Chơng 4: Tính toán CHUNG MáY ủI. Việc tính toán chung máy ủi gồm các nội dung chính sau đây: 1 1. Xác định các thông số cơ bản của máy ủi. 2. Xác định lực kéo và công suất của máy ủi. 2 3. Xác định các lực tác dụng lên máy ủi. 3 4. Tính ổn định máy ủi. 4 5. Xác định năng suất của máy ủi. 4.1.xác định các thông số cơ bản của máy ủi. *Các thông số cơ bản của máy ủi gồm: +Trọng lợng sử dụng của máy G m , Theo kinh nghiệm có thể chọn sơ bộ : G m =1.2G T ; +Trọng lợng thiết bị ủi G TB , Cũng có thể chọn sơ bộ theo trọng lợng máy kéo : G TB = (0.15 ữ 0.2).G T ; Trong đó G T : Trọng lợng máy kéo cơ sở; *Các thông số của bàn ủi đợc thể hiện trên hình (4-1), gồm: +Chiều cao bàn ủi H; +Chiều rộng bàn ủi B; +Góc cắt của dao cắt +Góc sắc của dao cắt ; +Góc sau của dao cắt ; +Góc quay bàn ủi trong mặt phẳng ngang ; +Góc tạo bởi mép dao cắt bàn ủi và phơng ngang (góc tự lựa) ; 1 +Góc nghiêng bàn ủi so với phơng ngang ; +Góc lật và góc đặt 1 ; +Bán kính cong R; +Chiều cao tấm chắn phía trên H 1 ; I. Xác dịnh các thông số cơ bản của bàn ủi. A. Các thông số động học của bàn ủi: Đợc chọn theo bảng (4-1). Bảng 4-1: Các thông số động học của bàn ủi. STTCC Các thông số động học của bàn ủi Loại bàn ủi Bàn ủi không quay Bàn ủi quay 1 Góc cắt đất 55 o 50 o ữ 55 o 2 Góc nhgiêng bàn ủi 75 o 75 o 3 Góc lật 70 o ữ 75 o 60 o ữ 75 o 4 Góc đặt của tấm chắn phía trên 1 90 o ữ 100 o 90 o ữ 100 o 5 Góc sau 30 o ữ 35 o 30 o ữ 35 o 6 Góc tạo bởi giữa bàn ủi và trục dọc máy kéo (Góc quay của bàn ủi) 90 o 45 o ữ 60 o 7 Góc tạo bởi mép dới dao cắt và ph- ơng ngang (Khi nhìn từ phía trớc) - góc tự lựa (6 o ữ 12 o ) B. Xác định các thông số hình học của bàn ủi: 1.Chiều cao của bàn ủi có thể xác định theo lực kéo: *Với bàn ủi không quay: H=500 TT 5.01.0 3 [mm] 2 * Với bàn ủi quay: H=450 TT 5.017.0 3 [mm] Trong đó: T là lực kéo danh nghĩa của máy kéo cơ sở, kN 2. Chiều rộng bàn ủi B đợc chọn nh sau: B = (2.6 ữ 3.0).H Hoặc B đợc xác định theo chiều rộng của máy kéo cơ sở: *Với bàn ủi không quay: B = b + (700mm ữ 900mm) *Với bàn ủi quay B = b/sin+(700mm ữ 900mm) Trong đó: b là chiều rộng bao của máy kéo cơ sở. : là góc nghiêng của bàn ủi so với trục dọc của máy =45 ữ60 o (bảng 4-1) Hình 4-1: Các thông số cơ bản của bàn ủi. 3. Bán kính cong của bàn ủi R đợc xác định dựa vào chiều cao H,từ quan hệ sau: H = a sin + R(cos +cos) R = coscos sin + aH 3 a R H H k 1 ở đây: H-chiều cao bàn ủi; a-chiều rộng vùng phẳng của bàn ủi để lắp dao cắt, thờng: a=(150 ữ200)mm; -góc cắt và là góc lật của bàn ủi. *Với bàn ủi không quay: = 55 o ; =70 o ữ75 o RH *Với bàn ủi quay: = 50 o ữ55 o ; =60 o ữ75 o R=(0.8 ữ0.9 )H 4.Chiều cao tấm chắn phía trên của bàn ủi: H 1 =(0.15 ữ0.25).H Khi biết trớc công suất động cơ của máy kéo (mã lực) có thể sơ bộ chọn các thông số của máy ủi theo công thức kinh nghiệm cho trong bảng (4-1,a). Bảng 4-1,a: Các thông số cơ bản của máy ủi dựa theo công suất động cơ máy kéo N, mã lực. STT Các thông số cơ bản Các công thức liên quan với N (ml) 1 Lực kéo danh nghĩa, N T = (7.7 ữ 12.3) (93.5 N) 2 Trọng lợng toàn bộ của máy,N G m = (7.7 ữ 12.3) (110N) 3 Trọng lợng thiết bị ủi G TB = (7 ữ 13)(18.8N) 4 Chiều cao bàn ủi, mm ( ) ( ) 3 20119.181.0 NH ữ= 5 Chiều cao nâng bàn ủi lớn nhất,mm ( ) ( ) 3 20822.179.0 Nh ữ= 6 Tốc độ di chuyển của máy khi làm việc, km/h: +Nhỏ nhất; +Lớn nhất. V min = 2 ữ 2.75 V max = 6.5 ữ 11.5 7 áp suất trên đất, N/cm 2 3.5 ữ 6.3 4 Hình 4-2: Sơ đồ xác định trọng lợng thiết bị ủi G TB . C. Trọng lợng thiết bị ủi: G TB Trọng lợng này đợc xác định dựa trên máy ủi điều khiển bằng cáp và phải đảm bảo sao cho dao cắt thắng lực cản của đất trong khi cắt đất. Điều kiện để tính G TB : -Máy ủi làm việc trên mặt phẳng ngang (H 4-2); -Dao cắt của bàn ủi đang ấn sâu vào đất; -Lực căng của cáp nâng bằng 0. Tại dao cắt có 2 thành phần phản lực của đầt tác dụng lên dao cắt: *R 2 theo phơng thẳng đứng hớng lên trên. R 2 = k ` .x.B , N (4-1) Trong đó: k ` : Hệ số khả năng chịu tải của đất, k ` = (50 ữ 60), N/cm 2 ; x: Chiều rộng mòn (cùn) của dao cắt thờng, x = 1.0 ữ 1.5, cm; B: Chiều rộng bàn ủi, cm. *R 1 : Phản lực do ma sát giữa dao cắt và đất (theo phơng ngang). R 1 = à 1 . R 2 , N (4-2) à 1 : Hệ số ma sát giữa thép và đất, có thể chọn theo bảng dới đây: Bảng 4-2: Hệ số ma sát giữa thép và đất à 1 và góc chảy tự nhiên của đất . 5 R 1 P G tb R 2 m Z C o X C C l l Loại đất Giá trị à 1 Giá trị , độ Đất cát 0.35 30 ữ 40 Đất sét trung bình 0.50 40 ữ 45 Đất sét nặng 0.65 ữ 0.80 45 ữ 50 Có thể xác định đợc G TB min dựa vào phơng trình cân bằng mô men với điểm C (hình 4-2): Trọng lợng thiết bị ủi của bàn ủi điều khiển bằng cáp phải chọn lớn hơn G TB min từ (5 ữ 7)%; Trọng lợng thiết bị ủi của máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực đợc chọn giảm đi (5 ữ 10)% vì ở máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực, dao cắt đợc ấn sâu c- ỡng bức vào đất vừa do trọng lợng thiết bị ủi vừa do áp lực dầu trong các xy lanh thuỷ lực. 4.2.xác định lực kéo và công suất của máy ủi. Trong khi đào và chuyển đất, máy ủi muốn di chuyển đợc thì phải thoả mãn điều kiện sau: W P k P b Trong đó: W Tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi. P k Lực kéo tiếp tuyến của máy kéo. P b Lực bám giữa cơ cấu di chuyển và mặt đờng. I.Xác định các lực cản tác dụng lên máy ủi. 6 ( ) ( ) 34 . 0 . 0 12 0 !2 min 120 min = = =+= l mlR l mRlR mRlRlM G G tb TB C à *Trong quá trình đào và vận chuyển đất máy ủi gặp các lực cản sau: +Lực cản cắt đất; +Lực cản di chuyển khối đất lăn trớc bàn ủi; +Lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía trớc bàn ủi; +Lực cản di chuyển máy ủi; +Lực cản ma sát giữa dao cắt và đất. 1.Xác định lực cản cắt: ( ) 44 11 = hBkW Trong đó: k: Lực cản cắt riêng, kN/m 2 ; Giá trị k chọn khi góc cắt = 45 ữ 60 o , phụ thuộc vào cấp đất Với đất cấp I có k=70kN/ m 2 ; Với đất cấp II có k=110kN/ m 2 ; Với đất cấp III có k=170kN/ m 2 ; Với đất cấp IV có k=200kN/ m 2 ; B: Chiều rộng bàn ủi,m; h 1 : Chiều sâu cắt trong giai đoạn vận chuyển đất để bù lại sự rơi vãi đất sang hai bên,m; B Vk h . 1 1 = k 1 : Hệ số kể đến sự rơi vãi đất sang hai bên trên 1 mét quãng đờng vận chuyển đất. Giá trị của nó phụ thuộc vào tính chất của đất: Với đất ớt dính: k 1 =0.025 ữ 0.032; Với đất khô: k 1 =0.06 ữ 0.07. V: Thể tích khối đất lăn trớc bàn ủi, m 3 ; V phụ thuộc vào tính chất của đất và các thông số hình học của bàn ủi. ( ) 54 2 . 2 = t T k BH V H T : Chiều cao kể cả tấm chắn phía trên của bàn ủi, m; H T = H + H 1 (Xem H.4-1) 7 B: Chiều rộng bàn ủi, m; K t : Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất và tỷ số B H và đợc chọn theo bảng (4-3). Hoặc: ( ) a tg HB V T ,54 .2 . 2 = Trong đó: : Góc chảy tự nhiên của đất ở trạng thái tơi, cho trong bảng (4-2) Bảng 4-3: Giá trị của hệ số k t . Tỷ số B H 0.15 0.15ữ0.30 0.30ữ0.35 0.35ữ0.40 0.40ữ0.50 Đất ớt và dẻo Đất khô và tơi 0.70 1.15 0.80 1.20 0.85 1.25 0.90 1.30 0.95 1.50 8 2. Xác định lực cản di chuyển khối đất lăn trớc bàn ủi. (H. 4-3,a) W 2 =V à 2 = G đ .à 2 (4-6) Hình 4-3: Sơ đồ xác định các lực cản tác dụng lên bàn ủi. Trong đó: G đ : Trọng lợng khối đất lăn trớc bàn ủi, ( ) a tg HB VG T d ,64. .2 . . 2 == ; : Trọng lợng riêng của đất chọn theo bảng (4-5); à 2 : Hệ số ma sát giữa đất và đất; Với đất ớt: à 2 =0.5; Với đất khô: à 2 =0.7. 3.Xác định lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi. Khi máy ủi thực hiện quá trình đào và tích đất, phía trớc bàn ủi đất đợc cuộn lên trên để tạo thành khối đất lăn có thể tích V và trọng lợng là G đ . Khối đất này sẽ nén vào bề mặt làm việc của bàn ủi áp lực N. Dới tác dụng của N, tại bề mặt tiếp xúc giữa khối đất lăn và lòng bàn ủi xuất hiện lực ma sát F ms (H.4- 3,b), chống lại chuyển động của đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi. Lực ma sát này có phơng vuông góc với phơng của áp lực N và đợc xác định theo công thức: F ms =à 1 .N=à 1 .G đ .cos (4-7) Chiếu lực F ms xuống phơng di chuyển, sẽ xác định đợc lực cản di chuyển do khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra: W 3 =F ms .cos = à 1 .G đ .cos 2 (4-7,a) 9 .à .à .à.à .à = Trong đó: : Góc cắt của dao cắt, độ; à 1 : Hệ số ma sát giữa thép và đất (Bảng 4-2). 4.Xác định lực cản di chuyển máy ủi. W 4 =G m .(f.cos sin) (4-8) Trong đó: G m : Trọng lợng máy ủi; f: Hệ số cản lăn, theo bảng 4-4; Với máy ủi bánh xích f=0.10ữ0.12; Với máy ủi bánh hơi f=0.015ữ0.06; : Góc nghiêng của nơi máy làm việc so với phơng ngang; Khi <10 o cố thể xem cos=1; sintg=i, Lúc đó: W 4 =G m .(fi). Dấu (+) khi lên dốc; dấu (-) khi xuống dốc; i: Độ dốc của bề mặt làm việc,%. 5.Xác định lực cản ma sát giữa dao cắt của bàn ủi và đất. Lực cản này phụ thuộc vào thành phần thẳng đứng của lực cản cắt R 2 (xác định theo công thức 4-1) và trọng lợng của thiết bị ủi (xác định theo công thức 4-3). W 5 =à 1 .(R 2 +G TB ) (4-9) Vậy tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi với bàn ủi không quay là: W=W 1 +W 2 +W 3 +W 4 +W 5 (4-10) Với máy ủivạn năng có bàn quay: W ` =W 1 +W 2 +W 3 +W 4 +W 5 (4-10,a) Trong đó: W 1 =W 1 .sin; W 2 =W 2 .sin; W 3 =W 3 .sin+W 3 ; : Góc quay của bàn ủi trong mặt phẳng ngang (bảng 4-1). Khi máy ủi vạn năng dùng để san đất, bàn ủi quay trong mặt phẳng ngang và tạo với trục dọc của máy góc (H.4-3,c). Lúc đó đất di chuyển dọc bàn ủi và đợc đổ sang bên cạnh máy. Do đó xuất hiện lực ma sát F ms ` tại bề mặt tiếp xúc giữa bề mặt làm việc của bàn ủi và khối đất trợt dọc bàn ủi. Lực F ms ` đợc xác định theo công thức: F ms = à 1 .G đ .à 2 Chiếu F ms theo phơng di chuyển, sẽ xác định đợc lực cản di chuyển do đất trợt dọc bàn ủi tạo ra: W 3 =à 1 .G đ .à 2 .cos (4-11) II. Lực kéo tiếp tuyến của máy kéo P k phải thoả mãn điều kiện: W P k < P b (4-12) 10 . =à 1 .(R 2 +G TB ) (4-9) Vậy tổng các lực cản tác dụng lên máy ủi với bàn ủi không quay là: W=W 1 +W 2 +W 3 +W 4 +W 5 (4-10) Với máy ủivạn năng có bàn. tác dụng lên máy ủi. a) Máy ủi thờng điều khiển bằng cáp (bàn ủi không quay); b) Máy ủi vạn năng điều khiển bằng cáp (bàn ủi quay); c) Máy ủi thờng điều