thông số cần thiết có trong chuyển động.
Sau khi định nghĩa các thông số, chúng ta tiếp tục nhắp vào Next để chuyển sang các trang và thiết lập các thông số theo yêu cầu.
- Để tạo các đồ thị hiển thị kết quả mô phỏng của một đối tượng nào đó, ta chọn đối tượng đó trong cây phả hệ, nhắp phải chuột và chọn plot
- Sau khi hoàn thành các bước trên, ta tiến hành mô phỏng bằng cách sử dụng nút Play trên thanh công cụ Cosmos Motion. Chúng ta có thể xuất quá trình mô phỏng sang file *.AVI hoặc sang các chương trình tính toán và mô phỏng khác như: FEA, MSC.ADAMS
4.2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng máy khoan hố trồng cây bằng Cosmos Motion. Motion.
Mô hình 3D của máy khoan hố đã được mô phỏng bằng phần mềm Solidworks. Từ đó chúng ta có thể mô phỏng các quá trình làm việc của máy khoan hố bằng Cosmos Motion trong Solidworks như sau:
Trong cây thư mục chuyển động, nhắp chuột phải vào Motion Model, sau đó chọn IntelliMotion Builder, sau đó chọn các thông số cần thiết có trong chuyển động.
1. Khai báo hệ thống đơn vị đo (Units).
2. Khai báo gia tốc trọng trường cho môi trường mô phỏng (Gravity). 3. Khai báo các liên kết (Joints).
Trong Cosmos Motion, việc liên kết các chi tiết lại với nhau được thực hiện thông qua việc tạo nên các khớp liên kết. Thư viện khớp nối của Cosmosmotion có đầy đủ các loại khớp như: khớp bản lề (Revolute); khớp trụ (Cylindrical); khớp cầu (Spherical); khớp tịnh tiến (Translational); cố định chi tiết (Fixed)….
Theo mặc định, sau khi lắp ráp các chi tiết và chuyển sang môi trường mô phỏng (motion), giữa các chi tiết lắp ráp với nhau sẽ tự động được gán các khớp tương ứng với các lựa chọn trong lệnh Mate. Tuy nhiên trong một số trường hợp ta phải xoá các khớp mặc định và tiến hành gán lại các khớp sao cho phù hợp với mô hình. Chúng ta cần chú ý rằng trước khi tiến hành gán các khớp phải định nghĩa đối tượng nào là đối tượng cố định, đối tượng nào là đối tượng di động. Căn cứ vào nguyên lý làm việc của máy khoan hố ta tiến hành khai báo khớp liên kết các chi tiết cho phù hợp. Mỗi liên kết được gán chuyển động sẽ có các ký hiệu cụ thể.
Các thông số của chuyển động sẽ được xác định trong bảng defined Joints: 4. Khai báo các lực (Force/Moment).
Lực tác dụng: lệnh Action Only Force với hộp thoại Insert Action only Force. Mômen tác dụng: Lệnh Action Only Moment.
Phản lực: Lệnh Action/Reaction Force.
Sau khi thiết lập các thông số, ta click chuột vào biểu tượng Run Simulation ở cuối cây phả hệ để xem chuyển động cụ thể.
Sau khi tiến hành các khai báo cần thiết cho các chi tiết trong Cosmos Motion, ta được mô hình mô phỏng động bộ phận dẫn động cho mũi khoan như hình 4.4.
Hình 4.4: Mô hình mô phỏng bộ phận dẫn động cho mũi khoan hố.
4.3. Khảo sát ứng suất biến dạng lưỡi khoan hố trồng cây.
Để xác định độ ổn định và độ bền của kết cấu đã cho, dưới các trạng thái tải trọng khác nhau, ta cần phải quan sát ứng suất và biến dạng trên các chi tiết của kết cấu khi chúng đang chịu tải. Có nhiều phương pháp khác nhau để tính ứng suất và biến dạng. Một trong các phương pháp này gọi là phân tích phần tử hữu hạn (FEA – Finite Element Analysis).
Trong Solidworks, với chức năng CosmosWorks và nút lệnh Cosmosxpress Analysis Wizard trên thanh công cụ Standard ta có thể phân tích ứng suất và biến dạng.
Để làm xuất hiện thêm menu CosmosWorks trên chương trình Solidworks ta thực hiện theo các trình tự sau:
Khi cài Solidworks ta phải chọn Solidworks Office Professionnal 2007 hoặc Solidworks Office Premium 2007.
Sau khi cài đặt Solidworks. Ta nhấp chọn Tools > Add-Ins. Khi đó hộp thoại Add – Ins xuất hiện.
Ta đánh dấu chọn mục CosmosWorks 2007 tại hai cột Active Add – Ins và Start Up. Nhấn nút Ok trong hộp thoại Add – Ins để kết thúc. Khi đó trên màn hình làm việc của Solidworks sẽ xuất hiện menu CosmosWorks.
Phân tích ứng suất và biến dạng theo phương pháp phần tử hữu hạn.
Trong bài toán cơ học [22], khi ngoại lực tác dụng vào một vật thể, khiến vật thể bị biến dạng và nội lực cân bằng với ngoại lực. Các ẩn số của bài toán được hình thành. Bài toán cơ học thường có dạng phương trinh vi phân, chúng thường thoả mãn 3 điều kiện ràng buộc:
1- Điều kiện vật liệu (định luật Hooke,…); 2- Tính tương thích; 3- Cân bằng lực n i i F 0 0.
Nội dung cơ bản của các bước giải một bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc là:
- Chia vật thể ra thành nhiều phần tử sao cho tính chất vật lý của từng phần tử không thay đổi. Nếu vật thể có dạng biên phức tạp thì nên chia các phần tử gần biên nhỏ hơn nữa (mịn hơn). Làm như vậy ta có thể dùng các phần tử đơn giản thay cho các phần tử phức tạp.
- Tìm phiếm hàm. - Tìm điều kiện biên.
- Dùng các hàm số tạo hình để tìm ra các ma trận cứng của các phần tử. - Kết nối các phần tử với nhau qua các nút để thu được hệ thống phương trình cho cấu trúc.
- Giải hệ thống phương trình để xác định các ẩn số là chuyển vị. - Từ chuyển vị, tính toán suy ra độ biến dạng và ứng suất.
Trong bài toán xác định ứng suất và biến dạng có thể được tính toán theo các cách khác nhau, nhưng với những hình dạng hình học và điều kiện biên phức tạp hơn, đòi hỏi cần phải có phương pháp khác phù hợp hơn. Phương pháp phần tử hữu hạn cùng với các phần mềm tính toán là lựa chọn phù hợp cho bài toán xác định ứng suất và biến dạng của kết cấu.
Trong đề tài này tôi phân tích ứng suất biến dạng của mũi khoan dạng khung. Đây là chi tiết chịu tải trọng phức tạp, ứng suất biến dạng của nó phụ thuộc nhiều vào mômen cản khi khoan đất.
Để có số liệu đầu vào cho việc khảo sát ứng suất biến dạng của mũi khoan, tôi xác định mômen cản khi khoan đất bằng nghiên cứu thực nghiệm (được trình bày chi tiết ở chương 5). Sau khi có mômen cản lớn nhất tác dụng lên trục mũi khoan từ kết quả thực nghiệm bằng 310Nm, tính được lực cản tác dụng lên lưỡi khoan.
Trước hết chúng tôi sử dụng các lệnh tạo hình, hiệu chỉnh, gán ràng buộc hình dạng và kích thước, đặc tính phác thảo để xây dựng mô hình mũi khoan hố dùng cho mô phỏng như hình 4.5.
Hình 4.5: Mô hình lưỡi khoan để mô phỏng ứng suất, biến dạng.
Nhấp chọn nút lệnh Cosmosxpress analysis wizard trên thanh công cụ standard khi đó cosmosxpress xuất hiện. Ta chọn vật liệu để gán cho mô hình. Tiếp theo đó nhấn nút next để chuyển sang trang Restaint, nhập tên gối tựa và chọn mặt để gán gối tựa. Tiếp tục nhấn next, chọn lực (Force), chọn mặt chịu lực, nhập giá trị lực tác dụng. Tiếp tục nhấn next để chuyển sang trang Analyze, nhấn nút Run để bắt đầu quá trình tính toán. Sau khi tính toán hộp thoại Cosmosxpress chuyển sang trang Results. Trang này thông báo về tính toán. Nhấn nút Next để chuyển sang trang Optimize, lựa chọn Yes và nhấn nút Next, trong hộp thoại Cosmosxpress có các lựa chọn để xác định hệ số an
toàn, ứng suất và chuyển vị lớn nhất. Sau khi thay đổi kích thước, nhấn nút Next để chuyển sang trang mới để lựa chọn hiện thị kết quả.
CHƯƠNG 5
Hình 4.6: Kết quả mô phỏng ứng suất
Hình 4.7: Kết quả mô phỏng biến dạng của lưỡi khoan
Từ kết quả mô phỏng ứng suất, biến dạng của lưỡi khoan cho ta những vị trí chịu ứng suất lớn trên lưỡi khoan. Để tránh gẫy lưỡi khoan tại những vị trí này, cần tăng kích thước hình học hoặc có các giải pháp tăng bền khác.
Chương 5
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm.
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệmlà xác định thông số đầu vào cho việc mô phỏng bằng Cosmos Works để xác định ứng suất và biến dạng của một số bộ phận làm việc của máy khoan hố trồng cây.
5.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm.
Đối tượng được sử dụng để tiến hành thí nghiệm là máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp sau máy kéo Bông sen - 8 của đề tài cấp bộ: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố trồng cây, phát thực bì phục vụ trồng và chăm sóc rừng” do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì.
Khu đất thí nghiệm được bố trí tại các khu đất đồi điển hình thường gặp.
5.3. Các thông số cần đo và thiết bị đo.
Để đo momen xoắn trên trục mũi khoan tôi dùng khâu cảm biến đo mômen tự tạo. Khâu này được bố trí giữa trục then hoa của hộp giảm tốc và trục mũi khoan. Phần tử nhạy của khâu đo mômen là trục hình trụ, trên đó dán 4 tenzô điện trở, phía trước 2 lá và phía sau 2 lá ở các vị trí đối xứng nhau hình 5.1.
Các tenzô điện trở được mắc theo sơ đồ cầu đủ điện trở với 4 điện trở tích cực. hình 5.2.
Hinhh
Hình 5.2: Sơ đồ cầu đủ điện trở
Cầu đo được nối với cụm phát của bộ thu phát không dây hình 5.3.
Cụm thu được nối với ăng ten và thiết bị thu thập khếch đại nhiều kênh Spider - 8, thiết bị này được nối ghép với máy tính xách tay Toshiba được điều khiển bằng phần mềm Catman.
Hình 5.4: Spider 8 và bộ thu phát không dây
Hình 5.5: Kết nối các thiết bị đo
Hiệu chuẩn khâu đo mômen được thực hiện bằng cách tạo mômen xoắn trên trục với cánh tay đòn và lực đã biết.
5.4. Tiến hành thực nghiệm.
Các thí nghiệm được bố trí tại các khu đất đồi điển hình thường gặp. Máy thí nghiệm là máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí, thí nghiệm được tiến hành với loại mũi khoan dạng khung Hình 5.6
Hình 5.6: Khâu đo mô men xoắn trục mũi khoan dạng khung
Sau khi đưa máy đến địa điểm thí nghiệm, tiến hành lắp các thiết bị đo sau đó tiến hành thực nghiệm.
Hình 5.7: Tiến hành thực nghệm
Thực nghiệm do 4 người đảm nhiệm: Người thứ nhất điều khiển máy khoan hố, Người thứ hai điều khiển máy tính và thiết bị thu thập khuếch đại tín hiệu Spider 8; Người thứ ba lập biểu và ghi chép nội dung đo; Người thứ tư làm công việc phụ trợ cho quá trình đo.
5.5. Xử lý kết quả thực nghiệm.
Kết quả đo được lưu vào các tệp giữ liệu dạng ASCII trong phần mềm Catman. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Catman. Dưới đây là một trong những kết quả đo mômen xoắn trên trục mũi khoan khi khoan một hố ở đất rừng núi Luốt.
Hình 5.8: Kết quả đo mômen xoắn trên trục mũi khoan
Từ kết quả thu được với việc ứng dụng phần mềm Kaleidagraph xác định được mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên trục mũi khoan là 310Nm, giá trị trung bình thường gặp là 180Nm.
Kết luận chương 5:
Bằng phương pháp đo tenzô với việc ứng dụng bộ thu phát không dây và thiết bị Spider 8 đã tiến hành thực nghiệm đo mômen xoắn trên trục mũi khoan. Kết quả được mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên trục mũi khoan là 310Nm, giá trị trung bình thường gặp là 180Nm. Đây là thông số đầu vào quan trọng cho việc khảo sát ứng suất biến dạng của mũi khoan và chi tiết khác của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen – 8.
MO MEN XOAN -40 -30 -20 -10 0 10 0 5 10 15 20 Thoi gian,s M o m e n ,d a N m
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận
1. Bằng phần mềm Solidworks chúng tôi đã xây dựng được mô hình 3 D của đầu máy kéo Bông sen 8 và tất cả các chi tiết của máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen 8 theo thiết kế của đề tài trọng điểm cấp Bộ “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố trồng cây, phát thực bì phục vụ trồng và chăm sóc rừng”.
2. Đề tài đã lắp ráp và mô phỏng việc tháo lắp các cụm máy có kết cấu tương đối phức tạp của máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp sau máy kéo Bông sen 8 như: Cụm puly vấu, cụm hộp giảm tốc bánh răng côn, cụm cơ cấu khoan. Các cụm máy được mô phỏng mang tính trực quan, thuận lợi cho việc chỉ đạo gia công lắp ghép và chuyển giao kỹ thuật.
3. Bằng Cosmosmotion đã mô phỏng động bộ phận truyền động cho cơ cấu khoan và máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông sen 8. Cơ cấu và máy được mô phỏng giúp cho việc hướng dẫn cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy trong chuyển giao kỹ thuật một cách trực quan, dễ hiểu; ngoài ra còn cho phép xác định các thông số động học của các cơ cấu và máy.
4. Bằng Cosmosworks với lệnh Cosmosxpress Analyis wizard đã phân tích ứng suất, biến dạng bộ phận làm việc là mũi khoan của máy khoan hố trồng cây. Kết quả này làm căn cứ cho việc hoàn thiện thêm về mặt kết cấu của mũi khoan theo hướng tăng bền và độ cứng vững.
5. Bằng nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được mô men cản tác dụng lên trục mũi khoan làm tài liệu gốc cho việc mô phỏng động và phân tích ứng suất, biến dạng của bộ phận làm việc này.
Khuyến nghị
- Các mô hình 3D và kết quả mô phỏng của đề tài có thể dùng ngay cho việc chỉ đạo gia công chế tạo và chuyển giao công nghệ máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông sen 8.
- Cần phân tích động lực học, ứng suất, biến dạng các cơ cấu và chi tiết của máy bằng các phần mềm khác như Adams, Ansys để so sánh và hoàn thiện thêm việc mô phỏng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Giang Ngọc Anh, Hoàng Hà, Phạm văn Tỉnh (1998), Nghiên cứu thực nghiệm để xác định mômen cản tác dụng lên mũi khoan khi khoan hố trồng cây, Chuyên đề nghiên cứu khoa học sinh viên,Trường đại học Lâm nghiệp, Hà Tây.
2. Nguyễn Nhật Chiêu (2005), Đo lường và khảo nghiệm máy, Tập bài giảng cho cao học, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây.
3. PGS.TS.Nguyễn Nhật Chiêu (2005), Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố trồng cây, phát thực bì phục vụ trồng và chăm sóc rừng, Báo cáo khoa học đề tài cấp bộ, Trường đại học Lâm nghiệp, Hà Tây.
4. Nguyễn Thị Diện (2003), Thiết kế máy cuốc hố trồng cây lắp sau máy kéoBông Sen – 20, Khoá luận tốt nghiệp, Trường đại học Lâm nghiệp, Hà Tây.
5. Hoàng Hữu Đao (2000), Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số hình học của lưỡi khoan đến tiêu hao công suất và độ nén chặt của thành hố, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây.
6. Đinh thị Thu Hà (2003), Thiết kế máy khoan hố trồng cây với dẫn động thuỷ lực lắp sau máy kéo Bông sen – 20, Khoá luận tốt nghiệp, Trường đại học Lâm nghiệp, Hà Tây.
7. Lương Ngọc Hoàn (2008), Nghiên cứu động lực học của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây.
8. Đinh Thị Hợi (2009), Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội.
9. Nguyễn Khắc Huân (2005), Nghiên cứu xác định ứng suất và biến dạng