Các số liệu dùng để tính toán là kích th−ớc hố, loại đất và tình trạng mặt đồi tr−ớc khi khoan hố.
Đ−ờng kính của l−ỡi khoan.
Do có hiện t−ợng nén ép đất nên đ−ờng kính thực của hố th−ờng rộng hơn đ−ờng kính của l−ỡi đào. Theo các kết quả kinh nghiệm [16], với các máy đào hố dạng l−ỡi cắt đáy hố, nên chọn
D= (0,93-0,95)D0;
Với D0 - đ−ờng kính hố, D- đ−ờng kính của l−ỡi khoan.
Theo các yêu cầu lâm sinh, đ−ờng kính của hố đào D0= 0,4 m, ta có D= 0,372-0,38 m; Chọn D= 0,38 m. Đây cũng chính là kích th−ớc sải cánh của l−ỡi khoan.
Chiều cao l−ỡi khoan (H*). Chiều cao l−ỡi khoan đ−ợc xác định theo chiều sâu hố đào. Để các chi tiết của cụm trục máy khoan không chạm vào đất, phần trục máy khoan tối thiểu phải lớn hơn chiều sâu hố. Với độ sâu hố đào 0,4 m, chúng tôi sơ bộ chọn chiều cao l−ỡi khoan:
Chọn H* = 0,6 m.
Góc cắt tr−ớc δ0 và góc cắt sau ε0 của l−ỡi cắt. Với l−ỡi cắt không đ−a đất ra khỏi hố, nên chọn trị số góc cắt tr−ớc δ0 nhỏ. Tuy nhiên để tạo khả năng l−ỡi cắt tự ăn sâu vào đất thì nên chọn góc δ0 lớn. Theo [16], để mô men cản và lực dọc xuất hiện khi l−ỡi cắt làm việc là nhỏ nhất, nên cγhọn góc cắt tr−ớc δ0 =
40-450, góc sau ε0=10-150. Ta chọn góc cắt tr−ớc danh nghĩa δ0= 400, góc cắt sau danh nghĩa ε0= 150.
Trị số của các góc cắt tr−ớc thực tế và góc cắt sau thực tế phụ thuộc vào chuyển động của các điểm thuộc cạnh sắc khi trục khoan quay và đ−ợc xác định theo công thức:
δ= δ0 - arctg (s/2πr) ε= ε0 - arctg (s/2πr)
Trong đó: s- l−ợng cung cấp của l−ỡi cắt; r- bán kính từ tâm quay đến điểm đang xét.
Góc cắt tr−ợt của cạnh sắc (ξ). Để lực cản cắt không quá lớn, cần tạo ra khả năng cắt tr−ợt cho cạnh sắc. Theo lý thuyết cắt thái [9], tùy thuộc vào góc giữa ph−ơng vận tốc và ph−ơng pháp tuyến của cạnh sắc, cũng nh− vào tính chất ma sát của vật liệu đ−ợc cắt, đặc tr−ng bởi góc ma sát ϕ, quá trình cắt sẽ thuộc chế độ cắt chặt bổ, cắt có chuyển động dọc và cắt có tr−ợt (hình 3.6). Chế độ cắt có tr−ợt yêu cầu chi phí năng l−ợng nhỏ nhất do lực cản cắt là nhỏ nhất. Chế độ cắt chặt bổ đòi hỏi chi phí năng l−ợng lớn nhất do lực cản cắt lớn nhất. Chế độ cắt có chuyển động dọc không tr−ợt yêu cấu chi phí năng l−ợng ở mức trung gian, do lực cản cắt nhỏ hơn khi cắt chặt bổ nh−ng lớn hơn khi cắt có tr−ợt.
b) v ξ m F Nv NT N c) v Fma NT N m ξ ϕ R N v a) Nv Hình 3.6. Các chế độ cắt của cạnh sắc: a- Cắt chặt bổ; b- Cắt có chuyển động dọc; c- Cắt có tr−ợt.
Các nghiên cứu về chi phí năng l−ợng riêng tiến hành đối với l−ỡi xới có góc tách trong khoảng 25 - 350 cho thấy công cắt riêng phần có giá trị cực tiểu khi góc nghiêng giữa ph−ơng vận tốc và ph−ơng pháp tuyến khoảng 60-650 (hình 3.6).
E
O 60 - 650 ξ, 0
Hình 3.7. Sự phụ thuộc của công cắt riêng phần theo chế độ cắt
Với l−ỡi cắt đáy hố đang thiết kế, nếu chọn góc ξ quá lớn sẽ làm tăng kích th−ớc l−ỡi cắt. Để lực cản cắt không quá lớn, chúng tôi chọn góc nghiêng giữa ph−ơng vận tốc và ph−ơng pháp tuyến của cạnh sắc ξ= 300- 400.
n ξ ξ ξ v A B C D E E D C B AA v ξ n ξ ξ ξ ω
Hình chiếu của đ−ờng cạnh sắc l−ỡi cắt trên mặt phẳng vuông góc với trục quay đ−ợc thể hiện trên hình 3.8. Cạnh sắc không là một đoạn thẳng mà có dạng đ−ờng gãy khúc ABCDE, với góc nghiêng so với ph−ơng h−ớng kính một góc bằng góc ξ đã chọn. Trên hình vẽ, v là ph−ơng vận tốc tại điểm đang xét, n là ph−ơng pháp tuyến với cạnh sắc tại điểm đó. Góc ξ = (v,n).
Việc thiết kế cạnh sắc theo đ−ờng gãy khúc cho phép giảm kích th−ớc l−ỡi cắt, đồng thời còn tạo ra khả năng cắt đất tốt của l−ỡi nhờ hiệu ứng "mũi đục". Chính các điểm nhọn của l−ới cắt có tác dụng nh− những mũi đục, tạo khả năng phá vỡ liên kết đất mạnh hơn so với l−ỡi cắt không có các điểm nhọn
Mũi tâm có dạng một “ngòi bút”, với hai nhánh xẻ sang hai bên. Đ−ờng kính mũi tâm đ−ợc chọn theo công thức Dmũi= D0/5. Với hố có đ−ờng kính 400 mm, ta chọn đ−ờng kính mũi tâm Dmũi= 80 mm.
Góc cắt sau của mũi tâm đ−ợc chọn trong khoảng 5-100 để tạo khả năng cắt đất tốt.
Khoảng cách H2 giữa đầu mũi tâm đến cạnh sắc theo chiều trục khoan đ−ợc chọn trong giới hạn:
0,9 Dmũi < H2 <1,2 Dmũi.
Với đ−ờng kính mũi tâm 80 mm, ta chọn khoảng cách H2= 80 mm.
Đ−ờng kính trục khoan đ−ợc xác định theo độ bền. Việc tính toán độ bền đ−ợc tiến hành sau khi xác định đ−ợc tải trọng tác dụng lên l−ỡi khoan và đ−ợc trình bày trong múc 3.4.3. Các kích th−ớc của tấm bắt l−ỡi cắt đ−ợc chọn theo kích th−ớc đ−ờng kính của trục khoan và đ−ợc kiểm tra theo độ bền.
Việc ghép trục mũi tâm trên trục khoan đ−ợc thực hiện nhờ mối ghép then và chốt hãm. Mối ghép then để truyền mô men xoắn, còn chốt để định vị mũi tâm trên trục theo chiều cao. Kích th−ớc trục tâm chọn theo kết cấu vì lực tác dụng lên mũi tâm không lớn.