Lựa chọn máy xới đất tùy thuộc vào điều kiện sử dụng

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 8 -2006 
Trang 37 
LỰA CHỌN MÁY XỚI ĐẤT TÙY THUỘC VÀO ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG 
Nguyễn Danh Sơn 
Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM 
(Bài nhận ngày 26 tháng 01 năm 2006, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 29 tháng 08 năm 2006) 
TÓM TẮT: Bài báo trình bày việc lựa chọn máy xới đất hợp lý để thi công các loại đất 
cứng. Thông qua việc tối ưu hóa các chỉ tiêu hiệu quả sử dụng máy như thời gian chu kỳ làm 
việc tối thiểu, năng suất sử dụng tối đa và khối lượng máy tối ưu chọn ra một loại máy xới 
trong số các máy có trên thị trường hoặc có trong đội máy của xí nghiệp với khối lượng và 
công suất phù hợp với điều kiện sử dụng. 
Yếu tố quan trọng để tăng hiệu quả máy xây dựng và làm đường là đảm bảo công tác bảo trì 
và sử dụng tối ưu máy. Các loại máy xới đất chiếm một vị trí đặc biệt trong cơ giơi hóa các 
công tác làm đất ở vùng đồi núi, khi thi công các loại đất cứng. Ở Việt Nam có nhiều vùng đồi 
núi với đất cứng thì việc dùng máy xới để thi công đất có ý nghĩa lớn. Phương pháp dùng máy 
xới để phá đất trong thời gian hiện tại và trong tương lai vẫn là phương pháp có hiệu quả, đơn 
giản và cho phép trong đa số điều kiện sử dụng, khi thi công các loại đất cứng. 
Sự tối ưu hóa các thông số và điều kiện sử dụng máy xới đất trong xây dựng nói chung và 
trong ngành xây dựng đường giao thông nói riêng là một vấn đề cấp thiết. Việc xác định khối 
lượng tối ưu của máy xới là vấn đề quan trọng vì lực kéo của máy xới được xác định bằng tích 
của khối lượng máy và hệ số bám của máy xới. Khối lượng tối ưu của máy xới được xác định 
trên cơ sở phân tích các chỉ tiêu hiệu quả như thời gian của chu kỳ làm việc và năng suất của 
máy. 
Thời gian chu kỳ làm việc được xác định dưới dạng tổng các thời gian cho mỗi nguyên 
công của chu kỳ làm việc: 
 4321ck ttttt +++= (gy) 
trong đó: t1 – thời gian đưa răng xới vào đất. 
 t2 – thời gian xới, (gy). 
 t3 – thời gian hành trình ngược (gy). 
 t4 – thời gian cho các nguyên công phụ như nâng hạ lưỡi xới, thời gian cơ động, tăng 
tốc và phanh hãm máy, (gy). 
Các nguyên công chính của quá trình là nguyên công xới (t2) và nguyên công hành trình 
ngược (t3). 
Thời gian cho các nguyên công còn lại mang tính chất phụ, hợp lý nên tính bằng hệ số. 
Trên cơ sở đó, thời gian của chu kỳ làm việc của máy xới có thể viết dưới dạng tổng của hai trị 
số: 
 3ng.ph2x.phck t.kt.kt += (1) 
trong đó Kph.x là hệ số tính đến thời gian đưa lưỡi xới vào đất, có giá trị thực nghiệm và xác 
định theo biểu thức: 
 )
t
t1(k
2
1
x.ph += ; Kph.x = 1,2 ÷ 1,5 
kph.ng là hệ số tính đến thời gian cơ động, tăng tốc, phanh hãm..v.v. 
Science & Technology Development, Vol 9, No.8- 2006 
Trang 38 
 )
t
t1(k
3
4
ng.ph += ; Kph.ng ≥ 1,7 
Thời gian xới xác định theo công thức của giáo sư V.I.Balôpvnhép: 
lv
2x.phx
2 v.g.m
k.n.l.h.b.k.k
t = , (gy) (2) 
trong đó: 
ixb
2 k).1)(if(
k δϕ
η
−±−= là hệ số 
tính đến tính chất kéo bám của máy xới. 
kx – lực cản xới riêng (N/m2), trị số thực nghiệm. 
b – chiều rộng của lưỡi xới, (m). 
h – chiều sâu xới, (m). 
l – quảng đường xới, (m). 
n – số răng của máy xới. 
m – khối lượng máy, (kg). 
g = 9,81 (m/gy2) – gia tốc trọng trường. 
ϕb – hệ số bám đất của máy xới, ϕb = 0,6 ÷ 0,7. 
η - hiệu suất truyền động của máy xới, η = 0,85. 
f – hệ số cản di chuyển máy xới, f = 0,1 ÷ 0,2. 
i – độ dốc của địa hình, i = 0 ÷ 0,05. 
δx – hệ số trượt khi xới đất, δx = 0,15 ÷ 0,2. 
vlv – tốc độ làm việc trung bình của máy xới, v = 0,5 ÷1,5 m/gy. 
ki – hệ số tính đến khả năng đưa gầu vào đống vật liệu khi tăng tốc, ki ≥ 1, thường thì ki ≈ 1. 
Thời gian máy xới trở về vị trí ban đầu hay thời gian hành trình ngược hoặc thời gian hành 
trình không tải được xác định theo công thức: 
ng
x
3 v
lt = (gy) 
trong đó: 
lx – quãng đường hành trình ngược của máy xới lấy bằng quãng đường xới; lng = lx (m). 
vng – tốc độ hành trình ngược hay tốc độ hành trình không tải, (m/gy). 
Trị số vng được xác định qua các thông số khai thác – kỹ thuật của máy xới: 
)if.(g.m
k.).1(Nv
b
cx
ng ±−
−= ϕ
ηδ (m/gy) 
Trên cơ sở đó ta có: 
N
k.k.l.g.m
t 3ng.phx.ng3 = (3) 
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 8 -2006 
Trang 39 
trong đó: 
cng
b
3 k.).1(
)if(k ηδ
ϕ
−
±−= - hệ số tính đến tính chất kéo bám của máy xới trong hành trình 
ngược. 
 N – công suất của động cơ (w) 
 δng – hệ số trượt của máy xới trong hành trình ngược, δng = 0,1 ÷ 0,2. 
 kc – hệ số chất tải động cơ khi máy xới thực hiện hành trình ngược, kc = 0,8 ÷0,85. 
Thời gian chu kỳ làm việc của máy xới dưới dạng hàm số của các thông số khai thác – kỹ 
thuật của quá trình là chỉ tiêu hiệu quả của quá trình xới. Trên cơ sở công thức (2) và (3) trị số 
này được xác định dưới dạng tổng của hai số hạng: 
N
k.k.l.g.m
v.g.m
k.n.k.h.b.k.k
t ng.ph3
lv
2x.phx
ck += 
 (4) 
Khối lượng đất xới được sau một chu kỳ làm việc của máy được xác định theo biểu thức: 
 n.l.h.b.kq tx = (m3) (5) 
trong đó: 
 kt – hệ số tơi của đất, kt = 2 ÷5 
Năng suất máy xới là một trong những chỉ tiêu hiệu quả được xác định theo công thức: 
ck
x1
t
q.kQ = (m3/g) (6) 
trong đó: 
t
tg
1 k
k.3600
k = - hệ số thứ nguyên. 
ktg – hệ số sử dụng máy theo thời gian. 
Trên cơ sở các công thức (4) và (6) ta nhận được trị số năng suất sử dụng của máy xới dưới 
dạng hàm số của các thông số khai thác – kỹ thuật của hệ. 
)
k.n.h.b.N
k.g.m.k
k.v.g.m
k.k.k
(
kQ
t
3ng.ph
tlv
2x.phx
1
+
= 
(m3/g) (7) 
Kiểm tra các kết quả tính toán năng suất máy xới khi so sánh với số liệu thực nghiệm sản 
xuất. Năng suất của máy xới được đo khi xới đất có độ bền C = 40 ÷ 50, máy xới có công suất 
242 kw, khối lượng m = 52,6 tấn với tốc độ xới vlv = 0,5 ÷ 0,7 m/gy [3]. 
Năng suất thực nghiệm Q = 150 ÷160 m3/g. 
Science & Technology Development, Vol 9, No.8- 2006 
Trang 40 
Năng suất lý thuyết tính toán được xác định theo công thức (7) với các trị số sau: 
ki = 1 ; k2 = 1,5 ; kx = 0,5 MPa ; vlv = 0,7 m/gy ; b = 0,1 m ; h = 0,7 m ; k3 = 1,5 ; kt = 1,3 
; kph.x = 1 ; n = 1 
Năng suất thực nghiệm Trị số tính toán 
TT 
Loại đất 
kx 
(N/m2) 
Công suất 
động cơ N (w) 
Khối 
lượng máy 
m (kg) 
Năng suất 
thực nghiệm Q 
(m3/g) 
Năng suất 
tính toán lý thuyết 
Q (m3 / g) 
Sai số % 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
300000 
500000 
700000 
300000 
500000 
700000 
242.000 
242.000 
242.000 
300.000 
300.000 
300.000 
52.60
0 
52.60
0 
52.60
0 
49.93
0 
49.93
0 
49.93
0 
150 – 160 
150 – 160 
109 – 146 
187 – 212 
150 – 160 
109 – 146 
134 
133 
129 
171 
168 
163 
17 
17 
18 
14 
8 
27 
Năng suất tính toán phù hợp với giá trị năng suất đo được trong quá trình thử nghiệm máy. 
Như vậy công thức (7) phản ánh tính chất diễn biến của quá trình xới đất. Nó có thể dùng để 
tính toán khi xác định hiệu quả các máy xới và tối ưu hóa chúng. 
Thời gian chu kỳ làm việc tck và năng suất Q là những chỉ tiêu hiệu quả làm việc quan trọng 
của máy xới. Thời gian tck càng nhỏ thì năng suất máy càng lớn và máy càng tốt. 
Sự phân tích các chỉ tiêu hiệu quả (4) và (6) cho phép kết luận rằng các trị số tối ưu của các 
chỉ tiêu này sẽ có được ứng với một giá trị khối lượng xác định của máy. 
Khối lượng tối ưu của máy xới mopt được xác định trên cơ sở cho đạo hàm bậc nhất theo 
khối lượng của biểu thức (4) bằng 0. 
 0
N
k.l.g.k
v.g.m
k.n.l.h.b.k.k 3ng.ph
lv
2
2x.phx
m
tck =+−=∂
∂
Từ đó ta có: 
 )
k.v.g
k.N.h.b.k.k
(m
ng.phlv
2
4x.phx
opt = (kg) (8) 
trong đó: k4 – hệ số đặc trưng cho tính chất kéo bám của máy xới. 
ix
2
b
cng
2
4 k).1.()if(
k).1.(
k δϕ
δη
−±−
−= 
Sự phân tích các công thức nhận được cho phép kết luận rằng các chỉ tiêu hiệu quả của máy 
xới có giá trị tối ưu tck = min và Q = max tại một giá trị xác định của khối lượng máy và lực 
kéo do máy phát triển trong các điều kiện sử dụng xác định vì Topt = mopt. ϕb và những thông 
số khác không đổi (N, kx ..). Khối lượng tối ưu và vậy thì lực kéo của máy phụ thuộc vào các 
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 8 -2006 
Trang 41 
yếu tố kỹ thuật và sử dụng. Khối lượng tối ưu mopt của máy xới sẽ tăng cùng với sự tăng công 
suất của động cơ (N), lực cản xới riêng của đất (kx), diện tích tiết diện rãnh xới (b.h). Khối 
lượng tối ưu giảm cùng với sự tăng tốc độ làm việc của máy xới (vlv). 
Máy xới với các thông số kỹ thuật xác định m, N, vlv , h, b và các thông số khác không đổi 
thì xới đất hiệu quả với loại đất có độ cứng nhất định (kx). Trong các điều kiện khác thì máy 
xới làm việc kém hiệu quả hơn, năng suất giảm và tăng tiêu tốn năng lượng xới đất. 
Sự lựa chọn một máy xới hợp lý trong số máy có trên thị trường hay trong số máy hiện có ở 
đội máy của xí nghiệp để thi công đất trong những điều kiện sử dụng xác định có thể thực hiện 
được theo công thức (8). Trường hợp này với một công suất máy (N) cho trước và các thông số 
khác người ta xác định giá trị tối ưu của khối lượng máy (mopt). Theo trị số mopt và N lựa chọn 
máy có các thông số khối lượng và công suất gần với trị số tính toán. 
SELECTION OF DIGGING MACHINES ACCORDING TO USING 
CONDITIONS 
Nguyen Danh Son 
University of Technology, VNU-HCM 
ABSTRACT: This paper presents the selection of a rational digging machine for hard 
soils. After optimizing effective norms of machine using, such as minimum working period of 
machine, the highest efficiency and optimum weight of machine. The selection is based on 
degging machines which one available in markets or own enterprises having rational weight 
and power and suitable to using conditions. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Баловнев В.И, Оценка эффективности дорожных и коммунальных машин по 
технико – эксплуатационным показателям, «Машиностроение», 2002. 
[2]. Захарчук Б.З.;Шлойдо В.Д.; Телушкин В.Д,Бульдозеры и рыхлители, « 
Машиностроение», 1987. 
[3]. Холодов А.М. Ничке В.В. Назаров Л.В, Землеройно – транспортные машины, 
«Вища школа», 1982.