max=P 1max.cotg(+1)=287,01.cotg(55 +30 ,57)=20,25(KN)
t

Theo (7-20) : P2 = P 2max . ka
Sinh viªn thiÕt kÕ: Ngun Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sü S¬n

12


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

P2 = 20,25.1,5 =30,38

(KN)

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

3. Lực nâng bộ lỡi ủi của xi lanh thuỷ


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

Gm
r

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:

lm

Sn
P01

m

lực

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 đối 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),
p01 = 20 N/mm = 20 KN/m

⇒ P01 = 20 .4,13 = 82,6(KN)
Theo tính toán ở trên ta có: P02 =k.L.x=1200.4,13.0,007=34,69( KN)
Với l = 4,67 (m) ; l0 = 4,236 (m) ; m = 0,64 (m) ; r =2,946 (m)
max

S

n

=


34,69.4,67 - 82,6 .0,64 - 27,15 .4,236
= 2,03( KN ).
2,946

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.
max

Sn

ođ

Sn

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

13


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

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 P02 cần thiết để giữ lỡi uỉ khi chun ®éng:

P02 =
,

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

l + l1

trong ®ã: lm = 0,299( m) ; l1 = 1,244(m)
Thay sè:
P

,
02

od
n

S

=

=

271,5.0,299 + 27,15.( 4,236 +1,244)
= 38,86( KN )
4,674 +1,244

'
P02 .l − P01 .m − G u .l 0
r

Thay giá trị P02 vào công thức:
S

od

n

=

38,86.4,674 - 82,6 .0,643 − 27,15.4,236
= 4,58( KN )
2,946

§iỊu kiƯn ỉn định Snmax Snođ thoả mÃn.

b.Vị trí 2: Lực nâng 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 công thức (7-27):

Gm
r

Trong đó:

Sn

lđ - khoảng cách từ trọng tâm khèi
®Êt ®Õn khíp C: l® = 4,527( m)
G® - träng lợng khối đất đợc nâng
lên


lm


Gu

l1

Gd P02

P01

l0
ld

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

l

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

14


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

*Tính Gđ:

Gđ = V. .K1

trong đó: K1 Hệ số tỉ lệ giữa khối đất đợc nâng lên cùng bàn ủi và thể tích

khối đất lăn trớc bàn ủi, K1=0,2
V: thể tích khối đất tríc lìi đi.
Coi thĨ tÝch khèi ®Êt tríc lìi đi nh thể tích của một lăng trụ có đáy là tam giác
L.H 2

vuông SKG và chiều cao lăng trụ bằng B(=L).Khi đó:V= 2.tg

K



1

trong đó: L, H: chiều dài và chiều cao của lỡi ủi



s

G

: góc chảy tự nhiên của đất ở trạng thái tơi, thờng =450

V=L.H2/2=0,5.L.H2(m3)
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

15



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

- Trọng lợng riêng cđa ®Êt, γ = 16 KN/m3

⇒ G®=0,5.4,13.1,3952.16.0,2=12,859(KN)
*TÝnh τ:
τ = f2 . T + C . F
trong ®ã: T- lùc kÐo ®Ỉt tríc lìi đi, T = 0
f2 – hƯ sè ma sát đất với đất
C- hệ số bám của đất khi trợt,tra bảng (1-7), C = 0.04(MPa)=40(KN/m2)
F- diện tích mặt trợt, F= H . L
H: chiều cao của bề mặt trỵt, H’=0,8.H
⇒ τ =40.0,8.1,395.4,13= 184,3632(KN)

VËy:
S

max
n

=

27,15.4,236 +12,86.4,527 +184,3632 .4,674 + 20,25.4,674 + 287 ,01.0,643
= 446,08( KN )
2,946

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 S


ôđ
n

đợc tính theo công thức:
od
n

=

S

Snmax Snôđ

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

Xuất 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 P02 cần thiết để giữ lỡi ủi khi chuyển động
khi có cả đất:
Trong ®ã: lm = 2,851(m)
,

P02 =

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

Thay sè:


P

,
02

=

271,5.2,851 - 27,15 .( 4,236 −1,912) −12,86.( 4,527 −1,912 ) −184,3682 .(4,674 −1,912 )
= 60,8
4,674 −1,912

Thay sè vµo ta cã:
S

0d
n

=

27,15.4,236 +12,86.4,527 +184,36.4,527 + 60,87.4,674 + 287,01.0,643
= 510,51( KN
2,946

§iỊu kiƯn Snmax Snôđ đợc bảo đảm tính ổn định:
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

16



Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lỡi ben cố 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 phơng
trình cân bằng các lực tác dụng lên bộ công tác:
a. Máy làm việc trên mặt phẳng nằm ngang
Chiếu các lực theo ph¬ng ngang:
∑XC = 0 ⇒ XC = P1 + Sn . Cos
Chiếu các lực theo phơng thẳng đứng:
ZC = 0 ⇒ ZC = Sn . Sinθ - P2 – Gu
Trong đó góc giữa xilanh thuỷ lực với phơng ngang, θ = 500

XC = 430,52 +446.08. cos500 = 717,25( KN )
ZC = 446,08. sin600 30,38- 27,15 = 284,19(
b. Máy làm việc trên mặt dốc với góc dốc .

KN)

Chiếu các lực theo ph¬ng ngang:
∑XC = 0 ⇒ XC = P1 + Sn . cosθ + Gu . sin α
ChiÕu c¸c lùc theo phơng thẳng đứng:
ZC = 0 ZC = Sn . sinθ - P2 – Gu . cos α
Sư dơng bảng tính với các khác nhau:
XC = 717,25+ 27,15.sin
ZC = 284,19 27,15.cos
(độ)
1
2
3
4

5
6
7

(KN )
( KN )

Xc(KN)

Zc(KN)

717,25
717,72
718,20
718,67
719,14
719,62
720,09

284,19
284,19
284,20
284,22
284,25
284,29
284,34

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sü S¬n


17


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

8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

33
34
35
36
37
38
39
40
41

720,56
721,03
721,50
721,97
722,43
722,90
723,36
723,82
724,28
724,73
725,19
725,64
726,09
726,54
726,98
727,42
727,86
728,29
728,73
729,15

729,58
730,00
730,41
730,83
731,23
731,64
732,04
732,43
732,82
733,21
733,59
733,97
734,34
734,70

284,39
284,45
284,52
284,60
284,69
284,78
284,88
284,99
285,11
285,24
285,37
285,52
285,67
285,82
285,99

286,16
286,34
286,53
286,73
286,93
287,15
287,36
287,59
287,82
288,06
288,31
288,57
288,83
289,10
289,37
289,65
289,94
290,24
290,54

Phần iv: tìm hiểu hệ thèng thủ lùc vµ tÝnh chän
xilanh
1.HƯ thèng thủ lùc cđa máy ủi.

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

18



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

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.
a.Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực:
b.Nguyên lý lm việc:
Sơ đồ điều khiển hệ thống thuỷ lực của máy ủi D150A gồm 2 bơm : bơm
(2) để cung cấp dầu làm việc cho các xi lanh thuỷ lực, bơm (25) cung cấp đờng
dầu cho các cơ cấu điều khiển.
Sơ đồ trên có thể điều khiển quá trình nâng hạ lỡi ben (xi lanh 9), thay đổi
góc nghiêng của lỡi cắt (xi lanh 22), quá trình nâng hạ lỡi xới (xi lanh 16 và 19).
Giả sử cần nâng lỡi ủi, khi đó ta phải điều khiển sao cho đờng dầu làm việc
ở khoang bên trái của xilanh (9).Trớc hết ta cần tác động vào van điều khiển tỉ lệ
(26) để khoang làm việc ở vị trí L, khi đó đờng dầu điều khiển sẽ đi vào khoang
phải cđa xi lanh phơ vµ lµm cho xi lanh co lại.Nhờ cơ cấu liên kết kiểu đòn bẩy
giữa xi lanh phụ và van phân phối (5) làm cho van phân phối (5) dịch chuyển sang
vị trí làm việc R.Khi đó đờng dầu làm việc từ van phân phối (5) sẽ vào khoang trái
của xi lanh (9) để nâng lỡi ủi lên, đờng dầu hồi sẽ có một phần cung cấp cho các
cụm xi lanh khác làm việc, đồng thời qua van hạ nhanh (8) cung cấp dầu lại
khoang phải của xi lanh (9) làm cho hành trình hạ lỡi ủi đợc nhanh hơn, cho năng
suất làm việc cao hơn.
(Cụm van hạ nhanh (8) nhờ có tiết lu nên tạo ra dộ chênh áp, làm cho dầu
hồi dễ dàng qua van 1 chiều và trở lại khoang phải của xi lanh).
Quá trình nâng, hạ lỡi xới đợc điều khiển bởi van phân phối (15) thông qua
van điều khiển (17).Van an toàn (18) có tác dụng đảm bảo an toàn cho quá trình
hạ lỡi xới.
Để thay đổi góc nghiêng của lỡi cắt, ta cần điều khiển thông qua van
(5),van (11), van điều khiển tỉ lệ (28) và van phân phối (21).
2. Xác định đờng kính xilanh:

Với máy Kômatsu, áp suất trong xilanh thuỷ lực: p =25MPa = 2,5.104
KN/m2.
Đờng kính cán piston d: d = 0,7 . D
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ S¬n

19


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

D - đờng kính piston, tÝnh theo c«ng thøc:
(D 2 − d 2 ) =

4.S n .k
4.446,08.1,2
=
= 0,1167
2.π . p
2.π .2,5.10 4

Víi: k- hƯ sè an toàn về lực, k =1,2

D= 163,5(mm).
Theo bảng xilanh tiêu chuẩn, ta chọn D = 165(mm)
Đờng kính cán pistôn: d =0,7.165 =116(mm)
Hành trình piston đợc xác định: S = l1- l2, trong đó:
l1 là chiều dài xi lanh ứng với thời điểm lõi ủi đợc nâng lên đến chiều cao
r


2,946

n1
tèi ®a, l1 = tg 50 0 = tg 50 0 = 2,47(m)

l2 lµ chiỊu dµi xi lanh øng víi thời điểm chiều sâu cắt là lớn nhất.

l

2

=

r n2
tg 56

0

=

2,864
=1,93( m)
tg 56 0

VËy S = 2,47-1,93=0,54(m) = 540 (mm)

Sinh viªn thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

20



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

Phần v: tính bền lỡi ủi

1. Chọn vị trí tính toán
Để tính toán bền cho lỡi ủi, ta chọn 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 số I của máy kéo;
-Khi va vấp vào chớng ngại máy sử dụng lực kéo bám là lớn nhất, có kể đến tải
trọng động với kđ = 1,5ữ 2,5.
-Với máy ủi vạn năng, bàn ủi đợc đặt vuông góc với trục dọc của máy.
2.Các lực tác dụng lên máy ủi
-Trọng lợng thiết bị ủi: GTB=27,15(KN)
-Lực nâng thiết bị ủi Sn
-Trọng lợng bản thân của máy kéo: GMK=271,5(KN)
-Lực kéo tiếp tuyến của máy cơ sở
-Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt:P1, P2 (đà xác định ở trên)
-Phản lực tại khớp C liên kết giữa khung và máy kéo.
-Khớp giữa thanh chống xiên và lỡi ủi
-Khớp giữa dầm đẩy và lỡi ủi.
*Để tính bền lỡi ủi, ta tách bàn ủi ra khỏi khung ủi để xét.Sơ đồ lực tác
dụng lên lỡi ủi đợc thể hiên nh sơ đồ hình vẽ:

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn


21


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


X A2
XA
Z A2

X A1
ZA
P2
Z A1

P1
L

Hình 2.6 Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi.

Qz
2

Qx
2

Qz
2


Mk

Qx
2

a

a

Mk
2

Qz

Mk
2

Qx

Tiết diƯn nguy hiĨm cđa lìi đi lµ tiÕt diƯn a-a.Ta đi xác định toạ độ trọng
tâm, trục quán tính chính trung tâm của tiết diện.
Chia tiết diện thành các hình nhỏ từ 1 đến 8 nh hình vẽ.Gần đúng, coi các
hình gồm các hình chữ nhật và một cung tròn (5).ứng với mỗi hình có tơng ứng hệ
trục toạ độ trung tâm nh hình vẽ.Chọn h trc O1x1z1 của cung tròn làm gốc toạ độ
để tính toán.
Mômen quán tính của các hình đối với trọng tâm của hình đó có các giá trị
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

22



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

tơng ứng nh sau:

(mm) Xc(mm)
1

15
15

2

15

3

15

4

15

5

15

6


15

7

15

8

Zc(mm)

F(mm2)

Jx(mm4)

Jz(mm4)

49

643

1890

34742,2093 2424816,1

36

726

1680


31623,4076 1761089,9

120

753

1770

32726,9388 2026381,9

125

670

1680

31443,9623 1762272,5

0

0

18711,2205

32662967,95 2.388E+09

99

613


3000

52095,2386 9380438,9

-202

-282

7665

141942,4555 165368274

-232

-46

5730

105934,2589 68734115

Ta cã :
Mômen tĩnh của các hình đợc xác định: Sxi=Zci.Fi, Szi=Xci.Fi
Trọng tâm của cả tiết diên:

S
Xc=
F
S
F
Zc=


i

i

z
i

= -47,6 (mm)

x

i

102,25 (mm)
Trong ú Xc, Zc lần lượt là toạ độ trọng tâm của cỏc hỡnh ly i vi h
trc O1x1z1
=

3.Xác định mômen quán tính của các hình khi xoay các hệ trục tơng øng theo
ph¬ng cđa O1xz.
Ju=

Jx + Jz Jx − Jz
+
. cos 2α − J xz . sin 2α
2
2

Jv=


Jx + Jz Jx − Jz
−
. cos 2α + J xz . sin 2α
2
2

Juv=

Jx − Jz
. sin 2α + J xz . cos 2α
2

Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

23


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

Trong đó là góc xoay theo ngợc chiều kim đồng hồ của các hệ trục thành
phần về phng ca h trc O1x1z1.Các giá trị tính toán đợc thống kê theo bảng
sau:

(độ)

Ju(mm4)

Jv(mm4)


Juv((mm4)

Jxz((mm4)

Jx(mm4)

Jz(mm4)

32
32
34
29
0
70
35
67

2408869.3
-2647748.517
-16151687.9
-6415401.883
32662967.95
1006050865
540165158.9
-51868834.53

50688.96874
4440461.858
18210796.71

8209118.319
2388445479
-996618331.4
-374654942.7
120708883.7

-1904681.1
766471.691
5866559.432
3548729.43
-2816172403
1186087942
-254398738
-131030381.6

-1894716.459
3521419.717
18127822.31
8081688.346
-2816172403
-1552241550
-516834342.3
153092362.1

34742.2093
31623.4076
32726.9388
31443.9623
32662967.95
52095.2386

141942.4555
105934.2589

2424816.1
1761089.9
2026381.9
1762272.5
2.388E+09
9380438.9
165368274
68734115

4.Mômen quán tính của các hình khi chuyển trục song song về trọng tâm của
mặt cắt.
áp dụng công thức chuyển trục song song:
JX=Ju+b2.F
JZ=Jv+a2.F
JXZ=Juv+abF
Ta có giá trị các mômen quán tính theo bảng sau:



a(mm)

b(mm)

JX(mm4)

JZ(mm4)


JXZ(mm4)

1

96

541

555575959,3

17468928,97

96254358,9

2

83

623

649408971,5

16013981,86

87637591,69

3

163


650

731673312,1

65237926,71

193398059,4

4

173

568

535592918,1

58489838,32

168632249,4

5

48

-102

227334506

2431556131


-2907782539

6

147

-716

2544018865

-931791331,4

870331941,9

7

-155

-384
1670415,399
-190503317,.7
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

201822062

24


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


8

-185

-148

73641085,47

316818133,7

25857018,36

Hệ trục quán tính trên trở thành hệ quán tính chính trung tâm khi:
JXZ=

Jx Jz
. sin 2α + J xz . cos 2α = 0
2

⇒ tg2 α =-

2 J XZ
JX − JZ

=−

2.( −1263849257 )
= -0,486
6987661017 - 1783290291


⇒ α 1 = 6,82 0 , α 2 = 83,18 0

Trị số của các mômen quán tính ®èi víi hƯ trơc chÝnh trung t©m:
Jmax=

J X + JZ
J − JZ 2
+ ( X
) + J 2 XZ
2
2

=

8100871537 (mm4)

Jmin=

JX + JZ
J − JZ 2
− ( X
) + J 2 XZ
2
2

= 1492607941(mm4)

5.Tính toán trong hệ quán tính chính trung tâm.


Sinh viên thiết kế: Nguyễn Thị Oanh- Lớp 44M
Giáo viên hớng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn

25