Nghiên cứu động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động

Bài viết trình bày phương pháp nghiên cứu mô hình động lực học của tổ hợp máy nghiền sàng di động trên cơ sở sơ đồ nguyên lý của máy thực, xây dựng được hệ phương trình vi phân chuyển động của máy, thiết lập chương trình tính cho phép chạy mô phỏng các thông số động lực học.

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC TỔ HỢP MÁY NGHIỀN SÀNG DI ĐỘNG Nguyễn Mạnh Hùng1, Nguyễn Viết Tân1, Bùi Khắc Gầy1 Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp nghiên cứu mơ hình động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động sở sơ đồ nguyên lý máy thực, xây dựng hệ phương trình vi phân chyển động máy, thiết lập chương trình tính cho phép chạy mơ thông số động lực học, so sánh kết thơng số động lực học mơ hình xây dựng, tính tốn lý thuyết với đo đạc thực nghiệm, từ đánh giá đắn mơ hình lý thuyết, làm sở để tính tốn khảo sát phục vụ việc nghiên cứu, thiết kế tổ hợp máy nghiền sàng di động Việt Nam Từ khóa: Tổ hợp máy nghiền sàng di động, thơng số kết cấu, thông số động lực học ĐẶT VẤN ĐỀ* Tổ hợp máy nghiền sàng di động sử dụng hộp sàng rung vô hướng, loại hộp sàng sử dụng nhiều ngành lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng Tổ hợp máy nghiền sàng di động tổ hợp máy nghiền sàng chuyên dụng, công suất nghiền sàng vật liệu đá không lớn, đảm bảo tính động, đáp ứng u cầu xây dựng cơng trình qn đặc biệt xây dựng đường hầm quân vùng rừng núi Việt Nam Các cơng trình nghiên cứu tổ hợp máy nghiền sàng di động công bố, nhiên việc nghiên cứu máy sàng rung lại thu hút quan tâm viện nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới cơng trình nghiên cứu máy sàng rung (Bauman.V.A, 1977) đưa mô hình tính tốn động lực học máy sàng rung dạng đơn giản, (Сапожников М Я 1970) trình bày sở khoa học xác định thông số động học động lực học máy phân loại vật liệu sử dụng hiệu ứng rung, (Delxov Nicolaievich, 2015) tính tốn ngun lý rung tự cân máy sàng rung, (Sergio Baragetti, 2014) xây dựng phương pháp tối ưu với máy rung lớn, (Nguyễn Văn Vịnh, 2006) đưa mơ hình tính tốn động lực học hệ phương trình chuyển động máy sàng rung Khoa động lực, Học viện Kỹ thuật Quân với bậc tự theo phương X,Y, (Trần Văn Tuấn, 2005) đề cập đến số toán lý thuyết liên quan đến trình rung động máy sàng rung Do vậy, để nghiên cứu tổ hợp nhằm nâng cao suất hiệu làm việc nghiên cứu động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động bỏ qua Trong phạm vi báo trình bày phương pháp xây dựng mơ hình động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động khảo sát thông số động lực học tổ hợp NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu nguyên lý kết cấu làm việc tổ hợp máy nghiền sàng di động Tổ hợp máy nghiền sàng di động sử dụng nguyên lý rung tần số cao hộp sàng mặt sàng Vật liệu đá hộc sau chuyển vào khoang nghiền máy nghiền rơi thẳng xuống mặt sàng hộp sàng rung Nhờ lực rung mạnh vật liệu vừa chuyển động vừa “nhảy” mặt sàng tạo trình phân loại vật liệu Sơ đồ kết cấu tổ hợp máy nghiền sàng di động thể chi tiết hình Khi động làm việc truyền chuyển động quay cho bánh đà máy nghiền trục lệch tâm hộp sàng 10, bánh đà quay tạo lực nghiền đá hàm nghiền, trục lệch tâm hộp sàng quay tạo lực ly tâm tác dụng lên hộp sàng, hộp sàng tựa gối lò xo đặt khung nên tạo hệ dao động vô hướng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 167 a) b) Hình a Hình ảnh; b Sơ đồ kết cấu tổ hợp máy nghiền sàng di động 1- Lò xo hộp sàng; 2- Cụm gây rung hộp sàng; - Khung máy; 4- Cụm bánh dẫn động động cơ; - Chân khung; - Động dẫn động; 7- Máy nghiền; - Bánh đà máy nghiền; - Máng vật liệu; 10- Hộp sàng rung vơ hướng 2.2 Xây dựng mơ hình động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động a Các giả thiết để xây dựng mơ hình Để xây dựng mơ hình động lực học sát với thực tế, ta chấp nhận giả thiết sau: - Khung máy cứng tuyệt đối Máy nghiền động dẫn động gắn cứng lên khung máy, hộp sàng gắn lị xo đặt khung máy, tồn khung máy đứng chân đàn hồi; - Phần khối lượng lệch tâm máy nghiền nhỏ so với khối lượng quay bánh đà nên quy dẫn khối lượng bánh đà có tâm quay trục bánh đà; Khối lượng lại máy nghiền động dẫn động quy dẫn khối lượng khung máy; Trọng tâm máy nghiền nằm trùng tâm trục quay bánh đà, lực nghiền đá đặt trọng tâm máy nghiền; - Coi khối tâm hộp sàng khơng trùng với tâm hình học: Cụ thể khối tâm cách cạnh trái hộp sàng l1 cạnh phải l2 cạnh b1, cạnh b2; - Dây đai truyền lực đủ căng để không xảy tượng trượt, tần số dao động hộp sàng không thay đổi, cơng suất động đủ cho q trình nghiền sàng đồng thời, tốc độ vòng quay động ổn định q trình làm việc; - Coi tồn máy bố trí khung đối xứng theo trục dọc máy - Coi 1/3 khối lượng vật liệu sàng dao động với sàng (lấy theo kinh nghiệm máy sàng số tài liệu tính tốn (Trần Minh Tuấn, Bùi Khắc Gầy, 2013) 168 b Xây dựng mơ hình động lực học Để thuận lợi cho việc thiết lập mơ hình tốn ta đặt hệ toạ độ gốc XOY mặt đất chân khung trước (hình 2) vị trí ban đầu máy Xk Ck Yk - Hệ trục toạ độ có tâm trùng với trọng tâm khung máy thời điểm ban đầu; Jk - Mơ men qn tính khối lượng tổ hợp máy nghiền sàng di động; xC’sy - Hệ trục toạ độ di động gắn với hộp sàng; xs, ys- Độ dịch chuyển trọng tâm hộp sàng theo phương x,y; xC’ky - Hệ trục toạ độ di động gắn với khung máy; xk ,yk - Độ dịch chuyển trọng tâm khung máy theo phương x,y; Lp, Lny, Ld, Ldy - Khoảng cách từ trọng tâm máy đến tâm quay trục tâm bánh đà máy nghiền tâm động theo phương x,y; Rbd - Bán kính bánh đà máy nghiền; ω, ωbd, ωđc - Vận tốc góc trục lệch tâm hộp sàng, bánh đà máy nghiền động cơ; Pn - Lực kích động máy nghiền theo phương thẳng đứng (phương y) lên khung; Cy3 (= Cy4), by3, by4 - Độ cứng hệ số dập tắt dao động theo phương đứng lò xo bên trái lò xo bên phải chân khung máy; Cx3 (= Cx4), bx3, bx4 - Độ cứng hệ số dập tắt dao động lò xo theo phương ngang bên trái bên phải chân khung máy; Độ cứng hệ số dập tắt dao động lò xo hộp sàng đặc trưng độ cứng C giảm chấn giả định b KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC a) Hình a) Mơ hình động lực học THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUYỂN ĐỘNG Ta sử dụng phương pháp Đalambe để thiết lập phương trình vi phân chuyển động tổ hợp máy a) Hình a - Sơ đồ lực tác dụng lên hộp sàng; Tiến hành viết phương trình tác dụng lực lên hộp sàng rung khung: Đặt u1=2Cxs; u2=2bxs, …, u62=bys(q3d1+q4d2)bxsLc(q1+q2) giá trị số theo biến độc b) b) Mô hình động lực học tương đương nghiền sàng di động Đưa thêm thành phần lực quán tính theo phương X,Y mơ men qn tính theo trục Z vào tổ hợp lực tác dụng lên hộp sàng khung máy (hình 3) b) b - Sơ đồ lực tác dụng lên khung máy lập hệ phương trình lấy từ tham số thực máy làm thực nghiệm Sau tính tốn rút gọn ta thu hệ phương trình (1) gồm phương trình vi phân  m X  u x s  u x s  u   u   u sin (  t )   m Y  u y s  u y s  u   u   u (  t )     J   ( u   u ).  ( u   u 11  u y s  u x s    u y s  u x s ).  u x s  u x s  u y s  u y s  u 2 s in (  t )   M X c k  u x k  u x k  u  k  u k     u x s  u x s  u   u    M Y  u y  u y  u   u  ck 31 k 32 k 33 k 34 k   Pn  [ sin(  b d t )  sin (  b d t ) ]    u y s  u y s  u   u     J k k  ( u  k  u )k  ( u 39  k  u x k  u y k  u x k     u y k  u 4 x s  u y s  u x s  u y s   u   u k      u   u )  k  u x k  u y k  u x k  u 5 y k   P   u x s  u y s  u x s  u y s  u   u   n [ sin (  b d t )  sin (  b d t ) ] d  (1) p 0 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 169 Trong : X ck  X X  X os ok  xk ; Yck  Yo k  y k ;  b  k  x k  x s ; Y  Y o s  a  k  y k  y s KẾT QUẢ TÍNH TỐN LÝ THUYẾT MỘT SỐ THƠNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỘP SÀNG Tiến hành chạy chương trình với thơng số tổ hợp máy nghiền sàng di động với phần hộp sàng theo nguyên mẫu máy sàng rung thực tế sử dụng công trường mã số NLS-382/3 (Trần Minh Tuấn, 2013) sử dụng cơng trường Lữ đồn 72BTL Cơng binh thơng số làm việc vận tốc trục lệch tâm hộp sàng ω= 125 rad/s Trong phạm vi báo khảo sát thông số động lực học chuyển vị, vận tốc gia tốc hộp sàng cho ta kết biểu diễn đồ thị hình 4, 5, sau: Hình Đồ thị lý thuyết chuyển vị hộp sàng rung theo phương x phương y Hình Đồ thị lý thuyết vận tốc hộp sàng rung theo phương x phương y Hình Đồ thị lý thuyết gia tốc hộp sàng rung theo phương x phương y Sử dụng phương pháp hồi qui tổng bình phương giá trị, tiến hành hồi qui giá trị chuyển vị, vận tốc gia tốc hộp sàng Giả sử với chuyển vị lớn hộp sàng a(m), ta xác nhận giá trị lớn chuyển vị theo chu kỳ khác đồ thị a1, a2,…,an , với n đủ lớn, chuyển vị hộp sàng xác định theo công thức sau: a 12  a 22   a n2 (2) a  n Tương tự ta tính giá trị vận tốc gia tốc hộp sàng; Tọa độ trọng tâm hộp sàng đứng yên (vị trí ban đầu) 0, tính tốn cho kết 170 chuyến vị hp sng rung theo phng x t 4.0ì10-3 ữ 4.0ì10-3 (m), theo phng y t -5.0ì10-3 ữ 5.0ì10-3 (m); Vn tốc hộp sàng rung theo phương x từ -0.25 ÷0.25 (m/s), theo phương y từ 0.38 ÷0.38 (m/s); Gia tốc hộp sàng rung theo phương x từ -20÷20 (m/s2), theo phương y từ -36 ÷36 (m/s2) KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỘP SÀNG a Điều kiện làm thực nghiệm - Làm thực nghiệm máy thực công trường KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC thi cơng, máy đặt bê tơng nên coi cứng tuyệt đối Đá hộc đem nghiền sàng có độ cứng trung bình σn= 200 Mpa b Kết thực nghiệm Kết tiến hành đo đạc thực nghiệm máy thực chế độ làm việc vận tốc trục lệch tâm hộp sàng ω= 125 rad/s cho ta kết biểu diễn dạng đồ thị đây: Hình Đồ thị thực nghiệm chuyển vị hộp sàng rung theo phương x phương y Hình Đồ thị thực nghiệm vận tốc hộp sàng rung theo phương x phương y Hình Đồ thị thực nghiệm gia tốc hộp sàng rung theo phương x phương y Khi tiến hành xây dựng toán động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động ta tiến hành thực so sánh kết tất thông số động lực học tổ hợp máy thực số chế độ làm việc đặc trưng mà thiết bị thường sử dụng trình hoạt động Bài báo thể phần kết tính tốn Nhận xét: - Về kiểu dáng đồ thị thông số động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động nhận thấy có tương đồng tính tốn lý thuyết thực tiễn; Các thơng số động lực học theo phương x ổn định phương y - Về giá trị thông số động lực học tổ hợp máy có sai khác định, nguyên nhân sai khác giả thiết cần thiết để giải toán động lực học mà khơng ảnh hưởng đến tính tổng qt mơ hình, giá trị sai khác thể bảng Bảng So sánh sai khác giá trị thông số động lực học lý thuyết thực tế Nhìn vào bảng thấy sai khác thông số động lực học nhỏ 7% lớn 10.7 % Như vậy, kết tính tốn lý thuyết so với kết đo thực nghiệm có sai số nằm phạm vi cho phép (