Thiết kế, chế tạo cơ cấu va đập tích hợp rung động theo phương ngang (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------

BÙI THANH BẮC

"THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU VA ĐẬP
TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG THEO PHƢƠNG NGANG"

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Thái Nguyên - năm 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------

BÙI THANH BẮC
ĐỀ TÀI

"THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CƠ CẤU VA ĐẬP
TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG THEO PHƢƠNG NGANG"

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

HỌC VIÊN

PGS.TS Nguyễn Văn Dự
Bùi Thanh Bắc
PHÒNG QLĐT SAU ĐAI HỌC

XÁC NHÂN KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS Nguyễn Văn Dự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này là của
bản thân thực hiện, chƣa đƣợc sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp
nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, chƣa có tài liệu khoa học nào tƣơng tự
đƣợc công bố, trừ những thông tin tham khảo đƣợc trích dẫn.
Tháng 12 năm 2013

Bùi Thanh Bắc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Tóm tắt
Một cơ cấu rung - va đập dùng khí nén có thể sử dụng cho các máy

chuyển động theo phƣơng ngang đã đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc hỗ trợ bằng một hệ lò xo nhằm khai thác phản lực
khí nén và đặc tính cộng hƣởng 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 đƣợc chức năng.
Đã thực nghiệm xác định đƣợc 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 hƣởng lớn đến khả
năng chuyển động thắng các lực cản của hệ thống. Các kết quả này có thể
đƣợc sử dụng hữu ích cho các nghiên cứu tiếp theo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Lời cám ơn
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn
khoa học của tôi, Phó Giáo sư,Tiến sỹ Nguyễn Văn Dự, ngƣời đã tận tình chỉ
bảo, động viên và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn
tốt nghiệp. Nhờ sự tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ của thầy mà tôi đã
hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin cám ơn anh Nguyễn Thuận và các kỹ thuật viên của trung

tâm gia công cơ khí TTT Group, xƣởng gia công cơ khí Hƣởng Hảo đã giúp
đỡ tôi trong việc gia công, chế tạo các thiết bị thí nghiệm của đề tài này.
Lòng biết ơn chân thành của tôi xin gửi tới bố mẹ của tôi đã dành cho tất
cả tình cảm của mình để chăm lo cho tôi, giúp tôi hoàn thành khóa học này.
Tôi cũng muốn nói lời cảm ơn tới ngƣời vợ của tôi, ngƣời anh trai và
những ngƣời thân trong gia đình tôi đã chăm sóc, động viên tôi trong suốt thời
gian tôi học tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, tôi xin cám ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp từ
trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và nhà máy Cán thép Lƣu
xá Thái Nguyên đã hỗ trợ và giúp đỡ trong thời gian học tập của tôi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Mục lục
Lời cam đoan ................................................................................................. 3
Tóm tắt .......................................................................................................... 4
Lời cám ơn .................................................................................................... 5
Mục lục .......................................................................................................... 6
Các ký hiệu viết tắt ........................................................................................ 8
Danh mục các hình ảnh ................................................................................. 9
Danh mục các bảng, biểu ............................................................................ 12
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU ............................................................................. 13
1.1.Cơ cấu rung va đập theo phƣơng ngang ............................................... 13
1.2.Các kết quả nghiên cứu gần đây ........................................................... 14
1.3.Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................. 16
1.4.Các kết quả chính đã đạt đƣợc .............................................................. 16
1.5.Cấu trúc luận văn .................................................................................. 17
Chƣơng 2: PHÂN TÍCH CƠ CẤU RUNG RLC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN

CƠ CẤU RUNG NGANG KHÍ NÉN......................................................... 18
2.1. Giới thiệu .............................................................................................. 18
2.2. Các cơ cấu, mô hình rung va đập ......................................................... 18
2.3 Cơ cấu rung - va đập RLC-09 ............................................................... 22
2.4. Đề xuất cải tiến thử nghiệm mới .......................................................... 23
2.4.1. Cơ sở đề xuất cải tiến ........................................................................ 23
2.4.2. Xe gắn ống khí nén ........................................................................... 23
2.4.3. Thử nghiệm các đƣờng kính van xả .......................................................... 24
2.5. Kết luận ................................................................................................ 25
Chƣơng 3: CƠ CẤU RUNG NGANG PHẢN LỰC KHÍ NÉN ................ 26
3.1. Giới thiệu .............................................................................................. 26
3.2. Nguyên lý làm việc .............................................................................. 26
3.3. Thiết kế và chế tạo cơ cấu .................................................................... 28
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3.3.1. Ống khí nén và xe mang khí nén....................................................... 28
3.3.2. Hệ thống đƣờng ray dẫn hƣớng ........................................................ 29
3.3.3. Hệ thống rãnh trƣợt dẫn hƣớng ......................................................... 31
3.3.4. Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát ............................................................ 31
3.4. Thiết bị điều khiển tạo tấn số xả .......................................................... 32
3.5. Thiết bị tạo khí nén .............................................................................. 33
3.6. Các thiết bị đo ...................................................................................... 33
3.6.1. Thiết bị đo chuyển vị......................................................................... 33
3.6.2. Thiết bị đo lực ................................................................................... 34
3.7. Lắp đặt, vận hành thiết bị thí nghiệm................................................... 36
3.8. Kết luận ................................................................................................ 40
Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM LỰA CHỌN THÔNG SỐ LÀM VIỆC ....... 41
4.1. Giới thiệu .............................................................................................. 39

4.2. Thí nghiệm khởi đầu ............................................................................ 39
4.3. Thí nghiệm CCD .................................................................................. 50
4.4. Kết luận ................................................................................................ 63
Chƣơng 5: KẾT LUẬN ............................................................................... 66
5.1. Các kết quả chính đã đạt đƣợc ............................................................. 66
5.2. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo ......................................................... 66
Tài liệu tham khảo ....................................................................................... 66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Các ký hiệu viết tắt
FFT

Phép biến đổi nhanh Fourier (Fast Fourier Transform)

LVDT

Thiết bị đo chuyển vị tuyến tính (Linear Variable Displacement
Transducer)

RLC

Mạch điện trở (R), điện cảm (L) và điện dung (C) mắc nối tiếp

RLC-07 Cơ cấu rung RLC của tác giả Nguyễn Văn Dự, 2007
RLC-09 Cơ cấu rung RLC của tác giả La Ngọc Tuấn, 2009
RKN-13 Cơ cấu Rung Ngang Phản Lực Khí Nén thực hiện bởi nghiên cứu
này, 2013

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Danh mục các hình ảnh
Nội dung

Hình

Trang

Hình 1.1.

Nguyên lý đào hầm ngang

11

Hình 2.1.

Cơ cấu rung Tsaplin

16

Hình 2.2.

Sơ đồ cơ cấu rung va đập dùng bánh lệch tâm

17

Hình 2.3.

Cơ cấu rung va đập đƣợc dùng trong máy đóng cọc đứng
(Theo nhà sản xuất ICE)

17

Hình 2.4.

Sơ đồ thí nghiệm của Lok.

18

Hình 2.5.

Sơ đồ thí nghiệm khai thác rung va đập của Franca

19

Hình 2.6.

Mô hình cơ cấu rung va đập RLC 07

20

Hình 2.7.

Sơ đồ nguyên lý cơ cấu RLC - 09.

20

Hình 2.8.

Hình 2.9

(a) Phụt khí
(b) Phản lực

21

Xe gắn ống khí nén

21

Hình 2.10 Cơ cấu chốt chặn, lò xo

22

Hình 2.11 Đầu xả khí

22

Hình 3.1

Sơ đồ nguyên lý cơ cấu rung ngang phản lực khí nén

25

Hình 3.2

Ống khí nén

26

Hình 3.3

Cơ cấu chuyển động ống khí nén trong thí nghiệm

27

Hình: 3.4

Bánh xe trong hệ thống thí nghiệm

27

Hình 3.5

Hệ thống đƣờng ray trong thí nghiệm

28

Hình 3.6

Sống trƣợt dẫn hƣớng đƣợc lắp trên hệ thống ray

28

Hình 3.7

Hệ thống rãnh trƣợt dẫn hƣớng

29

Hình 3.8

Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát

30

Hình 3.9

Bảng mạch điều khiển tần số

30

Hình 3.11 Cảm biến vị trí (LVDT)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

31

/>

Hình 3.12 Cơ cấu đo lƣợng dịch chuyển

31

Hình 3.13 (a) Lực kế, (b)Phƣơng pháp đo độ cứng lò xo

32

Hình 3.14 Đồ thị kiểm tra độ cứng lò xo

33

Hình 3.15 Tấm trƣợt dẫn hƣớng

34

Hình 3.16 Chốt chặn điều chỉnh khoảng cách.

35

Hình 3.17 Điều chỉnh lực ma sát giữa tấm trƣợt và hệ rãnh dẫn bằng
cách thay đổi khoảng cách S

36

Hình 3.18 Kết cấu hệ thống rung ngang phản lực khí nén

37

Hình 4.1

Hộp thoại Create Factorial Design - Designs

40

Hình 4.2

Bảng thiết lập các mức biến thí nghiệm leo dốc

40

Hình 4.3

Ngẫu nhiên hóa thí nghiệm leo dốc

41

Hình 4.4

Dữ liệu thí nghiệm leo dốc

42

Hình 4.5

Hộ thoại phân tích dữ liệu thí nghiệm

43

Hình 4.6

Hộp thoại Analyze Factorial Design - Terms

44

Hình 4.7

Hộp thoại Analyze Factorial Design - Terms

46

Hình 4.8
Hình 4.9

Hộp thoại Contour/Surface Plots
Hộp thoại đặt tên biểu đồ đƣờng mức

Hình 4.10 Biểu đồ đƣờng mức
Hình 4.11

46
47
47

Hộp thoại Contour/Surface Plots

48

Hình 4.12 Bề mặt chỉ tiêu thí nghiệm leo dốc

48

Hình 4.13 Khoảng dịch chuyển tại các bƣớc leo dốc

50

Hình 4.14 Hộp thoại chính thiết kế thí nghiệm RSM

51

Hình 4.15 Thiết kế thí nghiệm CCD

51

Hình 4.16 Thiết lập các mức cho các biến thí nghiệm CCD

52

Hình 4.17 Ngẫu nhiên hóa thí nghiệm

52

Hình 4.18 Ma trận thí nghiệm

53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn Full