Xác định giá trị hệ số độ cứng của khung đẩy máy ủi là cần thiết vì đây là thông số đầu vào quan trọng của bài toán khảo sát động lực học máy ủi. Bài báo đề xuất một giải pháp xác định giá trị hệ số độ cứng dọc của các khung đẩy máy ủi DZ271 thông qua mô phỏng quá trình làm việc của chúng trong phần mềm ANSYS.
NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘ CỨNG DỌC CỦA KHUNG ĐẨY MÁY ỦI PHỤC VỤ BÀI TOÁN KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC DETERMINATION OF THE LONGITUDINAL STIFFNESS COEFFICIENT OF BULLDOZER PUSHING FRAMES FOR DYNAMIC PROBLEMS ThS Nguyễn Thành Thu1, GS,TS Chu Văn Đạt2, TS Trần Quang Dũng2 Trường Sĩ quan Công binh Học viện Kỹ thuật Quân TÓM TẮT Xác định giá trị hệ số độ cứng khung đẩy máy ủi cần thiết thơng số đầu vào quan trọng toán khảo sát động lực học máy ủi Mặc dù vậy, tài liệu chuyên ngành, khơng thể tra cứu giá trị hay tìm cơng thức tính giá trị hệ số độ cứng Nguyên nhân chủ yếu nằm phức tạp đặc điểm hình học kết cấu khung đẩy Bài báo đề xuất giải pháp xác định giá trị hệ số độ cứng dọc khung đẩy máy ủi DZ271 thông qua mô trình làm việc chúng phần mềm ANSYS Từ khóa: Máy ủi, khung đẩy, hệ số độ cứng, hệ số cản, động lực học ABSTRACT It is needed to determine an acceptable value of the stiffness coefficient of DZ271 bulldozer pushing frames for many problems concerning the dynamics of bulldozers But we cannot find any values or formulas for the above stiffness coefficient in specialization materials The reason belong to the complexity in geometry and structure of the pushing frames This paper proposes a solution to determine the value of the longitudinal stiffness coefficient of DZ271 bulldozer pushing frames by simulating their work process in the ANSYS software F Keywords: Bulldozer, pushing frame, stiffness coefficient, damping coefficient, dynamics ISSN 0866 - 7056 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2016 www.cokhivietnam.vn 69 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI GIỚI THIỆU đẩy độ đàn hồi sức cản đó, có tác dụng làm giảm dập tắt phần va chạm Trong trình đào chuyển đất truyền trực tiếp từ chướng ngại lên thân máy Để máy ủi, đặc biệt máy ủi làm việc điều kể đến tác dụng kết hợp với tính đàn hồi vốn kiện rừng núi, việc va chạm phải chướng ngại có vật liệu, mơ hình khảo sát động lực gạch đá, bê tông, gốc cây, diễn thường học máy ủi hình 1, sử dụng cặp lò xo xuyên Điều làm phát sinh tải trọng động – Giảm chấn có hệ số độ cứng hệ số cản tương tác dụng lên phận máy mà hậu tất ứng k2 c2 yếu cố hỏng hóc rút ngắn tuổi thọ chúng Vấn đề nêu đặt nhu Do đặc điểm hình học kết cấu cầu khảo sát động lực học máy ủi có khung đẩy tương đối phức tạp nên nhằm đề xuất giải pháp giảm tải trọng động tài liệu chuyên môn sức bền vật liệu hay máy tác động lên phận máy xây dựng, khơng có cơng thức lập sẵn để xác định giá trị (gần đúng) đại lượng k2 c2 Mơ hình động lực học máy ủi DZ271, thông qua thông số hình học vật liệu loại máy ủi quan tâm khảo sát khung đẩy Trong đó, muốn khảo sát động báo, thể hình lực học máy ủi, định phải biết z giá trị hai thông số v D Jtd C Mbs q4 o x0 q1 E mG.g A A' PK Pxl mT.g B c1, k1 F N H q3 K m K g c2, k2 PF Pd(t) I q2 M x Hình Mơ hình động lực học máy ủi với khung đẩy FK Xuất phát từ yêu cầu trên, tác giả báo đề xuất phương án khả thi để xác định giá trị gần k2 thông qua việc mơ q trình làm việc khung đẩy phần mềm ANSYS Còn giá trị c2 xác định thực nghiệm lấy theo kinh nghiệm không đề cập đến Trong mơ hình này, hai khung đẩy FK (mỗi bên chiếc) có dạng khuỷu, đầu khuỷu liên kết với khung gầm máy ủi khớp lề F, đầu liên kết với lưỡi ủi khớp lề K Đầu khuỷu thiết kế lệch tâm khoảng e so với đường truyền lực tác dụng, kết cấu đầu khuỷu nhỏ thuôn dần để giảm ứng suất tập trung Để tăng cường độ cứng vững, phía đầu khuỷu hàn gân hình lăng trụ tam giác Kết cấu kích thước khung đẩy nằm bên phải máy ủi DZ271 biểu diễn hình Hai khung đẩy khâu truyền lực chủ yếu từ khối đất đá phía trước lưỡi ủi lên thân máy Kết cấu mô tả tạo cho khung 70 ISSN 0866 - 7056 Hình Kết cấu kích thước khung đẩy máy ủi DZ271 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2016 www.cokhivietnam.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘ CỨNG DỌC CỦA KHUNG ĐẨY 2.1 Trạng thái chịu lực khung đẩy Việc phân tích trạng thái q trình làm việc khung đẩy cho thấy trạng thái chịu lực phức tạp bao gồm kéo, nén uốn Tuy nhiên, trình làm việc, liên kết với lưỡi ủi thân máy, nên trạng thái chịu lực chủ yếu đáng quan tâm khung đẩy trạng thái chịu nén dọc trục hai đoạn AB, CD chịu uốn đoạn khuỷu nối hai đoạn thẳng Trong hai dạng làm việc (nén dọc trục uốn), tính đàn hồi theo phương AB đặc điểm mang tính chủ đạo Điều đặt nhu cầu tự nhiên xác định hệ số độ cứng khung đẩy theo phương AB 2.2 Phương pháp xác định hệ số độ cứng dọc khung đẩy Để kiểm tra mức độ ổn định kết (thể tính chất tuyến tính quan hệ lực chuyển vị), thực việc mơ với nhiều giá trị khác P miền tải trọng làm việc dự kiến máy ủi, sau xác định giá trị tương ứng chuyển vị x so sánh giá trị k2 nhận Để phục vụ cho mục đích đề xuất giải pháp làm giảm tải trọng động tác dụng lên phận máy ủi, thay đổi giá trị thơng số hình học vật liệu thực trình mơ mơ tả Vì lý công nghệ, tác giả báo quan tâm đến việc thay đổi hai thông số mô-đun đàn hồi vật liệu E độ lệch tâm e KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ BÀN LUẬN 3.1 Trường hợp thay đổi lực tác dụng Trong trường hợp này, kích thước hình học giữ ngun biểu Để xác định hệ số độ cứng khung diễn hình mơ-đun đàn hồi vật liệu đẩy theo phương AB (độ cứng dọc), giả E = 2,1x1011Pa Các kết mô định ngàm chặt khung đẩy đầu khuỷu F tác trình bày bảng dụng lực P đầu K (nén tâm đoạn AB) biểu diễn hình Lưu ý rằng, Bảng Độ cứng k2 nhận trường hợp thay dạng đặt lực với trạng thái làm việc đổi lực P giữ nguyên thơng số lại thực tế khung đẩy Với giá trị P xác định, cách mô phần mềm ANSYS, P [N] x [mm] k2 [N/m] nhận chuyển vị x mặt cắt qua điểm K, suy độ cứng dọc k2 khung 80000 0,219200 364963991,8 dựa theo công thức quen biết: 90000 0,246600 364963987,4 100000 0,274000 364963983,9 k2 = P/x (1) 110000 0,301400 364963981,1 120000 0,328800 364963978,7 130000 0,356200 364963976,7 140000 0,383599 364963997,4 150000 0,410999 364963973,4 Hình Sơ đồ đặt lực lên khung đẩy mô Những kết bảng cho thấy, giá trị độ cứng k2 thu gần khơng có sựF ISSN 0866 - 7056 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2016 www.cokhivietnam.vn 71 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI sai khác Điều cho thấy kết mơ tin cậy lấy k2= 365000 kN/m làm giá trị đầu vào cho tính tốn động lực học Kết mơ thể rằng, tác dụng miền giá trị tải trọng khảo sát, khung đẩy làm việc giới hạn đàn hồi lấy ứng xử tuyến tính lò xo k2 phù hợp 3.2 Trường hợp thay đổi độ lệch tâm e 3.3 Trường hợp thay đổi vật liệu Sự thay đổi vật liệu phản ánh qua việc thay đổi mô-đun đàn hồi E Trong trường hợp này, mô-đun đàn hồi E lấy giá trị khác miền dự kiến (1,8 ÷ 2,3)x1011Pa (tương ứng với vật liệu có sẵn) kích thước hình học giữ nguyên biểu diễn hình 2, lực nén giữ cố định giá trị P = 120kN Trong trường hợp này, lực nén giữ giá trị không đổi P = 120kN, mô-đun đàn Các kết mơ trình bày hồi vật liệu lấy cố định giá trị E = 11 bảng 2,1x10 Pa Các kích thước hình học giữ nguyên biểu diễn hình 2, ngoại trừ độ lệch tâm e cho giá trị khác Bảng Xác định độ cứng k2 thay đổi mô-đun đàn hồi E giữ ngun giá trị thơng số lại miền dự kiến trước Các kết mô trình bày bảng Bảng Xác định độ cứng k2 trường hợp thay đổi độ lệch tâm e giữ nguyên giá trị thông số lại e [mm] x [mm] k2 [N/m] 148 153 158 163 168 0,328799 0,335062 0,342602 0,350840 0,360682 364963978,7 358142988,1 350260293,9 342036708,5 332702793,8 Vật liệu 55Si2 60Si2 60SiMn 60Si2Cr 60Si2Ni E [Pa] 1,8x1011 1,9x1011 2,1x1011 2,2x1011 2,3x1011 x [mm] 0,383599 0,363410 0,328800 0,313854 0,300208 k2 [N/m] 312826283,5 330205510,2 364963978,7 382343219,7 399722477,5 Mối quan hệ k2 = k2(E) dựa theo số liệu bảng biểu diễn lên đồ thị có dạng gần đường thẳng Điều hồn tồn phù hợp với kết trình bày giáo trình sức bền vật liệu KẾT LUẬN Nếu áp dụng phép khớp đường cong (như khớp đường cong thực nghiệm), Bài báo đề xuất ý tưởng phương xấp xỉ mối quan hệ k2 = k2(e) theo pháp để xác định hệ số độ cứng dọc k2 hàm số bậc ba với hệ số tương quan 1: khung đẩy máy ủi DZ271 dựa mối quan hệ lực chuyển vị điểm đặt lực, (2) giá trị lực lấy cách tùy ý tư cách thơng số đầu vào, chuyển vị Quan hệ bậc ba mô tả (2) xác định tư cách thông số đầu nhờ phù hợp với quan hệ lực – chuyển vị dầm mô phần mềm ANSYS Việc xác công-xôn chịu uốn tác dụng lực ngang định hệ số độ cứng dọc với nhiều giá trị khác lực nén khẳng định độ tin cậy đầu tự 72 ISSN 0866 - 7056 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2016 www.cokhivietnam.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI phương pháp phù hợp ứng xử tuyến tính lò xo k2 Bài báo đưa kết khảo sát thay đổi độ cứng dọc k2 theo độ lệch tâm e khung đẩy mô-đun đàn hồi E vật liệu Những kết thu cho phép giải toán động lực học máy ủi tốn khác có liên quan. Ngày nhận bài: 17/3/2016 Ngày phản biện: 17/3/2016 Tài liệu tham khảo: [1] Vũ Công Hàm, Trần Quang Dũng (2007); Dao động học, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Khang (2004); Dao động kỹ thuật, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [3] Vũ Thế Lộc, Vũ Thanh Bình (1997); Máy làm đất, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội [4] Hoàng Xuân Lượng, Trần Minh (2003); Sức bền vật liệu Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội [5] Филиппов А.П (1970), Колебания деформируемых систем, М.: Машиностроение ISSN 0866 - 7056 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2016 www.cokhivietnam.vn 73 ... học máy ủi DZ271, thơng qua thơng số hình học vật liệu loại máy ủi quan tâm khảo sát khung đẩy Trong đó, muốn khảo sát động báo, thể hình lực học máy ủi, định phải biết z giá trị hai thông số v... tuyến tính lò xo k2 Bài báo đưa kết khảo sát thay đổi độ cứng dọc k2 theo độ lệch tâm e khung đẩy mô-đun đàn hồi E vật liệu Những kết thu cho phép giải toán động lực học máy ủi tốn khác có liên... cầu tự nhiên xác định hệ số độ cứng khung đẩy theo phương AB 2.2 Phương pháp xác định hệ số độ cứng dọc khung đẩy Để kiểm tra mức độ ổn định kết (thể tính chất tuyến tính quan hệ lực chuyển vị),