Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định dựa trên máy cơ sở caterpillar d6r

ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn trờng đạI học thuỷ lợi hà nội Khoa Máy XD & thiết bị thuỷ lợi Bộ môn Máy Xây Dựng Đồ án môn học máy thuỷ lợi ti: Thit k mỏy i li ben khụng quay lp trờn mỏy kộo D6R Giáo viên hớng dẫn : Vũ Văn Thinh & Hồ Sĩ Sơn Sinh viên thiết kế : Trần Anh Tuấn Lớp : 44M Ngành học : Máy XD & Thiết bị Thuỷ Lợi Số liệu cho trớc Đặc tính kỹ thuật Máy kéo D6R làm việc ở đất cấp III. Lực kéo số I: T = 213 (KN). Tốc độ số I: V = 2,3 (Km/h). Công suất động cơ: N = 108 (KW). Trọng lợng Máy: G = 17288 (KG). Làm việc đất cấp III. Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 3 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn Lời Nói Đầu Trong công cuộc phát triển đất nớc theo hớng công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc. Trong công cuộc xây dựng nói chung và xây dựng công trình thuỷ lợi nói riêng, không thể thiếu đợc máy xây dựng, đặc biệt với các công trình thuỷ lợi rất cần thiết có máy làm đất vì công trình thuỷ lợi thờng có khối l- ợng lớn công tác làm đất chiếm 60 ữ 80% khối lợng công trình nên việc cơ giới hoá công tác làm đất là quan trọng cần thiết . Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móng rất khắt khe, điều đó dẫn tới sự cần thiết của máy làm đất gồm các loại máy làm đất có công dụng chung nh máy ủi, san, đào .và máy thuỷ lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợi chuyên dùng). Máy ủi đợc sử dụng rộng rãi, nó có thể dùng để san mặt bằng công trình, định hình mặt đờng, san phẳng, đào đắp các công trình có chiều cao 3m . Với tính năng đa dạng nh vậy máy ủi vạn năng đợc sử dụng rộng rãi, nhiều hơn cả trong các loại máy làm đất. Hiện nay có rất nhiều chủng loại và số lợng máy đợc nhập vào nớc ta, của các nớc Nga, Nhật, Mỹ . Nhng do điều kiện về địa chất, khí hậu của nớc ta khác với so với các nớc sản xuất, nên máy không đáp ứng đợc hoàn toàn yêu cầu công tác đất rất đa dạng của nớc ta. Để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất, bền nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tính năng của máy, chúng ta còn phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộ công tác của các loại máy, cho phù hợp với điều kiện nớc ta và thay thế sửa chữa máy xây dựng khi bị hỏng. Đồ án môn học Máy thuỷ lợi sẽ giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn, làm tốt hơn vấn đề trên. Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 4 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn Phần I: Xác định thông số cơ bản. I: Xác định các thông số hình học: Ta có hình dạng lỡi ủi nh hình vẽ 1. Xác định chiều cao lỡi ủi: Chiều cao của lỡi ủi xác định theo lực kéo bám T và điều kiện nền đất, để tính toán sơ bộ máy ủi, chiều cao lỡi ủi có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau: Đối với máy có lỡi ủi cố định: TTH .5,0.1,0.500 3 = (mm). Trong đó: T- Lực kéo danh nghĩa của máy kéo (KN), đợc tính theo công thức sau. T = G b . b Với : Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 1 R H 1 H a Hình 1:Dạng hình học lưỡi ủi . 5 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn - G b : Là trọng lợng bám của máy kéo dợc xác định theo kinh nghiệm thoả mãn: G b = ( 1,17 ữ 1,22 ).G mk . Chọn G b = 1,2.G mk G mk : Là trọng lợng của máy cơ sở: G mk = 17288 (Kg) = 172,88 (KN) Do đó ta có : G b = 1,2. 172,88 = 207,456 (KN). - b : là hệ bám. Đối với máy ủi có bộ di chuyển là bánh xích thì : b = 0,9. Khi đó thay vào công thức tính lực kéo danh nghĩa ta có: T = G b . b = 207,456. 0,9 = 186,71 ( KN ). Vậy khi đó ta có chiều cao lỡi ủi là: )(099,123371,186.5,071,186.1,0.500 3 mmH == Ta chọn chiều cao lỡi ủi: H = 1200 (mm). 2. Xác định chiều dài l ỡi ủi : Chiều dài của lỡi ủi (L) phải đảm bảo phủ kín chiều ngang của máy kéo và thừa ra mỗi bên ít nhất là 100 mm, để đất khộng bị chàn về phía sau lỡi ủi giúp cho máy có thể di chuyển tốt khộng bị vớng đất. Chiều dài lỡi ủi cố định tính theo công thức: );(33601200.8,2.8,2.:).38,2( mmHLchonHL ===ữ= L y L = 3000 mm 3. Xác định chiều dài phần thẳng a: Chiều dài phần thẳng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lỡi cắt, phần thẳng chịu mòn nhiều nhất do đó phải chọn vật liệu hợp lý có khả năng chống mòn tốt. Chiều dài a có ảnh hởng lớn đến việc tách đất ra khỏi khối đất chính. a= ( 100 150 ) mm: chọn: a = 120 mm. 4. Xác định chiều cao tấm chắn H 1 : Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 6 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn Chiều cao tấm chắn H 1 phải bảo đảm điều kiện quan sát của ngời lái khi nâng lỡi ủi. Thông thờng H 1 = (0,1ữ0,25)H, trị số lớn lấy đối với máy lớn. Tấm chắn có dạng hình thang, chiều dài cạnh trên lấy lớn hơn chiều rộng nắp máy cơ sở khoảng 200 ữ 300 mm nhng không nhỏ hơn 0,5L. Thay số ta tìm đợc H 1 : H 1 = 0,15 . 1200 = 180 (mm) L y H 1 = 200 mm II: Xác định các thông số động học: 1. Xác định góc cắt : Góc cắt ảnh hởng lớn đến việc tiêu hao năng lợng cho quá trình đào, góc cắt càng nhỏ thì lực cản cắt càng nhỏ, làm cho tiêu hao năng lợng nhỏ. Chọn = 55 o 2. Xác định góc nhọn : Góc nhọn thay đổi theo đặc tính, áp lực riêng của lỡi cắt nên đất và theo mức độ mài mòn mép cắt. Góc càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăng chậm, lực cản cắt nhỏ nhng độ bền lỡi cắt giảm do đó 20 o . Lấy = 25 o . 3 : Xác định góc cắt sau : Góc cắt sau xác định theo điều kiện làm việc của máy ủi, không đợc nhỏ hơn các góc lên dốc và góc xuống dốc của nền thi công. Góc càng nhỏ thì lực ma sát giữa lõi cắt và đất càng lớn, do đó = 30 ữ 35 o . Chọn = 30 o . 4. Xác định góc quay : Đợc xác định theo điều kiện vận chuyển đất về hai phía. Khi thay đổi thì trọng tâm máy thay đổi, làm cho máy khó di chuyển. Với Lỡi ủi không quay ta có : = 90 0 5. Xác định góc chếch : Góc chếch có thể thay đổi để máy làm việc ở sờn dốc, đất rắn chắc cũng nh để định hình mặt đờng. Khi máy có cơ cấu điều chỉnh thì góc chếch có thể thay đổi từ 0 o đến (6ữ12 o ), không có cơ cấu điều chỉnh, thì thay đổi đến 5 o . Ta chọn giá trị : Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 7 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn = 6 0 12 0 . Ta chọn trong bảng = 10 0 6. Xác định góc đổ : Góc đổ chọn sao cho đất không tràn qua lỡi ra phía sau. Khi góc đổ nhỏ thì đất nhanh tích luỹ vào trong lỡi và lát cắt mau cuộn lại để đổ ra phía tr- ớc nh vậy sẽ tăng áp lực của đất vào lỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát. Xuất phát từ điều kiện đó, có thể chọn trong giới hạn: = 70 ữ 75 o đối với lỡi ủi không quay. Chọn = 70 o . 7: Xác định góc đặt của tấm chắn: 1 Tấm chắn có thể lắp theo phuêong thẳng đứng hoặc lắp nghiêng về phía sau một chút. Đối với máy ủi với lỡi ben không quay ta chọn : 1 = 90 0 8. Xác định góc đặt l ỡi ủi : Góc đặt lỡi ủi là góc giữa đờng nối mép cắt với mép trên lỡi ủi(không kể tấm chắn) và phơng nằm ngang. Khi góc cắt lỡi ủi nhỏ thì đất có thể tràn qua l- ỡi, khi góc cắt lớn sẽ làm xấu đi diều kiện chuyển động của đất theo lỡi ủi lên phía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng lợng, do đó ngời ta chọn: = 75 0 . 9: Xác định bán kính cong l ỡi ủi: Hình dạng hợp lý của lỡi ủi là hình thân khai với sự giảm dần độ cong về phía trên, nhng chế tạo khó khăn do đó lỡi ủi có độ cong nhất định. Bán kính cong có thể xác định theo công thức: R = CosCos SinaH + . : Với a là chiều dài phần thẳng của lỡi ủi Đối với lỡi ủi không quay, ta có: R = H R=1200 (mm). Tổng hợp các thông số ta có bảng sau. Chiều cao lỡi ủi H = 1200 mm Chiều dài lỡi ủi L = 3000 mm Bán kính cong R = 1200 mm Chiều cao tấm chắn H 1 = 200 mm Chiều dài phần thẳng lỡi a = 120 mm Góc cắt của lỡi ủi = 55 0 Góc sắc = 25 0 Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 8 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn Góc cắt sau = 30 0 Góc lệch = 90 0 Góc chếch lỡi ủi = 10 0 Góc đổ = 70 0 Góc đặt của tấm chắn 1 = 90 0 Góc đặt lỡi ủi = 75 0 Phần II: Tính lực kéo I: Mục đích của việc tính toán lực kéo máy ủi: Dựa vào tính chất cơ lí của đất, nơi máy làm việc và các thông số cơ bản của máy ủi cũng nh bàn ủi để xác định các lực cản tác dụng nên máy. Trên cơ sở đó, xác định đợc lực kéo và công suất cần thiết cung cấp cho máy ủi khi làm việc. Sau đó dựa vào trị số công suất tính toán sẽ tiến hành kiểm tra theo công suất máy kéo cơ sở xem có thoả mãn không, hoặc chọn máy kéo thích hợp với thiết bị ủi cần thiết kế. II: Tính toán lực kéo : Ta xét lực cản của máy ủi trong trờng hợp tổng quát nhất, khi máy ủi làm việc trên dốc với góc . Tổng lực cản lớn nhất phát sinh ở cuối quá trình đào và bắt đầu nâng lỡi ủi. Trong trờng hợp này lực kéo phải thắng cản sau. T W = W 1 + W 2 + W 3 + W 4 + W 5 . Trong đó: - W 1 - lực cản cắt. - W 2 - lực cản ma sát giữa lỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo phơng pháp tuyến P o2 gây ra. -W 3 - lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi. Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 9 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn -W 4 - lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi. -W 5 - lực cản di chuyển máy ở trên dốc. 1-Lực cản cắt W 1 : W 1 = k . F. Sin Trong đó: -k - hệ số cản cắt theo bảng (1-9) với đất cấp III ta có : k = ( 0,12 ữ 0,2 ) MPa. Chọn k = 0,13 MPa = 0,13.10 3 KN/m 2 . -F - diện tích lát cắt : F= L. h L - chiều dài lỡi cắt: L = 3000 mm = 3 m. h - chiều dày trung bình của lát cắt - : góc lệch của lỡi ủi so với trục dọc của máy: Sin = Sin90 0 = 1 Vậy ta có: W 1 = k. F = k. L. h = 0,13.10 3 . 3. h = 390.h ( KN ) 2: Lực cản ma sát giữa l ỡi ủi với nền đào do lực cản pháp tuyến ( W 2 ). W 2 = f 1 . P 02 . Sin = f 1. . P 02 ( với = 90 0 ) Trong đó: + f 1 : Là hệ số ma sát giữa đất với đất tra bảng (1-5) giáo trình Máy Thuỷ Lợi ta có: f 1 = ( 0,5 ữ 0,6 ). Ta chọn : f 1 = 0,6 + P 02 : Là lực cản pháp tuyến gây ra lực cản ma sát W 2 . P 02 = k . L . x - k : hệ số cản cắt.Tra bảng (1-9) ta có: k= ( 0,5 ữ 0,6 ) MPa Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 10 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn Chọn: k = 0,6 (MPa) = 0,6. 10 3 (KN/m 3 ). - x : chiều rộng phần mòn của lỡi ủi. x=( 0,7 ữ 1) cm. Chọn: x= 0,8 cm - L: Chiều dài lỡi ủi : L= 3000 mm = 3 m. Khi đó: P 02 = 0,6. 10 3 . 3. 0,008 = 14,4 (KN) Vậy ta có : W 2 = f 1 . P 02 = 0,6. 14,4 = 8,64 ( KN) 3: Xác định lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi: ( W 3 ). W 3 = V đ . . f 2 . Cos . Sin = G đ . f 2 . Cos ( với = 90 0 ). Trong đó: + : Là trọng lợng riêng của đất. Với đất cấp III ta có tra bảng (1-2).Ta có = (17,1 ữ 18,6) KN/m 3 . Ta chọn : = 18 KN/m 3 . + f 2 : Là hệ số ma sát giữa đất và đất. Tra bảng (1-5) ta có f 2 = 0,7 ữ 0,8. Ta chọn f 2 = 0,8 + V đ : thể tích khối đất trớc lỡi ủi đợc tính theo công thức: d k HL d V .2 2 '. = - k đ : hệ số thuộc tính chất đất và tỷ số L H = 35,0 4,3 2,1 = Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 11 ỏn mụn hc Mỏy Thu Li Gvhd: V Vn Thinh & H S Sn Tra bảng (7-3) k đ = 1,2 - H: Là chiều cao kể cả tấm chắn phía trên lỡi ủi: H= H+ H 1 = 1200 + 200 = 1400 mm = 1, 4 m. )(45,2 2,1.2 4,1.3 3 2 mV d == + G đ : Là trọng lợng đất trớc lỡi ủi: G đ = V đ . = 2,45. 18 = 44,1 KN Vậy ta có: W 3 = G đ . f 2 . Cos = 44,1.0,8. Cos = 35,28. Cos . ( ) 4: Xác định lực ma sát giữa đất và l ỡi ủi ( W 4 ). Ta có lực ma sát giữa đất và lỡi ủi đợc chia làm hai thành phần sau: W 4 = W 4 + W 4 + W 4 : Là lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi khi đất di chuyển lên phía trên. + W 4 : Là lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi khi dất di chuyển dọc theo lỡi ủi Ta có áp lực tác dụng lên lỡi ủi: N = N 1 + N 2 + N 1 : Là áp lực do thành phần trọng lợng đất. N 1 = G đ . Cos( - ) + N 2 : Là áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi: N 2 = f 2 .G a .Cos.Sin Khi đó ta có áp lực: N = N 1 + N 2 = G a .[Cos( - ) + f 2 .Cos.Sin]. Svth: Trần Anh Tuấn Lớp: 44M 12 . chất cơ lí của đất, nơi máy làm việc và các thông số cơ bản của máy ủi cũng nh bàn ủi để xác định các lực cản tác dụng nên máy. Trên cơ sở đó, xác định. Đối với máy ủi với lỡi ben không quay ta chọn : 1 = 90 0 8. Xác định góc đặt l ỡi ủi : Góc đặt lỡi ủi là góc giữa đờng nối mép cắt với mép trên lỡi ủi( không