Nghiên cứu chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào có thiết bị công tác dạng xích
Bộ giáo dục và đào tạo Bộ Quốc phòng Học viện Kỹ thuật Quân sự __________________ phạm đăng ninh Nghiên cứu xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào có thiết bị công tác dạng xích Chuyên ngành: Kỹ thuật xe máy quân sự, công binh Mã số : 62. 52. 36. 01 Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2008 Công trình đợc hoàn thành tại: Học viện Kỹ thuật Quân sự Cán bộ hớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS Nguyễn Đình Vinh 2. TS. Bùi khắc gầy Phản biện 1: PGS. TS. Bùi Hải Triều Phản biện 2: PGS. TS. Vũ Thế Lộc Phản biện 3: PGS. TS. Vũ Liêm Chính Luận án sẽ đợc bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ kỹ thuật cấp Nhà nớc họp tại Học viện Kỹ thuật Quân sự vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: * Th viện Học viện Kỹ thuật Quân sự * Th viện Quốc gia, Hà Nội Danh mục công trình của tác giả 1. PGS TS Nguyễn Đình Vinh, ThS Phạm Đăng Ninh Xác định tải trọng tác dụng lên thiết bị công tác đào hào dạng xích trong quá trình làm việc Tạp chí khoa học và kỹ thuật Học viện Kỹ thuật Quân sự. Hà nội, số 99/II- 2002. 2. Nguyen Dinh Vinh, Pham Dang Ninh Define the dynamic excavating drag force times of trench excavator by excavating chain working on the soil environment mixed with solid things Proceedings international conference on automotive technology. October 22-24, 2005 Hanoi. 3. PGS TS Nguyễn Đình Vinh, ThS Phạm Đăng Ninh Xác định lực cản cắt tiếp tuyến của xích đào có răng với hình dạng phức tạp Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 110/05-2006. 4. PGS TS Nguyễn Đình Vinh, TS Bùi Khắc Gầy, ThS Phạm Đăng Ninh Nghiên cứu xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt. Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 120 /03 2007. 5. PGS TS Nguyễn Đình Vinh, TS Bùi Khắc Gầy, ThS Phạm Đăng Ninh Xác định lực cản tác dụng lên xích đào và guồng xả đất của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng răng cắt bằng phơng pháp thực nghiệm. Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị, Tổng cục Kỹ thuật, số 78/03 - 2007. 1 a. giới thiệu luận án 1. Tính cấp thiết của đề tài Sự ra đời của các máy đào hào dạng xích đào có thiết bị công tác dạng chủ động, là một tiến bộ của máy làm đất, chúng đợc sử dụng rộng rãi ở nhiều nớc, trong các lĩnh vực quân sự, kinh tế quốc dân. Các kết quả nghiên cứu về loại máy này cha nhiều, còn nhiều vấn đề đặt ra cần đợc nghiên cứu đầy đủ và sâu sắc hơn. Máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt thoả mãn ở mức độ cao các yêu cầu chiến thuật, chiến dịch trong chiến tranh hiện đại, là trang bị chủ đạo cho nhiệm vụ đào hào, đào hầm của công binh quân đội nhân dân Việt Nam. Tuy vậy, thực tiễn sử dụng cha lựa chọn đúng chế độ làm việc, chốt an toàn ở thiết bị công tác rất hay bị cắt đứt, làm giảm năng suất và chậm thời gian hoàn thành nhiệm vụ của máy. Do vậy, đề tài luận án lựa chọn: Nghiên cứu xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào có thiết bị công tác dạng xích, nhằm xác định cơ sở khoa học lựa chọn chế độ làm việc của máy cho đợc năng suất lớn, làm việc an toàn, thoả mãn các yêu cầu chiến - kỹ thuật ở điều kiện Việt Nam của các máy đào hào dạng xích đào hiện có và có thể góp phần tạo cơ sở khoa học cho việc cải tiến, thiết kế chế tạo mới các máy đào hào xích ở Việt Nam, là có yêu cầu cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích nghiên cứu Xác định cơ sở khoa học cho việc sử dụng đúng chế độ làm việc, cho việc cải tiến kết cấu máy, để nâng cao hiệu quả khai thác máy đào hào dạng xích hiện có của quân đội nhân dân Việt Nam, để có đợc những đóng góp, bổ xung làm phong phú thêm vào lý thuyết, thiết kế máy đào hào dạng xích. 3. Đối tợng nghiên cứu Các nghiên cứu lý thuyết đợc thực hiện cho máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt. Phần thực nghiệm đợc thực hiện trên máy đào hào PZM-2 trong biên chế của công binh quân đội nhân dân Việt Nam. 4. Phơng pháp nghiên cứu Trọng tâm là thực hiện các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm để kiểm chứng sự đúng đắn và tin cậy của các kết quả nghiên cứu lý thuyết. 5. Những đóng góp mới của luận án * Về mặt khoa học - Đã xây dựng đợc mô hình tính toán lực cản đào và cắt đất của thiết bị công tác của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt ở điều kiện địa hình Việt Nam. - Thiết lập đợc mô hình toán học xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt. - Đã xây dựng đợc quy trình đo đạc thực nghiệm và sơ đồ hệ thống đo hợp lý phù hợp với điều kiện các thiết bị đo hiện có tại Việt Nam và kết cấu thực của thiết bị Quân sự. * Về thực tiễn Đề xuất đợc tập các thông số đặc trng cho chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt PZM-2 ở các điều kiện địa hình đào 2 hào quân sự với đất không có và có lẫn vật cản cứng, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng các máy đào hào hiện có. 6. Bố cục của luận án Luận án bao gồm 131 trang thuyết minh, 14 bảng, 50 hình vẽ, ảnh và đồ thị, 40 trang phụ lục kèm theo. Cấu trúc của luận án: Mở đầu Chơng 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu các vấn đề có liên quan tới đề tài luận án. Nhiệm vụ luận án. Chơng 2: Tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt với đất. Chơng 3: Quá trình làm việc của cơ cấu vát sửa miệng hào, guồng xả; khả năng di chuyển của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt. Chơng 4: Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng răng cắt. Chơng 5: Thí nghiệm xác định một số tham số của máy đào hào dạng xích. Kết luận. nội dung tóm tắt của luận án Chơng 1 tổng quan về tình hình nghiên cứu các vấn đề có liên quan tới đề tài luận án. Nhiệm vụ luận án 1.1. Các thành tựu nghiên cứu về máy làm đất nói chung Theo quá trình ra đời và phát triển của ngành công nghiệp máy làm đất, kế thừa và phát triển, các nhà khoa học, tập thể các viện nghiên cứu, các nhà máy sản xuất ngành máy làm đất nói chung đã thực hiện khối lợng to lớn các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cả về khoa học và công nghệ đối với các loại máy làm đất, đã thu nhận đợc các kết quả có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn lao và sâu sắc cho sự phát triển liên tục và vợt bậc, ngày càng hoàn thiện của các máy làm đất. 1.2. Các kết quả nghiên cứu về máy đào hào dạng xích Từ các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học về máy đào hào dạng xích đào, có thể rút ra đợc các nhận xét sau: 1) Các kết quả nghiên cứu về máy đào hào với xích đào cắt đất bằng các gầu hoặc các tấm gạt đã đợc công bố là những đóng góp bổ xung cho lý thuyết cắt đất, lý thuyết thiết kế và khai thác máy làm đất nói chung, góp phần hiệu quả vào việc tạo dựng, phát triển, hoàn thiện các máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng gầu, bằng các tấm gạt. 2) Các kết quả nghiên cứu về tơng tác giữa xích đào và đất của các máy đào hào với xích đào cắt đất bằng các gầu, các tấm gạt, cho thấy đây là một quá trình phức tạp, ngoài phụ thuộc vào loạt các yếu tố nh ở các máy làm đất nói chung, còn phụ thuộc rất lớn và trực tiếp vào mối quan hệ phân bố dòng lực ra hệ thống di chuyển và thiết bị công tác. 3) Trạng thái làm việc của máy đào hào đợc xác định bởi loạt các yếu tố: 3 các thông số kết cấu, động học, động lực học của nguồn động lực, thiết bị công tác; địa hình, cơ - lý tính của đất đào, chế độ tốc độ, ảnh hởng của một số yếu tố tới chế độ làm việc của máy nh tỉ số giữa công suất động cơ cấp cho hệ di chuyển và thiết bị công tác của máy. quan hệ giữa chiều rộng và chiều dày phoi đất cắt để lực cản cắt riêng là cực tiểu, đã đợc một số tác giả nghiên cứu. ở đa số các công trình nghiên cứu xem rằng chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào là chế độ làm việc với năng lợng riêng tiêu tốn cho quá trình làm việc của máy là cực tiểu. ở một số công trình nghiên cứu, đã kết luận rằng trong những điều kiện nhất định, các giá trị cực tiểu của năng lợng riêng trong quá trình đào và cực đại của năng suất đào đất không xảy ra ở cùng một chế độ làm việc của máy, khi đó chế độ làm việc có đợc năng suất đào lớn nhất đợc xem là chế độ làm việc tối u của máy. 4) Các kết quả nghiên cứu về máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt đợc tiếp cận là ít. Có thể vì đây là máy đợc sử dụng cho lĩnh vực quân sự, nên điều kiện phổ biến thông tin là hạn chế. Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu về máy làm đất nói chung, về máy đào hào dạng xích cắt đất bằng gầu, tấm gạt đã đợc tiếp cận, hoàn toàn có thể là cơ sở để tham khảo, vận dụng cho các nghiên cứu về máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt. 1.3. Mục tiêu, nội dung nhiệm vụ, phơng pháp nghiên cứu của luận án 1) Mục tiêu Xác định cơ sở khoa học cho việc sử dụng đúng chế độ làm việc cũng nh cho việc cải tiến kết cấu máy, để nâng cao hiệu quả làm việc của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt ở điều kiện địa hình quân sự ở Việt Nam. 2) Nội dung nhiệm vụ cụ thể của luận án + Tổng quan về tình hình nghiên cứu các vấn đề có liên quan tới đề tài luận án. Nhiệm vụ luận án. + Tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt với đất: xây dựng mô hình tơng tác, xác lập các biểu thức tính toán các đặc trng tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng răng cắt và đất. + Phân tích các quá trình làm việc của cơ cấu vát sửa miệng hào, guồng xả; khả năng di chuyển của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt. + Xác lập và giải mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt: + Thí nghiệm xác định một số tham số của máy đào hào dạng xích, để khẳng định sự đúng đắn và tin cậy của các kết quả nghiên cứu lý thuyết. 3) Lựa chọn phơng pháp nghiên cứu của luận án + Nghiên cứu lý thuyết Kế thừa, vận dụng các nguyên lý cơ học, phơng pháp và các kết quả nghiên cứu cuả các nhà khoa học đi trớc, ứng dụng các lý thuyết toán học và công nghệ thông tin hiện đại, để thực hiện các nội dung nghiên cứu lý thuyết. 4 +Nghiên cứu thực nghiệm Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đợc lựa chọn là đo các đại lợng không điện bằng các đại lợng điện, quang điện với các thiết bị thí nghiệm hiện đại, xử lý kết quả thí nghiệm trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê, quá trình thực nghiệm đợc thực hiện với máy thực (PZM-2) làm việc ở điều kiện địa hình đào hào quân sự. 1.4. Kết luận chơng 1 1) Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nớc mới cho đợc các kết quả nghiên cứu về máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các gầu hoặc bằng các tấm gạt mà cha đề cập đến máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt. Việc xây dựng mô hình tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt với đất một cách đầy đủ và khoa học làm cơ sở cho việc xác định chế độ làm việc hợp lý của máy ở điều kiện Việt Nam là hết sức cần thiết. 2) Các kết quả nghiên cứu về máy làm đất nói chung, về máy đào hào dạng xích cắt đất bằng gầu, bằng các tấm gạt đã đợc tiếp cận, hoàn toàn có thể là cơ sở để tham khảo vận dụng cho các nghiên cứu về máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt. 3) Nghiên cứu về máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng nói chung và xác định chế độ làm việc hợp lý của máy nói riêng là vấn đề hết sức mới mẻ ở Việt Nam, từ các điều kiện nghiên cứu cho phép ở nớc ta, đề tài đợc lựa chọn là "Nghiên cứu đã xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào có thiết bị công tác dạng xích". Chơng 2 Tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt với đất 2.1 Điều kiện về đất và địa hình đào hào quân sự Các đờng hào quân sự đợc thi công bằng máy ở Việt Nam thờng đợc xây dựng trên các địa hình có độ dốc dọc trung bình từ 5 - 15 0 và có độ dốc ngang nhỏ trên nền đất cấp III, IV. Đất đào hào đa phần là sét, có độ ẩm trung bình dới 30%, đất có thể là không có hoặc có lẫn vật cản cứng, đất vùng trung du thờng có lẫn đá, sỏi, lớp đất mặt dới nắng khô khá cứng, đất gặp ma có độ dính bám lớn. 2.2. Tơng tác giữa xích đào và đất 2.2.1. Xác định các quan hệ hình học của răng cắt Từ mô hình thực của răng cắt, xây dựng đợc sơ đồ hình học răng cắt (hình 2.2), để từ đó xác định đợc các quan hệ hình học của răng cắt : - Góc hợp bởi giữa hai mặt bên răng cắt: ( ) b2/darcsin2 1 = (2.6) - Góc hợp bởi giữa hai dao tuyến 12 AAAA , : ( ) ( ) [ ] b2/gcot.2/cosgcotarsindarcsin2 1 ' 1 = (2.7) - Góc hợp bởi các đờng song song với đờng mũi a-a và 2 AA : ( ) ( ) gcot.2/cosgcotar 1 ' = (2.8) - Góc giữa mf(P đđ ) và mf(P bp ) bằng góc giữa mf(P nđ ) và mf(P n ): 5 ( ) ( ) [ ] { } gcot2/cosgcotarsin/sinarccos 11 = (2.9) - Góc giữa tiết diện M 1 M 2 A 2 A 1 và mặt phẳng song song với a-a, chứa 21 MM : ( ) ( ) ( ) + = '' 1 ' 1 sin2/cossincos 2/cossinsin arctg (2.10) - Diện tích tiết diện ngang phoi đất cắt của một răng cắt đất: ( ) h.eb2hkF fcdr + = ,m 2 ( ) ( ) == ' ' '' 1f sinsin sinsin e;sin/2/sink (2.11) Hình 1.1.b. Thiết bị xích đào 1. Trục dẫn động; 2. Xích đào; 3. Khung; 4, 8. Các răng cắt; 5, 6. Chốt và dao cắt thành hào; 7. Cơ cấu tăng xích. Hình 2.1. Sơ đồ xác định các quan hệ hình học của răng cắt trên xích đào. B a) M 1 K I M I K C ' 2 A ' 1 A b h 1 /2 a a b b /2 C mf(P cđ ) mf(P n ) mf(P nđ ) A 2 A 1 A b mf(P bt ) mf(P đđ ) b mf(P bp ) M 2 mf(P nđ ) mf(P n ) (A - A 2 ) E mf(P bp ) mf(P đđ ) 1 1 b ) z mf(P bp ) Q A 2 H P A b A b mf(P đđ ) P K 2 c) d) Q h A M K 1 mf(P n ) mf(M 1 M 2 A 2 A 1 ) 6 - Diện tích ngập trong đất ở một mặt bên răng cắt khi cắt đất: A 2 A 2 MMbr SS = ( ) ' sin/2/ehbh += , m 2 (2.13) - Diện tích giao diện của một răng cắt với bề mặt đất cắt: 2 ' sr sin ehb k 2 1 S + = ,m 2 . ( ) += ' 1 ' 1 ' s cos1 2 sin sin 1 k (2.14) 2.2.2. Thiết lập mô hình tác động tơng hỗ giữa xích đào và đất ở điều kiện đất đất không có lẫn vật cản cứng a) Xây dựng sơ đồ tính toán Giả thiết: Máy di chuyển để đào hào theo qũi đạo thẳng, máy làm việc ở chế độ tốc độ ổn định; đất từ bề mặt miệng hào tới đáy hào là đồng nhất; độ bền và sự biến dạng của đất tuân theo lý thuyết trạng thái giới hạn, lý thuyết phá huỷ đất; địa hình có độ dốc ngang nhỏ; địa hình có độ dốc ngang nhỏ, độ dốc dọc theo hớng đào hào đợc giới hạn theo điều kiện ổn định lật - trợt và kéo bám. Từ mô hình máy thực và các giả thiết, xây dựng đợc mô hình tác động tơng hỗ giữa xích đào của máy và đất nh ở các hình vẽ (2.2.a,b). b) Tốc độ cắt đất và chiều dày phoi đất cắt ( ) ( ) 2 xj1xjmi 2 2 miaij vcos.v.1.v.21.vv ++= , m/s (2.16) Hình 2.2.a. Các lực tác dụng tơng hỗ giữa xích đào và đất ở dạng tổng quát, tốc độ cắt đất. dP CNx 1 A dP ctx dP cx v a 2 1 v mi1 =v mi .(1- ) v x A dP CN 1 1 c P CN P cx P CNx P phơng xích cắt đất H M P 1 - t r A M x P x G x 1 L o g o h x v mi1 =v mi .(1- ) v a 1 v P NC P vc P P cx 1 Hình 2.2.b. Sơ đồ xác định lực cản cắt do nén đất theo phơng di chuyển của răng cắt. C x h M M 2 M h E h E z x dT dT dT n dT d dN ' 1 /2 1 /2 1 /2 a a b /2 2 C mf (P cđ ) mf(P n ) mf(P nđ ) A 2 A A b mf(P bt ) mf(P bp ) mf(P đđ ) dN p dN dN n s K A h s x z dT p dT dT n P ms P tđ l s n m b s C B A (dN n +dT n ) Hình 2.4. Sơ đồ tính toán lực cản cắt tác dụng lên dao sửa thành hào khi làm việc. 7 ( ) ( ) hij1ijrij n.sin.d.2/th = , m (2.18) Chiều dày trung bình và cực đại của phoi đất cắt h ij của các răng cắt có giá trị nhỏ so với chiều cao của các răng cắt đất. Với máy đào hào dạng xích cắt đất bằng răng cắt quá trình cắt và đào đất trên đất cứng của các cụm tấm gạt và răng cắt luôn đợc thực hiện chỉ bằng các răng cắt. Khi tỉ số giữa tỉ số truyền lực hệ di chuyển và tỉ số truyền lực tới xích đào giảm, chiều dầy phoi đất cắt tăng, lực cản đào tăng (hình 2.3). c) Các lực cản đào thành phần, lực cản đào tổng cộng tác dụng lên xích đào theo phơng tiếp tuyến với bề mặt cắt đất của xích đào Kế thừa các kết quả nghiên cứu về tơng tác giữa thiết bị công tác và đất của các máy làm đất, bằng các lập luận khoa học, đã xác lập đợc các quan hệ toán học của các thông số đặc trng cho tơng tác giữa xích đào và đất phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hởng: svNCvcctdt PPPPPP ++++= ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) 60.2veE/kFcosCsinh.g/vcos F sincostgVcosE/av.kk gsin tgtgBA ehb2nhP 2 xjs 2 pnss01c 2 aijq 11vc 2 p 2 aijf ' dt +++++ +++ + + + += Trong các biểu thức trên: cx P - Lực cản cắt tổng cộng do quá trình cắt đất của các răng cắt tác dụng lên xích đào; vc P - Lực cản do vận chuyển đất: v P - Lực cản do tấm gạt đẩy văng đất đợc cắt vào guồng xả đất: NC P - lực nâng đất cắt tới vị trí xả đất cửa gom; s P - lực cản cắt do các dao sửa thành hào. 2.3. Xác định lực cản đào động khi máy đào hào bằng xích đào làm việc trong môi trờng đất có lẫn vật cản cứng Giả thiết: - Sử dụng các giả thiết ở mục 2.2.2. - Các vật cứng đợc phân bố ngẫu nhiên trong đất, khi gặp răng cắt sẽ bị răng cắt đẩy dịch chuyển trớc răng cắt. - Một cách gần đúng bỏ qua phần lực cản gia tăng thêm da các tấm gạt đẩy ép các hòn sỏi, đá có kích thớc lớn hơn chiều dày phoi đất cắt. Mô hình để tính toán lực cản đào tổng cộng tác dụng lên xích đào, khi xích đào làm việc ở môi trờng đất có lẫn vật cản cứng nh hình 2.4.a, b. M v m z x 1 a, Hình 2.5. Mô hình tính toán lực cản đào tổng cộng khi máy đào hào làm việc trong môi trờng đất lẫn vật cản cứng . P x 2 .cos x 1 C 1 m 2 n c .C 2 .cos b, R c m 1 Hình 2.3 . Sự phụ thuộc của chiều dầy phoi đất cắt h phụ thuộc vào tỉ số tốc độ đồng bộ d ij . Sự biến thiên của chiều dày phoi đất cắt 0.00 8 0.01 3 0.01 8 0.02 3 0.02 8 20 30 40 50 60 70 Tỉ số dij Ch iều d ày ph oi đất cắt h , m 8 Từ sơ đồ tính toán thiết lập hệ các phơng trình vi phân, xác định đợc lực cản đào tổng cộng lớn nhất ở đất có lẫn các vật cản cứng và tốc độ cắt đất không đổi: ( ) ( ) 210x21e22c1ax11cmaxddtd e.e2/v CC.ne/Cn2Ccos.ae/C.RPP +++== - ở đất có lẫn vật cản cứng với tốc độ cắt đất thay đổi: c 2222cmaxddtd R)cosxmcosxCnmax(PP ++== ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 62.2E/kFcosCsinh.vcos g .FsincostgV cosE/av.kk gsin tgtgBA ehb2h)nn(R 2 pnss01c 2 aijq11vc 2 p 2 aijf ' cc ++ ++++ + + + + += 2.4. Năng suất đào đất của xích đào + Năng suất đào đất của xích đào Q x là tổng các năng suất đào đất do các răng cắt Q r và do các dao sửa thành hào: ( ) [ ] } h/m,v.Fehb2nhk3600Q 3 aijsfx ++= (2.79) 2.5. Công suất động cơ cần thiết cho xích đào làm việc + ở đất không có lẫn vật cản: ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] { ( ) [ ] ( )} ( ) xjdci 2 pnss01c 2 aijq11vc 2 p 2 aijfxj 3 dxd /E/kFcosCsinh.g/vcos.FsincostgV cosE/ag/v.kksin/tgtgBAehb2nhv10N ++++++ +++++= + ở đất có lẫn vật cản cứng đất, tốc độ cắt đất không đổi : ( ) ( ) ( ) ++ ++ + + + + = 2c12c1 20x21e 2c1 2c1 2 2c1 0x1 a 2c1 c1 bxdb xj 3 dxd CnC.CnC2 m.v CC.n Cn2C CnC mcos . cosCnC vC v CnC R.C v10 N 2.6. Phân tích ảnh hởng của một số yếu tố tới các lực cản đào thành phần, lực cản đào tổng cộng tác dụng lên xích đào - Khi tốc độ cắt đất tăng, lực cản đào tăng lên (hình 2.6). - Góc đặt xích đào 1 tăng, các lực cản đào thành phần và tổng cộng tăng, do chiều dày phoi đất cắt và lợng đất cắt trong một thời gian tăng (hình 2.11). - Lực cản đào phụ thuộc rất lớn vào tốc độ làm việc của máy, với chế độ làm việc có tốc độ lớn, lực cản đào tăng lên đáng kể (hình 2.7), (2.8), (2.9), (2.10). Hình 2.7. Đồ thị lực cản đào tổng, các thành phần lực cản cắt và đào đất của máy ở chế độ làm việc 1 (i dc1 , i x1 ), trên đất cấp IV. 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10 4 DO THI LUC CAN DAO, CAT DAT CUA MAY Toc do quay cua truc k huyu dong c o ne, v/ph Luc can dao, cat dat,N PdtdIV-11 PvcIV-11 PcxIV-11 PNIV-11 PsIV-11 PvIV-11 PvcIV-11 Hình 2.6. Sự biến thiên lực cản đào động và lực cản đào tĩnh vào các c ấp đất khác nhau ở chế độ làm việc 1 của máy (i dc1 , i x1 ). 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10 4 DO THI LUC CAN DAO DONG VA TINH CUA MAY Toc do quay c ua truc k huyu dong c o ne, v/ph Luc can dao dong Pdtd va tinh Pdt,N PdtdI-11 PdtI-11 PdtdII-11 PdtII-11 PdtdIII-11 PdtIII-11 PdtdIV-11 PdtIV-11 9 - Giá trị lực cản cắt đất ở điều kiện đất có lẫn vật cản cứng phụ thuộc rất lớn vào độ cứng và kích thớc vật cản, có thể lớn hơn nhiều so với ở điều kiện đất bình thờng (hình 2.12). 2.7. Kết luận chơng 2 1) Đặc điểm và tính chất của đất đào hào quân sự ở Việt Nam là: ở các vùng trung du và miền núi có địa hình hẹp, độ dốc dọc và ngang tơng đối lớn; đất đa phần là đất sét và đất sét pha, độ ẩm trung bình dới 30%, về mùa ma có độ ẩm và lực dính bám lớn, theo chiều sâu hào đợc đào đất không đồng nhất, thờng gặp đất đá ong, đất có lẫn sỏi, đá vụn do quá trình phong hóa. 2) Lực cản cắt và đào đất phụ thuộc vào các hình dáng hình học răng cắt, chiều dầy phoi đất cắt, địa hình và các tính chất cơ - lý tính của đất, kết cấu và góc đặt xích đào, chế độ tốc độ làm việc của động cơ. 3) Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hởng tới lực cản đào thành phần, lực cản đào tổng cộng tác dụng lên xích đào cắt đất bằng răng cắt của máy Hình 2.8. Đồ thị lực cản đào tổng, các thành phần lực cản cắt và đào đất của máy ở chế độ làm việc 2 (i dc1 , i x2 ), trên đất cấp IV. 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x 10 4 DO THI LUC CAN DA O, CAT DAT CUA MA Y Toc do quay c ua t ruc k huyu dong c o ne, v/ph Luc can dao, cat dat,N PdtdIV-12 PdtIV-12 PcxIV-12 PNIV-12 PsIV- 12 PvIV-12 PvcIV-12 Hình 2.9. Đồ thị lực cản đào tổng, các thành phần lực cản cắt và đào đất của máy ở chế độ làm việc 3 (i dc2 , i x1 ), trên đất cấp IV. 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10 4 DO THI LUC CAN DA O, CAT DAT CUA MA Y Toc do quay c ua truc khuyu dong c o ne, v/ph Luc can dao, cat dat,N PdtdIV-21 PdtIV-21 PcxIV-21 PNIV-21 PsIV-21 PvcIV-21 PvIV-21 Hình 2.11. Sự biến thiên lực cản cắt tổng cộng và các lực cản thành phần vào góc nghiêng của xích đào so với phơng ngang 1 ở đất cấp IV, chế độ làm việc của máy (i dc1 , i x1 ). 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10 4 DO THI LUC CAN DAO, CAT DAT CUA MAY Goc nghieng cua x ich dao, rad Luc can dao, cat dat,N PdtdIV-11 PdtIV-11 PcxIV-11 PNIV-11 PsIV-11 PvIV-11 Pvc IV-11 Hình 2.10. Đồ thị lực cản đào tổng, các thành phần lực cản cắt và đào đất của máy ở chế độ làm việc 3 (i dc2 , i x1 ), trên đất cấp IV. 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x 10 4 DO THI LUC CAN DAO, CAT DAT CUA MA Y Toc do quay c ua truc khuyu dong c o ne, v/ph Luc can dao, cat dat,N PdtdIV-22 PdtIV-22 PcxIV-22 PNIV-22 PsIV-22 Pvc IV-22 PvIV-22 Hình 2.12. Đồ thị lực cản đào tổng tĩnh và động của máy phụ thuộc vào các chế độ làm việc của máy ở đất cấp IV. 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x 10 4 DO THI LUC CAN DONG VA TINH CUA MAY Toc do dong co ne, v/ph Luc can dao dong Pdtd va tinh Pdt, N PdtIV-11 PdtdIV-11 PdtIV-12 PdtdIV-12 PdtIV-21 PdtdIV-21 PdtIV-22 PdtdIV-22 10 đào hào PZM-2 đối với đất cấp III, IV ở điều kiện Việt Nam, cho thấy: lực cản cắt vẫn là thành phần chính của lực đào tổng cộng (lực cản cắt P cx là 77.80 %); lực cản đào tổng cộng là một hàm phi tuyến, phụ thuộc vào các đặc trng hình học của các răng cắt, kết cấu và góc đặt của xích đào, cơ lý tính của đất, tỉ số tốc độ đồng bộ d ij , chế độ tốc độ động cơ nguồn động lực; giá trị lực đào tổng cộng trong trờng hợp đất có lẫn vật cản cứng lớn hơn rất nhiều so với đất không có lẫn vật cản cứng (từ 2.09 ữ 3.08 lần), mức độ lớn hơn tuỳ thuộc vào độ cứng, kích thớc của vật cản cứng và xác suất gặp vật cản cứng có lẫn trong đất của các răng cắt đất của xích đào. Chơng 3 quá trình làm việc của CƠ CấU VáT SửA MIệNG HàO, GUồNG Xả, khả năng di chuyển của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt Nội dung của chơng đợc thực hiện với mục đích xác lập tiếp các thông số với các mối quan hệ của nó, để cùng với các đặc trng tơng tác giữa xích đào và đất đã xác lập, cho phép mô tả đầy đủ, khách quan trạng thái làm việc của máy trong mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào. Các giả thiết đợc sử dụng trong chơng là nh ở chơng 2. 3.1. Phân tích quá trình làm việc của cơ cấu vát sửa miệng thành hào + Độ sâu cắt đất, tốc độ cắt đất: Các dao vát sửa miệng hào có độ sâu cắt đất đợc ấn định theo kết cấu gá lắp các dao trên khung guồng đào, tốc độ cắt đất bằng tốc độ di chuyển của nguồn động lực. + Lực cản tác dụng lên cơ cấu: Dao có kích thớc (l) lớn, (b) nhỏ, đất đợc các dao cắt rơi xuống đáy hào để xích đào vận chuyển tới guồng xả, do vậy lực cản tác dụng lên dao cắt gồm: lực cản phá huỷ đất theo nén, lực tách phoi đất và lực ma sát giữa dao và đất. Có thể xây dựng sơ đồ tính toán lực cản tác dụng lên dao vát sửa miệng hào nh ở hình vẽ (3.1.a, b, c). Từ đó xác lập đợc các biểu thức: + Lực cản tổng cộng tác dụng lên cơ cấu dao vát miệng hào: - Theo phơng di chuyển của máy: ( ) ( ) v 2 ijaijv 2 pbnvvb sinC/veE/kFP ++= , N (3.7) - Theo phơng vuông góc với phơng di chuyển của máy: ( ) ( ) v 2 ijaijv 2 pbnvvd cosC/veE/kFP ++= , N (3.8) Hình 3.1. Lực cản tá c dụng lên dao vát miệng hào. b v l v P vms P vtđ x (dNsin v +dTcos v ) 0 x P vms P vtđ h v dT dNcos v dNsin v dN dTsin v dTcos v z 1 v P vđ P vt P vb v m v a) c) b) 11 ở đây: 2 vb tggcottg21k += ; ( ) ( ) + = vvv sing/cossin.e + Năng suất suất đào đất của cơ cấu vát miệng hào làm việc ijaijvvv C/v.sin.F3600Q = , m 3 / h (3.9) trong đó: v aij tốc độ cắt đất, m/s; v góc hợp giữa trục dọc của dao vát với phơng di chuyển của máy, độ; F v - diện tích phoi đất cắt của dao vát miệng hào, m 2 . + Công suất động cơ cần thiết cho cơ cấu vát miệng hào làm việc nd N =( vb P v mi + vd P f.cos v )/ dci , ở đây: v - góc cắt của dao; dci - hiệu suất truyền lực tới bánh xe chủ động. 3.2. Miền tốc độ đảm bảo hiệu quả thu gom đất vào guồng xả 3.2.1. Xây dựng sơ đồ tính toán Giả thiết: Ngoài các giả thiết ở chơng 2, đất đã đợc cắt ở trạng thái rời. Các phân tố đất cắt theo hành trình vận chuyển đợc tích luỹ động năng và thế năng, khi nhô thoát khỏi bề mặt đất bờ hào, bị đẩy văng tách khỏi đất trong khoang chứa giữa các tấm gạt. Khi đó các phân tố đất vừa chuyển động theo phơng của véc tơ tốc độ tuyệt đối a v (tốc độ cắt đất), vừa di chuyển trợt theo chiều cao cánh gạt với tốc độ j ; các phân tố đất ở đoạn xích thẳng chịu tác động của các lực phân tố: đẩy văng đất, dính, trọng trờng, ma sát giữa đất và bề mặt cánh gạt, quán tính ( v dP , 0C dP , mg , f P , m ); ở vùng xích uốn cong còn chịu thêm các lực phân tố: ly tâm, quán tính, Côriôlix ( lt dP , dm , c Pd ). Sử dụng các giả thiết và tham khảo các kết quả nghiên cứu liên quan, xây dựng đợc các sơ đồ tính toán (h.3.2, 3.3) và viết đợc các phơng trình chuyển động của phân tố đất khảo sát: ( ) ( ) m,2/kgttvsinz;m,tvcosx 2 aijij1aijij1 == ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] 0tg.sinmgvC)./g(.cos /g.m m C)./g(v.sin /g.m m sin.tg.mgcos.mgm j1 2 aij0ijc 3 0 2 aijijc 3 j1j1 j = ++ +++ (3.10) ( ) ( ) ( ) ( ) 0dPdPcosdPdPsin )cossintg(mg)cossin.tg(Ptg.P.m v0C0Cv 1ltc vj =++ ++++ (3.24) Giải hệ các phơng trình (3.10), (3.24), nhận đợc các biểu thức xác định các tốc độ giới hạn nhỏ nhất và lớn nhất của xích đào đợc qui dẫn về trục khuỷu động cơ của máy để đảm bảo hiệu quả gom đất vào guồng xả: n eminij = ijk dci Cr i30 .max ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) + + 1 2 E1EE 01 2 cosz22sin.x/g.kx ,2//C.g.4.1sin ( ) ( ) ( ) D/RcosarD/hzzarcsin2/t. 10CE) maxj (jmaxj0 + + + )(jmaxjjmaxe maxj t/n = 12 ở đây: ( ) ( ) 2 0CE 2 hzzcaD ++= ; h c kích thớc chiều cao của cánh gạt, m; t 1j khoảng thời gian cánh gạt khảo sát di chuyển từ vị trí A tới vị trí xả hết Hình 3.2. Sơ đồ tính toán tốc độ nhỏ nhất giới hạn của xích đào để đảm bảo hiệu quả thu đất vào hộp guồng xả. b 0 z E b E x E =c 1 +c 2 +c 3 /2 E c 3 v aij x v xj h c z m B 1 x . vi P lt v xj P d mg z o A o v xj v aij Quĩ đạo chân các tấm gạt Quĩ đạo đỉnh các tấm gạt Thành phía trớc của hộp guồng xả Miệng thu gom đất o 1 i t Bi i t 1 1 i (t-t Bi ) l t v mi 1 c 4 c 2 c 1 h 0 Hình 3.3. Sơ đồ tính toán xác định giá trị tốc độ lớn nhất cho phép của xích đào. h crôto l crôto Thành phía trớc của hộp guồng xả mg x E c 1 z mg l t N M J v xj m d P lt P f x a o c 2 n z E c z c j (t-t Bj ) j t Bj B A b 0 b c h 0 c 4 h c h ch Quĩ đạo chân các tấm gạt vận chuyển đất Quĩ đạo đỉnh các tấm gạt Bậc cạnh dới cửa gom đất . v v xj v aij 1 r bs R 1 O c 1 E dP C0 R 0 1 13 đất khi tốc độ góc bánh sao là j ; t Bj thời gian di chuyển của cánh gạt từ vị trí A đến vị trí B (vị trí chuyển đổi từ quĩ đạo thẳng sang quĩ đạo cong); 3.3. Phân tích quá trình làm việc của guồng xả đất 3.3.1. Xác định tốc độ nhỏ nhất giới hạn của guồng xả Sơ đồ tính toán tốc độ vung hắt đất, cự ly xả đất đợc thể hiện trên hình (3.5). Khi rô to guồng xả có tốc độ góc gk , đất trong các phân khoang của guồng xả đợc gia tốc và lần lợt đợc nâng tới điểm B ở miệng vung hắt đất của guồng xả, phân tố đất sẽ có tốc độ vòng r v , tốc độ theo hớng ly tâm l v , tốc độ tuyệt đối ax v , các phân tố đất sẽ đợc văng theo phơng của ax v , hợp với phơng ngang góc a . Phân tích mối quan hệ giữa các lực tác dụng lên phân tố đất khảo sát và phơng văng của phân tố đất đó, đồng thời căn cứ vào các yêu cầu đảm bảo khả năng xả hết đất cắt từ xích đào và cự ly bờ hào theo chiến thuật, xác định đợc giá trị nhỏ nhất cho phép của guồng xả khi qui dẫn về trục khuỷu động cơ: ( ) ( ) +++ = rxd 2 k 3 c 02 r dbkcr gk xmine Rkkh.l tg.Q.a.2 , 2180cos.R BBBcos.R.k.g .max i.30 n ở đây: x - cự ly xả đất theo yêu cầu chiến thuật; R r - bán kính rô to guồng xả đất, m; B k nửa chiều rộng miệng hào, m; B b cự ly nằm bắn, m; B d chiều rộng đáy dải đất đợc xả, m; k hệ số kể tới cản của không khí; v r tốc độ vòng của rô to, m/s; q dung lợng đất chứa đợc trong khay chứa đất; l, h k , - các thông số kích thớc của khay chứa đất; a bớc cánh của guồng xả đất, m; k x hệ số thông qua của cửa xả; k đ hệ số điền đầy. 3.3.2. Xác định công suất động cơ cần thiết cho guồng xả đất làm việc Theo nguyên lý kết cấu của guồng xả đất, xây dựng đợc các sơ đồ tính toán nh các hình (3.8), (3.9): Dựa trên các nguyên lý cơ học về động học và động lực học, truyền dẫn và biến đổi năng lợng, căn cứ vào các giả thiết và các sơ đồ tính toán đã xây dựng, xác lập đợc các biểu thức tính công suất động cơ cần thiết để đảm bảo làm việc của guồng xả: ( ) gvdmslmstndjddg /NNNNNN + + + + = , KW (3.41) ( ) ( ) [ ] gxrx 2 g 2 rtg 3 dg /sintgRHgtg1Rm10N +++= ,KW (3.64) 1 P x Hình 3.5. Sơ đồ tính toán tốc độ văng đất, cự ly xả đất. x=C l 0 A R.cos c y v x v a v y x B k B b B đ v l B y v r x R r a cửa xả 2 P lt Hình 3.7. Sơ đồ tính toán công suất N nd , công cản ma sát do trọng lực và do lực ly tâm của đất di chuyển trong guồng xả . R r cạnh dới miệng xả Rô to ứng với miệng gom H dP mst dP lt dG đ cos g c x d dG đ dP msl m pt 14 trong đó: N jd công suất để gia tốc cho các phân tố đất sau gom đạt tới tốc độ dài của rô to guồng xả, KW; N nd công suất để nâng các phân tố đất từ độ cao ở đáy tới độ cao cửa vung hắt đất của guồng xả, KW; N mst công suất để khắc phục cản ma sát, KW; N ms l công suất để khắc phục cản ma sát do lực ly tâm của đất, KW; N vđ - công suất để vung hắt đất, KW. 3.3. Khả năng di chuyển của máy ở chế độ đào hào 3.3.1. Lực cản, lực kéo, lực bám, công suất di chuyển của máy ở chế độ đào hào Xét ở trờng hợp tổng quát, máy đào hào làm việc ở địa hình có góc dốc dọc là d , các lực tác dụng lên máy nh ở hình 3.8: Từ sơ đồ tính toán (hình 3.8), xác định đợc: - Lực cản tổng cộng, cản trở sự di chuyển của máy: ( ) ( ) [ ] ( ) 11dvdvb 11Ndddgxc sinfcosPP.fP cosfsinPsincosf.GGGP +++ +++++= (3.68) - Lực kéo tiếp tuyến P k trên các bánh xe chủ động của nguồn động lực: ( ) ( ) kddcidcitdk r.n/.i.NN.76,9555P = , N (3.69) - Lực bám của máy: [ ] 1dvd1Nddgx sin.PPcos.Pcos).GGG(.R.P + + + = = (3.70) - Công suất động cơ cần đảm bảo cho di chuyển máy ở chế độ đào hào: ( ) ( ) [ ] ( ) dci lti 11dvdvb 11Ndddgx 3 ddcij v . .sinfcosPP.fP cosfsinPsincosf.GGG 10N +++ +++++ = 3.3.2. Khả năng di chuyển của máy - Khả năng đảm bảo cho TBCT thực hiện việc đào hào và chung toàn máy di chuyển theo địa hình đào hào theo điều kiện kéo - bám: ( ) ( ) ckddcidcitd Pr.n/.i.NN.76,9555P > > (3.71) - Tốc độ di chuyển thực tế của máy: ( ) ( ) dcibkemi i.30/100/1.r.n.v = (3.73) - Trong (3.69), công suất động cơ đợc xác định theo đờng đặc tính cục bộ của động cơ (đợc xây dựng theo công thức thực nghiệm của Lâyđecman, nhng với sử dụng thuật toán xác định giá trị các hệ số a, b, c): 1 G g k k M k2 P k1 P k2 P N G đ .sin d G x G x .cos d G x .sin d v m d G đ .cos d G đ P N .sin 1 P N .cos 1 d 1 M bs P đ P vb P vđ P f1 P f2 M k1 G g .sin d G g .cos d Hình 3.8. Sơ đồ lực tác dụng lên máy trong quá trình làm việc ở trờng hợp tổng quát. P N1 P N2 15 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] += += Nm,n/)nC/(n.c)nC/(n.baN.76,9555M KW,)nC/(n.c)nC/(n.b n n )nC/(n.a.N.CN N 2 NgeNgemaxee 3 Nge 2 Nge N e Ngemaxege (3.65b) 3.4. Chi phí năng lợng, năng suất của máy đào hào trong quá trình làm việc Từ các kết quả phân tích quá trình làm việc của máy, xác định đợc: + Công suất động cơ cần thiết (N ct ) đảm bảo cho máy đào hào làm việc: dgdxdddcct NNNN + + = , KW ( ) ( ) [ ] +++++= xrx 2 x 2 r g tg xjdb xjdt dci ltic 3 ct sintgRHgtg1R mvP vP 10N , KW + Năng suất đào hào của máy: ( ) { } ijvvsfaijs C/sinFFehb2nhkv.3600Q +++= , m 3 /h Trong các biểu thức trên: N ddc công suất động cơ cần thiết cho di chuyển của máy, KW; N dxd - công suất động cơ cần thiết cho xích đào làm việc, KW; N dg - công suất động cơ cần thiết cho guồng xả đất làm việc, KW; dci , xj , đb - tơng ứng, hiệu suất hệ di chuyển nguồn động lực, guồng xích đào, hệ truyền lực tới bánh sao chủ động guồng đào ở chế độ tốc độ khảo sát. 3.5. Kết luận chơng3 1) Giới hạn tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất của xích đào và guồng xả đất có ảnh hởng lớn đến năng suất đào hào của máy đào hào dạng xích đào và yêu cầu chiến thuật khi đào hào. Khảo sát máy PZM-2 ở đất cấp IV với tỉ số tốc độ đồng bộ d ij = 40.02, miền tốc độ làm việc hợp lý của xích đào và guồng xả đất đợc qui dẫn về trục khuỷu động cơ là n emin = 715.2 v/ph; n emax = 2014 v/ph). 2) Các biểu thức tính toán các thông số động học, động lực học, năng lợng, hiệu quả của từng hệ thống, thành phần cơ bản cũng nh của chung toàn máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hởng cơ bản là các thông số về năng lợng cung cấp của nguồn động lực, chế độ tốc độ và kết cấu của máy, cơ - lý tính của đất. Các biểu thức này sẽ là cơ sở cho việc thiết lập mô hình toán học xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt. Chơng 4 mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt 4.1. Các yêu cầu cần thoả mãn ở mô hình toán học cần xây dựng Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt, chính là tập hợp các quan hệ toán học cho phép xác định tập giá trị các tham số, thông số đặc trng cho chế độ làm việc hợp lý (tối u) của máy theo chỉ tiêu đánh giá sự hợp lý (tối u) đợc lựa chọn phụ thuộc vào các điều kiện đất đào, các thông số về năng lợng và kết cấu máy, các tham số theo yêu cầu chiến thuật - chiến dịch. Các yêu cầu phải thoả mãn ở mô hình toán học cần xây dựng: - Phải mô tả đúng, đầy đủ bản chất quá trình làm việc của máy, phải phản ánh đầy đủ các mối quan hệ giữa các tham số xác định chế độ làm việc của máy với 16 các yếu tố ảnh hởng, cho phép xác định đợc chế độ làm việc hợp lý của máy. - Mô hình toán học phải cho phép giải đợc hoặc bằng phơng pháp giải tích hoặc bằng phơng pháp số trên các công cụ tính toán hiện đại có trong nớc. Để thoả mãn các yêu cầu đó, việc xây dựng mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào đợc thực hiện theo các bớc: - Phân tích hệ thống. - Thiết lập mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy. 4.2. Phân tích hệ thống Dựa trên các kết quả phân tích quá trình làm việc của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt và phép tích hợp của lý thuyết điều khiển, có thể thiết lập mô hình hệ thống mô tả quá trình làm việc của máy nh hình (4.2). Trên mô hình hệ thống gồm các phần tử : * Phần tử : D ct là tập các véc tơ yêu cầu chiến kỹ thuật, D hd là tập các véc tơ địa hình - đất. * Phần tử : Bao gồm:+ Khối TBĐL: D pe là tập các véc tơ động học, động lực học của thiết bị động lực (động cơ và các thiết bị đồng bộ). + Khối HDC: D kd là tập các véc tơ cấu trúc, D pd là tập các véc tơ động học, động lực học. + Khối TBCT: D kx là tập các véc tơ cấu trúc của TBCT, D pd là tập các véc tơ động học, động lực học, hiệu quả của TBCT. * Phần tử : D rt là tập các véc tơ trạng thái chung của toàn máy đào hào. + Lựa chọn dạng mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đợc lựa chọn ở dạng mô hình tối u rời rạc: ( ) ( ) = n n21 n21 RDx ,,x,xx maxx ,,x,xf (4.1) 4.3. Xác định hàm mục tiêu của mô hình toán học Hàm mục tiêu của mô hình toán học đợc xác định là chỉ tiêu hiệu quả H Qij : Hình 4.2. Mô hình hệ thống lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào cắt đát bằng răng cắt. D rt , D ct D rt D hd D rt Q pe D rt D kd D rt D pd D rt D kx D rt D px D rt D hd D ct TBĐL D pe HDC D kd , Đ pd , D kd D pd D ct D pd D hd D pd Q pe Q pd TBCT D kx , D px , Q xđ , Q v , Q g , Q s , Q, D kx D px D ct D px D hd D px D pe D px D kd D px D pd D px D ct D hd D hd D ct R M V V M R [...]... kiện Việt Nam, xác định đợc: - Công suất cần thiết của động cơ cho máy làm việc và năng suất đào hào của máy phụ thuộc vào chế độ tốc độ đào hào (tốc độ quay của trục khuỷu động cơ, tỉ số tốc độ đồng bộ dij), các thông số cơ - lý của đất - ở đất đào hào không có lẫn vật cản cứng chế độ tốc độ làm việc hợp lý (HQijmax) của máy đợc phân bố ở vùng tốc độ làm việc của động cơ có công suất lớn Với đất cấp IV:... Matlab để lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt PZM-2 ở các điều kiện đất đào hào cấp III, IV ở Việt Nam Từ các kết quả tính toán, cho thấy: 1) Công suất cần thiết của động cơ cho máy làm việc và năng suất đào hào của máy phụ thuộc vào chế độ tốc độ đào hào (tốc độ quay của trục khuỷu động cơ, tỉ số tốc độ đồng bộ dij), các thông số cơ - lý của đất Với đất... công suất động cơ cần đảm bảo để máy làm việc cho công suất Qhij ở chế độ làm việc i, j (dij), KW; Qhij năng suất đào xả đất trong một giờ ở chế độ làm việc i, j (dij), m3/h 4.5 Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích Từ sơ đồ tính toán dạng tổng quát, mô hình hệ thống, các kết quả ở chơng 2, chơng 3, có thể xác lập đợc mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp. .. 1491.2 v/ph - Chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt ở điều kiện khảo sát với tập các đặc trng cơ bản nh ở bảng 4.3 Chơng 5 thí nghiệm xác định một số tham số của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các răng cắt 21 5.1 Mục đích thí nghiệm Xác định tính đúng đắn và tin cậy của mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng... v/ph, ne (d22) = 1736.3 v/ph - ở đất đào hào có lẫn vật cản cứng các chế độ tốc độ làm việc hợp lý (HQijmax) của máy đợc phân bố ở vùng tốc độ làm việc của động cơ có giá trị mô men trên trục khuỷu động cơ lớn Với đất cấp IV: ne (d11) = 1450.4 v/ph, ne (d12) = 1483.0 v/ph, ne (d21) = 1466.7 v/ph, ne (d22) = 1491.2 v/ph - Chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt ở điều... chọn đợc chế độ làm việc hợp lý của máy ở các cấp đất khác nhau, cả với đất có và không có lẫn các vật cản cứng Việc giải mô hình toán học đã xác lập (4.13) bằng phơng pháp số trên vi tính 4.6 Giải mô hình toán học lựa chọn chế độ chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào PZM-2 17 18 Với mục đích xác định khả năng cho lời giải của mô hình toán học (4.13), đồng thời để lựa chọn chế độ làm việc hợp lý nhằm... hiệu quả khai thác một dạng máy cụ thể của quân đội, đã thực hiện các lập trình tính toán trên cơ sở phần mềm MATLAB để xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào PZM-2 ở điều kiện đào hào quân sự ở Việt nam + Số liệu đầu vào để tính toán : - Chế độ tốc độ và địa hình, đất đào hào : Chế độ tốc độ Góc đặt Độ Địa hình và cấp đất (số truyền) xích đào ẩm Hệ di (%) Đất không có Đất có lẫn vật cản cứng... định công suất động cơ chi phí cho quá trình làm việc của thiết bị công tác, nhận đợc sai khác so với tính toán lý thuyết là trong phạm vi cho phép (< 17.79%), đã khẳng định tính đúng đắn và tin cậy của mô hình tính toán xác định các lực cản đào và cắt đất của máy đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt 2) So sánh các chế độ tốc độ đã thực nghiệm nhận thấy rằng với chế độ tốc độ làm việc của động... 1800 v/ph là chế độ làm việc của máy hợp lý nhất Điều này có thể khẳng định chế độ làm việc hợp lý của máy đã đợc tính toán bằng lý thuyết phù hợp với kết quả thực nghiệm 24 5 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Số vòng quay của động cơ, v/ph Ndxd 30 15 Số vòng quay của động cơ ne, v/ph Ntbcttn 40 Kết luận của luận án Các kết quả chính của luận án thu nhận đợc: 1) Trong mô hình tơng tác giữa xích đào cắt đất... thớc, độ cứng, xác suất gặp vật cản cứng và chế độ tốc độ làm việc của máy Khi gặp sỏi có đờng kính dsỏi = 4 cm, xác suất các răng cắt gặp 50%, công suất chi phí tăng lên tơng ứng với d11 = 40.02 là 2.81 lần; d12 = 65.35 là 3.08 lần; d21 = 22.13 là 2.09 lần; d22 = 36.14 là 2.83 lần 3) ở đất đào hào không có lẫn vật cản cứng chế độ tốc độ làm việc hợp lý (HQijmax) của máy đợc phân bố ở vùng tốc độ làm việc . các công trình nghiên cứu xem rằng chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đào là chế độ làm việc với năng lợng riêng tiêu tốn cho quá trình làm việc của máy là cực tiểu. ở một số công. mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng xích đợc lựa chọn ở dạng mô hình tối u rời rạc:. nghiên cứu cho phép ở nớc ta, đề tài đợc lựa chọn là " ;Nghiên cứu đã xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào có thiết bị công tác dạng xích& quot;. Chơng 2 Tơng tác giữa xích đào