Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy va rung trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông

Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy va rung trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông

Trường đại học xây dựng

-

Lưu Đức Thạch

Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy va rung trong công nghệ

sản xuất cấu kiện bê tông

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng

Mã số: 62.52.10.01

Tóm tắt Luận án Tiến sỹ kỹ thuật

Hμ nội - 2009

Danh mục công trình công bố của tác giả

liên quan đến luận án

1 Trần Văn Tuấn, Đỗ Sanh, Lưu Đức Thạch Cơ sở khoa học điều

khiển bằng pha dao động cho hệ va rung cộng hưởng hai bậc

tự do dẫn động nhờ khối lệch tâm Tạp chí Cơ học, T 18,

1996 No 2, trang 43- 48

2 Lưu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn Một số kết quả nghiên cứu cơ

hệ va rung dùng trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông chất lượng cao Tuyển Tập Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ

6 Tháng 12/1997, trang 185-190

3 Vũ Liêm Chính, Trần Văn Tuấn, Lưu Đức Thạch Một số ứng

dụng cụ thể chương trình ALASKA ở trường ĐHXD Hà Nội

Tuyển tập báo cáo khoa học Hội thảo ALASKA lần thứ nhất

Hà Nội, 1999, trang 57-67

4 Lưu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn Khảo sát hệ dao động cơ điện

của máy rung trong sản xuât cấu kiện bê tông Tạp chí KHCN

số 3, tập 38 năm 2000, trang 48-55

5 Tran Van Tuan, Luu Duc Thach, Truong Quoc Binh Some

Results of Analyzing of the Impacting Vibration System with one Degree of Freedom //Proceedings VJ’SAEM Ha noi,

2000, page 135-141

6 Lưu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn Khảo sát quá trình đúc cột hỗn

hợp bê tông trên bàn rung Tuyển Tập Hội nghị Cơ học toàn

quốc lần thứ 7 Tháng 12/2002, trang 539-547

7 Lưu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn Khảo sát một số thông số ảnh

hưởng đến chế độ làm việc của máy va rung cộng hưởng một bậc tự do đúc cấu kiện bê tông Tuyển tập Hội nghị Cơ học

toàn quốc lần thứ 8 Tháng 12/2007, trang 61-71

8 Trần Văn Tuấn, Lưu Đức Thạch Đề xuất và chứng minh giả

thuyết khoa học thành luận điểm trong nghiên cứu quá trình

đúc bê tông trên bàn rung Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây

dựng Số 02-2007, trang 20-24

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Xây dựng

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Văn Tuấn

Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh

Phản biện 2: GS.TSKH Đỗ Sanh

Phản biện 3: GS.TSKH Phạm Văn Lang

Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước

Họp tại:

Vào hồi: giờ ngày tháng năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia

- Thư viện Trường Đại học Xây dựng

động phi tuyến của máy va rung đứng một và hai bậc tự do tìm ra

các hiệu ứng ứng quan trọng của máy: hiệu ứng cộng hưởng, hiệu

ứng đa tần số, hiệu ứng va chạm (độ chênh về gia tốc)

- Dựa trên lý thuyết về dao động dọc của thanh thẳng, lý thuyết về cơ

học môi trường liên tục để giải bài toán truyền sóng trong cột hỗn

hợp bê tông khi có các tần số dao động bậc cao, tìm ra được cường độ

hấp thụ năng lượng theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp khi không có

và có gia tải

- Đã khảo sát các thông số của máy va rung đứng một và hai bậc tự

do Xác định chế độ làm việc hợp lý, khả năng điều chỉnh và miền

làm việc ổn định của máy Xác định cường độ hấp thụ năng lượng

theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp khi không có và có gia tải Đã áp

dụng kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế, chế tạo thành công máy va

rung đứng một bậc tự do cho dây chuyền sản xuất cống bê tông Đưa

ra quy trình công nghệ thiết kế, chế tạo, đo kiểm chứng, hiệu chỉnh

máy va rung đứng một và hai bậc tự do phục vụ sản xuất

Một số vấn đề còn có thể tiếp tục nghiên cứu:

Các máy va rung đứng một và hai bậc tự do được nhiều các tác

giả trong và ngoài nước nghiên cứu đã đưa ra được nhiều các ứng

dụng quan trọng và những đóng góp của luận án cũng đã góp một

phần để đưa công nghệ này vào thực tế sản xuất Mặc dù vậy, nhưng

đây là những vấn đề khó và cần phải có thêm nhiều nghiên cứu để

công nghệ này ngày càng hoàn thiện hơn Do đó còn nhiều vấn đề có

thể tiếp tục nghiên cứu sau:

- Trong quá trình làm việc, ngoài việc máy va rung tương tác

với hỗn hợp bê tông, nó còn tương tác với nguồn dẫn động là động cơ

điện Việc tính toán tổng thể một hệ cơ - điện và môi trường công tác

sẽ xác định được chế độ làm việc của máy tốt hơn

- Dựa trên kết quả nghiên cứu của luận án còn có thể mở rộng

để tính cho các loại máy có va chạm khác như: Máy va rung một khối

lượng va chạm hai phía; máy va rung đóng cọc, máy sàng rung có va

chạm

- ảnh hưởng của các dạng gây rung khác đến chế độ làm việc

của máy và phụ gia đến cường độ hấp thụ năng lượng của hỗn hợp

bê tông

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài Chế độ làm việc cộng hưởng của các

máy va rung là một tập hợp các bài toán rộng dùng trong các loại máy sàng, máy nghiền, lèn chặt vật liệu và tạo hình cấu kiện bê tông, búa đóng cọc và các loại máy vận chuyển bằng rung động Thông thường, hệ số cộng hưởng của máy va rung càng lớn thì độ nhạy của các thông số động lực học của máy càng tăng Đối với những máy có

đường đặc tính cộng hưởng dốc và giá trị của hệ số cộng hưởng lớn, thì chỉ cần có các tác động nhỏ bên ngoài vào máy là có thể làm ảnh hưởng đáng kể đến các thông số làm việc và máy rung không thể thực hiện được các chức năng công nghệ định trước hoặc sẽ bị phá huỷ Đó là một trong những nhược điểm lớn nhất đối với máy rung cộng hưởng và hiện nay vẫn chưa có giải pháp khắc phục các nhược

điểm này Bởi vậy với từng loại máy cụ thể cần có các khảo sát, tính toán, thiết kế riêng để khắc phục Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu các thông số ảnh hưởng tới chế độ làm việc hợp lý của máy va rung nhằm thiết kế chế tạo ra được các máy va rung đứng cộng hưởng để tạo hình các loại cấu kiện bê tông nói chung và đặc biệt đối với các cấu kiện nặng, cao, cần chất lượng tốt, giá thành hạ phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước

2 Mục tiêu nghiên cứu, ý nghĩa của luận án Mục tiêu nghiên cứu

của luận án là đề xuất phương pháp xác định các thông số phù hợp,

đảm bảo cho máy va rung một và hai bậc tự do làm việc ổn định ở trong miền cộng hưởng nhằm lựa chọn hoặc thiết kế, chế tạo các máy va rung để đúc các loại cấu kiện bê tông nặng hoặc có chiều cao lớn, chất lượng tốt với mức tiêu hao năng lượng nhỏ Ngoài ý nghĩa thực tiễn, phương pháp luận của luận án còn đóng góp cho lý thuyết nghiên cứu các máy va rung trong việc giải phương trình vi phân phi tuyến và khảo sát các kết quả thu được bằng các phần mềm tiên tiến, giúp cho việc tính toán chính xác hơn và nhanh hơn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của

luận án là chế độ làm việc của máy va rung một và hai bậc tự do trong miền cộng hưởng, ảnh hưởng của máy va rung đến môi trường công tác trong quá trình đúc hỗn hợp bê tông Nghiên cứu tổng quan

- 2 -

về máy va rung để lựa chọn cơ sở lý thuyết phù hợp, xác định các

thông số của máy va rung tương tác với hỗn hợp bê tông

4 Phương pháp nghiên cứu Trong luận án đã sử dụng phương pháp

giải tích để tìm ra các mối quan hệ tương quan giữa các thông số; sử

dụng phương pháp số nhờ phần mềm toán học "Mathematica" để

khảo sát, tìm ra chế độ làm việc hợp lý của máy va rung trong miền

cộng hưởng, năng lượng hấp thụ của hỗn hợp bê tông, ảnh hưởng của

gia tải quán tính và không quán tính lên bề mặt của cột hỗn hợp bê

tông phù hợp với công nghệ tạo hình hỗn hợp bê tông Cuối cùng,

luận án sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng các kết quả

nghiên cứu lý thuyết thu được

5 Kết cấu của luận án: Nội dung của luận án được trình bày gồm:

phần mở đầu, 04 bốn chương nội dung và kết luận, trong đó:

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về máy va rung và cơ chế lèn chặt

hỗn hợp bê tông

Chương 2: Máy va rung một bậc tự do tương tác với hỗn hợp bê tông

Chương 3: Máy va rung hai bậc tự do tương tác với hỗn hợp bê tông

Chương 4: Thực nghiệm kiểm chứng máy va rung một bậc tự do và

quy trình thiết kế máy va rung

Kết luận chung; các đóng góp mới của luận án

Danh mục công trình công bố của tác giả

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về máy va rung

vμ cơ chế lèn chặt hỗn hợp bê tông

1.1 Máy va rung trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông

Việc nghiên cứu chế độ làm việc hợp lý của các loại máy rung sao

cho phù hợp với từng loại công nghệ, cần thiết phải tiến hành nghiên

cứu và phân tích kỹ các thông số của máy rung, để từ đó chỉ ra được

các nét đặc biệt cũng như các hiệu ứng có lợi cho từng loại công nghệ

như: hiệu ứng cộng hưởng, hiệu ứng va chạm, hiệu ứng đa tần số Để

đáp ứng cho việc nghiên cứu về mối quan hệ nêu trên cho máy va

rung cộng hưởng, cần phải quan tâm đến các vấn đề sau: động lực học

của máy va rung cộng hưởng, các đặc tính của liên kết đàn hồi và

động lực học của cột hỗn hợp bê tông khi rung, khả năng hấp thụ

năng lượng của các lớp hỗn hợp khi rung cột hỗn hợp bê tông có

chiều cao lớn

23

-trọng làm việc Khảo sát một số thông số của máy va rung đứng hai bậc tự do, tìm ra chế độ làm việc hợp lý của máy ở gần điểm cộng hưởng Cường độ hấp thụ năng lượng trong các lớp hỗn hợp bê tông, chiều cao của tấm gia tải quán tính

7 Đã chế tạo thành công máy va rung đứng một bậc tự do, tiến hành các thí nghiệm so sánh mẫu bê tông tạo hình trên máy va rung và máy rung thí nghiệm, kết quả cho thấy đối với máy va rung thời gian rung tạo hình nhỏ hơn 36s nhưng cường độ chịu nén lớn hơn 4MPa và khối lượng thể tích của mẫu bê tông lớn hơn 160 kg/m3 so với máy rung thí nghiệm

8 Từ thực nghiệm đo biên độ dao động, gia tốc dao động của mặt bàn rung và so sánh với các kết quả khảo sát: dạng của biên độ dao động

là gần như nhau, giá trị của biên độ dao động lớn nhất sai khác vào khoảng 7% Giá trị của gia tốc lớn nhất có sự chênh lệch khoảng 10% Điều đó chứng tỏ tính đúng đắn của mô hình nghiên cứu và kết quả khảo sát ở chương 2 là phù hợp với yêu cầu của thực tế

9 Từ yêu cầu công nghệ, phân tích lựa chọn phương án máy va rung, lựa chọn sơ đồ nguyên lý làm việc, phân tích lựa chọn các thông số cơ bản của máy va rung theo các tài liệu đã biết Xác định quy trình tính toán, thiết kế, điều chỉnh, đo kiểm tra máy va rung đứng một và hai bậc tự do theo các bước tính toán, theo các công thức và chương trình tính ở chương 2 và chương 3 nhằm hiệu chỉnh các thông số của máy

va rung sao cho máy làm việc ở chế độ cộng hưởng, xác định được hiệu ứng va chạm (độ chênh gia tốc), hiệu ứng đa tần số, xác định khoảng điều chỉnh của máy Tính toán xác định cường độ hấp thụ năng lượng trong cột hỗn hợp bê tông khi có tấm gia tải quán tính và không quán tính, đáp ứng được yêu cầu của sản xuất

Các đóng góp mới của luận án

- Qua phân tích tổng quan mô hình cơ học của máy rung thường và mô hình cơ học của máy va rung một và hai bậc tự do, hình chung máy va rung một và hai bậc tự do và các giả thiết khi xây dựng mô hình, đã tiến hành xây dựng mô hình nghiên cứu và thiết lập phương trình vi phân chuyển động cho máy va rung cộng hưởng một và hai bậc tự do có kể đến ảnh hưởng của hỗn hợp bê tông, mô hình này đã thể hiện được bản chất quá trình làm việc của máy va rung một và hai bậc tự do tương tác với hỗn hợp bê tông

- Dựa trên phương pháp cân bằng hàm điều hoà và tích phân bình phương tối thiểu các sai lệch để giải phương trình vi phân chuyển

Kết luận chung

1 Đã hệ thống hóa các phương pháp tính toán, thiết kế máy rung

trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông và đặc biệt quan tâm đến

công nghệ sử dụng máy va rung để đúc các cấu kiện bê tông; tác

động tương hỗ của máy va rung đến hỗn hợp bê tông và ngược lại

Đánh giá khả năng lèn chặt hỗn hợp bê tông thông qua cường độ hấp

thụ năng lượng của hỗn hợp bê tông có độ cứng trung bình (E x b)≥

1,5 W/kg

2 Trên cơ sở mô hình tương tự, thiết lập phương trình vi phân

chuyển động cho máy va rung đứng cộng hưởng một bậc tự do có kể

đến ảnh hưởng của hỗn hợp bê tông Nghiệm của hệ phương trình vi

phân phi tuyến được tìm dưới dạng hệ phương trình hàm đại số siêu

việt ψ0 ( A ) 1 , ϑ ψ( 0 ), 0 n i

i 1

=

∑ , A ( k , , ) 1 ϑ ω , ω ϑ( k , ), k(ψ0 , A , A ) 0 1 , 40

j 0 1 0

j 2

A ( A , A ,ψ )

=

∑ , thể hiện mối tương quan đến chế độ làm việc của

máy va rung cộng hưởng một bậc tự do: điểm dao động cộng hưởng

của máy, các thành phần dao động bậc cao, độ chênh gia tốc, sự điều

chỉnh khe hở va chạm ban đầu và lực ép F

3 Xây dựng mô hình cơ học của cột hỗn hợp bê tông khi rung,

thiết lập phương trình truyền sóng trong cột hỗn hợp bê tông, xây

dựng công thức tính cường độ hấp thụ năng lượng theo chiều cao của

cột hỗn hợp bê tông khi không có gia tải và khi có gia tải Nhờ đó,

xác định được khả năng lèn chặt theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp

bê tông, khi tạo hình trên máy va rung một bậc tự do

4 Xây dựng thuật toán, viết chương trình tính toán phần mềm

Mathematica để khảo sát máy va rung và hỗn hợp bê tông bằng các

công thức đã xác lập ở mục 2.1 và 2.2

5 Tính toán sơ bộ các thông số ban đầu của máy va rung Xác

định thông số đảm bảo cho máy va rung làm việc ở gần điểm cộng

hưởng phù hợp với công nghệ lèn chặt hỗn hợp bê tông, các thành

phần dao động bậc cao, ảnh hưởng của nó đến cường độ hấp thụ năng

lượng trong hỗn hợp bê tông Khảo sát cường độ hấp thụ năng lượng

trong các lớp hỗn hợp bê tông vi phân theo suốt chiều cao của cột, tìm

ra chiều cao của tấm gia tải quán tính và áp lực gia tải không quán

tính hợp lý lên bề mặt trên cùng của cột hỗn hợp bê tông vi phân

6 Sử dụng các kết quả giải tích đã đạt được ở chương 2 để giải bài

toán máy va rung hai bậc tự do có khe hở không phụ thuộc vào tải

1.2 Động lực học của máy va rung

Việc duy trì chế độ rung tích cực, ổn định của máy va rung phù hợp với công nghệ tạo hình và lèn chặt hỗn hợp bê tông còn được ít tác giả đề cập đến Bài toán rung kết hợp với va chạm là bài toán về phương trình vi phân phi tuyến[1, 34, 71, 73] Một số trường hợp có thể giải gần đúng như phương pháp tuyến tính hoá Cũng có thể giải bài toán theo hàm điều hoà cơ bản Một số trường hợp dùng phương pháp ghép nối nghiệm để giải chính xác Vì vậy, tìm miền tồn tại nghiệm thực của hệ phương trình vi phân cũng là tìm chế độ làm việc

ổn định của máy va rung [8, 57, 60, 63] Nếu sử dụng các phương pháp giải tích thì sẽ rất phức tạp và khó, kết quả thường đưa tới hệ phương trình đại số hàm siêu việt và cuối cùng vẫn phải nhờ đến máy tính giải bằng phương pháp số Nếu sử dụng các phầm mềm mô phỏng tính toán động lực học máy như ALASKA, SimulationX thì không thể xác định rõ được miền làm việc cộng hưởng của máy, các biên độ dao động thành phần

1.3 Các đặc tính liên kết đàn hồi của các máy va rung

Kết cấu liên kết đàn hồi của máy va rung loại cộng hưởng rất đa dạng, phong phú Thông thường liên kết đàn hồi trong máy va rung cộng hưởng được phân loại theo chức năng, dạng đặc tính của lực

đàn hồi, loại vật liệu lựa chọn Trong nghiên cứu động lực học máy

va rung cộng hưởng, ảnh hưởng thành phần phi tuyến của lực đàn hồi

và lực cản chỉ cần tính đến như một hệ số cộng thêm vào trong quá trình lập phương trình và giải bài toán động lực học máy va rung [71, 77]

1.4 Mô hình động lực học của cột hỗn hợp bê tông rung

Dưới tác dụng của rung, xảy ra những mối tương tác phức tạp giữa mặt bàn rung và hỗn hợp bê tông và các hạt vật liệu trong hỗn hợp bê tông với nhau Cho đến nay, vẫn tồn tại các cuộc thảo luận về mô hình động học và phương trình trạng thái của hỗn hợp bê tông khi rung; tồn tại các giả thuyết về hiệu quả làm chặt và chất lượng bề mặt

bê tông [60,77] Hiệu quả làm chặt, một mặt phụ thuộc vào thành phần cấp phối và tính chất cơ lý của hỗn hợp, mặt khác phụ thuộc vào

đặc điểm tác động lực, vì tính chất của hỗn hợp bê tông nằm giữa pha rắn và pha lỏng

21

-4.7 Xác định các thông số cơ bản của máy va rung một bậc tự do

4.7.1 Xác định sơ bộ các thông số cơ bản của máy va rung một bậc tự

do

Dựa trên các tài liệu đã biết và các công thức kinh nghiệm để tính chọn sơ bộ các thông số cần thiết của máy va rung

4.7.2 Xác định chính xác các thông số cơ bản của máy va rung một bậc tự do

Các thông số ban đầu được lựa chọn ở trên có thể chưa được chính xác, máy va rung có thể chưa làm việc ở chế độ mong muốn (chế độ cộng hưởng) Để đảm bảo cho máy rung làm việc ổn định; đảm bảo

được năng lượng truyền cho các lớp hỗn hợp bê tông vi phân và lớp hỗn hợp bê tông trên cùng, cần phải tính chính xác lại các thông số của máy để cho máy va rung làm việc ở chế độ làm việc cộng hưởng Các bước tính chính xác được tính toán bằng các công thức của chương 2, tuân theo sơ đồ thuật toán hình 2.3, và sử dụng phần mềm toán học Mathematica

4.8 Xác định các thông số cơ bản của máy va rung hai bậc tự do

4.8.1 Xác định sơ bộ các thông số cơ bản của máy rung hai bậc tự do 4.8.2 Xác định chính xác các thông số cơ bản của máy va rung hai bậc

tự do

4.9 Nhận xét phần quy trình thiết kế máy va rung

1 Từ yêu cầu công nghệ qua quá trình phân tích lựa chọn phương

án, lựa chọn sơ đồ nguyên lý làm việc, tính chọn các thông số cơ bản của máy va rung theo các tài liệu đã biết Để máy va rung làm việc trong miền cộng hưởng, đảm bảo được biên độ dao động, độ chênh gia tốc dao động, cường độ hấp thụ năng lượng trong hỗn hợp bê tông, cần phải tính toán chính xác bộ thông số này

2 Thực hiện các bước tính toán theo các công thức và chương trình tính (chương 2 và chương 3) nhằm hiệu chỉnh các thông số của máy va rung, đảm bảo máy va rung làm việc ở chế độ cộng hưởng, xác định các hiệu ứng va chạm (độ chênh gia tốc), hiệu ứng đa tần số, xác định khoảng điều chỉnh của máy xác định cường độ hấp thụ năng lượng trong cột hỗn hợp bê tông khi có tấm gia tải quán tính và không quán tính

3 Với quy trình đã xây dựng có thể xác định được các thông số của máy va rung một bậc tự do và máy va rung hai bậc tự do, đảm bảo yêu cầu thiết kế, chế tạo máy va rung và chọn chế độ sử dụng phù hợp

- 4 -

a Máy rung thường có dao động điều hòa

Cường độ rung hợp lý E (W/kg) được xác định theo công thức sau

[34, 73]:

Trong đó: A - biên độ dao động; ω - tần số của lực kích động

b Máy va rung

Cường độ rung theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp bê tông được

xác định theo công thức [66, 73]:

Trong đó: x - toạ độ của lớp hỗn hợp bê tông; ( ) b s x - hàm ảnh hưởng b

theo chiều cao của cột bê tông

1.5 ảnh hưởng của hỗn hợp bê tông lên các thông số động lực học

của máy rung

1.5.1 Mô hình cột hỗn hợp bê tông khi rung

Theo phương pháp Fuorier nghiệm của phương trình truyền sóng

được thể hiện bởi hàm số sóng ảo [77]:

Độ dịch chuyển u( x ,t ) được xác định bởi tích của hai hàm số, b

một trong số đó phụ thuộc vào tham số ( ) 1 Ivx b 2 Ivx b

b

X x =u e +u eư , còn hàm kia chỉ phụ thuộc vào tham số T t( )=e I tω ; ω - tần số của lực kích

động; I - số phức; u u là các hằng số được xác định từ các điều 1, 2

kiện biên; v là số sóng ảo v= +α Iβ; α - đặc trưng cho hệ số tắt dần

sóng được lan truyền trong lớp hỗn hợp bê tông; β - hệ số ảnh hưởng

lên bước sóng

1.5.2 Xác định các thông số động lực học của máy rung trong điều

kiện tương tác với hỗn hợp bê tông

a Trường hợp máy rung thường

Phương trình vi phân chuyển động của máy rung tương tác với hỗn

hợp bê tông có thể viết ở dạng [77]:

(m br+m a x b 1)&&+ +(b m d x C x G bω 1)&+ 11 = sinωt (1.4)

Trong đó: m - khối lượng của bàn rung và các bộ phận công tác chịu br

rung khác; b -hệ số cản của lò xo;C 11 - độ cứng của lò xo; 2

0

G m r= ω ;

4.5 Nhận xét phần thực nghiệm

1 Kết quả ở bảng 4.1 và bảng 4.2, cho thấy rằng, khi tạo hình

mẫu trên máy va rung đã chế tạo, thời gian rung mẫu đạt độ sụt tiêu

chuẩn nhỏ hơn rung trên máy thí nghiệm Với cùng cấp phối, cường

độ nén và khối lượng thể tích của mẫu tạo hình trên máy va rung lớn

hơn mẫu tạo hình trên máy rung thí nghiệm, tức là chất lượng và hiệu

quả đúc bằng máy va rung tốt hơn

2 So sánh đồ thị chuyển vị và gia tốc dao động của máy va rung

một bậc tự do cho thấy:

- Dạng của biên độ dao động là gần như nhau, giá trị của biên độ

dao động lớn nhất sai khác vào khoảng 7%

- Giá trị của gia tốc lớn nhất có sự chênh lệch khoảng 10%

Nguyên nhân: có hiện tượng ma sát trong hệ truyền động, lực cản

không khí, sự phân bố khối lượng trên bàn rung, lực ép ban đầu của lò

xo điều chỉnh Từ kết quả thực nghiệm cho thấy tính đúng đắn của

mô hình nghiên cứu và kết quả khảo sát ở chương 2 là phù hợp với

yêu cầu thực tế

4.6 Nguyên tắc thiết kế máy va rung

Hình 4.12 Sơ đồ nghiên cứu thiết kế máy va rung một và hai bậc tự

do

0

m r- mô men quán tính lệch tâm;ω- Tần số của lực kích động m - b

khối lượng của hỗn hợp bê tông; hệ số a - hệ số lực cản phản lực, 1

còn hệ số d - hệ số phản ánh tính chất và mức độ thay đổi lực cản 1

chủ động

b Trường hợp máy va rung một bậc tự do có cơ cấu điều chỉnh khe

hở

Hình 1.1 Mô hình cơ học của máy va rung một bậc tự do

1 Mặt bàn rung (bộ phận công tác); 2 Lò xo đỡ dưới; 3 Gối va chạm; 4 Lò xo điều chỉnh phía trên; 5 Đai ốc điều chỉnh

Phương trình vi phân của hệ khi có va đập được viết dưới dạng sau [34]:

mx&&+ C +C x Signx R x+ &⎡⎣ +R x ⎤⎦= +F P t khi x ≥ 0

mx C x SignxR x&&+ + & = +F P t khi x < 0 (1.5) Trong đó: SignxR x& 1( ) - thành phần cản không đàn hồi của đệm;

( )

2

các hàm lực cản nào đó C 12 - độ cứng của lò xo điều chỉnh; C 11 - độ cứng của lò xo đỡ; C s- độ cứng của cao su làm gối va chạm;

1 11 12

C =C +C - tổng độ cứng của lò xo đỡ và lò xo điều chỉnh; F - lực

ép ban đầu; P( t ) - lực kích động điều hòa

c Trường hợp máy va rung hai bậc tự do

Hình 1.2 Mô hình cơ học máy va rung hai bậc tự do

có cơ cấu điều chỉnh khe hở không phụ thuộc vào tải trọng 1 Mặt bàn; 2 Lò xo

đỡ; 3 Gối va chạm; 4 Khối lượng khung máy cùng cụm dẫn động; 5 Lò xo điều chỉnh phía dưới; 6 Lò xo liên kết

Cơ học

Kết quả

So sánh

Mô hình toán học

Đo các thông

số cơ bản

Phương

pháp đo,

thiết bị đo

Hệ số điều

hỉ h Giả thiết

Phương pháp giải

Hệ số điều chỉnh

Phương trình vi phân chuyển động khối lượng m 1 và khối lượng m

khi có va chạm x >0 được viết [34]:

2 1 s 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2

mx&& = C +C x ưx +Sign x& ưx& ⎡⎣R x ưx +R x ưx ⎤⎦ư0 5Cδ (1.6)

Trong đó: x 1- tọa độ của khối lượng m ; x 2 - tọa độ của khối lượng

1

m;x x= ư ; 1 x2 C 1 - tổng độ cứng của các lò xo liên kết và lò xo điều

chỉnh; C s - độ cứng của đệm va chạm; ( .) ( )

cản không đàn hồi của đệm; ( .) ( )

Sign x& ưx R x& ưx - thành phần cản của các lò xo liên kết; δ2- độ dịch chuyển của đai ốc điều chỉnh

Phương trình vi phân chuyển động của m và m khi không có va 1

chạm và F= 0, x ≤ 0, được viết [34]:

m x 1 1&& = ưC x 1( 1ưx 2)ưSign x(&1 ưx R x&2) 2( 1ưx 2)+0 5C, 1 2δ +P t( )

mx&&2 =C x 1( 1ưx 2)+Sign x(&1ưx R x&2) (2 1ưx 2)ư0 5C, 1 2δ (1.7)

1.6 Nhận xét chương 1

Việc tính toán máy va rung một và hai bậc tự do đã được nhiều tác

giả trong và ngoài nước nghiên cứu Một số công trình mới chỉ đề cập

đến bài toán máy va rung một cách thuần túy, chưa đi sâu nghiên cứu

mối tương tác giữa máy và hỗn hợp bê tông Một số công trình đã đề

cập đến mối quan hệ này, nhưng mới dừng lại nghiên cứu thành phần

dao động cơ bản của máy va rung, công thức xác định các thông số của

máy tương đối phức tạp không tiện cho việc nghiên cứu khảo sát chúng

ở các bước tiếp theo

Dựa trên các phân tích tổng quan để xây dựng mô hình, thiết lập

phương trình vi phân chuyển động của máy va rung một và hai bậc tự

do; phương pháp cân bằng hàm điều hòa và phương pháp tích phân

bình phương cực tiểu để giải phương trình vi phân chuyển động của

máy va rung; sử dụng phương trình truyền sóng trong môi trường đàn

nhớt để nghiên cứu mối quan hệ tương tác giữa máy va rung và hỗn

hợp bê tông, xác định cơ chế lèn chặt hỗn hợp bê tông Luận án sẽ tập

trung nghiên cứu sâu hơn các vấn đề sau:

1 Xây dựng mô hình cơ học, thiết lập phương trình vi phân

chuyển động của máy va rung một và hai bậc tự do có khả năng điều

chỉnh khe hở

2 Giải hệ phương trình xác định các hiệu ứng ảnh hưởng tới công

nghệ đúc cấu kiện bê tông của máy va rung như: hiệu ứng cộng hưởng,

hiệu ứng đa tần số, hiệu ứng va chạm

Trường hợp 2: δ1=0,004m, δ2=0,004m, δ =0,002m, F= 33598,4N,

ω=80rad/s

Khảo sát theo lý thuyết Thực tế đo

-100 -50 0 50 100 150 200

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Thời gian (s)

Hình 4.8 Gia tốc dao động của máy va rung một bậc tự do, khi δ> 0

-0.004 -0.002 0 0.001 0.002 0.004

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Thời gian (s)

Hình 4.9 Biên độ dao động của máy va rung một bậc tự do, khi δ >0

Trường hợp 3: δ1 = 0, δ2= 0,04m, δ = -0,00065m, F= 335984N,

ω =120rad/s

Khảo sát theo lý thuyết Thực tế đo

-100 -50 0 50 100 150 200

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Thời gian (s)

Hình 4.10 Gia tốc dao động của máy va rung một bậc tự do, khi δ < 0

-0.004 -0.003 -0.001 0 0.001 0.002 0.004 0.005

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Thời gian (s)

Hình 4.11 Biên độ dao động của máy va rung một bậc tự do, khi δ< 0

-3 Xây dựng mô hình cơ học, thiết lập phương trình truyền sóng trong cột hỗn hợp bê tông; công thức xác định cường độ hấp thụ năng lượng theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp bê tông, chiều cao của tấm gia tải quán tính và áp lực gia tải không quán tính lên bề mặt trên cùng của cột hỗn hợp bê tông

4 Khảo sát máy va rung một và hai bậc tự do dựa trên các thông

số của máy va rung đã được tính toán theo các tài liệu đã biết cho một loại sản phẩm bê tông cụ thể, tìm ra bộ thông số hợp lý của máy đáp ứng được yêu cầu công nghệ và đảm bảo được hiệu ứng của máy va rung làm việc ổn định và khả năng điều chỉnh máy va rung khi không có và có khe hở va chạm Khảo sát cường độ hấp thụ năng lượng theo chiều cao của cột hỗn hợp bê tông, chiều cao tấm gia tải quán tính và áp lực gia tải không quán tính, đáp ứng được yêu cầu công nghệ

5 Thiết kế, chế tạo máy va rung đứng một bậc tự do ứng dụng trong sản xuất và phục vụ cho công tác đo thực nghiệm để kiểm chứng một vài kết quả khảo sát lý thuyết

6 Các kết quả nghiên cứu, khảo sát ở trên được tập hợp lại dưới dạng quy trình hướng dẫn tính toán, thiết kế máy va rung thông dụng

Chương 2 máy va rung một bậc tự do tương tác với hỗn hợp bê tông

2.1 Mô hình máy va rung một bậc tự do, dẫn động khối lệch tâm

2.1.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình 2.1.2 Mô hình nghiên cứu máy va rung một bậc tự do

Hình 2.1 Mô hình cơ học máy va rung một bậc tự do

1 Bàn rung; 2 Lò xo dưới; 3 Gối va chạm; 4 Lò xo phía trên;

5 Giảm chấn bê tông và lò xo; 6

Đai ốc điều chỉnh

Phương trình vi phân chuyển động cưỡng bức có cản của cơ hệ hình 2.1 được viết dưới dạng sau:

1

x+ f x x p x+ =G ωt+ f

Trong đó: ( ) /

1

1 s

f x

≥

⎧

( ) /

1

1 s

p x

≥

⎧

2 0

m r G m

ω

;

4.3.4 Quy trình thực nghiệm

Hình 4.2 Máy va rung một bậc tự

do sản xuất cống bê tông

Hình 4.3 Thiết bị dùng để đo ghi dao động, Máy DMC-PLUS

4.4 Các kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả lý thuyết

Trường hợp 1: δ1= 0, δ2= 0, δ = 0, F= 0, ω=100rad/s

Khảo sát theo lý thuyết Thực tế đo

-150 -100 -50 0 50 100 150 200 250

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Thời gian t(s)

Hình 4.6 Gia tốc dao động của máy va rung một bậc tự do khi δ = 0

-0.004 -0.002 0 0.001 0.003 0.005

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Thời gian (s)

Hình 4.7 Biên độ dao động của máy va rung một bậc tự do khi δ = 0

17

-Để khảo sát chất lượng làm chặt hỗn hợp bê tông trên máy va rung

đã được chế tạo và so sánh với chất lượng làm chặt hỗn hợp bê tông bằng máy rung thí nghiệm, ta tiến hành các bước theo sơ đồ khối hình

4.1

4.2.2 Kết quả thí nghiệm mẫu bê tông

Mẫu thí nghiệm có kích thước 10ì10ì10 cm theo các cấp phối bê tông như ở trong bảng 4.1 Mẫu được bảo dưỡng ở độ ẩm ≈100%, trong

điều kiện phòng thí nghiệm

Bảng 4.1 Thành phần cấp phối bê tông mác 300, để kiểm tra chất

lượng đúc bê tông trên máy va rung một bậc tự do

Chi phí nguyên liệu cho 1m 3

STT

Xi măng (kg)

Nước (lít)

Cát (kg)

Đá

(kg)

Theo Tiêu chuẩn

Tạo hình thực tế

4*

- Kết quả nén mẫu ở tuổi 28 ngày

Bảng 4.2 Kết quả kéo nén mẫu bê tông

)

4.3 Nghiên cứu thực nghiệm máy va rung

4.3.1 Các yêu cầu khi tiến hành thực nghiệm 4.3.2 Máy va rung một bậc tự do

4.3.3 Thiết bị đo

- 8 -

/

1

f =F m; m r0 - mô men tĩnh lệch tâm; m - khối lượng tham gia dao động; ω -

tần số của lực kích động; b 1- hệ số cản đàn hồi của lò xo và bê tông tham gia

dao động; b s - hệ số cản đàn hồi của cao su làm gối va chạm; C - độ cứng s

của cao su làm gối va chạm; C - tổng độ cứng của các lò xo; F- lực ép ban 1

đầu

Nghiệm của phương trình (2.1), được xác định:

Trong đó: A i - các biên độ dao động thành phần; γ - góc lệch pha của dao

động; i- chỉ số của các dao động thành phần

2.2 ảnh hưởng các thông số động lực học của máy lên hỗn hợp bê

tông khi đúc cấu kiện

2.2.1 Phương trình truyền sóng trong cột hỗn hợp bê tông trên

máy va rung

Hình 2.2 Mô hình cột hỗn hợp bê tông dao động

1 Mặt bàn rung; 2 Khuôn; 3

Hỗn hợp bê tông

Sự dịch chuyển của hỗn hợp bê tông khi tham gia dao động:

n

Ij t

j 1

u( x ,t ) e ( u eω u eư )

=

Trong đó: αj - đặc trưng cho hệ số tắt dần sóng được lan truyền trong lớp hỗn

hợp bê tông; βj - thông số ảnh hưởng lên bước sóng đó h- chiều cao của

cột hỗn hợp bê tông; j - chỉ số của bậc dao động; h- chiều cao của cột hỗn

hợp bê tông; x b - tọa độ của cột hỗn hợp bê tông được xác định từ vị trí tiếp

xúc với mặt bàn rung;

Biến dạng của lớp hỗn hợp bê tông vi phân:

n

j j b

Ij t

j 1

u

=

2.2.2 Cường độ hấp thụ năng lượng trong lớp hỗn hợp bê tông vi

phân

2 2

b

E( x )

=

∂ (2.4)