Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

Chơng 1 : tình hình trang bị và sử dụng lu bánh lốp
đầm nén nền đất tại nớc ta hiện nay
1.1 Công dụng của lu bánh lốp.
Thế giới đang ở chặng đầu của thế kỷ 21 thời kỳ nhảy vọt về chất và l-
ợng nh vũ bão của khoa học kỹ thuật. Đất nớc ta cũng đang trong thời kỳ công
nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc và cũng đã thu đợc những thành thành công b-
ớc đầu. Trong sự nghiệp đó, việc xây dựng cơ sở hạ tầng là thực sự cần thiết và
giao thông vận tải đóng một vai trò vô cùng quan trọng đối với sự phát triển kinh
tế, xã hội của mọi miền tổ quốc.
Để xây dựng các công trình xây dựng, thủy lợi, giao thông vân tải nh : hệ
thống đê điều, trạm thuỷ điện, nhà ga, sân bay, bến cảng và đặc biệt là các tuyến
đờng bộ thì một trong những thiết bị không thể thiếu đó là các máy và thiết bị
đầm lèn đất.
Trong thi công các tuyến đờng bộ thì việc lu lèn là công việc thiết yếu từ
công đoạn tạo nền để vào các công trờng đến khi hoàn thành công trình . Hiện
nay ở hầu hết các đơn vị thi công, duy tu, bảo dỡng đờng thì máy cần trang bị
đầu tiên phải nói đến đó là các máy và thiết bị đầm lèn. Máy lu là thiết bị chuyên
dùng cho công tác đầm nén các nền móng công trình, nhằm cải thiện kết cấu của
vật liệu nền móng, đảm bảo cho nền móng công trình đạt đợc độ chặt cần thiết,
ổn định dới tác dụng của tải trọng bản thân, tải trọng xe chạy, các tác nhân thời
tiết và các yếu tố bên ngoài khác. Ngoài ra công tác lu lèn còn có tác dụng :
Nâng cao cờng độ nền móng làm cho các lớp trên của nền móng có mô
đun biến dạng cao nhất, giảm bớt đợc chiều dày mặt công trình mà không ảnh h-
ởng tới cờng độ của nó.
Tăng cờng khả năng chịu cắt của đất, nâng cao độ ổn định của mái đắp,
nền đắp khó bị sụt lở.
Trịnh Trung Kiên 1 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế

50 tấn.
Máy đầm loại nặng : 50
ữ
100 tấn, có thể lên tới 200 tấn.
Trịnh Trung Kiên 2 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

c. Căn cứ vào số lợng trục bánh :
Loại 1 trục.
Loại dùng trục riêng (có nhiều đoạn trục).
Đầm bánh lốp : do đặc điểm cấu tạo của đầm bánh lốp nên việc sử
dụng có những u điểm sau:
Tốc độ lu lèn lớn, năng suất cao.
Vận chuyển máy dễ dàng, thuận tiện.
Cấu tạo đơn giản.
Thích ứng với mọi loại đất do tăng giảm đợc trọng lợng
và áp suất hơi trong bánh, chất lợng đầm lèn tốt.
Vì vậy có thể sử dụng đầm bánh hơi ở nhiều công đoạn khác nhau.
1.3 Những yêu cầu cơ bản của phơng tiện đầm lèn nền đất.
1.3.1 Những yêu cầu cơ bản.
Công tác đầm nén nền, móng, mặt đờng cần đạt đợc những yêu cầu:
Lớp móng đờng, mặt đờng phải đạt độ chặt cần thiết sau khi kết thúc quá
trình đầm lèn.
Trong quá trình đầm nén, tải trọng đầm nén không phá hỏng cấu trúc bên
trong của nền đờng, và lớp bề mặt phải đạt đợc độ bằng phẳng nhất định, không
có hiện tợng sóng lợn, không để lại vệt bánh đầm.
Để đạt đợc các yêu cầu trên, công tác đầm nén cần phải giải quyết tốt các yêu
cầu sau:
Phải chọn đợc phơng tiện đầm lèn phù hợp đối với từng loại đất.

Kiểu phân bố trọng lợng máy không đều cho các máy thực ra chỉ có lợi khi máy
làm việc gặp nền lồi lõm.Vì vậy nên phân bố kết cấu máy theo kiểu phân bố đều
là tốt nhất.
Trịnh Trung Kiên 4 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

1.4 Tổ chức thi công.
Lựa chọn phơng án đờng đi cần căn cứ vào tuyến làm việc, số lợng đầm lèn
toàn bộ và chiều rộng của từng dải đầm.
Nếu chiều rộng mặt đờng hoặc đập, lớn hơn 20m thì sơ đồ di chuyển sẽ
theo hình vòng, cách này đợc dùng cho lu chân cừu và lu bánh lốp. Đối với các
loại khác thi công theo sơ đồ tiến lùi, sơ đồ hình vòng.
Sơ đồ lu đi theo đờng vòng

5
3
1
7
9
10
8
2
4
6 6
9
8
4
2
10

2.1 Lựa chọn các thông số quan trọng của đầm bánh hơi.
2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đầm bánh hơi đầm nền đất.
Máy đầm bánh hơi đầm nền đất gồm có các bộ phận chính nh sau :
1. Đầu kéo.
2. Bánh chủ động.
3. Hệ thống xilanh lái.
4. Khung kéo thùng gia tải.
5. Khung chính.
6. Thùng gia tải.
7. Hệ thống bánh hơi đầm lèn.
8. Cửa xả đất gia tải.
Hình vẽ :

1
2 3 4
5 6
7 8
Hình 2.1 : Cấu tạo lu bánh lốp đầm nền đất

Trịnh Trung Kiên 7 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

Nguyên lý hoạt động :
Trớc khi đa máy vào hoạt động thì thùng gia tải của máy đợc chất tải
bằng các vật liệu nh đất, đá, phiến gang, hoặc bê tông đúc sẵn.
Khi máy làm việc, đầu kéo (1) sẽ kéo thông qua khung kéo (2) và khung
chính (3) để kéo thùng gia tải di chuyển theo, dới tác dụng của tải trọng đợc chất
trên thùng gia tải và tải trọng bản thân của máy thì áp lực sẽ đợc truyền qua các
bánh hơi đầm lèn và truyền xuống đất làm cho đất chặt lại. Hệ thống xi lanh lái

Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Bề rộng của lốp đợc chọn : b = 12 . 25,4 = 304,8 305 (mm)
Khi đó : khe hở giữa hai bánh hơi sát nhau sẽ là:
e
max
= 0,4 . 305 = 122 (mm).
2.1.4 Trọng lợng máy đầm.
Trọng lợng máy đầm bánh hơi tối đa phụ thuộc vào khả năng chịu tải của
từng bánh và đợc tính theo :
G
max
= E .

. Z (KG).
Trong đó :
G
max
= Trọng lợng tối đa của máy (KG).


: Biến dạng của lốp = (0,13ữ0,15).b
Z : số bánh xe.
E : Mô đuyn cứng của lốp
Trọng lợng trên một lốp là :
Q = G
bl
=
Z

Đất dẻo : n = 5 ữ 6 (lần).
Chiều dày tối u của lớp đất đợc đầm
H
0
= 0,18.

1
.
.
1
pQ
W
W
opt
Trong đó :
W : Độ ẩm thực tế của đất nền.
Q : Tải trọng của bánh (kG).
p : áp suất hơi trong bánh (kG/cm
2
) ( Tra bảng 8- 10,[1] )
W
opt
1
: Độ ẩm tối u .
2.1.6 Các kích thớc cơ bản của máy.
Trên cơ sở quan sát máy mẫu ngoài thực tế sơ bộ định các kích thớc
cơ bản của máy nh sau:
Chiều dài : L = 7200 [mm]
Chiều rộng : B = 2700 [mm]
Chiều cao : H = 3300 [ mm]

Tải trọng phân bố trên trục sau là :
P
2
= 15000 . 6 = 90000 (N)
Xác định trọng tâm G

l
1
2
l
P
1
P
2
G Hình 2.2: Sơ đồ tính toán xác định trọng tâm
Trịnh Trung Kiên 11 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

Ta có :


=
=+

(mm)
b. Tính toán ổn định của máy theo phơng dọc.
Khi máy chuyển động trên đờng dốc có thể bị mất ổn định( bị lật đổ hoặc
bị trợt) dới tác dụng của các lực và mô men hoặc bị lật đổ khi chuyển động ở
tốc độ cao, tuy nhiên máy lu bánh lốp ít khi chuyển động ở tốc độ quá cao khi
làm việc cho nên khả năng bị lật do chuyển động ở tốc độ cao có thể bỏ qua.
- Trờng hợp lu bánh lốp chuyển động lên dốc với vận tốc nhỏ và ổn định, ta
có sơ đồ tính nh sau:

h
g

L
a
b
Z
1
Z
2
G.cos

G.sin

G.cos

Pj
G
A
B
Hình 2.3: Sơ đồ tính toán ổn định của máy lu trên nền nghiêng dọc

j
, lực cản gió P

, lực cản lăn
P
f
. Góc dốc giới hạn khi xe bị lật đổ là :
Tg
đ
=
g
h
b
( 7-11, [10] )
Tg
đ
=
1200
1000

đ
= 39
0
48
d. Tính toán ổn định của máy theo phơng ngang.
*Tính ổn định động ngang của máy lu khi chuyển động trên đờng nghiêng
ngang.
Giả thiết là, trọng tâm xe nằm trong mặt phẳng đối xứng dọc, lực và mô
men tác dụng lên máy lu bao gồm :
-Trọng lợng của máy lu G đợc phân ra làm hai thành phần theo phơng

xe bên trái và mặt đờng) lúc đó Z = 0, áp dụng công thức (2 31,[10]) và
rút gọn ta có:
Z =
C
hG
C
G
dgd

sin cos.
2
.
1


Ta xác định đợc góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đờng nghiêng
ngang :
Tg
đ
=
g
h
C
.2
Tg
đ
=
1200.2
2075


g
C
/
2
G
.
s
i
n

C
/
2
P
l
P
l
.
c
o
s

P
l
.
c
o
s

Hình 2.5 : Sơ đồ tính toán ổn định của máy lu khi quay vòng trên nền nghiêng

cos ()sin.
2
cos ()sin.cos
2
1

C
hPM
C
hPh
B
gljnmmg
++
]
P
m
= 0
M
jn
= 0 .
Rút gọn ta đợc :
Trịnh Trung Kiên 15 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

v
n
2
=
)sin

Ta có vận tốc giới hạn khi xe bị lật nh sau:
v
n
=
dg
ddg
tghC
tghCRg


2/1
cos 2/.(.
+

Trong đó :

đ
: góc dốc giới hạn khi xe quay vòng bị lật đổ
R : bán kính quay vòng của bánh xe.
v : vận tốc chuyển động quay vòng (m/s).
v
n
: vận tốc giới hạn( vận tốc nguy hiểm).
g : gia tốc trọng trờng.
Trờng hợp xe quay vòng trên đờng nằm ngang thì vận tốc tới hạn để xe bị tr-
ợt bên là:
v

=
y


W
1
: Lực cản di chuyển thuần túy, (kG)
W
2
: Lực cản di chuyển do ảnh hởng của độ dốc nền, (kG)

W
3
: Lực cản quán tính, (kG)
- Tính lực cản di chuyển thuần túy W
1
:
W
1
= G . f
1
( kG) ( 8.12 ,[1] )
Trong đó :
G : Trọng lợng lớn nhất của đầm( khi máy có tải trọng tối đa),kG
f
1
: hệ số cản di chuyển, đợc lấy giá trị lớn nhất ứng với lợt đầm
đầu tiên .
Đối với đầm bánh hơi : f
1
= 0,12 ữ 0,15 . Ta chọn f
1
= 0,15

- Tính lực cản quán tính W
3
xuất hiện khi máy khởi động :
Trịnh Trung Kiên 17 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

W
3
=
tg
vG
.
.
( kG) ( 8.14 ,[1] )
Trong đó :

G : Trọng lợng lớn nhất của máy đầm.
v : Tốc độ di chuyển ổn định của máy sau khi khởi động (m/s).
chọn v = 2,0 (m/s).
t : thời gian khởi động, t = 2 ữ 3 (s).
g : gia tốc rơi tự do, (m/s
2
).
Khi đó :
W
3
=
tg
vG

= 1800 + 1200 + 1223 = 4223 (kG)
v : Vận tốc di chuyển của máy [km/h].
: hiệu suất truyền động từ động cơ đến trục chủ động
Lấy sơ bộ = 0,8
v = 2,0 (m/s) = 7,2 (km/h)
Trịnh Trung Kiên 18 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

Khi đó ta có công suất động cơ dẫn động là:
N
đc
=

.270
.vW
N
đc
=
8,0.270
2,7.4223
= 140,8 (ml)
Chọn động cơ có công suất N
đc
= 150 (ml)
2.3.1 Kiểm tra bất phơng trình kéo bám cản
Một trong những điều kiện để máy hoạt động bình thờng trong khai thác là

N
( 1.107, [1] )

Trong đó :
N : công suất động cơ danh nghĩa.
V : tốc độ di chuyển khi làm việc ổn định của máy lu bánh lốp
K : hằng số biến đổi thứ nguyên. K = 270.
: hiệu suất truyền động.
Nh vậy : rõ ràng là sức kéo T có thể thay đổi trong một phạm vi rất rộng khi
công suất động cơ thay đổi( do tăng giảm ga) và tốc độ di chuyển thay đổi thay
đổi (do sang số).
Thay số ta tính đợc T nh sau:
T =
8,0.270.
2,7
150
= 4500 [kG]
Sức bám T
B
đợc xác định theo công thức sau:
T
B
= . G
T
( 1.108, [1] )
Trong đó :
: là hệ số bám phụ thuộc vào tính chất của nền và kết cấu của bộ di
chuyển. Tra bảng ( 1.7, [1] ) ta có đợc giá trị của .
G
T

Nh vậy công suất động cơ đã chọn là hợp lý.
Trịnh Trung Kiên 21 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41
Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế
Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn

Chơng 3 : Tính toán thiết kế một số cụm chi tiết chính
Của máy lu bánh lốp
3.1 Tính toán khung chính của máy lu bánh lốp đầm nền đất.
3.1.1 Tải trọng
Để có thể tính toán thiết kế kết cấu khung của máy lu bánh lốp đầm nền
đất ta cần phải xác định hệ thống lực tác dụng lên nó.
Việc xác định hệ thống lực tác dụng lên khung của máy lu bánh lốp xuất
phát từ việc phân tích ngoại lực tác dụng lên máy một cách toàn diện. Ta xét sơ
đồ lực tác dụng lên máy lu bánh lốp tự hành với đầu kéo nh hình vẽ. Trong quá
trình làm việc các ngoại lực tác dụng lên máy lu bánh lốp gồm có :

T
1
G
m
R
1
Pf
1
G
c
R
2
Pf
2

đi qua trục bánh xe mà dịch chuyên tơng đối với trục một khoảng nào đó, tuy
nhiên các kết quả nghiên cứu chỉ ra là các trị số đó tơng đối nhỏ vì vậy ta có thể
bỏ qua trong quá trình tính toán.
Nh vậy các lực cha biết trong số các ngoại lực chỉ còn lại các phản lực theo
phơng đứng là R
1
và R
2
xuất hiện ở các bánh xe. Các lực này đợc xác định từ các
phơng trình cân bằng mô men với các điểm A và B ta có :
M
B
= 0
G
c
. e + G
m
.(c + d + e) R
1
. (d + e) = 0
R
1
=
ed
edcGeG
mc
+
+++ )(.

Thay số : G

R
2
=
ed
cGdG
mc
+ Thay số :
G
c
= 9000 ( kG ).
G
m
= 3000 ( kG ).
d = 3200 (mm).
c = 700 (mm).
e = 100 (mm).
R
2
=
1003200
700.30003200.9000
+

= 8090,9 ( kG ).
3.1.2 Lực tác dụng lên khung
Để xác định các lực tác động trực tiếp lên khung của máy lu bánh lốp, ta xét sự
cân bằng của đầu kéo nh hình vẽ. ảnh hởng của máy lu bánh lốp khi tách lực đợc

K
= 0
R
E
. l
2
+ T
1
. l
1
+ R
1
. b - G
m
. s = 0
R
E
=
2
111

l
sGbRlT
m
+
Thay số :
T
1
= 4500 (kG)
R