ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******
PHẠM HÀ PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ
NGHIỆM KIỂM TRA PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC
CỦA XY LANH GIẢM CHẤN CỠ NHỎ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
KHOA CHUYÊN MÔN
PGS.TS. NGUYỄN VĂN DỰ PGS.TS NGÔ NHƯ KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên, 06/2017
Tên tôi là: Phạm Hà Phương
Học viên: Lớp Cao học K16
Đơn vị công tác: Công ty TNHH MTV Cơ điện và VLN 31
Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm
LỜI CAM ĐOAN
tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ”
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: ..............
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các ý
tưởng, thiết kế, chế tạo cũng như các số liệu là hoàn toàn trung thực, chưa
từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày .....tháng .....năm 2017
Học viên
Phạm Hà Phương
Trong thời gian thực hiện đề tài, Học viên đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ từ phía nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Kỹ Thuật
Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, các thầy
cô giáo tham gia giảng dạy đã tạo điều kiện cho Học viên hoàn thành chương
trình học và hoàn thiện luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Ngô
Như Khoa đã định hướng, theo dõi và truyền đạt kiến thức để tác giả có thể
hoàn thành được luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Đăng Hào - Trường Đại
học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái nghuyên, đã giúp đỡ tôi trong việc lắp đặt
các thiết bị và thực hiện thí nghiệm cho đề tài này.
Học viên cũng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo chỉ huy Công ty TNHH
MTV Cơ điện và VLN 31 đã tạo mọi điều kiện cho Học viên được đi học
nâng cao trình độ.
Mặc dù đã rất cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế
nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót và cần bổ sung. Do vậy, kính mong
quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè cùng đóng góp để Học viên hoàn thiện kiến
thức và ứng dụng các kiến thức học được vào trong thực tế.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
LỜI CẢM ƠN
Thực hiện: Phạm Hà Phương
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Thực hiện: Phạm Hà Phương
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ GIẢM CHẤN VÀ MÁY THÍ NGHIỆM ....... 4
1.1. Tổng quan về các loại giảm chấn ...................................................................... 4
1.2. Tổng quan về thiết bị ........................................................................................ 7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ .......................................................... 15
2.1. Cơ sở xác định các thông số khoảng F, V và X của thiết bị thí nghiệm ....... 15
2.2. Thiết kế nguyên lý máy ................................................................................. 17
2.3. Chọn phương án thiết kế thiết bị. .................................................................. 18
2.4. Cơ sở tính toán để lựa chọn thông số cho thiết bị ......................................... 20
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ............................. 22
3.1. Thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm. ............................................................ 22
3.2. Thiết kế chế tạo chi tiết của thiết bị. .............................................................. 24
CHƯƠNG 4: HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ .................................................................. 27
4.1. Hiệu chuẩn hệ thống đo lực ........................................................................... 27
4.2. Hiệu chuẩn hệ thống đo chuyển dịch ............................................................. 34
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ .......................................... 37
I. Thí nghiệm trên 3 mẫu giảm chấn ma sát như sau. ........................................... 37
II. Kết quả về mối quan hệ giữa lực và chuyển dịch của pistong. ........................ 39
III. Kết quả về mối quan hệ giữa lực và vận tốc chuyển dịch của pistong. .......... 40
IV. Nhận xét: ......................................................................................................... 41
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ....................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 44
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 45
Thực hiện: Phạm Hà Phương
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Kí hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ
Lực ma sát (lực cản) pistong 1 F
Vận tốc chuyển dịch của pistong 2 V
Khoảng dịch chuyển của pistong 3 Y
Tín hiệu điện áp của cảm biến loadcell 4 Vloadcell
Hệ số tỷ lệ giữa lực và vận tốc 5 KF
Hệ số tỷ lệ giữa lực và chuyển dịch của pistong 6 Kx
7 t Bước của vít me
8 Điện áp kích thích Vex
9 I Độ nhậy của điện áp
10 ω Tần số dao động
18 P Công suất động cơ
21 η Hiệu suất
22 n Tốc động vòng quay
Thực hiện: Phạm Hà Phương
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số khoảng dịch chuyển max và lực ma sát max: ........................... 15
Bảng 2.2: Vận tốc quay của máy giặt và vận tốc chuyển dịch tương ứng ................ 17
Bảng 2.3: Lựa chọn tốc độ động cơ .......................................................................... 21
Bảng 4.1: Kết quả so sánh giá trị trên Lực kế và qua hiển thị .................................. 29
Bảng 4.2: Kết quả hiệu chuẩn cảm biến vị trí ........................................................... 35
Thực hiện: Phạm Hà Phương
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: Một số xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ thông dụng [1] .......................................... 1
Hình 2: Xi lanh giảm chấn trong máy giặt [2] ............................................................ 1
Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo giảm xóc sau [3] ................................................................... 4
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý [3] ..................................................................................... 5
Hình 1.4: Cấu tạo giảm chấn máy giặt [2] .................................................................. 5
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý .......................................................................................... 6
Hình 1.6: Một dạng thiết bị thí nghiệm điển hình sử dụng nguyên lý thủy lực[4] ..... 7
Hình 1.7: Một dạng thiết bị khác cũng sử dụng nguyên lý thủy lực [4] ..................... 8
Hình 1.9: Giá chuyển hướng toa xe lửa [5] ................................................................. 9
Hình 1.10: Thiết bị kiểm tra giảm chấn ngành đường sắt [4] ..................................... 9
Hình 1.11: Phụ kiện gá kẹp sử dụng bằng tay a); hay sử dụng thủy lực b)[4] ........... 9
Hình 1.12: Hệ thống đo lường nhiệt độ, không khí/ nước làm mát .......................... 10
Hình 1.13: Hệ thống đo lường giảm chấn được tích hợp trên xe tải
Hình 1.14: Các hệ thống cơ bản của thiết bị kiểm tra xi lanh giảm chấn [4] ........... 11
Hình 1.15: lực - chuyển dịch với biên độ dao động 2mm, tần số = 0.5Hz[4] .......... 11
Hình 1.16: Lực – vận tốc với biên độ dao động là 2mm ......................................... 12
Hình 1.17: Một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn ma sát [6] .................................... 13
Hình 1.18: Mối quan hệ giữa lực và vận tốc có dạng đồ thị sau [6] ........................ 14
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của giảm chấn ma sát trong máy giặt ..................... 16
Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm ............................................ 17
Hình 3.1: Động cơ servo [8]...................................................................................... 22
Hình 3.2: Một dạng cảm biến loadcell đo lực [10] ................................................... 23
Hình 3.3: Một dạng cảm biến quang điện [11] ......................................................... 23
Hình 3.4: Một dạng cảm biến đo chiều dài [12] ....................................................... 23
Hình 3.4: Mô phỏng 3D thiết bị trên phần mềm SolidWorks .................................. 25
Hình 3.5: Thiết bị lắp ráp: a) Lắp ráp dộng cơ; b) Lắp ráp gá mẫu; ........................ 26
Hình 4.1 – Sơ đồ tín hiệu đo tín hiệu điện áp của Lực ............................................. 27
Hình 4.2. đồ thị quan hệ giữa giá trị điện áp và giá trị dịch chuyển ......................... 34
Bảng 4.2 – Kết quả hiệu chuẩn cảm biến vị trí ......................................................... 35
Thực hiện: Phạm Hà Phương
MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Do yêu cầu không ngừng nâng cao chất lượng các sản phẩm phục vụ nhu cầu lợi ích cho con người như sản phẩm ô tô, xe máy hay các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy vắt… Với mục tiêu ngày càng nâng cao chất lượng theo chỉ tiêu về độ rung động, độ ồn, trong khi vẫn nâng cao tốc độ của các thiết bị. Hiện tại trên thế giới đã và đang đưa vào sử dụng nhiều kết cấu có tác dụng giảm chấn như: đệm lò xo, lo xo đĩa, lò xo nhíp, lò xo cao su, lo xo không khí, nhưng xi lanh giảm chấn vẫn được sử dụng nhiều nhất trong các kết cấu treo của ô tô, xe máy (xem hình 1), hay giảm chấn ma sát của hệ thống treo máy giặt (xem hình 2)…
Chú thích:
+ Loại a, b: Xi lanh giảm chấn trong ô tô
+ Loại a, b: Xi lanh giảm chấn trong xe máy
e a b c d
Hình 1: Một số xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ thông dụng [1]
Do đã từ lâu xi lanh giảm chấn đã được chế tạo và sử dụng rộng rãi nên hầu hết các nước, đặc biệt là các nước chuyên sản xuất các dòng sản phẩm
Hình 2: Xi lanh giảm chấn trong máy giặt [2]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
trên đã nghiên cứu và sử dụng xi lanh giảm chấn với quy mô lớn, đầu tư nhiều vào công tác nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm xi lanh giảm chấn.
Việc tiến hành thử nghiệm xi lanh giảm chấn nhằm xác định: khả năng làm việc của giảm chấn sau khi chế tạo hoặc sửa chữa; Thí nghiệm để xác định độ bền của giảm chấn, hoặc để chuẩn đoán hư hỏng của giảm chấn sau một thời gian sử dụng. Quá trình thí nghiệm tiến hành phân tích đánh giá các đặc tính động lực học của giảm chấn thông qua mối quan hệ giữa lực (F); vận tốc (v); chuyển dịch của pistong (x). Tất cả những công việc thí nghiệm trên phần lớn được thực hiện trên các thiết bị chuyên dụng, mà bất cứ nhà chế tạo nào cũng phải có.
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, máy tính cũng được đưa vào ứng dụng trong các thiết bị thử xi lanh giảm chấn để đánh giá chất lượng giảm chấn với các mục đích phân tích và xử lý các kết quả do được nhanh chóng và chính xác hơn.
Thực tế trong nhiều năm qua việc chế tạo các thiết bị đánh giá kiểm tra chất lượng, độ bền của xi lanh giảm chấn ở nước ta đang còn nhiều hạn chế, các thiết bị kiểm tra đa số được nhập từ các nước chuyên sản xuất như: Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức…có kính phí đầu tư rất lớn.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học và dịch vụ thí nghiệm phải thỏa mãn điều kiện đơn giản, hiệu quả và chi phí đầu tư thấp, việc triển khai đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ” là cần thiết, có ý nghĩa thiết thực. Với thiết bị này cỏ khả năng tính toán, xác định được mối quan hệ giữa lực - chuyển dịch của pis-tông; hay quan hệ lực - vận tốc dịch chuyển từ đó đánh giá và kiểm tra được chất lượng của từng xi lanh giảm chấn đặc biệt là các Xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ trong các thiết bị gia dụng.
II. MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
1. MỤC TIÊU:
Nghiên cứu - thiết kế - chế tạo được một thiết bị thí nghiệm (hoặc thiết bị kiểm tra) xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ (xe máy, ô tô hay các thiết bị gia dụng). Đồng thời ứng dụng công nghệ thông tin sử dụng các phần mềm tính toán, trích xuất dữ liệu đưa ra các thông số, kết quả thí nghiệm được chính xác hơn.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị dựa trên kết quả nghiên cứu thực
nghiệm đối với xy lanh giảm chấn ma sát trong thiết máy giặt dân dụng.
2. Ý NGHĨA KHOA HỌC, THỰC TIẾN: 2.1. Ý nghĩa khoa học: Tạo ra một thiết bị ứng dụng cho học tập, nghiên cứu, kiểm soát chất lượng sản phẩm của quá trình sử dụng. Tiếp tục góp phần hoàn thiện phương pháp tư duy khoa học: từ xây dựng ý tưởng đến thiết kế, chế tạo, thử nghiệm hoàn thiện sản phẩm nghiên cứu.
Góp phần thúc đẩy tư duy sáng tạo về tính toán, lựa chọn kết cấu cụ thể của thiết bị thí nghiệm trên cơ sở kiến thức phổ thông sẵn có; khả năng phối hợp các mô đun để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn: Đối với ngành cơ khí nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng, các thiết bị thử nghiệm kiểm tra như trên đang được sử dụng rất nhiều và đóng vai trò to lớn trong quá trình đánh giá và lựa chọn các thông thông số hợp lý khi gia công. Đề tài sẽ góp phần quan trọng trong việc thử nghiệm kiểm tra độ bền của xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ thông qua việc xác định mối quan hệ giữa lực - vận tốc - chuyển dịch của pistong với kết quả tin cậy, đặc biệt phù hợp với phạm vi phòng thí nghiệm vừa và nhỏ, tiết kiệm thời gian, kinh phí.
Đối với tác giả nghiên cứu, đề tài có ý nghĩa quan trọng và tính thực tiễn cao, mở ra hướng nghiên cứu không chỉ áp dụng đối với hệ thống xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ mà nhân rộng trong lĩnh vực cơ khí đặc biệt trong việc đánh giá, xác định và đưa ra thông số hợp lý khi thiết kế chế tạo các chi tiết máy có nguyên lý tương tự.
3. PHƯƠNG PHÁP:
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với chế tạo
thiết bị và thực nghiệm
Thực hiện: Phạm Hà Phương
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ GIẢM CHẤN VÀ MÁY THÍ NGHIỆM
1.1. Tổng quan về các loại giảm chấn (đối tượng cần để xây dựng mô
hình thiết bị thí nghiệm)
1.1.1. Đối với loại xi lanh giảm chấn có lực cản hai chiều khác nhau như
xi lanh thủy lực. Ví dụ như giảm xóc sau xe máy.
1, 18. Cao su giảm va
* Về cấu tạo:
2, 19. Bạc lót
3. Ống ty
4. Ống lọc lò xo ngoài
5. Ống lọc lò xo trong
6. Van piston
7. Xec măng
8,9. Vòng đệm piston
10. Lò xo piston
11. Ống che
12. Lò xo chính
13. Cần piston
14. Cao su trên cần piston
15. Đai ốc
16. Đệm lòxo
17.Chân thụt Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo giảm xóc sau [3]
Hình 1.2. Dầu dịch chuyển trong xylanh [3]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Đặc tính động lực học:
* Về nguyên lý
M: Là khối lượng tác động lên xe
B: Hệ số cản nhớt
K: Độ cứng của lò xo
F(t): Là lực do xóc
Y(t): Là dịch chuyển của thân xe
V(t): Vận tốc của xe
Bộ giảm xóc làm việc trong hai chu kỳ: Chu kỳ nén và chu kỳ phần giãn nở. + Chu kỳ nén: Khi bánh xe di chuyển lên trên làm cho lò xo bị nén và cần pistong chuyển động lên trên làm cho áp suất trong buồng trên cao hơn áp suất trong buồng dưới. Vì vậy chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng dưới qua van pistong. Lúc này lực giảm chấn được sinh ra do sức cản dòng chảy của van.
+ Chu kỳ giãn nở: Khi bánh xe bắt đầu di chuyển trở lại xuống, cần pistong chuyển động xuống làm cho áp suất trong buồng dưới cao hơn áp suất trong buồng trên. Vì vậy chất lỏng trong buồng dưới bị ép lên buồng trên qua van pistong và sức cản dòng chảy của van có tác dụng như lực giảm chấn.
1.1.2. Đối với lực cản 2 chiều ≈ bằng nhau, như giảm chấn ma sát. Ví
dụ như xi lanh giảm chấn trong máy giặt.
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý [3]
* Về cấu tạo:
1
2
Chú thích: 1. Ống Xi lanh bọc nhựa
3
2. Cần Pistong
3. Mỡ tạo ma sát
Hình 1.4. Cấu tạo giảm chấn máy giặt [2]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
* Về nguyên lý:
Đặc tính động lực học:
n - Tốc độ vòng quay của máy giặt
F(t) - Lực cản
n y(t)
v - Vận tốc chuyển dịch của pistong
v
y(t): Chuyển dịch của pistong
F(t)
Bộ giảm chấn ma sát hoạt động với nguyên lý đơn giản: Khi máy giặt ở trạng thái làm việc, lồng bên trong của máy giặt tạo chuyển động quay tăng dần đều theo vận tốc được lập trình tự động. Khi đó với quán tính ở vận tốc càng cao thì lồng máy giặt sẽ tạo ra rung động càng lớn, và để kiểm soát rung động đó chính là hệ thống giảm chấn ma sát được bố chí xung quanh máy giặt. Giảm chấn cũng làm việc theo hai chu kỳ giãn và nén. Ở cả hai chu kỳ giãn và nén lực cản được sinh ra nhờ lực ma sát giữa pistong và xi lanh thông qua đệm ma sát và chất bôi trơn. Khi ở trạng thái nén, khí bên trong bị ép trong lòng xi lanh và được thoát ra ngoài qua khe hở thiết kế sẵn trên xi lanh. Ngược lại ở trạng thái giãn, lực cản cũng được sinh ra như trạng thái nén. Với nguyên lý này khi vận tốc càng lớn thì lực cản càng lớn và lực ma sát phải được phân bố đều trên hành trình chuyển dịch của pistong. Trong trường hợp lực không được phân bố đều khi pistong chuyển động ở cùng một vận tốc thì có thể hiểu chất lượng và độ bền của giảm chấn ma sát đã bị giảm.
Như vậy với nguyên lý làm việc của các loại xi lanh giảm chấn đã được phân tích trên ta thấy để nghiên cứu, thiết kế hoặc kiểm tra, đánh giá độ bền cũng như tuổi thọ của giảm chấn thì việc xác định các mối quan hệ lực cản - vận tốc chuyển dịch pistong và lực cản - chuyển dịch pistong là hết sức cần thiết. Muốn xác định được các yếu tố này đòi hỏi phải có các thiết bị kiểm tra phù hợp với từng loại giảm chấn.
Nhằm hiểu hơn về lĩnh vực kiểm tra, thử nghiệm đánh giá chất lượng các loại giảm chấn. Tác giả đưa ra một số nội dung tổng quan về thiết bị kiểm tra được trình bày tại phần II, chương 1 như sau:
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý
Thực hiện: Phạm Hà Phương
1.2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Để kiểm tra xác định đặc tính động lực học cơ bản của xi lanh giảm chấn, ngày nay có rất nhiều thiết bị có thể kiểm tra được với nhiều nguyên lý, cấu tạo khác nhau do nhiều hãng sản xuất với độ chính xác rất cao.
Tùy theo tính năng sử dụng của các loại giảm chấn thì nhiều hãng sản xuất cũng đã đưa ra nhiều hình thức kiểm tra, đánh giá chất lượng trên các thiết bị chuyên dụng hoặc được tích hợp trực tiếp trên sản phẩm và cao hơn nữa là đồng bộ trong dây chuyền sản xuất.
Một hãng Inova của Đức với hơn 30 năm kinh nghiệm, chuyên sản xuất và cung cấp hệ thống thí nghiệm giảm chấn thủy lực hiệu suất cao. Có thể đo các tính chất và độ bền của giảm chấn trong ô tô, xe tải, xe máy hay các tầu lửa với thử nghiệm tốc độ lên đến 8m/s. Một dạng thiết bị kiểm tra điển hình như sau: (xem hình 1.6)
Hình 1.6 – Một dạng thiết bị thí nghiệm điển hình sử dụng nguyên lý thủy lực[4]
* Ứng dụng
• Thử nghiệm đặc tính động của giảm chấn • Thử nghiệm ma sát • Kiểm tra độ bền với quá trình tổng hợp hoặc tín hiệu thực • Kiểm tra độ bền cho nhiều loại giảm chấn • Ứng dụng tải bên cho ma sát và kiểm tra độ bền • Đánh giá các trường dung sai và đường cong thực nghiệm
Thực hiện: Phạm Hà Phương
• Bố trí trực tiếp việc kiểm tra giảm chấn vào trong sản phẩm hoặc thiết bị nghiên cứu độc lập trong phòng thí nghiệm hay được tích hợp trong dây truyền sản xuất các sản phẩm giảm chấn.
Ví dụ một dạng thiết bị chuyên dụng để kiểm, thử nghiệm giảm chấn
thủy lực: (xem hình 1.7)
Có nhiều giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất trong quá trình kiểm tra đánh giá chất lượng giảm chấn thủy lực, một trong những giải pháp hiệu quả nhất bằng cách thiết kế các thiết bị kiểm tra mở rộng, có thể kiểm tra cùng một lức đánh giá nhiều sản phẩm. (xem hình 1.8)
Hình 1.7 – Một dạng thiết bị khác cũng sử dụng nguyên lý thủy lực [4]
Hình 1.8 – Thiết bị kiểm tra mở rộng [4]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Một ví dụ nữa là một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn chuyên dụng trong ngành đường sắt. Ở các vị trí trên giá chuyển hướng toa xe lửa của ngành đường sắt có nhiều giảm chấn khác nhau ở các vị trí khác nhau. (xem hình 1.9) nó thường được được ưu tiên để kiểm tra các xi lanh giảm chấn trong trạng thái làm việc thực tế của nó.
Thiết bị này có khung thiết kế đặc biệt (xem hình 1.10) cho phép các
góc độ khung được thiết lập sao cho phù hợp.
Hình 1.9: Giá chuyển hướng toa xe lửa [5]
* Các phụ kiện có thể đi kèm cho thiết bị này: (xem hình 1.11;1.12)
Hình 1.10: Thiết bị kiểm tra giảm chấn ngành đường sắt [4]
a) b)
Hình 1.11: Phụ kiện gá kẹp sử dụng bằng tay a); hay sử dụng thủy lực b)[4]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
a) b)
* Các giải pháp để kiểm tra độ bền của giảm chấn thủy lực, tùy theo tính chất sử dụng với mục đích khác nhau như tích hợp trên sản phẩm, trong phòng thí nghiệm hay đồng bộ cho dây truyền sản xuất. (xem hình 1.13)
Hình 1.12: Hệ thống đo lường nhiệt độ, không khí/ nước làm mát a); Hay tải ngoài cố định để kiểm tra đa giảm chấn b)[4]
a)
b) c)
* Như vậy ta thấy các yếu tố cơ bản của một thiết bị kiểm tra giảm chấn
thủy lực bao gồm các hệ thống như sau: (xem hình 1.14)
Máy thủy lực thực nghiệm
- Nguồn thủy lực - Hệ thống dịch chuyển pistong - Khung gá cố định Cảm biến đo dịch chuyển pistong
Hình 1.13: Hệ thống đo lường giảm chấn được tích hợp trên xe tải a); Trong phòng thí nghiệm b);Trong dây truyền sản suất c) [4]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Cảm biến đo lực Máy tính với phần mềm điều khiển
* Một số kết quả phân tích các mối quan hệ giữa lực cản - chuyển dịch pistong và lực cản –vận tốc chuyển dịch của quá trình kiểm tra đánh giá giảm chấn thủy lực với biên độ dao động của pistong và tần số dao động như sau: (xem hình 1.15 a,b;1.16 a,b)
Hình 1.14: Các hệ thống cơ bản của thiết bị kiểm tra xi lanh giảm chấn [4]
Hình 17: a) lực - chuyển dịch
Hình 1.15: b) lực – vận tốc dao động 2mm, tần số = 0.5Hz[4]
Hình 1.15: a) lực - chuyển dịch với biên độ dao động 2mm, tần số = 0.5Hz[4]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Hình 1.16: a) Lực - chuyển dịch với biên độ dao động là 2mm và tần số dao động từ 0.1-10HZ[4]
Hình 1.16: b) Lực – vận tốc với biên độ dao động là 2mm và tần số dao động từ 0,1-10HZ [4]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Còn đối với Giảm chấn ma sát thì một dạng thiết bị thí nghiệm kiểm tra độ bền của giảm chấn ma sát được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy giặt. Thiết bị được thiết kế đơn giản kiểu tay quay con trượt, cơ cấu đĩa quay có gắn động cơ. Dịch chuyển của bistong đo được nhờ cảm biến độ dài, đầu trên của giảm chấn được gắn cố định vào loadcell (cảm biến đo lực), đầu pistong được gắn vào cơ cấu chuyển động. (xem hình 1.17)
Những thí nghiệm này bao gồm việc tìm ra các mức độ giảm xóc của các giảm chấn ma sát tiêu chuẩn được sử dụng trong máy giặt. Các thử nghiệm đã được thực hiện ở tốc độ quay khác nhau: 15, 100, 300, 600 và 1200 vòng/phút. Với biên độ dao động là 8mm, lực ma sát 32,5 ±12,5 N. Xem hình 20 với các đường thể hiện mầu sắc tương ứng với tốc độ quay khác nhau. (Xem hình 1.18)
Hình 1.17 – Một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn ma sát [6]
Hình 1.18 – Mối quan hệ giữa lực và chuyển dịch của pistong [6]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Như vậy qua nghiên cứu tổng quan về thiết bị thí nghiệm ta nhận thấy để nghiên cứu thiết kế một thiết bị kiểm tra giảm chấn thì việc cần thiết là xác định được các đặc tính cần đánh giá chất lượng của một giảm chấn chính là xác định các mối quan hệ lực – vận tốc chuyển dịch; lực với dịch chuyển của pistong.
Như vậy qua nghiên cứu tổng quan về nguyên lý, cấu tạo hay là tính năng làm việc của môt số thiết bị thử nghiệm, trong đó có thiết bị thử nghiệm giảm chấn thủy lực hay thiết bị thử nghiệm giảm chấn ma sát. Tác giả lựa chọn theo hướng nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thử nghiệm, kiểm tra đối với loại giảm chấn ma sát trên máy giặt; Do nguyên lý cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư thấp, phù hợp với cấu trúc của luận văn Thạc sỹ. Yêu cầu đối với thiết bị thử nghiệm phải đạt được các yêu cầu sau:
1. Kiểm tra được các loại giảm chấn ma sát của máy giặt dân dụng.
2. Có kết cấu đơn giản, chắc chắn để nhanh chóng gá lắp đối với mẫu
thử là giảm chấn ma sát.
3. Hệ thống chuyển động của máy thử phải hoạt động ổn định, tin cậy trong một thời gian dài, đáp ứng được đầy đủ mọi yêu cầu thử nghiệm của giảm chấn về mối quan hệ Lực – vận tốc; lực – chuyển dịch tương ứng với khả năng làm việc của giảm chấn.
4. Hệ thống hiện thị số được ghép nối với phần cơ đảm bảo độ chính xác, tin cậy, khi xuất ra và lưu giữ trên máy tính các thông số cần đo của xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ. Để từ đó đánh giá chính xác tình trạng sản phẩm.
Hình 1.19 – Mối quan hệ giữa lực và vận tốc có dạng đồ thị sau [6]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ
2.1. Cơ sở xác định các thông số khoảng lực, vận tốc và khoảng
dịch chuyển của thiết bị thí nghiệm
2.1.1. Cơ sở xác định khoảng lực và khoảng dịch chuyển
Như trên đã trình bầy đối tượng khảo sát của thiết bị là các loại giảm chấn ma sát trong máy giặt. Do vậy dựa vào các thông số tiêu chuẩn của một số hãng chuyên sản xuất loại giảm chấn ma sát này, ta có các bảng số liệu như sau:
Bảng 2.1: Thông số khoảng dịch chuyển max và lực ma sát max [7]:
TT Loại giảm chấn sử dụng trong máy giặt Lực ma sát lớn nhất Fmsmax (N) Khoảng làm việc lớn nhất pistong Amax (mm) Chiều dài lớn nhất của giảm chấn (tính ở trạng thái làm việc) Lmax (mm)
01 RD10 102 280 140
02 RD12 95 293 250
03 RD18 95 298 120
04 RD35 74 249 250
05 RD10FK 84,5 269,5 140
06 RD32FK 82 280 120
07 RD32FKS 82 280 120
08 RD18FL 70 273 120
2.1.2. Cơ sở xác định vận tốc chuyển dịch
Hiện nay trên thị trường các loại máy giặt cửa đứng và cửa ngang rất nhiều chủng loại, nhiều hãng sản xuất, chất lượng khác nhau. Tuy nhiên vận tốc quay lớn nhất của lồng máy giặt thông thường được khống chế ở mức ≤ 1200 vòng/phút, tương đương với 20 vòng/giây.
Như ta đã biết máy giặt quay được một vòng quay tương đương với một chu kỳ làm việc của giảm chấn (hành trình bao gồm nén và giãn của pistong). Vì vậy để khảo sát quá trình làm việc của giảm chấn ma sát trong máy giặt, tác giả lựa chọn vận tốc chuyển dịch của pistong dựa trên các thời điểm vận tốc quay khác nhau của máy giặt. Cách xác định như sau:
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Y1
A
Y2
n
v F(t)
Phân tích trên hình vẽ sơ đồ hóa nguyên lý mấy giặt ta thấy chuyển
động của giảm chấn là chuyển động tịnh tiến khứ hồi
Do vậy ta có chuyển dịch của pistong dưới dạng
Y(t) = A.sinωt
(1)
Trong đó: A - khoảng dịch chuyển max của pistong
ω - tần số dao động
Từ (1) ta xác định được vận tốc chuyển dịch của pistong là:
V= Y(t) = ωA.cosωt (2)
Như vậy dễ dạng xác định được vận tốc dịch chuyển lớn nhất của pistong cần xác định là khi cosωt = ± 1 (± thể hiện sự đảo chiều chuyển động của pistong)
(3)
Vmax=
Ta có:
+ ωmax được xác định dựa vào vận tốc quay lớn nhất của lồng máy giặt được khảo sát (nmax=1200 v/p = 20 v/s; một vòng quay của lồng máy giặt sẽ được 1 chu kỳ dao động của pistong). Vậy:
ωmax = 20.1 (rad/s) = 20 (rad/s) (4)
+ Khoảng dịch chuyển lớn nhất của pistong được xác định theo khảo sát thực tế khi máy giặt hoạt động ở 20v/s, biên độ dao động là ±8mm. Tức là:
Attmax = 16mm (5)
Thay (4), (5) vào (3) ta có:
Vmax = 20.16 = 320 (mm/s)
Với phương pháp xác định trên ta có bảng số liệu sau:
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của giảm chấn ma sát trong máy giặt
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Bảng 2.2: Vận tốc quay của máy giặt và vận tốc chuyển dịch tương ứng
của pistong được lựa chọn để khảo sát:
Vận tốc quay của lồng máy giặt n Đơn vị
Vòng/phút 15 60 300 600 900 1200
Vòng/giây 0,25 1,0 5 10 15 20
Vận tốc chuyển dịch của pistong V tương ứng với (n, Amax=16mm)
* Như vậy qua 2 bảng số liệu trên (bảng 2.1; 2.2) ta xác định được các thông số lực, vận tốc và chuyển dịch của pistong tương ứng với F, V, A làm cơ sở cho thiết kết thiết bị thí nghiệm như sau:
+ Khoảng dịch chuyển lớn nhất của Pistong là: Ymax =102mm.
+ Lực cản ma sát lớn nhất là: Fmsmax= 250N.
+ Khoảng làm việc thực tế lớn nhất của pistong ở trạng thái làm việc là Attmax=16mm; tương ứng với vận tốc chuyển dịch lớn nhất cua pistong là: Vmax=320mm/s.
mm/s 4,0 16 80 160 240 320
2.2. Thiết kế nguyên lý máy
Với các thông số lực, vận tốc và chuyển dịch ở giá trị đã được khảo sát ở trên làm cơ sở lựa chọn và tính toán thiết kế thiết bị kiểm tra. Thiết bị được thiết kế, chế tạo phải là thiết bị xác định được các thông số lực, vận tốc và chuyển dịch của pistong thỏa mãn tất cả các giá trị cần đo của giảm chấn cỡ nhỏ như giảm chấn ma sát trong máy giặt.
Từ những yêu cầu trên ta xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết
bị thí nghiệm như sau:
Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Nguyên lý làm việc của thiết bị: Mẫu thử là bộ giảm chấn ma sát, một đầu của giảm chấn (xy lanh) được gắn vào gối cố định, đầu còn lại (pistong) được gắn vào gối di động, gối di động chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tạo chuyển động và một động cơ sẽ giúp cơ cấu tạo chuyển động hoạt động.
Khi động cơ quay, cơ cấu chuyển động làm gối di động di chuyển kéo theo cần pistong của giảm chấn di chuyển từ vị trí A1 về A2 và ngược lại. Để tiến hành thí nghiệm và xác định được thông số lực; vận tốc dịch chuyển; khoảng dịch chuyển, trên thiết bị phải được bố trí hệ thống đo lường, xử lý số liệu. Ví dụ như:
+ Xác định lực cản F, sử dụng loadcell (cảm biến lực) gắn chặt vào gối
cố định và đầu xi lanh như trên hình 2.2.
+ Xác định được vận tôc chuyển dịch của pistong thông qua vận tốc
quay của động cơ và cơ cấu chuyển động.
+ Khoảng dịch chuyển A hay là đoạn A1A2 chính là biên độ dao động
của pistong với xi lanh, được xác định nhờ cảm biến đo chiều dài.
Tất cả các giá trị trên đều được chuyền về bằng tín hiệu điện và được
xử lý tín hiệu, phân tích dựa trên các phần mềm chuyên dụng như LabView.
Như vậy các thông số của một thiết bị thí nghiệm theo yêu cầu đặt ra
cần có các yếu tố chính như sau:
1. Động cơ (có thể tạo chuyển động khứ hồi) 2. Cơ cấu chuyển động. (chuyển động tịnh tiến) 3. Gối di động 4. Gá bắt đầu di động mẫu. 5. Gá bắt đầu cố định mẫu. 6. Loadcell (cảm biến lực) 7. Cảm biến điện từ (xác định A) 8. Khung thiết bị. 9. Bộ điều khiển. 10. Phần mềm xử lý tín hiệu đầu ra.
2.3. Chọn phương án thiết kế thiết bị. 2.3.1. Lựa chọn động cơ: * Phương án 1: sử dụng Động cơ 1 chiều.
+ Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ sửa chữa. + Nhược điểm: Cấu tạo thường cồng kềnh, khó bố trí trên thiết bị
nhỏ gọn, khó khống chế được tốc độ. Khi đảo chiều thời gian trễ lớn. * Phương án 2: sử dụng Động cơ servo.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
+ Nhược điểm: Giá thành cao, khó sửa chữa
+ Ưu điểm: Thường nhỏ gọn, dễ bố trí trên thiết bị thí nghiệm. Có sẵn mạch điều khiển đồng bộ, dễ dàng điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ. Với hai phương án này tác giả lựa chọn phương án 2, phù hợp với kết cầu thiết bị và cấu trúc luận văn. Do thiết bị thí nghiệm nhỏ gọn, động cơ công suất nhỏ chi phí đầu tư tác giả chấp nhận được. 2.3.2. Lựa chọn phương án dẫn động: Có rất nhiều phương án dẫn động có thể tạo ra sự dịch chuyển của
Pistông như:
* Phương án 1: Vít me bi.
+ Ưu điểm: Hoạt động ổn định, hiệu suất truyền cao, có sẵn gối
đỡ di động. Rất sẵn trên thị trường, đủ loại để lựa trọn, giá thành giẻ.
+ Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, khó chế tạo, khó sửa chữa.
* Phương án 2: Thanh răng – Bánh răng.
+ Ưu điểm: Dễ chế tạo, sửa chữa, thay thế. + Nhược điểm: Hiệu suất truyền thấp. Diện tích bố trí rộng.
* Phương án 3: Tay quay – Con trượt.
+ Ưu điểm: Đơn giản, gọn nhẹ, hiệu suất truyền cao, rất phù hợp
với dao động có biên độ ổn định.
+ Nhược điểm: Lắp ghép đòi hỏi độ chính xác cao, khi thay đổi
biên độ dao động khó điều chỉnh. Với 3 phương án nêu trên, qua khảo sát tác giả lựa chọn phương án cơ cấu Vít me bi làm cơ cấu dẫn động. Do phương án này đơn giản, có sẵn trên thị trường, giá thành giẻ, chỉ cần lựa chọn tỷ số chuyền hợp lý, dễ dàng điều chỉnh biên độ dao động.
2.3.3. Lựa chọn hành trình làm việc của thiết bị thử:
Với mẫu thử là xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ tác giả lựa chọn hành trình làm việc lớn nhất Amax = 102mm. Chiều dài lắp ghép giảm chấn thủy lực trên máy thử; (không tính đồ gá phụ): Lmax = 298mm.
Do vậy lựa chọn hành trình làm việc của thiết bị (không tính đồ gá phụ)
là: L> 300mm
2.3.4. Lựa chọn phương án đo lường.
Để đo được các thông số lực (F), khoảng dịch chuyển của pistong (Y).
Tác giả lựa chọn phương án như sau:
Thực hiện: Phạm Hà Phương
+ Đo lực F: sử dụng cảm biến loadcell có khả năng đo được ≥ 26kg ≈
255N (theo bảng 2.1 Fmsmax = 250N) gắn trên thiết bị.
+ Đo chuyển dịch pistong (Y): Sử dụng cảm biến quang điện.
* Các giá trị lực, vận tốc và quãng đường đo được nhờ phần mềm xử lý
tín hiệu điện Labview.
2.4. Cơ sở tính toán để lựa chọn thông số cho thiết bị
2.4.1. Xác định công suất và tốc độ động cơ
* Xác định công xuất động cơ:
Theo công thức:
(kW) (6)
Trong đó: P - công suất động cơ
F - Lực cản (tải) trong bài toán này Fmax = 250N
V – Vận tốc chuyển dịch trong bài toán này Vmax = 320mm/s=0,32m/s
η – Hiệu suất hệ thống (tra được η = 0,75)
Thay các giá trị vào công thức (6) ta được:
* Xác định tốc độ động cơ:
Như đã biết tốc độ chuyển dịch lớn nhất theo tính toán ở mục 2.1.2 là
Vmax = 320mm/s.
Phương án chuyền chuyển động là vít me bi, do vậy việc lựa chọn tốc độ động cơ phụ thuộc vào bước của vít me, tốc độ động cơ được lựa chọn phù hợp với bài toán đặt ra cũng như thông dụng trên thị trường. Tác giả tự đưa ra giả thiết vít me với 3 bước thông dụng (t = 4mm, 8mm và 16mm).
= 0,106 kW
Theo công thức:
(7)
Trong đó: V – vận tốc chuyển dịch
n – Tốc độ động cơ
t – bước vít me
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Với các giá trị thay vào công thức 7 có bảng thông số dưới đây dưới
đây:
Bảng 2.3. Lựa chọn tốc độ động cơ
4
4.800
8
2.400
Vmax = 320mm/s
16
1.200
Như vậy qua bảng thông số trên tác giả lựa chọn vít me có bước là 16mm tương ứng với đó là tốc độ động cơ từ 0÷1.200 vòng/phút hoặc có thể chọn tốc độ động cơ lớn hơn 1.200÷3.000 vòng/phút.
Bước vít me (mm) Vận tốc chuyển dịch lớn nhất (mm/s) Tốc độ động cơ tương ứng (v/phút)
Thực hiện: Phạm Hà Phương
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1. Thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm.
Với các phương án trọn nêu tại mục 2.3; 2.4. Qua khảo sát thị trường và chọn
3.1.1. Chọn mua thông số bộ truyền:
1. Động cơ servo: - Model: ASMT04L250AK (xem hình 3.1)
- Công suất Pđc = 0,4KW
- Tốc độ vòng quay: nmax = 3000 vòng/phút
- Mô men xoắn: Tdc = 1,27 N.m
mua một số bộ phận chính cho thiết bị thí nghiệm sau:
2. Bộ truyền vít me bi: - Model: RCP2-SA7C-I-56P-16-800-P1-M
- Đường kính trục vít: d = 12mm
- Bước tiến: S = 16mm.
- Chiều dài: L = 500mm.
3.1.2. Chọn mua thông số cảm biến đo lường:
3. Cảm biến loadcell: - Hãng MeTTLER TOLEDO (xem hình 3.2)
- Model: MT 1260-50
- Giới hạn đo được: F = 50kg ≈ 490N
- Độ nhạy = 2mV/V
Hình 3.1: Động cơ servo [8]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Hình 3.2: Một dạng cảm biến loadcell đo lực [10]
4. Cảm biến quang điện: - Model BS5-T2M (xem hình 3.3) - Tần số đáp ứng tốc độ cao : 2kHz
- Dải nguồn cấp rộng : 5-24VDC. - Chỉ thị hoạt động bằng LED Đỏ.
- Kết nối dễ dàng thông qua socket / cáp nối
có giắc cắm tùy chọn.
5. Cảm biến đo chiều dài: - Model PY-2-F-050-S03M
- Khoảng làm việc max = 50mm
Hình 3.3: Một dạng cảm biến quang điện [11]
Hình 3.4: Một dạng cảm biến đo chiều dài [12]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
3.2. Thiết kế chế tạo chi tiết của thiết bị.
3.2.1. Thiết kế khung treo.
(Bản vẽ kèm theo phụ lục)
3.2.2. Thiết kế đồ gá chi tiết
(Bản vẽ kèm theo phụ lục)
3.2.3. Thiết kế và mô phỏng 3D thiết bị.
Sử dụng phần mềm Solidworks thiết kế 3D hoàn chỉnh thiết bị, kiểm
tra và sửa đổi hạn chế tối đa sai sót khi chế tạo và lắp ráp thiết bị. (xem hình 3.4)
a)
b)
Thực hiện: Phạm Hà Phương
c)
Hình 3.4: Mô phỏng 3D thiết bị trên phần mềm SolidWorks
3.2.4. Chế tạo các chi tiết, đồ gá cho thiết bị
Việc chế tạo thiết bị và đồ gá được thực hiện tại Trung tâm sáng tạo của trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên và Công ty TNHH MTV Cơ điện và VLN 31 – TC.CNQP. Các chi tiết khi gia công tuân thủ theo tài liệu thiết kế. Riêng chi tiết khung treo của thiết bị được tác giả lựa chọn phương án mua thanh và tấm nhôm sau đó về gia công lắp ráp.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
3.2.5. Lắp ráp hoàn chỉnh thiết bị.
a) b)
c) d)
e)
Hình 3.5: Thiết bị lắp ráp: a) Lắp ráp dộng cơ; b) Lắp ráp gá mẫu; c) Lắp ráp cảm biến quang điện; d) lắp ráp cảm biến chiều dài; e) Hoàn chỉnh cơ cấu thiết bị phần cơ
Thực hiện: Phạm Hà Phương
CHƯƠNG 4:
HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ
4.1. Hiệu chuẩn hệ thống đo lực
4.1.1. Theo cơ sở tính toán.
Với giá trị mà cảm biến loadcell đo được, được thể hiện qua tín hiệu
điện áp đầu ra tương ứng với mỗi giá trị tải hay lực tác dụng cần tìm. Như vậy
để hiệu chuẩn được thông số đo lực phải thỏa mãn công thức sau:
F = KF.VF (4.1.1)
Trong đó: F - là lực tác động (N)
VF - là tín hiệu điện áp đo được của Lực tác động.
KF - là hệ số tỷ lệ. Đây là giá trị cần xác định để quy đổi ra
giá trị lực tương ứng với tín hiệu điện áp đo được.
Để tìm và xác định hệ số tỷ lệ KF ta nghiên cứu sơ đồ tín hiệu đo lực
như sau: (xem hình 4.1)
Từ sơ đồ ta có điện áp đo được của lực tác động là:
Hình 4.1 – Sơ đồ tín hiệu đo tín hiệu điện áp của Lực
(V) (4.1.2)
Trong đó: Vloadcell - Là điện áp ra từ loadcell khi có lực tác dụng.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
G – Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại 3B18-00, được xác định
qua thông số của bộ khuếch đại như: R3A = 200KΩ/G = 499Ω. Từ đó ta có
Được biết điện áp ra của loadcell khi có lực tác động là:
G=200.103/499 = 400,8016 (G=400,8016).
Trong đó: Vex = 10,14V là điện áp kích thích.
I = 2mV/V là độ nhạy điện áp của loadcell.
P = 50kg = 490,333 N là khả năng tải lớn nhất của loadcell.
Thay các giá trị vào công thức (4.1.3) ta được:
(V) (4.1.3)
Thay (4.1.4) vào (4.1.2) ta được:
(4.1.4)
(V)
Rút gọn: F = 60,324.VF (4.1.5)
Dễ dàng nhận thấy khi áp công thức (4.1.1) và (4.1.5) ta được giá trị hệ
số tỷ lệ KF=60,324.
(N) Vậy ta có:
Kết quả:
4.1.2. Theo thực tế sau khi hiệu chuẩn.
Thực hiện hiệu chuẩn cho thiết bị theo các bước như sau:
+ Bước 1: Sử dụng Lực kế (được hiệu chuẩn thông qua tải chuẩn là quả
cân 2N) tác động lên Loacell cả nén và kéo qua đồ gá.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
+ Bước 2: Sử dụng phần mềm LabView lập trình công thức hiệu chuẩn
(theo phần tính toán mục 4.1.1) để hiện thị giá trị Lực tương ứng khi tác dụng
lực kế (đơn vị N)
+ Bước 3: Lập bảng kết quả. So sánh và đánh giá sau hiệu chuẩn. (xem
bảng 4.1)
Bảng 4.1 – Kết quả so sánh giá trị Lực trên Lực kế và qua hiển thị
Sai lệch
TT
Lực tác động hiển thị trên Lực kế (N)
Kết quả hiện thị trên LabView (N)
Nén
Kéo
Nén
Kéo
Nén
Kéo
-10,0 15,3 -10,17 15,66 1 1,67 2,30
-50,3 55,2 -50,86 55,24 2 1,10 0,07
-100,0 99,9 -100,02 99,96 3 0,02 0,06
-150,0 152,02 -150,29 152,66 4 0,19 0,42
-200,1 202,1 -200,56 202,72 5 0,27 0,31
-300,2 299,9 -300,83 300,5 6 0,21 0,20
-400,0 400,1 -399,86 400,62 7 -0,04 0,13
Qua bảng đánh giá kết quả này ta nhận thấy các giá trị Lực sau khi
được hiệu chuẩn. Hiển thị giữa Lực kế và tính toán trên LabView là gần chính
xác, giá trị sai số là rất nhỏ, từ đó cho thấy hệ số tỷ lệ KF được xác định như
mục 4.1.1 là đúng. Và sai số của kết quả trên là hoàn toàn chấp nhận được với
một thiết bị như này do nhiều yếu tố tác động, ảnh hưởng đến kết quả hiệu
chuẩn.
Như vậy phần hiệu chuẩn hệ thống đo lực của thiết bị đến đây đã hoàn
thành.
Một số hình ảnh ghi lại trong quá trình hiệu chuẩn hệ thống đo lực xem
dưới đây:
-500,2 500,4 -500,89 500,75 8 0,17 0,07
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Thực hiện: Phạm Hà Phương
4.2. Hiệu chuẩn hệ thống đo chuyển dịch
4.2.1. Theo cơ sở tính toán
Cũng giống như việc hiệu chuẩn hệ thống đo lực. Việc xác định hệ số
tỷ lệ Kx trong phép hiệu chuẩn hệ thống chuyển dịch là điều hết sức cần thiết
và được xác định như sau:
X = Kx.Vx (4.2.1)
Trong đó: X - là khoảng dịch chuyển tính theo mm của pistong
Vx - là tín hiệu điện áp của cảm biến vị trí đo được khi
pistong dịch chuyển.
Kx - là hệ số tỷ lệ. Đây là giá trị cần xác định để quy đổi ra
giá trị chuyển dịch mm của pistong tương ứng với tín hiệu điện áp đo được.
Để tìm và xác định hệ số tỷ lệ Kx được xác định như sau:
Nhìn vào đồ thị hình 4.2 dưới đây ta có:
Hình 4.2. đồ thị quan hệ giữa giá trị điện áp và giá trị dịch chuyển
Theo nguyên tắc của cảm biến đo dịch chuyển thông thường ứng với
mỗi giá trị điện áp là một giá trị chuyển dịch, quan hệ này phải là một đường
thẳng tuyến tính như trên hình vẽ 4.2. Do vậy để xác định hệ số tỷ lệ Kx ta
tính toán như sau:
Kx =
(4.2.2)
Thực hiện: Phạm Hà Phương
4.2.2. Theo thực tế.
Để xác định được chính xác hệ số tỷ lệ Kx, ta thực hiện theo các bước
như sau:
+ Bước 1: Sử dụng Thước cặp 1/50 để khống chế các khoảng kích
thước của cảm biến vị trí ví dụ ở: 5;10; 20mm… Ở mỗi vị trí cần đo phải
khóa chặt kích thước không cho xê dịch.
+ Bước 2: Sử dụng phần mềm LabView để test giá trị điện áp đầu ra
tương ứng với khoảng chuyển dịch của cảm biến vị trí.
+ Bước 3: Lập bảng kết quả. Xác định hệ số tỷ lệ Kx. (xem bảng 4.2)
Bảng 4.2 – Kết quả hiệu chuẩn cảm biến vị trí
TT Điện Áp đầu ra (v)
Khoảng dịch chuyển X của cảm biến được xác định bằng thước cặp (mm) 5 10 20 30 40 50 0,36 0,85 1,83 2,81 3,79 4,77
1 2 3 4 5 6 Từ bảng 4.2 ta có đồ thị sau:
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Nhìn vào đồ thị ta thấy thực tế chứng minh giữa điện áp và chuyển dịch
là một đường thẳng tuyến tính. Khi đó hệ số tỷ lệ để quy đổi từ giá trị điện áp
(v) sang giá trị chuyển dịch (mm) của cảm biến là: Thay bất kỳ giá trị nào vào
công thức 4.2.1 ta được: Kx = 10,204
Kết quả:
Một số hình ảnh ghi lại trong quá trình hiệu chuẩn hệ thống đo chuyển
dịch xem hình dưới đây:
Thực hiện: Phạm Hà Phương
CHƯƠNG 5:
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ
I. Thí nghiệm trên 3 mẫu giảm chấn ma sát. (xem hình vẽ) 1. Giảm chấn mới ký hiệu M1.
2. Giảm chấn đã qua sử dụng ký hiệu M2.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
3. Giảm chấn đã qua sử dụng pistong có dấu hiệu oxi hóa nhiều trên bề
mặt ký hiệu M3.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
II. Kết quả về mối quan hệ giữa lực và chuyển dịch của pistong.
(xem hình vẽ đồ thị)
1.1. Đối với mẫu M1 thí nghiệm ở vận tốc 10-340mm/s.
1.2. Đối với mẫu M2 thí nghiệm ở vận tốc 10-340mm/s.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
2. Đối với mẫu M3
2.1. Thí nghiệm ở vận tốc 10-340mm/s.
III. Kết quả về mối quan hệ giữa lực và vận tốc chuyển dịch của pistong. Kết quả được thể hiện qua bảng số liệu và đồ thị sau: 1. Bảng kết quả các mẫu thử M1, M2, M3
Lực cản/mẫu (N)
TT
Ghi chú
Vận tốc (mm/s)
M1
M2
M3
1 0 0 0 0
2 10 51,683 52,777 37,517
3 40 85,879 73,816 53,886
4 70 97,665 80,824 59,305
5 100 105,780 85,482 64,049
6 130 110,102 88,787 67,593
7 160 113,449 90,990 70,251
8 190 115,581 92,640 71,969
9 220 114,719 93,769 73,108
10 250 117,226 94,426 73,475
11 280 116,099 94,150 74,281
12 310 118,714 103,382 94,719
13 340 116,775 102,046 91,520
Thực hiện: Phạm Hà Phương
1 2 0 -10 0 -47,528 0 -48,309 0 -38,611
3 -40 -77,260 -67,079 -53,688
4 -70 -88,191 -73,931 -60,643
5 -100 -96,843 -78,983 -66,025
6 -130 -99,517 -81,165 -69,802
7 -160 -103,759 -84,323 -72,592
8 -190 -105,270 -85,513 -74,838
9 -220 -104,988 -86,746 -75,757
10 -250 -104,738 -87,228 -76,944
11 -280 -104,966 -87,413 -77,273
12 -310 -109,896 -95,902 -104,557
2. Đồ thị so sánh mối quan hệ giữa lực cản và vận tốc chuyển dịch của
Pistong ở 3 mẫu khác nhau M1, M2, M3 như sau:
13 -340 -107,614 -95,045 -100,256
IV. Nhận xét:
- Như vậy từ kết quả thực nghiệm so sánh giữa 3 mẫu M1, M2, M3 thể
hiện trong phần II, III chương 5 ta thấy:
1. Về quan hệ giữa lực và chuyển dịch của pistong: Dễ dàng nhận thầy đối với giảm chấn ma sát còn mới (mẫu M1) có đường cong khép kín đều và ổn định ở mỗi một giá trị vận tốc. Điều này thể hiện lực ma sát được duy trì đều và ổn định trong một khoảng dịch chuyển
Thực hiện: Phạm Hà Phương
của pistong, được xác định từ ban đầu là ±8mm; các vùng nằm ngoài khoảng dịch chuyển này được xác định là do quán tính gây ra, khi ở tốc độ càng cao thì quán tính càng lớn và không được xem là kết quả của phép đo. Và thực tế đối với mẫu giảm chấn càng cũ, pistong bị gỉ sét càng nhiều thì tính ổn định lại giảm rần.
2. Về quan hệ giữa lực và vận tốc chuyển dịch: Cũng tương tự như quan hệ lực và chuyển dịch; nhìn vào đồ thị ta thấy giá trị lực cản được so sánh mẫu M1>M2>M3; Điều này chỉ ra hệ số cản xủa Giảm chấn mới lớn hơn giảm chấn cũ, do pistong có hiện tượng mòn và gỉ sét gây ra.
Với nhận xét nêu trên chứng minh phép thử trên thiết bị này là đúng.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
1. Kết quả đạt được:
- Đã thiết kế, chế tạo được thiết bị thử nghiệm phân tích đặc tính động lực học
của giảm chấn ma sát sử dụng trong máy giặt với thông số kỹ thuật phù hợp với
phương pháp cần thí nghiệm.
- Sử dụng phần mềm Labview lập trình điều khiển thiết bị hoạt động đáp ứng
được yêu cầu thí nghiệm.
- Kết quả thực nghiệm trên các mẫu Giảm chấn ma sát trong máy giặt có mức độ
chất lượng khác nhau cho thấy việc đánh giá chất lượng Giảm chấn là chính xác.
2. Thiết bị được chế tạo có thể được sử dụng cho các mục đích:
- Tiến hành các thí nghiệm đo đạc, kiểm tra đánh giá chất lượng giảm chấn ma
sát trên các thiết bị dân dụng.
3. Hướng phát triển:
+ Có thể phát triển thiết bị ở dạng thương mại được từ cơ sở kết quả thiết kế và
chế tạo thiết bị.
Yêu cầu: Có thiết bị căn chỉnh tiêu chuẩn.
* Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài, do điều kiện hạn chế nên thiết bị
được chế tạo chưa giải quyết hết được các vấn đề sau:
1). Thiết bị được chế tạo vừa ở dạng prototype (nguyên mẫu), chưa thực sự phải
là thiết bị hoàn chỉnh.
+ Kết cấu còn cồng kềnh do tận dụng ray trượt + vít me bi có sẵn.
+ Chưa thiết kế hoàn chỉnh được giao diện mang tính tiện ích và chuyên nghiệp.
+ Phần hiệu chuẩn thiết bị chỉ thực hiện ở mặt thí nghiệm mang tính nguyên lý,
do thiết bị đo chuyện dụng có độ chính xác không cao. Ví dụ như đo lực là lực kế,
đo dịch chuyển loacell bằng thước cặp 1/50.
2). Không có các thiết bị căn chỉnh có độ chính xác cao để đánh giá, xác định lại
chính xác sai số kết quả đo của thiết bị được chế tạo.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, 2.
2. PGS. Hà Văn Vui, TS. Nguyễn Chỉ Sáng, THs. Phan Đăng Phong, Sổ tay
3. Thân Văn Cam, Sinh viên Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đề tài thiết
kế giảm xóc sau xe máy.
4. HALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ;Göteborg, Sweden 2009
5.
http://www.dreamstime.com/royalty-free-stock-image-suspension-coil-
springs -image9563286.
6. https://vi.aliexpress.com/item/Best-Price-2-pcs-A-Lot-Washer-Front-Load-
Part-Black-Plastic-Shell-Shock-Absorber-for/32661444206.html
7. www.future-engine.com/inova_damper_040507.pdf
8. https://sites.google.com/site/mytraintvo/tim-hieu-ve-cac-dac-tinh-ki-thuat-
chinh-trong-xe-lua-cac-ban-nhe
9.
http://www.suspa.com/us/products/dampers/range/washing-machine-
dampers/products/
10. http://servorepair.blogspot.com/2012/08/asmt04l250ak-delta-servo-servo-
motor.html
11.
https://uk.mt.com/mt_ext_files/Editorial/Generic/8/MT1260_LoadCell_Datashe
et_Editorial-Generic_1159451077207_files/DataSheet_MT1260_en_0707.pdf
12.
http://autonics.com.vn/products/products_detail.php?catecode=01/02/01&db_
uid=2100
thiết kế cơ khí tập 1, 2, 3.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
PHỤ LỤC
Bản vẽ kèm theo
Thực hiện: Phạm Hà Phương
