Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyền: Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu, phân tích các công nghệ và thiết bị vệ sinh đường cống.. - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết tính toán các bộ phận làm việc cho thiết bị robot vệ sinh đường cống.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :TS Lê Thanh Danh ….Chữ ký: …

Cán bộ chấm nhận xét 1 : … Chữ ký: …

Cán bộ chấm nhận xét 2 : … Chữ ký: …

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng – nâng chuyển Mã số: 60 52 10 • TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu, phân tích các công nghệ và thiết bị vệ sinh đường cống

- Khảo sát hiện trạng các loại đường cống và rác thải trong đường cống ở TP.HCM

- Phân tích lựa chọn phương án và thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống phù hợp điều kiện ở Hồ Chí Minh

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết tính toán các bộ phận làm việc cho thiết bị robot vệ sinh đường cống

- Tính toán các thông số làm việc của thiết bị robot vệ sinh đường cống

• NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 24-06-2013

Tp HCM, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

Đề tài luận văn “ Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống.” được thực hiện với mục đích đưa ra nền tảng cơ bản cho việc ứng dụng,chế tạo thiết bị robot nạo vét đường cống,nhằm mục đích phục vụ cho công tác vệ sinh các đường cống ở Việt Nam

Tôi xin chân thành cám ơn Thầy Lê Thanh Danh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn Cô PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân đã tạo cơ hội cho tôi tìm hiểu sâu hơn về các loại thiết bị máy xây dựng, đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình tra cứu tài liệu

Tôi xin cám ơn các bạn trong lớp đã gợi mở tôi đến với đề tài này Tôi cũng xin cám ơn mọi người,gia đình,bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và tạo điều kiện tốt để tôi có thể hoàn thành đúng hạn luận văn này

Luận văn này được thực hiện từ 01/2013 đến 06/2013 Vì thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong luận văn này Tôi rất mong nhận được sự đóng góp từ quý Thầy cô giáo và bạn bè để đề tài này tiếp tục phát triển trong tương lai

Xin chân thành cám ơn!

- Phân tích đặc điểm của các công nghệ và thiết bị vệ sinh đường cống trên thế giới và Việt Nam Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp Lựa chọn công nghệ và thiết bị thi công phù hợp với nhu cầu vệ sinh đường cống tại TP.HCM

- Khảo sát hiện trạng các loại đường cống và rác thải để thiết kế thiết bị phù hợp với điều kiện nước ta nói chung, TP.HCM nói riêng

- Tổng hợp cơ sở lý thuyết phục vụ cho quá trình tính toán bộ phận làm việc cho thiết bị robot vệ sinh đường cống Các cơ sở lý thuyết đều được chọn lựa trong quá trình tham khảo các công trình nghiên cứu của nhiều tác giả

- Đưa ra biểu đồ quan hệ giữa các thông số nhằm đánh giá, phục vụ cho quá trình thiết kế, chế tạo và vận hành thiết bị

- Tính toán các bộ phận làm việc cho thiết bị robot vệ sinh đường cống dựa trên các cơ sở lý thuyết

- Thiết kế sơ bộ cấu tạo bộ phận công tác, là nền tảng cơ bản cho quá trình thiết kế cải tiến bộ phận công tác trong hệ thống thiết bị robot vệ sinh đường cống

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và tìm hiểu của bản thân xuất phát từ nhu cầu thực tế của xã hội Các số liệu, công thức tính toán đều có nguồn gốc rõ ràng, dựa trên các kết quả đã được nghiên cứu từ trước Các tài liệu tham khảo được ghi cụ thể trong quá trình thực hiện luận văn Kết quả trong quá trình tính toán và thiết kế được trình bày trong luận văn này đều được thực hiện nghiêm túc và trung thực

Tác giả luận văn: Phan Hữu Hùng

Lời nói đầu Nội dung chính:

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Các phương pháp vệ sinh đường cống được áp dụng hiện nay… 1

1.3 Các công nghệ và thiết bị vệ sinh đường cống được áp dụng hiện nay…….……….………4 1.4 Khảo sát hiện trạng các loại đường cống và rác thải trong lòng cống ở TPHCM…… 12 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG PHÙ HỢP VỚI NƯỚC TA HIỆN NAY

2.1 Điều kiện sử dụng ở nước ta hiện nay nói chung và TPHCM nói riêng……….18 2.2 Phân tích lựa chọn công nghệ,thiết bị vệ sinh đường cống thích hợp với điều kiện TPHCM 20 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CHO BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ROBOT VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG

3.1 Cơ sở lý thuyết cắt đất,đá,rác………… 29 3.1.1 Một số lý thuyết tính toán quá trình cắt đất bằng lưỡi cắt 30 3.1.1.1 Phương pháp xác định lực cản cắt đất của N.G.Dombrovski.30 3.1.1.2 Lý thuyết cắt đất của Evans……… 31 3.1.1.3 Lý thuyết cắt đất của Nishimatsu……… … 32 3.1.2 Một số lý thuyết tính toán quá trình cắt đất bằng đĩa cắt 33 3.1.2.1 Mô hình đĩa cắt đơn dạng chữ V của Roxborough và Phillip.33

3.1.2.3 Lý thuyết cắt của Saffet Yagiz………… 35

3.1.2.4 Lý thuyết cắt đất của Dots Oyenuga………… 36

3.1.2.5 Mô hình lý thuyết CSM……… …… 38

3.2 Cơ sở lý thuyết tính toán tốc độ thi công của đầu khoan,cắt…… 39

3.2.1 Lý thuyết tính toán của Hustrulid và Fairhust… …… 39

3.2.2 Lý thuyết tính toán của S Kahraman, N Bilgin, C Feridunoglu……….39

3.2.3 Lý thuyết tính toán của T Ramamurthy……… … 41

3.2.4 Lý thuyết tính toán của Boyd (1986)……… 42

3.3 Cơ sở lý thuyết tính toán bước tiến của đầu khoan cắt rác……….43

3.3.1 Lý thuyết tính toán của Richard Kastner…… …… 43

3.3.2 Lý thuyết tính toán của Palmström A………… 44

3.4 Cơ sở lý thuyết tính toán các thông số khác của đầu công tác 46

3.5 Cơ sở lý thuyết về tính toán vít tải……….48

3.5.1 Cơ sở lý thuyết tính toán thiết bị gom hàng của Trường Đại Học Giao Thông Đường Sắt Khắc-Cốp 51

3.5.2 Cơ sở lý thuyết tính toán vít tải khác……… 52

3.5.3 Cơ sở lý thuyết tính toán cụm cào vít tải 53

3.6 Cơ sở lý thuyết tính toán lực cản di chuyển của máy………… 54

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ROBOT VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG 4.1 Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của thiết bị robot vệ sinh đường cống……… 59

4.2 Sơ đồ khối của thiết bị robot vệ sinh đường cống………… 61

4.3.1 Tính toán các thông số của đầu khoan cắt rác 63 4.3.2 Tính toán các thông số của cụm vít tải 76 4.4 Tính toán bộ phận di chuyển trong thiết bị robot vệ sinh đường cống 80 4.5 Tính toán sơ bộ xe tự hành vận chuyển rác thải 82 Kết luận và kiến nghị………83 Phụ lục:

Tài liệu tham khảo Lý lịch trích ngang

Lời nói đầu



Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển kinh tế, xã hội ở các khu vực thành phố lớn phát triển rất nhanh, bên cạnh đó kèm theo sự ô nhiễm môi trường khi con người xử lý các loại rác thải không triệt để.Chính vì vậy các hệ thống cống ngầm không thể thoát nước kịp thời khi mùa mưa kéo đến do trình trạng ngẽn do rác thải bên trong

Khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển để nghiên cứu tìm ra thiết bị vệ sinh đường cống trên thế giới nói chung, Việt Nam nói riêng Chính vì vậy,việc nghiên cứu chế tạo ra thiết bị robot vệ sinh đường cống ngày càng cấp thiết,để đảm bảo đáp ứng giá thành, đặc biệt là tính năng hoạt động đáp ứng với điều kiện ở nước ta

Luận văn này đã đưa ra quá trình thiết kế robot vệ sinh đường cống.Nó góp phần vào quá trình hiện đại hóa công tác vệ sinh môi trường, hổ trợ cho con người trong việc tiếp xúc với các loại rác bẩn độc hại Đây cũng là một quá trình nghiên cứu lâu dài của ngành khoa học kỹ thuật ứng dụng để góp phần xử lý,khắc phục các sự cố ảnh hưởng đến môi trường

Mặc dù đã cố gắng tìm tòi và học hỏi song luận văn này không tránh những thiếu sót ,rất mong các thầy cô và các bạn đồng nghiệp góp ý

Em xin chân thành cám ơn cô Nguyễn Hồng Ngân, thầy Lê Thanh Danh là người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án, cùng các thầy cô ở bộ môn Kỹ Thuật Nâng Vận Chuyển đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả luận văn Phan Hữu Hùng

c ng cho phù h p

+ Công nhân v n ph i ti p xúc v ng nguy hi c h i

Hình 1.2: s d ng thi t b v sinh

( Hình 1.3)

m:

S d ng các robot di chuy n trong lòng ti n hành v sinh thay th hoàn

m:

thông qua dây cáp (6)

m: - Thay th i trong quá trình phá các c n bám và quan sát trong lòng c ng

m:

ngh n

Chú thích: 1 b truy- t i, 4- tr c dng, 5- máng

m:

- Ch công tác t i v trí mi ng gi ng, không th t trong lòng c ng

f S d ng các d ng c th công ( Hình 1.11)

HVTH: Phan H12 Hùng

1

32

4

5

Hình 1.11 G u c p rác th công Chú thích : 1- G u, 2 – Tr c ngoài, 3 – Tr c trong, 4 – b n l , 5-

m:

a ng c ng:

Kho ng cách theo TCVN:1984 gi a các gi a vào b ng tiêu chu n sau: (b ng 1)

HVTH: Phan H14 Hùng

Hình 1.13 Hình các lo i ti t di n c ng

c ng trong thành ph ( Hình 1.15)

Hình 1.15 Các lo i ch t th i r n trong lòng c ng

HVTH: Phan H16 Hùng

Phân lo i ch t th i :

o Theo d ng: Ch t th i d ng r n : Phát sinh trong cu c s ng hàng ngày trong quá trình s n

xu Ch t th i d ng l ng : Phát sinh ra trong quá trình s n xu t tùy vào t ng ngành ngh , bùn c ng rãnh

Ch t th i d ng khí : khí th i nhà máy s n xu t, khói b i … o Theo ngu n phát sinh :

Hình 1.16 Khng ch t th i r c a thành ph H Chí Minh

hòa tan ch y u là cát,rác th i khó v n chuy n, có th l ng, làm gi m khtruy n t i, th m chí làm t c c ng hoàn toàn

y c ng.) c u trúc dòng ch y: (Hình 1.17)

ngh n, chúng ta có th dung thi t b robot nghi n nhuy n các lo i rác th i, giúp

sinh,n o vét c ng phù h p v i tình hình hi n t i

Hình 2.2 Hình d cng c ng

ng kính c ng kh o sát t 800-1000 mm thì kho ng cách gi a các gi ng khoan là 60- 100m (B ng 3)

n 600 mm do di n tích thành ph h n ch Chính vì v y s ch n kho ng

thi t k thi t b ng v i nhu c u th c t

Ctnvét c

Xthi

di chuynh

l

Robot

thành c

di chuy

và vsinh

S

chth

nghi

Sdthanh

kn

2.2.2 Phân tích l a ch n theo nguyên lý

2.2.2.1

kh i

nguyên lý:

1

23

4

5 67

8 9

1012

10

9 87

54

32

HVTH: Phan H22 Hùng

C u t o và nguyên lý làm vi c:

Xe n o vét và kéo bùn (8) s di chuy n qua l i c ng n o vét rác th i nh cáp tác

23

4

5

67

89

1012

10

9 87

14

11

13a13b

13c

t i,13b-bánh xe di chuy n,13c- h p ch a rác,13d-khung xe,14-n n

HVTH: Phan H24 Hùng

C u t o và nguyên lý làm vi c:

e n o vét và kéo bùn (8) s di chuy n qua l i c ng

ng bánh xe, 6 – ng hút rác th i, 7 –

HVTH: Phan H26 Hùng

C u t o và nguyên lý làm vi c

mi ng gi ng

m: - Thay th i trong quá trình phá các c n bám và quan sát trong l ng c ng

m:

kh i:

nguyên lý:

16

12

3564

78109

111312141

23

564109

15118

HVTH: Phan H28 Hùng

C u t o và nguyên lý làm vi c :

Thi t b bao g m 3 b ph n chính : b ph n công tác phá rác rác thông qua

t c (3), b ph n thu gom và nghi n rác b i vít t i (8) thông qua b truy n

LÝ THUY T TÍNH TOÁN CHO CÁC B PH N

qu c a quá trình kh c ph c n i l c gi a các ph n t t mà các l c liên k t này ph

m t giá tr t i h n nguy hi m thì m i liên k t gi a các ph n t c t b phá v

HVTH: Phan H30 Hùng

Trong quá trình thi công v ng ng, c m công tác c a thi t b thi công ch y u s d ng 2 d ng công c c t chính:

i c t: t:

a) b)

w – b r ng d ng c c t – góc ma sát gi a d ng c c –

F – l c c t t o b i d ng c c t lên kh

Roxborough và Phillips ( 1975) s d ng nguyên t n và hình d ng

a – h s xuyên sâu ( a=0.5: thành ph n l c c ng a=1: thành ph n l c c t ngang)

b – h s kho ng cách (b=0.5)

p: chi u sâu c t (in)

Hình 3.6: Thành ph n l c tác da c t

- T ng l c c t theo thành ph n l c d u khoan ( thành ph n l c pháp tuy n)

C – h s th c nghi m (C=2.12)

T vi nh t ng l c c t tác d c các l c thành ph n là l c ti p tuy n (Fr) và l c c t vòng (Fn) theo bi u th c sau:

Hình 3.9: Bi quan h gi a PR và E 3.2.3 Lý thuy t tính toán c a T Ramamurthy

th c sau:

T – Th i gian làm vi c trong m t gi m – Ch s âm nh m gi m giá tr c a PR v i th i gian m = -0,15 ~

3.2.4 Lý thuy t tính toán c a Boyd (1986)

th c sau:

+ Snowdon et al (1982): Theo ông m i quan h gi a l y Fn, l c vòng

Fn – Thành ph n l c pháp tuy n Fr – Thành ph n l c vòng

HVTH: Phan H46 Hùng

Kh c – c ã ch t o và th nghi m th c t lo i thi t b gom m i có l c gom hàng

t cao

ng s t Kh p-C p

Thi t b gom có hai xe con ch y xích 1 v i d n riêng bi t công su t 1,7 kw Trên khung ch u l c có b trí b ph n t a 2, khung nâng 3 Trên khung có l p

Các vít t i và tang có cánh quay t trên xu i so v i hàng v n chuy n và

t hi n l c t ph , làm gi m nh công vi c c a u di chuy n b ng bánh xích

V i: R – bán kình ngoài c a tang có cánh, m (l y b ng bán kính các vít t i) r – bán kính trong c a tang, m

C n thi t ph i sao cho toàn b c ngo m b i cánh c a tang hoàn toàn c h t vào vòi ti p nh n trong vùng c a góc….(xem hình 3.15) Khi chi u cao

2sin)

ý hi u sau: lg

- góc ma sát

rt

gyy

tg

cos.

.

12

'

chi u cao c a cánh tang yc và Rryc

S gi ình và các tính toàn ti p theo r t ph c t p vì òi h i ph i xác nh chi u cao c a cánh t i nh ng giá tr khác nhau c a các thông s … trong khi

3.5.2 C lý thuy t vít t i

v n chuy n c a các lo i vít t i:

HVTH: Phan H52 Hùng

c c a vít xo n:

cnSD

460

C – h s n s gi y khi v t chuy nghiêng

t tr ng c a v t li u (T/m3) nh công su t c n thi i v i vít t i ngang

)(367

kwLQ

nNo

n – s v ng quay c a vít t i trong m t phút L c d c tr c l n nh t tác d ng lên tr c vít

)()

rtgMo

– bán kính tác d ng c a l c P (m) r = (0,35-0,4)D

ng xo n vít bán kính r :

rStg

.2 (3.135)

tr c vít 3.5.3 B n p li u v i hai tr c vít cào

t c a các vít cào tùy thu c vào các thông s c a vít t i

120 2 d

vRSn

R- bán kính ngoài c a vít (m)

HVTH: Phan H54 Hùng

n – v n t c quay c a vít (vg/ph)

d h s y Cơng su th ng l c c n trong các vít cào và ma sát trong các tr c N1

cĩ cơng th c:

)(367

1 QLkwNvvv

Lv - chi u dài v n chuy n hàng b ng m i vít , m

v h s c n 3.5.4 C lý thuy t l c c n di chuy n c a máy L c c n di chuy n c a xe t hành g m các thành ph n l c : trong h th ng di chuy n, do

Trong trư øng hợp tổng quát, lực cản di chuyển của xe tự hành gồm các thành phần lực: trong hệ thống di chuyển, do độ của mặt đường, do lực quán tính, xuất hiện trong thời kỳ quá độ của máy, của gió (tải trọng gió)

Nó có thể được xác định theo công thức:

gPtMvf

Mg

với: M – tổng khối lượng của máy(kể cả khối lượng của vật), kg f – hệ số cản trong hệ thống di chuyển (giá trị f xem bảng 3.1)

- góc nghiêng của mặt đường v – vận tốc của máy, m/giây

- hệ số tính đến quán tính của các khối lượng quay cảu các cơ cấu di chuyển t – giai đoạn quá độ, giây

gP - tải trọng gió, N

g – gia tốc trọng trường(m/giây2) Tải trọng gió theo hướng ngược với vận tốc di chuyển được xác định theo công thức:

PgF.k.p (3.137) với: F – điện tích chịu gió của viền ngoài máy,m2

k – hệ số phủ kín p – áp lực riêng của gió tác dụng vào máy; khi làm ở cảng – 250N/m2, ở các điều kiện khác 150N/m2

Giá trị hệ số f đối với di chuyển bánh xích được đưa ra không tính đến lực cản bên trong của chính hệ xích, có nghĩa là ở trong các ổ trục bánh xe và con lăn, khi uốn các dãy xích quanh bánh xích dẫn động và đổi hướng… Trong điều kiện trung bình hệ số chỉ tính những tổn thất bên trong này lấy bằng 0,06 0,07

Khi xác định tổng lực cản di chuyển trong công thức (3.136) thì cũng cần phải tính đến thành phần cản này, có nghĩa là bổ sung thêm 0,06 0,07 vào giá trị đã đưa ra vào bảng 3.1