- Liờn hợp mỏy thớ nghiệm: LHM cày ngầm CN - S70KV với mỏy kộo Komatsu D65A-8, cỏc thụng số của mỏy kộo Komatsu D65A-8 thể hiện trong bảng 3.1
Bảng 3.1. Cỏc thụng số của mỏy kộo Komatsu D65A-8
TT Tờn thụng số Thứ
nguyờn Tờn gọi
Giỏ trị thụng số
1 Chiều dài max của LHM m Lh 6,68
2 Chiều rộng max của LHM m Bh 3,59
3 Khối lượng làm việc của
mỏy kộo kg G 13160
4 - Khoảng tõm hai dải xớch
- Chiều rộng một dải xớch m B
1,88 0,55
9 ðường kớnh chia bỏnh sao m D 0,8
11 Cụng suất ủộng cơ sơ bộ Kw Ne 116
3.1.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊðO
Thiết bị ủo dựng cho thớ nghiệm cần phải ủảm bảo những yờu cầu chớnh sau ủõy:
- ðảm bảo ủộ chớnh xỏc cần thiết cho thớ nghiệm.
- Khụng bị ảnh hưởng bởi rung ủộng, ủiều này rất cần thiết ủối với thớ nghiệm trờn hiện trường.
- ðặc tớnh của thiết bị ủo cần phải tuyến tớnh hoặc rất gần với tuyến tớnh trong suốt phạm vi ủo.
- Trọng lượng và kớch thước nhỏ ủể cú thể ủặt ủược ở trong LHM. ðiều này rất quan trọng khi làm thớ nghiệm .
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 54
- Khụng bị ảnh hưởng bởi khớ hậu và thời tiết.
- ðặc biệt với thiết bị ủo mụ men quay phải cú ủộ chớnh xỏc cao, làm việc ở chế ủộ khi trục cần ủo mụ men ở trang thỏi chuyển ủộng quay với tốc ủộ từ 600 ữ 2500 v/ph, giỏ trị mụ men từ 0 ữ 1000 Nm
3.1.3.1. Lựa chọn cảm biến
Cảm biến là bộ phận dựng ủể nhận tớn hiệu về trạng thỏi của ủối tượng cần ủo và biến ủổi nú thành tớn hiệu ủiện tương ứng.
Khi chọn cảm biến ủể ủo một ủại lượng nào ủấy cần phải chỳ ý ủến ủặc tớnh của cảm biến và tớnh chất của cỏc ủại lượng cần ủo.
- Tớnh chất tuyến tớnh của quan hệ giữa ủại lượng cần ủo với ủại lượng hiển thị từ cảm biến
- Khoảng thay ủổi biờn ủộ và tần số của ủại lượng ủo và ủặc tớnh biờn ủộ - tần số cảm biến.
- ðộ nhạy tuyệt ủối Sa và ủộ nhạy tương ủối S của cảm biến. ðộ nhạy tuyệt ủối
∆x ∆y Sa =
ðộ nhạy tương ủối
x
∆x y
∆y S=
- Sai số tĩnh và số ủộng của cảm biến.
- Sự thay ủổi của cảm biến với ảnh hưởng bờn ngoài như nhiệt ủộ, ủộ ẩm, sự rung ủộng … sẽ gõy nờn cỏc sai số phụ thờm.
- Kớch thước và trọng lượng của cảm biến, phương phỏp ủặt cảm biến trờn chi tiết hoặc cơ cấu ủể ủo, ủộ phức tạp về kết cấu của cảm biến.
Cỏc cảm biến dựng trong thớ nghiệm:
- Cảm biến ủiện trở biến dạng cú thể dỏn trực tiếp lờn chi tiết cần ủo lực kộo-nộn, ủo mụ men quay; cú kớch thước nhỏ nờn cú thể dỏn vào chi tiết rất nhỏ, giỏ thành rẻ.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 55
cho ra tớn hiệu ổn ủịnh với ủộ chớnh xỏc cao.
- Cảm biến vận tốc V1 cú trọng lượng nhẹ, chắc chắn, ủo ủược cỏc giỏ trị vận tốc của liờn hợp mỏy kết nối với bộ xử lý tớn hiệu kết hợp với phần mềm mỏy tớnh ủể cú ủược kết quả theo mục ủớch nghiờn cứu.
- Cảm biến quang, cảm biến từ ủể ủo tốc ủộ quay; cú trọng lượng nhỏ, gọn ủo ủược cỏc giỏ trị tốc ủộ quay của trục; kết nối ủược với bộ xử lý tớn hiệu kết hợp với mỏy vi tớnh sử dụng cỏc phần mền chuyờn dựng ủể cú ủược kết quả theo mục ủớch nghiờn cứu.
3.1.3.2. Nguyờn lý và cấu tạo của cảm biến ủiện trở biến dạng
Cảm biến sử dụng nguyờn lý ủiện trở biến dạng ủang ủược dựng rất phổ biến ủể xỏc ủịnh lực, mụ men. Trong thớ nghiệm ủo lực kộo nộn trờn cỏc thanh treo, ủo mụ men quay trờn trục cỏc ủăng của mỏy kộo Komatsu D65A-8 ủó sử dụng cảm biến dõy ủiện trở. Trờn hỡnh 3.1giới thiệu cấu tạo của một số cảm biến ủiện trở biến dạng sử dụng phổ biến trong kỹ thuật ủo
Hỡnh 3.1. Cảm biến dõy ủiện trở.
Nguyờn lý hoạt ủộng của ủiện trở biến dạng dựa trờn sự thay ủổi ủiện trở do biến dạng dõy ủo hoặc màng ủo, dỏn lờn một khõu ủo. ðiện trở của dõy ủiện trở ủược xỏc ủịnh theo cụng thức:
S l
ρ
R = (3.1)
Trong ủú: R - ðiện trở của dõy ủiện trở ; ρ - ðiện trở suất. l - Chiều dài của sợi dõy ủiện trở.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 56
S - Diện tớch tiết diện của sợi dõy ủiện trở.
Nếu dõy ủiện trở bị gión hay co lại sẽ làm thay ủổi chiều dài và mặt cắt tiết diện ngang của nú. Sự hay ủổi ủiện trở khi ủú sẽ tỉ lệ thuận với thay ủổi chiều dài l ∆l k R ∆R = = k.ε (3..2)
Trong ủú: k - Hệ số tỉ lệ; ε - biến dạng dài của ủiện trở
ðối với vật liệu thụng dụng trong kỹ thuật ủo ủiện trở biến dạng, hợp kim 40% Ni và 60% Cu, hệ số tỉ lệ k ≈ 2. Sử dụng ủiện trở biến dạng cú thể ủo biến dạng ủến ε = ± 10-2 khi cú sự thay ủổi ủiện trở vào khoảng 1%. Tần số giớ hạn ủối với tải trọng ủộng lực học nằm ở khoảng trờn 1MHz. ðể khuếch ủại tớn hiệu ủo cú thể mắc kết nối một hay nhiều ủiện trở biến dạng trong một mạch cầu, cầu ủo Weatstone. Ngoài việc khuếch ủại cầu ủo này cũn cú ưu thế là cú chức năng bự ủối với cỏc ảnh hưởng tải trọng khụng mong muốn hoặc nhiệt ủộ. Một số dạng cầu ủo thường gặp như hỡnh 3.2
Hỡnh 3.2. Cỏc cầu ủo Weatstone a – Cầu một phần tư; b- Bỏn cầu; c – Cầu toàn phần R1 R2 R4 R3 U0 ∆U R1 R2 R4 R3 U0 ∆U R1 R2 R4 R3 U0 ∆U a) b) c)
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 57
Tại ủiều kiện cõn bằng, ∆U = 0 sẽ cú : R1.R3 = R2.R4. Thụng thường ta lựa chọn cỏc ủiện trở cầu sao cho khi khụng tải tất cả cỏc ủiện trở ủều cú giỏ trị như nhau. Trong trường hợp cầu một phần tư (hỡnh 3.2 a) ủiện ỏp ủo trong cỏc trạng thỏi cú tải sẽ là: R R U U 4 0 ∆ = ∆ (3.3)
Khi mắc ủiện trở biến dạng, trường hợp bỏn cầu như hỡnh 3.2b ủiện ỏp ủo trong trạng thỏi cú tải là:
R R U U 2 0 ∆ = ∆ (3.4)
Trong trường hợp cầu toàn phần, cả bốn ủiện trở ủều là ủiện trở biến dạng như hỡnh 3.2c, ủiện ỏp ủo trong trạng thỏi cú tải sẽ là:
R R U U ∆ = ∆ 0 (3.5)
Như ủó trỡnh bày, mạch cầu cú khả năng tỏch cỏc ảnh hưởng khụng mong muốn ủến kết quả ủo. Trong cụng thức ủiện ỏp cầu toàn phần cú thể tỏch thành 4 thành phần ủiện trở biến dạng chịu tải như nhau:
R R R R R U U 4 3 1 4 2 0 ∆ − ∆ − ∆ + ∆ = ∆ (3.6)
3.1.3.3. Phương phỏp dỏn ủiện trở biến dạng tenzo lờn cỏc thanh treo ủể ủo lực kộo
Trờn hỡnh 3.3 trỡnh bày phương phỏp dỏn cảm biến dõy ủiện trở ủể ủo lực kộo nộn của cỏc thanh treo. Cỏc cảm biến ủiện trở biến dạng R1, R2 và 2 ủiện trở bự nhiệt R3, R4 ủược mắc theo sơ ủồ cầu.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 58
Hỡnh 3.3. Sơủồ dỏn cảm biến dõy ủiện trởủểủo lực kộo thanh treo
Trờn hỡnh 3.4 trỡnh bày sơ ủồ mắc cầu ủo với thiết bị ủể ủo lực kộo
Hỡnh 3.4. Sơủồ mắc cầu ủo với thiết bịủểủo lực kộo 1- Cầu ủo Weatstone; 2- Bộ khuyếch ủại; 3- Bộ chuyển ủổi A/D 4- Mỏy vi tớnh cú cài ủặt phần mềm thu thập và xử lý số liệu Dasylab.
Do ủiện ỏp ủo cú giỏ trị nhỏ cỡ vài mili vụn nờn tớn hiệu ra từ cầu ủo phải ủược khuếch ủại nhờ phần tử khuếch ủại 2. Trong thực thực tế ủo lường thường sử dụng cỏc phần tử khuếch ủại xoay chiều làm việc ở tần số súng mang. Ưu ủiểm của khuếch ủại xoay chiều là ớt chịu ảnh hưởng của từ trường
R1 R3 R2 R4 U Uủ R1 R4 R2 R3 F Uủ PU ASYLAB 2 3 4 R1 R3 R2 R4 U 1 A/D
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 59
ngoài do ủú khụng cần dựng phần tử chống nhiễu. Tớn hiệu ra từ bộ khuếch ủại cần ủược truyền qua bộ chuyển ủổi số A/D 3 sau ủú ủưa vào mỏy tớnh 4. Trong mỏy tớnh ủó cài ủặt một phần mềm ủo DASYLAB cú năng lực xử lý rất mạnh. Tớn hiệu sau xử lý là lực cản thành phần trờn cỏc thanh cơ cấu treo.
3.1.3.4. Lựa chọn cảm biến ủo mụ men xoắn
ðể xỏc ủịnh mụ men xoắn trờn cỏc trục truyền ủộng, người ta sử dụng phương phỏp ủiện trở biến dạng. Cỏc ủiện trở biến dạng ủược dỏn trờn trục tạo thành gúc 45o ủối xứng so với ủường sinh ( Hỡnh 3.5). Bốn ủiện trở biến dạng ủún nhận cả tớn hiệu biến dạng kộo và biến dạng nộn ủược mắc theo cầu Weatstone ủủ. ðiện ỏp nuụi U0 và ủiện ỏp ra Ud ủược kết nối chung trong mạch ủo.
Hỡnh 3.5. Sơủồ dỏn cảm biến dõy ủiện trởủểủo mụ men xoắn trờn trục
ðộ biến dạng của một trục khi bị xoắn cú thể biểu diễn bằng biểu thức. ε = G d d ) ( ) 2 sin( 8 4 2 4 1 1 − π α Md (3.7)
Trong ủú : ε - ðộ biến dạng của trục.
d1, d2 - ðường kớnh ngoài và trong của trục. M – Mụmen quay.
G = 0,385E – Mụủun dịch chuyển
E - Mụủun ủàn hồi ( với thộp E = 20,6.104N/mm2). α - Gúc lệch khi trục bị biến dạng R1 R2 R3 R4 + to Uủ U + to R4 R3 R1 R2 900 900 900 900 R1 R2 R4 R3
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 60
ðộ biến dạng lớn nhất khi α = 450 và sin 900 = 1
Vấn ủề khú khăn khi ủo mụ men xoắn trờn cỏc trục truyền ủang chuyển ủộng quay là việc ủưa tớn hiệu ủo từ phần quay ủến mạch ủo bờn ngoài. Cú thể lựa chọn trong 3 phương phỏp truyền tớn hiệu sau ủõy:
- Sử dụng vành trượt ủể ủưa ủiện ỏp ra ngoài ( hỡnh 3.6). [9]
Hỡnh 3. 6. Sử dụng vành trượt ủểủưa ủiện ỏp ra ngoài
R1 ữ R4 - ðiện trở mạch cầu; k - Vành trượt.
RT - ðiện trở bự nhiệt; RB - ðiện trở ủiều chỉnh ủộ nhạy. RN - ðiện trở ủiều chỉnh .
ðể ủộ ủo biến dạng , bốn ủiện trở lực căng R1 ữ R4 ủược dỏn lờn trục cần ủo, cỏc ủiện trở ủược mắc thành mạch cầu. ðiện ỏp cung cấp cho mạch cầu U0 và ủiện ỏp Ur ủược dẫn qua cỏc vành trượt k ủưa ra ngoài. Phương phỏp trờn cú nhược ủiểm là ủiện trở tiếp xỳc khỏ lớn, rất khú khi ủưa ủiện ỏp vào cung cấp cho mạch cầu cũng như lấy tớn hiệu ra ngoài và sai số lớn. Ngoài ra cũng khụng ủủ khụng gian ủể bố trớ vành trượt nờn khụng thể lắp trờn trục cỏc ủăng mỏy kộo Komatsu D65A-8 ủể ủo moment quay.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 61
ðể khắc phục nhược ủiểm trờn cú thể dựng phương phỏp khụng tiếp xỳc (xem hỡnh 3.7). Mạch cầu ủược cung cấp từ biến ỏp (BA) , trong ủú cuộn dõy sơ cấp cố ủịnh, cuộn thứ cấp quay theo trục. Bốn chuyển ủổi ủiện trở dỏn lờn trục tạo thành mạch cầu bốn nhỏnh (M). ðiện ỏp ra xoay chiều của biến ỏp ủưa ủến chỉnh lưu (CL) ủể tạo thành dũng một chiều cung cấp cho mạch cầu.
Mặt khỏc mỏy biến ỏp (BA) lại ủược cung cấp từ nguồn một chiều và qua bộ biến ủổi (Bð) ủể biến thành xoay chiều.
ðiện ỏp ra của mạch cầu (Uβ) nhờ bộ biến ủổi ỏp tần (Uβ/fM) biến thành tần số f = 5 ữ 15kHz.
Hỡnh 3.7.Thiết bị tần số – tương tựủểủo mụ men quay
CB – Cảm biến tần số quay; Kð- Khếch ủại; Bð - Bộ biến ủổi; CT – Chỉ thị. Tần số f ủưa ra ngoài nhờ cổ gúp K ủến khuếch ủại và qua bộ biến ủổi ngược biến tần số thành ủiện ỏp (fM/UM). Tớn hiệu hiển thị là mụ men xoắn M. Phương phỏp này cú nhược ủiểm là thiết bị khỏ phức tạp, ủũi hỏi trục cần ủo phải cú vị trớ thỏo rời ủể kết nối với trục của thiết bị ủo nờn khụng thể lắp lờn trục cỏc ủăng mỏy kộo Komatsu D65A-8 ủể ủo moment quay.
- Phương phỏp thu phỏt tớn hiệu ủo bằng vụ tuyến ủiện.[9]
Tớn hiệu ủo chuyển từ phần chuyển ủộng quay sang hệ thống thiết bị ủo lường tĩnh tại nhờ hệ thống thu phỏt vụ tuyến. Nguồn cung cấp cho mạch ủo
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 62
và bộ phận chuyển, phỏt tớn hiệu ủo ủược gỏ lắp cố ủịnh với trục cần ủo, khi ủo nú chuyển ủộng cựng với trục cần ủo mụ men quay. Bộ phận thu tớn hiệu và hiển thị kết quả ủo là tĩnh tại. Với phương phỏp này rất phự hợp sử dụng ủể ủo mụ men xoắn trờn trục chuyển ủộng, ủộ chớnh xỏc cao. Sơ ủồ hệ thống vụ tuyến truyền phỏt – thu tớn hiệu ủo lường kiểu ủiều tần ủược thể hiện trờn hỡnh 3.8
Trong ủề tài sử dụng thiết bị hệ thống vụ tuyến truyền phỏt – thu tớn hiệu ủo lường kiểu ủiều tần loại RTSE 600 ủể xử lý tớn hiệu ủo mụ men xoắn trờn trục sơ cấp hộp số của mỏy kộo Komatsu D65A-8. Cấu tạo thiết bị bao gồm 3 bộ phận ủược mụ tả như hỡnh 3.9
Hỡnh 3.8.Sơủồ hệ thống vụ tuyến truyền phỏt – thu tớn hiệu ðo lường kiểu ủiều tần
2
1
3
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 63
1- Mỏy phỏt tớn hiệu ủo; 2- Mỏy thu tớn hiệu; 3- Hộp nguồn
Máy phát tín hiệu đo (1) có chức năng nhận tín hiệu đo (Uđ) từ cầu đo, khuếch đại tín hiệu, chuyển phát tín hiệu ở dạng sóng vô tuyến. Khối l−ợng 200g. Hộp nguồn có chức năng cung cấp nguồn điện một chiều với điện áp 12v cho cầu đo và máy phát tín hiệu đo. Dung l−ợng 1,3Ah gồm 4 pin 3V CR 123A, tổng khối l−ợng 200g.
Hộp nguồn và máy phát tín hiệu có khối l−ợng bằng nhau, khi đo nó đ−ợc lắp cố định với trục và đối xứng nhau qua trục của trục cần đo mô men quay để triệt tiêu lực quán tính ly tâm.
Máy thu tín hiệu đo sử dụng nguồn một chiều 10-18V có nhiệm vụ thu tín hiệu đo từ máy phát tín hiệu, xử lý và chuyển tín hiệu tới máy vi tính để hiển thị kết quả đo. Sơ đồ mạch thiết bị đo nh− hình 3.10. Yêu cầu đối với thiết bị đo là trọng l−ợng của hộp nguồn và trọng l−ợng của máy truyền phát tín hiệu phải bằng nhau và vị trí gá lắp của hai bộ phận này phải bố trí đối xứng nhau qua đ−ờng tâm của trục cần đo để trong quá trình đo khi trục quay có thể tự triệt tiêu lực quán tính ly tâm.
Mỏy truyền phỏt tớn hiệu ủo Nguồn nuụi 2 3 R1 R2 R3 R4 Uủ Uo 1 Mỏy thu tớn hiệu ủo 4 PU ASYLAB 5
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 64
Hỡnh 3.12. Sensor S10 Hỡnh 3.10.Sơủồ mắc cảm biến với thiết bịủoRTSE 600
1- Cầu ủo ủiện trở 2- Bộ nguồn nuụi