NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHỤC HỒI GẦU CÔNG DỤNG CHUNG CỦA MÁY XÚC KOMATSU PC220 NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ KINH TẾ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY




NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHỤC HỒI GẦU CÔNG
DỤNG CHUNG CỦA MÁY XÚC KOMATSU PC220
NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG VÀ HIỆU QUẢ
KINH TẾ




TRẦN THỊ HUYỀN THANH



11/2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Thị Huyền Thanh, học viên lớp Cao học K10 – CN CTM. Sau
hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự
giúp đỡ của PGS.TS Vũ Quý Đạc đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học.
Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu chế tạo phục hồi
gầu công dụng chung của máy xúc KOMATSU PC220 nhằm nâng cao chất lượng
và hiệu quả kinh tế”
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Vũ Quý Đạc và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê.
Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào. Nếu
có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Người cam đoan



Trần Thị Huyền Thanh











Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 2
Phần I. MỞ ĐẦU
3
1. Tính cấp thiết của đề tài 3
2. Mục đích nghiên cứu 3
3. Đối tượng nghiên cứu 4
4. Phương pháp nghiên cứu 4
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Phần II: NỘI DUNG
- 5 -
Chƣơng 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY XÚC VÀ GẦU XÚC CÔNG
DỤNG CHUNG KOMATSU PC220
- 5 -
1. Giới thiệu chung 5
1.1 Giới thiệu chung về các loại máy xúc thuỷ lực gầu ngược - 5 -
1.2. Giới thiệu chung về các loại gầu xúc - 6 -
2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy xúc Komatsu PC220 - 9 -
3. Nghiên cứu về động học và động lực học quá trình làm việc cảu gầu xúc 15
3.1. Động học và động lực học gầu xúc 15
3.2. Phân tích lực tác động lên gầu xúc 29
Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN
CHẾ TẠO PHỤC HỒI
34
1.Mòn vật liệu 35
1.1. Mòn kim loại và hợp kim 36
1.2. Ma sát và mòn chất dẻo 41
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới mòn 41

2. Các dạng hỏng và nguyên nhân 47
2.1. Đánh giá và phân loại các dạng hỏng 47
2.2. Cơ chế phá hỏng và nguyên nhân gây ra với một số chi tiết chủ yếu 51
3. Hiện trạng công nghệ chế tạo phục hồi gầu xúc tại Việt Nam 60
3.1 Các số liệu khảo sát từ thực tế 60
3.2. Nhận xét: 63
4. Đề xuất giải pháp công nghệ chế tạo phục hồi 66
4.1 Giới thiệu chung 66
4.2.Phân loại các dạng hỏng 68
4.3.Đề xuất phương pháp phục hồi chi tiết 70
5. Kết luận 72
Chƣơng 3.NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO PHỤC HỒI GẦU XÚC KOMATSU PC220
74
1.Chọn phương pháp sửa chữa và phục hồi chi tiết 74
2. Phục hồi chi tiết 75
2.1. Phục hồi bằng hàn đắp 75
2.2. Phục hồi bằng gia công cơ khí 79
2.3. Đúc mới răng gầu 80
3. Thử nghiệm 82
4. Kết luận 82
Phần 3. KẾT LUẬN CHUNG
84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 2 -
LỜI NÓI ĐẦU

Với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước, trong những năm qua nước
ta đã thu hút được nhiều vốn đầu tư của nước ngoài cho nhiều lĩnh vực, trong đó có
lĩnh vực xây dựng cơ bản. Điều này càng làm cho số lượng và chủng loại máy xây
dựng (đặc biệt là máy xúc) ở nước ta vốn đã rất đa dạng, nay lại càng đa dạng hơn.
Ngoài những máy xúc mang tính thông dụng và truyền thống vẫn nhập từ Liên bang
Nga, chúng ta còn đầu tư nhiều loại máy móc từ các nước tư bản khác. Những máy
móc này có nhiều tính ưu việt trong thi công như tính gọn nhẹ, độ bền cao, độ tin
cậy làm việc lớn, năng suất và chất lượng sản phẩm cao v.v…, chính điều này gây
một trở ngại lớn cho việc tổ chức sửa chữa theo hình thức công nghiệp và hiện đại
hóa như sửa chữa theo hình thức chuyên môn hóa, sử dụng các thiết bị chuyên dùng
cho công tác sửa chữa, nhập vật tư phụ tùng thay thế v.v…
Xuất phát từ đó tác giả đã lựa chọn đề tài "Nghiên cứu chế tạo phục hồi gầu
công dụng chung của máy xúc KOMATSU PC 220 nhằm nâng cao chất lượng và
hiệu quả kinh tế".
Đây là đề tài khoa học Công nghệ chế tạo máy nhưng để hoàn thành được đề
tài nghiên cứu thì ngoài tài liệu chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy thì tác giả
còn cần nghiên cứu rất nhiều tài liệu chuyên ngành Máy xây dựng, Cơ học đất ; Do
vậy việc tìm tài liệu tham khảo để phục vụ cho luận văn và việc nghiên cứu tài liệu
tham khảo của tác giả gặp rất nhiều khó khăn cộng thêm thời gian nghiên cứu luận
văn có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự quan tâm, góp ý
của các Thầy, Cô và đồng nghiệp để đề tài đạt chất lượng cao hơn.
Để luận văn hoàn thành đúng thời hạn, cùng với sự nỗ lực của bản thân tác
giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ. Trước tiên tác giả xin trân thành cảm ơn
PGS.TS Vũ Quý Đạc, người thầy hướng dẫn khoa học chính giúp tác giả hoàn
thành luận văn này. Ngoài ra cũng xin trân thành cảm ơn Trường Trung cấp nghề
số 1 - BQP, Công ty cổ phần Cơ khí Mỏ, Xưởng X79 - Quân khu 1,…đã giúp tác
giả trong quá trình thực nghiệm để luận văn hoàn thành đúng thời hạn./.
Thái Nguyên, ngày 6 tháng 11 năm 2009
HỌC VIÊN

Trần Thị Huyền Thanh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 3 -
Phần I. MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.
Việc sử dụng thiết bị cơ giới trong thi công đóng vai trò rất quan trọng trong
việc nâng cao chất lượng công trình, đẩy nhanh tiến độ thi công, nâng cao hiệu quả
kinh tế và cải thiện điều kiện lao động của con người.
Xuất phát từ quan điểm này trong nhiều năm qua, Việt Nam đã nhập và chế
tạo thêm khá nhiều các máy xây dựng khác nhau. Theo số liệu thống kê của Tổng
cục Hải quan, tổng kim ngạch nhập khẩu máy xây dựng vào nước ta trong tháng
10/2008 đạt 13,6 triệu USD. Trong đó, nhập khẩu máy xúc đào là tăng 1,8%. Theo
thống kê ở nhiều công trình xây dựng thấy rằng khối lượng đất, đá, than, quặng …
do máy xúc đảm nhiệm chiếm trên 50% của tổng khối lượng công việc.
Trong quá trình sử dụng gầu của máy xúc đào bị mòn chốt, mòn bạc do ma
sát lẫn nhau, răng gầu mòn vì ma sát, bị hỏng vì mặt ngoài bị tác dụng của nhiệt độ
cao, một số bị biến dạng vì bị va chạm. Ngoài ra có khi do sử dụng và thao tác
không chính xác, việc chăm sóc và bảo dưỡng không chu đáo cũng làm cho gầu
chóng bị mòn và hư hỏng; có một số trường hợp do chất lượng thiết kế và chế tạo
không tốt cũng dẫn đến những hiện tượng trên. Máy móc bị mòn và hư hỏng là điều
thường xảy ra trong toàn bộ quá trình sử dụng và vận hành máy. Số lượng máy xúc
hiện nay đang sử dụng ở nước ta là rất lớn. Việc nhập khẩu những phụ tùng thay thế
nguyên chiếc là không hiệu quả về kinh tế. Vậy đề tài:
"Nghiên cứu chế tạo phục hồi gầu công dụng chung của máy xúc KOMATSU PC
220 nhằm nâng cao chất lƣợng và hiệu quả kinh tế" là rất cần thiết.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

Phân loại đánh giá các dạng hỏng của gầu xúc, phát hiện những nguyên
nhân chủ yếu, tìm ra cơ chế phá hỏng, từ đó đề xuất phương án chế tạo phục hồi.
3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU.
- Răng gầu máy xúc KOMATSU PC 220
- Chốt, bạc của gầu máy xúc KOMATSU PC 220

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 4 -
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
a.Ý nghĩa khoa học.
Nghiên cứu ứng dụng thành công phương án chế tạo phục hồi vào quá trình
cải tạo, sửa chữa chi tiết gầu máy xúc sẽ đóng góp thêm các kiến thức về công nghệ
sửa chữa chi tiết máy. Cung cấp thêm kiến thức về cơ chế mòn của chi tiết gầu
trong các máy xúc đào thi công.
b.Ý nghĩa thực tiễn.
Với các ứng dụng của nghiên cứu áp dụng cho gầu máy xúc sẽ làm quá trình
sử dụng công suất máy được triệt để nhờ cớ sẵn đồ thay thế, làm giảm công sức sửa
chữa của công nhân và mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn. Ngoài lợi ích về kinh tế,
việc tìm ra phương án chế tạo phục hồi hiệu quả còn làm tăng tuổi thọ của gầu xúc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 5 -
Phần II: NỘI DUNG
Chƣơng 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY XÖC VÀ GẦU XÖC
CÔNG DỤNG CHUNG KOMATSU PC220

1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung về các loại máy xúc thuỷ lực gầu ngƣợc
Công nghiệp chế tạo máy nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công
nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển của nó đồng hành với quá trình phát triển
của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người.
Qua phân tích tổng hợp tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam, chúng ta
có thể thấy bức tranh tổng thể và xu hướng phát triển, mua sắm các thiết bị làm đất
ở nước ta. Trong những năm gần đây, do sự đòi hỏi của nhu cầu sản xuất, số lượng
máy làm đất được chế tạo với công nghệ hiện đại được nhập vào nước ta ngày càng
nhiều [1]. Việc tìm hiểu các đặc điểm kỹ thuật và sử dụng cơ bản của chúng sẽ giúp
ích tích cực cho người sử dụng có sự phân tích, lựa chọn hợp lý khi mua sắm thiết
bị và sử dụng chúng ngày càng hiệu quả.

Ngày nay chúng ta không còn thấy các máy đào dẫn động cáp được sản xuất
bởi các hãng hàng đầu thế giới. Hầu hết các máy đào đều có hệ thống dẫn động bộ
công tác bằng thuỷ lực, trừ một số loại máy đào gầu kéo, gầu ngoặm phục vụ những
công việc đặc biệt. Đa số là máy đào có bộ di chuyển xích, máy đào bánh lốp chỉ
được chế tạo với loại công suất nhỏ, phục vụ các công trình có khối lượng nhỏ,
trong địa bàn thành phố hoặc các công việc cần di chuyển nhiều.
Do nhu cầu khác nhau của các công trình và sự đòi hỏi ngày càng cao của
các công trình xây dựng. Máy xúc được nhập vào nước ta ngày càng nhiều từ các
thị trường Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc do các hãng hàng đầu thế giới như
Caterpillar, Komatsu, Volvo,… chế tạo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 6 -

Hình 1.1 Các loại máy xúc

1.2. Giới thiệu chung về các loại gầu xúc
Ngày nay, để đáp ứng yêu cầu của những công việc và điều kiện làm việc
khác nhau, các nhà sản xuất máy xây dựng, khai thác đã chế tạo ra rất nhiều loại gầu
của các máy chất tải. Mỗi loại chỉ phù hợp với những điều kiện làm việc nhất định.
Việc lựa chọn gầu máy chất tải không phù hợp có thể làm giảm năng suất của dây
chuyển bốc xúc vận chuyển tới 30%, làm tăng chi phí vận hành từ 10% đến 20%
hoặc lớn hơn, do làm gầu nhanh mòn, thậm chí có thể làm vỡ gầu, gây ra những
thiệt hại kinh tế. Vì vậy việc lựa chọn loại gầu máy chất tải phù hợp kết hợp với các
thao tác đúng kĩ thuật của người thợ vận hành sẽ mang lại những lợi ích rõ rệt, góp
phần làm giảm chi phí đơn vị sản phẩm[1]. Ở đây sẽ tập trung vào các loại gầu của
máy đào gầu sấp – Đây là loại máy chất tải chủ yếu, chiếm khoảng 80% tổng số
máy chất tải trong thực tiễn xây dựng, khai thác tại Việt Nam.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 7 -
Để thực hiện các công việc khác nhau ở các điều kiện làm việc khác nhau,
các nhà sản xuất đã chế tạo ra nhiều loại gầu [22]. Mỗi loại phù hợp với những công
việc và điều kiện làm việc cụ thể. Hình 1.2 trình bày những loại gầu được sử dụng
khá phổ biến hiện nay.

Hình 1.2.Các loại gầu máy đào [19]
a. Gầu công dụng chung: để đào các loại đất đá có độ đặc chắc thấp, độ mài
mòn trung bình như đất màu, đất mùn, sỏi và sét. Loại gầu này có đặc điểm là:
- Kết cấu nhẹ làm giảm thời gian chất tải và tăng khả năng nâng tải;
- Có khoan trước các lỗ để bắt tấm bảo vệ thành bên khi cần;
- Dung tích gầu lớn nhất, răng gầu và các chi tiết cắt đất tiêu chuẩn.
b. Gầu làm việc chế độ làm việc nặng: dùng với các vật liệu mài mòn như
đất đá hỗn hợp, đá và sét. Loại gầu này có các đặc điểm chính sau:
- Cấu tạo chắc chắn hơn loại công dụng chung;
- Có khoan trước các lỗ để bắt tấm bảo vệ thành bên và lưỡi cắt khi cần;
- Đáy gầu và thành bên dày hơn nên bền hơn; Răng gầu và các chi tiết cắt đất
có kích thước lớn hơn để tăng độ bền và hiệu quả làm việc;
c. Gầu đào đá, chế độ làm việc nặng: dùng với các loại vật liệu có độ mài
mòn cao như đá cứng và đá gra-nít, với các đặc điểm nổi bật sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 8 -
- Các tấm chịu mòn rất dầy để kéo dài tuổi thọ của gầu ở các điều kiện làm

việc khó khăn. kết cấu gầu vững chắc hơn loại gầu chế độ nặng (b);
- Các tấm chống mòn bên kéo dài lên phía trên để bảo vệ gầu khi đào đá.
- Răng gầu và các chi tiết cắt đất có kích thước lớn hơn để tăng độ bền và
hiệu quả làm việc; Dung tích gầu tương đương loại gầu chế độ nặng.
d. Gầu chế độ làm việc rất nặng: dùng với đất đá có độ mài mòn cao, lực
cản đào lớn như với các loại đất đá hỗn hợp bền chắc, nhưng không phù hợp với
loại vật liệu kết dính như đất sét. Đặc điểm của loại gầu này là:
- Bán kính răng gầu nhỏ, khoảng cách giữa hai chốt bản lề lớn nên lực đào
rất lớn; So với loại gầu chế độ nặng, chu kì làm việc của máy ngắn hơn nhiều trong
hầu hết các điều kiện làm việc;
- Độ bền tương đương loại gầu chế độ nặng; Có khoan trước các lỗ để bắt
tấm bảo vệ thành bên và lưỡi cắt khi cần;
- Răng gầu và các chi tiết cắt đất có kích thước lớn hơn để tăng độ bền và
hiệu quả làm việc; Dung tích gầu tương đương loại gầu chế độ nặng.
e. Gầu nạo vét rãnh, kênh, mƣơng: để làm sạch các rãnh, kênh, mương, tạo
mái dốc và các công việc hoàn thiện:
- Gầu nông và kích thước gọn nên có thể hoạt động dễ dàng hơn trong các
khu vực chật hẹp; Có các lỗ thoát nước để dỡ tải dễ dàng;
- Có thể lắp các lưỡi cắt tùy chọn bằng bu-lông.
f. Các gầu có công dụng đặc biệt: khi có các nhu cầu đặc biệt, người sử
dụng có thể yêu cầu nhà sản xuất chế tạo gầu theo đơn đặt hàng. Tuy nhiên, các loại
gầu này thường có giá thành cao. Ví dụ, hình 1.2. f. là loại gầu được chế tạo để bóc
mặt đường (ripper bucket).
Các loại gầu xúc mới được thiết kế chế tạo có khả năng hoạt động cao. Một
máy đào có thể lắp các loại gầu khác nhau tuỳ theo yêu cầu công việc. Gầu thường
được chế tạo bằng thép có độ bền lớn, nên có thể vẫn đảm bảo độ bền, giảm tự
trọng của gầu để tăng khả năng chất tải. [22]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- 9 -

Hình 1.3. Gầu xúc công dụng chung
Trong nghiên cứu này, đề cập chủ yếu đến gầu công dụng chung của máy
đào thuỷ lực gầu sấp bánh xích do một trong các hãng hàng đầu thế giới Komatsu
chế tạo là loại được sử dụng phổ biến trong các hoạt động đào và vận chuyển đất tại
Việt Nam hiện nay.

2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY XÖC KOMATSU PC220.
Máy xúc gầu nghịch là loại máy đào một gầu, đào đất nơi nền đất thấp hơn
mặt bằng máy đứng. Dùng để đào móng, đào rãnh thoát nước, lắp đặt đường cấp
thoát nước, đường điện ngầm, cáp điện thoại.. Tùy từng yêu cầu công việc mà
người sử dụng có thể lắp thêm các thiết bị công tác khác nhau như : đầu cặp hay búa
phá... Dòng máy này cũng có thể thi công ở nhiều địa hình nhiều phạm vi khác
nhau, nói chung là rất linh động.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 10 -

Hình 1.4. Máy xúc Komatsu PC220 gầu ngược

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 11 -


Để hiểu rõ cấu tạo cũng như quá trình làm việc của gầu máy xúc, trước tiên
tác giả xin giới thiệu cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của máy xúc và của bộ
phận công tác như sau:

a. Cấu tạo chung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 12 -
Kết cấu của máy gồm hai phần chính: phần máy cơ sở (máy kéo xích) và
phần thiết bị công tác (thiết bị làm việc).
Phần máy cơ sở: Cơ cấu di chuyển chủ yếu di chuyển máy trong công
trường. Nếu cần di chuyển máy với cự ly lớn phải có thiết bị vận chuyển chuyên
dùng. Cơ cấu quay dùng để thay đổi vị trí của gầu trong mặt phẳng ngang trong quá
trình đào và xả đất. Trên bàn quay người ta bố trí động cơ, các bộ truyền động cho
các cơ cấu…Cabin nơi tập trung cơ cấu điều khiển toàn bộ hoạt động của máy. Đối
trọng là bộ phận cân bằng bàn quay và ổn định của máy.
Phần thiết bị công tác: Cần một đầu được lắp khớp trụ với bàn quay còn
đầu kia được lắp khớp với tay cầm. Cần được nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh duỗi
được nhờ xi lanh. Điều khiển gầu xúc nhờ xi lanh. Gầu thường được lắp thêm các
răng để làm việc ở nền đất cứng.
b. Nguyên l ý làm việc của máy xúc gầu ngƣợc Komatsu PC 220

Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy xúc gầu ngược thuỷ lực


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 13 -
1- Máy cơ sở
2 - Cần
3 - Đôi xi lanh nâng cần

4 – Xi lanh quay tay đẩy
5 – Tay đẩy
6 – Xi lanh xoay gầu
7 – Đòn bẩy
8 - Gầu
Quá trình làm việc qua các thao tác sau: Rút xi lanh 6 và xi lanh 4 để nâng và
dựng gầu; hạ cần 2 cho gầu chạm đất; đẩy xi lanh 4 để cắt đất và làm đầy gầu. Đẩy
xi lanh 3 để nâng cần và quay cần cùng gầu đến nơi dỡ tải.[2]
c. Thiết bị công tác


Hình 1.6. Liên hệ giữa con người và máy xúc




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


- 14 -



Hình 1.7. Thiết bị công tác gầu ngược [1]
1 – Khung bàn quay
2 - Buồng lái
3,4 - cần trong và cần ngoài
5,6,11 – Xi lanh thuỷ lực
7 – Tay gầu
8 – Tay đòn gầu

9 - Gầu
10 – Thanh kéo
a, b, c - Vị trí lắp thanh kéo 10
Người ta chế tạo một số gầu ngược khác nhau, nhưng các bộ phận cơ bản của
nó là cần trên máy xúc được cấu tạo từ bộ phận chính (3) và bộ phận nối dài (4), tay
gầu (7), gầu (9) và các xi lanh thuỷ lực (11), (5), (6) để nâng cần , quay tay gầu và
quay gầu.
Cần có kết cấu vững chắc, rỗng được hàn bằng thép hợp kim. Cần được lắp
khớp bản lề với khung bàn quay (1). Xi lanh thuỷ lực nâng cần (11) cũng lắp khớp
bản lề với khung bàn quay, còn cần đẩy lắp khớp bản lề với cần, khi dịch chuyển
cần đẩy của xi lanh thuỷ lực (11) thì thay đỏi góc nghiêng của cần so với bàn quay.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


15
Cần trong (3) và cần ngoài (4) liên kết với nhau bằng chốt và thanh kéo (10). Tay
gầu (7) được lắp chốt bản lề ở đầu trên của cần, nhờ xi lanh thuỷ lực (5) để điều
khiển việc co duỗi tay gầu. Gầu (9) được lắp chốt bản lề trên tay gầu (7), điều khiển
việc quay gầu nhờ xi lanh thuỷ lực (6).
3. NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH LÀM
VIỆC CỦA GẦU XÖC
Máy xúc làm việc với đối tượng đất luôn luôn thay đổi, lực cản tác dụng lên
gầu xúc cũng thay đổi liên tục theo thời gian do đất không đồng nhất, bề mặt thi
công nhấp nhô, kết cấu và trạng thái kĩ thuật của máy không ổn định…Do tất cả các
nguyên nhân đã nêu trên, các trở lực và lực kéo, lực tác dụng giữa gầu xúc và đất
thay đổi khác nhau đối với các máy xúc khác nhau.
3.1. Động học và động lực học gầu xúc [7]
* Đặt vấn đề:
Do Máy xúc phần lớn làm việc theo chu kỳ, thời gian làm việc gồm: thời

gian khởi động, thời gian làm việc ổn định, thời gian hãm và các thời gian chuyển
tiếp. Tốc độ của máy thay đổi sẽ phát sinh lực động.
Mục đích nghiên cứu động lực học là tìm quy luật chuyển động của hệ, tức là
xác định các quy luật biến thiên của độ dịch chuyển, vận tốc, gia tốc theo thời
gian. Từ đó, xác định các lực động, nghiên cứu, xem xét ảnh hưởng của các lực
động đến máy, bộ phận máy và tìm cách sử dụng chúng một cách hợp lý hoặc giảm
bớt, hạn chế tác hại của chúng.
Bài toán động lực học nghiên cứu, tính toán ảnh hưởng của các tải trọng
động phát sinh trong quá trình máy làm việc đến các chi tiết, cụm chi tiết, các bộ
máy, đến kết cấu thép, móng máy… để tính bền, tính mỏi, xác định tuổi thọ, tính ổn
định theo quan điểm động lực học… Các nghiên cứu này có xu hướng muốn làm
giảm ảnh hưởng xấu của tải động.
Đối với máy xúc, nếu gọi X là quãng đường di chuyển theo phương ngang, A
là hệ số đặc trưng cho sự thay đổi của lực cản từ đất (cường độ biến đổi trở lực cản)
tác dụng lên gầu thì:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


16
x
k
d
dF
A 



1
0

x
x
k
AdxF
1
0
x
x
k
dxAF 

(Nếu A không phụ thuộc vào x)
Và: F
k
= A (x
1
– x
0
) = A.x
Trong đó: F
k
- lực cản từ đất tác dụng lên gầu xúc
+ Phương trình chuyển động như sau:
1r
2
r
FF)xT(xm
r
I













(1 – 1)
Trong đó:
I
r
- Mô men quán tính quy dẫn của tất cả các chi tiết máy quay về trục
của bánh chủ động
T - Lực kéo, là hàm của vận tốc
F
r
- Lực cản di chuyển
F
1
- Lực cản do biến dạng của nền
r – Bán kính quy dẫn
m - Khối lượng của máy
+ Nếu coi máy như hệ 1 khối lượng, phương trình chuyển động có thể viết
dưới dạng sau :
F
h

– F
e
– m
r
.
x

= 0 (1 – 2)
Với : F
h
- Lực chủ động
F
e
- Các lực cản
m
r
- Khối lượng quy dẫn của máy
+ Nếu coi lực bám là lực tới hạn của lực kéo để đảm bảo máy làm việc
không bị trượt thì phương trình chuyển động (1 - 2) có thể viết dưới dạng khác :
0xm.FT
e



(1 – 3)
Với T

- Lực bám của máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
3.1.1.Khảo sát sơ đồ máy xúc nhƣ một hệ thống khối lƣợng quy kết có độ bám
tốt.
* Mục đích của việc nghiên cứu, khảo sát động lực học của máy xúc như một
hệ thống khối lượng quy kết có độ bảm tốt là viết được phương trình dịch chuyển,
vận tốc, gia tốc của hệ quy kết theo phương trình Lagrange loại II từ đó tìm ra được
những yếu tố ảnh hưởng tới lực cản tác dụng lên gầu trong quá trình làm việc của
gầu để tìm cách giảm lực cản tác dụng lên gầu.
Nếu trị số tuyệt đối của độ cứng kết cấu máy lớn hơn hệ số đặc trưng cho sự
thay đổi lực cản, thì chúng ta có thể coi máy xúc đất như một khối lượng m
r
chuyển
động.
Sơ đồ khảo sát như sau :




Hình 1.8 Sơ đồ máy xúc - vận chuyển đất như một khối lượng quy kết,
máy có độ bám tốt.
a) Trước khi gặp vật cản b) Sau khi gặp vật cản

Phương trình chuyển động khi máy gặp vật cản, độ bám tốt như sau :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


18

0
dt
xd
mFF
2
2
reh

(1-4)
Với : F
h
= F
f
; v = v
0

Trong đó :
F
h
- Lực kéo
F
f
- Lực cản di chuyển
F
k
- Lực cản từ đất tác dụng lên gầu
v - Vận tốc máy
v
0
- Vận tốc ban đầu

Tổng lực cản F
e
xác định như sau :
F
e
= F
f
+ Ax

= F
f
+ F
k
(x) (1-5)
Trong trường hợp tổng quát khi máy di chuyển trên nền có độ dốc thì:
F
f
= f .G.cos  G. sin
Với: G - Trọng lượng máy
 - Độ dốc của nền
F - Hệ số cản di chuyển
Lực tác động lớn nhất khi:
F
f
= f. G.cos - G.sin
Khi: f.G.cos = G.sin thì: F
f
= 0
Từ đồ thị đường đặc tính của động cơ, chúng ta có công thức tính lực kéo F
h

tại một thời điểm bất kỳ khi máy đang làm việc với vận tốc ổn định v (trong đoạn v
n

– v
0
)
Với: T
n
, v
n
- Lực léo và vận tốc tại thời điểm bắt đầu giai đoạn làm việc ổn
định;
v
0
- Vận tốc đồng bộ





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


19

Hình 1.9. Đường đặc tính cơ của máy

v)(v
vv
T
TF
0
n0
n
h



(1-6)
Thay công thức (5), (6) vào biểu thức (4) và biến đổi chúng ta có:
0
dt
xd
mA.xFv)(v
)v(v
T
2
2
rf0
n0

n



Hay:
0
dt
xd
mA.xFv
)v(v
T
v
)v(v
T
2
2
rf
n0
n
0
n0
n





Chuyển vế phương trình trên và chú ý
dt
dx

v 
ta có:
f0
n0
n
n0
n
2
2
r
Fv
)v(v
T
A.x
dt
dx
.
)v(v
T
dt
xd
m 





Chia 2 vế cho m
r
ta có:

r
f
0
rn0
n
rrn0
n
2
2
m
F
v
).mv(v
T
.x
m
A
dt
dx
.
).mv(v
T
dt
xd






Đặt
rn0
n
).mv(v
T
G


và
r
f
0
m
F
G.vD 
phương trình trên trở thành:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


20
D.x
m
A
dt
dx
G.
dt
xd
r

2

(1-7)
Phương trình (1-7) chính là phương trình vi phân cấp hai tuyến tính, hệ số
hằng. Nghiệm của phương trình có dạng quen biết:
A
D.m
.eN.eNx
r
tα
2
tα
1
21


Với : (N
1
, N
2
là các hằng số)
Để xác định các hằng số chúng ta sử dụng điều kiện biên:
t = t
0
; x = 0 và
dt
dx
V
k


Chúng ta có công thức xác định chuyển dịch, vận tốc, gia tốc như sau :
+ Chuyển dịch :
A
D.m
.e
r
A
D.m
.αV
.e
r
A
D.m
.αV
x
r
.tα
r
1k
.tα
r
2k
21






+ Vận tốc :
.tα
2k
.tα
1tk
21
.e
r
D.αV
.e
r
.D.αV
v



+ Gia tốc :
.tα
2
2k
.tα
1
1tk
21
e.α
r
D.αV
e.α
r
.D.αV

a



Lực tác dụng lên gầu :
F
k
= A.x hoặc F
k
= T – F
f
– m
r
.a ; (a – Gia tốc)
Đối với cát và bùn : A = 1.10
3
kg/m
2
Đối với đá vôi : A = 2.10
3
kg/m
2
Đối với đá cục Granit : A = 4.10
3
kg/m
2


* Nhận xét:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


21
Khi gầu xúc làm việc trong môi trường đá cục granit có hệ số A lớn nhất, khi
đó lực cản tác động lên gầu là lớn hơn cả, vì vậy lưỡi gầu sẽ mòn nhiều hơn.

3.1.2.Khảo sát sơ đồ máy xúc nhƣ một hệ một khối lƣợng quy kết bị trƣợt hoàn
toàn (độ bào đạt trị số giới hạn)
* Mục đích của nghiên cứu này là tìm ra quy luật trượt của bộ công tác ở
cuối giai đoạn đào đất để có cách giảm lực trượt để tạo thuận lợi cho bộ công tác
máy ăn sâu vào lòng đất dễ dàng hơn mục đích cuối cùng là làm giảm tải trọng tác
dụng lên máy để giảm mòn.
Trên hình 1.10 thể hiện mô hình khảo sát máy xúc như một khối lượng quy
kết bị trượt. Khối lượng quy kết m
r
của máy có thể chia làm 2 phần. Phần trên gồm
khối lương quy kết của các phần quay động cơ và hệ thống truyền động gồm cả các
bộ phận của bộ máy di chuyển, ký hiệu (m
r
– m). Phần dưới là khối lượng còn lại.
Điều kiện xảy ra trượt : F
h
– (m
r
– m).

Tx 

(1-8)

Hình 1.11 : Sơ đồ máy xúc như một khối lượng quy kết bị trượt
(độ bám đạt trị số tới hạn)
Lúc này, do lực chủ động và lực quán tính tăng lên và bằng lực bám, hệ
thống sẽ trượt hoàn toàn.
Trong trường hợp, khi hệ số bám  tuy còn lớn hơn nhưng vẫn có khả năng
trượt vì bộ công tác cắt sâu vào lòng đất và phát sinh ra gia tốc âm (gia tốc chậm
dần) có giá trị lớn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


22
Phương trình chuyển động:
0FxmT
e



(1-9)
Khi bắt đầu trượt ở thời điểm này chúng ta có các quan hệ sau:

k0r
m.aA.xFT 
(1-10)
Lực cản :
AxA.xFF
0re


Thay các kết quả (7-10) vào phương trình (7-9) chúng ta có:

k
m.aAxxm. 

(1-11)
Với: a
k
- Gia tốc của máy khi bắt đầu trượt
Nghiệm của phương trình vi phân có dạng:
A
ma
.t
m
A
cosN.t
m
A
sinNx
k
43



Từ điều kiện biên t = 0; x = 0 và V = V
k
(Với V
k
là vận tốc của máy khi bắt
đầu trượt) xác định được trị số của các hằng số N

3
và N
4
.
m
A
VN
k3


;
A
ma
N
k
4



Từ đó, chúng ta có công thức xác định dịch chuyển, vận tốc, gia tốc như sau:
+ Dịch chuyển :
A
ma
.t
m
A
.cos
A
m.a
-.t

m
A
.sin
m
A
.Vx
kk
k




+ Vận tốc :
.t
m
A
.sin
m
A
.a .t
m
A
.cosVV
kk



+ Gia tốc :
.t
m

A
.cosa .t
m
A
.sin
m
A
.Va
kk



Tải trọng tác dụng lên bộ công tác :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


23
rkk
FA.m.VTF 

(1-12)
Trong trường hợp di chuyển lên dốc :
A.m.VG.sinαf.G.cosα.GF
ktk


(1-13)
Với : G
t

- Trọng lượng bám của máy.
3.1.3. Khảo sát sơ đồ máy đào – vận chuyển đất nhƣ hệ một khối lƣợng có kể
đến biến dạng của kết cấu thép máy khi va vấp.
* Mục đích của nghiên cứu này
Trong quá trình máy làm việc, có thể xảy ra trường hợp máy va vấp vào các
vật thể có độ cứng lớn khi đối tượng công tác không đồng nhất. Lúc này tải trọng
động và lực tác dụng lên bộ công tác của máy sẽ có giá trị rất lớn, lực kéo T do
động cơ của máy phát triển sẽ đạt tới giá trị của lực bám T

trong thời gian ngắn vì
lực quán tính tăng lên nhanh chóng. Độ cứng của kết cấu thép máy và bộ di chuyển
có vai trò quan trọng khi máy va vấp vào vật thể.
Nếu bỏ qua khối lượng của bộ công tác và của kết cấu thép máy, mô hình
khảo sát của máy thể hiện ở hình 1.12.