Đồ án Thiết kế thiết bị ủi vạn năng và tổ chức thi công đất bằng máy ủi vạn năng

bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam trường đại học xây dựng Độc lập –Tự do – Hạnh phúc -------------0O0-------------- -------------------0O0----------------- Khoa : Cơ khí Xây dựng Bộ môn : Máy xây dựng nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp số : ........................ Họ và tên : Nguyễn Công Thắng MSSV : 17867 - 46 Lớp : 46 KG Ngành : Cơ giới hoá xây dựng Đầu đề thiết kế: Thiết kế thiết bị ủi vạn năng và tổ chức thi công đất bằng máy ủi vạn năng Các số liệu ban đầu để làm thiết kế: + Khối lượng đất cần san : 26960 m2/ca + Chiều dài vùng san : 70 m + Tốc độ máy khi san : 3,6 Km/h + Thơi gian một lần quay đầu : 10 s + Góc quay ban ủi trong mặt phắng ngang : 600 + Số lần san trên một tuyến : 2 lần + Độ dốc làm việc : 10 + Chiều dài đào đất : 5 m + Cấp đất làm việc : Cấp III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: *Phần 1: Chọn máy ủi - Tính chọn máy ủi - Tính chọn máy kéo cơ sơ để lắp thiết bị ủi *Phần 2: Thiết kế thiét bị ủi dựa trên máy cơ sỡ đã chọn - Tính toán chung máy ủi - Tính toán thiết kể các thiết bị chính của máy ủi : Khung ủi , bàn ủi , thanh chống xiên , hệ thống thuỷ lực ... *Phần 3: Tổ chức thi công bằng máy ủi vạn năng : Nêu các biện pháp và sơ đồ công nghệ. Kết luận chung . Các bản vẽ và đồ thị (Ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước bản vẽ). Bản hình chung máy cơ sở (máy kéo có sẵn khung ủi) : A0 Bản hình chung máy thiết kể : A0 Bản vẽ các bộ phận thiết kể : (34) A1 Bản vẽ các sơ đồ thi công : (23) A1 Cán bộ hướng dẫn : Lưu bá Thuận Cản bộ hướng dẫn từng phần Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : Ngày 04 tháng 10 năm 2005 Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế : Ngày 14 tháng 01 năm 2006 Trưởng bộ môn (Ký tên và ghi rõ họ tên) cán bộ hướng dẫn tốt nghiệp (Ký tên và ghi rõ họ tên) Sinh viên làm thiết kế tốt nghiệp (Ký tên và ghi rõ họ tên) Mục lục Trang Nhiệm vụ thiết kế 1 Mục lục 3 Lời nói đầu 6 Phần mở đầu : Giới thiệu chung về máy ủi 7 Chương 1 : Giới thiệu chung về máy ủi 7 I, Công dụng của máy ủi 7 II, Phân loại máy ủi 8 1, Dựa vào cơ cấu di chuyển 8 2, Dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy 8 3, Dựa vào công suất và lực kéo của máy 8 4, Dựa vào phương pháp điều khiến thiết bị ủi 9 III, Cấu tạo chung của máy ủi 9 IV, Hệ thống điều khiến 9 Phần I : Chọn máy ủi 12 Chương 2 : Tính chọn máy ủi 12 I, Tính chiều rộng bàn ủi 12 II, Tính chiều cao bàn ủi 13 Phần II : Thiết kể thiết bị ủi dựa trên máy cơ sở đã chọn 14 Chương 3 :tính toán chung máy ủi 14 i, Xác định các thông số cơ bản 14 1, Xác định các thông số cơ bản của máy ủi 14 2, Xác định các thông số cơ bản của bàn ủi 14 II, Tính toán kéo máy ủi 14 1, Xác định các lực cản 14 2, Xác định lực bảm 20 3, Xác định công suất di chuyển máy 19 III, Xác định lực tác dụng lên máy ủi 22 1, Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi 22 2, Xác định các lực tác dụng lên máy ủi 23 IV, Tính ổn định máy ủi 39 1, Trường hợp thứ nhất 39 2, Trường hợp thứ nhất 40 Chương 4 :Tính toán các thiết bị chính của máy ủi 45 I, Chọn vị trí tính toán 45 II, Tính toán thiết kể thiết bị ủi 47 1, Tính toán thiết kể bàn ủi 47 a, Xác định các mô men uốn 50 b, Xác định mô men xoắn 51 c, Xác định ứng suất 59 2, Tính toán kiểm tra bền khung ủi 65 a, Xác dịnh lực tác dụng lên thiết bị ủi 65 b, Xác định lực tác dụng lên khung ủi vạn năng 68 c, Tính nội lực trong khung ủi 74 d, Kiếm tra sức bền khung ủi 79 3, Tính toán thiết kể thanh chống xiên 84 a, Xác định đường kính vít của thanh chống xiên 85 b, Xác định đường kính thân thanh chỗng xiên 86 4, Tính toán thiết kể hệ thống thuỷ lực 88 a, Tính chọn xylanh thuỷ lực 88 b, Tính chọn bơm thuỷ lực 91 c, Tính công suất làm việc của bơm thuỷ lực 93 Phần III : Tổ chức thi công bằng máy ủi vạn năng 93 Chương 5 : Quá trình làm việc của máy ủi 92 1, Khi đào và vận chuyển đất 92 2, Khi máy thực hiện chức năng san đất 93 Chương 6 : Các biện pháp và sơ đồ công nghệ thi công 94 I, Các biện pháp đào đất 94 1, Các biện pháp đào đất 94 2, Xác thông số liên quan đến quá trình đào đất của máy ủi 94 a, Xác định tốc độ di chuyển của dao cắt 96 b, Xác định chiều sâu cắt lớn nhất (h(max)) 97 II, Các biện pháp di chuyển máy 99 III, Tính toán năng suất máy ủi 102 1, Theo phương pháp cũ 102 a, Xác định thế tích khối đất trước bàn ủi 102 b, Xác định thời gian một chu kỳ làm việc 104 2, Theo phương pháp mới 106 a, Xác định thế tích khối đất trước bàn ủi 106 b, Xác định thời gian một chu kỳ làm việc 109 3, Sự phụ thuộc của năng suất máy ủi vào quảng đường vận chuyển đất 112 4, Các biện pháp thi công để nâng cao năng suất của máy ủi 115 Kết luận chung 118 Các tài liệu tham khảo 119  Lời nói đầu Trong công cuộc công nghiệp hoá , hiện đại hoá đất nước công tác xây dựng có một vị trí quan trọng. Nó là nghành kinh tế duy nhất có thế xây dựng cơ sở vật chất và cơ sở hạ tầng cho tất cả các nghành kinh tế xã hội trong nền kinh tế quốc dân . Tuy nhiên đây lại là nghành kỷ thuật nặng nhọc , do đó để đạt được tiến độ thi công và chất lượng của công trình thì vẫn đề cơ giởi hoá tức là đưa các máy móc vào thi công thay cho sức lao động thủ công của con người là một công tác rất cần thiết về cả mặt kinh tế cũng như xã hội . Trong đó công tác làm đất lại chiếm một khối lượng công việc cũng như tài chỉnh khả lớn trong tỷ trọng của công trình . Đối với các nhà cao tầng , các khu chung cư là việc chuẩn bị mặt bằng , thi công phần ngầm... , trong các công trình giao thông là việc làm đường , san lấp các hô , ủi các đồi cao ... Do đó , việc đưa các máy móc vào phục vụ cho thi công là điều tất yếu . Tuy nhiên , với điều kiện kinh tế kỷ thuật hiện nay của nước ta , các máy móc nói chung và các máy làm đất nói riêng vẫn còn thiếu , các máy hiện nay chủ yếu là nhập khấu từ các nước như la Nga , Nhật Bản , Hàn Quốc ...vì vậy việc thiết kể , cái tiến các máy cho phù hợp với điều kiện tự nhiên , điều kiện khí hậu và đặc biệt là phù hợp điều kiện thi công của từng công trình là một yêu cầu cấp bách . Qua đồ án tốt nghiệp em sẽ thiết kế thiết bị ủi vạn năng lắp trên máy cơ sơ T100 để thi công đất và bổ trí sao cho nó làm việc một cách có hiệu quả . Để hoàn thành đồ án ngoài nổ lực của bản thân em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô giảo trong khoa , trong bộ môn và đặc biệt là thầy giảo Lưu Bá Thuân. Tuy nhiên , do thời gian , trình độ có hạn chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót , em rất mong sự chỉ bảo , góp ý của các thầy cô để kiến thức khoa học kỹ thuật của em ngày càng hoàn thiện hơn . Em xin chân thành cảm ơn ! Phần mở đầu Giới thiệu chung về máy ủi Chương 1 Giới thiệu chung về máy ủi i, Công dụng của máy ủi . Để phục vụ cho công tác thi công đào và chuyển đất có thể sử dụng nhiều loại máy khác nhau như là máy ủi , máy cạp hay là kết hợp giữa máy đào một gầu và các ô tô vận chuyển …Tuy nhiên đối với trường hợp mà cứ li đào và vận chuyển đất nhỏ hơn 100 m thì việc sử dụng máy ủi để thi công là hợp lý hơn cả . Hiện nay ở nước ta , máy ủi được sứ dụng khá rộng rãi và chủ yểu là để làm các công việc sau : Đào các ao , hồ và các kênh mương Đào các móng nhà , chủ yếu là các nhà cao tâng có móng lớn Đào đắp các đường giao thông , và làm các đường phụ phục vụ cho thi công San sơ bộ đối với những công trình có mặt bằng lớn như sân vậ động , khu công nghiệp … San lấp các móng nhà , các rãnh đặt đường ống nước , dây điện … Thu gom vật liệu thành từng đống để máy xúc một gầu đổ lên ô tô Thu dọn hiện trường sau khi công trình thi công xong Trợ lực cho máy cạp khi nó làm việc gặp đất cứng hay chướng ngại vật… hoặc các thiết bị làm việc khác . Làm máy cơ sở để lắp thiết bị xới II, Phân loại máy ủi . Hiện nay , máy ủi rất đa dạng về cả hình dáng và chúng loại , do đó việc phân loại chúng cũng rất phức tạp . Ta có thế phân theo một số cách như sau : 1, Dựa vào cơ cấu di chuyển ta chia thành các loại sau . Máy ủi bánh xích . Loại này có áp suất nhỏ , lực bám lớn nên có thế làm việc những nơi có độ dốc hoặc là nền đất yếu , nhưng lại có tốc độ nhỏ và không tự di chuyển được trên đường giao thông . Máy ủi bánh hơi . Loại này có áp suất xuống nền lớn hơn nên chí làm việc với nền đất khô , tuy nhiên loại này lại có khá năng di chuyển với tốc độ cao hơn máy bánh xính và có thế tự di chuyển trên đường giao thông một cách bình thường . 2, Dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy. Máy ủi thường . Bàn ủi của máy luôn đặt vuông góc với trục dọc của máy Máy ủi vạn năng . Loại máy này bàn ủi có khả năng quay được trong mặt phẳng ngang và đặt nghiêng so với trục dọc của máy một góc thường là 450 600 . Do đó máy ủi vạn năng có khả năng làm việc linh hoạt hơn máy ủi thường . 3, Dựa vào công suất và lực kéo của máy. Ta có thế phân loại theo bảng sau: Loại máy ủi Công suất động cơ(KW) Lực kéo(T) Rất nhỏ Đến 15 Đến 2,5 Nhỏ 15 60 2.5 7,5 Trung bình 60 110 7,5 15 Lớn 110 220 15 20 Rất lớn >220 >30 4, Dựa vào phương pháp điều khiển thiết bị ủi . - Máy ủi điều khiển bằng cáp : Nâng hạ thiết bị làm việc bằng hệ thống dây cáp và tời . - Máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực : Nâng hạ thiết bị làm việc bằng các xylanh thuỷ lực . - Máy ủi điều khiến từ xa bằng điện từ : Loại nay giả thành cao nên ít được sử dụng , chủ yếu được dùng cho những máy ủi khai thác khoảng sản dưới đáy đại dương . III, Cấu tạo chung của máy ủi Với công nghệ chế tạo máy hiện nay và yêu cầu của công nghệ thi công có trình độ cơ giới hoá cao nên cấu tạo máy ủi rất đa dạng về chủng loại cũng như kích thước . Đó là máy ủi thường , máy ủi vạn năng , máy ủi điều khiển bằng cơ khí , máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực , máy ủi bánh xích , máy ủi bánh lốp …Tuy nhiên nhìn chung chúng vẫn có nguyên lý cấu tạo chung . Sau đây là cấu tạo chung của máy ủi vạn năng di chuyển bằng xích điều khiển bằng thuỷ lực . Nguyên lý cấu tạo chung được mô tả như hình vẽ : Các bộ phận chính của máy (Hình 1.III - 1): Lưỡi cắt chính 13- Con lăn đỡ Lưỡi cắt mép 14- Con lăn tỳ Kkớp cầu 15- Đĩa xích bị động Cửa ca bin Xy lanh nâng hạ thiết bị ủi 16- Móc kéo Ca bin 5- Khung ủi 17- Thùng dầu 6- Khớp liên kết 18- Buồng lái 7- Xích di chuyển 19- Nắp thông hơi 8- Thanh chống xiên 20- Hộp đấu thuỷ lực Thanh đẩy 21- Ông khói 10- Đĩa xích chủ động 22- Đầu má 11- Thanh đẩy 23- Bàn ủi 12- Lo xo 24- Tấm chắn trên Hình 1.III – 1 : Cấu tạo chung máy ủi Nhờ có khớp cầu (5) mà bàn ủi có thế quay trong mặt phắng nằm ngang một góc thường là khoảng 450 600. Đó chính là ưu điểm của máy ủi vạn năng so với máy ủi thường . IV, Hệ thống điều khiến . Hiện nay , máy ủi thường sứ dụng hai hệ thống điều khiến sau : Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực Hệ thống điều khiển bằng cáp Trong đó , hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực có nhiều ưu điểm hơn hệ thống điều khiển bằng cáp như là : Truyền động được lực lớn Làm việc êm , cho phép biến đối và điều chính bằng các thao tác đơn giản Kết cấu đơn giản , không chiếm không gian lớn Đảm bảo quá trình nâng hạ thiết bị làm việc ổn định và không phụ thuộc vào tải trọng . Có độ tin cậy và độ bền cao Bảo quản đơn giản Một ưu điểm của phương pháp điều khiển bằng thuỷ lực đó là có thể dùng lực đẩy của xylanh nâng hạ thiết bị ủi trong quá trình ấn sâu bàn ủi xuống đât còn phương pháp điều khiển bằng cáp thì không có . Song sử dụng hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực nó cũng có những nhược điểm so với hệ thống điều khiển bằng cáp : Đòi hỏi có độ chính xác cao trong chế tạo , đòi hỏi công nghệ chế tạo cao Do phải làm việc với dầu có áp lực cao nên việc làm kín rất khó khăn Các thiết bị về truyền động thuỷ lực rất đắt … Cho nên , hiện nay hệ thống điều khiến bằng thuỷ lực được sử dụng rộng rãi hơn hệ thống điều khiển bằng cáp . Phần I Chọn máy ủi Chương 2 Tính chọn máy ủi I, Tính chiều rộng bàn ủi . Từ năng suất san Qs ta sẽ đi xác định kích thước của bàn ủi theo công thức sau : Qs = (2.I - 1) B = []. (2.I - 2) Trong đó : B : Chiều rộng bàn ủi c : chiều rộng bàn ủi trùng lên nhau giữa 2 lần san c = 0,3 0,5 m (Trang 240 - 1) Chọn c = 0,4 m Qs : Năng suất máy khi san Qs = 26960 m2/ca = 3370 m2/h n : Số lần san đất tại một tuyến , n = 2 lần L : Chiều dài vùng san , L = 70 m v : Vận tốc máy khi san đất , v = 3,6 Km/h = 1 m/s tq : Thời gian một lần quay đầu , tq = 10 s Ktg : Hệ số sử dụng thời gian , Ktg = 0,8 0,9 (Trang 231 - 1) Chọn Ktg = 0,8 j : Góc tạo bới bàn ủi và trục dọc máy , j = 600 B = []. = 3,55 m B = 3,55 m II, Tính chiều cao bàn ủi . Từ chiều chiều rộng bàn ủi ta có thế suy ra chiều cao của bàn ủi theo công thức sau : B = (3,0 3,5) . H (2.iI - 1) chọn B = 3,5. H (2.iI - 2) H = = 1,0 m III, Tính chọn máy kéo cơ sở . Để chọn máy kéo cơ sở ta căn cứ vào lực kéo danh nghĩa T . Lực kéo T được xác định từ chiều cao H của bàn ủi theo công thức kinh nghiệm sau : H = 450 . - 0,5 . T (2.IiI - 1) T : Lực kéo danh nghĩa của máy kéo Thay H vào công thức kinh nghiệm (2.IiI - 1) ta có : 1000 = 450. - 0,5.T Giải phương trình trên ta được nghiệm T 135 KN Vậy , ta chọn máy kéo cơ sở là T100 . Một số đặc tình kỷ thuật của máy kéo cơ sở T100 . - Công suất của động cơ : 74 KW - Lực kéo danh nghĩa : 100 KN - Tốc độ (Km/h) : + Tốc độ tiến : 2,36 ; 3,78 ; 46,51 ; 6,54 ; 10,15 + Tốc độ lùi : 2,79 ; 3,46 ; 46,46 ; 5,34 ; 7,16 - Kích thước bao : + Chiều dài : 4313 mm + Chiều rộng : 2460 mm + Chiều cao : 3059 mm - Khối lượng : 12,1 t Phần II Thiết kể thiết bị ủi vạn năng lắp trên máy cơ sở đã chọn Chương 3 tính toán chung i, Xác định các thông số cơ bản . 1, Xác định các thông số cơ bản của máy ủi . - Trọng lượng sứ dụng của máy Gm Theo kinh nghiệm Gm = 1,2 . GT (3.I - 1) GT : Trọng lượng máy kéo cơ sở GT = 12,1 (T) = 121 KN thay vào (3.I - 1) ta có : Gm = 1,2 . 12,1 = 14,52 (T ) = 145,2 KN - Trọng lượng thiết bị ủi Chọn sơ bộ GTB = (0,15 0,2).GT (3.I - 2) Lấy GTB = 0.2 . GT = 0,2 . 12,1 = 2,42 ( T ) = 24,2 KN 2, Xác định các thông số cơ bản của bàn ủi . a, Các thông số động học của bàn ủi. Các thông số này thường được chọn như sau : - Góc cắt đất = 500550 , chọn = 500 - Góc nghiêng bàn ủi = 750 - Góc lật = 600 750 , chọn =700 - Góc đặt của tấm chắn phía trên 1 = 900 1000 , chọn 1 = 950 - Góc sau = 300 350 , chọn = 350 - Góc tạo bới bàn ủi và trục dọc máy j = 600 - Góc tạo bới mép dưới dao cắt và phương ngang = 60 120, Chọn = 100 b, Các thông số hình học của bàn ủi . - Kiếm tra chiều rộng B theo công thức kinh nghiệm sau : Với bàn ủi quay ta có : B = + (700 900) mm (3.I - 3) b: Chiều rộng bao của máy kéo cơ sở , b = 2460 mm B = + (700 900) mm B = 3540 3740 mm Vậy , B = 3550 mm là hợp lý . - Chiều cao của bàn ủi H = 1000 mm - Chiều rộng vùng phẳng của bàn ủi a = 150 200 mm , chọn a = 200 mm - Bản kính cong của bàn ủi R = (3.I - 4) Hình 3.I - 1 : Các thông số động học của bàn ủi Trong đó : H : Chiều cao bàn ủi H = 1,0 m a : Chiều sộng vùng phắng a = 0,2 m : Góc cắt đất = 500 : Góc lật của bàn ủi Máy ủi vạn năng =700 750 , chọn =750 Thay các giả trị trên vào (3.I - 4) ta có : R = = 939 mm II, Tính toán kéo máy ủi . Trong khi đào và chuyển đất,máy ủi muốn di chuyển được thi phải thoả mãn điều kiện sau : PK Pb : Tổng lực cản tác dụng lên máy PK : Lực kéo tiếp tuyến của máy Pb : Lực bám giữa cơ cấu di chuyển và mặt đường 1, Xác định lực cản . a, Xác định lực cản cắt (W1). Hình 3.II - 1 : Xác định lực cản tác dụng lên bàn ủi W1 = k .B . h1. Sin (3.II - 1) k : Lực cản riêng Với = 550, đất cấp III ta có k = 110 170 KN/m2 (trang 205 - 1) chọn k = 120 KN/m2 B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m : Góc quay bàn ủi trong mặt phắng ngang = 600 h1 : Chiều sâu cắt trong giai đoạn vận chuyển đất để bù lại lượng đất bị rơi vãi sang hai bên : h1 = (3.II - 2) k1 : Hệ số kể đến sự rơi vãi đất sang hai bên trên 1 m quảng đường vận chuyển đất Xem đất khô có k1 = 0,06 0,07 (Trang 205 - 1) Chọn k1 = 0,06 V : Thể tích khối đất trước bàn ủi V = (3.II - 3) HT : chiều cao bàn ủi kể cả tấm chắn phía trên HT = H + H1 (3.II - 4) H1 : Chiều cao tấm chắn , thường chọn H1= (0.15 á0.25). H (Trang 200 - 2) Chọn H1 = 0,2 . H = 0,2 . 1000 = 200 mm = 0,2 m HT = 1,0 + 0,2 = 1,2 m : Góc chảy rự nhiên của đất Đất sét nặng có g = 450 500 (bảng 4.I.9a - 1) chọn g = 450 B : Chiều rộng bàn ủi B = 3,55 m Thay các giả trị HT , g , B vào (3.II - 3) có : V = = 2,3 m3 thay vào (3.II - 2) có : h1 = = 0,04 m thay vào (3.II - 1) có : W1 = 110 . 3,55 . 0,04 . sin600 = 13,5 KN b, Xác định lực cản di chuyển khối đất lăn trước bàn ủi (W2) W2 = V..sin (3.II - 5) V : Thể tích khối đất trước bàn ủi , V = 2,3 m3 : Trọng lượng riêng của đất Đất cấp III có : = 17 18 KN/m3 (Trang 15 - 2) Ta chọn = 17,5 KN/m3 : Hệ số ma sát giữa đất và đất Đất cấp III có = 0,7 0,8 (Bảng 1.II.4 - 1) , lấy = 0,7 Thay các giả trị vào (3.II - 5) W2 = 2,3 . 17,5 . 0,7 . sin 600 = 21,7 KN c, Xác định lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi. Hình 3.II- 2 : Xác định lực cản tác dụng lên bàn ủi Khối đất trước bàn ủi tạo nên trên bề mặt làm việc của bàn ủi một áp lự N . Dưới tác dụng của lực N gây nên lực ma sát chống lại sự di chuyển của khối đất lên phía trên bàn ủi (F) . Đồng thời do bàn ủi nghiêng so với phương chuyển động của máy nên suất hiện lực ma sát cản trở khối đất di chuyển dọc bàn ủi (F) . F = . N = . Gđ . cosd (3.II - 6) F = . Gđ . (3.II - 7) : Hê số ma sát giữa thép và đất Đất cấp III có : = 0,5 0,6 (bảng 1.II.4 - 1) , lấy = 0,5 Gđ : TRọng lượng khối đất trước bàn ủi Gđ = V. = 2,3.17,5 = 40,2 KN F = 0,5 . 40,2 . cos500 = 11,5 KN F = 0,5 . 40,2 . 0,7 = 14,1 KN Chiếu các lực ma sát trên xuống phương di chuyển ta được các lực cản tương ứng sau : W3’ = F. cosd. Sin (3.II - 8) W3’’ = F. cos (3.II - 9) : Góc cắt đất , = 500 : Góc nghiêng bàn ủi trong mặt phắng ngang = 600 Thay vào các giả trị vào (3.II - 8) và (3.II - 9) có : W3 ’ = 11,5 . cos500 . Sin 600 = 5,7 KN W3’’ = 14,1 . cos600 = 7,0 KN W3 = W3’ + W3’’ = 5,7 + 7,0 = 12,7 KN d, Xác định lực cản di chuyển máy ủi (W4) . W4 = Gm . (f i) (3.II - 10) Gm : Trọng lượng máy ủi , Gm= 145,2 KN f: Hệ số cản lăn Máy ủi bánh xích , xem đát khô có f = 0,10 0,12 ( Trang 207 - 1) Chọn f = 0,11 i : Độ độ dốc của bề mặt làm việc , i = 100/0 = 0,10 Ta xét trường hợp lên dốc (Lấy dấu +) W4 = 145,2 .(0,11 + 0,10) = 30,5 KN e, Xác định lực cản ma sát giữa dao cắt bàn ủi và đất (W5) . W5 = . (R2 + GTB) (3.II - 11) R2 : Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt theo phương thắng đứng R2 = k . x . B , N (3.II - 12) k : Hệ số khá năng chịu tải của đất , k = 50 60 N/cm2 (Trang 203 - máy làm đất) . Chọn k = 50 N/cm2 = 500 KN/m2 x : Chiều rộng mòn cùn của dao cắt , thường x = 1,0 1,5 cm (Trang 203 - 1) , lấy x = 1,0 cm = 0,01 m R2 = 500 . 0,01 . 3,55 = 17,7 KN W5 = 0,5.(17,7 + 24,2) = 20,9 KN Vậy , tống các lực cản tác dụng lên máy ủi là : = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 13,5 + 21,7 + 12,7 + 30,5 + 20,9 = 98,8 KN = 98,8 KN 2, Xác định lực bám . Pb = . Gb (3.II - 13) : Hệ số bám Máy ủi bánh xích ; đất cấp III (Đất sét có độ ấm tự nhiên) có : = 0,7 [(Bảng 1 - 12 ) - 2] Gb: Trọng lượng bám Gb = Gm. cosa . kođ Gm : Trọng lượng máy ủi , Gm = 145,2 KN a : Góc nghiêng bề mặt làm việc , a = arctgi = arctg 0,1 = 5,70 ( độ dốc làm việc i = 10 ) kođ : Hệ số kể đến sự phân bổ trọng lượng ra các bánh chủ động Máy ủi bánh xích kođ = 1 Gb = 145,2 . cos 5,70 = 144,5 KN Pb = 0,7 . 144,5 = 101,2 KN Ta thấy = 98,8 KN < Pb = 101,2 KN Như vậy , lực kéo của máy kéo cơ sở đảm bảo cho máy ủi có thể làm việc bình thường. 2, Xác định công suất di chuyển máy. Công suất cần thiết để di chuyển được xác định theo lực PK : Ndc = , KW (IV - 24) PK : Lực kéo tiếp tuyến , PK = = 98,8 KN = 98800 N v : Vận tốc của máy khi làm việc , thường là vận tốc số 1 của máy v = 2,36 km/h = 0,6 m/s : Hiệu suất truyền động của máy , = 0,8 0,9 = 0,9 Ndc = = 65,9 KW Ta thấy Ndc = 65,9 KW < Nđc= 74 KW Như vậy , công suất của máy keos cơ sở đã chọn đảm bảo cho quá trình làm việc của máy ủi . III, Xác định lực tác dụng lên máy ủi . 1, Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi . Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi được mô tả trên hình vẽ sau (hình 3.III – 1) : Trong đó : GTb :Trọng lượng thiết bị ủi P : Phản lực đất tác dụng lên dao cắt, P được chia thành 3 thành phần P1 , P2 , P3 P1 : Theo phương ngang P2 : Theo phương thắng đứng P3 : Theo phương vuông góc trục dọc của máy Pc : Phản lực tại khớp liên kết bản lề và máy,nó phân ra hai thành phần Zc và Xc Zc : Theo phương thắng đứng , Xc : Theo phương ngang Hình 3.III - 1 : Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi 2, Xác định các lực tác dụng lên máy ủi . a, Xác định trọng lượng thiết bị ủi . Trọng lượng thiết ủi được xác định trên nguyên lý máy ủi điều khiến bằng cáp (tức là lúc này lực S ở xylanh nâng hạ thiết bị ủi bằng 0) và phải đảm bảo sao cho dao cắt thắng được lực cản của đất trong khi cắt đất . Điều kiện để tính GTB : - Máy ủi làm việc trên mặt phắng ngang - Dao cắt của bàn ủi đang ấn sâu vào đất - Lực căng cáp nâng băng 0 Ta có thế xác định dựa vào phương trình cân bằng mô men tại điểm C . = . l0 - R2 . l + R1 . m = 0 = (3.III - 1) Hình 3.III - 2 : Sơ dồ xác định trọng lượng thiết bị ủi Trong đó : R2 : Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt theo phương thắng đứng R2 = k . x .B , N k : Hệ số khá năng chịu tải của đất , k = 50 60 N/cm2 (Trang 203 - 1) . Chọn k = 50 N/cm2 = 500 KN/m2 x : Chiều rộng mòn cùn của dao cắt , thường x = 1,0 1,5 cm (Trang 203 - 1) , lấy x = 1,0 cm = 0,01 m R2 = 500 . 0,01 . 3,55 = 17,7 KN R1 : Phản lực do ma sát giữa dao cắt và đất R1 = . R2 : Hệ số ma sát giữa thép và đất Đất cấp III có : = 0,5 0,6 (bảng 1.II.4 - 1) , lấy = 0,5 R1 = 0,5 . 17,7 = 7,8 KN l : Khoảng cách từ R2 tới C , l = 3,4 m (theo lý thuyết máy đồng dạng) l0 : Khoảng cách từ GTB tới C , l0 = .l = 2,2 m m : Khoảng cách từ R1 tới C , m = 0,48 m (3) Thay các giả trị vào (3.III - 1) có : = = 25,7 KN Với máy ủi thuỷ lực , dao cắt được ấn sâu cưỡng bức vào đất nhờ trọng lượng thiết bị ủi và lực đấy của xi lanh thuỷ lực . Do đó , trọng lượng thiết bị ủi có thế lấy giảm đi (5 10) , ta lấy giảm đi 10 = 0,90 . 25,7 = 23,5 KN Như vậy , ta lấy GTB min= 24,2 KN là hợp lý . b, Xác định phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi . Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt P được chia thành 3 thành phần P1 , P2 , P3 được biểu diễn như hình vẽ (hình 3.III - 1). b.1, Xác định P1 , P2 . * Khi bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đất (dao cắt bi mòn) . Trước bàn ủi chưa có khối đất lăn , ta có : P1 = R1 , P2 = R2 R1 , R2 : Lực cản cắt có kể đến sự mòn cùn của dao cắt theo phương tiếp tuyến và pháp tuyến (được xác định ở phần trên) P1 = R1 = 7,8 KN P2 = R2 = 17,7 KN * Khi nâng bàn ủi cuối giai đoạn cắt vá tích đất . Trước bàn ủi dã có khối đất lăn gây nên áp lực N . Dưới tác dụng của N trước bàn ủi xuất hiện lực ma sát Fms cản di chuyển của khối đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi. Fms = h1 . N (3.III - 2) N : áp lực của khối đất trước bàn ủi theo phương pháp tuyến với dao cắt Mặt khác từ ( hình 3.II - 2) ta có : Fms = Gđ. cosd.h1 (3.III - 3) Hình 3.III – 3 : Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi Từ (3.III - 2) và (3.III - 3) ta có: h1 . N = Gđ. cosd.h1 N = Gđ. cosd (3.III - 4) d : Góc cắt , d = 500 Gđ: Trọng lượng khối đất trước bàn ủi . Gđ = V. r = . r B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m H : Chiều cao bàn ủi , H = 1,0 m g : Góc chảy tự nhiên của đất , g = 450 Gđ = . 17,5 = 31,1 KN , thay vào (3.III - 4) ta có : Thay vào (3.III - 4) ta có : N = 31,1 . cos500 = 19,9 KN Các lực P1 , P2 được xác định theo công thức sau : P1 = N. sin(d + j1) + R1 (3.III - 5) P2 = N. cos(d + j1) - R1 (3.III - 6) j1 : Góc ma sát giữa thép và đất : j1 = arctg m1 = arctg 0,5 = 250 Trong trường hợp này , lực P2 hướng xuống và điểm đặt của lực P1 , P2 cách mặt đất cơ bản một đoạn Hp = (0,20 0,27) . H (Trang 221 - 1) H: Chiều cao bàn ủi : H = 1,0 m Hp = (0,20 0,27) . 1,0 = 0,20 0,27 m Khi máy ủi làm việc gặp chướng ngại vật , tại dao cắt sẽ phát sinh tải trọng động, khi đó phản lực của đất tác dụng lên dao cắt lớn nhất và được xác định theo các công thức sau : + Xác định phản lực tiếp tuyến . P1max= P1c + P1đ (3.III - 7) Trong đó : P1c: Lực cản tĩnh tính theo lực kéo lớn nhất P1c = Tmax= Pb = jmax. Gb (3.III - 8) Gb : Trọng lượng bảm Gb = 144,5 KN (Theo tính ở trên) jmax: Hệ số bảm lớn nhất Máy kéo xích , đất cấp III (Đất ẩm) có jmax= 0,7 [(Bảng 1 - 12) - 2] Thay các giả trị vào (IV - 32) ta có : P1c = 0,7 . 144,5 = 101,2 KN P1đ : Lực động được xác định trên cơ sở khảo sát máy ui và chướng ngại vật như một hệ thống đàn hồi một bậc tự do . Ta có thế xác định gần đúng theo hệ số tải trọng động như sau : kđ = = = 1+ P1đ = (kđ - 1) . P1c (3.III - 9) Hệ số kđ thường là kđ = 1,5 2,0 , ta lấy kđ = 1,5 Thay (3.III - 9 vào (3.III - 7) ta được : P1max= P1c + (kđ - 1) . P1c (3.III - 10) P1max= 101,2 + (1,5 - 1) . 101,2 = 151,8 KN + Xác định phản lực pháp tuyến . Từ (3.III - 5) và (3.III - 6) ta có : N = = P2 = (P1 - R1) . cotg(d + j1) - R2 P2 có giả trị lớn nhất khi R1 = R2 = 0 và góc cắt d có giả trị nhỏ nhất . Lực P2 hướng xuống và được xác định theo công thức : P2max= P1max. cotg (d + j1) (3.III - 11) Thay các giả trị vào (3.III - 11) ta có : P2max = 22,5 KN b. 2, Xác định P3 . Khi góc quay của bàn ủi khác 900 ngoài 2 thành phần phản lực P1 và P2 còn có thành phần phản lực P3 theo phương vuông góc với trục dọc của máy (hình 3.III - 1) có xu thế làm cho máy quay vòng . Do đó để máy có thế di chuyển về phía trước thi phản lực P3 phải thoả mãn điều kiện bảm của cơ cấu di chuyển . P3 . l Mp P3 (3.III - 12) Trong đó : * Mp : Mô men cản quay do tổng các lực ngang của mặt đất tác dụng lên cơ cấu di chuyển gây ra khi máy ủi quay vòng . Với máy ủi xích Mp được tính theo công thức sau : Mp = (3.III - 13) hp : Hê số cản quay vòng , hp = 0,7 1,0 (Trang 224 – 1) Lấy hp = 0,85 L : Chiều dài bề mặt tựa của xích di chuyển , L = 2,5 m (3) G : Trọng lượng máy ủi dồn lên dải xích di chuyển (khi thiết bị ủi nâng khỏi mặt đát thi G là trọng lượng máy ủi còn khi máy ủi mằm trên mặt đất thì G là trọng lượng máy kéo) , G = Gm = 145,2 KN Mp = = 74,2 KN.m Hình 3.III - 4 : Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi * l : Khoảng cách từ tâm quay của máy đến P3 . Nó được xác định theo công thức sau : l = lk + . B . cosj (3.III – 14) lk : Chiều dài khung ủi Theo lý thuyết với máy đồng dạng ta có lk = 3200 mm = 3,2 m B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m j : Gó quay bàn ủi trong mặt phắng ngang , j = 600 l = 3,2 + . 3,55 .cos 600 = 4,1 m Thay các giả trị Mp , l vào (3.III - 12) ta có : P3 = 18,1 KN Ta lấy P3 = 18,1 KN b.3, Xác định lực trên cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi . Đối với máy ủi thuỷ lực ta phải khảo sát hai trường hợp sau : * Vị trí thứ nhất : Khi ấn sâu dao cắt xuống đất bắt đầu quá trình cắt đất . Dưới tác dụng của trọng lượng thiết bi ủi (GTB) bàn ủi sẽ ăn sâu vào đất và thực hiện quá trình cắt đất . Tuy nhiên trong trường hợp gặp đất cứng hoặc là gặp chướng ngại vật thì trọng lượng thiêt ủi không đủ lớn để có thế thắng được lực cản R2 , khi đó ta cần lực đấy trọng xylanh nâng hạ thiết bị ủi để thắng lực cản R2 để ấn sâu dao cắt xuống đất . Lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi S được xác định từ phương trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lên thiết bị làm việc tại điểm C . S = (3.III - 15) Thay (3.III - 11) vào (3.III - 15) ta được lực nâng lớn nhất : Smax1 = (3.III - 16) Trong đó : l = 3,4 m (theo lý thuyết máy đồng dạng) l0 = . l = . 3,4 = 2,2 m r = lk. Sinq = 3,2 . Sin 450 = 2,2 m [ q : Góc hợp giữa trục xy lanh nâng bàn ủi và trục khung ủi : q = 450 750 (trang 235 - 2) , Máy ủi thuỷ lực ta chọn q = 450 , lk : Chiều dài khung ủi , lk = 3,2 m ] m = 0,48 m (3) Hình 3.III - 5 : Sơ đồ lực ở cơ cấu nâng thiết bị ủi ở vị trí bắt đầu ấn dao cắt xuống đất . P1max : Phản lực lớn nhất của đất tác dụng lên bàn ủi , P1max= 151,8 KN GTB: Trọng lượng thiết bị ủi , GTB = 24,2 KN Thay các giả trị vào (3.III - 16) ta có : Smax1= = 5,5 KN Tuy nhiên , nếu lực ấn trong xylanh Smax1 mà lớn quá thì sẽ gấy mất ốn định cho máy , tức là lực Smax1 phải thoả mãn điều kiện về ổn định sau : Smax1 < Sy1 Sy1 : Lực trên cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện ổn định của máy khi máy máy có xu hướng lật quoanh điểm B . Lực trong cơ cấu nâng Sy1 ddược xác định từ phương trình cân bằng mô men tại điểm C theo công thức : = P1. m + GTB. l0 - P2. l + Sy12 . r = 0 Sy1 = (3.III - 19) Trong đó : P2 : Được xác định từ điều kiện ổn định khi máy có xu hướng lật quoanh điểm B (Điểm tựa phía sau xích di chuyển) . = GTB.( l0 + l2) - P2.( l+ l2) + GT . l3 = 0 P2 = (3.III - 20) Trong đó : L3 : Khoảng cách từ trọng lượng máy cơ sở tới điểm B lT = 1,4 m (3) l2 : Khoảng cách giữa điểm B và điểm C l2 = 1,2 m (3) P2 = = 68,2 KN Hình 3.III - 7 : Sơ đồ lực ở cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi theo điều kiện ổn định ở vị trí thứ nhất P1 : Được tính theo công thức sau : P1 = Tmax = 101,2 KN Thay các giả trị vào (IV - 40) ta có : Sy1 = = 59,1 KN Ta thấy Smax1 = 5,5 KN < Sy1 = 59,1 KN Vậy , với lực nâng Smax1 đảm bảo máy vẫn ổn định . *Vị trí thứ 2 : Khi nâng bàn ủi cuối giai đoạn cắt đất phía trước bàn ủi đã được tích đầy đất . Đây là vị trí mà cơ cấu nâng làm việc nặng nề nhất . Hình 3.III - 7 : Sơ đồ lực ở cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi ở vị trí thứ hai Để tính lực nâng S ta xét phương trình cân bằng mô men tại điểm C . = P1. m + P2. l + GTB. l0 + Q . l + Gđ. l4- S . r = 0 S = (3.III - 21) Trong đó : P1 = Tmax= 101,2 KN P2 = P1. Cotg (d + j1) = 101,2 . Cotg(500 + 250) = 15,1 KN L4 : Khoảng cách từ trọng lượng khối đất tới điểm C , l4 = 3,2 m Q : Lực cản trượt giữa khối đất được nâng cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi . Q được xác định theo công thức sau: Q = C . F2 (3.III - 22) Trong đó : C : Hệ số bảm của đất và đất khi khôi đât chúng trượt tương đối với nhau . Ta xem đất ẩm , C = 0,5 N/cm2 = 5 KN/m2 (Bảng 46.I.6 – 1) F2 : Diễn tích bề mặt trượt giữa khối đất được nâng lên cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi . F2 = B . H2 (3.III - 23) B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m H2 : Chiều cao của bề mặt trượt nói trên , thường H2 = (0,7 0,8). H (Trang 218 – 2) Chọn H2 = 0,7 . H H : Chiều cao bàn ủi , H = 1,0 m H2 = 0,7 . 1,0 = 0,7 m F2 = 3,55 . 0,7 = 2,48 m2 Q = 5 . 2,48 = 12,4 KN Gđ : Trọng lượng khối dất được nâng cùng bàn ủi (Phần gạch chéo ở hình 3.III - 8) Gđ = F1 . B . h = (3.III - 24) B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m H : chiều cao bàn ủi , H = 1,0 m r : Trọng lượng riêng của đất , r = 1,75 T/m3 = 17,5 KN/m3 g : Góc chảy rự nhiên của đất , g = 450 k1 : Hệ số tỷ lệ giữa thế tích khối đất được nâng lên cùng bàn ủi và phần đất còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi . k1 = 0,2 0,4 (Trang 227 - 1) , chọn k1 = 0,2 Gđ = = 6,0 KN Thay các giả trị vào (3.III - 19) ta được : Smax2 = = 97,8 KN Lực nâng Smax2 phải thoả mãn điều kiện về ổn định sau : Smax2 < Sy2 Sy2 : Lực nâng được xác định từ điều kiện ổn định (máy lật quoanh điểm A - điểm tựa phía trước của xích di chuyển) Để xác định lực Sy2 ta xét phương trình cân bằng mô men tại C. = P1. m + P2. l + GTB. l0 + Q . l – Sy2 . r = 0 Sy2 = (3.III - 25) Trong đó : P1 = Tmax = 101,2 KN P2 : Được xác định dựa vào phương trình cân bằng mô men tại điểm A . = (Q+P2).(l - l0 + l5) + Gđ.(l4 - l0 + l5) + GTB.l5 – GT.lT = 0 P2 = (3.III - 26) Trong đó : l = 3,4 m l0 = 2,2 m l2 = 1,1 m l4 = 3,2 m lT = 1,1 m l5 : Khoảng cách từ điểm A tới lực GTB , l5 = 0,8 m Thay các giả trị vào (IV - 47) ta có : P2 = P2 = 39,8 KN Hình 3.III – 8 : Sơ đồ lực ở cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi theo điều kiện ổn định ở vị trí thứ hai . Thay các giả trị vào (IV - 46) ta có : Sy2 = = 126,9 KN Ta thấy Smax2 = 97,8 KN < Sy2 = 126,9 KN Vậy , với lực nâng Smax2 đảm bảo máy vẫn ổn định . Qua hai vị trí tính ở trên ta thấy giả trị lực S lớn nhất là : S max = Smax2 = 97,8 KN Do đó giả trị lực để tính toản thiết kể các cơ cấu nâng mà cụ thế là các bộ phận của thiết bị ủi như là khung ủi , bàn ủi , thanh chống xiên , xy lanh thuỷ lực … Khi tính xi lanh thuỷ lực thì phải kể đến tải trọng động , cho nên : St = Smax . Kđ (3.III - 27) Kđ : Hệ số tải trọng động , thường Kđ = 1,35 1,5 (Trang 228 - 1) Chọn kđ = 1,5 St = 97,8 . 1,5 = 146,7 KN * Kiểm tra công suất của đông cơ . Để máy vừa có thế nâng thiết bị ủi vừa có thế di chuyển khi làm việc thì lực nâng Smax phải được kiểm tra theo công suất động cơ của máy kéo cơ sở theo công thức sau : , KW (3.III - 28) Trong đó: + Nđc : Công suất động cơ của máy kéo cơ T100 , Nđ/c= 74 KW + Nn : Công suất tiêu hao cho cơ cấu nâng thiết bị ủi + Nd : Công suất tiêu hao cho việc di chuyển máy + Smax= 97,8 KN : Lực nâng xác định theo điều kiện ổn định + Vn : Vận tốc nâng thiết bị ủi , thường Vn = 0,1 0,2 m/s (Trang 228 – 1) , chọn Vn = 0,1 m/s + Vd = 0,6 (m/s) : Vận tốc di chuyển của máy khi làm việc , ứng với tay số I + hn= 0,95 : Hiệu suất cơ cấu nâng. + hd : Hiệu suất cơ cấu di chuyển , thường hd = 0,8 0,9 (trang 207 - 2) Chọn hd = 0,9 + Tmax= 101,2 KN : Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của máy kéo Thay số liệu vào vế phải công thức (3.III - 26) ta có: Nn = = 10,3 KW Ndc = = 67,5 KW Ta thấy Nđ/c = 74 KW > Nn = 10,3 KW Nđ/c = 74 KW > Ndc = 67,5 KW Nđ/c = 74 KW < Nn + Ndc = 77,8 KW Như vậy , khi máy gặp chướng ngại vật trong quá trình nâng bàn ủi ở cuối giai đoạn cắt và tích đất thì công suất của máy không đủ để cho máy vừa di chuyển vừa nâng thiết bị ủi lên . Khi đó máy buộc phải dừng lại để dùng hết công suất cho cơ cấu nâng nâng thiét bị ủi cùng khối đất để thắng chướng ngại vật sau đó mới tiếp tục di chuyển về phía trước . Tóm lại , công suất của động cơ là đảm bảo cho máy có thế làm việc trong mọi trường hợp . b. 4, Xác định phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo. Dưới tác dụng của các ngoại lực P1, P2, S và GTB , tại khớp C liên kết giữa khung ủi và máy kéo sẽ xuất hiện phản lực RC . Phản lực này được phân thành hai thành phần XC và ZC .Thể hiện trên hình vẽ sau (Hình IV - 13) : Công thức xác định : XC = P1+ S . cosq (3.III - 29) ZC = S . sinq - P2 - GTB (3.III - 30) Trong đó: q = 450 : Góc tạo bởi giữa cần của pistong nâng thiết bị ủi và đường tâm trục của khung ủi (theo trên) . XC đạt giá trị lớn nhất khi dao cắt của bàn ủi gặp chướng ngại vật : Khi đó : P1 = P1max = 151,8 KN P2 = P2max = 22,5 KN S = 102,3 KN Thay các giá trị vào ta có : XC = 151,8 + 97,8 . cos 450 = 220,1 KN ZC = 97,8 . sin 450 – 22,5 – 24,2 = 22,4 KN Hình 3.III – 9 : Sơ đồ xác định phản lực tai khớp bản lề C - Khi máy ủi làm việc trên bề mặt dốc (a = 5,70) thì các lực được tính là: XC = P1+ S . cosq + GTB . sina (3.III - 31) ZC= S . sinq - P2 - GTB . cosa (3.III - 32) Thay các giá trị vào ta có : XC = 151,8 + 97,8 . Cos 450 + 24,2 . Sin 5,70 = 223,3 KN ZC = 97,8 . Sin 450 – 22,5 – 24,2 . cos 5,70 = 22,5 KN IV,Tính ổn định máy ủi . 1, Trường hợp thứ nhất : Dao cắt của bàn ủi gặp chướng ngại khi bắt đầu ấn sâu xuống đất. Nếu là máy ủi điều khiển bằng cáp ở trường hợp này thường không tính ổn định vì lúc đó lực nâng trong pa lăng cáp xem như bằng 0 ( S = 0) .Tuy nhiên ở trường hợp này ta tính toán cho máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực có lực đấy S trong xy lanh thuỷ lực làm cho máy có xu hướng lật quanh điểm O1 . Do đó chúng ta cần kiếm tra trường hợp này . ở trường hợp này vì điểm đặt của P1 là O và điểm lật O1 cùng nằm trong mặt phẳng ngang nên khi tính toán, có thể xem phản lực tại khớp C do P1 gây ra có giá trị nhỏ và không ảnh hưởng đến độ ổn định của máy . Mô men gây lật máy quanh điểm O1 chủ yếu do lực nâng S gây ra . Hệ số ổn định trong trường hợp thứ nhất được xác định theo công thức sau: (3.IV - 1) + MG = GT . lT : Mô men chống lật máy ủi quanh điểm O1 . GT : Trọng lượng máy ủi , GT = 145,2 KN lT : Cánh tay đòn của lực GT tới điểm O1 , lT = 1,2 (3) MG = 145,2 . 1,2 = 174,2 KN.m + ML = S . l2 : Mô men gây lật máy ủi quanh điểm O1. S : Lực trong cơ cấu nâng thiết bị ủi Theo tính toán ở trên ta có : S = Smax1 = 5,5 KN l2 : Cánh tay đòn của lực S với điểm O1. l2 = 2,2 m ML = 5,5 . 2,2 = 12,1 KN.m Thay các giả trị vào (3.IV - 1) ta có : = 14,3 1,15 Vậy , trường hợp thứ nhất máy đảm bảo ổn định . Hình 3.IV - 1 : Sơ đồ tính ổn định máy ủi tại vị trí bắt đầu ấn dao cắt xuống đất 2, Trường hợp thứ hai : Bàn ủi bắt đầu được nâng lên ở cuối quá trình đào. Trong trường hợp này phía trước bàn ủi có đầy đất, máy có xu thế lật quanh điểm O2 (hình vẽ 3.IV - 2) . Trường hợp này để tính ổn định cho máy ủi điều khiển thuỷ lực. Muốn nâng được thiết bị ủi lên thì lực nâng S phải thắng được lực cản do áp lực của khối đất trước bàn ủi tác dụng vào bàn ủi. Khi đó điểm đặt của lực P1 được nâng lên, phương của lực P1 xem gần đúng trùng với đường tâm của khung ủi tức là đi qua điểm C , nên phản lực XC tại khớp C do P1 sinh ra sẽ tạo ra mô men giữ ổn định cho máy quanh điểm lật O2. Hệ số ổn định đối với trường hợp thứ hai được xác định theo công thức: 1,5 (3.IV - 2) Hình 3.IV – 2 : Sơ đồ tính ổn định máy ủi tại vị trí bàn ủi bắt đầu được nâng lên ở cuối quá trình cắt Mô men chống lật được xác định theo công thức: MG = GT . l1 + Xc . m = GT . l1 + P1 . m (3.IV - 3) Trong đó: GT : Trọng lượng máy ủi , GT = 145,2 KN Xc : Phản lực theo phương ngang tại khớp C do P1 sinh ra . Xc = P1 P1: Lực cản theo phương ngang do áp lực của khối đất trước bàn ủi tác dụng lên khung ủi . P1 = 101,2 KN ị Xc = 101,2 KN Thay các giá trị vào công thức (3.IV - 3) ta có: MG = 145,2 . 1,1 + 101,2 . 0,48 = 208,2 KN.m Mô men lật do lực nâng S trong cơ cấu nâng tạo ra : ML = S . l2 (3.IV - 4) Trong đó : S = Smax2 = 97,8 KN l2 : Khoảng cách giữa điểm O2 và lực S . l2 = 1,3 m Thay các giá trị vào công thức (3.IV - 4) ta có: ML= 97,8 . 1,2 = 117,6 KN.m ị Kođ = = 1,77 > 1,5 Vậy , máy đảm bảo điều kiện ổn định trong trường hợp thứ hai . Tóm lại , máy đảm bảo ổn định trong suốt quá trình làm việc . Chương 4 Tính toán các thiết bị chính của máy ủi I, Chọn vị trí tính toán . Sau khi xác định được cá lực tác dụng lên máy ủi , ta chọn dược các vị trí mà tại đó các lực tác dụng có giả trị lớn nhất để tính toán sức bền các bộ phận của máy ủi . Các ngoại lực tác dụng lên thiết bị ủi gồm : - Phản lực của đất P1 theo phương ngang , đạt giả trị lớn nhất khi máy ủi gặp chướng ngại vật trong quá trình cắt đất . Khi đó máy ủi phải sứ dụng lực kéo lớn nhất để có thế khắc phục được lực cản P1 . - Các lực P2 và S trong cơ cấu nâng đạt giả trị lớn nhất tại vị trí cuối giai đoạn cắt đất và bắt đầu nâng bàn ủi đầy đất ở phía trước , máy ủi sứ dụng toàn bộ công suất của động cơ để dẫn động cho cơ cấu nâng thiết bị . Từ sự phân tích trên ta có thế chọn các vị trí tính toán như sau : 1, Vị trí I : Dao cắt gặp chướng ngại vật tại điểm giữa bàn ủi trong quá trình cắt đất . Điều kiện tính toán : + Máy ủi di chuyển trên mặt phắng ngang vứi tốc đọ số I của máy kéo . + Khi bàn ủi gặp chướng ngại vật , máy ủi sứ dụng lực kéo lớn nhất theo điều kiện bảm , có kể dến tải trọng động với kđ = 1,5 2,5 . + Máy ủi đặt vuông góc với trục dọc của máy . Vị trí này dùng để tính sức bền bàn ủi . 2, Vị trí II : Dao cắt gặp chướng ngại vật tại điểm giữa bàn ủi trong quá trình nâng dần bàn ủi , giảm dần chiều sâu cắt . Điều kiện tính toán : + Máy ủi di chuyển ngang với tốc độ số II . + Lực trên cơ cấu nâng đạt giả trị lớn nhất, được xác định theo điều kiện ổn định của máy kéo và kiếm tra theo công suất động cơ. Hệ số tải trọng động kđ = 1,5 + Góc quay bàn ủi nhỏ nhất . Vị trí này dùng để tính toán cơ cấu nâng 3, Vị trí III : Dao cắt gặp chướng ngại vật tại mép dao trong khi ấn ssaau dao cắt xuống đất để thực hiện quá trình cắt đất , dồng thời máy di chuyển về phía trước . Điều kiện tính toán : + Máy ủi di chuyển trên bề mặt ngang . + Phản lực của đất theo phương ngang tác dụng lên khung ủi là lớn nhất . Máy ủi sứ dụng lực kéo lớn nhất theo điều kiện bảm , có kể đế tải trọng động với hệ số kđ = 1,5 . + Góc quay bàn ủi nho nhất . Vị trí này dùng để tính sức bền khung ủi của thiết bị ủi cổ định . 4,Vị trí IV : Dao cắt gặp chướng ngại vật ở mép dao trong quá trình cắt đất . Điều kiện tính toán giống như tại vị trí I . Vị trí này dùng để tính thanh đây nằm ngang 5, Vị trí V : Dao cắt gặp chướng ngại vật ở mép dao trong quá trình nâng dần bàn ủi ,đồng thời máy di chuyển về phía trước . Điều kiện tính toasn giống như vị trí II . Vị trí này dùng để tính sức bền khung ủi và tính thanh chống xiên . 6, Vị trí VI : Dao cắt gặp chướng ngại vật ở mép dao trong khi ấn sâu vào đất để thực hiện quá trình cắt đất , đồng thời máy ủi di chuyển về phía trước . Điều kiện tính toán giống như vị trí III . Vị trí này dùng để tính khớp bản lề liên kết giữa khung ủi và máy kéo cơ sở . II, Tính toán thiết kể thiết bị ủi . 1, Tính toán thiết kể bàn ủi . Thiết bị ủi là bộ phận chính của máy ủi . Đối với máy ủi thuỷ lực , thiết bị làm việc chính đó là khung ủi , bàn ủi , thanh chống xiên và hệ thống thuỷ lực ... ở phần này ta đi tính toán , thiết kể một thiết bị làm việc vạn năng , điều khiến bằng thuỷ lực để lắp trên máy cơ sở T100 . Khi tính toán thiết kể bàn ủi thì không phân biệt là bàn ủi của thiết bị ủi vạn năng hay là bàn ủi của thiết bị ủi thường . Bới vì , đối với thiết bị ủi vạn năng thì khi tính toán cũng đưa về vị trí bàn ủi dược đặt vuông góc với trục dộc của máy . Tại vị trí này lực tác dụng lớn nhất , còn khi bàn ủi tạo với trục dọc một góc j < 900 thì khi đó các phản lực phải nhân với giá trị Sinj nên trị số của chúng sẽ nhỏ đi . Vì vậy việc tính toán bàn bị ủi với góc j = 900 mà đảm bảo độ bền thì trong mọi trường hợp làm việc của máy các thiết bị vẫn dủ bền . Ta sứ dụng vị trí I để tính sức bền bàn ủi . Điều kiện tính toán như sau : + Dao cắt gặp chướng ngại vật tại điểm giữa bàn ủi trong quá trình cắt đất . Điều kiện tính toán : + Máy ủi di chuyển trên mặt phắng ngang vứi tốc đọ số I của máy kéo . + Khi bàn ủi gặp chướng ngại vật , máy ủi sứ dụng lực kéo lớn nhất theo điều kiện bảm , có kể đến tải trọng động với kđ = 1,5 2,5 . + Bàn ủi đặt vuông góc với trục dọc của máy . Để tính sức bền bàn ủi ta tách bàn ủi ra khói khung ủi để xét . Sơ đồ lực tác dụng lên bàn ủi được thế hiện trên hình vẽ (hình 4.II.1 - 1) Trục x , y nằm trong mặt phăng chứa khung ủi , còn trục z vuông góc với hệ trục nay . Hệ số tải trọng động là kđ = 1,35 1,5 (Trang 226 – 2) Ta chọn kđ = 1,5 Các lực tác dụng lên bàn ủi bao gồm : - Các phản lực của đất P1 , P2 P1 : Được xác định theo công thức (3.III - 10) Theo tính toán ơ trên ta có : P1 = 151,8 KN P2 : Được xác định theo công thức (3.III - 11) Theo tính toán ơ trên ta có : P2 = 22,5 KN - Trọng lượng bàn ủi Gb Gb = k. GTB (3.II.1 - 1) k = (0,45 0,55) (Trang 226 - 2) Chọn k = 0,5 GTB : Trọng lượng thiết bị ủi , GTB = 24,2 KN Gb = 0,5 . 24,2 = 12,1 KN - Lực nâng trong cơ cấu nâng hạ thiết bị ủi S S được xác định theo công thức (IV - 48) Theo tính toán ơ trên ta có : S = St = 146,7 KN - Các phản lực tại khớp liên kết giữa bàn ủi và thanh chống xiên PB1 , PB2 - Các phản lực tại khớp liên kết bàn ủi và khung ủi XA1, ZA1, XA2, ZA2 Hình 4.II.1 : Các lực tác dụng lên bàn ủi . Khi tính toán bền ta coi bàn ủi như một dầm đơn giản đặt trên hai gối đỡ A1 ,A2 có kích thước và tiết diễn của bàn ủi là không đối trên suốt chiều dài của nó . Các lực P1 , P2 , S được quy dẫn về điểm O và được phần thành các thành phần theo các trục x , z . Từ đó có các thành phần Qx , Qz . Trọng lượng bàn ủi coi như phân bổ đều trên theo chiều dài của nó (q). q = = = 3,4 KN/m (4.II.1 - 2) (Gb =12,1 KN - Trọng lượng bàn ủi , L = 3,55 m - Chiều dài bàn ủi) Phân tích q thành hai thành phần qx và qz theo các trục x và z . Ta có : Qx = P1. cosq1 + P2. sinq1 + S . cosq (4.II.1 - 3) Qz = P1. sinq1 - P2. cosq1 + S . sinq (4.II.1 - 4) qx = q . sin q1 (4.II.1 - 5) qz = q . cosq1 (4.II.1 - 6) q1 : Góc nghiêng của khung ủi so với phương ngang Thường q1 = 100 150 ( Trang 227 - 2 ) Ta chọn q1 = 120 q : Góc nghiêng của lực nâng S so với phương ngang Thường q = 450 750 ( Trang 227 - 2 ) Ta chọn q = 450 Thay các giả trị vào các công thức trên ta có : Qx = 151,8 . cos120 + 22,5 . sin120 + 146,7 . cos450 = 256,9 KN Qz = 151,8 . sin120 - 22,5 . cos120 + 146,7 . sin450 = 113,3 KN qx = 3,4 . sin120 = 0,7 KN/m qz = 3,4 . cos120 = 3,3 KN/m Dưới tác dụng của các ngoại lực nói trên , làm xuất hiện các nội lực như sau : Mô men uổn Mx trong mặt phẳng yoz , Mz trong mặt phẳng xoy Mô men xoắn . Ta đi xác định biểu đồ các nội lực nói trên : a, Xác định các mô men uốn . Biểu đồ mômen uốn Mx , Mz đều có dạng bậc hai , chúng được biểu diễn như hình vẽ (4.II.1 – 2) và (4.II.1 – 2) . Các giả trị max được xác định như sau : = - (4.II.1 - 7) = - (4.II.1 - 8) Thay các giả trị trên vào các công thức (4.II.1 - 7) và (4.II.1 - 8) ta có : = - = 95,3 KNm = - = 226,9 KNm Hình 4.II.1 - 2 : Sơ đồ lực trong mặt phắng yoz và biểu đồ mô men Mx . Hình 4.II.1 - 3 : Sơ đồ lực trong mặt phắng xoy và biểu đồ mô men Mz b, Xác định mô men xoắn . Mô men xoắn được xác định bằng một nữa mô men tổng do các phản lực P1 , P2 , St và GB (Trọng lượng bàn ủi) gây ra so với tâm uốn của tiết diễn . Mô men xoắn Mk do các lực Qx và Qz gây ra được xác định theo công thức sau : Mk = Qx . ZD + QZ . XD (4.II.1 - 9) Trong đó : Qx , Qz : Được xác định theo các công thức (4.II.1 - 3) và (4.II.1 - 4) Theo tính toán ở trên có : Qx = 256,9 KN Qz = 113,3 KN XD , ZD : Toạ độ của tâm uốn của tiết diễn nguy hiểm a - a và được xác định theo công thức sau : XD = (4.II.1 - 10) ZD = (4.II.1 - 11) Trong đó : Ei : Mô đun đàn hồi của vật liệu của phần tử i dùng để chế tạo bàn ủi . Bàn ủi được làm bằng thép CT3 có : Ei = 2,1 . 104 KN/cm2 Jxi , Jzi : Mô men quán tính của tiết diễn nhỏ i cấu tạo nên tiết diễn a - a . xi , zi : Toạ độ trọng tâm của tiết diễn nhỏ i cấu tạo nên tiết diễn a - a . b.1, Xác định mô men quán tính của tiết diễn nguy hiểm a - a của bàn ủi . Hình 4.II.1 - 4 : Hình dáng và kích thước của bàn ủi Tiễt diễn nguy hiểm của bàn ủi được chọn sơ bộ theo lý thuyết dồng dạng với máy ủi có thiết bị ủi được lắp trên máy kéo cơ sở T100 cùng loại . Hình dáng và kích thước của tiết diễn có thế xem gần đúng như hình vẽ ( Hình 4.II.1 - 4 ). Tức là tiết diễn a – a của bàn ủi được tạo thành từ 3 phân : Tam giác abc , hình vành khăn bd và hình chữ nhật defg . Chiều dày của các tấm thép làm bàn ủi là d = 1,2 cm Kỷ hiệu : J1 : Mô men quán tính của hình chữ nhật defg J2 : Mô men quán tính của tiết diễn cong bd J3 : Mô men quán tính của tam giác abc Với các kích thước như hình vẽ (Hình 4.II.1 - 4) ta có thế xác định được giả trị của các mô men quán tính như sau : * Xác định mô men quán tính và trọng tâm của hình chữ nhật defg (J1) - Trước hết ta tính mô men quán tính của hình chữ nhật defg đối với trục x1 và z1: = - (4.II.1 - 12) = - (4.II.1 - 13) Trong đó : , : Mô men quán tính của tiết diễn hình chữ nhật phía ngoài đối với trục x1 và z1 , : Mô men quán tính của tiết diễn hình chữ nhật phía trong đối với trục x1 và z1 = = = 1334,6 cm4 = = = 500,0 cm4 = = = 612,5 cm4 = = = 180,0 cm4 Thay các giả trị vào (4.II.1 - 12) và (4.II.1 - 13) ta có : = 1334,6 – 500,0 = 834,6 cm4 = 612,5 – 180,0 = 432,5 cm4 Hình 4.II.1 - 5 : Hình chữ nhật defg - Xoay hệ trục toạ độ (x1 , z1) quanh O1 một góc = 300 (Góc hợp trục x1 và trục x) Lúc này mô men quán tính của defg được xác định theo công thức sau : = + . Cos 2. (4.II.1 - 14) = - . Cos 2. (4.II.1 - 15) Thay các giả trị vào (4.II.1 - 14) và (4.II.1 - 15) = + . Cos 2.300 = 734,1 cm4 = - . Cos 2.300 = 533,1 cm4 - Chuyển gốc hệ trục toạ độ (x1 , z1) từ điểm O1 về điểm O Khi đó ta có mô men quán tính của các trục như sau : = + . A (4.II.1 - 16) = + . A (4.II.1 - 17) Trong đó : x1 , z1 : Khoảng cách từ gốc O1 tới các trục x và z x1 = 8 cm z1 = 45 cm A : Diễn tích tiết diễn hình chữ nhật defg A = 8,4 . 12,4 - 6,0 . 10,0 = 44,16 cm2 Thay và (4.II.1 - 16) và (4.II.1 - 17) ta có : = 734,1 + 452. 44,16 = 90158,1 cm4 = 533,1 + 82. 44,16 = 3359,4 cm4 - Toạ độ trọng tâm của defg là : x1 = - 8 cm z1 = 45 cm * Xác định mô men quán tính của hình vành khăn bd (J2) . Ta coi gần đúng bd là hình vành khăn có chiều dày = 1,2 cm (hình 4.II.1 - 6) Với kích thước và vị trí như hình vẽ ta tính được mô men quán tính của tiết diễn bd đối với các trục x , y là : Hình 4.II.1 - 6 : Hình vành khăn bd = 65333,4 cm4 = 2026,7 cm4 - Toạ độ trọng tâm của bd là : x1 = - 2,7cm z1 = 10,5 cm * Xác định mô men quán tính của tam giác abc (J3) . Ta có thế coi gần đúng abc là tam giác cân có chiều dày các cạnh là = 1,2 cm (hình 4.II.1 - 7) . Hình 4.II.1 - 7 : Hình tam giac abc Khi đó ta tính được mô men quán tính của tiết diễn abc đối với các trục x , z là : = 137271,9 cm4 = 24565,6 cm4 - Toạ độ trọng tâm của abc là : x3 = - 5,8 cm z3 = - 27,1 cm Vậy , mô men quán tính khi chịu uốn của tiết diễn a – a là : = + + = 90158,1 + 65333,4 + 137271,9 = 292763,4 cm4 = + + = 3359,4 + 2026,7 + 34565,6 = 39951,6 cm4 b.2, Xác định mô men xoắn Mk . Thay các giả trị vào (4.II.1 - 10) và (4.II.1 - 11) ta có : XD = = - 5,8 cm = - 0,058 m ZD = = - 20,2 cm = - 0,202 m Thay các giả trị vào (4.II.1 - 9) ta có : Mk = 256,9 . (- 0,058) + 113,3 . (- 0,202) = 37,8 KNm = 18,9 KNm Hình 4.II.1 - 8 : Sơ đồ lực trong không gian và biểu đồ mô men xoắn Mz Nhìn vào các biểu đồ ta thấy tiết diễn nguy hiểm là tiết diễn a - a . Tại tiết diễn nguy hiểm của bàn ủi (tiết diễn a - a) , trọng tâm tiết diễn là điểm O và các trục quán tính chính của tiết diễn la x và z . Các mô men uốn sẽ gây ra ứng suất pháp tuyến , còn mô men xoắn thì gây ra ứng suất tiếp tuyến tại tiết diễn a - a của bàn ủi . Ta đi xác định các giả ứng suất đó : c, Xác định ứng suất . c.1, Xác định ứng suất pháp . Dưới tác dụng của các mô men uốn Mx , Mz sẽ gây ra ứng suất pháp s được xác định theo công thức sau : s = (4.II.1 - 11) Trong đó : Jx , Jz : Mô men quán tính chính khi chịu uốn của tiết diễn a - a , nó được xác định bằng tổng mô men quán tính do từng phân tổ nhỏ tạo nên : Jx = 292763,4 cm4 Jz = 39951,6 cm4 Mx , Mz : Các mô men uốn được xác dịnh ở trên Mx = 95,3 KNm Mz = 226,9 KNm x0 , z0 : toạ độ tâm tiết diễn a - a so với trục trung hoà Để xác định toạ độ x0 , z0 của tiết diễn a - a , ta dựng đường o1o1 tiếp tuyến với tiết diễn tại điểm C và song song với đường trung hoà oo . Góc b0 tạo bới đường trung hoà oo với trục xx được xác định theo công thức sau : tg b0 = = = 17,4 b0 = arctg 9,3 = 860 Từ đó ta sẽ dựng được đường trung hoà oo và có thế xác định gần đúng giả trị x0 , z0 như sau : x0 = l . Cosb0 = 40 . Cos(.86) = 21,5 cm z0 = l . Sinb0 = 40 . Sin(.86) = 33,6 cm ( Trong đó : l - Chiều dài cạnh bc của phân tổ abc , l = 40 cm ) Hình 4.II.1 - 5 : Mặt cắt của tiết diễn nguy hiểm Thay các giả trị vào công thức trên ta có : s = = 13,3 KN/cm2 c.2, Xác định ứng suất tiếp . Dưới tác dụng của mô men xoắn ở trên trong tiết diễn a - a xuất hiện ứng suất tiếp t . Để xác định ứng suất tiếp ta thừa nhận giả thiết sau : Mô men xoắn của các phân tổ tỷ lệ thuận với độ cứng của chúng . Với giả thiết đó mô men xoắn tác dụng lên từng phân tổ được xác định theo các công thức sau : Mk1 = . (4.II.1 - 12) Mk2 = . (4.II.1 - 13) Mk3 = . (4.II.1 - 14) Trong đó : Mk : Mô men xoắn tác dụng lên tâm uốn của toàn bộ tiết diễn a – a Jk : Mô men quán tính chung của toàn bộ tiết diễn khi chụi xoắn Jk1 , Jk2 , Jk3 : Mô men quán tính của từng tiết diễn phân tổ abc , bd và defg khi chịu xoắn . Chúng được xác định như sau : * Mô men quán tính của phân tổ abc và defg được xác định theo công thức : Jk1,3 = (4.II.1 - 15) Trong đó : Fo : Diễn tích của phân tổ abc hoặc defg di : Chiều dày của các thành tiết diễn i của phân tổ abc hoặc defg Si : Chiều dài trung bình đường viền ngoài của các tiết diễn i của phân tổ abc hoặc defg Khi chiều dày của tiết diễn không đối ta có : Jk1,3 = (4.II.1 - 16) Từ kích thước của các tiết diễn ta có : = 1,2 cm F01 = b1n . h1n - b1t . h1t = 8,4 . 12,4 – 6 . 10 = 44,2 cm2 F03 = (b3n . h3n - b3t . h3t) = (52,0 . 30,4 – 49,6 . 28) = 96,0 cm2 S1 = 2 . (btb1 + htb1) = 2 . (7,2 + 11,2) = 36,8 cm S3 = 50,8 + 2 . 38,8 = 128,4 cm Thay các giả trị vào (4.II.1 - 16) ta có : Jk1 = = 254,8 cm4 Jk3 = = 344,5 cm4 * Mô men quán tính của phân tổ bd được xác định theo công thức : Jk2 = .( - 0,63) = .( - 0,63) = 25,9 cm4 * Mô men quán tính chung của tiết diễn được xác định theo công thức : Jk = Jk1 + Jk2 + Jk3 = 254,8+ 25,9 + 344,5 = 625,2 cm4 Thay các giả trị vào các công thức trên ta có : Mk1 = 18,9 . = 4,6 KNm = 460 KNcm Mk2 = 18,9 . = 0,77 KNm = 77,0 KNcm Mk3 = 18,9 . = 10,1 KNm = 1010 KNcm Từ đó , ta xác định được ứng suất tiếp do mô men xoắn gây ra tại từng phân tổ như sau : * Với phân tổ abc và defg , ứng suất tiếp được xác định theo công thức : ti = (i = 1 hoặc 3) (4.II.1 - 17) Thay các giả trị vào ta có : t1 = = =4,3 KN/cm2 t3 = = = 4,4 KN/cm2 * Với phân tổ bd , ứng suất tiếp được xác định theo công thức : t2 = = = 0,3 KN/cm2 Việc kiếm tra sức bền bàn ủi sẽ được tiến hành đối với phân tổ nào có giả trị ứng suất tiếp lớn nhất trong các phân tổ tạo thành tiết diễn chung a - a của bàn ủi . Như vậy , phân tổ dùng để kiếm tra là phân tổ 3 (abc) với : = 3 = 13,3 KN/cm2 t = t3 = 4,4 KN/cm2 Theo thuyết bền ứng suất tiếp ta có : stđ = = = 15,9 KN/cm2 Ta kiếm tra bên theo điều kiện sau : stđ [s] = Trong đó : sch : ứng suất chảy của vật liệu làm bàn ủi Bàn ủi làm bằng thép CT3 có : sch = 22000 N/cm2 = 22 KN/cm2 [(Bảng F.1 - 1) - 2] n : Hệ số an toàn Với bàn ủi n = 1.25 (Trang 230 - 2) , ta chọn n = 1,3 => [s] = = = 16,9 KN/cm2 Ta thấy : stđ = 15,9 KN/cm2 < [s] = 16,9 KN/cm2 Như vậy , tiết diễn nguy hiểm nhất của bàn ủi đảm bảo điều kiện bền , do đó mọi tiết diễn khác của bàn ủi cũng đảm bảo điều kiện bền . Tóm lại , tiết diễn của bàn ủi như dã chọn là đủ khá năng chịu lực trong quá trình làm việc . 2, Tính toán kiểm tra bền khung ủi . Để tính toán thiết kể khung ủi ta xét tại vị trí V . Điều kiện tính toán như sau : + Dao cắt gặp chướng ngại vật tại điểm giữa bàn ủi trong quá trình nâng dần bàn ủi , giảm dần chiều sâu cắt . + Máy ủi di chuyển ngang với tốc độ số II . + Lực trên cơ cấu nâng đạt giả trị lớn nhất và được xác định theo điều kiện ổn định của máy kéo và kiếm tra theo công suất của động cơ . Hệ số tải trọng động kđ = 1,5 . a, Xác dịnh lực tác dụng lên thiết bị ủi . Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bi ủi được thế hiện trên hình vẽ (hình 4.II.2 - 1) Hình 4.II.2 – 1 : Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bị ủi vạn năng Trục x , y nằm trong mặt phăng chứa khung ủi , còn trục z vuông góc với hệ trục nay. - Các ngoai lực tác dụng lên thiết bị ủi vạn năng gồm : + Trọng lượng thiết bị ủi GTB , điểm đặt của lực GTB được quy ước là nằm trên trục dọc của khung ủi . + Lực nâng thiết bị ủi S , cũng có điểm đặt được quy ước nằm tren trục dọc của máy . + Phản lực của đất tác dụng lên dao cắt được phân thành 3 thành phần : P1 , P2 và P3 . - Để xác định các phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy cơ sở (khớp C) ta khảo sát trương hợp bàn ủi tiến hành cắt đất bằng mép ngoài cùng của dao cạnh ở một phía của máy ủi . Lúc đó dưới tác dụng của thành phần P3 sẽ xuất hiện thành phần phản lực ngang Yc (theo phương y) . Phản lực Yc chủ yếu xuất hiện tại khớp của khung ủi ở phía có phản lực P3 tác dụng vào bàn ủi . Còn tại khớp phía bên kia , khung ủi có sự dịch chuyển tự do dọc trục dưới tác dụng của phản lực P3 . Do đó phản lực Yc do lực P3 gây ra tại khớp này có thế bỏ qua . Đây là vị trí bất lợi nhất của khung ủi , cho nên ta sứ dụng vị trí này để tính sức bền cho khung ủi của máy ủi vạn năng . Giả thiết rằng : Bàn ủi đang tiến hành cắt đất bằng dao cắt cạnh phía bên phải nên phản lực của đất chủ yếu tác dụng lên mép dao cắt bên phải (phía khớp C2) . Do đó thành phần phản lực của đất P3 dồn toàn bộ lên gối tựa C2 và tai gối này xuất hiện phản lực Yc nằm trong mặt phắng xC2y với phản lực Xc2 . Tại gối tựa C1 khung ủi có sự dịch chuyển tự do dọc trục nên phản lực Yc do phản lực p3 gây ra tại C1 được xem như là bằng 0 . Khi đó , khung ủi được xem như la khung tĩnh định để tính sức bền . Để xác định các thành phần phản lực tại C1 , C2 ta dùng các phương trình cân bằng lực như sau : = 0 , = 0 , = 0 , = 0 , = 0 Giải hệ phương trình trên ta được : Xc1 = (4.II.2 - 1) Xc2 = Xc1 + S . cosq - GTB . sinq1 + P1 . cosq1 - P2 . sinq1 (4.II.2 - 2) Zc1 = (4.II.2 - 3) Zc2 = Zc1 - S . sinq + GTB . cosq1 + P1 . sinq1 + P2 . cosq1 (4.II.2 - 4) Yc = P3 (4.II.2 - 5) Trong đó : * P1 , P2 , P3 : Các phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi với hệ số tải trọng động là kđ = 1,5 Theo tính toán trên ta có : P1 = 151,8 KN , P2 = 22,5 KN , P3 = 18,1 KN * Lực nâng lớn nhất của cơ cấu nâng có kể đến hệ số tải trọng động kđ = 1,5 Theo tính toán trên ta có : S = 146,7 KN * GTB : Trọng lượng thiết bị ủi GTB = 24,2 KN * q1 : Góc nghiêng của khung ủi so với phương ngang Thường q1 = 100 150 (Trang 227 - 2) Ta chọn q1 = 120 * q : Góc nghiêng của lực nâng S so với phương ngang Thường q = 450 750 (Trang 227 - 2) Ta chọn q = 450 * l1 : Cánh tay đòn của lực P3 đối với trục z được xác dịnh theo công thức (IV - 37) Theo tính toán ở trên l1 = 4,1 m * b : Khoảng cách giữa tâm máy đến trục z b = 1,2 m (Theo lý thuyết máy đồng dạng) * m1 : Khoảng cách giữa lực P3 và trục x m1 = 0,25 m (Theo lý thuyết máy đồng dạng) Thay các giả trị vào các công thức trên ta có : Xc1 = = - 9,8 KN ( Lực Xc1 ngược chiều biểu diễn trên hình vẽ 4.II.2 - 1) Xc2= -9,8 + 146,7.cos450- 24,2.sin120 + 151,8.cos120- 22,5.Sin120 = 233,4 KN Zc1= = 39,5 KN Zc2= 39,5 - 146,7.sin450+24,2.cos120+151,8.sin120+22,5.cos120 Zc2 = 6,0 KN Yc = 18,1 KN b, Xác định lực tác dụng lên khung ủi vạn năng . Ta tách bàn ủi ra khỏi khung ủi để xét . Hình 4.II.2 – 2 : Sơ đồ lực tác dụng lên khung ủi vạn năng Trục x , y nằm trong mặt phắng chứa khung ủi Trục z thắng đứng Lực tác dụng lên khung ủi được thể hiện trên hình vẽ (hình 4.II.2 - 2) . Các lực tác dụng lên khung ủi bao gồm : Phản lực tại khớp C1 : Xc1 , Zc1 . Phản lực tại khớp C2 : Xc2 , Zc2 , Yc . Phản lực tại khớp cầu A : XA , YA , ZA . Phản lực từ các thanh chống xiên : PB1 , PB2 . Phản lực từ các thanh đấy nằm ngang : PE1 , PE2 . Lực nâng ở cơ cấu nâng : S Trọng lượng khung ủi : Gk Hình 4.II.2 - 3 : Sơ đồ biến dạng của thanh đấy ngang Trong đó các lực Xc1 , Xc2 , Zc1 , Zc2 , Yc đã xác định ở trên , còn các lực XA , YA , ZA , PB1 , PB1 , PB2 , PE1 , PE2 là các lực chưa biết . Do đó để xác định các lực này ta cần giải bài toán phụ , dựa trên điều kiện biến dạng của thanh đấy nằm ngang dưới tác dụng của ngoại lực : Đó là : Ta có thế coi khung và bàn ủi như một hệ thống cứng (hình 4.II.2 - 3) và có thế coi rằng khi chụi tác dụng của ngoại lực , góc quay của bàn ủi có thay đối một lượng j , các điểm A1 , A2 cùng dịch chuyển một đoạn l và các thanh A1E1 , A2E2 biến dạng một lượng có giả trị bằng nhau nhưng ngược dấu , bới vì các thanh đó có mô đun đàn hồi giống nhau , tiết diễn ngang và chiều dài như nhau nên độ lớn của giả trị biến dạng của chúng là như nhau , khi chụi tác dụng của những lực có trị số bằng nhau . Do dó ta có thế xem rằng phản lực tác dụng lên các thanh đấy nằm ngang là như nhau . Tức là ta có : PE1 = PE2 (4.II.2 - 6) Dựa vào phương trình (4.II.2 - 6) và các phương trình cân bằng lực , phương trình cân bằng mô men với các trục toạ độ , ta có thế xác định được các tác dụng lên khung ủi như sau : = 0 ZA = (4.II.2 - 7) = 0PB1 = (4.II.2 - 8) = 0 PB2 = (4.II.2 - 9) = 0 PE1 = PE2 = (4.II.2 - 10) = 0 XA = Gk.Sinq1 - S.Cosq - (Xc1 - Xc2) + (PB1 - PB2).Cosq2 (4.II.2 - 11) = 0 YA = Yc = P3 (4.II.2 - 12) Trong đó : * Lực nâng lớn nhất của cơ cấu nâng có kể đến hệ số tải trọng động kđ = 1,5 Theo tính toán trên ta có : S = 146,7 KN * Gk : Trọng lượng khung ủi Gk = GTB - GB GTB = 24,2 KN - Trọng lượng thiết bị ủi GB = 12,1 KN - Trọng lượng bàn ủi (Theo tính toán ở trên) Gk = 24,2 - 12,1 = 12,1 KN * q1 : Góc nghiêng của khung ủi so với phương ngang Thường q1 = 100 150 (Trang 227 - 2) Ta chọn q1 = 120 * q : Góc nghiêng của lực nâng S so với phương ngang Thường q = 450 750 (Trang 227 - 2) Ta chọn q = 450 * m : Khoảng cách giữa điểm đặt của lực Gk đối với trục y’ , m = 1,1 m * a : Khoảng cách giữa điểm đặt của lực ZA đối với trục y’ , a = 1,5 m * c : Khoảng cách giữa điểm đặt của lực Zc1 đối với trục y’ , c = 0,5 m * c’ : Khoảng cách giữa điểm đặt của lực Zc2 đối với trục y’ , c’ = 1,6 m * lA : Khoảng cách giữa điểm đặt của lực YA đối với trục y lA = lk = 3,2 m * l1 : Khoảng cách giữa điểm đặt của lực S đối với trục y’ l1 = 1,1 m * q2 : Góc hợp bới thanh chống xiên và trục dọc khung ủi . q2 = 180 (Theo lý thuyết máy đồng dạng) Thay các giả trị vào các phương trình trên ta có : ZA = = 77,4 KN PB1 = = 144,5 KN PB2 = = 33,2 KN PE1 = PE2 = = 82,7KN XA=12,1.Sin120-146,7.cos450- (-9,8-233,4) +(114,5- 82,7).cos180 = 172,3 KN YA = 18,1 KN Để đơn giản hoá trong việc tính sức bền khung ủi ta có thế chuyển sơ đồ lực không gian trên về sơ đồ các lực tác dụng lên khung ủi trong với hình chiếu đứng và hình chiếu bằngnhư sau : Hình 4.II.2 - 4 : Sơ đồ lực tác dụng lên khung ủi vạn năng (theo hình chiếu) * Trong mặt phắng của khung ủi tại điểm D nằm trên tiết diễn d - d có các lực và mômen sau : XD , YD , MD . Chúng được xác định theo các công thức sau : XD = XA + S . Cosq - Gk . Sinq1 (4.II.2 - 13) YD = YA (4.II.2 - 14) MD = YA . d (4.II.2 - 15) Trong đó : d : Khoảng cách giữa khớp cầu A và D , d = 200 mm = 0,20 m Thay số vào ta có : XD = 172,3 + 146,7.cos450 - 12,1. sin120 = 273,5 KN YD = 18,1 KN MD = 18,1 . 0,2 = 3,62 KNm * Các phản lực tại khớp E1 , E2 trong mặt phắng của khung ủi , được xác định theo các công thức sau : XE1 = PE1 + PB1 . Cosq2 (4.II.2 - 16) XE2 = PE2 + PB2 . Cosq2 (4.II.2 - 17) Thay các số vào ta có : XE1 = 82,7 + 144,5 . cos180 = 191,6 KN XE2 = 82,7 + 33,2 . cos180 = 114,3 KN * Trong mặt phắng pháp tuyến với mặt phắng khung ủi , có các phản lực ZA , Zc1 , Zc2 , ZE1 , ZE2 , Sz . Chúng được xác định như sau : - Các phản lực : ZA , Zc1 , Zc2 được tính ở trên - Các phản lực : ZE1 , ZE2 , Sz được xác định theo các công thức sau : ZE1 = PB1 . Sin q2 (4.II.2 - 18) ZE2 = PB2 . Sin q2 (4.II.2 - 19) Sz = S . Sinq (4.II.2 - 20) Thay các số vào ta có : ZE1 = 144,5 . Sin180 = 35,5 KN ZE2 = 33,2 . Sin180 = 10,2 KN Sz = 146,7. Sin450 = 103,7 KN c, Tính nội lực trong khung ủi . Dưới tác dụng của các ngoại lực như trên (cho phép bỏ qua trọng lượng bản thân của khung ủi) , tại các tiết diễn của khung ủi xuất hiện các mô men My trong mặt phắng xc2y , mô men Mz trong mặt phắng xc2z , lực dọc N hướng theo trục dọc của khung ủi và mô men xoắn Mk . Các nội lực này được xác định theo các phương trình sau : * Tại đoạn khung C2E2 : My = - XC2 . rC2 - YC . lC Mz = ZC2 . mC2 N = - XC2 . cos- YC . sin Mk = ZC2 . nC2 * Tại đoạn khung E2D : My = XC2 . rC2 - YC . lC - XE2 . rE2 Mz = ZC2 . mC2 – ZE2 . mE2 N = - (XC2 – XE2) . cos- YC . sin Mk = ZC2 . nC2 + ZE2 . nE2 * Trên đoạn khung DE0 : My = - XC1 . rC1 + XE1 . rE1 Mz = - ZC1 . mC1 - ZE1 . mE1 N = (- XE1 + XC1) . cos Mk = ZC1 . nC1 + ZE1 . nE1 * Trên đoạn khung E0E1 : My = XC1 . rC1 + XE1 . rE1 Mz = - ZC1 . mC1 - ZE1 . mE1 N = (- XE1 + XC1) . cos Mk = ZC1 . nC1 – ZE1 . nE1 * Tại đoạn khung E1C1 : My = XC1 . rC1 Mz = - ZC1 . mC1 N = - XC1 . cos Mk = ZC1 . nC1 Trong các công thức trên : r , l , m và các chí số của chúng là các cảnh tay đòn của các lực so với trục quán tính chính của các tiết diễn đang tính sức bền . n và các chí số của chúng là các cảnh tay đòn của các lực tiếp tuyến với trục dọc của khung ủi tại tiết diễn đang xét , là góc giữa trục x và phương tiếp tuyến với trục của khung ủi tại tiết diễn đang xét . Thay số vào các công thức trên ta có : * Trên đoạn khung C2E2 : Tại C2 : My = - 233,4. 11 = - 2567,4 KNcm Mz = 6,0 . 0 = 0 KNcm N = - 233,4 . cos00- 18,1 . sin00 = - 233,4 KN Mk = 6,0 . 11 = 6,6 KNcm Tại E2 : My = - 233,4 . 15 - 18,1 . 195,0 = - 7011,0 KNcm Mz = 6,0 .157,5 = 945,0 KNcm N = - 233,4 KN Mk = 6,6 KNcm * Trên đoạn khung E2D : Tại E2 : My = - 233,4 . 15 - 18,1 . 195,0 - 144,3 . 11 = - 8617,8 KNcm Mz = 945,0 KNcm N = - 233,4 . cos300- 18,1 . sin300 = - 211,2 KN Mk = 6,0 . 125,5 = 753,0 KNcm Tại D : My = 233,4. 113,5 - 18,1 . 195,0 - 144,3 . 137,2 = 3163,4 KNcm Mz = 6,0. 123,5 - 10,2 . 82,5 = - 100,5 KNcm N = - (233,4 – 144,3) . Cos900- 18,1 . Sin900 = - 18,1 KN Mk = 6,0 . 83,5 + 10,2 . 62,5 = 1138,5 KNcm * Trên đoạn khung DE0 : Tại D : My = 3163,4 – 3,62 = 3159,8 KNcm Mz = - 100,5 KNcm N = - 18,1 Mk = 1138,5 KNcm Tại E0 : My = 9,8 . 11 + 191,6 . 12 = 2287,0 KNcm Mz = - 39,5. 147,5 - 35,5 . 95,2 = - 7642,6 KNcm N = (- 222,8 - 42,3) . cos300 = - 225,3 KN Mk = 62,1 . 11 – 49,5 . 12 = 89,1 KNcm * Trên đoạn khung E0E1 : Tại E0 : My = - 9,8 . 11 + 191,6 . 12 = 2191,4 KNcm Mz = - 7642,6 KNcm N = - 191,6 cos00 - 9,8 . cos00 = - 201,4 KN Mk = 39,5 . 15 – 35,5 . 11 = 202,0 KNcm Tại E1 : My = 2191,4 KNcm Mz = - 62,1 . 52,5 - 49,5 . 0 = - 3260,2 KNcm N = - 201,4 KN Mk = 202,0 KNcm * Trên đoạn khung E1C1 : Tại E1 : My = - 9,8 . 11 = - 107,8 KNcm Mz = - 39,5 . 52,5 = - 2073,8 KNcm N = - 9,8 . cos00 = - 9,8 KN Mk = 39,5 . 11 = 434,5 KNcm Tại C1 : My = - 107,8 KNcm Mz = - 39,5 . 0 = 0 KNcm N = - 9,8 KN Mk = 434,5 KNcm Từ các số liệu đã tính toán ở trên ta vẽ các biểu đồ nội lực như sau : Hình 4.II.2 - 4 : Biểu đồ mô men uốn My Hình 4.II.2 - 4 : Biểu đồ mô men uốn Mz Hình 4.II.2 - 4 : Biểu đồ mô men xoắn Mk Hình 4.II.2 - 4 : Biểu đồ lực dọc N d, Kiếm tra sức bền khung ủi . Nhìn vào các biểu đồ nội lực ta thấy : Tiết diễn nguy hiểm của khung ủi là các tiết diễn a - a , b - b , c - c (hình 4.II.2 - 4) Tại các tiết diễn nguy hiểm xuất hiện các ứng suất pháp và ứng suất tiếp được ác định theo các công thức sau : = + + (4.II.2 - 21) = (4.II.2 - 22) Trong đó : Wy , Wz , Wxoan là các mô men chống uốn và chống xoắn của các tiết diễn nguy hiểm . F : Diễn tích của các tiết diễn nguy hiểm . Khung ủi có tiết diễn hình chữ nhật , tại các tiết diễn nguy hiểm nói trên các mô men chống uốn và các mô men chống xoắn được xác định theo các công thức sau : Wy = (4.II.2 - 23) Wz = (4.II.2 - 24) Wxoan = 2.(h -).(b -). (4.II.2 - 25) Tiết diễn của khung ủi coi như là đều và theo tập bản vẽ Máy làm đất ta có kích thước như sau (hình 4.II.2 - 5) : Hình 4.II.2 - 5 : Tiết diễn khung ủi Với kích thước như vậy ta có các mô men chống uốn và các mô men chống xoắn như sau : Wy = = 683,2 cm3 Wz = = 631,5 cm3 Wxoan = 2 . (21 - 1,5) . (20 – 1,5) . 1,5 = 918,0 cm3 F = 21 . 20 – 18 . 17 = 114 cm2 Điều kiện bền của khung ủi được kiếm tra theo lý thuyết thế năng biết đối hình dáng : = < [] Trong đó : [] = sch : Giới hạn chảy của vật liệu làm khung ủi Khung ủi thường được làm bằng thép CT5 có: sch = 26 KN/cm2 n : Hệ số an toàn n = 1,4 1,5 (trang 240 - 2) Ta chọn n = 1,4 [] = = 18,6 KN/cm2 Vì tiết diễn của khung ủi là hình chữ nhật và đều trên suốt chiều dài khung ủi , do đó ta chi cân kiểm tra cho tiết diễn có nội lực có giả trị tuyệt đối lớn nhất . Nhìn vào các biểu đồ nội lực ta thấy đó chính là tiết diễn a – a , b – b và c – c (Hình 4.II.2 – 4) Ta lần lượt kiếm tra cho tiết diễn này : * Tại tiết diễn a – a : My = 8617,8 KNcm Mz = 945,0 KNcm N = 233,4 KN Mk = 753,0 KNcm Thay các giả trị vào công thức (4.II.2 - 21) và (4.II.2 - 22) ta có : = + + = 17,0 KN/cm2 = = 0,8 KN/cm2 = = 17,05 KN/cm2 Ta thấy : = 17,05 KN/cm2 < [] = 18,6 KN/cm2 Vậy , tiết diễn a –a đảm bảo điều kiện bền . * Tại tiết diễn b – b : My = 3163,4 KNcm Mz = 100,5 KNcm N = 18,1 KN Mk = 1138,5 KNcm Thay các giả trị vào công thức (4.II.2 - 21) và (4.II.2 - 22) ta có : = + + = 5,3 KN/cm2 = = 1,2 KN/cm2 = = 5,7 KN/cm2 Ta thấy : = 5,7 KN/cm2 < [] = 18,6 KN/cm2 Vậy , tiết diễn b – b đảm bảo điều kiện bền . * Tại tiết diễn c – c : My = 2287,0 KNcm Mz = 7642,6 KNcm N = 225,3 KN Mk = 89,1 KNcm Thay các giả trị vào công thức (4.II.2 - 21) và (4.II.2 - 22) ta có : = + + = 13,5 KN/cm2 = = 0,1 KN/cm2 = = 13,51 KN/cm2 Ta thấy : = 13,51 KN/cm2 < [] = 18,6 KN/cm2 Vậy , tiết diễn c – c đảm bảo điều kiện bền . Tóm lại , khung ủi đảm bảo điều kiện bền 3, Tính toán thiết kể thanh chống xiên . Thanh chống xiên của thiết bi ủi có hình dáng như hình vẽ (hình 4.II.3 - 1) . Nó gồm hai phần chính là thân thanh chống xiên và vít thanh chống xiên , phía trên liên kết với bàn ủi bằng khớp chữ thập phía dưới liên kết khớp với thanh đẩy . Chiều dài của thanh chống xiên có thế thay đối bằng cách thay đối mỗi liên kết ren , nhờ đó ta có thế thay đối góc cắt của bàn ủi . Hình 4.II.3 - 1 : Hình dạng của thanh chống xiên Thanh chống xiên được tính sức bền trong trường hợp bàn ủi tiến hành cắt đất bằng dao cắt cạnh ở một phía của bàn ủi . Lúc đó , áp lực của khối đất trước bàn ủi và lực cản cắt chí tác dụng lên thanh chống xiên ở phía đó và thanh chống xiên mày chịu lực nén lớn nhất có giả trị : PB = max{2 . PB1 ; 2 . PB2} Trong đó : PB1 , PB2 được xác định ở trên : PB1 = 144,5 KN PB2 = 33,2 KN PB = 2 . PB1 = 2 . 144,5 = 289,0 KN a, Xác định đường kính vít của thanh chống xiên . Đường kính vít của thanh chống xiên (d1) được xác định từ điều kiện bền nén : = [] (4.II.3 - 1) Trong đó : F1 : Tiết diễn ngang của vít . F1 = = [] (4.II.3 - 2) d1 (4.II.3 - 3) Trong đó : [] = (4.II.3 - 4) sch1 : Giới hạn chảy của vật liệu làm vít Vít thanh chống xiên thường được làm bằng thép CT5 có : sch1 = 26 KN/cm2 n : Hệ số an toàn n = 1,2 1,3 (trang 241 - 2) Ta chọn n = 1,3 Thay vào công thức (4.II.3 - 4) ta có : [] = = 20,0 KN/cm2 Thay vào công thức (4.II.3 - 3) ta có : d1 = 4,3 cm Chọn d1 = 5,0 cm b, Kiếm tra bền thân thanh chỗng xiên . Thân thanh chống xiên có dạng hình trụ rỗng với đường kính ngoài là D và đường kính trong là d , diễn tích tiết diễn ngang là F : Hình 4.II.3 - 2 : Tiết diễn thân thân thanh chống xiên F = (4.II.3 - 5) Dưới tác dụng của lực PB trong thanh chống xiên sẽ xuất hiện ứng suất = = (4.II.3 - 6) Giá trị ứng suất này phải thoả mãn điều kiện bền sau: [] (4.II.3 - 7) Trong đó : [] = (4.II.3 - 8) sch : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân thanh chống xiên Thân thanh chống xiên thường được làm bằng thép CT3 có : sch = 22 KN/cm2 n : Hế số an toàn n = 1,2 1,3 (Trang 241 - 2) Ta chọn n = 1,2 [] = = = 18,3 KN [] (4.II.3 - 9) Chọn d = 8,0 cm D = 9,2 cm (4.II.3 - 10) Chọn D = 9,5 cm 4, Tính toán thiết kể hệ thống thuỷ lực . Hệ thống thuỷ lực của cơ cấu nâng thiết bị làm việc bao gồm rất nhiều bộ phận như là bơm , xylanh , các van hành trình , van điều chính , các dây dẫn dâù , bình lọc dầu … Sơ đồ làm việc được mô ta như hình vẽ (hình 4.II - 2) . Hình 4.II - 2 : Hệ thống thuỷ lực . a, Tính chọn xylanh thuỷ lực . Để chọn xy lanh thuỷ lực ta căn cứ vào lực nâng lớn nhất tác dụng lên thiết bị ủi trong quá trình làm việc có kể đến hệ số tải trọng động ( St ) và giả trị áp suất dầu trong xylanh thuỷ lực mà tứng loại máy yêu cầu [p] . Thông thường ta có [p] = 700 750 N/cm2 Ta chọn [p] = 750 N/cm2 Đường kính của pit tông được xác định theo công thức sau : [p] = (4.II.4 - 1) D = (4.II.4 - 2) Trong đó : D : Đường kính của xylanh thuỷ lực [p] : áp suất dầu cho phép , [p] = 750 N/cm2 S : Lực lớn nhất tác dụng lên mỗi đầu cần pitông , được xác định theo công thức sau : S = (4.II.4 - 3) St : Lực nâng lớn nhất có kể đến hệ số tải trọng động Theo tính toán ở trên có : St = 145,7 KN S = = 73,35 KN Thay vào công thức trên ta có : D = = 11,2 cm Chọn đường kính của xylanh là D = 12,0 cm * Diễn tích làm việc của pitông ở khoang trên pitông được xác định theo công thức sau : F1 = (4.II.4 - 5) F1 = = 113,1 cm2 * Diễn tích làm việc của pitông ở khoang dưới (có cần pitông) pitông được xác định theo công thức sau : F2 = (4.II.4 - 6) Hình 4.II - 3 : Hình dạng của xylanh thuỷ lực . Trong đó : D : Đường kính của pitông cũng là đường kính trong của xylanh D = 12,0 cm d : Đường kính của cần pitông Thông thường lấy d = 0,5 . D (4.II.4 - 7) d = 0,5 . 12,0 = 6,0 cm Thay vào công thức trên ta có : F2 = = 84,8 cm2 * Thế tích làm việc của xylanh được xác định theo công thức : V = F1 . L (4.II.4 - 8) F1 : Diễn tích làm việc của pitông ở khoang trên pitông F1 = 113,1 cm2 L : Hành trình làm việc của pitông L < 15 . D ( D : Đường kính pitông) Ta chọn : L = 8 . D = 8 . 12,0 = 96,0 cm V = 113,1 . 96,0 = 10857,6 cm3 * Lưu lượng dầu . Nếu bỏ qua sự rò rĩ dầu trong quá trình làm việc thì lưu lượng Q có thế xác định theo công thức sau : Q = v . F1 (4.II.4 - 9) F1 : Diễn tích làm việc của pitông ở khoang trên pitông F1 = 113,1 cm2 v : Vận tốc chuyển động của pitông (vận tốc nâng) trong quá trình làm việc . v = 0,12 m/s = 12,0 cm/s Q = 12,0 . 113,1 = 1357,2 cm3/s = 81,4 l/ph b, Tính chọn bơm thuỷ lực . Hiện nay , có rất nhiều loại bơm thuỷ lực : + Loại không điều chính được : Bơm cảnh quét Bơm bánh răng Bơm pit tông + Loại điều chính được : Bơm cảnh quét Bơm hướng trục Để chọn bơm ta căn cứ vào lưu lượng và áp suất yêu cầu . Với lưu lượng Q = 8,2 l/ph áp suất p = 750 N/cm2 thì ta chọn bơm thích hợp là loại bơm bánh răng một chiều có kỷ hiệu là HW – 67 . Một số thông số kỷ thuật của bơm HW – 67 : áp lực của bơm p = 750 KN/cm2 Lưu lượng Q = 100 l/ph c, Tính công suất làm việc của bơm thuỷ lực . Công suất của bơm Nb = (4.II.4 - 10) Q : Lưu lượng làm việc của bơm , Q = 81,4 l/ph p : áp suất dầu , p = 750 N/cm2 = 75 KG/cm2 : Hiệu suất làm việc của bơm , = 0,9 Thay các giả trị vào (4.II.4 - 10) ta có : Nb = = 11,2 KW  Phần III Tổ chức thi công bằng máy ủi vạn năng Chương 5 Quá trình làm việc của máy ủi 1, Khi đào và vận chuyển đất . Máy ủi nói chung và máy ủi vạn năng nói riêng khi đào và vận chuyển dát chúng làm việc theo chu kỳ . Mỗi chu kỳ làm việc có thế chia thành 4 giai đoạn như sau : - Giai đoạn 1 : Quá trình đào và tích dất trước bàn ủi . Máy ủi hạ thiết bị làm việc , nhờ trọng lượng bản thân thiết bị ủi cùng với lực đấy của xy lanh thuỷ lực ở cơ cấu nâng dao cắt ấn sâu vào đất , đồng thời máy ủi chuyển động về phía trước (thường là với tốc độ thấp nhất – tay số I để tận dụng lực kéo) cho tới khi trước bàn ủi đã tích đầy đất (có 3 sơ dồ cắt đất sẽ trình bày ở phần sau) . - Gai đoạn 2 : Quá trình chuyển đất về phía trước . Sau khi đã tích đầy đất , nhờ lực nâng ở xy lanh thuỷ lực nâng thiét bị ủi , bàn ủi dần dần được nâng lên , khi đến chiều sâu hmin(chiều sâu cắt để bù lại lượng đất rơi vãi sang hai bên) máy ủi sẽ chuyển động về phía trước với tốc độ lớn hơn (thường là số II hoặc III ) để rút ngắn thời gian chu kỳ làm việc cho tới vị trí đổ đất . - Giai đoạn 3 : Qua trình đổ đất . Khi đến vị trí đổ đất thì máy có thế đổ đất theo một trong các cách sau : Nếu nơi đổ cần lây đất dể san lấp dạng rãi theo từng lớp thi có thế cho máy ủi đi theo các đường chéo nhau góc 400 450 . Khi đó vừa có tác dụng san đất ừa có tác dụng đầm đất . Nếu nơi đổ đất là hổ sâu , dốc thì có thế cho máy đổ đất từ từ trong ra , sau mỗi lần dổ máy lại chạy lùi trở lại . Phương pháp này thì diễn tích đất lấp sẽ được đầm không đều . Nếu nơi đổ dất không cần lấy đất thì nên dổ đất thành từng đống để tạo điều kiện thuận lợi cho máy xúc đất vận chuyển lên ô tô để vận chuyển đi nơi khác . - Giai đoạn 4 : Chạy không tải trớ về vị trí cũ . Sau khi máy đổ đất xong có thế quay đầu hay là chuyển động lùi (tuỳ thuộc vào đặc tính kỷ thuật của máy và chiều dài quảng đường đào - chuyển đất) với tốc độ nhanh nhất để rút ngắn thời gian chu kỳ làm việc . Qua quá trình làm việc của máy ta thấy răng trong mỗi giai đoạn máy thực hiện những chức năng khác nhau tức là các lực tác dụng lên máy cũng khác nhau . Do đó để nâng cao năng suất của máy thì trong từng giai đoạn chúng ta cần cho máy chuyển động với vận tốc thích hợp (tránh cho máy chuyển động với cùng một tốc độ) để vừa tận dụng dược lực kéo của máy vừa giảm được thời gian một chu kỳ làm việc . 2, Khi máy thực hiện chức năng san đất . Lúc này máy ủi vạn năng có chức năng như là một máy san đất bình thường . Do đó quá trình làm việc của nó cũng hoàn toàn tương tự quá trình làm việc của máy san bình thường . Máy ủi hạ thiết bị làm việc xuống đến độ cao thích hợp và di chuyển về phía trước , nhờ bàn ủi hợp với trục dọc của máy một góc j = 450 600 nên đất sẽ được gạt sang một bên , do đó dần đất sẽ được san đều . Khi đến cuối hành trình san máy sẽ quay đầu và tiếp tục quá trình san . Chương 6 Các biện pháp và sơ đồ công nghệ thi công Từ quá trình làm việc của máy ủi ở trên ta thấy biện pháp thi công của máy ủi cũng bao gồm rất nhiều giai đoạn song ở đây ta chí trình bày các biện pháp thi công trong quá trình máy thực hiện quá trình cắt (tức là các biện pháp cắt đất) và các biện pháp di chuyển máy . I, Các biện pháp cắt đất . 1, Các biện pháp cắt đất . Quá trình cắt và tích đất trước bàn ủi có thế tiến hành theo một trong 3 cách sau (hình 6.I - 1) Hình 6.I - 1: Các sơ đồ đào đất của máy ủi Trong đó : * Sơ đồ (a) : Là quá trình cắt và tích đất có chiều dày phoi không thay đổi (c1) trên suốt quảng đường đào đất L1 . Như vậy biện pháp này không sứ dụng hợp lay chế dộ lực kéo của máy , chiều dài quảng đường đào đất lớn , dẫn đến thời gian một chu kỳ làm việc dài hơn và năng suất cuẩ máy sẽ thấp . Vì vậy , biện pháp này ít được sứ dụng trong thi công . Chí khi nào máy ủi làm việc xuống dốc với dộ dốc lớn ta mới áp dụng trường hợp này . Bới vì trong trường hợp đó lực cản di chuyển máy giảm đi nhiều vì lực cản dốc dã biến thành lực đẩy . * Sơ đồ (b) : Là biện pháp thi công mà chiều sâu cắt thay đối theo nhiều lần trong suốt quá trình cắt và tích đất trên chiều dài L2 (chiều sâu cắt lớn nhất là c2) . Biện pháp này thường dùng khi thi công gặp phải đất rắn có lực cản cắt lớn * Sơ đồ (c) : Là biện pháp cắt đất hợp lý hơn cả . Theo biện pháp này quá trình cắt đất được chia thành 2 giai đoan như sau : - Giai đoạn 1 : Máy ủi ấn sâu dao cắt vào đất đén khi đạt chiều sâu lớn nhất (c3) - Giai đoạn 2 : Máy ủi nầng dần ban ủi lên và giảm dần chiều sâu cắt cho đén khi đạt chiều sâu cắt nhỏ nhất hmin (chiều sâu cắt bù lại lượng đất rơi vãi sang hai bên) . Nhờ chế độ cắt như vậy mà ta có thế sứ dụng tối ưu chế độ lực cắt của máy từ , chiều dài quảng đường cắt đất sẽ ngắn hơn . Do đó chúng ta có thế rút ngắn được thời gian một chu kỳ làm việc , tăng năng suất của máy . Như vậy , tuỳ vào điều kiện thi công (độ dốc nơi làm việc , tính chất của đất thi công …) mà ta có thế chọn các biện pháp thi công thích hợp , song biện pháp thi công ở trường hợp (c) vẫn là trường hợp có nhiều ưu điểm hơn cả và được sứ dụng nhiều nhất . Sau đây ta đi nghin cửu kỹ hơn phương pháp này . 2, Xác thông số liên quan đến quá trình đào đất của máy ủi . Sơ đồ đào đất có thế được mô tả như hình vẽ (hình 6.I - 2) . Nhìn vào vào sơ đồ đó ta thấy máy ủi tiến hành cắt đất theo hai giai đoạn : - Giai đoạn 1 : Máy ủi hạ bàn ủi xuống để dao cắt ăn sâu đần vào đất đến khi đật chiều sâu cắt lớn nhất hmax . Đồng thời với việc ấn sâu dao cắt xuống là quá trình di chuyển máy vè phía trước . - Giai đoạn 2 : Máy ủi nầng dần ban ủi lên để giảm dần chiều sâu cắt cho đến khi đạt chiều sâu cắt nhỏ nhất hmin . Đồng thời với việc ấn sâu dao cắt xuống là quá trình di chuyển máy vè phía trước . Hình 6.I - 2: Các thông số của quá trình đào đất của máy ủi Như vây , trong quá trình cắt và tích đất dao cắt đồng thời thực hiện hai chuyển động : Chuyển động theo phương thắng đứng cùng với việc nâng hạ bàn ủi và chuyển động theo phương ngang về phía trước cùng với máy ủi . a, Xác định tốc độ di chuyển của dao cắt . Trong cùng một thời gian t (trong giai đoạn ấn sâu dao cắt xuống đất), dao cắt di chuyển theo phương thắng đứng với chiều sâu h và đồng thời di chuyển theo phương ngang cùng máy ủi một đoạn là l . Hình VII - 3: Vận tốc của dao cắt Quan hệ giữa h và l được biểu diễn qua công thức sau : h = l . tga (6.I - 1) a : Góc sau của dao cắt , a = 350 Gọi tốc độ di chuyển của dao cắt là vc và tốc độ di chuyển của máy ủi khi cắt đất là vd ta có : h = vv . t (6.I - 2) l = vd . t (6.I - 3) t = = (6.I - 4) Từ (6.I - 1) và (6.I - 4) ta có : t = = (6.I- 5) vc = vd . tga = 0,66 . tg 350 = 0,46 m/s b, Xác định chiều sâu cắt lớn nhất (h(max)) . Chiều sâu cắt đất tại thời điểm bất kỳ h(t) được xác định dựa vào phương trình cân bằng lực kéo và lực cán tác dụng lên máy ủi khi máy tiến hành cắt đất ở giai đoạn nâng dần bàn ủi để giảm dần chiều sâu cắt . Pk = W1 + W2 + W3 + W4 (6.I - 6) Pk : Lực kéo của máy ủi , Pk = 100 KN W1 : Lực cán cắt đất được xác định theo công thức : W1 = kc . B . h(t) (6.I - 7) kc : Lực cán cắt riêng Đất cấp III có : kc = 120 KN/m2 (Trang 205 – 1) B : Chiếu rộng cắt đất (Chiều rộng bàn ủi) , B = 3,55 m h(t) : Chiều sâu cắt tại thời điểm t W2 : Lực cản di chuyển khối đất lăn phía trước bàn ủi sinh ra được xác định theo công thức : W2 = V(t) . r . m2 (6.I - 8) V(t) : Thế tích khối đất trước bàn ủi tại thời điểm t r : Trọng lượng riêng khối đất trước bàn ủi m2 : Hệ số ma sát giữa đất và đất W3 : Lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi sinh ra được xác định theo công thức : W3 = m1 . V(t) . r . Cos2d (6.I - 9) m1 : Hệ số ma sát giữa đát và thép d : Góc cắt của đất W4 : Lực cản di chuyển máy ủi W4 = G . (f i) (6.I - 10) G : Trọng lượng máy ủi , G = 145,2 KN f : Hệ số cản lăn Máy ủi bánh xích , xem đát khô có f = 0,10 0,12( Trang 207 - 1) Chọn f = 0,11 i : Độ độ dốc của bề mặt làm việc , i = 100/0 = 0,10 Dấu (+) khi lên dốc và ngược lại Thay các giả trị vào công thức tren ta có : Pk = kc . B . h(t) + V(t) . r . m2 + m1 . V(t) . r . cos2d + G .(f i) (6.I - 11) Đặt m = r .( m2 + m1 . cosd) ta có : Pk = kc . B . h(t) + m .V(t) + G . (f i) (6.I - 12) Mặt khác tại thời điểm đạt chiều sâu cắt lớn nhất hmax , lực kéo chủ yếu để khác phục lực cản cắt và lực cản di chuyển máy ủi . Do đó phương trình cân bằng lực cản tại thời điểm này có dạng : Pkmax = kc . B . hmax + G . (f i) (6.I - 13) hmax = (6.I - 14) Thay các giả trị trên vào (6.I - 14) ta có : Khi đào lên dốc : hmax = = 16 cm Khi đào xuống dốc : hmax = = 23 cm II, Các biện pháp di chuyển máy . Khi đào - vận chuyển đất máy ủi có thế di chuyển theo một trong hai cách sau đây : * Di chuyển theo kiểu tiến lùi : Tức là sau khi máy vận chuyển đất đến nơi đổ và thực hiện xong quá trình đổ đất thì máy sẽ chuyển sang số lùi và di chuyển thụt lùi về vị trí làm việc mới chứ không quay đầu (Hình 6.II - 1 ) . Hình 6.II - 1 : Sơ đồ di chuyển máy (Kiểu tiểu lùi) Hình 6.II - 2 : Sơ đồ di chuyển máy (Kiểu tiến quay) * Di chuyển theo kiểu tiến quay : Đây là biện pháp ngược lại biện pháp trên , tức là máy sẽ không di chuyển thụt lùi mà quay đầu và vào sô với tốc độ cao hơn và di chuyển trớ về vị trí làm việc mới ( Hình 6.II - 2 ) . Như vậy , khi nào thì nên sử dụng biện pháp tiến lùi và khi nào thì sứ dụng biện pháp tiến quay , điều đó phụ thuộc vào đặc điểm của đia hình thi công (chiều dài quảng đường đào và chuyển đất ) và tính chất kỷ thuật của máy (vận tốc tương ứng các tay số và thơi gian sang số , thời gian quay đầu) . Điều đó sẽ được thế hiện qua chiều dài giởi hạn quảng đường chuyển đất ( Lgh) . Chiều dài giởi hạn quảng đường chuyển đất được xác định theo công thức sau : Lgh = , m (6.II - 1) Trong đó : vt : Vận tốc di chuyến của máy khi tiến vt = 10,15 Km/h = 2,8 m/s vl : Vận tốc máy khi lùi vl = 7,16 Km/h = 2,0 m/s tq : Thời gian một lần quay đầu , tq = 10 s ts : Thời gian một lần sang số , ts = 5 s Thay các giả trị vào công thức (VII - 15) ta có : Lgh = = 70 m Ta thấy : L2 = 45 m < Lgh = 70 m Vì vậy , ta chọn biện pháp thi công là cho máy di chuyển theo kiếu tiến lùi . Tóm lai , ta chọn biện pháp thi công như sau : Công nghệ cắt đất là theo sơ đồ c (Hình 6.II - 6 ) Công nghệ di chuyển là theo kiểu tiến lùi (Hình 6.II - 7 ) Hình 6.II - 6 : Sơ đồ công nghệ cắt và tích đất trước bàn ủi Hình 6.II - 7 : Sơ đồ di chuyển máy khi chuyển đất và chạy lùi không tải III, Tính toán năng suất máy ủi . Khi máy đào và chuyển đất năng suất được tính theo công thức sau : Qđ = (6.III - 1) Trong đó : V : Thế tích khối đất trước bàn ủi kd : Hệ số kể đến độ dốc nơi làm việc Với độ dốc i = 10 = 5,70 (góc nghiêng mặt bằng làm việc) Theo bảng 46.I.7 – (1) ta có : Khi lên dốc : kd = 0,5 0,67 , ta chọn kd = 0,67 Khi xuống dốc : kd =1,33 1,94 , ta chọn kd = 1,50 ktg : Hệ số sứ dụng thì gian , thường ktg = 0,8 0,9 (trang 231 - 1) Chọn kt g= 0,9 kt : Hệ số tơi của đất , kt = 1,1 Tck : Thời gian một chu kỳ làm việc của máy ủi Như vậy , khi có biện pháp thi công hợp lý , địa hình xác định và tính chất đất cụ thế , tức là ta đã có các hệ số ktg , kd , kt xác định thì năng suất của máy chí phụ thuộc vào các thông số hình học của máy đặc trưng bới V và công nghệ thi công thế hiện qua thời gian một chu kỳ làm việc Tck . Việc xác định chính các hai thông số này có ảnh hướng lớn đến độ chính xác khi xác định năng suất của máy . Có hai phương pháp để xác định hai thông số trên , đó là theo phương pháp cũ và phương pháp mới , sau đây ta tiến hành theo cả hai phương pháp này . 1, Theo phương pháp cũ . a, Xác định thế tích khối đất trước bàn ủi . Từ xưa người ta thường xác định thể tích khối đất lăn trước bàn ủi theo phương pháp gần đúng như sau : Ta coi thể tích này như một hình lăng trụ có đáy là một tam giác vuông (thể hiện trong hình vẽ sau : Hình 6.III - 1) . Khi đó V được xác định theo công thức sau : V = (6.III - 2) Hình 6.III - 1: Mô hình xác định thế tích đất trước bàn ủi theo phương pháp cũ Trong đó : B : Chiều rộng bàn ủi , B = 3,55 m H : Chiếu rộng bàn ủi , H = 1,0 m g : Góc chảy tự nhiên của đất Thông thường g = 450 nên : V = B . H2/2 = 0,5 . B . H2 (6.III - 3) Thay số vào công thức (6.III - 3) ta có : V = 0,5 . 3,55 . 1,02 = 1.78 m3 Như vậy , phương pháp cổ điển này đã bỏ qua nhiều thông số profil của bàn ủi nên thiếu sự chính xác , dẫn đến việc xác định năng suất máy ủi không đảm bảo độ chính xác đầy đủ , gây khó khăn cho việc đánh giá hiệu quả sử dụng của máy ủi . b, Xác định thời gian một chu kỳ làm việc . Với biện pháp thi công như trên , tức là cho máy di chuyển theo kiếu tiến lùi ta có công thức để xác định thời gian một chu kỳ làm việc theo phương pháp cũ là : Tck = t1 + t2 + t3 + ntd +mth (6.III - 4) (6.III - 5) Trong đó : + t1 , t2 , t3 : Thời gian đào , chuyển - đổ đất và chạy không tải về vị trí ban đầu + n.td : Số lần và thời gian một lần thay đổi tốc độ (sang số) và thời gian một lần thay đổi tốc độ , thường từ tq = 4 á5 s ; n = 3 á 4 lần (Trang 235 – 1) Ta chọn tq = 5 s , n = 3 lần + m.th : Số lần và thời gian một lần nâng hạ bàn ủivà thời gian một lần nâng hạ bàn ủi , thường th = 4 á 5 s ; m = 3 á 4 lần (Trang 235 - 1) Ta chọn th = 5 s , n = 3 lần + L1, L2 : Tương ứng là chiều dài quãng đường đào, chuyển và đổ đất . L1 : Chiều dài quảng đường đổ đất L1 = 5 m (Đầu đề thiết kể) L2 : Quảng đường chuyển đất , L2 = 30 á 60 m (Trang 235 - 1) Ta chọn L2 = 45 m + v1, v2, v3: Vận tốc của máy khi đào, chuyển - đổ đất và chạy không tải về vị trí ban đầu : Theo kinh nghiệm có thể chọn dựa vào các tay số của máy kéo cơ sở như sau : v1 : ứng với vận tốc ở số 1 , v1 =2,36 km/h = 0,66 m/s v2 : ứng với vận tốc ở số 2 hoặc 3 Ta chọn tay số 3 , v2 = 4,66 km/h = 1,29 m/s v3 : ứng với vận tốc ở số cao nhất , v3 = 9,25 km/s = 2,56 m/s Thay các giá trị vào công thức (3.V - 5) trên ta tính được chu kỳ làm việc của máy ủi là : = 109,6 s Khi tiến hành xác định thời gian chu kỳ làm việc của máy ủi theo phương pháp trên đã xem như máy ủi chuyển động đều trong từng giai đoạn làm việc của nó . Điều đó không đúng với thực tế vì trong khi làm việc máy ủi gặp rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên làm cho máy chuyển động không đều như là : - Dao cắt gặp chướng ngại vật trong khi đào đất . - Nền đất ướt dính, không ổn định hoặc cơ cấu di chuyển bị mòn , gây hiện tượng trượt trơn cho cơ cấu di chuyển trong khi làm việc .v.v.... Thay số liệu vào công thức (6.III – 1) trên ta được năng suất làm việc của máy ủi trong từng trường hợp sau : * Khi lên dốc : Qđl = = 32,1 (m3/h) * Khi xuống dốc : Qđx = = 71,6 (m3/h). 2, Theo phương pháp mới . a, Xác định thế tích khối đất trước bàn ủi . Khi xác định theo phương pháp naỳ , ta có thể kể đến tất cả các thông số profin của bàn ủi ( Mô hình được mô tả trên hình 6.III - 2) . Hình 6.III - 2 : Mô hình xác định thế tích khối đất trước bàn ủi theo phương pháp mới Theo hình vẽ thể tích V của khối đất trước bàn ủi sẽ là: V = V1+ V2 + V3 + V4 (6.III - 6) + V1: Là thể tích hình lăng trụ tam giác giới hạn bởi G1G2K2K1S1S2 . Trên hình vẽ đó là tam giác GKS . Đây là thể tích mà bấy lâu nay vẫn được áp dụng để tính thể tích khối đất trước bàn ủi, theo công thức. + V2: Thể tích giới hạn bởi mặt trụ G1EG2K2PK1 và hai mặt phẳng K1K2G2G1; K1PK2K. Trên hình vẽ đó là hình thang EGKP. + V3: Thể tích giới hạn bởi hai mặt cong K1F1B1S1 và S2B2F2K2 và các mặt phẳng K2F2F1K1; S1B1B2S2 và S1K1KK2S2. Trên hình vẽ đó là hình phẳng SBAFK. + V4: thể tích giới hạn bởi mặt cong K2F2MF1 K1P và các hình phẳng K1F1F 2K2; K1PK2K . Trên hình vẽ là hình thang KPMF. Vậy thể tích khối đất trước bàn ủi được xác định theo công thức: V = ồVi , m3 (6.III - 7) Giá trị cácVi của một số loại máy ủi do hãng KOMATSU và Liên Bang Nga chế tạo đã được xác định bằng thực nghiệm như bảng sau : Từ kết quả tính toán theo bảng đó , với các loại máy ủi khác nhau có thể rút ra được các công thức để xác định Vi theo V và theo V1 như sau: V1 = (0,62 á 0,63) . V V2 = (0,20 á0,21) .V = 0,33 . V1 V3 = 0,15. V = 0,24 . V1 V4 = (0,01 á 0,02) . V= 0,03.V1 V = V1+ V2 + V3 + V4 = V1 + 0,6V1 Vậy ta có : V = (V1+ 0,6 V1) = 1,6 V1 Mặt khác V1 được xác định theo công thức: V1 = ị V = (6.III - 8) Thông thường đất ở trước bàn ủi với trạng thái tơi thì : g = 45o ị tg g = 1 Hãng SX Loại máy Các thông số hình học Thể tích khối đất trước bàn ủi H,m B,m j(độ) Hk,m V1 V2 V3 V4 V Liên bang Nga DZ-42 0.80 2.56 75 0.16 0.82 0.27 0.20 0.02 1.3 1 DZ-101 0.95 2.86 75 0.19 1.29 0.42 0.31 0.04 2.06 DZ-54C 1.20 3.20 75 0.24 2.30 0.76 0,55 0,07 3.68 DZ-110 1.30 3.22 75 0.26 2.72 0.90 0.65 0.08 4.35 DZ-35C 1.23 3.64 75 0.25 2.75 0.91 0.66 0.08 4.40 DZ-118 1.37 4.37 75 0.28 4.10 1.35 0.98 0.13 6.56 DZ-129 1.75 4.29 75 0.35 6.57 2.17 1.57 0.20 10.5 Komatsu D-150A 1.59 4.13 75 0,32 5.22 1.72 1.25 0.16 8.35 D-355A 1.88 4.32 75 0.37 7.63 2.52 1.83 0.23 12.2 D-375A 2.05 4.60 75 0.41 9.66 3.19 2.32 0.29 15.4 D-455A 2.14 4.80 75 0.43 11.0 3.63 2.64 0.33 17.6 D-555A 2.45 5.80 75 0.49 17.4 5.75 4.18 0.52 27.8 Vậy : V = 0,8 . B . H2 Thay giả trị vào công thức trên ta có : V = 0,8 . 3,55 . 1,02 = 2,84 m3 b, Xác định thời gian một chu kỳ làm việc . Khi ta xác định theo phương pháp này có kể đến yếu tổ chuyển động không ổn định và sự trượt trơn của máy ủi trong quá trình làm việc . Thời gian một chu kỳ làm việc của máy ủi được xác định theo công thức sau : Tck = t1 + t2 + t3 + n.td + m.th (6.III - 9) Các thành phần được xác định theo các công thức : * Thời gian đào . t1 = , s (6.III - 10) Trong đó : kd : Lực cản cắt riêng Với = 550, đất cấp III ta có kd = 110 170 KN/m2 (trang 205 – 1) Chọn kd = 120 KN/m2 V : Thế tích khối đất trước bàn ủi ở cuối giai đoạn đào V = L1. B . h (6.III - 11) L1 = 5 m : Chiều dài quá trinh đào đất . B = 3,55 m : Chiều rộng bàn ủi h : Chiều sâu cắt h = 13 cm = 0,13 m (Theo biểu đồ hình 46.I.10.b – 1) V = 5 . 3.55 . 0,13 = 2,3 m3 m1 : Hệ số chuyển đối đơn vị từ tích số v1. Tđ thành công suất Nđ/c (KW) m1 = 1 = Nđ/c= 74 KW : Công suất của động cơ . : hiệu suất truyền động , = 0,85 k : Hệ số trượt trơn của cơ cấu di chuyển khi đào , k = 0,1 f : Hệ số cản lăn Máy ủi bánh xích ,xem đát khô có f = 0,10 0,12 ( Trang 207 - 1) Chọn f = 0,11 i : Độ độ dốc của bề mặt làm việc , i = 100/0 = 0,10 : Hệ số bám của máy kéo cơ sở , = 0,7 kj : Hệ số trọng lượng bám , máy ủi bánh xích kj = 1 : Khi lên dốc lấy dấu (+) , xuống dốc lấy dấu (-) Thay các giả trị vào (6.III - 68) ta có : Khi lên dốc : t1l = = 7,0 s Khi xuống dốc : t1x = = 4,9 s * Thời gian chuyển đất . t2 = , s (6.III - 12) Trong đó : m1 , Nđ/c , f , i , : Như trên G : Trọng lượng sứ dụng máy ủi , G = 145,2 KN dc : Hệ số trượt trơn khi máy vận chuyển đất , dc = 0,05 kc : Hệ số kể dến ảnh hướng của lực cản cắt và lực di chuyển khối dất trước bàn ủi đến quá trình chuyển đất , được xác định theo công thức sau : kc = 1 + (6.III - 13) Thay các giả trị đã tính toán trước đây ta có : kc = 1 + Khi lên dốc : kc = 1 + = 3,26 Khi xuống dốc : kc = 1 + = 48,38 L2 : Chiều dài quảng đường chuyển đất Khi đào và chuyển đất chiều dài vận chuyển đất hợp lá là khoảng (30 60) m (2) Ta lấy L2 = 45 m Thay vào công thức (6.III - 12) ta có : Khi lên dốc : t2l = = 74,8 s Khi xuống dốc : t2x = = 52,9 s * Thời gian chạy không tải về vị trí ban đầu . t3 = , s (6.III - 14) Trong đó : G , L1 , L2 , f , i , m1 , Nđ/c , : Như trên dv : Hệ số trượt trơn khi máy chuyển động không tải trớ về , dc = 0,025 Thay các giả trị trên vào (3.V - 14) ta có : Khi lên dốc : t3l = = 24,8 s Khi xuống dốc : t3x = = 1,2 s * Các thời gian phụ giống như theo phương pháp cũ : n = m = 3 lần tn = th = 5 s Vậy , tổng thời gian một chu kỳ làm việc theo phương pháp mới là : Khi lên dốc : Tckl = 7,0 + 74,8 + 24,8 + 3 . 5 + 3 . 5 = 136,6 s Khi xuống dốc : Tckx = 4,9 + 52,9 + 1,2 + 3 . 5 + 3 . 5 = 88,0 s Thay các giả trị vào (6.III - 59) ta có : Khi lên dốc : Qđl = = 41,0 m3/h Khi xuống dốc : Qđx = = 142,6 m3/h 3, Sự phụ thuộc của năng suất máy ủi vào quảng đường vận chuyển đất . Thay các công thức (6.III - 10) , (6.III - 12) và (6.III - 14) vào công thức (6.III - 9) ta có : Tck = + + + + (6.III - 15) Thay (6.III - 15) vào (6.III - 1) ta có công thức chung để tính năng suất của máy khi đào chuyển đất theo phương pháp mới là : 3600 . V. k1 . ktg Qđ = kt .[ + + + + ] (6.III - 16) Nhìn vào công thức (6.III - 16) ta thấy rằng , khi tính năng suất của máy ủi theo phương pháp mới có kể đến điều kiện chuyển động không ổn định của máy . Khi đó năng suất phụ thuộc chủ yếu vào công suất của máy , hệ số trượt trơn của cơ cấu di chuyển khi làm việc và chiều dài quảng đương chuyển đất L2 . Như vậy , với một máy ủi nhất định thì năng suất của máy ủi chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài quảng đường đào chuyển đất (L2) . Do đó khi thi công đất bằng máy ủi cần chú ý chọn chiều dài vận chuyển đất sao cho phù hợp . Sau đây ta đi xét sự phụ thuộc của năng suất máy khi đào chuyển đất vào chiều dài chuyển đất L2 . Ta vẽ biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của năng suất vào quảng đường vận chuyển đất L2 . Ta xét trường hợp khi máy lên dốc : Thay tất cả các giả trị vào công thức (6.III - 15) và (6.III - 16) ta có : Tck = [ + + + +3 . 5 + 3 . 5] Tck = 37,6 + 2,2 . L2 3600 . 2,84. 0,67 . 0,9 Qđ = 1,1.[+ + + + 3 . 5 + 3 . 5 ] Qđ = Ta lập bảng thế hiện mỗi quan hệ giữa thời gian một chu kỳ làm việc năng suất của máy khi đào chuyển đất vào chiều dài chuển đất L2 : L2 (m) 15 30 45 60 75 Tck (s) 70,6 103,6 136,6 169,6 202,6 Q(m/h) 79,4 54,1 41,0 33,1 27,7 Hình 3.V - 3 : Quan hệ giữa năng suất máy ủi và quảng đường chuyển đất L2 Nhìn vào đồ thị ta thấy rằng : Khi chiều dài quãng đường đào chuyển đất nhỏ thì năng suất của máy lớn và ngược lại khi chiều dài quãng đường đào chuyển đất càng lớn thì năng suất của máy càng giảm . 4, Các biện pháp thi công để nâng cao năng suất của máy ủi . Từ công thức (6.III - 1) ta thấy rằng : Để nâng cao năng suất của máy ủi khi đào và chuyển đất cần sứ dụng các biện pháp sau : + Tăng thế tích khối đất trước bàn ủi bằng cách : - Tạo ra bờ đất hai bên trước khi cho máy ủi đào và chuyển đất giữa hai bờ đó . Vì khi đó sẽ giảm được lượng đất rơi vãi sang hai bên trong quá trình máy ủi chuyển đất về phía trước . - Dùng hai máy ủi làm việc đồng thời và song hành với nhau . Khi đó cũng hạn chế được lượng đất rơi vãi trong quá trình vận chuyển . + Cần phải giảm thời gian chu kỳ làm việc của máy bằng cách : - Sử dụng thật hợp lý chế độ lực kéo tiếp tuyến của máy trong từng giai đoạn làm việc . Nghĩa là phải cho máy di chuyển với các vận tốc khác nhau tuỳ thuộc vào giả trị lực cán tác dụng lên máy ủi trong các giai đoạn cảu một chu kỳ làm việc. - Trong điều kiện có thế , nên cho máy làm việc xuống dốc (tránh làm việc lên dốc) để giảm lực cản dốc . Do đó sẽ giảm thời gian một chu kỳ làm việc và tăng năng suất của máy . - Tuỳ thuộc từng máy và chiều dài đào chuyển đào chuyển đất mà có thế cho máy thi công theo kiểu tiến lùi hay tiến quay cho thích hợp để rút ngắn thời gian chu kỳ làm việc của máy . + Nếu cứ ly đào và chuyển đất lớn hơn 100 m , nên cho máy thi công theo kiểu “cuốn chiếu”, nghĩa là phân chia thành các đoạn thi công có cứ ly thích hợp từ 30 60 m . Máy thi công xong từng đoạn rồi mới thi công đoạn tiếp theo . Hình 3.V - 4 : Thi công theo kiểu tạo bờ Hình 3.V - 5 : Thi công bằng cách cho hai máy làm việc song song Hình 3.V - 6 : Thi công bằng cách cho máy làm việc xuống dốc Hình 3.V - 7 : Thi công bằng cách cho máy ủi theo từng đoạn Kết luận chung Trong các ngành công nghiệp nặng , chế tạo máy nói chung và chế tạo các máy xây dựng nói riêng là một ngành công nghiệp đòi hỏi một công nghệ tiên tiến , thường xuyên cập nhật ứng dụng các tiến bộ khoa học kỷ thuật vào trong công nghệ chế tạo và sản xuất . Trong đồ án tốt nghiệp này , với nhiệm vụ thiết kế thiết bị ủi vạn năng điều khiến bằng thuỷ lực em cũng đã tận dụng mọi công nghệ , kỷ thuật có thế để làm cho việc chế tạo được dễ dàng , sứ dụng các vật liệu sẵn có , thông dụng và có giả thành rẽ . Tuy nhiên , nó vẫn có rất nhiều hạn chế như là : Chế tạo thiết bị ủi vạn năng điều khiến thuỷ lực mà phương pháp quay bàn ủi trong mặt phắng ngang vẫn băng cơ khí là không ưu việt so với phương pháp quay bàn ủi bằng thuỷ lực . Mặt khác , nó lại có ưu điểm đó là tận dụng được máy hiện có , tránh phải thiết kế cái tạo lại các chi tiết phức tạp dòi hỏi công nghệ chế tạo cao giả thành đắt . Đó chính là một ưu điêm trong điều kiện kinh tế và trình độ công nghệ , kỷ thuật của nước ta hiện nay . Trong công cuộc công nghiẹp hoá , hiện dại hoá đất nước và xu hướng hội nhập hiện nay thi nếu điều kiện cho phép thì việc nhập các máy móc của các nước với tính năn