Hình 4.17. Biểu đồ dao động áp suất sau van phân phối
Dao động áp suất đo được ở sensor áp suất lắp gần xi lanh thể hiện ở hình 4.18
So sánh biểu đồ dao động áp suất xét ảnh hưởng đường ống
Hình 4.19. Biểu đồ dao động áp suất ở gần xi lanh và sau van phân phối
Nhận xét:
- Qua hình 4.17, 4,18, ta thấy, biên độ dao động áp suất trung bình ở vị trí lắp gần xi lanh sẽ nhỏ hơn ở xa xi lanh. Biên độ dao động lớn nhất ở hình 4.17 là (7÷8)x105 Pa trong khi biên độ dao động lớn nhất ở hình 4.18 là (3÷5)x105 Pa.
- Qua hình 4.19, ta thấy đường ống có ảnh hưởng rõ rệt đến dao động áp suất. Ở vị trí sensor lắp sau van phân phối, cách xi lanh 10m ta thấy biên độ dao động áp suất đo được lớn hơn so với vị trí sensor lắp gần xi lanh.
4.2.2. Giải pháp lắp bình tích áp giảm áp suất động
Qua khảo sát ảnh hưởng của bình tích áp ở mục 4.1.4, ta thấy bình tích áp có tác dụng rõ rệt trong việc giảm dao động áp suất của hệ thống TĐTL.
* Để chứng minh tính hiệu quả của giải pháp, NCS tiến hành thực nghiệm kiểm tra.
Khi lắp đặt thêm bình tích áp có dung tích 5 lít vào hệ thống thuỷ lực của thiết bị thí nghiệm gối cầu 8000 tấn thuộc Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, biên độ dao động áp suất của hệ thống thuỷ lực khi làm việc giảm đi rõ rệt.
Hình 4.20. Thực nghiệm dao động áp suất trong hệ thủy lực có bình tích áp và khơng có bình tích áp
Bảng 4.7. Tổn thất áp suất và sai số đo giữa có bình tích áp và khơng có bình tích áp
Từ hình 4.20, ta thấy khi lắp bình tích áp vào hệ thống TĐTL của thiết bị TNGCTTL, biên độ dao động của áp suất trong hệ thủy lực giảm đi đáng kể.
Bảng 4.7 cho ta thấy rõ nhất về tác dụng của bình tích áp. Nhờ có bình tích áp, hệ số Kđ giảm xuống 1,03 so với 1,07 và sai số giảm từ 7,8% xuống còn 3,2%.
4.2.3. Giải pháp dùng biến tần thay đổi lưu lượng bơm thủy lực
Lưu lượng bơm thuỷ lực quyết định tốc độ chuyển động của kích, việc thay đổi lưu lượng bơm sẽ làm có ảnh hưởng trực tiếp đến dao động của hệ trong các giai đoạn chuyển tiếp, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng đó như thế nào chúng ta cần xem xét chi tiết vấn đề này.
Để thay đổi lưu lượng bơm thuỷ lực hiện nay người ta dùng nhiều phương án như: Dùng bơm có lưu lượng riêng tự động thay đổi theo áp suất làm việc, dùng bơm
2 cấp, thay đổi tốc độ vòng quay của bơm có lưu lượng riêng cố định… Trong các hệ tự động, việc dùng phương án thay đổi tốc độ vịng quay của bơm có lưu lượng riêng cố định được dùng nhiều hơn cả do dễ điều khiển, làm việc tin cậy.
Ta có: nb = 120ƒ (1 − )� (4.10)
Pđc
Trong đó: nb: Tốc độ vịng quay của động cơ điện, Vòng/s Pđc: Số cực động cơ
f: Tần số điện áp đầu vào, HZ
Thay (4.10) vào (2.3): Ta có lưu lượng bơm thủy lực
Q = V . n
= 120ƒ (1 − )V
� (4.11)
b b b Pđc b
Thay (4.11) vào hệ phương trình (2.70) chạy với các giá trị f khác nhau ta đo được hệ số Kđ theo bảng sau:
Bảng 4.8. Hệ số Kđ thay đổi theo tần số biến tần
Bảng 4.9. Sai số đo áp suất khi thay đổi tần số biến tần
Hình 4.22. Đồ thị biểu diễn sai số đo và tần số biến tần
Nhận xét:
- Lưu lượng có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số Kđ đại diện cho dao động của áp suất. Với bộ nguồn của thiết bị có lưu lượng tới 12 l/ph, ở các cấp tải khác nhau có thể gây ra hệ số Kđmax = 1,98, sai số lớn nhất lên đến 7,9%.
- Dùng biến tần điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện, từ đó điều chỉnh được lưu lượng bơm sẽ giúp kiểm soát được dao động của áp suất trong hệ thống. Lưu lượng càng thấp thì dao động áp suất càng nhỏ, lưu lượng càng cao thì hệ số Kđ càng lớn. Tuy nhiên nếu lưu lượng quá thấp, hoặc quá cao sẽ ảnh hưởng đến tốc độ
gia tải. Vì vậy cần lựa chọn được lưu lượng hợp lý vừa đảm bảo tốc độ gia tải, vừa giảm hệ số Kđ.
- Rõ ràng, áp suất càng lớn thì Kđ càng giảm, đồng nghĩa với sai số đo càng giảm hay độ chính xác của phép đo càng được nâng cao.
Với việc sử dụng biến tần điều chỉnh lưu lượng từ 12 lít/phút xuống 3 lít/phút đã giúp giảm sai số trung bình 5,1%.
* Để chứng minh tính hiệu quả của giải pháp, NCS tiến hành thực nghiệm kiểm tra.
- Dao động áp suất đo được khi lưu lượng bơm là Q=3 (l/ph) và Q=6 (l/ph)
Hình 4.23. Biểu đồ dao động áp suất khi thay đổi lưu lượng
Nhận xét: Từ hình 4.20, nhận thấy lưu lượng có ảnh hưởng đến dao động áp suất trong hệ thống. Ta thấy biên độ áp suất khi bơm với Q = 3 lít/phút nhỏ hơn biên độ áp suất khi bơm với lưu lượng áp suất Q = 6 lít/phút.
Bảng 4.10, cho thấy việc lựa chọn lưu lượng hợp lý khiến sai số giảm đi đáng kể. Do đó, giải pháp dùng biến tần thay đổi tốc độ động cơ điện từ đó điều chỉnh lưu bơm thủy lực có lưu lượng cố định, làm giảm áp suất động của hệ thống thủy lực, giảm sai số của phép đo, là giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế.
4.2.4. Hiệu quả áp dụng đồng thời các giải pháp
- Với hệ thống truyền động thủy lực của thiết bị TNGCTTL khi chưa áp dụng các giải pháp kĩ thuật thể hiện ở dưới hình 4.21
Hình 4.24. Biểu đồ dao động áp suất của TBTNGCTTL ban đầu
- Sau khi áp dụng các giải pháp kĩ thuật: lắp bình tích áp, chuyển vị trí lắp sensor đo áp suất, điều chỉnh lưu lượng bơm
Hình 4.25. Biểu đồ dao động áp suất của TBTNGCTTL sau khi áp dụng các giải pháp
Bảng 4.11. So sánh sai số đo áp suất trước và sau khi áp dụng các giải pháp
Hình 4.26. Miền sai số đo lực nén của TBTNGCTTLtrước và sau khi áp dụng các giải pháp trước và sau khi áp dụng các giải pháp
Bảng 4.11 cho thấy, việc áp dụng các giải pháp kĩ thuật đã giúp cho sai số đo lực của thiết bị TNGCTTL giảm xuống đáng kể, ở mức lực nén 955 tấn (75x105Pa) đã đạt được sai số đo lực 1%, ở lực nén 1250 Tấn (100x105Pa) sai số đo lực đã giảm từ 2,96% khi chưa áp dụng các giải pháp xuống còn 0,49% khi đã áp dụng các giải pháp kĩ thuật, tương ứng với mức giảm lên đến 2,47%.
Hình 4.26 cho thấy miền sai số đo lực nén của thiết bị đã thu hẹp đáng kể, tương ứng với độ chính xác cảu thiết bị TNGCTTL được nâng lên. Trước khi áp dụng các giải pháp, với lực nén từ 2500 Tấn trở lên (180.105 Pa) thì TBTNGCTTL
đảm bảo cấp chính xác 1, nhưng sau khi áp dụng các giải pháp thì ở mức lực nén 955 tấn (75x105Pa) thì TBTNGCTTL đã đạt được sai số đo lực 1%.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
1. Dựa vào mơ hình tính tốn (2.70) đã nghiên cứu ảnh hưởng đến dao động áp suất của hệ thống TĐTL của các yếu tố như sau: Lưu lượng bơm thủy lực (hình 4.1, hình 4.2, hình 4.3), Độ nhớt dầu thủy lực (hình 4.4, hình 4.5, hình 4.6), Tải trọng thí nghiệm (hình 4.7), Bình tích áp (hình 4.10), chiều dài đường ống thủy lực (hình 4.11, hình 4.12, hình 4.13).
2. Đã ứng dụng bình tích áp vào hệ thống TĐTL của TBTNGCTTL. Đã bổ sung bằng lý thuyết ảnh hưởng cuả bình tích áp đưa vào hệ phương trình ĐLH (2.70) để mơ phỏng nhằm đánh giá ảnh hưởng của hệ TĐTL có bình tích áp và khơng có bình tích áp (hình 4.10). Đã kiểm chứng bằng thực nghiệm để so sánh ảnh hưởng của hệ TĐTL trước và sau khi có bình tích áp (Hình 4.20). Với việc lắp thêm bình tích áp đã giảm được hệ số kđ của hệ TĐTL từ 1,07 xuống 1,03, đồng thời giảm sai số phép đo lớn nhất từ 7,8% xuống còn 3,2%.
3. Đã xác định được bằng lý thuyết và có kiểm chứng bằng kết quả thực nghiệm mức độ ảnh hưởng của vị trí lắp sensor áp suất đến biên độ dao động áp suất hệ TĐTL. Bằng lý thuyết đã xác định được chênh lệch áp suất giữa 2 vị trí lắp sensor là Pca (cơng thức 4.2). Từ đó có thế xác định được các ảnh hưởng của vận tốc dịng chảy (Hình 4.8), kích thước hình học của tuy ơ thủy lực (hình 4.10) đến sai số của phép đo áp suất trong hệ TĐTL của thiết bị. Đã điều chỉnh vị trí lắp sensor áp suất từ vị trí sau van phân phối về trước XLTL nhờ đó giảm sai số đo lớn nhất của phép đo lên tới 3,18 % (Bảng 4.6), đồng thời loại bỏ ảnh hưởng của kích thước hình học đường ống, vận tốc dịng chảy đến kết quả phép đo, góp phần nâng cao độ chính xác của thiết bị.
4. Đã ứng dụng biến tần vào điều chỉnh lưu lượng cho phù hợp khi thí nghiệm gối cầu của TBTNGCTTL. Từ bơm có lưu lượng cố định là 12l/ph, với việc sử dụng biến tấn điều chỉnh số vòng quay để lưu lượng xuống còn 3l/ph đã giảm sai số lớn nhất của phép đo xuống 5,1%.
5. Sau khi áp dụng các giải pháp kĩ thuật: lắp bình tích áp, chuyển vị trí lắp sensor đo áp suất, điều chỉnh lưu lượng bơm đã giúp cho sai số đo lực của thiết bị
TNGCTTL giảm xuống đáng kể, ở mức lực nén 955 tấn (75x105Pa) đã đạt được sai số đo lực 1%, ở lực nén 1250 Tấn (100x105Pa) sai số đo lực đã giảm từ 2,96% khi chưa áp dụng các giải pháp xuống còn 0,49% khi đã áp dụng các giải pháp kĩ thuật, tương ứng với mức giảm lên đến 2,47%. Miền sai số đo lực nén của thiết bị đã thu hẹp đáng kể, tương ứng với độ chính xác của thiết bị TNGCTTL được nâng lên. Trước khi áp dụng các giải pháp, với lực nén từ 2500 Tấn trở lên (180.105 Pa) thì TBTNGCTTL đảm bảo cấp chính xác 1, nhưng sau khi áp dụng các giải pháp thì ở mức lực nén 955 tấn (75x105Pa) thì TBTNGCTTL đã đạt được sai số đo lực 1%.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Kết luận
Luận án đã giải quyết được các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra. Các kết quả thu được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao với các kết quả cụ thể như sau:
1. Đã xây dựng được mơ hình ĐLH hệ thống TĐTL của TBTNGCTTL do Việt Nam chế tạo như biểu thức (2.70) và giải bằng phần mềm matlab Simulink, kết quả thu được hoàn toàn trùng khớp với kết quả thực nghiệm với sai số 1,59% (Hình 3.14) chứng tỏ mơ hình tốn đưa ra là hồn tồn đúng đắn.
2. Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm nhiều loại gối cầu tải trọng lớn với các thí nghiệm khác nhau thu được mối quan hệ lực – biến dạng nén gối cầu là phương trình bậc hai (biểu thức 2.67). Đã kiểm chứng bằng thực nghiệm trên 3 loại gối cầu khác nhau với các kết quả như hình 3.9, hình 3.10, hình 3.11 là hồn tồn phù hợp với tiêu chuẩn thí nghiệm gối cơng bố [30]. Điều đó cho thấy biểu thức (2.67) là hồn tồn đúng đắn.
3. Dựa vào mơ hình tốn (2.70) ta thấy rằng tại đầu mỗi nấc gia tải, biên độ dao động của áp suất trong hệ thống TĐTL dao động xung quanh giá trị trung bình là rất lớn (Hình 2.13), với sai số lớn nhất 3,4% trong khi yêu cầu đối với thiết bị đo lường là sai số không quá 1%. Đây là nguyên nhân gây ra sai số kết quả đo của thiết bị TNGCTTL.
4. Dựa vào mơ hình tính tốn (2.70) đã nghiên cứu ảnh hưởng đến dao động áp suất của hệ thống TĐTL của các yếu tố như sau: Lưu lượng bơm thủy lực (hình 4.1, hình 4.2, hình 4.3), Độ nhớt dầu thủy lực (hình 4.4, hình 4.5, hình 4.6), Tải trọng thí nghiệm (hình 4.7), Bình tích áp (hình 4.10), chiều dài đường ống (hình 4.11, hình 4.12, hình 4.13).
5. Đã đề xuất và kiểm chứng bằng thực nghiệm việc lắp sensor áp suất gần hệ xy lanh thuỷ lực. Đối với thiết bị thử nghiệm gối cầu 8000 tấn của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, giải pháp này làm biên độ dao động áp suất lớn nhất của hệ thống thuỷ lực khi làm việc giảm lên đến 3,18% so với đặt tại đầu ra của van phân phối thuỷ lực.
6. Đã đề xuất và kiểm chứng bằng thực nghiệm việc ứng dụng lắp bình tích áp vào hệ thống TĐTL của TBTNGCTTL. Nhờ việc lắp bình tích áp mà sai số trong việc đo áp suất đã giảm được 4,6% so với trước khi lắp bình tích áp.
7. Đã đề xuất và kiểm chứng bằng thực nghiệm việc lắp biến tần để thay đổi bơm có lưu lượng cố định thành bơm có lưu lượng thay đổi. Với việc sử dụng biến tần điều chỉnh lưu lượng xuống 3 lít/phút đã giúp giảm sai số trung bình 5,1%.
8. Sau khi áp dụng các giải pháp kĩ thuật: lắp bình tích áp, chuyển vị trí lắp sensor đo áp suất, điều chỉnh lưu lượng bơm miền sai số đo lực nén của thiết bị đã thu
hẹp đáng kể, tương ứng với độ chính xác cảu thiết bị TNGCTTL được nâng lên. Trước khi
áp dụng các giải pháp, với lực nén từ 2500 Tấn trở lên (180.105 Pa) thì TBTNGCTTL đảm
bảo cấp chính xác 1, nhưng sau khi áp dụng các giải pháp thì ở mức lực nén 955 tấn
(75x105Pa) thì TBTNGCTTL đã đạt được sai số đo lực 1%.
II. Kiến nghị
1. Đối với thiết bị thí nghiệm gối cầu tải trọng lớn, khi thử nghiệm ở các cấp tải nhỏ từ 10-15% năng lực của thiết bị, sai số đo lực nén là rất lớn. Vì vậy khơng nên thí nghiệm cho các gối cầu có tải trọng thiết kế nhỏ dưới 10% năng lực của thiết bị. Điều này khiến cho kết quả đo khơng được chính xác.
2. Đối với hệ XLTL sau thời gian làm việc, gioăng phớt sẽ bị mòn gây ra hiện tượng rò lọt dầu, tụt áp làm giảm khả năng giữ tải vì vậy cần lắp thêm van khóa tải để bảo vệ hệ thống TĐTL của thiết bị.
CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
1. Ths Phạm Đình Nam, TS Nguyễn Văn Thịnh, PGS.TS Thái Hà Phi, “Thiết bị thí
nghiệm gối cầu tải trọng 6.400 Tấn được thiết kế chế tạo trong nước và ứng dụng trong thực tiễn phục vụ ngành GTVT”, Tạp chí Giao thơng vận tải (Số 8/2016).
2. Ths Phạm Đình Nam, PGS.TS Thái Hà Phi, TS.Trần Xuân Bộ, KS Nguyễn Ngọc Hải, “Nghiên cứu động lực học thiết bị thí nghiệm gối cầu tải trọng 6.400 Tấn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam (Tập 62 - Số 11 - tháng 11/2020).
3. Pham DN., Thai HP., Nguyen NH., Tran XB. (2021) Modelling and Simulating Hydraulic System of a Testing Equipment for Bridge Bearings with a Capacity of 6400 Tons. In: Long B.T., Kim YH., Ishizaki K., Toan N.D., Parinov I.A., Vu N.P. (eds) Proceedings of the 2nd Annual International Conference on Material, Machines and Methods for Sustainable Development (MMMS2020). MMMS 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-69610-8_98
4. NCS Phạm Đình Nam, PGS.TS Thái Hà Phi. “Nghiên cứu Động lực học hệ
TĐTL làm cơ sở khoa học nhằm nâng cao độ chính xác của thiết bị thí nghiệm gối cầu tải trọng lớn do Việt Nam chế tạo”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam (ISSN
0866-7056), (số 1+2, năm 2022).
5. NCS Phạm Đình Nam, PGS.TS Thái Hà Phi. “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật
nhằm nâng cao độ chính xác của thiết bị thí nghiệm gối cầu tải trọng lớn do Việt Nam chế tạo phục vụ ngành GTVT”, Tạp chí Giao thơng vận tải (ISSN 2354-
0818), số tháng 5/2022
6. Phạm Đình Nam, “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra sức chịu tải gối cầu
tải trọng đến 5000 tấn”, mã số DT143010. Đề tài NCKH cấp bộ năm 2014-2015.
7. Ths Phạm Đình Nam, “Một số giải pháp trong thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm tra
đánh giá chất lượng gối cầu siêu tải trọng đến 5.000 Tấn”. Tuyển tập báo cáo -
TÀI LIỆU THAM KHẢO I- Tiếng việt
1. Vũ Thanh Bình. “ Động lực học truyền động thủy lực trên máy xây dựng - xếp