i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HỒ HỮU ĐỨC THỰC NGHIỆM KHAI THÁC HIỆU ỨNG GIẢM MA SÁT KHI RUNG ĐỘNG TRONG MÁY ĐÀO NGẦM NGANG LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số : 60520103 Thái Nguyên – 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Hồ Hữu Đức Học viên: Lớp Cao học chuyên ngành kỹ thuật khí K16 Đơn vị công tác: Trường Cao đẳng nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc Tên đề tài: “Thực nghiệm khai thác hiệu ứng giảm ma sát rung động máy đào ngầm ngang” Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tôi xin cam đoan kết trình bày luận văn thân thực hiện, chưa sử dụng cho khóa luận tốt nghiệp khác Theo hiểu biết cá nhân, chưa có tài liệu khoa học tương tự công bố, trừ thông tin tham khảo trích dẫn Thái nguyên, Tháng 10 năm 2016 Tác giả Hồ Hữu Đức iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, nhận nhiều giúp đỡ từ phía nhà trường, thấy cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành chương trình học hoàn thiện luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắcđến giáo viên hướng dẫn khoa học tôi, thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Dự, ngườiđã định hướng, truyền đạt kiến thức, tận tình bảo, động viên giúp đỡ tôitrong suốt thời gian làm luận văn này.Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths Chu Ngọc Hùng giúp đỡ nhiều trình làm luận văn Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, thầy giáo khoa Cơ khí Trường Cao đẳng nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốcđã tạo điều kiện để tham gia hoàn thành khóa học Lòng biết ơn chân thành xin bày tỏ với vợ gia đình tôi, tất mà người dành cho Mọi người chăm sóc, động viên suốt thời gian sống, học tập làm luận văn Cuối cùng, xin cám ơn bạn bè, đồng nghiệplớp CHK16 hỗ trợ giúp đỡ thời gian học tập Tôi xin chân thành cảm ơn! iv TÓM TẮT Trong nghiên cứu này,một cấu rung - va đập theo phương ngang tùy biến kích cỡ thiết kế chế tạo thành công Mô hình thí nghiệm dùng cấu cho phép đánh giá ảnh hưởng rung động theo phương đến hiệu ứng giảm ma sát Một mô hình máy đào ngầm ngang mới, có khả tự di chuyển theo phương ngang mà không cần thiết bị hay lực tác động bên sử dụng cấu rung va đập cho phép điều chỉnh thông số như: khối lượng rung động, tần số lực cưỡng cường độ rung động hệ, thu thập phân tích ý nghĩa liệu thí nghiệm cách đầy đủ Đã kiểm chứng hiệu chỉnh đảm bảo khả làm việc ổn định nhằm thu giá trị thông số ảnh hưởng tới tốc độ dịch chuyển cấu khả thắng lực cản lớn Một phạm vi ứng dụng hữu ích cấu phát thêm thiết bị tự di chuyển nhờ rung động (vibration-driven locomotion systems), không cần sử dụng thiết bị bánh xe hay cấu chấp hành khác Ngoài khả sử dụng máy đào ngầm ngang, hướng khai thác áp dụng thiết bị thăm dò công nghiệp (khảo sát đường ống ngầm, cứu hộ) y tế (viên nội soi tự di chuyển – capsuled robots) Kết gửi công bố chấp nhận cho chỉnh sửa để xuất tạp chí “Journal of Vibration and Control” thuộc danh mục ISI (IF=1.64) với tên báo “Effects of mass and excitation frequency in electro _Vibroimpact systems an experimental study” v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi Chương GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Cấu trúc luận văn Chương THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Giới thiệu 2.2 Các cấu rung - va đập thông dụng 2.2.1 Cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm 2.2.2 Cơ cấu rung động theo phương ngang sử dụng cấu cam 10 2.2.3 Cơ cấu rung động va đập theo phương ngang sử dụng tạo rung shaker 11 2.2.4 Cơ cấu khai thác va đập lõi sắt mạch RLC 12 vi 2.2.5 Cơ cấu khai thác va đập cuộn dây mạch RLC 14 2.3 Cơ cấu rung - va đập theo phương ngang 15 2.3.1 Nguyên lý làm việc shaker MS20 16 2.3.2 Thiết kế chế tạo hệ thống thí nghiệm 19 2.4 Kết luận chương 30 Chương 32 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG ĐẾN MA SÁT TRƯỢT32 3.1 Giới thiệu 32 3.2 Mô tả thí nghiệm 32 3.3 Ảnh hưởng vận tốc đến ma sát không rung động 34 3.4 Ảnh hưởng rung dọc đến ma sát 36 3.5 Ảnh hưởng rung đứng đến ma sát 39 3.6 Ảnh hưởng rung ngang đến ma sát 41 3.8 Kết luận 43 Chương 45 KHAI THÁC RUNG ĐỘNG – VA ĐẬP CHO MÁY ĐÀO NGẦM NGANG 45 4.1 Giới thiệu 45 4.2 Lắp đặt vận hành thí nghiệm 46 4.3 Khảo sát hoạt động cấu 48 4.4 Ảnh hưởng tần số lực cưỡng 51 4.4.1 Ảnh hưởng tần số mức 1.71 A 52 vii 4.5 Ảnh hưởng khối lượng rung động 55 4.6 Lựa chọn thông số vận hành 62 4.6.1 Chỉ tiêu tốc độ dịch chuyển 62 4.6.2 Chỉ tiêu hiệu va đập 70 4.7 Kết luận 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 5.1 Kết luận 78 5.2 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nguyên lý đào ngầm ngang Hình 2.1 Cơ cấu rung Tsaplin [4] Hình 2.2 Sơ đồ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm Hình 2.3 Cơ cấu rung va đập dùng máy đóng cọc đứng 10 Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm Lok [12] 11 Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm khai thác rung va đập Franca [13] 12 Hình 2.6 Mô hình cấu rung va đập sử dụng lõi sắt mạch RLC 13 Hình 2.7 Cơ cấu rung-va đập sử dụng cuộn dây mạch RLC 14 Hình 2.8 Mô hình loa điện động 16 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý thiết bị Shaker MS20 17 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu rung theo phương ngang 18 Hình 2.11 Sơ đồ đánh giá rung động theo phương khác 19 Hình 2.12 Sơ đồ khai thác rung động va đập 20 Hình 2.13 Máy phát hàm Protek GD- 005N 21 Hình 2.14 Mạch khuếch đại 22 Hình 2.15 Thiết bị cấp nguồn Power supply RPS 305 DU 22 Hình 2.16 Thiết bị sau đấu nối 23 Hình 2.17 Xe mang shaker MS 20 hệ thống thí nghiệm 24 Hình 2.18 Bánh xe hệ thống thí nghiệm 24 Hình 2.19 Kích thước thiết bị MS20 25 ix Hình 2.20 Hệ thống đường ray thí nghiệm 26 Hình 2.21 Sống trượt dẫn hướng lắp hệ thống ray 26 Hình 2.22 Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng 27 Hình 2.23 Thiết bị đo chuyển vị LVDT 28 Hình 2.24 Bộ tiếp nhận liệuDAQ USB-6008 28 Hình 2.25 Thiết bị đo lực loadcell 29 Hình 2.26 Thực nghiệm xác định quan hệ lực- điện áp loadcell 29 Hình 2.27 Quan hệ giá trị Lực điện áp từ loadcell qua khuếch đại 30 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng ma sát 33 Hình 3.2 Ảnh chụp hệ thống thí nghiệm thực 33 Hình 3.3 Quan hệ vận tốc trượt hệ số ma sát 35 Hình 3.4 Lực ma sát cấu không rung động 37 Hình 3.5 Giá trị lực ma sát chế độ không rung sau thống kê mô tả 37 Hình 3.6 Ảnh chụp kết thống kê mô tả rung dọc 38 Hình 3.7 Ảnh hưởng rung dọc đến ma sát 39 Hình 3.8 Ảnh chụp kết thống kê mô ta rung đứng 40 Hình 3.9 Ảnh hưởng rung đứng đến ma sát 41 Hình 3.10 Ảnh chụp thống kê mô tả rung ngang 42 Hình 3.11 Ảnh hưởng rung ngang đến ma sát 42 x Hình 4.1 Hệ thống thí nghiệm khai thác rung động cho máy đào ngầm ngang 46 Hình Khảo sát lượng dịch chuyển cấu 48 Hình 4.3 Khảo sát lượng chuyển dịch cấu 49 Hình 4.4 Khảo sát lượng dịch chuyển khối lượng thay đổi 50 Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng khối lượng tần số 51 Hình 4.6 Lượng dịch chuyển tần số thay đổi 52 Hình 4.7 Ảnh hưởng tần số tới lượng dịch chuyển (cường độ 1.71 A)53 Hình 4.8 Ảnh hưởng tần số tới lượng dịch chuyển (cường độ 1.18 A)54 Hình 4.9 Lượng dịch chuyển khối lượng rung động thay đổi 55 Hình 4.10 Ảnh hưởng khối lượng rung động tới lượng dịch chuyển 56 Hình 4.11 Lượng dịch chuyển bàn trượt sau giây cường độ 1.71 A 57 Hình 4.12 Lượng dịch chuyển bàn trượt cường độ 1.18 A 59 Hình 4.13 Đồ thị lượng dịch chuyển phụ thuộc tần số khối lượng (cường độ 1.71A) 60 Hình 4.14 Đồ thị lượng dịch chuyển phụ thuộc tần số khối lượng (cường độ 1.18A) 61 Hình 4.15 Sai khác thời điểm va đập ∆t 63 Hình 16 Sai khác thời điểm va đập ∆t 64 Hình 4.17 Sai khác thời điểm va đập ∆t 64 Hình 4.18 Sai khác thời gian tần số Hz (a) tần số Hz (b) 65 Hình 19 Lượng dịch chuyển bàn trượt va đập 71 69 Lượng DC 12.74 22.81 43.98 46.85 40.48 ∆t 0.052 0.036 0.020 0.009 -0.006 -0.011 -0.009  2.080 1.728 0.597 -0.432 -0.907 -0.763 14.38 28.97 36.78 36.37 30.00 22.81 ∆t 0.047 0.023 0.010 0.001 0.005 -0.008 -0.012  1.880 1.200 0.541 0.085 0.360 -0.613 -1.027 19.32 35.96 34.52 26.71 18.29 11.92 ∆t 0.040 0.018 0.005 -0.005 -0.009 -0.008 -0.007  1.613 0.848 0.280 -0.320 -0.624 -0.613 -0.616 26.10 31.23 25.28 15.82 sau 5s (mm) 3.7 kg Lượng DC sau 5s (mm) 4.3 kg Lượng DC sau 5s (mm) 4.9 kg Lượng DC sau 5s (mm) 10.07 35.14 5.14 28.56 17.88 10.48 3.29 Trong bảng 4.7 bảng 4.8, lượng dịch chuyển tốt ứng với khối lượng rung động hệ số sai khác thời gian in đậm, in nghiêng gạch chân số Bằng việc phân tích kết thu trên, nhận thấy rằng:  Cơ cấu đạt lượng dịch chuyển trung bình tốt trường hợp cường độ dòng điện 1.18 A 1.71 A tần số Hz Tại tần số này, hệ số thời gian có giá trị thuộc khoảng xung quanh giá trị 0.5 Điều chứng tỏ, thời điểm dòng điện cung cấp điện cao so với thời điểm khác làm cho cấu chuyển động nhanh  Tại mức khối lượng rung động, tần số tăng giá trị hệ số thời gian thời điểm cho tốc độ dịch chuyển tốt giảm 70  Tốc độ dịch chuyển trung bình đạt giá trị lớn hệ số thời gian nằm khoảng 0.5 đến 1.2 lần so với 1/8 thời gian chu trình dòng điện Kết luận: Qua phân tích thấy với chế độ làm việc khác (khối lượng, cường độ dòng điện, khoảng cách va đập … ), tần số lực cưỡng cho lượng dịch chuyển lớn khác Tuy nhiên, tốc độ dịch chuyển trung bình đạt giá trị lớn hệ số thời gian nằm khoảng 0.5 đến 1.2 lần so với 1/8 thời gian chu trình dòng điện Thông số sử dụng làm tham số điều khiển nhằm thu chế độ làm việc tối ưu tùy theo hệ 4.6.2 Chỉ tiêu hiệu va đập Do điều kiện hạn chế chưa đầu tư thiết bị đo lực va đập, tiêu hiệu va đập đánh giá thông qua thông số lượng dịch chuyển sau lần va đập Lượng dịch chuyển trung bình sau lần va đập phản ánh hiệu lực va đập, tức khả thắng lực cản làm việc Lực va đập lớn gây nên lượng dịch chuyển trung bình lớn sau lần va đập Hình 4.19 minh họa lượng dịch chuyển trung bình bàn trượt lần va đập cường độ 1.18 A, khối lượng rung động 2.5 kg 71 Hình 19 Lượng dịch chuyển bàn trượt va đập ( Cường độ 1.18 A, khối lượng rung động 2.5 kg) (a) Minh họa lượng dịch chuyển lần va đập (b) Lượng dịch chuyển tần số Hz Hz Trên hình 4.19(a), Dx ký hiệu cho lượng dịch chuyển sau lần va đập xe húc vào bàn trượt làm cho bàn trượt chuyển động Hiệu lượng dịch chuyển sau lần va đập thể hình 4.19(b) lượng dịch chuyển sau lần va đập tần số Hz D7 lớn lượng dịch chuyển sau lần va đập D6 tần số Hz Lượng dịch chuyển thống kê cho ba lần va đập tính trung bình cho thí nghiệm tương ứng (viết tắt D), kết tính toán thống kê bảng 4.9 Bảng 4.9 Lượng dịch chuyển trung bình sau lần va đập cường độ 1.18 A, khối lượng rung động 2.5 kg Lần đo D (lần 1) D (lần 2) D (lần 3) D mm mm mm mm Hz 0.34 0.33 0.35 0.34 Hz 0.60 0.62 0.61 0.61 Tần số Tiến hành thu thập tương tự thí nghiệm có cường độ dòng điện 1.18 A 1.71 A tần số khối lượng rung động thay đổi tính 72 toán, thống kê minh họa bảng 4.10 bảng 4.11 Sai khác thời gian hệ số thời gian tính tương tự tiêu lượng dịch chuyển sau giây Bảng 4.10 Sai khác thời gian, hệ số thời gian lượng dịch chuyển sau giây (cường độ 1.18 A) Tầnsố 2.5 kg 3.1 kg 3.7 kg 4.3 kg 4.9 kg (Hz) 10 11 ∆t (s) 0.063 0.044 0.033 0.018 0.006 -0.002 -0.006  2.52 2.112 1.848 1.152 0.432 -0.16 -0.528 D (mm) 0.32 0.34 0.61 0.61 0.59 0.28 0.19 ∆t (s) 0.054 0.039 0.025 0.015 0.008 0.002 0.001  2.160 1.872 1.400 0.960 0.576 0.160 0.088 D (mm) 0.21 0.29 0.57 0.59 0.57 0.33 0.23 ∆t (s) 0.049 0.035 0.021 0.008 0.002 -0.001 -0.004  1.960 1.680 1.176 0.512 0.144 -0.080 -0.352 D (mm) 0.28 0.31 0.49 0.48 0.36 0.17 0.14 ∆t (s) 0.063 0.044 0.020 0.006 0.005 -0.002 -0.006  2.52 2.112 1.12 0.384 0.36 -0.16 -0.528 D (mm) 0.19 0.35 0.50 0.30 0.22 0.05 N/A ∆t (s) 0.054 0.030 0.020 0.006 0.004 0.002 0.001  2.160 1.440 1.120 0.384 0.288 0.160 0.088 D (mm) 0.37 0.40 0.37 0.35 N/A N/A N/A 73 Bảng 4.11 Lượng dịch chuyển lần va đập, hệ số thời gian va đập lượng dịch chuyển sau giây (cường độ 1.71A) Tần số 10 11 ∆t (s) 0.06 0.046 0.034 0.018 0.008 0.003 -0.005  2.400 2.208 1.904 1.152 0.576 0.240 -0.440 D (mm) 0.31 0.50 0.87 1.68 1.23 0.86 1.00 ∆t (s) 0.056 0.042 0.023 0.009 0.003 -0.005 -0.006  2.240 2.016 1.288 0.576 0.216 -0.400 -0.528 D (mm) 0.49 0.80 1.32 1.24 0.94 0.69 0.50 ∆t (s) 0.052 0.036 0.02 0.009 -0.006 -0.011 -0.009  2.080 1.728 1.120 0.576 -0.432 -0.880 -0.792 D (mm) 0.59 1.10 1.25 1.06 0.63 0.44 0.37 ∆t (s) 0.047 0.023 0.01 0.001 0.005 -0.008 -0.012  1.880 1.104 0.560 0.064 0.360 -0.640 -1.056 D (mm) 0.91 1.37 1.03 0.72 0.45 0.27 0.18 ∆t (s) 0.04 0.018 0.005 -0.005 -0.009 -0.008 -0.007  1.600 0.864 0.280 -0.320 -0.648 -0.640 -0.616 D (mm) 1.13 1.05 0.75 0.46 0.22 0.18 0.10 (Hz) 2.5 kg 3.1 kg 3.7 kg 4.3 kg 4.9 kg Trong bảng 4.10 bảng 4.11, lượng dịch chuyển tốt cho lần va đập ứng với khối lượng rung động hệ số thời gian tương ứng in đậm, in nghiêng gạch chân số Bằng việc phân tích kết thu trên, nhận thấy rằng:  Tại mức khối lượng rung động, tần số tăng giá trị hệ số thời gian  giảm  Với mức khối lượng rung động khác nhau, lượng dịch chuyển tốt sau lần va đập khác Ví dụ, khối lượng rung động 74 2.5 kg, cường độ dòng điện 1.71 A, lượng dịch chuyển tốt đạt sau lần va đập 1.68 mm ứng với hệ số thời gian 1.152 Trong đó, khối lượng rung động 3.1 kg 3.7 kg lượng dịch chuyển lần va đập 1.32 mm 1.25 mm ứng với hệ số thời gian 1.288 0.9 Tuy nhiên, việc đánh giá hệ số thời gian,lượng dịch chuyển sau lần va đập đạt giá trị lớn hệ số thời gian nằm khoảng từ 0.9 đến 1.6 lần so với 1/8 thời gian chu trình dòng điện Vì vậy, tương tự với tiêu tốc độ dịch chuyển, hệ số thời gian sử dụng làm tham số điều khiển nhằm thu hiệu va đập lớn Kết luận chung hai tiêu: Qua số liệu bảng kê tiêu lượng dịch chuyển tiêu va đập thấy  Tại thời điểm cho tốc độ dịch chuyển cấu nhanh nhất, hiệu va đập lớn Ví dụ, cường độ 1.71 A, khối lượng rung động 2.5 kg, tần số Hz có tốc độ dịch chuyển tốt tần số Hz lượng dịch chuyển sau lần va đập lại có giá trị nhỏ (lượng dịch chuyển lần va đập tần số Hz tần số Hz 1.23 mm 1.68 mm  Giá trị hệ số thời gian cho lượng dịch chuyển lần va đập lớn lớn so với hệ số tốc độ dịch chuyển lớn Ví dụ, tần số Hz, khối lượng rung 2.5 kg, cường độ 1.71 A, hệ số thời gian lượng dịch chuyển lần va đập 1.152 giá trị hệ số cho lượng dịch chuyển lớn 0.576 Lưu ý rằng, hệ số thời gian cho lực va đập lớn nói chung lớn hệ số tỷ lệ thời gian cho lượng dịch chuyển lớn Tại thời điểm cho tốc độ 75 dịch chuyển trung bình cấu nhanh nhất, lực va đập lớn Tốc độ dịch chuyển lớn lực va đập không lớn tần số cao dẫn đến số lần va đập giây lớn, dẫn đến quảng đường đơn vị thời gian cao Tuy vậy, quy luật tương tác với khối lượng tương tự Tùy theo yêu cầu cần đáp ứng tiêu mà người vận hành điều chỉnh tần số nhằm đạt hệ số thời gian phù hợp Cách thức vận hành đơn giản tần số nhỏ, tiến hành tăng tần số đạt giá trị hệ số thời gian mong muốn Tuy nhiên, qua khảo sát thực nghiệm, nhận thấy giá trị tần số cho tốc độ dịch chuyển nhanh có quan hệ rõ ràng với khối lượng dao động Phần trình bày kết phân tích dự đoán tần số cho tốc độ dịch chuyển nhanh 4.6.3 Dự đoán tần số phù hợp cho hệ Nói chung, hệ với đặc tính học khác có giá trị tần số cộng hưởng Với hệ xét, có yếu tố va đập, việc dự đoán tần số cộng hưởng thu gọn khoảng chứa tần số làm việc tối ưu Để dự đoán tần số cộng hưởng, thực thu thập tần số tự nhiên mức khối lượng rung động khác nhau, xét mối quan hệ tần số cộng hưởng tần số tự nhiên nhằm dự đoán tần số phù hợp cho hệ Tần số tự nhiên xác định qua công thức sau fn  Trong đó: 2 k m k: độ cứng lò xo m: khối lượng (4.4) 76 Cơ hệ xét có độ cứng lò xo đo thực nghiệm 2569 N/m, khối lượng rung động thực mức 2.5 kg; 3.1 kg; 3.7 kg; 4.3 kg; 4.9 kg, kết giá trị tần số xác định bảng 4.12 Bảng 4.12 Giá trị tần số tự nhiên tương ứng hệ Khối lượng (kg) 2.5 3.1 3.7 4.3 4.9 Độ cứng lò xo (N/m) 2569 2569 2569 2569 2569 Tần số tự nhiên fn (Hz) 5.10 4.58 4.20 3.89 3.65 Nhằm đánh giá mối quan hệ giá trị tần số tự nhiên tần số thực nghiệm cho cấu tốc độ dịch chuyển lớn nhất, thực phương pháp hồi quy tuyến tính mức khối lượng rung động 2.5 kg; 3.1 kg; 3.7 kg; 4.3 kg; 4.9 kg, kết hồi quy thể hình 4.20 Lưu ý, trường hợp 4.3 kg 4.9 kg tần số cho tốc độ dịch chuyển tốt nằm khoảng Hz đến Hz Hình 4.20 Quan hệ tần số tối ưu tần số tự nhiên (a) Dữ liệu; (b) Phương pháp hồi quy tuyến tính 77 Từ kết hồi quy tuyến tính (hình 2.20 (b)) nhận thấy, quan hệ tần số tối ưu thực tế tần số tự nhiên hệ thống tính xấp xỉ (do R-square có giá trị 0.9968) thể qua công thức ftu  1.679 f n  1.679  2 k m (4.5) Dựa vào công thức (4.5), dự đoán tần số tối ưu để cấu cho tốc độ dịch chuyển tốt cho giá tần số tự nhiên cấp vào thay đổi khối lượng rung động cấu Ví dụ, với khối lượng rung cấu 2.7 kg, độ cứng lò xo 2500 (N/m) tần số tối ưu để cấu có tốc độ dịch chuyển tốt 6.535 Hz 4.7 Kết luận Chương trình bày trình kết thu nhằm xác định thông số vận hành theo hai tiêu tốc độ dịch chuyển nhanh lực va đập lớn Kết xử lý số liệu thực nghiệm cho thấy, tần số lực cưỡng khối lượng dao động hai yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến tốc độ dịch chuyển lực va đập Hai yếu tố có ảnh hưởng tương tác đáng kể Ảnh hưởng đồng thời tần số khối lượng đến tốc độ dịch chuyển lực va đập khảo sát chi tiết Kết cho thấy, ứng với thông số khối lượng, có giá trị tần số cho tốc độ dịch chuyển nhanh Bên cạnh đó, có tần số cho lực va đập lớn Với hệ thống bất kỳ, điều chỉnh tần số nhằm đạt tiêu xác định (hoặc tốc độ dịch chuyển lớn nhất, lực va đập lớn nhất) thông qua giá trị hệ số thời gian Tốc độ dịch chuyển lớn đạt hệ số thời gian nằm khoảng 0.5 đến 1.2 Lực va đập lớn đạt hệ số thời gian nằm khoảng 0.9 đến 1.6 Với hệ thống có vị trí chốt chặn nằm lân cận khoảng hành trình dao động, tần số phù hợp cho lượng dịch chuyển lớn khoảng 1.679 tần số tự nhiên hệ 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Luận văn hoàn thành nội dung Thiết kế, lắp đặt vận hành hệ thống mô hình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng rung động theo ba phương đến lực ma sát Nói chung, rung động có ảnh hưởng tích cực làm giảm ma sát trượt Rung động dọc theo phương vận tốc trượt có quy luật ổn định nhất: tần số biên độ rung động lớn làm giảm ma sát Rung động theo phương vuông góc với vận tốc trượt có quy luật không nhất: biên độ rung lớn lực ma sát nhỏ; nhiên với biên độ lớn tần số cao không làm giảm lực ma sát Thiết kế, lắp đặt vận hành hệ thống mô hình thực nghiệm tương tự máy đào ngầm ngang Các thí nghiệm thực nhằm đánh giá ảnh hưởng hai yếu tố quan trọng tần số lực cưỡng khối lượng dao động đến hiệu vận hành máy Nhiều công bố khoa học gần khảo sát tối ưu hóa hệ thống tương tự thông qua tham số khác chưa xem xét hai yếu tố Kết cho thấy, ứng với thông số khối lượng, có giá trị tần số cho tốc độ dịch chuyển nhanh Bên cạnh đó, có tần số cho lực va đập lớn Với hệ thống bất kỳ, điều chỉnh tần số nhằm đạt tiêu xác định (hoặc tốc độ dịch chuyển lớn nhất, lực va đập lớn nhất) thông qua giá trị hệ số thời gian Tốc độ dịch chuyển lớn đạt hệ số thời gian nằm khoảng 0.5 đến 1.2 Lực va đập lớn đạt hệ số thời gian nằm khoảng 0.9 đến 1.6 Với hệ thống có vị trí chốt chặn nằm lân cận khoảng hành trình dao động, tần số phù hợp cho lượng dịch chuyển lớn khoảng 1.679 lần tần số tự nhiên hệ 79 Kết gửi công bố chấp nhận cho chỉnh sửa để xuất tạp chí “Journal of Vibration and Control” thuộc danh mục ISI (IF=1.64) với tên báo “Effects of mass and excitation frequency in electro _Vibroimpact systems an experimental study” 5.2 Kiến nghị Do hạn chế thời gian, khoảng thực nghiệm tần số khối lượng chưa khảo sát chi tiết Do vậy, chế độ làm việc tốt hệ thống dự đoán nằm khoảng xác định Ảnh hưởng trực tiếp giảm ma sát đến chất lượng làm việc hệ thống chưa đánh giá hoàn chỉnh Ngoài ra, mô hình điều khiển thực nghiệm kiểm chứng nhằm đạt tốc độ dịch chuyển lực va đập lớn cần triển khai Các nghiên cứu giải tồn có ý nghĩa khái quát khả ứng dụng tốt 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Don C W Vibratory and impact-vibration pile driving equipment Available online at www.vulcanhammer.net [2] Erofeev L.V., Russian Impact-Vibration Pile driving Equipment Available online at http://www.vulcanhammer.net/info/udarvib.php [3] Barkan, D.D., Dynamics of Bases and Foundations, McGraw-Hill, New York, 1962 [4] Rodger A.A and Littlejohn G.S., A study of vibratory driving in granular soils, Geotechnique 30, 269, 1980 [5] Simicevic J and Sterling R.L., “Guidelines for Impact Moling”, TTC Technical Report #2001.03, Engineering Research and Development Center (ERDC), Vicksburg, MS 39180, March 2001 (http://www.latech.edu/tech/engr/ttc/ publications/guidelines_pb_im_pr/moling.pdf) [6] Pavlovskaia E., Wiercigroch M., Woo K.-C., Rodger A.A., Modelling of Ground Moling Dynamics by an Impact Oscillator with a Frictional Slider, Meccanica 38: pp 85-97, 2003 [7] Pavlovskaia E.E., Wiercigroch M, Modelling of vibro-impact system driven by beat frequency, International Journal of Mechanical Sciences 45, pp 623–641, 2003 [8] Woo, K.-C., Rodger, A.A., Neilson, R.D and Wiercigroch, M., Application of the harmonic balance method to ground moling devices operating in periodic regimes, Chaos, Solitons Fract, 11(15), pp 25152525, 2000 81 [9] Woo, K.-C., Rodger, A.A., Neilson, R.D and Wiercigroch, M., Phase Shift Adjustment for Harmonic Balance Method Applied to Vibro-impact Systems, Meccanica 41, pp 269–282, 2006 [10].Lok, H.P., Neilson, R.D and Rodger, A.A., Computer-based model of vibro-impact driving, in: Proceedings of ASME DETC: Symposium on Nonlinear Dynamics in Engineering Systems, Las Vegas, 1999 [11].Franca L.F.P., Weber H.I., Experimental and numerical study of a new resonance hammer drilling model with drift, Chaos, Solitons and Fractals 21, pp 789-801, 2004 [12].Nguyen Van Du and Ko-Choong Woo, (2008) New electro-vibroimpact system, Journal of Mechanical Engineering Science, Vol 222, No (2008), pp 629-642 [13].Nguyen Van Du and K-C Woo,( 2008) Nonlinear dynamic responses of new electro-vibroimpact system, Journal of Sound and Vibration; Volume 310, Issues 4-5, March 2008, pp 769-775 [14].Nguyen Van Du, Ko Choong Woo and Pavlovskaia E (2007), Experimental study and mathematical modelling of a New of vibroimpact moling device, International Journal of Nonlinear Mechanics, vol 43 (2008), issue 6, pp 542-550 [15] Nguyễn Văn Dự (2010), Báo cáo tổng kết Đề tài NCKH cấp Bộ 2008 [16] Liu Y., Pavlovskaia E., Wiercigroch M.: Experimental verification of the vibro-impact capsule model, Nonlinear Dynamics, Volume 83, Issue 1, pp 1029-1041 (2016); 82 [17] Liu, Y., Islam S., Pavlovskaia, E and Wiercigroch, M: Optimization of the Vibro-Impact Capsule System, Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering 62, 7-8, 430-439 (2016).ã số TN01-01 [18] Liu, Y., Wiercigroch, M., Pavlovskaia, E., Yu, H.: Modelling of a vibroimpact capsule system, International Journal of Mechanical Sciences 66, 2–11 (2013); 83 CÔNG BỐ KHOA HỌC [...]... chính Trong chương 2 đã trình bày nguyên tắc và kết quả triển khai việc thiết kế, chế tạo cơ cấu rung va đập mới Hệ thống thí nghiệm sử dụng cơ cấu mới 7 đã được vận hành thử nghiệm, có khả năng đánh giá được hiệu ứng giảm ma sát khi rung động, thay đổi và xác lập các thông số đầu vào Chương 3, trình bày cách đánh giá hiệu ứng giảm ma sát khi rung động, đánh giá ảnh hưởng của phương rung: rung dọc, rung. .. Giá trị vận tốc trượt và ma sát 34 Bảng 3.2 Giá trị lực ma sát trung bình khi rung dọc 38 Bảng 3.3 Giá trị lực ma sát trung bình khi rung ứng 40 Bảng 3 4 Giá trị lực ma sát trung bình khi rung ngang 42 Bảng 4.1 Lượng dịch chuyển của bàn trượt sau 5 giây khi cường độ dòng điện là 1.71 A 53 Bảng 4.2 Lượng dịch chuyển của bàn trượt sau 5 giây khi cường độ dòng điện là... lượng dao động nhằm thu được tốc độ dịch chuyển hoặc lực va đập lớn nhất 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài này nhằm đạt được các mục tiêu cụ thể sau đây:  Đề xuất được mô hình đánh giá hiệu ứng giảm ma sát và cơ cấu rung va đập có thể điều chỉnh biên độ và tần số rung động;  Thiết kế chế tạo thành công một mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu ứng giảm ma sát mô phỏng nguyên lý máy đào ngầm ngang, có... dọc, rung ứng, rung ngang tới hiệu ứng giảm ma sát của cơ cấu Chương 4, trình bày quá trình và kết quả thuđược trong khai thác rung động – va đập cho máy đào ngầm ngang nhằm xác định thông số vận hành theo hai chỉ tiêu là tốc độ dịch chuyển nhanh nhất và lực va đập lớn nhất 8 Chương 2 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Giới thiệu Chương này trình bày cơ sở thiết kế các cơ cấu rung, va đập,... cấu này với nhược điểm ma sát 11 lớn, làm phát sinh nhiệt cao và nhanh mòn đã cản trở việc phát triển và ứng dụng trong thực tiễn Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm của Lok [12] 2.2.3 Cơ cấu rung động va đập theo phương ngang sử dụng bộ tạo rung shaker Cơ cấu được Franca và Weber [11] đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng va đập trong các máy khoan ngang sử dụng nguồn rung động là máy tạo rung dựa trên nguyên lý... số thí nghiệm Sơ đồ mô hình thí nghiệm được minh họa trên hình 2.11 và hình 2.12 Hình 2.11 Sơ đồ đánh giá rung động theo các phương khác nhau 20 Hình 2.12 Sơ đồ khai thác rung động va đập Mô hình trên hình 2.11 và hình 2.12 lần lượt nhằm đánh giá ảnh hưởng của rung động theo các phương khác nhau đến ma sát trượt và đánh giá ảnh hưởng của rung - va đập đến hiệu quả làm việc của máy đào ngầm ngang Hai... hình rung - va đập dự định dùng cho máy đào ngang vẫn chỉ tồn tại trong các nghiên cứu thí nghiệm 2.2.2 Cơ cấu rung động theo phương ngang sử dụng cơ cấu cam Với ý đồ giảm thiểu kích thước và khai thác rung - va đập theo phương ngang, cơ cấu cam đã được sử dụng để tạo ra va chạm và rung động tích hợp Mô hình này (xem hình 2.4) đã được Lok [10] nghiên cứu chi tiết về thiết kế, chế tạo và phân tích động. .. chạm với nghĩa là rung động Mô hình này đã được Lok [10] giải quyết tường minh bằng toán học Dù vậy, cơ cấu này với nhược điểm ma sát lớn, làm phát sinh nhiệt cao và nhanh mòn đã cản trở việc phát triển và ứng dụng trong thực tiễn 4 Trong một nghiên cứu khác, Franca và Weber [11] đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng va đập trong các máy khoan ngang sử dụng nguồn rung động làm máy tạo rung dựa trên nguyên... cơ cấu khai thác va đập của lõi sắt trong mạch RLC [12-14], đặt nền móng cho các nghiên cứu về rung động sau này của tác giả Năm 2009, một cơ cấu rung động va đập mới dựa trên nguyên tắc cơ cấu RLC do Nguyễn Văn Dự nghiên cứu nhưng khai thác chuyển động của ống dây thay vì chuyển động của lõi sắt đã được đề xuất[15] Các đặc tính động lực học cơ bản của cơ cấu rung - va đập khai thác chuyển động tuần... thấy trong các công bố khoa học gần đây Đề tài này được thực hiện nhằm đề xuất, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm nâng cao hiệu quả làm việc của cơ cấu rung - va đập, góp phần nâng cao khả năng ứng dụng trong các hệ thống tương tự Ảnh hưởng của rung động theo các phương đến lực ma sát theo các phương sẽ được đánh giá Các thí nghiệm được tiến hành nhằm xác định cách thức điều khi n tần số rung động phù ... đánh giá hiệu ứng giảm ma sát rung động, đánh giá ảnh hưởng phương rung: rung dọc, rung ứng, rung ngang tới hiệu ứng giảm ma sát cấu Chương 4, trình bày trình kết thuđược khai thác rung động –... giá hiệu ứng giảm ma sát cấu rung va đập điều chỉnh biên độ tần số rung động;  Thiết kế chế tạo thành công mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu ứng giảm ma sát mô nguyên lý máy đào ngầm ngang, ... hưởng rung ứng đến ma sát 41 Hình 3.10 Ảnh chụp thống kê mô tả rung ngang 42 Hình 3.11 Ảnh hưởng rung ngang đến ma sát 42 x Hình 4.1 Hệ thống thí nghiệm khai thác rung động cho máy đào