Bảng 3.1. Các thông số khối lượng và mô men quán tính của các khâu
TT Khâu Khối lượng
(kg)
Mơ men qn tính
(kGm2) Ghi chú
1 Cầu sau 3800 5,2.105
2 Cầu trước 1700 2,8. 104
3 Khung và thân máy 6500 6,75.105
4 Cơ cấu lưỡi san 1900 3.104
3.1.3.3. Các thông số ngoại lực
* Lực kéo, lực cản di chuyển của máy
Lực kéo và lực cản di chuyển của máy được xác định từ tương tác bánh xe – nền đất nó phản ánh ảnh hưởng của nền đất đến sự di chuyển của máy. Cơ sở xác định các thành phần lực kéo, lực cản di chuyển của máy san đã được trình bày trong mục 2.1, chương 2 của Luận án:
Lực kéo của máy san PK công thức (2.26) chương 2 được viết lại: Fkmax = Ga. .φb
Lực cản di chuyển của máy san xác định theo công thức (2.27) và (2.28) ở chương 2 được viết lại:
- Lực cản ở bánh trước: PCT = f.R1 = f. (G – N.Cosδ – R2) (kG) - Lực cản ở bánh sau: PCS = f. R2 = f. 2 1 0 3 . 2. .Cos .(2. .Cos ) 0.5. G l N l L l l a (kG)
* Phản lực của đất tác dụng lên lưỡi san
Phản lực của đất tác dụng lên lưỡi san đã được trình bày trong mục 2.1.2, chương 2 của Luận án.
3.1.3.4. Phương pháp đưa mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất vào tính tốn.
Mấp mơ tự nhiên của bề mặt nền đường đất được xác định bằng thực nghiệm (mục 4.3.2.3 của chương 4). Sử dụng đầu đo chuyên dụng để xác định mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất. Các mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất được xuất thành bảng các giá trị (phụ lục 6), sau đó tạo thành hàm mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất trong Matlab rồi đưa vào tính tốn giải hệ phương trình và khảo sát động lực học. Cụ thể như sau:
Bước 1: Định nghĩa hàm.
Trong bước này, hàm mấp mô tự nhiên của nền đất sẽ được định nghĩa bởi một hàm x(t) phụ thuộc vào biến thời gian t. Ứng với mỗi bước thời gian ti ta sẽ có một giá trị x(ti) tương ứng thể hiện chiều cao mấp mô tự nhiên của nền đất. Các cặp (ti, x(ti)) được lấy từ kết quả đo đạc thực nghiệm đã được xuất ra trên máy tính.
Bước 2: Xác định các thành phần trong hàm mấp mô tự nhiên của nền đường đất.
- Nhập các giá trị thời gian ti: Giá trị thời gian t chạy từ 0 và tăng dần một cách ngẫu nhiên đến hết thời gian khảo sát. Ta thường chọn thời gian khảo sát tầm 10 giây. Tuy nhiên, hồn tồn khơng mất tính tổng quát và tính thực tế của mấp mô nền đường đất. Ta chọn bước thời gian cố định là 0,01 giây, khi đó các mốc thời gian cách đều nhau.
- Nhập các giá trị mấp mô tương ứng với thời gian: Các giá trị mấp mô được lấy từ số liệu thực tế và đã được xuất ra dưới dạng 1 file Ecxel kết quả, do vậy ta chỉ việc copy các giá trị và dán vào file Matlab.m
- Sau bước này, trong file Matlab định nghĩa hàm đã có đủ bộ thơng số đầu vào về các cặp (ti, x(ti)), việc tiếp theo chỉ cần sử dụng lệnh nội suy hàm có sẵn trong phầm mềm để nội suy hàm matlab.
Bước 3: Sử dụng lệnh nội suy hàm.
Trong Matlab, có sẵn một số lệnh để nội suy hàm trong đó lệnh interp1 cho kết
quả chính xác và được sử dụng phù hợp với trường hợp này. Các bước thực hiện được mô tả như sau:
3.1.3.5. Các thông số về điều kiện ban đầu (điều kiện biên)
Các điều kiện đầu dùng cho khảo sát bao gồm: vận tốc, góc quay, chuyển vị ban đầu của các khâu. Cụ thể là:
- Vận tốc ban đầu của các khâu:
̇ = 0; ̇ = 0, ̇ = 0; ̇ = 0; ̇ = 0; ̇ = 0 - Góc quay và chuyển vị ban đầu của các khâu:
3.1.4. Số liệu đầu ra của chương trình
Các số liệu đầu ra của chương trình là các file Excel kết quả từ việc tính tốn các thơng số ĐLH của máy san bao gồm:
- Chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các khâu;
- Chuyển vị của lưỡi san trong q trình làm việc;
Các số liệu tính tốn cho mỗi phương án sẽ cho một file kết quả riêng biệt
ở dạng bảng và có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị.
3.2. Khảo sát các thơng số chính ảnh hưởng đến tổng lực cản cắt đất Pd(t)
Theo công thức (2.15) mô tả tổng lực cản cắt đất của máy san trong quá trình làm việc ta thấy tổng lực cản cắt đất phụ thuộc vào chiều dày phoi cắt h(x), vận tốc di chuyển của máy , góc nghiêng của lưỡi san so với trục dọc máy φ và tính chất cơ lý của đất. Sau đây ta sẽ đi khảo sát các thông số cơ bản trên để xác định ảnh hưởng của chúng tới tổng lực cản cắt đất của máy san trong quá trình làm việc.
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc di chuyển đến tổng lực cản cắt đất trong quá trình máy san làm việc. trong quá trình máy san làm việc.
1 q 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 q 0;q 0;q 0;q 0;q 0;q (rad) 45
lượt bằng: 0.6; 0.7; 0.8 m/s, chiều sâu cắt đất htb = 0,1 m. Kết quả khảo sát lần lượt như trên đồ thị Hình 3.6; 3.7; 3.8.
Hình 3.6. Tổng lực cản cắt đất ứng với q = 0.6 m/s, htb=0,1 m. 1
Hình 3.8. Tổng lực cản cắt đất ứng với q = 0.8 m/s, htb=0,1 m. 1
- Phân tích kết quả:
Từ kết quả trên đồ thị cho thấy giá trị của tổng lực cản cắt đất có xu hướng tăng dần theo vận tốc di chuyển của máy và thời gian khảo sát, ở vận tốc càng lớn, thời gian khảo sát càng dài thì giá trị lực cản cắt đất càng tăng. Kết quả trên đồ thị cũng phù hợp với thực tế thi công. Kết quả khảo sát cho ở phụ lục.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến tổng lực cản cắt đất của máy san trong quá trình làm việc. san trong quá trình làm việc.
- Tiến hành khảo sát ở các chiều sâu cắt đất khác nhau htb lần lượt bằng: 0.05; 0,07; 0,1 m. Vận tốc di chuyển của máy q = 0.8 m/s. Kết quả khảo sát lần 1
Hình 3.9. Tổng lực cản cắt đất ứng với q = 0.8 m/s, htb=0,05 m. 1
Hình 3.11. Tổng lực cản cắt đất ứng với q = 0.8 m/s, htb=0,1 m. 1
- Phân tích kết quả:
Từ kết quả trên đồ thị cho thấy giá trị lực cản cắt đất có xu hướng tăng dần theo chiều sâu cắt đất và thời gian khảo sát, ở chiều sâu cắt đất càng lớn thì biên độ dao động của giá trị lực cản cắt này thay đổi càng lớn.
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của góc φ tạo bởi giữa lưỡi san và trục dọc của máy đến tổng lực cản cắt đất trong quá trình làm việc. máy đến tổng lực cản cắt đất trong quá trình làm việc.
- Tiến hành khảo sát ở các góc φ lần lượt bằng 550; 650; 750, chiều sâu cắt đất htb= 0.1m, vận tốc di chuyển của máy q = 0.8 m/s. Kết quả khảo sát lần lượt 1
Hình 3.12. Tổng lực cản cắt đất ứng với q = 0.8 m/s, htb1 =0,1 m.
- Phân tích kết quả:
Từ kết quả trên đồ thị cho thấy giá trị lực cản cắt đất có xu hướng tăng dần khi góc φ tăng. Khi góc φ càng lớn thì biên độ dao động của giá trị lực cản cắt này thay đổi càng lớn.
3.3. Kết quả tính tốn khảo sát ĐLH máy san trong q trình làm việc
Để có cơ sở khảo sát các đặc trưng ĐLH của máy san trong quá trình làm việc, tác giả chỉ nghiên cứu phương pháp cắt và tích đất với chiều dày phoi cắt ổn định. Phương pháp này phù hợp với điều kiện thi công thực tế của máy san DZ-122. Kết quả tính tốn ứng với vận tốc di chuyển trung bình q1= 0,8 m/s trong lần san tương ứng với chiều sâu cắt trung bình h1 = 0,1m cho ở dạng số và đồ thị dưới đây.
3.3.1. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc của trọng tâm máy san 3.3.1.1. Đồ thị chuyển vị
Hình 3.13. Đồ thị q1 (m)
- Phân tích kết quả: Nhìn vào đồ thị ta thấy chuyển vị của máy sẽ tăng dần theo vận tốc di chuyển và thời gian di chuyển. Nếu vận tốc di chuyển càng lớn, thời
gian di chuyển càng dài thì chuyển vị của máy càng tăng lên. 3.3.1.2. Đồ thị vận tốc
Hình 3.14. Đồ thị q1
(m/s)
- Phân tích kết quả: Nhìn vào đồ thị ta thấy vận tốc di chuyển của máy thay đổi theo thời gian. Nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như mấp mô tự nhiên của mặt đường đất, chiều sâu cắt đất, góc cắt….Tốc độ di chuyển của máy tăng hay giảm
3.3.1.3. Đồ thị gia tốc
Hình 3.15. Đồ thị q (m/s1 2 )
- Phân tích kết quả: Nhìn vào đồ thị ta thấy gia tốc của máy phụ thuộc vào vận tốc và thời gian di chuyển.
3.3.2. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc của cơ cấu lưỡi san
(ứng với q1= 1.0 m/s; h1 = 0,1m) 3.3.2.1. Đồ thị chuyển vị.
Hình 3.16. Đồ thị q6
- Phân tích kết quả: Nhìn vào đồ thị ta thấy chuyển vị của lưỡi san thay đổi theo thời gian. Nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như mấp mô tự nhiên của mặt
đường đất, chiều sâu cắt đất, góc cắt…. Chuyển vị của lưỡi san tăng hay giảm phụ thuộc vào các giá trị lực cản tại một thời điểm nhất định nào đó.
3.3.2.2. Đồ thị vận tốc
Hình 3.17. Đồ thị q6 (m/s)
- Phân tích kết quả: Nhìn vào đồ thị ta thấy vận tốc của lưỡi san thay đổi theo thời gian. Nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như mấp mô tự nhiên của bề mặt đường đất, chiều sâu cắt đất, góc cắt…. Vận tốc của lưỡi san tăng hay giảm phụ thuộc vào các giá trị lực cản tại một thời điểm nhất định nào đó.
- Phân tích kết quả: Nhìn vào đồ thị ta thấy gia tốc của lưỡi san phụ thuộc vào vận tốc và thời gian di chuyển.
3.4. Kết quả tính tốn, khảo sát xác định bộ thơng số làm việc hợp lý.
Để tìm ra được bộ thơng số làm việc hợp lý của máy san trong quá trình làm việc, nhằm nâng cao độ phẳng của bề mặt nền đường đất sau quá trình san gạt. Ta phải đi khảo sát các bộ thông số làm việc thực tế của máy từ đó xác định được chuyển vị của lưỡi san trong q trình làm việc (chính là độ phẳng của bề mặt nền đường đất) và đi so sánh các chuyển vị đó để tìm ra được bộ thơng số làm việc hợp lý nhất.
3.4.1. Phương pháp và sơ đồ thuật toán khảo sát xác định bộ thông số làm việc hợp lý.
Mục đích của q trình khảo sát là tìm ra bộ thơng số làm việc hợp lý nhất, để sau quá trình san ta thu được bề mặt nền đường đất đạt độ phẳng tốt nhất theo yêu cầu và số lần san để đạt độ phẳng đó là ít nhất. Bởi số lần san càng tăng thì chi phí nhiên liệu, chi phí nhân cơng, tiến độ, thời gian thi cơng, hao mịn máy móc,…, sẽ tăng lên, từ đó dẫn tới giảm năng suất và hiệu quả kinh tế của công việc.
Độ phẳng của bề mặt nền đường đất trong quá trình san chịu ảnh hưởng của rất nhiều thơng số. Nhưng có 5 thơng số có ảnh hưởng lớn nhất đó là: Mấp mơ tự nhiên của bề mặt nền đường đất, tốc độ cắt v, chiều sâu cắt h, góc tạo bởi lưỡi san và trục dọc của máy φ và số lần san n. Sau đây ta sẽ đi khảo sát đồng thời các thơng số đó để tìm ra được bộ thơng số hợp lý nhất. Cụ thể các giá trị khảo sát như sau:
Theo kết quả có được từ thực nghiệm thì các giá trị sau nên khảo sát trong khoảng:
- Tốc độ cắt v = 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1 m/s.
- Mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất: Xác định từ thực nghiệm. - Góc tạo bởi lưỡi san và trục dọc của máy φ = 450 ÷ 850. Theo tài liệu [52].
- Số lần san n: Ta tiến hành dừng san, để xác định số lần san khi: Đồng thời thỏa mãn 02 điều kiện sau:
+ Khi chênh lệch giá trị chuyển vị của lưỡi san ở lượt san sau so với lượt san trước đó (chính là lượng đất bị cắt): %∆q < 5% thì dừng san.
+ Cao độ đạt được sau lượt san có độ chênh khơng q 0.005 m so với D0. - Cao độ định mức theo thiết kế ban đầu của tuyến đường: D0 = + 10 cm. Phương pháp khảo sát như sau: Kết hợp giữa thực tế thi cơng ngồi hiện trường và phương pháp khảo sát lý thuyết.
Thực tế thi cơng ngồi hiện trường thì ta đã được cho trước cao độ định mức theo thiết kế ban đầu của tuyến đường là D0. Vì vậy cao độ đạt được sau khi kết thúc các lượt san cũng phải tiệm cận giá trị D0; thực tế điều kiện làm việc của máy san là khi lượng đất bị cắt, bóc ở lượt san sau so với lượt san trước là rất nhỏ (hoặc khơng cắt, bóc được nữa) thì ta tiến hành dừng san. Bởi nếu tiếp tục san thì q trình làm việc sẽ khơng hiệu quả và máy chạy gần như không tải.
Phương pháp khảo sát lý thuyết là ta sử dụng sơ đồ thuật tốn như hình 3.19 để khảo sát đồng thời các giá trị v, h, φ, n và mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất. Ta đưa ra trước cao độ định mức của nền đường cần san so với cốt chuẩn trong thiết kế tuyến đường là: D0 = +10 cm. Ở lượt san đầu tiên, do bề mặt nền đất có dạng mấp mơ tự nhiên (được xác định từ thực nghiệm) nên ta chọn chiều sâu cắt ở lượt san 1 bằng 10 cm. Do tiêu trí cần đạt được của máy san là độ phẳng nên chiều sâu cắt ở lượt san tiếp theo bằng giá trị qmax ở lượt san trước đó trừ đi giá trị cao độ định mức mà ta đang chọn, như vậy chiều sâu cắt ở các lượt san tiếp theo sẽ là: hi = qi-1 max – D0. Tiến hành tương tự ở các lượt san tiếp theo. Ta dừng san khi tỷ lệ % đất bị cắt (chuyển vị của lưỡi san) ở lượt san sau so với lượt san trước đó nhỏ hơn 5% và cao độ đạt được sau lượt san có độ chênh không quá 0.005 m so với D0. Nếu chưa thỏa mãn cả hai điều kiện trên thì ta tiếp tục cho san lượt tiếp theo cho tới khi đạt cả hai điều kiện trên thì dừng san.
Hình 3.19. Sơ đồ thuật tốn khảo sát xác định bộ thông số làm việc hợp lý.
KHỐI ĐẦU VÀO
Mấp mô tại lượt k-1 FK, Fcản Tính chất cơ lý của đất Thơng số kết cấu Lần san k=1 Khối tích phân 1 Khối tích phân 2 k k-1 %Δq = q -q 5% tb k -3 q - Do 5.10 m Dừng k=k+1 Khối vận tốc ban đầu 0 i q Khối chuyển vị ban đầu qi0 1, 2,...., 6 i q 1, 2,....,6 i q Sai Đúng Khối hệ PTVT
3.4. 2. Một số kết quả khảo sát điển hình.
Theo mục 3.4.1 ta có các giá trị khảo sát cụ thể như sau: Bảng 3.2. Các giá trị khảo sát
Vi Giá trị (m/s)
φj
Góc tạo bởi lưỡi san và trục dọc máy (độ) hk Chiều sâu cắt (cm) V1 0.6 φj = 450 ÷ 850 hk = qk-1max – D0 V2 0.7 V3 0.8 V4 0.9 V5 1.0
Hình thức khảo sát như sau: Ta có 05 giá trị vận tốc trung bình từ v1 ÷ v5