- Trong các máy làm đất (MLĐ) thƣờng sử dụng dạng truyền động kết hợp diesel- điện, mà chủ yếu là d.

- Trong các máy làm đất (MLĐ) thƣờng sử dụng dạng truyền động kết hợp diesel- điện, mà chủ yếu là dùng động cơ điện xoay chiều để điều khiển quá trình nâng hạ bộ công tác gầu xúc hoặc [r]

PHẦN I Chương1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁY CÔNG TRÌNH

Máy công trình là danh từ chung để chỉ các máy và thiết bị phục vụ công tác xây dựng

cơ bản, công nghiệp, giao thông, cầu cảng, sân bay v.v cơ giới hoá xây dựng (trang bị và ứng dụng máy móc, thiết bị trong qúa trình xây dựng) đóng vai trò nâng cao chất lượng công trình, đẩy nhanh tiến độ thi công, nâng cao năng suất, đem lại hiệu quả kinh tế và cải thiện điều kiện làm việc của người lao động

Các năm trước: máy móc chủ yếu là hàng viện trợ không hoàn lại, "cho gì dùng nấy"

ta không có quyền lực chọn, dẫn đến tình trạng là chủng loại máy thì nhiều nhưng số lượng máy của mỗi loại không nhiều, mặt khác tính năng của máy không hợp với đối tượng thi công, thiếu đồng bộ…

Trong những năm gần đây: môi trường đầu tư phát triển mạnh, các công ty và nhà đầu

tư đã quan tâm đến vấn đề trang bị máy cho phù hợp với tình hình công ty và đối tượng thi công Tuy nhiên, việc trang bị máy còn nhiều bất cập chưa hoàn toàn phù hợp với điều kiện

và môi trường xây dựng ở nước ta

1.2 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA MÁY CÔNG TRÌNH

1.2.1 Công dụng

Phục vụ cho công tác xây dựng cơ bản, xây dựng công nghiệp, giao thông và cầu cảng, sân bay v.v Chủng loại về máy công trình có rất nhiều và rất đa dạng Mỗi chủng loại máy đều có công dụng riêng đối với từng công việc trong công tác xây dựng

1.2.2 Phân loại

Theo tính chất công việc và công dụng máy công trình được phân loại như sau:

- Các máy vận chuyển theo phương đứng hay lên cao như: kích, tời, pa lăng, thang tải, cần trục, cổng trục v.v

- Máy xếp dỡ: thường vận chuyển ở cự ly ngắn, chủ yếu làm công việc xếp dỡ trên các bến cảng, nhà ga, kho chứa như: xe nâng hàng, xe xúc lật v.v

- Máy vận chuyển liên tục: hướng vận chuyển có thể là ngang, nghiêng hay thẳng đứng, trong đó vật liệu được vận chuyển thành một dòng liên tục như các loại băng tải, vít tải, gầu tải v.v

- Máy làm đất: gồm các máy phục vụ cho công việc thi công khai thác đất, đá, than, quặng

- Máy gia công đá: phục vụ cho việc nghiền, sàng phân loại và rửa sỏi đá, quặng

- Máy làm công tác bê tông: phục vụ việc trộn, vận chuyển và đầm bê tông

- Máy gia cố nền móng: bao gồm các máy đóng, ép- nhổ cọc và khoan nhồi cọc

- Máy gia công sắt thép: phục vụ cho việc cắt, uốn, kéo, hàn cốt thép

- Các máy thiết bị chuyên dùng cho công tác thi công đường bộ, đường sắt và công trình cầu: như máy đặt ray, máy rải thảm, máy thi công tháo lắp cầu v.v

- Máy và thiết bị chuyên dùng cho từng ngành: như máy hoàn thiện, cắt mối bê tông, máy sản xuất gạch, ngói, xi măng

Ngoài cách phân loại trên, người ta còn phân loại máy công trình theo:

- Theo dạng nguồn động lực: Máy dẫn động bằng động cơ đốt trong, động cơ điện, động cơ thuỷ lực

- Theo hình thức di chuyển: ta có các máy di chuyển bằng bánh lốp, bánh xích, chạy trên đường sắt hoặc đặt trên sà lan, phao nổi

- Theo hình thức điều khiển: có máy công trình điều khiển bằng cơ khí, thuỷ lực, khí nén, điện từ

1.2.3 Yêu cầu chung đối với máy công trình

Các máy công trình cần phải đáp ứng được một số yêu cầu chính sau:

- Về năng lượng: động cơ cần có công suất hợp lý, tuổi thọ cao

- Về kết cấu và công nghệ: Máy phải có kích thước nhỏ, gọn, dễ di chuyển và thi công trong mọi địa hình, có công nghệ chế tạo tiên tiến

- Về khai thác: Đảm bảo được năng suất và chất lượng trong các điều kiện nhất định,

có khả năng làm việc cùng máy khác; việc bảo dưỡng, sửa chữa không quá phức tạp

- Phải có tính cơ động cao, năng lực thông qua lớn, dễ điều khiển, tháo lắp và vận chuyển; sử dụng an toàn, dễ tự động hoá quá trình điều khiển

- Không gây ô nhiễm môi trường và vùng dân cư lân cận

- Về kinh tế có giá thành đơn vị sản phẩm thấp, năng suất cao, chất lượng tốt

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÁY CÔNG TRÌNH

Mỗi máy công trình gồm có những thành phần chính sau:

- Các thiết bị phụ: thiết bị an toàn, chiếu sáng, tín hiệu…

Ngày nay, trên các máy công trình hiện đại còn lắp cả thiết bị vi tính để xử lý số liệu

Tuỳ theo yêu cầu và chức năng công tác mà một máy có thể có đầy đủ các bộ phận nói trên hoặc chỉ cần có một vài bộ phận, trong đó các bộ phận của máy thường được thể hiện trên các "sơ đồ cấu tạo" nhằm giới thiệu về kết cấu và trên các "sơ đồ động học" thể hiện mối liên hệ giữa các phần tử của hệ dẫn động trong máy

1.3.1 Thiết bị động lực

1.3.1.1 Công dụng

Thiết bị động lực là động cơ lắp trên máy công trình Đây là bộ phận tạo ra năng lượng

để giúp máy hoạt động thông qua việc biến đổi các nguồn năng lượng như điện, hóa học, thủy lực… thành cơ năng hay là chuyển động của máy công trình

1.3.1.2 Phân loại

Động cơ đốt trong:

Phổ biến là động cơ diesel có công suất < 500 kW, còn động cơ xăng ít dùng và thường chỉ dùng trên máy có công suất nhỏ Ưu điểm chính của động cơ đốt trong là: hiệu suất tương đối cao (= 0,18 ÷0,3, đối với động cơ xăng, = 0,27 ÷0,42 đối với động cơ diesel)

và rất cơ động Tuy nhiên, ĐCĐT có cấu tạo phức tạp, khả năng chịu quá tải thấp và sử dụng nhiên liệu đắt tiền

Động cơ điện:

Được sử dụng rộng rải trên các máy cố định hoặc di chuyển trong phạm vi nhỏ, hoạt động theo quỹ đạo nhất định, như: trong trạm nghiền sàng, máy trộn bê tông, máy nâng vận chuyển máy điện có hiệu suất tương đối cao (70÷90)%, mặt khác có kết cấu gọn nhẹ, khả năng chịu quá tải lớn, dễ tự động hoá điều khiển, rẻ sạch, không gây ô nhiễm môi trường

Động cơ điện có các loại sau:

Động cơ điện một chiều: có phạm vi thay đổi tốc độ lớn, mô men khởi động cao nên thường trang bị trên các máy đào, cần trục, xe điện…

Động cơ điện xoay chiều: loại này được chia ra thành nhiều loại: như một pha, ba pha, trong mỗi loại lại có đồng bộ và không đồng bộ,…

Động cơ không đồng bộ: có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền nhưng khó thay đổi tốc độ

Động cơ đồng bộ: có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng có tính khởi động và ổn định tốc

độ rất tốt,nên được dùng trong các máy yêu cầu độ ổn định tốc độ cao

Động cơ chạy bằng không khí nén Loại này thường dùng trong những máy cố định hay máy công cụ như: búa máy đóng cọc, máy khoan, phun vữa… với áp suất làm việc thường khoảng (6÷10) atm

Nhược điểm của loại này là thường có kích thước lớn, hiệu suất thấp do bị rò rỉ khí nén

Động cơ kết hợp:

Thường là diesel- điện, hoặc diesel- khí nén hoặc diesel- thuỷ lực Nhưng nguồn động lực ban đầu thường là diesel Loại này ngày nay được sử dụng phổ biến

1.3.1.3 Điều kiện làm việc của thiết bị động lực trên máy công trình

Điều kiện làm việc của thiết bị động lực trên máy công trình rất đặc biệt, khác hẳn với trên ô tô hoặc tàu thủy Qua mỗi chu kỳ làm việc máy động lực phải chịu tải trọng tối đa, thông thường gấp 23 lần tải trọng bình thường Bản thân toàn bộ máy thường bị lắc mạnh,

bị giật liên tục, nói cách khác, ngoại lực tác động đến máy mà thiết bị động lực cũng phải chịu là luôn thay đổi

1.3.1.4 Các đường đặc tính ngoài của thiết bị động lực

a) b) Hình 1.1 Đặc tính ngoài của một số động cơ

a Đường đặc tính ngoài của các loại

động cơ điện

1,4- Động cơ điện một chiều có hệ thống

máy phát;

2- Động cơ điện một chiều có biến trở

3 Động cơ điện xoay chiều rô to lồng

sóc;

b Đường đặc tính ngoài của động

cơ đốt trong 5- Động cơ xăng; 6- Động cơ diesel; 7- Động cơ diesel có biến tốc thuỷ lực

Đặc tính ngoài được coi là "mềm" nếu giới hạn sử dụng mômen tối đa rộng rãi, tức là ứng với giới hạn đó, tốc độ biến đổi từ từ, và do đó giới hạn sử dụng tốc độ cũng rộng rãi

Đặc tính càng mềm thì khả năng "tự điều chỉnh" càng cao, tức là song song với việc tăng mômen (tăng ngoại lực) tốc độ giảm dần đều dặn, bảo đảm cho máy khỏi bị hư hại

Khả năng "tự điều chỉnh" của động cơ có đặc tính mềm rất quan trọng cho việc điều khiển máy Thí dụ khi gặp ngoại lực lớn, máy giảm tốc độ từ từ làm người điều khiển cảm nhận được mà xử lý (nghe tiếng nổ thưa, bộ công tác máy hoạt động chậm lại vv ) Trong trường hợp này, nếu động lực có đặc tính cứng thì nhiều khi máy chết hẳn người điều khiển mới phát hiện và xử lý nhiều khi không kịp

- Đặc tính 1 của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, nó khá mềm, nhưng có nhược điểm là khi tải trọng nhỏ hơn 50% tải trọng bình thường, tốc độ sẽ rất lớn, dễ gây nguy hiểm

- Đặc tính 2 của động cơ điện một chiều có biến trở, loại này có mômen tối đa quá cao, chế độ làm việc không ổn định và gây rung mạnh

- Đặc tính 3 của động cơ xoay chiều lồng sóc, khá cứng, có mômen tăng giảm khá nhanh

mà tốc độ hầu như không đổi, dễ nguy hiểm; khả năng tự điều chỉnh ít, chỉ thích hợp với các máy có chế độ làm việc ổn định, nhẹ (ngoại lực thay đổi ít)

- Đặc tính 4 của Động cơ điện một chiều kích thích song song, cứng hơn so với đặc tính

1.3.1.5 Bố trí động cơ trên máy công trình

Dạng dùng chung: bố trí một động cơ thông qua hệ thống truyền lực để truyền chuyển động đến các cơ cấu khác (máy đào gầu thuận truyền động cáp, máy đào gầu ngoạm…) Dạng độc lập: bố trí nhiều động cơ cùng loại trên 1 máy (thường là động cơ điện), mỗi

cơ cấu được dẫn động bởi một động cơ riêng biệt (các loại máy trục…)

Dạng hỗn hợp (nhiều loại động cơ trên máy): loại này thường bố trí theo phương án sau:

- Động cơ chính: thường là động cơ đốt trong là nguồn động lực chính cho máy Nó sẽ dẫn động một máy bơm hoặc một máy phát điện

- Động cơ dẫn động từng cơ cấu riêng biệt: Ví dụ trong các máy làm đất như máy san, máy cạp

1.3.1.6 Lựa chọn động cơ cho máy công trình

Do điều kiện làm việc của động cơ trang bị trên MCT rất đặc biệt: động cơ luôn chịu

tải trọng lớn và thay đổi liên tục Do vậy, khi lựa chọn động cơ ta phải căn cứ vào mối quan

hệ giữa mô men và tốc độ của động cơ, thông qua:

- Đường đặc tính mềm: tức giới hạn sử dụng mô men là lớn, ứng với sự thay đổi tốc độ lớn thì mômen thay đổi chậm Đường đặc tính càng mềm thì khả năng tự điều chỉnh cao, tức là: song song với việc tăng mômen thì tốc độ giảm đều đặn bảo đảm máy không bị hư hỏng

- Đường đặc tính cứng: phạm vi điều chỉnh hẹp Tuy nhiên, cũng có lúc phải sử dụng động cơ có đường đặc tính cứng

Hệ số vượt tải: Đối với động cơ điện: 2÷3,0

Hệ số thay đổi tốc độ:

- Đối với động cơ đốt trong thì: 5

- Đối với động cơ điện: 1,3

1.3.2 Hệ thống truyền động đến các cơ cấu công tác

1.3.2.1 Vai trò và ý nghĩa của hệ thống truyền động

Ở đây ta cần phân biệt rõ hệ thống truyền động được nói đến là hệ thống truyền động dùng để điều khiển các cơ cấu công tác của máy công trình Còn hệ thống truyền động dùng

để di chuyển máy thì ta không xét đến vì nó giống với hệ thống di chuyển của ô tô đã được học

Truyền động là khâu trung gian dùng để truyền công suất và mômen từ động cơ tới các

bộ phận công tác của máy Nó cho phép biển đổi về lực, tốc độ và mômen, đôi khi biến đổi

cả dạng và quy luật chuyển động Hệ thống truyền động đặc điểm:

- Tốc độ cần thiết của các bộ phận công tác nói chung là khác với tốc độ hợp lý của các động cơ tiêu chuẩn (thường thấp hơn tốc độ động cơ, nếu chế tạo động cơ có tốc độ thấp, mômen xoắn lớn thì kích thước lớn và giá đắt)

- Cần truyền chuyển động từ một động cơ đến nhiều cơ cấu làm việc với các tốc độ khác nhau

- Động cơ thực hiện chuyển động quay đều nhưng bộ phận công tác cần chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động với tốc độ thay đổi theo một quy luật nào đó

1.3.2.2 Các dạng truyền động cơ bản

a Truyền động cơ khí (cơ học)

a1 Phân loại

Hiện nay truyền động cơ khí vẫn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

và chế tạo máy; đặc biệt chiếm ưu thế trong lĩnh vực chế tạo ô tô, máy kéo và các máy công trình

Truyền động cơ khí được phân loại như sau: theo hình thức cấu tạo, chia thành: truyền

động thanh trục, truyền động dây cáp, truyền động ăn khớp và truyền động ma sát Trong

+ Có độ bền, khả năng chịu tải lớn;

+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng và sửa chữa Riêng cơ cấu truyền động ma sát còn có khả năng chống quá tải (nhờ hiện tượng trượt)

- Nhược điểm:

+ Kích thước bộ truyền lớn, trọng lượng nặng;

+ Làm việc gây tiếng ồn lớn;

+ Khi truyền công suất đi xa, lượng tổn hao công suất do ma sát và quán tính thường khá lớn;

+ Trong các bộ truyền lớn và bộ truyền bánh răng, tốc độ và mô men xoắn chỉ được biến đổi theo cấp;

+ Khi cần thiết phải điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, bộ truyền cơ học thường có kết cấu rất phức tạp

a3 Phạm vi sử dụng của truyền động cơ học

Ở đây ta chỉ xét đến phạm vi sử dụng của truyền động cơ học trên máy công trình

- Truyền động ăn khớp: được ứng

dụng trên các cơ cấu chính của cần trục ô

tô; (trong cơ cấu di chuyển hoặc trong cơ

cấu trích công suất cho các bộ phận công

nhiều trong kết cấu của các loại máy công

Hình 1.3 Cơ cấu tay quay thanh truyền cỡ lớn

trình, trong đó có loài xích chỉ được dùng

để truyền chuyển động giữa các trục với

nhau trong hệ thống truyền động chung

của máy Nhiều trường hợp truyền động

xích được dùng với vai trò là bộ công tác

của máy v.v Ví dụ: Bộ di chuyển bằng

bánh xích, băng gầu, hay xích tải v.v

1- Bánh lệch tâm (tay quay);

- Truyền động thuỷ tĩnh: là loại truyền động trong đó sử dụng dầu công tác có áp suất

cao chuyển động với vận tốc nhỏ để dẫn động các cơ cấu

Cấu tạo của mạch thuỷ lực trong kiểu

truyền động thuỷ tĩnh có sơ đồ tổng quát

như hình (1.4), bao gồm mạch thuỷ lực

hoạt động theo nguyên tắc động cơ có

chuyển động tịnh tiến (tức xilanh thuỷ

lực), và mạch thuỷ lực hoạt động theo

nguyên tắc động cơ có chuyển động quay

(dùng động cơ thuỷ lực):

Hình (1.5) thể hiện sơ đồ nguyên tắc

làm việc của hai dạng truyền động thuỷ

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên tắc làm việc của hệ thống truyền động thủy tĩnh

a- Cơ cấu thi hành có chuyển động b- Cơ cấu thi hành cơ chuyển động

quay;

1- Bơm thủy lực; 2- Đường dầu cao

áp;

3- Cơ cấu thực hiện; 4,5- Van điều

chỉnh và van bảo hiểm; 6- Đường dầu

thấp áp

tịnh tiến;

7- Bơm thủy lực; 8- Van bảo hiểm; 9-

Cơ cấu điều khiển; 10- Đường ống dẫn dầu; 11,12- Xilanh thủy lực; 13- Thùng chứa dầu

Theo sơ đồ, các bơm thuỷ lực (1.5) lấy công suất từ động cơ ban đầu sẽ sản xuất ra dầu cao áp Nhờ các đường ống dẫn và tuỳ theo sự điều khiển mà dầu cao áp sẽ được dẫn tới xilanh công tác hoặc động cơ thuỷ lực là những cơ cấu chấp hành

Cấu trúc của mạch thuỷ lực trong hệ thống TĐTT có thể được cấu tạo theo sơ đồ mạch

hở hoặc theo sơ đồ mạch kín như thể hiện trên hình hình 1.6a,b

Trong sơ đồ mạch hở, chất lỏng từ xilanh công tác (hoặc từ động cơ thuỷ lực) làm việc xong lại được chuyển về thùng chứa mà không quay về bơm

5- Van phân phối; 7- Xilanh thủy lực;

8- Động cơ thủy lực; 9- Bộ truyền động

xích;

10- Thùng dầu; 11- Van an toàn

b Sơ đồ cấu trúc mạch kín 1- Máy lai; 2- Bơm chính;

3- Đường ống dẫn dầu; 4- Van một

chiều;

5- Động cơ thuỷ lực; 6- Bơm phụ;

7- Van an toàn; 8- Bộ truyền động xích

Trong sơ đồ mạch kín, chất lỏng từ động cơ thuỷ lực sau khi làm việc xong sẽ không trở

về thùng chứa mà được chuyển về ống hút của bơm Thường trong hệ mạch kín người ta dùng thêm bơm phụ có công suất nhỏ (hoặc một thùng chứa phụ), để bổ sung chất lỏng cho

hệ thống và làm tăng áp suất làm việc lên cao

So với mạch hở, mạch kín có ưu điểm là cấu trúc gọn, có khả năng đảo chiều nhanh; nó thường được dùng trong các cơ cấu quay của các máy thi công Nhược điểm là dầu hay bị nóng do không kịp làm nguội vì phải trở về bơm ngay, chóng bị biến chất; hệ thống dễ hư hỏng

Truyền động thuỷ tĩnh được sử dụng rộng rãi trên các máy công trình khác nhau Ví dụ:

ở máy đào một gầu vạn năng, chúng dùng để thay đổi vị trí của cần, tay gầu và gầu Trong các máy đào- vận chuyển đất và một số loại máy xây dựng khác, nó được dùng để nâng hạ

bộ công tác

- Truyền động thuỷ động:

Năng lượng được truyền chủ yếu là nhờ động năng của dầu, còn áp suất không cần lớn

So với truyền động thuỷ tĩnh, truyền động thuỷ động có đường đặc tính ngoài mềm hơn, nghĩa là tốc độ quay ở trục đầu ra chỉ phụ thuộc vào ngoại lực

Ưu điểm:

- Bảo vệ an toàn cho máy khi gặp quá tải

- Hệ thống máy linh hoạt, đơn giản về kết cấu, trọng lượng bản thân tương đối nhỏ

Nhược điểm:

- Hiệu suất thấp do có sự trượt

- Giá thành đắt

- Cần có thiết bị làm mát và bổ sung chất lỏng

Truyền động thuỷ động có hai loại: khớp nối thuỷ lực và biến tốc thuỷ lực

- Khớp nối thủy lực: Khớp nối được dùng để truyền chuyển động quay từ trục dẫn

sang trục bị dẫn nhờ động năng của dòng chất lỏng Cấu tạo của khớp nối gồm có một đĩa bơm và một đĩa tuốc bin có vỏ bọc kín, bên trong đổ dầu: Đĩa bơm được gắn trên trục chủ động, có liên hệ cơ học với động cơ; đĩa tuốc bin gắn vào trục bị động truyền tới cơ cấu công tác, giữa chúng có khe hở Khi đĩa bơm quay sẽ hất dầu sang đĩa tuốc bin làm tuốc bin quay theo Khi quay, tốc độ của chúng không đồng đều nhau, và được xác định qua độ trượt S:

t b

n

n n

S 

trong đó: nb và nt là số vòng quay của đĩa bơm và đĩa tuốc bin (v/ph),

Hình 1.7 Khớp nối thuỷ lực và đặc tuyến ngoài

1- Trục chủ động, 2- Trục bị động, 3- Đĩa bơm;

4- Đĩa tốc bin; 5- Vành trong, 6- Vành ngoài

+Ưu điểm: đóng mở rất êm, khi gặp sự cố (ví dụ khi máy đào đất vướng đá ngầm hoặc

rễ cây ) máy sẽ tự động đứng lại, động cơ vẫn làm việc mà không hỏng

+Nhược điểm: mômen quay của động cơ kém nhậy cảm ứng với trường hợp ngoại lực thay đổi

- Biến tốc thuỷ lực: khác ly hợp thuỷ lực ở chỗ dầu đưa vào đĩa bơm qua hệ định hướng

Nhờ vậy mà đã làm tăng tốc độ dầu hất từ đĩa bơm sang đĩa tuốc bin, làm thay đổi hướng vận hành của dầu, do đó làm thay đổi mômen đĩa tuốc bin

Hình 1.8 Biến tốc thuỷ lực

a- Sơ đồ cấu tạo biến tốc thủy lực; b- Đường đặc tuyến ngoài

1- Trục chủ động; 2- Cơ cấu dẫn hướng;

3- Đĩa tuốc bin; 4- Đĩa bơm; 5- Trục bị động

b2 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực

Ưu điểm:

- Dễ thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của

bộ công tác ngay cả khi máy đang làm việc

- Truyền được công suất lớn và xa

- Cho phép đảo chiều chuyển động các bộ phận làm việc của máy một cách dể dàng

- Có thể bảo đảm cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào tải trọng ngoài

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất của truyền động nhỏ

- Do chất lỏng làm việc trong truyền động thủy lực là dầu khoán nân có điều kiện bôi trơn tốt các chi tiết

- Truyền chuyển động êm, hầu như không có tiếng ồn

- Có thể đề phòng sự cố khi máy quá tải

- Độ tin cậy và độ bền rất cao

- Điều khiển nhẹ nhàng, dễ tạo dáng đẹp cho các máy ccông trình, dễ định hình các nhóm chi tiết

Nhược điểm:

- Khó làm kín khít các bộ phận công tác vì chất lỏng có khả năng bị rò rỉ, làm không khí lọt vào, đẫn đến hiệu suất làm việc có thể bị giảm, vì vậy phải cần thường xuyên chăm sóc

- Áp suất làm việc cao, đòi hỏi bộ truyền phải được chế tạo từ các vật liệu đặc biệt với

+ Trên các máy làm đường như máy rải bêtông nhựa nó được dùng cho cơ cấu ép bê tông nhựa

+ Trên các máy đầm lèn nó được dùng để điều khiển cơ cấu lái hoặc các cơ cấu công tác…

+ Trên các máy nâng tải trọng lớn nó được dùng cho cơ cấu nâng cần của cần trục …

- Hệ thống truyền động thủy động dùng cho các cơ cấu cần truyền mô men lớn cho các

cơ cấu làm việc của cần trục điển hình là các cơ cấu được giới thiệu ở trên như: Biến tốc

thủy lực hoặc khớp nối thủy lực…

c Truyền động điện

c1 Phân loại

Hệ thống truyền động điện bao gồm các động cơ điện, bộ phận truyền động, dây dẫn và các thiết bị điều khiển Ngoài ra trong truyền động điện còn có các bộ phận đặc biệt chuyên dùng để biến đổi điện năng nhằm thay đổi các thông số của máy; ví dụ như bộ nắn dòng điện, bộ biến đổi tần số v.v

Do đặc thù của quá trình làm việc, đa số các máy công trình được trang bị hệ thống truyền động điện phối hợp Hệ thống truyền động điện phối hợp được phân ra theo các dấu hiệu sau đây:

- Theo dòng điện:

+ Truyền động điện dòng xoay chiều với tần số công nghiệp và tần số cao;

+ Truyền động điện dòng một chiều;

+ Truyền động điện dòng xoay chiều- một chiều

- Theo số lượng động cơ điện dẫn động:

+ Truyền động điện một động cơ đơn chiếc (một động cơ dẫn động một cơ cấu máy) + Truyền động điện một động cơ theo nhóm (một động cơ điện dẫn động cho nhiều cơ cấu máy)

+ Truyền động điện nhiều động cơ (nhiều động cơ đền dẫn động cho một cơ cấu máy)

- Theo cấu tạo của động cơ điện:

+ Truyền động điện dòng một chiều gồm: TĐĐ với động cơ điện 1 chiều kích thích song song; TĐĐ với động cơ điện 1 chiều kích thích hỗn hợp và nối tiếp;

+ Truyền động điện dòng xoay chiều gồm: TĐĐ xoay chiều một pha; TĐĐ xoay chiều 3 pha; TĐĐ với động cơ điện đồng bộ; TĐĐ với động cơ điện không đồng bộ: rô to lồng sóc,

rô to dây quấn

c2 Ưu nhược điểm của truyền động điện

Ưu điểm:

- Truyền động được xa và rất xa nhưng kích thước vẫn nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ

- Có khả năng tự động hoá cao, truyền động nhanh, chính xác

- Đảm bảo vệ sinh môi trường

- Hoạt động tương đối êm, không gây tiếng ồn lớn

- Chăm sóc kỹ thuật dễ dàng

Nhược điểm:

- Đòi hỏi chặt chẽ các biện pháp và thiết bị bảo vệ an toàn cho người và thiết bị

- Yêu cầu trình độ sử dụng cao

- Trong hầu hết các máy công trình, truyền động điện phải phối hợp với các hệ thống truyền động khác, ít khi làm việc độc lập Mặt khác công suất truyền thường không quá 100kW Với công suất lớn hơn, các động cơ điện thường rất hiếm và giá thành rất cao

c3 Phạm vi sử dụng của truyền động điện

Truyền động điện được ứng dụng rộng không chỉ trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân mà còn trong cả đời sống hàng ngày

Trong các máy công trình, do đặc thù của quá trình làm việc nên chúng thường trang bị

hệ thống truyền động điện dạng phối hợp

Ví dụ:

- Trong các máy làm đất (MLĐ) thường sử dụng dạng truyền động kết hợp diesel- điện,

mà chủ yếu là dùng động cơ điện xoay chiều để điều khiển quá trình nâng hạ bộ công tác gầu xúc hoặc điều khiển cơ cấu quay

- Trong các máy nâng- vận chuyển, truyền động điện được dùng để dẫn động các cơ cấu nâng hạ hàng di chuyển hàng với các bộ khống chế tải nâng, chiều cao nâng

- Trong các máy vận chuyển liên tục như băng chuyền, băng xoắn ốc thường sử dụng các loại động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc rôto dây cuốn; các động cơ này làm việc theo chế độ dài hạn và không điều chỉnh tốc độ quay, có mômen mở máy lớn

d Truyền động khí nén

d1 Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm: Có khả năng truyền lực với khoảng cách tương đối xa, bộ truyền sạch sẽ; tốc

độ truyền nhanh; sơ đồ cấu trúc của mạch đơn giản; việc chăm sóc, bảo dưỡng kỹ thuật đơn giản

- Nhược điểm: Áp lực truyền nhỏ; khó phát hiện rò rỉ hơi; phải có biện pháp bảo đảm an

toàn đặc biệt đề phòng nổ; công nghệ chế tạo phải chính xác và đắt tiền

d2 Phạm vi sử dụng

Trong các máy công trình truyền động khí nén được sử dụng là hệ thống phanh hơi; cơ cấu đóng mở ly hợp; dùng nhiều trong máy công cụ cầm tay, trong cơ cấu nghiêng đổ bêtông…

d3 Cấu tạo chung của hệ thống truyền động khí nén:

- Bộ sản xuất ra khí nén gọi là máy ép khí

- Bộ phận sử dụng khí nén gồm động cơ khí nén hoặc xilanh khí nén

- Các loại van khí: van an toàn, van phân phối, van 1 chiều,

+ Hệ thống điều khiển trực tiếp

+ Hệ thống điều khiển có khuếch đại (dùng cơ cấu trợ lực)

- Theo phương pháp điều khiển, chia thành:

+ Hệ thống điều khiển thông thường

+ Hệ thống điều khiển tự động (hoặc bán tự động)

- Theo dạng truyền động, có 5 loại: hệ thống điều khiển cơ khí, thuỷ lực, điện, khí nén

và điều khiển phối hợp

1.3.3.2 Yêu cấu chung đối với hệ thống điều khiển

Dù điều khiển dưới hình thức nào, thì hệ thống điều khiển cũng phải có các yêu cầu cơ bản sau:

- Nhẹ nhàng, hợp với sức khoẻ của người bình thường Lực điều khiển của tay không quá 30  40N, hành trình không lớn hơn 0,25m, góc quay không quá 35o Lực điều khiển của chân không quá 80N, hành trình không quá 0,2m và góc quay không vượt quá 60o

- Cường độ điều khiển phải bình thường Số lần điều khiển ở các máy cỡ nhỏ sau một chu kỳ ở điều kiện làm việc bình thường là 12 lần, mỗi giờ không quá 2500 lần

- Điều khiển cần êm, bảo đảm độ nhạy cần thiết, thời gian điều khiển vào khoảng 0,25 0,3s đối với máy cỡ nhỏ, từ 0,3  0,4s với máy cỡ vừa, từ l  2s với cỡ máy lớn

- Các chỉ tiêu kinh tế phải bảo đảm, có đủ độ bền, dễ điều chỉnh, sửa chữa

- Làm việc phải an toàn Đảm bảo cho máy làm việc trong môi trường nhiệt độ từ 0 

50o, hoặc ở môi trường khí hậu ẩm, dưới trời mưa, có bụi bẩn

- Đơn giản, thuận tiện Số cần, bàn đạp sao cho ít nhất và được bố trí gần nhất về phía tay phải của người lái Ghế ngồi phải êm, có thể điều chỉnh được để phù hợp với khổ người lái và dễ quan sát được hiện trường thi công

1.3.3.3 Các hệ thống điều khiển tiêu biểu

a Hệ thống điều khiển thông thường

Hệ thống điều khiển cơ học

Kiểu điều khiển này thường có cấu tạo đơn giản, làm việc êm, giá thành rẻ, song nhược điểm là điều khiển nặng, ít nhậy do nhiều khâu; hiệu suất thấp, thường xuyên phải điều chỉnh và tỷ số truyền lớn Loại hệ thống điều, khiển này thường phù hợp cho máy có công suất nhỏ và vừa, với số lần đóng mở cơ cấu trong một giờ làm việc không nhiều Hình (l.8) thể hiện một kiểu điều khiển cơ học của máy xúc

Hình 1.8 Ví dụ về hệ thống điều khiển cơ học của máy xúc

1- Cần điều khiển ly hợp; 2- Cần điều khiển phanh; 3- Cần điều khiển tời cần; 4- Phanh hãm tời chính; 5- Tay ga; 6- Cần điều khiển cơ cấu các bộ máy di chuyển; 7- Cần điều khiển

ly hợp vấu bộ máy di chuyển trục ngang; 8- Cần điều khiển di chuyển; 9- Cần điều khiển tời chính; 10- Cần điều khiển đổi chiều; 11- Cần điều khiển ly hợp bên trái tời chính; 12- Cần điều khiển cơ cấu mở dáy gầu xúc; 13- Cần điều khiển ly hợp bên phải tời chính; 14- Bàn đạp phanh tời chính (trống tời bên trái); 15- Bàn đạp phanh tời chính (trống tời bên phải) Đặc trưng của hệ thống điều khiển này là tỷ số truyền:

e

S

ic  ; trong đó: S, e là hành trình của bàn đạp và hành trình của cơ cấu cuối cùng của hệ

Hệ thống điều khiên thuỷ lực (ĐKTL)

Điều khiển thủy lực không máy bơm:

Kiểu điều khiển này phổ biến dùng riêng biệt cho một vài cơ cấu trong máy thí dụ chỉ dùng để hãm bánh xe di chuyển, hãm tời…Đây là một kiểu điều khiển trực tiếp, về nguyên tắc giống như điều khiển cơ học, nghĩa là chỉ dùng sức người Hình 1.9 thể hiện cấu tạo phổ biến của nó, gồm ba khâu truyền động, có ba tỉ số truyền động: tỉ số truyền động cơ học ở đầu bàn đạp, tỉ số truyền động thủy lực ở hai xi lanh dầu, tỉ số truyền động cơ học ở đầu dây đai đĩa hãm

Hình 1.9 Sơ đồ điều khiển thủy lực không máy bơm

1- Bình dầu; 2,6- Đường ống; 3- Bàn đạp; 4- Bánh cam; 5- Pittông; 7,8- Xi lanh và pittông công tác; 9- Thanh điều chỉnh phanh; 10- Lò xo mở phanh; 11 Lò xo hồi vị bàn đạp; 12- Van bổ sung dầu

Điều khiển thuỷ lực có máy bơm:

Điều khiển thuỷ lực có máy bơm là kiểu điều khiển có khuếch đại trong đó lực và hành trình điều khiển hoàn toàn do áp suất và lưu lượng của môi chất công tác và kích thước hình học của xilanh hoặc động cơ thuỷ lực khống chế (Lực và hành trình điều khiển có thể rất nhỏ, nhưng lực và hành trình thực hiện có thể rất lớn) Loại điều khiển này thường được trang bị trên các máy xây dựng cỡ lớn và vừa cần có lực điều khiển lớn, nhanh (Kiểu điều khiển thuỷ lực có máy bơm, trang bị trên máy ủi, gồm có các thiết bị chính được thể hiện trên hình (1.10)

Nhược điểm cơ bản của hệ thống: giá thành đắt, cần độ chính xác cao Khi làm việc hay

bị rò rỉ dầu nên bẩn; áp suất dầu cao áp lớn, thường từ 60 100 kG/cm2 có khi tới 300kG/cm2, bởi vậy cơ cấu thực hiện (xilanh động cơ thủy lực) có kích thước thường rất bé.)

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống điều khiển thủy lực có máy bơm

1- Bơm phụ; 2- Hộp phân phối; 3- Xilanh công tác; 4- Van 1 chiều; 5- Bầu lọc 6- Thùng chứa dầu; 7- Van an toàn; 8- Bơm chính (bơm tự động); 9- Ống dẫn tới bộ phận phân phối

Hệ thống điều khiển khí nén:

Việc điều khiển bằng khí nén rất thích hợp với các máy cỡ nhỏ và vừa Có ưu điểm là việc điều khiển nhẹ nhàng, êm dịu; độ nhạy cao và sạch sẽ Khuyết điểm cơ bản của hệ thống là rất khó phát hiện ra chỗ rò rỉ; các cơ cấu thực hiện (như xi lanh, hộp phân phối hơi ) thường có kích thước lớn, do áp suất hơi có hạn chế (từ 57 kg/cm2)

Điều khiển bằng hơi ép cũng là một dạng điều khiển có khuếch đại mà môi chất là không khí được tạo ra từ máy ép khí

Hình 1.11 Hệ thống điều khiển hơi ép trong vận chuyển BTXM

1- Buồng chứa hỗn hợp; 2- Phễu xả bêtông; 3- Ống dẫn; 4- Thùng chứa khí ép; 5- Máy

ép khí;

6- Nắp phễu; 7- Xilanh hơi ép; 8- Van phân phối; 9- Đồng hồ áp lực;

10- Vòi phun khí nén; 11- Của thoát khí; 12- Tấm chắn

Nguyên tắc làm việc của hệ thống: Không khí nén được sản xuất từ máy ép khí 5 được đưa vào bình chứa 4; nhờ van phân phối 8, ta điều khiển xi lanh 7 đóng (mở) nắp 6 để nhận hỗn hợp bê tông từ thùng trộn đưa vào thùng chứa 1 đồng thời van phân phối đưa không khí nén và phía trên phễu và vào ống dẫn 10 để thổi hỗn hợp bêtông theo đường ống dẫn 3 tới phễu xả 2 Tại đây khí nén được thoát ra qua cửa 11, còn hỗn hợp bêtông nặng sẽ rơi xuống

Ưu điểm của thiết bị này: có thể dùng vận chuyển hỗn hợp bêtông đi xa tới 100  150m, năng suất 50  60m3/h tuỳ theo quy mô của thiết bị; áp lực làm việc của khí nén từ 3 7kg/cm2

b Hệ thống điều khiển tự động

Tự động hóa máy công trình là một trong những phương hướng phát triển quan trọng Trong quá trình làm việc máy phải thực hiện những thao tác phức tạp và đa dạng Lực cản

đào thay đổi trong phạm vi rộng lớn Địa hình thi công đào đắp không nơi nào giống nới nào Mặt khác chất lượng công trình ngày càng đòi hỏi cao hơn Điều kiện lao động của thợ vận hành máy ngày càng đòi hởi phải cải thiện tốt hơn

Tất cả những điều kiện đó dẫn đến nhu cầu phải tự động hóa điều khiển máy, tùy theo khả năng hoặc ít hoặc nhiều

Tự động hoá máy công trình có những nhiệm vụ sau:

- Ổn định được các thông số chính của máy như công suất, lực kéo và mô men hoặc bảo đảm cực trị một loạt thông số ấy

- Có thể kiểm tra, theo dõi, chỉ huy sự hoạt động của các bộ công tác trên máy theo một quỹ đạo cho trước

- Bảo hiểm về mặt kỹ thuật và an toàn lao động

- Xác định được một số thông số cơ bản của máy như: độ trượt, sức cản, năng suất và

cả việc định lượng chính xác các thành phần cấp phối của phối liệu trong các trạm trộn Khoa học kỹ thuật hiện nay có thể giải quyết thành công tất cả các nhiệm vụ trên Tuy nhiên, xét về phương diện kinh tế và mức độ cần thiết thì chỉ nên giới hạn ở một vài mức độ (tự động hóa điều khiển) nào đó Sau đây là một số hệ thống điều khiển tự động điển hình

Tự động hóa điều khiển gầu xúc theo quỹ đạo cho trước

Trong trường hợp phải đào xúc đất với khối lượng lớn, địa hình và địa chất tầng đào ổn định Việc sử dụng máy xúc một gầu có điều khiển tự động theo quỹ đạo cho trước sẽ tạo điều kiện tăng năng xuất lao động một cách đáng kể (Hình 1.12)

Ta hãy xét một kiểu máy xúc gầu

ngược, truyền động thủy lực, được trang

bị hệ thống tự động hóa điều khiển gầu

dựa trên nguyên tắc theo dõi (hình 1.15)

Cách hoạt động của nó như sau:

Xilanh 4 co duỗi tay gầu 6 được điều

khiển độc lập tùy ý muốn của người lái

Xilanh qua gầu 5 cũng vậy

Do cơ cấu bình hành ABCD hợp bởi

cơ cấu 7 và cần phụ 8, nên tùy theo vị trí

của tay gầu, điểm A sẽ di động ngang

theo ngàm trược, đẩy hoặc kéo van phân

phối 2 Thông qua bộ xử lý 9 cấp dầu cao

áp cho xilanh 3 nâng hạ cần Vậy là hệ

thống treo gầu hoạt dộng theo một chu kỳ

đã định, và gầu sẽ vẽ nên một quỹ đạo

Tự động hóa điều khiển lưỡi san theo độ lệch ngang và độ chênh cao cho trước

Công tác san bảo đảm độ bằng

phẳng cho nền đường trong xây dựng giao

thông có ý nghĩa đặt biệt quan trọng đến

chất lượng mặt đường Tự động hóa điều

khiển lưỡi san không những nhằm mục

đích nâng cao chất lượng bề mặt công

trình mà còn giúp tăng năng suất lao

động

Tự động hóa điều khiển lưỡi san

theo độ lệch ngang thường được áp dụng

sơ đồ nguyên tắc sau (hình 1.13a) Các

hoạt động của nó là: Cảm biến lệch ngang

1 gắn voái lưỡi san truyền tín hiệu cùng

với tín hiệu mẫu của phần tử 2 tới bộ so

sánh 3 Hiệu số tín hiệu i=i1  i2 đạt

được sẽ được đưa qua bộ khuyếch đại 4

xử lý để điều khiển van phân phối 5 cấp

dầu cao áp cho xilanh treo lưỡi san Độ

sai lệch về góc lệch ngang  đạt được so

với góc  mẫu có thể nằm trong phạm vi

 20300

Tự động hóa điều khiển lưỡi san

theo độ chênh cao định trước có thể áp

dụng sơ đồ nguyên tắc tương tự nhe trên

(hình 1.17) Cảm biến chênh cao 1 được

gắn trên bánh phụ có khớp quay với

khung Máy truyền tín hiệu cùng với tín

hiệu mẫu của phần tử 2 tơi bộ so sánh 3,

khuyếch đại 4 sẽ điều khiển bộ

5 2

máy nâng hạ 5 tạo cho lưỡi san có hành vi thíchứng với độ chênh cao cho trước

Sơ đồ nguyên tắc náy cùng có thể áp dụng cho máy đào kênh , rãnh , giao thông hào

Tự động hóa điều khiển lưỡi ủi:

Hình 1.14 thể hiện sơ đồ nguyên tắc

của hệ thống điều khiển tự động trên máy

ủi

Ở máy ủi thuỷ lực, ngoài hai bơm A-

lắp vào bánh chủ động, bơm B- lắp vào

bánh bị động người ta còn trang bị bộ

theo dõi xử lý điều khiển 3

Bình thường khi hai bánh quay

đồng tốc sẽ không có sự trượt xảy ra, lưỡi

ủi không bị khống chế Bộ xử lý điều

khiển 3 chưa làm việc, dầu cao áp sau khi

làm việc lại được xả trở về qua van 4

Khi có sự trượt, van 4 được đóng

lại, bộ xử lý 3 cho lệnh đóng (mở) van 5

để điều khiển lưỡi ủi nhích lên khỏi tầng

đào, làm lực cản đào giảm và sự trượt

không còn nữa, máy ủi lại làm việc bình

thường

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên tắc hệ thống điều khiển tự động trên máy ủi bánh lốp 1-Lưỡi ủi, 2,6- Các xi lanh thuỷ lực;

3- Bộ xử lý điều khiển;

4- Van hồi; 5- Van phân phối

1.3.4 Hệ thống di chuyển máy

1.3.4.1 Phân loại

Có thể được phân thành các loại sau:

- Hệ thống di chuyển bánh xích: loại này được dùng phổ biến trên các máy đào có tải trọng lớn, các loại cần trục tự hành tải trọng lớn, máy ủi…

- Hệ thống di chuyển bánh lốp: đây là loại phổ biền trên ô tô nhưng trên máy công trình cũng được dùng nhiều như máy đào bánh lốp (có tải trọng trung và nhỏ), máy san, cần trục tự hanh (cần trục ô tô)…

- Hệ thống di chuyển bánh sắt: loại này được dùng rất phổ biến trên các máy nâng như máy nâng phục vụ ở cảng, trong nhà xưởng…

1.3.4.2 Yêu cầu chung

- Đảm bảo được khả năng việt dã cao: đó là khả năng di chuyển máy trong những điều kiện nền đường phức tạp (đường xấu, đường bị xói lở hoặc lầy lội, gồ ghề v.v.) mà không

có hiện tượng trượt

- Đảm bảo khả năng thông qua và kéo của máy: phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất, vào áp suất do máy truyền lên đất, vào lực cản chuyển động, vào lực bám của bộ di chuyển với đất, vào chiều sâu của vệt bánh xe, và phụ thuộc vào độ trùng nhau của quỹ đạo bánh trước với bánh sau v.v

- Khả năng cơ động và linh hoạt để đáp ứng mọi yêu cầu về sản xuất và khai thác

1.3.4.3 Các hệ thống di chuyển trên máy công trình

- Chóng mòn do điều kiện làm việc nặng nhọc, và bôi trơn khó khăn

- Hoạt động ồn ào, tốc độ di chuyển chậm 6 ÷ 8 (km /h)

- Làm hỏng mặt đường bộ, nên khó khăn trong việc di chuyển máy

- Thời gian hoạt động ngắn, (thời gian giữa hai lần bảo dưỡng ngắn)

Hình 1.15 Cấu tạo bộ di chuyển xích 1- Hộp chắn; 2- Tai lắp chốt; 3- Mặt tì; 4- Vấu xích;

5- Bánh sao chủ động; 6- Khung; 7- Can lăn tỳ xích; 8- Bánh dẫn hướng

Bộ di chuyển bánh sắt

Chủ yếu là loại di chuyển bằng bánh sắt chạy trên ray Loại này có lực cản di chuyển nhỏ, nhưng tiếp nhận được tải trọng lớn, có kết cấu đơn giản, giá thành không cao nhưng độ tin cậy và tuổi thọ cao Nhược điểm cơ bản là chúng có tính cơ động thấp, phải chi phí cho việc làm đường ray phụ

Bộ máy di chuyển bánh sắt chủ yếu đƣợc sử dụng để di chuyển toàn bộ máy trục (là cần trục tháp, cầu trục hay cổng trục) hoặc để di chuyển xe con mang hàng Hình (l.16) thể hiện

sơ đồ của cơ cấu di chuyển bánh sắt:

Hình 1.16 Cơ cấu di chuyển bánh sắt a- Dùng đế di chuyển máy trục; b- Dùng để di chuyển xe con mang vật

1- Bánh xe di chuyển; 2- Đường ray; 3,10- Bộ truyền động, 4,11- Phanh;

5- Động cơ; 6- Xe con mang vật, 7- Puli cố định; 8- Cáp kéo; 9- Tang cuốn cáp

b)

Chương 2 ĐẤT, ĐỐI TƯỢNG LÀM VIỆC CỦA MÁY LÀM ĐẤT

2.1 Khái niệm chung về đất

Đất là lớp đất đá tạo thành vỏ bề mặt trái đất, là thành phẩm thực của vỏ trái đất Trong xây dựng đất là nền tảng, là nguyên liệu của các công trình xây dựng Đất là đối tượng thi công chính của các loại máy làm đất Nó có ảnh hưởng rất lớn đến các lực cản tác dụng lên máy khi làm việc

2.2 Tính chất cơ lý của đất

2.2.1 Khối lượng riêng (tỉ trọng)

Là tỉ số khối lượng đất trên thể tích của nó ở điều kiện ẩm thiên nhiên, tỉ trọng đất tùy theo loại, nằm trong khoảng 1,5- 2,0 t/m3

2.2.5 Đô dính kết

Tức khả năng chống đỡ sự phân hạt đất dưới tác dụng ngoại lực Đất có độ dính kết cao nhất là đất sét, ngược lại là cát khô

2.2.6 Độ đẻo

Là tính chất thay đổi hình dáng đất khi tác dụng ngoại lực, lúc thôi tác dụng hình dáng

đã thay đổi vẫn tồn tại Đất sét có độ dẻo cao nhất, đất cát và sỏi không có tính chất dẻo

Độ dẻo xác định bằng chỉ số dẻo P; chỉ số dẻo là hiệu số độ ẩm của giới hạn chảy c

- Đất dẻo (á sét)

- Đất ít dẻo (á cát)

- Đất không dẻo (cát)

2.2.7 Hệ số ma sát đất- đất và đất- thép

Hệ số này xác định lực cản đào đất; quá trình đào đất không tránh khỏi hiện tượng ma sát đất- đất và đất- thép (vật liệu chế tạo bộ công tác), ma sát này càng tăng rõ rệt khi vừa đào đất thuần tuý, vừa tích lũy lại trong bộ công tác (gầu xúc, lưỡi ủi ) Lực cản ma sát này phát sinh khi có hiện tượng chuyển địch tương đối đất- đất và đất- thép trong bộ công tác

Hệ số ma sát chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trước tiên là tính chất cơ lý của đất và trạng thái bộ công tác, tức kích thước hình học và trạng thái bề mặt Hệ số ma sát đất- đất có thể coi là hệ số ma sát trong của đất

Bảng 2.2 Hệ số ma sát trong và ma sát đất- thép

Tên đất và vật liệu

rời

Hệ số ma sát trong (f1)

Hệ số ma sát (f2) đất- thép

sét nhẹ

Đất trồng trọt (mẩu)

Bảng 2.4 Hệ số chịu dập P0 và ứng lực đè cho phép đối với bộ di chuyển máy xuống đất

d

t o

Xác định bằng tỉ số thể tích của vật liệu đã đƣợc xới lên trên thể tích vật liệu ấy nhƣng

ở trạng thái chặt tự nhiên Đội xới xác định qua hệ số xới (kx) tính nhƣ:

x x

2.3 Quá trình đào đất, lực tương hỗ giữa đất và bộ phận công tác

Sự tương hỗ giữa bộ công tác và đất khi máy làm việc là một quá trình phức tạp

- Đào đất thuần tuý: đất bị bong ra dưới tác đụng của bộ công tác giống như ta dùng chiếc cuốc, thuổng, mai; nhưng để đo đạc lực cản thống nhất thường người ta đào bằng lưỡi đào mẫu (H.2.1)

- Đào đất và tích lại khi đất bị bong ra dưới tác dụng của bộ công tác kiểu như gầu xúc (máy xúc), lưỡi ủi (máy ủi); thùng xúc chuyển (máy xúc chuyển)

Trong phần lớn các trường hợp, năng lượng cần thiết cho quá trình đào đất và tích lại trong bộ công tác lớn hơn hẳn so với quá trình đào đất thuần tuý trong cùng điều kiện về chất đất, dạng hình học lưỡi đào và kích thước vỏ bào

Hình 2.1 Dạng hình học lưỡi đào (a) và lực cản đào (b)

P01, P02- lực cản đào tiếp tuyến và pháp tuyến

(theo lý thuyết N.G Dombrôvski)

Môi trường đất là một môi trường rất phức tạp, bộ công tác đào đất và phương pháp đào cũng rất khác nhau, điều này đã ảnh hưởng lớn đến sự xác định lực cản đào cho đến ngày nay, một công thức chính xác để tính lực cản đào đất, dù là đào đất thuần tuý đi nữa, vẫn chưa có Nhiều người đã bỏ công nghiên cứu vấn đề này như E Dinlinger; Nerlo- Nerli;

N.G Dombrovski; M.I Galperin; Ju.A VetrôV; A.N Zelenin…

Xét về quan điểm thực tiễn, chỉ có công thức của N.G.Dombrôvski là phổ biến hơn cả Dombrôvski đề nghị tính lực cản đào thuần tuý P0 là tổng hai thành phần P01 và P02 (xem H.2.1) Trị số P01 có thể tính theo:

Ở đây K1- hệ số cản đào vả tích đất lại;

Tới đây ta thấy rõ đường lối của N.G.Dombrôvski có nhược điểm là không chính xác nhất là trong cách tính P02 Tuy nhiên hiện nay nó phổ biến hơn cả Nhờ sự đơn giản và chọn lọc cẩn thận hệ số K1, K2 và hệ số  là ta có các kết quả chính xác đủ dùng, nhất là đối với các máy cỡ trung bình trở lên

Hệ số cản đào và tích đất trong bộ công tác như thùng xúc chuyển, lưỡi ủi còn chưa được nghiên cứu toàn diện, nên tính sức kéo cho các máy đó khi công tác người ta thường

sử dụng hệ số cản đào thuần tuý để tính ra lực cản đảo (hệ số K2) Sau đó tùy đặc điểm của quá trình tích đất, người ta lập sơ đồ lực cản phụ, phân tích nó rồi cộng vào lực cản đào thuần tuý để tính được lực cản chung (đào và tích) Đối với máy xúc và các bộ công tác máy khác làm việc như máy xúc, việc xác định lực cản đào chung (đào và tích) chỉ tiến hành một bước trực tiếp nhờ hệ số K1 trong bàng 1.6

Chương 3 MÁY XÚC (MÁY ĐÀO, XE XÚC, XE ĐÀO)

3.1 Gới thiệu chung

Trong các công trình xây dựng đường sá, đê đập thuỷ lợi, thuỷ điện kênh đào, khai thác mỏ… thì máy xúc được xếp vào hàng máy chủ đạo, quan trọng nhất

Máy xúc dùng trong xây dựng ở Việt Nam thường là máy xúc một gầu vạn năng, có bộ

di chuyển thường là bánh xích hoặc bánh lốp Máy xúc bánh xích có dung tích gầu lớn hơn

so với bánh lốp Trong làm đất công việc do máy xúc đảm nhiệm chiếm đến 50%

3.2 Phân loại máy xúc

Máy xúc một gầu có nhiều loại, tuỳ theo nhiệm vụ, đối tượng và địa hình công tác mà

ta sử dụng các loại máy xúc khác nhau:

- Máy xúc gầu thuận; đào và xúc các loại đất đá khoáng sản ở vị trí cao hơn nền máy đứng

- Máy xúc gầu nghịch; đào và xúc các loại đất đá khoáng sản ở vị trí thấp hơn nền máy đứng

- Máy xúc gầu dây; khai thác đất bùn, cát sỏi ở vị trí xa hoặc thấp hơn nền máy đứng

- Máy xúc gầu xấp; đào các loại kênh mương, hố móng, rãnh, hố lớn

- Máy gầu ngoạm; nạo vét kênh mương, luồn lạch, bốc dỡ hàng rời, đất cát ở bến cảng

- Bạt taluy, đào nền, hớt bỏ lớp đất đá và bóc mặt đường cũ

- Lắp giá búa khi đóng cọc, lắp đầu khoan để khoan phá nền, đá

* Theo công dụng: Có máy đào vạn năng và máy đào chuyên dùng Máy đào chuyên dùng được sử dụng trong các điều kiện đặc biệt như máy xúc phục vụ trong các công trình ngầm có công suất lớn …, máy xúc dùng trong công tác khai thác hầm lò…

* Theo hệ thống treo của cơ cấu công tác: hệ treo mềm (cáp) và hệ treo cứng (xilanh thuỷ lực) Đối với loại máy xúc gầu thuận và gầu nghịch, hệ treo cứng được sử dụng phổ biến vì có nhiều ưu điểm hơn so với hệ treo mềm

* Theo hệ thống di chuyền: Chủ yếu là máy có trang bị bộ di chuyển bánh xích hoặc bánh bơm

* Theo đặc điểm truyền động: Cơ khí và thuỷ lực

* Theo dung tích gầu: được chia là 7 nhóm, từ 0.15 ÷6.3m3

3.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

3.3.1 Máy xúc gầu thuận truyền động cáp

3.3.1.1 Cấu tạo

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo chung máy xúc gầu thuận dẫn động bằng cáp có cơ cấu đẩy

1 Máy cơ sở, 2 Mâm quay, 3.Cần, 4.Cáp mở gầu, 5.Tay đẩy gầu, 6.Gầu, 7.Ròng rọc, 8.Cáp

nâng hạ gầu, 9.Ròng rọc đầu cần, 10.Cáp nâng hạ cần, 11.Khớp nối

Kết cấu của máy xúc gầu thuận dẫn động bằng cáp bao gồm: phần máy cơ sở (máy kéo bánh xích) và thiết bị công tác (thiết bị làm việc) Trong đó:

Gàu được gắn chặt với tay xúc, tay xúc được liên kết với cần thông qua ổ đỡ hình yên ngựa Nhờ có ổ đỡ cho phép tay xúc vừa quay trong mặt phẳng thẳng đứng đối với cần vừa cho phép tay xúc chuyển động tịnh tiến dọc trục của nó Gầu được nâng lên hạ xuống nhờ cáp vắt qua ròng rọc đầu cần Cần được gắn vào tai của toa quay bằng khớp bản lề và được treo bằng dây cáp Phụ thuộc vào chiều cao của tầng đào, cần có thể nâng lên hạ xuống nhờ

bộ tời nâng cần đặt trên toa quay, khi làm việc người ta thường điều chỉnh cần dưới một góc

Chu kỳ làm việc của máy nhƣ sau: Đƣa máy về vị trí làm việc, hạ gầu tiếp xúc với nền đất gần sát máy nhất Nâng gầu và cho cơ cấu tay đẩy ấn răng gầu vào nền đất Gầu sẽ tiến hành cắt và tích đất từ vị trí I÷III Nếu chọn chiều cao tầng đào và chiều dày phoi cắt hợp lý thì khi đến vị trí III thì gầu đầy đất Đƣa gầu ra khỏi tầng đào bằng cách lùi hoặc tiếp tục nâng gầu, quay máy về vị trí xả đất, đất đƣợc xả ra qua đáy gầu, đất có thể đổ vào thiết bị vận chuyển hoặc thành đống Quay máy về vị trí đào để thực hiện chu kỳ tiếp theo, lúc này gầu đƣợc đóng lại nhờ lực quán tính khi hạ tay gầu hoặc đập vào cần Trong khi quay máy

về có thể kết hợp co tay gầu và hạ gầu để tiết kiệm thời gian

3.3.2 Máy xúc gầu nghịch truyền động thuỷ lực

3.3.2.1 Cấu tạo

Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo chung máy xúc gầu nghịch dẫn động bằng thủy lực

1 Cơ cấu di chuyển, 2 Cơ cấu quay, 3 Bàn quay, 4 Xilanh nâng hạ cần,5 Gầu xúc, 6 Xilanh điều khiển gầu, 7 Tay gầu, 8 Xilanh điều khiển tay gầu, 9 Cần, 10 Cabin, 11 Động cơ và các bộ

Về hệ thống di chuyển của máy thì có hai loại: bánh xích và bánh bơm Đối với loại bánh bơm thì máy cơ sở thường được trang bị thêm các chân chống giúp cho máy ổn định trong quá trình làm việc

3.3.2.2 Nguyên lý làm việc

Thông thường máy làm việc ở hố đào thấp hơn nền máy đứng

Rút cần xylanh thủy lực của tay gầu, và xylanh thủy lực gầu đưa tay gầu về phía trước

và gầu xoay ngược chiều kim đồng hồ, hạ toàn bộ công tác xuống nền đào không chỉ nhờ lực của cặp xy lanh thủy lực cần mà còn do trọng lượng của bộ công tác Để đào đất dưới hố người ta có thể đào theo cách: quay gầu nhờ xylanh thủy lực gầu hoặc quay tay gầu bằng xylanh thủy lực tay gầu, đồng thời nhờ xylanh thủy lực cần có thể điều chỉnh được chiều dày phoi cắt Khi gầu đã đầy đất thì gầu được kéo về phía máy hoặc quay gầu sao cho đất không bị đổ ra ngoài Bộ công tác được nâng lên khỏi nền đào nhờ xylanh thủy lực cần đồng thời quay toàn bộ máy về vị trí cần đổ đất Để đổ đất người ta điều khiển gầu duỗi ra và gầu

úp xuống, sau đó quay máy về vị trí cần đào để thực hiện chu kỳ tiếp theo

3.3.3 Máy xúc gàu dây (gàu quăng)

Loại này dùng để đào dất mềm, nạo vét sông, kênh, mương, hố móng rộng; tức là ở vị trí dưới mặt bằng máy đứng

Loại này chỉ có 1 kiểu duy nhất là gàu được treo và giữ bằng các dây cáp Lực

đào cắt đất phụ thuộc vào sức nặng của gàu, độ cao nâng gàu (độ rơi) và góc cắt Do đó chỉ thích hợp với đất không quá cấp II Sơ đồ cấu tạo như sau:

Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo máy xúc gầu dây 1- Gàu; 2- Cần; 3- Cáp nâng gàu; 4- Cáp nâng cần; 5- Cáp kéo gàu; 6- Máy cơ sở

Gàu rất nặng, trong xây dựng có dung tích 0,25 ÷ 3 m3 Cần rất dài Quá trình cắt đào đất được thực hiện như sau: Hạ cần 2, nâng gàu 1, thả lỏng cáp kéo gàu 5, hạ gàu chạm đất Sau đó kéo căng cáp kéo gàu 5 cắt đất, nâng dần cần lên cho đầy gàu Thả cáp nâng gàu, kéo mạnh cáp kéo gàu, nâng gàu, hạ cần, quay cần tới vị trí dỡ tải

3.3.4 Máy xúc gàu ngoạm

Máy xúc gàu ngoạm dùng để đào hố móng, giếng sâu, vét mương, xúc dọn đất mềm và vật liệu rời Máy xúc gàu ngoạm có 2 loại: Loại được dẫn động bằng tời cáp và loại bằng thủy lực Loại tời cáp có lực đào yếu phụ thuộc vào trọng lượng và độ rơi gàu treo trên cáp

Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo máy xúc gầu ngoạm 1- gàu; 2- Cần; 3- Cáp nâng gàu; 4- Cáp khép mở má gàu , 5- Cáp nâng cần; 6- Máy cơ sở; 7-

Thanh giằng

Loại điều khiển bằng xi lanh thủy lực thì có cần như trong máy xúc gàu ngược thủy lực, nhưng gàu lại gắn vào đầu cần Gàu cũng có 2 má và khép mở nhờ các xi lanh biên Vì vậy loại này có lực đào khỏe đào được đất cứng tới cấp IV, chu kỳ đào ngắn, song độ sâu lại hạn chế hơn loại điều khiển bằng cáp

3.3.5 Năng suất của máy xúc 1 gầu

Năng suất thực tế được tính bằng công thức sau:

Trong đó:

- q là dung tích hình học của gầu xúc (m3)

- n là số gàu hay số chu kỳ thực hiện trong 1 giờ; n = 3600/Tc trong đó: Tc là thời gian

Chương 4 MÁY ĐÀO VẬN CHUYỂN ĐẤT

4.1 Giới thiệu chung

Các loại máy này có ưu điểm là rất cơ động, kết cấu đơn giản, năng suất lớn khi đất có

độ cứng trung bình và thấp (cấp I- II) Nhưng chúng lại ít hiệu quả khi gặp đất cứng, có độ nén cao, lên dốc trên 100

và cự ly vận chuyển xa Chỉ cắt được tới đất cấp III

4.2 Máy ủi đất

4.2.1 Công dụng

- Đào và vận chuyển đất trong cự ly không quá 100 m

- San bằng nền móng công trình, san ủi vật liệu, đắp nền, đắp đường

- Đào hố móng lớn, kênh mương, ao hồ, lấp đất

- Làm các công tác san ủi mặt bằng và dọn công trình

4.2.2 Phân loại máy ủi

- Theo cơ cấu điều khiển lưỡi có loại thủy lực và cáp (hầu như không còn)

- Theo cơ cấu di động có loại bánh xích và bánh lốp

- Theo khả năng hoạt động của lưỡi ủi có loại lưỡi cố định, lưỡi quay được, lưỡi nghiêng được

- Theo lực kéo và công suất động cơ có: Loại rất nhẹ, nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng

4.2.3 Cấu tạo máy ủi

4.2.3.1 Sơ đồ cấu tạo chung

Do tính phổ biến, tính cơ động của lưỡi ủi, lực cắt lớn và kết cấu gọn nhẹ ta xét loại có

cơ cấu điều khiển bằng xi lanh thủy lực

Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo máy ủi

1- Khung đẩy (khung trước); 2- Thanh chống; 3- Lưỡi ủi; 4- Xi lanh nâng hạ lưỡi; 5- Máy cơ

sở; 6- Móc kéo; 7- Khung sau

4.2.3.2 Lưỡi ủi

Là bộ phận công tác chủ yếu của máy ủi Lưỡi ủi dùng để đào cắt, chuyển đất (ủi), san bằng mặt nền, đắp nền

Lưỡi thường có cấu tạo từ dao cắt ở dưới, ben ở giữa và lưỡi chắn ở phía trên;

Hình 4.2 Biên dạng lưỡi ủi

Trong đó:

B (m)- Chiều cao toàn bộ;

Bo (m)- Chiều cao công tác;

H (m)- Chiều cao lưỡi chắn;

Trong máy ủi thủy lực không vạn năng lưỡi gắn chết vào khung trước

Trong máy ủi vạn năng lưỡi được bắt vào khung trước bằng khuỷu cầu và được nâng hạ, nghiêng quay nhờ các xi lanh thủy lực, với góc quay 300(xem hình 4.3a) Với 4' là xi lanh quay lưỡi và 1' là khuỷu cầu

Nhờ xi lanh nâng hạ lưỡi mà lưỡi có thể nghiêng góc 120 Với khả năng quay và nghiêng lưỡi, máy ủi có thể đào hay san nghiêng và có thể ủi đất về 1 bên mà không cần điều chỉnh hướng đi của máy.( (xem hình 4.3b)

b) Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của lưỡi ủi vạn năng

Bộ công tác ủi được liên kết với máy cơ sở thông qua kết cấu chốt xoay ở chân khung

ủi và hệ thống ròng rọc cáp hoặc xilanh thuỷ lực

4.2.3.3 Khung đẩy

Hay là khung trước bắt với lưỡi và nâng hạ cùng lưỡi, là nơi tác dụng lực cắt và đẩy đất cho lưỡi Khung trước có hình chữ  hoặc móng ngựa

Hình 4.4 Khung ủi vạn năng

1- khớp cầu; 2- khung; 3- chân

khung; 4- vị trí lắp xilanh thuỷ lực

Hình 4.5 Bộ công tác ủi vạn năng

1,8- chốt; 2- khung ủi; 3- xilanh thuỷ lực nâng hạ bộ công tác; 4- lưỡi ủi; 5- khớp cầu; 6- xilanh thuỷ lực thay đổi góc lệch ; 7- thanh giằng

7

4.2.3.4 Thanh chống

1 đầu gắn khớp xoay với lưỡi, đầu kia với khung trước (xê dịch được) Với kết cấu như vậy, 2 thanh chống khi được ổn định sẽ giữ cho lưỡi ổn định theo Nếu phải tăng giảm góc cắt  của dao cắt thì xê dịch các đầu thanh chống trên khung trước

4.2.3.5 Hệ thống thủy lực

Dùng để thực hiện các động tác nâng hạ, quay và nghiêng lưỡi ủi

Hình 4.6 Sơ đồ hệ thống thủy lực dẫn động lưỡi ủi 1- Bể dầu; 2- Bơm dầu; 3- Van điều chỉnh; 4- Van an toàn;

5- Bộ phận phối dầu; 6- ống dẫn dầu hạ lưỡi; 7- ống dầu nâng lưỡi;

8- Đôi xi lanh nâng hạ hoặc nghiêng lưỡi; 9- Lưỡi ủi; 10- Đường ống hồi dầu

4.2.4 Quá trình làm việc của máy ủi: Quá trình đào chuyển có 4 bước

4.2.4.1 Cắt đất

Hạ lưỡi ủi cắm vào đất sâu 6 ÷ 30 cm (phụ thuộc vào độ cứng mềm của đất) Cho máy

ủi tiến với tốc độ cắt Vc = 1 m/s trong độ dài của đường cắt 6 ÷12m (phụ thuộc độ mềm cứng của đất) Lúc này đất bị cắt vụn và làm đầy lưỡi Dừng máy lại, nâng lưỡi ủi cho dao cách mặt đất vài cm

4.2.4.4 Quay về nơi đào:

Nếu cự li từ điểm dỡ đến điểm đào từ 50m trở lên thì cho máy ủi quay đầu lại; nếu dưới 50m thì cho máy lùi lại Đối với công tác san đất thì công việc đơn giản hơn nhiều

4.2 5 Năng suất của máy ủi

4.2.5.1 Khi đào và chuyển đất:

Trong đó:

T - là thời gian thực hiện một chu kỳ đào đất (s)

Vđ - là thể tích của khối đất trước lưỡi ủi; được giới hạn từ mặt phẳng ngang đi qua mép dao trở lên (m3)

Với L (m) là chiều dài lưỡi ủi, H (m) là chiều cao đống đất; k là hệ số điều chỉnh phụ thuộc tỷ lệ H/L và tính dính của đất Xem bảng sau: (Với các tỷ lệ thường gặp)

Đối với tỷ lệ kích thước khác thì tra bảng định mức hoặc nội suy tìm k; kd là hệ số ảnh hưởng năng suất do độ dốc Xuống dốc tới 150; kd = 1 ÷ 2.25

Lên dốc 150; kd giảm từ 1 xuống 0,5 và ktg là hệ số sử dụng thời gian Đất được tính ở dạng tơi

4.2.5.2 Khi san bằng địa hình

Khi san bằng địa hình thì năng suất máy ủi được tính như sau:

Trong đó: S (m)- cự li san; (0)- góc tạo giữa mép lưỡi và trục dọc máy ủi;

t(s)- Thời gian quay máy; v- (m) là tốc độ san; n- số lần san qua lại một chỗ

4.2.6 Các biện pháp tăng năng suất máy ủi

- Nên thi công máy theo sơ đồ hình thang hoặc hình thang lệch Đào theo phương pháp này sẽ làm năng suất máy cao hơn so với kiểu đào với chiều dày vỏ bào không đổi

- Có thể dùng biện pháp ủi song hành: tức là cho 2 máy cùng làm việc bên nhau, cự ly cách nhau giữa hai máy ủi thường từ (0,25÷0,35)m như vậy thể tích khối lăn sẽ nâng cao hơn, đất ít bị rơi vãi và năng suất tăng 10÷15%

- Cho máy ủi thi công theo rãnh: và sẽ phá rãnh sau khi đào đến chiều sâu cần thiết, sử dụng biện pháp này làm tăng năng suất thêm (10÷15)%

- Lợi hình địa hình dốc

- Đối với đất nhẹ thì lắp thêm hai thành chắn ở hai đầu lưỡi ủi để tích đất nhiều hơn

- Đào kiểu tiếp sức, làm tăng năng suất thêm 15%, bằng cách phân nhỏ đoạn đường đào

và vận chuyển ra thành đoạn dài từ 10÷15 m

- Dùng răng xới lắp sau lưỡi ủi để lúc chạy không tải trở về thì xới đất trước, áp dụng với nền đất cứng

- Tăng tốc độ tối đa khi chạy không tài trở về

- Đối với cự ly di chuyển ngắn thì di chuyển kiểu con lắc ( chỉ tiến và lùi chứ không quay đầu)

- San rải cấp phối, đá dăm, sỏi

- Đào rảnh thoát nước, bạt taluy

4.3.2 Phân loại

- Theo khả năng di chuyển: bao gồm tự hành và không tự hành, loại không tự hành ngày nay không sử dụng nữa

- Theo loại truyền động đến bộ công tác: thuỷ lực và cơ khí

- Theo công thức trục của máy san:

+ AxBxC Trong đó: A: số trục mang bánh xe dẫn hướng, B: số trục mang bánh chủ động, C: tổng số trục

+ Ví dụ: loại sử dụng phổ biến nhất hiện nay là loại: 1x2x3, tức là số trục chủ động là

2, số trục dẫn hướng là 1 và tổng số trục là 3

- Theo độ lớn công suất động cơ và trọng lượng của máy

+ Loại nhẹ: công suất động cơ đến 63ml và trọng lượng là tới 9T