Luận án tiến sĩ: Động lực học thiết bị khoan xoay-đập lắp trên máy đào - Học viện Kỹ thuật Quân sự

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ BÙI VĂN TRẦM NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC THIẾT BỊ KHOAN XOAY ĐẬP LẮP TRÊN MÁY ĐÀO PHỤC VỤ THI CÔNG HẦM KHẨU ĐỘ VỪA VÀ NHỎ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2019 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ BÙI VĂN TRẦM NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC THIẾT BỊ KHOAN XOAY ĐẬP LẮP TRÊN MÁY ĐÀO PHỤC VỤ THI CÔNG HẦM KHẨU ĐỘ VỪA VÀ NHỎ Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số : 9 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Lâm Khánh HÀ NỘI - NĂM 2019 luan an i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản Luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. NCS Bùi Văn Trầm luan an ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn NGƯT.

Chu Văn Đạt và TS. Nguyễn Lâm Khánh đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận án này. Trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo tại Bộ môn Xe máy Công binh - Học viện Kỹ thuật Quân sự; các Thầy cô giáo tại Bộ môn Máy xây dựng & Xếp dỡ - Trường Đại học Giao thông vận tải; các đồng nghiệp tại Bộ môn Cơ học ứng dụng - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; các Thầy cô giáo, các nhà khoa học của Học viện Kỹ thuật Quân sự, Trường Đại học Giao thông vận tải, Trường Đại học Xây dựng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, và các đồng nghiệp tại Trường Đại học Công nghệ GTVT, … đã góp ý, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, lãnh đạo và các đơn vị chức năng của Học viện Kỹ thuật Quân sự (Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Động lực) đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu.

Trân trọng cảm ơn Lữ đoàn 131 Hải quân; trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo nhà máy Z49; trân trọng cảm ơn cán bộ phòng thí nghiệm của Bộ môn Xe máy Công binh - Học viện KTQS, cảm ơn cán bộ phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng giao thông LAS-XD72 đã tận tình hỗ trợ giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Đặc biệt, Tôi trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè, đồng nghiệp tại Trường Đại học Công nghệ GTVT đã luôn động viên, hỗ trợ tôi hoàn thành luận án này. Trân trọng cảm ơn. NCS Bùi Văn Trầm luan an iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU. vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.

xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. xiii MỞ ĐẦU. 1 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Đường hầm và đường hầm quân sự.

Công trình ngầm và đường hầm. Đường hầm quân sự và hộ chiếu gương khoan. Quy trình thi công đường hầm bằng phương pháp khoan nổ. Đặc điểm môi trường đất đá trong đường hầm quân sự.

Đặc điểm của thiết bị khoan lỗ nổ mìn thi công đường hầm quân sự. Điều kiện thi công đường hầm quân sự. Thiết bị khoan xoay - đập. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác lỗ khoan.

Tiêu chuẩn áp dụng trong khoan nổ mìn. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác lỗ khoan. Tình hình nghiên cứu hệ giá đỡ thiết bị khoan lỗ nổ mìn. Tương tác giữa mũi khoan với đá.

Động học và động lực học cơ hệ liên quan. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án. 33 luan an iv 1. Mục tiêu của luận án.

Nhiệm vụ của luận án. 33 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. 34 Chương 2 XÁC ĐỊNH KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA MÁY KHOAN MK-Z49 VÀ MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG. Phương pháp ma trận Denavit - Hartenberg.

Phương trình xác định vị trí và hướng của khâu thao tác. Khảo sát không gian làm việc của máy khoan nổ mìn MK-Z49. Kết cấu và nguyên lý hệ giá đỡ thiết bị khoan MK-Z49. Động học thuận hệ giá đỡ máy khoan MK-Z49.

Không gian thao tác. Nghiên cứu điều chỉnh hệ giá đỡ máy khoan MK-Z49 đáp ứng yêu cầu thi công. Thiết lập phương trình động học. Giải bài toán động học ngược.

Mô phỏng hoạt động của máy khoan MK-Z49 sau khi điều chỉnh kết cấu 63 2. Xây dựng thư viện mô hình các chi tiết máy và bộ phận máy. Khoan tại vị trí điển hình. 64 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.

66 Chương 3 ĐỘNG LỰC HỌC HỆ GIÁ ĐỠ THIẾT BỊ KHOAN. Lý do sử dụng phương trình Lagrange dạng nhân tử. Phương pháp giải phương trình Lagrange dạng nhân tử. Mô hình động lực học hệ giá đỡ thiết bị khoan.

Các giả thiết xây dựng mô hình. Mô hình khảo sát động lực học cơ hệ. Hệ phương trình vi phân chuyển động của cơ hệ khảo sát. Lực suy rộng của các lực hoạt động.

Các lực hoạt động. Xác định lực hoạt động. Xác định véc tơ lực suy rộng. Hành trình và áp suất trong các khoang xy lanh.

Mô phỏng số. Số liệu đầu vào. Kết quả mô phỏng số. Sai lệch lỗ khoan.

Khảo sát ảnh hưởng một số thông số đặc trưng đến rung động của giá dẫn hướng thiết bị khoan. Ảnh hưởng của đường kính các xi lanh thủy lực dẫn động. Thay đổi cơ tính đối tượng khoan. 116 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.

120 Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. Mục đích và nội dung nghiên cứu. Mục đích nghiên cứu. Nội dung thực nghiệm.

Các thông số đo và mục đích sử dụng. Phương tiện và thiết bị thực nghiệm. Phương tiện và thiết bị thực nghiệm. Các thiết bị đo, thiết bị nối kết ngoài thực địa.

Thiết bị trong phòng thí nghiệm. Tổ chức quá trình thực nghiệm. Các bước chuẩn bị thực nghiệm. 125 luan an vi 4.

Bố trí các đầu đo và thiết bị đo. Xác định các thông số trong quá tình thực nghiệm. Phương pháp xử lý kết quả thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm.

Kết quả thu được trong phòng thí nghiệm. Kết quả thu được ngoài hiện trường. Đánh giá kết quả giữa lí thuyết và thực nghiệm. 134 KẾT LUẬN CHUNG.

139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 142 luan an vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký Tên gọi Đơn vị hiệu h Góc nghiêng đường tâm lỗ với trục hầm độ n Độ bền nén của đất đá theo một trục kG/cm2 fkp Hệ số độ cứng (độ kiên cố của đất đá) -  Góc nội ma sát độ Rn Cường độ kháng nén một trục kG/cm2 cđ Độ cứng của đá N/m kđ Độ cản nhớt của đá N.s/m G Mô đun đàn hồi trượt N/m2 r Bán kính vùng tiếp xúc thực tế của lực ấn vào đá m f1 , f2 Hàm dịch chuyển của Reissner - a0 Tần suất lực tác động vào đá -  Khối lượng riêng của đá Kg/m3 d Đường kính mũi khoan mm Lk Chiều sâu lỗ khoan m x Sai lệch lỗ khoan cm Poc Lực dọc trục N Pyđ Năng lượng đập J MB Mô men xoắn N.m B Tốc độ góc của đầu khoan Rad/s F(t) Lực tác dụng vào mũi khoan N D Ngưỡng phá hủy của đá - I Xung va đập tức thời của búa khoan - Mc Mô men cản đầu mũi khoan N.m Mtđ Mô men do ma sát giữa thành mũi khoan với thành đá N.m Mđđ Mô men do ma sát giữa đá với đá N.m Mkđ Mô men cản cắt của mũi khoan với đá N.m luan an viii Ký Tên gọi Đơn vị hiệu 1 Hệ số ma sát giữa bề mặt mũi khoan với đá - db Đường kính bi gắn đầu mũi khoan mm h1 Chiều sâu bi ngập vào đá mm rtb Khoảng cách trung bình đến tâm mũi khoan mm σc Ứng suất cắt của đá kPa z Số lượng bi tại đầu mũi khoan viên Pk Lực đập dọc trục của mũi khoan N Qk Lực cắt của mũi khoan N M Mô men quay của mũi khoan có hai lưỡi cắt N.m R Khoảng cách từ lực cắt Qk đến tâm quay mũi khoan m At Công đập trong một phút J h Chiều sâu phá hủy đá m n Độ bền nén của đất đá N/m2 d Góc sắc đầu mũi dao Độ fmx Hệ số ma sát giữa thép và đất đá - n Tần số đập Lần/phút cd(td) Độ cứng của dầu thủy lực tương dương và trong các cd(A), N/m khoang của xi lanh cd(B) Góc quay quanh trục zi-1 để trục xi-1 chuyển đến trục xi’ i Độ (xi’// xi) Dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục zi-1 để gốc tọa độ Oi-1 di m chuyển đến Oi’ ai Dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục xi để điểm Oi’ chuyển m đến điểm Oi i Góc quay quanh trục xi sao cho trục z’i-1 chuyển đến trục zi Độ q1 Góc quay của khâu đế quanh điểm liên kết O1 Độ q2 Góc quay của cần quanh điểm liên kết O2 Độ q3 Hành trình tịnh tiến của khâu 3 dọc khâu 2 mm luan an ix Ký Tên gọi Đơn vị hiệu q4 Góc quay của chụp quanh điểm liên kết O4 Độ q5 Góc quay của khâu tam giác quanh điểm liên kết O5 Độ q6 Góc quay của giá dẫn hướng khoan quanh điểm liên kết O6 Độ Hi Các ma trận truyền - Ai Ma trận quay của khâu thứ i - rO(i0 ) Vectơ xác định gốc tọa độ khâu thứ i - ,, Góc cardan Độ T Ma trận chuyển từ hệ tọa độ R7’ về hệ tọa độ R0 - T’ Ma trận quay từ hệ tọa độ R7 về hệ tọa độ R7’ - mi Khối lượng của khâu thứ i kg ri Vị trí khối tâm Ci trong hệ tọa độ gốc {x0y0z0} - ri(i) Vị trí khối tâm Ci trong hệ tọa độ {xiyizi} - Ii(i) Ma trận quán tính của khâu i tại Ci trong {xiyizi} - JTi(q) Ma trận Jacobi tịnh tiến của khâu I - JRi(i)(q) Ma trận Jacobi quay của khâu I - M(q) Ma trận khối lượng suy rộng (ma trận quán tính) - Ma trận lực suy rộng ứng với các lực hoạt động không có Q - thế. λ Véc tơ các nhân tử Lagrange - f Véc tơ các phương trình liên kết - FG(t) Lực tác động vào giá khoan N MG(t) Momen xoắn giá khoan N.