Khảo sát động lực học thiết bị công tác của máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực

bộ giáo dục v đo tạo

bộ quốc phòng

học viện kỹ thuật quân sự

lê anh sơn

Khảo sát động lực học thiết bị công tác
của máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà Nội - năm 2007


bộ giáo dục v đo tạo

bộ quốc phòng

học viện kỹ thuật quân sự

lê anh sơn

Khảo sát động lực học thiết bị công tác
của máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực
Chuyên ngành: Kỹ thuật xe máy quân sự, Công binh
MÃ số: 60 52 36

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

ngời hớng dẫn khoa học:
ts lê hồng phơng

Hà Nội - Năm 2007


bộ giáo dục v đo tạo

bộ quốc phòng

học viện kỹ thuật quân sự

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Tên đề tài: Khảo sát động lực học thiết bị công tác của máy xúc
một gầu dẫn động thuỷ lực
Chuyên ngành

: Kỹ thuật xe máy quân sự, Công binh

MÃ số

: 60 52 36

Ngày giao đề tài luận văn

: 02/02/2007

Ngày hoàn thành luận văn

: 17/05/2007

Ngời thực hiện:
Họ và tên

: Lê Anh Sơn

Cấp bậc: Thiếu tá

Lớp

: Kỹ thuật xe máy Công binh

Khoá: 17

Hệ đào tạo : Tập trung
Cán bộ hớng dẫn:
Họ và tên: Lê Hồng Phơng

Cấp bậc: Thợng tá

Học hàm, học vị: TS

Đơn vị công tác: Viện kỹ thuật CGQS - TCKT

Hà Nội - Năm 2007


Danh mục các kí hiệu v chữ viết tắt
Kí hiệu

Diễn giải

Đơn vị tính
kJ/kgoC

Cd

Nhiệt dung riêng của dầu nhờn

Dn

Đờng kính xu páp nạp

mm

Dt

Đờng kính xu páp thải

mm

e

Độ lệch tâm tuyệt đối

mm

Fp

Diện tích tiết diện ngang đỉnh pít tông

m2

i

Số xi lanh

ktb

áp suất trung bình của ổ trục tính trên đơn vị diện

MPa

tích chịu tải
w/m2.độ

Kd

Hệ số truyền nhiệt tổng quát của dầu nhờn

Me

Mô men có ích của động cơ

N.m

Memax

Mô men cực đại của động cơ

N.m

Mj

Khối lợng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến

kg

Mnp

Khối lợng nhóm pít tông

kg

MR

Khối lợng chuyển động quay của trục khuỷu

kg

Ne

Công suất định mức của động cơ

kW

n

Tốc độ trục khuỷu

v/ph

p0

áp suất môi trờng

MPa

pk

áp suất tăng áp

MPa

pkt

áp suất khí thể

MPa

Pj

Lực quán tính của khối lợng tham gia chuyển

MN

động tịnh tiến
PR

Lực quán tính ly tâm của khối lợng tham gia

MN

chuyển động tịnh tiến quay
Qc

Véc tơ phụ tải

Qd

Nhiệt lợng của động cơ truyền cho dầu nhờn

MPa
J/s


S

Hành trình pítông

mm

T

Lực tiếp tuyến

MN

Vb

Năng suất của bơm dầu

m3/h

1

Góc mở sớm xu páp nạp

Độ

2

Góc đóng muộn xu páp nạp

Độ

1

Góc mở sớm xu páp thải

Độ

2

Góc đóng muộn xu páp thải

Độ

k

Góc lệch công tác

Độ



Tỉ số nén động cơ

-



Hệ số va đập

-

s

Góc phun sớm

Độ



Hệ số kết cấu

-

Số kì

-



Tố độ góc



Hệ số phụ tải của ổ trợt



Khe hở hớng kính của ổ trợt

td

Độ tăng nhiệt độ của dầu nhờn

1/s

mm
o

C


DANH MụC các bảng

Bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Các thông số cơ bản của động cơ DSC-80

5

1.2

Các thông số cơ bản của động cơ DSC-80TA

6

1.3

Kích thớc cơ bản của cổ trục và chốt khuỷu động cơ DSC-80

14

2.1

Các thông số nhiệt động chu trình động cơ DSC-80TA

23

2.2

Kết quả tính toán các lực tác dụng lên c¬ cÊu khủu trơc thanh

2.3

trun theo gãc quay trơc khủu của động cơ DSC-80TA

34

Kết quả tính toán các phản lực tác dụng lên cổ trục (2.3)

40

theo góc quay trục khuỷu của động cơ DSC-80TA


DANH MụC CáC Đồ THị V HìNH Vẽ
Hình

Tên hình vẽ và đồ thị

Trang

1.1

Đờng đặc tính ngoài của động cơ DSC-80

6

1.2

Đờng đặc tính ngoài của động cơ DSC-80TA

7

1.3

Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang động cơ DSC-80TA

8

1.4

Vị trí lắp các cụm bánh răng

16

1.5

Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ DSC-80

18

2.1

Đồ thÞ lùc khÝ thĨ pkt theo gãc quay trơc khủu

27

2.2

Đồ thị lực quán tính pj theo góc quay trục khuỷu

31

2.3

Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

32

2.4

Đồ thị lực khí thể pkt, pJ, p theo góc quay trục khuỷu

33

2.5

Sơ đồ trục khuỷu động cơ DSC-80TA

37

2.6

Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên cổ trục 2-3 động cơ

43

DSC-80TA
2.7

Đồ thị triển khai đồ thị véc tơ phụ tải theo góc quay trục khuỷu

44

3.1

Biểu đồ áp suất thuỷ động tác dụng lên ổ

46

3.2

áp suất thuỷ động của ổ phân bố theo chiều trục

48

3.3

Độ nhấp nhô bề mặt ổ trục

49

3.4

Đồ thị xác định hệ số phụ tải của ổ trục

51

3.5

Các đờng cong hệ số tiêu hao dầu và sức cản

53

3.6

Kích thớc ống làm mát dầu động cơ DSC-80

59


Mục lục
Trang
Mở đầu
Chơng 1- Tổng quan về máy xúc một gầu dẫn động

1
4

thuỷ lực và khái quát các công trình
nghiên cứu liên quan đến đề tài
1.1. lịch sử phát triển lĩnh vực máy xúc

4

1.2. Đặc điểm khai thác máy xúc và khái quát về loại máy xúc dự

6

kiến sẽ chế tạo tại Việt Nam
1.3. Đặc điểm kết cấu thiết bị công tác của máy xúc một gầu dẫn

10

động thuỷ lực kiểu PC200-3
1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu động lực học thiết bị công

14

tác máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực
1.5. Nhiệm vụ đặt ra của đề tài

14

Kết luận chơng 1

15

Chơng 2- Xác định và khảo sát qui luật thay đổi lực

16

trong các khâu của thiết bị công tác máy
xúc một gầu dẫn động thuỷ lực
2.1. Cơ sở tính toán thiết bị công tác máy xúc một gầu dẫn động thuỷ

16

lực
2.2. Lực tơng hỗ giữa bộ phận công tác và đất

17

2.3. Khảo sát sự thay đổi lực và nội lực trong hệ thống thiết bị công

20

tác máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực


2.3.1. Đối với trờng hợp cắt và tích đất bằng xi lanh quay gầu

21

2.3.2. Đối với trờng hợp cắt và tích đất bằng xi lanh quay tay

31

gầu
2.3.3. Xây dựng chơng trình máy tính xác định các nội lực ứng

41

với các trờng hợp cắt và tích đất trong quá trình đào của
thiết bị công tác
Kết luận chơng 2
Chơng 3- Thiết lập mô hình động học và động lực

51
52

học thiết bị công tác máy xúc một gầu
dẫn động thuỷ lực
3.1. Cơ sở lý thuyết phục vụ nghiên cứu động học và động lực học

52

3.1.1. Mô hình hệ nhiều vật

52

3.1.2. Phép biến đổi Denavit-Hartenberg ma trận chuyển cấp 4

57

3.2. Mô hình động học

61

3.2.1. Xây dựng mô hình tính toán động học

61

3.2.2. động học thuận thiết bị công tác

64

3.2.3. động học ngợc thiết bị công tác

69

3.3. Mô hình động lực học

74

3.3.1. Xây dựng mô hình tính toán động lực học

74

3.3.2. Thiết lập phơng trình vi phân chuyển động

77

Kết luận chơng 3

100


Chơng 4- Xác định và khảo sát các tham số động

101

lực học thiết bị công tác máy xúc một
gầu dẫn động thuỷ lực
4.1. Tổ chức chơng trình tính toán

101

4.2. Các thông số đầu vào để giải bài toán

105

4.2.1. Các thông số động học và động lực học

105

4.2.2. Các điều kiện đầu

107

4.3. Một số kết quả tính toán

107

4.3.1. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc của cần máy xúc

108

4.3.2. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc của tay gầu

109

4.3.3. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc của gầu xúc

111

4.3.4. Biểu đồ lực của các khâu

112

4.3.5. Biểu đồ mô men các khâu

114

4.3.6. Biểu đồ lực biểu diễn các lực dọc trục của liên kết bốn

115

khâu bản lề
Kết luận chơng 4

116

Kết luận và kiến nghị

117

Tài liệu tham khảo

119


1

Mở đầu
Máy xúc một gầu đợc xếp vào nhóm máy chủ đạo trong tổ chức thi công
công trình, cứu hộ, cứu nạn, khai thác hầm lò. Khối lợng đào, xúc đất của nó

chiếm trên 60% khối lợng đào, xúc của tất cả các máy làm đất khác. Máy xúc
một gầu rất đa dạng về chủng loại và kết cấu song do tÝnh −u viƯt nỉi tréi cđa dÉn
®éng thđy lùc so với dẫn động cơ khí nên trong những năm gần đây máy xúc một
gầu dẫn động thủy lực đợc sử dụng rất rộng rÃi, không những trong quân sự mà
còn cả trong các lĩnh vực nền kinh tế quốc dân. Hiện nay trên thế giới có hơn 80
nớc đà sản xuất đợc loại máy xúc này. ở Việt Nam để trang bị các loại máy
xúc này phải nhập ngoại, Quân đội nói riêng và Nhà nớc ta nói chung phải tốn
rất nhiều ngoại tệ để nhập cả máy lẫn phụ tùng bảo đảm. Do chủng loại và chất
lợng của nó đa dạng nên trong quá trình khai thác sử dụng gặp rất nhiều khó
khăn, không phát huy hết đợc tính năng kỹ thuật của máy. Với sự phát triển của
nền công nghiệp trong nớc hiện nay hoàn toàn có thể cho phép tiến hành thiết
kế, chế tạo máy xúc thủy lực một gầu dẫn động thủy lực nói riêng và các máy thi
công công trình nói chung theo kiểu tích hợp hệ thống. Theo tinh thần đó, Bộ xây
dựng đang chỉ đạo chơng trình tính toán, thiết kế chế tạo máy xúc một gầu (gầu
ngợc) dẫn động thuỷ lực kiểu PC200-3 do tổng công ty lắp máy Việt Nam
LILAMA làm chủ dự án cùng với sự cộng tác của một số cơ quan nghiên cứu
khoa học liên quan khác trong lĩnh vực này nh Viện nghiên cứu phát triển Máy
xây dựng thuộc Bộ xây dựng, Bộ môn xe máy Công binh, Học viện KTQS v.v
Để góp phần vào việc thực hiện nhiệm vụ đó tôi đợc giao nhiệm vụ thực hiện
luận văn khảo sát động lực học thiết bị công tác của máy xúc một gầu dẫn
động thuỷ lực - Là một phần của đề tài thuộc chơng trình nói trên. Với mục
tiêu đặt ra là thiết kế chế tạo máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lùc cã ®é bỊn cao,


2

có chất lợng động học và động lực học tốt đảm bảo máy làm việc êm dịu nên
trong nhiệm vụ của luận văn phải giải quyết hai vấn đề chính.
- Một là xác định lực và nội lực trong hệ thống thiết bị công tác tơng ứng
với các trờng hợp cắt và tích đất khác nhau làm cơ sở xác định đợc chế độ tải

trọng lớn nhất phục vụ cho việc tính bền các chi tiết của thiết bị công tác trong
quá trình tính toán thiết kế.
- Hai là khảo sát động học, động lực học hệ thống thiết bị công tác đảm
bảo sự làm việc êm dịu cho thiết bị công tác nói riêng và toàn máy nói chung.
Trong luận văn đà trình bày việc xác định lực và nội lực trong hệ thống
thiết bị công tác bằng phơng pháp giải tích khi tách các khâu và xét điều kiện
cân bằng của chúng. Khảo sát sự thay đổi lực và nội lực trong quá trình làm việc
cần phải xét cho từng trờng hợp để từ đó xác định các lực tác dụng lên thiết bị
công tác theo các trờng hợp khác nhau làm cơ sở cho việc phân tích so sánh và
đa ra chế độ tải lớn nhất. Tuy nhiên hai trờng hợp cắt và tích đất bằng xi lanh
quay gầu và xi lanh quay tay gầu đợc sử dụng chủ yếu trong quá trình đào đất
nên tác giả đà tập trung khảo sát cho hai trờng hợp này.
Mô hình động học và động lực học thiết bị công tác máy xúc một gầu dẫn
động thuỷ lực đợc xây dựng trên cơ sở lý thuyết cơ học hệ nhiều vật. Mô hình
động học và động lực học này đà đợc phát triển từ nền tảng lý thuyết tay máy
rôbốt. Mô hình động học đợc tính toán theo nguyên lý Denavit Hartenberg
còn mô hình động lực học thì sử dụng các phơng trình Newton Euler viết cho
các khâu. Trong luận văn tác giả đà sử dụng các thông số kích thớc của máy xúc
Komatsu PC200-3 làm các thông số để phục vụ tính toán (lý do là máy xóc dù
kiÕn chÕ t¹o t¹i ViƯt Nam theo kiĨu nh− PC200-3) và sử dụng phần mềm Matlab
để giải hệ phơng trình vi phân chuyển động.
Nội dung chính của luận văn bao gåm 4 ch−¬ng nh− sau:


3

Chơng 1: Tổng quan về máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực và khái
quát các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài.
Chơng 2: Xác định và khảo sát quy luật thay đổi lực và nội lực trong
các khâu của thiết bị công tác.

Chơng 3: Thiết lập mô hình động học và động lực học của thiết bị
công tác máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực.
Chơng 4: Xác định và khảo sát các tham số động lực học cơ bản của
thiết bị công tác máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực.
Mặc dù tác giả của luận văn đà rất cố gắng song do trình độ và thời gian
có hạn nên không tránh khỏi có những thiếu sót, kính mong đợc sự đóng góp,
giúp đỡ của các thầy và các đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiƯn h¬n.


4

Chơng 1
Tổng quan về máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực v khái
quát các công trình nghiên cứu liên quan đến đề ti

1.1. Lịch sử phát triển máy xúc
Những chiếc máy xúc đầu tiên đợc chế tạo từ hơn 200 năm trớc đây.
Khi đó chúng chỉ là những cỗ máy đơn giản, sử dụng nguồn động lực chủ yếu là
sức ngời, sức ngựa và sau đó là động cơ hơi nớc.
Cùng với thời gian máy xúc một gầu không ngừng đợc cải tiến và hoàn
thiện về mọi mặt.
Về nguồn động lực, động cơ hơi nớc đà đợc thay thế bằng động cơ đốt
trong từ không có tăng áp đến có tăng áp. ở một số máy xúc khổng lồ chuyên
dùng, ngời ta đà sử dụng động cơ điện để dẫn động riêng cho từng cơ cấu và
thiết bị công tác.
Về mặt dẫn động các cơ cấu công tác, hiện nay máy xúc một gầu của tất
cả các hÃng sản xuất đều sử dụng dẫn động thuỷ lực vì các đặc tính u việt của
nó nh kết cấu máy nhỏ gọn, điều khiển nhẹ nhàng, tạo đợc lực cắt đất lớn và
cho năng suất cao, dẫn động cơ khí (cáp) chỉ còn sử dụng ở một số máy xúc đặc
chủng đào và xúc ở độ sâu lớn.

Hệ thống điều khiển trên các loại máy xúc thuỷ lực của các hÃng trên thế
giới đang sử dụng là điều khiển cơ khí, khí nén - thuỷ lực, điện - thuỷ lực hoặc
điện tử - thuỷ lực. Trên các máy thế hệ mới ng−êi ta sư dơng hƯ thèng ®iỊu khiĨn
®iƯn tư - thuỷ lực với bộ xử lý trung tâm với các chơng trình nạp sẵn. Các máy
loại này cho phép điều khiển nhẹ nhàng nhanh chóng, chính xác và cho năng
suất cao.


5

Các máy xúc thuỷ lực đầu tiên đợc chế tạo vào cuối những năm 1940 tại
Mỹ, sau đó là ở Anh, Liên Bang Đức, Pháp, Italia, Liên Xô (cũ), Nhật, Hàn
Quốc. Từ đầu những năm 1960, máy xúc thuỷ lực đà đợc sản xuất với số lợng
lớn, đợc sử dụng rộng rÃi ở tất cả các nớc công nghiệp phát triển. Vào những
năm 1966 ở Đức, 1969 ở Nhật, số lợng máy xúc thuỷ lực đợc xuất khẩu đÃ
chiếm hơn nửa số máy xúc đợc xuất khẩu của họ. Nửa sau thập kỷ 60 nhiều
nớc đà sản xuất các máy xóc thủ lùc cì lín víi träng l−ỵng 18 – 40 tấn, dung
tích gầu 3 4 m3 để dùng chủ yếu cho khai thác đá, khai thác mỏ.
Trong thập kỷ 70 và nửa đầu thập kỷ 80 công nghệ chế tạo và khai thác sử
dụng máy xúc thuỷ lực ở các nớc phát triển đà đạt trình độ cao, các thành tựu
khoa học công nghệ tiên tiến của các lĩnh vực khoa học cơ bản, vật liệu, điện tử,
chế tạo máy đà đợc ứng dụng triệt để. Các máy xúc dẫn động thuỷ lực đợc chế
tạo trong thời kỳ này đà đạt mức chất lợng cao, có kết cấu tơng đối hoàn thiện,
có các chỉ tiêu năng xuất, công nghệ, độ tin cậy, tuổi thọ, có tính đa năng cao,
điều kiện làm việc của ngời vận hành đợc cải thiện.
Từ sau thập kỷ 80 cho đến nay, công nghệ chế tạo và khai thác máy xúc
thuỷ lực của các nớc phát triển đà chuyển sang một giai đoạn mới, một bớc
chuyển với trình độ khoa học công nghệ cao hơn nhiều trong nghiên cứu, chế
tạo, sản xuất và khai th¸c c¸c m¸y xóc thủ lùc thÕ hƯ 2. C¸c máy xúc thuỷ lực
thế hệ 2 đợc chế tạo, có chất lợng vợt hẳn các máy xúc thuỷ lực thế hệ 1.

Nh áp suất công tác trong hệ thống thuỷ lực đạt giá trị rất cao (32 40 MPa),
có hệ thống điện tử kiểm tra, điều khiển bơm theo tải cho phép của động cơ (xác
lập chế độ làm việc tối u để không quá tải, chi phí nhiên liệu ít và ồn rung nhỏ
nhất), điều khiển tối u các chế độ làm việc của các phần tử thuỷ lực.
Với sự phát triển ở trình độ cao và tốc ®é lín cđa khoa häc c«ng nghƯ thÕ
giíi hiƯn nay trong các lĩnh vực nh công nghệ vật liệu, cơ ®iƯn tư, c«ng nghƯ tin


6

học là điều kiện thuận lợi và cũng đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần đợc giải
quyết kịp thời để ngành công nghiệp nặng nói chung và công nghiệp chế tạo máy
xúc thi công công trình nói riêng phát triển tơng xứng với sự phát triển của
khoa học công nghệ thế giới hiện nay.
1.2. Đặc điểm khai thác máy xúc và khái quát về loại máy xúc dự kiến sẽ
chế tạo tại Việt Nam
ở thị trờng Việt Nam có rất nhiều nhiều loại máy xúc nhập ngoại nhng
các máy xúc điều khiển điện thuỷ lực đợc sử dụng rộng rÃi hơn cả vì nó vẫn đạt
hiệu quả điều khiển tốt mà kết cấu đơn giản, dễ sử dụng và sửa chữa , giá thành
rẻ.
Số lợng máy xúc bánh xích đợc lu hành và sử dụng chiếm tỷ lệ cao hơn
so với máy xúc bánh lốp do khả năng ổn định làm việc cao hơn, áp lực trên nền
đất nhỏ nên khả năng di chuyển và làm việc trên các nền đất yếu tốt hơn, giá
thành thấp, thời gian triển khai và thu hồi nhanh, năng suất cao.
Các máy xúc của Mỹ và Châu âu sản xuất có độ tin cậy làm việc cao, độ
bền và tuổi thọ lớn nhng có kết cấu phức tạp, khả năng tiếp cận khi tháo lắp
khó, phụ tùng vật t hiếm, khả năng lắp lẫn thấp dẫn đến việc khai thác và sửa
chữa gặp nhiều khó khăn, ngoài ra do tính nhiệt đới hoá không cao nên nhiều chi
tiết điện tử hay bị hỏng và đặc biệt là giá thành quá cao.
Máy xúc của Nhật Bản và Hàn Quốc có nhiều đặc điểm kết cấu và tính

năng kỹ thuật phù hợp với điều kiện khai thác và sử dụng ở Việt Nam hơn. Các
đặc tính u việt của nó nh hình dáng, kích thớc hình học và trọng lợng phù
hợp với sức vóc của ngời Việt Nam, kết cấu nhỏ gọn, khả năng tiếp cận tháo lắp
dễ dàng, các chi tiết đà đợc nhiệt đới hoá cao, khả năng khai thác sử dụng và
sửa ch÷a dƠ, phơ tïng, vËt t− thay thÕ dƠ kiÕm và có khả năng lắp lẫn cao.


7

Các hÃng sản xuất máy xúc của Nhật và Hàn Quốc hiện nay đều thiết kế
chế tạo theo kiểu tích hợp, tức hầu hết đều dựa trên cơ sở lựa chọn các phần cơ
bản (động cơ, bơm thuỷ lực ...) của các hÃng nổi tiếng rồi tổ hợp chúng theo
thiết kế của riêng mình (trừ hÃng Komatsu).
Bảng dới đây sẽ cho ta thấy rõ điều đó
Tên hÃng

Các cụm cơ bản
Động cơ

Bơm thuỷ lực

Hita chi

ISUZU

KAWASAKI

Kobellco

Mitsubishi

KAWASAKI

Komatsu

KOMATSU

KOMATSU

Solar

HAN QUOC

KAWASAKI

Máy xúc một gầu chủ yếu dùng để đào và khai thác đất, cát phục vụ công
việc xây dựng cơ sở hạ tầng trong các lĩnh vực: Xây dựng dân dụng và công
nghiệp, khai thác mỏ, xây dựng thuỷ lợi, xây dựng cầu đờngCụ thể, nó có thể
phục vụ các công việc sau:
+

Trong xây dựng thuỷ lợi: Đào kênh, mơng; nạo vét sông ngòi, bến

cảng, ao, hồ,; khai thác đất để đắp đập, đắp đê
+

Trong xây dựng cầu đờng: Đào, móng, khai thác đất, cát để đắp

đờng; nạo, bạt sờn đồi để tạo ta luy khi thi công đờng sát sờn núi
+

Trong khai thác mỏ: Bóc lớp đất tẩm thực vật phía trên bề mặt đất; khai

thác mỏ lộ thiên (than, đất sét, cao lanh, đá sau nỉ m×n…).


8

+

Trong các lĩnh vực khác: Nhào trộn vật liệu trong các nhà máy hoá chất

(phân lân, cao su,). Khai thác đất cho các nhà máy gạch, sứ,Tiếp liệu cho
các trạm trộn bê tông, bê tông át phanBốc xếp vật liệu trong các ga tầu, bến
cảng. Khai thác sỏi, cát ở lòng sông
Ngoài ra, máy cơ sở của máy xúc một gầu có thể lắp các thiết bị thi công
khác ngoài thiết bị gầu xúc nh: cần trục, búa đóng cọc, búa khoan đục bê tông,
kìm cắt, gắp; thiết bị ấn bấc thấm,
Nh phần đầu tác giả đà trình bày, dự án chế tạo máy xúc tại Việt Nam là
loại máy xúc kiểu PC200-3. Dới đây là khái quát về loại máy xúc này.
Kết cấu của máy đợc thể hiện trên hình 1.1, 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 để cơ động máy xúc trong
công trờng. 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
của quá trình đào và xả đất. Trên bàn quay ngời ta bố trí động cơ, các bộ phận
truyền động cho các cơ cấu Ca bin nơi bố trí cơ cấu điều khiển toàn bộ hoạt
động của máy. Đối trọng là bộ phận cân bằng toa quay và tạo sự ổn định của
máy.
Phần thiết bị công tác: Cần (3) một đầu đợc lắp khớp trụ với toa quay còn

đầu kia đợc lắp khớp trụ với tay gầu. Cần đợc nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh
nâng cần (4). Điều khiển gầu xúc (8) nhờ xi lanh quay gầu (7). Gầu thờng đợc
lắp thêm các răng để làm việc ở nền đất cứng.
Máy xúc loại này thờng làm việc ở nền đất thấp hơn mặt bằng đứng của
máy (cũng có những trờng hợp máy làm việc ở nơi cao hơn, nhng nền đất mềm
và chủ yếu dùng xi lanh quay gầu để thực hiện quá trình cắt đất). Đất đợc xả
qua miệng gầu. Máy xúc làm việc theo chu kỳ và trên từng chỗ đứng. Một chu kỳ


9

làm việc của máy bao gồm những nguyên công sau: Máy đến vị trí làm việc, đa
gầu vơn xa máy và hạ xuống, răng gầu tiếp xúc với nền đất, gầu tiến hành cắt
đất và tích đất vào gầu từ vị trí I đến II trên hình 1.2 và 1.3 nhờ xi lanh quay gầu
7 hoặc xi lanh quay tay gầu 5.

Hình 1.1. Cấu tạo chung máy xúc thuỷ lực, gầu ngợc
1- Cơ cấu di chuyển, 2- Xe cơ sở, 3 Cần, 4- Xi lanh nâng cần
5- Xi lanh quay tay gÇu, 6- Tay gÇu, 7- Xi lanh quay gầu, 8- Gầu.
Quỹ đạo chuyển động của đỉnh răng gầu trong quá trình cắt đất là một
đờng cong. Chiều dày phoi cắt thông thờng thay đổi từ bé đến lớn. Vị trí II gầu
đầy nhất và có chiều dày phoi cắt lớn nhất. Đa gầu ra khỏi tầng đào và nâng gầu
lên nhờ xi lanh cần 4. Quay máy về vị trí xả đất nhờ cơ cấu toa quay. Đất có thể
xả thành đống hoặc xả vào thiết vị vận chuyển. Đất đợc xả ra khỏi miệng gầu
nhờ xi lanh quay gầu 7. Quay máy về vị trí làm việc tiếp theo với một chu kỳ
hoàn toàn tơng tự.


10

Hình 1.2. Khi máy xúc làm việc bằng xi lanh quay gầu 7

Hình 1.3. Khi máy xúc làm việc bằng xi lanh quay tay gầu 5
1.3. Đặc điểm kết cấu thiết bị công tác của máy xúc một gầu dẫn động thuỷ
lực kiểu PC200-3
Gầu xúc. Gầu xúc đợc chế tạo bằng phơng pháp hàn hoặc đúc. Đáy gầu
đợc chế tạo liền với các thành gầu thành một khối. Số răng gầu lắp trên đài
trớc của gầu phụ thuộc vào chiều rộng của gầu và công dụng của máy (đối
tợng làm việc của máy). Kết cấu của gầu đợc thể hiện trên hình 1.4


11

Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo gầu xúc của máy đào gầu ngợc dẫn động thuỷ lực
1- Đai miệng gầu; 2- Tai với tay gầu; 3- Tai lắp với tay đòn điều khiển quay gầu;
4- Thành sau; 5- Thành bên; 6- Chốt răng gầu; 7- Răng bên; 8- Bộ phận lắp
răng gầu; 9- Răng gầu.


12

Tay gầu. Tay gầu có kết cấu thể hiện trên hình 1.5:
Tay gầu của máy xúc gầu ngợc có kết cấu hàn hình hộp. Một đầu liên kết
với cần bằng khớp trụ, còn đầu kia liên kết với gầu xúc thông qua tai gầu và cơ
cấu liên động.

Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo tay gầu của máy xúc gầu ngợc dẫn động thuỷ lực
1- Bản thép bên số 1; 2- Vòng lắp bu lông hÃm trục; 3- Tai lắp cán pít tông xi lanh
quay tay cần; 4- Bản thép đệm; 5- Bản thép phía sau; 6- Tai lắp xi lanh gầu; 7- Vòng
lắp bu lông hÃm trục; 8- Bản thép gia cờng; 9- Bản thép bên số 2; 10- Bản thép trên;

11- Bản thép gia cờng; 12- ống thép lắp chốt đòn gánh; 13- ống thép lắp chốt gầu;
14- Bản thép bên số 3; 15- Bản thép phía dới.


13

Cần. Cần của máy xúc loại này đợc thể hiện trên hình 1.6:
Cần có kết cấu hình hộp đợc chế tạo bằng phơng pháp hàn. Ngoài ra còn có
các lỗ và tai để lắp xi lanh thuỷ lực. Cần có hình dạng hơi cong, mục đích là hạ
thấp đầu cần, để tăng chiều sâu đào.

Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo cần của máy xúc gầu ngợc dẫn động thuỷ lực
1- Tai lắp tay gầu; 2- Bản thép trên; 3- Bản thép bên; 4- Tai lắp xi lanh tay gầu;
5- Bản thÐp phÝa d−íi; 6- B¶n thÐp gia c−êng; 7- B¶n thép đệm; 8- ống thép lắp
chốt pít tông xi lanh nâng cần; 9- Chốt chân cần; 10- ống thép lắp chốt chân
cần; 11- Vòng lắp bu lông hÃm trục.


14

1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu động lực học thiết bị công tác máy
xúc một gầu dẫn động thuỷ lực
Nh trong phần 1.1 đà nêu, trên thế giới có hơn 80 nớc đà sản xuất đợc
máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực và cũng đà có rất nhiều công trình nghiên
cứu về máy xúc nói chung và về động lực học nói riêng. Trong các công trình đó
trớc hết phải kể đến công trình khoa học của BolCốp. Đ.P nghiên cứu về độ bền
và động lực học máy xúc một gầu; của VetPob. I.A; của Đômbơrobski. N.G về
tính toán thiết kế máy xúc một gầu; của Khôlôđob. A.M về những vấn đề cơ bản
liên quan đến động lực học của máy làm đất trong đó có máy xúc một gầu. Ngoài
ra còn có những công trình khác cũng đà đợc công bố trên các tạp chí Máy xây

dựng và máy làm đờng của nhiều nớc. Tuy các công trình đợc công bố tơng
đối phong phú và đa dạng song các tác giả chủ yếu chỉ công bố tóm tắt các kết
quả nghiên cứu của mình. Một số lớn trong đó vẫn nghiên cứu động lực học theo
các phơng pháp truyền thống không xác định đầy đủ đợc các đặc trng động
lực học và lập trình rất khó và phức tạp.
ở Việt Nam cũng đà có một số công trình khoa học nghiên cứu về máy
xúc đợc công bố nh Luận án tiến T.S của Nguyễn Quán Thăng, PGS.TS. Trần
Quang Hùng, T.S . Phạm Quang Dũng nhng nghiên cứu về động lực học thiết
bị công tác thì cha thấy đợc công bố và cũng cha có cơ sở sản xuất nào thiết
kế và chế tạo máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực.
1.5. Nhiệm vụ đặt ra của đề tài
Xuất phát từ mục đích của đề tài là phục vụ cho dự án chế tạo máy xúc
trong nớc nên nhiệm vụ đặt ra của đề tài là xác định lực và nội lực trong hệ
thống thiết bị công tác và xây dựng mô hình động lực học thiết bị công tác máy
xúc một gầu dẫn động thuỷ lực từ đó xác định các thông số động lực học cơ bản


15

của thiết bị công tác (chuyển dịch, vận tốc, gia tốc, phản lực liên kết của các
khâu khớp, các tải trọng động tác dụng lên các khâu,).

Kết luận:
Nội dung chơng đà chỉ ra đợc những nét chính về lịch sử phát triển, đặc
điểm khai thác, sử dụng máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực ở Việt Nam.
Chỉ ra những đặc điểm kết cấu của máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực nói
chung và thiết bị công tác nói riêng mà dự kiến sẽ chế tạo tại Việt Nam. Đồng
thời khái quát đợc tình hình nghiên cứu động lực học thiết bị công tác máy xúc
thuỷ lực một gầu trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay.
Kết quả nhận đợc làm cơ sở để thiết lập và tính toán lực, nội lực cũng nh

tính toán động học, động lực học máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực theo cách
thức mới đầy đủ hơn.