Bài viết nghiên cứu xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị để đảm bảo điều kiện làm việc ổn định trong quá trình làm việc, giúp cho việc thiết kế chế tạo và sử dụng trong nước, góp phần làm giảm ùn tắc giao thông ở các thành phố lớn.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA MÁY XÚC LẬT KHI DỊCH CHUYỂN DẢI PHÂN CÁCH PHỤC VỤ CHO VIỆC CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG Lưu Đức Thạch1* Tóm tắt: Hiện tượng ùn tắc phương tiện tham gia giao thông thành phố lớn nước ta nghiêm trọng Một giải pháp chống ùn tắc cục cao điểm chuyển dải phân cách từ đường ùn tắc sang phía đường thơng thống hơn, để giải nhanh chóng ùn tắc Các nước giới, đặc biệt nước Mỹ sử dụng giải pháp cách hiệu Ở Việt Nam chưa có loại thiết bị Vì vậy, việc nghiên cứu xác định thông số hệ thống thiết bị để đảm bảo điều kiện làm việc ổn định trình làm việc, giúp cho việc thiết kế chế tạo sử dụng nước, góp phần làm giảm ùn tắc giao thơng thành phố lớn Từ khóa: Dải phân cách; máy xúc lật; thiết bị; giao thông; dịch chuyển Research identifying stability conditions of the bucket excavator when the divided transferring conditions for road transfer Abstract: The traffic jams became more serious in big cities of Vietnam One of solutions to avoid local traffic jams in rash hours is to move the rigid lane from the jammed lane to the less jammed one and the jam traffics may be resolved In the world, especially in USA, this solution is already applied effectively In Vietnam, this problem is still not be paid appropriate attention Therefore, this study identifies the basic parameters of the equipment system to ensure stable working conditions, helps to design and to manufacture, to use in domestic, as well as to contribute to reduce traffic jams in big cities Keywords: Barrier; bucket excavator; equipment; transportation; displacement Nhận ngày 15/08/2017; sửa xong 15/09/2017; chấp nhận đăng 26/9/2017 Received: August 15th, 2017; revised: September 15th, 2017; accepted: September 26th, 2017 Mở đầu Các loại dải phân cách sản xuất từ bê tơng, nhựa, thép… để phân cách loại phương tiện lưu thông đường Thơng thường loại dải phân cách có kích thước lớn nặng đặt cố định đường, việc di chuyển chúng nhiều thời gian kinh phí cần phải bố trí lại đường Một giải pháp đơn giản, tốn để giải tình trạng ách tắc giao thơng cục tai nạn giao thông tuyến đường đặt dải phân cách di động thay cố định Vào cao điểm, dải phân cách di động dịch chuyển sang phần đường người để nới rộng phần đường đông phương tiện lưu thông Trên đường phố, đường cao tốc nước phát triển, việc đặt dải phân cách di động phổ biến Dải phân cách làm nhựa, có xe điều chỉnh vào vị trí mong muốn Trong di chuyển, người ta phân để bảo đảm an toàn cho người lưu thông Tuy nhiên, phương án có nhược điểm loại giải phân cách yếu không chống va chạm với xe lưu thông Tác giả C S Papacostas báo “Honolulu’s zipper lane: a moveable hove application” phân tích kết cấu dải phân cách bê tông phương pháp sản xuất chúng [1] Tác giả David Fajardo, Travis Waller báo “Dynamic Lane Reversal in Traffic Management” phân tích việc quản lý chuyển động tích cực giao thơng hiệu việc đạt đến 70% theo yêu cầu [2] Số lượng đường cao tốc Việt Nam ngày nhiều, chất lượng đường cao tốc ngày nâng cao Tuy nhiên, chưa có loại máy thiết bị dịch chuyển dải phân TS, Khoa Cơ khí Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng * Tác giả E-mail: luuducthach@gmail.com 136 TẬP 11 SỐ 09 - 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG cách nước ngồi Cũng chưa có nghiên cứu khoa học đề cập đến Mặt khác tình trạng ùn tắc giao thông cao điểm đường giao thông quan trọng, khu đô thị lớn, trạm thu phí thường xun xảy Vì vậy, cần có nghiên cứu loại thiết bị để thiết kế, chế tạo vận hành nước Trong nghiên cứu tác giả đề cập đến chế độ làm việc chống lật chống xoay cho hệ thống thiết bị dịch chuyển dải phân cách Xác định điều kiện làm việc ổn định hệ thống thiết bị dịch chuyển dải phân cách 2.1 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống thiết bị Trên Hình thể sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống thiết bị dịch chuyển dải phân cách bao gồm: máy sở máy xúc lật có hệ thống di chuyển kiểu xích cao su 1, khung nâng cần nâng tay cần 4, thông qua thiết bị kẹp để nâng dải phân cách 11 lên cách mặt đường từ 0.15÷0.2m Thiết bị kẹp có lăn tỳ lăn đỡ nghiêng cao su giúp kẹp vào dải phân cách nhờ xi lanh cho dải phân 11 cách trượt lăn dễ dàng Dải phân cách 11 làm thành khối, khối liên kết với khớp lề, phía đoạn dải phân cách có lắp bánh xe điều chỉnh cao độ lăn bề mặt đường Máy xúc lật nâng dải phân cách 11 di chuyền phía trước, đoạn dải phân cách 11 lần lược nâng lên kéo dịch chuyển từ vị trí đặt dải phân cách từ sang Máy xúc lật; Khung nâng cần; Cabin điều khiển; Tay cần nâng dải phân cách; Thiết bị kẹp dải phân cách; Xi lanh kẹp; Càng kẹp động; 8, 10 Bánh xe dẫn hướng ngang; Bánh xe dẫn hướng nghiêng; 11 Dải phân cách thép Hình Sơ đồ cấu tạo nguyên lí làm việc máy Vấn đề đặt phải xác định khối lượng số lượng đoạn dải phân cách phù hợp với loại máy sở sẵn có đồng thời phải lựa chọn khoảng cách hợp lý từ đường tâm máy sở đến đường tâm dải phân cách phù hợp với tiêu chuẩn đường mà hệ thống thiết bị làm việc bình thường 2.2 Xác định điều kiện làm việc ổn định hệ thống thiết bị không bị lật nâng dải phân cách Hình Sơ đồ xác định điều kiện làm việc máy nâng dịch chuyển dải phân cách Giả sử máy xúc lật nâng dải phân cách nằm nghiêng so với phương ngang góc α, đồng thời chịu lực tác dụng gió thổi vào máy, cần, dải phân cách chịu tác dụng lực quán tính phanh, Hình Lúc máy xúc lật xoay quanh điểm O1 Hệ số ổn định làm việc tính sau: TẬP 11 SỐ 09 - 2017 137 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG đó: A chiều dài tay cần, m; b1 khoảng cách từ trọng tâm máy đến trọng tâm tay cần, m; b khoảng cách từ tâm máy đến xích, m; a khoảng cách từ điểm đặt W1 đến mặt đường, m; h khoảng cách tâm máy so với mặt đường, m; α góc nghiêng theo phương ngang mặt đường, độ; h1 khoảng cách từ tâm cần đến mặt đường, m; h2 khoảng cách từ trọng tâm dải phân cách đến mặt đường, m; h3 khoảng cách điểm đặt lực W2 so với mặt đường, m; L chiều dài dải xích, m; L1 khoảng cách từ trọng tâm máy đến điểm gần dải xích, m; L2 khoảng cách từ trọng tâm máy đến điểm xa dải xích, m; b1 khoảng cách từ trọng tâm máy đến trọng tâm cần, m; b2 khoảng cách từ trọng tâm máy đến điểm chịu tải theo phương ngang, m Hệ số ổn định đảm bảo thiết bị không bị lật nâng dải phân cách [3]: (1) đó: MGđ = Gx[b.cosα – h.sinα] moment giữ trọng lượng thân máy xúc lật theo phương đứng; Mt = Gt.Cosα(A – b) + Gt.Sinα.h2 moment lật trọng lượng dải phân cách tầm với làm việc; Mc = Gc.Cosα.(b1 – b) + Gc.Sinα.h3 moment sinh trọng lượng tay cần làm lật máy; Mw = W1a + W2h3 moment lật gió, với W1 lực gió lớn trạng thái làm việc tác dụng lên máy xúc lật, W2 lực gió lớn trạng thái làm việc tác dụng vào dải phân cách quy đầu cần; [3] mơ men qn tính dải phân cách phanh trình nâng hạ cần; Vh tốc độ hạ cần, m/s; t1 thời gian phanh trình nâng hạ, s; g gia tốc trọng trường, m/s2 Đảm bảo điều kiện không bị quay trượt mặt phẳng ngang: Để máy xúc lật di chuyển thẳng phía trước, khơng có xu hướng bị quay vòng mặt phẳng ngang làm việc lực lệch tâm nâng dịch chuyển dải phân cách, lực tác dụng gió thổi vng góc với hướng di chuyển máy, Hình Đồng thời máy làm việc với độ dốc theo phương ngang α theo hướng gây xoay, lúc máy xúc lật có xu hướng quay xung quanh điểm O2 Muốn hệ thống thiết bị ổn định chống xoay phải đảm bảo công thức sau [4]: ML ≤ MG (2) đó: ML moment gây ổn định quay vòng máy mặt phẳng ngang; MG moment chống lại việc quay máy theo phương ngang Lấy moment với điểm O2 ta xác định moment gây xoay vòng làm việc sau: ML = W.A + W3.L2 (3) đó: W lực cản dải phân cách tác dụng lên cần; W3 lực gió tác dụng lên cần dải phân cách làm việc theo hướng gây xoay vòng máy Theo [4], ta xác định moment chống xoay làm việc máy xúc lật (4) đó: μp hệ số cản quay vòng xích cao su mặt đường 2.3 Xác định thống số ban đầu hệ thống thiết bị dịch chuyển dải phân cách Để xác định lực cản hệ thống dải phân cách Gt dịch chuyển dải phân cách từ vị trí sang vị trí lên phận cơng tác máy, ta xây dựng mơ hình hệ thống dải phân cách Hình Trong OXYZ hệ tọa độ Đề Hình Sơ đồ xác định lực cản di chuyển dải phân cách tác động lên phận công tác máy 138 TẬP 11 SỐ 09 - 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Tổng lực cản tác dụng lên cần xác định theo cơng thức: đó: (5) lực cản nâng khối dải phân cách theo phương Z, N; WX, WY lực cản theo phương X phương Y khối dải phân cách tác động lên phận công tác, N; tổng lực cản ma sát khối dải phân cách lại di chuyển mặt đường tác động vào phận công tác, N; Gd trọng lượng đoạn dải phân cách, N; f hệ số ma sát bánh xe dải phân cách mặt đường; n số lượng dải phân cách nâng lên khỏi mặt đường; n1 số lượng dải phân cách dịch chuyển mặt đường Từ công thức mục 2.2 hình chung máy, ta tiến hành chọn loại máy xúc lật BOBCAT T870 có thông số sau: Công suất 74 kW, trọng lượng 85000 N, trọng lượng nâng kể gầu 40000N Và xác định số thông số ban đầu phận công tác máy sở sau: A=1.748m; b1=1.057m; b=0.97m; a=1.6m; h=1.38m; h1=1.21m; h2=0.803m; h3=1.15m; L=1.844m; L1=0.615m; L2=1.229m; b2=1.744m: Gd=4000N; Gx=85000N; Gc=3224.2N; W1=930N; W2=11874N; vh=0.1m/s; μp=0.85 Khảo sát xác định điều kiện ổn định làm việc hệ thống thiết bị 3.1 Sơ đồ khối khảo sát Đầu tiên, nhập thông số ban đầu để tính tốn xác định thành phần mơ men giữ mô men gây lật hệ thống máy xúc lật dải phân cách, kiểm tra hệ số ổn định nâng dải phân cách, xác định số lượng đoạn dải phân cách phù hợp với độ nghiêng bề mặt đường theo tiêu chuẩn Việt Nam Tiếp tục kiểm tra điều kiện làm việc chống xoay máy xúc lật dải phân chách di chuyển dải phân cách từ vị trí sang vị trí khác Trong trường hợp ta dùng biến giả định α1 thay cho biến α Hình Sơ đồ khối khảo sát điều kiện làm việc của hệ thống thiết bị 3.2 Khảo sát điều kiện làm việc chống lật chống xoay máy xúc lật nâng di chuyển giải phân cách Khi máy làm việc, bề mặt mặt đường nghiêng theo thiết kế nguyên nhân khác làm ảnh hưởng đến trình làm việc máy Vì vậy, cần phải khảo sát xác định lựa chọn thông số máy đảm bảo ổn định vùng làm việc cho phép, nhờ phần mềm mathematica 10.0 ta tiến hành khảo sát cho trường hợp ổn định chống lật theo phương ngang chống xoay theo phương đứng máy làm việc Nhận xét: Nhìn vào đồ thị Hình 5, ta thấy độ nghiêng α mặt đường khối lượng nâng dải phân lớn máy làm việc dễ ổn định Để máy đảm bảo an toàn so với độ nghiêng tiêu chuẩn mặt đường tất điều kiện làm việc [5] (độ dốc ngang mặt đường trung bình 0.860 - 1.20 theo TCVN 4054-2005 Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế) TẬP 11 SỐ 09 - 2017 139 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Hình Biểu đồ khảo sát tính ổn định máy theo phương ngang Hình Biểu đồ khảo sát ổn định máy chống xoay theo phương đứng Đường Tổng số lượng dải phân cách 18 khối; Đường Tổng số lượng dải phân cách 20 khối; Đường Tổng số lượng dải phân cách 22 khối; Đường Hệ số ổn định k = 1.15 Đường Tổng số lượng dải phân cách 18 khối; Đường Tổng số lượng dải phân cách 20 khối; Đường Tổng số lượng dải phân cách 22 khối; Đường Moment giữ máy khơng lật = 35266.5 N Nhìn vào đồ thị Hình 6, ta thấy tăng số lượng dải phân cách lên khả chống xoay giảm Khi góc ngiêng α mặt đường tăng lên làm giảm khả chống xoay máy Theo thiết kế ta chọn số lượng đoạn dải phân cách làm việc hợp lí theo góc nghiêng α đường Ta nên chọn số lượng dải phân cách 18 đến 20 đoạn giải phân cách Thảo luận Đối với loại dải phân cách trình bày sử dụng thị lớn đường quốc lộ, điểm giao cắt đồng mức để tránh ùn tắc giao thông cục vào cao điểm Trong báo lựa chọn loại máy xúc lật BOBCAT T870 để nâng từ 18 đến 20 đoạn dải phân cách, đoạn có chiều dài 4000mm có trọng lượng 4000N loại đường có góc nghiêng α theo TCVN 4054-2005 Tài liệu tham khảo Papacostasa C.S (2008), "Honolulu's zipper lane: a moveable barrier hove application", Issue Number: 606, Transportation Research Board, ISSN: 0361-1981 Matthew Hausknecht, Tsz-Chiu Au, Peter Stone (2011), “Dynamic Lane Reversal in Traffic Management”, in Proceedings of the 14th IEEE ITS Conference (ITSC 2011), Washington DC, USA Nguyễn Văn Hùng (2006), Máy xây dựng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Lưu Bá Thuận (2012), Tính tốn máy thi cơng đất, Nhà xuất Xây dựng TCVN 4054 (2005), Đường ôtô - yêu cầu thiết kế, Tiêu chuẩn ngành giao thông vận tải 140 TẬP 11 SỐ 09 - 2017 ... thống thiết bị không bị lật nâng dải phân cách Hình Sơ đồ xác định điều kiện làm việc máy nâng dịch chuyển dải phân cách Giả sử máy xúc lật nâng dải phân cách nằm nghiêng so với phương ngang góc... lượng dải phân cách 22 khối; Đường Hệ số ổn định k = 1.15 Đường Tổng số lượng dải phân cách 18 khối; Đường Tổng số lượng dải phân cách 20 khối; Đường Tổng số lượng dải phân cách 22 khối; Đường. .. sát điều kiện làm việc chống lật chống xoay máy xúc lật nâng di chuyển giải phân cách Khi máy làm việc, bề mặt mặt đường nghiêng theo thiết kế nguyên nhân khác làm ảnh hưởng đến trình làm việc máy