LiuGong ZL40B là máy xúc lật bánh lốp thuộc nhóm tải trọng khoảng 4 tấn, thường dùng gầu tiêu chuẩn khoảng 2,2 m³. Các tài liệu thông số của ZL40B ghi nhận máy có trọng lượng vận hành khoảng 13,8 tấn, động cơ diesel 6 xi-lanh D6114ZG9B, công suất khoảng 125 kW, hộp số powershift và hệ thống lái kiểu khớp nối.

Một điểm cần nói rõ: ZL40B là máy xúc lật khung khớp nối, tức hai phần khung trước và sau liên kết bằng khớp trung tâm. Vì vậy khi nói “2 thân” ở đây là nói đến kết cấu khung và cơ chế bẻ lái, không phải hai động cơ hay hai hệ thống truyền động độc lập.

Tổng thể cấu tạo của LiuGong ZL40B

Có thể hình dung ZL40B theo chuỗi:

Gầu xúc → cơ cấu công tác → khung trước → khớp nối → khung sau → hệ thống truyền động → bánh xe

Bên cạnh đó là một chuỗi năng lượng khác:

Động cơ → bơm thủy lực → van điều khiển → xi lanh → tạo chuyển động cho gầu và hệ thống lái

Các cụm quan trọng gồm:

Khung trước

Mang gầu, cần nâng, cơ cấu liên kết và cầu trước.

Khung sau

Mang động cơ, hộp số, cabin, cầu sau, các hệ thống phụ trợ và đóng vai trò đối trọng.

Khớp nối trung tâm

Liên kết hai thân và cho phép xe bẻ lái.

Cụm công tác

Gồm cần nâng, gầu, xi lanh nâng và xi lanh lật gầu.

Hệ thống truyền động

Gồm động cơ, biến mô, hộp số, trục truyền động, cầu và vi sai.

Hệ thống thủy lực

Cung cấp lực cho nâng cần, lật gầu và lái.

Động cơ D6114ZG9B

ZL40B sử dụng động cơ D6114ZG9B, loại diesel 4 kỳ, 6 xi-lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước và có turbo tăng áp. Một số tài liệu kỹ thuật ghi công suất định mức khoảng 125 kW tại 2.200 vòng/phút, dung tích khoảng 8,3 lít và mô-men xoắn cực đại khoảng 650 Nm.

Bản chất của động cơ là biến năng lượng hóa học của nhiên liệu thành mô-men xoắn trên trục khuỷu.

Mô-men này sau đó được chia thành hai hướng sử dụng.

Một hướng đi đến hệ thống truyền động để làm xe di chuyển.

Một hướng dẫn động bơm thủy lực để tạo ra năng lượng cho cụm công tác và hệ thống lái.

Đây là điểm rất quan trọng để hiểu bản chất hoạt động của máy xúc lật.

Hệ thống truyền động

ZL40B sử dụng hộp số powershift, kết cấu hành tinh, kết hợp biến mô. Tài liệu kỹ thuật của LiuGong ghi nhận cấu hình hộp số này có 2 số tiến và 1 số lùi trong bộ thông số được công bố.

Dòng truyền công suất cơ bản là:

Động cơ → biến mô → hộp số → trục truyền động → cầu → vi sai → bán trục → bánh xe

Bản chất của biến mô

Biến mô sử dụng dầu truyền động để truyền mô-men từ động cơ sang hộp số.

Điều này đặc biệt hữu ích khi ZL40B bắt đầu đẩy gầu vào đống vật liệu.

Động cơ quay nhưng máy không truyền lực xuống bánh xe theo kiểu đóng cứng ngay lập tức. Biến mô giúp quá trình truyền mô-men diễn ra mềm hơn và hỗ trợ tạo lực kéo trong điều kiện tải lớn.

Bản chất của hộp số

Hộp số có nhiệm vụ tạo sự cân bằng giữa tốc độ và mô-men xoắn.

Khi cần lực kéo lớn, máy sử dụng cấp số phù hợp để tăng khả năng kéo.

Khi máy đã thoát khỏi đống vật liệu và cần di chuyển nhanh hơn, cấp số cao hơn giúp tăng tốc độ.

Theo tài liệu thông số, tốc độ tối đa tiến của ZL40B có thể đạt khoảng 35 km/h, trong khi tốc độ lùi tối đa khoảng 14 km/h.

Cầu và vi sai

Sau hộp số, mô-men được truyền đến các cầu.

Cầu có nhiệm vụ đưa mô-men đến bánh xe và chịu tải trọng lớn của toàn bộ máy.

Bộ vi sai cho phép bánh bên trong và bánh bên ngoài quay với tốc độ khác nhau khi máy vào cua.

ZL40B sử dụng cầu trước và cầu sau với vi sai thông thường theo tài liệu kỹ thuật được công bố. Cầu có khả năng dao động để thích ứng tốt hơn với mặt nền không bằng phẳng.

Khớp nối trung tâm

Đây là “trái tim cơ khí” của kết cấu 2 thân.

Khung trước và khung sau không cố định thành một khối cứng hoàn toàn.

Chúng liên kết tại vùng khớp nối trung tâm.

Khi hệ thống lái tác động, thân trước xoay tương đối với thân sau.

Thông số kỹ thuật được công bố cho ZL40B cho thấy góc bẻ lái khoảng 35° mỗi phía.

Nhờ vậy, xe không cần xoay bánh trước như ô tô.

Thay vào đó:

Thân sau giữ hướng tương đối ổn định → khớp nối thay đổi góc → thân trước lệch sang trái/phải → toàn bộ xe đổi hướng.

Đây chính là bản chất của hệ thống lái khớp nối.

Hệ thống lái thủy lực

Khi người vận hành xoay vô lăng, tín hiệu điều khiển làm dầu thủy lực được phân phối tới cơ cấu lái.

Dòng năng lượng có thể hiểu:

Động cơ → bơm → dầu thủy lực → van lái → xi lanh lái → khớp nối → thay đổi góc hai thân

Do đó, vô lăng không trực tiếp dùng sức người để xoay toàn bộ khung máy.

Người lái chỉ ra lệnh, còn lực thực hiện được tạo bởi hệ thống thủy lực.

Thông số kỹ thuật của ZL40B cho thấy hệ thống lái sử dụng kết cấu articulated và có áp suất điều khiển/giới hạn liên quan đến hệ thống lái được công bố ở khoảng 12 MPa trong tài liệu kỹ thuật.

Hệ thống thủy lực công tác

ZL40B sử dụng bơm bánh răng cho hệ thống thủy lực chính, với áp suất van an toàn chính được công bố khoảng 16 MPa trong tài liệu kỹ thuật.

Dòng dầu cơ bản:

Thùng dầu → bơm → van điều khiển → xi lanh → dầu hồi → thùng dầu

Bản chất của hệ thống thủy lực là:

Biến công suất cơ học của động cơ thành năng lượng thủy lực, sau đó biến năng lượng thủy lực thành lực và chuyển động tại xi lanh.

Đây là lý do một máy nặng hàng chục tấn vẫn có thể nâng và điều khiển gầu bằng các thao tác tương đối nhẹ của người vận hành.

Xi lanh nâng

Xi lanh nâng biến áp suất dầu thành lực đẩy piston.

Khi dầu đi vào khoang thích hợp:

Áp suất dầu → piston dịch chuyển → xi lanh tạo lực → cần nâng chuyển động → gầu nâng lên

Khi dòng dầu được đảo chiều, cần hạ xuống.

Thông số kỹ thuật được công bố cho ZL40B ghi nhận hệ thống có hai xi lanh nâng, kích thước tham khảo khoảng 150 × 780 mm.

Xi lanh lật gầu

Xi lanh lật gầu điều khiển góc của gầu.

Khi xúc:

Xi lanh tác động → cơ cấu liên kết → gầu cuộn vào → giữ vật liệu

Khi đổ:

Xi lanh tác động ngược → cơ cấu liên kết → gầu xoay ra → vật liệu rơi xuống

Thông số được công bố cho ZL40B ghi nhận xi lanh gầu có kích thước tham khảo khoảng 165 × 500 mm.

Cơ cấu công tác

Cụm công tác của ZL40B gồm:

Cần nâng → cơ cấu liên kết → gầu

Cần nâng nhận lực từ xi lanh nâng.

Cơ cấu liên kết truyền và biến đổi chuyển động của xi lanh lật thành chuyển động quay của gầu.

Vì vậy, hai xi lanh không làm cùng một nhiệm vụ.

Xi lanh nâng = thay đổi độ cao của gầu

Xi lanh lật = thay đổi góc của gầu

Đây là hai chuyển động cơ bản tạo nên toàn bộ chu trình xúc.

Gầu 2,2 m³

ZL40B thường được công bố với gầu tiêu chuẩn khoảng 2,2 m³ và tải trọng định mức khoảng 4.000 kg.

Cần phân biệt rõ:

2,2 m³ là dung tích hình học của gầu

4 tấn là tải trọng nâng định mức của máy trong điều kiện quy định

Hai con số này không có nghĩa là gầu lúc nào cũng được chất đầy mọi loại vật liệu.

Đất, cát, đá, than hoặc vật liệu ướt có khối lượng riêng khác nhau nên cùng một thể tích có thể tạo ra tải trọng rất khác nhau.

Bản chất của quá trình xúc

Đây là phần quan trọng nhất để hiểu ZL40B hoạt động như thế nào.

Khi máy tiếp cận đống vật liệu, động cơ tạo công suất, sau đó công suất được truyền qua biến mô, hộp số, cầu và bánh xe để tạo lực tiến.

Đồng thời, động cơ dẫn động bơm thủy lực để điều khiển gầu.

Khi gầu chạm vật liệu:

Bánh xe tạo lực đẩy → gầu xuyên vào vật liệu

Sau đó:

Xi lanh lật gầu → gầu cuộn vào → vật liệu đi vào lòng gầu

Như vậy, khả năng xúc không chỉ đến từ “sức nâng” của xi lanh.

Nó là kết quả của sự phối hợp giữa:

Lực kéo của bánh xe + lực đẩy của máy + hình dạng gầu + lực lật gầu + độ bám mặt đất + đặc tính vật liệu.

Đây mới là bản chất của một chu trình xúc lật.

Bản chất của quá trình nâng

Sau khi gầu chứa vật liệu:

Bơm thủy lực → van → xi lanh nâng → cần nâng → gầu đi lên

Khi gầu càng lên cao, vị trí trọng tâm của tải càng thay đổi.

Vì vậy khả năng nâng thực tế không chỉ phụ thuộc vào công suất động cơ mà còn liên quan đến hình học cần nâng, tải trọng, vị trí gầu và độ ổn định của toàn bộ máy.

Tài liệu kỹ thuật của ZL40B công bố tải lật thẳng khoảng 9.490 kg và tải lật khi quay hết góc khoảng 8.239 kg, cho thấy khả năng ổn định thay đổi theo trạng thái máy và vị trí tải.

Bản chất của quá trình đổ

Khi gầu đạt độ cao cần thiết, xi lanh lật gầu thay đổi chiều tác động.

Áp suất dầu → xi lanh lật → cơ cấu liên kết → gầu xoay → vật liệu rơi xuống

Thông số được công bố cho ZL40B cho thấy thời gian nâng khoảng 6,5 giây, thời gian đổ khoảng 1,6 giây và tổng chu kỳ nhanh nhất khoảng 11,6 giây, tùy điều kiện vận hành.

Đây là lý do năng suất của máy xúc lật không thể đánh giá chỉ bằng dung tích gầu. Thời gian chu kỳ cũng rất quan trọng.

Chu trình làm việc hoàn chỉnh

Một chu kỳ điển hình của ZL40B có thể hiểu:

Tiến máy → gầu tiếp xúc vật liệu → đẩy vào đống vật liệu → cuộn gầu → đầy gầu → lùi máy → hạ/nâng theo yêu cầu → bẻ lái → di chuyển → nâng gầu → lật gầu → đổ vật liệu → cuộn gầu → hạ gầu → quay lại

Toàn bộ quá trình được tạo nên từ sự phối hợp của cơ khí, thủy lực, truyền động và điều khiển.

Bản chất của LiuGong ZL40B

Nếu bóc tách ZL40B đến mức nguyên lý cơ bản nhất thì có thể hiểu bằng bốn hệ thống:

Động cơ tạo năng lượng

Hệ thống truyền động biến năng lượng đó thành lực kéo

Hệ thống thủy lực biến năng lượng động cơ thành lực nâng, lực lật và lực lái

Khung khớp nối biến chuyển động của hệ thống lái thành khả năng bẻ hướng của toàn bộ máy

Vì vậy, ZL40B không đơn thuần là một chiếc xe có gắn gầu phía trước. Nó là một hệ thống phối hợp giữa nguồn công suất, truyền động, thủy lực, kết cấu chịu lực và cơ cấu khớp nối.

Điểm đặc trưng nhất của ZL40B nằm ở sự kết hợp giữa động cơ 125 kW, truyền động powershift, bơm thủy lực bánh răng, cụm công tác gầu khoảng 2,2 m³ và khung lái khớp nối. Các thông số có thể khác theo phiên bản, năm sản xuất hoặc cấu hình thị trường, nên khi sửa chữa hoặc bảo dưỡng một chiếc ZL40B cụ thể cần đối chiếu đúng tài liệu của serial máy.