Mô phỏng động học tay máy 25 bậc tự do khoan lỗ nổ mìn trong thi công giếng đứng

Mô phỏng động học tay máy 25 bậc tự do khoan lỗ nổ mìn trong thi công giếng đứng Tổng quan về công nghệ khoan giếng đứng.Phân tích động học tay máy. Tính toán lựa chọn hệ thống xy lanh thủy lực và một số khớp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM HỒNG TÙNG MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC TAY MÁY 25 BẬC TỰ DO KHOAN LỖ NỔ MÌN TRONG THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ HÀ NỘI – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM HỒNG TÙNG MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC TAY MÁY 25 BẬC TỰ DO KHOAN LỖ NỔ MÌN TRONG THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG Chuyên ngành: Cơ điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THUỲ DƯƠNG HÀ NỘI – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả PHẠM HOÀNG TÙNG i MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT iiv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii LỜI MỞ ĐẦU .1 II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN III PHẠM VI NGHIÊN CỨU IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN 4.1 Ý nghĩa khoa học .2 4.2 Ý nghĩa thực tiễn .2 V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN VI NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN GIẾNG ĐỨNG .5 1.1 Giới thiệu tổng quan khoan giếng đứng thực tiễn .5 1.2 Công nghệ thi công 1.2.1 Công nghệ thi công khoan giếng ngược .9 1.2.2 Công nghệ thi công sử dụng thiết bị cắt nghiền đất đá cỡ lớn 11 1.2.3 Công nghệ thi công khoan lỗ nổ mìn 12 1.3 Cơng nghệ khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng 14 1.4 Các loại robot thi cơng giếng đứng thương mại hóa 16 1.5 Tình hình nghiên cứu giới nước 19 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới .19 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 19 Kết luận chương 21 CHƯƠNG - PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC TAY MÁY 22 2.1 Mô tả cấu tạo nguyên lý thiết bị 22 2.1.1 Giải pháp thiết kế robot .22 2.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động robot 24 2.2 Lược đồ hóa cấu máy 26 2.3 Thiết lập hệ phương trình động học 30 ii 2.4 Thuật toán thiết lập quỹ đạo điểm tác động cuối theo mặt gương nổ mìn 36 2.5 Mô chuyển động 37 Kết luận chương 44 CHƯƠNG - TÍNH TỐN LỰA CHỌN HỆ THỐNG XY LANH THUỶ LỰC VÀ MỘT SỐ KHỚP 45 3.1 Đặt vấn đề 45 3.2 Mơ hình hố kết cấu dạng ngun lý 45 3.2.1 Khớp vai thiết bị 45 3.2.2 Khớp cổ tay robot .46 3.2.3 Xy lanh tịnh tiến cẳng tay robot .47 3.3 Tính hành trình xy lanh khớp quay vai 48 3.4 Tính hành trình xy lanh khớp cổ tay .50 3.5 Tính chọn xy lanh 51 3.5.1 Tính toán áp lực lên xy lanh .51 3.5.2 Tính đường kính xy lanh 59 3.5.3 Tính lưu lượng 61 3.6 Phân tích lực tác động lên số khớp 63 3.6.1 Khớp xoay lật cánh tay .63 3.6.2 Cụm khớp lật 65 3.6.3 Cụm khớp lật 67 3.7 Tính tốn kết cấu chốt .69 3.8 Tính tốn kết cấu tai 71 3.9 Tính chọn xy lanh số khớp 74 3.9.1 Tính chọn xy lanh .74 3.9.2 Tính tốn lựa chọn số khớp .75 Kết luận chương 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 82 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT Ký hiệu Nội dung ý nghĩa H1 Khoảng cách từ khớp vai tới khớp xy lanh L Khoảng cách từ khớp vai tới khớp cầu α Góc gật gù  max Góc gật gù cao khớp vai  Góc gật gù thấp khớp vai 1max Chiều dài lớn xy lanh chiếu mặt phẳng xOz 1min Chiều dài nhỏ xy lanh chiếu mặt phẳng xOz H2 Khoảng cách từ khớp cổ tay tới khớp xy lanh L2 Khoảng cách từ khớp cổ tay tới khớp cầu  max Chiều dài lớn xy lanh chiếu mặt phẳng xOz  Chiều dài nhỏ xy lanh chiếu mặt phẳng xOz H4 Khoảng cách từ C1 đến C2 chiếu mặt phẳng xOz P Hợp lực tác dụng lên khâu bao gồm trọng lực cụm tay khoan cổ tay P11 Trọng lực khâu cố định cẳng tay P111 Thành phần lực dọc trục P11 P112 Thành phần lực vuông góc P11 P12 Trọng lực khâu động cẳng tay P121 Thành phần lực dọc trục P12 P122 Thành phần lực vng góc P12 P2 Trọng lực xy lanh F12 Áp lực xy lanh phải chịu F21 Lực xy lanh tác động F21x Thành phần lực song song với trục O1xπ F21 F21z Thành phần lực vng góc với trục O1zπ F21 P21 Trọng lực phần động xy lanh iv P22 Trọng lực phần tĩnh xy lanh γ1 Góc hợp phương P phương P1 γ2 Góc hợp phương P12 phương P121 γ3 Góc hợp phương P11 phương P111 μ Góc hợp phương F21 phương F221 μ1 Góc hợp phương lực F21 trục x μ2 Góc hợp phương khâu trục x Pk Trọng lực cụm tay khoan Pc Trọng lực cụm cổ tay Pc1 Thành phần lực dọc trục Pc Pc2 Thành phần lực vng góc Pc P3 Trọng lực xy lanh P31 Trọng lực phần động xy lanh P32 Trọng lực phần tĩnh xy lanh F34 Áp lực xy lanh phải chịu β Góc khâu cổ tay phương thẳng đứng F43 Lực xy lanh tác dụng lên cấu cổ tay F431 Thành phần lực dọc trục F43 F432 Thành phần lực vng góc F43 1 Góc hợp phương Pk phương trục 2 Góc hợp phương Pc phương trục ρ Góc hợp phương F43 phương trục T Tải trọng tác dụng lên cấu cẳng tay theo phương thẳng đứng R Tải trọng tác dụng lên cấu cẳng tay theo phương hợp với trục x' góc 2 F Tải trọng tổng hợp tác dụng lên cấu cẳng tay Fx' Thành phần lực dọc trục F Fy' Thành phần lực vng góc F 2 Góc hợp lực R phương dọc trục cấu cẳng tay v λ Góc tạo phương F trục x' RO1 , RO2 Lực tác động lên chốt cụm 2, 4,  2.2 ,  4.2 ,  6.2 Khoảng cách hai tai cụm 2, 4, d2.1, d4.1, d6.1 Đường kính chốt cụm 2, 4, R2.2, R4.2, R6.2 Bán kính ngồi tai cụm 2, 4, r2.2, r4.2, r6.2 Bán kính tai cụm 2, 4, t2.2, t4.2, t6.2 Độ dày tai cụm 2, 4, δ2.2, δ4.2, δ6.2 Độ dày vành tai cụm 2, 4,  t  Ứng suất cho phép trục để trục đủ bền  td Ứng suất tương đương k Ứng suất pháp k Ứng suất tiếp vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Nội dung Trang Hình 1.1 Bãi đỗ xe tự động lòng đất – Automated parking systems for urban Hình 1.2 Jack-hammer khoan phá đất đá Hình 1.3 Thiết bị Volvo EC210BLC Hình 1.4 Cơng nghệ khoan giếng ngược Hình 1.5 Cơng nghệ khoan giếng ngược – khoan robin Hình 1.6 Cơng nghệ khoan giếng ngược – khoan robin Hình 1.7 Thiết bị khoan nghiền đất đá VSM 8000 hãng Herrenknecht AG 10 Hình 1.8 Cơng nghệ khoan nghiền đất đá 11 Hình 1.9 Cơng nghệ khoan lỗ nổ mìn 11 Hình 1.10 Hộ chiếu nổ mìn 13 Hình 1.11 Thiết bị khoan Robbins 73RM sử dụng Công ty Cổ phần Sông Đà 10 14 Hình 1.12 Robot khoan nổ mìn giếng đứng hãng Zhangjiakou Xuanhua Huatai Mining & Metallurgical Machinery - Trung Quốc 15 Hình 1.13 Robot khoan nổ mìn giếng đứng hãng Herrenknecht AG – Đức sản xuất 16 Hình 1.14 Robot khoan nổ mìn giếng đứng hãng Herrenknecht AG – Đức sản xuất 16 Hình 1.15 Robot khoan nổ mìn giếng đứng hãng Shangdong Mining Machinery Group – Trung Quốc sản xuất 17 Hình 1.16 Robot khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng hãng Murray & Roberts 18 Hình 1.17 Phân tích kết cấu tay máy Robot phương pháp phần tử hữu hạn 19 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí cấu tay máy robot khoan lỗ nổ mìn giếng đứng 23 vii Hình 2.2 Cơ cấu xoay bố trí thân thiết kế LCM Projects 23 Hình 2.3 Cơ cấu xoay bố trí bên cấu bám thiết kế robot SDJ Drill Pangolin – Trung Quốc 24 Hình 2.4 Hệ thống robot khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng 25 Hình 2.5 Cơ cấu tay máy robot khoan nổ mìn giếng đứng 26 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lí cánh tay robot hệ thống khoan lỗ nổ mìn đào giếng đứng 27 Hình 2.7 Cơ lật khớp vai tay máy robot đào hầm giếng đứng 27 Hình 2.8 Sơ đồ ngun lí cấu lật khớp vai tay máy robot 28 Hình 2.9 Cơ lật khớp cổ tay tay máy robot đào hầm giếng đứng 28 Hình 2.10 Sơ đồ ngun lí cấu lật khớp cổ tay máy Robot 29 Hình 2.11 Cơ cấu cẳng tay tay máy Robot 29 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý chuyển động tịnh tiến cẳng tay Robot 30 Hình 2.13 Sơ đồ ngun lí cánh tay robot hệ thống khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng 30 Hình 2.14 Tọa độ D-H cho tay máy khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng bậc tự 31 Hình 2.15 Hộ chiếu nổ mìn 34 Hình 2.16 Sơ đồ tính biến khớp d2 d5 35 Hình 2.17 Phân vùng hoạt động tay máy 36 Hình 2.18 Quy luật di chuyển cánh tay robot 37 Hình 2.19 40 Hình 2.20 Đồ thị biến khớp tay máy hoạt động 41 Hình 2.21 Quy trình mơ chuyển động robot 42 Hình 2.22 Giao diện lập trình Visual Studio 2012 42 viii ta coi liên kết O2 liên kết lề phẳng, lực tác động lên cấu xác định trên, nên có hình 3.25 F1X z F1Z F1 Z O2 O2 P51 X O2 x P52 Hình 3.25 Biểu diễn lực tác động lên xy lanh khớp lề tạo góc lật Trong đó: - P51 trọng lực khâu động xy lanh - P52 trọng lực khâu cố định xy lanh - F1 lực tác động lên xy lanh - F1x thành phần lực song song với trục O1x F1 - F1z thành phần lực song song với trục O1z F1 - Liên kết lề phẳng O2: Phản lực liên kết phân tích làm hai thành phần vng góc với Z O X O - ϴ góc hợp phương xy lanh (1) trục O2x  Tính tốn XO1 ZO1: Tổng lực tác động lên xylanh khớp O2 theo phương O2x: F kx  X O2  F1 x (3.53) Tổng lực tác động lên xylanh khớp O2 theo phương O2z: F kz  Z O2  P51  P52  F1z (3.54) Để cấu cân tổng lực tác động lên khớp O2 theo phương O2xπ O2zπ phải 0:  Fkx    Fkz  (3.55) Từ công thức (3.53), (3.54), vào cơng thức (3.55), giải hệ phương trình ta được: X O1  F1x   Z O1  P51  P52  F1z 68 (3.56) 3.7 Tính toán kết cấu chốt Mặt cắt kết cấu khớp mơ tả hình 3.26 RO d  Hình 3.26 Mặt cắt kết cấu khớp Trong đó: - Chốt lỗ khớp - Tai khớp – Chốt RO - Lực tác động lên chốt  - Chiều dài hai điểm đặt lực d – Đường kính chốt Để đơn giản tính tốn biểu diễn lực mơmen, ta xét điểm đặt lực tác dụng lên trục trung điểm chốt, từ hai tai khớp lề xuất hai phản lực Chốt có nguy bị uốn cắt Từ đó, ta vẽ sơ đồ chịu lực chốt (hình 3.27a), biểu đồ lực cắt Q (hình 3.27b) biểu đồ momen uốn Mx (hình 3.27c) 69  R 2 a)  R + b) Qy  - R c) Mx + max M x  R Hình 3.27 a) Sơ đồ chịu lực chốt b) Biểu diễn lực cắt c) Biểu diễn momen uốn Lực tác động lên chốt lên xác định phần a) có giá trị: RO3  X O3  Z O3 (3.57) Trong đó: X O - lực tác động theo phương x Z O3 - lực tác động theo phương z Mặt cắt nguy hiểm vị trí có giá trị M x lớn nhất, theo biểu đồ momen uốn, ta tìm giá trị M x max : M x max  RO4  4.2 (3.58) Ứng suất tương đương theo thuyết bền biến đổi hình dạng:  td   k2  3 k2   t  Trong đó:  t  - Ứng suất cho phép trục để trục đủ bền  td - Ứng suất tương đương  k - Ứng suất pháp  k - Ứng suất tiếp 70 (3.59) Các giá trị ứng suất pháp ứng suất tiếp xác định theo hai công thức đây: k  M 0,1d (3.60) Trong đó: M – Momen uốn mặt cắt xét d – Đường kính chốt k  4Q d (3.61) Trong đó: Q – Lực cắt mặt cắt xét  Tính tốn sơ Dựa vào thuyết bền sức bền vật liệu, ta bỏ qua giá trị trị ứng suất tiếp, lấy giá trị [σt] = 60 ÷ 80 MPa tùy theo vật liệu chọn làm chốt Từ công thức (3.41) (3.42), ta tìm đường kính chốt: d 4.1  M 0,1 t  (3.62) Trong giá trị M lấy giá trị lớn M x max xác định công thức (3.58), từ ta chọn đường kính chốt thích hợp  Kiểm nghiệm Để kiểm nghiệm lại tính tốn đường kính chốt nêu trên, ta sử dụng cơng thức (3.40) để kiểm nghiệm lại điều kiện bền chốt Theo cơng thức (3.42) ta tính giá trị ứng suất tiếp τk với giá trị Q  RO3 Thay vào biểu thức (3.40) ta tìm giá trị σtd Nếu σtd ≤ [σt] đường kính chốt chọn hợp lý Ngược lại, σtd > [σt] chọn lại đường kính chốt d, kiểm nghiệm lại để thích hợp 3.8 Tính tốn kết cấu tai Các thơng số kích thước bích biểu diễn hình 3.28 71 r2.2 t2.2 R2.2 δ2.2 Hình 3.28 Các thơng số kích thước bích Trong đó: - R2.2: Bán kính ngồi - r2.2: Bán kính - t2.2: Độ dày tai - δ2.2: Độ dày vành tai Do tác động lực cấu cẳng thay tác dụng lên tai, dạng phá hủy tai biểu diễn hình 3.29 Hình 3.29 Các dạng phá hủy tai Trong đó: Bị cắt đứt; Bị dập; Bị kéo đứt 72 Từ dạng phá hủy lên tai chi tiết, ta tính tốn kích thước khớp theo ứng suất cho phép để tránh bị phá hủy kết cấu  Bị cắt đứt Do tác dụng tách lực kéo kết cấu vị trí có góc α = αmax, tai bị cắt đứt đỉnh tai lực tác động vào Điều kiện bền cắt tai sau:  Q   c   2.2 t 2.2 (3.63) Trong đó: τ - ứng suất cắt Q - lực từ chốt tác động lên tai, lấy Q  R ' O1 t2.2 - chiều dày tai δ2.2 - chiều dày vành tai δ2.2 = R2.2 – r2.2 r2.2- bán kính lỗ, lấy r2.2 = r2.1 tính [τc] - ứng suất cắt đứt cho phép Kiểm nghiệm lại kết tính tốn hai phần tính theo ứng suất dập ứng suất kéo, chưa đủ bền, thay đổi giá trị t2.2 δ2.2 để có kết cấu đủ bền trường hợp  Theo ứng suất dập Lực tác dụng theo phương x, tác dụng lên tai chi tiết, tạo vùng bị dập lực tác động vào Tính theo cơng thức tính ứng suất dập, ta có: d  Q   d  2t 2.2 r2.2 (3.64) Trong đó: σd - ứng suất dập Q - lực từ chốt tác dụng lên tai Q  RO1 t2.2 - chiều dày tai [σd] - ứng suất cho phép theo điều kiện va đập làm việc Từ ta chọn chiều dày tai: t Q 2r2.2  d  (3.65) Lưu ý, chọn chiều dày tối đa tai t2.2 max  d 2.1 , kiểm nghiệm lại với công thức (3.15),  d   d  điều kiện đủ bền,  d   d  chọn lại kích thước tai chọn lại đường kính chốt d  Bị kéo đứt 73 Trường hợp bị kéo đứt cấu vị trí có góc α = αmax mơ tả hình chương Lúc này, tai chịu lực hướng từ lên, gây kéo đứt hai bên tai Tuy nhiên hình dáng tai không đối xứng, chiều dày vành hai bên tai không nhau, nên ta tính nơi có vành tai nhỏ mơ tả hình 3.29 Tính theo ứng suất kéo, ta được: k    k  Q 2t 2.2 2.2 (3.66) Trong đó: σ k - ứng suất kéo Q- lực từ chốt tác dụng lên tai, lấy Q  R ' O1 t2.2 - chiều dày tai δ 2.2 - chiều dày vành tai δ2.2 = D2.2 – d2.2 [σ k]- ứng suất kéo cho phép Từ đó, ta xác định giá trị vành tai δ2.2:  2.2  Q 2t 2.2  k  (3.67) Chọn giá trị δ2.2 thích hợp, kiểm nghiệm lại giá trị với cơng thức (3.17), khơng đủ bền tăng giá trị t2.2 δ2.2 kết cấu đủ bền 3.9 Tính chọn xy lanh số khớp 3.9.1 Tính chọn xy lanh Từ thơng số ban đầu cho trước, chương thiết lập tính thơng số 03 xy lanh Từ đó, dựa catalog xy lanh thủy lực, chọn loại xy lanh thủy lực tác động chiều phù hợp  Thông số ban đầu: - H1 = 1600mm - khoảng cách từ khớp vai tới khớp xy lanh L1 = 500mm - khoảng cách từ khớp vai tới khớp cầu α - góc tạo cánh tay với phương thẳng đứng  max = 75° -  = 20° - H2 = 720mm - khoảng cách từ khớp cổ tay tới khớp xy lanh L2 = 400mm - khoảng cách từ khớp cổ tay tới khớp cầu β - góc tạo cấu cổ tay phương thẳng đứng βmax = 50° βmin = 0° - P11 = 1000 [N] - trọng lực khâu cố định cấu cẳng tay - P12 = 600 [N] - trọng lực khâu động cấu cẳng tay 74 - P = 5000 [N] - trọng lực cụm tay khoan - Pc = 1000 [N] - trọng lực cụm cổ tay  Thông số tính tốn, lựa chọn: Thơng số Xy lanh Xy lanh Giá trị  max [mm] 1547,87 719,23 Giá trị  [mm] 1143,02 389,22 Hành trình H [mm] 404,85 330,01 800 Lực tác dụng lớn Fmax [N] 29312,69 10348,07 5262,28 Đường kính lịng D [mm] 120 80 50 Đường kính cần d [mm] 90 50 35 Vận tốc xy lanh v [m/s] Xy lanh 0,1 Lưu lượng dầu Q [Lít/phút] 67,824 30,144 11,775 3.9.2 Tính toán lựa chọn số khớp  Các số liệu cho trước Với vật liệu chọn thép C45, có giá trị ứng suất : - σb = 650 [N/cm²], σch = 400 [N/cm²], σu-1 = 320 [N/cm²] - Lấy hệ số an tồn s = Có cơng thức tính ứng suất giới hạn :     gh (3.68) s Do tính tốn trạng thái tĩnh nên tính theo ứng suất chảy:   200 [N/cm²] - Xét trường hợp có lực tác động lên xy lanh lớn với góc tạo cánh tay phương thẳng đứng  max = 75°, giá trị góc μ = 86,82o  Tính tốn cụm khớp  Tính tốn lực tác động Áp dụng cơng thức (3.48) số liệu tính tốn lực chương 3, tính giá trị lực động : 75  X B1  9145,66[ N ]  Z B1  34449,43[ N ]  R  35642,76 [N] Các đơn vị lực tính N  Tính tốn kích thước chốt 2.1 Chọn chiều dài chốt  2.1 = 80 [mm] Với giá trị lực : Mmax = 712855,2 [Nmm] Áp dụng cơng thức (3.62), đường kính chốt d2.1 = 32,91 mm, chọn d2.1 = 36 mm Kiểm nghiệm lại theo công thức (3.64):    155,77   td    b s  325 [N/cm²] Như vậy, kích thước chọn đủ bền  Tính tốn kích thước tai 2.2 Theo cơng tức (3.65), tính chiều dày tai t2.2 = 5,4 mm Chọn chiều dày tai t2.2 = 15 mm Theo cơng thức (3.67), tính chiều dày vành tai δ2.2 = 16,5 mm Chọn chiều dày vành tai δ2.2 = 20 mm Các kích thước kiểm nghiệm lại đủ bền  Tính tốn cụm khớp  Tính tốn lực tác động Áp dụng công thức (3.52) số liệu tính tốn lực chương 3, tính giá trị lực động :  X O1  27849,43[ N ]  Z O1  9145,65[ N ]  R  29312,688 [N] Các đơn vị lực tính N  Tính tốn kích thước chốt 4.1 Chọn chiều dài chốt  4.1 = 60 [mm] Với giá trị lực trên: Mmax = 586253,76 [Nmm] Áp dụng cơng thức (3.62), đường kính chốt d4.1 = 30,8 mm, chọn d4.1 = 36 mm 76 Kiểm nghiệm lại theo công thức (3.64):    128,10   td    b s  325 [N/cm²] Như vậy, kích thước chọn đủ bền  Tính tốn kích thước tai 4.2 Theo cơng tức (3.65), tính chiều dày tai t4.2 = 4,8 mm Chọn chiều dày tai t4.2 = 10 mm Theo công thức (3.67), tính chiều dày vành tai δ4.2 = 7,3 mm Chọn chiều dày vành tai δ4.2 = 10 mm Các kích thước kiểm nghiệm lại đủ bền  Tính tốn cụm khớp  Tính tốn lực tác động Áp dụng công thức (3.56) số liệu tính tốn lực chương 3, tính giá trị lực động :  X O1  27849,43[ N ]  Z O1  9145,65[ N ]  R  29312,688 [N] Các đơn vị lực tính N  Tính tốn kích thước chốt 6.1 Chọn chiều dài chốt  6.1 = 80 [mm] Với giá trị lực : Mmax = 586253,76 [Nmm] Áp dụng cơng thức (3.62), đường kính chốt d6.1 = 30,8 mm, chọn d2.1 = 36 mm Kiểm nghiệm lại theo công thức (3.64):    128,10   td    b  325 [N/cm²] s Như vậy, kích thước chọn đủ bền  Tính tốn kích thước tai 6.2 Theo cơng tức (3.65), tính chiều dày tai t6.2 = 4,8 mm Chọn chiều dày tai t2.2 = 15 mm Theo công thức (3.67), tính chiều dày vành tai δ2.2 = 15,3 mm Chọn chiều dày vành tai δ6.2 = 20 mm Các kích thước kiểm nghiệm lại đủ bền  Thơng số tính tốn, lựa chọn: 77 Thông số Cụm khớp Cụm khớp Cụm khớp Chiều dài chốt  2.1 = 80 [mm]  4.1 = 60 [mm]  6.1 = 80 [mm] Đường kính chốt d2.1 = 36 [mm] d4.1 = 30 [mm] d6.1 = 36 [mm] Chiều dày tai t2.2 = 15 [mm] t4.2 = 10 [mm] t6.2 = 15 [mm] Chiều dày vành tai δ2.2 = 20 [mm] δ4.2 = 10 [mm] δ6.2 = 20 [mm] Kết luận chương Từ thông số kỹ thuật cho trước, chương xây dựng cơng thức tính tốn lựa chọn thông số xy lanh phù hợp Trên sở thông số chọn xy lanh, độ bền số khớp quan trọng tính tốn kiểm nghiệm Các thơng số kích thước xy lanh cụm khớp trình bày 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Các kết luận văn Luận văn đạt số kết quan trọng sau: i) Tổng hợp, hệ thống hoá từ nguồn học liệu, tài liệu khác nước, phát minh sáng chế để có tài liệu số công nghệ thi công giếng đứng ứng dụng phổ biến nay, đặc biệt công nghệ khoan lỗ nổ mìn Từ đó, nội dung luận văn ứng dụng để phục vụ nghiên cứu lĩnh vực thi cơng cơng trình ngầm, thiết kế chế tạo điều khiển robot thi công khoan lỗ nổ mìn giếng đứng ii) Điểm luận văn đưa giải pháp điều khiển hình động học hệ thống robot thuỷ lực 25 bậc tự thi công giếng đứng iii) Với kết nghiên cứu luận văn kiểm chứng thơng qua mơ phỏng, hồn tồn viết thành phần mềm tự động điều khiển cho thiết bị bán tự động nhập Việt Nam để điều khiển hệ thống tay máy robot thuỷ lực thi công theo hộ chiếu nổ mìn Do đó, luận văn có ý nghĩa thực tiễn nhằm nâng cao hiệu công tác thi cơng giếng đứng cơng nghệ khoan nổ mìn II Những đề xuất Những kết nghiên cứu luận văn đóng góp phần khiêm tốn việc nghiên cứu thiết bị khoan lỗ nổ mìn, tiến tới thiết kế chế tạo robot đáp ứng cơng nghệ Để hồn thiện đề tài này, luận văn đề xuất số vấn đề tiếp tục nghiên cứu phát triển sau: i) Nghiên cứu thuật điều khiển độc lập đồng thời tay máy để thi công hộ chiếu nổ mìn phức tạp ii) Tối ưu hố hồn thiện mặt kết cấu robot cánh tay robot iii) Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện thiết kế khí, hệ thống điện, hệ thống thuỷ lực, hệ thống định vị cảm biến để tiến tới việc tự động hố hồn tồn q trình thi công tăng độ tin tưởng, cứng vững thiết bị tự hành 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Automated Parking Systems for Urban Planning; Website: https://skylineparking.com/parking-solutions/urban-planning-parking-solutions/; Truy cập ngày 08/02/2018 [2] Lê Văn Công, Đặng Hồng Thắng, Lưu Cơng Nam, Nguyễn Trí Thắng, Phí Văn Long; Cơng nghệ thi công yêu cầu cần thiết thi công giếng đứng điều kiện mỏ hầm lị Việt Nam; Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ - Vinacomin [3] Nguyễn Bá Kế; Cơng trình ngầm thị - Quy mơ triển vọng; Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam 5/2001 [4] Wikipedia Jack-hammer; Website: https://en.wikipedia.org/wiki/Jackhammer; Truy cập ngày 08/02/2018 [5] Graham West; Innovation and the rise of the tunnelling industry; Cambridge University Press; 1988 [6] Murray & Roberts Cementation; Electro Hydraulic Drill Rig, website: www.cementation.murrob.com; Truy cập ngày 08/02/2018 [7] Simon Walker; Speed and Safety: Raiseboring Provides the Solution – A look at current trends in a technology that has changed development methods for ever; website: http://www.womp-int.com/story/2011vol03/story024.html; Truy cập ngày 08/02/2018 [8] P H Ferreira; Mechanised mine development utilising rock cutting and boring through raise and blind boring techniques; The South African Institute of Mining and Metallurgy; The Third Southern African Conference on Base Metals [9] M Oosthuizen; Large Diameter Vertical Raise Drilling and Shaft Boring Techniques as an Alternative to Conventional Vertical Shaft Sinking Techniques; The Miner’s Guide through the Earth’s Crust, South African National Institute of Rock Engineering; Sanire – 2004 [10] Peter Schmäh; Vertical shaft machines State of the art and vision; Acta Montanistica Slovaca Ročník 12 (2007), mimoriadne číslo 1, 208-216 [11] Vertical Shaft Sinking Machine (VSM): Compact shaft sinking technology for all ground conditions; website: https://www.herrenknecht.com/en/products/core-products/tunnelling/verticalshaft-sinking-machine-vsm.html; Truy cập ngày 08/02/2018 [12] Schmãh P.; Innovative Schachtabsenk - anlage in Kuwait im Einsatz, Germany tis12, 2004, p 12-15 [13] Bhalchadra V.Gokhale; Rotary Drilling and Blasting in Large Surface Mines; CRC Press – 2010 80 [14] Giuseppe GELMI, Matteo CORTINOVIS; Sinking Shaft by drill and blast using the new concept service equipment for shaft "G18-GC30/15"; SEE Tunnel: Promoting Tunneling in SEE Region, ITA WTC 2015 Congress and 41st General Assembly; May 22-28, 2015, Lacroma Valamar Congress Center, Dubronik, Croatia [15] QCVN 04-04:2012/BNNPTNT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia - Cơng trình Thủy lợi - Khoan nổ mìn đào đá - Yêu cầu kỹ thuật [16] Nguyễn Xuân Trọng; Thi công hầm cơng trình ngầm; Nhà xuất Xây dựng; Hà Nội – 2010 [17] Võ Trọng Hùng; Thi công giếng đứng; Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, 2012 [18] Atlas Copco; Website: www.atlascopco.com; Truy cập ngày 08/02/2018 [19] Zhangjiakou Xuanhua Huatai Mining & Metallurgical Machinery; Website: http://cimeg.com/en/product/ysjz-hydraulic-vertical-shaft-drill/; Truy cập ngày 08/02/2018 [20] Herrenknecht AG; Website: https://www.herrenknecht.com/en/products/coreproducts/mining/shaft-drilling-jumbo-sdj.html; Truy cập ngày 08/02/2018 [21] Shandong Shankuang Machinery; Website: http://en.sdkj.com.cn/products_detail1/productId=121.html; Truy cập ngày 08/02/2018 [22] Anton Petko, Richard Ziman; Drill and blast work on the Vouli tunnels, Finland; (2006) 04-09 [23] Jacek Karlinski, Eugeniusz Rusinski, Tadeusz Lewandowski; New generation automated drilling machine for tunnelling and underground mining work; Automation in Construction 17 (2008) 224-231 [24] Damian Derlukiewicz, Jacek Karlinski; Static and dynamic analysis of telescopic boom of self-proplelled tunnelling machine; Journal of theoretical and applied mechanics 50, (2012) 47-59 [25] Vijaya Ranghavan; Analysis of performance of Jack hammer to determine the penetration rate on different rocks; The International Journal of Engineering and Science (IJES), (2014) 08-17 [26] Robin Phillips, Massio Palladino, Camille Courtois; Development of brushed and brushless DC motors for use in the ExoMars and sampling mechanism [27] Đỗ Thuỵ Đằng; Để cơng nghệ khoan lỗ nổ mìn lỗ nhỏ đào tồn gương đường lị đá liên kết rắn hơn; Tạp chí Người xây dựng, 2009 [28] Đỗ Thụy Đằng; Xác định chi phí thuốc nổ phân bố chúng gương toàn diện đường hầm vùng đá liên kết rắn chắc; Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học Kỹ thuật Mỏ toàn quốc lần thứ 13; Đà Nẵng - 2001 81 [29] Đỗ Thụy Đằng; Lượng lỗ khoan trống khoan nổ mìn tồn gương đường hầm đá liên kết rắn chắc; Tạp chí Người xây dựng ; Hà Nội - 2003 [30] Đặng Văn Kiên, Nguyễn Duyên Phong, Phạm Đức Thọ; Phân tích lựa chọn số thơng số khoan nổ mìn đào giếng đứng mỏ phương pháp khoan nổ mìn; Tuyển tập cơng trình khoa học Kỷ niệm 45 năm thành lập Bộ mơn Xây dựng cơng trình ngầm mỏ 1966-2011; Hà Nội – tháng năm 2011 [31] Nguyễn Xuân Mãn, Nguyễn Duyên Phong, Nguyễn Ngọc Huệ, Phạm Đức Hinh; Ảnh hưởng nổ mìn đến trạng thái ứng suất khối đá quanh đường hầm; Tạp chí Xây dựng Việt Nam, 2017 [32] Phạm Thị Nhàn, Nguyễn Duyên Phong, Ngô Đức Quyền, Nguyễn Tiến Mạnh; Biến dạng phá huỷ khối đá xung quanh đường lò độ sâu lớn; Tạp chí Cơng nghiệp Mỏ, 2017 [33] Video: LCM Projects Shaft Sinking Rig; Website: https://www.youtube.com/watch?v=TQyO8J0D6wc; Truy cập ngày 08/02/2018 82 ... nổ mìn khác nổ mìn lỗ nơng, nổ mìn lỗ sâu, nổ mìn lỗ khoan nghiêng, nổ mìn buồng, nổ mìn bầu, nổ mìn hầm, nổ mìn phân đoạn thường phân đoạn khơng khí, nổ mìn viền, nổ mìn vi sai, nổ mìn với lỗ. .. thống robot khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng 25 Hình 2.5 Cơ cấu tay máy robot khoan nổ mìn giếng đứng 26 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lí cánh tay robot hệ thống khoan lỗ nổ mìn đào giếng đứng 27 Hình... x5 z5 Hình 2.14 Tọa độ D-H cho tay máy khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng bậc tự Bảng 2.1: Bảng thông số động học D-H tay máy robot khoan lỗ nổ mìn thi cơng giếng đứng Khâu 5’ i 1 2 4 5 di