Thiết kế máy ủi với lưỡi ben không quay

Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam đà hội nhập phát triển, công trình xây dựng mọc lên ngày to đẹp có hiệu Máy xây dựng nói chung máy xây dựng Thuỷ lợi nói riêng đóng vai trò quan trọng công tác xây dựng xây dựng thuỷ lợi, đặc biệt công tác làm đất.Vì công trình thuỷ lợi thường có khối lượng lớn, công tác làm đất chiếm 60 ÷ 80% khối lượng công trình nên việc giới hoá công tác làm đất quan trọng cần thiết Máy làm đất gồm loại máy làm đất có công dụng chung máy ủi, san, đào máy thuỷ lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợi chuyên dùng).Trong đó, máy ủi sử dụng rộng rãi, dùng để san mặt công trình, định hình mặt đường, san phẳng, đào đắp công trình có chiều cao ± 3m Hiện có nhiều chủng loại số lượng máy nhập vào nước ta từ nước Nga, Nhật, Mỹ Tuy nhiên máy không đáp ứng hoàn toàn yêu cầu công tác đất đa dạng nước ta Để sử dụng đạt hiệu cao phải nắm vững kỹ thuật, tính máy,đồng thời phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, công tác loại máy, cho phù hợp với điều kiện nước ta thuận tiện cho việc thay sửa chữa bị hỏng Đồ án môn học “Máy thuỷ lợi” với đề tài “Thiết kế máy ủi với lưỡi ben không quay” giúp em hiểu rõ phần lý thuyết học đồng thời vận dụng nhiều kiến thức môn sở chuyên ngành.Tuy nhiên, trình làm đồ án, thiếu kiến thức thực tế nên đồ án em không tránh khỏi sai sót.Em kính mong thầy cô giáo môn xem xét giúp đỡ em để em sửa chữa đồ án tốt nghiệp sau Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Thinh, thầy giáo Hồ Sỹ Sơn tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học Hà Nội ngày tháng năm 2007 SVTH: Nguyễn Văn Duệ Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định PHẦN I: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LƯỠI ỦI Xác định chiều cao lưỡi ủi: Ta có: Gb = 16792 (kg) =167,92 (KN) Gb GMK = (1,17 − 1,22) = 14300 (Kg) = 143 (KN) Trong Gb trọng lượng bám máy ủi Chiều cao lưỡi ủi xác định theo lực kéo T điều kiện đất, để tính toán sơ máy ủi, chiều cao lưỡi ủi xác định theo công thức kinh nghiệm sau: Đối với máy có lưỡi ủi cố định: H = 500.3 0,1.T − 0,5.T (mm) Trong đó: T- Lực kéo danh nghĩa máy kéo (KN), Lực kéo T xác định theo điều kiện bám: T=Gb ϕ b, ϕ b=0,9 với di chuyển bánh xích ⇒ T = 167,92.0,9 = 151,128 (KN) Chọn T = 150 (KN) ⇒ H = 500.3 0,1.150 − 0,5.150 = 1158,1(mm) Chọn H=1150(mm) Xác định chiều dài lưỡi ủi L: Chiều dài lưỡi ủi phải phủ kín chiều ngang máy kéo thừa bên 100 (mm) Chiều dài lưỡi ủi cố định tính theo công thức: L = (2,8 ÷ 3).H = (2,8 ÷ 3).1150 = 3220 ÷ 3450(mm) Chọn L = 3400 (mm) Xác định thông số góc: a.Góc nhọn β Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Góc nhọn β xác định đặc tính thay đổi áp lực riêng lưỡi lên đất theo mức độ mài mòn mép cắt Góc β nhỏ diện tích mép cắt bị mòn tăng chậm, lực cản cắt nhỏ độ bền lưỡi cắt giảm  ≥ 20o Ψ Chọn β = 25o δ β ε H H Ψ b.Góc cắt sau α : Góc cắt sau α xác định theo R điều kiện làm việc máy ủi, không a nhỏ góc lên dốc góc Hình 1:Dạng hình học lưỡi ủi xuống dốc thi công Góc  nhỏ lực ma sát lưõi cắt đất lớn, α = δ 30 ÷ 35o Chọn α = 30o c.Góc cắt δ Góc cắt ảnh hưởng lớn đến việc tiêu hao lượng cho trình đào, góc cắt δ nhỏ lực cản cắt nhỏ Chọn δ = 55o d.Góc quay δ : o Lưỡi ủi không quay: δ = 90 e.Góc chếch γ : Góc chếch γ thay đổi để máy làm việc sườn dốc, đất rắn để định hình mặt đường.Vì máy cấu điều chỉnh nên góc chếch γ thay đổi khoảng ± 5o f.Góc đổ ψ Góc đổ ψ chọn cho đất không tràn qua lưỡi phía sau Khi góc đổ ψ nhỏ đất nhanh tích luỹ vào lưỡi lát cắt mau cuộn lại để đổ phía trước tăng áp lực đất vào lưỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát Xuất phát từ điều kiện đó, ψ chọn giới hạn: Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định ψ = 70 ÷ 75o (đối với lưỡi ủi không quay) Chọn ψ = 75o g.Góc đặt lưỡi ủi ε : Góc đặt lưỡi ủi ε góc đường nối mép cắt với mép lưỡi ủi(không kể chắn) phương nằm ngang Khi góc cắt lưỡi ủi nhỏ đất tràn qua lưỡi, góc cắt lớn làm xấu diều kiện chuyển động đất theo lưỡi ủi lên phía trên, làm tăng khả dính bám đất tiêu tốn lượng, người ta chọn ε = 75o Hình dạng hợp lý lưỡi ủi hình thân khai với giảm dần độ cong phía trên, chế tạo khó khăn lưỡi ủi có độ cong định 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 phải chọn vật liệu hợp lý Chiều dài a có ảnh hưởng lớn đến việc tách đất khỏi khối đất Thông thường a = 150 ÷ 250 (mm) Chọn a = 250 mm Bán kính cong lưỡi ủi: Bán kính cong xác định theo công thức: R= H − aSinδ Cosδ + Cosψ a: chiều dài phần thẳng lưỡi ủi R = H=1150(mm) lưỡi ủi không quay Xác định chiều cao chắn H1: cao chắn H1 phải bảo đảm điều kiện quan sát người lái nâng lưỡi ủi Thông thường H1 = (0,1÷ 0,25)H, trị số lớn lấy máy lớn Tấm chắn có dạng hình thang, chiều dài cạnh lấy lớn chiều rộng nắp máy sở khoảng 200 ÷ 300 mm không nhỏ 0,5L Thay số ta tìm H1: H1 = (115÷ 287,5) (mm) Chọn H1=250 (mm) Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định PHẦN II: TÍNH LỰC CẢN KHI MÁY ỦI LÀM VIỆC Ta xét lực cản máy ủi trường tổng quát nhất, máy ủi làm việc dốc với góc a Tổng lực cản lớn phát sinh cuối trình đào bắt đầu nâng lưỡi ủi Trong trường hợp lực kéo phải thắng lực cản sau T ≥ W1 + W2 + W3 + W4 + W5 Trong đó: W1 - lực cản cắt W2 - lực cản ma sát lưỡi ủi đào lực cản cắt theo phương pháp tuyến Po2 gây W3 - lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi W4 - lực cản ma sát đất lưỡi ủi W5 - lực cản di chuyển máy dốc 1-Lực cản cắt W1: W1 = k F Sin ϕ Trong đó: k - hệ số cản cắt theo bảng (1-9), k = 0,12 MPa =120 (KN/m2) F - diện tích lát cắt, F = L h L - chiều dài lưỡi cắt, L=3,4(m) h - chiều dày trung bình lát cắt ϕ :góc lệch lưỡi ủi so với trục dọc máy Sin ϕ =Sin(90 ) = ⇒ W1 = 1.120.3.4.h = 420h (KN) Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Lực cản ma sát lưỡi ủi với đào lực cản cắt pháp tuyến P 02 gây W2 W2 = f1 P02 Sin ϕ  Trong đó: P02 = k’ L x k’ –hệ số cản cắt theo phương P02 k’ = 0,5 MPa = 0,5 103 KN/m3 x –chiều rộng lưỡi cắt tiếp xúc với đào Lấy x=1(cm)=0,01(mm) f1 –hệ số ma sát đất thép, tra bảng (1-5) ⇒ f1 = 0,5 Khi đó: W2 = 0,5.0,5.3,5.0,01.1 =8,75(KN) Lực cản di chuyển đất trước lưỡi ủi (W3) W3 = Vđ γ  f2 cosα sin ϕ  W3 = Gđ f2 cosα sin ϕ  L.H V = Trong đó: V - thể tích khối đất trước lưỡi ủi, d 2.k d đ kđ - hệ số thuộc tính chất đất tỷ số Với H L H = 0,36 theo bảng (7-3) có kđ = 0,86 L 2 ⇒ Vd = L.H = 3,4.1,15 = 3,18(m ) 2.k d 2.0,86 f2 – hệ số ma sát đất với đất, theo bảng (1-5), f2 = 0,70 g:trọng lượng riêng đất theo bảng (1-2),γ = 17,1 (KN/m3) ⇒ W3 = 38,06.cosα Lực ma sát đất lưỡi ủi (W4): W4 = W4’ + W4” Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Áp lực tác dụng lên lưỡi ủi: N = N1 + N2 N1 áp lực thành phần trọng lượng đất, N1 = Ga cos (δ - α) N2 áp lực thành phần lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi: N2 = f2.Ga.cosα.sinδ N = N1 + N2 = Ga.[cos(δ - α) + f2.cosα.sinδ] W4’ lực cản ma sát đất di chuyển theo lưỡi ủi từ lên trên: W4’ = f1.N.cosδ.sinϕ ⇒ W4’=f1.Ga.[cos(δ - α) + f2.cosα.sinδ].cosδ W4” lực cản ma sát đất di chuyển theo lưỡi ủi W4” = f1.N.cosϕ 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) (Vìϕ=900) 0 Với f1 = 0,5 ; f2 = 0,7; sinδ = sin55 = 0,82; cosδ =cos55 = 0,57; Ga = Vđ γ =3,18.17,1 = 54,38 (KN) ⇒ W4 = 27,19 [cos(55-α) + 15,6 cosα ] (KN) Lực cản di chuyển thân máy ủi dốc (W5) W5 = ω Gm cosα + (Gm + Ga) sinα Trong đó: ω - hệ số cản truyển động ω = 0,1 ÷ 0,15 chọn ω =0,1 Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Gm -trọng lượng máy ủi, Gm = 143(KN ) Ga- trọng lượng đất Ga= 54,38 (KN) Tổng lực cản chuyển động tác dụng lên máy: ∑ W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 420 h+ 8,75 + 38,06.cosα +27,19.cos(55- α)+15,6 cosα + 14,4 cosα + 193,93.sinα ∑W = 21 + 420.h + 83,66.Cosα + 216,2.Sinα Điều kiện làm việc máy: T ≥ ∑ W = 21 + 420.h + 83,66.Cosα + 216,2.Sinα 150 ≥ 21 + 420.h + 83,66.Cosα + 216,2.Sinα h≤ 129 −83,66.Cosα.216,2 Sinα 420 Xác định chiều sâu cắt ứng với góc α khác nhau: Dựa vào công thức nội suy với góc dốc α khác cho ta giá trị chiều sâu cắt h tương ứng, đến h ≤ dừng lại Bảng chiều sâu cắt ứng với góc dốc: α (độ) h (m) 0,11 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,055 0,047 0,039 Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định 10 11 12 13 0,031 0,023 0,015 0,006 - 0,003 PHẦN III: TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI Máy ủi có cấu tạo phức tạp,nhưng lúc ta dựng lên máy tương tự: Trọng lượng lưỡi ủi Gu ,phản lực đất tác dụng lên lưỡi ủi S n , phản lực khớp khung đẩy máy trước Xc , Zc Trọng lượng lưỡi ủi (Gu) Trọng lượng lưỡi ủi cần phải kiểm tra máy ủi cáp lưỡi ủi ngập vào đất nhờ trọng lượng lưỡi ủi, với máy D150A có điều khiển thuỷ lực, lưỡi ngập vào đất nhờ lực xilanh thuỷ lực trọng lượng lưỡi ủi cần đảm bảo điều kiện bền Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định *Vị trí tính toán: -Máy ủi làm việc mặt phẳng nằm ngang, lưỡi ủi hạ vào đào cắm sâu vào đất -Cáp nâng không căng, Sn=0 *Lực tác dụng: -Lực cản ma sát lưỡi ủi đào W2 - Trọng lượng lưỡi ủi Gu *Trọng lượng nhỏ công tác Gumin theo điều kiện ấn lưỡi sâu lưỡi ủi vào đất xác định theo phương trình mô men tất lực tác dụng lên công tác khớp C: ∑ Mc = ⇒ Gu = P02 l − W2 m , đó: l0 W2 = f1 P02= f1.k’.L.x k’: hệ số cản cắt, k’=500(KN/m ) (Bảng 1.9) L=3,4(m), x=0,01(mm), m=0,454(m), l0=3,124(m), l=3,546(m) f1=0,5 P02 ( l − f m umin Do G = l0 = ) k ' L.x.( l − f1 m = l0 ) 500.3,4.0,01.( 3,546 - 0,5.0,454 ) = 18,06 (KN) 3,124 Với máy ủi điều khiển thuỷ lực, lực ấn sâu lưỡi ủ vào đất nhờ lực xilanh thuỷ lực trọng lượng lưỡi ủi dược xác định the điều kiện bền lưỡi ủi Chọn sơ bộ: Gu = 27.5(KN) 2.Tính Pt1max: Theo công thức (7-23: Giáo trình MTL) Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 10 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Hai thép tăng cứng có δ =15 mm dài 320 (mm) 280(mm) Mômen quán tính hình trọng tâm hình có giá trị tương ứng sau: Bảng thông số lưỡi ủi Thứ tự δ(cm) F cm2 h(cm) Jx(cm4) Jz(cm4) 25 50 2604.167 16.66667 1.5 32 48 4096 1.5 28 42 2744 7.875 1.5 10 15 125 2.8125 1.5 10 15 125 2.8125 1.5 10 15 125 2.8125 1.5 20 30 1000 5.625 Phần lưỡi cong Trước hết xác định trọng tâm diện tích F phần cong ϕ ϕ ρ ρ Hinh 2.7 – Sơ đồ tính toán phần cong Trục x trục đối xứng, trọng tâm mặt cắt nằm trục x Xác định toạ độ trọng tâm theo công thức : Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 26 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Xc = Sz F mô men tĩnh diện tích F trục z xác định theo công thức : Sz = ∫ x.df x = ρ.cosϕ df = ρ.dϕ.dρ 290 R 290 R Sz = ∫ ∫ ρ dϕ dρ cos ϕ = ∫ ρ dρ ∫ cos ϕ dϕ r = r ( R − r ) sin 29 3 = (15153 − 15003 )sin29 =33052,9 cm3 F = π(R2 - r2) 58 58 2 =3,14(1515 – 1500 ) 360 360 =229 cm2 Toạ độ trọng tâm mặt cắt : S z 33052,9 = = 144,3 cm F 229 X= 2 Jz = ∫ x dF = ∫ ρ cos ϕ ρ dρ dϕ F F 290 29 ' = ∫ ρ dρ ∫ cos ϕdϕ = ∫ ρ dρ ∫ + cos 2ϕ dϕ 2 = (R − r4 )[ ϕ 29 0 R R r = r 290 0 + sin 2ϕ ] 29.π (1515 − 1500 )( + sin58 ) = 4789090cm4 2.180 2 ∫ z.dF = ∫ ρ sin ϕ.ρ.dρ.dϕ Jx = F F R 29 R 29 − cos2ϕ 3 dϕ ∫ ρ dϕ ∫ sin ϕ dϕ = ∫ ρ dρ.2 ∫ r =r Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 27 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định 290 29 = (R − r4 )[ ϕ − sin 2ϕ ] 4 2 = (1515 − 1500 )[ 29.π − sin 58 ] 2.180 = 422017,53 cm4 Mô men phần cong hệ qua tâm song song với hệ cũ Jx không đổi Jxo =422017,53 cm4 Jzo= Jz – 2aSz + a2F công thức chuyển trục song song, a = 145,3 cm Jzo = 4789090 – 2.144,3.33052,9 + 144,32 229 Jzo = 18373,27 cm4 Xác định trọng tâm toàn mặt cắt xc ∑S = ∑F i z Six ∑ zc = ∑F Chọn hệ trục o8x8y8(về tâm phần tròn) làm hệ trục ban đầu, ta có : S1x = zc.F + Sx S1z = xc F + Sz Mômen tĩnh hình thành phần hệ trục toạ độ trọng tâm O Ta có khoảng cách trọng tâm hình với hệ trục ban đầu : Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 28 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định + Phần I : x1 = -17,8 cm + Phần II : x2 = z1 = -76,3 cm cm z2 = -55,3 cm + Phần III : x3 = 14,2 cm z3 = -34,3 cm + Phần IV : x4 = z4 = 65,5 cm + Phần V : x5 = 5,1 cm z5 = 62,5 cm + Phần VI : x6 = z6 = 54,9 cm -2,4 cm 2,1 cm + Phần VI : x7 = -15,7 cm z7 = -76,4 cm + Phần VI : x8 = z8 = cm cm Bảng tính Sx Sz phần X8OZ8 Thứ tự Tống Xi (cm) Zi (cm) Sx(cm3) F(cm) Sz(cm3) -17.8 -76.3 50 -3815 -890 -55.3 48 -2654.4 384 14.2 -34.3 42 -1440.6 596.4 -2.4 65.5 15 982.5 -36 5.1 62.5 15 937.5 76.5 2.1 54.9 15 823.5 31.5 -15.7 -76.4 30 -2292 -471 0 229 0 444 -7458.5 -308.6 Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 29 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định ΣSi Z1 = − 308,6 X = c ΣF 444 X = −0,695 (cm) c ΣSi X1 = − 7458,5 Z = c ΣF 444 Z =− 16,798 (cm) c Xác định phương trục quán tính trung tâm, có hệ trục cxz Phương hệ trục quán tính trung tâm : tg 2α = J xz Jx − Jz Xác định mômen quán tính Jx, Jz, Jxz với hệ trục xcz a: Xác định khoảng cách tâm hình với hệ trục XCZ: Khoảng cách tâm hình thành phần tâm C hệ trục XCZ xác định theo công thức sau: Xic = Xi - Xc ; Zic = Zi - Zc ; ( Với i= 1÷ ) Từ ta có bảng kết sau: TT Xic (cm) -17,105 8,659 14,895 -1,705 5,795 Zic (cm) -59,502 -38,502 -17,502 82,298 79,298 2,795 71,698 -15,005 -59,602 0,695 16,798 b:Xoay hệ trục hình thành phần phương vuông góc XCZ : Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 30 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Ta có công thức xoay trục toạ độ tính là: J Xi J = xi +J J -J zi + xi zi cos2.α - J sin2.α XiZi 2 J J +J J -J zi - xi zi cos2α + J = xi sin2α Zi xizi 2 J J -J = xi zi sin2α + J cos2α XiZi xizi Trong : i = ÷ 7; α: Là góc xoay Jxizi = ( hệ trục cần xoay qua tâm hình ) Bảng tính Jx,Jz Jxz xoay phần OX8Z8 Bảng tính Jx,Jz Jxz Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 31 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định xoay trục Thứ tự Tổng α(độ) 35 62.8 -33.3 66.1 -22.9 67.1 35 Jx 2604.167 4096 2744 125 125 125 1000 422017.5 Jz 16.666 7.875 2.8125 2.8125 2.8125 5.625 18373.27 Jx2 1752.905 862.9317 1919.261 22.86832 106.4987 21.31382 672.8606 422017.5 427376.2 Jz2 867.9278 3242.068 832.6144 104.9442 21.31382 106.4987 332.7644 18373.27 23881.4 Jxz2 1215.728 1661.571 -1255.55 45.25853 -43.7988 43.79876 467.2034 2134.215 Chuyển tất mômen quán tính thành phần hệ trục cxz công thức chuyển trục song song J = J + 2bS + b 2F x xi xi J = J + 2αα + a 2F z zi zi J =J + aS + bS + abF xz xzi xi zi Các hệ trục thành phần trục trung tâm nên Sx = Sz = J x =J xi + b2F J = J + a 2F z zi J =J + abF xz xzi Bảng tính chuyển trục song song Thứ tự Tổng Jx2 1752.909 862.9317 1919.261 22.86832 106.4987 21.31382 672.8606 427376.2 Jz2 867.9278 3242.068 832.6144 104.9442 21.31382 106.4987 332.7644 23881.4 Jxz2 1215.728 1661.571 -1255.55 45.25853 -43.7988 43.79876 467.2034 a -17.105 8.659 14.895 -1.705 5.795 2.795 -15.005 0.695 b -59.502 -38.502 -17.502 82.298 79.298 71.698 -59.602 16.798 F 50 48 42 15 15 15 30 229 Jx3 178777.3 72018.32 14784.7 101617.3 94429.09 77130.36 107244.8 491993.8 1137996 Jz3 15496.98 6841.025 10150.78 148.5496 525.0442 223.6791 7087.265 23992.01 64465.33 Phương hệ trục quán tính trung tâm Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 32 Jxz3 52104.81 -14341.1 -12204.6 -2059.51 6849.18 3049.737 27297.04 2673.486 63369.03 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định J 2.63369,03 tg2α = - xz = = - 0.236 J -J 1137996 - 64465,33 x z 2α = - 13,28 α = - 6,64 α = 83,36 Xác định mômen quán tính hệ trục quán tính trung tâm J +J J − J 2  x y x y J =J = +  + J2  X max xy 2     1137996 + 64465,33  1137996 − 64465,33  +   + 63369,03 2   = 1141723,643 (cm ) = J X J +J  Jx − Jy  x y   J =J = −  + J2  Z xy 2     J = 60737,685 (cm ) Z Sau xác định trọng tâm mặt cắt phương trục quán tính X Z ta đặt lực P1, P2 > P vào điểm C phân chúng theo thành phần theo trục X Z, hợp lực thành phần tạo thành lực Q X QZ P = P cos6,64 = 524,48 cos 6,64 = 520,96 (KN) 1X P = P sin6,64 = 60,64 (KN) 1Z P = P sin6,64 = 3,58 (KN) 2X P = P cos6,64 = 30,76 (KN) 2Z sinθ = 730 (góc so với phương ngang) S nZ = S n cos17 = 505,75.0,956 = 483,49 ( KN ) S nX = S n sin 17 = 505,75.0,1193 = 60,33 ( KN ) Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 33 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Trọng lượng lưỡi ben q= G 22,1 = = 5,26 ( KN ) L 4,2 q x = q sin 3,8 = 0,348 ( KN ) q z = q cos 3,8 = 5,25 ( KN ) Q X = P1 X + P2 X + S nX = 520,96 + 3,58 + 60,33 = 584,87 ( KN ) QZ = S nZ + P1Z + P2 Z = 483,49 + 60,64 − 30,76 = 513,37 ( KN ) Dưới tác dụng ngoại lực mặt cắt a-a xuất nội lực sau đây: Mômen uốn M’ mặt phẳng xoy M’’ mặt phẳng yoz mômen xoắn Các mômen uốn M’ M’’ xác định theo công thức Q X L q X L2 584,87.4,2 0,348.4,2 = = 613,34 ( KN m) Q L q L2 M '' = Z + Z 513,37.4,2 5,25.4,2 = + = 625,686 ( KN m) M' = Trong mặt cắt a-a có ứng suất pháp σ mômen uốn M’ M’’ ứng suất tiếp τ mômen xoắn gây Ứng suất pháp tính theo phương trình M' M '' σ= x0 + z JZ JX x0 z0 toạ độ điểm mặt cắt nằm xa trục trung hoà Tang góc nghiêng đường trung hoà với trục x Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 34 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định J M ' tgβ = X '' J Z M tgβ = 1141723,643.613,34 = 18,426 60737,685.625,686 β = 86,89 Để xác định toạ độ điểm mặt cắt nằm xa trục trung hoà nhất, kẻ đường tiếp tuyến 0101 với chu vi mặt cắt, đồng thời song song với đường trung hoà 00 tìm điểm H điểm xa đường trung hoà có toạ độ Z = −439 (mm) = −0,439 ( m) X = 264 ( mm) = 0,264 ( m) σ= 625,686 − 0,439 613,34.0,264 + = 290649,94 ( KN / m ) −8 −8 60737,685.10 1141723,643.10 σ = 290,64 ( MN / m ) Mômen xoắn Mk/2 coi nửa tổng mômen lực P 1,P2,Sp tâm cứng (tâm uốn) mặt cắt Toạ độ tâm cứng xác định cách gần theo Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 35 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định ∑ E i J xi xi ∑ E i J xi ∑ E i J zi zi ZD = ∑ E i J zi XD = Trong Ei – mô đuyn đàn hồi vật liệu phần tử mặt cắt Jxi Jzi –mômen quán tính tĩnh hình thành phần hợp thành cấu tạo thành mặt cắt ngang zi xi toạ độ trọng tâm hình thành phần Lấy hệ trục cxz để xác định toạ độ tâm cứng Khi tính lưỡi cắt, coi mặt cắt loại vật liệu, ta có ∑J x ∑J ∑J Z = ∑J XD = xi i xi ZD zi i zi 178777,3( − 17,105) + 72018,32( 8,659 ) + 14784,7.(14,895) + 101617,3(−1,705) + 94429,09.5,795 + 178777,3 + 72018,32 + 14784,7 + 101617,3 + 94429,09 + + 77130,36.2,795 + 107244,8.( −15.005) + 491499,3.0,695 = −2,54 (cm) + 77130,36 + 107244,8 + 491499,3 15496,98.(−59,502) + 6841,025( − 38,502 ) + 10150,78( − 17,502) + 148,54.82,298 + ZD = 15496,98 + 6841,025 + 10150,78 + 148,54 + 525,04 + 223,67 + XD = + 525,04.79,298 + 223,67.71,698 + 7087,26.( −59.6) + 23992,01.16,798 = −20,41 (cm) + 7087,26 + 23992,01 Xác định Mk/2 Mômen xoắn Mk lực Qx Qz gây so với tâm uốn tiết diện xác định theo công thức: Mk=Qx.ZD+Qz.XD=584,87.20,41+513,37.2,54=13,241 (KNm) việc xác định ứng suất tiếp mặt cắt nguy hiểm a − a lưỡi gạt khó khăn hình dáng phức tạp mặt cắt, lưỡi gạt mỏng kín chịu xoắn uốn đồng thời, trường hợp xuất xoắn kiềm chế Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 36 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Tính toán gần ta tính ứng suất tiếp trường hợp xoắn tự ,giả thiết không dẫn đến sai số lớn mặt cắt loại mặt cắt kín (chu vi khép kín)có độ cứng chống xoắn lớn ứng suất tiếp xoắn kiềm chế loại mặt cắt thuộc loại cấp Coi mô men xoắn cho phần của mặt cắt tỷ lệ với độ cứng phần đó, xác định mô men xoắn cho phần tử M J M J k k1 Mk1 = J k k k2 Mk2 = J k Mk3 = M k J k3 Jk Trong : Jk : mô men quán tính chống xoắn toàn mặt cắt Mk1, Mk2 , Mk3 Jk1 , Jk2 , Jk3 mô men xoắn mô men quán tính chống xoắncủa phần riêng mặt cắt abc , dcf Mô men quán tính chu vi kín abcvà def , xác định theo phương trình : 4.F0 S Jk = ∑ δi i Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 37 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định F0 : diện tích bên đường trung bình chu vi δi : chiều dày thành ứng với phần mặt cắt Với chu vi kín ABC: F0 ≈ 28.32 = 448 (cm ) 4.448 = 11806,1 (cm ) 42 32 28 Jk1 = + + 1,5 1,5 1,5 Với chu vi kín DEFG : F0 = 10.10 = 100 (cm ) 4.1002 = 1500 (cm ) Jk3 = 10 10 10 10 + + + 1,5 1,5 1,5 1,5 Đối với phần mặt cắt hở BD có dạng cung tròn chiều dày thành nhỏ mô men quán tính : Jk2 = δ4 S  1,5  75,5   − 0,63  =  − 0,63  = 83,87 (cm ) δ   1,5  Trong S độ dài cung bc Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 38 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Mô men quán tính toàn phần xoắn Jk tổng mo men quán tính xoắn phần mặt cắt Jk = Jk1+ Jk2 + Jk3 = 11806,1 + 1500 + 83,87 = 13389,97 (cm4) Ta có : M k1 = M k J k1 11806,1 = 13,241 = 11,65 Jk 13389,97 M k2 = M k J k2 1500 = 13,241 = 1,48 ( KN / m) Jk 13389,97 M k3 = M k J k3 83,87 = 13,241 = 0,083 ( KN / m) Jk 13389,97 ( KN / m) Xác định ứng suất phần mặt cắt phần kín abcvà cdf τ1 = M k1 11,65 = = 8746,24 ( KN / m ) −2 −4 2.δ F01 2.1,5.10 444.10 = 8,746 (MN/m2) τ2 = M 1,48 k3 = = 4933,33 (MN/m ) − − 2.δ.F 03 2.1,5.10 100.10 = 4,93(MN/m2) Đối với mặt cắt hở bd : M k 0,083.1,5.10 −2 = ≈ 1484,4 τ3 = J k2 83,87.10 −8 ( KN / m ) = 1,4(MN/m2) Như phần kín abc có ứng xuất tiếp max điểm H có ứng suất tiếp pháp max, tìm ứng suất điểm tiến hành kiểm tra mặt cắt σtổng = σ + 4τ < [σ] = 290,54 + 4.15,08 = 292,1 (MN/m2) Chọn vật liệu chế tạo lưỡi ủi thép CT6 có σb = 540 (MPa) [σ] = σb n , hệ số an toàn n = 1,5 Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 39 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định [σ] = 540 = 360 (MPa) 1,5 σtổng < [σ ] lưỡi ủi đảm bảo an toàn bền Qua trình tính toán kiểm nghiệm ta thấy lưỡi ủi thỏa mãn điều kiện bền làm việc Kết luận Qua chọn tính toán thông số lưỡi ủi dựa theo sở tính toán giáo trình Máy Thủy Lợi, số tài liệu tham khảo khác sức Bền Vật Liệu…Ta thấy thông số lựa chọn tính toán cho lưỡi ủi máy D9T làm việc với loại đất cấp II tính toán đáp ứng yêu cầu kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO: Giáo trình Máy thuỷ lợi Tính toán Máy thi công đất Vũ Văn Thinh -ĐH Thuỷ Lợi Lưu Bá Thuận- NXBXD Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 40 ... Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định ψ = 70 ÷ 75o (đối với lưỡi ủi không quay) ... dụng lên máy ủi Sinh viên thiết kế: Nguyễn Văn Duệ- Lớp 45M Giáo viên hướng dẫn: Vũ Văn Thinh-Hồ Sỹ Sơn 23 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Sinh viên thiết kế: Nguyễn... Thinh-Hồ Sỹ Sơn 24 Đồ án môn học Máy thuỷ lợi: Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định Giả thiết hình dáng kích thước mặt cắt ngang lưỡi ben không đổi dọc theo chiều dài lưỡi ben Mặt cắt a-a mặt cắt nguy