Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác của máy đào, gắp bom đạn điều khiển từ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN DUY ĐẠT NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG THIẾT BỊ CÔNG TÁC CỦA MÁY ĐÀO, GẮP BOM ĐẠN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN DUY ĐẠT NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG THIẾT BỊ CÔNG TÁC CỦA MÁY ĐÀO, GẮP BOM ĐẠN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS, TS Chu Văn Đạt PGS, TS Lê Văn Sỹ HÀ NỘI - NĂM 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Duy Đạt ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể cán hướng dẫn (GS TS Chu Văn Đạt, PGS TS Lê Văn Sỹ) có định hướng rõ ràng cho nghiên cứu sinh nội dung nghiên cứu, phương pháp tiếp cận thực Đặc biệt, thầy nhiệt tình, sâu sát để nghiên cứu sinh có công bố quốc tế đạt chất lượng, động viên nghiên cứu sinh thời điểm khó khăn Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể môn Xe máy Cơng binh, Khoa Động lực, Phịng sau đại học, Học viện KTQS tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn đồng chí đề tài KC.BM 14 thuộc Viện kỹ thuật Công binh, Công ty cổ phần Vmic thuộc Tổng cơng ty than khống sản Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi để tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm hoàn thành Luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn nhà khoa học bạn bè, đồng nghiệp cung cấp cho tác giả tài liệu, thiết bị ý tưởng nghiên cứu bổ ích, có giá trị cao Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ biết ơn vơ hạn gia đình người thân thông cảm, động viên, sẻ chia khó khăn để tác giả có hậu phương vững tạo yên tâm trình thực luận án Tác giả Nguyễn Duy Đạt iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CÁC ĐẠI LƯỢNG vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Luận án Tính Luận án Bố cục Luận án Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan đối tượng tương tác máy đào gắp bom đạn điều khiển từ xa 1.1.1 Tổng quan tình trạng nhiễm BMVN Việt Nam quy trình cơng nghệ dị tìm, đào gắp, vận chuyển bom 1.1.2 Tổng quan môi trường đất có nhiễm BMVN Việt Nam 11 1.2 Tổng quan máy đào gắp bom đạn điều khiển từ xa 14 1.2.1 Tổng quan máy đào gắp bom đạn điều khiển từ xa nước 14 1.2.2 Máy đào gắp bom đạn điều khiển từ xa thiết kế, chế tạo Việt Nam 19 iv 1.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu nước liên quan đến đề tài 26 1.3.1 Tổng quan nghiên cứu hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác…… 26 1.3.2 Tổng quan phương pháp để điều khiển xác (chiều sâu đào, lực kẹp gắp, vị trí) cho máy đào gắp bom đạn điều khiển từ xa 34 Kết luận chương 41 Chương NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG THIẾT BỊ CÔNG TÁC CỦA MÁY ĐÀO, GẮP BOM ĐẠN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 43 2.1 Cơ sở khoa học xác định yêu cầu hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác 43 2.1.1 Cơ sở khoa học xác định yêu cầu xây dựng hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác đáp ứng khả điều khiển từ xa 43 2.1.2 Cơ sở khoa học xác định yêu cầu HTTL dẫn động TBCT đáp ứng điều khiển xác chiều sâu đào nâng hạ bom 48 2.1.3 Cơ sở khoa học xác định yêu cầu HTTL dẫn động TBCT đáp ứng điều khiển xác trình kẹp gắp bom 55 2.2 Động lực học hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác 58 2.2.1 Động lực học hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác đào nâng hạ bom 58 2.2.2 Động lực học hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị cơng tác q trình kẹp gắp bom 74 2.3 Tổ chức tính tốn, mơ 81 2.3.1 Sơ đồ tính tốn động lực học hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác 81 2.3.2 Xây dựng mơ hình tính tốn, mơ LMS Amesim 86 Kết luận chương 89 v Chương NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ KẾT CẤU, VẬN HÀNH ĐẾN Q TRÌNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ CÔNG TÁC 91 3.1 Các thông số đầu vào phục vụ nghiên cứu 91 3.1.1 Các thông số thiết bị công tác môi trường tương tác 91 3.1.2 Các thông số hệ thống thủy lực dẫn động thiết bị công tác 92 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến q trình điều khiển xác chiều sâu đào 95 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến trình kẹp gắp bom 99 3.3.1 Phương án sử dụng van servo kết hợp cảm biến áp suất 99 3.3.2 Phương án sử dụng van phân phối điện tỷ lệ kết hợp van giảm áp.103 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến trình hạ đặt bom 107 Kết luận chương 112 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 115 4.1 Mục tiêu, thông số trang thiết bị thực nghiệm 115 4.1.1 Mục tiêu, thông số nghiên cứu thực nghiệm 115 4.1.2 Trang thiết bị làm thực nghiệm 116 4.2 Các bước tổ chức thực nghiệm xử lý kết thực nghiệm 124 4.2.1 Chuẩn bị làm thực nghiệm 124 4.2.2 Bố trí đầu đo thiết bị đo 125 4.3 Tiến hành thực nghiệm 129 4.3.1 Trình tự tiến hành thực nghiệm 129 4.3.2 Phương pháp xử lý kết đo thực nghiệm 131 4.3.3 So sánh đánh giá kết đo thực nghiệm 133 Kết luận chương 141 KẾT LUẬN CHUNG 143 vi DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO 147 PHỤ LỤC 155 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CÁC ĐẠI LƯỢNG Chữ viết tắt: BMVN Bom mìn vật nổ HVKTQS Học viện Kỹ thuật Quân ĐKTX Điều khiển từ xa TBCT Thiết bị công tác LS Load Sensing PC Pressure Compensator HTTL Hệ thống thủy lực Ký hiệu đại lượng: Ký hiệu Đơn vị a m a* m/s2 Ý nghĩa Cánh tay đòn lực xy lanh Gia tốc phần chuyển động cấu kẹp Tiết diện tác dụng áp suất điều khiển van giảm A m Acom m2 b m Cánh tay đòn trọng lượng tay kẹp bom bb m Chiều rộng gầu Bcom N/m2 cb m csp  pc N/m Độ cứng quy đổi lò xo van PC csp ls N/m Độ cứng lò xo van LS csp c1 N/m Độ cứng lò xo xy lanh điều khiển bơm áp kẹp bom Tiết diện tác dụng áp suất điều khiển (của van phân phối điện tỷ lệ) Mô đun đàn hồi dầu thủy lực Chiều dày lớp đất đất Độ cứng lò xo van phụ van giảm áp điều khiển csp re N/m csp N/m TBCT Độ cứng lò xo trượt van phân phối viii Ký hiệu Đơn vị c m Ý nghĩa Cánh tay đòn phản lực bom Độ cứng liên kết lề thân xy lanh Cc, Dc dcc cán pít tơng với cấu cơng tác m Đường kính xy lanh điều khiển bơm Đường kính trượt van giảm áp điều * r m d sp m Đường kính trượt van phân phối d sp pc , d sp ls m Đường kính trượt van PC, LS E fl N/m2 FLi N quy dẫn xy lanh công tác Fpc m2 Tiết diện mặt đầu van PC Fls m2 Tiết diện mặt đầu van LS Fr m Fr* m2 Fv m2 Tiết diện mặt đầu trượt van phân phối Fcy m2 Tiết diện khoang xy lanh xy lanh công tác Fpi m2 Tiết diện khoang cán xy lanh công tác d khiển TBCT Mô đul đàn hồi vật liệu làm chắn Lực tải trọng tác động lên cấu Tiết diện tác dụng van phụ van giảm áp điều khiển TBCT Tiết diện tác dụng van van giảm áp điều khiển TBCT Tiết diện mặt đầu trượt van điều khiển lưu Ff m Fr m2 Fn m2 Tiết diện vòi phun Fc1 , Fc m2 Tiết diện mặt đầu pít tơng servo lượng Tiết diện mặt đầu trượt van giảm áp (của van phân phối chính) 154 [70] К Л Гаврилов (2012), Основы гидропривода дорожно - строительных и сельскохозяйственных машин, Санкт Петербург [71] К В Фролов (2003), Теория механизмов и механика машин, Высшая школа, Москва [72] М Е Гойдо (2009), Проектирование объемных гидроприводов, Машиностроение, Москва [73] М.З.Коловский, А.Н.Евграфов, А.В.Слоущ, Ю.А.Семенов (2003), Теория механизмов и машин: учебник для студ учреждений высш проф , Образования 4-е изд., испр М.: Изд.центр «Академия» – 560 с [74] Н С Гамынин, В И Карев, А.М Потапов (1992), Гидравлические приводы летательных аппаратов, М Машиностроение, Москва [75] Н.А Галухин (2015), Новые энергосберегающие решения в электрогидравлическом Flow Sharing гидроприводе, Украина [76] П Г Редько (2002), Повышение безотказности и улучшение характеристик электрогидравлических следящих приводов, МГТУ Стакин, Москва [77] Попов Д.Н (1987), Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем, Машиностроение, Москва [78] Подчасов о В., терентьева а Д (2018), Оценка влияния динамических характеристик на точность работы одноковшового экскаватора при разработке участков точного земледелия, Техника и технологии АПК [79] Р.Ю Сухарев, А.В Старостин (2015), “Aлгоритм автоматической системы управления рабочим процессом гидравлического одноковшового экскаватора”, Вестник СибАДИ, выпуск (46) [80] СНиПом4.02-91 «Земляные работы» 155 PHỤ LỤC Phụ lục Đặc điểm loại bom TT Mã hiệu MK-81 MK-82 MK-83 MK-84 M-117 Trọng lượng, kg 113 227 460 908 340 Lượng thuốc nổ, kg 44 87 202 460 183 Chiều dài, Đường kính, m mm 1,88 2,22 3,0 3,3 2,16 Loại thuốc nổ 230 TNT, H6 tritonal 273 TNT, H6 tritonal 356 TNT, H6 tritonal 457 TNT, H6 tritonal 408 TNT, H6 tritonal 156 Phụ lục Sơ đồ hệ thống thủy lực máy đào Komatsu PC130-6 157 Phụ lục Các phần tử LMS Amesim sử dụng để tính tốn, mơ STT Tên Bơm thủy lực có lưu lượng riêng thay đổi Bơm điều khiển Van an tồn Ký hiệu, thơng số động lực học 158 STT Tên Van an tồn có điều khiển Xy lanh thủy lực tác dụng hai chiều Pít tơng Con trượt Ký hiệu, thơng số động lực học 159 STT Tên Pít tơng có lò xo hồi vị Lò xo 10 Cơ cấu dịch chuyển tịnh tiến Ký hiệu, thông số động lực học 160 STT Tên 11 Khối lượng dịch chuyển có ma sát 12 Khối lượng dịch chuyển có ma sát điểm dừng 13 Cơ cấu vòi phun – chắn 14 Cơ cấu khí với vị trí tác động Ký hiệu, thông số động lực học 161 STT Tên 15 Tay địn khí 16 Cơ cấu khí với vị trí tác động Ký hiệu, thông số động lực học 162 STT Tên 17 Cảm biến áp suất 18 Cơ cấu khí với vị trí tác động Ký hiệu, thơng số động lực học 163 STT Tên 19 Lò xo – giảm chấn 20 Nguồn tín hiệu điều khiển tuyến tính 21 Cơ cấu tiếp xúc có giảm chấn Ký hiệu, thơng số động lực học 164 Phụ lục Mơ hình tính tốn mơ q trình làm việc máy đào gắp bom đạn ĐKTX Mơ hình mơ HTTL dẫn động TBCT trình đào đất, nâng hạ bom 165 Mơ hình mơ HTTL dẫn động TBCT trình kẹp gắp bom sử dụng van servo kết hợp cảm biến áp suất Mô hình mơ HTTL dẫn động TBCT q trình kẹp gắp bom sử dụng van phân phối điện tỷ lệ kết hợp van giảm áp 166 Phụ lục Các kết đo thực nghiệm Kết đo góc nghiêng, áp suất điều khiển mở tay trang Thời gian [s] Góc nghiêng tay trang [0 ] 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36 0.38 … 5.9 5.92 5.94 5.96 5.98 … 8.12 8.14 8.16 8.18 8.2 0 0 0 0 0 0 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3 … 9.6 9.6 9.7 9.7 9.7 9.7 … 18.34 18.4 18.45 18.48 18.5 Áp suất điều Góc nghiêng Áp suất điều khiển tay trang điện khiển tay trang [0 ] tay điện [bar] [bar] 3.81 3.06 3.62 3.05 3.81 2.9 3.91 0.01 3.07 3.93 0.02 3.13 4.65 0.04 2.67 4.79 0.08 2.68 5.18 0.12 2.66 5.37 0.16 2.69 5.65 0.19 2.80 5.75 0.21 2.90 5.89 0.26 2.60 6.15 0.31 2.70 6.79 0.37 2.68 7.01 0.45 3.16 7.10 0.53 2.72 7.82 0.55 2.56 8.32 0.55 3.10 9.16 0.56 2.72 9.16 0.57 2.68 … … … 25.93 35.68 22.61 26.16 35.84 22.22 26.07 36 21.39 26.31 36.16 21.3 26.41 36.34 21.28 26.48 36.51 21.5 … … … 30.68 43.45 30.80 30.46 43.62 30.71 30.55 43.73 30.75 30.35 43.77 30.82 30.21 43.81 30.79 167 Kết đo thông số động lực học trình kẹp bom Thời gian [s] 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.017 0.018 0.019 0.02 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 … 1.494 1.495 1.496 1.497 1.498 1.499 1.5 Áp suất kẹp bom [bar] 4.97 4.5 4.76 4.1 3.74 4.07 3.39 3.08 2.74 1.59 2.8 4.58 7.33 9.57 11.8 15.01 18.15 22.36 22.67 30.85 36.2 41.05 46.03 53.13 58.42 63.9 69.03 74.45 … 171.20 171.19 171.32 172.31 172.22 171.88 171.72 Lưu lượng xy lanh kẹp [l/ph] 2.2 2.8 2.2 2.4 5.9 10.2 12.7 14.2 16.1 18.3 20.9 24.3 27.6 30.5 33 34.8 34.9 35.9 39.5 43.4 46.3 47.3 46.3 45.6 46.8 50.6 54.5 56.1 1.0 1.6 3.4 4.1 3.4 1.4 Vận tốc kẹp bom [m/s] 0 0 0.017 0.03 0.037 0.042 0.047 0.054 0.061 0.072 0.081 0.09 0.097 0.103 0.103 0.106 0.116 0.128 0.136 0.139 0.136 0.134 0.138 0.149 0.160 0.165 0.002 0.004 0.01 0.012 0.010 0.004 168 Kết đo thơng số động lực học q trình hạ đặt bom Thời gian [s] 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.017 0.018 0.019 0.020 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 1.795 1.796 1.797 1.798 1.799 1.8 Áp suất điều khiển [bar] 3.25 4.42 5.59 6.88 7.05 7.70 7.61 7.76 7.72 7.63 7.85 7.80 7.90 7.96 7.84 8.08 8.05 8.06 8.17 8.14 8.33 8.37 8.36 8.52 8.43 8.57 8.68 8.71 1.569 1.645 1.611 1.628 2.043 2.145 Lưu lượng xy lanh [l/ph] 0.2 1.4 3.8 6.1 7.9 9.2 10.5 11.9 12.7 13.6 14.7 15.4 16.5 17 17.2 17.2 17.7 18.6 19.8 20.3 20.5 20.9 21.8 23.1 23.9 24.3 24.5 25.1 1.57 1.48 0.85 0.04 0.23 0.4 Dịch chuyển xy lanh [m] 0.820 0.820 0.821 0.822 0.823 0.824 0.824 0.824 0.825 0.825 0.825 0.825 0.825 0.825 0.824 0.824 0.824 0.824 0.823 0.823 0.822 0.822 0.822 0.821 0.821 0.820 0.820 0.819 0.732 0.733 0.731 0.732 0.731 0.730 Vận tốc xy lanh [m/s] 0.008 0.016 0.023 0.028 0.033 0.038 0.041 0.044 0.047 0.050 0.053 0.056 0.057 0.057 0.058 0.060 0.065 0.067 0.068 0.069 0.071 0.075 0.079 0.081 0.082 0.083 0.085 0 0 0