4.4.1. Mức ma sát 4 kg lực * Cơ cấu RLC-09
Với mỗi mức điện áp giá trị hành trình đi đƣợc của tấm trƣợt sau 5 giây đƣợc ghi lại và đƣa vào bảng số liệu so sánh. Kết quả cho 7 mức điện áp cấp vào từ 80V đến 110V đƣợc cho trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Lượng dịch chuyển sau thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 ứng với các mức điện áp(U) và khoảng va đập (L) khác nhau
80 85 90 95 100 105 110 0 x x x 124 122 119 126 1 x 103 117 138 136 128 137 2 94 110 126 147 143 140 131 3 101 122 131 140 132 131 118 4 109 115 123 128 120 117 109 5 98 104 114 x x x x 6 91 x x x x x x
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 62
Nhìn vào bảng 4.1 ta thấy, ở mỗi mức điện áp có yêu cầu khoảng cách va đập hợp lý là khác nhau. Chẳng hạn, ở mức 80V khoảng cách va đập hợp lý nhất là 4 mm, còn ở mức 85V, khoảng cách này lại là 3 mm.
Để chỉ ra tính ƣu việt của cơ cấu mới so với cơ cấu cũ kết quả hành trình đi đƣợc trong điều kiện tốt nhất của từng cơ cấu đƣợc đem ra so sánh với nhau. Do vậy, ta xác lập điều kiện cho kết quả hành trình đi đƣợc gồm cặp thông số điện áp và khoảng cách va đập. Nhƣ vậy 7 điều kiện làm việc đƣợc thiết lập và liệt kê trong bảng 4.2
Bảng 4.2. Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-09 và lượng dịch chuyển của tấm trượt sau thời gian 5 giây
Điều kiện làm việc 1 2 3 4 5 6 7 Điện áp cấp vào U (Vol) 80 85 90 95 100 105 110 Khoảng va đập L (mm) 4 3 3 2 2 2 1 Lƣợng dịch chuyển Q (mm) 109 122 131 147 143 140 137
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 Điều kiện 110 120 130 140 150 Q (mm) 7 6 5 4 3 2 1
Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 tại các điều kiện làm việc.
* Cơ cấu RLC-07
Tiến hành hoàn toàn tƣơng tự, điều kiện ở các mức điện áp, khoảng va đập và lƣợng dịch chuyển của tấm trƣợt của cơ cấu RLC-07 đƣợc liệt kê trong bảng 4.3
Bảng 4.3. Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-07 và lượng dịch chuyển sau thời gian 5 giây
Điều kiện làm việc 1 2 3 4 5 6 7 Điện áp cấp vào U (Vol) 80 85 90 95 100 105 110 Khoảng va đập L (mm) 47 46 46 46 45 44 44 Lƣợng dịch chuyển Q (mm) 24 28 31 34 36 35 33
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 64 Điều kiện Điều kiện 24 26 28 30 32 34 36 Q (mm) 7 6 5 4 3 2 1
Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-07 tại các điều kiện làm việc.
Kết hợp hai đồ thị hình 4.4 và 4.5 ta đƣợc đồ thị hình 4.6 để so sánh các hành trình trong điều kiện tốt nhất của cả hai cơ cấu.
Q (mm) 150 125 100 25 50 75 7 6 5 4 3 2 1 RLC-07 RLC-09
Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 và cơ cấu RLC-07 tại các điều kiện làm việc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 65
Qua hình vẽ, ta thấy cơ cấu RLC-09 luôn cho kết quả hành trình chuyển động cao hơn hẳn so với cơ cấu RLC-07.
Ở điều kiện kém nhất của cơ cấu RLC-09 (điều kiện 1) lƣợng dịch chuyển của tấm trƣợt sau 5 giây đạt 109 mm so với điều kiện 1 cũng là điều kiện kém nhất của của cơ cấu RLC-07 là 24 mm - tức là hiệu quả của cơ cấu RLC-09 nhanh hơn 4,5 lần so với cơ cấu RLC-07.
Ở điều kiện tốt nhất của cơ cấu RLC-09 (điều kiện 4) lƣợng dịch chuyển của tấm trƣợt sau 5 giây đạt đến 147 mm so với điều kiện 4 của cơ cấu RLC-07 chỉ là 34 mm - nhanh hơn đến 4 lần so với RLC-07.
Ở điều kiện tốt nhất của cơ cấu RLC-07 (điều kiện 5) lƣợng dịch chuyển của tấm trƣợt sau 5 giây chỉ đạt 36mm so với cơ cấu RLC-09 tại điều kiện5 là 143 mm - cơ cấu RLC-09 vẫn nhanh hơn đến gần 4 lần so với RLC-07.
Cụ thể hơn về tiến trình và tính chất chuyển động trong hai điều kiện tốt nhất của cả hai cơ cấu đƣợc mô tả trong hình 4.7
Hình 4.7. Đặc tính và hành trình chuyển động của cơ cấu RLC-09 và cơ cấu RLC-07 tại điều kiện 4 (a) và điều kiện 5 (b)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 66
Từ hình vẽ có thể nhận thấy:
- Về lượng dịch chuyển:
Cơ cấu RLC-09 luôn cho kết quả cao hơn cơ cấu RLC-07 trong mọi khoảng thời gian kể từ sau khi xuất phát.
- Về tốc độ dịch chuyển:
Đƣờng thể hiện chuyển động của cơ cấu RLC-07 là đƣờng bậc nhất, rõ nét và ổn định chứng tỏ cơ cấu vận hành ổn định.
Đƣờng thể hiện chuyển động của cơ cấu RLC-09 là đƣờng gần bậc nhất, có những khoảng thời gian nhanh, chậm chƣa đều nhau. Điều này có thể do tính chất dao động chƣa ổn định của ống dây khi có lò xo. Các nghiên cứu tiếp sau có thể tiến hành nghiên cứu về tính cộng hƣởng và ổn định cho hệ thống.
Để khẳng định rõ hơn ƣu việt của cơ cấu RLC-09 ta tiến hành khảo sát cho cơ cấu với ma sát giữa tấm trƣợt và rãnh dẫn hƣớng ở mức cao hơn, mức 6kg lực.
4.4.2. Mức ma sát 6 kg lực
Với các bƣớc tiến hành thu thập số liệu thí nghiệm tƣơng tự ở mức ma sát 4kg lực ta có các kết quả thí nghiệm thu đƣợc nhƣ sau:
Với cơ cấu RLC-09
Các điều kiện cho kết quả hành trình đi đƣợc gồm cặp thông số điện áp và khoảng cách va đập đƣợc thiết lập và liệt kê trong bảng 4.4.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 67
Điều kiện
Bảng 4.4. Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-09 và lượng dịch chuyển sau thời gian 5 giây
Điều kiện làm việc 1 2 3 4 5 6 7 Điện áp cấp vào U (Vol) 80 85 90 95 100 105 110 Khoảng va đập L (mm) 4 3 3 2 2 2 1 Lƣợng dịch chuyển Q (mm) 95 112 126 131 128 116 109
Kết quả này đƣợc biểu diễn qua đồ thị nhƣ hình 4.8
130 Q (mm) 1 2 3 4 5 6 7 120 110 90 100
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây tại các điều kiện làm việc của cơ cấu RLC-09 ở mức ma sát 6kg lực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 68
Điều kiện
Với cơ cấu RLC-07
Bảng 4.5. trình bày kết quả hành trình đi đƣợc ở các điều kiện cho các cặp thông số điện áp và khoảng cách va đập.
Bảng 4.5. Điều kiện làm việc ứng với các mức điện áp và khoảng va đập của cơ cấu RLC-07 và lượng dịch chuyển sau thời gian 5 giây
Điều kiện làm việc 1 2 3 4 5 6 7 Điện áp cấp vào U (Vol) 80 85 90 95 100 105 110 Khoảng va đập L (mm) 48 47 47 47 46 45 45 Lƣợng dịch chuyển Q (mm) 14 17 20 22 23 21 20
Biểu diễn kết quả này qua đồ thị nhƣ hình 4.9
Q (mm) 24 22 20 18 16 14 1 2 3 4 5 6 7
Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau khoảng thời gian 5 giây tại các điều kiện làm việc của cơ cấu RLC-07 ở mức ma sát 6kg lực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 69
Điều kiện
Kết hợp hai đồ thị hình 4.8 và 4.9 ta đƣợc đồ thị hình 4.10 để so sánh các hành trình trong điều kiện tốt nhất của cả hai cơ cấu.
RLC-09 RLC-07 60 40 20 80 120 140 Q (mm) 100 7 6 5 4 3 2 1
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn lượng dịch chuyển sau thời gian 5 giây của cơ cấu RLC-09 và RLC-07 tại các điều kiện làm việc ở mức ma sát 6kg lực
Qua hình vẽ ta thấy, ở mức ma sát này cơ cấu RLC-09 còn cho kết quả hành trình chuyển động cao hơn hẳn so với cơ cấu RLC-07. Cụ thể nhƣ:
Trong điều kiện kém nhất của cơ cấu RLC-09 (điều kiện 1) lƣợng dịch chuyển của tấm trƣợt sau 5 giây đạt 95 mm so với điều kiện 1 cũng là điều kiện kém nhất của của cơ cấu RLC-07 là 14 mm - tức là hiệu quả của cơ cấu RLC-09 nhanh hơn 6,5 lần so với cơ cấu RLC-07.
Ở điều kiện tốt nhất của cơ cấu RLC-09 (điều kiện 4) lƣợng dịch chuyển của tấm trƣợt sau 5 giây đạt đến 131 mm so với điều kiện 4 của cơ cấu RLC-07 chỉ là 22 mm - nhanh hơn đến 6 lần so với RLC-07.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 70
Ở điều kiện tốt nhất của cơ cấu RLC-07 (điều kiện 5) lƣợng dịch
chuyển của tấm trƣợt sau 5 giây chỉ đạt 23 mm so với cơ cấu RLC-09 tại điều kiện 5 là 128 mm - cơ cấu RLC-09 vẫn nhanh hơn đến hơn 5,5 lần so với RLC-07.
4.5. Động lực học cơ cấu
Hình 4.11. biểu diễn biên độ các dao động của lõi sắt khi ống dây đƣợc cố định, của ống dây khi chạy tự do và khi ống dây thực hiện va đập sinh công tại hai mức điện áp cấp vào là 95V và 110V.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 Hình 4.11. Dao động của lõi sắt, ống dây khi chạy tự do và ống dây khi thực hiện va đập sinh công tại điện áp cấp vào 95V (a,c,e) và 110V (b,d,f)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 72
Dao động của lõi sắt khi cố định ống dây ở mức điện áp cấp vào 95V
(hình a) và 110V (hình d) là tuần hoàn, khá ổn định. Thuật ngữ kỹ thuật dao động gọi là chu kỳ một.
Khi ống dây đƣợc để cho chuyển động tự do, dao động của ống dây ở mức điện áp cấp vào 95V (hình b) và 110V (hình e) là tuần hoàn, kém ổn định hơn, có thể tuân theo chu kỳ đôi.
Dao động của ống dây đƣợc đo trong quá trình vừa chuyển động dao động quanh vị trí cân bằng vừa thực hiện va đập sinh công tại điện áp cấp vào 95V (hình c) và 110V (hình f) là tuần hoàn, khá ổn định. khoảng dao
động đi lên là do chính lực va đập làm ống dây tịnh tiến về phía trƣớc.
Tần số dao động của lõi sắt khi ống dây đƣợc cố định, của ống dây khi chạy tự do và khi ống dây thực hiện va đập sinh công tại hai mức điện áp
cấp vào là 95V và 110V đƣợc phân tích bằng đồ thị FFT và thể hiện trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73 Hình 4.12. Tần số dao động của lõi sắt, ống dây khi chạy tự do và ống dây khi
thực hiện va đập sinh công tại điện áp cấp vào 95V (a,c,e) và 110V (b,d,f)
Tại điện áp cấp vào 95V, tần số dao động của lõi sắt đƣợc hiển thị trên đồ thị FFT (hình a) là 5Mhz. Khi tăng điện áp lên ở mức 110V tần số dao động của lõi sắt lúc này đã tăng lên 6Mhz (hình b). Điều này có thể đƣợc lý giải nhƣ sau, khi điện áp cấp vào càng tăng, điểm cộng hƣởng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 74
trong ống dây đƣợc dịch chuyển càng gần về tâm ống dây làm biên độ dao động của lõi sắt càng giảm, do đó càng làm tăng tần số dao động [3].
Với dao động của ống dây khi đƣợc lắp bộ lò xo và để cho chuyển động tự do, tần số đo đƣợc ở điện áp 95V là 7,1Mhz (hình c) so với 5Mhz của lõi sắt, cũng nhƣ ở điện áp 110V là 7,3Mhz (hình d) so với 6Mhz của lõi sắt. Tần số dao động tăng bởi lý do, trên cùng một hành trình chuyển động tƣơng đối của lõi sắt so với ống dây, nếu ống dây có thể chuyển động tự do thì khi lực điện từ trong ống dây kéo lõi sắt chuyển động về tâm của ống dây và theo định luật 3 Newton thì ống dây cũng bị lõi sắt tác động làm cho chuyển động theo chiều ngƣợc lại. Vì vậy thời gian để cả lõi sắt và ống dây cùng chuyển động tất nhiên sẽ ngắn hơn so với khi chỉ mình lõi sắt chuyển động.
Khi lắp thêm chốt chặn để ống dây va đập sinh công làm cho tấm trƣợt chuyển động tần số dao động của ống dây lúc này là 8,2Mhz ở điện áp cấp vào 95V (hình e) và 8,4Mhz ở điện áp 110V (hình f). Ở các mức điện áp tần số dao động lúc này đều tăng so với khi để ống dây chuyển động tự do. Điều này có thể lý giải một cách đơn giản là để ống dây có thể va đập sinh công, chốt chặn luôn phải đƣợc đặt trƣớc khoảng kết thúc hành trình chuyển động của ống dây nhƣ vậy cũng đồng nghĩa với việc hành trình chuyển động hay còn gọi là biên độ dao động của ống dây sẽ bị ngắn hơn do vậy tần số dao động sẽ đƣợc tăng lên. Thêm nữa, khi ống dây va đập, phản lực từ chốt chặn làm cho ống dây bị đẩy ngƣợc trở lại và làm tăng vận tốc ban đầu cho hành trình chạy về của ống dây.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 75
4.6. Kết luận
Chƣơng này trình bày chi tiết cách thức tiến hành và phân tích số liệu thí nghiệm. Cả hai mô hình cơ cấu RLC-07 và RLC-09 đã đƣợc tiến hành thí nghiệm trong cùng điều kiện về điện dung, điện áp và lực ma sát. Bảy giá trị điện áp đã đƣợc lần lƣợt đặt lên từng cơ cấu. Hai trạng thái ma sát đã đƣợc khảo sát.
Trong tất cả các thí nghiệm, cơ cấu RLC-09 đều cho khả năng thắng lực cản và có tốc độ chuyển động cao hơn từ 4 đến 6,5 lần so với RLC-07.
Phân tích động lực học cho thấy, tần số dao động của ống dây trong RLC-09 cao hơn so với tần số dao động của lõi sắt khi ống dây cố định.
Chuyển động tịnh tiến của cơ hệ chƣa hoàn toàn là bậc nhất theo thời gian. Điều này có thể có nguyên nhân là, tần số dao động của ống dây chƣa trùng với tần số dao động riêng của lò xo cho nên hệ thống hoạt động chƣa thực sự ổn định. Các nghiên cứu tiếp theo nên đƣợc tiến hành nhằm khai thác cộng hƣởng để nâng cao hiệu năng và tính ổn định của hệ thống.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 76
Chương 5 KẾT LUẬN
5.1. Các kết quả chính đã đạt được
Một mô hình cơ cấu rung - va đập mới đã đƣợc thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm, tính nhỏ gọn và đơn giản của nó vẫn đƣợc đảm bảo mà hiệu năng của cơ cấu RLC đƣợc nâng cao lên tới hơn 6 lần. Dƣới đây là các thành tựu chính mà nghiên cứu này đã thực hiện và đạt đƣợc:
Phân tích và khai thác đặc tính động lực học của cơ hệ để đề xuất mô hình mới; Mô hình thí nghiệm mới này vẫn giữ đƣợc các ƣu điểm vƣợt trội nhƣ tính nhỏ gọn, đơn giản nhƣng có hiệu năng cao hơn hẳn mô hình cũ;
Thiết kế, chế tạo vận hành thành công cơ cấu rung va đập mới;
Thiết lập và thực thi các bộ thí nghiệm khẳng định ƣu việt của mô