Tài liệu Thiết kế bán cổng trục

1 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HỒ HỮU BÌNH Người hướng dẫn khoa học: TS. Đinh Minh Diệm THIẾT KẾ BÁN CỔNG TRỤC Phản biện 1: TS. Nguyễn Xuân Hùng Phản biện 2: PGS, TS. Phạm Phú Lý Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số : 60.52.04 Luận văn sẽ ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 3, 4 tháng 12 năm 2011. TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu Luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng; - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. Đà Nẵng - Năm 2011 3 4 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, hầu hết trong các ngành công nghiệp ñều sử dụng thiết Nghiên cứu giới thiệu tổng quan các thiết bị nâng chuyển hiện nay; Nghiên cứu bài toán ñộng lực học cơ cấu nâng bán cổng trục; Thiết kế, chế tạo mô hình bán cổng trục. bị nâng chuyển. Đối tượng phục vụ của thiết bị nâng chuyển là các nhà 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU máy sản xuất cơ khí, bến cảng, nhà ga, kho bãi, các cảng container, các - Kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. công trình xây dựng, các nhà máy ñóng tàu, các khu công nghiệp với 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI lưu lượng hàng vận chuyển lớn. Các loại máy trục chủ ñạo phục vụ cho - Nghiên cứu lý thuyết ñiều khiển từ xa. các ñối tượng trên hiện nay và trong tương lai gần, dự báo cũng chỉ là - Chủ ñộng thiết kế và chế tạo các loại thiết bị tương tự. cần trục dạng cần với biểu thể là cần trục chân ñế, cần trục tháp hoặc - Kết quả ñạt ñược của bài toán ñộng lực học có thể dùng ñể tham cần trục kiểu dầm với biểu thể là cầu trục, cổng trục, cầu chuyển tải. Trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện ñại hoá và hội nhập khảo hoặc là những số liệu ñịnh hướng cho những nghiên cứu về ñộng lực học tiếp theo sau này. kinh tế quốc tế ở nước ta hiện nay, yêu cầu về nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo các loại máy trục phục vụ cho hệ thống cảng biển - Phục vụ công tác ñào tạo tại các cơ sở ñào tạo và các ñơn vị sản xuất. nước sâu, các khu công nghiệp ngày càng nhiều và cấp thiết. Các phương pháp tính truyền thống sử dụng lý thuyết sức bền vật liệu, các công thức kinh nghiệm, các bảng tra, các hệ số làm cho kết - Hoàn thiện trong quá trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp, khắc phục các nhược ñiểm của các thiết bị nâng hạ. 6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN quả tính toán có ñộ chính xác không cao. Với khả năng ứng dụng Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận văn bao gồm 4 chương: phương pháp phần tử hữu hạn và sự hỗ trợ của phần mềm MATLAB có Chương 1 – Giới thiệu tổng quan về các thiết bị nâng chuyển thể hoàn thiện phương pháp tính toán, thiết kế mục ñích giảm khối Chương 2 – Tính toán thiết kế bán cổng trục lượng, giá thành và tăng ñộ tin cậy trong quá trình khai thác. Chương 3 – Lý thuyết ñiều khiển từ xa Vì vậy, với lý do ñã trình bày tôi chọn ñề tài: “THIẾT KẾ BÁN Chương 4 – Thiết kế chế tạo mô hình bán cổng trục CỔNG TRỤC ” ñể làm ñề tài luận văn tốt nghiệp cao học. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mô hình hoá bài toán ñộng lực học trong thiết bị nâng chuyển, CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN 1.1. dựa trên các thông số kỹ thuật và các phần tử quy dẫn ñể viết ñược các phương trình vi phân chuyển ñộng cơ cấu nâng và giải các phương trình ñó với sự trợ giúp của phần mềm MATLAB. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Giới thiệu tổng quan và nhu cầu sử dụng của các TBN trong thực tế 1.1.1. Giới thiệu tổng quan Máy trục và thiết bị nâng hạ ñược gọi chung là máy trục, là loại máy hoạt ñộng chu kỳ dùng ñể nâng hạ và vận chuyển hàng trong phạm 5 6 vi không lớn. Máy trục là một trong những phương tiện chủ yếu dùng tôi nhận thấy rằng cần tiến hành nghiên cứu ñộng lực học cơ cấu nâng ñể cơ giới hoá công tác xếp dỡ và vận chuyển hàng hoá. cổng bán trục. Đồng thời sử dụng phần mềm MATLAB ñể tính toán tần 1.1.2. số riêng, dạng riêng của hệ dao ñộng và tính toán bài toán ñộng lực học Nhu cầu của thiết bị nâng chuyển trong thực tế Hiện nay, hầu hết trong các ngành công nghiệp ñều sử dụng thiết cơ cấu nâng cầu trục. bị nâng chuyển. 1.2. CHƯƠNG 2 Phân loại thiết bị nâng chuyển TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁN CỔNG TRỤC 10 TẤN 1.2.2.1. Cần trục 2.1. Sơ ñồ, nguyên lý hoạt ñộng 2.1.1. Sơ ñồ bán cổng trục 2.1.2. Nguyên lý hoạt ñộng 1.2.2.2. Cầu trục 2.2. 1.2.1. Khái niệm 1.2.2. Phân loại 2.2.1. 1.2.2.3. Palăng Thiết kế phần cơ khí Chọn kết cấu dầm  Chọn bán cổng trục có kết cấu dạng hộp: dầm chính và chân 1.2.2.4. Cổng trục 1.2.2.5. Xe nâng hạ bán cổng dạng hộp, trên có hai thanh ray ñể xe lăn di chuyển (xem Hình 1.2.2.6. Bán cổng trục 2.2). 5 AA 4 Hình 1.1. Bán cổng trục 3 2 A
Bán cổng trục là sự kết hợp của nửa cầu trục và nửa cổng trục vì loại này có kết cấu một bên di chuyển trên ñường ray ñặc trên cao dọc theo nhà xưởng, một bên di chuyển trên ray bố trí trên mặt ñất nhờ cơ cấu di chuyển (xem Hình 1.1). 1.3. Giới thiệu các loại bán cổng trục và các thông số kỹ thuật của bán cổng trục 1.3.1. Một số ñặc ñiểm của bán cổng trục 1.3.2. Một số loại bán cổng trục 1.3.3. Các thông số kỹ thuật của bán cổng trục 1.4. Nhận xét và kết luận Qua nghiên cứu tổng quan và nhu cầu sử dụng của các thiết bị nâng trong thực tế nói chung cũng như bán cổng trục nói riêng, chúng A Hình 2.1. Chân cổng và dầm chính dạng hộp 1. Chân bán cổng trục; 2. Dầm chính; 3. Ra; 4. Xe hàng; 5. Bánh xe 2.2.2. Chọn sơ ñồ ñộng học cơ cấu nâng Sử dụng cơ cấu nâng dẫn ñộng bằng ñiện (xem Hình 2.3). 1 7 1 8 2 3 1 5 4 2 4 3 4 5 Hình 2.4. Sơ ñồ dẫn ñộng với cầu cân bằng 5 4 1- Động cơ; 2- Nối trục ñàn hồi; 3- Hộp giảm tốc; 4- Bánh xe; 5- Bánh răng ăn khớp ngoài Hình 2.2. Sơ ñồ cơ cấu nâng, ñộng cơ và tang cùng phía 1- Động cơ ; 2.2.3. 2- Nối trục ñàn hồi; 3- Hộp giảm tộc; 2.3. Nghiên cứu ñộng lực học cơ cấu nâng cổng bán trục Nhiệm vụ và phân loại bài toán ñộng lực học 4- Khớp nối; 5- Tang 2.3.1. Chọn sơ ñồ ñộng học cho cơ cấu di chuyển xe con 2.3.1.1. Nhiệm vụ của bài toán ñộng lực học Phương án này nhỏ gọn, truyền ñộng ñơn giản, chiếm không gian Nhiệm vụ của ñộng lực học là vận dụng các kiến thức về ñộng nhỏ và thuận tiện cho việc bố trí lên các xe lăn. Phương án này tiện cho lực ñể nghiên cứu các vấn ñề riêng biệt trong ngành chế tạo máy, nhờ việc tháo lắp các chi tiết ra thành từng cụm, tuy nhiên trục truyền quay ñó nghiên cứu mối quan hệ giữa chuyển ñộng và lực tác ñộng cũng như với tốc ñộ bé, mô men xoắn lớn nên kích thước trục to (xem Hình 2.4). ứng suất. 1 2 2.3.1.2. Phân loại của bài toán ñộng lực học 3 2.3.2. Đặc ñiểm cấu tạo cơ cấu nâng bán cổng trục 2.4. Mô hình hoá bài toán ñộng lực học cơ cấu nâng bán cổng trục 5 4 4 4 Các khái niệm cơ bản về ñộng lực học 2.4.2. Mô hình ñộng lực học Trên cơ sở mô hình trong bản vẽ thiết kế hay mô hình máy thực 5 Hình 2.3. Sơ ñồ trục truyền chậm 2.2.4. 2.4.1. tế chúng ta dùng các giả thiết tính toán ñể ñơn giản hoá, sau ñó ñưa về 1- Động cơ; 2- Nối trục ñàn hồi; 3- Hộp giảm tốc; mô hình tính toán ñộng lực học. 4- Khớp nối; 5- Bánh xe 2.4.3. Chọn sơ ñồ ñộng học cho cơ cấu di chuyển bán cổng trục Với cơ cấu di chuyển này thì yêu cầu về ñộ phẳng của ray cao hơn so vớ các phương án trên (xem Hình 2.5). Các toạ ñộ suy rộng Toạ ñộ suy rộng là các ñại lượng ñặc trưng cho chuyển ñộng tịnh tiến (ñộ dài) và chuyển ñộng quay (góc). Ví dụ: Dao ñộng con lắc hai bậc tự do. 9 10 q1 - toạ ñộ suy rộng (góc quay X q1 l1 của khối lượng m1), X q2 - toạ ñộ suy rộng (góc quay m1 l2 m2 q2 X Q1 q1 l1 dq1 của khối lượng m2 q1 m1 l1 m1 q2 Hình 2.1. Mô hình dao ñộng dq2 Q2 l2 q2 m2 con lắc hai bậc tự do Y 2.4.3.1. Độ dịch chuyển khả dĩ Độ dịch chuyển khả dĩ là dịch chuyển vô cùng bé bên trong hệ thống ñộng lực học mà không phá vỡ các liên kết của hệ thống ñộng lực Y Y Hình 2.2. Các lực suy rộng và các di chuyển khả dĩ của con lắc 2.4.3.4. Hệ phương trình chuyển ñộng Lagrange loại II cho phép. δq1, δq2 - Các ñộ dịch chuyển khả dĩ. Hệ phương trình chuyển ñộng Lagrange loại II, [8,tr.8] 2.4.3.2. Công khả dĩ d  ∂T  dt  ∂q& i Công khả dĩ là công của các lực tác ñộng lên hệ nằm ở trạng thái cân bằng tĩnh với ñộ dịch chuyển khả dĩ. Qi.δqi = 0 Trong ñó: (2.1) (i=1,2,3....n) (2.3) qi - toạ ñộ suy rộng; Qi - lực suy rộng; T - tổng ñộng năng Qi - lực suy rộng của phần tử thứ i, của hệ; U - tổng thế năng của hệ; Φ - hàm hao tán của hệ; δqi - Độ dịch chuyển khả dĩ của toạ ñộ qi, n - số bậc tự do của hệ 2.5. Mô hình ñộng lực học cơ cấu nâng cầu trục 2.4.3.3. Lực suy rộng Lực suy rộng là các lực mà trị số của chúng thoả mãn ñiều kiện tích của lực suy rộng Qi với ñộ dịch chuyển δqi. Qi .δqi = ∑ Fi ε i cos(Fi , ε i ) Trong ñó: Trong ñó:  ∂T ∂Φ ∂U  − + + = Qi  ∂qi ∂q& i ∂qi 2.5.1. Phương pháp xây dựng mô hình ñộng lực học Khi nghiên cứu bài toán ñộng lực học bán cổng trục, ñầu tiên cần phải phát thảo các thông số ñặc trưng của bán cổng trục. Trên cơ sở (2.2) bản vẽ kỹ thuật chúng ta xây dựng mô hình tính toán bằng các phần tử Qi - lực suy rộng; Fi - lực kích thích quy dẫn bao gồm: Các khối lượng quy dẫn; Các phần tử ñàn hồi; Các δqi - di chuyển khả dĩ phần tử dập tắt dao ñộng; Các ngoại lực tác dụng. 11 2.5.2. 12 Phương pháp quy dẫn các phần tử của hệ chuyển ñộng 2.5.3. + Quy dẫn khối lượng: Việc quy dẫn khối lượng của các phần tử Mô hình ñộng lực học cơ cấu nâng cầu trục . chuyển ñộng dựa trên nguyên tắc cân bằng ñộng năng của hệ cần quy dẫn và ñộng năng của hệ quy dẫn. Te = Tri (2.4) Trong ñó: Tri - ñộng năng của hệ sau khi quy dẫn về phần tử thứ i Te - tổng ñộng năng của các phần tử trong hệ cần quy Ha-Giai ñoạn 1 dẫn về phần tử thứ i. 1 T = θ ri ω 2 2 i r θri mri Trong ñó: ; 1 T = mri v 2 2 i r (Pha 1) Hb-Giai ñoạn 2 Hc-Giai ñoạn 3 ( Pha 2) (Pha 3) Hình 2.3. Mô hình ñộng lực học của cầu trục (2.5) Giai ñoạn 1: Chạy không tải, tang cuốn cáp quay hết ñộ trùng cáp. khối lượng quy dẫn có chuyển ñộng quay Giai ñoạn 2: Tang cuốn cáp tiếp tục quay làm cho lực căng trong cáp - khối lượng quy dẫn có chuyển ñộng tịnh tiến tăng giá trị 0 tới lực căng tĩnh lúc này hàng vẫn nằm trên mặt ñất. + Quy dẫn ñộ cứng của lò xo: Giai ñoạn 3: Tang cuốn cáp tiếp tục quay, hàng ñược nâng thực sự, rời Độ cứng của lò xo thép ñược xác ñịnh bằng công thức: khỏi mặt ñất S= Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn chỉ xây dựng mô hình G.d 4 8.n.D 3 (2.6) ñộng lực học của giai ñoạn nâng hạ hàng từ vị trí cáp căng (ñộ trùng cáp δ = 0). Các tác giả [8], [15] ñã xây dựng mô hình ñộng lực như sau: Trong ñó: Các giả thiết khi xây dựng mô hình ñộng lực học: G - Môñun trượt của thép; d - ñường kính dây lò xo, mm - Dầm chính có khối lượng quy dẫn là m3, ñược ñặt trên hai gối lò D - ñường kính lò xo, mm xo có ñộ cứng là S2; Khối lượng hàng nâng và cụm Puli móc câu ñược Việc quy dẫn ñộ cứng của lò xo cũng dựa trên nguyên tắc cân quy dẫn có khối lượng là m2, ñộ cứng của cáp nâng là S1; Bỏ qua ñộ n - số vòng làm việc của lò xo; cứng bộ máy nâng hạ hàng và không xét tới yếu tố dập tắt dao ñộng bằng thế năng của hệ. Ue = Ur Trong ñó: (2.7) ñứng từ vị trí treo hoặc tại vị trí mà ñộ trùng cáp bằng 0. Ue - tổng thế năng của hệ cần quy dẫn; Ur - thế năng của hệ ñã ñược quy dẫn Ue = 1 1 n 2 ∑ S i .∆li2 ; U r = 2 S r .∆l r 2 i =1 trong toàn mô hình ñộng lực học; Hàng ñược nâng theo phương thẳng (2.8) 13 Y 1 14 Vì v2 = q& 2 và v3 = q& 3 nên ñộng năng của hệ như sau: i1 M(q1) z q1 1 1 1 T = θ 1 q&12 + m2 q& 22 + m3 q& 32 2 2 2 ) Thế năng của hệ: U = U1 + U2 qd D L1 L2 S2 /2 q3 S1 q2 S2 /2 U1 - thế năng tích luỹ trong cáp hàng và thế năng vị trí của hàng U2 - thế năng tích luỹ trong lò xo S2 và thế năng vị trí của kết cấu X thép cầu trục Gọi: Hình 2.4. Mô hình ñộng lực học cơ cấu nâng cầu trục ba bậc tự do R= Các ký hiệu: θ1- mômen quán tính của Rôto ñộng cơ và khớp nối trục; m2 - khối lượng hàng nâng và cụm puli móc câu; m3 - khối lượng quy dẫn của kết cấu thép; M ( q&1 ) - ñường ñặc tính ngoài của ñộng cơ; S1 - ñộ cứng quy dẫn của cáp nâng; S2 - ñộ cứng quy dẫn của dầm chính cầu trục; z = 2 - số nhánh cáp cuốn vào tang (tang kép); i1 - tỷ số truyền của hộp giảm tốc; i2 - số nhánh cáp theo puli di ñộng; qd - toạ ñộ suy rộng của tang. Mô hình ñộng lực học ñược ñặt vào toạ ñộ suy rộng XOY và q1, q2, q3 là toạ ñộ suy rộng tương ứng với các khối lượng θ1, m2, m3. Thiết lập phương trình vi phân chuyển ñộng Sử dụng phương trình Lagrange loại II, [7,tr.8]  ∂T ∂Φ ∂U  − + + = Qi  ∂qi ∂q& i ∂qi (i = 1,2,3...n) (2.9) - bán kính quy ñổi (2.13) Các biến dạng của lò xo xác ñịnh như sau: m .g m .g ∆ 1 = 3 ; ∆ 2 = 2 ; ∆ 3 = −q3 ; S1 (2.14)S 2 m .g i2 .S1 (2.14) ∆l =ñó:2 ∆1:+ñộ i2 (lún Rqcủa + qS3 2) khi chịu trọng lượng kết cấu lò2 xo Trong 1 −q thép cầu trục; ∆2: ñộ lún của lò xo S2 khi chịu trọng lượng của hàng; ∆3: chuyển dịch của khối lượng m3; ∆l: ñộ dãn dài của cáp nâng hàng (2.15) Thay (2.15) vào biểu thức (2.12), chúng ta có biểu thức xác ñịnh thế năng của hệ như sau: 2 Động năng của hệ: 1 1 1 T = θ 1 q&12 + m 2 v 22 + m3 v32 2 2 2 z. D 2.i1 .i2 Từ ñó ta có: 1 1 2 (2.15) U 1 = S1 ∆l 2 + m 2 gq 2 ; U S 2 (∆ 1 + ∆ 2 + ∆ 3 ) + m3 gq3 2 = 2 2 X0, Y0 ... là toạ ñộ ñiểm xuất phát ban ñầu của mô hình. d  ∂T  dt  ∂q& i (2.12) Trong ñó: m3 m2 2.5.4. (2.11) U = U1 + U 2 = 2   1  m2 g 1 m g m g S1  + i2 (Rq1 + q3 − q 2 ) + m2 gq 2 + S 2  3 + 2 − q3  + m3 gq3 2  i2 S1 2  S2 S2 (2.16)   (2.10) (2.16) ∂T = θ1 q&1 ∂q&1 ; ∂T =0 ∂q1 15 16 Tính các ñạo hàm riêng: θ1 Đặt: D1 = d  ∂T d  ∂T  ∂T   − = θ1 q&&1 ; D2 =  dt  ∂q&&2 dt  ∂q&1  ∂q1 D3 = d  ∂T  ∂T  − = m3 q&&3 dt  ∂q&&3  ∂q3 N1 = 0   0  ∂T  − = m 2 q&&2 ;  ∂q 2 m g  ∂U = S1  2 + i 2 (Rq1 − q 2 + q3 )i 2 R ∂q1  i2 S1 
N1 = m2gR + i22S1(R2q1 - Rq2 + Rq3) Tương tự ta có: m g  ∂U N2 = = S1  2 + i2 R(Rq1 − q 2 + q3 ) (−i2 ) + m2 g ∂q 2  i 2 S1  2
N2 = -i2 S1(Rq1 - q2 + q3) m2 0   R2 − R 0   q&&1   0 .q&&2  + i22 S1 − R 1  m3   q&&3  −1  R     q1   M (q&1 ) − m2 gR    − 1 .q 2  =  0   S   0 1 + 2 2   q3    i 2 S1   (2.24) R Mq&& + Sq = F (t ) (2.25) Trong ñó: M - ma trận khối lượng; S - ma trận ñộ cứng; (2.17) F - Vectơ tải trọng suy rộng Điều kiện biên theo chiều dương hình vẽ: (2.18) q10 = q20 = q30 = 0 (2.26) Tần số dao ñộng riêng: det(S - α2M) = 0 (2.19) (2.20) Hay: Trong ñó: Biến ñổi và rút gọn ta ñược:   S2   2  q3  N(2.21) 3 = i 2 S1  Rq1 − q 2 + 1 + 2   i2 S1   0 (2.21)   1 det i 22 S1  S ∗ − α 2 2 M  = 0 i2 S1    2  −R R  R ∗  S = −R 1 −1   S  − 1 (1 + 2 2 ) (2.29) R i2 S1   (2.27) (2.28) (2.29) Lực suy rộng: Q1 = M (q&1 ) ; Q2 = 0 ; Q3 = 0 Đặt: Phương trình vi phân chuyển ñộng viết dưới dạng ma trận: Di + Ni = Qi ; (i = 1 - 3) β2 =α2 1 i S1 2 2 ; α2 = i22.β2.S1 (2.23) Sắp xếp lại dạng ma trận chuẩn như sau: Ta có:     R 2 − β 2θ  − R R 1   2 D = det  − R 1 − β m2 −1  = 0  S2  R −1 1 + 2 − β 2 m3     i2 S1   (2.30) 17 18 Khai triển ñịnh thức theo nguyên tắc Cramer, cuối cùng chúng ta có phương trình trùng phương ẩn là β như sau: 4 Aβ + Bβ + C = 0 (2.31) Trong ñó: ; C= Qm = 210kg Trọng lượng cầu và cơ cấu di chuyển cầu: Gc = 12300kg 2 S   1+ 2 2   R2 i2 S1 1  B = − + + m3   θ1 m2     Trọng lượng bộ phận mang vật: S 2 θ1 + R 2 m 2 . ; i22 S1 θ1 .m2 .m3 A=1 Khẩu ñộ: L = 14m = 14000mm Tốc ñộ nâng: vn = 14,5m/ph Chiều cao nâng: H = 12m Đường kính tang: d = 400mm Chế ñộ làm việc trung bình; Giải phương trình (2.31) ta có: Số nhánh cáp theo puli ñộng: i2 = 4 Số nhánh cáp cuốn vào tang: z=2 Với các thông số ban ñầu ở trên, ta lần lượt tính toán các thông số 2 ω1, 2 = θ 1 + R 2 m2 1  R 2 i 22 S1 i22 S1 i22 S1 + S 2  1  R 2 i22 S1 i22 S1 i22 S1 + S 2  2 + + ± + + − i S S .     2 1 2 2  θ1 m2 m3 4  θ1 m2 m3 θ 1 m 2 m3   (2.32) Chu kỳ nhỏ nhất của các dao ñộng riêng: Tmin = 2π ω1 cần thiết khác phục vụ cho việc giải bài toán ñộng lực học. Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác ñịnh theo (2-78)[3 ,tr.48]: Hiệu suất của cơ cấu bao gồm: η = ηp.ηt.ηo = 0,99.0,96.0,92 = 0,87 (2.33) Trong ñó: 2.6. Ứng dụng phần mềm tính toán ñể giải ηp = 0,99 - hiệu suất palăng 2.6.1. ηt = 0,96 - hiệu suất tang Giới thiệu chung về các phần mềm tính toán Trong phạm vi của luận văn này, chỉ sử dụng hệ chương trình MATLAB ñể tính toán tần số riêng, dạng riêng của hệ dao ñộng và tính toán bài toán ñộng lực học cơ cấu nâng cầu trục của luận văn này. Bảng (2.34) ηo = 0,92 - hiệu suất bộ truyền có khớp nối
N= Q.v n 100000.14,5 = = 27,8kW 60.1000.η 60.1000.0,87 (2.35) 3-1 liệt kê một số hàm tính toán thường sử dụng của các hệ chương Tương ứng với chế ñộ làm việc trung bình, chọn ñộng cơ ñiện trình tính toán, [6,tr.180-182]. 2.6.2. Chương trình tính toán trong MATLAB 2.6.2.1. Các số liệu phục vụ tính toán Công suất danh nghĩa: Các số liệu sau ñây theo số liệu cầu trục ñã chế tạo [3,tr.204] Tải trọng: MT 51-8 có các ñặc tính sau: Q = 10tấn = 10000kg Trọng lượng xe con và bộ phận mang vật: Gv = 4000kg Nñc = 22kW Số vòng quay danh nghĩa: Hệ số quá tải: nñc = 723vg/ph M max = 3,0 M dn (2.36) 19 20 Thời gian mở máy khi nâng vật tn và thời gian mở máy khi hạ vật th ñược tính toán chi tiết theo công thức (3-3)[3,tr.52] và (3-9)[3,tr.54]. Thời gian mở máy khi nâng vật: tn = 1,09s Mômen quán tính của rôto ñộng cơ: Jñc = 4,4 kgm2 Khối lượng: mñc = 435kg Thời gian mở máy khi hạ vật: Tỷ số truyền từ trục ñộng cơ ñến trục tang ñược xác ñịnh theo (3- Thời gian chuyển ñộng với vận tốc ổn ñịnh: 15)[3,tr.55]: n i1 = dc nt th = 0,185s tv = (2.37) 60.H 60.12 = = 49,5s vn 14,5 (2.43) Các thông số tính toán (xem Bảng 3-2). Số vòng quay ñể ñảm bảo vận tốc nâng cho trước: nt = vn .z 14,5.2 = = 22,2vg / ph π .d 0 3,14.(0,4 + 0,0165) Bảng 3-2.Các thông số tính toán bài toán nâng hạ cầu trục (2.38) Số TT Thông số Giá trị Đơn vị 1 θ1 4,4 kgm2 2 m2 14000 kg tĩnh yêu cầu khi làm việc với vật nâng có trọng lượng bằng trọng tải 3 m3 12300 kg (Nñc = 22kW < N = 27,8kW), do ñó phải ñược kiểm tra về nhiệt. Phép 4 S1 600 N/m tính kiểm tra ñộng cơ ñiện về nhiệt trình bày trong tài liệu [3], ở nội 5 S2 3000 N/m 6 7 8 i1 i2 D 32,5 4 0,4 m 9 Z 2 10 Mm 517 Nm Mômen mở máy 11 Mf 500 Nm Mômen phanh 12 tn 1,09 s Thời gian nâng hàng 13 th 0,185 s Thời gian hạ hàng Do ñó tỷ số truyền: i1 = 723 = 32,5 22,2 (2.39) Động cơ ñiện ñã chọn có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất dung của luận văn không ñề cập ñến. Mômen mở máy của ñộng cơ xác ñịnh theo (2-75)[3,tr.47] Mm = M m max + M m min (1,8 ÷ 2,5) M dn + 1,1.M dn = = 1,8M dn 2 2 (2.40) Mômen danh nghĩa của ñộng cơ: N 22 M dn = 9550 dc = 9550 = 287Nm n 273 Suy ra: M dcm = 1,8.287 = 517Nm (2.41) (2.42) Mômen phanh ñược xác ñịnh theo công thức (3-14)[3,tr.54] M ph = k .(Q + Q m ).d 0 .η 1,75.(100000 + 2100 ).(0,4 + 0,0165).0,87 = = 498 Nm 2. z.i1 2.2.32,5 Chú giải Mômen quán tính của rôto ñộng cơ Khối lượng hàng nâng và cụm puli Khối lượng quy dẫn kết cấu thép và cơ cấu di chuyển Độ cứng của cáp nâng Độ cứng quy dẫn dầm chủ và dầm ñầu Tỷ số truyền hộp giảm tốc Số nhánh cáp theo puli ñộng Đường kính tang quay Số nhánh cáp cuốn vào tang 21 22 2.6.2.2. Chương trình tính toán trong MATLAB Ma trận khối lượng: 0 0  4.4  M =  0 14000 0   0 0 12300 Trong luận văn này, tác giả sử dụng chương trình MATLAB ñể giải phương trình (3-15) ñể tìm ra nghiệm là các tần số dao ñộng riêng và các tần số dao ñộng riêng của hệ. Từ quan ñiểm thực tế có thể xác ñịnh ñược tần số dao ñộng riêng Các tần số dao ñộng riêng: của hệ khi bỏ qua dao ñộng tắt dần và lực kích thích bên ngoài. Chúng ω1=1.0e+002 *1.437279827362047 ta sử dụng quan hệ sau: ω2=1.0e+002 * 0.004938554685585 det(S- ω M) = 0 2 (2.44) Chúng ta cũng xác ñịnh ñược chu kỳ nhỏ nhất của các dao ñộng riêng T= 2π ω Các chu kỳ của các dao ñộng riêng: T1 =0.043715810850220 (2.45) function mainfunc = lab1() clear; format long; d=400; z=2; m3=12300; theta1=4.4; i1=32.5; i2=4; m2=14000; S1=600; S2=3000; R=(z*d)/(2*i1*i2); M=[theta1 0 0; 0 m2 0; 0 0 m3]; S=i2^2*S1*[R^2 -R R; -R 1 -1; R -1 1+S2/(i2^2*S1)]; M1=inv(M)*S; omega = sqrt(eig(M1)); T = 2*pi/omega; display(omega); display(T); mainfunc = 0; 2.6.2.2. Phân tích một số kết quả tiêu biểu ω3=1.0e+002 * 0 + 0.000000000127752i T2=0 T3=0 Qua kết quả của các tần số dao ñộng và chu kỳ dao ñộng .Ta nhận thấy rằng khối lượng θ1 ngoài chuyển ñộng chính theo tọa ñộ q1 còn thực hiện dao ñộng nhỏ với tần số dao ñộng riêng ω1 và chu kỳ T1 kể từ lúc khởi ñộng cho ñến lúc phanh hãm. Còn các khối lượng m2 và m3 ngoài các chuyển ñộng chính theo tọa ñộ q2 và q3 , các dao ñộng riêng có xảy ra nhưng với tần số dao ñộng rieng rất bé , giá trị T1=0 và T2=0 cho chúng ta thấy ñiều ñó. 2.7. Nhận xét và kết luận Trong chương này, chúng tôi tập trung tính toán thiết kế bán cổng trục cụ thể như sau: phân tích ñộng lực học của bán cổng trục, thiết lập phương trình vi phân chuyển ñộng. Từ ñó ứng dụng phần mềm MATLAB ñể tìm ra nghiệm là các tần số dao ñộng riêng và các chu kỳ dao ñộng riêng của hệ. 23 24 CHƯƠNG 3 3.1.3.1. Sơ ñồ khối máy phát LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 3.1.3.2. Sơ ñồ khối máy thu 3.1. Giới thiệu lý thuyết hệ thống ñiều khiển từ xa Các phương pháp ñiều chế tín hiệu trong hệ thống ñiều 3.2. Hệ thống ñiều khiển từ xa là một hệ thống cho chép ta ñiều khiển khiển từ xa các thiết bị từ một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống ñiều khiển bằng vô
Các phương pháp ñiều chế tín hiệu ở dạng xung như: Điều tuyến, hệ thống ñiều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống ñiều chế biên ñộ xung (PAM); Điều chế ñộ rộng xung (PWM); Điều chế vị khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn. trí xung (PPM); Điều chế mã xung (PCM)
Sơ ñồ kết cấu của hệ thống ñiều khiển từ xa bao gồm: 3.2.1. - Thiết bị phát: biến ñổi lệnh ñiều khiển thành tin tức tín hiệu và 3.2.1.1. Sơ ñồ khối 3.2.1.2. Giải thích sơ ñồ khối phát ñi. - Đường truyền: ñưa tín hiệu ñiều khiển từ thiết bị phát ñến thiết bị thu. - Thiết bị thu: nhận tín hiệu ñiều khiển từ ñường truyền, qua Điều chế biên ñộ xung (PAM) 3.2.2. Điều chế ñộ rộng xung (PWM) 3.2.3. Điều chế vị trí xung (PPM) 3.2.4. Điều chế mã xung (PCM) quá trình biến ñổi, biến dịch ñể tái hiện lại lệnh ñiều khiển rồi ñưa ñến 3.3. các thiết bị thi hành. 3.3.1. Khái niệm về tia hồng ngoại 3.3.2. Nguồn phát sáng hồng ngoại và phổ của nó 3.3.3. Linh kiện thu sóng hồng ngoại 3.3.4. Sơ ñồ khối mạch thu, phát dùng tia hồng ngoại Thiết bị phát Đường truyền Thiết bị thu Hình 3.1. Sơ ñồ kết cấu của hệ thống ñiều khiển từ xa Điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại
Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống ñiều khiển từ xa: Phát tính hiệu 3.3.4.1. Nguyên lý chung ñiều khiển, sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết, tổ hợp 3.3.4.2. Sơ ñồ khối mạch phát xung thành mã, phát các tổ hợp mã ñến ñiểm chấp hành. 3.3.4.3. Sơ ñồ khối mạch thu 3.1.1. Một số vấn ñề cơ bản trong hệ thống ñiều khiển từ xa 3.4. 3.1.1.1. Kết cấu tin tức Nhận xét và kết luận Trong chương này, chúng tôi giới thiệu cơ bản về lý thuyết ñiều 3.1.1.2. Về kết cấu hệ thống khiển từ xa cụ thể như sau: các phương pháp ñiều khiển, tín hiệu ñiều 3.1.2. Các phương pháp mã hóa trong ñiều khiển từ xa khiển và sơ ñồ khối của các mạch ñiều khiển. Từ ñó lựa chọn thiết bị Trong ñiều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, ñiều khiển phù hợp ñể chế tạo mô hình thực nghiệm của mô hình bán gồm có hai phần [0] và [1]. cổng trục. 3.1.3. Sơ ñồ khối của một hệ thống ñiều khiển từ xa 25 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH BÁN CỔNG TRỤC 4.1. Thiết kế nguyên lý và kết cấu 4.1.1. Thiết kế nguyên lý Chọn mô hình bán cổng trục ñiều khiển từ xa, từ thực tế làm việc của thiết bị nâng tại các nhà máy, xí nghiệp. 4.1.2. Thiết kế kết cấu Kết cấu mô hình bán cổng trục ñược mô phỏng giống như thiết bị nâng thực tế ñã ñược trình bày trong mục 2.1.1. 4.2. 26 - Xây dựng ñược mô hình ñộng lực học của cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển cổng trục trục. - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB ñể giải tìm ra các tần số riêng, biên ñộ dao ñộng hệ thống ñộng lực. - Nghiên cứu lý thuyết ñiều khiển từ xa - Thiết kế và chế tạo mô hình Bán cổng trục và ứng dụng ñiều khiển từ xa - Kết quả ñạt ñược của bài toán ñộng lực học có thể dùng ñể tham khảo trong thiết kế và hướng dẫn kỹ năng nghề trong thực tế. Lựa chọn các phần tử, bộ phận và chế tạo mô hình thực
Kết quả thực nghiệm nghiệm - 4.2.1. Động cơ ñiện 4.2.1. Bánh xe di chuyển 4.2.2. Bộ ñiều khiển tự ñộng 4.3. Thông số kỹ thuật của mô hình 4.4. Nhận xét và kết luận Chế tạo mô hình bán cổng trục. Trong chương này, chúng tôi tập trung tính toán thiết kế mô hình bán cổng trục cụ thể như sau: thiết kế nguyên lý và kết cấu của mô hình bán cổng trục, lựa chọn các phần tử, bộ phận và tính toán các thông số kỹ thuật chính ñể chế tạo mô hình thực nghiệm của mô hình 2. TRIỂN VỌNG ĐỀ TÀI bán cổng trục. KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG ĐỀ TÀI 1. KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện, luận văn ñã thực hiện ñược các công việc sau ñây: - Nghiên cứu tổng quan về thiết bị nâng hạ và ñi sâu nghiên cứu Bán cổng trục - Nghiên cứu thiết kế bán cổng trục dầm ñôi. - Mở rộng nghiên cứu thiết kế tối ưu tiết diện dầm chính cầu trục hai dầm với nhiều loại tải trọng tác dụng. - Xây dựng mô hình ñộng lực học nhiều bậc tự do với những trường hợp các cơ cấu máy hoạt ñộng ñồng thời: bán cổng trục vừa di chuyển vừa nâng hàng, kiểm soát sự lắc hàng khi di chuyển bán cổng trục, hướng ñến nghiên cứu bài toán ổn ñịnh của bán cổng trục và bài toán nghiên cứu thực nghiệm quá trình nâng hạ của bán cổng trục.