Đề tài Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm bộ phận công tác máy đào Komatsu PC 400-7

ủa bộ giảm tốc. Mặt khác, bánh răng chủ động (9) lại được nối với bánh răng sao (10) nhờ liên kết bu lông, do đó, làm quay bánh răng sao (10) và dẫn động hệ thống xích di chuyển Sơ đồ mạch thủy lực di chuyển và nguyên lý làm việc a. Sơ đồ mạch thủy lực di chuyển Hình 2-21 Sơ đồ mạch thủy lực di chuyển. 1. Bơm chính 2.Van chia và hợp lưu lượng 3.Van giảm áp 4.Van điều khiển chính (PPC) động cơ di chuyển trái 5.Van điều khiển chính (PPC) động cơ di chuyển phải 6.Van điều khiển lái thẳng 7. Cần điều khiển di chuyển trái 8. Cần điều khiển di chuyển phải 9,14,15,18. Van một chiều 10. Động cơ di chuyển trái 11,17. Van an toàn 12,13. Van đối trọng 16. Động cơ di chuyển phải b. Nguyên lý làm việc Khi cần di chuyển máy thì người lái tác động vào cần điều khiển di chuyển (7), (8). Khi di chuyển thẳng đi về phía trước thì người lái tác động đồng thời vào hai cần điều khiển lái di chuyển (7), (8) về phía trước. Dầu điều khiển sẽ dịch chuyển con trượt của hai van chính điều khiển di chuyển (4), (5) cho dầu có áp lực đi qua van phân phối đến van một chiều đi đến hai mô tơ di chuyển trái và phải , đồng thời lúc này van điều khiển chính cũng mở phía còn lại để cho dầu hồi về thùng. Nếu vì một lý do nào đó mà sự chuyển động của mỗi bên khác nhau do bị tụt lưu lượng nhất thời ở mổi động cơ thì van điều khiển lái thẳng làm việc để cho việc di chuyển bình thường bằng cách nó bù lưu lượng dầu thừa từ động cơ còn lại để việc di chuyển thẳng. Khi di chuyển thẳng đi về phía sau thì người lái tác động đồng thời vào hai cần điều khiển lái di chuyển (7), (8) về phía sau. Khi muốn quay vòng thì hạn chế lưu lượng dầu ở một động cơ nào đó tức là tác động vào hai cần điều khiển với độ dịch chuyển của mổi cần khác nhau. Hạn chế lưu lượng dầu ở động cơ bên trái thì máy quay vòng trái và ngược lại. Van đối trọng có tác động ngăn chặn sự chạy quá đà khi đi xuống dốc bởi vì lúc này động cơ hoạt động như một cái bơm điều khiển này dẫn đến sự phá hỏng các cơ cấu và gây nên hiện tượng E, lúc này van đối trọng làm việc và giữ con trượt của van ở vị trí cân bằng mới mà tại đó nó ngăn chặn động cơ không quay nhanh hơn chuyển động do dầu tạo ra. Van an toàn sẽ nối thông hai cửa của động cơ di chuyển khi ngừng di chuyển hoặc di chuyển xuống dốc. Tùy thuộc vào sự dịch chuyển của cần điều khiển mà máy di chuyển nhanh hay chậm theo sự kiểm soát của người lái. Truyền lực công tác Hệ thống quay Hệ thống quay của máy đào Komatsu PC 400-7 bao gồm bàn quay với các bộ phận của máy và thiết bị công tác, được đặt trên khung xe qua cơ cấu ổ quay và con lăn. Ở trên bàn quay có lắp thiết bị động lực và thiết bị thủy lực,hệ thống điều khiển, bình nhiên liệu, buồng lái của thợ lái và đối trọng. Hình 2-22 Sơ đồ hệ thống truyền động của cơ cấu quay trên máy đào Komatsu PC 400-7. 1: Bộ phận quay 2: Mô tơ quay bàn quay 3: Bàn quay Mô tơ quay bàn quay (2) dẫn động cơ cấu quay, nó là loại mô tơ thủy lực momen thấp do vậy khi dẫn động từ mô tơ này thì cần phải thông qua bộ giảm tốc bánh răng hành tinh. Bánh răng chủ động sẽ ăn khớp với vành răng của bộ phận quay (1). Vành răng này được liên kết với bộ phận quay của máy đào. Khi mô tơ quay thì sẽ làm quay bộ phận quay của máy đào. Sơ đồ mạch thủy lực và nguyên lý làm việc của hệ thống quay a. Sơ đồ mạch thủy lực Hình 2-23 Sơ đồ mạch thuỷ lực hệ thống quay. 1. Bơm chính 2. Thùng dầu 3,4. Van chống khí xâm thực 5. Van một chiều 6. Con trượt van điều khiển chính 7,8. Van bù áp lực 9. Van cảm nhận tảI trọng 10. Cần điều khiển 11. Van giảm áp 12. Van chia và hợp lưu lượng 13. Động cơ quay mâm 14. Phanh động cơ 15. Van an toàn hút 16. Van chống đảo chiều quay 17. Van điện từ phanh b. Nguyên lý làm việc Khi quay bàn quay người lái tác động vào cần điều khiển (chẳng hạn quay sang trái). Dầu từ bơm qua van giảm áp (11) đến cần điều khiển (10) , dầu điều khiển đến van chính điều khiển mâm quay làm dịch chuyển con trượt (6) của van. Dầu có áp lực cao đi từ bơm qua van đến cửa MA của mô tơ quay mâm. Con trượt cũng mở phía còn lại cho dầu hồi về thùng. Đồng thời lúc này van điện từ của hệ thống phanh được kích hoạt mở thông đường dầu từ van giảm áp đến khoang của van phanh thắng sức căng lò xo làm nhả phanh, mô tơ quay. Van an toàn hút (15) có tác dụng hạn chế sự tăng áp suất và ngăn chặng bất cứ sự phá hoại của nó khi ngừng quay do mô men quán tính tạo nên. Lúc này van an toàn hút mở để cho dầu vượt quá từ cửa này qua cửa kia và về thùng, lúc này áp suất được cân bằng ở hai cửa của động cơ và động cơ dừng quay. Van chống đảo chiều quay (16) có tác dụng dừng động cơ một cách chính xác khi ta dừng nó mà không bị quay quá đà . Khi dừng quay (cần điều khiển về vị trí trung gian) thì van điện từ phanh bị khử hoạt, áp suất trong buồng phanh giảm lực lò xo căn ra có tác dụng phanh động cơ. Mô tơ quay bàn quay Hình 2-24 Mô tơ quay bàn quay a. Nhiệm vụ và kết cấu Mô tơ quay bàn quay dùng để biến đổi năng lượng dòng chảy của môi trường công tác thành năng lượng của khâu đi ra, tức là làm quay trục rô to để dẫn động cơ cấu làm quay bàn quay. Hình 2-25 Kết cấu mô tơ quay bàn quay 1. Lò xo hãm 2. Trục dẫn động 3. Vòng ngăn 4. Thân 5. Đĩa 6. Tấm ma sát 7. Piston hãm 8. Nắp 9. Piston 10. Block xi lanh 11. Đĩa van 12. Van chống đảo chiều quay 13. Trục trung tâm 14. Lò xo trung tâm 15. Van an toàn 16. Van kiểm tra 17. Van con thoi b. Nguyên lý làm việc: Khi khởi đông bộ phận quay, dầu áp lực cao sẽ được bơm chính cung cấp tới đĩa van (11). Qua các lỗ trên đĩa van (11), dầu áp lực sẽ đi vào các xi lanh có dung tích buồng chứa khác nhau (10) và tác dụng đẩy các pistol. Do sự chênh lệch về áp suất ở các buồng xi lanh mà áp lực được tạo ra, sinh ra mô men quay làm quay trục dẫn động (2) và qua các cơ cấu dẫn đông để làm quay bàn quay. Van an toàn a. Cấu tạo Hình 2-26 Kết cấu van an toàn. 1. Van giảm áp 2,3. Van kiểm tra 4,5 Van con thoi Khi bộ phận quay bị dừng lại, mạch xả dầu của mô tơ từ van phân phối bị đóng lại, nhưng mô tơ vẫn tiếp tục quay bới lực quán tính, vì thế, áp suất đầu ra phía bên kia mô tơ bắt đầu tăng một cách bất thường. Để tránh xảy ra hiện tượng trên, áp suất tăng cao bất thường ấy sẽ được giảm bớt từ cửa S tới cửa ra của mô tơ ( bên phía có áp suất cao) để tránh những hư hại. b. Nguyên lý làm việc - Khi khởi động bộ phận quay Hình 2-27 Van an toàn khi khởi động bộ phận quay. Khi tay điều khiển bộ phận quay sang hướng quay bên phải, dầu có áp suất sẽ được cung cấp từ van điều khiển tới cửa MA làm áp suất tại cửa MA tăng lên, mô men khởi động được sinh ra và làm mô tơ quay. Dầu từ lỗ xả của mô tơ đi từ cửa MA qua van điều khiển về lại thùng dầu. - Khi bộ phận quay ngừng làm việc Hình2-28 Van an toàn khi bộ phận quay ngừng làm việc. Khi tay điều khiển bộ lắc trở về vị trí ban đầu dầu có áp suất cung cấp từ bơm sẽ bị ngưng lại. Với lượng dầu từ lỗ xả của mô tơ, mạch dầu hồi về thùng dầu sẽ bị đóng lại bởi van điều khiển làm áp suất tại cửa MB tăng lên, nhờ vậy làm xuất hiện lực cản quay trong mô tơ, phanh bắt đầu làm việc.Nếu áp suất tại cửa MB tăng lên cao hơn áp suất tại cửa MA, nó sẽ đẩy van (4) và áp suất tại khoang C bằng áp suất tại cửa MB. Áp suất dầu cũng tăng thêm cho tới khi đạt tới áp suất nhất định nào đấy của van giảm áp (1). Khi van an toàn bắt đầu hoạt động, dầu và dầu giảm áp sẽ từ cửa S đi qua van kiểm tra (3) và cấp cho cửa MA nhằm tránh hiện tượng xâm thực tại đây. Quá trình phanh của bộ phận quay a. Khi van điện từ hãm bộ phận quay ngưng làm việc Hình 2-29 Quá trình phanh khi bộ phận quay ngưng làm việc. Khi đấy dầu lực từ bơm chính bị chặn và cửa B được nối tới thùng dầu thủy lực. Do đó, piston hãm (7) bị đẩy xuống bởi lò xo hãm (1), đĩa (5) và tấm kim loại (6) bị ép vào nhau, bắt đầu quá trình phanh. b. Khi van điện từ hãm bộ phận làm việc Hình 2-30 Quá trình phanh khi bộ phận quay làm việc. Khi đấy van làm việc, dầu áp lực từ bơm chính vào cửa B và chảy vào buồng phanh (a). Dầu áp lực vào trong buồng (a) sẽ đẩy piston hãm (7) đi lên. Kết quả là đĩa (5) và tấm kim loại (6) bị tách ra, kết thúc quá trình phanh. Van chống đảo chiều quay a. Cấu tạo Hình 2-31 Kết cấu van chống đảo chiều quay 1. Thân van 4, 7. Đai ốc 2. Con trượt (cửa MA) 5. Con trượt (cửa MB) 3. Lò xo (cửa MB) 6. Lò xo (cửa MB) Van chống đảo chiều quay dùng để giảm thiểu sự quay ngược lại sinh ra trong thân bộ phận quay bởi lực quán tính của bản thân bộ phận quay, độ cứng và độ sai lệch của hệ thống máy và sự nén của dầu thủy lực khi bộ phận quay dừng lại. Điều này ảnh hưởng tới việc chống sự quá tải và giảm thời gian chu trình khi dừng bộ phận quay (khả năng điều chỉnh tốt và bộ phận quay có thể di chuyển nhanh chóng tới vị trí làm việc tiếp theo). b. Nguyên lý làm việc - Khi áp suất phanh đang sinh ra tại cửa MB Hình 2-32 Khi áp suất phanh đang sinh ra tại cửa MB. Áp suất MB đi qua cái khấc và tới buồng (d), con trượt (5) đẩy lò xo 6, theo sự khác nhau giữa tiết diện D1>D2, di chuyển sang trái, và cửa MB được nối tới (e). Khi đấy, áp suất MB sẽ thấp hơn lực ép của lò xo (3), vì thế, con trượt (2) không thể di chuyển. Do đó, dầu áp lực sẽ bị ngắt bởi con trượt (2) và lực phanh được bảo đảm. - Sau khi mô tơ quay bàn quay dừng Hình 2-33 Sau khi mô tơ quay dừng lại. Mô tơ sẽ bị đảo chiều quay bởi áp suất đóng sinh ra tại cửa MB (đảo chiều quay lần 1). Khi đấy, áp suất đảo chiều quay được sinh ra tại cửa MA. Áp suất MA đi tới buồng (a) làm con trượt (2) đẩy lò xo (3) di chuyển sang phải nên MA được nối tới b. Tại thời điểm này, (b) được nối tới (f) qua lỗ khoan trong con trượt (3), vì vậy, áp suất đảo chiều tại cửa MA sẽ được đi vòng tới cửa T để chống việc đảo chiều lần 2. Cấu tạo bộ phận quay và nguyên lý hoạt động Hình 2-34 Kết cấu bộ phận quay trên máy đào Komatsu PC 400-7 1. Bánh răng truyền động (13 răng) 2. Nắp 3. Thân 4. Bánh răng vệ tinh số 2 5. Bánh răng trung tâm số 2 6. Vành răng trong 7. Bánh răng trung tâm số 1 8. Mô tơ quay bàn quay 9. Que thăm dầu 10. Bánh răng vệ tinh số 1 11. Giá bánh răng vệ tinh số 1 12. Giá bánh răng vệ tinh số 2 13. Nút xả dầu 14. Bi 15. Vòng trong của vòng ổ quay (84 răng) 16. Vòng ngoài của vòng ổ quay a. Cấu tạo bộ phân quay Bộ phận quay của bàn quay gồm có: mô tơ quay bàn quay (8), trục ra của mô tơ này được liên hệ với trục bánh răng vệ tinh số 1 (10). Qua các cặp bánh răng truyền động hành tinh trong hộp giảm tốc, chuyển động quay được truyền đến bánh răng công tác (1) lắp trên trục ra và ăn khớp với vành răng trong của vòng ổ quay (25). Nhờ khung bàn quay được nối với ổ quay và hộp giảm tốc, do đó khi môtơ quay bàn quay làm việc thì bàn quay sẽ quay theo. b. Nguyên lý làm việc Trước khi quay bàn quay người lái gạt cần điều khiển phanh hãm bàn quay đến vị trí nhả phanh. Sau đó, tác động vào cần điều khiển van trượt đến vị trí mở, lúc này chất lỏng công tác được cấp từ bơm vào khoang làm việc của mô tơ quay bàn quay làm quay rotor động cơ. Khi động cơ làm việc, momen xoắn được tạo ra qua hộp giảm tốc hành tinh và dẫn động bánh răng công tác (1) làm quay bàn quay. Khi tăng tốc vì lực quán tính nên bàn quay không thể tức khắc đạt tốc độ lớn nhất mà chỉ tăng lên từ từ. Đồng thời, lúc này chỉ một phần chất lỏng do bơm cung cấp qua mô tơ quay bàn quay, phần còn lại qua van an toàn trở về ống tháo. Điều này cho phép điều chỉnh được tốc độ quay lớn nhất của bàn quay. Muốn hãm bàn quay ta di chuyển van trượt về vị trí trung gian và chất lỏng công tác cung cấp từ bơm bị đóng lại. Măc dù vậy động năng dự trữ để quay bàn quay làm cho mô tơ quay bàn quay vẫn hoạt động và làm việc ở chế độ bơm. Bởi vì, chất lỏng cung cấp bị khoá lại nên không có chất lỏng cung cấp cho bơm. Lúc này, chất lỏng từ đường tháo qua van một chiều bổ sung và van thông qua cấp vào khoang công tác cho đến khi mô tơ quay bàn quay dừng hoàn toàn. Bộ công tác và cơ cấu phụ trợ Kết cấu gầu xúc Hình 2-35 Gàu xúc của máy đào Komatsu PC 400-7. 1. Răng gầu 2. Đai trước 3. Răng bên 4. Đai miệng gầu 5. Tai lắp với tay cần 8. Thành sau 6, 7. Tai lắp với tay đòn điều khiển quay gàu Cấu tạo: Có thể chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc hàn ( trừ răng gàu vì nó được chế tạo riêng biệt). Giữa đáy gầu và thành gầu được liên kết với nhau liền một khối Số răng gàu lắp trên miệng gầu của gầu xúc được lắp phụ thuộc vào chiều rộng của gầu và đối tượng làm việc của máy. Bán kính răng thích hợp đảm bảo lực thâm nhập của gầu, giảm nhẹ lực đào của gầu và tay gầu. Có tất cả 5 răng gầu, loại răng ngắn đảm bảo xúc được các loại đất chắc, lực đào lớn và rất khỏe. Hình dạng hình học của gàu: có dạng hai bán kính cong để giảm mòn phía sau gàu và tăng khả năng chất tải. Dung tích gầu của máy đào Komatsu PC 400-7 là 1,7 m3, đảm bào xúc được loại đất đá với dung trọng theo yêu cầu, giảm tải và làm tăng tuổi thọ cho máy đào. Bảng 2-1 Các thông số kĩ thuật của gầu xúc máy đào PC 400-7 Dung tích 1,9 m3 1839 Chiều cao 1839 mm Chiều rộng 1475 mm Số răng 5 Trọng lượng 1366 Kg Kết cấu tay gầu Hình 2-36 Tay gầu của máy đào Komatsu PC 400-7. 1. Lỗ lắp gầu 4. Lỗ lắp xi lanh gầu 2. Lỗ lắp đòn điều khiển gầu 5. Lỗ lắp xi lanh tay gầu 3. Dầm tay xúc 6. Lỗ lắp với cần Cấu tạo: Được chế tạo từ các thép tấm được hàn lại với nhau, sau đó được gia cố thêm các vị trí lắp ghép có liên quan của bộ công tác. Nó có thể lắp lẫn khi thay thế các dạng gầu xúc khác nhau hoặc chỉ dùng riêng cho từng loại. Ví dụ: Có thể lắp gầu ngoạm vào thay cho gầu xúc nghịch... Bảng 2-2 Các thông số kĩ thuật tay gầu của máy đào Komatsu PC 400-7 Chiều dài L 4413 mm Chiều dài L1 3380 mm Chiều cao H 709,8 mm Chiều rộng B 645 mm Trọng lượng P 1374 Kg Kết cấu cần Hình 2-37 Cần của máy đào Komatsu PC 400-7. 1. Lỗ để lắp tay gàu. 2.Tai để lắp xilanh co duỗi tay gàu. 3. Lỗ để lắp pistông nâng hạ cần. 4. Lỗ để lắp cần với bàn quay. Đặc điểm cấu tạo: Có kết cấu hình hộp và được chế tạo bằng phương pháp hàn từ các thép tấm lại với nhau. Cần có hình dáng hơi cong để nhằm mục đích hạ thấp đầu cần, để tăng chiều sâu đào. Riêng đối với cần xúc thì nó được bố trí một cặp xilanh nâng, hạ. Đối với cần xúc thì nó có thể lắp được thiết bị đóng cọc, thiết bị ấn bấc thấm... vào đầu cần. Bảng 2-3 Các thông số kĩ thuật cần của máy đào Komatsu PC 400-7 Chiều dài L 7060 mm Chiều cao H 1925 mm Trọng lượng P 3290 Kg Nâng cần Hình 2-38 Sơ đô mạch thủy lực nâng cần 1. Bơm chính 9. Xy lanh cần 2. Thùng dầu 10. Van cảm nhận tải trọng 3,4. Van chống khí xâm thực 11. Cần điều khiển 5. Van một chiều 12. Van giảm áp 6. Con trượt van điều khiển chính 13. Van chia và hợp lưu lượng 7,8. Van bù áp lực 14. Van hãm cần Khi muốn nâng cần người lái tác động vào tay đòn điều khiển cần. Lúc này Đầu bơm qua van giảm áp 12 đến cần điều khiển nâng cần, dầu có áp lực điều khiển đến van điều khiển chính nâng hạ cần, làm dịch chuyển con trượt của van mở thông đường dầu cao áp đi từ bơm qua van điều khiển chính mở van hảm cần 14, dầu chảy vào đầu piston của xy lanh cần nâng cần lên . Lúc này van điều khiển chính cũng mở phía còn lại để cho dầu hồi thùng. Việc nâng cần, còn có van nâng cần cao. Khi đủ apd lực điều khiển thì van nâng cần cao sẽ mở lúc này dầu cao áp qua hai van đẻ tăng thêm lưu lượng dầu chảy vào đầu piston của xy lanh cần để nâng cần lên với tốc độ cao. Hạ cần Hình 2-39 Sơ đồ mạch thủy lực hạ cần 1A, 1B. Bơm chính 9. Xy lanh cần 2. Thùng dầu 10. Van cảm nhận tải trọng 3,4. Van chống khí xâm thực 11. Cần điều khiển 5. Van một chiều 12. Van giảm áp 6. Con trượt van điều khiển chính 13. Van chia và hợp lưu lượng 7,8. Van bù áp lực Khi hạ cần ngườ lái tác động vào tay đòn điều khiển theo hướng ngược lai, Lúc này dầu đi qua bơm van giảm áp 12 đến cần điều khiển nâng cần, dầu có áp lực điều khiển đến van điều khiển chính nâng hạ cần, làm dịch chuyển con trượt của van mở thông cho dầu cao áp đi từ bơm qua van điều khiển chính chảy vào đầu cần đẩy của xy lanh cần hạ cần . Lúc này van điều khiển chính cũng mở phía còn lại để cho dầu hồi về thùng. Để tránh hiện tượng làm cho dầu chảy xy lanh nhanh hơn lưu lượng dầu mà bơm cung cấp vào, điều này gây hiện tượng E làm hỏng thiết bị. Trong mạch thủy lực sẻ mở van một chiều 5 để cho dầu chảy về phía còn lại piston một lượng đúng như nó đã chảy ra khỏi xy lanh. Tùy thuộc vào sự tác động vào cần điều khiển của người lái mà quá trình nâng hạ cần nhanh hay chậm. Kết cấu xylanh thủy lực Cấu tạo của xi lanh thủy lực máy đào Kamatsu được cấu tạo từ các bộ phận chính sau đây: xi lanh (19) (có nắp sau ) ; nắp trước (9) có lỗ thông cần đẩy được lắp bằng ren vào ống xylanh (19); cần đẩy (18) có tai (2) và piston (1) Hình 2-40 Kết cấu xi lanh thủy lực 1. Bạc 14. Vòng phớt piston 2. Tai của cần đẩy 15. Piston 3. Thiết bị khử bẩn 16. Đai ốc piston 4,5,8,13. Vòng bít 17. Chốt hảm 6. Vòng phớt của cần đẩy 18. Cần đẩy 7,12. Vòng giữ phớt 19. Xy lanh có nắp sau 9. Nắp trước 20. Mép biên nắp 10. Đai ốc hãm 21. Bạc nắp trước 11. Cơ cấu giảm chấn 22. Đai ốc của thiết bị khử bẩn Tai (1) và tai (2) được chế tạo có lỗ bạc lót. Chất lỏng công tác được cấp vào khoang cần đẩy và khoang piston qua các lỗ tương ứng A,B .Sự ngăn cách kín khoang piston với khoang cần đẩy và sự truyền lực do áp lực trong khoang công tác lên cần đẩy (18) là do piston (15) có phớt (14) và vòng đệm (13) tạo nên piston (15) liên kết với đầu trong cần đẩy (18) nhờ có đai ốc (16) và chốt hãm (17). Ngoài ra khắc phục sự rò rĩ từ khoang này khoang kia trong xylanh thủy lực ở mặt ngoài của của piston bằng vòng phớt (14), ở mặt bằng vòng bít (13). Việc giữ vòng phớt (14) dịch chuyển theo hướng chiều trục theo piston (15) là nhờ vòng phớt (12). Nắp trước (9) được hảm trên ống (19) của xi lanh bằng đai ốc (10). Bạc (21) được lắp vào nắp (9) cũng như vòng phớt (6) và vòng bít (4), (5) ở trong bạc (21) . Không cho chất lỏng trông khoang cần đẩy của xi lanh thủy lực ra ngoài . Khi cần đẩy chuyển động vòng phớt (7) giữ cho vòng (6) chuyển động theo chiều trục. Từ mặt ngoài của nắp (9) có thiết bị khử bụi (3) , nó được giữ bằng cách văn đai ốc (22) vào ren trong của nắp. Trên cần đẩy cạnh piston (15) có lắp cơ cấu giảm chấn (11), cơ cấu này làm giảm sự va đập của piston vào nắp trước ,nó thường xảy ra ở giai đoan cuối hành trình piston . Khi kết thúc hành trình cần đẩy về bên trái , khe hở giữa mép bên (20), giữa nắp (9) và mặt con của cơ cấu giảm chấn (11) được thu nhỏ lại. Chất lỏng công tác bị piston đẩy ra khỏi khoang cần đẩy vào lổ A đi qua khe hở này. Lúc này piston được hãm lai nhờ sự tiết lưu của dầu qua khe hở đó. Hệ thống điều khiển của máy đào Komatsu PC 400-7 Giới thiệu chung Hệ thống điều khiển của máy đào Komatsu PC 400-7 dùng để thay đổi hướng chuyển động và điều chỉnh tốc độ của khâu đi ra ( các cần đẩy, các trục ) trong các mô tơ thủy lực, cũng như để đảm bảo cho kết cấu của máy xúc không bị quá tải. Thực hiện việc điều chỉnh bằng cách thay đổi lượng tiêu thụ chất lỏng đưa vào mô tơ thủy lực. Hệ thống điều khiển của máy đào Komatsu PC 400-7 là hệ thống điều khiển thủy lực. Các thành phần chính của hệ thống điều khiển là bơm thủy lực và cơ cấu điều chỉnh ( van điều khiển chính, van các loại…) cũng như các cơ cấu khớp đòn bẩy và các hệ thống khác mà nhờ chúng thợ lái mới điều khiển được các cơ cấu điều chỉnh. Bơm phía trước được dẫn động trực tiếp bởi động cơ. Một trục của bơm phía trước dẫn động bơm phía sau và cả hai bơm ở cùng một tốc độ. Công suất của các bơm được điều khiển bởi bộ cảm nhận tải trọng, van, bộ điều khiển mômen. Dầu có áp lực được chuyển từ bơm chính tới cụm van chính qua các ngăn chia lưu lượng hoặc hợp lưu lượng để chia hoặc hợp lưu lượng khi cần thiết. Khi không làm việc, dầu dẫn từ bơm chảy qua các cụm van chính và trở về thùng dầu thủy lực. Các van cảm nhận tải trọng duy trì lưu lượng bơm ở mức tối thiểu. Khi hoạt động cụm van chính đưa dầu đến các xi lanh (xi lanh cần, xi lanh tay gàu), các mô tơ thủy lực (mô tơ quay toa, mô tơ của bộ phận di chuyển). Van cảm nhận tải trọng và van điều chỉnh mômen để điều chỉnh công suất bơm đạt được lưu lượng theo yêu cầu. Việc cung cấp dầu điều khiển do các bơm phía sau thực hiện. Phần lưu lượng của bơm phía sau qua van giảm áp, tại đó áp suất được giảm từ áp suất của hệ thống chính tới áp suất điều khiển. Các tín hiệu điều khiển, điều khiển các van chính, hệ thống điều khiển bơm và các van chia và hợp dòng chảy (van phân phối). Điều khiển sự vận hành của các van cụ thể theo các chế độ vận hành được chọn. Trên máy đào Komatsu PC 400-7, người ta trang bị phối hợp cần điều khiển kiểu khớp bản lề. Nhờ có cần điều khiển này nên có thể điều khiển đồng thời hoặc tuần tự chuyển động của hai thành phần, chẳng hạn, chuyển động của cần và tay xúc, gàu và bàn quay, điều này cho phép thực hiện được nhiều thao tác trong quá trình làm việc của máy và tạo điều kiện thuận lợi cho người thợ máy không bị chéo tay khi chuyển từ cần này sang cần khác như hình dưới đây: Hình 2-41 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển trên máy đào Komatsu PC 400-7 1. Van điều khiển di chuyển PPC 2. Van cung cấp PPC 3. Pê đan cung cấp 4. Cần di chuyển sang trái 5. Cần di chuyển sang phải 8. Van điện từ 6. Van điều khiển di chuyển sang phải 9.Bình tích năng 7. Cần điều khiển bộ phận công tác sang phải 10. Van phân phối 11. Bơm thủy lực 12. Hộp nối 13. Cần điều khiển bộ phận công tác sang trái 14. Van điều khiển di chuyển sang trái *Vị trí cần điều khiển: (1). Giữ cần (2). Nâng cần (3). Hạ cần (4). Đổ đất (gàu) (5). Đào đất (gàu) (6). Giữ tay gàu (7). Tay gàu co vào (8). Tay gàu vươn ra (9). Mô tơ thủy lực phải (10). Mô tơ thủy lực trái (11). Chế độ không tải (12). di chuyển lùi (13). Di chuyển tiến Các thành phần chính trong hệ thống điều khiển Van PPC của bộ phận quay Cung cấp dầu áp suất cao tới mô tơ quay bàn quay để điều khiển quay toa. Hình 2-42 Van PPC của bộ phận quay. 1. Cấu tạo 1. Con trượt 2. Lò xo 3. Lò xo trung tâm 4. Piston 5. Đĩa f. Lỗ điều chỉnh tinh Hình 2-43 Kết cấu của van PPC của bộ phận quay 2. Nguyên lý làm việc a. Tại chế độ không tải Hình 2-44 Tại chế độ không tải. Khi đấy, cổng A và B của van phân phối nối tới khoang xả D thông qua lỗ f trong con trượt 1. b. Trong quá trình làm việc Hình 2-45 Khi làm việc. Người lái tiến hành điều khiển bằng cách tác dụng vào cần điều khiển, khi đó, piston (4) bắt đầu bị đẩy bởi đĩa (5), vòng chận lò xo (9) bị đẩy, con trượt (1) cũng bị đẩy bởi lò xo (2) và di chuyển xuống. Lúc ấy, lỗ f cắt đường thông tới khoang xả D và nối tới khoang bơm áp lực PP. Do đó, dầu thủy lực áp suất cao sẽ từ bơm chính qua lỗ f chảy vào buồng A từ cửa P1 đầy con trượt trong van phân phối và tiền hành điều khiển các thiết bị công tác. Dầu hồi về từ khoang B sẽ chuyển qua cửa P2 qua lỗ f’ và chảy vào khoang xả D. Khi áp suất tại cửa P1 tăng lên, con trượt (1) bị đẩy ngược lại làm đóng lỗ f cắt đường thông tới khoang áp suất bơm PP và nối thông cửa P1 tới khoang xả D. Lúc này, con trượt (1) di chuyển lên xuống để lực của lò xo cân bằng với áp suất tại cửa P1. Mối quan hệ giữa vị trí van (1) và vỏ (10) (Lỗ f ở tại vị trí trung gian giữa khoang xả D và khoang PP) không thay đổi tới khi vòng chận (9) nối tới con trượt (1). Do đó, lò xo (2) bị nén tỉ lệ với lượng dịch chuyển của cần điều khiển, vì thế, áp suất tại cửa P1 cũng tăng tỉ lệ với hành trình của cần điều khiển. Trong trường hợp này, van phân phối sẽ dịch chuyển tới vị trí mà tại đó áp suất tại buồng A (cũng là áp suất tại của P1) và lực nén của lò xo được cân bằng. c. Khi cần điều khiển trở về vị trí ban đầu (Kết thúc làm việc) Khi đó đĩa (5) trở về vị trí ban đầu, con trượt (1) sẽ bị kéo lên bởi lực từ lò xo trung tâm (3) và áp lực tại cửa P1. Lúc này, lỗ f được nối tới khoang xả D và áp suất dầu tại cửa P1 giảm xuống. Nếu áp suất tụt quá nhanh thì con trượt (1) sẽ bị đẩy xuống bởi lò xo (2), đồng thời cắt đường thông tới khoang xả D và nối thông tới khoang bơm áp lực PP. Áp suất bơm sẽ cung cấp cho tới khi áp suất tại cửa P1 phục hồi tới giá trị tương ứng với vị trí cần điều khiển. Khi con trượt của van phân phối trở về vị trí ban đầu, dầu sẽ từ khoang xả D chảy qua lỗ f’ qua cửa P2 vào khoang B để điền đầy khoang này. Van PPC của bộ phận di chuyển Hình 2-46 Van PPC di chuyển. P. Từ van tự giảm áp P3. Tới phải T. Tới thùng dầu thủy lực P4. Lùi phải P1. Lùi trái P5. Tín hiệu di chuyển P2. Lùi phải P6. Tín hiệu quay vòng 1. Cấu tạo Hình 2-47 Kết cấu van PPC của bộ phận di chuyển. 1. Đĩa 6. Lò xo trung tâm 2. Thân 7. Van 3. Đòn bẩy 8. Giảm chấn 4. Vòng đệm 9. Tín hiệu quay vòng 5. Lò xo định lượng 10. Lò xo van tín hiệu quay vòng 6. Đế lò xo 2. Nguyên lý làm việc Tín hiệu di chuyển: Nếu một trong những cần điều khiển hoạt động thì áp suất ra PPC cực đại trên cả hai mặt sẽ được đưa ra như tín hiều di chuyển. Do đó, nếu máy đào di chuyển thì sự di chuyển này sẽ được xem xét bởi tín hiệu của cửa P5. Tín hiệu quay vòng: Nếu hành trình hoạt động của cả hai cần điều khiển khác so với nhau trong quá trình quay vòng thì áp suất ra PPC nào lớn hơn sẽ được đưa ra sử dụng như tín hiệu để điều khiển quay vòng. a. Tại chế độ làm việc không tải Hình 2-48 Tại chế độ không tải. Tín hiệu của cửa ra (P1-P4), tín hiệu di chuyển(cửa P5) và tín hiệu quay vòng (cửa P6) đều chưa được đưa ra. b. Khi di chuyển thẳng Hình 2-49 Khi di chuyển thẳng. Khi mô tơ thủy lực bên trái hoạt động để di chuyển thẳng (tín hiệu tại cửa P2 được đưa ra) và mô tơ thủy lực bên phải cũng hoạt động để di chuyển thẳng (tín hiệu tại cửa P4 được đưa ra), áp lực tại buồng lò xo trái (k) và buồng lò xo phải (l) của van tín hiệu quay vòng (j) được đặt ở mức cao. Do đó, van tín hiệu quay vòng (j) được giữ ở trạng thái không tải và tín hiệu quay vòng (cửa P6) chưa được đưa ra. c. Khi quay vòng Hình 2-50 Khi quay vòng. Nếu hành trình hoạt động của cả hai cần điều khiển khác so với nhau trong quá trình quay vòng thì áp suất ra PPC nào lớn hơn sẽ được đưa ra sử dụng như tín hiệu để điều khiển quayvòng. Trong trường hợp này, áp suất tại buồng lò xo trái (k) của van tín hiệu quay vòng (j) là P2. Áp suất của buồng lò xo phải (l) là P4. Nếu (P4-P2) x (diện tích mặt cắt con trượt) > tải đặt lên lò xo thì con trượt sẽ di chuyển theo hướng mũi tên và áp suất ra PPC nào lớn hơn sẽ được đưa ra sử dụng như tín hiệu để điều khiển quay vòng từ cửa P6. d. Khi quay tại chỗ quanh một trục Hình 2-51 Khi quay vòng quanh trục. Khi mô tơ thủy lực bên trái hoạt động để di chuyển lùi (tín hiệu từ cửa P1 được đưa ra) và mô tơ thủy lực bên phải thực hiện di chuyển tới (tín hiệu từ cửa P4 được đưa ra), chỉ một áp suất trong buồng lò xo phải (l) của van tín hiệu điều khiển quay vòng (j) được đặt ở mức cao. Do đó, van tín hiệu điều khiển quay vòng (j) sẽ dịch chuyển sang trái theo hướng mũi tên và tín hiệu điều khiển quay vòng được đưa ra tại cửa P6. Van phân phối Van phân phối trong máy đào komatsu PC 400-7 bao gồm 7 van trượt, van chia và hợp lưu lượng, van đổi áp, van chống tự hạ cần, van hồi dầu nhanh, van kiểm tra. Tất cả van trên được lắp thành một cụm chi tiết bằng bu lông và chúng được nối với nhau bên trong. Cụm chi tiết này khá nhỏ và dễ sửa chữa. Để điều khiển một thiết bị nào đấy thì con trượt tương ứng trong van phân phối của thiết bị đấy sẽ làm việc để tiến hành điều khiển. Hình 2-52 Van phân phối của máy đào komatsu PC 400-7. A1. tới đáy xi lanh gầu A2. tới mô tơ di chuyển bên trái A3. tới đáy xi lanh cần A4. tới mô tơ quay bàn quay A5. tới mô tơ di chuyển bên phải A6. tới xi lanh tay gầu A-1. tới đáy xi lanh cần A-2. tới phụ tùng B1: tới đầu xi lanh gầu B3: tới đầu xi lanh cần B4. tới mô tơ quay bàn quay B5. tới mô tơ di chuyển bên phải B-1, B6. tới đáy xi lanh tay gầu P1, P2. từ van PPC gầu P3, P4. từ van PPC di chuyển trái P5, P6. từ van PPC cần P7, P8. từ van PPC bộ phận quay P9, P10. từ van PPC di chuyển phải P11, P12. từ van PPC tay gầu BP1. áp suất ra PPC để nâng cần PB5. từ van điện từ, van an toàn giai đoạn 2 PLS1, PLS2. tới bộ điều khiển bơm sau, trước PP1, PP2. tới bộ điều khiển bơm sau, trước PPS1, PPS2. từ bơm chính sau, trước PR. tới van điện từ, van PPC, van EPC PS. từ van điện từ chia và hợp lưu lượng PST. từ van nối thủy lực PX1, PX2. từ van điện từ giai đoạn 2 SA, SB. cửa lắp cảm biến áp suất T, T1, TS. tới thùng xăng TSW: tới mô tơ quay bàn quay Van điện từ a. Cấu tạo Hình 2-53 Kết cấu van điện từ. 1. Bộ nối 3. Cuộn dây điện từ 2. Lõi di chuyển 4. Con trượt 5. Thân 6. Lò xo b. Nguyên lý làm việc - Khi chưa làm việc Hình 2-54 Khi chưa làm việc. Vì dòng tín hiệu chưa tới bộ điều khiển, cuộn dây điện từ (3) chưa làm việc. Do đó, con trượt (4) bị đẩy bởi lò xo (6). Bằng quá trình này, đường từ P tới A bị đóng và dầu thủy lực từ bơm thủy lực chính không thể chảy vào bộ phận chấp hành được. - Khi hoạt động Hình 2-55 Khi làm việc. Dòng tín hiệu được đưa từ bộ điều khiển tới cuộn dây điện từ và kích hoạt nó. Do đó, con trượt (4) sẽ dịch chuyển và mở đường thông cho dầu thủy lực từ bơm chính qua cửa P và con trượt (4) tới cửa A và chảy vào bộ phận chấp hành. Tại đúng thời điểm này, cửa T bị đóng nên dầu không thể chảy về thùng dầu. Van chống tự hạ cần Khi cần điều khiển chưa làm việc, các van này sẽ tác động để không cho dầu rò rỉ từ con trượt (1) tại đáy cần và không cho cần tự hạ xuống. a. Khi tiến hành nâng cần Hình 2-56 Khi nâng Cần. Khi người lái tiến hành nâng cần, dầu áp suất chính tác động lên theo hướng trái diện tích mặt A. Do sự chênh áp lực giữa đường kính ngoài d1 của ụ trước (5) và đường kính đáy d2. Khi áp lực trên thắng được lực lò xo (4) thì ụ trước (5) sẽ di chuyển sang trái. Thêm vào đó, dầu áp suất chính cũng tác dụng lên đường kính đế d3 của van (6) theo hướng sang phải. Tới khi thắng lực lò xo (4) thì van (6) sẽ dịch chuyển sang phải. Vì thế, dầu áp suất chính từ van phân phối chảy qua khe hở của van (5) và chảy tới điểm cuối hành trình của xi lanh cần. b. Khi tiến hành giữ cần Hình 2-57 Khi tiến hành giữ Cần. Khi cần đã được nâng lên, cần điều khiển sẽ di chuyển về vị trí giữ cần, lượng dầu chảy vào trong mặt trong của ụ (5) qua lỗ (a) sẽ bị đóng lại bởi xi lanh điều khiển (2). Dầu áp suất chính và áp suất giữ tại đáy của xi lanh cần dễ bị ngắt. Tại thời điểm này, áp suất giữ tại điểm cuối hành trình của xi lanh cần tác động lên diện tích mặt A theo hướng phải do sự khác nhau giữa đường kính ngoài d1 của ụ (5) và đường kính đáy d2. Ụ (5) bị đóng lại do lực gây ra bởi tổng lực trên và lực lò xo (4), vì thế, áp suất dầu chính và áp suất giữ cần taj đáy của xi lanh cần bị ngắt. Thêm vào đó, áp suất giữ tại đáy của xi lanh cần tác động lên đường kính ngoài d4 của van (6) theo hướng trái. Van (6) bị đóng lại do lực gây ra bởi lực trên và lực lò xo cộng lại, vì thế, dầu áp suất chính và áp suất giữ cần tại đáy xi lanh cần bị ngắt. Kết quả là cần được giữ nguyên vị trí. c. Khi tiến hành hạ cần Hình 2-58 Khi tiến hành hạ Cần. Khi người lái điều khiển để cần hạ xuống, áp suất dầu điều khiển từ van PPC sẽ đẩy con trượt (2) và áp suất dầu tại buồng (b) bên trong ụ (5) được xả ra qua lỗ (c). Dầu tại điểm cuối hành trình của cần chảy từ lỗ (a) tới buồng (b) qua lỗ (c) xả ra ngoài làm áp suất trong buồng (b) giảm xuống. Khi áp suất tại buồng (b) giảm xuống dưới áp suất tại cửa (b), ụ (4) sẽ mở và dầu áp suất từ cửa B đi tới cửa A chảy vào van phân phối. Van hồi dầu nhanh Khi tay gàu vươn ra, van này giảm lượng lớn áp suất mất đi của dầu hồi về từ đáy xi lanh gàu. a. Khi tay gàu vươn ra Hình 2-59 Khi tay gàu vươn ra. Khi điều khiển tay gàu vươn ra, áp suất thủy lực từ van phân phối đẩy con trượt (1) và dầu mang áp suất từ khoang (b) trong ụ sẽ được xả ra ngoài qua lỗ (c). Dầu tại điểm cuối hành trình của tay gàu chảy từ lỗ (a) tới buồng (b) qua lỗ (c) để xả, vì vậy áp suất dầu tại buồng (b) giảm nhanh. Khi áp suất tại buồng (b) giảm xuống thấp hơn áp suất tại cửa A, áp suất tại cửa A sẽ tác dụng lên mặt C (= tiết diện của Fd1-Fd2). Vì sự chênh lệch áp lực tại đường kính ngoài d1 của van (2) và đường kính đế d2 nên van (2) sẽ di chuyển sang trái và áp suất dầu từ cửa A sẽ tới cửa B. Từ đó, dầu sẽ được xả tới thùng dầu thủy lực. b. Khi tiến hành giữ tay gàu Hình 2-60 Khi giữ tay gàu. Dầu thủy lực đã chảy qua lỗ (a) trong van (2) lúc này đã bị đóng lại bởi piston điều khiển (1). Và vào thời điểm này, áp suất giữ cần tại điểm cuối hành trình của tay gàu sẽ tác động lên diện tích C theo hướng phải bới sụ chênh lệch áp lực tại đường kính ngoài d1 của van (2) và đường kính đế d2. Van (2) sẽ bị đóng lại do tổng lực tác dụng của lò xo (3) và lực trên. Vì thế, cửa A và B bị đóng lại. Kết cấu một số bộ phận khác của máy đào KOMATSU PC 400-7 Bình tích năng Hình 2-61 Kết cấu bình tích năng 1. Van nạp khí 4. Bệ đỡ 2. Vỏ bình 5. Túi cao su 3. Ụ đỡ 6. Cửa nối với đường dầu Bình tích áp thủy lực còn được gọi là bình tích năng hay ắc quy thủy lực. Khi cài nó vào hệ thống, nếu áp suất của hệ thống vượt quá một giá trị nhất định nào đó thì chất lỏng áp suất cao sẽ được tích vào bình tích năng đồng thời giảm áp suất cho hệ thống thủy lực và năng lượng được tích vào này có thể được sử dụng lại cho hệ thống. Qua đó ta thấy bình tích năng có tác dụng giúp hệ thống thủy lực trên máy đào Komatsu PC 400-7 làm việc êm hơn, đảm bảo an toàn cho hệ thống. Đồng thời cũng tiết kiệm năng lượng làm hiệu suất của hệ thống tăng lên. Bình tích năng sử dụng trên máy đào Komatsu là bình tích năng loại túi. Ưu điểm lớn nhất của loại này là lưu lượng tích trữ dầu rất lớn, tốc độ “ phóng” dầu ra rất nhanh (<25m/s). Nhưng tỉ số nén khí ni tơ lại thấp (mức an toàn là 4:1). Thùng dầu thủy lực Hình 2-62 Thùng dầu thủy lực. 1. Nắp bộ phận lọc dầu 2. Lỗ thông hơi 3. Thùng dầu thủy lực 4. Mắt dầu 5. Bộ lọc 6. Phần tử lọc 7. Bộ lọc 8. Van đường vòng (van phụ) Thông số kĩ thuật: Thể tích thùng dầu: 335 (l) Thể tích chứa dầu: 248 (l) Áp suất dầu chứa: 16,7 – 23 MPa Bình lọc dầu hồi Hình 2-63 Bình lọc dầu hồi. 1. Nút xả cặn 2. Phần tử lọc 3. Vỏ 4. Nắp trên 5. Van an toàn Thông số kĩ thuật: Áp suất định mức: 6,9 (MPa). Lưu lượng: 200 (l/s). Kích thước mắt lưới lọc: 6 (µm). Vùng được lọc: 4,57 (cm2) TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ PHẬN CÔNG TÁC MÁY ĐÀO Cơ sở lý thuyết Dựa vào tính chất cơ lý của từng loại đất Theo phương pháp thi công bằng cơ giới đất được chia thành 11 cấp. Trong đó, từ cấp (I ÷V) có thể thi công bằng máy làm đất. Các đặc trưng cơ tính của đất từ cấp (I ÷V) được xác định như trong bảng 1.II.1. [1] Bảng 3-1 Phân loại đất, trọng lượng riêng và hệ số tơi xốp Loại đất Tên đất Trọng lượng riêng r [KN/m3 ] Hệ số tơi Kt I Than bùn, đất canh tác, cát, á cát 5,87÷11,7 14,7÷18,7 1,2÷1,3 1,08÷1,2 II Á sét màu vàng, hoàng thổ ẩm và tơi 15,7÷17,1 1,14÷1,28 III Sét, á sét chặt, hoàng thổ ẩm tự nhiên. 17,1÷18,6 1,24÷1,32 IV Sét, khô, chặt, á sét lẫn sỏi, hoàng thổ khô, mecghen mềm 19÷20 1,33÷1,37 V Đất đồi núi khô cứng, mecghen cứng 20÷21,5 1,3÷1,45 Dựa vào công thức N. G. Dombrovski để tính thành phần lực P1: Để xác đinh lực cản đào đất tác dụng lên tác dụng lên dao cắt có nhiều phương pháp khác nhau của các nhà nghiên cứu như A.N.Zelenin, Ju.A.Vetrov... Tuy nhiên phương pháp của nhà bác học N.G.Dombrovski thường được sử dụng hơn cả. Đào đất là tổ hợp hai quá trình: Quá trình cắt đất thuần túy , làm cho đất bị tách khỏi nền cơ bản và trượt trên bề mặt của dao cắt. Quá trình tích đất vào trong bộ công tác (gầu xúc, thùng cạp…), hoặc tích đất trước bộ công tác (bàn ủi, bàn san,…). Theo N.G.Dombrovski : P1 = K1.B.h Trong đó: K1: hệ số lực cản đào và tích đất, hoặc còn gọi là lực cản đào riêng; tra bảng 1.III.1.[1]. Dựa vào các giả thiết đã cho trước: Các lực trên được xác định dựa vào các đặc điểm của quá trình đào và tích đất, cụ thể là các đặc điểm sau: Gầu quay quanh khớp O3 nhờ xilanh quay gầu. Lúc này cho phép xem cần và tay gầu cố định. Tay gầu quay quanh khớp O2 nhờ xilanh quay tay gầu. Khi đó xem cần cố định và gầu được coi là liên kết cứng với tay gầu. Cần và tay gầu đồng thời cùng làm việc nhờ xilanh nâng hạ cần và xilanh quay tay gầu. Trong trường hợp này cũng xem gầu liên kết cứng với tay gầu. Dựa vào các lực tác dụng lên bộ phận công tác: Trọng lượng của cần Gc, của tay gầu Gt, của gầu và đất Gg+đ Lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu P1 ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu. Lực cản đào tại răng gầu do chướng ngại vật gây ra, Pđ. Lực nâng và hạ cần làm việc Pc, dưới tác dụng của Pc cần sẽ quay quanh khớp O1. Lực để quay tay gầu quanh khớp O (Pt). Lực quay gầu quanh khớp O2 (Pg). Dựa vào quá trình đào và tích đất tại hai vị trí (I) và (II). Mô hình tính toán Ta xét quá trình làm việc của máy đào như hình vẽ: Hình 3-1 Sơ đồ lực tác dụng lên máy đào KOMATSU PC 400-7. Xác định chiều dày phoi cắt lớn nhất, lực cản đào và tích đất Giả sử trong thời gian đào đất, gầu chuyển động nhờ tay gầu, chiều dày lớn nhất của phoi đất đạt được khi răng gầu cắt hết tầng đào và ngang với khớp O2. Khớp O2 có độ cao ngang mặt bằng đứng của máy. Trong trường hợp này chiều dày phoi đất lớn nhất được tính theo công thức : q: Dung tích hình học gầu q= 1,9 m3. b: Chiều rộng gầu b = 1475 (mm) = 1,475 (m). Hn: Chiều sâu đào đất. Ta có : O2 O3 = 3,38 (m). lg : chiều dài của gầu xúc: lg = 1,839 (m). Suy ra: Hn = O2O3 +lg= 3,38 + 1,839 = 5,219 (m). Kt: Hệ số tơi của đất, ta tính cho đất loại IV do đó ta chọn Kt = 1,37. Vậy chiều dày phoi đất lớn nhất là: (m) = 9,5 ( cm ). Trong trường hợp này, thành phần lực cản đào theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo đào lớn nhất tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu) được xác định theo công thức của N. G. Dombrovski: P1= K1.b.Cmax Trong đó: K1: Hệ số cản đào, theo bảng 1.III.1 [1] với đất cấp IV, chọn K1= 36 ( N/cm2 ). P1: Lực cản đào tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu (hay mép gàu). b: Chiều rộng gầu, b=147,5 (cm) Lực cản đào lớn nhất tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu: P1= b.K1.Cmax=147,5.36.9,5= 50445 (N). Xác định lực trong xilanh quay tay gầu Để xác định lực tác dụng lên cán piston của xi lanh quay tay gầu ta dựa vào đặc điểm thứ hai của quá trình đào và tích đất trong máy đào gầu ngược truyền động thuỷ lực. Theo đặc điểm này, ta có thể xem cần là cố định và gàu được liên kết cứng với tay gàu, chỉ có xi lanh quay tay gầu làm việc. Lực đẩy Pt của xylanh quay tay gầu sẽ đạt giá trị lớn nhất tại hai vị trí: Vị trí thứ nhất Vị trí thứ nhất với các đặc điểm tính toán như sau: Tay gầu gần như vuông góc với phương ngang, trục của tay gầu vuông góc với trục dọc của xi lanh quay tay gầu hay cũng chính là phương của lực Pt trong xi lanh quay tay gầu. Gàu bắt đầu cắt đất, răng gầu gặp chướng ngại vật. Hình 3-2 Sơ đồ xác định lực trong xi lanh quay tay gầu ở vị trí thứ nhất. Lấy tổng mô men các lực đối với khớp quay O2 ta có: Trong đó: Gt, Gg: trọng lượng của tay gầu và gầu. Với: Gt = 1374.9,81= 13478,94 (N). Gg = 1366.9,81 =13400,46 (N). P1: lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu. a1, a2, a3, a4: cánh tay đòn từ các lực đến khớp O2. Xác định các cánh tay đòn: + a1: Khoảng cách từ lực P1 đến khớp quay O2 a1 = O2. O3 + lg = 3,38 + 1,839 = 5,219 (m). + a2: Cánh tay đòn của Gg đối với O2 (m). + a3: Cánh tay đòn của Gt, a3 = 0. + a4: Cánh tay đòn của Pt đối với O2, a4 = 0,396 (m). Từ đó ta xác định được: Vị trí thứ hai. * Vị trí thứ hai với các đặc điểm tính toán như sau: Hình 3-3 Sơ đồ xác định lực trong xi lanh quay tay gầu ở vị trí thứ hai Gầu vẫn đang cắt đất ở cuối quá trình đào đất và tích đất vào gầu. Răng gầu cắt đất với chiều dày phoi cắt lớn nhất Cmax; gầu đã được tích đầy đất. Trong đó, vị trí thứ hai là vị trí tổng quát, luôn luôn xuất hiện trong quá trình đào đất và tích đất của máy đào gầu ngược. Do đó ta tiến hành xác định lực Pt trong xi lanh quay gầu ở vị trí thứ hai. Lực Pt có phương tạo với trục dọc của tay gầu góc a1. Lực Pt được xác định từ phương trình cân bằng mô men do các lực của hệ tay gầu và gầu gây ra với khớp O2 : Trong đó: Gt, Gg+đ : Trọng lượng tay gầu, trọng lượng gầu và đất ở trong gầu a1, a2, a3, a4 : Cánh tay đòn từ các lực đến khớp O2 P1: Lực cản đào tiếp tuyến tại răng gầu. Có Gt = 13478,94 (N), Gg = 13400,46 (N). Ta có Kt = và Gđ = V. : Khối lượng riêng của đất của đất trong gầu theo bảng 1.II.1 [1], chọn = 18000 (N/m3). => Gđ = (N). Gg+đ = Gg + Gđ = 13400,46 + 18394,2 = 31794,6 (N). Với P1 = 50445 (N). Xác định các cánh tay đòn: a1: khoảng cách từ lực P1 đến khớp quay O2. Lúc này, coi tay gầu và gầu nằm nghiêng so với phương ngang một góc 300, lực P1 vuông góc với tay gầu. a1 = (O2O3 + lg)cos300 = (3,38+ 1,839)cos300 = 4,52 (m). a2: khoảng cách từ Gg+đ đến khớp quay O2. Lấy Gg+đ nằm ở giữa gầu, vậy ta có: a2 = (O2O3+ 0,5.lg)cos300 = (3,38 + 0,5.1,839) cos300 = 3,72 (m). a3: khoảng cách từ Gt đến khớp quay O2. a3=(m). a4: cánh tay đòn từ lực Pt đến khớp quay O2. Lấy góc a1 = 450 => a4 = 0,396 (m). Từ đó ta có: Xác định lực trong xy lanh nâng cần Lực trong xi lanh nâng cần được xác định tại hai vị trí. Vị trí thứ nhất: Máy làm việc ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu, gầu đã đầy đất, xi lanh quay tay gầu và xi lanh quay gầu ngừng làm việc. Lúc đó, xi lanh nâng cần vươn ra từ từ để nâng toàn bộ thiết bị làm việc gồm cần, tay gầu, gầu chứa đầy đất, chuẩn bị quay máy đến vị trí xả. Vị trí thứ hai: Máy đã xả xong đất. Lúc này, toàn bộ thiết bị làm việc của máy vươn xa nhất, xi lanh nâng cần chuẩn bị thu về đưa thiết bị làm việc trở về chuẩn bị chu kỳ làm việc tiếp theo. Tại vị trí thứ nhất Lực trong xi lanh nâng cần được xác định tại thời điểm kết thúc giai đoạn đào và tích đất vào gầu, gầu đã đầy đất, xi lanh quay tay gầu và xy lanh quay tay gầu ngừng làm việc. Lúc đó, xi lanh nâng cần vươn ra từ từ để nâng toàn bộ thiết bị làm việc gồm cần, tay gầu và gầu chứa đầy đất lên khỏi tầng đào, chuẩn bị quay máy đến vị trí xả đất. Hình 3-4 Sơ đồ xác định lực trong xi lanh nâng cần Lực nâng cần Pc được xác định từ phương trình cân bằng mô men do các lực tác dụng lên cân gây ra so với khớp chân cần – khớp O1. åMO1 = 0 Suy ra: Pc = Trong đó: Gc, Gt, Gg+đ: trọng lượng của cần, tay gầu và gầu chứa đầy đất. b1, b2, b3, b4: cánh tay đòn tương ứng từ các lực đến khớp O1. Xi lanh nâng cần được dùng hai chiếc. Ta có: Gc = 3290.9,81=32274,9 (N). Gt = 13478,94 (N). Gg+đ = 31794,6 (N). Xác định các cánh tay đòn: b1 : khoảng cách từ Gg+đ đến khớp quay O1. Khi xi lanh nâng cần bắt đầu vươn ra từ từ, coi tay gàu nghiêng một góc a = 300, cần nằm ngang : b1 = lc – (O2O3 .cos300 + 0,5.lg) b1 = 7,06 –(3,38.cos300 + 0,5.1,839] = 3,2 (m). b2: khoảng cách từ Gt đến khớp quay O1. b2 = lc – (m). b3: khoảng cách từ Gc đến khớp O1. b3 = (m). b4: khoảng cách từ Pc đến khớp quay O1, coi đường tâm xi lanh cần nghiêng một góc a = 300 so với đường O1A. b4 = O1A.sin300 = 2,95.sin 300 = 1,475 (m). Từ đó ta có: Pc = = 64231,6 (N). => lực cần thiết trong mỗi xilanh nâng cần là : Px = (N). Vị trí thứ hai Máy đã xả xong đất. Lúc này toàn bộ thiết bị làm việc của máy vươn xa nhất, xi lanh nâng cần chuẩn bị thu về đưa thiết bị làm việc trở về chuẩn bị chu kỳ làm việc tiếp theo. Hình 3-5 Sơ đồ tính lực trong xi lanh nâng hạ cần ở trường hợp xả đất Lực nâng cần Pc được xác định từ phương trình cân bằng mômen do lực tác dụng lên cần gây ra so với khớp chân cần – khớp O1. åMO1 = 0 => Gg.b1 + Gt.b2 + Gc.b3 – Pc.b4 = 0 => Trong đó: Gg, Gt, Gc: Trọng lượng của gầu, tay gầu và cần. b1, b2, b3, b4: Cánh tay đòn tương ứng từ các lực đến khớp O1. Có: Gg =1366.9,81=13400,46 (N). Gc = 3290.9,81=32274,9 (N). Gt = 1374.9,81=13478,94 (N). - Xác định các cánh tay đòn: Coi lúc này cần nghiêng một góc 450 so với phương ngang, tay gầu nghiêng một góc 300. + Xác định b1:khoảng cách từ trọng tâm gầu đến khớp O1 b1=Lc.cos450+(O2O3+.lg).cos300 b1=7,06.cos450+(3,38+1,839/2).cos300 =8,72 (m). + Xác định b2:Khoảng cách từ Gt đến khớp O1 b2=Lc.cos450+ O2O3 .cos300 b2 = 7,06.cos450 +.3,38.cos300 = 6,5 (m). + Xác định b3: Khoảng cách từ Gc đến khớp O1. b3 = Lc.cos450 = .7,06. cos450 = 2,5 (m). Ta có b4 = 1,475 (m). => Pc =.(13400,46. 8,72 + 13478,94. 6,5 + 32274,9.2,5) = 193323,64 (N). => lực cần thiết trong mỗi xilanh nâng cần là : Px = (N). Xác định lực trong xi lanh quay gầu Xác định lực trong xi lanh quay gầu trong trường hợp gàu quay quanh khớp O3 (giữa gầu và tay gầu) để tiến hành xúc đất và tích đất vào gầu, xilanh cần và xilanh tay gầu cố định. Như vậy, khớp O3 cố định gầu quay từ vị trí I đến vị trí II tiến hành cắt đất và tích đất vào gầu với chiều cao H1. Khi răng gầu kết thúc quá trình cắt thì đạt độ cao ngang với khớp O3 và chiều dày phoi cắt lớn nhất. Hình 3-6 Sơ đồ xác định lực trong xi lanh quay gàu của máy đào a. Xác định lực trong xi lanh quay gầu Dựa vào đặc điểm thứ nhất, ta có thể xác định được lực trong xi lanh quay gầu khi răng gầu ở vị trí thứ II bằng cách thiết lập phương trình cân bằng mômen với điểm O3. åMo3 = 0. =>Pg.r3 - P1.r1 - Gg+d.r2 = 0. Suyra: Trong đó: r1,r2,r3: cánh tay đòn của các lực đối với điểm O3. Gg+đ: trọng lượng gầu và đất trong gầu. P1: lực cản đào tiếp tuyến của đất tác dụng lên răng gầu. Xác định các cánh tay đòn: +r1 : khoảng cách từ lực P1 đến khớp quay O3 r1 = Lg = 1,839 (m). +r2 : khoảng cách từ Gg+đ đến khớp quay O3 r2 = Lg = 1,839 =0,9195 (m). +r3 : khoảng cách từ lực Pg đến khớp quay O3, r3 = 0,234 (m). Xác định các lực: + Ta có Gg+đ = 31794,6 (N) + Xác định P1: Ta tính cho đất loại IV: Chọn Kt = 1,37. Với b = 1,475 m. Chiều sâu tầng đào Hn Hn = lg = 1,839 (m). Vậy chiều dày phoi đất lớn nhất là: (m) = 51,13 (cm) Trong trường hợp này, thành phần lực cản đào theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo đào lớn nhất tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu) được xác định theo công thức của N. G. Dombrovski: P1= K1.b.Cmax Trong đó: K1: Hệ số cản đào, theo bảng (1.III.1,[1]) với đất cấp IV Ta chọn K1= 36 ( N/cm2 ). P1: Lực cản đào tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu (hay mép gầu). b: Chiều rộng gầu, b=147,5 (cm) Lực cản đào lớn nhất tiếp tuyến tác dụng lên răng gầu ở vị trí II là: P1= b.K1.Cmax=147,5.36.51,13= 27150,03 (N) Lực trong xi lanh quay gầu là: Pg = (27150,03. 1,839 + 31794,6.0,9195) = 338307,9 (N) Tính toán kiểm nghiệm hệ thống truyền động của máy đào KOMATSU PC 400-7 Thông qua việc tính toán kiểm tra bộ công tác của máy đào ta tính được lực lớn nhất cần sinh ra trong các xilanh của bộ công tác máy đào. Đây chính là cơ sở cho việc so sánh với lực lớn nhất được sinh ra bởi áp lực dầu trong hệ thống thuỷ lực. Nếu lực tính toán nhỏ hơn hoặc bằng với lực do áp lực dầu sinh ra thì máy đào có thể làm việc tốt với những chế độ tải nặng. Đối với máy đào Komatsu PC 400-7 là máy đào đã được tính toán làm việc tốt cho những điều kiện khắc nghiệt nhất. Sau khi tính toán lại bộ phận công tác ở chế độ tải nặng. Ta chọn ở cấp đất lớn nhất, chọn các hệ số ở mức độ tải trọng làm việc nặng nhất, những lực sinh ra ở các xi lanh như sau Ký hiệu Tải trọng (N) Hành trình (mm) XL cần (1) 96611,82 1570 XL tay gầu (2) 389388 1820 XL gầu (3) 338307,9 1270 Để máy đào có thể hoạt động tốt nhất ở mọi điều kiện làm việc thì lực đẩy F của các pittông do áp lực chất lỏng trong hệ thống thủy lực sinh ra phải lớn hơn giá trị tính được. Tức là F P Tính các lực lớn nhất của các xilanh Áp suất của chất lỏng làm việc trong hệ thống bằng giá trị cực đại mà bơm của hệ thống bơm có thể cung cấp được: Pmax = 38 MPa = 380 bar. (Hay là P = 380.105 N/m2) Khi các xilanh làm việc lực sinh ra ở cần piston theo áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực được tính như sau: F1 : Lực đẩy cán piston, N P1, P2 : áp lực dầu công tác, bar A1, A2 : Diện tích phần chịu áp lực dầu công tác của các bề mặt piston, m2 D : Đường kính piston, mm d: Đường kính cán piston, mm Ps: áp suất dầu công tác từ bơm, bar Hình 3-7 Sơ đồ xác định lực sinh ra của xilanh công tác p1A1 - p2A2 = Trong đó: hc : Hiệu suất cơ khí của xi lanh thủy lực, thường lấy hc = 0,95 A1, A2 : Diện tích làm việc của pittông ở phía không chứa cần và phía đối diện. A1 = ; A2 = Thông số D(mm) d (mm) Xilanh cần 160 110 Xilanh tay gầu 185 120 Xialnh gầu 160 110 + Xilanh cần: A1 = = A2 = = + Xilanh tay gầu: A1 = = A2 = = + Xilanh gầu: A1 = = A2 = = p1, p2 : Áp suất chất lỏng trước và sau piston. Do có tổn thất trên hệ thống thủy lực nên giá trị áp suất p1 và p2 phải được nhân với hệ số h. Ta chọn h= 0,8: p1 = 380.105.0,8 = 304.105 (N/m2) , p2 = 20.105.0,8= 16.105 (N/m2). => Lực sinh ra của các xilanh: F= hc (p1A1 - p2A2 ) + Xilanh cần: Fc= hc (p1A1 - p2A2) = 0,95.105 (304.20096.10-6 - 16.10597,5.10-6) = 564264,28 (N) + Xilanh tay gầu: Ftc=hc (p1A1 - p2A2)= 0,95.105(304.26866,6.10-6 - 16.15562,6.10-6)= 752252,3 (N) + Xilanh gầu: Fc= hc (p1A1 - p2A2 )= 0,95.105 (304.20096.10-6 - 16.10597,5.10-6) = 564264,28 (N) Sau khi tính toán ta xác định được lực lớn nhất của các xilanh như sau: Ký hiệu Lực lớn nhất (N) XL1 564264,28 XL2 752252,3 XL3 564264,28 Dựa vào kết quả tính toán ta thấy lực lớn nhất của các xilanh luôn luôn đảm bảo lớn hơn lực cản của bộ công tác đã tính toán ở trên. Do đó có thể khẳng định rằng máy đào Komatsu PC 400-7 có khả năng làm việc với những điều kiện làm việc nặng nhọc nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngũ, Lưu Bá Thuận. “Máy làm Đất”. Nhà xuất bản xây dựng 2004. [2] I.L.Berkman, A.V.Rannev, A.K.Reis. “Máy xúc xây dựng một gàu vạn năng”. Nhà xuất bản MIR Maxcơva-Liên xô 1984. [3] Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi, Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận. “Thuỷ lực và máy thuỷ lực tập 2”. Nhà xuất bản Đại Học và Trung Học Chuyên Nghiệp, Hà Nội 1972. [4] Shop manual PC 400-7. [5] Catalogue PC 400-7. [6] Lưu Bá Thuận. “Tính toán máy làm đất”. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội 2005.