Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy va rung trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông

Bộ giáo dục v đo tạo
Trờng đại học xây dựng




Lu Đức Thạch




Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hởng đến
chế độ làm việc của máy va rung trong công nghệ
sản xuất cấu kiện bê tông



Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng
Mã số: 62.52.10.01



Tóm tắt Luận án Tiến sỹ kỹ thuật

H nội - 2009
Danh mục công trình công bố của tác giả
liên quan đến luận án

1. Trần Văn Tuấn, Đỗ Sanh, Lu Đức Thạch. Cơ sở khoa học điều
khiển bằng pha dao động cho hệ va rung cộng hởng hai bậc
tự do dẫn động nhờ khối lệch tâm. Tạp chí Cơ học, T. 18,
1996. No 2, trang 43- 48.
2. Lu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn. Một số kết quả nghiên cứu cơ
hệ va rung dùng trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông
chất lợng cao. Tuyển Tập Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ
6. Tháng 12/1997, trang 185-190
3. Vũ Liêm Chính, Trần Văn Tuấn, Lu Đức Thạch. Một số ứng
dụng cụ thể chơng trình ALASKA ở trờng ĐHXD Hà Nội.
Tuyển tập báo cáo khoa học Hội thảo ALASKA lần thứ nhất.
Hà Nội, 1999, trang 57-67
4. Lu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn. Khảo sát hệ dao động cơ điện
của máy rung trong sản xuât cấu kiện bê tông. Tạp chí KHCN
số 3, tập 38 năm 2000, trang 48-55.
5. Tran Van Tuan, Luu Duc Thach, Truong Quoc Binh. Some
Results of Analyzing of the Impacting Vibration System with
one Degree of Freedom. //Proceedings VJSAEM. Ha noi,
2000, page 135-141
6. Lu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn. Khảo sát quá trình đúc cột hỗn
hợp bê tông trên bàn rung. Tuyển Tập Hội nghị Cơ học toàn
quốc lần thứ 7. Tháng 12/2002, trang 539-547

7. Lu Đức Thạch, Trần Văn Tuấn. Khảo sát một số thông số ảnh
hởng đến chế độ làm việc của máy va rung cộng hởng một
bậc tự do đúc cấu kiện bê tông. Tuyển tập Hội nghị Cơ học
toàn quốc lần thứ 8. Tháng 12/2007, trang 61-71
8. Trần Văn Tuấn, Lu Đức Thạch. Đề xuất và chứng minh giả
thuyết khoa học thành luận điểm trong nghiên cứu quá trình
đúc bê tông trên bàn rung. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây
dựng. Số 02-2007, trang 20-24

Công trình đợc hoàn thành tại: Trờng Đại học Xây dựng

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Văn Tuấn

Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh
Phản biện 2: GS.TSKH Đỗ Sanh
Phản biện 3: GS.TSKH Phạm Văn Lang






Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc
Họp tại:
Vào hồi: giờ ngày tháng năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Th viện Quốc gia
- Th viện Trờng Đại học Xây dựng

- 24 -
động phi tuyến của máy va rung đứng một và hai bậc tự do. tìm ra
các hiệu ứng ứng quan trọng của máy: hiệu ứng cộng hởng, hiệu
ứng đa tần số, hiệu ứng va chạm (độ chênh về gia tốc).
- Dựa trên lý thuyết về dao động dọc của thanh thẳng, lý thuyết về cơ
học môi trờng liên tục để giải bài toán truyền sóng trong cột hỗn .
hợp bê tông khi có các tần số dao động bậc cao, tìm ra đợc cờng độ
hấp thụ năng lợng theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp khi không có
và có gia tải.
- Đã khảo sát các thông số của máy va rung đứng một và hai bậc tự
do. Xác định chế độ làm việc hợp lý, khả năng điều chỉnh và miền
làm việc ổn định của máy. Xác định cờng độ hấp thụ năng lợng
theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp khi không có và có gia tải. Đã áp
dụng kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế, chế tạo thành công máy va
rung đứng một bậc tự do cho dây chuyền sản xuất cống bê tông. Đa
ra quy trình công nghệ thiết kế, chế tạo, đo kiểm chứng, hiệu chỉnh
máy va rung đứng một và hai bậc tự do phục vụ sản xuất.
Một số vấn đề còn có thể tiếp tục nghiên cứu:
Các máy va rung đứng một và hai bậc tự do đợc nhiều các tác
giả trong và ngoài nớc nghiên cứu đã đa ra đợc nhiều các ứng
dụng quan trọng và những đóng góp của luận án cũng đã góp một

phần để đa công nghệ này vào thực tế sản xuất. Mặc dù vậy, nhng
đây là những vấn đề khó và cần phải có thêm nhiều nghiên cứu để
công nghệ này ngày càng hoàn thiện hơn. Do đó còn nhiều vấn đề có
thể tiếp tục nghiên cứu sau:
- Trong quá trình làm việc, ngoài việc máy va rung tơng tác
với hỗn hợp bê tông, nó còn tơng tác với nguồn dẫn động là động cơ
điện. Việc tính toán tổng thể một hệ cơ - điện và môi trờng công tác
sẽ xác định đợc chế độ làm việc của máy tốt hơn.
- Dựa trên kết quả nghiên cứu của luận án còn có thể mở rộng
để tính cho các loại máy có va chạm khác nh: Máy va rung một khối
lợng va chạm hai phía; máy va rung đóng cọc, máy sàng rung có va
chạm
- ảnh hởng của các dạng gây rung khác đến chế độ làm việc
của máy và phụ gia đến cờng độ hấp thụ năng lợng của hỗn hợp
bê tông.

-1 -
Mở đ
ầ
u

1. Tính cấp thiết của đề tài. Chế độ làm việc cộng hởng của các
máy va rung là một tập hợp các bài toán rộng dùng trong các loại
máy sàng, máy nghiền, lèn chặt vật liệu và tạo hình cấu kiện bê tông,
búa đóng cọc và các loại máy vận chuyển bằng rung động Thông
thờng, hệ số cộng hởng của máy va rung càng lớn thì độ nhạy của
các thông số động lực học của máy càng tăng. Đối với những máy có
đờng đặc tính cộng hởng dốc và giá trị của hệ số cộng hởng lớn,
thì chỉ cần có các tác động nhỏ bên ngoài vào máy là có thể làm ảnh
hởng đáng kể đến các thông số làm việc và máy rung không thể

thực hiện đợc các chức năng công nghệ định trớc hoặc sẽ bị phá
huỷ. Đó là một trong những nhợc điểm lớn nhất đối với máy rung
cộng hởng và hiện nay vẫn cha có giải pháp khắc phục các nhợc
điểm này. Bởi vậy với từng loại máy cụ thể cần có các khảo sát, tính
toán, thiết kế riêng để khắc phục. Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu
các thông số ảnh hởng tới chế độ làm việc hợp lý của máy va rung
nhằm thiết kế chế tạo ra đợc các máy va rung đứng cộng hởng để
tạo hình các loại cấu kiện bê tông nói chung và đặc biệt đối với các
cấu kiện nặng, cao, cần chất lợng tốt, giá thành hạ phục vụ cho sự
nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc.
2. Mục tiêu nghiên cứu, ý nghĩa của luận án. Mục tiêu nghiên cứu
của luận án là đề xuất phơng pháp xác định các thông số phù hợp,
đảm bảo cho máy va rung một và hai bậc tự do làm việc ổn định ở
trong miền cộng hởng nhằm lựa chọn hoặc thiết kế, chế tạo các
máy va rung để đúc các loại cấu kiện bê tông nặng hoặc có chiều cao
lớn, chất lợng tốt với mức tiêu hao năng lợng nhỏ Ngoài ý nghĩa
thực tiễn, phơng pháp luận của luận án còn đóng góp cho lý thuyết
nghiên cứu các máy va rung trong việc giải phơng trình vi phân phi
tuyến và khảo sát các kết quả thu đợc bằng các phần mềm tiên tiến,
giúp cho việc tính toán chính xác hơn và nhanh hơn.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu. Đối tợng nghiên cứu của
luận án là chế độ làm việc của máy va rung một và hai bậc tự do
trong miền cộng hởng, ảnh hởng của máy va rung đến môi trờng
công tác trong quá trình đúc hỗn hợp bê tông. Nghiên cứu tổng quan

- 2 -
về máy va rung để lựa chọn cơ sở lý thuyết phù hợp, xác định các
thông số của máy va rung tơng tác với hỗn hợp bê tông.
4. Phơng pháp nghiên cứu Trong luận án đã sử dụng phơng pháp
giải tích để tìm ra các mối quan hệ tơng quan giữa các thông số; sử
dụng phơng pháp số nhờ phần mềm toán học "Mathematica" để
khảo sát, tìm ra chế độ làm việc hợp lý của máy va rung trong miền
cộng hởng, năng lợng hấp thụ của hỗn hợp bê tông, ảnh hởng của
gia tải quán tính và không quán tính lên bề mặt của cột hỗn hợp bê
tông phù hợp với công nghệ tạo hình hỗn hợp bê tông. Cuối cùng,
luận án sử dụng phơng pháp thực nghiệm để kiểm chứng các kết quả
nghiên cứu lý thuyết thu đợc.
5. Kết cấu của luận án: Nội dung của luận án đợc trình bày gồm:
phần mở đầu, 04 bốn chơng nội dung và kết luận, trong đó:
Chơng 1: Nghiên cứu tổng quan về máy va rung và cơ chế lèn chặt
hỗn hợp bê tông
Chơng 2: Máy va rung một bậc tự do tơng tác với hỗn hợp bê tông
Chơng 3: Máy va rung hai bậc tự do tơng tác với hỗn hợp bê tông
Chơng 4: Thực nghiệm kiểm chứng máy va rung một bậc tự do và
quy trình thiết kế máy va rung.
Kết luận chung; các đóng góp mới của luận án
Danh mục công trình công bố của tác giả
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Chơng 1. Nghiên cứu tổng quan về máy va rung

v cơ chế lèn chặt hỗn hợp bê tông
1.1 Máy va rung trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông.
Việc nghiên cứu chế độ làm việc hợp lý của các loại máy rung sao
cho phù hợp với từng loại công nghệ, cần thiết phải tiến hành nghiên
cứu và phân tích kỹ các thông số của máy rung, để từ đó chỉ ra đợc
các nét đặc biệt cũng nh các hiệu ứng có lợi cho từng loại công nghệ
nh: hiệu ứng cộng hởng, hiệu ứng va chạm, hiệu ứng đa tần số Để
đáp ứng cho việc nghiên cứu về mối quan hệ nêu trên cho máy va
rung cộng hởng, cần phải quan tâm đến các vấn đề sau: động lực học
của máy va rung cộng hởng, các đặc tính của liên kết đàn hồi và
động lực học của cột hỗn hợp bê tông khi rung, khả năng hấp thụ
năng lợng của các lớp hỗn hợp khi rung cột hỗn hợp bê tông có
chiều cao lớn.
-23 -
trọng làm việc. Khảo sát một số thông số của máy va rung đứng hai
bậc tự do, tìm ra chế độ làm việc hợp lý của máy ở gần điểm cộng
hởng. Cờng độ hấp thụ năng lợng trong các lớp hỗn hợp bê tông,
chiều cao của tấm gia tải quán tính.
7. Đã chế tạo thành công máy va rung đứng một bậc tự do, tiến hành
các thí nghiệm so sánh mẫu bê tông tạo hình trên máy va rung và
máy rung thí nghiệm, kết quả cho thấy đối với máy va rung thời gian
rung tạo hình nhỏ hơn 36s nhng cờng độ chịu nén lớn hơn 4MPa và
khối lợng thể tích của mẫu bê tông lớn hơn 160 kg/m
3
so với máy
rung thí nghiệm.
8. Từ thực nghiệm đo biên độ dao động, gia tốc dao động của mặt bàn
rung và so sánh với các kết quả khảo sát: dạng của biên độ dao động
là gần nh nhau, giá trị của biên độ dao động lớn nhất sai khác vào
khoảng 7%. Giá trị của gia tốc lớn nhất có sự chênh lệch khoảng

10%. Điều đó chứng tỏ tính đúng đắn của mô hình nghiên cứu và kết
quả khảo sát ở chơng 2 là phù hợp với yêu cầu của thực tế.
9. Từ yêu cầu công nghệ, phân tích lựa chọn phơng án máy va rung,
lựa chọn sơ đồ nguyên lý làm việc, phân tích lựa chọn các thông số cơ
bản của máy va rung theo các tài liệu đã biết. Xác định quy trình tính
toán, thiết kế, điều chỉnh, đo kiểm tra máy va rung đứng một và hai
bậc tự do theo các bớc tính toán, theo các công thức và chơng trình
tính ở chơng 2 và chơng 3 nhằm hiệu chỉnh các thông số của máy
va rung sao cho máy làm việc ở chế độ cộng hởng, xác định đợc
hiệu ứng va chạm (độ chênh gia tốc), hiệu ứng đa tần số, xác định
khoảng điều chỉnh của máy Tính toán xác định cờng độ hấp thụ
năng lợng trong cột hỗn hợp bê tông khi có tấm gia tải quán tính và
không quán tính, đáp ứng đợc yêu cầu của sản xuất.
Các đóng góp mới của luận án
- Qua phân tích tổng quan mô hình cơ học của máy rung thờng và
mô hình cơ học của máy va rung một và hai bậc tự do, hình chung
máy va rung một và hai bậc tự do và các giả thiết khi xây dựng mô
hình, đã tiến hành xây dựng mô hình nghiên cứu và thiết lập phơng
trình vi phân chuyển động cho máy va rung cộng hởng một và hai
bậc tự do có kể đến ảnh hởng của hỗn hợp bê tông, mô hình này đã
thể hiện đợc bản chất quá trình làm việc của máy va rung một và
hai bậc tự do tơng tác với hỗn hợp bê tông.
- Dựa trên phơng pháp cân bằng hàm điều hoà và tích phân bình
phơng tối thiểu các sai lệch để giải phơng trình vi phân chuyển

- 22 -
Kết luận chung
1. Đã hệ thống hóa các phơng pháp tính toán, thiết kế máy rung
trong công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông và đặc biệt quan tâm đến
công nghệ sử dụng máy va rung để đúc các cấu kiện bê tông; tác
động tơng hỗ của máy va rung đến hỗn hợp bê tông và ngợc lại.
Đánh giá khả năng lèn chặt hỗn hợp bê tông thông qua cờng độ hấp
thụ năng lợng của hỗn hợp bê tông có độ cứng trung bình
()
b
Ex

1,5 W/kg.
2. Trên cơ sở mô hình tơng tự, thiết lập phơng trình vi phân
chuyển động cho máy va rung đứng cộng hởng một bậc tự do có kể
đến ảnh hởng của hỗn hợp bê tông. Nghiệm của hệ phơng trình vi
phân phi tuyến đợc tìm dới dạng hệ phơng trình hàm đại số siêu
việt
01
(A )

,
0
()

,
n
0i
i1
A
(A)
=

,
1
A
(k, , )


, (k, )


,
001
k( ,A ,A )

,
40
j
010
j2
A
(A ,A, )

=

, thể hiện mối tơng quan đến chế độ làm việc của
máy va rung cộng hởng một bậc tự do: điểm dao động cộng hởng
của máy, các thành phần dao động bậc cao, độ chênh gia tốc, sự điều
chỉnh khe hở va chạm ban đầu và lực ép F
3. Xây dựng mô hình cơ học của cột hỗn hợp bê tông khi rung,
thiết lập phơng trình truyền sóng trong cột hỗn hợp bê tông, xây
dựng công thức tính cờng độ hấp thụ năng lợng theo chiều cao của
cột hỗn hợp bê tông khi không có gia tải và khi có gia tải. Nhờ đó,
xác định đợc khả năng lèn chặt theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp
bê tông, khi tạo hình trên máy va rung một bậc tự do.
4. Xây dựng thuật toán, viết chơng trình tính toán phần mềm
Mathematica để khảo sát máy va rung và hỗn hợp bê tông bằng các
công thức đã xác lập ở mục 2.1 và 2.2.
5. Tính toán sơ bộ các thông số ban đầu của máy va rung. Xác
định thông số đảm bảo cho máy va rung làm việc ở gần điểm cộng
hởng phù hợp với công nghệ lèn chặt hỗn hợp bê tông, các thành
phần dao động bậc cao, ảnh hởng của nó đến cờng độ hấp thụ năng
lợng trong hỗn hợp bê tông. Khảo sát cờng độ hấp thụ năng lợng
trong các lớp hỗn hợp bê tông vi phân theo suốt chiều cao của cột, tìm
ra chiều cao của tấm gia tải quán tính và áp lực gia tải không quán
tính hợp lý lên bề mặt trên cùng của cột hỗn hợp bê tông vi phân.
6. Sử dụng các kết quả giải tích đã đạt đợc ở chơng 2 để giải bài
toán máy va rung hai bậc tự do có khe hở không phụ thuộc vào tải
-3 -
1.2 Động lực học của máy va rung.
Việc duy trì chế độ rung tích cực, ổn định của máy va rung phù
hợp với công nghệ tạo hình và lèn chặt hỗn hợp bê tông còn đợc ít
tác giả đề cập đến. Bài toán rung kết hợp với va chạm là bài toán về

phơng trình vi phân phi tuyến[1, 34, 71, 73]. Một số trờng hợp có
thể giải gần đúng nh phơng pháp tuyến tính hoá. Cũng có thể giải
bài toán theo hàm điều hoà cơ bản. Một số trờng hợp dùng phơng
pháp ghép nối nghiệm để giải chính xác. Vì vậy, tìm miền tồn tại
nghiệm thực của hệ phơng trình vi phân cũng là tìm chế độ làm việc
ổn định của máy va rung [8, 57, 60, 63]. Nếu sử dụng các phơng
pháp giải tích thì sẽ rất phức tạp và khó, kết quả thờng đa tới hệ
phơng trình đại số hàm siêu việt và cuối cùng vẫn phải nhờ đến máy
tính giải bằng phơng pháp số. Nếu sử dụng các phầm mềm mô
phỏng tính toán động lực học máy nh ALASKA, SimulationX thì
không thể xác định rõ đợc miền làm việc cộng hởng của máy, các
biên độ dao động thành phần
1.3 Các đặc tính liên kết đàn hồi của các máy va rung.
Kết cấu liên kết đàn hồi của máy va rung loại cộng hởng rất đa
dạng, phong phú. Thông thờng liên kết đàn hồi trong máy va rung
cộng hởng đợc phân loại theo chức năng, dạng đặc tính của lực
đàn hồi, loại vật liệu lựa chọn. Trong nghiên cứu động lực học máy
va rung cộng hởng, ảnh hởng thành phần phi tuyến của lực đàn hồi
và lực cản chỉ cần tính đến nh một hệ số cộng thêm vào trong quá
trình lập phơng trình và giải bài toán động lực học máy va rung [71,
77].
1.4 Mô hình động lực học của cột hỗn hợp bê tông rung
Dới tác dụng của rung, xảy ra những mối tơng tác phức tạp giữa
mặt bàn rung và hỗn hợp bê tông và các hạt vật liệu trong hỗn hợp bê
tông với nhau. Cho đến nay, vẫn tồn tại các cuộc thảo luận về mô
hình động học và phơng trình trạng thái của hỗn hợp bê tông khi
rung; tồn tại các giả thuyết về hiệu quả làm chặt và chất lợng bề mặt
bê tông [60,77]. Hiệu quả làm chặt, một mặt phụ thuộc vào thành
phần cấp phối và tính chất cơ lý của hỗn hợp, mặt khác phụ thuộc vào
đặc điểm tác động lực, vì tính chất của hỗn hợp bê tông nằm giữa pha

rắn và pha lỏng.










-21 -
4.7 Xác định các thông số cơ bản của máy va rung một bậc tự do
4.7.1 Xác định sơ bộ các thông số cơ bản của máy va rung một bậc tự
do.
Dựa trên các tài liệu đã biết và các công thức kinh nghiệm để tính
chọn sơ bộ các thông số cần thiết của máy va rung.
4.7.2 Xác định chính xác các thông số cơ bản của máy va rung một
bậc tự do
Các thông số ban đầu đợc lựa chọn ở trên có thể cha đợc chính
xác, máy va rung có thể cha làm việc ở chế độ mong muốn (chế độ
cộng hởng). Để đảm bảo cho máy rung làm việc ổn định; đảm bảo
đợc năng lợng truyền cho các lớp hỗn hợp bê tông vi phân và lớp
hỗn hợp bê tông trên cùng, cần phải tính chính xác lại các thông số
của máy để cho máy va rung làm việc ở chế độ làm việc cộng hởng.
Các bớc tính chính xác đợc tính toán bằng các công thức của
chơng 2, tuân theo sơ đồ thuật toán hình 2.3, và sử dụng phần mềm
toán học Mathematica
4.8 Xác định các thông số cơ bản của máy va rung hai bậc tự do
4.8.1 Xác định sơ bộ các thông số cơ bản của máy rung hai bậc tự do

4.8.2 Xác định chính xác các thông số cơ bản của máy va rung hai bậc
tự do
4.9 Nhận xét phần quy trình thiết kế máy va rung
1. Từ yêu cầu công nghệ qua quá trình phân tích lựa chọn phơng
án, lựa chọn sơ đồ nguyên lý làm việc, tính chọn các thông số cơ bản
của máy va rung theo các tài liệu đã biết. Để máy va rung làm việc
trong miền cộng hởng, đảm bảo đợc biên độ dao động, độ chênh
gia tốc dao động, cờng độ hấp thụ năng lợng trong hỗn hợp bê tông,
cần phải tính toán chính xác bộ thông số này.
2. Thực hiện các bớc tính toán theo các công thức và chơng
trình tính (chơng 2 và chơng 3) nhằm hiệu chỉnh các thông số của
máy va rung, đảm bảo máy va rung làm việc ở chế độ cộng hởng,
xác định các hiệu ứng va chạm (độ chênh gia tốc), hiệu ứng đa tần số,
xác định khoảng điều chỉnh của máy xác định cờng độ hấp thụ
năng lợng trong cột hỗn hợp bê tông khi có tấm gia tải quán tính và
không quán tính.
3. Với quy trình đã xây dựng có thể xác định đợc các thông số
của máy va rung một bậc tự do và máy va rung hai bậc tự do, đảm bảo
yêu cầu thiết kế, chế tạo máy va rung và chọn chế độ sử dụng phù hợp
.

- 4 -
a. Máy rung thờng có dao động điều hòa
Cờng độ rung hợp lý E (W/kg) đợc xác định theo công thức sau
[34, 73]:

23
EA

= (1.1)

Trong đó:
A
- biên độ dao động;

- tần số của lực kích động.
b. Máy va rung
Cờng độ rung theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp bê tông đợc
xác định theo công thức [66, 73]:

(
)()
23
bb
Ex A sx

(1.2)
Trong đó:
b
x
- toạ độ của lớp hỗn hợp bê tông;
()
b
s
x
- hàm ảnh hởng
theo chiều cao của cột bê tông.
1.5 ảnh hởng của hỗn hợp bê tông lên các thông số động lực học
của máy rung
1.5.1 Mô hình cột hỗn hợp bê tông khi rung
Theo phơng pháp Fuorier nghiệm của phơng trình truyền sóng

đợc thể hiện bởi hàm số sóng ảo [77]:

bb
Ivx Ivx
I
t
b12
u( x ,t ) ( u e u e )e


=+
(1.3)
Độ dịch chuyển
b
u( x ,t )
đợc xác định bởi tích của hai hàm số,
một trong số đó phụ thuộc vào tham số
12
()
bb
I
vx Ivx
b
Xx ue ue

=+
, còn
hàm kia chỉ phụ thuộc vào tham số
()
I

t
Tt e

= ;

- tần số của lực kích
động; I - số phức;
12
,uu
là các hằng số đợc xác định từ các điều
kiện biên; v là số sóng ảo vI


=+ ; - đặc trng cho hệ số tắt dần
sóng đợc lan truyền trong lớp hỗn hợp bê tông;

- hệ số ảnh hởng
lên bớc sóng .
1.5.2 Xác định các thông số động lực học của máy rung trong điều
kiện tơng tác với hỗn hợp bê tông
a. Trờng hợp máy rung thờng
Phơng trình vi phân chuyển động của máy rung tơng tác với hỗn
hợp bê tông có thể viết ở dạng [77]:

()() sin
br b 1 b 1 11
mmaxbmdxCxG t


+++ +=

&& &
(1.4)
Trong đó:
br
m - khối lợng của bàn rung và các bộ phận công tác chịu
run
g
khác; b -h
ệ
số cản của lò xo;
11
C
- đ
ộ
cứn
g
của lò xo;
2
0
Gmr

=
;
4.5 Nhận xét phần thực nghiệm
1. Kết quả ở bảng 4.1 và bảng 4.2, cho thấy rằng, khi tạo hình
mẫu trên máy va rung đã chế tạo, thời gian rung mẫu đạt độ sụt tiêu
chuẩn nhỏ hơn rung trên máy thí nghiệm. Với cùng cấp phối, cờng
độ nén và khối lợng thể tích của mẫu tạo hình trên máy va rung lớn
hơn mẫu tạo hình trên máy rung thí nghiệm, tức là chất lợng và hiệu
quả đúc bằng máy va rung tốt hơn.

2. So sánh đồ thị chuyển vị và gia tốc dao động của máy va rung
một bậc tự do cho thấy:
- Dạng của biên độ dao động là gần nh nhau, giá trị của biên độ
dao động lớn nhất sai khác vào khoảng 7%.
- Giá trị của gia tốc lớn nhất có sự chênh lệch khoảng 10%.
Nguyên nhân: có hiện tợng ma sát trong hệ truyền động, lực cản
không khí, sự phân bố khối lợng trên bàn rung, lực ép ban đầu của lò
xo điều chỉnh Từ kết quả thực nghiệm cho thấy tính đúng đắn của
mô hình nghiên cứu và kết quả khảo sát ở chơng 2 là phù hợp với
yêu cầu thực tế.
4.6 Nguyên tắc thiết kế máy va rung
















Hình 4.12 Sơ đồ nghiên cứu thiết kế máy va rung một và hai bậc tự
do
0

mr
- mô men quán tính lệch tâm;

- Tần số của lực kích động.
b
m -
khối lợng của hỗn hợp bê tông; hệ số
1
a - hệ số lực cản phản lực,
còn hệ số
1
d - hệ số phản ánh tính chất và mức độ thay đổi lực cản
chủ động.
b. Trờng hợp máy va rung một bậc tự do có cơ cấu điều chỉnh khe
hở

Hình 1.1 Mô hình cơ học của
máy va rung một bậc tự do
1. Mặt bàn rung (bộ phận công
tác); 2. Lò xo đỡ dới; 3. Gối va
chạm; 4. Lò xo điều chỉnh phía
trên; 5. Đai ốc điều chỉnh

Phơng trình vi phân của hệ khi có va đập đợc viết dới dạng sau
[34]:
(
)
(
)
() ()

1s 1 2
mx C C x Signx R x R x F P t

++ + + =+

&& &
khi x 0

(
)
(
)
12
mx C x SignxR x F P t++ =+
&& &
khi x < 0 (1.5)
Trong đó:
(
)
1
SignxR x
&
- thành phần cản không đàn hồi của đệm;
(
)
2
Si
g
nxR x
&

- thành phần cản không đàn hồi của lò xo;
()
12
,()RxRx-
các hàm lực cản nào đó.
12
C - độ cứng của lò xo điều chỉnh;
11
C - độ
cứng của lò xo đỡ;
s
C - độ cứng của cao su làm gối va chạm;
11112
CC C
=
+ - tổng độ cứng của lò xo đỡ và lò xo điều chỉnh;
F
- lực
ép ban đầu;
P( t ) - lực kích động điều hòa.
c. Trờng hợp máy va rung hai bậc tự do
Hình 1.2 Mô hình cơ học
máy va rung hai bậc tự do
có cơ cấu điều chỉnh khe hở
không phụ thuộc vào tải
trọng. 1. Mặt bàn; 2. Lò xo
đỡ; 3. Gối va chạm; 4. Khối
lợng khung máy cùng cụm
dẫn động; 5. Lò xo điều
chỉnh phía dới; 6. Lò xo

liên kết.
- 20 - -5 -
Máy va rung
Mô hình
Cơ học
Kết quả
So sánh
Mô hình
toán học
Đo các thông
số cơ bản
Phơng
pháp đo,
thiết bị đo
Hệ số điều
hỉ h
Giả thiế
t
Phơng
pháp giải
Hệ số điều chỉnh

Phơng trình vi phân chuyển động khối lợng m
1
và khối lợng m
khi có va chạm
x >0 đợc viết [34]:
()()
(
)( )
(
)
,()
11 1 s12 12 112 212 12
mx CCxx Signxx Rxx Rxx 05C Pt


= + + + +

&& & &
()()
(
)( )
(
)
,
21s12 12112212 12
mx C C x x Sign x x R x x R x x 0 5C


=+ + +

&& & &
(1.6)
Trong đó: x
1
- tọa độ của khối lợng m; x
2
- tọa độ của khối lợng
1
m ;
12
x
xx=; C
1
- tổng độ cứng của các lò xo liên kết và lò xo điều
chỉnh;
C
s
- độ cứng của đệm va chạm;
(
)
()

12112
Sign x x R x x
&&
- thành phần
cản không đàn hồi của đệm;
()
()

12212
Sign x x R x x
&&
- thành phần cản
của các lò xo liên kết;
2

- độ dịch chuyển của đai ốc điều chỉnh.
Phơng trình vi phân chuyển động của
1
m
và m khi không có va
chạm và F
= 0, x 0, đợc viết [34]:

()
()
()
.
,()
11 1 1 2 1 2 2 1 2 12
mx C x x Sign x x R x x 05C Pt

= + +
&& & &


()
(

)( )
,
2 112 12212 12
mx C x x Sign x x R x x 0 5C

=+
&& & &
(1.7)
1.6 Nhận xét chơng 1
Việc tính toán máy va rung một và hai bậc tự do đã đợc nhiều tác
giả trong và ngoài nớc nghiên cứu. Một số công trình mới chỉ đề cập
đến bài toán máy va rung một cách thuần túy, cha đi sâu nghiên cứu
mối tơng tác giữa máy và hỗn hợp bê tông. Một số công trình đã đề
cập đến mối quan hệ này, nhng mới dừng lại nghiên cứu thành phần
dao động cơ bản của máy va rung, công thức xác định các thông số của
máy tơng đối phức tạp không tiện cho việc nghiên cứu khảo sát chúng
ở các bớc tiếp theo.
Dựa trên các phân tích tổng quan để xây dựng mô hình, thiết lập
phơng trình vi phân chuyển động của máy va rung một và hai bậc tự
do; phơng pháp cân bằng hàm điều hòa và phơng pháp tích phân
bình phơng cực tiểu để giải phơng trình vi phân chuyển động của
máy va rung; sử dụng phơng trình truyền sóng trong môi trờng đàn
nhớt để nghiên cứu mối quan hệ tơng tác giữa máy va rung và hỗn
hợp bê tông, xác định cơ chế lèn chặt hỗn hợp bê tông. Luận án sẽ tập
trung nghiên cứu sâu hơn các vấn đề sau:
1. Xây dựng mô hình cơ học, thiết lập phơng trình vi phân
chuyển động của máy va rung một và hai bậc tự do có khả năng điều
chỉnh khe hở.
2. Giải hệ phơng trình xác định các hiệu ứng ảnh hởng tới công
nghệ đúc cấu kiện bê tông của máy va rung nh: hiệu ứng cộng hởng,

hiệu ứng đa tần số, hiệu ứng va chạm.

Trờng hợp 2:
1

=0,004m,
2

=0,004m,

=0,002m,
F
= 33598,4N,

=80rad/s.
Khảo sát theo lý thuyết Thực tế đo

-100
-50
0
50
100
150
200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Thi gian (s)
Gia tc (m/s2)

Hình 4.8 Gia tốc dao động của máy va rung một bậc tự do, khi

>0

-0.004
-0.003
-0.002
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Thi gian (s)
Biờn (m )

Hình 4.9 Biên độ dao động của máy va rung một bậc tự do, khi

>0
Trờng hợp 3:
1

= 0,
2

= 0,04m,

= -0,00065m,
F
= 335984N,

=120rad/s.
Khảo sát theo lý thuyết Thực tế đo

-100
-50
0
50
100
150
200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Thi gian (s)
Gia tc (m)

Hình 4.10 Gia tốc dao động của máy va rung một bậc tự do, khi

< 0

-0.004
-0.003
-0.002
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Thi gian (s)
Biờn (m )

Hình 4.11 Biên độ dao động của máy va rung một bậc tự do, khi

<0
- 6 - -19 -
-7 -
3. Xây dựng mô hình cơ học, thiết lập phơng trình truyền sóng
trong cột hỗn hợp bê tông; công thức xác định cờng độ hấp thụ năng
lợng theo suốt chiều cao của cột hỗn hợp bê tông, chiều cao của tấm
gia tải quán tính và áp lực gia tải không quán tính lên bề mặt trên
cùng của cột hỗn hợp bê tông.
4. Khảo sát máy va rung một và hai bậc tự do dựa trên các thông
số của máy va rung đã đợc tính toán theo các tài liệu đã biết cho một
loại sản phẩm bê tông cụ thể, tìm ra bộ thông số hợp lý của máy đáp
ứng đợc yêu cầu công nghệ và đảm bảo đợc hiệu ứng của máy va
rung làm việc ổn định và khả năng điều chỉnh máy va rung khi
không có và có khe hở va chạm. Khảo sát cờng độ hấp thụ năng
lợng theo chiều cao của cột hỗn hợp bê tông, chiều cao tấm gia tải
quán tính và áp lực gia tải không quán tính, đáp ứng đợc yêu cầu
công nghệ.
5. Thiết kế, chế tạo máy va rung đứng một bậc tự do ứng dụng
trong sản xuất và phục vụ cho công tác đo thực nghiệm để kiểm
chứng một vài kết quả khảo sát lý thuyết.
6. Các kết quả nghiên cứu, khảo sát ở trên đợc tập hợp lại dới
dạng quy trình hớng dẫn tính toán, thiết kế máy va rung thông dụng.
Chơng 2. máy va rung một bậc tự do tơng tác
với hỗn hợp bê tông
2.1 Mô hình máy va rung một bậc tự do, dẫn động khối lệch tâm

2.1.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình
2.1.2 Mô hình nghiên cứu máy va rung một bậc tự do
Hình 2.1 Mô hình cơ học máy va
rung một bậc tự do
1. Bàn rung; 2. Lò xo dới; 3.
Gối va chạm; 4. Lò xo phía trên;
5. Giảm chấn bê tông và lò xo; 6.
Đai ốc điều chỉnh.

Phơng trình vi phân chuyển động cỡng bức có cản của cơ hệ
hình 2.1 đợc viết dới dạng sau:

1
() () cos
x
fxx px G t f

+
+= +
&& &
(2.1)
Trong đó:
/
()
()/
1
1s
bm khi x0
fx
bbm khix0

=

+
<

;

/
()
()/
1
1s
Cx m khi x 0
px
CCxm khix0


=

+
<

;
2
0
mr
G
m

=
;

;

- 18 -
4.3.4 Quy trình thực nghiệm




Hình 4.2 Máy va rung một bậc tự
do sản xuất cống bê tông.

Hình 4.3 Thiết bị dùng để đo
ghi dao động, Máy DMC-PLUS

4.4 Các kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả lý thuyết

Trờng hợp 1:
1

= 0,
2

= 0,

= 0,
F

= 0,

=100rad/s.

Khảo sát theo lý thuyết Thực tế đo

-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Thi gian t(s)
Gia tc m /s2

Hình 4.6 Gia tốc dao động của máy va rung một bậc tự do khi

= 0.

-0.004
-0.003
-0.002
-0.001
0
0.001
0.002

0.003
0.004
0.005
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Thi gian (s)
Biờn (m )

Hình 4.7 Biên độ dao động của máy va rung một bậc tự do khi

= 0.

-17 -
Để khảo sát chất lợng làm chặt hỗn hợp bê tông trên máy va rung
đã đợc chế tạo và so sánh với chất lợng làm chặt hỗn hợp bê tông
bằng máy rung thí nghiệm, ta tiến hành các bớc theo sơ đồ khối hình
4.1.
4.2.2 Kết quả thí nghiệm mẫu bê tông
Mẫu thí nghiệm có kích thớc 10ì10ì10 cm theo các cấp phối bê
tông nh ở trong bảng 4.1. Mẫu đợc bảo dỡng ở độ ẩm 100%, trong
điều kiện phòng thí nghiệm
Bảng 4.1. Thành phần cấp phối bê tông mác 300, để kiểm tra chất
lợng đúc bê tông trên máy va rung một bậc tự do
Chi phí nguyên liệu cho 1m
3
bê tông Độ cứng, s STT
Xi măng
(kg)
Nớc
(lít)
Cát

(kg)
Đá
(kg)
Theo
Tiêu
chuẩn
Tạo hình
thực tế
1 315 151 673 1313 83 54
2 330 158 641 1313 65 42
3 345 160 607 1313 59 37
4
*
330 158 641 1313 65 78
Ghi chú: Mẫu 4
*
đợc tạo hình trên máy rung thí nghiệm
- Kết quả nén mẫu ở tuổi 28 ngày
Bảng 4.2. Kết quả kéo nén mẫu bê tông
STT R
b
(MPa)
b
(kg/m
3
)
1 34,8 2400
2 38,1 2390
3 38,0 2378
4

*
34,1 2230

4.3 Nghiên cứu thực nghiệm máy va rung
4.3.1 Các yêu cầu khi tiến hành thực nghiệm
4.3.2 Máy va rung một bậc tự do
4.3.3 Thiết bị đo
- 8 -
/
1
f
Fm= ;
0
mr
- mô men tĩnh lệch tâm; m - khối lợng tham gia dao động;

-
tần số của lực kích động; b
1
- hệ số cản đàn hồi của lò xo và bê tông tham gia
dao động; b
s
- hệ số cản đàn hồi của cao su làm gối va chạm;
s
C
- độ cứng
của cao su làm gối va chạm;
1
C
- tổng độ cứng của các lò xo; F- lực ép ban

đầu.
Nghiệm của phơng trình (2.1), đợc xác định:
00
cos ( )
ii
ii
xu Ait



==
=
=


Trong đó:
i
A
- các biên độ dao động thành phần;

- góc lệch pha của dao
động; i- chỉ số của các dao động thành phần.
2.2 ảnh hởng các thông số động lực học của máy lên hỗn hợp bê
tông khi đúc cấu kiện
2.2.1 Phơng trình truyền sóng trong cột hỗn hợp bê tông trên
máy va rung


Hình 2.2 Mô hình cột hỗn
hợp bê tông dao động

1. Mặt bàn rung; 2. Khuôn; 3.
Hỗn hợp bê tông.

Sự dịch chuyển của hỗn hợp bê tông khi tham gia dao động:
bb
n
Ijvx Ijvx
Ij t
bj1j2
j1
u( x ,t ) e ( u e u e )


=
=+

(2.2)
Trong đó:

j
- đặc trng cho hệ số tắt dần sóng đợc lan truyền trong lớp hỗn
hợp bê tông;
j

- thông số ảnh hởng lên bớc sóng đó. h - chiều cao của
cột hỗn hợp bê tông;
j
- chỉ số của bậc dao động; h - chiều cao của cột hỗn
hợp bê tông; x
b

- tọa độ của cột hỗn hợp bê tông đợc xác định từ vị trí tiếp
xúc với mặt bàn rung;.
Biến dạng của lớp hỗn hợp bê tông vi phân:
n
jjb
Ij t
bjjj
j1
bjj
s
h(( I ))(x h)
u
(x ,t) Ae ( I )
x
2ch(( I ))h





=
+


=+
+

(2.3)
2.2.2 Cờng độ hấp thụ năng lợng trong lớp hỗn hợp bê tông vi
phân

2
2
bb
b
b
jV
u
E( x )
2x


=

(2.4)
-9 -
Cờng độ hấp thụ năng lợng trong lớp hỗn hợp bê tông vi phân
khi cha có gia tải đợc xác định theo công thức (2.4)
Trong đó:
b
V - vận tốc truyền sóng trong cột hỗn hợp bê tông;
b

- hệ
số hao tán năng lợng trong cột hỗn hợp bê tông.
2.3 Khảo sát các thông số của máy va rung một bậc tự do bằng
phơng pháp số
2.3.1 Số liệu khảo sát
Số liệu cho trớc theo yêu cầu công nghệ:
b

m = 3000kg;
cn

=
100rad/s;
b
V = 40m/s;
h
= 1,5 m;
b

= 0,15;
b
2500

=
kg/m
3
;
r
7850

= kg/m
3
. Tính chọn các thông số của máy va rung: C
11
, C
12
,
b

1
, b
s
sau đó tính chính xác theo sơ đồ khối hình 2.3.
2.3.2 Sơ đồ khối tính toán, khảo sát động lực học máy va rung

Bắt đầu
Bớc 1: Nhập thông số của máy
va rung và các thông số ảnh
hởng của hỗn hợp bê tông
Bớc 2: Tính toán xác định các
thông số động học và động lực
học của máy va rung
Bớc 3: Kiểm tra
các thông số của
máy va rung ?
Bớc 5: Tính năng lợng hấp
thụ của bê tông khi không có
gia tải và có gia tải
Bớc 6: Kiểm tra
theo chuẩn năng
lợng ?
Bớc 9: In các kết quả
Kết thúc
Đ
Bớc 7: Thay đổi
thông số: Máy ?
S
Bớc 4: Nhập thông
số máy cần thay đổi

S
Bớc 8: Nhập các
thông số của hỗn hợp
bê tông cần thay đổi
Đ
Đ
S


Hình 2.3 Sơ đồ khối chơng trình tính toán khảo sát máy va rung
- 16 -
Chơng 4. Thực nghiệm kiểm chứng máy va rung
một bậc tự do v Quy trình nghiên cứu thiết
kế máy va rung
4.1 Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm
Mục đích của thí nghiệm là so sánh kết quả tính toán theo mô
hình lý thuyết với thực tế để có thể kết luận về tính đúng đắn và độ
chuẩn xác của mô hình cũng nh phơng pháp tính đã đợc sử
dụng.
4.2 Nghiên cứu thực nghiệm cờng độ chịu nén của các mẫu bê
tông.
4.2.1 Quy trình nghiên cứu thực nghiệm chất lợng đúc hỗn hợp
bê tông


Hình 4.1: Sơ đồ thực nghiệm kiểm chứng chất lợng đúc hỗn hợp bê
tông
-15 -

Hình 3.3a Biên độ dao động của
mặt bàn máy va rung hai bậc tự do.
Hình 3.3b Gia tốc dao động của
mặt bàn máy va rung hai bậc tự do.


Hình 3.4a Biên độ dao động của
khung máy va rung hai bậc tự do.
Hình 3.4b Gia tốc dao động của
khung máy va rung hai bậc tự do.


Hình 3.5 Cờng độ hấp thụ năng
lợng theo chiều cao của cột hỗn
hợp bê tông trên máy va rung hai
bậc tự do.
Hình 3.6 Cờng độ hấp thụ năng
lợng của hỗn hợp bê tông khi có
tấm gia tải quán tính trên máy va
rung hai bậc tự do khi chiều cao
của tấm gia tải
r
h = 0
ữ
0,4m.
3.4 Nhận xét chơng 3
- Để máy va rung hai bậc tự do làm việc trong miền cộng hởng
với
cn

=100rad/s, thì độ cứng của gối va chạm là
s
C = 2.1 10
8
N/m.
- Biên độ dao động của mặt bàn và khung máy va rung hai bậc tự
do dao động ngợc chiều nhau. Độ chênh gia tốc dao động của mặt
bàn rung đã thể hiện đợc ảnh hởng của các tần số dao động bậc
cao:
2
x

&&

50 m/s
2
.
- 10 -
2.3.3 Kết quả khảo sát

Hình 2.4 Đồ thị đặc tính biên độ -
tần số cơ bản của máy va rung một
bậc tự do theo độ cứng của gối va
chạm với 1-
s
C = 8.4 10
7
; 2-
s
C = 5.4

10
8
N/m; 3-
s
C = 8.4 10
8
N/m.
Hình 2.5 Đồ thị đặc tính biên độ-
tần số cơ bản của máy va rung một
bậc tự do theo hệ số tỷ lệ
c
k
với 1-
k
c
=10; 2- k
c
=20; 3-k
c
=50.


Hình 2.6a Đồ thị biên độ dao động
của máy va rung một bậc tự do với
biên độ dao động điều hòa bậc nhất
(1) và tổng các biên độ dao động
thành phần (2).
Hình 2.6b Đồ thị gia tốc dao động
của máy va rung một bậc tự do với
gia tốc dao động điều hòa bậc nhất

(1) và tổng các gia tốc dao động
thành phần (2).



Hình 2.7 Đồ thị tổng độ
chênh gia tốc theo bậc
của các dao động thành
phần của máy va rung
một bậc tự do.

-11 -


Hình 2.8 Cờng độ hấp thụ
năng lợng theo chiều cao
của cột hỗn hợp bê tông của
máy va rung một bậc tự do
với biên độ dao động cơ bản
(1) và với tổng các biên độ
dao động (2) đến bậc 40.
Hình 2.9 Cờng độ
hấp thụ năng lợng của
hỗn hợp bê tông trên
máy va rung một bậc tự
do khi tấm gia tải quán
tính có chiều cao

r
h = 0

ữ
0,4m.

Hình 2.10 Cờng độ hấp
thụ năng lợng theo chiều
cao của cột hỗn hợp bê
tông trên máy va rung một
bậc tự do khi có áp lực
không quán tính
p
= 0
ữ
3000N/m
2
.


Hình 2.11 ảnh hởng của chiều cao cột
hỗn hợp bê tông đến khả năng hấp thụ
năng lợng của các lớp hỗn hợp bê tông
khi không có gia tải
(1) h=1,5m ; (2) h=3m.
Hình 2.12 ảnh hởng chiều cao cột hỗn
hợp bê tông đến cờng độ hấp thụ năng
lợng của các lớp hỗn hợp bê tông khi
tấm gia tải quán tính có chiều cao
r
h
=
0,2m. (1) h=1,5m ; (2) h=3m.

Hình 2.13
Đ
ồ thị ảnh
hởng của biên độ dao
động cơ bản A
1
theo tần số
dao động cỡng bức

của
máy va rung một bậc tự
do,khi khe hở

= 0.

Hình 2.14 Đồ thị ảnh
hởng của biên độ dao
động cơ bản A
1
theo tần số
dao động cỡng bức


của máy va rung một bậc
tự do, khi khe hở

> 0.
Hình 2.15 Đồ thị ảnh
hởng của biên độ dao

động cơ bản A
1
theo tần
số dao động cỡng bức


của máy va rung một bậc
tự do, khi khe hở

< 0.

- 14 -
b. Khi m dao động cùng đệm va chạm
12
x
x0<
2
11 1 s 1 2 1 s 1 2 0
21s21 1s12
m x (C C )(x x ) (b b )(x x ) m r cos t F
mx ( C C )( x x ) ( b b )( x x ) F

++ ++ = +
+ + =
&& & &
&& & &
(3.2)
Trong đó:
1
m - khối lợng khung máy làm giảm lực tác dụng xuống nền khi

máy làm việc; x
1
- tọa độ của khối lợng m
1
; x
2
- tọa độ của khối lợng m
đợc tính từ vị trí cân bằng tĩnh khi lò xo giảm chấn bị nén đàn hồi một đoạn
là
1d
(m m )g/C+ ;
12
x
xx
=

; C
d
- độ cứng của lò xo đỡ giảm chấn; C
1
=
C
11
+C
12
là tổng độ cứng của lò xo liên kết và lò xo điều chỉnh;
F
- lực nén
ban đầu.
3.3 Khảo sát các thông số của máy va rung hai bậc tự do bằng

phơng pháp số
Quá trình khảo sát máy va rung hai bậc tự do cũng tơng tự nh
quá trình khảo sát máy va rung một bậc tự do. Trong phần này chỉ
khảo sát một số trờng hợp sau:
3.3.1 Số liệu khảo sát
Số liệu cho trớc theo yêu cầu công nghệ: m
b
= 3000kg;

cn
=
100rad/s; V
b
= 40m/s; h= 1,5 m;

b
= 0,15,

b
=2500kg/m
3
. Tính chọn
các thông số của máy va rung: C
11
, C
12
, b
1
, b
s

sau đó tính chính xác
theo sơ đồ khối hình 2.3.
3.3.2 Một số kết quả khảo sát

Hình 3.2a Đồ thị đặc tính biên độ-
tần số cơ bản của máy va rung hai
bậc tự do theo độ cứng của gối va
chạm. 1. Biên độ của
12
x
xx
=
; 2.
Biên độ dao động cơ bản của khung
máy
1
x ; 3. Biên độ dao động cơ bản
của mặt bàn rung x
2
. Khi
s
C = 3,0
10
8

N/m.
Hình 3.2b Đồ thị đặc tính biên độ-
tần số cơ bản của máy va rung hai
bậc tự do theo độ cứng của gối va
chạm. 1. Biên độ của

12
x
xx
=
; 2.
Biên độ dao động cơ bản của khung
máy
1
x ; 3. Biên độ dao động cơ bản
của mặt bàn rung x
2
. Khi
s
C = 2,1
10
8

N/m.


-13 -
3.Sau khi khảo sá
t
, phân tích bằng số các thông số của máy va
rung, rút ra một số nhận xét sau đây:
- Để máy va rung một bậc tự do làm việc trong miền cộng
hởng với
cn

=100rad/s, thì độ cứng của gối va chạm là:

s
C = 5.4
10
8
N/m; hệ số tỷ lệ giữa độ cứng của gối va chạm và độ cứng của lò
xo đỡ là: k
c
= 20.
- ảnh hởng của các tần số dao động bậc cao đến biên độ
x


0,001m và độ chênh gia tốc của máy va rung là lớn
x
65


&&

m/s
2
, thể hiện đợc hiệu ứng đa tần số, hiệu ứng va chạm.
- Để đảm bảo cờng độ hấp thụ năng lợng của các lớp hỗn hợp
bê tông
()
b
Ex 1,5 W/kg, thì các thông số của cấu kiện bê tông đặt
trên máy va rung phải là: m = 3000ữ7000kg, h= 0,5ữ3m,
b
V =

20ữ80m/s,
b

= 0,1ữ0,4 .
Chơng 3. Máy va rung hai bậc tự do tơng tác
với hỗn hợp bê tông
3.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình
Để thiết lập mô hình tính toán động lực học cho máy va rung
đứng hai bậc tự do ngoài các giả thiết về máy va rung một bậc tự do
nh ở chơng 2, ta có thêm giả thiết sau: độ cứng của lò xo đỡ mặt
bàn rung là nhỏ so với độ cứng của lò xo liên kết, vì vậy có thể bỏ
qua trong tính toán.
3.2 Mô hình mô hình nghiên cứu máy va rung hai bậc tự do
Hình 3.1 Mô hình cơ học máy va
rung hai bậc tự do
1. Mặt bàn rung; 2. Lò xo đỡ giảm
chấn; 3. Gối va chạm; 4. Khung
máy và động cơ gây rung; 5. Đai
ốc điều chỉnh; 6. Lò xo điều chỉnh
phía dới; 7. Lò xo liên kết; 8.
Giảm chấn bê tông và lò xo.

Phơng trình vi phân chuyển động của hệ đợc viết nh sau:
a. Khi m tách ra khỏi đệm va chạm
12
x
x0

2
11 1 1 2 1 1 2 0
211 2 11 2
mx C(x x ) b(x x ) mr cos t F
mx C ( x x ) b ( x x ) F

++= +
=
&& & &
&& & &
(3.1)
- 12 -
Sau khi đã khảo sát, phân tích và lựa chọn chính xác các thông số
của máy va rung một bậc tự do trong mục 2.3, ta có thể đa ra các
thông số kỹ thuật của máy va rung và khả năng điều chỉnh máy theo
yêu cầu của công nghệ (bảng 2.1).
Bảng 2.1 Các thông số ban đầu của máy va rung một bậc tự do
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
I. Thông số máy va rung
Sức nâng
m
kg 2000
ữ
5000
Mô men quán tính
m
0
r
kgm 2.1
ữ

5.1

>0
80
ữ
90

=0
80
ữ
120
Tần số dao động của lực kích
động


rad/s

<0
110
ữ
130
Biên độ dao động
A

m 0,0008
ữ
0,006
Độ chênh gia tốc dao động
x

&&

m/s
2
40
ữ
100
II. Thông số của hỗn hợp
bê tông

Chiều cao của cột hỗn hợp
bê tông
h

m 0,5
ữ
3
Vận tốc truyền sóng
b
V

m/s 20
ữ
80
Hệ số hao tán năng lợng
b


0,1
ữ

0,4
Hệ số tỷ lệ hỗn hợp bê tông
tham gia dao động
b
k

0,4
ữ
0,6
2.4 Nhận xét chơng 2
1. Từ việc phân tích mô hình cơ học của máy rung thờng và
mô hình cơ học của máy va rung một bậc tự do, hình chung máy va
rung một bậc tự do và các giả thiết khi xây dựng mô hình, luận án đã
tiến hành xây dựng mô hình nghiên cứu và thiết lập phơng trình vi
phân chuyển động.
2. Giải phơng trình vi phân chuyển động phi tuyến của máy va
rung một bậc tự do, tìm đợc nghiệm dới dạng hệ phơng trình hàm
đại số siêu việt
01
(A )

,
0
()


,
n
0i
i1

A
(A)
=

,
1
A
(k, , )


,
(k, )


,
001
k( ,A ,A )

,
40
j
010
j2
A
(A ,A, )

=

nghiệm này thể hiện đợc các tơng quan
ảnh hởng đến chế độ làm việc của máy va rung cộng hởng một bậc

tự do.