Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - trờng đạI học thuỷ lợi hà nội Khoa Máy XD & thiết bị thuỷ lợi Bộ môn Máy Xây Dựng Đồ án môn học máy làm đất Sinh viên thiết kế : Trần Quang Trung Lớp : 44M - Năm thứ 5 Ngành học : Máy XD & Thiết bị xây dựng Thuỷ Lợi đầu đề thiết kế Thiết kế Máy ủi với lỡi ben quay lắp trên Máy kéo: D155A. i.Số liệu cho trớc Máy kéo cơ sơ :D155A Lực kéo ở số I : 345 KN, N dc =320 HP Vận tốc số I : 2,6 km/h G mk = 27270 kg Làm việc ở đất cấp IV II. Thuyết minh tính toán: Tính toán các thông số cơ bản . Xác định chiều sâu cắt ứng với các gốc dốc khác nhau . Xác định lực tác dụng lên máy ủi . Tính chọn sơ bộ hệ thống thủy lực. Tính toán bền khung ủi . - Bản vẽ chung của máy : A 0 . - Bản vẽ chi tiết khung ủi : A 1 . Ngày giao đề : 10-08-2006. Ngày hoàn thành : 20-09-2006. Giáo viên hớng dẫn : Hồ Sĩ Sơn . Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 1 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - 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 công trình thuỷ 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 khối lợng lớn công tác làm đất chiếm 60 ữ 80% khối lợng công trình nên việc cơ 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 móng rất khắt khe, điều đó dẫn tới sự cần thiết của máy làm đất gồm các loại máy làm đất có công dụng chung nh máy ủi, san, đào .và máy thuỷ lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợi chuyên dùng). Máy ủi đợc sử dụng rộng rãi, nó có thể dùng để san mặt bằng công trình, 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 toàn yêu 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 còn phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộ công 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. Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 2 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - Phần II: Xác định thông số cơ bản. I. Bảng thông số máy cơ sở D155A Kích thớc giới hạn Chiều Rộng một bản xích áp lực lên Cơ cấu Di chuyển Dài (mm) Rộng (mm) Cao (mm) 6745 2642 3640 546 0,544 Xích Công suất động cơ: N đc = 89 (KW). Trọng lợng xe máy: G mx = 13245 (KG). Lực kéo số I: T k I = 98,7 (KN). Vận tốc số I: v I = 2,6 (Km/h) II- Các thông số cơ bản của l ỡi ủi: - 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 . 1. Xác định chiều cao lỡi 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: Đối với máy có lỡi ủi quay: TTH .5,0.1,0.450 3 = (mm). Trong đó: T- Lực kéo danh nghĩa của máy kéo (KN).T có thể xác định theo đIều kiện bám. T = G b . b G b Trọng lợng bám của máy ủi, khi thiết kế sơ bộ G b =(1,17 ữ 1,22).G mk Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 3 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - G b =(1,17 )22,1 ữ .272,7=319,06 ữ 332,69 Chọn G b = 319,06 KN b : hệ số bám của máy ủi. Chọn b = 0,8 Vậy T = 319,06 . 0,8 = 225,25 KN ).(115825,225.5,025,225.1,0.450 3 mmH == Chọn chiều cao lỡi ủi H = 1200(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 mỗi bên ít nhất là 100 mm. Chiều dài lỡi ủi cố định Tính theo công thức: ).(360033601200).38,2().38,2( mmHL ữ=ữ=ữ= Chọn L = 3500(m).Chiều dài lỡi ủi quay lớn hơn chiều dàI lỡi ủi cố định khoảng 30 ữ 33 % Nên ta chọn chiều dàI lỡi ủi là L = 4500 mm 3. 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. Chọn = 55 o 4. Xác định 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 . Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 4 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - 5 Xác định góc cắt sau : 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 = 30ữ 35 o . Chọn = 30 o . 6. Xác định góc quay : Góc lệch của lỡi ủi chọn xuất phát từ yêu cầu vận chuyển khối đất về một phía.khi góc thay đổi thì trọng tâm của máy cũng thay đổi và máy ủi có xu h- ớng quay quanh trọng tâm làm cho máy khó di chuyển thẳng. thông thờng ta chọn = 55 ữ 60 ; chọn = 60 o ; 7. 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 có thể thay đổi từ 0 o đến (6ữ12 o ), không có cơ cấu điều chỉnh, thì thay đổi đến 5 o . 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, có thể chọn trong giới hạn: = 65 ữ 75 o lỡi ủi quay. Chọn = 75 o . Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 5 R H1 H a Hình 1:Dạng hình học lưỡi ủi . Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - 9. Xác định 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 l- ỡi, khi góc cắt lớn sẽ làm xấu đi diều kiện chuyển động của đất theo lỡi ủi lên phía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng lợng, do đó ngời ta chọn = 75 o . 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. Bán kính cong có thể xác định theo công thức: + = CosCos aSinH R a: phần thẳng của lỡi ủi. R = H đối với lỡi ủi không quay. R = (0,8 ữ 0,9)H = (0,8 ữ 0,9).1200 Chọn R= 1000 mm 10. Xác định chiều dài phần thẳng a: 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 hởng 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 H 1 phải bảo đảm điều kiện quan sát của ngời lái khi nâng lỡi ủi. Thông thờng H 1 = (0,1ữ0,25)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 0,5L. Thay số ta tìm đợc H 1 : H 1 = 0,2 . 1000 = 200 (mm) Bảng thông số cơ bản mặt cắt ngang lỡi ủi: Các thông số trị số Góc cắt : 55 Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 6 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - Góc cắt sau : 30 Góc đổ: 75 Góc đặt tấm chắn : 1 90 Góc cắt đặt lỡi ủi: 75 Góc nhọn : 25 Chiều cao lỡi ủi : H 1200 (mm) Chiều dài lỡi ủi : L 4500 (mm) Bán kính bề mặt cong lỡi ủi: R 1000 (mm) Phần III: 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 = (0,18 ữ 0,3)Mpa, chọn k = 0,25.10 3 Kn F - diện tích lát cắt Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 7 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - 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 =60 o W 1 = 1 . 0,25 . 10 3 .sin 60 o .4,5. h (KN) W 1 = 974,28.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 = 0,2 MPa = 0,2. 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 = 0,7 W 2 = 0,7.0,2.10 3 . 4,5.0,01.Sin60 0 = 5,45 (KN) W 2 = 5,45 (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 Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 8 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - Với 27,0 4500 1200 == L H theo bảng (7-3) k đ = 1,15 )(82,2 15,1.2 2,1.5,4 .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), = 20 (KN/m 3 ) W 3 = 2,28. 20 .0,75.1.Sin60 0 . Cos W 3 = 29,62. Cos () 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) Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 9 Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - f 1 = 0,7 f 2 = 0,75 Sin = Sin55 0 = 0,82 Cos = Cos55 0 = 0,57 G a = V đ . G a =2,28.20 =45,6 (KN) W 4 = 46,6.0,7[ Cos(55 + ) +0,38. Cos].[0,57.Sin60 0 + Cos60 0 ] W 4 = 32,11.(0,95Cos -0,82. 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 = 0,15 G m -trọng lợng máy ủi Theo đầu đề thiết kế: G m = 132,45 z (KN) Theo tính toán ở trên ta có: G a = 45,6 (KN) W 5 = 0,15.272,7 . Cos + (272,7 + 45,6) . Sin W 5 = 40,91Cos + 318,3. Sin () Tổng lực cản chuyển động tác dụng lên máy: ++++= 54321 WWWWWW SinCos SinCosCoshW .3,318.91,40 33,2656,29.62,2945,5.28,974 ++ ++++= SinCoshW .97,291.09,100.28,97445,5 +++= Mà tổng lực cản chuyển động của máy không đợc lớn hơn lực kéo của Máy. Do đó: SinCoshWT .97,291.09,100.28,97445,5 +++= Sinh viên thiết kế: Trần Quang Trung- Lớp 44M Khoa:MXD&TBTL 10 . lưỡi ủi . Đồ án máy làm đất : thiết kế máy ủi với lởi ben quay - 9. Xác định góc đặt lỡi ủi : Góc đặt lỡi ủi là góc giữa đờng nối mép cắt với mép trên. Lợi đầu đề thiết kế Thiết kế Máy ủi với lỡi ben quay lắp trên Máy kéo: D155A. i.Số liệu cho trớc Máy kéo cơ sơ :D155A Lực kéo ở số I : 345 KN, N dc =320