Thiết kế máy ủi với lưỡi quay lắp trên máy kéo case 550h lt

Thiết kế máy ủi với lưỡi quay lắp trên máy kéo case 550h lt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Thiết kế máy ủi với lưỡi quay lắp trên máy kéo Case 550H LT

Họ và tên sinh viên :

1.Số liệu cho trước

Máy kéo cơ sơ : Case 550H LT

Lực kéo ở số I : 120 KN

Vận tốc số I : 0,85 Km/h

Gmk= 7636 kg

Làm việc ở đất cấp II 2

2 Thuyết minh tính toán:

• Giới thiệu chung về máy kéo

• Xác định các thông số kĩ thuật máy kéo

• Xác định các thông số cơ bản của máy thiết kế

• Xác đinh chiều sâu cắt ứng với các góc dốc khác nhau

• Xác định lực tác dụng lên máy ủi

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KÉO

CHƯƠNG 2 : XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY KÉO

I, Các thông số lưỡi ủi

- Chiều cao và chiều dài của lưỡi ủi quyết định khối lượng đất được vận chuyển khi máy làm việc, do đó nó ảnh hưởng đến khả năng làm việc, công suất lực kéo

1 Xác định chiều cao lưỡi ủi:

- Chiều cao của lưỡi ủi xác định theo lực kéo T và điều kiện nền đất, để tính toán sơ bộ máy ủi, chiều cao lưỡi ủi có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Đối với máy có lưỡi ủi quay:

T T

.

=

Chọn chiều cao lưỡi ủi H = 874 (mm)

2 Xác định chiều dài lưỡi ủi L:

Chiều dài của lưỡi ủi phải phủ kín chiều ngang của máy kéo và thừa ra mỗi bên ít nhất là 100 mm

Chiều dài lưỡi ủi cố định Tính theo công thức:

) ( 2604 2

, 2517 868

).

3 8 , 2 ( ).

3 8

Chọn δ = 55o

4 Xác định góc nhọn β

Góc nhọn β xác định đặc tính thay đổi áp lực riêng của lưỡi lên đất theo mức độ mài mòn mép cắt Góc β càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăng chậm, lực cản cắt nhỏ nhưng độ bền lưỡi cắt giảm do đó β ≥ 20 Chọn β = 25o

Chọn α = 30o

6 Xác định góc quay φ:

Góc lệch của lưỡi ủi chọn xuất phát từ yêu cầu vận chuyển khối đất về một

phía.khi góc φ thay đổi thì trọng tâm của máy cũng thay đổi và máy ủi có xu hướng quay quanh trọng tâm làm cho máy khó di chuyển thẳng chọn φ= 60o;

Góc chếch γ có thể thay đổi để máy làm việc ở sườn dốc, đất rắn chắc cũng như để định hình mặt đường Khi máy có cơ cấu điều chỉnh thì góc chếch γ có

thể thay đổi từ 0o đến ±(6÷12o), không có cơ cấu điều chỉnh, thì γ thay đổi đến

±5o

8 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 phải chọn vật liệu hợp lý Chiều dài a có ảnh hưởng lớn đến việc tách đất ra khỏi khối đất chính

Thường chọn: a = 150÷200 ( mm.)chọn a = 200 (mm)

9 Bán kính phần cong R :

R= ( 0,8÷0,9).H = ( 0,8÷0,9 ).868 = 691,4 ÷781,2 mm

Chọn R= 750 mm

10 Xác định góc đổ ψ

Góc đổ ψ chọn sao cho đất không tràn qua lưỡi ra phía sau Khi góc đổ

ψ nhỏ thì đất nhanh tích luỹ vào trong lưỡi và lát cắt mau cuộn lại để đổ ra

phía trước như vậy sẽ tăng áp lực của đất vào lưỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát

Xuất phát từ điều kiện đó, ψcó thể chọn trong giới hạn:

ψ = 65÷75o lưỡi ủi quay

Chọn ψ = 70o

11 Xác định góc đặt lưỡi ủi ε:

Góc đặt lưỡi ủi là góc giữa đường nối mép cắt với mép trên lưỡi ủi(không

kể tấm chắn) và phương nằm ngang Khi góc cắt lưỡi ủi nhỏ thì đất có thể tràn qua lưỡi, khi góc cắt lớn sẽ làm xấu đi diều kiện chuyển động của đất theo lưỡi ủi lên phía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng

lượng, do đó người ta chọn ε = 75o

12 Xác định chiều cao tấm chắn H 1 :

6

Chiều cao tấm chắn H1 phải bảo đảm điều kiện quan sát của người lái khi nâng lưỡi ủi Thông thường H1 = (0,1÷0,25)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 ÷ 300 mm nhưng không nhỏ hơn 0,5L

T ≥ W1 + W2 + W3 + W4 + W5

Trong đó:

W1 - lực cản cắt

W2 - lực cản ma sát giữa lưỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo phương pháp tuyến Po2 gây ra

W3 - lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi

W4 - lực cản ma sát giữa đất và lưỡi ủi

W5 - lực cản di chuyển máy ở trên dốc

L - chiều dài lưỡi cắt

h - chiều dày trung bình của lát cắt

φ -góc lệch của lưỡi ủi so với trục dọc của máy φ =60o

Với 874 0, 269

3250

H

L = = theo bảng (5-3) kđ = 0,779

f2 – hệ số ma sát giữa đất với đất theo bảng phụ lục 8 , f2 = 0,8

γ- trọng lượng riêng của đất theo bảng (1-2), γ= 20,2 (KN/m3)

N2 -là áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối đất trước lưỡi ủi:

N2 = f2.Gđ.Cosα.Sinδ

N = N1 + N2 = Gđ.[Cos(δ - α) + f2.Cosα.Sinδ]

W4’ là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lưỡi ủi từ dưới lên trên

W4’ = f1.N.Sinϕ

W4’=f1.Gd.[Cos(δ - α) + f2.Cosα.Sinδ].Cosδ

W4” là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lưỡi ủi

Gm -trọng lượng máy ủi

Maý Komatsu D39 EX-22 có: Gm = 78 (KN)

Theo tính toán ở trên ta có: Gd = 68,68 (KN)

W5 = 0,15.78 Cosα + (78 + 32,12 ).Sinα

W5 = 11,7 Cosα + 110,12.Sinα

Tổng lực cản chuyển động tác dụng lên máy:

10

Xác định chiều sâu cắt ứng với góc α khác nhau: dựa vào công thức nội suy

trên với mỗi góc dốc α khác nhau cho ta một giá trị chiều sâu cắt h tương

ứng, đến khi nào h ≤ 0 thì dừng lại

Bảng chiều sâu cắt ứng với góc dốc:

11,7.cosα+

110,12.sin α

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

11,7.cosα+

110,12.sin α

CHƯƠNG 5 :XÁC ĐỊNH LỰC LÊN MÁY ỦI

I Trọng lượng bộ lưỡi ủi (G u )

Trọng lượng bộ lưỡi ủi cần phải kiểm tra đối với máy ủi cáp vì lưỡi ủi ngập vào đất nhờ trọng lượng bộ lưỡi ủi, còn với máy Komatsu D39EX-22 có bộ điều khiển thuỷ lực, lưỡi ngập vào trong đất nhờ lực của xilanh thuỷ lực do vậy trọng lượng của bộ lưỡi ủi chỉ cần đảm bảo điều kiện bền Trong trường hợp này trọng lượng bộ lưỡi ủi được xác định theo điều kiện bền

l

m.Wl

W2 = f1 P02

Do đó Gumin = ( )

0

1 02

l

m.fl

0 1 '

l

m.fl.x.L

865 , 0 - 92 , 5 (

01 , 0 94 , 4 1000 6 ,

Chọn Gu = Gumin = 24 ( KN)

II Phản lực của đất tác dụng lên bộ công tác.

Phản lực của đất tác dụng lên lưỡi ủi ở điều kiện làm việc bình thường chính là lực cản đào của đất dược xác định ở phần tính toán kéo Lực tìm được bằng phương pháp này dùng để xác định lực kéo cần thiết, công suất dẫn động máy cũng như để tính các chi tiết của bộ công tác về độ bền lâu

Khi tính bền người ta dùng giá trị lớn nhất của phản lực đất trong trường hợp máy ủi làm việc ở điều kiện nặng nhọc nhất Đó là lưỡi ủi va vấp vào chướng ngại khi máy ủi chuyển động mà không khắc phục nổi như tảng

Với máy ủi vạn năng nên Phn lực của đất P tác dụng lên lưỡi ủi có thể phân tích thành 3 thành phần: P1: Lực cản cắt tiếp tuyến,

Cotg.1

)GG

(

1 max

max u mk

ϕ+δϕ

−

ϕ+

Trong đó φ max-là hệ số bám lớn nhất của bộ di chuyển, φ max = 0,85

φ1- góc ma sát giữa đất và thép

ta có: tgφ1 = F/N = f1 = 0,6 ⇒ φ1 = 310F: lực ma sát

N: áp lực pháp tuyến

Thay số:

) ( 65 , 365 ) 31 55 ( 85

,

0

1

85 , 0 ).

24 37 , 380

(

0 0 max

2 Xác định lực cản cắt pháp tuyến P 2

P2=P1

1 1 1

1

.

.

ε ε

ω δ δ

Sin f Cos

Cos Sin f Cos

+

−

;Trong đó :

'' 4

ϕδ

ϕ

ϕ

cos

cotcos

sin

cos 1

N f

N f

0

35 6 , 0 35

97 , 46 55 sin 6 , 0 55

Sin Cos

Cos Cos

ϕ ϕ δ ω

Sin f Sin

P3=548,48cotg[arccotg( 55 60 ) 60 ]

97 , 46 6 , 0

P3.l ≤ Mcq

Trong đó : Mcq- mô men cản quay do thành phần nằm ngang của đất tác dụng lên bộ di chuyển

16

Đối với máy ủi bánh xích

Mcq =

4

.G L

f cq b

fcq-hệ số quy đổi lực cản quay của xích , fcq=0,7 ÷ 1 khi tính bền ta chọn giá trị lớn nhất

Gb- trọng lượng bám của máy kéo

Khi xi lanh thuỷ lực nâng cáp nâng căng chọn Gb=Gmu

Khi cơ cấu ở vị trí trung gian Gb=Gmk

L- chiều dài của dải xích L= 3,54 m

Mcq= 328 , 54

4

54 , 3 051 , 464 8 ,

Lực tác động của xi lanh thuỷ lực đạt giá trị lớn nhất khi bắt đầu cắt hay bắt đầu nâng ở cuối quá trình cắt Do đó ta tính lực nâng lớn nhất Snmaxở hai vị trí:

1.Vị trí 1: lực đẩy của xi lanh thuỷ lực ở đầu qúa trình cắt:

Để xác định lực này ta thiết lập phương trình mô men của các lực tác dụng lên bộ lưỡi uỉ đối với điểm C:

r

l

Gm.Pl

, 2

687 , 5 24 - 865 , 0 222,3 - 92

Xác định lực nâng lớn nhất theo diều kiện ổn định như sau:

Xuất phát từ phương trình cân bằng các lực tác dụng lên máy ủi khi máy kéo bập bênh đối với điểm A, ta xác định lực P’02 cần thiết để giữ lưỡi uỉ khi chuyển động:

18

1 0 u m

m

,

)ll(Gl

, 1 92 , 5

) 233 , 1 687 , 5 (

24 867 , 1 37

=

r

l

Gm.Pl

, 2

687 , 5 24 865 , 0 22,3 2 - 92 , 5

L – Chiều dài lưỡi uỉ, L = 4,94 m

γ- Trọng lượng riêng của đất ; γ= 18 KN/m3

Fn – Diện tích mặt cất ngang của khối đất được nâng

φ0 - góc soải tự nhiên của đất, bảng (1-6), φ0 = 450

- góc đặt lưỡi uỉ, ε = 750

20

Tính Fn- là diện tích gồm

Fn= Sviênphân AnB + S∆ABC

SAnB=Squạt-S∆ABO

Squạt = R2.sinΦ/2 ; xét tam giác ∆ ABO có AO = BO = R nên ∆ ABO cân tại

O mặt khác

97 , 0

352 , 1 75

Sin

H Sin

AE

AG = BG = 0 , 7

2

4 ,

1 = m

08 , 1

7 ,

L F

= 18 24 , 7KN

3 , 1

94 , 4 361 ,

ta có :

) ( 8 , 404 8

, 2

9 , 48 92 , 5 865 , 0 65 , 365 92 , 5 65 , 90 84 , 5 7 , 24 687 , 5 24

max

KN

22

Khi ta tính giá trị Snmax ta tiến hành kiểm tra máy theo điều kiện ổn định, máy làm việc mất ổn định tại B:

Snmax≤ SnôđVới Snôđ được tính theo công thức:

r

m.Pl

Pl

l

Gl

02 d

d 0

Trong đó: lm = 1,663 ( m)

1

1 1

d d 1

0 u m m

,

)ll()ll(G)ll(Gl

) 233 , 1 92 , 5 (

9 , 48 ) 233 , 1 84 , 5 (

7 , 24 ) 233 , 1 687 , 5 (

24 - 663 , 1 37

, 2

92 , 5 97 , 42 865 , 0 65 , 365 92 , 5 9 , 48 84 , 5 7 , 24 687

1.Máy làm việc trên mặt phẳng nằm ngang

Zc

Xc

Sn

Guτ

P2

P1

Chiếu cỏc lực theo phương ngang:

2 Máy làm việc trên mặt dốc với góc dốcα

Chiếu các lực theo phương ngang:

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG THUỶ LỰC

Truyền động thuỷ lực là một bộ phận không thể tách rời được của bất kỳ một máy hiện đại nào Truyền động thuỷ lực phát triển rất nhanh và thay dần truyền động cơ học trong các máy thuỷ lợi

Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực của máy ủi:

1.Thùng dầu thủy lực

2.Bơm

3.Van an toàn

4.Van 1 chiều

5.Van phân phối

6.Thùng dầu bổ xung trong quá trình nâng lưỡi ben

7.Thùng dầu bổ xung trong qúa trình hạ lưỡi ben

8.Van chống rơi nhanh

9.Xi lanh điều khiển nâng hạ lưỡi ben

26

m

20 kg/cm (D155) 12,5 kg/cm (D150)

2

r

F L r H

6 7

8 9

10

11

12 13 14

26

27 28

29

30

Quá trình nâng ben:

Dầu từ thùng dầu 1, qua bơm 2, tới van phân phối 5 để đảm bảo dầu không

bị chảy ngược về thùng chứa 1 người ta bố trí van 1 chiều 4

Để thực hiện việc nâng lưỡi ủi người ta điều khiển van phân phối 5 bằng cách bơm dầu thủy lực từ thùng dầu 24 qua bơm 25 , để đảm bảo dầu không

có chứa cặn bẩn người ta bố trí 1 bộ lọc dầu sau bơm 25 và van 1 chiều để đảm bảo dầu không bị chảy ngược về thùng 24 sau đó dầu được bơm lên van phân phối 26 van này điều khiển bằng tay ta gạt van 26 sang bên phải dầu thủy lực được bơm trực tiếp vào xi lanh làm co xi lanh lại kéo cân gạt dịch chuyển sang bên phải dầu từ van phân phối được cung cấp cho xi lanh thủy lực 9 làm co piston nâng lưỡi ủi lên dầu còn thừa ở van phân phối điều khiển bằng tay sẽ được đưa về thùng kết thúc quá trình nâng lưỡi ben

Quá trình hạ ben:

Dầu từ thùng Dầu 1 qua bơm 2 tới van phân phối 5 điều khiển van phân phối 26 gạt sang trái làm cho van phân phối chính 5 đẩy sang trái dầu được bơm trực tiếp lên khoang trong đẩy piston sang trái và thực hiện quá trình hạ lưới ben

Bộ phận van một chiều và tiết lưu 8 đượcđặt trong ống dẫn của xi lanh thuỷ lực để tránh sự gián đoạn của dòng chất lỏng làm việc trong các khoang của

xi lanh thuỷ lực khi piston chuyển động nhanh dưới tác dụng của tải trọng ngoài Duy trì áp suất nhỏ cần thiết không đổi ở ống dẫn chính của xi lanh thuỷ lực để đảm bảo độ tin cậy đóng mở con trượt không phụ thuộc vào sự dao động áp suất trong đường ống chính của bơm

Van an toàn 3 và van một chiều 4đảm bảo hệ thống không bị quá tải và bảo

vệ hệ thống điều khiển bằng tay khi hệ thống tự động làm việc

I Xác định đường kính xilanh:

áp suất trong xilanh thuỷ lực p:

p = 25 MPa = 2,5.104 KN/m2

28

Đường kính cán piston d:

d = 0,7 D

D - đường kính piston, tính theo công thức:

0,086(m) 10

5 , 2 2

3 , 1 4 , 222 4

2

4 )

π

k S d

Với: k- hệ số an toàn về lực, k =1,3

29 , 0

60

67 , 2

tg tg

r n xl

CHƯƠNG 5: TÍNH BỀN DẦM ĐẨY

I Xác định phản lực tại khớp C

Tính bền các chi tiết của máy ủi với lưỡi ben quay được tiến hành ở vị trí: 5

vì vị trí này là phức tạp nhất để Để xác định ngoại lực tác dụng lên bộ lưỡi ủi

đó không dẫn đến sai số khi xác định ngoại lực

Để xác định phản lực chưa biết ở khớp C , chúng ta lập các phương trình cân bằng lực tác dụng lên bộ lưỡi ủi

ΣMz=- P3.l + (SnCosθ - Gu.Sinθ1).b + X01.2b = 0

ΣMx= P3.m1 – ( Sn.Sinθ - Gu.Cosθ1).b + Z01.2b = 0

30

Σ x = - P1.Cosθ + P2.Sinθ1 – Sn .Cosθ - X01 + X02 + Gu.Cosθ 1 = 0

Σ Y= Yc – P3 = 0

Σ Z = P1Sinθ1 + P2Cosθ1 + Gu.Cosθ1 + Zc1 – Zc2

GiảI hệ phương trình ta nhận được :

2

.

.

θ θ

θ

θ

Sin P Cos P

Sin G Cos S b

m P

=

1 2 1 1 1

1 3

2

.

.

θ θ

θ

θ

Cos P Sin P

Cos G Sin S b

m P

8 76 , 13 54 4 , 222 068 , 1

42 , 5 33

87 , 216 2

8 76 , 13 54 4 , 222 068 , 1

42 , 5 33

,

Sin Cos

Yc = P3 = 59,33 KN

543 , 4 2

8 76 , 13 54 4 , 222 068 , 1

83 , 2 33 ,

Cos Sin

756 , 161 2

8 76 , 13 54 4 , 222 068 , 1

83 , 2 33 ,

Cos Sin

II Xác định lực tác dụng lên khung:

Xác định lực tác dụng lên các chi tiết của bộ lưỡi ủi Để đơn giản điều kiện tính toán người ta giả thiết khung đẩy như là hai dầm, phía trước liên kết với lưỡi ủi bằng khớp cầu phía sau liên kết bằng khớp trụ với khung máy kéo

- Sơ đồ tính toán khung đẩy:

θ1θ

Z

ZC2

YC

SnA

Lực chưa biết là các lực ở khớp cầu A: XA , ZA, YA và các lực ở các thanh chống xiên, thanh đẩy : PB1, PB2, PE1 PE2 Như vậy lực chưa biết nhiều

32

hơn số phương trình tĩnh định.Để giải bài toán ta cần phải có một điều kiện phụ là dưới tác dụng của ngoại lực,các thanh đẩy bị biến dạng.

Coi khung đẩy và lưỡi ủi là một hệ tuyệt đối cứng dưới tác dụng của ngoại lực, góc lệch lưỡi ủi ϕ thay đổi một giá trị ∆ϕ thí điểm A1, A2 sẽ

chuyển vị ∆l, các thanh A1E1, A2E2 – Biến dạng có giá trị gần như bằng nhau nhưng ngược phía Vì các dầm có mô đun đàn hồi, diện tích tiết diện, chiều dài như nhau nên với độ biến dạng bằng nhau chị khi dưới tác dụng của các lực bằng nhau, do đó: PE1 =PE2

Đây là điều kiện phụ cần thiết để giảii bài toán

Để xác định các lực tác dụng lên khung ủi ta viết các phương trình cân băng lực tác dụng lên khung ủi:

''.'

cos sin

G s

S n .sinθ − k .cosθ1 + C1 '− C2 ''

PB1 =

2

1 1

sin2

2cos

.sin

sin2

2cos

.sin

C C

XA =G k.sinθ1 −S n.cosθ −(X C1 − X C2)+(P B1 −P B2).cosθ2

YA = YC

Thay số Với : Gk = (0,3 -0,35)Gu =(0,3-0,35).24= 7,2 – 8,4

Chọn Gk =7,5 (KN b = 1,068 (m); s =1,268 (m); p =0,701 (m); a =1,991 (m);

d= 0,255 (m); c’ = 0,807 (m); c’’ = 2,167 (m) ; θ2 =25°; lA =3,919 (m)

Ta được:

= +

167 , 2 756 , 161 807

, 0 543 , 4 8 cos 701 , 0 5 , 7 55 sin 268

°

−

25sin2

543,4.28cos.5,755sin.4,22279

−

25sin2

756,161.28cos.5,755sin.4,22279,292

759 , 161 543 , 4 ( 068 , 1

919 , 3 33 , 59 87 , 216 14 ,

2

1

Cotg P

III Tính bền cho các tiết diện nguy hiểm của khung:

Chọn vật liệu làm khung đẩy là thép CT5

a

b b

d

d

Chọn tiết diện thanh hình chữ nhật rỗng

được ghép bởi 4 miếng thép tấm bằng các

mối hàn Kích thước của tiết diện như hình

vẽ với :a=210 mm; b =a/6; h =300 mm

a

a

3

2 12

.

.

3

1 2

3 3 2 3 2

a

12

.

3

1 2 3 3

h

b