Khảo sát xác định bộ thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng của bề mặt đường trong quá trình làm việc của máy san

Nghiên cứu nâng cao độ phẳng của bề mặt đường sau quá trình san là nhu cầu cấp thiết hiện nay. Để đáp ứng được nhu cầu đó ta cần xây dựng được mô hình động lực học của máy san trong quá trình làm việc, thiết lập được hệ phương trình toán học.

HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Khảo sát xác định thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường trình làm việc máy san A survey on determining the appropriate working parameters to improve the flatness of the road surface during the operation of the grader Đào Mạnh Quyền1, Chu Văn Đạt2, Lê Hồng Quân3,*, Lê Duy Long3 Trường Đại học Công nghệ GTVT Học viện Kỹ thuật Quân Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: quanlh.vsae@gmail.com Mobile: 0902094999 Tóm tắt Từ khóa: Thơng số động lực học, Mơ hình động lực học máy san Nghiên cứu nâng cao độ phẳng bề mặt đường sau trình san nhu cầu cấp thiết Để đáp ứng nhu cầu ta cần xây dựng mơ hình động lực học máy san trình làm việc, thiết lập hệ phương trình tốn học Sau sử dụng phần mềm chun dùng để tính tốn giải hệ phương trình, khảo sát ảnh hưởng thơng số làm việc đến độ phẳng bề mặt đường q trình máy san làm việc Từ xác định thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường trình làm việc máy san Nội dung báo thực công việc nêu để xác định thông số động lực học hợp lý Abstract Keywords: Dynamic Parameter, Dynamics model of graders Studying to improve the flatness of the road surface after the leveling process is an urgent need today To meet that requirement, we need to build a dynamic model of the grader during operation and set up the mathematical equation system From there on, a special software will be used to solve the equation and investigate the influence of the dynamic parameters on the flatness of road surface during the grading process Consequently, the most appropriate parameter set for improving the flatness of road surface during the grading will be determined The article will carry out the above tasks to determine the most appropriate dynamic parameters set Ngày nhận bài: 02/8/2018 Ngày nhận sửa: 08/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Quá trình làm việc máy san ln q trình động lực học phức tạp, tải trọng động biến đổi phạm vi rộng gây ảnh hưởng lớn đến trình điều khiển, chất lượng công việc độ phẳng bề mặt đường sau san Do việc nghiên cứu ngoại lực tác dụng, khảo sát ảnh hưởng thông số làm việc máy đến độ phẳng bề mặt đường trình san vấn đề cần thiết HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Để nâng cao độ phẳng bề mặt đường sau san ta cần nghiên cứu động lực học máy, khảo sát thông số làm việc như: Chiều sâu cắt, góc cắt, vận tốc cắt, số lần san,… Để làm việc ta cần xây dựng mơ hình động lực học máy, hệ phương trình vi phân Sau sử dụng phần mềm chun dùng để tính tốn, khảo sát, xác định ảnh hưởng thông số làm việc đến độ phẳng bề mặt đường trình san XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH CHUYỂN VỊ CỦA LƯỠI SAN TRONG Q TRÌNH LÀM VIỆC 2.1 Xây dựng mơ hình động lực học máy san trình làm việc Theo tài liệu [3] ta xây dựng mơ hình động lực học máy san trình làm việc hình Z3 Z0 Z1 Z2 Ctdp3 Ctdp2 btdp1 Ctdp1 m1 O btdp2 X1 G4 O1 PCS Pk Pk PCS G1 bp4 X0 PCS Y1 btdt1 Pk Ctdt2 PCS PCT Cp m2 Z0 Y0 X0 Ct4 Y0 Y2 G3 I Pd(t) btdt2 O2 Y3 m3 bt4 Z Ctdt1 X3 O3 m0 btdp3 Pk C tdt3 X2 G2 btdt3 PCT O X Y Hình Mơ hình dao động máy san không gian Để xây dựng mơ tác giả 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 Chọn hệ tọa độ suy rộng sau: q1  x0 dịch chuyển trọng tâm máy san theo phương Ox; q2  z0 dịch chuyển trọng tâm thân máy theo phương thẳng đứng; q3   góc lắc thân máy mặt phẳng (xOz); q4  1 góc lắc cầu sau mặt phẳng (yOz); q5   góc lắc cầu trước mặt phẳng (yOz); q6   góc nghiêng tạo mặt phẳng nằm ngang khung phụ cấu lưỡi san; Tác giả sử dụng phương trình Lagrang loại II để lập hệ phương trình vi phân chuyển động cho hệ Phương trình Lagrang loại II viết theo tọa độ suy rộng có dạng d  T  T      Qqi   dt  qi  qi qi qi (1) T hàm động hệ;  hàm hệ;  hàm hao tán hệ; qi tọa độ suy rộng (i = 1, 2, 3….6); Qqi lực suy rộng lực không tác dụng lên hệ Sau tính tốn ta thu hệ phương trình vi phân cơng thức (3) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Để giải hệ phương trình (4) ta cần xác định thơng số đầu vào thông số điều kiện ban đầu (điều kiện biên) Các thông số đầu vào xác định theo [3] Các thông số điều kiện biên bao gồm: Vận tốc ban đầu khâu: (2) q 10  0;q 02  0,q 30  0;q 04  0;q 05  0;q 06  Góc quay chuyển vị ban đầu khâu: q10  0;q02  0;q03  0;q 04  0;q 05  0;q 06  7 (rad) 45 (3) Các thông số động lực học khảo sát q trình máy san làm việc là: Chiều sâu cắt đất h; Vận tốc cắt v; Góc tạo lưỡi san trục dọc máy φ; Số lần san n (m  m  m  m )q   m l33 sinq q 6  m3 l 33 q 26 cosq   P -P -P x (t)-P x (t)-2P dp Ft   K Fs  dt    3  m3 l33 cosq6 q6  m3 l33 q 26 sinq6 2  (m1 l10  m2 l20  m3 lO3 ).q (m0  m1  m2  m3 ).q 2.(b  b )(q  l q )  2b (q  l q ) t đ1 tđ 2 10 tđ 20  ( m  m  m  m ).g  2(c  c )(q  l q  h )  2c (q  l q  h ) tđ tđ 2 10 10 tđ3 20 20   z z  - Pdt (t)+Pdp (t)    2 (m1 l10  m l 20  m3 l O3 )q 2  (J 0y  m1 l10 3  m3 lO3 l 33 cosq6 q 6 ).q  m l20  m3 l O3   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 tđ tđ2 10 10 10  O3 33 2c (q  l q  h ).l  2(b  b ).(q  l q ).l  2b (q  l q ).l tđ1 tđ 2 10 10 tđ3 20 20  tđ 20 20 20   z z   Pdt (t)+Pdp (t).lO3    1  2  2  (J 0x  J1x  J 3x ).q4   (btđ1  btđ ).bs  btđ bxl .q  (c t đ1  c tđ ).bs  c tđ bxl .q   B z  - Pdt (t)-Pdzp (t)     1 J q 2  2x 5  btđ bt q  c tđ bt q5     m l sinq q      m3 l 33 cosq q  m 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 cosq6 q  q l33 q sinq6  lO3 l33 q q sinq   m3 g.l33 cosq  2 2c tđ l 34 sinq cosq  2.b tđ l34 q cos2 q6   - P x (t).l sinq +Px (t).l sinq -Pz (t)l cosq -Pz (t)l cosq dt 33 dp 33 dt 33 dp 33          (4) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2.2 Sơ đồ thuật toán xác định chuyển vị lưỡi san q trình làm việc Chương trình tính tốn ĐLH máy san viết ngơn ngữ lập trình Matlab, dựa cơng cụ Simulink Matlab Để tính tốn giải hệ phương trình vi phân chuyển động hệ tác giả sử dụng kết hợp đồng thời công cụ Matlab Simulink phần mềm Matlab phiên 2012 Tính chất lý đất Thông số kết cấu KHỐI ĐẦU VÀO FK, Fcản Mấp mô ban đầu Lần san k=1 Khối hệ PTVT Khối vận tốc i ban đầu q Khối chuyển vị ban đầu qi0 Khối tích phân Khối tích phân  h=qmax – qj  [h0] k=k+1 Đúng Dừng Hình Sơ đồ thuật tốn khảo sát xác định thông số làm việc hợp lý KẾT QUẢ KHẢO SÁT, XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ LÀM VIỆC HỢP LÝ ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ PHẲNG CỦA BỀ MẶT ĐƯỜNG SAU QUÁ TRÌNH SAN Phương pháp khảo sát sau: Ta đưa trước cao độ định mức đường cần san so với cốt chuẩn thiết kế tuyến đường là: 10, cm Ở lượt san đầu tiên, đất có dạng mấp mơ tự nhiên (được xác định từ thực nghiệm) nên ta chọn chiều sâu cắt lượt san 10 cm Do tiêu trí cần đạt máy san độ phẳng nên chiều sâu cắt lượt san giá trị qmax lượt san trước trừ giá trị cao độ định mức mà ta chọn Tiến hành tương tự lượt san Ta tiến hành dừng san tỷ lệ % đất bị cắt (chuyển vị lưỡi san) lượt san sau so với lượt san trước nhỏ 10% Nếu tỷ lệ lớn 10% ta tiếp tục cho san lượt đạt điều kiện nhỏ 10% dừng san HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Chuyển vị lưỡi san trình làm việc độ phẳng bề mặt đường sau trình san Sau tính tốn ta có 100 kết ứng với 25 trường hợp Trong thuyết minh tác giả xin trình bày kết trường hợp điển sau: Trường hợp 1: Cao độ định mức đường cần san so với cốt chuẩn là: 10 cm Lượt san 1: v1 = 0,6 m/s; φ1 = 450; h1 = 10 cm; n = Sau lượt san ta nhận bảng 500 giá trị chuyển vị lưỡi san q tương ứng thời gian 10 giây Căn vào bảng giá trị đó, ta thấy giá trị qmax = 16cm Như để mong muốn đạt độ phẳng theo cao độ định mức cho trước 10cm chiều sâu cắt lượt san thứ phải bằng: qmax – 10 = 6cm Như lượt san 2: v1 = 0.6 m/s; φ1 = 450; h2 = 6cm; n = Phương pháp khảo sát tương tự cho lượt san ta kết cụ thể dạng đồ thị sau: Lượt san 3: v1 = 0,6 m/s; φ1 = 450; h3 = 3cm; n = Lượt san 4: v1 = 0,6 m/s; φ1 = 450; h4 = cm; n = Hình Chuyển vị lưỡi san trường hợp Trường hợp 2: Cao độ định mức đường cần san so với cốt chuẩn là: cm Phương pháp khảo sát tương tự trường hợp Ta có số liệu san sau: Lượt san 1: v1 = 0,6 m/s; φ1 = 450; h1 = 10 cm; n = Lượt san 2: v1 = 0,6 m/s; φ1 = 450; h2 = cm; n = Lượt san 3: v1 = 0,6 m/s; φ1 = 450; h3 = cm; n = Lượt san 4: v1 = 0,6 m/s; φ1 = 450; h4 = cm; n = HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Chuyển vị lưỡi san trường hợp Trường hợp 3: Cao độ định mức đường cần san so với cốt chuẩn là: 10 cm Phương pháp khảo sát tương tự trường hợp Ta có số liệu san sau: Lượt san 1: v1 = 1,0 m/s; φ1 = 650; h1 = 10 cm; n = 5; Lượt 2: h2 = cm; Lượt 3: h3 = cm; Lượt 4: h4 = cm; Lượt 5: h5 = cm Hình Chuyển vị lưỡi san trường hợp Trường hợp 4: Cao độ định mức đường cần san so với cốt chuẩn là: cm Phương pháp khảo sát tương tự trường hợp Ta có số liệu san sau: Lượt san 1: v1 = 1,0 m/s; φ1 = 650; h1 = 10 cm; n = 3; Lượt 2: v1 = 1,0 m/s; φ1 = 650; h2 = cm; n = 3; Lượt 3: v1 = 1,0 m/s; φ1 = 650; h3 = cm; n = HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Chuyển vị lưỡi san trường hợp Phân tích kết khảo sát: Căn vào kết trường hợp ta thấy, lượt san đất có mấp mơ tự nhiên tác động vào nên chuyển vị lưỡi san có biên độ dao động lớn Ở lượt san chuyển vị lưỡi san dần ổn định đất san phẳng lần san trước Căn vào hình 3; 4; 5; ta thấy ứng với thơng số làm việc khác ta thu kết chuyển vị lưỡi san khác q trình làm việc Như thơng số làm việc có tác động trực tiếp đến độ phẳng bề mặt đường trình máy san làm việc Căn vào kết đồ thị ta thấy, với thông số làm việc trường hợp cho ta độ phẳng bề mặt đường tốt nhất, số lần phải san nhất, chi phí cho nhân cơng, nhiên liệu… Vì ta chọn thơng số trường hợp thông số hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường trình làm việc máy san KẾT LUẬN Căn vào kết khảo sát thể Tác giả đề suất thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường sau trình san sau: - Vận tốc di chuyển trung bình: Vtb = 1,.0 m/s; - Góc tạo trục dọc máy với lưỡi san: φ = 650 - Số lần san: 03 lần; - Chiều sâu cắt đất: + Lượt san 1: h1 = 0,1 m; + Lượt san 2: h2 = 0,04 m; + Lượt san 3: h3 = 0,02 m; TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Баловнев В.И (1981), Дорожно-строительные машины с рабочими огранами интенсифицирующего действия, Москва Машиностроение HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 [2] Корчагин П.А., Корчагина Е.А., Чакурин И.А Снижение динамических воздействий на оператора автогрейдера в транспортном режиме: Монография Омск: СибАДИ, 2009 - 195с [3] Đào Mạnh Quyền, Xây dựng mơ hình động lực học máy san q trình làm việc, Tạp chí KH&CN, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 42, Tháng 10 - 2017 [4] Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngữ, Lưu Bá Thuận (2004), Máy làm đất, Nhà xuất Xây dựng [5] Vũ Thế Lộc, Vũ Thanh Bình (1997), Máy làm đất, Nhà xuất Giao thông vận tải [6] Đỗ Sanh (2004), Động lực học máy, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [7] Nguyễn Văn Vịnh (2008), Động lực học máy xây dựng xếp dỡ, Nhà xuất Giao thông vận tải  ... thuật tốn khảo sát xác định thơng số làm việc hợp lý KẾT QUẢ KHẢO SÁT, XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ LÀM VIỆC HỢP LÝ ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ PHẲNG CỦA BỀ MẶT ĐƯỜNG SAU QUÁ TRÌNH SAN Phương pháp khảo sát sau: Ta... chọn thông số trường hợp thông số hợp lý để nâng cao độ phẳng bề mặt đường trình làm việc máy san KẾT LUẬN Căn vào kết khảo sát thể Tác giả đề suất thông số làm việc hợp lý để nâng cao độ phẳng bề. .. động trực tiếp đến độ phẳng bề mặt đường trình máy san làm việc Căn vào kết đồ thị ta thấy, với thông số làm việc trường hợp cho ta độ phẳng bề mặt đường tốt nhất, số lần phải san nhất, chi phí