Mô hình hóa của cơ cấu dùng bánh lệch tâm/cam và mô hình dùng nam châm điện đƣợc trình bày trên hình 2.8.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 25 Hình 2.8. Mô hình hóa các cơ cấu rung
(a) Mô hình cho bánh lệch tâm/cam của Pavlovskaia [8] (b) Mô hình cho nam châm điện của Franca [13]
Trong mô hình 2.8a, m là khối lƣợng của bộ phận dao động, F là lực tuần hoàn sinh ra tác dụng lên bộ phận đó. Phản lực tƣơng hỗ và lực cản của bộ phận chặn đƣợc mô hình hóa bằng lò xo k và bộ giảm chấn c. Ff là lực ma sát giữa toàn cơ hệ và giá. Mô hình này bỏ qua khối lƣợng của toàn cơ hệ.
Trong mô hình 2.8b, khối lƣợng của toàn cơ hệ đƣợc mô hình bằng thành phần khối lƣợng m2, còn khối lƣợng của bộ phận dao động đƣợc đặc trƣng bằng thành phần m1. Giữa bộ phận dao động m1 và cơ hệ đƣợc kết nối bằng một lò xo tuyến tính k0. Ngoài ra còn có thành phần giảm chấn c0
phản ánh mất mát trong lò xo này cũng nhƣ lực cản của không khí.
Điều dễ nhận thấy trong cả hai mô hình trên là đều có sự hiện diện của thành phần lực tĩnh B. Thành phần này trong các cơ cấu treo đứng đƣơng nhiên có đƣợc nhờ trọng lƣợng của cơ cấu. Tuy nhiên, trong các máy đào ngang, việc tạo các thành phần này là không khả thi. Thực tế cho thấy nếu cho các thành phần này bằng không thì các cơ hệ không chuyển động tiến về một phía đƣợc. Trong các thí nghiệm đã đƣợc nghiên cứu, các tác giả nói trên đều phải sử dụng đối trọng treo thông qua hệ ròng rọc để
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 26
tạo lực tĩnh ngang (xin xem hình 2.5, bộ phận số 6). Điều này dẫn đến các mô hình này không khả dụng cho máy đào hầm ngang, vì rằng không thể tạo lực ngang cố định liên tục tác dụng lên máy trong suốt hành trình dài nhiều chục mét.
Mô hình rung va đập dùng cơ cấu RLC07 của tác giả Nguyễn Văn Dự đã khắc phục đƣợc nhƣợc điểm này (xem hình 2.9).
Hình 2.9. Mô hình mô tả cơ cấu RLC 07 [3]
Trong mô hình RLC 07, khối lƣợng của lõi sắt dao động đƣợc biểu diễn bằng thành phần m1, còn khối lƣợng của toàn cơ cấu đƣợc biểu diễn bằng thành phần m2. Độ cứng va đập đƣợc mô hình hóa bằng lò xo tuyến tính k0. Ma sát trƣợt giữa lõi sắt và ống dây đƣợc biểu diễn bằng lực ma sát
Ff1. Thành phần ma sát Ff2 đặc trƣng cho lực cản của giá khi cơ hệ trƣợt trên giá. Lò xo phi tuyến k1 là mô hình hóa của lực điện từ sinh ra giữa ống dây và lõi sắt. Ở các lò xo tuyến tính, lực đàn hồi của lò xo tỷ lệ thuận với khoảng cách nén hay dãn của lò xo. Nhƣng lực điện từ sinh ra trong ống dây lại quan hệ với vị trí lõi sắt theo quan hệ phi tuyến mạnh (xin tham khảo hình 2.7), do vậy, nó đƣợc đặc trƣng bằng lò xo phi tuyến k1.
Với cơ cấu rung - va đập RLC-07, các nghiên cứu đã khẳng định đƣợc tính tích cực và ƣu điểm vƣợt trội của nó [3, 20..26]. Tuy nhiên, công suất sinh ra của cơ cấu này còn nhỏ, chƣa đủ lớn để thắng đƣợc lực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 27 A B C Fd tA Fd tC FqtA FqtC
Hình: 2.10. Hành trình chuyển động của lõi sắt
cản của đất và công suất cần thiết để nén đất trong quá trình thâm nhập vào đất. Vì vậy, việc cải tiến nâng cao công suất để khai thác, ứng dụng vào thực tiễn của cơ cấu này là rất cần thiết.