Báo cáo Nghiên cứu khoa học thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục

Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 1 Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................2  CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC .......................................................................3  1.1 Giới thiệu chung ...............................................................................................................3  1.2. Phân loại ..........................................................................................................................3  1.3. Cấu tạo:............................................................................................................................6  1.4. Nguyên lý làm việc:.........................................................................................................7  CHƯƠNG II: KIỂM TRA CÁC QUÁ TRÌNH NÂNG - HẠ HÀNG CỦA CỔNG TRỤC ......8  2.1. Giới thiệu một số mô hình động lực học của cổng trục...................................................8  2.1.1. Xây dựng mô hình động lực học ..............................................................................8  2.1.2. Viết phương trình chuyển động................................................................................9  2.2. Kiểm tra các quá trình nâng- hạ hàng của cổng trục .....................................................10  2.2.1. Quá trình nâng hạ hàng từ vị trí cáp căng (độ trùng cáp δ = 0)..............................10  2.2.2. Trường hợp nâng hàng có độ trùng cáp (từ mặt đất) δ ≠ 0.....................................16  2.3 Nhận xét..........................................................................................................................20  CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM....................................................................21  3.1. Mục đích thực nghiệm...................................................................................................21  3.2. Các thiết bị và vật liệu thực nghiệm..............................................................................21  3.2.1. Cổng trục ................................................................................................................23  3.2.2. Đầu đo và đầu gá ....................................................................................................24  3.2.3. Ma ní.......................................................................................................................24  3.2.3. Hàng nâng...............................................................................................................24  3.2.4. Máy đo đa kênh DEWETRON 3010......................................................................25  3.3. Trình tự thực nghiệm và đo đạc.....................................................................................26  3.4. Thực nghiệm và xử lý số liệu: .......................................................................................26  3.4.1. Thí nghiệm 1: Trường hợp nâng hàng....................................................................26  3.4.2. Thí nghiệm 2: Hạ hàng đến khi chạm đất...............................................................29  3.4.3. Thí nghiệm 3: Hạ hàng và phanh hãm....................................................................30  3.4.4. Thí nghiệm 4: Nâng hàng và phanh hãm................................................................31  CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC ĐỘNG TRONG CÁP CỦA CỔNG TRỤC ...........................................................................................................................32  4.1. Lực căng cáp trong quá trình nâng hàng khi cáp căng ..................................................32  4.2. Lực căng cáp trong quá trình nâng hàng khi trùng cáp: ................................................33  KẾT LUẬN CHUNG ...............................................................................................................35  HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .............................................................................................35  PHỤ LỤC .................................................................................................................................36  Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 2 LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp cộng nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta hiện nay thì vấn đề xây dung cơ sở hạ tầng trong lĩnh vực xây dung cơ bản và xây dưng các công trình GTVT đóng vai trò quan trọng. Để đáp ứng các yêu cầu xây dựng các công trình trên đòi hỏi phải có rất nhiều máy móc thiết bị tham gia thi công. Một trong các máy móc thiết bị đó để phục vụ một số công việc nhất định trong thi công xây dựng kể trên là Cổng trục. Cổng trục là loại máy trục có kết cấu thép như khung cổng. Các chưc năng làm việc của nó bao gồm: Nâng hạ hàng, di chuển xe con mang hàng, di chuyển cổng trục. Vì vậy nó dược sử dụng rộng rãi trong thi công xây dựng như: xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng thuỷ lợi, thuỷ điện, quốc phòng, xây dưng lao lắp dầm cầu , phục vụ tại các phân xưởng sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép, phân xưởng cơ khí sửa chữa đóng tàu, làm nhiệm vụ xếp dỡ hàng hoá tại các cảng sông, cảng biển, các ga hàng hoá... Xuất phát từ yêu cầu trên cùng sự giúp đỡ của thầy KS. Nguyễn Ngọc Trung và PGS-TS. Nguyễn Văn Vịnh, chúng em đi tìm hiểu và nghiên cứu động lực học cổng trục sử dụng palăng điện có tải trọng nâng 10 tấn. Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu cũng như trinh độ còn có hạn nên việc có những sai sót là điều không thể tránh khỏi. Chúng em rất mọng nhận được các ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Máy Xây dựng & xếp đỡ, đặc biệt là thầy KS. Nguyễn Ngọc Trung và PGS-TS. Nguyễn Văn Vịnh đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài này. Hà Nội, ngày 16 tháng 04 năm 2009 Nhóm sinh viên Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC 1.1 Giới thiệu chung Máy trục kiểu cổng có kết cấu thép giống như khung cổng nên người ta thường gọi là cổng trục. Cổng trục được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng như : xây dựng nhà dân dụng, nhà công nghiệp, xây dựng thủy lợi, thủy điện, lao lắp dầm cầu, phục vụ các phân xưởng sản xuất các cấu kiện xây dựng hoăc bốc dỡ hàng hóa tại các cảng sông, cảng biển… Sức nâng của cổng trục nằm trong phạm vi rất rộng từ 1 đến 500 tấn. Trong trường hợp đặc biệt sức nâng có thể lên đến 1000 tấn.. Hình 1.1.Cổng trục 1.2. Phân loại Theo công dụng có thể phân thành cổng trục có công dụng chung còn gọi là cổng trục dùng để xếp dỡ, cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng và cổng trục chuyên dùng. Cổng trục có công dụng chung dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng thể khối, vật liệu rời trong các kho bãi, bến cảng, nhà ga, đường sắt. Cổng trục dùng để lắp ráp dùng trong lắp ráp thiết bị trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong các công trình năng lượng và lắp ghép các công trình giao thông. Thiết bị mang vật của Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 4 cổng trục thường là móc treo, gầu ngoạm hoặc là nam châm điện. Cổng trục chuyên dùng thường được sử dụng trong các nhà máy thuỷ điện. Theo kết cấu thép có cổng trục không có côngxon , cổng trục có một đầu côngxon và hai đầu côngxon . Kết cấu dầm cầu và kết cấu chân cổng cũng rất da dạng. Hình 1.2: Cổng trục một dầm Hình1.3: Cổng trục một dầm có hai đầu cong xon Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 5 Hình 1.4 : Cổng trục 1 đầu công xon Hình1.5 : Cổng trục hai dầm bộ di chuyển bánh lốp Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 6 Hình 1.6: Cổng trục hai dầm có một chân cứng, một chân mềm 1.3. Cấu tạo: Hình1.7: Cấu tạo cổng trục nghiên cứu 1: Cabin cổng trục; 2: Dầm chính; 3: Chân cổng; 4: Palăng; 5: Cơ cấu di chuyển cổng trục. Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 7 1.4. Nguyên lý làm việc: Khi muốn di chuyển, nâng hạ hàng. Cho cổng trục và xe con di chuyển đến vị trí đặt hàng, Cổng trục di chuyển nhờ bộ di chuyển bánh lốp hoặc bánh sắt di chuyển trên ray được đặt ở chân cổng trục, còn xe con di chuyển nhờ hệ thống cáp kéo hoặc nhờ động cơ được đặt ở trên xe con. Sau đó dùng hệ thống cáp để nâng hạ hàng, hệ thống này có thể đặt trên xe con hoặc đặt trên kết cấu thép cổng trục. Di chuyển hàng đến vị trí cần thiết. Thông số kỹ thuật của cổng trục nghiên cứu : Khẩu độ : L=24m Chiều cao nâng :H = 12m Tải trọng nâng :Q =10 t Vận tốc di chuyển palăng :Vpalăng = 20m/ph Vận tốc nâng vật :Vnâng vật = 7m/ph Công suất động cơ nâng : Pđ = 13kW Tốc độ của động cơ :n = 1400v/ph Công suất động cơ di chuyển cổng trục : 0,8 *2 kW Tốc độ đông cơ di chuyển : 1380 v/ph Đường kính cáp : dcáp = 15,5 mm Chiều dài cáp : lcáp = 14 m Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 8 CHƯƠNG II KIỂM TRA CÁC QUÁ TRÌNH NÂNG - HẠ HÀNG CỦA CỔNG TRỤC 2.1. Giới thiệu một số mô hình động lực học của cổng trục Chúng ta xây dựng mô hình động lực học của cầu trục mô tả quá trình làm việc khi nâng hàng từ mặt đất bao gồm ba pha (ba giai đoạn): +Giai đoạn 1- Chạy không tải, tang cuốn cáp quay cho hết độ trùng cáp(δ =0); +Giai đoạn 2- Tang cuốn cáp tiếp tục quay làm cho lực căng trong cáp tăng giá trị từ 0 tới lực căng tĩnh 2 2 i gm FK = , lúc này hàng vẫn nằm trên mặt đất +Giai đoạn 3- Tang cuốn cáp tiếp tục quay, hàng được nâng thực sự, rời khỏi mặt đất. 2.1.1. Xây dựng mô hình động lực học K1S1 So Ko m2 Ha- Giai ®o¹n 1 ( pha 1) Hb- Giai ®o¹n 2 ( pha 2) Hc- Giai ®o¹n 3 ( pha 3) mo Xo X1 P(X1) δ m2 S1 K1 P(X1) Ko X1 Xo So mo m2 S1 K1 P(X1) Ko X1 Xo So mo m1 m1 m1Fv Fco Fko Fco Fko Fv X2 Q= m2g Hình 2-1. Mô hình động lực học của cổng trục Trong đó: m0- Khối lượng quy đổi của kết cấu thép cổng trục. m1- Khối lượng quy đổi của cơ cấu nâng- hạ hàng. m2- Khối lượng hàng nâng. Q- Trọng lượng hàng nâng. S1, K1- Tương ứng là độ cứng và hệ số giảm chấn của cáp hàng. Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 9 S0, K0- Tương ứng là độ cứng quy dẫn và hệ số giảm chấn của kết cấu thép. Fr - Lực căng trong cáp hàng X0, X1, X2- Tương ứng là các toạ độ suy rộng ứng với các khối lượng quy dẫn m0, m1, m2. δ- Độ trùng cáp. )X(P 1& - Đường đặc tính ngoài của động cơ (lực động cơ cơ cấu nâng- hạ hàng). 2.1.2. Viết phương trình chuyển động 1- Giai đoạn 1: )X(PXm 111 &&& = 2- Giai đoạn 2: Dùng nguyên lý Dalambert, ta có: Với khối lượng m0: 0FFFF V0K0S0 =−++ Với khối lượng m1: 0)X(PFF 1V1 =−+ & Mà: 000 XmF &&= , 111 XmF &&= , 000S XSF = , 000K XKF &−= , )XX(K)XX(SF 011011V && −+−= Giai đoạn 2 kết thúc khi FV = m2g Sau khi thay các biểu thức (3) vào 2 phương trình (1) và (2) chúng ta có hệ phương trình chuyển động: )X(P)XX(S)XX(KXm 0XS)XX(SXK)XX(KXm 101101111 000110001100 &&&&& &&&&& =−+−+ =+−−+−− 3- Giai đoạn 3: Xảy ra quá trình nâng hàng thực sự, tương tự dùng nguyên lý Dalambert sau khi biến đổi và rút gọn hệ phương trình chuyển động có dạng như sau: gm)XXX(S)XXX(KXm )X(P)XXX(S)XXX(KXm 0XS)XXX(SXK)XXX(KXm 22011201122 12011201111 00201100201100 −=−−−−−− =−−+−−+ =+−−−+−−− &&&&& &&&&&& &&&&&& Sau khi giải phương trình chuyển động ở trên chúng ta nhận được các toạ độ suy rộng X1, X2, X0; Các vận tốc 210 ,, XXX &&& và các gia tốc 210 ,, XXX &&&&&& thay vào biểu thức tính lực căng cáp FV, chúng ta sẽ thấy FV là hàm của thời gian t. Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 10 Vì: )XXX(S)XXX(KF 20112011V −−+−−= &&& (Giai đoạn 3) Và )XX(S)XX(KF 011011V −+−= && (Giai đoạn 2) 2.2. Kiểm tra các quá trình nâng- hạ hàng của cổng trục Chúng ta xây dựng các mô hình động lực học như sau: 2.2.1. Quá trình nâng hạ hàng từ vị trí cáp căng (độ trùng cáp δ = 0) 1- Xây dựng mô hình động lực học. Để xây dựng mô hình Động lực học chúng ta đưa ra những giả thiết sau: -Chưa xét đến biến dạng của kết cấu thép cổng trục - Khối lượng của toàn bộ kết cấu thép được quy dẫn về điểm giữa của kết cấu thép tầng trên và kí hiệu là m3 -Hàng nâng và cụm puly móc câu có khối lượng quy dẫn là m2 -Biến dạng của cụm bánh xe di chuyển và nền đàn hồi khi dặt ray lên được quy dẫn về băng độ cứng S2 -Bỏ qua biến dạng trong bộ máy nâng hạ hàng Hình 2-2. Mô hình động lực học của cổng trục Quá trình nâng- hạ hàng được biểu hiện trên đồ thị. Mô hình được xây dựng trên hình vẽ. Các ký hiệu: θ1- mô men quán tính của Rôto động 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( 1q& )- Đường đặc tính ngoài của động cơ (mô men của động cơ là hàm của vận tốc 1q& ) M(q1) 2 0 1 q1 N©ng hµng Phanh Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 11 S1- Độ cứng của cáp nâng S2- Độ cứng quy dẫn của dầm chủ và dầm đầu z = 1 số nhánh cáp cuốn vào tang i1- Tỷ số truyền của hộp giảm tốc i2- Số nhánh cáp theo puli di động qd- Toạ độ suy rộng của tang Đặt mô hình động lực học vào toạ độ suy rộng OXY và q1, q2, q3 là toạ độ suy rộng tương ứng với các khối lượng θ1, m2, m3 X0, Y0 : Là toạ độ điểm xuất phát ban đầu của mô hình 2- Viết phương trình chuyển động Dùng phương trình Lagrange loại II i iiii Q q U qq T) q T( dt d =∂ ∂+∂ Φ∂+∂ ∂−∂ ∂ && (i=1…n) Hàm động năng: 233 2 22 2 11 vm2 1vm 2 1q 2 1T ++θ= & Vì 22 qv &= và 33 qv &= nên động năng của hệ như sau: 2 33 2 22 2 11 qm2 1qm 2 1q 2 1T &&& ++θ= Đặt: 11 1 q T q T dt dD ∂ ∂−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂= & , chúng ta có: 111 q q T && θ=∂ ∂ , 0 q T 1 =∂ ∂ Nên 111 qθD &&= Tương tự: 22 22 2 qmq T q T dt dD &&& =∂ ∂−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂= , 22 qmD &&= Tương tự ta có: 333 qmD &&= Hàm thế năng: Với: 21 UUU += 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 thép cổng trục Gọi : 21ii2 zDR = - Bán kính quy đổi Các biến dạng của lò xo xác định như sau: Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 12 ; S gm 2 3 1 =Δ ;S gm 2 2 2 =Δ 31 q−=Δ )qqRq(i Si gml 3212 12 2 +−+=Δ Trong đó: 1Δ - Độ lún của lò xo S2 khi chịu trọng lượng kết cấu thép cổng trục 2Δ - Độ lún của lò xo S2 khi chịu trọng lượng của hàng 3Δ - Chuyển dịch của khối lượng m3 lΔ - Độ dãn dài của cáp nâng hàng Từ đó: 22 2 11 gqmΔlS2 1U += và 33232122 gqm)(S2 1U +Δ+Δ+Δ= Thay các kết quả trên vào biểu thức (2-9), chúng ta có biểu thức xác định thế năng của hệ dạng đầy đủ như sau: 33 2 3 2 2 2 3 222 2 2312 12 2 121 gqmqS gm S gmS 2 1gqm)qqRq(i Si gmS 2 1UUU +⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+++⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −++=+= Đ ặt Ri)qqRq(i Si gmS q UN 23212 12 2 1 1 1 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+=∂ ∂= Khai triển ta có: )RqRqqR(SigRmN 321 2 1 2 221 +−+= gm)i()qqRq(Ri Si gmS q UN 223212 12 2 1 2 2 +−⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+=∂ ∂= Rút gọn ta có: gm)qqRq(iSgmN 2321 2 2122 ++−−−= Cuối cùng: )qqRq(SiN 3211 2 22 +−−= gm)1)(q S gm S gm(Si)qqRq(i Si gmS q UN 33 2 2 2 3 223212 12 2 1 3 3 +−−++⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+=∂ ∂= Biến đổi và rút gọn lại ta có: 323233211 2 223 qSgmgmgm)qqRq(SigmN ++−−+−+= Cuối cùng: 323211 2 23 qS)qqRq(SiN ++−= Nhóm lại, ta có: Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 13 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−= 3 1 2 2 2 211 2 23 q)Si S1(qRqSiN Hàm hao tán [ ]23212121 )qqqR(iK2 1lK 2 1 &&& +−=Δ=Φ Đặt )qqqR(RKi q P 3211 2 2 1 1 &&&& +−=∂ Φ∂= Khai triển ta có: )qRqRqR(KiP 321 2 1 2 21 &&& +−= Tương tự: )qqqR(Ki q P 3211 2 2 2 2 &&&& −+−=∂ Φ∂= )qqqR(Ki q P 3211 2 2 2 3 &&&& +−=∂ Φ∂= Lực suy rộng: )q(MQ 11 &= ; 0Q2 = ; Q3 = 0 Phương trình chuyển động viết dưới dạng ma trận: Từ Di +Pi+ Ni = fi . (u=1÷3) 0 0 gRm)q(M q q q . ) Si S1(1R 11R RRR Si q q q . 11R 11R RRR Ki q q q . m00 0m0 00θ 21 3 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 3 2 1 2 1 2 2 3 2 1 3 2 1 ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ +− −+− − + ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − −+− − + ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ & & & & && && && Chúng ta sắp xếp lại dạng ma trận chuẩn như sau: f(t)qSqKqM =++ &&& Điều kiện biên theo chiều dương của hình vẽ. 0qqq 302010 === Lực căng cáp: )qqRq(Si)qqqR(Ki i gmF 3211232112 2 2 K +−++−+= &&& Các giá trị để giải hệ phương trình chuyển động trên Matlab simulink + Khối lượng m2 = 4500kg + Khối lượng toàn bộ cổng trục m3 = 38379 kg + R = 0.000796 m + S1 = 1178726 N/m + S2 = 974000 N/m + θ = 0,68867 kg.m2 + B = 1630 Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 14 + K1=2400 Ns/m + A = 15,35 + β = 1,2 Trên cơ sở lý thuyết phương trình chuyển động của quá trình nâng hàng khi căng cáp của cổng trục, chúng ta xây dựng sơ đồ khối thuật toán giải phương trình chuyển động trên Matlab-Simulink như sau : Hình 2.3 Sơ đồ khối thuật toán khi nâng hàng trong trường hợp cáp căng Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 15 Sau khi chạy mô hình bài toán trên bằng matlab simulink ta thu được các kết quả sau: 3. Các kết quả sau khi chạy chương trình : Hình.2.4 Biểu đồ chuyển vị q1 Hình.2.5 Chuyển vị q2 Hình.2.6 Chuyển vị q3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 x 10 4 Hình.2.7 Biểu đồ lực căng cáp Rad/s s m s m s N s Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 16 2.2.2. Trường hợp nâng hàng có độ trùng cáp (từ mặt đất) δ ≠ 0 Trong trường hợp này hàng được nâng lên theo ba pha chuyển động: Pha 1: Tang cuốn cáp đến giai đoạn hết độ trùng cáp (δ = 0) Pha 2: Tang tiếp tục cuốn cáp, trong cáp xuất hiện lực căng có trị số từ 0 tăng đến trị số lực căng tĩnh và hàng bắt đầu được nâng khỏi mặt đất. Pha 3: Hàng thoát khỏi mặt đất và được nâng lên cao. Pha 1: Pha này tuy độ trùng cáp δ giảm dần đến 0 nhưng lực căng cáp chưa có và vận tốc hàng nâng bằng 0. FK = 0 và v2 = 0 Phương trình chuyển động xác định như sau: )q(Mq 111 &&& =θ chúng ta có: δ - Độ trùng cáp qd0 - Chuyển vị góc của tang ở pha 1 q10 - Chuyển vị góc của động cơ ở pha 1 Từ quan hệ: 2 Dqδ z i do 2 = , Suy ra zD δi2q 2do = Mặt khác: do110 qiq = , Do vậy R δ δ zD ii2q 2110 == Với 21ii2 DzR = - bán kính quy đổi đã biết ở cuối pha thứ nhất: R qq 101 δ== và Ri q 1 do δ= Hình.2.8 Sơ đồ khối thuật toán pha 1 Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 17 Pha 2: Pha 2 bắt đầu khi xuất hiện lực căng cáp và kết thúc khi hàng bắt đầu thoát khỏi nền tức là: 0qqq 222 === &&& Cuối của pha thứ 2: 2 2 3 S gmq −= và khi pha 2 thực hiện, lực căng cáp sẽ là: )qRq(Si i gmF 31012 2 2 K +== Hàm động năng: 233 2 11 vm2 1q 2 1T +θ= & Mà: 21ii2 DzR = , 33 qv &= ; Suy ra 233211 qm2 1q 2 1T && +θ= Tương tự như những phần đã trình bày, chúng ta có: 11 1 1 qq T dt dD &&& θ=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂= và 33 3 2 qmq T dt dD &&& =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂= Lực căng cáp: )qRq(iS)qiq i2 zD(SlΔSF 3 * 12132 * 1 1 11K +=+== Với: 101 * 1 qqq −= ; [ ] 3323 2 3 2 2 3 * 12121 gqm)qS gm(S 2 1)qRq(iS 2 1UUU −+++=+= Tương tự phần trên chúng ta có phương trình chuyển động: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 0 )q(M q q .) Si S1(R RR Si q q . m0 0θ 1 3 * 1 1 2 2 2 2 1 2 2 3 1 3 1 & && && Khi 2 2 K i gmF ≥ thì pha 2 kết thúc và chuyển sang pha 3. + m2 = 4500kg; m3 = 38379 kg. + R = 0,000796 + S1 = 1178726 N/m; S2 = 974000 N/m. + θ = 0,68867kg.m2 + B = 1630; A = 15,35 + K1=2400 Ns/m + β =1,2 Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 18 Hình 2.9 Sơ đồ khối thuật toán pha 2 Pha 3: Thực hiện khi tải trọng được nâng lên khỏi mặt đất, hoàn toàn tương tự như phần trên (nâng hàng khi δ = 0) chúng ta có: )qqRq(Si)qqqR(Ki i gmF 3211232112 2 2 K +−++−+= &&& Phương trình chuyển động 0 0 gRm)q(M q q q . ) Si S1(1R 11R RRR Si q q q . 11R 11R RRR Ki q q q . m00 0m0 00θ 21 3 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 3 2 1 2 1 2 2 3 2 1 3 2 1 ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ +− −+− − + ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − −+− − + ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ & & & & && && && Các giá trị để giải hệ phương trình chuyển động trên Matlab simulink + Khối lượng m2 = 4500kg + Khối lượng toàn bộ cổng trục m3 = 38379 kg + R = 0.000796 + S1 = 1178726 N/m; S2 = 974000 N/m; K1=2400 Ns/m + θ1 = 0,68867kg.m2 + A = -15,35; B = 1630; β = 1,1 ÷ 1,2 Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 19 Hình 2.13 Sơ đồ khối thuật toán pha 3 3. Kết quả sau khi chạy chương trình : Hình.2.17 Biểu đồ lực căng cáp x104 (N) s Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 20 2.3 Nhận xét - Sau khi chạy chương trình, cùng với các đồ thị chúng tôi thấy giá trị chuyển dịch góc của trục động cơ và chuyển vị hàng nâng tăng là tăng dần, biên độ dao động của kết cấu thép cổng trục dao động xung quanh giá trị 0 trong giai đoạn nâng hàng. - Lực căng cáp có giá trị biên độ lớn trong khoảng thời gian 03s đầu của quá trình nâng hàng sau đó dao động quanh giá trị lực căng tĩnh. Ft = i g.m 2 = 2 81,9.4500 = 22072,5 kg Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 21 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Mục đích thực nghiệm Trong chương II chúng ta đã tiến hành nghiên cứu động lực học của cổng trục và xác định được các giá trị chuyển vị của trục động cơ, dao động của kết cấu thép cổng trục và hàng nâng đồng thời xác định được lực phát sinh trong cáp của cơ cấu nâng hạ hàng khi cổng trục tiến hành nâng hàng thông qua phần mềm Matlab-simulink. Trong chương này chúng tôi tiến hành đo đạc thực nghiệm để xác định được nội lực phát sinh trong cáp của cơ cấu nâng hạ hàng cổng trục với các quá trình cụ thể như sau: - Quá trình nâng hàng - Quá trình hạ hàng - Quá trình nâng hàng và phanh hãm - Quá trình hạ hàng và phanh hãm. 3.2. Các thiết bị và vật liệu thực nghiệm Để tiến hành quá trình thực nghiêm, chúng tôi chuẩn bị một số thiết bị và vật liệu thực nghiêm sau: Hình 3.1. Vị trí tiến hành thực nghiệm. Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 22 1 2 3 4 5 6 COMPUTER Hình 3.2. Sơ đồ bố trí các thiết bị thí nghiệm. 1.Cổng trục 2.Đầu đo 3.Dây cáp 4.Vật nặng 5.Dây cáp điện 6.Máy đo đa kênh DEWETRON 3010 Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 23 3.2.1. Cổng trục 1 2 3 4 5 6 7 8 9 24000 12 00 0 Hình 3.3 Cổng trục 1.Kết cấu thép tầng trên 2.Dây cáp điện 3.Ca bin 4.Kết cấu thép tầng dới 5.Bánh xe di chuyển 6.Palăng điện 7.Cụm móc câu 8.Ray cho palng di chuyển 9.Ray cho cổng trục di chuyển Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 24 3.2.2. Đầu đo và đầu gá Đầu đo lực kéo 20000 kG mã hiệu DSCK-BONGSHIN do Hàn Quốc chế tạo. Hình 3.4 Đầu đo và đầu gá 3.2.3. Ma ní Hình 3.5. Ma ní 17 tấn 3.2.3. Hàng nâng Khối bêtông đúc sẵn có kích thớc:2m x 2m x 1m Khối lựơng:4,5 tấn 1 1 Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 25 Hình 3.6 Khối bê tông 3.2.4. Máy đo đa kênh DEWETRON 3010 Máy đo đa kênh DEWETRON 3010 được tích hợp 16 kênh đo để nhận các tín hiệu đầu vào. Máy đo được trang bị màn hình hiển thị với phần mềm sử dụng là Window NT cùng với bàn phím. Để xử lý các tín hiệu đầu vào trên máy còn cài đặt các phần mềm DEWEsoft và DASYLAB 7.0. Hình 3.7 Máy đo đa kênh DEWETRON 3010 của Bộ môn MXD-XD Đề tài NCKHSV N/c thực nghiệm quá trình nâng hạ hàng của cổng trục 26 3.3. Trình tự thực nghiệm và đo đạc Để khảo sát lực căng trong nhánh cáp của cổng trục trong các quá trình trên, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm đo đạc trên cổng trục sử dụng palăng tải trọng danh nghĩa Q = 10 Tấn, bằng cách sử dụng thiết bị đo đa kênh DEWETRON 3010 và đầu đo cảm biến lực. Sau đây là các trường hợp tiến hành thí nghiệm: Hình 3.8: Trình tự tiến hành đo đạc thực nghiệm cổng trục 3.4. Thực nghiệm và xử lý số liệu: 3.4.1. Thí nghiệm 1: Trường hợp nâng hàng 3.4.1.1. Nâng hàng khi cáp căng a. Mục đích: Tìm hiểu lực động phát sinh trong c