Nghiên cứu phân tích động lực học hệ thống cần cẩu khi xe di chuyển nâng vật ở trạng thái bất ổn định

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẦN CẨU Tổng quan hệ thống cần cẩu: 1.1 Đánh giá sơ lược lĩnh vực máy nâng chuyển Việt Nam: Trong năm gần nhằm đáp ứng nhu cầu quy mô, nhịp độ sản xuất, nước ta trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo đưa vào sử dụng nhiều loại máy trục – nâng vận chuyển đại nhiều nước giới Là nước phát triển, Việt Nam tiến hành nhiều công trình xây dựng q trình trao đổi hàng hóa nên động lực thúc đẩy lĩnh vực thiết bị xây dựng – nâng chuyển phát triển nhanh chóng nhiều năm qua Trong nước xuất nhiều công ty lớn đầu tư vào lĩnh vực như: Cơng ty Cơ khí Xây dựng thuộc Bộ Xây Dựng (COMA) đầu tư xây dựng nhà máy chế tạo thiết bị nâng chuyển Khu Công Nghiệp Quang Minh (Vĩnh Phúc), dự án nằm chương trình khí trọng điểm Quốc gia, cho phép mua cơng nghệ từ nước ngồi nhằm nâng cao khả chế tạo thiết bị khí nước Với tổng mức đầu tư 160,9 tỷ đồng, vốn vay ưu đãi chiếm 70%, vốn tự có huy động từ cán cơng nhân viên 15% vốn vay thương mại 15% Các sản phẩm COMA bao gồm: cần trục tháp, cần trục chân dê, cầu trục, cổng trục, thang máy chở người, thang máy thi công vận thăng chở hàng thiết bị nâng đơn giản, tời kéo, palăng cáp, bàn nâng Song song với COMA, DOSSAN Việt Nam công ty công nghiệp nặng hàng đầu, chuyên sản xuất thiết bị nâng hạ phục vụ cho lĩnh vực cảng, biển, khai khoáng, mỏ địa chất, cơng trình xây dựng….Ngồi COMA, DOSSAN cịn có Cơng ty khí, xây dựng lắp máy Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH điện nước (COMAEL) triển khai xây dựng nhà máy chế tạo thiết bị nâng chuyển với số vốn đầu tư lên đến gần 100 tỷ đồng Hình 1.1: Quy mơ xưởng chế tạo máy nâng chuyển Cty DOSSAN VINA Mặt khác nước ta có hàng trăm sở sản xuất kết cấu thép thiết bị công nghệ (ở Thành phố Hồ Chí Minh: có khoảng 40 sở chế tạo vào thập niên 60, đến hôm số lượng sở tăng nhanh đến 180) song có sở chế tạo máy thiết bị nâng chuyển; chưa có sở sản xuất khí có trang bị phương tiện chế tạo đại đồng bộ, có cơng suất phù hợp để chuyên sản xuất loại thiết bị nâng chuyển có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu thị trường thực tế cho thấy hàng năm phải bỏ lượng ngoại tệ khơng nhỏ để nhập máy móc thiết bị Do việc đầu tư xây dựng nhà máy chế tạo máy thiết bị nâng chuyển đem lại hiệu kinh tế xã hội lớn Việc chế tạo thiết bị thay nhập ngoại cách nhập phận có yêu cầu chế tạo trình độ cao, cịn lại tự chế tạo nước giảm giá thành 60-70% giá phải nhập Các sản phẩm lĩnh vực máy nâng chuyển gồm: cần trục tháp, cần trục chân đế, cầu trục, cổng trục, thang máy thi công vận thăng chở hàng, thiết bị nâng chuyển đơn giản như: tời kéo, bàn nâng, thang nâng tự hành, Ngồi sản phẩm máy thiết bị nâng vận chuyển Nước ta Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH bắt đầu nghiên cứu ứng dụng máy móc thiết bị nâng chuyên dùng phục vụ cho lĩnh vực cảng, khai thác….và đồng thời hợp tác với chuyên gia lĩnh vực máy thiết bị nâng trường đại học viện nghiên cứu nước Đại học Xây dựng, Bách khoa, Viện nghiên cứu máy nhằm cho đời sản phẩm đảm bảo chất lượng cao, tạo chữ tín cho người tiêu dùng từ sản phẩm Khó khăn triển khai dự án vấn đề huy động vốn Bên cạnh trình độ cơng nghệ chung khí nước ta chưa cao, đội ngũ kỹ sư, cơng nhân kỹ thuật cịn thiếu kinh nghiệm nên chưa thể đáp ứng việc thiết kế, chế tạo phận có yêu cầu cơng nghệ trình độ cao Do vậy, việc đầu tư đào tạo, tích luỹ kinh nghiệm cho cán nhân viên, sinh viên ngồi ghế nhà trường, đào tạo đội ngũ kỹ sư trình độ cao phải quan tâm hàng đầu để nâng dần tỷ lệ nội địa hoá chất lượng sản phẩm 1.2 Các hệ thống cần cẩu sử dụng lĩnh vực nâng vận chuyển: Trong môi trường công nghiệp, việc dịch chuyển thiết bị máy móc, hàng hóa từ nơi đến nơi khác nhiệm vụ cần thiết, đặc biệt lĩnh vực công nghiệp nặng di chuyển vật siêu trường, siêu trọng xa Tại nơi làm việc công trường xây dựng, bến cảng, sân đường sắt, nhà máy đóng tàu, nhà máy ô tô, lắp đặt thiết bị lĩnh vực hạt nhân xây dựng dân dụng công nghiệp, vận chuyển hàng hóa cảng biển, vật liệu khai thác khoảng sản …, thiết bị đặc biệt chuyên dùng sử dụng cho trình vận chuyển vật liệu Vật liệu thường nặng, lớn nguy hiểm mà vận chuyển sức người Để thực công việc dễ dàng hơn, cần cẩu sử dụng rộng rãi để nâng vận chuyển, định vị trí lắp đặt máy móc, thiết bị, chất độc hại đối tượng siêu trọng khác Nhiều loại cần cẩu sử dụng cho mục đích khác như cần cẩu tháp, cẩn cẩu container, cần cẩu tàu, cần cẩu phục vụ giàn khoan khơi, cần cẩu cân bằng, cổng trụ….Chúng ta phân cần cẩu thành hai loại dựa cấu hình hệ thống: cầu trục dạng cổng cần cẩu trục quay Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Cổng trục máy trục kiểu cầu có dầm đặt chân cổng với bánh xe di chuyển ray đặt mặt đất, sử dụng phổ biến nhà máy Hình 1.4 Loại cần cẩu kết hợp xe di chuyển nâng vật chuyển động mặt phẳng nằm ngang Tải trọng nâng gắn vào xe di chuyển dây cáp, có chiều dài thay đổi chế nâng hạ vật Tải trọng với cáp coi lắc chiều với bậc tự Ngồi ra, cịn có phiên cải tiến cần cẩu di chuyển theo phương ngang với hai hướng vng góc với Phân tích gần giống cho tất loại cẩn cẩu chuyển động theo hai hướng chia thành hai chuyển động theo hướng độc lập Hình 1.2: Cần cẩu bốc xếp Container Cảng Cổng trục có thiết bị mang vật thường móc treo, gàu ngoạm hay nam châm điện nối với xe qua cáp treo Xe thường pa lăng điện tời treo chạy ray Cơ cấu nâng cấu di chuyển xe đặt kết cấu thép cổng trục dẫn động xe nhờ cáp kéo Cổng trục làm việc ngồi trời, phải trang bị thiết bị kẹp ray để tránh tải trọng gió gây xơ đổ cổng trục Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Q H Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý cổng trục (1-chân cứng, 2-dầm cầu, 3-chân mềm, 4xe con, 5-khung di chuyển, 6-cơ cấu di chuyển cổng trục) Hình 1.4: Cổng trục với cụm móc chuyên dùng bốc xếp container cảng Cần trục quay chia thành hai loại: cần cẩu tàu thường dùng nhà máy đóng tàu cần cẩu tháp sử dụng xây dựng hình 1.5 Cần trục quay xem công cụ thiết yếu công nghiệp xây dựng để di chuyển vật có tải trọng nặng, hàng hóa vật liệu từ nơi đến nơi khác Một ưu điểm lớn cần trục quay làm cho Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH chiếm vị cao danh mục thiết bị nâng chuyển hôm cấu trúc bền vững, khả tải lớn, linh hoạt, nâng vật lên cao vào vùng nguy hiểm Do đó, việc sử dụng cần trục quay làm tăng nhanh tiến độ trình sản xuất Đặc trưng cần trục quay cần cẩu tháp, giữ vị trí hàng đầu thiết bị nâng dùng xây dựng Cần cẩu tháp có cấu nâng vật, thay đổi tầm với, quay di chuyển máy Cần cẩu tháp nâng chuyển hàng khoảng không gian phục vụ lớn Do kết cấu hợp lý, dễ tháo lắp, vận chuyển nên tính động cao Hình 1.5: Cần cẩu tháp dùng xây dựng 1.3 Tình hình nghiên cứu, tính tốn động lực học hệ thống cần cẩu Việt Nam: Hệ thống cần cẩu phương tiện chủ yếu dùng để giới hóa cơng tác xếp dỡ, vận chuyển hàng hóa, tăng suất lao động hạ giá thành sản phẩm, chúng sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Hiện nay, việc sử dụng hệ thống không để tăng suất mà phải thỏa mãn yêu cầu nâng vận chuyển hàng hóa theo quỹ đạo phức tạp dừng máy xác vị trí cần thiết Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Hệ thống thiết bị hoạt động theo chu kỳ, có luân phiên chu kỳ làm việc không làm việc gồm ba giai đoạn: khởi động, chuyển động với tốc độ dừng máy Các tải trọng động chủ yếu phát sinh trình khởi động hãm hệ thống hay gọi thời kỳ độ chuyển động Để tăng suất, cần phải nâng cao tốc độ gia tốc chuyển động thiết bị công tác, dẫn đến tăng ảnh hưởng tải trọng động lên cấu kết cấu thép hệ thống Vì vậy, với mục đích nâng cao độ tin cậy, an tồn làm việc, cần phải nghiên cứu trạng thái động lực sinh trình hoạt động hệ thống Trên giới lĩnh vực nghiên cứu theo nhiều chiều hướng khác như: tính tải trọng động cấu nâng khơng tính đến độ đàn hồi kết cấu thép có tính đến độ đàn hồi kết cấu thép; xác định tải trọng động có tính đến làm việc phối hợp kết cấu thép cấu nâng… Hình 1.6: Hệ thống cổng trục ứng dụng rộng rãi Cảng biển, mang lại hiệu kinh tế cao lĩnh vực thương mại hàng hải Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Hiện nay, nước ta đà phát triển với nhu cầu sử dụng thiết bị nâng chuyển ngày nhiều nên có nhiều dự án tính tốn, thiết kế chế tạo thiết bị nước nhằm làm giảm giá thành nhập ngoại đảm bảo độ tin cậy kỹ thuật an tồn Chính vậy, việc tính toán động lực học cho hệ thống điều kiện tiên giúp ta nắm tượng động lực xuất trình khai thác sử dụng máy, nguyên nhân phát sinh, phát triển đặc tính biến đổi tải trọng động ảnh hưởng đến độ tin cậy, độ bền, độ mỏi, tuổi thọ thiết bị, phương pháp tính tốn xác định lực tác dụng lên cấu kết cấu thép hệ thống cần cẩu, ví dụ theo tài liệu thống kê có 90% chi tiết hệ thống cần cẩu bị phá hủy mỏi tác dụng tải trọng động Từ đó, người thiết kế đưa kết cấu hợp lý, lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống, giảm lực tính tốn dẫn đến giảm khối lượng máy giá thành mà đảm bảo độ tin cậy Trong năm gần đây, lĩnh vực nghiên cứu phân tích động lực học hệ thống cần cẩu hấp dẫn nhiều chuyên gia với khoảng 1700 báo (tra cứu từ ScienceDirect, Springerlink) Tuy nhiên, tình hình nghiên cứu nước cịn mức độ sơ khai, chưa chuyên sâu, mức toán kiểm tra, chưa trở thành nhiệm vụ cấp thiết phải có giai đoạn bắt đầu tiến hành thiết kế với nhiều báo chưa thực ứng dụng thực tiễn Chẳng hạn, có số tác giả tên tuổi nước nghiên cứu lĩnh vực như: tác giả Nguyễn Văn Vịnh (đề tài: Nghiên cứu động lực học cần trục ô tô nghiên cứu động lực học cần trục mang hàng di chuyển); tác giả Trần Văn Chiến Vũ Liêm Chính… 1.4 Tính cấp thiết đề tài: Qua tai nạn nguy hiểm xảy cần cẩu bị gãy tải trọng động (tai nạn gãy cần cẩu tháp thi công Cầu Đồng Nai vào 13/03/2009, sập cần cẩu thi công Cầu Thủ Thiêm vào 02/05/2009, sập cần cẩu công trường xây dựng cao ốc Centec vào 27/12/2007, Sập cần cẩu cảng Cái Lân làm người chết…) cho thấy việc tính tốn động lực học cho hệ thống cần cẩu mang ý nghĩa vô quan trọng nhiệm vụ cấp thiết trước bước vào trình thiết kế Hiện nay, hệ thống cần cẩu với xe di chuyển nâng vật mang lại giá trị kinh tế lớn giao thơng vận tải hàng hóa, cơng trình xây dựng, đặc biệt lĩnh vực xếp dỡ hàng hóa bến cảng Chính Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH vậy, đề tài nghiên cứu phân tích đặc tính động lực học hệ thống cần cẩu xe di chuyển nâng vật trạng thái bất ổn định toán phi tuyến, khó giải Do đó, việc nghiên cứu vấn đề thực cần thiết thiết kế hệ thống cần cẩu, hướng đắn việc xây dựng hỗ trợ nguồn tài liệu thiết kế nhằm giảm giá thành sản xuất thiết bị nước so với ngoại nhập mà có độ tin cậy sản phẩm tương đương ngoại nhập 1.5 Mục tiêu luận văn: Luận văn nghiên cứu đặc tính động lực học hệ thống cần cẩu xe di chuyển nâng vật trạng thái bất ổn định vận tốc, gia tốc cấu (cơ cấu nâng, cấu di chuyển), vật nâng làm vận tốc vật nâng trạng thái bất ổn định Để từ đó, đưa giải pháp nhằm ổn định chống lắc vật nâng nâng vật di chuyển với vận tốc lớn 1.6 Ý nghĩa khoa học luận văn: Trong nước, đề tài mang tính khoa học ứng dụng thực tiễn cao Đề tài cung cấp thơng tin đặc tính động lực học hệ thống cần cẩu xe di chuyển nâng vật trạng thái bất ổn định tài liệu tham khảo hữu ích cho việc thiết kế, chế tạo lĩnh vực thiết bị nâng vận chuyển 1.7 Ý nghĩa thực tiễn luận văn: Luận văn cung cấp đặc tính động lực học sở cho việc nghiên cứu thiết kế , tính toán chọn lựa chi tiết máy nhằm đảm bảo độ tin cậy, độ bền mỏi phá hủy tải trọng động thay đổi, khả làm việc hệ thống cần cẩu Do đó, đề tài có tính ứng dụng thực tiễn cao sản xuất Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU 2.1 Giới thiệu: Cần cẩu phương tiện chủ yếu dùng để giới hóa cơng tác xếp dỡ, vận chuyển hàng hóa, tăng suất lao động hạ giá thành sản phẩm hay nói cách khác cần cẩu loại máy móc thiết bị nâng hạ, dùng cấu tay cần để cẩu vật nặng thi cơng, lắp ráp cơng trình, hay cẩu bốc xếp hàng hoá Cần cẩu dùng tay cần dạng conson để treo móc cáp cẩu vật bắt buộc phải có đối trọng để thắng lại momen gây lật vật cẩu gây (có loại cần cẩu như: loại tự hành tơ, tự hành bánh xích, cần trục cảng, cần trục tháp tự leo, cần trục tháp chạy ray, cần trục tháp có bệ đế cố định, cần trục thiếu nhi…) Do đó, chúng sử dụng rộng rãi lĩnh vực giao thông vận tải, xây dựng nhiều ngành kinh tế quốc dân khác Thiết bị phát triển nhanh chóng, đáp ứng ngày cao nhu cầu khách hàng chất lượng, suất vận chuyển, thỏa mãn yêu cầu nâng – vận chuyển hàng theo quỹ đạo phức tạp, xác vị trí cần thiết an tồn q trình làm việc Hơn 40 năm qua, mối quan tâm hàng đầu chuyên gia giới lĩnh vực nghiên cứu mơ hình hóa, mơ điểu khiển hệ thống cần cẩu nhằm mục tiêu nâng cao tốc độ gia tốc chuyển động, độ tin cậy thiết bị cơng tác Chính vậy, chương luận văn hệ thống hóa lý thuyết động lực học hệ cần cẩu nhiều tạp chí khoa học chuyên ngành Hệ thống cần cẩu bao gồm cấu nâng, cấu di chuyển cấu thay đổi tầm với Chúng phân loại dựa số bậc tự hệ thống (1 bậc tự do, hay bậc tự do…), đặc điểm kết cấu hệ thống… Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 10 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH ∆ℓ = ( = ) + ( − + ℓ + ℓ cos ( + = + ℓ + ℓ cos ( + ) = ( − ∆ℓ = )+( − ) : Độ co giãn dây cáp nâng cần ) (4.18) (4.19) (4.20) (4.21) )+ : độ giãn dây cáp nâng vật S = c2∆L2u2: Lực căng palăng cáp (4.22) (4.23) c1, c2: độ cứng cáp nâng cần nâng vật u1, u2: bội suất palăng nâng cần nâng vật ψ2, R2: tương ứng góc quay, bán kính tang nâng vật = (ℓ ) + (ℓ − + puly đầu cần −ℓ ) khoảng cách từ vật nâng đến tâm (4.24) a, b, d, Ho: chiều dài theo cấu tạo cần trục + Giai đoạn 2: Từ thời điểm vật bắt đầu rời khỏi Theo [35], ta có hệ phương trình mơ tả chuyển động cho vật nâng rời khỏi nền: ̈ ⎧ = ⎪ ⎪ ̈ = ⎨ ̈ = ⎪ ⎪ ⎩ ̈ = ∆ℓ = ∆ℓ = ℓ {cos( − ) ̇ − sin( − ) ̈ } − ̇ ̇ − ̇ − Δℓ ( + + + ℓ {sin( − ) ̇ + cos ( − ) ̈ } + + ( − (4.25) ) ℓ ( ( ) )+( − ) − − )+ + ℓ − ( − ) Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân ℓ (4.26) ℓ (4.27) (4.28) (4.29) (4.30) Trang 75 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Hình 4.17: Các thông số minh hoạ dây treo nâng vật có tính đến độ giãn dây 0.3 Hình 4.18: Quỹ đạo dịch chuyển tâm vật nâng với độ đàn hồi dây 0.3 Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 76 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Hình 4.19: Vị trí dịch chuyển tâm vật nâng với độ đàn hồi dây 0.3 Hình 4.20: Vận tốc dịch chuyển tâm vật nâng với độ đàn hồi dây 0.3 Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 77 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Hình 4.21: Gia tốc dịch chuyển tâm vật nâng với độ đàn hồi dây 0.3 Nhận xét: Quá trình nâng vật xảy giai đoạn: giai đoạn 1, dây cáp bị chùng cần có thời gian 2-3 giây để tang nâng vật cáp Sau dây cáp bị căng, tác dụng tải trọng vật nâng làm dây cáp giãn dài (theo độ đàn hồi), giãn dài dây cáp làm cho vật nâng tiếp xúc với nền, vật nâng không nâng lên nhanh chóng mà phải chuyển động ngang quãng đường nhỏ tác dụng lực ma sát vật nâng nền, đồ thị thời gian từ 0-5 giây, thể rõ tính bất ổn định q trình nâng vật Sau thắng lực ma sát, vật nâng khỏi chuyển sang giai đoạn 2: giai đoạn vật nâng rời khỏi nền, tác dụng trọng lực Nhìn đồ thị, ta nhận thấy tang cáp nâng vật làm giảm chiều dài dây cáp, đồng nghĩa trình lắc vật nâng giảm nhiều, biên độ lắc giảm sau chu kỳ Điều hoàn toàn phù hợp với đồ thị thể mối quan hệ chiều dài dây treo góc lắc (hình 4.14) Như vậy, lần minh chứng điều rằng, tốc độ nâng vật gia tốc xe di chuyển có ảnh hưởng lớn đến góc lắc tải trọng nâng Do đó, tốc độ nâng tăng lên xe dịch chuyển với vận tốc yếu tố góp phần hạn chế góc lắc vật nâng Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 78 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Những việc làm được: - Đánh giá nhu cầu cấp bách cần phải cải tiến nghiên cứu chuyển giao công nghệ nước lĩnh vực xây dựng nâng chuyển - Tìm hiểu tình hình nghiên cứu nước giới vấn đề động lực học hệ thống cần cẩu có xe di chuyển nâng vật - Tìm hiểu kết nghiên cứu giới động lực học dạng mô hình học hệ thống cần cẩu với xe di chuyển nâng vật - Mơ hình hóa học dạng cần cẩu có xe di chuyển nâng vật mơ hình tốn phương trình vi phân mơ tả chuyển động hệ thống - Phân tích đặc tính động lực học hệ thống cần cẩu, đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc xe di chuyển; vị trí, vận tốc góc, gia tốc góc vật nâng - Xác định rõ vai trò lực tác dụng vào xe di chuyển nâng vật - Tìm hiểu vấn đề lắc hàng treo dây cáp, từ tìm giải pháp để ổn định dao động lắc dạng điều khiển dạng học… - Xây dựng thiết kế mơ hình số (dạng ví dụ minh chứng) mơi trường mơ Working model, Matlab (Simulink kết hợp điều khiển PID), Solid Edge/MSC.DAMS, từ xác định đồ thị thể đặc tính động lực học hệ thống 5.2 Những việc chưa làm được: - Chỉ khảo sát mơ hình đơn giản với giả thiết dây treo không giãn quy luật điều khiển chống lắc cho vật nâng Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 79 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH 5.3 Hướng phát triển đề tài: - Xác định tải trọng động cấu nâng khơng tính đến độ đàn hồi kết cấu thép[22] - Xác định tải trọng động cấu nâng tính đến độ đàn hồi kết cấu thép[22] - Xác định tải trọng động có tính đến phối hợp kết cấu thép cấu nâng[22] - Xây dựng mơ hình mô động lực học phức hợp (Flexible Dynamics) cho hệ thống cần cẩu với xe di chuyển nâng vật không gian chiều - Nghiên cứu quy luật điều khiển xác vị trí cần định vị để xếp dỡ hàng hóa hay container, vấn đề ổn định chống lắc cho vất nâng, độ bền mỏi, độ tin cậy kết cấu thép hệ thống - Xây dựng tham số tối ưu cho hệ thống, mối quan hệ đại lượng động lực học, điều khiển quỹ đạo xác, tối ưu hố hệ thống thời gian, khơng gian… - Động lực học hệ thống kết cấu thép cần trục với trình nâng tải, xác định điều kiện tối ưu cho trình vận hành hệ thống Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 80 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH PHỤ LỤC Hình PL1: Vị trí toạ độ x (ℓ = 9m) Hình PL2: Góc lắc tải trọng nâng hạn chế (ℓ = 9m) Hình PL3: Vị trí toạ độ x (ℓ = 7.5m; 5m; 3m) Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 81 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 82 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Hình PL4: Góc lắc tải trọng nâng hạn chế (ℓ = 7.5m; 5m; 3m) Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 83 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ziyad N Masoud A Control System for the Reduction of Cargo Pendulation of Ship-Mounted Cranes Doctorate Thesis of Philosophy in Engineering Science and Mechanics Virginia Polytechnic Institude and State University, December 4, 2000 [2] Mike D.R.Zhang, Huanchun Sun and Yaxin Song A method for analyzing the dynamic response of a structural system with variable mass, damping and stiffness Dalian University of Technology, Shanghai Tong Ji University, China, 2001 [3] Nader A Nayfeh Adaptation of Delayed Position Feedback to the Reduction of Sway of Container Cranes Master Thesis of Science in Electrical Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University December 4, 2002 [4] Nitin Ratnakar Dhotre Analysis and Computer simulation of optimal active vibration control A Thesis for the Degree of Master of Science in the Department of Mechanical Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan, Canada 2005 [5] Tae-Young Lee and Sang-Ryong Lee Anti-sway and Position 3D control of the nonlinear Crane system using Fuzzy Algorithm Kumi College, Kyungpook National University, South Korea, International Journal of the Korean Society of Precision Engineering Vol 3, No 1, January 2002 [6] Fritz J and Dolores Russ Anti-swaying control of a suspended varying load with a robotic crane Master Thesis of Science College of Engineering and Technology of Ohio University, August 2002 [7] King Shyang Sien Command Shaping control of a crane system Master Thesis of Engineering (Electrical - Mechatronics and Automation Control), Faculty of Electrical Engineering, University of Technology, Malaysia, 2006 Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 84 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH [8] Hanafy M Omar Control of Gantry and Tower Cranes Doctoral Thesis of Philosophy in Engineering Mechanics, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2003 [9] Amjed A Al-Mousa Control of Rotary Cranes Using Fuzzy Logic and TimeDelayed Position Feedback Control Thesis for the degree of Master of Science in Electrical Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, November 27, 2000 [10] Dooroo Kim & William Singhose Reduction of Double - Pendulum Bridge Crane Oscillations [11] William Singhose, Jason Lawrence, Dooroo Kim, Khalid Sorensen Applications and Educational Uses of Crane Oscillation Control Faculty of Mechanical Engineering, Belgrade, FME Transactions (2006), 175-183 [12] Eihab M Abdel-Rahman, Ali H Nayfeh, Ziyad N Masoud Dynamics and Control of Cranes: A Review Department of Engineering Science and Mechanics, MC 0219, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA 24061, USA - 19 September 2001 [13] Ildar Farkhatdinov and Jee-Hwan Ryu A Study on the Role of Force Feedback for Teleoperation of Industrial Overhead Crane Korea University of Technology and Education, School of Mechanical Engineering, Biorobotics Laboratory, Gajeon-ri Byeongcheon-myeon 307, 330-708 Cheonan, Korea [14] Giorgio Bartolini, Nicola Orani, Alessandro Pisano and Elio Usai Load Swing Damping in Overhead Cranes by Sliding Mode Technique Department of Electrical and Electronic Engineering (DIEE), University of Cagliari, P.zza d' Armi, 09123 Cagliari, Italy [15] Zairulazha Bin Zainal Modelling and Vibration Control of a Gantry Crane Thesis for the degree of Master of Engineering, Faculty of Electrical Engineering, University of Technology , Malaysia - March, 2005 Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 85 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH [16] Zafar Haidar Khan Modelling and Antiswaying Control of Overhead Cranes A Thesis for the degree of Master of Science in Mechanical Engineering, Faculty of the College of Graduate Studies, King Fahd University of Petroleum & Minerals, Dhahran, Saudi Arabia, January - 1993 [17] Urmish R Mehta Optimal Control of a high speed overhead crane including hoisting A thesis for the degree of master of Science, the Faculty of the College of Engineering and Technology, Ohio University August - 1992 [18] Ing Marek Hičár, Ing Juraj Ritók, PhD Robust Crane Control Department of Electrical Drives And Mechatronics, Department of Design,Transport and Logistics, Technical University in Košice, Letna 9/B, 042 00 Kosice, Slovak Republic, Tel.: +421-55-6022268, 6022503 Acta Polytechnica Hungarica, Vol 3, No 2, 2006 [19] Jason W Lawrence Crane Oscillation Control: Nonlinear Elements and Educational Improvements A Thesis for the degree of Doctor of Philosophy, School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, August 2006 [20] D.C.D.Oguamanam and J.S Hansen (Institute for Aerospaces, University of Toronto, 4925 Dufferin Street, Toronto, Ontario Canada M3H 5T6) and G.R Heppler (Systems Design Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario Canada N2L 3G1) Dynamics of a three-dimensional overhead crane system Journal of Sound and Vibration (2001) 242 (3), 411-426 [21] Дворников В И , докт техн наук, профессор, Геммерлинг В А , студент Донецкий МОДЕЛИРОВАНИЕ национальный ДИНАМИЧЕСКИХ технический университет ПРОЦЕССОВ В КРАНАХ : С ПОДВИЖНОЙ КАРЕТКОЙ ПОДЪЕМА ГРУЗА, УДК 621.873 2009 [22] TS Trần Văn Chiến Động lực học máy trục Nhà xuất Hải Phòng, 187 trang, 2005 [23] TS Nguyễn Văn Vịnh Nghiên cứu động lực học cần trục mang hàng di chuyển Bộ môn Máy xây dựng – xếp dỡ, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vân tải Hà Nội, 2005 Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 86 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH [24] TS Nguyễn Hồng Ngân Phân tích chuyển động hệ cầu chuyển tải dựa định luật điều khiển cấu máy trục Bộ mơn Cơ giới hóa Xí nghiệp – Xây dựng, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chính Minh, Hội nghị Cơ khí Chế tạo lần thứ Tp.HCM, 2008 [25] TS Nguyễn Thị Phương Hà, ThS Lê Cao Khoa Điều khiển mờ thích nghi mơ hình cần cẩu xoay Trường Đại học Bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, 2004 [26] http://www.xaydungvietnam.vn [27] http://www.dddn.com.vn [28] http://www.tapchicongnghiep.vn [29] http://www.ecrane-usa.com [30] http://www.overheadcrane.com [31] http://www.mscsoftware.com [32] R R Huilgol, J R Christie and M P Panizza The Motion of mass hanging from an Overhead Crane Department of Mathematics and Statistics, The Flinders University of South Australia, GPO Box 2010, Adelaide, SA 5001, Australia Elsevier Science Ltd 1995, (0960 – 0779 (94) 00167-7 [33] TS Nguyễn Hồng Ngân Nghiên cứu ảnh hưởng quy luật điều khiển cầu trục chuyển động tịnh tiến nâng vật Đại học Bách khoa TP.HCM Tạp chí khí Việt Nam, 04/2010 [34] Zhengyan Zhang (1), Dingfang Chen (1), Min Feng (2): Dynamics Model and Dynamic Simulation of Overhead Crane Load Swing Systems Based on the ADAMS (1) Research Institute ofIntelligent Manufacture & Control, Wuhan University ofTechnology, Hubei, China Email: zzy0309@yahoo.com.cn; dfchen@whut.edu.cn (2) School ofLogistics Engineering, Wuhan university oftechnology, Hubei, China Email: feixue098@ yahoo.com.cn Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 87 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH [35] TS Bùi Khắc Gầy, KS Trần Duy Hùng: Khảo sát động lực học cần trục tự hành dẫn động điện nâng vật từ nền, Tạp chí Cơ khí Việt Nam Số 04 tháng 04 năm 2010; trang 27 – 29 Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 88 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN HỮU THỌ Ngày sinh: 30 – 08 – 1985 Quê quán: Nhơn An, An Nhơn, Bình Định Điện thoại: (084) 0988.869.850 Email: mcadvn@hcmut.edu.vn, mcadvn@gmail.com Chỗ nay: Chung cư Tân Sơn Nhì 1, P 14, Q Tân Bình, TP HCM Cơ quan: Bộ mơn Cơ Giới Hóa Xí nghiệp – Xây dựng, Khoa Cơ khí, ĐHBK TP HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: + Năm 2003 – 2008: Sinh viên Khoa Cơ khí, Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM + Năm 2008 – 2010: Học viên cao học, cán giảng dạy Khoa Cơ khí, Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM Học viên thực hiện: KS Nguyễn Hữu Thọ - Mã số học viên: 03008755 Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ngân Trang 89 ... NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA & TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG... HỌC HỆ THỐNG CẦN CẨU KHI XE DI CHUYỂN NÂNG VẬT Ở TRẠNG THÁI BẤT ỔN ĐỊNH Hình 3.1b: Xe di chuyển nâng vật cầu trục Hình 3.1c: Xe di chuyển nâng vật cổng trục Sự dao động vật nâng cần cẩu cấu làm... văn nghiên cứu đặc tính động lực học hệ thống cần cẩu xe di chuyển nâng vật trạng thái bất ổn định vận tốc, gia tốc cấu (cơ cấu nâng, cấu di chuyển) , vật nâng làm vận tốc vật nâng trạng thái bất