Nghiên cứu động lực học và mô phỏng hoạt động của Đầm dùi

Nghiªn cøu ®éng lùc häc vμ m« pháng ho¹t ®éng cña §Çm dïi TS. nguyÔn v¨n vÞnh Bé m«n M¸y x©y dùng - XÕp dì Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §¹i häc GTVT Tãm t¾t: Bμi b¸o tr×nh bμy tãm t¾t nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu ®éng lùc häc vμ m« pháng ho¹t ®éng cña §Çm dïi - mét trong nh÷ng thiÕt bÞ ®Çm lÌn xi m¨ng phæ biÕn hiÖn nay. KÕt qu¶ nghiªn cøu m« pháng cho thÊy h×nh ¶nh trùc quan, sinh ®éng vÒ ho¹t ®éng cña c¸c lo¹i ®Çm dïi vμ c¸c ®Æc tr−ng dao ®éng, b¸n kÝnh ¶nh h−ëng cña chóng. C«ng tr×nh nμy phôc vô cho ®μo t¹o nghiªn cøu khoa häc vμ s¶n xuÊt. Summary: The articles briefs on study of dynamics and stimulation of hand – pocker vibrators - one of popular cement vibrating equipment. The result serves training, research and production. i. ®Æt vÊn ®Ò ChÊt l−îng cña c¸c c«ng tr×nh x©y dùng b»ng bª t«ng cèt thÐp, bª t«ng xi m¨ng phô thuéc rÊt nhiÒu vµo qu¸ tr×nh ®Çm lÌn hçn hîp bª t«ng xi m¨ng (BTXM) khi thi c«ng chóng. §Çm dïi lµ mét trong nh÷ng thiÕt bÞ ®Çm lÌn BTXM phæ biÕn dïng ®Ó ®Çm lÌn c¸c cÊu kiÖn x©y dùng cã h×nh d¸ng phøc t¹p, chiÒu dµy lín, diÖn tÝch nhá nh− cét dÇm, mãng nhµ, dÇm cÇu…v.v. Qu¶ ®Çm th−êng ®Æt s©u trong hçn hîp bª t«ng, truyÒn xung lùc ngang trong lßng hçn hîp bª t«ng víi tÇn sè cao nªn hiÖu qu¶ ®Çm lÌn tèt. Chóng ®−îc sö dông réng r·i v× cã kÕt cÊu gän nhÑ, cã thÓ x¸ch tay di chuyÓn trong qu¸ tr×nh ®Çm vµ ®−a vµo mäi vÞ trÝ lµm viÖc. §Ó cã thÓ quan s¸t ®−îc qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c¸c lo¹i ®Çm dïi, x¸c ®Þnh ®−îc b¸n kÝnh ¶nh h−ëng, tÝnh to¸n ®−îc c¸c ®Æc tr−ng dao ®éng cña chóng lµ mong muèn cña nh÷ng ng−êi thiÕt kÕ, chÕ t¹o thiÕt bÞ nµy. Víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ th«ng tin, c«ng viÖc phøc t¹p trªn cã thÓ gi¶i quyÕt ®−îc víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh ®iÖn tö (MT§T). Chóng t«i ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu ®éng lùc häc cña ®Çm dïi vµ m« pháng ho¹t ®éng cña chóng nh»m x©y dùng c¬ së khoa häc cho viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ, lùa chän c¸c th«ng sè hîp lý cña c¸c lo¹i ®Çm dïi. ii. néi dung 1. Kh¸i niÖm chung vÒ ®Çm dïi Trªn h×nh 1 thÓ hiÖn cÊu t¹o cña c¸c kiÓu ®Çm dïi chÝnh. §ã lµ §Çm dïi trôc mÒm cã trôc lÖch t©m (h×nh a), ®Çm dïi cã ®éng c¬ bè trÝ ë bªn trong (h×nh b) vµ ®Çm dïi cã trôc l¾c quay bªn trong (h×nh c). H×nh 1. C¸c lo¹i ®Çm dïi chÝnh Oo - träng t©m cña ®Çu ®Çm; O1 - ®iÓm ®Æt cña lùc kÝch ®éng 2. Nguyªn lý lµm viÖc §éng c¬ ®iÖn truyÒn chuyÓn ®éng qua trôc mÒm tíi c¸c trôc lÖch t©m hoÆc trôc l¾c lµm chóng quay. Nhê c¸c khèi l−îng lÖch t©m lµm cho ®Çu ®Çm bÞ rung ®éng víi tÇn sè lín ®Ó ®Çm lÌn bª t«ng. 3. TÝnh to¸n ®éng lùc häc ®Çm dïi H×nh 2. M« h×nh ®éng lùc häc cña ®Çm dïi 3.1. M« h×nh ®éng lùc häc Tõ kÕt cÊu thùc cña ®Çm dïi vµ s¬ ®å cÊu t¹o cña chóng, sö dông c¸c gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n ho¸, chóng ta cã thÓ x©y dùng ®−îc m« h×nh ®éng lùc häc cña ®Çm dïi nh− trªn h×nh 2. §©y lµ hÖ dao ®éng 2 bËc tù do. 3.2. ThiÕt lËp ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng Chóng ta thiÕt lËp ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng víi c¸c gi¶ thiÕt sau ®©y: - M¸y ®Çm vµ trôc mÒm cã ®−êng trôc ë tr¹ng th¸i tÜnh lµ th¼ng ®øng. - Bá qua m«men uèn cña c¸p nèi vµ trôc mÒm ®èi víi ®iÓm treo hoÆc ®iÓm nèi. - Coi bª t«ng lµ mét m«i tr−êng ®µn håi cã hÖ sè dËp t¾t dao ®éng tØ lÖ víi tèc ®é. - HÖ sè dËp t¾t dao ®éng vµ ®é cøng cña bªt«ng kh«ng phô thuéc vµo thêi gian ®Çm lÌn. - Khèi l−îng cña bª t«ng dÝnh vµo qu¶ ®Çm vµ dao ®éng cïng víi nã trong qu¸ tr×nh ®Çm lÌn cã trÞ sè kh«ng ®æi ( m = const). - Trong qu¸ tr×nh ®Çm lÌn, ng−êi ®iÒu khiÓn kÐo qu¶ ®Çm theo ph−¬ng th¼ng ®øng vµ thµnh phÇn cña lùc kÝch ®éng theo ph−¬ng th¼ng ®øng cã thÓ bá qua. V× vËy, kh«ng cÇn viÕt ph−¬ng tr×nh c©n b»ng cho c¸c lùc th¼ng ®øng. - C¸c lùc qu¸n tÝnh, lùc ®µn håi vµ lùc dËp t¾t dao ®éng t¸c dông trong mÆt ph¼ng n»m ngang. Gi¶ thiÕt nµy trong thùc tÕ cã thÓ cho phÐp víi gãc nghiªng ban ®Çu b»ng (1 ÷ 4).10-3rad Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc theo ph−¬ng ngang trong hÖ to¹ ®é OXY nh− sau: (1) ••• + 11 x.Kx.m tcos..r.mx.S 2001 ωω=+ trong ®ã: m - tæng khèi l−îng dao ®éng, kg; m = mV + mb Víi: mV - khèi l−îng cña ®Çu ®Çm vµ phÇn khèi l−îng nèi cøng cña trôc treo, kg; mb - khèi l−îng cña bªt«ng dao ®éng cïng víi ®Çu ®Çm, kg; K - hÖ sè dËp t¾t dao ®éng, Ns/m; K = B.D.K0; trong ®ã: K0 - hÖ sè dËp t¾t dao ®éng riªng cña bªt«ng Ns/m 3; D - ®−êng kÝnh qu¶ ®Çm, m; B - chiÒu dµy cña bªt«ng m; S - §é cøng ®µn håi cña bª t«ng, N/m; ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: R D.B.S S 0= Víi: S0 - hÖ sè ®µn håi riªng cña bªt«ng, N/m 2; R - b¸n kÝnh ¶nh h−ëng cña ®Çm dïi, m; m0.r0 - m«men cña khèi l−îng lÖch t©m, kg.m; Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng m«men viÕt cho ®iÓm träng t©m S nh− sau: (2) tcos..r.m.fe.x.Se.x.K. 20011 ωω=++βθ ••• trong ®ã: - m«men qu¸n tÝnh cña khèi l−îng dao ®éng tæng céng ®èi víi trôc “Z” ®i qua träng t©m S cña ®Çu ®Çm, kg.m θ 2; Chóng ta cã c¸c quan hÖ h×nh häc: X1 = X + e.tgβ ; V× nhá, gÇn ®óng tang β β ≈ β suy ra: X1 = X + e.β . §¹o hµm X1 vµ thay vµo c¸c biÓu thøc (1) vµ (2) chóng ta cã hÖ ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña ®Çm dïi nh− sau: (3) tcos..r.m.fX.e.SX.e.K.e.S.e.K. tcos..r.m.e.S.e.KX.SX.KX.m 2 00 22 2 00 ωω=++β+β+βθ ωω=β+β+++ •••• •••• Sau khi viÕt ®−îc ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng chóng ta sÏ xem xÐt c¸c tr−êng hîp lµm viÖc cô thÓ cña ®Çu ®Çm nh−: khi ®Çu ®Çm ®ang lµm viÖc ®−îc rót lªn khái bªt«ng (K = 0, S = 0) vµ ®Çu ®Çm lµm viÖc trong bªt«ng (K ≠ 0, S ≠ 0). 3.3. M« pháng ho¹t ®éng cña §Çm dïi Trªn c¬ së c¸c c«ng thøc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña §Çm dïi còng nh− tõ hÖ ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng (PTC§) (3) ®· thiÕt lËp ë trªn, chóng t«i ®· x©y dùng ch−¬ng tr×nh gi¶i hÖ PTC§ (3) vµ tõ kÕt qu¶ thu ®−îc cã thÓ m« pháng ho¹t ®éng cña c¸c kiÓu ®Çm kh¸c nhau víi ng«n ng÷ lËp tr×nh Turbo Pascal 7.0. C¸c sè liÖu nhËp vµo lµ khèi l−îng ®Çm, m«men lÖch t©m, m«men qu¸n tÝnh, vÞ trÝ träng t©mv.v... C¸c kÕt qu¶ thu ®−îc chÝnh lµ c¸c ®Æc tr−ng dao ®éng cña ®Çm, b¸n kÝnh ¶nh h−ëng vµ m« pháng chuyÓn ®éng cña ®Çm trªn mµn h×nh m¸y tÝnh víi quü ®¹o lµ ®−êng Hypecbolic. C¸c kÕt qu¶ thu ®−îc cã thÓ thÓ hiÖn trªn mµn h×nh m¸y tÝnh hoÆc truy xuÊt ra m¸y in. Do khu«n khæ cña mét bµi b¸o, chóng t«i xin giíi thiÖu cã tÝnh chÊt vÝ dô vÒ c¸c giao diÖn vµ mét sè kÕt qu¶ chñ yÕu ®èi víi mét kiÓu ®Çm ®ã lµ ®Çm dïi kiÓu trôc lÖch t©m. §èi víi c¸c lo¹i ®Çm dïi kh¸c ®Òu cã trong ch−¬ng tr×nh, tuú thuéc sù lùa chän cña ng−êi dïng. H×nh 3. C¸c giao diÖn cña ch−¬ng tr×nh m« pháng III. KÕt luËn Víi nh÷ng kÕt qu¶ ®· ®¹t ®−îc khi nghiªn cøu ®éng lùc häc cña ®Çm dïi vµ m« pháng ho¹t ®éng cña chóng, chóng ta cã thÓ thÊy ®−îc mét c¸ch trùc quan sinh ®éng qu¸ tr×nh lµm viÖc cña ®Çm dïi khi ®Çm lÌn bª t«ng còng nh− x¸c ®Þnh ®−îc hiÖu qu¶ ®Çm lÌn cña chóng th«ng qua kÕt qu¶ nhËn ®−îc lµ c¸c ®Æc tr−ng dao ®éng vµ b¸n kÝnh ¶nh h−ëng cña c¸c kiÓu ®Çm, nhê ®ã cã thÓ lùa chän ®−îc c¸c th«ng sè hîp lý cña ®Çm dïi. KÕt qu¶ nghiªn cøu cña c«ng tr×nh giíi thiÖu trªn sÏ lµ tµi liÖu tham kh¶o cã Ých cho gi¶ng d¹y, nghiªn cøu khoa häc vµ ¸p dông vµo s¶n xuÊt. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. TrÇn Quang Quý, NguyÔn V¨n VÞnh, NguyÔn BÝnh. Gi¸o tr×nh “M¸y vµ thiÕt bÞ s¶n xuÊt vËt liÖu x©y dùng”. Nhµ xuÊt b¶n GTVT n¨m 2001. [2]. NguyÔn V¨n VÞnh. Nghiªn cøu m« pháng ho¹t ®éng cña m¸y trén bª t«ng xi m¨ng trén c−ìng bøc kiÓu hµnh tinh trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. T¹p chÝ khoa häc GTVT sè 1 - th¸ng 11/2002. [3]. NguyÔn V¨n VÞnh. Nghiªn cøu x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng dao ®éng cña m¸y sµng rung cã h−íng vµ x©y dùng ch−¬ng tr×nh m« pháng ho¹t ®éng trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. T¹p chÝ khoa häc GTVT sè 7 - th¸ng 5/2004♦