Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật cơ khí tính toán thiết kế cải tiến bộ công tác máy đào gầu nghịch PC200 của KOMATSU

Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
1

Ngành: Kỹ thuật

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH VÀ MÁY ĐÀO PC
200 CỦA KOMATSU...............................................................................................5
1.1. Máy đào gầu nghịch và tình hình sử dụng ở Việt nam....................................5
1.1.1. Máy đào gầu nghịch........................................................................................5
1.1.2. Tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam..................................................10
1.2. Tìm hiểu về máy đào PC200........................................................................12
1.2.1. Giới thiệu về máy đào PC200 của Nhật.........................................................12
1.2.2. Một số đặc điểm chính của máy đào Komatsu PC200...................................14
1.2.2.1. Kích thước của máy....................................................................................14
1.2.2.2. Các kích thước chính của bộ công tác.......................................................16
1.2.2.3. Các thông số của động cơ diezel máy đào PC200:.....................................18
1.2.3. Tính các vị trí ổn định của máy cơ sở............................................................19
1.2.3.1. Vị trí thứ nhất.............................................................................................19
1.2.3.2. Vị trí thứ hai...............................................................................................21
1.2.3.3. Vị trí thứ ba................................................................................................23
1.2.3.3. Vị trí thứ tư.................................................................................................23
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BỘ CÔNG TÁC VỚI DUNG TÍCH GẦU 0,6M3.......26
2.1 Xác định thông số hình học của toàn tay gầu mới........................................26
2.2. Tính toán thiết kế gầu..................................................................................29
2.2.1. Kích thước cơ bản của gầu, với dung tích gầu q= 0,6 m3..............................29
2.2.2. Xác định các lực tác dụng lên gầu khi đào.....................................................31

2.2.3. Tính bền gầu..................................................................................................34
2.2.4. Kiểm tra gẫy gầu tại một tiết diện khi răng gầu gặp lực cản lớn nhất............40
2.2.5. Tính bền răng gầu..........................................................................................41
2.3. Tính toán thiết kế tay gầu.............................................................................43
2.2.1. Xác định kích thước, khối lượng và các thông số hình học của tay gầu........43
2.2.1.1.Tính kích thước...........................................................................................44
2.2.1.2.Xác định điểm đặt của chân xilanh gầu.......................................................49

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
2

Ngành: Kỹ thuật

2.2.1.3. Xác định kích thước của các thanh chống nối giữa tay gầu, gầu và xi lanh
gầu........................................................................................................................... 49
2.2.2. Tính bền tay gầu............................................................................................50
2.2.2.1. Vị trí tính toán thứ nhất..............................................................................50
2.2.2.2. Vị trí tính toán thứ hai................................................................................60
2.3. Kiểm tra khả năng làm việc của cần.............................................................64
2.3.1. Vị trí thứ nhất:...............................................................................................64

2.3.1.Vị trí thứ hai...................................................................................................69
2.4. Tính bền chốt...............................................................................................72
2.4.1.Tính bền chốt giữa cần và tay gầu..................................................................72
2.4.2. Tính bền chốt giữa gầu và tay gầu.................................................................75
2.5. Kiểm tra ổn định của máy sau khi lắp bộ công tác mới................................76
2.5.1. Vị trí thứ nhất................................................................................................76
2.5.2. Vị trí thứ hai..................................................................................................78
2.5.3. Vị trí thứ ba...................................................................................................79
2.5.4. Vị trí thứ tư....................................................................................................79
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THUỶ LỰC DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC................81
3.1. Xác định các lực tác dụng lên các xilanh......................................................81
3.1.1. Sơ đồ động học xác định khoang đào của máy..............................................81
3.1.2. Tính toán lực tác dụng lên xilanh gầu:...........................................................82
3.1.2. Tính toán lực tác dụng lên xilanh tay gầu:.....................................................84
3.1.4. Tính toán lực tác dụng lên xilanh cần............................................................85
3.2. Tính chọn xilanh thuỷ lực:............................................................................87
3.2.1.Tính chọn xilanh gầu:.....................................................................................88
3.2.2. Tính chọn xilanh tay gầu cố định...................................................................88
3.2.3. Tính chọn xilanh tay gầu di động..................................................................89
3.2.4. Tính chọn xilanh cần.....................................................................................89
3.3. Hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác....................................................90
3.3.1.Nguyên lý làm việc của hệ thống thuỷ lực......................................................90
3.3.2. Các bộ phận điều khiển chính........................................................................90
3.3.2.1.Van điều khiển chính: PC............................................................................91
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp

Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
3

Ngành: Kỹ thuật

3.3.2.2.Van LS.........................................................................................................93
3.3.2.3.Van điêù khiển PPC.....................................................................................94
3.3.3. Quá trình điều khiển làm việc........................................................................95
Đối với các loại máy đào ngày nay việc ứng dụng của thuỷ lực rât lớn cho nên hầu
hết các cơ cấu chấp hành luôn được điều khiển bằng thuỷ lực với các ưu điểm sau
:làm việc nhẹ nhang điều khiển dễ và các chi tiết nhỏ gọn mà cho hiệu quả làm việc
cao hơn so với cách điều khiển khác.......................................................................95
3.3.3.1. Nguyên lý làm việc của xilanh gầu.............................................................96
3.3.3.2. Nguyên lý làm việc của xilanh cần.............................................................96
3.3.3.3. Nguyên lý làm việc của xilanh tay gầu:....................................................101
3.3.3.3. Nguyên lý làm việc của xilanh tay gầu di động :......................................101
3.3.4. Các quá trình kết hợp...................................................................................102
3.3.4.1. Tay gầu co vào, cần được nâng lên (ở cuối quá trình đào, gầu được nâng ra
khỏi hố đào)...........................................................................................................102
3.3.4.2. Cần nâng lên đồng thời động cơ quay làm việc ( quay gầu về vị trí đổ đất ).
..............................................................................................................................103
3.3.4.4. Bộ di chuyển và tay gầu cùng làm việc....................................................106
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................110

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường

Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
4

Ngành: Kỹ thuật

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất
nước việc cơ giới hoá trong các công trình xây dung cơ bản là rất quan trọng và
ngày càng diển ra mạnh mẽ. Cơ giới hoá rút ngắn thời gian thi công, giảm nhân lực
và mang lại hiệu quả công việc rất cao.Trong các công trình xây dựng nói chung và
thuỷ lợi nói riêng công tác đất chiếm phần lớn công việc, cơ gới hoá công tác đất
cũng đang diễn ra với tốc độ cao trong đó máy đào giữ vai trò chủ đạo. Công việc
chủ yếu của máy đào là đào và vận chuyển đất, đó khâu đầu tiên trong dây chuyền
thi công. Nếu máy đào làm việc hiệu quả thì năng suất tổ máy tăng và ngược lại nếu
máy đào làm việc kém hiệu quả thì dẩn đến năng suất tổ máy giảm, điều này làm
giảm tiến độ thi công.
Trên thực tế các chủng loại máy đào được sử dụng trong các công trình xây
dựng là rất phong phú và đa dạng, các loại máy đào được nhập từ các nước tư bản
trên thế giới với nhiều chủng loại kích thước và các tính năng ưu việt khác nhau.
Tuy nhiên trong quá trình sử dụng máy do không nắm vững các kỷ thuật vận hành,
bảo dưỡng và sữa chữa nên không thể tránh khỏi sự hỏng hóc các hệ thống, các bộ

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
5

Ngành: Kỹ thuật

phận. Bộ công tác của máy đào cũng không tránh khỏi vấn đề này do điều kiện làm
việc khắc nhiệt tiếp xúc với đất bùn, chịu ma sát và sự va đập.
Bộ công tác nếu nhập ngoại thì rất đắt, do đó nghiên cứu thiết kế bộ công tác
sẽ đem lại lợi nhuận về kinh tế rất nhiều. Mặt khác đối với điều kiện của đất nước ta
hầu hết thi công các công trình nhỏ và vừa nhưng đôi khi với những loại đất nhẹ ta
cần sử dụng bộ công tác có dung tích gầu lớn để tăng năng suất cũng có trường hợp
do điều kiện địa hình di chuyển khó khăn nên ta không thể cho máy đào tiến lại gần
được vì vây đòi hỏi máy có tầm vươn xa để đào và vận chuyển đất một cách dễ
dàng còn khi ta đào các loại đất rắn thì lực cản cắt lớn yêu cầu phải có môn men lớn
vì vậy cánh tay đòn phải ngắn lại . Do đó cần có các máy đào có dung tích lớn mới
có thể phù hợp. Mặc dù đất nước ta công nghệ chế tạo, các vật liệu không bằng các
nước tư bản, tuy nhiên thiết kế bộ công tác không yêu cầu độ chính cao như chế tạo
cơ khí chính xác và vật liệu cũng không đòi hỏi quá cao. Do đó việc tiến hành thiết
kế chế tạo bộ công tác là hoàn toàn có thể.Chính vì các lý do này mà việc nghiên

cứu thiết kế chế tạo bộ công tác là rất cần thiết. Do đó em đã được giao đề tài đồ án
tốt nghiệp: "Tính toán thiết kế cải tiến bộ công tác máy đào gầu nghịch PC200
của KOMATSU " với dung tích gầu 0,6 m3.
Nội dung thuyết minh đồ án được tiến hành với trình tự sau:
* Chương 1: Tổng quan về máy đào gầu nghịch và máy đào PC200.
* Chương 2: Tính toán thiết kế bộ công tác có dung tích gầu q= 0,6 m 3.
* Chương 3: Hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác.
* Kết luận và những kiến nghị
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH VÀ MÁY ĐÀO
PC 200 CỦA KOMATSU
1.1. Máy đào gầu nghịch và tình hình sử dụng ở Việt nam.
1.1.1. Máy đào gầu nghịch.
Nhìn chung công nghiệp chế tạo máy xây dựng so với nền công nghiệp chế tạo
máy thì còn non trẻ, thực tế máy làm đất ra đời từ thế kỷ thứ XIX, khi xuất hiện và
dùng rộng rãi máy hơi nước.
Năm 1836 máy đào hơi nước đầu tiên có dung tích gầu q = 1,14 (m 3)ra đời, động
cơ hơi nước kiểu đứng, công suất 15 (mã lực), áp suất hơi nước 0,5 (Mpa). Máy đào
có 3 cơ cấu chính: nâng hạ gầu, quay cần, co duỗi tay đẩy. Năng suất của máy đào
từ 30 – 80 (m3/h) nhỏ hơn 1,5- 2 lần năng suất máy đào hiện nay có cùng dung tích
nhưng khối lượng nặng hơn nhiều.

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


ỏn tt nghip
C Khớ

Trang
6

Ngnh: K thut

Nm 1842 mt k s ngi Nga: P.P. Melnikov ó chng minh mỏy o u tiờn
ú cú th thay th cho 150 ngi v ụng ó mua 4 chic mỏy t M. Nh vy giai
on u phỏt trin mỏy lm t dn ng bng sc ngi, sc nga, ng c giú,
ng c hi nc kộo di n th k XIX.
Tri qua nhiu giai on phỏt trin, cỏc loi mỏy xõy dng núi chung v mỏy o
núi riờng ó cú nhng thay i rt nhiu theo hng hin i v tin dng hn. Cỏc
loi mỏy o ngy nay cú cu to hin i nhm giỳp ngi iu khin vn hnh
mỏy c d dng hn nng sut o p c nõng cao.
Cu to ca mỏy o gu sp (gu nghch) cú b di chuyn xớch bao gm cỏc b
phn chớnh c th hin trong hỡnh:

5

4

2

6

3
7

8
1

Hình1-1 :Cấu tạo chung máy đào xích, thuỷ lực gầu sấp:
1- Xích di chuyển, 2- Máy cơ sở, 3- Cần, 4- Xi lanh nâng cần, 5- Xi lanh tay
gầu,
6- Tay gầu, 7- Xi lanh quay gầu, 8- Gầu.

Gvhd : PGS.TS Nguyn ng Cng
Svth : Phựng Vn Ngc
45M

Lp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
7

Ngành: Kỹ thuật

Loại này đào đất thấp hơn mặt bằng máy đứng. Có thể dùng để đào kênh mương
rãnh đặt đường ống, nạo vét cửa cống, đào giao thông hào, hố móng, khai thác vật
liệu,...
Xilanh 4 nâng cần đảm bảo độ nghiêng thích hợp, co xilanh 5 thực hiện việc duỗi
gầu, kết hợp hạ cần bằng xilanh 4 để đặt gầu vào vị trí cắt đất.
Duỗi xilanh 4, nâng gầu, thực hiện việc cắt đất.
Khi gầu đầy đất, cũng là lúc gầu lên tới miệng hố đào, kết hợp các xilanh 4 và 5
nâng gầu lên đến một độ cao nào đó, kết hợp quay đến vị trí đổ.
Thu các xilanh 5 và 7, quay gầu duỗi ra đất được đổ qua miệng gầu.

Ngày nay máy đào truyền động cáp còn lại rất ít. 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
ngoạm 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 tính năng linh hoạt, máy đào gầu sấp được sử dụng rộng rãi hơn, với dung tích
gầu từ 0,18 ÷ 27,5(m3) tương ứng với công suất động cơ dẫn động từ 54 ÷ 1470
(mã lực) và trọng lượng từ 7 ÷ 317 (T). Nhìn chung, các loại máy đào gầu sấp hiện
đại có các đặc điểm chủ yếu sau:
Buồng lái rộng rãi, yên tĩnh, có tầm nhìn bao quát và được trang bị điều hoà nhiệt
độ làm giảm những mệt mỏi đối với người lái. Các đệm giảm chấn ngăn các chấn
động phát sinh từ hệ thống truyền lực tới ca bin.
Tính năng hoạt động cao: Hệ thống điều khiển đảm bảo việc điều khiển nhẹ nhàng,
chính xác và thuận tiện, lực đào của tay gầu, gầu và khả năng nâng cũng lớn hơn.
Việc bảo dưỡng sửa chữa có thể thực hiện dễ dàng, thuận tiện, nhiều công việc có
thể đứng ngay dưới đất để thực hiện. Việc chẩn đoán các hư hỏng nhờ hệ thống
kiểm soát điện tử làm giảm thời gian ngừng máy, tăng năng suất máy, giảm chi phí
bảo dưỡng, sửa chữa.
Hệ thống kiểm soát điện tử: Hệ thống điều khiển công suất bằng điện tử có thể cho
máy làm việc với chế độ công suất khác nhau (100%, 90%, 80%) tuỳ theo điều kiện
làm việc nặng, trung bình hay nhẹ, giúp tiết kiệm nhiên liệu đảm bảo quá trình hoạt
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp

Cơ Khí

Trang
8

Ngành: Kỹ thuật

động của máy êm dịu và có hiệu suất cao, ưu tiên dồn công suất thuỷ lực cho các cơ
cấu hoạt động cần ưu tiên ở mỗi trường hợp cụ thể làm tăng khả năng hoạt động
nhờ việc duy trì sự cân bằng tối ưu giữa tốc độ động cơ và yêu cầu thuỷ lực trong
suốt thời gian máy hoạt động. Tình trạng kĩ thuật của máy được thể hiện trên bảng
báo, có các tín hiệu báo động cần thiết, giúp người vận hành có thể kịp thời khắc
phục được các hỏng hóc có thể xảy ra.
Hệ thống thuỷ lực: Các hệ thống thuỷ lực được cải tiến có áp suất cao hơn, làm
tăng lực dẫn động từ các xi lanh tới cần, tay gầu và gầu. Khi lực dẫn động tăng,
khối lượng vật liệu được đào sẽ tăng lên, khả năng nâng của máy lớn hơn và thời
gian chu kì làm việc của máy giảm, làm tăng năng suất máy.
Động cơ: Thường được trang bị tuabin tăng áp, làm mát sau để đảm bảo cháy
hết nhiên liệu. Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cho từng vòi phun, bơm cao áp
riêng cho từng xi lanh. Động cơ có bộ điều khiển tự động cho phép người lái tác
động bằng các nút bấm, điều khiển tốc độ động cơ ở ba mức, phù hợp với tải trọng
ngoài, đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu. Các động cơ được chế tạo với mức độ ô
nhiễm môi trường thấp, thoả mãn các tiêu chuẩn nêu trong các điều luật về bảo vệ
môi trường của tổ chức bảo vệ môi trường thế giới.
Hệ thống gầm và kết cấu khung: Hệ thống gầm có độ ổn định cao và ít cần bảo
dưỡng. Khung con lăn đỡ xích hoạt động êm và dễ làm sạch. Kết cấu máy có độ bền
lớn, tuổi thọ cao.

Hình 1-2 : khung máy
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường

Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
9

Ngành: Kỹ thuật

Cần và tay gầu: Cần và tay gầu được thiết kế có dạng không tập trung ứng suất.
Một máy đào có thể lắp các cần và tay gầu có kích thước khác nhau. Nếu lắp các
cần và tay gầu dài thì tầm hoạt động sẽ lớn hơn nhưng dung tích gầu và lực đào
nhỏ. Nếu lắp cần và tay gầu ngắn thì tình hình sẽ ngược lại.

Hình 1-3 : Cần và tay gầu của máy đào gầu nghịch
Gầu: 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 công
dụng chung, gầu làm việc với chế độ nặng nhọc, gầu đào đá, gầu xới đá và gầu làm
sạch. Việc sử dụng loại gầu không phù hợp trong thực tế có thể làm giảm năng suất
từ 30 ÷ 40%. Gầu thường được chế tạo bằng thép có độ bền lớn, nên tự trọng giảm
mà vẫn đảm bảo độ bền của gầu để tăng khả năng chất tải.

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


ỏn tt nghip
C Khớ

Trang
10

Ngnh: K thut

Hỡnh 1-4: Cỏc loi gu ca mỏy o gu nghch.
Xớch di chuyn: xớch ca mỏy o cú chc nng di chuyn, phõn b trng lng
ca mỏy xung nn t.

6

5

4

3

2

1

1.1.2.

Hình 1-5. Hệ thống di chuyển xích, có bánh sao chủ
động thông thờng: 1-Xích, 2- Bánh dẫn hớng, 3- Thiết
bị căng xích, 4- Con lăn

hỡnh s
mỏy lm

Tỡnh
dng

đè xích, 5- Con lăn đỡ, 6- Bánh sao chủ động.

t

Vit Nam.
Vit Nam, vo nhng nm 60 ca th k trc, min Bc ó nhp cỏc loi
mỏy lm t m ch yu l mỏy o xõy dng cỏc cụng trỡnh thu li, thu in,
giao thụng, khai thỏc m. Trong giai on ny cụng vic xõy dng li t nc bt
u phỏt trin, do ú cụng vic bc xỳc vt liu vi khi lng ln ũi hi phi c
gii hoỏ. Nhng nm sau ú l xõy dng cỏc cụng trỡnh giao thụng phc v cho vic
chi vic chin trng min Nam. Cỏc mỏy múc trong thi k ny ch yu l do Liờn
Xụ v Trung Quc ti tr, cng nh mt s nc XHCN khỏc.
Nhng thp k tip theo, tỡnh hỡnh s dng mỏy lm t Vit Nam cú nhiu
thay i, s lng v chng loi tng lờn ỏng k nhm ỏp ng cụng vic xõy dng
cỏc cụng trỡnh thu li, thu in cú qui mụ ngy cng ln nh thu in Sụng
v cỏc cụng trỡnh khai thỏc m Qung Ninh. Sau ngy t nc thng nht, cỏc
mỏy lm t ca cỏc nc t bn nh: Nht, ý, Thy in, Phỏp bt u cú mt
nc ta. Vớ d: nh cỏc loi mỏy do Volvo, Komatsu, Kobelco, Hitachi, Fiat ch to
c nhp vo nc ta thi cụng cỏc cụng trỡnh nh nh mỏy ximng Hong
Thch, h thu li Du Ting, Thu in Tr An, v cỏc cụng vic bc xỳc trong

Gvhd : PGS.TS Nguyn ng Cng
Svth : Phựng Vn Ngc
45M

Lp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
11

Ngành: Kỹ thuật

khai thác mỏ lộ thiên ở Quảng Ninh. Tuy máy móc của các nước tư bản chế tạo hoạt
động có hiệu quả hơn nhưng do giá thành đầu tư ban đầu lớn nên thời kỳ này nhiều
máy móc của các nước XHCN cũ vẫn được sử dụng rộng rãi.
Đến những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước, cùng với công cuộc đổi mới
đất nước, tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam được cải thiện. Các công trình
có qui mô lớn, chất lượng đòi hỏi cao, thời gian xây dựng dài người ta đã sử dụng
các tổ máy đồng bộ, hiện đại. Trong khi đó ở các công trình nhỏ, thời gian xây dựng
ngắn vẫn phải dựa trên cơ sở máy móc hiện có của các cơ sở xây dựng và chỉ đầu tư
thêm một số thiết bị lẻ để thi công.
Do chính sách mở cửa, dưới sức ép của nền kinh tế thị trường và chất lượng
công trình đòi hỏi cao, thời gian thi công rút ngắn nên máy làm đất được nhập vào
nước ta cũng dần được nâng cao về chất. Người ta đã tính đến hiệu quả thực tế cuối
cùng của một thiết bị mang lại chứ không còn quá quan tâm đến giá đầu tư ban đầu,
bởi vì thực sự thì giá đầu tư ban đầu theo kinh nghiệm chỉ chiếm khoảng 25% tổng
chi phí cho cả đời máy (Caterpillar Annual Report – 1999 ). Hiệu quả của thiết bị

phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, chế độ hỗ trợ sản phẩm của nhà cung cấp thiết bị,
năng suất, độ bền của máy móc, hiệu quả sử dụng nhiên liệu, trình độ sử dụng,…
Về suất tiêu hao nhiên liệu, trước đây người sử dụng chỉ quan tâm đến suất tiêu hao
nhiên liệu (kg/mã lực.giờ ), cách tính này không phản ánh được hiệu quả thực tế của
máy. Ngày nay người ta đã dùng một thông số so sánh có ý nghĩa thực tế hơn, đó là
khối lượng công việc thực hiện được khi tiêu hao một đơn vị nhiên liệu (gọi là hiệu
quả tiêu hao nhiên liệu).
Qua phân tích tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam, có thể thấy bức tranh
tổng thể của hoạt động này, xu hướng phát triển và nhu cầu máy xây dựng cũng như
máy làm đất ở nước ta ngày càng tăng. Trong những năm gần đây, do sự đòi hỏi của
sản xuất, số lượng máy xây dựng được chế tạo với công nghệ hiện đại được nhập
vào nước ta ngày càng nhiều với sự đa dạng về chủng loại, kích cỡ. Ngành công
nghiệp chế tạo máy Việt Nam cũng phải phấn đấu để có thương hiệu máy xây dựng
của riêng mình, muốn đạt được điều này đòi hỏi phải có sự nỗ lực của rất nhiều
phía: cơ chế chính sách của nhà nước, vốn đầu tư, và đặc biệt là đội ngũ trí thức trẻ,
các cán bộ kỹ thuật.
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
12

Ngành: Kỹ thuật

Hình 1.6 Một số hình ảnh về cải tiến bộ công tác máy đào
1.2. Tìm hiểu về máy đào PC200
1.2.1. Giới thiệu về máy đào PC200 của Nhật.
Komatsu là một tập đoàn chuyên sản xuất máy xây dựng có uy tín trên thế giới
đặc biệt là các loại máy làm công tác đất. Được xây dựng từ năm 1921 dựa trên
những kinh nghiệm tích luỹ từ trước nên Komatsu đáp ứng được những yêu cầu cao
về công nghệ và tính kinh tế. Là một công ty của Nhật nên Komatsu hiểu rõ những
tính chất về địa lý, địa chất cũng như môi trường của các nước Châu á, do đó các
loại máy do Komatsu chế tạo rất phù hợp với điều kiện sử dụng và bảo quản ở các
nước Châu á nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Trong các loại máy của Komatsu
được sử dụng ở Việt Nam ta thấy chủ yếu là các dòng máy PC trong đó PC200 được
sử dụng rất rộng rãi, do có kích thước phù hợp đồng thời giá thành mua vào của
máy không quá cao nên PC 200 được sử dụng nhiều ở Việt Nam .
Do PC200 được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam nên việc sửa chữa, hoặc thay thế
những phần hư hỏng của máy nếu được thực hiện bằng các cơ sở trong nước thì giá
thành sẽ giảm đi đáng kể.
Hình 1-7: Một số hình ảnh về loại máy đào PC200:

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường

Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Trang
13

Ngành: Kỹ thuật

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
14

Ngành: Kỹ thuật

1.2.2. Một số đặc điểm chính của máy đào Komatsu PC200.
1.2.2.1. Kích thước của máy.
* Kích thước cơ bản.

Hình 1-8 : Kích thước cơ bản của máy Komatsu PC200.
- Trong đó:
Chiều dài tổng thể của máy khi hạ cần và co tay gầu để di chuyển:
A = 9495 (mm);
B = 5700 (mm);
Chiều cao tổng thể:
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường

Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

C = 3190 (mm);
Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
15

Ngành: Kỹ thuật

Chiều rộng tổng thể:

D = 2800 (mm);

Chiều cao kể cả cabin:

E = 3000 (mm);

Chiều cao từ mặt đất đến đáy thùng máy: F = 1085 (mm);
Chiều cao gầm máy:

G = 440 (mm);

Khoảng cách tâm quay đến đuôi máy:

H = 2750 (mm);

Khoảng cách hai bánh sao:

I = 3270 (mm);

Chiều dài bộ di chuyển:

J = 4080 (mm);

Khoảng cách hai tâm dải xích:

K = 2200 (mm);

* Kích thước làm việc ( khoang đào ).

Hình1 - 9 : Kích thước làm việc của máy đào Komatsu PC200.
- Trong đó:
Chiều cao đào lớn nhất tính đến răng gầu:

A = 9875 (mm)

Chiều cao đào mang tải lớn nhất tính đến răng gầu: B = 6620 (mm)
Chiều sâu đào lớn nhất:

C = 6620 (mm)

Chiều sâu đổ lớn nhất:

D = 5980 (mm)

Chiều cao đổ nhỏ nhất:

E = 7110 (mm)

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
16

Ngành: Kỹ thuật

Tầm vươn đào lớn nhất:

F = 1000 (mm)

Tầm vươn ngang mặt đất:

G = 9700 (mm)

1.2.2.2. Các kích thước chính của bộ công tác.
a. Kích thước của cần.

Theo khảo sát và các tài liệu về máy đào Komatsu PC200 thì các kích thước và
trọng lượng cơ bản của bộ công tác như sau:

A4
A2

A3

A1

Hình 1-10: Kích thước cơ bản của cần và xilanh cần
Trong đó: A1 = 5725 (mm); A2 = 2515 (mm);
A3 = 3600 (mm); A4 = 3078 (mm);
Khối lượng của cần là: Gc = 1408 (kg) = 13,81 (KN).
Khối lượng của xilanh cần: Gxc = 172 x 2 (kg) = 3,37 (KN).
b. Kích thước tay gầu.

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
17

Ngành: Kỹ thuật

A6
A5

A4

A7
A3

A2
A1

Hình 1-11 : Kích thước cơ bản của tay gầu và xilanh tay gầu.
Trong đó:
A1 = 3748 (mm);A2 = 2919 (mm); A3 = 950(mm); A4 = 1185(mm);
A5 = 600(mm); A6 = 610 (mm); A7 = 410(mm);
Khối lượng của tay gầu: Gt = 653 (kg) = 6,406 (KN).
Khối lượng của xilanh tay gầu: Gxt = 226 (kg) = 2,217 (KN).
c. Kích thước gầu.

A1
A5

A7

A6

A2

A3

A4

Hình 1-12 : Kích thước cơ bản của gầu.
Trong đó:

A1 = 1480 (mm); A2 = 445 (mm); A3 = 450 (mm); A4 = 940;
A5 = 158 (mm); A6 = 750 (mm); A7 = 1200 (mm).

Các bán kính cong của đáy gầu: R1 = 400 (mm); R2 = 800 (mm).
Chiều rộng lòng gầu: 1000 (mm).
Khối lượng của gầu:

Gg = 628 (kg) = 6,16 (KN).

Dung tích gầu

q = 0,8 (m3).

:

Khối lượng của xilanh gầu: Gxg = 136 (kg) = 1,33 (KN).
d. Các thông số của các xilanh làm việc .
+ Với xilanh gầu có các thông số sau :
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp

Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
18

- áp suất xilanh là:

Ngành: Kỹ thuật

p = 300 (kg/cm2) = 3

- Đường kính trong của xilanh là :

(kN/cm2)

d = 11,5

(cm)

Vậy lực lớn nhất xilanh có thể sinh ra là:

d2
11,52
=3. 3,14.
= 311,6
4
4

+ Với xilanh tay gầu có các thông số sau:
⇒ Pmaxxg =p. π .

(kN)

- áp suất xilanh là:
p = 300 (kg/cm2) = 3
- Đường kính trong của xilanh là : d = 13,5

(kN/cm2)
(cm)

Vậy lực lớn nhất xilanh có thể sinh ra là:

d2
13,52
= 3. 3,14.
= 429,5
(kN)
4
4
+ Với xi lanh cần có các thông số sau :
- áp suất xilanh là:
p = 300 (kg/cm2) = 3
(kN/cm2)
⇒

Pmaxxt = p. π .

- Đường kính trong của xilanh là :

d = 13

(cm)

- số lượng : 2 xilanh
Vậy lực lớn nhất xilanh có thể sinh ra là:
⇒ Pmaxxc =2.p. π .

d2
132
=2.3. 3,14.
= 795,99 (kN)
4
4

1.2.2.3. Các thông số của động cơ diezel máy đào PC200:
Công suất động cơ diezen trên máy:

Nđ/c = 106,7 (KW).

Áp suất định mức:

PPC200 = 37,2 (MPa).

Tốc độ trung bình của động cơ:
Mô men xoắn lớn nhất:
Lực đào lớn nhất:

nđ/c = 1950 (vòng/phút).

Mxmax = 610 (Nm).
138,3 (KN).

Tốc độ lớn nhất của động cơ khi không tải: n1 = 2150 (vòng/phút).
Tốc độ nhỏ nhất của động cơ khi không tải: n2 = 1030 (vòng/phút).
Suất tiêu hao nhiên liệu:
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

215 (g/kwh).

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
19

Bơm nguồn của hệ thống thuỷ lực:
Tốc độ quay của bàn quay:
Góc đứng lớn nhất khi quay :
Tốc độ di chuyển:
Áp lực trung bình lên đất:

Ngành: Kỹ thuật

Q = 214.2 (lít/phút) (2 bơm).

12,4 (vòng/phút).
200
3,0 – 5,5 (km/h).
41,1 (Mpa).

1.2.3. Tính các vị trí ổn định của máy cơ sở.
Để tính toán thiết kế bộ công tác lắp trên máy cơ sở PC200, trước hết ta đi xác
định các vị trí tính ổn định của máy cơ sở PC200. Tại các vị trí trên ta sẽ tìm được
mô men đối với khớp chân cần. Giá trị mô men đó phải được giữ nguyên khi lắp bộ
công tác có dung tích gầu 0,6 m3. Các vị trí tính toán sẽ được trình bày dưới đây.
1.2.3.1. Vị trí thứ nhất.
Máy đang thực hiện quá trình đào đất, tại một vị trí trên khoang đào thì gầu gặp
phải chướng ngại vật.
* Điều kiện ổn định:
Máy nằm ngang trên xích, phương của của cần vuông góc với phương di
chuyển của máy.
Cần có góc nghiêng so với phương ngang là nhỏ nhất.
Máy làm việc trên mặt phẳng ngang.
Gầu đang trong quá trình cắt đất, răng gầu gặp chướng ngại vật. Trong gầu
không có đất hoặc nếu có thì trọng lượng có thể bỏ qua khi tính toán.

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
20

Ngành: Kỹ thuật

Rxg =5869

Rt = 5450

Rgd =5143

Rxt = 4356

Rc = 2667
Rxc = 1508

o1

ko

pc
200

ma
t

su

g xt

gc
g xc

o2

gt

Gxg
o3
p0
Rp

30
=22

g gd

Hình 1-13: vị trí tính toán thứ nhất.
M01: - Mô men đối với chân cần được xác định theo công thức:
M01 = Gc.Rc + Gt.Rt+ Gg.Rg+ P01.Rp +Gxc.Rxc + Gxt.Rxt+ Gxg.Rxg
+ Gc, Gt, Gg , Gxc, G xt, Gxg: trọng lượng cần máy, tay gầu, gầu, xy lanh cần xy
lanh tay gầu và trọng lượng xy lanh gầu.
+ P0- Lực cản đào lớn nhất do chướng ngại vật sinh ra tại răng gầu:
P0 = P1.kđ

(2-14a) - [II]

kđ - Hệ số tải trọng động, chọn: kđ = 1,3
P1 - Lực cản đào tiếp tuyến của đất tác dụng lên răng gầu, tính theo công

thức Dombrpxki:
P 1 = k.b.Cmax (1);

(5-15) - [I]

k - Lực cản đào riêng hay hệ số lực cản đào, (KN/cm2)

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
21

Ngành: Kỹ thuật

Ta chọn theo bảng (1-3) - [II]. Ta chọn: k = 0,3(MPa) = 30 N/cm 2 = 300 (KN/m2)
(đối với đất cấp IV).
Cmax - Chiều dày lát cắt lớn nhất của phôi cắt;
Chiều dày lát cắt lớn nhất của phôi cắt được xác định theo công thức:

Cmax =

q

(2)
b.H d .kt

(5-14) - [I]

Trong đó:
q - Dung tích hình học của gầu: q = 0,8 (m3);
b - Chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu; b = 1,15 (m).
Hđ - Chiều cao đào lớn nhất. được xác định theo hệ số kq trong bảng (2-2) - [II]
Hđ =7,75. 3 0,8 = 7,19 (m);
kt - Hệ số tơi của đất, với đất cấp IV chọn: kt = 1,33
Từ công thức (1) và (2) ta có biểu thức để tính P1:
P1 =
Vậy:

k .q
300.0,8
=
= 25,1( KN )
H d .k t 7,19.1,33

P0 = 25,1*1,3 = 32,63 (KN).

Khối lượng các chi tiết trên bộ công tác:
Khối lượng cần:

Gc = 13,81 (KN).

Khối lượng tay gầu: Gtg = 6,406 (KN).
Khối lượng gầu:

Gg = 6,16 (KN).

Khối lượng gầu đầy đất Gg+d = 12,3 + 6,16 =18,46 (KN)

q.γ .k d
Gd = k tx =12,3 (KN)
Với đất cấp IV γ = 20 , kd = 1 ,ktx = 1,3
Vậy thay số vào ta được mô men lật là:
M01=13,81.2,667+6,406.5,45+6,16.5,143+32,63.2,23+3,37.1,508+2,217.4,356+
1,33.5,869 = 198,7 (KNm).
1.2.3.2. Vị trí thứ hai.
Khi gầu ở cuối quá trình đào
* Điều kiện tính toán:
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
22

Ngành: Kỹ thuật

- Máy nằm ngang trên xích, phương của của cần vuông góc với phương di

chuyển của máy.
- Cần có góc nghiêng so với phương ngang là 450.
- Tay gầu có phương vuông góc với cần.
- Máy làm việc trên mặt phẳng ngang.
- Gầu vẫn còn cắt đất với chiều dày cắt lớn nhất và răng gầu chịu lực cản đào P 1
ở giai đoạn cuối của quá trình đào đất.
- Gầu đã tích đầy đất, chuẩn bị kết thúc giai đoạn đào đất và chuyển qua giai
đoạn quay máy đến vị trí đổ đất.
Rxg = 6288
Rt =5937
Rgd =5656
Rxt4259
Rc =2438

Rxc=1336

k o ma t su

g xt
o1

o2

gc

pc
200

gt
Rp

=

45
88

p01
Gxg
o3

g gd

Hình 1-14: Vị trí tính toán thứ hai
Mô men đối với chân cần:
M02 = Gc.Rc + Gt.Rt+ Ggđ.Rgđ+ P0.Rp+ Gxc.Rxc +Gxg.Rxg+ Gxt.Rxt
Thay số ta được:
M02 = 13,81.2,438+ 6,406.5,937 + 18,46.5,656+ 25,1.4,588 + 3,37.1,336 +
2,217.4,259+1,33.6,2 88 = 313,58 (KNm).
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
23

Ngành: Kỹ thuật

1.2.3.3. Vị trí thứ ba.
Máy đang tiến hành xả đất với vị trí gầu xa nhất, gầu đầy đất, cần hợp với
phương ngang góc α1 = 90, tay gầu hợp với phương ngang góc α2 = 250
Rgd =8938
Rxg = 7396
Rt =6450
Rxt = 4334
Rc =2522
Rxc = 1317

k o mat su

gc
o1

o2

°
25

gt
9°

pc
200

g xt

g xc

Gxg

o3

g gd

Hình 1-15: Vị trí tính toán thứ ba
Mô men lật trong trường hợp này là
M3otc = Gg+d.rg + Gtg.rtg + Gxg.rxg+ Gxtg.rxtg + 0,5.Gxc.rc + Gc.rc
M3otc =18,46.9,65+ 13,81.2,83+ 0,5.3,37.2,83 +6,406.6,78 +2,22.3,77
+1,33.7,91 = 284,31 (KNm)
1.2.3.3. Vị trí thứ tư.
Máy đang tiến hành xả đất trên dốc, góc dốc tính toán a= 12o.
* Điều kiện tính ổn định:
- Máy đứng trên mặt nền dốc để xả đất.
- Máy nằm ngang trên xích.
- Cần máy, tay gầu vươn xa nhất và hướng theo chiều dốc .
- Góc nghiêng của cần so với phương ngang là α1 = 600, tay gầu nghiêng một
góc α2 = 300 so với phương ngang.
- Phương của cần vuông góc với phương di chuyển của máy.

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp

Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
24

Ngành: Kỹ thuật

Rgd =8938
Rxg = 7396
Rt =6450
Rxt = 4334
Rc =2576
Rxc = 1372

pc
200

kom
a t su

o1
gc

g xt

o2

g xc
gt

Gxg

o3

12 °

g gd

Hình 1- 16: Vị trí tính toán thứ tư.
Mô men lật trong trường hợp này:
M04 = Gc.Rc + Gt.Rt+ Ggđ.Rgđ +Gxc.Rxc +Gxg.Rxg+ Gxt.Rxt
Thay số ta được:
M04 = 13,81.2,576 + 6,406.6,45 + 6,16.8,938 + 3,37.1,372+ 2,217.4,334
+1,33.7,396 = 155,88 (KNm).
Qua các vị trí tính toán ta thấy Mômen tại khớp chân cần có giá trị lớn nhất là
M = 313,58 (KNm).
Đối với máy cơ sở có dung tích gầu là q = 0,8 (m3) ;
Có chiều dài cần là L1 = 5725(mm)
Chiều dài tay gầu L2 = 3748 (mm)
Gọi Mtt là mô men của các bộ phận tĩnh và độ thay đổi mômen của bô công từ khớp
chân cần đến tâm máy:
Vậy Tổng mô men của bộ phận gây lật đối với tâm máy là :
M = 313,58+ Mtt :
Khi ta thay thế bộ công tác mới với các thông số hình hoc khác nhau nhưng vẫn
phải thoả mãn điều kiện cân bằng sau
M MayCS ≤ M MayTk
⇒ 313,58 + M tt ≤ M MayTK

(*)

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
25

Ngành: Kỹ thuật

Từ phương trình trên là cơ sở cho ta đi tính toán bộ công tác mới có tính năng làm
việc đa dạng phù hợp với các công việc khác nhau, đối với máy Komatsu PC200
dung tích gầu nằm trong khoảng sau 0,45 ≤ q ≤ 1,15 cho nên ta có thể thay thế các
bộ công tác khác nhau với dung tích gầu nằm trong khoảng cho phép:
Bảng giá trị của các thông số máy cơ sở
STT

Tên gọi

Giá trị

Đơn vị

1

Cần

5725

mm

2

Tay gầu

3748

mm

3

Dung tích gầu

0,8

m3

313,58

KN.m

4

Mô men
chân cần

khớp

Hình 1-17 Hình ảnh máy đào thay đổi tầm vươn

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp