Luận văn Nghiên cứu động lực học máy xúc lội nước để khảo sát ổn định lật khi làm việc

ợc xác định theo công thức (2.24) đã
nêu ở trên. Để tính toán các ma trận và giải phương trình vi phân, các thông
số và kích thước của máy được lựa chọn theo bảng 2.2 và bảng 2.3.
 Bảng 2.1. Các kích thước kết cấu của máy xúc lội nước theo hình 2.1
 Đại lượng Đơn vị Giá trị
 5 Góc giữa AP và AC rad 0,2566
 6 Góc giữa CD và CQ rad 0,3316
 7 Góc giữa DR và DN rad 0,3944
 8 Góc giữa AB và AC rad 0,4957
 9  91  92
 91 Góc giữa CD và CF rad 2,71049
 92 Góc giữa CA và CI rad 0,47822
 10  101  102
 101 Góc giữa DN và DG rad 2,19737
 102 Góc giữa CL và CD rad 0,15359
 11 Góc giữa LJ và LD rad 0,13265
 lab Khoảng cách A và B m 2,31
 lah Khoảng cách A và H m 0,56
 lci Khoảng cách C và I m 2,80
 ljl Khoảng cách J và L m 1,93
 lkl Khoảng cách K và L m 0,50
 ldk Khoảng cách K và D m 0,50
 lhe Khoảng cách H và E m 0,42
 lgl Khoảng cách G và L m 0,40
 ldg Khoảng cách G và D m 0,40
 53
Bảng 2.2. Bảng các thông số đầu vào để giải hệ phương trình vi phân hình 2.1
 TT Đại lượng Đơn vị Giá trị
 1 Chiều dài kết cấu, l1 m 1,60
 2 Chiều dài kết cấu, l2 m 4,97
 3 Chiều dài kết cấu, l3 m 3,10
 4 Chiều dài kết cấu, l4 m 0,63
 5 Chiều dài kết cấu, a1 m 1,6
 6 Chiều dài kết cấu, a2 m 2,30
 7 Chiều dài kết cấu, a3 m 1,25
 8 Chiều dài kết cấu, a4 m 0,63
 9 Kích thước kết cấu của phao xích, b1 m 2,15
 10 Kích thước kết cấu của phao xích, b2 m 2,85
 11 Kích thước kết cấu của phao xích, bn m 1,50
 12 Kích thước kết cấu của phao xích, h m 0,50
 13 Góc kết cấu, 1 độ 65
 14 Góc kết cấu, 2 độ 15
 15 Góc kết cấu, 3 độ 13
 16 Góc kết cấu, 4 độ 45
 6
 17 Độ cứng dọc theo Oy của nền đất, ky1 N/m 9.10
 6
 18 Độ cứng dọc theo Oy của nền đất, ky2 N/m 9.10
 6
 19 Độ cứng ngang theo Ox của nền đất, kx1 N/m 5. 10
 6
 20 Độ cứng ngang theo Ox của nền đất, kx2 N/m 5. 10
 6
 21 Hệ số giảm chấn theo Oy của nền đất, cy1 Ns/m 0,25.10
 6
 22 Hệ số giảm chấn theo Oy của nền đất, cy2 Ns/m 0,25.10
 6
 23 Hệ số giảm chấn theo Ox của nền đất, cx1 Ns/m 0,25. 10
 6
 24 Hệ số giảm chấn theo Ox của nền đất, cx2 Ns/m 0,25. 10
 25 Ngoại lực tác dụng, P1y N 1000
 26 Ngoại lực tác dụng, P4y N 4000
 27 Mô men dẫn động cần máy xúc, M2 Nm 180
 28 Mô men dẫn động tay gầu, M3 Nm 46,8
 29 Mô men dẫn động gầu xúc, M4 Nm 11,2
2.5. Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động theo phương ngang
 Mô hình khảo sát động lực học của máy xúc lội nước thể hiện trên
hình 2.3. Trên hình vẽ, Pp1 là lực đẩy nổi tác dụng lên phao xích bên phải và
 54
đi qua trọng tâm Cp1 của phao xích; Pp2 - lực đẩy nổi tác dụng lên phao xích
bên trái và đi qua trọng tâm Cp2 của phao xích này; Pd1, Pd2 - phản lực từ đất
(phân bố không đều) tác dụng lên phao xích bên phải và bên trái.
Hình 2.3. Mô hình động lực học máy xúc lội nước theo phương ngang.
Chuyển dịch của cơ hệ trong trường hợp này bao gồm các thành phần sau:
 - Với phao xích: độ lún theo phương đứng h1, dịch chuyển theo phương
ngang z1 của trọng tâm (bỏ qua do có giá trị nhỏ) và góc lắc ngang  của
phao xích.
 - Với cần máy: góc quay φ2 của cần quanh điểm liên kết O2.
 - Với tay gầu: góc quay φ3 của tay gầu quanh điểm liên kết O3.
 - Với gầu xúc: góc quay φ4 của gầu xúc quanh điểm liên kết O4.
2.5.1. Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động
 Trên cơ sở mô hình khảo sát (hình 2.3), ta sẽ thiết lập hệ phương trình
vi phân chuyển động khi máy thực hiện thao tác đổ đất. Lúc này, các bộ phận
của máy vươn ra xa và trong gầu có đất nên khả năng bị lật là dễ xẩy ra. Do
vậy, cần quan tâm đến góc quay của phao xích, độ chìm của đáy phao xích.
 55
Giá trị của các tọa độ suy rộng còn lại được lấy theo cuối giai đoạn gầu được
nhấc lên khỏi mặt nước.
Véc tơ các tọa độ suy rộng được quan tâm trong trường hợp này là:
 T
q [  , h1 ] (2.48)
trong đó:
  - góc lắc phần phao xích (khâu 1),
 h1 - dịch chuyển của đáy phao xích (khâu 1) theo phương Oy.
Phương trình vi phân chuyển động ứng với bậc tự do  như sau:
 4 4
(J)  mg.CMi M Mb  
 i  i 0 p1 p 2 b J (2.49)
 i 1 i 1
trong đó:
 Ji - mô men quán tính khối lượng của các khâu đối với trục quay của máy
 trong quá trình nghiêng ngang (trục này được giả thiết trùng với OX),
 bJ - hệ số cản của nước khi máy xúc dịch chuyển nghiêng ngang,
 Mp1, Mp2 - mô men của các lực đẩy nổi P1, P2 đối với trục quay,
 Mb - mô men của lực phục hồi Pb do tác dụng của nền đất, lực này chỉ xuất
 hiện khi phao xích chạm đất,
 iPP1 1 b
 C0 ,C 0 ,C 0 ,C 0 - cánh tay đòn của các lực gây mô men đối với trục quay.
Việc xác định độ chìm của phao xích 1 có ý nghĩa quan trọng khi khảo sát ổn
định của máy xúc. Với giả thiết các phao xích là cứng tuyệt đối, ta có thể xác
định được độ chìm tại các điểm khác nhau ở đáy phao xích 1 dựa vào độ dịch
chuyển h1 và góc nghiêng φ1.
Phương trình vi phân chuyển động tương ứng với bậc tự do h1 có dạng sau:
 4 4 
 m.h m .V.gP P P b.h  (2.50)
 i 1  i n g p1 p 2 b m 1
 i 1 i 1 
trong đó:
 mi - khối lượng của các khâu,
 56
 bm - hệ số cản theo phương thẳng đứng của nền đất đối với phao xích 1,
 Vg - thể tích đất trong gầu xúc,
 ρ – khối lượng riêng của nước.
Như vậy, hệ phương trình vi phân chuyển động của máy xúc như sau:
 4 4
 ( J) mg.Ci P.CPP1 P.C 2 P.C b b  
 i  i 0 p1 0 p 2 0 b 0 J
 i 1 i 1
 (2.51a)
 4 4 
 m.h m .V.gP P P b.h 
 i 1  i n g p1 p 2 b m 1
 i 1 i 1 
hay:
 4 4
 ( J) b   mg.Ci P.CPP1 P.C 2 P.C b
 i j  i 0 p1 0 p 2 0 b 0
 i 1 i 1
 (2.51b)
 4 4 
 m.h b.h  m .V.gP P P
 i 1 m 1  i n g p1 p 2 b
 i 1 i 1 
2.5.2. Tính toán các tham số động lực học của mô hình
2.5.2.1. Tọa độ trọng tâm các khâu trong hệ tọa độ cố định
 Ở trường hợp này, coi vận tốc các khâu trong hệ tọa độ suy rộng là các
 i
thông số đầu vào, do vậy tọa độ trọng tâm C0 của các khâu thay đổi theo thời
gian và chúng là các đại lượng cần xác định. Các tham số động lực học liên
quan trực tiếp đến tọa độ trọng tâm của các khâu trong mô hình.
 57
 Hình 2.4. Sơ đồ hệ lực tác dụng khi máy xúc xả đất.
 Ta sẽ xác định các trọng tâm nói trên bằng cách sử dụng ma trận chuyển
Denavit – Hartenberg. Do trục quay của các khâu đều vuông góc với mặt
phẳng khảo sát nên ma trận chuyển giữa 2 hệ tọa độ vật kế tiếp nhau thứ (i–1)
và i là:
 cosi sin  i cos i sin  i sin acos i  i 
 sin cos  cos cos  sin asin 
 i i i i i i i i 
Ai 1 
 0 0 cos i d i 
 0 0 0 1 (2.52)
trong đó:
 θi - góc giữa các trục x i-1 và x i,
 αi - góc giữa các trục quay thứ (i–1) và i,
 ai - khoảng cách giữa 2 gốc tọa độ thứ (i–1) và i theo phương xi,
 di - khoảng cách giữa 2 gốc tọa độ thứ (i–1) và i theo phương yi.
 Vec tơ bất kỳ pi trong hệ tọa độ suy rộng thứ i và vec tơ pi+1 trong hệ tọa
độ suy rộng thứ (i+1) được liên hệ với nhau qua công thức:
 i i 1 i 1
p Ai (p ) (2.53)
 Sử dụng công thức này ta có thể xác định tọa trọng tâm của các khâu
trong hệ tọa độ OX1Y1 như sau:
 i i i
 C A (Ci )
 0 0 (2.54)
trong đó:
 i
 C0 - tọa độ trọng tâm khâu thứ i trong hệ tọa độ OXY;
 i
 A1 i 1 2 3 i
 - ma trận chuyển từ khâu i về gốc O, A0 A 0 A 1 A 2 ...A i 1;
 Ci
 i - tọa độ trọng tâm khâu thứ i trong hệ tọa độ XiOYi.
Tọa độ trọng tâm C1 của cabin – phao xích (khâu 1) trong hệ tọa độ OXY:
 cos( ) -sin(  ) 0 x1 0 x 1 
 sin() cos()  0 y 0 y
 1 1 1 1 1 
 C A (C1 ) (2.55)
 0 0 0 0 1 0 0 0 
 0 0 0 1 1 1 
Tọa độ trọng tâm cần (khâu 2) trong hệ tọa độ OXY:
 58
 2 1 2 2
 C0 A 0 A 1 (C 2 )
với:
 cos( 1 ) -sin(  1 ) 0 l 1 .cos(  1 ) a 2 cos( 2 ) 
 sin( ) cos(  ) 0 l .sin(  ) a sin( )
 A;C2 1 1 1 1 2 2 2 
 1 0 0 1 0 2 0 
 0 0 0 1 1 
 x1 lcos 1 1 + 1 +acos( 2 1 + 2 - 2 ) 
 y lsin + +asin( + - )
 C2 1 1 1 1 2 1 2 2 (2.56)
 0 0 
 1 
Tọa độ trọng tâm của tay gầu (khâu 3):
 3 1 2 3 3
 C0 A 0 A 1 A 2 (C 3 )
với:
 cos( 2 ) -sin( 2 ) 0 l 2 .cos( 2 ) a 3 cos( 3 ) 
 sin( ) cos( ) 0 l .sin( ) a sin( )
 A;C3 2 2 2 2 3 3 3 
 2 0 0 1 0 3 0 
 0 0 0 1 1 
 x11 lcos 112 + +lcos( 123 + )+acos( 1233 + + - ) 
 y lsin + +lsin( + )+asin( + + - )
 C3 11 112 123 1233 (2.57)
 0 0 
 1 
Tọa độ trọng tâm của gầu xúc (khâu 4):
 4 1 2 3 3 4 4
 C0 A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 (C 4 )
với:
 cos( 3 ) -sin( 3 ) 0 l 3 .cos( 3 ) a 4 cos( 4 ) 
 sin( ) cos( ) 0 l .sin( ) a sin( )
 A;C4 3 3 3 3 4 4 4 
 3 0 0 1 0 4 0 
 0 0 0 1 1 
 59
 x11 l cos 112 + +l cos( 123 + )+l cos( 1234 + + )+l cos( 12343 + + + - ) 
 y l sin + +l sin( + )+l sin( + + )+l sin( + + + - )
C4 11 112 123 1234 12343 
 0 0 
 1 
 (2.58)
2.5.2.2. Mô men quán tính khối lượng của các khâu
 Tổng mô men quán tính khối lượng của các khâu đối với trục O1X1 được
tính theo công thức:
 4 4
 2 2
 2 i i
 J1 m i .r i  m i . C 0 (1) C 0 (2) (i = 1, 2, 3, 4) (2.59)
 1 i 1
hay:
 2 2 2 2
 1 1 2 2
 J1 m 1 . C 0 (1) C 0 (2) m 2 . C 0 (1) C 0 (2) ...
 (2.60)
 2 2 2 2
 3 3 4 4
 m3 . C 0 (1) C 0 (2) m 4 . C 0 (1) C 0 (2) 
2.5.2.3. Xác định lực đẩy Ácsimet và áp lực nền đất lên các phao xích
 Lực đẩy Acsimet được tính bằng trọng lượng của thể tích giãn nước.
Điểm đặt của nó là trọng tâm của thể tích giãn nước.
 Lực đẩy Acsimet tác dụng lên phao xích 1 được xác định theo hình 2.5:
 1
 P V. b.(b 2h) (b 2h)(h h). 
 ppn1 1 2 pdp d1p1n 
 P b .(b h h )(h h ).  (2.61)
 p1 p d p 1 p 1 n
trong đó:
 Vp1 - thể tích phao xích 1 chìm trong nước,
 bp - chiều rộng phao xích,
 bd - chiều dài đáy phao xích,
 n – trọng lượng riêng của nước.
 60
 bd +2hp
 bd +2h1
 hp
 h1 45°
 bd
 Hình 2.5. Sơ đồ hình dạng mặt cắt dọc đi qua trọng tâm phao xích.
 Lực đẩy Acsimet tác dụng lên phao xích 2 được tính theo hình 2.6 như
sau:
P V .  h b sin( ) . b h b sin( ) 
 p2 p2n 1n 1 d1n 1 
 (2.62a)
 h1n b sin( 1sd1n ) h . b h b sin( 1spn ) h .b . 
 Hình 2.6. Sơ đồ mặt cắt ngang đi qua trọng tâm các phao xích.
 Trong trường hợp góc nghiêng φ1 lớn đến mức làm cho toàn bộ phao
xích 2 chìm trong nước, lực Pp2 được tính như sau:
P V .  h . b h 
 p2 p2 n p d p 
 (2.62b)
 h1n b sin 1sd1n h . b h b sin 1spn h .b 
trong đó:
 Vp2 - thể tích phao xích 2 chìm trong nước,
 bn - khoảng cách giữa trọng tâm các phao xích,
 hs - chiều sâu nước tại vị trí làm việc,
 hp - chiều cao của phao xích.
 61
 Áp lực nền đất Pb tác dụng lên phao xích trên thực tế là lực đàn hồi phân
bố trên mặt phẳng đáy phao xích. Để đơn giản cho tính toán, ta quy nó về lực
tập trung tại tâm mặt phẳng đáy phao xích và tính theo công thức:
 Pb k b .h b .dA p k b .V b (2.63a)
 Ap
trong đó:
 kb - hệ số nền,
 Vb - thể tích biến dạng của nền,
 Ap - diện tích đáy phao xích tiếp xúc với nền theo hướng di chuyển của
 phao xích,
 hb - chiều sâu đáy phao xích ngập vào nền (chuyển vị nền).
 Có thể tính Pb theo công thức gần đúng sau:
 Pbb1n k.h bsin( 1sd1n ) h.b h bsin( 1sp ) h b (2.63b)
 Vì liên kết giữa nền đất và phao xích là liên kết một chiều nên trong
trường hợp phao xích không tiếp xúc với nền thì Pb = 0.
2.5.2.4. Các mô men gây nghiêng và mô men phục hồi theo hình 2.4
 Các mô men gây nghiêng và mô men phục hồi được xác định thông qua
các lực Ácsimet và phản lực của nền tác dụng lên các phao xích và các cánh
tay đòn của chúng. Tuy nhiên, do trục quay của máy xúc luôn thay đổi theo
thời gian nên sau khi xác định được cánh tay đòn ở điều kiện đầu thì sau mỗi
bước tính cần phải bù thêm đoạn dịch chuyển của tâm quay. Cánh tay đòn
được tính toán dưới đây là giá trị tức thời, tức là đã được bù độ dịch chuyển
của tâm quay.
 Mô men gây nghiêng do lực P là M P .CP1 , trong đó CP1 - khoảng
 p1 n p1 0 0
cách từ trọng tâm của thể tích giãn nước phao xích 1 đến tâm quay theo
phương ngang (hình 2.4):
 P1 
 C0 l n (2.64)
 62
 P2
 Mp2 P p2 .C 0 P2
 Mô men phục hồi gây bởi lực Pp2 là , trong đó C0 - khoảng
cách từ trọng tâm thể tích giãn nước của phao xích 1 đến tâm quay theo
phương ngang (hình 2.4):
 P2 
 C0 b n l n (2.65)
 M P .Cb Cb
 Mô men phục hồi gây bởi lực Pb là b b 0 , trong đó 0 - khoảng
cách theo phương ngang từ trung tâm mặt phẳng đáy đến tâm quay:
 b P2
 CC0 0 (2.66)
2.5.2.5. Xác định các giá trị ban đầu của biến φ1, h1
 Để xác định các giá trị đầu này, ta khảo sát ổn định của quá trình xả đất
của máy xúc. Theo đó, quá trình xả đất sau khi kết thúc quá trình đào đất, bao
gồm 3 giai đoạn: giai đoạn 1 - nâng cần, giai đoạn 2 - quay tay gầu và giai
đoạn 3 - quay gầu. Khi kết thúc quá trình đào đất, do các khâu không chuyển
động tương đối so với nhau nên giá trị của các góc quay φ2, φ3, φ4 ở đầu giai
đoạn xả đất bằng giá trị tương ứng ở cuối giai đoạn đào đất. Vì vậy, giá trị
ban đầu của góc nghiêng phao xích φ1 và độ chìm phao xích h1 được xác định
từ hệ phương trình sau:
 4
 m g.Ci 0 P .CPP1 0 P .C 2 0 P .C b0 0
  i 0 p1 0 p 2 0 b 0
 i 1
 4
 m V .  g P P P 0
  i g n p1 p 2 b
 i 1
 P h0 .b . b h 0 .  (2.67)
 p1 1 p d 1 n
 P h0 bsin 0 .b h 0 bsin 0 
 p2 1 n 1 d 1 n 1 
 h0 bsin 0 h.b h 0 bsin 0 h .b 
 1n 1 s d 1 n 1 s p n
 P k.h0 bsin 0 h.b h 0 bsin 0 h b
 b b 1 n 1 s d 1 n 1 s p
 63
Giải hệ phương trình (2.67) ta sẽ nhận được các giá trị ban đầu cần thiết của
φ1 và h1.
 64
2.6. Xác định các thông số đặc trưng của mô hình động lực học
2.6.1. Mô hình 3D và các thông số động lực học của các khâu
 Để khảo sát động lực học của MXLN trên cơ sở hệ phương trình
(2.37b), luận án chọn các thông số kết cấu của MXLN KOMATSU PC 200-8
dung tích gầu 0,5m3. Đây là loại máy xúc tương đối hiện đại có dung tích gầu
là trung bình và được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay. Khó khăn trong
việc xác định các thông số trên là tài liệu đi cùng máy chỉ đơn thuần mang
tính chất phục vụ khai thác vận hành. Do vậy để có được bộ thông số trên
luận án đã giải quyết bằng cách xây dựng mô hình 3D toàn bộ máy xúc và thu
thập các dữ liệu phục vụ nghiên cứu trên các công cụ của phần mềm thiết kế
3D khá thông dụng là Inventor. Mô hình 3D máy xúc lội nước thể hiện như
hình 2.7.
 Bảng 2.3. Các thông cơ bản của các khâu mô hình 3D.
 Khâu Khối lượng mi Mô men quan tính Ii
 (kg) (kgm2)
 Thân phao xích 41095,6
 (i=1) 20367
 Cần (i=2) 2349,3 18470,4
 Tay cần (i=3) 1102,5 1396,2
 Gầu xúc-đất (i=4) 1865 755,8
 65
 Hình 2.7. Mô hình 3D của máy xúc lội nước PC200-8
 thiết kế trên Inventor.
 Các chi tiết, cụm chi tiết của tổng thể máy được thiết kế riêng rẽ và lắp
ghép với nhau. Các đặc trưng về hình dáng và cơ học của các khâu trong hệ
phương trình (2.37b) sẽ nhận được khi khai báo thông số đầu vào của các
khâu này. Vì mô hình của cơ hệ khảo sát là máy xúc thực hiện nhiệm vụ nâng
chuyển nên khi lấy các thông số của gầu xúc, cần bổ sung thêm phần đất đúng
bằng dung tích của gầu.
2.6.2. Xác định mô men dẫn động của các xy lanh thủy lực
 Như đã trình bày ở trên, các mô men trong vế phải của hệ phương trình
chuyển động (2.37b) là mô men do lực trong xy lanh nâng cần, xy lanh tay
cần và xy lanh gầu tạo nên. Giá trị của các mô men này phụ thuộc vào lực
trong xy lanh và giá trị cánh tay đòn tương ứng của các lực đó. Các cánh tay
đòn có liên quan đến góc quay của cần, của tay cần và của gầu quanh điểm
liên kết. Đây chính là các tọa độ suy rộng φ2, φ3, φ4 trong hệ (2.37b). Nhiệm
vụ đặt ra là xác định các mô men này.
 66
 Các thông số đầu vào để giải hệ phương trình (2.37b) được thể hiện
trong các bảng 2.2 và 2.3, hình 2.1, 2.8.
 Hình 2.8. Sơ đồ các kích thước kết cấu của máy xúc.
 Cánh tay đòn và lực tác dụng trong xy lanh cần, xy lanh tay cần và xy
lanh gầu được tính theo các công thức sau:
 l c (l s l )
 ab 28 ab 28 ah
 lm2 1
 (l c l )2 (l s l ) 2 2
 ab 28 he ab 28 ah 
 M2
 Fc2 ;c 28 cos(q 2 +  8 );s 28 sin (q 2 +  8 )
 l
 m2 (2.68)
 1
 2 2
 lm3 lci (1 e ) ;
 M3
 F;c3 
 lm3
 2l2 2l l c
 e ci cf ci 39 ;
 1
 2 2 2
 2lci 2l cf l ci c39 l ci l cf 
 c cos(q +  );s sin(q +  )
 39 2 9 39 3 9 (2.69)
 67
 M
 4 
 lm4 ldgc os(  14 + 19 )sin(q 4 );F c4 ;   16 + 15 14 + 10 ;
 lm4
 2 2 2 2 
 -1 2ldg l dl cos(q 4 - 10 )+l kl l kg l dm l dl
 16 cos 
 2lkg l kl 
 2l l cos(q -  ) 2l l cos(q -  )+l2 l 2 
 -1 dg dl 4 10 dg dl 4 10 kl dl
 15 cos 
 2lkg l kl 
 2 
 -1 2ldl 2l dg l dl cos(q 4 -  10 )c 410
 14 cos 
 2 2
 2ldl 2l dg l dl c 410 l dg l dl 
 2l2 2l l cos   +  
  -1 kl jl kl 16 15 11 
 19 cos 1 
 2 2
 2l 2l l cos   +  l +l 2
 kl jl kl 16 15 11 kl jl 
 (2.70)
 Kết luận chương 2
 1. Đã lựa chọn được trạng thái làm việc có ánh hưởng lớn nhất đến ổn
định của máy xúc lội nước dựa trên cơ sở phân tích đặc điểm, điều kiện làm
việc thực tế của máy.
 2. Xây dựng được mô hình động lực học của máy xúc trong quá trình
chuyển đất khi máy xúc lội nước tiếp xúc hoàn toàn với nền đất yếu và một
phần phao xích ngập trong nước.
 3. Áp dụng lý thuyết động lực học hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương
trình vi phân chuyển động của máy xúc lội nước trong hai trạng thái làm việc
dọc và ngang.
 4. Đã xây dựng mô hình 3D của máy xúc lội nước với kích thước và vật
liệu tương đương với máy thật nhằm xác định các tham số động lực học của
mô hình (khối lượng và mô men quán tính khối lượn của các khâu).
 68
 Chương 3
 KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH CỦA MÁY XÚC LỘI NƯỚC
 LÀM VIỆC TRONG VÙNG NƯỚC CẠN
3.1. Các vấn đề chung
 Ổn định làm việc là khả năng của phương tiện mà sau khi bị lệch khỏi
vị trí cân bằng vẫn có thể trở lại vị trí cân bằng nếu lực gây nghiêng lệch thôi
tác dụng.
 Các nguyên nhân gây nghiêng lệch của máy xúc lội nước có thể là: sự
không đối xứng của tải trọng, tác dụng của gió, sóng, lực ly tâm khi quay
vòng, lực nâng của cần, lực va đập của hệ thống vận hành vào chướng ngại
vật trong môi trường làm việc.
 Sự nghiêng lệch có thể làm mất hoàn toàn khả năng ổn định lật, làm
chìm phương tiện, hoăc ảnh hưởng xấu đến tính điều khiển.
 Tương ứng với sự nghiêng ngang và dọc của máy xúc, có các khái
niệm ổn định ngang, ổn định dọc.
 Có hai dạng lý thuyết ổn định: ổn định tĩnh và ổn định động.
 Ổn định tĩnh khảo sát sự nghiêng lệch xảy ra chậm do các lực tác động
từ từ. Các kết quả nhận được dựa trên cơ sở lý thuyết ổn định tĩnh có sai số
không đáng kể, lý thuyết ổn định tĩnh có thể ứng dụng cho nhiều trường hợp
khảo sát sự nghiêng lệch của phương tiện trong thực tế.
 Ổn định động (hay ổn định động lực học) nghiên cứu sự nghiêng lệch
phương tiện xẩy ra do các tác động đột ngột của ngoại lực, mô men của các
ngoại lực này gây ra sự nghiêng lệch phương tiện với tốc độ lớn.
 Thông thường sự nghiêng lệch theo phương ngang sẽ làm phương tiện
dễ mất ổn định hơn; do đó, nguy hiểm hơn so với sự nghiêng lệch theo
phương dọc.
 69
3.2. Khảo sát ổn định dọc cho cả hai trường hợp máy xúc lội nước
nghiêng dọc và nghiêng ngang
3.2.1. Thông số đầu vào
 Các thông số đầu vào liên quan đến máy xúc được lấy theo bảng 2.2 và
bảng 2.3, còn điều kiện đầu về vị trí và vận tốc của các tọa độ suy rộng được
lựa chọn để khảo sát như sau:
 2 
 x1 (0) 0; y 1 (0) 0; 1 (0) 0; 2 (0) ; 3 (0) ; 4 (0) 
 3 3 3
 q1 (0) 0; q  2 (0) 0; q  3 (0) 0; q  4 (0) 0; q  5 (0) 0; q  6 (0) 0
Tiến hành giải các hệ gồm 6 phương trình vi phân cấp hai (2.37), (2.51) bằng
phương pháp số, ta thu được kết quả là các đặc trưng động lực học của các
khâu. Các kết quả khảo sát được trình bày sau đây được tính và so sánh giữa 2
trường hợp máy xúc lội nước làm việc ở hai trạng thái nghiêng ngang và
nghiêng dọc. Trên các đồ thị, đường nét liền nhạt tương ứng với trường hợp
nghiêng ngang, nét liền đậm - trường hợp nghiêng dọc.
3.2.2. Các đặc trưng chuyển động của khâu 1
 0
 q1d
 q1n
 -0.02
 -0.04
 -0.06
 -0.08
 -0.1
 -0.12
 Dich chuyen q1(rad)
 -0.14
 -0.16
 -0.18
 -0.2
 0 1 2 3 4 5 6
 Thoi gian(s)
 Hình 3.1. Đồ thị mô tả góc φ1 dịch chuyển của phao xích.
 70
 0.25
 x1d
 x1n
 0.2
 0.15
 0.1
 0.05
 Dich chuyen x(m)
 0
 -0.05
 -0.1
 0 1 2 3 4 5 6
 Thoi gian(s)
Hình 3.2. Đồ thị mô tả sự dịch chuyển theo phương ngang x1 của phao xích.
 0.2
 y1d
 y1n
 0.1
 0
 -0.1
 -0.2
 -0.3
 Dich chuyen y(m) -0.4
 -0.5
 -0.6
 -0.7
 -0.8
 0 1 2 3 4 5 6
 Thoi gian(s)
 Hình 3.3. Đồ thị mô tả sự dịch chuyển theo phương đứng y1 của phao xích.
 71
 3
 q1cd
 q1cn
 2
 1
 0
 -1
 Van toc q1c(rad/s)
 -2
 -3
 -4
 0 1 2 3 4 5 6
 Thoi gian(s)
 Hì