(Thuyết minh+ Bản vẽ) đồ án môn học Thiết bị ủi trên máy kéo

Công việc màmáy làm đất thực hiện chủ yếu là việc đào đắp, san nền, làm móng...Nh vậy điều kiệnlàm việc là thờng xuyên trực tiếp ở ngoài trời, tiếp xúc với bụi đất, ma gió...Yêu cầu đối

lời nói đầu

Hiện nay trong lĩnh vực cơ giới hoá thi công, lĩnh vực Máy Làm Đất rất đa dạng ,với rất nhiều chủng loại, đặc tính kỹ thuật, khả năng làm việc khác nhau Công việc màmáy làm đất thực hiện chủ yếu là việc đào đắp, san nền, làm móng Nh vậy điều kiệnlàm việc là thờng xuyên trực tiếp ở ngoài trời, tiếp xúc với bụi đất, ma gió Yêu cầu

đối với ngời quản lý sử dụng cần phải nắm bắt đợc toàn bộ những đặc tính và khả nănglàm việc của máy Còn đối với ngời thiết kế cần phải nắm đợc các thông số kỹ thuật,yêu cầu kết cấu, khả năng chịu lực, các sơ đồ dẫn động Từ những yêu cầu đó cần tiếnhành tính toán thiết kế để đảm bảo máy sau khi thiết kế, chế tạo máy có đầy đủ tínhnăng, khả năng làm việc nh yêu cầu kỹ thuật đề ra

Việc thực hiện Đồ án môn học Máy làm đất sẽ giúp cho sinh viên nắm bắt đợctrình tự tính toán và kết cấu máy cụ thể Từ đó vận dụng kiến thức đã đợc trang bị vàothực tế công tác sau này Trong quá trình thực hiện Đồ án , đợc sự hớng dẫn giúp đỡtận tình của thầy Lu Bá Thuận , em đã hoàn thành Đồ án với đầy đủ khối lợng và

I Đầu đề thiết kế : Thiết bị ủi thờng trên máy kéo DET 250

II.Các số liệu ban đầu:

1/.Đặc tính kỹ thuật của máy kéo DET 2502/.Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực 3/.Cấp đất nơi máy làm việc : cấp III4/.Độ dốc khi máy lên dốc: i=10%

nội dung tính toán :

I Phần tính toán chung:

1/.Công dụng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy ủi

2/.Xác định các thông số cơ bản của máy

3/.Tính toán kéo máy ủi

4/.Tính năng suất máy ủi

5/.Xác định lực tác dụng lên máy và thiết bị ủi

II Phần tính toán và thiết kế :

1/.Tính toán và thiết kế : khung ủi và thanh xiên

phần I Tính toán chung thiết kế MáY ủI.

1 chơng i công dụng - phân loại - cấu tạo

nguyên lý hoạt động của máy ủi

+Lấp hào, hố và san mặt bằng nền móng công trình

+Đào và đắp nền cao tới 2 m

+Ngoài ra máy ủi còn có thể làm các công viêc chuẩn bị mặt nền nh: bào cỏ, bóclớp tầng phủ, hạ cây(đờng kính tới 30cm), nhổ gốc cây, thu dọn mặt bằng thi công

3 II.phân loại

-Máy ủi thờng đợc phân ra theo loại công suất động cơ, lực kéo, kiểu điều khiển,

đặc điểm thiết bị di chuyển và kết cấu của bộ phận công tác

*Tuỳ thuộc vào độ lớn của công suất động cơ và lực kéo danh nghĩa ở móc kéocủa máy cơ sở, máy ủi đợc chia thành các loại:

SVTH : Vũ Quốc Hng MSSV : 7956-46 Lớp 46 M 2

+Rất nặng (công suất trên 300CV, lực kéo trên 30T)

+Nặng (công suất 150-300 CV, lực kéo 20-30T)

+Trung bình (công suất 75-150 CV,lực kéo 13.5-20T)

+Nhẹ (công suất 35-75 CV, lực kéo 2.5-13.5T)

+Rất nhẹ (công suất 3.5 CV, lực kéo 2.5T)

*Theo kiểu điều khiển nâng hạ lỡi ủi ta có:

+Điều khiển bằng tời + dây cáp

+Điều khiển bằng xilanh thuỷ lực

*Căn cứ vào thiết bị di chuyển ta có:

+Máy ủi di chuyển bằng bánh xích

+Máy ủi di chuyển bằng bánh lốp

*Hiện nay máy ủi có hệ thống điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực có nhiều u điểmnên thờng đợc chọn trong quá trình thi công

4 III cấu tạo chung

-Máy ủi đợc cấu tạo từ 1 đầu kéo với 1 bộ phận công tác ủi Bộ phận này đợc chếtạo từ kết cấu thép với mối ghép hàn và các cụm chi tiết liên kết với nhau chủ yếunhờ khớp xoay.Bộ phận ủi có thể là vạn năng hoặc không vạn năng, với kiểu vạnnăng thì khung ủi có kết cấu liền khối và đợc nối với lỡi ủi bằng khớp cầu

-Lỡi ủi bao gồm 2 phần cơ bản là thân lỡi và lỡi cắt Thân lỡi chế tạo từ thép thờngcòn lỡi cắt có dạng tấm đợc chế tạo từ thép hợp kim Mangan gồm 3 mảnh rời nhau

và đợc ghép với thân lỡi bằng các bulông đầu chìm Bộ công tác ủi đợc liên kết vớimáy cơ sở thông qua liên kết chốt xoay ở chân khung ủi và hệ thống thuỷ lực liênkết không gian

IV nguyên lý hoạt động

-Bắt đầu quá trình cắt đất : hạ lỡi ủi bập xuống nền đào, cho máy tiên lên, đất dầndần tích tụ lại trớc lỡi ủi Khi đã tích đầy, vận chuyển khối đất đào bằng cách chomáy nâng lỡi ủi lên một mức (cha thoát khỏi nền đào), để bù hao khi vận chuyển,cho máy di chuyển đến nơi xả đất

-Khi ta muốn rải đều khối đất đã vận chuyển, cần phải nâng lỡi ủi lên theo chiều dàimuốn rải và tiếp tục cho máy tiến

5

chơng iI Xác định các thông số cơ bản của máy ủi.

i xác định các thông số cơ bản của máy ủi:

1 Trọng lợng của máy ủi :

Có thể chọn theo kinh nghiệm dựa vào trọng lợng máy kéo:

d

N = 1252 (mm)

5 Tốc độ di chuyển của máy khi làm việc, km/h :

+ Khi đào và chuyển đất: Thờng là số I của máy kéo cơ sở

+Góc cắt của dao cắt:  ;

+Góc sắc của dao cắt : ;

+Góc sau của dao cắt : ;

+Góc quay của bàn ủi trong mặt phẳng ngang:  (còn gọi là góc đặt của bàn ủi); +Góc tự lựa : là góc tạo bởi mép dới dao cắt của bàn ủi và phơng ngang (Nhìn từ phía trớc bàn ủi) ,

+Góc nghiêng bàn ủi so với phơng ngang ;

+Góc lật  và góc đặt của tấm chắn phía trên 1;

b

H H1

Các thông số động học của bàn ủi đợc chọn nh sau :

STT

CC Các thông số động học của bàn ủi Bàn ủi không quay

2.1Xác định chiều cao H của bàn ủi:

Dựa vào lực kéo của máy kéo cơ sở: T H=5003 0 1T  0 5T , ( mm)

Trong đó:

+ T : lực kéo danh nghĩa của máy kéo cơ sở, T= 250 (kN)

 H=500 3 0 1T 0 5T

 = 1337 ( mm) 2.2 Xác định chiều rộng B của bàn ủi Chiều rộng bàn ủi B đợc chọn sơ bộ theo chiều cao: B = (2,6  3,0).H

Theo kinh nghiệm, chiều rộng của bàn ủi thờng đợc chọn nh sau :

sin



 a H

Trong đó :

+H: chiều cao bàn ủi (không kể tấm chắn phía trên);

+ a: chiều rộng vùng phẳng của bàn ủi để lắp dao cắt, a = 200mm;

+: góc cắt của dao cắt; SVTH : Vũ Quốc Hng MSSV : 7956-46 Lớp 46 M 6



 a H

= 1202 (mm)2.4.Xác định chiều cao tấm chắn phía trên:

3.1 Lực theo phơng thẳng đứng: R2

R2 = k’.x.B

Trong đó :

+ k’ : hệ số chịu tải của đất, k’ = 60 N/cm2

+ x : Chiều rộng phần mòn (cùn) của dao cắt , x =1.5 cm

+ B : bề rộng của bàn ủi , B = 400(cm)

Thay số vào công thức trên ta có : R2= 36000 (N) = 36( KN )

3.2 Lực theo phơng nằm ngang: R1

R1 = 1 R2 (N)

+ 1 : hệ số ma sát giữa thép và đất, 1= 0.5Thay số vào ta có :

R1= 18 ( K N )

SVTH : Vũ Quốc Hng MSSV : 7956-46 Lớp 46 M 8

Chơng iiI tính toán lực kéo và công suất của máy ủi

I.Xác định lực kéo :

Điều kiện cần và đủ để máy ủi có thể di chuyển đợc sẽ là:

W  Pk  Pb Trong đó:

+ W : Tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi

+ Pk : Lực kéo tiếp tuyến của máy kéo

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

1.Xác định tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi : W

Máy ủi thờng có bàn ủi luôn luôn đợc đặt vuông góc với phơng di chuyển của máy trong quá trình làm việc

Tổng các lực cản tác dụng lên máy :

W = W1+ W2 + W3 + W4

Trong đó:

+W1: Lực cản cắt đất;

+W2: Lực cản di chuyển do khối đất lăn trớc bàn ủi tạo ra;

+W3: Lực cản di chuyển do đất cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra;

+W4: Lực cản di chuyển bản thân máy ủi máy ủi;

h 1.

1 

Trong đó:

+ k1: Hệ số kể đến lợng đất bị rơi vãi sang hai bên trên 1 m chiều dài

quãng đờng vận chuyển đất Với đất khô, tơi: k1= 0,06

B H V

+ kt : Hệ số, phụ thuộc vào tính chất cơ lí của đất cũng nh tỷ số

B

V k

h 1.

1  = 0,062 (m)Vậy :

.

2

tg

H B V

.

2

tg

H B V

Gđ

Khi máy ủi thực hiện quá trình đào và tích đất, đất đợc cuộn lên trên để tạo thànhkhối đất lăn phía trớc bàn ủi, có thể tích V và trọng lợng là Gđ Khối đất này sẽ nénvào bề mặt làm việc của bàn ủi áp lực N Dới tác dụng của N, tại bề mặt tiếp xúcgiữa khối đất lăn và lòng bàn ủi xuất hiện lực ma sát Pms chống lại chuyển động của

đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi

Lực ma sát này có phơng vuông góc với phơng của áp lực N :

Trong đó:

+Gm : Trọng lợng máy ủi;

+ f : Hệ số cản lăn,

Với máy ủi bánh xích f=0,11;

+: Góc nghiêng của nơi máy làm việc so với phơng ngang;

Khi 10o thì có thể xem cos=1; sintg=i,

Lúc đó:

W4=Gm.(fi)

i: Độ dốc của mặt đất nơi máy làm việc ,i= 10%

khi máy di chuyển lên dốc :

W4=Gm.(f+i) = 6300(daN) khi máy di chuyển xuống dốc :

+ Gb : Trọng lợng bám của máy ủi;

+ Gm: Trọng lợng chung của máy ủi;

+  : Góc nghiêng của mặt đất nơi máy làm việc so với phơng ngang;

+ kcđ- Hệ số kể đến tỷ lệ trọng lợng máy phân ra các bánh xe chủ động

Với máy ủi bánh xích : kcđ =1;

+ : Hệ số bám giữa xích di chuyển và mặt đất,

Khi góc nghiêng của mặt nền đất nơi máy làm việc  < 10o

Thì có thể xem cos = 1 Khi đó lực bám đợc xác định theo công thức:

Pb= .kcđ Gm=0,9.1.300=270(kN)

3.Xác định lực kéo tiếp tuyến của máy ủi P k :

Lực kéo tiếp tuyến của máy phải thoả mãn điều kiện cần, nghĩa là:

Pk > W Mặt khác, lực kéo tiếp tuyến của máy còn phải thoả mãn điều kiện đủ:

Pk  Pb+Pb : Lực bám của cơ cấu di chuyển máy ủi với mặt đất

Thay số ta có :

 1000

.v

P

Công suất của máy kéo cơ sở DET 250 là : N = 220 (kW) , đáp ứng khả năng làm

việc của máy

Chơng iv xác định lực tác dụng lên máy ủi.

Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi.

Các lực tác dụng lên máy ủi gồm có:

1/.Trọng lợng thiết bị ủi GTB;

2/.Phản lực P của đất tác dụng lên bàn ủi

3/.Lực nâng S trong cơ cấu nâng thiết bị ủi;

4/.Phản lực tại khớp bản lề liên kết giữa khung ủi với máy kéo cơ sở Pc

! 2 min

1 2 0 min

0

l

m l

R l

m R l R

m R l R l M

G

GTB

TB C

II.Xác định phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi P.

Phản lực P của đất tác dụng lên bàn ủi đợc phân thành

+P1 theo phơng ngang +P2 theo phơng đứng

1.Khi bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất để thực hiện quá trình đào đất:

 Trớc bàn ủi cha có khối đất lăn, lúc đó:

P1= R1 = 18(kN)

P2= R2 = 36 (kN)

ở đây P2 hớng lên và điểm đặt của P1 và P2 nằm tại mặt nền đất

2.Khi bắt đầu nâng bàn ủi ở cuối giai đoạn đào đất và tích đất

Ta có:

Fms =1.N = Gd 1 cos

Suy ra :

N = Gd cos = 4,24 (T) = 42,4(kN) + Gđ: trọng lợng của khối đất trớc bàn ủi, đợc xác định theo công thức:

.

2

tg

H B V

d   Khi đó :

P1= N.sin(+1) +R1 P2= N.cos(+1) - R2

ở trờng hợp này, điểm đặt của P1, P2 đợc nâng lên, cách mặt nền đất một đoạn là:

hp=(0,17 0,27).H = 0,25.1,337= 0,3 (m)Trong đó:

+H : chiều cao của bàn ủi ; + : góc cắt của dao;  = 500 +1 : góc ma sát giữa thép và đất; 1 = arctang(0.5)=26,50

 Khi máy ủi làm việc gặp chớng ngại vật ở dao cắt, sẽ phát sinh tải trọng

động Lúc đó phản lực theo phơng ngang của đất tác dụng dao cắt là lớn nhất:

P1max=P1c+P1đ

Trong đó:

+P1c: Lực cản tĩnh, tính theo lực kéo lớn nhất của máy kéo

P1c=Tmax=Pb=max.Gb = 270 (kN)

max: Hệ số bám lớn nhất của máy kéo cơ sở, max = 0,9

Gb : Trọng lợng bám của máy kéo cơ sở; Gb=270(kN)

+ P1đ : Tải trọng động tác dụng lên dao cắt Đợc xác định trên cơ sở khảo sát máy ủi và chớng ngại vật nh một hệ thống đàn hồi một bậc tự

do, theo công thức:

0 0

1 V m C

P d 

Trong đó :

+ V0 là tốc độ chuyển động của máy ủi đợc tính tại thời điểm máy bắt

đầu bị quay trơn khi gặp chớng ngại vật, tơng ứng với lực kéo tiếp tuyếnlớn nhất nên thờng V0 là số I của máy kéo cơ sởla: V0 = 2,3 (km/h)+ m : khối lợng của bàn ủi;

+C0 : Độ cứng tổng hợp của máy và chớng ngại vật

2 1

2 1 0

.

C C

C C C





Có thể xác định gần đúng P1đ dựa vào hệ số tải trọng động:

SVTH : Vũ Quốc Hng MSSV : 7956-46 Lớp 46 M 16

d C

d C C

d

P

P P

P P P

P k

1

1 1

1 1 1

Để xác định P2 tiến hành giải đồng thời hai phơng trình :

P1=N.sin(+1)+R1P2=N.cos(+1)-R2Nghiệm thu đợc cho ta :

   1

2 2 1

1 1

 Lực P2 có giá trị lớn nhất tại vị trí bắt đầu nâng bàn ủi lên ở cuối giai đoạn

đào đất và tích đất Khi đó R1=R2=0 và góc cắt  có giá trị nhỏ nhất Lực P2 hớng xuống và đợc xác định theo công thức:

 ở giai đoạn này, lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi S đợc xác định từ phơng trình cân bằng mô men của các lực với điểm C :

r

l P m P l G

S TB.0  1  2.

 Thay giá trị P2max ,ta có :

r

g l m P l G

max

(cot    

m = 0,54 (m)

r = 2,91(m)Giá trị lớn nhất của Smax trong cơ cấu nâng không đợc lớn hơn lực nâng SY , đợc xác định theo điều kiện ổn định của máy

Smax  Sy Trong đó:

Sy là lực trong cơ cấu nâng đợc xác định từ điều kiện ổn định của máy ủi.Ngoài ra Sy còn đợc xác định ở vị trí bắt đầu ấn dao cắt xuống đất để thực hiện quá trình đào đất, máy có xu thế lật quanh điểm B

Khi máy ủi lật quanh điểm A , lực P2 đợc xác định từ phơng trình cân bằng mômen với điểm A:

1

1 0 2

) (

l l

l l G l G

r

l G m P l P

.

 

3.2 Khi nâng thiết bị ủi ở cuối giai đoạn cắt đất

 Lúc này ở phía trớc bàn ủi đã đợc tích đầy đất, đây là vị trí mà cơ cấu nâng làm việc nặng nề nhất Những lực tác dụng lên thiết bị ủi gồm:

+ GTB: Trọng lợng thiết bị ủi

+ Gđ : Trọng lợng của khối đất đợc nâng cùng bàn ủi

+ Q : Lực cản trợt giữa khối đất đợc nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lạitrong khối đất lăn trớc bàn ủi

+P1 và P2 : Phản lực của đất tại dao cắt

+Zc và Xc: Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy

 Trọng lợng khối đất đợc nâng cùng bàn ủi:

SVTH : Vũ Quốc Hng MSSV : 7956-46 Lớp 46 M 18

H B B

 Lực cản trợt của đất :

Q = C.F2 = 18720(N)= 18,72(kN) Trong đó:

+ C: Hệ số bám của đất và đất khi chúng trợt tơng đối với nhau ,

C = 0,5 + F2: Diện 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+B: Chiều rộng của bàn ủi;

+H2: Chiều cao của bề mặt trợt

H2 = 0,7 H= 936(mm) ;+H: Chiều cao của bàn ủi

Lực nâng Smax trong trờng hợp này đợc xác định từ phơng trình cân bằng mô men của các lực lấy với điểm C :

r

m P l P l Q l G l G

Trong đó:

+kđ: Hệ số tải trọng động, kđ = 1,4

 Mặt khác lực nâng Smax phải đợc kiểm tra theo công suất động cơ của máy kéo và phải thoả mãn điều kiện để máy có thể vừa nâng thiết bị ủi vừa di chuyển khi làm việc:

kW V T V S N N N

d

d n

n y d n c

1000

.

+Nđc: Công suất động cơ của máy kéo cơ sở, Nđc = 220 (kW);

+Nn: Công suất tiêu hao cho cơ cấu nâng thiết bị ủi, kW;

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

+Sy : Lực nâng xác định theo điều kiện ổn định, Sy = 450(kN);

+Vn: Vận tốc nâng thiết bị ủi, chọn Vn=0,1( m/s);

+ Vd: Vận tốc di chuyển của máy khi làm việc, Vd = 2,3(km/h);

+n: Hiệu suất cơ cấu nâng, n=0.95;

+d: Hiệu suất cơ cấu di chuyển, d=0.9;

+Tmax: Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của máy kéo, xác định theo lực bám

Tmax = max.Gbám = 270 (kN)

Gbám: Trọng lợng bám của máy ủi đợc xác định nh sau:

Gbám= GT +GTB + P2= 300,2(kN)

Trong đó:

+ GT : Trọng lợng máy kéo cơ sở;

+ GTB: Trọng lợng thiết bị ủi;

+P2 : Phản lực của đất theo phơng thẳng đứng

 Khi ấn sâu cỡng bức dao cắt vào đất ở giai đoạn bắt đầu đào, phản lực của

đất P’2 hớng lên và đợc xác định từ phơng trình cân bằng mô men với điểm lật B :

 

1

1 0 ,

2

.

l l

l l G l G

l G m P l P

B x k

Lực Sđ thoả mãn điều kiện ổn định:

Sđ  Sy'

4 Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo.

 Sơ đồ xác định phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo

SVTH : Vũ Quốc Hng MSSV : 7956-46 Lớp 46 M 20