Mô hình hóa và tính lực tại các khớp máy xúc khi hoạt động

iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM NGỌC QUANG MÔ HÌNH HÓA VÀ TÍNH LỰC TẠI CÁC KHỚP MÁY XÚC KHI HOẠT ĐỘNG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT 2013 iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa………………………………………………………………….i Lời cam đoan………………………………………………………………….ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu dùng trong luận văn vii Danh mục các chữ viết tắt dùng trong luận văn ix Danh mục các bảng dùng trong luận văn ix Danh mục hình vẽ dùng trong luận văn x MỞ ĐẦU …1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. Máy xúc thủy lực một gầu 4 1.1.1. Đặc điểm cấu tạo và điều khiển hoạt động của máy xúc một gầu dẫn động thủy lực 4 1.1.2. Xu hướng phát triển hoàn thiện của máy xúc …………… 13 1.2. Quá trình động lực học của máy xúc một gầu dẫn động thủy lực 15 1.3. Tổng quan các nghiên cứu về máy xúc thủy lực 16 CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH ĐÀO ĐẤT CỦA MÁY XÚC THỦY LỰC MỘT GẦU 19 2.1. Xây dựng mô hình vật lý mô tả động lực học quá trình đào đất của máy xúc 19 2.1.1. Quá trình đào đất của máy xúc 19 v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.2. Các giả thiết khi xây dựng mô hình 22 2.1.3. Mô hình vật lý khảo sát động lực học quá trình đào đất 24 2.2. Xây dựng mô hình toán quá trình chuyển động của máy xúc trong quá trìnhđào đất. 27 2.3. Xây dựng mô hình toán phản lực tại các khớp liên kết: 37 2.4. Xây dựng bộ thông số đầu vào để khảo sát mô hình toán quá trình động lực học máy xúc 41 2.4.1. Áp dụng kỹ thuật máy tính xây dựng mô hình 3D máy xúc thủy lực……………………………………………………………………….41 2.4.2. Xác định bộ thông số đầu vào cho bài toán khảo sát 44 CHƢƠNG 3. KHẢO SÁT MÔ HÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY XÚC BẰNG PHƢƠNG PHÁP SỐ 47 3.1. Khảo sát mô hình toán phản lực trong các khớp liên kết của TBCT máy xúc 47 3.2. Thuật toán khảo sát mô hình toán quá trình động lực học của máy xúc bằng phương pháp số 49 3.3. Kết quả khảo sát mô hình toán quá trình động lực học của máy xúc bằng phương pháp số 51 3.3.1. Kết quả khảo sát về động học 51 3.3.2. Kết quả khảo sát về động lực học 54 3.4. Mô hình hóa quá trình động lực học, và lực liên kết trong các khớp của máy xúc bằng Matlab-Simulink 56 3.4.1. Giới thiệu về Matlab-Simulink……………………………… 55 3.4.2. Mô hình hóa bằng Matlab-Simulink………………………… 56 vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.4.3. Kết quả khảo sát bằng Matlab-Simulink……………………….61 3.5. Kiểm nghiệm kết quả khảo sát quy luật phản lực trong các khớp liên kết của TBCT máy xúc bằng mô phỏng 63 3.5.1. Xây dựng mô hình trên phần mềm ADAMS. 63 3.5.2. Kết quả mô phỏng động học 67 3.5.3. Kết quả mô phỏng động lực học 71 3.6. Vận dụng kết quả nghiên cứu cho thiết kế và khai thác vận hành máy xúc 75 3.6.1. Vận dụng kết quả nghiên cứu cho thiết kế. 75 3.6.2. Khuyến cáo sử dụng thiết bị thực hiện quá trình đào đất 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 1: CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN LỰC TRONG KHỚP 81 vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Tên gọi Đơn vị m 1 Khối lượng cần máy kg m 2 Khối lượng tay gầu kg m 3 Khối lượng gầu và đất trong gầu kg q 1 Góc quay của cần máy rad q 2 Góc quay của tay gầu rad q 3 Góc quay của gầu rad F t Lực cản đào theo phương tiếp tuyến N F n Lực cản đào theo phương pháp tuyến N M 1 Mô men dẫn động cần máy Nm M 2 Mô men dẫn động tay gầu Nm M 3 Mô men dẫn động gầu xúc Nm M 01 Mô men trong khớp chân cần Mm R 12 Phản lực trong khớp chân cần N M 12 Mô men trong khớp liên kết cần và tay gầu Mm R 12 Phản lực trong khớp liên kết cần và tay gầu N M 23 Mô men trong khớp liên kết tay gầu và gầu Mm R 23 Phản lực trong khớp liên kết tay gầu và gầu N B,b Chiều rộng của gầu (chiểu rộng phoi cắt) m h Chiều dày phoi cắt m viii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn  1 Hệ số ảnh hưởng đến lực cản pháp tuyến k 1 Hệ số lực cản cắt của gầu đào KN/m 2 l 1 Kích thước liên kết của cần máy m l 2 Kích thước liên kết của tay gầu m l 3 Kích thước liên kết của gầu m a 1 Chiều dài kết cấu của cần máy m α 1 Góc kết cấu của cần máy Rad a 2 Chiều dài kết cấu của tay gầu m α 2 Góc kết cấu của tay gầu Rad a 3 Chiều dài kết cấu của gầu m α 3 Góc kết cấu của gầu Rad ix Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải Ghi chú ĐH Động học ĐLH Động lực học TBCT Thiết bị công tác DANH MỤC CÁC BẢNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN TT Bảng Tên gọi Trang 1 Bảng 2.1 Hệ số lực cản cắt đối với gầu đào 22 2 Bảng 2.2 Các thông số liên quan đến mô hình khảo sát 45 x Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Các loại máy xúc một gầu và các dạng thiết bị tích hợp 5 Hình 1.2 Bố trí chung máy xúc thủy lực 6 Hình 1.3 Kết cấu cần máy xúc thủy lực 9 Hình 1.4 Kết cấu tay gầu máy xúc thủy lực 10 Hình 1.5 Kết cấu liên kết tay gầu với gầu và cơ cấu 4 khâu của máy xúc 12 Hình 1.6 Các khâu động lực học trong quá trình công tác của máy xúc 15 Hình 2.1 Các thông số của quá trình cắt 20 Hình 2.2 Mô hình vật lý khảo sát động lực học máy xúc thủy lực 24 Hình 2.3 Mô hình vật lý khảo sát động lực học để tính lực trong các khớp của máy xúc 25 Hình 2.4 Mô hình vật lý gầu xúc (khâu 3) tách tự do 39 Hình 2.5 Mô hình vật lý tay gầu (khâu 2) tách tự do 40 Hình 2.6 Mô hình vật lý cần (khâu 1) tách tự do 41 Hình 2.7 Màn hình hiển thị phần mềm Inventor thiết kế chi tiết 42 Hình 2.8 Màn hình hiển thị phần mềm Inventor lắp ghép chi tiết 43 Hình 2.9 Màn hình hiển thị các thông số động học, động lực học của chi tiết 43 Hình 2.10 Mô hình 3D tổng thể của máy xúc Solar 130W-V thiết kế trên Inventor 44 xi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.1 Đào đất bằng phương pháp quay gầu 47 Hình 3.2 Đào đất bằng phương pháp quay tay gầu 48 Hình 3.3 Đào đất bằng phương pháp kết hợp 49 Hình 3.4 Sơ đồ khối chương trình tính toán động lực học thiết bị công tác của máy xúc trong quá trình đào đất 50 Hình 3.5 Góc quay của cần máy theo thời gian 51 Hình 3.6 Góc quay của tay gầu theo thời gian 51 Hình 3.7 Góc quay của gầu xúc theo thời gian 52 Hình 3.8 Vận tốc góc của cần máy theo thời gian 52 Hình 3.9 Vận tốc góc của tay gầu theo thời gian 52 Hình 3.10 Vận tốc góc của gầu xúc theo thời gian 53 Hình 3.11 Gia tốc góc của cần máy theo thời gian 53 Hình 3.12 Gia tốc góc của tay gầu theo thời gian 53 Hình 3.13 Gia tốc góc của gầu xúc theo thời gian 54 Hình 3.14 Giá trị áp lực trong khớp tay gầu-gầu xúc theo thời gian 54 Hình 3.15 Giá trị mô men trong khớp tay gầu-gầu xúc theo thời gian 54 Hình 3.16 Giá trị áp lực trong khớp cần-tay gầu theo thời gian 55 Hình 3.17 Giá trị mô men trong khớp cần-tay gầu theo thời gian 55 Hình 3.18 Giá trị áp lực trong khớp chân cần theo thời gian 55 Hình 3.19 Giá trị mô men trong khớp chân cần theo thời gian 56 Hình 3.20 Sơ đồ cấu trúc hộp công cụ Simulink 57 xii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.21 Mô hình phần tử M11,M12,M21 58 Hình 3.22 Mô hình các phần tử M13, M31,M23, M32, M33 58 Hình 3.23 Mô hình phần tử H1 59 Hình 3.24 Mô hình phần tử H2 59 Hình 3.25 Mô hình phần tử H3 60 Hình 3.26 Mô hình các phần tử 1  , 2  , 3  60 Hình 3.27 Mô hình các phần tử 1 Q , 2 Q , 3 Q 60 Hình 3.28 Mô hình phần tử 1 q  61 Hình 3.29 Mô hình phần tử 2 q  61 Hình 3.30 Mô hình phần tử 3 q  61 Hình 3.31 Mô hình khảo sát động lực học máy xúc 62 Hình 3.32 Chuyển vị của khâu 2, khâu 3, khâu 4 62 Hình 3.33 Vận tốc quay của khâu 2, khâu 3, khâu 4 62 Hình 3.34 Gia tốc quay của khâu 2, khâu 3, khâu 4 62 Hình 3.35 Mô phỏng kiểm nghiệm máy xúc Solar 130w-v 63 Hình 3.36 Màn hình mở file 3D*.stp trên ADAMS 64 Hình 3.37 Gắn các khớp liên kết của mô hình trên ADAMS 65 Hình 3.38 Gán vật liệu cho các chi tiết của mô hình trên ADAMS 65 Hình 3.39 Đặt các chuyển động, lực dẫn động trên ADAMS 66 Hình 3.40 Chọn bước và thời gian khảo sát mô hình trên ADAMS 66 Hình 3.41 Màn hình xử lý kết quả trên ADAMS 67 [...]... c phõn ra cỏc loi lc chớnh sau: 1) Lc cn khi ct t - ký hiu Pct; 2) Lc cn khi chuyn dch khi phoi t phớa trc dng c ct c to ra trong quỏ trỡnh ct - ký hiu l PF; S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 21 3) Lc cn sinh ra trong quỏ trỡnh a t vo gu, dng c ct t cha gi t hay chuyn dch khi phoi t ú lờn phớa trc - ký hiu l Pch Ngoi ra khi tớnh lc cn ct ca t, do dung c ct t tip... thy lc Thit b cụng tỏc ca mỏy gm: cn (2) cú hai u c lp vi sn quay v tay gu (5) nh khp tr; xi lanh cn (3) dựng iu khin vic nõng h cn; tay gu (5) l ni gỏ lp v iu khin hot ng ca gu; xi lanh tay gu (4) dựng iu khin vic co dui tay gu; gu xỳc (7) thng c lp thờm cỏc rng gim lc cn ct t, iu khin hot ng ca gu c thc hin nh xi lanh gu (6) Quỏ trỡnh thi cụng bng mỏy xỳc rt a dng v phc tp B cụng tỏc ca mỏy trong... gu nghiờn cu lc ti cỏc khp mỏy xỳc khi hot ng, ta chn i tng nghiờn cu l mỏy xỳc thy lc mt gu õy l loi mỏy xỳc ph bin ang c ng dng rng rói trong thc t hin nay Trc ht ta cn nghiờn cu cỏc c im chung v cu to, iu khin, hot ng v cỏc quỏ trỡnh ng lc hc ca mỏy xỳc thy lc mt gu lm c s cho vic tớnh toỏn v mụ hỡnh húa ỏp lc ti cỏc khp khi mỏy xỳc hot ng 1.1.1 c im cu to v iu khin hot ng ca mỏy xỳc mt gu dn ng... in, h thng ỏnh la, h thng khi ng, h thng chiu sỏng, ốn tớn hiu, h thng o lng v kim tra, thit b lau kớnh, iu hũa nhit , h thng thụng tin liờn lc, vụ tuyn Mỏy thng lm vic nn t thp hn mt bng ng ca mỏy (cng cú nhng trng hp mỏy lm vic ni cao hn, nhng nn t mm v ch cú xy lanh quay gu ct) Sau khi a mỏy n v trớ lm vic, phi to v trớ mỏy thun tin cho vic o xỳc v m bo n nh ca mỏy khi lm vic Mỏy lm vic theo... http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 - Hon thin h thng dn ng thy lc, s dng h iu khin inin t gúp phn nõng cao s lm vic n nh ca h thng; - Tng tớnh t ng iu khin v tớnh thun tin s dng ca mỏy 1.2 Quỏ trỡnh ng lc hc ca mỏy xỳc mt gu dn ng thy lc Mỏy o mt gu dn ng thy lc l mt h thng c hc phc tp, gm cỏc khõu ng lc hc hon chnh, cỏc khõu nm trong s tng tỏc ng lc hc khi thc hin quỏ trỡnh cụng tỏc bao gm: ng c - h thy lc b dn ng... liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 20 Hỡnh 2.1 Cỏc thụng s ca quỏ trỡnh ct trong ú: P01 - lực cản tiếp tuyến; P02 - lực cản pháp tuyến; V - vận tốc cắt: vận tốc chuyển dời của dụng cụ cắt trong nền đất; - góc cắt, = +; - góc sau; - góc sắc của dụng cụ cắt; h - chiều dày của phoi đất Khi xột quỏ trỡnh ct phỏ v t, ta thy thit b lm vic ca mỏy phi vt qua mt tp hp mt s loi lc cn ct ca t... nhng iu kin trờn dn n nhu cu phi t ng húa quỏ trỡnh iu khin mỏy Cú nhiu phng ỏn khỏc nhau iu khin t ng quỏ trỡnh lm vic Vớ d quỏ trỡnh o t ca mỏy o cú cỏc phng ỏn nh: Thay i chiu sõu o theo lc kộo hoc cụng sut ca ng c, thay i vn tc di chuyn lm vic ca mỏy, thay i s vũng quay ca b cụng tỏc, theo qu o o cho trc Thit b di chuyn mỏy xỳc dựng di chuyn mỏy khi thay i v trớ lm vic v di chuyn t ni ny sang ni... (t, ỏ) cú gn cỏc rng gu Dng ca gu cong khi tỏc ng vo lp t ỏ thỡ gim lc cn Cu to ca gu c trỡnh by hỡnh 1.5 Rng gu gm cú 2 phn l phn rng v phn thõn rng hay (li), thõn rng c hn cht (c nh) lờn trờn thnh gu, phn rng c bt cht vo thõn rng bng cỏc cht (dc hoc ngang) S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Rng gu c ch to riờng l vỡ khi lm vic rng cú vai trũ l li ct chớnh,... khi lm vic rng cú vai trũ l li ct chớnh, trc tip tỏc ng vo t, ỏ ct t vỡ vy rng l chi tit b mi mũn nhiu nht, tuy rng ó c ch to t loi thộp chng mi mũn nhng vn b mi mũn do lc ct t l rt ln ma sỏt khi ct t ln Vỡ vy khi rng quỏ mũn ta cú th thay th rng khỏc hay cú th thay th c cm rng v thõn rng m khụng phi thay th gu xỳc Trong quỏ trỡnh lm vic thõn gu cng b mũn ta cng cú th hn thờm cỏc tm thộp hoc cú th thay... vt liu Ngoi ra cú lỳc lm thay cn trc khi lp cỏc ng cp thoỏt nc hay cỏc bỳa úng cc thi cụng múng cc, phc v thi cụng khoan cc nhi - Trong xõy dng thu li: o kờnh mng, no vột sụng ngũi, bn cng, ao h, khai thỏc t p p, p ờ S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 - Trong xõy dng cu ng: o múng khai thỏc t, cỏt p ng, no bt sn i ta luy khi thi cụng ng sỏt sn nỳi - Trong khai . khi n, hoạt động và các quá trình động lực học của máy xúc thủy lực một gầu làm cơ sở cho việc tính toán và mô hình hóa áp lực tại các khớp khi máy xúc hoạt động. 1.1.1. Đặc điểm cấu tạo và. tạo và hoạt động của máy xúc, từ đó xây dựng mô hình hình học của một loại máy xúc thường gặp là máy xúc thủy lực một gầu. Đặt lực, xây dựng các mô hình vật lý và mô hình toán học. Khảo sát mô. xúc thủy lực 24 Hình 2.3 Mô hình vật lý khảo sát động lực học để tính lực trong các khớp của máy xúc 25 Hình 2.4 Mô hình vật lý gầu xúc (khâu 3) tách tự do 39 Hình 2.5 Mô hình vật lý