Tính toán dao động móng máy tàu thuỷ nhỏ

Khâu 3: Thanh truyền AB chuyển động song phẳng, khối lượng m3, chiều d ài L, mômen quán ính đối ới trục đi qua khối m S t v tâ 3 là JS3.. Khi động cơ hoạt động ngoài trọng lượng bản thân

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131800171000000

L ờicam oanđ

3.1: Dao động c á v ủagi đỡ ới nhiều ơ ấu chuyển c c

3.1.3: Phương trình vi ph n câ ủa gi đỡ ơ ấu á c c 52

3.2.1: Tính toán ác ệ ố ủa ma trận khối ượng c h s c l 64

3.2.2: Tính toán ác ệ ố ủa ma trận ản c h s c c 74

MỞ ĐẦUDao động là hiện ượng phổ biến trong tự t nhi n cũng ê như trong kỹ thuật Tất c c ả ác ết b thi ị khi làm việc đều sinh ra dao động ưới ạng ày hay d d n dạng khác Các áy, các ng trình y dựng, các phương tiện giao thông vận m cô xâ

tải,… đều là c h ác ệ dao động ỹ thuật Các dao động xuất hiện trong kỹ thuật k

thường gây ảnh ởng xấu ến kh n ng làm hư đ ả ă việc, làm giảm ổi ọ của m tu th áy

móc, thiết ị, công trình thậm ch òn y ảnh ưởng đến ức khỏe ủa người b í c gâ h s c lao động s dử ụng thiết ị b Vì v ậy việc nghi n cứu ác dao động do thiết ịê c b sinh ra là c ầnthiết đối ới v công việc t ính toán thiết kế áy nhằm đảm ảo cho m b máy l àm việc an toàn ổn định

Ngày nay cùng ới ự phát triển ủa nghành giao thông vận ải đường

bi nghển ành công nghiệp t àu thủy đang được ch ủính ph quan tâm đầu t ư để

phát triển Đối v t ới àu thủy ỏ chnh úngta đã có s thể ản ất xu động ơ ẫn động c d

tàu, tuổi thọ, độ tin cậy ũng như ình thức ủa động ơ ngày àng được ng c h c c c nâcao Loại động ơ được c dùng phổ biến trong công nghiệp àu thủy động ơ t là c

điêzen Động c iêơ đ zen tàu thủy cũng là loại ộng c ốt đ ơ đ trong kiểu ng áp, tătrong đó á qu trình ấp nhi n liệu, hòa trộn ỗn ợp cháy được thực hiện chủ c ê h h

y ếu trong thể ích buồng cháy động ơ Hầu ết ác động ơ đ zen tàu thủy t c h c c iêhiện đại đều là động ơ ă c t ng áp, không khí được n cạp ưỡng ức b v ào trong xi lanh động cơ nhờ ậy đảm ảo được ượng kh ng kh ạp ào ác xi lanh nên v b l ô í n v c tăng được lượng ênhi n liệu ấp cho một chu trình, bởi thế ng suất c cô có ích

c ủa động ơ ă c t ng lên Khi áp ụng phương pháp ăng áp cho động ơ đ zen d t c iêtàu thủy người ta c ính đến ăng lượng ủa kh ả giãn ở tiếp ục tr n cánhó t n c í x n t êtua bin và n ôén kh ng kh trong mí áy n én do tua bin dẫn động Đối ới động ơ v c

điêzen tàu thủy lớn nhiệt ng của í nă kh sau tua bin được ận dụng t trong các ồi n

hơi tận ụng Hơi nước sinh ra trong các ồi ơi được ử ụng trong các thiết d n h s d

b ịtua bin hơi v thế ính kinh tế ủa ì t c thiết ị được ăng l n b t ê

Tuy nhiên chính ác động ơ ại nguồn y rung chủ ếu cho tàu c c l là gâ y và

vi giệc ảm c ác dao động có h n v là v ại ày ẫn ấn đề quan tâm hàng đầu ủa c c ác

nhà s ảnxuất

Nghi n cứu dao động ủa động ơ áy àu thủy đ được nhiều ác giả

tiến hành Trong luận án ày ẽ ến h n s ti ành nghi n cứu dao động ủa động ơê c c

và móng áy tr n àu thủy theo hai phương hướng: m ê t

Phương hướng thứ ất là t nh ính toán dao động của động ơ c và móng

m êáy tr n tàu thủy theo mô h ình dao động ưỡng ức Trường ợp ày phương c b h n trình dao động là h ệphương trình vi phân c ệ ố kh ng đổi theo thời gian.ó h s ô

Phương hướng thứ hai l ính toán dao động của à t động ơ c và móng m áy

trên tàu ủy o mô h th the ình dao động tham số Nghiên cứu dao động ủa động c

c ơ theo m ình dao động của ơ ệô h c h có nhiều ơ ấu chuyển động song song c c theo quan điểm động ực ọc ệ l h h nhiều ật Trường h n v ợp ày phương trình dao

động c mủa óng áy phương trình vi phân c ệ ố thay ổi theo thời m là ó h s đ gian

Luận n án ày được hoàn thành ới s h v ự ướng ẫn ỉ d t m c ỉ ủa giáo ư s Nguyễn Văn Khang, Bộ môn Cơ học ứng ụng d – Khoa Cơ í kh Trường Đại

H B ọc ách Khoa Hà N và s ội ự giúp đỡ nhiệt ình ủa thạc ĩ Hoàng ạnh t c s M

Cường, Bộ môn Cơ ọc Trường Đại ọc àng ải ải Phòng Tác giả xin h H H H H trân trọng c ảm ơn các thầy đ ận ình ướng ẫn ã t t h d và giúp đỡ để luận án được

hoàn ành th đúng hạn

Chương I

1.1: Khái quát chung

Khi làm việc trong máy xuất hiện ác ực quán ính, các ực ày thường

l hớn ơn nhiều so với ực ĩnh y ra do trọng lượng ác chi tiết áy Gia tốc l t gâ c msinh ra bởi c âác kh u thường ớn ơ l h n nhiều l ần so với gia tốc trọng trường Vì

v ậyngười thiết ế ần nghi n cứu thật ỹ ưỡng động ọc k c ê k l h và động ực ọc ơ l h c

c m m ấu áy ình quan tâm để ìm ra các phương pháp ác định ác ự ác ụng t x c l c t d

lên ổ, lên các khớp động trong các ơ ấu c c và m áy khi biết gi trị ác tham số á c

v ềkhối ượng, về ình ọc, về ngoại ực l h h l và c ác qui luật chuyển động Sau đó

d v lý ựa ào thuyết ủa ác nghành c c có êli n quan như chi tiết áy, sức ền, ma m bsát,… để x ác định ực l và mômen động ực ác động n giá Các ực l t lê l và

mômen động ực ác động lê l t n giá có ý nghĩa rất lớn khi xem xét dao động

cưỡng ức ủa b c móng áy m

con trượtta tiến ành h theo các bướcsau:

- X ác định àm ị tr ác kh u trong cơ ấu h v í c â c

- X ác định mômen quán ính thu gọn t

- X ác định phản ực khớp động l và t ảitrọng ác ụng n móng t d lê

1.2: Xác định h v í c c âàm ị tr ủa ác kh u trong cơ c ấu

Trường hợp lý thuyết ta xét nhóm kh u đơn giản nhất gồm hai â khâu dạng thanh nối ới nhau bằng ột kh v m ớp Nhóm âkh u như ậy ọi v g là m ộtDiat

G à à ọij v k l hai khâu động ối ới nhau, trong đ kh u j được ối động n v ó â n

v âới kh u i bằng khớp quay (i, j) còn âkh u k ngoài việc ối ới kh u j còn ối n v â n

v âới kh u một ằng khớp quay (k, l) Vị tr ủa ác khớp (i, j), (k, l) được ác b í c c x

định b ng tọa xằ độ ij, yij, xkl, ykl Hàm v í c c i n ị tr ủa ác đ ểm ày hoặc là bằng

hằng số ếu n nó được ối ới n v khớp quay cố định hoặc phụ thuộc ào ọa độ là v t

khâu dẫn Hàm s cố ủa i c x đ ểm ần ác định ủa âu là i c kh đ ểm (j, m) Vị tr ủa í chai khâu được x ác định nhờ ác óc c g và t cọa độ ủakhớp (j, k)

H t ệ ọa độ ξj – ηj g n v âắ ớikh u j, trong đ trục ξó j là đường ối n khớp (i, j) với khớp (j, k) còn trục ηjlà trục vu ng góc ới ξ ô v j Tương tự như tr ên, kh u k â

có h t ệ ọa độ ξk – ηk v g t t ới ốc ọa độ ọakhớp (k, l) Góc φj được t t ính ừ đường

thẳng song song với ục tr x theo h ng dươ ương đến ướng ương của ủa ục h d c tr

ξi

Phương trình ính toán àm ị tr jm, yjm, φj, φk phải thỏa ãn đ ều m i

kiện ràng ộc, nghĩa là h bu ình chiếu của tọa cđộ ủa c ác ớp lêkh n hai trục ọa t

Kh u 2: Tay quay OA quay quanh trục c ố định đi qua O, khối ượng l

m2, chiều d ài R, mô men quán ính đố ới trục đi qua S t i v 2 là JS2 Khối tâm S2

c t ó ọa độ (ξ2, 0)

Khâu 3: Thanh truyền AB chuyển động song phẳng, khối lượng m3, chiều d ài L, mômen quán ính đối ới trục đi qua khối m S t v tâ 3 là JS3 Khối tâm

S3 c tó ọa độ (ξ3, 0)

Khâu 4: Con trượt B chuyển động ịnh tiến, khối l t ượng m4 Khối tâm

S4 có t ọa độ (ξ4, 0) Mô men quán ính đối ới t v trục đi qua S4 là JS4

S c c ơ đồ ơ ấu đượccho tr n hê ình 1.1

sin

β = (1.12)

ψ λ

ψ λ

2

11sin

1

cos = − ≈ −

(1.13)Khi đó:

2 2

ψ ψ

ψ λ

ψ λ

ψ ψ

λ

ψ λ

ψ ψ λ ψ

λ

ψ ψ

λ

β

4 4

2 2

2 2 2

2

sin4

11

)sin2

11(

cos

sin2

11

cossin

ξ 

2 =− 2 sin

x (1.19)

ψψ

2 2

2 2

Sử dụng các công thức biến ổi lđ ượng giác:

1

cos2ψ = + ψ

)4cos1(8

1sin

cos2ψ 2ψ = − ψ

)3cos(cos

4

1sin

cosψ 2ψ = ψ − ψ

ψ ψ

ψ

8

12sin4

1sin

cos 3 = −

ψ ψ

2

1sin

cos =

)sin3

(sin4

1sin

cos2ψ ψ = ψ + ψ

(1.30)

ψ ψ

ψ ψ

1613

cos

163

cos8

1sin

cos 4 = − +

ψ ψ

ψ ψ

3214

sin

3242

sin

325sin

cos 5 = − +

ψ ψ

ψ ψ

3214

cos

1612

cos

321

161sin

cos2 4 = − − +

ψ ψ

ψ ψ

1613

sin

161

sin8

1sin

cos2 3 = + −

)8cos6

cos24cos22cos45(

641sin

cos2ψ 6ψ = − ψ + ψ − ψ − ψ

)4cos2

cos43(

8

1

sin4

ψ ψ

)5sin2

13sin2

5sin

5(

8

1

sin5ψ = ψ − ψ + ψ

)7sin5

sin33sinsin

5(

321cos

sin5ψ 2ψ = ψ − ψ − ψ + ψ

cos23sin4cos22cos45(

1.3: Tính mô men quán t ính thu gọn

C c ơ ấu tay quay con trượt là c c ơ ấu được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động ịnh tiến t và ngược ại Khi tính toán động ực ọc ta l l h cần phải ính t mômen quán ính thu gọn tác động n kh u quay t lê â

T = TOA + T3 + T4 (1.34)Trong đó:

TOA là động ă n ng của tay quay OA:

2 1

cos sin cos 2 ( cos

sin cos sin cos 1 sin }

cos sin cos 2 cos sin

2 cos cos sin cos sin

1 cos sin cos sin }

2 2 2 2sin2 2 2sin2 2 sin sin

sin cos sin sin cos

2 cos sin sin cos

th thủy ường nằm trong khoảng 0,2 đến 0,3 nên ta có ể ỏ từ th b qua các hạng số

vô cùng bé t b ừ ậchai trở n Tay quay OA quay với lê ψ = Ωt

Trong động ơ iesel tàu thủy ải trọng động ớn ơn rất nhiều so với

t ảitrọng ĩnh, v ụ như ốc độ quay của động ơ khoảng ừ 400 đến 500 v/ph t í d t c t

thì t s ỉ ố gia tốc amax/g thường n ằm trong khoảng ừ 70 đ t ến 80 S ự phát sinh của tiếng ồn do dao động ủa ác kh u v ủa ác khớp cũng như nguy cơ c c â à c c

l àm sai lệch ác qu trình ng nghệ c á cô là nguy n nhân buộc ác nh thiết ếê c à k

ph nghiải ên cứu đầy đủ ơ h n phản l ựckhớpđộngphát sinh do động l ực

=

∑ Fkx F β FqtB (1.46)

0 sin

0 sin

1 sin 2

1 sin 2

Chương II

là những đại lượng biến thiên cả về phương, chiều và trị số Người ta gọi chúng là các tải trọng động

Các tải trọng động tác dụng làm cho máy dao động Móng dao động làm cho sàn tàu dao động làm ảnh hưởng đến các máy móc và các công trình kiến trúc lân cận đồng thời làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người làm việc trên tàu Ngoài ra do tính chất làm việc trên biển nên tác động của các yếu tố hàng hải như: sóng biển, bão gió,… cũng ảnh hưởng rất nhiều đến dao động của móng máy và truyền dao động ngược trở lại động cơ làm giảm tuổi thọ động cơ bởi v ậy việc nghi n cứu ê dao động ủa ộng c đ c và mơ óng áy m là rất

c ần thiết để đưa ra các biện pháp àm giảm thiểu dao động giúp ăng tuổi thọ l t

động c và ảm bảo ơ đ cho sức khỏe ủa ng ời lao động c ư

Móng máy có rất nhiều dạng kết cấu khác nhau nhưng phổ biến nhất là móng khối, móng khung và móng cọc Mỗi kết cấu này đều có tính ưu việt riêng:

Móng khung thường ồm ba hoặc ốn khung ngang hình П, ở ưới g b d

ngàm cứng vào một b ản ở đáy, ở tr n liên kết b ê ằng những d dầm ọc, các vành

côngxon, cũng có khi l ấm ỏng li n tục Móng khung được ùng khi chiềuà t m ê d

cao thiết b lị ớn Các óng khung thường m là k c bê tôết ấu ng cốt thép, được ử s

dụngnhiều ới ác áy tua bin v c m

Móng khối là v êật thể li n t , phục ần ớn l có dạng h hình ộp, c thểó có nhiều rãnh, hố lõm, lỗ thủng ần thiết để ắp đặt ác thiết ị phụ ủa c l c b c máy Đặc

điểm ch yếu của mủ óng khối là là cứng của mđộ óng ớn h n rất nhiều l ơ so với

n và vì v có s dền ậy thể ử ụng mô h v r ình ật ắn tuyệt đối để ính óng khối t mCác mó ng khối được ử ụng để ắp đặt nhiều loại áy khác nhau Máy s d l m có c ơ

c ấu tay quay thanh truyền, các áy nghiền, máy đ ện m i có công suất nhỏ,… thường được ắp đặt l êtr n các óng khối m

Khi phải ng cao khả ăng chịu ải ủa ền đất người ta thường ử

dụng móng ọc Các ọc được đóng ưới ết ấu óng c c d k c m

Móng ủa ột áy ất ỳ phải được đặt tr n nền ốt đảm ảo khả ăng c m m b k ê t b nvận hành áy ình thường m b và ôkh ng gây trở ngại đến hoạt động ủa ng c cônhân hoặc những ộ phận đặt ần đ Móng áy ần đạt những b g ó m c yêu cầu sau đây:

2 Không được l và ến dún bi ạng ảnh ưởng đến vận h h ành ủa m c áy

3 Không cho phép ất ện ững rung động mxu hi nh ạnh l c àm ản trở ạt ho

động của m và áy ng ời iều khiển m cư đ áy ũng nh c ư ác tr ngại ở khác

l ựa chọn ết ấu móng ph ợp ới áy người ta thường quan tâm đến ác k c ù h v m c

l k ực ích động Căn cứ ào ải trọng động ác ụng n móng người ta chia v t t d lêmáy thành hai loại chính:

Nhóm thứ nhất ồm ác áy hoạt động theo chu kỳ Dạng chuyển động

c m n có ủa áy ày thể chuyển động quay đều (các m iáy đ ện, các áy tua m bin,…), chuyển động quay đều g v ắn ới chuyển động qua lại (các áy m có c ơ

c ấu tay quay con trượt, máy ơm, động ơ đốt trong, máy ưa,…), chuyển b c c

động qua lại thực hiện những nhát ập, cái n đ ọ sau cái kia (máy úc và rung đkhu n,…).ô

Nhóm thứ hai gồm ác áy hoạt động kh ng theo chu kỳ Dạng chuyển

động của nhóm áy ày m n có th là chuyển ộng quay không để đ ều, chuyển ộng đqua lại ôkh ng đều (động ơ đ ện, m c i áy c án kim loại,…), cũng có là thể chuyển

động qua lại thực hiện từng nhát ập ôđ kh ng đều (máy úa, thiết nghiền b bịquặng,…)

L ựcquán ính kh ng c n b t ô â ằng ủa ác áy c c m có rôto quay đều thường là

h i hàm đ ều òa Lực quán ính kh ng cân bằng ủa áy t ô c m có c c ơ ấu tay quay thanh truyền là h àm tuần hoàn Những ực l do các m l và m áy ắc áy rung động

d ập khu n truyền n móng ũngô lê c có t ính chu kỳ Những áy m có l t dực ác ụng

không theo chu kỳ ì th ngoài ực ly tâm còn l có những ẫu l k ng ực ích thíchtruyền lên móng Mô men của ữ ẫu l n nh ng ng ực ày ụ thuộc v ph ào gia tốc quay của m áy

c dơ iesel thuộc nhóm áy hoạt động theo chu kỳ, lực quán ính thường m t là c ác

h i h c l àm đ ều òa òn ực quán ính kh ng cân bằng t ô là h àm tuần hoàn Do tính

chất c môủa i trường làm việc h đòi ỏi động ơ áy c m tàu thủy phải được ắp l đặt

trên móng áy m có cđộ ứng ững v cao nên người ta thường l ắp đặt động ơ c trên móng khối

2.2: Thiết lập phương trình vi phân dao động

S yz

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán dao động móng khối

Trong chương 1 ta đã tiến hành nghiên cứu động lực học cơ cấu tay quay con trượt và xác định được phản lực động do động cơ tác động lên móng máy như êtr n hình 2.2

Trong chương này ta sẽ tiến hành tính toán dao động móng máy

Khi tính toán ta giả thiết :

+ Gốc tọa độ của hệ cố định là trọng tâm của móng ở trạng thái cân bằng tĩnh Móng máy và động cơ được xem là cứng tuyệt đối.

+ Tất cả các phản lực động do động cơ tác động lên móng máy đều được thu gọn về trọng tâm của móng máy và được coi là các ngoại lực kích động

+ Các phần tử đàn hồi trong hệ có độ cứng là hằng số theo các phương của hệ tọa độ

+ Điểm tác dụng của các phần tử đàn hồi vào móng là tâm của phần tử (đối với lò xo trụ là tâm khi chịu nén tĩnh)

+ Tham số đặc trương cho khối lượng của móng máy là: Tọa độ của các khối lượng m, các mômen quán tính Jx, Jy, Jz, các mômen quán tính li tâm

Jxy, Jxz, Jyz

Chọn hệ trục tọa độ vuông góc cố định Oξηζ và hệ tọa độ động Sxyz gắn vào vật Thời gian đầu hai hệ trùng nhau, S là trọng tâm của vật Giả thiết dao động nhỏ Các tham số xác định vị trí của vật là 3 dịch chuyển ξs, ηs, ζs

và ba góc quay φx, φy, φz quanh trục đi qua S song song với trục cố định

Động năng của móng khối có dạng:

uix=ξs− yiϕz+ ziϕy

uiz = ζs − ziϕy + ziϕx

Thế năng:

∑

=

++

=

1

2 2

iz

2 x i z 2

4

1

)yx

(ζ

c

)z(

)(

2

1

ϕ ϕ

ϕ ϕ

η ϕ

ϕ ξ

+

−

+

−+

++

i z i s i

i

Qqqq

Tq

và thay vào (2.6)

Ta có phương trình dao động của móng khối:

Mq Bq Cq+  + = f (2.7)Với:

m

mM

JJJ

K1 =∑ciyzi 2 + ∑cizyi2 : Hệ số độ cứng chống xoay theo phương x

K2 =∑cixzi 2 + ∑cizxi2 : Hệ số độ cứng chống xoay theo phương y

K3 =∑ciyxi2 + ∑cixyi2 : Hệ số độ cứng chống xoay theo phương z

Bx = ∑bix: Hệ số cản theo phương x

By = ∑biy: Hệ số cản theo phương y

Bz = ∑biz: Hệ số cản theo phương z

B1 = (∑biyzi2 + ∑bizyi2): Hệ số cản xoay theo phương x

B2 = (∑bixzi2 + ∑bizxi2): Hệ số cản xoay theo phương y

B3 = (∑biyxi2 + ∑bixyi2): Hệ số cản xoay theo phương z

2

Đưa ( 29) về dạng ma trận:

M q B q C q+  + = f (2 ) 30Trong đó:

z

m

m

mM

JJJ

y 0

hB h

K C

Y

Z Nf

t àu thủy đơn giản ơn khi đ àm hao tán h ó h có dạng: