Thiết kế máy ủi lưỡi ben không quay lắp trên máy kéo d41p 6c

Máy làm đất gồm các loại máy làm đất có công dụng chung như máy ủi,san, đào...và máy thuỷ lợi có công dụng riêng máy thuỷ lợi chuyêndùng.Trong đó, máy ủi được sử dụng rộng rãi, nó có thể

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Khoa Máy XD & TB Thuỷ Lợi

Bộ môn Máy Xây Dựng

  

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MÁY LÀM ĐẤT

Đề tài: Thiết kế máy ủi lưỡi ben không quay lắp trên máy kéo D41P-6C

Giáo viên hướng dẫn : Vũ Văn Thinh & Hồ Sĩ Sơn

Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Năm

LỜI NÓI ĐẦU

Máy xây dựng nói chung và máy xây dựng Thuỷ lợi nói riêng đóng vaitrò quan trọng trong công tác xây dựng cũng như xây dựng thuỷ lợi, đặc biệt

là công tác làm đất.Vì công trình thuỷ lợi thường có khối lượng lớn, công táclàm đất chiếm 60 ÷ 80% khối lượng công trình nên việc cơ giới hoá công táclàm đất là quan trọng và cần thiết

Máy làm đất gồm các loại máy làm đất có công dụng chung như máy ủi,san, đào và máy thuỷ lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợi chuyêndùng).Trong đó, máy ủi được sử dụng rộng rãi, nó có thể dùng để san mặtbằng công trình, định hình mặt đường, san phẳng, đào đắp các công trình cóchiều cao ±3m Hiện nay có rất nhiều chủng loại và số lượng máy đượcnhập vào nước ta từ các nước Nga, Nhật, Mỹ Tuy nhiên các máy đó khôngđáp ứng được hoàn toàn yêu cầu công tác đất rất đa dạng của nước ta

Để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tínhnăng của máy,đồng thời còn phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộ côngtác của các loại máy, cho phù hợp với điều kiện nước ta và thuận tiện choviệc thay thế sửa chữa khi bị hỏng

Đồ án môn học “Máy thuỷ lợi” với đề tài “Thiết kế máy ủi với lưỡi

ben không quay” đã giúp em hiểu rõ hơn phần lý thuyết đã học đồng thời

vận dụng được nhiều hơn các kiến thức của các môn cơ sở cũng như chuyênngành.Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án, do còn thiếu kiến thức thực tếnên đồ án của em không tránh khỏi những sai sót.Em kính mong các thầy côgiáo trong bộ môn xem xét giúp đỡ em để em có thể sửa chữa trong đồ án tốtnghiệp sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Thinh, thầy giáo Hồ Sỹ Sơn đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này.

Hà Nội ngày 23 tháng 9 năm 2007

Phạm Văn Năm

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA LƯỠI ỦI

1) Xác địng chiều cao lưỡi ủi.

− Chiều dài lưỡi ủi xác định theo lục kéo T và điều kiện nền đất, để tínhtoán sơ bộ máy ủi, chiều cao lưỡi ủi có thể tính toán theo công thức kinhnghiệm dùng cho máy ủi có lưỡi cố định:

0,5.T

3 0,1.T500

2) Xác định chiều dài lưỡi ủi.

Chiều dài lưỡi ủi L phải phủ kín chiều dài ngang của máy và thừa ra haibên ít nhất là 100 mm Với máy ủi có lưỡi cố định sử dụng công thức:

)mm(30902884

LH)

38

Chọn β=25o.

c) Góc cắt sau α.

Góc cắt sau α xác định theo điều kiện làm việc của máy ủi, không nhỏ hơngóc lên dóc hay góc xuống dốc của nền thi công Góc α càng nhỏ thì ma sátgiữa lưỡi cắt và đất càng lớn, chọn α = 30 o÷ 35o: Chọn α = 30o

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

nhỏ thì đất nhanh tích lũy vào trong lưỡi và nát cắt may cuộn lại và đổ đổ raphía trước như vậy sẽ tăng áp lực của đất vào lưỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát.Suất phái từ điều kiện đó ψ có thể chọn trong giới hạn:

ψ = 70o÷ 75o (đối với lưỡi ủi không quay): Chọn ψ = 750

g) Góc đặt lưỡi ủi ε.

Góc đặt lưỡi ủi ε là góc giữa đương nối mép cắt và mép trên của lưỡi ủi(không kể tấm chắn) và phương lằm ngang Khi góc đặt lưỡi ủi nhỏ đất có thểtràn qua lưỡi, khi góc xắt lớn sẽ làm xấu điều kiện chuyển động của đất theo

lưỡi ủi lên phía trên làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn nănglượng, do đó người ta chọn ε = 75o.

Hình dạng hợp lý của lưỡi ủi là hinh thân khai với sự giảm dần độ cong vềphái trên Nhưng việc chế tạo và tính toán găp nhiều khó khăng do đó lưỡi ủi

có độ cong nhất định ( một phần của hình vành khăn)

4) Xác định chiều dài phần thặng a.

Chiều dài phần thăng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lưỡi cắt, phầnthẳng chịu mài mòn nhiều nhất do đó phải chọn vật liệu hợp lý Chiều dài a cóảnh hưởng đến việc tách đất ra khỏi khối đất chính: Chọn a = 140 mm

5) Bán kính cong của lưỡi ủi.

Bán kính cong của lưỡi ủi xác địng theo công thức:

ψ+δ

δ

−

=

CosCos

aSinH

R

a – Chiều dài của lưỡi ủi

Kết hợp với hình vẽ ta chọn R = 1062,97 mm Đối với lưỡi ủi khôngquay

Chiều cao tấm chắn H1 phải đảm bảo điều kiện qua sát của người lái khi nâng lưỡi ủi Thông thường H1 = (0,1 ÷ 0,25)H: Chọn H1=100 mm

CHƯƠNG II: TÍNH BỀN LƯỠI ỦI CHUYỂN ĐỘNG

I XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU CẮT ỨNG VỚI CÁC GÓC DỐC KHÁC

NHAU

1 Tinh lực cản khi máy ủi làm việc.

Ta sét trường hợp lực cản của máy ủi trong trường hợp tổng quát nhất, khi máy ủi làm việc trên dốc với góc α Tổng lực cản lớn nhất phát sinh ở cuối quá trình đào và bắt đầu quá trình nâng lưỡi ủi Trong trường hợp này lực kéo phải thắng các lực cản sau

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 P02 gây ra

W3 – lực cản di chuyển khối đát trước lưỡi ủi

W4 – lực cản ma sát giữa đất và lưỡi ủi

W5 – lực cản di chuyển của máy ở trên dốc

L – chiều dài lưỡi cắt, L = 3 m

h – chiều dày trung bình của lát cắt

ϕ – góc lệch của lưỡi ủi so với dọc trục của máy, ϕ = 900

k` - hệ số cản cắt theo phương P02 k` = ( 0,5 ÷ 0,6) Mpa

x – chiều rộng lưỡi cắt tiếp xúc với nền đào, x = 0,7 ÷ 1 cm

Lấy x = 0,8 (cm) = 0,008 (m)

⇒ P02 = 0,6.3.0,007 = 14,4 (KN)

f1 – hệ số ma sát giữa đất và thép, tra bảng 1-5 ⇒ f1 = 0,6

V =

kd – hệ số tính chất đất phụ thuộc tỉ số

L

H, với L

H = 0,343 tra bảng 7-3 ta

có kd = 0,85

⇒ Vđ =

85,0.2

23.1,03 = 1,87 (m3)

N = N1+ N2 = Ga.[cos(δ-α) + f2cosα.sinδ]

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

W4’ = f1.N.cosδ.sinϕ

⇒W4’=f1.Ga.[cos(δ - α) + f2.cosα.sinδ].cosδ.

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

W4” = f1.N.cosϕ

⇒W4 = f1 Ga[ cos(δ- α) +f2 cosα sinδ].[cosδ.sinϕ+cosϕ].

= f1 Ga[ cos(δ − α) +f2 cosα sinδ]cosδ (KN) (Vì ϕ =900).Với f1= 0,6 ; f2 = 0,8; sinδ =  sin550 = 0,82; cosδ = cos550 = 0,57;

⇒ h ≤

300

sin977,154cos

16,5636,

2 Chiều sâu cắt với các góc dốc

Với mỗi giá trị góc dốc α khác nhau có chiều sâu h tương ứng, theo

phương pháp nội suy ta có bảng giá trị sau:

II TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI

1 Trọng lượng bộ lưỡi ủi.

− Trọng lượng máy ủi cần được kiểm tra theo điều kiện ấn sâu lưỡi ủi vàođất khi bắt đầu cắt Do máy ủi D41 có bộ điều khiển thủy lực, vì vậy lưỡingập sâu vào đất là nhờ lực của xilanh thủy lực do đó trọng lượng của bộ lưỡi

ủi chỉ cần thỏa mãn điều kiện bền

l l0

Trọng lượng bộ lưỡi ủi

− Trọng lượng ngỏ nhất của bộ công tác Gumin theo điều kiện ấn sâu lưỡi ủivào đất được xác định theo phương trình momen của tất cả các lực tác dụngvào bộ công tác tại khớp C:

ΣMC = 0 ⇒ GU =

0l

m.2Wl

,2

)43,0.6,07,2.(

4,14) (

0

1 02

l

m f l P

Chọn Gumin = 20 KN

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

Để tính bền lưỡi ủi người ta dùng giá trị lớn nhất của phản lực tất tác dụngvào bộ công tác trong trường hợp máy ủi làm việc ở chế độ nặn nhọc nhất Đó

là lưỡi ủi va vấp vào chướng ngại khi máy ủi chuyển động mà không khắcphục nổi như tảng đá, gốc cây…

Lực của chướng ngại tác dụng lên lưỡi ủi là áp lực pháp tuyến N

Lực ma sát Fms = f1.N có chiều hướng lên trên

Ngoài ra còn có lực của đất tác dụng lên lưỡi ủi khi lưỡi cắt mòn P02, W2.Khi đó thành phần P1, P2 của tổng phản lực của đất tác dụng lên lưỡi ủiđược xác định

P

2

2 1

Cotg

1

).

G G

( P

1max

maxu

mkmax

t

ϕ +

P2

Hình 3: Sơ đồ tính phản lực của đất tác dụng lên lưỡi ủi

ϕ1 - góc ma sát giữa đất và thép: tgϕ1 = F/N = f = 0,6

⇒ϕ1 = 30,96370

F – lực ma sát, N – lực pháp tuyến

Gmk – trọng lượng máy cơ sở, Gmk = 93,7 KN

Gu – trọng lượng bộ lưỡi ủi Gu = 20 KN

δ - góc cắt, δ = 55O

⇒

) 30,9637 5

0,9.Cotg(5 1

20).0,9 (93,7

3 Lực nâng bộ lưỡi ủi của xilanh thủy lực.

Lực nâng của cán pitông 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 Snmax ở hai vị trí đó:

a) Vị trí 1:Lực nâng ở của xilanh thủy lực ở đầu quá trình cắt:

Chọn sơ bộ: r = 1,8 m; l1 = 1,455 m; a = 0,1m

− Để xác định lực này ta thiết lập phương trình mômen của các lực tác dụng lên bộ lưỡi ủi đối với điểm C:

r

l

Gm.Pl

P

Smaxn = 02 − 01 − u 0

Trong đó:

P01 = p01.L là lực cản theo phương tiếp tuyến

p01 – lực cản riêng theo phương ngang của lưỡi cắt, tra bảng 7-4 ta có:

p01 = ( 20 ÷ 30) KN/m đối với đất cấp II

Chọn p01 = 30 KN/m

⇒ P01 = 30.3 = 90 (KN)

P02 = k’.L.x lực cản theo phương pháp tuyến:

k’ – hệ số cản cắt theo phượng P02 tra bảng 7- 4 ta có:

m

)ll(Gu)al(G

P

+

++

Gl

GS

t 1

.t 2 d

d 0 u

Trong đó:

τ − là cản trượt

Gu – trọng lượng lưỡi ủi, Gu = 20 KN

Gđ – trọng lượng khối đất được nâng lên

P1t ,P2t- phản lực của đất tác dụng lên lưỡi ủi

Trọng lượng khối đất được nâng lên xác định theo biểu thức:

Gđ = Fn.L.γ

tx

k1

Trong đó:

Fn – diện tích mặt cắt ngang của đất ở trong lưỡi ủi

L – chiều dài lưỡi ủi

γ - trọng lượng riêng của đất

ktx – hệ số tơi xốp của đất, tra bảng 1-2 ta có ktx = 1,14 ÷ 1,28 (đối với đất cấp II) Chọn ktx =1,2

− Tính diện tích mặt cắt ngang của đất ở trong lưỡi ủi Fn

Hình 6: Hình học khối

đất

Từ hình vẽ ta có diện tích mặt cắt ngang của khối đất: Fn = SANBC

+ Tính diện tích hình viên phân ANB

CM = H’cos 15o

H’ = H(1 - 0,8.cotg 75o) = 0,8086 (m)

AB = o

75sin

H = 1,067 (m)

1 = 10,922 (KN)

− Tính τ

43 , 0 164,0348 11,71.2,7

71 , 2 24,259 5

, 2 10,922 2

, 2 20

Sn

= 132,75 (KN)

Mặt khác khi làm việc máy có thể mất ổn định ở vị trí B do đó trị số Snmax

cần phải kiểm tra theo điều kiện ổn định của máy khi nó bập bênh ở điểm B dưới tác dụng của lực đẩy Snmax≤ Snođ

Với Snođ tính theo công thức:

r

m.Pl

Pl

l

Gl

G

t 't 2 d

d 0 u od

Xuất phát từ phương trình cân bằng lực tác dụng lên máy ủi khi máy kéo mất cân bằng với điểm B, ta xác định lực P’02 lớn nhất mà máy vẫn có thể ổn định khi có cả đất

1 0

.(

l l

l l l

l G l l G a l

4 Phản lực khớp C.

a) Máy làm việc trên mặt phẳng nằm ngang

− Chiếu các lực theo phương ngang:

=

⇒

)KN(18,492071,1145sin7362,142Z

)KN(02,18145

cos7362,1420348,164X

o C

o

C

b) Máy làm việc trên mặt dốc với góc dốc α.

− Chiếu các lực theo phương ngang:

Điều kiện tính toán:

+ Máy ủi làm việc trên mặt phẳng nằm ngang với tốc độ danh nghĩa số I của máy kéo

+ Khi va vấp vào trướng ngại máy sử dụng lực kéo bám lớn nhất, có kể đến tải trọng động với kđ = 2,5

4 Các lực tác dụng lên máy ủi.

Hinh 7: Sơ đồ lực tác dung lên lưỡi ủi

+ Trọng lượng thiết bị ủi, Gu = 20 KN

+ Lực nâng thiêt bị ủi Sn

+ Trọng lượng bản thân của máy kéo, Gmk = 93,7 KN

+ Lực kéo tiếp tuyến của máy cơ sở

+ Phản lực của đất tác dụnglên dao cắt, P1, P2

+ Phản lực tại khớp C liên kết giữa khung và máy kéo

+ Khớp giữa thanh chống xiên và lưỡi ủi

+ Khớp giữa dầm đẩy và lưỡi ủi

− Để tính bền lưỡi ủi, ta tách bàn ủi ra khỏi khung ủi để xét, sơ đồ lự tác dụng lên lưỡi ủi như hình 7:

5 Các thông số hình học của mặt cắt.

Tiết diện nguy hiểm của lưỡi ủi là tiết diện a-a Ta xác định tọa độ trọng tâm và trục quán tính chính trung tâm của tiết diện

Hình 8: Tiết diện mặt cắt nguy hiểm

Chia tiết diện ra thành 5 hình đơn giản coi gần đúng là các hình chữ nhật và

1 cung tròn, ứng với mỗi hình ta có hệ trục quán tính chính trung tâm riêng Tính momen quán tính của từng thành phần đối với trục quán tính chính trungtâm của chúng

Theo công thức tính toán trong sức bền ta có:

12

h.bJ

3 z

3 x

Ta có bảng kết quả như sau:

Mômen tĩnh đối với trục z:

S = ∫x =.df R∫ ∫ρ ϕ ρ ϕ

r

25 0

0

cos.d.d

2 = 2R∫ρ ρ ∫ ϕ ϕ

r

25 0

2.d 0cos d

= (R3 r3)sin2503

2

1)[

rR(4

rR(4

i 1 z

i x c

Tính mômen tĩnh của từng phần tử đối với hệ trục của phần cong

z

)cm(307,0

x J J J J

J

−

− + +

Jv= + − − cos2α+J sin2α

2

JJ2

J

J

xz z

x z x

bSxiaSxziJxz

J

F2azi2ααzi

Jz

J

F2bxi2bSxi

Jx

J

++

+

=

++

=

++

⇒tg2α

=-Z X

XZ

JJ

J2

JJ

+

−

−

6 Tính toán cho trục quán tính chính trung tâm:

Sau khi xác định được trọng tâm mặt cắt và phương các trục quán tính chính X và Z ta chuyển các lực P1, P2, Sn về O và phân chúng theo các thành phần theo các trục X và Z, hợp lực các thành phần đó tạo thành các lực QX và

QZ

103.918-

.sin1P2ZP 103.918;

.cos2P2X

-P

13.978,-

.sin1P1ZP13.978;

.cos1P1X

.SS

;121.082cos

.SX

S

o n

nZ

o n

PSQ

-)KN(387,9613936S

PPQ

; (KN/m)9

6,47241144-

-103.918)sin(

.qq

(KN/m);

81,59760272-

-103.918)cos(

.qq

Z 2 Z 1 nZ Z

nX X

2 X 1 X

z

x

=+

=

=+

Các mômen uốn M’ và M’’ được xác định theo công thức

)m.KN(739,94035868

39

6.47241144-

4

3.62,96

8

L.q4

L.QM

)m.KN(564,17374218

3.5976,14

3.87,96

8

Lq4

LQM

2

2 Z Z

''

2

2 X X

'

=+

M

X Z

M J

Hình 10: Sơ đồ tính mômen chống xoắnMômen xoắn Mk/2 được coi bằng nửa tổng mômen của các lực P1, P2, Sn

và đối với tâm cứng (tâm uốn) của mặt cắt Toạ độ của tâm cứng xác định một cách gần đúng theo

i zi i D

xi i

i xi i D

JE

z.J

EZ

J

E

x.J

EX

Trong đó Ei – môđuyn đàn hồi vật liệu của các phần tử của mặt cắt

Jxi và Jzi –mômen quán tính tĩnh của các hình thành phần hợp thành cấu tạo thành mặt cắt ngang

zi và xi : toạ độ các trọng tâm của các hình thành phần

Lấy hệ trụcO1xz của cung trũn làm gốc để xác định toạ độ tâm cứng

⇒Giá trị của chúng đã được ghi ở bảng (Mục 4)

Khi tính lưỡi cắt, coi như mặt cắt là cùng một loại vật liệu, khi đó ta có:

ZJZ

(mm)675,2273486J

xJX

zi

i zi D

xi

i xi D

J

J.2

S

F.4

F0 : diện tích bên trong đường trung bình của chu vi

δi : chiều dày của thành ứng với từng phần của mặt cắt

Si: chiều dài trung bình đường viền ngoài của từng phân tố

Mômen quán tính toàn phần khi xoắn Jk bằng tổng mo men quán tính khi xoắn của từng phần mặt cắt.

k i

F 2

M

δ .

τ5 =

05 F δ 2.

0,103 0,023 3,09.10-05 16,036 23745,519

II 0,015

0,5350,1310,453

σtæng < [σ ]b.

Vậy lưỡi ủi đảm bảo điều kiện bền

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC

1) Hệ thống thuỷ lực của máy ủi.

a) Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực:

Hệ thống điều khiển lưỡi ủi:

− Quá trình nâng ben:

Dầu từ thùng dầu 1, qua bơm 2,van một chiều 7, Bộ phân phối điều khiển

3, bộ phân phối điều khiển này điều khiển van trượt để buồng bên trái của xi lanh thông với đường dầu hồi và buồng bên phải của buồng Dầu được nối với đường ống từ bơm 2 Xi lanh thuỷ lực được dịch chuyển về bên trái Lưỡi benđược nâng lên

− Quá trình hạ ben:

Dầu từ thùng Dầu 1 qua bơm 2 tới bộ phân phối hệ thống 6 và bộ phân phốiđiều khiển 3 Bộ phận này điều khiển con trượt để Dầu đi vào buồng bên trái

123

4

56

7

8

9

của xi lanh thuỷ lực và buồng bên phải của xi lanh thuỷ lực nối với đường hồicủa hệ thống Lưỡi ben được hạ xuống nhờ lực của xi lanh thuỷ lực.

Bộ phận van một chiều và tiết lưu 5 đượcđặt trong ống dẫn của xi lanh thuỷlực 4 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 3 không phụ thuộc vào sự dao động áp suất trong đường ống chính của bơm

Van an toàn 8 và van một chiều 7 đảm bảo hệ thống không bị quá tải và bảo

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

.06,2 2.51,0

2,1.75,132.4p

2.51,0

k.S.4

π

=π

Hành trình piston được xác định: S = l1- l2, trong đó:

l1 là chiều dài xi lanh ứng với thời điểm lưõi ủi được nâng lên đến chiều cao tối đa, l1 =r 1.tg370 =r 1.tg370 =1,787(m)

l2 là chiều dài xi lanh ứng với thời điểm chiều sâu cắt là lớn nhất

3,252tg.806,152tg