LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chương này giới thiệu các cơ sở lý luận và tính cần thiết thực hiện của đề tài nghiên cứu, các mục tiêu và tóm tắt các kết quả đã đạt được.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ----------------***---------------- LA NGỌC TUẤN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU RUNG RLC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN DỰ THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w . l r c - t nu . e du . v n Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 1 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. La Ngọc Tuấn Tháng 11 năm 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 2 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Lời cám ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học của tôi, 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. Tôi cũng xin cám ơn anh Nguyễn Thuận và các kỹ thuật viên của trung tâm gia công cơ khí TTT Group đã giúp đỡ tôi trong việc gia công, chế tạo các thiết bị thí nghiệm của đề tài này. Tôi xin cám ơn tới Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí chế tạo tr ƣ ờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ thuật Vinh đã tạo điều kiện để tôi đƣợc tham gia và hoàn thành khóa học này. Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ với ngƣời bố kính yêu của tôi - La Ngọc Viện, vì tất cả những gì mà ngƣời đã dành cho tôi. Thêm nữa là em gái tôi La Thị Việt Nga, ngƣời đã đảm nhiệm thay tôi trong quá trình tôi xa nhà để tham gia khóa học này. Tôi cũng muốn nói lời cám ơn tới gia đình bác Chuân - Thứ (Tích L ƣ ơng - Thái Nguyên) đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời gian tôi sống và học tập ở đây. Cuối cùng, tôi xin cám ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp từ tr ƣ ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và tr ƣ ờng Đại học S ƣ Phạm Kỹ thuật Vinh đã hỗ trợ và giúp đỡ trong thời gian học tập của tôi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 3 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Tóm tắt Qua phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc tính động lực học của cơ cấu rung - va đập sử dụng mạch cộng hƣởng RLC, một cơ cấu rung - va đập mới đƣợc cải tiến đã đƣợc thiết kế, chế tạo, vận hành thí nghiệm, phân tích và cho ra các kết quả tích cực hơn hẳn so với tr ƣ ớc đây. Khả năng hiện thực hóa ứng dụng của cơ cấu rung - va đập mới này trong các máy khai thác rung - va đập yêu cầu kích th ƣ ớc nhỏ gọn trở nên hứa hẹn hơn. Cơ cấu đƣợc cải tiến làm việc dựa trên nguyên lý cộng hƣởng trong mạch điện gồm điện cảm và tụ điện mắc nối tiếp. Cơ cấu dao động dựa trên nguyên lý này đã đƣợc Mendrella [1,2] giới thiệu và đƣợc phát triển thành cơ cấu rung - va đập RLC bởi Nguyễn Văn Dự [3]. Tuy nhiên, cơ cấu đƣợc cải tiến trong luận văn này cho phép và khai thác chuyển động của ống dây thay vì chuyển động của lõi sắt nhƣ trong [1,2,3]. Cơ cấu đƣợc thí nghiệm có thể làm dịch chuyển một khối lƣợng trên 6 kg với lực ma sát tăng c ƣ ờng thêm 60 N với vận tốc nhanh gấp 6 lần so với trƣớc đây. Chuyển động tuần hoàn của ống dây đã đƣợc hỗ trợ bằng một hệ lò xo nhằm khai thác đặc tính cộng hƣởng cơ, từ đó có thể nâng cao hiệu năng của hệ thống. Các phân tích động lực học đã cho thấy, khoảng cách va đập, độ cứng của lò xo và điện áp cấp cho ống dây 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 – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 4 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Mục lục Lời cam đoan . 1 Lời cám ơn . 2 Tóm tắt . 3 Mục lục 4 Các ký hiệu viết tắt . 6 Danh mục các hình ảnh 7 Danh mục các bảng, biểu 10 Chƣơng 1: GIỚI THIỆU . 11 1.1. Cơ cấu rung va đập RLC . 11 1.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây 12 1.3. Mục tiêu nghiên cứu . 14 1.4. Các kết quả chính đã đạt đƣợc 14 1.5. Cấu trúc luận văn 15 Chƣơng 2: PHÂN TÍCH CƠ CẤU RUNG RLC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN .17 2.1. Giới thiệu . 17 2.2. Các mô hình rung va đập và hƣớng cải tiến 17 2.2.1. Các cơ cấu rung va đập . 17 2.2.2. Cơ cấu rung - va đập RLC-07 22 2.3. Mô hình và đặc điểm các cơ cấu 24 2.4. Một số đề xuất cải tiến thử nghiệm mới . 27 2.4.1. Cơ sở đề xuất cải tiến 27 2.4.2. Thử nghiệm dùng cảm biến cấp nguồn và lò xo hỗ trợ . 28 2.4.3. Thử nghiệm sử dụng hai ống dây nối tiếp . 29 2.4.4. Thử nghiệm dùng cảm biến cắt nguồn theo vị trí . 30 2.4.5. Khai thác rung động của ống dây 31 2.5. Kết luận 32 Chƣơng 3: CƠ CẤU RUNG VA ĐẬP MỚI . 33 3.1. Giới thiệu . 33 3.2. Nguyên lý làm việc 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 5 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM 3.2.1. Mô hình mô tả cơ cấu 36 3.2.2. Mô hình toán học . 37 3.3. Thiết kế và chế tạo cơ cấu 39 3.3.1. Ống dây và xe mang ống dây . 39 3.3.2. Hệ thống đường ray dẫn hướng . 41 3.3.3. Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng . 43 3.3.4. Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát . 44 3.4. Các thiết bị đo 45 3.4.1. Thiết bị đo chuyển vị 45 3.4.2. Thiết bị đo điện áp, điện cảm, điện dung 45 3.4.3. Thiết bị đo lực 46 3.4.4. Thiết bị thu thập dữ liệu . 49 3.5. Lắp đặt, vận hành thiết bị thí nghiệm . 49 3.6. Kết luận 55 Chƣơng 4: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU MỚI 56 4.1. Giới thiệu. 56 4.2. Mô tả thí nghiệm 57 4.3. Ph ƣ ơng pháp khảo sát thí nghiệm . 59 4.4. Kết quả thí nghiệm . 61 4.4.1. Mức ma sát 4 kg lực . 61 4.4.2. Mức ma sát 6 kg lực . 66 4.5. Động lực học cơ cấu . 70 4.6. Kết luận 75 Chƣơng 5: KẾT LUẬN 76 5.1. Các kết quả chính đã đạt đƣ ợc 76 5.2. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo 77 Tài liệu tham khảo 78 Phụ lục: CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC . 81 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 6 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM 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 thực hiện bởi nghiên cứu này, 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 7 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Danh mục các hình ảnh Hình Hình 2.1. Nội dung Cơ cấu rung Tsaplin . Trang 18 Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm 19 Hình 2.3. Cơ cấu rung va đập đƣợc dùng trong máy đóng cọc đứng (Theo nhà sản xuất ICE) 20 Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm của Lok. . 21 Hình 2.5. Sơ đồ thí nghiệm khai thác rung va đập của Franca. . 22 Hình 2.6. Mô hình cơ cấu rung va đập RLC 07. . 23 Hình 2.7. Lực điện từ Fm của ống dây tác dụng lên lõi sắt. 23 Hình 2.8. Mô hình hóa các cơ cấu rung. . 25 (a) Mô hình cho bánh lệch tâm/cam của Pavlovskaia (b) Mô hình cho nam châm điện của Franca Hình 2.9. Mô hình mô tả cơ cấu RLC 07. . 26 Hình 2.10 Hành trình chuyển động của lõi sắt. 27 Hình 2.11 Hành trình chuyển động của lõi sắt trong phƣơng án đƣa lò xo vào cơ cấu. . 28 Hình 2.12 Hành trình chuyển động của lõi thép theo phƣơng án hai ống dây nối tiếp. . 29 Hình 2.13 Quá trình chuyển động của lõi sắt ở ph ƣ ơng án điều khiển hành trình. . . 30 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu RLC - 09. 34 Hình 3.2 Mô hình cơ cấu rung va đập RLC-09. . 36 Hình 3.3 Ống dây khi đƣợc tháo vỏ ngoài. 40 Hình 3.4 Cơ cấu chuyển động ống dây trong thí nghiệm. 41 Hình: 3.5 Bánh xe trong hệ thống thí nghiệm. . 41 Hình 3.6 Hệ thống đ ƣ ờng ray trong thí nghiệm. 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 8 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Hình 3.7 Sống trƣợt dẫn hƣớng đƣợc lắp trên hệ thống ray. . 42 Hình 3.8 Hệ thống rãnh trƣợt dẫn hƣớng. . 43 Hình 3.9 Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát. . 44 Hình 3.10 Cảm biến vị trí (LVDT). . 45 Hình 3.11 Bộ điều chỉnh điện áp và thiết bị đo. 45 Hình 3.12 Đồng hồ đo điện trở, điện cảm, điện dung OMEGA - HHM30. 46 Hình 3.13 (a) Lực kế, (b)Ph ƣ ơng pháp đo độ cứng lò xo. . 46 Hình 3.14 Đồ thị kiểm tra độ cứng lò xo. . 48 Hình 3.15 Thử nghiệm lò xo. 48 Hình 3.16 Bộ tiếp nhận dữ liệu DAQ USB-6008. . 49 Hình 3.17 Lắp đặt bộ phận chốt chặn khai thác lực va đập (a) khi khai thác va đập từ ống dây, (b) khi khai thác va đập từ lõi sắt. . 51 Hình 3.18 Điều chỉnh lực ma sát giữa tấm trƣợt và hệ rãnh dẫn bằng cách thay đổi khoảng cách S. . 52 Hình 3.19 Lắp đặt LVDT vào cơ hệ. . . 53 Hình 3.20 Kết cấu hệ thống thí nghiệm RLC-09. 54 Hình 4.1 (a) Sơ đồ chi tiết, (b) Hình ảnh của hệ thống thiết bị trong thí nghiệm. . 57 Hình 4.2 Đồ thị chuyển động của cơ cấu RLC-09 trong 3 lần lấy số liệu tại 80V điện áp cấp vào và khoảng va đập 3mm. . 59 Hình 4.3 Đồ thị chuyển động của cơ cấu RLC-09 với 5 khoảng va đập tại 80V điện áp cấp vào. 60 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn lƣợng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 tại các điều kiện làm việc. . 63 Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn lƣợng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-07 tại các điều kiện làm việc. . 64 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn lƣợng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 và cơ cấu RLC-07 tại các điều kiện làm việc 64 Hình 4.7 Đặc tính và hành trình chuyển động của cơ cấu RLC-09 (a) và cơ cấu RLC-07 (b) tại điều kiện tốt nhất cho từng cơ cấu. 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngu yê n h t t p : // www . l r c - t nu . e d u . v n 9 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn lƣợng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây tại các điều kiện làm việc của cơ cấu RLC-09 ở mức ma sát 6kg lực. . . 67 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn lƣợng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây tại các điều kiện làm việc của cơ cấu RLC-07 ở mức ma sát 6kg lực. . . 68 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn lƣợng dịch chuyển sau thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 và RLC-07 tại các điều kiện làm việc ở mức ma sát 6kg lực. . 69 Hình 4.11 Dao động của lõi sắt, ống dây khi chạy tự do và ống dây khi thực hiện va đập sinh công tại điện áp cấp vào 95V (a,c,e) và 110V (b,d,f). . . 71 Hình 4.12 Tần số dao động của lõi sắt, ống dây khi chạy tự do và ống dây khi thực hiện va đập sinh công tại điện áp cấp vào 95V (a,c,e) và 110V (b,d,f). 72 [...]... học Kỹ thuật, trang 88-91, số 74, tháng 11/2009 1.5 Cấu trúc luận văn Luận văn đƣợc chia thành 5 chƣơng với các nội dung chính nhƣ sau Chương 1 trình bày các cơ sở, tính cần thiết thực hiện đề tài Các nghiên cứu tƣơng tự gần đây cũng đƣợc giới thiệu tóm tắt nhằm nêu bật các kết quả đóng góp mới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật. .. bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ rõ, cơ cấu cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu, phát triển để có thể tạo ra lực va đập lớn hơn Một trong những hƣớng phát triển khả dĩ là cải thiện đặc tính động lực học của hệ thống Luận văn này triển khai, hiện thực hóa và xây dựng mô hình thí nghiệm cho hệ... lƣợng dịch chuyển sau thời gian 5 giây (Fms=6kg lực) 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Chương 1 GIỚI THIỆU Chƣơng này giới thiệu các cơ sở lý luận và tính cần thiết thực hiện của đề tài nghiên cứu, các mục tiêu và tóm tắt các kết quả đã đạt đƣợc Cơ cấu rung - va đập khai thác cộng hƣởng trong... rất hạn chế Xuất phát từ nhu cầu kích thƣớc nhỏ gọn cho hệ cơ cấu rung, một cơ cấu rung va đập có kích thƣớc nhỏ gọn đã đƣợc giới thiệu bởi Nguyễn Văn Dự năm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM 2007 [3] Cơ cấu này đƣợc gọi là cơ cấu rung va đập RLC, do đặc tính khai thác khả năng gây rung động và va đập của lõi... cấu cũ vận hành trong cùng điều kiện đƣợc so sánh trực tiếp thông qua chỉ tiêu tốc độ dịch chuyển của hệ thống Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo đƣợc trình bày trong chương 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Chương 2 PHÂN TÍCH CƠ CẤU RUNG RLC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 2.1 Giới thiệu Chƣơng này giới thiệu... cuối cùng của chƣơng, sẽ tóm tắt các kết luận chính 2.2 Các mô hình rung va đập và hướng cải tiến 2.2.1 Các cơ cấu rung va đập Hầu hết các máy rung va đập thƣơng mại hiện nay đều sử dụng mô hình bánh quay lệch tâm do Tsaplin đề xuất năm 1949 [4] (Xem hình 2.1) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Hình 2.1 Cơ cấu... trên cơ cấu bánh lệch tâm rất cồng kềnh Với ý đồ giảm thiểu kích thƣớc và khai thác rung - va đập theo phƣơng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM ngang, cơ cấu cam đã đƣợc sử dụng để tạo ra va chạm với nghĩa là rung động Mô hình này đã đƣợc Lok [12] giải quyết tƣờng minh bằng toán học Dù vậy, cơ cấu này với nhƣợc.. .Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Danh mục các bảng, biểu Bảng Nội dung Trang Bảng 3.1 Số liệu đo đƣợc của các bộ lò xo tạo cộng hƣởng cho ống dây Bảng 4.1 ứng với cácchuyển sau áp (U) và5khoảng va... đƣợc lực cản cao hơn 4 lần so với cơ cấu cũ; tốc độ dịch chuyển của nó cũng đƣợc nâng lên hơn 6 lần Các đóng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM góp mới của nghiên cứu sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong từng chƣơng tiếp theo Dƣới đây là các thành tựu chính mà nghiên cứu này đạt đƣợc: 1 Đã phân tích và khai thác... lực va đập sẽ đƣợc sinh ra Các tính toán cơ bản về lực và dao động của cơ cấu có thể đƣợc tóm tắt nhƣ dƣới đây Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 18 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Động cơ Giá đỡ Lò xo Bánh lệch tâm Điểm va đập Cọc cần đóng Hình 2.2 Sơ đồ cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm Gọi khối lƣợng lệch tâm là m, tốc độ quay của các bánh