Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
1

Ngành: Kỹ thuật

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH VÀ MÁY ĐÀO PC
200 CỦA KOMATSU...............................................................................................5
1.1. Máy đào gầu nghịch và tình hình sử dụng ở Việt nam....................................5
1.1.1. Máy đào gầu nghịch........................................................................................5
1.1.2. Tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam..................................................10
1.2. Tìm hiểu về máy đào PC200........................................................................12
1.2.1. Giới thiệu về máy đào PC200 của Nhật.........................................................12
1.2.2. Một số đặc điểm chính của máy đào Komatsu PC200...................................14
1.2.2.1. Kích thước của máy....................................................................................14
1.2.2.2. Các kích thước chính của bộ công tác.......................................................16
1.2.2.3. Các thông số của động cơ diezel máy đào PC200:.....................................18
1.2.3. Tính các vị trí ổn định của máy cơ sở............................................................19
1.2.3.1. Vị trí thứ nhất.............................................................................................19
1.2.3.2. Vị trí thứ hai...............................................................................................21
1.2.3.3. Vị trí thứ ba................................................................................................23
1.2.3.3. Vị trí thứ tư.................................................................................................23
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BỘ CÔNG TÁC VỚI DUNG TÍCH GẦU 0,6M3.......26
2.1 Xác định thông số hình học của toàn tay gầu mới........................................26
2.2. Tính toán thiết kế gầu..................................................................................29
2.2.1. Kích thước cơ bản của gầu, với dung tích gầu q= 0,6 m3..............................29
2.2.2. Xác định các lực tác dụng lên gầu khi đào.....................................................31

2.3.1.Vị trí thứ hai...................................................................................................69
2.4. Tính bền chốt...............................................................................................72
2.4.1.Tính bền chốt giữa cần và tay gầu..................................................................72
2.4.2. Tính bền chốt giữa gầu và tay gầu.................................................................75
2.5. Kiểm tra ổn định của máy sau khi lắp bộ công tác mới................................76
2.5.1. Vị trí thứ nhất................................................................................................76
2.5.2. Vị trí thứ hai..................................................................................................78
2.5.3. Vị trí thứ ba...................................................................................................79
2.5.4. Vị trí thứ tư....................................................................................................79
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THUỶ LỰC DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC................81
3.1. Xác định các lực tác dụng lên các xilanh......................................................81
3.1.1. Sơ đồ động học xác định khoang đào của máy..............................................81
3.1.2. Tính toán lực tác dụng lên xilanh gầu:...........................................................82
3.1.2. Tính toán lực tác dụng lên xilanh tay gầu:.....................................................84
3.1.4. Tính toán lực tác dụng lên xilanh cần............................................................85
3.2. Tính chọn xilanh thuỷ lực:............................................................................87
3.2.1.Tính chọn xilanh gầu:.....................................................................................88
3.2.2. Tính chọn xilanh tay gầu cố định...................................................................88
3.2.3. Tính chọn xilanh tay gầu di động..................................................................89
3.2.4. Tính chọn xilanh cần.....................................................................................89
3.3. Hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác....................................................90
3.3.1.Nguyên lý làm việc của hệ thống thuỷ lực......................................................90
3.3.2. Các bộ phận điều khiển chính........................................................................90
3.3.2.1.Van điều khiển chính: PC............................................................................91
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
4

Ngành: Kỹ thuật

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất
nước việc cơ giới hoá trong các công trình xây dung cơ bản là rất quan trọng và
ngày càng diển ra mạnh mẽ. Cơ giới hoá rút ngắn thời gian thi công, giảm nhân lực
và mang lại hiệu quả công việc rất cao.Trong các công trình xây dựng nói chung và
thuỷ lợi nói riêng công tác đất chiếm phần lớn công việc, cơ gới hoá công tác đất
cũng đang diễn ra với tốc độ cao trong đó máy đào giữ vai trò chủ đạo. Công việc
chủ yếu của máy đào là đào và vận chuyển đất, đó khâu đầu tiên trong dây chuyền
thi công. Nếu máy đào làm việc hiệu quả thì năng suất tổ máy tăng và ngược lại nếu
máy đào làm việc kém hiệu quả thì dẩn đến năng suất tổ máy giảm, điều này làm
giảm tiến độ thi công.
Trên thực tế các chủng loại máy đào được sử dụng trong các công trình xây
dựng là rất phong phú và đa dạng, các loại máy đào được nhập từ các nước tư bản
trên thế giới với nhiều chủng loại kích thước và các tính năng ưu việt khác nhau.
Tuy nhiên trong quá trình sử dụng máy do không nắm vững các kỷ thuật vận hành,
bảo dưỡng và sữa chữa nên không thể tránh khỏi sự hỏng hóc các hệ thống, các bộ

cứu thiết kế chế tạo bộ công tác là rất cần thiết. Do đó em đã được giao đề tài đồ án
tốt nghiệp: "Tính toán thiết kế cải tiến bộ công tác máy đào gầu nghịch PC200
của KOMATSU " với dung tích gầu 0,6 m3.
Nội dung thuyết minh đồ án được tiến hành với trình tự sau:
* Chương 1: Tổng quan về máy đào gầu nghịch và máy đào PC200.
* Chương 2: Tính toán thiết kế bộ công tác có dung tích gầu q= 0,6 m 3.
* Chương 3: Hệ thống thuỷ lực điều khiển bộ công tác.
* Kết luận và những kiến nghị
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÀO GẦU NGHỊCH VÀ MÁY ĐÀO
PC 200 CỦA KOMATSU
1.1. Máy đào gầu nghịch và tình hình sử dụng ở Việt nam.
1.1.1. Máy đào gầu nghịch.
Nhìn chung công nghiệp chế tạo máy xây dựng so với nền công nghiệp chế tạo
máy thì còn non trẻ, thực tế máy làm đất ra đời từ thế kỷ thứ XIX, khi xuất hiện và
dùng rộng rãi máy hơi nước.
Năm 1836 máy đào hơi nước đầu tiên có dung tích gầu q = 1,14 (m 3)ra đời, động
cơ hơi nước kiểu đứng, công suất 15 (mã lực), áp suất hơi nước 0,5 (Mpa). Máy đào
có 3 cơ cấu chính: nâng hạ gầu, quay cần, co duỗi tay đẩy. Năng suất của máy đào
từ 30 – 80 (m3/h) nhỏ hơn 1,5- 2 lần năng suất máy đào hiện nay có cùng dung tích
nhưng khối lượng nặng hơn nhiều.

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


ỏn tt nghip
C Khớ


Hình1-1 :Cấu tạo chung máy đào xích, thuỷ lực gầu sấp:
1- Xích di chuyển, 2- Máy cơ sở, 3- Cần, 4- Xi lanh nâng cần, 5- Xi lanh tay
gầu,
6- Tay gầu, 7- Xi lanh quay gầu, 8- Gầu.

Gvhd : PGS.TS Nguyn ng Cng
Svth : Phựng Vn Ngc
45M

Lp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
7

Ngành: Kỹ thuật

Loại này đào đất thấp hơn mặt bằng máy đứng. Có thể dùng để đào kênh mương
rãnh đặt đường ống, nạo vét cửa cống, đào giao thông hào, hố móng, khai thác vật
liệu,...
Xilanh 4 nâng cần đảm bảo độ nghiêng thích hợp, co xilanh 5 thực hiện việc duỗi
gầu, kết hợp hạ cần bằng xilanh 4 để đặt gầu vào vị trí cắt đất.
Duỗi xilanh 4, nâng gầu, thực hiện việc cắt đất.
Khi gầu đầy đất, cũng là lúc gầu lên tới miệng hố đào, kết hợp các xilanh 4 và 5
nâng gầu lên đến một độ cao nào đó, kết hợp quay đến vị trí đổ.
Thu các xilanh 5 và 7, quay gầu duỗi ra đất được đổ qua miệng gầu.

Cơ Khí

Trang
8

Ngành: Kỹ thuật

động của máy êm dịu và có hiệu suất cao, ưu tiên dồn công suất thuỷ lực cho các cơ
cấu hoạt động cần ưu tiên ở mỗi trường hợp cụ thể làm tăng khả năng hoạt động
nhờ việc duy trì sự cân bằng tối ưu giữa tốc độ động cơ và yêu cầu thuỷ lực trong
suốt thời gian máy hoạt động. Tình trạng kĩ thuật của máy được thể hiện trên bảng
báo, có các tín hiệu báo động cần thiết, giúp người vận hành có thể kịp thời khắc
phục được các hỏng hóc có thể xảy ra.
Hệ thống thuỷ lực: Các hệ thống thuỷ lực được cải tiến có áp suất cao hơn, làm
tăng lực dẫn động từ các xi lanh tới cần, tay gầu và gầu. Khi lực dẫn động tăng,
khối lượng vật liệu được đào sẽ tăng lên, khả năng nâng của máy lớn hơn và thời
gian chu kì làm việc của máy giảm, làm tăng năng suất máy.
Động cơ: Thường được trang bị tuabin tăng áp, làm mát sau để đảm bảo cháy
hết nhiên liệu. Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cho từng vòi phun, bơm cao áp
riêng cho từng xi lanh. Động cơ có bộ điều khiển tự động cho phép người lái tác
động bằng các nút bấm, điều khiển tốc độ động cơ ở ba mức, phù hợp với tải trọng
ngoài, đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu. Các động cơ được chế tạo với mức độ ô
nhiễm môi trường thấp, thoả mãn các tiêu chuẩn nêu trong các điều luật về bảo vệ
môi trường của tổ chức bảo vệ môi trường thế giới.
Hệ thống gầm và kết cấu khung: Hệ thống gầm có độ ổn định cao và ít cần bảo
dưỡng. Khung con lăn đỡ xích hoạt động êm và dễ làm sạch. Kết cấu máy có độ bền
lớn, tuổi thọ cao.

Hình 1-2 : khung máy
Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường


Lớp


ỏn tt nghip
C Khớ

Trang
10

Ngnh: K thut

Hỡnh 1-4: Cỏc loi gu ca mỏy o gu nghch.
Xớch di chuyn: xớch ca mỏy o cú chc nng di chuyn, phõn b trng lng
ca mỏy xung nn t.

6

5

4

3

2

1

1.1.2.


Gvhd : PGS.TS Nguyn ng Cng
Svth : Phựng Vn Ngc
45M

Lp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
11

Ngành: Kỹ thuật

khai thác mỏ lộ thiên ở Quảng Ninh. Tuy máy móc của các nước tư bản chế tạo hoạt
động có hiệu quả hơn nhưng do giá thành đầu tư ban đầu lớn nên thời kỳ này nhiều
máy móc của các nước XHCN cũ vẫn được sử dụng rộng rãi.
Đến những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước, cùng với công cuộc đổi mới
đất nước, tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam được cải thiện. Các công trình
có qui mô lớn, chất lượng đòi hỏi cao, thời gian xây dựng dài người ta đã sử dụng
các tổ máy đồng bộ, hiện đại. Trong khi đó ở các công trình nhỏ, thời gian xây dựng
ngắn vẫn phải dựa trên cơ sở máy móc hiện có của các cơ sở xây dựng và chỉ đầu tư
thêm một số thiết bị lẻ để thi công.
Do chính sách mở cửa, dưới sức ép của nền kinh tế thị trường và chất lượng
công trình đòi hỏi cao, thời gian thi công rút ngắn nên máy làm đất được nhập vào
nước ta cũng dần được nâng cao về chất. Người ta đã tính đến hiệu quả thực tế cuối
cùng của một thiết bị mang lại chứ không còn quá quan tâm đến giá đầu tư ban đầu,
bởi vì thực sự thì giá đầu tư ban đầu theo kinh nghiệm chỉ chiếm khoảng 25% tổng
chi phí cho cả đời máy (Caterpillar Annual Report – 1999 ). Hiệu quả của thiết bị


Hình 1.6 Một số hình ảnh về cải tiến bộ công tác máy đào
1.2. Tìm hiểu về máy đào PC200
1.2.1. Giới thiệu về máy đào PC200 của Nhật.
Komatsu là một tập đoàn chuyên sản xuất máy xây dựng có uy tín trên thế giới
đặc biệt là các loại máy làm công tác đất. Được xây dựng từ năm 1921 dựa trên
những kinh nghiệm tích luỹ từ trước nên Komatsu đáp ứng được những yêu cầu cao
về công nghệ và tính kinh tế. Là một công ty của Nhật nên Komatsu hiểu rõ những
tính chất về địa lý, địa chất cũng như môi trường của các nước Châu á, do đó các
loại máy do Komatsu chế tạo rất phù hợp với điều kiện sử dụng và bảo quản ở các
nước Châu á nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Trong các loại máy của Komatsu
được sử dụng ở Việt Nam ta thấy chủ yếu là các dòng máy PC trong đó PC200 được
sử dụng rất rộng rãi, do có kích thước phù hợp đồng thời giá thành mua vào của
máy không quá cao nên PC 200 được sử dụng nhiều ở Việt Nam .
Do PC200 được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam nên việc sửa chữa, hoặc thay thế
những phần hư hỏng của máy nếu được thực hiện bằng các cơ sở trong nước thì giá
thành sẽ giảm đi đáng kể.
Hình 1-7: Một số hình ảnh về loại máy đào PC200:

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường

Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

C = 3190 (mm);
Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
15

Ngành: Kỹ thuật

Chiều rộng tổng thể:

D = 2800 (mm);

Chiều cao kể cả cabin:

E = 3000 (mm);

Chiều cao từ mặt đất đến đáy thùng máy: F = 1085 (mm);
Chiều cao gầm máy:

G = 440 (mm);

Khoảng cách tâm quay đến đuôi máy:



Chiều cao đổ nhỏ nhất:

E = 7110 (mm)

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
16

Ngành: Kỹ thuật

Tầm vươn đào lớn nhất:

F = 1000 (mm)

Tầm vươn ngang mặt đất:

G = 9700 (mm)

1.2.2.2. Các kích thước chính của bộ công tác.
a. Kích thước của cần.

Ngành: Kỹ thuật

A6
A5

A4

A7
A3

A2
A1

Hình 1-11 : Kích thước cơ bản của tay gầu và xilanh tay gầu.
Trong đó:
A1 = 3748 (mm);A2 = 2919 (mm); A3 = 950(mm); A4 = 1185(mm);
A5 = 600(mm); A6 = 610 (mm); A7 = 410(mm);
Khối lượng của tay gầu: Gt = 653 (kg) = 6,406 (KN).
Khối lượng của xilanh tay gầu: Gxt = 226 (kg) = 2,217 (KN).
c. Kích thước gầu.

A1
A5

A7

A6

A2




Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
18

- áp suất xilanh là:

Ngành: Kỹ thuật

p = 300 (kg/cm2) = 3

- Đường kính trong của xilanh là :

(kN/cm2)

d = 11,5

(cm)

Vậy lực lớn nhất xilanh có thể sinh ra là:

d2
11,52
=3. 3,14.
= 311,6
4
4


d = 13

(cm)

- số lượng : 2 xilanh
Vậy lực lớn nhất xilanh có thể sinh ra là:
⇒ Pmaxxc =2.p. π .

d2
132
=2.3. 3,14.
= 795,99 (kN)
4
4

1.2.2.3. Các thông số của động cơ diezel máy đào PC200:
Công suất động cơ diezen trên máy:

Nđ/c = 106,7 (KW).

Áp suất định mức:

PPC200 = 37,2 (MPa).

Tốc độ trung bình của động cơ:
Mô men xoắn lớn nhất:
Lực đào lớn nhất:

nđ/c = 1950 (vòng/phút).

12,4 (vòng/phút).
200
3,0 – 5,5 (km/h).
41,1 (Mpa).

1.2.3. Tính các vị trí ổn định của máy cơ sở.
Để tính toán thiết kế bộ công tác lắp trên máy cơ sở PC200, trước hết ta đi xác
định các vị trí tính ổn định của máy cơ sở PC200. Tại các vị trí trên ta sẽ tìm được
mô men đối với khớp chân cần. Giá trị mô men đó phải được giữ nguyên khi lắp bộ
công tác có dung tích gầu 0,6 m3. Các vị trí tính toán sẽ được trình bày dưới đây.
1.2.3.1. Vị trí thứ nhất.
Máy đang thực hiện quá trình đào đất, tại một vị trí trên khoang đào thì gầu gặp
phải chướng ngại vật.
* Điều kiện ổn định:
Máy nằm ngang trên xích, phương của của cần vuông góc với phương di
chuyển của máy.
Cần có góc nghiêng so với phương ngang là nhỏ nhất.
Máy làm việc trên mặt phẳng ngang.
Gầu đang trong quá trình cắt đất, răng gầu gặp chướng ngại vật. Trong gầu
không có đất hoặc nếu có thì trọng lượng có thể bỏ qua khi tính toán.

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí


gc
g xc

o2

gt

Gxg
o3
p0
Rp

30
=22

g gd

Hình 1-13: vị trí tính toán thứ nhất.
M01: - Mô men đối với chân cần được xác định theo công thức:
M01 = Gc.Rc + Gt.Rt+ Gg.Rg+ P01.Rp +Gxc.Rxc + Gxt.Rxt+ Gxg.Rxg
+ Gc, Gt, Gg , Gxc, G xt, Gxg: trọng lượng cần máy, tay gầu, gầu, xy lanh cần xy
lanh tay gầu và trọng lượng xy lanh gầu.
+ P0- Lực cản đào lớn nhất do chướng ngại vật sinh ra tại răng gầu:
P0 = P1.kđ

(2-14a) - [II]

kđ - Hệ số tải trọng động, chọn: kđ = 1,3
P1 - Lực cản đào tiếp tuyến của đất tác dụng lên răng gầu, tính theo công

(2)
b.H d .kt

(5-14) - [I]

Trong đó:
q - Dung tích hình học của gầu: q = 0,8 (m3);
b - Chiều rộng cắt lấy bằng chiều rộng gầu; b = 1,15 (m).
Hđ - Chiều cao đào lớn nhất. được xác định theo hệ số kq trong bảng (2-2) - [II]
Hđ =7,75. 3 0,8 = 7,19 (m);
kt - Hệ số tơi của đất, với đất cấp IV chọn: kt = 1,33
Từ công thức (1) và (2) ta có biểu thức để tính P1:
P1 =
Vậy:

k .q
300.0,8
=
= 25,1( KN )
H d .k t 7,19.1,33

P0 = 25,1*1,3 = 32,63 (KN).

Khối lượng các chi tiết trên bộ công tác:
Khối lượng cần:

Gc = 13,81 (KN).

Khối lượng tay gầu: Gtg = 6,406 (KN).
Khối lượng gầu:

chuyển của máy.
- Cần có góc nghiêng so với phương ngang là 450.
- Tay gầu có phương vuông góc với cần.
- Máy làm việc trên mặt phẳng ngang.
- Gầu vẫn còn cắt đất với chiều dày cắt lớn nhất và răng gầu chịu lực cản đào P 1
ở giai đoạn cuối của quá trình đào đất.
- Gầu đã tích đầy đất, chuẩn bị kết thúc giai đoạn đào đất và chuyển qua giai
đoạn quay máy đến vị trí đổ đất.
Rxg = 6288
Rt =5937
Rgd =5656
Rxt4259
Rc =2438

Rxc=1336

k o ma t su

g xt
o1

o2

gc

pc
200

gt
Rp

Ngành: Kỹ thuật

1.2.3.3. Vị trí thứ ba.
Máy đang tiến hành xả đất với vị trí gầu xa nhất, gầu đầy đất, cần hợp với
phương ngang góc α1 = 90, tay gầu hợp với phương ngang góc α2 = 250
Rgd =8938
Rxg = 7396
Rt =6450
Rxt = 4334
Rc =2522
Rxc = 1317

k o mat su

gc
o1

o2

°
25

gt
9°

pc
200

g xt


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
24

Ngành: Kỹ thuật

Rgd =8938
Rxg = 7396
Rt =6450
Rxt = 4334
Rc =2576
Rxc = 1372

pc
200

kom
a t su

o1
gc

g xt

o2

g xc
gt

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp


Đồ án tốt nghiệp
Cơ Khí

Trang
25

Ngành: Kỹ thuật

Từ phương trình trên là cơ sở cho ta đi tính toán bộ công tác mới có tính năng làm
việc đa dạng phù hợp với các công việc khác nhau, đối với máy Komatsu PC200
dung tích gầu nằm trong khoảng sau 0,45 ≤ q ≤ 1,15 cho nên ta có thể thay thế các
bộ công tác khác nhau với dung tích gầu nằm trong khoảng cho phép:
Bảng giá trị của các thông số máy cơ sở
STT

Tên gọi

Giá trị

Đơn vị

1



khớp

Hình 1-17 Hình ảnh máy đào thay đổi tầm vươn

Gvhd : PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
Svth : Phùng Văn Ngọc
45M

Lớp