Thiết kế máy ủi với lưỡi ben cố định dựa trên máy cơ sở caterpillar d6r

trình thuỷ lợi rất cần thiết có máy làm đất vì công trình thuỷ lợi thờng có khốilợng lớn công tác làm đất chiếm 60  80% khối lợng công trình nên việc cơgiới hoá công tác làm đất là quan

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

Đề tài: Thiết kế mỏy ủi lưỡi ben khụng quay lắp trờn mỏy kộo D6R

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

Sinh viên thiết kế : Trần Anh Tuấn

Làm việc đất cấp III

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 công trìnhthuỷ lợi nói riêng, không thể thiếu đợc máy xây dựng, đặc biệt với các công

trình thuỷ lợi rất cần thiết có máy làm đất vì công trình thuỷ lợi thờng có khốilợng lớn công tác làm đất chiếm 60  80% khối lợng công trình nên việc cơgiới 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 khe, điều đó dẫn tới sự cần thiết của máy làm đất gồm các loại máylàm đất có công 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 I: Xác định thông số cơ bản.

I: Xác định các thông số hình học:

Ta có hình dạng lỡi ủi nh hình vẽ

1 Xác định chiều cao lỡi ủi:

Chiều cao của lỡi ủi xác định theo lực kéo bám 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 T

2 Xác định chiều dài l ỡi ủi :

Chiều dài của lỡi ủi (L) phải đảm bảo phủ kín chiều ngang của máy kéo vàthừa ra mỗi bên ít nhất là 100 mm, để đất khộng bị chàn về phía sau lỡi ủigiúp cho máy có thể di chuyển tốt khộng bị vớng đất Chiều dài lỡi ủi cố địnhtính theo công thức:

a= ( 100 – 150 ) mm 150 ) mm :

chọn: a = 120 mm.

4 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:

H 1 = 0,15 1200 = 180 (mm)

L

ấ y H 1 = 200 mm II: Xác định các thông số động học:

1 Xác định góc cắt  :

Góc cắt ảnh hởng lớn đến việc tiêu hao năng lợng cho quá trình đào, góc cắt

 càng nhỏ thì lực cản cắt càng nhỏ, làm cho tiêu hao năng lợng nhỏ

Chọn  = 55 o

2 Xác định góc nhọn 

Góc nhọn  thay đổi theo đặc tính, áp lực riêng của lỡi cắt nên đất và theomức độ mài mòn mép cắt Góc  càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăngchậm, lực cản cắt nhỏ nhng độ bền lỡi cắt giảm do đó   20o Lấy  = 25 o

3 : Xác định góc cắt sau 

Góc cắt sau  xác định theo điều kiện làm việc của máy ủi, không đợcnhỏ hơn các góc lên dốc và góc xuống dốc của nền thi công Góc  càng nhỏthì lực ma sát giữa lõi cắt và đất càng lớn, do đó  = 30  35o Chọn  = 30 o

4 Xác định góc quay  

Đợc xác định theo điều kiện vận chuyển đất về hai phía Khi  thay đổi thìtrọng tâm máy thay đổi, làm cho máy khó di chuyển

Với Lỡi ủi không quay ta có :  = 90 0

5 Xác định góc chếch  :

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

đến 5o Ta chọn giá trị :



= 6 0  12 0 Ta chọn trong bảng  = 10 0

6 Xác định góc đổ 

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  = 70 o 7: Xác định góc đặt của tấm chắn:  1

Tấm chắn có thể lắp theo phuêong thẳng đứng hoặc lắp nghiêng về phía saumột chút Đối với máy ủi với lỡi ben không quay ta chọn : 1 = 90 0

8 Xác định góc đặt l ỡi 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:  = 75 0

9: Xác định bán kính cong l ỡi ủi:

Hình dạng hợp lý của lỡi ủi là hình thân khai với sự giảm dần độ cong vềphía trên, nhng chế tạo khó khăn do đó lỡi ủi có độ cong nhất định

Sin a H





: Với a là chiều dài phần thẳng của lỡi ủi

Đối với lỡi ủi không quay, ta có: R = H R=1200 (mm).

Tổng hợp các thông số ta có bảng sau.

Mục đích của việc tính toán lực kéo máy ủi:

Dựa vào tính chất cơ lí của đất, nơi máy làm việc và các thông số cơ bảncủa máy ủi cũng nh bàn ủi để xác định các lực cản tác dụng nên máy Trên cơ

sở đó, xác định đợc lực kéo và công suất cần thiết cung cấp cho máy ủi khilàm việc Sau đó dựa vào trị số công suất tính toán sẽ tiến hành kiểm tra theocông suất máy kéo cơ sở xem có thoả mãn không, hoặc chọn máy kéo thíchhợp với thiết bị ủi cần thiết kế

II: Tính toán lực kéo :

Ta xét lực cản của máy ủi trong trờng hợp tổng quát nhất, khi máy ủi làmviệc trên dốc với góc  Tổng lực cản lớn nhất phát sinh ở cuối quá trình đào

và bắt đầu nâng lỡi ủi Trong trờng hợp này lực kéo phải thắng cản sau

T  W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5.Trong đó:

- W1 - lực cản cắt

- W2 - lực cản ma sát giữa lỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo phơngpháp tuyến Po2 gây ra

-W3 - lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi

-W4 - lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi

-F - diện tích lát cắt : F= L h

L - chiều dài lỡi cắt: L = 3000 mm = 3 m

h - chiều dày trung bình của lát cắt

-  góc lệch của lỡi ủi so với trục dọc của máy: Sin = Sin900 = 1

- x : chiều rộng phần mòn của lỡi ủi x=( 0,7  1) cm Chọn: x= 0,8 cm

- L: Chiều dài lỡi ủi : L= 3000 mm = 3 m

Khi đó: P02 = 0,6 103 3 0,008 = 14,4 (KN)

Vậy ta có : W 2 = f 1 P 02 = 0,6 14,4 = 8,64 ( KN)

3: Xác định lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi: ( W 3 ).

W3 = Vđ  f2 Cos Sin = Gđ f2 Cos ( với   



)

Trong đó:

+  : Là trọng lợng riêng của đất Với đất cấp III ta có tra bảng (1-2).Ta có

Ta chọn f2 = 0,8

+ Vđ : thể tích khối đất trớc lỡi ủi đợc tính theo công thức:

k d

H L d V

2

2 '

, 3

2 , 1

4 , 1



Xác định lực ma sát giữa đất và l ỡi ủi ( W 4 ).

Ta có lực ma sát giữa đất và lỡi ủi đợc chia làm hai thành phần sau:

W4 = W4’ + W4”

+ W’4 : Là lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi khi đất di chuyển lên phía trên

+ W4’’: Là lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi khi dất di chuyển dọc theo lỡi ủi

Ta có áp lực tác dụng lên lỡi ủi:

W4’ = f1.N.Cos.Sin = f1.Ga.[Cos( - ) + f2.Cos.Sin].Cos.Sin

W4” = f1.N.Cos = f1.Ga.[Cos( - ) + f2.Cos.Sin].Cos

- Gđ : Là trọng lợng khối đất trớc lỡi ủi: Gđ = 44,1 ( KN)

Thay vào biểu thức tính W4 ta có :

W4 = 44,1.0,6.[ Cos(55

0

-   Cos

 [ Cos55

0

cos  sin55.sin  Cos

T = 213  W = 390.h + 8,64 + 76,811.Cos  Sin

38 , 229

81 , 76 36 ,

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:

l

P02

W2

Hình 2: Sơ đồ lực tác dụng khi bắt đầu cắt

Gu

bộ điều khiển thuỷ lực, lỡi ngập vào trong đất nhờ lực của xilanh thuỷ lực dovậy trọng lợng của bộ lỡi ủi chỉ cần đảm bảo điều kiện bền Trong trờng hợpnày trọng lợng bộ lỡi ủi đợc xác định theo điều kiện bền.

Gu  GuminPhơng trình mô men cho khớp C:

0

2 02

0

l

m W l P G

) 53 , 0 6 , 0 75 , 3 (

4 , 14 ) (

0

1 02

l

m f l P

G u     

Ta chọn trọng lợng bộ lỡi ủi là : G u = 15 ( KN ) =1,5 Tấn

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 trờng hợp máy ủi làm việc ở

điều kiện nặng nhọc nhất Đó là lỡi ủi va vấp vào chớng ngại khi máy ủichuyển động mà không khắc phục nổi nh tảng đá, gốc cây

Phản lực của đất P tác dụng lên lỡi ủi có thể phân tích thành 2 thànhphần: P1: Lực cản cắt tiếp tuyến,

N

FW

P

2

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

2

2 1

1

).

(

1 max

max max

9 , 0 ).

15 88 , 172 (

0 0

III Lực nâng ở cán pitông

m a

n

01 02 0

C

Để xác định lực nâng trong cơ cấu nâng thiết bị ủi ta khảo sát hai vị trí làm việc chủ yếu của máy:

+ Khi bàn ủi bắt đầu ấn sâu vào đất để tiến hành đào đất và tích đất

+ Khi bàn ủi đợc nâng nên ở cuối quá trình đào và tích đất

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

Để xác định lực này ta thiết lập phơng trình mô men của các lực tác dụnglên bộ lỡi uỉ đối với điểm C:

l G m P l

+ P01 = p01 L : Là lực cản theo phơng tiếp tuyến:

- p01 : lực cản riêng theo phơng ngang lỡi cắt, tra bảng (7-4),

max 60.3,75 1202,.670,53 15.3,23



n

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

cần phải kiểm tra theo điều kiện ổn định của máy khi nó bập bênh ở điểm B

d-ới tác dụng của lực đẩy

+> 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 ủi khi chuyển

động:

Ta có trọng lợng bộ lỡi ủi Gm cách khớp nối C một khoảng là : a xác định

47 , 61 95

, 10 82 , 3

) 95 , 0 23 , 3 ( 15 ) 0 95 , 0 (

88 , 172 ) (

) (

1

1 0 1

,

l l

l l G a l

, 2

23 , 3 15 - 53 , 0 0 2 1 - 75 , 3 9 , 72

n

02 01

r

l G m P l

od n

'

02  



Lực đẩy của xi lanh thuỷ lực khi bắt đầu nâng bộ lỡi uỉ ở cuối qúa trình cắt.Lực Sn đợc xác định từ phơng trình mô men các lực tác dụng lên bộ công tác

đối với điểm C:  MC = 0

theo công thức (7-27):

Sn =

r

m P l P l l G l

L – 150 ) mm Chiều dài lỡi uỉ, L = 3m

 - Trọng lợng riêng của đất  = 18 KN/m3

Fn – 150 ) mm Diện tích mặt cất ngang của khối đất đợc nâng

0 - góc soải tự nhiên của đất, bảng (1-6), 0 = 400

- góc đặt lỡi uỉ,  = 750



tx d

k

L Fn

G 

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

 Fn = Diện tích hình viên phân (ANB) + Diện tích hình tam giác (ABC)

a : Tính diện tích hình viên phân: S ANB :

Ta có diện tích hình viên phân đợc tính làm hai phần : SANB = SOANB - SOAB + SOANB = 0,5 R2  = 0,5 1,22

180

.

= 0,78m2 +SOAB =2.SOKB=2 0,5 OK KB = OB.Cos310 OB Sin310 = R2.Cos310.Sin310

 SOAB = 1,22.Cos310 Sin310 = 0,64 m2

Khi đó ta có : S ANB = 0,78 - 0,64 = 0,14 m 2

b : Tính diên tích hình tam giác ABC:

Diện tích hình tam giác đợc tính theo công thức sau:

1

tg

tg tg

tg H

Khi đó ta có : S ABC = 0,5 0,2 1,24= 0,124 m

2

c : Tính diện tích mặt cắt ngang của khối đất: F n :

F n = S ANBC = S ANB + S ABC = 0,14+ 0,124 = 0,264 m

2

d : Tính trọng lợng khối đất : G đ :

Thay các kết qủa tính toán vào biểu thức tính Gđ ta có:

) ( 97 , 10 18 3 , 1

3 264 , 0

KN

2 Tính :

 = f2 T + C F

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

f2 – 150 ) mm hệ số ma sát đất với đất

C- hệ số bám của đất khi trợt,tra bảng (1-7), C = 0,015 MPa F- diện tích mặt trợt

53 , 0 120 3 60 75 , 3 875 , 34 6 , 3 97 , 10 23 , 3 15

khác khi làm việc máy có thể mất ổn định ở vị trí B do đó trị số Snmax cần phảikiểm tra theo điều kiện ổn định của máy khi nó bập bênh ở điểm B dới tácdụng của lực đẩy

Snmax  Snođ

Với Snôđ đợc tính theo công thức:

r

m P l P l l G l

G u d d

od n

' 02

Trong đó: l1 = 1,88 m.

M B  0  P’02 =

1

1 1

1 0

.(

l l

l l l

l G l l G a l

) 95 , 0 75 , 3 (

9 , 34 ) 95 , 0 23 , 3 (

97 , 10 ) 95 , 0 23 , 3 (

5 1 - 95 , 0 88

, 2

53 , 0 120 75 , 3 84 , 1 1 75 , 3 9 , 34 6 , 3 97 , 10 23

1 Máy làm việc trên mặt phẳng nằm ngang

Chiếu các lực theo phơng ngang:

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

Chiếu các lực theo phơng ngang:

XC = 0  XC = P1 + Sn Cos  Gu Sin 

Phần Iv: tính toán xi lanh 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

I,Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực của máy ủi

1- Thùng dầu Thuỷ Lực

2- Bơm Thuỷ lực

3- Bộ phân phối điều khiển

4- Xi lanh thuỷ lực

5- Van 1 chiều và tiết lu

6- Bộ phận phân phối hệ thống điều khiển

7- Van một chiều

8- Van an toàn

9- Bộ phận lọc

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 trợt để buồng bên trái của xi lanh thông với đờngdầu hồi và buồng bên phải của buồng Dầu đợc nối với đờng ống từ bơm 2 Xilanh thuỷ lực đợc dịch chuyển về bên trái Lỡi ben đợc nâng lên

Quá trình hạ ben:

Dầu từ thùng Dầu 1 qua bơm 2 tới bộ phân phối hệ thống 6 và bộ phân phối

điều khiển 3 Bộ phận này điều khiển con trợt để Dầu đi vào buồng bên tráicủa xi lanh thuỷ lực và buồng bên phải của xi lanh thuỷ lực nối với đờng hồicủa hệ thống Lỡi ben đợc hạ xuống nhờ lực của xi lanh thuỷ lực

Bộ phận van một chiều và tiết lu 5 đợcđặt 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 dới tác dụng của tải trọngngoài Duy trì áp suất nhỏ cần thiết không đổi ở ống dẫn chính của xi lanh

1 2 3

thuỷ lực để đảm bảo độ tin cậy đóng mở con trợt 3 không phụ thuộc vào sựdao động áp suất trong đờng 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

II,Xác định đ ờng kính xilanh:

1: Xác định đờng kính xylanh và hành trình piston:

Ta có áp suất trong xilanh thuỷ lực p : p = 25 MPa = 2,5.104 KN/m2 Đờng kính cán piston d: d = 0,7 D; ( D - đờng kính piston )

Đờng kính xylanh đợc xác định theo công thức :

p

k S D p

k S D p

k S F F

k S

.

4

4

.

Trong đó : - p: là áp suất xylanh: p = 25 MPa = 2,5.104 KN/m2

- Sn : là lực tác dụng vào xylanh: Sn = 190 (KN)

- k: là hệ số an toàn về lực lấy k = 1,3

- F: là diện tích mặt trong của xylanh

Do thờng bố trí hai xylanh nâng hạ lỡi ủi nên ta có đuờng kính của mỗixylanh là:

p

k S

2

4





a: Xét tại vị trí thứ nhất :

Tại vị trí thứ nhất lỡi ủi thực hiện cắt đất ở chiều sâu cắt lớn nhất lực tác

dụng của xylanh vào phía không có cần của piston Khi đó ta có :

) (

9 , 7 ) ( 079 , 0 10 5 , 2 14 , 3 2

4 3 , 1 190

2

4

p

k S

Vị trí tính toán thứ hai tính khi xylanh nâng lỡi ủi ở cuối quá trình cắt Khi

đó lực tác dụng của xylanh tác dụng vào phía có cần của xylanh Ta có côngthức tính đờng kính xylanh là: