Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo PHAN HỮU HÙNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ ROBOT VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ XÂY DỰNG, NÂNG CHUYỂN Mã số : 60 52 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học :TS Lê Thanh Danh ….Chữ ký: … Cán chấm nhận xét : … Chữ ký: … Cán chấm nhận xét : … Chữ ký: … Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Hữu Hùng MSHV: 11300411 Ngày, tháng, năm sinh: 13-09-1985 Nơi sinh: Biên Hòa Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị xây dựng – nâng chuyển Mã số: 60 52 10 • TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống • NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu, phân tích cơng nghệ thiết bị vệ sinh đường cống - Khảo sát trạng loại đường cống rác thải đường cống TP.HCM - Phân tích lựa chọn phương án thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống phù hợp điều kiện Hồ Chí Minh - Tìm hiểu sở lý thuyết tính tốn phận làm việc cho thiết bị robot vệ sinh đường cống - Tính tốn thơng số làm việc thiết bị robot vệ sinh đường cống • NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21-01-2013 • NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: • CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : 24-06-2013 TS Lê Thanh Danh Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Đề tài luận văn “ Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống.” thực với mục đích đưa tảng cho việc ứng dụng,chế tạo thiết bị robot nạo vét đường cống,nhằm mục đích phục vụ cho công tác vệ sinh đường cống Việt Nam Tôi xin chân thành cám ơn Thầy Lê Thanh Danh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cám ơn Cô PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân tạo hội cho tơi tìm hiểu sâu loại thiết bị máy xây dựng, tận tình hướng dẫn tơi q trình tra cứu tài liệu Tôi xin cám ơn bạn lớp gợi mở đến với đề tài Tôi xin cám ơn người,gia đình,bạn đồng nghiệp ủng hộ tạo điều kiện tốt để tơi hoàn thành hạn luận văn Luận văn thực từ 01/2013 đến 06/2013 Vì thời gian có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót luận văn Tôi mong nhận đóng góp từ q Thầy giáo bạn bè để đề tài tiếp tục phát triển tương lai Xin chân thành cám ơn! Tác giả luận văn: Phan Hữu Hùng TĨM TẮT LUẬN VĂN - Phân tích đặc điểm công nghệ thiết bị vệ sinh đường cống giới Việt Nam Đánh giá ưu nhược điểm phương pháp Lựa chọn công nghệ thiết bị thi công phù hợp với nhu cầu vệ sinh đường cống TP.HCM - Khảo sát trạng loại đường cống rác thải để thiết kế thiết bị phù hợp với điều kiện nước ta nói chung, TP.HCM nói riêng - Tổng hợp sở lý thuyết phục vụ cho q trình tính toán phận làm việc cho thiết bị robot vệ sinh đường cống Các sở lý thuyết chọn lựa q trình tham khảo cơng trình nghiên cứu nhiều tác giả - Đưa biểu đồ quan hệ thông số nhằm đánh giá, phục vụ cho trình thiết kế, chế tạo vận hành thiết bị - Tính tốn phận làm việc cho thiết bị robot vệ sinh đường cống dựa sở lý thuyết - Thiết kế sơ cấu tạo phận công tác, tảng cho trình thiết kế cải tiến phận công tác hệ thống thiết bị robot vệ sinh đường cống LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tìm hiểu thân xuất phát từ nhu cầu thực tế xã hội Các số liệu, cơng thức tính tốn có nguồn gốc rõ ràng, dựa kết nghiên cứu từ trước Các tài liệu tham khảo ghi cụ thể trình thực luận văn Kết q trình tính tốn thiết kế trình bày luận văn thực nghiêm túc trung thực Tác giả luận văn: Phan Hữu Hùng MỤC LỤC Lời nói đầu Nội dung chính: CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Các phương pháp vệ sinh đường cống áp dụng nay… 1.3 Các công nghệ thiết bị vệ sinh đường cống áp dụng nay…….……….………………………………………………………………4 1.4 Khảo sát trạng loại đường cống rác thải lòng cống TPHCM…… 12 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG PHÙ HỢP VỚI NƯỚC TA HIỆN NAY 2.1 Điều kiện sử dụng nước ta nói chung TPHCM nói riêng………………………………………………………………………….18 2.2 Phân tích lựa chọn cơng nghệ,thiết bị vệ sinh đường cống thích hợp với điều kiện TPHCM 20 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CHO BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ROBOT VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG 3.1 Cơ sở lý thuyết cắt đất,đá,rác………… 29 3.1.1 Một số lý thuyết tính tốn trình cắt đất lưỡi cắt 30 3.1.1.1 Phương pháp xác định lực cản cắt đất N.G.Dombrovski.30 3.1.1.2 Lý thuyết cắt đất Evans…………… 31 3.1.1.3 Lý thuyết cắt đất Nishimatsu……… … 32 3.1.2 Một số lý thuyết tính tốn q trình cắt đất đĩa cắt 33 3.1.2.1 Mơ hình đĩa cắt đơn dạng chữ V Roxborough Phillip.33 3.1.2.2 Lý thuyết cắt Sanio…………… 34 3.1.2.3 Lý thuyết cắt Saffet Yagiz………… 35 3.1.2.4 Lý thuyết cắt đất Dots Oyenuga………… .36 3.1.2.5 Mô hình lý thuyết CSM……… …… .38 3.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn tốc độ thi cơng đầu khoan,cắt…… 39 3.2.1 Lý thuyết tính tốn Hustrulid Fairhust… …… 39 3.2.2 Lý thuyết tính tốn S Kahraman, N Bilgin, C Feridunoglu………………………………………………………………….39 3.2.3 Lý thuyết tính tốn T Ramamurthy……… … 41 3.2.4 Lý thuyết tính tốn Boyd (1986)……… .42 3.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn bước tiến đầu khoan cắt rác……….43 3.3.1 Lý thuyết tính tốn Richard Kastner…… …… 43 3.3.2 Lý thuyết tính tốn Palmstrưm A………… 44 3.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn thơng số khác đầu công tác 46 3.5 Cơ sở lý thuyết tính tốn vít tải………………………………….48 3.5.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết bị gom hàng Trường Đại Học Giao Thông Đường Sắt Khắc-Cốp 51 3.5.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn vít tải khác……… 52 3.5.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn cụm cào vít tải 53 3.6 Cơ sở lý thuyết tính tốn lực cản di chuyển máy………… .54 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ROBOT VỆ SINH ĐƯỜNG CỐNG 4.1 Sơ đồ kết cấu nguyên lý làm việc thiết bị robot vệ sinh đường cống……………… .59 4.2 Sơ đồ khối thiết bị robot vệ sinh đường cống………… 61 4.3 Tính tốn thơng số phận cơng tác thiết bị robot vệ sinh đường cống………………… 63 4.3.1 Tính tốn thơng số đầu khoan cắt rác 63 4.3.2 Tính tốn thơng số cụm vít tải .76 4.4 Tính tốn phận di chuyển thiết bị robot vệ sinh đường cống 80 4.5 Tính tốn sơ xe tự hành vận chuyển rác thải 82 Kết luận kiến nghị……………………………………………………………83 Phụ lục: Tài liệu tham khảo Lý lịch trích ngang Lời nói đầu Trong năm gần đây, tốc độ phát triển kinh tế, xã hội khu vực thành phố lớn phát triển nhanh, bên cạnh kèm theo nhiễm mơi trường người xử lý loại rác thải khơng triệt để.Chính hệ thống cống ngầm khơng thể nước kịp thời mùa mưa kéo đến trình trạng ngẽn rác thải bên Khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển để nghiên cứu tìm thiết bị vệ sinh đường cống giới nói chung, Việt Nam nói riêng Chính vậy,việc nghiên cứu chế tạo thiết bị robot vệ sinh đường cống ngày cấp thiết,để đảm bảo đáp ứng giá thành, đặc biệt tính hoạt động đáp ứng với điều kiện nước ta Luận văn đưa trình thiết kế robot vệ sinh đường cống.Nó góp phần vào q trình đại hóa cơng tác vệ sinh mơi trường, hổ trợ cho người việc tiếp xúc với loại rác bẩn độc hại Đây trình nghiên cứu lâu dài ngành khoa học kỹ thuật ứng dụng để góp phần xử lý,khắc phục cố ảnh hưởng đến môi trường Mặc dù cố gắng tìm tịi học hỏi song luận văn khơng tránh thiếu sót ,rất mong thầy bạn đồng nghiệp góp ý Em xin chân thành cám ơn cô Nguyễn Hồng Ngân, thầy Lê Thanh Danh người trực tiếp hướng dẫn em suốt q trình làm đồ án, thầy môn Kỹ Thuật Nâng Vận Chuyển giúp đỡ em trình thực luận văn Tác giả luận văn Phan Hữu Hùng Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Lê Thanh Danh P Nc Hình 4.16 Sơ đồ lực  Ta có   P  N  hay P = N với P lực lề tác dụng lên bánh xe N phản lực hay áp lực vng góc lên bánh xe (N = Nc) Mặt khác P = k Flx Hệ số tác dụng từ lực Flx lên P Vậy phải thỏa mãn yêu cầu làm bánh xe dẫn động trượt trơn Flx.k  25,66 N  Cơng suất động cơ: Công suất định mức động cơ: N Wo v kW 102. (3.143) Với v = 0,03 m/s Chọn theo tốc độ đầu khoan phá rác Với tính tốn chọn cơng suất động người ta khơng tính đến lực cản qn tính thời kỳ độ động cho phép làm việc tải thời gian ngắn Áp dụng công thức 3.149 ta có W0 = 205 N  =0.9 hiệu suất Hay công suất N = 0,67 kw  Kết cấu tổng thể thiết bị robot vệ sinh đường cống (Hình 4.17) 81 HVTH: Phan Hữu Hùng Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Lê Thanh Danh 4.5 Tính tốn phận xe tự hành vận chuyển rác thải miệng giếng Tương tự ta tính công suất động truyền động cho xe tự hành  Sơ đồ kết cấu: Hình 4.17 Kết cấu xe tự hành  Cơng suất động cơ: Mômen yêu cầu động không tính đến lực quán tính có nghóa cho chuyển động bình ổn Công suất định mức động cơ: N Wo v kW 102. (3.143) Với tính tốn chọn cơng suất động người ta khơng tính đến lực cản qn tính thời kỳ độ động cho phép làm việc tải thời gian ngắn W0 = 210 N chọn vận tốc di chuyển v = 0,4 m/s, hiệu suất  =0,9 Hay công suất N = 0,92 kw  Sơ đồ kết cấu chi tiết xe tự hành: (Hình 4.18) 82 HVTH: Phan Hữu Hùng Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Lê Thanh Danh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Đề tài luận văn “ Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot vệ sinh đường cống” Bố cục luận văn gồm chương, chương có quan hệ với - Chương chương tổng quan công nghệ thiết bị vệ sinh đường cống giới Việt Nam Phân tích đặc điểm cơng nghệ tảng việc lựa chọn công nghệ với mục đích khác nhau, đồng thời phân tích lựa chọn cơng nghệ thiết bị vệ sinh đường cống phù hợp với nhu cầu cấp thiết nước ta - Chương phân tích sâu vào công nghệ thiết bị lựa chọn Trình bày sơ đồ nguyên lý thiết bị lựa chọn Từ tiếp tục phân tích đánh giá cấu tạo phận công tác Lựa chọn cấu tạo hợp lý để phục vụ q q trình tính toán thiết kế sơ - Chương chương sở lý thuyết Ở chương tập trung nhiều lý thuyết tính tốn cho thơng số làm việc thiết bị Các lý thuyết lựa chọn, tổng hợp từ cơng trình nghiên cứu cơng bố Đây tảng q trình tính tốn thiết kế - Chương chương quan trọng Trên sở nghiên cứu lý thuyết chương 3, đưa sơ đồ khối tính tốn thông số làm việc thiết bị vệ sinh đường cống - Hạn chế luận văn chưa thể đánh giá tính xác sở lý thuyết so với thực tiễn nước ta Kiến nghị: - Đây đề tài cấp thiết đối nước ta nên cần tiếp tục phát triển tương lai Kết đạt luận văn nhiều mặt hạn chế, nhiều vấn đề cần nghiên cứu phát triển - Ngồi ra, cần xây dựng mơ hình để thí nghiệm thực tế q trình làm việc hệ thống thiết bị nhằm đánh giá tính xác sở lý thuyết tính tốn xây dựng lý thuyết phù hợp với điều kiện áp dụng nước ta, từ mở rộng triển khai chế tạo thiết bị thực tế để ứng dụng cho trình vệ sinh nạo vét cống nước ta 83 HVTH: Phan Hữu Hùng PHỤ LỤC CÁC LOẠI BẢNG TRA Bảng 1: Các trị số K1 Tên đất Cát, cát, sét nhẹ trung bình (ẩm rời) Á sét, sỏi nhỏ trung bình, sét mềm (ẩm nhẹ rời) Á sét chắc, sét trung bình, than đá mềm Á sét nặng pha sỏi lẫn đá nhỏ, sét ẩm nhiều, than đá cứng vừa Sét khơ, hồng thổ cứng chắc, thạch cao Loại đất I Lực cản cắt riêng K1 10-30 II 27-60 III 55-130 IV 130-250 V 250-320 Bảng 2: Giá trị hệ số độ bền c: Giá trị c (N/m2) Loại đất Đất sét Mềm…………………………… Trung bình…………………… Cứng…………………………… Cát Tơi xốp………………………… Bùn…………………………… Chặt…………………………… Trên mặt đất Bão hòa………………………… 1,915 11,970 47,880 4,788 14,364 4,788 Bảng 3: Hệ số Kt số loại đất trình bày bảng sau: Loại đất Hệ số Kt Cát, cát 1,08 – 1,17 Đất canh tác than bùn 1,20 – 1,30 Đất sét màu vàng, đất hoàn thổ ẩm, sỏi nhỏ 1,14 – 1,28 Đất sét khô, đất sét lẫn sỏi 1,26 – 1,32 Đất sét nặng, sỏi lớn 1,24 – 1,30 Đất hoàng thổ khô 1,33 – 1,37 Đất đồi núi khô cứng 1,30 – 1,45 Đất đá đồi núi, quặng 1,40 – 1,50 Bảng 4: Trị số hệ số ma sát đất với đất phụ thuộc vào tính chất lý đất: Loại đất Hệ số ma sát f1 Cát 0,58 – 0,75 Đất đen 0,58 – 0,75 Sỏi 0,62 – 0,78 Sét khô 0,7 – Đá nhỏ 0,9 – 1,1 Sét bảo hòa nước 0,18 – 0,42 Đá dăm 0,9 Xỉ lò cao, quặng 1,2 Xi măng 0,84 Bảng 5: Trị số hệ số ma sát đất với thép f2 Loại đất Hệ số ma sát f2 Cát 0,73 Đất đen 0,73 Sỏi 0,75 Sét khô 0,75 – Đá nhỏ 0,9 – Sét bảo hòa nước 0,18 – 0,42 Đá dăm 0,84 Xỉ lò cao, quặng 1,2 Xi măng 0,73 Bảng 6: Trị số hệ số K m Loại đất m K (N/cm) Đất pha sét 1,72 0,1 Lớp bùn phủ dày 0,4 m 1,53 0,15 Lớp bùn phủ dày 0,3 m 1,70 0,32 Cát chặt với độ ẩm W = 14% 2,08 0,40 Cát khô với độ ẩm W = 68% 1,12 3,20 Cát chặt với độ ẩm W = 8% 1,50 3,00 Đất sét 0,86 13,50 Than bùn với độ ẩm W = 73% 0,92 3,20 Than bùn với độ ẩm W = 78% 0,26 1,40 Bảng 7: Phân loại đất đá theo tiêu chí σc σt Kí hiệu Loại đất đá σc (MPa) σt (MPa) R0 Cực kỳ yếu 0.25-1.0 - R1 Rất yếu 1.0-5.0 R2 Yếu 5.0-25 R3 Trung bình 25-50 1-2 R4 Cứng 50-100 2-4 R5 Rất cứng 100-250 4-10 R6 Cực kỳ cứng >250 >10 Bảng 8: Góc ma sát loại đất Loại đất Đá Cát Sỏi Bùn Đất sét Cát tơi Cát trung bình Cát chặt Cát có lẫn sỏi Bùn có lẫn sỏi Góc ma sát ( độ) 30 30-40 35 34 20 30-35 40 35-45 34-48 26-35 Bảng 9: Độ bền dính loại đất đá Loại đất Đá Bùn Đất sét Đất sét mềm Đất sét mềm Đất sét trung bình Đất sét đặt Đất sét bão hịa Đất sét cứng Độ bền dính (KPa) 10000 75 10-20 0-48 48-96 96-192 192-384 384-766 >766 Bảng 10: Khối lượng riêng số loại đất đá Khối lượng riêng (kg/m3) 2650 1800 2000 2100 1900 3000 2700 2700 2600 2700 2500 2700 2100 2000 7600 1680-3000 1000 Loại đất Đá Đất có lẫn cát Đất có chứa sỏi Đất bùn Đất có lẫn sét Đá nham thạch mafic Đá nham thạch felsic Đá biến thể Đá trầm tích Đá granite Đá phiến sét Đá vơi Đá phấn Sa thạch Thép Bêtông Nước Bảng 11: Độ rỗng số loại đất đá Loại đất Sỏi Cát Bùn Sét Cát có lẫn sỏi Sét tảng Sa thạch Đá vôi Đá phiến sét Đá nham thạch vụn Đá granite Độ rỗng (%) 30-40 20-35 35-50 33-60 20-35 10-20 5-30 5-30 10-30 10-40 0,5-1,5 Bảng 12: Độ thấm số loại đất đá Loại đất Cát bùn, cát Sét lẫn sỏi, sét lẫn cát Sét Độ thấm (cm/sec) 10-5 - 10-3 10-6 -10-4 10-9 -10-6 Bảng 13: Khả nén số loại đất Loại đất Sét mềm Sét Sét bùn Sét cứng Khả nén Cc >0,3 0,3-0,15 0,15-0,075