Nghiên cứu cơ sở khoa học tính toán, thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thế thi công trong điều kiện địa hình chật hẹp ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG TRẦN VĂN VIẾT NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ CĨ ƯU THẾ THI CƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH CHẬT HẸP Ở VIỆT NAM Ngành : Mã số : KỸ THUẬT CƠ KHÍ 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội - Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG TRẦN VĂN VIẾT NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỢP LÝ MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ CÓ ƯU THẾ THI CƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH CHẬT HẸP Ở VIỆT NAM Ngành : Mã số : KỸ THUẬT CƠ KHÍ 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM QUANG DŨNG Hà Nội – Năm 2020 -i- LỜI CẢM ƠN Lời xin bày tỏ kính trọng lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Quang Dũng, Trường Đại học Xây dựng trực tiếp hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Máy xây dựng, Khoa Cơ khí Xây dựng nhà khoa học Trường Đại học Xây dựng, Viện Cơ điện Nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch, Trường Đại học Giao thông Vận tải, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trường Đại học Công nghệ giao thông Vận tải, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiều nhà khoa học khác trực tiếp đọc góp ý vào nội dung luận án Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau đại học, Khoa Cơ khí Xây dựng, phịng nghiên cứu thực nghiệm khí, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi q trình nghiên cứu để hồn thành nhiệm vụ đạt kết mong muốn Cuối xin gửi lời cảm ơn tới thành viên gia đình, bố mẹ, anh chị em gia đình, bạn bè thân thiết tạo điều kiện động viên tơi để hồn thành luận án - ii - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ “Nghiên cứu sở khoa học tính toán, thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ có ưu thi cơng điều kiện địa hình chật hẹp Việt Nam” cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tất nội dung tham khảo kế thừa trích dẫn đầy đủ Người cam đoan Trần Văn Viết - iii - MỤC LỤC L L M Ờ ẢM ƠN …………………………………………… IC Ờ Ụ I CAM ĐOAN ……………………………………………………………… CL C Ụ …………………… DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU …………………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ………………….……………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………………… MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… Lý lựa chọn đề tài …………………………………………………… Mục đích, nội dung nghiên cứu ………………………………………… Đối tượng phạm vi nghiên cứu ……………………………………… Cơ sở khoa học……………………………………………………………… Phương pháp nghiên cứu …………………………………………………… Đóng góp luận án ………………………………………………… Cấu trúc luận án ……………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ………………… 1.1 Tình hình giới hóa thi cơng cơng tác đất điều kiện địa hình chật hẹp, lối vào nhỏ có khối lượng thi công nhỏ lẻ Việt Nam ………………… 1.2 Tổng quan máy đào cỡ siêu nhỏ ……………………………………… 1.2.1 Máy đào gầu cỡ siêu nhỏ ……………………………………………… 1.2.2 Máy đào cỡ siêu nhỏ có chế độ làm việc liên tục ………………………… 1.3 Tổng quan công trình nghiên cứu trình làm việc phận công tác máy đào đất ……………………………………………………………… 1.4 Công dụng yêu cầu máy đào cỡ siêu nhỏ cần thiết lập …… CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN CÔNG TÁC MÁY ĐÀO CỠ SIÊU NHỎ …………… - iv - 2.1 Nguyên tắc thiết lập máy đào cỡ siêu nhỏ đề xuất phương án phận cơng tác máy …………………………………………………………… 2.2 Phân tích cấu trúc q trình làm việc phận cơng tác ………………… 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học cho cơng đoạn cắt đất phận công tác …… 2.3.1 Nghiên cứu động học trình làm việc phận công tác …………… 2.3.2 Xác định thành phần lực cản cắt đất lưỡi cắt ………………… 2.3.3 Xác định thông số kỹ thuật (các thông số đầu ra) cho công đoạn cắt đất phận công tác ……………………………………………………… 2.4 Xác định thông số kết cấu hợp lý lưỡi cắt …………………………… 2.4.1 Đặt toán ………………………………………………………………… 2.4.2 Phương pháp xác định ……………………………………………………… CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA BỘ PHẬN CÔNG TÁC ………………………… 3.1 Chương trình phương pháp tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ………… 3.1.1 Chương trình nghiên cứu thực nghiệm …………………………………… 3.1.2 Phương pháp NCTN sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ………… 3.2 Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm …………………………… 3.2.1 Mơ hình nghiên cứu thực nghiệm ………………………………………… 3.2.2 Thiết bị đo ………………………………………………………………… 3.2.3 Thiết lập mơ hình đất mơ hình phận công tác ……………………… 3.3 Kết nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………… 3.3.1 Kiểm chứng thực nghiệm mơ hình tốn học cho cơng đoạn cắt đất … 3.3.2 Nghiên cứu tối ưu thông số kỹ thuật phận công tác phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố …………………………………………… CHƯƠNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN …… 4.1 Phương pháp tính toán thiết kế hợp lý máy đào cỡ siêu nhỏ ………………… 4.2 Thiết kế, chế tạo thử nghiệm máy đào cỡ siêu nhỏ MDM-1E dẫn động -v- động điện ………………………………………………………………… 4.2.1 Tính tốn thiết kế máy ……………………………………………………… 4.2.2 Chế tạo thử nghiệm máy ……………………………………………… KẾT LUẬN ………………… ………………………………………………… DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ……… TÀI LIỆU THAM KHẢO … ………………………………………………… PHỤ LỤC (CHƯƠNG 2) …………………………………………………… PHỤ LỤC (CHƯƠNG 3) …………………………………………………… PHỤ LỤC (CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN) …………………………….… - vi - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu δ γ β α b h vc v P N k1 ϕ1 A cz z h1 hT PM Pc Pcc FM Fc Lcc pM pc pcc mM mc mcc ĐV KCcđ Di Góc cắt - góc mặt trước lư Góc sắc - góc mặt trước Góc sau - góc mặt sau l Góc nhọn đỉnh lưỡi cắt Chiều rộng lưỡi cắt chiều rộn Chiều dày phoi đất (chiều sâu cắ Vận tốc cắt - Vận tốc di chuyển Vận tốc di chuyển máy Lực cản tiếp tuyến Lực cản pháp tuyến Hệ số cản cắt riêng Hệ số lấy theo trạng thái đất Hằng số xác định theo tính chất Chiều dày phoi đất Hệ số kể đến ảnh hưởng góc Chiều dày vùng đất bị nứt p Độ sâu tới hạn vệt cắt Lực cản phía trước mũi lưỡi cắ Lực cản phần đất bị nứt vỡ củ Lực cản cắt túy hai cạnh Diện tích mặt cắt trước mũi lưỡ Diện tích tiết diện phần đất bị nứ Chiều dài cạnh cắt túy h Lực cản cắt riêng vùng trước Lực cản riêng phần đất bị nứ Lực cản cắt riêng cạnh cắt th Lực cản riêng vùng trước mũi l Hệ số lực cản cắt riêng vùng Hệ số lực cản riêng phần đất Nhóm thơng số đầu vào Nhóm thơng số kết cấu cắt đất - vii - KCvc ĐH ĐR E Pdc Mq Q Gm Pg l B R H HT LVC c bc hc n Nhóm thơng số kết cấu vận chuy Nhóm thơng số động học Mơ hình tốn học tổng qt q t Chi phí lượng riêng Lực cản công tác theo phương Mômen cản quay rôto Năng suất kỹ thuật máy Trọng lượng máy Lực giữ tay lái máy Chiều dài cánh chuyển đất Chiều rộng rãnh đào Bán kính làm việc rô to Chiều sâu lần đào đào chiều sâu tối đa rãnh đào Độ xa vận chuyển đất theo nguy Chiều rộng cánh chuyển đất Chiều rộng phoi đất tách từ nề Chiều dày phoi đất tách từ nề Tốc độ quay rôto cđ Chi phí lượng riêng cơng đoạn cắt đấ t E dc P Lực cản công tác theo phươ ng di chuyển công đoạn cắt đất cđ M Mômen cản quay rôto công đoạn cắt đất q cđ no ω Số lượng cánh chuyển đất r vr Pi Ni ψ N cđ q µ Vận tốc góc rôto Vận tốc dài mặt phẳng qua Lực cản cắt lưỡi cắt the Lực cản cắt lưỡi cắt th Góc ma sát ngồi đất thé Góc nghiêng đường xoắn ốc t lưỡi cắt theo rãnh đào Công suất quay rô to cắt đất cđ N Công suất di chuyển máy cắt dc cđ Nc Công suất tiêu hao trực tiếp để d X1 Hình 3.8 Đường đồng mức hàm lượng riêng YE phụ thuộc vào cặp yếu tố (X1, X2) X3=0.286 700 E 600 500 400 300 X3 Hình 3.9 Hàm lượng riêng YE phụ thuộc vào cặp yếu tố (X1, X3) X1 X2=0.125 Hình 3.10 Đường đồng mức hàm lượng riêng YE phụ thuộc vào cặp yếu tố 750 700 650 E 600 550 500 450 400 Hình 3.11 Hàm lượng riêng YE phụ thuộc vào cặp yếu tố (X2, X3) X2 X1=0.313 Hình 3.12 Đường đồng mức hàm lượng riêng YE phụ thuộc vào cặp yếu tố Hình 3.13 Định dạng liệu file nguồn OPT.xls PLIII PHỤ LỤC (CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN) PLIII-1 Chương trình : Chương trình tính tốn Matlab_Tinh_alpha_delta.m %%Matlab_Tinh_alpha_delta.m del=[30:2.5:60]; al=[30:2.5:60]; delta=sym('delta',[length(del),1]);% góc delta alpha=sym('alpha',[length(al),1]);% góc alpha phi=sym('phi',[length(del),1]); E=sym('E',[length(del),length(al)]); Pdc=sym('Pdc',[length(del),length(al)]); % giá tr? phi=[0.78 0.78 0.78 0.78 0.85 0.93 1.13 1.35 1.53 1.7 1.88 2.05]; fori=1:length(del) delta(i,1)=del(i); if delta(i,1)