Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL Chơng 1 xác định các thông số cơ bản của lỡi ủi 2.1.Xác định thông số cơ bản của máy. Trong bối cảnh kinh tế nớc ta còn rất hạn chế và trình độ khoa học đặc biệt trong ngành cơ khí lạc hậu kém phát triển, ngày nay chúng ta cha chế tạo đợc máy ủi, tất cả số máy ủi chúng ta đa và đang sử dụng đều là đợc viện chợ và mua của nớc ngoài. Nhng với sự phát triển của đất nớc ta hiện nay thì chỉ trong một thời gian ngắn gần đây chúng ta sẽ có thể tự chế tao đợc máy ủi. Để có thể chế tạo đợc máy ủi thì chúng ta phải tình toán đợc các thông số và kích thớc máy, các kích thớc và thông số của các chi tiết máy, do tính chất làm việc của máy ủi ta thấy việc tính toán thông số và tính bền, chon vật liệu để chế tạo lỡi ủi là hết sức quan trọng. Ngày nay lỡi ủi có rất nhiều loại, việc tính toán và chọn lựa chúng nói chung cũng có những khác nhau, sau đây em xin đợc tính các thông số và tính bền của lỡi ben cố định đợc lắp trên máy cơ sở D11R (Caterpillar), là loại lỡi ủi đợc sử dụng phổ biến nhất ở nớc ta hiện nay. 2.1.1. Các thông số cơ bản của lỡi ủi. Trọng lợng máy: G mx = 48440 (KG) = 484.4 (KN) Chiều cao và chiều dài của lỡi ủi quyết định khối lợng đất đợc vận chuyển khi máy làm việc, do đó nó ảnh hởng đến khả năng làm việc, công suất lực kéo Chiều cao lỡi ủi: Chiều cao lỡi cắt xác định theo lực kéo (T) và điều kiện nền đất, để tính toán sơ bộ máy, chiều cao lỡi ủi có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau: Đối với máy có lỡi ủi cố định: H = 500 TT 5,01,0 3 mm Trong đó : T- Lực kéo danh nghĩa của máy kéo (KN). Lực kéo T có thể xác định theo điều kiện bám: T = G b . b Với : G b - Trọng lợng bám của máy. Khi thiết kế sơ bộ có thể lấy Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 2 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL G b = (1,17 ữ 1,22).G mk G mk - Trọng lợng máy kéo, G mk =484,4 KN b - Hệ số bám của máy kéo. Đối với máy kéo bánh xích: b = 0,9. Thay số ta đợc: G b = (1,17 ữ 1,22).484,4 T =479 KN H =500 0,5.479- 3 0,1.479 = 1576,35 mm Chọn H = 1300 mm Chiều dài của lỡi ủi. Chiều dài của lỡi ủi phải phủ kín chiều ngang của máy kéo và thừa ra mỗi bên ít nhất là 100 mm Chiều dài lỡi ủi cố định, tính theo công thức: L = (2,8ữ3)H. L = (2,8ữ3). 1300 Tra bề ngang hai bên ta chọn L = 3600 mm Góc cắt , góc nhọn , góc cắt sau . Góc nhọn . Góc nhọn xác định đặc tính thay đổi áp lực riêng của lỡi lên đất theo mức độ mài mòn mép cắt. Góc càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăng chậm, lực cản cắt nhỏ nhng độ bền lỡi cắt giảm do đó 20 o . Chọn = 25 o . Góc cắt sau . Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 3 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL Góc cắt sau xác định theo điều kiện làm việc của máy ủi, không đợc nhỏ hơn các góc lên dốc và góc xuống dốc của nền thi công. Góc càng nhỏ thì lực ma sát giữa lõi cắt và đất càng lớn, do đó = 30 ữ 35 o . Chọn = 30 o . Góc cắt . Góc cắt , góc nhọn , góc cắt sau liên quan với nhau theo công thức : = + 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. = + = 30 0 + 25 0 =55 0 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 có thể thay đổi từ 0 o đến (6 ữ12 o ), không có cơ cấu điều chỉnh, thì thay đổi đến 5 o . Góc đổ . Góc đổ chọn sao cho đất không tràn qua lỡi cắt 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 Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 4 1 R H1 H a Hình 2.1 - Dạng hình học l ỡi cắt . Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL nh vậy sẽ tăng áp lực của đất vào lỡi cắt dẫn đến tăng lực ma sát. Xuất phát từ điều kiện đó, có thể chọn trong giới hạn. = 70 ữ 75 o đối với lỡi ủi quay. Chọn = 75 o Góc đặt lỡi ủi . Góc đặt lỡi ủi là góc giữa đờng nối mép cắt với mép trên lỡi ủi (không kể tấm chắn) và phơng nằm ngang. Khi góc cắt lỡi ủi nhỏ thì đất có thể tràn qua lỡi cắt, khi góc cắt lớn sẽ làm xấu đi điều kiện chuyển động của đất theo lỡi lên phía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng lợng. Chọn = 75 o Hình dạng hợp lý của lỡi cắt là hình thân khai với sự giảm dần độ cong về phía trên, nhng chế tạo khó khăn do đó lỡi cắt có độ cong nhất định. Bán kính cong có thể xác định theo công thức: R= CosCos HaSin + a : phần thẳng của lỡi cắt. Chiều dài phần thẳng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lỡi cắt, phần thẳng chịu mòn nhiều nhất do đó phải chọn vật liệu hợp lý. Chiều dài a có ảnh h- ởng lớn đến việc tách đất ra khỏi khối đất chính. Thờng chọn : a = 150 ữ 250 mm Chọn a = 250 mm Lấy R = 1300 mm Để đất không tràn qua lỡi cắt ra phía sau ngời ta hàn tấm chắn ở phía trên l- ỡi cắt. Tấm chắn thờng đặt đứng hoặc nghiêng ra phía sau một chút: 1 = 90 0 ữ 100 Chọn 1 = 90 0 Chiều cao tấm chắn H 1 . Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 5 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL Chiều cao tấm chắn H 1 phải bảo đảm điều kiện quan sát của ngời lái khi nâng lỡi ủi. Thông thờng H 1 = (0,1ữ 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 nắp máy cơ sở khoảng 200 ữ 300 mm nhng không nhỏ hơn 0,5.L. Thay số ta tìm đợc H 1 : H 1 = (0,1 ữ 0,25).1300 Chọn H 1 = 200 mm. Chơng II: Tính lực kéo Ta xét lực cản của máy ủi trong trờng tổng quát nhất, khi máy ủi làm việc 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 1 + W 2 + W 3 + W 4 + W 5 . Trong đó: W 1 - lực cản cắt. W 2 - lực cản ma sát giữa lỡi ủi và nền đào do lực cản cắt theo ph- ơng pháp tuyến P o2 gây ra. W 3 - lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi. W 4 - lực cản ma sát giữa đất và lỡi ủi. W 5 - lực cản di chuyển máy ở trên dốc. I-Lực cản cắt W 1 : W 1 = k . F. Sin Trong đó: k - hệ số cản cắt theo bảng (1-9) k = 0,2MPa = 0,2 . 10 3 KN/m 2 . 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 Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 6 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL Sin = Sin(90 0 ) = 1 W 1 = 1 . 0,2 . 10 3 .3,6. h (KN) W 1 = 720.h (KN) II. Lực cản ma sát giữa l ỡi ủi với nền đào do lực cản cắt pháp tuyến P 02 gây ra W 2 . W 2 = f 1 . P 02 . Sin Trong đó: P 02 = k . L . x k hệ số cản cắt theo phơng P 02 . k = 0,5MPa = 0,5. 10 3 KN/m 3 . x chiều rộng của lỡi cắt với nền đào. (do lỡi cắt bị mòn x = 1cm = 0,01m) f 1 hệ số ma sát giữa đất và thépTra bảng (1-5) f 1 = 0,5 W 2 = 1.0,5 . 0,5 . 0,01 .3,6. 10 3 (KN) W 2 = 9 (KN) III. Lực cản di chuyển đất tr ớc l ỡi ủi (W 3 ). W 3 = V đ . . f 2 . Cos . Sin W 3 = G đ . f 2 . Cos . Sin Trong đó: V đ - thể tích khối đất trớc lỡi ủi d 2 d k.2 H.L V = k đ - hệ số thuộc tính chất đất và tỷ số L H Với 36,0= L H theo bảng (7-3) k đ = 0.86 )(54,3 86,0.2 3,1.3 .2 . 3 22 m k HL V d d === f 2 hệ số ma sát giữa đất với đất theo bảng (1-5), f 2 = 0,75 trọng lợng riêng của đất theo bảng (1-2), = 17,1 (KN/m 3 ) W 3 = 3,54.17,1.0,7.1 . Cos W 3 = 42,37. Cos () Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 7 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL IV. Lực ma sát giữa đất và l ỡi ủi (W 4 ): W 4 = W 4 + W 4 áp lực tác dụng lên lỡi ủi: N = N 1 + N 2 N 1 là áp lực do thành phần trọng lợng đất. N 1 = G a . Cos ( - ) N 2 là áp lực do thành phần lực cản di chuyển khối đất trớc lỡi ủi: N 2 = f 2 .G a .Cos.Sin N = N 1 + N 2 = G a .[Cos( - ) + f 2 .Cos.Sin]. W 4 là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lỡi ủi từ dới lên trên. W 4 = f 1 .N.Cos.Sin W 4 =f 1 .G a .[Cos( - ) + f 2 .Cos.Sin].Cos W 4 là lực cản ma sát khi đất di chuyển theo lỡi ủi W 4 = f 1 .N.Cos W 4 = f 1 . G a [ Cos( - ) +f 2 . Cos . Sin] . [Cos . Sin + Cos] (KN) W 4 = f 1 . G a [ Cos( - ) +f 2 . Cos . Sin] . Cos (KN) (Vì =90 0 ) f 1 = 0,5 f 2 = 0,7 Sin = Sin55 0 = 0,82 Cos = Cos55 0 = 0,57 G a = V đ . G a =3,54.17,1 = 60,5 (KN) W 4 = 0,5.60,5.[ Cos(55 - ) +0,57. Cos W 4 = 19,44. Cos +13,76. Sin () V. Lực cản di chuyển bản thân máy ủi trên dốc (W 5 ) W 5 = .G m . Cos + (G m + G a ) . Sin Trong đó: hệ số cản truyển động = 0,1 Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 8 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL G m -trọng lợng máy ủi Theo đầu đề thiết kế: G m = 484,4 (KN) Theo tính toán ở trên ta có: G a = 60,5 (KN) W 5 = 0,1.484,4 . Cos + (484,4+60,5) . Sin () W 5 = 48,44 . Cos +544,9 . Sin () Tổng lực cản chuyển động tác dụng lên máy: ++++= 54321 WWWWWW SinCos SinCosCoshW .66,558.44,48 .76,13.44,19.37,429.720 ++ ++++= SinCoshW .66,558.25,110.7209 +++= Mà tổng lực cản chuyển động của máy không đợc lớn hơn lực kéo của Máy. Do đó: SinCoshWT .66,558.25,110.7209 +++= SinCosh .66,558.25,110.7209222 +++ 720 .66,558.25,110213 SinCos h 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: (độ) h (m) 0 0,1427 1 0,12919 2 0,11572 3 0,10231 4 0,08896 5 0,07566 6 0,06209 7 0,049289 8 0,03621 9 0,02321 10 0,010298 11 -0,002530 Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 9 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL 2.2. Tính lực tác dụng lên máy. Máy ủi có cấu tạo rất phức tạp. Trong thời gian làm việc bộ công tác của máy ủi chịu tác dụng của các lực sau : - Trọng lợng của bộ lỡi ủi G u . - Phản lực của đất tác dụng lên lỡi ủi P . - Lực nâng của bộ lỡi ủi S n . - Phản lực tại khớp giữa khung và máy kéo X c , Z c . Ta có sơ đồ tính toán sau : Hình 2. 2 - Sơ đồ lực tác dụng khi bắt đầu cắt. [ Ta có các thông số kích thớc l 0 ,l , m đợc xác định theo điều kiện đồng dạng của máy cơ sở và xác định theo tỉ lệ trên bản vẽ của máy cơ sở . Ta có l : Chiều dài từ khớp C đến lỡi cắt. l = 5700 (mm) = 5,7 (m) l 0 : Chiều dài từ khớp C đến trọng tâm lỡi cắt . l 0 = 4700 (mm) = 4,7 (m) m : Chiều cao từ đất đến tâm khớp C. m = 500 (mm) = 0,5 (m) Ta có : 0 l .m) 1 f - L.x.(l ' k 0 l .m) 1 f- .(l 02 P umin G == Tại đầu dao cắt xuất hiện 2 thành phần lực. Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 10 A C lo l 1 Gu P o2 W 2 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL P 02 có phơng theo phơng thẳng đứng và hớng lên trên, lực này có tác dụng chống lại sự ấn sâu của lỡi ủi vào đất. P 02 = k.x.L - x chiều rộng của lỡi cắt tiếp xúc với nền đào x = 0,01 (m) - L là chiêu dài của lỡi ủi :L = 3,6 (m). - K hệ số cản cắt theo phơng P 02 : k= 0,5 0,6 MPa =500600 (KN/m 2 ). W 2 : lực ma sát giữa dao cắt và nền đào . W 2 = f 1 . P 02 ( KN). Khi kể đến ảnh hởng của nền đào không bằng phẳng khả năng cắt không đều lấy f 1 = 1. Trọng lợng của bộ công tác G u.min . theo diều kiện ấn sâu của lỡi ủi vào đất đ- ợc xác định từ phơng trình mô men đối với điểm C . S M c = 0 <=> G u .l 0 P 02 .l + W 2 .m = 0 <=> G u.min = 0 l .m 2 W.l 02 P = 0 l .k'.x.L.m 1 f - k'.x.L.l = 0 1 l .m)f - k'.x.L(l Thay số: KN)(02 4,7 ) 1.0,5- ,6(5,7600.0,01.3 u.min G == Điêu kiện để cho lỡi ủi ấn sâu vào đất là trọng lợng của bộ công tác cần phải thoả mãn điều kiện : G u G u.mim . Ơ đây chon G u = 18 (KN). Phản lực của đất tác dụng lên bộ công tác . Để tính bền ngời ta dùng giá trị lớn nhất của phản lực để xuất hiện trong tr- ờng hợp máy làm việc nặng nhọc nhất, đó là lỡi ủi va vấp vào chớng ngại khi máy chuyển dộng mà không khắc phục đợc. Lực của chớng ngại tác dụng lên lỡi ủi là áp lực pháp tuyến N và lực ma sát F = f 1 .N có chiều hớng lên trên. Ngoài ra còn có phản lực của đất tác dụng lên lỡi ủi cắt mòn P 02 , W 2 . Khi máy gặp chớng ngại có các lực và phản lực sau tác dụng lên bộ công tác. Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 11 [...]... kính xi lanh D = 235 (mm) tính hành trình pítông 2.4 Tính bền lỡi ủi 2.4.1 Chọn vị trí tính toán và tính bền: Để tính toán bền lỡi ủi, đầu tiên phải phân tích ngoại lực tác dụng để tìm ra cá vị trí có lực tác dụng lớn nhất theo điều kiện làm việc của máy ủi, vì với lực lớn nhất đó khi tác dụng lên máy ủi sẽ gây lên nguy hiểm nhất là về phơng diện sức bền cho các chi tiết của máy ủi làm việc tơng ứng... theo công suất của động cơ ; kđ = 1,5 Vị trí thứ ba : Trong quá trình ấn sâu lỡi ủi vào đất gặp chớng ngại vật điểm tựa của chớng ngại nằm ở giữa, đồng thời máy chuyển động Điều kiện tính toán : * Máy ủi chuyển động trên mặt ngang Lực ấn sâu và lực kéo lớn nhất, kđ = 1,5 Vị trí thứ t : Cắt đất gặp chớng ngại, điểm tựa của chứơng ngại ở mép ngoài cùng của lỡi ben cơ cấu nâng đống Điều kiện tính toán :... vị trí 2, với điểm tựa của chớng ngại ở mép ngoài cùng của lỡi ben Điều kiện tính toán : Nh vị trí 2 Vị trí thứ sáu : Tơng tự vị trí 3, điểm tựa của chớng ngại ở mép ngoài cùng Điều kiện tính toán : Nh vị trí 3 Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 24 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL Tính toán bền lỡi ben theo trình tự sau đây khi xây dựng sơ đồ tính toán máy ủi Ta thấy các ngoại... ) Xác định phơng của trục quán tính chính trung tâm, của hệ trục cxz Phơng của hệ trục quán tính chính trung tâm sẽ là tg 2 = 2 J xz 23116,88 = 2 Jx Jz (566818,8 44621,2) = 2,53 0 Xoay một góc = 2,530 ta đợc trục quán tính chính trung tâm xcz Xác định mômen quán tính đối với hệ trục quán tính chính trung tâm xcz Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 32 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây... Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL Trong đó : Jk : mô men quán tính chống xoắn của toàn bộ mặt cắt Mk1, Mk2 , Mk3 và Jk1 , Jk2 , Jk3 lần lợt là mô men xoắn và mô men quán tính chống xoắncủa từng phần riêng của mặt cắt abc , dcf Mô men quán tính của các chu vi kín ABCDE và FGHI , xác định theo phơng trình : 2 4.F0 Jk = S i i F0 : diện tích bên trong đờng trung bình của chu vi i : chiều dày của thành ứng... môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL tác dụng của P1, P2 có thể là điểm bất kỳ nào đó trên bề mặt lỡi cắt khi tính các chi tiết riêng biệt nào đó cần xét đến ảnh hởng P1, P2 Chọn vị trí tính toán Vị trí thứ nhất : Trong quá trình cắt lỡi ủi gặp chớng ngại, điểm tựa của chớng ngại nằm ở giữa lỡi ủi, khi đó cơ cấu nâng ở vị trí làm việc Điều kiện tính toán : * Máy ủi chuyển động trên mặt ngang với... 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 lớn nhất Nội lực xuất hiện trong mặt cắt nguy hiểm sẽ xác định đợc nếu xác định đợc 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 Hình dạng mặt cắt (hình vẽ) Phần... ngại máy sử dụng lực kéo bám là lớn nhất kđ = 2,5 Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 23 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL Vị trí thứ hai : Trong quá trình nâng lỡi ủi ra khỏi chiều sâu cắt gặp chớng ngại điểm tựa của chớng ngại ở giữa đồng thời máy chuyển động Điều kiện tính toán : * Máy ủi chuyển động trên mặt ngang * Lực nâng và lực kéo lớn nhất đợc xác định theo điều kiện ổn định. .. lỡi cong Trớc hết xác định trọng tâm của diện tích F của phần cong z d O x r R d Hinh 2.7 Sơ đồ tính toán phần cong Trục x là trục đối xứng, do đó trọng tâm mặt cắt sẽ nằm trên trục x Xác định toạ độ trọng tâm theo công thức : Xc = Sz F Sinh viên: Hoàng Hải Đăng - Lớp 44M Trang : 27 Đồ án môn học Chuyên ngành máy xây dựng & TBTL mô men tĩnh của diện tích F đối với trục z xác định theo công thức :... đạt tới giá trị giới hạn khi máy ủi làm việc ứng với lúc sử dụng toàn bộ sức kéo của máy kéo và có thể tính đến lực tác dụng của lực quán tính Có điều kiện này là lúc máy ủi đang cắt bình thờng mà lỡi cắt gặp trở ngại - Phản lực P2 và lực nâng xi lanh S có thể đạt tới giá trị lớn nhất t ơng ứng lúc lỡi cắt cùng với đất trong điều kiện sử dụng toàn bộ công suất của động cơ Điểm Sinh viên: Hoàng Hải . việc tính toán và chọn lựa chúng nói chung cũng có những khác nhau, sau đây em xin đợc tính các thông số và tính bền của lỡi ben cố định đợc lắp trên máy. , m đợc xác định theo điều kiện đồng dạng của máy cơ sở và xác định theo tỉ lệ trên bản vẽ của máy cơ sở . Ta có l : Chiều dài từ khớp C đến lỡi cắt.