NGHIÊN cứu TRAOĐỎI NGHIÊN CỨU ĐỘNG Lực HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TẠO Lực RUNG CỦA MÁY THỬ MỎI CÁP RESEARCH ON THE DYNAMICS OF THE HYDRAULIC TRANSMISSION SYSTEM TO CREATE VIBRATION FORCE FOR TH[.]
NGHIÊN cứu-TRAOĐỎI NGHIÊN CỨU ĐỘNG Lực HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TẠO Lực RUNG CỦA MÁY THỬ MỎI CÁP RESEARCH ON THE DYNAMICS OF THE HYDRAULIC TRANSMISSION SYSTEM TO CREATE VIBRATION FORCE FOR THE CABLE FATIGUE TESTING MACHINE TS Nguyễn Đình Tứ1, Ths Dưong Quang Trọng2 'Trường Đại học Giao thông Vận tải 2Viện Khoa học Công nghệ Giao thơng Vận tải TĨM TẮT Bài báo trình bày tóm tắt nghiên cứu động lực học hệ thong truyền động thủy lực tạo lực rung mảy thử mỏi cáp Đây kết đề tài luận văn thạc sĩ tác giả Dương Quang Trọng máy thử mỏi cáp khai thác, sử dụng Trung tâm Công nghệ Máy xây dựng Cơ khỉ thực nghiệm thuộc Viện Khoa học Công nghệ Giao thơng Vận tài Từ khóa: Máy thừ mỏi cáp; Động lực học hệ thủy lực ABSTRACT This paper summarizes research on the dynamics of hydraulics for the system generating the vibration force of the cable fatigue testing machine This is the result of author Duong Quang Trong's master's thesis and cablefatigue testing machines are being exploited and used at the Center for Construction Machine Technology and Experimental Mechanics of the Institute of Transport Science and Technology Keywords: Cable fatigue testing machine, dynamics of the hydraulic transmission system l ĐẶT VẤN ĐÈ Trong hệ cầu dây, dây cáp đóng vai trò quan trọng, mặt kỳ thuật lần mặt kinh tế, dây cáp có thề chiếm tới 30% giá thành công trinh cầu Dây cáp thường phải chịu tác dụng tải trọng động cua gió, hoạt tải, khả chịu mỏi cáp có ảnh hưởng đến tuổi thọ cơng trình Nhằm kiểm sốt chất lượng cáp trước đưa vào lắp đặt, sử dụng cần phải kiểm soát chặt chẽ từ vật liệu đầu vào, quy trình sản xuất, bảo dưỡng, kiếm tra sản phẩm cuối Đe thí nghiệm mỏi cho dây cáp, đơn vị thi cơng phải đưa nước ngồi đê thí nghiệm gây tôn ảnh hưởng lớn đến tiến độ, kéo dài thời gian ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 82 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI thi cơng cơng trình Mặt khác, thiết bị thử nghiệm đại có giá thành cao, chi phí sửa chữa, bảo dường, thay lớn với u cầu trình độ cơng nghệ cao, khó đáp ứng nước nước ta, nhiều năm trước, nhu cầu kiềm tra độ bền mòi vật liệu nói chung độ bền mởi cúa dây cáp nói riêng cịn chưa cao có đơn vị sử dụng máy thử mỏi Những năm gần đây, nhiều cơng trình cầu treo xây dựng đưa vào sử dụng, nhu cầu thử nghiệm độ bền mỏi dây cáp tăng lên Vì vậy, nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực tạo lực rung máy thử mỏi cáp việc làm cần thiết, mang lại hiệu kinh tế - kỹ thuật xã hội NỘI DƯNG NGHIÊN cứu Từ sơ đồ hệ thống thủy lực tạo lực rung máy thử mỏi cáp trình gia tải thử mỏi sợi cáp, ta tiến hành xây dựng mơ hình động lực học sau: b) Hình Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực thiết bị thử mỏi cáp a) Sơ đồ nguyên lý; b) Mơ hình tốn động lực học hệ thủy lực Thùng dầu; Van an toàn tống; Nguồn thuỷ lực đa năng; Động gây rung; Xi lanh gây rung; Cảm biến áp suất; Xi lanh thủy lực; Van an toàn; Van chiều; 10 Van phân phối; 11 Bầu lọc dầu; 12 Van an toàn bầu lọc Nguyên lý hoạt động: Bộ nguồn thuỷ lực đa (3) có vai trò điều chỉnh xi lanh thuỷ lực (7) chuyến động tiến - lùi, vi chỉnh lực thử nghiệm đạt sợi cáp Ngồi ra, nguồn cịn có tác dụng nạp đầy đường ống bổ sung chất lỏng công tác suốt trình thử tĩnh thử mỏi Xi lanh gây rung (5) dẫn động mô tơ điện điều chỉnh tốc độ vịng quay biến tần, bơm liên tục tạo dòng dầu đảo chiều tác dụng lên xi lanh thuỷ lực (7) Khi áp suất hệ thủy lực tăng lên vượt ngưỡng cho phép gây phá hủy mẫu thử làm sai lệch kết thí nghiệm, van an toàn (8) làm việc để khống che biên độ dao động lực tác dụng lớn ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 83 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI lên sợi cáp Van chiêu (9) dùng đê ngăn cách mạch thuỷ lực rung thử mỏi với mạch thuỷ lực điều khiển lực tĩnh nguồn thuỷ lực đa năng, đơng thời nạp bù dâu bơ sung có rị rỉ dầu mạch gây rung làm việc Cảm biến áp suất (6) chuyển giá trị áp suất hệ thống thuỷ lực thành tín hiệu điện, đưa hệ thống xử lý, phân tích dừ liệu thí nghiệm Các giả thiết xây dựng mơ hình tốn động lực học hệ thống truyền động thủy lực tạo lực rung máy thử mỏi cáp: Khơng xét q trình tạo sóng đường ống thủy lực; khơng xét đến qn tính chất lỏng q trình làm việc; bỏ qua rò rỉ lưu lượng, mát áp suất qua van phân phối; tổn thất lượng hệ thống tính ma sát nhớt, ma sát khơ mát thể tích cùa bom thủy lực; lực ma sát van an toàn nhỏ; lực cản nội ma sát cùa xi lanh kê đên qua hiệu suất khí; tổn hao lưu lượng bơm thủy lực giới hạn, tỷ lệ với áp suất đường áp; mô đun đàn hồi dầu thủy lực ống dẫn không phụ thuộc vào áp suất hệ thống; van an tồn coi khâu khơng tuyến tính khơng qn tính; xi lanh tạo tải tĩnh rung động làm việc độc lập ngắn hạn; thông số chất lỏng (tỷ trọng riêng, độ nhớt, mô đuyn đàn hồi) hàng số; hệ thống khung máy cứng vừng tuyệt đối; ban đầu bơm thủy lực hoạt động vòng quay định mức áp suất dầu đường ống Áp dụng định luật bảo toàn lượng viết dạng phương trình dịng chảy liên tục đường ống cao áp sau: fl 4r-sin ar t(m3/s) Qxlr = - Lưu lượng tiêu thụ xi lanh: Qxi = ^2-A (m3/s) Qe ~ Qxl — Qe dp-Ị = Ea-^, - (4) Nếu p2> pat Qat=(p2-pat).kat, (m3/s).(5) Neu p < p„ ^at Q =0 r 2— r at Thay (2), (3), (4), (5) vào (1), ta nhận kết sau: Ea-^ = R.Ar.ũ>r sin at -(.p2-Pat)- kaí-A2.X(6) Phương trình cân lực cán pittong thủy lực sau: F qt+F-F =0 c xl (7) Trong đó: - Lực quán tính khối lượng quy dẫn pittong: Fqt = m.x (8) Lực cản đàn hồi sợi cáp: (1) (9) Với c độ cứng sợi cáp: ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 84 (m3/s) Lưu lượng qua van an tồn: Fc=C.X Trong đó: - Lưu lượng xi lanh gây rung: (3) - Lưu lượng chất lỏng làm biến dạng đường ống: Qxlr ~ Qaĩ ~ (2) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỎI Ạp E = Ặ; Ap= F - Fữ ; Ax= X - xo V i Ea-^: = R- Ar.Sin ar t-(p2- pat) kaĩ -A2.Xạ2) m.x = (A2.p2-Aí.p1).TỊc - c.x F„=0; X =0; E = hay F = (^) X, đặt - Lực đẩy xi lanh thủy lực: Fxr(A2-P2-Ai-Pi)-nc (10) Thay (8), (9), (10) vào (7), ta nhận kết sau: m.x = (A2.p2 - A^Pi) rjc - c.x (11) Như vậy, hệ phương trinh vi phân chuyển động mô tả hoạt động hệ thống truyền động thủy lực tạo lực rung thiết bị thử mỏi cáp hệ cầu dây văng viết dạng sau: Trong đó: Ea - Biến dạng đàn hồi đường ông cao áp, MPa; Ar - Diện tích xi lanh gây rung khoang cao áp, m2; Ap Ao - Diện tích piston khoang cao áp thấp áp, m2; (Or - Tốc độ quay động dần động xi lanh gây rung, vòng/s; R - Khoảng lệch tâm trục khuỷu, m; pat - Áp suất cần đạt van an toàn, Pa; Pj - Áp suất dầu nhánh thấp áp, Pa; pn Áp suất dầu nhánh cao áp, Pa; T|c - Hiệu suất khí xi lanh, T|c = 0,96; m - Khối lượng quy dẫn piston, công tác, kg; c - Độ cứng sợi cáp Đề giải hệ phương trình vi phân (12), tác giả sử dụng phương pháp Runge-Kutta môi trường Matlab Simulink Sơ đồ khối chương trình tính tốn thể Hình Hĩnh Sơ đồ khối chương trĩnh tính tốn thơng số động lực học hệ thống truyền động thủy lực tạo lực rung máy thử mỏi cáp ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 85 NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI Khảo sát tính tốn với lực mỏi lớn 182,7 kN, số liệu đàu vào chương trinh xác định Bảng Bảng Số liệu đầu vào chương trình tính Thông số TT Ký hiệu Đơn vị Giá trị d m 0,05 vòng/s Xi lanh gây rung Đường kính cán piston Tốc độ quay động dần động xi lanh gây rung (0 Khoảng lệch tâm trục khuỷu R m 0,035 r Xi lanh thủy lực Đường kính xi lanh D m 0,16 d m Đường kính cán piston Áp lực dầu khoang cao áp p2 Pa 0,06 - Áp lực dầu khoang thấp áp p 6.105 10 Hiệu suất khí xi lanh T Pa - 9.106 0,96 Van an toàn Ấ 11 Ap suât van an toàn Pat 12 Hệ số lưu lượng qua van an toàn kat Pa - 13 Lưu lượng qua van an toàn Qa m3/s 5.1010 - lc m k dcr m 0,6 m 0,005 dk Ecr m 0,025 MPa 9.104 Đường ống dẫn dầu thủy lực 14 15 Chiêu dài đường ông dân băng cao su Chiều dài đường ống dẫn kim loại 16 17 Đường kính đường ống dẫn cao su 18 19 Mô đuyn đàn hồi đường ống dẫn cao su Mô đuyn đàn hồi đường ống dẫn kim loại Dầu công tác Ek MPa 21.104 20 Mô đuyn đàn hồi dầu công tác E.n MPa 150 m kg 35 Dean Ao E mm mm2 15,24 140 GPa 200 L Fmin Fmax m N N 90290 117450 Đường kính đường ống dẫn kim loại Các thông số khác 21 22 23 24 25 26 27 Khối lượng quy dẫn piston, cơng tác Loại cáp thử nghiệm mỏi Đường kính danh nghĩa tao cáp Diện tích Mơ đun đàn hồi Chiều dài sợi cáp Lực thử nhỏ Lực thử lớn ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 86 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI Kết sau: biên động dao động áp suất giảm, thời gian dao động ngắn làm tăng độ xác sensor áp suất, tăng độ xác hệ thống đo lực Việc xác định độ xác lực thử Fmin làm tăng độ xác phép thử mỏi cáp Hình Áp suất khoang xi lanh - Sự ánh hưởng tốc độ bom đến thông số động lực học hệ thống truyền động thủy lực Đó tốc độ bom lớn thời gian gia tải tĩnh ngắn dao động áp suất, chuyến vị, vận tốc gia tốc lại lớn - Đã đề xuất thông số hợp lý hệ thống truyền động thúy lực như: Chiều dài ống dẫn cao su 2,2 m, đường kính ống dẫn cao su 0,005 m, đường kính ống dẫn kim loại 0,025 m, chiều dài ống dần kim loại m, tốc độ động 1450 v/phút đảm bảo độ xác nâng cao độ tin cậy cùa phép thử.* Hình Lực căng cáp thử Quá trình gia tải tĩnh kết thúc lực căng cáp đạt Fmin, áp suất khoang xi lanh 5,28 MPa; trình thử mỏi cáp bắt đầu áp suất thay đổi theo dạng hình sin, dao động 6,04 MPa, áp suất lớn đạt 6,79 MPa Lực căng cáp tăng đến giá trị Fmin = 90,400 N, trình thử mỏi cáp bắt đâu giá trị lực căng cáp thay đổi theo dạng hình sin, đạt lực F 117,400 N Kêt thứ mỏi cáp hệ câu dây văng mơ hình tính tốn cho với giá trị hoàn toàn phù hợp với thực tế thử nghiệm mỏi cáp Ngày nhận bài: 02/5/2022 Ngày phản biện: 10/5/2022 Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Xuân Khang (2001); Nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ thiết kể chế tạo thiết bị thi công chuyên dùng công trĩnh giao thông vận tải Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học nhân kỷ niệm 45 năm thành lập Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải (1956 - 2001) [2], Nguyền Phùng Quang (2004); Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động KÉT LUẬN Áp dụng nghiên cứu trên, tác giả khảo sát rút số kết luận: - Sự ảnh hưởng đường ống dần dầu đến thông số động lực học hệ thống truyền động thủy lực Kết nghiên cứu chi ra, chiều dài, đường kính ống dẫn tăng NXB Khoa học Kỹ thuật [3], Nguyền Đình Tứ (2010); OõocHOBaune pauuouajibHbix napaMerpoB ruaponpuBoaa ManiMH Tuna BHP c yueTOM ycjioBHii OKcmiyaTaumi BO BbeTHaMe Luận án tiến sĩ, Matxcova [4], MíopoB K).n, KoBajibCKUH B.O., rìyốpoBHH BA, TpyHHH EM (2005); Pacuer napaMCTpoB nepexoaHbix npoueccoB nmpaBjimecKHx I ipuBoaoB c oõbẽMHbie perynnpoBaHueM CKopocTH ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 87 ... cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực tạo lực rung máy thử mỏi cáp việc làm cần thiết, mang lại hiệu kinh tế - kỹ thuật xã hội NỘI DƯNG NGHIÊN cứu Từ sơ đồ hệ thống thủy lực tạo lực rung. .. lực tạo lực rung máy thử mỏi cáp trình gia tải thử mỏi sợi cáp, ta tiến hành xây dựng mô hình động lực học sau: b) Hình Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực thiết bị thử mỏi cáp a) Sơ đồ nguyên... giả thiết xây dựng mơ hình tốn động lực học hệ thống truyền động thủy lực tạo lực rung máy thử mỏi cáp: Khơng xét q trình tạo sóng đường ống thủy lực; khơng xét đến qn tính chất lỏng q trình