Hình 4.26 Miền sai số đo lực nén của TBTNGCTTL
3.5. Kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả lý thuyết
i i xi j 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 q 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 1 n 1 ij i n (x x ) j n S
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 khuôn 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 cịn 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 hồn 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 mơ 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 hồn tồn 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 để từ đó tính ra lực sẽ khơng cho giá trị chính xác như đo lực trực tiếp bằng loadcell. Xuất phát từ đó, việc điều khiển các cấp lực đúng giá trị quy định tại các tiêu chuẩn liên quan sẽ có sai số. Sai số này phụ thuộc vào biên độ dao động áp suất của hệ thống thủy lực. Biên độ dao động áp suất hệ thống thuỷ lực càng nhỏ thì độ chính xác điều khiển các cấp lực của thiết bị càng cao.
Trên cơ sở đó, sử dụng mơ hình ĐLH xác định các nguồn gây dao động áp suất và từ đó đưa ra các giải pháp giảm biên độ dao động áp suất khi gia tải để thu được độ chính xác cao của thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn là quan trọng và cần thiết.
4.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng bơm đến dao động áp suất
Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng bơm đến biên độ dao động áp suất của hệ thống TĐTL, ta tiến hành chạy chương trình mơ phỏng ba giá trị khác nhau của lưu lượng bơm thủy lực.
- Đối với lưu lượng bơm Q1 = 12 L/ph, ta có đồ thị dao động áp suất thể hiện ở hình 4.1 dưới đây
1.5 x105 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 2800 Thời gian (s)
Hình 4.1. Dao động áp suất khi Q1= 12 L/ph
- Đối với lưu lượng bơm Q1 = 8 L/ph, ta có đồ thị dao động áp suất thể hiện ở hình 4.2 dưới đây x105 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 Thời gian (s)
Hình 4.2. Dao động áp suất khi Q2= 8 L/ph
x105 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 2800 Thời gian (s)
Hình 4.3. Dao động áp suất khi Q2= 3 L/ph
T 76.5 p 105.2 105 100 10.1 T 76.5 p 95.1 95 76 76.5 77 205 T 472 p 203.1 305 T 890 p 302 405 T 1343 p 401.2 200 6.2 300 4.1 400 2.8 T 1343 p 398.4 195 471.5 T 472 p 196.9 472 472.5 295 889.5 T 890 p 297.9 890 890.5 395 1342 1342.5 1343 105 T 113.5p 104.1 100 8.44 T 113.5 p 95.66 95 113 113.5 114 205 305 405 T 557.5 p 202.4 T 1036p 301.7 T 1568 p 401.1 200 5 300 3.3 400 2.1 195 557 T 557.5 p 197.4 557.5 T 1036 p 298.4 T 1568 p 399 295 395 1035.5 558 Á p su ất ( P a) 1036 1036.5 1567.5 1568 1568.5 2000 2500 2800 X 301.5 Y 102.4 102 202 X 992Y 201.3 100 4.7 200 2.7 98 198 X 992 Y 198.6 301 X 301.5 30 Y 97.7 302 991.5 992 992.5 302 X 1785 Y 300.8 402 X 2743 Y 400.5 300 1.6 400 1 298 X 1785 Y 299.2 398 X 2743 Y 399.5 1784.5 1785 1785.5 2742.5 2743 2743.5
Nhận xét:
- Từ đồ thị 4.1, 4.2 và 4.3 có thể thấy lưu lượng bơm có ảnh hưởng đến biên độ dao động áp suất của hệ thống TĐTL, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo. Lưu lượng bơm càng lớn thì biên độ dao động áp suất càng lớn, hệ số áp suất động (kđ) càng lớn, dẫn đến sai số phép đo cũng tăng lên.
Bảng 4.1. So sánh ảnh hưởng lưu lượng bơm.
- Tuy nhiên, theo [30], khi thí nghiệm phải đảm bảo được tốc độ gia tải. Mỗi loại gối khác nhau thì lực thử nghiệm khác nhau dẫn đến tốc độ gia tải sẽ thay đổi. Vì vậy lưu lượng bơm cũng cần phải thay đổi để phù hợp, vừa có thể đảm bảo tốc độ gia tải theo tiêu chuẩn thí nghiệm, vừa hợp lý để hạn chế biên độ dao động của áp suất, giảm sai số của phép đo. Mặt khác, bơm thủy lực của bộ nguồn lại là bơm có lưu lượng cố định. Do đó, cần có các giải pháp thay đổi lưu lượng của bơm thủy lực phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra.
4.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của độ nhớt dầu thủy lực
Khảo sát ảnh hưởng của độ nhớt dầu thủy lực đến biên độ dao động áp suất của hệ thống TĐTL, ta tiến hành chạy chương trình mơ phỏng ba giá trị khác nhau của dầu thủy lực, tương ứng với các loại CS32, CS46, CS68.
Hình 4.4. Dao động áp suất với dầu CS32
- Đối với loại dầu thủy lực CS46, ta có đồ thị dao động áp suất:
Hình 4.5. Dao động áp suất với dầu CS46
- Đối với loại dầu thủy lực CS68, ta có đồ thị dao động áp suất:
Bảng 4.2. So sánh ảnh hưởng độ nhớt dầu.
Ta thấy ở đồ thị 4.4 biên độ dao động áp suất là lớn hơn so với biên độ dao động áp suất ở hình 4.5 và biên độ dao động áp suất ở hình 4.5 lớn hơn biên độ áp suất ở hình 4.6. Điều đó cho thấy, dầu cơng tác có độ nhớt càng nhỏ thì dao động áp suất càng lớn và ngược lại, độ nhớt cao thì dao động áp suất giảm đi. Bảng 4.2, ta thấy khi thay đổ độ nhớt dầu thủy lực, hệ số áp suất động (kđ) và sai số phép đo thay đổi. Tuy nhiên, độ nhớt quá cao sẽ làm gia tăng hệ số ma sát trượt giữa các bề mặt tiếp xúc, khiến nhiệt lượng phát sinh làm tăng hệ số tổn thất công suất và năng lượng vận hành hệ thống, giảm tuổi thọ của các bề mặt tiếp xúc. Chính vị vậy, khuyến nghị loại dầu nên dùng là dầu CS46.
4.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của tải trọng thí nghiệm
Để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng thử nghiệm đến biên độ dao động áp suất, NCS tiến hành chạy mơ phỏng thử nghiệm gối cầu có tải trọng 62.500kN (6300 Tấn).
Ta có đồ thị dao động áp suất như hình dưới đây:
Bảng 4.3. So sánh ảnh hưởng tải trọng thử nghiệm.
Nhận xét:
Hình 4.7 cho ta thấy, ở những cấp lực 1 và 2 biên độ dao động áp suất tại mỗi nấc gia tải là rất lớn, nhưng ở các cấp lực còn lại biên độ dao động áp suất giảm xuống đáng kể.
Bảng 4.3 cho thấy, ở áp suất nhỏ hệ số Kđ là rất lớn, điều đó khiến cho sai số đo lớn đến 2,96%; khi áp suất càng cao thì kđ có xu hướng giảm xuống, điều đó khiến cho sai số của phép đo giảm xuống rõ rệt. Ở áp suất đến 500.105 Pa, hệ số Kđ giảm xuống đáng kể Kđ=1 và sai số giảm xuống cịn 0,10%.
Từ đó, ta thấy được rõ ràng với thiết bị TNGCTTL, tải trọng thử nghiệm có ảnh hưởng đến biên độ dao động áp suất và sai số của phép đo. Đối với tải trọng thử nghiệm bằng hoặc nhỏ hơn 20% năng lực của thiết bị, biên độ dao động áp suất và sai số của phép đo là rất lớn. Đối với tải trọng thử nghiệm trong khoảng từ 20%
80% năng lực của thiết bị thử nghiệm, biên độ dao động áp suất và sai số của phép đo là rất nhỏ, và đáng tin cậy.
4.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của bình tích áp trong hệ thống TĐTL
Mục đích của việc lắp thêm bình tích áp trong hệ thống là làm giảm áp lực làm việc lớn nhất và giảm thời gian dao động áp suất trong hệ. Nếu lắp bình tích áp trực tiếp vào đường ống cao áp nối với bơm, trong q trình làm việc nó có tác dụng điều