Thạc Sĩ Động lực học Cơ cấu Rung RLC

Tóm tắt


Qua phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc tính động lực học của cơ cấu rung - va đập sử dụng mạch cộng hưởng RLC, một cơ cấu rung - va đập mới được cải tiến đã được thiết kế, chế tạo, vận hành thí nghiệm, phân tích và cho ra các kết quả tích cực hơn hẳn so với trước đây. Khả năng hiện thực hóa ứng dụng của cơ cấu rung - va đập mới này trong các máy khai thác rung - va đập yêu cầu kích thước nhỏ gọn trở nên hứa hẹn hơn.
Cơ cấu được cải tiến làm việc dựa trên nguyên lý cộng hưởng trong mạch điện gồm điện cảm và tụ điện mắc nối tiếp. Cơ cấu dao động dựa trên nguyên lý này đã được Mendrella [1,2] giới thiệu và được phát triển thành cơ cấu rung - va đập RLC bởi Nguyễn Văn Dự [3]. Tuy nhiên, cơ cấu được cải tiến trong luận văn này cho phép và khai thác chuyển động của ống dây thay vì chuyển động của lõi sắt như trong [1,2,3]. Cơ cấu được thí nghiệm có thể làm dịch chuyển một khối lượng trên 6 kg với lực ma sát tăng cường thêm 60 N với vận tốc nhanh gấp 6 lần so với trước đây.
Chuyển động tuần hoàn của ống dây đã được hỗ trợ bằng một hệ lò xo nhằm khai thác đặc tính cộng hưởng cơ, từ đó có thể nâng cao hiệu năng của hệ thống. Các phân tích động lực học đã cho thấy, khoảng cách va đập, độ cứng của lò xo và điện áp cấp cho ống dây có ảnh hưởng lớn đến khả năng chuyển động thắng các lực cản của hệ thống. Các kết quả này có thể được sử dụng hữu ích cho các nghiên cứu tiếp theo.

Mục lục
Lời cam đoan . 1
Lời cám ơn . 2
Tóm tắt . 3
Mục lục 4
Các ký hiệu viết tắt . 6
Danh mục các hình ảnh 7
Danh mục các bảng, biểu 10
Chương 1: GIỚI THIỆU . 11

1.1. Cơ cấu rung va đập RLC . 11
1.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây 12
1.3. Mục tiêu nghiên cứu . 14
1.4. Các kết quả chính đã đạt được 14
1.5. Cấu trúc luận văn 15
Chương 2: PHÂN TÍCH CƠ CẤU RUNG RLC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN .17
2.1. Giới thiệu . 17
2.2. Các mô hình rung va đập và hướng cải tiến 17
2.2.1. Các cơ cấu rung va đập . 17
2.2.2. Cơ cấu rung - va đập RLC-07 22
2.3. Mô hình và đặc điểm các cơ cấu 24
2.4. Một số đề xuất cải tiến thử nghiệm mới . 27
2.4.1. Cơ sở đề xuất cải tiến 27
2.4.2. Thử nghiệm dùng cảm biến cấp nguồn và lò xo hỗ trợ . 28
2.4.3. Thử nghiệm sử dụng hai ống dây nối tiếp . 29
2.4.4. Thử nghiệm dùng cảm biến cắt nguồn theo vị trí . 30
2.4.5. Khai thác rung động của ống dây 31
2.5. Kết luận 32
Chương 3: CƠ CẤU RUNG VA ĐẬP MỚI . 33
3.1. Giới thiệu . 33
3.2. Nguyên lý làm việc 34
3.2.1. Mô hình mô tả cơ cấu 36
3.2.2. Mô hình toán học . 37
3.3. Thiết kế và chế tạo cơ cấu 39
3.3.1. Ống dây và xe mang ống dây . 39
3.3.2. Hệ thống đường ray dẫn hướng . 41
3.3.3. Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng . 43
3.3.4. Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát . 44
3.4. Các thiết bị đo 45
3.4.1. Thiết bị đo chuyển vị 45
3.4.2. Thiết bị đo điện áp, điện cảm, điện dung 45
3.4.3. Thiết bị đo lực 46
3.4.4. Thiết bị thu thập dữ liệu . 49
3.5. Lắp đặt, vận hành thiết bị thí nghiệm . 49
3.6. Kết luận 55
Chương 4: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU MỚI 56
4.1. Giới thiệu. 56
4.2. Mô tả thí nghiệm 57
4.3. Phương pháp khảo sát thí nghiệm . 59
4.4. Kết quả thí nghiệm . 61
4.4.1. Mức ma sát 4 kg lực . 61
4.4.2. Mức ma sát 6 kg lực . 66
4.5. Động lực học cơ cấu . 70
4.6. Kết luận 75
Chương 5: KẾT LUẬN . . 76
5.1. Các kết quả chính đã đạt được 76
5.2. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo 77
Tài liệu tham khảo 78
Phụ lục: CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC . 81

Các ký hiệu viết tắt

FFT Phép biến đổi nhanh Fourier (Fast Fourier Transform)
LVDT Thiết bị đo chuyển vị tuyến tính (Linear Variable Displacement
Transducer)
RLC Mạch điện trở (R), điện cảm (L) và điện dung (C) mắc nối tiếp
RLC-07 Cơ cấu rung RLC của tác giả Nguyễn Văn Dự, 2007
RLC-09 Cơ cấu rung RLC thực hiện bởi nghiên cứu này, 2009

Danh mục các hình ảnh
Hình Nội dung Trang
Hình 2.1. Cơ cấu rung Tsaplin . 18
Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm 19
Hình 2.3. Cơ cấu rung va đập được dùng trong máy đóng cọc đứng
(Theo nhà sản xuất ICE) 20
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm của Lok. 21
Hình 2.5. Sơ đồ thí nghiệm khai thác rung va đập của Franca. 22
Hình 2.6. Mô hình cơ cấu rung va đập RLC 07 23
Hình 2.7. Lực điện từ Fm của ống dây tác dụng lên lõi sắt. 23
Hình 2.8. Mô hình hóa các cơ cấu rung 25
(a) Mô hình cho bánh lệch tâm/cam của Pavlovskaia
(b) Mô hình cho nam châm điện của Franca
Hình 2.9. Mô hình mô tả cơ cấu RLC 07 26
Hình 2.10 Hành trình chuyển động của lõi sắt. 27
Hình 2.11 Hành trình chuyển động của lõi sắt trong phương án đưa lò
xo vào cơ cấu 28
Hình 2.12 Hành trình chuyển động của lõi thép theo phương án hai ống
dây nối tiếp 29
Hình 2.13 Quá trình chuyển động của lõi sắt ở phương án điều khiển
hành trình . 30
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu RLC - 09. 34
Hình 3.2 Mô hình cơ cấu rung va đập RLC-09 36
Hình 3.3 Ống dây khi được tháo vỏ ngoài. 40
Hình 3.4 Cơ cấu chuyển động ống dây trong thí nghiệm. 41
Hình: 3.5 Bánh xe trong hệ thống thí nghiệm 41
Hình 3.6 Hệ thống đường ray trong thí nghiệm. 42
Hình 3.7 Sống trượt dẫn hướng được lắp trên hệ thống ray 42
Hình 3.8 Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng 43
Hình 3.9 Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát 44
Hình 3.10 Cảm biến vị trí (LVDT) 45
Hình 3.11 Bộ điều chỉnh điện áp và thiết bị đo. 45
Hình 3.12 Đồng hồ đo điện trở, điện cảm, điện dung OMEGA - HHM30. 46
Hình 3.13 (a) Lực kế, (b)Phương pháp đo độ cứng lò xo 46
Hình 3.14 Đồ thị kiểm tra độ cứng lò xo 48
Hình 3.15 Thử nghiệm lò xo. 48
Hình 3.16 Bộ tiếp nhận dữ liệu DAQ USB-6008 49
Hình 3.17 Lắp đặt bộ phận chốt chặn khai thác lực va đập (a) khi khai
thác va đập từ ống dây, (b) khi khai thác va đập từ lõi sắt 51
Hình 3.18 Điều chỉnh lực ma sát giữa tấm trượt và hệ rãnh dẫn bằng
cách thay đổi khoảng cách S 52
Hình 3.19 Lắp đặt LVDT vào cơ hệ . 53
Hình 3.20 Kết cấu hệ thống thí nghiệm RLC-09. 54
Hình 4.1 (a) Sơ đồ chi tiết, (b) Hình ảnh của hệ thống thiết bị trong
thí nghiệm 57
Hình 4.2 Đồ thị chuyển động của cơ cấu RLC-09 trong 3 lần lấy số
liệu tại 80V điện áp cấp vào và khoảng va đập 3mm 59
Hình 4.3 Đồ thị chuyển động của cơ cấu RLC-09 với 5 khoảng va đập
tại 80V điện áp cấp vào. 60
Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5
giây của cơ cấu RLC-09 tại các điều kiện làm việc 63
Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5
giây của cơ cấu RLC-07 tại các điều kiện làm việc 64
Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 và cơ cấu RLC-07 tại các điều kiện
làm việc 64
Hình 4.7 Đặc tính và hành trình chuyển động của cơ cấu RLC-09 (a)
và cơ cấu RLC-07 (b) tại điều kiện tốt nhất cho từng cơ cấu. 65
Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây tại các điều kiện làm việc của cơ cấu RLC-09 ở mức ma
sát 6kg lực . 67
Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5
giây tại các điều kiện làm việc của cơ cấu RLC-07 ở mức ma
sát 6kg lực . 68
Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 và RLC-07 tại các điều kiện làm việc ở mức
ma sát 6kg lực 69
Hình 4.11 Dao động của lõi sắt, ống dây khi chạy tự do và ống dây khi thực hiện va đập sinh công tại điện áp cấp vào 95V (a,c,e) và
110V (b,d,f) . 71
Hình 4.12 Tần số dao động của lõi sắt, ống dây khi chạy tự do và ống dây khi thực hiện va đập sinh công tại điện áp cấp vào 95V (a,c,e) và 110V (b,d,f). 72
Danh mục các bảng, biểu
Bảng Nội dung Trang
Bảng 3.1 Số liệu đo được của các bộ lò xo tạo cộng hưởng cho ống dây. 47
Bảng 4.1 Lượng dịch chuyển sau thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09
ứng với các mức điện áp (U) và khoảng va đập (L) khác
nhau (Fms=4kg lực) 61
Bảng 4.2 Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-09 và lượng dịch chuyển của tấm trượt
sau thời gian 5 giây (Fms=4kg lực) 62
Bảng 4.3 Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-07 và lượng dịch chuyển sau thời gian
5 giây (Fms=4kg lực) 63
Bảng 4.4 Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-09 và lượng dịch chuyển sau thời gian
5 giây (Fms=6kg lực) 67
Bảng 4.5 Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-07 và lượng dịch chuyển sau thời gian
5 giây (Fms=6kg lực) 68