Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế máy ủi, công suất động cơ 112 kW

Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế máy ủi, công suất động cơ 112 kW

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY ỦI 3

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ỦI 3

1.1.1 Sơ lược về sự phát triển chung của máy ủi hiện nay ở Việt Nam 3

1.1.2 Công dụng của máy ủi 4

1.1.3 Phân loại máy ủi 5

1.1.4 Quá trình làm việc của máy ủi 6

1.2 GIỚI THIỆU VỀ MÁY ỦI VẠN NĂNG KOMATSU D61EX 8

1.2.1 Công dụng của máy ủi vạn năng 8

1.2.2 Một số cấu tạo về khung ủi vạn năng hiện nay 9

1.2.3 Giới thiệu về bộ công tác của máy ủi Komatsu D61 EX 12

1.2.3.1 Cấu tạo 12

1.2.3.2 Nguyên lý hoạt động 13

1.2.4 Giới thiệu về hệ thống truyền động cơ học của máy ủi Komatsu D61 EX 13

1.2.4.1 Sơ đồ truyền động 13

1.2.4.2 Nguyên lý hoạt động chung 15

1.2.4.3 Nguyên lý hoạt động của một số bộ phận 15

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ MÁY ỦI 21

2.1 TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY ỦI 21

2.1.1 Thông số của máy ủi Komatsu D61EX 21

2.1.2 Tính chọn các thông số của máy ủi thiết kế 22

2.2 KIỂM TRA BẤT PHƯƠNG TRÌNH KÉO-BÁM-CẢN 25

2.3 KIỂM TRA KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA MÁY ỦI 32

2.3.1 Lực tác dụng lên máy ủi 33

2.3.1.1 Lực tác dụng của đất lên bàn ủi P 33

2.3.1.2 Lực tác dụng trong cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi 36

2.3.2 Kiểm tra khả năng ổn định của máy ủi 39

2.4 XÁC ĐỊNH NĂNG SUẤT CỦA MÁY ỦI 43

2.4.1 Năng suất máy ủi khi đào và vận chuyển đất 43

2.4.2 Năng suất máy ủi khi san đất 46

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN CÔNG TÁC 48

3.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI 48

3.2 TÍNH BỀN CHO BÀN ỦI 49

3.2.1 Chọn vị trí tính toán 49

3.2.2 Sơ đồ tính lưỡi ủi 50

3.2.3 Vẽ biểu đồ nội lực 53

3.2.4 Kiểm tra bền cho bàn ủi 58

3.3 TÍNH TOÁN KHUNG ỦI 59

3.3.1 Kết cấu của khung ủi 59

3.3.2 Lựa chọn trường hợp tính toán 60

3.3.3 Lựa chọn sơ đồ tính toán cho khung ủi 60

3.3.4 Tính toán nội lực trong khung và vẽ biểu đồ nội lực 62

3.3.5 Tính chọn mặt cắt khung ủi 66

3.3.6 Tính chọn mặt cắt càng của khung ủi 67

3.3.7 Tính công son nâng hạ bộ công tác 69

3.3.8 Tính công son lắp xy lanh nghiêng lưỡi ủi 73

3.4 TÍNH TOÁN MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC 75

3.4.1 Tính chọn chốt liên kết khung ủi với xl nâng bộ công tác 75

3.4.2 Tính chọn chốt liên kết khung ủi máy 76

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MỘT SỐ PHẦN TỬ TRONG MẠCH THỦY LỰC Ở BỘ CÔNG TÁC 78

4.1 TỔNG QUAN VỀ HTTĐTL TRÊN MÁY ỦI D61EX 78

4.2 TÍNH CHỌN CÁC XYLANH THỦY LỰC 79

4.2.1 Tính chọn cặp xylanh nâng hạ bộ công tác 79

4.2.2 Tính chọn cặp xylanh quay lưỡi ủi 80

4.2.3 Tính chọn xylanh nghiêng lưỡi ủi 81

4.3 TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA BƠM THỦY LỰC 82

CHƯƠNG 5 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHẾ TẠO CHI TIẾT CHỐT LIÊN KẾT 85

5.1 Cấu tạo của chốt 85

5.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu chế tạo chốt 85

5.3 Chọn vật liệu, chọn phôi gia công 86

5.4 Quy trình công nghệ 87

CHƯƠNG 6: CHUYÊN ĐỀ TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN MÁY ỦI KOMATSU D61EX-12 98

6.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 98

6.2 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN MLĐ 99

6.3 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN MÁY ỦI 100

6.4 TÌM HIỂU VỀ HTTĐTL TRÊN MÁY ỦI KOMATSU D61EX-12 100

6.4.1 Sơ đồ mạch thủy lực của bộ công tác 100

6.4.2 Nguyên lý làm việc chung của mạch thủy lực trên máy ủi Komatsu D61EX-12 101

6.4.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một vài phần tử quan trọng trong mạch thủy lực trên máy ủi Komatsu D61EX-12 103

6.5 MẠCH THỦY LỰC PHỤC VỤ CHO BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN, BÔI TRƠN VÀ PHANH 132

6.5.1 Sơ đồ mạch thủy lực 132

6.5.2 Nguyên lý làm việc của mạch thủy lực 133

6.5.3 Nguyên lý làm việc của cụm van điều khiển hộp số 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO 137

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì việc xây dựng các

cơ sở hạ tầng trong đó có xây dựng các công trình giao thông có ý nghĩa hết sứcquan trọng Hiện nay có nhiều công trình lớn đang được xây dựng như các câycầu, đường cao tốc, công trình thủy điện,… Chính vì vậy mà máy móc có vai tròhết sức quan trọng, không thể thiếu trong các công trình này Hiện nay số lượngmáy móc đang được nhập về nước ta rất nhiều cả về số lượng lẫn chủng loạimáy, nó là một minh chứng cho thấy rõ điều này

Trong các công trình giao thông và các công trình xây dựng khác, việc giảitoả mặt bằng, xây dựng nền móng là rất quan trọng và cần số lượng máy lớn đểphục vụ như: máy ủi, máy đào, máy san,…

Hiện nay số lượng và chủng loại các loại máy này là rất nhiều, có rất nhiềumáy mới hiện đại, cho năng suất và hiệu quả làm việc cao, tuy nhiên việc tìmhiểu, nghiên cứu về nó để bảo dưỡng, sửa chữa cũng gặp nhiều khó khăn

Em rất may mắn được bộ môn giao đề tài tốt nghiệp về máy ủi với nội dung: “ Tính toán thiết kế máy ủi công suất động cơ 112 kW ’’ theo máy mẫu :Komatsu D61EX-12 Trong quá trình tính toán thiết kế đã giúp em hiểu rõ hơn

về việc sử dụng, vận hành, bảo dưỡng sửa chữa máy, hiểu thêm về cấu tạo vàmột số bộ phận của máy

Trong quá trình thiết kế do thời gian và khả năng có hạn, đồ án của em khôngtránh khỏi những thiếu sót Do đó em rất mong nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡcủa các thầy giáo trong bộ môn để đồ án và kiến thức của em ngày càng tốt hơn

và hoàn thiện hơn

Đoàn Hữu Trình

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY ỦI

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ỦI

1.1.1 Sơ lược về sự phát triển chung của máy ủi hiện nay ở Việt Nam

Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì máy làm đất nóichung và máy ủi nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng, nó góp phần giảiquyết một số lượng công việc lớn thay cho con người Ở nước ta thì tình hình sửdụng máy làm đất chỉ phát triển mạnh từ những năm đầu của thập kỷ 90 Khi đó

đã có sự cạnh tranh gay gắt của các hãng máy tư bản đối với các hãng máytruyền thống như Liên Xô, Trung Quốc,… Bên cạnh các hãng máy quen thuộcnhư Komatsu, Hitachi, Mitsubishi, Volvo,… đã có sự xuất hiện của các hãngmới như daewoo, Dynapac, Fiat, Caterpillar,… Ngoài các máy nhập về đã qua

sử dụng thì hiện nay người ta còn nhập về các máy mới hiện đại có giá trị cao,

có nhiều tính năng ưu việt, cho năng suất và hiệu quả sử dụng cao

Trước đây, khi chưa có sự xuất hiện của các loại máy làm đất thì để xây dựngmột công trình lớn cần phải huy động với một số lượng rất lớn các công nhân

Từ khi máy làm đất xuất hiện thì số công nhân đã được giảm đi với số lượngđáng kể và với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì số lượng công nhân sẽđược giảm đi đến mức tối thiểu, lúc đó máy móc sẽ thay công nhân làm việc Trong sự nghiệp hiện đại hóa đất nước hiện nay thì lao động thủ công khôngthể đáp ứng được nhu cầu về xây dựng và khai thác Cùng với sự phát triển củakhoa học kỹ thuật, hầu hết các công việc sẽ được cơ giới hóa Khi đó máy móc

sẽ thay thế công việc lao động chân tay, góp phần làm giảm sức lao động củacon người và tăng năng suất lao động lên mức tối đa

Nước ta là một nước có nền công nghiệp chậm phát triển, nói chung cho đếnnay thì chưa sản xuất được các loại máy làm đất, đặc biệt là máy đào và máy ủi

Do vậy các máy làm đất được sử dụng ở nước ta hiện nay chủ yếu là được nhập

từ nước ngoài về nên hiệu quả khai thác và sử dụng nó chưa được cao Ngày nay

do đòi hỏi về chất lượng công trình, thời gian và công nghệ xây dựng,… nên cácloại máy mới và hiện đại được nhập về khá nhiều Do đó đặt ra một vấn đề làcần có những người kỹ sư giỏi có khả năng nắm bắt được công nghệ của các loạimáy đó, hiểu và sử dụng được nó, phát huy được hết hiệu quả của nó

Hiện nay các loại máy làm đất hiện đại có tính năng kỹ thuật tốt, hiệu quả sửdụng cao được nhập về nước ta từ các hãng nổi tiếng như: Komatsu, Hitachi,Mitsubishi (Nhật), Daewoo (Hàn Quốc), Volvo (Thụy Điển), Fiat (Italy),Caterpillar (Mỹ),…

1.1.2 Công dụng của máy ủi

Máy ủi là một loại máy quan trọng, chiếm số lượng lớn trong các loại máy làm

đất Nó là loại máy chủ đạo trong nhóm máy đào và vận chuyển đất Máy ủiđược sử dụng rộng rãi trong công tác xây dựng công nghiệp và dân dụng, tronggiao thông, thủy lợi, khai thác mỏ, … do máy có cấu tạo đơn giản, năng suấtcao, cơ động, có thể làm được nhiều công việc

Máy ủi có thể thực hiện một số công việc sau:

- Làm công tác chuẩn bị cho các công trình như: nhổ gốc cây, làm sạchhiện trường, bóc bỏ lớp thực vật để khai thác mỏ,…

- Đào đắp các công trình có độ cao, độ sâu của nền là  2 m

- Định hình mặt đường, san bằng bề mặt công trình, làm phẳng các máidốc, tạo độ chênh cao,…

- Ủi hoặc san rải vật liệu như đá dăm, cát, đá, sỏi,…vun đống vật liệu

- Ngoài ra máy ủi còn thực hiện nhiều các công việc khác như kéo đẩy cácphương tiện khác di chuyển (máy cạp), lắp thêm các bộ công tác để thựchiện nhiều chức năng khác,…

1.1.3 Phân loại máy ủi

Hiện nay số lượng và chủng loại máy ủi ở nước ta nhiều nên việc phân loại đểquản lý nó cũng quan trọng Máy ủi đang sử dụng ở nước ta hiện nay chủ yếu làcủa các hãng như:Liên Xô (cũ), Komatsu, Caterpillar,… với chủng loại rất đadạng

Máy ủi thường được phân loại theo công suất động cơ, lực kéo, cơ cấu điềukhiển, cơ cấu di chuyển, kết cấu của bộ công tác,…

 Phân loại theo bộ di chuyển: có hai loại

- Máy ủi bánh lốp: được dùng chủ yếu trong các trường hợp đặc biệt như:

di chuyển trong thành phố, làm việc ở những nơi có khối lượng công việckhông tập trung, hay phải di chuyển, yêu cầu tốc độ di chuyển lớn, trênnền đất bền, chắc,…

- Máy ủi bánh xích: đây là loại máy được sử dụng rộng rãi trong các côngtrình giao thông khi thi công trong điều kiện nền đất yếu Bộ di chuyểnbánh xích làm cho máy ủi có thể di chuyển dễ dàng trên nền đất ướt, đấtcát,… nó làm giảm áp suất phân bố lên nền, thích hợp với các loại nềnkhông bằng phẳng Bộ di chuyển bánh xích này còn cho lực bám lớn vàkhả năng vượt dốc tốt Do đó nó được sử dụng phổ biến hơn loại bánhlốp

 Phân loại theo hệ thống điều khiển

- Máy ủi có hệ thống điều khiển cơ học: sử dụng cáp để nâng bộ công tác,khi ấn lưỡi ủi vào đất chủ yếu là nhờ vào trọng lượng bản thân của bộcông tác

- Máy ủi có hệ thống điều khiển thủy lực: đây là loại máy ủi được sử dụngphổ biến hiện nay Việc ấn sâu lưỡi ủi vào đất khác với máy ủi có hệ

thống điều khiển cơ học, nó sử dụng hệ thống thủy lực nhờ cặp xylanh ấnsâu bộ công tác xuống, do đó trọng lượng của bộ công tác giảm đi đáng

kể, và nó cho phép máy ủi có thể đào ở những nơi đất cứng mà loại máy

ủi truyền động cơ khí khó có thể làm được

 Phân loại theo khả năng quay của lưỡi ủi

- Máy ủi có lưỡi ủi cố định: lưỡi ủi vuông góc với trục dọc của máy, dùng

để ủi đất về phía trước, có góc quay  cố định (=900)

- Máy ủi vạn năng: có thể thay đổi được góc quay của lưỡi ủi, nó có thểdùng để ủi đất sang một bên

Bàn ủi được liên kết với khung ủi qua khớp cầu nên bàn ủi có thể quay

được trong mặt phẳng ngang và đặt nghiêng so với trục dọc của máy một

góc = 450600

 Phân loại theo công suất và lực kéo của máy

Có thể phân loại máy ủi thành các loại: rất nhỏ, nhỏ ,trung bình, lớn, rất

1.1.4 Quá trình làm việc của máy ủi

Máy ủi là loại máy điển hình của loại máy đào và vận chuyển đất đang được

sử dụng rộng rãi Cự ly đào, vận chuyển đất thích hợp là <100 m

Máy ủi là loại máy làm việc theo chu kỳ, một chu kỳ làm việc của nó gồm cácgiai đoạn sau :

- Cắt đất và tích lũy đất trước bàn ủi

- Chuyển đất về phía trước và đổ đất

- Chạy không tải về vị trí cũ và tiếp tục chu kỳ mới

Để nâng cao năng suất máy ủi, cần phải sử dụng hợp lý chế độ lực kéo trongtừng giai đoạn để rút ngắn thời gian trong chu kỳ làm việc của máy, trong đógiai đoạn cắt đất và tích lũy đất trước bàn ủi là quan trọng nhất

 Cắt đất và tích đất có chiều dày phoi không đổi trên suốt quãngđường đào đất L1 (sơ đồ hình a)

Hình 1.1 Các sơ đồ đào đất của máy ủi

Tuy nhiên cách này không hợp lý do không sử dụng triệt để chế độ lực kéocủa máy ủi, quãng đường đào đất lớn dẫn tới thời gian trong chu kỳ làm việcdài, giảm năng suất của máy Cách này ít được sử dụng, nó chỉ được sử dụngkhi máy ủi làm việc xuống dốc với độ dốc lớn, khi đó lực cản dốc sẽ giảmdần đi do nó biến thành lực đẩy

 Cắt đất theo sơ đồ b: chỉ sử dụng khi thi công gặp đất rắn có lực cảncắt riêng lớn

 Sơ đồ c: đây là sơ đồ hợp lý nhất Theo sơ đồ này thì quá trình đàođất và tích đất gồm hai giai đoạn:

- Ấn sâu dao cắt vào đất để đạt được độ sâu lớn nhất C3

- Nâng dần bàn ủi lên để đạt chiều sâu cắt nhỏ nhất hmin, vết cắt cóhình thang

Sơ đồ này có chế độ sử dụng lực kéo hợp lý nhất, rút ngắn chu kỳ làm việc,rút ngắn chiều dài quãng đường cắt đất, cho năng suất cao Hầu hết các máy

ủi đều tiến hành theo chế độ này và áp dụng với mọi loại địa hình

Sau khi kết thúc giai đoạn đào đất, trước bàn ủi đã tích đầy đất, máy ủichuyển sang giai đoạn chuyển đất về phía trước tới nơi đổ đất

Trong khi di chuyển đất sẽ bị rơi vãi sang hai phía của bàn ủi Để bù lại lượngđất đã bị rơi vãi này, người ta cho bàn ủi cắt đất với chiều sâu hmin Chiều sâunày sẽ bù lại lượng đất đã bị rơi vãi và không thay đổi.

Giai đoạn đổ đất có thể đổ theo hai phương pháp:

- San rải thành lớp nếu nơi máy thi công cần lấy đất để san lấp

- Rải đất theo đường chéo nhau khi máy san lấp rãnh với bờ thoải.Theo cách này thì máy vừa san rải đất vừa có tác dụng đầm chặtđất

- San lấp theo phương pháp lấn dần: Khi máy san lấp hồ ao vớichiều sâu lớn, bờ dốc đứng Phương pháp này làm giảm độ dốc thicông cho máy ủi, do đó làm giảm lực cản di chuyển khi máy chạylùi không tải sau khi đã đổ đất xong, tuy nhiên phương pháp nàykhông cho độ chặt của đất cao

- Khi nơi máy đang thi công không cần lấy đất để san lấp thì máy

sẽ tiến hành đổ theo phương pháp: nâng dần bàn ủi lên để vun đấtthành đống cao hơn mặt bằng thi công, tạo điều kiện thuận lợi chomáy đào một gầu hoặc máy bốc xúc xúc đất đổ lên ô tô

1.2 GIỚI THIỆU VỀ MÁY ỦI VẠN NĂNG KOMATSU D61EX

1.2.1 Công dụng của máy ủi vạn năng

Bộ công tác của máy ủi vạn năng có khác với máy ủi thường Liên kết giữabàn ủi với khung ủi nhờ khớp cầu ở giữa bàn ủi Do đó bàn ủi có thể quay dễdàng trên mặt phẳng ngang và mặt phẳng thẳng đứng nhờ các xylanh

- Nhờ khả năng quay lưỡi ủi theo phương ngang với góc = 45

600 nên ngoài việc ủi đất theo hướng dọc theo phương chuyểnđộng của máy, nó còn có thể ủi đất sang một bên, như vậy tácdụng của nó giống như máy san khi san đất

- Ngoài khả năng quay được theo phương ngang, bàn ủi còn cóthể quay được theo phương thẳng đứng Việc quay này rất dễdàng nhờ một xylanh đặt nằm ngang Do đó máy còn có khả năngtạo ra độ chênh cao cho địa hình thi công

Như vậy với các khả năng ưu việt này của máy ủi sẽ góp phầnlàm tăng năng suất san của máy

- Với máy ủi vạn năng, ngoài khả năng làm việc ưu việt này của

nó, kết cấu của máy còn gọn hơn máy ủi thường nhờ việc đặtkhung ủi bên trong bộ di chuyển xích Như thế kết cấu của khung

chiều dài cũng tạo ra hạn chế của máy ủi vạn năng đó là khôngthay đổi được góc cắt của lưỡi ủi.

Hình 1.2 Máy ủi vạn năng Komatsu D61EX

1 Lưỡi ủi 2 Khung ủi vạn năng

3 cabin 4 Bộ di chuyển

1.2.2 Một số cấu tạo về khung ủi vạn năng hiện nay

Trước hết để thấy được sự khác biệt giữa khung ủi vạn năng và khung ủithường ta xét cấu tạo của khung ủi thường

 Cấu tạo của khung ủi thường

Hình 1.3 Cấu tạo của khung ủi thường

 Khung ủi thường được gắn với lưỡi ủi qua 6 khớp : hai khớp

từ khung chính, hai khớp từ thanh chống xiên, hai khớp từthanh giằng ngang

 Cấu tạo của nó được trình bày ở hình 1.3

Với cấu tạo của bộ công tác ủi thường này thì lưỡi ủi được gắn cốđịnh vào khung ủi, như vậy chỉ có thể ủi đất thẳng, không quay đượclưỡi ủi Việc thay đổi góc cắt của lưỡi ủi nhờ vào việc thay đổi chiềudài của thanh tăng đơ Thay đổi độ sâu đào của lưỡi ủi cũng nhờ haixylanh gắn trực tiếp vào lưỡi chứ không qua khung ủi như máy ủi vạnnăng

Ở lưỡi ủi thường có hàn thêm tấm chắn ở hai bên nhằm hạn chế đấtrơi vãi trong quá trình ủi

 Cấu tạo của khung ủi vạn năng

Với bộ công tác của máy ủi vạn năng thì lưỡi ủi có thể quay tương đối

với khung ủi Như vậy liên kết của khung ủi với bàn ủi sẽ khác so vớimáy ủi thường Trong trường hợp này lưỡi có thể quay với góc quay  sovới trục dọc của máy và có thể nghiêng một góc so với mặt phẳng nền thicông

Với khung ủi vạn năng thì cấu tạo của nó cũng có nhiều dạng:

Với máy ủi vạn năng có khung ủi nằm ở ngoài bộ di chuyển xích

Hình 1.4 Cấu tạo của khung ủi vạn năng

1 Lưỡi cắt cạnh 7 Tay điều khiển quay bàn ủi

2 Lưỡi cắt giữa 8 Khớp cầu của khung ủi

3 Lưỡi ủi 9 Khung ủi

4 Khớp bản lề

5 Khớp bản lề

6 Thanh chống xiên

Ở kết cấu này, cặp tăng đơ ( thanh chống xiên 6) sẽ có nhiệm vụ đỡ cho bàn ủi và nó có thể thay đổi được chiều dài, như vậy nó sẽ làm thay đổi góc cắt của lưỡi ủi Khớp cầu của khung ủi (8) sẽ liên kết khung ủi với máy cơ sở, khớp này cho phép bộ công tác có thể lắc quanh trục của máy một góc nhỏ Khung ủi có hình chữ U được liên kết chủ yếu với lưỡi ủi qua khớp bản lề (4) và qua khớp này bàn ủi sẽ truyền hầu như các lực tới khung ủi Hình 1.5 Khớp bản lề liên kết bàn ủi với khung ủi

Để nâng hạ bộ công tác người ta dùng hai xylanh liên kết từ máy cơ sở tới khung ủi, khác với máy ủi thường là liên kết trực tiếp với bàn ủi Để quay lưỡi ủi người ta điều chỉnh hai tay (7), hai tay này có 3 vị trí lắp ứng với từng vị trí lắp tay này sẽ cho góc quay lưỡi ủi khác nhau, chỉ có 3 nấc quay lưỡi ủi đó là vị trí thẳng, quay phải và quay trái Với máy ủi vạn năng có khung ủi nằm ở trong bộ di chuyển xích

Đây chính là kết cấu bộ công tác của máy ủi vạn năng Komatsu D61EX-12 Khung ủi được bố trí bên trong bộ di chuyển xích, như vậy máy ủi gọn hơn

về kết cấu, đỡ tốn vật liệu, giảm trọng lượng của máy Liên kết của khung

ủi với máy là khớp bản lề chỉ cho phép khung ủi có thể nâng lên và hạ xuống theo phương đứng, không tạo ra độ xộc xệch như trường hợp trên Việc quay lưỡi ủi nhờ hai xylanh, khác với cấu tạo ở trên thì việc thay đổi góc quay lưỡi ủi diễn ra dễ dàng hơn, nó có thể thay đổi vô cấp từ 450 đến

600, đây chính là tính năng ưu việt hơn của bộ công tác máy ủi vạn năngKomatsu D61 EX.

Khi cần nghiêng lưỡi ủi so vơi mặt bằng thi công thì người ta có thể điềuchỉnh xylanh nghiêng lưỡi ủi đặt nằm ngang

Như vậy với kết cấu như thế này thì lưỡi ủi có thể hoạt động rất dễ dàng

và linh động, nó có thể làm việc gần giống như một máy san

Cấu tạo của nó được thể hiện ở hình vẽ dưới đây (Hình 1.6):

1.2.3 Giới thiệu về bộ công tác của máy ủi Komatsu D61 EX

1.2.3.1 Cấu tạo

Hình 1.6 Cấu tạo bộ công tác của máy ủi vạn năng

Komatsu D61EX

1 Vị trí lắp xylanh nâng bộ công tác

2 xylanh quay lưỡi ủi

Khi ủi đất cặp xylanh sẽ hạ bộ công tác xuống đồng thời nó còn tác dụngthêm lực để ấn sâu bộ công tác vào nền đất để ủi.

Khi muốn ủi đất sang một bên thì cặp xylanh (2) sẽ tác động vào lưỡi ủiđẩy lưỡi ủi quay đi một góc  so với trục dọc của máy, khi ấy đất trên bàn ủi

sẽ được chuyển sang một bên

xylanh (5) có tác dụng tạo góc nghiêng cho lưỡi ủi, khi cần nghiêng lưỡi ủi

để tạo độ chênh cao một phía của nền đất thì xylanh này sẽ đẩy làm cho lưỡi

ủi quay quanh khớp cầu (4) ( vị trí A)

Lưỡi ủi vạn năng do còn có tác dụng san đất nên nó không có tấm chắn ởhai bên, do đó khi ủi đất làm lượng đất rơi vãi đi nhiều, thể tích khối lăn giảm

sẽ làm giảm năng suất của máy ủi

1.2.4 Giới thiệu về hệ thống truyền động cơ học của máy ủi Komatsu

1.2.4.1 Sơ đồ truyền động

Sơ đồ truyền động của máy ủi D61EX thể hiện đây là một máy ủi hiện đại

do nó sử dụng nhiều bộ phận mới có nhiều tính năng ưu việt:

- Động cơ S6D114E-1A là loại động cơ có sử dụng turbo tăng ápnâng cao công suất của động cơ

- Sử dụng bộ giảm chấn để làm giảm sự chấn động từ các bộ truyềnkhác truyền vào động cơ, do đó tăng tuổi thọ cho động cơ

- Sử dụng biến tốc thủy lực, nó vừa có tác dụng biến đổi mômenvừa đóng vai trò như một ly hợp thủy lực

- Sử dụng hộp số thủy lực: tức là mọi việc điều khiển hộp số đềuđược dẫn động bằng thủy lực, do đó giúp cho thao tác của ngườilái máy đơn giản và nhẹ nhàng hơn, quá trình các bánh răng vào

ăn khớp cũng nhẹ nhàng và êm dịu hơn, làm tăng tuổi thọ cho hộpgiảm tốc.

- Việc lái máy được sử dụng một môtơ thủy lực truyền chuyểnđộng quay vào các bánh răng ăn khớp ở trong

Đây là kiểu lái máy rất hiện đại

Hình 1.7 Sơ đồ truyền động cơ học của máy ủi Komatsu D61EX

Trong đó :

1 Động cơ S6D114E-1A

2 Giảm chấn

1.2.4.2 Nguyên lý hoạt động chung

Nguồn động lực của máy ủi là động cơ (1) qua một số cơ cấu dẫn động như:giảm chấn (2), khớp nối, đến hộp chia công suất (3)

Ở hộp chia công suất này, công suất được chia ra cho các bộ phận như: cácbơm thủy lực, biến tốc thủy lực

Khi mômen qua biến tốc thủy lực, dưới sự điều khiển của các van sẽ đưadòng dầu vào biến tốc, như vậy mômen sẽ qua biến tốc và đi tới hộp số (4)

Ở hộp số (4) có 3 cấp tốc độ với 3 số tiến và 3 số lùi, sự điều khiển củadòng dầu thủy lực sẽ đẩy các đĩa ma sát trong hộp số ép lại với nhau với đĩacho di chuyển tiến hoặc di chuyển lùi, cho di chuyển ở số 1, 2 hoặc 3

Thường thì ở máy ủi:

- Số I: có vận tốc chậm nhất nhưng lại cho mômen lớn nhất dùng

để thực hiện trong quá trình đào đất, khi ấy máy cần lực kéo lớnnhất

- Số II hoặc III: đây là các số có vận tốc di chuyển cao hơn, các sốnày thường dùng khi máy ủi di chuyển không tải hoặc khi dichuyển với lực cản nhỏ

Mômen qua hộp số đã có sự thay đổi từ nhỏ tới lớn, nó qua cặp bánh răngcôn sẽ truyền chuyển động và mômen cho các bánh răng khác dẫn động tới

bộ truyền cuối để tới bánh sao chủ động làm quay guốc xích (6), và như vậy

Để dẫn động cho các xylanh điều khiển bộ công tác, từ hộp chia côngsuất sẽ dẫn động cho các bơm thủy lực, các bơm này sẽ tạo ra lưu lượng dầutới các xylanh qua các van phân phối Việc thể hiện nguyên lý hoạt động của

nó sẽ được trình bày kỹ hơn trong phần chuyên đề

1.2.4.3 Nguyên lý hoạt động của một số bộ phận

a Hoạt động của bộ giảm chấn

Hình 1.8 Cấu tạo của bộ phận giảm chấn

Trong đó:

1 Mặt bích lắp ghép( vỏ của giảm chấn)

2 Phần nối với trục vào( trục của động cơ)

3 Cao su

4 Phần nối với trục ra ( trục vào của khớp nối)

Khi động cơ quay, làm cho chi tiết (2) quay, thông qua các tấm cao su (3)truyền tới chi tiết (4) làm cho chi tiết này quay, như vậy nó truyền đượcmômen Khi có sự biến thiên về mômen đột ngột của hai trục thì lúc đótấm cao su sẽ bị ép vào, do đó nó làm giảm thành phần của lực động, bảo

vệ cho động cơ và các chi tiết khác, làm tăng tuổi thọ của các chi tiết đó

b Hoạt động của hộp số

Hộp số là một bộ phận quan trọng của máy ủi, nó biến đổi vận tốc và do

đó cũng biến đổi cả mômen, từ đó giúp cho máy ủi có thể lựa chọn đượcnhiều chế độ làm việc khác nhau tùy thuộc vào lực cản khi di chuyển vàlàm việc từ đó làm nâng cao năng suât của máy ủi, máy sử dụng tốt lực kéocủa nó, giảm tiêu hao công suất,…

Nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc như sau:

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của hộp giảm tốc hành tinh trên máy ủi

Komatsu D61EX

1 Trục vào của hộp số ( từ biến tốc thủy lực)

2 Bánh răng hành tinh của cấp chuyển động lùi

3 Ly hợp đĩa ma sát của cấp chuyển động lùi

4 Bánh răng hành tinh của cấp chuyển động tiến

5 Ly hợp đĩa ma sát của cấp chuyển động tiến

6 Bánh răng hành tinh của cấp chuyển động số I

7 Ly hợp đĩa ma sát của cấp chuyển động số II

8 Ly hợp đĩa ma sát của cấp chuyển động số III

9 Bánh răng hành tinh của cấp chuyển động số II

10.Bánh răng hành tinh của cấp chuyển động số III

11.Trục ra của hộp giảm tốc (nối vào bánh răng côn)

12.Bánh răng mặt trời của cấp chuyển động số III

13.Bánh răng mặt trời của cấp chuyển động số II

14.Ly hợp đĩa ma sát của cấp chuyển động số I

15.Vỏ hộp giảm tốc

16.Bánh răng mặt trời của cấp chuyển động số I

17.Bánh răng mặt trời của cấp chuyển động tiến

19.Bánh răng mặt trời của cấp chuyển động lùi

Mômen bắt đầu từ động cơ qua giảm chấn, khớp nối, hộp chia công suất,biến tốc thủy lực tới hộp số qua trục số (1) Trục (1) sẽ làm quay cặp bánhrăng mặt trời số (16) và (17), và do đó sẽ quay cặp bánh răng hành tinh (2)

do đó nó làm cho một trong các bánh răng mặt trời (12), (13) hoặc (15) quay

và làm cho trục ra của hộp giảm tốc quay theo

Nhờ cơ cấu thủy lực điều khiển quá trình ép các đĩa ma sát lại với nhau

để truyền mômen nên sẽ rất êm dịu, không tạo ra sự giật cục, do đó sẽ tăngtuổi thọ cho các bánh răng Cơ cấu điều khiển thủy lực này cũng sẽ làm chongười lái máy điều khiển dễ dàng, không như cơ cấu điều khiển cơ học bìnhthường

Việc điều khiển bằng thủy lực này cũng tạo ra lực ép của piston vào cácđĩa ma sát với giá trị cố định nhờ vào các van của nó, do một lý do nào đólàm cho máy chuyển động quá tải, mômen giữ các bánh răng mặt trời (12),(13) và (15) lớn mà trục (1) thì vẫn quay, khi đó các đĩa ma sát này sẽ trượttương đối với nhau, do vậy các bánh răng không bị quá tải, tăng tuổi thọ chobánh răng

Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh cũng cho kết cấu gọn hơn các loại hộpgiảm tốc bình thường khác, do đó làm giảm trọng lượng của máy ủi, tuynhiên nó lại hoạt động rất hiệu quả

c Hoạt động của cơ cấu lái của máy ủi

Thông thường một số loại máy truyền động xích, khi muốn quay máythường phải ngắt côn Tuy nhiên với máy ủi Komatsu D61EX cơ cấu lái của

nó lại khác, nó sử dụng một môtơ thủy lực để truyền chuyển động vào bêntrong cụm bánh răng do đó nó thay đổi vận tốc của hai bánh sao chủ động

Để tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cơ cấu này ta xét sơ đồ nguyên lýtruyền động của nó

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý truyền động của hệ thống lái

5 Cặp bánh răng dẫn động cho mô tơ thủy lực

6 Mô tơ thủy lực

7 Bánh răng dẫn động

8 Cặp bánh răng côn

Khi máy ủi đi thẳng thì mô tơ thủy lực không hoạt động, mômen từ hộp

số truyền xuống cặp bánh răng côn (8), khi này chuyển động quay của bánh

răng côn sẽ dẫn động cho cần (2) quay và làm quay bánh răng hành tinh (4),

do bánh răng (1) cố định nên bánh răng (4) sẽ làm quay bánh sao chủ động(3), như vậy máy chuyển động tiến

Khi máy ủi cần quay thì mô tơ thủy lực (6) sẽ hoạt động Cũng tương tựnhư trên thì chuyển động quay từ hộp số sẽ dẫn động bánh răng côn và làmquay cần (2), và làm quay bánh răng hành tinh (4) Khi này do bánh răng (1)quay nên chuyển động của các bánh răng sẽ khác Mô tơ thủy lực (6) quaylàm cho các bánh răng trung gian (5) quay, khi bánh răng (5) quay thì nó sẽdẫn động hai bánh răng (1) và (7) Do phải truyền qua bánh răng trung gian(7) nữa nên hai bánh răng (1) và (1’) sẽ quay ngược chiều nhau, do ảnhhưởng của sự quay khác nhau này nên hai bánh sao chủ động (3) và (3’) cũng

sẽ quay với vận tốc khác nhau Như vậy máy ủi sẽ quay tùy theo sự điềukhiển của người lái

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ MÁY ỦI

2.1 TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY ỦI

2.1.1 Thông số của máy ủi Komatsu D61EX

Để thiết kế tổng thể máy ủi cần có một số thông số cơ bản của nó theo máymẫu Dựa vào tài liệu máy ủi Komatsu D61EX(TL[11]) ta có một số thông sốsau:

MÁY ỦI Komatsu D61EX:

2.1.2 Tính chọn các thông số của máy ủi thiết kế

-Các thông số cơ bản của máy ủi được lấy giống như máy mẫu:

Trọng lượng máy cơ sở: 13130 kg

Trọng lượng bộ công tác: 2340 kg

-Thông số cơ bản của lưỡi ủi:

Do lưỡi ủi là bộ phận công tác tác động trực tiếp tới đất nên các thông số của

nó ảnh hưởng đến quá trình ủi đất Do đó tùy vào từng loại vật liệu khác nhautrong thiết kế, chế tạo, người ta chú ý tới các thông số ảnh hưởng trực tiếp tớihiệu quả làm việc và độ bền của lưỡi ủi Qua các kết quả tính toán và qua thựcnghiệm, người ta đã đưa ra một số thông số cơ bản của lưỡi ủi để chọn cho phùhợp với quá trình làm việc của máy:

-Chiều cao lưỡi ủi:

Chiều cao lưỡi ủi và chiều dài lưỡi ủi là hai kích thước quan trọng để xác định

thể tích của khối đất vận chuyển từ đó xác định được công suất của máy

Chiều cao của lưỡi ủi được xác định theo giá trị của lực kéo T của máy và điềukiện của nền đất Trong quá trình tính toán sơ bộ chiều cao lưỡi ủi có thể đượcxác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Với lưỡi ủi vạn năng (có thể quay được):

H = 4503 0 T 1 -0.5T (mm) (Theo tài liệu [2])

Trong đó:

T: Lực kéo danh nghĩa của máy kéo(KN) Lực kéo T có thể xác định theo điều kiện bám Nó chính làsức kéo lớn nhất theo điều kiện bám được

T=Gb. b

Trong đó:

Gb : Trọng lượng bám của máy ủi

Gb= Gmk .cos( )  : Là góc nghiêng của máy trên nền

 b: Hệ số bám của máy ủi

Chọn chiều cao lưỡi ủi là H=1000 mm

-Chiều rộng lưỡi ủi

Chiều rộng lưỡi ủi phải rộng hơn chiều rộng của máy cơ sở và phải thừa ra 2

Với lưỡi ủi vạn năng thì bề rộng của lưỡi được tính theo công thức:

B = sin(b) + (700900) mm Trong đó :

b: chiều rộng của máy cơ sở b=2,5 m

: Góc quay tối đa của lưỡi ủi =600

Sau khi tính toán ta chọn bề rộng của lưỡi ủi là:

B=3300 mm

-Xác định góc cắt đất 

Góc cắt đất  có ảnh hưởng tới quá trình cắt đất, nếu chọn góc cắt đất hợp lýthì sẽ làm giảm được lực cắt, góc cắt càng nhỏ thì lực cắt càng nhỏ.Với các loạilưỡi ủi có thể quay được thì thông thường người ta chọn góc  theo kinhnghiệm như sau:

 =500– 550 chọn  =550

-Xác định góc nhọn  ( = - )

Góc nhọn của lưỡi ủi đặc trưng cho mức độ mài mòn của lưỡi cắt , nó đặc

trưng cho sự thay đổi áp lực riêng của lưỡi lên đất Góc nhọn này càng nhỏ thì

áp lực lưỡi lên nền nhỏ nhưng độ bền của lưỡi nhỏ Với mục đích tăng độ bềncủa lưỡi theo kinh nghiệm người ta thường lấy  200

Chọn  =220

Hình 2.2 Dạng hình học của lưỡi ủi -Xác định góc sau

Góc sau  được xác định theo điều kiện làm việc của máy ủi , nó không được

nhỏ hơn góc lên dốc hoặc xuống dốc của máy ủi, góc càng nhỏ thì lực ma sátgiữa lưỡi ủi với đất càng lớn

Theo kinh nghiệm thì  =300- 350

Đồng thời  = - Vậy  =330

-Xác định góc quay

Với máy ủi vạn năng thì lưỡi ủi có thể quay được nên xuất hiện góc quay Khi quay lưỡi ủi thì có tác dụng vận chuyển đất về một phía, đồng thời cũng làmcho máy có xu hướng quay quanh trọng tâm của nó Theo kinh nghiệm người tahay chọn góc quay lưỡi ủi =450- 600

Chọn =600

-Xác định góc chếch:

Góc chếch  (là góc tạo bởi mép dưới dao cắt với phương ngang) Với máy

ủi vạn năng sự thay đổi góc chếch này rất dễ dàng nhờ vào một xylanh thủy lựcđẩy chếch lưỡi ủi Nó có thể thay đổi trong khoảng : =(60- 120)

Hình 2.3 Mặt cắt của lưỡi ủi

-Xác định góc đổ 

Góc đổ của lưỡi ủi được chọn đảm bảo cho đất không tràn qua lưỡi ủi để ra

phía sau Khi góc đổ nhỏ thì đất nhanh tích lũy trong lưỡi và lát cắt mau cuộnlại, như thế sẽ làm tăng áp lực lên lưỡi ủi và sẽ dẫn đến tăng lực ma sát lên lưỡi

ủi Do đó theo kinh nghiệm người ta thường chọn góc đổ như sau:

 =600- 750

Chọn  =700

-Xác định góc đặt lưỡi 

Góc đặt lưỡi ủi là góc tạo bởi phương của lưỡi cắt với phương ngang Theo

kinh nghiệm người ta thường chọn góc đặt lưỡi  :

 =750

Hình dạng của lưỡi ủi:

Hình dạng hợp lý của lưỡi ủi là có dạng hình thân khai, tuy nhiên như thế thìviệc chế tạo nó gặp nhiều khó khăn, thông thường người ta thường làm nó có độcong nhất định với bán kính R:

R=Cos H a.sin(cos) (4.1.4, [2])

-Xác định chiều dài phần thẳng a:

Chiều dài phần thẳng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lưỡi cắt , phần

thẳng chịu mòn nhiều nhất do đó vật liệu được chọn để chế tạo phải hợp lý,đồng thời chiều dài phần thẳng này còn có ảnh hưởng lớn tới việc cắt đất Chiềudài a thường được chọn trong khoảng : 150-200 mm

Chọn chiều dài phần thẳng a=180 mm

-Xác định chiều cao tấm chắn

Chiều cao tấm chắn có tác dụng không cho đất tràn qua lưỡi ủi Tấm chắn

thường đặt đứng hoặc nghiêng ra sau một chút Chiều cao tấm chắn phải đảmbảo điều kiện quan sát của người lái khi nâng lưỡi ủi Thông thường chiều cao

này thường chọn trong khoảng từ (0.1-0.25)H Tấm chắn có dạng hình thang.

Chiều dài của tấm chắn phải dài hơn chiều dài của máy cơ sở ít nhất là 200 tới300mm và không nhỏ hơn 0,5L

Chọn chiều cao tấm chắn là: H1=200 mm

2.2 KIỂM TRA BẤT PHƯƠNG TRÌNH KÉO-BÁM-CẢN

Xác định các lực cản tác dụng lên máy ủi

a Trường hợp lưỡi ủi vuông góc với trục dọc khi làm việc

Lực tác dụng lên máy ủi là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tớikhả năng làm việc của máy Do đó trong quá trình tính toán phải xét đầy đủ cácyếu tố để đảm bảo cho máy có thể làm việc tốt và phát huy hết năng suất củamáy.

Các lực chính tác dụng lên máy ủi:

Trong quá trình máy ủi làm việc có rất nhiều lực tác dụng lên máy ủi, tuy nhiêntrong quá trình kiểm tra ta chỉ xét tới một số lực cản thường xuất hiện và có ảnhhưởng nhiều tới quá trình máy ủi làm việc

Để máy ủi có thể làm việc được thì nó phải thỏa mãn bất phương trình sau:

T W1+W2+W3+ W4+W 5

Trong đó :

T : Lực kéo của máy kéo cơ sở;

W1 : Lực cản cắt;

W2 : Lực cản di chuyển của khối đất lăn trước bàn ủi;

W3 : Lực cản di chuyển của khối đất cuộn lên trên bàn ủi;

W4 : Lực cản di chuyển máy ủi;

W5 : Lực cản ma sát giữa bàn ủi với đất

Lực cản cắt W1

W1=k.B.h1 (4.4, [3]) Trong đó:

 : Trọng lượng riêng của khối đất;

2

(4.5, [3]) Với góc chảy tự nhiên 

Lực cản di chuyển của khối đất cuộn lên trên bàn ủi W3

W3=Fms.cos (4.7, [3])Trong đó:

Fms :Lực ma sát chống lại chuyển động của đất cuộn lên trên bàn ủi;

Với đất: f=0,07;

Với cát: f=0,12

Lực cản ma sát giữa bàn ủi với đất W 5

Đây là thành phần lực cản xuất hiện khi máy ủi đất với lưỡi ủi bị mòn

W 5= 1.R2 Trong đó:

R2: áp lực của đất lên lưỡi ủi;

:Hệ số bám của máy lên mặt đất

Tùy vào từng loại đất công tác khác nhau mà hệ số bám này sẽ khác nhau

Với cát =06

Với đất =0.9

Như vậy ứng với từng loại đất công tác khác nhau sẽ tìm được các lực cản khácnhau và hệ số bám khác nhau

Trong quá trình kiểm tra ta chia ra trường hợp để kiểm tra đó là :

-Khi máy ủi đất

-Khi máy ủi cát

Các hệ số được chọn như sau:

Khi nào chiều sâu đào nhỏ hơn 0 tức là khi đó với góc dốc  máy sẽ bị trượt.

Trường hợp ủi đất : lúc đó lực cản đào W1, lực cản di chuyển của khối đấtlăn trước bàn ủi W2, Lực cản di chuyển của khối đất cuộn lên trên bàn ủi W3

Lực cản di chuyển máy ủi W4 ,Lực cản ma sát giữa bàn ủi với đất W 5 là lớnnhất

Tuy nhiên trường hợp này thì hệ số bám của máy ủi cũng lớn

=0,9

Trường hợp ủi cát thì hệ số bám bé hơn =0,6 tuy nhiên các lực cản tác

dụng lên máy ủi cũng bé hơn

Bảng dưới đây là kết quả kiểm tra khả năng làm việc của máy ủi khi ủi đất và

ủi cát ứng với mỗi góc  khác nhau Khi chiều sâu đào âm tức là ứng với góc

 đó máy ủi di chuyển sẽ bị trượt.

Thông thường khi máy ủi làm việc góc dốc  100

Khi ủi đất máy ủi có thể làm việc với góc  180

Khi ủi cát máy ủi có thể làm việc với góc  130

Kiểm tra điều kiện kéo của máy ủi:

N: công suất của máy cơ sở

v: Vận tốc làm việc của máy Thường lấy vận tốc số I

Vậy với N > 111 kW thì máy làm việc thỏa mãn điều kiện kéo

Với điều kiện TPb do máy có nhiều cấp tốc độ và có thể thay đổi côngsuất của động cơ nên khi có hiện tượng TPb thì có thể thay đổi công suất

động cơ để có thể giảm T để đảm bảo điều kiện bám

Vậy máy ủi thỏa mãn bất phương trình kéo- bám- cản.

b Trường hợp quay lưỡi ủi đi một góc  so với trục dọc máy

Đối với loại lưỡi ủi vạn năng, khi máy làm việc lưỡi ủi còn có thể nghiêng đimột góc  so với mặt phẳng ngang Trong trường hợp này thì các lực cản tácdụng lên máy ủi được xác định theo công thức:

:Góc quay của bàn ủi trong mặt phẳng ngang.(  =600)

WT :Lực cản di chuyển của đất trượt dọc bàn ủi

Khi máy ủi vạn năng đào đất , bàn ủi quay trong mặt phẳng ngang tạo với trụcdọc của máy một góc  Lúc này đất sẽ di chuyển dọc bàn ủi và được đổ sangbên cạnh máy Do đó sẽ xuất hiện lực ma sát P’ms tại bề mặt tiếp xúc giữa lưỡi

ủi và khối đất trượt dọc lưỡi ủi

Lực ma sát P’ms được xác định theo công thức:

P’ms=Gđ 1.2 (4.11, [3])

Chiếu  P’ ms lên phương di chuyển sẽ xác định được lực cản di chuyển của

đất trượt dọc bàn ủi trong khi máy ủi vạn năng thực hiện công việc ủi đất vàchuyển đất về phía trước

Trong trường hợp này thì chỉ có lực cản di chuyển của đất cuộn trên bàn ủi

W3 là tăng còn W1và W2đều giảm

Làm tương tự như trường hợp trên ta có bảng sau:

2.3 KIỂM TRA KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA MÁY ỦI

2.3.1 Lực tác dụng lên máy ủi

2.3.1.1 Lực tác dụng của đất lên bàn ủi P

Lực tác dụng lên lưỡi ủi được chia ra 2 thành phần:

P1 : Phương thẳng đứng;

P2 : Phương nằm ngang.

Để xét các giá trị P1và P2ta xét các trường hợp sau:

a Khi bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất để đào đất

Trong trường hợp này có kể đến sự mòn của lưỡi ủi, lúc này trước lưỡi ủi

chưa có đất tạo thành khối lăn (Hình a).

a b

Hình 2.4 Phản lực của đất tác dụng lên lưỡi ủi

Trong đó:

a Ân sâu dao cắt xuống đất

b Nâng lưỡi ở cuối giai đoạn đào

b Khi bắt đầu nâng lưỡi ủi ở cuối giai đoạn đào và tích đất

Trong trường hợp này trước bàn ủi đã tích tụ đầy đất, nghĩa là trước bàn ủi

đã có khối lăn Khối đất sẽ tạo ra áp lực N nén vào lòng lưỡi ủi (Hình 2.4b)

Áp lực N được phân tích ra 2 thành phần:

 P1Theo phương song song với phương di chuyển máy

 P2 Theo phương vuông góc với phương di chuyển máy

P2: Có chiều hướng xuống dưới

Khi ở cuối giai đoạn tích đất, dưới tác dụng của phản lực N, tại bề mặt làmviệc của lưỡi ủi xuất hiện lực cản ma sát Fms cản lại chuyển động của đất khi

nó cuộn lên trên lưỡi ủi Lực ma sát Fms được xác định theo công thức:

Các lực P1và P2 trong trường hợp này được xác định theo các công thức:

Dấu “-“ thể hiện lực P2có chiều hướng lên

Trường hợp này điểm đặt lực của P1và P2được nâng lên, cách mặt nền đất cơbản một đoạn là hp

 P1C : là lực cản tĩnh tính theo lực kéo lớn nhất của máy kéo

P1C =Tmax=Pb = G b  max (4.19, [3]) Với  max là hệ số bám lớn nhất của máy kéo cơ sở, phụthuộc vào loại đất nơi máy kéo làm việc và được chọn:

 max=1

Vậy P1C =1 131= 131 kN

 P d : Là tải trọng động tác dụng lên dao cắt, tải trọng động P d

được xác định trên cơ sở khảo sát máy ủi và chướng ngại vật nhưmột hệ thống đàn hồi một bậc tự do

P d được xác định theo công thức:

P d = vo m Co (4.20, [3])Tuy nhiên có thể xác định gần đúng P d dựa vào hệ số tải trọng

động

kđ =

c P

P

1

max 1

=

c

d c P

P P

1

1

1 

(4.22, [3]) Vậy P d =( kđ-1) P1C + P1C = kđ P1C

Với máy ủi vạn năng , khi quay lưỡi ủi với góc quay lớn nhất 0

thì phản lực P của đất tác dụng lên bàn ủi chia làm 3 thành phần Ngoài 2 lực

P1và P2 thì còn có thêm lực P3 Lực này có phương vuông góc với trục dọccủa máy, dưới tác dụng của lực P3 máy có xu hướng quay vòng trong mặtphẳng ngang

sin

sin 6 , 0

55 sin

tg g

Arc

P3=14,63 kN

2.3.1.2 Lực tác dụng trong cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi

Để xác định lực trong cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi ( cặp xylanh nâng khung ủi)

ta khảo sát 2 vị trí làm việc của máy ủi:

 Khi máy ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất để tiến hành đào đất

và tích đất

 Khi bàn ủi được nâng lên ở cuối giai đoạn đào và tích đất

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

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

Hình 2.6 Lực trong cơ cấu nâng ở vị trí ấn sấu dao cắt xuống đất

Ở giai đoạn này lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi S được xác định từ

phương trình cân bằng mô men của các lực với điểm C (Hình 2.6)

S=

r

l P m P l

b Khi nâng thiết bị ủi ở cuối giai đoạn đào và tích đất (Hình 2.7)

Hình 2.7 Lực tác dụng lên lưỡi ủi khi nâng thiết bị ủi.

Trong trường hợp này ở phía trước bàn ủi đã được tích đầy đất, đây là vị trí mà

cơ cấu nâng làm việc nặng nề nhất Những lực tác dụng lên lưỡi ủi trong giaiđoạn này gồm :

 Trọng lượng thiết bị ủi: Gtb

 Trọng lượng của khối đất được nâng cùng bàn ủi: Gđ

 Lực cản trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủi và phần còn lại trong

khối đất lăn trước bàn ủi: Q

 Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt : P1và P2

Trọng lượng của khối đất được nâng cùng bàn ủi xác định theo công thức:

H: chiều cao bàn ủi H=1 m

 :trọng lượng riêng của đất =20 kN/m3

: góc chảy tự nhiên của đất =400

Thay số vào ta tính được :

Gđ = 2 tg 40 o

20 1 3 ,

.0,2= 7,86 kN

Q: Lực cản trượt của đất:

Q=kb.F2 (4.31, [3]) Trong đó:

 kb: hệ số bám của đất khi chúng trượt tương đối vớinhau, giá trị của kb được chọn kb=0,2

 F2: diện tích bề mặt trượt của khối đất được nâng lêncùng bàn ủi và phần còn lại trong khối đất lăn trướcbàn ủi.( cm2 )

mômen của các lực lấy với điểm C (H2.6)

Smax=

r

m P l Q l G l

G tb.o  đ. r  1.

(4.32, [3])

Smax=23,4.1,67,86.1,80,8513,2.2,4131.0,54

Smax=181 kN

2.3.2 Kiểm tra khả năng ổn định của máy ủi

Máy ủi cần được kiểm tra ổn định tại hai vị trí:

a Dao cắt của lưỡi ủi gặp chướng ngại vật khi bắt đầu ấn sâu xuống đất

Trường hợp này dùng để tính ổn định cho máy ủi khi nó có xu hướng lậtquanh điểm O1 Mômen gây lật chủ yếu là do lực trong cơ cấu nâng S gây ra

đạt giá trị lớn nhất và được xác định dựa vào lực bám theo công thức sau :

P1 max =Tmax=Pb = G b  max

=197230,,22 =1,17 > 1,15 Vậy trong trường hợp này máy đảm bảo điều kiện ổn định

b Bàn ủi được nâng lên cuối quá trình đào và tích đất.

Trong trường hợp này phía trước bàn ủi đã tích đầy đất, máy có xu thế lậtquanh điểm O2( Hình 2.9).Trường hợp này khi tính ổn định cho máy ủi,muốn nâng được thiết bị ủi lên để bắt đầu giai đoạn vận chuyển đất về phíatrước thì lực nâng S phải thắng được lực cản do áp lực của khối đất trước bàn

ủi tác dụng lên Khi đó điểm đặt lực P1được nâng lên, phương của lực P1

xem như gần đúng trùng với đường tâm của khung ủi , tức là đi qua điểm C,tạo ra phản lực tại khớp C là Xc do P1 sinh ra sẽ tạo ra mômen giữ ổn địnhcho máy quanh điểm lật O2

Hình 2.9 Sơ đồ tính ổn định của máy ủi ở vị trí bàn ủi bắt đầu được

nâng lên ở cuối quá trình đào.

a Mômen chống lật được xác định theo công thức:

MG= GT l1 + Xc.m Trong đó :

Xc: là phản lực theo phương ngang tại khớp C sinh ra

Xc= P1= 131 kN

P1:là lực cản theo phương ngang do áp lực của khối đất trước

bàn ủi tác dụng lên khung ủi

b Mômen lật do lực nâng S của cơ cấu nâng tạo ra

ML= Smax l2

Trong đó:

Smax: lực nâng của xylanh ,được xác định trong trường hợp