Thiết kế máy ủi lưỡi ben không quay lắp trên máy kéo CAT d7r

Nhng do điều kiện về địa chất, khí hậu của nớc ta khác với so với các nớc sản xuất, nên máy không đáp ứng đợc hoàn toànyêu cầu công tác đất rất đa dạng của nớc ta.. Để sử dụng đạt hiệu q

trờng đạI học thuỷ lợi hà nội Khoa Máy XD & thiết bị thuỷ lợi

Bộ môn Máy Xây Dựng

  

Đồ án môn học

máy thuỷ lợi

Sinh viên thiết kế : Hoàng Ngọc Chất

Lớp : 44M Ngành học : Máy XD & Thiết bị Thuỷ Lợi

đầu đề thiết kếThiết kế Máy ủi lỡi ben không quay lắp trên Máy kéo CAT-D7R

áp suất xi lanh: p = (12,5  25)Mpa

Làm việc đất cấp III

Khối lợng thiết kế

I Thuyết minh tính toán:

- Xác định các thông số cơ bản của máy ủi

- Tính lực kéo

- Xác định chiều sâu cắt theo các góc dốc khác nhau

- Xác định lực tác dụng lên máy ủi

- Tính sơ bộ toàn bộ hệ thống thuỷ lực

- Tính toán bền lỡi ủi

II Bản vẽ:

- Bản vẽ chung của máy : A0

- Bản vẽ chi tiết Dầm đẩy: A1

Ngày giao đề : 10-08-2006.

Ngày hoàn thành : 20-09-2006.

Giáo viên hớng dẫn : Vũ Văn Thinh

Phần I: Mở đầu.

Lời nói đầu

Trong công cuộc phát triển đất nớc theo hớng công nghiệp hoá,hiện đại hoá đất nớc Trong công cuộc xây dựng nói chung và xây dựng côngtrình thuỷ lợi nói riêng, không thể thiếu đợc máy xây dựng, đặc biệt với cáccông trình thuỷ lợi rất cần thiết có máy làm đất vì công trình thuỷ lợi thờng cókhối lợng lớn công tác làm đất chiếm 60  80% khối lợng công trình nên việccơ giới hoá công tác làm đất là quan trọng cần thiết

Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móngrất khắt ng khe, điều đó dẫn tới sự cần thiết của máy làm đất gồm các loạimáy làm đất có cô dụng chung nh máy ủi, san, đào và máy thuỷ lợi có côngdụng riêng (máy thuỷ lợi chuyên dùng)

Máy ủi đợc sử dụng rộng rãi, nó có thể dùng để san mặt bằng côngtrình, định hình mặt đờng, san phẳng, đào đắp các công trình có chiều cao

3m Với tính năng đa dạng nh vậy máy ủi vạn năng đợc sử dụng rộng rãi,nhiều hơn cả trong các loại máy làm đất

Hiện nay có rất nhiều chủng loại và số lợng máy đợc nhập vào nớc ta,của các nớc Nga, Nhật, Mỹ Nhng do điều kiện về địa chất, khí hậu của nớc

ta khác với so với các nớc sản xuất, nên máy không đáp ứng đợc hoàn toànyêu cầu công tác đất rất đa dạng của nớc ta Để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất,bền nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tính năng của máy, chúng ta cònphải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộ công tác của các loại máy, chophù hợp với điều kiện nớc ta và thay thế sửa chữa máy xây dựng khi bị hỏng

Đồ án môn học “Máy thuỷ lợi” sẽ giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn, làm tốt hơn

vấn đề trên.

Phần Ii: Xác định thông số cơ bản.

I Bảng thông số máy cơ sở CATERPILLAR(D7R)

Cơ cấu

Di chuyểnDài

II- Các thông số cơ bản của l ỡi ủi:

- Chiều cao và chiều dài của lỡi ủi quyết định khối lợng đất đợc vậnchuyển khi máy làm việc, do đó nó ảnh hởng đến khả năng làm việc, côngsuất lực kéo

1 Xác định chiều cao lỡi ủi:

- Chiều cao của lỡi ủi xác định theo lực kéo T và điều kiện nền đất, đểtính toán sơ bộ máy ủi, chiều cao lỡi ủi có thể xác định theo công thức kinhnghiệm sau:

Đối với máy có lỡi ủi cố định:

T 5 , 0 T 1 , 0 500

Trong đó:

T- Lực kéo bám (KN)

T=Gb b b

 : Hệ số bám , b= 0,80,9 Lấy b= 0,9

Gb : Trọng lợng bám của máy kéo ( KN )

Gb= (1,171,22) Gmk

= (1,17 1,22) 25304.10-2 = 296,057308,709 ( KN)Lấy Gb = 300 ( KN)

 T = 300.0,9 = 270 (KN)

).

( 1365 270

5 , 0 270 1 , 0

Chọn chiều cao lỡi ủi H = 1365(mm)

2 Xác định chiều dài lỡi ủi L:

Chiều dài của lỡi ủi phải phủ kín chiều ngang của máy kéo và thừa ra mỗibên ít nhất là 100 mm

Chiều dài lỡi ủi cố định tính theo công thức:

).

( 4095 3822

1365 ).

3 8 , 2 ( ).

3 8 , 2

điều kiện làm việc

của máy ủi, không

Góc chếch  có thể thay đổi để máy làm việc ở sờn dốc, đất rắn chắc cũng

nh để định hình mặt đờng Khi máy có cơ cấu điều chỉnh thì góc chếch  cóthể thay đổi từ 0o đến (612o), không có cơ cấu điều chỉnh, thì  thay đổi

Góc đổ chọn sao cho đất không tràn qua lỡi ra phía sau Khi góc đổ

 nhỏ thì đất nhanh tích luỹ vào trong lỡi và lát cắt mau cuộn lại để đổ ra phíatrớc nh vậy sẽ tăng áp lực của đất vào lỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát Xuấtphát từ điều kiện đó,  có thể chọn trong giới hạn:

 = 70  75o đối với lỡi ủi không quay

Chọn = 75o

9 Xác định góc đặt lỡi ủi :

Góc đặt lỡi ủi  là góc giữa đờng nối mép cắt với mép trên lỡi ủi(không kểtấm chắn) và phơng nằm ngang Khi góc cắt lỡi ủi nhỏ thì đất có thể tràn qualỡi, khi góc cắt lớn sẽ làm xấu đi diều kiện chuyển động của đất theo lỡi ủi lênphía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng lợng, do đóngời ta chọn  = 75o

Hình dạng hợp lý của lỡi ủi là hình thân khai với sự giảm dần độ cong

về phía trên, nhng chế tạo khó khăn do đó lỡi ủi có độ cong nhất định

aSin H

R

a: phần thẳng của lỡi ủi

R = H đối với lỡi ủi không quay

R =1365( mm)

10 Xác định chiều dài phần thẳng a:

Chiều dài phần thẳng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lỡi cắt, phầnthẳng chịu mòn nhiều nhất do đó phải chọn vật liệu hợp lý Chiều dài a có ảnhhởng lớn đến việc tách đất ra khỏi khối đất chính

Thờng chọn: a = 180 mm

11 Xác định chiều cao tấm chắn H 1 :

Chiều cao tấm chắn H1 phải bảo đảm điều kiện quan sát của ngời lái khinâng lỡi ủi Thông thờng 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 nắpmáy cơ sở khoảng 200  300 mm nhng không nhỏ hơn 0,5L

Thay số ta tìm đợc H1:

H1 = 300 (mm)

W1 - lực cản cắt.

W2 - lực cản ma sát giữa lỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo

ph-ơng pháp tuyến Po2 gây ra

W3 - lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi

W4 - lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi

W5 - lực cản di chuyển máy ở trên dốc

I-Lực cản cắt W 1 :

W1 = k F Sin Trong đó:

k - hệ số cản cắt theo bảng (1-9) k = 0.12- 0,2MPa = 0,2 103KN/m2

F - diện tích lát cắt

F = L h

L - chiều dài lỡi cắt

h - chiều dày trung bình của lát cắt

 góc lệch của lỡi ủi so với trục dọc của máy

k 2

H L

V 

kđ - hệ số thuộc tính chất đất và tỷ số

L H

365 , 1 4

2

m k

H L V

d

f2 – hệ số ma sát giữa đất với đất theo bảng (1-5), f2 = 0,8

trọng lợng riêng của đất theo bảng (1-2),= 18 (KN/m3)

N2 là áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi:

W4 = f1 Ga[ Cos( - ) +f2 Cos SinCos Sin + Cos] (KN)

W4= f1 Ga[ Cos( - ) +f2 Cos SinCos (KN)(Vì =900)

f1 = 0,6

f2 = 0,8SinSin550 = 0,82CosCos550 = 0,57

Cos Cos

Cos W

926 , 309

956 , 37

027 , 12 ) 55 ( 453 , 19

5 , 45 4 , 14 h 800

W

T 14 , 40 800 42 , 838 321 , 1

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

trên với mỗi góc dốc  khác nhau cho ta một giá trị chiều sâu cắt h tơng ứng,

đến khi nào h  0 thì dừng lại

Bảng chiều sâu cắt ứng với góc dốc:

Phần iv: Tính lực tác dụng lên máy ủi

I Trọng l ợng bộ l ỡi ủi (G u )

Trọng lợng bộ lỡi ủi cần phải

kiểm tra đối với máy ủi cáp vì lỡi ủi

ngập vào đất nhờ trọng lợng bộ lỡi

ủi, còn với máy D7R có bộ điều

khiển thuỷ lực, lỡi ngập vào trong

đất nhờ lực của xilanh thuỷ lực do

vậy trọng lợng của bộ lỡi ủi chỉ cần

đảm bảo điều kiện bền Trong trờng

hợp này trọng lợng bộ lỡi ủi đợc

xác định theo điều kiện bền

l

m W l

l

m f l

P 

0 1 '

l

m f l x L

) 5 , 0 6 , 0 4 ( 24

Nênta chọn Gtl = 10kN (thoả mãn)Lỡi ủi bảo đảm bền.

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

Phản lực của đất tác dụng lên lỡi ủi ở điều kiện làm việc bình thờng chính làlực cản đào của đất dợc xác định ở phần tính toán kéo Lực tìm đợc bằng ph-

ơng pháp này dùng để xác định lực kéo cần thiết, công suất dẫn động máycũng nh để tính các chi tiết của bộ công tác về độ bền lâu

Khi tính bền ngời ta dùng giá trị lớn nhất của phản lực đất trong trờnghợp máy ủi làm việc ở điều kiện nặng nhọc nhất Đó là lỡi ủi va vấp vào chớngngại khi máy ủi

) (

Cotg 1

) G G

(

1 max

max u mk

P

2

Hình 3: Sơ đồ lực tác dụng lên l ỡi ủi khi va vấp

146 , 244 )

96 , 30 55 ( 9 , 0 1

9 , 0 ).

10 04 , 253 (

0 0

1max Cotg( + 1) = 244 , 146 Cotg(550 + 30,960)

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

max n

Với l = 4 (m) ; l0 = 3,50(m) ; m = 0,5 (m) ; r = 2,5(m)

418 , 48 260

, 3

1,427.3,50 2

608 , 0 18,5 1 - 9 , 3 79

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

Xuất phát từ phơng trình cân bằng các lực tác dụng lên máy ủi khi máy kéobập bênh đối với điểm A, ta xác định lực P’02 cần thiết để giữ lỡi uỉ khi chuyển

động:

1

1 0 u m m ,

02

l l

) l l ( G l.

, 2 4

) 2 , 2 , 0 50 , 3 (

346 , 22 8 , 2 04 , 253

02 od n

Thay giá trị P’02 vào công thức:

55 , 163 26

, 3

10.3,50 -

.0,5 100 - 4 47 , 123

lực đẩy của xi lanh thuỷ lực khi bắt

đầu nâng bộ lỡi ủi ở cuối quá trình cắt:

m

lđ - khoảng cách từ trọng tâm khối đất đến khớp C: lđ = 3,800 m

Với: L – Chiều dài lỡi uỉ,

L = 4 (m)

 - Trọng lợng riêng của đất. = 18 (KN/m3)

ktx – Hệ số tơi xốp, theo bảng (1-2), ktx = 1,3;

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

0 - góc soải tự nhiên của đất, bảng (1-6), 0 = 450

F





 D

C

O

B

n F'

AE = H cotg ; DE = H cotg  0 ; DA=DE- AE = H.( cotg  0- cotg )

) cotg - o H.H.(cotg

 SABC = cos ( 1 )

sin 2

75

40 1

.(

75 cot 365 1

2

1

0

0 0

2  =

 sin 2 1

 2arcsin(12sin )



75sin2

1arcsin(

2

348 ,

AB =



Sin H

2

) 2 / cos(

2

1 2

0 2

75 sin

) 2 / 348 , 62 cos(

365 , 1 2

1

=0,8285 (m 2 )

) 2 / cos(

2

1 H2 = 1,0136-0,8285= 0,1884 (m 2 )

 Fn = SAnB + SABC = 0,1884 + 0,1934 = 0,3818 (m 2 )

Thay số ta có:

1458 21 3

, 1

18 4 3818 , 0

trong đó: T- lực kéo đặt trớc lỡi ủi, T = 0

f2 – hệ số ma sát đất với đất

C- hệ số bám của đất khi trợt,tra bảng (1-7), C = 0,04 MPa

75

40 1

.(

365 ,

0

tg tg

 4 = 2,928(m2)

 = 2,928 0,04 103 =117,12(KN)

thay sè vµo:

) ( 534 , 313 5

, 2

5 , 0 4 100 4 12 , 117 8 , 3 1458 21 50 , 3 10

P l.

l.

G l.

02 d

d 0 u od n

d d 1 0 u m m ,

) l l ( ) l l ( G ) l l ( G l.

2 , 2 4

) 2 , 2 4 (

12 , 117 ) 2 , 2 , 3 (

867 , 10 ) 2 , 2 5 , 3 (

0 1 - 8 , 2 04 , 253

, 3

5 , 0 100 4 256,84 4

12 , 117 80 , 3 867 , 10 50

1 M¸y lµm viÖc trªn mÆt ph¼ng n»m ngang

ChiÕu c¸c lùc theo ph¬ng ngang:

XC = 635,075+ 256,84 Cos600 = 763,205 KN

ZC = 256,84 Sin600 -– 42,73 - 10 = 169,7 KN

2 Máy làm việc trên mặt dốc với góc dốc 

Chiếu các lực theo phơng ngang:

XC = 0  XC = P1 + Sn CosGu Sin Chiếu các lực theo phơng thẳng đứng:

Phần v: tính toán xilanh thuỷ lực

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

-Hệ thống van điều khiển nâng , hạ lỡi ben

- Hệ thống điều khiển nghiêng lỡi ben

Quá trình hạ ben:

Dầu từ thùng Dầu qua bơm tới bộ phân phối hệ thống và bộ phân phối

điều khiển Bộ phận này điều khiển con trợt để Dầu đi vào buồng bên trái của

xi lanh thuỷ lực và buồng bên phải của xi lanh thuỷ lực nối với đờng hồi của

hệ thống Lỡi ben đợc hạ xuống nhờ lực của xi lanh thuỷ lực

Bộ phận van một chiều và tiết lu đợc đặt trong ống dẫn của xi lanh thuỷ lực

để tránh sự gián đoạn của dòng chất lỏng làm việc trong các khoang của xilanh thuỷ lực khi piston chuyển động nhanh dới 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 trợt không phụ thuộc vào sự dao động ápsuất trong đờng ống chính của bơm

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

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



Trong đó :

D - đờng kính pistond: Đờng kính cán piston

d = 0,7 Dk- hệ số an toàn về lực, k =1,3

2 51 , 0 10 5 , 2

3 , 1 237 , 313 4 2

51 , 0

4

Đờng kính cán piston:

1 , 0 7 , 0 143 ,

260 , 3

75 0 0 m tg

tg

r n xl

Hãy coi lỡi ben nh một dầm liên kết khớp tại các điểm A1 và A2 trong đó bỏqua mô men tác động trong mặt phẳng ngang đặt vào lỡi ben theo các dầm

đẩy , điều đó chỉ làm tăng độ an toàn lên một ít

Giả thiết rằng hình dáng và kích thớc mặt cắt ngang của lỡi ben là không

đổi dọc theo chiều dài lỡi ben

Mặt cắt a-a là mặt cắt nguy hiểm nhất , vì tại vị trí đó sẽ có nội lực là lớnnhất

Nội lực xuất hiện trong mặt cắt nguy hiểm sẽ xác định đợc nếu xác định

đ-ợc toạ độ trọng tâm của mặt cắt và phơng của các trục quán tính chính

Sau đây sẽ xác định các đặc trng của mặt cắt

Trục x là trục đối xứng, do đó trọng tâm mặt cắt sẽ nằm trên trục x.

0

765 , 24

0

cos

2     = 2 

R

r

d d

0

765 , 24

Jz = x .dF  .cos2..d.d

F 2 F

765 , 24

0

2 3

2

2 cos 1 2

cos

2

2

1 )[

765 , 24

1 ) 5 , 136 138

0 0

765 , 24 0 765

, 24 0 4

4

765 , 24

0 3

765 , 24

0

2 3

2 sin 4

1 2

1 ) (

4

2

2

2 cos 1 2

.

sin 2

.

d d

d d

1 )(

5 , 136 138

S z

Trong đó Si

x = zi o1.Fi ; Si

z = xi o1 Fi

S Z

cm F

S X

i x c

i z c

4226 , 6 409

2626.85 -

169 , 2 409

887,178 -

1 1

1

1

1 1

1

1 1

1

2 cos 2

sin 2

2 sin 2

cos 2 2

2 sin 2

cos 2 2

x Z

X

xz z

x z x

Z

z z

x z x

X

J J

J

J

J J

J J J

J

J J

J J J

abF bS

aS J J

F a aS J

J

F b bS J

J

zi xi xzi xz

zi zi

z

xi xi

2 2

Các hệ trục thành phần là trục trung tâm nên Sx = Sz = 0

4 2 2

abF J

J

F a J J

F b J J

xzi xz

zi z

xi x

Xác định phơng của trục quán tính chính trung tâm

Phơng của hệ trục quán tính chính trung tâm đợc xác định theo côngthức:

z x

xz

J J

J 2 2

tg





Thay số vào ta có :

0 2

0 1

0 1

717 ,

7

2

1308 , 0

2 2

xz

J J

J tg

Xác định mômen quán tính đối với hệ trục quán tính chính trung tâm

) ( 96 , 61513 6

6558 , 267171 2

45 , 678870 74

, 4774101 2

45 , 678870 74

, 4774101

2 2

) ( 24 , 791458 4

6558 , 267171 2

45 , 678870 74

, 4774101 2

45 , 678870 74

, 4774101

2 2

4

2 2

2 2 min

4

2 2

2 2 max

cm J

J J

J J

J J

cm J

J J

J J

J J

Z

xy y

x y

x X

xy y

x y

QZ

KN P

P

KN P

P

KN P

P

KN P

77 , 3 717 , 3 sin 73 , 42 717 , 3 sin

17 , 41 717 , 3 sin 075 , 635 717

, 3 sin

74 , 633 717

, 3 cos 075 , 635 717

, 3 cos

0 0

2 2

0 0

2 2

0 0

1

1

0 0

S

KN S

S

n nZ

n nX

04 , 174 171

, 33 sin 537 , 313 171

, 33 sin

79 , 260 171

, 33 cos 537 , 313 171

, 33 cos

0 0

0 0

P S

Q

KN S

P P

Q

Z Z nZ

Z

nX X X X

85 , 257

282 , 897

2 1

2 1

) ( 851 , 2 717 , 3 cos 857 , 2 717 , 3 cos

.

) ( 1857 , 0 717 , 3 sin 857 , 2 717 , 3 sin

.

) ( 857 , 2 5 , 3 10

0 0

0 0

KN q

q

KN q

q

KN L

Dới tác dụng của các ngoại lực ở mặt cắt a-a xuất hiện các nội lực sau

đây: Mômen uốn Mz trong mặt phẳng XOY và Mx trong mặt phẳng YOZ vàmômen xoắn Mxoắn/2

Các mômen uốn Mz và Mx đợc xác định theo công thức

m KN

L q L Q Mx

m KN

L q L Q Mz

Z Z

X X

253 , 221 8

50 , 3 751 , 2 4

50 , 3 85 , 257

8

4

.

837 , 784 8

5 , 3 1857 , 0 4

5 , 3 282 , 897

8 4

2 2

2 2

M

X

X Z

Z







Trong đó : JX, JZ - mômmen quán tính chính đợc xác định bằng tổng

mômen quan tính của các phần tử cấu thành đối vớitrục quán tính chính của tiết diện

xo, zo - toạ độ của điểm xa nhất đối với trục trung hoà

Để xác định vị trí của điểm đó ta kẻ đờng o1 o1 tiếp tuyến với đờng biêncủa tiết diện và song song với trục trung hoà 00 Tang của góc nghiêng đờngtrung hoà so với trục x bằng:

0 0

0 0

77 , 87

7 , 25 253 , 221 96 , 661513

837 , 784 24 , 4791458

M J tg

X Z

Z X

Để xác định toạ độ các điểm trên mặt cắt nằm xa trục trung hoà nhất, kẻ

đờng tiếp tuyến 0,01 với chu vi mặt cắt, đồng thời song song với đờng trunghoà 00 tìm đợc điểm H là điểm xa đờng trung hoà nhất có toạ độ

2

2 4

4 0

0

/ 46

44

/ 10

446 , 4 0479

, 0

513 , 0 253 , 221 1513

, 66

354 , 0 837 , 784

354 , 0 4

, 35

513 , 0 3

, 51

m MN

m KN

m mm

X

m mm

Mômen xoắn Mk/2 đợc coi bằng nửa tổng mômen của các lực P1,P2,Sp và

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