Một cơ cấu rung va đập dùng khí nén có thể sử dụng cho các máy chuyển động theo phương ngang đã được cải tiến, thiết kế mới, chế tạo

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Tóm tắt
Một cơ cấu rung - va đập dùng khí nén có thể sử dụng cho các máy
chuyển động theo phương ngang đã được cải tiến, thiết kế mới, chế tạo,
vận hành thí nghiệm, phân tích và cho ra các kết quả tích cực. Khả năng
hiện thực hóa ứng dụng của cơ cấu rung - va đập dùng khí nén trong các
máy khai thác rung - va đập trở nên hứa hẹn hơn.
Cơ cấu được cải tiến làm việc dựa trên nguyên lý đóng xả khí nén theo
chu kỳ. Chuyển động phản lực của ống khí nén thông qua một bảng mạch tạo
tần số đóng xả van đã được hỗ trợ bằng một hệ lò xo nhằm khai thác phản lực
khí nén và đặc tính cộng hưởng cơ, từ đó có thể nâng cao hiệu năng của hệ
thống.
Đã mô hình thí nghiệm cơ cấu va đập dùng khí nén có tích hợp rung.
Đã thiết kế, chế tạo và vận hành thành công cơ cấu rung va đập mới;
hoạt động đạt được chức năng.
Đã thực nghiệm xác định được bộ thông số gồm tần số và khe hở va
đập cho ra khoảng di chuyển lớn nhất.
Các phân tích cơ hệ cho thấy, khoảng cách va đập, độ cứng của lò xo
và tần số đóng xả của van khí trên ống khí nén 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.
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
1
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Chương 1
GIỚI THIỆU
Chương này giới thiệu các cơ sở lý luận và tính cần thiết thực hiện của
đề tài nghiên cứu, các mục tiêu và tóm tắt các kết quả đã đạt được. Cơ cấu
rung - va đập theo phương ngang được giới thiệu trong phần 1.1. Các nghiên
cứu liên quan trong lĩnh vực khai thác cộng hưởng được tóm tắt trong phần
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài sẽ được giới thiệu trong phần 1.3. Tiếp

theo, phần 1.4. sẽ trình bày các kết quả chính đã đạt được của nghiên cứu
này. Phần cuối cùng, phần 1.5 là cấu trúc của luận văn.
1.1. Cơ cấu rung va đập theo phương ngang
Trên thế giới, khai thác rung động tích cực trong các thiết bị xây dựng
công trình đã được quan tâm từ những năm 1940. Những ưu việt nổi bật của
việc tích hợp rung động với va đập trong các thiết bị này đã được chứng minh
là làm tăng năng suất của các máy đào/ nén đất, giảm sức cản của đất và tăng
tính ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, các nghiên cứu chủ yếu tập trung cho
mô hình rung động theo phương thẳng đứng, sử dụng cơ cấu quay lệch tâm do
Tsaplin đề xuất, có thành phần ngoại lực tĩnh chính là trọng lượng của chính
cơ cấu. Việc khai thác nguyên lý này cho các máy móc thiết bị có hành trình
theo phương ngang như máy đào ngầm ngang (moling), máy khoan ngầm
(boring) còn rất bị hạn chế. Nguyên lý làm việc của một máy đào ngầm ngang
được trình bày trên hình 1.1.
Hình 1.1. Nguyên lý đào ngầm ngang
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
Công trình
Hố đích
Máy đào ngầm
moling
Vỏ ống
Hố khởi đầu
Ống
dẫn khí
Máy nén khí
2
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
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.
Mô hình khai thác rung-va đập theo phương ngang được Rodger và
Littlejohn quan tâm từ những năm 1980 và được Lok, Neilson và Rodger tiếp
tục phát triển. Các nghiên cứu tiếp theo của Wiercigroch, Pavlovskaia và Woo
, Franca đã tiếp tục khẳng định tính ưu việt và hiệu quả của mô hình rung va
đập theo phương ngang. Tuy vậy, trong các nghiên cứu đã thực hiện, kết cấu
cơ khí tạo rung và lực va đập rất cồng kềnh, ma sát lớn.
Xuất phát từ nhu cầu kích thước nhỏ gọn cho hệ cơ cấu rung ngang, một
cơ cấu rung va đập có kích thước nhỏ gọn đã được Nguyễn Văn Dự giới
thiệu năm 2007 và được La Ngọc Tuấn cải tiến, nâng cao hiệu năng. Tuy
vậy, công suất cơ cấu đưa ra vẫn chưa đủ lớn để thắng lực cản của đất nên
chưa thể áp dụng trong các máy đào ngầm ngang.
Các máy đào ngầm Moling thương mại hiện nay vẫn chỉ có thể khai thác
tính năng va đập thuần túy, bằng cách sử dụng các đầu búa dạng piston khí
nén.
Đề tài này được tiến hành nhằm chế tạo, thử nghiệm một cơ cấu mới
nhằm tích hợp rung động với nguồn năng lượng phản lực khí nén, nhằm thử
nghiệm khả năng tích hợp rung động với trong một cơ cấu có kích thước nhỏ.
1.2. Các kết quả nghiên cứu gần đây
Từ những thập kỷ 40 của thế kỷ trước, các máy móc khai thác tính tích
cực của rung động đã được giới thiệu và được sử dụng rộng rãi trên thế giới
khi Tsaplin đưa ra mô hình cơ cấu rung - va đập sử dụng bánh quay lệch tâm.
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
3
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Các công trình nghiên cứu của Barkan Rodger và Littejohn đã chứng minh
được lợi ích rất lớn của việc tích hợp rung động với va đập. Các nghiên cứu lý

thuyết và mô phỏng của Pavlovskaia Wiercigroch, Woo đã khẳng định rõ hơn
lợi ích này. Tuy nhiên các mô hình ứng dụng vẫn chỉ dựa trên cơ cấu bánh
lệch tâm rất cồng kềnh. 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.
Cho đến nay chưa có một nghiên cứu nào nghiên cứu sự chuyển động
cộng hưởng của phản lực khí nén tạo ra sự rung động dịch chuyển theo
phương ngang, mà đã có các nghiên cứu về cuộn cảm được tiến hành cho các
dạng ứng dụng như một cơ cấu đóng mở hoặc rung động hành trình ngắn.
Việc sử dụng cuộn cảm như một động cơ chuyển động thẳng khứ hồi đã
được Mendrela đề xuất và nghiên cứu. Tuy nhiên, động cơ của ông chỉ được
phân tích ở chế độ không tải và ở dạng một mô hình đơn giản. Động cơ
chuyển động khứ hồi do Mendrela đề xuất đã được phát triển thành cơ cấu
rung va đập và nghiên cứu bởi Nguyễn Văn Dự và các cộng sự.
Mô hình toán học và các đặc tính động lực học cơ bản của cơ cấu rung -
va đập khai thác chuyển động tuần hoàn của lõi sắt trong lòng ống dây của
mạch RLC đã được phân tích và kiểm chứng bằng thực nghiệm trong nghiên
cứu của Nguyễn Văn Dự và được cải tiến bởi tác giả La Văn Tuấn.
Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ rõ, được tiếp tục nghiên cứu, phát triển
để có thể tạo ra lực va đập lớn hơn. Một trong những hướng phát triển khả dĩ
là cải thiện đặc tính động lực học của hệ thống. Luận văn này triển khai,
hiện thực hóa và xây dựng mô hình thí nghiệm cho hệ thống mới.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài này đặt mục tiêu chính là tìm cách áp dụng nguyên tắc cộng tác
dụng giữa rung động và và đập theo phương ngang một cách hợp lý nhằm cải
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
4
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
thiện được hiệu năng của cơ cấu rung sử dụng cho máy đào ngầm ngang.
Thông qua cơ cấu này phân tích đánh giá và đề xuất cho các cải tiến tiếp theo.

Các mục tiêu cụ thể là:
1. Thiết kế, chế tạo hệ thống thí nghiệm khảo sát khả năng tích hợp rung
động cho cơ cấu va đập;
2. Thực nghiệm phân tích và đề xuất, kiểm chứng mô hình rung tích hợp
va đập mới.
1.4. Các kết quả chính đã đạt được
Đề tài này đã đế xuất một cơ cấu rung ngang mới mà vẫn đảm bảo tính
nhỏ gọn và đơn giản của nó. Cơ cấu mới đã có khả năng thắng được lực cản
cao; tốc độ dịch chuyển của nó cũng được cải thiên đáng kể. Các đóng góp
mới của nghiên cứu sẽ được trình bày chi tiết trong từng chương tiếp theo.
Dưới đây là các thành tựu chính mà nghiên cứu này đạt được:
1. Đã mô hình thí nghiệm cơ cấu va đập dùng khí nén có tích hợp rung.
2. Đã thiết kế, chế tạo và vận hành thành công cơ cấu rung va đập mới;
hoạt động đạt được chức năng.
3. Đã thực nghiệm xác định được bộ thông số gồm tần số và khe hở va đập
cho ra khoảng di chuyển lớn nhất.
1.5. Cấu trúc luận văn
Luận văn được chia thành 5 chương với các nội dung chính như sau.
Trong chương 1 trình bày các cơ sở, tính cần thiết thực hiện đề tài. Các
nghiên cứu tương tự gần đây cũng được giới thiệu tóm tắt nhằm nêu bật các
kết quả đóng góp mới.
Chương 2, các mô hình của các cơ cấu rung - va đập đã được sử dụng
trong thực tế và trong các nghiên cứu thí nghiệm trước đây, đặc biệt là cơ cấu
RLC được trình bày. Trên cơ sở đó, một số đề xuất cải tiến cơ cấu rung ngang
phản lực khí nén mới được thử nghiệm.
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
5
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Cơ cấu được cải tiến và hoàn thiện nhất được trình bày chi tiết trong
chương 3. Ở đó, sơ đồ nguyên lý, mô hình lý thuyết, cấu tạo và thiết kế cơ cấu

mới được trình bày một cách cụ thể. Hệ thống các thiết bị thí nghiệm sử dụng
để khảo sát đặc tính động lực học của cơ hệ cũng được mô tả.
Chương 4 trình bày quá trình thực nghiệm lựa chọn thông số làm việc
các kết quả nghiên cứu, đánh giá cơ cấu rung - va đập mới. So sánh trực tiếp
thông qua các chỉ tiêu tốc độ dịch chuyển của hệ thống.
Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong
chương 5.
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
6
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Chương 2
PHÂN TÍCH CƠ CẤU RUNG RLC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN
CƠ CẤU RUNG NGANG KHÍ NÉN
2.1. Giới thiệu
Trong chương này sẽ giới thiệu về nguyên lý làm việc của các cơ cấu
rung - va đập hiện có, nêu nên những vấn đề còn tồn tại, phân tích cơ cấu
RLC 09. Đề xuất hướng cải tiến một cơ cấu mới rung ngang khí nén và trình
bày chi tiết các cải tiến thử nghiệm.
Phần 2.2 sẽ trình bày khái quát về các thiết bị rung va đập thương mại
và các cơ cấu, mô hình cơ học rung - va đập mới nhất hiện vẫn còn trong giai
đoạn thí nghiệm gần đây. Trong phần 2.3 sẽ phân tích cơ cấu rung - va đập
mới nhất được trình bày và từ đó đề xuất nhu cầu cần cải tiến, tạo ra cơ cấu
mới. Tiếp theo phần 2.4 sẽ trình bày cơ sở đề xuất cải tiến và các cải tiến thử
nghiệm. Cuối cùng phần 2.5 sẽ tóm tắt các kết luận chính.
2.2. Các cơ cấu, mô hình rung va đập
Như chúng ta thấy đa số các máy rung va đập thương mại hiện nay đều
sử dụng mô hình bánh quay lệch tâm do Tsaplin đề xuất năm 1949(hình 2.1)
Hình 2.1. Cơ cấu rung Tsaplin
Cơ cấu rung - va đập này làm theo nguyên lý sử dụng bánh lệch tâm
được mô tả trên hình 2.2.

Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
7
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm
Cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm được sử dụng rất phổ biến trong các
máy đóng cọc, đầm đất… (xem minh họa trên hình 2.3, 2.4).
Hình 2.3. Cơ cấu rung va đập được dùng trong máy đóng cọc đứng
(Theo nhà sản xuất ICE)
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
Điểm
va đập
Giá đỡ

8
Lò xo
Cọc cần đóng
Động cơ
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm của Lok
Hình 2.5. Sơ đồ thí nghiệm khai thác rung va đập của Franca [13]
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
Bộ khuyếch đại
cảm biến vị trí
Hệ thống tiếp nhận dữ liệu
Bộ khuyếch đại
cảm biến tải trọng
Hệ thống động cơ & cam
Khối đất
Đầu vào lỗ
Cảm biến vị trí

Kết cấu đỡ
Bộ khuyếch đại công suất
Máy phát
sóng
2- Lò xo
4- Thanh dẫn hướng
3- Thiết bị tạo ma sát khô
1- Bàn rung
5- Mũi đột
6- Tải đặt trước
7- Encoder
8- Thiết bị va đập
1
9
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu RLC - 07 [3]
2.3. Cơ cấu rung - va đập RLC-09
Trong cơ cấu RLC 09 của tác giả La Văn Tuấn, ống dây không được
cố định như trong RLC-07. (xem hình 2.7).
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu RLC - 09

2.4. Đề xuất cải tiến thử nghiệm mới
2.4.1. Cơ sở đề xuất cải tiến
Từ cơ sở một ống khí bị nén khi mở van khí đột ngột sẽ phụt khí bị nén
tạo ra một phản lực làm cho ống khí nén lao về phía trước
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
L
C
R
V

S
Chốt chặn
Lõi sắt
Cuộn cảm
Base board
Lò xo
Tấm trượt
10
L
C
R
V
S
Lõi sắt
Cuộn cảm
Tấm trượt
Chốt chặn
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM

(a) (b)
Hình 2.8: (a) Phụt khí, (b) phản lực.
2.4.2. Xe gắn ống khí nén:
èng khÝ nÐn
Xe di chuyÓn
Van x¶
KhÝ nÐn
Hình 2.9: Xe gắn ống khí nén
Từ ý tưởng này, phương án về gắn ống khí nén lên xe được hình
thành, xe sẽ di chuyển mỗi khi van khí nén xả đột ngột.
2.4.3. Cơ cấu lò xo chốt chặn

Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
11
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Xe di chuyÓn
chèt chÆn
lß xo
TÊm tr ît
èng khÝ nÐn
Van x¶
KhÝ nÐn
Hình 2.10: Cơ cấu chốt chặn, lò xo
Khi xả khí, theo phản lực xe mang ống khí sẽ di chuyển đến vị trí chốt
chặn làm nén lò xo ở vị trí đó lại, tiếp đó ống khí sẽ bị di chuyển quay trở lại
vị trí xuất phát bằng một lò xo mềm, khi về đến vị trí điểm xuất phát van khí
lại tiếp tục xả. Cứ như vậy xe mang ống khí sẽ được chuyển động một cách
tuần hoàn, liên tục.
Như vậy có thể sư dụng phản lực khí nén và lò xo để tạo chuyển động
khứ hồi.
2.4.4. Thử nghiệm các kích thước đường kính van xả
Hình 2.11: Đầu xả khí
2.5. Kết luận
Chương này đã trình bày các thông tin tổng quan về các cơ cấu rung -
va đập đã có. Dựa trên các thông tin phân tích về nguyên lý làm việc của các
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
12
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
cơ cấu rung đã có, một số ý tưởng về một cơ cấu rung mới dùng phản lực khí
nén đã được đề xuất.
Mô hình thực cho ý tưởng này sẽ được trình bày ở chương tiếp theo.
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc

13
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Chương 3
CƠ CẤU RUNG NGANG PHẢN LỰC KHÍ NÉN
3.1. Giới thiệu
Chương này trình bày về nguyên lý làm việc, mô hình và các bước tiến
hành thiết kế, chế tạo cơ cấu rung ngang khí nén. 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.
Cơ cấu rung va đập mới được thiết kế dựa trên nguyên lý cộng hưởng
tần số đóng xả của van khí nối với ống khí nén.
Phần tiếp theo, phần 3.2. sẽ trình bày chi tiết về nguyên lý làm việc của
cơ cấu mới. Các bước thiết kế và chế tạo cơ cấu rung - va đập mới được trình
bày ở phần 3.3. Phần 3.4. trình bày về các thiết bị đo kiểm, thu thập dữ liệu
được sử dụng trong thí nghiệm. Quy trình lắp đặt, vận hành thiết bị thí
nghiệm trình bày tại phần 3.5. Phần cuối cùng của chương, phần 3.6. sẽ tóm
tắt các kết luận chính.
3.2. Nguyên lý làm việc
Xe di chuyÓn
chèt chÆn
lß xo
TÊm tr ît
èng khÝ nÐn
Van x¶
KhÝ nÐn
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu rung ngang phản lực khí nén
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
14
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM

Mô hình cơ cấu rung ngang phản lực khí nén cũng dựa trên hiện tượng
cộng hưởng tần số xả van khí nén. Ống khí nén được gắn trên bốn bánh xe có
khả năng lăn tự do trên hai đường ray dẫn hướng. Do vậy, khi xả khí trong ống
phản lực va đập thu được từ chuyển động và va đập của ống khí với chốt chặn .
Ống khí chuyển động sẽ kéo theo xe mang ống khí chuyển động. Một
chốt chặn được đặt chắn ngang trên đường chuyển động của xe và ống khí
nén. Cả hệ thống dẫn hướng cho ống khí nén và chốt chặn được lắp trên một
tấm trượt. Tấm trượt này được thiết kế để có thể trượt trên một hệ rãnh trượt
dẫn hướng. Ma sát giữa tấm trượt và rãnh trượt có thể điều chỉnh được nhờ
một cơ cấu kẹp (xem phần 3.3.4) để phục vụ cho việc khảo sát các số liệu thí
nghiệm.
Tính cộng hưởng của dao động là yếu tố có thể khai thác để phát huy
công năng của ống khí nén. Vì vậy, một hệ lò xo liên kết giữa ống khí và
hệ thống dẫn hướng cho ống khí được đưa vào cơ cấu để thực hiện nhiệm
vụ đó.
Toàn bộ, ống khí, hệ lò xo này được đặt lên một tấm trượt và tấm trượt
này được thiết kế để có thể trượt trên hệ rãnh trượt tương ứng và có lực ma sát
điều chỉnh được. Kết cấu này được sử dụng để mô phỏng cho một máy đào
ngầm chuyển động tương đối với đất. Lực cản của đất được đặt lên máy thông
qua cơ cấu điều chỉnh lực ma sát.
Sơ đồ trên hình 3.1 được sử dụng làm cơ sở để xây dựng các mô hình
tính toán và thiết kế, chế tạo cơ cấu.
3.3. Thiết kế và chế tạo cơ cấu
3.3.1. Ống khí nén và xe mang khí nén
- Ống khí nén
Ống khí nén được thiết kế như hình 3.2
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
15
Ø
1

5
Ø
2
3
29
2
6 2
Ø 17
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
R
4
2
,
5
195
R38.5
1
2
3

Hình 3.2: Ống khí nén
- Xe mang ống khí
Hệ thống xe và bộ phận dẫn hướng được thiết kế (Xem hình 3.3).
1. èng khÝ nÐn
2. §Þnh vÞ trôc
3. æ bi
4. B¸nh xe
5. Trôc
6. Th©n xe
7. Van x¶ khÝ

100
150
1
3
2
4
5
6
108
7
Hình 3.3: Cơ cấu chuyển động ống khí nén trong thí nghiệm
Hệ bánh xe được thiết kế
với vật liệu nhôm hợp kim (xem
hình 3.4).
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
16
Hình 3.6: Sống trượt dẫn hướng
được lắp trên hệ thống ray
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
3.3.2. Hệ thống đường ray dẫn hướng
Hệ thống ray ngoài nhiệm vụ để dẫn hướng còn làm nhiệm vụ liên kết
với ống khí qua hệ lò xo nhằm phát huy tính cộng hưởng của dao động.
(xem hình 3.5).
Hình 3.5: Hệ thống đường ray trong thí nghiệm
Bộ phận dẫn hướng cho
chuyển động bằng sống trượt chữ V
sẽ được chế tạo và lắp đặt vào cơ hệ
này (xem hình 3.6).
3.3.3. Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng
Để bộ phận dẫn hướng cho cơ hệ hoạt động, các sống trượt cần có một

hệ rãnh trượt tương ứng. (xem hình 3.7).
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
17
1: Đường ray
2: Sống dẫn hướng
3: Thanh giằng định vị
4: Bulông định vị
5: Lỗ lắp bulông điều
chỉnh F
ms
R
3
0
20
32
2xØ6
9
0
°
6
1: Cuộn cảm
2: Định vị trục
3: Ổ bi
4: Bánh xe
5: Trục
6: Thân xe
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
4
3
1

2
500
145
50
38
132
300
A
A
A-A
1: Bu lông định vị 2: Rãnh dẫn cơ hệ ray-ống dây
3: Rãnh dẫn con trượt điều chỉnh F
ms
4: Thanh giằng
Hình 3.7: Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng
3.3.4. Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát
Cơ cấu này có nhiệm vụ mô phỏng lực cản khi hệ thống vận hành trong
thực tế, lực cản chủ yếu do việc thâm nhập vào đất gây nên. Một cơ cấu kẹp
điều chỉnh được được thiết kế (xem hình 3.8)
Hình 3.8: Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát
3.4. Thiết bị điều khiển tạo tấn số xả
Thiết bị này gồm có một bộ chuyển đổi nguồn từ 220V xuống 24V nối
với một bảng mạch tạo đã được lập trình có thể thay đổi được tần số xung,
mạch tạo xung này được nối với một rơle không tiếp điểm để có thể đóng
ngắt được van xả khí với tần số lớn. (Hình 3.9)
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
18
1
2
3

4
5
1: Vít điều chỉnh
2: Thanh giằng hệ
thống ray
3: Rãnh trượt
4. Con trượt
4: Con trượt
5: Lò xo
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Hình 3.9: Bảng mạch điều khiển tần số
3.5. Thiết bị tạo khí nén
Hình 3.10: Máy khí nén
Thiết bị tạo khí nén cho ống khí là một máy khí nén. Máy này cho áp
suất khí nén là 7 Mpa
3.6. Các thiết bị đo
3.6.1. Thiết bị đo chuyển vị
Hình 3.12: Cơ cấu đo lượng dịch chuyền
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
19
Hình 3.13: (a) Lực kế, (b)Phương pháp
đo độ cứng lò xo
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
3.6.2. Thiết bị đo lực
Lực ma sát của cơ cấu, độ
cứng của lò xo được đo kiểm
bằng lực kế (xem hình 3.13 (a)).
3.7. Lắp đặt, vận hành thiết bị
thí nghiệm
Sau khi lắp đặt ta được hệ thống thiết bị thí nghiệm mô phỏng cho một

máy đào ngầm ngang như hình 3.18.
Hình 3.18: Kết cấu hệ thống thí nghiệm rung ngang phản lực khí nén
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
20
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
3.8. Kết luận
Trong chương này, một cơ cấu rung - va đập vận hành dựa trên nguyên
lý hoạt động của phản lực khí nén, chế tạo và vận hành thử nghiệm. Ống khí
nén có thể chuyển động tương đối trên tấm trượt qua hệ con lăn của hệ thống
xe, một chốt chặn được cố định trên tấm trượt. Tấm trượt này sẽ chuyển động
khi ống dây va đập vào chốt chặn. Một cơ cấu rung - va đập cho các máy đào
ngầm ngang theo nguyên lý vận hành mới đã được thiết kế, chế tạo và làm
việc tốt trong các thử nghiệm.
Một tập hợp các thông số lợi cho chuyển động tiến về phía trước của
tấm trượt đã được xác định. Trước hết, ống khí nén xả tạo phản lực ống này.
Thứ hai, cơ cấu giảm thiểu lực cản chống lại chuyển động của của ống khí
nén và hệ thống lò xo khai thác cộng hưởng cho chuyển động này cũng đã
được thiết lập. Điều này là rất quan trọng để ống khí nén dao động. Cuối
cùng, chốt chặn nên được đặt trong khoảng trước khi ống khí nén đạt đến
khoảng kết thúc hành trình dao động của nó. Nói cách khác, khoảng cách giữa
chốt chặn và ống khí nén phải nhỏ hơn so với biên độ dao động của ống khí
nén.
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
21
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Chương 4
THỰC NGHIỆM LỰA CHỌN THÔNG SỐ LÀM VIỆC
4.1. Giới thiệu
Chương này trình bày về thực nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm
trên Minitab, tiến trình thiết kế thí nghiệm leo dốc, thiết kế CCD và xử lý thí

nghiệm RSM để lựa chọn bộ thông số gồm tần số và khe hở cho ra kết quả di
chuyển cao nhất của cơ cấu RKN - 13.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rõ đối với một vùng nhỏ chứa cực trị
thì quan hệ bậc 2 là đủ để khảo sát, do đó phải tiến hành thí nghiệm nhiều hơn
2 điểm → mô tả chính xác hồi quy bậc cao.
4.2. Thí nghiệm khởi đầu
Hình 4.4: Dữ liệu thí nghiệm leo dốc
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
22
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Bảng 4.1: Phân tích các ảnh hưởng chính thí nghiệm leo dốc
Bảng 4.2: Phân tích phương sai thí nghiệm leo dốc.
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
23
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Hình 4.10: Biểu đồ đường mức
Hình 4.12: Bề mặt chỉ tiêu thí nghiệm leo dốc
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
Tan_so
Khoang_cach
2.01.81.61.41.21.0
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
>
–
–

–
–
–
< 10
10 12
12 14
14 16
16 18
18 20
20
Dich_chuyen
Contour Plot of Dich_chuyen vs Khoang_cach, Tan_so
24
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
f (Hz) D (mm) Dịch chuyển (mm)
1.8 0.8 0.212
2 2 22
2.2 3.2 37.04
2.4 4.4 42.512
2.6 5.6 39.356
2.8 6.8 27.572
Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm leo dốc
Hình 4.13: Khoảng dịch chuyển tại các bước leo dốc
4.3. Thí nghiệm CCD
Hình 4.19:Kết quả thí nghiệm CCD
Thực hiện: Bùi Thanh Bắc
25