Từ hình 2.13, ta tính được bảng sau:
Bảng 2.3. Hệ số Kđ và sai số đo tại từng nấc gia tải.
bắt giá trị áp suất lớn nhất Pmax, trong khi đó giá trị mong muốn thu được là giá trị áp suất Ptb, điều này gây ra sai số trong phép đo lực nén.
Kđ – hệ số đại diện cho biên độ dao động của áp suất Kđ = Pmax / Ptb
Khi Kđ 1 thì khi ấy biên độ dao động áp suất là nhỏ nhất, nghĩa là độ chính xác của phép đo lực qua áp suất là cao nhất.
Nhận xét:
- Trong quá trình thử nghiệm gối cầu, quá trình gia tải sẽ tiến hành theo các cấp lực, tại mỗi cấp lực sẽ giữ tải để đo chuyển vị gối cầu. Nhìn vào đồ thị, ta thấy tại cuối mỗi mức gia tải khi dừng lại để giữ tải, biên độ dao động của áp suất là rất lớn. Khi áp suất càng lớn, biên độ dao động áp suất càng giảm, đồng nghĩa với sai số đo lực cũng giảm dần, độ chính xác của thiết bị cũng được đảm bảo. Điều đó cho thấy đối với thiết bị TNGCTTL nói chung và thiết bị thử nghiệm gối cầu 8000 Tấn nói riêng, việc lựa chọn tải trọng gối thử nghiệm cũng rất quan trọng. Nếu lực nén quá nhỏ so với năng lực thiết bị thì cũng sẽ gây ra sai số lớn.
- Từ bảng 2.3, ta thấy ở cấp gia tải 1 tương ứng với lực nén 12925kN (1317,5 Tấn) sai số của phép đo là lớn nhất vì hệ số Kđmax = 1,03 và sai số đo lực lên tới 3,4% và đạt giá trị mong muốn 1% ở cấp lực từ 25175 kN (2500 tấn) trở lên.
- Hiện nay ở trong nước, các thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng trung bình được cơ quan nhà nước cấp phép thử nghiệm gối cầu hồn chỉnh là rất ít. Do vậy, các gối cầu có tải trọng thử nghiệm từ 1000 tấn trở lên đều phải thử nghiệm trên thiết bị TNGCTTL. Để có thể thử nghiệm các gồi cầu có tải trọng nén từ 1000 tấn đến 2500 tấn đạt độ chính xác cao thì cần phải nghiên cứu ĐLH để tìm ra các giải pháp kĩ thuật nhằm nâng cao phạm vi hoạt động của thiết bị TNGCTTL, đáp ứng được nhu cầu thực tại trong nước.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
- Đường kính của xy lanh thuỷ lực trong hệ thống thuỷ lực của thiết bị tải trọng lớn gấp hàng trăm lần đường kính đường ống thuỷ lực. Như vậy thiết diện xy lanh sẽ gấp hàng trăm lần bình phương thiết diện đường ống. Khi thử nghiệm, mặc dù vận
tốc di chuyển của đầu xy lanh rất nhỏ nhưng vận tốc dịng chảy của chất lỏng cơng tác rất lớn (gấp hàng vạn lần vận tốc di chuyển của đầu xy lanh thuỷ lực). Khi dịng chảy chất lỏng cơng tác với vận tốc rất lớn như vậy bị đổi hướng hoặc bị đi qua các thiết diện van thay đổi..., nó làm cho hệ thống thuỷ lực sinh ra dao động. Biên độ dao động áp suất của hệ thống thuỷ lực chính là nguyên nhân ảnh hưởng đến sai số chỉ thị về lực vì sai số của sensor áp suất rất nhỏ, không đáng kể.
- Đã xây dựng được phương trình ĐLH hệ TĐTL tạo tải thẳng đứng của TBTNGC (Biểu thức 2.70) và giải bằng phần mềm matlab, đã xác định được biên độ dao động của áp suất hệ thống TĐTL của thiết bị TNGCTTL như hình 2.13.
- Bằng thực nghiệm trên hơn 1700 gối cầu đã đưa ra được mơ hình tốn thể hiện mối quan hệ giữa phản lực của gối cầu trong quá trình nén là hàm mũ phụ thuộc vào độ cứng kháng nén của gối cầu và biến dạng gối cầu trong q trình nén thẳng đứng. Điều đó giúp chúng ta xây dựng được đồ thị thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng, có thể dự đốn chính xác biến dạng thực tế của gối cầu và kiểm soát, loại bỏ được các giá trị sai khác trong q trình thử nghiệm nhằm tăng độ chính xác của kết quả (biểu thức 2.67).
- Áp suất càng lớn thì biên độ dao động của áp suất càng nhỏ, kđ càng nhỏ và ngược lại.
- Tại cuối mỗi nấc gia tải, ở áp suất 100 bar biên độ dao động của áp suất lực trong hệ thống xung quanh giá trị trung bình là rất lớn (Hình 2.13), với sai số lớn nhất tới 3,4% trong khi yêu cầu đối với thiết bị đo lường là sai số khơng q 1%. Điều này ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo lực nén.
Vì vậy, xác định các nguồn gây ra dao động áp suất và giảm thiểu, thậm chí triệt tiêu được chúng sẽ nâng cao độ chính xác cho kết quả thử nghiệm. Đây cũng chính là mục tiêu chính của luận án.
- Các nguồn gây ra dao động áp suất ở đây được dự đoán là: lưu lượng chất lỏng, vị trí lắp sensor thủy lực, độ nhớt dầu thủy lực, ảnh hưởng bình tích áp…sẽ được NCS đo đạc, thử nghiệm trong thực tế ở chương 3.
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM GỐI CẦU TẢI TRỌNG LỚN
DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 3.1. Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm trên TBTNGCTTL được thực hiện với mục đích sau: - Xác định mối quan hệ lực - biến dạng gối làm thông số đầu vào để giải bài toán động lực học hệ thống truyền động thủy lực.
- Xác định các thơng số đầu vào cho bài tốn ĐLH
- Xác định mức độ ảnh hưởng của một số yếu tố đến hệ số áp suất động, biên độ dao động, thời gian tắt dao động... của hệ thống TĐTL.
- Đánh giá kết quả giải bằng lý thuyết với kết quả thực nghiệm để đánh giá độ tin cậy của mơ hình tính tốn động lực học hệ thống TĐTL của thiết bị.
3.2. Các thông số cần đo đạc, thực nghiệm
Để đạt được mục đích đã nêu ở trên NCS đã tiến hành đo đạc và xác định các thông số cụ thể sau:
- Áp suất của xi lanh thuỷ lực tạo tải thẳng đứng; - Lưu lượng cung cấp của bộ nguồn thủy lực; - Chuyển vị của xi lanh thuỷ lực tạo tải thẳng đứng. - Biến dạng của gối cầu.
- Các thông số đầu vào phục vụ cho bài tốn ĐLH.
Từ đó có thể xác định được một cách gián tiếp độ cứng của gối cầu, hiệu suất lưu lượng theo tải trọng, hệ số cản nhớt...
3.3. Chuẩn bị thực nghiệm
3.3.1. Giới thiệu đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
Qua nghiên cứu nhu cầu thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn ở trong nước cũng như ưu, nhược điểm của các thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn hiện có ở nước ta hiện nay, Nhóm tác giả đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng 8000 tấn. Hiện nay đây là thiết bị thử nghiệm gối cầu lớn
nhất, hiện đại nhất ở Việt Nam do Viện Khoa học và Cơng nghệ Giao thơng Vận tải thiết kế chế tạo.
Hình 3.1. Sơ đồ thiết bị TNGCTTL
1.Bàn nâng 2. Gối thí nghiệm 3. Khung thử tải 4. Cơ cấu treo bộ đẩy ngang
5. Vít me điều chỉnh chiều cao kích đẩy ngang 6. Cơ cấu đẩy ngang 7. Động cơ 1,5 kW dẫn
8. Xích truyền động bàn nâng di chuyển 9. XLTL thẳng đứng động bàn nâng di chuyển
10. Bộ nguồn tạo tải đứng 11. Bộ nguồn tạo tải ngang 12.Tấm trung gian
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của thiết bị thử nghiệm gối cầu 8.000 tấn
I Khung thử tải IV Hệ XLTL đẩy ngang
1 Kích thước khung thử tải (dài x rộng x
cao) 2200x3200x3400 mm 20 Lực lớn nhất: Fmax = 900 tấn 2 Kích thước khoang làm việc (dài x rộng
x cao) 2100 x 2100 x 1800 mm 21
Áp suất làm việc: Pmax = 52 MPa
3 Tải trọng thẳng đứng: Fđmax = 8.000 tấn 22 Hành trình: Hmax = 250mm 4 Tải trọng ngang: Fnmax = 900 tấn V Hệ XLTL tạo tải thẳng đứng
5 Góc xoay thí nghiệm: =0,02 rad 23 Lực làm việc:Fmax = 8.000 tấn 6 Hệ số ma sát: đáp ứng được yêu cầu 24 Áp suất: Pmax = 62 MPa 7 Tải trọng thiết kế gối lớn nhất thí
nghiệm: 5.200 tấn 25
Hành trình làm việc: Hmax = 200mm
8 Sai số lực nâng 0,95 FS
VI Hệ điều khiển và quan trắc số liệu tự động
9 Tổng trọng lượng máy: 90.000 Kg
II Bộ nguồn tạo tải thẳng đứng 26 Kiểu điều khiển: Tự động / bằng tay
10 Áp suất làm việc lớn nhất: Pmax = 70
MPa 27
Kiểu hiển thị: Hiện thị số trên LCD
11 Lưu lượng riêng: 8,7 cm3/vòng
28
Điều khiển tộc độ gia tải nén thẳng đứng: Tự động / bằng tay
12 Lưu lượng làm việc: 12 l/ph
13 Công suất động cơ điện dẫn động: 5 kW 29
Điều khiển tốc độ gia tải hệ thống đẩy ngang: Tự động / bằng tay
14 Tốc độ động cơ: 1440 vòng/phút 15 Khả năng điều chỉnh lưu lượng: vô cấp
30
Điều khiển tốc độ bàn nâng di chuyển: Tự động / bằng tay
III Bộ nguồn tạo tải nằm ngang
15 Áp suất làm việc lớn nhất: Pmax = 60 MPa
31
Ghi nhận số liệu quan trắc: Tự động
16 Lưu lượng làm việc: 4 ÷ 10 l/ph
17 Cơng suất động cơ điện dẫn động: 5 kW 32
Tự động lưu trữ số liệu khi gặp sự cố về điện
18 Tốc độ động cơ: 1440 vịng/phút 19 Khả năng điều chỉnh lưu lượng: vơ cấp
Mơ tả hoạt động của thiết bị:
Hệ bàn nâng di chuyển (1) có thể di chuyển vào- ra nhờ động cơ điện hai chiều 1,5 kW (7) thơng qua bộ truyền xích (8). Khi bàn nâng (1) chạy ra ngồi, hệ thống cổng trục 10 tấn sẽ nâng gối cầu (2), XLTL, tấm trung gian (12) gá lắp lên bàn nâng như sơ đồ hình 3.1.
Gá lắp xong, bàn nâng di chuyển vào trong khoang làm việc của khung thử tải. Cơ cấu đẩy ngang (6) được hạ xuống nhờ hệ thanh treo (4) và gá lắp với tấm trung gian và tấm đệm đầu kích bằng các chốt. Thanh ren (5) dùng để điều chỉnh chiều cao của thiết bị tạo tải ngang để phù hợp với chiều cao của nhiều loại gối khác nhau.
Bộ nguồn tạo tải đứng (10) sẽ cung cấp nguồn dầu thủy lực cho hệ kích (9) để tạo lực nén cho gối. Khi lực nén thẳng đứng đạt đến lực cần thiết, thì hệ tạo tải ngang (6) sẽ tác động lực ngang vào gối thông qua tấm trung gian (12).
3.3.2. Giới thiệu về thiết bị đo
3.3.2.1. Đầu đo chuyển vị gối cầu
Trong quá trình thử nghiệm gối cấu để đảm bảo kết quả đo chính xác, người ta lắp 4 encoder ở 4 góc của gối để đo chuyển vị thẳng đứng. Có nhiều loại của các hãng khác nhau, ở đây chọn Rotary Encoder kiểu VL10-06G-10-30F-2000BM của hãng Penon.
Hình 3.2. Encoder dây rút
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 mơi 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 hoà 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 thơng 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 dịng dầu cơng 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 công tác