Thiết kế thiết bị ủi vạn năng và tổ chức thi công đất bằng máy ủi vạn năng

Thiết kế thiết bị ủi vạn năng và tổ chức thi công đất bằng máy ủi vạn năng

bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam trờng đại học xây dựng Độc lập –Tự do – Hạnh phúcTự do –Tự do – Hạnh phúc Hạnh phúc

-0O0 - Khoa : Cơ khí Xây dựng

2- Các số liệu ban đầu để làm thiết kế:

+ Khối lợng đất cần san : 26960 m2/ca+ Chiều dài vùng san : 70 m

+ Tốc độ máy khi san : 3,6 Km/h+ Thơi gian một lần quay đầu : 10 s

+ Góc quay ban ủi trong mặt phắng ngang : 600

+ Số lần san trên một tuyến : 2 lần+ Độ dốc làm việc : 10 00

+ Chiều dài đào đất : 5 m+ Cấp đất làm việc : Cấp III

3- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

*Phần 1: Chọn máy ủi- Tính chọn máy ủi

- Tính chọn máy kéo cơ sơ để lắp thiết bị ủi

*Phần 2: Thiết kế thiét bị ủi dựa trên máy cơ sỡ đã chọn - Tính toán chung máy ủi

- Tính toán thiết kể các thiết bị chính của máy ủi : Khung ủi , bàn ủi , thanh chống xiên , hệ thống thuỷ lực

*Phần 3: Tổ chức thi công bằng máy ủi vạn năng : Nêu các biện pháp và sơ đồ công nghệ

Kết luận chung

4.Các bản vẽ và đồ thị (Ghi rõ các loại bản vẽ và kích thớc bản vẽ).

 Bản hình chung máy cơ sở (máy kéo có sẵn khung ủi) : A0 Bản hình chung máy thiết kể : A0

 Bản vẽ các bộ phận thiết kể : (34) A1 Bản vẽ các sơ đồ thi công : (23) A1

5. Cán bộ hớng dẫn : Lu bá Thuận

Cản bộ hớng dẫn từng phần

6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : Ngày 04 tháng 10 năm 2005

7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế : Ngày 14 tháng 01 năm 2006

cán bộ hớng dẫn tốt nghiệp

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trởng bộ môn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Sinh viên làm thiết kế tốt nghiệp

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Mục lục

Trang

Phần mở đầu : Giới thiệu chung về máy ủi 7 Chơng 1 : Giới thiệu chung về máy ủi 7

2, Dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy 83, Dựa vào công suất và lực kéo của máy 84, Dựa vào phơng pháp điều khiến thiết bị ủi 9

III, Cấu tạo chung của máy ủi 9

Phần I : Chọn máy ủi 12 Chơng 2 : Tính chọn máy ủi 12

Phần II : Thiết kể thiết bị ủi dựa trên máy cơ sở đã chọn14 Chơng 3 :tính toán chung máy ủi 14

i, Xác định các thông số cơ bản 141, Xác định các thông số cơ bản của máy ủi 142, Xác định các thông số cơ bản của bàn ủi 14

3, Xác định công suất di chuyển máy 19

III, Xác định lực tác dụng lên máy ủi 22

1, Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi 222, Xác định các lực tác dụng lên máy ủi 23

Chơng 4 :Tính toán các thiết bị chính của máy ủi 45

II, Tính toán thiết kể thiết bị ủi 47

b, Xác định đờng kính thân thanh chỗng xiên 86 4, Tính toán thiết kể hệ thống thuỷ lực 88 a, Tính chọn xylanh thuỷ lực 88 b, Tính chọn bơm thuỷ lực 91 c, Tính công suất làm việc của bơm thuỷ lực 93Phần III : Tổ chức thi công bằng máy ủi vạn năng93 Chơng 5 : Quá trình làm việc của máy ủi92 1, Khi đào và vận chuyển đất 92

2, Khi máy thực hiện chức năng san đất 93 Chơng 6 : Các biện pháp và sơ đồ công nghệ thi công 94

1, Các biện pháp đào đất 942, Xác thông số liên quan đến quá trình đào

đất của máy ủi 94 a, Xác định tốc độ di chuyển của dao cắt 96 b, Xác định chiều sâu cắt lớn nhất (h(max)) 97

III, Tính toán năng suất máy ủi102

a, Xác định thế tích khối đất trớc bàn ủi 102

b, Xác định thời gian một chu kỳ làm việc 104

a, Xác định thế tích khối đất trớc bàn ủi 106 b, Xác định thời gian một chu kỳ làm việc 1093, Sự phụ thuộc của năng suất máy ủi vào quảng

4, Các biện pháp thi công để nâng cao năng suất

Lời nói đầu

Trong công cuộc công nghiệp hoá , hiện đại hoá đất nớc công tác xây dựng cómột vị trí quan trọng Nó là nghành kinh tế duy nhất có thế xây dựng cơ sở vật chất vàcơ sở hạ tầng cho tất cả các nghành kinh tế xã hội trong nền kinh tế quốc dân Tuynhiên đây lại là nghành kỷ thuật nặng nhọc , do đó để đạt đợc tiến độ thi công và chấtlợng của công trình thì vẫn đề cơ giởi hoá tức là đa các máy móc vào thi công thaycho sức lao động thủ công của con ngời là một công tác rất cần thiết về cả mặt kinh tếcũng nh xã hội

Trong đó công tác làm đất lại chiếm một khối lợng công việc cũng nh tài chỉnhkhả lớn trong tỷ trọng của công trình Đối với các nhà cao tầng , các khu chung c làviệc chuẩn bị mặt bằng , thi công phần ngầm , trong các công trình giao thông làviệc làm đờng , san lấp các hô , ủi các đồi cao Do đó , việc đa các máy móc vàophục vụ cho thi công là điều tất yếu

Tuy nhiên , với điều kiện kinh tế kỷ thuật hiện nay của nớc ta , các máy mócnói chung và các máy làm đất nói riêng vẫn còn thiếu , các máy hiện nay chủ yếu lànhập khấu từ các nớc nh la Nga , Nhật Bản , Hàn Quốc vì vậy việc thiết kể , cái tiếncác máy cho phù hợp với điều kiện tự nhiên , điều kiện khí hậu và đặc biệt là phù hợpđiều kiện thi công của từng công trình là một yêu cầu cấp bách

Qua đồ án tốt nghiệp em sẽ thiết kế thiết bị ủi vạn năng lắp trên máy cơ sơT100 để thi công đất và bổ trí sao cho nó làm việc một cách có hiệu quả

Để hoàn thành đồ án ngoài nổ lực của bản thân em xin cảm ơn sự quan tâmgiúp đỡ của các thầy cô giảo trong khoa , trong bộ môn và đặc biệt là thầy giảo Lu BáThuân.

Tuy nhiên , do thời gian , trình độ có hạn chắc chắn không thể tránh khỏi saisót , em rất mong sự chỉ bảo , góp ý của các thầy cô để kiến thức khoa học kỹ thuậtcủa em ngày càng hoàn thiện hơn

Giới thiệu chung về máy ủi

i, Công dụng của máy ủi

Để phục vụ cho công tác thi công đào và chuyển đất có thể sử dụng nhiều loạimáy khác nhau nh là máy ủi , máy cạp hay là kết hợp giữa máy đào một gầu và các ôtô vận chuyển …Tuy nhiên đối với trTuy nhiên đối với trờng hợp mà cứ li đào và vận chuyển đất nhỏ hơn100 m thì việc sử dụng máy ủi để thi công là hợp lý hơn cả

Hiện nay ở nớc ta , máy ủi đợc sứ dụng khá rộng rãi và chủ yểu là để làm các côngviệc sau :

 Đào các ao , hồ và các kênh mơng

 Đào các móng nhà , chủ yếu là các nhà cao tâng có móng lớn

 Đào đắp các đờng giao thông , và làm các đờng phụ phục vụ cho thi công

 San sơ bộ đối với những công trình có mặt bằng lớn nh sân vậ động , khu côngnghiệp …Tuy nhiên đối với tr

 San lấp các móng nhà , các rãnh đặt đờng ống nớc , dây điện …Tuy nhiên đối với tr Thu gom vật liệu thành từng đống để máy xúc một gầu đổ lên ô tô Thu dọn hiện trờng sau khi công trình thi công xong

 Trợ lực cho máy cạp khi nó làm việc gặp đất cứng hay chớng ngại vật…Tuy nhiên đối với tr hoặccác thiết bị làm việc khác

 Làm máy cơ sở để lắp thiết bị xới

II, Phân loại máy ủi

Hiện nay , máy ủi rất đa dạng về cả hình dáng và chúng loại , do đó việc phânloại chúng cũng rất phức tạp Ta có thế phân theo một số cách nh sau :

1, Dựa vào cơ cấu di chuyển ta chia thành các loại sau

 Máy ủi bánh xích Loại này có áp suất nhỏ , lực bám lớn nên có thế làm việcnhững nơi có độ dốc hoặc là nền đất yếu , nhng lại có tốc độ nhỏ và không tự dichuyển đợc trên đờng giao thông

 Máy ủi bánh hơi Loại này có áp suất xuống nền lớn hơn nên chí làm việc vớinền đất khô , tuy nhiên loại này lại có khá năng di chuyển với tốc độ cao hơnmáy bánh xính và có thế tự di chuyển trên đờng giao thông một cách bình th-ờng

2, Dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy.

 Máy ủi thờng Bàn ủi của máy luôn đặt vuông góc với trục dọc của máy

 Máy ủi vạn năng Loại máy này bàn ủi có khả năng quay đợc trong mặt phẳngngang và đặt nghiêng so với trục dọc của máy một góc thờng là 450 

600 Do đó máy ủi vạn năng có khả năng làm việc linh hoạt hơn máy ủi thờng

3, Dựa vào công suất và lực kéo của máy.

Ta có thế phân loại theo bảng sau:

Loại máy ủi Công suất động cơ(KW) Lực kéo(T)

4, Dựa vào phơng pháp điều khiển thiết bị ủi

- Máy ủi điều khiển bằng cáp : Nâng hạ thiết bị làm việc bằng hệ thống dây cápvà tời

- Máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực : Nâng hạ thiết bị làm việc bằng các xylanhthuỷ lực

- Máy ủi điều khiến từ xa bằng điện từ : Loại nay giả thành cao nên ít đợc sửdụng , chủ yếu đợc dùng cho những máy ủi khai thác khoảng sản dới đáy đại d-ơng

III, Cấu tạo chung của máy ủi

Với công nghệ chế tạo máy hiện nay và yêu cầu của công nghệ thi công có trìnhđộ cơ giới hoá cao nên cấu tạo máy ủi rất đa dạng về chủng loại cũng nh kích thớc Đó là máy ủi thờng , máy ủi vạn năng , máy ủi điều khiển bằng cơ khí , máy ủi điềukhiển bằng thuỷ lực , máy ủi bánh xích , máy ủi bánh lốp …Tuy nhiên đối với trTuy nhiên nhìn chungchúng vẫn có nguyên lý cấu tạo chung Sau đây là cấu tạo chung của máy ủi vạnnăng di chuyển bằng xích điều khiển bằng thuỷ lực

Nguyên lý cấu tạo chung đợc mô tả nh hình vẽ : Các bộ phận chính của máy (Hình 1.III - 1):

1- Lỡi cắt chính 13- Con lăn đỡ 2- Lỡi cắt mép 14- Con lăn tỳ

3- Kkớp cầu 15- Đĩa xích bị động Cửa ca bin

4- Xy lanh nâng hạ thiết bị ủi 16- Móc kéo Ca bin

6- Khớp liên kết 18- Buồng lái 7- Xích di chuyển 19- Nắp thông hơi

8- Thanh chống xiên 20- Hộp đấu thuỷ lực

10- Đĩa xích chủ động 22- Đầu má

H×nh 1.III –Tù do – H¹nh phóc 1 : CÊu t¹o chung m¸y ñi

Nhê cã khíp cÇu (5) mµ bµn ñi cã thÕ quay trong mÆt ph¾ng n»m ngang mét gãcthêng lµ kho¶ng 450  600 §ã chÝnh lµ u ®iÓm cña m¸y ñi v¹n n¨ng so víi m¸y ñithêng

IV, Hệ thống điều khiến

Hiện nay , máy ủi thờng sứ dụng hai hệ thống điều khiến sau : Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực

- Kết cấu đơn giản , không chiếm không gian lớn

- Đảm bảo quá trình nâng hạ thiết bị làm việc ổn định và không phụ thuộcvào tải trọng

- Có độ tin cậy và độ bền cao- Bảo quản đơn giản

- Một u điểm của phơng pháp điều khiển bằng thuỷ lực đó là có thể dùnglực đẩy của xylanh nâng hạ thiết bị ủi trong quá trình ấn sâu bàn ủixuống đât còn phơng pháp điều khiển bằng cáp thì không có

Song sử dụng hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực nó cũng có những nhợc điểmso với hệ thống điều khiển bằng cáp :

- Đòi hỏi có độ chính xác cao trong chế tạo , đòi hỏi công nghệ chế tạocao

- Do phải làm việc với dầu có áp lực cao nên việc làm kín rất khó khăn- Các thiết bị về truyền động thuỷ lực rất đắt …Tuy nhiên đối với tr

Cho nên , hiện nay hệ thống điều khiến bằng thuỷ lực đợc sử dụng rộng rãi hơn hệthống điều khiển bằng cáp

sin = 3,55 m B = 3,55 m

II, TÝnh chiÒu cao bµn ñi

Tõ chiÒu chiÒu réng bµn ñi ta cã thÕ suy ra chiÒu cao cña bµn ñi theo c«ng thøcsau :

B = (3,0  3,5) H (2.iI - 1)chän B = 3,5 H (2.iI - 2)

 H = 3,B5 = 33555

 1,0 m

III, Tính chọn máy kéo cơ sở

Để chọn máy kéo cơ sở ta căn cứ vào lực kéo danh nghĩa T

Lực kéo T đợc xác định từ chiều cao H của bàn ủi theo công thức kinh nghiệmsau :

H = 450 30,1.T - 0,5 T (2.IiI - 1) T : Lực kéo danh nghĩa của máy kéo

Thay H vào công thức kinh nghiệm (2.IiI - 1) ta có : 1000 = 450.30,1.T - 0,5.T

Giải phơng trình trên ta đợc nghiệm T  135 KN Vậy , ta chọn máy kéo cơ sở là T100

Một số đặc tình kỷ thuật của máy kéo cơ sở T100

- Công suất của động cơ : 74 KW- Lực kéo danh nghĩa : 100 KN

- Tốc độ (Km/h) : + Tốc độ tiến : 2,36 ; 3,78 ; 46,51 ; 6,54 ; 10,15 + Tốc độ lùi : 2,79 ; 3,46 ; 46,46 ; 5,34 ; 7,16 - Kích thớc bao : + Chiều dài : 4313 mm

+ Chiều rộng : 2460 mm + Chiều cao : 3059 mm - Khối lợng : 12,1 t

- Träng lîng thiÕt bÞ ñi

Chän s¬ bé GTB = (0,15  0,2).GT (3.I - 2) LÊy GTB = 0.2 GT = 0,2 12,1 = 2,42 ( T ) = 24,2 KN

- Gãc t¹o bíi bµn ñi vµ trôc däc m¸y 

- Gãc t¹o bíi mÐp díi dao c¾t vµ ph¬ng ngang = 60 120, Chän  = 100

 B = 0

sin + (700  900) mm  B = 3540  3740 mm

VËy , B = 3550 mm lµ hîp lý

- ChiÒu cao cña bµn ñi H = 1000 mm

- ChiÒu réng vïng ph¼ng cña bµn ñi a = 150 200 mm , chän a = 200 mm - B¶n kÝnh cong cña bµn ñi R =

(3.I - 4)

Máy ủi vạn năng  =700  750 , chọn  =750

Thay các giả trị trên vào (3.I - 4) ta có : R =

= 939 mm

II, Tính toán kéo máy ủi

Trong khi đào và chuyển đất,máy ủi muốn di chuyển đợc thi phải thoả mãn điềukiện sau : W  PK  Pb

W : Tổng lực cản tác dụng lên máy PK : Lực kéo tiếp tuyến của máy

Pb : Lực bám giữa cơ cấu di chuyển và mặt đờng

Với  = 550, đất cấp III ta có k = 110  170 KN/m2 (trang 205 - 1) chọn k = 120 KN/m2

B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m

 : Góc quay bàn ủi trong mặt phắng ngang  = 600

h1 : Chiều sâu cắt trong giai đoạn vận chuyển đất để bù lại lợng đất bị rơi vãi sanghai bên : h1 =

BVk 1

(3.II - 3) HT : chiều cao bàn ủi kể cả tấm chắn phía trên

HT = H + H1 (3.II - 4) H1 : Chiều cao tấm chắn , thờng chọn H1= (0.15 0.25) H (Trang 200 - 2)

Chọn H1 = 0,2 H = 0,2 1000 = 200 mm = 0,2 m  HT = 1,0 + 0,2 = 1,2 m

: Góc chảy rự nhiên của đất Đất sét nặng có  = 450  500

(bảng 4.I.9a - 1) chọn  = 450

B : Chiều rộng bàn ủi B = 3,55 m Thay các giả trị HT ,  , B vào (3.II - 3) có :

V = 0

= 2,3 m3 thay vào (3.II - 2) có : h1 =

= 0,04 m thay vào (3.II - 1) có : W1 = 110 3,55 0,04 sin600 = 13,5 KN

b, Xác định lực cản di chuyển khối đất lăn trớc bàn ủi (W2)

W2 = V..2.sin (3.II - 5) V : Thể tích khối đất trớc bàn ủi , V = 2,3 m3

 : Trọng lợng riêng của đất

Đất cấp III có :  = 17  18 KN/m3

(Trang 15 - 2) Ta chọn  = 17,5 KN/m3

2 : Hệ số ma sát giữa đất và đất

Đất cấp III có 2 = 0,7  0,8 (Bảng 1.II.4 - 1) , lấy 2 = 0,7 Thay các giả trị vào (3.II - 5)

 W2 = 2,3 17,5 0,7 sin 600 = 21,7 KN

c, Xác định lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi.

đđ 1

đ 2

Hình 3.II- 2 : Xác định lực cản tác dụng lên bàn ủi

Khối đất trớc bàn ủi tạo nên trên bề mặt làm việc của bàn ủi một áp lự N Dớitác dụng của lực N gây nên lực ma sát chống lại sự di chuyển của khối đất lên phíatrên bàn ủi (F'

ms) Đồng thời do bàn ủi nghiêng so với phơng chuyển động của máynên suất hiện lực ma sát cản trở khối đất di chuyển dọc bàn ủi (F ''

ms) F'

ms = 1 N = 1 Gđ

cos(3.II - 6)

F ''

ms = 1 Gđ .2 (3.II - 7) 1: Hê số ma sát giữa thép và đất

Đất cấp III có : 1 = 0,5  0,6 (bảng 1.II.4 - 1) , lấy 1 = 0,5 Gđ : TRọng lợng khối đất trớc bàn ủi

Gđ = V  = 2,3.17,5 = 40,2 KN F'

ms = 0,5 40,2 cos500 = 11,5 KN  F ''

W3’’ = F ''

ms cos  (3.II - 9)

 W3 = W3’ + W3’’ = 5,7 + 7,0 = 12,7 KN

d, Xác định lực cản di chuyển máy ủi (W4)

W4 = Gm (f  i) (3.II - 10) Gm : Trọng lợng máy ủi , Gm= 145,2 KN

f: Hệ số cản lăn

Máy ủi bánh xích , xem đát khô có f = 0,10  0,12 ( Trang 207 - 1) Chọn f = 0,11

i : Độ độ dốc của bề mặt làm việc , i = 100/0 = 0,10 Ta xét trờng hợp lên dốc (Lấy dấu +)

 W4 = 145,2 (0,11 + 0,10) = 30,5 KN

e, Xác định lực cản ma sát giữa dao cắt bàn ủi và đất (W5)

W5 = 1 (R2 + GTB) (3.II - 11) R2 : Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt theo phơng thắng đứng

R2 = k x B , N (3.II - 12) k : Hệ số khá năng chịu tải của đất , k = 50  60 N/cm2

(Trang 203 - máy làm đất) Chọn k = 50 N/cm2 = 500 KN/m2

x : Chiều rộng mòn cùn của dao cắt , thờng x = 1,0  1,5 cm (Trang 203 - 1) , lấy x = 1,0 cm = 0,01 m

 R2 = 500 0,01 3,55 = 17,7 KN  W5 = 0,5.(17,7 + 24,2) = 20,9 KN

Vậy , tống các lực cản tác dụng lên máy ủi là : W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5

W = 13,5 + 21,7 + 12,7 + 30,5 + 20,9 = 98,8 KN W = 98,8 KN

2, Xác định lực bám

Gm : Trọng lợng máy ủi , Gm = 145,2 KN

Góc nghiêng bề mặt làm việc , arctgi = arctg 0,1 = 5,70

( độ dốc làm việc i = 10 00)

kođ : Hệ số kể đến sự phân bổ trọng lợng ra các bánh chủ động Máy ủi bánh xích kođ = 1

 Gb = 145,2 cos 5,70 = 144,5 KN  Pb = 0,7 144,5 = 101,2 KN

Ta thấy W = 98,8 KN < Pb = 101,2 KN

Nh vậy , lực kéo của máy kéo cơ sở đảm bảo cho máy ủi có thể làm việc bình ờng.

2, Xác định công suất di chuyển máy.

Công suất cần thiết để di chuyển đợc xác định theo lực PK :Ndc =

, KW (IV - 24)PK : Lực kéo tiếp tuyến , PK = W = 98,8 KN = 98800 N

v : Vận tốc của máy khi làm việc , thờng là vận tốc số 1 của máy v = 2,36 km/h = 0,6 m/s

 : Hiệu suất truyền động của máy , = 0,8  0,9

 = 0,9 Ndc =

= 65,9 KW

Ta thấy Ndc = 65,9 KW < Nđc= 74 KW

Nh vậy , công suất của máy keos cơ sở đã chọn đảm bảo cho quá trình làm việc của máy ủi

III, Xác định lực tác dụng lên máy ủi

1, Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi

Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi đợc mô tả trên hình vẽ sau (hình 3.III –Tự do – Hạnh phúc 1) : Trong đó :

GTb :Trọng lợng thiết bị ủi

P : Phản lực đất tác dụng lên dao cắt, P đợc chia thành 3 thành phần P1 , P2 , P3

P1 : Theo phơng ngang P2 : Theo phơng thắng đứng

P3 : Theo phơng vuông góc trục dọc của máy

Pc : Phản lực tại khớp liên kết bản lề và máy,nó phân ra hai thành phần Zc và Xc

Zc : Theo phơng thắng đứng , Xc : Theo phơng ngang

PP

Trọng lợng thiết ủi đợc xác định trên nguyên lý máy ủi điều khiến bằng cáp (tức làlúc này lực S ở xylanh nâng hạ thiết bị ủi bằng 0) và phải đảm bảo sao cho dao cắt thắng đợc lực cản của đất trong khi cắt đất

Điều kiện để tính GTB : - Máy ủi làm việc trên mặt phắng ngang - Dao cắt của bàn ủi đang ấn sâu vào đất - Lực căng cáp nâng băng 0

G =

lmRlR .

(3.III - 1)

Hình 3.III - 2 : Sơ dồ xác định trọng lợng thiết bị ủiTrong đó :

R2 : Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt theo phơng thắng đứng R2 = k x B , N

k : Hệ số khá năng chịu tải của đất , k = 50  60 N/cm2 (Trang 203 - 1) Chọn k = 50 N/cm2 = 500 KN/m2

x : Chiều rộng mòn cùn của dao cắt , thờng x = 1,0  1,5 cm

(Trang 203 - 1) , lấy x = 1,0 cm = 0,01 m  R2 = 500 0,01 3,55 = 17,7 KN

R1 : Phản lực do ma sát giữa dao cắt và đất R1 = 1 R2

.l = 2,2 m m : Khoảng cách từ R1 tới C , m = 0,48 m (3) Thay các giả trị vào (3.III - 1) có :

min

G =

= 25,7 KN

Với máy ủi thuỷ lực , dao cắt đợc ấn sâu cỡng bức vào đất nhờ trọng lợng thiết bị ủi và lực đấy của xi lanh thuỷ lực Do đó , trọng lợng thiết bị ủi có thế lấy giảm đi (5  10) 00, ta lấy giảm đi 10 00

min

G = 0,90 25,7 = 23,5 KN Nh vậy , ta lấy GTB min= 24,2 KN là hợp lý

b, Xác định phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi

Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt P đợc chia thành 3 thành phần P1 , P2 , P3 ợc biểu diễn nh hình vẽ (hình 3.III - 1).

* Khi nâng bàn ủi cuối giai đoạn cắt vá tích đất Trớc bàn ủi dã có khối đất lăn gây nên áp lực N Dới tác dụng của N trớc bàn ủi xuất hiện lực ma sát Fms cản di chuyển của khối đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi.

Fms =

(3.III - 2)

N : áp lực của khối đất trớc bàn ủi theo phơng pháp tuyến với dao cắtMặt khác từ ( hình 3.II - 2) ta có :

Fms = Gđ

cos(3.III - 3)

cos(3.III - 4)

B :Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m H : Chiều cao bàn ủi , H = 1,0 m

 Góc chảy tự nhiên của đất , 

 Gđ  2450

17,5 = 31,1 KN , thay vào (3.III - 4) ta có : Thay vào (3.III - 4) ta có :

N = 31,1 cos500 = 19,9 KN

Các lực P1 , P2 đợc xác định theo công thức sau :

P1 = N sin() + R1 (3.III - 5) P2 = N cos() - R1 (3.III - 6)  Góc ma sát giữa thép và đất : arctg arctg 0,5 = 250

rong trờng hợp này , lực P2 hớng xuống và điểm đặt của lực P1 , P2 cách mặtđất cơ bản một đoạn Hp = (0,20  0,27) H (Trang 221 - 1)

H: Chiều cao bàn ủi : H = 1,0 m

 Hp = (0,20  0,27) 1,0 = 0,20  0,27 m

Khi máy ủi làm việc gặp chớng ngại vật , tại dao cắt sẽ phát sinh tải trọng động, khi đó phản lực của đất tác dụng lên dao cắt lớn nhất và đợc xác định theo các công thức sau :

+ Xác định phản lực tiếp tuyến

P1max= P1c + P1đ (3.III - 7) Trong đó :

P1c: Lực cản tĩnh tính theo lực kéo lớn nhất

P1c = Tmax= Pb = max Gb (3.III - 8) Gb : Trọng lợng bảm Gb = 144,5 KN (Theo tính ở trên)

11max =

= 1+

11

 P1đ = (kđ - 1) P1c (3.III - 9) Hệ số kđ thờng là kđ = 1,5  2,0 , ta lấy kđ = 1,5 Thay (3.III - 9 vào (3.III - 7) ta đợc :

P1max= P1c + (kđ - 1) P1c (3.III - 10) P1max= 101,2 + (1,5 - 1) 101,2 = 151,8 KN

+ Xác định phản lực pháp tuyến

Từ (3.III - 5) và (3.III - 6) ta có : N =

)sin( 1

 R

=

)cos( 1

 

P3 l  Mp P3

(3.III - 12) Trong đó :

* Mp : Mô men cản quay do tổng các lực ngang của mặt đất tác dụng lên cơ cấu dichuyển gây ra khi máy ủi quay vòng

Với máy ủi xích Mp đợc tính theo công thức sau : Mp =

(3.III - 13) p : Hê số cản quay vòng , p = 0,7  1,0 (Trang 224 –Tự do – Hạnh phúc 1)

Lấy p = 0,85

L : Chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển , L = 2,5 m (3)

G : Trọng lợng máy ủi dồn lên dải xích di chuyển (khi thiết bị ủi nâng khỏimặt đát thi G là trọng lợng máy ủi còn khi máy ủi mằm trên mặt đất thì G là trọng l-ợng máy kéo) , G = Gm = 145,2 KN

 Mp =

= 74,2 KN.m

13

Hình 3.III - 4 : Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi * l : Khoảng cách từ tâm quay của máy đến P3 .

Nó đợc xác định theo công thức sau : l = lk +

21 B

cos(3.III –Tự do – Hạnh phúc 14)

lk : Chiều dài khung ủi

Theo lý thuyết với máy đồng dạng ta có lk = 3200 mm = 3,2 m B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m

Gó quay bàn ủi trong mặt phắng ngang , 600

 l = 3,2 +

3,55 cos 600 = 4,1 m Thay các giả trị Mp , l vào (3.III - 12) ta có : P3 74412

= 18,1 KN Ta lấy P3 = 18,1 KN

b.3, Xác định lực trên cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi

Đối với máy ủi thuỷ lực ta phải khảo sát hai trờng hợp sau :

* Vị trí thứ nhất : Khi ấn sâu dao cắt xuống đất bắt đầu quá trình cắt đất

Dới tác dụng của trọng lợng thiết bi ủi (GTB) bàn ủi sẽ ăn sâu vào đất và thựchiện quá trình cắt đất Tuy nhiên trong trờng hợp gặp đất cứng hoặc là gặp chớngngại vật thì trọng lợng thiêt ủi không đủ lớn để có thế thắng đợc lực cản R2 , khi đó tacần lực đấy trọng xylanh nâng hạ thiết bị ủi để thắng lực cản R2 để ấn sâu dao cắtxuống đất

Lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi S đợc xác định từ phơng trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lên thiết bị làm việc tại điểm C

S =

P2. 1. TB.0

(3.III - 15) Thay (3.III - 11) vào (3.III - 15) ta đợc lực nâng lớn nhất :

Smax1 =

P1max.[.cot(1)] TB.0

(3.III - 16) Trong đó :

l = 3,4 m (theo lý thuyết máy đồng dạng) l0 =

l =

3,4 = 2,2 m

r = lk Sin = 3,2 Sin 450 = 2,2 m [  : Góc hợp giữa trục xy lanh nâng bànủi và trục khung ủi :  750 (trang 235 - 2) , Máy ủi thuỷ lực ta chọn0 , lk : Chiều dài khung ủi , lk = 3,2 m ]

bắt đầu ấn dao cắt xuống đất

P1max : Phản lực lớn nhất của đất tác dụng lên bàn ủi , P1max= 151,8 KN GTB: Trọng lợng thiết bị ủi , GTB = 24,2 KN

Thay các giả trị vào (3.III - 16) ta có : Smax1=

= 5,5 KN

Tuy nhiên , nếu lực ấn trong xylanh Smax1 mà lớn quá thì sẽ gấy mất ốn định chomáy , tức là lực Smax1 phải thoả mãn điều kiện về ổn định sau :

P2.  TB.0  1. (3.III - 19) Trong đó :

P2 : Đợc xác định từ điều kiện ổn định khi máy có xu hớng lật quoanh điểmB (Điểm tựa phía sau xích di chuyển)

MB = GTB.( l0 + l2) - P2.( l+ l2) + GT l3 = 0  P2 =

(3.III - 20) Trong đó :

L3 : Khoảng cách từ trọng lợng máy cơ sở tới điểm B lT = 1,4 m (3)

l2 : Khoảng cách giữa điểm B và điểm C l2 = 1,2 m (3)

 P2 =

= 68,2 KN

Thay c¸c gi¶ trÞ vµo (IV - 40) ta cã :  Sy1 =

= 59,1 KN Ta thÊy Smax1 = 5,5 KN < Sy1 = 59,1 KN

P1. 2. TB.0  d.4 .

(3.III - 21) Trong đó :

P1 = Tmax= 101,2 KN

P2 = P1 Cotg () = 101,2 Cotg(50025) = 15,1 KN L4 : Khoảng cách từ trọng lợng khối đất tới điểm C , l4 = 3,2 m

Q : Lực cản trợt giữa khối đất đợc nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trớc bàn ủi Q đợc xác định theo công thức sau:

Q = C F2

(3.III - 22) Trong đó :

C : Hệ số bảm của đất và đất khi khôi đât chúng trợt tơng đối với nhau Ta xem đất ẩm , C = 0,5 N/cm2 = 5 KN/m2 (Bảng 46.I.6 –Tự do – Hạnh phúc 1)

F2 : Diễn tích bề mặt trợt giữa khối đất đợc nâng lên cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trớc bàn ủi

F2 = B

H2(3.III - 23) B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m

H2 : Chiều cao của bề mặt trợt nói trên , thờng H2 = (0,7  0,8) H (Trang 218 –Tự do – Hạnh phúc 2)

Chọn H2 = 0,7 H

H : Chiều cao bàn ủi , H = 1,0 m  H2 = 0,7 1,0 = 0,7 m  F2 = 3,55 0,7 = 2,48 m2

 Q = 5 2,48 = 12,4 KN

Gđ : Trọng lợng khối dất đợc nâng cùng bàn ủi (Phần gạch chéo ở hình 3.III - 8) Gđ = F1 B  = 1

(3.III - 24) B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m

H : chiều cao bàn ủi , H = 1,0 m

: Trọng lợng riêng của đất , = 1,75 T/m3 = 17,5 KN/m3

: Góc chảy rự nhiên của đất , = 450

k1 : Hệ số tỷ lệ giữa thế tích khối đất đợc nâng lên cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trớc bàn ủi

k1 = 0,2  0,4 (Trang 227 - 1) , chọn k1 = 0,2  Gđ = 02

= 97,8 KN Lực nâng Smax2 phải thoả mãn điều kiện về ổn định sau :

Smax2 < Sy2

Sy2 : Lực nâng đợc xác định từ điều kiện ổn định (máy lật quoanh điểm A - điểm tựaphía trớc của xích di chuyển)

Để xác định lực Sy2 ta xét phơng trình cân bằng mô men tại C Mc = P1 m + P2 l + GTB l0 + Q l –Tự do – Hạnh phúc Sy2 r = 0

 Sy2 =

P1.2. TB.0 d.4. (3.III - 25) Trong đó :

(3.III - 26) Trong đó :

l = 3,4 m l0 = 2,2 m l2 = 1,1 m l4 = 3,2 m lT = 1,1 m

l5 : Khoảng cách từ điểm A tới lực GTB , l5 = 0,8 m Thay các giả trị vào (IV - 47) ta có :

P2 =

T

= 126,9 KNTa thấy Smax2 = 97,8 KN < Sy2 = 126,9 KN

Vậy , với lực nâng Smax2 đảm bảo máy vẫn ổn định

Qua hai vị trí tính ở trên ta thấy giả trị lực S lớn nhất là : S max = Smax2 = 97,8 KN

Do đó giả trị lực để tính toản thiết kể các cơ cấu nâng mà cụ thế là các bộ phậncủa thiết bị ủi nh là khung ủi , bàn ủi , thanh chống xiên , xy lanh thuỷ lực …Tuy nhiên đối với tr

Khi tính xi lanh thuỷ lực thì phải kể đến tải trọng động , cho nên :

St = Smax Kđ (3.III - 27) Kđ : Hệ số tải trọng động , thờng Kđ = 1,35  1,5 (Trang 228 - 1)

Chọn kđ = 1,5

 St = 97,8 1,5 = 146,7 KN * Kiểm tra công suất của đông cơ

Để máy vừa có thế nâng thiết bị ủi vừa có thế di chuyển khi làm việc thì lực nâng Smax phải đợc kiểm tra theo công suất động cơ của máy kéo cơ sở theo công thức sau :

+ Nd : Công suất tiêu hao cho việc di chuyển máy

+ Smax= 97,8 KN : Lực nâng xác định theo điều kiện ổn định + Vn : Vận tốc nâng thiết bị ủi , thờng Vn = 0,1  0,2 m/s

(Trang 228 –Tự do – Hạnh phúc 1) , chọn Vn = 0,1 m/s

+ Vd = 0,6 (m/s) : Vận tốc di chuyển của máy khi làm việc , ứng với tay số I + n= 0,95 : Hiệu suất cơ cấu nâng.

+ d : Hiệu suất cơ cấu di chuyển , thờng d = 0,8  0,9 (trang 207 - 2) Chọnd = 0,9

+ Tmax= 101,2 KN : Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của máy kéo Thay số liệu vào vế phải công thức (3.III - 26) ta có:

Nn =

= 10,3 KW Ndc =

= 67,5 KW Ta thấy

Nđ/c = 74 KW > Nn = 10,3 KW Nđ/c = 74 KW > Ndc = 67,5 KW Nđ/c = 74 KW < Nn + Ndc = 77,8 KW

Nh vậy , khi máy gặp chớng ngại vật trong quá trình nâng bàn ủi ở cuối giai đoạncắt và tích đất thì công suất của máy không đủ để cho máy vừa di chuyển vừa nângthiết bị ủi lên Khi đó máy buộc phải dừng lại để dùng hết công suất cho cơ cấu nângnâng thiét bị ủi cùng khối đất để thắng chớng ngại vật sau đó mới tiếp tục di chuyểnvề phía trớc

Tóm lại , công suất của động cơ là đảm bảo cho máy có thế làm việc trong mọitrờng hợp

b 4, Xác định phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo.

Dới tác dụng của các ngoại lực P1, P2, S và GTB , tại khớp C liên kết giữa khungủi và máy kéo sẽ xuất hiện phản lực RC Phản lực này đợc phân thành hai thành phầnXC và ZC .Thể hiện trên hình vẽ sau (Hình IV - 13) :

Công thức xác định :

XC = P1+ S cos (3.III - 29) ZC = S sin - P2 - GTB (3.III - 30) Trong đó:

 = 450 : Góc tạo bởi giữa cần của pistong nâng thiết bị ủi và đờng tâm trục của khung ủi (theo trên)

XC đạt giá trị lớn nhất khi dao cắt của bàn ủi gặp chớng ngại vật : Khi đó :

P1 = P1max = 151,8 KN P2 = P2max = 22,5 KN S = 102,3 KN

Thay các giá trị vào ta có :

XC = 151,8 + 97,8 cos 450 = 220,1 KN

ZC = 97,8 sin 450 –Tự do – Hạnh phúc 22,5 –Tự do – Hạnh phúc 24,2 = 22,4 KN

Hình 3.III –Tự do – Hạnh phúc 9 : Sơ đồ xác định phản lực tai khớp bản lề C

- Khi máy ủi làm việc trên bề mặt dốc ( = 5,70) thì các lực đợc tính là:

XC = P1+ S cos + GTB sin (3.III - 31) ZC= S sin - P2 - GTB cos (3.III - 32) Thay các giá trị vào ta có :

XC = 151,8 + 97,8 Cos 450 + 24,2 Sin 5,70 = 223,3 KN ZC = 97,8 Sin 450 –Tự do – Hạnh phúc 22,5 –Tự do – Hạnh phúc 24,2 cos 5,70 = 22,5 KN

IV,Tính ổn định máy ủi

1, Trờng hợp thứ nhất : Dao cắt của bàn ủi gặp chớng ngại khi bắt đầu ấn sâu

xuống đất.

Nếu là máy ủi điều khiển bằng cáp ở trờng hợp này thờng không tính ổn định vìlúc đó lực nâng trong pa lăng cáp xem nh bằng 0 ( S = 0) Tuy nhiên ở trờng hợp nàyta tính toán cho máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực có lực đấy S trong xy lanh thuỷ lựclàm cho máy có xu hớng lật quanh điểm O1 Do đó chúng ta cần kiếm tra trờng hợpnày

ở trờng hợp này vì điểm đặt của P1 là O và điểm lật O1 cùng nằm trong mặt phẳngngang nên khi tính toán, có thể xem phản lực tại khớp C do P1 gây ra có giá trị nhỏvà không ảnh hởng đến độ ổn định của máy Mô men gây lật máy quanh điểm O1

chủ yếu do lực nâng S gây ra

Hệ số ổn định trong trờng hợp thứ nhất đợc xác định theo công thức sau: 115

od (3.IV - 1) + MG = GT lT : Mô men chống lật máy ủi quanh điểm O1 .

k = 14,3  1,15

Vậy , trờng hợp thứ nhất máy đảm bảo ổn định

Hình 3.IV - 1 : Sơ đồ tính ổn định máy ủi tại vị trí bắt đầu ấn dao cắt xuống đất

2, Trờng hợp thứ hai : Bàn ủi bắt đầu đợc nâng lên ở cuối quá trình đào.

Trong trờng hợp này phía trớc bàn ủi có đầy đất, máy có xu thế lật quanh điểmO2 (hình vẽ 3.IV - 2) Trờng hợp này để tính ổn định cho máy ủi điều khiển thuỷ lực.Muốn nâng đợc thiết bị ủi lên thì lực nâng S phải thắng đợc lực cản do áp lực củakhối đất trớc bàn ủi tác dụng vào bàn ủi.

Khi đó điểm đặt của lực P1 đợc nâng lên, phơng của lực P1 xem gần đúng trùngvới đờng tâm của khung ủi tức là đi qua điểm C , nên phản lực XC tại khớp C do P1

sinh ra sẽ tạo ra mô men giữ ổn định cho máy quanh điểm lật O2.

Hệ số ổn định đối với trờng hợp thứ hai đợc xác định theo công thức:



Hình 3.IV –Tự do – Hạnh phúc 2 : Sơ đồ tính ổn định máy ủi tại vị trí bàn ủi bắt đầu đợc nâng lên ở cuối quá trình cắt

Thay các giá trị vào công thức (3.IV - 3) ta có:

MG = 145,2 1,1 + 101,2 0,48 = 208,2 KN.mMô men lật do lực nâng S trong cơ cấu nâng tạo ra :

ML = S l2 (3.IV - 4) Trong đó :

= 1,77 > 1,5

Vậy , máy đảm bảo điều kiện ổn định trong trờng hợp thứ hai Tóm lại , máy đảm bảo ổn định trong suốt quá trình làm việc