7. Các kết quả mới
3.2 Phƣơng pháp đo lực ma sát
Lực là đại lƣợng vật lý, thƣờng xác định theo định luật II newton:
69 Trong đó: ⃗ - Lực tác dụng (N);
M - khối lƣợng của vật (kg); ⃗ - gia tốc của vật (m/s2
).
Nguyên tắc đo lực là làm cân bằng lực cần đo với một lực đối kháng kết nối với hệ thống hiện thị sao cho lực tổng cộng và momen tổng của chúng bằng không. Hiện nay, thƣờng dùng cảm biến lực để xác định lực cần đo. Trong thực tế có nhiều loại cảm biến đo lực: Cảm biến áp điện, cảm biến chữ S…
Trong các cảm biến đo lực thƣờng có kết cấu trung gian chịu tác động của lực cần đo và bị biến dạng. Biến dạng của kết cấu trung gian là nguyên nhân gây ra lực đối kháng và trong giới hạn đàn hồi, biến dạng tỉ lệ với lực đối kháng.
Biến dạng và lực gây ra biến dạng có thể đo trực tiếp bằng cảm biến biến dạng, hoặc đo gián tiếp nếu một trong những tính chất điện của vật liệu kết cấu trung gian phụ thuộc vào biến dạng. Ta cũng có thể xác định một lực bằng cách cân bằng nó với một lực đã biết.
Đặc tính ma sát của XLPTKN thể hiện 2 yếu tố chính:
Lực ma sát tĩnh - Lực ma sát đƣợc xác định trong quá trình dịch chuyển ban đầu với thời gian rất ngắn.
Lực ma sát động - Lực ma sát đƣợc xác định trong quá trình làm việc ổn định. Để khảo sát chính xác đặc tính ma sát của XLPTKN trong quá trình làm việc cần lựa chọn cảm biến lực có dải đo phù hợp, độ chính xác cao dễ lắp đặt và có thời gian đáp ứng nhỏ.
Trên thực tế đo lực ma sát của XLPTKN bằng cách lắp cảm biến trực tiếp trên thân xylanh hoặc cần piston và để thuận lợi cho việc gá lắp và đo lực ma sát thực nghiệm chọn cảm biến đo lực Loadcell S- stype với 2 phƣơng án gá lắp nhƣ sau:
Phƣơng án 1: Xylanh chuyển động, piston giữ cố định; Phƣơng án 2: Xylanh giữ cố định, piston chuyển động
Phương án 1: Cảm biến chữ S một bên đƣợc kết nối với cần piston và một bên đƣợc cố
định nhƣ hình 3.1. Hình 3.1 Phương án 1 F1 F2 F3 V
70 Do mục đích thí nghiệm này khảo sát ma sát trong môi trƣờng nhiệt ẩm nên toàn bộ XLPTKN phải nằm trong môi trƣờng nhiệt ẩm. Với phƣơng án này cần piston đƣợc nối dài ra môi trƣờng bên ngoài tủ nhiệt ẩm để truyền lực, đo đó cảm biến lực đƣợc gá lắp bên ngoài không chịu ảnh hƣởng của môi trƣờng nhiệt ẩm, kết cấu thiết bị đơn giản, gọn nhẹ và kín khít. Trong phƣơng án này cần piston đƣợc giữ cố định, xylanh chuyển động.
Phương án 2: Cảm biến lực chữ S một bên đƣợc cố định, một bên kế nối với xylanh nhƣ
hình 3.2.
Hình 3.2 Phương án 2
Với phƣơng án 2 để đảm bảo đƣợc mục đích thực nghiệm, 1 phần xylanh phải bố trí ngoài tử nhiệt ẩm để gá đặt cảm biến lực. Do xylanh có kích thƣớc lớn nên thiết kế, gá lắp và kín khít cho tủ nhiệt ẩm là khó khăn. Trong phƣơng án này xylanh cố định, cần piston chuyển động.
So sánh 2 phƣơng án, chọn phƣơng án 1 để thiết kế thiết bị thực nghiệm khảo sát ma sát của XLPTKN. Khi đó, Phƣơng trình cân bằng lực của xylanh đƣợc cho bởi công thức
⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ (3.2) Trong đó: ⃗⃗⃗⃗: Lực ma sát gioăng piston với xylanh;
⃗⃗⃗⃗: Lực ma sát gioăng với cần piston;
⃗⃗⃗⃗: Lực cân bằng do biến dạng của cảm biến.
Lực ma sát trong XLPTKN là giá trị thu đƣợc từ cảm biến loadcell khi xylanh chuyển động tƣơng đối với piston. Trong trƣờng hợp này để khảo sát chính xác lực ma sát của các gioăng nói trên tác giả đã chọn vị trí, hành trình của XLPTKN để các gioăng trong vùng giảm chấn không tham gia vào quá trình nghiên cứu. Khi xylanh đi vào vùng giảm chấn do tác dụng của các gioăng giảm chấn làm xylanh chuyển động chậm lại, lực ma sát tăng, ảnh hƣởng đến kết quả đo.