Tài liệu Hực nghiệm khai thác hiệu ứng giảm ma sát khi rung động trong máy đào ngầm ngang

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 tôi là: Hồ Hữu Đức Học viên: Lớp Cao học chuyên ngành kỹ thuật cơ 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 khi rung động trong máy đào ngầm ngang” . Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn này là của bản thân thực hiện, chưa được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, chưa có tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn. Thái nguyên, Tháng 10 năm 2016 Tác giả Hồ Hữu Đức iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ phía nhà trường, các thấy cô giáo trong Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, các thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành chương trình học và hoàn thiện luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắcđến giáo viên hướng dẫn khoa học của tôi, thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Văn Dự, ngườiđã định hướng, truyền đạt kiến thức, tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ tôitrong suốt thời gian làm luận văn này.Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. Chu Ngọc Hùng đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn. Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, các thầy giáo trong khoa Cơ khí Trường Cao đẳng nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốcđã tạo điều kiện để tôi được tham gia và hoàn thành khóa học này. Lòng biết ơn chân thành tôi xin bày tỏ với vợ và gia đình tôi, vì tất cả những gì mà mọi người đã dành cho tôi. Mọi người đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời gian tôi sống, học tập và làm luận văn. Cuối cùng, tôi xin cám ơn các bạn bè, đồng nghiệplớp CHK16 đã hỗ trợ và giúp đỡ trong thời gian học tập của tôi. Tôi xin chân thành cảm ơn! iv TÓM TẮT Trong nghiên cứu này,một cơ cấu rung - va đập mới theo phương ngang có thể tùy biến kích cỡ đã được thiết kế chế tạo thành công. Mô hình thí nghiệm dùng cơ cấu này cho phép đánh giá ảnh hưởng của rung động theo 3 phương đến hiệu ứng giảm ma sát. Một mô hình máy đào ngầm ngang mới, có khả năng tự di chuyển theo phương ngang mà không cần thiết bị hay lực tác động bên ngoài sử dụng cơ cấu rung va đập này đã cho phép điều chỉnh được các thông số như: khối lượng rung động, tần số lực cưỡng bức và cường độ rung động của cơ hệ, thu thập và phân tích ý nghĩa dữ liệu thí nghiệm một cách đầy đủ. Đã kiểm chứng và hiệu chỉnh đảm bảo khả năng làm việc ổn định nhằm thu được những giá trị các thông số ảnh hưởng tới tốc độ dịch chuyển của cơ cấu và khả năng thắng lực cản lớn. Một phạm vi ứng dụng rất hữu ích của cơ cấu đã được phát hiện thêm là trong các thiết bị tự di chuyển nhờ rung động (vibration-driven locomotion systems), không cần sử dụng thiết bị ngoài như bánh xe hay các cơ cấu chấp hành khác. Ngoài khả năng sử dụng trong máy đào ngầm ngang, hướng khai thác này có thể áp dụng trong các thiết bị thăm dò công nghiệp (khảo sát đường ống ngầm, cứu hộ) hoặc trong y tế (viên nội soi tự di chuyển – capsuled robots). Kết quả đã được gửi công bố và được chấp nhận cho chỉnh sửa để được xuất bản tại tạp chí “Journal of Vibration and Control” thuộc danh mục ISI (IF=1.64) với tên bài báo là “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 1 ...................................................................................................... 1 GIỚI THIỆU ................................................................................................ 1 1.1. Tổng quan.......................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................... 5 1.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................ 5 1.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................... 6 1.5. Cấu trúc luận văn .............................................................................. 6 Chương 2 ...................................................................................................... 8 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ...................... 8 2.1. Giới thiệu........................................................................................... 8 2.2. Các cơ cấu rung - va đập thông dụng................................................ 8 2.2.1. Cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm .................................... 8 2.2.2 Cơ cấu rung động theo phương ngang sử dụng cơ cấu cam .... 10 2.2.3 Cơ cấu rung động va đập theo phương ngang sử dụng bộ tạo rung shaker ................................................................................................. 11 2.2.4. Cơ cấu khai thác va đập của lõi sắt trong mạch RLC .............. 12 vi 2.2.5. Cơ cấu khai thác va đập của cuộn dây trong mạch RLC ......... 14 2.3. Cơ cấu rung - va đập mới theo phương ngang ............................... 15 2.3.1 Nguyên lý làm việc của shaker MS20 .................................... 16 2.3.2 Thiết kế và chế tạo hệ thống thí nghiệm .................................. 19 2.4 Kết luận chương ............................................................................... 30 Chương 3 .................................................................................................... 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 của vận tốc đến ma sát khi không rung động. ............. 34 3.4. Ảnh hưởng khi rung dọc đến ma sát ............................................... 36 3.5. Ảnh hưởng khi rung đứng đến ma sát ............................................. 39 3.6. Ảnh hưởng khi rung ngang đến ma sát ........................................... 41 3.8. Kết luận .......................................................................................... 43 Chương 4 .................................................................................................... 45 KHAI THÁC RUNG ĐỘNG – VA ĐẬP CHO MÁY ĐÀO NGẦM NGANG .................................................................................................................... 45 4.1 Giới thiệu.......................................................................................... 45 4.2. Lắp đặt và vận hành thí nghiệm ...................................................... 46 4.3. Khảo sát hoạt động của cơ cấu ........................................................ 48 4.4. Ảnh hưởng của tần số lực cưỡng bức ............................................. 51 4.4.1. Ảnh hưởng của tần số ở mức 1.71 A ....................................... 52 vii 4.5. Ảnh hưởng của 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 quả 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 ......................................................... 3 Hình 2.1. Cơ cấu rung Tsaplin [4] ............................................................... 9 Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm ............................ 9 Hình 2.3. Cơ cấu rung va đập được dùng trong máy đóng cọc đứng ....... 10 Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm của Lok [12]. ................................................. 11 Hình 2.5. Sơ đồ thí nghiệm khai thác rung va đập của Franca [13] .......... 12 Hình 2.6. Mô hình cơ cấu rung va đập sử dụng lõi sắt trong mạch RLC .. 13 Hình 2.7. Cơ cấu rung-va đập sử dụng cuộn dây trong 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 cơ cấu rung theo phương ngang ................... 18 Hình 2.11. Sơ đồ đánh giá rung động theo các phương khác nhau ........... 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 khi được đấu nối ................................................... 23 Hình 2.17. Xe mang shaker MS 20 trong hệ thống thí nghiệm ................. 24 Hình 2.18. Bánh xe trong hệ thống thí nghiệm .......................................... 24 Hình 2.19. Kích thước thiết bị MS20 ........................................................ 25 ix Hình 2.20. Hệ thống đường ray trong thí nghiệm ...................................... 26 Hình 2.21. Sống trượt dẫn hướng được lắp trên 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 dữ 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 của loadcell........ 29 Hình 2.27. Quan hệ giữa giá trị Lực và điện áp từ loadcell đã qua khuếch đại .................................................................................................................... 30 Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của ma sát ...... 33 Hình 3.2. Ảnh chụp hệ thống thí nghiệm thực ........................................... 33 Hình 3.3. Quan hệ giữa vận tốc trượt và hệ số ma sát ............................... 35 Hình 3.4. Lực ma sát khi cơ cấu không rung động .................................... 37 Hình 3.5. Giá trị lực ma sát ở chế độ không rung sau khi thống kê mô tả 37 Hình 3.6. Ảnh chụp kết quả thống kê mô tả khi rung dọc ......................... 38 Hình 3.7. Ảnh hưởng của rung dọc đến ma sát .......................................... 39 Hình 3.8. Ảnh chụp kết quả thống kê mô ta khi rung đứng ....................... 40 Hình 3.9. Ảnh hưởng của rung đứng đến ma sát ....................................... 41 Hình 3.10. Ảnh chụp thống kê mô tả khi rung ngang ................................ 42 Hình 3.11. Ảnh hưởng của 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 4. 2. Khảo sát lượng dịch chuyển của cơ cấu.................................... 48 Hình 4.3. Khảo sát lượng chuyển dịch của cơ cấu..................................... 49 Hình 4.4. Khảo sát lượng dịch chuyển khi khối lượng thay đổi ................ 50 Hình 4.5. Đồ thị ảnh hưởng chính của khối lượng và tần số ..................... 51 Hình 4.6. Lượng dịch chuyển khi tần số thay đổi ...................................... 52 Hình 4.7. Ảnh hưởng của tần số tới lượng dịch chuyển (cường độ 1.71 A)53 Hình 4.8. Ảnh hưởng của tần số tới lượng dịch chuyển (cường độ 1.18 A)54 Hình 4.9. Lượng dịch chuyển khi khối lượng rung động thay đổi ............ 55 Hình 4.10. Ảnh hưởng của khối lượng rung động tới lượng dịch chuyển . 56 Hình 4.11. Lượng dịch chuyển của bàn trượt sau 5 giây tại cường độ 1.71 A .................................................................................................................... 57 Hình 4.12. Lượng dịch chuyển của bàn trượt tại cường độ 1.18 A ........... 59 Hình 4.13. Đồ thị lượng dịch chuyển phụ thuộc tần số và khối lượng (cường độ 1.71A) ......................................................................................................... 60 Hình 4.14. Đồ thị lượng dịch chuyển phụ thuộc tần số và khối lượng (cường độ 1.18A) ......................................................................................................... 61 Hình 4.15. Sai khác thời điểm va đập ∆t.................................................... 63 Hình 4. 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 ở tần số 7 Hz (a) và tần số 9 Hz (b) ........... 65 Hình 4. 19. Lượng dịch chuyển của bàn trượt khi va đập ......................... 71 xi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3 1. 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 đứng ................................... 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 1.18 A. ......................................................................................................... 54 Bảng 4.3. Lượng dịch chuyển của bàn trượt sau 5s khi cường độ dòng điện 1.71 A ...................................................................................................................... 56 Bảng 4.4. Lượng dịch chuyển của bàn trượt sau 5s khi cường độdòng điện là 1.71 A. ............................................................................................................. 57 Bảng 4.5. Lượng dịch chuyển của bàn trượt sau 5s khi cường độ dòng điện là 1.18 A. ............................................................................................................. 58 Bảng 4.6 Sai khác thời gian khi cường độ dòng điện 1.18 A; khối lượng rung 2.5 kg. .............................................................................................................. 66 Bảng 4. 7 Sai khác thời gian, hệ số thời gian và lượng dịch chuyển sau 5 giây (cường độ 1.18 A) ........................................................................................... 67 Bảng 4.8. Sai khác thời gian, hệ số thời gian và lượng dịch chuyển sau 5 giây (cường độ 1.71 A) ........................................................................................... 68 xii Bảng 4.9. Lượng dịch chuyển sau một lần va đập tại cường độ 1.18 A, khối lượng rung động là 2.5 kg. .............................................................................. 71 Bảng 4.10. Sai khác thời gian, hệ số thời gian và lượng dịch chuyển sau 5 giây (cường độ 1.18 A) ........................................................................................... 72 Bảng 4.11. Lượng dịch chuyển 1 lần va đập, hệ số thời gian va đập và lượng dịch chuyển sau 5 giây (cường độ 1.71A) ...................................................... 73 Bảng 4.12. Giá trị tần số tự nhiên tương ứng của cơ hệ ................................. 76 1 Chương 1 GIỚI THIỆU Nội dung chương này giới thiệu các cơ sở lý luận của đề tài. Phần thứ nhất, phần 1.1, sẽ giới thiệu tóm tắt nghiên cứu tổng quan về các kết quả nghiên cứu liên quan ở trong và ngoài nước, từ đó thấy được tính cấp thiết của đề tài. Phần 1.2 trình bày mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu được đặt ra cho đề tài. Cuối cùng, cấu trúc nội dung của báo cáo sẽ được trình bày trong phần 1.3. 1.1. Tổng quan Ứng dụng của rung động kết hợp với va đập trong các máy xây dựng đã được biết đến ở Liên Xô (cũ) từ những năm 1940. Cơ cấu rung-va đập đầu tiên, còn được biết đến với tên gọi “búa rung-va đập”, được Tsaplin giới thiệu năm 1949 [1]. Các nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng va đập kết hợp với rung động đã làm tăng hiệu năng của cơ cấu “xét về cả khả năng xuyên sâu xuống đất lẫn tốc độ xuyên” [2]. Năm 1955, Lukomskii đã khảo sát ảnh hưởng của các thông số độ cứng lò xo và khoảng cách búa-điểm tiếp nhận va đập, từ đó có những đóng góp quan trọng cho việc thiết kế các cơ cấu rung-va đập sau đó [2]. Ảnh hưởng tích cực của rung động đến việc làm giảm sức cản tiếp tuyến cũng như hệ số ma sát của đất cát đối với các đối tượng chuyển động đã được nghiên cứu bởi Barkan [3]. Các kết quả nghiên cứu này sau đó đã được khẳng định bằng các nghiên cứu thực nghiệm của Rodger and Littlejohn [4], không những cho các vật liệu đất cát mà còn cho những vật liệu kém dính kết khác. Các thành tựu nghiên cứu đã được ứng dụng trong các máy đóng cọc, tấm, máy đầm rung và nhiều thiết bị xây dựng khác. 2 Trong một xu hướng tương tự, kỹ thuật tạo các đường ống nhỏ, xuyên ngầm dưới lòng đất nhưng theo phương ngang đã được phát triển rất mạnh mẽ ở các nước công nghiệp phát triển. Các máy tạo các đường này được gọi là Impact Moling. Thuật ngữ Moling cũng được dùng để chỉ kỹ thuật tạo các đường ngầm nằm ngang nhưng sử dụng phương pháp KHÔNG đào-lấp (Trenchless). Kỹ thuật này, như được định nghĩa trong [5], “là một phương pháp không đào-lấp dùng để lắp đặt các đường ống dẫn cáp tín hiệu, ống dẫn nước và các dạng ống khác có kích thước nhỏ. Kỹ thuật này sử dụng các dụng cụ va đập được sử dụng để nén đất tạo thành đường ống chứ không di chuyển đất ra ngoài”. Các máy móc loại này, cũng theo [5], có thể tạo các lỗ và đặt đường ống ngầm có kích thước thông thường từ 12 đến 100 mm, tối đa đến 250 mm. So với phương pháp đào-lấp truyền thống, kỹ thuật Moling có ưu điểm nổi trội là không phá hủy các công trình đã có trên mặt đất. Thêm nữa, nó tiết kiệm đáng kể công sức và giá thành. Trong nhiều dự án, thời gian tiết kiệm được so với các đào-lấp truyền thống có thể là nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày [5]. Cho đến nay, các máy đào ngầm Moling thương mại vẫn chỉ có thể khai thác tính năng va đập thuần túy, bằng cách sử dụng các đầu búa dạng piston khí nén. Nguyên lý làm việc của một máy đào ngầm ngang được trình bày trên hình 1.1. 3 Hình 1.1. Nguyên lý đào ngầm ngang Trên hình 1.1, máy đào ngầm sử dụng nguyên lý nén đất để tạo đường ống ngầm. Nguyên lý này đã được chứng thực là thích hợp với các dạng đất có thể nén được như đất sét, đất phù sa, than bùn… Tuy nhiên, với các dạng đất khó dính kết như cát chẳng hạn, vấn đề khó khăn nảy sinh là rất khó giữ được hướng chuyển động thẳng và ổn định cho máy. Việc tích hợp rung động vào máy không những làm tăng năng suất mà còn làm tăng thêm khả năng dính kết và hóa bùn (fluidisation) của lớp vỏ đường ngầm được tạo thành [3]. Tuy nhiên, cho đến nay, ý tưởng tích hợp rung vào các máy Moling vẫn mới chỉ được thử nghiệm trong các nghiên cứu và thí nghiệm. Hầu hết các nghiên cứu đều sử dụng mô hình bánh lệch tâm của Tsaplin. Cơ cấu lệch tâm có nhược điểm lớn là cồng kềnh, rất khó áp dụng vào các máy Moling. Dù vậy, các nhà nghiên cứu vẫn sử dụng cơ cấu này trong các nghiên cứu thực nghiệm của họ do chưa tìm được cơ cấu phù hợp. Chẳng hạn, các nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng của Pavlovskaia và Wiercigroch [6,7], Woo [8-9] đều sử dụng mô hình này để kiểm chứng. 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 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 lý nam châm điện. Cơ cấu này cũng đòi hỏi kích thước máy khá lớn để có thể sinh được lực va đập đủ lớn. Các ví dụ ứng dụng của nguyên lý dùng nam châm điện như chuông điện, bơm phun... có thể minh hoạ rằng cơ cấu dạng này chỉ phù hợp cho ứng dụng cần biên độ rung cũng như lực va đập nhỏ. Trong nỗ lực tìm kiếm mô hình cơ cấu rung nhỏ gọn, khả dĩ đưa vào máy đào ngầm Moling, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra khả năng hoạt động tối ưu nhất cho cơ cấu. Năm 2007, tác giả Nguyễn Văn Dự đã nghiên cứu và chế tạo thành công 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 hoàn của ống dây trong mạch RLC đã được phân tích và kiểm chứng bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, cơ cấu rung va đập dựa trên mạch cộng hưởng RLC vẫn tồn tại nhược điểm là không điều chỉnh được biên độ và tần số rung động. Đây là hai thông số rất quan trọng trong các bài toán rung động và va đập. Gần đây, cơ cấu rung va đập được nhiều nha nghiên cứu quan tâm, ứng dụng trên các hệ thống tự hành không bánh xe [16-18]. Ưu điểm của cơ cấu này là nhỏ gọn, có thể cung cấp chuyển động cho hệ thống trong các môi trường có lực cản khác nhau mà không cần lực tác động từ bên ngoài. Trong các nghiên cứu này, một số thông số làm việc quan trọng như độ cứng lò xo, tần số và biên độ, cường độ lực cưỡng bức rung động, hình dạng vỏ máy đã được đánh giá là có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ dịch chuyển và được tối ưu hóa theo chỉ tiêu 5 này. Tuy nhiên, trong một hệ rung động, khối lượng rung có liên quan mật thiết với tần số lực cưỡng bức. Ảnh hưởng đồng thời của hai thông số này chưa được tìm 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 khiển tần số rung động phù hợp với khối 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 thể điều chỉnh được các thông số vào, thu thập được dữ liệu đầu ra;  Đánh giá được ảnh hưởng của các thông số chính đến tốc độ dịch chuyển của cơ cấu;  Lựa chọn được vùng làm việc hợp lý nhất cho cơ cấu trong điều kiện tương tự các máy đào ngầm ngang ( Moling Machine). 1.3. Nội dung nghiên cứu  Tìm hiểu nguyên lý làm việc của các cơ cấu rung và va đập theo phương ngang đã có;  Đề xuất và thử nghiệm cơ cấu rung va đập mới đáp ứng hai chỉ tiêu: kích thước nhỏ gọn và có thể điều chỉnh được biên độ, tần số; 6  Chế tạo mô hình thí nghiệm mới cho cơ cấu;  Kết nối các dụng cụ đo để thử nghiện và thu thập dữ liệu về các thông số vào-ra của mô hình thí nghiệm;  Thực nghiệm nhằm xác định ảnh hưởng của rung động đến ma sát, xác định các thông số ảnh hưởng chính đến tốc độ dịch chuyển của cơ cấu;  Thiết kế và triển khai thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng làm việc của cơ cấu rung-va đập mới theo chỉ tiêu lượng dịch chuyển;  Thực nghiệm lựa chọn các thông số làm việc hợp lý nhất;  Đánh giá hiệu quả và khả năng phát triển, ứng dụng mô hình. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:  Nghiên cứu thiết kế: Dựa trên nguyên tắc hoạt động của các cơ cấu tạo rung động;  Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát, phân tích và đánh giá trên mô hình thí nghiệm thực; 1.5. Cấu trúc luận văn Nội dung báo cáo đề tài được chia thành 4 chương với các nội dung chính như sau. Chương 1, trình bày một cách tóm tắt nghiên cứu tổng quan nhằm nêu bật nhu cầu, tính cấp thiết của đề tài; các cơ sở phương pháp luận như mục tiêu, cách tiếp cận, phạm vi nghiên cứu và các kết quả 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 đứng, 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, các bước tiến hành thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm rung va đập mới theo phương ngang. Thiết bị và sơ đồ thí nghiệm để khảo sát các đặc tính của hệ thống sẽ được mô tả cụ thể. Các thiết bị đo và cách thức tiến hành thí nghiệm khảo sát động lực học và lợi ích của cơ cấu mới cũng được trình bày chi tiết. Trong phần 2.2, các cơ cấu rung-va đập đã có sẽ được phân tích, từ đó rút ra nguyên tắc hoạt động chung của chúng. Trên cơ sở đó, đề xuất các mô hình thí nghiệm rung va đập mới theo phương ngang. Phần 2.3, sẽ giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc và tóm tắt các thông số chế tạo cơ bản của các mô hình thí nghiệm rung va đập mới theo phương ngang. Phần kết luận chương sẽ được trình bày trong phần 2.4. 2.2. Các cơ cấu rung - va đập thông dụng Phần này sẽ giới thiệu tóm tắt cấu tạo, nguyên lý làm việc của các cơ cấu tạo rung va đập thông dụng và các mô hình nghiên cứu thực nghiệm đã có. 2.2.1. Cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm Cơ cấu được Tsaplin đề xuất năm 1949 [1], mô hình bánh quay lệch tâm được thể hiện trên hình 2.1