Nghiên cứu cơ sở khoa học tính toán, thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp ở việt nam

Về phương diện khoa học dễ chế tạo, cho chi phí năng lượng riêng và chi phí kim loại riêng nhỏ do kết hợp được côngđoạn cắt đất và vận chuyển đất trong cùng một cụm chi tiết và làm việc

TRẦN VĂN VIẾT

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN, THIẾT

KẾ HỢP LÝ MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ CÓ ƯU THẾ THI CÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH CHẬT HẸP Ở

TRẦN VĂN VIẾT

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN, THIẾT

KẾ HỢP LÝ MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ CÓ ƯU THẾ THI CÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH CHẬT HẸP Ở

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tớiPGS.TS Phạm Quang Dũng, Trường Đại học Xây dựng đã trực tiếp hướng dẫn, độngviên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành được luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Máy xây dựng, Khoa Cơkhí Xây dựng và các nhà khoa học của Trường Đại học Xây dựng, Viện Cơ điệnNông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Trường Đại học Giao thông Vận tải, Họcviện Kỹ thuật Quân sự, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trường Đại học Công nghệgiao thông Vận tải, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và nhiều nhà khoa học khác

đã trực tiếp đọc và góp ý vào các nội dung của luận án

Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau đại học,Khoa Cơ khí Xây dựng, phòng nghiên cứu thực nghiệm cơ khí, đã tạo mọi điều kiệnthuận lợi giúp tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành nhiệm vụ và đạt được kếtquả mong muốn

Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên trong gia đình, bố mẹ, anh chị

em trong gia đình, bạn bè thân thiết đã tạo điều kiện và động viên tôi để hoàn thànhluận án này

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ “Nghiên cứu cơ sở khoa học tính toán, thiết

kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp

ở Việt Nam” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận án

là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tất cảnhững nội dung tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn đầy đủ

Người cam đoan

Trần Văn Viết

MỤC LỤC

L I C i

Ờ CAM ĐOAN ………

L I Ụ ii

Ụ ………

M C L C iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ……… vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ……….……… x

DANH MỤC CÁC BẢNG ………. xi

MỞ ĐẦU ………. 1

1 Lý do lựa chọn đề tài ………. 1

2 Mục đích, nội dung nghiên cứu ………. 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………. 2

4 Cơ sở khoa học……… 2

5 Phương pháp nghiên cứu ……… 3

6 Đóng góp mới của luận án ……… 3

7 Cấu trúc của luận án ……… 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ……… 6

1.1 Tình hình cơ giới hóa thi công công tác đất trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi công nhỏ lẻ ở Việt Nam ……… 6

1.2 Tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ ……… 9

1.2.1 Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ ……… 9

1.2.2 Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục ……… 11

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu về quá trình làm việc của bộ phận công tác máy đào đất ……… 19

1.4 Công dụng và các yêu cầu đối với máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập ……. 30

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN CÔNG TÁC MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ ……… 34

2.1 Nguyên tắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ và đề xuất phương án đối với bộ

phận công tác của máy ……… 34

2.2 Phân tích cấu trúc quá trình làm việc của bộ phận công tác ……… 37

2.3 Xây dựng mô hình toán học cho công đoạn cắt đất của bộ phận công tác …… 43

2.3.1 Nghiên cứu động học quá trình làm việc của bộ phận công tác ……… 43

2.3.2 Xác định các thành phần lực cản cắt đất trên mỗi lưỡi cắt ………. 47

2.3.3 Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản (các thông số đầu ra) cho công đoạn cắt đất của bộ phận công tác ………. 48

2.4 Xác định các thông số kết cấu hợp lý của lưỡi cắt ……… 51

2.4.1 Đặt bài toán ……… 51

2.4.2 Phương pháp xác định ……… 54

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA BỘ PHẬN CÔNG TÁC ………. 58

3.1 Chương trình và phương pháp tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ………… 58

3.1.1 Chương trình nghiên cứu thực nghiệm ……… 58

3.1.2 Phương pháp NCTN trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ………… 59

3.2 Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm ……… 66

3.2.1 Mô hình nghiên cứu thực nghiệm ……… 66

3.2.2 Thiết bị đo ……… 69

3.2.3 Thiết lập mô hình đất và mô hình bộ phận công tác ……… 74

3.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ……… 75

3.3.1 Kiểm chứng bằng thực nghiệm mô hình toán học cho công đoạn cắt đất …. 75 3.3.2 Nghiên cứu tối ưu các thông số kỹ thuật của bộ phận công tác bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố ……… 77

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ……. 90

4.1 Phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ ……… 90

4.2 Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm máy đào cỡ siêu nhỏ MDM-1E dẫn động

bằng động cơ điện ……… 96

4.2.1 Tính toán thiết kế máy ……… 96

4.2.2 Chế tạo và thử nghiệm máy ……… 100

KẾT LUẬN ……… ……… 104

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ……… 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO … ……… 107

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

1 Hệ số lấy theo trạng thái nền đất và lưỡi cắt (theo công thức 1.2)

A Hằng số xác định theo tính chất cơ lý của nền đất

m c Hệ số lực cản cắt riêng tại vùng trước mũi lưỡi cắt

m cc Hệ số lực cản riêng tại phần đất bị nứt vỡ ở hai bên

KC vc Nhóm thông số kết cấu vận chuyển đất

ĐR Mô hình toán học tổng quát quá trình làm việc của bộ phận công tác

L VC Độ xa vận chuyển đất theo nguyên lý văng ly tâm m

của lưỡi cắt theo rãnh đào

q

E cđ Chi phí năng lượng riêng cho bộ phận công tác trong quá trình cắt đất Wh/m3

X i Giá trị mã hóa của thông số điều khiển thứ i

i Khoảng biến thiên giá trị thực của thông số điều khiển thứ i

yi Giá trị trung bình thực nghiệm của hàm tại thí nghiệm thứ i

yˆi Giá trị tính toán theo mô hình tại điểm i

k

*

Số các hệ số trong mô hình hồi quy

Ftt Giá trị tính toán của chuẩn Fisher

Y(X) Hàm mục tiêu dạng hồi quy bậc hai hoặc tuyến tính

G(X) Hàm điều kiện dạng hồi quy bậc hai hoặc tuyến tính

p 01 Giá trị trung bình của áp lực dầu trong xilanh thủy lực ở công đoạn cắt N/cm2

p q Áp lực dầu trung bình trong mô tơ thủy lực cho cả chu kỳ N/cm2

p m1 Giá trị trung bình cực trị của áp lực dầu trong xilanh thủy lực ở thời N/cm2

điểm sập lõi đất, lấy trung bình cho 3 chu kỳ

Giá trị giới hạn đối với lực cản công tác theo phương di chuyển theo N

điều kiện bám

Giá trị giới hạn đối với mô men cản quay theo điều kiện đảm bảo ổn Nm

định của máy Chi phí năng lượng riêng thực nghiệm cho bộ phận công tác trong quá Wh/m3

trình cắt đất

Chi phí năng lượng riêng trung bình thực nghiệm cho bộ phận công Wh/m3

tác trong quá trình cắt đất

Mômen cản quay rôto trung bình thực nghiệm trong công đoạn cắt đất Nm

cắt đất Lực cản công tác trung bình thực nghiệm theo phương di chuyển trong N

công đoạn cắt đất

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

kênh mương (CHLB Nga)

(CHLB Nga)

tục

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo mô hình nghiên cứu thực nghiệm 68

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn thủy lực 69

Kết quả đo áp lực dầu dẫn động mô tơ thủy lực và xy lanh thủy

Hình 3.3 lực ở trạng thái có tải cho trường hợp c = 7 cm, v = 1,5 m/ph và

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của một số máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ 11

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của máy chế tạo thử nghiệm ZMTI-1 và ZMTI- 17

2e

Bảng 3.2 So sánh các giá trị đầu ra giữa lý thuyết và thực nghiệm 77

Bảng 3.4 Bảng giá trị các thông số tại điểm tối ưu bộ dữ liệu số 11876 89

Bảng 4.1 Bảng giá trị các thông số tại điểm tối ưu giữa bộ dữ liệu số 12336 98

và 12337

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Máy đào là loại thiết bị chủ lực trong thi công xây dựng các công trình dândụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi và khai thác mỏ, góp phần nâng cao năngsuất, giảm nhẹ sức lao động nặng nhọc của con người, hạ giá thành, rút ngắn thờigian thi công, nâng cao chất lượng công trình và đảm bảo an toàn

Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ, khối lượng thi côngnhỏ lẻ thì việc sử dụng các loại máy đào cỡ nhỏ, cỡ vừa và lớn là không thể thực hiệnđược hoặc cho hiệu quả kinh tế không cao Do còn thiếu các thiết bị làm đất cỡ siêunhỏ gọn nhẹ, cơ động mà khối lượng công tác đất trong điều kiện nêu trên buộc phảithi công bằng sức lao động thủ công nặng nhọc với năng suất và hiệu quả kinh tế rấtthấp Tình trạng tương tự cũng có thể xảy ra ngay cả đối với các nước công nghiệpphát triển

lượng lớn các công trình xây dựng ở đô thị là của tư nhân với diện tích từ 20÷100m2nằm trong địa bàn chật hẹp, lối vào nhỏ từ 1÷3m, cùng với đó là các công trình hạtầng có quy mô nhỏ tại các khu phố cũ, khu dân cư trong thành phố như hạ ngầmđường cáp điện, cáp viễn thông, đường ống cấp thoát nước…Khối lượng công tác đấtkhi thi công hoặc cải tạo các công trình này là khá lớn, bao gồm: đào rãnh đặt đườngống cấp thoát nước, đặt đường cáp ngầm; đào các hố móng nhỏ xây nhà hoặc xâytường bao Tại các khu vực ngoại thành và nông thôn, khối lượng công tác đất phục

vụ sản xuất nông nghiệp, kinh tế vườn và trang trại như đào rãnh cấp thoát nước,đánh luống, đào rãnh đặt đường ống tưới tiêu trong sản xuất nông nghiệp công nghệcao cũng khá lớn song nằm rải rác, phân tán và hệ thống đường nông thôn chưa đồng

bộ, việc đưa các loại máy đào đất hiện có đến thi công trong các điều kiện nêu trên ở

cả đô thị và nông thôn, là không thực hiện được hoặc cho hiệu quả không cao Vì vậy

mà khối lượng công tác đất nêu trên thường phải thi công bằng sức lao động thủ côngnặng nhọc, năng suất thấp, chi phí cao do chưa có máy

đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong địa bàn chật hẹp, trong khi nhu cầu thực tếcủa loại máy này là không nhỏ Vì những lý do trên mà đề tài: “Nghiên cứu cơ sởkhoa học tính toán, thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong điềukiện địa hình chật hẹp ở Việt Nam” được đặt ra là một yêu cầu cấp thiết.

2 Mục đích, nội dung nghiên cứu

Mục đích của luận án là nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các yếu tố ảnh

hưởng đến máy đào đất thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp để thiết kế và chếtạo thử nghiệm máy đào cỡ siêu nhỏ ở Việt Nam, đáp ứng nhu cầu thực tế, đạt năngsuất và hiệu quả cao

Để đạt được mục đích nêu trên, nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:

với bộ phận công tác của máy đào cỡ siêu nhỏ, đáp ứng yêu cầu đặt ra đối với máy

việc hợp lý của bộ phận công tác đã đề xuất, làm cơ sở cho việc thiết kế máy đào cỡ siêu nhỏ

và chế tạo thử nghiệm mẫu máy đào cỡ siêu nhỏ MDM – 1E theo các yêu cầu đặt ra đối với máy

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục, chuyên dùng để thi côngtrong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi công nhỏ lẻ,thay thế sức lao động thủ công nặng nhọc

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Máy đào cỡ siêu nhỏ dùng để thi công rãnh đào có chiều rộng đến 0,4m; chiềusâu đến 1m, trên nền đất á sét trung bình, á cát, đất cát có độ cứng đến cấp III, trongđiều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ 1 ÷ 3m

4 Cơ sơ khoa học

Luận án xây dựng cơ sở lý thuyết quá trình làm việc bộ phận công tác mới củamáy đào cỡ siêu nhỏ chuyên dùng để thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp dựatrên các cơ sở khoa học sau:

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

5.1 Về lý thuyết

trình làm việc của máy để xây dựng các nguyên tắc thiết lập máy và đề xuất mới phương án bộphận công tác

của bộ phận công tác; khảo sát đa yếu tố để xác định giá trị hợp lý các thông số kết cấu của lưỡicắt bằng chương trình máy tính viết trên nền Matlab

đắn của mô hình toán học đã xây dựng bằng nghiên cứu lý thuyết

cực trị để xác định các thông số kết cấu và động học hợp lý của bộ phận công tác

6 Đóng góp mới của luận án

6.1 Về phương diện khoa học

dễ chế tạo, cho chi phí năng lượng riêng và chi phí kim loại riêng nhỏ do kết hợp được côngđoạn cắt đất và vận chuyển đất trong cùng một cụm chi tiết và làm việc theo nguyên lý cắt đất từnền thành phoi, không cắt đất trên toàn bộ tiết diện rãnh đào phối hợp với vận chuyển bằng văng

ly tâm

thay đổi của các thông số đầu ra, bao gồm: chi phí năng lượng riêng, lực cản

công tác theo phương di chuyển và mô men cản quay rô to, phụ thuộc vào các thông

số kết cấu và động học của bộ phận công tác, theo đó xác định được các thông số vàchế độ làm việc hợp lý của bộ phận công tác đã đề xuất, làm cơ sở cho việc thiết kếmáy đào cỡ siêu nhỏ

6.2 Về phương diện thực tiễn

Xây dựng được phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏdùng cho kỹ sư Máy xây dựng; thiết kế, chế tạo thử nghiệm mẫu máy đào cỡ siêu nhỏMDM – 1E là cơ sở cho việc tiếp tục đầu tư nghiên cứu hoàn thiện để tạo ra được loạimáy đào cỡ siêu nhỏ mới ở Việt Nam, đáp ứng nhu cầu thực tế, đem lại hiệu quả cao

7 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận, tài liệu tham khảo và các côngtrình đã công bố

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương này trình bày tình hình cơ giới hóa thi công công tác đất trong điềukiện địa hình chật hẹp ở Việt Nam, tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ và các côngtrình nghiên cứu về quá trình làm việc của máy đào đất Thông qua việc phân tích,đánh giá để đặt ra các yêu cầu đối với máy đào cỡ siêu nhỏ, rút ra các kết luận có tínhđịnh hướng cho quá trình nghiên cứu và đề ra nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

Chương 2 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình làm việc của bộ phận công tác máy đào cỡ siêu nhỏ

Chương này xây dựng các nguyên tắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ; đề xuấtphương án cấu tạo, nguyên lý làm việc của bộ phận công tác; phân tích cấu trúc quátrình làm việc của bộ phận công tác làm cơ sở lý thuyết cho phương pháp và trình tựgiải quyết bài toán xác định các thông số và chế độ làm việc hợp lý của bộ phận côngtác; xây dựng mô hình toán học cho công đoạn cắt đất của bộ phận công tác để khảosát, xác định các thông số kết cấu hợp lý của lưỡi cắt

Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số hợp lý của bộ phận công tác

Chương này xây dựng chương trình và phương pháp tiến hành nghiên cứu,thực nghiệm; chuẩn bị cơ sở vật chất cho nghiên cứu thực nghiệm; kiểm chứng bằngthực nghiệm mô hình toán học đã xây dựng ở chương 2; sử dụng phương pháp quihoạch thực nghiệm cực trị đa yếu tố để xác định các phương trình hồi qui của cáchàm mục tiêu, theo đó xử lý dữ liệu để tạo ra được nguồn dữ liệu xác định miền giátrị hợp lý của các thông số kết cấu và động học, làm cơ sở cho việc tính toán thiết kếhợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ

Chương 4 Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án

Chương này xây dựng phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêunhỏ; áp dụng để thiết kế, chế tạo, thử nghiệm máy đào cỡ siêu nhỏ MDM – 1E dẫnđộng bằng động cơ điện

Kết luận

Trình bày các kết luận chính, các kết quả thu được của luận án

Luận án đã kế thừa và phát triển kết quả của đề tài NCKH cấp thành phố HàNội, mã số 01C-01/06-2013-2 “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đào cỡ siêu nhỏ

có chế độ làm việc liên tục” do Thầy hướng dẫn chủ trì và NCS là thành viên chính

Nội dung luận án đã được công bố trong các công trình sau:

trọng điểm và được công bố trên tạp chí Công nghiệp nông thôn;

tạp chí Cơ khí Việt Nam và tạp chí Xây dựng, Bộ Xây dựng;

tác của máy đã được cấp bằng độc quyền sáng chế số 24312: “Máy đào đất cỡ siêu nhỏ dẫn độngbằng động cơ điện”, được cấp theo Quyết định số 6168w/QĐ-SHTT, ngày 27/05/2020 của Cục

sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ

Luận án được thực hiện tại Bộ môn Máy xây dựng và Phòng nghiên cứu thực nghiệm cơ khí, trường Đại học Xây dựng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình cơ giới hóa thi công công tác đất trong điều kiện địa hình chật

hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi công nhỏ lẻ ở Việt Nam

Công tác đất là một công việc hết sức nặng nhọc và chiếm khối lượng cũng nhưchi phí rất lớn trong thi công xây dựng, trong đó công tác đào đất là công đoạn nặngnhọc và chiếm khối lượng lớn nhất Do quá trình đô thị hoá ở nước ta hiện nay diễn rahết sức nhanh và rộng khắp mà khối lượng công tác đất trong xây dựng là rất lớn vàngày càng tăng

Tại hầu hết các đô thị ở nước ta hiện nay, ngoài các công trình công cộng, trụ sở

cơ quan và các khu đô thị mới được qui hoạch bài bản thì luôn tồn tại các khu dân cư,khu đô thị cũ chật hẹp với diện tích mỗi công trình từ 20 ÷ 100 m2, lối vào là các conngõ, ngách có chiều rộng từ 1 ÷ 3 m Tại các địa bàn này, việc đào các hố móng nhỏ

để xây nhà hoặc xây tường bao, đào rãnh đặt đường ống cấp nước sạch, cống thoátnước hoặc hạ ngầm cáp điện, cáp viễn thông… thường phải sử dụng sức lao động thủcông nặng nhọc, năng suất rất thấp và chi phí cao do chưa có loại máy đào cỡ siêunhỏ có ưu thế thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ Trong một sốtrường hợp có thể sử dụng máy đào một gầu cỡ nhỏ, cỡ siêu nhỏ song cho hiệu quảkinh tế không cao do chi phí cho việc vận chuyển máy đến nơi thi công lớn mà khốilượng thi công nhỏ, mật độ người tham gia giao thông trong các khu dân cư là rất lớn

Về nền đất tại các khu vực này thường là đất san nền, tương đương với nền đất á séttrung bình, á cát, đất cát… có độ cứng đến cấp III, có thể lẫn gạch đá nhỏ, khối lượngriêng ở trạng thái chặt 1700 ÷ 1850 kg/m3, hệ số tơi của đất kt = 1,1 ÷ 1,3 [24], [25]

Về kích thước, để hạ ngầm các đường ống cấp thoát nước, cáp điện, cáp viễn thôngthì rãnh đào phải có chiều rộng khoảng 0,4 m và chiều sâu tối đa 0,8 ÷ 1,0 m [3], [9]

Tại các thành phố lớn như Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh, do mất cân bằnggiữa sự phát triển đô thị và gia tăng dân số trong thành phố mà dẫn tới tình trạng quátải về nhiều mặt, trong đó có các hệ thống điện, nước và hệ thống thông tin

Chính vì vậy mà trong thời gian qua, các nhà lãnh đạo một mặt lập qui hoạch mới chothành phố, mặt khác tiến hành tu bổ cải tạo hệ thống điện, nước, thông tin, trong đókhối lượng hạ ngầm cáp điện lực, cáp viễn thông, đường ống nước dọc vỉa hè cáctuyến phố cũ là rất lớn Điển hình như thành phố Hà Nội, vấn đề hạ ngầm cáp viễnthông, điện lực nhằm đảm bảo an toàn và cảnh quan đô thị đã được đề cập đến tại hộinghị “Hà Nội – Hợp tác đầu tư” do UBND thành phố Hà Nội tổ chức hồi đầu tháng6/2016, theo đó các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ di động và Tổng công ty Điện lực

Hà Nội đã cam kết đầu tư 3.500 tỷ đồng để hạ ngầm dây, cáp thông tin và cáp điệnthuộc lưới điện trung áp [23] Theo danh mục các tuyến phố dự kiến hạ ngầm cápđiện, cáp viễn thông giai đoạn 2016-2021 của Sở Thông tin và Truyền thông Hà Nội,thành phố sẽ ngầm hóa tại 180 tuyến phố, với tổng chiều dài 170,1km; trong đó có

115 tuyến phố thuộc địa bàn 4 quận nội thành cũ: Hoàn Kiếm, Đống Đa, Ba Đình,Hai Bà Trưng và 65 tuyến phố thuộc các quận: Tây Hồ, Cầu Giấy, Thanh Xuân,Hoàng Mai, Long Biên, Nam Từ Liêm, Bắc Từ Liêm [23]

Hiện nay ở Việt Nam chưa có loại máy chuyên dùng nào để đào rãnh hạ ngầmcáp điện, cáp viễn thông cho năng suất cao Việc thi công bằng máy đào một gầu chohiệu quả thấp vì loại máy này có chế độ làm việc theo chu kỳ cho năng suất thấp vàkhông phù hợp với yêu cầu đào rãnh theo tuyến, còn đối với các tuyến phố nhỏ hoặcngõ trong khu phố cổ thì công việc này chủ yếu được thi công bằng sức lao động thủcông nặng nhọc Cấu trúc của nền đất trên vỉa hè thường là: lớp trên cùng là lớp gạchblock hoặc lớp gạch lát (khi đào rãnh thường bóc lớp này lên và lát lại sau khi lấprãnh), phía dưới là lớp vữa 5% xi măng dày khoảng 100mm (lớp vữa

san nền, tương đương với nền đất á sét trung bình, á cát, đất cát,… có độ cứng đến cấp III Theobáo cáo biện pháp kỹ thuật thi công hạ ngầm cáp, ống nước dọc theo vỉa hè các tuyến phố ở HàNội của Công ty cổ phần đầu tư và xây dựng Bưu điện thì rãnh đào phải có chiều rộng 0,2 ÷ 0,4

m và chiều sâu 0,6 ÷ 1,0 m [3]

Tại các khu vực ngoại thành và khu vực nông thôn, khối lượng công tác đấtphục vụ sản xuất nông nghiệp, phục vụ kinh tế vườn và trang trại như đào rãnh cấp

thoát nước, đào hố trồng cây, đánh luống… là khá lớn, đặc biệt là nhu cầu đào rãnhđặt hệ thống đường ống phục vụ tưới tiêu trong sản xuất nông nghiệp công nghệ caongày càng nhiều Tuy nhiên, khối lượng công tác đất nêu trên thường không tập trung

mà nhỏ lẻ, phân bố rải rác, phân tán với hệ thống đường giao thông nông thôn khôngđồng bộ làm cho việc đưa các loại máy đào đất hiện có đến thi công không đem lạihiệu quả cao, trong nhiều trường hợp phải sử dụng sức lao động thủ công nặng nhọc.Tình trạng nêu trên là do còn thiếu loại máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liêntục cho năng suất cao, gọn nhẹ, cơ động, có thể dễ dàng đưa máy đến nơi thi côngbằng nhiều loại phương tiện khác nhau, kể cả phương tiện vận chuyển thô sơ, với chiphí thấp Về nền đất ở khu vực ngoại thành và nông thôn thì loại nền đất phổ biến vẫn

là đất á sét trung bình, á cát, đất cát có độ cứng đến cấp III với độ ẩm khá cao

Qua phân tích tình hình cơ giới hoá thi công công tác đất trong điều kiện địahình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi công nhỏ lẻ ở Việt Nam, có thể rút

ra một số nhận xét sau:

thoát nước; đặt ngầm đường cáp điện lực, viễn thông; đào các hố móng nhỏ… trong điều kiệnđịa hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi công nhỏ lẻ, thay thế sức lao động thủ côngnặng nhọc là rất lớn Vì vậy mà việc nghiên cứu thiết lập một loại máy đào cỡ siêu nhỏ mới ởViệt Nam, đáp ứng được nhu cầu nêu trên là cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao;

công thường là đất san nền, đất vườn tương đương với nền đất á sét trung bình, á cát, đất cát có

độ cứng đến cấp III; có thể lẫn gạch đá nhỏ, khối lượng riêng của đất

Kích thước yêu cầu đối với rãnh đào thường là: chiều rộng khoảng 0,4 m và chiều sâu khoảng0,6 ÷ 1,0 m;

cầu đặt ra thì trước tiên cần phải tiến hành nghiên cứu tổng quan về các loại máy

đào cỡ siêu nhỏ, tổng quan các công trình nghiên cứu về quá trình làm việc của máyđào đất, qua đó rút ra các kết luận có tính chất định hướng cho quá trình nghiên cứu

và xác định mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu

1.2 Tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ

1.2.1 Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ

Máy đào một gầu là loại máy làm việc theo chu kỳ, theo công dụng thì máy đàomột gầu dùng để đào, tích đất trong gầu và đổ thành đống hoặc đổ lên phương tiệnvận chuyển khác Máy đào một gầu cỡ nhỏ, cỡ vừa và cỡ lớn về cơ bản có cấu tạotương tự như nhau, bao gồm các bộ phận: khung bệ và hệ thống di chuyển (bánh xíchhoặc bánh lốp); động cơ, thông qua hệ thống truyền động (thường là truyền động thủylực), dẫn động các cơ cấu di chuyển, cơ cấu quay (quay toàn vòng), hệ chân chống vàcác xilanh của các thiết bị công tác dạng gầu (xilanh cần, xilanh tay gầu và xilanhgầu); hệ thống điều khiển và cabin cho người điều khiển

Khác với máy đào một gầu cỡ nhỏ (mini-excavator), máy đào một gầu cỡ siêunhỏ (micro-excavator) thường có khối lượng dưới một tấn, kích thước bao nhỏ nhất

có thể (chiều rộng máy không vượt quá 1m), dung tích gầu thường 10 ÷ 30 lít, chiềurộng gầu thường 0,2 ÷ 0,45 m, chiều sâu đào đến 2 m, năng suất máy 2,5 ÷ 6 m3/h vàgiá thành máy 3.000 ÷ 10.000 Bảng Anh [58], [60], [61] Điển hình là máy đào mộtgầu cỡ siêu nhỏ của các hãng Powerfab, Microturbo (Anh); Kaho, Komatsu, Kobelco(Nhật); Talpino (Ý); Cubota (Mỹ) Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy đào mộtgầu cỡ siêu nhỏ cho ở Bảng 1.1

Về công dụng, máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ chuyên dùng để thi công trong điềukiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi công nhỏ lẻ, nơi mà cácloại máy đào một gầu khác không thể thi công được Vì vậy mà cấu tạo của máy đàomột gầu cỡ siêu nhỏ có đặc điểm riêng sau: ngoài trọng lượng và kích thước nhỏ gọnnhất có thể thì máy phải dễ lắp đặt và vận chuyển đến nơi thi công; hệ thống dichuyển có thể tự hành hoặc kéo theo, có thể gấp gọn lại khi vận chuyển máy đến nơithi công bằng phương tiện vận chuyển cỡ nhỏ; máy có thể quay toàn

vòng hoặc không quay toàn vòng Trên Hình 1.1a là máy đào một gầu cỡ siêu nhỏKobelco PCO-3 (Nhật Bản) với hệ thống di chuyển tự hành bằng xích, quay toànvòng được sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ Talpino

thống di chuyển là loại kéo theo với hai bánh lốp; khi vận chuyển đến nơi thi công, hai chânchống phía trước thu lại bằng xy lanh thủy lực và phần sau của máy gồm chân chống thứ ba và

bệ đứng của người lái có thể gấp gọn lại bằng xy lanh thủy lực; khi người lái đứng trên bệ đểđiều khiển máy thì trọng lượng của người lái đóng vai trò đối trọng để đảm bảo ổn định cho máytrong trạng thái làm việc Có thể thấy rằng, ngay cả với mẫu máy Talpino là loại máy đào nhỏgọn nhất thì trong điều kiện địa hình thi công chật hẹp, lối vào 1 ÷ 2 m cũng chưa thực sự thuậntiện và cho hiệu quả thi công cao do loại máy này có thiết bị công tác khá cồng kềnh

Ưu điểm của máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ là máy có tính vạn năng cao, có thểđạt được chiều sâu đào và bán kính đào lớn Tuy nhiên, loại máy này có nhược điểm

là cho năng suất không cao do có chế độ làm việc theo chu kỳ; khối lượng và kíchthước máy chưa thật gọn nhẹ, tính cơ động chưa cao, có thể thi công trong điều kiệnđịa hình chật hẹp, lối vào nhỏ song cho hiệu quả kinh tế không cao; giá thành máynhập khẩu cao và khả năng nội địa hóa khi chế tạo loại máy này ở Việt Nam thấp vàyêu cầu quy mô đầu tư lớn do phải dùng hệ thống truyền động thủy lực và thiết bịcông tác đòi hỏi trình độ công nghệ chế tạo cao

Hình 1.1 Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ (microexcavator)

a – máy đào Kobelco PCO-3 (Nhật Bản); b – máy đào Talpino (Ý)

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của một số máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ

1.2.2 Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục

Từ giữa thập kỷ 80 của thế kỷ XX, trên thị trường châu Âu xuất hiện loại máy

đào cỡ siêu nhỏ (Micro digging machine) có chế độ làm việc liên tục, kích thước rất

nhỏ gọn và cho năng suất cao, thường cao hơn từ 1,5 đến 2 lần và giá thành giảm 2

đến 2,5 lần so với máy đào một gầu Các loại máy này dùng để đào rãnh hẹp đặt

đường ống cấp thoát nước, đường cáp ngầm; đào các hố móng nhỏ trong điều kiện

địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ… Điển hình là máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc

liên tục của các hãng Case, Cubota, Bobcat (Mỹ); Melroe Europe (Bỉ); A.F.Trenchers

Ltd (Anh) … [32], [59], [61]

Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục với bộ phận công tác là

truyền động xích có gắn các răng cắt và gạt đất cho ở Hình 1.2 Ở trạng thái di chuyển

tới nơi làm việc, bộ phận công tác của máy được nhấc lên (Hình 1.2b) Ở trạng thái

a) b)

Hình 1.2 Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục

a – Máy ở trạng thái làm việc; b – Máy ở trạng thái không làm việc.

để đào đất Khi đào tới độ sâu yêu cầu thì giữ cố định bộ phận công tác ở vị trí đóđồng thời di chuyển máy, chuyển động của các răng cắt và lưỡi gạt đất gắn trên cácvấu của mắt xích là tổng hợp của chuyển động tịnh tiến của máy và chuyển động củaxích để cắt đất thành phoi và phoi đất tách ra khỏi nền được dịch chuyển lên phía trênmặt đất và được gạt sang một bên nhờ vít vận chuyển Loại máy này thường dùng đểđào các loại rãnh hẹp và sâu, có thể thi công trên nền đất tương đối cứng có lẫn gạch

và đá nhỏ trong điều kiện địa hình chật hẹp để đặt đường ống nhỏ hoặc đường cápngầm Mẫu máy Case TL70 (Mỹ) có khối lượng 275 kg; kích thước rãnh (sâu x rộng)

Melroe Europe T108 (Bỉ) được trang bị động cơ xăng có công suất 5,6 kW, có khốilượng 365 kg; kích thước máy (rộng x cao x dài) 0,815x1,2x1,7 m; kích thước hào(sâu x rộng) 0,915 x 0,15 m; máy có công suất 5,6 kW với năng suất đào 6,3 ÷ 7,5

m3/h Loại máy này có ưu điểm là có thể đào trên nền đất tương đối cứng có lẫn gạch

và đá nhỏ (kể cả lớp mặt cứng) với chiều sâu đào khá tốt Tuy nhiên kích thước, khốilượng máy chưa thật nhỏ gọn, năng suất chưa cao và đặc biệt

là các bộ phận của máy yêu cầu trình độ công nghệ chế tạo cao (truyền động thủy lực,xích, răng cắt …), khó nội địa hóa và giá thành cao.

Một trong những hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng được các hãng chế tạoquan tâm là: bộ phận công tác của máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tụcluôn được cải tiến thông qua các sáng chế và giải pháp hữu ích Trong các sáng chế

và giải pháp hữu ích này, các cụm chi tiết thực hiện chức năng đào và vận chuyển đấtđược tổ hợp trong cùng một bộ phận công các, dùng để đào rãnh, hố móng, đào vànạo vét kênh mương Chức năng đào đất được thực hiện bởi các lưỡi cắt, răng cắthình nêm, lưỡi phay cắt đất hoặc vít xoắn, còn chức năng vận chuyển đất được thựchiện bởi rô to với các cánh vận chuyển đất theo nguyên lý văng ly tâm Chúng được

tổ hợp trong một bộ phận công tác và được dẫn động từ một nguồn thông qua bộtruyền hoặc từ hai nguồn dẫn động riêng [33], [37], [40], [48], [49], [50], [51] Điểnhình cho hướng nghiên cứu cải tiến này là các sáng chế và giải pháp hữu ích sau:

- Sáng chế số 459563 của CHLB Nga [57] (Hình 1.3)

Bộ phận công tác với chức năngcắt đất bằng vít xoắn dùng để đào và nạo

vét kênh mương Khi bộ phận công tác

quay và được hạ xuống nền đất, đất

được cắt và chuyển lên rô to bằng các

cánh vít sau đó đất được vận chuyển ra

ngoài bằng văng ly tâm Vỏ chứa 3 có

tác dụng tạo thành một khoang kín chứa

đất đã được cắt bởi cánh vít, làm cho đất

sau khi tách ra khỏi nền chỉ di chuyển

theo chiều của trục vít lên rô to vận

chuyển đất theo nguyên lý văng ly tâm

Hình 1.3 Sáng chế số 459563 – Bộ phận

công tác máy đào đất và nạo vét kênh

mương (CHLB Nga).

1 Vít cắt đất; 2 Rô to vận chuyển đất bằng văng ly tâm; 3 Vỏ chứa; 4 Hộp bao

rô to; 5 Ổ đỡ dưới của vít.

- Sáng chế số 308158 (CHLB Nga) [56] (Hình 1.4)

lưỡi phay cắt đất 3 và đất tách ra từ nền được vận chuyển lên bằng rô to 2 và máng dẫn hướng 4theo nguyên lý văng ly tâm Ở trạng thái làm việc, động cơ dẫn động máy di chuyển về phíatrước đồng thời dẫn động quay rô to 2 và từ rô to 2 đến cụm các lưỡi phay cắt đất 3 thông qua bộtruyền trục vít - bánh vít

Hình 1.4 Sáng chế số 308158 -Bộ phận công tác đào-vận chuyển đất (CHLB Nga)

1 Khung máy; 2 Rô to; 3 Cụm các lưỡi phay; 4 Máng dẫn hướng.

- Sáng chế số 291006 của CHLB Nga [55] (Hình 1.5)

Hình 1.5 Sáng chế số 291006 – Máy đào cỡ siêu nhỏ (CHLB Nga)

1 Tang; 2 Răng cắt hình nêm;3 Máng dẫn hướng; 4 Động cơ điện;

5 Rô to; 6 Các cánh chuyển đất; 7 Động cơ điện.

Trong sáng chế này, bộ phận công tác thực hiện chức năng đào đất bằng tang 1

có gắn các răng cắt hình nêm 2, dẫn động bằng động cơ điện 4, đất tách ra từ nềnđược dẫn hướng bằng máng 3 vào rô to vận chuyển đất theo nguyên lý văng ly tâm 5với các cánh chuyển đất 6 Rô to 5 được dẫn động bằng động cơ điện 7 Máy tự dichuyển được do các răng cắt 2 ăn vào nền đất khi tang 1 quay và được trợ giúp mộtphần do người điều khiển đẩy thông qua càng lái

- Sáng chế số 2798314 của Mỹ [48] (Hình 1.6)

Trên hình 1.6 là cơ cấu đào đất theo sáng chế số 2798314 của Mỹ, theo đó cơcấu được dẫn động bằng động cơ đốt trong 1, qua bộ truyền đai 2, trục truyền 3 và bộtruyền đai 4 đến rô to văng ly tâm 5, tiếp đó dẫn động quay cụm lưỡi phay 6 lắp trêntrục ra 7 của bộ truyền 8 để cắt đất Cơ cấu tự di chuyển được do phản lực từ các lưỡiphay ăn vào nền đất khi cụm lưỡi phay 6 quay và được trợ giúp một phần do ngườiđiều khiển đẩy thông qua càng lái 9 Trong sáng chế này, bộ phận công tác thực hiệnchức năng đào đất bằng các lưỡi phay cắt đất và đất tách ra từ nền sau đó được vậnchuyển ra khỏi rãnh đào bằng rô to theo nguyên lý văng ly tâm

Hình 1.6 Sáng chế số 2798314 – Cơ cấu đào đất (Mỹ)

1 Động cơ đốt trong; 2 Bộ truyền đai; 3 Trục truyền; 4 Bộ truyền đai;

5 Rô to văng ly tâm; 6 Cụm lưỡi phay; 7 Trục ra; 8 Bộ truyền; 9 Càng lái.

- Máy đào đất cỡ siêu nhỏ của Trường Đại học Xây dựng Kiev (KISI) - ZMTI

Trường Đại học Xây dựng Kiev (KISI), Ucraina đã nghiên cứu thiết kế, chếtạo thử nghiệm thành công máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục ZMTI,dẫn động bằng động cơ điện hoặc động cơ đốt trong, rất nhỏ gọn, cho năng suất cao,

có ưu thế thi công trong địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ Đặc tính kỹ thuật của máy cho

ở Bảng 1.2 [83], [84], [86], [87]

Bộ phận công tác của máy ZMTI-1 và ZMTI-2e gồm cụm lưỡi phay cắt đất 1

và rô to văng ly tâm 2 Chuyển động của cụm lưỡi phay 1 được truyền từ rô to 2thông qua bộ truyền Trục vít – Bánh vít ( không thể hiện trên Hình 1.7)

Hình 1.7 Máy đào cỡ siêu nhỏ ZMTI-1

a) Máy ZMTI-1 dẫn động bằng động cơ đốt trong; b) Máy ZMTI-2e dẫn động

bằng động cơ điện.

1 Cụm lưỡi phay cắt đất; 2 Rô to văng ly tâm; 3 Động cơ điện; 4 Bánh xe di chuyển; 5 Khớp giới hạn mô men; 6 Bộ truyền xích; 7 Càng lái; 8 Chân chống; 9 Hộp giảm tốc trục vít – bánh vít

Phương án truyền – dẫn động của máy là phương án dẫn động chung (hình1.7b) Động cơ 3, thông qua bộ truyền xích 6, dẫn động trục vít của hộp giảm tốc 9 cùng rô to văng ly tâm 2 và cụm lưỡi phay 1 quay để cắt – vận chuyển đất; đồng

thời trục vít dẫn động bánh vít của hộp giảm tốc 9 đồng trục với các bánh xe di

chuyển 4 quay để máy chuyển động tịnh tiến về phía trước

Máy nằm lọt trong rãnh đào, cụm lưỡi phay 1 vừa quay vừa chuyển động tịnh

tiến để cắt đất và phần đất cắt ra được vận chuyển khỏi rãnh đào bằng rô to 2 theo

nguyên lý văng ly tâm

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của máy chế tạo thử nghiệm ZMTI-1 và ZMTI-2e

Có thể thấy rằng, trong tất cả các mẫu máy đã phân tích ở trên thì mẫu máy

ZMTI là máy đào cỡ siêu nhỏ có trọng lượng, kích thước nhỏ gọn nhất (chi phí kim

loại riêng nhỏ nhất), tính năng kỹ thuật tốt nhất và đặc biệt là khá phù hợp với các yêu

cầu đã phân tích ở Mục 1.1 đối với máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập Tuy nhiên, bộ

phận công tác của máy vẫn còn nặng và cồng kềnh, cấu tạo phức tạp, khó chế tạo do

chức năng cắt đất và vận chuyển đất được thực hiện bởi hai cụm chi tiết riêng biệt

bánh xe di chuyển là không đổi, không có khả năng điều chỉnh và kết hợp linh hoạt hai chuyển động này để tạo ra chế độ làm việc hợp lý đối với từng loại nền đất.

- Giải pháp hữu ích số 4364476 của CHLB Nga [85], [89]

Theo giải pháp hữu ích này, quan điểm chi phí năng lượng riêng nhỏ, cấu tạođơn giản và nhỏ gọn là bộ phận công tác có chức năng đào và vận chuyển đất đượckết hợp trong cùng một cụm chi tiết của bộ phận công tác dạng rô to và không cắt đấttrên toàn bộ tiết diện rãnh đào Trên Hình 1.8 là bộ phận công tác theo giải pháp hữuích số 4364476 của CHLB Nga

công ở nền đất có lẫn gạch, đá nhỏ Tuy nhiên, các đĩa cắt đất hình sao có cấu tạo cònphức tạp, yêu cầu cao về vật liệu chế tạo và độ tin cậy, độ an toàn thấp khi làm việc ởtốc độ cao, tải trọng động lớn do kích thước đĩa nhỏ làm cho ổ và trục của đĩa có độcứng nhỏ Mặt khác, khi đĩa hình sao quay trên chu vi của tiết diện rãnh đào thì cácmũi của cánh sao tỳ vào nền đất gây lực va đập và cắt đất tách thành phoi ở cạnh bêncủa cánh sao, chỉ phù hợp với nền đất tương đối cứng và khô, không hiệu quả và dễ bịbết dính đối với nền đất có độ cứng đến cấp III và độ ẩm cao.

Như vậy, qua phân tích tổng quan về các loại máy đào cỡ siêu nhỏ, có thể rút

ra một số nhận xét sau:

tục ZMTI do trường ĐHXD Kiev chế tạo là mẫu máy khá phù hợp với các yêu cầu về địa hìnhthi công chật hẹp, về nền đất thi công cũng như kích thước rãnh đào Tuy nhiên, phương án dẫn-truyền động của máy cần phải cải tiến để có thể kết hợp linh hoạt các chuyển động của máy, tạo

ra chế độ làm việc hợp lý đối với từng loại nền đất

kiệm năng lượng Tuy nhiên, cần phải cải tiến cụm chi tiết thực hiện chức năng cắt đất để khắcphục các nhược điểm đã phân tích ở trên

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu về quá trình làm việc của bộ phận

công tác máy đào đất

Quá trình làm việc của bộ phận công tác máy đào đất bao gồm các công đoạncắt, đào đất và vận chuyển đất luôn là đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa họcnhằm xác định được chính xác lực cản công tác, nắm được bản chất và qui luật củaquá trình để đưa ra được phương án tối ưu về kết cấu cũng như chế độ làm việc của

bộ phận công tác, làm cơ sở để thiết kế hợp lý máy đào đất

Theo kết quả phân tích tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ ở Mục 1.2 thì bộphận công tác máy đào cỡ siêu nhỏ mà đề tài cần nghiên cứu có quá trình làm việcgồm công đoạn cắt đất và vận chuyển đất bằng rô to văng ly tâm Vì vậy, trong mục

này cần tập trung phân tích tổng quan các công trình nghiên cứu về lý thuyết cắt đất

và về rô to văng ly tâm nhằm rút ra những kết luận mang tính định hướng, làm cơ sởcho việc xây dựng các nguyên tắc thiết lập máy cũng như giải quyết các nhiệm vụnghiên cứu của luận án

Quá trình cắt đất của bộ phận công tác máy đào đất được nhiều nhà khoa họcnghiên cứu và công bố khá đầy đủ như: Đômbrôvski [10], [63]; Zelenhin [62], Gilland Berg [38], [53]; McKyes [44], [45]; Vétrôv [63], [64]; Phêđôrôv [65]; Abezgauz[66]; Rútnhep [67]; Balôvnhép [68], [76]; …

Chức năng cắt đất của bộ phận công tác máy đào đất được thực hiện bởi các lưỡicắt, răng cắt hình nêm, lưỡi phay đất hoặc vít xoắn … song nhiều nhà khoa học đãtiến hành nghiên cứu cả lý thuyết và thực nghiệm và cùng có kết luận chung là: việc

sử dụng lưỡi cắt hoặc răng cắt hình nêm tách đất từ nền thành phoi là phương phápcắt đất có hiệu quả cao, tốn ít năng lượng, dễ thực hiện và dễ tạo nên hình dạng bềmặt nền đất theo yêu cầu [54], [62], [63], [64], [76] Trên thực tế thì bộ phận công táccủa phần lớn các loại máy đào đất đều áp dụng phương pháp cắt đất tạo thành phoitách ra khỏi nền đất, đặc biệt là trong quá trình cắt đất, vị trí tương đối giữa lưỡi cắt

và nền đất cũng như các thông số hình học của phoi đất không đổi hoặc ít thay đổi sẽlàm cho lực cản cắt đất ổn định, giảm tải trọng động Cơ sở lý thuyết cắt đất hiện nayđang được phổ biến và áp dụng rộng rãi là của các nhà khoa học lớn nhưĐômbrôvski, Zelenhin, Vétrôv Các phương pháp tính lực cản cắt đất thường xác

định lực cản cắt theo phương tiếp tuyến P và pháp tuyến N (hình 1.9) với các thông số

cơ bản sau:

δ=+ββ, β nhỏ thì ma sát lớn làm lưỡi cắt chóng mòn;

- Chiều rộng lưỡi cắt cũng là chiều rộng phoi đất b;