Thiết kế bộ công tác của máy ủi

Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi PHẦN I: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LƯỠI ỦI Xác định chiều cao lưỡi 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=G b ϕ b, (Trang 18 MTL) Gb trọng lượng bám máy ủi, thiết kế sơ ta lấy Gb=(1,17 ÷ 1,22).GMK=(1,17 ÷ 1,22).666,4 = 779,69 ÷ 813(KN) ϕ b=0,9 với di chuyển bánh xích ⇒ T= 701,7 ÷ 731,7 (KN) chọn T = 720 ( KN) ⇒ H= 1720 (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) 1720= 4816 ÷ 5160 (mm) Chọn L = 50000 (mm) Xác định thông số góc: a.Góc cắt δ: Góc cắt ảnh hưởng lớn đến việc tiêu hao lượng cho trình đào, góc cắt d nhỏ lực cản cắt nhỏ Ta có góc cắt δ = β + α svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Chọn δ = 55o b.Góc nhọn β : 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 β ≥ 20o Chọn β = 25o : α H Y H c.Góc cắt sau α : Góc cắt sau α xác định theo R điều kiện làm việc δ máy ủi, không a nhỏ góc lên dốc góc Hỡnh 1:Dạng hỡnh học lưỡi ủi xuống dốc thi công Góc α nhỏ lực ma sát lưõi cắt đất lớn, β α = 30 ÷ 35o d.Góc quay φ: o Lưỡi ủi không quay: φ= 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: ψ = 70 ÷ 75o (đối với lưỡi ủi không quay) svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Chọn ψ = 75o Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi 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 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 lưỡi ủi cố định ta lấy : R = H=1720 (mm) 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 thường chọn a = 150 ÷ 200 mm Đối với lưỡi ủi không quay chọn a = 200 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 svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi chắn có dạng hình thang, chiều dài cạnh lấy lớn chiều rộng nắp máy sở khoảng 200 ÷ 300 mm không nhỏ 0,5L ta có H =1720 suy : H1 = (172÷430)(mm) Chọn H1=300 (mm) 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 =( 0,18÷0.30)Mpa với đất loại III chọn k= 0,25Mpa =250 Kn/m2 F - diện tích lát cắt, F = L h = 5.h L - chiều dài lưỡi cắt, L=5(m) h - chiều dày trung bình lát cắt ϕ - góc lệch lưỡi ủi so với trục dọc máy svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Sin ϕ = Sin(90 ) = ⇒ W1 = 250.5.h = 1250.h 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 ÷ 0,6 ) MPa chọn k’=0,5 Mpa =500 KN/ m2 x –chiều rộng lưỡi cắt tiếp xúc với đào L: chiều dài lưỡi cắt L= 5m Lấy x=(0,7 ÷ 1) cm chọn x=0,8cm f1 –hệ số ma sát đất thép, tra bảng (1-5) ⇒ f1 = 0,5 Khi đó: W2 = 10 KN Lực cản di chuyển đất trước lưỡi ủi (W3) W3 = Vđ γ f2 cos α sin ϕ W3 = Gđ f2 cos α sin ϕ L.H Trong đó: Vđ - thể tích khối đất trước lưỡi ủi, Vd = 2.k d kđ - hệ số thuộc tính chất đất tỷ số Với H L H = 0,344 theo bảng (7-3) có kđ = 1,25 L Với L =5m ; H =1,72m ta có : ⇒ Vd = 5,92 (m3) svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi f2 – hệ số ma sát đất với đất, theo bảng (1-5), f2 = 0,7 γ - trọng lượng riêng đất theo bảng (1-2), γ= 20 (KN/m3) ⇒ W3 = 82,88 cosα (KN) Lực ma sát đất lưỡi ủi (W4): W4 = W4’ + W4” 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 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=5,92.20 = 118,8 (KN) svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi ⇒ W4 = 0,5.118,4[cos(55-α) + 0,7.cosα.0,82]0,57 (KN) = 33,744(0,57cosα + 0,82sinα + 0,574cosα) W4 = 38,6cosα + 27,67sinα 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 =0,15 Gm -trọng lượng máy ủi, Gm = 666,4 (KN ) Ga- trọng lượng đất Ga= 118,8 (KN) ⇒ W5 =99,96.cosα + 785,2.sinα Tổng lực cản chuyển động tác dụng lên máy: ∑ W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 ∑W =1250h +10 +82,88.cosα +38,6cosα + 27,67sinα +99,96.cosα + 785,2.sinα ∑W = 1250h +10 +221,44.cosα + 812,87.sinα ta có lực kéo lớn đầu kéo : T=720 KN để máy làm việc phải thoả mãn điêu kện : T ≥ ∑W = 1250h +10 +221,44.cosα + 812,87.sinα 720 ≥ 1250h +10 +221,44.cosα + 812,87.sinα ⇒h ≤ 710 − 221,44 cos α − 812,87 sin α 1250 svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Xác định chiều sâu cắt ứng với góc a 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: h 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35 0.33 0.32 0.31 0.3 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 0.2 0.19 0.18 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.07 0.06 0.05 0.04 0.04 0.03 0.02 0.01 0.01 svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn cos 0.9998 0.9994 0.9986 0.9976 0.9962 0.9945 0.9925 0.9903 0.9877 0.9848 0.9816 0.9781 0.9744 0.9703 0.9659 0.9613 0.9563 0.9511 0.9455 0.9397 0.9336 0.9272 0.9205 0.9135 0.9063 0.8988 0.891 0.8829 0.8746 0.866 0.8572 0.848 0.8387 0.829 0.8192 0.809 0.7986 0.788 0.7771 0.766 0.7547 0.7431 sin 0.017 0.035 0.052 0.07 0.087 0.105 0.122 0.139 0.156 0.174 0.191 0.208 0.225 0.242 0.259 0.276 0.292 0.309 0.326 0.342 0.358 0.375 0.391 0.407 0.423 0.438 0.454 0.469 0.485 0.5 0.515 0.53 0.545 0.559 0.574 0.588 0.602 0.616 0.629 0.643 0.656 0.669 α 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi PHẦN III: TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI Trọng lượng lưỡi ủi (Gu) lm Gmk Gu C W2 Po2 lo l1 l *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 G0 *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 svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi W2 = f1 P02= f1.k’.L.x k’: hệ số cản cắt, k’=500(KN/m ) L=5(m); x = (0,7 ÷ 1)cm chọn x =0,01m, Khi kể đến ảnh hưởng đào không phẳng, khả căt không lay f1 = 0,5; m=0,5(m), l0=5,362(m); l = 6,187(m) P02 ( l − f m Do Gumin = l0 ) k ' L.x.( l − f1 m = l0 ) = 27,68 (KN) 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 = 30 (kN) Lực nâng lưỡi ủi xi lanh thuỷ lực Lực nâng xi lanh thuỷ lực đạt giá trị lớn bắt đầu cắt hay bắt đầu nâng cuối trình cắt Do ta tính lực nâng lớn Snmax hai vị trí: a.Vị trí 1: Lực nâng xi lanh thuỷ lực đầu qúa trình cắt: svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 10 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi khiển điều khiển van trượt để buồng bên trái xi lanh thông với đường dầu hồi buồng bên phải buồng Dầu nối với đường ống từ bơm Xi lanh thuỷ lực dịch chuyển bên trái Lưỡi ben nâng lên Quá trình hạ ben: Dầu từ thùng Dầu qua bơm tới phân phối hệ thống phân phối điều khiển Bộ phận điều khiển trượt để Dầu vào buồng bên trái xi lanh thuỷ lực buồng bên phải xi lanh thuỷ lực nối với đường hồi hệ thống Lưỡi ben hạ xuống nhờ lực xi lanh thuỷ lực Bộ phận van chiều tiết lưu đượcđặt ống dẫn xi lanh thuỷ lực để tránh gián đoạn dòng chất lỏng làm việc khoang xi lanh thuỷ lực piston chuyển động nhanh tác dụng tải trọng Duy trì áp suất nhỏ cần thiết không đổi ống dẫn xi lanh thuỷ lực để đảm bảo độ tin cậy đóng mở trượt không phụ thuộc vào dao động áp suất đường ống bơm Van an toàn van chiều đảm bảo hệ thống không bị tải bảo vệ hệ thống điều khiển tay hệ thống tự động làm việc Van chiều tiết lưu đặt ống dẫn xi lanh thuỷ lực để tránh gián đoạn dong chất lỏng làm việc khoang xi lanh thuỷ lực pít tông chuyển động nhanh tác dụng tải trọng Xác định đường kính xilanh: Với máy DRESSTA, áp suất xilanh thuỷ lực: p =18,4 MPa = 1,84.104 KN/m2 Đường kính cán piston d: d = 0,7 D D - đường kính piston, tính theo công thức: D= S n k = 2.π p 4.416,4.1,2 = 0,1315 2.π 1,84.10 Với: k- hệ số an toàn lực, k =1,2 ⇒ D= 131,5(mm) svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 20 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Theo bảng xilanh tiêu chuẩn, ta chọn D = 140(mm) Đường kính cán pistôn: d =0,7.140 =98(mm) Hành trình piston xác định: S = l1- l2, đó: l1 chiều dài xi lanh ứng với thời điểm lưõi ủi nâng lên đến chiều cao tối đa l1 = rn = = 3,356 tg 50 o tg 50 o l2 chiều dài xi lanh ứng với thời điểm chiều sâu cắt lớn l1 = rn = = 2,698 tg 56 o tg 56o Vậy S = 3,356-2,698=0,658(m) = 658 (mm) PHẦN V : TÍNH BỀN LƯỠI ỦI Vị trí tính toán thứ nhất: Trong trình cắt lưỡi ủi gặp chướng ngại, điểm tựa chướng ngại lưỡi ủi, cấu nâng vị trí làm việc Điều kiện tính toán : - Máy ủi chuyển động mặt nằm ngang, tốc độ ban đầu tốc độ danh nghĩa số I - Khi va vấp vào chướng ngại, máy sử dụng lục kéo bám lớn nhất, ka = 2,5 Ngoài lực P1, P2, Sn tác động vào lưỡi ben có trọng lượng lưỡi ben Guvà lực XA1 ; ZA1 ; XA2 ; ZA2 khớp PB1 PB2 chống svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 21 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Hãy coi lưỡi ben dầm liên kết khớp điểm A A2 bỏ qua mô men tác động mặt phẳng ngang đặt vào lưỡi ben theo dầm đẩy , điều làm tăng độ an toàn lên Sn 32° XA2 XA XA1 ZA2 P2 ZA ZA1 P1 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 hiểm , vị trí có nội lực lớn Nội lực xuất mặt cắt nguy hiểm xác định xác định toạ độ trọng tâm mặt cắt phương trục quán tính Sau xác định đặc trưng mặt cắt Hình dạng mặt cắt (hình vẽ) Phần lưỡi cong có bán kính cong R = H = 1720 mm Chọn chiều dày δ = 20 mm Góc đặt lưỡi ε =75o Phần nối tiếp với phần cong để lắp lưỡi cắt có δ =15 (mm), dài 200 mm svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 22 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Lưỡi cắt dày δ =15 mm dài 200 mm Xà ngang tăng cứng thép hình chữ nhật hàn với có kích thước b=15mm, h=100 mm Hai thép tăng cứng có δ =15 mm dài 250 (mm) 320 (mm) Ta có mômen quán tính tính theo công thức J = TT δ (cm) 1,5 h (cm) 20,0 F (cm2) 30,0 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 25,0 32,0 20,0 20,0 20,0 37,5 48,0 30,0 30,0 30,0 b.h 12 Jx (cm4) 1000,00 1953,12 4096,0 1000,0 1000,0 1000,0 Jz(cm4) 5,625 7,031 9,000 5,625 5,625 5,625 Phần lưỡi cong Trước hết xác định trọng tâm diện tích F phần cong Z X r R Trục x trục đối xứng, trọng tâm mặt cắt nằm trục x Xác định toạ độ trọng tâm theo công thức : Xo1 = Sz F mô men tĩnh diện tích F trục z xác định theo công thức : svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 23 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi = ∫ x.df Sz x = ρ.cosϕ R 27 ,87 r Sz = ∫ ∫ ρ.dϕ.dρ cos ϕ df = ρ.dϕ.dρ R 27 , 87 r = ∫ ρ dρ ∫ cos ϕ.dϕ ( R − r ) sin 27,87 = = (1723 − 1703 ) sin 27,87 = 54677,43 cm3 0 2 55,74 2 55,74 π F = (R - r ) =3,14(172 – 170 ) = 332,5 360 360 cm2 Toạ độ trọng tâm mặt cắt : X01 = S z 54677,43 = = 164,4 cm F 332,5 2 Jz = ∫ x dF = ∫ ρ cos ϕ ρ dρ dϕ F F R = ∫ ρ dρ r 27 ,87 R ∫ cos ϕdϕ = ∫ ρ dρ 27 ,87 ∫ r = ( R − r )[ ϕ 27 , 87 0 ' + sin 2ϕ 27 ,87 0 + cos 2ϕ dϕ ] = 282854065,9(cm4) 2 Jx = ∫ z dF = ∫ ρ sin ρdρdϕ F F R = ∫ ρ dρ 27 ,87 r = ∫ sin R 2 1 ( R − r ) ϕ 2 ϕ.dϕ = ∫ ρ dϕ r 27 ,87 0 − sin 2ϕ 27 ,87 ∫ 27 ,87 0 − cos 2ϕ dϕ    = 274588519,4cm4 Mô men phần cong hệ qua tâm song song với hệ cũ Jx không đổi Jx01 =274588519,4cm4 Jz01 = Jz + 2aSz + a2F công thức chuyển trục song song, a = -164,4 cm Jz =282854065,9cm4 , Sz=54677,43 cm3 , F=332,5 cm ⇒ Jz01=273862724,1 cm4 svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 24 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Xác định trọng tâm C toàn mặt cắt Chọn hệ trục o1x1y1 làm hệ trục ban đầu, ta có : xc Trong ∑S = ∑F i z1 i Six = zio1.Fi ∑S = ∑F zc ; i x i Siz = xio1 Fi z Z1 z x z x z x 01 X1 C z x x x x z z svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 25 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Lập bảng ta có TT Tổng F (cm2) 30,0 37,5 48,0 30,0 30,0 30,0 712 917,5 Xc Zc ∑S = ∑F ∑S = ∑F i z1 i x1 x (cm) -39,687 13,81 36,452 103,31 108,3 103,31 7,60 Szo1 (cm3) -1100,91 517,875 1749,696 3099,3 3249,0 3099,3 5411,2 16025,461 z (cm) -124,9 -113,0 -96,24 49,764 56,389 61,327 -40,667 = 16025,461 = 17,46cm 917,5 = − 36552,604 = −38,88cm 917,5 Sxo1(cm3) -3747,0 -4237,5 -4636,8 1492,29 1691,7 1839,61 -28954,904 -36552,604 Xoay tất hệ trục hình thành phần song song với hệ cxz Áp dụng công thức TT a (độ) Jx (cm4) -44,8 1000,00 -31,7 1953,125 -22,5 4096,0 28,9 1000,0 118,7 1000,0 28,9 1000,0 0,00 Jz (cm4) 5,625 7,031 9,000 5,625 5,625 5,625 902388,8 24755176 Jxz (cm4) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Jcx (cm4) Jcz (cm4) J(c)xz(cm4) 509.75 499.34 -497.18 1851.46 544.39 -870.05 4942.45 607.53 -1444.97 1032.69 237.87 420.72 -32.93 770.68 -418.86 1032.69 237.87 420.72 2475517 -11024004.8 Jx + Jz Jx − Jz + cos 2α − J x z sin 2α 2 J + Jz Jx − Jz J Z1 = x − cos 2α + J xz sin 2α 2 J − Jz J X 1Z = x sin 2α + J xz cos 2α J X1 = Lập bảng ta có svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 26 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Chuyển tất mômen quán tính thành phần hệ trục cxz công thức chuyển trục song song, Ta có công thức chuyển trục, J x = J xi + 2bS xi + b F J z = J zi + 2aS zi + a F J xz = J xzi + aS xi + bS zi + abF Các hệ trục thành phần trục trung tâm nên Sx = Sz = J x = J xi + b F J z = J zi + a F J xz = J xzi + abF Lập bảng ta có TT Jx(cm ) Jcxz(cm ) x (cm) z (cm) F (cm2) Jz(cm ) Jcx (cm4) Jcz (cm4) Jcxz (cm4) 509.75 499.34 -497.18 -37.86 -82 30 201787 43500.73 92536.198 1851.46 544.39 -870.05 15.71 -69.93 37.5 185234 9799.544 -42067.56 4942.45 607.53 -1445 38.35 -53.09 48 140233 71202.21 -99173.04 1032.69 237.87 420.72 105.1 92.44 30 257387 331618.2 291884.04 -32.93 770.68 -418.86 110.17 99.532 30 297166 364893.5 328544.35 1032.69 237.87 420.72 105.1 105.97 30 337922 331618.2 334544.13 -11024005 24755176 78.2 2.475 712 -11019643 29109227 137804.04 -9599914 30261859 1044072 Xác định phương trục quán tính trung tâm Phương hệ trục quán tính trung tâm xác định theo công thức: tg 2α = ∑ 2∑ J xz Jx − ∑ Jz Thay số vào ta có : svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 27 Trường Đại Học Thuỷ Lợi tg 2α = − ∑ 2.∑ J xz Jx − ∑ Jz Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi = − 2.1044072 = 0,052 − 9599914 − 30261859 2α = 2,29 α = 1,5 α = 88,5 Xác định mômen quán tính hệ trục quán tính trung tâm J max ∑ = Jx + ∑ Jy ∑ Jx − ∑ Jy   + ∑ J xy2 +      2 − 9599914 + 30261859  − 9599914 − 30261859  = +   + 1044072 2   J X = 20714569.14 ( cm ) J = ∑ Jx + ∑ Jy ∑ Jx − ∑ Jy   + ∑ J xy2 −      2 − 9599914 + 30261859  − 9599914 − 30261859  = −   + 1044072 2   J Z = −19201859.71 (cm ) Sau xác định trọng tâm mặt cắt phương trục quán tính X Z ta đặt lực P1, P2 , Sn vào điểm C phân chúng thành thành phần theo trục X Z, hợp lực thành phần tạo thành lực QX QZ P1 X = P1 cos 1,5 = 1260,6 cos 1,5 = 1260,16 KN P1Z = P1 sin 1,5 = 1260,6 sin 1,5 = 32,99 KN P2 X = P2 sin 1,5 = 89,04 sin 1,5 = 2,33KN P2 Z = P2 cos 1,5 = 89,04 cos 1,5 = 89,009 KN svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 28 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi S nX = S n cos 65,55 = 716,45 cos 65,55 = 296,53 KN S nZ = S n sin 65,55 = 716,45 sin 65,55 = 652,2 KN Q X = P1 X + P2 X + S nX = 1260,16 + 2,33 + 296,53 = 1559,02 KN Q Z = S nZ + P1Z − P2 Z = 652,5 + 89,009 − 32,99 = 708,519 KN Trọng lượng lưỡi ủi xem phân bố q= Gu/ L, phân thành thành phần qx qz Khi tính toán sơ ta bỏ qua trọng lượng lưỡi ủi Gu 20 = = 4( KN ) L q x = q sin 1,5 = sin 1,5 = 0,104( KN ) q= q z = q cos 1,5 = cos 1,5 = 3,998( KN ) Dưới tác dụng ngoại lực mặt cắt a-a xuất nội lực sau đây: Mômen uốn Mz mặt phẳng XOY Mx mặt phẳng YOZ mômen xoắn Mxoắn/2 Các mômen uốn Mz Mx xác định theo công thức Q X L q X L2 + 1559,02.5 0,104.5 = + = 1949,1KN m Q Z L q Z L2 Mx = − 1559,02.5 0,104.5 = − = 1948,45 KN m Mz = Trong mặt cắt a-a có ứng suất pháp σ mômen uốn Mz Mx ứng suất tiếp τ mômen xoắn gây Ứng suất pháp xác định theo công thức: svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 29 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi MZ MX x + z J J ∑ Z ∑ X σ= ∑ Trong : JX, ∑ JZ - mômmen quán tính xác định tổng mômen quan tính phần tử cấu thành trục quán tính tiết diện xo, zo - toạ độ điểm xa trục trung hoà Để xác định vị trí điểm ta kẻ đường o o1 tiếp tuyến với đường biên tiết diện song song với trục trung hoà 00 Tang góc nghiêng đường trung hoà so với trục x bằng: tgβ = tgβ = ∑ ∑ J X M Z J Z M X − 9599914.1948,45 = −0,317 30261589.1949,1 β = 17,59 Để xác định toạ độ điểm mặt cắt nằm xa trục trung hoà nhất, kẻ đường tiếp tuyến 0,01 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 = 1062,15 mm = 1,06215 m X = 979,74 mm = 0,97974m σ= 1949,1 0,97974 −8 30261589.10 σ = 6,0114 MN / m + 148,45.1,06215 9599914.10 −8 = 6011,4 KN / 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 ∑ E J x ∑ E J ∑ E J z = ∑E J i XD = xi i ZD i xi zi i i i zi Trong Ei – mô đuyn đàn hồi vật liệu phần tử mặt cắt svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 30 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Thép chứa từ 0,15÷ 0,2% bon E = 20.10 10 N/m2 (trang 47 sách sức bền vật liệu) 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 X D = 89,75(cm) Z D = −6,38(cm) Mômen xoắn Mk/2 coi nửa tổng mômen lực P 1,P2,Sp σ0 tâm cứng (tâm uốn mặt cắt) Mk = ( P1 0,37 + P2 0,227 + S n 0,16 − G0 0,095) 2 = (1260,6.0,37 + 89,04.0,227 + 716,45.0,16 − 20.0,095) = 199,68 KN / m Xác định ứng suất tiếp t tương đối khó khăn hình dạng tiết diện tương đối phức tạp Lưỡi ủi thường làm mỏng rỗng chịu xoắn uốn Để đơn giản việc tính t, người ta tính tương tự xoắn tự Tính với giả thiết không dẫn đến sai số lớn dạng lưỡi ủi hình hộp kín có độ cứng chống xoắn lớn ứng suất tiếp t xoắn thứ yếu Giả thiết mômen xoắn phân bố phần tử cấu thành tiết diện tỷ lệ với độ cứng chúng xác định mômen xoắn phần tử cấu thành sau: Mk1 = M k J k1 Jk svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 31 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Mk2 = M k J k2 Jk Mk3 = M k J k3 Jk Trong : Jk : mô men quán tính xoắn toàn mặt cắt Mk1, Mk2 , Mk3 Jk1 , Jk2 , Jk3 – mômen xoắn, mômen quán tính xoắn tương ứng phần tử cấu thành tiết diện :abc; bd; defg Mô men quán tính chu vi kín abc defg , xác định sau : 4.F0 S Jk1 (3) = ∑ δi i F0 : diện tích bên dường chu vi trung bình phần tử δi : chiều dày phần tử cấu thành Si : chiều dài đường trung bình phần tử Khi chiều dày phần tử không đổi ta có: Jk1 (3) = 4.F0 δ S Trong S- chiều dài đường chu vi trung bình biên dạng kín Với chu vi kín abc: F0 ≈ 421,84 cm f e d S=95,52 cm g 4.421,84 2.1,5 = 11177 ,14 cm Jk1 = 95,52 Với chu vi kín defg: b F = 114,40 cm svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ a c 32 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi S = 43,07cm 4.114,40.1,5 = 1823,41 cm Jk3 = 43,07 Đối với phần mặt cắt hở bd, có dạng cong thành mỏng xác định theo công thức sau: Jk2 = δ4  132,2  S   − 0,63  = 349,17 cm  − 0,63  =  δ   Với S: chiều dài trung bình cung bd Mô men quán tính toàn phần xoắn Jk tổng mômen quán tính xoắn phần mặt cắt Jk = Jk1+ Jk2 + Jk3 = 11177,14 + 1823,41 + 349,17= 13349,72 cm4 Ta có : M k1 = M k J k1 = 167,18 Jk M k2 = M k J k2 = 5,22 KN / m Jk M k3 = M k J k3 = 27,27 KN / m Jk KN / m Xác định ứng suất phần mặt cắt phần kín abcvà defg τ1 = M k1 167,18 = = 73210,7 KN / m −2 −4 2.δ F01 2.1,5.10 421,84.10 = 73,2MN/m2 τ3 = M k3 27,27 = = 79458,041 KN / m −2 2.δ F03 2.1,5.10 114,40.10 −4 = 79,45 MN/m2 Đối với mặt cắt hở bd : τ2 = M k2 J k2 Với Mk2=5,22KN , Jk2=349,17cm4 svtk : Nguyễn Hữu Tuyến gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ Sơn 33 Trường Đại Học Thuỷ Lợi Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi Thay số vào ta có : τ2 =14949,309 KN/m2 =14,949/m2 Như phần kín defg có ứng xuất tiếp max, tiến hành kiểm tra mặt cắt σtổng = σ + 4τ < [σ] = 6,0114 + 4.79,45 = 159,01MN/m2 Thép CT3 có σchảy = 250 MN/m2 [σ] = σ ch¶y n [σ] = 250 = 167 MN/m2 1,5 hệ số an toàn n = 1,5 σtổng < [σ ] lưỡi cắt đảm bảo an toàn bền 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 lắp máy sở Dressta TD 40Eđã tính toán đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Tài liệu tham khảo: Máy thuỷ lợi Máy làm đất át Lát vẽ svtk : Nguyễn Hữu Tuyến Sơn Vũ Văn Thinh(ĐH Thuỷ Lợi) NXB ĐH GTVT CATERPILLAR gvhd : Vũ Văn Thinh - Hồ Sĩ 34 ... Khoa Máy xây dựng & thiết bị thuỷ lợi PHẦN III: TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI Trọng lượng lưỡi ủi (Gu) lm Gmk Gu C W2 Po2 lo l1 l *Vị trí tính toán: -Máy ủi làm việc mặt phẳng nằm ngang, lưỡi ủi. .. nắp máy sở khoảng 200 ÷ 300 mm không nhỏ 0,5L ta có H =1720 suy : H1 = (172÷430)(mm) Chọn H1=300 (mm) PHẦN II: TÍNH LỰC CẢN KHI MÁY ỦI LÀM VIỆC Ta xét lực cản máy ủi trường tổng quát nhất, máy ủi. .. *Lực tác dụng: -Lực cản ma sát lưỡi ủi đào W2 - Trọng lượng lưỡi ủi G0 *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