MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THIẾT BỊ ỦI THƯỜNG

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ THIẾT BỊ ỦI THƯỜNG

1.1 Giới thiệu chung về công tác đất và máy làm đất

1.2 Tổng quan chung về máy ủi

1.3 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

1.4 Sơ đồ và nguyên lý của máy ủi thường 

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHUNG

2.1 Xác định các thông số cơ bản của máy thiết kế

2.2 Xác định các thông số cơ bản của bàn ủi

2.3 Tính toán lực kéo và công suất của máy ủi

2.4 Xác định lực tác dụng lên máy ủi

2.5 Tính ổn định máy ủi

2.6 Tính năng suất máy ủi

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY ỦI

3.1 Tính toán và thiết kế thiết bị ủi

3.2 Tính bền bàn ủi

3.3 Tính sức bền khung ủi

3.4 Tính sức bền thanh chống xiên

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC

4.1 Sơ đồ thủy lực

4.2 Tính chọn xylanh thủy lực

4.3 Tính chọn bơm thủy lực

4.4 Tính chọn van phân phối 4/3

4.5 Tính công suất làm việc của bơm thủy lực

KẾT LUẬN

Tài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, toàn Đảng, toàn dân chung tay xây dựng và phát triển kinh tế. Trong công cuộc đó, xây dựng phải là ngành đi đầu, tạo tiền đề vững chắc để thúc đẩy các ngành kinh tế khác.

Trong ngành xây dựng, thi công nền móng là phần việc vô cùng quan trọng, nó quyết định chất lượng, độ bền vững của công trình xây dựng. Hiện nay trong lĩnh vực cơ giới hoá thi công, lĩnh vực máy làm đất rất đa dạng và phong phú, với rất nhiều chủng loại, đặc tính kỹ thuật, khả năng làm việc khác nhau. Công việc mà máy làm đất thực hiện chủ yếu là việc đào đắp, san nền, làm móng. Yêu cầu đối với người quản lý sử dụng cần phải nắm bắt được toàn bộ những đặc tính và khả năng làm việc của máy. Còn đối với người thiết kế cần phải nắm được các thông số kỹ thuật, yêu cầu kết cấu, khả năng chịu lực, các sơ đồ dẫn động... Từ những yêu cầu đó cần tiến hành tính toán thiết kế để đảm bảo máy sau khi thiết kế, chế tạo máy có đầy đủ tính năng, khả năng làm việc như yêu cầu kỹ thuật đề ra.

Đồ án tốt nghiệp là đồ án quan trọng nhất trong quá trình học tập tại trường đại học. Việc thực hiện đồ án tốt nghiệp có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nhằm đưa những kiến thức đã học trong nhà trường vào thực tế sản xuất. Qua đó, sinh viên có điều kiện bổ sung các kiến thức còn thiếu hụt cũng như rút ra các kinh nghiệm bổ ích cho mình.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Anh Tuấn cùng các thày trong khoa Cơ khí xây dựng trường ĐH Xây Dựng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ THIẾT BỊ ỦI

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TÁC ĐẤT VÀ MÁY LÀM ĐẤT

1.1.1. Quá trình phát triển máy làm đất

Công nghiệp chế tạo máy xây dựng nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển nó đồng hành với quá trình phát triển của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người.

a. Giai đoạn 1: Thế kỷ XVI đến thế kỷ XVIII

Xuất hiện những phương tiện cơ giới và cơ giới hóa đầu tiên dùng trong khâu làm đất, động lực dùng trên các phương tiện cơ giới lúc đó chủ yếu là sức người, sức ngựa và bước đầu dùng động cơ hơi nước. Loài người đã chế tạo và sử dụng máy xúc một gầu q = 0,75 m³ đầu tiên.

b. Giai đoạn 2: Thế kỷ XIX đến năm 1910

Trong giai đoạn này cùng vơi sự phát triển các công trình xây dựng lớn, nhất là các công trình xây dựng giao thông, giao thông đường sắt, xuất hiện máy xúc một gầu quay toàn vòng 360⁰ – chạy trên ray, cùng các lại máy làm đất khác.

c. Giai đoạn 3: Từ sau năm 1910

Khâu làm đất trong công tác xây dựng đã được tiến hành được tiến hành cơ giới hóa ở mức độ ngày càng cao do xuất hiện nhiều loại máy làm đất như: máy xúc đất quay toàn vòng 360⁰ di chuyển bằng bánh lốp, bánh xích, kể cả máy xúc di chuyển bằng thiết bị tự bước. Đồng thời để đáp ứng khối lượng công tác đất ngày càng lớn trong xây dựng cơ bản. Nền công nghiệp đã chế tạo nhiều loại máy làm đất có chức năng, công dụng, kết cấu khác nhau: máy xúc nhiều gầu, máy ủi đất, máy cạp đất, máy đầm đất…

Xu hướng phát triển máy làm đất trong giai đoạn này là nâng cao năng suất làm việc, tăng vận tốc di chuyển máy và vận tốc làm việc; sử dụng vật liệu kim loại, phi kim loại chất lượng cao để giảm khối lượng riêng của máy, nâng cao độ tin cậy của các chi tiết máy, giảm thời gian bảo dưỡng trong quá trình sử dụng; hoàn thiện các thiết bị động lực và truyền động cùng các hệ thống khác trên máy - chế tạo các bộ công tác (thiết bị làm việc) thay thế để máy có thể làm việc ở các điều kiện, chế độ khác nhau (tức là vạn năng hóa máy làm đất), nên năng suất làm việc của máy ngày càng được nâng cao.

Trong những năm gần đây, khối lượng của một số loại máy làm đất giảm nhẹ đi 20 – 30 %, nhưng công suất máy tăng lên 50 – 80%. Công suất trang bị điện trên máy tăng lên, kéo theo hiệu suất làm việc của máy tăng lên. Cùng với việc không ngừng cải tiến, hoàn thiện về nguyên lí, kết cấu của máy, người ta còn sử dụng các bộ phận, các máy cơ sở được chế tạo theo tiêu chuẩn, theo mô đun để hòa nhập xu hướng thống nhất hóa, tiêu chuẩn hóa, vạn năng hóa ngành sản xuất máy làm đất.

1.1.2. Cơ giới hóa công tác đất

Trong xây dựng cơ bản: Xây dựng dân dụng, công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thủy lợi…, đối tượng thi công trước tiên có khối lượng lớn - có thể nói là lớn nhất là công tác đất. Trong các công trình xây dựng, đất được xử lý với các phương pháp, mục đích khác nhau nhưng có thể tập hợp theo các quy trình công nghệ chính: Đào – khai thác, vận chuyển, đắp, san bằng và đầm chặt.

Cơ giới hóa công tác đất có ý nghĩa trọng yếu và đó là vấn đề cấp bách, cần thiết do khối lượng công việc rất lớn, đòi hỏi nhiều lĩnh vực, lao động nặng nhọc, ảnh hưởng nhiều đến tiến độ thi công và năng suất lao động nói chung.

Nhiệm vụ chủ yếu của cơ giới hóa là nâng cao năng suất lao động

Cơ giới hóa là biện pháp chủ yếu chứ không phải là biện pháp duy nhất làm tăng năng suất lao động.

Năng suất lao động còn có thể tăng lên bằng cách hoàn chỉnh quy trình công nghệ sản xuất, hoàn thiện, cải tiến công tác quản lý và tổ chức sản xuất. Trong trường hợp quy trình công nghệ đã ổn định thì áp dụng cơ giới hóa tiến tới tự động hóa khâu làm đất là biện pháp chủ yếu để tăng năng suất lao động. Do vậy, có thể rút ra một số ý nghĩa của cơ giới hóa công tác đất:

- Cơ giới hóa là bước đầu tiên và là một trong những biện pháp chủ yếu làm tăng năng suất lao động trong khâu làm đất

- Là biện pháp chính giảm nhẹ cường độ lao động cho công nhân

- Nâng cao chất lượng công trình xây dựng

- Giảm đáng kể diện hoạt động trên công trường

- Dễ dàng áp dụng tiêu chuẩn hóa, tiến hành công xưởng hóa các công đoạn của quá trình sản xuất, góp phần thực hiện thành công chủ trương công nghiệp hóa

- Đồng thời áp dụng cơ giới hóa khâu làm đất còn tiến hành được các công việc mà lao động thủ công không làm được, hoặc khó làm được.

Cơ giới hóa khâu làm đất thường được thực hiện bằng các hình thức sau:

- Máy và thiết bị cơ khí (máy xúc, máy cạp, máy ủi…)

- Máy và thiết bị thủy lực (súng phun thủy lực, tầu hút bùn…)

- Chất nổ (nổ mìn phá đá…)

- Dòng điện cao tần, siêu âm… (phá tan vỡ đất)

Cơ giới hóa khâu làm đất bằng máy và thiết bị cơ khí (phương pháp cơ học) là phổ biến nhất vì tính phổ biến và phổ cập của nó, đồng thời năng lượng tiêu tốn tính cho 1 m³ đất rất nhỏ chỉ bằng khoảng 0,05 ÷ 0,3 kW.h

Năng lượng tiêu tốn khi dùng phương pháp thủy lực cao hơn nhiều, khoảng 0,2 ÷ 2 kW.h, có khi còn cao hơn, như đối với đất chặt lên tới 3 ÷ 4 kW.h

 Trên các công trình xây dựng, cơ giới hóa khâu làm đất bằng phương pháp cơ học chiếm khoảng 80 – 85%, bằng phương pháp thủy lực khoảng 7 - 8 % và dùng chất nổ chỉ chiếm 1 – 3%, còn lại là các phương pháp khác.

1.1.3 Phân loại máy làm đất theo công dụng

Máy làm công tác chuẩn bị: Máy xới tơi đất, máy dọn mặt bằng, máy cắt xén, nhổ gốc cây và gom phế liệu.

Máy đào đất: Dùng để đào và xúc đất đổ vào phương tiện hoặc đổ thành đống.

-Máy đào 1 gầu: Gầu thuận, nghịch, gầu dây, gầu ngoạm, gầu bào.

-Máy đào nhiều gầu: Hệ xích, hệ rôto.

Máy đào và vận chuyển đất: Máy đào đất rồi gom lại thành đống hoặc chuyển đi và san thành từng lớp. Ví dụ: Máy ủi, máy san, máy cạp …

Máy đầm đất: Dùng để lèn chặt đất, bao gồm máy lu bánh cứng trơn, bánh lốp, bánh vấu(lu chân cừu).

Máy thi công đất bằng phương pháp thủy lực: Súng phun thủy lực, tàu hút bùn.

1.2 TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY ỦI

1.2.1 Sơ lược về sự phát triển chung của máy ủi hiện nay ở Việt Nam

Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước thì máy làm đất nói chung và máy ủi nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng ,nó góp phần giải quyết một số lượng công việc lớn thay cho con người .Ở nước ta tình hình sử dụng máy làm đất chỉ phát triển mạnh từ những năm đầu thập kỷ 90 .Khi đó đã có sự cạnh tranh gay gắt của các hang máy tư bản đối với các hang máy truyền thống như Liên Xô ,Trung Quốc … Bên cạnh các hang máy quen thuộc như Komatsu ,Hitachi ,Mitsubishi ,Volvo.. đã có sử xuất hiện của các hang máy mới như Daewoo, Dynapac, fiat, Caterpilla,.. Ngoài các máy nhập về đã qua sử dụng thì hiện nay người ta còn nhập về các máy mới hiện đại có giá trị cao, nhiều tính năng ưu việt, cho năng suất và hiệu quả sử dụng cao.

Trước đây ,khi chưa có sự xuất hiện của các máy làm đất thì để xây dựng một công trình lớn cần phải huy động với một số lượng rất lớn các công nhân. Từ khi máy làm đất xuất hiện thì số công nhân được giảm đi với số lượng đang kể và với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì số lượng công nhân sẽ được giảm đi đến mức tối thiểu ,lúc đó máy móc sẽ thay công nhân làm việc.

Trong sự nghiệp hiện đại hoá đất nước hiện nay thì lao động thủ công không thể đáp ứng được như cầu về xây dựng và khai thác. Cùng với sự phát triển của khoá học kỹ thuật, hầu hết các công việc sẽ được cơ giới hoá. Khi đó máy móc sẽ thay thế công việc lao động chân tay ,góp phần làm giảm sức lao động của con người và tang năng suất lao động lên mức tối đa.

Nước ta là một nước có nền công nghiệp chậm phát triển ,nói chung cho đến nay thì chưa xản suất được các loại máy làm đất, đặc biệt là máy đào và máy ủi. Do vậy các máy làm đất được sử dụng ở nước ta hiện nay chủ yếu là được nhập từ nước ngoài về nên hiệu quả khai thác và sử dụng nó chưa được cao. Ngày nay do đòi hỏi về chất lượng công trình, thời gian và công nghệ xây dựng … nên các loại máy mới và hiện đại được nhập về khá nhiều. Do đó đặt ra một vấn đề là cần có những kỹ sư giỏi có khả năng nắm bắt được công nghệ của các loại máy đó ,hiểu và sử dụng được nó, phát huy được hết hiệu quả của nó.

Hiện nay các loại máy làm đất hiện đại có tính năng kỹ thuật tốt ,hiệu quả sử dụng cao được nhập về từ nước ta nổi tiếng như Komatsu, Hitachi, Mitsubishi, Daewoo, Volvo, Fiat , Caterpillar…

1.2.2 Công dụng của máy ủi

Máy ủi là một loại máy quan trọng ,chiếm số lượng lớn trong các loại máy làm đất. Nó là loại máy chủ đạo trong nhóm máy đào và vận chuyển đát .Máy ủi được sử dụng rộng rãi trong công tác xây dựng công nghiệp và dân dụng, trong giao thông ,thuỷ lợi ,khai thác mỏ, … do máy có cấu tạo đơn giản ,năng suất cao ,cơ động ,có thể làm nhiều công việc.

Máy ủi có thể thực hiện một số công việc sau:

-Làm công tác chuẩn bị cho các công trình như: nhổ gốc cây, làm sạch hiện trường,

Bóc vỏ lớp thục vật để khai thác mỏ,…

-Đào lắp các công trình có độ cao , độ sâu của nền là 2m

-Định hình mặt đường ,san bằng bề mặt công trình ,làm phẳng các mái dốc, tạo độ chênh cao,…

1.2.3 Phân loại máy ủi

Máy ủi th­ường đ­ược phân ra theo dạng thiết bị làm việc, loại công suất động cơ, lực kéo, kiểu điều khiển, đặc điểm thiết bị di chuyển và kết cấu của bộ phận công tác.

* Phân loại theo dạng thiết bị làm việc:

+  Máy ủi th­ường: Hay còn gọi là máy ủi cố định, bàn ủi luôn đ­ược đặt vuông góc với trục dọc của máy và không thể quay đư­ợc trong mặt phẳng ngang.

+  Máy ủi vạn năng: Là loại máy ủi mà bàn ủi đ­ược liên kết với khung ủi qua khớp cầu nên bàn ủi có thể quay đư­ợc trong mặt phẳng ngang và đặt nghiêng so với trục dọc của máy 1 góc 45-60⁰

* Phân loại theo hệ thống di chuyển:

 +  Máy ủi bánh lốp: Có ­ưu điểm là tốc độ di chuyển nhanh hơn, như­ng áp suất xuống đất lớn hơn so với máy ủi bánh xích cùng trọng l­ượng.

 +  Máy ủi bánh xích: Có áp suất xuống đất nhỏ, bán kính quay vòng nhỏ, khả năng bám vào mặt đất tốt nên có thể hoạt động ở những nơi đất yếu, những nơi có độ dốc lớn, địa hình chật hẹp

* Phân loại theo hệ thống dẫn động:

 +  Máy ủi điều khiển cáp: Được sử dụng phổ biến vào thập kỷ 80 của thế kỷ XX trở về tr­ước. Hệ thống điều khiển cáp bao gồm tời 1 chiều kết hợp với palăng cáp, việc nâng hạ bàn ủi đ­ược thực hiện bằng cách điều khiển ly hợp ma sát nón và phanh đai.

+  Máy ủi điều khiển thủy lực: Đang là ph­ương án đ­ược sử dụng rộng rãi hiện nay do những ­ưu điểm v­ợt trội của nó nh­ư: Kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn, điều khiển đơn giản, êm ái, tạo đ­ược sức nâng lớn và dễ dàng bảo quản, sửa chữa…Việc nâng hạ thiết bị ủi chủ yếu dựa và lực sinh ra do dòng thủy lực được bơm trong các ống thủy lực truyền đến các cơ cấu công tác. 

* Tuỳ thuộc vào độ lớn của công suất động cơ và lực kéo danh nghĩa ở móc kéo của máy cơ sở, máy ủi đ­ược chia thành các loại:

+ Rất nặng (công suất trên 300CV, lực kéo trên 30T).

+ Nặng (công suất 150-300 CV, lực kéo 20-30T).

+ Trung bình (công suất 75-150 CV,lực kéo 13.5-20T).

+ Nhẹ (công suất 35-75 CV, lực kéo 2.5-13.5T).

+ Rất nhẹ (công suất 3.5 CV, lực kéo 2.5T).

*  Ngoài ra còn có máy ủi điều khiển từ xa bằng điện tử, mới đ­ược ng­ười Nhật Bản áp dụng thí điểm cho những máy ủi khai thác khoáng sản d­ưới đại dương. Tuy nhiên loại máy ủi này có cấu tạo phức tạp, công nghệ chế tạo hiện đại, giá thành cao nên ch­ưa đ­ược sử dụng phổ biến.

Hiện nay máy ủi có hệ thống điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực có nhiều ư­u điểm nên th­ường đ­ược chọn trong quá trình thi công.

1.3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.3.1 Các phương án lựa chọn

Trong những năm 80 của thế kỷ trư­ớc máy ủi điều khiển cơ khí đ­ược sử dụng rất nhiều, nh­ưng cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và những yêu cầu ngày càng cao của các công trình thi công, máy ủi cũng đ­ược cải tiến và thay đổi rất nhiều. Xu hướng phát triển hiện nay của máy ủi là chế tạo những loại máy ủi có công suất nhỏ và trung bình, điều khiển thủy lực vì máy ủi nhỏ và trung bình có công suất trên 1 đơn vị trọng l­ượng lớn hơn nhiều so với những loại máy ủi có công suất lớn. Ngoài ra trên máy ủi ng­ười ta còn lắp thêm thiết bị xới, nhằm tận dụng tối đa công dụng của máy.

Hiện nay có 2 loại máy ủi đ­ược sử dụng rộng rãi, đó là máy ủi th­ường và máy ủi vạn năng. Máy ủi vạn năng là loại máy ủi mà bàn ủi đ­ược liên kết với khung ủi qua khớp cầu nên bàn ủi có thể quay đ­ược trong mặt phẳng ngang và đặt nghiêng so với trục dọc của máy 1 góc 45-60⁰. Ưu điểm của máy ủi vạn năng là làm việc cơ động trong không gian hẹp và đặc biệt hữu ích trong công tác san đất, giải phóng mặt bằng. Tuy nhiên do đặc điểm bàn ủi có thể quay đ­ược trong mặt phẳng ngang nên kết cấu của máy ủi vạn năng cũng phức tạp hơn và giá thành cũng cao hơn tư­ơng đối nhiều so với máy ủi thường. Máy ủi thường hay còn gọi là máy ủi cố định, bàn ủi luôn đ­ược đặt vuông góc với trục dọc của máy và không thể quay đ­ược trong mặt phẳng ngang. Máy ủi thư­ờng có điểm nổi trội hơn máy ủi vạn năng đó là kết cấu đơn giản, làm việc hiệu quả cả trong công tác ủi và công tác san, giá thành của máy ủi th­ường cũng thấp hơn khá nhiều so với máy ủi vạn năng. Hiện nay tại Việt Nam cũng như­ các nư­ớc khác trên thế giới thì máy ủi th­ường đư­ợc sử dụng phổ biến hơn máy ủi vạn năng.

Tại Việt Nam hiện nay, những máy ủi điều khiển cơ khí cũng đang được dần thay thế bằng những máy ủi điều khiển thủy lực nhỏ gọn hơn, hiện đại hơn và năng suất làm việc cũng cao hơn.

Thời tiết Việt Nam nóng ẩm, m­à nhiều, các công trình thi công hay phải diễn ra trong điều kiện lầy lội, bùn đất. Ngoài ra, hầu hết các công trình ở đồng bằng đều đ­ược xây dựng trên nền đất ruộng, chiêm trũng, có địa chất yếu, địa hình phức tạp, nhỏ hẹp. Vây nên máy ủi bánh xích là phù hợp hơn cả.

Việt Nam hiện nay ch­ưa sản suất, chế tạo đ­ược máy ủi, thế nên tất cả đều phải nhập khẩu của các hãng nước ngoài. Các công ty nước ngoài sau khi sản xuất ra máy ủi, họ sẽ cho các công ty xây dựng trong nư­ớc của họ thuê để thi công, sau chừng một vài năm, họ sẽ bán lại cho các doanh nghiệp của chúng ta. Khi đó máy vẫn còn 90-95% giá trị sử dụng do mới làm việc đ­ược vài nghìn giờ, và giá máy cũng rẻ hơn đáng kể. Chính vì phải nhập khẩu theo ph­ương thức như­ thế, nên chúng ta th­ường nhập những loại náy có công suất t­ương đối lớn. Vì những loại máy có công suất lớn thì ngoài chức năng ủi, ta có thể tận dụng để làm một số công việc khác, như­ lắp thêm thiết bị xới, hỗ trợ các máy cơ sở khác. Ngoài ra, các máy có công suất lớn thư­ờng ít đ­ược cải tiến.

Từ những phân tích trên đây, ta có thể đ­a ra đánh giá về những ph­ương án có thể thực hiện, từ đó tìm đ­ược ph­ương án thích hợp nhất:

a. Máy ủi thường bánh xích

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu của máy ủi thường:

1.Cụm thiết bị ủi ,2. Máy kéo cơ sở, 3.Chốt khung ủi và bàn ủi, 4.Chốt liên kết xylanh nâng hạ và bàn ủi, 5.Thanh chống xiên, 6 Xylanh nâng hạ thủy lực ,7.Đầu nói thủy lực.

-Máy ủi thường (hay còn gọi là máy ủi cố định): Bàn ủi luôn luôn đặt vuông góc với trục dọc của máy .

b. Máy thường bánh lốp

Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu của máy ủi vạn năng

1.Cụm thiết bị ủi;2.Chốt lk khung ủi và bàn ủi; 3.Bàn ủi; 4Xylanh nâng hạ bàn ủi 5.Máy kéo cơ sở

1.3.2 Lựa chọn phương án

Dựa vào 2 phương án trên ta nhận thấy việc sử dụng máy ủi thường bánh xích có nhiều ưu điểm phù hợp với đề tài được giao.

Vì vậy ta chọn phương án đầu tiên máy ủi thường .

1.4 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY ỦI THƯỜNG

1.4.1 Sơ đồ kết cấu

Hình 1.3: Sơ đồ kết cấu của máy ủi thường

1.Cụm thiết bị ủi ,2. Máy kéo cơ sở, 3.Chốt khung ủi và bàn ủi, 4.Chốt liên kết xylanh nâng hạ và bàn ủi, 5.Thanh chống xiên, 6 Xylanh nâng hạ thủy lực ,7.Đầu nói thủy lực.

Ở máy ủi thường ,khung ủi gồm 2 phần riêng biệt và được liên kết với bàn ủi bằng khớp trụ ,do đó bàn ủi luôn luôn được đặt vuông góc với trục dọc của máy và không thể quay được trong mặt phẳng ngang.

Thanh chống xiên 8 có mục đích là giữ cho bàn ủi ổn định trong khi làm việc dưới tác dụng của áp lực khổi đất trước bàn ủi. Đồng thời để làm thay đổi góc cắt đất của dao cắt nhờ thay đổi vị trí lắp thanh xiên với khung ủi hoặc thay đổi chiều dài của thanh xiên trong trường hợp thanh chống xiên có cấu tạo ren vít.

1.4.2 Nguyên lý làm việc

-Hạ lưỡi ủi bập xuống nền đào, cho máy tiên lên, đất dần dần tích tụ lại trước lưỡi ủi. Khi đã tích đầy, vận chuyển khối đất đào bằng cách cho máy nâng lưỡi ủi lên một mức (chưa thoát khỏi nền đào) Với mục đích đào thêm chút ít để bù hao khi vận chuyển.

-Khi ta muốn rải đều khối đất đã vận chuyển, cần phải nâng lưỡi ủi lên theo chiều dài muốn rải và tiếp tục cho máy tiến.

1.4.3 Giới thiệu máy cơ sở D155 A

Máy cơ sở D155-A nằm trong máy ủi seri D155-A, một trong những seri máy ủi mới nhất của hãng Komat’su đ­ược chính thức ra mắt năm 2003. Đây là loại máy cơ sở hiện đại, với thiết kế đẹp, buồng lái nhỏ gọn, như­ng vẫn tạo sự thoải mái cho ng­ười điều khiển. Với hệ thống di chuyển xích, có thể hoạt động dễ dàng trong điều kiện địa lý và tự nhiên của Việt Nam. Động cơ  Komat’su D155-A, 4 thì, làm mát bằng n­ước, phun trực tiếp. Công suất động cơ là 320 mã lực, đ­ược thiết kế nhỏ gọn, bền chắc, tiết kiệm diện tích tối đa. Hệ thống truyền lực có biến mô thủy lực. Hệ thống lái dùng cần điều khiển dễ dàng điều khiển h­ướng di chuyển của bánh xe. Hệ thống thủy lực là hệ thống cảm biến tải trung tâm đóng, giúp điều khiển tăng sự hiệu quả và chính xác. Dung tích thùng dầu nhiên liệu là: 406(l), két n­ươc làm mát là: 52(l), động cơ là: 38(l)

*        Các thông số kỹ thuật của máy D155-A

-      Trọng l­ượng máy ủi : 332,3 T.

-      Kích th­ước máy :

+        Chiều dài :5955mm

+        Chiều rộng : 2695 mm

+        Chiều cao : 3500 mm

-      Chiều rộng một bàn xích 510 mm

-      Vận tốc di chuyển :

+        Tiến 3,7/ 11

+        Lùi 5/ 13,9

-      Động cơ :

+        Công suất thiết kế 225KW (302 mã lực).

Tốc độ quay của trục động cơ 1900 vòng/phút.

Hình 1.4: Máy kéo cơ sở D155-A

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHUNG

2.1 Xác định các thông số cơ bản của máy thiết kế

 Trọng lượng của máy ủi  G_m =() G_T                                     

   Theo kinh nghiệm  G_m = 1,2 . G_T             

          G_T : Trọng lượng máy kéo cơ sở

          G_T = 33,23(T)  = 332,3 KN   

           G_m = 1,2 . 332,3 = 398,76  (KN) = 39,876  (T )

Dựa vào công suất động cơ của máy kéo cơ sở = 302 (mã lực) 225KW

 Ta xác định sơ bộ các thông số cơ bản của máy ủi :

-      Trọng lượng thiết bị ủi, daN :          

 -   Chiều cao nâng bàn ủi lớn nhất, mm :                     

2.2 Xác định các thông số cơ bản của bàn ủi:

2.2.1 Xác định các thông số hình học của bàn ủi:

.* Xác định chiều rộng B của bàn ủi.                                                                           

Chiều rộng bàn ủi B được chọn sơ bộ theo chiều cao:

 B = (2,6 ¸ 3,0).H                                                       (Trang 199- [2])

Mặt khác, chiều rộng nhỏ nhất của bàn ủi  phải đảm bảo sao cho, sau khi bàn ủi đã quay và đặt nghiêng so vơi trục dọc của máy,thì hình chiếu bàn ủi lên phương vuông góc với phương di chuyển phải lớn hơn chiều rộng bao của máy kéo (kể cả phần nhô ra của khung ủi) không nhỏ hơn 100mm về mỗi phía. Vì vậy, theo kinh nghiệm, chiều rộng của bàn ủi thường được chọn như sau :

    Với bàn ủi không quay:

B =  = 2695 + 850=3545 (mm)

 ( Trang 199- [2])

Trong đó:   

b =2695 mm: là chiều rộng bao của máy kéo cơ sở;                                                                                                                      

                    j: là góc quay của bàn ủi trong mặt phẳng ngang

Hình 2-1:  Các thông số cơ bản của bàn ủi.

  chọn H=1300 mm

* Xác định lực kéo danh nghĩa của máy kéo cơ sở:

Dựa vào chiều cao bàn ủi.Với bàn ủi không quay:

       (4- 3- [2])      

Trong đó T= 250 KN là lực kéo danh nghĩa của máy kéo cơ sở.

 2.2.2 Tính phản lực của đất tác dụng lên dao cắt của bàn ủi

Phản lực cuả đất tác dụng lên dao cắt của bàn ủi là một trong những thông số quan trọng, ảnh hư­ởng lớn đến quá trình cắt đất cũng như­ năng lư­ợng tiêu hao cho quá trình cắt đất và năng suất của máy ủi. Khi tính toán trọng lư­ợng thiết bị ủi và tính toán sức bền thiết bị ủi, đặc biệt là tính sức bền bàn ủi cần phải xác định đ­ược phản lực này.

Để xác định phản lực của đất tác dụng lên dao cắt của bàn ủi, ta tiến hành khảo sát vị trí bàn ủi bắt đầu cắt đất ở giai đoạn đào và tích đất, tr­ớc bàn ủi chưa có khối đất lăn, có kể đến sự mòn (hoặc cùn) của dao cắt.   

Khi máy ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt vào đất để tiến hành quá trình đào đất, tại dao cắt có hai thành phần phản lực của đất tác dụng:

   * Phản lực pháp tuyến R₂ theo ph­ương thẳng đứng đ­ược xác định theo công thức :

                        R₂ = k.x.B    (N)                                               (4- 2- [2])

   Trong đó:

      k: Hệ số khả năng chịu tải của đất.

th­ường  k= (50 ¸ 60) N/cm² k=60 N/ cm²

      x: Chiều rộng phần bị mòn (hoặc cùn) của dao cắt,

                          th­ường x= 1,0¸1,5(cm)  x=1,4

       B = 354,5 (cm).  Chiều rộng bàn ủi

 R₂ = 60. 1,4. 354,5 = 29778(N) = 29,778 (kN)

 

   * Phản lực tiếp tuyến R₁: Phản lực này do ma sát giữa dao cắt và đất gây ra.

R₁ = m₁. R₂   (N)                                                                 (4- 2a- [2])

Trong đó :                 

              m₁: Hệ số ma sát giữa thép và đất, có thể chọn theo bảng d­ưới đây:

Bảng 2-1:Hệ số ma sát giữa thép và đất m­₁ và góc chảy tự  nhiên của đất g.

Loại đất	Giá trị m1	Giá trị g, độ
Đất cát và cát pha	0.35	30 ¸ 40
Đất sét nhẹ và trung bình	0.50	40 ¸ 45
Đất sét nặng	0.65 ¸ 0.80	45 ¸ 50

 

Chọn m₁= 0,7  R₁ = 0.7. 29,778= 20,85 (kN)

2.2.3 Xác định các thông số hình học của bàn ủi

*        Các thông số hình học của bàn ủi gồm:     

+ Góc cắt của dao cắt d

+ Góc sắc của dao cắt b;

+ Góc sau của dao cắt a;

+ Góc nghiêng bàn ủi so với ph­ương ngang e;

+ Góc lật y và góc đặt của tấm chắn phía trên y₁;

Các thông số trên không những có ảnh h­ưởng đến lực cản cắt và lực cản ma sát tr­ượt giữa đất và bàn ủi cũng như­ năng l­ượng tiêu hao trong quá trình cắt đất mà còn có ảnh h­ưởng lớn đến khả năng tích tụ đất tr­ước bàn ủi và năng suất của máy. Vì vậy, nếu phân tích đặc điểm quá trình làm việc của máy ủi và xác định đ­ược giá trị hợp lí của các thông cơ bản của bàn ủi sẽ góp phần làm giảm các lực cản tác dụng lên máy trong khi làm việc cũng như­ giảm năng l­ượng tiêu hao cho việc đào đất và tích đất; đồng thời rút ngắn thời gian chu kì làm việc và tăng năng suất máy

  * Xác định giá trị hợp lí của góc cắt:  Góc cắt của dao cắt của máy ủi bằng tổng của góc sau và góc sắc của dao và đư­ợc xác định theo  công thức:

d = a+ b

     Th­ường góc sau của dao cắt :        a = 30⁰  - 60⁰  

   * Góc cắt của dao cắt:  là thông số động học cơ bản nhất của bàn ủi. Nó có ảnh h­ưởng lớn đến lực cản cắt và năng l­ượng tiêu hao cho quá trình cắt. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cuả các chuyên gia Máy Làm Đất đã chứng minh rằng: Nếu góc cắt của dao cắt ở bàn ủi d>55⁰  thì lực cản cắt tăng nhanh. Khi đó, cứ ứng với một độ tăng của góc cắt thì lực cản cắt tăng 1,5% và dẫn đến năng l­ượng tiêu hao cho quá trình cắt cũng tăng lên nhiều. Tuy nhiên, nếu góc cắt d < 45⁰  thì theo công thức trên, góc sắc của dao cắt

b <10⁰  - 15⁰. Điều đó làm cho độ bền của dao không đảm bảo.

   Kết hợp các yếu tố phân tích ở trên, góc cắt hợp lí của dao cắt ở máy ủi:

d = 50⁰  - 55⁰.

* Góc lật của bàn ủi và góc đặt của tấm chắn phía trên:

là góc có ảnh hư­ởng đến khả năng tích tụ đất trư­ớc bàn ủi và năng suất máy, giá trị hợp lí của các góc này phải đảm bảo sao cho trong quá trình đào, khi đất đã đ­ược tích đầy tr­ước bàn ủi lên hết chiều cao của nó như­ng đất  không bị rơi lại phía sau bàn ủi mà luôn luôn đ­ược cuốn về phía tr­ước. Để thoả mãn điều kiện đó, kết quả nghiên cứu thực nghiệm cũng đã xác định đ­ược giá trị tối ư­u của góc lật của bàn ủi và góc đặt của tấm chắn nh­ư sau:      

         Góc đặt của tấm chắn ở phía trên bàn ủi:              y₁ = 90⁰  - 100⁰;

         Góc lật của bàn ủi không quay ở máy ủi th­ường: y =70⁰  - 75⁰;                                                                      

         Góc lật của bàn ủi quay ở máy ủi vạn năng :        y = 60⁰  - 75⁰.       

Bàn ủi th­ờng đ­ợc đặt nghiêng. Góc nghiêng của bàn ủi so với ph­ơng ngang phải đảm bảo để đất dễ dàng cuộn lên phía trên bàn ủi, đồng thời giảm lực ma sát  giữa đất và bề mặt cong của bàn ủi, góp phần giảm lực cản di chuyển máy khi làm việc cũng nh­ư giảm năng l­ượng tiêu hao trong quá trình đào đất và tích đất.

Máy ủi vạn năng có bàn ủi quay trong khi làm việc. Góc quay của bàn ủi vạn năng trong mặt phẳng ngang (góc tạo bởi bàn ủi so với trục dọc của máy) phải đảm bảo sao cho đất có thể di trượt dọc bàn ủi sang bên cạnh máy, giảm lực cản ma sát tr­ượt giữa đất và bàn ủi song không làm ảnh hư­ởng xấu đến khả năng tích đất trư­ớc bàn ủi cũng như­ năng suất máy.

Trên cơ sở phân tích nh­ư trên, các thông số động học cơ bản của bàn ủi, đ­ược xác định bằng thực nghiệm và cho các kết quả như­ ghi trong bảng 2-2.

Bảng 2-2: Các thông số hình học của bàn ủi.

TT	Các thông số động học của bàn ủi	Bàn ủi không quay
1	Góc cắt của dao cắt d	50-550
2	Góc nghiêng bàn ủi	750
3	Góc lật của bàn ủiy	700¸ 750
4	Góc đặt của tấm chẵn phía trên y1	900 ¸ 1000
5	Góc sau của dao cắt a	300¸ 350
6	Góc tạo bởi giữa bàn ủi và trục dọc máy  (Góc quay của bàn ủi ) j	900
7	Góc tạo bởi mép d­ới dao cắt và ph­ơng ngang (Khi nhìn từ phía tr­ớc) còn gọi là góc tự lựa của bàn ủi u	±(60¸120)

2.2.4 Tốc độ chuyển động của dao cắt theo phương thẳng đứng v_h.

Đây cũng chính là tốc độ hạ bàn ủi trong khi đào đất. Tốc độ này đ­ược xác định dựa vào tốc độ di chuyển của máy khi đào đất, theo công thức sau:        

                       v_h = v_d .tg a= 1,44. tg30⁰ = 0,83 (km/h)                          (4- 2b- [2])

Trong đó: 

                v_d =0,4 ¸ 0,5 m/s  Tốc độ di chuyển của máy khi đào đất.

(Trang 248- [2] )  

                Chọn  v_d = 0.4 m/s =1,44 km/h.

                a=30⁰   Góc sau của dao cắt. 

* Xác định bán kính cong của bàn ủi R:

Bàn ủi của máy ủi thường cũng như máy ủi vạn năng có biên dạng (profil) hình cong với bán kính cong R, riêng phần dưới của bàn ủi có dạng phẳng với chiều rộng là a (hình II-1) để lắp dao cắt đất. Sở dĩ bàn ủi có kết cấu như vậy là để giảm lực cản ma sát giữa đất và bàn ủi trong quá trình đào đất và tích đất, đồng thời đảm bảo cho đất khi cuốn lên phía trên bàn ủi, luôn luôn có xu hướng đổ về phía trước mà không bị rơi lại phía sau bàn ủi. Mặt khác, kết cấu bàn ủi như thế còn có tác dụng làm tăng thể tích khối đất trước bàn ủi, góp phần làm tăng năng suất máy. Bán kính cong R của bàn ủi được xác định dựa vào quan hệ hình học giữa R với chiều cao H và chiều rộng a của phần có dạng phẳng của bàn ủi, góc cắt của dao cắt và góc lật của bàn ủi (hình II- 1). Thực hiện phép chiếu các thông số này theo phương thẳng đứng, sẽ nhận được phương trình sau:

H = a sind + R(cosd +cosy)

           Từ đó suy ra:                                       (4- 3b- [2])

Trong đó:

H=1300 (mm) chiều cao bàn ủi (không kể tấm chắn phía trên);

             a chiều rộng vùng phẳng của bàn ủi để lắp dao cắt,(hình II-1) với các                                                        loại máy ủi đang được sử dụng phổ biến hiện nay, thường lấy:

                                      a=(150 ¸250)mm; Chọn a= 220 (mm)

(Trang 200- [2]) 

            d  góc cắt của dao cắt;  (lấy d= 55^o )  (bảng 2-2)                                                                                     

            y  góc lật của bàn ủi; (lấy y = 75^o)    (bảng 2-2)                                                                                     

Vậy:       (mm)

 

* Xác định chiều cao tấm chắn phía trên:

Tấm chắn phía trên bàn ủi có tác dụng giữ cho đất không bị rơi vãi lại phía sau bàn ủi khi nó đã được tích tụ đầy phía trước bàn ủi. Chiều cao của tấm chắn này được xác định cũng dựa vào chiều cao H của bàn ủi, theo công thức kinh nghiệm sau:                                                                                                                      

                      H₁= (0,15 - 0,25).H =  0,2.1300  = 260 (mm)     

(Trang 200- [2]) 

Từ những tính toán trên ta đi mô tả sở bộ nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy thiết kế (máy ủi thường điều khiển thủy lực) dựa trên máy kéo cơ sở  D155A.

Trong đó:

1: Cụm thiết bị ủi.

2: Máy cơ sở.

3: Chốt khung ủi và bàn ủi.

4: Chốt giữa xinh lanh nâng hạ và bàn ủi

5: Xi lanh nâng hạ bàn ủi  .

6: Đầu nối thủy lực .

Nguyên lý làm việc của máy ủi :

Máy ủi làm việc theo chu kỳ. Một chu kỳ làm việc của máy bao gồm các giai đoạn sau:

-     Cắt đất và tích đất trước bàn ủi.

-     Chuyển đất về phía trước và đổ đất.

-     Chạy không tải về vị trí cũ và tiếp tục chu kỳ mới.

Để nâng cao năng suất máy ủi, cần phải sử dụng hợp lý chế độ lực kéo trong từng giai đọan để rút ngắn thời gian chu kỳ làm việc của máy, trong đó giai đọan cắt đất và tích đất trước bàn ủi là quan trọng nhất.

2.3 Tính toán lực kéo và công suất của máy ủi

Mục đích của việc tính toán kéo máy ủi là: Dựa vào tính chât cơ lí của đất, nơi máy làm việc và các thông số cơ bản của máy ủi cũng như của bàn ủi để xác định các lực cản tác dụng lên máy; trên cơ sở đó, xác định được lực kéo và công suất cần thiết cung cấp cho máy ủi trong khi làm việc. Sau đó, dựa vào trị số công suất tính toán sẽ tiến hành  kiểm tra theo công suất máy kéo cơ sở xem có thoả mãn không, hoặc chọn máy kéo thích hợp với thiết bị ủi cần thiết kế.

 Việc tính toán kéo máy ủi được tiến hành ở giai đoạn máy đang chuyển đất về phía trước. Trong khi  chuyển đất về phía trước, sẽ có hiện tượng đất bi rơi vãi sang hai bên bàn ủi. Để bù lại lượng đất bị rơi vãi đó, nhằm nâng cao năng suất của máy, đồng thời với quá trình chuyển đất máy ủi thường tiến hành cắt đất với chiều sâu cắt không đổi trên suốt chiều dài quãng đường chuyển đất.

2.3.1 Xác định tổng các lực tác dụng lên máy ủi W

Máy ủi thường có bàn ủi luôn luôn được đặt vuông góc với phương di chuyển của máy trong quá trình làm việc.

Tổng các lực cản tác dụng lên máy được xác định theo công thức:

                                  W = W₁+ W₂ + W₃ + W₄ + W₅              

     Trong đó:

      + W₁  Lực cản cắt đất;

      + W₂  Lực cản di chuyển do khối đất lăn trước bàn ủi tạo ra;

      + W₃  Lực cản di chuyển do đất cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra;

      + W₄  Lực cản di chuyển bản thân máy ủi máy ủi;

      + W₅  Lực cản di chuyển do ma sát giữa dao cắt của bàn ủi và đất tạo ra.

Lực cản W₅ chỉ được tính đến trong trường hợp : Máy ủi đang tiến hành cắt đất với  dao cắt đã bị mòn (cùn), đồng thời thành phần lực cản đào theo phương thẳng đứng R₂ và trọng lượng bản thân thiết bị ủi G_TB chỉ truyền xuống đất mà không truyền qua cơ cấu nâng thiết bị ủi và cơ cấu di chuyển máy ủi trong khi máy tiến hành cắt đất đồng thời với quá trình chuyển đất về phía trước. Nghĩa là chỉ đối với máy ủi điều khiển bằng cáp khi máy đang cắt đất mới kể đến lực cản W₅; còn  đối với máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực thì có thể bỏ qua lực cản W₅ .

2.3.1.1 Xác định lực cản cắt đất

W1 = k.B.h1                                                                      (4- 4- [2])

Trong đó:

            k: Lực cản cắt riêng ( hay còn gọi là hệ số lực cản cắt), kN/m²;

             Giá trị của k  khi góc cắt d = 45 ¸ 60^o, phụ thuộc vào cấp đất,

             Với đất cấp IV có  k= 170 ¸ 240 kN/ m²; chọn  k= 170 kN/ m²

            B= 3,545  (m): Chiều rộng bàn ủi;

            h₁: Chiều sâu cắt, do bàn ủi tiến hành cắt đất  để bù lại lượng đất bị rơi vãi sang hai bên bàn ủi trong quá trình chuyển đất;

*) Chiều sâu cắt h₁ được xác định theo công thức:

                                                                                                     (4- 4a- [2])

Trong đó:         

        k₁: Hệ số kể đến lượng đất bị  rơi vãi sang hai bên trên 1 mét chiều dài quãng đường vận chuyển đất. Giá trị của nó phụ thuộc vào tính chất của đất:

                - Với đất ướt dính: k₁= 0.025 ¸ 0.032;

                - Với đất khô, tơi: k₁=  0.05 ¸ 0.07.

Chọn k₁=  0,06.

         V: Thể tích khối đất lăn trước bàn ủi (m³);

Thể tích V phụ thuộc vào tính chất cơ lí của đất cũng như chiều cao, chiều rộng của bàn ủi và được xác định theo công thức :

                                                            (4- 5- [2])

  Trong công thức trên có:

        H_T - Chiều cao kể cả tấm chắn phía trên của bàn ủi (m);

                      H_T = H + H₁    (Xem hình 2-1a)

                      H= 1300 (mm)  Chiều cao bàn ủi;                                                                                                      

                      H₁= 260 (mm)  Chiều cao tấm chẵn phía trên của bàn ủi;

                 H_T= 1300 + 260 = 1560 (mm)

         B= 3545 (mm) Chiều rộng bàn ủi;

         K_t - Hệ số, phụ thuộc vào tính chất cơ lí của đất cũng như tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng của bàn ủi và được chọn theo bảng sau.

Bảng 2-3: Giá trị của hệ số k_t phụ thuộc vào tỷ số

Tỷ số	£0.15	0.15¸0.3	0.3¸0.35	0.35¸0.4	0.4¸0.5
Đất ướt và dẻo Đất khô và tơi	0.7 1.15	0.80 1.20	0.85 1.25	0.90 1.30	0.95 1.50

 

 Ta có hệ số         chọn k_t= 1,3

Vậy:  

Mặt khác, một cách gần đúng cũng  có thể xác định thể tích khối đất trước bàn ủi theo phương pháp sau: xem thể tích khối đất trước bàn ủi  như  thể hình lăng trụ có đáy là một tam giác vuông; Tam giác này có chiều cao là H; Góc ở đỉnh tam giác đối diện với chiều cao H là g; Chiều cao hình lăng trụ là B  ( hình II- 1). 

Hình 2-2: Sơ đồ xác định các lực cản tác dụng lên máy ủi.

 Với giả thiết như vậy, thể tích khối đất trước bàn ủi được xác định theo công thức gần đúng sau đây:

                                                      V = F. B

Hay:                                                           (4- 5a- [2])

Trong đó :  

F: Diện tích của tam giác - đáy của hình lăng trụ.

B: Chiều cao của hình lăng trụ, cũng chính là chiều rộng của bàn ủi;

H: Chiều cao của  tam giác nói trên, cũng chính là chiều cao của bàn ủi;

 g : Góc chảy tự nhiên của đất ở trạng thái tơi ; g = 30°

Vậy:   

      Thay giá trị V= 5,2 (m³)

   

Thay giá trị của h₁ vào (Công thức 4-4a,Trang 202-Tính Toán Máy Thi Công Đất) ta sẽ xác định được lực cản cắt đất W₁ tác dụng lên dao cắt của máy ủi ở giai đoạn chuyển đất có kèm theo quá trình cắt đất để bù lại lượng đất bị rơi vãi sang hai bên bàn ủi trong khi máy chuyển đất về phía trước.

          W1 = k.B.h1 =   170. 3,545. 0,056 = 33,75 (kN)

2.3.1.2. Xác định lực cản di chuyển do khối đất lăn trước bàn ủi tạo ra.

Theo hình II – 2 ta có :

                                    W₂ =V.r.m₂ = G_đ­.m₂                                                 (4- 6- [2])              

Trong đó:

     r= kN/m Trọng lượng riêng của đất,

     Chọn r = 19 (kN/m³)

(Chọn theo bảng 1-5,Trang 15- [2]).

     G_đ: Trọng lượng khối đất lăn trước bàn ủi, được xác định theo công thức:

             G_đ = V.r ==3,32. 19 = 63,08 (kN)                      (4- 7- [2])

V: Thể tích khối đất lăn trước bàn ủi (m³).

      m₂: Hệ số ma sát giữa đất và đất, phụ thuộc vào tính chất của đất:

                  Chọn m₂ =0,7

(Bảng 1-6,Trang 16- [2] )

Vậy: W₂ = 63,08. 0,7 = 44,2 (kN)

2.3.1.3. Xác định lực cản di chuyển do đất cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra.

       Khi máy ủi thực hiện quá trình đào và tích đất, đất được cuộn lên trên để tạo thành khối đất lăn phía trước bàn uỉ, có thể tích V và trọng lượng là G_đ.

Khối đất này sẽ nén vào bề mặt làm việc của bàn ủi áp lực N. Dưới tác dụng của N, tại bề mặt tiếp xúc giữa khối đất lăn và lòng bàn ủi xuất hiện lực ma sát P_ms (hình II-1), chống lại chuyển động của đất khi nó cuộn lên phía trên bàn ủi.

Lực ma sát này có phương vuông góc với phương của áp lực N và được xác định theo công thức:

                              P_ms=m₁.N =m₁.G_đ.cosd                                                   (4- 7a- [2])              

Chiếu lực P_ms xuống phương di chuyển của máy khi làm việc, sẽ xác định được lực cản di chuyển do khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi tạo ra:

                         W₃=P_ms.cosd = m₁.G_đ.cos²d                                               (4- 8- [2])

Trong đó:

   d=55°: Góc cắt của dao cắt, độ

   m₁= 0,75: Hệ số ma sát giữa thép và đất.          (Chọn theo bảng 1-6,Trang 16- [2])

   G_đ = 63,08 (kN) Trọng lượng khối đất lăn trước bàn ủi.

Vậy: W₃= 0,75. 63,08. cos²55° = 15,56 (kN)           

 2.3.1.4. Xác định lực cản di chuyển bản thân máy ủi.

                               W₄=G_m­.(f.cosa±sina)                                   (4- 9- [2])                       

  Trong đó:

          G_m = 398,76 kN  Trọng lượng máy ủi.

          f: Hệ số cản lăn,

( Bảng 4-4,Trang 207- [2])

           Với máy ủi bánh xích f = 0,10¸0,12 chọn f = 0,11

          a = 10%: Góc nghiêng của nơi máy làm việc so với phương ngang;

                     ( Khi a< 10^o thì có thể xem cosa = 1; sina»tga = i)

      Lúc đó:

                               W₄ =  G_m.(f±i) = 398,76.(0,11 ± 0,1) 

   Dấu (+) được lấy khi máy di chuyển lên dốc:

W₄= 398,76. (0,11+ 0,1) = 83,74 (kN)

   Dấu (-) được lấy khi máy làm việc xuống dốc:

W₄= 398,76. (0,11- 0,1) = 4 (kN)

           i: Độ dốc của mặt đất , nơi máy làm việc.

* Từ tất cả các lực cản đã tìm được, ta có tổng lực cản tác dụng lên máy ủi là:

W = W₁+ W₂ + W₃ + W₄ + W₅= 33,75+ 44,2 + 15,56 + 83,74 = 177,25 kN

Vậy W= 177,25 kN

2.3.2. Xác định lực bám P_b:

 Lực bám được xác định theo công  thức :                                                                                                                                                                                                                                                                                

                                    P_b=j.G_b=j.k_cđ . G_m .cosa                               (4- 13- [2])                       

Trong đó:

    G_b- Trọng lượng bám của máy ủi;                                                                                                            

    G_m =398,76 kN Trọng lượng chung của máy ủi;

    a=10° -Góc nghiêng của mặt đất nơi máy làm việc so với phương ngang;

                      ( Khi a<10° thì có thể xem cosa=1)

    k_cđ- Hệ số kể đến tỷ lệ trọng lượng máy phân ra các bánh xe chủ động.

    Với máy ủi bánh xích thì: k_cđ =1;

    j: Hệ số bám giữa xích di chuyển và mặt đất,

 

(Cho trong bảng 4-4,Trang 207- [2]).     

Khi đó lực bám được xác định theo công thức:

         P_b= j.k_cđ .G_m = 0,9. 1. 398,76 = 359 (kN)

 

 

Bảng 2- 4: Giá trị hệ số cản lăn f và hệ số bám j.

Loại đường	Bánh xích
	f	j
Atphan bê tông	0.06	0.60¸0.80
Sét khô, chặt	0.06¸0.07	0.90¸1.00
Cát khô	0.15	0.4¸0.5
Cát ẩm	0.10¸0.12	0.5¸0.6
Đất sét ướt sau khi mưa	0.10¸0.12	0.3¸0.4

 

Từ điều kiện cần và đủ để máy ủi có thể di chuyển được là:

                       W£  P_k £ P_b 

                 177,25 £  P_k £  359

Vậy chọn P_k = 190 kN

2.3.3. Kiểm tra công suất động cơ của máy ủi.

         Công suất động cơ của máy ủi được xác định theo công thưc:

(kW)                                             (4- 14a- [2])

Trong đó:

W: tổng lực cản tác dụng lên máy ủi, W = 177,25 kN

 v: Vận tốc của máy khi chuyển đất; thường là vận tốc số I của máy kéo cơ sở.

v = 3,7  km/h =  1,028   m/s

h: Hiệu suất truyền động của máy; thông thường h=0.8¸0.9.

Vậy:

  Vậy công suất của máy cơ sở đã chọn là N = 225 (kW) là thỏa mãn.

 

 

2.4 Xác định lực tác dụng lên máy ủi

Hình 2-3 : Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi

Để xác định lực tác dụng lên máy ủi, ta khảo sát máy đang làm việc ở giai đoạn đào và tích đất. Sơ đồ lực tác dụng lên máy ủi tại giai đoạn này được thể hiện trên (hình 2 - 3 )

Nhìn vào hình 2 - 3  ta thấy: các lực tác dụng lên máy ủi gồm có:

   1: Trọng lượng thiết bị ủi G_TB;          

   2: Phản lực P của đất tác dụng lên bàn ủi.                                                                              

Với máy ủi thường, phản lực này được phân thành hai lực thành phần : P₁ theo phương ngang và P₂ theo phương thẳng đứng.

Các phản lực trên  thường được xác định ở hai vị trí:

+  Khi máy bắt đầu thực hiện quá trình đào đất, dao cắt bắt đầu ấn sâu vào đất, trước bàn ủi chưa có khối đất lăn.

+  Khi  bắt đầu nâng bàn ủi lên ở cuối giai đoạn đào và tích đất, trước bàn ủi có đã được tích đầy đất.

3: Lực nâng S trong cơ cấu nâng thiết bị ủi;

 4: Phản lực tại khớp bản lề liên kết giữa khung ủi với máy kéo cơ sở P_c .                                  

Phản lực P_c   cũng được phân thành hai lực thành phần:                                                                

      - Theo phương thẳng đứng Z_c .                                                                                      

      - Theo phương ngang X_c.                     

               Các lực trên được xác định như sau:            

..........

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC

4.1 Sơ đồ thủy 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 chỉnh, các dây dẫn dâù, bình lọc dầu,. Sơ đồ làm việc được mô ta như hình vẽ (hình 4- 1 ).

Hình 4- 1 : Hệ thống thủy lực

1 – Thùng dầu

2 – Bình lọc thô

3 – Bơm

4 – Bình lọc tinh

5 – Van tiết lưu

6 – Van phân phối

7 – Xi lanh nâng hạ bàn ủi

8 – Van an toàn

9 – Áp kế

10 – Van 1 chiều

11 – Đường ống dãn dàu

12 – Điều khiển bằng điện từ

* Nguyên lý làm việc:

Đây là hệ thống dẫn động các xi lanh thủy lực theo sơ đồ hở. Bơm thủy lực một chiều được dẫn động bởi động cơ điện ba pha ĐC thông qua hộp giảm tốc độ. Dầu từ thùng được bơm lên qua van phân phối 1, khi van  phân phối làm việc ở khoang 1, hệ thống được nâng lên bởi các xy lanh thủy lực XL1, XL2. Trường hợp van phân phối 1 làm việc ở khoang 2, thì xy lanh XL1, XL2 nâng.

Trường hợp quá tải, hoặc có sự cố nào đó, như gặp chướng ngại vật, làm thiết bị nâng không hoạt động được thì dầu van an toàn (van giới hạn áp lực) 4 làm việc, khi đó dầu thủy lực qua van 4, tới van SC để tác động vào công tắc SC, đóng mạch điện điều khiển, dừng thiết bị nâng.

Van phấn phối được điều khiển điện từ hoặc có thể điều khiển bằng tay trong trường hợp sửa chữa, bảo dưỡng. Bên cạnh đó, hệ thống còn được bố trí bơm tay BT nhằm phục vụ cho bảo dưỡng và sửa chữa.

Trong quá trình làm việc của hệ thống, khi hệ thống ở vị trí giới hạn trên, bơm ngừng cấp dầu cho các xi lanh nâng XL1, XL2. Van ổn tốc 2 có tác dụng đảm bảo cho xi lanh không bị trôi dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hệ thống.

Hệ thống dẫn động xi lanh thủy lực theo sơ đồ hở này có ưu điểm là dầu được làm mát khi trở về thùng, tuy nhiên gặp hạn chế là dầu dễ bị bụi bẩn, do đó phải được kiểm tra, thay thế định kỳ.

4.2. 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 ( S_t ) và giá 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 pittông được xác định theo công thức sau :

                    [p]=                                                                                                         D =                                                                              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 =                                                                        

S_t : Lực nâng lớn nhất có kể đến hệ số tải trọng động

Theo trên ta có :

 S_t = 225,6 (kN)

(công thức4-33,trang 219-Tính toán máy thi công đất).

                              S =  = 112,8  (kN)

              Thay vào công thức trên ta có :

                        D =  = 13,8 (cm)

            Chọn đường kính của xylanh là  D = 14,0  cm

 Diện tích làm việc của pitông ở khoang trên pitông được xác định theo công thức sau:

                                    F₁ =                                                                              

                                    F₁ =  = 153,86 (cm²)

Diện tích làm việc của pitông ở khoang dưới (có cần pitông) pitông được xác định theo công thức sau :

                                    F₂ =                                                                

Hình 4- 2 : Hình dạng của xylanh thuỷ lực.

            Trong đó :

                        D : Đường kính của pitông cũng là đường kính trong của xylanh 

                                    D = 14,0 cm

                        d : Đường kính của cần pitông

                                    Thông thường lấy  d = (0,50,7) . D                                   

Chọn d = 0,7 D

                                         d = 0,7 . 14,0 = 9,8  cm

              Thay vào công thức trên ta có :

                        F₂ =  = 78,5  cm²         

 

Thể tích làm việc của xylanh được xác định theo công thức:

                                    V = F₁ . L                                                                                

                 F₁ : Diện tích làm việc của pitông ở khoang trên pitông

                                    F₁ = 153,86  cm²

                 L : Hành trình làm việc của pitông

                           L < 15 . D    ( D : Đường kính pitông)

                             Ta chọn :  L = 12.D  = 12.14,0 = 168 cm 

                          V =  153,86.168 = 25848,5  cm³                                         

Lưu lượng dầu:                                             

                 Nếu bỏ qua sự rò gỉ dầu trong quá trình làm việc thì lưu lượng Q có thế xác định theo công thức sau:

                        Q = v . F₁                                                                                           

              F₁ : Diện tích làm việc của pitông ở khoang trên pitông

                                    F₁ = 153,86 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 . 153,86 = 1846,32 cm³/s = 98,2 (l/ph)

4.3. Tính chọn bơm thuỷ lực.

Bơm thủy lực có nhiệm vụ biến cơ năng thành năng lượng dòng thủy lực và nguược lại.

Hiện nay, có rất nhiều loại bơm thuỷ lực:

+ Nhóm rotor:

-         Bơm trục vít

-         Bơm bánh răng

-         Bơm cánh gạt

+ Nhóm máy pitông:

-         Pitông đơn (xi lanh thủy lực)

-         Máy pittông dẫn phẳng

-         Máy pittông hướng kính

-         Máy pittông hướng trục

Để chọn bơm ta căn cứ vào lưu lượng và áp suất yêu cầu .

Với lưu lượng Q = 98,2  l/ph thì ta chọn bơm thích hợp là loại bơm bánh răng một chiều có ký hiệu là 1PF2 G64 – 2x/100 RA 07MSK

Một số thông số kỹ thuật của bơm 1PF2 G64 – 2x/100 RA 07MSK :

             + Áp suất làm việc của bơm = 150 bar  

             + Áp suất lớn nhất = 170 bar

             + Lưu lượng  Q = 100  l/ph

             + Vật liệu KH 07449025

             + Khối lượng : 18,4 kg

4.4. Tính chọn van phân phối 4/3.

 

Hình 4 - 3 : Van phân phối 4/3.

1 – Tay đòn

2 – Con trượt

3 - Vỏ

Dựa vào lưu lượng của bơm ta chon van phân phối 4/3 ký hiệu như sau :

KH : 4WE10D 3X/OL 24 NLY1310V

Có các thông số :

+ Áp suất lớn nhất : 315 bar.

+ Lưu lượng 100 l/ph.

+ Dòng điện : 24 DC.

+ Nhiệt độ làm việc :

+ Khối lượng :5,8 kg.

4.5. Tính công suất làm việc của bơm thuỷ lực.

          Công suất của bơm

                      N_b =                                                                            

     Q : Lưu lượng làm việc của bơm ,  Q = 98,2l/ph

     p : áp suất dầu , p = 750 N/cm² = 75 KG/cm²

     : Hiệu suất làm việc của bơm ,  = 0,9

        Thay các giá trị vào ta có :

                                N_b =  = 13,37 (kW)

KẾT LUẬN

Sau 15 tuần làm đồ án tốt nghiệp, được sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn và các thầy giáo khác trong khoa, đồ án tốt nghiệp của em đã được hoàn thành.

Dựa trên máy kéo cơ sở hiện đại của hãng Komat’su, em đã sơ bộ tính toán cho thiết bị xới và thiết kế toàn bộ các cơ cấu chính cho thiết bị ủi. Từ việc tìm hiểu ngoài thục tế cũng như nghiên cứu các tài liệu về tình hình sản xuất và kinh doanh máy xây dựng nói chung, máy ủi nói riêng, em đã lựa chọn phương án thiết kế máy ủi thường, có lắp thêm thiết bị xới cho đồ án tốt nghiệp của mình.

Đồ án này đã giúp em hiểu sâu hơn những kiến thức đã học trên lớp, không chỉ là Máy làm đất, mà còn cả những môn cơ sở như Sức bền vật liệu, cơ sở cơ khí… Ngoài ra, quan trọng hơn nữa là em đã học được cách làm việc, cách tư duy và các bước để giải quyết một vấn đề, đó là bài học vô cùng quý giá đối với bản thân em sau này.

Đây là đồ án cuối cùng trước khi ra trường, với khối lượng tính toán nhiều và phức tạp nên chắc chắn còn có nhiều sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy.

Em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ khí Xây Dựng trường Đại học Xây Dựng, thày Vũ Anh Tuấn và các thầy trong khoa đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tôt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn!