Động lực học không gian máy khoan nổ mìn kiểu xoay đập sử dụng dạng thức hệ nhiều vật có cấu trúc nửa kín nửa hở

Bài viết Động lực học không gian máy khoan nổ mìn kiểu xoay đập sử dụng dạng thức hệ nhiều vật có cấu trúc nửa kín nửa hở trình bày bài toán mô hình hóa và phân tích động lực học bằng phương trình Lagrange dạng nhân tử với cơ hệ là hệ giá đỡ máy khoan nổ mìn kiểu xoay đập do Việt Nam chế tạo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động lực học không gian máy khoan nổ mìn kiểu xoay đập sử dụng dạng thức hệ nhiều vật có cấu trúc nửa kín nửa hở Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2023, 17 (4V): 152–167 ĐỘNG LỰC HỌC KHÔNG GIAN MÁY KHOAN NỔ MÌN KIỂU XOAY ĐẬP SỬ DỤNG DẠNG THỨC HỆ NHIỀU VẬT CÓ CẤU TRÚC NỬA KÍN NỬA HỞ Bùi Văn Trầma,∗, Chu Văn Đạtb , Nguyễn Văn Quyềnc , Nguyễn Lâm Khánhd a Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, 54 Triều Khúc, Thanh Xuân Nam, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam b Bộ môn Xe máy Công binh, Viện Kỹ thuật Cơ khí động lực, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 236 Hoàng Quốc Việt, Quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam c Khoa Cơ điện tử, Trường Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội, 01 Đại Cồ Việt, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam d Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông vận tải, 03 phố Cầu Giấy, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 14/4/2023, Sửa xong 08/8/2023, Chấp nhận đăng 20/11/2023 Tóm tắt Bài báo trình bày bài toán mô hình hóa và phân tích động lực học bằng phương trình Lagrange dạng nhân tử với cơ hệ là hệ giá đỡ máy khoan nổ mìn kiểu xoay đập do Việt Nam chế tạo. Nội dung nghiên cứu trình bày các bước xây dựng mô hình động lực học 3D, tính toán lực và các lực suy rộng tác động vào cơ hệ. Việc giải thuật được trình bày theo phương pháp giải hệ phương trình vi phân - đại số có sử dụng các điều kiện ràng buộc ở mức gia tốc và phương pháp ổn định hóa Baumgarte. Kết quả nghiên cứu xác định chuyển vị tại điểm khảo sát, làm cơ sở đánh giá sự rung động của máy với các trường hợp tác động của ngoại lực. Từ đó khuyến cáo trong thiết kế, chế tạo và sử dụng máy khoan chế tạo trong nước. Từ khoá: máy khoan nổ mìn kiểu xoay đập; phương trình vi phân - đại số; phương pháp khử nhân tử Lagrange; ổn định hóa Baumgarte; hệ nhiều vật. DYNAMICS OF A SPATIAL MODEL OF THE PERCUSSIVE-ROTARY DRILLING MACHINES USES CLOSED-LOOP MULTIBODY SYSTEM Abstract This paper presents the problem of modeling and analyzing dynamics by the Lagrange multiplier equation with the mechanical system being the supporting system of the percussive-rotary drilling machines manufactured by Vietnam. The content of the study presents the steps of building a 3D dynamical model, calculating forces, and generalizing forces acting on the mechanical system. The algorithm is presented by solving the system of differential algebraic equation using the constraints at the acceleration level and the Baumgarte stabilization method. The research results determine the displacement at the survey site, as a basis for evaluating the ma- chine’s vibration with the impact of external forces. From there, recommendations in designing, manufacturing, and using drilling machines manufactured in Vietnam. Keywords: the percussive-rotary blast-hole drilling machine; differential algebraic equation; lagrange multiplier method; baumgarte stabilization; multibody systems. https://doi.org/10.31814/stce.huce2023-17(4V)-13 © 2023 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) 1. Đặt vấn đề Xây dựng đường hầm phục vụ các mục đích dân sinh và quốc phòng đã và đang được đặt ra với nhu cầu ngày càng lớn, kéo theo đó là nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều máy móc thiết bị chuyên ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: trambv@utt.edu.vn (Trầm, B. V.) 152 Trầm, B. V., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng dùng. Sử dụng thiết bị khoan xoay đập lắp trên máy đào thông qua hệ giá đỡ để khoan lỗ nổ mìn là một giải pháp khả thi, cho phép nâng cao đáng kể năng suất lao động. Tuy nhiên, khi thi công đường hầm khẩu độ vừa và nhỏ như đường hầm quân sự thì yêu cầu đặt ra với thiết bị phải nhỏ gọn, cơ động, hoạt động an toàn, ổn định và hiệu quả. Một trong các bộ phận liên kết, hỗ trợ cho công việc của bộ công tác, có ảnh hưởng lớn tới chất lượng làm việc của toàn máy là hệ giá đỡ thiết bị khoan. Trong quá trình làm việc, hệ giá đỡ là bộ phận trung gian giữa máy cơ sở và cụm khoan, chịu toàn bộ tải trọng va đập tạo ra từ cụm khoan khi làm việc. Máy khoan nổ mìn do nước ngoài chế tạo có tính năng hiện đại, thi công hiệu quả và năng suất cao, tuy nhiên sản phẩm chủ yếu phục vụ thi công hầm cỡ lớn với giá thành cao và khó khăn khi sửa chữa bảo dưỡng do phụ thuộc nguồn phụ tùng. Với những giá khoan chế tạo trong nước thường được thực hiện theo kinh nghiệm và chép mẫu, sản phẩm còn tồn tại hạn chế như giá khoan rung lắc làm ảnh hưởng đến độ chính xác của lỗ khoan và năng suất thi công [1]. Các tác giả [2–4] đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị khoan nổ mìn kiểu xoay đập thi công đường hầm quân sự khẩu độ vừa và nhỏ. Thiết bị này phù hợp với không gian và đặc điểm thi công, tuy nhiên còn một số tồn tại như hệ giá đỡ máy khoan hoạt động kém ổn định, ảnh hướng đến chất lượng lỗ khoan và tuổi thọ của kết cấu. Để giải quyết được vấn đề này, cần tập trung giải bài toán động lực học của cơ hệ theo lý thuyết [5–7] nhằm xác định được các thông số về phổ biên độ tần số của các khâu và điểm khảo sát. Kết quả nghiên cứu là cơ sở đánh giá chất lượng lỗ khoan của máy khoan nổ mìn chế tạo trong nước,… Nội dung nghiên cứu động lực học của hệ nhiều vật có cấu trúc mạch vòng được tác giả đề cập khá kỹ trong các tài liệu [8–12]. Trong những tài liệu này, nhóm tác giả đưa ra cách thức thiết lập phương trình động lực học của hệ nhiều vật có cấu trúc cây bằng các phương trình Lagrange loại 2, còn với các robot song song tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc và phương pháp Lagrange dạng nhân tử để thiết lập phương trình chuyển động của cơ hệ nhiều vật. Ngoài ra, nhóm tác giả đã trình bày hai phương pháp số giả ...