THIẾT kế máy ủi với lưỡi BEN QUAY lắp TRÊN máy kéo d150a

Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móng rất khắtkhe, điều đó dẫn tới sự cần thiết của máy làm đất gồm các loại máy làm đất có côngdụng chung nh máy ủi, san

tr ờng đạI học thủy lợi hà nội

Khoa Máy XD & Thiết Bị Thủy Lợi

Bộ môn Máy Xây Dựng

  

Đồ án môn học máy thuỷ lợi

Sinh viên thiết kế : Đỗ Quang Thỏi

Lớp : 44M Ngành học : Máy XD & Thiết Bị Thủy Lợi

đầu đề thiết kế

Thiết kế Máy ủi với lỡi ben quay lắp trên Máy kéo D150A

Số liệu cho trớc:Đặc tính kỹ thuật Máy kéo D155A làm việc ở đất cấp IV.

Vận tốc số I: V = 2.7(Km/h)

Công suất động cơ: N = 300(HP)

Trọng lợng Máy: G = 27150 (Kg)

áp suất xi lanh: p = 25 (Mpa)

Làm việc đất cấp IV

Khối lợng thiết kế

1 Thuyết minh tính toán:

- Tính toán các thông số cơ bản

- Xác định chiều sâu cắt ứng với các góc dốc khác nhau

- Xác định lực tác dụng lên máy ủi

- Tính chọn sơ bộ hệ thống thuỷ lực

- Tính toán bền khung ủi

2 Bản vẽ:

- Bản vẽ chung của máy : A0

- Bản vẽ chi tiết lỡi ủi : A1

Ngày giao đề : 10-08-2006

Ngày hoàn thành : 20-09-2006

Giáo viên hớng dẫn : Hồ Sỹ Sơn

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 trình thuỷ lợi nóiriêng, không thể thiếu đợc máy xây dựng, đặc biệt với các công trình thuỷ lợi rất cầnthiết có máy làm đất vì công trình thuỷ lợi thờng có khối lợng lớn công tác làm đấtchiếm 60  80% khối lợng công trình nên việc cơ giới hoá công tác làm đất là quantrọng cần thiết

Những công trình thuỷ lợi đòi hỏi phải có công tác đất, xử lý nền móng rất khắtkhe, điều đó dẫn tới sự cần thiết của máy làm đất gồm các loại máy làm đất có côngdụng chung nh máy ủi, san, đào và máy thuỷ lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợichuyên dùng)

Máy ủi đợc sử dụng rộng rãi, nó có thể dùng để san mặt bằng công trình, địnhhình 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 máylàm đất

Hiện nay có rất nhiều chủng loại và số lợng máy đợc nhập vào nớc ta, của các

n-ớc Nga, Nhật, Mỹ Nhng do điều kiện về địa chất, khí hậu của nn-ớc ta khác với so với

các nớc sản xuất, nên máy không đáp ứng đợc hoàn toàn yêu cầu công tác đất rất đadạng 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 còn phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộcông tác của các loại máy, cho phù 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.

Đồ án máy làm đất

Phần 1:Các thông số cơ bản :

I.Chiều cao H của l ỡi ủi:

Chiều cao và chiều dài của lỡi ủi quyết định khối lợng đất đợc vận chuyển khimáy làm việc, do đó nó ảnh hởng đến khả năng làm việc, công suất lực kéo

1 Xác định chiều cao l ỡi ủi :

- Chiều cao của lỡi ủi xác định theo lực kéo T và điều kiện nền đất, để tính toán sơ

bộ máy ủi, chiều cao lỡi ủi có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Chiều cao của lỡi ủi đợc xác định theo công thức kinh nghiệm (7-2)/187:

T=320000.0,9=288000 (N)T=288(KN)

Thay vào công thức ta đợc

H=1235,36 (m)

H= 1,2 (m)

2 Xác định chiều dài l ỡi 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:

).

( 3600 3360

1200 ).

3 8 , 2 ( ).

3 8 , 2

Chọn Lcđ = 3,4 (m)

Chiều dài lỡi ủi di động đợc tính theo công thức:

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  có thể thay đổi từ 0o

đến (612o), không có cơ cấu điều chỉnh, thì  thay đổi đến 5o

8 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 phía trớc nh vậy sẽ

tăng áp lực của đất vào lỡi ủi dẫn đến tăng lực ma sát Xuất phát từ điều kiện đó,  cóthể chọn trong giới hạn:

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

Chọn  = 75 o

9 Xác định góc đặt l ỡi ủi  :

Góc đặt lỡi ủi  là góc giữa đờng nối mép cắt với mép trên lỡi ủi(không kể tấmchắn) và phơng nằm ngang Khi góc cắt lỡi ủi nhỏ thì đất có thể tràn qua lỡi, khi góccắt lớn sẽ làm xấu đi diều kiện chuyển động của đất theo lỡi ủi lên phía trên, làm tăngkhả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng lợng, do đó ngời ta chọn  = 75o

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

aSin H

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 khi nâng lỡi

ủi Thông thờng H1 = (0,10,25)H, trị số lớn lấy đối với máy lớn Tấm chắn có dạnghình thang, chiều dài cạnh trên lấy lớn hơn chiều rộng nắp máy cơ sở khoảng 200 

Phần 2: Lực cản khi máy ủi làm việc

Ta xét lực cản của máy ủi trong trờng tổng quát nhất, khi máy ủi làm việc trên dốcvới 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

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

PI - Lực kéo ở cấp số I

W1 - lực cản cắt

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

W3 - lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi

W4 - lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi

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

2 , 1 42 , 4

2

m k

H L V

d

f2 – hệ số ma sát giữa đất với đất theo bảng (1-5), f2 = 0,7

  trọng lợng riêng của đất theo bảng (1-2),

W4 = f1 G®[ Cos( + ) +f2 Cos Sin  Cos Sin + Cos] (KN)

(V×  =900)

Sin  Sin500 = 0,766Cos  Cos500 = 0,643

Sin Cos

Cos h

W

3 , 327

15 , 27

61 , 31

66 , 48

83 , 33 16 770

770

91 , 358

64 , 109

345 Cos Sin

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 trịchiều sâu cắt h tơng ứng, đến khi nào h  0 thì dừng lại

Phần 3: Các lực tác dụng lên lỡi 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

D150H 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

tr-ờng hợp này trọng lợng bộ lỡi ủi đợc xác

định theo điều kiện bền

l

m W l

P 

0 1 '

.

.

l

m f l x L

7 , 0 64 , 0 - 5 , 4 01 , 0 42 , 4 10 6 ,

Phản lực của đất tác dụng lên lỡi ủi ở điều kiện làm việc bình thờng chính là lực cản

đào của đất dợc xác định ở phần tính toán kéo Lực tìm đợc bằng phơng pháp này dùng

để xác định lực kéo cần thiết, công suất dẫn động máy cũng 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 ủilàm 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

1

) (

1 max

P

2

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

P2 = P1

1 1 1

1

sin cos

cos sin cos

75 cos 50 sin 7 , 0 50 cos 1 , 613

P3 = P1.cotg[arccotg(sin/f1.sin +cos2tg) + ]

Với d: góc cắt của lỡi ủi=50o

: góc lệch của lỡi ủi so với phơng dọc trục = 60o

P3= 661,1.cotg( 16,3 + 60) = 0,15 ( KN)

P 3 = 0,15 (KN)

Dới tác dụng của lực P3 máy có xu hớng bị quay vòng Để máy vẫn có thể di chuyển thẳng về phía trớc khi làm việc thì giá trị lớn nhất của P3 phải thoả mãn điều kiện bám của cơ cấu di chuyển khi máy bị quay vòng:

fcq: Hệ số cản quay vòng của máy kéo xích, p =0.71.0;

L: Chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển;

G- Trọng lợng máy ủi dồn lên dải xích di chuyển Khi thiết bị ủi nâng khỏi mặt đất thì G chính là trọng lợng máy ủi Khi thiết bị ủi nằm trên mặt đất thì G là trọnglợng máy kéo

Với G= 271,5+ 21,5 = 293 (KN)

L= 3,15 (M)

Mcq= 250,2 (KNm)

P3 P1

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:

lực ở đầu qúa trình cắt:

Để xác định lực này ta thiết lập

ph-ơng trình mô men của các lực tác dụng

lên bộ lỡi uỉ đối với điểm C:

l G m P l

n

Trong đó: P01 = p01 L

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

, 2

68 , 3 1,5 2 - 64 , 0 65,2 2 - 5 , 4 52 , 26

max

KN

S n max = 83,7 (KN)

Trị số Snmax cần phải kiểm tra theo điều kiện ổn định của máy khi nó bập bênh ở

điểm A dới tác dụng của lực đẩy

Snmax  Snođ

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 kéo bậpbênh đối với điểm A, ta xác định lực P’02 cần thiết để giữ lỡi uỉ khi chuyển động:

1

1 0 ,

02

) (

l l

l l G l

, 1 5 , 4

) 28 , 1 86 , 3 (

5 , 21 1 , 2 5 , 271

, 2

86 , 3 5 , 21 64 , 0 56,2 2 - 5 , 4 8 , 117

2.Vị trí 2:

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):

r

m P l P l l G l

Với: ktx – Hệ số tơi xốp

L – Chiều dài lỡi uỉ, L = 4,42 m

 - Trọng lợng riêng của đất

Fn = Diện tích hình viên phân + Diện tích hình tam giác

R – Bán kính cong của lỡi uỉ, R = 1m

) ( 88 , 0 ) 75

45 - 1 (

2 , 1 ) - 1 (

tg H

, 1

20 42 , 4 326 ,

Tính  :  = f2 T + C F

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 = 0,015 MPa

F- diện tích mặt trợt

  c.F

F = SBCDE = H’ LF= H.sin750.L = 1,2.Sin750.4,42 = 3,9 (m2)

 = 3,9 0,015 103 = 31,27 (KN)

thay số vào:

) ( 5 , 594 8

, 2

5 , 4 7 , 222 64 , 0 1 , 613 5 , 4 27 , 31 2 , 4 3 , 11 86 , 3

Xuất phát từ phơng trình cân bằng các lực tác dụng lên máy ủi khi máy kéo bậpbênh đối với điểm B, ta xác định lực P’02 cần thiết để giữ lỡi ủi khi chuyển động khi cócả đất:

Trong đó: lm = 2,1

1

1 1

d d 1 0 u m m ,

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

G

P        thay số

KN

15 , 2 5 , 4

) 15 , 2 8 , 4 (

156 ) 15 , 2 2 , 4 (

35 , 21 ) 15 , 2 86 , 3 (

2 , 46 - 5 , 2

, 2

64 , 0 1 , 661 5 , 4 5 , 6 2 2 5 , 4 27 , 31 2 , 4 3 , 11 86 , 3 5 , 21

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 v: tính toán xilanh thuỷ lực

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

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

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

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

8.Van chống rơi nhanh

9.Xi lanh điều khiển nâng hạ lỡi ben

m

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

2

r

F L r H

89

10

11

141516

17

1819

26

2728

thùng 24 sau đó dầu đợc bơm lên van phân phối 26 van này điều khiển bằng tay ta gạtvan 26 sang bên phải dầu thủy lực đợc bơm trực tiếp vào xi lanh làm co xi lanh lại kéocân gạt dịch chuyển sang bên phải dầu từ van phân phối đợc cung cấp cho xi lanh thủylực 9 làm co piston nâng lỡi ủi lên dầu còn thừa ở van phân phối điều khiển bằng tay sẽ

đợc đa về thùng kết thúc quá trình nâng lỡi ben

Quá trình hạ ben :

Dầu từ thùng Dầu 1 qua bơm 2 tới van phân phối 5 điều khiển van phân phối 26 gạtsang trái làm cho van phân phối chính 5 đẩy sang trái dầu đợc bơm trực tiếp lên khoangtrong đẩy piston sang trái và thực hiện quá trình hạ lới ben

Bộ phận van một chiều và tiết lu 8 đợcđặt trong ống dẫn của xi lanh thuỷ lực đểtránh sự gián đoạn của dòng chất lỏng làm việc trong các khoang của xi lanh thuỷ lựckhi piston chuyển động nhanh dới tác dụng của tải trọng ngoài Duy trì áp suất nhỏ cầnthiết không đổi ở ống dẫn chính của xi lanh thuỷ lực để đảm bảo độ tin cậy đóng mởcon trợt không phụ thuộc vào sự dao động áp suất trong đờng ống chính của bơm.Van an toàn 3 và van một chiều 4đảm bảo hệ thống không bị quá tải và bảo vệ hệthống điều khiển bằng tay khi hệ thống tự động làm việc

2

4 )

0645 , 0

m

D 

Đờng kính cán piston:

) ( 0,1505 7

, 0 215 ,

Chọn đờng kính xi lanh D = 210(mm).

Hành trình piston s =Lmax – Lmin = (mm)

2 Xác định chiều dài xilanh:

) 2,39(

52

07 , 3

52 0 0 m tg

tg

r n xl

Phần5 Tính sức bền khung ủi vạn năng.

Để tính toán sức bền khung ủi của thiết bị ủi vạn năng với bàn ủi quay, ta dựa vào vị trí thứ V vì đây là vị trí phức tạp nhất và khung ủi chịu tải trọng lớn nhất Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bị ủi vạn năng với bàn ủi quay thể hiện trên (H.8-6)

1 Xác định các lực tác dụng lên thiết bị ủi vạn năng.

Hình 8-6: Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bịủi vạn năng (bàn ủi quay).

Tách thiết bị ủi vạn năng khỏi máy kéo cơ sở để khảo sát lực tác dụng lên thiết bị

ủi Các ngoại lực tác dụng lên thiết bị ủivạn năng gồm:

*Trọng lợng thiết bị ủi GTB : Điểm đặt của GTB quy ớc nằm trên trục dọc của khung ủi (H.8-6);

*Lực nâng thiết bị ủi S cũng có điểm đặt quy ớc nằm tại trục dọc của khung ủi;

*Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt P đợc phân thành 3 thành phần: P1, P2, P3 Giả thiết phản lực P tác dụng vào mép ngoài của dao cắt bên cạnh của máy ủi Lúc đó dới tác dụng của thành phần P3, tại khớp C ( liên kết giữa khung ủi và máy kéo cơ sở)

sẽ xuất hiện phản lực ngang (theo phơng y): YC Phản lực YC chủ yếu xuất hiện tại khớpcủa khung ủi ở phía có phản lực P tác dụng vào bàn ủi Còn tại khớp phía bên kia, khung ủi có sự dịch chuyển tự do dọc trục dới tác dụng của phản lực P3 Do đó phản lựcngang YC do lực P3 sinh ra tại khớp này có thể bỏ qua

Khi xác định phản lực của đất tác dụng lên thiết bị ủi, giả thiết rằng bàn ủi cắt

đất bằng dao cắt cạnh phía bên phải nên phản lực của đất chủ yếu tác dụng lên mép daocắt bên phải (phía khớp C2), do đó thành phần phản lực ngang của đất P3 dồn toàn bộ lên gối tựa C2 và tại gối này xuất hiện phản lực YC Để xác định các phản lực tại khớp

3 1

1 2 1 1 1 1

2

1 1

3 1

28 8 2

cos sin

.

27 8 sin

cos

sin

cos

.

26 8 2

sin cos

.

b

b G b

S m P Z

P P

G S

X X

b

b G b

S l P X

TB C

TB C

C

TB C

chứa khung ủi, còn trục z vuông góc với mặt phẳng này.Giải các phơng trình này ta ợc:

đ-Trong đó: 1 là góc nghiêng của khung ủi so với phơng ngang, thờng 1=10 

2 Xác định lực tác dụng lên khung ủi vạn năng.

Tách khung ủi khỏi bàn ủi để xét Lực tác dụng lên khung ủi (theo hình không gian) đợc thể hiện trên (H.8-7,a) gồm: XC1, ZC1 tại khớp C1; XC2, ZC2,YC tại khớp C2 Còn tại khớp cầu A, có các phản lực XA, YA và ZA; trên các thanh chống xiên có PB1 và

PB2; trên các thanh đẩy nằm ngang có lực PE1 và PE2 ; Lực nâng S và trọng lợng GTB của thiết bị ủi là ngoại lực tác dụng lên khung ủi

Trong đó những phản lực cha biết là: XA, YA, ZA, PB1, PB2, PE1, PE2 vẫn cha xác

định đợc bởi vì số ẩn số lớn hơn số phơng trình tĩnh Do đó cần phải giải thêm các bài toán phụ, dựa trên điều kiện biến dạng của thanh đẩy nằm ngang dới tác dụng của ngoại lực

Coi khung và bàn ủi nh là một hệ thống cứng (H.8-7,b) và có thể xem rằng khi tác dụng các ngoại lực, góc quay của bàn ủi có thay đổi một lợng , các điểm A1, A2

dịch chuyển một đoạn l và các thanh A1E1, A2E2 bị biến dạng một lợng có trị số bằng nhau nhng dấu thì ngợc nhau, bởi vì các thanh đó có mô đun đàn hồi giống nhau, tiết diện ngang và chiều dài bằng nhau nên biến dạng của chúng là nh nhau, khi chúng chịutác dụng của những lực có trị số bằng nhau Do đó có thể xem rằng:

PE1 = PE2 (8-30)Dựa vào đẳng thức (8-30) giải đợc các phơng trình cân bằng lực và mô men sẽ xác địnhcác lực tác dụng lên khung ủi:

G L

S

Z S TB C C A

' 2 1

cos sin

.

(8-31)