1 v k v k
3.4.1. Kết quả thực nghiệm đặc tính động lực học xylanh khí nén
Trong phần này, các kết quả thực nghiệm được trình bày để hiểu rõ về các đặc tính động lực học của xy lanh khí nén tại các điều kiện hoạt động khác nhau. Hình 3.16 trình bày các kết quả thực nghiệm về độ dịch chuyển của pít-tông, áp suất p1 và
p2 trong các khoang của xy lanh khí nén, lực quán tính và lực ma sát khi các van được điều khiển bằng các tín hiệu điện áp có giá trị không đổi: u1 = 2.875 VDC, u2 = 2.19 VDC. Trong trường hợp này, khí nén từ bình chứa khí được cung cấp cho khoang xy lanh 1 qua van 1 và khí trong khoang xy lanh 2 được xả vào khí quyển qua van 2. Lưu lượng dòng khí cung cấp và thoát ra từ các khoang xy lanh trong trường hợp này là tương đối nhỏ. Như có thể thấy trong Hình 3.16 về đặc tính vị trí, trước tiên pít-tông ở vị trí ban đầu là 0.035 m trong 1.8 giây sau đó di chuyển một khoảng cách nhỏ đến vị trí mới 0.045 m. Sau đó, pít-tông đột ngột dừng lại và giữ nguyên vị trí mới trong 0.5 giây rồi pít-tông lại dịch chuyển. Quá trình chuyển động này của pít-tông được tiếp tục cho đến khi kết thúc hành trình của pít-tông. Đặc tính này được gọi là chuyển động “dính - trượt” và được quan sát thấy trong các xy lanh khí nén 25, 26 và trong các cơ cấu chấp hành khí nén khác 70. Chuyển động này
67
Hình 3.16. Các đặc tính được đo đạc và tính toán tại các điều kiện hoạt động u1 = 2.875 VDC; u2 = 2.19 VDC và M =1.5 kg: a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b.) Các áp
68
của pít-tông có thể được giải thích rằng khi khí được cung cấp cho khoang 1 của xy lanh, khí được nén và áp suất p1 tăng (Hình 3.16b) trong khi áp suất p2 của khoang 2 vẫn ở mức 0 MPa. Trong 1.8 giây đầu tiên, sự gia tăng áp suất p1 không đủ lớn để vượt qua lực ma sát do đó pít-tông vẫn đứng yên. Khi áp suất p1 tăng lên một giá trị đủ lớn khoảng 0.022 MPa, tạo ra một lực đủ để vượt qua lực ma sát, pít-tông bắt đầu chuyển động (trượt). Tuy nhiên, khi pít-tông di chuyển, thể tích của khoang 1 tăng và áp suất p1 giảm và do đó pít-tông ngừng di chuyển (dính). Khí tiếp tục được đưa vào khoang 1 và sau một thời gian, áp suất p1 lại được tăng trở lại đến một giá trị đủ để vượt qua lực ma sát thì pít-tông lại dich chuyển. Quá trình này sau đó được lặp lại. Một lưu ý nữa trong hình 3.16b là áp suất tối đa p1 thu được từ lần di chuyển thứ hai trở đi nhỏ hơn áp suất tối đa p1 ở lần thứ nhất. Trong Hình 3.16c, lực quán tính thu được nhỏ và do đó sự thay đổi của lực ma sát (Hình 3.16d) tương tự như sự thay đổi của áp suất p1. Giá trị của lực ma sát đạt tối đa (10.5N) tại thời điểm pít- tông bắt đầu chuyển động. Khi pít-tông đã di chuyển, lực ma sát giảm. Trong các chu kỳ tiếp theo, giá trị của lực ma sát thay đổi trong khoảng từ 4.5 đến 8.4 N.
Khi tín hiệu u1 của van 1 được cung cấp với giá trị cao hơn (u1 = 2.99 VDC) và
u2 của van 2 có giá trị thấp hơn (u2 = 2.09 VDC) so với tín hiệu trong trường hợp của Hình 3.16, pít-tông vẫn giữ ở vị trí ban đầu 0.03 m trong 0.45 giây sau đó di chuyển trơn tru đến vị trí mới 0.24 m tại thời điểm 1.4 giây như trong Hình 3.17a. Chuyển động “dính-trượt” của pít-tông không quan sát được trong trường hợp này. Cần lưu ý rằng lưu lượng khí cung cấp cho khoang xy lanh 1 là tương đối lớn trong trường hợp này. Điều này có nghĩa là nếu khí được cung cấp đủ lớn cho khoang xy lanh trong một thời gian ngắn, chuyển động liên tục của pít-tông xy lanh có thể đạt được. Ngoài ra, trong Hình 3.17b cho thấy rằng do một lượng lớn lưu lượng khí được cung cấp cho khoang xy lanh 1, áp suất của p1 tiếp tục tăng sau khi pít-tông di chuyển. Áp suất được tăng đến giá trị tối đa khoảng 0.03 MPa sau 0.58 giây và sau đó giảm nhẹ. Mặc dù lực quán tính lớn nhất trong Hình 3.17c lớn hơn so với Hình 3.16c, sự thay đổi của lực ma sát trong Hình 3.17d cũng chủ yếu phụ thuộc vào sự thay đổi của áp suất p1.
Những kết quả tương tự như trên cũng có thể quan sát được đối với các trường hợp khi pít-tông thực hiện hành trình nghịch, tức là đối với trường hợp khi van 2
69
cung cấp không khí cho khoang xy lanh 2 và van 1 xả khí từ khoang xy lanh 1 ra khí quyển.
Hình 3.18 là các đặc tính đo đạc của xy lanh khí nén khi các tín hiệu điều khiển van u1 và u2 thay đổi dạng sóng hình sin: u1 = 2.5+ 0.5sin(2ft) và u2 = 2.5 – 0.4sin(2ft) với tần số thấp 0.2 Hz. Có thể thấy trong hình 3.18a rằng pít-tông chuyển động theo dạng hình thang với tần số tương ứng của tín hiệu điều khiển van và biên độ vị trí có xu hướng tăng nhẹ sau mỗi chu kỳ. Giống như kết quả trong Hình 3.16 và 3.17, pít-tông chỉ di chuyển khi áp suất p1 trong hành trình thuận hoặc
p2 trong hành trình nghịch tăng lên một giá trị đủ lớn, tương ứng với các giá trị tăng và giảm thích hợp của các tín hiệu điều khiển van u1 và u2. Trong hành trình thuận của pít-tông, mức tăng áp suất p1 tương đối lớn, tới giá trị tối đa 0.04 MPa, trong khi mức tăng áp suất p2 rất nhỏ, gần áp suất khí quyển. Ngược lại, mức tăng áp suất
p2 tương đối lớn, đến giá trị tối đa 0.0506 MPa, trong khi mức tăng của áp suất p1 là rất nhỏ trong hành trình nghịch của pít-tông (Hình 3.18b). Các đỉnh giá trị của áp suất p2 trong hành trình nghịch cao hơn áp suất p1 trong hành trình thuận. Kết quả này là do sự khác biệt trong diện tích hữu ích của pít-tông. Lực ma sát quan sát được trong Hình 3.18d biến đổi theo dạng hình sin và sự biến đổi của lực ma sát được lặp lại trong mỗi chu kỳ. Có thể nhận ra rằng sự biến đổi của lực ma sát trong xy lanh khí nén này khác với sự thay đổi được quan sát trong các xy lanh thủy lực
76. Trong các xy lanh thủy lực, hiện tượng giảm lực ma sát tối đa được quan sát sau chu kỳ đầu của thay đổi vận tốc.