Đồ án thiết kế khung gầm máy xúc lội nước dung tích gầu 0,3m3

Trong thời đại công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, việc phát triển cơ sở hạ tầng là một trong những yêu cầu cấp thiết và mang tính chiến lược nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của đất nước. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, các lĩnh vực khác cũng có bước chuyển biến mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung, ngành xe máy công trình nói riêng đã và đang thể hiện được vai trò chủ đạo của mình trong công cuộc đổi mới đất nước. Hầu hết các trang thiết bị kỹ thuật trong các ngành xây dựng dân dụng như: giao thông vận tải, cầu đường, khai thác nguyên vật liệu.... cũng như trong Quân đội đều đã được cải tiến, đổi mới ngày càng hiện đại, trong đó máy xúc một gầu là một trong những loại máy làm đất được quan tâm hàng đầu, được sử dụng rộng rãi trong công tác thi công đất để xây dựng đường sá, đê đập thuỷ lợi, kênh mương, khai thác mỏ...

MỤC LỤC

Trang

Mục lục

Đặt vấn đề

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1 Máy xúc lội nước và lĩnh vực sử dụng……… 10

1.2 Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc……… 13

1.3 Một số loại máy xúc lội nước đã được chế tạo và sử dụng trên thế giới……… 17

1.4 Nhu cầu sử dụng máy xúc lội nước ở Việt Nam……… 18

Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế phao xích máy xúc lội nước 2.1 Xác định sơ bộ kích thước phao xích………21

2.2 Thiết kế phao xích máy xúc lội nước………24

2.2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế phao xích……… 24

2.2.2 Đặc điểm một số chi tiết, kết cấu của phao xích………26

2.2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo phao xích……… 33

2.3 Xác định khối lượng phao xích……….33

2.4 Hình ảnh mô phỏng một số chi tiết, cụm cơ bản của máy xúc lội nước 34

Chương 3 Tính toán ổn định máy xúc lội nước 3.1 Giới thiệu về tính ổn định tổng thể của hệ………38

3.2 Một số giả thiết đặt ra khi tính toán ổn định máy……….39

3.3 Tính toán ổn định ngang trong trường hợp máy xúc lội nước làm việc trên cạn hoàn toàn……… 39

3.3.1 Trường hợp máy xúc lội nước làm việc trên mặt phẳng ngang ở cuối giai đoạn đào đất……….39

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi tầm với đến độ ổn định của máy khi

làm việc nổi không hoàn toàn trên mặt phẳng ngang…… ………51

Chương 4 Tính bền phao xích máy xúc lội nước 4.1 Lựa chọn phần mềm tính toán bền cho phao………56

4.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình tính toán phao trên môi trường SAP 2000……….57

4.3 Tính bền phao trong trường hợp máy làm việc trên cạn hoàn toàn với nền đất cứng hoàn toàn……… 59

4.3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp đặt lực……… 59

4.3.2 Kết quả chạy chương trình tính và tính toán bền……… 61

4.4 Tính bền phao trong trường hợp máy làm việc ở vùng nước nông…… 67

4.4.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp đặt lực……… 67

4.4.2 Kết quả chạy chương trình tính và tính toán bền……… 69

4.5 Tính toán lựa chọn xilanh đẩy phao……… 73

Kết luận……… 76

Tài liệu tham khảo……… 77

Phụ lục………78

ĐẶT VẤN ĐÊ

Trong thời đại công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, việc phát triển cơ

sở hạ tầng là một trong những yêu cầu cấp thiết và mang tính chiến lược nhằmđáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của đất nước Cùng với sự phát triển củanền kinh tế, các lĩnh vực khác cũng có bước chuyển biến mạnh mẽ, đặc biệt làtrong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung, ngành xe máy công trình nói riêng

đã và đang thể hiện được vai trò chủ đạo của mình trong công cuộc đổi mới đấtnước Hầu hết các trang thiết bị kỹ thuật trong các ngành xây dựng dân dụngnhư: giao thông vận tải, cầu đường, khai thác nguyên - vật liệu cũng nhưtrong Quân đội đều đã được cải tiến, đổi mới ngày càng hiện đại, trong đó máyxúc một gầu là một trong những loại máy làm đất được quan tâm hàng đầu,được sử dụng rộng rãi trong công tác thi công đất để xây dựng đường sá, đê đậpthuỷ lợi, kênh mương, khai thác mỏ

Từ những năm đầu thập kỷ 90 trở lại đây, hàng loạt máy móc xây dựngđược nhập vào nước ta vừa nhiều về số lượng, vừa đa dạng về chủng loại đểphục vụ cho việc xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng của đất nước, nhưng chủyếu là máy đã qua sử dụng Cho đến nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoahọc kỹ thuật, các máy móc nói chung và các máy công tác đất nói riêng ngàycàng hiện đại và phong phú về chức năng Trong xây dựng cơ bản như xây dựngdân dụng, xây dựng công nghiệp, giao thông, thủy lợi…đối tượng thi công cókhối lượng lớn nhất, nặng nhọc nhất là công tác đất Việc cơ giới hóa công tácđất là việc trọng yếu, là vấn đề cấp bách cần giải quyết nhằm mục đích chính lànâng cao năng suất lao động và giảm nhẹ sức lực cho công nhân, ngoài ra còngóp phần nâng cao chất lượng công trình, giảm diện tích làm việc trên côngtrường, có thể thay thế cho con người trong các công việc mà con người khônglàm được…

Để tiến hành cơ giới hóa công tác đất, người ta sử dụng nhiều loại máylàm đất khác nhau như máy xúc đào, máy ủi, máy san, máy cạp… trong đó,máy xúc chiếm khối lượng công việc lớn nhất Các máy xúc bánh lốp, bánh xích

khó khăn nhất định như đòi hỏi không gian lớn để đặt các phao tựa của máy,việc di chuyển cả hệ máy và phao không thuận tiện và đặt ra yêu cầu giằng giữphao nổi trong quá trình làm việc

Máy xúc lội nước hay máy đào lội nước là một sáng tạo mới trong việcthiết kế máy đào đặc biệt để làm việc ở những khu vực đầm lầy và đất mềmnhão, khác hẳn với loại máy xúc truyền thống Đây là một loại máy xúc có khảnăng tự di chuyển trong khu vực đất ngập nước hay các khu vực đầm lầy Máyxúc lội nước cũng rất lý tưởng để ứng dụng vào việc nạo vét ở những khu vựcngập nước với độ sâu không quá 3m Máy xúc lội nước tay dài mang tới chongười sử dụng những giải pháp tối ưu với hiệu quả rất cao

Hiện nay ở Việt Nam, các máy xúc lội nước có số lượng rất ít, các đề tàitập trung nghiên cứu về máy xúc lội nước cũng chưa có nhiều, trong khi nhu cầu

sử dụng máy xúc lội nước ngày một lớn Khả năng chế tạo một máy xúc lộinước 100% nội địa của nước ta là một vấn đề khó khăn do điều kiện công nghệcủa nước ta còn lạc hậu, vì vậy chỉ có thể chế tạo được những chi tiết, bộ phận

đơn giản Do đó, em đã được giao đề tài đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế khung gầm

máy xúc lội nước dung tích gầu 0,3m 3” trên cơ sở tính toán thiết kế, đồ án cóthể làm tài liệu tham khảo hoặc ứng dụng trong việc chế tạo, sửa chữa hệ thốngkhung gầm của máy xúc lội nước Nội dung đồ án gồm các phần chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế phao xích máy xúc lội nước

Chương 3: Tính toán ổn định máy xúc lội nước

Chương 4: Tính bền phao xích máy xúc lội nước

Đề tài dựa trên thông số kết cấu một máy xúc lội nước tự hành được cảitiến từ máy xúc bánh lốp Kobex S55W-7 của hãng Huyndai Hàn Quốc

đào lội nước tay dài mang tới cho người sử dụng những giải pháp tối ưu với hiệuquả chưa từng có Các máy xúc lội nước đa dạng về chủng loại và có nhiều loạigầm xích lội nước phù hợp với mục đích và yêu cầu khác nhau.

Hình 1.1 Hình ảnh máy xúc lội nước

Công dụng chung của máy xúc lội nước đùng để đào và xúc đất , được sửdụng phổ biến ở những nơi có nền đất yếu và môi trường nước Nền đất yếu lànền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền hoặc sức chịu tải, bị biến dạngnhiều Máy xúc lội nước đã chứng minh khả năng của nó trong những công việcchủ yếu sau:

- Cải tạo và làm sạch sông ngòi, ao hồ, eo biển

- Bảo vệ và phòng chống sói mòn

- Nạo vét sông và các khu vực đồng bằng châu thổ

- Phòng chống và khắc phục lũ lụt

- Xây dựng và bảo vệ cảnh quan

- Thâm nhập vào các khu vực đầm lầy

- Xây dựng các vùng đầm lầy và ngập nước

Việc thực hiện các công việc đào đất ở các môi trường đầm lầy, môitrường nước hay đất mềm nhão mang các đặc điểm khác nhau Sự đa dạng vềkết cấu khung gầm và thiết bị công tác đảm bảo dễ dàng trong việc lựa chọn loạimáy và kết cấu máy hợp lý, phù hợp với yêu cầu của công việc

Máy xúc làm việc ở môi trường nước có thể tự di chuyển hoặc gián tiếp dichuyển Nếu ta coi các máy xúc bánh xích thông thường đặt trên phao nổi tạothành một hệ máy xúc lội nước thì loại này được gọi là máy xúc lội nước không

có khả năng tự hành (máy xúc lội nước đặt trên phao hình 1.2) Cần trục đặt trêncầu nổi PMP thực chất cũng là một dạng máy xúc lội nước không có khả năng tựhành

Máy xúc lội nước đặt trên phao thực chất là một máy xúc truyền thốngđược đặt trên một phao nổi có kích thước lớn đảm bảo khả năng nổi cần thiếtcũng như khả năng làm việc của máy theo yêu cầu công việc Khả năng không

tự hành của máy thể hiện ở chỗ, việc di chuyển máy từ vị trí làm việc này sang

vị trí làm việc khác được thực hiện gián tiếp thông qua sự di chuyển của phao nổi

Sử dụng máy xúc truyền thống đặt trên phao có ưu điểm là việc chế tạophao nổi rất đơn giản, quá trình làm việc của máy có thể dễ dàng tách rời máy

và phao nên phạm vi làm việc của máy đa dạng hơn, máy có thể làm việc ở môitrường nước, đầm lầy khi được đặt trên phao; có thể làm việc độc lập khi táchhoàn toàn khỏi phao ở các môi trường có độ cứng của nền đất đảm bảo Khi đó,việc bảo đảm cơ động của máy cũng thuận tiện

Hình 1.2 Máy xúc truyền thống đặt trên phao nổi

Tuy nhiên việc sử dụng máy xúc truyền thống đặt trên phao cũng mangnhững nhược điểm nhất định Quá trình làm việc của máy đòi hỏi một khônggian lớn, mặt khác khi sử dụng các máy xúc có khối lượng lớn làm cho kíchthước phao rất lớn, vì vậy mà vấn đề này đã thu hẹp không gian sử dụng củaphương pháp này Phương pháp này thông thường áp dụng trong trường hợp vịtrí làm việc của máy có đủ không gian cần thiết, đảm bảo cho việc di chuyểnphao để thay đổi vị trí làm việc Ngoài ra, do phao là một chi tiết độc lập, nênviệc di chuyển hệ phao và máy là hết sức khó khăn, đặc biệt là ở các vị trí đầmlầy hoặc nước nông, đáy phao chạm đất Ở những nơi như thế, để di chuyển một

hệ có khối lượng rất lớn đòi hỏi nhiều biện pháp bảo đảm, có khi phải dùng đến

cả các phương tiện kéo Đảm bảo tính ổn định của phao khi máy xúc làm việccũng là một yêu cầu quan trọng, từ đó phải đặt ra yêu cầu giằng giữ phao Trongcác khu vực hẹp, không gian chật, điều kiện tự nhiên gây trở ngại cho các máyxúc thông thường lên xuống thì sử dụng thêm phao nổi càng gặp nhiều khókhăn, trong khi để đưa máy xúc lên vị trí làm việc ở trên phao cũng không phải

là điều dễ dàng

Máy xúc lội nước có khả năng tự hành là loại máy xúc được thiết kế đặcbiệt, nó có khả năng tự di chuyển trong các môi trường nước, đầm lầy hay đấtbùn, nhão (hình 1.1) Máy xúc lội nước tự hành hoàn toàn có thể khắc phụcđược những nhược điểm của phương pháp dùng một máy xúc truyền thống đặttrên phao Nó thể hiện ưu điểm rất lớn trong các môi trường đất bùn nhão hayđầm lầy bởi khả năng tự di chuyển Ngoài ra, máy xúc lội nước tự hành còn thểhiện ưu thế của mình ở những khu vực làm việc chật chội, điều kiện lên xuốngkém, gặp nhiều khó khăn do ảnh hưởng của điều kiện địa lí Ví dụ đơn giản làthực hiện công tác nạo vét bùn, rác thải cải tạo cảnh quan môi trường ở các consông và kênh rạch trên địa bàn các thành phố lớn như sông Tô lịch ở Hà Nội,kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, kênh Tham Lương – Bến Cát ở thành phố Hồ ChíMinh…Với đặc điểm hai bên bờ là đê kè đá, dốc, vướng cây cối, nhà dân, sửdụng máy xúc lội nước tự hành là biện pháp đã và sẽ mang lại hiệu quả caotrong công tác nạo vét.

Kết cấu của máy xúc lội nước chia thành hai phần chính Phần trên gồm

hệ thống nguồn động lực,hệ thống điều khiển, các thiết bị công tác như cần, taycần, gầu Phần dưới gồm khung gầm, phao, xích, hệ truyền động di chuyển

Cụ thể, cấu tạo của máy xúc lội nước gồm các bộ phận chủ yếu sau: Cabin(1) là nơi tập trung các cơ cấu điều khiển hoạt động của máy; hệ thống phaoxích (11) dùng để gây nổi cho máy, vừa đóng vai trò là cơ cấu di chuyển máy;

cơ cấu quay sàn (10) giúp cho máy có thể thay đổi được vị trí của gầu trong mặtphẳng ngang để đào và xả đất; đối trọng (12) dùng để cân bằng sàn quay và đảmbảo sự ổn định của máy trong quá trình làm việc; động cơ và các bộ truyển động(9) là nơi cung cấp nguồn động lực để duy trì hoạt động của máy, trên máy xúcngười ta thường sử dụng động cơ có turbo tăng áp Từ động cơ, thông qua hệthống dẫn động thuỷ lực thuỷ tĩnh, truyền năng lượng dẫn động di chuyển máy

và các các thao tác làm việc của thiết bị công tác Hộp điện điều khiển (13) đượcđưa lên cao để đảm bảo tính an toàn cho máy khi làm việc ở môi trường nước

Hình 1.3 Bố trí chung máy xúc lội nước

1 Ca bin; 2 Cần; 3 Xi lanh cần; 4 Xi lanh tay gầu; 5 Tay gầu;6 Thiết

bị tăng tầm với; 7 Xi lanh gầu; 8 Gầu xúc; 9 Động cơ và bơm thủy lực; 10 Cơ cấu quay sàn; 11 Phao xích; 12 Đối trọng; 13.Hộp điện điều khiển.

Thiết bị công tác của máy gồm: cần (2) có hai đầu, một đầu được lắp vớisàn quay và 1 đầu được lắp cố định với thiết bị tăng tầm với (6) nhờ khớp trụ; xilanh cần (3) dùng để điều khiển việc nâng hạ cần; tay gầu (5) là nơi gá lắp vàđiều khiển hoạt động của gầu; xi lanh tay gầu (4) dùng để điều khiển việc coduỗi tay gầu; gầu xúc (8) thường được lắp thêm các răng để giảm lực cản cắtđất, điều khiển hoạt động của gầu được thực hiện nhờ xi lanh gầu (7)

Khung gầm máy (hình 1.4) là đặc điểm chính tạo nên sự khác biệt giữamáy xúc lội nước và máy xúc bánh xích hay bánh lốp thông thường Khung gầm

máy gồm thiết bị tựa quay gắn với hai phao xích, cùng với hệ thống dẫn độngxích vừa đóng vai trò là cơ cấu gây nổi vừa là cơ cấu di chuyển của máy.

Hình 1.4 Khung gầm máy

Khoảng cách giữa hai phao xích có thể thay đổi được nhờ các xi lanh đẩyphao do các phao có thể trượt dọc theo hai xà ngang đỡ phao Hai xi lanh đẩyphao làm việc độc lập với nhau, do đó ta có thể tùy ý lựa chọn và thay đổikhoảng cách giữa hai phao trong từng điều kiện làm việc của máy cho phù hợp.Trong quá trình máy làm việc trên cạn hoàn toàn hoặc nổi hoàn toàn, ta thường

để hai phao xích ở vị trí cách xa nhau nhất nhằm tăng độ ổn định cho máy.Nhưng khi máy làm việc ở môi trường nước nông, người ta thường để phao nằm

về phía thiết bị công tác nằm xa trọng tâm nhất, phao còn lại tính toán hợp lý dolực đẩy nổi của nước trong trường hợp này làm tăng momen gây nghiêng cho máy

Trên các phao xích có các cụm dẫn động gắn với mô tơ thủy lực dichuyển Thông thường, máy xúc lội nước tự hành có thể nổi hoàn toàn bằng haiphao, nhưng khi cần tăng độ nổi của máy, người ta ghép thêm các phao phụ(Hình 1.5)

Hình 1.5 Máy xúc lội nước tự hành

có và không ghép thêm phao phụ

Về nguyên lý làm việc, máy có thể làm việc ở vùng nước cạn, nước sâuhoặc vùng sình lầy Nói cách khác, khi làm việc máy có thể ở ba chế độ là nổihoàn toàn, nổi không hoàn toàn, và làm việc hoàn toàn trên cạn Về nguyên lýchung, nó làm việc dựa trên cơ sở biến đổi áp năng của chất lỏng công tác thành

cơ năng Máy làm việc có tính chu kì, một chu kỳ làm việc của máy bao gồmnhững nguyên công sau: Đưa máy đến vị trí làm việc, đưa gầu vươn xa máy và

hạ xuống, răng gầu tiếp xúc với nền đất, gầu tiến hành cắt đất và tích đất vàogầu nhờ xy lanh quay tay gầu hoặc kết hợp với xy lanh quay gầu và truyền lựcqua khớp bốn khâu bản lề, quỹ đạo chuyển động của răng gầu trong quá trình cắtđất là một đường cong, vị trí cuối quá trình cắt, đất gầu được điền đầy nhất Đưagầu ra khỏi tầng đào và nâng gầu lên nhờ xy lanh quay tay gầu, quay máy về vịtrí xả đất nhờ cơ cấu quay và xy lanh thủy lực nâng hạ cần Đất có thể có thể xảthành đống hoặc xả vào thiết bị vận chuyển Đất được xả ra khỏi miệng gầu nhờ

xy lanh quay tay gầu, quay máy về vị trí làm việc tiếp theo với một chu kỳ hoàntoàn tương tự

Khi làm việc trên nền đất cứng hoàn toàn, máy làm việc như một máy xúcthủy lực trên cạn bình thường, máy di chuyển nhờ chuyển động của hai dải xích.Tuy nhiên, trường hợp này người ta ít sử dụng máy vì gây mài mòn xích rất lớn.Khi làm việc ở chế độ nổi hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, việc di chuyển máy

có thể được thực hiện nhờ sử dụng các thao tác của cần, tay cần và gầu hoặc kếthợp với chuyển động của hai dải xích.

1.3 Một số loại máy xúc lội nước đã được chế tạo và sử dụng trên thế giới

Hiện nay trên thế giới, nhiều nước đã sản xuất chế tạo được các loại máyxúc lội nước tự hành như Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc… với sự đa dạng về chủngloại và kích thước Sự phát triển của máy móc, kỹ thuật ngày càng tạo ra các loạimáy xúc lội nước mới có những ưu điểm nổi bật hơn nhiều so với các loại máycũ với dung tích gầu từ 0,2 – 0,8m3

Máy xúc lội nước đầu tiên trên thế giới được gọi là Big Float (hình 1.3)dựa trên cơ sở máy xúc 21T Huyndai Robex R210LC-7 Hai phao xích dài10m, rộng 1,5m, có thể thay đổi chiều rộng cơ sở bằng xilanh thủy lực từ 3,5mkhi thu gọn và di chuyển đến 5,5m để tăng độ ổn định khi bơi và khi đào, độ sâunước có thể đến 2m, dung tích gầu 0,5m3

Hình 1 3 Máy xúc lội nước Big Float

Hoạt động của cần, tay cần và gầu có thể giúp cho máy di chyển trongnước, trên cạn máy di chyển nhờ hai xích tựa gắn với bánh sao được dẫn độngnhờ môtơ thủy lực Máy được trang bị bộ cần – tay cần dài 16m và gầu đặc biệt

có khe thoát nước cho phép máy đào sâu đến 6m

Máy xúc lội nước AT200 có hệ truyền động thủy tĩnh phao khung gầm vớixích truyền động Compact Hydrotrac GFT Kiểu truyền động thủy tĩnh lái tíchhợp động cơ thủy lực Áp suất làm việc đạt 300 KG/cm2, mỗi phao khung gầm

(Áp lực mặt đất của một máy xúc đào tiêu chuẩn 20 tấn là: 0,4-0,5 kg/cm2) vàkhả năng leo dốc 300.

Điều kiện tự nhiên nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, nhiều sôngngòi, kênh rạch, hàng năm đều có lượng phù sa cũng như bùn đất từ các nơi đổđến Đặc biệt, tại các đô thị lớn, các sông ngòi vừa đảm bảo thoát nước thảingầm, vừa đảm bảo thoát nước mưa, bùn thải từ mặt đường xuống Với yêu cầucần đảm bảo sự lưu thông ổn định của dòng chảy, một vấn đề cần đặt ra là phảitiến hành công tác nạo vét lượng bùn đất ở lòng sông Tiến hành bằng phươngpháp thủ công đòi hỏi một lượng lớn sức lao động của con người trong khi năngsuất mang lại rất thấp Việc áp dụng máy móc đã và đang thể hiện vai trò to lớntrong việc tăng năng suất và chất lượng lao động

Một ví dụ là ngay trên địa bàn thành phố Hà Nội, sông Tô Lịch đảmnhiệm việc dẫn thoát, lưu thông dòng chảy chính trong thành phố, đặc biệt khi

có mưa bão, lũ lụt Hiện nay, tình trạng ô nhiễm và bùn thải lâu ngày tích tụ,lắng xuống lòng sông gây cản trở dòng chảy, có những nơi, lớp bùn dưới lòngsông dày đến hàng mét.Việc nạo vét sông Tô Lịch đảm bảo lưu thông dòng chảy

là một vấn đề cấp thiết cần giải quyết Với đặc điểm của địa hình hai bên dòngsông chảy qua khu vực nội thành là các bờ đê kè, vướng các hàng cây hoặc cónhững chỗ bề rộng dòng sông rất hẹp, khi sử dụng các máy xúc đặt trên cạnhoàn toàn hoặc đặt trên một phao có kích thước lớn sẽ gây rất nhiều khó khăn

Một máy xúc lội nước tự hành khi đó hoàn toàn có thể khắc phục tốt các nhượcđiểm trên, rất thuận tiện cho việc thi công ở nhưng nơi khó khăn như sình lầy,nước cạn, hạn chế hơn về không gian làm việc

Nước ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đấtnước, việc phát triển cơ sở hạ tầng là điều hết sức quan trọng, ngoài phát triểncông nghiệp theo hướng hiện đại, nước ta vẫn là một nước có phần đông dân sốhoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp Trong đó, đảm bảo hệ thống thủy lợi tướitiêu tốt là nhiệm vụ trọng tâm của phát triển nông nghiệp Nhiều các con sông,kênh rạch nhỏ ở nước ta đều nằm trong tình trạng ô nhiễm do rác thải côngnghiệp và rác thải sinh hoạt, gây cản trở đến lưu thông dòng chảy Việc khaithông dòng chảy, đảm bảo tưới tiêu cho nông dân đang được các cấp, các ngànhnghiên cứu tiến hành và bước đầu mang lại hiệu quả tích cực Xét về mặt tổngthể, độ sâu của các các kênh rạch nhỏ không lớn, để tiến hành nạo vét bùn, rácthải người ta dùng các máy xúc Thông thường, phương pháp được sử dụng đểxúc bùn và rác thải là đặt một máy xúc truyền thống trên một phao nổi có kíchthước lớn Tuy nhiên, với những ưu, nhược điểm đã phân tích ở trên, ta nhậnthấy máy xúc lội nước tự hành đang được sử dụng ngày càng phổ biến và rộngrãi ở nước ta, nhu cầu sử dụng ngày một tăng

Máy xúc lội nước tự hành là loại máy xúc được nhiều nước phát triển trênthế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ…chế tạo và sử dụng Tuy nhiên, ở ViệtNam hiện nay, đây vẫn coi là một lĩnh vực mới, nước ta mới chỉ nhập về một sốmáy xúc lội nước cũ là chủ yếu, mua mới rất ít vì giá thành đắt đỏ Ở miền Bắc,

số lượng các máy xúc lội nước hiếm hơn rất nhiều so với khu vực miền Trung vàphía Nam Hiện nay ở nước ta chưa có nhiều học giả tập trung nghiên cứu vềlĩnh vực này Theo tìm hiểu của tác giả, ở nước ta hiện nay mới có một luận ántiến sĩ của nghiên cứu sinh trường Đại học Giao thông vận tải về đề tài máy xúclội nước đã bảo vệ, một luận án tiến sĩ do nghiên cứu sinh trường Đại học Côngnghiệp Hà Nội đang tiến hành nghiên cứu Các kết quả nghiên cứu chưa nhiều,chưa giải quyết triệt để những vấn đề liên quan đến máy xúc lội nước tự hànhnhư: nghiên cứu lựa chọn thông số làm việc hợp lí, nghiên cứu thiết kế, chế tạocác cụm, chi tiết, hoặc toàn bộ cụm máy…

mang lại hiệu quả kinh tế thiết thực.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHAO XÍCH MÁY XÚC

LỘI NƯỚC

Thông số đầu vào của bài toán thiết kế phao xích máy xúc lội nước:

- Tổng trọng lượng của máy xúc lội nước: 7,5 [Tấn];

- Máy cơ sở: Máy xúc thủy lực bánh lốp Huyndai Kobex S55W-7

- Máy có khả năng làm việc ở độ sâu ngập nước ≤ 1,5 [m];

- Dung tích gầu xúc: 0,3 [m3];

- Môi trường làm việc: Cả dưới nước và trên cạn, có khả năng làmviệc với loại đất cấp I

- Máy xúc lội nước có khả năng tự hành

- Độ dự trữ nổi của phao xích: 30%

Bài toán được đặt ra là bài toán thiết kế theo mẫu, việc tính toán kiểmnghiệm lại nhằm mục đích đảm bảo yêu cầu đặt ra khi máy làm việc

Kích thước phao được xác định sơ bộ dựa trên điều kiện nổi của máy với

độ dự trữ nổi là 30%

Dựa trên thông số kết cấu của máy xúc lội nước tự hành được cải tiến từmáy xúc bánh lốp Huyndai Kobex S55W-7 trên thực tế, tác giả đã tiến hành đođạc, tìm hiểu tài liệu và tính toán gần đúng ngoài thực tế, trọng lượng các bộphận chính của máy như sau như sau:

Trọng lượng các bộ phận chính của máy có quan hệ với trọng lượngchung của máy theo công thức:

Trong đó:

ki - Hệ số tỷ lệ giữa trong lượng của các bộ phận Gi và trọng lượng chungcủa máy G Hệ số ki được lấy trong bảng dưới đây theo tài liệu tính toán thi côngmáy làm đất – Lưu Bá Thuận NXB Xây dựng:

- Trọng lượng của bàn quay và các cơ cấu quay (động cơ, khung máy,thiết

bị thuỷ lực, thiết bị phụ, cơ cấu quay, bàn quay, bộ phận điều khiển và vỏ máy)

Gb = (0,4 - 0,48) G = (2,4 - 2,88) [Tấn];

Ngoài các chi tiết như máy xúc thông thường, máy xúc lội nước mà tácgiả đang tiến hành nghiên cứu còn có thêm bộ phận tăng tầm với, khối lượng lấygần đúng như sau:

Gtb = 0,7Gt = 0,21 [Tấn];Chọn loại đất đặc trưng mà máy xúc lội nước hay làm việc là đất ngậpnước, thông số về loại đất này được lấy từ thực nghiệm và theo bảng 2.1 tríchtrang 20[4]

Khối lượng đất trong gầu khi gầu đầy được tính đối với loại đất canh tác

có hệ số tơi kt=1,1, trọng lượng riêng  13(KN m/ 3) Suy ra khối lượng đất

trong gầu là:

Phân loại đất, trọng lượng riêng và hệ số tơi Bảng 2.1Loại

Trọng lượng riêng

 (kN/m3)

Hệ số tơiKt

I Than bùn, đất canh tác, cát,

á cát

5,87 – 11,714,7 – 18,7

1,2 – 1,31,08 – 1,2

Trong đó: V là dung tích gầu xúc [m3];

Trọng lượng của gầu đầy đất là

Ggd = Gg + Gd = 0,25 + 0,43 = 0,68[Tấn];

Các khoảng cách từ các điểm tác dụng lực của Gdt và Gb đến tâm quay của

cơ cấu quay sàn không thay đổi trong quá trình máy làm việc và có giá trị:

Máy xúc lội nước có thể làm việc trong các môi trường khác nhau Môitrường cạn hoàn toàn và môi trường nước nông, ngoài lực đẩy nổi của nước tácdụng lên phao, phao còn chịu áp lực của nền đất nơi máy làm việc Riêng trườnghợp máy làm việc trong điều kiện nổi hoàn toàn, ngoại lực từ môi trường tácdụng lên phao lúc này chỉ có lực đẩy nổi (nếu ta bỏ qua ảnh hưởng không nhiềucủa sóng, gió tác dụng lên phao) Vì vậy, tính toán kích thước phao được thựchiện trong điều kiện giả thiết là máy làm việc nổi hoàn toàn ở trạng thái tĩnh

(2.2)Trong đó:

h là độ cao ngập trong nước của phao [m];

S là diện tích tiết diện mặt cắt ngang của phao [m2];

nc là khối lượng riêng của nước [kg/m3];

Nếu giả sử độ dự trữ nổi của máy là 30% như trên thì ta chọn:

h = 0,7.H [m];

Trong đó: H là chiều cao của phao [m];

Điều kiện nổi của máy:

Từ S = L.B suy ra L.B = 5,3 Chọn B = 1,15m ta tìm được L = 4,6m

2.2 Thiết kế phao xích máy xúc lội nước

2.2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế phao xích

Phao xích của máy xúc lội nước về cấu tạo chung bao gồm cơ cấu dẫnđộng xích kéo, cùng với xích kéo và phao nổi Tùy theo kích thước phao mà cóthể chia phao ra thành ba, bốn ngăn độc lập hoặc nhiều hơn Về cơ bản, lựa chọnphương án thiết kế phao xích là lựa chọn loại xích dẫn động, số lượng dải xích

tựa Sự phân biệt các loại khung gầm khác nhau chủ yếu xuất phát từ đặc điểmcủa xích dẫn động Số lượng dải xích tựa phụ thuộc vào kích thước của phaoxích cần thiết kế.

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại kết cấu khung gầm khác nhau, bàitoán thiết kế mà tác giả đang tiến hành là bài toán thiết kế theo mẫu Do vậy,phân tích một số kết cấu khung gầm là nội dung cần thiết để lựa chọn kết cấuphao xích thiết kế

Trên hình 2.1 là kết cấu phao xích thông dụng nhất, sử dụng ba dải xíchtựa gắn với ba bánh sau chủ động và dẫn động bằng mô tơ thủy lực

Hình 2.1 Phao xích có ba dải xích tựa

Sử dụng ba dải xích tựa áp dụng với những phao xích có kích thước lớn,

độ dài thanh ngang xích ≥ 1,5m do quá trình di chuyển của máy tạo momen gâyuốn lớn cho các thanh ngang xích Sử dụng ba dải xích tựa đồng nghĩa với việccần có ba bánh sao chủ động và bị động và ba gờ lăn của con lăn xích trên phao,làm khối lượng của phao xích tăng lên Tuy nhiên hiệu quả mang lại của nó làgiúp tăng độ cứng vững cho các thanh ngang xích góp phần làm tăng tuổi thọcủa phao nói chung

Loại khung gầm thứ hai cũng được dùng phổ biến chỉ có một dải xích tựa,được sử dụng trên máy xúc Big Float 16.36 dựa trên nền cơ sở của máy xúcHyundai Robex R210LC-7 (hình 2.2)

Hình 2.2 Máy xúc Hyundai Robex R210LC-7

Dải xích tựa này có bề rộng tương đối lớn, xích có kết cấu gần giống vớidải xích của các máy xúc thông thường Các gờ nổi trên bề mặt các lá xích giúptăng độ bám của máy khi di chuyển Nhược điểm của xích loại này là giá thànhcao và rất nặng, việc thay thế sửa chữa gặp khó khăn hơn so với khi sử dụngnhiều dải xích tựa có kích thước nhỏ

Trên cơ sở tính toán sơ bộ kích thước phao trong phần trên và tham khảocác kết cấu máy ngoài thực tế, tác giả lựa chọn phương án thiết kế phao xích baogồm hai dải xích tựa, cụ thể sẽ được trình bày trong nội dung tiếp theo

2.2.2 Đặc điểm một số chi tiết, kết cấu của phao xích

Phao xích vừa đóng vai trò là cơ cấu di chuyển của máy và là cơ cấu gâynổi khi máy làm việc ở môi trường nước Một phao xích hoàn chỉnh gồm cóphần phao nổi và phần xích cùng với hệ thống các bánh sao chủ động và bị độngdẫn động bởi mô tơ thủy lực di chuyển

Phao là cơ cấu gây nổi chính (hình 2.3), thiết kế theo kiểu hộp không gianrỗng gồm có các tấm thép bao kín bên ngoài khung thép kết cấu hay khungphao Phao được bố trí thành ba ngăn nằm độc lập hoàn toàn với nhau Việc làmnày có ý nghĩa nhất định; trong quá trình máy làm việc dưới nước, giả sử có mộtkhoang bị rò, nước sẽ không tràn sang các khoang khác; mặt khác, chính các

tấm ngăn giữa các phao cũng tham gia vào việc tăng cường khả năng chịu lựccủa phao.

Hình 2.3 Phao nổi chưa ghép xích

Phần đầu phao, bố trí đặt các mô tơ thủy lực dẫn động cơ cấu di chuyển,phần cuối phao là cơ cấu căng xích đồng thời giữ vai trò là một bộ phận của cụmbánh sao bị động Tại các gờ lăn của con lăn xích bên ngoài phao, ta gia cố thêmcác thanh thép mỏng hình chữ nhật để tăng khả năng cững vững cho phao đồngthời làm giảm ảnh hưởng của sự mài mòn do sự cọ xát giữa con lăn và gờ phaotrong quá trình làm việc của máy

Phao xích được liên kết với phần thiết bị tựa quay bởi hai xà đỡ Hai phao

có thể trượt dọc trên xà đỡ nhờ hai xi lanh đẩy phao Vì thế, trên mỗi phao cóhai ống thép để đỡ xà đỡ Hai ống thép này có chiều dài bằng chiều rộng củaphao, được gia cố chắc chắn và hàn kín khít bên trong phao, theo phương chiềurộng của phao, đảm bảo không cho nước lọt vào trong khoang giữa của phao

Cơ cấu căng xích (hình 2.4) gồm có một ổ bi đỡ có dạng bi đũa và hệthống các bulong và đai ốc để bắt chặt trên đế tựa trên phao Đế tựa có dạngmáng để cơ cấu căng xích có thể trượt dọc trên đế tựa khi điều chỉnh

Hình 2.4 Cơ cấu căng xích

Bánh sao chủ động (hình 2.5) được hàn trên trục chủ động và bắt chặt vớimay ơ chủ động bằng các bu lông Bánh sao chủ động cùng với trục chủ độnglàm nhiệm vụ dẫn động xích di chuyển

Khung phao (hình 2.6) được thiết kế với nhiệm vụ là phần chịu lực chínhcủa phao Hình dáng của khung phao quyết định hình dáng của phao Yêu cầu

về hình dáng của phao phải đảm bảo có hình dáng thủy động học tốt để giảm sứccản khi máy di chuyển dưới nước, tạo điều kiện thuận lợi để các dải xích chuyểnđộng

Hình 2.6 Kết cấu khung phao

Khung phao bao gồm các thanh thép định hình được hàn với nhau Tiếtdiện ngang của các thanh thép có dạng chữ L, Z, V hoặc hình vành khăn Mỗikhoang trên khung phao sẽ được gia cố thêm các thanh chống dọc và ngangbằng thép định hình cùng với các thanh giằng chéo dạng ống thép được thiết kế

để đảm bảo tăng độ cứng vững của khung phao Hai vị trí để đỡ xà đỡ, sau khitính toán bền ta có thể gia cố thêm các thanh chống dọc với nhiệm vụ chính là

đỡ được trọng lượng của toàn bộ phần bên trên của máy thông qua xà đỡ thay vìdùng các tấm bao kín để đỡ phần trọng lượng đó Kích thước và loại thép đượcchọn trước sau đó kiểm nghiệm lại phần mềm để đảm bảo điều kiện bền và chịulực, nếu không đủ sẽ tiến hành chọn lại đến khi đủ thì thôi Phao được thiết kếđối xứng qua mặt phẳng tiết diện ngang chính giữa của phao

Trong mô hình kết cấu khung phao (hình 2.6 ), mỗi đoạn thẳng sẽ tươngứng với một thanh thép định hình V, L, Z hoặc tiết diện hình vành khăn Kíchthước và tiết diện cụ thể của các thanh tại mỗi vị trí như sau:

Tiết diện của các dầm làm giá tựa cho các con lăn của xích tựa chuyểnđộng bốn xung quanh phao và tạo nên hình dáng của phao là hình chữ Z, kíchthực mặt cắt như hình 2.7 Diện tích F1 = 6,08.10-4 m2

Hình 2.7 Kích thước tiết diện thép chữ Z

Các thanh chống dọc và ngang ở hai đầu ngoài cùng của phao có tiết diệnhình chữ V, kích thước mặt cắt như hình 2.8 Với thông số mặt cắt diện tích F2 =9,24.10-4 m2

Hình 2.8 Kích thước tiết diện thép chữ V8

Các thanh chống dọc và ngang còn lại cũng có tiết diện hình chữ V nhưngkích thước nhỏ hơn, được biểu diễn trên hình 2.9, thông số của mặt cắt là diện tích F3 = 3,04.10-4 m2

Hình 2.9 Kích thước tiết diện thép chữ V4

Các thanh giằng chéo giúp tăng cường độ cứng vững cho khung phao cótiết diện hình vành khăn như hình 2.10.

Thông số mặt cắt là diện tích F3 = 1,623.10-4 m2

Hình 2.10 Kích thước tiết diện thép dùng làm thanh giằng

Khung phao được bao kín bên ngoài bằng thép tấm tạo nên phần vỏ củaphao nổi, đảm bảo cho máy làm việc trong nước mà không bị nước tràn vào cáckhoang phao Giữa các khoang cũng được ngăn cách nhau bằng các tấm théphàn kín vào khung và phần vỏ để tránh lọt nước qua các ngăn Phần đáy phao làphần làm việc nặng nhọc nhất của phao do thường xuyên tiếp xúc với các môitrường khác nhau, thường xuyên cọ xát với đất đá gây mài mòn lớn nên đượcgia cố thép tấm dày hơn so với các phần còn lại Thép tấm sử dụng có độ dày3mm

Dải xích vừa đóng vai trò giúp máy di chuyển trong các môi trường, vừagóp phần tăng khả năng nổi của máy trong điều kiện làm việc ở môi trườngnước Dải xích hoàn chỉnh bao gồm các thanh tì ngang được bắt bu lông vào dảixích đỡ thông thường được lấy theo tiêu chuẩn Tùy theo số lượng bánh sao chủđộng, ta có thể có hai hoặc ba dải xích đỡ Có nhiều hãng sản xuất xích phục vụcho ngành máy xây dựng, tuy nhiên xích truyền động trong máy xúc lội nướcthường được lựa chọn theo các xích tiêu chuẩn có sẵn của hãng Hitachi Với dảixích tựa của phần phao xích máy xúc lội nước mà tác giả đang nghiên cứu thiết

kế, loại xích lựa chọn là xích K-2 attachment (hình 2.7) do hãng Hitachi sản xuất

có các thông số như sau:

F (mm) 70

Khối lượng 1m chiều dài (kg/m) 6

Hình 2.7 Thông số kỹ thuật xích K-2 attachment

Thanh ngang tì có dạng hình hộp chữ nhật rỗng (hình), vừa là chi tiết tạonên lực bám chính để máy di chuyển, vừa là chi tiết gây nổi phụ của phao xích.Các thanh ngang tựa được liên kết với xích tựa bằng các bu lông bắt chặt Đầucác bu lông này được bắt chìm vào trong thanh ngang tì để hạn chế mài mòn khitiếp xúc với môi trường nhiều hạt mài Hai đầu thanh ngang có các gờ nổi đểtăng độ bám với nền

Hình 2.8 Thanh ngang tì và liên kết thanh ngang tì với xích tựa

2.2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo phao xích

Quá trình làm việc của phao, bề mặt ngoài của các tấm thép bao kín chịu

áp lực của nước gây ra ứng suất kéo, uốn Ngoài ra còn chịu mài mòn do tiếpxúc với môi trường làm việc có nhiều hạt mài, đặc biệt là phần tấm ở dưới đáyphao Phần khung phao là phần chịu lực chính, các thanh chịu ứng suất kéo, nén,uốn, xoắn trong đó chịu kéo, uốn là chủ yếu Trên cơ sở nghiên cứu tính chất củacác loại vật liệu và tham khảo các máy xúc đang được sử dụng hiện nay trên thếgiới, ta chọn vật liệu chế tạo tấm và khung phao là thép C45 Đây là mác thépthông dụng, sẵn có và được sử dụng phổ biến trên thị trường

Loại thép này có đặc điểm chính là:

- Chịu tải trọng tĩnh và tải trọn va đập tốt

- Nhờ sự thường hóa thép sẽ đảm bảo độ cứng vững, độ bền tĩnh,tính dẻo dai và giảm được sự tập trung ứng suất, hạn chế các vết nứt tế vi

- Giới hạn chảy của thép đạt 26 KN/cm2

2.3 Xác định khối lượng phao xích

Gọi mp là khối lượng của 1 bên phao, khối lượng này được tính như sau:

mp = k.δt.γt.2( L.B + B.H + H.L ) (2.4)

mp = 1,8.0,002.7,85.2.(4,6.1,15+1,15.1+1.4,6) = 0,625 [Tấn]Trong đó:

+ k là hệ số kể đến kết cấu của phao xích; chọn k=1,8;

+ δt là độ dày của thép tấm bao bên ngoài; δt = 2[m];

Tổng khối lượng của các thanh ngang xích:

Loại xích tựa ta chọn là xích K-2 attachment do hãng Hitachi sản xuất

với khối lượng trên một mét chiều dài là: q = 6 [kg/m]

Từ đó, khối lượng của 2 dải xích tựa của một bên phao là:

2.4 Hình ảnh mô phỏng một số chi tiết, cụm cơ bản của máy xúc lội nước

Để tiến hành tính toán ổn định máy, việc mô phỏng kết cấu các chi tiết,cụm cơ bản của máy cơ sở ngoài thực tế trên môi trường đồ họa là việc làm cầnthiết để khai thác các số liệu tính toán khi ngoài thực tế không thể tiến hành

được Các phần mềm thiết kế 3D hiện nay có rất nhiều, ví dụ như: Inventor,Solid Work, CAD 3D, Revit Architecture, AutoLISP, 3Ds Max… mỗi phần mềmđều có tính ưu việt nhất định.

Trong đồ án, tác giả sử dụng phần mềm Inventor 2012, là phần mềm thiết

kế mô hình hình học 3D, trợ giúp thiết kế cơ khí sử dụng công nghệ tham số,một công nghệ tiên tiến nhất hiện nay Dưới đây là một số kết quả mô phỏng cácchi tiết, cụm cơ bản của máy trên môi trường Inventor 2012:

Hình 2.11 Tay gầu Hình 2.12 Gầu xúc

Hình 2.13 Gân trên xà đỡ Hình 2.14 Gân dưới xà đỡ

Hình 2.15 Bánh sao bị động Hình 2.16 Bánh sao chủ động

Hình 2.23 Lắp ghép cụm khung gầm + phao xích

Hình 2.24 Lắp ghép cụm công tác

Hình 2.25 Tổng thể lắp ghép hoàn chỉnh máy xúc lội nước

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁY XÚC LỘI NƯỚC

1 Giới thiệu về tính ổn định tổng thể của hệ

Kiểm tra độ ổn định của máy xúc lội nước được tiến hành tại vị trí bất lợinhất mà máy đang làm việc hoặc di chuyển Ngoài trọng lượng kết cấu của máycòn có các ngoại lực khác tác dụng vào máy như: lực cản cắt đất, lực do gió, lực

ly tâm khi máy quay, lực do sóng, các lực ngẫu nhiên tác động vào máy…

Nguyên tắc chung để tính ổn định cho máy xúc lội nước là xác địnhmomen chống lật hay momen giữ cho máy ổn định và các momen gây lật hoặcnghiêng máy do các lực tác dụng lên máy gây ra Tỉ số giữa hai momen này gọi

là hệ số ổn định Khi máy xúc lội nước làm việc độc lập hoàn toàn trên cạn haynổi không hoàn toàn thì hệ số ổn định của hệ được xác định theo lý thuyết ổnđịnh của máy xúc thủy lực một gầu (Tài liệu tính toán máy thi công đất – Lưu

Bá Thuận) và tính theo biểu thức:

1,15

p n

M k M

(3.1)Trong đó:

k - là hệ số ổn định;

phương ngang Trường hợp bất lợi nhất là mất ổn định theo phương ngang domáy có khả năng quay toàn vòng

2 Một số giả thiết đặt ra khi tính toán ổn định máy

Giả thiết trong bài toán tính ổn định ngang, máy làm việc ở tư thế cần vàtay gầu có phương vuông góc với phương dọc chiều dài của phao; trong bài toántính ổn định dọc, cần và tay gầu song song với trục dọc của hai phao; trong cảhai trường hợp, coi trục quay của máy trùng với đường tâm của hệ phao xíchtheo phương thẳng đứng

Trong quá trình tính toán, giả thiết chỉ xem xét trong trường hợp máy làmviệc ở chế độ tải tĩnh Bỏ qua các lực quán tính khối lượng trong quá trình mởmáy, lực quán tính của thiết bị công tác gồm cần, tay gầu, gầu cùng với lực quántính của phần đối trọng khi quay máy trong quá trình làm việc Giả sử lực giótác dụng theo phương vuông góc với mặt chắn gió, các thành phần chịu tác dụngnhiều nhất của lực gió là cabin, cần, tay cần Coi ảnh hưởng của lực gió và sóng

là không đáng kể, quá trình tính toán, ta nhân thêm hệ số để kể đến ảnh hưởngcủa các thành phần này

Máy xúc lội nước có thể làm việc ở nhiều chế độ khác nhau Trong phạm

vi có hạn về trình độ và thời gian, sự phù hợp về nhu cầu sử dụng máy trên thực

tế , đề tài chỉ nghiên cứu tính toán ổn định ngang của máy trong trường hợp tảitĩnh ở hai chế độ làm việc là trên cạn hoàn toàn và nổi không hoàn toàn Nổikhông hoàn toàn nghĩa là khi máy làm việc ở những khu vực nước nông, phaongập không hoàn toàn, đáy phao vẫn chạm đất

3 Tính toán ổn định ngang trong trường hợp máy xúc lội nước làm việc trên cạn hoàn toàn

1 Trường hợp máy xúc lội nước làm việc trên mặt phẳng ngang

ở cuối giai đoạn đào đất

Xét hệ máy xúc lội nước khi làm việc ở trên cạn hoàn toàn trong trạngthái máy làm việc trên mặt phẳng ngang ở cuối giai đoạn đào và tích đất vào gầu(hình 3.1) Ở vị trí này, cần và tay gầu vuông góc với chiều dài của phao, gầu đãtích đầy đất Trọng lượng gầu bao gồm trọng lượng bản thân và trọng lượng củađất bùn Góc nghiêng của cần so với phương ngang là nhỏ nhất Hai phao nằmcách xa nhau nhất, khoảng cách giữa hai mép trong của hai phao là LB = 1,5m.Máy có thể lật quanh điểm O trên hình vẽ

Hình 3.1 Sơ đồ tính ổn định ngang khi máy làm việc trên cạn hoàn toàn

ở cuối giai đoạn đào và tích đất

Chọn hệ trục tọa độ Oxyz có các phương được biểu diễn trên hình 2.19.Trong đó trục Oy có phương trùng với chiều dọc của phao, Ox và Oz lần lượttheo các phương ngang và phương thẳng đứng Gốc tọa độ O trùng với điểmchính giữa mép ngoài của phao bên phía máy có nguy cơ bị lật

Như vậy, có thể tóm lại điều kiện để tính ổn định trong trường hợp này là:

lực có nguy cơ gây lật máy bao gồm trọng lượng của các thiết bị công tác, lựccản đào và trọng lượng của lượng đất có trong gầu Coi quá trình cắt đất, rănggầu không gặp các vật cản đột ngột.

Lực tạo ra momen chống lật bao gồm trọng lượng của các phao xích Gp,trọng lượng của bàn quay và các cơ cấu quay Gb, trọng lượng của đối trọng

Lực cản đào xác định theo công thức của Dombropxki

Hđ là chiều cao đào lớn nhất của máy:

Hđ = 3,0 [m];

kt là hệ số tơi của đất, chọn kt = 1,1 (theo bảng 2.1 với loại đất canhtác cấp 1);

k là lực cản đào riêng hay hệ số lực cản đào, k = 12.104 N/m2 (lấytheo bảng 1-3[4] với loại đất cấp I);

q là dung tích hình học của gầu, q = 0,3 [m3];

b là chiều rộng phoi cắt lấy gần đúng bằng chiều rộng của gầu [m];

Ta tính được lực cản đào có hướng thẳng đứng từ trên xuống và có giá trị:

L’’ là khoảng cách giữa hai mép ngoài của hai phao ở vị trí xa nhau nhất [m];

Các giá trị này được lấy theo điều kiện tính ổn định của máy ở trên như sau:

2,59

1, 2.

p n

M k

M

Xét hệ máy xúc lội nước làm việc nghiêng một góc α so với mặt phẳng ngang trên cạn hoàn toàn trong môi trường đất mềm nhão (hình 3.2).

Hình 3.2 Sơ đồ tính ổn định ngang khi máy làm việc nghiêng góc α trên cạn hoàn toàn

Một số giả thiết tính toán như sau:

+ Coi như nền đất đã đạt độ lún tới hạn, máy chỉ quay trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với phương chiều dài của phao và có khả năng dễ lật nhất quanh tâm O;

+ Bỏ qua ảnh hưởng của các lực quán tính, lực gió của các bộ phận khi quay máy; + Máy đã kết thúc quá trình cắt đất, lúc này gầu đầy đất và máy đang xả đất ở tầm với

xa nhất.

Gọi Gp1 là trọng lượng của phao bên phía thiết bị công tác, Gp2 là trọng lượng của phao còn lại (Gp1

= Gp2 = Gp ) thì momen giữ và momen gây nghiêng máy được tính như sau: