4.4.5.1. Thí nghiệm đánh giá biến động áp suất nhân tạo
Mục đích của thí nghiệm là kiểm tra khả năng tạo lập biến động áp suất, môt tả các trạng thái nhiễu khi lên dốc, không có HTĐK. Sơ đồ thủy lực thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.42. Áp suất hệ thống có thể thay đổi theo dạng bất kỳ nếu tác động mô men phanh lên trục của động cơ thủy lực số 13 hoặc thay đổi số vòng quay của bơm thủy lực 1 nhờ tăng giảm ga của động cơ Diesel.
1 và 19. Bơm; 2 và 20. Van giới hạn áp suất, 3. Van đóng ngắt; 4. Bộ điều khiển xung PWM;
5. Bộ điều khiển điện áp; 6 và 23. Cảm biến áp suất; 7. Tích áp giảm xung; 8. Van đóng ngắt điều khiển chế độ tích lũy năng lƣợng; 9. Bộ tích lũy năng lƣợng; 10. Van giới hạn áp suất tích áp;
11 và 15. Van chuyển mạch điều khiển phanh trục tời; 12. Phanh thủy lực; 13 và 14. Mô tơ thủy lực; 16 và 18. Van chuyển mạch các trạng thái chuyển động; 21. Van tiết lƣu.
Hình 4.42. Sơ đồ mạch thủy lực thí nghiệm đánh giá biến động áp suất nhân tạo
89
a) Trường hợp thay đổi áp suất do tải trọng trục tời
Mô hình thí nghiệm tái hiện trạng thái chuyển động lên dốc của LHM phải vƣợt qua vật cản kích thƣớc lớn, làm thay đổi lực căng dây tời FS dẫn đến thay đổi mô men cản trên trục tời. Thí nghiệm đƣợc thực hiện khi tách HTĐK tự động áp suất ra khỏi sơ đồ (hình 4.42) và giữ số vòng quay trục bơm không đổi.
Mô men cản đƣợc thây đổi bằng cách đóng ngắt theo một trật tự tời đƣợc tính toán theo giá trị đo áp suất phanh trên cảm biến áp suất 23. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.43.
Hình 4.43. Biến động áp suất điều khiển hệ thống khi thay đổi mô men cản trên trục tời
Nhận xét:
- Bằng cách thay đổi áp suất phanh tại cơ cấu phanh thủy lực 12 có thể thay đổi mô men cản trên trục tời. Từ đó tạo ra biến động áp suất trong hệ thống thí nghiệm. Kết quả thay đổi áp suất khi thay đổi mô men cản trên trục tời đƣợc sử dụng là hình ảnh tái hiện biến động áp suất trong HTTL neo giữ LHM vận xuất gỗ khi hoạt động tại hiện trƣờng, cần khắc phục vật cản trên đƣờng chuyển động lên dốc.
- Kết quả biến động áp suất cũng nhƣ trật tự điều khiển van phân phối 15 còn đƣợc sử dụng làm cơ sở để thiết lập hệ thống tự động điều khiển áp suất cũng nhƣ xác định, hiệu chỉnh các thông số điều khiển áp suất trong phòng thí nghiệm.
90
b) Trường hợp thay đổi áp suất do thay đổi lưu lượng bơm dầu
Mô hình thí nghiệm tái hiện trạng thái thay đổi số vòng quay của động cơ máy kéo, dẫn đến thay đổi số vòng quay bơm và do đó thay đổi lƣu lƣợng cung cấp từ bơm khi LHM vận xuất gỗ chuyển động lên dốc.
Trong thí nghiệm, HTĐK tự động cũng đƣợc tách ra khỏi sơ đồ (hình 4.42). Áp suất phanh đƣợc điều chỉnh đến giá trị tƣơng ứng với mô men cản trục tời khi LHM chuyển động lên dốc 20 độ và giữ không đồi bằng cách chuyển mạch van phân phối 15 về vị trí khóa. Nếu tăng hoặc giảm ga động cơ Diesel theo một quy luật phù hợp sẽ tạo ra đƣợc biến động áp suất mong muốn. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.44.
Hình 4.44. Biến động áp suất điều khiển hệ thống khi thay đổi số vòng quay trục bơm
Nhận xét:
- Bằng cách thay đổi ga của động cơ truyền lực có thể thay đổi số vòng quay trục bơm, dẫn đến thay đổi lƣu lƣợng cung cấp từ bơm trong khi mô men cản trục bơm đƣợc giữ không đổi. Từ đó có thể tạo ra biến động áp suất mong muốn trong thí nghiệm. Kết quả biến động áp suất khi thay đổi số vòng quay động cơ truyền lực đƣợc sử dụng là hình ảnh tái hiện biến động áp suất trong HTTL neo giữ LHM vận xuất gỗ khi hoạt động ngoài hiện trƣờng, vì lý do vận hành nào đó mà phải tăng giảm ga động cơ máy kéo.
91
- Kết quả biến động áp suất và quy luật thay đổi mức ga động cơ Diesel còn đƣợc sử dụng để thiết lập HTĐK cũng nhƣ xác định, điều chỉnh các thông số điều khiển trong phòng thí nghiệm.
4.4.5.2. Thí nghiệm tự động điều khiển áp suất khi lên dốc
Thí nghiệm đƣợc thực hiện với mục đích đánh giá tính chất điều khiển và xác định các thông số điều khiển của HTĐK áp suất trong phòng thí nghiệm. Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển neo giữ trong mô hình thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.45.
Việc đánh giá tính chất điều khiển đƣợc thực hiện với 2 trƣờng hợp nhiễu thƣờng gặp là thay đổi tốc độ động cơ Diesel và thay đổi tải trọng đặt lên trục tời đã đƣợc phân tích trong mục 4.4.4.1.
1. Bơm thủy lực; 2. Van giới hạn áp suất, 3. Van đóng ngắt; 4. Bộ điều khiển xung PWM; 5. Bộ điều khiển điện áp; 6. Cảm biến áp suất; 7. Tích áp giảm xung; 8. Van đóng ngắt điều khiển chế độ tích lũy năng lƣợng; 9. Bộ tích lũy năng lƣợng; 10. Van giới hạn áp suất tích áp; 12. Phanh thủy lực; 13. Mô tơ thủy lực; 15. Van chuyển mạch điều khiển phanh trục tời; 16 và 18. Van chuyển mạch các trạng thái
chuyển động; 19. Bơm thủy lực; 20. Van giới hạn áp suất; 21. Van tiết lƣu.
Hình 4.45. Sơ đồ mạch thủy lực thí nghiệm điều chỉnh áp suất khi liên hợp máy lên dốc
92
Để mô tả quá trình lên dốc, các van phân phối 16 và 18 đƣợc chuyển mạch đến vị trí 2, van phân phối 8 ở vị trí 1, đầu ra của cảm biến áp suất số 6 đƣợc nối qua khuếch đại số 5, bộ điều khiển bề rộng xung 4 đến cuộn dây của van phân phối 3. Trạng thái lên dốc ổn định đƣợc xác lập khi phanh áp suất 12 đƣợc điều khiển giá trị áp suất phanh sao cho mô men cản trục động cơ 13 có giá trị tƣơng ứng với mô men căng dây tời tại góc dốc 20 độ. Đến thời điểm đó van phân phối 15 đƣợc chuyển mạch về vị trí 0, van phân phối 3 chuyển mạch về vị trí 0.
a) Trường hợp nhiễu mô men cản trục tời
Khi xuất hiện biến động áp suất do tác động đóng ngắt van phân phối 15 (tƣơng tự qui luật đã trình bày trong mục 4.4.4.1), cảm biến áp suất 6 biến đổi giá trị áp suất thành giá trị điện áp, truyền qua khuếch đại 5 và bộ điều khiển PWM tạo ra các xung điện đóng ngắt van phân phối 3 sao cho áp suất hệ thống đƣợc giữ ổn định trong khoảng giá trị cho phép. Các thông số của bộ khuếch đại 6 và bộ điều khiển bề rộng xung PWM đƣợc lựa chọn và điều chỉnh phù hợp. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.46.
Hình 4.46. Diễn biến áp suất và tốc độ liên hợp máy khi có nhiễu từ mô men trục tời
Nhận xét:
- Với tác động nhiễu nhân tạo là sự thay đổi mô men cản trên trục tời, qui luật thay đổi tƣơng tự nhƣ thí nghiệm đã trình bày trong mục 4.4.4.1, khi giữ cho số vòng quay động cơ không thay đổi, hệ thống tự động điều khiển đã giữ cho áp suất gần nhƣ không đổi.
93
- Việc điều khiển áp suất đƣợc thực hiện bằng cách đóng ngắt van phân phối 3 với thời gian đóng ngắt hợp lý theo bề rộng xung điện áp đã điều khiển từ bộ điều khiển PWM.
b) Trường hợp nhiễu lưu lượng
Khi xuất hiện nhiễu lƣu lƣợng bơm cung cấp do thay đổi nhân tạo số vòng quay động cơ theo chiều hƣớng tăng chẳng hạn (tƣơng tự qui luật đã trình bày ở mục 4.4.4.1), dẫn đến biến động áp suất dầu trong hệ thống sẽ tăng theo. Tuy nhiên, bộ điều khiển tự động cũng hoạt động nhƣ trƣờng hợp nhiễu tải trọng. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.47.
Hình 4.47. Diễn biến áp suất và mô men khi gặp nhiễu lƣu lƣợng
Nhận xét: Khi xuất hiện biến động áp suất do thay đổi nhân tạo số vòng quay trục bơm và giữ mô men cản trên trục tời không đổi, HTĐK tự động cũng hoạt động có hiệu quả, giữ áp suất không đổi trong vùng giá trị cho phép.
4.4.5.3. Thí nghiệm chuyển động xuống dốc của liên hợp máy
Mục đích của thí nghiệm là xác định một số thông số của quá trình nạp tích áp, phân tích diễn biến mô men do lực căng và vận tốc góc của trục tời. Sơ đồ thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.48.
94
7. Tích áp giảm xung; 8. Van đóng ngắt điều khiển chế độ tích lũy năng lƣợng; 9. Bộ tích lũy năng lƣợng; 10. Van giới hạn áp suất tích áp; 12. Phanh thủy lực; 13 và 14. Mô tơ
thủy lực; 21. Cảm biến lƣu lƣợng; 22. Khóa.
Hình 4.48. Sơ đồ mạch thủy lực thí nghiệm xuống dốc
Mô tơ thủy lực kéo tời 13 hoạt động ở chế độ bơm thủy lực đƣợc dẫn động từ một mô tơ thủy lực 14 có kích cỡ tƣơng tự, để tạo chuyển động tƣơng tự khi LHM chuyển động lùi xuống dốc, van phân phối 8 đƣợc chuyển mạch ở vị trí lƣu thông, phanh 12 đƣợc điều khiển đến trạng thái phù hợp. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.49.
Hình 4.49. Diễn biến áp suất, số vòng quay trục tời và mô men do lực căng dây tời
95
Nhận xét: Quá trình nạp tích áp diễn ra trong khoảng 40 giây. Áp suất tích áp cực đại đạt đến 200bar phụ thuộc vào áp suất mở van giới hạn áp suất 10. Mô men MS=MM+Mph, trong đó MM = (p.VM)/2π và mô men phanh Mph có quan hệ tỷ lệ nghịch với áp suất p. (Mph = 0 khi p = pmax và Mph = Mmax khi p = 0). Do đó MS=const nếu điều chỉnh áp suất phanh và áp suất giới hạn tại van 10 phù hợp.
4.4.5.4. Thí nghiệm quá trình xả tích áp
Mục đích của thí nghiệm quá trình xả tích áp là phân tích sự thay đổi lƣu lƣợng tại cửa ra của tích áp và lƣu lƣợng qua động cơ thủy lực kéo tời. Sơ đồ mạch thủy lực thí nghiệm xả tích áp có thể sử dụng sơ đồ thể hiện trên hình 4.48.
Trạng thái ban đầu, các tích áp đều đƣợc nạp đầy với áp suất pmax, khóa 22 ở vị trí đóng kín. Áp suất phanh 12 đƣợc điều chỉnh và giữ không đổi tƣơng ứng chế độ tải trong trƣờng hợp lên dốc. Thí nghiệm đƣợc bắt đầu khi chuyển mạch van 8 đến vị trí lƣu thông, lƣu lƣợng tại cửa ra của tích áp đƣợc đo bằng cảm biến lƣu lƣợng 21, lƣu lƣợng qua mô tơ thủy lực 13 đƣợc tính theo số vòng quay trục tời, vận tốc di chuyển giả định của LHM cũng đƣợc tính theo số vòng quay trục tời. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.50.
Hình 4.50. Quá trình thay đổi lƣu lƣợng tích áp và vận tốc liên hợp máy khi lên dốc
96
Nhận xét:
Quá trình xả tích áp từ giá trị áp suất ban đầu đến áp suất cực tiểu kéo dài gần 40 giây, khi đó áp suất cực tiểu của hệ thống cân bằng với áp suất tƣơng ứng với lực cản dốc, mô tơ thủy lực dừng lại, QM = 0, vm = 0. Phần lƣu lƣợng tiếp tục xả trong thời gian ngắn cân bằng với lƣu lƣợng lọt dầu qua mô tơ thủy lực. Quá trình lƣu lƣợng khi xả tích áp đƣợc sử dụng để tính toán các thông số của mô hình mô phỏng LHM vận xuất gỗ trang bị hệ thống neo giữ thủy lực.
4.4.5.5. Đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng
Mục đích của thí nghiệm là để kiểm tra tính đúng đắn của mô hình mô phỏng HTTL neo giữ LHM vận xuất gỗ cỡ nhỏ trong một số trạng thái hoạt động điển hình đã đƣợc tái hiện trong phòng thí nghiệm. Lựa chọn kiểm chứng ở đây là các kết quả mô phỏng đã trình bày trong mục 4.3.
Thí nghiệm đầu tiên là tạo ra quá trình biến đổi của 2 thông số đầu vào là np
và MS gần đúng với quy luật đã trình bày trên hình 4.43) và 4.44). Khi đó cần loại bỏ HTĐK. So sánh kết quả với quá trình nP và MS trong mô phỏng và ghi nhớ quy luật thay đổi ga quy luật đóng ngắt van phân phối điều khiển áp suất phanh tạo tải.
Thí nghiệm so sánh kết quả điều khiển đƣợc tiến hành khi đã kết nối, thiết lập lại hệ thống tự động điều khiển áp suất. Thực hiện các tác động thay đổi ga động cơ Diesel và đóng ngắt van phần phối điều khiển áp suất phanh. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày cùng với kết quả mô phỏng trên các đồ thị nhƣ hình 4.51.
97
b) Biến đổi của mô men cản (MS)
c) Biến đổi của áp suất điều khiển (p)
d) Biến đổi của lƣu lƣợng qua mô tơ (QM)
Hình 4.51. Đánh giá các biến đổi của vận tốc, mô men, áp suất và lƣu lƣợng giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm
98
Nhận xét: Độ chính xác và tin cậy của mô hình mô phỏng HTTL điều khiển neo giữ LHM đƣợc xác định nhờ so sánh quá trình thay đổi áp suất và lƣu lƣợng trƣớc động cơ thủy lực. Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình đã mô tả khá chính xác hoạt động điều khiển của HTTL neo giữ khi có biến đổi của các thông số đầu vào là lƣu lƣợng bơm (thông qua biến đổi vận tốc bơm cung cấp – hình 4.51a) và biến động áp suất (thông qua biến đổi mô men tải – hình 4.51b). Sự sai lệch giữa kết quả mô phỏng so với kết quả thí nghiệm các quá trình này là không đáng kể. Nhƣ vậy, có thể sử dụng mô hình để nghiên cứu mô phỏng các trạng thái động lực học và điều khiển của LHM trang bị HTTL neo giữ khi vận xuất gỗ trên đất dốc.
Trên cơ sở tham khảo kết cấu hoạt động của hệ thống neo giữ tàu biển và neo giữ máy khai thác lâm nghiệp phức hợp, nghiên cứu sinh đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng HTTL neo giữ với các phƣơng án kết cấu, điều khiển áp suất khác nhau. Từ kết quả mô phỏng đã lựa chọn đƣợc một HTTL có chi phí đầu tƣ thấp, đáp ứng các yêu cầu neo giữ phù hợp với LHM vận xuất gỗ cỡ nhỏ khi hoạt động trên vùng đất rừng có độ dốc cao. Ngoài ra hệ thống còn đƣợc bổ sung các phần tử thủy lực để thu hồi, tích lũy năng lƣợng xuống dốc và tái sử dụng trong quá trình vận xuất gỗ.
Đã xây dựng mô hình mô phỏng để đánh giá tính chất động lực học và điều khiển của HTTL neo giữ. Mô hình đã mô tả đầy đủ các phần tử truyền động và điều khiển các trạng thái động lực học và điều khiển khi LHM vận xuất gỗ chuyển động lên dốc. Kết quả mô phỏng đƣợc sử dụng làm cơ sở để thiết lập hệ thống tự động điều khiển áp suất trong phòng thí nghiệm.
Đã lựa chọn, thiết kế, lắp đặt mô hình thí nghiệm HTTL điều khiển neo giữ LHM vận xuất gỗ cỡ nhỏ. Mô hình thí nghiệm sử dụng các phần tử thủy lực là các linh kiện đƣợc lắp trên hệ thống thực. Mô hình đƣợc trang bị thiết bị đo và điều khiển thí nghiệm hiện đại, có thể tái hiện các trạng thái hoạt động và điều khiển của LHM vận xuất gỗ ngoài hiện trƣờng.
Kết quả thí nghiệm đánh giá biến động áp suất nhân tạo tự động điều khiển áp suất khi lên dốc, chuyển động xuống dốc của LHM quá trình xả tích áp và đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng đƣợc sử dụng để xác định và hiệu chỉnh các thông số, xác định các thông số và đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng.
99