Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích cơ bản của luận án này là chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với điều kiện đường sắt Việt Nam; Xác định được các thông số hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam theo quan điểm động lực học (ĐLH).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- NGÔ VIẾT DÂN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CHO MÁY ĐẶT CỤM TÀ VẸT ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ XÂY DỰNG, NÂNG CHUYỂN Mã số: 62.52.01.16.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2017
Luận án hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Người hướng dẫn khoa học: 1.PGS.TS. Nguyễn Bính 2. PGS.TS. Nguyễn Văn Vịnh Phản biện 1: ....................................................................... Phản biện 2: ....................................................................... Phản biện 3: ...................................................................... Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại Trường Đại học Giao thông Vận tải (Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội) vào hồi .... giờ ngày ..... tháng ...... năm ........ Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đường sắt là hệ thống hạ tầng giao thông quan trọng của mỗi Quốc gia. Từ năm 2009, Thủ tướng Chính phủ đã triển khai kế hoạch phát triển mạng lưới đường sắt đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 [46]. Theo đó, khối lượng lắp đặt đường sắt sẽ rất lớn, cần có công nghệ thi công và các máy phù hợp với đường sắt Việt Nam. Bộ Giao thông Vận tải thống nhất quan điểm cho rằng, cần phải lựa chọn được công nghệ thi công và chủng loại máy phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam. Vì vậy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam” là cần thiết và có tính thực tiễn cao. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu xây dựng được cơ sở khoa học cho việc xác định các thông số hợp lý của máy MĐR đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam (là thiết bị do Việt Nam chế tạo). 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam có mã hiệu MĐR do Việt Nam chế tạo. 3.2 Phạm vi nghiên cứu: - Máy MĐR đặt cụm tà vẹt khổ đường 1435mm cho đường sắt Việt Nam; - Nền đặt ray di chuyển của máy MĐR là nền đất đã đầm chặt hoặc nền đá ballast. 4. Phương pháp nghiên cứu - Áp dụng phương pháp tổng hợp và phân tích; - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. 5. Mục tiêu nghiên cứu - Chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với điều kiện đường sắt Việt Nam; - Xác định được các thông số hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) cho máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam theo quan điểm động lực học (ĐLH). 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Xác định các thông số hợp lý cho máy đặt cụm tà vẹt phù hợp với đường sắt Việt Nam; giải quyết các yêu cầu về tính hợp lý khi thiết kế chế tạo và khai thác có hiệu quả máy MĐR trong điều kiện Việt Nam. Từ đó có thể tiếp tục phát triển kết quả nghiên cứu cho các loại máy, thiết bị đặt ray và cụm tà vẹt theo công nghệ tương tự. 7. Điểm mới của luận án - Áp dụng phương pháp AHP để đánh giá lựa chọn dạng máy đặt tà vẹt, khẳng định máy MĐR do Việt Nam chế tạo là phù hợp với đường sắt Việt Nam; - Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực và động lực học máy MĐR khi đặt cụm tà vẹt, xây dựng được mô hình động lực học hệ thống thủy lực cơ cấu nâng hạ và
2 cơ cấu di chuyển của máy, xây dựng mô hình động lực học máy MĐR trong các trường hợp làm việc điển hình, xác định được các đặc trưng động lực học của hệ; - Thực nghiệm máy MĐR làm việc theo các điều kiện thực tế thi công gồm có thay đổi nền, số lượng tà vẹt trong cụm, chế độ dừng hãm khi làm việc; - Xây dựng qui trình xác định thông số hợp lý của máy MĐR theo quan điểm ĐLHvà xác định được bộ thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý của máy. CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐẶT CỤM TÀ VẸT ĐƯỜNG SẮT 1.1. Nhu cầu cơ giới hóa lắp đặt kết cấu tầng trên đường sắt Việt Nam và các yếu tố ảnh hưởng. 1.1.1. Phương hướng phát triển mạng lưới ĐSVN Mạng lưới đường sắt Việt Nam có tổng chiều dài 3.146,6 km, tổng chiều dài đường sắt sẽ được xây mới theo kế hoạch là 1091 km, với nhu cầu vốn đầu tư khoảng: 178.020 tỷ VND. Việc xây dựng mới, nâng cấp, cải tạo đường sắt là công việc cấp thiết để đáp ứng nhu cầu phát triển hệ thống giao thông vận tải đồng bộ của đất nước. 1.1.2. Nhu cầu cấp thiết công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam. Ngành đường sắt ưu tiên sử dụng tà vẹt BTCT DƯL đặt trên lớp đá ballast, trên tuyến lắp 1600 thanh/km, việc đặt tà vẹt rất nặng nhọc, cần thiết phải có các máy chuyên dùng. Khi áp dụng cơ giới hoá xây dựng đường sắt ở mức độ khác nhau sẽ mang lại những lợi ích khác nhau [2]. 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc áp dụng công nghệ thi công cơ giới xây dựng đường sắt Việt Nam Công tác cơ giới hóa xây dựng đường sắt ở Việt Nam có nhiều yếu tố ảnh hưởng theo hướng bất lợi [2]. Nghiên cứu mối quan hệ giữa công nghệ-máy thi công, các yếu tố ảnh hưởng để lựa chọn máy xây dựng ĐSVN cho thấy không thể nhập khẩu máy và công nghệ của nước ngoài vì kinh phí quá lớn, năng suất quá dư so với khối lượng thi công và không phù hợp với địa hình Việt Nam. 1.2. Tổng quan về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt. 1.2.1. Tổng quan về máy và công nghệ đặt tà vẹt trên thế giới: Trên thế giới có nhiều máy và công nghệ thi công đường sắt, như: - Tổ hợp cần trục đường sắt có tải trọng nâng 1018 tấn và đoàn toa xe. - Cần trục chuyên dùng dạng Pooctic, đó là các máy YK12.5 và YK25 đặt các cầu ray dài 12,5m và 25m. - Máy xúc có bộ di chuyển đa năng lắp đặt cụm tà vẹt, ví dụ máy KGT/V. - Máy dạng cổng trục đặt cụm tà vẹt và ray: máy DESEC TL50, PTH.
3 - Đoàn tàu liên hợp đặt tà vẹt, đặt ray. Ví dụ máy SVM1000S của Cộng hòa Áo,. máy DPG500 của Trung Quốc. Các máy này chỉ phù hợp khi xây dựng mới đường sắt có chiều dài rất lớn và bán kính cong của đường trên 400m. 1.2.2. Tổng quan về máy và công nghệ thi công đường sắt ở Việt Nam. - Năm 1971-1972, Việt Nam áp dụng không thành công máy kiểu Pooctic YK25 là do địa hình không cho phép và khối lượng thi công quá ít. Những năm 80, khi thi công tuyến Kép-Bãi Cháy, sử dụng khung nâng đơn giản để đặt tà vẹt và ray. - Năm 2011 sử dụng máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt với công nghệ hai bước kết hợp để thi công đường sắt có khe nối do Việt Nam chế tạo được mô tả theo Hình 1-11: Hình 1-11. Sơ đồ dây chuyền lắp đặt tà vẹt và ray bằng máy MĐR Máy đặt ray MĐR có kết cấu nhỏ gọn, dễ sử dụng, chi phí đầu tư thấp, phù hợp thi công các đoạn tuyến ngắn. Luận án quan tâm đến một số loại máy sau: Bảng 1-12. Đặc tính kỹ thuật của các loại máy lắp đặt tà vẹt đường sắt Đặc tính kỹ Mã hiệu, chủng loại máy TT thuật KGT/V YK25 MĐR DPG25A PTH350 1 Kích thước máy 7,3x2,5x3,2 43x3,2x5,2 2,8x3,9x4,0 29x3,4x4 3,6x3,8x3,3 LxWxH 2 Trọng lượng máy 16 t 102 t 1.4 t 75 t 6,5 t 3 Công suất động cơ 87 kW 120 kW 11 kW 120 kW 54,5 kW 4 Năng suất đặt đường 180 m/ca 600 m/ca 250 m/ca 600 m/ca 800 m/ca 5 Hệ thống truyền Thủy lực Tời cáp Thủy lực- Thủy lực- Thủy lực động điện Puly cáp Tời cáp 6 Tốc độ di chuyển 183 333 32 250 183 m/phút m/phút m/phút m/phút m/phút 1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án 1.3.1 Các công trình nghiên cứu về máy lắp đặt tà vẹt đường sắt ít được công bố chi tiết trên các tạp chí khoa học chuyên ngành, chỉ có một số công trình của các tác giả liên quan đến đề tài của luận án như: - N.Shadrin và các đồng sự [72] đã mô tả các công nghệ thi công của ngành đường sắt ở Liên Xô (cũ) khi lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt bằng việc sử dụng cẩu Platov, YK-12, YK-25 hoặc cổng trục chuyên dùng.
4 - Thomas Siefer [63] đã nghiên cứu lựa chọn máy cẩu trục MW500-U và máy dạng cổng trục PK1 đặt cầu ray theo chỉ tiêu chi phí thi công. - Nguyễn Bính và các cộng sự [2],[3],[4] nghiên cứu lựa chọn công nghệ, thiết kế chế tạo và thử nghiệm thành công máy MĐR lắp đặt tà vẹt ĐSVN, nhưng chưa nghiên cứu về động lực học làm cơ sở khoa học xác định các thông số hợp lý cho máy. 1.3.2. Các nghiên cứu về mô hình động lực học kết cấu khung máy dạng cổng trục: - Nghiên cứu mô hình dao động của dầm chính cổng trục dưới tác dụng của tải trọng tập trung và tải trọng phân bố khi xe con mang hàng di chuyển, có các tác giả Đào Trọng Thường [34], Trần Văn Chiến [10], [11] nghiên cứu ĐLH của cổng trục khi nâng hạ hàng, di chuyển cùng với hàng, khảo sát ảnh hưởng của tải trọng động. - Nghiên cứu động lực học cơ cấu nâng của máy dạng cổng trục: các tác giả Vũ Liêm Chính, Phạm Quang Dũng, Trương Quốc Thành [12] đã đề cập đến mô hình tính toán của cơ cấu nâng có kể đến đàn hồi của kết cấu thép để tính hệ số động lực. - Nghiên cứu động lực học cơ cấu di chuyển của máy dạng cổng trục, có các tác giả E.Yazid, S.Parman and K.Fuad [64]: xây dựng mô hình động lực học khung cổng trục bằng phương pháp phần tử hữu hạn, khối lượng các phần tử kết cấu. Các tác giả Vi Thụ Bảo [78], Tôn Kiến Duệ [79], Lưu Tập Xuyên [80]: nghiên cứu về ĐLH cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển cổng trục tại cảng, sử dụng ngôn ngữ lập trình để tính toán ứng suất trong kết cấu thép. Tác giả Nguyễn Văn Vịnh và các công sự [40], [43] xây dựng các mô hình động lực học và phương trình chuyển động cho quá trình nâng, hạ hàng của cổng trục, xác định các thông số động lực học. 1.3.3. Các nghiên cứu xác định thông số hợp lý của thiết bị nâng Các tác giả khi xác định thông số hợp lý của thiết bị nâng thường dẫn đến bài toán tối ưu hóa kết cấu. Tác giả Lê Xuân Huỳnh [20], Võ Như Cầu [8] đưa ra các hàm mục tiêu là tối thiểu khối lượng của kết cấu. Phương pháp này chỉ có ưu điểm đối với những kết cấu có khối lượng lớn, còn đối với máy MĐR có khối lượng không lớn nên áp dụng bài toán tối ưu kết cấu theo khối lượng là không phù hợp. 1.3.4. Một số công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực trên các máy nâng. - Với các công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động cơ cấu nâng bằng xi lanh, tác giả Trần Xuân Tùy [17] nêu phương pháp xác định hệ phương trình cân bằng lưu lượng, cân bằng lực. - Các công trình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động mô tơ quay để di chuyển máy, tác giả Nguyễn Đình Tứ [39] nghiên cứu ĐLH hệ truyền động thủy lực quay dựa trên cân bằng lưu lượng và mô men lực cản của cơ cấu công tác. - Tác giả Yury Berengard [59]: nghiên cứu động lực học truyền động thủy lực cơ cấu nâng tải trọng 25-100T có xét đến ảnh hưởng tổn hao áp suất và lưu lượng của các van phân phối, van an toàn, lập hệ phương trình cân bằng lưu lượng và cân bằng lực.
5 - Các tác giả Tatiana A. Minav, Denis Filatov, Juha Pyrhönen, Matti Pietola [68] đã nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực cơ cấu nâng của xe nâng hàng. 1.3.6. Các nghiên cứu về thực nghiệm máy nâng: Có thể kể đến các tác giả công trình [13], [15], [34], tác giả Nguyễn Văn Vịnh, Bùi Thanh Danh [43] đã tiến hành thực nghiệm trên hệ cổng trục để xác định lực căng cáp tác dụng lên kết cấu. Luận án quan tâm tới phương pháp của công trình [43]. Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu. Công tác cơ giới hóa đặt tà vẹt là rất cần thiết vì đây là công đoạn thi công nặng nhọc nhất, cần xác định nên dùng loại máy nào cho phù hợp và đạt hiệu quả kinh tế. Đến nay chưa có công trình khoa học nào công bố về nghiên cứu ĐLH máy đặt cụm tà vẹt. Do vậy việc nghiên cứu xác định dạng máy và các thông số hợp lý của máy đặt tà vẹt theo quan điểm ĐLH để phù hợp với Việt nam là một yêu cầu cần thiết. CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHỌN DẠNG MÁY VÀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC MÁY MĐR LẮP ĐẶT CỤM TÀ VẸT. 2.1. Nghiên cứu chọn dạng máy lắp đặt cụm tà vẹt đường sắt Việt Nam 2.1.1. Xây dựng hệ tiêu chí chọn dạng máy đặt cụm tà vẹt đường sắt Máy được chọn cần thỏa mãn: Tính hợp lý về công năng, tính hiệu quả kinh tế và tính khả thi. Luận án chọn phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) để chọn máy đặt cụm tà vẹt trên cơ sở đánh giá các tiêu chí của năm loại máy đã nêu ở Bảng 1-12. 2.1.2. Áp dụng phương pháp AHP chọn dạng máy đặt tà vẹt đường sắt Việt Nam. 2.1.2.1. Xây dựng cấu trúc chỉ tiêu đánh giá Hình 2-2. Sơ đồ cấu trúc tiêu chí chọn dạng máy lắp đặt tà vẹt theo AHP
6 2.1.2.2 Xác định giá trị ưu tiên của các chỉ tiêu: Mức độ quan trọng của các chỉ tiêu ở mức (1) được xác định bằng cách tổng hợp mức độ tương đối của các chỉ tiêu tham chiếu của nó ở mức (2). Kết quả nghiên cứu và khảo sát [3], xác định được mức độ theo 9 chỉ tiêu của 05 loại máy (Bảng 2-1). 2.1.2.3. Xác định các chỉ tiêu định lượng - Chỉ tiêu kỹ thuật, gồm: mức độ cơ giới hóa (KCGH): K CCM CGH  100% ; CTC năng suất thi công N(m); công suất động cơ P(kW); - Chỉ tiêu kinh tế: vốn đầu tư máy (Io); chi phí ca máy (CCM); 2.1.2.4.Các chỉ tiêu định tính khi đánh giá phương án máy Khả năng thông qua của máy trên tuyến; Thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt tà vẹt. Hiệu quả xã hội; Tính dễ sửa chữa; Mức độ hiện đại của hệ điều khiển trên máy. 2.1.2.5. Xác định dạng máy đặt cụm tà vẹt phù hợp đường sắt Việt Nam. Áp dụng phần mềm Expert-Choice để đánh giá các chỉ tiêu của các phương án máy, kết quả được biểu diễn trên đồ thị trên Hình 2-5. Hình 2-5. Đồ thị kết quả đánh giá chọn dạng máy Kết quả đã chọn được dạng máy đặt cụm tà vẹt đường sắt phù hợp với thi công đường sắt Việt Nam là máy MĐR do Việt Nam thiết kế và chế tạo. 2.2. Đánh giá công năng và các thông số của máy MĐR lắp đặt cụm tà vẹt 2.2.1. Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy MĐR. 2.2.1.1.Cấu tạo chung của máy đặt cụm tà vẹt MĐR Máy MĐR đặt cụm tà vẹt có khung máy (2, 4) dạng cổng trục, cơ cấu nâng hạ bằng xi lanh thuỷ lực có các puly (1), cáp và móc câu nâng hàng (22), cơ cấu di chuyển dùng mô tơ thuỷ lực dẫn động cụm bánh xe di chuyển trên ray (Hình 2-6):
7 Hình 2-6. Sơ đồ cấu tạo tổng thể máy MĐR. 2.2.1.2. Cơ cấu nâng hàng của máy MĐR: Hình 2-7. Sơ đồ cơ cấu nâng 1- Puly cố định; 2 - Cáp; 3 -Xy lanh thủy lực; 4-Puly dẫn hướng; 5-Puly di động; 6-Cụm puly móc câu 2.2.1.3. Cơ cấu di chuyển máy MĐR: Cơ cấu di chuyển gồm 2 động cơ thủy lực đặt đối diện với nhau ở hai bên khung máy để dẫn động hệ bánh xe di chuyển thông qua bộ truyền xích. 2.2.1.4. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực của máy MĐR: Hình 2-9. Sơ đồ hệ thống thủy lực (1)-Động cơ diesel dẫn động bơm; (2)-Truyền động đai từ bánh đà tới trục bơm; (3)-Bơm thủy lực; (4)-Lọc dầu thủy lực; (5)-Van an toàn áp lực dầu công tác; (6)-Bộ lọc dầu thủy lực đường dầu hồi; (7)-Thùng dầu thủy lực; (8)-Van điều khiển xy lanh nâng hạ hàng; (9)-Van chống tụt xy lanh; (10)-Động cơ thủy lực di chuyển; (11)-Xy lanh thủy lực nâng hạ hàng; (12)-Van tiết lưu cho động cơ thủy lực; (13)-Van điều khiển động cơ di chuyển; (14)-Đồng hồ áp lực dầu công tác;
8 Bảng 2-5. Thông số kỹ thuật của máy MĐR lắp đặt tà vẹt đường sắt TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 - Chiều dài máy L m 3,6 2 - Chiều rộng W m 4,7 3 - Chiều cao H m 4,2 4 Chiều cao nâng hàng Hh m 2,1 5 Khối lượng máy m3 kg 1100 6 Khối lượng hàng nâng m2 kg 1750 7 Vận tốc nâng hạ hàng Vh m/s 0÷0,1 8 Vận tốc di chuyển khi có hàng Vdc m/s 0÷0,53 9 Công suất nguồn dẫn động P kW 11 10 Lưu lượng riêng bơm thủy lực Vb m3/vg 1,8.10-5 11 Lưu lượng riêng của mô tơ thủy lực Vd m3/vg 19,5.10-5 12 Đường kính xi lanh nâng hàng Dxl m 0,09 13 Đường kính của cáp nâng dcap mm 15 2.2.2. Những trường hợp làm việc điển hình của máy MĐR Luận án nghiên cứu những trường hợp làm việc điển hình của máy, gồm: - Máy MĐR đứng tại chỗ để nâng cụm tà vẹt từ khi cáp chùng; - Máy nâng cụm tà vẹt không có độ chùng cáp; - Khi máy đang nâng cụm tà vẹt thì dừng hãm; - Khởi động máy MĐR di chuyển với cụm tà vẹt; - Khi máy đang di chuyển mang cụm tà vẹt thì dừng hãm. 2.3. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực nâng hàng của máy đặt cụm tà vẹt MĐR 2.3.1. Các giả thiết khi xây dựng mô hình tính toán: - Mô đun đàn hồi của dầu và đường ống không phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất; - Tổn thất lưu lượng ở bơm và mô tơ thủy lực tỷ lệ với áp suất dầu thủy lực; - Chưa xét đến ảnh hưởng biến dạng của kết cấu khung máy MĐR; - Cụm tà vẹt đặt trên mặt đất, cáp chùng, điều khiển xy lanh duỗi ra nâng hàng. Trong đó: Fxl- Lực cản tác dụng lên xi lanh thủy lực, N; m1 - Khối lượng quy dẫn của cụm puly động và Piston, kg; P1, A1 - Áp suất ở khoang cao áp và diện tích Piston tương ứng, Pa, m2; P2, A2 - Áp suất ở khoang thấp áp và diện tích Piston tương ứng, Pa, m2; Ea - Hệ số tích lũy đàn hồi của ống dẫn dầu, m3 /Pa; Qb - Lưu lượng của bơm thủy lực, m3/s; Qat - Lưu lượng qua van an toàn, m3/s; Hình 2-14. Mô hình động lực học của hệ thống nâng hạ cụm tà vẹt bằng xi lanh thủy lực
9 2.3.2. Thiết lập phương trình chuyển động: Quá trình nâng hàng có ba giai đoạn: (1) Giai đoạn 1: Cáp tải đang ở trạng thái chùng để móc hàng, δ =0,2m; (2) Giai đoạn 2: Tiếp tục cấp dầu cho xi lanh nâng hàng, cáp bắt đầu căng Fcap= 0, đến cuối giai đoạn hàng bắt đầu rời mặt đất; (3) Giai đoạn 3: Hàng thực sự rời khỏi mặt đất và được nâng lên. Hệ phương trình vi phân chuyển động thiết lập cho mô hình trên Hình 2-14:  dP1 E a .  Vb .b  rb .P1  (P1  Pat ).K at  A1.x; (2-4)  dt  m1.x  (A1.p1  A 2 .p 2 ).c  Fxl  Fms ; Áp dụng phần mềm Matlab - Simulink lập trình giải hệ phương trình (2-4). 2.3.3. Các thông số đầu vào của mô hình tính toán: Các thông số đầu vào cho chương trình tính thông số động lực học được thể hiện trong Bảng 2-6 trong luận án. 2.3.4. Chương trình MATLAB_SIMULINK lập với trường hợp xy lanh nâng hàng - Xác định giá trị lực Fxl tác động lên cụm puly động theo các giai đoạn nâng hàng: Hình 2-15. Chương trình tính lực tác động lên xi lanh (Fxl) bằng phần mềm Matlab_Simulink - Chương trình xác định các thông số động lực học: Hình 2-16. Chương trình tính các thông số động lực học bằng phần mềm Matlab_Simulink
10 - Kết quả chạy chương trình: Kết quả tính toán giá trị của lực căng cáp và vận tốc nâng cụm tà vẹt được thể hiện bằng đồ thị từ các Hình 2-17 đến Hình 2-19: Hình 2-17. Áp suất dầu thủy Hình 2-18. Vận tốc của Hình 2-19. Lực căng cáp lực khi nâng cụm tà vẹt P1 móc nâng hàng khi nâng khi máy MĐR nâng hàng (Pa) cụm tà vẹt (Vh) (m/s) từ trạng thái cáp chùng *> Nhận xét: Đến đầu giai đoạn 3, hàng bắt đầu rời khỏi mặt nền thì giá trị của áp suất 3 dao động mạnh, hệ số động K  Fcap _ max  12,37.10  1, 44; d 3 Fcap _ b.ô 8,57.10 2.4. Nghiên cứu động lực học hệ thống thủy lực di chuyển máy MĐR. Sơ đồ mô hình động lực học hệ thống thủy lực di chuyển máy trên Hình 2-20: Hình 2-20. Mô hình động lực học của mô tơ thủy lực cơ cấu di chuyển máy Trong đó: P1 - Áp suất vào mô tơ thủy lực, Pa; P2 - Áp suất ra của mô tơ thủy lực, Pa; Jd - Mô men quán tính của mô tơ thủy lực, kg.m2; Qd - Lưu lượng dầu ra khỏi mô tơ thủy lực, m3/s; Mc - Mô men cản tác dụng lên trục mô tơ thủy lực, N.m; Từ hai phương trình cân bằng lưu lượng (2-6) và cân bằng lực (2-9) thiết lập được hệ phương trình chuyển động (2-10) cho mô hình trên Hình 2-20:  dP1 1 Vb [b ].(1  b ) V [ ].(1  d ) E a . dt  2 (Vb .b  .P1  (P1  Pat ).K at )  Vd .d  d d .P1; (2-10)  [Pb ] [Pd ]   d P  P V [P ].(1  c .h .d ) J d . d  Vd . 1 2  d d d  M c ;   dt 2 2.[d ] Kết quả giải hệ phương trình (2-10) bằng phần mềm Matlab-Simulink: Hình 2-22. Sự thay đổi áp Hình 2-23. Tốc độ quay của Hình 2-24. Vận tốc di suất dầu thủy lực theo thời trục mô tơ thủy lực di chuyển khi mang cụm 5 tà gian, P1(Pa) chuyển, Wd(vòng/s) vẹt, Vdc (m/phút)
11 *> Nhận xét: Hệ số động khi máy di chuyển: K  d _ max  1,788  1,52; d _ b.ô 1,178 d 2.5. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi nâng hàng. 2.5.1. Trường hợp nâng hàng từ vị trí cáp căng (không có độ chùng cáp): */ Một số giả thiết khi xây dựng mô hình: Khi nâng hàng, bộ máy di chuyển đứng yên; Cụm tà vẹt và khung nâng đang treo trong không gian, xy lanh thủy lực duỗi ra để nâng hàng; Chỉ xét đến dao động của máy trong mặt phẳng thẳng đứng (XOY); Chưa xét đến tải trọng gió khi nâng hàng; Chưa xét đến độ dốc của nền, cao độ tại 04 bánh xe di chuyển là bằng nhau; Khối lượng máy được phân chia đều cho hai bên khung chân máy. Trong đó: m1 - Khối lượng quy dẫn của cụm puly động, piston nâng hạ, kg; m2 - Khối lượng quy dẫn của khung nâng và cụm tà vẹt, kg; m3 - Khối lượng quy dẫn của kết cấu khung máy, kg;  - Độ chùng của cáp hàng, m; S1 - Hệ số đàn hồi của cáp, N/m; S2 - Hệ số đàn hồi của nền, N/m; i1 và i2 - Bội suất cáp, i1=4, i2 = 2; q1, q2, q3 - Chuyển vị của m1, m2, m3, (m); Hình 2-25. Mô hình ĐLH máy MĐR khi nâng hàng không có độ chùng cáp */ Thiết lập phương trình chuyển động Sử dụng phương trình Lagrange loại 2, kết hợp với phương trình cân bằng lưu lượng hệ thủy lực xi lanh nâng hàng (2-2), có hệ phương trình sau :  m1q1  m 2 gR  i 22S1  R 2q1  Rq 2  Rq 3    i 22 K1  R 2q1  Rq 2  Rq 3   (P1A1  P2 A 2 )c  m1g.f cl ;  (2-16)  m q  i 2 S  Rq  q  q   i 2 K  Rq  q  q   0;  2 2 2 1 1 2 3 2 1 1 2 3 (m1  m 2 )q 3  i 22S1  Rq1  q 2  q 3   S2q 3  i 22 K1  Rq1  q 2  q 3   0;   dP  E a  1  Vb .b  rb .P1  (P1  Pat ).K at  A1.q1 ;  dt Sử dụng Matlab-Simulink giải hệ phương trình (2-16), kết quả được biểu thị trên các Hình 2-27 đến Hình 2-29:
12 Hình 2-27. Áp suất dầu Hình 2-28. Tốc độ nâng Hình 2-29. Lực căng cáp thủy lực P1 hàng Vh Fcap 3 Nhận xét: Khi khởi động nâng hàng, hệ số động K  Fcap _ max  11,58.10  1,36; d 3 Fcap _ b.ô 8,47.10 Ở trường hợp này Kđ =1,36 không cao bằng khi nâng có độ chùng cáp Kđ = 1,44. 2.5.2. Trường hợp nâng hàng và dừng hãm: Kết quả tính toán được thể hiện trên các Hình 2-32 và Hình 2-35 sau: Hình 2-32. Lực căng cáp Fcap(N) Hình 2-35. Dao động q3(m)của m3 3 Nhận xét: Hệ số động K  Fcap _ max 10,6.10 d   1,25; Fcap _ b.ô 8,5.103 2.6. Nghiên cứu động lực học máy MĐR khi di chuyển mang cụm tà vẹt 2.6.1. Trường hợp khởi động di chuyển máy: - Một số giả thiết khi xây dựng mô hình: Chỉ xét đến dao động của máy trong mặt phẳng thẳng đứng (XOY); Chưa xét đến độ dốc và độ mấp mô của nền đường ... - Mô hình máy MĐR di chuyển mang cụm tà vẹt : Hình 2-36. Mô hình máy MĐR di chuyển mang cụm tà vẹt Trong đó: q4- Dịch chuyển khối lượng quy dẫn m3 của máy theo phương ngang, m; q5, q6 - Chuyển vị góc của các động cơ thủy lực dẫn động bộ máy di chuyển, (2πωd); M5 (q5 ), M 6 (q 6 ) - Đặc tính ngoài của động cơ thủy lực cơ cấu di chuyển.
13 - Thiết lập phương trình chuyển động: Sử dụng phương trình Lagrange loại 2, kết hợp với phương trình (2-6) cân bằng lưu lượng có được hệ phương trình (2-22): (m1  m 2  m3 )q 4  m 2q8 (  q 7 )cos q8  m 2q82 (  q 7 )sin q 8  m 2q 7 sin q 8  2m q q cos q  i3S5 .  q  i3q 4   (m  m  m )g.f .si gn(q )  Pg ;   5  .D  .D  2 7 8 8 1 2 3 cl 4 1  (2-22)  .q  S .  q  i3q 4   (P1  P2 ).Vd  f.q ;  5 5 5 5  .D  2 5   m q sin q  m q  S i 2q  K i 2q  m g cos q  m (  q )q 2  0;  2 4 8 2 7 1 2 7 1 2 7 2 8 2 7 8 m 2q 4 (  q 7 )cosq8  m 2 (  q 7 ) 2 q 8  2m 2q 7q 8 (  q 7 )  m 2g(  q 7 )sin q 8  Pg 2 . cos q 8 ;  E . dP1  V .  Vb [b ].(1  b ) .P  2V .q  2 Vd [d ].(1  d ) .P  (P  P ).K ;  a dt b b [Pb ] 1 d 5 [Pd ] 1 1 at at ; Kết quả giải hệ phương trình (2-22) bằng Matlab_Simulink: Hình 2-41. Áp lực dầu thủy lực khi di Hình 2-42. Góc lắc hàng khi máy di chuyển máy P1(Pa) chuyển q8(rad) Hình 2-43. Vận tốc quay của mô tơ thủy Hình 2-44. Lực căng của nhánh cáp lực q 5 (vòng/s) Fcap(N) khi máy di chuyển 3 *> Nhận xét kết quả: Hệ số động K  Fcap _ max  15,5.10  1,79; d 3 Fcap _ b.ô 8,6.10 2.6.2 Máy di chuyển và dừng hãm: Kết quả tính toán từ chương trình được biểu thị trên các đồ thị sau: Hình 2-46. Vận tốc quay của mô tơ thủy Hình 2-47. Vận tốc di chuyển Vdc (m/s) khi lực q 5 (vòng/s) dừng hãm máy
14 Hình 2-48. Áp lực dầu thủy lực P1(Pa) Hình 2-49. Góc lắc cáp nâng hàng khi khi dừng hãm máy dừng máy q8(rad) Khi máy dừng hãm phát sinh áp suất ngược trong hệ thống thủy lực là do quán tính di chuyển máy tác động trở lại, hàng bị lắc với q8-max = 0,097rad. Kết luận chương 2 - Chọn được máy MĐR do Việt Nam chế tạo bằng phương pháp AHP. - Xây dựng mô hình ĐLH hệ thống TĐTL của cơ cấu nâng hàng và cơ cấu di chuyển của máy MĐR, tính được hệ số động Kđ=1,44, dạng đồ thị tương đồng với qui luật của máy nâng dạng cổng trục. - Nghiên cứu ĐLH máy MĐR cho các trường hợp: nâng hàng không có độ chùng cáp, khi đang nâng hàng thì dừng hãm, khởi động di chuyển máy với cụm tà vẹt, khi đang di chuyển mang cụm tà vẹt thì dừng hãm. Xác định được hệ số động khi nâng hàng Kđ = 1,36; khi máy di chuyển Kđ = 1,79. CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÁY MĐR KHI ĐẶT CỤM TÀ VẸT 3.1 Mục đích thực nghiệm: Kiểm nghiệm các thông số ĐLH của máy trong các trường hợp làm việc điển hình, qua đó khẳng định tính đúng đắn, độ tin cậy của mô hình ĐLH đã thiết lập. 3.2 Phương án thực nghiệm máy MĐR đặt cụm tà vẹt 3.2.1. Địa điểm tiến hành thực nghiệm MĐR: tại Trường Đại học GTVT. 3.2.2. Mặt bằng thực nghiệm và nền để đặt đường ray di chuyển máy MĐR Hình 3-6. Lắp đặt đường ray di chuyển dài 28m trên nền đất và ballast 3.2.3. Xác định các thông số cần đo đạc và vị trí lắp thiết bị đo 3.2.3.1. Xác định các thông số cần đo trong quá trình thực nghiệm: - Lực căng cáp (Fcap), áp suất dầu thủy lực (P1); - Tốc độ nâng hàng (Vh);
15 - Tốc độ di chuyển của máy khi không mang hàng và khi có hàng (V dc); - Giá trị độ võng tĩnh của dầm ngang khi có hàng; - Giá trị độ lún của máy tại vị trí bánh xe di chuyển; - Các giá trị của tenxo biến dạng gắn trên kết cấu khung máy MĐR. 3.2.3.2. Vị trí lắp các thiết bị đo trên máy MĐR (Hình 3-8 trong luận án). 3.2.4. Công tác chuẩn bị về máy cần thực nghiệm: tập kết cụm tà vẹt BTCT DƯL, huấn luyện thợ vận hành máy MĐR, kiểm tra tình trạng kỹ thuật của máy MĐR; 3.3. Các thiết bị phục vụ đo đạc thực nghiệm máy MĐR. Sử dụng các thiết bị: Máy đo đa kênh SDA-830C, Đầu đo lực căng cáp 20T, Cảm biến đo biến dạng, ứng suất, Cảm biến áp suất dầu thủy lực, Cảm biến đo gia tốc ... 3.4. Sơ đồ khối các nội dung thực nghiệm: Hình 3-16. Sơ đồ các bài thực nghiệm theo các trường hợp làm việc của máy 3.5. Trình tự tiến hành thực nghiệm trên máy MĐR: Các bước thực nghiệm máy MĐR được thể hiện trong Bảng 3-2 của luận án. 3.6. Kết quả thực nghiệm máy MĐR và xử lý số liệu: - Chiều cao nâng, vận tốc di chuyển máy MĐR không tải (Bảng 3-3). - Vận tốc nâng, vận tốc di chuyển máy MĐR khi đặt cụm 5 tà vẹt (Bảng 3-4). Kết quả thể hiện trên các Hình 3-21 đến Hình 3-24 trong luận án. Hình 3-25: Đồ thị lực căng cáp Fcap đo Hình 3-26: Đồ thị áp suất P1 dầu thủy lực được từ thực nghiệm khi MĐR nâng hàng khi MĐR di chuyển có hàng và dừng hãm
16 3.7. Phân tích và so sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm. 3.7.1 So sánh kết quả tính toán của mô hình động lực học hệ thống thủy lực nâng hàng của máy MĐR với kết quả thực nghiệm Hình 3-27: Đồ thị so sánh lực căng cáp Fcap (N) lý thuyết với thực nghiệm So sánh giá trị lực căng cáp tính toán lý thuyết với thực nghiệm ở Bảng 3-6: Bảng 3-6. Đánh giá sai số giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm TT Tên thông số Đơn Kết quả Kết quả Sai số vị L.thuyết T.nghiệm % 1 Lực Fcap khi ổn định N 8584 8722 1,6% 2 Lực Fcap cuối giai đoạn 2 N 8604 7182 19,8% 3 Vận tốc nâng hàng Vh m/s 0,081 0,09 11% 4 Áp suất dầu thủy lực P1 Pa 6,4.10 6 5,9.10 6 8% Trị số sai lệch 1,6% ÷19,8% giữa kết quả lý thuyết với thực nghiệm là phù hợp theo máy nâng dạng cổng trục, do vậy kết quả tính toán là chấp nhận được. 3.7.2 So sánh kết quả tính toán của mô hình động lực học máy MĐR trường hợp nâng hàng khi cáp căng với kết quả thực nghiệm Bảng 3-7. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với thực nghiệm TT Tên thông số Đơn Kết quả Kết quả Sai số vị lý thuyết T.nghiệm % 1 Lực căng cáp Fcap khi ổn định N 8718 8396 4,1% 2 Vận tốc nâng hàng Vh khi bình ổn m/s 0,10 0,09 11% 3 Áp suất dầu thủy lực P1 khi bình ổn Pa 5,82 .106 6,14.106 5,5% Hệ số động thực nghiệm K P1_ TN(max) 73,78.105 d _ TN    1,2; P1_ TN(b.ô) 61,37.105 3.7.3. So sánh kết quả tính toán theo mô hình động lực học máy MĐR trường hợp dừng hãm khi di chuyển cụm tà vẹt với kết quả thực nghiệm. Hình 3-30. Đồ thị so sánh giá trị áp suất dầu tính toán lý thuyết với thực nghiệm
17 */ Nhận xét: Khi máy dừng hãm di chuyển có hàng, áp suất dầu dao động với hệ số 5 động: K  P1_ TN(max)  75,22.10  1,67; d 5 P1_ TN(b.ô) 45,1.10 Kết luận chương 3: Hình dạng đồ thị của các thông số động lực học máy MĐR thu được bằng lý thuyết tương đối phù hợp với đồ thị thu được khi tiến hành thực nghiệm máy: - Kết quả sai lệch từ 4,1% đến 11% so với giá trị thực nghiệm là do các yếu tố khách quan khi đo đạc và vận hành máy, mức độ sai lệch này chấp nhận được. - Các hệ số động khi tính toán lý thuyết và thực nghiệm đạt giá trị trong khoảng Kđ =1,2 ÷1,35 là phù hợp với đặc điểm chung của máy nâng dạng cổng trục. - Hình dạng đồ thị của giá trị thực nghiệm và lý thuyết tương đồng, như vậy có thể khẳng định kết quả tính toán của mô hình là đủ độ tin cậy. CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA MÁY MĐR 4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy MĐR trong trường hợp nâng hàng. Thay đổi khối lượng hàng và khung nâng m2, khối lượng máy m3 , độ cứng của nền đường S2 , đường kính cáp nâng hàng dcap , thể tích riêng của bơm thủy lực Vb , qui cách xi lanh thủy lực (A1, A2) - (Bảng 4-1 trong luận án). - Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi khối lượng hàng (m2): Hình 4-2. Lực căng cáp Hình 4-4. Vận tốc nâng Hình 4-5. Dao động q3 Fcap(N) hàng Vh (m/s) của khối lượng m3 Khi tăng m2 lên 2370 kg và 2990 kg tương ứng cụm 7 và 9 tà vẹt thì biên độ dao động q3 cũng tăng. Với m2 = 2370 kg thì dao động q3 có tăng nhưng giảm hệ số động Kđ từ 1,36 xuống 1,25, vận tốc Vh giảm 8,2% so với khi m2 = 1750kg, vậy có thể chọn m2 = 2370 kg, tăng 35%, ứng với cụm 7 tà vẹt là hợp lý. - Kết quả khảo sát các thông số ĐLH khi thay đổi khối lượng kết cấu khung (m3):
18 Hình 4-7. Lực căng cáp Hình 4-9. Vận tốc nâng Hình 4-10. Dao động q3 Fcap(N) hàng Vh (m/s) (m) Khi tăng m3 của khung máy, biên độ dao động q3 giảm, Nhưng khi tăng giá trị m3 sẽ tăng chi phí chế tạo máy, vậy nên chọn m3 = 1480 kg tương ứng với m2 tăng 35%. - Kết quả khảo sát các thông số ĐLH của máy khi thay đổi độ cứng nền đường (S2): Hình 4-12. Lực căng cáp Hình 4-14. Vận tốc nâng Hình 4-15. Dao động q3 (m) Fcap(N) hàng Vh (m/s) Với nền ballast có độ cứng cao hơn nền đất đã đầm lèn, biên độ dao động q3 giảm nhưng tần số dao động tăng lên, trong khi biên độ của lực căng cáp và áp suất chỉ cao hơn 1,8%. Để thuận tiện cho thi công nên chọn nền ballast. - Kết quả khảo sát các thông số ĐLH khi thay đổi đường kính cáp nâng hàng (dcap): Hình 4-18. Áp suất dầu Hình 4-20. Dao động q3 Hình 4-17. Lực căng cáp thủy lực P1(Pa) (m) Fcap(N) Việc thay đổi đường kính cáp nâng hàng ảnh hưởng không nhiều tới các thông số động lực học của máy, đường kính cáp nâng hàng nên dùng là dcap=15 mm.