TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ MÁY ỦI

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 máy mẫu. Dựa vào tài liệu máy ủi Komatsu D61EX(TL[11]) ta có một số thông số sau: MÁY ỦI Komatsu D61EX: - Trọng lượng: Máy cơ sở: 13130 kg Bộ công tác: 2340 kg Toàn bộ máy: 16090 kg - Kích thước: Dài: 5030 mm Rộng: 3270 mm Cao: 2945 mm - Vận tốc di chuyển: Tiến: Số 1: 3.5 km/h Lùi: số 1: 4.6 km/h Số 2: 6 km/h số 2: 7.9 km/h Số 3: 10.3 km/h số 3: 12.8 km/h - Chiều rộng bánh xích: 600 mm - Áp lực lên nền: 50 kPa - Công suất động cơ: 112 kW Hình 2.1: Tổng thể máy ủi Trong đó: 1. Lưỡi ủi 2. Khung ủi 3. Cabin 4. Bộ di chuyển 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 nhau trong thiết kế, chế tạo, người ta chú ý tới các thông số ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả làm việc và độ bền của lưỡi ủi. Qua các kết quả tính toán và qua thực nghiệm, người ta đã đưa ra một số thông số cơ bản của lưỡi ủi để chọn cho phù hợp 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 điều kiện của nền đất. Trong quá trình tính toán sơ bộ chiều cao lưỡi ủi có thể được xác định theo công thức kinh nghiệm sau: Với lưỡi ủi vạn năng (có thể quay được): H = 450 3 1.0 T -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 là sức kéo lớn nhất theo điều kiện bám được T=G b . ϕ b Trong đó: G b : Trọng lượng bám của máy ủi G b = G mk .cos( α ) α : Là góc nghiêng của máy trên nền ϕ b : Hệ số bám của máy ủi với T lớn nhất khi α =0 0 , ϕ b =0.9 Vậy G b = 10690.9,81.0,9 = 142058 N = 142,058 kN Thay số vào ta có : H = 450 3 058.142 -0.5.142,058 (mm) H = 1018.8 (mm) 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 bên, mỗi bên ít nhất là 100 mm. Với lưỡi ủi vạn năng thì bề rộng của lưỡi được tính theo công thức: B = )sin( ϕ b + (700 ÷ 900) mm Trong đó : b: chiều rộng của máy cơ sở b=2,5 m ϕ : Góc quay tối đa của lưỡi ủi ϕ =60 0 Sau khi tính toán ta chọn bề rộng của lưỡi ủi là: B=3300 mm -Xác định góc cắt đất δ Góc cắt đất δ có ảnh hưởng tới quá trình cắt đất, nếu chọn góc cắt đất hợp lý thì sẽ làm giảm được lực cắt, góc cắt càng nhỏ thì lực cắt càng nhỏ.Với các loại lưỡi ủi có thể quay được thì thông thường người ta chọn góc δ theo kinh nghiệm như sau: δ =50 0 – 55 0 chọn δ =55 0 -Xác định góc nhọn β ( β = δ - α ) 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 bền của lưỡi theo kinh nghiệm người ta thường lấy β ≥ 20 0 Chọn β =22 0 Hình 2.2 Dạng hình học của lưỡi ủi -Xác định góc sau α Góc sau α 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 α càng nhỏ thì lực ma sát giữa lưỡi ủi với đất càng lớn. Theo kinh nghiệm thì α =30 0 - 35 0 Đồng thời α = δ - β Vậy α =33 0 -Xác định góc quay ϕ Với máy ủi vạn năng thì lưỡi ủi có thể quay được nên xuất hiện góc quay ϕ . Khi quay lưỡi ủi thì có tác dụng vận chuyển đất về một phía, đồng thời cũng làm cho máy có xu hướng quay quanh trọng tâm của nó. Theo kinh nghiệm người ta hay chọn góc quay lưỡi ủi ϕ =45 0 - 60 0 Chọn ϕ =60 0 -Xác định góc chếch γ : Góc chếch γ (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 lực đẩy chếch lưỡi ủi. Nó có thể thay đổi trong khoảng : γ = ± (6 0 - 12 0 ) Hình 2.3 Mặt cắt của lưỡi ủi -Xác định góc đổ ψ 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 cuộn lại, 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: ψ =60 0 - 75 0 Chọn ψ =70 0 -Xác định góc đặt lưỡi ε 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 ε : ε =75 0 Hình dạng của lưỡi ủi: Hình dạng hợp lý của lưỡi ủi là có dạng hình thân khai, tuy nhiên như thế thì việc chế tạo nó gặp nhiều khó khăn, thông thường người ta thường làm nó có độ cong nhất định với bán kính R: R= ψδ δ cos )sin(. + − Cos aH (4.1.4, [2]) Trong đó : a: phần thẳng của lưỡi ủi ở phía trên Theo công thức kinh nghiệm có thể lấy : R=(0,8 – 0,9).H R=(0,8 – 0,9).1000 mm Chọn R=800 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 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. Chiều dài 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 đảm bảo 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 tới 300mm và không nhỏ hơn 0,5L Chọn chiều cao tấm chắn là: H 1 =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 tới khả năng làm việc của máy. Do đó trong quá trình tính toán phải xét đầy đủ các yếu tố để đảm bảo cho máy có thể làm việc tốt và phát huy hết năng suất của máy. 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 nhiên trong quá trình kiểm tra ta chỉ xét tới một số lực cản thường xuất hiện và có ảnh hưởng 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 ≥ W 1 +W 2 +W + W +W Trong đó : T : Lực kéo của máy kéo cơ sở; W 1 : Lực cản cắt; W 2 : Lực cản di chuyển của khối đất lăn trước bàn ủi; W : Lực cản di chuyển của khối đất cuộn lên trên bàn ủi; W 4 : Lực cản di chuyển máy ủi; 3 4 5 3 W : Lực cản ma sát giữa bàn ủi với đất. Lực cản cắt W 1 W 1 =k.B.h 1 (4.4, [3]) Trong đó: k: lực cản cắt riêng. Giá trị của k phụ thuộc vào góc cắt và các loại đất. Khi góc cắt δ =55 0 thì: Với đất cấp I k=10 – 55 kN/m 2 ; Với đất cấp IV k=170 – 200 kN/m 2 . B: chiều rộng bàn ủi; Theo quá trình chọn ở trên thì B=3300 mm. h 1 : chiều sâu cắt Tùy thuộc vào quá trình đào đất trên nền phẳng hay nền dốc mà người lái máy có thể đặt chiều sâu cắt khác nhau đảm bảo cho quá trình ủi đất có thể diễn ra dễ dàng. Lực cản di chuyển của khối đất lăn trước bàn ủi W 2 W 2 =G d . 2 µ (4.6, [3]) Trong đó : G d : Trọng lượng của khối đất lăn trước bàn ủi; G d =V. ρ (4.7, [3]) 2 µ : Hệ số ma sát giữa đất với đất; Với đất 2 µ =0,7. Với cát 2 µ =0,5. 5 ρ : Trọng lượng riêng của khối đất; Với đất thì ρ =20 kN/m 3 Với cát thì ρ =12 kN/m 3 V: Là thể tích khối lăn; V= γ tg HB t .2 . 2 (4.5, [3]) Với góc chảy tự nhiên γ Với đất γ =50 0 Với cát γ =40 0 H t :Chiều cao kể cả phần tấm chắn bên trên H t = H + H 1 =1200 mm. B=3300 mm Thay vào ta có: Với cát: V=1,38 m 3 , G d =16,6 kN , W 2 =8,3 kN Với đất: V=1,96 m 3 , G d =7,76 kN , W 2 =18,9 kN Lực cản di chuyển của khối đất cuộn lên trên bàn ủi W W =F ms .cos δ (4.7, [3]) Trong đó: F ms :Lực ma sát chống lại chuyển động của đất cuộn lên trên bàn ủi; F ms =N. 1 µ = G d . cos δ . 1 µ 3 3 δ : Góc cắt; 1 µ :Hệ số ma sát giữa thép và đất. Với đất 1 µ =0.6 Với cát 1 µ =0.4 Vậy W = 1 µ .G d . cos 2 δ (4.8, [3]) Như vậy ứng với mỗi loại đất công tác khác nhau thì sẽ tính được lực cản di chuyển của khối đất cuộn lên trên bàn ủi W khác nhau Với cát: W =2,19 kN; Với đất: W =7,76 kN Lực cản di chuyển máy ủi W W =G mk .(sin α ± f.cos α ) (4.9, [3]) Trong đó : G mk : Trọng lượng của máy ủi; G mk =16090 kG. α : Góc nghiêng nơi máy làm việc so với phương ngang; f : Hệ số cản lăn. Với đất: f=0,07; Với cát: f=0,12 3 3 3 3 4 4 [...]... hợp máy ủi đất và ủi cát với góc dốc kiện bám ∑W ≤ P α ≤ h 0.22093 0.20581 0.1897 0.17437 0.15808 0.14257 0.12611 0.11045 0.09384 0.07803 0.0613 0.04537 0.02938 0.0125 -0.0036 0 10 đều đảm bảo điều b Khi ủi đất máy ủi có thể làm việc với góc Khi ủi cát máy ủi có thể làm việc với góc Kiểm tra điều kiện kéo của máy ủi: ∑W ≤ α ≤ α ≤ 0 18 0 13 T Trong đó : ∑W : tổng trở lực cản tính cho trường hợp ủi đất... của máy ủi Biểu đồ dưới đây sẽ thể hiện sự thay đổi của năng suất máy ủi theo độ dốc và quãng đường Hình 2.12 Biểu đồ quan hệ độ dốc- quãng đường và năng suất máy ủi khi máy lên dốc Hình 2.13Biểu đồ quan hệ độ dốc- quãng đường và năng suất máy ủi khi máy xuống dốc 2.4.2 Năng suất máy ủi khi san đất Khi san đất, máy ủi thường đi theo đường: tiến-quay dầu.(Hình 2.13) Hình 2.14 Sơ đồ xác định năng suất máy. .. đó với góc dốc α máy sẽ bị trượt 1 Trường hợp ủi đất : lúc đó lực cản đào W , lực cản di chuyển của khối đất lăn 2 trước bàn ủi W , Lực cản di chuyển của khối đất cuộn lên trên bàn ủi W Lực cản 3 5 di chuyển máy ủi W ,Lực cản ma sát giữa bàn ủi với đất W là lớn nhất 4 Tuy nhiên trường hợp này thì hệ số bám ϕ ϕ =0,9 Trường hợp ủi cát thì hệ số bám bé hơn lên máy ủi cũng bé hơn của máy ủi cũng lớn ϕ =0,6... P 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 ϕ so với trục dọc máy Đối với loại lưỡi ủi vạn năng, khi máy làm việc lưỡi ủi còn có thể nghiêng đi một ϕ góc so với mặt phẳng ngang Trong trường hợp này thì các lực cản tác dụng lên máy ủi được xác định theo công thức: ∑W 1 2 ’= W’... ϕ :Góc quay của bàn ủi trong mặt phẳng ngang.( ϕ 0 =60 ) T W :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 trục dọc của máy một góc ϕ Lúc này đất sẽ di chuyển dọc bàn ủi và được đổ sang bên cạnh máy Do đó sẽ xuất hiện lực ma sát P’ khối đất trượt dọc lưỡi ủi Lực ma sát P’ ms ms tại bề mặt tiếp xúc giữa lưỡi ủi và được xác định theo... 60  Arc cot g   0,6 sin 25    3 P =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... 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 giai đoạn này gồm : tb • Trọng lượng thiết bị ủi: G • • Trọng lượng của khối đất được nâng cùng bàn ủi: G Lực cản trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủi và phần còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi: Q • Phản... 0,85 =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 lật quanh 1 điểm O Mômen gây lật chủ yếu là do lực trong cơ cấu nâng S gây ra Hình 2.8 Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi khi ấn sâu dao cắt vào đất và gặp vật cản 1... 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 lật 2 quanh điểm O ( 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 phía trước thì lực nâng S phải thắng được lực cản do áp lực của khối đất trước bàn ủi tác dụng... đó: G: trọng lượng máy ủi truyền xuống hai dải xích G=131 kN L: chiều dài bề mặt tựa của xích L=2,8 m µP :hệ số cản vòng quay của máy kéo bánh xích Thường Vậy Vậy P M = x µP ÷ =(0,7 1) 131.2,8.0,7 4 Chọn µP =64,2 kNm P M . 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. 2.1: Tổng thể máy ủi Trong đó: 1. Lưỡi ủi 2. Khung ủi 3. Cabin 4. Bộ di chuyển 2.1.2 Tính chọn các thông số của máy ủi thiết kế -Các thông số cơ bản của máy