Tài liệu Nghiên cứu chế tạo phục hồi gầu công dụng chung của máy xúc komatsu pc220

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Phần I. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài 2. Mục đích nghiên cứu 3. Đối tượng nghiên cứu 4. Phương pháp nghiên cứu 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Phần II: NỘI DUNG Chƣơng 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY XÚC VÀ GẦU XÚC CÔNG DỤNG CHUNG KOMATSU PC220 1. Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu chung về các loại máy xúc thuỷ lực gầu ngược 1.2. Giới thiệu chung về các loại gầu xúc 2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy xúc Komatsu PC220 3. Nghiên cứu về động học và động lực học quá trình làm việc cảu gầu xúc 3.1. Động học và động lực học gầu xúc 3.2. Phân tích lực tác động lên gầu xúc Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO PHỤC HỒI 1.Mòn vật liệu 1.1. Mòn kim loại và hợp kim 1.2. Ma sát và mòn chất dẻo 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới mòn 2. Các dạng hỏng và nguyên nhân 2.1. Đánh giá và phân loại các dạng hỏng 2.2. Cơ chế phá hỏng và nguyên nhân gây ra với một số chi tiết chủ yếu 3. Hiện trạng công nghệ chế tạo phục hồi gầu xúc tại Việt Nam 3.1 Các số liệu khảo sát từ thực tế 3.2. Nhận xét: 4. Đề xuất giải pháp công nghệ chế tạo phục hồi 4.1 Giới thiệu chung 4.2.Phân loại các dạng hỏng 4.3.Đề xuất phương pháp phục hồi chi tiết 5. Kết luận Chƣơng 3.NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHỤC HỒI GẦU XÚC KOMATSU PC220 1.Chọn phương pháp sửa chữa và phục hồi chi tiết 2. Phục hồi chi tiết 2.1. Phục hồi bằng hàn đắp 2.2. Phục hồi bằng gia công cơ khí 2.3. Đúc mới răng gầu 3. Thử nghiệm 4. Kết luận Phần 3. KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trang 2 3 3 3 4 4 -5-55 -5-6-915 15 29 34 35 36 41 41 47 47 51 60 60 63 66 66 68 70 72 74 74 75 75 79 80 82 82 84 109 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn -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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 10 - Hình 1.4. Máy xúc Komatsu PC220 gầu ngược Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn - 14 - Hình 1.7. Thiết bị công tác gầu ngược [1] 1 – Khung bàn quay 8 – Tay đòn gầu 2 - Buồng lái 9 - Gầu 3,4 - cần trong và cần ngoài 10 – Thanh kéo 5,6,11 – Xi lanh thuỷ lực a, b, c - Vị trí lắp thanh kéo 10 7 – Tay gầu 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 A dFk dx x1  Fk   Adx  Fk  Adx x1 x 0 x0 (Nếu A không phụ thuộc vào x) Và: Fk = A (x1 – x0) = A.x Trong đó: Fk - lực cản từ đất tác dụng lên gầu xúc + Phương trình chuyển động như sau:   Ir   2  m x  T( x )  Fr  F1  r    (1 – 1) Trong đó: Ir - 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 Fr - Lực cản di chuyển F1 - 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 : Fh – Fe – mr. x = 0 (1 – 2) Với : Fh - Lực chủ động Fe - Các lực cản mr - 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 : T  Fe  m.x  0 (1 – 3) Với T - Lực bám của máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 mr 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 18 d2x Fh Fe  mr 2  0 (1-4) dt Với : Fh = Ff ; v = v0 Trong đó : Fh - Lực kéo Ff - Lực cản di chuyển Fk - Lực cản từ đất tác dụng lên gầu v - Vận tốc máy v0 - Vận tốc ban đầu Tổng lực cản Fe xác định như sau : Fe = Ff + Ax = Ff + Fk(x) (1-5) Trong trường hợp tổng quát khi máy di chuyển trên nền có độ dốc thì: Ff = 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: Ff = f. G.cos - G.sin Khi: f.G.cos = G.sin thì: Ff = 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 vn – v0) Với: Tn, vn - Lực léo và vận tốc tại thời điểm bắt đầu giai đoạn làm việc ổn định; v0 - Vận tốc đồng bộ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn