Bài giảng Máy làm đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí Bộ môn Kỹ thuật hệ thống công nghiệp MÔN HỌC MÁY LÀM ĐẤT Số TC 03 Giảng viên Nguyễn Trọng Dũng Email nguyentrongdung1302@tlu edu vn Sđt 0989 182 711 mailto nguyentr[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

• Tổng thời lượng môn học lý thuyết: 45 tiết (3 tín chỉ)

• Đồ án môn học là học phần riêng

• Là môn học bắt buộc cho ngành Kỹ thuật cơ khí.

• Các môn học học trước: Cơ sở thiết kế máy 1,2; Vật liệu kỹ thuật; Dung sai lắp ghép và Kỹ thuật đo; Truyền động thủy lực khí nén; Ô tô máy kéo; Nguyên

lý máy.

• Nội dung:

- Cung cấp kiến thức về công tác đất đá, công dụng, cấu tạo, nguyên lý làm việc, tính toán năng suất và lựa chọn máy làm đất.

- Giới thiệu các bước chính tính toán thiết kế máy làm đất.

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

• Hình thức đánh giá:

- Điểm quá trình: 30% (chuyên cần, kiểm tra quá

trình, xây dựng bài)

- Điểm thi kết thúc: 70% (Tự luận 90 phút)

• Giáo trình giảng dạy:

- Vũ Minh Khương, Máy Làm Đất, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội 2014.

- Lưu Bá Thuận, Tính toán Máy Thi Công Đất, NXB Xây dựng, Hà Nội 2005.

• Nội dung:

- Chương 1: Công tác đất đá

- Chương 2: Các vấn đề cơ bản về máy làm đất

- Chương 3: Máy đào

- Chương 4: Máy xúc lật

- Chương 5: Máy ủi

- Chương 6: Máy đầm

- Chương 7: Xe vận tải

- Chương 8: Các loại máy làm đất khác

- Chương 9: Chi phí và quản lý

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

• Đất đá và bùn

• Bộ công tác máy làm đất và lực tác dụng

• Các loại công tác đất

CHƯƠNG 1: CÔNG TÁC ĐẤT, ĐÁ

ĐẤT ĐÁ & BÙN - GIỚI THIỆU CHUNG

• Đất là vật liệu rời ở trên bề mặt Đá là vỏ cứng của trái đất, nằm phía dưới và thường đâm nhô lên khỏi mặt đất

• Không có sự phân biệt rõ ràng giữa đất và đá

• Vật liệu để đào: đá, vật liệu khó đào và vật liệu dễ đào

• Đất dẻo: có thể lăn trong lòng bàn tay thành những sợi

• Đá được phân loại theo cách chúng được tạo thành:

– Đá núi lửa: đá mác-ma, đá phún xuất

– Đá trầm tích được tạo thành từ đất, thực vật hoặc xác động vật

– Đá biến chất có nguồn gốc từ đá núi lửa /đá trầm tích – Chất lượng của các loại là khá khác nhau, ngay cả

trong cùng một loại cũng có thể có các thông số khác nhau: lực cản cắt, hệ số ma sát, hay khả năng nghiền.

ĐẤT ĐÁ & BÙN - CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ

• Độ ẩm, :

– Thông số quan trọng nhất của đầm nén đất là độ ẩm, đầm nén tốt nếu nó chứa một lượng nước thích hợp - độ

ẩm tối ưu của đất.

– Một loại đất có độ ẩm quá cao có thể trở thành đàn hồi khi đầm, tạo nên các lượn sóng trước và sau trống đầm,

và nó sẽ đàn hồi trở về vị trí ban đầu khi đầm đi qua.

• Độ ổn định:

– Nếu một nền đường không được đầm, có thể bị co và lún, gây ảnh hưởng hoặc phá huỷ các lớp rải và các kết cấu khác trên đó.

– Đất sét không phải là một loại vật liệu tốt cho khối đắp

ĐẤT ĐÁ & BÙN - CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ

• Hệ số kéo bám,  (Bảng 4 – Phụ lục):

– Hệ số kéo bám là phần khối lượng tác dụng lên các bánh chủ động hoặc xích được chuyển thành chuyển động của một máy

– Hệ số kéo bám của các bề mặt khác nhau, tính theo tỉ lệ phần trăm (%) của trọng lượng tác dụng lên các bánh

xe chủ động hoặc xích

• Phân bố khối lượng:

– Tính lực kéo bám, chỉ sử dụng khối lượng tác dụng lên các bánh chủ động (hoặc xích) truyền lên mặt đất.

– Khi lên dốc, khối lượng máy tác dụng lên các bánh xe dịch chuyển về các bánh chủ động phía sau và giảm đi

từ các bánh phía trước.

• Khả năng chịu tải:

– Khả năng chịu tải là khả năng chống đỡ khối lượng của lốp, xích hoặc bệ đỡ trên đất mềm

– Khả năng chịu tải phụ thuộc vào khối lượng, diện tích tiếp xúc và khả năng chịu tải của đất

– Khối lượng chia cho diện tích tiếp xúc sẽ được áp suất (p) – Nếu p lớn hơn khả năng chịu tải của đất, máy sẽ bị lún cho đến khi nó có đủ diện tích tiếp xúc để đỡ nó.

• Khả năng xới được:

– Là mức độ khó hoặc dễ phá vỡ một loại đá bằng các lưỡi xới

– Nói chung các loại đá núi lửa là không xới được, các loại đá trầm tích có thể xới được, tùy thuộc mức độ

phong hóa

– Khả năng xới được của đất đá tỷ lệ với tốc độ truyền sóng địa chấn

• Khối lượng riêng (Dung trọng) của đất đá ():

– Là khối lượng một đơn vị thể tích đất đá ở độ ẩm tự nhiên (kg/m 3 ), liên quan đến việc chọn gầu, nâng tải,…

–  ở trạng thái tự nhiên và ở trạng thái rời đối với một

số loại đất đá thường gặp trong Bảng 5 – Phụ lục

ĐẤT ĐÁ & BÙN - CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ

ĐẤT ĐÁ & BÙN - CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ

– Đường tạm: Có thể xây dựng một con đường lát bằng

thân cây để phục vụ các máy hạng nặng trên mặt đất rất mềm

– Một loại đất ướt có khả năng chịu tải tốt, có thể dễ trở thành bùn, có thể được bảo vệ bằng một lớp sỏi dày vài

cm, được rải trước khi xe cộ hoạt động

ĐẤT ĐÁ & BÙN - BÙN

– Để cắt, tách đất khỏi khối đất chính đồng thời có loại dùng để chứa đất, vận chuyển đến nơi dỡ tải

– Bộ công tác của máy làm đất có các loại chính sau:

CÁC LOẠI BCT & LỰC TÁC DỤNG –

CÁC LOẠI BCT

β, α, , , , , L, H, R (Lưỡi cắt),

q, L, B, H (Gầu, thùng), b, l (Răng xới)CÁC LOẠI BỘ CÔNG TÁC –

CÁC THÔNG SỐ

CÁC LOẠI CÔNG TÁC ĐẤT

• Dọn mặt bằng

– Máy móc và công nhân

– Xử lí vật liệu phế thải, Dọn bụi cây, Dọn cây thân gỗ

– Nhổ gốc cây, Xử lí cây cối phế thải

– Xử lí đá quá cỡ và phá dỡ các công trình xây dựng

• Đào móng:

Trình tự đào móng bằng máy ủi

CÁC LOẠI CÔNG TÁC ĐẤT

• Đào rãnh tiêu nước

– Bằng máy đào gầu sấp:

– Bằng các loại máy khác: gầu ngoạm, gầu dây, gầu ngửa

– Đường sân bay

– Đường sỏi đá dăm

• Khai thác lộ thiên:

– Bóc tầng phủ

– Khai thác vật liệu

 Cơ cấu di chuyển, quay

 Cabin và Hệ thống điều khiển

• Bộ công tác: chi tiết trong các chương riêng

THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC

Động cơ điện

– Các loại động cơ điện một chiều, xoay chiều

– Hiệu suất của động cơ điện rất cao (η = 0,75 ÷ 0,90), đổi chiều dễ dàng, khả năng chịu quá tải lớn, đường đặc tính ngoài mềm, giá thành rẻ

– Một số máy đào cỡ lớn cũng dùng động cơ điện

– Nhược điểm: phụ thuộc nguồn điện, thay đổi tốc độ khó khăn nên tính đa năng thấp do đó không được dùng

Các đặc điểm chính của đ/cơ Đi-ê-zen hiện nay:

• Kinh tế hơn động cơ xăng

• Lực nén cao hơn nên hoạt động hiệu

quả hơn

• Nhiên liệu có giá trị nhiệt cao hơn

• Nguy cơ cháy nổ giảm

• Hầu hết các máy làm đất hiện nay

đều dùng động cơ đi-ê-zen, bốn kì,

làm mát bằng nước và phun nhiên

• Hiệu suất: công nghệ ACERT cho công suất cao hơn.

• ACERT - tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ăn mòn vật liệu.

• ACERT giảm khí thải ở kỳ cháy, với các cải tiến ở ba hệ thống chính của động cơ: nhiên liệu, phối khí và điện tử

• Hệ thống nhiên liệu: đa số các động cơ điều khiển bằng điện tử, tác động bằng cơ khí (MEUI) hoặc thủy lực (HEUI)

• Hiệu suất cao hơn, giúp giảm khí thải dạng hạt do nhiên liệu được phun vào mịn hơn và cháy hoàn toàn

• Kết cấu nhỏ gọn hơn so với các loại động cơ không điều khiển điện tử, áp suất cao.

• Dạng mô-đun cho phép cập nhật, nâng cấp dễ dàng, sửa chữa tiện lợi với chi phí thấp hơn.

THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC

• Bộ điều khiển động cơ (ADEM):

– Kiểm soát việc phân phối nhiên liệu để có được hiệu suất

cao nhất

– Cung cấp nhiên liệu linh hoạt cho phép động cơ phản ứng

nhanh nhạy tùy theo các nhu cầu ứng dụng

– Theo dõi tình trạng động cơ và máy trong khi vẫn duy trì

động cơ vận hành ở hiệu suất cao nhất.

• Tuốc bin tăng áp (Tu-bô ):

– Có van điều tiết áp suất tăng áp thừa bằng cách cho khí xả

đi tắt qua bên xả của Tu-bô, giảm mòn Tu-bô khi vận hành

ở tốc độ vòng quay cao, tải thấp và tối ưu hóa việc cấp gió, cho hiệu suất động cơ cao nhất.

– Tăng mật độ gió, đem lại công suất động cơ cao hơn.

• Đệm động cơ bằng cao su giảm thiểu tiếng ồn & rung động

THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC

• Bầu lọc gió làm kín, hướng kính là loại lõi kép:

– Hiệu suất lọc cao, cảnh báo sẽ xuất hiện trên màn hiển thị khi bụi bẩn tích tụ trong bầu lọc quá mức cho phép.

• Hệ thống làm mát dạng mô-đun:

– Đảm bảo tính kinh tế sửa chữa, có hiệu suất làm mát cao

và được bố trí tách biệt với khoang động cơ.

– Quạt làm mát được dẫn động thủy lực với nhiều tốc độ khác nhau cho khả năng làm mát tối ưu.

• Phân loại công suất:

– Công suất hiệu dụng là công suất động cơ trừ đi công

suất dẫn động các bộ phận của đông cơ (như quạt gió, bơm dầu, );

– Công suất móc kéo là công suất động cơ trừ đi các tổn

thất do ma sát trên hệ truyền động.

THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC

Thiết bị động lực khác:

• Thiết bị động lực thủy lực:

– Rất phát triển và được trang bị trên hầu hết các MLĐ

– Các thiết bị như bơm, động cơ (mô-tơ) thủy lực có áp suất chất lỏng từ 35 ÷ 40 MPa

– Nhiều cơ cấu di chuyển, cơ cấu quay toa, quạt gió, trên máy làm đất được dẫn động bằng các mô-tơ thủy lực.

– Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, làm việc bền và chắc chắn.

• Thiết bị động lực khí nén:

– An toàn, khởi động nhanh, nhưng cấu tạo cồng kềnh,

– Hiệu suất thấp do tổn thất khí nén trên đường dẫn nên hiện nay ít được dùng.

• Các thiết bị động lực tổng hợp: đi-ê-zen – điện, đi-ê-zen – thủy lực, đi-ê-zen – khí nén được sử dụng trong các MLĐ

THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC

• Động cơ + Truyền động = Hệ truyền động.

• HTĐ một động cơ:

– Khối lượng, kích thước nhỏ, giá thành chế tạo rẻ, giá thành sử dụng đắt vì giá thành bảo dưỡng, sửa chữa cao – Tính thích ứng sửa chữa thấp, truyền động phức tạp, muốn đảo chiều phải dùng cơ cấu đảo chiều Khi các cơ cấu làm việc, không sử dụng hết công suất động cơ.

• HTĐ nhiều động cơ:

– Hạn chế được tải trọng trong từng cơ cấu, đảm bảo kết cấu khối nên tính thích ứng bảo dưỡng, sửa chữa cao;

– Dễ tiêu chuẩn hóa các chi tiết và bộ phận, loại bỏ được các

cơ cấu truyền dẫn đắt tiền, cồng kềnh và dễ đảo chiều

• Truyền động có thể là truyền động: cơ khí, thủy lực, điện, khí nén và truyền động hỗn hợp

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG – Phân loại

• Truyền động cơ khí bao gồm các bộ truyền cơ khí, hộp số,

cơ cấu đảo chiều, li hợp, phanh, truyền động cáp

• Đặc điểm:

– Cấu tạo đơn giản nhưng hay bị dơ dão, thiếu chính xác, thường xuyên phải điều chỉnh, hay gây tiếng ồn, lại cồng kềnh

– Nhiều cơ cấu hệ thống truyền động cơ khí được thay thế bằng truyền động thủy lực: Hộp số 3 trục thay thế bằng hộp số hành tinh.

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG –

Truyền động cơ khí

Hộp số gài số bằng li hợp

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG –

Truyền động cơ khí

Truyền động thủy lực thể tích và thủy động

TĐTL thể tích: dầu có áp suất cao, vận tốc nhỏ

– Kết cấu gọn nhẹ, lực quán tính nhỏ, nên dễ tự động hóa; – Truyền động êm, không gây tiếng ồn và tự bôi trơn;

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG –

Truyền động thủy lực

• TĐTL chuyển động tịnh tiến được sử dụng rộng rãi trong các máy làm đất để điều khiển các bộ công tác

 Bơm bánh răng với N b ≤ 15 kW, p = 10 ÷ 13

MPa.

 Bơm pít tông hướng trục với N b > 15 kW, và

p = 20 ÷ 40 MPa

 Xi lanh TL thường là loại tác động hai chiều.

 Bơm 1 cung cấp chất lỏng cho XLTL 4 qua

van phân phối 3 Tùy theo vị trí con trượt mà

chất lỏng sẽ đi vào ngăn bên trái hoặc bên

phải của xi lanh Chất lỏng trong buồng

không làm việc theo đường hồi, qua van phân

TĐTL chuyển động tịnh tiến

q b – Lưu lượng riêng của bơm (l/v)

n b – Tốc độ quay của bơm (v/ph)

Nếu không kể đến tổn thất lưu lượng thì:

Q b = Q đ (lưu lượng động cơ/xi lanh)

F đ – Diện tích mặt cắt ngang bên trong

TĐTL động cơ chuyển động quay: dẫn động cơ cấu di chuyển, cơ cấu quay toa của máy đào,….

Bơm pít tông hướng trục có p tới 32 MPa và mô

tơ thủy lực pít tông hướng trục có M > 1.000

N.m.

Lưu lượng tiêu thụ của động cơ thủy lực kiểu rô

to được xác định theo công thức:

Q đ = q đ n đ

q đ – lưu lượng riêng của động cơ thủy lực

n đ – vận tốc vòng của động cơ thủy lực:

Q d – lưu lượng của đc

Mô men do đông cơ TL:

N đ (công suất của đông cơ TL) = p q đ n đ

p – áp suất thủy lực trong hệ thống

• Tính chọn các thông số TĐTL thể tích cho MLĐ khi biết:

– Đặc tính kĩ thuật và sơ đồ máy cần có TĐTL ở những khâu thích hợp (cơ cấu dẫn động bộ công tác, bộ di chuyển);

– Công dụng và yêu cầu của truyền động thủy lực;

– Các thông số của TĐTL: lực cán pít tông S, V của cơ cấu chấp hành có chuyển động tịnh tiến, M và n ở trên trục ra của cơ cấu chấp hành có chuyển động quay.

• Các thông số cơ bản của TĐTL cần tính:

– p để đảm bảo S hay M; Q trong hệ thống để đảm bảo tốc độ

v hay vận tốc vòng n;

– Từ p tính ra S & M; từ Q tính ra V & n.

– Tính toán TĐTL gồm: chọn và tính các thông số cơ bản, tính đường ống và các bộ phận, tính kiểm tra các chỉ tiêu riêng của hệ thống như: hiệu suất, nhiệt độ và độ tin cậy

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG –

Truyền động thủy lực

Công việc trên được tiến hành theo hai bước:

• Chọn các thông số cơ bản và tính toán sơ bộ : p & Q, chúng

có quan hệ với công suất theo hàm hypecpol Biết p hoặc Q, với giá trị công suất động cơ đã biết, có thể xác định các

thông số còn lại

• Tính các thông số có kể đến tổn thất áp suất và lưu lượng, xác định hiệu suất, chỉ tiêu nhiệt và độ tin cậy,…

• Tính toán truyền động thủy lực thể tích: Tiến hành theo 2

bước ( Đọc các trang từ 57 đến 59 – Máy Làm Đất )

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG –

Truyền động thủy lực

– Đơn giản hóa các cơ cấu cơ khí, làm giảm trọng lượng máy

– Dễ điều khiển tự động, giảm nhẹ sức lao động cho người lái

Nhược điểm:

– Hiệu suất thấp hơn TĐ cơ khí và thay đổi theo chế độ làm việc;

– Chế tao khó khăn và đắt hơn TĐCK, phải làm mát và cấp dầu.

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG –

Truyền động thủy lực

• Khớp nối thủy lực để nối mềm và truyền công suất từ trục chủ động sang trục bị động mà không có sự biến đổi mô men

• Trong các máy làm đất hiện nay, khớp nối thủy lực ít được dùng, mà thay thế nó là các biến tốc thủy lực.

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG –

Truyền động thủy lực

Biến tốc thủy lực để nối mềm và truyền công suất từ bánh đà sang hộp số nhờ chất lỏng, có biến đổi mô men và thay đổi tốc độ quay của trục chủ động so với trục bị động

Các thông số cơ bản: công suất N, tỉ số truyền i, hệ số biến đổi

mô men k và hiệu suất :

• Công suất trên trục CĐ N 1 và bị động N 2 :

• Trong hầu hết các MLĐ, sau biến tốc thủy lực là hộp số hành tinh - loại hỗn hợp cơ khí – thủy lực điển hình

• Hộp số hành tinh = các li hợp TL + các bộ truyền hành tinh

• Kết hợp giữa 5 li hợp trong hộp số nhờ 5 bộ bánh răng hành tinh, một li hợp tiến, một li hợp lùi, kết hợp với ba li hợp còn lại để tạo ba số tiến và ba số lùi

• 1 Pít tông; 2 Lò xo; 3 Đĩa li hợp; 4 Vành răng; 5 Đĩa ma sát; 6 Vỏ li hợp

HT TRUYỀN ĐỘNG – Cơ khí + Thủy lực

– Trong các cầu của ô tô, máy kéo và các loại máy khác

– Làm cho hai bánh xe chủ động quay cùng tốc độ khi ô tô chuyển

động thẳng và quay khác tốc độ khi ô tô chuyển động quay vòng, đảm bảo lái dễ dàng, giảm tiêu hao công suất động cơ và làm đỡ mòn lốp

• Bộ truyền vi sai hình côn gồm: Các bánh răng bán trục 3 và

5 lắp then hoa cố định với bán trục các trục 1 và 9

• Các bánh hành tinh 10 ăn khớp với các bánh răng bán trục

3, 5 và có thể tự quay quanh các trục 4 và 11 của chúng.

• Bánh răng côn 6 được gắn với vỏ vi sai 2 và ăn khớp với bánh răng 7 của bộ truyền lực chính.

• Nguyên lí làm việc: Khi ô tô chuyển động thẳng, tốc độ quay của bán trục trái 1 (n 1 ), bán trục phải (n 9 ) và của vỏ vi sai 2 (n vs ) là như nhau:

n 1 = n 9 = n vs hay n 1 + n 9 = 2.n vs

• Các trục 4 và 11 quay cùng với vỏ vi sai 2 và hai bánh răng hành tinh 10 không có chuyển động tương đối với các bánh răng bán trục 3 và 5.

HT TRUYỀN ĐỘNG –

Bộ truyền bánh răng vi sai

• Khi ô tô chuyển động trên đường vòng, quãng đường lăn hoặc lực cản lăn ở hai bánh xe chủ động phải và trái khác nhau

• Các bánh răng hành tinh 10 vừa quay quanh các trục 4 và 11 của chúng, vừa lăn trên các bánh răng bán trục 3 và 5 Do lực cản của bánh xe bên phải tăng lên, qua bán trục 9 làm tốc độ quay của bánh răng 5 giảm đi một lượng là:

• Đồng thời n 1 tăng lên một lượng tương ứng

• Khi đó, tốc độ quay của bán trục trái 1 và bán trục phải 9 là:

• Cộng hai vế của biểu thức trên ta được: n 1 + n 9 = 2n vs

• Trong cả hai trường hợp, tổng tốc độ của hai bán trục bằng hai lần tốc độ của vỏ vi sai.

HT TRUYỀN ĐỘNG –

Bộ truyền bánh răng vi sai