Luận văn tốt nghiệp: Thiết kế máy bứng cây xanh trong môi trường đô thị

Luận Văn Tốt Nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BỨNG VÀ DI DỜI CÂY XANH 1.1 Nhu cầu sử dụng máy bứng xanh 1.1.1 Lợi ích xanh Từ lâu người xanh có mối quan hệ hỗ tương, xanh cung c ấp cho khí O2 để thở hấp thụ khí CO trình hoạt động thải Cây xanh thành phần quan tr ọng s ống Nó khơng ch ỉ đem lại bóng mát, làm đẹp cảnh quan mà hết xanh cịn ều hịa khí h ậu giúp cho khơng khí lành, làm bầu khí quy ển Cây xanh nhà máy c ải tạo chất lượng khơng khí cho chúng sống cách l ọc tất bụi có hại cho phổi Cùng với việc làm giảm nhi ễm s dụng xanh giải pháp hiệu việc bảo vệ mơi trường Vì xanh ví phổi trái đất Những năm gần đây, nghiên cứu lâm nghi ệp đô thị cho thấy xanh đô thị có giá trị gấp nhiều lần khơng v ật ch ất hữu hình mà cịn vật chất vơ hình so với chi phí tr ồng, chăm sóc b ảo v ệ Đ ối với đô thị, xanh đô thị xem yếu tố phản ánh trình độ văn minh thị Trồng xanh đô thị, xung quanh khu dân c hay khu công nghiệp để che nắng, giảm lượng xạ mặt trời, giảm tiếng ồn bụi, đồng thời tạo thẩm mỹ cho cảnh quan môi trường cơng trình ki ến trúc 1.1.2 Nhu cầu sử dụng máy bứng xanh công tác quy hoạch đô thị Như trình bày trên, xanh quan trọng đối v ới đối v ới ng ười Đặc biệt vùng đô thị đơng người, nhi ều khói bụi ti ếng ồn xanh trở nên vô cần thiết Mặt khác đất nước b ước vào th ời kỳ đổi mới, tình hình thị hóa diễn nhanh chóng kh ắp đ ất n ước Đơ thị hóa gắn liền với quy hoạch thị cách hợp lý khoa h ọc d ảm b ảo lợi ích cho người dân việc trồng xanh đô thị tr nên vô quan trọng Vấn đề đặt trồng xanh thật nhanh đ ảm bảo phát triển tốt Hãy tưởng tượng trồng xanh n đó, tập trung lại nên cơng chăm sóc tưới tiêu thuận tiện cậy lớn nhanh R ồi GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp lớn, bứng xanh lên di dời đến nới ta cần tr ồng ch ẳng hạn nh đường xây, công viên xây m ột dãy ph ố đ ược m ọc lên mà chưa có bóng mát xanh thật tuyệt vời Thay xây dựng đường xá xong trộng cây, nhỏ sức ch ịu dựng kém, l ại n ằm r ải rác dường tốn cơng chăm sóc tưới tiêu, cậy ch ậm l ớn ho ặc ch ết Vậy di dời lớn tới trồng vào đường m ới sao? Vì lớn nên cơng chăm sóc h ơn, khơng s ợ ch ết ệt v ời nh ất ta có đường với xanh hai bên Nhưng việc bứng xanh lớn đến nơi khác không ph ải đ ơn gi ản Hiện thành phố lớn nước ta, việc bứng trồng xanh cịn thực phương pháp thủ cơng cụ thể sau: Đầu tiên công việc bứng dụng cụ cầm tay cần từ đến người Hình 1.1: Bứng thủ cơng Kế đến phải bó bầu lại GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.2: Bó bầu Tiếp theo vận chuyển đến nơi cần trồng Hình 1.3: Dịch chuyển cơng trình Và cuối trồng xuống vị trí mong muốn GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.4: Trồng xuống vị trí mong muốn Như ta thấy việc dùng phương pháp thủ công vất vả, nhiều thời gian công sức mà suất hiệu công vi ệc lại không cao V ậy vấn đề tạo máy có th ể thay th ế ng ười làm nh ưng công việc cách dễ dàng, nhanh chóng hi ệu cao Su ất phát t nhu cầu mà máy bứng đời GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.5: Máy bứng trồng xanh tự động Ngồi cơng tác quy hoạch thị, có vấn đ ề gây lãng phí tài ngun việc phá bỏ xanh bị trồng sai vị trí quy hoạch l ại tồn khu thị khu dân cư mà ph ải phá b ỏ tất c ả xanh Việc thật lãng phí nguồn tài ngun xanh Thay pha b ỏ b ứng xanh nơi khác, đến nơi cần trồng xanh nh nêu ta v ừa khơng thêm thời gian công sức để trồng xanh lại vừa khơng ph ải phá bỏ xanh Với nêu cần thiết phải có chi ếc máy có th ể b ứng dịch chuyển xanh từ nơi sang nơi khác, thay th ế s ức l ực người, thực cơng việc dễ dàng nhanh chóng hiệu Tình hình phát triển sử dụng máy bứng di dời xanh 1.2 Hiện số quốc gia phát tri ển người ta áp dụng rộng rải máy bứng vào công tác xây dựng đô thị vào nhu c ầu cu ộc s ống hàng ngày Nhiều công ty chuyên giải pháp đô thị nghiên cứu thi ết k ế nhi ều máy bứng cụ thể như:  Công ty Arbor Co Australia với máy bứng gàu xúc: Arbor Co 2100 Super Spade GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.6: máy bứng Arbor Co 2100 Super Spade Ưu điểm: • Có thể bứng vận chuyển lớn với tầm cao 4m đến 5m đường kính thân khơng q 20cm • Với gàu xúc nên lực xúc giảm gàu phận tạo lực nhỏ gọn • Hệ thống thủy lực kết hợp cấu vít me để tạo lực nên lực xúc mạnh mẽ, sử dụng để bứng trồng loại đất cứng • Phần rễ lấy đạt từ 80% đến 90% kết cấu gàu múc hình bầu dục gàu múc dài nên cắm sâu xuống đất Nhược điểm: • Được thiết kế gắn xe tải khơng vào địa hình nhiều chướng ngại vật, thích hợp di dời xanh thị • Thiếu phận che chắn nên cây, đât rơi vãi đường GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp • Do phận bứng đặt sau xe gây khó quan sát để định vị v ị trí xe cho xác trước bứng cách trôi chảy cần đến người thực  Công ty Dutchman Canadian với máy gàu xúc Dutchman 100- inch TruckSpade Hình 1.7: máy bứng Dutchman 100-inch TruckSpade Ưu nhược điểm: Tương tư máy nhiên khác chỗ máy sử dụng gàu xúc nên nhược điểm cần cung cấp lực lớn gàu ngược lại với thiết kế gàu xúc máy chi tiết dễ điều khiển  Cũng công ty Dutchman với máy khác John Deere744 J gàu xúc Takeuchi TL 130 gàu xúc GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.8: máy bứng John Deere744 J Takeuchi TL 130 Ưu điểm: • Với thiết kế phận bứng phía trước xe nên cần người điều khiển • Được gắn xe kéo cỡ nhỏ nên vào nơi nhiều chướng ngại vật Nhược điểm: • Di chuyển chậm gắn xe kéo • Chiếc Takeuchi TL 130 với thiết kế gàu xúc dạng thẳng nên thể tích rễ xúc nhỏ  Chiếc Big Mega Machines Super Tree Spade Canadian sản xuất với gàu xúc: GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.9: Big Mega Machines Super Tree Spade Ưu điểm: • Bứng cao lớn lâu năm • Thể tích đất rễ bứng lớn • Hành trình xi lanh thủy lực ngắn cho lực xúc mạnh mẽ Nhược điểm: • Cỗ máy cồng kềnh nên di chuyển địa hình phẳng khơng có chướng ngại vật, khơng thể di chuyển xanh thị • Do hành trình xy lanh thủy lực ngắn nên để hành trình gàu xúc dài người ta phải thay đổi vị trí khớp nối xy lanh thủy lực với gàu xúc nhiều lần gây thời gian GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Ngoài cịn nhiều loại máy bứng khác với kích thước hình dạng khác có chung nguyên lý hoạt động máy Với máy công việc di dời xanh trở nên dễ dàng nhanh chóng, cần người thực bứng di dời xanh lớn mà không làm ảnh hưởng đến phát triển 1.3 Nhiệm vụ thiết kế máy bứng di dời xanh Ở nước ta chưa thấy suất loại máy kỹ thuật di dời mẻ nước ta giá máy rẻ so với chi phí bỏ để di dời xanh phường pháp thủ công Tuy nhiên áp dụng máy vào công tác đô thị xây dựng cơng trình cơng việc di dời trở nên dễ dàng nhiều tiết kiểm sức lao động gấp nhiều lần Với nêu trên, cần thiết phải có máy để phục vụ nhu cầu xây dựng phát triển đô thị đât nước ta Từ vấn đề em ý tường tự thiết kế máy bứng di dời xanh dựa tham khảo loại máy có sẵn giới với hi vong góp chút sức lực nhỏ bé vào việc chế tạo, ứng dụng, phát triển máy đất nước ta công xây dựng phát triển đất nước GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 10 Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 3.20: Sơ đồ tính lực đẩy cần thiết xy lanh bứng Lực F lực tác dụng cần thiết xy lanh, P trọng lượng phận bứng bàu cây, N1 N2 phản lực lăn, Fms lực ma sát trượt lăn L = 950mm Xác định trọng tâm hệ phần mềm Inventor ta có D=1230mm Khối lượng phận bứng 1457kg, khối lượng bàu tính tốn 656kg P = 21130N Theo sơ đồ: ∑F y = ⇔ F = P+ F ms1 ∑F x = ⇔ N + Fms = N ⇒ Fms1 = Fms ∑ M A = ⇔ N L = P.D ⇒ N 1 = P.D 21130 ×1230 = = 27358N L 950 Vậy F = Fms1 + P = f N1 + P = × 0, 006 × 27358 + 21130 = 21458 N Với f = 0,006 hệ số ma sát lăn sắt sắt GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 48 Luận Văn Tốt Nghiệp 3.4 Tính lực tác dụng cần thiết xy lanh nâng hạ hệ thống Lực tác dụng xy lanh phải tạo moment l ớn moment trọng lực toàn máy bàu gây khớp quay O hình Từ mơ hình thiết kế sơ đưa sơ đồ tính sau: GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 49 Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 3.21: sơ đồ tính lực tác dụng xy lanh nâng hạ hệ thống G trọng tâm hệ Xác định khoảng cách d phần mềm Inventor ta có d=1014mm, khối lượng hệ bao gồm bàu 2446kg P = 24460N Góc β = 360 theo hình Vì hệ quay quanh tâm O nên: ∑ M O = ⇔ P.d = F2.e ⇔ P.d = F e.sin β P.d 24460 ×1014 ⇒F = = = 40730 N e.sin β 1036 × sin 360 GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 50 Luận Văn Tốt Nghiệp 3.5 Tính lực tác dụng cần thiết xy lanh chân đứng phụ Chân đứng phụ có vai trị giống điểm tựa để nhấc lên, phải chịu tồn khối lượng hệ thống khối lương bàu cây, lực đẩy xy lanh tạo phải đủ lớn để chống lại trọng lực Từ mơ hình thiết kế sơ có sơ đồ tính sau: Hình 3.22: sơ đồ tính lực tác dụng cần thiết xy lanh chân đứng phụ GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 51 Luận Văn Tốt Nghiệp N phản lực từ mặt đất có giá trị trọng lực hệ Như tính tốn cho xy lanh nâng hạ hệ trọng lực có giá trị 24460N, có hai chân phụ hai bên nên N = 12230N: Theo sơ đồ ta có: ∑ M O = ⇔ F c = N d ⇔ F c.cos α = N d ⇒F= 3.6 N d 12230 × 900 = = 21635 N c.cos α 510 × cos 40 Kiểm nghiệm bền cho trượt Hình 3.23: Thanh trượt Trạng thái chịu lực lớn trượt lúc vận chuy ển cây, có v ị trí hợp với phương ngang 170 thiết kế Từ có sơ đồ sau: GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 52 Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 3.24: phản lực trượt G trọng tâm của cụm bứng khoảng cách từ G đến A theo phương ngang xác định Inventor có giá trị s = 388mm Lực P trọng lực cụm có giá trị 21130N phần 3.3 đề cập Lực phân tích thành hai thành phần P1 P2 hình Xét lực theo phương X ta có: ∑FY =0 ⇔ P = N1 + N Xét moment quay quanh A ta có: − P.s −21130 × 388 = = −8630 N AB 950 ⇒ N1 = P − N = 21130 + 8630 = 29760 N ∑ M A = ⇔ P.s + N AB = ⇒ N 2 = Vậy sơ đồ lực tác dụng lên trượt sau : GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 53 Luận Văn Tốt Nghiệp Vì có trượt nên: 29760 N = = 14880 N 2 8630 By = N = = 4315 N 2 Ay = Dùng phần mềm Autodesk Simulation Mechanical 2014 tiến hành phân tích ứng suất chuyển vị trượt chịu tác dụng ngoại lực ta sau: Ứng suất: GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 54 Luận Văn Tốt Nghiệp Ứng suất lớn 327,7 N/mm2, chưa vượt ứng suất cho phép vật liệu nên ứng suất đảm bảo bền Chuyển vị: Chuyển vị lớn 2.5 mm nhỏ ảnh hưởng không đáng kể đến trình làm việc nên chuyển vị đảm bảo GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 55 Luận Văn Tốt Nghiệp CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CHO MÁY 4.1 Chọn xy lanh thủy lực cho phận công tác 4.1.1 chọn xy lanh đẩy gàu • • • Lực đẩy cần thiết xy lanh: F = 14234N Hành trình xy lanh: s = 788mm Vận tốc cần: v = 0.1m/s Dựa vào kết cấu khí thiết kế, khoảng cách thu ngắn xy lanh ngắn h ơn hành trình xy lanh nên ta chọn loại xy lanh cần đẩy dựa vào khoảng hành trình ta chọn lọai xy lanh hãng Dynamic Hydrofab đến từ Ấn Độ sau: Hình 4.1: Dynamic HydrofabTwo-Stage Hydraulic Tipping Cylinder Như xy lanh chọn ta có đường kính piston nhỏ d = 55mm Như áp suất cần thiết cung cấp cho xy lanh để tạo lực đẩy F là: P= F = µA F 14234 = = 6656856 N = 66, Bar m d ì 0.0552 0.9 × 4 Lưu lượng làm việc : Q = Av = GVHD: Trần Thiên Phúc πd2 π × 0.0552 v= × 0.1 = 2,376 ×10−4 m = 14, 25 l s ph 4 SVTH: Trần Mạng Tường Page 56 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 57 Luận Văn Tốt Nghiệp 4.1.2 chọn xy lanh mở hơng • • • Lực đẩy cần thiết xy lanh: F = 253.8N Hành trình xy lanh: s = 100mm Vận tốc cần: v = 0.08m/s Vì lực tác dụng khơng lớn khoảng hành trình xy lanh ngắn nên ch ọn lo ại xy lanh kích thước nhỏ có hành trình xy lanh 4in tương ứng với 101.6mm hãng Prince sau: Hình 4.2: Xy lanh số hiệu F150040 hãng Prince Như xy lanh chọn ta có đường kính piston d = 38.1mm Như v ậy áp su ất cần thiết cung cấp cho xy lanh để tạo lực đẩy F là: P= F = µA F 253,8 = = 247348 N = 2, 47 Bar m πd π × 0.03812 0.9 ì 4 Lu lng lm việc : πd2 π × 0.03812 Q = Av = v= × 0.08 = 9,12 × 10 −5 m = 5,5 l s ph 4 GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 58 Luận Văn Tốt Nghiệp 4.1.3 chọn xy lanh tạo lực bứng • • • Lực đẩy cần thiết xy lanh: F = 21458N Hành trình xy lanh: s = 1200mm Vận tốc cần: v = 0.1m/s Đối với khoảng hành trình xy lanh dài lực tác dụng tướng đối l ớn nên chọn loại xy lanh kích lớn với hành trình xy lanh 48in tương ứng v ới 1219.2mm hãng Prince sau: Hình 4.3: Xy lanh số hiệu B400480ABCA07B hãng Prince Như xy lanh chọn ta có đường kính piston d = 4in = 101.6mm Như v ậy áp suất cần thiết cung cấp cho xy lanh để tạo lực đẩy F là: P= F = µA GVHD: Trần Thiên Phúc F 21458 = = 2940826 N = 29, Bar m d ì 0.10162 0.9 ì 4 SVTH: Trần Mạng Tường Page 59 Luận Văn Tốt Nghiệp Lưu lượng làm việc : Q = Av = πd2 π × 0.10162 v= × 0.1 = 8,1×10 −4 m = 48, l s ph 4 4.1.4 chọn xy lanh nâng hạ hệ thống Lực đẩy cần thiết xy lanh: F = 20365N ( theo tính tốn F = 40730N dùng hai xy lanh nâng lúc nên lực xy lanh cịn lại nữa) • Hành trình xy lanh: s = 1200mm • Vận tốc cần: v = 0.1m/s • Ta thấy thơng số yêu cầu xy lanh tương tự xy lanh bứng chọn loại xy lanh kích lớn với hành trình xy lanh 48in tương ứng v ới 1219.2mm hãng Prince sau: Hình 4.4: Xy lanh số hiệu B400480ABCA07B hãng Prince GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 60 Luận Văn Tốt Nghiệp Như xy lanh chọn ta có đường kính piston d = 4in = 101.6mm Như v ậy áp suất cần thiết cung cấp cho xy lanh để tạo lực đẩy F là: P= F = µA F 20365 = = 2791030 N = 27,9 Bar m d ì 0.10162 0.9 × 4 Lưu lượng làm việc : πd2 π × 0.10162 Q = Av = v= × 0.1 = 8,1×10 −4 m = 48, l s ph 4 4.1.5 chọn xy lanh chân đứng phụ • • • Lực đẩy cần thiết xy lanh: F = 21635N Hành trình xy lanh: s = 226mm Vận tốc cần: v = 0.1m/s Đối với khoảng hành trình xy lanh ngắn lực tác dụng tướng đối lớn nên chọn loại xy lanh kích lớn với hành trình 14in tương ứng với 355,6mm hãng Prince sau: Hình 4.5: Xy lanh số hiệu SEA-63614 hãng Prince GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 61 Luận Văn Tốt Nghiệp Như xy lanh chọn ta có đường kính piston d = 3.5in = 89mm Như v ậy áp suất cần thiết cung cấp cho xy lanh để tạo lực đẩy F là: P= F = µA F 21635 = = 3864065 N = 38, Bar m d ì 0.0892 0.9 ì 4 Lưu lượng làm việc : πd2 π × 0.0892 Q = Av = v= × 0.1 = 6, ×10 −4 m = 37,3 l s ph 4 4.2 Chọn bơm thủy lực cho hệ thống GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page 62 ... Su ất phát t nhu cầu mà máy bứng đời GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.5: Máy bứng trồng xanh tự động Ngoài cơng tác quy hoạch thị, có vấn đ ề gây lãng... dụng máy bứng di dời xanh 1.2 Hiện số quốc gia phát tri ển người ta áp dụng rộng rải máy bứng vào công tác xây dựng đô thị vào nhu c ầu cu ộc s ống hàng ngày Nhiều công ty chuyên giải pháp đô thị. .. nhi ều máy bứng cụ thể như:  Công ty Arbor Co Australia với máy bứng gàu xúc: Arbor Co 2100 Super Spade GVHD: Trần Thiên Phúc SVTH: Trần Mạng Tường Page Luận Văn Tốt Nghiệp Hình 1.6: máy bứng