Máy xây dựng Chuong 5

Máy xây dựng

Chương 5

Hệ thống di chuyển và điều khiển của máy xây dựng

5.1 Hệ thống di chuyển

Hệ thống di chuyển của máy xây dựng dùng để di chuyển máy trong quá trình làm việc, di chuyển từ nơi này sang nơi khác, đồng thời truyền áp suất và tải trọng lên mặt đất hoặc mặt đường Ngoài ra, hệ thống di chuyển còn có tác dụng như bộ công tác (như máy đầm lăn ép)

Theo cấu tạo và công dụng, có thể phân hệ thống di chuyển của máy xây dựng ra các loại: hệ thống di chuyển xích, hệ thống di chuyển bánh lốp, hệ thống di chuyển trên ray, hệ thống di chuyển bằng phao nổi

5.1.1 Hệ thống di chuyển bằng xích

Hệ thống di chuyển bằng xích của máy xây dựng thường có một số bộ phận chính: bánh chủ động hình sao, dải xích, bánh dẫn hướng, cơ cấu căng xích, bánh hay con lăn đỡ xích và con lăn đè xích (hình 5-1)

1

Hình 5.1 Cấu tạo chung của xích di chuyển: 1) Xích, 2)Bánh sao chủ động, 3) Bộ phận căng xích, 4) Bánh tỳ dưới, 5)Bánh đõ trên, 6) bánh dẫn hướng

Bánh sao chủ động: Bánh chủ động hình sao hay bánh chủ động của máy ủi

hoặc máy kéo, nhận chuyển động quay từ ly hợp lái, qua cặp bánh răng chuyển động cuối cùng để biến thành lực kéo dải xích và toàn bộ máy chuyển động tịnh tiến

Bánh sao chủ động làm việc trong điều kiện rất nặng, chịu tải trọng lớn, bùn, đất, nước bám vào, làm việc trong điều kiện ma sát nửa khô hay không có dầu mỡ bôi trơn nên vật liệu để chế tạo bánh sao chủ động, đặc biệt là vành răng cần phải có độ bền

và khả năng chịu mòn cao Bánh sao chủ động, thường được chế tạo bằng thép các bon với hàm lượng cácbon khá cao, khoảng 0,4 ÷ 0,45%

Để bánh sao không nằm trong vùng bùn đất chịu mài mòn, nhằm kéo dài tuổi thọ chi tiết, một số nhà sản xuất máy ủi đã bố trí bánh sao chủ động ở trên cao (hình 5-1)

Dải xích: Dải xích là một vòng kín bao gồm các mắt xích nối bản lề với nhau,

làm thành một đường ray vô tận để bánh chủ động quay hay chuyển động Phía trong mỗi dải xích có các đường gân để cho răng của bánh sao chủ động ăn khớp và để dẫn hướng chuyển động cho các bánh căng xích, đỡ xích và đè xích Phía ngoài mỗi mắt xích thường có vấu bám, để bám chắc với đất, bảo đảm chuyển động cho máy Các mắt xích được nối bản lề với nhau, nhờ chốt xích, vòng đệm và chốt hãm

Hình 5.3 Bánh xích di chuyển trên công trường

Bánh dẫn hướng: Bánh dẫn hướng hay còn gọi là bánh căng xích, có tác dụng

dẫn hướng chuyển động cho dải xích và cùng với cơ cấu căng xích giữ cho xích ở độ căng nhất định, bảo đảm cho máy làm việc được bình thường

Cơ cấu căng xích: Cơ cấu căng xích, có tác dụng giữ cho bánh dẫn hướng hay

bánh căng xích ở một vị trí nhất định, bảo đảm độ căng của xích và có thể điều chỉnh độ căng của xích khi cần thiết, đồng thời còn làm giảm va đập (xóc) khi phần trước của xích va chạm phải vật cản trong khi làm việc Nguyên tắc làm việc của cơ cấu căng xích

là thay đổi hay điều chỉnh khoảng cách giữa bánh sao chủ động và bánh dẫn hướng bằng cách xê dịch bánh dẫn hướng

Bánh đỡ xích: Bánh đỡ xích hay con lăn đỡ xích có tác dụng đỡ phần trên của

dải xích khỏi bị võng xuống Các bánh đỡ xích làm việc trong điều kiện tải trọng nhỏ, nên có cấu tạo đơn giản và thường được đúc bằng gang Số lượng bánh đỡ xích phụ thuộc vào chiều dài và trọng lượng của dải xích

Bánh đè xích: Bánh đè xích hay bánh tì xích có tác dụng đè phần xích ở phía

dưới của dải xích, bảo đảm xích tiếp xúc với mặt đường Bánh đè xích làm việc trong

điều kiện tải trọng lớn, do trọng lượng của máy, lực tác dụng ngang của đường khi quay vòng hay chuyển động mặt đường nghiêng, nên thường được đúc hay dập bằng thép các bon Số lượng bánh đè xích, phụ thuộc vào chiều dài và trọng lượng của dải xích, thường mỗi dải xích có khoảng 2 đến 10 bánh đè xích Để áp suất phân bố đều lên dải xích và giảm chấn động khi chuyển động trên nền cứng gồ ghề, người ta chế tạo các bánh đè xích theo từng cặp xoay quanh một trục

Hình 5.2 Một loại bánh xích di chuyển máy ủi: 1) xích, 2) Bánh dẫm hướng, 3) Bộ điều chỉnh, 4) Bánh tỳ, 5) Bánh sao chủ động.

Ưu điểm của bộ di chuyển xích là áp suất lên đất nhỏ (p = 0,04 ÷ 0,10MPa) và phân bố tương đối đều trên mặt tựa của xích (hình 5-4), nên có thể di chuyển trên đường đất không bằng phẳng Lực bám lớn Khả năng vượt dốc cao: máy cỡ lớn có thể lên dốc

10÷200 Máy cỡ trung bình có thể lên dốc 300 Máy cỡ nhỏ có thể lên dốc 400 Nhược

điểm của loại này là trọng lượng của bộ di chuyển xích lớn, có khi bằng 40% trọng lượng của máy, chế tạo và lắp ráp phức tạp, chóng mòn và thời gian phục vụ thấp (2000

÷ 2500h) Lực cản di chuyển lớn, tốc độ thấp (8÷10 km/h), nên chỉ làm việc ở khoảng cách ngắn Những máy lớn và vừa khi chuyển chỗ làm việc phải tháo rời từng bộ phận

để vận chuyển Bảo dưỡng và sửa chữa phức tạp.

5.1.2 Hệ thống di chuyển bánh lốp

Lốp có cấu tạo hình ống sử dụng các lớp bố (ni-lông, sợi thép) để chứa khí áp lực Cao su được dùng như một lớp áo bảo vệ và bao phủ các chất liệu bên trong, tạo thành các hoa lốp có khả năng chịu mài mòn trên mặt đất

Lốp có hai loại phổ biến là bố ni-lông và bố thép hay còn gọi là bố hướng kính (Radial ply) Dưới đây là đặc điểm cấu tạo chủ yếu của hai loại lốp này

Lốp bố ni-lông: Tanh lốp 1 ở gần mép lốp, tiếp xúc với vành bánh xe, bên trong

có xen kẽ những lớp vải cao su và dây thép, làm tăng độ cứng cho lốp không bị bật khỏi vành bánh xe Các lớp đệm 2 làm bằng vải ni-lông cao su, chịu nhiệt và lực va đập tạo nên thành lốp, các lớp bố đặt chéo góc với đường tâm của hoa lốp Các lớp bố hoa lốp 3

Hình 5.4 Phân bố áp suất dưới dải xích

được hạn chế ở khu vực hoa lốp để tăng cường độ chịu lực của khung lốp và bảo vệ

thêm các lớp bố thân lốp Thành lốp 4 là

các lớp cao su bảo vệ bao phủ các lớp bố

thân

lốp trong thành lốp Hoa lốp 5 (hay ta

lông) là phần chịu mài mòn và tiếp xúc

với mặt đất của lốp để tạo ra lực kéo

bám Lót trong 6 là lớp bịt kín để giữ khí

kết hợp với gioăng tròn và thành tăm

bua (trống lốp), để không cần phải dùng

xăm và lót xăm Lốp có loại dùng xăm

và có loại không dùng xăm

Lốp bố hướng kính: Tanh lốp 1

là một bó các sợi thép tiếp xúc với mặt

tang trống Khung lốp 2 là một lớp bố

sợi thép hình vòng cung từ mép lốp này

đến mép lốp kia Các lớp bố hoa lốp 3 là

những lớp bố thép nằm dưới khu vực

hoa lốp, quanh chu vi lốp Cáp trong lớp bố hoa lốp 3 đặt chéo góc với đường tâm hoa lốp, góc của đai sau đặt ngược so với đai trước Ngoài ra còn có thành lốp 4, hoa lốp 5.

Hình 5.5: 1) Tanh, 2) Khung lốp, 3) Lớp bố hoa lốp, 4) Thành lốp, 5) Hoa lốp, 6) Lớp lót trong

Hình 5.6

Kí hiệu lốp: Lốp thường được kí hiệu bằng hai chữ số, ví dụ: 29.5-35 Số thứ

nhất là chiều rộng mặt cắt ngang (in-sơ)

và số thứ hai là đường kính tang trống

lốp (in-sơ) Lốp thấp được kí hiệu bằng

ba chữ số, ví dụ: 40/65-39 Số thứ nhất

là chiều rộng mặt cắt ngang (in-sơ), số

thứ ba là đường kính tang trống lốp

(in-sơ) và số thứ 2 (65 thực ra là 0,65) là tỷ

lệ giữa chiều cao và chiều rộng mặt cắt

lốp Nếu kí hiệu là 40/65 R39, thì R là

kí hiệu loại lốp bố hướng kính

Bảng 5-1 Phân loại lốp

Phương tiện vận chuyển đất: L-4S Lốp không gân vấu sâu 150

Máy xúc lật và máy ủi: LS-2 Lốp vấu trung bình 125

Mã số nhận dạng đối với các lốp việt giã: ngành sản xuất lốp đã áp dụng một hệ

thống nhận dạng theo mã số cho các lốp việt giã để làm giảm sự nhầm lẫn do các

thương hiệu của mỗi loại lốp mà một nhà sản xuất đưa ra Việc nhận dạng theo mã số

ngành được chia làm sáu loại chính căn cứ vào công việc:

C - dùng cho máy đầm;

E - dùng cho máy vận chuyển đất đá;

L - dùng cho máy xúc lật và máy ủi;

LS - dùng cho máy kéo gỗ;

Hình 5-7 Mặt cắt ngang lốp: D- Đường kính ngoài của lốp, R - Đường kính danh nghĩa tang trống, H- Chiều cao mặt cắt lốp, S - Chiều rộng mặt cắt lốp,W - Chiều rộng lốp (gồm cả gân trang trí), ánh xeo độ động cơ điêzen)

H/S - Tỷ lệ giữa chiều cao và

chiều rộng mặt cắt lốp

W S

G - dùng cho máy san; ML - dùng cho máy mỏ và đốn gỗ.

Mỗi loại lại được chia làm các loại nhỏ (bảng 5.1)

Công thức bánh xe: là đặc trưng quan trọng cho máy xây dựng có hệ thống di

chuyển bằng bánh lốp, gồm có hai chữ số: chữ số thứ nhất chỉ số lượng tất cả bánh xe,

số thứ hai chỉ số lượng bánh xe chủ động (ở cầu chủ động) Trong thực tế sử dụng, các máy xây dựng, thường có công thức bánh xe là 4 × 2; 4 × 4 và 6 × 6

Cách đặt bánh xe dẫn hướng: Để dễ quay vòng, bảo đảm cho các ổ bi làm việc

tốt và tăng sự bền vững cho các bánh trước khi chuyển động, các bánh dẫn hướng và trục quay của bánh dẫn hướng thường không đặt thẳng đứng mà hơi nghiêng với một góc nhỏ

Độ nghiêng ngoài của bánh xe: Độ hay góc nghiêng ngoài α của bánh xe (hình 5-8a) được tạo nên bởi mặt phẳng của bánh xe và mặt phẳng thẳng đứng (

' 30

2

'

15

00 ÷ 0

=

α ), có tác dụng giảm được mômen cản quay vòng hay giảm nhẹ được sự quay bánh xe Vì khoảng cách giữa điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường và đường tâm trục quay bánh xe giảm Đồng thời góc nghiêng ngoài bảo vệ được vòng bi ngoài ở moăy-ơ bánh xe và đai ốc hãm bánh xe, do lực của trọng lượng xe gây ra hướng theo đường trục bánh xe, ép bánh xe cùng với moăy-ơ và ổ bi trong

Độ chụm của bánh xe: Độ chụm hay bó trước của bánh xe dẫn hướng là cách đặt

bánh xe nghiêng vào phía trong một góc nhỏ trên mặt phẳng nằm ngang theo hướng di chuyển của xe, để làm triệt tiêu khả năng trả ngược lại khi di chuyển, do khe hở của các khớp nối giữa các thanh (ở hình thang lái) và các bánh răng ăn khớp với trục lái (ở cần lái) Khi có độ chụm, trong thời gian máy di chuyển, các bánh xe như được quay trở lại

và song song với nhau (hình 5-8b)

Công thức bánh xe và cách đặt bánh xe dẫn hướng:

Độ chụm a được xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu mút sau (A) và trước (B) của vành bánh xe nằm ở chiều cao tâm bánh xe:

a = A - B = 1,5 ÷12 mm

Độ chụm A phụ thuộc vào góc nghiêng ngoài αcủa bánh xe và có thể điều chỉnh được nhờ đai ốc, giữa các đòn kéo dọc và ngang của hình thang lái

Độ nghiêng trong của trục đứng hay trục quay của bánh xe: Độ hay góc

nghiêng trong β được tạo thành giữa trục đứng và mặt phẳng đứng của vành bánh xe (hình 5-8a) Độ nghiêng trong có tác dụng làm giảm mômen cản quay vòng, tức là giảm được khoảng cách từ đường tâm trục đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường và cho xe chuyển động thẳng ổn định Vì khi xe bị quay vòng, bánh xe dẫn hướng phải quay quanh trục đứng, nếu mặt đường cứng, thì phải nâng cả đầu xe lên, do

đó có lực cản nên bánh xe có xu hướng chuyển động thẳng (β = 0 ÷12°)

Độ (góc) nghiêng sau của trục đứng γ (hình 5-8d) so với mặt phẳng đứng cũng làm tăng tính ổn định của xe khi chuyển động thẳng, do tác dụng của lực phụ xuất hiện

ở điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường khi quay vòng (γ = 60÷70)

So với bánh xích, bánh lốp có ưu điểm là độ bền và thời gian phục vụ lâu hơn, thường máy chạy khoảng 30000440000km hay 250043000h mới phải thay lốp Tốc độ

di chuyển lớn, có thể đạt 50460km/h, gấp 445 lần tốc độ di chuyển bằng xích Chế tạo

và bảo dưỡng đơn giản, chuyển động êm, hiệu suất cao, trọng lượng nhỏ, bằng 20%

Hình 5-8 Cách đặt bánh xe dẫn hướng.

A

B

trọng lượng toàn máy và chỉ bằng 1/2 trọng

lượng của hệ thống di chuyển xích của máy

tương đương

Tuy nhiên bánh lốp cũng có nhược

điểm là áp suất lên đất hay đường lớn, tối đa

có thể 0,1540,50 MPa và phân bố không đều

(hình 5.9) Lực bám nhỏ nên khi máy di

chuyển để làm việc có hiện tượng trượt giữa

lốp và đường, do đó mất mát công suất, làm

giảm tốc độ di chuyển Khả năng vượt dốc

kém, thường chỉ vượt được dốc lớn nhất

khoảng 2004250

5.1.3 Hệ thống di chuyển bánh thép trên ray

Hệ thống di chuyển bằng bánh thép chạy trên đường ray cũng được dùng cho các máy nâng chuyển như cần trục tháp, cần trục làm trong ngành đường sắt Di chuyển bằng bánh thép có một số ưu điểm: lực cản di chuyển nhỏ, khả năng mang tải lớn, tạo

độ ổn định cao, cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, độ tin cậy và tuổi thọ tương đối cao Nhược điểm của hệ thống di chuyển trên ray là tính cơ động thấp, chỉ di chuyển trên một tuyến đường nhất định Việc xây dựng đường ray tốn kém Khi chuyển chỗ làm việc, phải tháo dỡ máy và đường ray

5.1.4 Hệ thống di chuyển bằng phao nổi

Hệ thống di chuyển

bằng phao nổi, hay còn gọi là

pông tông, dùng cho các máy

xây dựng làm việc trên mặt

nước Các thiết bị xây dựng

được lắp trên phao nổi và có

thể tự di chuyển hay phải có ca

nô đẩy Các thiết bị này làm

nhiệm vụ: nạo vét kênh mương

(Xáng ngoặm), bốc xếp hàng

hoá ở bến cảng (cần cẩu nổi)

mà tàu không cập bến được,

trên các công trình thuỷ lợi,

công trình ven sông, công trình

biển và khai thác dầu khí ngoài trời Loại di chuyển này có ưu điểm là tốn ít năng

Hình 5-9 Phân bố ứng suất lên lốp

Hình 5.10 Máy ngoạm trên phao nổi

lượng cho việc di chuyển, tự hành được trên mặt nước, đơn giản và rẻ tiền Nhược điểm

là phải có phao nổi hoặc tàu thuỷ Mức nước phải có độ sâu nhất định

5.2 Hệ thống điều khiển

5.2.1 Công dụng và phân loại

Hệ thống điều khiển trong máy xây dựng dùng để vận hành quá trình làm việc của máy bao gồm: khởi động, dừng máy, thay đổi tốc độ làm việc, di chuyển, hướng chuyển động Hệ thống điều khiển có ảnh hưởng đến năng suất, an toàn của thiết bị

và sức khoẻ của người điều khiển

Để thuận tiện cho người vận hành, tất cả các bộ phận điều khiển được lắp đặt trong cabin (buồng lái) Như vậy các thiết bị điều khiển được bố trí tập trung và dễ dàng

bố trí hợp lý đồng hồ đo báo, tay gạt, bàn đạp, nút ấn, cơ cấu truyền động ở dạng tay đòn, cần, van trượt, các thiết bị phụ kiểm tra động cơ và bộ phận công tác để người điều khiển thuận tiện thao tác và quan sát Đồng thời ca bin chống được tiếng ồn, bụi bặm do

đó làm cho người điều khiển dễ tập trung tư tưởng trong quá trình điều khiển, bảo vệ sức khoẻ để làm việc lâu dài

Theo chức năng điều khiển có thể chia ra điều khiển phanh, điều khiển ly hợp, điều khiển động cơ và điều khiển vị trí bộ công tác và điểu khiển hướng di chuyển

Cũng có thể chia hệ thống điều khiển theo phương pháp truyền năng lượng: điều khiển bằng cơ học, điều khiển bằng thuỷ lực, điều khiển bằng điện, điều khiển bằng khí nén và điều khiển hỗn hợp các loại trên

Cũng có thể chia các phương pháp điều khiển thành: điều khiển thông thường, điều khiển tự động và bán tự động

Điều khiển thông thường là dùng lực cơ bắp của tay hay chân để tác dụng trực tiếp vào hệ thống cần điều khiển Dạng này thường có kết cấu đơn giản, tuy nhiên rất tốn sức và đối với các máy móc có công suất lớn thì lực điều khiển sẽ lớn Trong các trường hợp đó người ta sử dụng các bộ phận trợ lực để giúp người điều khiển giảm lực đến mức cho phép; ví dụ: dùng thuỷ lực, khí nén Khi đó, vai trò của người lái chỉ là tác động để đóng, mở van hoặc bộ phận dẫn động hệ thống điều khiển mà thôi

Điều khiển tự động là chương trình điều khiển đã được lập theo chương trình sẵn, người điều khiển chỉ tác động tín hiệu bắt đầu hay kết thúc công việc Như vậy, máy điều khiển tự động là loại đã được chế tạo có trình độ công nghệ cao, đòi hỏi rất chính xác Hệ thống kiểm soát, đo kiểm tự động phải hoạt động có độ tin cậy cao, có hệ thống xử lý thông tin chính xác, nhanh nhậy