Sự Ảnh Hưởng Của Độ Dài Nhịp Cáp Đến Biên Độ Cực Đại Của Dao Động

3.7.4. Sự ảnh hưởng của độ dài nhịp cáp đến biên độ cực đại của dao động giỏ đựng thanh long

Khi giá trị độ dài thay đổi và do khoảng cách treo giữa các giỏ là s không đổi thì số lượng giỏ thay đổi, do đó số phương trình trong hệ phương trình vi phân (2.95) biểu diễn dao động ngang của giỏ sẽ thay đổi. Điều này sẽ ảnh hưởng đến giá trị nghiệm tức là các thông số về dao động nhận được sẽ thay đổi, trong đó có thông số về biên độ dao động cực đại của giỏ.

Sử dụng Matlab giải hệ phương trình vi phân dao động với các thay đổi của độ dài trong khoảng 20 – 28 m. Bảng kết quả về các biên độ dao động cực đại tại các vị trí trên nhịp cáp ở bảng 3.12 và đồ thị hình 3.13.

Bảng 3.12. Biên độ dao động cực đại (m) của giỏ ứng với các giá trị khi H=3500N, S =0,80m, r =0,30m

Độ dài (m)	Vị trí giỏ 10	Vị trí giỏ 8	Vị trí giỏ 6	Vị trí giỏ 2
1	20	0.143	0.153	0.168	0.191
2	22	0.164	0.176	0.194	0.220
3	24	0.173	0.196	0.214	0.244
4	26	0.202	0.214	0.248	0.279
5	28	0.210	0.240	0.273	0.304

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 196 trang tài liệu này.

Hình 3.13. Đồ thị biên độ dao động cực đại của giỏ ứng với thay đổi

Nhận xét:Với cùng một lực căng ngang không đổi thì ở tất cả các vị trí treo giỏ đều có biên độ dao động cực đại tăng lên khi chiều dài nhịp cáp tăng lên. Điều này chứng tỏ độ dài nhịp cáp cũng ảnh hưởng đáng kể đến biên độ dao động của giỏ.

3.7.5. Sự ảnh hưởng của độ dài đoạn dây treo giỏ đựng thanh long r đến biên độ cực đại của dao động giỏ đựng thanh long

Với các thông số cố định như phần đầu trong mục 3.7, cho giá trị độ dài dây treo giỏ r thay đổi ta nhận được các kết quả qua bảng 3.13 và đồ thị hình 3.14.

Bảng 3.13. Biên độ dao động cực đại (m) của giỏ ứng với các giá trị r

Độ dài dây giỏ r (m)	Giỏ số 6	Giỏ số 8	Giỏ số 10	Giỏ số 15
1	0.2	0.073	0.084	0.092	0.104
2	0.25	0.079	0.092	0.101	0.114
3	0.3	0.087	0.099	0.107	0.122
4	0.35	0.094	0.106	0.117	0.134
5	0.4	0.105	0.117	0.128	0.143

Hình 3.14. Đồ thị biên độ dao động cực đại của giỏ treo ứng với độ dài dây giỏ r

khác nhau, khi lực căng ngang H = 3500N, = 2400 cm

Nhận xét:

+ Từ kết quả tính toán cho ta thấy, khi độ dài đoạn dây treo giỏ tăng lên thì biên độ dao động cực đại của giỏ tăng lên.

+ Với độ dài dây treo giỏ r thay đổi từ 20 – 40 cm thì biên độ cực đại của giỏ treo giữa nhịp nhỏ hơn 15 cm.

3.7.6. Khảo sát công thức tính công suất hệ thống

Nhận thấy hai đại lượng H và

f (i ) phụ thuộc tỷ lệ nghịch vào nhau. Do đó,

khi Q, v và các qi không đổi thì sẽ có giá trị H để cho W đạt nhỏ nhất.

Đường dây cáp khép kín với 23 nhịp, có tổng khoảng cách các gối đỡ là 50000 cm. Tính toán công suất tiêu thụ ứng với các độ dài dây cáp thay đổi trong khoảng 50010 cm – 50080 cm và số puli chuyển hướng trong chu trình thay đổi từ 4 – 8.

Kết quả nhận được trên bảng 3.14. Chú ý rằng, nếu giảm độ dài dây cáp thì sẽ giảm độ vòng tại các nhịp, điều đó dẫn đến lực căng ngang tăng lên.

Bảng 3.14. Công suất tiêu thụ của hệ thống cáp ứng với tổng độ dài đường cáp và tổng số chuyển hướng trong hệ thống

L(cm)

H(N)	Công suất (W) (ứng với tổng số chuyển hướng)
H(N)	4	5	6	7	8
50040	5009	236 *	262	285	318	331
50045	4842	240	261	283	314	326
50050	4610	240	261*	281	311	342
50055	4478	241	261	280	310	319
50060	4272	242	261	280*	298	317
50065	4078	244	262	280	298	316
50070	3895	246	263	280	297	315
50075	3620	247	264	281	297*	314
50080	3452	249	265	281	298	315*

Đồ thị cho sự phụ thuộc giữa công suất tiêu thụ và độ dài dây cáp (liên quan đến lực căng ngang) được cho trên đồ thị hình 3.15.

Hình 3.15. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc công suất tiêu thụ vào lực căng ngang dây cáp và số các puli chuyển hướng

Nhận xét:

- Công suất tiêu thụ tăng lên khi số chuyển hướng trong hệ thống tăng lên, tức là nếu đường cáp khép kín càng vòng vèo thì càng tốn tiêu thụ công suất.

- Ở mỗi một hệ thống đường cáp sẽ có một lực căng ngang đường cáp phù hợp làm cho việc tiêu thụ công suất là nhỏ nhất.

- Như trên bảng 3.14 cho thấy: Với đường cáp có tổng chiều dài nhịp độ dài 500m, và tổng số chuyển hướng từ 4 đến 8, thì tổng độ dài đường cáp chỉ nằm trong khoảng 500,4m - 500,8 m, khi đó lực căng ngang dây cáp nằm trong khoảng 5009

– 3452 N và công suất tiêu thụ nhỏ nhất trong khoảng 236 – 315 W.

Kết luận chương 3

Từ kết quả khảo sát thu được trong chương 3, luận án rút ra một số kết luận sau:

1. Khi chiều dài nhịp 24 m với các độ vòng lớn nhất cho phép

fmax

trong

khoảng 30  46 cm và trọng tải phân bố đều cường độ q trong khoảng 0,08  0,2 (N/cm) thì độ dãn dài của cáp khá nhỏ (chưa đến 1,5 cm – Bảng 3.4). Từ đó thể áp dụng với mô hình dây cáp không chịu dãn để tính toán, như vậy sẽ làm đơn giản cho quá trình tính toán.

2. Với các độ vòng lớn nhất fmax trong khoảng 15 – 40 cm và khoảng cách giữa hai puli dỡ nhịp trong khoảng 20 – 30 m, thì độ dài L của cáp trên nhịp lớn một lượng lớn nhất là 2,1 cm (bảng 3.1). Điều này cho phép giả thiết tải trọng phân bố đều theo thay cho việc tải trọng phân bố đều trên L là chấp nhận được. Với giả thiết này, việc xây dựng mô hình và tính toán đơn giản đi rất nhiều.

3. Ngoài giá trị của tải trọng q thì khoảng cách giữa các giá đỡ ảnh hưởng rất lớn đến độ vòng cực đại của nhịp cáp. Khi lực căng ngang H tăng lên thì độ vòng f nhỏ đi.

4. Việc lực căng ngang cáp tăng lên sẽ làm cho lực tác động lên puli chuyển hướng tăng lên, dẫn đến ma sát lăn tăng lên đồng nghĩa với công suất tiêu thụ tăng lên.

5. Với các thông số thiết kế của đường cáp: Khoảng cách nhịp = 24m, lực căng ngang H =3500N, độ dài dây treo giỏ r = 0.3 m, các giỏ cách nhau 0,8 m, tải trọng đều q = 20N/m thì vùng tần số cộng hưởng dao động các giỏ theo phương ngang, ở các vị trí trên nhịp cáp trong khoảng ( 5,3 6,5) (bảng 3.9), tại khu vực chuyển hướng trong khoảng (5,5 – 8). Dưới tác động của gió, nếu xảy ra hiện tượng cộng hưởng (dao động với biên độ lớn) ta có thể điều chỉnh lực căng ngang tăng hoặc giảm để làm thay đổi vùng cộng hưởng dao động của giỏ đựng trái trái thanh long.

6. Biên độ dao động cực đại của các giỏ đựng trái thanh long tăng dần theo vị trí từ đầu nhịp ra điểm giữa. Giỏ treo tại vị trí giữa nhịp có biên độ dao động cực đại lớn nhất, khi lực căng ngang tăng lên thì biên độ dao động cực đại của giỏ giảm đi, khi độ dài đoạn dây treo giỏ tăng lên thì biên độ dao động cực đại của giỏ tăng lên.

7. Công suất tiêu thụ tăng lên khi số chuyển hướng trong hệ thống tăng lên, tức là nếu đường cáp khép kín có nhiều chuyển hướng thì tiêu tốn công suất. Ở mỗi một hệ thống đường cáp sẽ có một lực căng ngang đường cáp phù hợp để cho công suất tiêu thụ là nhỏ nhất. Với đường cáp có chiều dài nhịp 500m, và tổng số chuyển hướng từ 4 đến 8, khi đó lực căng ngang dây cáp nằm trong khoảng 5009 – 3452 N và công suất tiêu thụ nhỏ nhất trong khoảng 236 – 315 W (bảng 3.13).

Chương 4

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm

Luận án tiến hành nghiên cứu thực nghiệm vì các lý do sau:

Thứ nhất: Để khảo sát bài toán lý thuyết cần phải xác định một số thông số động học của đường dây cáp, các thông số này không có trong các tài liệu kỹ thuật, do vậy cần phải tiến hành thí nghiệm để xác định chúng.

Thứ hai: Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm để so sánh kết quả tính toán theo mô hình lý thuyết, từ đó sẽ đánh giá được độ tin cậy của mô hình tính toán lý thuyết đã xây dựng.

Thứ ba: Việc xác định các thông số động lực học hợp lý của đường cáp vận chuyển trái thanh long bằng lý thuyết là rất khó khăn, do vậy cần phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số hợp lý của đường cáp nghiên cứu.

Xuất phát từ các lý do trên luận án tiến hành nghiên cứu thực nghiệm với mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu như sau:

4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm

- Xác định giá trị bằng số của một số đại lượng, một số hệ số trong các công thức tính toán thông số cơ học của đường cáp để phục vụ cho việc khảo sát thông số động lực học của đường cáp.

- Kiểm nghiệm một số kết quả tính toán bằng lý thuyết từ đó đánh giá mức độ tin cậy của phương trình toán học đã lập.

- Xác định một số thông số hợp lý của đường cáp làm cơ sở để hoàn thiện đường cáp vận chuyển trái thanh long .

4.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm

Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm như sau:

- Xác định chiều dài nhịp cáp (cm);

- Xác định lực căng dây cáp H (N) ;

- Xác định độ vòng của dây cáp f (cm);

- Xác định biên độ dao động của giỏ đựng trái thanh long a (cm).

4.1.3. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm

Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm là hệ thống đường cáp vận chuyển trái thanh long do đề tài cấp nhà nước "Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa một số khâu trong thu hoạch một số loại cây ăn quả tại vùng Tây Nam Bộ" mã số KHCN-TNB.ĐT/14-19/C30 thiết kế chế tạo. Địa điểm tiến hành thực nghiệm tại Trường Đại học Lâm nghiệp và tại cơ sở sản xuất là huyện Chợ Gạo tỉnh Tiền Giang.

4.2. Chọn phương pháp nghiên cứu

4.2.1. Chọn phương pháp thực nghiệm

Quá trình xác định các thông số động lực học của đường cáp là rất phức tạp, chịu nhiều yếu tố tác động. Việc khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố đến các hàm mục tiêu được nghiên cứu ở lý thuyết tính toán động lực học của đường cáp, song việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời nhiều yếu tố đến hàm mục tiêu chưa được phân tích nghiên cứu. Để xác định ảnh hưởng của nhiều yếu tố đến chỉ tiêu nghiên cứu, luận án chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm.

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm là cơ sở lý luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại có nhiều ưu điểm, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực. Cơ sở toán học của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với 2 lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy [8]; [9]. Nội dung của phương pháp quy hoạch thực nghiệm được trình bày trong các tài liệu [6]; [7]; [9]. Dưới đây chỉ ứng dụng phương pháp này vào bài toán cụ thể.

4.2.2. Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu

Để đánh giá chất lượng động lực học của đường cáp vận chuyển người ta dựa vào nhiều chỉ tiêu, trong đó chỉ tiêu về độ vòng lớn nhất của đường cáp, nếu độ vòng của đường cáp quá lớn thì giỏ đựng trái thanh long chạm xuống đất, đồng thời khi giỏ đựng trái thanh long di chuyển qua trụ đỡ trung gian gặp khó khăn. Trong luận án này chọn hàm mục tiêu về độ vòng lớn nhất của đường cáp để nghiên cứu.

Biên độ dao động của giỏ đựng trái thanh long cũng là chỉ tiêu động lực học quan trọng để đánh giá đường cáp có ổn định trong quá trình hoạt động, dao động của giỏ đựng trái thanh long được đánh giá thông qua biên độ theo phương chuyển

động của dây cáp, do vậy luận án lựa chọn hàm mục tiêu là biên độ dao động của giỏ đựng trái thanh long là hàm mục tiêu thứ hai để nghiên cứu.

Tóm lại: Trong luận án chọn hai hàm mục tiêu đó là hàm độ vòng nhỏ nhất của đường cáp ký hiệu f, đơn vị tính là cm và hàm biên độ dao động của giỏ đựng trái thanh long ký hiệu là a, đơn vị tính là cm.

4.2.3. Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu

Từ kết quả phân tích ở chương 2 ta nhận thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu bao gồm:

- Chiều dài nhịp: Chiều dài nhịp thay đổi thì độ vòng của đường dây cáp cũng thay đổi, chiều dài nhịp càng lớn thì độ vòng cũng càng lớn và ngược lại, khi chiều dài nhịp ngắn thì độ vòng nhỏ nhưng tốn nhiều trụ đỡ trung gian, từ đó chi phí xây dựng tăng lên. Do vậy việc các định chiều dài nhịp hợp lý để thỏa mãn về độ vòng đồng thời giản số lượng trụ đỡ trung gian để giảm chi phí đầu tư xây dựng. Từ phân tích ở trên luận án chọn chiều dài nhịp là thông số ảnh hưởng để nghiên cứu.

- Tải trọng treo trên dây cáp: Tải trọng thay đổi thì độ vòng cũng thay đổi, theo thiết kế mỗi giỏ đựng trái thanh long chứa 1-2 trái thanh long, không thể chứa nhiều hơn được vì đường cáp di chuyển liên tục, người cắt sẽ bỏ vào giỏ khác, nên luận án không chọn thông số này.

- Trọng lượng riêng của dây cáp cũng ảnh hưởng đến độ vòng của đường dây cáp, theo thiết kế dây cáp có đường kính 6mm, trọng lượng riêng có giá trị nhất định, nên luận án không chọn thông số này

- Lực căng ngang ban đầu: Lực căng ngang ban đầu của đường dây cáp cũng ảnh hưởng đến độ vòng của dây cáp và biên độ dao động của giỏ đựng trái thanh long, lực căng lớn thì độ vòng và dao động giỏ nhỏ, nhưng khi độ căng lớn ảnh hưởng đến công nghệ căng cáp, độ bền của trụ đỡ, công suất động lực để di chuyển đường cáp. Do vậy việc tính toán xác định lực căng ngang ban đầu hợp lý rất quan trọng để đáp ứng được yêu cầu về độ vòng và dao động nhưng dễ ràng cho căng cáp và giảm tiêu hao công suất nguồn động lực. Từ phân tích ở trên, luận án chọn thông số lực căng ngang ban đầu để nghiên cứu.