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

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 :
Mã số :

KỸ THUẬT CƠ KHÍ

9.52.01.03

LUẬN ÁN TIẾN SỸ

Hà Nội - Năm 2020


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 :

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


-i-

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ sự kính trọng và lòng 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 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 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, phòng nghiên cứu thực nghiệm cơ khí, đã tạo mọi điều kiện

thuận lợi giúp tôi trong quá 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 tôi để hoàn thành
luận án này.


- ii -

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 cả
những nội dung tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn đầy đủ.
Người cam đoan

Trần Văn Viết


- iii -

MỤC LỤC

L
L
M

Ờ

ẢM ƠN ……………………………………………

IC
Ờ
Ụ

I

CAM ĐOAN ………………………………………………………………

CL C

Ụ

……………………

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ……………………………………………………
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ………………….………………………………...
DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………………….
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………….
1.

Lý do lựa chọn đề tài ……………………………………………………

2.

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

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………………………………………
Cơ sở khoa học………………………………………………………………...2

4.

5.

Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………………

6.

Đóng góp mới của luận án …………………………………………………

7.

Cấu trúc của luận án ………………………………………………………

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 …………………
1.2. Tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ ………………………………………...
1.2.1. Máy đào một gầu cỡ siêu nhỏ ………………………………………………
1.2.2. Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục …………………………...
1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu về quá trình làm việc của bộ phận
công tác máy đào đất ………………………………………………………………
1.4. Công dụng và các yêu cầu đối với máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập …….
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LÀM
VIỆC CỦA BỘ PHẬN CÔNG TÁC MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ ……………

- iv -

2.1. Nguyên tắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ và đề xuất phương án đối với bộ
phận công tác của máy ……………………………………………………………
2.2. Phân tích cấu trúc quá trình làm việc của bộ phận công tác …………………
2.3. Xây dựng mô hình toán học cho công đoạn cắt đất của bộ phận công tác ……
2.3.1. Nghiên cứu động học quá trình làm việc của bộ phận công tác ……………
2.3.2. Xác định các thành phần lực cản cắt đất trên mỗi lưỡi cắt ………………….
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 ……………………………………………………….
2.4. Xác định các thông số kết cấu hợp lý của lưỡi cắt ……………………………
2.4.1. Đặt bài toán …………………………………………………………………
2.4.2. Phương pháp xác định ………………………………………………………
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC
THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA BỘ PHẬN CÔNG TÁC ………………………….
3.1. Chương trình và phương pháp tiến hành nghiên cứu thực nghiệm …………...
3.1.1. Chương trình nghiên cứu thực nghiệm ……………………………………..
3.1.2. Phương pháp NCTN trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm …………
3.2. Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm ……………………………...
3.2.1. Mô hình nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………..
3.2.2. Thiết bị đo …………………………………………………………………..
3.2.3. Thiết lập mô hình đất và mô hình bộ phận công tác ………………………..
3.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ……………………………………………..
3.3.1. Kiểm chứng bằng thực nghiệm mô hình toán học cho công đoạn cắt đất ….
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 ……………………………………………
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN …….
4.1. Phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ …………………
4.2. Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm máy đào cỡ siêu nhỏ MDM-1E dẫn động

-v-

bằng động cơ điện …………………………………………………………………
4.2.1. Tính toán thiết kế máy ………………………………………………………
4.2.2. Chế tạo và thử nghiệm máy ………………………………………………...
KẾT LUẬN …………………..…………………………………………………...
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ………..
TÀI LIỆU THAM KHẢO …..…………………………………………………...
PHỤ LỤC 1 (CHƯƠNG 2) .……………………………………………………...
PHỤ LỤC 2 (CHƯƠNG 3) ……………………………………………………....
PHỤ LỤC 3 (CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN) …………………………….…


- vi -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu
δ
γ
β
α
b
h
vc
v
P
N
k1
ϕ1

A
cz
z
h1
hT
PM
Pc
Pcc
FM
Fc
Lcc
pM
pc
pcc
mM
mc
mcc
ĐV
KCcđ

Di

Góc cắt - góc giữa mặt trước lư
Góc sắc - góc giữa mặt trước và
Góc sau - góc giữa mặt sau của l
Góc nhọn ở đỉnh lưỡi cắt
Chiều rộng lưỡi cắt và chiều rộn
Chiều dày phoi đất (chiều sâu cắ
Vận tốc cắt - Vận tốc di chuyển
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
Hằng số xác định theo tính chất
Chiều dày của phoi đất
Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc
Chiều dày vùng đất bị nứt của p
Độ sâu tới hạn của vệt cắt
Lực cản phía trước mũi lưỡi cắ
Lực cản ở phần đất bị nứt vỡ củ
Lực cản cắt thuần túy ở hai cạnh
Diện tích mặt cắt trước mũi lưỡ
Diện tích tiết diện phần đất bị nứ
Chiều dài cạnh cắt thuần túy ở h
Lực cản cắt riêng tại vùng trước
Lực cản riêng tại phần đất bị nứ
Lực cản cắt riêng tại cạnh cắt th
Lực cản riêng vùng trước mũi l
Hệ số lực cản cắt riêng tại vùng
Hệ số lực cản riêng tại phần đất
Nhóm thông số đầu vào
Nhóm thông số kết cấu cắt đất


- vii -

KCvc
ĐH
ĐR

E
Pdc
Mq
Q
Gm
Pg
l
B
R
H
HT
LVC
c
bc
hc
n

Nhóm thông số kết cấu vận chuy
Nhóm thông số động học
Mô hình toán học tổng quát quá t
Chi phí năng lượng riêng
Lực cản công tác theo phương
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 rô to
Chiều sâu của một lần đào đào

chiều sâu tối đa của rãnh đào
Độ xa vận chuyển đất theo nguy
Chiều rộng cánh chuyển đất
Chiều rộng phoi đất tách ra từ nề
Chiều dày phoi đất tách ra từ nề
Tốc độ quay rôto

cđ

Chi phí năng lượng riêng công đoạn cắt đấ t

E
dc

P

Lực cản công tác theo phươ ng di chuyển trong công đoạn cắt đất

cđ

M

Mômen cản quay rôto trong công đoạn cắt đất

q

cđ

no

ω

Số lượng cánh chuyển đất

r

vr
Pi
Ni

ψ

N

cđ
q

µ

Vận tốc góc của rôto
Vận tốc dài trong mặt phẳng qua
Lực cản cắt trên mỗi lưỡi cắt the
Lực cản cắt trên mỗi lưỡi cắt th
Góc ma sát ngoài giữa đất và thé
Góc nghiêng đường xoắn ốc là t
của lưỡi cắt theo rãnh đào
Công suất quay rô to khi cắt đất


cđ

N

Công suất di chuyển máy khi cắt

dc

cđ

Nc

Công suất tiêu hao trực tiếp để d


- viii -

Ecđ
Sh
X1

Chi phí năng lượng riêng cho bộ phận c
Diện tích tiết diện rãnh đào
Thông số điều khiển chiều rộng cách ch

X2
X3
Xi
εi
Y
Mô hình biểu thị bằng phương trình hồi quy
bậc 2 G Hàm phương sai theo chuẩn Kohren

Gb

Thông số điều khiển tốc độ di chuyển m

S

Thông số điều khiển tốc độ quay rôto n
Giá trị mã hóa của thông số điều khiển

Khoảng biến thiên giá trị thực của thôn

Giá trị Kohren
Phương sai của thí nghiệm thứ i

2
i

S

Phương sai của thí nghiệm lớn nhất
2

i max

S

Phương sai tuyển chọn
2
a

S

2

Phương sai do nhiễu tạo nên

b

yi

Giá trị trung bình thực nghiệm của hàm

yˆi

Giá trị tính toán theo mô hình tại điểm
Số các hệ số trong mô hình hồi quy

k
*

m
Ftt

Số lần lặp của mỗi thí nghiệm i
Giá trị tính toán 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) Hàm mục tiêu dạng hồi quy bậc hai hoặc tuyến tính
G(X) Hàm điều kiện dạng hồi quy bậc hai hoặc tuyến tính
p01
Giá trị trung bình của áp lực dầu trong


p02
pdc
pq
pm1

đất
Giá trị trung bình của áp lực dầu trong
đất
Áp lực dầu trung bình trong xilanh thủ
Áp lực dầu trung bình trong mô tơ th
Giá trị trung bình cực trị của áp lực dầ
điểm sập lõi đất, lấy trung bình cho 3


- ix -

Pcđtn
dc

pm2

δ

δ


Dbx

[



Ecđtn

E
cđ tn

M qcđtn

M
Pdccđtn

ssE


Lực giữ tối đa của người điều khiển trên càng lái
Giá trị giới hạn đối với mô men cản quay theo điều kiện đảm bảo ổn
địnhc của máy
Giá trị trung bình
Chi phí năng lượng riêng thực nghiệm cho bộ phận công tác trong quá

điểm sập lõi đấ
trình cắt đất
Áp lực dầu trung bình trong xilanh cho công đoạ
Chi phí năng lượng riêng trung bình thực nghiệm cho bộ phận công
Áp lực dầu trung
bình quá
trong
môcắt
tơ đất
thủ
tác trong
trình
Hiệu suất dẫn Mômen
động môcản
tơ quay
thủ rôto thực nghiệm trong công đoạn cắt đất
Hiệu suất dẫn độ
Mômen cản quay rôto trung bình thực nghiệm trong công đoạn cắt đất
Hệ số bám củ
Lực cản công tác thực nghiệm theo phương di chuyển trong công đoạn
Hệ số an toàn bám
cắt đất
Độ dốc khi máy
di cản
chuycông tác trung bình thực nghiệm theo phương di chuyển trong
Lực
Độ dốc khi máy
di chuy
công
đoạn cắt đất

Độ dốc khi máy
Saidisốchuy
lực cản di chuyển giữa lý thuyết và thực nghiệm
Giá trị giới hạn đố
Sai số mô men cản quay rô to giữa lý thuyết và thực nghiệm
điều kiện bám
Sai số chi phí năng lượng riêng giữa lý thuyết và thực nghiệm
Trọng lượng nh
Trọng lượng l Đường kính bánh xe di chuyển


-x-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3

Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 2.1

Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4


Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 3.1


- xi -

Hình 3.2

Hình 3.3

Hình 3.4
Hình 3.5

Hình 3.6
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6


- xii -

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
Bảng 1.1

Đặc tính

Đặc tính

Bảng 1.2

2e

Bảng 3.1

Số lần v

Bảng 3.2

So sánh

Bảng 3.3

Giá trị

Bảng 3.4

Bảng gi

Bảng gi

Bảng 4.1

và 1233

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt
NCKH
CHLB
GPHI
BPCT
ĐHXD
QHTN
PTHQDT


-1-

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 dân
dụng, công nghiệp, giao thông, 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 công trình và đảm bảo an toàn.
Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ, khối lượng thi công
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 công trình xây dựng ở đô thị là của tư nhân với diện tích từ 20÷100m

2

nằm trong địa bàn chật hẹp, lối vào nhỏ từ 1÷3m, cùng với đó là các công 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 thông, đường ống cấp thoát nước…Khối lượng công tác đất
khi thi công hoặc cải tạo các công 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 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 công
nặng nhọc, năng suất thấp, chi phí cao do chưa có máy


-2-

đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong địa bàn chật hẹp, trong khi nhu cầu thực tế
của loại máy này là không 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 công 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 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.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Máy đào cỡ siêu nhỏ dùng để thi công 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


-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 công trình nghiên cứu

quá 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 mô hình toán học cho công 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 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

6.1. Về phương diện khoa học
- 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 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


-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 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.
6.2. Về phương diện thực tiễn
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.
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương này trình bày tình hình cơ giới hóa thi công công tác đất trong điều

kiện địa hình chật hẹp ở Việt Nam, tổng quan về máy đào cỡ siêu nhỏ và các công
trình 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 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 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 xuất
phương án cấu tạo, nguyên lý làm việc của bộ phận công tác; phân tích cấu trúc quá
trình làm việc của bộ phận công tác làm cơ sở lý thuyết cho phương pháp và trình tự
giải quyết bài toán xác định các thông số và chế độ làm việc hợp lý của bộ phận công
tác; xây dựng mô hình toán 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.


-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 mô hình toán 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 toán 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 toán 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 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 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/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.


-6-

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 như

chi phí rất lớn trong thi công xây dựng, trong đó công tác đào đất là công đoạn nặng

nhọc và chiếm khối lượng lớn nhất. Do quá trình đô thị hoá 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, 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,
2

khu đô thị cũ chật hẹp với diện tích mỗi công trình từ 20 ÷ 100 m , 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 công 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 công 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
3

riêng ở trạng thái chặt 1700 ÷ 1850 kg/m , 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 thông
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.


-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, thông 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 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 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 công 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