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 tt

- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để xác định các thông số và chế độ làm việc hợp lý của bộ phận công tác đã đề xuất, làm cơ sở cho việc thiết kế máy đào cỡ siêu nhỏ.. Cơ sơ khoa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

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

VIỆT NAM

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã số: 9520103

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ

hµ néi – N¡M 2020

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Quang Dũng

Phản biện 1: GS TSKH Phạm Văn Lang

Phản biện 2: GS TS Chu Văn Đạt

Phản biện 3: PGS TS Nguyễn Ngọc Quế

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại Trường Đại học Xây dựng

Vào hồi …… giờ … , ngày …… tháng …… năm 2020

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Th ư viện Quốc gia Việt Nam

- Th ư viện Trường Đại học Xây dựng

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Các loại máy đào cỡ nhỏ, vừa và lớn đóng vai trò chủ lực trong thi công công tác đất, đem lại hiệu quả cao Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ, khối lượng thi công nhỏ lẻ thì các loại máy nêu trên không thể thi công được hoặc cho hiệu quả kinh tế thấp, buộc phải thi công bằng sức lao động thủ công nặng nhọc, năng suất thấp, chi phí cao

Khối lượng công tác đất buộc phải thi công bằng lao động thủ công gồm:

- Địa bàn đô thị: đào rãnh đặt đường ống cấp thoát nước, đặt đường cáp ngầm; đào các hố móng nhỏ…tại các khu phố nhỏ, địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ, với khối lượng khá lớn, các loại máy nêu trên không vào thi công được

- Địa bàn nông thôn: đào rãnh cấp thoát nước, đặt ống nước tưới tiêu, đánh luống,… với khối lượng thi công nhỏ lẻ, nằm rải rác, hạ tầng giao thông còn kém, đưa các máy trên đến thi công cho hiệu quả thấp

Vì những lý do trên mà đề tài: “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 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 chế tạo thử nghiệm máy đào cỡ siêu nhỏ ở Việt Nam, đáp ứng nhu cầu thực tế, đạt năng suất và hiệu quả cao

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

bao gồm:

- Nghiên cứu xây dựng nguyên tắc thiết lập máy và đề xuất mới phương án đối với bộ phận công tác của máy đào cỡ siêu nhỏ, đáp ứng yêu cầu đặt ra đối với máy

- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để xác định các thông số

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

- Xây dựng phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ; thiết kế 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 công trong 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

4 Cơ sơ khoa học

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

Lý thuyết cắt đất của viện sỹ Vétsrôv;

Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm cực trị đa yếu tố

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Phân tích tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ và các công trình nghiên cứu quá trình làm việc của máy để xây dựng các nguyên tắc thiết lập máy và đề xuất phương án bộ phận công tác

- Sử dụng lý thuyết cắt đất để xây dựng mô hình toán học cho công đoạn cắt đất của bộ phận công tác; khảo sát đa yêu tố để xác định giá trị hợp lý các thông số kết cấu của lưỡi cắt bằng chương trình máy tính viết trên nền Matlab

- Tiến hành các thí nghiệm trên mô hình thực nghiệm để kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình toán học đã xây dựng bằng nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm 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

- Đã đề xuất được bộ phận công tác đào đất mới có cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, dễ chế tạo, cho chi phí năng lượng riêng và chi phí kim loại riêng nhỏ

- Bằng nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đã làm rõ được quy luật 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 và chế độ làm việc hợp lý của bộ phận công tác đã đề xuất, làm cơ sở cho việc thiết kế máy đào cỡ siêu nhỏ

Xây dựng được phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ dùng cho kỹ sư Máy xây dựng; thiết kế, chế tạo thử nghiệm mẫu máy đào cỡ siêu nhỏ MDM – 1E là cơ sở cho việc tiếp tục đầu

tư nghiên cứu hoàn thiện để tạo ra được loại máy 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 công trình đã công bố

Luận án đã kế thừa và phát triển kết quả của đề tài NCKH cấp thành phố Hà Nội, mã số 01C-01/06-2013-2 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:

- Mô hình nghiên cứu thực nghiệm là kết quả của đề tài NCKH cấp Trường trọng điểm và được công bố trên tạp chí Công nghiệp nông thôn;

- Nội dung và kết quả nghiên cứu ở Chương 2 và Chương 3 được công bố trên tạp chí Cơ khí Việt Nam và tạp chí Xây dựng, Bộ Xây dựng;

- Máy đào cỡ siêu nhỏ dẫn động bằng động cơ điện MDM-1E và

bộ phận công tác của máy đã được cấp bằng sáng chế độc quyền số 24312: “Máy đào đất cỡ siêu nhỏ dẫn động bằng động cơ điện”, 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 nặng nhọc, có khối lượng và chi phí rất lớn trong xây dựng Khối lượng công tác đất buộc phải thi công bằng lao động thủ công gồm:

- Địa bàn đô thị: đào rãnh đặt đường ống cấp thoát nước, đặt đường cáp ngầm; đào các hố móng nhỏ…tại các khu phố nhỏ, địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ từ 1 m đến 3 m; hạ ngầm cáp điện lực, cáp viễn thông dọc vỉa hè các tuyến phố cũ Loại nền đất tại các khu vực này thường là đất san nền, tương đương với nền đất á sét trung bình, á cát, đất cát…có độ cứng cấp III Khối lượng công tác đất này rất lớn tại các đô thị như TP Hà Nội và TP HCM Kích thước rãnh thường

có chiều rộng 0,2-0,4 m; chiều sâu 0,6-1,0 m [3], [9], [23], [24], [25]

- Địa bàn nông thôn: đào rãnh cấp thoát nước, đặt đường ống nước tưới tiêu trong nông nghiệp công nghệ cao, đánh luống,… với khối lượng thi công nhỏ lẻ, nằm rải rác, hạ tầng giao thông nông thôn còn kém Nền đất là đất vườn, đất ruộng có độ cứng đến cấp III

Qua phân tích tình hình cơ giới hoá 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, có thể rút ra một số nhận xét sau:

- Việc nghiên cứu thiết lập một loại máy đào cỡ siêu nhỏ mới ở Việt Nam, đáp ứng được nhu cầu thực tế, thay thế sức lao động thủ công

nặng nhọc, tăng năng suất lao động là rất cấp thiết

- Nền đất mà máy phải thi 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 Kích thước rãnh yêu cầu có chiều

rộng đến 0,4 m, chiều sâu đến 1,0 m

- Cần tiến hành các nghiên cứu tổng quan để định hướng cho việc nghiên cứu thiết lập loại máy đào cỡ siêu nhỏ mới đáp ứng được nhu cầu nêu trên

1.2 Tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ

1.2 1 Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ

Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ là loại máy làm việc theo chu kỳ có đặc điểm: trọng lượng dưới 1 tấn; chiều rộng máy không quá 1m; dung tích gầu (10÷30) lít; chiều rộng gầu (0,2÷0,45) m; chiều sâu

đào tới 2 m, năng suất máy (2,5÷6) m3/h, dễ lắp đặt vận chuyển, chuyên dùng để thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp Đây là loại máy có tính vạn năng cao, chiều sâu đào lớn, làm việc tin cậy; tuy nhiên chưa thật gọn nhẹ, năng suất chưa cao, giá thành đắt, yêu cầu cao về công nghệ chế tạo, đầu tư lớn

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 có chế độ làm việc liên tục, kích thước rất nhỏ gọn và cho năng suất cao, chủ yếu dùng để đào hào, rãnh hẹp [32], [59], [61] Bộ phận công tác (BPCT) của máy liên tục được cải tiến thông qua các sáng chế và giải pháp hữu ích (GPHI) Chức năng đào đất được thực hiện bởi các lưỡi cắt, răng cắt hình nêm, lưỡi phay cắt đất hoặc vít xoắn, còn chức năng vận chuyển đất được thực hiện bởi rô to với các cánh vận chuyển đất theo nguyên lý văng ly tâm Chúng được tổ hợp trong một BPCT và được dẫn động từ một nguồn thông qua bộ truyền hoặc từ hai nguồn dẫn động riêng [33], [37], [40], [51]

vít xoắn Đất được cắt và chuyển lên rô to bằng các cánh vít sau đó đất được vận chuyển ra ngoài bằng văng ly tâm

cắt đất, đất tách ra từ nền được vận chuyển lên bằng rô to và máng dẫn hướng theo nguyên lý văng ly tâm Chuyển động quay truyền từ

rô to đến cụm lưỡi phay cắt đất bằng bộ truyền trục vít - bánh vít

hình nêm; vận chuyển đất bằng rô to văng ly tâm; sử dụng phương án dẫn động riêng cho bộ phận cắt đất và vận chuyển đất

- Sáng ch ế số 2798314 của Mỹ [48]: Sử dụng các lưỡi phay cắt

đất để tách đất từ nền thành phoi; đất được vận chuyển ra khỏi rãnh đào bằng rô to văng ly tâm; chuyển động quay được truyền từ rô to đến cụm lưỡi phay cắt đất bằng bộ truyền trục vít – bánh vít

có ưu thế thi công trong địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ [83], [87] BPCT của máy ZMTI-1 và ZMTI-2e gồm cụm lưỡi phay cắt đất 1 và

rô to văng ly tâm 2 Chuyển động của lưỡi phay 1 truyền từ rô to 2 thông qua bộ truyền Trục vít - Bánh vít Máy sử dụng phương án dẫn

động chung từ động cơ 3 đến BPCT 1, 2 và bánh xe di chuyển 4 thông qua bộ truyền xích 6 và bộ truyền trục - vít bánh vít 9 (Hình 1.7b)

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

Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật của máy đào ZMTI-1 và ZMTI-2e

Trọng lượng máy, N 1000 1300 Kích thước máy (rộng x cao x dài), m 0,4 x 1,1 x 1,3 0,4 x 1,0 x 1,4 Kích thước rãnh sau

Độ xa vận chuyển đất, m 3 ÷ 4 3 ÷ 4

(Hình 1.8), quan điểm chi phí năng lượng riêng nhỏ, cấu tạo đơn giản

và nhỏ gọn là BPCT có chức năng đào và vận chuyển đất được kết hợp trong cùng một cụm chi tiết 3 và 4; không cắt đất trên toàn bộ tiết diện rãnh đào (chỉ cắt đất theo chu vi rô to, tạo thành lõi đất ở giữa và nó tự sập xuống) Đây là BPCT có nhiều ưu điểm vượt trội (các BPCT đã nêu thường cắt đất và vận chuyển đất bằng 2 cụm chi tiết riêng biệt, giữa chúng là 1 bộ truyền, cắt đất trên toàn bộ tiết diện rãnh đào)

- BPCT theo GPHI số 4364476 có cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, dễ chế tạo và tiết kiệm năng lượng, là phương án được chọn làm cơ sở cho việc đề xuất mới BPCT máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu về quá trình làm việc của BPCT máy đào đất

Quá trình làm việc của BPCT máy đào đất bao gồm các công đoạn cắt, đào đất và vận chuyển đất được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và công bố khá đầy đủ [10], [38], [44], [45], [53], [62], [63], [64], [65], [66], [67], [68], [76]

Dùng lưỡi cắt hoặc răng cắt hình nêm tách đất từ nền thành phoi

là phương pháp cắt đất hiệu quả và tốn ít năng lượng nhất, được sử dụng trong hầu hết các BPCT của máy đào đất, trong đó phổ biến và được sử dụng rỗng rãi nhất là lý thuyết cắt đất của Đômbrôvski, Zelenhin và Vétrôv

- Phương pháp Đômbrôvski [63] xác định lực cản tiếp tuyến và pháp tuyến theo công thức (1.1) và (1.2)

Phương pháp này đơn giản, dễ áp dụng nhưng có độ chính xác không cao

- Phương pháp Zelenhin [10], [62] xác định lực cản tiếp tuyến theo công thức (1.3)

Phương pháp Zelenhin cho độ chính xác cao hơn phương pháp Đômbrôvski, song công thức này khó áp dụng trong thực tế

- Phương pháp Vétrôv xác định lực cản cắt đất dựa trên cơ sở

nghiên cứu, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cắt đất

như: tính không gian của vệt cắt; vị trí tương đối của lưỡi cắt so với

nền đất; tương quan chiều dày h so với chiều rộng b của phoi đất;

ảnh hưởng của góc cắt δ,… [63], [64]

Lực cản tiếp tuyến: P = φ.m M bh + 2m c h 2 + 2m cc h, N (1.6) Trong đó các hệ số φ, mM , m c hay p c , m cc hay p cc là thành phần đặc

trưng cho nền đất đã được xác định khá đầy đủ bằng thực nghiệm

cho các loại nền đất khác nhau [19], [21], [26], [27]

Lực cản cắt pháp tuyến N được xác định phụ thuộc vào lực cản

cắt tiếp tuyến P, góc cắt δ và góc ma sát giữa nền đất và bề mặt lưỡi

cắt μ: N = P.cotg( δ+μ), N (1.8)

Như vậy, phương pháp Vétrôv phù hợp dùng để phân tích xác

định các thông số kết cấu hợp lý cho BPCT mới

- Rô to văng ly tâm đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và

công bố khá đầy đủ Đánh giá chung về rô to văng ly tâm:

+ Có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, cho năng suất cao, dễ tổ hợp với

cụm cắt đất để tạo thành BPCT máy đào đất, rất phù hợp với máy

đào cỡ siêu nhỏ

+ Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế rô to văng ly tâm đã được

nghiên cứu khá hoàn thiện khi đất được cấp đều vào rô to

+ Đối với BPCT theo GPHI số 4364476 thì đất cấp vào rô to theo

chu kỳ, tải tăng đột ngột khi lõi đất bị sập, chưa được nghiên cứu và

công bố đẩy đủ, cần phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác

định các thành phần lực cản công tác cũng như các thông số hợp lý

của nó [1], [2], [11], [13], [19], [26], [27], [49], [50], [51] [70], [72]

1.4 Công dụng và các yêu cầu đối với máy đào cỡ siêu nhỏ cần

thiết lập

- Công dụng: Máy đào cỡ siêu nhỏ dùng để đào rãnh đặt đường

ống cấp thoát nước; hạ ngầm cáp điện lực, viễn thông; đào các hố

móng nhỏ xây nhà hoặc xây tường bao… trong điều kiện địa hình

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

- Các yêu cầu đối với máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập:

+ Nền đất thi công là nền đất á sét trung bình, á cát, đất cát có độ

cứng tối đa đến cấp III và rãnh đào có kích thước chiều rộng 0,4 m;

chiều sâu 0,6 ÷ 1 m;

+ Máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập có trọng lượng, kích thước và

các chỉ tiêu về tính năng kỹ thuật cơ bản phải đạt hoặc vượt so với

mẫu máy ZMTI do trường ĐHXD Kiev chế tạo (Bảng 1.2);

+ Đảm bảo tính khả thi cao khi chế tạo máy trong điều kiện Việt Nam, tận dụng tối đa các cụm chi tiết và bộ phận máy tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường

Từ kết quả phân tích tổng quan ở Chương 1, có thể rút ra các kết luận để định hướng cho quá trình nghiên cứu, như sau:

- Về phương án tổng thế, máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập phải

là loại máy có chế độ làm việc liên tục, trong đó mẫu máy ZMTI là mẫu máy cần hướng tới song phương án dẫn - truyền động cần phải cải tiến theo hướng có thể kết hợp linh hoạt các chuyển động của máy để tạo ra các chế độ làm việc hợp lý đối với từng loại đất;

- Việc sử dụng lưỡi cắt hoặc răng cắt hình nêm tách đất từ nền thành phoi là phương pháp cắt đất có hiệu quả cao, tốn ít năng lượng,

dễ thực hiện và dễ tạo nên hình dạng bề mặt nền đất theo yêu cầu;

- Rô to văng ly tâm là thiết bị vận chuyển vật liệu rời có cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, cho năng suất cao và dễ tổ hợp với các BPCT cắt đất khác nhau để tạo thành BPCT của máy đào đất;

- BPCT theo GPHI số 4364476 của CHLB Nga có cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng do kết hợp được việc thực hiện công đoạn cắt đất và vận chuyển đất trên cùng một cụm chi tiết

và không cắt đất trên toàn bộ tiết diện rãnh đào;

- Lý thuyết cắt đất bằng lưỡi cắt hình nêm cắt đất từ nền thành phoi của Viện sỹ Vétrôv là cơ sở khoa học để xây dựng mô hình toán học cho công đoạn cắt đất của BPCT và xác định các thông số kết cấu hợp lý liên quan đến công đoạn cắt đất;

- Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế rô to văng ly tâm đã được các nhà khoa học nghiên cứu xây dựng và phát triển khá hoàn thiện với trường hợp đất được cấp đều vào rô to Trong trường hợp chỉ cắt đất theo chu vi của rô to tạo thành lõi đất ở giữa và nó tự sập xuống để được vận chuyển lên bằng rô to văng ly tâm thì chưa được nghiên cứu và công bố đầy đủ, cần phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm

để xác định các thông số và chế độ làm việc hợp lý của BPCT Các kết luận nêu trên là cơ sở để đặt ra các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án, bao gồm:

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu tổng quan, xây dựng các nguyên tắc thiết lập máy và đề xuất mới phương án cấu tạo, nguyên lý làm việc của BPCT đối với máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong

điều kiện địa hình chật hẹp ở Việt Nam, đáp ứng các yêu cầu đặt ra đối với máy;

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình làm việc của BPCT đã đề xuất và xây dựng mô hình toán học cho công đoạn cắt đất để xác định các thông số kết cấu hợp lý liên quan đến công đoạn cắt đất;

- Nghiên cứu thực nghiệm quá trình làm việc của BPCT để xác định các thông số và chế độ làm việc hợp lý, làm cơ sở cho việc thiết

kế chế tạo máy;

- Xây dựng phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ, dùng cho kỹ sư ngành Máy xây dựng để có thể áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế;

- Thiết kế, chế tạo thử nghiệm mẫu máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi công nhỏ lẻ ở Việt Nam

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH

2.1 Nguyên t ắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ và đề xuất phương

án đối với bộ phận công tác của máy

Để có thể tạo ra được một loại máy đào cỡ siêu nhỏ mới, cần phải dựa trên các nguyên tắc thiết lập máy được xây dựng trên cơ sở

kết quả phân tích tổng quan ở Chương 1, bao gồm: máy phải có chế

độ làm việc liên tục với phương án dẫn động cho phép kết hợp linh

hoạt các chuyển động của máy; công đoạn cắt đất của bộ phận công tác được thực hiện bởi các lưỡi cắt hình nêm tách đất từ nền thành phoi và chỉ cắt đất theo chu vi của tiết diện rãnh đào; vận chuyển đất

từ rãnh đào lên theo nguyên lý văng ly tâm; kết hợp việc thực hiện

cắt đất và vận chuyển đất bởi một cụm chi tiết Các tiêu chí cần hướng đến trong quá trình nghiên cứu đối với bộ phận công tác nói riêng và máy nói chung là chi phí năng lượng riêng, lực cản công tác theo phương di chuyển và lực giữ trên tay lái của người điều khiển nhỏ

Trên cơ sở các nguyên tắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ nêu trên, phương án cấu tạo, nguyên lý làm việc BPCT của máy được cải tiến từ BPCT theo GPHI số 4364476 của CHLB Nga như sau (Hình 2.1):

Đặc điểm làm việc của BPCT:

- BPCT vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến dọc theo rãnh đào;

- Cắt đất từ nền tách thành phoi bằng các lưỡi cắt 4, chỉ cắt theo chu vi rô to, tạo thành lõi đất ở giữa;

- Vận chuyển đất bằng các cánh chuyển đất 2 và máng dẫn hướng 3 khi lõi đất sập;

- Kết hợp cắt và vận chuyển đất trong cùng một cụm chi tiết 2 và 4;

- Không cắt đất trên toàn bộ diện tích tiết diện rãnh đào

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

BPCT có quá trình làm việc liên tục, gồm 2 công đoạn: công đoạn cắt đất (tạo lõi đất ở giữa) và công đoạn vận chuyển đất đồng

thời với cắt đất (khi lõi đất sập), lặp đi lặp lại theo chu kỳ Quá trình làm việc của BPCT được mô hình hóa bằng mô hình toán học tổng quát sau:

ĐR = f(ĐV, KC cđ , KC vc, ĐH), (2.1)

trong đó:

ĐR - Các thông số đầu ra (lực cản theo phương di chuyển P dc ;

mô men cản quay rô to M q ; công suất tiêu hao do chuyển động quay

và tịnh tiến Nq và N dc ; chi phí năng lượng riêng E, …);

ĐV - Các thông số đầu vào (nền đất; các tính năng kỹ thuật yêu

cầu: kích thước rãnh B và H, năng suất Q, trọng lượng máy Gm , …);

KC cđ - Các thông số kết cấu liên quan đến cắt đất (chiều rộng

lưỡi cắt b c , góc cắt , góc nhọn đỉnh lưỡi cắt , …);

KC vc - Các thông số kết cấu liên quan đến vận chuyển đất (bán

kính rô to R, số lượng cánh chuyển đất n0, chiều rộng và chiều dài cánh chuyển đất c và l,…);