Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.2. Các phương án thí nghiệm
4.2.1. Xỏc ủịnh cỏc thụng số ban ủầu cho mụ hỡnh lý thuyết
Như ủó trỡnh bày ở chương 2, ủối tượng nghiờn cứu của ủề tài này là loại mỏy xỳc thủy lực SOLAR 130W – V, ủược nhập vào nước ta với trong trạng thỏi kỹ thuật ủó qua sử dụng, thiếu cỏc tài liệu kỹ thuật kốm theo. Do ủú ủể cú thể khảo sỏt mụ hỡnh lý thuyết ủó lập ở chương 3 cần phải xỏc ủịnh một số thụng số ban ủầu.
Trờn mỏy xỳc thủy lực chủ yếu sử dụng hệ thống ủiều khiển ủiện-thủy lực. Do ủú cỏc tớnh chất ủộng học phụ thuộc rất lớn vào cỏc ủặc tớnh của cỏc phần tử dẫn ủộng thủy lực. Do thiếu cỏc tư liệu cũng như ủiều kiện thớ nghiệm nờn trong phạm vi ủề tài này, chỳng tụi sử dụng cỏc thụng số giỏn tiếp ủể nghiờn cứu sự ảnh hưởng của hệ thống ủiều khiển. Cụ thể là sử dụng cỏc hàm ủiều khiển cỏc khõu dẫn: tốc ủộ quay của ủộng cơ, tốc ủộ quay toa, tốc ủộ xoay tương ủối giữa cỏc khõu thành phần (cần chớnh, tay gầu, gầu).
ðể xõy dựng cỏc hàm ủiều khiển, chỳng tụi ủó tiến hành thớ nghiệm xỏc ủịnh tốc ủộ quay của cỏc khõu trong một chu kỳ cụng tỏc dưới sự ủiều khiển của cụng nhõn vận hành cú kinh nghiệm (thợ bậc 5). Trờn hỡnh 3.11 là ủồ thị thể hiện vận tốc các góc xoay của các khâu theo hàm thời gian.
Hỡnh 4.11. ðồ thị vận tốc dịch chuyển cỏc khõu ủo ủược trong một chu trình công tác của máy xúc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………52 Cỏc kết quả trờn ủồ thị tập hợp cỏc giỏ trị số phản ỏnh trạng thỏi của từng khõu tại cỏc thời ủiểm khỏc nhau trong quỏ trỡnh thớ nghiệm. ðể thuận tiện cho việc khảo sỏt trờn mỏy vi tớnh, chỳng tụi ủó mụ tả cỏc ủường cong thực nghiệm bằng các hàm hồi quy.
Từ phân tích các kết quả thực nghiệm chúng tôi thấy có thể chọn các hàm ủa thức bậc 3 ủể mụ tả cỏc thụng số theo hàm thời gian, bao gồm:
- Hàm quay toa ω1 = f1(t);
- Hàm xoay cần chính ω2 = f2(t) - Hàm xoay tay gầu ω3 = f3(t);
- Hàm xoay gầu ω4 = f(4(t)
Cỏc hệ số hồi quy ủược trỡnh bày trờn bảng 4.1
Bảng 4.1. Cỏc hệ số hồi quycủa cỏc hàm ủiều khiển
y= at3 + bt2 + ct + d (1/s)
Hàm ủiều khiển a b c d
1 0.0482 -0.8229 3.2011 -0.1958 Quay toa (ω1)
2 -0.0482 0.9779 -4.1316 0.4323 1 0.0024 -0.0059 -0.0321 0.0221 2 -0.0023 0.0464 -0.1624 -0.0026 Cần chính (ω2)
3 0.0017 -0.0431 0.1740 -0.0033
1 -0.0048 0.0109 0.1082 0.0166
2 -0.0305 0.3067 -0.7703 0.0787 Tau gầu (ω3)
3 -0.0276 0.2123 -0.4093 0.0109
1 0.0837 -0.4416 0.5683 0.0251
2 0.0324 -0.3078 0.7288 0.0014
Gầu (ω4)
3 -0.1285 1.0168 -1.9875 0.1392
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………53 Trong các hàm trên, mỗi hàm tương ứng với một thao tác kéo các cần ủiều khiển. Hàm quay toa ω1(t) chia thành 2 giai ủoạn: quay toa cú tải và không tải. Các hàm xoay cần chính ω2(t), tay gầu ω3(t) và xoay gầu ω4(t) chia thanh 3 giai ủoạn tương ứng với yờu cầu cụng nghệ ( tốc ủộ quay, thời gian thực hiện). Cỏc giai ủoạn khụng tỏc ủộng ủiều khiển, tốc ủộ bằng khụng.
4.2.2. Mô phỏng quá trình làm việc của máy xúc
Quỏ trỡnh làm việc của mỏy xỳc là quỏ trỡnh thực hiện cỏc cụng ủoạn ựào xúc: đào ựất, nâng chuyển ựất ựến nơi ựổ và ựổ ựất(xả tải), sau ựó lại ựưa gầu về vị trớ ủào và tiếp tục chu kỳ mới.
ðể nhỡn thấy bức tranh toàn cảnh, chỳng tụi ủó tiến hành thớ nghiệm trờn ủịa hỡnh thi cụng. Người ủiều khiển mỏy cú trỡnh ủồ tay nghề cao (ủó chọn một thợ bõc 5 giàu kimh nghiệm), ủảm bảo cỏc ủộng tỏc thi cụng hợp lý.
Trong quỏ trỡnh ủú, hệ thống thiết bị ủo thực hiện ủo và ghi lại cỏc thụng số.
Trên hình 4.12 là một kết quả mô phỏng quá trình làm việc của máy xúc.
Hình 4.12. ðồ thị thực nghiệm mô phỏng quá trình làm việc của máy xúc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………54 Trờn hỡnh thể hiện: tốc ủộ quay ủộng cơ ne , tốc ủộ quay toa ω1 , chi phí nhiên liệu giờ Ge , góc xoay cần chính α , tay gầu β và góc xoay gầu θ.
Qua kết quả trên hình có thể rút ra một số nhận xét:
− Tốc ủộ quay ủộng cơ ne hầu như khụng thay ủổi
− Tốc ủộ quay toa ở hai chu kỳ thớ nghiệm tương ủối giống nhau
− Chi phớ nhiờn liệu giờ Ge trong quỏ trỡnh ủào, nõng chuyển và quay toa tăng lên rõ rệt.
− Các góc xoay tay gầu và gầu xúc cũng thể hiện tính chu kỳ rõ rệt Qua khảo sỏt nhiều thớ nghiệm ( khụng trỡnh bày hết ở ủõy) cho thấy cỏc thao tỏc lặp lại cú tớnh quy luật rừ ràng và tương ủối giống nhau. ðiều này cũn chứng tỏ trỡnh ủộ người ủiều khiển rất thuần thục và ổn ủịnh.
− Dựạ vào ủồ thị và sử dụng phần mềm DASYLAB hoặc MATLAB cú thể xỏc ủịnh thời gian một chu kỳ, năng suất kỹ thuật, cỏc chi phớ thời gian và chi phớ nhiờn liệu cho từng cụng ủoạn và cho cả chu kỳ cụng tỏc.
4.2.3. Ảnh hưởng gúc cắt và tốc ủộ cắt ủến chi phớ nhiờn liệu riờng Như ủó phõn tớch ở chương 3, gúc cắt và tốc ủộ cắt là yếu tố gõy ảnh hưởng ủến lực cản cắt và thời gian cần thiết cắt. Và do ủú ảnh hưởng ủến chi phí nhiên liệu và năng suất của máy.
ðể thấy ủược sự ảnh hưởng này chỳng tụi ủó tiến hành cỏc thớ nghiệm với gúc cắt khỏc nhau và tốc ủộ cắt khỏc nhau. ðể ủảm bảo ủược gúc cắt hợp lý cần phải ủiều khiển quỹ ủạo chuyển ủộng của gầu xỳc hợp lý.
Trờn hỡnh 4.13a là kết quả thớ nghiệm với gúc cắt “ủỳng” : thời gian cắt là 7,8 s và chi phí nhiên liệu là 0.022 lít.
Trên hình 4.13b là kết quả thí nghiệm với góc cắt ‘’sai” : thời gian cắt là 12,79 s và chi phí nhiên liệu là 0.033 lít.
Như vậy, trường hợp góc cắt “sai” thời gian tăng 6,4 s (82%) và chi phí nhiên liệu tăng 0.011 lit (50%).
Sự ảnh hưởng của tốc ủộ cắt cũng tương tự như ảnh hưởng của gúc cắt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………55 Hình 4.13 . Kết quả thí nghiệm góc cắt
a) Gúc cắt ủỳng; b) Gúc cắt sai
a) b)
a) b)
Hỡnh 4.14 . Kết quả thớ nghiệm tốc ủộ cắt a) Cắt chậm; b) Cắt nhanh
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………56 4.2.3.Phân tích các thành phần chi phí trongmột chu kỳ
Cỏc cụng ủoạn trong một chu kỳ cụng tỏc cũng cú thể chia nhỏ thành 5 giai ủoạn: cắt ủất, nõng tải, quay toa ủến vị trớ xả, xả tải và quay gầu trở về vị trớ ủào ủể tiếp tục một chu kỳ mới.
Chi phớ thời gian và nhiờn liệu cho từng cụng ủoạn phụ thuộc vào ủặc tớnh kỹ thuật của mỏy, ủiều kiện thi cụng, loại ủất, trỡnh ủộ người vận hành.
Trên hình 4.15 là kết quả thí nghiệm cho máy xúc SOLAR 130W-V trên lọai ủất nhẹ (ủất ủó ủào bới) do một thợ lỏi bậc 5 ủiều khiển.
Từ ủồ thị và cỏc bảng số liệu thớ nghiệm nhận ủược, chỳng tụi ủó xử lý và phõn tớch cỏc thành phần chi phớ cho cỏc cụng ủoạn trong chu kỳ thứ nhất (hình 4.15). Kết quả thể hiện trên bảng 4.2.
Hình 4.15. Phân tích các khâu trong các chu kỳ công tác
I II
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………57 Bảng 4.2. Phân tích các chi phí cho các khâu trong một chu kỳ
Chi phớ Cắt ủất Nõng Quay ủi Xả tải Quay về Tổng
7 2.86 4.91 1.5 4.75 21.02
Thời gian (s)
33% 14% 23% 7% 23% 100%
0.017 0.009 0.014 0.005 0.011 0.056 Nhiên liệu (lit)
30% 16% 25% 9% 20% 100%
Như vậy với giàn thiết bị ủo và phương phỏp nghiờn cứu thực nghiệm ủó thực hiện trong ủề tài cho phộp ủo ủồng thời nhiều thụng số và cú thể phõn tớch ủược cỏc chỉ tiờu sử dụng như thời gian, chi phớ nhiờn liệu cho từng cụng ủoạn, gúp phần bổ sung những cơ sơ khoa học cho việc khai thỏc cú hiệu quả các máy xúc nói riêng và các máy xây dựng nói chung.