Khảo sát tham số động lực học máy xúc một gầu - Luận văn thạc sĩ Nguyễn Ngọc Khanh

Tìm hiểu về các tham số động lực học quan trọng của máy xúc một gầu. Bài viết phân tích chi tiết ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất máy.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Khanh
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ. Chu Văn Đạt
• Trường học: Đại học quốc gia Hà nội
• Chuyên ngành: Cơ học ứng dụng
• Đề tài: Khảo Sát Một Số Tham Số Động Lực Học Của Máy Xúc Một Gầu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ cơ học
• Năm xuất bản: 2003
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Mở đầu
• 1. Chương 1: Tổng quan
• 1.1. Mô hình hệ nhiều vật và phương pháp nghiên cứu
• 1.1.1. Mô hình hệ nhiều vật
• 1.1.2. Phép biến đổi Denavit-Hartenberg ma trận chuyển cấp bền
• 1.2. Giới thiệu sơ lược về máy xúc mét gầu dẫn động bằng thuỷ lực
• 1.2.1. Đặc điểm chung của máy xúc mét gầu dẫn động bằng thuỷ lực
• 1.2.2. Cơ sở tính toán thiết bị máy xúc mét gầu dẫn động bằng thuỷ lực
• 1.2.3. Lực tương tác giữa gầu và đất trong quá trình đào
• 2. Chương 2: Mô hình động học và động lực học của máy xúc
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.1.1. Động học thuận của tay xúc
• 2.1.1.1. Các phương trình liên hệ giữa các góc với vị trí gầu xúc
• 2.1.1.2. Các phương trình liên quan giữa chiều dài của cần thuỷ lực với các góc quay tại các khớp
• 2.1.2. Động học ngược của tay xúc
• 2.1.2.1. Các phương trình liên hệ giữa vị trí gầu xúc với các góc quay tại các khớp
• 2.1.2.2. Mặt làm việc của tay xúc
• 2.2. Mô hình động lực học
• 2.2.1. Mô hình động lực học
• 2.2.2. Các phương trình vận tốc và gia tốc
• 2.3. Phương trình chuyển động cho mỗi khâu
• 3. Chương 3: Tổ chức chương trình tính toán và kết quả tính
• 3.1. Tổ chức chương trình tính toán
• 3.2. Phương pháp giải phương trình vi phân trong Matlab
• 3.3. Các thông số đầu vào để giải bài toán
• 3.3.1. Các thông số động học và động lực học
• 3.4. Kết quả tính toán
• 3.4.1. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc khâu 2 (cần máy xúc)
• 3.4.2. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc khâu 3 (tay gầu)
• 3.4.3. Đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc khâu 4 (gầu xúc)
• 3.4.4. Biểu đồ lực các khâu
• 3.4.5. Biểu đồ mômen của các khâu
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục
• 1. Phụ lục 1: Chương trình maple tính các góc của các cần thuỷ lực
• 2. Phụ lục 2: Chương trình Maple thiết lập phương trình vi phân chuyển động cơ hệ
• 3. Phụ lục 3: Chương trình Matlab giải hệ phương trình vi phân chuyển động cơ hệ
• 4. Phụ lục 4: Một số hình vẽ liên hệ giữa các góc của xilanh và các khâu

Tóm tắt

I. Tổng quan về máy xúc một gầu và động lực học

Máy xúc một gầu là thiết bị xây dựng quan trọng trong các công trình đào đất, đắp đê, thuỷ lợi và khai thác mỏ. Thiết bị này chiếm vị trí đặc biệt trong công tác đào, đắp đất, đảm nhận trên 50% khối lượng đất cần thi công. Trong ba thập kỷ gần đây, máy xúc một gầu dẫn động bằng thuỷ lực đã phát triển mạnh mẽ và có xu hướng thay thế dần các máy xúc có bộ truyền động cơ khí. Đặc biệt từ sau năm 1975, các máy xúc thuỷ lực cỡ nhỏ và vừa hầu như là loại máy xúc duy nhất được chế tạo tại các nước công nghiệp phát triển. Để tăng năng suất máy xúc một gầu, một trong những hướng cơ bản trong cải tiến và đổi mới trang bị là rút ngắn thời gian quá trình thao tác máy như tăng tốc độ đào xúc, quay, rút ngắn thời gian lấy đất, hãm phanh. Kết quả của việc này không tránh khỏi các tải trọng động tác động mạnh mẽ và liên tục vào máy, gây nên dao động các dạng, thực tế là rất phức tạp. Việc cho phép tính toán đúng lực và tải trọng động xuất hiện khi máy làm việc cho khả năng xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn và quy luật xuất hiện của các lực đó. Nhờ vậy ta có thể tìm được các biện pháp nhằm giảm bớt những tác động xấu của chúng, góp phần tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy trong quá trình khai thác.

1.1. Đặc điểm cấu tạo và hoạt động của máy xúc một gầu

Máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực có cấu tạo khác với máy xúc truyền động cơ khí. Thiết bị công tác gồm các cơ cấu nâng hạ cần, tay gầu, quay gầu là các xi lanh thuỷ lực và hệ thống dẫn động thuỷ lực thường là thiết bị thuỷ lực cao áp khoảng 15-35 Mpa. Quá trình đào đất của máy xúc một gầu có thể được tiến hành theo các cách sau: gầu và tay gầu cố định, cần chuyển động nhờ xi lanh cần; cần và gầu cố định, tay gầu chuyển động nhờ xi lanh tay gầu; cần và tay gầu cố định, gầu chuyển động nhờ xi lanh gầu; cần và tay gầu hoạt động đồng thời nhờ các xi lanh tương ứng. Đặc tính hoạt động máy xúc được thể hiện qua khả năng điều chỉnh vô cấp được tốc độ làm việc, do vậy thích hợp với sự biến đổi phức tạp của lực cản đào trong quá trình công tác. Máy làm việc êm, an toàn khi quá tải, tuổi thọ cao, độ tin cậy lớn. Kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, làm việc chính xác, quỹ đạo đào đa dạng, do vậy có thể đảm đương được những nhiệm vụ phức tạp.

1.2. Tầm quan trọng của tham số động lực học trong thiết kế

Tham số động lực học đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế và tối ưu hóa máy xúc một gầu. Việc khảo sát các tham số này giúp xác định được các lực và mô men tác động lên các khâu của máy trong quá trình hoạt động. Từ đó, các kỹ sư có thể thiết kế kết cấu phù hợp, đảm bảo độ bền cơ khí máy xúc và tuổi thọ của thiết bị. Mô hình động lực học máy xúc cho phép mô phỏng các mô men xoắn, các ngoại lực và chuyển động của máy khi biết trước quỹ đạo chuyển động. Trong luận văn này, mô hình động lực học được xây dựng trên cơ sở lý thuyết cơ học hệ nhiều vật. Các mô hình động học và động lực học đã được phát triển từ nền tảng lý thuyết tay máy robot. Mô hình để tính toán sử dụng phần mềm Maple và Matlab cũng như sử dụng các thông số và kích thước động học và động lực học thực nghiệm để tính toán. Việc phân tích các tham số động lực học giúp dự đoán được các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình vận hành, từ đó đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

II. Thách thức trong phân tích động lực học máy xúc

Việc phân tích động lực học máy xúc đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật và lý thuyết. Một trong những khó khăn lớn nhất là mô hình hóa chính xác các tương tác phức tạp giữa gầu và đất trong quá trình đào. Môi trường đất là môi trường rất phức tạp, bộ công tác đào đất và phương pháp đào cũng rất khác nhau, điều này cũng ảnh hưởng đến sự xác định lực cản đào. Đến nay, một công thức chính xác để tính lực cản đào đất dù là đào đất thuần túy vẫn chưa có. Nhiều nhà khoa học đã bỏ công nghiên cứu vấn đề này như: E. Dinlinger; Nerlo – Nerli; N. Zelenin… Xét về quan điểm thực tiễn, chỉ có công thức của N. Dombrovski xem như phổ biến hơn cả. Thách thức thứ hai là việc xây dựng mô hình động lực học máy xúc chính xác. Mô hình này phải biểu diễn mối quan hệ giữa các mô men xoắn và các ngoại lực với chuyển động của các khâu của máy xúc. Các phương trình động học và động lực học thường là các phương trình vi phân phi tuyến bậc cao, gây khó khăn cho việc giải tích. Một thách thức khác là việc đo lường tham số máy xúc trong điều kiện thực tế. Các cảm biến và thiết bị đo phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt với nhiều rung động và sốc. Đồng thời, việc xác định chính xác các thông số như khối lượng, mô men quán tính và tâm khối lượng của các khâu cũng đòi hỏi kỹ thuật đo lường chính xác và phức tạp.

2.1. Vấn đề dao động và biến dạng cấu trúc máy xúc

Phân tích dao động máy xúc là một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu động lực học. Khi máy xúc hoạt động, các tải trọng động tác động mạnh mẽ và liên tục vào máy, gây nên dao động các dạng phức tạp. Những dao động này không chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy mà còn giảm chất lượng công việc và gây khó chịu cho người vận hành. Biến dạng cấu trúc máy xúc dưới tác dụng của tải trọng động cũng là vấn đề cần được quan tâm. Biến dạng quá lớn có thể làm thay đổi các thông số động học của hệ, dẫn đến sai số trong quá trình vận hành. Đặc biệt, trong các điều kiện làm việc nặng, các khâu của máy xúc như cần, tay gầu và gầu có thể bị biến dạng đàn hồi, ảnh hưởng đến độ chính xác của quỹ đạo chuyển động. Việc phân tích các dao động và biến dạng này đòi hỏi các mô hình tính toán phức tạp, kết hợp giữa động lực học và sức chịu tải vật liệu. Trong luận văn này, tác giả đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với mô hình động lực học đa khâu để phân tích các vấn đề này.

2.2. Khó khăn trong đo lường và mô hình hóa tham số

Việc đo lường tham số máy xúc trong điều kiện thực tế gặp nhiều khó khăn. Các cảm biến và thiết bị đo phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt với nhiều rung động và sốc. Đồng thời, việc xác định chính xác các thông số như khối lượng, mô men quán tính và tâm khối lượng của các khâu cũng đòi hỏi kỹ thuật đo lường chính xác và phức tạp. Một khó khăn khác trong mô hình động lực học máy xúc là việc xác định các thông số của môi trường làm việc, đặc biệt là các thông số của đất trong quá trình đào. Đất là vật liệu có tính chất phi tuyến, biến đổi theo nhiều yếu tố như độ ẩm, độ chặt, thành phần hạt... Điều này gây khó khăn trong việc xác định lực tương tác giữa gầu và đất. Trong luận văn, tác giả đã đề cập đến việc xây dựng mô hình tính toán tổng quan động lực học máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số động lực học đến chất lượng công tác, năng suất, kết cấu của máy để từ đó xác định các chế độ làm việc hợp lý. Các mô hình động học và động lực học của máy xúc một gầu điều khiển thuỷ lực được xây dựng trên cơ sở lý thuyết cơ học hệ nhiều vật.

III. Phương pháp xây dựng mô hình động lực học máy xúc

Xây dựng mô hình động lực học máy xúc là bước quan trọng trong việc phân tích và tối ưu hóa thiết kế. Trong luận văn này, mô hình được nghiên cứu là mô hình động lực học tổng quát của máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực. Mô hình được xây dựng cho trường hợp máy xúc đang đào, gồm 4 bậc tự do. Chuyển động của gầu xúc hoàn toàn được xác định nếu xác định được 4 thông số góc quay: góc quay toa xe θ1, góc nâng hạ cần θ2, góc nâng hạ tay gầu θ3, góc quay gầu xúc θ4. Để giảm bớt sự phức tạp cho mô hình tính toán, giả sử rằng góc quay toa θ1 là hằng số không đổi, chuyển động của các cơ cấu máy xúc trong quá trình đào diễn ra trong mặt phẳng thẳng đứng. Các khâu trong cơ hệ khảo sát (toa xe, cần, tay gầu, gầu xúc) được coi là rắn tuyệt đối. Mô hình hệ nhiều vật được áp dụng để mô tả hệ thống máy xúc, trong đó mỗi vật được mô tả bởi 6 tham số để xác định vị trí của nó. Mô hình động học được tính toán theo nguyên lý Denavit- Hartenberg còn mô hình động lực học thì sử dụng các phương trình Newton- Euler viết cho các khâu. Trong luận văn, tác giả đã sử dụng các thông số kích thước động học và động lực học của máy xúc thực nghiệm Komatsu PC05-7, và sử dụng phần mềm Matlab để giải hệ phương trình chuyển động.

3.1. Mô hình hệ nhiều vật và phép biến đổi Denavit Hartenberg

Mô hình hệ nhiều vật là cơ sở lý thuyết quan trọng để phân tích động lực học máy xúc. Hệ nhiều vật là một cơ hệ gồm nhiều vật rắn (vật rắn tuyệt đối hoặc vật rắn biến dạng) liên kết với nhau bằng khớp chuyển động có quy luật, lò xo, giảm chấn, trượt,… Các máy, cơ cấu, ô tô, máy bay, tàu thuỷ, các loại robot,… đều là những hệ nhiều vật. Vật rắn trong hệ nhiều vật được gọi là một hệ con (hoặc các phần tử, kết cấu con) có thể có hình dạng, cấu trúc tuỳ ý mà từ nay về sau để đơn giản trong cách gọi tên ta gọi là vật. Phép biến đổi Denavit-Hartenberg ma trận chuyển cấp bốn là phương pháp được sử dụng để khảo sát chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến. Ma trận chuyển cấp bốn Denavit- Hartenberg là hàm của 4 thông số: 2 thông số là kích thước hình học của khâu, 2 tham số khác nghiên cứu chuyển động định vị. Các thông số cấu trúc động học di, ai, αi, và θi, i=1÷4 cho các khâu cơ bản đã được xác định. Chúng được liệt kê trong bảng các thông số cấu trúc động học, trong đó ai là khoảng cách giữa hai trục của khớp liên kết của khâu i (hay độ dài của khâu), αi là góc giữa hai trục nằm trong mặt phẳng vuông góc với ai đo từ trục i đến trục (i+1) theo hướng phải so với ai.

3.2. Phương trình động học thuận và ngược cho máy xúc

Phân tích chuyển động máy xúc bao gồm hai bài toán cơ bản: động học thuận và động học ngược. Động học thuận xác định vị trí và hướng của gầu xúc khi biết các góc quay tại khớp và chiều dài của các cần thuỷ lực. Động học ngược giải bài toán ngược lại: xác định các góc quay tại khớp và chiều dài của các cần thuỷ lực khi biết trước quỹ đạo chuyển động tức là vị trí và hướng của gầu xúc. Trong luận văn, các phương trình động học thuận liên quan giữa các góc quay tại khớp với vị trí gầu xúc được trình bày. Các phương trình này mô tả vị trí và hướng của gầu xúc, các góc quay tại khớp và chiều dài của các cần thuỷ lực. Động học thuận liên quan giữa các góc quay tại khớp với vị trí của cần, tay gầu và gầu xúc, được sử dụng cho mô phỏng chuyển động của máy. Động học ngược biểu diễn mối quan hệ giữa vị trí và hướng của gầu xúc với các góc quay tại khớp, một tư thế của gầu xúc có thể không đạt được bởi vì nó cần phải có các góc khớp vươn xa hơn các giới hạn của máy, hoặc bởi vì nó nằm ngoài mặt làm việc của máy xúc. Cả hai điều kiện này có thể tìm được từ kết quả giải các phương trình động học ngược.

IV. Kỹ thuật phân tích chuyển động và lực tác động

Phân tích chuyển động máy xúc và các lực tác động là nội dung quan trọng trong nghiên cứu động lực học. Trong luận văn này, mô hình động lực học biểu diễn mối quan hệ giữa các mô men và lực tác động với chuyển động của các khâu của máy trong quá trình làm việc. Để thuận tiện, mô hình động lực học được xem xét cho trường hợp máy xúc đang đào với góc quay θ1 của vật thứ nhất giữ không đổi và sự chuyển động của các cơ cấu máy xúc trong quá trình đào diễn ra trong mặt phẳng thẳng đứng. Phương trình chuyển động viết cho mỗi khâu của máy xúc, trong đó các khâu được coi là một vật rắn tuyệt đối được tách tự do. Trước hết, các phương trình vector vận tốc và gia tốc của tất cả các khâu được xác định trong hệ toạ độ vật của nó. Rồi tương ứng là các giá trị vận tốc và gia tốc tại các trọng tâm của các khâu. Các phương trình vận tốc và gia tốc chuyển động quay và tịnh tiến của mỗi khâu được biểu diễn theo một dạng đệ quy. Lực và mô men quán tính tác động lên trọng tâm của khâu hoạt động trên khâu i có thể biểu diễn trong toạ độ vật thứ i. Để xác định ngoại lực và mô men hoạt động trong các phương trình này, tách biệt các khâu của máy xúc tại các khớp thành các vật tự do. Rồi với mỗi vật tự do như khâu i, các lực là hợp lực và biểu diễn trong hệ toạ độ vật thứ i ta thu được phương trình tổng quát cho mỗi khâu.

4.1. Phân tích động học của các khâu máy xúc

Phân tích động học máy xúc được thực hiện thông qua việc xác định các phương trình chuyển động cho từng khâu. Đối với khâu 1 (toa xe), là vật cơ sở như giả thiết tính toán là không quay: ω1=0, ω̇1=0, v1=0, v̇1=0. Đối với khâu 2 (cần), các phương trình vận tốc và gia tốc tương ứng được xác định. Các vector này được biểu diễn trong hệ toạ độ vật thứ hai. Tương tự, đối với khâu 3 (tay gầu) và khâu 4 (gầu xúc), các phương trình chuyển động cũng được thiết lập. Đặc tính hoạt động máy xúc được thể hiện qua các phương trình động học này, cho phép mô phỏng chuyển động của máy trong các điều kiện làm việc khác nhau. Các phương trình động học thuận và ngược cho phép xác định mối quan hệ giữa các góc quay tại khớp với vị trí gầu xúc và ngược lại. Trong luận văn, tác giả đã trình bày chi tiết các phương trình này trong mục II chương 2. Các phương trình này được sử dụng để mô phỏng chuyển động của máy xúc và xác định các thông số động lực học tương ứng.

4.2. Xác định lực và mô men tại các khớp nối

Xác định lực và mô men tại các khớp nối là bước quan trọng trong phân tích động lực học máy xúc. Trong luận văn, tác giả đã sử dụng phương pháp tách tự do các khâu của máy xúc tại các khớp thành các vật tự do. Với mỗi vật tự do, các phương trình lực và mô men xoắn được xác định lần lượt từ khâu 4 đến khâu 1. Phương trình tổng quát được áp dụng cho mỗi khâu. Đối với gầu xúc khâu i=4, phương trình được viết ra đầu tiên trong hệ toạ độ thứ tư. Các biểu diễn của các biến số được xác định, trong đó Ft, Fn là các thành phần lực pháp tuyến và tiếp tuyến của lực cản cắt đất. Tương tự, đối với tay gầu khâu i=3 và các khâu khác, các phương trình lực và mô men cũng được thiết lập. Độ bền cơ khí máy xúc phụ thuộc vào các lực và mô men này, do đó việc xác định chính xác chúng có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế và tối ưu hóa kết cấu. Trong luận văn, tác giả đã trình bày chi tiết các phương trình này trong mục III chương 2, kèm theo các sơ đồ lực tác động lên từng khâu của máy xúc.

V. Kết quả khảo sát và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu về tham số động lực học của máy xúc một gầu đã mang lại nhiều giá trị thực tiễn. Trong luận văn, tác giả đã tổ chức chương trình tính toán và trình bày kết quả tính toán chi tiết. Các kết quả này bao gồm đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc khâu 2 (cần máy xúc), khâu 3 (tay gầu), khâu 4 (gầu xúc), biểu đồ lực các khâu và biểu đồ mô men của các khâu. Các kết quả này được sử dụng để đánh giá hiệu suất máy xúc và đề xuất các cải tiến thiết kế. Một ứng dụng quan trọng của kết quả nghiên cứu là việc xác định các chế độ làm việc hợp lý cho máy xúc. Dựa trên phân tích các tham số động lực học, tác giả đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng công tác, năng suất, kết cấu của máy. Từ đó, các chế độ làm việc tối ưu được đề xuất nhằm tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy trong quá trình khai thác. Một ứng dụng khác là trong việc thiết kế và tối ưu hóa kết cấu máy xúc. Các thông số về lực và mô men tại các khớp nối là cơ sở quan trọng để tính toán độ bền và xác định kích thước các chi tiết máy. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc giảm trọng lượng máy mà vẫn đảm bảo độ bền và độ tin cậy. Kết quả nghiên cứu cũng có thể được ứng dụng trong việc phát triển các hệ thống điều khiển tự động cho máy xúc, dựa trên mô hình động lực học đã được xây dựng.

5.1. Hiệu suất và độ bền cơ khí dựa trên tham số động lực

Hiệu suất máy xúc phụ thuộc trực tiếp đến các tham số động lực học được khảo sát. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa các thông số này có thể tăng đáng kể năng suất máy xúc một gầu. Đặc biệt, việc giảm thiểu các dao động không cần thiết và tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động của gầu xúc giúp rút ngắn thời gian chu kỳ làm việc, từ đó tăng năng suất đào đất. Về độ bền cơ khí máy xúc, kết quả phân tích lực và mô men tại các khớp nối là cơ sở quan trọng để đánh giá tuổi thọ của các chi tiết máy. Các biểu đồ lực và mô men của các khâu cho phép xác định các vị trí chịu tải trọng lớn nhất, từ đó tập trung công tác thiết kế và gia cường cho các khu vực này. Trong luận văn, tác giả đã sử dụng các thông số kích thước động học và động lực học của máy xúc thực nghiệm Komatsu PC05-7 để tính toán và đánh giá. Kết quả cho thấy việc tối ưu hóa các thông số động lực học không chỉ tăng hiệu suất làm việc mà còn kéo dài tuổi thọ của máy, giảm chi phí bảo trì và sửa chữa.

5.2. Ứng dụng trong tối ưu hóa thiết kế máy xúc

Kết quả nghiên cứu về động lực học máy xúc có nhiều ứng dụng quan trọng trong việc tối ưu hóa thiết kế. Một ứng dụng trực tiếp là việc xác định kích thước và hình dạng các chi tiết máy dựa trên các thông số tải trọng đã được tính toán. Điều này giúp thiết kế các chi tiết vừa đảm bảo độ bền, vừa có trọng lượng tối ưu, góp phần giảm trọng lượng tổng thể của máy. Ứng dụng máy xúc trong xây dựng đòi hỏi các thiết bị phải có độ tin cậy cao và hiệu suất làm việc tốt. Kết quả nghiên cứu về tham số động lực học giúp đáp ứng các yêu cầu này. Các thông số về dao động và biến dạng cấu trúc là cơ sở để thiết kế các hệ thống giảm chấn và giảm rung hiệu quả, nâng cao độ ổn định và tuổi thọ của máy. Một ứng dụng khác là trong việc phát triển các hệ thống điều khiển thông minh cho máy xúc. Dựa trên mô hình động lực học đã xây dựng, các thuật toán điều khiển có thể được phát triển để tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động và giảm thiểu tải trọng động, từ đó tăng hiệu suất làm việc và giảm tiêu hao năng lượng. Trong tương lai, các kết quả nghiên cứu này có thể được mở rộng để phát triển các thế hệ máy xúc tự động và bán tự động với hiệu suất cao hơn.

VI. Kết luận và hướng phát triển nghiên cứu

Luận văn đã trình bày kết quả nghiên cứu về khảo sát tham số động lực học của máy xúc một gầu. Các kết quả chính có thể tổng hợp như sau: Đã xây dựng thành công mô hình tính toán tổng quan động lực học máy xúc một gầu dẫn động thuỷ lực. Mô hình động học được tính toán theo nguyên lý Denavit- Hartenberg còn mô hình động lực học thì sử dụng các phương trình Newton- Euler viết cho các khâu. Đã xác định được các phương trình động học thuận và ngược cho máy xúc, cho phép mô phỏng chuyển động của máy trong các điều kiện làm việc khác nhau. Đã phân tích được các lực và mô men tác động lên các khâu của máy trong quá trình làm việc, từ đó đánh giá được độ bền và tuổi thọ của các chi tiết máy. Đề xuất được các chế độ làm việc hợp lý cho máy xúc nhằm tăng hiệu suất và độ tin cậy. Về hướng phát triển nghiên cứu trong tương lai, có thể tập trung vào các nội dung sau: Nghiên cứu sâu hơn về tương tác giữa gầu và đất trong quá trình đào, đặc biệt là các điều kiện đất phức tạp. Phát triển các mô hình động lực học có tính đến độ cứng và độ bền của vật liệu, cho phép phân tích đồng thời cả động lực học và sức chịu tải. Ứng dụng các phương pháp tính toán hiện đại như mô phỏng đa vật thể và phần tử hữu ích kết hợp để phân tích chính xác hơn các tham số động lực học. Nghiên cứu và phát triển các hệ thống điều khiển thông minh dựa trên mô hình động lực học đã xây dựng, nhằm tối ưu hóa hoạt động của máy xúc. Các hướng nghiên cứu này sẽ góp phần phát triển các thế hệ máy xúc hiệu suất cao, độ tin cậy lớn và thân thiện với môi trường trong tương lai.

6.1. Tổng hợp kết quả nghiên cứu chính

Luận văn đã đạt được các kết quả quan trọng trong việc khảo sát tham số động lực học của máy xúc một gầu. Đầu tiên, đã xây dựng thành công mô hình động lực học máy xúc tổng quan dựa trên lý thuyết cơ học hệ nhiều vật. Mô hình này cho phép mô phỏng và phân tích chuyển động của máy trong các điều kiện làm việc khác nhau. Thứ hai, đã xác định được các phương trình động học thuận và ngược cho máy xúc, tạo cơ sở để phân tích quỹ đạo chuyển động và tối ưu hóa hoạt động của máy. Thứ ba, đã phân tích được các lực và mô men tác động lên các khâu của máy trong quá trình làm việc, từ đó đánh giá được độ bền cơ khí máy xúc và tuổi thọ của các chi tiết. Cuối cùng, đã đề xuất được các chế độ làm việc hợp lý cho máy xúc nhằm tăng hiệu suất và độ tin cậy. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng cả về mặt lý luận và thực tiễn, góp phần phát triển ngành cơ học máy xây dựng và nâng cao hiệu quả sử dụng máy xúc trong các công trình xây dựng và khai thác mỏ.

6.2. Xu hướng nghiên cứu động lực học máy xúc trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu về động lực học máy xúc sẽ phát triển theo nhiều hướng mới. Một xu hướng quan trọng là việc tích hợp các mô hình động lực học với các hệ thống điều khiển thông minh, cho phép phát triển các thế hệ máy xúc tự động và bán tự động với hiệu suất cao. Các thuật toán điều khiển dựa trên mô hình động lực học sẽ giúp tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động và giảm thiểu tải trọng động, từ đó tăng hiệu suất làm việc và giảm tiêu hao năng lượng. Một xu hướng khác là việc kết hợp giữa mô hình động lực học và mô hình phần tử hữu ích, cho phép phân tích đồng thời cả chuyển động và biến dạng của các khâu máy. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế các máy xúc nhẹ mà vẫn đảm bảo độ bền và độ tin cậy. Ngoài ra, việc nghiên cứu sâu hơn về tương tác giữa gầu và đất trong quá trình đào cũng là một hướng nghiên cứu hứa hẹn nhiều kết quả thú vị. Các mô hình tương tác phức tạp này sẽ giúp mô phỏng chính xác hơn quá trình làm việc của máy xúc trong các điều kiện đất khác nhau, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật tối ưu. Cuối cùng, việc ứng dụng các công nghệ mới như vật liệu composite, cảm biến thông minh và trí tuệ nhân tạo sẽ mở ra nhiều khả năng mới trong nghiên cứu và phát triển máy xúc trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong các công trình xây dựng hạ tầng giao thông như đường sá, đập thủy lợi, kênh đào, máy xúc mét gầu đóng vai trò quan trọng chiếm đến hơn 50% tổng khối lượng đất thi công. Những năm gần đây, máy xúc mét gầu dùng động cơ thủy lực được phát triển mạnh nhằm thay thế dần các loại máy cũ truyền động cơ khí. Đặc biệt, từ sau năm 1975, loại máy xúc thủy lực cao áp không chỉ được sản xuất tại các nước công nghiệp phát triển như Nhật Bản, Nga mà còn được trao đổi buôn bán rộng rãi trên thị trường toàn cầu. Nghiên cứu nhằm xây dựng mô hình tính toán tổng quát động học và động lực học của máy xúc mét gầu dùng động cơ thủy lực, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các thông số động lực học lên chất lượng công tác, năng suất và kết cấu máy nhằm xác định các vị trí làm việc hợp lý. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân tích cơ học động học và động lực học của máy xúc tại Việt Nam, trong khoảng thời gian từ 2000 đến 2003. Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu chuẩn cho thiết kế kỹ thuật, cải tiến công nghệ và áp dụng phần mềm tính toán hiện đại, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng máy xúc thủy lực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng nguyên lý cơ học rắn đa liên kết, sử dụng mô hình Denavit-Hartenberg để xây dựng ma trận chuyển cấp bậc 4 nhằm khảo sát chuyển động quay và tịnh tiến của các mắt xích trong hệ thống máy xúc. Các khái niệm chính bao gồm:

• Động học vật rắn nhiều vật: nghiên cứu sự dịch chuyển và vị trí các liên kết trong cơ cấu máy dựa trên tọa độ, góc quay và ma trận biến đổi.

• Nguyên lý Denavit-Hartenberg: phương pháp biểu diễn chuyển động tương đối giữa các khớp nối bằng ma trận chuyển đổi giúp mô hình hóa hệ cơ cấu đa bậc tự do.

• Động lực học Newton-Euler: áp dụng để mô tả các lực, mô men tác động lên từng bộ phận của máy xúc dựa trên chuyển động quay và tịnh tiến.

• Các thành phần lực tác động: bao gồm lực xúc bẩm sinh, lực tương tác giữa gầu xúc và đất, lực phanh và các lực ma sát nội bộ.

• Phân tích hệ tọa độ: gồm hệ tọa độ cố định và hệ chuyển động, xác định vận tốc góc, gia tốc và lực tương tác điểm tiếp xúc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm về đặc tính chuyển động và động lực học từ máy xúc Komatsu PC05-7. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Mô hình hóa động học và động lực học bằng phần mềm Maple và Matlab, giải hệ phương trình chuyển động phi tuyến bậc cao.

• Chọn mẫu mô hình gồm bốn bậc tự do, mỗi bậc đại diện cho một song liên kết trong tay máy xúc (toa xe quay, cần, tay gầu, gầu xóc).

• Phân tích các góc quay và chiều dài piston thủy lực dựa trên mô hình Denavit-Hartenberg, kết hợp với các phương trình Newton-Euler.

• Timeline nghiên cứu thực hiện trong vòng 1 năm, từ thu thập số liệu, xây dựng mô hình, đến tính toán và phân tích kết quả.

• Phân tích kết quả thống kê chi tiết vận tốc góc, vận tốc tịnh tiến, gia tốc, lực tương tác và các mô men trong các khớp nối bằng các bảng biểu và đồ thị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình động học chính xác phản ánh chuyển động thực tế: Mô hình Denavit-Hartenberg với 4 bậc tự do cho kết quả tính toán vị trí, vận tốc và gia tốc tại các khớp nối khớp với số liệu thực nghiệm với sai số dưới 5%.

2. Ảnh hưởng của góc quay các khớp đến vị trí gầu xúc: Góc quay ở khớp cần (θ2) và tay gầu (θ3) xác định rõ ràng chiều dài và vị trí làm việc của gầu. Đây là yếu tố chủ chốt ảnh hưởng tới khả năng xúc đất, độ sâu và phạm vi vận hành.

3. Lực tác động lớn nhất tại xilanh gầu: Lực tối đa tính toán tại xilanh gầu (xilanh số 4) đạt được khoảng 15-35 MPa, phù hợp với giới hạn áp lực dầu thủy lực, đảm bảo độ bền hệ thống và an toàn vận hành.

4. Có sự gia tăng đáng kể các lực quán tính và mô men xoắn khi tăng tốc độ vận hành: Khi tăng tốc quay, các lực và mô men tăng lên đến 20-25% so với trạng thái làm việc ổn định, gây ra dao động và rung động liên tục ảnh hưởng đến tuổi thọ cơ cấu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân sự tăng lực và mô men khi tăng tốc độ là do thành phần quán tính của các khối liên kết chuyển động nhanh chóng. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về cơ cấu máy xúc thủy lực tại Nhật Bản và Châu Âu. Ý nghĩa thực tiễn là trong quá trình thiết kế, vận hành cần chú ý giảm thời gian chuyển động đến mức hợp lý để hạn chế dao động, làm tăng tuổi thọ piston và hệ thống thủy lực.

Dữ liệu có thể được trình bày bằng các biểu đồ biểu diễn quan hệ góc quay khớp với áp lực dầu, biểu đồ vectơ vận tốc và gia tốc tại các điểm then chốt, giúp trực quan hóa hoạt động và phát hiện các điểm có trọng lực lớn nhất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu góc vận hành các khớp nối để đảm bảo vị trí gầu xúc luôn trong phạm vi làm việc hiệu quả, giảm hao mòn cơ cấu và tăng năng suất xúc đất. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: Bộ phận thiết kế và vận hành máy xúc.

2. Điều chỉnh áp suất làm việc hệ thống thủy lực phù hợp với lực tính toán, không vượt quá giới hạn cho phép để tránh hư hỏng và tăng tuổi thọ thiết bị. Thời gian: 3 tháng; Chủ thể: Kỹ thuật bảo trì.

3. Áp dụng hệ thống giảm chấn và điều khiển vận tốc chuyển động nhằm giảm dao động, rung động liên tục gây mệt mỏi và giảm độ tin cậy của máy xúc. Triển khai trong vòng 1 năm; Chủ thể: Phòng R&D và nhà máy sản xuất.

4. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành về kiến thức động học và động lực học máy xúc, giúp họ nhận biết các trạng thái hoạt động cực đại và nguy cơ hư hỏng, từ đó đưa ra các phương pháp xử lý kịp thời. Chương trình đào tạo kéo dài 6 tháng; Chủ thể: Trung tâm đào tạo và kỹ thuật vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế cơ khí và thủy lực: Để hiểu sâu về chuyển động và lực tác động trong máy xúc, phục vụ việc cải tiến và phát triển sản phẩm mới.

2. Nhà vận hành và quản lý khai thác máy xúc: Giúp nhận diện các trạng thái vận hành tốt nhất và cách ngăn ngừa hao mòn trong quá trình thực tế.

3. Nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành cơ kỹ thuật và công nghệ máy xây dựng: Cung cấp mô hình tính toán chi tiết, phương pháp phân tích hiện đại làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu.

4. Các công ty sản xuất và bảo trì máy móc xây dựng: Hỗ trợ nâng cao chất lượng sản phẩm, bảo trì, và xây dựng quy trình vận hành hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình Denavit-Hartenberg được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
Mô hình Denavit-Hartenberg được sử dụng để biểu diễn mối quan hệ chuyển động giữa các khớp nối máy xúc qua ma trận chuyển cấp bậc 4. Điều này giúp xác định vị trí, hướng và chuyển động tịnh tiến, quay của các phần tử trong hệ cơ cấu phức tạp.

2. Tại sao cần phân tích động lực học cho máy xúc thủy lực?
Phân tích động lực học cho phép xác định các lực và mô men tác động lên từng bộ phận máy, từ đó thiết kế hệ thống chịu lực hợp lý, đảm bảo độ bền, an toàn và hiệu quả trong vận hành, tránh hư hỏng sớm.

3. Phần mềm Matlab và Maple dùng để làm gì trong nghiên cứu?
Hai phần mềm này được dùng để xây dựng và giải hệ phương trình động học, động lực học phức tạp. Chúng hỗ trợ tính toán và mô phỏng chuyển động, lực, gia tốc, giúp phát hiện các điểm yếu trong thiết kế.

4. Làm thế nào để giảm thiểu dao động khi vận hành máy xúc?
Có thể giảm dao động bằng cách kiểm soát vận tốc chuyển động các khớp, áp dụng hệ thống giảm chấn, giảm quãng đường di chuyển không cần thiết và thiết kế bộ khung, khớp nối sao cho linh hoạt và bền chắc hơn.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho loại máy xúc nào?
Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào máy xúc mét gầu dùng động cơ thủy lực với 4 bậc tự do cơ bản. Phương pháp và mô hình có thể ứng dụng linh hoạt với các loại máy xúc thủy lực khác có cấu trúc tương tự.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình động học, động lực học tổng quát cho máy xúc mét gầu dùng động cơ thủy lực với độ chính xác phù hợp thực tế.
• Định lượng được chuyển động, lực và mô men tác dụng lên các khớp nối trong quá trình đào xúc đất, hỗ trợ thiết kế và vận hành.
• Đề xuất các giải pháp điều chỉnh vận hành và cải tiến thiết bị nhằm tăng tuổi thọ, năng suất và độ tin cậy.
• Kết quả nghiên cứu được xác minh qua mô phỏng trên Matlab và Maple, làm nền tảng cho triển khai áp dụng trong ngành xây dựng và khai thác máy.
• Giai đoạn tiếp theo cần hoàn thiện hệ thống điều khiển tự động giảm chấn và vận hành thông minh, triển khai thử nghiệm thực tế quy mô lớn.

Để nâng cao hiệu quả khai thác máy xúc, các kỹ sư và quản lý vận hành được khuyến nghị tham khảo chi tiết nội dung luận văn, áp dụng các phương pháp tính toán và giải pháp được đề xuất nhằm cải tiến và hoạt động an toàn, bền vững hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

§¹i häc quèc gia Hµ néi Trung t©m khoa häc tù nhiªn Trung t©m hîp t¸c ®µo t¹o vµ c«ng nghÖ quèc gia vµ båi d-ìng c¬ häc ViÖn c¬ häc NguyÔn Ngäc Khanh Kh¶o s¸t Mét sè tham sè ®éng lùc häc Cña m¸y xóc mét gÇu LuËn v¨n th¹c sü c¬ häc Hµ néi – 2003 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] §¹i häc quèc gia Hµ néi Trung t©m khoa häc tù nhiªn Trung t©m hîp t¸c ®µo t¹o vµ c«ng nghÖ quèc gia vµ båi d-ìng c¬ häc ViÖn c¬ häc NguyÔn Ngäc Khanh Kh¶o s¸t Mét sè tham sè ®éng lùc häc Cña m¸y xóc mét gÇu Chuyªn ngµnh: C¬ häc øng dông M· sè: 2.02 LuËn v¨n th¹c sü c¬ häc Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: TiÕn sÜ. Chu V¨n §¹t Hµ néi – 2003 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 1 Môc lôc Trang Trang phô b×a …………………………………………………. 3 Ch-¬ng 1- Tæng quan …………………………………………….1- M« h×nh hÖ nhiÒu vËt vµ ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu ………….1- M« h×nh hÖ nhiÒu vËt …………………………………….3- PhÐp biÕn ®æi Denavit-Hartenberg ma trËn chuyÓn cÊp bèn 11 1.2- Giíi thiÖu s¬ l-îc vÒ m¸y xóc mét gÇu dÉn ®éng thuû lùc 15 1.1- §Æc ®iÓm chung cña m¸y xóc mét gÇu dÉn ®éng thuû lùc 15 1.2- C¬ së tÝnh to¸n thiÕt bÞ m¸y xóc mét gÇu dÉn ®éng thuû lùc 16 1.3- Lùc t-¬ng t¸c gi÷a gÇu vµ ®Êt trong qu¸ tr×nh ®µo 18 Ch-¬ng 2- M« h×nh ®éng häc vµ ®éng lùc häc cña m¸y xóc 21 2.1- Giíi thiÖu chung .1- §éng häc thuËn cña tay xóc …………………….1- C¸c ph-¬ng tr×nh liªn hÖ gi÷a c¸c gãc víi vÞ trÝ gÇu xóc 24 2.2- C¸c ph-¬ng tr×nh liªn quan gi÷a chiÒu dµi cña cÇn thuû lùc víi c¸c gãc quay t¹i c¸c khíp ……………………….2- §éng häc ng-îc cña tay xóc ……………………………… 29 2.1- C¸c ph-¬ng tr×nh liªn hÖ gi÷a vÞ trÝ gÇu xóc víi c¸c gãc quay t¹i c¸c khíp …………………………………………….2- MÆt lµm viÖc cña tay xóc …………………. 31 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.3- M« h×nh ®éng lùc häc …………………………………….1- M« h×nh ®éng lùc häc ………………………….2- C¸c ph-¬ng tr×nh vËn tèc vµ gia tèc ………………… 38 2.3- Ph-¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cho mçi kh©u ………….

42 Ch-¬ng 3- Tæ chøc ch-¬ng tr×nh tÝnh to¸n vµ kÕt qu¶ tÝnh ……….1- Tæ chøc ch-¬ng tr×nh tÝnh to¸n ……………………….2- Ph-¬ng ph¸p gi¶i ph-¬ng tr×nh vi ph©n trong Matlab ….3- C¸c th«ng sè ®Çu vµo ®Ó gi¶i bµi to¸n ……………….1- C¸c th«ng sè ®éng häc vµ ®éng lùc häc ……………….4- KÕt qu¶ tÝnh to¸n …………………………………….1- §å thÞ chuyÓn vÞ, vËn tèc, gia tèc kh©u 2 (cÇn m¸y xóc) 65 3.2- §å thÞ chuyÓn vÞ, vËn tèc, gia tèc kh©u 3 (tay gÇu) .3- §å thÞ chuyÓn vÞ, vËn tèc, gia tèc kh©u 4 (gÇu xóc) .4- BiÓu ®å lùc c¸c kh©u .5- BiÓu ®å m«men cña c¸c kh©u. 70 Tµi liÖu tham kh¶o ……………………………………. 72 Phô lôc 1- Ch-¬ng tr×nh maple tÝnh c¸c gãc cña c¸c cÇn thuû lùc 72 Phô lôc 2 - Ch-¬ng tr×nh Maple thiÕt lËp ph-¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng c¬ hÖ ……………………………… 76 Phô lôc 3- Ch-¬ng tr×nh Matlab gi¶i hÖ ph-¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng c¬ hÖ ……. 85 Phô lôc 4- Mét sè h×nh vÏ liªn hÖ gi÷a c¸c gãc cña xilanh vµ c¸c kh©u …….

94 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 3 Më ®Çu Trong c¸c c«ng tr×nh x©y dùng ®-êng s¸, ®ª ®Ëp thuû lîi, thuû ®iÖn, kªnh ®µo, m-¬ng m¸ng, khai th¸c má v.v…, m¸y xóc mét gÇu chiÕm vÞ trÝ quan träng nhÊt trong c«ng t¸c ®µo, ®¾p ®Êt ®¸. M¸y xóc mét gÇu ®¶m nhËn trªn d-íi 50% tæng khèi l-îng ®Êt ®¸ ph¶i thi c«ng, phÇn cßn l¹i do c¸c lo¹i m¸y lµm ®Êt kh¸c ®¶m nhiÖm. Trong kho¶ng ba chôc n¨m trë l¹i ®©y, c¸c m¸y xóc mét gÇu dÉn ®éng thuû lùc ®· ®-îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ ®ang cã xu h-íng thay thÕ dÇn c¸c m¸y xóc cã bé truyÒn ®éng c¬ khÝ. §Æc biÖt tõ sau n¨m 1975, c¸c m¸y xóc thuû lùc cì nhá vµ võa hÇu nh- lµ lo¹i m¸y xóc duy nhÊt ®-îc chÕ t¹o t¹i c¸c n-íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn nh- NhËt, Nga, §øc…, vµ ®-îc trao ®æi, bu«n b¸n thÞnh hµnh trªn thÞ tr-êng thÕ giíi.

§Ó t¨ng n¨ng suÊt cho m¸y, mét trong nh÷ng h-íng c¬ b¶n trong c¶i tiÕn vµ ®æi míi trang bÞ lµ rót ng¾n thêi gian qu¸ tr×nh thao t¸c m¸y nh- t¨ng tèc ®é ®µo xóc, quay, rót ng¾n thêi gian lÊy ®µ, h·m phanh v. KÕt qu¶ ®iÒu ®ã kh«ng tr¸nh khái c¸c t¶i träng ®éng t¸c dông m·nh liÖt vµ liªn tôc vµo m¸y, g©y nªn dao ®éng c¸c d¹ng, thùc tÕ lµ rÊt phøc t¹p. ViÖc cho phÐp tÝnh to¸n ®óng lùc vµ t¶i träng ®éng xuÊt hiÖn khi m¸y lµm viÖc cho kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh ®-îc c¸c yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn ®é lín vµ quy luËt xuÊt hiÖn c¸c lùc ®ã. Nhê vËy ta cã thÓ t×m ®-îc c¸c biÖn ph¸p nh»m gi¶m bít nh÷ng t¸c ®éng xÊu cña chóng, gãp phÇn t¨ng tuæi thä vµ ®é tin cËy cña m¸y trong qu¸ tr×nh khai th¸c.

Trong luËn v¨n nµy ®· ®Ò cËp ®Õn viÖc x©y dùng m« h×nh tÝnh to¸n tæng qu¸t ®éng lùc häc m¸y xóc mét gÇu dÉn ®éng thuû lùc, nghiªn cøu ¶nh h-ëng cña c¸c th«ng sè ®éng lùc häc ®Õn chÊt l-îng c«ng t¸c, n¨ng suÊt, kÕt cÊu cña m¸y ®Ó tõ ®ã x¸c ®Þnh c¸c chÕ ®é lµm viÖc hîp lý. C¸c m« h×nh ®éng häc vµ ®éng lùc häc cña m¸y xóc mét gÇu ®iÒu khiÓn thuû lùc ®-îc x©y dùng trªn c¬ së lý thuyÕt c¬ häc hÖ nhiÒu vËt. C¸c m« h×nh ®éng häc vµ ®éng lùc häc ®· ®-îc ph¸t triÓn tõ nÒn t¶ng lý thuyÕt tay m¸y TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. M« h×nh ®éng häc ®-îc tÝnh to¸n theo nguyªn lý Denavit- Hartenberg cßn m« h×nh ®éng lùc häc th× sö dông c¸c ph-¬ng tr×nh Newton- Euler viÕt cho c¸c kh©u.

Trong luËn v¨n t¸c gi¶ ®· sö dông c¸c th«ng sè kÝch th-íc ®éng häc vµ ®éng lùc häc cña m¸y xóc thùc nghiÖm Komatsu PC05-7, vµ sö dông phÇn mÒm Matlab ®Ó gi¶i hÖ ph-¬ng tr×nh chuyÓn ®éng. M« h×nh ®éng häc m¸y xóc lµ sù thÓ hiÖn c¸c mèi liªn hÖ h×nh häc cña c¸c thiÕt bÞ. Dùa theo nguyªn lý Denavit- Hartenberg vµ xuÊt ph¸t tõ c¸c mèi quan hÖ ®éng häc liªn hÖ gi÷a c¸c gãc quay t¹i khíp cña m¸y xóc x¸c ®Þnh trong c¸c hÖ trôc to¹ ®é kh¸c nhau ®· x©y dùng mét m« h×nh ®éng häc ®Çy ®ñ cho m¸y xóc, nguyªn lý nµy ®· ®-îc sö dông réng r·i trong lÜnh vùc r«bèt. C¸c ph-¬ng tr×nh ®éng häc thuËn vµ ng-îc ®· tr×nh bµy, m« t¶ vÞ trÝ vµ h-íng cña gÇu xóc, c¸c gãc quay t¹i khíp vµ chiÒu dµi cña cÇn thuû lùc.

C¸c ph-¬ng tr×nh nµy ®-îc giíi thiÖu chi tiÕt trong môc II ch-¬ng 2 cña luËn v¨n. §éng häc thuËn liªn quan gi÷a c¸c gãc quay t¹i khíp víi vÞ trÝ cña cÇn, tay gÇu vµ gÇu xóc, ®-îc sö dông cho m« pháng chuyÓn ®éng cña m¸y. §éng häc ng-îc biÓu diÔn mèi liªn quan gi÷a vÞ trÝ vµ h-íng cña gÇu xóc víi gãc quay t¹i c¸c khíp, mét t- thÕ cña gÇu xóc cã thÓ kh«ng ®¹t tíi ®-îc bëi v× nã cÇn ph¶i cã c¸c gãc khíp v-ît xa h¬n c¸c giíi h¹n cña m¸y, hoÆc bëi v× nã n»m ngoµi mÆt lµm viÖc cña m¸y xóc. C¶ hai ®iÒu kiÖn nµy cã thÓ t×m ®-îc tõ kÕt qu¶ gi¶i c¸c ph-¬ng tr×nh ®éng häc ng-îc.

Trong khi c¸c m« h×nh ®éng häc cã c¬ së lµ c¸c mèi liªn hÖ h×nh häc th× c¸c m« h×nh ®éng lùc häc ®Ò cËp ®Õn c¸c vÇn ®Ò nh-: lùc, gia tèc, qu¸n tÝnh vµ ma s¸t. M« h×nh ®éng lùc häc x¸c ®Þnh mèi liªn hÖ gi÷a c¸c m« men xo¾n vµ c¸c ngo¹i lùc víi chuyÓn ®éng cña c¸c kh©u cña m¸y xóc. M« h×nh ®éng lùc häc thuËn sö dông ®Ó m« pháng c¸c m« men xo¾n, c¸c ngo¹i lùc vµ c¸c m« men ®· cho, chuyÓn ®éng cña m¸y cã thÓ biÕt tr-íc. M« h×nh ®éng lùc häc ng-îc cã tÝnh thùc tiÔn lín, cung cÊp mét quan hÖ gi÷a m« men xo¾n ë c¸c TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 5 khíp víi quü ®¹o chuyÓn ®éng vµ c¸c ngo¹i lùc ®· cho.

C¸c ph-¬ng tr×nh ®éng lùc häc ®-îc giíi thiÖu chi tiÕt trong môc III ch-¬ng 2 cña luËn v¨n. Qua ®©y t«i xin phÐp bÇy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c tíi c¸c thÇy gi¸o h-íng dÉn, TS Chu V¨n §¹t, PGS TS Phan Nguyªn Di ®· tËn t×nh chØ dÉn vµ gãp nh÷ng ý kiÕn quý b¸u trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n. T«i còng xin ch©n thµnh c¶m ¬n §¹i häc quèc gia Hµ néi, Trung t©m hîp t¸c ®µo t¹o vµ båi d-ìng c¬ häc, Trung t©m khoa häc tù nhiªn vµ c«ng nghÖ quèc gia ViÖn c¬ häc ®· gióp ®ì t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho t«i ®-îc häc tËp trong suèt thêi gian qua. Cuèi cïng xin bµy tá lßng biÕt ¬n tíi c¸c ®ång nghiÖp, b¹n bÌ ®· gióp ®ì, ®éng viªn t«i trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n.

TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 6 Ch-¬ng 1: Tæng quan 1.1- M« h×nh hÖ nhiÒu vËt vµ ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu 1.1- M« h×nh hÖ nhiÒu vËt HÖ nhiÒu vËt lµ mét c¬ hÖ gåm nhiÒu vËt r¾n (vËt r¾n tuyÖt ®èi hoÆc vËt r¾n biÕn d¹ng) liªn kÕt víi nhau b»ng khíp chuyÓn ®éng cã quy luËt, lß xo, gi¶m chÊn, tùa,… C¸c m¸y, c¬ cÊu, « t«, m¸y bay, tµu thuû, c¸c lo¹i r«bèt,… ®Òu lµ nh÷ng hÖ nhiÒu vËt. VËt r¾n trong hÖ nhiÒu vËt ®-îc gäi lµ mét hÖ con (hoÆc c¸c phÇn tö, kÕt cÊu con) cã thÓ cã h×nh d¸ng, cÊu tróc tuú ý mµ tõ nay vÒ sau ®Ó ®¬n gi¶n trong c¸ch gäi tªn ta gäi lµ vËt. C¸c vËt trong c¬ hÖ nhiÒu vËt cã thÓ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn vµ quay, tÊt nhiªn nh÷ng chuyÓn ®éng nµy kh«ng hoµn toµn tuú ý, do nã lµ mét phÇn tö n»m trong c¬ hÖ chÞu liªn kÕt. Râ rµng khi biÕt ®-îc vÞ trÝ, vËn tèc, gia tèc cña mét ®iÓm tuú ý trªn mét vËt tuú ý th× c¬ hÖ lµ hoµn toµn x¸c ®Þnh, nghÜa lµ cÊu h×nh cña c¬ hÖ sÏ nhËn biÕt ®-îc.

V× vËy mäi cè g¾ng cña chóng ta lµ x¸c ®Þnh chuyÓn ®éng (còng cã nghÜa lµ c¶ vËn tèc, gia tèc) cña ®iÓm tuú ý nµy trong mét c¬ hÖ chÞu liªn kÕt. HiÓn nhiªn, do chÊt ®iÓm n»m trªn vËt, cho nªn muèn x¸c ®Þnh chuyÓn ®éng cña nã cÇn ph¶i biÕt chuyÓn ®éng cña vËt chøa ®iÓm Êy. Nãi c¸ch kh¸c, tr-íc hÕt ph¶i xÐt chuyÓn ®éng cña vËt bÊt kú thuéc hÖ vËt. Cã 3 h-íng kh¸c nhau ®Ó nghiªn cøu chuyÓn ®éng cña vËt nµy.

H-íng thø nhÊt (hay c¸ch tiÕp cËn thø nhÊt) lµ nghiªn cøu theo quan ®iÓm mét vËt r¾n tuyÖt ®èi. Khi ®ã, nÕu cho r»ng vËt r¾n hoµn toµn tù do, ta cÇn 6 tham sè ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña nã. M« h×nh to¸n häc nµy dÉn ®Õn mét hÖ 6 ph-¬ng tr×nh vi ph©n cÊp 2 phi tuyÕn bËc cao do xem gãc quay lµ lín. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.