Phương pháp chọn dạng máy đa năng thi công đường bê tông xi măng ở nông thôn VN

ThS. NCS. Vũ Phi Long Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải PGS. TS. Thái Hà Phi Trường Đại học Giao thông vận tải Người phản biện: GS. TS. Chu Văn Đạt PGS. TS. NGND. Nguyễn Đăng Điệm

Tóm tắt: Bài báo công bố những kết quả nghiên cứu về phương pháp chọn dạng máy xây dựng đa năng xây dựng đường bê tông xi măng (BTXM) ở nông thôn Việt Nam hiện nay và những kết quả áp dụng cụ thể.

Từ khóa: Máy xây dựng đa năng, bê tông xi măng.

Abstract: The article presents main results of the research on selecting multi-functional construction machine types for rural road construction in Vietnam on the basis of combining methods of selecting machine types which researchers already knew. 

Keywords: Versatile construction machinery, concrete.

1. Đặt vấn đề

Qua khảo sát thi công các công trình đường giao thông nông thôn (GTNT) hiện nay ở Việt Nam, có rất nhiều công việc như: Đầm lèn, san rải, trộn cấp phối, nâng chuyển... cần phải được cơ giới hóa nhằm mục đích đảm bảo được chất lượng công trình. Mặt khác, hiện nay chưa có dạng máy nào phục vụ cho thi công đường GTNT xuất hiện ở Việt Nam. Do vậy, nhóm tác giả đã nghiên cứu phương pháp chọn dạng máy xây dựng đa năng xây dựng đường GTNT ở Việt Nam làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế sau này.

2. Nội dung

2.1. Xây dựng phương pháp chọn dạng máy thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

2.1.1. Lựa chọn các dạng bộ phận công tác phù hợp về mặt kỹ thuật

2.1.1.1. Chọn các dạng bộ công tác dùng thi công các công đoạn của công nghệ thi công đường BTXM

Quy trình thi công đường GTNT loại A, B (với loại đường có mặt bằng BTXM) hiện nay được tiến hành theo trình tự cần phải cơ giới hóa như sau:

Hình 2.1: Quy trình thi công đường GTNT loại A, B

 

2.1.1.2. Các dạng bộ phận công tác: Được chọn theo phương pháp đồng dạng với các bộ phận công tác truyền thống trên các máy xây dựng đã có (như bộ công tác lu, san gạt đất của máy san...);

- Các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn bộ công tác;

- Xác định các thông số chính của các bộ công tác (như chiều dài (L), chiều cao (H), bề rộng (B), công suất dẫn động (N), trọng lượng bộ công tác (G)...).

2.1.2. Lựa chọn máy cơ sở phù hợp về mặt kỹ thuật

Khi tính chọn máy cơ sở cần phải dựa vào các tiêu chí chọn máy cơ sở như sau:

- Máy phải thỏa mãn điều kiện về kích thước thiết kế kỹ thuật đường GTNT;

- Máy phải thỏa mãn điều kiện khi di chuyển được trong làng xóm, địa hình thi công đường GTNT. Máy có bán kính lượn vòng thỏa mãn công thức sau:

          (1­­)

 

 

Trong đó:

R - Bán kính lượn vòng; [R] - Bán kính lượn vòng tiêu chuẩn 15m đường loại A, 10m đường loại B; L - Chiều dài cơ sở của xe, m; a - Góc quay vòng.

- Đường liên thôn, đường xóm, đường từ thôn ra cánh đồng chỉ phục vụ cho nhu cầu đi lại, sinh hoạt hàng ngày và các máy nông cụ. Đường chỉ có khả năng chịu được tải trọng T/trục nhỏ (đường loại A< 6T/trục; loại B < 2T/trục).

2.1.3. Các phương án máy đa năng

Trên cơ sở các thông số kỹ thuật của các bộ công tác đã chọn, các máy cơ sở thỏa mãn các điều kiện ở trên, tiến hành xác định khả năng tương thích của máy cơ sở với các bộ công tác có thể lắp lên máy theo các điều kiện như sau:

- Kiểm tra công suất của máy cơ sở: Công suất của máy cơ sở được chọn theo công suất lớn nhất của bộ công tác lắp lên máy. 

 - Kiểm tra tính phù hợp của khả năng kết nối và của hệ truyền động:Công suất động cơ của máy cơ sở được đưa ra ngoài dưới 2 dạng (cơ khí, thủy lực) tại những vị trí khác nhau. Tại những vị trí đó, máy cơ sở phải có khả năng kết nối với bộ công tác và cung cấp đủ công suất cho bộ công tác làm việc.

- Kiểm tra điều kiện làm việc và di chuyển của máy: Khi gá lắp các bộ phận công tác lên máy:

+ Cần kiểm tra điều kiện làm việc theo bất phương trình kéo bám cản:

                         SW `<=` T `<=` T_B                      (2)

+ Kiểm tra khả năng di chuyển của máy khi gắn bộ công lên máy, phải di chuyển được trên đường GTNT.

- Kiểm tra khả năng chịu tải của lốp máy cơ sở (T/trục):

Khi lắp thêm bộ công tác mới vào máy thì máy vẫn phải đảm bảo sức chịu tải của lốp: Tải trọng trên bánh phải thoả mãn:

                         Q `<=` [Q]                        (3)

- Kiểm tra tính ổn định của máy khi làm việc và khi di chuyển: Khi lắp thêm các bộ công tác khác nhau lên máy cơ sở đã làm cho tính chất ban đầu của máy thay đổi, do vậy, để đảm bảo cho máy làm việc ổn định cần kiểm tra ổn định của máy trong các trường hợp khác nhau.

2.2. Xây dựng phương pháp lựa chọn máy đa năng phù hợp về mặt kinh tế - kỹ thuật

2.2.1. Xây dựng mô hình toán

- Bài toán lựa chọn phương án máy xây dựng thi công đường GTNT như sau:

Lựa chọn đội máy thi công đường GTNT (cả nền lẫn mặt) loại A, B (có kết cấu mặt đường là BTXM) có vốn đầu tư và chi phí thi công thấp nhất với các điều kiện: Mặt bằng thi công chật hẹp, có nhiều công việc khác nhau với khối lượng thi công ít phân tán, thời gian thi công không hạn chế, tận dụng các máy sẵn có ở địa phương, máy làm được nhiều việc càng tốt...

- Trong nhóm máy thỏa mãn về điều kiện kỹ thuật có những máy làm được tất cả các công đoạn thi công, có những máy chỉ làm được một vài công đoạn nhất định (máy đa năng), thậm chí chỉ làm được một việc (máy đơn năng). Để có thể so sánh, đánh giá các phương án lựa chọn máy cần phải đưa thêm các máy đang được sử dụng ở địa phương vào nhóm máy được xem xét lựa chọn thỏa mãn về mặt kinh tế - kỹ thuật. 

Khi đó, bài toán có dạng như sau: Có một số lượng máy đa năng, đơn năng nhất định có khả năng thi công được một hay nhiều công việc khác nhau trong thi công đường GTNT loại A, B. Các máy này có các thông số kỹ thuật nhất định như: Năng suất, vận tốc làm việc, chi phí nhiên liệu, vốn đầu tư mua sắm máy... Nhiệm vụ của bài toán là: Xác định máy (hay nhóm máy), số lượng máy cần thiết để có thể thi công được đường GTNT loại A, B (với các công việc như: Vận chuyển đất, vật liệu xây dựng, san gạt đất, đầm chặt nền, trộn bê tông và đầm chặt mặt đường BTXM...) sao cho tổng vốn đầu tư mua sắm nhóm máy và chi phí khai thác nhóm máy là nhỏ nhất.

- Hệ thống các ký hiệu dùng cho bài toán quy hoạch tuyến tính hai mục tiêu:

x_ij­­ - Số lượng máy thuộc loại i dùng để khai thác đối tượng j;

D_ij - Khối lượng công việc j do máy i khai thác theo một phương thức nhất định;

C_ij - Chi phí khai thác của máy i cho công việc thứ j (đồng/khối lượng công việc, đ/m² hoặc đ/m³ hoặc đ/m³.km hoặc đ/T.km...);

A_ij - Năng suất thực tế của một máy loại i khi khai thác đối tượng j trong một ca (m³/ca, m²/ca, T.km/ca);

T­_ij - Thời gian của máy thuộc loại i khi khai thác đối tượng j tính trong 1 năm (ca);

F_ij­ -  Tập hợp các đặc trưng về khả năng làm việc của loại máy i đối với đối tượng khai thác j;

Q_xi, H_xi, S_xi, B_xi, L_xi - Các thông số khai thác của máy i; 

Q_j, H_j, S_j, B_j, L_j - Các thông số đòi hỏi của công trình j;

b_ij - Hệ số lựa chọn máy không trùng lặp;

k_i - Hệ số điều chỉnh vốn đầu tư máy i tương ứng với số lần xuất hiện của máy, k_i = 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 với i =1, 2, 3, 4, 5, 6;

V_i - Giá mua tổng cộng của một máy thuộc chủng loại i (bao gồm giá thành máy cơ sở + giá thành bộ công tác): V_i = v_mi + v_cti;

v_cti - Giá thành của các bộ công tác lắp trên máy cơ sở i (đồng);

v_mi -  Giá thành của máy cơ sở loại i (đồng);

I - Loại máy được dùng để khai thác, i= 1¸m;

J - Công việc cần thực hiện, j= 1¸n.

 - Hàm mục tiêu:           

 

(4)

 

 

- Ràng buộc:

+ Về khối lượng công việc:

           (5)

 

+ Điều kiện thi công:

F_ij = Q_xi `<=` Q_j ^ H_xi`<=` H_j ^ S_xi `<=` S_j ^ B_xi `<=` B_j ^L_xi `<=` L_j^G_xi `<=` G_j         (6)

0 `<=` x_ij < 2                                   (7)

+ Hệ số lựa chọn máy không trùng lặp khi thi công một công việc:

Khi m_ij và m_kj ® `beta` _ij = 0 hoặc `beta` _kj = 0, trường hợp còn lại `beta` _ij = 1.

+ Hệ số điều chỉnh vốn đầu tư máy thi công tương ứng với số lần xuất hiện của máy trong quá trình thi công: k_i = 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6. 

+ Thời gian thi công:               

        (8)

 

2.2.2 Giải bài toán quy hoạch tuyến tính

Đây là bài toán quy hoạch tuyến tính hai mục tiêu F(F₁(C), F₂(V)) ®min thỏa mãn các ràng buộc. Nhóm tác giả đã dùng thuật giải thỏa dụng mờ để giải bài toán quy hoạch tuyến tính trên.

2.3. Sơ đồ thuật toán phương pháp chọn dạng máy xây dựng đa năng thi công đường BTXM ở nông thôn Việt Nam

Hình 2.2: Sơ đồ thuật toán phương pháp chọn dạng máy xây dựng đa năng thi công đường GTNT ở Việt Nam

 

2.4. Ứng dụng phương pháp

Ứng dụng phương pháp chọn dạng máy đa năng xây dựng đường GTNT loại B với mặt đường là BTXM.

2.4.1. Xác định các thông số cơ bản của các bộ công tác

* Bộ công tác đầm lực tĩnh:

- Chiều dài trống đầm: L = 1600mm 

- Đường kính trống lăn: D = 570mm

- Trọng lượng trống lăn: G = 1440kG

- Công suất cần để kéo trống lăn với vận tốc v = 3 km/h, N_đầm = 8,4 mã lực.

* Lưỡi san gạt đất:

- Chọn L = 1.600mm

- Chiều cao lưỡi san H = 372mm

- Góc đào: δ_o = 40º

- Góc đổ: β_o = 40º 

- Bán kính cánh cung: R = 260mm)

- Chiều dày của lưỡi san: b = 5mm)

- Trọng lượng lưỡi san: 186kG

- Công suất khi san với vận tốc v = 1,1km/h, N_san = 10,9 mã lực

* Thiết bị trộn BTXM: Có dung tích 250 lít. Theo tiêu chuẩn ngành TCVN 5843:1994 với máy trộn bê tông 250 lít thì công suất dẫn động thùng trộn không quá 1,1 kW (hay 1,5 mã lực).

* Bộ công tác phay đất (được chế tạo kèm theo máy kéo cơ sở).

* Thùng chuyên chở vật liệu: Công suất cần thiết để kéo thùng và hàng có khối lượng là 2,5 tấn/trục thì công suất cần thiết là 13,8 mã lực.

* Bộ công tác đầm BTXM:

Phương pháp chọn dạng máy xây dựng đa năng đã chọn ra được máy kéo BS24-T của Công ty trách nhiệm một thành viên máy kéo và máy nông nghiệp, địa chỉ: số 4 phố Chu Văn An, quận Hà Đông, TP. Hà Nội là phương án tối ưu.

- Máy bao gồm các bộ phận kèm theo như sau:

+ Máy có bộ công tác san gạt đất

+ Máy có bộ công tác đầm

+ Máy có bộ công tác trộn bê tông

+ Máy được dùng để vận chuyển vật liệu

+ Máy có bộ công tác phay đất.

3. Kết luận

- Đã xây dựng được phương pháp chọn dạng máy đa năng thi công đường BTXM ở nông thôn Việt Nam.

- Xây dựng được thuật toán và phần mềm chọn dạng máy đa năng thi công đường BTXM ở nông thôn Việt Nam.

- Đưa ra kết quả chọn dạng máy đa năng thi công đường GTNT loại B với kết cấu là BTXM.

Tài liệu tham khảo

[1]. Vũ Thế Lộc, Vũ Thanh Bình (1997), Máy làm đất, NXB. GTVT.

[2]. Tổng công ty Xây dựng Sông Đà (2000), Sổ tay Máy xây dựng, NXB. GTVT.

[3]. Lê Văn Hiệp (2009), Một lớp các phương pháp giải bài toán tối ưu nhiều mục tiêu, Luận văn Thạc sĩ toán học, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

[4]. Nguyễn Bính (2004), Kinh tế máy xây dựng và xếp dỡ, NXB. Xây dựng.

[5]. Nguyễn Hải Thanh (2007), Các mô hình và phần mềm tối ưu hóa và ứng dụng trong nông nghiệp, Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội.

[6]. Vũ Thanh Bình (1997), Trang bị phương tiện cơ giới xây dựng và xếp dỡ theo mục tiêu, Tài liệu giảng dạy cao học Trường Đại học GTVT.

[7]. http://www.tractordata.com/farm-tractors/index.html.

[8]. Catolog Kubota B2420, L3408, L4508, M6040...

[9]. Bộ GTVT, Dự án Đường giao thông nông thôn (tài trợ của WB), Báo cáo tổng kết giai đoạn 1.

[10]. Bộ GTVT, Quyết định số 1582/1999/QĐ-BGTVT ngày 01/07/1999 về Tiêu chuẩn kỹ thuật của đường giao thông nông thôn.

[11]. TCVN4054-98, Tiêu chuẩn ngành 22TCN210-92; TCVN4201-95.