Nghiên cứu động lực học hệ thống đưa xác gia súc bị dịch bệnh lên xe vận chuyển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VŨ VĂN CHIÊU NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG ĐƯA XÁC GIA SÚC BỊ DỊCH BỆNH LÊN XE VẬN CHUYỂN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 8520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN CÔNG CHI Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu cá nhân Các số liệu tài liệu trích dẫn luận văn trung thực Kết nghiên cứu không trùng với cơng trình cơng bố trước Tơi chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, tháng năm 2021 Tác giả luận văn Vũ Văn Chiêu ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này, suốt thời gian qua nhận quan tâm, giúp đỡ nhiều tập thể cá nhân Nhân dịp cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trần Công Chi dành nhiều thời gian bảo tận tình cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp Tơi trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cán giáo viên, công nhân viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành nhiệm vụ; Chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình nơi tơi cơng tác, khoa Cơ điện cơng trình, Trường Đại học Lâm nghiệp đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ, đóng góp ý kiến bổ ích việc nghiên cứu, hồn thiện kết luận văn Tơi xin cam đoan số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác.Những nội dung tham khảo, trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021 Tác giả Vũ Văn Chiêu iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung thực trạng tiêu hủy xác gia súc bị dịch bệnh 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tại Việt Nam 1.2 Công nghệ thu gom tiêu độc, khử trùng vận chuyển xác gia súc bị dịch bệnh .15 1.3 Một số cơng trình nghiên cứu động học động lực học hệ thống nâng 17 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn vấn đề nghiên cứu 21 1.5 Mục tiêu nghiên cứu 22 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 22 1.7 Phương pháp nghiên cứu 23 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 24 2.1 Cấu tạo động học cấu 24 2.1.1 Khâu khớp 24 2.1.2 Lược đồ động 26 2.1.3 Chuỗi động cấu 27 2.2 Bậc tự cấu 28 2.3 Phương pháp nghiên cứu động học 29 2.3.1 Phương pháp vẽ 30 iv 2.3.2 Phương pháp giải tích 33 2.4 Phân tích động lực học 34 2.4.1 Phương pháp họa đồ véc tơ 34 2.4.2 Phương pháp phân lực trực tiếp 36 2.4.3 Phương pháp lập mô hình tốn 37 2.5 Tổng quan phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 38 2.5.1 Khái niệm chung 38 2.5.2 Nội dung phương pháp 39 2.5.3 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn 39 2.6 Phân tích động học, động lực học FEA phần mềm Solidworks 40 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ KHẢO SÁT ĐỘNG LƯC HỌC HỆ THỐNG ĐƯA XÁC GIA SÚC LÊN XE VẬN CHUYỂN 44 3.1 Cơng cụ thực mơ hình hóa 44 3.2 Mô hình hóa hệ thống đưa xác gia súc lên xe vận chuyển 45 3.2.1 Mơ hình hóa chi tiết 45 3.2.2 Lắp ráp hệ thống 48 3.3 Mô hình động học động lực học hệ thống 51 3.3.1 Hệ tọa độ không gian chuyển động hệ thống 51 3.3.2 Tải trọng 54 3.4 Kết phân tích động lực học hệ thống .54 3.4.1 Phân tích quy luật thay đổi vị trí bàn nâng 54 3.4.2 Phân tích lực tác dụng xi lanh 59 Chương PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HỆ THỐNG ĐƯA XÁC GIA SÚC LÊN XE VẬN CHUYỂN 62 4.1 Trình tự tiến hành phân tích phần tử hữu hạn (FEA) 62 4.1.1 Mục đích FEA 62 4.1.2 Trình tự tiến hành 62 4.1.3 Thiết lập mơ hình FEA 64 v 4.1.4 Xác định thuộc tính vật liệu, chia lưới tải trọng 64 4.2 Kết FEA số chi tiết 65 4.2.1 Khung cửa 65 4.2.2 Bàn nâng (cửa) trục quay 67 4.2.3 Thanh trượt tròn (thanh dẫn hướng) 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên gọi 3D Three-dimensional ADAMS Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System ANSYS Analysis Systems CAD Computer-aided design FEA Phân tích phần tử hữu hạn FEM Phương pháp phần tử hữu hạn LMLM Lở mồm long móng NASTRAN NASA Structural Analysis Program PTVP Phương trình vi phân vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thơng số số chi tiết 47 Bảng 4.1 Thành phần tính thép C45 64 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Xác lợn nhiễm bệnh lở mồm long móng trình sốc điện trước tiêu hủy Đài Loan Hình 1.2 Xử lý xác lợn bị lở mồm long móng cách chơn lấp Hình 1.3 Khử trùng xe vận chuyển gia súc bị dịch bệnh Anh Hình 1.4 Khử trùng chuồng trại Trung Quốc bị dịch bệnh Hình 1.5 Cơng nghệ thiết bị thu gom, tiêu hủy gia súc gia cầm bị dịch bệnh Việt Nam 11 Hình 1.6 Xác lợn bị dịch bệnh tả lợn Châu Phi 11 Hình 1.7 Xác lợn dịch bệnh vận chuyển xe công nông, xe ô tô 12 Hình 1.8 Đào hố để chôn lấp xác gia súc gia cầm bị dịch bệnh 12 Hình 1.9 Q trình chơn lấp xác gia súc gia cầm bị dịch bệnh 13 Hình 1.10 Sơ đồ cơng nghệ thu gom tiêu độc, khử trùng vận chuyển xác gia súc, gia cầm bị dịch bệnh 15 Hình 1.11 Mơ hình nghiên cứu tối ưu hóa cấu nâng thùng rác 18 Hình 1.12 Mơ hình nghiên cứu tối ưu hóa cấu nâng thùng rác 19 Hình 1.13 Hệ thống đưa xác gia súc bị dịch bệnh lên xe vận chuyển 23 Hình 2.1 Các bậc tự khâu không gian 25 Hình 2.2 Các dạng khớp động 26 Hình 2.3 Ví dụ chuỗi động phẳng (a) chuỗi động khơng gian (b) 27 Hình 2.4 Bậc tự cấu khâu (a) khâu (b) 29 Hình 2.5 Ví dụ xác định vị trí cấu phương pháp vẽ 31 Hình 2.6 Phân tích động học cấu tay quay trượt phương pháp đồ thị 31 Hình 2.7 Phân tích chuyển vị trượt 32 Hình 2.8 Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc cấu 32 Hình 2.9 Phân tích lực cấu phương pháp họa đồ véc tơ 36 ix Hình 2.10 Phân tích lực cấu phương pháp phân lực trực tiếp 37 Hình 2.11 Phần mềm Solidworks phiên 2020 41 Hình 2.12 Ví dụ phân tịch động lực học FEA Motion Analysis 42 Hình 3.1 Các bước mơ hình hóa chi tiết hệ thống 46 Hình 3.2 Các bước lắp ráp hệ thống 49 Hình 3.3 Mơ hình 3D hệ thống đưa xác gia súc lên xe vận chuyển 50 Hình 3.4 Mơ hình hình chiếu hệ thống đưa xác gia súc lên xe vận chuyển 50 Hình 3.5 Hệ trục tọa độ hệ thống 52 Hình 3.6 Các hành trình làm việc hệ thống 53 Hình 3.7 Thiết lập bước bước Motion analysis 53 Hình 3.8 Chuyển vị trọng tâm bàn nâng theo trục X 55 Hình 3.9 Vận tốc trọng tâm bàn nâng theo trục X 55 Hình 3.10 Gia tốc trọng tâm bàn nâng theo trục X 56 Hình 3.11 Chuyển vị trọng tâm bàn nâng theo trục Y 57 Hình 3.12 Vận tốc trọng tâm bàn nâng theo trục Y 57 Hình 3.13 Gia tốc trọng tâm bàn nâng theo trục Y 57 Hình 3.14 Chuyển vị góc bàn nâng quanh trục Z 58 Hình 3.15 Vận tốc góc bàn nâng quanh trục Z 58 Hình 3.16 Gia tốc góc bàn nâng quanh trục Z 58 Hình 3.17 Lực theo phương Y xi lanh đứng 59 Hình 3.18 Lực theo phương X xi lanh nghiêng 60 Hình 3.19 Lực theo phương Y xi lanh nghiêng 60 Hình 4.1 Sơ đồ mô tả bước FEA 63 Hình 4.2 Bản vẽ chế tạo chế tạo chi tiết khung cửa 65 Hình 4.3 Kết thiết lập lưới cho đối tượng khung cửa 66 Hình 4.4 Chuyển vị (a) ứng suất lớn (b) khung cửa trình hoạt động 66 Hình 4.5 Bản vẽ chế tạo chế tạo chi tiết bàn nâng 67 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở nghiên cứu lý thuyết động lực học hệ thống đưa xác gia súc lên xe vận chuyển, luận văn đạt số kết sau: - Hệ thống đưa xác gia súc bị dịch bệnh lên xe vận chuyển nội dung thuộc đề tài trọng điểm cấp Nhà nước nghiên cứu thiết kế chế tạo (Đề tài mã số: ĐTĐL.CN-01/21, " Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị chuyên dùng thu gom, thiêu hủy xác gia súc, gia cầm bị dịch bệnh") Tuy nhiên hệ thống cần phải nghiên cứu động học, động lực học phần từ hữu hạn để có sở trước đưa vào chế tạo thực tế Trên sở đặc điểm hệ thống, luận văn đưa sở lý thuyết chung phân tích động học, động lực học phần tử hữu hạn Đặc biệt tập trung ứng dụng phần mềm kỹ thuật nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống khí q trình thiết kế, chế tạo - Luận văn xây dựng mơ hình, khảo sát động học, động lực học hệ thống đưa xác gia súc bị dịch bệnh lên xe vận chuyển phần mềm Solidworks chương Kết phân tích xác định số thông số động học, động lực học hệ thống chu kỳ làm việc với tổng hành trình thiết lập 13s Đây sở để hoàn thiện nguyên lý hoạt động kết cấu hệ thống trước triển khai chế tạo thực tế - Luận văn phân tích FEA hệ thống thông qua chuyển vị ứng suất tương đương số cấu Về tổng thể chi tiết khung cửa, bàn nâng, v.v có chuyển vị ứng suất tương đương nằm giới hạn cho phép, nên kết luận hệ thống thiết kế đảm bảo điều kiện bền 73 Kiến nghị Một số hạn chế luận án hướng nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu sử mơ hình hệ thống đưa xác gia súc lên xe vận chuyển thiết kế để khảo sát thông số động học, động lực học FEA cấu hệ thống tải trọng cố định mà chưa xem xét đến yếu tố ảnh hưởng khác - Kết FEA cho thấy kết cấu hệ thống đảm bảo điều kiện bền q trình làm việc Tuy nhiên kết cấu, kích thước mơ hình hệ thống chưa phải giá trị tối ưu Do đó, cần có nghiên cứu khác nhằm tối ưu hóa kết cấu để đảm bảo tính kinh tế-kỹ thuật trước vào chế tạo thực tế 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Ln Biện (2019), Chấn chỉnh cơng tác phịng, chống dịch tả lợn châu Phi (http://baohagiang.vn/xa-hoi/201909/chan-chinh-cong-tac-phong-chongdich-ta-lon-chau-phi-750190/), truy cập ngày, trang Trần Văn Chiến (2005), "Động lực học máy trục" Nxb Hải Phịng, Hải Phịng Bích Hồng (2019), Gần 5,95 triệu lợn phải tiêu hủy dịch tả lợn châu Phi (https://bnews.vn/gan-5-95-trieu-con-lon-phai-tieu-huy-vi-dich-ta-lonchau-phi/142673.html), truy cập ngày, trang Như Huỳnh (2020), 99% số xã có dịch tả heo châu Phi công bố hết dịch sau 12 tháng (https://vietnambiz.vn/99-so-xa-co-dich-ta-heo-chau-phi-dacong-bo-het-dich-sau-12-thang-20200507145741537.htm), truy cập ngày, trang Hoàn Lương Ngọc (2008), "Nghiên cứu động lực học tay thủy lực học tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh xoay cần" Nguyễn Văn Mùi (2019), "Nghiên cứu ứng dụng mô số để khảo sát động lực học tối ưu kết cấu điều hướng hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động" Tong Duc Nang Nguyen Quoc Dung (2018), "Phân tích động học, động lực học thiết bị lắp dựng tường bê tông nhẹ", Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD 12(2), tr 43-49 Đình Tùng Nguyễn (2018), "Nghiên cứu phân tích kết cấu hệ thống cầu nâng xe chở sắn củ mơ hình số" Hồng Qn Nguyễn, Thành Công Nguyễn Lương Căn Nguyễn (2018), "Khảo sát động học động lực học cấu nâng hạ thùng tơ tự đổ", Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ 2(61), tr 23-27 75 10 Quang Huân Nguyễn (2018), Phân tích động lực học khung dầm FGM chịu tải trọng động đất phương pháp phần tử hữu hạn: Luận văn ThS Kỹ thuật khí kỹ thuật: 85201 11 Thái Dương Nguyễn (2020), "Nghiên cứu tính tốn phân tích động lực học máy sàng cát kiểu rung" 12 Ích Thịnh Trần Như Khoa Ngô (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn (Lý thuyết, tập, chương trình Matlab), Hà Nội 13 Thành Tiên Vương Quang Trường Trương (2012), Giáo trình ngun lý máy, ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HCM Tiêng Anh 14 Tiago Costa Neslihan Akdeniz (2019), "A review of the animal disease outbreaks and biosecure animal mortality composting systems", Waste Management 90, tr 121-131 15 Thomas F Ducey cộng (2017), "Hydrothermal carbonization of livestock mortality for the reduction of pathogens and microbiallyderived DNA", Frontiers of Environmental Science & Engineering 11(3), tr 1-8 16 GA Flory RW Peer (2017), "Mesophillic static pile composting of animal carcasses", Biocycle 58, tr 65-8 17 Xu Kun Ge, Da Wei Liu Long Long Zhu (2013), Fatigue Life Analysis of Lifting Mechanism Rod Based on Virtual Prototyping and FEM, Advanced Materials Research, Trans Tech Publ, tr 364-368 18 Shi Guanglin, Chen Shuxun L Guangmin (2009), Analysis with ADAMS/ANSYS on dynamic properties of rotating hook-lift garbage truck, 2009 International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, DOI 76 19 Ceri L Gwyther cộng (2011), "The environmental and biosecurity characteristics of livestock carcass disposal methods: A review", Waste Management 31(4), tr 767-778 20 Derald J Holtkamp cộng (2013), "Assessment of the economic impact of porcine reproductive and respiratory syndrome virus on United States pork producers", Journal of Swine Health and Production 21(2), tr 72-84 21 Md Toufiqul Islam cộng (2014), Dynamic analysis of scissor lift mechanism through bond graph modeling, 2014 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, IEEE, tr 1393-1399 22 Seonghoon Kim cộng (2017), "Pilot-scale bio-augmented aerobic composting of excavated foot-and-mouth disease carcasses", Sustainability 9(3), tr 445 23 Maryn McKenna (2015), "Bird flu cost the US $3.3 billion and worse could be coming", National Geographic 15 24 NPPC (2014), NPCC wants focus on research, testing, biosecurity in USDA’s PEDV URL http://nppc.org/nppc-wants-focus-onresearch- testing-biosecurity-in-usdas-pedv-reporting-plan/ (accessed 1.15.19) 25 Supriya Sahu BB Choudhury (2019), "Stress and Modal Analysis of Six-Axis Articulated Robot Using ANSYS", Information and Communication Technology for Competitive Strategies, Springer, tr 303311 26 Erica Spackman cộng (2016), "H5N2 Highly Pathogenic Avian Influenza Viruses from the US 2014-2015 outbreak have an unusually long pre-clinical period in turkeys", BMC veterinary research 12(1), tr 1-9 77 27 Zhong Chang Wang cộng (2012), Optimum Design of Kitchen Garbage Truck Lifting Mechanism Based on Virtual Prototype, Advanced Materials Research, Trans Tech Publ, tr 837-840 28 Ming Qiu Zhong cộng (2013), The optimization analysis of the lifting structure of the buried garbage compression station, Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, tr 76-80 Tiếng Trung 29 杨小英 (2019), 侧装式垃圾收运车机械手设计与结构优化, 湖南大学 PHỤ LỤC Một số vẽ hệ thống đưa xác gia súc lên xe vận chuyển Một số thiết lập môi trường mô - Thiết lập vật liệu cho đối tượng - Thiết lập trọng lực cho môi trường mô - Thiết lập phương, chiều đặt lực cho xi lanh thủy lực - Thiết lập phương, chiều đặt lực cho tải trọng bàn nâng - Thiết lập nhiệm vụ mơ cho hành trình hoạt động - Chạy mơ phân tích kết