nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số sử dụng và kết cấu đến động lực học liên hợp máy kéo xích cao su với thiết bị san ủi

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ĐỖ TRUNG THỰC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ
SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC LIÊN HỢP
MÁY KÉO XÍCH CAO SU VỚI THIẾT BỊ SAN ỦI

Chuyên ngành:

Kỹ thuật cơ khí

Mã số:

60.52.01.03

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Đỗ Trung Thực, học viên cao học lớp: CH23KTCKA, chuyên ngành:
Kỹ thuật cơ khí, khóa 2014 – 2016. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ với đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số sử dụng và kết cấu đến động lực học liên
hợp máy kéo xích cao su với thiết bị san ủi” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các
kết quả nghiên cứu khảo sát chưa từng được công bố trong bất kỳ tài liệu nào. Tôi xin
chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Đỗ Trung Thực

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn tôi đã gặp rất nhiều khó khăn, và đến hôm
nay tôi đã hoàn thành xong luận văn của mình. Sự thành công của luận văn này là công
sức nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiên không biết mệt mỏi của tôi. Nhưng để có sự thành
công này, không phải một mình tôi có thể làm được, mà tôi cần có sự giúp đỡ đặc biệt
của thầy hướng dẫn, các thầy trong bộ môn Động lực, trong khoa Cơ điện, Ban giám
đốc Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế đã
hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình.
Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy trong bộ môn Động lực, khoa Cơ
điện, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam đã có những đóng góp hết sức bổ ích về kiến
thức, cũng như cung cấp đầy đủ cho tôi trang thiết bị thí nghiệm, thực nghiệm để tôi có
thể hoàn thành được đề tài của mình với kết quả tốt nhất.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên
tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Đỗ Trung Thực

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan ..................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii
Mục lục ........................................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt ....................................................................................................... v
Danh mục bảng ................................................................................................................ vi
Danh mục hình ................................................................................................................ vii
Trích yếu luận văn ........................................................................................................... ix
Thesis abstract................................................................................................................... x
Phần 1. Lời mở đầu......................................................................................................... 1
Phần 2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ..................................................................... 3
2.

Tổng quan về tình hình sử dụng máy kéo và máy san ủi ở việt nam ................. 3

2.1.

Tình hình phát triển máy kéo ở việt nam ............................................................ 3

2.2.

Tình hình sử dụng máy san ủi............................................................................. 3

2.3.

Phân loại máy ủi ................................................................................................. 5

2.3.1.

Phân loại dựa vào công suất và lực kéo của máy ............................................... 5

2.3.2.

Phân loại dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy .......................... 6

2.3.3.

Phân loại theo bộ di chuyển ................................................................................ 7

2.3.4.

Phân loại dựa vào phương pháp điều khiển thiết bị ủi ....................................... 7

2.4.

Tổng quan về thiết bị san ủi................................................................................ 7

2.4.1.

Kết cấu lưỡi ủi ...................................................................................................... 8

2.4.2.

Thông số cơ bản của lưỡi ủi ............................................................................... 9

2.5.

Đối tượng nghiên cứu của luận văn .................................................................. 12

2.6.

Mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của luận văn ........................ 12

2.6.1.

Mục tiêu, nhiệm vụ của luận văn ...................................................................... 13

2.6.2.

Phương pháp nghiên cứu của luận văn ............................................................. 13

Phần 3. Cơ sở lý thuyết khảo sát ảnh hưởng của một số thông số sử dụng và
kết cấu đến động lực học liên hợp máy san ủi.............................................. 13
3.1.

Mục đích khảo sát động lực học của liên hợp máy san ủi ..................................... 14

3.2.

Các phương pháp xây dựng mô hình động lực học .......................................... 14

3.2.1.

Căn cứ để lập mô hình động lực học ................................................................ 14

iii


3.2.2.

Các bước xây dựng mô hình tính toán động lực học ........................................ 15

3.2.3.

Các phương pháp viết phương trình chuyển động ........................................... 16

3.3.

Động lực học máy đào - vận chuyển đất .......................................................... 16

3.3.1.

Khảo sát sơ đồ máy san ủi như một hệ khối lượng quy kết có độ
bám tốt .............................................................................................................. 18

3.4.

Quá trình làm việc của máy ủi .......................................................................... 21

3.5.

Xác định lực cản tác dụng lên máy ủi............................................................... 23

3.5.1.

Xác định lực cản cắt đất W1 ............................................................................ 24

3.5.2.

Xác định lực cản di chuyển khối đất lăn trước bàn ủi W2 ................................ 25

3.5.3.

Xác định lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía trên bàn ủi W3 .................. 26

3.5.4.

Xác định lực cản di chuyển máy ủi W4 ............................................................ 27

3.5.5.

Xác định lực cản ma sát giữa dao cắt của bàn ủi và đất W5 ............................. 28

3.6.

Kiểm tra khả năng ổn định theo lật cua liên hợp san ủi ................................... 28

3.6.1.

Sơ đồ lực tác dụng lên bộ công tác máy ủi ....................................................... 28

3.6.2.

Xác định các lực tác dụng lên máy ủi ............................................................... 29

3.6.3.

Kiểm tra khả năng ổn định theo lật của liên hợp san ủi ................................... 32

3.6.4.

Phản lực tại khớp liên kết giữa khung ủi và máy kéo....................................... 39

3.7.

Xây dựng mô hình động lực học chuyển động của liên hợp máy .................... 40

Phần 4. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và sử dụng đến động
lực liên hợp máy kéo ....................................................................................... 48
4.1.

Thuật giải .......................................................................................................... 48

4.2.

Khảo sát ảnh hưởng của lực cản ben đến quá trình làm việc của máy ............. 50

4.3.

Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số sử dụng đến động lực học liên

hợp máy san ủi .................................................................................................. 52

4.4.

Khảo sát ảnh hưởng của thông số kết cấu đến động lực học liên hợp máy
san ủi. ................................................................................................................ 60

4.5.

Khảo sát ảnh hưởng của góc cắt đến lực cản liên hợp máy .............................. 63

Phần 5. Kết luận và đề nghị ......................................................................................... 66
Danh mục đã công bố ..................................................................................................... 67
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 68

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

LHM

Liên hợp máy

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Trọng lượng riêng , góc ma sát trong 2, và hệ số bám C của đất ............... 36
Bảng 4.1. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ............................................................. 48

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Thiết bị ủi vạn năng .......................................................................................... 6
Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị ủi thường .................................................................................... 6
Hình 2.3. Dạng kết cấu lưỡi ủi hợp lý............................................................................... 8
Hình 2.4. Dạng kết cấu lưỡi ủi không hợp lý.................................................................... 8
Hình 2.5. Dạng hình học của lưỡi ủi ................................................................................. 9
Hình 2.6. Mặt cắt của lưỡi ủi .......................................................................................... 11
Hình 3.1. Mô hình động lực học của máy ủi .................................................................. 17
Hình 3.2. Sơ đồ máy san ủi như một khối lượng quy kết, máy có độ bám tốt. .............. 18
Hình 3.3. Đường đặc tính cơ của máy ............................................................................ 19
Hình 3.4. Các sơ đồ đào đất của máy ủi ......................................................................... 22
Hình 3.5. Sơ đồ lực tác dụng lên bộ phận công tác máy ủi ............................................ 28
Hình 3.6. Phản lực của đất tác dụng lên bàn ủi............................................................... 30
Hình 3.7. Sơ đồ xác định lực trong cơ cấu nâng ............................................................. 32
Hình 3.8. Sơ đồ xác định lực trong cơ cấu nâng ............................................................. 33
Hình 3.9. Thiết bị ủi ở cuối giai đoạn cắt đất ................................................................. 34
Hình 3.10. Thiết bị ủi ở cuối giai đoạn cắt đất ............................................................... 38
Hình 3.11. Sơ đồ lực tác dụng lên liên hợp máy san ủi .................................................. 40
Hình 3.12. Sơ đồ xác định mô men quán tính quy đổi của hệ thống di động xích
trên trục bánh sao chủ động ....................................................................... 42
Hình 3.13. Đặc tính mô men động cơ ............................................................................. 43
Hình 3.14. Đặc tính thay đổi khối lượng đất trong bàn ủi .............................................. 44
Hình 3.15. Đặc tính thay đổi lực cản của bộ phận ủi ..................................................... 45

Hình 3.16. Mô phỏng đặc tính thay đổi lực cản của ben ................................................ 47
Hình 4.1. Đường đặc tính ngoài của động cơ B2010 ..................................................... 48
Hình 4.2. Đặc tính cản của ben ...................................................................................... 50
Hình 4.3. Đường đặc tính lực cản của ben khi kc thay đổi ............................................. 51
Hình 4.4. Động lực học liên hợp máy san ủi khi làm việc ở số truyền 1........................ 52
Hình 4.5. Đặc tính ngoài của động cơ ........................................................................... 53
Hình 4.6. Động lực học liên hợp máy san ủi khi làm việc ở số truyền 1........................ 53
Hình 4.7. Đặc tính ngoài của động cơ ........................................................................... 54

vii


Hình 4.8. Động lực học liên hợp máy san ủi khi làm việc ở số truyền 1........................ 54
Hình 4.9. Đặc tính ngoài của động cơ ............................................................................ 55
Hình 4.10. Động lực học máy san ủi khi liên hợp máy làm việcở số truyền 2 ............... 56
Hình 4.11. Đặc tính ngoài của động cơ .......................................................................... 57
Hình 4.12. Động lực học máy san ủi khi liên hợp máy làm việcở số truyền 2 ............... 58
Hình 4.13. Đặc tính ngoài của động cơ .......................................................................... 58
Hình 4.14. Động lực học máy san ủi khi liên hợp máy làm việcở số truyền 3 ............... 59
Hình 4.15. Đặc tính ngoài của động cơ ......................................................................... 60
Hình 4.16. Động lực học liên hợp máy san ủi khi làm việc ở số truyền 1...................... 61
Hình 4.17. Đặc tính ngoài của động cơ ......................................................................... 61
Hình 4.18. Động lực học máy san ủi khi liên hợp máy làm việc ở số truyền 1 Lực
cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.15 m, B=1500mm ................................... 62
Hình 4.19. Đặc tính ngoài của động cơ ......................................................................... 63
Hình 4.20. Lực cản của Liên hợp máy khi δ=30 ............................................................ 63
Hình 4.21. Lực cản của Liên hợp máy khi góc căt δ =500 ............................................ 64
Hình 4.22. Lực cản của LHM khi góc căt δ =700 ......................................................... 64

viii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Đỗ Trung Thực
Tên Luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số sử dụng và kết cấu đến
động lực liên hợp máy kéo xích cao su với thiết bị san ủi.
Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số:

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Từ mô hình vật lý biểu diễn qua trình làm việc của máy san ủi, xây dựng mô
hình toán, khảo sát tính chất làm việc của liên hợp máy san ủi (Máy kéo xích cao su liên
hợp với thiết bị san phẳng) từ đó phân tích ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử
dụng đến tính chất làm việc của liên hợp máy.
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện được mục tiêu đặt ra, cách tiếp cận để hoàn thành luận văn là dựa
trên máy kéo cơ sở đã được chế tạo xây dựng mô hình toán, kháo sát khả năng làm việc
của liên hợp máy từ đó ứng dụng Matlab- simulink, kháo sát ảnh hưởng của một số
thông số kết cấu và sử dụng đến động lực học liên hợp máy.
Kết quả chính và kết luận
Luận văn đã nghiên cứu, tìm hiểu về máy kéo xích cao su khi liên hợp với thiết
bị san ủi. Đã tính toán được các lực cản tác dụng lên liên hợp san ủi, trên cơ sở đó phân
tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu của thiết bị san ủi đến động lực học của liên
hợp máy. Đã xây dựng được mô hình toán biểu diễn động lực học của liên hợp san ủi
gồm máy kéo xích cao su công suất 30 mã lực liên hợp với ben. Xác định được các kích
thước sơ bộ của thiết bị san ủi để từ đó khảo sát khả năng làm việc của liên hợp máy. Đã
ứng dụng Matlab-Simulink, khảo sát động lực học liên hợp máy, thấy được ảnh hưởng
của một số thông số kết cấu cũng như thông số sử dụng đến khả năng làm việc của liên

hợp máy.

ix


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Do Trung Thuc
Thesis title: Study of effects of some structural and use parameters on dynamics of a
rubber crawler tractor - bulldozer conjugation.
Major: Mechanical engineering

Code: 60.52.01.03

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
From the physical model illustrating the operation by bulldozers, mathematical
models are built to study the characteristics of a rubber crawler tractor - bulldozer
conjugation (Rubber crawler tractor combined with bulldozer); thereby, effects of some
structural and use parameters on the features of a rubber crawler tractor - bulldozer
conjugation are analyzed.
Materials and Methods
To achieve the set objectives, the approach to the study is based on manufactured
tractors to build mathematical models and study the capacity of the conjugation; thereby,
Matlab-Simulink is applied to research the effects of some structural and use parameters
on dynamics of a rubber crawler tractor - bulldozer conjugation.
Main findings and conclusions
The thesis has gained deep insights on rubber crawler tractors when combined
with bulldozers. Resistance on the conjugation has been calculated in order to analyze the
effects of some structural and use parameters on dynamics of the conjugation.
A mathematical model representing dynamics of a rubber crawler tractor bulldozer conjugation including one rubber crawler tractor of 30 horsepower with its

blade of different sizes preliminarily designed is built to examine the capacity of the
conjugation. Matlab-Simulink has been applied for study of dynamics to show the effects
of some structural and use parameters on the capacity of the rubber crawler tractor bulldozer conjugation.

x


LỜI MỞ ĐẦU
San ủi dùng trong nông nghiệp ngày càng được sử dụng khá phổ biển
nhằm giảm nhẹ cường độ lao động và tăng năng suất lao động. Nhu cầu về san ủi
trong các trang trại sản xuất nông lâm nghiệp ngày càng tăng vì rất nhiều công
việc cần đến san ủi như:
Để san phẳng đồng ruộng, đào đắp bở ruộng có độ cao không vượt quá
0,3 m, san sơ bộ tạo mặt bằng với các khu ruộng cần độ bằng phẳng, san lấp rãnh
luống sau khi thu hoạch, thu dọn vật liệu phế thải trong các trang trại chăn nuôi,
dồn vật liệu thành đống để tạo điều kiện thuận lợi cho máy xúc một gầu xúc vật
liệu đổ lên phương tiện vận chuyển khác v.v..là các công việc hết sức nặng nhọc
và cần đến máy san ủi.
Máy san ủi hiện nay dùng trong nước chủ yếu nhập từ nước ngoài, giá
thành khá đắt và chúng thường có công suất lớn, các máy này chỉ phù hợp với
các công việc san ủi trong công nghiệp như làm đường, xây dựng, khai thác
khoáng sản, đối với các trang trại vừa và nhỏ sử dụng các máy san ủi công suất
lớn là không hợp lý.
Trên cơ sở máy kéo xích cao su của dự án sản xuất thử nghiệm, chúng tôi
đã khảo nghiệm lực kéo (hoặc đẩy) của máy đạt tới 1 tấn. Với lực đẩy như vậy
máy kéo dự án hoàn toàn có thể liên kết với thiết bị san ủi để làm phẳng đồng
ruộng cũng như các công việc san lấp khác trong nông nghiệp.
Hiện tại máy kéo xích của dự án sản xuất thử nghiệm chưa được trang bị
các máy công tác có công suất phù hợp với công suất của động cơ, việc tính
toán thiết kế để tiến tới chế tạo một số máy công tác theo máy kéo này nhằm

phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp là một yêu cầu khách quan và có ý nghĩa
thực tiễn. Do đó, tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số
thông số sử dụng và kết cấu đến động lực học liên hợp máy kéo xích cao su với
thiết bị san ủi” với mục tiêu giúp cho người sử dụng lựa chọn chế độ làm việc
của máy san ủi một cách hợp lý, đồng thời nghiên cứu lựa chọn một số thông số
phục vụ cho công tác tính toán thiết kế chế tạo liên hợp máy san ủi phục vụ sản
xuất nông lâm nghiệp.

1


Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế và
các thầy trong bộ môn động lực em đã hoàn thành xong luận văn tốt nghiệp này.
Trong quá trình thực hiện luận văn do thời gian có hạn không tránh khỏi những
thiếu sót, cho nên em rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các học viên.
Em xin chân thành cảm ơn.

2


PHẦN 2.
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KÉO VÀ MÁY SAN ỦI
Ở VIỆT NAM
2.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MÁY KÉO Ở VIỆT NAM
- Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy kéo
Máy kéo ở Việt Nam được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo từ rất sớm. Ví dụ
như các mẫu máy MTZ- ZM. Tuy nhiên để phục vụ nhu cầu sản xuất thực tế,
cũng đã có nhiều đề tài, công trình nghiên cứu, dự án sản xuất thử nghiệm máy
kéo xích cũng đã được thực hiện, bước đầu cũng đã sản xuất thử nghiệm được

một số mẫu máy kéo xích cao su 30 mã lực. Các mẫu máy này được đánh giá rất
cao về tính ứng dụng để đưa vào thực tế sản xuất.
- Tình hình nhập và sử dụng máy kéo
Hiện nay, trong cả nước tổng số lượng máy kéo là rất lớn khoảng
600.000 máy kéo các loại, chủ yếu là những máy kéo nhập khẩu từ các nước có
nền nông nghiệp phát triển như Trung Quốc, Thái Lan và đặc biệt là các mẫu
máy của Nhật Bản. Những mẫu máy này đa dạng về chủng loại, tính năng cũng
như về công suât. Ở khu vực đồng bằng Nam bộ việc áp dụng cơ giới hóa trong
nông nghiệp là rất thuận lợi và dễ dàng. Ở đây diện tích đồng ruộng lớn, bằng
phẳng và nền đất tốt. Còn ở khu vực đồng bằng phía Bắc, diện tích ruộng
thường nhỏ, không tập trung. Đặc biệt là bề mặt đồng không bằng phẳng, và
nền đất yếu. Do vậy, việc áp dụng cơ giới hóa là rất khó khăn, những máy kéo
cỡ lớn khó đưa vào sản xuất. Chủ yếu người nông dân sử dụng các mẫu máy có
công suất khoảng 6 -12 mã lực đối với máy kéo 2 bánh và 15 - 30 mã lực đối
với máy kéo 4 bánh.
2.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY SAN ỦI
Máy ủi là loại máy điển hình của máy đào chuyển đất, đang được sử dụng
rông rãi trên thế giới. Ví dụ: Ở Mỹ máy ủi được sử dụng nhiều gấp 5 lần so với
máy cạp. Ở Nhật, máy ủi được sử dụng nhiều gấp 2 lần so với máy cạp. Còn ở
Liên Bang Nga và Ucraina, máy ủi nhiều hơn 3,6 lần so với máy cạp.

3


Máy ủi dùng để đào vận chuyển đất ở cự ly thích hợp nhỏ hơn 100m.
Đồng thời nó cũng được dùng để san sơ bộ mặt bằng.
Trong thực tế, máy ủi thường được sử dụng làm các công việc sau:
Đào hồ ao, kênh, mương nông và rộng;
Đào các móng nhà lớn;
Đào đắp đường có độ cao không quá 2 mét;

San sơ bộ, tạo mặt bằng lớn để xây dựng quảng trường, sân vận động, khu
công nghiệp và các khu đô thị mới;
San lấp rãnh đặt đường ống hoặc móng nhà, sau khi đã thi công xong;
Thu dọn vật liệu phế thải trên hiện trường sau khi công trình đã hoàn
thành;
Dọn vật liệu thành đống cao để tạo điều kiện thuận lợi cho máy xúc một
gầu xúc vật liệu đổ lên ô tô;
Trợ lực đẩy máy cạp khi máy cạp đào đất gặp đất rắn;
Kéo các phương tiện khác...v.v.
Tình hình sử dụng liên hợp máy san ủi trong nông nghiệp
San ủi dùng trong nông nghiệp ngày càng được sử dụng khá phổ biển
nhằm giảm nhẹ cường độ lao động và tăng năng suất lao động. Nhu cầu về san ủi
trong các trang trại sản xuất nông lâm nghiệp ngày càng tăng vì rất nhiều công
việc cần đến san ủi như:
Để san phẳng đồng ruộng, đào đắp bở ruộng có độ cao không vượt quá 0,3
mét, san sơ bộ tạo mặt bằng với các khu ruộng cần độ bằng phẳng, san lấp rãnh
luống sau khi thu hoạch, thu dọn vật liệu phế thải trong các trang trại chăn nuôi,
dồn vật liệu thành đống để tạo điều kiện thuận lợi cho máy xúc một gầu xúc vật
liệu đổ lên phương tiện vận chuyển khác v.v..là các công việc hết sức nặng nhọc
và cần đến máy san ủi.
Cùng với sự phát triển của đất nước, ngày nay các công trình xây dựng và
đang phát triển một cách nhanh chóng, toàn diện ở nước ta.
Chúng ta cần có những cơ sở hạ tầng rộng khắp, phục vụ đắc lực cho mọi
hoạt động kinh tế xã hội...Các công trình đó từ chỗ được thực hiện chủ yếu bằng
tay chân, đến nay đã tiến lên cơ giới hóa ở mức độ cao nhằn giảm sức lao động
của con người và mang tính hiệu quả kinh tế.

4

Trước những nhu cầu đó, đòi hỏi chúng ta phải có những lựa chọn hợp lý
đối với các phương tiện thi công cơ giới cần thiết. Trong đó máy san ủi hay còn
gọi là máy ủi đóng vai trò hết sức quan trọng có thể nói là không thể thiếu trong
các công trình xây dựng và công tác làm đất.
Máy ủi được sử dụng rộng rải, bởi vì chúng dễ thích nghi với nhiều loại
công việc nhờ sử dụng các thiết bị công tác thay thế các loại truyền động và các
bộ phận di chuyển khác. Trong đó máy ủi đạt năng suất hơn nhiều so với một số
loại máy khác, ngoài ra máy ủi còn tăng mức độ cơ giới một cách đáng kể khi sử
dụng vào các công việc làm đất khác nhau.
Máy san ủi dùng hiện tại trong nông nghiệp rất hạn chế, máy nhập ngoại
thường có công suất lớn phục vụ chủ yếu để ủi sử dụng khi lực cản lớn. Do đó,
tập thể cán bộ thuộc Bộ môn động lực, khoa Cơ- Điện, Học viện Nông nghiệp
Việt Nam được Bộ giáo dục cho phép thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm chế
tạo máy kéo xích cao su với công suất nhỏ phù hợp với điều kiện sản xuất nông
lâm nghiệp ở Việt Nam.
Máy kéo xích này hoàn toàn có khả năng liên kết với một thiết bị san ủi để
làm phẳng đồng ruộng, thu dọn các nguyên vật liệu trong các trang trại v.v…
2.3. PHÂN LOẠI MÁY ỦI
2.3.1. Phân loại dựa vào công suất và lực kéo của máy
Phân loại máy ủi theo công suất và lực kéo:
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

Xu hướng phát triển của máy ủi: Chế tạo những máy ủi có công suất nhỏ
và trung bình, điều khiển bằng thủy lực vì máy ủi nhỏ và trung bình có năng
lượng riêng (công suất trên một đơn vị trọng lượng) lớn hơn nhiều so với máy ủi
có công suất lớn.

5


2.3.2. Phân loại dựa vào góc đặt của bàn ủi so với trục dọc của máy
- Máy ủi vạn năng: Bàn ủi được liên kết với khung ủi qua khớp cầu vì vậy
bàn ủi có thể quay được trong mặt phẳng ngang và đặt nghiêng so với trục dọc
của máy ủi một góc 45 ÷ 600.

Hình 2.1. Thiết bị ủi vạn năng
Góc quay này được sử dụng khi máy ủi thực hiện san lấp rãnh đặt đường
ống, móng nhà sau khi thi công, san các mặt bằng nói chung và cho năng suất
cao hơn máy ủi thường. Khung ủi của máy ủi vạn năng là một dầm liên tục, hình
chữ “U”.
- Máy ủi thường (hay còn gọi là máy ủi cố định):
Bàn ủi luôn luôn được đặt cố định vuông góc với trục dọc của máy. Máy
ủi thường được thể hiện ở hình:

Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị ủi thường

6


2.3.3. Phân loại theo bộ di chuyển
- Máy ủi bánh lốp: được dùng chủ yếu trong các trường hợp đặc biệt như:
di chuyển trong thành phố, làm việc ở những nơi có khối lượng công việc không
tập trung, hay phải di chuyển, yêu cầu tốc độ di chuyển lớn, trên nền đất bền,
chắc v.v…
- Máy ủi bánh xích: đây là loại máy được sử dụng rộng rãi trong các công
trình giao thông khi thi công trong điều kiện nền đất yếu. Bộ di chuyển bánh xích

làm cho máy ủi có thể di chuyển dễ dàng trên nền đất ướt, đất cát,… nó làm giảm
áp suất phân bố lên nền, thích hợp với các loại nền không bằng phẳng. Bộ di
chuyển bánh xích này còn cho lực bám lớn và khả năng vượt dốc tốt. Do đó, nó
được sử dụng phổ biến hơn loại bánh lốp.
2.3.4. Phân loại dựa vào phương pháp điều khiển thiết bị ủi
Máy ủi điều khiển bằng thủy lực.
Máy ủi điều khiển bằng cáp.
Trong hai loại trên thì máy ủi điều khiển bằng thủy lực đang được sử dụng
rộng rãi vì nó có những ưu điểm sau:
Điều khiển nhẹ nhàng êm dịu và chắc chắn, kết cấu gọn gàng, chăm sóc
và bảo quản đơn giản.
Lưỡi ủi ấn sâu vào đất trong khi đào, một phần trọng lượng thiết bị ủi,
phần còn lại chủ yếu dựa vào áp lực dầu. Do đó trọng lượng của thiết bị ủi giảm
đi từ 5 ÷ 10% so với thiết bị ủi của máy điều khiển bằng cáp có cùng công suất.
Đồng thời máy ủi điều khiển bằng thủy lực có thể đào được đất rắn hơn máy ủi
điều khiển bằng cáp.
Ngoài ra còn có máy ủi điều khiển từ xa bằng điện tử được sử dụng cho
máy ủi khai thác khoáng sản dưới đại dương. Tuy nhiên loại máy ủi này có cấu
tạo hết sức phức tạp, công nghệ chế tạo hiện đại, giá thành cao nên chưa được sử
dụng phổ biến.
2.4. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ SAN ỦI
Bộ phận công tác của máy san ủi là thiết bị san ủi, thiết bị san ủi bao gồm
các bộ phận chính sau:
- Lưỡi ben;

7


- Cần chịu lực chính của lưỡi ben;
- Giá cân bằng của lưỡi ben;

- Hệ thống nâng hạ lưỡi ben.
Vì luận văn chỉ nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu
và sử dụng đến động lực học liên hợp máy, vì vậy hệ thống nâng hạ thủy lực,
cũng như các thông số kết cấu của cần ben và khung chịu lực chúng tôi không đề
cập ở nội dung luận văn này, mà chỉ xét đến ảnh hưởng của các thông số kết cấu
lưỡi ben cũng như chế độ sử dụng đến động lực học liên hợp máy kéo với thiết bị
san ủi.
2.4.1. Kết cấu lưỡi ủi
Kết cấu lưỡi ủi cụ thể là dạng hình học của nó ảnh hưởng lớn đến việc tiêu
tốn năng lượng trong quá trình ủi đất, người ta thấy rằng với một dạng kết cấu
hợp lý, trong quá trình ủi đất chuyển động tuần hoàn sát lưỡi ủi theo một đường
cong quy luật tạo thành khối lăn trước lưỡi ủi:

2.4. TỔNG QUAN
VỀ THIẾT BỊ SAN
ỦI

Hình 2.3. Dạng kết cấu lưỡi ủi hợp lý
Dạng kết cấu không hợp lí đường tuần hoàn phân tán và có khi dẫn đến
tình trạng đất đào đổ cả về phía sau lưỡi ủi

Hình 2.4. Dạng kết cấu lưỡi ủi không hợp lý
Dạng kết cấu không hợp lí này sẽ dẫn đến tình trạng tăng cao năng lượng

8


tiêu tốn khi làm việc do tạo thành nhiều đường ma sát trong khối lăn. Ta hãy lưu
ý với loại đất này, dạng kết cấu này là hợp lí với loại đất này, nhưng chuyển sang
với loại đất khác thì lại trở thành không hợp lí. Điều đó giải thích bởi sự khác

nhau trong tính chất cơ lý của các loại đất. Do đó, việc xác định một dạng kết
cấu hình học của lưỡi ủi mang tính chất “ tổng hợp” trong thực tiễn thi công là rất
cần thiết. Trong thời gian gần đây, một lưỡi ủi như thế đã hình thành với các
thông số hình học nói chung là thống nhất.
2.4.2. Thông số cơ bản của lưỡi ủi

Hình 2.5. Dạng hình học của lưỡi ủi
H -Chiều cao lưỡi ủi; B -Bề rộng lưỡi ủi; R -Bán kính cong lưỡi ủi; H1 chiều cao tấm chắn; δ- Góc cắt đất.
- Chiều cao lưỡi ủi theo ([7]:
Chiều cao lưỡi ủi và chiều dài lưỡi ủi là hai kích thước quan trọng để xác
định thể tích của khối đất vận chuyển từ đó xác định được công suất của máy.
Chiều cao bàn ủi được xác định thông qua công suất của động cơ máy kéo
cơ sở theo, với máy kéo cơ sở là xích sắt chiều cao H được tính theo ([7]):
H=(0.811.19)(201 3 N )
Trong đó:
N: Công suất động cơ của máy kéo;
Thay số vào ta có:

H =456  670 (mm)

9


Chọn chiều cao lưỡi ủi là H = 460 (mm)
- Chiều rộng lưỡi ủi theo [7]:
Chiều rộng bàn ủi xác định thông qua chiều cao bàn ủi với quan hệ:
B = (2.6  3).H
Thay số vào ta có: B= 1196 ÷ 2010 (mm)
Chọn chiều rộng lưỡi ủi là B = 1380 (mm)
- Xác định góc cắt đất δ theo [7]:

Góc cắt đất δ có ảnh hưởng tới quá trình cắt đất, nếu chọn góc cắt đất hợp
lý thì sẽ làm giảm được lực cắt, góc cắt càng nhỏ thì lực cắt càng nhỏ.Vậy có lợi
nhưng không thể nhỏ hơn giá trị giới hạn đã nêu:
0

δ =50 ÷ 55

0

chọn δ =50

0

- Xác định góc nhọn β (β =δ - α):
Góc nhọn của lưỡi ủi đặc trưng cho mức độ mài mòn của lưỡi cắt, nó đặc
trưng cho sự thay đổi áp lực riêng của lưỡi lên đất. Góc nhọn này càng nhỏ thì áp
lực lưỡi lên nền nhỏ nhưng độ bền của lưỡi nhỏ. Với mục đích tăng độ bền của
0

0

lưỡi theo kinh nghiệm người ta thường lấy β ≥ 20 : Chọn β = 22 .
- Xác định góc sau α theo [7]:
Góc sau α được xác định theo điều kiện làm việc của máy ủi, nó không
được nhỏ hơn góc lên dốc hoặc xuống dốc của máy ủi, góc càng nhỏ thì lực ma
sát giữa lưỡi ủi với đất càng lớn.
0

0

Theo kinh nghiệm thì α = 30 ÷ 35 .
0

Đồng thời α =δ – β . Vậy α =30 .

10


Hình 2.6. Mặt cắt của lưỡi ủi
- Xác định góc chếch γ theo [7]:
Góc chếch γ (là góc tạo bởi mép dưới dao cắt với phương ngang, Trên
hình vẽ không thể hiện góc này, góc này còn gọi là góc nghiêng ngang của lưỡi
ủi theo phương chuyển động thẳng của liên hợp máy). Với máy ủi vạn năng sự
thay đổi góc chếch này rất dễ dàng nhờ vào một xy lanh thủy lực đẩy chếch lưỡi
ủi. Nó có thể thay đổi trong khoảng : γ =  (6 ÷ 12 ).
0

0

- Xác định góc đổ ψ theo [7]:
Góc đổ của lưỡi ủi được chọn đảm bảo cho đất không tràn qua lưỡi ủi để
ra phía sau. Khi góc đổ nhỏ thì đất nhanh tích lũy trong lưỡi và lát cắt mau cuộn
lại, như thế sẽ làm tăng áp lực lên lưỡi ủi và sẽ dẫn đến tăng lực ma sát lên lưỡi
0

ủi. Do đó theo kinh nghiệm người ta thường chọn góc đổ như sau: ψ = 60 ÷ 75

0

0

Chọn ψ = 70 .
- Xác định góc đặt lưỡi ε:
Góc đặt lưỡi ủi là góc tạo bởi phương của lưỡi cắt với phương ngang.
Theo kinh nghiệm người ta thường chọn góc đặt lưỡi ε: ε = 75 0
- Hình dạng của lưỡi ủi:
Hình dạng hợp lý của lưỡi ủi là có dạng hình thân khai, tuy nhiên như thế
thì việc chế tạo nó gặp nhiều khó khăn, thông thường người ta thường làm nó có
độ cong nhất định với bán kính R theo ([7]):

11


R=

H  a. sin( )
Cos  cos

Trong đó :
a: phần thẳng của lưỡi ủi ở phía trên
Theo công thức kinh nghiệm có thể lấy: R=(0,8 ÷ 0,9).H
Thay số vào ta có R = 360 ÷ 405 (mm)
Chọn R= 400 (mm).
+ Xác định chiều dài phần thẳng a:
Chiều dài phần thẳng a phụ thuộc vào điều kiện liên kết với lưỡi cắt , phần
thẳng chịu mòn nhiều nhất do đó vật liệu được chọn để chế tạo phải hợp lý, đồng
thời chiều dài phần thẳng này còn có ảnh hưởng lớn tới việc cắt đất. Chiều dài a
thường được chọn trong khoảng : 150 ÷ 200 mm.
Chọn chiều dài phần thẳng a = 150 mm
+ Xác định chiều cao tấm chắn:

Chiều cao tấm chắn có tác dụng không cho đất tràn qua lưỡi ủi. Tấm chắn
thường đặt đứng hoặc nghiêng ra sau một chút. Chiều cao tấm chắn phải đảm bảo
điều kiện quan sát của người lái khi nâng lưỡi ủi. Thông thường chiều cao này
thường chọn trong khoảng từ (0.1÷ 0.25).H. Tấm chắn có dạng hình thang.
Chọn chiều cao tấm chắn là: H 1 = 50 mm
2.5. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Để sử dụng máy kéo xích cao su công suất 30 mã lực, thuộc dự án B201311-04 DA, chúng tôi đã dự kiến thiết kế chế tạo thiết bị san ủi liên kết với máy
kéo xích cao su, là máy kéo đã được chế tạo theo dự án sản xuất thử nghiệm nói
trên.
Việc lựa chọn, tính toán thông số kỹ thuật cho thiết bị san ủi phù hợp với
máy kéo, cần phải dựa vào các thông số chính của máy kéo, cũng như chế độ và
điều kiện làm việc của máy khi sử dụng.
2.6. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA
LUẬN VĂN
Máy kéo xích cao su hiện nay chưa được chế tạo trong nước, chúng ta chủ
yếu nhập từ nước ngoài như Nhật, Trung Quốc v.v...Hiện nay loại máy kéo này
đang có nhu cầu rất lớn trong sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp. Máy kéo xích cao

12


su liên hợp với thiết bị san ủi dự kiến được chế tạo trên cơ sở từ kết quả của đề
tài khoa học và công nghệ cấp Bộ mã số B2013-11-04OD. Chính vì vậy, việc
nghiên cứu động lực học của máy khi liên hợp với thiết bị san ủi là cơ sở khoa
học cho việc tính toán, thiết kế và chế tạo bộ phận công tác liên kết với máy kéo
xích này.
2.6.1. Mục tiêu, nhiệm vụ của luận văn
Từ mô hình vật lý biểu diễn qua trình làm việc của máy san ủi, xây dựng
mô hình toán, khảo sát tính chất làm việc của liên hợp máy san ủi (Máy kéo xích
cao su liên hợp với thiết bị san ủi) từ đó phân tích ảnh hưởng của một số thông số

kết cấu và sử dụng đến tính chất làm việc của liên hợp máy.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện tính toán thiết
kế chế tạo thiết bị san ủi phục vụ sản xuất nông nghiệp.
2.6.2. Phương pháp nghiên cứu của luận văn
Để thực hiện được mục tiêu đặt ra, cách tiếp cận để hoàn thành luận văn là
dựa trên máy kéo cơ sở đã được chế tạo. Từ đó xây dựng mô hình toán, khảo sát
khả năng làm việc của liên hợp máy từ đó ứng dụng phần mềm Matlab- simulink,
khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến động lực học liên
hợp máy.
Để đạt được những mục tiêu đó trong luận văn đã thực hiện những nhiệm
vụ chính sau đây:
- Tìm hiểu tổng quan về thiết bị san ủi, như đặc tính kết cấu của lưỡi san
ủi, truyền động cho thiết bị san ủi, máy cơ sở và vấn đề nâng hạ thiết bị san ủi.
- Quy trình làm việc của liên hợp san ủi, từ đó phân tích các chế độ làm
việc của máy san ủi.
- Xây dựng mô hình vật lý và mô hình toán động lực học liên hợp san ủi,
trong trường hợp liên hợp san ủi chuyển động thẳng khi đi san ủi.
- Ứng dụng Matlab-simulink khảo sát khả năng làm việc của liên hợp
máy.
- Thay đổi một số thông số kết cấu và sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của
chúng đến khả năng làm việc của liên hợp san ủi, đồng thời làm cơ sở để thiết kế
bộ phận công tác chính của thiết bị san ủi.

13


PHẦN 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA
MỘT SỐ THÔNG SỐ SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN ĐỘNG LỰC
HỌC LIÊN HỢP MÁY SAN ỦI
3.1. MỤC ĐÍCH KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LIÊN HỢP MÁY

SAN ỦI
Từ mô hình vật lý biểu diễn quá trình làm việc của máy san ủi, xây dựng
mô hình toán, khảo sát tính chất làm việc của liên hợp máy san ủi (Máy kéo xích
cao su liên hợp với thiết bị san ủi) từ đó phân tích ảnh hưởng của một số thông số
kết cấu và sử dụng đến tính chất làm việc của liên hợp máy. Từ đó làm cơ sở cho
việc tình toán thiết kế thiết bị san ủi, hay những máy công tác khác liên hợp với
máy kéo xích cao su.
3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC
3.2.1. Căn cứ để lập mô hình động lực học
Khi thiết kế máy, đầu tiên cần phải phác thảo được kết cấu tổng thể và các
thông số kỹ thuật đặc trưng của máy.
Trên cơ sở làm việc của liên hợp máy, chúng ta xây dựng mô hình tính
toán bằng các phần tử quy kết bao gồm:
- Các khối lượng quy kết;
- Các phần tử đàn hồi;
- Các phần tử dập tắt dao động (giảm chấn);
- Các ngoại lực tác dụng lên máy.

Việc mô phỏng và đưa được mô hình tính toán càng gần với mô hình thực
thì mức độ tính toán càng chính xác. Tất nhiên khi đó quá trình tính toán càng
phức tạp. Tuy nhiên trong thực tế không phải bao giờ cũng có thể thiết lập được
mô hình phản ánh đầy đủ, chính xác điều kiện làm việc của máy. Hơn nữa, trong
nhiều trường hợp, độ chính xác không đòi hỏi quá khắt khe, do đó việc chọn mô
hình tính toán phụ thuộc rất nhiều vào yêu cầu bài toán đặt ra.
Mô hình được chọn một mặt phải đơn giản nhất có thể được, mặt khác
phải có đủ độ chính xác yêu cầu.
Sau khi chọn mô hình nghiên cứu, việc lập phương trình chuyển động để
mô tả chuyển động của nó là không thể thiếu được.

14