CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MA SÁT TRONG XYLANH - PISTON KHÍ NÉN
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MA SÁT TRONG XYLANH – PISTON KHÍ NÉN
3.4 Quy hoạch và tổ chức thực nghiệm
3.4.1 Xác định các thông số thực nghiệm
Trong thực nghiệm của nghiên cứu, số biến đầu vào đặc trƣng cho khí hậu nhiệt đới Việt Nam là nhiệt độ, độ ẩm tương đối; Hàm mục tiêu đầu ra là lực ma sát được thể hiện ở các tốc độ dịch chuyển khác nhau. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm (QHTN) toàn phần dạng 2k theo [6,7] cho từng tốc độ khảo sát.
Để kiểm tra tính có nghĩa của các hệ số trong hàm hồi quy, cần làm các thí nghiệm song song tại tâm quy hoạch.
Các thí nghiệm theo quy hoạch (2k+1) được thực hiện trong trường hợp áp suất 2 buồng bằng áp suất khí quyển và không bôi trơn cần piston. Một thí nghiệm ở tâm có áp suất cấp cho buồng xylanh công tác được tiến hành để so sánh ảnh hưởng của môi trường khi có áp suất và không áp suất nhằm xác định hệ số
Nhƣ vậy, với số biến đầu vào K =2 số thí nghiệm là N0 = 22+1+1 = 6. Trong đó 5 thí nghiệm được quy hoạch để tìm hàm hồi quy lực ma sát theo môi trường nhiệt ẩm, 1 thí nghiệm còn lại để tìm hệ số giữa có áp suất và không áp suất
Lực ma sát được xác định theo 2 thông số ảnh hưởng chính nhiệt độ và độ ẩm tương đối ở từng tốc độ dịch chuyển là hàm hồi quy có dạng nhƣ sau:
0 1. 2. 12 .
F b b T b RH b T RH
ms (3.3) Trong đó:
b0, b1,b2,b12: Hệ số hàm hồi quy thực nghiệm;
T: Nhiệt độ môi trường;
RH: Độ ẩm tương đối của môi trường
Fms: Lực ma sát (lực ma sát tĩnh và lực ma sát động)
Sau khi tìm ra hàm hồi quy cần kiểm tra mức có nghĩa của các hệ số theo tiêu chuẩn Student để loại bỏ những hệ số không có nghĩa. Kiểm tra tính tương hợp của phương trình với thực nghiệm. Nếu phương trình không tương hợp tiến hành hồi quy bậc 2.
Thông số thí nghiệm
Nhiệt độ: 15 (0C) – 50 (0C) Tmin = 15(0C)
T0 = 32.5(0C) = 1/2.(Tmax + Tmin ) Tmax = 50(0C)
Độ ẩm tương đối: 51% -99%
RHmin = 51 (%)
82 RH0 = 75(%)= 1/2.(RHmax + RHmin )
RHmax = 99 (%)
Mã hóa các biến T, RH, được 2 biến mới X1, X2 tương ứng bảng sau:
Bảng 3.2 Mã hóa biến thực nghiệm
STT Biến nhiệt độ Biến độ ẩm tương đối
Biến thực Mã hóa Biến thực Mã hóa
T(0C) x1 RH(%) x2
1 Tmin = 15 -1 RHmin = 51 -1
2 T0 = 32.5 0 RH0 = 75 0
3 Tmax = 50 +1 RHmax = 99 +1
Sau khi xử lý số liệu xây dựng đƣợc hàm hồi quy có dạng:
0 1 1 2 2 12 1 2
y bˆ b x b x b x x
Kiểm tra và loại bỏ những hệ số không có nghĩa cho phương trình hàm hồi quy theo biến mã hóa. Kiểm tra tính tương hợp của phương trình theo tiêu chuẩn Fisher. Thay biến thực vào phương trình hồi quy tìm được theo biến mã hóa sẽ cho phương trình hàm hồi quy theo nhiệt độ và độ ẩm tương đối của khí hậu Việt Nam.
Trong trường hợp quy hoạch bậc 1 không đáp ứng ta tiến hành quy hoạch bậc 2 Tốc độ dịch chuyển của XLPTKN
Trong các thí nghiệm 1-5, áp suất 2 buồng xylanh bằng áp suất khí quyển và tốc độ dịch chuyển điều khiển khoảng: 5mm/s, 10mm/s, 15mm/s, 25mm/s, 30mm/s, 35mm/s, 50mm/s 100mm/s. Thí nghiệm 6, áp suất bằng áp suất làm việc thực tế 5 bar, tốc độ dịch chuyển XLPTKN điều khiển khoảng 30 ÷ 100mm/s nằm trong vùng làm việc của ở cấp dao máy CNC cỡ trung.
Thời gian thí nghiệm
Để đảm bảo hệ thống thiết bị thực nghiệm làm việc trong môi trường nhiệt ẩm, sau khi điều chỉnh hệ thống đạt thông số thực nghiệm (T, RH) giữ nguyên trong khoảng 15 phút sau đó mới tiến hành thực nghiệm
3.4.2 Tổ chức thực nghiệm khảo sát ma sát trong xylanh – piston khí nén Trình tự thí nghiệm
Bước 1: Lắp, cố định hệ thống cơ khí thiết bị thực nghiệm trong tủ nhiệt ẩm BKNA1 Bước 2: Lắp ráp, căn chỉnh hệ thống đo, điều khiển với hệ thống cơ khí
Bước 3: Kiểm tra điều kiện hoạt động của tủ và các cữ hành trình của hệ thống.
83 Bước 4: Khởi động tử nhiệt ẩm, đặt giá trị nhiệt ẩm (T, RH) theo yêu cầu thực nghiệm.
Giữ nguyên giá trị trong vòng 15 phút để ổn định cho máy thí nghiệm
Bước 5: Thực hiện quá trình đo. Mỗi điều kiện thí nghiệm tiến hành đo 3 lần.
Bước 6: Dừng qua trình đo. Đặt điều kiện nhiệt ẩm khác và tiếp tục đo như các bước 1
÷ 5.
3.4.3 Bảng số liệu kết quả thực nghiệm
Trong trường hợp quy hoạch bậc 1 không đáp ứng ta tiến hành quy hoạch bậc 2
Kết quả thực nghiệm thể hiện theo quy hoạch bậc hai sẽ gồm có 9 thí nghiệm = 5+4, trong đó 2k+1 = 5 và bổ sung thêm 4 thí nghiệm mở rộng nhằm tìm các hệ số hàm hồi quy bậc 2.
Trong trường hợp quy hoạch phi tuyến bậc 2 có phương trình hồi quy có dạng:
2 2
0 1 1 2 2 12 1 2 11 1 22 2
y bˆ b x b x b x x b x b x
bảng quy hoạch và kết quả thu đƣợc thể hiện trong bảng 3.3 với hệ số mở rộng thí nghiệm α =1
Bảng 3.3 Ma trận quy hoạch trực giao bậc 2 Số thí
nghiệm
Biến thực Biến mã hóa y
Fms (N) T,0C RH, % x0 x1 x2 x‟1 x‟2
1 15 51 + - - 1/3 1/3 F1
2 50 51 + + - 1/3 1/3 F2
3 15 99 + - + 1/3 1/3 F3
4 50 99 + + + 1/3 1/3 F4
5 15 75 + - 0 1/3 -2/3 F5
6 50 75 + + 0 1/3 -2/3 F6
7 32.5 51 + 0 - -2/3 1/3 F7
8 32.5 99 + 0 + -2/3 1/3 F8
9 32.5 75 + 0 0 -2/3 -2/3 F9
84
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Căn cứ vào mục đích thí nghiệm và đặc trƣng biến thiên khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, luận án đƣa ra đƣợc bộ thông số đầu vào thực nghiệm với hai yếu tố cơ bản là nhiệt độ T (150C ÷ 500C) và độ ẩm tương đối RH (51% ÷ 99%) – là giới hạn đặc trưng của khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Việt Nam
Thiết kế, chế tạo thành công thiết bị thực nghiệm khảo sát đặc tính ma sát trong XLPTKN BKMS2014 có tích hợp đƣợc với thiết bị tạo nhiệt ẩm BKNA01 – 2014. Thiết bị làm việc đảm bảo yêu cầu đề ra, trong đó toàn bộ hệ thống cảm biến đo đƣợc bố trí cách ly với môi trường có nhiệt ẩm cao.
Phần mềm điều khiển thiết bị và xử lý số liệu đo đƣợc xây dựng trên nền tảng Dasylab 11.0 đã cho phép hiển thị toàn bộ các đặc tính ma sát trong XLPTKN ở các tốc độ khác nhau. Việc khảo sát đƣợc ma sát tĩnh và ma sát động theo hành trình cũng nhƣ theo thời gian đã đáp ứng đƣợc mục tiêu của thực nghiệm về đặc tính ma sát trong XLPTKN.
Việc tổ chức quy hoạch thực nghiệm thông thường được triển khai từ tuyến tính đến phi tuyến nhằm từng bước tìm ra được hàm hồi quy phù hợp với số thí nghiệm thấp nhất.
Qua phân tích các kết quả nghiên cứu đã công bố thấy rằng cần định hướng quy hoạch phi tuyến bậc 2 cho thực nghiệm khảo sát đặc tính ma sát cho XLPTKN ở các tốc độ khảo sát 5 ÷ 100mm/s.
85