Thông Số Kỹ Thuật Của Hệ Thống Đường Cáp Vận Chuyển Thanh Long

khi biến dạng của cáp. Độ chính xác và hiệu quả của công thức được đánh giá bằng cách so sánh với các kết quả có sẵn của các tác giả khác sử dụng các phương pháp phân tích hoặc phương pháp số khác nhau.

Năm 2008, tác giả W. Lacarbonara, A.P. trong công trình nghiên cứu [28], đã trình bày một công thức chính xác về mặt hình học của cáp chịu kéo dọc trục và độ cong uốn. Công thức động lực học được dựa trên các định luật cấu trúc phi tuyến cho lực căng và mômen uốn với tính toán phi tuyến cấu thành trong điều kiện không nén. Các tính toán này, được thực hiện trong chế độ chuẩn, dựa trên các dây cáp vật liệu đàn hồi có tác động tuyến tính, trong khi tính phi tuyến theo độ cứng hình học và không chịu nén. Các kết quả đã thu được phương trình tương đương Lagrangian bậc hai. Ảnh hưởng của độ cứng uốn đối với các cáp uốn tĩnh phi tuyến được so sánh đánh giá với kết quả thu được đối với cáp thông thường được áp dụng rộng rãi. Các đặc tính về tần số của cáp có độ cứng uốn cũng được nghiên cứu và so sánh với các tần số của cáp thông thường được áp dụng rộng rãi.

Năm 2009, tác giả Xing Ma và John W. Butterworth của Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường, Đại học Auckland, New Zealand trong công trình [29] nghiên cứu “Mô hình phương pháp lực để phân tích động lực học các cấu trúc cáp phẳng” tác giả đã xây dựng được một phương pháp lực mới để phân tích tác động của cáp dao động với độ trễ nhỏ. Xây dựng được mô hình phương trình vi phân từng phần (phương trình chuyển động) và phương trình tích phân (phương trình tương thích). Trong bài báo, tác giả áp dụng phương pháp sóng di chuyển cho phương trình vi phân từng phần (PDE). Thay thế cho các điều kiện tương thích và điều kiện biên, phương trình chính thu được theo phương pháp gia tăng lực căng động, hay còn gọi là phương trình động lực phương pháp (FMDE). Phương trình này áp dụng cho cả hai hệ thống cáp một nhịp và nhiều nhịp đều có. Các tần số tự nhiên thu được từ FMDE được trình bày là phù hợp với những suy luận sử dụng phương pháp chuyển vị thông thường (DM). Phương pháp (FMDE) xây dựng phù hợp cho các hệ thống cáp đơn và đa nhịp chịu các lực điều hòa.

Năm 2009, Tác giả Massimo Cuomo và Leopoldo Greco, Khoa Kỹ thuật, Đại học Catania, Ý trong công trình [30] đã nghiên cứu “Phần tử hữu hạn cáp để phân

tích lưới cáp” trong nghiên cứu tác giả có đề cập đến công thức tính chính xác của một yếu tố dây xích. Có thể mô phỏng bằng máy tính biến dạng của các hệ thống lưới cáp. Tác giả xây dựng được công thức, xuất phát từ phương trình thông thường cho cáp không thể tách rời, đảm bảo trạng thái cân bằng chính xác sau khi biến dạng của cáp và bao gồm cả trường hợp tải theo dòi. Việc sử dụng biểu thức phân tích cho cả mô tả hình học của phần tử và bài toán tuyến tính tương ứng cung cấp độ ổn định số cao trong quy trình tính toán. Độ chính xác và hiệu quả của phương pháp này được đánh giá bằng cách so sánh với các kết quả đơn giản thu được trong tài liệu bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích và số thay thế.

Năm 2011 tác giả H. Nam và N. T. Nghĩa trong công trình [31] đã nghiên cứu về “ Ước tính độ căng cáp sử dụng các tần số tự nhiên đo được” Trong nghiên cứu này, phương trình đặc trưng cho độ rung của trường hợp tổng quát nhất của cáp, trong đó cả độ vòng và độ uốn trong cáp đều được tính đến, có nguồn gốc phân tích. Sau đó bằng cách xem xét các giả định đơn giản hóa phù hợp của tham số độ cứng uốn nhỏ, thu được các dạng tiệm cận của phương trình. Phân tích đưa ra một quy trình áp dụng thực tế để ước tính độ căng cáp sử dụng tần số tự nhiên đo được. Quy trình phát triển được xác minh bằng dữ liệu thực tế của một cây cầu dây văng ở Việt Nam.

Năm 2012, Marco Lepidi * , Vincenzo Gattulli trong công trình [32] đã nghiên cứu về “Phản ứng tĩnh và động của cáp treo đàn hồi với hiệu ứng nhiệt”. Tác giả phân tích hiệu ứng nhiệt độ trên phản ứng tĩnh và động của cáp nghiêng treo thông qua một mô hình đơn chiều liên tục bao gồm cả phi tuyến hình học. Sự thay đổi nhiệt độ đồng đều được đưa ra thông qua định luật cấu thành không đồng nhất cho độ đàn hồi tuyến tính của vật liệu. Nghiên cứu tham số độ chính xác và gần đúng của các phương trình điều chỉnh trạng thái cân bằng tĩnh cáp dưới trọng lượng bản thân, của sự thay đổi phụ thuộc nhiệt độ, lực căng và độ vòng. Các đặc tính đặc trưng cho động lực học tự do thu được theo kiểu kín đối với cáp parabol độ vòng nhỏ trong phạm vi rung tần số thấp.

Năm 2013, tác giả Mostafa Salehi Ahmad Abad và các cộng sự thuộc Khoa Kỹ thuật, Đại học Ferdowsi Mashhad, Mashhad, Iran đã công bố công trình [33] nghiên cứu “Phân tích phi tuyến của các cấu trúc cáp theo tải trọng chung”. Trong công

trình này, tác giả đã đề cập đến hai yếu tố mới để phân tích phần tử hữu hạn ba chiều của cấu trúc cáp. Ma trận độ cứng tiếp tuyến của các phần tử cáp được lấy theo tải trọng tĩnh và phân tán không gian. Phần tử đầu tiên, được gọi là phần tử Cáp dây xích liên tục (CCC) và mở rộng phần tử cáp dây xích cổ điển. Phần tử thứ hai, phần tử Cáp dây xích rời rạc (DCC), được giới thiệu bằng cách chuyển đổi các phương trình liên tục của phần tử CCC thành công thức riêng biệt, cho khả năng chia cáp thành nhiều phần tử thẳng với các phần tử dọc trục. Tác giả trình bày một thuật toán đơn giản để phân tích các dây cáp giả định, sử dụng để phân tích phi tuyến của các cấu trúc cáp. Kết quả tính toán được so sánh với các nhà nghiên cứu khác, kết quả của các ví dụ bằng số cho thấy khả năng và độ mạnh của các yếu tố được đề xuất phù hợp với biến dạng của cấu trúc cáp.

Năm 2014, tác giả Iordan Matulea Dragos Stefan đã công bố công trình [35] nghiên cứu “Một cách tiếp cận số mới để phân tích động lực học của cáp biển”. Trong bài viết tác giả mô tả các nguyên tắc cơ bản có thể được sử dụng phần mềm máy tính nhằm hỗ trợ thiết kế tính toán cáp hàng hải hoạt động dưới sự kết hợp của tải trọng tĩnh và động. Một mô hình toán học duy nhất và một phương pháp số phù hợp dựa trên sự khác biệt hữu hạn được sử dụng, trước tiên để xác định mô hình cân bằng tĩnh của phương đứng, sau đó cho các tác động của nó xung quanh mô hình tĩnh được tính toán trước đó. Sử dụng phần mền (DYNCAB) dựa trên mô hình toán học để tính toán mô hình đề xuất và phương pháp để thiết kế cáp, phân tích đầy đủ tính toán cân bằng tĩnh và dao động của cáp biển theo yêu cầu trong quá trình thiết kế.

Năm 2017 tác giả C.Z. Qian* and C.P. Chen thuộc khoa Kỹ thuật dân dụng và Kiến trúc, Đại học Hạ Môn, Trung Quốc đã công bố công trình [35] nghiên cứu “Phân tích động lực phi tuyến cho cáp nghiêng bị tác động bởi sàn rung”. Tác giả đề xuất một mô hình cơ học đơn giản để mô tả hệ thống động lực của cáp nghiêng bị tác động bởi độ rung của boong. Sử dụng phương pháp Galerkin, hệ thống động lực được đơn giản hóa thành một bậc tự do hệ phi tuyến. Các kết luận chỉ ra rằng cộng hưởng tham số được tác động bởi tỷ lệ tần số 3: 2 là đáng kể. Trong bài báo này, các đặc tính động học phi tuyến của cáp nghiêng được nghiên cứu. Tác giả đã sử dụng động lực học cấu trúc phi tuyến, để xây dựng một mô hình cơ học của cáp nghiêng bị tác động bởi rung động. Tác giả đã sử dụng phương pháp trung bình, phương trình trung bình và phương

trình chia đôi được lấy theo tỷ số tần số λ ≈ 0,5, λ ≈ 1,0 và λ ≈1,5. Đặc biệt, các chuyển động giai đoạn 1 và giai đoạn 2 được thảo luận. Cộng hưởng tham số có thể được tác động trong một phạm vi tỷ lệ tần số rộng. Cộng hưởng tham số được tác động bởi λ ≈1,5 nên được chú ý nhiều hơn so với cộng hưởng tham số được tác động bằng λ≈ 0,5 để lưu trữ biên độ đạt cực đại nhanh hơn.

Đề tài cấp nhà nước thuộc chương trình Tây Nam Bộ: "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" [21] đã thiết kế chế tạo được đường cáp một dây kép kín tuần hoàn liên tục để vận chuyển trái thanh long sau thu hoạch, đường cáp này đã được sử dụng ở hợp tác xã Thiên Phúc huyện Chợ Giạo tỉnh Tiền Giang bước đầu cho năng suất và chất lượng sản phẩm cao. Tuy nhiên đường cáp này còn nhiều tồn tại như dao động của giỏ đựng tái thanh long còn lớn, độ vòng lớn... nguyên nhân là đề tài chỉ tập trung phần tính toán thiết kế và chế tạo đường cáp mà chưa có tập trung nghiên cứu phần động lực học của đường cáp, từ đó chưa có cơ sở khoa học cho việc xác định các thông số hợp lý của đường cáp. Như vậy đề tài cấp nhà nước ở trên chỉ tập trung phần thiết kế chế tạo chưa có nghiên cứu về động lực học đường cáp.

Tóm lại: Đã có nhiều công trình nghiên cứu về tính toán thiết kế đường cáp được công bố, song các công trình chủ yếu tập trung vào vận chuyển gỗ, vận chuyển người, cầu dây văng, sử dụng phần tử hữu hạn để tính toán dây cáp. Cho đến nay, chưa có công trình nào nghiên cứu động lực học của đường cáp vận chuyển trái thanh long được công bố. Các kết quả nghiên cứu phân tích ở trên là tài liệu hữu ích để vận dụng trong nghiên cứu động lực học của đường cáp vận chuyển trái thanh long.

1.6. Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng mô hình, thiết lập các phương trình cơ học, động lực học của đường cáp, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của đường cáp, để tính toán xác định một số thông số hợp lý của đường cáp vận chuyển trái thanh long do Việt Nam thiết kế chế tạo.

1.7. Nội dung nghiên cứu

1.7.1. Nội dung nghiên cứu lý thuyết

- Xây dựng mô hình tính toán một số thông số cơ học của đường cáp;

- Thiết lập phương trình tính toán thông số cơ học của đường cáp;

- Xây dựng mô hình, thiết lập phương trình tính toán động lực học của giỏ đựng trái thanh long trong quá trình vận chuyển;

- Xây dựng mô hình, thiết lập phương trình tính toán dao động của giỏ đựng trái thanh long

- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến thông số cơ học, động lực học của đường cáp.

1.7.2. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm

- Xác định một số thông số động lực học của đường cáp;

- Kiểm nghiệm lại mô hình tính toán lý thuyết;

- Xác định một số thông số hợp lý của đường cáp vận chuyển trái trái thanh long.

1.8. Đối tượng nghiên cứu

1.8.1. Vườn trồng thanh long

Như đã trình bầy ở phần trên, thanh long được trồng ở nhiều tỉnh thành trong cả nước, trong đó hai vùng trồng với diện tích và sản lượng lớn nhất đó là vùng Nam Trung Bộ và Tây Nam Bộ. Do điều kiện về thời gian đề tài luận án chọn vùng trồng thanh long ở Tây Nam Bộ để nghiên cứu.

Đặc điểm của vườn trồng thanh long vùng Tây Nam Bộ là địa hình bằng, độ dốc khoảng 1-3 độ, khoảng cách giữa các luống trồng là 3m, chiều cao trụ thanh long 2m, diện tích vườn thanh long 2-5 ha, chiều dài các luống trồng từ 100m-300m, trọng lượng của một trái thanh long từ 0,5-0,8kg.

Đất đai thổ những của vùng trồng thanh long Tây Nam Bộ là đất cát pha, nhiễm phèn, độ chua pH = 4-5 chiếm 62%, thành phần: Mùn 12%, sét 64%, cát 24%.

Hình 1.19. Vườn trồng thanh long Tây Nam Bộ

1.8.2. Đường cáp vận chuyển trái thanh long [21]

Hệ thống đường cáp vận chuyển trái thanh long đề tài luận án nghiên cứu là hệ thống đường cáp do đề tài cấp nhà nước mã số: KHCN-TNB/14-19/C30 thiết kế chế tạo, đó là đường cáp một dây chuyển động tuần hoàn liên tục.

a) Sơ đồ hệ thống đường cáp vận chuyển thanh long

Từ những đặc điểm và yêu cầu của công nghệ thu hái vận chuyển thanh long, đề tài cấp nhà nước đã thiết kế chế tạo ra hệ thống thiết bị vận chuyển thanh long như sau:

- Hệ thống đường cáp kép kín chuyển động tuần hoàn, liên tục giữa hai hàng thanh long;

- Giỏ đựng trái thanh long được gắn chặt trên dây cáp và chuyển động tuần hoàn cùng dây cáp;

- Sơ đồ đường cáp vận chuyển trái thanh long trong vườn được thể hiện trên hình 1.17. Đường cáp này được thiết kế, lắp đặt với kích thước tùy ý theo vườn trồng thanh long.

(6)

(4)

(6)

(4)

(6)

(4)

(5)

(3)(6)

(3)

(6)

(5)

(4)

(2)

(4)

(1)

Vị trí bãi tập kết

Hình 1.20. Mô hình đường cáp vận chuyển trái thanh long

(1)-Đường cáp; (2)- Giỏ đựng trái thanh long; (3)- Trụ chủ động có gắn mô tơ tạo lực kéo (4)- Trụ đỡ bị động có gắn các puly đỡ và chuyển hướng cáp; (5)- Giá đỡ trung gian chữ A trên có gắn puly đỡ cáp; (6)- Đường đi trong vườn trồng thanh long

b) Hoạt động của hệ thống đường cáp

Đường cáp (1) được nối thành vòng kín và được lắp đặt như trên hình 1.20 và được căng với lực căng ban đầu, khi động cơ hoạt động thông qua hộp giảm tốc làm cho bánh đai chủ động trên trụ số (3) quay, bánh đai chủ động làm cho đường cáp

(1) chuyển động, trên đường cáp gắn giỏ đựng trái thanh long (2) do vậy giỏ đựng cũng chuyển động tuần hoàn giữa 2 hàng thanh long. Người công nhân sau khi cắt trái xong thì đặt vào giỏ chứa, giỏ chứa tự động di chuyển về đến điểm tập kết. Tại điểm tập kết người công nhân lấy trái thanh long ra và xếp vào thùng đựng chuyên dùng, sau đó xếp thùng đựng chuyên dùng lên phương tiện vận chuyển để mang đi tiêu thụ.

c) Đặc điểm và thông số kỹ thuật của hệ thống đường cáp vận chuyển trái thanh long

- Dây cáp trong hệ thống được nối thành vòng kín, đi qua nhiều puli chuyển hướng;

- Giỏ đựng trái thanh long được gắn chặt trên dây cáp;

- Dây cáp và giỏ đựng trái thanh long chuyển động tuần hoàn đi qua trụ đỡ chính, giá đỡ trung gian và puly chuyển hướng;

- Vận tốc chuyển động của dây cáp không đều, nên tạo ra dao động của giỏ đựng trái thanh long cũng như dao động của dây cáp;

- Bánh đai chủ động và dây cáp có độ trượt nhất định, từ đó sinh ra chuyển động không đều của dây cáp.

Thông số kỹ thuật của đường cáp vận chuyển trái thanh long do đề tài cấp nhà nước chế tạo được trình bầy ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của hệ thống đường cáp vận chuyển thanh long

Số

Đặc tính kỹ thuật	Đơn vị tính	Giá trị/ đặc điểm
1	Kiểu đường cáp		Đường cáp một dây kép kín, chuyển động tuần hoàn, liên tục
2	Chiều dài đường cáp (tối đa)	m	500
3	Chiều dài nhịp	m	20-25
4	Đường kính dây cáp	mm	6
5	Chế độ hoạt động		Tự động hoặc điều khiển từ xa
6	Công suất động cơ	Kw	0.75
7	Năng suất vận chuyển	tấn/ca	10-20
8	Giỏ chứa trái thanh long		Chất liệu nhựa trọng lượng 0,15kg
9	Khoảng cách giữa các giỏ đựng trái thanh long	m	2- 3
10	Vận tốc di chuyển của giỏ đựng trái thanh long	m/s	0,1-0,3