Thiết kế máy ủi trên máy kéo bánh xích T100

Tài liệu tham khảo Thiết kế máy ủi trên máy kéo bánh xích T100

BỘ MÔN CƠ GIỚI HÓA XN-XD

MSSV : 20200858

BK

TP.HCM

Lời mở dầu Trong thời đại ngày nay ,khi mà nền khoa học ngày càng phát triển thì việc xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng là một yêu cầu hàng đầu để thúc đẩy nền kinh tế phát triển Việc cơ khí hóa trong xây dựng nói chung và cơ giới hóa khâu làm đất nói riêng là một yêu cầu cấp bách của tình hình nước ta.Việc xuất hiện các loại máy làm đất trong các công trình xây dựng như Máy ủi ,Máy xúc chuyển ,Máy đầm lèn …đã góp phần

tăng năng suất lao động,tăng tốc độ thi công ,giảm giáthành công trình đồng thời giảm được cường độ lao độngvà góp phần bảo vệ sức khỏe ,an toàn cho người công nhân

Đề tài của đồ án này là “Thiết kế máy ủi trên máy kéo bánh xích T100” Đồ án này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về việc tính toán và thiết kế máy ủi nói riêng và các loại máy khác trong ây dựng nói chung

Trong thời gian thực hiện đồ án này em được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô bộ môn và đặc biệt là của Thầy Nguyễn Danh Sơn.Em xin chân thành cám ơn

Sinh viên thực hiện đồ án

NGUYỄN HIỆP

Mục lục

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ỦI 4

1.1 Công dụng máy ủi: 4

1.2 Phân lọai máy ủi: 5

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY ỦI 6

2.1.TÍNH TOÁN CHUNG MÁY ỦI 6

2.1.1 Xác định các thông số cơ bản của máy ủi và bàn ủi 6

2.1.1.1 Xác định các thông số cơ bản của máy ủi 6

2.1.1.2Xác định các thông số cơ bản của bàn ủi(hình 4-1[I]) 7

1.Xác định các thông số động học của bàn ủi 7

2 Xác định thông số hình học của bàn ủi : 9

2.1.2.Tính toán lực kéo và công suất của máy ủi: 11

2.1.2.1 Xác định tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi 11

1 Xác định lực cản cắt đất, W1, kN 12

2 Định lực cản di chuyển do khối đất lăn trước bàn ủi tạo ra 13

3 Xác định lực cản di chuyển do đất cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra 14

4 Xác định lực cản di chuyển bản thân máy ủi 15

5 Xác định lực cản di chuyển do ma sát giữa dao cắt của bàn ủi và đất tạo ra 15

2.1.2.2 Lực kéo tiếp tuyến của máy ủi Pk 16

2.1.2.3 Xác định lực bám của máy ủi Pb 16

2.1.2.4 Xác định công suất động cơ của máy ủi 16

2.2.XÁC ĐỊNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI : 17

2.2.1.Xác định trọng lượng thiết bị ủi GTB 18

2.2.2 Xác định phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi P 19

2.2.2.1 Với máy ủi thường (bàn ủi không quay) 19

2.2.2.2 Với máy ủi vạn năng (bàn ủi quay) 22

2.2.3 Xác định lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi 23

2.2.3.1 Khi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất (ở giai đoạn đào và tích đất ) 24

2.2.3.2 Khi nâng thiết bị ủi ở cuối giai đoạn đào và tích đất (hình 4.8b) 26

2.2.4 Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo 29

2.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY ỦI 30

2.3.2.2 Tính toán và thiết kế thiết bị ủi vạn năng với bàn ủi quay 442.4 TÍNH ỔN ĐỊNH MÁY ỦI : 542.4.1 Dao cắt của bàn ủi gặp chướng ngại vật khi bắt đầu ấn sâu xuống đất : 542.4.2.Bàn ủi được nâng lên ở cuối quá trình đào và tích đất: 552.5 XÁC ĐỊNH NĂNG SUẤT CỦA MÁY ỦI : 572.5.1.Xác định năng suất của máy ủi khi đào và

chuyển đất : 572.5.1.1.Xác định thể tích khối đất trước bàn ủi : 572.5.1.2.Xác định thời gian một chu kỳ làm việc của máy ủi: 602.5.2Xác định năng suất máy ủi khi san đất 602.5.3Xác định chiều dài giới hạn quãng đường chuyển đất 61

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ỦI 1.1 Công dụng máy ủi:

Máy ủi là một loại máy làm đất gồm có máy kéo

cơ sở và bộ công tác dùng để đào –vận chuyển đất và san bằng bề mặt thi công

Trong thực tế ,máy ủi thường được sử dụng làm các công việc sau:

- Đào hồ ao ,kênh mương nông và rộng

- Đào các móng nhà lớn

- Đào lắp đường có độ cao không quá 2m

- San sơ bộ tạo mặt bằng lớn để xây dựng sân

quảng trường ,sân vận động ,khu công nghiệp và các đô thi mới

- San lắp rãnh đặt đường ống hoặc móng nhà sau khiđã thi công xong

- Thu dọn vật liệu phế thải trên hiện trường sau khi công trình đã hoàn thành

- Dồn vật liệu thành đống cao để tạo điều kiện

thuận lợi cho máy xúc một gầu xúc vật liệu đỗ lên ô tô

- Trợ lực đẩy cho máy cạp khi máy cạp đào đất gặp đất rắn

- Kéo các phương tiện khác

1.2 Phân lọai máy ủi:

Bộ phận làm việc chính của máy ủi là bàn ủi

a Dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy

- Máy ủi vạn năng

- Máy ủi thường

b Dựa vào phương pháp điều khiển máy ủi

- Máy ủi điều khiển bằng thủy lực

- Máy ủi điều khiển bằng cáp

c Dựa vào công suất và lực kéo của máy

Loại máy ủi Công suất động

cơ (kW) Lực kéo (T)Rất nhỏ

>220

Đến 2,52,5÷7,57,5÷1515÷20

>30

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY ỦI 2.1.TÍNH TOÁN CHUNG MÁY ỦI

2.1.1 Xác định các thông số cơ bản của máy ủi và bàn ủi.

2.1.1.1 Xác định các thông số cơ bản của máy ủi

Các thông số cơ bản của máy ủi gồm: trọng lượng sử dụng của máy Gm; lực léo danh nghĩa của máy T;

trọng lượng thiết bị ủi; chiều cao nâng bàn ủi lớn nhất; tốc độ di chuyển của máy khi làm việc; áp suất của máy xuống đất; phản lực của đất tác dụng lên dao cắt;tốc độ chuyển động của dao cắt theo phương thẳng

cơ của máy kéo cơ sở, theo các công thức kinh nghiệm sau:

a)Lực kéo danh nghĩa,daN:

(4-1[I])b) Trọng lượng toàn bộ của máy,daN:

(4-1a[I])c) Trọng lượng thiết bị ủi,daN:

(4-1b[I])d) Chiều cao nâng bàn ủi lớn nhất,mm

(4-1c[I])e) Tốc độ di chuyển của máy khi làm việc,km/h:

-Khi đào và chuyển đất: thường là số I của máy kéo cơ sở Theo kinh nghiệm chọn

-Khi di chuyển không tải: thường là số tiến cao nhất củamáy kéo cơ sở Theo kinh nghiệm chọn

f) Aùp suất của máy xuống đất,daN/cm2: p = 0,5

g) Phản lực tác dụng lên dao cắt của bàn ủi

Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt cảu bàn ủi là một trong những thông số quan trọng, ảnh hưởng lớn

đến quá trình cắt đất cũng như năng lượng tiêu hao trongquá trình cắt đất và năng suất máy ủi Khi tính toán trọng lượng thiết bị ủi và tính sức bền thiết bị ủi, đặc biệt là tính bền bàn ủi cần phải xác định được phản lực này.

Để xác định phản lực cản đất tác dụng lên dao cắt của bàn ủi, ta tiến hành khảo sát vị trí bàn ủi bắt đầu cắt đất ở giai đoạn dào và tích đất, trước bàn ủi chưa có khối đất lăn,có kể đến sự mòn (hoặc cùn) của dao cắt

Khi máy ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt vào đất để tiến hành quá trình đào đất, tại dao cắt có hai thành phản lực của đất tác dụng:

-Phản lực pháp tuyến R2 (N) theo phương thẳng đứng được xác định theo công thức:

(4-2[I])Trong đó:

-hệ số khả năng chịu tải của đất, thường

;x-chiều rộng phần bị mòn (hoặc cùn) của dao cắt,

(4-2b[I])

vđ- tốc độ di chuyển của máy khi đào đất;

α - góc sau của dao cắt;

Vậy:

2.1.1.2Xác định các thông số cơ bản của bàn ủi(hình 4-1[I])

1.Xác định các thông số động học của bàn ủi.

Các thông số động học của bàn ủi gồm:

- Góc cắt của dao cắt ;

- Góc sắc của dao cắt ;

-Góc sau của dao cắt ;

- Góc quay của bàn ủi trong mặt phẳng ngang (còn gọi là góc đặt của bàn ủi);

- Góc tự lựa, là góc tạo bởi mép dưới dao cắt của bàn ủi và phương ngang(nhìn từ phía trước bàn ủi) , (Hình4-1b[I]);

- Góc nghiêng bàn ủi so với phương ngang ;

- Góc lật và góc đặt của tấm chắn phía trên ;Các thông số trên không những có ảnh hưởng đến lực cản cắt và lực cản ma sát trược giữa đất và bàn ủi cũng như năng lượng tiêu hao trong quá trình cắt đất mà còn ảnh hưởng lớn đến khả năng tích tụ đất trước bàn ủi và năng suất của máy Vì vậy, nếu phân tích đặc điểm quá trình làm việc của máy ủi và xác định giá trị hợp lí của các thông số cơ bản của bàn ủi sẽ góp phần làm giảm các lực càn tác dụng lên máy khi làm việc cũng như giảm năng lượng tiêu hao cho việc đào đất và tích đất; đồng thời rút ngắn thời gian và chu kỳ làm việc và tăng năng suất máy

- Trước hết cần xác định giá trị hợp lí của góc cắt Góc cắt của dao cắt ở máy ủi bằng tổng của góc sau và góc sắc của dao:

Thường góc sau của dao cắt

Góc cắt của dao cắt là thông số động hhọc cơ bản nhất của àn ủi Nó ảnh hưởng lớn đến lực cản cắt và năng lượng tiêu hao cho quá trình cắt Kết quả

nghiên cứu thực nghiệm của các chuyên gia Máy Làm Đất đã chứng minh rằng: nếu góc cắt của dao cắt ở bàn ủi thì lực cản cắt tăng nhanh Khi đó, cứ ứng với một độ tăng của góc cắt thì lực cản cắt tăng 1,5% và dẫn đến năng lượng tiêu hao cho quá trình cắt cũng tăng lên nhiều Tuy nhiên, nếu góc cắt thì theo công thức trên, góc sắc của dao cắt Điều đó làm cho độ bền của dao không đảm bảo

Kết hợp các yếu tố phân tích ở trên, góc cắt hợp

lí của dao cắt ở máy ủi

- Góc lật của bàn ủi và góc đặt của tấm chắn phía trên có ảnh hưởng đến khả năng tích tụ đất trước bàn ủi và năng suất máy Giá trị hợp lí của máy này phải đảm bảo sao cho trong quá trình đào, khi đất đã được tích đầy trước bàn ủi lên hết chiều cao của nó nhưng đất không bị rơi lại phía sau bàn ủi mà luôn luôn hướng về phía trước Để thỏa mãn điều kiện đó, kết quả nghiên cứu thực nghiệm cũng đã xác định được giá trị tối ưu của góc lật của bàn ủi và góc đặt tấm chắn như sau:

- Góc đặt của tấm chắn ở phái trên bàn ủi: ;

- Góc lật của bàn ủi không quay của máy ủi thường

;

- Bàn ủi thường được đặt nghiêng, góc nghiêng của bàn ủi so với phương ngang phải đảm bảo để đất dễ dàng cuộn lên phía trên bàn ủi, đồng thời giảm lực ma sát giữa đất và mmặt cong của bàn ủi, góp phần

giảm lực cản di chuyển khi máy làm việc cũng như giảm năng lượng tiêu hao trong quá trình đào đất và tích đất.Trên cơ sở phân tích trên, các thông số động học cơ bản của bàn ủi, được xác định bằng thực nghiệm và cho kết quả như bản sau:

TT Các thông số động học của bàn

4 Góc đặt tấm chắn phía trên 900

6 Góc tạo bởi giữa bàn ủi và trục

dọc máy(góc quay của bàn ủi) 50

0

7 Góc tạo bởi mép dưới dao cắt và

phương ngang(khi nhìn từ phía trước)

còn gọi la góc tự lựa của bàn ủi

2 Xác định thông số hình học của bàn ủi :

-Xác định chiều cao H của bàn ủi :Dựa vào lực kéo của máy kéo cơ sở :

(4-3[I])

-Xác định chiều rộng B của bàn ủi:

Chiều rộng B của bàn ủi được xác định sơ bộ theo chiều cao:

Mặt khác, chiều rộng nhỏ nhất của bàn ủi phải bảo đảm sao cho, sau khi bàn ủi đã quay và đặt nghiêng

so với trục dọc của máy, thì hình chiếu bàn ủi lên phươngvuông góc với phương di chuyển phải lớn hơn chiều rộng bao của máy kéo (kể cả phần nhô ra của khung ủi) không nhỏ hơn 100 mm về mỗi phía Vì vậy, theo kinh

nghiệm, chiều rộng của bàn ủi thường được chọn như sau:

Trong đó :

b =2460 mm - chiều rộng bao của máy kéo cơ sở

 =500 –góc quay của bàn ủi trong mặt phẳng nằm ngang

Vậy: B =3941 mm

Hình 1.1:Các thông số cơ bản của bàn ủi

-Xác định bán kính cong của bàn ủi R:

Bàn ủi của máy ủi thường cũng như máy ủi vạn năng có biên dạng (profil) hình cong với bán kính cong R, riêng phần dưới của bàn ủi có dạng phẳng với chiều rộng là a (hình 4.1a ) để lắp dao cắt đất Sở dĩ bàn ủi có kết cấu như vậy là để giảm lực can ma sát giữa đấtvà bàn ủi trong quá trình đào đất và tích đất, đồng thời đảm bảo cho đất khi cuốn lên phía trên bàn

ủi ,luôn luôn có xu hướng đổ về phía trước mà không

bị rơi lại phía sau bàn ủi Mặt khác, kết cấu bàn ủi như thế còn có tác dụng làm tăng năng suất máy Bán kính cong R của bàn ủi được xác định dựa vào quan hệ hình học giữa R với chiều cao H và chiều rộng a của

phần có dạng phẳng của bàn ủi, góc cắt của dao cắt và góc lật của bàn ủi (hinh 1.1a ).Thực hiện phép chiếucác thông số này theo phương đứng, sẽ nhận được

phương trình sau :

(4.3b[I])

Ở đây :

H - chiều cao bàn ủi (không kể tấm chắn phía trên);

a - chiều rộng vùng phẳng của bàn ủi để lắp dao cắt, xem hình (4-1a); Với các máy ủi đang được sử dụng phổ biến hiện nay, thường : mm;

-góc cắt của dao cắt;

-góc cắt lật của bàn ủi

Chọn R=700 mm

- Xác định chiều cao tấm chắn phía trên:

Tấm chắn phía trên có tác dụng giữ cho đất không bi rơi vãi lại phía sau bàn ủi khi nó đã được tích tụ đầy phía trước bàn ủi Chiều cao của tấm chắn cũng được xác định dựa vào chiều cao H của bàn ủi, theo công thức kinhnghiệm sau :

chuyển về phía trước, sẽ có hiện tượng đất bị rơi vãi sang hai bên bàn ủi Để bù lại lượng đất bị rơi vãi đó, nhằm nâng cao năng suất của máy Đồng thời với quá trình chuyển đất, máy ủi thường tiến hành cắt đất với chiều cắt không đổi trên suuốt chiều dài quẵng đường chuyển đất Khi đó điều kiện cần và đủ để máy ủi cóthể di chuyển được sẽ là:

Trong đó:W-tổng các lực tác dụng lên máy ủi

Pk-lực kéo tiếp tuyến của máy kéo cơ sở

Pb-lực bám giữa cơ cấu di chuyển và mặt đường

2.1.2.1 Xác định tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi

Với máy ủi vạn năng :

Khi làm việc ,bàn ủi của máy vạn năng thường quay trong mặt phẳng nằm ngang và được đặt nghiên so với phương di chuyển của máy Do đó tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi vạn năng trong quá trình chuyển đất về phía trước được xác định theo công thức :

Tổng các lực cản tác dụng lên máy được xác định theo công thức:

W1’-lực cản cắt đất,

W2’-lực cản di chuyển do đất lăn trước bàn ủi tạo ra,

W3’ =W3sin +WT

Trong đó :

W3-lực cản di chuyển do đất cuộn lên phía trên bàn ủitạo ra

WT-lực cản di chuyển do đất trượt dọc bàn ủi tạo ra

W4-lực cản di chuyển bản thân máy ủi,

W5-lực cản di chuyển do ma sát giữa dao cắt bàn ủi và đất tạo ra

Lực cản W5 chỉ được tính đến trong trường hợp: Máy ủi đang tiến hành cắt đất với dao cắt đã bị mòn(cùn), đồng thời thành phần lực cản đào theo phương thẳng đứng R2 và trọng lượng bản thân thiết bị ủi GTB chỉ

truyền xuống đất mà không truyền qua cơ cấu nâng thiết bị ủi và cơ cấu di chuyển máy ủi trong khi tiến hành cắt đất đồng thời với quá trình di chuyển đất về phía trước

1 Xác định lực cản cắt đất, W 1 , kN.

(4-4[I])

Trong đó:

k-lực cản cắt riêng(còn gọi là hệ số lực cản cắt)

Giá trị của k khi góc cắt , phụ thuộc vào đất, được chọn như sau:

Với đất loại I:

Với đất loại II:

Với đất loại III:

Chọn để tính với đất loại II:

B-chiều rộng bàn ủi,m : B =3,41 m

h1- chiều sâu cắt (m) do bàn ủi tiến hành cắt đất dểbù lại lượng rơi vãi sang hai bên trong quá trình chuyển đất; được xác định theo công thức

(4-4a[I])

k1-hệ số kể đến lượng đất bị rơi vãi sang hai bên trênmột m chiều dài quãng đường vận chuyển đất Giá trị của nó phụ thuộc vào tính chất của đất:

Với đất ướt dính:

Ta chọn :

Chọn k1 = 0,03

V-thể tích khối đất lăn trước bàn ủi, m3

Thể tích V phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất cũng như chiều cao, chiều rộng của bàn ủi và được xác định theo công thức:

(4-5[I])

HT-chiều cao kể cả tấm chắn phái trên bàn ủi,m, xem(Hình 4-1a[I])

H-chiều cao bàn ủi được tính theo công thức(4-3[I])

H1-chiều cao tấm chắn phía trên của bàn ủi

B-chiều rộng của bàn ủi; B = 3,41m

kt-hệ số phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất cũng như tỉ số giữa chiều cao và bề rộng của bàn ủi được chọn theo (Bảng 4-3[I])

tra theo (Bảng 4-3[I]) ta được:

Với đất ướt và dẻo:

2 Định lực cản di chuyển do khối đất lăn

trước bàn ủi tạo ra

(Hình 4-2[I])

6[I])

(4-Gđ- trọng lượng khối đất lăn trước bàn ủi, dược xác định theo công thức:

V- thể tích khối đất lăn trước bàn ủi, V = 2,1 m3

- trọng lượng riêng của đất, chọn theo (Bảng 1-5[I]); với đất loại III: sét, á sét chặt, hoàng thổ ẩm và chặt:

với hệ số tơi

- hệ số ma sát giữa đất và đất, giá trị của nó phụ thuộc vào tính chất đất; với đất sét nhẹ và trung bình theo (Bảng 4-1[I]),

Vậy:

3 Xác định lực cản di chuyển do đất cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra.

Khi máy ủi thực hiện quá trình đào và tích đất, đất được cuộn lên trên để tạo thành khối đất lăn phía trướcbàn ủi, có thể tích V và trọng lượng là Gđ khối đất lăn này sẽ nén vào bề mặt làm việc của bàn ủi áp lực:

Dưới tác dụng của N, tại bề mặt tiếp xúc giữa khối đất lăn và lòng bàn ủi xuất hiện lực ma sát Pms (h4.2.b[I]), chống lại chuyển động của khối đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi

Lực ma sát này có phương vuông góc với phương của áplực N và được xác định theo công thức:

(4-7[I])Chiếu lực Pms xuống phương di chuyển của máy khi làm việc, sẽ xác định được lực cản di chuyển do khôi đất cuộn lên phái trên bàn ủi tạo ra:

(4-8[I])Trong đó:

-góc cắt của dao cắt,độ; =52o

-hệ số ma sát giữa thép và đất,với đất sét nhẹ và trung bình theo (Bảng 4-1[I]); =0,5

WT được xác định như sau:

Khi máy ủi vạn năng dùng để đào và chuyển

đất ,bàn ủi quay trong mặt phẳng nằm ngang và tạo với trục dọc của máy một góc  ;thường góc  =450÷600 (hình4.2d).Lúc đó đất sẽ di chuyển dọc bàn ủi và được đỗ sang bên cạnh máy Vì vậy ,xuất hiện lực ma sát tại bề mặt tiếp xúc giữa bề mặt làm việc của bàn ủi và khối đất trượt dọc bàn ủi Lực đó được xác định theo công thức :

Thực hiện phép chiếu theo phương di chuyển ,sẽ xác định được lực cản di chuyển do đất trượt dọc bàn ủi tạo ra trong khi máy ủi vạn năng thực hiện quá trình đào và chuyển đất về phía trước :

Vậy:

4 Xác định lực cản di chuyển bản thân máy

Gm - trọng lượng máy ủi;

f- hệ số cản lăn, theo (Bảng 4-4[I]) với máy ủi bánh

α- góc nghiêng của nơi máy làm việc so với phương ngang;

khi α<100 thì cos α = 1, sin α  tg α = i,

i-độ dốc của mặt đất, nơi làm việc;

Dấu (+) được lấy khi máy di chuyển lên dốc; Dấu (-) đượclấy khi máy di chuyển xuống dốc;

Tính sơ bộ khi máy kéo lên dốc α = 100chọn i =

tg100=0,176

5 Xác định lực cản di chuyển do ma sát giữa

dao cắt của bàn ủi và đất tạo ra

(4-10)Trong đó :

-hệ số ma sát giữa đất và thép;

R2,R1-lực cản đào theo phương thẳng đứng và phương ngang tác dụng lên dao cắt;

R-hợp lực của các lực cản đào R1 và R2

’- góc tạo bởi giữa phương của lực R và phương ngang :khimáy đào và chuyển đất chặt ’=170

Lực cản đào theo phương ngang R1 được xác định theo lực kéo danh nghĩa T của máy kéo cơ sở

kT=0,6 –hệ số sử dụng lực kéo của máy kéo

GTB-trọng lượng của thiết bị ủi; được xác định dựa vào công suất của máy kéo cơ sở, GTB= 18,65 kN

Vậy lực cản tổng cộng:

2.1.2.2 Lực kéo tiếp tuyến của máy ủi P k

Lực kéo tiếp tuyến phải thõa mãn điều kiện cần nghĩa là

Pk >WTheo thông số kỹ thuật của máy kéo cơ sở T100 ,ta chọn

Pk=100 kN

2.1.2.3 Xác định lực bám của máy ủi P b

Mặt khác, lực kéo tiếp tuyến Pk của máy cần phải thỏamãn điều kiện đủ:

Pk<Pb

Với: Pb- lực bám của cơ cấu di chuyển máy ủi với đất

(4-13[I])Trong đó:

Gb- trọng lượng bám của máy ủi;

Gm140,5 kN- trọng lượng chung của máy ủi;

kcđ - hệ số kể đến tỷ lệ trọng lượng máy phân ra các bánh xe chủ động; với máy ủi bánh xích thì kcđ=1

- hệ số bám lớn nhất giữa xích di chuyển và mặt đất,theo bảng 4-4[I];

- góc nghiêng của mặt đất nơi máy làm việc so với phương ngang; khi góc nghiêng của mặt nền đất nơi máy làm việc , thì xem Khi đó lực bám được xác định theo công thức:

2.1.2.4 Xác định công suất động cơ của máy ủi

Công suất động cơ của máy được xác định theo công thức :

Trong đó:

N- công suất động cơ, N=100kN

-hiệu suất truyền động của máy; thông thường

v- vận tốc của máy khi chuyển đất, thường là vận tốc số II của máy kéo cơ sở; v=2,36 km/h

2.2.XÁC ĐỊNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI :

Để xác định lực tác dụng lên máy ủi ,ta khảo sát máy đang làm việc ở giai đoạn đào và tích đất Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi tại giai đoạn này được thể hiện trên hình 4.3[I]

Nhìn vào hình 4.3[I] ta thấy :các lực tác dụng lên máy ủi gồm có :

1 Trọng lượng thiết bị ủi GTB ;

2 Phản lực P của đất tác dụng lên bàn ủi

Với máy ủi thường ,phản lực này được phân thành hai lực thành phần :P1 theo phương ngang và P2 theo phương đứng (hình 4.3 c)

Các phản lực trên thường được xác định ở hai vị trí :

+Khi máy bắt đầu thực hiện quá trình đào đất ,dao cắt bắt đầu ấn sâu vào đất ,trước bàn ủi chưa có khối lăn

+Khi bắt đầu nâng bàn ủi lên cuối giai đoạn đào và tích đất ,trước bàn ủi có đã được tích đầy đất

3.Lực nâng S trong cơ cấu nâng thiết bị ủi ;

4.Phản lực tại khớp bản lề liên kết giữa khung ủi với máy kéo cơ sở Pc

Phản lực Pc cũng được phân thành hai thành phần :

-Theo phương thẳng đứng Zc

-Theo phương ngang Xc

Các lực trên được xác định như sau :

2.2.1.Xác định trọng lượng thiết bị ủi GTB

Muốn xác định trọng lượng bàn ủi ,cần kháo sát máyủi điề khiển bằng cáp vì khi máy ủi này tiến hành đàođất thì lực nén dao cắt đât ăn sâu vào đất do trọng lượng bàn thân thiết bị ủi Vì vậy, trọng lượng nhỏ nhất của thiết bị ủi phải bảo đảm sao cho dao cắt của bàn ủi có thể ăn sâu vào đất trong khi đào đất ,nghĩa là trọng lượng bản thân của thiết bị ủi truyền dao cắt phảithắng được lực cản của đất tác dụng lên dao cắt Điều kiện để tính trọng lượng của thiết bị ủi :

+Máy bắt đầu ủi tiến hành đào đất trên mặt

phẳng ngang 1.4;

+Dao cắt của bàn ủi bắt đầu ấn sâu vào đất;

+Lực căng của cáp nâng thiết bị ủi gồm có :

+Trọng lượng bản thân thiết bị ủi GTB

+Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt theo phương tiếp tuyến R1

+Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt theo phương pháp tuyến R2

Để xác định trọng lượng thiết bị ủi GTBmin ta thiết lập

phương trình cân bằng moment của các lực đối với điểm C(hình 1.4):

0m

*Rl

*Rl

*G

MC  TBmin 0 2  1 



1 2

0

1 2

min TB 2

1

)m

*l(

*

Rl

m

*Rl

*RG

R

*

(1-15)Trong đó :

Phản lực R1=9850N được xác định theo công thức 4-2aPhản lực R2 =19700N được xác định theo công thức 4-2Trọng lượng thiết bị ủi của máy ủi điều khiển bằng cáp phải được chọn lớn hơn giá trị được xác định theo công thức (4-15) từ (5÷10)%

Hình 4.4 sơ đồ xác định trọng lượng thiết bị ủi GTB

2.2.2 Xác định phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi P.

2.2.2.1 Với máy ủi thường (bàn ủi không

quay).

Phản lực P của đất tác dụng lên bàn ủi được phânthành hai lực thành phần: P1 theo phương ngang và P2 theophương đứng (hình 4.5)

Để xác định giá trị của P1 và P2, ta xét hai trường hợpsau:

a) Khi bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất để thực hiện quá trình đào đất:

Trong trường hợp này, có kể đến sự mòn (hoặc cùn)của dao Trước bàn ủi chưa có khối đất lăn (hình 4.5a).Lúc đó các phản lực của đất tác dụng lên dao cắt P1

và P2 có điểm đặt cùng nằm trên mặt nền đất cơ bản,lực P2 có chiều hướng lên Các phản lực này được xácđịnh tương tự như trường hợp ở mục (4.1.1.2,c), nghĩa là:

Trong trường hợp này, trước bàn ủi đã được tích tụ đầyđất, nghĩa là trước bàn ủi đã có khối đất lăn Khốiđất này tạo ra áp lực N, nén vào lòng bàn ủi (hình 4.5b).Phân tích lực N thành hai lực thành phần:

+ Lực P1 theo phương song song với phương di chuyển củamáy;

+ Lực P2 theo phương vuông góc với phương di chuyểncủa máy;

Lực P2 có chiều hướng xuống dưới

Hình 4.5: Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi.

Khi máy ủi làm việc ở cuối giai đoạn đào và tích đất,dưới tác dụng của N, tại bề mặt làm việc của bàn ủixuất hiện lực ma sát Fms, cản lại chuyển động của đấtkhi nó cuộn lên phía trên bàn ủi Lực ma sát đó đượcxác định theo công thức:

Các lực P1 và P2 trong trường hợp này được xác định

theo các công thức:

( 4-16) (4-17)

Ơû trường hợp này, điểm đặt của P1, P2 được nâng lên,cách mặt nền đất cơ bản một đoạn là:

hp=(0,170,27).H=0,2.830=166mm

Trong đó:

H=830mm- chiều cao bàn ủi;

 =520- góc cắt đất của dao

1=26,56 -góc ma sát giữa thép và đất, tg1=1

1=0,5 - hệ số ma sát giữa đất và thép;

R1,R2– phản lực của đất tác dụng lên dao cắt theophương tiếp tuyến và pháp tuyến có kể đến độ mòn(cùn) của dao Chúng được xác định theo các công thức(4-2a) và (4-2);

Khi máy ủi làm việc gặp chướng ngại vật ở dao cắt,sẽ phát sinh tải trong động Lúc đó phản lực theo phươngngang của đất tác dụng dao cắt là lớn nhất:

Plmax=Plc+Plđ 18)

(4-Trong đó: Plc- lực cản tĩnh, tính theo lực kéo lớn nhấtcủa máy kéo

Plc=Tmax=Pb=max.Gb =1.121=121kN 19)

(4-Ở đây:

max – hệ số bám lớn nhất của máy kéo cơ sở, phụthuộc vào loại đất nơi máy làm việc và được chọn theobảng(4-4); max=1

Gb – trọng lượng bám của máy kéo cơ sở;Gb=121kN

Plđ – tải trọng động tác dụng lên dao cắt

Có thể xác định gần đúng Plđ dựa vào hệ số tải trọngđộng:

Suy ra: Pld=(kd-1).Plc =(1,8-1).121=96,8kN 22)

(4-Vậy: Plmax= Plc+(kd-1).Plc =121 + 112,4=217,8kN(4-23)

Trong đó: kd – hệ số tải trong động; thường kd=1,52,0Để xác định P2 tiến hành giải đồng thời hai phươngtrình (4-16) và (4-17) sẽ có:

Suy ra:

P2=(P1-R1).cotg(+1)-R2 (4-24)

P2 =(29,45-9,85).cotg(520+26,56015,73kN

)-19,7=-Lực P2 có giá trị lớn nhất tại vị trí bắt đầu nâng bànủi lên ở cuối giai đoạn đào đất và tích đất Khi đó

R1=R2=0 và góc cắt  có giá trị nhỏ nhất Lực P2 hướngxuống và được xác định theo công thức:

P2max=P1.cotg(+1) (4-24a)

P2max=29,45.cotg(52+26,56)=6kN

2.2.2.2 Với máy ủi vạn năng (bàn ủi quay)

Khi góc quay của bàn ủi  khác 900, thì phản lực P củađất tác dụng lên bàn ủi được phân thành ba lực thànhphần Ngoài hai lực P1 và P2 (như đã trình bày ở trên) còncó thêm lực P3 lực này có phương vuông góc với trụcdọc của máy ủi (xem hình 4.6)

Dưới tác dụng của lực P3, máy có xu hướng bị quayvòng trong mặt phẳng ngang

Để máy vẫn có thể di chuyển thẳng về phía trước khilàm việc thì giá trị lớn nhất của P3 phải thoã mãn điềukiện bám của cơ cấu di chuyển, nghĩa là:

P3.l≤MP

Suy ra:

l- khoảng cách từ điểm đặt lực P3 (tức là từ mép daocắt) đến tâm quay vòng trong mặt phẳng ngang củamáy ủi;

Nếu phản lực P3 làm cho máy ủi bị quay vòng thì:

Với máy ủi bánh xích, tâm quay vòng là điểm O (xemhình 4.6a)

Với máy ủi bánh hơi, tâm quay vòng là điểm O1hoặc

O2 (xem hình 4.6b)

MP- mômen cản vòng quay do tổng các phản lực ngangcủa mặt đất tác dụng lên cơ cấu di chuyển gây ra khimáy ủi quay vòng

Giá trị của mômen cản quay vòng MP được xác địnhnhư sau:

 Với máy ủi bánh xích (hình 4.6a):

Hình 4.6: Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi vạn

năng.

Máy ủi bánh xích;

Dưới tác dụng của lực P3, máy có xu hướng bị quayvòng quanh tâm 0 khi đó mômen cản quay vòng đượcxác định theo công thức:

25)

(4-Trong đó:

µP- hệ số cản quay vòng của máy kéo xích, thường

µP=0,71,0;

Khi tính toán sức bền các bộ phận của máy ủi thì lấygiá trị µp lớn nhất

µP=1,0

L=2260mm - chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển;G=140,5N-trọng lượng của máy ủi truyền xuống hai dảixích di chuyển

Khi thiếtbị ủi nằm trên mặt đất thì G là trọng lượngmáy kéo cơ sở

Hình 4.7: sơ đồ xác định lực trong cơ cấu nâng

(ở vị trí ấn sâu dao cắt xuống đất)

2.2.3 Xác định lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi

Để xác định lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi ta khảosát hai vị trí làm việc chủ yếu của máy :

+ Khi bàn ủi bắt đầu ấnsâu dao cắt xuống đất đểtiến hành đào đất và tích đất

+ Khi bàn ủi được nâng lên ở cuối giai đoạn đào vàtích đất

Tại hai vị trì này, lực nâng thường đạt giá trị lớn nhất

2.2.3.1 Khi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất (ở giai đoạn đào và tích đất )

Ở giai đoạn này, lực trong cơ cấu nâng thiếtbị ủi S

được xác định từ phương trình cân bằng momen của cáclực với điểm C (hình 4.7)

26)

(4-Thay giá trị P2max từ công thức (4-24a) vào phương trình(4-26) sẽ xác định được lực lớn nhất trong cơ cấu nânghạ thiết bị ủi khi ấn sâu dao cắt xuống đất

(4-26a)

Giá trị lớn nhất của Smax trong cơ cấu nâng không đượclớn hơn lực nâng Sy, được xác định theo điều kiện củamáy

(4-27)

Trong đó: Sy là lực trong cơ cấu nâng được xác định từđiều kiện ổn định của máy ủi

Với máy ủi điều khiển bằng cáp, vị trí để xác định Sy

là ở cuối quá trình cắt, trước bàn ủi đã được tích đầyđất, cơ cấu nâng làm việc để nâng thiết bị ủi, máycó xu thế lật quanh điểm A (hình 4.8a) với máy ủi điềukhiển bằng thủy lực, ngoài trường hợp trên, Sy còn đượcxác định ở vị trí bắt đầu ấn dao cắt xuống đất để thựchiện quá trình đào đất, máy có cu thế lật quanh điểm B(hình 4.8c)

Hình 4.8: Sơ đồ tính lực ở cơ cấu nâng thiết bị ủi theo

điều kiện ổn định

Khi máy lật quanh điểm A, lực Sy trong cơ cấu nâng đượcxác định từ phương trình cân bằng momen với điểm C,theo công thức:

Khi máy ủi lật quanh điểm A (hình 4.8a) thì lực P2 trongcông thức (4-28) được xác định từ phương trình cân bằngmômen với điểm A và theo công thức:

- Trọng lượng htiết bị ủi: GTB;

- Trọng lượng của khối đất được nâng cùng bàn ủi: Gd;

- Lực cản trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủivà phần đất còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi: Q;

- Phản lực của đất tác dụng tại dao cắt: P1và P2;

- Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máykéo (khớp bản lề C):Zc và Xc

Trọng lượng khối đất được nâng cùng bàn ủi xác địnhtheo công thức:

B- chiều rộng bàn ủi,m;

H- chiều cao bàn ủi, m, được xác định theo công thức(4-3);

- trọng lượng riêng của đất, được chọn theo bảng 5);

(1-- góc chảy tự nhiên của đất; được chọn theo bảng(4-1);

F1- diện tích tiết diện ngang của khối đất được nânglên cùng bàn ủi (phần có gạch chéo ở hình 4.8,b)

Lực cản trượt của đất được xác định theo công thức:

F2- diện tích bề mặt trượt giữa khối đất được nânglên cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đấtlăn trước bàn ủi:(cm2);

F2=B.H2

B- chiều rộng của bàn ủi;

H2- chiều cao của bề mặt trượt nói trên, thường

Đất ẩm 3045 0.5

Lực nâng Smax trong trường hợp này được xác định từphương trình cân bằng momen của các lực lấy với điểm C(hình 4.8b);

(4-32)

Trong đó:

P1- xác đinh theo công thức (4-19);

P2- xác định theo công thức (4-24a)

Lực nâng Smax cũng phải thỏa mãn điều kiện ổn định:

Smax≤Sy(thõa)

Sy- lực nâng được xác định từ điều kiện ổn định, máylật quanh điểm A- điểm tựa phía trước của xích di chuyểnvà theo công thức (4-28)

Với máy ủi điều khiển bằng cáp, chỉ cần tính lựcnâng S theo công thức (4-32) ở trường hợp thứ hai

Lực nâng để tính toán sức bền của cơ cấu nâng đượcxác định theo công thức:

St=Sy.kd =123.1,4=172,2kN 33)

(4-Trong đó: kd- hệ số tải trọng động, kd=1,351,50

Mặt khác lực nâng Smax phải được kiểm tra theo côngsuất động cơ của máy kéo và phải thoã mãn điềukiện để máy có thể vừa nâng thiết bị ủi vừa dichuyển khi làm việc:

,kW 34)

(4-Trong đó:

Ndc- công suất đông cơ của máy kéo cơ sở,kW;

Nn- công suất tiêu hao cho cơ cấu nâng thiết bị ủi,kW;

Nd- công suất tiêu hao cho việc di chuyển máy,kW;

Sy- lực xác định theo điều kiện ổn định, N;

Vn- vận tốc nâng thiết bị ủi, thường chọn Vn=0,10,2,m/s;

Vd- vận tốc di chuyển của máy khi làm việc, ứng vớisố I của máy kéo, m/s;vd=2,36km/h=0,65m/s

n- hiệu suất cơ cấu nâng;

n- hiệu suất cơcấu di chuyển;

Tmax- lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của máy kéo, đượcxác định theo lực bám

Tmax=max.Gbam=1.156,7=156,7kN 35)

(4-Gbam- trọng lượng bám của máy ủi được xác định nhưsau:

+ Với máy ủi bánh xích hoặc bánh hơi có tất cả cáccầu đều là chủ động :

Gbam=GT+GTB+P2=121+29,7+6=156,7kNVậy

2.2.4 Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo

Dưới tác dụng của các ngoại lực P1, P2,S và GTB, tạikhớp C liên kết giữa khung ủi và máy kéo sẽ xuấthiện phản lực RC

Phản lực này được phân thành hai lực thành phần XC

và ZC (hình 4.9)

Hình 4.9: Sơ đồ xác định phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo.

Các thành phần lực XC và ZC tại khớp C được xác địnhtừ phương trình cân bằng hình chiếu của các lực xuốngtrục X va trục Z, theo công thức:

XC=P1+S.cos (4-40)

XC= =217,8+121,8.cos750=249kN

ZC=S.sin-P2-GTB (4-41)

ZC=217,8.sin750-(-15,73)-29,7=196,4kNTrong các công thức (4-40)và (4-41) có:  là góc tạobởi giữa phương của lực nâng thiết bị ủi S và phươngngang, thường =450750

Nhìn vào công thức (4-40) ta thấy: phản lực XC theophương ngang tại khớp C lliên kết giữa khung ủi và máykéo sẽ đạt giá trị lớn nhất khi dao cắt của bàn ủi gặpchướng ngại vật, lúc đó phản lực tiếp tuyến P1 của đấttác dụng lên dao cắt là lớn nhất P1max, P2 được xác địnhtheo công thức (4-24) và lực nâng S được xác định từcôngthức (4-26a)

Khi máy ủi làm việc trên bề mặt nghiêng so vớiphương ngang thì phản lực tại lhớp C liên kết với khung ủivà máy kéo cơ sở được xác định theo công thức:

XC=P1+S.cos+GTb.sin (4-42)

XC=217,8+121,8.cos750+29,7.sin100=254,5kN

ZC=S.sin-P2-GTB.cos (4-43)

ZC=121,8.sin75029,7.cos100=104kn

-(-15,73)-Trong đó:

GTB=29,7kN- trọng lượng thiết bị ủi;

=100- góc nghiêng của mặt đất nơi máy ủi làmviệc so với phương ngang

2.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY ỦI.

2.3.1 Chọn vị trí tính máy ủi

Sau khi đã xác định được các lực tác dụng lên máy ủi,

ta chọn được các vị trí mà tại đó các lực tác dụng cógiá trị lớn nhất để tính toán sức bền các bộ phận củamáy ủi Các ngoại lực tác dụng lên thiết bị ủi gồm:Phản lực của đất P1 theo phương ngang, đạt giá trị lớnnhất khi dao cắt gặp chướng ngại vật trong quá trình cắt.Máy ủi phải sử dụng lực kéo lớn nhất của máy kéotheo lực bám để khắc phục lực cản P1

Các lực P2 và S trong cơ cấu nâng đạt giá trị lớn nhấttại vị trí cuối giai đoạn cắt đất và bắt đầu nâng bàn ủiđầy đất phía trước, máy ủi sử dụng toàn bộ công suấtcủa động cơ để dẫn động cho cơ cấu nâng thiết bị ủi.Từ sự phân tích trên có thể chọn vị trí tính toán nhưsau: