Phân tích động lực học cần trục container khi coi container là vật rắn chuyển động song phẳng

Bài viết này đề cập đến việc xây dựng mô hình tính toán động lực học cho cần trục container khi coi container là vật rắn chuyển động song phẳng. Xây dựng các phương trình động lực học cần trục container trong trường hợp này bằng việc sử dụng phương trình Lagrange dạng nhân tử sẽ cho ta hệ phương trình vi phân đại số.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích động lực học cần trục container khi coi container là vật rắn chuyển động song phẳngCHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CẦN TRỤC CONTAINER KHI COI CONTAINER LÀ VẬT RẮN CHUYỂN ĐỘNG SONG PHẲNGDYNAMICS ANALYSIS OF CONTAINER CRANES CONSIDERING CONTAINER AS A PLANAR MOVEMENT RIGID BODY PHẠM VĂN TRIỆU1, HOÀNG MẠNH CƯỜNG2, LÊ ANH TUẤN2 1Viện Nghiên cứu Phát triển,Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2Viện Cơ khí, Trường Đại học Hàng hải Việt NamTóm tắt Bài báo này đề cập đến việc xây dựng mô hình tính toán động lực học cho cần trục container khi coi container là vật rắn chuyển động song phẳng. Xây dựng các phương trình động lực học cần trục container trong trường hợp này bằng việc sử dụng phương trình Lagrange dạng nhân tử sẽ cho ta hệ phương trình vi phân đại số. Hệ phương trình vi phân đại số sẽ được giải bằng phương pháp số và đưa ra các kết quả tính toán, từ đó làm tiền đề cho các bài toán điều khiển cần trục container sau này.Từ khóa: Động lực học, nhân tử Lagrange, mô hình, cần trục container, phương pháp số.Abstract This paper proposes a mathematical model for two-dimensional motion of container cranes in which the cargo is considered as a rigid body. The dynamical system is governed by a set of differential-algebraic equations that are derived using the approach of Lagrange multipliers. Numerical methods are used to determine the system responses. The simulation results are analyzed. The suggested model will be applied for constructing the crane control strategies in the next studies.Keywords: Dynamics, Lagrange multipliers, modeling, container cranes, numerical methods.1. Đặt vấn đề1.1. Giới thiệu về cần trục container Cần trục ngày càng được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải, trong xây dựng, trongcông nghiệp để vận chuyển vật nặng hoặc vật liệu từ vị trí này đến vị trí khác theo ý muốn của conngười. Có nhiều loại cần trục được sử dụng, có thể kể đến như cầu trục, cần trục giàn, cần trụckiểu cần, cần trục tháp,... Nhu cầu gia tăng và yêu cầu làm việc nhanh hơn đòi hỏi cần trục phảilàm việc tốt hơn, đảm bảo thời gian quay trở nhanh và đáp ứng yêu cầu an toàn trong quá trìnhvận hành. Trong giao thông, đặc biệt là tại các cảng biển thì cần trục đóng vai trò trong việc nângchuyển hàng hóa và phổ biến nhất là cần trục container tham gia vào việc xếp dỡ container. Đểđảm bảo an toàn, nhanh chóng trong khai thác vận hành cần trục container thì cần phải có bộ điềukhiển ổn định đáp ứng các yêu cầu đề ra. Tính toán và phân tích động lực học container là tiền đềtrong việc thiết lập các bài toán điều khiển và đánh giá mức độ dao động các thành phần trong cơhệ. Đối với các thuật toán điều khiển cần đến mô hình toán thì việc xây dựng động lực học cầntrục container là việc rất quan trọng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, tác giả thấy rằng cần thiết phảitính toán chính xác và sát với thực tế động lực học cần trục container. Nó sẽ là tiền đề cho việcthiết kế các bộ điều khiển đáp ứng nhu cầu thực tế ngày càng tăng cao đối với cần trục container.1.2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Ở Việt Nam, có một số tác giả nghiên cứu về động lực học cần trục như: Bùi Khắc Gầy [1]nghiên cứu về động lực học cần trục trên ô tô, trong đó tác giả đã tính toán động lực học trong các điềukiện làm việc khác nhau của cần trục cũng như có kể đến đàn hồi của cáp treo. Nguyễn Vĩnh Phát, LêAnh Tuấn [2] nghiên cứu về động lực học cần trục khi phối hợp đồng thời cơ cấu nâng và cơ cấu thayđổi tầm với. Nguyễn Thúc Tráng [3] nghiên cứu về động lực học và mô phỏng cần trục tháp. Trên thế giới, có các công trình nghiên cứu về động lực học cần trục container như: K.-S.Hong and Q. H. Ngo [5], nghiên cứu động lực học cần trục cảng di động. K. Ellermann and E.Kreuzer [6] nghiên cứu động lực học cần trục nổi, N. A. Nayfeh, W.T. Baumann [7] nghiên cứuđộng lực học cần trục container khi coi container là vật rắn chuyển động song phẳng. Tuy nhiên,bài báo còn có những điểm hạn chế nhất định như không kể đến khối lượng xe con, kích động choxe con chuyển động là kích động động học và giải hệ phương trình vi phân chuyển động bằng việcđơn giản hóa mô hình vật lý về mô hình dao động con lắc kép. Thúc đẩy bởi các nghiên cứu trên, bài báo sẽ xây dựng mô hình động lực học cần trụccontainer khi coi container là vật rắn chuyển động song phẳng với việc kể đến khối lượng của xeTạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 52 - 11/2017 19 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11con, kích động cho xe con chuyển động là kích động động lực học. Với việc kích động cho xe conchuyển động là kích động động lực học thay cho kích động động học [7] sẽ ...