Máy đào

Máy xúc, còn gọi là máy đào, là một loại máy móc cơ giới sử dụng đa năng, chủ yếu dùng trong xây dựng, khai khoáng. Máy xúc là một loại máy đào một gầu, có thể coi là "xẻng máy", dùng một cơ cấu tay cần gắn liền với gầu đào, thực hiện thao tác đào, xúc, múc, đổ đất đá rời hay liền thổ và các loại khoáng sản, vật liệu xây dựng rời (có thể vận chuyển trong cự ly ngắn hoặc rất ngắn). Trong xây dựng, máy xúc là một loại máy xây dựng chính trong công tác đất, ngoài ra nó còn tham gia vào các công tác giải phóng mặt bằng, phá dỡ công trình, bốc xếp vận chuyển vật liệu.

Máy xúc là loại thiết bị nặng gồm có một tay cần, gầu đào và ca-bin gắn trên một mâm quay.

"Máy xúc là một máy đào cơ giới (power-driven). Các loại chính của máy xúc được sử dụng trong hoạt động vận chuyển đất bao gồm máy xúc thủy lực và các thành viên của gia đình xẻng máy vận hành bằng cáp (như: máy xúc gầu thuận, máy đào gầu dây (gầu quăng), máy cuốc, và máy đào gầu ngoạm). Máy ủi, máy xúc lật, và máy cạp cũng có thể phục vụ như là máy đào."

Phân loại
Theo nguyên lý làm việc
Có thể phân chia máy đào thành 2 nhóm chính:
Nhóm máy đào một gầu, là nhóm máy đào làm việc theo chu kỳ, lặp đi lặp lại, bao gồm các cơ cấu vận hành tay gầu sau:
:Máy xúc thủy lực, vận hành gầu đào bằng hệ cơ cấu xi lanh thủy lực.
:Máy xúc truyền động cáp, vận hành gầu đào bằng hệ cơ cấu tời cáp.
Nhóm máy đào làm việc liên tục, đây là loại máy đào nhiều gầu.

Theo cơ cấu di chuyển
Máy xúc bánh lốp
Máy xúc bánh xích

Theo dạng gầu

Máy xúc gầu sấp, còn gọi là máy đào gầu sấp hay máy đào gầu nghịch (máy cuốc (nghịch) backhoe hay hoe), thích hợp cho việc đào xới đất đá và vật liệu nằm thấp hơn (sâu hơn hoặc đôi khi ngang bằng) với vị trí máy đứng.
Máy xúc gầu ngửa, còn gọi là máy đào gầu ngửa hay máy đào gầu thuận (xẻng máy shovel hay pront shovel), thích hợp cho việc đào xới đất đá và vật liệu nằm cao hơn vị trí máy đứng.
Máy xúc lật, thích hợp cho việc đào, bốc, dỡ, vận chuyển vật liệu xây dựng rời và đất xây dựng mềm (cấp I, II), nằm ở độ cao ngang (đôi khi cao hơn) với vị trí máy đứng.
Máy đào gầu bào
Máy đào gầu ngoạm
Máy đào gầu dây (còn gọi là máy đào gầu quăng)
Máy đào nhiều gầu

Máy xúc gầu nghịch

Công dụng
Máy xúc (đào) gầu nghịch được dùng phổ biến trong xây dựng. Máy xúc gầu nghịch thường dùng để đào các hố móng sâu hơn vị trí nền đất tự nhiên, máy làm việc hiệu quả khi đứng một chỗ đào đất đổ đống trên bờ hay đổ lên phương tiện vận chuyển phổ thông là ô tô tải. Do khi bắt đầu đào máy xúc nghịch phải tiếp đất ở vị trí xa trọng tâm máy nhất, khác với máy xúc gầu thuận bắt đầu đào ở vị trí gần máy nhất, cho nên máy đào gầu nghịch thường có dung tích gầu không lớn, nhỏ hơn nhiều so với máy đào gầu thuận cùng công suất. Tuy nhiên, máy đào gầu nghịch không chỉ dùng để đào hố sâu hơn mặt bằng máy đứng mà chúng còn có thể đào đất ở độ cao lớn hơn cao trình máy đứng, tương tự như chức năng của máy đào gầu thuận (thường gặp khi đào đất tầng hầm trong Công nghệ thi công Top-down nhà nhiều tầng). Loại máy xúc nghịch phổ biến dùng trong xây dựng có dung tích gầu trong khoảng 0,15-0,5 m³. Các loại máy xúc gầu nghịch điều khiển bằng thủy lực được sử dụng rộng rãi hơn loại điều khiển bằng cáp và có thể có dung tích gầu đào tới 3,3 m³. Tuy khối tích gầu đào phân bố trong rải giá trị nhỏ, hơn nhiều máy xúc gầu thuận, nhưng máy xúc gầu nghịch lại có thể làm việc đa năng hơn máy đào gầu thuận. Do khi công tác đứng cao hơn vị trí công tác (trên bờ) nên không phải làm đường công vụ cho máy xuống vị trí công tác như máy đào gầu thuận. Đồng thời do có 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 4 bánh lốp hay bánh xích), giúp cho máy có thể làm việc trên mọi địa hình. Khi gặp sự cố như mất thăng bằng, lật máy xuống hố đào hay sa lầy, thì có thể dùng cần gầu đào làm chân trụ chống đỡ để tự thân máy giải cứu cho máy. Máy xúc gầu nghịch loại bánh xích còn có thể hoạt động trên mọi địa hình cả ở trên nền đất yếu.

Cấu tạo

Thông số cơ bản

Dung tích gầu Vgầu; (m³)
Bán kính đào: Bán kính đào tối đa Rmax, (Bán kính đào tối thiểu Rmin = R(Hđứng), Bán kính đào sâu nhất R(Hmax)); (m)
Chiều sâu đào: Độ sâu đào tối đa Hmax, Chiều sâu vách đất đào đứng tối đa Hđứng (cho vị trí đào trong trường hợp có tường cừ giữ thành hố đào); (m)
Độ cao đổ: Độ cao đổ đất tối đa của gầu Đmax (trong mọi trường hợp cả khi đổ đất lên bờ hay khi đổ đất lên ô tô), (Độ cao đổ đất tối thiểu lên phương tiện vận chuyển đất (ô tô tải) Đmin); (m)
Tốc độ quay bàn máy; (vòng/phút)
Các thông số trên là đặc trưng cho khả năng làm việc cho phép của máy đào gầu nghịch. Khi làm việc, hình dạng hố đào cùng các thông số công trình đất yêu cầu tương ứng, còn phụ thuộc vào biện pháp thi công: nếu là đào mở tự nhiên (vát ta-luy) thì thành hố đào phía máy đứng phải để vát với góc độ dốc cho phép (α) tương ứng với từng loại đất và cấp đất (trong hình vẽ α = A).

Đào đất bằng máy đào gầu nghịch

Máy xúc gầu nghịch có thể làm việc với 2 sơ đồ đào, gần giống như máy xúc gầu thuận, là:
Đào ngang, giống với đào ngang của máy đào gầu thuận, áp dụng khi bề rộng khoang đào (hố đào chạy dài) không lớn vượt quá bán kính đào lớn nhất (tức là bán kính cho phép) của máy xúc nghịch. Trong sơ đồ này, máy đứng trên một phía bờ hố đào và chạy dọc bên cạnh hố đào (hướng di chuyển song song với hố đào). Bộ phận công tác (tay cần và gầu đào) cùng với phần cabin phía trên mâm quay, xoay ra theo hướng vuông góc với hướng di chuyển của máy và chiều dọc khoang đào, đào theo chiều ngang hố. Đất đào được đổ về phía sau hướng di chuyển của máy xúc nghịch khi đổ đất lên bờ, hay vào thùng của ô tô tải (góc quay máy giữa vị trí đào xa nhất và vị trí đổ là khoảng ≥ 90o). Sơ đồ đào ngang, nhìn chung, hạn chế hơn sơ đồ đào dọc, do diện bề rộng khoang đào nằm trong khoảng phân bố hẹp hơn (max) so với đào dọc, và góc quay máy giữa đào-đổ là lớn ≥ 90o nên năng suất thấp hơn sơ đồ đào dọc (loại sơ đồ có thể có thể giảm góc quay máy giữa đào và đổ tới khoảng 60o).
Đào dọc (đào đối đỉnh), gần giống với đào dọc của máy đào gầu thuận, máy đào đứng ở vị trí đường trục (chính giữa) của khoang đào sẽ được đào và chạy dọc theo hướng chiều dài của khoang đào, đổ đất sang hai bên bờ, hay lên ô tô tải đỗ ở hai bên máy đào. Tuy nhiên, khác với máy đào gầu thuận là: do đào đất ở hố thấp hơn máy, máy đào gầu nghịch đào dọc thường móc dần phần đất nền nơi máy đào đứng nên khi di chuyển thì máy chạy dật lùi chứ không tiến như máy đào gầu thuận. Bề rộng khoang đào về lý thuyết có thể mở rộng tối đa tới 2 lần bán kính đào lớn nhất Rmax, khi quay máy đào 90o sang cả hai bên. Tuy nhiên, việc đào với khoang đào rộng tối đa như vậy làm mất ổn định cho vùng nền đất tại vị trí máy đứng, có thể làm máy lật xuống hố đào. Nên trong thực tế, kích thước khoang đào dọc của máy đào gầu nghịch Bkđ nên nằm trong khoảng (1,42-1,73)Rmax, lần lượt tương ứng với góc mở tay cần khi đào sang mỗi phía bên hông máy đào là 45o-60o, cũng lần lượt tương ứng với góc quay máy khi đổ sang mỗi bên là khoảng 60o-75o. Bề rộng khoang đào dọc của máy đào gầu nghịch hợp lý nhất là bằng 1,42Rmax, tương ứng với góc mở tay cần khi đào sang mỗi bên hông máy là 45o, khối lượng đất đào được tại một vị trí là khoảng trung bình không quá nhỏ. Nhưng máy đào làm việc đạt năng suất, do có thể bố trí vị trí đổ đất lên bờ hay lên ô tô (vị trí ô tô đỗ) hợp với phương trục hố đào (cũng là trục di chuyển của máy đào) một góc khoảng 60o o, làm giảm thời gian mỗi chu kỳ đào-đổ của máy đào gầu nghịch.

Dung tích gầu đào của máy đào gầu nghịch thường nhỏ, bằng khoảng nửa so với máy đào gầu thuận cùng công suất động cơ. Đối với máy đào gầu thuận, thì xe ô tô tải hợp lý có dung tích thùng xe chứa được từ 3-5 gầu đào thuận. Sự phối hợp về mặt dung tích giữa máy đào gầu nghịch với xe ô tô tải hợp lý là xe tải nên chọn là loại có dung tích thùng xe chứa được khoảng từ 6-9 gầu đào của máy đào gầu nghịch.

Năng suất của máy đào gầu nghịch có thể được ước tính (với đơn vị tính là: m³ đất xới rời tơi xốp/8 giờ) theo công thức:
:N=(8(SChuKỳKĐộSâu-GócQuayKThờiGian))(VgầuKĐầyGầu)
Trong đó:
SChuKỳ là Số chu kỳ (đào-đổ) tiêu chuẩn của máy xúc gầu nghịch thủy lực, tra theo Bảng 2. (chu kỳ/giờ)
KĐộSâu-GócQuay là Hệ số xét đến ảnh hưởng, của độ sâu đào thực tế cùng với góc quay máy từ nơi đào đến nơi đổ, tới năng suất làm việc của máy đào gầu nghịch, tra theo Bảng 3.
KThờiGian là Hệ số sử dụng thời gian, hay còn gọi là hệ số hiệu quả công việc.
Vgầu là Dung tích của gầu đào chứa đầy đất tơi xốp đã được đào. (m³ đất xới rời tơi xốp)
KĐầyGầu là Hệ số múc đầy gầu hay còn gọi là hệ số đầy vơi, phụ thuộc vào loại đất được đào, tra theo Bảng 1.
Mỗi ca công tác tiêu chuẩn của máy đào là 8 giờ.
Khi tính năng suất theo khối lượng đất liền thổ được đào đi (đơn vị tính là m³ đất liền thổ/Ca công tác), thì công thức tính năng suất phải được chuyển đổ với hệ số độ tơi ban đầu của đất đào, như sau:
:NĐấtLiềnThổ = N / ρo
:trong đó ρo là hệ số độ tơi ban đầu của đất xới rời tơi xốp vừa được máy đào lên.
Có thể quy đổi số chu kỳ đào-đổ trong mỗi giờ như sau: (SChuKỳKĐộSâu-GócQuay) = 3600/Tck
:trong đó Tck là thời gian thực hiện một chu kỳ công tác trung bình thực tế của máy đào, (đơn vị tính là: giây), bao gồm các thời gian đào đất, quay máy từ nơi đào đến nơi đổ, đổ đất, quay máy từ nơi đổ về nơi đào, di chuyển máy đào sang vị trí đào mới.
Bảng 1. Hệ số đầy gầu của máy đào, KĐầyGầu.

Bảng 2. Số chu kỳ công tác (đào-đổ) tiêu chuẩn trong mỗi giờ công tác của máy đào gầu nghịch cơ cấu thủy lực, SChuKỳ.

Bảng 3. 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, KĐộSâu-GócQuay.

Bảng 5. Hệ số ảnh hưởng, của góc quay máy từ nơi đào đến nơi đổ, tới năng suất của máy đào gầu thuận, KGócQuay.

Danh sách các hãng lớn chế tạo máy đào nổi tiếng trên thế giới
Công ty Bobcat
Công ty Quốc tế Bucyrus
Case CE (CASE)
Caterpillar (CAT)
Công ty Toàn cầu CNH
Tập đoàn Doosan (trước đây là hãng Máy móc và Công nghiệp nặng Daewoo)
ENMTP
Hãng Máy xây dựng Hitachi
Hydrema
Tập đoàn Công nghiệp nặng Hyundai
John Deere
J. C. Bamford (JCB)
Công ty Trách nhiệm hữu hạn Komatsu
Công ty Thiết bị xây dựng LBX (Link-Belt)
ThyssenKrupp
Hãng Máy xây dựng Mỹ-Kobelco
Kubota
Liebherr
Hãng Máy xây dựng LiuGong
Hãng Larsen và Toubro (LT)
Tập đoàn Công nghiệp nặng Mitsubishi
Hãng Xây dựng New Holland
Hãng Orenstein và Koppel (O&K)
Poclain
Tập đoàn Samsung
Hãng Khai khoáng và Xây dựng Sandvik
Tập đoàn Sany
ST Kinetics
Tập đoàn Terex
Hãng Thiết bị xây dựng Volvo
Wacker Neuson
XCMG

Xem thêm

Máy đào một gầu
Máy đào hầm
Máy đào nhiều gầu
Máy đào gầu ngoạm
Máy đào gầu bào
Máy đào gầu dây (còn gọi là máy đào gầu quăng)
Máy xúc lật
Khiên đào đường hầm

Tập_tin:Excavator of the slovakian military engineers.jpg|Máy đào gầu bào của Công binh Slovakia.
Tập_tin:Ab car 05.jpg|Máy xúc nghịch (máy đào gầu nghịch) đầu kéo bánh lốp.
Tập_tin:Bundesarchiv Bild 183-H0519-0012-001, Meliorationsarbeiten.jpg|Máy đào gầu ngoạm.
Tập_tin:Bucket wheel excavator in Ferropolis.jpg|Máy đào nhiều gầu loại bánh xe gầu.

Chú thích

Tham khảo
Cuốn Kỹ thuật xây dựng 1-Công tác đất và thi công bê tông toàn khối của Lê Kiều, Nguyễn Duy Ngụ, Nguyễn Đình Thám, mục Thi công đất bằng máy đào.
Cuốn Máy xây dựng của Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai, do nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật ấn hành.
Cuốn Sổ tay máy xây dựng của Vũ Liêm Chính, Đỗ Xuân Đinh, Nguyễn Văn Hùng, Hoa Văn Ngũ, Trương Quốc Thành, Trần Văn Tuấn, do nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật ấn hành.
Hội đập lớn và phát triển nguồn nước Việt Nam, Giáo trình thi công, phần công tác đất.
Construction Methods and Management, S. W. Nunnally

Liên kết ngoài
Một trong những máy xúc lớn nhất thế giới Hitachi EX8000
Một hãng máy xúc của Nga