Hình 1 .17 cho thấy thử nghiệm và mô phỏng là tương đồng nhau
Hình 1.22 Biểu đồ quan hệ lực – biến dạng
Đồ thị được xây dựng căn cứ trên các số liệu thực nghiệm trong quá trình thử nghiệm gối chậu.
Nhận xét: Tài liệu [30] đã đưa ra được biểu đồ quan hệ giữa biến dạng nén
với lực nén của gối chậu. Đây cũng là căn cứ để NCS thực hiện thêm thực nghiệm để tìm cách biển diễn mối quan hệ lực nén – biến dạng bằng phương trình tốn, làm thơng số đầu vào để nghiên cứu ĐLH của thiết bị TNGCTTL.
Theo [30], Tốc độ gia tải khi nén gối cầu không lớn hơn 0,05N/mm2/s. Tốc độ gia tải lại phụ thuộc vào lưu lượng bơm thủy lực. Với mỗi loại gối cầu khác nhau sẽ có diện tích chịu lực khác nhau địi hỏi lưu lượng bơm cũng cần phải thay đổi để đáp ứng được tốc độ gia tải. Đối với thiết bị thử nghiệm gối cầu đang sử dụng bơm có lưu lượng cố định thì việc thay đổi lưu lượng bơm cũng cần phải xem xét và đưa ra giải pháp phù hợp.
1.5. Định hướng nghiên cứu
Để đảm bảo khả năng làm việc và tuổi thọ của cơng trình cầu, gối cầu cần phải được kiểm tra chất lượng chặt chẽ trong phòng thử nghiệm hợp chuẩn chuyên ngành trên các thiết bị kiểm tra chuyên dùng trước khi đưa vào lắp đặt sử dụng. Một trong những phép thử quan trọng để đánh giá khả năng làm việc của gối cầu là thử nghiệm trên gối hoàn chỉnh bao gồm thử nghiệm nén thẳng đứng, góc xoay, hệ số ma sát, lực đẩy ngang và việc thử nghiệm này được thực hiện trên thiết bị TNGCTTL.
Thiết bị thử nghiệm gối cầu phải có cấp chính xác tối thiểu là cấp 1, [30] . Với thiết bị có cấp chính xác là 1 thì sai số cho phép không được vượt quá 1%, [31]. Hiện nay, các thiết bị đo lực, đo biến dạng, đo các thông số hệ thống TĐTL thường là những loại cảm biến lực, encoder, cảm biến áp suất...có sẵn, cho độ chính xác rất cao, sai số đo của chúng có thể đạt tới phần vạn hoặc thậm chí cịn nhỏ hơn.
Đối với những thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trong nhỏ, các thiết bị đo biến dạng, đo lực đều sử dụng các loại cảm biến có sẵn nên cấp chính xác của những thiết bị thử nghiệm loại này không phải là mối quan tâm lớn. Thế nhưng đối với thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn đến hàng ngàn tấn, như đã trình bày tại các phần trên đây, hiện nay khơng có cảm biến đo lực (loadcell) tải trọng đến hàng ngàn tấn để đo
trực tiếp cho nên lực thử nghiệm được đo gián tiếp qua áp suất hệ thống TĐTL của thiết bị.
Đo lực gián tiếp thông qua áp suất hệ thống TĐTL của thiết bị mà yêu cầu về độ chính xác là vấn đề rất nan giải đối với những nhà thiết kế. Khi thử nghiệm gối cầu, vận tốc nén hoặc đẩy gối rất nhỏ, khơng đáng kể, từ đó giá trị gia tốc nén hoặc đẩy coi như bằng khơng và tồn hệ kết cấu coi như khơng dao động vì vậy đối với thiết bị này hiện có quan niệm rằng hệ thống TĐTL cũng khơng có dao động. Thế nhưng, trong thực tế thử nghiệm, giá trị áp suất chịu dao động với biên độ không nhỏ. Dao động của áp suất gây ra sai số của giá trị lực đo và vì vậy thiết bị khó đạt u cầu về cấp chính xác theo tiêu chuẩn.
Qua phân tích ban đầu cho thấy, mặc dù khi thử nghiệm gối cầu, hệ khung của thiết bị coi như làm việc tĩnh, không dao động nhưng hệ thống TĐTL chịu dao động rõ rệt. Bằng cảm quan khi sờ tay vào đường ống thuỷ lực có thể nhận biết rất rõ về điều đó. Lý giải về vấn đề này thơng qua phân tích như sau:
Đường kính của xy lanh thuỷ lực trong hệ thống TĐTL 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 TĐTL 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.
Để đảm bảo cấp chính xác của thiết bị thử nghiệm gối cầu, thiết bị cần phải đảm bảo để áp suất trong hệ thống ổn định, có biên độ dao động nhỏ, thời gian dập tắt dao động nhanh.
Vì vậy, việc nghiên cứu dao động của hệ thống TĐTL để tìm các nguồn gây ra dao động và giải pháp dập tắt, hạn chế biên độ dao động áp suất, nâng cao độ chính xác
chỉ số lực điều khiển theo qui định nhằm nâng cao chất lượng của thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn do Việt Nam chế tạo là vấn đề rất quan trọng và cần thiết.
Nghiên cứu động lực học hệ TĐTL của thiết bị TNGCTTL nhằm xác định biên độ dao động áp suất tại mỗi nấc gia tải cũng như sử dụng mơ hình ĐLH để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến dao động áp suất tại mỗi nấc gia tải sẽ là cơ sở khoa học để xây dựng các giải pháp kĩ thuật nhằm nâng cao độ chính xác của thiết bị TNGCTTL.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Qua nghiên cứu tổng quan về gối cầu, công tác thử nghiệm gối cầu, thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn cũng như tìm hiểu các nghiên cứu về các vấn đề nêu trên ở trong và ngoài nước, những nhận xét được rút ra như sau:
- Với sự phát triển của ngành giao thông vận tải, các cầu nhịp lớn đang được xây dựng nhiều. Chính vì vậy, gối cầu có tải trọng lớn đã và đang và sẽ sử dụng ngày càng nhiều ở nước ta. Ở trong nước, hiện số lượng thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn trong nước không nhiều, phần lớn đều là tự chế tạo. Các đơn vị hồn tồn chủ động và nắm vững về cơng tác thiết kế, chế tạo hệ thống khung; hệ thống truyền động và hệ thống điều khiển. Tuy nhiên việc đảm bảo độ chính xác cho thiết bị theo u cầu vẫn cịn là vần đề nan giải. Do đó cần thiết phải có những nghiên cứu khoa học về nâng cao độ chính xác cho thiết bị thử nghiệm này, tăng độ tin cậy cho kết quả đo.
- Trên thế giới, thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn đã được chế tạo từ lâu. Những thiết bị này đều do các hãng sản xuất gối chế tạo nhằm kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm của mình, khơng phục vụ thử nghiệm cho các đơn vị bên ngoài. Việc chế tạo thiết bị thử nghiệm đặc thù, hiện đại là bí kíp cơng nghệ riêng của từng hãng nên những nghiên cứu, thiết kế của những thiết bị này không được công bố rộng rãi. Do đó những tài liệu của về các thiết bị TNGCTTL mới chỉ dừng lại ở việc giới thiệu về tính năng và thơng số kĩ thuật.
- Đã có nhiều kết quả nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thuỷ lực cho những loại máy tương tự như thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn trên thế giới được công bố. Tuy nhiên đối tượng thiết bị của những nghiên cứu này khơng hồn tồn giống như thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn vì rằng vận tốc xy lanh thuỷ lực của các thiết bị kể trên thường có giá trị lớn và tải trọng tác dụng lên xy lanh thuỷ lực lại có giá trị khơng lớn, thường chỉ đến 1000 tấn. Điều này không phù hợp với thiết bị là đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án.
- Trong nước, chưa có nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thuỷ lực của thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng lớn do Việt Nam chế tạo. Đặc biệt, các nghiên cứu nhằm nâng cao độ chính xác của thiết bị TNGCTTL cũng chưa có.
- Đã có những nghiên cứu về ảnh hưởng đến áp suất động của hệ thống TĐTL trên các máy xây dựng cũng như trên các máy ép thủy lực. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu tương tự nào trên thiết bị TNGCTTL được công bố.
- Thiết bị TNGCTTL của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT là thiết bị hiện đại nhất Việt Nam hiện nay, hoàn toàn đáp ứng được việc thử nghiệm cho gối cầu tải trọng lớn từ 3000 tấn, tuy nhiên ở những cấp tải nhỏ dưới 2300 tấn độ chính xác chưa được như mong muốn, cần có những nghiên cứu nhằm hồn thiện và nâng cao độ chính xác của thiết bị TNGCTTL.
Từ những nghiên cứu tổng quan nêu trên, cần nghiên cứu nâng cao độ chính xác của thiết bị TNGCTTL do Việt Nam chế tạo. Để làm được điều này, luận án sẽ tiến hành nghiên cứu ĐLH của hệ thống TĐTL của thiết bị TNGCTTL. Từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến dao động áp suất động của hệ thống TĐTL và đưa ra các giải pháp để sao cho biên độ dao động của áp suất nhỏ nhất nhằm nâng cao độ chính xác của thiết bị TNGCTTL do Việt Nam chế tạo.
CHƯƠNG 2.
NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC CỦA THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM GỐI CẦU TẢI TRỌNG LỚN DO
VIỆT NAM CHẾ TẠO
2.1. Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực thiết bị thử nghiệm gối cầu
Sơ đồ HTTĐTL của thiết bị thử nghiệm gối cầu thể hiện trên hình 2.1
a. Nguyên lý làm việc của hệ thống TĐTL
- Đối với hệ xi lanh tạo lực nén thẳng đứng
Động cơ điện (5) sẽ dẫn động cho hệ thống bơm thủy lực (3) và (4) hút dầu từ thùng (1) tạo ra dầu có áp suất cao cung cấp cho hệ xi lanh (16). Ở vị trí trung gian của van phân phối điện từ (10), dầu cao áp sẽ được đưa về thùng qua bầu lọc dầu (17). Khi thực hiện quá trình tạo tải nén thẳng đứng cho gối cầu, thì van phân phối (10) sẽ điều khiển dòng dầu qua cụm van 1 chiều - tiết lưu (12), van khóa tải (15) tới hệ xi lanh (16) đẩy piston đi lên tạo lực nén, dầu từ khoang phía trên piston sẽ qua van phân phối, qua bầu lọc và về thùng.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống TĐTL của thiết bị thử nghiệm gối cầu tải trọng 8.000 Tấn
1 - Thùng dầu thủy lực; 2 - Hệ thống lọc dầu; 3 - Bơm thủy lực;
5 - Động cơ điện; 6 - Khớp nối; 7 - Van an toàn cụm
bơm; 8 - Khóa đồng hồ; 9 - Đồng hồ áp suất; 10- Van phân phối;
11- sensor áp suất; 12- Van tiết lưu 1 chiều; 13,14- Van an tồn hệ
kích; 15- Van khóa tải một chiều điều khiển được; 16- Hệ xi lanh tạo lực
thẳng đứng;
Khi cần giảm tải thì van phân phối sẽ điều khiển dẫn dầu cao áp vào khoang phía trên piston kích, một phần dầu sẽ trích ra điều khiển mở van khóa tải hệ kích, các piston đi xuống, dầu từ khoang phía dưới piston sẽ qua van tiết lưu, van phân phối, qua bầu lọc về thùng dầu. Van khóa tải có tác dụng giữ tải không bị giảm trong suốt thời gian gia tải của từng cấp lực. Cụm một chiều - tiết lưu có tác dụng giảm chấn khi giảm tải. Hệ van an tồn (13) và (14) có tác dụng bảo vệ an tồn cho hệ xi lanh trong hành trình nén hoặc hành trình giảm tải; đồng thời có tác dụng khống chế tải trọng nén lớn nhất theo yêu cầu; bảo vệ hệ thống khi có sự cố hoặc quá tải.
- Đối với hệ xi lanh tạo lực đẩy ngang
Chế độ chạy không tải:
Động cơ điện sẽ dẫn động cho hệ thống bơm thủy lực hút dầu từ thùng tạo ra dầu có áp suất cao cung cấp cho hệ xi lanh (18). Ở vị trí trung gian của van phân phối điện từ, dầu cao áp sẽ được đưa về thùng qua bầu lọc dầu.
Khi tạo lực đẩy ngang:
Van phân phối sẽ điều khiển dịng dầu qua van khóa tải tới hệ xi lanh đẩy piston đi lên tạo lực đẩy ngang, dầu từ khoang phía trên piston sẽ qua van phân phối, qua bầu lọc và về thùng.
b. Thông số kĩ thuật của thiêt bị TNGCTTL
- Bơm thủy lực tạo tải thẳng đứng có các thơng số kĩ thuật sau: + Áp suất làm việc: 70 MPa
+ Lưu lượng riêng: 8,7 cm3/vịng + Cơng suất động cơ dẫn động: 5 kW + Tốc độ vòng quay động cơ: 1450 V/ph - Bơm thủy lực tạo lực đẩy ngang
+ Áp suất làm việc: 40-60 MPa + Lưu lượng riêng: 5 cm3/vịng + Cơng suất động cơ dẫn động: 5kW + Tốc độ vòng quay động cơ: 1450V/ph - Xi lanh thủy lực tạo lực nén
+ Đường kính trong xi lanh: D = 400mm + Đường kính cán piston:d = 320mm
+ Lực nâng:800 tấn + Hành trình:200 mm + Số lượng: 10 cái
- Xi lanh thủy lực tạo lực đẩy ngang + Đường kính trong xi lanh: D = 270mm + Đường kính cán piston: d = 200mm + Lực thiết kế: 300 tấn
+ Hành trình: 250 mm + Số lượng: 03 cái
* Nhận xét:
Từ sơ đồ hệ thống TĐTL chung của thiết bị thử nghiệm gối cầu Hình 2.1 có thể thấy rằng, thiết bị có hai hệ thống TĐTL là hệ thống tạo lực thẳng đứng và hệ thống tạo lực ngang.
- Hệ thống tạo lực thẳng đứng: Đây được coi là hệ thống chính của thiết bị TNGCTTL vì những lí do sau đây:
+ Tạo ra lực gia tải rất lớn đến hàng ngàn tấn.
+Gia tải theo từng cấp lực và kiểm soát chặt chẽ lực nén và biến dạng nén tại mỗi cấp lực.
+ Hệ thống này tham gia toàn bộ vào các nội dung thử nghiệm gối cầu. - Hệ thống tạo lực ngang được coi là hệ thống phụ vì:
+ Tạo ra lực nhỏ chỉ bằng 10-15% lực nén thẳng đứng
+ Không phải gối cầu nào cũng thử nghiệm lực đẩy ngang. Chỉ gối chậu cố định và di động đơn hướng mới có lực ngang, gối song hướng khơng có lực ngang.
+ Q trình thử nghiệm lực ngang không gia tải theo từng cấp lực như nén thẳng đứng mà chỉ gia tải thẳng lên lực lớn nhất và không xét đến biến dạng gối mà chỉ quan tâm đến tình trạng gối sau khi thử nghiệm.
+ Trong lực đẩy ngang, khối lượng quy dẫn vng góc với chiều lực tác dụng nên ít chịu ảnh hưởng của lực quán tính.
Xuất phát từ phân tích trên đây, Luận án lựa chọn hệ thống TĐTL tạo tải thẳng đứng của thiết bị làm đối tượng phân tích động lực học.
a. Sơ đồ hệ thống TĐTL