Thực hiện: Phạm Hà Phương
Nguyên lý làm việc của thiết bị: Mẫu thử là bộ giảm chấn ma sát, một đầu của giảm chấn (xy lanh) được gắn vào gối cố định, đầu còn lại (pistong) được gắn vào gối di động, gối di động chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tạo chuyển động và một động cơ sẽ giúp cơ cấu tạo chuyển động hoạt động.
Khi động cơ quay, cơ cấu chuyển động làm gối di động di chuyển kéo theo cần pistong của giảm chấn di chuyển từ vị trí A1 về A2 và ngược lại. Để tiến hành thí nghiệm và xác định được thông số lực; vận tốc dịch chuyển; khoảng dịch chuyển, trên thiết bị phải được bố trí hệ thống đo lường, xử lý số liệu. Ví dụ như:
+ Xác định lực cản F, sử dụng loadcell (cảm biến lực) gắn chặt vào gối cố định và đầu xi lanh như trên hình 2.2.
+ Xác định được vận tôc chuyển dịch của pistong thông qua vận tốc quay của động cơ và cơ cấu chuyển động.
+ Khoảng dịch chuyển A hay là đoạn A1A2 chính là biên độ dao động của pistong với xi lanh, được xác định nhờ cảm biến đo chiều dài.
Tất cả các giá trị trên đều được chuyền về bằng tín hiệu điện và được xử lý tín hiệu, phân tích dựa trên các phần mềm chuyên dụng như LabView.
Như vậy các thông số của một thiết bị thí nghiệm theo yêu cầu đặt ra cần có các yếu tố chính như sau:
1. Động cơ (có thể tạo chuyển động khứ hồi) 2. Cơ cấu chuyển động. (chuyển động tịnh tiến) 3. Gối di động 4. Gá bắt đầu di động mẫu. 5. Gá bắt đầu cố định mẫu. 6. Loadcell (cảm biến lực) 7. Cảm biến điện từ (xác định A) 8. Khung thiết bị. 9. Bộ điều khiển.
10. Phần mềm xử lý tín hiệu đầu ra.
2.3. Chọn phương án thiết kế thiết bị.
2.3.1. Lựa chọn động cơ:
* Phương án 1: sử dụng Động cơ 1 chiều. + Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ sửa chữa.
+ Nhược điểm: Cấu tạo thường cồng kềnh, khó bố trí trên thiết bị nhỏ gọn, khó khống chế được tốc độ. Khi đảo chiều thời gian trễ lớn. * Phương án 2: sử dụng Động cơ servo.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
+ Ưu điểm: Thường nhỏ gọn, dễ bố trí trên thiết bị thí nghiệm. Có sẵn mạch điều khiển đồng bộ, dễ dàng điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ.
+ Nhược điểm: Giá thành cao, khó sửa chữa
Với hai phương án này tác giả lựa chọn phương án 2, phù hợp với kết cầu thiết bị và cấu trúc luận văn. Do thiết bị thí nghiệm nhỏ gọn, động cơ công suất nhỏ chi phí đầu tư tác giả chấp nhận được.
2.3.2. Lựa chọn phương án dẫn động:
Có rất nhiều phương án dẫn động có thể tạo ra sự dịch chuyển của Pistông như:
* Phương án 1: Vít me bi.
+ Ưu điểm: Hoạt động ổn định, hiệu suất truyền cao, có sẵn gối đỡ di động. Rất sẵn trên thị trường, đủ loại để lựa trọn, giá thành giẻ.
+ Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, khó chế tạo, khó sửa chữa. * Phương án 2: Thanh răng – Bánh răng.
+ Ưu điểm: Dễ chế tạo, sửa chữa, thay thế.
+ Nhược điểm: Hiệu suất truyền thấp. Diện tích bố trí rộng. * Phương án 3: Tay quay – Con trượt.
+ Ưu điểm: Đơn giản, gọn nhẹ, hiệu suất truyền cao, rất phù hợp với dao động có biên độ ổn định.
+ Nhược điểm: Lắp ghép đòi hỏi độ chính xác cao, khi thay đổi biên độ dao động khó điều chỉnh.
Với 3 phương án nêu trên, qua khảo sát tác giả lựa chọn phương án cơ cấu Vít me bi làm cơ cấu dẫn động. Do phương án này đơn giản, có sẵn trên thị trường, giá thành giẻ, chỉ cần lựa chọn tỷ số chuyền hợp lý, dễ dàng điều chỉnh biên độ dao động.
2.3.3. Lựa chọn hành trình làm việc của thiết bị thử:
Với mẫu thử là xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ tác giả lựa chọn hành trình làm việc lớn nhất Amax = 102mm. Chiều dài lắp ghép giảm chấn thủy lực trên máy thử; (không tính đồ gá phụ): Lmax = 298mm.
Do vậy lựa chọn hành trình làm việc của thiết bị (không tính đồ gá phụ) là: L> 300mm
2.3.4. Lựa chọn phương án đo lường.
Để đo được các thông số lực (F), khoảng dịch chuyển của pistong (Y). Tác giả lựa chọn phương án như sau:
Thực hiện: Phạm Hà Phương
+ Đo lực F: sử dụng cảm biến loadcell có khả năng đo được ≥ 26kg ≈ 255N (theo bảng 2.1 Fmsmax = 250N) gắn trên thiết bị.
+ Đo chuyển dịch pistong (Y): Sử dụng cảm biến quang điện.
* Các giá trị lực, vận tốc và quãng đường đo được nhờ phần mềm xử lý tín hiệu điện Labview.
2.4. Cơ sở tính toán để lựa chọn thông số cho thiết bị
2.4.1. Xác định công suất và tốc độ động cơ
* Xác định công xuất động cơ:
Theo công thức: . .1000 F V P (kW) (6) Trong đó: P - công suất động cơ
F - Lực cản (tải) trong bài toán này Fmax = 250N
V – Vận tốc chuyển dịch trong bài toán này Vmax = 320mm/s=0,32m/s η – Hiệu suất hệ thống (tra được η = 0,75)
Thay các giá trị vào công thức (6) ta được:
250.0,32
0, 75.1000
P = 0,106 kW
* Xác định tốc độ động cơ:
Như đã biết tốc độ chuyển dịch lớn nhất theo tính toán ở mục 2.1.2 là Vmax = 320mm/s.
Phương án chuyền chuyển động là vít me bi, do vậy việc lựa chọn tốc độ động cơ phụ thuộc vào bước của vít me, tốc độ động cơ được lựa chọn phù hợp với bài toán đặt ra cũng như thông dụng trên thị trường. Tác giả tự đưa ra giả thiết vít me với 3 bước thông dụng (t = 4mm, 8mm và 16mm).
Theo công thức: . 60 n t V n V.60 t (7) Trong đó: V – vận tốc chuyển dịch n – Tốc độ động cơ t – bước vít me download by : skknchat@gmail.com
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Với các giá trị thay vào công thức 7 có bảng thông số dưới đây dưới đây: Bảng 2.3. Lựa chọn tốc độ động cơ Vận tốc chuyển dịch lớn nhất (mm/s) Bước vít me (mm) Tốc độ động cơ tương ứng (v/phút) Vmax = 320mm/s 4 4.800 8 2.400 16 1.200
Như vậy qua bảng thông số trên tác giả lựa chọn vít me có bước là 16mm tương ứng với đó là tốc độ động cơ từ 0÷1.200 vòng/phút hoặc có thể chọn tốc độ động cơ lớn hơn 1.200÷3.000 vòng/phút.
Thực hiện: Phạm Hà Phương
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1. Thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm.
Với các phương án trọn nêu tại mục2.3; 2.4. Qua khảo sát thị trường và chọn mua một số bộ phận chính cho thiết bị thí nghiệm sau:
3.1.1. Chọn mua thông số bộ truyền:
1. Động cơ servo: - Model: ASMT04L250AK (xem hình 3.1)
- Công suất Pđc = 0,4KW
- Tốc độ vòng quay: nmax = 3000 vòng/phút - Mô men xoắn: Tdc = 1,27 N.m
Hình 3.1: Động cơ servo [8]
2. Bộ truyền vít me bi: - Model: RCP2-SA7C-I-56P-16-800-P1-M - Đường kính trục vít: d = 12mm
- Bước tiến: S = 16mm. - Chiều dài: L = 500mm.
3.1.2. Chọn mua thông số cảm biến đo lường:
3. Cảm biến loadcell: - Hãng MeTTLER TOLEDO (xem hình 3.2)
- Model: MT 1260-50
- Giới hạn đo được: F = 50kg ≈ 490N - Độ nhạy = 2mV/V
Thực hiện: Phạm Hà Phương
Hình 3.2: Một dạng cảm biến loadcell đo lực [10]
4. Cảm biến quang điện: - Model BS5-T2M (xem hình 3.3)
- Tần số đáp ứng tốc độ cao : 2kHz - Dải nguồn cấp rộng : 5-24VDC. - Chỉ thị hoạt động bằng LED Đỏ.
- Kết nối dễ dàng thông qua socket / cáp nối có giắc cắm tùy chọn.
Hình 3.3: Một dạng cảm biến quang điện [11]
5. Cảm biến đo chiều dài: - Model PY-2-F-050-S03M - Khoảng làm việc max = 50mm
Hình 3.4: Một dạng cảm biến đo chiều dài [12]
Thực hiện: Phạm Hà Phương
3.2. Thiết kế chế tạo chi tiết của thiết bị.
3.2.1. Thiết kế khung treo.
(Bản vẽ kèm theo phụ lục)
3.2.2. Thiết kế đồ gá chi tiết
(Bản vẽ kèm theo phụ lục)
3.2.3. Thiết kế và mô phỏng 3D thiết bị.
Sử dụng phần mềm Solidworks thiết kế 3D hoàn chỉnh thiết bị, kiểm tra và sửa đổi hạn chế tối đa sai sót khi chế tạo và lắp ráp thiết bị. (xem hình 3.4)
a)
b)
Thực hiện: Phạm Hà Phương
c)