Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học đường cáp vận chuyển trái thanh long ở vùng Tây Nam Bộ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:191

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xây dựng mô hình, thiết lập các phương trình cơ học, động lực học của đường cáp, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của đường cáp, để tính toán xác định một số thông số hợp lý của đường cáp vận chuyển trái thanh long do Việt Nam thiết kế chế tạo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học đường cáp vận chuyển trái thanh long ở vùng Tây Nam Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VĂN TRUNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC ĐƯỜNG CÁP VẬN CHUYỂN TRÁI THANH LONG Ở VÙNG TÂY NAM BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VĂN TRUNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC ĐƯỜNG CÁP VẬN CHUYỂN TRÁI THANH LONG Ở VÙNG TÂY NAM BỘ Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. DƯƠNG VĂN TÀI HÀ NỘI - 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Dương Văn Tài. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố ở bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày16 tháng 06 năm 2021 Hướng dẫn khoa học Tác giả luận án PGS.TS. Dương Văn Tài Nguyễn Văn Trung
ii LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận án khoa học này. Trước hết xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Dương Văn Tài với những ý kiến đóng góp quan trọng và chỉ dẫn khoa học quý giá trong quá trình thực hiện công trình nghiên cứu. Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, Phòng Đào tạo sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận án. Trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này. Trân trọng cảm ơn Khoa Cơ điện và Công trình, Bộ môn Công nghệ và máy chuyên dùng Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Trân trọng cảm ơn các nhà khoa học của Trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Học viện Kỹ thuật quân sự đã đóng góp ý kiếm quý báu để tôi hoàn thành luận án này Hà Nội, ngày…..tháng……năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Văn Trung
iii MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT .................................................... viii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xi DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. xiii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1 2. Mục tiêu của luận án ...............................................................................................2 3. Những đóng góp mới của luận án ...........................................................................2 4. Ý nghĩa khoa học của những kết quả nghiên cứu của đề tài luận án ..........................3 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài luận án ........................................................................3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................4 1.1. Tình hình trồng và tiêu thụ thanh long ở Việt Nam .............................................4 1.1.1. Tình hình trồng thanh long ở Việt Nam ............................................................4 1.1.2. Tình hình tiêu thụ thanh long ............................................................................4 1.2. Tổng quan về công nghệ và thiết bị thu hoạch thanh long ở Việt Nam..............5 1.2.1. Công nghệ thu hoạch thanh long ở Việt Nam ...................................................5 1.2.2. Thực trạng về thiết bị thu hoạch thanh long ở Việt Nam ..................................6 1.2.3. Những tồn tại trong thu hoạch và vận chuyển trái thanh long .........................9 1.3. Về tình hình nghiên cứu các thiết bị thu hoạch thanh long trên thế giới và ở Việt Nam ...................................................................................................................10 1.3.1. Tình hình nghiên cứu các thiết bị thu hoạch thanh long trên thế giới ............10 1.3.2. Tình hình nghiên cứu thiết bị thu hái thanh long ở Việt Nam ........................11 1.4. Tổng quan về đường cáp sử dụng trong nông lâm nghiệp .................................11 1.4.1. Các kiểu đường cáp sử dụng trong lâm nghiệp [11] [15] ...............................12 1.4.2. Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc của đường cáp [1] ..............................17
iv 1.4.3. Một số loại đường cáp sử dụng trong nông nghiệp ........................................20 1.5. Một số công trình nghiên cứu về đường cáp ......................................................22 1.6. Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................27 1.7. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................27 1.7.1. Nội dung nghiên cứu lý thuyết...........................................................................27 1.7.2. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm ..................................................................28 1.8. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................28 1.8.1. Vườn trồng thanh long ....................................................................................28 1.8.2. Đường cáp vận chuyển trái thanh long [21] ..................................................29 1.9. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................31 1.9.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................31 1.9.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ...........................................................33 Kết luận chương 1 .....................................................................................................36 Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐƯỜNG CÁP VẬN CHUYỂN TRÁI THANH LONG ..........................................37 2.1. Xây dựng mô hình tính toán cơ học đường dây cáp ..........................................37 2.2. Tính toán một số thông số cơ học của dây cáp tựa trên các gối đỡ có cùng độ cao, chịu tải phân bố đều ..........................................................................................39 2.2.1. Tính toán một số thông số cơ học của dây cáp không chịu dãn, tải trọng phân bố đều ........................................................................................................................39 2.2.2. Tính toán một số thông số cơ học của dây cáp chịu dãn, trọng tải phân bố đều ...42 2.2.3. Tính toán một số thông số cơ học của đường cáp không dãn, khép kín có nhiều nhịp đỡ có cùng cao độ, chịu tải phân bố đều có cường độ khác nhau trên các nhịp ............................................................................................................................45 2.3. Tính toán một số thông số cơ học của dây cáp không dãn, tựa trên các gối có cao độ lệch nhau, chịu tải phân bố đều .....................................................................49 2.3.1. Tính toán một số thông số cơ học của dây cáp không dãn, tựa trên hai gối có cao độ lệch nhau, chịu tải phân bố đều ....................................................................49 2.3.2. Tính toán một số thông số cơ học đường dây cáp khép kín tựa trên các gối có độ cao lệch nhau, chịu tải phân bố đều có cường độ khác nhau trên các nhịp ........53
v 2.4. Mô hình động lực học của các giỏ đựng trái thanh long trong quá trình vận chuyển trên ruộng khi thu hái....................................................................................56 2.4.1. Phương trình vi phân chuyển động của giỏ đựng thanh long trong các nhịp khi cáp di chuyển có gia tốc và chịu tác động của lực gió theo mặt phẳng ngang ..56 2.4.2. Phương trình vi phân chuyển động của giỏ đựng thanh long trong quá trình cáp chuyển hướng và chịu tác động của lực gió theo mặt phẳng ngang ..................63 2.5. Giải hệ phương trình vi phân dao động của giỏ đựng trái thanh long ...............65 2.5.1. Thuật toán giải gần đúng hệ phương trình dao động của giỏ đựng thanh long khi di chuyển trên đường cáp ....................................................................................65 2.5.2. Thuật toán giải gần đúng hệ phương trình dao động của giỏ đựng thanh long khi chuyển hướng chuyển động .................................................................................67 2.6. Tính toán công suất tiêu thụ khi vận hành đường cáp .......................................67 2.6.1. Công suất tiêu thụ cho việc di chuyển các giỏ đựng thanh long ....................67 2.6.2. Công suất tiêu thụ thắng lực cản ma sát .........................................................69 2.6.3. Công suất tiêu thụ cho toàn hệ thống cáp khép kín .......................................69 Kết luận chương 2 .....................................................................................................70 Chương 3: KHẢO SÁT MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐƯỜNG CÁP VẬN CHUYỂN TRÁI THANH LONG .......................................71 3.1. Khảo sát phương trình độ võng dây cáp ............................................................71 3.1.1. Cho trước , f , q tính L ................................................................................71 3.1.2. Cho trước f , H, q tính L , ..........................................................................72 3.1.3. Cho trước L , , q tính f , H ........................................................................73 3.1.4. Áp dụng thuật toán chia đôi liên tiếp tìm nghiệm gần đúng độ võng đường cáp W(u)=0 ...............................................................................................................74 3.2. Khảo sát độ dãn dài của nhịp dây khi chịu tải phân bố đều ..............................75 3.3. Khảo sát một số thông số động lực học đường cáp khép kín có các gối đỡ có cùng cao độ................................................................................................................77 3.4. Khảo sát giá trị u trong phương trình độ võng dây tựa trên hai gối có độ cao chênh nhau.................................................................................................................78 3.5. Khảo sát độ võng của đường cáp hai trụ đỡ có độ cao chênh nhau ...................84
vi 3.6. Khảo sát một số thông số động lực học đường cáp kép kín các giối đỡ có độ cao chênh nhau.................................................................................................................84 3.7. Khảo sát dao động của giỏ đựng trái thanh long ................................................86 3.7.1. Khảo sát miền cộng hưởng của dao động giỏ đựng trái thanh long .............87 3.7.2. Khảo sát biên độ dao động cực đại các giỏ đựng thanh long ........................93 3.7.3. Sự ảnh hưởng của lực căng ngang H đến biên độ cực đại của dao động giỏ đựng thanh long ........................................................................................................94 3.7.4. Sự ảnh hưởng của độ dài nhịp cáp đến biên độ cực đại của dao động giỏ đựng thanh long ........................................................................................................96 3.7.5. Sự ảnh hưởng của độ dài đoạn dây treo giỏ đựng thanh long r đến biên độ cực đại của dao động giỏ đựng thanh long...............................................................97 3.7.6. Khảo sát công thức tính công suất hệ thống ...................................................98 Kết luận chương 3 .....................................................................................................99 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ....................................................101 4.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm ........................................101 4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm .................................................................101 4.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm ................................................................101 4.1.3. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm...............................................................102 4.2. Chọn phương pháp nghiên cứu ........................................................................102 4.2.1. Chọn phương pháp thực nghiệm ...................................................................102 4.2.2. Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu .....................................................................102 4.2.3. Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu .................................................103 4.3. Phương pháp xác định các đại lượng nghiên cứu và thiết bị đo ......................104 4.3.1. Phương pháp xác định biên độ dao động của giỏ đựng trái thanh long ......104 4.3.2. Xác định độ võng lớn nhất của đường cáp ...................................................106 4.3.3. Xác định lực căng ngang của đường cáp ......................................................106 4.3.4. Xác định vận tốc giỏ đựng trái thanh long và chiều dài nhịp .......................107 4.4. Thiết bị khuếch đại và chuyển đổi A/D ............................................................107 4.5. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm .................................................................108 4.5.1. Xác định số lần thí nghiệm ................................................................................108
vii 4.5.2. Xác định mô hình toán học............................................................................109 4.5.3. Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai ......................................................109 4.5.4. Kiểm tra giá trị có nghĩa của hệ số hồi quy ..................................................110 4.5.5. Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy ....................................110 4.5.6. Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình hồi quy .........................................111 4.5.7. Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực ..................................................111 4.6. Tổ chức tiến hành thí nghiệm...........................................................................111 4.6.1. Tổ chức thí nghiệm ........................................................................................111 4.6.2. Kết quả đo lực căng, độ võng của dây cáp và biên độ dao động giỏ đựng trái thanh long ................................................................................................................113 4.7. So sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với kết quả thực nghiệm ......................114 4.7.1. So sánh ảnh hưởng của chiều dài nhịp đến độ võng đường cáp trong trường hợp không tải ...........................................................................................................114 4.7.2. So sánh dao động của đường cáp .................................................................114 4.8. Xác định một số thông số hợp lý của đường cáp vận chuyển trái thanh long .115 4.8.1. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố....................................................................115 4.8.2. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ......................................................................124 4.8.3. Xác định giá trị hợp lý của tham số ảnh hưởng ............................................134 Kết luận chương 4 ...................................................................................................136 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................137 1. Kết luận ...............................................................................................................137 2. Kiến nghị .............................................................................................................138 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .......................139 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa L m Chiều dài dây cáp γ N/m Trọng lượng riêng của cáp q N/m Tải trọng phân bố đều qk N/m Tải trọng phân bố đều nhịp thứ k Q N Tổng tải trọng trên đường cáp P N Tổng trọng lượng của dây cáp T N Lực kéo cáp theo phương tiếp tuyến cm Khoảng cách giữa 2 puly k cm Khoảng cách giữa 2 puly ở nhịp thứ k H N Lực căng chiếu theo phương ngang ( gọi tắt là lực căng ngang) R N Lực căng chiếu theo phương thẳng đứng Ry N Lực theo phương thẳng đứng tại puly Rk N Lực theo phương thẳng đứng tại nhịp thứ k T(x) N Lực căng dây tại x f cm Độ võng nhịp cáp tại điểm giữa (hai gối đỡ ngang nhau) fk cm Độ võng cáp ở nhịp thứ k tại điểm giữa (hai gối đỡ ngang nhau) Khoảng chênh độ cao từ C điểm thấp nhất của dây với puli đỡ fc cm đầu cao của nhịp cáp (hai gối đỡ có độ chênh cao ) Khoảng chênh độ cao của điểm thấp nhất C của nhịp đường cáp fw cm với điểm puli đỡ đầu cáp di chuyển ra khỏi nhịp fz Hz Tần số của gió s cm Phân tố độ dài tại x ( x) N/cm2 Ứng suất kéo tại điểm x  cm Độ dãn dài tại điểm x L cm Độ dãn dài của cáp khi chịu dãn L0 cm Chiều dài đoạn dây cáp khi chưa có tải
ix Ld cm Chiều dài đoạn dây cáp khi có tải L( k ) cm Độ dãn dài của cáp khi chịu dãn ở lần lặp thứ k Lk cm Chiều dài dây cáp ở lần lặp thứ k E N/cm2 Mô-đul đàn hồi dây cáp F cm2 Diện tích thiết diện ngang dây cáp h cm Độ cao chênh lệch giữa hai puli đỡ  độ Góc hợp bởi tiếp tuyến với dây cápvà phương Ox Pmax N Trọng lượng các giỏ tối đa  độ Góc hợp bởi đường nối 2 trụ đỡ và phương OX Fx N Lực kéo dây cáp Fc N Lực sinh công khi cáp di chuyển Fn N Lực ma sát ngang Fp N Lực cản ma sát M kg Khối lượng của dây cáp tại nút A, N m kg Khối lượng của giỏ chứa và trái thanh long g m/s2 Gia tốc trọng trường  độ Góc lệnh giữa giỏ chứa trái thanh long với phương đứng r cm Chiều dài dây treo giỏ chứa trái thanh long Feqt N Lực quán tính của giỏ thanh long x( t ) m/s2 Gia tốc giỏ đựng trái thanh long v m/s Vận tốc điểm tiếp xúc Wne m/s2 Gia tốc hướng tâm của giỏ đựng thanh long Wnt m/s2 Gia tốc tiếp tuyến giỏ đựng thanh long Rpl cm Bán kính puly F (t ) N Lực tác động của gió t s Thời gian S cm Khoảng cách giữa hai giỏ thanh long A cm Biên độ dao động cực đại của các giỏ đựng thanh long
x W Nm/s Công suất tiêu thụ Wm Nm/s Công suất tiêu thụ thắng lực ma sát Wk Nm/s Công suất cần có để di chuyển cáp trên nhịp cáp atb m/s2 Giá trị gia tốc cực đại trung bình ai m/s2 Giá trị gia tốc lần đo thứ i X Trị số trung bình mẫu tổng thể Sm Tiêu chuẩn mẫu thí nghiệm  Mức ý nghĩa thí nghiệm  Sai số tuyệt đối của ước lượng nct Dung lượng mẫu cần thiết S2m Phương sai lớn nhất trong tổng số thí nghiệm S2u Phương sai thực nghiệm thứ u với số lần lặp lại u Sbi Phương sai của hệ số hồi qui Se2 Phương sai do nhiễu tạo nên mu Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm thứ u Yui Giá trị của thông số ra ở điểm u Yu Giá trị trung bình thông số ra tại điểm u Gtt Giá trị Kohren theo tính toán Ftt Giá trị Fisher theo tính toán
xi DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 3.1 Độ dài L (cm) dây cáp tính theo các giá trị của f và 71 Độ võng f (cm) tính theo lực căng ngang H (N) và (cm) khi tải 3.2 72 trọng đều q = 0.2 (N/cm) 3.3 Các bước giải gần đúng các phương trình W(u)  0 75 3.4 Độ dãn dài L và độ võng f theo độ dài ban đầu L0 và tải trọng q 76 3.5 Sai số các giá trị L và f giữa hai lần lặp thứ 4 và 5. 76 Lực căng ngang H và phản lực Ry tại giá đỡ đường cáp khép kín có 3.6 77 cùng cao độ. 3.7 Tính độ võng f , Rc, Rt trên nhịp cáp có gối có độ cao chênh nhau 84 3.8 Kết quả tính cho đường cáp khép kín với 23 nhịp, độ dài 50000 cm 85 3.9 Vùng tần số cộng hưởng dao động ngang, dọc của giỏ trên nhịp 90 3.10 Biên độ dao động cực đại của các giỏ theo các vị trí treo trên cáp 93 3.11 Biên độ dao động cực đại (m) của giỏ ứng với các giá trị H 95 Biên độ dao động cực đại (m) của giỏ ứng với các giá trị khi 3.12 96 H=3500N, S =0,80m, r =0,30m 3.13 Biên độ dao động cực đại (m) của giỏ ứng với các giá trị r 97 Công suất tiêu thụ của hệ thống cáp ứng với tổng độ dài đường cáp 3.14 98 và tổng số chuyển hướng trong hệ thống Kết quả so sánh ảnh hưởng của chiều dài nhịp và lực căng ngang đến 4.1 114 độ võng lớn nhất của đường cáp Kết quả so sánh ảnh hưởng của chiều dài nhịp và lực căng ngang đến 4.2 115 biên độ dao động Ảnh hưởng của lực căng đường cáp đến độ võng khi chiều dài nhịp 4.3 115  =2200 cm và tải trọng phân bố đều q = 0,2 N/cm Ảnh hưởng của lực căng ngang đường cáp đến biên độ dao động cực 4.4 118 đại của giỏ ở giữa nhịp
xii Ảnh hưởng của chiều dài nhịp đến độ võng khi lực căng ngang 4.5 120 H = 5500 N và tải trọng đều q = 0.2N/cm 4.6 Ảnh hưởng của chiều dài nhịp cáp đến biên độ dao động cực đại 122 4.7 Mức thí nghiệm của các thông số đầu vào 124 Bảng ma trận thí nghiệm độ võng f phụ thuộc lực căng ngang H và 4.8 125 chiều dài nhịp Bảng ma trận thí nghiệm biên độ dao động cực đại của giỏ tại điểm treo 4.9 125 giữa nhịp phụ thuộc lực căng ngang H và chiều dài nhịp
xiii DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ công nghệ thu hoạch thanh long 5 1.2 Cắt trái thanh long bằng kéo 7 1.3 Di chuyển trái thanh long bằng mang vác thủ công 7 1.4 Di chuyển trái thanh long bằng xe đẩy 8 1.5 Di chuyển trái thanh long bằng máy kéo 8 1.6 Bốc xếp trái thanh long vận chuyển đến nơi tiêu thụ 8 1.7 Trái thanh long được đổ thành từng đống hoặc xếp trong thùng nhựa 9 1.8 Sơ đồ đường cáp một dây căng cố định 12 1.9 Sơ đồ đường cáp một dây kéo căng - thả chùng 13 1.10 Sơ đồ đường cáp một dây chuyển động kiểu con thoi 14 1.11 Đường cáp một dây lắp thành vòng kín 14 1.12 Đường cáp ba dây có động lực 15 1.13 Đường cáp ba dây không động lực 16 1.14 Đường cáp ba dây có động lực 17 1.15 Sơ đồ cấu tạo của đường dây cáp 3 dây vận chuyển tuần hoàn liên tục 18 1.16 Vận chuyển na bằng dây cáp ở Chi Lăng, Lạng Sơn 20 1.17 Đường cáp vận chuyển cam ở Hàm Yên 21 1.18 Đường cáp vận chuyển chuối sau thu hoạch 21 1.19 Vườn trồng thanh long Tây Nam Bộ 28 1.20 Mô hình đường cáp vận chuyển trái thanh long 29 2.1 Mô hình đường cáp vận chuyển trái thanh long 37 2.2 Mô hình tính toán đường cáp khép kín 38 2.3 Dây cáp tựa trên hai gối có cùng độ cao 40 2.4 Mô hình tính lực căng của dây cáp 40 2.5 Tính độ dãn dài của cáp 42 2.6 Mô hình tính toán đường cáp khép kín 45 2.7 Mô hình tính độ võng dây tựa trên các gối có độ chênh cao 49
xiv 2.8 Sơ đồ động lực học đường cáp vận chuyển trái thanh long 57 2.9 Sơ đồ phân tích lực trong tính toán dao động của giỏ đựng thanh long 58 Sơ đồ phân tích lực tác động vào giỏ trong quá trình đường cáp chuyển 2.10 63 hướng Mô hình tính công suất tiêu thụ để di chuyển giỏ đựng thanh long trên 2.11 68 nhịp cáp 3.1 Tính độ dãn dài của đường cáp 75 3.2 Các trường hợp đường cáp tựa trên hai gối có có độ chênh cao 79 3.3 Đồ thị phương trình độ võng dây cáp khi gối đỡ có độ cao chênh nhau 84 3.4 Đồ thị biểu diễn dao động của giỏ ở vị trí giữa nhịp cáp 87 3.5 Hiện tượng phách của dao động ngang khi tần số gió fz = 5,4 90 3.6 Hiện tượng cộng hưởng của dao động ngang khi tần số gió fz = 5,9 91 3.7 Hiện tượng phách của dao động dọc khi tần số gió fx = 5,3 91 3.8 Hiện tượng cộng hưởng của dao động dọc khi tần số gió fx = 5,4 91 Hiện tượng phách của dao động khi giỏ chuyển hướng với tần số gió f 3.9 92 = 5,5 Hiện tượng cộng hưởng của dao động khi giỏ chuyển hướng với tần số 3.10 92 gió f = 5,6 Đồ thị biên độ dao động ngang cực đại của giỏ đựng thanh long theo 3.11 94 vị trí treo giỏ Đồ thị biên độ dao động cực đại của giỏ treo ứng với các lực căng 3.12 95 ngang khác nhau, với độ dài r = 0,3 m, = 2400 cm 3.13 Đồ thị biên độ dao động cực đại của giỏ ứng với thay đổi 96 Đồ thị biên độ dao động cực đại của giỏ treo ứng với độ dài dây giỏ r 3.14 97 khác nhau, khi lực căng ngang H = 3500N, = 2400 cm Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc công suất tiêu thụ vào lực căng ngang dây 3.15 99 cáp và số các puli chuyển hướng 4.1 Sơ đồ cấu trúc dạng khối của thiết bị thí nghiệm 104 4.2 Cảm biến đo biên độ dao động B12/1000 105 4.3 Thiết bị đo độ võng - máy thủy bình 106
xv Mô hình thí nghiệm xác định lực căng ngang (H) và độ võng (f) dây 4.4 106 cáp bằng cảm biến đo lực và máy đo thủy bình 4.5 Cảm biến đo lực kéo HBM 107 4.6 Thiết bị DMC Plus 108 4.7 Bố trí thí nghiệm đo lực căng ngang và độ võng đường cáp 112 Quá trình đo độ võng và lực căng dây cáp và biên độ dao động của giỏ 4.8 112 đựng thanh long 4.9 Kết quả đo lực căng dây cáp 113 4.10 Kết quả đo gia tốc của giỏ đựng trái thanh long 113 Đồ thị tương quan giữa độ võng lớn nhất và lực căng ngang của dây 4.11 117 cáp Đồ thị tương quan giữa với biên độ dao động cực đại của giỏ đựng 4.12 119 thanh long ở giữa nhịp cáp với lực căng ngang 4.13 Đồ thị tương quan giữa độ võng lớn nhất và chiều dài nhịp dây cáp 121 Đồ thị tương quan giữa biên độ dao động cực đại của giỏ treo tại giữa 4.14 123 nhịp với chiều dài nhịp cáp (cm) 4.15 Đồ thị độ võng f phụ thuộc vào H và 133 4.16 Đồ thị độ biên độ dao động cực đại của giỏ phụ thuộc H và 133
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Việt Nam là nước có điều kiện về khí hậu, đất đai và thổ nhưỡng cho việc phát triển các loại cây ăn quả, hiện Việt Nam có nhiều loại cây đặc sản có giá trị cao, đã được công nhận chỉ dẫn địa lý và đã xuất khẩu sang một số nước như Nhật Bản, Mỹ, các nước trong khối Asean. Theo số liệu của Bộ Công thương, kim ngạch xuất khẩu rau quả của Việt Nam năm 2018 ước đạt 2,8 tỷ USD, trong đó kim ngạch xuất khẩu các loại quả đạt 1,5 tỷ USD, dự báo của ngành Nông nghiệp và phát triển nông thôn, kinh ngạch xuất khẩu rau quả của Việt Nam năm 2019 ước đạt 3,2 tỷ USD [2]. Thanh Long là loại cây ăn quả đặc hữu của Việt Nam, được trồng ở cả ba miền Bắc- Trung - Nam, giá trị trái thanh long cao, trái thanh long đã được xuất khẩu sang Nhật bản, Úc và Mỹ mang lại giá trị kinh tế cao. Sản phẩm thanh long lưu thông trên thị trường chủ yếu ở dạng trái tươi. Ở Việt Nam, thị trường nội địa chiếm khoảng 15-20% sản lượng, 80-85% còn lại được xuất khẩu. Với sản phẩm thanh long xuất khẩu đòi hỏi rất khắt khe về chất lượng. Ngoài các yêu cầu về chất lượng của trái là: Không có ruồi đục trái và các sâu hại khác, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật dưới mức cho phép…, còn có yêu cầu trái không bị dập, hình dạng các tai của trái cây phải được giữ nguyên. Để giữ được trái thanh long không bị dập, các tai của trái cây được giữ nguyên, thì khâu thu hái vận chuyển trái cây đóng vai trò rất quan trọng. Trong chuỗi sản xuất thanh long thì khâu còn nhiều tồn tại đó là khâu thu hái, vận chuyển trái thanh long. Qua khảo sát, hiện nay việc thu hái chủ yếu bằng thủ công, việc vận chuyển trái thanh long từ vườn trồng đến nơi tập kết chủ yếu bằng vận chuyển bằng xe đẩy hoặc chuyển bằng bưng bê trực tiếp, xe công nông, từ đó trái thanh long có thể bị dập, tổn thương dẫn đến chất lượng thấp, thời gian bảo quản ngắn, trái thanh long không xuất khẩu được. Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết cần để đảm bảo chất lượng cho trái thanh long ở khâu vận chuyển không bị dập, cũng như giảm công sức cho người lao động và tăng năng suất thu hái trái cây thanh long, việc thiết kế hệ thống thiết bị vận chuyển đáp ứng được các yêu cầu trên là cần thiết và mang tính cấp bách hiện nay.
2 Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Công ty cổ phần thiết bị chuyên dùng Việt Nam phối hợp với các nhà khoa học của Trường Đại học Lâm nghiệp thực hiện đề tài cấp Nhà nước: "Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa một số khâu trong thu hoạch một số loại cây ăn quả tại vùng Tây Nam Bộ", kết quả của đề tài đã thiết kế chế tạo được hệ thống đường cáp vận chuyển trái thanh long đáp ứng được yêu cầu về năng suất và không bị dập, không bị tổn thương. Sau khi được áp dụng vào thực tế sản xuất thì đường cáp này còn nhiều tồn tại đó là: Độ võng của dây cáp, chiều dài nhịp, lực căng của dây cáp chưa hợp lý. Ngoài ra, dưới tác động của gió, vận tốc chuyển động của dây cáp không đều nên giỏ đựng trái thanh long dao động lớn va chạm vào trụ đỡ ảnh hưởng đến chất lượng vận chuyển. Đề tài cấp Nhà nước chỉ tập trung vào phần tính toán thiết kế và chế tạo, chưa có nghiên cứu về động lực học của đường cáp. Để có cơ sở khoa học cho việc, hoàn thiện hệ thống đường cáp vận chuyển trái thanh long nói trên và khắc phục được một số tồn tại nêu trên, cần thiết phải có nghiên cứu đầy đủ, toàn diện về đường cáp này, đặc biệt là nghiên cứu động lực học của đường cáp để là cơ sở khoa học cho việc tính toán đường cáp cũng như hoàn thiện đường cáp đề tài đã thiết kế chế tạo . Với lý do đã trình bầy ở trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: "Nghiên cứu động lực học đường cáp vận chuyển trái thanh long ở vùng Tây Nam Bộ". 2. Mục tiêu của luận án Xây dựng mô hình, thiết lập các phương trình cơ học, động lực học của đường cáp, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của đường cáp, để tính toán xác định một số thông số hợp lý của đường cáp vận chuyển trái thanh long do Việt Nam thiết kế chế tạo. 3. Những đóng góp mới của luận án 1. Đã xây dựng được mô hình động lực học và thiết lập được hệ phương trình tính toán một số thông số cơ học của đường dây cáp vận chuyển trái thanh long trong trường hợp chiều cao hai trụ đỡ bằng nhau và có có độ chênh cao, đã xác định được chiều dài nhịp và lực căng hợp lý của đường cáp.
3 2. Đã xây dựng được mô hình động lực học và thiết lập được phương trình vi phân chuyển động của giỏ đựng trái thanh long khi di chuyển trong khoảng hai nhịp và khi di chuyển qua bánh chuyển hướng chịu lực tác động của gió và có gia tốc, đã đề xuất giải pháp giảm biên độ dao động và tránh xẩy ra hiện tượng công hưởng của đường dây cáp vận chuyển trái thanh long . 3. Đã xây dựng được mô hình nghiên cứu thực nghiệm động lực học của đường cáp vận chuyển trái thanh long, đã xác định được một số thông số động lực học của đường cáp phục vụ cho bài toán khảo sát và kiểm chứng mô hình tính toán lý thuyết đã lập, sai lệnh giữa kết quả tính theo lý thuyết và thực nghiệm nằm trong giới hạn cho phép, do vậy các mô hình tính theo lý thuyết phù hợp với thực tế, đảm bảo độ tin cậy cần thiết. Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được một số thông số hợp lý của đường cáp vận chuyển trái thanh long đó là chiều dài nhịp =20m; lực căng ngang H=5kN; độ võng f=21,5cm. 4. Ý nghĩa khoa học của những kết quả nghiên cứu của đề tài luận án Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án đã xây dựng được mô hình, thiết lập được phương trình tính toán lực căng ngang (H), độ võng của dây cáp (f) và chiều dài nhịp ( ), hệ phương trình vi phân chuyển động của giỏ đựng trái thanh long khi di chuyển trên đường cáp và qua bánh chuyển hướng dưới tác động lực gió và vận tốc không đều của dây cáp, từ các phương trình lập được, tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số thông số về lực căng ngang, chiều dài nhịp, vận tốc di chuyển của giỏ đựng trái thanh long đến các hàm mục tiêu động lực học của đường cáp. Kết quả khảo sát lý thuyết và kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được một số thông số hợp lý của đường cáp. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế chế tạo và hoàn thiện đường cáp vận chuyển trái thanh long. 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài luận án Kết quả nghiên cứu của luận án được sử dụng cho việc thiết kế chế tạo và hoàn thiện đường cáp vận chuyển trái thanh long do đề tài cấp nhà nước thiết kế chế tạo, ngoài ra còn sử dụng để làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở thiết kế chế tạo đường cáp vận chuyển các sản phẩm nông sản khác.