Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến hệ thống thủy lực trên máy kéo kubota l1500 thành máy xúc lật

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

PHẠM MINH TUÂN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CẢI TIẾN HỆ THỐNG THỦY LỰC
TRÊN MÁY KÉO KUBOTA L 1500 THÀNH MÁY XÚC LẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HUẾ - 2018


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

PHẠM MINH TUÂN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CẢI TIẾN HỆ THỐNG THỦY LỰC
TRÊN MÁY KÉO KUBOTA L 1500 THÀNH MÁY XÚC LẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 8.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
NGƯT. TS. ĐINH VƯƠNG HÙNG

HUẾ - 2018


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất cứ
cơng trình nào khác. Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đã được trích dẫn cụ thể.

Huế, ngày 25 tháng 7 năm 2018
Học viên thực hiện

PHẠM MINH TUÂN


ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ
lực cố gắng của bản thân, tôi luôn nhận được sự quan tâm,giúp đỡ,hướng dẫn tận
tình và tạo điều kiện thuận lợi của q Thầy, Cơ trong khoa Cơ khí Cơng nghệ và
phịng Đào tạo thuộc trường Đại học Nông Lâm Huế. Ban giám hiệu Trường Cao
đẳng Cơ điện - Xây dựng và Nơng Lâm Trung Bộ cùng gia đình, bạn bè đồng
nghiệp. Tôi chân thành cảm ơn.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến NGƯT.TS.
Đinh Vương Hùng, Người thầy đã dành nhiều thời gian công sức, tâm huyết cũng
như cung cấp tài liệu khoa học cần thiết để giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.

Huế, ngày 25 tháng 7 năm 2018
Học viên thực hiện

PHẠM MINH TUÂN


iii

TĨM TẮT LUẬN VĂN

Tính cấp thiết của đề tài:
Thiết bị truyền động thủy lực thường được ứng dụng rộng rãi trong các máy
cơng trình. Điều đó có được là bởi vì so với các dạng truyền động khác, truyền
động thủy lực có các ưu điểm: hiệu chỉnh đơn giản vơ cấp vận tốc cơ cấu làm việc
tịnh tiến – khứ hồi với giới hạn điều chỉnh rộng; có khả năng nhanh chóng đảo
chiều với việc hãm (phanh) và khởi động êm dịu; năng lượng riêng lớn; dễ dàng
điều khiển tự động hóa và bảo vệ; các thiết bị tự bơi trơn, nâng cao độ tin cậy làm
việc; có khả năng chuẩn hóa các phần tử nhiệt.
Thiết bị truyền động thủy lực được trang bị trên khoảng 2/3 số máy cơng
trình (máy xây dựng và máy đường bộ). Tỉ lệ ứng dụng thiết bị truyền dẫn thủy lực
vẫn không ngừng tăng lên.
Việc các máy được trang bị thiết bị truyền dẫn thủy lực được phổ biến rộng
rãi đặt ra yêu cầu đào tạo các chuyên gia thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa hệ
thống truyền dẫn thủy lực. Nghiên cứu này nhằm tính tốn, thiết kế cải tiến một hệ
thống truyền dẫn thủy lực của các máy cơng trình sẵn có nhằm làm tăng khả năng
làm việc của liên hợp máy, tăng hiệu suất và thời gian sử dụng.
- Để đầu tư một thiết bị mới đòi hỏi một nguồn kinh phí khơng nhỏ.
- Hiện tại nhà trường cịn một số thiết bị máy kéo không sử dụng hết.
- Do điều kiện địa hình của đơn vị gần đồi núi, cần san gạt và xúc.

- Dựa vào điều kiện thực tế của nhà trường, còn thiếu thiết bị trong q trình
luyện tập cho học sinh và máy khơng sử dụng kéo trong nông nghiệp nữa.
- Máy sau khi cải tiến sẽ phục vụ cho quá trình giảng dạy, thực tập của học
sinh - sinh viên được phong phú và đa dạng hơn. Ngồi ra máy cịn phục vụ tiếp
liệu và dọn dẹp trong quá trình xây dựng và sửa chữa của nhà trường, nhằm giảm
bớt sức lao động thủ công trong nhà trường.
- Nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L 1500 trở thành máy xúc
lật là một địi hỏi phải tính tốn một cách hợp lý kể cả từ kết cấu cho đến kết cấu
hiện có của máy cũng như đặc điểm làm việc tự hành mới – khác với tính năng kéo
của máy kéo.
Vì vậy việc “Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L1500 thành
máy xúc lật” là công việc hết sức cấp thiết đối với nhà trường cũng như các đơn vị
tương tự.


iv
Phương pháp nghiên cứu:
- Căn cứ vào công suất của động cơ ở thiết bị đang nghiên cứu.
- Căn cứ vào áp suất (P) và lưu lượng (Q) của bơm thủy lực đã có sẵn trên máy.
- Dựa vào lưu lượng và áp suất làm việc của bơm thủy lực để chọn các phần
tử thủy lực.
- Tính tốn áp suất, lưu lượng của cơ cấu chấp hành dựa vào tải trọng
- Tính tốn, thiết kế thiết bị cơng tác của máy dựa vào cơng suất kích thước
thực tế của máy và P, Q của bơm thủy lực trên máy.
Nội dung và kết quả nghiên cứu:
-Tính tốn, thiết kế cải tiến làm cơ sở để chuyển đổi chức năng làm việc trên
máy kéo KUBOTA L1500 trở thành máy xúc lật; làm tiền đề cho quá trình cải tiến
những hệ thống thủy lực khác tương tự.
- Trên cơ sở nguồn động lực máy kéo Kubota L1500 có sẵn, do điều kiện sử
dụng của nhà trường cần chuyền đổi khả năng làm việc của máy kéo sang máy xúc lật.

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ iii
MỤC LỤC ................................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...........................................................................viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... x
DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ......................................................................... xi
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề................................................................................................................ 1
2. Mục tiêu chung của đề tài ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: ................................................................................. 2
3.1. Ý nghĩa khoa học: ................................................................................................. 2
3.2.Ý nghĩa thực tiễn: .................................................................................................. 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG, KHAI THÁC MÁY XÚC
LẬT Ở VIỆT NAM ..................................................................................................... 3
1.1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY XÚC LẬT: ..................................................... 3
1.2. CÔNG DỤNG VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MÁY XÚC LẬT........................ 4
1.3. PHÂN LOẠI MÁY XÚC LẬT ............................................................................. 4
1.4. CẤU TẠO CHUNG MÁY XÚC LẬT BÁNH LỐP: ............................................ 5
1.5 CẤU TẠO TỔNG THỂ CỦA MÁY XÚC LẬT MỘT GẦU CHUYÊN DỤNG CỠ
NHỎ: ........................................................................................................................... 6
1.6. MỘT SỐ LOẠI MÁY XÚC LẬT SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM: ............ 7
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 10
2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:............................................................................. 10

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHO ĐỀ TÀI: ............................. 10
2.2.1. Phương pháp điều tra, nghiên cứu tài liệu về các thiết bị về máy xúc đào, nâng
chuyển: ...................................................................................................................... 10


vi
2.2.2. Phương pháp tính tốn, thiết lập các bài tốn về động học và cân bằng trên máy
xúc lật cải tiến:........................................................................................................... 10
2.2.3. Phương pháp thiết kế cải tiến các bộ phận cơng tác của máy dựa vào cơng suất,
kích thước thực tế của máy và các thông số kỹ thuật của bơm thủy lực (P, Q) và xi lanh
thủy lực trên máy Kubota L1500: ............................................................................... 11
2.2.4. Phương pháp công nghệ gia cơng chế tạo các bộ phận làm việc chính của máy
cải tiến theo thiết kế: .................................................................................................. 12
2.2.5. Phương pháp thử nghiệm và thực nghiệm máy sau cải tiến trong điều kiện sản
xuất thực tế: chuẩn bị máy, bấm giờ, đo đạc các chỉ tiêu: ........................................... 12
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................ 13
3.1. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU MÁY CẢI TIẾN .................................... 13
3.1.1. Các thông số kỹ thuật và kết cấu của máy kéo Kubota L1500 .......................... 13
3.1.2 Phân tích, lựa chọn kết cấu cải tiến liên kết với máy kéo Kubota L1500: .......... 14
3.2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN KẾT CẤU CƠ CẤU XÚC LẬT CẢI TIẾN ............. 16
3.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của kết cấu khâu, khớp bộ phận làm việc xúc lật:................... 16
3.2.2. Xác định các cơ cấu làm việc khâu, khớp chính và chọn vật liệu:..................... 17
3.3. LẬP MƠ HÌNH TÍNH TỐN CHO CƠ CẤU XÚC LẬT .................................. 17
3.3.1. Tính tải trọng nâng lớn nhất của gầu xúc: ......................................................... 17
3.3.2. Xác định lực đẩy gầu lớn nhất để xúc vật liệu: ................................................. 18
3.3.3 Lập biểu thức cân bằng mô men chống lật để xác định thơng số hình học của các
khâu theo tải trọng tối đa của cơ cấu xúc lật:.............................................................. 18
3.3.4. Lập biểu thức để xác định lực nâng tối đa theo các thông số tải trọng của xi lanh
thủy lực: .................................................................................................................... 21
3.4. TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA

CƠ CẤU XÚC LẬT .................................................................................................. 22
3.4.1. Tính tốn thiết kế gầu xúc: ............................................................................... 22
3.4.2. Tính tốn xác định thơng số thiết kế 2 cần chính cơ cấu xúc ............................ 25
3.4.3. Tính chọn tiết diện cần xúc .............................................................................. 34
3.5.THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC ..................................... 36
3.6. TÍNH TỐN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG .................... 42
3.6.1. Xi lanh thủy lực ............................................................................................... 42


vii
3.6.2.Tính chọn các van trong hệ thống thủy lực: ....................................................... 47
3.7. HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG ............................................................................... 54
3.7.1. Đường ống vào và ra của xi lanh lực: ............................................................... 54
3.7.2. Ta chọn đường ống hút và đẩy của bơm. .......................................................... 55
3.7.3. Cút nối: ............................................................................................................ 56
3.7.4. Thùng dầu thuỷ lực: ......................................................................................... 56
3.7.5. Đối trọng.......................................................................................................... 56
3.8. THỬ NGHIỆM VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY CẢI TIẾN .................................... 60
3.8.1. Thử nghiệm liên hợp máy (LHM) cải tiến: ....................................................... 60
3.8.2. Khảo nghiệm thực tế: ....................................................................................... 61
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 64
4.1 KẾT LUẬN: ........................................................................................................ 64
4.2 KIẾN NGHỊ: ....................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 66


viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

QH: Tải trọng nâng lớn nhất

kG

Vh : dung tích gầu

m3

PKmax : Lực kéo lớn nhất

kG

Gb: trọng lượng bám của máy

kG

g : là gia tốc trọng trường

m/s2

G1 : Tự trọng gầu

kg

G2 : Tải trọng khi đầy gầu

kG

G3: Tự trọng của khung

kg

Gmk: là trọng lượng máy kéo

kg

G đt: là khối lượng đối trọng phía sau

kg

Gmk :trọng lượng máy cơ sở

kg

K0: Hệ số thực nghiệm
P : áp suất tối đa của bơm

kG/cm2

W: Lực cản di chuyển

N

Lg: Chiều dài gầu

m

Bg: Bề rộng của miệng gầu

m

Vg: Dung tích gầu xúc

m2

k1: Sức cản riêng đẩy gầu vào đống vật liệu.
F: diện tích tiếp xúc

m2

Wu: là mơ men uốn lớn nhất
FN: Tải trọng nâng

kG

Fmsc: Lực ma sát cần piston

N

A1 : diện tích piston ở buồng cơng tác

cm2

A2 : diện tích 2piston ở buồng chạy khơng

cm2

D: đường kính trong xilanh

cm

d: đường kính cần piston

cm

p 1: áp suất ở buồng công tác

kG/cm2


ix
p 2: áp suất ở buồng ra

kG/cm2

Q1: lưu lượng vào xianh

l/p

Fmsp: lực ma sát của piston và xi lanh

N

Fmsc: lực ma sát giữa cần piston và vịng chắn khít

N

p k : là áp suất ban đầu giữa vòng găng và xilanh

kG/cm2

p: áp suất tác dụng vào vòng chắn

kG/cm2

QDC: lưu lượng cấp vào xi lanh lực

l/p

Vmax: vận tốc công tác max

m/s

: Hiệu suất lưu lượng của bơm bánh răng
: Hiệu suất lưu lượng của xi lanh lực
Qb: Lưu lượng cung cấp

l/p

p b: Áp suất bơm tạo ra

kG/cm2

Qkc : Lưu lượng vào buồng khơng cần

l/p

Qcc : Lưu lượng ra buồng có cần

l/p

p v pp : áp suất dầu vào van

kG/cm2

p r pp : áp suất dầu ra van phân phối

kG/cm2

LHM: Liên hợp máy


x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1. Các số liệu chính để thiết kế bộ phận xúc lật .............................................. 37
Bảng 3.2. Các thống số kỹ thuật của LHM cải tiến .................................................... 45
Bảng 3.3. Bảng so sánh khảo nghiệm của LHM cải tiến với một số loại máy xúc
chuyên dùng .............................................................................................................. 63


xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo máy xúc lật. ............................................................................ 5
Hình 1.2. Hình ảnh máy xúc lật cơng suất nhỏ ............................................................. 6
Hình 1.3. Hình ảnh máy xúc lật công suất nhỏ đang làm việc ...................................... 6
Hình 1.4. Các kích thước cơ bản của máy xúc lật chuyên dụng .................................... 7

Hình 1.5. Máy xúc lật LIUGONG ZL50C.................................................................... 8
Hình 1.6. Máy xúc lật DooSan SD300N ...................................................................... 8
Hình 1.7. Máy xúc lật Komatsu WA 430-6 .................................................................. 9
Hình 3.1. Máy kéo Kubota L1500 (cũ)....................................................................... 13
Hình 3.2. Sơ đồ ngang kết cấu xúc lật dự kiến bố trí trên Kubota L1500 .................... 14
Hình 3.3.Máy kéo được gắn thêm bộ cơng tác gầu xúc ở phía trước .......................... 15
Hình 3.4. Máy kéo được gắn thêm bộ công tác gầu xúc ở phía sau ............................ 15
Hình 3.5. Sơ đồ kết cấu các khâu, khớp liên kết với máy kéo Kubota L 1500 ............ 16
Hình 3.6. Sơ đồ xác định lực nâng tối đa của cơ cấu xúc lật ....................................... 19
Hình 3.7. Sơ đồ kết cấu máy xúc lật cải tiến .............................................................. 23
Hình 3.8. Sơ đồ tính tốn gầu xúc .............................................................................. 24
Hình 3.9. Sơ đồ mô phỏng lực tác dụng lên cần gầu xúc ............................................ 25
Hình 3.10. Sơ đồ biểu thị lực cắt vật liệu của gầu ...................................................... 26
Hình 3.11. Sơ đồ cơ cấu cần nâng chính và các lực tác dụng...................................... 28
Hình 3.12. Sơ đồ phân bố nội lực cần nâng xúc chính ................................................ 29
Hình 3.13. Biểu đồ mơ men cần chính ....................................................................... 31
Hình 3.14. Biểu đồ mơ men đoạn giữa cần chính. ...................................................... 32
Hình 3.15. Biểu đồ mơ men lực cần chính ................................................................. 33
Hình 3.16. Cấu tạo và kích thước cần xúc .................................................................. 35
Hình 3.17. Sơ đồ khối hệ thống thủy lực của máy xúc lật........................................... 36
Hình 3.18. Sơ đồ mạch thủy lực nâng hạ trên máy kéo Kubota L1500 ....................... 37
Hình 3.19. Sơ đồ mạch thủy lực nâng hàng và đẩy hàng ............................................ 37
Hình 3.20. Sơ đồ kết cấu xi lanh tác dụng kép có cần piston một phía ....................... 38


xii
Hình 3.21. Sơ đồ kết cấu và ký hiệu của van tỷ lệ ...................................................... 39
Hình 3.22. Van an tồn tác dụng gián tiếp.................................................................. 40
Hình 3.23. Van cản (van một chiều)........................................................................... 41
Hình 3.24. Sơ đồ kết cấu van cản ............................................................................... 41

Hình 3.25. Kết cấu bơm bánh răng ............................................................................. 42
Hình 3.26. Sơ đồ tính tốn xilanh............................................................................... 42
Hình 3.27. Sơ đồ kết cấu bơm bánh răng ................................................................... 47
Hình 3.28. Sơ đồ tính tốn van tiết lưu ....................................................................... 48
Hình 3.29. Sơ đồ kết cấu van tràn .............................................................................. 50
Hình 3.30. Sơ đồ tính tốn van cản ............................................................................ 53
Hình 3.31. Chốt ắc cần phụ ........................................................................................ 57
Hình 3.32. Cần phụ và chốt, ắc cần chính. ................................................................. 57
Hình 3.33. Bản vẽ cần chính và gầu xúc .................................................................... 58
Hình 3.34. LHM sau khi cải tiến ................................................................................ 59
Hình 3.35. Hình ảnh liên hiệp máy xúc lật sau khi cải tiến (thế xúc) .......................... 59
Hình 3.36. Hình ảnh liên hiệp máy xúc lật sau khi cải tiến (thế nâng) ........................ 60
Hình 3.37. Máy ở trạng thái xúc vật liệu. ................................................................... 62
Hình 3.38. LHM ở trạng thái đổ vật liệu .................................................................... 62


1

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Thiết bị truyền dẫn thủy lực thường được ứng dụng rộng rãi trong các máy cơng
trình. Điều đó có được bởi vì so với các dạng truyền động khác, truyền động thủy lực
có các ưu điểm: công suất lớn nhưng khối lượng nhỏ; hiệu chỉnh đơn giản vô cấp vận
tốc, cơ cấu làm việc tịnh tiến – khứ hồi với giới hạn điều chỉnh rộng; có khả năng
nhanh chóng đảo chiều với việc hãm (phanh) và khởi động êm dịu; năng lượng riêng
lớn, khối lượng quán tính nhỏ; dễ dàng điều khiển tự động hóa và bảo vệ; các thiết bị
tự bôi trơn, nâng cao độ tin cậy làm việc; có khả năng chuẩn hóa cao các phần tử nhiệt.
Thiết bị truyền dẫn thủy lực được trang bị trên khoảng 2/3 số máy cơng trình
(máy xây dựng và máy đường bộ). Tỉ lệ ứng dụng thiết bị truyền dẫn thủy lực vẫn

không ngừng tăng lên.
Việc các hệ thống và liên hợp máy được trang bị thiết bị truyền dẫn thủy lực
được phổ biến rộng rãi đặt ra yêu cầu đào tạo các chuyên gia thiết kế, lắp đặt, vận hành
và sửa chữa hệ thống truyền dẫn thủy lực.
- Nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L1500 trở thành máy xúc
Nghiên cứu này trình bày các bước tính tốn, thiết kế cải tiến và chế tạo, khảo nghiệm
một hệ thống truyền dẫn thủy lực trên máy kéo Kubota L1500 thành máy xúc lật.
- Để đầu tư một thiết bị mới đòi hỏi một nguồn kinh phí khơng nhỏ.
- Hiện tại nhà trường cịn một số thiết bị máy kéo không sử dụng.
- Do điều kiện địa hình của đơn vị gần đồi núi, có nhiều cơng trình cần
xây dựng.
- Dựa vào điều kiện thực tế của nhà trường, cịn thiếu thiết bị trong q trình
luyện tập cho học sinh và máy kéo ít sử dụng trong nông nghiệp.
- Máy sau khi cải tiến sẽ phục vụ cho quá trình thực tập của học sinh - sinh viên
được phong phú và đa dạng hơn. Ngoài ra máy còn phục vụ tiếp liệu và dọn dẹp trong
quá trình xây dựng và sửa chữa của nhà trường, nhằm giảm bớt sức lao động lật địi
hỏi q trình tính toán một cách hợp lý kể cả từ kết cấu bảo đảm khả năng làm việc
linh hoạt cho đến cân bằng hệ thống, độ bền cấu tạo của các cơ cấu và mỗi chi tiết
của máy.
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến máy kéo KUBOTA L1500 thành
máy xúc lật” là công việc hết sức cấp thiết hiện nay cho Trường cao đẳng Cơ điện và
Xây dựng Nam Trung bộ đã được tôi chọn thực hiện.


2
2. Mục tiêu chung của đề tài
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này nhằm tạo ra một liên hợp máy xúc lật trên
máy kéo hiện có, thay đổi tính năng kỹ thuật của máy kéo từ tạo ra lực kéo sang khả
năng xúc – nâng – di chuyển.
Việc các máy được trang bị thiết bị truyền dẫn thủy lực phổ biến rộng rãi đặt ra

yêu cầu đào tạo các chuyên gia thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa hệ thống truyền
dẫn thủy lực. Nghiên cứu này nhằm tính tốn, thiết kế cải tiến một hệ thống truyền dẫn
thủy lực của các máy cơng trình sẵn có nhằm làm tăng khả năng làm việc của liên hiệp
máy, tăng hiệu suất và thời gian sử dụng.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
3.1. Ý nghĩa khoa học:
- Kết quả nghiên cứu cải tiến của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho phương pháp
về thiết kế, cải tiến hệ thống thủy lực trong kỹ thuật nói chung và hệ thống thủy lực
khi được cải tiến trên máy kéo nông nghiệp KUBOTA L1500 với chức năng mới.
- Góp phần làm tài liệu đào tạo, nghiên cứu cho người học trong các Trường kỹ
thuật nghề và đại học kỹ thuật.
3.2.Ý nghĩa thực tiễn:
- Đề tài hướng đến việc thiết kế cải tiến, chế tạo hoàn chỉnh đối với hệ thống
xúc lật sử dụng hệ thống thủy lực có sẵn trên máy kéo với mục đích chuyển tính năng
kỹ thuật từ máy kéo KUBOTA L1500 thành máy xúc lật KUBOTA L1500. Tăng khả
năng làm việc của máy, không thay đổi khả năng kéo của máy.
- Tăng khả năng làm việc, đa dạng hóa các cơng việc cho máy kéo sử dụng
trong nơng nghiệp..


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG, KHAI THÁC
MÁY XÚC LẬT Ở VIỆT NAM

1.1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY XÚC LẬT:
Máy xúc lật một gầu thuộc nhóm máy động lực trong xây dựng và giao thơng.
Nó đóng vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong các công trường xây
dựng, nhiệm vụ là xúc lật vật liệu xây dựng, đất đá, sỏi than, rác…Ở máy xúc lật một
gầu tự hành, thiết bị làm việc trực tiếp với vật liệu là gầu xúc, gầu xúc được lắp chốt

bản lề với một tay cần, đầu kia của tay cần được lắp chốt bản lề với khung máy kéo
hoặc đầu kéo. Tay gầu quay tương đối được với khung và gầu là nhờ các xy lanh
thuỷ lực được cấp dầu cao áp từ máy bơm, máy bơm dược dẫn động từ động cơ đốt
trong của máy kéo. Máy xúc lật một gầu có các loại: loại dỡ tải (đổ vật liệu) phía
trước máy, loại đổ sang hai bên sườn và loại đổ vật liệu ra phía sau (máy xúc vượt
hoặc xúc lật toàn cần).
Ở loại gầu đổ vật liệu phía trước xúc vật liệu bằng cách cho máy tịnh tiến và
hạ gầu xuống cho lưỡi gầu xúc vào đống vật liệu, sau đó quay gầu với góc quay 45 0 60. Ở loại gầu đổ bên hông bộ công tác xúc được đặt trên mâm quay, sau khi xúc vật
liệu xong sẽ quay tay gầu cùng với cần sang hai bên hông để đổ xuống phương tiện
vận chuyển (quay sang bên trái hoặc bên phải vng góc). Loại máy có khung di
chuyển có hai nửa lắp khớp bản lề với nhau để dễ lượn vòng. Ở máy gầu đổ phía sau
lấy vật liệu phía trước, sau khi đã xúc vật liệu người ta điều khiển tay gầu nâng hoàn
toàn lên trên và quay gầu về phía sau máy để dỡ vật liệu, vật liệu chảy về phía đi
gầu. Loại máy bốc xúc một gầu đổ vật liệu phía sau ít thuận lợi cho khai thác, nên
dần được thay thế bằng loại máy đổ phía trước và loại máy đổ bên hông.
Thông số cơ bản của máy xúc lật một gầu là tải trọng nâng của máy. Đối với
loại máy đổ vật liệu phía trước là vật liệu chứa trong gầu, đối với loại máy đổ vật
liệu phía bên hơng, ngồi trọng lượng của vật liệu chứa trong gầu cịn phải kể đến
trọng lượng bộ phận công tác. Sức nâng của máy xúc một gầu di chuyển bánh lốp từ
0,32 - 5 Tấn; đối với máy di chuyển xích từ 2-10 Tấn.
Cho gầu xúc vật liệu được thực hiện bằng hai phương pháp:
Phương pháp 1: Hạ gầu xuống đống vật liệu,cho máy tịnh tiến, lúc đầu gầu
cắm vào đống vật liệu, nhờ lực đẩy của máy gầu cắm sâu vào đống vật liệu, sau đó
nâng gầu lên vật liệu sẽ được chất đầy trong gầu.
Phương pháp 2: Hạ gầu xuống đống vật liệu, cho máy tịnh tiến đẩy vào đống
vật liệu với chiều sâu khơng lớn, sau đó vừa nâng gầu lên vừa cho di chuyển máy
chậm về phía trước, gầu sẽ được chất đầy vật liệu từ từ.


4

Theo phương pháp 2 đạt hiệu quả cao hơn, vì khi gặp vật liệu cục không thể
đưa sâu gầu một lần vào đống vật liệu được, do lực cắm lưỡi gầu lớn, bộ phận di
chuyển máy sẽ bị trượt. Do đó gầu được đưa vào đống vật liệu cục phải từng nấc sẽ
thuận lợi hơn, giảm được lực cản. Theo phương pháp hai sẽ tiết kiệm năng lượng hơn
so với phương pháp một, nhưng năng suất thấp hơn.
Mức độ đẩy gầu vào đống vật liệu phụ thuộc vào vị trí của tay gầu, tầm quay
cần đặt cao, chiều sâu đẩy gầu vào đống vật liệu càng nhỏ.
Tốc độ gầu khi xúc vật liệu nằm trong giới hạn từ (1-1,5)m/s. Chiều cao nâng
gầu phải đảm bảo cho gầu có thể đổ được vào thùng xe ôtô hoặc phễu chứa vật liệu.
Nếu sức nâng của gầu (1,25-5) tấn thì chiều cao nâng gầu là (2,8-3,6) m. Tốc
độ di chuyển của máy xúc lật một gầu chạy xích tương đương tốc độ di chuyển của
máy kéo bánh xích từ (3-8) km/h; khi lắp thêm hộp giảm tốc phụ thì có thể đến (812) km/h với mục đích để đảm bảo lực đẩy lớn nhất so với lực bán di chuyển bánh
xích trên nền. Máy xúc lật một gầu bánh hơi, thường được trang bị bộ biến tốc thuỷ
lực, đảm bảo tốc độ di chuyển có thể thay đổi tốc độ vơ cấp từ (0-40) km/h. Khối
lượng riêng của máy xúc lật một gầu di chuyển bánh hơi thường (3-4) tấn trên một
tấn sức nâng của gầu.
Công suất cần thiết của động cơ được xác định từ trọng lượng máy và tốc độ
di chuyển của máy, thường cứ (25-35) kW trên một tấn sức nâng của gầu.
1.2. CÔNG DỤNG VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MÁY XÚC LẬT
- Máy xúc lật trong xây dựng được sử dụng để xếp dỡ, vận chuyển với cự
ly ngắn các loại vật liệu rời (cát, đá, sỏi), tơi hoặc dính, xúc các loại hàng rời,
hàng cục nhỏ.
- Khai thác (đào và xúc) đất thuộc nhóm: I, II và đổ lên các thiết bị vận chuyển.
- Có thể vận chuyển các loại vật liệu trên trong cự ly không quá 100 m.
- Máy được sử dụng rộng rãi trong các mỏ đá, trong các xí nghiệp sản xuất vật
liệu xây dựng, trong các kho bãi chứa vật liệu xây dựng và trong các trạm sản xuất
bê tông tươi, bê tơng Atphal... Ngồi ra máy xúc lật cịn được sử dụng vào một số
công việc khác tuỳ vào bộ công tác của từng máy mà ta có cơng dụng riêng
1.3. PHÂN LOẠI MÁY XÚC LẬT
Các máy xúc lật rất đa dạng về kết cấu nhưng có thể phân loại theo các

dạng sau:
- Theo thiết bị di chuyển:
+ Máy xúc lật di chuyển bánh xích.


5
+ Máy xúc lật di chuyển bánh lốp.
- Theo cách dỡ tải:
+ Máy xúc lật dỡ tải phía trước máy.
+ Máy xúc lật dỡ tải hai bên sườn.
+ Máy xúc lật dỡ tải ra phía sau.
- Theo kết cấu thiết bị cơng tác: Liên kết phía trước hoặc liên kết phía sau.
- Theo kết cấu tổng thể:
+ Máy xúc lật làm việc liên tục.
+ Máy xúc lật làm việc theo chu kỳ
1.4. CẤU TẠO CHUNG MÁY XÚC LẬT BÁNH LỐP:

Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo máy xúc lật.
1. Gầu xúc; 2. Thanh đẩy; 3. Xi lanh lật gầu; 4. Khung chính; 5. Cabin điều khiển;
6. Máy cơ sở; 7,10. Bánh lốp; 8. Khớp quay; 9. Xy lanh khung chính.
Các phần chính gồm:
- Động cơ thường sử dụng động cơ diesel để tiết kiệm nhiên liệu và có khả
năng vượt tải tốt.
- Khung gầm và hệ thống truyền lực, di động tương tự một máy kéo (bánh
xích hoặc bánh lốp).
- Hệ thống nâng hạ thủy lực đồng bộ.
- Hệ thống các cơ cấu xúc lật gồm: gầu xúc, các cần chính để đẩy, nâng, quay;
các cần phụ để điều chỉnh gầu xúc và đổ vật liệu.

6

Hình 1.2. Hình ảnh máy xúc lật cơng suất nhỏ
1.5 CẤU TẠO TỔNG THỂ CỦA MÁY XÚC LẬT MỘT GẦU CHUYÊN DỤNG
CỠ NHỎ:
a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Hình 1.3. Hình ảnh máy xúc lật cơng suất nhỏ đang làm việc


7
b) Các bộ phận chính của một máy xúc lật:

Hình 1.4. Các kích thước cơ bản của máy xúc lật chun dụng
Máy xúc lật một gầu có bộ phận cơng tác gồm: cần, tay gàu, gầu xúc, răng
gầu, các chốt liên kết và hệ thống xi lanh thuỷ lực. Cần là bộ phận nâng gầu lên cao
phục vụ quá trình xúc và đưa vật liệu lên cao. Cần được nâng lên nhờ hai xi lanh
thuỷ lực đặt ở hai bên máy. Tay gầu là bộ phận để thay đổi góc cắt đất và lật gầu khi
đổ vật liệu. Tay gầu được điều khiển bằng xi lanh tay gầu đặt ở trước máy. Gầu để
đựng vật liệu, răng gầu có tác dụng để chống mòn và chống gãy lưỡi gầu khi gặp vật
liệu cứng. Răng gầu khi mịn có thể thay thế nhanh chóng. Ở cơ cấu làm việc cịn có
các khớp và chốt liên kiết, chúng có tác dụng để liên kết các chi tiết lại với nhau.
Phần cơ sở của máy xúc lật một gầu gồm các phần động lực, hệ thống chuyển
động, khung máy và ca bin lái.
1.6. MỘT SỐ LOẠI MÁY XÚC LẬT SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM:
Những thơng số kỹ thuật và hình ảnh của máy xúc lật LIUGONG ZL50CN.
- Nước sản xuất Trung Quốc
- Dung tích gàu 3m 3
- Tải trọng nâng 5.000 kg
- Công suất máy 210 ml

- Chiều cao nâng đổ 4.200 mm


8

Hình 1.5. Máy xúc lật LIUGONG ZL50C

Hình 1.6. Máy xúc lật DooSan SD300N
- Hãng sx DooSan (Hàn Quốc)
- Dung tích gầu 2,9m3
- Công suất máy 200 ml
- Chiều cao đổ vật liệu 3560 mm
- Áp suất lớn nhất của bơm thủy lực 350 kG/cm 2
- Trọng lượng của máy 16400 kg
- Kích thước cơ sở 7860×2942×3470


9

Hình 1.7. Máy xúc lật Komatsu WA 430-6
- Dung tích gàu 3,5 m 3
- Công suất 230 ml
- Trọng lượng máy 18.530 kg
- Độ rộng gàu 2,905 m


10

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:
- Các thông số kỹ thuật của máy kéo Kubota L1500 và các máy kéo tương tự.
- Kết cấu, cấu tạo của các bộ phận xúc và nâng, lật trên các máy cơng trình.
- Các bộ phận chính trong các hệ thống thủy lực nâng chuyển (áp suất P và Q
của bơm thủy lực, xi lanh thủy lực, bộ phân phân phối và điều khiển có sẵn trên máy
kéo Kubota L 1500).
- Tính tốn áp suất P, lưu lượng Q của cơ cấu chấp hành dựa vào tải trọng.
- Đối tượng xúc lật: đất đá thuộc nhóm các vật liệu rời rạc trong sản xuất.
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến hệ thống thủy lực trên máy kéo Kubota L1500 do
Nhật sản xuất thành máy xúc lật.
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHO ĐỀ TÀI:
2.2.1. Phương pháp điều tra, nghiên cứu tài liệu về các thiết bị về máy xúc đào,
nâng chuyển:
- Điều tra qua tài liệu đọc và thống kê các số liệu về các loại máy nâng
chuyển phổ biến ở Việt Nam.
- Tìm hiểu về các thơng số kỹ thuật, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các
loại máy kéo và máy xúc lật ở Việt Nam.
- Tìm hiểu các thơng số kỹ thuật, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy kéo
Kubota L1500 hiện có tại cơ quan.
2.2.2. Phương pháp tính tốn, thiết lập các bài tốn về động học và cân bằng trên
máy xúc lật cải tiến:
- Bài toán về cân bằng lực của hệ thống nâng chuyển bảo đảm khả năng làm
việc của cơ cấu xúc lật như xác định các khâu, khớp, tải trọng lực nâng tối đa, độ cao
nâng tối đa; từ đó xác định áp suất và lưu lượng của bơm (hoặc ngược lại).
- Bài toán cân bằng, chống lật cho liên hiệp máy khi xúc – nâng – di chuyển.
- Các bài tốn tính bền cho các chi tiết chính trong cơ cấu nâng – xúc – lật.

11
2.2.3. Phương pháp thiết kế cải tiến các bộ phận cơng tác của máy dựa vào cơng
suất, kích thước thực tế của máy và các thông số kỹ thuật của bơm thủy lực (P, Q)
và xi lanh thủy lực trên máy Kubota L1500:
Thể hiện các bản vẽ và liên kết của cơ cấu xúc lật và của từng chi tiết.