Hình 3.8: Gia tốc rung động của máy ứng với ɷ3= 205rad/s
Từ những kết quả khảo sát thu được luận án đưa ra một số nhận xét sau:
- Gia tốc rung động của hệ thống cắt đất có dạng tuần hoàn, phụ thuộc vào vận tốc góc của đãi thép lắp dao cắt đất
- Gia tốc rung động lớn hơn gia tốc rung động cho phép của máy, gia tốc rung động này ảnh hưởng đến kết cấu và độ bền của các chi tiết trong hệ thống cắt đất, đồng thời ảnh hưởng đến dao động của máy.
- Khi vận tốc góc của đĩa thép lắp dao cắt đất ɷ1= 125 rad/s, thi gia tốc rung động của hệ thống lớn, khi vận tốc góc ɷ2= 165rad/s, thì gia tốc rung động của hệ thống nhỏ, khi tăng vận tốc góc của đĩa thép lên ɷ3= 205rad/s, thì gia tốc độ rung động của máy lại tăng lên nguyên nhân khi vận tốc góc nhỏ xung lực tại chốt lắp dao cắt (điểm O1) lớn, từ đó tác động lên hệ thống làm cho gia tốc rung của hệ thống lớn, khi vận tốc góc của đĩa thép đạt giá trị nhất định thì xung lực tại chốt lắp dao cắt nhỏ, từ đó làm cho gia tốc rung của hệ thống giảm đi. Khi vận tốc góc lớn thì xung lực va chạm lớn, lực cắt lớn, lực khích động gây rung lớn, dẫn đến gia tốc rung động lớn.
b) Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng lò xo giảm rung C1 đến gia tốc rung động của máy
Luận án tiến hành khảo sát khi thay đổi đầu vào của chương trình mô phỏng với sự thay đổi độ cứng của lò xo giảm rung C1 = 200 N/m; C1 =300 N/m; C1=400N/m, C2 lấy giá trị cố định C2 = 50 N/m, kết quả mô phỏng được đồ thị hình 3.9; 3.10; 3.11.
Hình 3.9: Gia tốc rung động của hệ thống cắt đất ứng vớiđộ cứng lò xo giảm chấn C1 = 200N/m độ cứng lò xo giảm chấn C1 = 200N/m
Hình 3.10: Gia tốc rung động của hệ thống cắt đất ứng vớiđộ cứng lò xo giảm chấn C1 = 300N/m độ cứng lò xo giảm chấn C1 = 300N/m
Hình 3.11: Gia tốc rung động của hệ thống cắt đất ứng vớiđộ cứng lò xo giảm chấn C1 = 400N/m độ cứng lò xo giảm chấn C1 = 400N/m
Từ kết quả khảo sát thu được có nhận xét sau:
Gia tốc rung động của máy phục thuộc vào độ cứng của lò xo giảm chấn liên kết giữa máy và tay cầm, khi độ cứng của lò xo C1 = 300N/m thì gia tốc rung động là nhỏ nhất, kết quả khảo sát này là cơ sở khoa học để đưa ra giải pháp chống rung động cho hệ thống cắt đất.
c) Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C1 đến biên độ dao động của trục đĩa thép lắp dao cắt đất
Bài toán khảo sát khi cho giá trị độ cứng C1 thay đổi, xác định được các trị tương ứng về biên độ dao động cực đại theo phương thẳng đứng của trục đĩa thép lắp dao cắt và phản lực tác dụng cực đại lên tay cầm trên của máy cắt đất, các trị tương ứng này được ghi trên bảng 3.2. Kết quả khảo sát được thể hiện trên hình 3.12 và 3.13
Độ cứng C1 ( kN/m)
Biên độ cực đại theo phương đứng của trục
đĩa (mm)
Phản lực cực đại lên tay cầm trên của
máy (kG) 200 13.8 116.9 250 11.3 120.3 300 9.4 119.4 350 7.7 114.9 400 6.6 112.6 450 5.9 112.8 500 5.5 116.0 550 4.8 113.2 600 4.5 113.6 650 4.1 112.5 700 3.8 111.8 750 3.5 111.8 800 3.3 112.0 850 3.1 111.1
Hình 3.12. Đồ thị ảnh hưởng của độ cứng C1 đến biên độ dao động cực đại theo phương đứng của trục đĩa
Hình 3.13. Đồ thị ảnh hưởng của độ cứng C1 đến phản lực cực đại trên tay cầm trên của máy
3.2.3. Giải pháp giảm rung cho hệ thống cắt đất
Đối với nguồn động lực đã được nghiên cứu tương đối hoàn thiện về cân bằng máy, trong lượng máy, kết cấu của hệ thống giảm rung, do vậy ở phần này luận án chỉ đề cập đến các giải pháp giảm rung do lực kích động gây ra khi cắt đất. Để cho máy cắt đất có gia tốc rung nằm trong giá trị cho phép, đề tài đề xuất giải pháp giảm rung là tiêu tán năng lượng trong môi trường cản,
bằng cách bổ sung thêm vào bộ phận giảm rung của hệ thống một phần tử giảm rung có độ cứng được xác định bằng thực nghiệm hoặc bằng mô phỏng lý thuyết C1= 300N/m, bộ phận giảm rung mới có thể sử dụng lò xo thép hoặc đệm cao su. Để có S01 nhỏ nhất cần giảm ma sát ở chốt quay O1 của dao cắt đất. Giải pháp này có tác dụng làm giảm được biên độ rung và lực quán tính (hay gia tốc rung).
3.3. Khảo sát thông số ảnh hưởng đến vận tốc và áp lực của quạt hút vàphun đất phun đất
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra đến vận tốc của quạt hútvà phun đất và phun đất
Để tìm qui luật ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra β2 đến vận tốc của quạt hút, luận án tiến hành khảo sát phương trình (2.73). Phương pháp khảo sát sử dụng phần mềm phần mềm Matlab – Simulink, thông số đầu vào cho khảo sát gồm có: r1 = 10cm; r2 = 4cm, kết quả khảo sát được thể hiện trên hình 3.14.
Hình 3.14: Ảnh hưởng của góc β2 đến vận tốc của quạt hút và phun đất Nhận xét: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra của quạt hút ở dạng phi Nhận xét: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra của quạt hút ở dạng phi tuyến, với góc lắp ráp đầu ra β2 = 100-125 độ thì vận tốc tuyệt đối của không khí đầu ra là lớn nhất, kết quả khảo sát này là cơ sở để xác định thông số hợp lý của góc β2 khi thiết kế chế tạo quạt hút và phun đất chữa cháy rừng.
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra đến áp lực phun của quạt hút quạt hút
Để xác định ảnh hưởng của góc β2 đến áp lực của quạt hút và phun đất, luận án tiến hành khảo sát công thức (2.76). Phương pháp khảo sát sử dụng phầm mềm phần mềm Matlab – Simulink, thông số đầu vào cho khảo sát gồm có: r1 = 10cm; r2 = 4cm, kết quả khảo sát được thể hiện trên hình 3.15.
Hình 3.15: Ảnh hưởng của góc β2 đến áp lực quạt hút, phun đất
Từ kết quả khảo sát thu được luận án có nhận xét sau:
- Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra đến áp lực của quạt hút là quan hệ phi tuyến, khi góc lắp ráp đầu ra β2 thay đổi từ 100 - 125 độ cho áp lực hút và phun là lớn nhất.
- Kết quả khảo sát trên là cơ sở khoa học để lựa chọn thông số hợp lý của góc lắp ráp đầu ra khi tính toán thiết kế chế tạo quạt hút, phun đất cắt chữa cháy rừng.
3.4. Xác định một số thông số hợp lý của máy chữa cháy rừng bằng đất cát
Từ kết quả tính toán thu được trong chương 2 và kết quả khảo sát thu được trong chương 3, luận án tiến hành xác định một số thông số kỹ thuật của máy chữa cháy rừng bằng đất cát để làm cơ sở cho công việc tính toán tối ưu một số thông số của máy trong chương 4.
Căn cứ vào kết quả khảo sát thu được luận án tiến hành xác định một số thông số hợp lý của máy cần phải nghiên cứu tính toán tối ưu như sau:
- Bán kính đĩa thép lắp dao cắt: Căn cứ vào kết quả khảo sát công suất cắt- kéo văng đất hình 3.1, cho thấy để thỏa mãn yêu cầu về công suất động cơ của máy thì bán kính đĩa thép lắp dao cắt hợp lý trong khoảng R = (7-8) cm;
- Chiều dài dao cắt hợp lý: Theo kết quả khảo sát trên hình 3.2 thì chiều dài dao cắt hợp lý nhất khi l = 6 - 8cm, khi đó trọng lượng động cơ nhỏ;
- Mật độ khối lượng dao cắt hợp lý : Mật độ khối lượng dao cắt càng lớn thì xung lượng va đập càng lớn, dẫn đến lực cắt càng lớn, song rung động của máy lớn, để thỏa mãn yêu cầu về lực cắt và rung động thì mật độ khối lượng dao cắt lấy khoảng ρ = 70 10-3kg/m;
- Vận tốc góc của đĩa thép: Theo kết quả khảo sát cho thấy vận tốc góc nhỏ rung động lớn, vận tốc góc lớn cũng rung động lớn, vận tốc góc hợp lý
ɷ = 165rad/s;
- Độ cứng của lò xo giảm rung: Căn cứ vào kết quả khảo sát cho thấy độ cứng hợp lý nhất C1 = 300 N/m cho gia tốc rung động nhỏ nhất;
- Góc lắp ráp đầu ra β2 hợp lý: Theo kết quả khảo sát hình 3.14; 3.15 thì góc lắp ráp đầu ra hợp lý nhất β2 từ 100- 125 độ.
Kết luận chương 3
Từ kết quả khảo sát thu được ở phần trên, luận án có rút ra một số kết luận sau:
1. Đã khảo sát ảnh hưởng của bán kính đĩa thép lắp dao cắt, chiều dài dao cắt, khối lượng dao cắt đất, vận tốc góc của đĩa thép đến công suất cắt - kéo văng đất, kết quả khảo sát là cơ sở khoa học để tính toán xác định giá trị hợp lý của chiều dài dao cắt, bán kính đĩa thép lắp dao cắt, vận tốc góc của đĩa thép.
2. Đã khảo sát hệ phương trình vi phân rung động của hệ thống cắt đất, kết quả khảo sát cho thấy gia tốc rung động của máy lớn hơn rung động cho phép, từ kết quả khảo sát đã đưa ra giải pháp giảm rung động của máy bằng cách lắp thêm phần tử giảm rung mới, độ cứng của phần tử giảm rung mới được xác định theo kết quả mô phỏng và thực nghiệm.
3. Đã tiến hành khảo ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra của quạt hút và phun đất đến vận tốc và áp lực của quạt, kết quả khảo sát là cơ sở khoa học cho việc tính toán thông số tối ưu của quạt hút và phun đất sử dụng cho máy hút và phun đất cát chữa cháy rừng.
4. Luận án đã xác định được một số thông số hợp lý của máy chữa cháy rừng bằng đất cắt đó là: Bán kính đĩa thép lắp dao cắt hợp lý trong khoảng R = (7-8) cm, chiều dài dao cắt hợp lý nhất khi l = 6 - 8cm, vận tốc góc của đĩa thép ɷ = 165 rad/s, độ cứng của lò xo giảm rung C1 = 300 N.m, góc lắp ráp đầu ra hợp lý nhất β2 từ 100- 125 độ, kết quả này là sơ cở khoa học cho tính toán tối ưu và hoàn thiện máy chữa cháy rừng bằng đất cát.
Chương 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU
CỦA MÁY CHỮA CHÁY RỪNG BẰNG ĐẤT CÁT
4.1. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm
Luận án tiến hành nghiên cứu thực nghiệm với các lý do sau:
Thứ nhất: Máy chữa cháy rừng bằng đất cát là một thiết bị gồm hai máy tích hợp lại, điều kiện làm việc của máy phức tạp, việc nghiên cứu lý thuyết tính toán tối ưu máy này bằng lý thuyết là khó khăn, nên luận án lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu của máy này.
Thứ hai: Trong quá trình hút đất có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hút đất, mà bài toán lý thuyết chưa đề cập đến, nên việc tính toán tối ưu quá trình hút đất là rất khó khăn. Do vậy luận án xác định giá trị tối ưu của hệ thống hút đất bằng thực nghiệm.
Thứ ba: Trong quá trình phun đất vào đám cháy rất phức tạp có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun đất, để nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình hút và phun cần nghiên cứu thực nghiệm để xác định thông số tối ưu của quạt gió cao áp.
Thứ tư: Trong chương 2 đã xây dựng được mô hình tính toán hệ thống cắt đất, tính toán rung động của máy cắt đất, tính toán vận tốc và áp lực của quạt hút và phun đất, để đánh giá, kiểm chứng mô hình tính toán lý thuyết đã lập ở chương 2 thì cần thiết phải có nghiên cứu thực nghiệm.
Xuất phát từ lý do trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm với mục tiêu và nhiệm vụ sau:
4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm
Xác định được ảnh hưởng của một số thông số của hệ thống cắt đất đến công suất cắt - kéo văng đất, rung động của máy đào đất, ảnh hưởng của thông số quạt hút áp đến khối lượng đất phun và áp lực đất phun vào đám cháy, từ đó kiểm chứng mô hình tính toán lý thuyết đã lập trong chương 2 và giải bài toán tối ưu xác định được một số thông số tối ưu của máy chữa cháy rừng bằng đất cát.
4.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu trên nghiên cứu thực nghiệm phải thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Xác định công suất cắt - kéo văng đất, rung động của máy cắt đất;
- Xác định vận tốc dòng khí và áp lực quạt hút, phun;
- Xác định ảnh hưởng của đường kính đĩa thép của hệ thống cắt đất đến khối lượng và áp lực đất phun;
-Xác định ảnh hưởng của chiều dài dao cắt đến khối lượng và áp lực đất phun;
- Xác định ảnh hưởng của góc lắp đầu ra β2 của quạt gió đến khối lượng và áp lực đất phun;
- Xác định ảnh hưởng của số lượng cánh quạt gió cao áp đến khối lượng và áp lực đất phun.
- Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, luận án thiết lập được hàm hồi qui, sử dụng phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu để xác định giá trị một số thông số tối ưu của máy chữa cháy rừng bằng đất cát.
4.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm là máy chữa cháy rừng bằng đất cát do đề tài trọng điểm cấp nhà nước mã số KC07.13/60-10 thiết kế chế tạo và được Công ty cổ phần thiết bị chuyên dùng Việt Nam sản xuất thương mại hóa. Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm được thể hiện trên hình 4.1.
4.3. Phương pháp xác định các đại lượng nghiên cứu
4.3.1. Phương pháp xác định công suất cắt - kéo văng đất
Việc xác định công suất cắt - kéo văng đất rất phức tạp, do vậy luận án xác định công suất cắt - kéo văng đất thông qua mô men xoắn của trục lắp đĩa thép. Quá trình đo mô men được thực hiện bằng đầu đo T4 do Cộng hòa Liên bang Đức chế tạo, sơ đồ bố trí thiết bị đo mô men được trình bày trên hình 4.2.
Hình 4.2: Sơ đồ bố trí thiết bị đo mô men
Mô men cắt được xác định như sau:
Mc = MT - M0 (4.1)
Trong đó: Mc - mô men cắt, N.m; MT - mô men có tải, N.m; M0 - mô men không tải, N.m.
Công suất cắt- kéo văng đất được tính theo công thức: Nc-kv = Mc ω
Trong đó: Nc-kv – Công suất cắt – kéo văng đất, KW;
ɷ - Vận tốc góc của đĩa thép lắp dao cắt, rad/s.
(4.2)
Mô men xoắn của trục lắp đĩa thép được đo theo phương pháp đo lường các đại lượng không điện bằng điện đã được trình bày trong các tài liệu [9], sơ đồ tổng quát của quá trình đo được thực hiện như sau:
X
Tín hiệu X được đưa vào bộ phận chuyển đổi, ở đây các tín hiệu không điện được chuyển thành điện theo nguyên tắc chuyển đổi tenzô với cầu đủ điện trở, qua dây dẫn các tín hiệu này được chuyển đến bộ phận khuếch đại,
Động cơ cưa xăng Đầu do mô men T4 Trục lắp đĩa thép lắp dao cắt đất Hệ thống cắt đất Bộ khuếch đại Spider -8 Thiết bị ghi ( máy tính)
Thiết bị ghi (máy tính và phần mềm