Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí động lực (mã số: 9 52 01 16) của tác giả Nguyễn Mạnh Hùng, được thực hiện tại Học viện Kỹ thuật Quân sự dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Viết Tân và TS. Bùi Khắc Gầy (Hà Nội, 2020), tập trung giải quyết bài toán xác định các thông số làm việc và thông số kết cấu của máy sàng rung vô hướng lắp đặt trên tổ hợp nghiền sàng di động cỡ nhỏ phục vụ công trình quân sự.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong nhiệm vụ xây dựng các công trình phòng thủ quốc phòng (đường hầm quân sự, căn cứ hậu cần, hầm pháo, sở chỉ huy) tại địa hình đồi núi hiểm trở phía Bắc Việt Nam, nhu cầu sử dụng đá dăm là liên tục với khối lượng trung bình khoảng $20\text{ m}^3/\text{ngày}$. Việc vận chuyển đá từ các trung tâm sản xuất vật liệu xây dựng miền xuôi lên vùng núi cao gặp nhiều khó khăn về giao thông, chi phí cao và ảnh hưởng đến tính bảo mật quân sự. Do đó, giải pháp khai thác và tận dụng nguồn đá nổ mìn tại chỗ bằng các tổ hợp nghiền sàng di động công suất nhỏ là yêu cầu thực tế cấp bách.

Trước đây, Quân đội sử dụng các tổ hợp nghiền sàng di động do Liên bang Nga sản xuất (như CM-739/CM-740), tuy nhiên các thiết bị này đã cũ và xuống cấp. Các tổ hợp chế tạo trong nước hiện nay chủ yếu được thiết kế theo phương thức ghép nối cơ học giữa máy nghiền và máy sàng có cùng năng suất định mức trên một khung bệ chung. Quá trình vận hành thực tế bộc lộ những hạn chế kỹ thuật:

  • Hiệu quả sàng chưa cao, tỷ lệ hạt dưới sàng còn sót lại trên mặt sàng lớn làm giảm chất lượng đá thành phẩm và giảm năng suất chung.
  • Độ bền kết cấu khung bệ và tuổi thọ thiết bị còn thấp do chịu tác động đồng thời của các tải trọng rung động phức tạp.
  • Về mặt lý thuyết, phần lớn các công trình khoa học trước đây chỉ khảo sát động lực học của máy sàng rung khi làm việc độc lập trên nền cố định. Khoảng trống nghiên cứu mà tác giả xác định là: chưa có công trình nào mô hình hóa và khảo sát toàn diện động lực học của máy sàng rung vô hướng khi đặt trên khung bệ di động, chịu ảnh hưởng đồng thời bởi rung động từ cụm máy nghiền má, cụm động cơ dẫn động và tính chất biến dạng đàn hồi của nền đất nơi đặt máy.

Mục tiêu nghiên cứu

Xác định một số thông số hợp lý của máy sàng rung vô hướng trên tổ hợp nghiền sàng di động cỡ nhỏ do Việt Nam chế tạo để hoàn thiện kết cấu và nâng cao năng suất, hiệu quả làm việc của máy.

Đối tượng nghiên cứu

  • Thiết bị nghiên cứu: Tổ hợp nghiền sàng di động công suất nhỏ TNS-05 (khối lượng toàn bộ $M = 1100\text{ kg}$, năng suất $Q = 5\div 9\text{ m}^3/\text{h}$, sử dụng động cơ diesel D28 có công suất $N_{\text{đc}} = 17,2\text{ kW}$, máy nghiền hàm PE-250x400 và máy sàng rung vô hướng tương đương kiểu NLS-382/3).
  • Vật liệu nghiên cứu: Đá xây dựng thu được từ quá trình khoan nổ mìn xây dựng đường hầm quân sự khẩu độ nhỏ tại khu vực miền núi phía Bắc, được phân loại thành các nhóm kích thước tiêu chuẩn: đá $1\times 2$ ($10\times 28\text{ mm}$), đá $2\times 4$ ($20\times 40\text{ mm}$), đá $4\times 6$ ($50\times 70\text{ mm}$), đá mi sàng ($5\div 10\text{ mm}$) và đá mi bụi ($0\div 5\text{ mm}$) theo TCVN 1771-1986 và TCVN 7570-2006.

Phạm vi nghiên cứu

  • Không gian: Địa bàn vùng đồi núi, rừng rậm và các vách núi đá vôi hiểm trở tại các tỉnh biên giới phía Bắc (Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Hòa Bình, Ninh Bình...).
  • Giới hạn kỹ thuật: Khảo sát mô hình động lực học phẳng của cụm máy sàng rung vô hướng tựa trên 4 gối lò xo trụ liên kết với khung bệ đặt trên 4 chân ống lồng tựa trên nền đàn hồi; xác định các thông số làm việc hợp lý gồm: khối lượng lệch tâm ($m_0$), độ cứng lò xo ($C$), vận tốc góc trục lệch tâm máy sàng ($\omega$), vận tốc góc trục động cơ ($\omega_{\text{đc}}$), vận tốc góc trục bánh đà máy nghiền ($\omega_{\text{bd}}$) và góc nghiêng mặt sàng ($\alpha_0$).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tác giả đã hệ thống hóa lịch sử phát triển của thiết bị sàng rung từ cuối thế kỷ 19 và điểm lại các công trình nghiên cứu tiêu biểu trong và ngoài nước liên quan đến động lực học và kết cấu máy sàng:

Nhóm tác giả / Tổ chức Năm / Quốc gia Mô hình & Nội dung nghiên cứu chính Kết quả / Đóng góp ghi nhận trong văn bản
L.B. Levenson 1924 (LB Nga) Ấn phẩm kỹ thuật "Cơ khí" về máy rung Đặt nền móng nghiên cứu lý thuyết đầu tiên về máy rung cơ học.
Delxov Nicolaievich LB Nga Mô hình máy sàng rung kết hợp cộng hưởng tham số với hệ con lắc quay ly tâm gồm các đĩa và con lăn Phân tích hệ tương tác dao động phi tuyến tại tần số $\omega = \lambda_1 + \lambda_2$; giải quyết vấn đề năng lượng kích động rung cho sàng lọc vật liệu mịn.
He Xiao-mei & Liu Chu-sheng Trung Quốc Mô hình động lực học máy sàng rung vô hướng quỹ đạo elip với 3 bậc tự do ($x, y, \theta$) Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động (1.1), giải tìm phương trình quỹ đạo dịch chuyển tâm khối lượng máy sàng (1.2).
Liu Chu-sheng Trung Quốc Mô hình máy sàng rung có hướng kiểu mới với 2 cụm gây rung (mỗi cụm 2 trục lệch tâm) Xây dựng hệ phương trình vi phân (1.3), giải trên Matlab - Simulink, xác định biên độ dao động $4,1\div 9,38\text{ mm}$ và góc nghiêng lực $33,29^\circ \div 58,10^\circ$.
Nicusor Dragan Mecmet Romania Mô hình động lực học 3 bậc tự do cho máy sàng rung vô hướng diện tích $5\text{ m}^2$ và $12\text{ m}^2$ Xây dựng hệ phương trình (1.4), thiết lập đồ thị quan hệ giữa biên độ dao động $A_y$, biên độ góc lắc $A_x$ theo vận tốc góc $\omega$.
Sergey Rumyantsev & Dmitry Tarasov LB Nga Mô phỏng động lực học máy sàng rung vô hướng 2 trục lệch tâm và 3 trục lệch tâm Khảo sát quỹ đạo chuyển động của tâm máy và sự biến thiên biên độ dao động khi có sự phối hợp pha giữa các trục.
Tomasz Szymanski & Piotr Wodzinski Ba Lan Mô hình thực nghiệm máy sàng kích thước $L=1500\text{ mm}, B=500\text{ mm}$ Đánh giá sự phụ thuộc của hiệu quả sàng vào góc nghiêng mặt sàng qua dải thí nghiệm $15^\circ, 20^\circ, 25^\circ, 30^\circ$.
Các hãng chế tạo quốc tế Đức, Israel, Nga, Thụy Điển, Mỹ Máy sàng AS200tap (va đập kết hợp rung), máy sàng quán tính GIL 052, máy sàng phi tuyến đa tần ULS2010.12WS (Israel) Khảo sát các giải pháp công nghệ nâng cao gia tốc mặt sàng ($40\div 50\text{ m/s}^2$ ở dòng quán tính, lên đến $500\text{ m/s}^2$ ở dòng đa tần) và tự làm sạch lưới sàng.
Tổ hợp nghiền sàng thực tế LB Nga, Việt Nam Tổ hợp di động CM-739/CM-740 ($25\text{ T/h}$), tổ hợp Thành An Khảo sát kết cấu tổ hợp cơ động trên khung xe có bánh lốp và chân kích đỡ làm việc tại hiện trường.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình quốc tế và trong nước nêu trên chủ yếu tập trung khảo sát máy sàng rung làm việc ở trạng thái độc lập trên bệ móng cứng hoặc gắn cố định. Luận án lựa chọn giải quyết bài toán động lực học của máy sàng rung vô hướng đặt trong một hệ thống liên hợp động lực di động (tổ hợp TNS-05), nơi máy sàng chịu tác động đồng thời từ các nguồn kích động ngoại lai:

  1. Lực quán tính và rung động do cơ cấu ép đá của máy nghiền má PE-250x400 sinh ra;
  2. Lực rung động mất cân bằng từ động cơ đốt trong D28 truyền qua hệ dẫn động đai;
  3. Phản lực và tính chất biến dạng đàn hồi - giảm chấn của nền đất nơi 4 chân khung tựa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết, khái niệm và khung phân tích

  • Phương pháp D'Alembert: Tác giả sử dụng nguyên lý D'Alembert để tách cấu trúc cơ hệ liên hợp thành các phân hệ độc lập có liên kết lực, thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động cho máy sàng rung và khung bệ máy.
  • Lý thuyết dao động cơ học hệ nhiều vật: Khảo sát cơ hệ phẳng với các bậc tự do chuyển động tịnh tiến theo phương ngang ($x$), phương thẳng đứng ($y$) và chuyển động quay quanh khối tâm ($\varphi$ hoặc $\theta$).
  • Lý thuyết tương tác động lực học nền - công trình: Mô hình hóa tính chất tiếp xúc giữa 4 chân tựa khung máy với nền đất thông qua độ cứng đàn hồi ($C_{xk}, C_{yk}$) và hệ số cản nhớt ($b_{xk}, b_{yk}$).
  • Lý thuyết quá trình sàng vật liệu hạt rời: Đánh giá động học chuyển động "lăn" và "nhảy" của hạt vật liệu trên mặt phẳng nghiêng dưới tác dụng của lực ly tâm vô hướng tần số cao, thiết lập mối quan hệ xác suất lọt lưới sàng theo kích thước hình học hạt và kích thước lỗ sàng.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng để phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của kết cấu khung bệ tổ hợp dưới tác dụng của các cụm lực công tác.

Danh mục ký hiệu và thông số cơ bản của mô hình động lực học

Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa vật lý
$M$ $\text{kg}$ Khối lượng toàn bộ tổ hợp máy nghiền sàng
$m$ $\text{kg}$ Khối lượng máy sàng cùng vật liệu sàng
$m_{\text{bd}}$ $\text{kg}$ Khối lượng bánh đà máy nghiền
$m_0$ $\text{kg}$ Khối lượng khối lệch tâm của cụm gây rung máy sàng
$r_0$ $\text{m}$ Bán kính khối lệch tâm máy sàng
$e$ $\text{m}$ Khoảng cách từ trọng tâm máy sàng đến tâm quay trục gây rung
$l_1, l_2$ $\text{m}$ Khoảng cách theo phương ngang từ trọng tâm máy sàng đến lò xo trái/phải
$i_1, i_2$ $\text{m}$ Khoảng cách theo phương đứng từ trọng tâm máy sàng đến mặt trên/dưới
$J, J_k$ $\text{kg}\cdot\text{m}^2$ Mô men quán tính khối lượng của máy sàng và của khung tổ hợp
$\omega, \omega_{\text{bd}}$ $\text{rad/s}$ Vận tốc góc khối lệch tâm máy sàng và vận tốc góc bánh đà máy nghiền
$\alpha_0$ $\text{rad}$ Góc nghiêng ban đầu của mặt máy sàng
$C_{\text{xs}}, C_{\text{ys}}$ $\text{N/m}$ Độ cứng lò xo máy sàng theo phương ngang $x$ và phương đứng $y$
$b_{\text{xs}}, b_{\text{ys}}$ $\text{N}\cdot\text{s/m}$ Hệ số cản của lò xo máy sàng theo phương $x$ và phương $y$
$C_{\text{xk}}, C_{\text{yk}}$ $\text{N/m}$ Độ cứng nền đặt chân khung tổ hợp theo phương $x$ và phương $y$
$b_{\text{xk}}, b_{\text{yk}}$ $\text{N}\cdot\text{s/m}$ Hệ số cản của nền đặt chân khung tổ hợp theo phương $x$ và phương $y$
$P_n$ $\text{N}$ Lực tác dụng của cơ cấu ép đá máy nghiền lên khung máy
$E, G$ $\text{N/m}^2$ Mô đun đàn hồi và mô đun đàn hồi trượt của vật liệu thép làm khung

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Nghiên cứu lý thuyết: Xây dựng sơ đồ thuật toán và chương trình giải số hệ phương trình vi phân chuyển động phi tuyến trên môi trường phần mềm Matlab - Simulink.
  • Nghiên cứu thực nghiệm:
    • Lắp đặt hệ thống cảm biến chuyên dụng trực tiếp trên tổ hợp TNS-05 để thu thập tín hiệu dao động động lực học khi máy chạy không tải và có tải.
    • Sử dụng phương pháp sàng phân tích khối lượng bằng cân kỹ thuật để xác định tỷ lệ cấp phối hạt và đánh giá hiệu quả sàng thực tế theo từng chế độ vận tốc góc.

Trang thiết bị, công cụ và nguồn dữ liệu

  • Đầu đo gia tốc và vận tốc rung động chuyên dụng PCB (mã hiệu PCB-SN61524).
  • Đầu đo tốc độ vòng quay quang học HHT13.
  • Cảm biến đo khoảng cách dịch chuyển H7.
  • Cảm biến đo biến dạng (ten-xơ/xen-xơ biến dạng) gắn trên các dầm chịu lực của khung máy.
  • Bộ ghép nối, khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu DAQP.
  • Máy vi tính tích hợp phần mềm thu thập và phân tích dữ liệu DasyLab phiên bản 11.
  • Cân đồng hồ kỹ thuật tải trọng $100\text{ kg}$.
  • Nguồn dữ liệu kiểm chứng: các mẫu đá thực nghiệm từ hiện trường công trình xây dựng hầm quân sự tại miền núi phía Bắc.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 1 trình bày điều kiện địa lý quân sự vùng núi phía Bắc và yêu cầu khai thác đá tại chỗ bằng thiết bị nghiền sàng di động. Tác giả phân loại chi tiết các nhóm đá dăm ($1\times 2, 2\times 4, 4\times 6$, mi sàng, mi bụi) và tiêu chuẩn kỹ thuật bê tông công trình ngầm. Khảo sát phân loại các tổ hợp nghiền sàng di động trên thế giới (công suất nhỏ $<10\text{ T/h}$, trung bình $10\div 50\text{ T/h}$, lớn $>50\text{ T/h}$) và kết cấu tổ hợp CM-739/740 của Nga.

Tác giả đi sâu phân tích tổ hợp TNS-05 chế tạo trong nước:

  • Động cơ diesel D28: $N_{\text{đc}} = 17,2\text{ kW}$, số vòng quay $n_{\text{đc}} = 1500\text{ vòng/phút}$.
  • Năng suất tổ hợp: $Q = 5\div 9\text{ m}^3/\text{h}$, tổng khối lượng $M = 1100\text{ kg}$, kích thước dài $\times$ rộng $\times$ cao = $2650\times 1140\times 2310\text{ mm}$.
  • Máy nghiền hàm PE-250x400: $Q_{n\max} = 9\text{ m}^3/\text{h}$, $N_n = 12\text{ kW}$, số vòng quay trục lệch tâm $n_{n\max} = 1200\text{ vòng/phút}$.
  • Máy sàng rung vô hướng NLS-382/3: $Q_{s\max} = 9\text{ m}^3/\text{h}$, $N_s = 5\text{ kW}$, số vòng quay trục lệch tâm $n_{s\max} = 1400\text{ vòng/phút}$. Chương này chỉ ra hạn chế của TNS-05 là hiệu quả phân loại chưa cao và hiện tượng truyền rung động gây hư hỏng khung bệ, từ đó xác lập mục tiêu nghiên cứu của luận án.

Chương 2: Mô hình động lực học của máy sàng rung trên tổ hợp nghiền sàng di động

Chương 2 thiết lập mô hình tính toán động lực học cho hệ liên hợp máy sàng rung - khung bệ - nền đàn hồi. Dựa trên sơ đồ nguyên lý kết cấu, tác giả đưa ra các giả thiết tính toán: khung bệ coi như vật rắn tuyệt đối tựa trên 4 gối đàn hồi đại diện cho nền đất; máy sàng là vật thể cứng tựa trên 4 gối lò xo trụ gắn với khung; bỏ qua biến dạng cục bộ tại các khớp nối.

Tác giả áp dụng phương pháp D'Alembert để tách cơ hệ, biểu diễn các véc-tơ lực tác dụng (lực kích động ly tâm do khối lệch tâm $m_0$ quay với vận tốc góc $\omega$, lực đàn hồi và cản của lò xo máy sàng, lực nghiền đá $P_n$ của máy nghiền, lực cản và đàn hồi của nền đất tại 4 chân tựa). Hệ phương trình vi phân chuyển động được xây dựng mô tả đồng thời:

  • Chuyển vị theo phương ngang ($x_s, x_k$) và phương đứng ($y_s, y_k$) của khối tâm máy sàng và khung máy.
  • Chuyển vị góc lắc ($\varphi_s, \varphi_k$) của máy sàng và khung máy quanh trục đi qua khối tâm tương ứng.

Tác giả xây dựng sơ đồ khối thuật toán trên Matlab - Simulink để giải hệ phương trình vi phân. Kết quả mô phỏng số cung cấp đồ thị biến thiên theo thời gian của chuyển vị, vận tốc, gia tốc theo phương $x, y$ và góc lắc của cả máy sàng và khung máy ở các chế độ làm việc danh định.

Chương 3: Xác định một số thông số hợp lý của máy sàng rung vô hướng trên tổ hợp nghiền sàng di động

Chương 3 xây dựng cơ sở lý thuyết xác định công suất động cơ, năng suất và hiệu suất sàng. Tác giả xác định kích thước bao mặt sàng, kích thước mắt lưới và góc nghiêng hợp lý $\alpha_0$ dựa trên xác suất lọt lưới của hạt đá dăm khi chuyển động nhảy trên mặt sàng vô hướng.

Để tìm bộ thông số hợp lý, tác giả chọn bộ thông số động lực học chuẩn của máy sàng làm việc độc lập làm mốc đối chứng, sau đó thực hiện quy hoạch mô phỏng và phân tích độ nhạy của hệ thống khi thay đổi 5 thông số độc lập:

  1. Khối lượng khối lệch tâm ($m_0$): Khảo sát ảnh hưởng của $m_0$ đến biên độ dao động, gia tốc và góc lắc của thùng sàng.
  2. Độ cứng lò xo đỡ sàng ($C$): Đánh giá mức độ cách ly rung động giữa thùng sàng và khung máy.
  3. Vận tốc góc trục lệch tâm máy sàng ($\omega$): Xác định dải tần số kích động để hạt vật liệu đạt trạng thái chuyển động nhảy tối ưu trên mặt lưới.
  4. Vận tốc góc trục động cơ ($\omega_{\text{đc}}$): Đánh giá ảnh hưởng của dao động kích thích từ động cơ D28 truyền qua bộ truyền đai.
  5. Vận tốc góc trục bánh đà máy nghiền ($\omega_{\text{bd}}$): Đánh giá tác động tương hỗ giữa chu kỳ ép đá của hàm nghiền và dao động của khung.

Song song đó, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn phân tích trạng thái ứng suất khung máy TNS-05 dưới tác dụng của các lực tĩnh và động ($P_n$, lực quán tính ly tâm), từ đó xác định mối quan hệ tọa độ trọng tâm giữa các cụm (máy nghiền, máy sàng, động cơ) nhằm đề xuất vị trí lắp đặt cân bằng trên khung bệ.

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình thực nghiệm tại hiện trường và phòng thí nghiệm trên tổ hợp TNS-05 nhằm kiểm chứng mô hình lý thuyết. Các cảm biến PCB-SN61524, HHT13, H7 và ten-xơ đo biến dạng được bố trí tại các vị trí trọng tâm thùng sàng, các gối đỡ lò xo, các điểm liên kết chân khung và thân khung máy. Tín hiệu được thu nhận qua khối DAQP và xử lý trên phần mềm DasyLab 11.

Các kết quả thực nghiệm đạt được:

  • Đo hiệu quả sàng: Tiến hành khảo sát thực nghiệm hiệu quả sàng phân loại đá tại các dải vận tốc góc trục lệch tâm khác nhau: $\omega = 90\text{ rad/s}, 110\text{ rad/s}, 120\text{ rad/s}, 135\text{ rad/s}$ và $145\text{ rad/s}$.
  • So sánh hai bộ thông số: Thực nghiệm so sánh hiệu quả sàng giữa bộ thông số nguyên bản của máy TNS-05 đang vận hành và bộ thông số hợp lý do luận án xác định. Kết quả khẳng định bộ thông số hợp lý giúp tăng tỷ lệ lọt lưới của các cỡ hạt dưới sàng.
  • Đo lực rung động: Xác định được giá trị thực tế của lực tác dụng do máy nghiền ép đá và động cơ truyền vào khung máy khi chạy có tải.
  • Kiểm chứng sai lệch mô hình: So sánh các giá trị biên độ dịch chuyển, vận tốc, gia tốc dao động và góc lắc giữa tính toán lý thuyết (Matlab - Simulink) và đo đạc thực nghiệm (DasyLab 11). Mức độ sai lệch nằm trong giới hạn cho phép của tính toán kỹ thuật, khẳng định độ tin cậy của mô hình động lực học đã xây dựng.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận khoa học

  • Xây dựng thành công mô hình toán học và hệ phương trình vi phân chuyển động mô tả động lực học của máy sàng rung vô hướng lắp trên tổ hợp nghiền sàng di động, trong đó tích hợp đồng thời ảnh hưởng của lực kích động từ cụm máy nghiền hàm, cụm động cơ dẫn động và các đặc tính đàn hồi - giảm chấn của nền đất đặt khung máy.
  • Làm rõ quy luật ảnh hưởng của các thông số kết cấu và thông số chế độ làm việc ($m_0, C, \omega, \omega_{\text{đc}}, \omega_{\text{bd}}, \alpha_0$) đến các chỉ tiêu động lực học (biên độ dao động, gia tốc, góc lắc) và chỉ tiêu công nghệ (năng suất, hiệu quả sàng) của máy sàng rung vô hướng trên tổ hợp di động.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn kỹ thuật

  • Xác định được tập hợp các thông số hợp lý cho cụm máy sàng rung vô hướng trên tổ hợp nghiền sàng di động TNS-05 do Việt Nam chế tạo, đảm bảo nâng cao hiệu quả sàng và chất lượng đá dăm thành phẩm.
  • Xác định được phân bố ứng suất và biến dạng trên khung máy TNS-05, làm cơ sở khoa học cho việc tính toán kiểm nghiệm bền kết cấu khung và hiệu chỉnh vị trí lắp đặt trọng tâm các cụm máy (nghiền, sàng, động cơ) nhằm nâng cao độ bền và tuổi thọ thiết bị.
  • Xây dựng phương pháp và quy trình thực nghiệm đo lường dao động động lực học liên hợp trên tổ hợp nghiền sàng di động bằng hệ thống thiết bị đo PCB, HHT13, H7 kết hợp phần mềm DasyLab 11, cung cấp số liệu thực chứng phục vụ công tác thiết kế chế tạo.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Ứng dụng bộ thông số hợp lý đã xác định vào quy trình sản xuất, hiệu chỉnh và hoàn thiện kết cấu tổ hợp nghiền sàng di động TNS-05 tại các cơ sở chế tạo cơ khí quân đội.
  • Điều chỉnh chế độ vận hành của tổ hợp (tốc độ vòng quay trục lệch tâm máy sàng và trục bánh đà máy nghiền) trong dải thông số tối ưu để tránh hiện tượng cộng hưởng bất lợi gây hư hỏng khung bệ và giảm hiệu quả phân loại vật liệu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong văn bản luận án:

  • Hạn chế về đối tượng và điều kiện biên: Nghiên cứu chỉ tập trung khảo sát trên tổ hợp nghiền sàng di động công suất nhỏ TNS-05 gắn máy nghiền hàm đơn và máy sàng vô hướng NLS-382/3; mô hình động lực học khảo sát ở dạng chuyển động phẳng; dữ liệu vật liệu đá đầu vào giới hạn trong nhóm đá khoan nổ xây dựng công trình hầm quân sự tại vùng núi phía Bắc.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng xây dựng mô hình động lực học không gian 3 chiều có xét đến các bậc tự do quay quanh các trục không gian khác của tổ hợp khi đặt trên nền đất có độ nghiêng hoặc không đồng nhất.
    • Khảo sát động lực học trên các tổ hợp nghiền sàng di động công suất trung bình và lớn ($>10\text{ T/h}$), hoặc các tổ hợp có tích hợp máy nghiền nón, máy nghiền va đập và máy sàng rung có hướng / sàng rung đa tần.
    • Nghiên cứu cơ cấu cấp liệu tự động thay thế cho phương pháp nạp đá thủ công trên tổ hợp TNS-05.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Kỹ thuật cơ khí động lực, Máy xây dựng - công binh, Cơ kỹ thuật: Luận án cung cấp phương pháp luận chi tiết về việc ứng dụng nguyên lý D'Alembert để mô hình hóa hệ dao động nhiều vật liên hợp (máy công tác - khung bệ - nền đàn hồi) và quy trình giải số trên Matlab - Simulink (nội dung Chương 2 và Chương 3).
  • Đối với các kỹ sư thiết kế và viện nghiên cứu chuyên ngành (Viện Kỹ thuật Công binh, các nhà máy cơ khí quốc phòng): Luận án cung cấp bộ số liệu cụ thể về thông số kết cấu hợp lý, phân bố ứng suất khung bệ và phương pháp xác định vị trí trọng tâm tối ưu cho tổ hợp nghiền sàng di động TNS-05 (Chương 3).
  • Đối với kỹ sư kiểm định và thử nghiệm công trình: Cung cấp quy trình lắp đặt đầu đo dao động (PCB, HHT13, H7, ten-xơ), cấu trúc kênh đo và xử lý tín hiệu thực nghiệm trên phần mềm DasyLab 11 để đo kiểm dao động cơ hệ phức tạp (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Đối tượng thiết bị và mục đích sử dụng chính của tổ hợp nghiên cứu trong luận án là gì?

Đối tượng thiết bị nghiên cứu chính là tổ hợp nghiền sàng di động công suất nhỏ TNS-05 (năng suất $5\div 9\text{ m}^3/\text{h}$, khối lượng $1100\text{ kg}$, dùng động cơ diesel D28 công suất $17,2\text{ kW}$, máy nghiền hàm PE-250x400 và máy sàng rung vô hướng kiểu NLS-382/3). Tổ hợp được sử dụng để nghiền và sàng phân loại đá nổ mìn tại chỗ phục vụ xây dựng các công trình quốc phòng (hầm ngầm, căn cứ hậu cần, sở chỉ huy) tại vùng rừng núi hiểm trở phía Bắc Việt Nam.

2. Mô hình động lực học trong luận án có điểm gì khác biệt so với các mô hình máy sàng rung truyền thống?

Các mô hình truyền thống chủ yếu khảo sát máy sàng rung làm việc độc lập trên nền cứng hoặc bệ móng cố định. Mô hình trong luận án khảo sát máy sàng đặt trên khung bệ di động của tổ hợp liên hợp, tích hợp đồng thời ảnh hưởng của lực quán tính từ cơ cấu ép đá máy nghiền má, lực rung từ động cơ đốt trong dẫn động và tính đàn hồi - giảm chấn của nền đất nơi 4 chân khung tựa.

3. Những dải vận tốc góc trục lệch tâm ($\omega$) nào đã được tác giả khảo sát thực nghiệm để đánh giá hiệu quả sàng?

Trong Chương 4, tác giả đã tiến hành đo đạc thực nghiệm hiệu quả sàng phân loại đá tại 5 giá trị vận tốc góc của trục lệch tâm máy sàng rung vô hướng: $\omega = 90\text{ rad/s}, 110\text{ rad/s}, 120\text{ rad/s}, 135\text{ rad/s}$ và $145\text{ rad/s}$.

4. Hệ thống trang thiết bị và phần mềm nào được sử dụng để thực hiện nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm?

  • Về tính toán lý thuyết và mô phỏng: Phần mềm Matlab - Simulink và phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEM).
  • Về đo đạc thực nghiệm: Đầu đo gia tốc và vận tốc PCB-SN61524, đầu đo tốc độ vòng quay quang học HHT13, cảm biến khoảng cách H7, ten-xơ đo biến dạng, thiết bị khuếch đại tín hiệu DAQP, phần mềm thu thập và xử lý số liệu DasyLab 11 và cân đồng hồ kỹ thuật $100\text{ kg}$.

5. Kích thước các loại sản phẩm đá dăm tiêu chuẩn được khảo sát trong nghiên cứu là bao nhiêu?

Các loại đá dăm được phân loại và khảo sát gồm: đá $1\times 2$ (kích thước $10\times 28\text{ mm}$ dùng cho bê tông vòm hầm), đá $2\times 4$ (kích thước $20\times 40\text{ mm}$ dùng cho dầm móng hầm), đá $4\times 6$ (kích thước $50\div 70\text{ mm}$), đá mi sàng (kích thước $5\div 10\text{ mm}$) và đá mi bụi (kích thước $0\div 5\text{ mm}$).

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Mạnh Hùng đã giải quyết bài toán xác định các thông số hợp lý cho máy sàng rung vô hướng trên tổ hợp nghiền sàng di động TNS-05 phục vụ xây dựng công trình quốc phòng vùng núi phía Bắc. Bằng việc kết hợp phương pháp D'Alembert trên mô hình liên hợp máy sàng - máy nghiền - khung bệ - nền đàn hồi giải bằng Matlab - Simulink và kiểm chứng thực nghiệm qua hệ thống đo DasyLab 11, công trình đã xác lập bộ thông số làm việc tối ưu giúp nâng cao hiệu quả sàng và độ bền khung kết cấu. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu kỹ thuật tin cậy phục vụ công tác thiết kế, chế tạo và vận hành các tổ hợp nghiền sàng di động tại Việt Nam.