Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ tin cậy và chính xác của thiết bị hiệu chuẩn đầu đo mô men xoắn 1000 nm, đạt sai số (0,1 0,05)%

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

B GIÁO D C VÀ ðÀO T O TRƯƠNG ð I H C NÔNG NGHI P HÀ N I - T TH THUÝ NGHIÊN C U GI I PHÁP NÂNG CAO ð TIN C Y VÀ CHÍNH XÁC C A THI T B HI U CHU N ð U ðO MÔ MEN XO N 1000 Nm, ð T SAI S ( 0,1 – 0,05 )% LU N VĂN TH C SĨ K THU T Chun ngành: ði n khí hố s n xu t nông nghi p nông thôn Mã s : 60.52.15 Hư ng d n khoa h c: PGS – TS Tr n M nh Hùng Hà N i – 2010 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t i L I CAM ðOAN Tơi xin cam đoan lu n văn c a riêng Các s li u, k t qu nêu lu n văn trung th c, xác Tơi xin cam đoan r ng thơng tin trích d n lu n văn đ u ñã ñư c ghi rõ ngu n g c Hà n i, ngày tháng năm 2010 H c viên T Th Thuý Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ii L I C M ƠN Sau năm h c t p nghiên c u t i trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i, ñã hoàn thành lu n văn th c sĩ k thu t v i ñ tài: "NGHIÊN C U GI I PHÁP NÂNG CAO ð TIN C Y VÀ CHÍNH XÁC C A THI T B HI U CHU N ð U ðO MÔ MEN XO N 1000 Nm, ð T SAI S ( 0,1 – 0,05 )%” Tôi xin trân thành c m ơn B môn ði n K Thu t - Khoa Cơ ði n, Vi n Sau ñ i h c - Trư ng ð i h c Nơng Nghi p Hà N i t o m i ñi u ki n thu n l i cho tơi q trình h c t p nghiên c u Tôi xin trân thành c m ơn Th y giáo, giáo t n tình gi ng d y, hư ng d n, truy n ñ t nh ng kinh nghi m, ñóng góp cho tơi nhi u ý ki n q báu đ tơi hồn thành b n lu n văn Tơi xin đư c bày t lịng kính tr ng bi t ơn sâu s c t i Th y giáo PGS - TS Tr n M nh Hùng - Vi n Cơ n Nơng Nghi p cơng ngh sau thu ho ch, t n tình hư ng d n, đóng góp ý ki n q báu, giúp đ tơi vư t qua nh ng khó khăn q trình nghiên c u đ hồn ch nh lu n văn Tơi xin đư c bày t lịng bi t ơn ñ n Ban giám hi u lãnh ñ o Trư ng Trung c p Giao thông v n t i Mi n B c - nơi cơng tác t o m i u ki n thu n l i nh t đ tơi hồn thành nhi m v h c t p nghiên c u Tơi xin đư c c m ơn b n bè, đ ng nghi p, gia đình ngư i thân đ ng viên khích l tơi q trình h c t p hồn thành lu n văn Hà n i, ngày tháng năm 2010 H c viên T Th Thuý Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t iii M CL C Trang L i cam ñoan L i c m ơn M cl c Danh m c ch vi t t t kí hi u Danh m c b ng Danh m c hình v , đ th M ð U I- Tính c p thi t c a ñ tài II- M c tiêu c a ñ tài III- Ý nghĩa khoa h c th c ti n c a lu n văn 10 CHƯƠNG 1: T NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C U NG D NG THI T B HI U CHU N ð U ðO MÔ MEN XO N TRONG LĨNH V C CƠ ðI N 11 1.1 Khái qt chung 11 1.1.1 Cơng ngh đo mơ men xo n 11 1.1.2 12 ng d ng ñ u ño mơ men xo n lĩnh v c n 1.1.3 S c n thi t ph i hi u chu n đ u đo mơ men xo n 13 1.1.4 Thi t b hi u chu n ñ u đo mơ men xo n 15 1.2 Tình hình nghiên c u ng d ng cơng ngh đo mơ men xo n nư c Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t iv 16 1.3 Tình hình nghiên c u ng d ng nư c 18 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP, N I DUNG VÀ PHƯƠNG TI N NGHIÊN C U 19 2.1 Phương pháp nghiên c u 19 2.2 N i dung nghiên c u 20 2.3 Phương ti n nghiên c u 20 CHƯƠNG 3:CƠ S KHOA H C VÀ TH C TI N ð HOÀN THI N H TH NG THI T B HI U CHU N ð U ðO MÔ MEN XO N 21 3.1.Khái quát chung 21 3.1.1 ð u đo mơmen xo n 21 3.1.2.Thi t b ño lư ng ñi n t h p b 22 3.1.3.Thi t b gây t i hi u chu n đ u đo mơmen xo n ñ c trưng 3.2 ng d ng ph n m m Solid works 2009 thi t k hoàn thi n cánh tay địn hi u chu n 25 32 3.2.1 ð c ñi m c a ph n m m Solid works 32 3.2.2 S d ng COSMOS WORKS 2009 mơ ph ng tính tốn 34 CHƯƠNG 4:GI I PHÁP NÂNG CAO ð TIN C Y VÀ CHÍNH XÁC C A THI T B HI U CHU N ð U ðO MÔ MEN XO N 1000 Nm, 40 ð T SAI S (0,1 – 0,05)% 4.1 Hi n tr ng thi t b hi u chu n ñ u đo mơ men xo n hi n có (1000 Nm, sai s 0,2%) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t v 40 4.1.1 Nguyên lý hi u chu n ñ u ño mơmen xo n 43 4.1.2 D i đo c p xác c a thi t b 45 4.1.3 C p cánh tay địn-qu cân 46 4.1.4 48 đ kh u n tr c truy n mômen xo n 4.1.5 Cơ c u liên k t c ñ nh ñ u ño v i tr c truy n mơmen xo n 49 4.1.6 Thi t b đo lư ng ñi n t h p b 50 4.1.7 Ph n khí c a h th ng đo 53 4.1.8 S li u th c nghi m 55 4.2 Gi i pháp nâng c p 56 CHƯƠNG 5: ðÁNH GIÁ HI U QU NÂNG C P THI T B HI U CHU N ð U ðO MÔ MEN XO N 1000 Nm 59 5.1 ðánh giá hi u qu nâng c p 59 5.2 ð xác c a h th ng thi t b hi u chu n 62 K T LU N VÀ KI N NGH 66 TÀI LI U THAM KH O 67 PH L C 68 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t vi DANH M C CÁC CH VI T T T VÀ KÍ HI U AC: Ngu n ñi n xoay chi u DC: Ngu n n m t chi u ðKðBð: ð khơng đ m b o đo PNT: Phịng thí nghi m KHCN: Khoa h c công ngh TCVN: Tiêu chu n Vi t Nam Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t vii DANH M C CÁC B NG B ng 3.1- Ví d v d u hi u m t s cách phân lo i đ u đo mơmen xo n B ng 4.1- Thơng s k thu t c a h th ng thi t b hi u chu n B ng 4.2- S li u th c nghi m th kh ch u t i xác ñ nh mômen ma sát B ng 4.3- S li u th c nghi m đ u đo mơmen xo n thi t b hi u chu n B ng 4.4- So sánh thông s b n c a v t li u Inox Nhôm Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t viii DANH M C CÁC HÌNH V , ð Hình 1.1- C u đo n tr TH ng su t Hình 1.2- ð u đo mơmen xo n ki u truy n tín hi u khơng ti p xúc Hình 1.3- ng d ng đ u ño mô men xo n b th công su t Hình 1.4 - Máy đào rãnh tr ng mía Hình 1.5- Máy g t đ p liên h p Hình 1.6- Máy phay đ t Hình 1.7- Ngun lý t o t i mô men xo n chu n Hình 1.8- Thi t b hi u chu n đ u đo mơ men xo n đơn gi n Hình 1.9- Thi t b hi u chu n ñ u đo l c/mơ men ki u cánh tay địn-kh i lư ng chu n tĩnh Hình 1.10- Thi t b hi u chu n đ u đo mơ men xo n c a M Hình 1.11-H th ng hi u chu n ñ u ño momen xo n 20 kNm c a HBM (ð c) Hình 1.12- H th ng hi u chu n đ u đo mơmen xo n c a Anh qu c kNm, ñ KðBð 10-5 Hình 1.13- Thi t b hi u chu n đ u ño momen xo n c a Vibrometer (Th y sĩ) Hình 1.14 - Hình dáng cánh tay địn k t c u thi t b hi u chu n đ u đo mơmen xo n c a Hãng Norbar (Anh Qu c) Hình 1.15 - Khung hi u chu n l c mô men c a Vi n Cơ n nơng nghi p Hình 1.16 - M t s đ u đo mơ men xo n Vi n n nơng nghi p thi t k ch t o Hình 1.17- Sơ đ c u trúc khí thi t b hi u chu n đ u đo mơmen xo n 1000Nm, sai s 0,2% Hình 3.1- Sơ đ d n su t chu n mômen xo n t chu n qu c gia/qu c t v ñ dài kh i lư ng Hình 3.2- H p b thi t b đo ñ u ño mômen xo n Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t ix Hình 3.3- Phân lo i đ u đo mơmen xo n theo đ c m ng d ng Hình 3.4- C u trúc đ u đo mơ men xo n c u ñi n tr ng su t ch i qt Hình 3.5- C u trúc đ u đo mơ men xo n ki u v trí góc so l ch c m ng Hình 3.6- Minh h a liên k t khí gi a đ u đo mơ men xo n v i tr c truy n d n ñ ng, s d ng Hình 3.7- Sơ đ ngun lý đ u đo mơmen xo n h p b c u ñi n tr ng su t truy n tín hi u đo khơng ti p xúc Hình 3.8- Minh h a k t n i h th ng thi t b ño ñi n t - đ u đo mơmen xo n h p b v i máy tính Hình 3.9- Sơ đ kh i nguyên lý 01 kênh ño thi t b ño v n MGC Plus c a hãng HBM(ð c) Hình 3.10- Sơ đ ngun lý hi u chu n đ u đo mơ men xo n b ng cánh tay địn qu cân chu n Hình 3.11- H th ng hi u chu n ñ u ño mô men xo n l n nh t th gi i 2MNm, đ khơng đ m b o đo 0,1% Hình 3.12- K t c u cánh tay địn chu n có cung trịn đ u mút v i c u treo q a cân b ng dây Hình 3.13- Sai s truy n mơmen xo n tr c đàn h i Hình 3.14- S d ng c u truy n ñăng ñ gi m sai s u n tr c truy n mô men Hình 3.15- M t s ki u liên k t đ u đo mơmen xo n thơng d ng Hình 4.1- Thi t b hi u chu n đ u đo mơmen xo n 1000 Nm, sai s 0,2% Hình 4.2- Kh o sát đ chuy n v m đ t l c cánh tay địn chu n (1000mm x 130mm x 16mm) theo phương X v i m c t i 2000Nm Hình 4.3- Kh o sát ñ chuy n v ñi m ñ t l c cánh tay địn chu n (1000mm x 130mm x 16mm) theo phương X v i m c t i 2000Nm Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t x Áp d ng cơng th c tính (5.1) (5.2) c th cho h th ng thi t b hi u chu n, v i: ð KðBð c a thi t b ño ñi n t MGC Plus ULH1 = UðT ≤ 2,5.10-4 ð KðBð thành ph n khí ULH2 = UCK, bao g m thành ph n sau: ULH2= [(UTð)2 + (UQC)2 +(UMS)2+ (ULN)2 +(UG)2+(UNð)2+(UU)2] 1/2 (5.3) đó: ULH2- đ KðBð thành ph n khí (UCK); UTð - đ KðBð cánh tay địn chu n (≤ 6,25.10-5); UQC - ñ KðBð qu cân chu n chu n (≤ 10-4); UMS - đ KðBð mơmen ma sát (≤ 10-5); ULN - ñ KðBð l c nâng (≤ 10-4); UG - ñ KðBð gia t c tr ng trư ng (≤ 10-4); UNð - ñ KðBð dãn n cánh tay địn nhi t đ (≤ 0,5.10-4); Uu - ñ KðBð u n (≤ 0,6.10-5); Thay giá tr s gi i h n ñ KðBð vào cơng th c (5.3), ta tính đư c: ULH2 = UCK = 0,00082 V y, ñ KðBð c a toàn b h th ng thi t b là: ULH = [(UðT)2 + (UCK)2] 1/2 = [(0,00025)2 + (0,00092)2]1/2 = 0,00086 = 0,86 10-3 Ta th y, ñ KðBð thành ph n khí có vai trị quy t ñ nh sai s c a thi t b hi u chu n đ u đo mơmen men xo n V i UCK ≈ 0,082% có th đ t đư c c p xác t t nh t x p x 0,086%, th a mãn yêu c u sai s ñã ñ t b ng (0,1 - 0,05)% Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 70 K T LU N VÀ KI N NGH I K t lu n T k t qu nghiên c u lý lu n phân tích trên, có th rút m t s k t lu n sau: Nh thành t u lĩnh v c ño lư ng hi u chu n, k thu t ñ u ño bi n d ng, l c/mômen xo n (strain gauge), - ñi n t , tin h c h vi x lý, máy tính, lơgic kh trình… nư c phát tri n nghiên c u ng d ng thương m i hoá chào bán h th ng thi t b hi u chu n đ u đo mơmen xo n có d i đo đ n 1MNm, đ t c p xác 0,05% b ng ngun lý cánh tay địn-qu cân chu n Riêng thi t b ño c u ñi n tr ng su t - đ t đ xác t i 0,0005% Năm 1998, Phịng thí nghi m Cơ ñi n - Vi n Cơ ñi n Nông Nghi p công ngh sau thu ho ch ñư c T ng c c Tiêu chu n ðo lư ng Ch t lư ng đánh giá cơng nh n ñ t chu n m c qu c gia, mang mã s VILAS019 – m t nh ng phịng thí nghi m thu c H th ng phịng thí nghi m qu c gia có l c hi u chu n đ u đo mơmen xo n Năm 2007, VILAS 019 ñã nghiên c u thi t k , ch t o “Thi t b hi u chu n đ u đo mơ men xo n 1000 Nm, sai s 0,2%” Thi t b ñã ñáp ng ñư c ph n l n nhu c u ño lư ng hi n t i c a Vi n Tuy nhiên ñ tăng cư ng l c ño lư ng cho thi t b hi u chu n đ u đo mơmen xo n hi n có c a Phịng thí nghi m Cơ n VILAS 019, nh m ph c v t t cho vi c nghiên c u tri n khai khoa h c cơng ngh , đào t o ñ i h c, s n xu t qu n lý ch t lư ng s n ph m th i kỳ h i nh p kinh t khu v c toàn c u Vi c: "Nghiên c u gi i pháp nâng cao ñ tin Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 71 c y xác c a thi t b hi u chu n ñ u đo mơ men xo n 1000 Nm, đ t sai s ( 0,1 - 0,05 )% " vi c làm c n thi t có ý nghĩa khoa h c th c ti n Lu n văn ñã ñ xu t gi i pháp nâng cao đ tin c y xác c a h th ng thi t b hi u chu n b ng cách k t h p l a ch n thi t b ño/hi u chu n ñi n t nh p ngo i, nghiên c u gi i pháp nâng cao đ tin c y xác c a h th ng gây t i mô men, sai s gi m xu ng cịn 0,086% có th hi u chu n lo i ñ u ño mơ men xo n có sai s c (0,25 – 0,5)% Ki m tra, ñánh giá, kh o sát b ng ph n m m chuyên d ng nh n th y ch tiêu đ dài cánh tay địn, kh ch u t i, mơmen ma sát ch tiêu khác liên quan ñ u ñ t yêu c u c a ñ tài ñã ñ t v i d i ño 1000Nm, sai s kho ng 0,08% II Ki n ngh Các quan qu n lý c p t o u ki n cho cơng tác tri n khai hoàn thi n h th ng thi t b hi u chu n đ u đo mơ men xo n 1000 Nm hi n có t i phịng thí nghi m VILAS 019 – Vi n Cơ ñi n Nơng Nghi p Hà N i, đ có th đáp ng t t yêu c u s n xu t, thúc ñ y c i ti n, qu n lý ch t lư ng s n ph m ngành Cơ ñi n hi n t i tương lai Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 72 TÀI LI U THAM KH O A Sawla & D Peschel Traceability in Torque Measurement About the influences on the calibration results obtained on calibration systems with supported or unsupported beams (Diedert Peschel) D Peschel Torque lab PTB, Germany www.ptb.de Angelov G E cs C m nang lăn (vòng bi) NXB K thu t Sôphia, 1968 (Ti ng Bungari) Guide to the Expression of uncertainty in measurement BIPM, IEC, ISO… 1995 Calibration machine Model 21511 Operators handbook Norbar unsupported Calibration beam Operatiors handbook www.Norbar.com D Peschel The world’s largest facility for torque Calibration Metrology PTB New 04.3 Evolution and Future of Torque Measurement Technology by Dr Wilfried Krimmel* www.Lorenz Messtechnik GmbH HBM Product Catalogue, (2002) Complete measurement solution from sensor to software www HBM.com L Marks #, B Greensmith #, R Sangster * & F A Davis DESIGN OF THE Frame-UKtorque Calibration Frame for The UK Torque Calibration Machine National Physical Laboratory, Teddington, Middlesex, England Metrology Torque Laboratories Edison ESI www.edisonsi.com 10 Petrova N.P., S.I.Nicolaeva Chi ti t máy M ctư khoa 1968 (Ti ng Nga) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 73 11 Shushkevich B.A Osnovưi electro-tenzometri Izdatelstvo Vuwisshaia Shkola Minsk 1975 (Ti ng Nga) 12 Sushma Industries Calibration Center www Sushma Industries.com 13 Torque Standard Machine kN·m with beam - dead weight P.O.B 22, FI-801 Lahti, Finland Mikko Mäntylä: + 358 829 4235, mikko.mantyla@rauteprecision.fi 14 User guide TQ504 Torque Transducer Omega.com 15 UK Manufaturer expands Calibration Laboratory www.Norbar.com 16 Vưisostki A A Dinamometritovanie selskokhoziaistvennưikh mashin Izdatelstvo Mashinostroenenie Moskva, 1968 (Ti ng Nga) 17 TCVN 6812 : 2001 ðo momen xo n xác đ nh cơng su t tr c truy n ñ ng quay b ng k thu t ñi n tr ng su t 18 TCVN 6815 : 2001 Hi u chu n ñ u ño l c, ñ u ño momen xo n ki u c u ñi n tr ng su t 19 Bách khoa tồn thư m Wikipedia 20 T p chí Phát tri n Khoa h c Công ngh /Journal of Science and Technology Development ISSN: 1859-0128 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 74 PH L C A-Ki m tra ñ chuy n v , bi n d ng, ng su t b ng ph n m m COSMOSDesigner 4.0 ñ i v i cánh tay địn đơn b ng thép Inox SUS 304 c a thi t b hi u chu n đ u đo mơ men xo n 1000 Nm, sai s 0,2% Hình 4.2-Kh o sát đ chuy n v m đ t l c cánh tay địn chu n (1000mm x 130mm x 16mm) theo phương X v i m c t i 2000Nm Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 75 Hình 4.3-Kh o sát đ chuy n v m đ t l c cánh tay địn chu n (1000mm x 130mm x 16mm) theo phương X v i m c t i 2000Nm Hình 4.4-Kh o sát ñ chuy n v ñ u mút cánh tay ñòn chu n (1000mm x 130mm x 16mm) theo phương Y v i m c t i 2000Nm Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 76 Hình 4.5-Kh o sát phân b s c căng cánh tay địn chu n (1000mm x 130mm x 16mm) v i m c t i 2000Nm Hình 4.6-Kh o sát phân b ng su t cánh tay địn chu n (1000mm x 130mm x 16mm) v i m c t i 2000Nm Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 77 B-ð C TÍNH K THU T CHÍNH C A H THI T B ðO LƯ NG ðI N T System devices MGCsplit 1-NT650/1-NT651 power packs Input voltage range, nominal VDC VDC 10 … 50 12, 24 and 42 (suitable for all common automotive vehicle electrical systems) Output voltage VDC 28 ± 2% Max continuous output current A 3,5 Max number of connectable MGCsplit modules - 10 (e.g 1x SH400CP, 9x SH400 or SH650; one module less, if an ABX22 is connected) Ride-through start-up Intrusion at > 8.5V NT650 only: Intrusion at < 8.5V s (ride-through times without measurement system failure) unlimited 10 Voltage discontinuity NT650: NT651: s s ms ms Start from standby mode Power consumption at standby mode W (typical ride-through times without measurement system failure) 10 at full load (100 W) 60 at a load of 1x SH400CP42+ 2x SH650 15 at full load (100 W) 50 at a load of 1x SH400CP42+ 2x SH650 Via CAN message and digital control signal