Hiện nay, việc cơ giới hóa công tác nạo vét cũng như thi công ở khu vực
ngập nước còn rất nhiều hạn chế, chủ yếu sử dụng các loại máy thi công
trên cạn nên chưa đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Sử dụng máy xúc lội
nước (MXLN) là một giải pháp kỹ thuật vô cùng hiệu quả để khắc phục
hạn chế của các máy thi công thông thường nhờ có kết cấu đặc biệt ở phần
di chuyển dạng phao xích. Tuy nhiên, việc đảm bảo ổn định cho máy trong
quá trình, nâng chuyển và đổ đất vào thiết bị vận chuyển gặp rất nhiều khó
khăn, dễ xảy ra hiện tượng mất an toàn cho máy và người điều khiển. Vì
vậy đề tài luận án “Nghiên cứu động lực học máy xúc lội nước để khảo
sát ổn định lật khi làm việc” là vấn cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
28 trang |
Chia sẻ: lecuong1825 | Lượt xem: 1506 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu động lực học máy xúc lội nước để khảo sát ổn định lật khi làm việc, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
BÙI VĂN HẢI
NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC MÁY XÚC LỘI NƯỚC ĐỂ
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH LẬT KHI LÀM VIỆC
Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số : 62.52.01.16
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
BÙI VĂN HẢI
NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC MÁY XÚC LỘI NƯỚC ĐỂ KHẢO
SÁT ỔN ĐỊNH LẬT KHI LÀM VIỆC
Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số : 62.52.01.16
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Trần Quang Hùng
2. PGS.TS Lê Hồng Quân
Phản biện 1: PGS.TS Bùi Hải Triều
Phản biện 2: PGS. TS Nguyễn Trang Minh
Phản biện 3: PGS. TS Vũ Công Hàm
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo Quyết định số 2945/QĐ-HV, ngày 30 tháng
9 năm 2015 của Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật quân sự vào hồi 14h00, ngày 12
tháng 12 năm2015
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Kỹ thuật quân sự
- Thư viện Quốc gia
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
LIÊN QUAN LUẬN ÁN
1. Bùi văn hải, Trần Quang Hùng, Nguyễn Viết Tân. Ảnh hưởng của các thông số hình học, kết cấu phao xích, vận tốc
quay xích đến lực cản bơi của máy xúc lội nước. Tạp chí Khoa học và Công nghệ (ISN1859-3585) Đại học Công
Nghiệp Hà Nội Số 19/2013
2. Bùi Văn Hải, Lê Hồng Quân, Trần Quang Hùng. Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học máy
xúc lội nước. Tạp chí Khoa học và Công nghệ (ISN 1859-3585) Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Số 25/2014
3. Bùi Văn Hải, Lê Hồng Quân, Nguyễn Thiện Hiến.Khảo sát lựa chọn mô hình làm việc ổn định của máy xúc lội
nước. Tạp chí cơ khí việt nam, số 1-2 tháng 1/2015.
4. Bùi Văn Hải, Lê Hồng Quân, Trần Quang Hùng, Nguyễn Thiện Hiến.Thiết kế kết cấu phao xích máy xúc lội nước.
Tạp chí cơ khí việt nam, số 1-2 tháng 1/2015.
5. Bùi Văn Hải, Lê Hồng Quân, Trần Quang Hùng. Construction dynamics model amphibious excavator.
ICAT 2015-22.
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, việc cơ giới hóa công tác nạo vét cũng như thi công ở khu vực
ngập nước còn rất nhiều hạn chế, chủ yếu sử dụng các loại máy thi công
trên cạn nên chưa đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Sử dụng máy xúc lội
nước (MXLN) là một giải pháp kỹ thuật vô cùng hiệu quả để khắc phục
hạn chế của các máy thi công thông thường nhờ có kết cấu đặc biệt ở phần
di chuyển dạng phao xích. Tuy nhiên, việc đảm bảo ổn định cho máy trong
quá trình, nâng chuyển và đổ đất vào thiết bị vận chuyển gặp rất nhiều khó
khăn, dễ xảy ra hiện tượng mất an toàn cho máy và người điều khiển. Vì
vậy đề tài luận án “Nghiên cứu động lực học máy xúc lội nước để khảo
sát ổn định lật khi làm việc” là vấn cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu:Máy xúc thủy lực một gầu lội nước dung tích gầu
0,5 m3, công suất động cơ 114kW, trọng lượng 15- 26t, dự trữ nổi của phao
xích 20%, cụ thể là máy xúc PC200-8 do hãng Komatsu chế tạo đang thi
công tại khu công nghiệp Cảng Đình Vũ - Hải Phòng.
Phạm vi nghiên cứu: Là MXLN thủy lực PC 200-8 làm việc trong môi
trường nền đất yếu ở Việt Nam.
3. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp phương pháp lỹ thuyết và thực nghiệm. Về lý thuyết, trên cơ sở
lý thuyết cơ học hệ nhiều vật, lý thuyết bơi để xây dựng mô hình động lực
học MXLN; sử dụng các phầm mềm Inventer-Solidwork để xây dựng mô
hình 3D và mô phỏng quá trình làm việc của MXLN; sử dụng các phần
mềm Matlab-Simulink, Matlab-Simhydraulic nghiên cứu, khảo sát động
lực học quá trình làm việc của MXLN. Về thực nghiêm, tiến hành nghiên
cứu thực nghiệm xác định thông số đầu vào và một số thông số động lực
học của máy xúc làm việc trong vùng nước cạn tại cảng Đình Vũ - Hải
Phòng với các thiết bị thí nghiệm hiện đại của các phòng thí nghiệm bộ
môn Xe máy Công binh, bộ môn Ô tô, bộ môn Tăng thiết giáp - HVKTQS;
phòng thí nghiệm thủy lực - ĐHBK Hà Nội, phòng thí nghiệm thủy lực
Viện Khoa học Công nghệ giao thông vận tải.
4. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận chung, phụ lục,
tài liệu tham khảo, với 1trang thuyết minh, trong đó có 23 bảng, 67 hình
vẽ, đồ thị, 39 tài liệu tham khảo và 21 trang phụ lục
NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ
MÁY XÚC LỘI NƯỚC VÀ MÔI TRƯỜNG TƯƠNG TÁC
Trình bày tổng quan về máy xúc lội nước (MXLN), một số tính chất cơ
lý của đất, các mô hình nghiên cứu về môi trường làm việc và các nghiên
cứu trong và ngoài nước liên quan tới máy xúc lội nước. Trên cở sở phân
tích các công trình đã công bố, từ các vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu
và phát triển, nghiên cứu sinh đi vào hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu
động lực học máy xúc lội nước để khảo sát ổn định lật khi làm việc“ với
mục đích đề xuất chế độ làm việc hợp lý của MXLN khi làm việc trong
môi trường đất yếu, đất ngập nước. Để đạt được mục tiêu nghiên cứu trên,
luận án tiến hành giải quyết các nội dung nghiên cứu như sau:
- Khảo sát đặc điểm, tính chất cơ lý môi trường làm việc (đất yếu, đất
ngập nước) của MXLN;
- Xây dựng mô hình toán, xây dựng hệ phương trình vi phân trong quá
trình làm việc của MXLN trên nền đất yếu;
- Tính toán động lực học MXLN trong quá trình đào, nâng-chuyển và xả
đất;
- Tính toán, khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu của máy, tính chất cơ
lý môi trường làm việc đến sự ổn định của MXLN;
- Xác định các thông số, chế độ làm việc hợp lý cho MXLN làm việc
trong vùng đất yếu, đất ngập nước;
- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, thu nhận và xử lí số liệu, đồng thời
đánh giá, so sánh với kết quả tính toán lý thuyết.
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC MÁY XÚC LỘI NƯỚC
2.1. Giới thiệu
Từ điều kiện làm việc thực tế của MXLN, luận án chỉ tập trung
nghiên cứu động lực học máy thi công ở khu vực nước cạn. Khi đó, cả hai
bên phao xích của máy tiếp xúc hoàn toàn với nền đất yếu. Trong các giai
đoạn làm việc, nguy cơ mất ổn định cao nhất nằm ở giai đoạn đưa gầu xúc
về vị trí xả đất, bởi vì trong giai đoạn này gầu xúc có tải và thiết bị công
tác di chuyển tạo ra lực và mô men quán tính. Vì vậy, chỉ tập trung nghiên
cứu động lực học quá trình nâng chuyển gầu xúc về vị trí xả, không xét
giai đoạn đào đất trong điều kiện phao xích tiếp xúc hoàn toàn với nền đất yếu.
2.2. Các giả thiết
Từ mục đích nghiên cứu động lực học của máy xúc lội nước, đồng
thời để đơn giản và thuận tiện trong tính toán, luận án sử dụng các giả thiết
sau:
- Máy xúc bao gồm các vật rắn tuyệt đối cứng sẽ được mô hình hóa
bởi một cơ hệ gồm 4 khâu: khâu 1 gồm khung gầm và toa quay, khâu 2 là
cần máy, khâu 3 là tay gầu, khâu 4 gồm gầu xúc và đất đá trong gầu.
- Trọng tâm của ca- bin, cần máy, tay gầu và gầu nằm trong mặt phẳng đối xứng
của máy. Chuyển dịch của các khâu chỉ diễn ra trongmặt phẳng này.
- Tính đàn hồi và tính cản của đất theo hai phương thẳng đứng và
nằm ngang được lập mô hình bằng 4 lò xo và 4 giảm chấn có hệ số độ
cứng và hệ số cản tương ứng là kx1, kx2, ky1, ky2 ,cx1, cx2, cy1, cy2.- Hệ vận hành của máy không hoạt động trong quá trình máy thực
hiện thao tác nâng chuyển đất.
- Lực đẩy của nước tác động lên phao xích (P1) và gầu xúc (P4) là hằng số, vì khiMXLN làm việc hai phao xích luôn luôn tiếp xúc với nền đất yếu.
- Bỏ qua lực cản của nước và ma sát của đất tác dụng lên gầu xúc và
tay gầu trong quá trình đưa gầu đất lên khỏi mặt nước.
- Trọng tâm của khối đất trong gầu trùng với trọng tâm của gầu xúc.
- Bỏ qua lực đàn hồi của các xy lanh.
2.3. Mô hình khảo sát động lực học trong mặt phẳng dọc
k y1cy1 ky2cy2
cx1
kx1
cx2
kx2
m g2
m g3
m g4
m g1
Y
X
a =l1
l2
l3
l41
2
3
1
2
3
a2 a3
a =4
C2
O C1
C3
C4
O2
O3
O4P4
P1
M2 M3
M4
P1
Cpp
x4x3x2x1
1
1
X1
Y1
Y2
X2
X3
Y3
X4
Y4
1
2
3
4 4
O
ap
4
Hình 2.1.Mô hình động lực học của máy xúc lội trong mặt phẳng dọc.
Với các giả thiết được nêu trên, mô hình khảo sát động lực học của
MXLN trong mặt phẳng dọc được xây dựng như trên hình 2.1.
Mô hình hình 2.1 gồm 4 khâu: khâu 1 (gầm và ca-bin), khâu 2 (cần máy),
khâu 3 (tay gầu) và khâu 4 (gầu xúc và đất đá trong gầu).
a) Các khâu liên kết với nhau bằng các khớp bản lề, cụ thể như sau:
- Khâu 1 và khâu 2 liên kết với nhau bằng khớp bản lề có tâm O2.- Khâu 2 và khâu 3 liên kết với nhau bằng khớp bản lề có tâm O3.- Khâu 3 và khâu 4 liên kết với nhau bằng khớp bản lề có tâm O4.b) Trọng tâm của các khâu tương ứng là C1, C2, C3, C4.c) Kích thước động học đặc trưng của các khâu gồm: l1= O1O2, l2=O2O3,
l3=O3O4,l4=O4C4,a2=O2C2,a3=O3C3,α1=X1O1O2,α2=C2O2O3,α3=C3O3O4.
d) Thông số động lực học của các khâu gồm khối lượng mi và mô men quántính khối lượng Ii đối với trục đi qua khối tâm Ci và vuông góc với mặt phẳngchuyển động của khâu i.
e) Hệ lực tác dụng lên các khâu bao gồm:
Các trọng lực Gi của khâu thứ i, Gi = mig (i 1,4 ).Các mô men M2, M3, M4được quy đổi từ áp lực của dầu trong các xy lanh thủy lực.Lực đẩy nổi P1 tác dụng lên phao xích đi qua Cp có vị trí được xác định bởi
khoảng cách ap và góc p.- Lực đẩy nổi P4 tác dụng lên gầu xúc đi qua điểm C4 có vị trí được xác định
bởi khoảng cách a4 và góc 4.- Lực tác dụng trong các xy lanh cần để nâng, hạ cần được quy đổi thành các
mô men M2, M3, M4 tác dụng lên khâu 2, 3, 4.f) Để mô tả chuyển động của cơ hệ, ta sử dụng các hệ tọa độ như sau:
- XOY - hệ quy chiếu quán tính.
- XiOiYi - các hệ quy chiếu vật, gắn với khâu thứ i tương ứng, 4,1i .
g) Các tọa độ suy rộng:
Các tọa độ suy rộng được dùng để mô tả chuyển động của cơ hệ và bao gồm (hình 2.1):
- Cụm phao xích-cabin có 3 thành phần chuyển dịch gồm: dịch chuyển theo phương
ngang (x1), dịch chuyển theo phương thẳng đứng (y1) và góc nghiêng (1).
-Cần máy 2 có góc quay tương đối so với cụm phao xích-cabin quanh điểm O2 là2.
- Tay gầu 3 có góc quay tương đối so với cần máy quanh điểm O3 là 3.
- Gầu xúc 4 có góc quay tương đối so với tay gầu 3 quanh điểm O4 là 4.
Lưu ý rằng chiều của các góc 1, 2, 3 và 4 là thuận chiều kim đồng hồ2.4. Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động của cơ hệ
Hệ phương trình vi phân chuyển động của máy xúc lội nước được
thiết lập áp dụng phương trình Lagrang loại 2 [9]:
*
qi
i i i i
d T T U Q i 1,2,..,6dt q q q q
(2.1)
Với cách chọn các tọa độ suy rộng như trên hình 2.1, ta có véc tơ tọa
độ suy rộng sau: T1 1 1 2 3 4q [x ,y , , , , ] (2.2)
2.4.1.Tính động năng của hệ. Tọa độ trọng tâm C2 của cần máy xúc(khâu 2) trong hệ tọa độ Oxy, tọa độ trọng tâm C3 của gầu xúc, tọa độtrọng tâm C4 của gầu xúc:
2 1 1 1 1 2 1 2 1 2
2 1 1 1 1 2 1 2 1 2
x x l cos +a cos( )
y y l sin +a sin( )
3 1 1 1 1 2 1 1 2 3 1 3 1 2 3
3 1 1 1 1 2 1 1 2 3 1 3 1 2 3
x x l cos +l cos( ) a cos( )
y y l sin +l sin( ) a sin( )
4 1 1 1 1 2 1 1 2 3 1 1 2 3 4 1 1 2 3 4
4 1 1 1 1 2 1 1 2 3 1 1 2 3 4 1 1 2 3 4
x x l cos +l cos( ) l cos( ) a cos( )
y y l sin +l sin( ) l sin( ) a sin( )
Giá trị dương của các vận tốc góc tương ứng với chiều thuận chiều kim đồng hồ
Động năng của các khâu và tổng động năng của cơ hệ được tính như sau:
4 2 2 2 2 2 2
i 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2
i 1
2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 1 2 3 4 4 4 3 1 2 3 4
1 1T T m (x y ) I m (x y ) I ( )2 2
1 1m (x y ) I ( ) m (x y ) I ( )2 2
Thế năng của khâu 1 bao gồm thế năng vị trí và thế năng đàn hồi của nền
đất nơi máy đứng: 2 2 2 21 1 C1 x1 x1 x2 x2 y1 y1 y2 y21U m gy k l k l k l k l2 (2.11)
- yC1 là dịch chuyển của điểm C1 theo phương thẳng đứng, yC1 = y1,
lx1, ly1 biến dạng của các lò xo nền đất phía sau theo phương nằm
ngang và phương thẳng đứng, lx2, ly2 biến dạng của các lò xo nềnđất phía trước theo phương nằm ngang và phương thẳng đứng.
Với giả thiết góc lắc của hệ phao xích là nhỏ ( 1 1 1cos 1,sin ), các
công thức (2.13) và (2.14) trở thành:
x1 1 1
y1 1 1 1
x 2 1 1
y 2 1 2 1
l x h
l y b
l x h
l y b
Tổng thế năng của cơ hệ
3
i 1 1 2 2 3 3 4 4
1
2 2 2 2
x1 1 1 x2 1 1 y1 1 1 1 y2 1 2 1
U U m gy m gy m gy m gy
1 k x h k x h k y b k y b2
(2.19)
Theo đó hàm hao tán của cơ hệ được xác định:
2 2 2 2
x1 x1 x2 x2 y1 y1 y2 y2
2 2 2 2
x1 1 1 x2 1 1 y1 1 1 1 y2 1 2 1
1 c l c l c l c l2
1 c x h c x h c y b c y b2
(2.21)
2.4.4. Lực suy rộng của các hoạt lực khác Lực suy rộng loại này gây bởi
lực đẩy Ac-si-met P1, P4 và các mô men M2, M3, M4. Công ảo của các lực
kể trên là:
P 4
T T
1 4C 2 2 3 3 4 4 CA P r M M M P r
(2.22)
1
*
x1
* 4
y1 1 4 1 4
1
* 4
4 4 1 1 1 2 1 1 2 3 1 1 2 3
1
4 1 1 2 3 4
* 4
2 2 4 2 4 2 1 1 2 3 1 1 2 3
2
4 1 1 2 3 4
*
3
Q 0
yQ P P P Py
yQ =P =-P [l cos +l cos( - - )+l cos( - - )
a cos( - - - )]
yQ =M P =M -P [l cos( )+l cos( )
a cos( )]
Q
4
3 4 3 4 3 1 1 2 3 4 1 1 2 3 4
3
* 4
4 4 4 4 4 4 1 1 2 3 4
4
y=M P =M -P [l cos( ) a cos( )]
yQ =M P =M -P a cos( )
(2.23)
2.4.5. Hệ phương trình vi phân chuyển động
Trên cơ sở vận tốc của các khâu, ta tính được các hàm động năng và từ đó
suy ra đạo hàm của động năng các khâu 1, khâu 2, khâu 3 và khâu 4.
4
j
j 1 1 2 3 4
i i i i i i
TT T T T T ; i 1,2 ,. . ,6q q q q q q
Từ các phương trình (2.31) - (2.36) ta nhận được hệ phương trình vi phân
mô tả chuyển động của cơ hệ ở dạng ma trận như sau:
M q (q,q) h(q) Q (2.37a)
Triển khai hệ (2.37a) nhận được (2.37b) như sau:
11 12 16 1 1 i i 1 i 1
21 22 26 2 2 i i 2 i 2
61 62 66 6 6 i i 6 i 6
m m ... m q
Φ (q ,q ) h (q ) Q
m m ... m q + + =... ... ... ... ... ... ... ...
m m ... m q
(2.37b)
Ma trận Q=(Qi)6x1 gồm 6 phần tử được xác định theo công thức (2.24) đã
nêu ở trên. Để tính toán các ma trận và giải phương trình vi phân, các
thông số và kích thước của máy được lựa chọn theo bảng 2.2 và bảng 2.3.
2.5. Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ
theo phương ngang
Mô hình khảo sát động lực học của máy xúc lội nước thể hiện trên hình
2.3. Trên hình vẽ, Pp1 là lực đẩy nổi tác dụng lên phao xích bên phải và điqua trọng tâm Cp1 của phao xích; Pp2 - lực đẩy nổi tác dụng lên phao xíchbên trái và đi qua trọng tâm Cp2 của phao xích này; Pd1, Pd2 - phản lực từđất (phân bố không đều) tác dụng lên phao xích bên phải và bên trái.
Hình 2.3. Mô hình động lực học máy xúc lội nước theo phương ngang
2.5.1. Thiết lập mô hình toán của cơ hệ
Trên cơ sở mô hình khảo sát (hình 2.3), ta sẽ thiết lập hệ phương
trình vi phân chuyển động khi máy thực hiện thao tác đổ đất. Lúc này, các
bộ phận của máy vươn ra xa và trong gầu có đất nên khả năng bị lật là dễ
xẩy ra. Do vậy, cần quan tâm đến góc quay của phao xích, độ chìm của
đáy phao xích. Giá trị của các tọa độ suy rộng còn lại được lấy theo cuối
giai đoạn gầu được nhấc lên khỏi mặt nước.
1 2
1 2
1 2
4 4 P Pi b
i i 0 p 0 p 0 b 0 J
i 1 i 1
4 4
i 1 i n g p p b m 1
i 1 i 1
( J ) m g.C P .C P .C P .C b
m .h m .V .g P P P b .h
(2.51a)
1 2
1 2
1 2
4 4 P Pi b
i i 0 p 0 p 0 b 0 j
i 1 i 1
4 4
i 1 i n g p p b m 1
i 1 i 1
( J ) m g.C P .C P .C P .C b
m .h m .V .g P P P b .h
(2.51b)
2.5.2. Tính toán các tham số động lực học của mô hình
2.5.2.1. Tọa độ trọng tâm các khâu trong hệ tọa độ cố định
q1
q2
q3
q4
m4g
m3g
m2g
m1g
C2
C3
C4
C1
Cp1
Pp1
pd
O2
O3
O4P4Cp2
Pp2O x0
h1
ln
bp
bn
x
y
Hình 2.4. Sơ đồ hệ lực tác dụng khi máy xúc xả đất.
Ta sẽ xác định các trọng tâm nói trên bằng cách sử dụng ma trận
chuyển Denavit – Hartenberg. Do trục quay của các khâu đều vuông góc
với mặt phẳng khảo sát nên ma trận chuyển giữa 2 hệ tọa độ vật kế tiếp
nhau thứ (i–1) và i là:
i i i i i i
i i i i i i ii
i 1
i i
cos sin cos sin sin a cos
sin cos cos cos sin a sinA 0 0 cos d
0 0 0 1
2.5.2.2. Mô men quán tính khối lượng của các khâu đối với trục quay
Mô men quán tính khối lượng của các khâu được tính bằng công
thức:
4 4 2 22 i i1 i i i 0 0
1 i 1
J m .r m . C (1) C (2)
2 2 2 21 1 2 2
1 1 0 0 2 0 0
2 2 2 23 3 4 4
3 0 0 4 0 0
J m . C (1) C (2) m . C (1) C (2) ...
m . C (1) C (2) m . C (1) C (2)
(2.60)
2.5.2.3. Xác định lực đẩy Ácsimet và áp lực nền đất tác động lên các phao xích
Lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên phao xích 1 là Pp1:
1 1p p n p d p d 1 p 1 n
1P V . b . (b 2h ) (b 2h ) (h h ).2 (2.61)
Lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên phao xích 2 là Pp2:
2p p2 n 1 n 1 d 1 n 1
1 n 1 s d 1 n 1 s p n
P V . h b sin . b h b sin
h b sin h . b h b sin h .b .
(2.62a)
Trong trường hợp khi góc nghiêng q1 lớn đến giá trị nào đó làm chotoàn bộ phao xích 2 chìm trong nước, lúc này Pp2 được tính như sau :
2p p2 n p d p
1 n 1 s d 1 n 1 s p n
P V . h . b h
h b sin h . b h b sin h .b
(2.62b)
Áp lực nền đất Pb tác dụng lên phao xích trên thực tế là lực đàn hồi
phân bố trên mặt phẳng đáy phao xích. Để đơn giản cho tính toán, ta
quy nó về lực tập trung tại tâm mặt phẳng đáy phao xích và tính theo
công thức:
b b 1 n 1 s d 1 n 1 s pP k . h b sin h . b h b sin h b (2.63b)
Vì liên kết giữa nền và phao xích là liên kết 1 chiều nên trong trường
hợp phao xích không tiếp xúc với nền thì Pb= 0.2.5.2.4. Các mô men gây nghiêng và mô men phục hồi theo hình 2.4
Mô men gây nghiêng 11 Pn p 0M P .C trong đó giá trị 1P0C là khoảng cách
theo phương ngang từ trọng tâm thể tích giãn nước phao xích 1 đến tâm
quay (hình 2.3):
1P0 nC l (2.64)
Mô men phục hồi 2Pp2 p2 0M P .C trong đó giá trị 2P0C là khoảng cách
theo phương ngang từ trọng tâm thể tích giãn nước phao xích 1 đến tâm
quay (hình 2.3):
2P0 n nC b l (2.65)
Mô men phục hồi bb b 0M P .C trong đó giá trị b0C là khoảng cách theo
phương ngang từ trung tâm mặt phẳng đáy đến tâm quay (hình 2.3):
2Pb0 0C C (2.66)
2.5.2.5. Các hệ số giảm chấn của chất lỏng và nền
Trong thực tế các hệ số này không tính toán được, mà sử dụng công
thức thực nghiệm để tính toán:
b . M . k (2.67)
2.5.2.6. Xác định các thông số ban đầu của biến φ1, h1Để xác định các thông số, tiến hành khảo sát ổn định quá trình xả đất
của máy xúc, như vậy khi máy kết thúc quá trình đào đất, bắt đầu quá trình
xả đất bao gồm 3 giai đoạn. Như vậy khi kết thúc quá trình đào đất, các cơ
cấu đều dừng lại các góc quay φ2, φ3, φ4 ban đầu ở các vị trí xác định, gócnghiêng phao xích ψ và độ chìm phao xích h1 được xác định từ hệ phươngtrình sau:
1 2
1 2
1 2
1 1 1
2 1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1
4 P Pi 0 0 0 b 0
i 0 p 0 p 0 b 0
i 1
4
i g n p p b
i 1
0 0
p p d n
0 0 0 0
p n d n
0 0 0 0
n s d n s p n
0 0 0
b b n s d n
m g .