bài tập chương 7 máy xơi

Chơng 7 : máy xớiĐ7.1 xác định các thông số cơ bản của máy xới Thiết bị xới thờng đợc lắp cùng với thiết bị ủi trên máy kéobánh xích 7.1.1 Thông số chính của máy xới là lực kéo tiếptuy

Chơng 7 : máy xới

Đ7.1 xác định các thông số cơ bản của máy xới

Thiết bị xới thờng đợc lắp cùng với thiết bị ủi trên máy kéobánh xích

7.1.1 Thông số chính của máy xới là lực kéo tiếptuyến

Giá trị lớn nhất của lực kéo đợc xác định theo điều kiện bám:

T=Gb.φ (7.1)

Trong đó :

Gb – trọng lợng bám của máy xới ở trạng thái làm việc

Φ – hệ số bám cua may xoi

Trọng lợng bám của máy xới đợc xác định nh sau :

* Với thiết bị xới độc lập lắp trên máy kéo cơ sở :

1 2

2 1

G2 – Trọng lợng sử dụng của thiết bị xới

G3 – Trọng lợng sử dụng của thiết bị ủi

7.1.2 Các thông số cơ bản của máy xới

Các thông số cơ bản của máy xới gồm : chiều sâu xới lầnnhất, trọng lợng sử dụng của máy xới, tốc độ làm việc, áp lực tĩnhtrung bình và điểm dặt tâm áp lực đó; Lực cản cắt của đấttác dụng lên mép rãnh xới khi làm việc

Chiều sâu xới phụ thuộc vào lực kéo của máy kéo cơ sở và

đợc chọn theo bảng (7.1)

Chiều sâu xới nhỏ nhất sau một lần xới thờng lớn hơn 20-30%

so với chiều sâu cắt của máy ủi hoặc máy cắt có cùng giá trị lựckéo danh nghĩa

B¶ng 7.1 – C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¸y xíi phô thuéc vµo lùckÐo cña m¸y kÐo c¬ së.

C¸c th«ng sè

c¬ b¶n cña m¸y

xíi

LøckÐo cña

M¸ykÐo

C¬ së,T

Cñam¸y

* Vận tốc di chuyển khi làm việc của máy xới thờng từ 2,5_3,0Km/h với máy bánh xích.

* áp suất tính trung bình của máy xới tại bề mặt tiếp xúcgiữa xích của cơ cấu di chuyển máy xới và đất :

L - Chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển

b – Chiều rộng của xích di chuyển

(* Các dang của máy xích hình vẽ*)

Đối với các máy xới thông dụng giá trị của áp xuất p thờng lớnhơn giá trị của áp suất xuoóng đất tại bề mặt tựa của máy kéocơ sở từ 15ữ25%

Toạ độ tâm áp lực tại bề mặt tựa của máy xới đợc xác địnhtheo công thức :

2 x

P P 2 2 max 1 1 x

p G

h T d P h P d

Trong đó :

R=Gx+P2

Các thông số d1, d2, hmax,hT là các khoảng cách từ các điểm

đặt lực Gx, P1, P2, TP đến điểm tựa phía sau trên mặt đất củamáy kéo cơ sở

P1, P2 : Lực cản đào theo phơng ngang và phơng thẳng đứngcủa đất tác dụng lên ranh giới

TP : Lực đẩy của máy đẩy

Lực cản đào theo phơng ngang : P1=T.K1 (7.6)

T : Lực kéo của máy xới, đợc xác định theo công thức (7.1)

K1 : Hệ số sử dụng lực kéo của máy xới → k1=0,8

Lực cản đào theo phơng thẳng đứng tác dụng lên răng xới

đ-ợc xác định theo công thức của giáo s viện sỹ I.U_A Vetơrop :

Tđ – Lực kéo danh nghĩa của máy đẩy

K2=0.8ữ0.9 – Hệ số sử dụng lực kéo của máy đẩy

* Tầm với hay còn gọi là độ vơn của bộ răng xới phụ thuộc vàochiều sâu xới lớn nhất và đợc lấy theo kinh nghiệm :

l=hmax + (250ữ600)mm Hoặc tầm với có thể chọn dựa vào lựckéo của máy kéo cơ sở theo bảng (7.1)

* Chiều cao nâng bộ răng xới khỏi mặt đất khi di chuyểnmáy phải đảm bảo sao cho góc tạo bởi giữa đờng trục tâm củarăng xới và phơng ngang không nhỏ hơn 

20 Theo kinh nghiệm cóthể chọn chiều cao nâng của bộ răng xới nh sau :

Với máy xới loại nhẹ : H=300ữ500mm.

Với máy xới loại trung bình : H=600ữ700mm

Với máy xới loại nặng : H≥700mm

hmax – chiều sâu xới lớn nhất

* Bớc răng t là khoảng cách đo theo phơng ngang giữa đờngtâm của hai răng xới liên tiếp nhau

• Với máy xới loại nhẹ, có 5 răng : t=(300ữ500) mm

• Với máy xới loại nhẹ, có 3 răng : t=(800ữ1000) mm

• Với máy xới loại trung, có 3 răng: t=(900ữ1300) mm

• Với máy xới loại nặng, có 3 răng : t= 1400 mm

* Khoảng cách từ mép xích di chuyển của máy đến bộ răngxới :

Đ7.2 Xác định năng suất của máy sới

Năng xuất của thiết bị xới đợc xác định bởi công thức :

Công thức (7.9)

Trong đó :

B _ là chiều rộng xới có ích ,m

h_ Chiều sâu xới trung bình ,m

h=(0.6 -0.8)

L p Chiều dài trung bình của quãng đờng xới về một hớng của máy ,m

K m = 0.8-1.0 Hệ số kể đến sự tổn thất thời gian do việc sử dụng máy

đẩy trợ lực

K tg =0.85 Hệ số sử dụng thời gian

V p Tốc độ làm việc trung bình của máy Km/h

Với máy xới bánh xích thờng v=(2.5-3.0)Km/h

T p thời gian gia tốc o cuối hành trình cới khi mà răng xới đợc nâng dần lên; T p =(15-20)s

Chiều rộng xới có ích đợc xác định theo công thức

B=K n [b.n+2.h.tg γ +t(n-1)],m ( 7.10)

ở đây :K n =0.75 Hệ số kể đến sự sai lệch giữa chiều rộng B đợc xác

định theo công thức (7.10) so với chiều rộng xới thực tế

n Số răng xới ;n=3 hoặc 5

b Chiều dầy răng xới b=(60-100)

γ =15o ữ 45o Góc nghiêng của răng so với phơng thẳng đứng ,

Với đất lẫn đá lấy là 15o ữ 25oVới đất thờng lấy là 35o ữ 45o

T bớc răng ,m

Đ7.3 Xác định lực tác dụng lên máy sới

Sơ đồ lực tác dụng lên máy xới đợc mô tả trên hình (7.3)

R L

3

L P1 1

L

P3

x G

L 5

L

L

Hình 7.3 Sơ đồ lực tác dụng lên máy xới

Hình (7.3a) là sơ đồ các lực cơ bản tác dụng lên máy xới.Cáclực đã biết gồm :

-Trọng lực máy xới Gx

-Phản lực của đất lên răng xới theo phơng tiếp tuyến P1 vàtheo phơng pháp tuyến P2

-áp lực của máy xuống đất R

Cần phải xác định lực trong cơ cấu nâng thiết bị xới Px,dựavào phơng trình cân bằng mômen của các lực lấy với điểm

Lx là khoảng cách từ lực Px đến điểm 0

Lực tĩnh lớn nhất để nâng dần bộ răng xới lên ,xem hình(7.3 b) :

L

L G

4

5 x

L L

) L - (L G

+

=

Trong đó : l là chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển

(đoạn này không rõ không đánh)

Đ7.4 Tính toán kéo máy xới

Lực kéo cần thiết để khắcphục các lực cản tác dụng lênmáy xới trong khi làm việc đợc xác định trong công thứcsau:

T ≥ Σ W (7.14)Trong đó :

Σ W = P1 +(Gx + P2)(f±i ) ,N

ở đây :

P1 Lực cản đào tiếp tuyến tại răng xới ,N

P2 Lực cản đào pháp tuyến tại răng xới ,N

Gx Trọng lực của máy xới ,N

f Hệ số cản di truyền của máy xới

i độ dốc của nơi làm việcCông suất tiêu hao cho quá trình xới đất

η 1000.

v p

∑

N (kw) (7.15)

vp Tốc độ làm việc của máy xới ,m/s

η Hiệu suất truyền động của máy xới

Đ7.5 Tính ổn định máy sới

ổn định của máy sới tại vị trí làm việc ,phải thoả mãn điềukiện sau : Điểm đặt của hợp lực R (Phản lực tác dụng lên máy xới )phải nằm trong phạm vi bề mặt tựa của xích di chuyển trênmặt đất

Hình 7.4 Sơ đồ tính ổn định của máy xới

Trong đó :

R= Gx+ P2 (7.17)

Gx trọng lực máy xới Phản lực của đất có chiều hớng xuống

L3 Khoảng cách của điểm đặt hợp lực R đến trọng tâmcủa máy xới

L2 Khoảng cách từ trọng tâm của máy xới đến điểm tựaphía trớc của hệ thống di chuyển của máy kéo cơ sở (ĐiểmA)

Một cách gần đúng có thể chọn theo kinh nghiệm :

L3 =(0.6ữ0.8)LTrong đó:

L là chiều dài của bề mặt tựa xích di chuyển của máykéo cơ sở

h Chiều sâu xới lớn nhất

l1 khoảng cách từ mép răng xới đến trọng tâm của máy:

2

P l

L là chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển máy xới

a Khoảng cách từ mép răng xới tới mép xích di chuyểncủa máy xới

DxĐờng kính của đĩa xích chủ động

Để xác định chính xác khoảng cách l2 ,có thể dựa vào điềukiện ổn định của máy ở vị trí răng xới đang đợc ấn sâu vào

đất ,gặp chớng ngại vật.Lúc đó phản lực P'

2có chiều hớng lên vàmáy xới có xu thế lật quanh điểm tựa phía trớc A(Xem hình vẽ7.4)

Lấy mô men của các lực với điểm A sẽ có:

ΣMa =0⇒ Gxl2 - P1h+ P'

2(l1+ l2)=0(Gx+ P'

2)l2= P1h+ P'

2 l1 ⇒ l2 = '

2 1

' 2 1

P G

l P h P

+ (7.18)Phản lực P'

P G

l P h P

−

<= '

2 1

' 2 1

P G

l P h P

kt =0.8ữ0.85 Hệ số sử dụng lực kéo

Ry =ψ Rx =ψ.T kđ kt (7.20) Trong đó

ψ là hệ số biểu diễn quan hệ giữa Rx và lực cản đàolên Ry Theo N.N.Abramop ψ=0.45

kt =0.8ữ0.85 Hệ số sử dụng lực kéo

kđ Hệ số tảI trọng độngTrong trờng hợp này lấy kđ =1.2ữ1.3

3) Lực cản theo phơng thẳng đứng RI

Khi làm việc lực RI thay đổi cả về hớng và trị số:

Rz hớng lên khi răng xới ấn xuống đất (hình 7.5)

'

Z

R Hớng xuống khi răng xới hớng lên(hình 7.6)

Do đó cần phải xác định RI trong cả hai trờng hợp trên

a)Khi ấn sâu răng xới xuống đất, R, hớng lên và có thể xác

định từ phơng trình mômen với điểm A

l

1

l L

T G P

x G

l3b

l

Hình 7-5 Sơ đồ lực tác dụng lên răng xới khi ấn răng xới xuống

đất

Nếu kể tới trọng tải động thì có : '

Z

R = Rz Kd, Kd =1.5 hệ sốtrọng tải động

b)Khi nâng răng xới lên , R hớng xuống và đợc xác định từ ph-'Z

ơng trình cân bằng mômen với điểm B.(Hình 7.6)

Hình 7-6 Sơ đồ lực tác dụng lên răng xới khi nâng răng xới lên

b

l

l.

G l.

G ) L l (

(7.22) Nếu kể đến tải trọng động thì :

5

3 x 6 TP 2

b d

' z

G ) L l (

G k R

Gb

'

x G

l 3

l 6

L

Để xắc định đợc phản lực tại khớp A và B ta coi rằng cáclực Rx, Ry, Rz đặt tại mép dới cùng của răng xới Ưng vớichiều sâu xới lớn nhất, trên mép răng xới giữa, tắcdụng của các lực Rx Ry và một nửa giá trị lớn nhất của '

Z R

Còn một nửa R đợc truyền vào khớp B Z'

z R'

1 2

Ry

Rx

By

x B

B _III

_III

_I I

Ay

Ax

x y

l

l R

4 3 '

l

l R l

R l

l R

Chiếu các lực xuống trục y-y,sẽ có:

y y

B

trong đó A và y B ngợc chiều với nhau y

L Chiều dài(hoặc chiều cao của răng xới )

L1Khoảng cách giữa tâm của hai khớp để lắp răng xới với giácủa chúng

II Tính toán sức bền răng xới

Việc tính toán sức bền răng xới đợc tiến hành đối với rănggiữa, ứng với chiều sâu lớn nhất Nh giả thiết o trên và xemrằng: chỉ có răng giữa tham gia xới đất, nó chịu toàn bộ giátrị lớn nhất của R , x R yvà 0.5R tại mép dới của răng Việc kiểm z'

tra bền đợc tiến hành tại 2 tiết diện:

z R'

1

Ry Rx

By

x B

a Tại tiết diện I-I ở răng giữa:

Đây là tiết diện chính của răng xới,các giá mômenkháng uốn của tiết diện I-I đợc xác định theo côngthức:

-Mômen kháng uốn của tiết diên I-I theo trục y-y đợc xác

định theo công thức :

3 2

2 2

),1

(

d bh

W y= − (7.27)-Mômen kháng uốn của tiết diên I-I theo trục x-x đợc xác

định theo công thức :

3

2

,6

)(

cm b

d h

b,h là chiều rộng và chiều cao của tiết diện I-I

d đờng kính lỗ để lắp răng xới với giá của bộ răngxới (Tại tiết diên I-I)

Trong các máy xới đợc sử dụng trên thế giới hiện nay thì thờng là

mm h

mm b

200150

10060

ữ

=

ữ

=

theo kinh nghiệm thì b≈d

Mô men uốn trong mặt phẳng XOZ tại thiết diện I-I:

3

' 2

M = x + z (7.29)

Từ phơng trình trên, xác định đợc các mô men uốn M trog mặt1

phăng XOZ và dựng đợc biểu đồ M nh hình vẽ dới đây.1

I I

M 1

II

II

Hình 7-10 Biểu đồ moment uốn răng trong mặt phẳng XOZ

Trong mặt phẳng XOZ có ứng suất:

y W

Vậy tại tiết diện I-I của răng xới có tổng ứng suất theo hai mặtXOZ và YOZ là:

=+

=σ1 σ2

σT

y W

+

x W

Việc kiểm tra sức bền tại tiết diện I-I của răng xới đợc tiếnhanh theo công thức:

=+

=σ1 σ2

σT

y W

+

x W

σ =

≤ (7.31)Răng thờng đợc chế tạo từ thep mangan có giới hạn bền:

cm KN n

=

≤ σ σn: Hệ số an toàn ,lấy hệ số an toàn n=1,4ữ1,5

b 0Tại tiết diện II-II

Mômen kháng uốn đợc xác định theo công thức:

• Trong mặt phẳng XOZ:

6

.h12b

Hình 7-12 Tiết diện răng xới tại mặt cát II-II

Trong đó b,h :chiều rộng và chiều cao của tiết diện II-II,1

cm

Thờng h1=(0,45ữ0,50)h

Mômen uốn trong mặt phẳng XOZ :

-với răng xới cong , δ=40ữ45o

α góc sau của răng xới

thông thờng α=5ữ7o

do đó β=25ữ30o

Mô men uốn trong mặt phẳng YOZ tại thiết diện II

5 6

M 1

I I

T

σ

y W

+

x W

1

.h

b

F = Diện tích của II-II

B chiều rộng của tiết diện II-II băng chiều rộng của tiết diện I-I ogiữa răng xới

1

h chiều cao của tiết diện II-II thờng lấy:

h

h chiều cao của tiết diện I-I

III Tính toán khung chính của thiết bị xới

Hình chiếu cạnh của khung chính của thiết bị xới đợcthể hiện trên hình vẽ (7.14)gồm các bộ phần sau:

Px

1

2

3 5

4

b

Hình 7-14 Khung chính của thiết bị xới

Bộ phận chính của khung là dầm chính 4.Dầm này cótiết diện mặt cắt ngang là hình hộp Hai má số 2 đợc hàn vớidầm 4 để lắp khung với giá đỡ bằng các chốt số 1 Hai má số 5cũng đợc hàn khép kín với dầm chính số 4,để lắp cần pistôngcủa xi lanh thủy lực nâng hạ thiết bị xới,bằng chốt số 3

Với kết cấu nh vậy, khi bộ răng xới làm việc ấn sâu vào

đất nhờ lực đẩy của pistông P ,sẽ có hai bộ phận chính của x

khung chịu tác động của P Đó là hai má số 5 và dầm chính x

số 4.Cho nên việc tính toán khung chính của thiết bị xới sẽ đợctiết hành khi tính sức bền của 2 bộ phận nêu trên

a Tính má khung để lắp pistông của xi lanh thuỷ lực:Sơ đồ tính toán má khung đợc thể hiện trên hình (7.15)

M ' 1

Px

II II

• Kiểm tra bền cho tiết diện II-II của má khung:

Dới tác dụng của lực đẩy của pittông Px, má khung chịuuốn Mômen uốn tại tiết diện II-II sẽ có trị số lớn nhất.Mákhung đợc hàn với dầm chính tại tiết diện II-II Đâychính là tiết diện nguy hiểm của má khung chịu lực

đẩy P của pistông Mômen uốn do x P gây ra tại tiết x

diên II-II đợc xác định theo công thức:

Dới tác dụng của M , trong khung tại tiết diện II-II xuất hiện ứng u

suất:

u

u W

M

=

δMá khung đợc kiểm tra bền, theo công thức:

ch

δ Giới hạn chảy của vật liệu dùng chế tạo má khung

5,14,

1 ữ

=

n hệ số an toàn

Từ phơng trình trên, nếu chon trớc vật liệu chế tạo mákhung, sẽ có giá trị của δ ,từ đó sẽ xác định đợc mômen chốngchuốn của tiết diện II-II:

u u

Sau khi xác định đợc mômen chống uốn W theo phơng x-x u

của tiết diện II-II, sẽ xác định đợc mômen quán tính tơng ứngcủa tiết diện II-II của má khung Tiếp theo đó,dựa vào mômenquán tính sẽ xác định đợc chiều dày δ của má khung.Chiều dày

δ của má khung phải đảm bảo cho khung không bị biến dạng khichịu lực đẩy của pistông P x

Mô men quán tính tại tiết diện II-II đợc xác định theo côngthức:

4

,2

cm H W

Tiết diện II-II là tiết diện hình hộp chữ nhật, có các kích

th-ớc nh trên hình vẽ (7.15a).Mômen quán tính của tiết diện sẽ là:

4

3

),1

3(6

δ

cm H

B H

3(62

cm H

B H H W

Rút ra:

cm H

B H

W H

B H

,)1

3(

3)

1

3(

6δ

2

=

(7.39)

• Kiểm tra bền cho tiết diện I-I của má khung:

Tiết diện I-I của má khung để lắp cần pistông.Chốt

để lắp cần pistông đợc tựa trên hai má khung.Do đómỗi má khung sẽ chịu 0,5P x Chốt này vừa chịu cắt vừa

chịu đập

• ỉng suất cắt do P gây ra cho chốt dùng để kiểm x

tra bền khi chôt chịu cắt:

[ ]τ5

,0

F

Trong đó: F diện tích của tiết diện I-I, không kểdiện tích mắtj cắt ngang của vòng đệm ở hai bên(hình 7.15b)

• Kiểm tra bền khi chốt chịu đập

[ ]σδ

2

5,0

δ Chiều dày của má khung

d Đờng kính ngoài của chốt để lắp cần pistông vớimá khung

b Tính dầm chính của khung thiết bị xới

Khung chính của thiết dị xới có kết cấu nh hình vẽ dới

Sơ đồ tính dầm trên đợc mô tả trên hình 7.17

x

M ' 2

R , qui về răng giữa dầm Lực này gây mômen

uốn trong mặt phẳng XOZ

đến trục quán tính chính của tiết diện dầm chính

L khoảng các giữa tâm của hai pistông trong xilanhnâng hạ thiết bị xới

B

H×nh 7-18 TiÕt diÖn ngang gi÷a dÇm chÝnh

DÇm chÝnh cña khung cã tiÕt diÖn h×nh hép, t¹i mÆt c¾tgi÷a dÇm (h×nh 7.18),

cã:

H

H B

H B W

6

)δ2)(

δ2(

3

δ)δ)(

δ.(

F

N W

M u

u

δøng suÊt do m«men xo¾n:

x u

td

σστ4σ

Răng xới đợc lắp với khung tại mặt cắt I-I (hình 7.8).Chốt

để lắp răng xới với khung chịu lực hớng tâm A Đó là phản x

lực tại khớp liên kết răng xới với khung, theo phơng x-x trị

số của A đợc xác định từ công thức (7.23) Chốt vừa x

chịu cắt vừa chịu uốn

Đờng kính chốt đợc xác định theo công thức:

[ ]σ

2 t

x A d

24

π.2

τ = 2 = 2 ≤

d

A d

Kiểm tra sức bền chốt theo ứng suất uốn:

[ ]σ1

,0.2

d

b A W

,

1 ữ

=

n hệ số an toàn