Thiết kế, chế tạo cơ cấu va đập tích hợp rung động theo phương ngang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  BÙI THANH BẮC "THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU VA ĐẬP TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG THEO PHƢƠNG NGANG" LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Thái Nguyên - năm 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  BÙI THANH BẮC ĐỀ TÀI "THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU VA ĐẬP TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG THEO PHƢƠNG NGANG" LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuật Cơ khí NGƢỜI HƢỚNG DẪN PGS.TS Nguyễn Văn Dự HỌC VIÊN Bùi Thanh Bắc PHÒNG QLĐT SAU ĐAI HỌC XÁC NHÂN KHOA CƠ KHÍ PGS.TS Nguyễn Văn Dự Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Lời cam đoan Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này là của bản thân thực hiện, chƣa đƣợc sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, chƣa có tài liệu khoa học nào tƣơng tự đƣợc công bố, trừ những thông tin tham khảo đƣợc trích dẫn. Tháng 12 năm 2013 Bùi Thanh Bắc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Tóm tắt Một cơ cấu rung - va đập dùng khí nén có thể sử dụng cho các máy chuyển động theo phƣơng ngang đã đƣợc cải tiến, thiết kế mới, chế tạo, vận hành thí nghiệm, phân tích và cho ra các kết quả tích cực. Khả năng hiện thực hóa ứng dụng của cơ cấu rung - va đập dùng khí nén trong các máy khai thác rung - va đập trở nên hứa hẹn hơn. Cơ cấu đƣợc cải tiến làm việc dựa trên nguyên lý đóng xả khí nén theo chu kỳ. Chuyển động phản lực của ống khí nén thông qua một bảng mạch tạo tần số đóng xả van đã đƣợc hỗ trợ bằng một hệ lò xo nhằm khai thác phản lực khí nén và đặc tính cộng hƣởng cơ, từ đó có thể nâng cao hiệu năng của hệ thống. Đã mô hình thí nghiệm cơ cấu va đập dùng khí nén có tích hợp rung. Đã thiết kế, chế tạo và vận hành thành công cơ cấu rung va đập mới; hoạt động đạt đƣợc chức năng. Đã thực nghiệm xác định đƣợc bộ thông số gồm tần số và khe hở va đập cho ra khoảng di chuyển lớn nhất. Các phân tích cơ hệ cho thấy, khoảng cách va đập, độ cứng của lò xo và tần số đóng xả của van khí trên ống khí nén có ảnh hƣởng lớn đến khả năng chuyển động thắng các lực cản của hệ thống. Các kết quả này có thể đƣợc sử dụng hữu ích cho các nghiên cứu tiếp theo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Lời cám ơn Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học của tôi, Phó Giáo sư,Tiến sỹ Nguyễn Văn Dự, ngƣời đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Nhờ sự tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ của thầy mà tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tôi cũng xin cám ơn anh Nguyễn Thuận và các kỹ thuật viên của trung tâm gia công cơ khí TTT Group, xƣởng gia công cơ khí Hƣởng Hảo đã giúp đỡ tôi trong việc gia công, chế tạo các thiết bị thí nghiệm của đề tài này. Lòng biết ơn chân thành của tôi xin gửi tới bố mẹ của tôi đã dành cho tất cả tình cảm của mình để chăm lo cho tôi, giúp tôi hoàn thành khóa học này. Tôi cũng muốn nói lời cảm ơn tới ngƣời vợ của tôi, ngƣời anh trai và những ngƣời thân trong gia đình tôi đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng, tôi xin cám ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp từ trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và nhà máy Cán thép Lƣu xá Thái Nguyên đã hỗ trợ và giúp đỡ trong thời gian học tập của tôi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Mục lục Lời cam đoan 3 Tóm tắt 4 Lời cám ơn 5 Mục lục 6 Các ký hiệu viết tắt 8 Danh mục các hình ảnh 9 Danh mục các bảng, biểu 12 Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 13 1.1.Cơ cấu rung va đập theo phƣơng ngang 13 1.2.Các kết quả nghiên cứu gần đây 14 1.3.Mục tiêu nghiên cứu 16 1.4.Các kết quả chính đã đạt đƣợc 16 1.5.Cấu trúc luận văn 17 Chƣơng 2: PHÂN TÍCH CƠ CẤU RUNG RLC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN CƠ CẤU RUNG NGANG KHÍ NÉN 18 2.1. Giới thiệu 18 2.2. Các cơ cấu, mô hình rung va đập 18 2.3 Cơ cấu rung - va đập RLC-09 22 2.4. Đề xuất cải tiến thử nghiệm mới 23 2.4.1. Cơ sở đề xuất cải tiến 23 2.4.2. Xe gắn ống khí nén 23 2.4.3. Thử nghiệm các đƣờng kính van xả 24 2.5. Kết luận 25 Chƣơng 3: CƠ CẤU RUNG NGANG PHẢN LỰC KHÍ NÉN 26 3.1. Giới thiệu 26 3.2. Nguyên lý làm việc 26 3.3. Thiết kế và chế tạo cơ cấu 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.3.1. Ống khí nén và xe mang khí nén 28 3.3.2. Hệ thống đƣờng ray dẫn hƣớng 29 3.3.3. Hệ thống rãnh trƣợt dẫn hƣớng 31 3.3.4. Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát 31 3.4. Thiết bị điều khiển tạo tấn số xả 32 3.5. Thiết bị tạo khí nén 33 3.6. Các thiết bị đo 33 3.6.1. Thiết bị đo chuyển vị 33 3.6.2. Thiết bị đo lực 34 3.7. Lắp đặt, vận hành thiết bị thí nghiệm 36 3.8. Kết luận 40 Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM LỰA CHỌN THÔNG SỐ LÀM VIỆC 41 4.1. Giới thiệu 39 4.2. Thí nghiệm khởi đầu 39 4.3. Thí nghiệm CCD 50 4.4. Kết luận 63 Chƣơng 5: KẾT LUẬN 66 5.1. Các kết quả chính đã đạt đƣợc 66 5.2. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo 66 Tài liệu tham khảo 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Các ký hiệu viết tắt FFT Phép biến đổi nhanh Fourier (Fast Fourier Transform) LVDT Thiết bị đo chuyển vị tuyến tính (Linear Variable Displacement Transducer) RLC Mạch điện trở (R), điện cảm (L) và điện dung (C) mắc nối tiếp RLC-07 Cơ cấu rung RLC của tác giả Nguyễn Văn Dự, 2007 RLC-09 Cơ cấu rung RLC của tác giả La Ngọc Tuấn, 2009 RKN-13 Cơ cấu Rung Ngang Phản Lực Khí Nén thực hiện bởi nghiên cứu này, 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1: Cuộn cảm 2: Định vị trục 3: Ổ bi 4: Bánh xe 5: Trục 6: Thân xe Danh mục các hình ảnh Hình Nội dung Trang Hình 1.1. Nguyên lý đào hầm ngang 11 Hình 2.1. Cơ cấu rung Tsaplin 16 Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm 17 Hình 2.3. Cơ cấu rung va đập đƣợc dùng trong máy đóng cọc đứng (Theo nhà sản xuất ICE) 17 Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm của Lok. 18 Hình 2.5. Sơ đồ thí nghiệm khai thác rung va đập của Franca 19 Hình 2.6. Mô hình cơ cấu rung va đập RLC 07 20 Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu RLC - 09. 20 Hình 2.8. (a) Phụt khí (b) Phản lực 21 Hình 2.9 Xe gắn ống khí nén 21 Hình 2.10 Cơ cấu chốt chặn, lò xo 22 Hình 2.11 Đầu xả khí 22 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu rung ngang phản lực khí nén 25 Hình 3.2 Ống khí nén 26 Hình 3.3 Cơ cấu chuyển động ống khí nén trong thí nghiệm 27 Hình: 3.4 Bánh xe trong hệ thống thí nghiệm 27 Hình 3.5 Hệ thống đƣờng ray trong thí nghiệm 28 Hình 3.6 Sống trƣợt dẫn hƣớng đƣợc lắp trên hệ thống ray 28 Hình 3.7 Hệ thống rãnh trƣợt dẫn hƣớng 29 Hình 3.8 Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát 30 Hình 3.9 Bảng mạch điều khiển tần số 30 Hình 3.11 Cảm biến vị trí (LVDT) 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.12 Cơ cấu đo lƣợng dịch chuyển 31 Hình 3.13 (a) Lực kế, (b)Phƣơng pháp đo độ cứng lò xo 32 Hình 3.14 Đồ thị kiểm tra độ cứng lò xo 33 Hình 3.15 Tấm trƣợt dẫn hƣớng 34 Hình 3.16 Chốt chặn điều chỉnh khoảng cách. 35 Hình 3.17 Điều chỉnh lực ma sát giữa tấm trƣợt và hệ rãnh dẫn bằng cách thay đổi khoảng cách S 36 Hình 3.18 Kết cấu hệ thống rung ngang phản lực khí nén 37 Hình 4.1 Hộp thoại Create Factorial Design - Designs 40 Hình 4.2 Bảng thiết lập các mức biến thí nghiệm leo dốc 40 Hình 4.3 Ngẫu nhiên hóa thí nghiệm leo dốc 41 Hình 4.4 Dữ liệu thí nghiệm leo dốc 42 Hình 4.5 Hộ thoại phân tích dữ liệu thí nghiệm 43 Hình 4.6 Hộp thoại Analyze Factorial Design - Terms 44 Hình 4.7 Hộp thoại Analyze Factorial Design - Terms 46 Hình 4.8 Hộp thoại Contour/Surface Plots 46 Hình 4.9 Hộp thoại đặt tên biểu đồ đƣờng mức 47 Hình 4.10 Biểu đồ đƣờng mức 47 Hình 4.11 Hộp thoại Contour/Surface Plots 48 Hình 4.12 Bề mặt chỉ tiêu thí nghiệm leo dốc 48 Hình 4.13 Khoảng dịch chuyển tại các bƣớc leo dốc 50 Hình 4.14 Hộp thoại chính thiết kế thí nghiệm RSM 51 Hình 4.15 Thiết kế thí nghiệm CCD 51 Hình 4.16 Thiết lập các mức cho các biến thí nghiệm CCD 52 Hình 4.17 Ngẫu nhiên hóa thí nghiệm 52 Hình 4.18 Ma trận thí nghiệm 53 [...]... mụ hỡnh rung va p Nh chỳng ta thy a s cỏc mỏy rung va p thng mi hin nay u s dng mụ hỡnh bỏnh quay lch tõm do Tsaplin xut nm 1949 [4] (hỡnh 2.1) Hỡnh 2.1 C cu rung Tsaplin [4] S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ C cu rung - va p ny lm theo nguyờn lý s dng bỏnh lch tõm c mụ t trờn hỡnh 2.2 ng c Giỏ Lũ xo im va p Cc cn úng Hỡnh 2.2 S c cu rung va p dựng bỏnh lch tõm C cu rung va p dựng... rung va p c dựng trong mỏy úng cc ng (Theo nh sn xut ICE) S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Do c cu rung dựng bỏnh lch tõm cn cú kớch thc rt ln cú c lc tun hon ln v kh nng tớch hp c cu ny vo cỏc mỏy o ngang khụng phỏ hy l khụng cao Nờn hin nay, cỏc mỏy o ngang thng phm ch hot ng da trờn nguyờn tc va p nhng khụng cú rung tớch hp v s dng cỏc bỳa hi hoc thy lc Cỏc mụ hỡnh rung - va. .. túm tt cỏc kt qu ó t c C cu rung - va p theo phng ngang c gii thiu trong phn 1.1 Cỏc nghiờn cu liờn quan trong lnh vc khai thỏc cng hng c túm tt trong phn 1.2 Mc tiờu nghiờn cu ca ti s c gii thiu trong phn 1.3 Tip theo, phn 1.4 s trỡnh by cỏc kt qu chớnh ó t c ca nghiờn cu ny Phn cui cựng, phn 1.5 l cu trỳc ca lun vn 1.1 C cu rung va p theo phng ngang Trờn th gii, khai thỏc rung ng tớch cc trong cỏc... phõn tớch c cu RLC 09 xut hng ci tin mt c cu mi rung ngang khớ nộn v trỡnh by chi tit cỏc ci tin th nghim Phn 2.2 s trỡnh by khỏi quỏt v cỏc thit b rung va p thng mi v cỏc c cu, mụ hỡnh c hc rung - va p mi nht hin vn cũn trong giai on thớ nghim gn õy Trong phn 2.3 s phõn tớch c cu rung - va p mi nht c trỡnh by v t ú xut nhu cu cn ci tin, to ra c cu mi Tip theo phn 2.4 s trỡnh by c s xut ci tin v cỏc... hỡnh rung va p theo phng ngang Tuy vy, trong cỏc nghiờn cu ó thc hin, kt cu c khớ to rung v lc va p rt cng knh, ma sỏt ln Xut phỏt t nhu cu kớch thc nh gn cho h c cu rung ngang, mt c cu rung va p cú kớch thc nh gn ó c Nguyn Vn D gii thiu nm 2007 [2-5] v c La Ngc Tun ci tin, nõng cao hiu nng [12] Tuy vy, cụng sut c cu a ra vn cha ln thng lc cn ca t nờn cha th ỏp dng trong cỏc mỏy o ngm ngang Cỏc mỏy... cỏc kt qu nghiờn cu, ỏnh giỏ c cu rung - va p mi So sỏnh trc tip thụng qua cỏc ch tiờu tc dch chuyn ca h thng Cỏc kt lun v xut nghiờn cu tip theo c trỡnh by trong chng 5 S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chng 2 PHN TCH C CU RUNG RLC V XUT CI TIN C CU RUNG NGANG KH NẫN 2.1 Gii thiu Trong chng ny s gii thiu v nguyờn lý lm vic ca cỏc c cu rung - va p hin cú, nờu nờn nhng vn cũn... rung ng vo mỏy khụng nhng lm tng nng sut m cũn lm tng thờm kh nng dớnh kt v húa bựn (fluidisation) ca lp v ng ngm c to thnh [13] Mụ hỡnh khai thỏc rung -va p theo phng ngang c Rodger v Littlejohn quan tõm t nhng nm 1980 [7] v c Lok, Neilson v Rodger tip tc phỏt trin [8] Cỏc nghiờn cu tip theo ca Wiercigroch, Pavlovskaia v Woo [8-10], Franca [11] ó tip tc khng nh tớnh u vit v hiu qu ca mụ hỡnh rung va. .. S thớ nghim ca Lok [12] S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Nghiờn cu ng dng va p trong cỏc mỏy khoan ngang s dng ngun rung ng l mỏy to rung da trờn nguyờn lý nam chõm in ó c Franca v Weber [13] tin hnh (xem hỡnh 2.5) C cu ny cng ũi hi kớch thc mỏy khỏ ln cú th sinh c lc va p ln Mt khỏc b to rung ny (Thng gi l cỏc shaker) rt t tin, cú kớch thc ngang khong trờn 400 milimet, nờn thng... chng tip theo S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chng 3 C CU RUNG NGANG PHN LC KH NẫN 3.1 Gii thiu Chng ny trỡnh by v nguyờn lý lm vic, mụ hỡnh v cỏc bc tin hnh thit k, ch to c cu rung ngang khớ nộn Thit b v s thớ nghim kho sỏt cỏc c tớnh ca h thng s c mụ t c th Cỏc thit b o v cỏch thc tin hnh thớ nghim kho sỏt ng lc hc v li ớch ca c cu mi cng c trỡnh by chi tit C cu rung va p mi... trờn hai ng ray dn hng Do vy, khi x khớ trong ng phn lc va p thu c t chuyn ng v va p ca ng khớ vi cht chn S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ống khí nén Van xả Khí nén chốt chặn Xe di chuyển lò xo Tấm tr-ợt Hỡnh 3.1: S nguyờn lý c cu rung ngang phn lc khớ nộn ng khớ chuyn ng s kộo theo xe mang ng khớ chuyn ng Mt cht chn c t chn ngang trờn ng chuyn ng ca xe v ng khớ nộn C h thng dn . hƣởng cơ, từ đó có thể nâng cao hiệu năng của hệ thống. Đã mô hình thí nghiệm cơ cấu va đập dùng khí nén có tích hợp rung. Đã thiết kế, chế tạo và vận hành thành công cơ cấu rung va đập mới;. Chƣơng 2: PHÂN TÍCH CƠ CẤU RUNG RLC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN CƠ CẤU RUNG NGANG KHÍ NÉN 18 2.1. Giới thiệu 18 2.2. Các cơ cấu, mô hình rung va đập 18 2.3 Cơ cấu rung - va đập RLC-09 22 2.4. Đề. về các thiết bị rung va đập thƣơng mại và các cơ cấu, mô hình cơ học rung - va đập mới nhất hiện vẫn còn trong giai đoạn thí nghiệm gần đây. Trong phần 2.3 sẽ phân tích cơ cấu rung - va đập mới