Những tính năng kĩ thuật của encoder như sau: + Số xung trên một vòng quay: 2000 xung + Kiểu xung ra: Hở Collector, dòng tối đa 30 mA
+ Dây ra: Xung ra khi quay cùng chiều kim đồng hồ, khi ngược chiều, dây Zero. + Tần số phản ứng tối đa: 100 KHz
+ Nguồn cung cấp: 5 đến 24 VDC
3.3.2.2. Đầu đo áp suất
TT Thông số Giá trị
1 Nhiệt độ môi trường -40 đến 1250C 2 Điện áp tín hiệu đầu ra 0 đến 5 V
3 Dịng tín hiệu ra 4 đến 20mA
4 Áp suất làm việc 0 đến 600 bar
Cảm biến đo áp suất để đo áp suất trong đường ống thuỷ lực. Trong phạm vi luận án đầu đo thông dụng kiểu áp điện đã được chọn. Đầu đo là một kết cấu kín và chắc chắn, một đầu có ren để bắt vào một nhánh rẽ trên đường ống cần đo. Khi áp lực tác động lên màng áp điện của đầu đo sẽ có tín hiệu điện ở đầu ra. Trong đầu đo đã có mạch điện tử để tín hiệu ra là tiêu chuẩn có thể ghép nối với các thiết bị hiển thị khác. Hình ảnh dưới đây là loại đầu đo MI-08S-OE-2000 của Cộng hồ Liên Bang Đức (Hình 3.3.) được lựa chọn.
Hình 3.3. Hình ảnh và thơng số kỹ thuật của đầu đo áp suất MI-08S-OE-2000
3.3.2.3. Đầu đo lưu lượng
Hình 3.4. Hình ảnh và thơng số kỹ thuật của đầu đo lưu lượng
Để đo lưu lượng, lựa chọn đầu đo do hãng AW-LAKE của Mỹ sản xuất có ký hiệu R4S-7HV-50 và thông số như dưới đây.
TT Thông số đầu đo lưu lượng R4S-7HV-50 Giá trị
1 Nhiệt độ môi trường -10 đến 1160C
2 Điện áp nguồn đầu vào 12 đến 35 V
3 Điện áp tín hiệu đầu ra 0 đến 5 V
4 Dịng tín hiệu ra 4 đến 20 mA
5 Tần số 0 đến 2000 Hz
6 Lưu lượng 0 đến 200 lít/phút
3.3.2.4. Thiết bị xử lý số liệu
Bộ chuyển đổi tín hiệu NI- USB 6009 của hãng NATIONAL INSTRUMENT cung cấp các đặc tính thu thập dữ liệu cơ bản cho các ứng dụng như: ghi dữ liệu đơn giản, đo lương di động, thực hành và thí nghiệm. Với 8 ngõ vào analog (tại 14 bits, 48 kS/s) và 2 ngõ ra analog (tại 12 bits), 12 TTL/CMOS digital I/O lines, 01 bộ đếm 32-bit, 5 MHz, Trigging số và Bus-powered. Hình ảnh bố trí chung và chi tiết các kênh tín hiệu của NI USB-6009 thể hiện ở Hình 3.5 và Hình 3.6.
Hình 3.5. Bộ chuyển đổi tín hiệu NI-USB 6009.
1- Vỏ; 2- Vít kết nối; 3- Kênh tín hiệu; 4- Cáp USB
Hình 3.6. Chi tiết kênh tín hiệu của NI USB-6009.
1- Các kênh tín hiệu người dùng; 2- Kênh cuối; 3- Ngõ vào/ra;
4- Kênh tín hiệu vi phân đầu vào tương tự; 5- Kênh tín hiệu đầu vào tương tự.
3.4. Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo và Trình tự đo đạc thực nghiệm
3.4.1. Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo
Từ sơ đồ hệ thống thủy lực chung của thiết bị thử nghiệm gối cầu Hình 2.2 có thể thấy rằng, thiết bị có hai hệ thống thủy lực là hệ thống tạo lực thẳng đứng và hệ thống tạo lực ngang.
Trong hai hệ thống thủy lực này, hệ thống thủy lực tạo lực thẳng đứng là hệ thống chính. Trong thực tế, hệ thống này thực hiện phần lớn các nội dung thử nghiệm
gối cầu. Mặt khác, khi thử nghiệm với hệ thống tạo lực ngang, hệ thống thủy lực không phải thay đổi tải trọng theo từng cấp lực. Trong khi đó, thử nghiệm với lực thẳng đứng phần lớn phải thay đổi tải trọng từng các cấp lực theo yêu cầu của các tiêu chẩn hiện hành.
Cũng theo quy định tại các tiêu chuẩn liên quan, các cấp lực thử nghiệm phải đảm bảo sai số phù hợp. Xuất phát từ phân tích trên đây, Luận án lựa chọn hệ thống thủy lực tạo tải thẳng đứng của thiết bị làm đối tượng đo đạc thực nghiệm.
Bố trí sơ đồ lắp đặt thiết bị đo như sau:
Hình 3.7. Sơ đồ bố trí Thiết bị đo
1. Bơm thủy lực 2. Van phân phối 3. Sensor áp suất
4. Đầu đo lưu lượng 5. Sensor áp suất 6. Kích thủy lực
7. Gối cầu 8. encoder đo chuyển vị 9.Tấm đệm đầu kích
10. Cảm biến nhiệt độ
3.4.2. Trình tự lắp đặt thử nghiệm
* Bước 1: Chuẩn bị
+ Chuẩn bị 02 gối cầu để thử nghiệm
+ Chuẩn bị thiết bị đo: đầu đo lưu lượng, đầu đo áp suất, encoder chuyển vị, đầu đo lực, bộ chuyển đổi tín hiệu, máy tính xách tay...
* Bước 2: các thu nhận kết quả
- Cho hệ thống chạy thử để kiểm tra khả năng làm việc bình thường của hệ thống. - Cho kích thủy lực đi lên gia tải theo từng cấp lực của gối. Tại mỗi cấp tải dừng 3 phút để ghi các số liệu quan trắc.
- Đầu đo áp suất (3), (5) lắp ở các vị trí khác nhau được kết nối với nối ra phần mềm trên máy tính. Từ đó có thể đo được biên độ dao động, thời gian dập tắt dao động của áp suất....
- Cảm biến nhiệt độ (10) dùng để đo nhiệt độ dòng dầu công tác trong hệ thống, phục vụ NCS trong việc xét ảnh hưởng nhiệt độ chất lỏng công tác đến các thông số động lực học.
- Đầu đo lưu lượng (4) dùng để kiểm tra lưu lượng cung cấp đến bộ cơng tác trong q trình làm việc. Mục tiêu là để NCS xác định tổn thất lưu lượng đường ống, xác định ảnh hưởng của lưu lượng đến các thông số động lực học.
- Chuyển vị (8) đo biến dạng của gối cầu tại các cấp tải trọng, từ đó giúp nghiên cứu sinh xem xét, đánh giá mối quan hệ giữa tải trọng - biến dạng gối.
* Bước 3: xác định mối quan hệ giữa lực nén - biến dạng gối
Các bước Công tác thực hiện
Bước 1 Lắp đặt gối vào vị trí
Bước 2 Lắp đặt 4 encoder biến dạng tại 4 góc của gối
Gia tải lần 1
Bước 3 Ghi nhận các giá trị ban đầu
Bước 4 Tải trọng nén thẳng đứng thử nghiệm được tăng dần từng cấp lực. Mỗi cấp lực giữ 3 phút, ghi nhận giá trị trên các encoder đo biến dạng. Bước 5 Giảm tải trọng nén thẳng đứng về 0, giữ trong 1 phút, ghi nhận giá trị
trên các encoder đo biến dạng.
Gia tải lần 2
Bước 6 Ghi nhận các giá trị ban đầu
Bước 7 Tải trọng nén thẳng đứng thí nghiệm được tăng dần từng cấp lực. Mỗi cấp lực giữ 1 phút, ghi nhận giá trị trên các encoder đo biến dạng. Bước 8 Giảm tải trọng nén thẳng đứng về 0, giữ trong 1 phút, ghi nhận giá trị
Các bước Công tác thực hiện
trên các encoder đo biến dạng.
Gia tải lần 3
Bước 9 Ghi nhận các giá trị ban đầu
Bước 10 Tải trọng nén thẳng đứng thí nghiệm được tăng dần từng cấp lực. Mỗi cấp lực giữ 3 phút, ghi nhận giá trị trên các encoder đo biến dạng. Bước 11 Giảm tải trọng nén thẳng đứng về 0, giữ trong 1 phút, ghi nhận giá trị
trên các encoder đo biến dạng.
Trình tự các cơng việc tiến hành trong q trình nghiên cứu thực nghiệm được giới thiệu trên Hình 3.8.
Hình 3.8. Trình tự thực hiện thử nghiệm
3.5. Kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả lý thuyết
1 n 1 iji n (x x ) j xij xi
Nghiên cứu sinh tiến hành thực nghiệm để lấy kết quả đo ứng với các trường hợp đo đạc của máy đã trình bày ở trên. Do trong quá trình thực nghiệm phát sinh các hiện tượng nhiễu tín hiệu đo ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh, vì vậy cần xử lý làm trơn số liệu thực nghiệm theo đa thức bậc nhất với 100 điểm, N = 100.
x 1 (x x ... x ) 1 N 1 2 N x 1 (x x ... x ) 2 N 2 3 N2 x 1 (x x ... x ) i N i i1 Ni
Tập hợp số liệu trong cùng khoảng thời gian t(s) = 0 - 60 s tùy trường hợp, tại thời gian tij(s) có giá trị xij, ở đây j=1÷5 là số lần đo. Giá trị trung bình số học của đại lượng xij được tính:
x 1 n n j
xij
Phương sai thực nghiệm S2 của dãy số liệu được xác định bởi:
S2 n 1 j1 (xij xi )
Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm: Si
Lập tỷ số ti
i
So sánh: Nếu ti (ti/P), với P là độ tin cậy, chọn P=95%, thì giữ lại giá trị xij; Nếu ti > (ti/P), thì loại bỏ giá trị xij.
Số liệu đo đạc sau khi xử lý làm trơn, loại bỏ nhiễu và các số liệu không tin cậy được ghi lưu theo file Excel, theo các bài thực nghiệm để dễ dàng kết xuất sang chương trình Matlab - Simulink phục vụ việc so sánh đánh giá lý thuyết và thực nghiệm.
3.5.2. Đo xác định lực nén - biến dạng gối
Từ năm 2016 đến nay, Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm trên
i i
n
1700 gối cầu các loại, trong đó có hơn 700 gối chậu của các hãng sản xuất lớn trên thế giới như Mageba, OVM, Fressine, Kawakin, Maurer Do khn khổ luận án có hạn nên sẽ trình bày kết quả thử nghiệm trên 3 loại gối chậu có tính chất làm việc khác nhau, ở các dải tải trọng khác nhau và của hãng sản xuất khác nhau, phần còn lại sẽ được trình bày trong phụ lục của luận án.
* Thử nghiệm loại gối OVM GPZ (2009)4SX-HTB
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm thực tế để xác định biến dạng thực tế của gối với 4 encoder đo biến dạng được lắp ở 4 góc của gối cầu cho các giá trị biến dạng Z1, Z2, Z3, Z4, tiến hành vẽ đồ thị thể hiện mối tương quan giữa lực - biến dạng (hình 3.9).
Bảng 3.2. Kết quả thử nghiệm biến dạng nén - gối OVMLực nén gối Lực nén gối
TT Biến dạng thực tế (mm) Biến dạng trung
(kN) Z1 Z2 Z3 Z4 bình (mm) 1 800 0,61 0,62 0,65 0,62 0,63 2 1.600 0,81 0,86 0,87 0,85 0,85 3 2.400 1,07 1,06 1,10 1,06 1,07 4 3.200 1,20 1,21 1,23 1,17 1,20 5 4.000 1,39 1,38 1,45 1,43 1,41 6 5.000 1,53 1,49 1,56 1,55 1,53 7 6.000 1,61 1,60 1,64 1,64 1,62
Hình 3.9. Đồ thị lực nén – biến dạng của gối OVM
Ta thấy được mối quan hệ giữa lực – biến dạng là phương trình bậc 2 Fcs = 2,5.1011x2
* Thử nghiệm loại gối chậu KAWAKIN
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm thực tế để xác định biến dạng thực tế của gối (bảng 3.3), tiến hành vẽ đồ thị thể hiện mối tương quan giữa lực - biến dạng thực tế (hình 3.10).
Bảng 3.3. Kết quả thử nghiệm biến dạng nén- gối Kawakin
Lực nén gối Biến dạng thực tế (mm) Biến dạng trung
TT (kN) Z1 Z2 Z3 Z4 bình (mm) 1 1.500 0,48 0,49 0,46 0,48 0,48 2 3.000 0,61 0,65 0,63 0,60 0,62 3 6.000 0,87 0,89 0,90 0,87 0,88 4 9.000 1,04 1,06 1,07 1,03 1,05 5 12.000 1,21 1,25 1,23 1,19 1,22 6 15.000 1,35 1,36 1,37 1,34 1,36 7 18.750 1,54 1,55 1,57 1,55 1,55
Hình 3.10. Đồ thị lực nén – biến dạng của gối - gối Kawakin
Ta thấy được mối quan hệ giữa lực – biến dạng là phương trình bậc 2 Fcs = 1012x2
* Thử nghiệm loại gối chậu Mageba 14TE
Đối với gối chậu di động đơn hướng Mageba 14TE tải trọng thiết kế 18000kN ta có biến dạng thực tế được thể hiện trong Bảng 3.4 và bằng đồ thị trên Hình 3.11.
Bảng 3.4. Kết quả thử nghiệm biến dạng nén- gối Mageba
Lực nén gối Biến dạng thực tế (mm) Biến dạng trung
TT (kN) Z1 Z2 Z3 Z4 bình (mm) 1 3.600 0,30 0,35 0,32 0,35 0,33 2 7.200 0,47 0,49 0,44 0,45 0,46 3 10.800 0,55 0,58 0,50 0,54 0,54 4 14.400 0,61 0,75 0,66 0,58 0,65 5 18.000 0,67 0,89 0,69 0,64 0,72 6 22.500 0,71 0,91 0,75 0,72 0,77 7 27.000 0,75 0,94 0,81 0,76 0,81
Hình 3.11. Kết quả mơ phỏng - thực tế gối Mageba
Ta có được mối quan hệ giữa lực – biến dạng là phương trình bậc 2 Fcs = 4,5.1012x2
Nhận xét:
Trên cơ sở tiến hành thực nghiệm với 3 loại gối cầu khác nhau (hình 3.9, hình 3.10, hình 3.11), đã khẳng định mối liên hệ giữa lực nén – biến dạng gối cầu theo phương trình Fcs = CX2 là hoàn toàn đúng đắn.
3.5.3. Thực nghiệm giá trị áp suất khi nén gối
Hình 3.13. Biểu đồ dao động áp suất tính tốn lý thuyết
So sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm
Tại A
Qua hình 3.12, 3.13, 3.14 và mặt cắt A-A cho thấy:
- Trong thực tế, áp suất trong hệ TĐTL tạo tải thẳng đứng của TBTNGCTTL có dao động với hệ số Kđ = Pmax/Ptb = 1,07; Biên độ dao động áp suất là 8 bar tương ứng với sai số 5,7%.
- Dạng mơ hình dao động áp suất khi chạy chương trình lí thuyết hình 3.13 và dạng biểu đồ áp suất dao động trong thực tế hình 3.12 là tương đồng nhau. Nhìn trên hình 3.14, Đồ thị dao động áp suất lí thuyết - thực tế trùng khớp nhau với sai số 1,59%. Điều đó cho thấy mơ hình tốn dùng để mô phỏng và các điều kiện dùng trong mô phỏng là đúng với thực tế.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Nội dung chương 3 đã trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số động lực học của thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng đến 8000 Tấn chế tạo tại Việt Nam.
- Đã kiểm chứng được mối quan hệ lực – biến dạng gối cầu là phương trình bậc 2 có dạng: Fcs = c.x2 bằng việc thực hiện đo đạc thực nghiệm trên gần 1700 gối cầu và thử nghiệm chứng minh trên 3 loại gối cầu có tải trọng thử nghiệm khác nhau: gối OVM 4000 kN - tải trọng thí nghiệm 6.000 kN, gối kawakin 12.000 kN - tải trọng
thí nghiệm 18.750 kN, gối Mageba 18.000 kN - tải trọng thí nghiệm 27.000kN; có tính chất làm việc khác nhau: gối cố định, gối di động đơn hướng, gối di động đa hướng; của 3 hãng sản xuất gối cầu lớn trên thế giới: OVM - Trung Quốc, Kawakin - Nhật Bản, Mageba - Thụy sĩ . Đồ thị thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng như hình 3.9, hình 3.10, hình 3.11 là hoàn toàn đúng với nội dung nghiên cứu ở chương 2.
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, hệ TĐTL tạo tải thẳng đứng của thiết bị TNGCTTL có dao động áp suất. Dao động áp suất đo được trong hệ thống TĐTL của thiết bị thử nghiệm gối cầu làm việc trong thực tế và đồ thị dao động áp suất lý thuyết đưa ra là tương đồng nhau (Hình 3.12; Hình 3.13; Hình 3.14) với sai số trung bình lớn nhất 1,59%,. Điều đó đã khẳng định được độ tin cậy của mơ hình ĐLH, phương pháp tính và cơng cụ thực hiện và các tham số đầu vào để đưa vào tính tốn. Trên cơ sở đó, NCS sẽ tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dao động áp suất của hệ thống TĐTL bằng chương trình mơ phỏng, từ đó đưa ra các biện pháp giảm biên độ dao động của áp suất. Điều này sẽ được thực hiện ở chương 4 của luận án.
CHƯƠNG 4.
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA THIẾT BỊ
THỬ NGHIỆM GỐI CẦU TẢI TRỌNG LỚN DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 4.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến dao động áp suất của hệ TĐTL có áp dụng mơ hình ĐLH
Như đã trình ở phần trên, việc đo lực trong thử nghiệm đối với các thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn, người ta thường thực hiện gián tiếp thông qua áp suất của hệ thống thủy lực. Thơng qua phân tích động lực học hệ thống TĐTL của thiết bị thử nghiệm gối cầu đã trình bày tại Chương 2 có thể xác định được áp suất hệ thống thuỷ lực của thiết bị có dao động và dao động với biên độ lớn.
Vì hệ thống thuỷ lực của thiết bị dao động nên việc đo áp suất hệ thống thủy lực