Chương 6 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
6.1. Thiết kế cụm kẹp
6.1.1. Cơ cấu kẹp được thiết kế tối ưu
Với mơ hình tính tốn đã thiết lập ở trên, giá trị của các thơng số tối ưu thu được bằng mơ phỏng như sau: AC = 106 mm, BC = 119 mm, α1 = 3,04 °; α2 = 2,76 °; α3 =
13,8 °; β = 4,2 °; CD = 45 mm; DE = 50 mm; EG = 43,65 mm và tỷ lệ khuếch đại lực
là 129,4, trong đĩ các thơng số đầu vào bao gồm lực kẹp tối đa là 30 tấn, độ dày tấm khuơn 30mm, diện tích tiết diện của các liên kết là 9 cm2 và đường kính thanh dẫn hướng là 28mm. Mơ tả lực kẹp và tỷ lệ khuếch đại lực như một hàm của gĩc tay quay (α1) được vẽ trong hình 6.1(a) và hình 6.1(b). Cĩ thể nhận thấy rằng lực kẹp đầu nhỏ hơn nhiều sau khi tối ưu hĩa và lực kẹp tăng khi giá trị của gĩc tay quay giảm. Việc tăng lên đến 30 tấn xảy ra khi khuơn chuyển động bắt đầu tiếp xúc với khuơn cố định. Giá trị tối ưu của tỷ lệ khuếch đại lực lớn hơn bốn lần so với thiết kế sơ bộ.
Hình 6.2 cho thấy tỷ lệ khuếch đại tốc độ (Kv) giữa khuơn di động và trục khuỷu dưới dạng một hàm của gĩc tay quay, trong khi Kvmax và Kvmin đại diện cho cực đại cục bộ và cực tiểu cục bộ trong đường cong Kv. Theo mơ hình đề xuất, tỷ số Kvmax/ Kvmin thể hiện độ êm dịu chuyển động của khuơn di động [24]. Trong hình 7.2, tỷ số Kvmax/Kvmin của mơ hình tối ưu là 1,15, giá trị đĩ nhỏ hơn thiết kế sơ bộ là 1,298. Cĩ thể thấy rằng thiết kế tối ưu cĩ chuyển động của khuơn di chuyển mượt mà hơn và hiệu suất động học tốt hơn so với thiết kế sơ bộ.
Hành trình của trục khuỷu của thiết kế sơ bộ và tối ưu như một hàm của thời gian được thể hiện trong hình 6.3. Ở đây, tỷ số hành trình giữa khuơn di động và trục khuỷu là Kd, đại diện cho hiệu quả của cơ cấu. Tỷ số giữa hành trình của khuơn di động và hành trình của trục khuỷu càng lớn càng tốt [24]. Trong hình 6.3, với hành trình của khuơn di động là 150mm, giá trị Kd sơ bộ của thiết kế sơ bộ là 0,86 nhỏ hơn giá trị Kd tối ưu của thiết kế tối ưu là 0,886, cĩ nghĩa là hành trình của trục khuỷu của thiết kế tối ưu ngắn hơn thiết kế sơ bộ, thơng qua việc cải thiện hiệu quả của cơ chế. Nĩi cách khác, thiết kế tối ưu hoạt động ổn định với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và chi phí thấp hơn so với thiết kế sơ bộ.
(a) (b)
Hình 6.1.Lực tối ưu (a) và tỷ lệ khuếch đại lực (b) của cơ cấu kẹp
Hình 6.3. Hành trình của trục khuỷu của thiết kế sơ bộ và tối ưu
Hình 6.4.Giá trị của gĩc sơ bộ và tối ưu hĩa
Hình 6.4 mơ tả ảnh hưởng của gĩc liên kết theo thời gian. Nĩi chung, giá trị gĩc tối ưu nhỏ hơn giá trị gĩc sơ bộ. Tuy nhiên, gĩc β cho thấy sự khác biệt lớn giữa giá trị tối ưu và giá trị sơ bộ. Các giá trị gĩc tới hạn phù hợp tốt với các nghiên cứu trước đây
được xử lý bởi mơ phỏng Matlab [26, 28], với các giá trị tới hạn α lần lượt là 3,32o và 3,193o.
Hình 6.5 cho thấy mối quan hệ giữa các gĩc liên kết và tỷ lệ khuếch đại lực. Lực kẹp tăng mạnh khi các gĩc di chuyển về phía các giá trị tới hạn. Kết quả mơ phỏng cho thấy sự phù hợp rất tốt với tính tốn lý thuyết. Ngồi ra, các gĩc α1 và α2 đại diện cho tác động đáng kể đến tỷ lệ khuếch đại lực so với gĩc β. Cĩ thể kết luận rằng việc xác định gĩc tới hạn tối ưu sẽ tạo ra lực kẹp lớn và đây được coi là một lợi thế cho cơ cấu kẹp đĩng mở.
Mối quan hệ giữa khoảng cách di chuyển và các gĩc của cơ cấu chuyển đổi được trình bày trong hình 6.6. Biểu đồ cho thấy rằng ảnh hưởng của gĩc β lên hành trình của tấm khuơn di động nhỏ hơn nhiều so với α1 và α2. Hơn nữa, khi gĩc di chuyển đến các giá trị tới hạn, tốc độ di chuyển chậm hơn. Điều này cho thấy hệ thống cơ chế tối ưu hoạt động trơn tru và ổn định.
Hình 6.5.Mối quan hệ tỉ số giữa độ khuếch đại lực và các gĩc ban đầu của các liên kết.
Hình 6.6.Mối quan hệ giữa các gĩc và hành trình của khuơn chuyển động