Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm nhằm mô phỏng, xác định ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ. Kết quả nghiên cứu phục vụ cho việc hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí của tay thuỷ lực theo hướng giảm trọng lượng bản thân, nâng cao tải trọng bốc và chọn chế độ sử dụng hợp lý. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐINH THỊ HỢI NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TAY THUỶ LỰC KHI LÀM VIỆC Ở GIAI ĐOẠN QUÁ ĐỘ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2009
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐINH THỊ HỢI NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TAY THUỶ LỰC KHI LÀM VIỆC Ở GIAI ĐOẠN QUÁ ĐỘ Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hoá nông - lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Nguyễn Nhật Chiêu Hà Nội - 2009
1 MỞ ĐẦU Trong khai thác gỗ rừng trồng khâu bốc dỡ gỗ là khâu nặng nhọc, nguy hiểm cần được cơ giới hoá. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, năm 2005 đề tài cấp nhà nước KC- 07- 26 đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm trong sản xuất tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Trong khi thiết kế, đề tài đã tính toán thiết kế các kết cấu của tay thuỷ lực theo phương pháp sức bền vật liệu, kiểm tra bền ở các tiết diện nguy hiểm. Đề tài cũng đã kể đến tải trọng động, trong các công thức tính bền có nhân với hệ số động theo kinh nghiệm. Qua thử nghiệm trong sản xuất, kết quả cho thấy tay thuỷ lực đủ bền. Do đề tài chưa nghiên cứu sâu về động lực học mà nhân hệ số động theo kinh nghiệm khi tính toán nên các kết cấu kim loại còn nặng có thể do thừa bền dẫn đến giảm tải trọng hữu ích và cũng có thể có những chi tiết chưa đủ bền, đặc biệt khi tay thuỷ lực làm việc ở giai đoạn quá độ( bắt đầu nâng tải, hạ tải và phanh, bắt đầu quay). Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách khảo sát ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực làm cơ sở cho việc thiết kế tối ưu các kết cấu kim loại theo hướng giảm trọng lượng bản thân, tăng tải trọng có ích của tay thuỷ lực đồng thời giúp cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý. Tuy nhiên, chưa có đề tài nào nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 khi làm việc ở giai đoạn quá độ. Thực tế cho thấy, sự phát triển mạnh mẽ của ngành cơ tin hiện nay cho phép nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu đặc tính động học, động lực học và độ bền của các kết cấu, hệ thống ở mức độ cao. Với việc khai thác và ứng dụng các phần mềm tin học có thể giải quyết tốt vấn đề khảo sát ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ.
2 Xuất phát từ những lý do trên tôi tiến hành đề tài luận văn “Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ”. * Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Xây dựng mô hình 3D, mô phỏng động tay thuỷ lực bằng phần mềm Slidwork và Cosmos motion. - Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm ANSYS mô phỏng, xác định được ứng suất và biến dạng một số bộ phận chính của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ (bắt đầu nâng tải, hạ tải và phanh, bắt đầu quay). * Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Trên cơ sở kết quả xác định ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ, so sánh với kết quả tính toán trước đây, đưa ra những thông số tối ưu làm cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện thiết kế theo hướng giảm trọng lượng bản thân và tăng tải trọng hữu ích của tay thuỷ lực, chọn chế độ làm việc hợp lý.
3 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng TTL trong khai thác gỗ rừng trồng. 1.1.1.Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ Trên thế giới, rừng tự nhiên còn rất ít nhưng lại có ý nghĩa to lớn về mặt môi trường, bảo tồn... nên người ta hạn chế khai thác gỗ rừng tự nhiên. Vì vậy, đối tượng của khai thác gỗ hiện nay chủ yếu là gỗ rừng trồng. Trong khai thác gỗ rừng trồng người ta thường áp dụng các loại hình công nghệ sau [1]: Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (full-tree method): cây gỗ sau khi hạ được giữ nguyên cành lá rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ người ta mới tiến hành cắt cành, cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Công nghệ khai thác gỗ dài (tree-length method): cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ chúng được cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Công nghệ khai thác gỗ ngắn (shortwood method): toàn bộ các thao tác hạ cây cắt cành, ngọn và cắt khúc theo qui cách sản phẩm đều được thực hiện tại nơi chặt hạ. Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến bãi gỗ rồi bốc lên phương tiện vận chuyển về nơi tiêu thụ. Việc áp dụng loại hình công nghệ này hay loại hình công nghệ kia cũng như việc lựa chọn được một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị, máy móc và
4 phụ tùng thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế- xã hội, và vấn đề bảo vệ môi trường ở vùng khai thác. 1.1.2. Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới Ở các nước phát triển trên thế giới, tay thuỷ lực (TTL) được ứng dụng rộng rãi trong các liên hợp máy (LHM) khai thác. Đặc biệt đối với các nước phát triển như Phần Lan, Thuỵ Điển, Nga… và các nước có tài nguyên rừng phong phú như Brazil, Tanzania, Ethiopia…, người ta đã thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL sử dụng trong khai thác gỗ làm việc tin cậy với năng suất cao và có thể vận dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ nêu trên. TTL có thể thực hiện được một hoặc một số khâu công việc trong công nghệ khai thác gỗ. Tương ứng với mỗi loại hình công nghệ người ta có thể tạo ra các TTL có cấu tạo và chức năng phù hợp. Ngoài ra, người ta còn tạo ra các loại TTL có thể tham gia thực hiện một công việc cụ thể của tất cả các loại hình công nghệ. Trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây, cây gỗ có thể được hạ bằng cách cắt gốc hoặc hạ cả gốc. Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cây bằng cách cắt gốc và sử dụng LHM vận xuất gồm TTL có trang bị ngoạm cỡ lớn lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra ngoài bãi gỗ (hình 1-1).
5 Hình 1.1. TTL trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây. Trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn, TTL được ứng dụng trong LHM chặt hạ - cắt khúc và LHM bốc dỡ - vận xuất. LHM chặt hạ - cắt khúc cấu tạo gồm TTL có trang bị ngoạm lắp trên máy kéo, ngoạm được trang bị bộ phận cắt để thực hiện việc hạ cây, cắt khúc và cắt cành, ngọn (hình 1-2a,b). LHM bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm các bộ phận tương tự như TTL ở LHM chặt hạ - cắt khúc nhưng được trang bị rơ-moóc và ngoạm không được trang bị bộ phận cắt (hình 1.2c). Ngoài ra, TTL của cả hai loại LHM trên còn có thể thực hiện việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. (a) (b) (c) Hình 1.2. TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn. a. TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt cành ngọn, b. TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt khúc,
6 c. TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất thực hiện việc bốc gỗ. Trong các loại TTL thì TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất được sử dụng rộng rãi hơn cả vì có tính cơ động cao. Khi trang bị cho LHM này một rơ- moóc thì TTL dùng để tự bốc dỡ và vận xuất gỗ; khi không trang bị rơ-moóc thì TTL được dùng để bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. Vì vậy, LHM có trang bị TTL loại này có thể sử dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ. 1.1.3. Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam Ở Việt Nam, loại hình công nghệ khai thác gỗ phổ biến là khai thác gỗ ngắn. Gỗ được chặt hạ bằng phương pháp thủ công hoặc cưa xăng và được vận xuất ra ven đường hoặc bãi gỗ bằng phương pháp thủ công (vác vai, lao xeo) hoặc trâu kéo. Cho đến nay, việc bốc gỗ từ bãi gỗ lên phương tiện vận chuyển, dù là một công việc có tính chất nặng nhọc và nguy hiểm nhưng vẫn chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công. Từ trước những năm 1990, tại một số tỉnh miền núi phía Bắc (Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc…), là vùng chuyên canh nguyên liệu giấy cho Nhà máy giấy Bãi Bằng, đã được Chính phủ Thuỵ Điển tài trợ hàng loạt LHM bốc dỡ - vận xuất gỗ. LHM này gồm máy kéo Volvo có trang bị TTL bốc dỡ gỗ và rơ-moóc (thường được gọi tắt là Volvo). Ở điều kiện làm việc cho phép thì Volvo là phương tiện đắc lực cho công tác bốc dỡ và vận xuất, nó làm việc tin cậy, cho năng suất cao và điều kiện làm việc của người lao động được đảm bảo. Kể từ khi không được Chính phủ Thuỵ Điển tài trợ, theo thời gian, số lượng Volvo giảm dần vì hỏng hóc mà phụ tùng thay thế lại rất khan hiếm. Đến nay, chỉ còn một số ít Volvo vẫn hoạt động được. Trên hình 1-3 là TTL lắp trên
7 máy kéo Volvo đang thực hiện việc bốc gỗ từ rơ-moóc lên phương tiện vận chuyển tại Lâm trường Hàm Yên, Tuyên Quang. Hình 1.3. TTL lắp trên máy kéo Volvo thực hiện việc bốc gỗ. Volvo và một số LHM sử dụng trong khai thác gỗ hiện có trên thế giới là những thiết bị có khả năng cơ giới hoá cao, dùng để sản xuất với qui mô lớn nên giá thành của thiết bị rất cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không phù hợp với qui mô và khả năng tài chính của các doanh nghiệp trong nước. Chính vì vậy nên xu hướng nghiên cứu chế tạo TTL cỡ nhỏ để dần thay thế loại máy Volvo là điều tất yếu và cần được quan tâm thoả đáng. Với mong muốn tạo ra một thiết bị cơ giới hoá khâu bốc dỡ gỗ thay thế Volvo mà lại phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, đề tài nhánh cấp Nhà nước KC 07-26-05 là tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ - vận xuất gỗ rừng trồng cự ly ngắn. Trong đó, thiết bị bốc dỡ gỗ là TTL lắp sau máy kéo Shibaura. Qua khảo nghiệm cho thấy TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura làm việc đạt yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, năng suất và tính cơ động của thiết bị chưa thực sự cao. Nếu khắc phục được tồn tại này thì đây sẽ là một thiết bị cơ giới hoá bốc dỡ gỗ phù hợp với hoạt động qui mô vừa và nhỏ của các
8 doanh nghiệp, các hộ gia đình; góp phần nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc nặng nhọc cho người lao động. Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL trong công nghệ khai thác gỗ cho thấy: TTL được sử dụng trong tất cả các loại hình công nghệ khai thác gỗ. Ở các nước trên thế giới, người ta đã tính toán thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL làm việc tin cậy với năng suất cao. Ở nước ta, cho đến nay, TTL duy nhất sử dụng hiệu quả trong bốc dỡ gỗ là một thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo) nhưng hiện nay thiết bị này còn rất ít và nó cũng không thực sự phù hợp với thực tiễn Việt Nam. Gần đây, các nhà khoa học của chúng ta đã thiết kế và chế tạo thành công TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura. Tuy nhiên, để tiến tới sản xuất hàng loạt và vận dụng rộng rãi thiết bị này vào thực tiễn sản xuất ta cần thực hiện công tác hoàn thiện thiết kế và đề ra một chế độ làm việc hợp lý. 1.2. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực. TTL được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất để bốc dỡ hàng hoá. Như đã đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử dụng rất phổ biến ở các nước có nền công nghiệp phát triển và có quy mô sản xuất lớn, còn ở những nước đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại thiết bị này còn rất hạn chế. Vì những lý do trên nên phần lớn những nghiên cứu về TTL cũng tập trung vào các nước có nền công nghiệp tiên tiến. Tiêu biểu trong lĩnh vực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như sau: Tác giả Alecxangdrov V.A (người Nga) đã đánh giá về sự chịu tải của máy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [27], theo đó tác giả đã nhận định rằng tải trọng ĐLH ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị ở các giai đoạn quá
9 độ như lúc mở máy, phanh hãm, lấy đà, ..., bằng thực nghiệm trên một số máy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng tăng (Hình 1-4). Hình 1. 4. Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của vận tốc và khối lượng nâng đến hệ số ĐLH do Alecxangdrov V.A xây dựng. (1-vo= 0,18 m/s; 2-vo= 0,12 m/s; 3-vo= 0,05 m/s) Cũng tác giả Alecxangdrov V.A trong tài liệu [28] đã nghiên cứu về dao động góc của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL. Mô hình tính toán ĐLH cho trường hợp này được tác giả đã xây dựng như hình 1-5.
10 Hình 1.5. Sơ đồ tính toán dao động của máy kéo trong LHM chặt hạ của Alecxangdrov V.A Qua tính toán tác giả đã rút ra được ảnh hưởng của các yếu tố như tầm vươn của TTL (l1), khoảng cách giữa hai cầu (l2), chiều cao trọng tâm cây gỗ (hT), lực tác dụng của gió đến dịch chuyển góc của đầu máy (φ1). Sự mấp mô của mặt đường ảnh hưởng đến tải trọng của các phương tiện đi trên nó, nhất là các máy khai thác, chúng làm việc trên những địa hình có độ mấp mô lớn thì vấn đề này rất được quan tâm. Tác giả Alecxangdrov V.A đã có công trình nghiên cứu về tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL khi đi trên đường có độ mấp mô, sơ đồ tính toán được tác giả đưa ra như hình 1-6, trong trường hợp đơn giản nhất là các máy khai thác chưa mang tải thì sơ đồ tính toán được thể hiện như hình 1- 6a và PTVP có dạng như sau:
11   c M Z  c  c M Z  c Z p  0; m0 Z   0 12 2 0 12 0 0 0   c M Z  Z   0. m2Z 2 12 2 0 Trong trường hợp TTL mang tải thì sơ đồ tính toán được thể hiện ở hình 1-6b, PTVP có dạng như sau:   c M Z  c  c M Z  c Z p ; m0Z   0 12 2 0 12 0 0 0   c M  c m2Z  Z M  c12 Z 0  c  Z 3 ; 2 12  2   Z  Z c  0. m3Z 3 3 2  co- độ cứng quy đổi của đầu máy, c12MГ- độ cứng quy đổi của TTL, cΠ- độ cứng quy đổi giữa ngoạm và gỗ, Zo, Z2, Z3Π- các chuyển dịch của các khối lượng mo, m2 và m3. Hình 1. 6. Sơ đồ xác định tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL khi đi trên địa hình gồ ghề
12 Trong quá trình nghiên cứu về dao động của máy kéo với TTL, tác giả Alecxangdrov V.A cũng đã kết luận: Bộ phận đàn hồi của cơ cấu ngoạm gỗ đã được nghiên cứu trong một số tài liệu đã khẳng định rằng việc sử dụng bộ phận nối đàn hồi này thực tế đã làm giảm được tải trọng bổ sung lên tay bốc thuỷ lực và khung của máy kéo, cũng vì thế làm giảm được dao động đối với người lái- Tính an toàn cao hơn. Tuy nhiên, tác giả mới đưa ra mô hình bố trí bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn mà chưa tính toán cụ thể đến các hệ số độ cứng và hệ số cản giảm chấn của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn. Năm 1973 tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Leningrad, nhà khoa học người Nga Liamin I.V đã có công trình nghiên cứu về quá trình gom gỗ khi chặt chọn bằng TTL [29], sau đó 2 năm tác giả đã công bố tiếp công trình "Phân tích lực của TTL máy kéo có kết cấu đặc biệt" [30]. Với hai công trình này tác giả đã chọn ra được TTL kiểu mới cho việc gom gỗ trong khai thác chọn và cách phân tích lực cho TTL. Năm 1977, giáo sư Barinop K.N đã “phân tích qui luật chuyển động của máy lâm nghiệp với TTL khi làm việc”. Với kết quả của công trình nghiên cứu này, tác giả đã đưa ra được cơ sở lý thuyết cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo lâm nghiệp [21]. Năm 1978 hai tác giả Venlicốc G.M và Kusliaev V.F đã tiến hành nghiên cứu và đưa ra cơ sở để áp dụng máy khai thác gỗ kiểu TTL ở trên các khu khai thác [31]. Năm 1981 phó giáo sư Artamônôp Iu.G đã nghiên cứu thiết kế và tính toán TTL lắp trên máy kéo lâm nghiệp để bốc dỡ gỗ [32]. Cũng vào năm này tác giả Kusliaev V.F có nghiên cứu về tổng quan các loại máy khai thác gỗ kiểu TTL [33].
13 Tầm vươn của TTL ảnh hưởng lớn đến năng suất của máy khai thác, cụ thể về vấn đề này được tác giả Mensikop rất quan tâm và đã có kết quả nghiên cứu vào năm 1982 tại Học viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad [34]. Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, năm 1982 tác giả Antômônốp đã xác định được những thông số cơ bản của hệ thống máy kéo bánh hơi với TTL [35]. Vấn đề ổn định của máy là yếu tố rất quan trọng, nó quyết định tới khả năng làm việc của máy và sự an toàn trong lao động.Với những máy có trang bị TTL thì vấn đề ổn định được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó có tác giả người Nga Ciunhep V.C với đề tài: "Phương pháp đánh giá ổn định của máy kéo bánh hơi khung gập với TTL" [36]. Tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad năm 1983, luận án tiến sĩ của Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khung gập với TTL khi gom và vận xuất gỗ trên sườn dốc [21]. Năm 1985, nhà khoa học Nga Pitcunôp thực hiện nghiên cứu “Sự ảnh hưởng của các thông số động học cơ cấu nâng đến tải trọng của TTL lắp trên máy kéo cỡ lớn dùng trong bốc dỡ gỗ”. Đóng góp đáng kể nhất của công trình này là đã tìm ra được một chế độ sử dụng hợp lý cho LHM bốc dỡ gỗ. [37]. Năm 2006, đề tài nhánh cấp nhà nước, mã số: KC 07-26-05 "Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10-20o", do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số cán bộ trong Khoa Công Nghiệp- Trường Đại học Lâm nghiệp đã được thực hiện[2]. Một trong những sản phẩm của đề tài là Tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Mẫu máy này đã được khảo nghiệm và đánh giá là hướng đi rất phù hợp. Tuy nhiên đề tài chưa nghiên cứu sâu về
14 động lực học mà nhân với hệ số động theo kinh nghiệm khi tính toán nên các kết cấu kim loại còn nặng có thể do thừa bền dẫn đến giảm tải trọng hữu ích và cũng có thể có những chi tiết chưa đủ bền, đặc biệt khi tay thủy lực làm việc ở giai đoạn quá độ (bắt đầu nâng tải, hạ tải và phanh, bắt đầu quay). Năm 2006, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đỗ Ngọc Đức đã nghiên cứu, thiết kế bộ phận tăng ổn định chống lật cho máy kéo Shibaura khi lắp TTL bốc dỡ gỗ[3].Tác giả đã đưa ra kết luận: Khi máy kéo chưa lắp thêm hệ thống chân chống và đối trọng để đảm bảo ổn định chống lật thì TTL chỉ có thể bốc dỡ được tải trọng tối đa là 1851 N ở tầm vươn tối đa là 3,8m. Khi đã lắp thêm hệ thống chân chống và đối trọng để nâng cao ổn định chống lật thì tay thuỷ lực bốc được tải trọng tối đa là 4766,5 N ở tầm vươn tối đa là 3,8m. Đồng thời qua tính toán cũng xác định được trọng lượng đối trọng cần lắp thêm 11000N. Năm 2007, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Trần Lý Tưởng bảo vệ thành công luận án thạc sỹ “Nghiên cứu tải trọng động lực học tác dụng lên TTL lắp sau máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ”[4]. Bằng phần mềm Matlab_Simulink tác giả đã xác định được các thông số như: tải trọng động lực học, sự biến dạng của TTL, các lực tác dụng lên các cơ cấu, bộ phận chi tiết của TTL ở 3 giai đoạn làm việc của TTL. Mặt khác tác giả đã rút ra được kết luận: Hệ số tải trọng ĐLH tỷ lệ nghịch với khối lượng nâng, độ cứng quy đổi của đầu máy và độ cứng quy đổi giữa gỗ và ngoạm tỷ lệ thuận với độ cứng quy đổi của TTL và vận tốc nâng [19]. Năm 2008, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Ngô Việt Phong Trường Đại học Bách khoa Hà Nội “thiết kế và tính toán tay thuỷ lực bốc xếp gỗ lắp sau máy kéo cỡ nhỏ”[5]. Tác giả đã đề xuất được phương án thiết kế xe chuyên dụng bốc dỡ gỗ lấy cơ sở nguồn động lực là máy kéo Shibaura trong nông nghiệp để bốc
15 dỡ gỗ rừng trồng. Bằng phần mềm Solidwork và Cosmos motion, tác giả đã mô phỏng động hoạt động của LHM TTL lắp trên máy kéo Shibaura. Năm 2008, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Lương Ngọc Hoàn bảo vệ thành công luận án thạc sỹ “Nghiên cứu động lực học của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần”[6]. Tác giả đã lập được sơ đồ tính toán ĐLH của TTL lắp sau máy kéo Shibaura ở giai đoạn khởi động xoay cần và xác định được đầy đủ các tham số ĐLH đặc trưng, làm thông số đầu vào các tính toán tiếp theo. Bằng phần mềm SolidWorks tác giả đã xác định MMQT và TĐTT của các khối lượng. Tác giả cũng đã ứng dụng thành công phần mềm Matlab & Simulink trong việc mô phỏng các biến dạng tương đối, mô men động và hệ số tải trọng ĐLH. Thiết lập và giải được các PTVP mô tả biến dạng tương đối của trụ xoay và của cụm cánh tay - cẳng tay, làm cơ sở cho việc xác định các mô men động tác dụng lên hệ và các hệ số tải trọng ĐLH. Khai thác và sử dụng thành công phần mềm Adams (phần mềm chuyên dùng trong mô phỏng ĐLH mới được sử dụng ở Việt Nam) để mô phỏng ĐLH quá trình xoay của TTL. Kết quả cho thấy, khi TTL xoay đồng thời với nâng - hạ thì các qui luật biến đổi ĐLH phức tạp và ở mức lớn hơn so với trường hợp TTL xoay độc lập với nâng - hạ. Năm 2008, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Đào Sỹ Tam thực hiện luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo Shibaura khi tay thủy lực bốc gỗ”[7]. Đề tài đã xác định được khả năng ổn định chống lật dọc tĩnh của máy kéo Shibaura SD 2843 với TTL bốc gỗ trong trường hợp đầu cần TTL và ngoạm gỗ được nối cứng. Đồng thời đã đề xuất được giải pháp lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa đầu cần TTL và ngoạm gỗ nhằm nâng cao khả năng ổn định chống lật
16 của liên hợp máy khi bốc dỡ gỗ. Trong đề tài, tác giả đã xây dựng được mô hình động lực học của liên hợp máy khi TTL nhấc tải và bằng việc áp dụng phương trình Lagrănger loại II đề tài đã thiết lập được hệ phương trình vi phân mô tả dao động của liên hợp máy khi TTL nhấc tải. Tác giả đã ứng dụng thành công phần mềm Matlab-Simulink để giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân, tìm ra các dịch chuyển, vận tốc và gia tốc khi TTL nhấc tải trong trường hợp đầu cần TTL và ngoạm gỗ được nối cứng cũng như trong trường hợp nối đàn hồi có giảm chấn. Qua tìm hiểu cho thấy, chưa có đề tài nào nghiên cứu ứng suất và biến dạng của TTL lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 khi làm việc ở giai đoạn quá độ. Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành đề tài luận văn “Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ”. 1.3. Các phương pháp và phần mềm ứng dụng để nghiên cứu ứng suất, biến dạng. 1.3.1. Phần mềm mô phỏng Solidworks và Cosmos motion. Trong nhóm các phần mềm tự động hoá thiết kế 3D (trong không gian 3 chiều) phổ biến, phần mềm SolidWorks đã và đang khẳng định vị trí vững chắc dẫn đầu thế giới , là phần mềm thể hiện tư duy thiết kế và công nghệ lập trình mới. SolidWorks là một công cụ đắc lực cho việc thiết kế tự động các vật thể 3 chiều (3D), giúp cho các kỹ sư tự thể hiện các ý tưởng sáng tạo của mình trong thiết kế một cách trực quan tối đa ngay trên chi tiết 3D mà lúc đầu không quan tâm đến kích thước cụ thể của chi tiết, nhanh chóng thể hiện chi tiết đã thiết kế thành bản vẽ kỹ thuật truyền thống (2D), thiết kế tạo khuôn, tạo mẫu cho lĩnh vực đúc một cách nhanh chóng từ các chi tiết đã được thiết kế.
17 Sau khi dựng được mô hình 3D và gán vật liệu cho các khối lượng ta tiến hành lắp ghép chúng lại với nhau theo đúng thiết kế. Trong SolidWorks, việc lắp ghép các chi tiết được thực hiện một cách dễ dàng nhờ lệnh Mate với đầy đủ các ràng buộc song song (Parallel), vuông góc (Perpendicular), tiếp xúc (Tangent), đồng tâm (Concentric), khoảng cách (Distance), góc (Angle), trùng hợp (Coincident). Giới thiệu khái quát về mô phỏng Cosmos Motion. Trình tự tiến hành mô phỏng động học: * Trước tiên, sử dụng các lệnh trong môi trường Part của Solidworks để mô hình hoá các chi tiết. * Sau khi mô hình hoá các chi tiết, tiến hành vào môi trường lắp ráp và sử dụng các lệnh trên thanh công cụ assembly hoặc menu Insert để lắp ráp các chi tiết. * Sau khi lắp ráp các chi tiết, tiến hành chọn bảng motion trong cây phả hệ để vào môi trường mô phỏng động học. * Kế đến ta xác định đối tượng nào là đối tượng cố định, đối tượng nào là đối tượng chuyển động. Sau khi đã xác định, ta gán đối tượng cố định bằng cách nhấp chọn đối tượng đó trong cây phả hệ, nhấp phải chuột và chọn Ground Part. Tương tự chọn lựa Moving Part để gán cho đối tượng nào chuyển động. Đối tượng nào được gán là chuyển động sẽ xuất hiện biểu tượng khối cầu toạ độ. * Sau khi gán đối tượng chuyển động và đối tượng cố định, tiến hành gán khớp nối cho các đối tượng. Mặc định, sau khi ta lắp ráp, chuyển sang môi trường mô phỏng và gán đối tượng cố định, chuyển động thì các đối tượng lắp ráp với nhau sẽ được gán các khớp động. Các khớp động là các khớp xoay được tạo từ ràng buộc Concentric và Coincident hay khớp trụ được tạo từ ràng buộc
18 Concentric trong lệnh Mate của môi trường lắp ráp. Các khớp động của mô hình được quản lý trong mục Constraints>Joints của cây phả hệ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp ta cần xoá bỏ tất cả các khớp nối không phù hợp và thêm vào một số khớp động cần thiết. Để xoá khớp, ta nhấp chọn khớp cần xoá, nhấp phải và chọn delete. Còn để thêm khớp, ta chọn CosmosMotion>Joints. Theo mặc định, sau khi lắp ráp các chi tiết và chuyển sang môi trường mô phỏng (motion) thì giữa các chi tiết lắp ráp với nhau sẽ tự động được gán các khớp tương ứng với các lựa chọn trong lệnh Mate. Tuy nhiên trong một số trường hợp ta phải xoá các khớp mặc định và tiến hành gán lại các khớp sao cho phù hợp với mô hình. * Sau khi gán khớp động, tiến hành gán lực và nguồn tạo chuyển động. * Bước tiếp theo, tiến hành kiểm tra, gán đơn vị lực và khối lượng cho mô hình. Từ menu CosmosMotion chọn IntelliMotion Bulder, ta chọn các thông số cần thiết có trong chuyển động. Sau khi định nghĩa các thông số, chúng ta tiếp tục click vào Next để chuyển sang các trang và thiết lập các thông số theo yêu cầu. * Để tạo các đồ thị hiển thị kết quả mô phỏng của một đối tượng nào đó, ta chọn đối tượng đó trong cây phả hệ, nhấp phải chuột và chọn plot>… * Sau khi hoàn thành các bước trên, ta tiến hành mô phỏng bằng cách sử dụng nút play trên thanh công cụ CosmosMotion . Chúng ta có thể xuất quá trình mô phỏng sang file *.AVI hoặc sang các chương trình tính toán và mô phỏng khác như: FEA, MSC.ADAMS 1.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm ANSYS. 1.3.2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)