CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước. Những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của kinh tế, xã hội nhanh chóng ở Việt Nam, cùng với đó là sự phát triển dựa trên chủ nghĩa tiêu dùng dẫn đến lượng rác thải tăng lên đáng kể mỗi năm. Riêng ở thành phố Hồ Chí Minh: mỗi ngày đổ ra khoảng 6300 - 6700 tấn rác thải sinh hoạt, 1000 – 1200 tấn chất thải rắn công nghiệp, 150 - 200 tấn chất thải nguy hại, 9 - 12 tấn chất thải rắn y tế [1].
Làm thế nào để xử lý nhanh chóng và hiệu quả chất thải rắn đô thị trở thành một vấn đề lớn mà chúng ta phải đối mặt. Xe chở rác Hooklift là một phần trong quy trình gom rác hiệu quả ngày nay. Xe được trang bị cơ cấu nâng hạ thực hiện các chức năng tự động bốc dỡ container và đổ rác. Vận hành xe là công đoạn chuyển tiếp từ việc thu gom rác đến vận chuyển rác ra xa thành phố, mà không qua việc trữ rác tạm thời, giảm ô nhiễm môi trường ở địa phương.
Quy trình thu gom rác qua trạm ép rác mang lại hiệu quả cao. Quy trình theo các bước sau: Thu gom nhờ xe ép rác, đưa đến trạm ép, rác được chất đầy thùng chứa, xe chở rác đến vận chuyển rác đến bãi cách xa thành phố. Với ưu điểm thu gom rác tập trung, giảm thiểu các điểm thu gom rác hở nằm gần khu dân cư, trường học, chợ… gây ô nhiễm môi trường; thu gom, vận chuyển rác nhanh chóng, hiệu quả.1: Qui trình xử lí rác của trạm ép rác kín [1]. Hiện nay nước ta đã thiết kế và sản xuất được các xe chuyên dụng này, tuy nhiên để tối ưu chi phí cũng như tính hiệu quả, công năng sử dụng thì cần có những nghiên cứu 1 khoa học nhằm phân tích đánh giá về đặc tính động học và động lực học cơ cấu chuyên dùng của phương tiện.
Dựa trên thiết kế ô tô chở rác thùng rời trên nền chassis tải HINO FM8JN7A-Q sử dụng cơ cấu nâng hạ thuỷ lực UNILIFT A18N. Đề tài: “ Phân tích động học và động lực học cơ cấu nâng hạ xe Hook Lift bằng Matlab Simulink” tập trung xây dựng mô hình toán học cơ cấu cơ khí và thuỷ lực bằng môi trường Matlab Simulink nhằm đánh giá đặc tính động học, động lực học và hệ thống thuỷ lực cơ cấu nâng hạ trên xe. Từ kết quả đó đưa ra những điều chỉnh tốt nhất về mặt thiết kế nhằm đạt được tính kinh tế và tính hiệu quả về mặt kỹ thuật trong quá trình vận hành phương tiện. Các nghiên cứu trong và ngoài nước.
Ngoài nước: - Năm 2009, Guanglin SHI và đồng sự phân tích đặc tính động học và động lực học cơ cấu nâng hạ trên xe rác thùng rời từ đó đưa ra các điều kiện biên để tính độ bền cơ cấu bằng phần mềm ADAMS/ANSYS.[2] - Năm 2012, Rongchao Jiang và đồng sự đã phân tích đặc tính động học, động lực học xe nâng hạ có cơ cấu nâng kiểu chữ T. Nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo khoa học cho việc thiết kế kết cấu và phân tích sức bền của cơ cấu nâng.[3] - Năm 2013, Jianming Hu và các cộng sự đã phân tích đặc tính động học và động lực học một cơ cấu nâng của một hệ thống đồ gá quá trình rèn.[4] - Năm 2014, Shanzeng Liu và đồng sự phân tích đặc đính động học và động lực học cơ cấu nâng hạ trên xe chở rác thùng rời bằng phương pháp giải tích.[5] Trong nước: - Năm 2017, Nguyễn Phúc Định và các cộng sự đã nghiên cứu phân tích lực tác động lên xy lanh thuỷ lực chính của cơ cấu nâng hạ trên xe hook lift bằng phương pháp giải tích. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu Trong đề tài này, đối tượng cần nghiên cứu là hệ thống nâng hạ chuyên dụng trên xe tải chở rác thùng rời có khả năng tự nâng chuyển thùng hàng.
Phạm vi nghiên cứu. - Đề tài xây dựng mô hình tính toán, phân tích đặc tính động học và động lực học cơ cấu, hệ thống thuỷ lực phương thiện chở rác thùng rời bằng phần mềm Matlab. - Tập trung khảo sát cơ cấu nâng hạ thùng, bỏ qua các kết cấu khác như cơ cấu khoá thùng, cơ cấu chân chống sau. - Tốc độ động cơ được giữ cố định.
- Bỏ qua ma sát giữa các khớp xoay. Mục tiêu nghiên cứu. Mục tiêu cụ thể của đề tài là đưa ra được các kết quả phân tích về động học cơ cấu, động lực học cơ cấu, hệ thống thuỷ lực như sau: - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và mô hình toán học cơ hệ nâng hạ trên xe rác thùng rời ở các trạng thái làm việc. - Từ mô hình thực tế xây dựng mô hình vật lý cơ hệ.
- Xây dựng mô hình toán phân tích động học và động lực học. - Kiểm chứng mô hình mô phỏng. - Phân tích động học, động lực học và các thông số của hệ thống thuỷ lực cơ cấu chuyên dùng. Từ đó đưa ra các kết quả như sau: - Chuyển vị của xy lanh (cm,t) - Vận tốc xy lanh (cm/s,t) - Gia tốc xy lanh (cm/s^2,t) - Áp suất xy lanh - Lưu lương qua bơm (lpm) 3 - Lực tác dụng lên các điểm theo thời gian.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu này đưa ra được các đường đặc tính và tính chất của thiết kế bố trí chung hệ thống chuyên dụng xe tải chở rác thùng rời hiện nay. Nghiên cứu góp phần làm rõ mối quan hệ giữa áp suất xy lanh, gia tốc xy lanh, lưu lượng dầu qua bơm theo thời gian, điều này có giá trị trong việc nghiên cứu thay đổi thiết kế nhằm đạt được những mục tiêu tối ưu công năng chuyện dụng của phương tiện.
Ý nghĩa thực tiễn. Đề tài này có ý nghĩa quan trọng, đóng góp quan trọng về mặt cải tiến thiết kế như tiết diện xy-lanh, công suất bơm dầu nhằm giảm thiểu chi phí sản xuất trong sản xuất hàng loạt. Cùng với đó nếu quá trình nâng hạ được tối ưu về tính ổn định theo thời gian, điều này góp phần nhỏ vào quá trình tính toán thời gian vận hành nhằm tối ưu hệ thống vận tải để đạt được tính hiệu quả cao và tính kinh tế trong quy trình vận hành ngành dịch vụ này. Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp phân tích tư liệu sẵn có. Thu thập, chọn lọc thông tin có giá trị từ các công trình nghiên cứu trước đó; những kiến thức liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Phương pháp mô phỏng. Sử dụng phần mềm Matlab Simulink và Matlab Simscape xây dựng mô hình vật lý, mô hình toán học cơ cấu nâng hạ và hệ thống thuỷ lực.
Từ các điều kiện biên đưa ra kết quả nghiên cứu và tiến hành phân tích kết quả dựa vào các công cụ hỗ trợ của phần mềm. 4 Chương II.Giới thiệu chung. Trong chương này sẽ giới thiệu kết cấu chính của hệ thống nâng hạ, nguyên lý hoạt động, trình bày các lý thuyết về động học, động lực học và lý thuyết về hệ thống thuỷ lực được sử dụng trên hệ thống nâng hạ xe Hook Lift. Kết cấu móc xoay theo một góc nhất định (Articulated Arm).1: Cấu tạo hệ thống nâng hạ trên xe Hook Lift 1: Khung phụ, 2: xy-lanh nâng, 3: Tay khuỷu, 4: Tay nâng, 5: Xy-lanh tay quay, 6: Tay quay, 7: Thùng chứa, 8: Nắp thùng chứa, 9: Bánh xe thùng chứa, 10: Bánh lăn 5 2.
Nguyên lý làm việc.2: Quy trình nâng hạ thùng hàng. Nguyên lý làm việc: - Khi xe đầy tải: Thùng sau khi được nạp đầy rác ở trạm trung ép trung chuyển sẽ được đưa lên xe theo ba bước như hình 2. + Bước 1: Hệ thống nâng thùng được móc vào thùng và thùng trượt trên mặt đất đến khi chạm vào bánh lăn. + Bước 2: Xy lanh tiếp tục kéo thùng hàng trượt trên bánh lăn cho đến khi hết hành trình.
+ Bước 3: Thùng hàng đạt trạng thái ổn định trên phương tiện vận chuyển.3: Quy trình đổ rác từ thùng hàng ra ngoài 6 - Quá trình đổ rác theo những bước sau: Người lái phụ hoặc người phụ trách bãi rác sẽ mở cửa sau 5 bằng bánh quay an toàn bố trí sau thùng bên phải; Xylanh nâng 2 đẩy làm thùng chứa 3 xoay quanh chốt 4, rác được đổ ra từ từ đến khi quá trình hoàn tất. - Sau khi hoàn tất quá trình đổ rác xe trở lại trạm trung chuyển và tiến hành hạ thùng rác (không tải) và kết thúc chu kì làm việc. Phân tích động học cơ cấu nâng hạ trên xe Hook Lift. Bài toán động học cơ cấu Hooklift dựa trên sự thay đổi chiều dài xylanh chính theo thời gian, hình thành sự biến đổi về lực tác dụng của xylanh chính và thay đổi vị trí tọa độ trọng tâm thùng chứa rác.
Bài toán xác định trên hai quá trình: quá trình bốc dỡ thùng chứa xuống mặt đất và quá trình đổ rác.4: Sơ đồ nguyên lý động học cơ cấu Hook Lift. Tọa độ của mỗi điểm được biểu diễn như sau [5]: x E = x D - lDEcos(α+θ-β1) yE = yD + lDEsin(α+θ-β1) xG = x E - lEGcos(α-φ) yG = yE + lEGsin(α-φ) x F = x G - lF Gcos(α+ρ) yF = yG + lF Gsin(α+ρ) 2 2 2 2 x M = x F + lMF sin(α+ρ) yM = yF + lMF cos(α+ρ) 2 2 2 2 x R = x M + lMR cos(γ2 +γ) yR = yM - lMRsin(γ2 +γ) x P = x M + lMPsinγ2 yP = yM + lMPcosγ2 7 x P +x R y P +y R xO = yO = 2 2 l2ED +l2AD -l2AE yM -yC α = arcos -θ γ 2 = arcsin - γ1 2lEDlAD lMC Trong đó (xD, yD), (xE, yE), (xG, yG), (xF2, yF2), (xM, yM), (xR, yR), (xP, yP) và (xO, yO) là tọa độ của các điểm D, E, G, F2, M, R, P và O tương ứng; α là góc mà cánh tay nâng lật trong giai đoạn đầu tiên; θ và φ lần lượt là góc giữa đoạn DE và EG hợp với trục X, khi tay nâng ở vi trí ban đầu; γ là góc giữa MR và SR; γ1 là góc bao gồm giữa MC và SC; γ2 là góc giữa đáy thùng chứa rác và trục X; lDE và lEG lần lượt là độ dài của các đoạn DE và EG trên tay nâng; lMR và lMP lần lượt là độ dài của MR và MP. Phân tích động lực học cơ cấu nâng hạ trên xe Hook Lift.
