khảo sát ảnh hưởng của chế độ sử dụng đến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của máy xúc

Năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của máy xúc phụ thuộc nhiều yếu tố: yếu tố ñộng cơ, yếu tố về thiết bị công tác, các yếu tố về kỹ thuật và quản lý….Trong ñó chế ñộ sử dụng, trình ñ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI



TRẦN ðỨC TIỆP

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ

SỬ DỤNG ðẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NHIÊN

LIỆU RIÊNG CỦA MÁY XÚC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp

Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học : PGS TS NÔNG VĂN VÌN

HÀ NỘI - 2008

LỜI CAM ðOAN

- Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung th ực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã chỉ rõ ngu ồn gốc

L ỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân tr ọng cảm ơn sâu sắc PGS.TS NÔNG VĂN VÌN người ñã

tr ực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận

v ăn của mình

Xin trân tr ọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Cơ khí ñộng

l ực khoa Cơ-ðiện cũng như các thầy giáo, cô giáo Khoa Sau ñại học trường ðHNN1 - Hà Nội ñã hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện luận

v ăn

Xin trân tr ọng cảm ơn các bạn bè, ñồng nghiệp Khoa MXD, TTƯDCN

M ới và LðSX Trường cao ñẳng nghề cơ giới cơ khí xây dựng số 1 ñã cộng tác, giúp ñỡ tôi thực hiện luận văn

Tôi xin trân tr ọng cám ơn BGH Trường cao ñẳng nghề cơ giới cơ khí xây

d ựng số 1 ñã tạo ñiều kiện trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Hà n ội, ngày….tháng….năm 2008

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng iv

Danh mục các hình v

MỞ ðẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1Tình hình cơ giới hoá thi công trong xây dựng, giao thông và thuỷ nông ở Việt Nam 2

1.2 Khái quát về chủng loại máy Xúc ñược sử dụng ở Việt Nam 4

1.3 Khái quát về các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của máy xúc 8

1.3.1 Năng xuất: .8

1.3.2 Chi phí năng lượng 10

1.3.3.Chi phí và giá thành một ñơn vị sản phẩm trong cơ giới hóa: 11

1.4 Khái quát về quản lý và tổ chức sử dụng máy xúc 12

1.5.Khái quát về ñộng cơ và hệ thống ñiều khiển trên máy xúc 13

1.5.1 Hệ thống ñiều khiển 13

1.5.2 Các ñặc ñiểm cơ bản của ñộng cơ trên máy xây dựng 16

1.6.Nhận xét chương 1: 17

1.7 Nhiệm vụ và mục ñích nghiên cứu của ñề tài 17

1.7.1 mục ñích 17

1.7.2 Nhiệm vụ 17

Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Lựa chọn loại máy ñể thử nghiệm 18

2.2 Phương pháp nghiên cứu 21

2.3.Nhận xét chương 2 23

Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT ðỘNG HỌC CỦA THIẾT BỊ CÔNG TÁC TRÊN MÁY XÚC THUỶ LỰC MỘT GẦU 24

3.1 ðặt vấn ñề 24

3.2 Lựa chọn mô hình nghiên cứu 25

3.2.1 Sơ ñồ kết cấu của thiết bị công tác 25

3.2.2 Các giả thiết khi xây dựng mô hình 26

3.2.3 Thiết lập mô hình khối 27

3.3 Xây dựng thuật toán 31

3.3.1 Xác ñịnh các thông số hình học của thiết bị công tác 31

3.3.1.1 Xác ñịnh tọa ñộ các khâu trong hệ tọa ñộ tương ñối 31

3.3.1.2 Xác ñịnh tọa ñộ các khâu trong hệ tọa ñộ tuyệt ñối X0Y 33

3.3.2 Tính chất ñộng học của hệ thống công tác trên máy xúc 34

3.4 Thuật giải và chương trình 37

3.5 Kết luận 39

Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 40

4.1 Mục ñích và yêu cầu của nghiên cứu thực nghiệm 40

4.1.1 Mục ñích nghiên cứu 40

4.1.2 Thiết bị và phương pháp ño 42

4.1.2.1 Các thông số cần ño 42

4.1.2.2 Các thiết bị ño 42

4.1.2.3 Hệ thống gom và xử lý sơ bộ tín hiệu ño 48

4.1.3 Phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu 49

4.2 Các phương án thí nghiệm 51

4.2.1 Xác ñịnh các thông số ban ñầu cho mô hình lý thuyết 51

4.2.2 Mô phỏng quá trình làm việc của máy xúc 53

4.2.3 Ảnh hưởng góc cắt và tốc ñộ cắt ñến chi phí nhiên liệu riêng 54

4.2.3 Phân tích các thành phần chi phí trongmột chu kỳ 56

4.3 Kiểm chứng mô hình lý thuyết 57

4.3.1 Kiểm chứng các góc xoay của các khâu thành phần 57

4.3.2 Kiểm chứng quỹ ñạo chuyển ñộng của gầu 58

4.3 Kết luận chương 4 60

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ ñồ ñiều khiển gầu máy xúc gầu nghịch với truyền ñộng thủy lực

theo dõi 16

Hình 2.1 Máy xúc Solar 130W-V 19

Hình 3.1 Sơ ñồ kết cấu của thiết bị công tác trên máy xúc 25

Hình 3.2 Mô hình hoạt ñộng của máy xúc thuỷ lực 27

Hình 3.3 Sơ ñồ minh hoạ quãng ñường vận chuyển trong không gian 29

Hình 3.4 Biểu ñồ thời gian thực hiện các thao tác trong một chu kỳ 30

Hình 3.5 Xác ñịnh tọa ñộ các khâu trong hệ tọa ñộ tương ñối xAz 32

Hình 3.6: Xác ñịnh tọa ñộ các khâu trong hệ tọa ñộ tuyệt ñối X0Y 33

Hình 3 7 Sơ ñồ xác ñịnh vec tơ vận tốc răng cắt (D) 36

Hình 4.1 Cảm biến ño tần số quay 43

Hình 4.2 Cấu tạo của cảm biến tiệm cận 44

Hình 4.3 Nguyên lý hoạt ñộng của cảm biến tiệm cận 45

Hình 4.4 Sơ ñồ bố trí cảm biến ño tần số quay của mâm toa 46

Hình 4.5 Sơ ñồ bố trí cảm biến ño góc xoay giữa các khâu 46

Hình 4.6 Kết quả hiệu chuẩn các cảm biến ño góc 47

Hình 4.7 Sơ ñồ bố trí thiết bị ño tiêu thụ nhiên liệu DFL-1 48

Hình 4.8 Sơ ñồ hệ thống gom và xử lý tín hiệu ño 49

Hình 4.9 Chương trình thí nghiệm ñược module hoá với DasyLab 7.0 50

Hình 4.10 Worksheet của chương trình xử lý sơ bộ kết quả 50

Hình 4.11 ðồ thị vận tốc dịch chuyển các khâu ño ñược trong một chu trình công tác của máy xúc 51

Hình 4.12 ðồ thị thực nghiệm mô phỏng quá trình làm việc của máy xúc 53

Hình 4.13 Kết quả thí nghiệm góc cắt 55

Hình 4.14 Kết quả thí nghiệm tốc ñộ cắt 55

Hình 4.15 Phân tích các khâu trong các chu kỳ công tác 56

Hình 4.16 So sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm 58

Hình 4.17 Quỹ ñạo chuyển ñộng của gầu máy xúc SOLAR 130W-V 59

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Một số loại máy xúc một gầu tiêu biểu ñang sử dụng ở Việt Nam 7 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật chính của máy xúc Solar 130W-V 20 Bảng 4.1 Các hệ số hồi quycủa các hàm ñiều khiển 52 Bảng 4.2 Phân tích các chi phí cho các khâu trong một chu kỳ 57

MỞ ðẦU

Việt Nam là một ñất nước ñang phát triển, sự phát triển trong nền công nghiệp kỹ thuật cao vẫn còn trong thời kỳ tiếp cận với thế giới ðặc biệt ngành chế tạo các thiết, bị máy móc thi công trong xây dựng và nông nghiệp nói chung còn chưa phát triển, các máy móc này hầu như phải nhập từ nước ngoài, một số là mới còn ña số là máy ñã qua sử dụng

Các máy Xúc nhập vào Việt Nam ở tình trạng giá trị sử dụng còn khoảng

70 – 80% thường thiếu các tài liệu kỹ thuật hướng dẫn Việc nghiên cứu ñể quản lý và sử dụng máy hiệu quả nhằm nâng cao năng suất và giảm các chi phí cho ñảm bảo hiệu quả kinh tế là rất quan trọng

Năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của máy xúc phụ thuộc nhiều yếu tố: yếu tố ñộng cơ, yếu tố về thiết bị công tác, các yếu tố về kỹ thuật và quản lý….Trong ñó chế ñộ sử dụng, trình ñộ người vận hành là yếu tố ảnh hưởng rất lớn

Xuất phát từ nhu cầu thiết thực trên, tôi ñã chọn và thực hiện ñề tài luận

văn “khảo sát sự ảnh hưởng của chế ñộ sử dụng ñến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của máy xúc” Với mong muốn kết quả nghiên cứu này có

thể ñược sử dụng làm tài liệu giảng dạy, làm cơ sở nghiên cứu, phân tích sâu rộng hơn các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả kinh tế trong quản lý và tổ chức thi công ñối với máy xây dựng

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

¬

1.1Tình hình cơ giới hoá thi công trong xây dựng, giao thông và thuỷ

nông ở Việt Nam

Ảnh hưởng của ñô hộ và chiến tranh hàng thế kỷ nên nền công nghiệp Việt Nam vẫn ñang trong giai ñoạn lạc hậu, việc thi công các công trình xây dựng như: cầu cống, ñê ñập, mương máng, ñường xá … chủ yếu làm bằng thủ công trong khi các công việc ñó lại có khối lượng công khá lớn, ñặc biệt là công tác làm ñất

Trong những năm gần ñây, mức ñộ cơ giới hoá trong lĩnh vực thi công, xếp dỡ ở nước ta ngày càng tăng Tỷ lệ trang bị cơ giới tính trên ñầu người và khối lượng khai thác có thể sánh ngang với nhiều nước trong khu vực Tính ñến năm 1993, tổng số thiết bị cơ giới của Việt Nam ñã lên tới 40.000 chiếc

với tổng công suất trên 2,5 triệu KW (bao gồm gần 350 chủng loại khác nhau

của 24 nước sản xuất)[03]

Cụ thể các loại máy trong xây dựng, giao thông và thuỷ nông ở nước ta như sau [01], [03],[05]:

-Máy làm ñất: 16,3%

-Máy thi công chuyên dùng: 24,5%

-Máy vận chuyển ngang: 31,6%

-Máy vận chuyển cao: 7,6%

-Bộ Giao Thông Vận Tải : quản lý 20%

-Bộ Thuỷ Lợi : quản lý 10%

Còn lại ñược phân chia cho các Bộ, ngành và ñịa phương khác

Với lực lượng cơ giới ñó, các cơ sở thi công và xếp dỡ hàng năm ñã có thể ñào ñắp ñược hàng trăm triệu mét khối ñất ñá, xếp dỡ và vận chuyển ñược hàng chục triệu tấn hàng … góp phần không nhỏ vào công cuộc xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân Bên cạnh những cố gắng ñáng khích lệ ñó còn phải công nhận một sự thật rằng hiệu quả khai thác các máy xây dựng và nông nghiệp còn thấp ở nước ta Số ñầu xe thực tế hoạt ñộng chỉ khoảng 50 – 60% hệ số sử dụng thời gian của các máy không vượt quá 0,5 … ñó là chưa

kể hàng ngàn thiết bị cơ giới khác phải thanh lý trước thời gian quy ñịnh Những ñề tài nghiên cứu tổng kết về vấn ñề này ñã cho biết : trong tổng số những nguyên nhân dẫn tới hậu quả trên, nguyên nhân yếu kém về công tác tổ chức, quản lý và khai thác các máy ñó chiếm 30% Một trong những thiếu sót lớn nhất về mặt này là do nhiều cơ sở xây dựng và xếp dỡ cơ giới, việc ñầu tư trang bị máy móc thiết bị phục vụ chưa hợp lý, ñiều này ñược trình bày rõ trong tài liệu[5],[7],[8],[12] Tính bất hợp lý của công tác trên thể hiện ở các ñiểm cơ bản là :

- Tính năng kỹ thuật chưa hoàn toàn phù hợp với ñặc ñiểm ñối tượng khai thác

- Số chủng loại máy quá nhiều gây phức tạp cho công tác quản lý, khai thác và thiết bị ñồng bộ

- ðiều quan trọng là các máy phần lớn chưa ñảm bảo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Chủ yếu những năm gần ñây ta nhập máy cũ, máy bãi về sử dụng trong khi ñó các chủng loại máy này ñều không còn các lý lịch rõ ràng và các hướng dẫn sử dụng hợp lý

Cùng với yêu cầu cấp bách nhằm nâng cao chất lượng các công trình thi công, ñảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế thì việc ñấu thầu cạnh tranh quốc tế cũng như tư duy của các nhà quản lý và chỉ ñạo thi công, hàng loạt các máy xây dựng ñược nhập vào Việt Nam từ các nước như : Nhật, ðức, Hàn Quốc,

Mỹ … cần ñặt ra cho các chuyên gia, các cơ sở ñào tạo nghiên cứu các tính

năng, các chế ñộ sử dụng hơp lý nhất, ñào tạo ra những con người có kiến thức ñể sử dụng, vận hành chúng một cách hiệu quả và an toàn nhất, ñặc biệt

là với các máy móc nhập cũ thiếu các tài liệu kỹ thuật từ các nước trên như : máy xúc, máy ủi, máy kéo …

ðể có thể tính chọn hợp lý các phương tiện máy thi công các công trình ñất và xây dựng nhằm khắc phục những nhược ñiểm trên cần phải nghiên cứu

và nắm vững các phương pháp, chế ñộ sử dụng, tính toán và lựa chọn chúng theo các mục tiêu kinh tế - kỹ thuật ñược ñặt ra phù hợp với ñặc ñiểm môi trường khai thác

1.2 Khái quát về chủng loại máy Xúc ñược sử dụng ở Việt Nam

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các máy thi công công trình ñất, máy chuyên dùng … ngày càng ñược hiện ñại hoá ðiều khiển ñiện kết hợp thủy lực là một tiến bộ khoa học kỹ thuật, những năm trở lại ñây các máy thi công nói chung chủ yếu dùng hệ thống ñiều khiển tích hợp này Do

ñó việc sử dụng, vận hành các máy móc nặng cần phải có những nhân lực ñược ñào tạo một cách cơ bản thông qua các tài liệu hướng dẫn sử dụng và vận hành nhằm ñạt mức an toàn và hiệu quả kinh tế cao nhất

Từ những năm 1983 số máy xúc một gầu của Liên Xô (cũ) sử dụng hệ thống truyền ñộng thuỷ lực chiếm tới 78% Năm 1984 các nước phát triển như : Nhật, Mỹ, ðức, Anh, Pháp, Ý, Thuỵ ðiển … các máy thi công công trình dùng truyền ñộng thủy lực kết hợp với ñiều khiển ñiện như các máy làm ñất, cần trục, ô tô … chiếm 94% và cho tới nay thì con số này ñã tới gần 100% Tình hình sử dụng các loại máy xúc ở nước ta cho thấy các loại máy nhập từ nước ngoài, ñến nay tổng số máy ñã lên tới khoảng 50.000 chiếc với hơn 350 chủng loại khác nhau Những loại này ñược chế tạo từ các hãng khác nhau trên thế giới[5], [6], [12]

Bảng 1-1 thống kê một số loại máy xúc một gầu ñang sử dụng rộng rãi ở Việt Nam, qua bảng thống kê ta có thể nhận thấy rằng: Các loại máy xúc chế

tạo trong những năm gần ñây ñiều khiển bằng ñiện kết hợp thủy lực là chủ yếu, ñiều này ñồng nghĩa với việc người vận hành thao tác trong quá trình làm việc nhẹ nhàng hơn, kết hợp ñược nhiều thao tác ñiều khiển cùng một lúc trong một chu kỳ làm việc, như vậy năng suất sẽ cao hơn và chi phi nhiên liệu giảm ñi, ñược nêu cụ thể hơn trong tài liệu [2], [4], [5], [7]

Việc khảo sát các thông số về ñặc tính, tính năng, cấu tạo chung của máy xúc và tình hình sử dụng các máy xúc ở nước ta cho thấy chúng phong phú và

ña dạng về chủng loại, cấu trúc, ñặc ñiểm cấu tạo, hình thức ñiều khiển Những ñiều ñó dẫn tới khả năng thích nghi với ñiều kiện khai thác ở nước ta

và ảnh hưởng của chế sử dụng ñến tính kinh tế cũng khác nhau

Trong công tác tính chọn các loại máy xây dựng, việc quan trọng ñầu tiên là cần xác ñịnh ñược mục tiêu kinh tế – kỹ thuật Các mục tiêu này cũng chính là tiêu chuẩn lựa chọn máy Các tiêu chuẩn kinh tế – kỹ thuật trong lựa chọn phương tiện cơ giới xây dựng thông thường bao gồm :

-Tính năng kỹ thuật của máy phù hợp với ñặc ñiểm khai thác

-Chất lượng ñảm bảo

-Hiệu quả kinh tế cao

-Thuận lợi cho công tác khai thác, sử dụng

-Phù hợp với khả năng ñầu tư

Ngoài ra tiêu chuẩn về hiệu quả kinh tế cao của máy ñược lựa chọn ñang ngày càng ñược coi trọng Khi các cơ sở sản xuất hoạt ñộng kinh doanh theo hình thức thanh toán kinh tế ñộc lập và cạnh tranh giành hợp ñồng thì lãi suất

sẽ trở thành sống còn với họ Muốn lãi suất cao thì ñiều quan trọng nhất là phải giảm chi phí sản xuất tới mức thấp nhất Từ ñó việc lựa chọn máy có chi phí ca máy thấp, phụ tùng nguyên nhiên liệu phục vụ dễ kiếm chắc chắn sẽ ñược ưu tiên

ðặc biệt với trình ñộ tổ chức thi công, quản lý khai thác chưa cao như chúng ta hiện nay, các máy ñã qua sử dụng nhập nhiều thì ngoài việc lựa chọn

máy thuận tiện, một chế ñộ sử dụng hơp lý và phù hợp cho công tác khai thác của cơ sở sản xuất là ñáng ñược lưu tâm Trong khuân khổ của ñề tài, thuật

ngữ “chế ñộ sử dụng” ñược chúng tôi nghiên cứu rõ hơn ở chương 3 và các

chương sau ñó

Bảng 1.1: Một số loại máy xúc một gầu tiêu biểu ñang sử dụng ở Việt Nam

TT Mã hiệu máy

Nước sản xuất

Dung tích gầu (m3 ) ð/cơ (Hp)

Kiểu bơm thuỷ lực

Áp suất dầu

Trọng lượng (T) Kiểu ð/cơ thuỷ lực

1.3 Khái quát về các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy xúc

Trong khi lựa chọn và sử dụng khai thác máy, người ta thường chú ý ñến hiệu quả kinh tế – kỹ thuật, năng suất của máy Cùng một công việc có thể ñược hoàn thành bằng các ñội máy khác nhau, do vậy vấn ñề ñặt ra là phải chọn ñội máy nào ñể có ñược hiệu quả kinh tế – kỹ thuật cao nhất

Các thông số cơ bản về hiệu quả kinh tế của các phương án so sánh bao gồm: giá thành của sản phẩm xây dựng, thời gian thực hiện công trình và sản lượng tính cho một công nhân trong một ca v.v… ñương nhiên với ñiều kiện tất cả các phương án ñều ñảm bảo chất lượng kỹ thuật

1.3.1 Năng suất: Năng suất của máy xây dựng xác ñịnh bằng khối lượng

sản phẩm do máy làm ra trong một ñơn vị thời gian Thông thường, người ta xác ñịnh năng suất theo giờ, theo ca (T/h, T/ca; m3/ca v.v…), cũng có ñôi khi trong tính toán kinh tế người ta xác ñịnh năng suất máy theo sản lượng là m2 hoặc

chiếc trong một ñơn vị thời gian Có 3 loại năng suất [5], [9], [10]:

- Năng suất lý thuyết: Là trị số năng suất ñược xác ñịnh theo các thông

số thiết kế kết cấu của máy, năng suất này ñược xác ñịnh với giả thiết rằng máy làm việc trong những ñiều kiện lý tưởng về mọi phương diện: Như ñiều kiện chất tải là tối ña, ñiều khiển thành thạo, ñối tượng khai thác có tiêu chuẩn mẫu, thời tiết thuận lợi

Năng suất lý thuyết là một trị số cố ñịnh cho mỗi loại mã hiệu máy Trị

số năng suất chỉ tăng khi kết cấu của máy ñược hoàn thiện hơn Năng suất lý thuyết của máy ñược thể hiện trong catalô nhằm mục ñích ñể người sử dụng

có cơ sở so sánh và lựa chọn máy

Tuỳ thuộc vào chế ñộ làm việc của máy, năng suất lý thuyết ñược xác ñịnh theo các trường hợp sau:

+ ðối với máy hoạt ñộng (làm việc) chu kỳ:

Qlt = Gh.C

Trong ñó:

Gh – sản lượng do máy thực iện ñược trong một chu kỳ công tác;

C – số chu kỳ công tác do máy thực hiện ñược trong thời gian tính toán

+ ðối với máy làm việc liên tục:

Qlt = Fh.V Trong ñó:

Fh- Thông số ñặc trưng cho diện tích mặt cắt ngang của từng sản phẩm (ñối tượng khai thác) do máy khai thác;

V- tốc ñộ di chuyển của máy hoặc của dòng sản phẩm

- Năng suất kỹ thuật

Năng suất kỹ thuật là trị số năng suất của máy ñược xác ñịnh có kể ñến

sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ và kỹ thuật trong quá trình làm việc của máy, ñặc ñiểm của ñối tượng khai thác, của ñịa hình thi công v.v…

Qkt = (K1K2…Kn) QltTrong ñó:

K1, K2…., Kn- các hệ số ñặc trưng cho các ñiều kiện công nghệ

và kỹ thuật khai thác máy

- Năng suất khai thác

Năng suất khai thác là trị số năng suất của máy ñược xác ñịnh có kể ñến gián ñoạn thời gian do khâu công nghệ và tổ chức trong quá trình làm việc của máy Năng suất thực tế ñược biểu thị bằng biểu thức sau:

Qkt = Qlt Ktg (k1 k2…kn) Trong ñó:

Ktg- hệ số sử dụng máy theo thời gian Hệ số này ñược xác ñịnh bằng tỷ

số giữa thời gian làm việc thực tế của máy và thời gian quy ñịnh cho ca là việc

Trị số của năng suất khai thác (Qkt) ñược sử dụng ñể lập kế hoạch tổ

chức thi công, ñể ñánh giá hiệu quả sử dụng máy, ñể lựa chọn máy và thiết

lập quy trình sản xuất

Các yếu tố ảnh hưởng ñến năng suất của máy:

Tuỳ thuộc vào chức năng nhiệm vụ của máy, năng suất của nó chịu ảnh

hưởng của các yếu tố sau:

+ Kết cấu của máy – mức ñộ hoàn thiện của kết cấu máy sẽ làm tăng

năng suất khai thác của máy trong quá trình sử dụng

+ Công suất của máy – thông thường công suất của máy tăng sẽ kéo

theo năng suất nhanh hơn

+ ðặc ñiểm của ñối tượng khai thác (chất ñất, loại ñá, thành phần

bêtông, ñặc ñiểm của nền v.v…)

+ ðịa hình thi công

+ Trình ñộ sử dụng và ñiều khiển máy của người lái

+ Trình ñộ tổ chức thi công

+ Phục vụ kỹ thuật máy

+ Các yếu tố về thời tiết, khí hậu

+ Các yếu tố về xã hội và nhân văn của tương tác người – máy

1.3.2 Chi phí năng lượng: Xuất tiêu hao năng lượng chất ñốt khi tiến

hành cơ giới hóa công tác ñất tính theo công thức sau:

Khi trong tổ máy làm ñất có nhiều máy sử dụng các dạng nhiên liệu, năng lượng khác nhau ( như xăng, dầu, ñiện năng…) thì xuất tiêu hao nhiên liệu phải tính riêng cho từng loại

Chỉ tiêu này cho phép ñánh giá tính tiết kiệm của máy hay tổ máy làm ñất trong khi sử dụng các dạng năng lượng và tính lượng tiêu hao năng lượng khi thi công một khối lượng công tác ñất nhất ñịnh

1.3.3.Chi phí và giá thành một ñơn vị sản phẩm trong cơ giới hóa:

ðể xác ñịnh giá thành một ñơn vị sản phẩm của công tác cơ giới hoá, người ta xác ñịnh giá ca máy (Ccm) của mỗi loại máy tham gia vào thành phần của ñội máy theo công thức:

t n cm

T

G T

Tcm- Số ca làm việc của máy trên công trình thi công

G- Khấu hao tính theo năm của máy và các chi phí cho công tác bảo trì, sửa chữa thiết bị phụ trợ;

Tn- Số ca làm việc của máy trong 1 năm;

Ct- Chi phí thường xuyên trong khai thác máy (chi phí cho sửa chữa, không kể sửa chữa lớn), chi phí ñiện năng, nhiên liệu, vật liệu bôi trơn, lương của công nhân lái máy và chăm sóc bảo dưỡng máy v.v…

Giá thành một ñơn vị sản phẩm của các công việc cơ giới hoá ñược xác ñịnh như sau:

cd c

cb cd

p cm cp

Q

Z 5 , 1 V

C Q

C C 08 , 1

=

Trong ựó:

ΣCcm- Giá ca máy của ựội máy:

Cp- Chi phắ cho những công việc phụ trợ và tiền lương cho những công nhân làm công việc phụ (các chi phắ này tắnh cho 1 ca):

Qcự- Năng suất khai thác của ựội máy trong 1 ca (năng suất này chỉ tắnh cho các máy chủ ựạo);

Ccb- Chi phắ cho các công tác chuẩn bị;

Vc - Khối lượng công việc thi công tại công trình;

Z- Tiền lương của công nhân;

1,08- Hằng số kể ựến các chi phắ gián tiếp;

1,5- Hằng số liên quan ựến chi phắ tiền lương;

1.4 Khái quát về quản lý và tổ chức sử dụng máy xúc

Như ựã nêu, nước ta hiện nay số lượng và chủng loại máy xúc tăng khá nhiều, việc quản lý máy thông qua công tác ựánh giá chất lượng hoạt ựộng và hiệu quả sử dụng trong khai thác có ý nghĩa thực tế cao Khâu quản lý khai thác kỹ thuật và tổ chức sử dụng máy ựược chú trọng ựặc biệt, vì ựây là khâu quan trọng quyết ựịnh sự ựảm bảo chất lượng máy và hiệu quả kinh tế Do vậy khâu này ựược sự hỗ trợ của hàng loạt các khâu: huấn luyện, ựào tạo người sử dụng máy, cung cấp thông tin khoa học kỹ thuật về chế ựộ bảo dưỡng, sửa chữa máyẦ

Về quản lý và lập kế hoạch sản xuất, khâu này liên quan trực tiếp ựến

an toàn và năng xuất làm việc Trong kế hoạch phải ghi rõ khối lượng công việc, yêu cầu vật liệu, máy móc và các công cụ vận chuyển, trên cơ sở ựó chỉ huy công trường, người quản lý giao nhiệm vụ cho các ựội máy, ựội trưởng cụ thể hóa nhiệm vụ đó là nhiệm vụ sản xuất, văn bản chắnh thức ựể tắnh toán chất lượng, khối lượng công việc ựã hoàn thành cũng như tắnh toán tiền lương cho công nhân Do vậy người ta phải ghi vào sổ giao ca, thông thường sổ giao

ca gồm các số liệu sau: kiểu và số liệu máy xúc, ngày giờ làm việc, tên gọi

công trình, họ tên thợ máy và phụ lái, khối lượng công việc ñã hoàn thành, thời gian dừng máy và các nguyên nhân gây dừng, hư hỏng các bộ phận và biện pháp ñã dùng ñể sửa chữa, khối lượng công việc các xe ben ñã thực hiện,

sổ giao ca và thợ lái sau mỗi lần giao ca Việc tính toán kiểm tra lượng tiêu hao nhiên liệu, dầu bôi trơn, các vật liệu sửa chữa vận hành khác ñược tổ chức như sau:

Mỗi ñội trưởng có sổ ghi chép tính toán riêng, trong ñó kê khai rõ số lượng vật liệu cần thiết ñể hoàn thành công việc ñã ñược giao Theo tiêu chuẩn ñịnh mức, ñội trưởng sẽ nhận vật liệu cần thiết ở kho cho máy

ðể hoàn thành khối lượng công việc, nếu thấy chi phí nhiên liệu vượt quá ñịnh mức thì ñội trưởng chỉ ñược phép nhận thêm ở kho khi có giấy phép của chỉ huy công trường

1.5.Khái quát về ñộng cơ và hệ thống ñiều khiển trên máy xúc

Hệ thống ñiều khiển và ñộng cơ ñóng vai trò quan trọng quyết ñịnh chủ yếu ñến năng suất và hiệu quả kinh tế trong thi công của máy xây dựng nói chung và máy xúc nói riêng

1.5.1 Hệ thống ñiều khiển

Hệ thống ñiều khiển(HTðK) ñể ñiều khiển quá trình làm việc của máy

và trên các máy xây dựng là rất khác nhau, sơ ñồ của chúng phụ thuộc vào ñộ phức tạp của máy và công dụng của hệ thống Theo cấu tạo và phương pháp truyền năng lượng, hệ thống ñiều khiển phân làm 2 loại:

- Hệ thống ñiều khiển trực tiếp

- Hệ thống ñiều khiển có cơ cấu khuyếch ñại (cơ cấu trợ lực) Trong hệ thống ñiều khiển này, người ta có thể dùng cơ cấu trợ lực kiểu cơ học, thuỷ lực, ñiện, khí nén

Theo phương pháp ñiều khiển, chia làm 2 loại:

- Hệ thống ñiều khiển thông thường

- Hệ thống ñiều khiển tự ñộng

Theo loại truyền ñộng, chia làm 5 loại:

- Hệ thống ñiều khiển cơ học

- Hệ thống ñiều khiển thuỷ lực

- Hệ thống ñiều khiển ñiện

- Hệ thống ñiều khiển khí nén

- Hệ thống ñiều khiển kết hợp

* Yêu cầu ñối với hệ thống ñiều khiển:

Hệ thống ñiều khiển hết sức quan trọng có ảnh hưởng nhiều tới năng suất của máy Do ñó khi thiết kế cần thoả mãn yêu cầu sau:

- Nhẹ nhàng, hợp với sức khoẻ của người bình thường Lực ñiều khiển của tay không quá 30 – 40N, hành trình không lớn hơn 0,25m, góc quay không quá 350 Lực ñiều khiển của chân không quá 80N, hành trình không quá 0,2m và góc quay không vượt quá 600.[5], [13]

- Cường ñộ ñiều khiển phải bình thường Số lần ñiều khiển ở các máy

cỡ nhỏ sau một chu kỳ ở ñiều kiện làm việc bình thường là 12 lần, mỗi giờ không quá 2500 lần

ðiều khiển cần êm, bảo ñảm ñộ nhạy cần thiết, thời gian ñiều khiển vào khoảng 0,25 – 0.3s ñối với máy cỡ nhỏ, từ 0,3 – 0,4s với cỡ vừa, từ 1 – 2s với

cỡ máy lớn

- Các chỉ tiêu kinh tế phải ñảm bảo, có ñủ ñộ bền, dễ ñiều chỉnh, sửa chữa Làm việc phải an toàn ðảm bảo cho máy làm việc trong môi trường nhiệt ñộ từ 0 – 500, hoặc ở môi trường khí hậu ẩm, dưới trời mưa, có bụi bẩn

- ðơn giản, thuận tiện Số cần, bàn ñạp sao cho ít nhất và ñược bố trí gần nhất về phía tay phải của người lái Ghế ngồi phải êm có thể ñiều chỉnh ñược ñể phù hợp với khổ người lái và dễ quan sát ñược hiện trường thi công

Nhằm nâng cao năng suất trong thi công máy xây dựng thì một trong những biện pháp ñó là ñiều chỉnh tự ñộng quá tình làm việc của chúng

Ta biết rõ quá trình thi công của máy xây dựng là phức tạp và ựa dạng

Bộ công tác của máy trong quá trình làm việc thường xuyên chịu tác dụng của tải trọng thay ựổi (tải trọng lớn nhất có thể lớn hơn tải trọng trung bình khoảng 1,2 Ờ 3 lần) Mặt khác ựịa hình thi công của máy lại không thuần nhất; hơn nữa chất lượng công trình ngày càng ựòi hỏi cao hơn, ựiều kiện lao ựộng của người lái máy ngày càng phải cải thiện tốt hơn

Tất cả những ựiều ựó dẫn ựến nhu cầu cần phải tự ựộng quá trình ựiều khiển máy Có nhiều phương án khác nhau ựể ựiều khiển tự ựộng quá trình làm việc của máy (ựối với nhóm máy làm ựất): Có thể thay ựổi chiều sâu ựào theo lực kéo hoặc công suất của ựộng cơ, thay ựổi tốc ựộ di chuyển, tốc ựộ làm việcẦhoặc thay ựổi số vòng quay theo quỹ ựạo ựào cho trướcẦ

Tự ựộng hoá quá trình ựiều khiển của máy xúc theo quỹ ựạo cho trước Trên hình (1.1) mô tả hệ thống ựiều khiển máy xúc gầu ngược có sử dụng truyền dẫn thuỷ lực theo dõi Hệ thống ựiều khiển thuỷ lực theo dõi dùng ựể sao chép lại quỹ ựạo chuyển ựộng của gầu theo một tỷ lệ nhất ựịnh

Hệ thống chủ yếu dựa trên nguyên tắc mối liên hệ số chuyển ựộng của cần với

vị trắ của tay gầu

Xi lanh tay gầu 4, xi lanh tay gầu 5 ựược ựiều khiển ựộc lập theo ý muốn của người lái Tay ựòn phụ 9 phỏng theo tay gầu và gầu, cùng với cần 7 thanh kéo 8, tay gầu 6 tạo thành hình bình hành ABCD ở ựầu cuối của tay ựòn phụ 9 nối với con trượt A chuyển ựộng trong bộ phận dẫn hướng lắp với cát ựát trắch 10 hiệu chỉnh chuyển ựộng cần đát trắch 10 chuyển ựộng làm liên quan ựến van trượt bộ phân phối 2 Con trượt A chuyển ựộng trong bộ phận dẫn hướng, qua cảm biến 10 sẽ ựẩy hoặc kéo van trượt bộ phân phối 2

Do ựó dầu sẽ ựược cung cấp vào xi lanh 3 ựể nâng hạ cần điều chỉnh chuyển ựộng cho phép ựảm bảo quỹ ựạo của răng gầu tương tự như dạng của bộ phận dẫn hướng Hệ thống ựiều khiển thuỷ lực theo dõi ựảm bảo quỹ ựạo ựào sai số với quỹ ựạo cho trước khoảng + 25mm

Hình 1.1 Sơ ñồ ñiều khiển gầu máy xúc gầu nghịch

với truyền ñộng thủy lực theo dõi

Như vậy hệ thống ñiều khiển trên máy xây dựng nói chung và máy xúc nói riêng rất ña dạng, các máy xúc ngày nay chủ yếu dùng hệ thống ñiều khiển kết hợp ñiện với thủy lực ñiều này làm tăng tính linh hoạt trong thi công rất cao, các chi phí ñược giảm ñi, hiệu quả kinh tế tăng lên

1.5.2 Các ñặc ñiểm cơ bản của ñộng cơ trên máy xây dựng

Khi so sánh với các ñộng cơ dùng cho xe ô tô và máy công nghiệp, ñộng

cơ dùng cho máy xây dựng và máy xúc nói riêng phải làm việc trong các ñiều kiện hết sức khắc nhiệt, ñược thiết kế, chế tạo có tính ñến yếu tố sau:

- Công suất và kết cấu phải chịu ñược tải trọng lớn

- Công suất phải chịu ñược sự thất thường, ñột ngột của tải trọng

- Kêt cấu phải chịu ñược các ñiều kiện làm việc khắc nhiệt(bụi, bẩn, rung ñộng, ñịa hình nghiêng, nhiệt ñộ cao, nhiệt ñộ thấp, mưa gió…)

Trên các máy xây dựng hiện nay dùng các ñộng cơ có xi lanh bố trí theo hình chữ V ñể thuận lợi cho dùng cho các xe ñòi hỏi tốc ñộ cao, ñộng cơ công suất lớn, xong không cần mô men xoắn của trục lớn(xe tải cỡ lớn, xe buýt, máy xây dựng dùng bánh hơi…), ñối với các máy công suất trung bình, không cần tốc ñộ cao… ñộng cơ thường bố trí các xi lanh một hàng thẳng

Các hệ thống trên ñộng cơ cũng ñược nghiên cứu chế tạo hoàn thiện hơn, ñặc biệt là hệ thống ñiều khiển và kiểm soát nhằm giảm tồi ña mức tiêu hao nhiên liệu không cần thiết ñể ñảm bảo thân thiện với môi trường và ñạt hiệu suất máy cao nhất

1.6.Nhận xét chương 1:

1) Mức ñộ cơ giới hóa trong thi công xây dựng, xếp dỡ ở nước ta ngày một tăng và phát triển, tỷ lệ trang thiết bị cơ giới trên ñầu người và khối lượng khai thác cao, ngang tầm với các nước trong khu vực

2) Số chủng loại máy nhập vào Việt Nam rất nhiều và ña dạng, các máy nhập cũ tỷ lệ còn mới từ 70% ñến 80% Hiệu quả khai thác các máy còn thấp 3) Hệ thống ñiều khiển và ñộng cơ trên máy xây dựng ñược nghiên cứu

ưu việt hơn Vấn ñề ñặt ra là do các máy nhập về ở dạng ñã qua sử dụng, các tài liệu kỹ thuật không ñầy ñủ, trong khi ñó các hệ thống ñiều khiển cả trên các loại máy còn mới hay cũ ñều cần có sự nghiên cứu, khảo sát thành tài liệu dùng cho các trường dạy nghề và cho người thợ vận hành hiểu và ñiều khiển máy một cách hợp lý nhất với mục ñích an toàn và hiệu quả kinh tế

1.7 Nhiệm vụ và mục ñích nghiên cứu của ñề tài

1.7.1 mục ñích

Phân tích, xác ñịnh và ñánh giá ảnh hưởng của chế ñộ sử dụng ñến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của máy xúc, qua ñó làm cơ sở nghiên cứu, phân tích sâu hơn các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả kinh tế trong quản

lý và tổ chức thi công ñối với máy xây dựng

Chương 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

ðối tượng nghiên cứu sẽ qui ñịnh phương pháp và kỹ thuật thử nghiệm Việc lựa chọn ñối tượng thí nghiệm (loại máy, cụm máy, người lái) trước hết cần thoả mãn ñược các yêu cầu chính sau ñây:

- ðối tượng mang tính tiêu biểu, ñiển hình và tiên tiến Có như vậy thì các kết quả nghiên cứu mới có tính khái quát cao

- Loại máy lựa chọn phải phổ biến, sẵn có, hệ thống hoặc cụm máy lựa chọn phải cho phép can thiệp và dễ lắp ñặt thiết bị ño mà không ảnh hưởng ñến sự làm việc bình thường của máy

- ðối chứng sự làm việc của máy giữa hai quá trình ñiều khiển: một do công nhân có trình ñộ cao, kỹ năng ñiều khiển tốt và một do công nhân có trình ñộ thấp, kỹ năng ñiều khiển chưa hợp lý

- Tùy thuộc vào cơ sở vật chất và ñiều kiện thí nghiệm

2.1 Lựa chọn loại máy ñể thử nghiệm

Căn cứ theo các yêu cầu nêu trên và ñiều kiện cụ thể, máy xúc một gầu

di ñộng bánh lốp Solar 130W-V ñiều khiển ñiện-thuỷ lực(ðKðTL) ñã ñược chọn làm ñối tượng cho nghiên cứu thực nghiệm của luận văn Máy ñược nhập từ Hàn Quốc, ñó là một nhãn hiệu máy xúc rất phổ biến ở Việt Nam hiện nay do nó có những ưu ñiểm nổi bật Trường Cao ñẳng nghề KTCG Cơ khí Xây dựng Việt Xô số 1 hiện có một chiếc máy xúc hiệu Solar 130W-V và còn khá mới (ñời 1998, khoảng 3.000 h) dùng ñể ñào tạo nghề là chính Hình 2.1 là ảnh chụp toàn bộ máy, thông số kỹ thuật của máy ñược ghi ở bảng 2.1

Hình 2.1 Máy xúc Solar 130W-V

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật chính của máy xúc Solar 130W-V

Tổng thể máy:

Dung tích gầu

Trọng lượng

Chiều dài toàn bộ khi di chuyển

Chiều rộng toàn bộ khi di chuyển

Chiều cao toàn bộ khi di chuyển

Chiều rộng cơ sở

Chiều dài cơ sở

m3tấn

ðộng cơ:

Nhãn hiệu-Kiểu

Công suất/vòng quay

Tiêu hao nhiên liệu max

mã lực/vg/ph l/h

DB58T 134/2.200

9.00-20-14PR Thủy lực hoàn toàn

Bán kính ñào tối ña

ðộ ñào sâu tối ña

ðộ cao ñào tối ña

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Mức ñộ sử dụng tốc ñộ quay của ñộng cơ, tốc ñộ ñào ñất, tốc ñộ nâng chuyển gầu ñến nơi ñổ và sau ñó quay về vị trí ñào ảnh hưởng ñến năng suất

và chi phí nhiên liệu riêng của máy xúc Khảo sát các chế ñộ này, trước tiên cần xây dựng mô hình tính toán và sử dụng các phương pháp phù hợp ñể nghiên cứu Mô hình phải phản ánh ñược những ñặc ñiểm cơ bản của hệ thống liên quan ñến các chế ñộ nêu trên, thích hợp với việc sử dụng phương pháp hiện ñại Từ ñó thiết lập mô hình toán diễn tả các mối quan hệ giữa các thông số ñầu vào và các thông số ñặc trưng của mô hình Dưới ñây trình bày một số phương pháp nghiên cứu áp dụng luận văn

a) Phương pháp giải tích

Theo phương pháp giải tích, sau khi lựa chọn mô hình hoá hệ thống các thiết bị công tác và mô hình tính toán ñộng học cho cơ hệ trên máy xúc, dựa vào các ñịnh luật cơ học ta mô tả các chuyển ñộng của các cơ hệ cơ học bằng phương trình vi phân ðối với mô hình tuyến tính, việc giải các phương trình

vi phân có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau tuỳ thuộc vào từng phương pháp giải

b) Phương pháp số

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính ñiện tử, việc giải các bài toán dưới dạng hệ phương trình vi phân phi tuyến theo phương pháp số ngày càng ñược sử dụng rộng rãi Các kết quả xử lý trên máy tính có ñộ chính xác và ñộ tin cậy cao Tuy nhiên kết quả tính toán phụ thuộc hoàn toàn vào việc xây dựng các thuật toán và lập trình giải bài toán trên máy tính Phương pháp giải tích có thể dùng cho nhiều lớp bài toán khác nhau với các ñiều kiện

sử dụng khác nhau do vậy sẽ ñáp ứng ñể giải tìm quy luật hoạt ñộng cho các

cơ hệ vốn rất phức tạp trên liên hợp máy làm ñất và máy xúc

c) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp này cho kết quả rất cụ thể bởi vì không cần thay thế máy xúc bằng mô hình vật lý nào ñó, mà khi thay thế như vậy hầu hết phải ñưa ra một số giả thiết hoặc ñiều kiện nhất ñịnh Vì vậy kết quả thí nghiệm có thể xem là chính xác cho ñối tượng ñem thí nghiệm Tuy nhiên việc thử nghiệm máy thường gặp những khó khăn trong việc lựa chọn ñiều kiện thí nghiệm, lựa chọn thiết bị ño lường và xử lý số liệu Mặt khác số liệu thí nghiệm thường phải ñủ lớn Trong các kết quả thường chỉ phản ánh từng chế ñộ làm việc nhất ñịnh và khó thấy ảnh hưởng riêng rẽ của từng yếu tố ñiều ñó làm tăng chi phí về thời gian và kinh phí ñồng thời khó có thể giải quyết ñược các bài toán tối ưu Chính vì vậy, phương pháp thử nghiệm máy thường chỉ ñược

áp dụng ñể khảo sát ñộng lực học của liên hợp máy cày hay máy xây dựng nói chung ñã có trong ñiều kiện sử dụng, hoặc ñể kiểm chứng cho nghiên cứu lý thuyết dưới dạng mô hình toán hay cơ, tức là chỉ hợp lý ở giai ñoạn kiểm tra ñánh giá mức ñộ chính xác của kết quả nghiên cứu

Tóm lại khi nghiên cứu ñộng học ô tô – máy kéo, máy xây dựng nói chung và nghiên cứu ñộng học thiết bị công tác máy xúc có thể sử dụng phương pháp thử nghiệm máy thực hoặc phương pháp nghiên cứu mô hình toán học Trong phương pháp nghiên cứu mô hình lại phân chia ra thành nhiều dạng và thường cho kết quả mang tính chất ñịnh tính nhưng khá hiệu quả trong nghiên cứu Mô hình lý thuyết có thể giải quyết bài toán có tính tổng quát cao và kết quả giải quyết các phương trình vi phân chuyển ñộng mang tính ñịnh lượng

Như vậy mỗi một phương pháp ñều có những ưu ñiểm, nhược ñiểm nhất ñịnh và ñược ứng dụng trong các bài toán cụ thể, khi trong những ñiều kiện cụ thể nếu kết hợp ñược những phương pháp trên thì công tác nghiên cứu

sẽ có hiệu quả cao hơn vì cho lời giải chính xác, nhanh chóng hơn Trong luận văn chúng tôi vận dụng cả các phương pháp ñã nêu ñể nghiên cứu xây dựng

mô hình khảo sát ñộng học và tìm các quy luật chuyển ñộng của thiết bị công tác trên máy xúc SOLAR 130W – V

2.3.Nhận xét chương 2

1) Máy xúc một gầu di ñộng bánh lốp Solar 130W-V ñiều khiển thuỷ lực(ðKðTL) ñáp ứng ñược các yêu cầu làm ñối tượng cho nghiên cứu thực nghiệm của luận văn

ñiện-1)Cơ hệ trên liên hợp máy cày và máy xúc là rất ña dạng và phức tạp, các phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ñã nêu trên ñáp ứng cho việc giải các mô hình toán dạng tuyến tính và phi tuyến

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT đỘNG HỌC CỦA THIẾT

BỊ CÔNG TÁC TRÊN MÁY XÚC THUỶ LỰC MỘT GẦU

3.1 đặt vấn ựề

Năng suất và chi phắ năng lượng riêng của máy xúc phụ thuộc rất lớn vào tắnh năng kỹ thuật của máy, ựiều kiện sử dụng và trình ựộ người vận hành Quỹ ựạo và tốc ựộ chuyển ựộng của gầu xúc là các thông số thể hiện kết quả của quá trình ựiều khiển các khâu thành phần của thiết bị công tác Nói cách khác, các tắnh chất ựộng học của thiết bị công tác ảnh hưởng ựến năng suất và chi phắ năng lượng cho các quá trình ựào xúc Việc lựa chọn hợp lý quỹ ựạo và tốc ựộ chuyển ựộng của gầu xúc sẽ góp phần ựáng kể ựể tăng năng suất và giảm chi phắ năng lượng cho quá trình ựào xúc

Các máy xúc truyền ựộng thuỷ lực có nhiều ưu ựiểm, trong ựó phải kể ựến tắnh linh hoạt ựiều khiển rất cao Nó cho phép ựồng thời hoặc ựộc lập ựiều khiển các khâu thành phần của thiết bị công tác Nhờ ựó sẽ rút ngắn ựược thời gian, tăng năng suất và giảm chi phắ năng lượng cho một chu kỳ công tác

Với những ựặc ựiểm trên, quỹ ựạo chuyển ựộng của gầu xúc của các máy xúc thuỷ lực ựa dạng và phức tạp hơn, tuỳ thuộc vào chủ ựịnh và trình ựộ của người vận hành quá trình ựiều khiển sẽ ựem lại hiệu quả chi phắ năng lượng là thấp nhất

Chu trình làm việc của các máy xúc thuỷ lực một gầu có thể phân ra thành 3 giai ựoạn:

1 đào ựất

2 Nâng chuyển và dỡ tải

3 Chuyển gầu trở về vị trắ ựào

Sự di chuyển hợp lý của gầu trong từng giai ñoạn sẽ góp phần tăng năng suất và giảm chi phí năng lượng của máy xúc ðây là vấn ñề ñáng quan tâm trong nghiên cứu khai thác sử dụng các máy xúc

Trong chương này trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình khảo sát tính chất ñộng học của thiết bị công tác làm cơ sở cho việc phân tích các thành phần chi phí thời gian, quãng ñường dịch chuyển của gầu và chi phí nhiên liệu cho một chu kỳ công tác ðối tượng nghiên cứu là máy xúc thuỷ lực một gầu mã hiệu SOLAR 130W – V

Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng ñể nghiên cứu ñầy ñủ hơn cần phải xét ñến các tính chất ñộng lực học của thiết bị công tác vì các tính chất ñộng học

là hệ quả của các quá trình ñộng lực học của hệ thống Song do ñiều kiện có hạn nên trong phạm vi ñề tài này chỉ giới hạn nghiên cứu ở phần ñộng học

3.2 Lựa chọn mô hình nghiên cứu

3.2.1 Sơ ñồ kết cấu của thiết bị công tác

Sơ ñồ kết cấu của thiết bị công tác trên máy xúc thuỷ lực một gầu thể hiện trên hình 3.1

Hình 3.1 Sơ ñồ kết cấu của thiết bị công tác trên máy xúc

I- Mâm quay(cơ cấu quay); II – Cần chính; III- Tay gầu; IV – Gầu xúc

S 1 , S 2 , S 3 , - Các xi lanh thuỷ lực

Hệ thống công tác bao gồm: Mâm quay I (cơ cấu quay hay còn gọi

là toa quay), cần chính II, tay gầu III, gầu IV và các xi lanh thuỷ lực, S1, S2, S3

Liên kết các khâu I với II với III, III với IV là liên kết bản lề các khâu

này có thể xoay tương ñối với nhau trong mặt phẳng nền, mâm quay I có thể

quay xung quanh trục Z ( hình 3.1) nhờ truyền ñộng từ một ñộng cơ thuỷ lực

(không thể hiện trên hình 3.1)

Các khâu II, III, IV chỉ có thể quay tương ñối với nhau trong cùng một

mặt phẳng Khi khâu I quay sẽ làm cho các khâu II, III và IV cùng quay theo

Việc ñiều khiển sự dịch chuyển của các khâu có thể thực hiện ñộc lập

hoặc ñồng thời Do truyền ñộng thuỷ lực là vô cấp nên khả năng ñiều khiển

gầu xúc (bộ phận làm việc trực tiếp) rất linh hoạt Tuy nhiên, hiệu quả làm

việc còn phụ thuộc vào trình ñộ chuyên môn của người ñiều khiển

Như vậy, năng suất và chi phí năng lượng của máy xúc thuỷ lực phụ

thuộc vào khá nhiều yếu tố, bao gồm cả yếu tố chủ quan của người ñiều

khiển, các yếu tố kết cấu và các yếu tố ñiều kiện sử dụng

3.2.2 Các giả thiết khi xây dựng mô hình

Do tính phức tạp của hệ thống và do thiếu các dữ liệu ñầu vào như mô

men quan tính của các khâu, ñặc tính ñộng cơ, ñặc tính kỹ thuật của các phần

tử truyền lực, chúng tôi ñề xuất mô hình nghiên cứu ñộng học của thiết bị

công tác với các giả thiết sau:

1) Tốc ñộ ñộng cơ không thay ñổi (ϖe =const) trong một chu kỳ công

tác ðiều này ñồng nghĩa với không xét ñến tác ñộng tay ga mà chỉ ghi nhận

giả thiết ñộng cơ quay với một tốc ñộ xác ñịnh nào ñó (ví dụ chọn ở tốc ñộ

quay ñịnh mức)

2) Cũng tương tự như trên, tốc ñộ quay của mâm xoay ϖ1, tốc ñộ xoay

cần chính ϖ2, tốc ñộ xoay tương ñối của tay gầu với cần chính ϖ3, tốc ñộ xoay

tương ñối của gầu so với tay gầu ϖ4 là các hàm giả ñịnh chứ không phải là hệ

quả trực tiếp của sự tác ñộng của người lái và các cần ñiều khiển

3) Trong quá trình ñào, máy xúc không dịch chuyển do tác ñộng của người ñiều khiển hoặc do tác ñộng của phản lực từ gầu xúc

4) Không xét ñến các ñộ rơ ở các khớp quay

3.2.3 Thiết lập mô hình khối

Trên cơ sở phân tích kết cấu của máy xúc thuỷ lực một gầu có thể mô hình hoá như sơ ñồ hình 3.2

Hình 3.2 Mô hình hoạt ñộng của máy xúc thuỷ lực

Nguồn ñộng lực là ñộng cơ diezel tạo ra tốc ñộ quay cho bơm thuỷ lực

Bơm thuỷ lực cung cấp dầu có áp suất cao qua hộp phân phối rồi ñến các thiết bị thuỷ lực:

- Cấp cho ñộng cơ thuỷ lực của mâm quay với áp suất p1và lưu lượng q1

- Cấp cho xi lanh thuỷ lực của cần chính với áp xuất p2 và lưu lượng q2

- Cấp cho xi lanh thuỷ lực của tay gầu với áp xuất p3 và lưu lượng q3

- Cấp cho xi lanh thuỷ lực của gầu xúc với áp suất p4 và lưu lượng q4

Hệ thống ựiều khiển gồm 4 cần với các ký hiệu tương ứng trên hình 3.2

là 0, 1, 2, 3, 4:

- Cần số 0 ựiều khiển tốc ựộ quay của ựộng cơ

- Cần 1 ựiều khiển mâm quay thông qua ựiều chỉnh lưu lượng và thời gian cấp dầu cho ựộng cơ thuỷ lực

- Các cần 2, 3, 4 ựiều khiển cần chắnh, tay gầu và gầu xúc thông qua ựiều chỉnh lưu lượng và thời gian cấp dầu ựến các xi lanh lực

Sự dịch chuyển của các khâu trong không gian phụ thuộc vào tốc ựộ dịch chuyển và thời gian duy trì vị trắ của các cần ựiều khiển Công việc hoàn toàn do chủ quan của người vận hành Do ựó chúng tôi sử dụng thuật ngữ

Ộchế ựộ sử dụngỢ là ựể chỉ mức ựộ sử dụng tốc ựộ quay của ựộng cơ, tốc ựộ ựào ựất, tốc ựộ nâng chuyển gầu từ vị trắ ựào

Chu kỳ công tác là thời gian thực hiện ựào ựất, nâng gầu, quay toa, dỡ tải, ựưa gầu quay lại vị trắ ựào Một chu kỳ công tác có thể chia thành 3 giai ựoạn: đào ựất, nâng chuyển gầu và dỡ tải, ựưa gầu quay lại vị trắ ựào

1) đào ựất

Gầu xúc thực hiện ựào ựất và gom ựất vào ựầy gầu để giảm lực cản cắt, người ựiều khiển phải xoay gầu ựể có tốc ựộ và góc cắt hợp lý Vấn ựề này cùng với các tắnh chất cơ lý tắnh của ựất ựã ựược phân tắch trong tài liệu [6 ], [12]

để thực hiện khâu ựào và gom ựất vào gầu, người vận hành có thể sử dụng ựộc lập hoặc ựồng thời các ựiều khiển 1, 2, 3 và 4 Thông thường chỉ sử dụng cần 3 và 4 ựể thực hiện khâu ựào

2)Nâng chuyển gầu và dỡ tải

đây là giai ựoạn thực hiện nâng gầu lên khỏi vị trắ ựào, quay ựến vị trắ cần ựổ ựất và ựổ ựất ra khỏi gầu (dỡ tải hay còn gọi là xả tải) Nói một cách khác, giai ựoạn này là thực hiện công việc vận chuyển ựất để tăng năng suất

và giảm chi phí cho khâu vận chuyển cần phải chọn ñường ñi và tốc ñộ di chuyển hợp lý

Trên hình 3.3 minh hoạ quãng ñường vận chuyển một vật từ ñiểm A (XA, YA, ZA) ñến ñiểm B(XB, YB, ZB) trong không gian

Hình 3.3 Sơ ñồ minh họa quãng ñường vận chuyển trong không gian

Nếu ñi thẳng từ A ñến B (ñường 1) thì quãng ñường là ngắn nhất nhưng

mô men cản quay toa sẽ lớn hơn so với ñường (2) vật ở cách xa trục quay hơn Do vậy trong thực tế trước khi quay toa người ta nâng gầu lên ñồng thời

co gần về trục quay (trục Z trên hình 3.1), sau ñó mới thực hiện quay toa nếu ñịa hình cho phép

3) Quay toa trở về vị trí ñào

Hành trình này thực hiện quay với tải nhỏ vì gầu không ñất nên việc co gầu lại rồi mới quay toa không có ý nghĩa lớn mà thay vào ñó nên thực hiện ñồng thời vừa quay vừa duỗi cần và hạ dần gầu xuống nhằm rút ngắn thời gian di chuyển gầu

Các thao tác trong một chu kỳ công tác có thể tổng hợp lại như biểu ñồ hình 3.4 [5], [10]

Nếu không kết hợp các thao tác (ñường 1 – nét ñậm liền) thì thời gian tương ứng cho từng thao tác là t1, t2, t3, t4, t5, t6 Nếu kết hợp các thao tác (ñường 2 – nét ñứt) thì tổng thời gian thực hiện các thao tác sẽ ngắn hơn Việc kết hợp các thao tác ñòi hỏi người vận hành có nhiều kinh nghiệm thì mới mang lại hiệu quả cao, mặt khác còn phụ thuộc khả năng và mức ñộ thuận tiện cho việc phối hợp các thao tác của máy

Hình 3.4 Biểu ñồ thời gian thực hiện các thao tác trong một chu kỳ

Các hàm mục tiêu: ở ñây chúng tôi chọn 2 hàm mục tiêu:

- Năng suất kỹ thuật

- Chi phí nhiên liệu riêng (cho một chu kỳ)

Các yếu tố ảnh hưởng:

Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả thi công có thể chia thành 3 nhóm:

- Công nghệ và kỹ thuật khai thác

- ðặc ñiểm của ñối tượng khai thác

- ðịa hình thi công

3.3 Xây dựng thuật toán

3.3.1 Xác ñịnh các thông số hình học của thiết bị công tác

Thiết bị công tác ñược cấu tạo chúng có thể chuyển ñộng tương ñối với nhau và cả hệ có thể quay quanh trục của toa quay Toạ ñộ của gầu xúc trong không gian là thông số cần xác ñịnh nhằm ñể phục vụ cho việc tính toán các chỉ tiêu sử dụng của máy

ðể tiện cho việc xác ñịnh tọa ñộ của gầu trong không gian, chúng tôi chia thành hai hệ tọa ñộ: hệ tọa ñộ tương ñối và hệ tọa ñộ tuyệt ñối

Trọng hệ tọa ñộ tương ñối là xét sử dịch chuyển của các khâu khi máy không di chuyển và không quay toa Trong hệ tọa ñộ tuyệt ñối, thiết bị công tác chuyển ñộng trong không gian 3 chiều

3.3.1.1 Xác ñịnh tọa ñộ các khâu trong hệ tọa ñộ tương ñối

Sơ ñồ cơ cấu trong hệ tọa ñộ tương ñối thể hiện trên hình 3.5

ðiểm D là ñiểm ñầu mút răng cắt của gầu Sự dịch chuyển của ñiểm D trong mặt phẳng xAz là do tác ñộng của cần chính, tay gầu và sự xoay của gầu quanh chốt C Như vậy, ñể xác ñịnh ñược tọa ñộ ñiểm D tại một thời ñiểm nào ñó thì cần phải xác ñịnh ñược vị trí của các khâu thành phần

Khâu AB có thể quay quanh khớp A nhưng bị chặn trên bởi sự rằng buộc của kết cấu Góc chặn là α0 so với trục z

Khâu BC có thể quay tương ñối với khâu AB tại khớp B nhưng cũng

bị chặn ở một góc xác ñịnh Góc chặn trên (khả năng quay lên trên) là góc β0, ñược tạo bởi phương AB và phương BC khi khâu BC ở vị trí giới hạn không thể quay tương ñối với khâu AB

Hình 3.5 Xác ñịnh tọa ñộ các khâu trong hệ tọa ñộ tương ñối xAz

Khâu CD (gầu xúc) có thể quay tương ñối với khâu BC tại khớp C và cũng

bị chặn trên với góc θ0 góc này tạo bởi phương BC theo hướng quay lên

Theo hướng quay xuống, các khâu trên cũng bị chặn do kết cấu Nói cách khác là chúng chỉ quay tương ñối với nhau trong một góc giới hạn:

- Khâu AB: αmax = 58,860; α0=29,20

- Khâu BC: βmax = 115,140; β0 = 34,700

- Khâu CD: θ max = 163,160; θ0=43,860

Xác ñịnh tọa ñộ gầu trong tọa ñộ tương ñối: xD, zD

Từ các quan hệ hình học trên hình 3.5 ta có thể xác ñịnh ñược tọa ñộ của các khâu thành phần theo hệ thống công thức sau:

Xét tam giác ABC ta có:

1 2 1

2 2

2

Tọa ñộ ñiểm D (gầu xúc):

1 3

sin

cos

θ

θ

R x x

R z z

C D

C D

3.3.1.2 Xác ñịnh tọa ñộ các khâu trong hệ tọa ñộ tuyệt ñối X0Y

Các khâu 0A, AB và CD cùng nằm trên mặt phẳng thẳng ñứng và cùng quay ñồng thời quanh trục Z trong hệ tọa ñộ tuyệt ñối XYZ

Sơ ñồ cơ cấu trong hệ tọa ñộ tuyệt ñối X0Y thể hiện trên hình 3.6

Từ quan hệ hình học ta xác ñịnh ñược tọa ñộ tuyệt ñối của ñiểm D:

Trong ñó: xD - Toạ ñộ tương ñối của ñiểm D xác ñịnh theo (3.6)

Toạ ñộ tuyệt ñối của ñiểm D trên trục Z là ZD ñược xác ñịnh dựa trên hình 3.5:

c

z c =

) cos(

D

D= +

ϕ

sin )

D x r

(3.6)