Bộ giáo dục và đào tạo Bộ Quốc phòng
Học viện Kỹ thuật Quân sự
__________________
phạm đăng ninh
Nghiên cứu xác định chế độ làm việc hợp lý của
máy đào hào có thiết bị công tác dạng xích Chuyên ngành: Kỹ thuật xe máy quân sự, công binh
Mã số : 62. 52. 36. 01
Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật
Hà Nội - 2008
Công trình đợc hoàn thành tại:
Học viện Kỹ thuật Quân sự
2. Nguyen Dinh Vinh, Pham Dang Ninh
Define the dynamic excavating drag force times of trench excavator by
excavating chain working on the soil environment mixed with solid things
Proceedings international conference on automotive technology.
October 22-24, 2005 Hanoi.
3. PGS TS Nguyễn Đình Vinh, ThS Phạm Đăng Ninh
Xác định lực cản cắt tiếp tuyến của xích đào có răng với hình dạng
phức tạp
Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 110/05-2006.
4. PGS TS Nguyễn Đình Vinh, TS Bùi Khắc Gầy, ThS Phạm
Đăng Ninh
Nghiên cứu xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng
xích đào cắt đất bằng các răng cắt.
Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 120 /03 2007.
5. PGS TS Nguyễn Đình Vinh, TS Bùi Khắc Gầy, ThS Phạm
Đăng Ninh
Xác định lực cản tác dụng lên xích đào và guồng xả đất của máy
đào hào dạng xích cắt đất bằng răng cắt bằng phơng pháp thực nghiệm.
Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị, Tổng cục Kỹ thuật, số 78/03 - 2007.
1
a. giới thiệu luận án
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự ra đời của các máy đào hào dạng xích đào có thiết bị công tác dạng
chủ động, là một tiến bộ của máy làm đất, chúng đợc sử dụng rộng rãi ở
nhiều nớc, trong các lĩnh vực quân sự, kinh tế quốc dân. Các kết quả
kiện địa hình Việt Nam.
- Thiết lập đợc mô hình toán học xác định chế độ làm việc hợp lý của máy
đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt.
- Đã xây dựng đợc quy trình đo đạc thực nghiệm và sơ đồ hệ thống đo hợp
lý phù hợp với điều kiện các thiết bị đo hiện có tại Việt Nam và kết cấu thực
của thiết bị Quân sự.
* Về thực tiễn
Đề xuất đợc tập các thông số đặc trng cho chế độ làm việc hợp lý của máy
đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt PZM-2 ở các điều kiện địa hình đào
2
hào quân sự với đất không có và có lẫn vật cản cứng, góp phần nâng cao hiệu quả
khai thác sử dụng các máy đào hào hiện có.
6. Bố cục của luận án
Luận án bao gồm 131 trang thuyết minh, 14 bảng, 50 hình vẽ, ảnh và đồ
thị, 40 trang phụ lục kèm theo. Cấu trúc của luận án:
Mở đầu
Chơng 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu các vấn đề có liên quan tới đề
tài luận án. Nhiệm vụ luận án.
Chơng 2: Tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt với đất.
Chơng 3: Quá trình làm việc của cơ cấu vát sửa miệng hào, guồng xả; khả
năng di chuyển của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt.
Chơng 4: Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào
hào dạng xích cắt đất bằng răng cắt.
Chơng 5: Thí nghiệm xác định một số tham số của máy đào hào dạng xích.
Kết luận.
nội dung tóm tắt của luận án
Chơng 1
tổng quan về tình hình nghiên cứu các vấn đề có
và chiều dày phoi đất cắt để lực cản cắt riêng là cực tiểu, đã đợc một số tác
giả nghiên cứu. ở đa số các công trình nghiên cứu xem rằng chế độ làm việc
hợp lý của máy đào hào dạng xích đào là chế độ làm việc với năng lợng
riêng tiêu tốn cho quá trình làm việc của máy là cực tiểu. ở một số công trình
nghiên cứu, đã kết luận rằng trong những điều kiện nhất định, các giá trị cực
tiểu của năng lợng riêng trong quá trình đào và cực đại của năng suất đào đất
không xảy ra ở cùng một chế độ làm việc của máy, khi đó chế độ làm việc có
đợc năng suất đào lớn nhất đợc xem là chế độ làm việc tối u của máy.
4) Các kết quả nghiên cứu về máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng các
răng cắt đợc tiếp cận là ít. Có thể vì đây là máy đợc sử dụng cho lĩnh vực
quân sự, nên điều kiện phổ biến thông tin là hạn chế. Tuy nhiên các kết quả
nghiên cứu về máy làm đất nói chung, về máy đào hào dạng xích cắt đất bằng
gầu, tấm gạt đã đợc tiếp cận, hoàn toàn có thể là cơ sở để tham khảo, vận
dụng cho các nghiên cứu về máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt.
1.3. Mục tiêu, nội dung nhiệm vụ, phơng pháp nghiên cứu của luận án
1) Mục tiêu
Xác định cơ sở khoa học cho việc sử dụng đúng chế độ làm việc cũng nh cho
việc cải tiến kết cấu máy, để nâng cao hiệu quả làm việc của máy đào hào dạng xích
đào cắt đất bằng răng cắt ở điều kiện địa hình quân sự ở Việt Nam.
2) Nội dung nhiệm vụ cụ thể của luận án
+ Tổng quan về tình hình nghiên cứu các vấn đề có liên quan tới đề tài luận
án. Nhiệm vụ luận án.
+ Tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt với đất: xây dựng mô
hình tơng tác, xác lập các biểu thức tính toán các đặc trng tơng tác giữa
xích đào cắt đất bằng răng cắt và đất.
+ Phân tích các quá trình làm việc của cơ cấu vát sửa miệng hào, guồng xả; khả
năng di chuyển của máy đào hào dạng xích đào cắt đất bằng răng cắt.
+ Xác lập và giải mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của
máy đào hào dạng xích cắt đất bằng các răng cắt:
+ Thí nghiệm xác định một số tham số của máy đào hào dạng xích, để
có thiết bị công tác dạng xích".
Chơng 2
Tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt
với đất
2.1 Điều kiện về đất và địa hình đào hào quân sự
Các đờng hào quân sự đợc thi công bằng máy ở Việt Nam thờng
đợc xây dựng trên các địa hình có độ dốc dọc trung bình từ 5 - 15
0
và có độ
dốc ngang nhỏ trên nền đất cấp III, IV. Đất đào hào đa phần là sét, có độ ẩm
trung bình dới 30%, đất có thể là không có hoặc có lẫn vật cản cứng, đất
vùng trung du thờng có lẫn đá, sỏi, lớp đất mặt dới nắng khô khá cứng,
đất gặp ma có độ dính bám lớn.
2.2. Tơng tác giữa xích đào và đất
2.2.1. Xác định các quan hệ hình học của răng cắt
Từ mô hình thực của răng cắt, xây dựng đợc sơ đồ hình học răng cắt
(hình 2.2), để từ đó xác định đợc các quan hệ hình học của răng cắt :
- Góc hợp bởi giữa hai mặt bên răng cắt:
(
)
b2/darcsin2
1
=
(2.6)
- Góc hợp bởi giữa hai dao tuyến
12
AAAA , :
(
n
):
5(
)
(
)
[
]
{
}
gcot2/cosgcotarsin/sinarccos
11
=
(2.9)
và mặt phẳng song song với a-a, chứa
21
MM :
(
)
( ) ( )
+
=
''
1
'
1
sin2/cossincos
2/cossinsin
arctg
(2.10)
- Diện tích tiết diện ngang phoi đất cắt của một răng cắt đất:
(
)
h.eb2hkF
fcdr
+
=
,m
2
a)
M
1
K
I
M
I
K
C
'
2
A
'
1
A
b
h
1
/2
1
A
b
mf(P
bt
)
mf(P
đđ
)
b
mf(P
bp
)
M
2
mf(P
nđ
)
mf(P
n
)
Q
A
2
H
P
A
b
A
b
mf(P
đđ
)
P
K
2
c)
d)
6
- Diện tích ngập trong đất ở một mặt bên răng cắt khi cắt đất:
A
2
A
2
MMbr
SS
=
(
)
'
sin/2/ehbh
+=
, m
2
(2.13)
- Diện tích giao diện của một răng cắt với bề mặt đất cắt:
2
'
sr
sin
ehb
k
2
sin
sin
1
k
(2.14)
2.2.2. Thiết lập mô hình tác động
tơng hỗ giữa xích đào và đất ở điều
kiện đất đất không có lẫn vật cản cứng
a) Xây dựng sơ đồ tính toán
Giả thiết: Máy di chuyển để đào hào
theo qũi đạo thẳng, máy làm việc ở chế
độ tốc độ ổn định; đất từ bề mặt miệng
hào tới đáy hào là đồng nhất; độ bền và
sự biến dạng của đất tuân theo lý thuyết
trạng thái giới hạn, lý thuyết phá huỷ đất;
địa hình có độ dốc ngang nhỏ; địa hình
có độ dốc ngang nhỏ, độ dốc dọc theo
hớng đào hào đợc giới hạn theo điều
kiện ổn định lật - trợt và kéo bám.
Từ mô hình máy thực và các giả
thiết, xây dựng đợc mô hình tác động
tơng hỗ giữa xích đào của máy và
đất nh ở các hình vẽ (2.2.a,b).
1
A
dP
ctx
dP
cx
v
a
2
1
v
mi1
=v
mi
.(1-
)
v
x
phơng xích cắt đất
H
M
P
1
-
t
r
A
M
x
P
x
G
x
1
NC
P
vc
P
P
cx
1
Hình 2.2.b. Sơ đồ xác định lực cản cắt do
nén đất theo phơng di chuyển của răng cắt.
Cx
h
M
M
2
M
h
E
1
/2
a
a
b
/2
2
C
mf
(P
cđ
)
mf(P
n
)
mf(P
nđ
n
s
K
A
h
s
x
z
dT
p
dT
dT
n
P
ms
P
tđ
l
s
n.sin.d.2/th
=
, m (2.18)
Chiều dày trung bình và cực đại của phoi đất cắt h
ij
của các răng cắt có
giá trị nhỏ so với chiều cao của các răng cắt đất. Với máy đào hào dạng xích
cắt đất bằng răng cắt quá trình cắt và đào đất trên đất cứng của các cụm tấm
gạt và răng cắt luôn đợc thực hiện chỉ bằng các răng cắt.
Khi tỉ số giữa tỉ số truyền lực hệ di chuyển và tỉ số truyền lực tới xích đào
giảm, chiều dầy phoi đất cắt tăng, lực cản
đào tăng (hình 2.3).
c) Các lực cản đào thành phần, lực cản đào
tổng cộng tác dụng lên xích đào theo phơng
tiếp tuyến với bề mặt cắt đất của xích đào
Kế thừa các kết quả nghiên cứu về tơng tác
giữa thiết bị công tác và đất của các máy làm đất,
bằng các lập luận khoa học, đã xác lập đợc các
quan hệ toán học của các thông số đặc trng cho
tơng tác giữa xích đào và đất phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hởng:
svNCvcctdt
PPPPPP ++++=
( )
(
+
+
+
+=
Trong các biểu thức trên:
cx
P -
Lực cản cắt tổng cộng do quá trình cắt đất của
các răng cắt tác dụng lên xích đào;
vc
P
- Lực cản do vận chuyển đất:
v
P
1
a,
Hình 2.5. Mô hình tính toán lực cản
đào tổng cộng khi máy đào hào làm
việc trong môi trờng đất lẫn vật cản
cứng
.
P
x
2
.cos
x
1
C
1
m
2n
c
8
Từ sơ đồ tính toán thiết lập hệ các phơng trình vi phân, xác định đợc lực cản đào
tổng cộng lớn nhất ở đất có lẫn các vật cản cứng và tốc độ cắt đất không đổi:
(
)
(
)
210x21e22c1ax11cmaxddtd
e.e2/v CC.ne/Cn2Ccos.ae/C.RPP
+++==
- ở đất có lẫn vật cản cứng với tốc độ cắt đất thay đổi:
c
2222cmaxddtd
R)cosxmcosxCnmax(PP ++==
( )
( )
( )
( )
( )
62.2E/kFcosCsinh.vcos
g
.FsincostgV
+
+
+
+
+=
2.4. Năng suất đào đất của xích đào
+ Năng suất đào đất của xích đào Q
x
là tổng các năng suất đào đất do các răng
cắt Q
r
và do các dao sửa thành hào:
(
)
[
2
aijfxj
3
dxd
/E/kFcosCsinh.g/vcos.FsincostgV
cosE/ag/v.kksin/tgtgBAehb2nhv10N
++++++
+++++=
+ ở đất có lẫn vật cản cứng đất, tốc độ cắt đất không đổi :
( )
( )
( )
++
++
+
mcos
.
cosCnC
vC
v
CnC
R.C
v10
N
2.6. Phân tích ảnh hởng của một số yếu tố tới các lực cản đào thành
phần, lực cản đào tổng cộng tác dụng lên xích đào
- Khi tốc độ cắt đất tăng, lực cản đào tăng lên (hình 2.6).
- Góc đặt xích đào
1
tăng, các lực cản đào thành phần và tổng cộng tăng, do
chiều dày phoi đất cắt và lợng đất cắt trong một thời gian tăng (hình 2.11).
- Lực cản đào phụ thuộc rất lớn vào tốc độ làm việc của máy, với chế độ làm
việc có tốc độ lớn, lực cản đào tăng lên đáng kể (hình 2.7), (2.8), (2.9), (2.10).
PvcIV-11
Hình 2.6. Sự biến thiên lực cản đào động và
lực cản đào tĩnh vào các c
ấp đất khác nhau
ở chế độ làm việc 1 của máy (i
dc1
, i
x1
).
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x 10
4
DO THI LUC CAN DAO DONG VA TINH CUA MAY
Toc do quay c ua truc k huyu dong c o ne, v/ph
Luc can dao dong Pdtd va tinh Pdt,N
PdtdI-11
PdtI-11
PdtdII-11
PdtII-11
PdtdIII-11
PdtIII-11
PdtdIV-11
PdtIV-11
2.7. Kết luận chơng 2
1) Đặc điểm và tính chất của đất đào hào quân sự ở Việt Nam là: ở các
vùng trung du và miền núi có địa hình hẹp, độ dốc dọc và ngang tơng đối
lớn; đất đa phần là đất sét và đất sét pha, độ ẩm trung bình dới 30%, về
mùa ma có độ ẩm và lực dính bám lớn, theo chiều sâu hào đợc đào đất
không đồng nhất, thờng gặp đất đá ong, đất có lẫn sỏi, đá vụn do quá trình
phong hóa.
2) Lực cản cắt và đào đất phụ thuộc vào các hình dáng hình học răng cắt,
chiều dầy phoi đất cắt, địa hình và các tính chất cơ - lý tính của đất, kết cấu và
góc đặt xích đào, chế độ tốc độ làm việc của động cơ.
3) Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hởng tới lực cản đào thành phần,
lực cản đào tổng cộng tác dụng lên xích đào cắt đất bằng răng cắt của máy
Hình 2.8. Đồ thị lực cản đào tổng, các thành
phần lực cản cắt và đào đất của máy ở chế
độ làm việc 2 (i
dc1
, i
x2
), trên đất cấp IV.
600 800 1000 1200 1400 1600 1800
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x 10
4
DO THI LUC CAN DA O, CAT DAT CUA MA Y
Toc do quay c ua truc khuyu dong c o ne, v/ph
Luc can dao, cat dat,N
PdtdIV-21
PdtIV-21
PcxIV-21
PNIV-21
PsIV-21
PvcIV-21
PvIV-21
Hình 2.11. Sự biến thiên lực cản cắt tổng cộng
và các lực cản thành phần vào góc nghiêng
của xích đào so với phơng ngang
1
ở đất
cấp IV, chế độ làm việc của máy (i
dc1
, i
x1
).
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
x 10
4
DO THI LUC CAN DAO, CAT DAT CUA MA Y
Toc do quay c ua truc khuyu dong c o ne, v/ph
Luc can dao, cat dat,N
PdtdIV-22
PdtIV-22
PcxIV-22
PNIV-22
PsIV-22
Pvc IV-22
PvIV-22
Hình 2.12. Đồ thị lực cản đào tổng tĩnh
và động của máy phụ thuộc vào các chế
độ làm việc của máy ở đất cấp IV.
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
x 10
4
quá trình làm việc của CƠ CấU VáT SửA MIệNG HàO, GUồNG
Xả, khả năng di chuyển của máy đào hào dạng xích đào
cắt đất bằng răng cắt
Nội dung của chơng đợc thực hiện với mục đích xác lập tiếp các thông
số với các mối quan hệ của nó, để cùng với các đặc trng tơng tác giữa
xích đào và đất đã xác lập, cho phép mô tả đầy đủ, khách quan trạng thái
làm việc của máy trong mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý
của máy đào hào dạng xích đào.
Các giả thiết đợc sử dụng trong chơng là nh ở chơng 2.
3.1. Phân tích quá trình làm việc của cơ cấu vát sửa miệng thành hào
+ Độ sâu cắt đất, tốc độ cắt đất: Các dao vát sửa miệng hào có độ sâu
cắt đất đợc ấn định theo kết cấu gá lắp các dao trên khung guồng đào, tốc
độ cắt đất bằng tốc độ di chuyển của nguồn động lực.
+ Lực cản tác dụng lên cơ cấu: Dao có kích thớc (l) lớn, (b) nhỏ, đất
đợc các dao cắt rơi xuống đáy hào để xích đào vận chuyển tới guồng xả,
do vậy lực cản tác dụng lên dao cắt gồm: lực cản phá huỷ đất theo nén, lực
tách phoi đất và lực ma sát giữa dao và đất. Có thể xây dựng sơ đồ tính toán
lực cản tác dụng lên dao vát sửa miệng hào nh ở hình vẽ (3.1.a, b, c). Từ đó
xác lập đợc các biểu thức: + Lực cản tổng cộng tác dụng lên cơ cấu dao vát miệng hào:
- Theo phơng di chuyển của máy:
b
v
l
v
P
vms
P
vtđ
x(dNsin
v
+dTcos
v
)
0
x
P
vms
P
vtđ
h
P
vt
P
vb
v
m
v
a)
c)
b)11
ở đây:
2
vb
tggcottg21k +=
;
(
)
(
)
vb
P v
mi
+
vd
P
f.cos
v
)/
dci
,
ở đây:
v
- góc cắt của dao;
dci
- hiệu suất truyền lực tới bánh xe chủ động.
3.2. Miền tốc độ đảm bảo hiệu quả thu gom đất vào guồng xả
3.2.1. Xây dựng sơ đồ tính toán
Giả thiết: Ngoài các giả thiết ở chơng 2, đất đã đợc cắt ở trạng thái rời.
Các phân tố đất cắt theo hành trình vận chuyển đợc tích luỹ động năng
và thế năng, khi nhô thoát khỏi bề mặt đất bờ hào, bị đẩy văng tách khỏi đất
trong khoang chứa giữa các tấm gạt. Khi đó các phân tố đất vừa chuyển
động theo phơng của véc tơ tốc độ tuyệt đối
a
v
(tốc độ cắt đất), vừa di
chuyển trợt theo chiều cao cánh gạt với tốc độ
j
dm
,
c
Pd
).
Sử dụng các giả thiết và tham khảo các kết quả nghiên cứu liên quan, xây
dựng đợc các sơ đồ tính toán (h.3.2, 3.3) và viết đợc các phơng trình
chuyển động của phân tố đất khảo sát:
(
)
(
)
m,2/kgttvsinz;m,tvcosx
2
aijij1aijij1
==
( )
( )
[
]
( )
[ ]
0tg.sinmgvC)./g(.cos
/g.m
m
C)./g(v.sin
(3.10)
( )
( )
( )
( )
0dPdPcosdPdPsin
)cossintg(mg)cossin.tg(Ptg.P.m
v0C0Cv
1ltc
vj
=++
++++
(3.24)
Giải hệ các phơng trình (3.10), (3.24), nhận đợc các biểu thức xác định
các tốc độ giới hạn nhỏ nhất và lớn nhất của xích đào đợc qui dẫn về trục
khuỷu động cơ của máy để đảm bảo hiệu quả gom đất vào guồng xả:
n
eminij
=
ijk
dci
Cr
i30
.max
( )
(
)
D/RcosarD/hzzarcsin2/t.
10CE)
maxj
(jmaxj0
+
+
+
)(jmaxjjmaxe
maxj
t/n
=12
ở đây:
( ) ( )
2
0CE
2
hzzcaD ++= ; h
c
kích thớc chiều cao của cánh gạt, m;
t
1j
khoảng thời gian cánh gạt khảo sát di chuyển từ vị trí A tới vị trí xả hết
Hình 3.2. Sơ đồ
tính toán tốc độ
nhỏ nhất giới hạn
của xích đào để
đảm bảo hiệu
quả thu đất vào
hộp guồng xả.
b
0
z
E
b
E
m
B
1
x
.
vi
P
lt
v
xj
P
d
mg
i
t
Bi
i
t
1
1
i
(t-t
Bi
)
l
t
v
mi
1
c
4
c
1
z
mg
l
t
N
M
J
v
xj
m
d
P
lt
P
f
x
a
o
c
c
h
0
c
4
h
c
h
ch
Quĩ đạo chân các tấm gạt vận chuyển đất
Quĩ đạo đỉnh các
tấm gạt
Bậc cạnh dới cửa gom đất
.
v
v
13
đất khi tốc độ góc bánh sao là
j
; t
Bj
thời gian di chuyển của cánh gạt từ vị
trí A đến vị trí B (vị trí chuyển đổi từ quĩ đạo thẳng sang quĩ đạo cong);
3.3. Phân tích quá trình làm việc của guồng xả đất
3.3.1. Xác định tốc độ nhỏ nhất giới hạn của guồng xả
Sơ đồ tính toán tốc độ vung hắt đất,
cự ly xả đất đợc thể hiện trên hình (3.5).
Khi rô to guồng xả có tốc độ góc
gk
, đất trong các phân khoang của
guồng xả đợc gia tốc và lần lợt đợc
nâng tới điểm B ở miệng vung hắt đất
của guồng xả, phân tố đất sẽ có tốc độ
vòng
r
v
, tốc độ theo hớng ly tâm
l
v
+++
=
rxd
2
k
3
c
02
r
dbkcr
gk
xmine
Rkkh.l
tg.Q.a.2
,
2180cos.R
BBBcos.R.k.g
.max
i.30
n
ở đây: x - cự ly xả đất theo yêu cầu chiến thuật; R
r
- bán kính rô to guồng xả
đất, m; B
làm việc của guồng xả:
(
)
gvdmslmstndjddg
/NNNNNN
+
+
+
+
=
, KW (3.41)
(
)
(
)
[
]
gxrx
2
g
2
rtg
3
dg
/sintgRHgtg1Rm10N
+++=
B
k
B
b
B
đ
v
l
B
yv
r
x
R
r
a
cửa
xả
2
c
x
d
dG
đ
dP
msl
m
pt
14
trong đó: N
jd
công suất để gia tốc cho các phân tố đất sau gom đạt tới tốc
độ dài của rô to guồng xả, KW; N
nd
công suất để nâng các phân tố đất từ
độ cao ở đáy tới độ cao cửa vung hắt đất của guồng xả, KW; N
mst
công
)
[
]
( )
11dvdvb
11Ndddgxc
sinfcosPP.fP
cosfsinPsincosf.GGGP
+++
+++++=
(3.68)
- Lực kéo tiếp tuyến P
k
trên các bánh xe chủ động của nguồn động lực:
(
)
(
)
kddcidcitdk
r.n/.i.NN.76,9555P
=
, N (3.69)
- Lực bám của máy:
[
]
ddcij
v
.
.sinfcosPP.fP
cosfsinPsincosf.GGG
10N
+++
+++++
=
3.3.2. Khả năng di chuyển của máy
- Khả năng đảm bảo cho TBCT thực hiện việc đào hào và chung toàn
máy di chuyển theo địa hình đào hào theo điều kiện kéo - bám:
(
)
(
)
ckddcidcitd
Pr.n/.i.NN.76,9555P
k
M
k2
P
k1
P
k2
P
N
G
đ
.sin
d
G
x
G
x
.cos
d
G
x
.sin
d
1
M
bs
P
đ
P
vb
P
vđ
P
f1
P
f2
M
k1
G
g
.sin
d
G
g
.cos
+=
Nm,n/)nC/(n.c)nC/(n.baN.76,9555M
KW,)nC/(n.c)nC/(n.b
n
n
)nC/(n.a.N.CN
N
2
NgeNgemaxee
3
Nge
2
Nge
N
e
Ngemaxege
(3.65b)
3.4. Chi phí năng lợng, năng suất của máy đào hào trong quá trình làm việc
Từ các kết quả phân tích quá trình làm việc của máy, xác định đợc:
+ Công suất động cơ cần thiết (N
ct
) đảm bảo cho máy đào hào làm việc:
dgdxdddcct
NNNN
+
ct
sintgRHgtg1R
mvP
vP
10N
, KW
+ Năng suất đào hào của máy:
(
)
{
}
ijvvsfaijs
C/sinFFehb2nhkv.3600Q
+++=
, m
3
/h
Trong các biểu thức trên: N
ddc
công suất động cơ cần thiết cho di chuyển
của máy, KW; N
dxd
- công suất động cơ cần thiết cho xích đào làm việc, KW;
N
dg
- công suất động cơ cần thiết cho guồng xả đất làm việc, KW;
dci
4.1. Các yêu cầu cần thoả mãn ở mô hình toán học cần xây dựng
Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng
xích đào cắt đất bằng răng cắt, chính là tập hợp các quan hệ toán học cho
phép xác định tập giá trị các tham số, thông số đặc trng cho chế độ làm
việc hợp lý (tối u) của máy theo chỉ tiêu đánh giá sự hợp lý (tối u) đợc
lựa chọn phụ thuộc vào các điều kiện đất đào, các thông số về năng lợng và
kết cấu máy, các tham số theo yêu cầu chiến thuật - chiến dịch. Các yêu cầu
phải thoả mãn ở mô hình toán học cần xây dựng:
- Phải mô tả đúng, đầy đủ bản chất quá trình làm việc của máy, phải phản ánh
đầy đủ các mối quan hệ giữa các tham số xác định chế độ làm việc của máy với
16
các yếu tố ảnh hởng, cho phép xác định đợc chế độ làm việc hợp lý của máy.
- Mô hình toán học phải cho phép giải đợc hoặc bằng phơng pháp giải tích
hoặc bằng phơng pháp số trên các công cụ tính toán hiện đại có trong nớc.
Để thoả mãn các yêu cầu đó, việc xây dựng mô hình toán học lựa chọn
chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào đợc thực hiện theo các bớc:
- Phân tích hệ thống.
- Thiết lập mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy.
4.2. Phân tích hệ thống
Dựa trên các kết quả phân tích quá trình làm việc của máy đào hào dạng
xích đào cắt đất bằng răng cắt và phép tích hợp của lý thuyết điều khiển, có thể
thiết lập mô hình hệ thống mô tả quá trình làm việc của máy nh hình (4.2).
là tập các véc tơ
động học, động lực học, hiệu quả của TBCT.
* Phần tử : D
rt
là tập các véc tơ trạng thái chung của toàn máy đào hào.
+ Lựa chọn dạng mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của
máy đào hào dạng xích
Mô hình toán học lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của máy đào hào dạng
xích đợc lựa chọn ở dạng mô hình tối u rời rạc:
(
)
( )
=
n
n21
n21
RDx ,,x,xx
maxx ,,x,xf
(4.1)
4.3. Xác định hàm mục tiêu của mô hình toán học
Hàm mục tiêu của mô hình toán học đợc xác định là chỉ tiêu hiệu quả H
Qij
:
Hình 4.2. Mô
kd
D
rt
D
pd
D
rt
D
kx
D
rt
D
px
D
rt
D
hd
D
ct
TBĐL
Q
pd
TBCT
D
kx
, D
px
,
Q
xđ
, Q
v
,
Q
g
, Q
s
, Q,
D
kx
D
px
D
ct
D
px
hd
D
ct
R
M
V
V
M
R17ctij
2
hij
Qij
N
Q
H =
(4.2)
ở đây: N
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
( )
( )
( ) ( )
[ ]
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
13;N1CkhiN;0NN
'12;
n
n
.c
n
n
.ba
n
N
.76,9555M;
n
n
.c
n
n
.b
n
n
.a.NN
12;
nC
n
.c
nC
n
.ba
n
N
.76,9555M;
v
CnC
CR
P
5;E/kFcosCsinh.vcos
g
.FsincostgV
cosE/av.kk
gsin
tgtgBA
ehb2h)nn(R
4;E/kFcosCsin.h.vcos
g
.FsincostgV
cosE/av.kk
gsin
tgtgBA
ehb2nhP
3;m,n.sin.
d.2
t
h
2%;100.
R
P
.B
R
P
.A;
i.30
E1EE
01
2
ijk
dci
exminij
ctijgdijijdctdij
2
N
eij
N
eij
N
maxe
eij
3
N
eij
2
N
eij
N
eij
maxeeij
2
Ng
eij
Ng
eij
N
11dvdvb11Ndddgxc
2
2c1
2c1
0x21e
2c1
2
2c1
2c1
0x1
a
2c1
1c
dtdij
2
pnss01c
2
aijq11vc
2
p
2
aijf
'
ccij
2
pnss01c
2
aijq11vc
2
p
+
+
=
==
+=
+=
+=
+
+
+
=
++
++++
+
+
+
+
+=
=
+
Mô hình toán học này cho phép lựa chọn đợc chế độ làm việc hợp lý của
máy ở các cấp đất khác nhau, cả với đất có và không có lẫn các vật cản cứng.
Việc giải mô hình toán học đã xác lập (4.13) bằng phơng pháp số trên vi tính.
4.6. Giải mô hình toán học lựa chọn chế độ chế độ làm việc hợp lý của
máy đào hào PZM-2
19
Với mục đích xác định khả năng cho lời giải của mô hình toán học (4.13),
đồng thời để lựa chọn chế độ làm việc hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả khai
thác một dạng máy cụ thể của quân đội, đã thực hiện các lập trình tính toán
trên cơ sở phần mềm MATLAB để xác định chế độ làm việc hợp lý của máy
đào hào PZM-2 ở điều kiện đào hào quân sự ở Việt nam.
+ Số liệu đầu vào để tính toán :
=6
0
; III
= 6
0
;IV =6
0
;III =6
0
; IV
1 2
39
0
26.5
=6
0
; III
=6
0
; IV =6
0
; III =6
0
; IV
2 1
39
0
lợng và kết cấu của máy đào hào dạng
xích đào cắt đất bằng răng cắt PZM-2.
- Máy thực hiện quá trình đào hào
quân sự theo quĩ đạo thẳng và làm việc
ổn định ở từng giá trị tốc độ của động
cơ.
+ Các kết quả tính toán: Các kết quả tính
toán đợc thể hiện trên các đồ thị hình
4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 và các bảng 4.2, 4.3. 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
5
10
15
6
/KW.h
2
DO THI HE SO HIEU QUA HQd VA HQt
HQtIII- 11
HQtIII- 12
HQtIII-21
HQtIII-22
HQdIII-11
HQdIII-12
HQdIII-21
HQdIII-22
Hình 4.6. Đồ thị công suấ
t đông cơ và công
suất cản động N
ctđ
, tĩnh N
ct
ở các chế độ
làm việc của máy đối với đất cấp IV.
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
0
20
40
60
80
100
120
Toc do dong co ne, v/ph
Ne va Nctd, Nct, KW
Toc do dong co ne, v/ph
Ne, Ndg, Nctd, Nct, KW
DO THI CONG SUA T DONG CO VA CONG SUA T CAN Nc td, Nct
Ne
NctdIII-11NctdIII-12NctdIII-21NctdIII-22
NctIII-11NctIII-12
NctIII-21NctIII-22
(Cg=50%)
(Cg=60%)
(Cg=70%)
(Cg=80%)
(Cg=90%)
(Cg=100%)
Hinh 4.5. Đồ thị năng suất của máy
ở các
chế độ làm việc trên đất cấp IV.
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
0.02
0.022
0.024
DO THI NANG S UAT CUA MAY
Toc do dong co ne, v/ph
KW
h/m.h/m
33
Cấp đất Đất cấp III
Loại Đất Không có lẫn vật cản cứng Có lẫn vật cản cứng
Chế độ tỉ số tốc độ đồng bộ
d
11
=
40.02
d
12
=
65.35
d
21
=
22.13
d
22
=
36.14
52.02
64.56
78.03
82.15
100.55
95.46
107.08
n
eHQmax
(v/ph) 2014.0
1948.7
1907.8
1768.9
1491.2
1507.6
1507.6
53.27
75.79
74.24
35.32
41.21
59.89
64.30
Năng suất
của máy
Q (m/h) 106.71
103.25
182.82
169.51
79.01
79.88
144.46
Loại Đất Không có lẫn vật cản cứng Có lẫn vật cản cứng
Chế độ tỉ số tốc độ đồng bộ
d
11
=
40.02
d
12
=
65.35
d
21
=
22.13
d
22
=
36.14
d
11
=
40.02
d
12
=
105.97
99.11
110.44
n
eHQmax
(v/ph) 1973.2
1932.3
1875.1
1736.3
1450.4
1483.0
1466.7
1491.2
Chế độ
làm
việc của
động cơ
C
40.54
58.27
62.58
Năng
suất của
máy
Q (m/h) 104.50
102.38
179.68
170.29
76.85
78.58
140.55
142.90
H
Qtmax
34.40
Có lẫn vật
cản cứng
Không có lẫn
vật cản cứng
Có lẫn vật
cản cứng
Chế độ tỉ số tốc độ đồng bộ d
22
= 36.14 d
11
= 40.02
d
21
= 22.13 d
11
= 40.02
21
N
eHQmax
=N
ct
, N
ctđ
(KW) 78.03 82.15 69.94 85.47
n
1) Công suất cần thiết của động cơ cho máy làm việc và năng suất đào hào
của máy phụ thuộc vào chế độ tốc độ đào hào (tốc độ quay của trục khuỷu động
cơ, tỉ số tốc độ đồng bộ d
ij
), các thông số cơ - lý của đất. Với đất cấp IV, ở tốc
độ n
e
= 1450.4 v/ph: d
11
= 40.02, N
ctđ
= 85.24 KW, Q
h
= 34.30 m
3
/h; d
12
= 65.35,
N
ctđ
= 101.38 KW, Q
h
= 39.58 m
3
/h; d
21
= 22.13, N
ctđ
= 97.04 KW, Q
h
lần.
3) ở đất đào hào không có lẫn vật cản cứng chế độ tốc độ làm việc hợp lý
(H
Qijmax
) của máy đợc phân bố ở vùng tốc độ làm việc của động cơ có công suất
lớn. Với đất cấp IV: n
e
(d
11
) = 1973.2 v/ph, n
e
(d
12
) = 1932.3 v/ph, n
e
(d
21
) = 1875.1
v/ph, n
e
(d
22
) = 1736.3 v/ph.
4) ở đất đào hào có lẫn vật cản cứng các chế độ tốc độ làm việc hợp lý (H
Qijmax
)
của máy đợc phân bố ở vùng tốc độ làm việc của động cơ có giá trị mô men trên
trục khuỷu động cơ lớn. Với đất cấp IV: n
e
(d
Các thông số thí nghiệm cần xác định đợc đo theo phơng pháp đo các đại
lợng không điện bằng các đại lợng điện, phơng pháp quang điện. Các kết
quả đo đợc tiến hành xử lý bằng xác suất thống kê trên máy tính.
5.3. Các thông số đợc xác định trong thí nghiệm
- Mô men xoắn và tốc độ vòng quay trên trục truyền lực trung gian giữa
hộp số và hộp phân phối của thiết bị công tác;
- Mô men xoắn và tốc độ vòng quay trên trục các đăng dẫn động tới hộp
giảm tốc trớc bánh sao chủ động của xích đào (hình 5.9, 5.10).
5.4. Lựa chọn dạng thí nghiệm, điều kiện địa hình - đất đào hào
Thí nghiệm với máy thực PZM-2, đào hào ở địa hình - đất đào hào quân
sự, đất cấp IV.
5.5. Các phơng tiện, thiết bị đợc sử dụng trong quá trình thí nghiệm
- Máy đợc gắn các thiết bị đo và thực hiện quá trình thí nghiệm là máy
PZM-2 ; Thiết bị đo ghi: Spider 8; Tenzô đo biến dạng FCA-5-11 của
hãng Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd (Nhật); Thiết bị thu phát không dây
RTSE-600; Cảm biến đo tốc độ RS; Phần mềm xử lý số liệu CATMAN.
5.6. Quy trình thí nghiệm
- Bố trí, lắp đặt và hiệu chỉnh, hiệu chuẩn các đầu đo và các thiết bị đo.
- Lựa chọn số lần thí nghiệm: độ phân giải của thiết bị đo khá cao (10 số liệu
trong 1 giây), với hào đào dài 5m, với 1 thông số cần đo có số lần thử nghiệm là
rất lớn (khoảng 1000 lần), đảm bảo đợc độ chính xác của các thông số cần đo.
Công suất chi phí cho TBCT và xích đào thí nghiệm và tính theo lý thuyết. Bảng 5.6
Chế độ
làm việc
Độ ẩm W
(%)
n
e
(v/ph)
N
tbcttn
(KW)
N
dxdtn
(KW)
N
TBCT
(KW)
N
dxd
(KW)
K
TBCT
28.03 17.09
30.74 20.24 8.83 15.58
26.5 972.9 17.05 11.85
17.85 12.65 4.47 6.30
26.5 1123.4
20.88 14.22
21.53 15.27 3.03 6.89
26.5 1273.8
24.70 16.58
25.80 17.98 4.27 7.80
26.5 1424.4
29.42 19.40
31.24 21.25 5.83 8.72 k
1226.5 1575.0
49.94 31.29 8.39 14.00
k
21
26.5 1770.4
50.03 28.85
56.78 34.11 11.89 15.42
26.5 978.5 23.92 16.71
25.37 18.18 5.70 8.10
26.5 1126.2
29.11 19.77
30.38 20.78 4.17 4.84
26.5 1273.8
34.30 22.83
36.91 24.34 7.06 6.19
26.5 1426.1
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Số vòng quay của động cơ ne, v/ph
Cô n g su ất, K W
Ntbcttn Ndx dtn Ntbct Ndxd
0
5
10
15
20
25
30
35
40
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Số vòng quay của động cơ, v/ph
Cô n g su ất, K W
Ntbcttn Ndxdtn Ntbct Ndxd
24
Kết luận của luận án
Các kết quả chính của luận án thu nhận đợc:
1) Trong mô hình tơng tác giữa xích đào cắt đất bằng các răng cắt và đất khi
máy làm việc đợc xác lập, lực cản cắt là thành phần chính của lực đào tổng cộng
(lực cản cắt P
cx
là 77.80 %); giá trị lực đào tổng cộng trong trờng hợp đất có lẫn
Hình 5.
20
. Đồ thị so sánh giữa công
suất chi phí cho TBCT và guồng xích
đào xác định theo thí
nghiệm và tính
toán lý thuyết trong trờng hợp 3 (k
21
).
0
10
20
30
40
50
60
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
Số vòn g quay của động cơ, v/ph
Côn g suất, K W
Ntbcttn Ndxdtn Ntbct Ndxd
Hình 5.21. Đồ thị so sánh giữa công
suất chi phí cho TBCT và guồng xích
ij
), các thông số cơ - lý của đất.
- ở đất đào hào không có lẫn vật cản cứng chế độ tốc độ làm việc hợp lý
(H
Qijmax
) của máy đợc phân bố ở vùng tốc độ làm việc của động cơ có công suất
lớn. Với đất cấp IV: n
e
(d
11
) = 1973.2 v/ph, n
e
(d
12
) = 1932.3 v/ph, n
e
(d
21
) = 1875.1
v/ph, n
e
(d
22
) = 1736.3 v/ph.
- ở đất đào hào có lẫn vật cản cứng các chế độ tốc độ làm việc hợp lý (H
Qijmax
)
của máy đợc phân bố ở vùng tốc độ làm việc của động cơ có giá trị mô men trên
trục khuỷu động cơ lớn. Với đất cấp IV: n
e
Copyright: Tài liệu đại học ©