(Luận án tiến sĩ) 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
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.86 MB, 155 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
TRẦN VĂN VIẾT
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN, THIẾT
KẾ HỢP LÝ MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ CÓ ƯU THẾ THI
CƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH CHẬT HẸP Ở
VIỆT NAM
Ngành :
Mã số :
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
9.52.01.03
LUẬN ÁN TIẾN SỸ
Hà Nội - Năm 2020
luan an
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
TRẦN VĂN VIẾT
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN, THIẾT
KẾ HỢP LÝ MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ CÓ ƯU THẾ THI
CƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH CHẬT HẸP Ở
VIỆT NAM
Ngành :
Mã số :
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
9.52.01.03
LUẬN ÁN TIẾN SỸ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. PHẠM QUANG DŨNG
Hà Nội – Năm 2020
luan an
-i-
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ sự kính trọng và lịng biết ơn sâu sắc tới
PGS.TS. Phạm Quang Dũng, Trường Đại học Xây dựng đã trực tiếp hướng dẫn,
động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tơi có thể hồn thành được luận
án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ mơn Máy xây dựng, Khoa
Cơ khí Xây dựng và các nhà khoa học của Trường Đại học Xây dựng, Viện Cơ
điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Trường Đại học Giao thông Vận tải,
Học viện Kỹ thuật Quân sự, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trường Đại học
Công nghệ giao 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, phịng nghiên cứu thực nghiệm cơ khí, đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi giúp tơi trong q trình nghiên cứu để hoàn thành nhiệm vụ và đạt
được kết quả 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 tơi để hồn
thành luận án này.
luan an
- ii -
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ “Nghiên cứu cơ sở khoa học tính tốn, thiết
kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi cơng trong điều kiện địa hình chật
hẹp ở Việt Nam” là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết quả trong
luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác. Tất cả những nội dung tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn đầy đủ.
Người cam đoan
Trần Văn Viết
luan an
- iii -
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………….........
i
LỜI CAM ĐOAN ………………………………………………………………...
ii
MỤC LỤC ………………………………………………………………………...
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 cơng cơng tác đất trong điều kiện địa hình chật
hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi cơng nhỏ lẻ ở Việt Nam …………………
6
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
1.2.
1.3.
Tổng quan các cơng trình nghiên cứu về q trình làm việc của bộ phận
công tác máy đào đất ………………………………………………………………
19
Công dụng và các yêu cầu đối với máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập …….
30
1.4.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT Q TRÌNH LÀM
VIỆC CỦA BỘ PHẬN CƠNG TÁC MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ ……………
luan an
34
- iv -
2.1. Nguyên tắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ và đề xuất phương án đối với bộ
phận cơng tác của máy ……………………………………………………………
34
2.2. Phân tích cấu trúc q trình làm việc của bộ phận cơng tác …………………
37
2.3. Xây dựng mơ hình tốn học cho cơng đoạn cắt đất của bộ phận công tác ……
43
2.3.1. Nghiên cứu động học q trình làm việc của bộ phận cơng 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 CƠNG 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. Mơ hình nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………..
66
3.2.2. Thiết bị đo …………………………………………………………………..
69
3.2.3. Thiết lập mơ hình đất và mơ hình bộ phận công tác ………………………..
74
3.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ……………………………………………..
75
3.3.1. Kiểm chứng bằng thực nghiệm mơ hình tốn 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 tốn 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
luan an
-v-
bằng động cơ điện …………………………………………………………………
96
4.2.1. Tính tốn thiết kế máy ………………………………………………………
96
4.2.2. Chế tạo và thử nghiệm máy ………………………………………………...
100
KẾT LUẬN …………………..…………………………………………………...
104
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ ………..
106
TÀI LIỆU THAM KHẢO …..…………………………………………………...
107
PHỤ LỤC 1 (CHƯƠNG 2) .……………………………………………………...
PLI
PHỤ LỤC 2 (CHƯƠNG 3) ……………………………………………………....
PLII
PHỤ LỤC 3 (CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN) …………………………….…
PLIII
luan an
- vi -
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu
Diễn giải
Đơn vị
δ
Góc cắt - góc giữa mặt trước lưỡi cắt và hướng cắt
Góc sắc - góc giữa mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt
Góc sau - góc giữa mặt sau của lưỡi cắt và hướng cắt
Góc nhọn ở đỉnh lưỡi cắt
Chiều rộng lưỡi cắt và chiều rộng của phoi đất
Chiều dày phoi đất (chiều sâu cắt đất)
Vận tốc cắt - Vận tốc di chuyển của lưỡi cắt theo hướng cắt
Vận tốc di chuyển máy
Lực cản tiếp tuyến
Lực cản pháp tuyến
Hệ số cản cắt riêng
Hệ số lấy theo trạng thái nền đất và lưỡi cắt (theo công thức 1.2)
Hằng số xác định theo tính chất cơ lý của nền đất
Chiều dày của phoi đất
Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc cắt và các thông số b, c
Chiều dày vùng đất bị nứt của phoi cắt
Độ sâu tới hạn của vệt cắt
Lực cản phía trước mũi lưỡi cắt
Lực cản ở phần đất bị nứt vỡ của hai bên lưỡi cắt
Lực cản cắt thuần túy ở hai cạnh lưỡi cắt phía dưới phần đất bị nứt vỡ
Diện tích mặt cắt trước mũi lưỡi cắt
Diện tích tiết diện phần đất bị nứt vỡ ở hai bên lưỡi cắt
Chiều dài cạnh cắt thuần túy ở hai cạnh lưỡi cắt
Lực cản cắt riêng tại vùng trước mũi lưỡi cắt
Lực cản riêng tại phần đất bị nứt vỡ ở hai bên
Lực cản cắt riêng tại cạnh cắt thuần túy ở hai bên
Lực cản riêng vùng trước mũi lưỡi cắt
Hệ số lực cản cắt riêng tại vùng trước mũi lưỡi cắt
Hệ số lực cản riêng tại phần đất bị nứt vỡ ở hai bên
Nhóm thơng số đầu vào
Nhóm thông số kết cấu cắt đất
Độ
Độ
Độ
Độ
cm
cm
m/s
m/s
N
N
β
α
b
h
vc
v
P
N
k1
1
A
cz
z
h1
hT
PM
Pc
Pcc
FM
Fc
Lcc
pM
pc
pcc
mM
mc
mcc
ĐV
KCcđ
luan an
cm
cm
cm
N
N
N
cm2
cm2
cm
N/cm2
N/cm2
N/cm
N/cm2
- vii -
Pdccđ
Nhóm thơng số kết cấu vận chuyển đất
Nhóm thơng số động học
Mơ hình tốn học tổng qt q trình làm việc của bộ phận cơng tác
Chi phí năng lượng riêng
Lực cản công tác theo phương di chuyển
Mômen cản quay rôto
Năng suất kỹ thuật của máy
Trọng lượng máy
Lực giữ trên tay lái của máy
Chiều dài cánh chuyển đất
Chiều rộng rãnh đào
Bán kính làm việc của rơ to
Chiều sâu của một lần đào đào
chiều sâu tối đa của rãnh đào
Độ xa vận chuyển đất theo nguyên lý văng ly tâm
Chiều rộng cánh chuyển đất
Chiều rộng phoi đất tách ra từ nền
Chiều dày phoi đất tách ra từ nền
Tốc độ quay rơto
Chi phí năng lượng riêng cơng đoạn cắt đất
Lực cản công tác theo phương di chuyển trong công đoạn cắt đất
M qcđ
Mômen cản quay rôto trong công đoạn cắt đất
Nm
Số lượng cánh chuyển đất
Vận tốc góc của rơto
cánh
rad/s
Vận tốc dài trong mặt phẳng quay của rôto
Lực cản cắt trên mỗi lưỡi cắt theo phương tiếp tuyến
Lực cản cắt trên mỗi lưỡi cắt theo phương pháp tuyến
Góc ma sát ngồi giữa đất và thép
Góc nghiêng đường xoắn ốc là tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động
của lưỡi cắt theo rãnh đào
Công suất quay rô to khi cắt đất
m/s
N
N
Độ
Độ
Công suất di chuyển máy khi cắt đất
kW
Công suất tiêu hao trực tiếp để dẫn động bộ phận cơng tác cắt đất
kW
KCvc
ĐH
ĐR
E
Pdc
Mq
Q
Gm
Pg
l
B
R
H
HT
LVC
c
bc
hc
n
Ecđ
no
r
vr
Pi
Ni
µ
N qcđ
cđ
N dc
Nccđ
luan an
Wh/m3
N
Nm
m3/h
N
N
cm
m
m
m
m
m
cm
cm
cm
v/ph
Wh/m3
N
kW
- viii -
Ecđ
Sh
X1
Chi phí năng lượng riêng cho bộ phận cơng tác trong q trình cắt đất Wh/m3
Diện tích tiết diện rãnh đào
m2
Thông số điều khiển chiều rộng cách chuyển đất c
cm
X2
Thông số điều khiển tốc độ di chuyển máy v
m/s
X3
Thông số điều khiển tốc độ quay rôto n
v/ph
Xi
Giá trị mã hóa của thơng số điều khiển thứ i
i
Y
G
Gb
Si2
Khoảng biến thiên giá trị thực của thông số điều khiển thứ i
Mơ hình biểu thị bằng phương trình hồi quy bậc 2
Hàm phương sai theo chuẩn Kohren
Giá trị Kohren
Phương sai của thí nghiệm thứ i
Si2max
Phương sai của thí nghiệm lớn nhất
Sa2
Phương sai tuyển chọn
Sb2
Phương sai do nhiễu tạo nên
yi
Giá trị trung bình thực nghiệm của hàm tại thí nghiệm thứ i
yˆ i
Giá trị tính tốn theo mơ hình tại điểm i
k*
m
Ftt
Số các hệ số trong mơ hình hồi quy
Số lần lặp của mỗi thí nghiệm i
Giá trị tính tốn của chuẩn Fisher
ys
X
Bii
Hàm mục tiêu
Các thông số vào trong hệ tọa độ mới
Hệ số phương trình chính tắc
Y(X)
G(X)
p01
p02
pdc
pq
pm1
Hàm mục tiêu dạng hồi quy bậc hai hoặc tuyến tính
Hàm điều kiện dạng hồi quy bậc hai hoặc tuyến tính
Giá trị trung bình của áp lực dầu trong xilanh thủy lực ở công đoạn cắt
đất
Giá trị trung bình của áp lực dầu trong mơ tơ thủy lực ở công đoạn cắt
đất
Áp lực dầu trung bình trong xilanh thủy lực cho cả chu kỳ
Áp lực dầu trung bình trong mơ tơ thủy lực cho cả chu kỳ
Giá trị trung bình cực trị của áp lực dầu trong xilanh thủy lực ở thời
điểm sập lõi đất, lấy trung bình cho 3 chu kỳ
luan an
N/cm2
N/cm2
N/cm2
N/cm2
N/cm2
- ix -
pdccđ
Giá trị trung bình cực trị của áp lực dầu trong mô tơ thủy lực ở thời N/cm2
điểm sập lõi đất, lấy trung bình cho 3 chu kỳ
Áp lực dầu trung bình trong xilanh cho cơng đoạn cắt đất
N/cm2
pqcđ
Áp lực dầu trung bình trong mơ tơ thủy lực cho công đoạn cắt đất
q
Hiệu suất dẫn động mô tơ thủy lực
dc
Hiệu suất dẫn động piston
b
Hệ số bám của bánh lốp với nền đất
Hệ số an toàn bám
pm2
kb
θo
θmax
θmin
Pdc dk
Gmin
Gm ax
Pg max
Độ dốc khi máy di chuyển
Độ dốc khi máy di chuyển lớn nhất
Độ dốc khi máy di chuyển nhỏ nhất
Giá trị giới hạn đối với lực cản công tác theo phương di chuyển theo
điều kiện bám
Trọng lượng nhỏ nhất của máy
Trọng lượng lớn nhất của máy
Lực giữ tối đa của người điều khiển trên càng lái
N/cm2
Độ
Độ
Độ
N
N
N
N
M qcđtn
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 q Wh/m3
trình cắt đất
Chi phí năng lượng riêng trung bình thực nghiệm cho bộ phận cơng
Wh/m3
tác trong q trình cắt đất
Mômen cản quay rôto thực nghiệm trong công đoạn cắt đất
Nm
M qcđtn
Mơmen cản quay rơto trung bình thực nghiệm trong công đoạn cắt đất
Nm
Pdccđtn
Lực cản công tác thực nghiệm theo phương di chuyển trong công đoạn
cắt đất
Lực cản công tác trung bình thực nghiệm theo phương di chuyển trong
cơng đoạn cắt đất
Sai số lực cản di chuyển giữa lý thuyết và thực nghiệm
N
%
Sai số mô men cản quay rô to giữa lý thuyết và thực nghiệm
%
ssE
Sai số chi phí năng lượng riêng giữa lý thuyết và thực nghiệm
%
Dbx
Đường kính bánh xe di chuyển
m
M q
dk
Ecđtn
Ecđ tn
Pdccđtn
ssP
ssM
luan an
N
-x-
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình
Hình 1.1
Tên gọi
Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ (micro-excavator)
Trang
10
Hình 1.2
Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục
12
Hình 1.3
Hình 1.4
Sáng chế số 459563 – Bộ phận công tác máy đào đất và nạo vét
kênh mương (CHLB Nga)
Sáng chế số 308158 –Bộ phận cơng tác đào –vận chuyển đất
(CHLB Nga)
13
14
Hình 1.5
Sáng chế số 291006 – Máy đào cỡ siêu nhỏ (CHLB Nga)
14
Hình 1.6
Sáng chế số 2798314 – Cơ cấu đào đất (Mỹ)
15
Hình 1.7
Máy đào cỡ siêu nhỏ ZMTI-1
16
Hình 1.8
Bộ phận cơng tác máy đào cỡ siêu nhỏ theo GPHI số 4364476
18
Hình 1.9
Sơ đồ cắt đất bằng lưỡi cắt hình nêm
21
Hình 1.10
Tính khơng gian của vệt cắt
23
Hình 1.11
Vị trí tương đối của lưỡi cắt so với nền đất
23
Hình 1.12
Lực cản cắt đất phụ thuộc vào kích thước phoi đất
24
Hình 1.13
Sơ đồ xác định các thành phần lực cản tiếp tuyến
25
Hình 2.1
Bộ phận cơng tác máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên
tục
35
Hình 2.2
Cấu trúc quá trình làm việc của bộ phận cơng tác
43
Hình 2.3
Sơ đồ biểu diễn chuyển động của bộ phận cơng tác
44
Hình 2.4
Sơ đồ tác động tương hỗ giữa lưỡi cắt và nền đất
47
Hình 2.5
Sơ đồ đặt lực cản cắt đất lên bộ phận cơng tác
49
Hình 2.6
Đồ thị hàm Ecđ = f(,)
56
Hình 3.1
Sơ đồ cấu tạo mơ hình nghiên cứu thực nghiệm
68
luan an
- xi -
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
n = 550 v/ph
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Búa xác định cấp đất
Hàm năng lượng riêng YE phụ thuộc vào cặp yếu tố(X1 , X2)
tại X3= 0.286
Đường đồng mức hàm năng lượng riêng YE phụ thuộc vào cặp
yếu tố (X1 , X2) tại X3= 0.286
71
74
84
85
Hình 4.1
Trình tự các bước tính tốn thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ
91
Hình 4.2
Phương án truyền - dẫn động của máy đào cỡ siêu nhỏ
93
Hình 4.3
Định dạng dữ liệu trên file nguồn OPT.xls
97
Hình 4.4
Sơ đồ trình tự gia cơng chế tạo máy
101
Hình 4.5
Máy đào cỡ siêu nhỏ MDM-1E
102
Hình 4.6
Thử nghiệm có tải đối với máy đào MDM-1E
103
luan an
- xii -
Số bảng
Bảng 1.1
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên gọi
Đặc tính kỹ thuật của một số máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ
Trang
11
Bảng 1.2
Đặc tính kỹ thuật của máy chế tạo thử nghiệm ZMTI-1 và ZMTI2e
17
Bảng 3.1
Số lần va đập theo cấp đất
75
Bảng 3.2
So sánh các giá trị đầu ra giữa lý thuyết và thực nghiệm
77
Bảng 3.3
Giá trị các hệ số dạng thực hàm E
82
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
và 12337
98
BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
Diễn giải
Ký hiệu viết tắt
NCKH
Nghiên cứu khoa học
CHLB
Cộng hòa liên bang
GPHI
Giải pháp hữu ích
BPCT
Bộ phận cơng tác
ĐHXD
Đại học xây dựng
QHTN
Quy hoạch thực nghiệm
PTHQDT
Phương trình hồi quy dạng thực
luan an
-1-
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Máy đào là loại thiết bị chủ lực trong thi công xây dựng các cơng trình dân
dụng, cơng nghiệp, giao thơng, thủy lợi và khai thác mỏ, góp phần nâng cao năng
suất, giảm nhẹ sức lao động nặng nhọc của con người, hạ giá thành, rút ngắn thời
gian thi công, nâng cao chất lượng cơng trình và đảm bảo an tồn.
Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ, khối lượng thi cơng
nhỏ lẻ thì việc sử dụng các loại máy đào cỡ nhỏ, cỡ vừa và lớn là không thể thực
hiện được hoặc cho hiệu quả kinh tế không cao. Do còn thiếu các thiết bị làm đất
cỡ siêu nhỏ gọn nhẹ, cơ động mà khối lượng công tác đất trong điều kiện nêu trên
buộc phải thi công bằng sức lao động thủ công nặng nhọc với năng suất và hiệu quả
kinh tế rất thấp. Tình trạng tương tự cũng có thể xảy ra ngay cả đối với các nước
công nghiệp phát triển.
Ở Việt Nam, do điều kiện tự nhiên và lịch sử phát triển kinh tế xã hội mà số
lượng lớn các cơng trình xây dựng ở đơ thị là của tư nhân với diện tích từ 20÷100m2
nằm trong địa bàn chật hẹp, lối vào nhỏ từ 1÷3m, cùng với đó là các cơng trình hạ
tầng có quy mô nhỏ tại các khu phố cũ, khu dân cư trong thành phố như hạ ngầm
đường cáp điện, cáp viễn thơng, đường ống cấp thốt nước…Khối lượng cơng tác
đất khi thi cơng hoặc cải tạo các cơng trình này là khá lớn, bao gồm: đào rãnh đặt
đường ống cấp thoát nước, đặt đường cáp ngầm; đào các hố móng nhỏ xây nhà hoặc
xây tường 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 nghệ cao 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 cơng trong các
điều kiện nêu trên ở cả đô thị và nông thôn, là không thực hiện được hoặc cho hiệu
quả khơng cao. Vì vậy mà khối lượng cơng tác đất nêu trên thường phải thi công
bằng sức lao động thủ cơng nặng nhọc, năng suất thấp, chi phí cao do chưa có máy
luan an
-2-
đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi cơng trong địa bàn chật hẹp, trong khi nhu cầu thực tế
của loại máy này là khơng nhỏ. 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 cơng trong
điều kiện 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 cơng 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 tốn 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.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Máy đào cỡ siêu nhỏ dùng để thi cơng rãnh đào có chiều rộng đến 0,4m;
chiều sâu đến 1m, trên nền đất á sét trung bình, á cát, đất cát có độ cứng đến cấp III,
trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ 1 ÷ 3m.
4. Cơ sơ khoa học
luan an
-3-
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 Vétrôv;
-
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
5.1. Về lý thuyết
- Phân tích tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ và các cơng trình nghiên cứu
q trình làm việc của máy để xây dựng các nguyên tắc thiết lập máy và đề xuất
mới phương án bộ phận công tác.
- Sử dụng lý thuyết cắt đất để xây dựng mơ hình tốn học cho cơng đoạn cắt
đất của bộ phận công tác; khảo sát đa yếu 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.
5.2. Về thực nghiệm
- Tiến hành các thí nghiệm trên mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng tính
đúng đắn của mơ hình tốn 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
cơng tác.
6. Đóng góp mới của luận án
6.1. Về phương diện khoa học
- Đã đề xuất được bộ phận cơng 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 do kết
hợp được công đoạn cắt đất và vận chuyển đất trong cùng một cụm chi tiết và làm
việc theo nguyên lý cắt đất từ nền thành phoi, không cắt đất trên toàn bộ tiết diện
rãnh đào phối hợp với vận chuyển bằng văng ly tâm.
- 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
luan an
-4-
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 cơng 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.
6.2. Về phương diện thực tiễn
Xây dựng được phương pháp tính tốn 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
cơng trình đã cơng bố.
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương này trình bày tình hình cơ giới hóa thi cơng cơng tác đất trong điều
kiện địa hình chật hẹp ở Việt Nam, tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ và các cơng
trình nghiên cứu về q trình làm việc của máy đào đất. Thơng 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
tính định hướng cho quá trình nghiên cứu và đề ra nhiệm vụ nghiên cứu của luận
án.
Chương 2. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết q trình làm việc của bộ phận
cơng tác máy đào cỡ siêu nhỏ
Chương này xây dựng các nguyên tắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ; đề xuất
phương án cấu tạo, nguyên lý làm việc của bộ phận công tác; phân tích cấu trúc q
trình làm việc của bộ phận công tác làm cơ sở lý thuyết cho phương pháp và trình tự
giải quyết bài tốn xác định các thông số và chế độ làm việc hợp lý của bộ phận
cơng tác; xây dựng mơ hình tốn học cho công đoạn cắt đất của bộ phận công tác để
khảo sát, xác định các thông số kết cấu hợp lý của lưỡi cắt.
luan an
-5-
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
bằng thực nghiệm mơ hình tốn học đã xây dựng ở chương 2; sử dụng phương pháp
qui hoạch thực nghiệm cực trị đa yếu tố để xác định các phương trình hồi qui của
các hàm mục tiêu, theo đó xử lý dữ liệu để tạo ra được nguồn dữ liệu xác định miền
giá trị hợp lý của các thông số kết cấu và động học, làm cơ sở cho việc tính tốn
thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ.
Chương 4. Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án
Chương này xây dựng phương pháp tính tốn thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu
nhỏ; áp dụng để thiết kế, chế tạo, thử nghiệm máy đào cỡ siêu nhỏ MDM – 1E dẫn
động 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 Hà
Nội, 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 cơng bố trong các cơng trình sau:
- Mơ hình nghiên cứu thực nghiệm là kết quả của đề tài NCKH cấp Trường
trọng điểm và được cơng bố trên tạp chí Cơng 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 độc quyền sáng chế số 24312: “Máy đào đất cỡ
siêu nhỏ dẫn động bằng động cơ điện”, được cấp theo Quyết định số 6168w/QĐSHTT, 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 Phịng nghiên cứu thực
nghiệm cơ khí, trường Đại học Xây dựng.
luan an
-6-
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.
Tình hình cơ giới hóa thi cơng cơng 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
như chi phí rất lớn trong thi cơng xây dựng, trong đó cơng tác đào đất là cơng đoạn
nặng nhọc và chiếm khối lượng lớn nhất. Do quá trình đơ thị hố ở nước ta hiện nay
diễn ra hết sức nhanh và rộng khắp mà khối lượng công tác đất trong xây dựng là
rất lớn và ngày càng tăng.
Tại hầu hết các đô thị ở nước ta hiện nay, ngồi các cơng trình cơng cộng, trụ
sở cơ quan và các khu đô thị mới được qui hoạch bài bản thì ln tồn tại các khu
dân cư, khu đơ thị cũ chật hẹp với diện tích mỗi cơng trình từ 20 ÷ 100 m2, lối vào
là các con ngõ, 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 thoát nước hoặc hạ ngầm cáp điện, cáp viễn thông… thường phải sử dụng sức
lao động thủ công nặng nhọc, năng suất rất thấp và chi phí cao do chưa có loại máy
đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi cơng trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ.
Trong một số trường hợp có thể sử dụng máy đào một gầu cỡ nhỏ, cỡ siêu nhỏ song
cho hiệu quả kinh tế không cao do chi phí cho việc vận chuyển máy đến nơi thi
cơng lớn mà khối lượng 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 sét trung bình, á cát, đất cát… có độ cứng đến cấp III, có thể
lẫn gạch đá nhỏ, khối lượng riêng 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 thốt
nước, cáp điện, cáp viễn thơng thì 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 bằng
giữa sự phát triển đô thị và gia tăng dân số trong thành phố mà dẫn tới tình trạng
quá tải về nhiều mặt, trong đó có các hệ thống điện, nước và hệ thống thông tin.
luan an
-7-
Chính vì vậy mà trong thời gian qua, các nhà lãnh đạo một mặt lập qui hoạch mới
cho thành phố, mặt khác tiến hành tu bổ cải tạo hệ thống điện, nước, thơng tin,
trong đó khối lượng hạ ngầm cáp điện lực, cáp viễn thông, đường ống nước dọc vỉa
hè các tuyến phố cũ là rất lớn. Điển hình như thành phố Hà Nội, vấn đề hạ ngầm
cáp viễn thông, điện lực nhằm đảm bảo an toàn và cảnh quan đô thị đã được đề cập
đến tại hội nghị “Hà Nội – Hợp tác đầu tư” do UBND thành phố Hà Nội tổ chức hồi
đầu tháng 6/2016, 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 điện thuộc lưới điện trung áp [23]. Theo danh mục các tuyến phố dự kiến hạ
ngầm cáp điện, cáp viễn thông giai đoạn 2016-2021 của Sở Thông tin và Truyền
thơng 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: Hồn 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 ngầm
cáp điện, cáp viễn thông cho năng suất cao. Việc thi công bằng máy đào một gầu
cho hiệu quả thấp vì loại máy này có chế độ làm việc theo chu kỳ cho năng suất
thấp và không phù hợp với yêu cầu đào rãnh theo tuyến, còn đối với các tuyến phố
nhỏ hoặc ngõ trong khu phố cổ thì cơng việc này chủ yếu được thi công bằng sức
lao động thủ công nặng nhọc. Cấu trúc của nền đất trên vỉa hè thường là: lớp trên
cùng là lớp gạch block hoặc lớp gạch lát (khi đào rãnh thường bóc lớp này lên và lát
lại sau khi lấp rãnh), phía dưới là lớp vữa 5% xi măng dày khoảng 100mm (lớp vữa
xi măng này không cứng hơn nền đất cấp III) và dưới lớp vữa xi măng thường là đất
san nền, tương đương với nền đất á sét trung bình, á cát, đất cát,… có độ cứng đến
cấp III. Theo báo cáo biện pháp kỹ thuật thi công hạ ngầm cáp, ống nước dọc theo
vỉa hè các tuyến phố ở Hà Nội 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 đất
phục vụ sản xuất nông nghiệp, phục vụ kinh tế vườn và trang trại như đào rãnh cấp
luan an
-8-
thoát nước, đào hố trồng cây, đánh luống… là khá lớn, đặc biệt là nhu cầu đào rãnh
đặt hệ thống đường ống phục vụ tưới tiêu trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao
ngày 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
không đồng bộ làm cho việc đưa các loại máy đào đất hiện có đến thi công không
đem lại hiệu quả cao, trong nhiều trường hợp phải sử dụng sức lao động thủ cơng
nặng nhọc. Tình trạng nêu trên là do còn thiếu loại máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ
làm việc liên tục cho năng suất cao, gọn nhẹ, cơ động, có thể dễ dàng đưa máy đến
nơi thi công bằng nhiều loại phương tiện khác nhau, kể cả phương tiện vận chuyển
thô sơ, với chi phí thấp. Về nền đất ở khu vực ngoại thành và nơng thơn 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 hố thi cơng cơng tác đất trong điều kiện địa
hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi cơng nhỏ lẻ ở Việt Nam, có thể rút
ra một số nhận xét sau:
- Nhu cầu đối với loại máy đào cỡ siêu nhỏ dùng để đào rãnh đặt đường ống
cấp thoát nước; đặt ngầm đường cáp điện lực, viễn thông; đào các hố móng nhỏ…
trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi cơng nhỏ lẻ,
thay thế sức lao động thủ công nặng nhọc là rất lớn. Vì vậy mà việc nghiên cứu thiết
lập một loại máy đào cỡ siêu nhỏ mới ở Việt Nam, đáp ứng được nhu cầu nêu trên
là cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao;
- Hầu hết các trường hợp đã phân tích nêu trên cho thấy 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, khối lượng riêng của đất
ở trạng thái chặt 1700 ÷ 1850 kg/m3, hệ số tơi của đất kt =1,1 ÷ 1,3 và độ ẩm
22÷26%. Kích thước yêu cầu đối với rãnh đào thường là: chiều rộng khoảng 0,4 m
và chiều sâu khoảng 0,6 ÷ 1,0 m;
- Để có thể thiết lập được loại máy đào cỡ siêu nhỏ mới đáp ứng được các yêu
cầu đặt ra thì trước tiên cần phải tiến hành nghiên cứu tổng quan về các loại máy
luan an
-9-
đào cỡ siêu nhỏ, tổng quan các cơng trình nghiên cứu về quá trình làm việc của máy
đào đất, qua đó rút ra các kết luận có tính chất định hướng cho q 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 cơng dụng thì máy
đào một gầu dùng để đào, tích đất trong gầu và đổ thành đống hoặc đổ lên phương
tiện vận chuyển khác. Máy đào một gầu cỡ nhỏ, cỡ vừa và cỡ lớn về cơ bản có cấu
tạo tương tự như nhau, bao gồm các bộ phận: khung bệ và hệ thống di chuyển (bánh
xích hoặc bánh lốp); động cơ, thông qua hệ thống truyền động (thường là truyền
động thủy lực), dẫn động các cơ cấu di chuyển, cơ cấu quay (quay tồn vịng), hệ
chân chống và các xilanh của các thiết bị công tác dạng gầu (xilanh cần, xilanh tay
gầu và xilanh gầu); 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 siêu
nhỏ (micro-excavator) thường có khối lượng dưới một tấn, kích thước bao nhỏ nhất
có thể (chiều rộng máy khơng vượt q 1m), dung tích gầu thường 10 ÷ 30 lít, chiều
rộng gầu thường 0,2 ÷ 0,45 m, chiều sâu đào đến 2 m, năng suất máy 2,5 ÷ 6 m3/h
và giá thành máy 3.000 ÷ 10.000 Bảng Anh [58], [60], [61]. Điển hình là máy đào
một gầu 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 một gầu cỡ siêu nhỏ cho ở Bảng 1.1.
Về công dụng, máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ chun dùng để thi cơng trong
điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ hoặc có khối lượng thi cơng nhỏ lẻ, nơi mà
các loại máy đào một gầu khác khơng thể thi cơng được. Vì vậy mà cấu tạo của máy
đào một gầu cỡ siêu nhỏ có đặc điểm riêng sau: ngồi trọng lượng và kích thước
nhỏ gọn nhất có thể thì máy phải dễ lắp đặt và vận chuyển đến nơi thi cơng; hệ
thống di chuyển có thể tự hành hoặc kéo theo, có thể gấp gọn lại khi vận chuyển
máy đến nơi thi công bằng phương tiện vận chuyển cỡ nhỏ; máy có thể quay tồn
luan an
- 10 -
vịng hoặc khơng quay tồn vịng. Trên Hình 1.1a là máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ
Kobelco PCO-3 (Nhật Bản) với hệ thống di chuyển tự hành bằng xích, quay tồn
vịng được sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam. Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ Talpino
(Ý) trên Hình 1.1b là loại máy có trọng lượng, kích thước thuộc loại nhỏ nhất: hệ
thống di chuyển là loại kéo theo với hai bánh lốp; khi vận chuyển đến nơi thi cơng,
hai chân chống 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 để điều khiển máy thì trọng lượng của người lái
đóng vai trị đối trọng để đảm bảo ổn định cho máy trong trạng thái làm việc. Có thể
thấy rằng, ngay cả với mẫu máy Talpino là loại máy đào nhỏ gọn nhất thì trong điều
kiện địa hình thi cơng chật hẹp, lối vào 1 ÷ 2 m cũng chưa thực sự thuận tiện và cho
hiệu quả thi cơng 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 thể
đạt được chiều sâu đào và bán kính đào lớn. Tuy nhiên, loại máy này có nhược điểm
là cho năng suất khơng cao do có chế độ làm việc theo chu kỳ; khối lượng và kích
thước máy chưa thật gọn nhẹ, tính cơ động chưa cao, có thể thi cơng trong điều kiện
địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ song cho hiệu quả kinh tế không cao; giá thành máy
nhập khẩu cao và khả năng nội địa hóa khi chế tạo loại máy này ở Việt Nam thấp và
yêu cầu quy mô đầu tư lớn do phải dùng hệ thống truyền động thủy lực và thiết bị
công tác địi hỏi trình độ cơng 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)
luan an
- 11 -
Bảng 1.1. Đặc tính kỹ thuật của một số máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ
Powerfab
360W
Kobelco PCO-3
Talpino
Trọng lượng máy, N
8200
7400
4500
Dung tích gầu, lít
20; 30
20
7÷16
Kích thước máy, m
0,7x1,7x2,5
0,81x1,6x2,3
0,7x1,1x1,3
Kích thước Sâu
đào, m
Rộng
2,0
1,5
1,1
0,4
0,34
0,15 ÷ 0,32
Cơng suất, kW
5,0
5,5
3,7
4 ÷ 5,5
4,5 ÷ 6
2,3 ÷ 3
3,3
2,8
1,45
2
1,98
1,1
Thơng số
Năng suất, m3/h (đất cấp I÷III)
Bán kính đào, m
Chiều cao dỡ tải (đổ đất), m
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 thốt 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 cơng 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 cơng tác của máy được nhấc lên (Hình 1.2b). Ở
trạng thái làm việc (Hình 1. 2a), bộ phận cơng tác được ấn xuống nền đất nhờ xy
lanh thủy lực và mơ tơ thủy lực dẫn động xích cùng với các răng cắt chuyển động
luan an
