Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ định lượng cho xe phun tưới nhựa đường phục vụ cho công trình giao thông

Bài viết trình bày phương pháp thiết kế chế tạo bộ đo lường lượng chất lỏng rơi xuống mặt đường cho xe phun tưới nhựa đường phục vụ việc thi công công trình giao thông đường bộ. Bộ định lượng được xây dựng trên định luật Bernoulli về lưu lượng dòng chảy của chất lỏng, trên cơ sở tính toán được lưu lượng của chất lỏng kết hợp với vận tốc di chuyển hiện tại của xe sẽ tính toán ra được lượng rơi của chất lỏng trên một đơn vị diện tích.

Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐỊNH LƯỢNG CHO XE PHUN TƯỚI NHỰA ĐƯỜNG PHỤC VỤ CHO CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Lê Văn Phúc* Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp thiết kế chế tạo đo lường lượng chất lỏng rơi xuống mặt đường cho xe phun tưới nhựa đường phục vụ việc thi cơng cơng trình giao thơng đường Bộ định lượng xây dựng định luật Bernoulli lưu lượng dòng chảy chất lỏng, sở tính tốn lưu lượng chất lỏng kết hợp với vận tốc di chuyển xe tính tốn lượng rơi chất lỏng đơn vị diện tích Từ khóa: Cơng trình giao thông; Bộ định lượng; Xe phun tưới nhựa đường ĐẶT VẤN ĐỀ Xe tưới nhựa đường loại xe đặc dụng cho việc thi cơng cơng trình cầu đường, sử dụng để phun tưới nhựa đường, nhũ tương, chất phụ gia phun lên mặt đường để tạo nên liên kết đá cát sỏi tạo bề mặt thi công Xe phun tưới nhựa đường dùng áp suất cao nhiệt độ cao để làm lỏng hỗn hợp nhựa đường cần phun xuống bề mặt cần liên kết, tạo liên kết cho lớp đá sỏi trải đường Hình Xe tưới nhựa đường phục vụ thi công đường Để trải thảm nhũ tương mặt đường cho vị trí mặt đường cần phải có lượng nhũ tương rơi việc đầu phun xe phải phun nhựa đường dạng sương mù cần phải phối hợp vận tốc di chuyển xe lượng nhựa đường thoát đầu phun Do trình phun nhựa đường thường gia nhiệt nhiệt độ 80∘C đến 110∘C áp suất bồn chứa nhựa đường thường nén từ đến bar Nên để đo lưu lượng nhựa đường Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 227 Đo lường & Tin học chảy qua đầu phun yêu cầu cảm biến đo lưu lượng phải làm việc nhiệt độ áp suất Các cảm biến đo lưu lượng thường sử dụng thị trường thường loại sau: Các cảm biến đo lưu lượng dạng cánh quạt có đặc điểm chịu nhiệt kém, chịu áp suất cao Cánh cảm biến không quay lần sử dụng sử dụng xong, nhựa đường nguội biến thành keo bán vào trục quay cảm biến Cảm biến siêu âm cảm biến laze cảm biến hoạt động mơi trường nhiệt độ cao, áp suất lớn Nhưng sử dụng xong nhựa đường đông đặc bám vào phần đầu đo laze, siêu âm làm cho phép đo xác lần đo Mặt khác cảm biến có giá thành cao, khó triển khai thực tiễn đưa vào lắp đặt cho xe Do vấn đề vậy, tác giả đề xuất xây dựng đo lưu lượng nhựa đường giải vấn đề đặt làm việc nhiệt độ áp suất cao sử dụng nhiều lần, có giá thành phù hợp đưa vào sản xuất XÂY DỰNG NGUYÊN LÝ BỘ ĐỊNH LƯỢNG Chúng ta biết theo định luật Becnuli lưu lượng chất lỏng định nghĩa biểu thức: A = V*S (1) A: Là lưu lượng chất lỏng (m /s) V: tốc độ dòng chảy chất lỏng (m/s) S: Tiết diện dòng chảy (m2) Hình Mơ hình bình chứa chất lỏng xe tưới nhũ tương Và theo định luật Becnuli [1] [2] biết dòng chảy ổn định dạng lượng dọc theo đường dòng điểm đường dòng Tổng áp suất tĩnh áp suất động điểm không đổi: 1 V12  gh1  P1  V22  gh2  P2 (2) 2 228 Lê Văn Phúc, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo định lượng … cho cơng trình giao thơng.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ V1, V2: vận tốc dòng chất lỏng bồn chứa miệng thoát chất lỏng ρ: khối lượng riêng chất lỏng h1, h2: độ cao chất lỏng bồn chứa độ cao miệng thoát chất lỏng P1, P2: áp suất chất lỏng bồn chứa miệng thoát (bằng áp suất khí quyển) Thực tế thấy vận tốc dòng chảy chất lỏng bồn chứa nhỏ coi xấp xỉ Do cơng thức (2) viết lại bằng: V22  ( P1  P2 )  g (h1  h2 ) (3) V22  P  g (h1  h2 ) (4) Do áp suất bồn nén cao so với áp suất gây cột chất lỏng tĩnh ΔP >> ρg(h1 – h2) Như tốc độ dòng chảy V2 diện tích S2 xác định công thức: 2P V2  (5)  Thay vào công thức (1) tính lưu lượng chất lỏng vị trí miệng đầu phun S2: 2P A  S2 * (6)  Để xác định lượng rơi chất lỏng đơn vị diện tích, sử dụng cơng thức: A Lr  vL S 2P Lr  * (7) v  P v Lr : Lượng rơi chất lỏng đơn vị m2 (lít / m2) A : Lưu lượng chất lỏng (lít/s) v : Vận tốc di chuyển xe tưới(m/s) L : Chiều dài vệt chất lỏng theo chiều ngang (m) S : Là số phụ thuộc vào thiết kế xe tưới chất lỏng sử k 2* dụng để phun tưới L  Lr  k * Kết luận: Để xây dựng định lượng cho xe tưới nhũ tương từ công thức phải xác định tham số đầu vào cho định lượng sau: - Xác định diện tích mặt cắt chất lỏng S2; - Xác định chiều dài vệt chất lỏng theo chiều ngang đường L; - Xác định áp suất chênh lệch bồn chứa áp suất khí quyển; - Xác định khối lượng riêng chất lỏng ρ xác định vận tốc di chuyển xe tưới Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 229 Đo lường & Tin học THIẾT KẾ BỘ ĐỊNH LƯỢNG CHO XE PHUN NHỰA ĐƯỜNG 3.1 Xây dựng sơ đồ khối cho thiết bị đo Căn vào kết luận mục 2, định lượng có cấu trúc sau: Hình Sơ đồ cấu trúc định lượng Bộ xử lý trung tâm tiến hành đo vận tốc xe, đo áp suất bồn chứa kết hợp với tham số nhập vào từ bàn phím chiều dài vệt phun, tổng tiết diện lỗ thoát chất lỏng, khối lượng riêng chất lỏng 3.2 Thiết kế phần cứng định lượng Hình Sơ đồ nguyên lý định lượng 230 Lê Văn Phúc, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo định lượng … cho cơng trình giao thơng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Khối xử lý trung tâm thiết kế chế tạo vi điều khiển Pic18F45K20 Tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe gắn trục truyền động xe Tín hiệu cảm biến dạng xung vuông, Mỗi xung tương ứng với vòng quay bánh xe, đưa đến chân số 16, 17 chip Pic18F45K20 [3] Hai chân vi điều khiển chân CCP1 CCP2 có chức so sánh sườn lên sườn xuống xung từ cảm biển vận tốc để xác định độ rộng xung, từ độ rộng xung cảm biến vận tốc tính vận tốc xe tưới nhũ tương Áp suất bồn chứa chất lỏng xe phun tưới nhựa đường qua ống ống dẫn khí đưa vào cảm biến áp suất Tín hiệu cảm biến áp suất trả điều khiển trung tâm tín hiệu analog, tín hiệu qua lọc thông thấp RC để loại bỏ thành phần nhiễu tần số cao, sau đưa vào chân số chip Pic18F45K20 Tín hiệu analog số hóa sang tín hiệu số chuyển đổi ADC vi điều khiển PIC18F45K20 Căn vào giá trị ADC xác định áp suất bồn chứa Để hiển thị tham số cần hiển thị định lượng sơ đồ nguyên lý hiển thị thiết kế hình đây: Hình Sơ đồ nguyên lý hình hiển thị Sơ đồ sơ đồ nguyên lý hình hiển thị tham số định lượng Màn hình hiển thị cấu tạo led IC ghi dịch 74HC595 Khi có liệu cần hiển thị Khối xử lý trung tâm xuất liệu gửi lên hình Trên hình hiển thị Lượng phun đặt Lđ lượng chất lỏng yêu cầu cần rơi đơn vị m2, vận tốc đặt Vđ vận tốc yêu cầu cho lái xe để điều khiển xe theo vận tốc để đạt lượng phun Lđ Vận tốc thực Vt là vận tốc xe di chuyển, Lt lượng phun thực xe ứng với vận tốc Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 231 Đo lường & Tin học xe Ngồi hình hiển thị áp suất bồn chứa chất lỏng 3.3 Xây dựng thuật toán cho định lượng Start Nhập tham số L, ρ, S Nhập lượng phun đặt Khởi tạo timer Ngắt timer? Đọc ADC Đọc giá trị vận tốc Tính tốn lượng phun thực Kết thúc Hình Lưu đồ thuật tốn định lượng 3.4 Kết thực nghiệm định lượng thử nghiệm thực tế Bộ định lượng lắp đặt gắn cabin xe phun tưới nhựa đường, kết nối đầu trích áp suất bồn chứa, kết nối với cảm biến tốc độ xe Trên sở lượng chất lỏng yêu cầu rơi đơn vị diện tích, áp suất bồn chứa xe, định lượng tính tốn tốc độ cần di chuyển xe để đạt lượng phun thực sát với lượng phun yêu cầu Dưới bảng kết thử nghiệm định lượng thực tế 232 Lê Văn Phúc, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo định lượng … cho cơng trình giao thơng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Bảng Kết thử nghiệm định lượng thực tế STT Lượng phun đặt (gam/m2) Lượng phun thực(gam/m2) Sai số 200 203 +3 200 198 -2 200 202 +2 200 199 -1 Từ kết thấy sai số lượng phun thực lượng phun đặt sai số nhỏ ±5g/m2 Kết sai số chấp nhận thực tế thi cơng cơng trình giao thơng đường KẾT LUẬN Bài báo trình bày cách thức xây dựng phương pháp đo lưu lượng chất lỏng rơi xuống bề mặt phẳng thông qua phương pháp đo gián tiếp cách xác định tham số xe phun tưới vận tốc xe, áp suất bồn chứa chất lỏng, tiết diện miệng phun chất lỏng, chiều dài vệt chất lỏng đường, khối lượng riêng chất lỏng Kết báo sở để thiết kế chế tạo đo lường định lượng lắp đặt cho xe phun tưới nhũ tương nhựa đường cho cơng trình giao thơng thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ruqiong Qina, Chunyi Duan, “The principle and applications of Bernoulli equation,” Journal of Physics Conference Series, số 916 (2017), tr 1-6 [2] Hoàng Đức Quỳnh, Nguyễn Doãn Phước, Nguyễn Quang Hùng, “Thiết kế điều khiển dự báo cho đối tượng van công nghiệp”, Tạp chí nghiên cứu KH&CN Quân sự/ Viện KH&CN Quân sự, Đặc san TĐH (4/2014) ISSN: 1859-1043 [3] Microchip, “DS40001303H”, PIC18F2XK20/4XK20, Data sheet, tr 100 – 144 ABSTRACT RESEARCH FOR DESIGNING THE MEASURES FOR ASPHALT WATER TRUCK SERVICE CONSTRUCTION OF TRAFFIC WORKS The paper presents the method of designing and manufacturing the measure of the amount of liquid falling on the road for asphalt sprinklers for the construction of road traffic works The quantitative set is based on Bernoulli's law of fluid flow, on the basis of calculating the flow of liquid in combination with the current movement speed of the vehicle, it calculates the amount of drop liquid per unit area Keywords: Asphalt water truck; Asphalt sprinklers Nhận ngày 21 tháng 01 năm 2019 Hoàn thiện ngày 28 tháng 02 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng năm 2019 Địa chỉ: Viện Tự động hóa KTQS / Viện KH-CNQS * Email : levanphuccapiti@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 233 ... riêng chất lỏng 3.2 Thiết kế phần cứng định lượng Hình Sơ đồ nguyên lý định lượng 230 Lê Văn Phúc, Nghiên cứu thiết kế chế tạo định lượng … cho công trình giao thơng.” Nghiên cứu khoa học cơng... Dưới bảng kết thử nghiệm định lượng thực tế 232 Lê Văn Phúc, Nghiên cứu thiết kế chế tạo định lượng … cho cơng trình giao thơng.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Bảng Kết thử nghiệm định lượng thực... tốc Tính tốn lượng phun thực Kết thúc Hình Lưu đồ thuật toán định lượng 3.4 Kết thực nghiệm định lượng thử nghiệm thực tế Bộ định lượng lắp đặt gắn cabin xe phun tưới nhựa đường, kết nối đầu trích