Nghiên cứu động lực học của máy san thi công trong điều kiện việt nam tt

Hướng phát triển đề tài: Mặc dù luận án giải cách nhiệm vụ đặt ra, tốn khảo sát thơng số động lực học máy san nhằm tìm thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất q trình làm việc máy san cịn số đề cần tiếp tục giải phát triển Cụ thể sau: Tiếp tục thu thập xử lý mẫu đất khu vực khác để bổ sung hoàn thiện số liệu tính chất lý tính loại đất tỉnh trung du, miền núi phía Bắc Việt Nam Tiếp tục mở rộng số lượng thơng số khảo sát, xác hóa số liệu thông số khảo sát để toán khảo sát động lực học máy san q trình làm việc xác đem lại hiệu cao trình san phẳng bề mặt đường Trên sở kết tốn khảo sát thơng số làm việc máy san q trình làm việc, hướng đến việc hoàn thiện hệ thống điều khiển máy san Khi hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh, thay đổi thông số làm việc trình làm việc máy san để đạt độ phẳng bề mặt đường đất tốt 24 MỞ ĐẦU Hiện nay, thi cơng cơng trình giao thơng khối lượng công việc làm đất quan trọng nặng nhọc chiếm tới gần 50% so với tổng khối lượng cơng trình Do việc giới hố cơng tác làm đất có vai trị quan trọng, làm giảm nhẹ sức lao động người với công việc nặng nhọc, rút ngắn thời gian thi cơng, hạ giá thành cơng trình mà bảo đảm tiến độ nâng cao chất lượng cơng trình Máy san thuộc nhóm máy đào chuyển đất, sử dụng để đào cắt đất, san phẳng bề mặt đường, để chuẩn bị cho công đoạn thi công đường cơng trình khác Độ phẳng bề mặt đường đất sau trình san phụ thuộc nhiều vào thông số làm việc máy như: Vận tốc di chuyển máy, chiều sâu cắt, góc cắt, số lần san …Chính u cầu cấp bách đặt phải khảo sát ảnh hưởng thông số làm việc đến độ phẳng bề mặt đường đất điều kiện thi công Việt Nam Như vậy, đề tài “Nghiên cứu động lực học máy san thi công điều kiện Việt Nam” có ý nghĩa khoa học tính thực tiễn việc nghiên cứu trình tương tác lưỡi san với đất điều kiện thi công Việt Nam, ảnh hưởng mấp mô tự nhiên mặt đường đất, ảnh hưởng hệ thống xy lanh thủy lực nâng hạ lưỡi san Từ hướng tới việc khảo sát ảnh hưởng thông số làm việc đến độ phẳng bề mặt đường đất trình san Căn vào kết khảo sát đề xuất thông số làm việc hợp lý nhằm nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất sau trình san điều kiện thi cơng Việt Nam Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu động lực học máy san trình làm việc Từ khảo sát, tính tốn xác định thông số làm việc hợp lý máy nhằm nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất sau q trình san điều kiện thi cơng Việt Nam Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tập trung vào việc xây dựng mơ hình động lực học máy san trình làm việc Thiết lập hệ phương trình vi phân, giải khảo sát, đánh giá ảnh hưởng thông số làm việc như: Vận tốc cắt, chiều dày phoi cắt, góc cắt, số lần san,… đến độ phẳng bề mặt đường đất điều kiện thi công Việt Nam Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành Trung tâm huấn luyện 125, Học viện Kỹ thuật quân Vĩnh Phúc Q trình thí nghiệm sử dụng trang thiết bị, máy móc đại, đạt tiêu chuẩn để xác định giá trị số thông số đầu vào đầu So sánh kết thực nghiệm với kết tính tốn lý thuyết, từ kiểm chứng đắn mơ hình tốn phương pháp tính tốn lý thuyết Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án máy san loại DZ-122 Nghiên cứu tương tác thiết bị công tác máy với đất điều kiện thi công Việt Nam Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp, kết hợp chặt chẽ nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm: Về phương pháp lý thuyết: Luận án sử dụng phương trình Lagrang loại II để lập hệ phương trình vi phân chuyển động cho hệ Sau tiến hành giải, khảo sát, đánh giá ảnh hưởng thông số làm việc cần quan tâm như: Vận tốc cắt, chiều dày phoi cắt, góc cắt, số lần san,… đến độ phẳng bề mặt đường đất điều kiện thi công Việt Nam Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng phương án thực nghiệm để xác định giá trị số thông số đầu vào đầu So sánh kết thực nghiệm với kết tính tốn lý thuyết, từ kiểm chứng đắn mơ hình tốn phương pháp tính tốn lý thuyết Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: - Luận án giải toán phức tạp học, tốn khảo sát thơng số làm việc máy san làm việc điều kiện địa hình đất tỉnh phía Bắc Việt Nam - Luận án giải hàng loạt vấn đề có liên quan như: Xác định tính chất lý đặc trưng đất tỉnh phía Bắc Việt Nam, xây dựng mơ hình động lực học, thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động, giải khảo sát ảnh hưởng thông số làm việc đến độ phẳng bề mặt đường đất trình san Căn vào kết khảo sát đề xuất thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất trình san Ý nghĩa thực tiễn: - Những kết nghiên cứu luận án sở thực tiễn để định hướng việc cải tiến số hệ thống, phận, đặc biệt hệ thống điều khiển cấu công tác máy san DZ-122 nhằm nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất, tiết kiệm lượng, giảm chi phí nâng cao hiệu sử dụng máy - Luận án sử dụng làm tài liệu tham khảo cho trình đào tạo đại học, sau đại học ngành Cơ khí động lực (KT Xe máy công binh) Kết thực nghiệm thể tương đồng cao kết tính toán lý thuyết kết thực nghiệm Sự tương đồng hai kết gợi ý sử dụng cơng thức tính tốn tổng lực cản cắt đất thiết lập lý thuyết đưa vào hệ số hiệu chỉnh thích hợp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan môi trường đất đặc điểm cấu tạo máy san 1.1.1 Tổng quan môi trường đất Về cấu trúc đất tự nhiên, theo [9, 10,], coi đất vật liệu đa nguyên, tồn ba dạng: Kết cấu hạt đơn, kết cấu tổ ong kết cấu tuyết Cấu tạo đất gồm: Các hạt rắn (hạt khống vật) có kích thước khác xếp cách rời rạc, gắn kết với lực liên kết, tạo nên thể tích rỗng hạt, thể tích rỗng chứa chất lỏng khơng khí, chất lỏng, khơng khí Đất mơi trường đa vật thể, có đặc tính lý tuỳ thuộc vào q trình phong hố đá gốc Đặc tính thay đổi theo tác động KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung: Luận án giải cách nhiệm vụ đề với kết thu sau: Giới thiệu đặc điểm cấu tạo máy san nói chung máy san DZ-122 nói riêng Đã phân tích tình hình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến toán động lực học máy san q trình làm việc, từ nêu lên tính cấp thiết đề tài Đã xây dựng mơ hình khảo sát động lực học máy san DZ-122 trình làm việc đất điều kiện thi công Việt Nam Liên quan đến mơ hình khảo sát, luận án sử dụng số giả thiết để xây dựng mô hình, xác định giá trị thơng số đầu vào mơ hình Đã thiết lập cơng thức tính tổng lực cản cắt đất q trình máy san làm việc môi trường đất Việt Nam Đã tiến hành thực nghiệm để xác định thông số lý đất khu vực tỉnh Vĩnh Phúc tương đương đất số tỉnh trung du, miền núi phía Bắc Việt Nam Đã xác định mấp mô dạng tự nhiên bề mặt đường đất, xác định lực kéo, quy luật thay đổi tổng lực cản cắt đất, xác định chuyển vị, vận tốc, gia tốc lưỡi san trình máy làm việc Đã so sánh kết lý thuyết thực nghiệm, kết so sánh thấy có tương đồng lớn Điều chứng tỏ việc xây dựng mơ hình động lực học phương pháp tính tốn lý thuyết tin tưởng sử dụng ta điều chỉnh số thơng số đầu vào xác Đã xây dựng chương trình tính tốn, giải hệ phương trình vi phân chuyển động hệ, đồng thời tiến hành khảo sát ảnh hưởng thông số làm việc đến độ phẳng bề mặt đường đất sau trình máy san làm việc Đã thực tính tốn, khảo sát 205 thơng số làm việc máy để tìm thông số làm việc hợp lý nhằm nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất sau trình san với đặc điểm đất điều kiện thi công Việt Nam sau: - Vận tốc cắt trung bình lưỡi san: Vtb = 1.0 m/s - Chiều sâu cắt đất hợp lý: Lượt san 1: htb = 0,1 m; Lượt san 2: htb = 0,04 m; Lượt san 3: htb = 0,03 m - Số lần san: 03 lần - Góc tạo trục dọc máy với lưỡi san: φ = 750 23 * Gia tốc: yếu tố môi trường nhiệt độ, độ ẩm,…, ảnh hưởng lớn đến trình cắt, đào, bốc xúc vận chuyển đất đá máy làm đất 1.1.2 Tổng quan cấu tạo máy san DZ – 122 Cấu tạo chung máy san DZ-122 thể hình 1.8 Đầu máy buồng điều khiển đặt phía sau Máy trang bị di chuyển bánh Từ buồng lái thông qua hệ thống thủy lực để điều khiển thao tác sau: - Nâng hạ lưỡi san; - Đưa lưỡi san sang hai bên máy; - Quay lưỡi để có góc san (góc nghiêng lưỡi san so với trục dọc máy); - Dúi lệch đầu lưỡi san xuống (bên phải trái) Hình 4.26 Đồ thị gia tốc lưỡi san theo tính tốn lý thuyết Hình 4.27 Đồ thị gia tốc lưỡi san theo thực nghiệm Các kết so sánh lý thuyết thực nghiệm có tương đồng cao Điều chứng tỏ phương pháp tính tốn lý thuyết tin cậy Kết luận chương Với nội dung phân tích trên, chương triển khai thực nghiệm thu kết sau: Đã đề xuất phương án tiến hành thực nghiệm, rõ thơng số đo, mục tiêu đo thiết bị phục vụ cho trình đo Đã xác định thông số lý đất khu vực khảo sát độ ẩm, trọng lượng riêng, góc ma sát trong, góc ma sát ngồi, độ chặt,… Những thơng số có quan hệ mật thiết tới cơng thức lý thuyết tính tổng lực cản cắt đất, thông số đầu vào quan trọng toán khảo sát động lực học máy san trình làm việc Đã triển khai thực nghiệm để xác định quy luật thay đổi tổng lực cản cắt đất, chuyển vị, vận tốc, gia tốc lưỡi san theo vận tốc di chuyển máy, chiều dày phoi cắt, độ mấp mô bề mặt đường đất 22 Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo tổng thể máy san DZ-122 1.2 Tổng quan nghiên cứu tương tác cấu công tác máy san với môi trường đất Khái quát lại vấn đề tương tác cấu công tác máy san với môi trường đất sau (theo [31], [32] [41], [42]): Quá trình tương tác TBCT máy làm đất nói chung, tương tác cơng tác máy san nói riêng với đất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Tính chất - lý đất, thơng số hình học kết cấu thiết bị cơng tác (hình dạng, kích thước), động học, động lực học máy q trình làm việc, thơng số phoi đất cắt,… Trong trường hợp chung, tổng lực cản cắt đất có giá trị ln thay đổi, phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm thành phần như: - Lực cản cắt đất; - Lực cản di chuyển phoi đất; - Lực ma sát lưỡi san đất, đất với đất 1.3 Xu hướng phát triển máy san nhằm nâng cao suất chất lượng san phẳng mặt đường 1.4 Tổng quan kết nghiên cứu giới Việt Nam có liên quan đến nội dung luận án Qua nghiên cứu, phân tích số cơng trình ngồi nước liên quan đến tốn động lực học máy san, NCS nhận thấy: Một số cơng trình tập trung vào việc nghiên cứu động lực học máy san trình di chuyển nhằm xác định tác động có hại lên người lái máy ([39], [53]) Tác giả xây dựng mô hình động lực học máy san trình di chuyển Đưa phương pháp làm giảm rung động tác động lên người lái máy, phương pháp dập tắt tác động động lực học lên cabin trình máy di chuyển Tuy nhiên nghiên cứu tác giả xét trường hợp máy di chuyển (lưỡi san nâng lên khỏi đất) coi đường cứng tuyệt đối Chưa xét đến mấp mô tự nhiên bề mặt đường đất Một số cơng trình nghiên cứu tính tốn, thiết kế, hồn thiện kích thước hình học lưỡi san nhằm nâng cao chất lượng san phẳng ([35]) Tác giả xây dựng mơ hình tốn học máy san bao gồm: Máy sở, hệ thống điều khiển, cấu làm việc mặt phẳng dọc ngang, chất lượng bề mặt san lực tác dụng từ đất lên lưỡi san làm việc Quá trình nghiên cứu tác giả xác định ảnh hưởng kích thước hình học lưỡi san đến chất lượng trình san phẳng Từ đề suất giá trị tối ưu chiều dài lưỡi san khoảng cách từ lưỡi san đến cầu trước cầu sau máy Tuy nhiên tác giả chưa xét đến mấp mô tự nhiên bề mặt đường đất tác động xy lanh thủy lực nâng hạ cấu công tác Một số cơng trình tập trung nghiên cứu q trình tương tác máy với mơi trường làm việc khác (các loại vật liệu khác nhau), theo [31, 33], Tác giả phân tích rõ đặc điểm TBCT có ý nghĩa quan trọng định đến chất lượng, hiệu suất làm việc máy Do đó, cần phải vào đối tượng, môi trường làm cụ thể mà lựa chọn hình dạng, thơng số hình học TBCT cho phù hợp Qua phân tích số cơng trình nghiên cứu động lực học máy san ta thấy: Một số cơng trình nghiên cứu nhằm làm giảm tác động có hại đến người lái máy, hồn thiện kết cấu cơng tác, tối ưu giá trị độ cứng giảm chấn xy lanh thủy lực nâng hạ lưỡi san, số cơng trình xét máy san di chuyển Như ta thấy chưa có cơng trình đưa tốn tổng quát, xét đến đầy đủ tính chất động lực học máy san trình làm việc, xét đến đường đất có mấp mơ dạng tự nhiên Các cơng trình chưa khảo sát ảnh hưởng thông số động lực học đến độ phẳng bề mặt đường đất điều kiện thi công Việt Nam Như vậy, đề tài “Nghiên cứu động lực học máy san thi công điều kiện Việt Nam” có ý nghĩa khoa học tính thực tiễn việc nghiên cứu trình tương tác lưỡi san với đất điều kiện thi công Việt Nam, ảnh hưởng mấp mô tự nhiên mặt đường đất, ảnh hưởng Hình 4.23 Đồ thị chuyển vị lưỡi san theo tính tốn lý thuyết - thực nghiệm * Vận tốc: Hình 4.24 Đồ thị vận tốc lưỡi san theo tính tốn lý thuyết Hình 4.25 Đồ thị vận tốc lưỡi san theo thực nghiệm 21 Hình 4.20 Chuyển vị Lưỡi san Hình 4.21 Vận tốc Lưỡi san Hình 4.22 Gia tốc Lưỡi san 4.4.3 So sánh kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm Sau NCS trình bày kết so sánh tính tốn lý thuyết kết nghiên cứu thực nghiệm thông số lưỡi san ứng với giá trị trung bình chiều dày phoi cắt h1 = 0,1m, vận tốc di chuyển trung bình máy 1.0 m/s * Chuyển vị: 20 hệ thống xy lanh thủy lực nâng hạ lưỡi san Từ hướng tới việc khảo sát đề xuất thông số làm việc hợp lý nhằm nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất sau trình san điều kiện thi công Việt Nam 1.5 Kết luận chương Với nội dung phân tích trên, ta đưa số kết luận sau: Đất mơi trường phức tạp, có đặc tính lý khác tùy thuộc vào loại đất, vùng miền Nghiên cứu tổng quan đất cho phép ta xác định tính chất lý Đặc điểm cấu tạo máy san nói chung máy san DZ-122 nói riêng phức tạp có đặc điểm riêng so với loại máy làm đất khác Từ đặc điểm cấu tạo riêng ảnh hưởng đến q trình làm việc máy phần định đến độ phẳng bề mặt đường trình làm việc Quá trình tương tác thiết bị công tác máy san với môi trường đất phức tạp Nó chịu ảnh hưởng tác động nhiều yếu tố như: Thơng số hình học, kết cấu cơng tác, tính chất lý đất Đã có nhiều nghiên cứu ngồi nước liên quan đến tốn động lực học máy san Tuy nhiên cơng trình nghiên cứu chưa xét đến toán tổng quát có tính đến đồng thời yếu tố động lực học máy san làm việc, xét đến đất có dạng mấp mơ tự nhiện, xét đến ảnh hưởng xy lanh thủy lực nâng hạ cấu công tác, xét đến đất điều kiện thi công Việt Nam CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY SAN TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC 2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình động lực hoc 2.1.1 Xác định chiều dày phoi cắt 2.1.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn tổng lực cản cắt đất máy san Tổng lực cản cắt đất thông số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến trình cắt đất máy độ phẳng bề mặt đường đất trình san Theo [7], [15], [19], tổng lực cản cắt đất xác định sau: Pd(t) = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 (2.3) Trong trình làm việc coi P2, P3 ≈ lưỡi san quay mặt phẳng ngang tạo với trục dọc máy góc φ Góc φ gọi góc quay lưỡi san mặt phẳng ngang Khi tổng lực cản cắt đất xác định lại sau: Pd(t) = P1.Sin φ + P4.Sin φ + P5.Sin φ + P6.Cos φ (2.5) Sơ đồ lực tác dụng lên lưỡi san biểu diễn hình 2.4 T Pms N Pd(t) P5 h(x) P4 d hp Gd P1 Hình 2.4 Sơ đồ chi tiết lực tác động lên lưỡi san cắt chuyển đất thực tế tính toán Theo [15], [19], [37], [38], ta xác định thành phần lực sau: Lực cản cắt đất P1:   b htb  x .  q1 tg     Sin  Cos  Sin    P1  k v g Sin    N  (2.7) Lực cản di chuyển khối đất lăn trước lưỡi san P4: t P4   f1.B q1 Sin . h  x dt (2.9) N Lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía lưỡi san P5: t P5 = γ.f2.Sinφ.Cos2δ B q1 h  x dt  (2.12) Lực ma sát sinh đất trượt dọc lưỡi san P6: t p6  1.  B.q 1.Cos   h x  dt (2.14) Thay công thức vào tổng lực cản cắt đất ta được: x Pd(t)  kv t b.h x    q 1.tg   sin  cos  Sin    f1.B.q 1.Sin   h x  dt  g sin     t (2.15) Nhìn vào bảng giá trị ta thấy thơng số: Vận tốc trung bình lưỡi san V5 = m/s; Góc tạo lưỡi san trục dọc máy 31 = 750; Giá trị chuyển vị trung bình lưỡi san 10,11 cm Là giá trị chuyển vị nhỏ tất thơng số Vì ta chọn thơng số thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất sau q trình san NCS đề suất thơng số làm việc hợp lý máy san nhằm nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất sau trình san sau: - Vận tốc cắt trung bình lưỡi san: Vtb = 1.0 m/s - Chiều sâu cắt đất hợp lý: Lượt san 1: htb = 0,1 m; Lượt san 2: htb = 0,04 m; Lượt san 3: htb = 0,03 m - Số lần san: 03 lần - Góc tạo trục dọc máy với lưỡi san: φ = 750 Kết luận chương Từ kết trình bày trên, ta kết luận số nội dung đạt chương sau: Đã lựa chọn xây dựng chương trình tính tốn, giải hệ phương trình vi phân máy san trình làm việc Đưa thông số đầu vào, thông số kết cấu máy…để phục vụ cho việc giải hệ phương trình vi phân Đưa kết giải hệ phương trình vi phân dạng đồ thị: Chuyển vị, vận tốc, gia tốc máy lưỡi san trình làm việc Đã khảo sát ảnh hưởng yếu tố như: vận tốc di chuyển, chiều sâu cắt đất, góc ơm,.…đến tổng lực cản cắt đất trình làm việc Đã khảo sát thông số làm việc ảnh hưởng đến độ phẳng bề mặt đường đất sau trình san Căn vào kết khảo sát đưa thơng số làm việc hợp lý máy nhằm nâng cao độ phẳng bề mặt đường đất sau trình san điều kiện thi cơng Việt Nam CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích thông số đo 4.2 Trang thiết bị thực nghiệm 4.3 Các bước tổ chức thực nghiệm 4.4 Kết thực nghiệm 4.4.1 Quy luật thay đổi lực cản cắt đất 4.4.2 Kết chuyển vị, vận tốc, gia tốc lưỡi san máy làm việc t  f Sin  cos  B.q 1. h x  dt  1.2  B.q 1.Cos   h x  dt 0 19 Lượt san 2: v5 = 1.0 m/s; φ31 = 750; h2 = cm; Lượt san 3: v5 = 1.0 m/s; φ31 = 750; h3 = cm Sau lượt san dừng san Kết khảo sát sau: t  b.h   q 1.tg   sin  cos   x Pdy   kv   f1  f cos   1. Cos    B.q 1. h x dt  cos  g sin         t  b.h   q 1.tg  2 sin  cos    x Pdz   kv   f1  f cos2   1.2 Cos    B.q 1. h x dt  ctg g sin         Hình 3.26 Kết khảo sát chế độ v5, φ31, hi 3.4.3 Kết thông số hợp lý: Ta xét 52 trường hợp đạt độ phẳng sau 03 lần san Bởi số lần san tăng chi phí nhiên liệu, chi phí nhân công, thời gian thi công,…, tăng lên Giá trị Bộ Giá trị Bộ Giá trị Bộ Giá trị Bộ thông chuyển thông chuyển thông chuyển thông chuyển số vị số vị số vị số vị  V1 V2 10,36 10,51 10,55 10,34 V  V    V1 10,51 V3 10,42 V4 10,23 V5 10,32 V1 10,47 V3 10,51 V4 10,52 V5 10,31 V1 10,33 V3 10,48 V4 10,29 V5 10,50 V1 10,56 V3 10,55 V4 10,38 V5 10,46 V2 10,39 V3 10,57 V4 10,50 V5 10,29 V2 10,27 V3 9,53 V4 10,39 V5 10,47 V2 10,38 V3 10,58 V4 10,48 V5 10,11 V2 10,59 V3 10,43 V4 10,53 V5 10,45 V2 10,41 V3 10,51 V4 10,31 V5 10,57 V2 10,57 V3 10,35 V5 10,42 V5 10,51 V2 10,29 V4 10,31 V5 10,51 V5 10,51 V2 10,58 V4 10,58 V5 10,47 V5 10,53 18 2.1.3 Xác định độ mấp mô tự nhiên bề mặt đường đất Trong thực tế mấp mô bề mặt đường đất không tuân theo hàm xác định trước mà chúng hoàn toàn đại lượng tự nhiên Được xác định thực nghiệm 2.1.4 Xác định hệ số đàn hồi, hệ số cản nhớt tương đương lốp đất 2.2 Xây dựng mơ hình động lực học máy san q trình làm việc 2.2.1 Lựa chọn mơ hình nghiên cứu Mơ hình nghiên cứu lựa chọn gồm khâu, khâu đất, khâu cầu sau, khâu khung vỏ cabin, khâu cấu lưỡi san, khâu cầu trước 2.2.2 Các giả thiết xây dựng mơ hình động lực học Các giả thiết xây dựng mô hình động lực học máy san trình làm việc sau: - Khối lượng xe phân bố đối xứng qua mặt phẳng dọc; trục bánh xe có phương song song với trục Oy; - Phần khối lượng treo coi cứng tuyệt đối, quy khối lượng m0 Mơmen qn tính khối lượng m0 với trục dọc qua trọng tâm Jox, mơmen qn tính trục ngang qua trọng tâm Joy; - Phần khối lượng không treo coi cứng tuyệt đối có khối lượng tương ứng cầu sau cầu trước m1, m2; mơmen qn tính trục dọc qua trọng tâm tương ứng J1x, J2x; - Bỏ qua nguồn kích thích dao động máy, ảnh hưởng trượt bánh xe; bỏ qua lực cản khơng khí máy di chuyển với tốc độ thấp; - Mặt đất trình làm việc cân bên bánh lốp cầu sau có dạng mấp mơ tự nhiên, xác định từ thực nghiệm; - Trong trình làm việc lốp bên trái bên phải máy san có độ cứng, biến dạng giống tiếp xúc với mặt đất; - Máy san ln chuyển động thẳng q trình làm việc không gặp vật cản lớn, đột ngột; lưỡi san coi sắc tuyệt đối; 2.2.3 Lựa chọn hệ tọa độ * Hệ tọa độ cố định: Chọn hệ trục tọa độ đề Oxyz cố định gắn với mặt đất, gốc tọa độ trùng với vị trí ban đầu trọng tâm máy san, trục Oz theo phương thẳng đứng, trục Ox theo phương dọc thân máy trục Oy theo phương vng góc với thân máy * Hệ tọa độ động: Hệ tọa độ động đặt trọng tâm khâu hệ, có trục song song với trục hệ tọa cố định - Dịch chuyển khối lượng treo m0 bao gồm: z0: Chuyển vị theo phương thẳng đứng; o: Chuyển vị góc khung xe quanh trục Oy; o: Chuyển vị góc khung xe quanh trục Ox; - Dịch chuyển khối lượng không treo cầu sau m1 bao gồm: Z1: Chuyển vị thẳng đứng; 1: Chuyển vị góc cầu sau quanh trục Ox; - Dịch chuyển khối lượng không treo cầu trước m2 bao gồm: Z2: Chuyển vị thẳng đứng; 2: Chuyển vị góc cầu trước quanh trục Ox; - Dịch chuyển khối lượng treo cấu công tác m3 bao gồm:  : Chuyển vị góc lưỡi san khung treo quanh khớp cầu O3 2.2.4 Mơ hình tính tốn dao động máy san Chọn hệ tọa độ suy rộng là: q1 = xo: Dịch chuyển trọng tâm máy san theo phương Ox; q2 = zo: Dịch chuyển trọng tâm thân máy theo phương thẳng đứng; q3 = αo: Góc lắc thân máy mặt phẳng (xOz); q4 = β1: Góc lắc cầu sau mặt phẳng (yOz); q5 = β2: Góc lắc cầu trước mặt phẳng (yOz); q6 =  : Xác định vị trí lưỡi san so với thân máy 2.3 Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động Ta sử dụng phương trình Lagrang loại II để lập phương trình vi phân chuyển động cho hệ Phương trình Lagrang loại II viết theo tọa độ suy rộng có dạng sau:  d  T   T  Π  Φ  Qqi  dt  q i  qi qi q i Trong đó: T: Hàm động hệ; (2.32) Hình 3.20 Kết khảo sát chế độ v2, φ36, hi * Bộ thơng số: v3, φ35, hi ta có kết sau: Lượt san 1: v3 = 0.8 m/s; φ35 = 790; h1 = 10 cm; Lượt san 2: v3 = 0.8 m/s; φ35 = 790; h2 = 3.7 cm; Lượt san 3: v3 = 0.8 m/s; φ35 = 790; h3 = cm Sau lượt san dừng san Hình 3.22 Kết khảo sát chế độ v3, φ35, hi * Bộ thông số: v4, φ41, hi ta có kết sau: Lượt san 1: v4 = 0.9 m/s; φ41 = 850; h1 = 10 cm; Lượt san 2: v4 = 0.9 m/s; φ41 = 850; h2 = cm; Lượt san 3: v4 = 0.9 m/s; φ41 = 850; h3 = 3.5 cm Sau lượt san dừng san Hình 3.24 Kết khảo sát chế độ v4, φ41, hi * Bộ thông số: v5, φ31, hi ta có kết sau: Lượt san 1: v5 = 1.0 m/s; φ31 = 750; h1 = 10 cm; 17 : Hàm hệ; : Hàm hao tán hệ; qi: Các tọa độ suy rộng (i = 1, 2, 3….6); Qqi: Lực suy rộng lực không tác dụng lên hệ 2.3.1 Biểu thức động hệ: 1 T  (m0  m1  m2  m3 )q12  (m0  m1  m2  m3 )q22 2 1  (J0 y  m1 l102  m2 l202  m3 lO2 ).q 32  (J 0x  J1x  J 3x )q 24 2 1  J 2x q 52  m3 l332 q 62  (m1 l10  m2 l20  m3 lO3 )q q 2  m3  q1.l33 sin q6 q  q l33 q cos q6  lO3 l33.q 3.q cos q6  (2.38) 2.3.2 Biểu thức hệ: Thế Π hệ bao gồm trọng lực tác dụng lên khâu lực đàn hồi, chọn gốc mặt đất   m0 g.q2  m1 g.( q2  l10 q3  h10 )  m2 g.( q2  l20 q3  h20 ) b    m3 g.( q2  lO q3  l33 sin q6 )  (c t đ  c t đ ) ( q2  l10 q3  h10 )2  ( s q4 )2    b b      c t đ ( q2  l20 q3  h20 )2  ( t q5 )2   c t đ l342 sin q6  ( xl q4 )2  2     2.3.3 Biểu thức hàm hao tán hệ b b     Φ  (bt đ  bt đ ) (q2  l10 q3 )2  ( s q4 )2   bt đ (q2  l20 q3 )2  ( t q5 )  2       b   bt đ  l34 q6 cosq6    xl q4       (2.49) 2.3.4 Biểu thức lực suy rộng hệ Lực suy rộng tương ứng với tọa độ suy rộng tính sau: Hình 3.19 Sơ đồ thuật tốn khảo sát xác định thơng số làm việc hợp lý 3.4.2 Một số kết khảo sát điển hình * Bộ thơng số: v2, φ36, hi ta có kết sau: Lượt san 1: v2 = 0.7 m/s; φ36 = 800; h1 = 10 cm; Lượt san 2: v2 = 0.7 m/s; φ36 = 800; h2 = 3.5 cm; Lượt san 3: v2 = 0.7 m/s; φ36 = 800; h3 = 2.5 cm Sau lượt san dừng san Q q1 = 4PK -PFs -Pdtx (t)-Pdpx (t)-PTx -2PFt   z z Q q2 = - Pdt (t)+Pdp (t)  Q q3 = Pdtz (t)+Pdpz (t)+PTx q .lO3     B z z Q q4 = - Pdt (t)-Pdp (t)   Q q5   Q = - P x (t).l sinq +P x (t).l sinq -P z (t)l cosq -P z (t)l cosq -P l sinq dt 33 dp 33 dt 33 dp 33 Tx 33  q6      16 (2.52)  2.3.5 Tính tốn thành phần hệ phương trình động lực học Tính tốn thành phần hệ phương trình vi phân ứng với tọa độ suy rộng q1:  T  (m  m1  m  m )q  m l33 q sinq  q   d  T  1  m l33 q 6 sinq  m l33 q 62 cosq  (m  m1  m  m )q    dt q   Π Φ  T  0;  0; 0  q1 q q1 (2.53) Với tọa độ suy rộng q2: Hình 3.17 Đồ thị vận tốc (m/s)  T  (m  m1  m  m )q  (m1.l10  m l20  m3 lO3 ).q  m3 l33 q cosq  q   d  T    (m  m1  m  m ).q 2  (m1.l10  m l 20  m3 lO3 ).q 3  m3 l33 q 6 cosq  m l33 q 62 sinq    dt q    T  0;   q   Π  (m  m1  m  m3 ).g  2(c t đ1  c t đ )(q  l10 q  h10 )  2c t đ (q  l 20 q  h 20 )   q   Φ  2.(b  b )(q  l q )  2b (q  l q ) t đ1 tđ 2 10 tđ3 20  q  Với tọa độ suy rộng q3:  T 2  (J 0y  m1.l10  m l 20  m l O3 )q  (m1 l10  m l 20  m l O3 )q  q    m lO3 l33 q cosq   d  T  2     (J 0y  m1.l10 3  (m1.l10  m l 20  m lO3 )q 2  m l 20  m l O3 ).q  dt q    6 cosq  m lO3 l33 q 62 sinq  m lO3 l33 q   T   0;  q   Π  (m1.g.l10  m g.l 20  m g.lO3 ).q  2(c t đ1  c t đ )(q  l10 q  h10 ).l10   q   2c t đ (q  l 20 q  h 20 ).l 20    Φ  2(b t đ1  b t đ ).(q  l10 q ).l10  2b t đ (q  l 20 q ).l 20   q Với tọa độ suy rộng q4: 10 Hình 3.18 Đồ thị gia tốc q6 (m/s2) 3.4 Kết tính tốn, khảo sát xác định thông số làm việc hợp lý (2.55) 3.4.1 Phương pháp sơ đồ thuật toán khảo sát xác định thông số làm việc hợp lý Phương pháp khảo sát: Kết hợp thực tế thi cơng ngồi trường phương pháp khảo sát lý thuyết Ta đưa trước cao độ định mức đường cần san so với cốt chuẩn thiết kế tuyến đường là: D0 = +10 cm Bộ thông số khảo sát bảng 3.2 Vi Giá trị (m/s) φj Góc tạo lưỡi san trục dọc máy (độ) hk Chiều sâu cắt (cm) V1 V2 V3 V4 V5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 φj = 450 ÷ 850 hk = qk-1max – D0 15 Việc giải hệ phương trình động lực học hệ thể Simulink chu trình khép kín Sau có kết gia tốc, vận tốc, góc quay, chuyển vị khâu từ việc chạy chương trình, NCS tiến hành xác định quỹ đạo chuyển động lưỡi san thông qua khối Matlab Funtion lập trình dạng M-file tương tự lập trình khối phương trình động lực học 3.1.3 Phương pháp đưa mấp mô tự nhiên bề mặt đường đất vào chương trình tính tốn 3.1.4 Các thơng số điều kiện ban đầu (điều kiện biên) 3.1.5 Số liệu đầu chương trình Các số liệu đầu chương trình file Excel kết từ việc tính tốn thông số ĐLH máy san bao gồm: - Chuyển vị, vận tốc, gia tốc khâu; - Chuyển vị lưỡi san trình làm việc; Các số liệu tính tốn cho phương án cho file kết riêng biệt dạng bảng biểu diễn dạng đồ thị 3.2 Khảo sát thơng số ảnh hưởng đến tổng lực cản cắt đất Pd(t) 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng vận tốc di chuyển đến tổng lực cản cắt đất trình máy san làm việc 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng chiều sâu cắt đến tổng lực cản cắt đất trình máy san làm việc 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng góc φ tạo lưỡi san trục dọc máy đến tổng lực cản cắt đất trình máy san làm việc 3.3 Kết tính tốn khảo sát ĐLH máy san trình làm việc 3.3.1 Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng tâm máy san 3.3.2 Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc cấu lưỡi san Hình 3.16 Đồ thị chuyển vị q6 14  T  (J x  J 1x  J 3x ).q    q   d  T    (J x  J 1x  J 3x ).q      dt    q    T 0   q   Π  (c t đ  c t đ ).b s2 q  c t đ b 2xl q   q  Φ 1 2    q  ( b t đ  b t đ ).b s q  b t đ b xl q 4  (2.56) Tính tốn thành phần hệ phương trình vi phân ứng với tọa độ suy rộng q5: T  J x q    q   d  T    J x q    dt   q    T 0   q5  Π  c t đ b 2t q   q     Φ  b b q tđ t   q   (2.57) Tính tốn thành phần hệ phương trình vi phân ứng với tọa độ suy rộng q6:  T  m l 33 q  m q l 33 sinq  q l 33 cosq  l O3 l 33 q cosq   q     d  T  q l sinq  q q l 33 cosq   q l 33 cosq   m l 33  6  m  33   q q q l33 sinq  l O3 l 33 q 3 cosq  l O3 l 33 q q sinq   dt q    T  m q l 33 cosq q 26  q l 33 q 62 sinq  lO3 l 33 q q 62 sinq   q   Π   m g.l 33 cosq  2c tđ l 34 sinq cosq   q    Φ  2.b l q cos2 q t đ 34 6  q  11 (2.58) 2.3.5 Hệ phương trình vi phân hệ Sau tính tốn ta có hệ phương trình vi phân hệ sau: (m0  m1  m2  m3 )q 1  m3 l33 sinq q 6  m3 l33 q 62 cosq   P -P -P x (t)-P x (t)-P -2P dp Tx Ft   K Fs  dt    2  (m1 l10  m2 l 20  m3 lO3 ).q 3  m3 l33 cosq q 6  m3 l33 q 62 sinq6 (m0  m1  m2  m3 ).q 2.(b  b )(q  l q )  2b (q  l q ) t đ1 tđ 2 10 tđ3 20  ( m  m  m  m ).g  2(c  c )(q  l q  h )  2c (q  l q  h ) t đ1 tđ 2 10 10 tđ3 20 20   z z  - Pdt (t)+Pdp (t)    (m1 l10  m2 l 20  m3 lO3 )q 2  (J 0y  m1 l10 3  m3 lO3 l 33 cosq6 q 6  m2 l220  m3 l2O3 ).q   m l l q sinq  (m g.l  m g.l  m g.l ).q  2(c  c )(q  l q  h ).l 10 20 O3 t đ1 tđ 2 10 10 10  O3 33 2c (q  l q  h ).l  2(b  b ).(q  l q ).l  2b (q  l q ).l t đ1 tđ 2 10 10 tđ3 20 20  t đ 20 20 20   z z   Pdt (t)+Pdp (t)+PTx q3 .lO3    1  2  2  4   (J 0x  J1x  J 3x ).q (b t đ1  b t đ ).bs  bt đ b xl .q  (c t đ1  c t đ ).bs  c t đ b xl .q   B z  - Pdt (t)-Pdpz (t)     1 J q 2  2x 5  bt đ bt q  c t đ b t q5     m l sinq q      m3 l 33 cosq q  m3 l O3 l 33 cosq q  m3 l 33 q  33  m q q l cosq  q q l sinq  l l q q sinq 6 33 O3 33 6   33  2   m3 q l33 cosq q  q l33 q sinq6  lO3 l 33 q q sinq   m3 g.l33 cosq  2 2c t đ l34 sinq cosq  2.b t đ4 l34 q cos2q   - P x (t).l sinq +Px (t).l sinq -Pz (t)l cosq -Pz (t)l cosq -P l sinq dt 33 dp 33 dt 33 dp 33 Tx 33        Đã phân tích xác định tổng lực cản cắt đất máy san đào chuyển đất Tổng lực cản cắt đất hàm thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chiều dày phoi cắt h(x), vận tốc di chuyển máy tính chất lý đất,… Đã phân tích xác định độ mấp mô tự nhiên bề mặt đường đất, yếu tố ảnh hưởng đến độ phẳng bề mặt đường sau q trình san Đã phân tích xác định chiều dày phoi cắt hai điểm M, N lưỡi san, máy san làm việc có thực chuyển động lắc ngang Chiều dày phoi cắt xác định thông qua hệ số h, h theo mấp mô bề mặt đường đất Đã xây dựng mơ hình động lực học máy san trình làm việc có xét đến tác động từ bề mặt đường đất có dạng mấp mơ tự nhiên; có xét đến tác động xy lanh thủy lực nâng hạ lưỡi san Đã thiết lập hệ phương trình vi phân bậc hệ thông số đầu vào để phục vụ cho việc giải khảo sát mơ hình động lực học chương CHƯƠNG KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY SAN TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC 3.1 Tổ chức tính tốn khảo sát 3.1.1 Lựa chọn chương trình tính Chương trình tính tốn ĐLH máy san viết ngơn ngữ lập trình Matlab, dựa cơng cụ Simulink Matlab Matlab ngôn ngữ lập trình kỹ thuật gồm có ba cơng cụ Matlab (dùng tính tốn số, lập trình, hiển thị đồ thị …), Simulink (mô khối, thiết kế mơ hình, hệ thống nhúng…) Polyspace (chức phân tích, kiểm tra,…) 3.1.2 Xây dựng chương trình tính Cấu trúc chương trình tính tốn động lực học máy san gồm hệ thống khối chính: Hệ thống khối tín hiệu đầu vào, hệ thống khối xử lí tín hiệu, hệ thống khối xuất kết đầu ra, hệ thống đường truyền dẫn tín hiệu (Hình 3.1)   1.6 Kết luận chương Với nội dung phân tích trên, chương thực cơng việc sau: Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán xác định chuyển vị lưỡi san làm việc 12 13 ... Nam Như vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu động lực học máy san thi cơng điều kiện Việt Nam? ?? có ý nghĩa khoa học tính thực tiễn việc nghiên cứu trình tương tác lưỡi san với đất điều kiện thi công Việt Nam, ... thủy lực nâng hạ cấu công tác, xét đến đất điều kiện thi công Việt Nam CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY SAN TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC 2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình động lực hoc... nghiên cứu ngồi nước liên quan đến tốn động lực học máy san trình làm việc, từ nêu lên tính cấp thi? ??t đề tài Đã xây dựng mơ hình khảo sát động lực học máy san DZ-122 trình làm việc đất điều kiện