4.4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết
4.4.2. Tổ chức và tiến hành thí nghiệm
4.4.2.1. Đo mô men xoắn trên trục lắp đĩa đĩa thép
Các thí nghiệm đo mơ men xoắn trục trên trục lắp đĩa thép được thực hiện tại rừng thực nghiệm Trường Đại học Lâm nghiệp với các thông số sau:
-Đất thí nghiệm: Là đất tự nhiên ở trong rừng, loại đất là đất thịt có lẫn sỏi, rẽ cây, độ ẩm của đất 30%, độ chặt của đất 15kg/cmThiết bị thí nghiệm: Khối lượng dao cắt m = 50g , bán kính đĩa thép R0 thay đổi như sau: R0 = 6cm; R0 = 7cm; R0 = 8cm; R0 = 9cm; R0 = 10cm, chiều
dài dao cắt lấy giá trị cố định: l = 7cm, số vòng quay của trục lắp dao cắt đất n = 1500 vòng/ phút.
Để bảo đảm độ tin cậy của các số liệu thí nghiệm đạt được 95%, theo phương pháp đã biết, luận án đã xác định số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm là 3. Hình 4.12 là biểu đồ của mơ men xoắn trục lắp đĩa thép. Số liệu thí nghiệm sau thi thu được từ thiết bị đo thay vào công thức 4.2, xác định được công suất cắt - kéo văng đất, công suất cắt - kéo văng đất được ghi ở bảng 4.1. Q trình thí nghiệm được thể hiện trên hình 4.11.
Hình 4.11: Thực nghiệm đo mô men, gia tốc rung động của hệ thống cắt đất
Hình 4.12: Biểu đồ mơ men xoắn của trục đĩa thép lắp dao cắt theo thời gian cắt
4.4.2.2. Đo gia tốc rung của máy cắt đất
Đồng thời với đo mô men xoắn trên trục lắp đĩa thép, luận án tiến hành đo gia tốc rung động của máy. Để đảm bảo tin cậy của các số liệu thí nghiệm là 95%, theo các số liệu của thí nghiệm thăm dị ban đầu, xác định được số lần lặp lại cho mỗi thí nghiệm là 3. Q trình thí nghiệm theo phương pháp thống kê toán học, các tham số đầu vào thay đổi ở các giá trị khác nhau theo chiều tăng dần. Kết quả thí nghiệm xử lý bằng phần mềm Tcwin và Catman, hình
4.13 là biểu đồ gia tốc rung động hệ thống cắt đất.
Hình 4.13: Biểu đồ gia tốc rung động của hệ thống cắt đất
4.4.2.3. Xử lý kết quả thí nghiệm
Để kết quả thí nghiệm chính xác chúng tơi tiến hành thí nghiệm theo từng lơ, mỗi lơ có ba thí nghiệm. Theo định luật số lớn thì phân bố xác suất trung bình mẫu tiệm cận chuẩn [6], [9], [11].
Công thức ước lượng mẫu tổng thể là:
P X − uα /2 . ≤ µm ≤ X + uα /2 . = 1 − α
Trong đó: X - trị số trung bình mẫu tổng thể;
S - tiêu chuẩn mẫu; α- mức ý nghĩa;
Nếu gọi ∆ là sai số tuyệt đối của ước lượng, ta có:
∆ = u . ⇒ P.( X − ∆ ≤
µ ≤ X + ∆) = 1 − α
α /2 m
Dung lượng mẫu cần thiết là: n =
uα.S 2 .
2.10 (4.4)
ct ( X )2 .(∆ %)2
Trong đó ∆c% sai số tương đối của ước lượng, lấy ∆c% = 5%.
Kết quả từ các thí nghiệm đo mơ men xoắn, đo gia tốc rung động của máy cắt đất được đưa vào xử lý theo phương pháp "THKU 53X" [11] và phần mềm Tcwin để xác định các đặc trưng động lực học, các bước xử lý số liệu bao gồm:
- Loại bỏ các gia tốc bất thường;
- Xác định các giá trị theo thời gian bằng phương pháp tung độ điểm. Theo [24], hàm tương quan được tính theo cơng thức sau:
R (∆tj ) = 1 N−j X' .X' (4.5) x . ∑ i i=1 i+j
Trong đó: ∆t - số gia thời gian; j - bước nhảy;
N - số số
liệu X' ; i - số hạng tương ứng X' .
Kết quả đo gia tốc của máy cắt đất được thay vào cơng thức (4.3), sau khi tính tốn được gia tốc rung động của máy ghi ở bảng 4.2.
4.4.3. Kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết
4.4.3.1. Kiểm chứng mơ hình tính tốn cơng suất cắt- kéo văng đất
Để so sánh giữa kết quả tính theo lý thuyết với thực nghiệm, trong bảng 4.1 trình bày kết quả tính theo lý thuyết tương ứng với các đại lượng được xác định bằng thực nghiệm (các thông số của q trình khảo nghiệm có cùng giá trị với thơng số tính theo mơ hình lý thuyết). Kết
/2
N −
i i
quả tính cơng suất cắt- kéo văng đất bằng lý thuyết và bằng thực nghiệm được ghi trong bảng so sánh 4.1.
Bảng 4.1. So sánh lực cắt đất tính tốn theo lý thuyết với kết quả thực nghiệm
Bán kính đĩa thép (cm)
Cơng suất cắt - kéo văng đất (KW)
Lý thuyết Thực nghiệm Sai số (%)
6 2,46 2,72 9,6 7 2,75 3,02 8,9 8 2,93 3,22 9,0 9 3,37 3,66 7,9 10 3,93 4,31 8,8 Từ kết quả bẳng 4.1 có nhận xét sau:
- Sai lệch giữa kết quả xác định công suất cắt - kéo văng đất bằng thực nghiệm so với tính theo lý thuyết nằm trong phạm vi cho phép và chấp nhận được, như vậy mơ hình tính tốn cơng suất cắt - kéo văng đất theo lý thuyết là có thể tin cậy được. Có sự sai lệch giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết là do trong quá trình thực nghiệm giữa các yếu tố ảnh hưởng tác động lẫn nhau mà trong nghiên cứu lý thuyết chưa kể đến tác động này. Để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố đến công suất cũng như tác động giữa các yếu tố với nhau luận án sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để nghiên cứu, nội dung và kết quả nghiên cứu được trình bày ở phần tính tốn tối ưu một số thơng số của máy.
4.4.3.2. Kiểm chứng mơ hình tính tốn rung động của máy cắt đất
Luận án đã tiến hành xác định gia tốc rung động của máy cắt đất khi thay đổi bán kính đĩa thép lắp dao cắt đất, kết quả thu được ở dạng biểu đồ (hình 4.13) sử dụng các phần mềm DMC-Plus, Catman xác định được gia tốc rung cực đại ứng với bán kính đĩa thép lắp dao cắt khác nhau. Để đánh giá độ tin cậy của
mơ hình lý thuyết tính tốn dao động của hệ thống cắt đất, luận án so sánh kết quả tính tốn theo mơ hình lý thuyết với kết quả thực nghiệm ở bảng 4.2.
Bảng 4.2. Bảng so sánh gia tốc rung động cực đại của hệ thống cắt đất giữa mơ hình tính tốn lý thuyết và kết quả thực nghiệm
Bán kính đĩa thép lắp dao
cắt đất (cm)
Gia tốc rung động cực đại tính theo mơ
phỏng lý thuyết (m/s2) Gia tốc rung động cực đại xác định bằng thực nghiệm (m/s2) Sai số (%) 6 6,2 6,8 8,82 8 8,5 9,3 8,60 10 10,2 11,3 9,73 Nhận xét: Từ kết quả bảng 4.2 có nhận xét sau:
- Đồ thị gia tốc rung động của hệ thống cắt đất giữa lý thuyết và thực nghiệm là tương tự như nhau, phù hợp với qui luật thay đổi của lực kích động do xung lực cắt đất gây ra.
- Gia tốc rung động cực đại của hệ thống cắt đất đồng biến với bán kính của đĩa thép lắp dao cắt đất, khi bán kính đĩa thép tăng lên, xung lực va đập tăng lên, lực cắt tăng lên, từ đó gia tốc rung động tăng lên.
- Sai số giữa gia tốc rung động của hệ thống cắt đất, cắt đất tính theo kết quả mô phỏng lý thuyết với kết quả xác định bằng thực nghiệm nằm trong phạm vi cho phép, như vậy mơ hình tính tốn rung động của máy cắt đất đã lập ở chương 2 là tin cậy được.