Luận án Nghiên cứu quá trình bốc xúc vật liệu của máy xúc lật đổ bên trong thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ

hợp lý cần tuân thủ điều kiện VM/Vg; trong đó VM – thể tích khối lăng trụ 
ĐNM dịch chuyển; Vg – dung tích của gầu xúc. Điều kiện này được đảm bảo 
bởi chiều cao của đống ĐNM, Hmax, chiều cao này phải lớn hơn chiều cao tối 
thiểu của đống ĐNM, Hmin; 
 Hình 2.19 Sơ đồ tính 
 toán để xác định 
 chiều cao nhỏ nhất 
 của đống ĐNM 
 Chiều cao cần thiết để tạo được thể tích ĐNM cần thiết của khối lăng trụ 
Hình 2.23, được xác định theo biểu thức. 
 Hmin  BE.sin 2 (2.39) 
 Trong đó Ψ2- góc giữa đường dịch chuyển của ĐNM và mặt tựa của 
đống ĐNM. Giá trị của góc này nằm trong công thức: 
 0 0 0
 2 90 45 45 ; (2.40) 
 22
 62 
 Trong đó φ – góc ma sát trong của ĐNM. Giá trị góc φ đối với các loại 
ĐNM khác nhau được đưa ra trong Bảng 2.4. 
Bảng 2.4. Các thông số của các loại vật liệu rời dạng đống chính. 
 Các thông số chính phục vụ tính toán 
 Các loại ĐNM sau 
 Khối lượng riêng ,γ Góc ma sát ngoài, φ1 Góc ma sát trong, φ 
 khoan nổ 
 kg/m3 rad độ rad độ 
Than đá dạng hạt rời 1.200 0,645 37 0,663 38 
Đá nổ mìn đường hầm 1.600 0,610 35 0,764 44 
 Đại lượng BE được xác định theo định lý sin từ hệ thức: 
 BE L L
 AG AG ; 
 sin vl 0 0 0 0 (2.41) 
 sin 180 vl 45 90 sin 45 vl 
 22 
 sin 
 vl 
 BE LAG ,
 0 (2.42) 
 sin 45 vl 
 2
 Như vậy, chiều cao nhỏ nhất của đống ĐNM khi xúc bằng phương 
pháp phối hợp sẽ được xác định như sau: 
 0 
 LAG sin vl .sin 45
 2
 Hmin (2.43) 
 0 
 sin 45 vl
 2
 0
 Trong đó αvl- góc xoải tự nhiên của đống ĐNM, αvl=46 ; φ- góc ma sát 
 0
trong của ĐNM xem Bảng 2.3, φ=44 ; LAG - chiều sâu ấn của gầu xúc vào 
đống ĐNM, LAG, đối với phương pháp xúc phối hợp LAG=0,8LSG=0,72m. 
Thay các giá trị vào (2.43) ta có Hmin=1,75m. 
 Như đã trình bày trên Hình 2.11, khi xúc ĐNM bằng phương pháp phối 
hợp thì không nhất thiết phải dịch chuyển răng gầu theo toàn bộ chiều dài của 
đường dịch chuyển BE, bởi vì toàn bộ khối lăng trụ ĐNM dịch chuyển dưới 
tác dụng của tự trọng sẽ đi vào trong gầu xúc từ thời điểm bắt đầu dịch 
chuyển; mặt khác, về lý thuyết tiêu chí làm việc hiệu quả nhất của MXLĐB 
phải bảo đảm đồng thời 3 yếu tố: xúc ĐNM với chi phí năng lượng nhỏ nhất, 
quỹ đạo xúc ngắn nhất, xúc đầy gầu nhất. Trong thực tế, để bảo đảm năng 
 63 
suất xúc ĐNM cao nhất, Người vận hành có thể điều khiển gầu của MXL di 
chuyển theo một phần hoặc cả quỹ đạo chuyển động hợp lý vì vậy chiều cao 
tối thiểu Hmin cũng sẽ được thay đổi theo (Hmin thực tế ≤ Hmin lý thuyết). 
2.2.3. Quỹ đạo chuyển động của gầu xúc trong quá trình đổ ĐNM. 
 Hình 2.20. Mô hình xác định không gian làm việc của máy xúc đổ bên 
 trong thi công đường hầm. 
 (a) liên kết cần-tay gầu trong mặt phẳng dọc thân máy; (b) liên kết tay gầu-
 gầu xúc trong mặt phẳng vuông góc với thân máy. 
 Máy xúc lật đổ bên trong quá trình đổ ĐNM, 2 vị trí đặc biệt cần chú ý 
là: điểm H ứng với vị trí cao nhất, điểm L ứng với vị trí thấp nhất của gầu. 
Khi đổ ĐNM trong hầm, thì hai điểm đặc biệt này cần phải khống chế để gầu 
xúc có thể đổ được ĐNM lên xe vận chuyển mà không chạm vào vòm của 
hầm. Với kết cấu thiết bị công tác và đặc điểm chu kỳ làm việc của MXLĐB 
như trình bày trên Hình 1.10. Nội dung nghiên cứu của phần này tập trung vào 
quỹ đạo chuyển động của gầu trong giai đoạn đổ ĐNM của máy xúc, giai 
đoạn này được tính bắt đầu thời điểm điều khiển nâng dần gầu xúc để đạt 
chiều cao cần thiết có thể đưa được gầu xúc qua thành thùng thiết bị vận 
chuyển, tiếp đến là điều khiển lật gầu để đổ ĐNM vào xe vận chuyển. Ở đây 
để đảm bảo điều kiện đổ hết ĐNM trong gầu thì góc nghiêng đổ bên của gầu 
 64 
 0
phải đảm bảo lớn hơn góc xoải tự nhiên của ĐNM, tức là  4 44 . Mô hình 
xác định không gian làm việc của máy xúc đổ bên bên trong thi công đường 
hầm Hình 2.20. 
 Áp dụng phép biến đổi Denavit và Hartenberg [4],[20], để xác định ma 
trận thuần nhất của hai khâu liền kề [i và (i+1)], được viết tổng quát là: 
 cosi -cos i sin  i sin i sin  i a i cos  i
 sin cos cos  -sin cos  a sin 
 i ii i i i i i (2.44) 
 Ai1 =
 0 sinii cos d1
 0 0 0 1
 Trong đó: ai- Độ dài của khâu i; i- Độ xoắn của khâu i (góc giữa hai trục 
nằm trong mặt phẳng vuông góc với ai, đo từ trục i đến trục (i+1) theo hướng 
phải đối với i; di- Độ trượt tương đối giữa khâu i và (i+1); i- Góc xác định 
sự thay đổi hướng giữa khâu (i+1) so với khâu i. 
 Đối với MXLĐB, các tham số cấu trúc động học di, ai, i và i (với i = 
04) cho các khâu là xác định và được liệt kê trong bảng sau. 
Bảng 2.5. Các thông số cấu trúc động học. 
 Liên kết khâu i i ai di i 
 0 0 a0=a01= O0O1 = x 0 0 
 0
 1 90 a1=a12= O1O2 d1= d12 1 
 2 0 a2=a23=O2O3 d2= d12 2 
 3 0 a3=a34=O3O4 0 3 
 0
 4 -90 a4=a45=O4 O5 d4=d45 4 
 Thế các tham số trên Bảng 2.5 vào (2.44) ta được các ma trận chuyển thuần 
 1 2 3 4 5
nhất cho các khâu của máy xúc: A 0 ;A1 ;A 2 ;A 3 ;A 4 chi tiết trong phụ lục 2.1 
 Từ các ma trận chuyển thuần nhất áp dụng công thức ta có tọa độ tuyệt 
 1 2 3 4 5
đối của các khâu là: A 0 ; A 0 ; A 0 ; A 0 ; A 0 chi tiết trong phụ lục 2.2 
 Tọa độ tương đối của điểm L, H trong tọa độ O5Z5Y5 
 65 
 L H
 x5 0 x5 0
 L H 
 y 0 y l cos( )
 L 5 H 5 55
 C5 L (2.45) C5 H (2.46) 
 z l5 z (b l55 )sin(  )
 5 5 
 1 1 1 1
 Tọa độ tuyệt đối của các điểm này là: 
 H 5 H L 5 L
 CAC CAC 
 050 (2.47) 050 (2.48) 
 Sau khi nhân ma trận và biến đổi ta được véc tơ xác định vị trí tuyệt đối 
của hai điểm H, L chi tiết biến đổi trong phụ lục 2.3 
 Từ hai biểu thức (2.47) và (2.48), chúng ta có thể dễ dàng xác định 
được quỹ đạo chuyển động của hai 2 điểm mốc trên gầu xúc; Với mục đích 
chính là nghiên cứu xác định không gian làm việc của máy để sử dụng thi 
công trong điều kiện chật hẹp của đường hầm, vì luận án chỉ tập trung xét ảnh 
hưởng của các kích thước kết cấu đến việc đáp ứng chức năng xúc và đổ 
ĐNM lên xe vận chuyển trong thi công đường hầm và sự thay đổi góc 
nghiêng miệng gầu trong quá trình nâng cần đưa gầu xúc từ vị trí kết thúc quá 
trình xúc, đến vị trí vị trí đổ; giá trị góc nghiêng này được xác định thông qua 
sự thay đổi vị trí của 2 điểm F và E theo công thức sau: 
 Z Z l sin(   ) l sin(   )
  arcsin0F 0E arcsin CF 12 1 CE 12 2 (2.49) 
 HHmg mg
Để miệng gầu luôn luôn song song với mặt đất (tức góc =0), quan hệ giữa 
góc 2 và 3 trong quá trình nâng phải thỏa mãn điều kiện. 
 lCE (sin 2 sin  1 )
 tan 23 (2.50) 
 lCF (cos 2 cos  1 )
 Kết quả tính toán, khảo sát 
 Kết quả tính toán, khảo sát dựa trên một số dữ liệu sau: Xe chuyển 
ĐNM thông dụng trong hầm loại có dung tích thùng 3,32m3, do Công ty Cổ 
phần Cơ khí mỏ Việt Bắc-VVMI sản xuất với kích thước ngoài lớn nhất, dài x 
rộng x cao): (3,3 x 1,3 x 1,3)m; loại có dung tích thùng 1m3 kích thước ngoài 
lớn nhất (dài x rộng x cao):(1,7 x 1,2 x 0,8)m. Đường hầm Hình 1.1 với kích 
 66 
thước, Bh×Hh: ch- Cửa hầm (2,4m×3,6m); th- Thân hầm (4,7m×4,1m). Máy 
xúc lật đổ bên VMC E500-1, có kích thước trong bảng phụ lục 1, giá trị phục 
vụ tính toán cụ thể như sau: Chiều cao khớp chân cần so với mặt bằng máy 
đứng Z0O2=1,1m, chiều dài cần, a23= 1,28m; chiều rộng gầu xúc Bgx 1,53m, 
chiều cao gầu xúc Hgx, chiều sâu gầu xúc LSG. Khảo sát với góc nghiêng cần 
thay đổi trong phạm vi -350 đến +350. Kết quả tính toán trên Hình 2.21 
 Hth,max - chiều thân 
 hầm thấp nhất; 
 Hch,min - chiều cao 
 cửa hầm thấp nhất; 
 Hgx,max - chiều cao 
 gầu xúc lớn nhất; 
 Hgx,min - chiều cao 
 gầu xúc thấp nhất; 
 Hxg,max - chiều cao 
 xe goong lớn nhất; 
 Hình 2.21. Sự thay đổi chiều cao của gầu theo giá trị góc nâng cần 
 Trên Hình 2.21 cho thấy mỗi giá trị của 2 sẽ cho giá trị của H và L 
tương ứng (tạo thành hai đường Z0H, Z0L); Hgxmin chính là chiều cao tối thiểu 
của đáy gầu nâng lên để có thể vượt qua thành thùng của xe chở ĐNM, Hgxmax 
là độ cao giới hạn của trần hầm tại vị trí máy xúc làm việc đồng thời cũng là 
vị trí cao nhất mà răng gầu xúc chạm tới; Với cửa hầm và thân hầm, máy hoàn 
toàn có thể làm việc với góc nâng cần tối đa 340 mà chưa chạm tới vòm hầm. 
 00
 Trong phạm vi góc quay cần 35 2 30 , cố định góc3 : kết quả 
khảo sát góc nghiêng miệng gầu thể hiện trên Hình 2.22 được tính toán trong 3 
trường hợp: ứng với góc nghiêng ban đầu của miệng gầu tại thời điểm kết 
thúc quá trình xúc so với phương ngang song song mặt đất là 00, 200 và 300 và 
kết thúc quá trình nâng trước khi đổ ĐNM tương ứng là 650, 450, 350. 
 67 
 a) b) 
 Hình 2.22 a) Quỹ đạo chuyển động của gầu; b) sự thay đổi góc nghiêng miệng 
 gầu trong quá trình nâng cần; R-đỉnh răng gầu, M - miệng gầu 
 Với trường hợp sử dụng xi lanh quay gầu để điều khiển miệng gầu luôn 
song song với mặt đất (tức  0). Trong công thức tính toán sự thay đổi góc 
3 theo góc 2 khi nâng gầu từ vị trí bắt đầu lên vị trí kết thúc quá trình nâng, 
có thể thấy để miệng gầu luôn song song với mặt đất thì góc quay của cần và 
góc quay của gầu phải bằng nhau. Với góc xoay của cần là 650, 
 00
 35 2 30 thì hành trình điều khiển xi lanh ra vào tay gầu trong quá 
 0
trình nâng gầu xúc cần phải đảm bảo góc xoay của gầu đạt 3 65 . Xét tam 
giác ACD, Hình 2.20 với 2 kích thước cố định là AC=1,34m và CD=0,55m, 
giả sử góc  ACD 180 hành trình xi lanh quay gầu ở vị trí ngắn nhất và góc 
 ACD 710 hành trình xi lanh quay gầu ở vị trí dài nhất. Khi đó có thể tính 
được hành trình làm việc của xi lanh tay gầu là 0,39m ( ll ). Riêng 
 ADmax AD min
đối với xi lanh nâng cần, hành trình của xi lanh này có thể tìm được nhờ vào 
quan hệ chiều dài các cạnh của tam giác OO2B, với kích thước lOO2=0,79m 
và l 0,39m, hành trình của xi lanh này tìm được 0,44m (ll ). 
 OB2 OBOB2 max 2 min
 Có thể thấy rằng kích thước bề ngang của gầu xúc ảnh hưởng rất lớn đến 
chiều cao của điểm H và điểm L khi đổ ĐNM của máy xúc lật đổ bên trong thi 
công đường hầm Hình 2.20. Tuy nhiên kích thước này chúng ta không thể chọn 
 68 
nhỏ hơn bề rộng cơ sở. Kết quả tính toán chỉ ra rằng, với đặc điểm đổ bên nên 
 0
góc quay gầu xúc chỉ cần thay đổi trong phạm vi nhỏ  3 65 để thực hiện 
nhiệm vụ điều chỉnh độ nghiêng của miệng gầu, tương đối khác biệt với chức 
năng xúc và đổ so với máy xúc lật thông thường. Chính vì lý do đó, xi lanh tay 
gầu liên kết trực tiếp vào gầu xúc, kết quả tính toán hành trình làm việc 0,39m 
của xi lanh quay gầu đã khẳng định tính khả thi của kết cấu nối liên kết xi lanh 
quay gầu-gầu không cần qua các thanh trung gian; giá trị góc nâng cần 
 00
 35 2 30 và tính toán hành trình xi lanh cần ở giá trị 0,44m, cho thấy máy 
xúc lật đổ bên bị khống chế khi thực hiện đổ trước so với máy xúc thông thường. 
2.3. Xác định quy luật điều khiển khâu dẫn đáp ứng quỹ đạo chuyển 
động hợp lý của gầu xúc khi xúc ĐNM 
2.3.1. Phương pháp luận xác định quy luật điều khiển khâu dẫn 
 Hình 2.23. Quỹ đạo chuyển động hợp lý của gầu xúc khi xúc ĐNM 
 Từ đường quỹ đạo chuyển động hợp lý của gầu xúc trong quá trình tích 
ĐNM bằng phương pháp hỗn hợp đã trình bày trong mục 2.4.2 và kết quả tính 
toán thiết lập các ma trận chuyển thuần nhất trình bày trong mục 2.4.3. Sử dụng 
thuật toán, giải bài toán động học ngược xác định sự thay đổi của các góc θ2; θ3 
và dịch chuyển của xe thông qua vận tốc của các ly lanh và vận tốc chuyển động 
tịnh tiến của xe; để tạo ra được quỹ đạo chuyển động hợp lý của gầu xúc khi xúc 
ĐNM bằng phương pháp xúc phối hợp như luận án đề xuất, Hình 2.23. 
 69 
 Tọa độ đỉnh răng gầu được xác định bởi xE, yE, trong công thức (2.38); Ký 
 T
hiệu véc tơ suy rộng của cơ hệ  []x 23 và véc tơ tọa độ vị trí gầu xúc 
 T
 xEEFF y x y  . Kết quả động học thuận  ()  được tính theo: 
 TT
 ( )= 1()  2 ()   3 ()   4 ()   xyxy E E F F  (2.51) 
2.3.2. Thuật toán giải bài toán động học ngược 
 Nhiệm vụ của bài toán động học ngược là phải xác định được các giá 
trị θ2; θ3, x để đạt được giá trị  như mong muốn, tức là thiết lập được mối 
quan hệ   1  xuất phát từ công thức (2.51), đạo hàm hai vế biểu thức 
   theo thời gian: 
 
   J   (2.52) 
 
Trong đó J  là ma trận Jacobian cỡ 2x3 với 
 
 J  (2.53) 
  
Giả sử ma trận tựa nghịch đảo của ma trận chữ nhật J  có dạng: 
 1
 JJJJ  TT    (2.54) 
Nhân hai vế của phương trình (2.47) với biểu thức ta nhận được 
 J  t  t  t (2.55) 
Véc tơ gia tốc các tọa độ suy rộng được xác định bằng cách đạo hàm hai vế (2.55) 
 t J  t  t J  t  t (2.56) 
Ma trận Jt  được xác định như sau: 
 TT (2.57) 
 JJJJ     
Đạo hàm hai vế của phương trình (2.52), ta nhận được 
 JJJJJJJJJ  TTTT        (2.58) 
Biến đổi phương trình (2.53) ta nhận được ma trận Jt  
 TTTT 1
 JJJJJJJJJ         (2.59) 
 70 
 Để xác định được (t) trong (2.55) và (2.56) ta chia khoảng thời gian làm 
việc của gầu xúc [0 T] thành N khoảng bằng nhau: 
 t T / N , ta có tk 1 t k t với k=1,2,,N-1 
 Áp dụng khai triển Taylor đối với k1 quanh k nhận được: 
  t t   t  t2 ... (2.60) 
 k 1 k k k k 
 Thế biểu thức (2.55) vào (2.60) và bỏ qua vô cùng bé bậc lớn hơn 1, 
(2.60) trở thành: 
 k 1  k J (  k )  k t với k=1,2,,N-1 (2.61) 
 Như vậy quy luật chuyển động của các khâu dẫn được xác định theo 
thuật toán gồm các bước như dưới đây 
 BẮT ĐẦU 
 ( ); (t);J(  );t00 ;  ;N;T 
 k : 0; t : t0 ; k : 0 
 +
 TínhJ(k );J (  k );J(  k ) 
 Tính k Tínhkk ; 
 Tính qk1 
 In ra kkk ; ; 
 k=k+1 Sai 
 kN 
 Đúng 
 KẾT THÚC 
 Hình 2.24. Sơ đồ khối thuật toán giải bài toán động học ngược 
2.3.3. Quy luật thay đổi của các khâu dẫn để tạo ra quỹ đạo chuyển động 
hợp lý của gầu xúc khi xúc ĐNM. 
 Thông số đầu vào phục vụ tính toán: a1=1,28m; a2=0,54m; phạm vi di chuyển 
của xe là x=1,69m (0,72 m ban đầu vận tốc của xe thay đổi từ 0 đến max sau đó 
 71 
giảm dần chuyển sang giai đoạn 2 vừa di chuyển vừa nâng cần, quay gầu; máy dịch 
chuyển từ 0,72m đến 1,69m trong giai đoạn này vận tốc của máy có xu hướng giảm 
dần và dừng lại khi đi hết quãng đường 1,69m); phạm vi làm việc của góc nâng cần 
2=29π/180 (từ-7π/36 đến – π/30) tính theo trục O2 X2; phạm vi làm việc góc quay 
gầu 3=17π/90 (từ -23 π /60 đến – 7 π /36) tính theo trục O3 X3; khoảng di chuyển 
của máy là 1,69m; thời gian làm việc 20 giây (đoạn đầu 7 giây, đoạn sau 13 
giây). Đoạn đầu các góc không đổi. 
 Kết quả khảo sát khi tích ĐNM bằng phương pháp phối hợp theo công 
thức mô tả quy luật thay đổi của điểm E, F như công thức (2.64) theo quỹ đạo 
mong muốn định trước được thể hiện như hình Hình 2.23. 
 84 t 84 t
 x =2,5+1,5cos( ) x =3,6+2cos( )
 EF180T 180T
 (E) (F) (2.62) 
 84 t 84 t
 yEF== 2,7-1,5sin( ) y 2 +1,5sin( )
 180T 180T 
 Sử dụng các bước tính toán đã mô tả ở trên kết quả nhận được là 
quy luật động học tương ứng của các khâu dẫn để điểm răng gầu E chuyển 
động theo các quỹ đạo định trước trong thời gian khảo sát T=10 giây. 
1. Quy luật chuyển động của các khâu: 
 Hình 2.25. Quy luật dịch chuyển của các khâu dẫn 
2. Quy luật thay đổi vận tốc các khâu 
 72 
 Hình 2.26. Quy luật vận tốc chuyển động của các khâu 
3. Quy luật thay đổi gia tốc các khâu 
 Hình 2.27. Quy luật gia tốc chuyển động của các khâu 
4. Sai số vị trí của điểm răng gầu E theo thời gian khảo sát 
 Hình 2.28 Sai số vị trí của đỉnh răng gầu theo thời gian khảo sát 
 73 
 Kết quả sai số vị trí răng gầu trên Hình 2.28 cho thấy sai số đều không vượt 
 T
 -3 c c c
quá giá trị 10 , lưu ý rằng giá trị của  xyRRđược tính theo giá trị của quy 
luật  tìm được ở thuật toán 
 Hình 2.24. Kết quả giải bài toán động học ngược (dịch chuyển, vận tốc, gia 
tốc) gầu xúc lắp trên máy xúc lật đổ bên thể hiện trên các Hình 2.25-Hình 2.27. Bằng 
việc xây dựng thuật toán luận án đã tìm ra các ma trận chuyển trung gian và quy luật 
động học của 3 khâu dẫn: cần, gầu và di chuyển máy để đáp ứng tọa độ điểm miệng 
gầu và răng gầu đạt được quỹ đạo cho trước. Sai số vị trí thể hiện trong Hình 2.28 
cho thấy các giá trị này nhỏ hơn 10-3 giá trị này nằm trong giới hạn sai số cho 
phép của thiết bị xúc. 
 Kết luận chương 2 
 1. Nghiên cứu quá trình tương tác cho thấy, các lực cản sinh ra trong 
quá trình xúc ĐNM bằng gầu xúc trên máy xúc lật bao gồm: lực cản răng gầu 
Frgx, Frgy; lực cản ấn gầu xúc vào trong đống ĐNM phía trước Fctx, Fcty; lực cản 
bên Fcb; trọng lượng khối lăng trụ vật liệu dịch chuyển GVL. Giá trị của các lực 
này phụ thuộc vào tính chất cơ lý của ĐNM và tỷ lệ chiều sâu ấn gầu LAG/LSG. 
Chiều sâu ấn gầu hợp lý nhất nằm trong khoảng, LAG=(0,8...0,9)LSG; Khi 
LAG=1,1LSG, ta thấy lực cản phía trước Fctx, Fcty tăng 25-30%; trọng lượng 
khối lăng trụ ĐNM dịch chuyển GVL – tăng 40-50%; có nghĩa là, quá trình 
thực hiện tích ĐNM vào gầu xúc bằng phương pháp kết hợp sẽ giúp giảm 
đáng kể các thành phần lực cản sinh ra trong quá trình tích ĐNM. 
 2. Bằng phương pháp nghiên cứu động học thuận, xác định quỹ đạo chuyển 
động của gầu xúc MXLĐB khi đổ ĐMN, làm cơ sở đánh giá khả năng làm việc 
của máy đồng thời để điều chỉnh các thông số của máy cho phù hợp với yêu cầu 
hạn chế của không gian đường hầm. Với kết quả khảo sát: Hgx,max= 2,8m < 
Hch,min=3,05m và Hgx,min=1,6m> Hxg,max=1,3m cho thấy MXLĐB VMC E500-1 
có kích thước TBCT phù hợp và làm việc hiệu quả trong đường hầm khẩu độ nhỏ, 
kể cả vị trí mặt cắt nhỏ nhất của đường hầm có bxh=2,3mx3,5m; 
 74 
 3. Khi xúc vật liệu hoặc ĐNM mỗi loại sẽ có quỹ đạo xúc hợp lý khác 
 0
nhau, phụ thuộc vào các thông số: - góc xoải tự nhiên ( vl=46 ), - góc ma sát 
 0
trong (với đá nổ mìn =46 ), dtb - kích thước hạt trung bình của ĐNM (dtb 0,3m), 
LAG - chiều sâu ấn gầu (với phương pháp xúc phối hợp LAG=0,72m) và Hmin - 
chiều cao tối thiểu của đống ĐNM (Hmin=1,75m). Để xúc ĐNM đạt hiệu quả 
nhất, MXL phải bảo đảm đồng thời 3 yếu tố: chi phí năng lượng xúc nhỏ nhất, 
quỹ đạo xúc ngắn nhất, xúc đầy gầu nhất; bởi vậy trong thực tế, để bảo đảm 
năng suất xúc ĐNM cao nhất, gầu xúc sẽ chuyển động theo quỹ đạo hợp lý 
nhưng Hmin thực tế có thể thấp hơn Hmin lý thuyết. 
 4. Quỹ đạo chuyển động hợp lý của gầu xúc, khi xúc ĐNM chính là quỹ đạo 
chuyển động của răng gầu xúc trong đống ĐNM, sao cho quỹ đạo này phải trùng 
hoặc gần với đường dịch chuyển của từng loại ĐNM. Điều này được xác định bằng 
sự thay đổi của các khâu dẫn: góc quay nâng cần θ2 (θ2 thay đổi trong khoảng từ-
7π/36 đến – π/30, tính theo trục O2 X2), quay gầu xúc θ3 (θ3 thay đổi trong khoảng từ -
23 π /60 đến – 7 π /36, tính theo trục O3 X3) và chuyển động tịnh tiến của máy x (x 
khoảng di chuyển của máy là 1,69m); thông qua phương pháp nghiên cứu động học 
ngược như luận án đã trình bày. Kết quả khảo sát tính toán là cơ sở cho việc nghiên 
cứu tự động hóa quá trình xúc đổ ĐNM khi thi công đường hầm trong trường hợp 
độc hại, nguy hiểm. 
 75 
 Chương 3: NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CÔNG TÁC 
 MÁY XÚC LẬT ĐỔ BÊN TRONG QUÁ TRÌNH XÚC VÀ ĐỔ ĐÁ NỔ MÌN 
3.1. Xây dựng mô hình khảo sát động lực học 
3.1.1. Mục đích xây dựng mô hình khảo sát động lực học 
 Xây dựng mô hình, phương pháp tính toán, giải các bài toán để xác định 
chuyển vị, vận tốc, gia tốc và các lực, mômen động trong các khâu khớp cần, 
gầu của máy xúc lật, khi xúc và đổ ĐNM trong từng trường hợp, điều kiện cụ 
thể. Các kết quả khảo sát ĐLH là cơ sở phục vụ quá trình tính toán khảo sát tải 
trọng động tác dụng lên các khâu, khớp của TBCT. Ngoài ra các thông số ĐLH 
tìm được cũng chính là cơ sở để giải các bài toán khác về động lực học máy, 
kiểm tra độ bền và tối ưu kết cấu của MXLĐB VMC E500-1. 
3.1.2. Cơ sở xây dựng mô hình khảo sát động lực học 
 Mô hình được xây dựng trên cơ sở cấu tạo, nguyên lý hoạt động của 
MXLĐB VMC E500-1, Hình 2.1 và Hình 3.1. Cấu tạo máy gồm phần xe cơ sở 
và phần thiết bị công tác. Thiết bị công tác gồm 5 khâu động liên kết với nhau 
bởi các khớp bản lề là thân máy, giá quay, cần, giá gầu và gầu; tương ứng với 
nó là 4 xi lanh dẫn động: xi lanh quay giá TBCT, xi lanh nâng hạ cần, xi lanh 
quay gầu và xi lanh đổ nghiêng gầu Hình 2.1 và Hình 3.1. 
 Hình 3.1 Sơ đồ kết cấu chung MXLĐB VMC E500-1 ở các tư thế là