Nghiên cứu chế tạo phục hồi gầu công dụng chung của máy xúc Komatsu PC220 nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

----------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHỤC HỒI GẦU CÔNG

DỤNG CHUNG CỦA MÁY XÚC KOMATSU PC220

NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG VÀ HIỆU QUẢ

KINH TẾ

TRẦN THỊ HUYỀN THANH

11/2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Thị Huyền Thanh, học viên lớp Cao học K10 – CN CTM. Sau

hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự

giúp đỡ của PGS.TS Vũ Quý Đạc đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học.

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu chế tạo phục hồi

gầu công dụng chung của máy xúc KOMATSU PC220 nhằm nâng cao chất lượng

và hiệu quả kinh tế”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự

hướng dẫn của PGS.TS Vũ Quý Đạc và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê.

Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào. Nếu

có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Người cam đoan

Trần Thị Huyền Thanh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 2

Phần I. MỞ ĐẦU 3

1. Tính cấp thiết của đề tài 3

2. Mục đích nghiên cứu 3

3. Đối tượng nghiên cứu 4

4. Phương pháp nghiên cứu 4

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Phần II: NỘI DUNG - 5 -

Chƣơng 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY XÚC VÀ GẦU XÚC CÔNG

DỤNG CHUNG KOMATSU PC220

- 5 -

1. Giới thiệu chung 5

1.1 Giới thiệu chung về các loại máy xúc thuỷ lực gầu ngược - 5 -

1.2. Giới thiệu chung về các loại gầu xúc - 6 -

2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy xúc Komatsu PC220 - 9 -

3. Nghiên cứu về động học và động lực học quá trình làm việc cảu gầu xúc 15

3.1. Động học và động lực học gầu xúc 15

3.2. Phân tích lực tác động lên gầu xúc 29

Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN

CHẾ TẠO PHỤC HỒI

34

1.Mòn vật liệu 35

1.1. Mòn kim loại và hợp kim 36

1.2. Ma sát và mòn chất dẻo 41

1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới mòn 41

2. Các dạng hỏng và nguyên nhân 47

2.1. Đánh giá và phân loại các dạng hỏng 47

2.2. Cơ chế phá hỏng và nguyên nhân gây ra với một số chi tiết chủ yếu 51

3. Hiện trạng công nghệ chế tạo phục hồi gầu xúc tại Việt Nam 60

3.1 Các số liệu khảo sát từ thực tế 60

3.2. Nhận xét: 63

4. Đề xuất giải pháp công nghệ chế tạo phục hồi 66

4.1 Giới thiệu chung 66

4.2.Phân loại các dạng hỏng 68

4.3.Đề xuất phương pháp phục hồi chi tiết 70

5. Kết luận 72

Chƣơng 3.NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHẾ

TẠO PHỤC HỒI GẦU XÚC KOMATSU PC220

74

1.Chọn phương pháp sửa chữa và phục hồi chi tiết 74

2. Phục hồi chi tiết 75

2.1. Phục hồi bằng hàn đắp 75

2.2. Phục hồi bằng gia công cơ khí 79

2.3. Đúc mới răng gầu 80

3. Thử nghiệm 82

4. Kết luận 82

Phần 3. KẾT LUẬN CHUNG 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 2 -

LỜI NÓI ĐẦU

Với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước, trong những năm qua nước

ta đã thu hút được nhiều vốn đầu tư của nước ngoài cho nhiều lĩnh vực, trong đó có

lĩnh vực xây dựng cơ bản. Điều này càng làm cho số lượng và chủng loại máy xây

dựng (đặc biệt là máy xúc) ở nước ta vốn đã rất đa dạng, nay lại càng đa dạng hơn.

Ngoài những máy xúc mang tính thông dụng và truyền thống vẫn nhập từ Liên bang

Nga, chúng ta còn đầu tư nhiều loại máy móc từ các nước tư bản khác. Những máy

móc này có nhiều tính ưu việt trong thi công như tính gọn nhẹ, độ bền cao, độ tin

cậy làm việc lớn, năng suất và chất lượng sản phẩm cao v.v…, chính điều này gây

một trở ngại lớn cho việc tổ chức sửa chữa theo hình thức công nghiệp và hiện đại

hóa như sửa chữa theo hình thức chuyên môn hóa, sử dụng các thiết bị chuyên dùng

cho công tác sửa chữa, nhập vật tư phụ tùng thay thế v.v…

Xuất phát từ đó tác giả đã lựa chọn đề tài "Nghiên cứu chế tạo phục hồi gầu

công dụng chung của máy xúc KOMATSU PC 220 nhằm nâng cao chất lượng và

hiệu quả kinh tế".

Đây là đề tài khoa học Công nghệ chế tạo máy nhưng để hoàn thành được đề

tài nghiên cứu thì ngoài tài liệu chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy thì tác giả

còn cần nghiên cứu rất nhiều tài liệu chuyên ngành Máy xây dựng, Cơ học đất ; Do

vậy việc tìm tài liệu tham khảo để phục vụ cho luận văn và việc nghiên cứu tài liệu

tham khảo của tác giả gặp rất nhiều khó khăn cộng thêm thời gian nghiên cứu luận

văn có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự quan tâm, góp ý

của các Thầy, Cô và đồng nghiệp để đề tài đạt chất lượng cao hơn.

Để luận văn hoàn thành đúng thời hạn, cùng với sự nỗ lực của bản thân tác

giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ. Trước tiên tác giả xin trân thành cảm ơn

PGS.TS Vũ Quý Đạc, người thầy hướng dẫn khoa học chính giúp tác giả hoàn

thành luận văn này. Ngoài ra cũng xin trân thành cảm ơn Trường Trung cấp nghề

số 1 - BQP, Công ty cổ phần Cơ khí Mỏ, Xưởng X79 - Quân khu 1,…đã giúp tác

giả trong quá trình thực nghiệm để luận văn hoàn thành đúng thời hạn./.

Thái Nguyên, ngày 6 tháng 11 năm 2009

HỌC VIÊN

Trần Thị Huyền Thanh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 3 -

Phần I. MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.

Việc sử dụng thiết bị cơ giới trong thi công đóng vai trò rất quan trọng trong

việc nâng cao chất lượng công trình, đẩy nhanh tiến độ thi công, nâng cao hiệu quả

kinh tế và cải thiện điều kiện lao động của con người.

Xuất phát từ quan điểm này trong nhiều năm qua, Việt Nam đã nhập và chế

tạo thêm khá nhiều các máy xây dựng khác nhau. Theo số liệu thống kê của Tổng

cục Hải quan, tổng kim ngạch nhập khẩu máy xây dựng vào nước ta trong tháng

10/2008 đạt 13,6 triệu USD. Trong đó, nhập khẩu máy xúc đào là tăng 1,8%. Theo

thống kê ở nhiều công trình xây dựng thấy rằng khối lượng đất, đá, than, quặng …

do máy xúc đảm nhiệm chiếm trên 50% của tổng khối lượng công việc.

Trong quá trình sử dụng gầu của máy xúc đào bị mòn chốt, mòn bạc do ma

sát lẫn nhau, răng gầu mòn vì ma sát, bị hỏng vì mặt ngoài bị tác dụng của nhiệt độ

cao, một số bị biến dạng vì bị va chạm. Ngoài ra có khi do sử dụng và thao tác

không chính xác, việc chăm sóc và bảo dưỡng không chu đáo cũng làm cho gầu

chóng bị mòn và hư hỏng; có một số trường hợp do chất lượng thiết kế và chế tạo

không tốt cũng dẫn đến những hiện tượng trên. Máy móc bị mòn và hư hỏng là điều

thường xảy ra trong toàn bộ quá trình sử dụng và vận hành máy. Số lượng máy xúc

hiện nay đang sử dụng ở nước ta là rất lớn. Việc nhập khẩu những phụ tùng thay thế

nguyên chiếc là không hiệu quả về kinh tế. Vậy đề tài:

"Nghiên cứu chế tạo phục hồi gầu công dụng chung của máy xúc KOMATSU PC

220 nhằm nâng cao chất lƣợng và hiệu quả kinh tế" là rất cần thiết.

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

Phân loại đánh giá các dạng hỏng của gầu xúc, phát hiện những nguyên

nhân chủ yếu, tìm ra cơ chế phá hỏng, từ đó đề xuất phương án chế tạo phục hồi.

3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU.

- Răng gầu máy xúc KOMATSU PC 220

- Chốt, bạc của gầu máy xúc KOMATSU PC 220

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 4 -

4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.

a.Ý nghĩa khoa học.

Nghiên cứu ứng dụng thành công phương án chế tạo phục hồi vào quá trình

cải tạo, sửa chữa chi tiết gầu máy xúc sẽ đóng góp thêm các kiến thức về công nghệ

sửa chữa chi tiết máy. Cung cấp thêm kiến thức về cơ chế mòn của chi tiết gầu

trong các máy xúc đào thi công.

b.Ý nghĩa thực tiễn.

Với các ứng dụng của nghiên cứu áp dụng cho gầu máy xúc sẽ làm quá trình

sử dụng công suất máy được triệt để nhờ cớ sẵn đồ thay thế, làm giảm công sức sửa

chữa của công nhân và mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn. Ngoài lợi ích về kinh tế,

việc tìm ra phương án chế tạo phục hồi hiệu quả còn làm tăng tuổi thọ của gầu xúc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 5 -

Phần II: NỘI DUNG

Chƣơng 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY XÖC VÀ GẦU XÖC

CÔNG DỤNG CHUNG KOMATSU PC220

1. GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu chung về các loại máy xúc thuỷ lực gầu ngƣợc

Công nghiệp chế tạo máy nói chung, máy làm đất nói riêng là nền công

nghiệp còn non trẻ và quá trình phát triển của nó đồng hành với quá trình phát triển

của các ngành khoa học và công nghiệp của loài người.

Qua phân tích tổng hợp tình hình sử dụng máy làm đất ở Việt Nam, chúng ta

có thể thấy bức tranh tổng thể và xu hướng phát triển, mua sắm các thiết bị làm đất

ở nước ta. Trong những năm gần đây, do sự đòi hỏi của nhu cầu sản xuất, số lượng

máy làm đất được chế tạo với công nghệ hiện đại được nhập vào nước ta ngày càng

nhiều [1]. Việc tìm hiểu các đặc điểm kỹ thuật và sử dụng cơ bản của chúng sẽ giúp

ích tích cực cho người sử dụng có sự phân tích, lựa chọn hợp lý khi mua sắm thiết

bị và sử dụng chúng ngày càng hiệu quả.

Ngày nay chúng ta không còn thấy các máy đào dẫn động cáp được sản xuất

bởi các hãng hàng đầu thế giới. Hầu hết các máy đào đều có hệ thống dẫn động bộ

công tác bằng thuỷ lực, trừ một số loại máy đào gầu kéo, gầu ngoặm phục vụ những

công việc đặc biệt. Đa số là máy đào có bộ di chuyển xích, máy đào bánh lốp chỉ

được chế tạo với loại công suất nhỏ, phục vụ các công trình có khối lượng nhỏ,

trong địa bàn thành phố hoặc các công việc cần di chuyển nhiều.

Do nhu cầu khác nhau của các công trình và sự đòi hỏi ngày càng cao của

các công trình xây dựng. Máy xúc được nhập vào nước ta ngày càng nhiều từ các

thị trường Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc do các hãng hàng đầu thế giới như

Caterpillar, Komatsu, Volvo,… chế tạo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 6 -

Hình 1.1 Các loại máy xúc

1.2. Giới thiệu chung về các loại gầu xúc

Ngày nay, để đáp ứng yêu cầu của những công việc và điều kiện làm việc

khác nhau, các nhà sản xuất máy xây dựng, khai thác đã chế tạo ra rất nhiều loại gầu

của các máy chất tải. Mỗi loại chỉ phù hợp với những điều kiện làm việc nhất định.

Việc lựa chọn gầu máy chất tải không phù hợp có thể làm giảm năng suất của dây

chuyển bốc xúc vận chuyển tới 30%, làm tăng chi phí vận hành từ 10% đến 20%

hoặc lớn hơn, do làm gầu nhanh mòn, thậm chí có thể làm vỡ gầu, gây ra những

thiệt hại kinh tế. Vì vậy việc lựa chọn loại gầu máy chất tải phù hợp kết hợp với các

thao tác đúng kĩ thuật của người thợ vận hành sẽ mang lại những lợi ích rõ rệt, góp

phần làm giảm chi phí đơn vị sản phẩm[1]. Ở đây sẽ tập trung vào các loại gầu của

máy đào gầu sấp – Đây là loại máy chất tải chủ yếu, chiếm khoảng 80% tổng số

máy chất tải trong thực tiễn xây dựng, khai thác tại Việt Nam.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 7 -

Để thực hiện các công việc khác nhau ở các điều kiện làm việc khác nhau,

các nhà sản xuất đã chế tạo ra nhiều loại gầu [22]. Mỗi loại phù hợp với những công

việc và điều kiện làm việc cụ thể. Hình 1.2 trình bày những loại gầu được sử dụng

khá phổ biến hiện nay.

Hình 1.2.Các loại gầu máy đào [19]

a. Gầu công dụng chung: để đào các loại đất đá có độ đặc chắc thấp, độ mài

mòn trung bình như đất màu, đất mùn, sỏi và sét. Loại gầu này có đặc điểm là:

- Kết cấu nhẹ làm giảm thời gian chất tải và tăng khả năng nâng tải;

- Có khoan trước các lỗ để bắt tấm bảo vệ thành bên khi cần;

- Dung tích gầu lớn nhất, răng gầu và các chi tiết cắt đất tiêu chuẩn.

b. Gầu làm việc chế độ làm việc nặng: dùng với các vật liệu mài mòn như

đất đá hỗn hợp, đá và sét. Loại gầu này có các đặc điểm chính sau:

- Cấu tạo chắc chắn hơn loại công dụng chung;

- Có khoan trước các lỗ để bắt tấm bảo vệ thành bên và lưỡi cắt khi cần;

- Đáy gầu và thành bên dày hơn nên bền hơn; Răng gầu và các chi tiết cắt đất

có kích thước lớn hơn để tăng độ bền và hiệu quả làm việc;

c. Gầu đào đá, chế độ làm việc nặng: dùng với các loại vật liệu có độ mài

mòn cao như đá cứng và đá gra-nít, với các đặc điểm nổi bật sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 8 -

- Các tấm chịu mòn rất dầy để kéo dài tuổi thọ của gầu ở các điều kiện làm

việc khó khăn. kết cấu gầu vững chắc hơn loại gầu chế độ nặng (b);

- Các tấm chống mòn bên kéo dài lên phía trên để bảo vệ gầu khi đào đá.

- Răng gầu và các chi tiết cắt đất có kích thước lớn hơn để tăng độ bền và

hiệu quả làm việc; Dung tích gầu tương đương loại gầu chế độ nặng.

d. Gầu chế độ làm việc rất nặng: dùng với đất đá có độ mài mòn cao, lực

cản đào lớn như với các loại đất đá hỗn hợp bền chắc, nhưng không phù hợp với

loại vật liệu kết dính như đất sét. Đặc điểm của loại gầu này là:

- Bán kính răng gầu nhỏ, khoảng cách giữa hai chốt bản lề lớn nên lực đào

rất lớn; So với loại gầu chế độ nặng, chu kì làm việc của máy ngắn hơn nhiều trong

hầu hết các điều kiện làm việc;

- Độ bền tương đương loại gầu chế độ nặng; Có khoan trước các lỗ để bắt

tấm bảo vệ thành bên và lưỡi cắt khi cần;

- Răng gầu và các chi tiết cắt đất có kích thước lớn hơn để tăng độ bền và

hiệu quả làm việc; Dung tích gầu tương đương loại gầu chế độ nặng.

e. Gầu nạo vét rãnh, kênh, mƣơng: để làm sạch các rãnh, kênh, mương, tạo

mái dốc và các công việc hoàn thiện:

- Gầu nông và kích thước gọn nên có thể hoạt động dễ dàng hơn trong các

khu vực chật hẹp; Có các lỗ thoát nước để dỡ tải dễ dàng;

- Có thể lắp các lưỡi cắt tùy chọn bằng bu-lông.

f. Các gầu có công dụng đặc biệt: khi có các nhu cầu đặc biệt, người sử

dụng có thể yêu cầu nhà sản xuất chế tạo gầu theo đơn đặt hàng. Tuy nhiên, các loại

gầu này thường có giá thành cao. Ví dụ, hình 1.2. f. là loại gầu được chế tạo để bóc

mặt đường (ripper bucket).

Các loại gầu xúc mới được thiết kế chế tạo có khả năng hoạt động cao. Một

máy đào có thể lắp các loại gầu khác nhau tuỳ theo yêu cầu công việc. Gầu thường

được chế tạo bằng thép có độ bền lớn, nên có thể vẫn đảm bảo độ bền, giảm tự

trọng của gầu để tăng khả năng chất tải. [22]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 9 -

Hình 1.3. Gầu xúc công dụng chung

Trong nghiên cứu này, đề cập chủ yếu đến gầu công dụng chung của máy

đào thuỷ lực gầu sấp bánh xích do một trong các hãng hàng đầu thế giới Komatsu

chế tạo là loại được sử dụng phổ biến trong các hoạt động đào và vận chuyển đất tại

Việt Nam hiện nay.

2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY XÖC KOMATSU PC220.

Máy xúc gầu nghịch là loại máy đào một gầu, đào đất nơi nền đất thấp hơn

mặt bằng máy đứng. Dùng để đào móng, đào rãnh thoát nước, lắp đặt đường cấp

thoát nước, đường điện ngầm, cáp điện thoại.. Tùy từng yêu cầu công việc mà

người sử dụng có thể lắp thêm các thiết bị công tác khác nhau như : đầu cặp hay búa

phá... Dòng máy này cũng có thể thi công ở nhiều địa hình nhiều phạm vi khác

nhau, nói chung là rất linh động.