Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ổn định chuyển động khi làm việc của liên hợp máy kéo - xúc lật

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu ổn định chuyển động khi làm việc của liên hợp máy kéo - xúc lật" là nghiên cứu quá trình tác động học, động lực học liên hợp máy xúc lật khi di chuyển có tải trên đường mấp mô,... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ổn định chuyển động khi làm việc của liên hợp máy kéo - xúc lật

H C VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PH M TR NG PH C NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG KHI LÀM VIỆC CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO - XÚC LẬT Kỹ thuật Cơ khí Mã số: Ngành: 9 52 0103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XU T B N H C VI N NỌNG NGHI P - 2023
Công trình hoàn thành t i: H C VI N NỌNG NGHI P VI T NAM Ng ih ng dẫn: TS. Bùi Vi t Đ c PGS.TS. Đặng Ti n Hòa Ph n bi n 1: PGS.TS. H Hữu H i Đ i h c Bách khoa Hà N i Ph n bi n 2: PGS.TS. Nguy n Đăng Đi m Tr ng Đ i h c Công ngh Giao thông v n t i Ph n bi n 3: PGS.TS. Nguy n Xuân Thi t H c vi n Nông nghi p Vi t Nam Luận án sẽ đ ợc b o v tr c H i đồng đánh giá luận án c p H c vi n, h p t i: H c vi n Nông nghi p Vi t Nam Vào h i gi phút, ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Việt Nam Trung tâm Thông tin - Thư viện Lương Định Của, Học viện Nông nghiệp Việt Nam
PH N 1. M Đ U 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Công dụng chính của các máy kéo nông nghi p là để thực hi n các công vi c trên đồng ru ng, mang tính th i vụ cao, th i gian sử dụng máy không nhiều, chỉ kho ng 2 – 3 tháng/năm, do đó hi u su t khai thác máy không cao. Để tăng hi u qu khai thác các máy kéo nông nghi p, vi c m r ng công năng bằng cách liên hợp v i nhiều lo i máy công tác khác nh xúc lật, khoan hố trồng cây, băm cắt cây làm thức ăn cho gia súc, xử lý thực bì..vv là những gi i pháp kh thi, thiết thực. Trong những năm gần đây, nông thôn, nhu cầu sử dụng các máy xúc công su t nhỏ ngày càng nhiều, chủ yếu dùng để thu gom phụ phẩm nông nghi p, san l p mặt bằng xây dựng nông thôn, c i t o m ơng máng thủy lợi, d n dẹp chuồng tr i chăn nuôi, …. Các công vi c này th ng nhỏ lẻ, phân tán, không th ng xuyên do đó không phù hợp v i các máy xúc chuyên dụng, công su t l n. Trong khi đó, các máy kéo nông nghi p đa năng cỡ công su t kho ng 30 Hp (đang l u hành khá phổ biến Vi t nam) có thể liên hợp v i b công tác xúc lật lắp phía tr c (LHM xúc lật) để m r ng công năng, vừa để đáp ứng nhu cầu s n xu t. Trên th tr ng Vi t Nam đư xu t hi n m t số mẫu máy nh ng chủ yếu là sao chép mẫu, thiếu những cơ s khoa h c để hoàn thi n các mẫu máy này. Các máy kéo nông nghi p đa năng, theo thiết kế, công dụng chính vẫn là để kéo các máy công tác, kết hợp sử dụng các trục trích công su t để truyền đ ng cho m t số lo i b phận công tác nh phay đ t, bơm n c, …. Do đó khi sử dụng lo i máy kéo này làm nguồn đ ng lực cho máy xúc lật thì các tính ch t đ ng lực h c của LHM xúc lât sẽ có những khác bi t nh t đ nh so v i các máy xúc lật chuyên dụng, và r t khó l ng các tính năng đ ng lực h c sẽ thay đổi nh thế nào, đặc bi t là tính ổn đ nh chuyển đ ng khi mang t i trên các đ a hình không bằng phẳng. Đây là m t v n đề khoa h c còn ít đ ợc quan tâm Vi t Nam. Đó cũng là lý do lựa ch n đề tài nghiên cứu trong luận án này. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu quá trình t ơng tác đ ng h c, đ ng lực h c LHM xúc lật khi di chuyển có t i trên đ ng m p mô, hình thành cơ s khoa h c cho vi c đánh giá kh năng di chuyển và điều khiển LHM, đề xu t gi i pháp c i thi n kết c u, tính năng, nâng cao tính ổn đ nh, an toàn và hi u qu làm vi c của LHM. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Ph m vi nghiên c u v n i dung Theo đ nh h ng mục tiêu, n i dung nghiên cứu của đề tài đ ợc gi i h n trong vi c xác đ nh nh h ng của các yếu tố kết c u và điều ki n sử dụng t i ổn đ nh chuyển đ ng 1
và tính điều khiển của LHM xúc lật, khi thực hi n công vi c di chuyển có t i trên đ ng không bằng phẳng. 1.3.2. Ph m vi nghiên c u v không gian Các n i dung liên quan đến v n đề nghiên cứu của luận án đ ợc thực hi n t i B môn Đ ng lực, Khoa Cơ - Đi n và Vi n Phát triển Công ngh Cơ – Đi n, H c vi n Nông nghi p Vi t Nam. Đối t ợng nghiên cứu là liên hợp máy xúc lật đ ợc hình thành trên cơ s máy kéo bánh lốp đa năng Yanmar 3000 trang b đ ng cơ 3T84, công su t 30HP di chuyển bằng bánh lốp và b xúc lật Y3510FLH dẫn đ ng và điều khiển bằng thủy lực. 1.3.3. Ph m vi nghiên c u v th i gian - Từ tháng 11/2016 đến 6/2018 nghiên cứu lý thuyết. - Từ tháng 6/2018 đến 12/2019 tính toán, xây dựng mô hình mô phỏng, tổ chức thí nghi m và báo cáo kết qu thí nghi m. - Từ tháng 12/2019 đến 5/2022 hoàn chỉnh luận án, tổ chức xêmina để hoàn chỉnh luận án chuẩn b báo cáo c p cơ s . 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Xây dựng đ ợc mô hình đ ng lực h c không gian của liên hợp máy xúc lật, trong đó có thể thay đổi linh ho t các thành phần đặc tr ng khối l ợng của b xúc lật phụ thu c vào đ cao nâng và mức t i. Mô hình mô phỏng cho phép kh o sát nh h ng của nhiều yếu tố kết c u và điều ki n sử dụng đến các chỉ tiêu ổn đ nh chuyển đ ng và điều khiển liên hợp máy. Các kết qu kh o sát là cơ s lựa ch n sơ b miền gi i h n giá tr của các thông số gây nh h ng khi di chuyển đầy t i và đề xu t các gi i pháp c i tiến hoàn thi n kết c u, nâng cao ổn đ nh chuyển đ ng và tính điều khiển và xây dựng chế đ làm vi c hợp lý cho liên hợp máy. - Đề xu t m t ph ơng pháp t o mặt đ ng m p mô trong không gian để kh o sát lý thuyết: Sử dụng hai sóng m p mô hình sin bên ph i và bên trái có cùng b c sóng SP = ST nh ng l ch pha nhau ( 0  d  0,5S P ) sẽ t o ra đ ợc dao đ ng ngang và dao đ ng d c của thân xe có tính ch t tuần hoàn hình sin nh hàm kích thích đ ng h c của mặt đ ng hình sin. Mô hình giúp vi c phân tích đánh giá tính ch t đ ng lực h c của xe đ ợc thuận lợi hơn nhiều so v i sử dụng SP ≠ ST. - Đề xu t m t mô hình nghiên cứu thực nghi m kiểm chứng dao đ ng không gian của liên hợp máy khi v ợt qua m p mô đơn v i trắc di n cung tròn, sử dụng m t trắc di n o làm trắc di n lý thuyết t ơng đ ơng. u điểm là bề r ng và chiều cao m p mô tùy ch n không phụ thu c đ ng kính bánh xe, mô hình d chế t o, m t mô hình có thể 2
áp dụng cho các bánh xe có đ ng kính khác vẫn luôn đ m b o bánh xe chỉ tiếp xúc điểm v i mặt đ ng. - Xây dựng mô hình thực nghi m đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật, sử dụng h thống thiết b đo, phần mềm hi n đ i, vận hành ổn đ nh, cho kết qu chính xác và tin cậy, phục vụ tốt cho các yêu cầu nghiên cứu của đề tài và các nghiên cứu liên quan. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN Luận án đư hình thành các cơ s khoa h c cho xây dựng và phát triển mô hình nghiên cứu đ ng lực h c LHM xúc lật, sử dụng trong nghiên cứu ổn đ nh chuyển đ ng và điều khiển liên hợp máy xúc lật khi di chuyển có t i trên đ ng m p mô. Mô hình nghiên cứu thực nghi m kiểm chứng dao đ ng không gian của LHM khi v ợt qua m p mô đơn v i trắc di n cung tròn, sử dụng m t trắc di n o làm trắc di n lý thuyết t ơng đ ơng mô t đ ợc tính t ơng quan chặt chẽ giữa trắc di n thực và trắc di n lý thuyết. Kết c u mô đ t thực nghi m đơn gi n, d chế t o, bề r ng và chiều cao m p mô tùy ch n không phụ thu c vào đ ng kính bánh xe, m t mô hình có thể đ ợc ứng dụng để kiểm chứng cho các lo i xe có đ ng kính bánh xe khác nhau. Luận án đư tính toán, thiết kế lắp đặt hoàn chỉnh b công tác xúc Y5310FLH lên máy kéo đa năng Yanmar 3000, sử dụng để thực hi n nghiên cứu thực nghi m xác đ nh thông số kỹ thuật và kiểm chứng mô hình mô phỏng LHM xúc lật. S n phẩm nghiên cứu của đề tài bao gồm mô hình mô phỏng LHM xúc lật, các kết qu tính toán, kh o sát, đo đ c và có thể đ ợc sử dụng làm cơ s cho thành lập LHM, đề xu t gi i pháp c i thi n kết c u, tính năng, nâng cao hi u su t sử dụng, ổn đ nh chuyển đ ng và điều khiển LHM xúc lật trong các điều ki n làm vi c thực tế. PH N 2. T NG QUAN V N Đ NGHIÊN C U 2.1. HOẠT ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT Liên hợp máy xúc lật (máy kéo đa năng + b xúc lật) th ng chỉ có công su t nhỏ hoặc trung bình, do đó chỉ sử dụng để thực hi n các công vi c nhẹ trong lĩnh vực nông - lâm nghi p nh : thu gom, xúc chuyển vật li u r i t i m t v trí khác kho ng cách ngắn. 2.2. VẬT LIỆU BỐC XÚC VÀ NỀN ĐƯỜNG DI CHUYỂN CỦA LIÊN HỢP MÁY Liên hợp máy xúc lật thông th ng đ ợc dùng để xúc đ t c p đ 1, 2 và các lo i vật li u r i nh cát, sỏi, đá, lúa, ngô, phân bón.. dồn thành m t đống hoặc dồn vào vật chứa để di chuyển đến m t v trí khác. 3
2.3. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT TRONG SẢN XUẤT NÔNG - LÂM NGHIỆP Phần l n máy xúc lật sử dụng trong s n xu t nông – lâm nghi p tr c đây thu c lo i chuyên dụng, đ ợc chuyển từ h thống máy xây dựng, giao thông sang, máy có kích th c, công su t l n, thực hi n an toàn, hi u qu các công vi c trong nông - lâm nghi p, tuy nhiên giá thành đầu t cao, h n chế trong các công vi c ph i di chuyển trong điều ki n làm vi c chật hẹp, nền đ t yếu... Tr c các nhu cầu ngày càng tăng trong vi c sử dụng máy xúc lật của s n xu t nông - lâm nghi p, sự có mặt, tham gia của các liên hợp máy kéo nông nghi p đa năng và b xúc lật là cần thiết, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thực hi n công vi c của máy xúc lật chuyên dụng v i giá thành đầu t th p, có kh năng di chuyển tốt trong điều ki n chật hẹp, lầy thụt, m r ng ph m vi ứng dụng, góp phần nâng cao hi u su t khai thác sử dụng máy kéo. Tuy nhiên LHM xúc lật cũng còn m t số h n chế nh tr ng l ợng máy nhỏ, tr ng tâm cao, bề r ng cơ s nhỏ, kết c u và tr ng l ợng phân bố sau khi thành LHM ch a thực sự hợp lý, dẫn đến tình tr ng làm vi c không ổn đ nh, nh h ng đến an toàn làm vi c và hi u qu khai thác LHM. 2.4. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG LIÊN HỢP MÁY - Trên thế gi i: Các nghiên cứu n c ngoài hi n đang mức đ cao, ph m vi r ng và chuyên sâu về các v n đề chuyên môn liên quan đến đ ng lực h c, tính ổn đ nh, tự đ ng hóa quá trình ho t đ ng của h thống máy, hầu hết các quan h vật lý, toán h c của các thông số cũng nh đặc tính làm vi c của các phần tử máy kéo, máy công tác đư đ ợc xác đ nh khá đầy đủ và cụ thể, phần l n các kết qu nghiên cứu đư và đang đ ợc ứng dụng trên các h thống máy xúc lật chuyên dụng. Các nghiên cứu chuyên sâu về tính ổn đ nh, điều khiển, điều chỉnh tự đ ng trong quá trình làm vi c của LHM xúc lật đư và đang đ ợc triển khai thực hi n t i r t nhiều trung tâm nghiên cứu chuyên ngành của các Vi n nghiên cứu, Tr ng đ i h c l n trên thế gi i nh : Mỹ, Đức, Thụy Điển… - Trong n c: Các nghiên cứu trong n c về tính ổn đ nh làm vi c của LHM xúc lật cho đến nay còn r t h n chế, chủ yếu liên quan đến các v n đề đ ng lực h c dao đ ng, quay vòng, thay đổi t i tr ng b phận công tác..vv trong quá trình làm vi c của m t số lo i máy công tác có kết c u t ơng đ ơng nh xúc đào, xúc lật bên, khoan, cắt bê tông hoặc chỉ xem xét h thống máy nh m t phần tử ho t đ ng v i các thông số kỹ thuật không đổi v i tr ng thái 4
làm vi c ổn đ nh. Ch a có công trình nào kh o sát sự nh h ng của b xúc lật đến sự thay đổi khối l ợng, t a đ tr ng tâm, các thành phần mô men quán tính của LHM . PH N 3. N I DUNG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U 3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối t ợng nghiên cứu là liên hợp máy xúc lật đ ợc hình thành trên cơ s máy kéo đa năng Yanmar 3000 liên hợp v i b xúc lật Y3510FLH thiết kế theo d ng modul. 3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU N i dung nghiên cứu của luận án bao gồm: - Phân tích tích tổng quan về tình hình nghiên cứu ổn đ nh chuyển đ ng của LHM - Xây dựng mô hình đ ng lực h c không gian của LHM xúc lật. - Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink để kh o sát nh h ng của các yếu tố kết cầu và điều ki n sử dụng đến ổn đ nh chuyển đ ng LHM. - Xây dựng mô hình thí nghi m xác đ nh các thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình. 3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng các ph ơng trình Newton, Lagranger lo i II để thiết lập các ph ơng trình và h ph ơng trình vi phân; xây dựng mô hình tính toán đ ng lực h c LHM xúc lật. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng: Sử dụng ph ơng pháp mô hình hóa và mô phỏng bằng phần mềm Mathlab- Simulink để kh o sát các v n đề nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Xác đ nh m t số thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình. PH N 4. K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU N 4.1. PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU Mẫu máy nghiên cứu là LHM xúc lật gồm máy kéo Yanmar 3000 liên hợp v i b xúc lật Y3510FLH. Sơ đồ kết c u nh hình 4.1. Kết c u LHM có thể chia thành 5 khối: 1) Khối thân máy kéo, có khối l ợng m2 đặt t i khối tâm 02; 2) Khối cầu tr c máy kéo, có khối l ợng m1 đặt t i khối tâm 01; 3) Khối cần nâng, có khối l ợng mC đặt t i khối tâm 0C; 4) Khối gầu xúc, có khối l ợng mG đặt t i khối tâm 0G; 5) Khối đối tr ng lắp phía sau máy kéo, có khối l ợng là mDT đặt t i khối tâm 0DT. Khối l ợng LHM là M đặt t i điểm 0M. Khi lắp b xúc lật lên máy kéo sẽ làm thay đổi khối l ợng M của LHM, t a đ khối tâm 0M và các thành phần mô men quán tính theo các trục đi qua khối tâm 0M. Các thông 5
số này phụ thu c vào góc nâng cân  và mức t i nâng trong gầu xúc, nghĩa là các thông số biến đ ng trong quá trình ho t đ ng của LHM. G u xúc 0G mG h LC F V C n nơng l0C mC hG 0C xDT e E hC  M m2 m1 f mDT 0M 02 01 h 0 DT Thân MK h02 h01 h 0 rk hDT Chốt liên kết A GM B Pf A Pk Pf B PzA b2 PzB 0ch b r L 01 h01 m1 xC xF d1 d1 a) Cầu tr c MK nhìn theo)h ng A a) Sơ đồ kết c u của LHM; b b) Sơ đồ liên kết cầu tr c v i thân máy kéo Hình 4.1. Mô hình liên h p máy xúc l t Để đáp ứng các mục tiêu nghiên cứu, cần thiết ph i triển khai các n i dung nghiên cứu sau đây: 1. Xây dựng mô hình đ ng lực h c LHM trong không gian khi chuyển đ ng thẳng trên đ ng không bằng phẳng. 2. Thiết lập h thống công thức xác đ nh các đặc tr ng khối l ợng của LHM: khối l ợng M, t a đ khối tâm (L, b, h), các thành phần mô men quán tính theo các trục đi qua khối tâm LHM khi thay đổi góc nâng cần  v i các t i nâng mG khác nhau. 3. Nghiên cứu lựa ch n m t số chỉ tiêu đánh giá tính ổn đ nh chuyển đ ng, kh năng di chuyển và kh năng điều khiển (kh năng lái) của LHM. 4. Xây dựng mô hình mô phỏng đ ng lực h c LHM sử dụng phần mềm Matlab- Simulink để kh o sát nh h ng của m t số yếu tố kết c u và chế đ sử dụng đến các chỉ tiêu ổn đ nh chuyển đ ng của LHM. 5. Thực nghi m xác đ nh các thông số đầu vào và kiểm chứng mô hình lý thuyết. 4.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC KHÔNG GIAN 4.2.1. Thi t l p mô hình v t lý Trong mô hình sử dụng m t số gi thiết sau: - Chốt liên kết đ ợc bố trí đi qua khối tâm của cầu tr c. V i gi thiết này, khối l ợng cầu tr c không d ch chuyển t ơng đối v i thân xe và do đó có thể quy g p vào 6
thân máy kéo. Mô hình LHM chỉ nh m t máy kéo đặc bi t có các đặc tr ng khối l ợng thay đổi theo góc nâng cần b xúc lật  t i tr ng nâng mG. - B xúc lật đ ợc cố đ nh l i trong quá trình chuyển đ ng (ứng v i góc  đư ch n). - Khối tâm của b xúc lật đ ợc bố trí trên mặt phẳng đối xứng d c của máy kéo; - LHM chuyển đ ng thẳng đều v i vận tốc V=const; - Các bánh xe luôn tiếp xúc v i mặt đ ng theo liên kết m t điểm; - Coi lực c n đàn hồi và c n nh t của lốp là tuyến tính. z3  zB z Fz 3 B 2 zA 0 x z4 z1 C3 A y k3 M , Jx , J y Fz1 Fz 4 M .z C1 k1 z01 Fz 3 h Z0 h3 x1  01 Pz 3 X0 h1 Fz1 1 z2 d2 0 J x1 k4 Y0 Fz 2 C4 Pz1 Fz 4 d1 d2 C2 k2 h4 Pz 4 h2 Fz 2 b d1 a L Pz 2 Hình 4.2. Mô hình dao đ ng không gian liên h p máy xúc l t 4.2.2. Thi t l p h ph ng trình vi phơn dao đ ng Áp dụng đ nh luật 2 Newton xây dựng h ph ơng trình vi phân dao đ ng:  1  z  M ( Fz1  Fz 2  Fz 3  Fz 4 );    1 [( F  F ).b  ( F  F ).a ] (4.1)  Jy z3 z4 z1 z2    2  1 ( Fz 3  Fz 4 ).d 2 ;  Jx    1 ( F  F ).d  1 J x1 z1  z2 1 Trong đó: Fz1, Fz2, Fz3 Fz4 là các lực đàn hồi và gi m ch n của các lốp t ơng ứng. Fzi  Ci (hi  zi )  ki (hi  zi ) ; i  1,2,3,4 (4.2) M – khối l ợng LHM, thay đổi theo mức t i mG và khối l ợng đối tr ng mDT Jx, Jy – mô men quán tính của thân LHM đối v i trục x và trục y. Giá tr của chúng đ ợc tính toán theo góc nâng  , mức t i nâng mG và khối l ợng đối tr ng mDT Jx1 – mô men quán tính của cầu tr c, đ ợc xác đ nh bằng thực nghi m. a, b – t a đ d c của khối tâm LHM, đ ợc tính theo biến số M,  , mG và mDT 7
4.2.3. Xác đ nh kh i l ng và t a đ tr ng tâm liên h p máy Khối l ợng của LHM đ ợc xác đ nh theo công thức: M  mk  mC  mG  mDT (4.5) T a đ khối tâm LHM đ ợc xác đ nh theo công thức: -T a đ d c so v i cầu sau : b mk bk  mC xC  mG xG  mDT xDT (4.7) M - Chiều cao tr ng tâm: mk hk  mC hC  mG hG  mDT hDT (4.8) h M 4.2.4. Xác đ nh mô men quán tính c a liên h p máy Thân LHM đ ợc t o thành b i 4 phần: Thân máy kéo, cần nâng, gầu xúc và đối tr ng. Mô men quán tính của máy kéo đư đ ợc xác đ nh bằng thực nghi m. Mô men quán tính của b xúc lật đ ợc tính toán theo lý thuyết v i sơ đồ kết c u nh hình 4.6. zG zC BG LC LC  dx 2 x x z LG F 0 mG rz  C r LC 0G  xG mC 2 HG 0,5 BC x ' F' 0C E 0' yG xC 0,5 BC  a) E' C ' b) yC a) Mô hình xác đ nh mô men quán tính của gầu xúc; b) Mô hình xác đ nh mô men quán tính của cần nâng. Hình 4.3. Mô hình xác đ nh mô men quán tính b xúc l t Mô men quán tính khối l ợng của thân LHM đối v i các trục quán tính đi qua khối tâm 0 (Hình 4.5) của LHM đ ợc xác đ nh theo các công thức sau: - Đối v i trục 0x: J x  J xk  mk rxk  J xC  mC rxC  J xG  mG rxG  J xDT  mDT rxDT 2 2 2 2 - Đối v i trục 0y : J y  J yk  mk ryk  J yC  mC ryC  J yG  mG ryG  J yDT  mDT ryDT 2 2 2 2 N i dung tính toán mô các thành phần mô men quan tính của b xúc lật và đối tr ng đ ợc trình bày chi tiết trong quyển luận án. 4.3. PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY 4.3.1. Kh năng di chuyển c a liên h p máy Điều ki n để LHM xúc lật có thể di chuyển đ ợc là:  fG  Pz 3  2 khi 0  Pz 3  Pz 4 (4.40)  x max  P  fG khi 0  Pz 4  Pz 3  z 4 2 x max  8
4.3.2. Tínhh n đ nh ch ng l t c a liên h p máy  4.3.2.1. Tính ổn định dọc chống lật trên mặt bằng Điều ki n đ m b o không b lật là: mC (l0C  e  L)  mG ( LC  e  L)  mk ( L  bk ) mDT  (4.46) L  xDT 4.3.2.2. Tính ổn định ngang chống lật của liên hợp máy trên mặt phẳng nghiêng Góc nghiêng t i h n ổn đ nh ngang chống lật là: d .(mk  mC  mG  mDT ) tg  (mC l0C  mG L) sin  lim  mk hk  mC ( f  rk )  mG (h  f  rk )  mDT hDT 4.3.3. Tính n đ nh h ớng chuyển đ ng thẳng c a liên h p máy xúc l t  Hi n t ợng tự quay vòng của LHM x y ra khi các lực c n lăn bên ph i và bên trái không bằng nhau. a. Mô men tự quay vòng: M tuqv  Pf 3  Pf 4 d 2  Pz 3  Pz 4 . f .d 2 (4.50) b. Mô c n quay vòng (mô men tự duy trì hướng chuyển động) n PzAbbxn k PzB bbxk (4.52) M Cq   4 4 c. Điều kiện duy trì được hướng chuyển động thẳng M Cq  M tuqv hay (4.53) M on  ( M Cq  M tuqv )  0 Mon= (MCq – Mtuqv) (4.54) Mon đ ợc g i là mô men ổn đ nh h ng chuyển đ ng (hay mô men duy trì h ng chuyển đ ng thẳng) 4.3.4. Kh năng đi u khiển chuyển h ớng liên h p máy xúc l t Điều kiện cần thiết để LHM có thể thực hiện quay vòng: YA  M qv  M Cq (4.58) L cos  L cos  Mqv – mô men quay vòng do cầu tr c t o ra; MCq – mô men c n quay vòng của LHM 4.3.5. Xác đ nh t i tr ng pháp tuy n cho phép lái đ c bình th ng Theo tiêu chuẩn Vi t Nam: FVL max cp iLai min 25.iLai min (kG) (4.73) PzA max cp     4.4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 4.4.1. Lựa ch n các ch tiêu nghiên c u và các y u t nh h ng a. Các thông số đánh giá tính ổn định chuyển động của LHM: 1- Dao đ ng thẳng đứng của tr ng tâm LHM 2- Dao đ ng lắc d c và lắc ngang thân xe 9
3- Ph n lực pháp tuyến lên các bánh xe và lên các cầu 4- Mô men duy trì ổn đ nh h ng (hay mô men ổn định hướng) b. Các yếu tố nh hưởng đến tính ổn định chuyển động 1- M p mô mặt đ ng 2- Góc nâng cần b xúc lật  3- Mức t i nâng kQ  QVL / QVL max 4- Khối l ợng đối tr ng QDT 5- Vận tốc chuyển đ ng V 4.4.2. Lựa ch n hƠm kích thích đ ng h c c a mặt đ ng a) Hàm m p mô tuần hoàn hình sin trong không gian (Hình 4.12) b) Hàm m p mô đơn hình sin trong không gian (Hình 4.13) hT ST Bên trái hT Bên trái d ST h0T x  Vt 0 h0T x  Vt d 0 hP SP hP SP Bên ph i Bên ph i h0P x  Vt h0P x  Vt 0 0 Hình 4.4. Biên d ng tu n hoàn Hình 4.5. Biên d ng m p mô đ n Ph ơng trình mô t hàm tuần hoàn hình sin: 2 hP  h0 P sin( x); SP (4.75) 2 hT  h0T sin( ( x  d )) khi x  d ST Ph ơng trình mô t hàm m p mô đơn: 2 SP hP  0.5h0 P [sin( Vt   / 2)  1] ; 0t  SP V (4.79) 2 d d  ST hT  0.5h0T [sin( Vt   / 2)  1] ; t  ST V V Trên hình 4.14 là sơ đồ xác đ nh đ nghiêng ngang cầu xe và nghiêng d c thân xe. - Đ nghiêng ngang của cầu sau là thông số để nghiên cứu tính ổn đ nh ngang của LHM. - Đ nghiêng d c của thân xe là thông số để những tính ổn đ nh d c của LHM. 10
d2 d.1 A hy12 B 1 hy 34 h2 hA h1 h4 hB 2 h.3 y y d1' d 2' a) b) hxAB  A B hA c) hB x L a) Cầu tr c; b) Cầu sau; c) Thân xe trong mặt phẳng đối xứng d c Hình 4.6. Xác đ nh đ nghiêng các c u xe và thân xe Đ chênh m p mô giữa bánh xe bên ph i và bên trái: hy12  h1  h2 ; hy 34  h3  h4 (4.77) Đ chênh m p mô giữa cầu tr c và cầu sau: hxAB  hA  hB (4.78) h1  h2 h3  h4 hA  hB  V i: 2 ; 2 ; h1, h2, h3, h4 là chiều cao điểm tiếp xúc của các bánh xe v i mặt đ ng. Dao đ ng lắc ngang của các cầu phụ thu c vào các hàm hy12(t), hy34(t) , còn dao đ ng lắc d c của thân xe phụ thu c vào hàm hxAB(t). Đối v i hàm mặt đ ng tuần hoàn hình sin, NCS đư kh o sát và cho th y quy luật thay đổi của đ chênh m p mô giữa d i các bánh xe hy12, hy34 và giữa các cầu hxAB r t đa d ng, hầu hết là không theo quy luật hình sin. Chỉ có ph ơng án cho b c sóng SP = ST và kho ng l ch sóng 0 < d < 0,5SP thì m i t o ra đ ợc các hàm hy12(t), hy34(t) , hxAB(t) là các hàm sin có cùng tần số v i hàm kích thích của mặt đ ng. Trong luận án sử dụng hàm kích thích đ ng h c của mặt đ ng là hàm tuần hoàn hình sin v i b c sóng SP = ST và đ l ch sóng 0 < d< 0,5SP để t o ra các dao đ ng ngang của các cầu và dao đ ng d c thân xe tuân theo quy luật hình sin nhằm giúp cho quá trình nghiên cứu tính ổn đ nh chuyển đ ng của LHM đ ợc thuận ti n hơn. 4.4.3. Mô hình mô ph ng Matlab-Simulink Dựa trên h ph ơng trình vi phân dao đ ng (4.1), luận án đư xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab-Simulink để kh o sát tính ổn đ nh chuyển đ ng LHM... 11
4.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT MÔ HÌNH 4.5.1. Mô ph ng các thông s theo mi n th i gian Trên hình 4.19 trình bày di n biến giá tr các ph n lực pháp tuyến của mặt đ ng lên các bánh bên ph i Pz3,và bên trái Pz4 của cầu sau, ph n lực lên cầu tr c PzA và lên cầu sau PzB v i kích thích đ ng h c từ mặt đ ng d ng tuần hoàn hình sin. Hình 4.7. nh h ng m p mô d ng sin đ n các ph n lực pháp tuy n - Giá tr trung bình của ph n lực lên cầu tr c PzAtb dùng để đánh giá kh năng lái; - Giá tr cực tiểu ph n lực pháp tuyến lên các cầu PzAmin, PzBmin đánh giá ổn đ nh d c; - Giá tr cực tiểu ph n lực lên bánh xe cầu sau Pz3min, Pz4min đánh giá ổn đ nh ngang. 4.5.2. Kh o sát nh h ng c a m t s y u t đ n tính n đ nh chuyển đ ng vƠ đi u khiển c a liên h p máy 4.5.2.1. Phương pháp khảo sát T i tr ng nâng tối đa đ ợc xác đ nh cho tr ng hợp vật li u có tr ng l ợng riêng l n (bê tông), n p vật li u đầy gầu QVlmax= 450 kg (g i là mức đầy t i kQ = 100%). Từ kết qu kh o chế đ đầy t i và cần nâng v trí nằm ngang =0 sẽ lựa ch n khối l ợng cần thiết của đối tr ng QDT. Sau khi ch n khối l ợng đối tr ng QQT tiếp tục kh o sát nh h ng của các thông số còn l i: góc nâng cần , mức t i nâng kQ , vận tốc V và đ chênh biên đ sóng m p mô giữa bên ph i và bên trái h0  h0 P  h0T . 12
4.5.2.2. Một số kết quả khảo sát a. nh hưởng của khối lượng đối trọng QDT đến tính ổn định chuyển động LHM Hình 4.8. nh h ng c a kh i l ng đ i tr ng QDT b. nh hưởng của góc nâng cần  đến tính ổn định chuyển động của LHM Hình 4.9. nh h ng góc nâng c n  13
c. nh hưởng của mức t i nâng kQ đến tính ổn định chuyển động của LHM Hình 4.10. nh h ng m c t i kQ d. nh hưởng của vận tốc V đến tính ổn định chuyển động của LHM Hình 4.11. nh h ng v n t c V 14
e. nh hưởng độ chênh biên độ mấp mô đến tính ổn định chuyển động của LHM Hình 4.12. nh h ng đ chênh biên đ m p mô h0 4.5.2.3. Nhận xét chung về các kết quả khảo sát Qua các kết qu kh o sát, tuy số ph ơng án kh o sát còn r t h n chế nh ng có thể sơ b rút ra m t số nhận xét chung sau đây: 1- Đư xác đ nh đ ợc khối l ợng cần thiết của đối tr ng QDT = 450 kg theo điều ki n LHM d x y ra m t ổn đ nh nh t khi: góc nâng  = 0; nâng t i tối đa QVLmax= 450 kg; V = 3 km/h, biên đ m p mô h0 = 0,05 m. Nếu điều ki n thuận lợi hơn: ≠ 0, QVL< 450 kg, V< 3 km/h thì tính ổn đ nh chuyển đ ng càng đ ợc đ m b o. 2. V i khối l ợng đối tr ng QDT = 450 kg, khi chuyển đ ng trên đ a hình bằng phẳng (xem Hình 4.22) tính ổn đ nh chuyển đ ng luôn đ m b o, kể c không lắp đối tr ng (QDT = 0), nh ng khi chuyển đ ng trên mặt đ ng m p mô thì tính ổn đ nh ngang gi m xuống nhiều. 3. Khi di chuyển có t i nên để gầu xúc sát mặt đ ng (    300 ) sẽ duy trì đ ợc tính ổn đ nh chuyển đ ng đ ợc tốt hơn (Hình 4.23). 4. Tr ng hợp chuyển đ ng trên đ ng m p mô l n cần gi m vận tốc V, đó là bi n pháp r t hữu hi u (Hình 4.24). 5- Nhìn chung quy luật thay đổi của các thông số kh o sát kể c theo miền th i gian (hình 4.19) và theo miền giá tr của các thông số gây nh h ng (từ hình 4.22 đến 4.26) đều ph n ánh đúng quy luật vật lý và thể hi n đ ợc các thông tin chính phục vụ cho vi c nghiên cứu tính ổn đ nh chuyển đ ng của LHM xúc lật – mục tiêu chính của luận án này. 15
4.6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.6.1. Đ i t ng, ph m vi và m c đích nghiên c u 4.6.1.1. Đối tượng Đối t ợng nghiên cứu: máy kéo Yanmar 3000, công su t 30 mã lực, liên hợp v i b phận công tác xúc lật. 4.6.1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu - Xác đ nh m t số thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình. - N i dung cần thực hi n: + Thí nghi m xác đ nh h số bám và h số c n lăn của máy kéo. + Thí nghi m xác đ nh t a đ tr ng tâm của máy kéo. + Thí nghi m xác đ nh mô men quán tính khối l ợng của máy kéo. + Thí nghi m đối chứng, đánh giá đ tin cậy của mô hình mô phỏng. 4.6.2. Các thí nghi m và thông s c n đo 4.6.2.1. Xác định lực cản lăn và lực bám của liên hợp máy xúc lật Sử dụng ph ơng pháp quen thu c là cho hai máy kéo kéo nhau. Kết qu đo đ ợc: H số c n lăn f = 0,085 trên nền đ t, f = 0,048 trên nề xi măng; h số bám  = 0,66 trên nền đ t,  = 0,5 trên nền xi măng. 4.6.2.2. Thí nghiệm xác định mô men quán tính khối lượng máy kéo Sử dụng ph ơng pháp dao đ ng tắt dần để xác đ nh mô men quán tính của máy kéo. Sơ đồ thí nghi m nh hình 4.32 và hình 4.33. k .l 2 2 - Đối với trục Y: J YC  J YA  me 2  T  m.e 2 (4.89) 4 2 Z a b C X e Y  y G hg B A hz k h1 d l Hình 4.13. Xác đ nh mô men quán tính c a máy kéo theo tr c Y - Đối với trục X: J XC  mghc T2  m(h0  hC ) 2 (4.94) 4 2 - Đối với trục Z: Jz  GR 2 (l1  l 2 ) 2 Tz (4.98) 8 2 l1l 2 16
Z O1 O2 R R l1 z l2 b e2 h0 C X x hg G hC r1 h1 r2 Hình 4.14. S đ xác đ nh mô men quán tính kh i l ng c a máy kéo theo tr c X, Z Trang thiết b thí nghi m xác đ nh chu kỳ dao đ ng máy kéo quanh trục Y, X và Z gồm có b gom dữ li u NIDAS 6009 USB, c m biến dao đ ng, máy tính và phần mềm Dasylab. Kết qu thí nghi m đo đ ợc đồ th dao đ ng của máy kéo quanh các trục Y, X, Z nh trên hình 4.36. Từ đó xác đ nh đ ợc chu kỳ T và thay vào các công thức (4.79), (4.85) và (4.90). Kết qu xác đ nh đ ợc mô men quán tính của máy kéo: JY = 839 kg.m2; JX = 987 kg.m2; JZ = 987 kg.m2. Hình 4.15. K t qu đo dao đ ng a) Dao đ ng quanh trục Y v i chu kỳ T = 0,7 s; b) Dao đ ng quanh trục X v i chu kỳ T = 2,72 s ; c) Dao đ ng quanh trục Z v i chu kỳ T = 6,7 s 4.6.3. Thí nghi m kiểm ch ng mô hình lý thuy t 4.6.3.1. Lựa chọn mô hình mặt đường để kiểm chứng Thực tế khi qua m p mô, điểm tiếp xúc không nằm trên ph ơng thẳng đứng đi qua tâm bánh xe (Hình 4.38). Để kiểm chứng cần ph i hi u chỉnh sai l ch này trong mô hình lý thuyết. 17
z z R F Fz 0bx V 0bx V Fx Fz  R R cos  c c A' A A B hmax h h' 0 0k x 0 0k x x x' x a) d0 d0 b) a) Mô hình lý thuyết; b) Mô hình thực tế Hình 4.16. So sánh mô hình lý thuy t và mô hình thực t Theo mô hình trên, để đ m b o bánh xe thí nghi m chỉ tiếp xúc m t điểm trong quá trình lăn trên mô đ t hoặc bê tông thì đòi hỏi phần lõm của đ ng cong ph i có bán kính cong l n hơn bán kính của bánh xe. Đối v i máy kéo, bánh xe sau có bán kính l n sẽ đòi hỏi mô đ t ph i có chiều dài (2d0) l n, thêm nữa là chế t o mặt cong hình sin bằng bê tông cũng gặp khó khăn nh t đ nh. Trong luận án, tác gi đề xu t ph ơng án kiểm chứng máy kéo v ợt qua m p mô đơn v i trắc di n d ng cung tròn thể hi n trên hình 4.39. u điểm là: 1) D chế t o mô hình thí nghi m, chỉ cần m t cung tròn v i bán kính tùy ch n, không phụ thu c bán kính bánh xe; 2) Luôn đ m b o cho bánh xe tiếp xúc điểm v i mặt đ ng vì sử dụng hai cung tròn tiếp xúc nhau; 3) Đáp ứng tốt cho kiểm chứng máy kéo vì đ ng bánh xe sau l n hơn nhiều so v i bánh xe tr c. Nếu ch n trắc di n hình sin thì ph i đáp ứng tiếp xúc điểm cho bánh xe sau, khi đó đòi hỏi chiều dài mô đ t ph i đủ dài (Sm kho ng 1,0 m), khó chế t o mô hình thực nghi m. Trắc di n m p mô d ng cung tròn có tâm cố đ nh t i Om, bán kính r0, chiều cao m p mô hmax, chiều dài m p mô Sm. z H max (x 0bx) zx (0) 0bx (k 0bx) Rbx H0 H x h Ax 0x A0 Ak hx r0 hmax 0 0k x 0 Om r Sm x dx d0 S LT  2d 0 Hình 4.17. Mô hình thí nghi m với tắc di n cung tròn 18