Luận văn thạc sĩ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh

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 KHOA CHUN MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN VĂN DỰ PGS.TS NGƠ NHƯ KHOA PHỊNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên, 06/2017 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Phạm Hà Phương Học viên: Lớp Cao học K16 Đơn vị công tác: Công ty TNHH MTV Cơ điện VLN 31 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ” Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân Các ý tưởng, thiết kế, chế tạo số liệu hoàn toàn trung thực, chưa công bố công trình khác Thái Nguyên, ngày .tháng .năm 2017 Học viên Phạm Hà Phương LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, Học viên nhận nhiều giúp đỡ từ phía nhà trường, thầy cô giáo Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện cho Học viên hồn thành chương trình học hồn thiện luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Ngô Như Khoa định hướng, theo dõi truyền đạt kiến thức để tác giả hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Đăng Hào - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái nghuyên, giúp đỡ việc lắp đặt thiết bị thực thí nghiệm cho đề tài Học viên xin chân thành cảm ơn lãnh đạo huy Công ty TNHH MTV Cơ điện VLN 31 tạo điều kiện cho Học viên học nâng cao trình độ Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung Do vậy, kính mong q thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè đóng góp để Học viên hồn thiện kiến thức ứng dụng kiến thức học vào thực tế Tác giả xin chân thành 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 loại giảm chấn 1.2 Tổng quan thiết bị CHƯƠNG 2: CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ 15 2.1 Cơ sở xác định thông số khoảng F, V X 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 tốn 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 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 mẫu giảm chấn ma sát sau .37 II Kết mối quan hệ lực chuyển dịch pistong 39 III Kết mối quan hệ lực vận tốc chuyển dịch 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 Diễn giải nội dung đầy đủ STT Kí hiệu F Lực ma sát (lực cản) pistong V Vận tốc chuyển dịch pistong Y Khoảng dịch chuyển pistong Vloadcell KF Hệ số tỷ lệ lực vận tốc Kx Hệ số tỷ lệ lực chuyển dịch pistong t Vex I Độ nhậy điện áp 10 ω Tần số dao động 18 P Công suất động 21 η Hiệu suất 22 n Tốc động vịng quay Tín hiệu điện áp cảm biến loadcell Bước vít me Điện áp kích thích Thực hiện: Phạm Hà Phương DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số khoảng dịch chuyển max lực ma sát max: 15 Bảng 2.2: Vận tốc quay máy giặt vận tốc chuyển dịch tương ứng 17 Bảng 2.3: Lựa chọn tốc độ động 21 Bảng 4.1: Kết so sánh giá trị Lực kế qua hiển thị 29 Bảng 4.2: Kết 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] Hình 2: Xi lanh giảm chấn máy giặt [2] Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo giảm xóc sau [3] Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý [3] .5 Hình 1.4: Cấu tạo giảm chấn máy giặt [2] Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý 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 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 tay a); hay sử dụng thủy lực b)[4] Hình 1.12: Hệ thống đo lường nhiệt độ, khơng khí/ nước làm mát 10 Hình 1.13: Hệ thống đo lường giảm chấn tích hợp xe tải Hình 1.14: Các hệ thống 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 2mm 12 Hình 1.17: Một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn ma sát [6] 13 Hình 1.18: Mối quan hệ lực vận tốc có dạng đồ thị sau [6] 14 Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động giảm chấn ma sát máy giặt .16 Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động thiết bị thí nghiệm 17 Hình 3.1: Động 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: Mơ 3D thiết bị 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 Lực .27 Hình 4.2 đồ thị quan hệ giá trị điện áp giá trị dịch chuyển 34 Bảng 4.2 – Kết 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 sản phẩm phục vụ nhu cầu lợi ích cho người sản phẩm ô tô, xe máy hay thiết bị gia dụng máy giặt, máy vắt… Với mục tiêu ngày nâng cao chất lượng theo tiêu độ rung động, độ ồn, nâng cao tốc độ thiết bị Hiện giới đưa vào sử dụng nhiều kết cấu có tác dụng giảm chấn như: đệm lò xo, lo xo đĩa, lò xo nhíp, lị xo cao su, lo xo khơng khí, xi lanh giảm chấn sử dụng nhiều kết cấu treo ô tô, xe máy (xem hình 1), hay giảm chấn ma sát hệ thống treo máy giặt (xem hình 2)… Chú thích: + Loại a, b: Xi lanh giảm chấn ô tô + Loại a, b: Xi lanh giảm chấn xe máy a b c d e Hình 1: Một số xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ thơng dụng [1] Hình 2: Xi lanh giảm chấn máy giặt [2] Do từ lâu xi lanh giảm chấn chế tạo sử dụng rộng rãi nên hầu hết nước, đặc biệt nước chuyên sản xuất dòng sản phẩm 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 sở tính tốn Cũng giống việc hiệu chuẩn hệ thống đo lực Việc xác định hệ số tỷ lệ Kx phép hiệu chuẩn hệ thống chuyển dịch điều cần thiết xác định sau: X = Kx.Vx (4.2.1) Trong đó: X - khoảng dịch chuyển tính theo mm pistong Vx - tín hiệu điện áp cảm biến vị trí đo pistong dịch chuyển Kx - hệ số tỷ lệ Đây giá trị cần xác định để quy đổi giá trị chuyển dịch mm pistong tương ứng với tín hiệu điện áp đo Để tìm xác định hệ số tỷ lệ Kx xác định sau: Nhìn vào đồ thị hình 4.2 ta có: Hình 4.2 đồ thị quan hệ giá trị điện áp giá trị dịch chuyển Theo nguyên tắc cảm biến đo dịch chuyển thông thường ứng với giá trị điện áp giá trị chuyển dịch, quan hệ phải đường thẳng tuyến tính hình vẽ 4.2 Do để xác định hệ số tỷ lệ Kx ta tính tốn sau: Kx = ctg  Thực hiện: Phạm Hà Phương v j  vi x j  xi (4.2.2) 4.2.2 Theo thực tế Để xác định xác hệ số tỷ lệ Kx, ta thực theo bước sau: + Bước 1: Sử dụng Thước cặp 1/50 để khống chế khoảng kích thước cảm biến vị trí ví dụ ở: 5;10; 20mm… Ở vị trí cần đo phải khóa chặt kích thước khơng cho xê dịch + Bước 2: Sử dụng phần mềm LabView để test giá trị điện áp đầu tương ứng với khoảng chuyển dịch cảm biến vị trí + Bước 3: Lập bảng kết Xác định hệ số tỷ lệ Kx (xem bảng 4.2) Bảng 4.2 – Kết hiệu chuẩn cảm biến vị trí TT Khoảng dịch chuyển X cảm biến xác định thước cặp (mm) 10 20 30 40 50 Từ bảng 4.2 ta có đồ thị sau: Thực hiện: Phạm Hà Phương Điện Áp đầu (v) 0,36 0,85 1,83 2,81 3,79 4,77 Nhìn vào đồ thị ta thấy thực tế chứng minh điện áp chuyển dịch đường thẳng tuyến tính Khi hệ số tỷ lệ để quy đổi từ giá trị điện áp (v) sang giá trị chuyển dịch (mm) cảm biến là: Thay giá trị vào công thức 4.2.1 ta được: Kx = 10,204 Kết quả: K x  10, 204 Một số hình ảnh ghi lại trình hiệu chuẩn hệ thống đo chuyển dịch xem hình đây: Thực hiện: Phạm Hà Phương CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ I Thí nghiệm mẫu giảm chấn ma sát (xem hình vẽ) Giảm chấn ký hiệu M1 Giảm chấn qua sử dụng ký hiệu M2 Thực hiện: Phạm Hà Phương Giảm chấn qua sử dụng pistong có dấu hiệu oxi hóa nhiều bề mặt ký hiệu M3 Thực hiện: Phạm Hà Phương II Kết mối quan hệ lực chuyển dịch pistong (xem hình vẽ đồ thị) 1.1 Đối với mẫu M1 thí nghiệm vận tốc 10-340mm/s 1.2 Đối với mẫu M2 thí nghiệm vận tốc 10-340mm/s Thực hiện: Phạm Hà Phương Đối với mẫu M3 2.1 Thí nghiệm vận tốc 10-340mm/s III Kết mối quan hệ lực vận tốc chuyển dịch pistong Kết thể qua bảng số liệu đồ thị sau: Bảng kết mẫu thử M1, M2, M3 TT Lực cản/mẫu (N) Vận tốc (mm/s) Ghi M1 M2 M3 0 0 10 51,683 52,777 37,517 40 85,879 73,816 53,886 70 97,665 80,824 59,305 100 105,780 85,482 64,049 130 110,102 88,787 67,593 160 113,449 90,990 70,251 190 115,581 92,640 71,969 220 114,719 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 -10 -47,528 -48,309 -38,611 -40 -77,260 -67,079 -53,688 -70 -88,191 -73,931 -60,643 -100 -96,843 -78,983 -66,025 -130 -99,517 -81,165 -69,802 -160 -103,759 -84,323 -72,592 -190 -105,270 -85,513 -74,838 -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 13 -340 -107,614 -95,045 -100,256 Đồ thị so sánh mối quan hệ lực cản vận tốc chuyển dịch Pistong mẫu khác M1, M2, M3 sau: IV Nhận xét: - Như từ kết thực nghiệm so sánh mẫu M1, M2, M3 thể phần II, III chương ta thấy: Về quan hệ lực chuyển dịch pistong: Dễ dàng nhận thầy giảm chấn ma sát cịn (mẫu M1) có đường cong khép kín ổn định giá trị vận tốc Điều thể lực ma sát trì ổn định khoảng dịch chuyển Thực hiện: Phạm Hà Phương pistong, xác định từ ban đầu ±8mm; vùng nằm khoảng dịch chuyển xác định quán tính gây ra, tốc độ cao qn tính lớn không xem kết phép đo Và thực tế mẫu giảm chấn cũ, pistong bị gỉ sét nhiều tính ổn định lại giảm rần Về quan hệ lực vận tốc chuyển dịch: Cũng tương tự quan hệ lực chuyển dịch; nhìn vào đồ thị ta thấy giá trị lực cản so sánh mẫu M1>M2>M3; Điều hệ số cản xủa Giảm chấn lớn giảm chấn cũ, pistong có tượng mòn gỉ sét gây Với nhận xét nêu chứng minh phép thử thiết bị Thực hiện: Phạm Hà Phương CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Kết đạt được: - Đã thiết kế, chế tạo thiết bị thử nghiệm phân tích đặc tính động lực học giảm chấn ma sát sử dụng 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 yêu cầu thí nghiệm - Kết thực nghiệm mẫu Giảm chấn ma sát máy giặt có mức độ chất lượng khác cho thấy việc đánh giá chất lượng Giảm chấn xác Thiết bị chế tạo sử dụng cho mục đích: - Tiến hành thí nghiệm đo đạc, kiểm tra đánh giá chất lượng giảm chấn ma sát thiết bị dân dụng Hướng phát triển: + Có thể phát triển thiết bị dạng thương mại từ sở kết thiết kế chế tạo thiết bị Yêu cầu: Có thiết bị chỉnh tiêu chuẩn * Tuy nhiên, trình thực đề tài, điều kiện hạn chế nên thiết bị chế tạo chưa giải hết vấn đề sau: 1) Thiết bị chế tạo vừa dạng prototype (nguyên mẫu), chưa thực phải thiết bị hoàn chỉnh + Kết cấu cồng kềnh tận dụng ray trượt + vít me bi có sẵn + Chưa thiết kế hồn chỉnh giao diện mang tính tiện ích chuyên nghiệp + Phần hiệu chuẩn thiết bị thực mặt thí nghiệm mang tính nguyên lý, thiết bị đo chuyện dụng có độ xác khơng cao Ví dụ đo lực lực kế, đo dịch chuyển loacell thước cặp 1/50 2) Không có thiết bị chỉnh có độ xác cao để đánh giá, xác định lại xác sai số kết đo thiết bị chế tạo Thực hiện: Phạm Hà Phương TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, 2 PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng, THs Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế khí tập 1, 2, 3 Thân Văn Cam, Sinh viên Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp - Đề tài thiết kế giảm xóc sau xe máy HALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ;Göteborg, Sweden 2009 http://www.dreamstime.com/royalty-free-stock-image-suspension-coil- springs -image9563286 https://vi.aliexpress.com/item/Best-Price-2-pcs-A-Lot-Washer-Front-LoadPart-Black-Plastic-Shell-Shock-Absorber-for/32661444206.html www.future-engine.com/inova_damper_040507.pdf https://sites.google.com/site/mytraintvo/tim-hieu-ve-cac-dac-tinh-ki-thuatchinh-trong-xe-lua-cac-ban-nhe http://www.suspa.com/us/products/dampers/range/washing-machine- dampers/products/ 10 http://servorepair.blogspot.com/2012/08/asmt04l250ak-delta-servo-servomotor.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 Thực hiện: Phạm Hà Phương PHỤ LỤC Bản vẽ kèm theo Thực hiện: Phạm Hà Phương ...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... Hà Phương Học viên: Lớp Cao học K16 Đơn vị công tác: Công ty TNHH MTV Cơ điện VLN 31 Tên đề tài: ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học xy lanh giảm... 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 thiết bị 24 CHƯƠNG 4: HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ 27