Giáo trình Máy xây dựng

Trong xây dựng công trình nói chung và xây dựng thuỷ lợi, thuỷ điện nói riêng, quy mô và khối lượng công việc ngày càng lớn, lao động thủ công không đáp ứng được các yều cầu về tiến độ v

LỜI NÓI ĐẦU

Máy xây dựng bao gồm tất cả các loại máy, thiết bị dùng để thực hiện các công việc xây dựng thay thế sức người Trong xây dựng công trình nói chung và xây dựng thuỷ lợi, thuỷ điện nói riêng, quy mô và khối lượng công việc ngày càng lớn, lao động thủ công không đáp ứng được các yều cầu về tiến độ và kĩ thuật, chính vì vậy công tác cơ giới hoá xây dựng ngày càng trở nên quan trọng

Trong thời đại ngày nay, để hội nhập với nền kinh tế thế giới và khu vực, công nghiệp hoá, hiện đại hoá không những là một chủ trương lớn của đất nước ta

mà còn là một xu hướng phát triển tất yếu Hiện nay ở các nước phát triển, mức độ

cơ giới hoá có thể đạt tới 90÷95% tổng khối lượng công việc xây dựng Để đáp ứng nhu cầu này, các máy xây dựng ngày càng được cải tiến cho phù hợp với yêu cầu thực tế về quy mô, chất lượng và hiệu quả

Ở nước ta, cho đến nay, đa số các loại máy xây dựng đều được nhập khẩu

từ nước ngoài Trong những năm gần đây, rất nhiều loại máy xây dựng hiện đại được nhập vào nước ta để đáp ứng mọi yêu vầu về tiến độ và chất lượng kỹ thuật xây dựng Máy xây dựng thường xuyên được cải tiến, hoàn thiện và đã đáp ứng mọi đòi hỏi khắt khe nhất về chất lượng kỹ thuật xây dựng mới Do vậy các cán

bộ kỹ thuật cần nghiên cứu tìm hiểu, nắm bắt sự thay đổi thường xuyên về máy xây dựng để khai thác có hiệu quả, đáp ứng các quy trình công nghệ xây dựng hiện đại, nâng cao chất lượng công trình, giảm giá thành xây lắp

Tài liệu này tập trung giới thiệu các loại máy xây dựng thông dụng và hiện đại nhất đang sử dụng ở Việt nam Đây là tài liệu giảng dạy cho sinh viên các ngành công trình, thuỷ điện và kinh tế kỹ thuật không chuyên sâu về máy xây dựng Nội dung chính của tài liệu là giới thiệu về cấu tạo, nguyên lí làm việc, công dụng và tính toán năng suất của các loại máy xây dựng giúp cho các kỹ sư công trình có những hiểu biết cơ bản về máy, phục vụ cho chuyên môn của mình

Tài liệu này cũng có thể dùng để tham khảo cho cán bộ kỹ thuật, cán bộ giảng dạy và sinh viên các ngành khác

Các tác giả chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các cán bộ giảng dạy thuộc Bộ môn Máy Xây Dựng - Trường Đại học Thuỷ Lợi, đặc biệt là Ths Dương Văn Đức, TS Bùi Quốc Tuấn đã đọc và góp ý kiến cho bản thảo trong quá trình

biên soạn sách

Do trình độ hiểu biết còn có hạn, kinh nghiệm viết và trình bày giáo trình chưa nhiều nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi chân thành mong nhận được thêm những ý kiến đóng góp quí báu của bạn đọc để có thể bổ

sung cho giáo trình Máy Xây Dựng này ngày càng hoàn thiện hơn

Nhóm tác giả

MỞ ĐẦU

LICH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY XÂY DỰNG

A Tình hình phát triển máy xây dựng trên thế giới

Máy xây dựng (MXD) ra đời muộn, tuy còn non trẻ nhưng do yêu cầu cấp bách của sản xuất trong các ngành xây dựng, thừa hưởng những tiến bộ về công nghệ chế tạo máy, điện và điện tử nên tốc độ phát triển của ngành chế tạo máy xây dựng đã tiến những bước rất dài, phong phú cả về chất lượng và chủng loại Các nước hàng đầu trong lĩnh vực này phải kể đến Mỹ, Nhật Bản, Tây Đức, Thuỵ Điển, với tên tuổi của các hãng nổi tiếng như Caterpillar, John Deere, Ingersoll-Rand (Mỹ), Mitsubishi Heavy Inds, Komatsu, Kobelco, Hitachi, Sakai (Nhật Bản), Mannesmann, Bomag, Hamn, Libher (Đức), Volvo, Dynapac (Thuỵ Điển), Metso (Phần Lan) Các nước xã Hội Chủ Nghĩa cũ, đứng đầu là Liên Xô, cũng có ngành sản xuất máy xây dựng rất sớm, sản xuất với khối lượng lớn, nhưng hiện tại máy móc của các nước này chủ yếu đáp ứng các nhu cầu trong nước hoặc các nước nghèo (do giá thành rẻ) Nước mới nổi lên trong lĩnh vực này phải kể đến Hàn Quốc với các hãng quen thuộc như Sam Sung, Daewoo, Huyndai, các hãng này thâm nhập thị trường bằng công nghệ trung bình và giá rẻ

Nhờ có cạnh tranh, các hãng đã không ngừng cải tiến các sản phẩm của mình

về kiểu dáng công nghiệp, suất tiêu hao nhiên liệu, tiện nghi buồng lái, sự tiện lợi trong bảo dưỡng, sửa chữa, độ tin cậy, năng suất, chủng loại, bộ công tác đáp ứng mọi khía cạnh của nhu cầu sản xuất và đảm bảo hiệu quả kinh tế Kích cỡ máy cũng được đa dạng hoá Đặc biệt hiện nay ngày càng có nhiều công trình được xây dựng với qui mô lớn nên nhiều loại máy cỡ lớn cũng được sản xuất cho phù hợp với yêu cầu thực tế của công tác xây dựng Nhờ sự phát triển công nghệ, mức độ hiện đại của các máy xây dựng ngày càng tăng Các vật liệu mới có sức bền cao được sử dụng để nâng cao hệ số công suất trên trọng lượng máy

Mức độ cơ giới hoá trong xây dựng của thế giới đã đạt ở mức cao, ở các nước G7 đạt 95%, ở các nước khác cũng rất khác nhau, tuỳ thuộc điều kiện của từng nước, ví dụ: ở Ấn Độ là 70%

B Tình hình phát tr iển MXD ở Việt Nam

Vào những năm sáu mươi ở miền Bắc đã nhập các máy xây dựng để xây dựng các công trình thuỷ điện, làm đường, khai thác mỏ, Trong giai đoạn này bắt đầu phát triển với khối lượng bốc xúc vận chuyển đáng kể và đòi hỏi phải được cơ giới

hoá, sau đó là xây dựng giao thông phục vụ chiến đấu Các máy móc trong thời kì này chủ yếu theo các chương trình viện trợ của Liên Xô cũ, Trung Quốc và một số

nước xã hội chủ nghĩa khác Ở Miền Nam, MXD chủ yếu do các hãng của Mỹ chế tạo, được đưa vào miền Nam để xây dựng các công trình quân sự, đường sá Những thập kỉ tiếp theo, tình hình sử dụng MXD ở Việt Nam có thay đổi nhiều, số lượng và chủng loại tăng lên đáng kể để đáp ứng công việc bốc xúc xây dựng của những công trình có quy mô ngày càng lớn như Thuỷ Điện Sông Đà và các mỏ khai thác lộ thiên ở Quảng Ninh được xây dựng sau ngày thống nhất tổ quốc MXD của các nước tư bản như Nhật Bản, ý, Thụy Điển, Pháp, bắt đầu có mặt ở nước ta Ví dụ, các thiết bị do Volvo, Komatsu, Fiat, Kobelco, Hitachi,

Hino, Dynapac chế tạo được nhập vào để thực hiện các công trình như Xi Măng Hoàng Thạch, Thuỷ Lợi Dầu Tiếng, Thuỷ Điện Trị An, và các công việc bốc xúc trong khai thác mỏ lộ thiên, nhất là ở khu vực Quảng Ninh Tuy máy móc do các nước tư bản chế tạo hoạt động có hiệu quả hơn nhưng do giá đầu tư ban đầu cao nên thời kì này, nhiều máy của các nước XHCN cũ vẫn được sử dụng rộng rãi Điều kiện kinh tế, xã hội và cơ sở hạ tầng của nước ta trong giai đoạn này ảnh hưởng nhiều đến tình hình sử dụng máy xây dựng Thông thường, do thiếu vốn nên các dự án do nước nào viện trợ thì thường là thiết bị của nước đó được cung cấp vào Việt Nam

Đến những năm đầu của thập kỉ chín mươi, cùng với công cuộc đổi mới của

cả nước, tình hình sử dụng máy xây dựng ở Việt Nam cũng được cải thiện Các dự

án có quy mô lớn, thời gian xây dựng dài, đã mạnh dạn đầu tư các tổ máy đồng bộ, hiện đại Trong khi đó, các dự án quy mô nhỏ, thời gian xây dựng ngắn chưa dám đầu tư nhiều mà vẫn dựa trên cơ sở máy móc hiện có và chỉ đầu tư thêm một số thiết bị lẻ để thi công

Trình độ nhận thức về máy xây dựng của cán bộ kĩ thuật, các nhà đầu tư ở các công ty cũng dần được nâng lên do chính sách mở cửa, sức ép của kinh tế thị trường, sức mạnh của các công ty chiếm ưu thế thiết bị xây dựng hiện đại mang lại Người ta đã nghĩ tới hiệu quả thực tế cuối cùng của một thiết bị chứ không còn chỉ quan tâm tới giá đầu tư ban đầu Thực tế giá đầu tư ban đầu theo kinh nghiệm chỉ chiếm khoảng 25% tổng chi phí của cả một đời máy (Caterpillar Annual Report-1999) Nhiều nhà đầu tư nhận ra rằng, hiệu quả của thiết bị phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, như chế độ hỗ trợ sản phẩm của nhà cung cấp thiết bị, năng suất,

độ bền của máy móc, hiệu quả sử dụng nhiên liệu, trình độ sử dụng, Về suất tiêu hao nhiên liệu Trước đây người sử dụng thường chỉ chú ý đến suất tiêu hao nhiên liệu (g/mã lực.giờ), cách tính này không phản ánh được hiệu quả thực tế của máy Ngày nay người ta đã dùng một chỉ tiêu so sánh có ý nghĩa thực tế hơn, đó là khối lượng công việc thực hiện được khi tiêu hao một đơn vị nhiên liệu (gọi là hiệu quả tiêu hao nhiên liệu)

Qua phân tích tình hình sử dụng máy xây dựng ở Việt Nam, có thể thấy bức tranh tổng thể của hoạt động này, xu hướng phát triển và nhu cầu máy xây dựng ở nước ta ngày càng tăng Trong những năm gần đây, do sự đòi hỏi của sản xuất, số lượng máy xây dựng được chế tạo với công nghệ hiện đại được nhập vào nước ta ngày càng nhiều với đủ chủng loại, kích cỡ Ngành công nghiệp chế tạo máy Việt Nam cũng phải phấn đấu để có thương hiệu máy xây dựng riêng của mình

C Nội dung và yêu cầu môn học:

Môn học máy xây dựng sẽ tập trung nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng và ưu nhược điểm sử dụng của các loại máy xây dựng thông dụng điển hình và các máy xây dựng hiện đại đang được sử dụng trong thực tế hiện nay ở nước ta Phần đầu tài liệu này sẽ giới thiệu các khái niệm cơ bản nhất về máy, chi tiết máy, các bộ phận cơ bản cấu thành các máy xây dựng để các bạn đọc có được những khái niệm ban đầu về nguyên tắc, nguyên lý cơ bản tạo thành máy xây dựng Phần tiếp theo sẽ nghiên cứu từng chủng loại máy xây dựng mà cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó thực hiện từng chức năng công việc cụ thể trong công tác xây dựng công trình: công tác làm đất, vận chuyển, sản xuất vật liệu xây dựng

Từ những kiến thức cơ bản về máy và chi tiết máy, người học cần nắm chắc các nội dung chủ yếu đối với mỗi loại máy xây dựng: công dụng, cấu tạo, nguyên

lí làm việc, tính toán năng suất và các biện pháp nâng cao năng suất Trên cơ sở đó

có thể vận dụng, lựa chọn được những loại thiết bị phù hợp với yêu cầu công việc trong những điều kiện cụ thể thiết kế, thi công các công trình thuỷ lợi cũng như công trình dân dụng, công nghiệp khác, nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả kinh tế

và chất lượng công trình

D Phân loại máy xây dựng:

Căn cứ vào mục đích sử dụng máy phục vụ cho công tác xây dựng: đào vận chuyển đất, sản xuất vật liệu xây dựng, nâng vận chuyển vật liệu và thiết bị, thiết

bị phụ trợ hoàn thiện mà máy xây dựng có thể phân loại theo sơ đồ sau:

Chương 1 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY XÂY DỰNG

1.1 MÁY, CƠ CẤU, CHI TIẾT MÁY, KHÂU VÀ KHỚP

1.1.1 Máy

Máy do nhiều chi tiết máy hợp thành và hoạt động theo một quy luật nhất định nhằm thực hiện chức năng biến đổi năng lượng, hay chuyển động hoặc thực hiện một chức năng đã được định trước

Theo chức năng làm việc, máy có 2 loại: máy biến đổi năng lượng, máy công tác

Máy biến đổi năng lượng là máy dùng để biến đổi năng lượng từ dạng này

sang dạng khác Máy biến đổi điện năng, hoá năng (xăng, dầu ma dút), cơ năng thành cơ năng khác như động cơ điện, động cơ xăng hoặc điêzen, tua-bin thuỷ lực Biến đổi cơ năng thành các năng lượng khác như máy nén khí, máy phát điện

Máy công tác là các máy nhận năng lượng và truyền đến bộ công tác (sinh công) làm thay đổi hình dáng, kích thước, tính chất, trạng thái, vị trí của đối tượng thi công hoặc vật được gia công (máy xúc, máy ủi, máy đóng cọc, máy nghiền đá, ) nhằm làm giảm nhẹ hoặc thay thế sức lao động của con người (máy nâng vận chuyển)

Theo phương pháp điều khiển, máy có ba loại: điều khiển bằng tay, điều khiển

tự động và điều khiển bán tự động

Máy điều khiển bằng tay: Khi sử dụng máy điều khiển bằng tay, người điều khiển có thể điều khiển toàn bộ máy, nhờ thao tác bằng lực cơ bắp của mình Máy điều khiển bán tự động: Khi sử dụng máy điều khiển bán tự động, một số công đoạn do con người thực hiện, các công đoạn khác do máy tự động làm việc Máy điều khiển tự động: Tất cả các nguyên công sản xuất hoặc lắp ráp máy đều được thực hiện theo chương trình định sẵn, nhờ sử dụng các thiết bị điện tử đặc biệt (máy gia công kim loại kỹ thuật số CNC, dây chuyền sản xuất ô tô do rô-bốt thực hiện)

Như vậy bất cứ một máy nào cũng được cấu tạo từ bốn bộ phận chính: Bộ phận động lực (các loại động cơ hoặc lực cơ bắp), bộ phận truyền động (nhằm truyền chuyển động và công suất từ động cơ đến bộ công tác), bộ công tác (là bộ phận thực hiện chức năng chính của máy) và hệ thống điều khiển (điều hành toàn

bộ hoạt động của máy)

1.1.2 Cơ cấu

Cơ cấu máy cũng do nhiều chi tiết máy hợp thành, nhưng khác với máy, cơ cấu chỉ dùng để thực hiện một công việc nhất định (nhận chuyển động đưa vào cơ cấu) thành chuyển động xác định và có ích đối với quy trình công nghệ của các khâu còn lại (khâu đưa chuyển động ra khỏi cơ cấu)

1.1.3 Chi tiết máy

Chi tiết máy là một đơn vị hợp thành của máy (hoặc cơ cấu máy), mỗi chi tiết máy là một đơn vị liền khối hoàn chỉnh và không thể tháo ra thành những đơn vị đơn giản hơn bằng các dụng cụ tháo lắp thông dụng (bánh răng, trục khuỷu, bu-lông, đai ốc, then, bệ máy, ) Như vậy chi tiết máy là đơn vị chế tạo

Chi tiết máy có hai loại: chi tiết máy có công dụng chung, là loại chi tiết mà

đa số các máy đều có như các loại bulông, đai ốc, bánh răng, khớp nối, Chi tiết máy có công dụng riêng là loại chỉ có những máy chuyên dùng mới có: trục khuỷu trong động cơ đốt trong, lưỡi ben trong máy ủi, gầu đào trong máy đào, Các chi tiết có công dụng chung được nghiên cứu chung trong môn học chi tiết máy, các chi tiết có công dụng riêng được nghiên cứu trong các máy chuyên dùng, nó phải phù hợp với đối tượng mà mục đích làm việc của máy đó

Để thuận tiện cho người sử dụng, các bộ phận máy có công dụng chung người

ta chế tạo và lắp sẵn thành từng cụm máy có chức năng khác nhau như hộp giảm tốc (truyền động), động cơ điện, máy nổ (động lực), các vòng bi, khớp nối, theo tiêu chuẩn nhất định, người dùng chỉ cần lựa chọn phù hợp với mục đích của mình

1.1.4 Khâu

Trong máy hoặc cơ cấu máy, có hai loại khâu là khâu động và khâu cố định:

• Khâu động: những bộ phận chuyển động tương đối với nhau gọi là khâu động Mỗi khâu động có một chuyển động riêng biệt và có thể là một chi tiết máy (trục khuỷu, pít-tông) hay một tập hợp nhiều chi tiết máy gắn cứng hoặc cố định với nhau (thanh truyền ở động cơ đốt trong) Vậy, khâu là đơn

vị vận động

• Khâu cố định: các chi tiết máy cố định hợp thành một hệ thống cứng và cố định gọi là khâu cố định hoặc giá hay bệ máy, làm điểm tựa để các khâu động có thể chuyển động được

1.1.5 Khớp

Khớp là chỗ liên kết giữa hai khâu với nhau làm hai khâu có thể chuyển động tương đối với nhau gọi là khớp động Như vậy, máy hoặc cơ cấu máy được tạo

thành bởi một khâu cố định và một hoặc nhiều khâu động được nối với nhau bằng khớp động và nhờ những khớp động này mà các khâu bị ràng buộc với nhau và

chuyển động theo một quy luật xác định tuỳ theo chức năng của máy hoặc cơ cấu

Z

X

Y O

Z

X

Y O

V

Theo cách tiếp xúc giữa các khâu, có các loại:

Khớp loại thấp: là loại hai phần khớp tiếp xúc với nhau theo mặt, như các

khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp cầu, khớp vít (bảng 1-1) và có ưu điểm là khả

năng truyền tải lớn, lâu mòn

Khớp loai cao: là loại hai phần khớp tiếp xúc theo đường hoặc điểm, như

khớp động loại quả cầu hoặc hình trụ đặt trên mặt phẳng (bảng 1-1) và có ưu điểm

là thực hiện được những chuyển động phức tạp hơn so với khớp loại thấp, nhưng chóng mòn, áp suất tập trong lớn

Theo số bậc tự do bị hạn chế trong chuyển động tương đối giữa hai khâu: chuyển động tự do của một khâu trong không gian bao gồm sáu chuyển động độc lập: ba chuyển động tịnh tiến và ba chuyển động quay quanh ba trục toạ độ oxyz Khi một khâu được liên kết hay nối động với một khâu khác, thì số chuyển động độc lập hay số bậc tự do của khâu sẽ giảm đi do có sự ràng buộc lẫn nhau Tuỳ theo cách liên kết giữa hai khâu, hình dáng hình học của thành phần khớp động, mỗi khâu có thể mất đi hoặc bị hạn chế từ một đến năm chuyển động độc lập hay bậc tự do, do đó có năm loại khớp động (bảng 1-1)

Cơ cấu tay quay - con trượt (Hình1-1), tương tự cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền ở động cơ đốt trong, gồm có: bốn khâu và bốn khớp Trong bốn khâu, có ba khâu động (1, 2, 3) và một khâu cố định (4) Trong đó bốn khớp, có ba khớp quay

(O, A, B) và một khớp tịnh tiến loại 4 (D) nhưng do có sự liên kết với khâu 2 nên khâu 3 không thể quay và chỉ còn tịnh tiến

Hình 1-2 là phần bộ công tác trong máy ủi Để máy ủi có thể làm việc được thì bộ phận này có cấu tạo từ 4 khâu 6 khớp

1.2 LỰC TRONG CƠ CẤU

Để máy thực hiện một công việc nào đó phải xác định được công suất của máy Công suất gồm hai thành phần: lực tác dụng vào bộ công tác và vận tốc chuyển động của nó Mặt khác các bộ phận máy phải đủ bền để chống loại các ngoại lực, trong đó lực cản của bộ phận công là chủ yếu Vậy muốn có một máy thực hiện một công việc cụ thể phải tính toán xác định được các lực tác dụng lên

nó mà ta gọi là các lực tác dụng lên cơ cấu máy Lực tác dụng lên cơ cấu máy

gồm: ngoại lực và nội lực

1.2.1 Ngoại lực

Bao gồm lực cản kỹ thuật, trọng lượng các khâu trong máy, lực phát động của động cơ Lực cản kỹ thuật là lực cản tác dụng lên bộ công tác khi thực hiện công việc Đây là lực cản có ích Ví dụ: lực tác dụng lên lưỡi ủi khi ủi đất, trọng lượng hàng chuyên chở trên xe ô tô,…Để xác định được lực cản kỹ thuât cần phải có kiến thức chuyên môn sâu về lĩnh vực đó

Hình 1-2 Bộ công tác máy ủi 1- Lưỡi ủi, 2- Càng đẩy, 3- Xi lanh, 4- Xi lanh+pít tông,

5, 6, 8- Khớp loại năm, 7- Khớp trượt; 9 - Khớp loại 4.

Các khâu tạo thành máy là một cơ hệ chuyển động Trong quá trình hoạt động, vận tốc các khâu thay đổi Như vậy các khâu đều có xuất hiện gia tốc hay luôn xuất hiện lực quán tính khi vận tốc thay đổi Lực quán tính của khâu chuyển động có gia tốc là:

Pqt = ma;

trong đó : m - khối lượng của khâu chuyển động, kg;

a - gia tốc của khâu chuyển động, m/s2

Như vậy ngoại lực tác dụng lên cơ cấu không cân bằng Do đó không thể sử dụng phương trình tĩnh học thông thường để tìm trị số của chúng Vì vậy muốn xác định phải đưa vào cơ hệ cả lực quán tính theo nguyên lý Đa lam be: Nếu ngoài các lực tác động lên cơ cấu ta đưa vào đó những lực quán tính và coi chúng như những ngoại lực thì cơ hệ được coi là cân bằng và khi đó có thể dùng bài toán tĩnh học để giải cơ cấu này

1.2.2 Nội lực

Nội lực là các lực tác dụng lẫn nhau giữa các khâu trong cơ cấu Như thế nội lực là những phản lực trong các khớp động, ở vị trí tiếp xúc của hai thành phần tạo thành khớp động xuất hiện hai thành phần lực: vuông góc với phương chuyển động của bề mặt tiếp xúc gọi là thành phần áp lực, thành phần này gây ra áp suất nén của bề mặt khớp Thành phần thứ hai có phương song song với phương vận tốc và ngược chiều gọi là lực ma sát Thành phần này luôn chống lại chuyển động của cơ cấu và được xét trong phần tiếp theo

1.3 MA SÁT VÀ HIỆU SUẤT

1.3.1 Ma sát

Ma sát là hiện tượng rất phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật Ma sát xuất hiện như lực cản chống lại chuyển động tương đối giữa hai bề mặt tiếp xúc với nhau theo phương tiếp tuyến có kèm theo toả nhiệt Lực chống lại sự dịch chuyển tương đối giữa hai bề mặt ma sát được goi là lực ma sát Độ lớn của lực ma sát phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và trạng thái tiếp xúc giữa hai bề mặt ma sát của các chi tiết máy

Theo tính chất tiếp xúc, ma sát có thể chia ra bốn loại:

Ma sát khô: ma sát khô chỉ có thể xảy ra trên bề mặt hoàn toàn sạch và khô (một cách lý tưởng, chỉ có ở trong phòng thí nghiệm), phụ thuộc vào lực liên kết phân tử và sự ăn khớp của những chỗ nhấp nhô hay lồi lõm trên bề mặt làm việc

Hệ số ma sát khô f = 0,4 ÷1,0

Ma sát nửa khô: ma sát nửa khô là ma sát giữa các bề mặt làm việc hay tiếp

xúc có màng hấp thụ, có thể là một lớp khí hay hơi ẩm hoặc dầu mỡ xâm nhập từ môi trường xung quanh vào, bề dầy rất bé, khoảng vài ăngstơrom (1A0 = 10-8

cm)

Hệ số ma sát nửa khô f = 0,2 ÷0,6

Ma sát nửa ướt: ma sát nửa ướt là ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc có một lớp

dầu hoặc mỡ bôi trơn, có độ dầy rất nhỏ, khoảng 0,10,5µ Trong ma sát nửa ướt, những chỗ có dầu bôi trơn tạo ra ma sát ướt, còn ở những đỉnh nhấp nhô không có dầu, sẽ tạo ra ma sát khô Khi hai bề mặt làm việc trượt lên nhau, thì màng dầu bôi trơn bám trên bề mặt tiếp xúc gọi là màng dầu hạn chế Màng dầu hạn chế càng dày, thì hệ số ma sát càng nhỏ và nó phụ thuộc vào độ nhớt của dầu

Ma sát ướt: ma sát ướt là ma sát có chiều dày của lớp màng dầu bôi trơn lớn

hơn 0,5µ Trong ma sát ướt, ngoài màng dầu hạn chế như ma sát nửa ướt, còn có một lớp dầu không bị bề mặt tiếp xúc hút hay hấp thụ và làm việc theo quy luật thuỷ động lực học (hay nêm dầu)

Theo tính chất chuyển động, có hai loại ma sát:

Ma sát trượt: ma sát trượt xuất hiện khi hai bề mặt trượt lên nhau Lực ma sát

ngăn cản chi tiết máy hay vật dịch chuyển, ví dụ: ma sát giữa pít-tông và xi-lanh, giữa trục khuỷu và bạc lót hay ổ đỡ

Ma sát lăn: ma sát lăn xuất hiện khi một vật có mặt cong lăn không trượt trên

một mặt khác Ví dụ: bánh xe lăn trên đường, các hòn bi lăn trên vành bi trong ổ

bi, ma sát giữa bánh đè xích và xích trong máy xây dựng Ma sát lăn có thứ nguyên mm

Trong kỹ thuật, ma sát vừa có lợi và vừa có hại Khi dùng dây cô roa truyền chuyển động giữa các trục xa nhau thì cần có hệ số ma sát lớn, lúc đó ma sát có lợi Đối với các truyền động khác như bánh răng, các ổ trục quay, thì ma sát làm tiêu hao công suất, gây nhiệt làm giảm tuổi thọ và mòn các bộ phận máy nên ma sát trở nên có hại Trong trường hợp này người ta phải tìm cách khắc phục như dùng dầu mỡ bôi trơn, dùng vật liệu có hệ số ma sát thấp,

1.3.2 Hiệu suất truyền của cơ cấu và máy

Trong cơ cấu hoặc máy, với mỗi chu kỳ chuyển động hay làm việc ổn định, công của lực phát động do động cơ truyền đến (At) bằng công cản (Ac), nghĩa là:

At = Ac (1-1)

Công cản Ac gồm có hai phần: công cản có ích (Aci) là công của các lực cản

kỹ thuật để hoàn thành công việc theo yêu cầu (như xúc đất, san nền, ) và công cản có hại là công dùng để thắng các lực có hại (như lực cản ma sát trong các khớp động, lực cản của môi trường xung quanh), chủ yếu là công dùng để thắng lực cản của ma sát (Ams) Do đó, ta có :

At = Aci + Ams (1-2)

Như vậy, trong toàn bộ công cung cấp cho cơ cấu hoặc máy, thì một phần được sử dụng để khắc phục lực cản kỹ thuật Để đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng vào một việc có ích, người ta dùng chỉ tiêu gọi là hiệu suất Hiệu suất của cơ cấu hoặc máy là tỷ số giữa công có ích và tổng công mà cơ cấu hoặc máy tiêu thụ:

t ms t

ms t t

ci

A

A 1 A

A A A

Trạng thái làm việc (0< η < 1),

Trạng thái chạy không tải (η = 0, hay At = Ams), và

Trạng thái nghỉ hay không làm việc được (η < 0 hay At < Ams)

Xác định hiệu suất: Hiệu suất của khớp động, cơ cấu hoặc máy có thể xác

định bằng tính toán hoặc thực nghiệm Trong các sổ tay kỹ thuật thường cho những giá trị hiệu suất của các khớp động, cơ cấu hoặc máy thường dùng (ví dụ:

hiệu suất của bộ truyền đai là η = 0,70 ÷ 0,95, hiệu suất của bộ truyền bánh răng là

Giả thiết, ta có một hệ thống bao gồm n khớp động, cơ cấu hoặc máy, được lắp nối tiếp (Hình 1-3), thì hiệu suất hệ thống được xác định như sau:

Năng lượng đưa vào hệ thống hay hệ cơ cấu là At, và sau ra khỏi hệ thống, để khắc phục lực có ích, năng lượng còn lại là Aci

Hiệu suất của khớp động hoặc cơ cấu 1 là:

t

1 1 A

A

= η

Hiệu suất của khớp động hoặc cơ cấu 2 là:

1

2 2

A

A

=η

Tương tự, hiệu suất của cơ cấu thứ n là:

1 n

n n A

A

−

= η

thống khớp động, cơ cấu hoặc

t

A1

n

A

A A

A A

A A

A A

2 1 2

1η η

η

máy lắp nối tiếp bằng tích hiệu suất của các khớp động, cơ cấu thành phần

Ví dụ: tính hiệu suất của hệ thống các khớp động và cơ cấu dẫn động băng tải (Hình 1-4) Trong cơ cấu này, năng lượng từ động cơ 1 truyền đến băng tải 5 theo

một hệ thống nối tiếp Nếu gọi hiệu suất của truyền động đai là ηđai, hiệu suất của các ổ trục T1, T2, T3, lần lượt là

ηo1 , η02 , ηo3 và hiệu suất của

hai cặp bánh răng là ηb1 , ηb2, ta

có hiệu suất của cơ cấu dẫn

động băng tải như sau: 01 02 03 1 2

t

ci A

= η

Như vậy hiệu suất của hệ thống khớp động, cơ cấu hoặc máy lắp nối tiếp bằng tích hiệu suất của các khớp động, cơ cấu thành phần

Nếu: ηo1=η02=ηo3 và ηb1=ηb2, hiệu suất của cơ cấu dẫn động băng tải sẽ là: 2

1 2 01 dai t

ci A

= η

Hiệu suất của hệ thống khớp động, cơ cấu hoặc máy lắp song song:

Cơ cấu truyền động đai (Hình 5a) là một hệ cơ cấu lắp song song (Hình 5b), trong đó năng lượng từ động cơ được phân phối đều cho các bộ truyền đai

1-Hình 1-5

a) Cơ cấu truyền động đai: 1 - động cơ; 2, 3, 4, 5- các bộ truyền đai b) Sơ đồ song song

Hình 1-4 Hệ băng tải 1- Động cơ, 2- Dây đai, 3- Hộp số, 4- Khớp, 5- Băng tải

4 η

Nếu có n cơ cấu lắp song song thì năng lượng từ động cơ được phân phối hay

chia thành Ad1, Ad2,…, Adn để cung cấp hay truyền cho các cơ cấu 1, 2, ….n, với

điều kiện là Ad = Ad1+ Ad2+ …+ Adn Mặt khác, theo (1-3), ta có:

1

1 ci 1 t

A A η

2

2 ci 2 t

A A

η

n

cin tn

A A η

ci

A

AA

A

(1-5)

Từ (1- 5) ta thấy hiệu suất của hệ thống cơ cấu lắp song song không những

phụ thuộc vào hiệu suất của mỗi cơ cấu hay khớp động, mà còn phụ thuộc vào

năng lượng sử dụng có ích Acij Trong trường hợp đặc biệt, nếu hiệu suất của các

cơ cấu đều bằng nhau, nghĩa là:

η = 1 η2 = …= ηn = ηc, thì hiệu suất của hệ thống cơ cấu lắp song song sẽ

bằng hiệu suất của mỗi cơ cấu:

c

ci c ci

c ci ci

A 1

A A

A

η

= η

= η

= η

∑

∑

∑

Hiệu suất của hệ thống khớp động, cơ cấu hoặc máy lắp hỗn hợp:

Thông thường trong các máy cũng như tổ hợp máy dùng các hệ thống khớp

động hoặc cơ cấu vừa lắp nối tiếp vừa lắp song song, không thể tìm được công

thức duy nhất để xác định hiệu suất của nó Vì vậy, cần phải phân tích chúng thành

những hệ thống cơ cấu lắp nồi tiếp và lắp song song riêng, rồi dùng các công thức

(1-4) và (1-5) để tính hiệu suất của hệ thống khớp động, cơ cấu hoặc máy

Trong hệ cơ cấu lắp hỗn hợp (hình 1-6), năng lượng từ động cơ (ĐC) At

được truyền đến bộ công tác A ci1,

2 ci

A ,

3 ci

A , theo ba chuỗi (hay đường) lắp nối tiếp, hiệu

suất của mỗi chuỗi có thể tính theo công

thức (1- 4), đồng thời ba chuỗi này lại được

lắp song song với nhau và hiệu suất của toàn

hệ thống được xác định theo công thức (1-

5), với ηi là hiệu suất của mỗi chuỗi nối tiếp Hình 1-6 Hệ cơ cấu lắp

hỗn hợp

1.4 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY XÂY DỰNG

A A

t

t1 t2

§C A

t3

A

2 η

2 η

2 η

1.4.1 Công dụng và phân loại

Máy xây dựng là các máy và thiết bị phục vụ cho công tác xây dựng các công trình dân dụng, công nghiệp, quốc phòng, thuỷ lợi và giao thông vận tải,…

Máy xây dựng có rất nhiều chủng loại và đa dạng, có thể phân loại theo những

cơ sở khác nhau như: theo công dụng, theo nguồn động lực, theo hệ thống điều khiển,…

Trong phần này ta chỉ xem xét cách phân loại theo công dụng:

1 Máy nâng - vận chuyển

Máy vận chuyển ngang: có hướng vận chuyển luôn luôn song song với mặt đất, di chuyển trên đường bộ (ô tô, máy kéo), trên đường sắt (xe goòng, xe lửa), trên mặt nước (xà lan, tầu thuỷ) và trên đường không (máy bay vận tải, trực thăng),…

Máy vận chuyển đứng (máy nâng): kích, tời, palăng, vận thăng, thang máy, các loại máy trục

Máy vận chuyển liên tục: có hướng vận chuyển, có thể là ngang, nghiêng hay thẳng đứng (băng tải, gầu tải, vít tải,…) dùng để vận chuyển vật liệu rời, vụn

2 Máy làm đất: là các máy chuẩn bị mặt bằng xây dựng, đào vận chuyển đất:

Máy đào và xúc đất (máy xúc một hoặc nhiều gầu);

Máy đào và vận chuyển đất (máy ủi, máy cạp và máy san);

Máy đầm đất (máy đầm lăn ép, máy đầm xung kích và máy đầm chấn động)

3 Máy gia cố nền móng: máy đóng cọc, máy ép cọc, máy khoan cọc nhồi, …

4 Máy sản xuất vật liệu: máy nghiền, sàng và rửa đá, máy trộn, máy đầm và

vận chuyển bê tông

1.4.2 Cấu tạo chung

Máy xây dựng có nhiều chủng loại khác nhau, nhưng nhìn chung đều có một

số bộ phận chính như:

- động cơ hay thiết bị động lực,

- hệ thống truyền động, cơ cấu di chuyển, cơ cấu quay,

- cơ cấu công tác nâng hạ, băng vận chuyển, gầu xúc…

- hệ thống điều khiển, khung dàn, bệ máy ( phần kết cấu thép),

các nguyên công Các chỉ tiêu này phụ thuộc vào đối tượng thi công, tính chất cơ

lý của chúng, điều kiện làm việc, kết cấu máy Trong trường hợp tổng quát, ta xác định tải trọng tác dụng lên cơ cấu làm việc, kết cấu máy hay động cơ và thời gian làm việc Tải trọng và thời gian làm việc được đặc trưng bằng chế độ làm việc của máy

Có thể chia chế độ làm việc của máy làm sáu loại, tuỳ thuộc từng loại máy và từng loại công việc:

và tính chất công việc của chúng

2 Các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy xây dựng, không kể công dụng và đặc điểm của cơ cấu công tác là: khối lượng, kích thước, độ phức tạp, tính thích ứng sửa chữa, tuổi thọ, công suất riêng và năng suất của máy

a) Khối lượng máy: Có hai loại, khối lượng làm việc và khối lượng kết cấu

Khối lượng làm việc có dự trữ đầy đủ nhiên liệu hay vật liệu sử dụng

Khối lượng kết cấu hay khối lượng khô: không có nhiên liệu hay vật liệu sử dụng

Khối lượng hay trọng lượng của máy, nói chung càng giảm càng tốt, có liên quan đến công suất và khả năng di chuyển của máy (trừ một số máy cần tăng trọng lượng như máy đầm, máy đào, …)

b) Kích thước máy được phân làm hai loại:

Kích thước bản thân máy (chiều cao, chiều rộng và chiều dài), không thay đổi Kích thước làm việc của máy, có liên quan đến kích thước bộ công tác và vị trí tương ứng của nó khi làm việc

c) Công suất riêng của máy:

Công suất riêng của máy là công suất được tính trên một đơn vị khối lượng hay kích thước hoặc dung tích của bộ công tác Công suất riêng của máy lớn thì máy chịu tải tốt nhưng khối lượng hay kích thước lại nhỏ, gọn

d) Độ phức tạp của máy:

Độ phức tạp của máy được đặc trưng bằng số lượng các chi tiết hoặc bộ phận hay cơ cấu tạo thành máy ở điều kiện như nhau, nếu tăng số lượng chi tiết máy, thì máy sẽ phức tạp, làm cho việc sử dụng và sửa chữa khó khăn Căn cứ vào số lượng chi tiết máy, có thể chia độ phức tạp của máy ra làm ba loại:

- Máy có độ phức tạp đơn giản là máy có số lượng chi tiết máy nhỏ hơn hay bằng 1500

- Máy có độ phức tạp trung bình có số lượng chi tiết máy trong khoảng 15003000

- Máy có độ phức tạp cao là máy có số lượng chi tiết máy lớn hơn 3000

e) Tính thích ứng sửa chữa:

Tính thích ứng sửa chữa được đặc trưng bằng khả năng tháo lắp các chi tiết hay bộ phận hoặc cụm máy, khi sửa chữa được dễ dàng, thuận tiện, chính xác và nhanh

f) Độ tin cậy:

Độ tin cậy được đặc trưng bằng khả năng làm việc của chi tiết máy hay cơ cấu máy hoặc máy, mức độ không có hiện tượng hư hỏng nào trong thời gian làm việc quy định hoặc chưa đến kỳ sửa chữa

Độ tin cậy của máy không những phụ thuộc vào kết cấu của chi tiết máy hay

cơ cấu máy có hợp lý không, mà còn phụ thuộc vào chất lượng chế tạo chi tiết máy, bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ

- Năng suất kỹ thuật: được xác định tương tự như năng suất lý thuyết, nhưng

có xét đến điều kiện thực tế của đối tượng thi công như loại đất, địa hình và môi trường làm việc

- Năng suất thực tế: là lượng sản phẩm do máy làm ra trong một giờ, một ca hoặc một năm Năng suất thực tế phụ thuộc nhiều vào trình độ sử dụng của người lái, trình độ tổ chức quản lý thi công, …

Như vậy, tuỳ theo chức năng của máy, mà người ta cho trước những chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản trên và cũng có thể cho thêm một số chỉ tiêu khác thường

gọi là Đặc tính kỹ thuật của máy

Nhờ có bản giới thiệu “Đặc tính kỹ thuật của máy” này, ta có thể khảo sát, lựa chọn máy một cách hợp lý, khi lập dự án, để bảo đảm chất lượng thi công và kế hoạch của công trình

Chương2 THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC

2.1 ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1.1 Công dụng và phân loại

Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt hoạt động được là nhờ đốt cháy nhiên liệu (nhiệt năng) chuyển sang cơ năng trong xi lanh Động cơ đốt trong được dùng nhiều trong máy làm đất (máy xúc, máy ủi, máy cạp), máy trục hoặc ôtô, máy kéo Phân loại theo sử dụng nhiên liệu: động cơ xăng (dùng bu-zi đốt cháy hoà khí)

và động cơ điêzen (dùng vòi phun để phun mù nhiên liệu vào không khí nong có

áp suất cao để đốt cháy nhiên liệu)

Phân loại theo số kỳ hay hành trình:

Động cơ bốn kỳ: chu trình làm việc của động cơ được hoàn thành sau bốn hành trình của pit-tông hoặc hai vòng quay của truc khuỷu

Động cơ hai kỳ: chu trình làm việc của động cơ được hoàn thành sau hai hành trình của pit-tông hoặc một vòng quay của trục khuỷu

Ngoài ra, còn có thể phân loại động cơ theo công dụng, tỷ số nén, phương pháp tạo hoà khí và đốt cháy, phương pháp làm mát, số vòng quay của trục khuỷu, dung tích làm việc, số và cách đặt xi-lanh

2.1.2 Cấu tạo chung và các thông số cơ bản của động cơ đốt trong:

1 Cấu tạo chung:

Trong phạm vi chương trình, chúng ta nghiên cứu hai loại đông cơ đốt trong chủ yếu là động cơ đi-ê-zen và động cơ xăng Hình 2.1A thể hiện cấu tạo chung và các thông số cơ bản của động cơ đốt trong

2 Các thông số cơ bản của động cơ đốt trong:

Hình 2-1A Cấu tạo chung và các thông số cơ bản

của động cơ đốt trong 1- Trục khuỷu; 2- Xi lanh; 3- Xéc măng; 4- Xu- páp nạp; 5- Vòi phun hoặc bu-zi;

6- Xu-páp xả; 7- Pít tông; 8- Thanh truyền

A - Điểm chết trên (ĐCT)

B - Điểm chết dưới (ĐCD)

AB - Hành trình pít tông

a Điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết dưới (ĐCD):

Khi trục khuỷu quay, pít tông sẽ chuyển động lên, xuống trong xi lanh và trong quá trình đó, đỉnh pít tông sẽ lên tới một điểm cao nhất (điểm A trong hình 2.1A) gọi là điểm chết trên và xuống tới một điểm thấp nhất (điểm B trong hình 2.1A) gọi là điểm chết dưới

b Hành trình của pít tông, S: là khoảng dịch chuyển của pít tông từ điểm

chết trên đến điểm chết dưới (đoạn AB trong hình 2.1A)

c Dung tích buồng đốt, V c : là thể tích phần không gian bên trong giữa nắp xi lanh và đỉnh pít tông khi pít tông ở ĐCT

d Dung tích công tác của xi lanh, V s : là phần thể tích bên trong xi lanh ứng với hành trình làm việc S của pít tông:

D - đường kính trong của xi lanh

e Dung tích làm việc của xi lanh, V lv : là thể tích phần không gian bên trong giữa nắp xi lanh và đỉnh pít tông khi pít tông ở ĐCD, do đó:

a

V

V V

V

Tỷ số nén biểu thị hoà khí (không khí) bị nén nhỏ đi bao nhiêu khi pít tông đi

từ ĐCD→ĐCT Nó có ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất (xăng = 3,5 ÷ 11; điêzen = 13 ÷ 22)

2.1.3 Cấu tạo và nguyên lí làm việc của động cơ đốt trong

1 Động cơ bốn kỳ:

a) Động cơ xăng bốn kỳ: động cơ xăng bốn kỳ có cấu tạo và nguyên lý việc

như trên hình 2-1, trục khuỷu 1 quay (theo chiều mũi tên), thanh truyền 10 được nối bản lề với trục khuỷu và pit-tông 3 Pittông chuyển động tịnh tiến trong xi-lanh

2 Mỗi chu trình làm việc của động cơ xăng bốn kỳ bao gồm bốn hành trình nạp, nén, nổ và xả, trong đó có một hành trình sinh công (nổ) Pit-tông phải dịch chuyển lên xuống bốn lần và trục khuỷu phải quay hai vòng, từ 00 đến 720o Mỗi lần pit-tông di chuyển lên hoặc xuống gọi là một hành trình hay một kỳ hoặc một thời Chu trình làm việc của một xi lanh ở động cơ xăng bốn kỳ như sau:

Hành trình nạp: trong hành trình nạp hay hút (hình 2-1B, a), khi trục khuỷu 1

quay, pit-tông sẽ dịch chuyển từ điểm chết trên (Đ.C.T) xuống điểm chết dưới

(Đ.C.D), xu-páp nạp 6 mở, xu-páp xả 8 đóng làm cho áp suất trong xi-lanh 2 giảm

và hoà khí, gồm hơi xăng hỗn hợp với không khí, từ bộ chế hoà khí

(các-bua-ra-tơ) 5, qua ống nạp 4 được hút vào xi-lanh

Cuối hành trình nạp, áp suất và nhiệt độ của khí nạp trong xi-lanh là:

Pa = 0,08 ÷ 0,09 MN/m2 ; Ta = 3300 ÷ 3800K

Hành trình nén: trong hành trình nén (hình 2-1B, b), xu-páp nạp và xả đều

đóng Pit-tông dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T, hoà khí trong xi-lanh bị nén, áp

suất và nhiệt độ tăng lên Cuối hành trình nén buzi 7 của hệ thống đánh lửa phóng

tia lửa điện để đốt cháy hoà khí

Cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của hoà khí trong xi-lanh là:

+ Pc = 1,10 ÷ 1,20 MN/m2

; + Tc = 500o ÷ 700o

K

Hành trình nổ: trong hành trình nổ hay sinh công (hình 2-1B, c), xu-páp nạp và

xả vẫn đóng Do hoà khí đã được buzi đốt cháy ở cuối kỳ nén, nên khi pit-tông

vừa đến Đ.C.T thì tốc độ cháy hoà khí càng nhanh, làm cho áp suất của khí cháy

tăng lên, pit-tông bị đẩy từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, qua thanh truyền làm quay trục

khuỷu sinh công

Cuối hành trình nổ, áp suất và nhiệt độ của khí cháy trong xi-lanh là:

Pz = 3 ÷ 4 MN/m2; Tz = 2200o ÷ 2500o K

Hành trình xả: trong hành trình xả (hình 2-1B, d), xu-páp nạp vẫn đóng, còn

xu-páp xả mở Pit-tông dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T và đẩy khí cháy qua ống

a/ b/ c/ d/

Hình 2-1B Cấu tạo và các hành trình làm việc của động cơ xăng bốn kỳ

1- Trục khuỷu; 2- Xi-lanh; 3- Pit tông; 4- ống nạp; 5- Bộ chế hoà khí;

6- Xu- páp nạp; 7- Buzi; 8- Xu-páp xả; 9- Xu-páp xả; 10- Thanh truyền

xả 9 ra ngoài

Cuối hành trình xả, áp suất và nhiệt độ của khí xả là:

Pr = 0,01 ÷ 0,12 MN/m2; Tr = 900o ÷ 1200oK

Sau khi hành trình xả kết thúc, động cơ xăng bốn kỳ một xi-lanh đã hoàn

thành một chu trình làm việc Nếu động cơ tiếp tục làm việc hay trục khuỷu vẫn

quay, thì một chu trình làm việc mới lại được lặp lại như trên

b) Động cơ điêzen bốn kỳ: chu trình làm việc của động cơ điêzen bốn kỳ

cũng tương tự như động cơ xăng bốn kỳ, nghĩa là pit-tông cũng phải thực hiện bốn

hành trình nạp, nén, nổ và xả Nhưng trong động cơ điêzen bốn kỳ thì quá trình

nạp và nén chỉ là không khí sạch (không phải là hoà khí) Nhiên liệu được phun

vào xi lanh ở cuối hành trình nén và do không khí nén có nhiệt độ cao nên tự bốc

cháy (không dùng tia lửa điện) Chu trình làm việc của động cơ điêzen bốn kỳ một

xi-lanh như sau:

Hành trình nạp (hình 2-2a): khi trục khuỷu 1 quay, pit-tông 7 dịch chuyển từ

Đ.C.T xuống Đ.C.D, xu-páp nạp 4 mở, xu-páp xả 6 đóng, áp suất trong xi-lanh 2

giảm, không khí ở bên ngoài qua bầu lọc được hút vào xi-lanh Cuối hành trình

nạp, áp suất và nhiệt độ của khí nạp trong xi-lanh là:

h nén(hình 2-2b): xu-páp nạp và xả đều đóng, pit-tông dịch chuyển từ Đ.C.D lên

Đ.C.T, không khí trong xi-lanh bị nén, áp suất và nhiệt độ tăng lên Đồng thời ở

cuối kỳ nén, vòi phun 5, nhờ bơm cao áp 3 sẽ phun nhiên liệu vào xi-lanh, dưới

dạng sương mù, để hỗn hợp với không khí nén có nhiệt độ cao, rồi tự cháy Cuối

hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của khí nén trong xi-lanh là:

Pc = 4 ÷ 5 MN/m2

, Tc = 8000 ÷ 9000

K

1 2 3

7

8

a/ b/ c/ d/

Hỡnh 2-2 Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của động cơ điêzen bốn kỳ

1- Trục khuỷu; 2- Xi lanh; 3- Bơm cao áp; 4- Xu-páp nạp; 5- Vũi phun; 6- Xu-pỏp xả; 7- Pớt tụng; 8- Thanh truyền

Hành trình nổ (hình 2-2c): xu-páp nạp và xả vẫn đóng Do dầu hay nhiên liệu

phun vào xi-lanh ở cuối kỳ nén, đã được đốt cháy, nên khi pit-tông vừa đến Đ.C.T thì nhiên liệu càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên đẩy pit-tông

từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, qua thanh truyền 8, làm quay trục khuỷu 1 và sinh công Cuối quá trình cháy và bắt đầu quá trình giãn nở, áp suất và nhiệt độ của khí cháy

trong xi-lanh là:

Pz = 6 ÷ 8 MN/m2; Tz = 1.9000 ÷ 2.2000K

Hành trình xả: (hình 2-2d): xu-páp nạp vẫn đóng còn xu-páp xả mở, pit-tông

dịch chuyển từ Đ.C.D lên Đ.C.T và đẩy khí cháy đã làm việc ra khỏi xi-lanh Cuối

quá trình xả, áp suất và nhiệt độ của khí xả là:

Pr = 0,11 ÷ 0,12 MN/m2; Tr = 8000 ÷ 9000K Sau hành trình xả, nếu động cơ vẫn tiếp tục làm việc, thì quá trình lại lặp lại từ đầu hay một chu trình mới lại được thực hiện tiếp

Trong các máy xây dựng thế hệ mới thường dùng các loại động cơ điêzen bốn

kì rất hiện đại, có tuốc bin tăng áp, vòi phun điều khiển điện tử - thuỷ lực hoặc cơ khí - điện tử, có thể làm việc với hiệu suất rất cao (hình 2-3)

Caterpillar 3406

2 Động cơ hai kỳ:

Chu trình làm việc của động cơ

hai kỳ cũng bao gồm các quá trình

nạp, nén, nổ và xả, nhưng là muốn

hoàn thành một chu trình làm việc,

trục khuỷu của động cơ hai kỳ chỉ cần 1

2 3

4 5 6

8 9 10 7

Hình 2-4 C ờu tạo và các hành trình làm việc của động cơ xăng hai kì, loại không có xu-páp: 1- Các-te; 2- Trục khuỷu; 3- Cửa nạp; 4- Cửa xả; 5- Pit-tông; 6- Xi-lanh; 7- Buzi; 8- Cửa thổi; 9- Rãnh d ẫn; 10- Thanh truyền

quay một vòng, tức là 3600

và pit-tông dịch chuyển hai hành trình Do đó, trong mỗi hành trình của pit-tông sẽ có nhiều quá trình cùng xảy ra Động cơ hai kỳ, thường dùng, có hai loại: động cơ xăng hai kỳ không có xu-páp và động cơ điêzen hai kỳ chỉ có xu-páp xả

a) Động cơ xăng hai kỳ: chu trình làm việc của động cơ xăng hai kỳ, loại

không có xu-páp, một xi-lanh (hình 2-4):

Hành trình nén (hình 2- 4a): khi trục khuỷu 2 quay, pit-tông 5 đi từ Đ.C.D lên Đ.C.T, cửa xả 4 được pit-tông đậy kín Hoà khí có sẵn trong xi-lanh 6 bị nén, áp

suất và nhiệt độ tăng dần, đến khi pit-tông đi gần tới Đ.C.T thì bị bốc cháy nhờ buzi phóng tia lửa điện Khi pit-tông đi lên để nén hoà khí, thì ở phía dưới pit-

tông, trong các-te 1, áp suất giảm và hoà khí từ bộ chế hoà khí qua ống nạp và

được hút vào các-te qua cửa nạp 3 để chuẩn bị cho việc thổi hoà khí vào xi-lanh ở hành trình sau

Hành trình nổ và thay khí: trong hành trình nổ và thay khí (hình 2-4b), hoà khí

đã được đốt cháy ở cuối kỳ nén, nên khi pit-tông đến Đ.C.T thì hoà khí càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất tăng lên và đẩy pit-tông từ Đ.C.T xuống Đ.C.D, qua

thanh truyền 10 làm quay trục khuỷu 2 sinh công

Khi pit-tông dịch chuyển gần tới Đ.C.D, cửa xả 4 mở, đồng thời sau đó cửa thổi 8, có chiều cao thấp hơn cửa xả, cũng được mở tiếp và cửa nạp 3 đóng lại Do

đó, khí cháy sau khi đã làm việc, có áp suất 0,3  0,4 MN/m2 lớn hơn áp suất khí trời (0,1 MN/m2), được xả ra ngoài và hoà khí ở các-te bị nén, có áp suất 0,12  0,13 MN/m2 lớn hơn áp suất 0,11 MN/m2 của khí cháy còn lại trong xi-lanh, sẽ

theo rãnh dẫn 9, qua cửa thổi 8

vào xi-lanh có hướng về phía

trên đỉnh của pit-tông, góp

phần làm sạch khí cháy trong

đó và tạo điều kiện cho hành

trình sau Trong hành trình nổ

và thay khí, áp suất và nhiệt độ

của khí cháy ở trong xi-lanh là:

+ Pz = 2  3 MN/m2

; + Tz =

20000  23000

K Sau hành trình nổ và thay

khí, nếu trục khuỷu vẫn quay,

thì quá trình làm việc của động

cơ xăng hai kỳ lại lặp lại như

trên

b) Động cơ điêzen hai kỳ: a/ b/

Hình 2-5 Cấu tạo và các quá trình làm việc của động cơ điêzen hai kỳ, loại có xu-páp xả: 1- Trục khuỷu; 2- Thanh truyền; 3- Máy nén khí; 4- Xi-lanh; 5- vòi phun; 6- Xu- páp xả; 7- Pit-tông; 8- Buồng khí; 9- Cửa thổi

1 2 3

7 8

9

động cơ điêzen hai kỳ, loại chỉ có xu-páp xả, có đặc điểm là không dùng các-te để

chứa và thổi khí mà dùng máy nén khí để thổi khí trực tiếp vào xi-lanh

Chu trình làm việc của động cơ điêzen hai kỳ, loại có xu-páp xả như sau:

Hành trình nén(hình 2- 5a): khi trục khuỷu 1 quay, pit-tông 7 đi từ Đ.C.D lên

Đ.C.T, các cửa thổi 9 (ở xung quanh thành xi-lanh) được đậy kín và sau đó xu-páp

xả 6 cũng được đóng lại, không khí có sẵn trong xi-lanh 4 bị nén, áp suất và nhiệt

độ tăng lên, cho đến khi pit-tông gần tới Đ.C.T, vòi phun 5 của hệ thống nhiên liệu

sẽ phun nhiên liệu ở dạng sương mù với áp suất cao 10  14 MN/m2 Nhiên liệu

hoà lẫn với khí nén có nhiệt độ cao, làm cho nhiên liệu tự cháy được Cuối hành

trình nén, áp suất và nhiệt độ của khí nén trong xi-lanh là: Pc = 4 ÷ 5 MN/m2

; Tc =

8000 ÷ 9000K

Hành trình nổ và thay khí (hình 2-5b): do nhiên liệu đã được đốt cháy, nhờ khí

nén có nhiệt độ cao ở cuối hành trình nén nên khi pit-tông đến Đ.C.T thì nhiên

liệu càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên và đẩy pit-tông từ

Đ.C.T xuống Đ.C.D, qua thanh truyền 2 làm quay trục khuỷu 1 và sinh công

Khi pit-tông dịch chuyển gần tới Đ.C.D, xu-páp xả 6 mở, đồng thời sau đó các

lỗ thổi 9 cũng được mở ra Do đó, khí cháy sau khi đã làm việc, có áp suất 0,4 ÷

0,5 MN/m2lớn hơn khí trời nên được xả ra ngoài Đồng thời khí mới ở bên ngoài,

qua bình lọc, nhờ máy nén khí 3, buồng khí 8 và các cửa thổi 9 được cung cấp vào

xi-lanh với áp suất khoảng 0,14 ÷ 0,15 MN/m2 lớn hơn áp suất của khí xả còn lại

trong xi-lanh 0,11 ÷ 0,12 MN/m2, góp phần làm sạch khí cháy trong đó và tạo điều

kiện tốt cho hành trình sau Trong hành trình nổ và thay khí, áp suất và nhiệt độ

của khí cháy ở xi-lanh là:

Pz = 8 ÷ 10 MN/ m2; Tz = 19000 ÷ 21000K Sau hành trinh nổ và thay khí, nếu trục khuỷu vẫn quay, thì quá trình làm việc

của động cơ điêzen hai kỳ, loại có xu-páp xả, lại lặp lại như trên

3 Ưu và nhược điểm của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong, kiểu pit-tông chuyển động tịnh tiến, dùng nhiên liệu xăng

và dầu mazút (hay động cơ xăng và điêzen) có một số ưu nhược điểm chính sau

đây:

Hiệu suất của động cơ xăng ηe = 0,18 ÷ 0,33, hiệu suất động cơ điêzen ηe =

0,27 ÷ 0,45 Tốc độ quay của trục khuỷu của động cơ xăng n = 3500 ÷ 8000 vg/ph,

động cơ điêzen là n = 1200 ÷ 5000 vg/ph Các động cơ loại này có ưu điểm là cơ

động và làm việc độc lập, không phụ thuộc nguồn năng lượng cung cấp bên ngoài

Tuổi thọ có thể đạt tới 6000 ÷ 8000 h Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn (2 ÷ 2,5)

Nhược điểm lớn nhất của chúng là cấu tạo phức tạp, không đảo chiều quay

trực tiếp được mà phải có thêm bộ phận đảo chiều ( hộp số) Khó có khả năng chịu quá tải, nhiên liệu đắt tiền Động cơ đốt trong đòi hỏi chất lượng nhiên liệu cao và chi phí, chăm sóc kỹ thuật tốt trong quá trình vận hành

2.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

2.2.1 Những vấn đề chung về hệ thống nhiên liệu:

Trong động cơ đốt trong, hệ thống nhiên liệu chiếm một vai trò vô cùng quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến tính năng làm việc của động cơ Do đó, trong những năm gần đây, đã có rất nhiều cải tiến đối với hệ thống nhiên liệu, nên ta sẽ tìm hiểu kĩ hơn về hệ thống này

Đại đa số các động cơ đốt trong dùng trong máy xây dựng hiện này là động

cơ điêzen Để động cơ hoạt động được thì phải có các hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống điều khiển Động cơ của các loại máy làm đất ngày nay đã được cải tiến rất nhiều so với các loại động cơ truyền thống Các loại động cơ thông

minh này được trang bị rất hiện đại và gọi là động cơ điện tử

Động cơ điện tử kế thừa được chất lượng cơ khí của động cơ truyền thống nhưng cải tiến hợp lý hơn Các lốc xi lanh, thanh truyền, pít tông, bơm dầu bôi trơn được sử dụng vật liệu có độ bền cao, có tính năng cơ lý tốt Hệ thống phun nhiên liệu điều khiển bằng điện tử cung cấp chính xác lượng nhiên liệu cần thiết,

tự điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu - khí thích hợp, xác định chính xác thời điểm và thời gian phun do đó công suất tăng lên 10-20%, tiêu hao nhiên liệu thấp hơn 5-9% so với động cơ truyền thống cùng công suất Động cơ điện tử có tính năng nổi trội

hơn hẳn động cơ truyền thống: độ nhạy điều khiển cao, khả năng thích ứng tải tốt, kinh tế nhiên liệu và độ tin cậy cao, ô nhiễm do khí thải thấp Bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, đơn giản

Ngoài ra động cơ điện tử có khả năng

quản lý thông tin, nối kết dữ liệu và chẩn

đoán tình trạng kỹ thuật của máy như: thông

tin về tiểu sử vận hành của động cơ, về số

liệu tức thời của động cơ, số giờ vận hành,

mức tiêu hao nhiên liệu, hệ số có tải, điều

kiện vận hành Thông tin về tuổi thọ động cơ,

chỉ số bảo dưỡng theo giờ vận hành, tiêu hao

nhiên liệu Chẩn đoán tình trạng kĩ thuật của

máy cả trong quá khứ và hiện tại như áp suất

dầu, nhiệt độ nước làm mát,…

2.2.2 Hệ thống nhiên liệu truyền

11 12

6 5 4 3 2 1

7 8

9 10

Hình 2-6 HT nhiên liệu truyền thống:

1- Thùng nhiên liệu, 2- Khoá lưu lượng, 3- Ống dẫn thấp áp, 4- Bầu lọc thô, 5- Bơm thấp áp, 6- Ống dẫn, 7- Bơm cao áp, 8- Bộ điều tốc, 9- Ống cao áp, 10- Bầu lọc tinh, 11- Vòi phun, 12- Đường dầu hồi

thống: Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu truyền thống được thể hiện trên hình 2-6

Nguyên lý làm việc: không khí bên ngoài được hút vào xi lanh động cơ

Nhiên liệu của thùng 1 tự chảy vào bầu lọc thô 4 Bơm 5 hút nhiên liệu đã được lọc từ bầu lọc thô sang bầu lọc tinh 10 và bơm cao áp 7 với áp suất không lớn

Một lượng nhiên liệu tương ứng với tải trọng động do bơn cao áp đẩy vào vòi

phun 11, dưới một áp suất cao phun vào xi lanh, còn lượng nhiên liệu thừa qua

ống dẫn 6 trở về bơm thấp áp 5 Nhiên liệu rò rỉ qua các khe hở trong các chi tiết vòi phun, từ vòi phun theo đường dầu hồi 12 trở về thùng dầu nhiên liệu 1

2.2.3 Hệ thống nhiên liệu kiểu mới:

Hệ thống nhiên liệu kiểu mới khắc phục được những nhược điểm của hệ thống

cũ Hiện nay có 3 loại :

EUI (Electronic unit injector), vòi phun được tác động bằng cơ khí và thời điểm phun điều khiển bằng điện tử

Loại HUEI (Hydraulic electronic unit injector); vòi phun tác động bằng thuỷ lực

và thời điểm phun điều khiển bằng điện tử

Loại PEEC làm việc như một bơm thông thường nhưng được điều khiển bằng một biến tốc điện tử và vòi phun được tác động bằng cơ học Trong 3 loại trên thì

Hình 2-7 Hệ thống nhiên liệu HEUI 1- Lọc sơ, 2- Bơm, 3- Làm mát dầu, 4- Lọc dầu, 5- Bơm thuỷ lực cao áp,

6- Thùng dầu khởi động khi lạnh, 7- Cảm biến nhiệt độ dầu động cơ,

8- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, 9- Ống cong thuỷ lực, 10- Cảm biến áp suất dầu,

11- Điều chỉnh áp suất nhiên liệu, 12- Lọc nhiên liệu thứ cấp, 13- Bơm chuyển nhiên liệu, 14- Lọc nhiên liệu - tách nước

HEUI đợc dựng phổ biến nhất

Hệ thống nhiờn liệu HEUI (hỡnh 2-7) sử dụng dầu ỏp lực cao do bơm thuỷ lực

5 cung cấp để tỏc động vào vũi phun thay cho vấu cam ở trong hệ thống nhiờn liệu

cũ Mạch cung cấp nhiờn liệu cú cấu tạo như một động cơ dựng vũi phun thụng

thường; dựng bơm bỏnh răng 13 để luõn chuyển nhiờn liệu từ ỏp suất thấp của lọc thụ qua mụ dun điều khiển ECM tới lọc nhiờn liệu thứ cấp 12 đến cửa cấp nhiờn liệu 9 với ỏp suất duy trỡ 300-415 Kpa Khi ECM tỏc động vào mỗi vũi phun thỡ

nhiờn liệu đợc phun vào với ỏp suất cao 31000-15200 Kpa nhờ một bơm pớt tụng

tỏc động của dũng thuỷ lực cao ỏp do bơm 5 cung cấp

Cỏc vũi phun điều khiển điện tử cú thể thay đổi thời điểm bắt đầu và kết thỳc phun nhiờn liệu tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ: đầy đủ tải, non tải và gia tốc

Như vậy thời điểm phun khụng cũn bị cố định mà đó thay đổi theo tải trọng và tốc độ động cơ Cỏc thiết bị điện tử xỏc định một cỏch chớnh xỏc điều kiện làm

việc thực tế của động cơ và xỏc định chớnh xỏc thời điểm bắt đầu và kết thỳc phun

Đõy là một tiến bộ kỹ thuật rừ rệt và mang lại hiệu quả nhiờn liệu cao và giảm khớ thải độc hại

ECM điều khiển quỏ trỡnh phun nhiờn liệu ECM sử dụng số liệu của động cơ

do cảm biến (sensor) thu thập được để điều chỉnh việc cung cấp nhiờn liệu căn cứ vào biểu đồ hoạt động đó được lập trỡnh trước trong phần mềm điều khiển động

cơ

Như vậy ỏp suất phun độc lập với tốc độ động cơ, ỏp suất phun được duy trỡ

với mọi tốc độ của động cơ và đạt hiệu quả chỏy cao với mọi tốc độ, ỏp suất phun

cao tạo ra thời gian thớch ứng với tải nhanh, tạo được sương mự tốt hơn, tạo ra hành trỡnh nổ hiệu quả hơn nờn

giảm khúi và khớ thải, bảo đảm khả

năng khởi động trong thời tiết lạnh

tốt hơn Như vậy hệ thống này khỏc

với hệ thống của động cơ thụng

thường ở động cơ thụng thường

hiệu quả đốt chỏy giảm khi tốc độ

động cơ giảm do ỏp suất phun

giảm Điều khỏc biệt này được thể

hiện rất rừ trờn biểu đồ quan hệ ỏp

suất phun và tốc độ động cơ (hỡnh

áp suất phun

Không tải Tốc độ động cơ Định mức

Hệ thống nhiên liệu HEUI

Hệ thống nhiên liệu thông thường

2-8)

Định dạng tốc độ phun: trong

những điều kiện nhất định, nhiờn

liệu cú xu hướng nổ nhiều hơn là

chỏy khi được khống chế trong

buồng đốt Sự nổ này cú thể nhận ra như tiếng gừ Định dạng tốc độ phun và

khống chế lượng nhiờn liệu trong thời gian chỏy chậm, thời gian bất đầu phun, bắt đầu chỏy và thời gian phun để cải thiện quỏ trỡnh chỏy Trong thực tế hệ thống nhiờn liệu HEUI phun một lượng nhiờn liệu nhỏ để tạo thành ngọn lửa chỏy rồi

mới phun tiếp lượng nhiờn liệu cần thiết Việc phun nhiờn liệu vào một ngọn lửa đang chỏy làm cho sự chỏy được

khống chế và tiếng nổ nhỏ

Hơn nữa định dạng tốc độ

phun làm giảm đỏng kể lượng khớ

thải độc hại và nõng cao hiệu quả

nhiờn liệu Cỏc động cơ thụng thường

khi làm giảm khớ thải phải làm chậm

thời điểm phun, do đú làm giảm hiệu

quả nhiờn liệu

Nhờ cú ECM mà hệ thống nhiờn

liệu HEUI cú đặc tớnh hoàn toàn mới:

tự động điều khiển cho phự hợp với

độ cao; tự động khống chế lọc khớ chỏy khụng tải cao để giảm mài mũn động cơ Khởi động tốt khi thời tiết lạnh Làm

giảm gia tốc khi khởi động Chuẩn

đoỏn trước những trục trặc kỹ thuật

Tối ưu việc điều khiển cỏc vũi phun để loại trừ sự thay đổi tốc độ của động cơ Tỷ

lệ nhiờn liệu - khụng khớ được điều khiển thụng qua từng mức tải khỏc nhau Kiểm soỏt được toàn bộ thời gian phun: trong hệ thống nhiờn liệu thụng thường thỡ thời gian phun là cố định hoặc giảm khi tốc độ động cơ giảm Trong hệ thống này, thời gian phun giảm tỷ lệ với

tốc độ động cơ, nghĩa là thời

gian phun càng ngắn thỡ thời

Hỡnh 2-8

Quan hệ ỏp suất phun-tốc độ động cơ

Thời gian phun

Bắt đầu phun

Tốc độ phun Tạo sương trước khi phun

kiểm soát thời gian phun làm tăng hiệu suất của động cơ và làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu Biểu đồ quan hệ tốc độ phun và thời gian phun thể hiện trên hình 2-10

Sử dụng hệ thống này có thể cho ta biết cụ thể tình trạng các vòi phu một cách chính xác Do đó ngời điều khiển biết chắc tình trạng máy đã sẵn sàng hoạt động hay không

Vòi phun là một bộ phận hết sức quan trọng của động cơ diezen Nhìn vào

kết cấu trên hình 2-11 cho ta biết sự tiến bộ của kết cấu mới so với vòi phun truyền thống:

Khi có thông số đã xử lý của ECM về định lượng nhiên liệu và áp suất cần

phun, thời gian phun thì công tắc điện từ 6 sẽ tác động vào van trụ 1 trên mỗi cụm

vòi phun để điều khiên lượng nhiên liệu phun, thời điểm bắt đầu và kết thúc phun

Khi vạn tru 1 chuyển động sẽ đóng đường dầu hồi 5, dầu áp lực cao đi qua cửa 2,

3 tác động lên đỉnh pitông 8 và đẩy pít tông long giơ 10 làm tăng áp suất nhiên liệu trong khoang chứa 17 để mở van kim 14, nhiên liệu qua van một chiều 12

xuống đường dẫn nhiên liệu và quá trình ép kim phun nhiên liệu bắt đầu Pittông

10 tiếp tục ép xuống cho đến khi công tắc 6 bị ngắt điện Khi công tắc 6 bị ngắt, lò

xo 4 đẩy van trụ trở về vị trí 2 ban đầu, đường hồi 5 mở ra, pittông long giơ cũng trở về vị trí cũ nhờ lò xo 9 và nhiên liệu lại được điền vào khoang 17 để có thể sẵn

sàng thực hiện chu trình tiếp theo Do đó ở đây chủ yếu điều khiển bằng điện thuỷ lực có kết hợp cơ khí nhẹ nhàng, chủ động, kiểm soát

được quá trình phun

Hình 2-11 Vòi phun HEUI

10- Pittông tông lông giơ,

11- Van ngăn dòng nhiên liệu ngược,

12- Van một chiều cấp nhiên liệu,

13- Lò xo, 14- Kim phun,

15- Thân dưới, 16- Dầu vào,

17- Khoang chứa nhiên liệu,

18- Dầu hồi

Bơm cao áp hay bơm áp lực cao trong

hệ thống nhiên liệu cũng được cải tiến Ta

hãy so sánh cấu tạo của bơm cao áp truyền

thống (hình 2-12) với loại bơm mới hiện đại

(hình 2-7 và 2-11):

Bơm truyền thống được điều khiển

bằng cơ khí, đó là cơ cấu cam và cần điều

khiển 6, do đó lượng nhiên liệu đưa vào vòi

phun không chính xác Hơn nữa cơ cấu cam

được dẫn động bằng trục khuỷu nên độ thích

ứng với trọng tải không cao Bề mặt cam dễ

bị mòn dẫn đến không đẩy pittông của bơm

cao áp lên hết hành trình dẫn đến lượng

nhiên liệu phun vào xi lanh thiếu, làm

giảm công suất động cơ

Bơm dầu cao áp của hệ thống nhiên

liệu HEUI không có quan hệ cơ cấu cam,

như vậy đặc tính phun hoàn toàn độc lập

Hệ thống điều khiển phun là điện tử thuỷ

lực có khả năng điều khiển và kiểm

soát nhờ ECM

Tuốc bin tăng áp (hình 2-13): trong

hệ thống nhiên liệu có một bộ phân

tuốc bin tăng áp được sử dụng đem lại

hiệu quả cao cho quá trình vận hành

động cơ Tuốc bin tăng áp dùng để thổi

không khí dưới áp suất cao vào trong

buồng đốt của động cơ nhờ bánh bơm

nén khí 5, lắp cùng trục tua bin, hút khí

4

325

1

910

8

Hình 2-13 Tuốc bin tăng áp 1- Pít tông 2- Ống nạp, 3- Cánh quạt, 4- Bầu lọc không khí, 5- Quạt nhồi (Bánh

bơm), 6- Trục, 7- Bánh tuốc bin, 8- Cửa

thoát khí xả, 9- Buồng khí xả, 10- Ống xả

Hình 2-12 Bơm cao áp truyền thống: Van một chiều, 2- Xi lanh, 3- Pít tông, 4- Lỗ dẫn nhiên liệu, 5- Cán pít tông, 6- Cần điều khiển

1-a) Rãnh dọc, b) Rãnh vòng,

c ) Mặt vát nghiêng

542

1

a3

c

sạch qua bình lọc 4 Như vậy làm tăng lượng nhiên liệu cháy hoàn toàn do đó công suất động cơ tăng lên Tuốc bin 7 làm việc nhờ năng lượng của khí xả đẩy ra theo đường ống xả 10 vào buồng 9 và sau đó khí theo ống 8 ra ngoài Tuốc bin có độ

nhạy điều khiên cao

2.3 ĐỘNG CƠ ĐIỆN

2.3.1 Công dụng và phân loại

Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trên các máy cố định hoặc di chuyển ngắn, các máy hoạt động trong một khoảng không gian hẹp như trong một nhà xưởng, bến bãi, trong phạm vi nhà máy; đó là các máy trục, máy sàng, máy trộn

bê tông, máy vận chuyển liên tục ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới, lưới điện đã và đang được nối với nhau rộng khắp các miền Phần lớn lưới điện có tần số 50Hz và là dòng điện xoay chiều Một số nước như Nga, Mỹ, Nhật bản… còn có lưới điện một chiều

Có nhiều loại động cơ điện, công suất khác nhau và theo nguồn điện cung cấp,

có thể chia làm hai loại tương ứng với hai loại dòng điện: động cơ điện xoay chiều

và động cơ điện một chiều Động cơ điện xoay chiều được chia ra động cơ điện

tiếp vào lưới điện ba pha mà không cần

biến đổi dòng điện Tuy vậy, động cơ

này, vẫn còn một số tồn tại: hiệu suất

thấp (so với động cơ đồng bộ ba pha),

không điều chỉnh được vận tốc (so với

đông cơ một chiều và động cơ xoay

chiều không đồng bộ với rô-to dây

cuốn) và chỉ làm việc tốt khi công suất

nhỏ hơn 10 kw

Động cơ không đồng bộ với rô-to

dây cuốn dễ khởi động, phạm vi điều

chỉnh tốc độ khá tốt (hệ số thay đổi tốc

độ i ≈1,3) và làm việc hiệu quả khi

công suất 7 100 kW Tuy vậy, động

M

ω

1

2 3

4 5

Hình 2-14 Đường đặc tính của động cơ điện: 1- Động cơ đồng bộ,

2- Động cơ không đồngbộ, 3- động cơ một chiều kích thích song song, 4- động cơ một chiều kích thích hỗn hợp, 5- Động cơ mọt chiều kích thích nối tiếp

cơ này còn có nhiều nhược điểm là: cấu tạo phức tạp, đắt tiền và vận hành khó Động cơ điện xoay chiều đồng bộ có ưu điểm là hiệu suất và hệ số cosϕ cao, tốc

độ ổn định, hệ số quá tải lớn, nhưng cấu tạo phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết bị phụ khởi động, nên chỉ dùng đối với các máy có yêu cầu tốc độ quay ổn định hay không đổi

Bảng 2-1 Các đại lượng đặc trưng của động cơ điện

Các

thông số Đơn vị Động cơ 1 chiều kích thích song

song

Động cơ 1 chiều kích thích nối tiếp

Động cơ xoay chiều lồng sóc

Động cơ xoay chiều dây cuốn

-

-

0,11÷0,6 0,25÷630 0,91÷0,96

500÷3000

1:1÷1:1000

1,6÷2,2

0,22÷0,6 1,6÷100 0,75÷0,93

500÷1500

1:2÷1:80

2,2÷2,5

0,38÷10 0,6÷1500 0,5÷0,97

500÷3000

1:2÷1:10

1,6÷3,5

0,38÷10 0,12÷3000 0,7÷0,97

¦ +

M

phanh hãm và đảo chiều dễ dàng nhưng có nhược điểm là giá thành đắt, do phải dùng thiết bị hiệu chỉnh hay máy phát điện một chiều

Động cơ điện xoay chiều đồng bộ có ưu điểm là hiệu suất và hệ số cosϕ cao, tốc độ ổn định, hệ số quá tải lớn, nhưng cấu tạo phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết bị phụ khởi động, nên chỉ dùng đối với các máy có yêu cầu tốc độ quay ổn định hay không đổi

Động cơ điện một chiều được chia thành ba loại: kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp Động cơ điện một chiều mắc song song hoặc nối tiếp có phạm vi thay đổi tốc độ lớn, mô-men khởi động cao, khởi động êm, phanh hãm và đảo chiều dễ dàng nhưng có nhược điểm là giá thành đắt, do phải dùng thiết bị hiệu chỉnh hay máy phát điện một chiều

Các thiết bị cầm tay hay loại nhỏ thường dùng động cơ điện xoay chiều một pha cổ góp, có kích thước gọn nhẹ, có khả năng thay đổi tốc độ, làm việc ổn định,

có thể đóng mở liên tục, nhưng giá thành cao và bảo dưỡng phức tạp

2.3.2 Ưu và nhược điểm

Cấu tạo đơn giản, có khả năng tự đảo chiều quay, giá thành hạ Khả năng quá tải lớn (2,5  4) Khởi động nhanh, dễ tự động hoá Điều khiển và sử dụng dễ dàng, không phải chăm só nhiều, không gây ô nhiễm môi trường, trọng lượng không lớn, gọn Các thông số cơ bản được thể hiện trên bảng 2.1

là mô-men khởi động nhỏ Không cơ

động vì phải phụ thuộc vào mạng

lưới cung cấp nguồn điện

2.4 BƠM THUỶ LỰC

2.4.1 Công dụng và phân loại

Bơm thuỷ lực được dùng rất

nhiều trong các máy xây dựng hiện

đại như máy xúc, máy ủi, cần trục và

nhiều loại máy xây dựng khác

Căn cứ vào cấu tạo, bơm thuỷ

lực được chia làm ba loại chính là:

bơm bánh răng, bơm pit-tông và

bơm cánh gạt

3 4 5

2

A

B 7

Hỡnh 2-15 Bơm bỏnh răng: 1- Bỏnh răng chủ động;

2- ống dẫn; 3- ống hỳt; 4- Vỏ hay thõn bơm;

5- Bỏnh răng bị động; 6- ống đẩy; 7- Van một chiều

2.4.2 Cấu tạo và nguyên lí làm việc của các loai bơm thuỷ lực:

1 Bơm bánh răng: là loai đơn giản nhất, được thể hiện trên hình 2.15, gồm có: bánh răng chủ động 1 cố định trên trục của động cơ, bánh răng bị động 5 quay

tự do trên trục cố định với vỏ bơm 4, ống dẫn chất lỏng vào (ống hút) 3 và ống dẫn chất lỏng ra (ống đẩy) 6

Khi bơm làm việc, dòng dầu có áp suất thấp, qua ống 3 vào họng hay khoang

hút A, rồi bị bánh răng dồn ép để vòng theo vỏ bơm và khe răng với áp suất lớn

hơn, để tới ống đẩy 6

Khi bơm làm việc với tốc độ cao, áp suất chất lỏng ra khỏi bơm cũng tăng Do

đó, để giữ áp suất chất lỏng ổn định, khi động cơ hay bơm thay đổi tốc độ, dùng

van một chiều 7 để điều chỉnh Nếu áp suất chất lỏng lớn hơn yêu cầu, van 7 mở, dòng chất lỏng thừa qua ống 2 quay lại ống hút Bơm bánh răng thường làm việc

với áp suất 8 ÷ 16 Mpa, số vòng quay 500 ÷ 3500 vòng/ph và công suất từ 30 ÷ 40kw, hiệu suất cực đại 0,8 ÷ 0,91

Lưu lượng của bơm bánh răng Q, có thể xác định theo công thức sau:

Q = 2 π z m2 b n Trong đó:

Z - số răng của bánh răng chủ động;

m - mô-đun ăn khớp của răng;

b - chiều dầy của bánh răng;

n - tốc độ bánh răng chủ động

2 Bơm pit-tông:

Hình 2-16 Bơm pittông 1- Xi-lanh; 2- Pit-tông; 3- Ống đẩy; 4- Van đẩy; 5- Buồng làm việc; 6- Van hút;

7- Ống hút; 8- Thùng chứa chất lỏng; 9- Tay quay; 10- Thanh truyền

8

C 1

Bơm pit-tông đơn giản (hình 2-16) gồm có: xi-lanh 1, pit-tông 2, hai van một

chiều 4 và 6 Khi bơm làm việc, nhờ dẫn động của một động cơ, qua cơ cấu tay

quay - thanh truyền, pit-tông 2 chuyển động tịnh tiến đi lại trong xi-lanh 1, với

hành trình S = 2R (R- bán kính hay chiều dài tay quay) Hai điểm B1 và B2 là giới

hạn chuyển động của pit-tông tương ứng với hai vị trí C1 và C2 của tay quay 9

Khi trong buồng làm việc 5 chứa đầy chất lỏng, nếu tay quay từ vị trí C2 quay theo

chiều mũi tên, thì pit-tông dịch chuyển từ điểm B2 về phía trái Thể tích buồng 5

tăng dần, áp suất P trong đó giảm đi và nhỏ hơn áp suất P0 trên mặt thoáng của

thùng chứa chất lỏng 8 (P < P0) Do đó, chất lỏng từ thùng 8 được hút qua van 6

vào buồng 5, trong khi van 4 vẫn đóng

Pit tông dịch chuyển từ điểm B2 đến điểm B1, bơm thực hiện quá trình hút

Khi tay quay 9 đến vị trí C1, tương ứng với pit-tông ở vị trí B1, thì quá trình hút

của bơm kết thúc Sau đó, tay quay tiếp tục quay, từ C1 đến C2, pit-tông đổi chiều

chuyển động, từ B1 đến B 2, thể tích buồng 5 giảm dần, áp suất chất lỏng tăng lên,

van 6 đóng, van 4 mở, chất lỏng chảy vào ống đẩy 3 Quá trình pit-tông di chuyển

từ B1 đến B2 gọi là quá trình đẩy

Như vậy, cứ mỗi vòng quay của tay quay hay trục động cơ thì bơm thực hiện

được hai quá trình hút và đẩy liền nhau Nếu tay quay tiếp tục quay thì bơm lặp lại

quá trình hút và đẩy như trên Do đó, quá trình hút và đẩy của bơm pit-tông gián

đoạn và xen kẽ nhau

Một quá trình hút và đẩy kế tiếp nhau gọi là một chu kì làm việc của bơm

Bơm pit-tông có nhiều loại, thường làm việc với áp suất 40 ÷ 50 Mpa, số vòng

quay 1000 ÷ 3000 vòng/ph và công suất trên 40 kw

Lưu lượng của bơm pit-tông Q, loại tác dụng đơn có thể xác định như sau: