Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy xúc đào

1. Máy xúc đào là gì?

Máy xúc đào còn gọi là máy đào là một loại máy cơ giới có thể sử dụng đa năng, chủ yếu dùng trong ngành xây dựng, khai thác khoáng sản.

Máy xúc đào sử dụng nguyên lý có tay cần gắn liền với gầu đào để thực hiện đào, xúc, múc, đổ cát, sỏi, đất đá, các loại khoáng sản, vật liệu xây dựng rời hay liền thô (di chuyển trong cự ly ngắn).

Trong xây dựng công trình giao thông, thủy lợi, máy đào là loại máy xây dựng có vai trò lớn trong công tác đào vận chuyển đất cát, ngoài ra máy đào còn tham gia vào các hoạt động khác như giải phóng mặt bằng, bốc xếp vật liệu, vận chuyển vật liệu, phá vỡ công trình.

2. Cấu tạo máy đào (máy xúc đào, máy đào đất)

Máy xúc đào gồm có một tay cần, gầu đào và ca-bin gắn trên một mâm quay.

Hệ thống thuỷ lực trên máy xúc đào gồm một số chi tiết chính sau: Thùng dầu thuỷ lực, bơm thuỷ lực, cụm van phân phối chính và các van điều khiển, mô tơ quay toa, mô tơ di chuyển, các xi lanh thuỷ lực, đường ống dẫn dầu, lọc dầu thuỷ lực, két làm mát dầu thuỷ lực.

3. Nguyên lý làm việc của máy xúc đào

Khi động cơ (1) làm việc, công suất được truyền qua bánh đà đến bơm thuỷ lực. Bơm thuỷ lực (2) làm việc, hút dầu từ thùng dầu và đẩy đến cụm van phân phối chính (8).

Trên ca bin người vận hành sẽ tác động đến các cần điều khiển thiết bị công tác, quay toa, di chuyển. Khi có sự tác động của người vận hành một dòng dầu điều khiển sẽ được mở đi đến cụm van phân phối chính. Dòng dầu điều khiển này sẽ có tác dụng đóng/mở cụm van phân phối tương ứng cho thiết bị công tác, quay toa, di chuyển. Đường dầu chính đến các xi lanh (7) cần, tay gầu hoặc gầu. Như vậy thiết bị công tác có thể làm việc theo ý muốn của người vận hành. Đường dầu đi đến mô tơ quay toa (5) hoặc mô tơ di chuyển (3) làm cho các mô tơ này quay. Mô tơ sẽ kéo cho toa quay hoặc kéo xích thông qua truyền động cuối và bánh sao làm cho xe di chuyển được.

Đường dầu trước khi về thùng được làm mát ở két mát và được lọc bẩn ở lọc dầu thuỷ lực. Áp lực của hệ thống thuỷ lực được giới hạn bởi van an toàn, thông thường được lắp ở cụm van phân phối chính. Khi áp lực hệ thống đạt đến giới hạn của van thì van sẽ mở ra và cho dầu chảy về thùng.

Các loại máy đào gầu nghịch điều khiển bằng hệ thống thủy lực được sử dụng rộng rãi hơn các loại chạy điện.

4. Phân loại máy xúc đào

4.1 Phân loại máy đào theo loại bánh xe:

a. Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) bánh lốp

Chúng ta có thể hình dung máy xúc đào bánh lốp giống như một chiếc ô tô cỡ lớn.

Loại máy đào bánh lốp thích hợp di chuyển trên địa hình bằng phẳng như đường nhựa, đường bê tông, đường đất phẳng… Tốc độ di chuyển của máy đào bánh lốp khá nhanh, khoảng 30-40km/h. Máy đào bánh lốp thường được sử dụng trong các công việc nhẹ như khai thác đất, cát, sỏi… các loại gầu đào dung tích nhỏ.

b. Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) bánh xích

Máy xúc đào bánh xích chuyên dùng cho các công trình làm việc nặng như khai thác đá lớn.

Máy đào bánh xích có tốc độ di chuyển chậm, khoảng 5-6km/h. Máy đào bánh xích có phạm vi di chuyển hạn chế, thường hay sử dụng ở các địa hình đất đá gồ ghề, các loại gầu đào có dung tích lớn. Đặc biệt máy xúc gầu nghịch còn có thể hoạt động trên mọi địa hình nên đất yếu.

4.2 Phân loại máy đào theo gầu đào:

a. Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) gầu thuận

Máy xúc đào gầu thuận hay còn gọi là xúc đào gầu ngửa thuộc dòng máy xúc đào những đời đầu, hiện nay không còn thông dụng. Bạn có thể hình dung máy hoạt động thao tác xúc giống như một chiếc xẻng, xúc đất từ dưới lên, thích hợp cho việc đào đất đá và các vật liệu khác nằm cao hơn với vị trí máy đào đứng. Đối với máy đào gầu thuận, nên chọn loại ô tô tải có dung tích thùng xe chứa được từ 3-5 gầu máy để làm việc hiệu quả nhất.

Máy xúc đào gầu thuận thường được sử dụng trong các công trình hạ tầng lớn như khai thác mỏ đá, làm công trình thủy điện… Máy xúc đào gầu thuận có cơ cấu tay đào chỉ thích hợp cho việc đào đất đá ở độ cao lớn hơn độ cao máy đào đang đứng.

Nếu sử dụng máy đào gầu thuận làm việc thấp hơn độ cao máy đang đứng thì năng suất làm việc sẽ rất thấp.

Khi muốn đào hố, móng thấp hơn vị trí máy đang đứng, máy đào gầu thuận phải tự đào đường dốc xuống cho mình để xuống được chỗ làm việc. Điều cần lưu ý là vị trí hố máy đào gầu thuận làm việc phải khô ráo, nếu không sẽ bị mưa ngập máy, dẫn đến không làm việc được.

Máy đào gầu thuận làm việc hiệu quả ở địa hình bằng phẳng, dùng để đào đất ở vùng đồi núi, thuận lợi cho việc bố trí máy đào đứng thấp hơn khối đất cần đào.

Máy đào gầu thuận có lực đào khỏe, do gầu đào của máy bắt đầu đào tự vị trí cánh tay đòn gần nhất máy. Máy đào gầu thuận thường lớn hơn máy đào gầu nghịch, năng suất đào cũng cao hơn nhiều lần.

b. Máy xúc đào gầu nghịch (gầu sấp)

Máy xúc đào gầu nghịch hay còn gọi là máy đào gầu sấp là loại máy đào đang dùng phổ biến hiện nay. Giống như nguyên lý làm việc của chiếc cuốc, máy đào gầu nghịch thao tác từ trên xuống, thường dùng để đào các hố móng sâu hơn vị trí nền đất tự nhiên. Máy đào gầu nghịch thường dùng để đứng một chỗ đào đất, đổ đống trên bờ hay đổ lên các phương tiện vận chuyển, chủ yếu làm việc ở độ cao thấp hơn vị trí máy đang đứng. Tuy nhiên máy vẫn dùng để đào đất ở độ cao lớn hơn máy đang đứng, thường dùng trong đào đất dưới hầm.

Khi bắt đầu đào, máy xúc đào nghịch phải tiếp đất ở vị trí xa trọng tâm máy đào nhất (máy đào thuận tiếp đất ở vị trí gần máy nhất) cho nên máy đào nghịch thường có dung tích gầu không lớn, nhỏ hơn so với máy đào thuận cùng công suất. Các loại máy xúc đào nghịch thường có dung tích gầu phổ biến từ 0,15 – 1 mét khối. Máy xúc đào gầu nghịch thường phối hợp với loại ô tô tải có dung tích thùng xe chứa được 6-9 gầu đào của máy đào gầu nghịch là hợp lý.

Các loại máy xúc đào gầu nghịch tuy có dung tích gầu đào nhỏ nhưng lại làm việc đa năng hơn máy đào gầu thuận. Do vị trí đứng làm việc cao hơn vị trí đang đứng nên không phải làm đường công vụ cho máy xuống vị trí làm việc như máy đào gầu thuận. Đồng thời cấu tạo gầu đào thuận lợi cho việc tạo điểm tựa cho máy (cần và gầu khoan như một chân càng vững chắc thứ 5, ngoài hệ thống 4 bánh lốp hay bánh xích), giúp máy đào có thể làm việc trên mọi địa hình.

Khi máy gặp sự cố như bị sa lầy, bị lật xuống hố, bị mất thăng bằng… thì cần gầu đào có thể làm chân trụ chống đỏ để tự thân máy có thể giải cứu cho máy.

4.3 Phân loại máy đào theo dung tích đào

a. Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) mini

Tùy từng loại bánh đào khác nhau, gầu đào khác nhau mà có nhiều loại model máy khác nhau. Thông thường máy đào mini có dung tích gầu nhỏ, từ 0,15- dưới 1 khối, trong tải xe giao động từ 1,2 – 3,5 tấn.

Phụ thuộc vào mục đích sử dụng máy đào khác nhau mà có những dải gầu khác như cho nhà xây dựng lựa chọn như: gầu đào 0,15 khối, gầu đào 0,2 khối, gầu đào 0,3 khối, gầu đào 0,5 khối, gầu đào 0,8 khối, gầu đào 1 khối…

Máy đào mini có hai loại bánh lốp và bánh xích thích hợp với nhiều loại môi trường làm việc khác nhau. Nếu cùng một dung tích gầu, thì máy đào bánh lốp có giá cao hơn máy đào bánh xích.

b. Máy xúc đào cỡ lớn

Máy đào cỡ lớn có các dải gầu đào từ 1 khối trở lên. Máy đào cỡ lớn thường dùng để khai thác khoáng sản nặng, to, làm việc trong các công trình lớn.

Máy đào cỡ lớn có công suất động cơ cao, trọng tải máy từ chục đến trăm tấn. Những máy đào cỡ lớn thường là máy đào bánh xích, làm việc siêu nặng, có hệ thống bơm thủy lực siêu khỏe, đào sâu từ 5-10 mét, tay cần với xa được từ 13-20 mét.

4.4 Phân loại máy đào theo động cơ:

a. Máy xúc đào thủy lực

Hệ thống thủy lực trên máy xúc đào gồm các bộ phận: Bơm thủy lực, thùng dầu thủy lực, cụm van phân phối chính và các van điều khiển, mô tơ quay toa, mô tơ di chuyển, các xy lanh thủy lực, lọc dầu thủy lực, đường ống dẫn dầu, két làm mát dầu thủy lực.

Hệ thống thủy lực trên máy đào thường có 2 bơm thủy lực chính, một bơm dầu. Trên các máy có công suất lớn có thêm một mạch thủy lực làm  mát riêng sẽ có thêm bơm dầu thủy lực mạch quạt làm mát.

Đầu ra của bơm, tốc độ động cơ, áp suất hệ thống có mối quan hệ mật thiết với nhau khi làm việc và được điều khiển thông qua hộp điều khiển bơm và động cơ.

Trong quá trình làm việc, hộp đen sẽ kiểm soát các tín hiệu từ tay ga, màn hình cảm biến lực đầu ra của bơm, cảm biến ga, cảm biến động cơ, rồi gửi tín hiều điều khiển tốc độ của động cơ. Dòng dầu điều khiển từ bơm dầu điều khiển sẽ đi qua van điện tử tỉ lệ  đến điều khiển góc mở đĩa nghiêng của 2 bơm thủy lực chính. Điều này giúp kiểm soát được đầu ra của bơm phù hợp với tải làm việc và công suất của động cơ.

Để hệ thống thủy lực của máy đào làm việc tốt thì tất cả các bộ phận của hệ thống thủy lực phải được kiểm tra thường xuyên, luôn ở trong tình trạng tốt. Các tín hiệu đầu vào và các tín hiệu đầu ra của hộp điều khiển phải nằm trong tiêu chuẩn của nhà sản xuất.

b. Máy xúc đào chạy điện

Máy xúc đào chạy điện sử dụng dòng điện 3 pha để làm việc. Nhưng hiện nay máy xúc đào chạy điện, máy đào chạy điện không còn được dùng phổ biến nữa.

5. Cách tính dung tích gầu máy xúc đào

Năng suất của máy đào đối với đất tơi xốp có thể được ước tính theo công thức sau:

N =  ( 8 X ( Số chu kỳ đào đổ x Hệ số độ sâu đào và góc quay  x Hệ số thời gian làm việc) x ( Dung tích gầu X Hệ số đầy vơi của gầu)

Lưu ý: Mỗi ca công tác tiêu chuẩn của máy đào là 8 giờ.

Năng suất của máy đào đối với đất liên thổ được ước tính theo công thức sau:

N_{ĐấtLiềnThổ} = N / Hệ số độ tơi ban đầu của đất xới rời tơi xốp vừa được máy đào lên.

6. Thông số kỹ thuật máy xúc đào

Đối với một chiếc máy đào, người sử dụng cần quan tâm tới các thông số sau:

– Bán kính đào: Bán kính đào lớn nhất R_max = R, Bán kính đào nhỏ nhất (bán kính khi bắt đầu đào) R_min = R₂; (m).

– Bán kính đổ R₁; (m)

– Chiều cao đổ đất H₁; (m)

– Chiều cao đào tối đa H; (m)

– Chiều cao tâm quay cần S; (m)

– Dung tích gầu V_gầu; (m³)

– Khoảng cách tâm quay cần đến tâm máy T; (m)

– Khoảng cách đuôi máy đến tâm máy r (Khoảng cách này liên quan đến khoảng an toàn khi bố trí vị trí ô tô chở đất.); (m)

7. Năng suất máy xúc đào

Năng suất của máy đào phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các bạn có thể tham khảo bảng dưới đây để đánh giá được năng suất làm việc, hiệu quả làm việc của máy đào.

Bảng hệ số đầy gầu của máy đào:

Bảng số chu kỳ đào-đổ tiêu chuẩn trong mỗi giờ công tác của máy đào gầu nghịch cơ cấu thủy lực:

Bảng hệ số ảnh hưởng, của độ sâu đào và góc quay máy từ nơi đào đến nơi đổ, tới năng suất của máy đào gầu nghịch:

8. Máy xúc đào nhập khẩu

a. Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) Hàn Quốc

Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) Kobelco

KOBELCO là tập đoàn sản xuất công nghiệp đa nghành nghề đa quốc gia được thành lập vào năm 1905, với phương châm luôn chú trọng vào cải tiến và phát minh độc lập duy nhất.

Các máy xúc đào của Kobelco đều được trang bị động cơ của Hino, với công suất mã lực cao. Động cơ máy xúc đào Kobelco  được trang bị tubo tăng áp, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử. Máy xúc đào Kobelco có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, và do có nhiều chế độ làm việc khác nhau nên luôn có thể chọn được chế độ làm việc tối ưu với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất.

Trên thị trường máy xúc đào hiện nay các đơn vị chuyên sản xuất máy xúc đào đã có nhiều cải tiến về hình dáng, động cơ, kết cấu bên trong cho đến phân loại bánh lốp, bánh xích v.v… với nhiều mục đích sử dụng khác nhau của các nhà thầu xây dựng, nhưng Kobelco vẫn luôn đứng vững vị trí số một trong bảng xếp hạng các nhà cung cấp máy xúc đào hàng đầu thế giới.

b. Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) Nhật Bản

Máy đào (máy xúc đào, máy đào đất) Komatsu

Máy xúc đào Komatsu có cần và tay cần được thiết kế chuyên biệt phù hợp với tất cả các công việc, đặc biệt là các công việc nặng. Được cấu tạo từ thép chịu lực đặc biệt giúp cần và tay cần hoạt động bền bỉ, giúp tiết kiệm nhiên liệu vận hành.