Xác định các thông số cơ bản của thiết bị công tác và lựa chọn máy cơ sở đối với máy đào rãnh hẹp

Bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị công tác và lựa chọn máy cơ sở của các loại máy đào đất có sẵn để tạo ra máy đào rãnh hẹp - một loại máy để đào các rãnh sâu, hẹp theo tuyến phục vụ thi công các công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là các công trình hạ ngầm cáp viễn thông, điện lực, đường ống cấp nước nhỏ đang có nhu cầu rất lớn ở Việt Nam, đáp ứng nhu cầu thực tế.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định các thông số cơ bản của thiết bị công tác và lựa chọn máy cơ sở đối với máy đào rãnh hẹp KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ CÔNG TÁC VÀ LỰA CHỌN MÁY CƠ SỞ ĐỐI VỚI MÁY ĐÀO RÃNH HẸP Phạm Quang Dũng1*, Nguyễn Tiến Nam2, Phạm Văn Minh3 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị công tác và lựa chọn máy cơ sở của các loại máy đào đất có sẵn để tạo ra máy đào rãnh hẹp - một loại máy để đào các rãnh sâu, hẹp theo tuyến phục vụ thi công các công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là các công trình hạ ngầm cáp viễn thông, điện lực, đường ống cấp nước nhỏ đang có nhu cầu rất lớn ở Việt Nam, đáp ứng nhu cầu thực tế. Từ khóa: Máy đào rãnh hẹp; thiết bị công tác; máy cơ sở. Determine the basic specifications os work equipment and select the basic machine of narrow trenching machine Abstract: This paper introduces research results for method building that determine the basic technical parameters of work equipment and select the basic machine of the available excavator to produce a narrow trenching machine - a type Machines for digging deep trenches, narrow along the route in service of the construction of technical infrastructure works, especially the telecommunication cable laying works, electricity and small water pipelines in great demand in Vietnam, meet actual needs. Keywords: Narrow trenching machine; work equipment; basic machine. Nhận ngày 10/5/2017, sửa xong 5/6/2017, chấp nhận đăng 23/6/2017 Received: May 10, 2017; revised: June 5, 2017; accepted: June 23, 2017 1. Đặt vấn đề Máy đào rãnh hẹp dùng để đào các rãnh có chiều sâu lớn, chiều rộng hẹp, có ưu thế thi công theo tuyến các công trình hạ ngầm cáp điện lực, cáp viễn thông và các đường ống nhỏ trong hệ thống cấp nước đô thị. Do máy có thể đào được các rãnh sâu với chiều rộng hẹp vừa đủ để đặt các đường ống hoặc cáp ngầm mà khối lượng đất cần đào là nhỏ nhất, tiết kiệm năng lượng, tăng năng suất rút ngắn thời gian thi công. Mặt khác, máy có thể đào rãnh hẹp trên nền đất cứng như mặt đường nhựa, đất lẫn đá nên rất thích hợp để thi công cải tạo sửa chữa các công trình hạ tầng trong đô thị, thay cho việc dùng máy cưa mặt đường như hiện nay. Máy đào rãnh hẹp được tổ hợp từ máy cơ sở và thiết bị công tác (TBCT) dạng xích có gắn các lưỡi hoặc răng cắt đất (Hình 1) [1-3]. Khi máy đào rãnh hẹp làm việc, động cơ thiết bị công tác dẫn động xích mang lưỡi cắt chuyển động với vận tốc vx, đồng thời cho máy di chuyển với tốc độ vm, các lưỡi cắt sẽ cắt đất và vận chuyển lên miệng rãnh, đất ở miệng rãnh sẽ được gạt ra ngoài nhờ vít gạt đất lắp đồng trục với đĩa xích chủ động. Hình 1. Máy đào rãnh hẹp 1. Thiết bị công tác dạng xích có gắn các lưỡi hoặc răng cắt đất; 2. Xi lanh nâng hạ và điều chỉnh góc nghiêng của thiết bị công tác; 3. Máy cơ sở; a. Trạng thái thiết bị công tác được hạ xuống gương đào khi máy đào rãnh; b. Trạng thái thiết bị công tác được nâng lên khỏi gương đào khi máy di chuyển không tải PGS.TS, Khoa Cơ khí Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng. ThS, Khoa Cơ khí Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng. 3 TS, Khoa Cơ khí Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng. *Tác giả chính. E-mail: dungpq@nuce.edu.vn. 1 2 134 TẬP 11 SỐ 4 07 - 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Có thể thiết kế, chế tạo máy đào rãnh hẹp theo 1 trong 2 phương án sau: - Thiết kế chế tạo mới, đồng bộ để tạo thành máy đào rãnh hẹp chuyên dùng. Phương án này đòi hỏi vốn đầu tư lớn, trình độ công nghệ cao, do các hãng sản xuất lớn thuộc các nước phát triển chế tạo loại máy này với giá thành cao như Vermeer, Ditch Witch (Mỹ)… Phương pháp tính toán thiết kế và công nghệ chế tạo là bản quyền của các hãng, không phổ biến rộng rãi. Tuy nhiên, có thể nhập các chi tiết, cụm chi tiết như: Xích, răng cắt… với giá thành chấp nhận được. - Thiết kế chế tạo thiết bị công tác của máy và lắp trên máy cơ sở của các loại máy làm đất sẵn có như: Máy đào một gầu, máy ủi, máy xúc lật… nhằm tăng tính vạn năng của máy và giảm giá thành đầu tư. Đây là phương án có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay, đáp ứng được nhu cầu cấp thiết của thực tiễn. Bước đầu, ta nghiên cứu cho loại máy đào rãnh hẹp trên nền đất thông dụng là đất á sét, á cát có độ cứng đến cấp III. 2. Xác định các thông số cơ bản của thiết bị công tác 2.1 Các thông số yêu cầu Các thông số yêu cầu cho trước bao gồm: Năng suất đào Q (m3/h); kích thước rãnh: Chiều sâu H (m), chiều rộng B (m); Loại nền đất (tính chất cơ lý của nền đất). 2.2 Xác định sơ bộ các thông số kết cấu của thiết bị công tác Trên cơ sở các thông số yêu cầu cho trước và tham khảo mẫu máy tương tự có sẵn, ta có thể xác định sơ bộ các thông số kết cấu của TBCT bao gồm [4,5]: Góc nghiêng của TBCT khi đào α (góc nghiêng lớn nhất để đạt được chiều sâu yêu cầu H), thường lấy α = 45o; Loại xích, loại lưỡi cắt đất, gạt đất (nếu có), đĩa xích, khoảng cách trục,…; Cách bố trí lưỡi cắt, gạt đất trên xích (bước lưỡi cắt, gạt đất ac). 2.3 Xác định các thông số động học của thiết bị công tác Trên cơ sở các thông số yêu cầu cho trước, ta xác định được vận tốc di chuyển của máy khi đào đất: , m/s (1) Với bước lưỡi cắt ac (m), sau khoảng thời gian 2 lưỡi cắt liên tiếp ra khỏi gương đào (xích dịch chuyển một khoảng ac) thì máy dịch chuyển được theo phương ngang 1 khoảng lo = ac.vm/vx và chiều dày phoi đất mà lưỡi cắt được là h = lo.sinψ (Hình 2), do vm/vx rất nhỏ nên ψ ≈ α. Vì vậy mà chiều dày phoi đất có thể tính theo công thức: , m (2) Hình 2. Sơ đồ thiết bị công tác Thể tích đất chặt mà mỗi cặp lưỡi cắt tách khỏi gương đào là: . Thể tích đất này không được lớn hơn khả năng chứa đất q của lưỡi cắt để đất không bị rơi ngược lại trong quá trình gạt đất lên: , m3, từ đó ta suy ra được vận tốc yêu cầu của xích là: vx = H .B.ac .vm .kt , m/s 2q (3) 2.4 Xác định lực cản công tác của thiết bị công tác Lực cản công tác cắt đất cho mỗi lưỡi cắt, bao gồm lực cản tiếp tuyến Pc, pháp tuyến Nc, được x ...