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 mô 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 hịa áp suất trong hệ thống, khi áp suất trong hệ có xu hướng tăng thì chất lỏng được nạp thêm vào bình tích áp, làm áp suất trong hệ tăng từ từ, ngược lại khi áp suất trong hệ giảm bình tích áp phóng chất lỏng trở lại mạch làm áp suất giảm từ từ, tức là nó có tác dụng dập tắt xung động áp suất hệ thủy lực.
Hình 4.8. Sơ đồ thủy lực TBTNGCTTL lắp thêm bình tích áp
1. Bơm thủy lực 2. Van phân phối 3. Bình tích áp
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
- Hệ số tích lũy đàn hồi tương đương của ắc quy thủy lực, �a �a
= V d
Ea (4.1)
Trong đó, Vd - Thể tích dầu cơng tác trong ắc quy thủy lực, m3; Ea - Mô đun đàn hồi tương đương của ắc quy thủy lực, Pa; Mô đun đàn hồi tương đương của ắc quy thủy lực theo [52], như sau:
1 = Vk ( 1 ) + Vd ( 1 ) + 1 (4.2)
Ea Vt Ek Vt Ed Eb
Trong đó, Vt - Thể tích tổng của ắc quy thủy lực, m3; Vk - Thể tích khí trong ắc quy thủy lực, m3 Ek - Mơ đun đàn hồi thể tích của khí nén, Pa; Ed - Mơ đun đàn hồi thể tích của dầu thủy lực, Pa; Eb - Mô đun đàn hồi của thép chế tạo bình chứa, Pa;
Xác định thể tích dầu thủy lực trong ắc quy theo các điều kiện làm việc của ắc quy thủy lực:
Gọi Vk0, Pk0 lần lượt là thể tích và áp suất khí ban đầu của ắc quy; Vk, Pk lần lượt là thể tích và áp suất khí làm việc của ắc quy;
Đối với bình ức quy thủy lực khí nén thì q trình nạp và xả diễn ra giống q trình trao đổi khí nói chung, khi đó:
1 n n Pk0.Vn n �k0. �k0 = �k1. �k1 => �k = ( k0) Pk (4.3)
Theo [21], Q trình nén - giãn nở khí trong ắc quy khi làm việc là q trình đa biến với n=1,4.
Áp suất thủy lực của hệ thống, P1 ln bằng với áp suất khí Pk, nên phương trình 4.3 viết lại như sau:
�k = (P 1
k0.Vn n k0
)
P1
(4.4) + Nếu P1 ≤ Pk0, thì ắc quy thủy lực chưa làm việc, tức là Vd = Vd0;
+ Nếu P1 > Pk0, thì quá trình nạp xả xảy ra; Mặt khác:
1 Pk0.Vn n �d = �t − �k => �d = �t −
(
Thay (4.4), (4.5) vào biểu (4.2) ta được:
k0)
= ( k0) 1 P 1 Pk0.Vn Ea PA1 1 n ( 1 Vt Ek 1 n n 1 ) + [�t − ( k0) ] PA1 Vt ( 1 ) + 1 Ed Eb (4.6)
Thay (4.5), (4.6) vào (4.1), ta được
1 Pk0.Vn n 1 Pk0.Vn n 1 1 1 Pk0.Vn n 1 1 1 �a = [�t − ( PA1k0) ] . [( PA1k0) ( Vt Ek) + (�( t − PA1k0) ) ( ) + Vt Ed ] (4.7) Eb
Chạy chương trình mơ phỏng với Ca như cơng thức 4.7, ta có đồ thị so sánh hệ thống TĐTL khi lắp và chưa lắp bình tích áp.
Hình 4.10a. Hệ thống khi chưa lắp bình tích áp
Hình 4.10b. Hệ thống lắp bình tích áp.
Hình 4.10. Mô phỏng dao động áp suất trong hệ thủy lực có bình tích áp và khơng có bình tích áp
Bảng 4.4. Tổn thất áp suất và sai số đo giữa có bình tích áp và khơng có bình tích áp
Từ hình 4.10, ta thấy rằng khi lắp bình tích áp đồ thì biên độ dao động áp suất của hệ thống TĐTL nhỏ hơn so với khi chưa lắp bình tích áp. Đồng thời độ dốc của đồ thị cũng mềm mại hơn rất nhiều. Điều đó khiến cho hệ số Kđ và sai số đo giảm đi đáng kể.
Nhìn vào bảng 4.4, cơng dụng của việc lắp bình tích áp càng được thể hiện rõ rệt. Với hệ số kđ giảm từ 1,03 xuống 1,02 và sai số lớn nhất giảm đến 1,1%.
Từ việc nghiên cứu, khảo sát tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số Kđ của áp suất hệ thống TĐTL của thiết bị TNGCTTL, NCS sẽ đề xuất các giải pháp kĩ thuật và ứng dụng các giải pháp đó lắp đặt vào hệ thống TĐTL nhằm làm giảm sai số đo, tăng độ chính xác cho thiết bị.
4.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài đường ống trong hệ thống TĐTL
Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài đường ống 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 chiều dài đường ống thủy lực (đã kết hợp với dùng bình tích áp và lưu lượng là 3l/ph).
- Đối với chiều dài đường ống L= 5m, ta có đồ thị dao động áp suất thể hiện ở hình 4.11 dưới đây
Hình 4.11. Dao động áp suất khi L=5m
- Đối với chiều dài đường ống L= 10m, ta có đồ thị dao động áp suất thể hiện ở hình 4.12 dưới đây
Hình 4.12. Dao động áp suất khi L=10m
- Đối với chiều dài đường ống L= 20m, ta có đồ thị dao động áp suất thể hiện ở hình 4.13 dưới đây
Hình 4.13. Dao động áp suất khi L=20m
- Từ đồ thị 4.11, 4.12 và 4.13 có thể thấy chiều dài đường ống 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. Chiều dài đường ống càng lớn, càng cách xa nguồn gây dao động thì biên độ dao động áp suất càng nhỏ, hệ số áp suất động (kđ) càng nhỏ, dẫn đến sai số phép đo cũng giảm đi và độ chính xác của thiết bị được cải thiện.
Bảng 4.5. So sánh ảnh hưởng lưu lượng bơm.
- Bảng 4.5 cho thấy với chiều dài đường ống khác nhau thì biên độ dao động của áp suất cũng sẽ thay đổi đáng kể. Điều này gợi ý cho việc thay đổi vị trí lắp sensor đo lực để có thể giảm thiểu ảnh hưởng của đường ống, các nguồn gây dao động, nâng cao độ chính xác cho kết quả đo lực của thiết bị TNGCTTL.
4.2. Các giải pháp kĩ thuật nhằm nâng cao độ chính xác cho thiết bị TNGCTTLdo Việt Nam chế tạo do Việt Nam chế tạo
4.2.1. Giải pháp lựa chọn vị trí lắp sensor áp suất phù hợp
Trước đây, sensor áp suất việc lắp đặt ở ngay van phân phối. Điều này thuận lợi cho việc chế tạo, lắp đặt, bảo quản. Tuy nhiên ta thấy rằng: Lực tác dụng lên mẫu thử phụ thuộc vào áp suất dầu trong kích, do vậy sensor áp suất lắp càng gần kích thì độ chính xác càng cao, vị trí lắp sensor cũng là yếu tố ảnh hưởng đến dao động của áp suất hệ thống, cũng như gây ra sai số trong phép đo.
Hình 4.14. Sơ đồ thủy lực TBTNGCTTL lắp 2 sensor áp suất
Ta có: P1 = P2+ Pca (4.8)
Trong đó: P1: áp suất hệ TĐTL đo tại vị trí sensor 1, Pa; P2: áp suất hệ TĐTL đo tại vị trí sensor 2, Pa;
Pca: tổn thất áp suất trên đường ống cao áp, Pa;
Theo [52], ta có: Trong đó: �ca = 10. 2g S V2 d1 (4.9)
g: Gia tốc trọng trường (m/s2); v: Vận tốc trung bình của dầu (m/s); ξ: Hệ số tổn thất cục bộ;
l: Chiều dài ống dẫn (m); d1: Đường kính ống dẫn (m);
Đối với thiết bị TNGTTTL, việc đo lực được thực hiện gián tiếp qua đo áp xuất của XLTL. Chính vì vậy, với cách lắp sensor áp suất tại vị trí 1 như hiện nay, áp suất đo được so với áp suất thực tế trong khoang cao áp của xi lanh sẽ chênh lệch nhau một giá trị là �ca như (4.9). Điều đó sẽ gây ra sai số trong việc thử nghiệm.
Để kiểm chứng, ta lắp thêm thiết bị đo tốc độ dòng dầu như sơ đồ Hình 4.14, với chiều dài đường ống l = 10m và đường kính trong của tuy ơ thủy lực d1 = 6,4mm; thay đổi tốc độ dịng CLCT ta có bảng thơng số về độ chênh áp giữa hai vị trí lắp sensor như sau:
Hình 4.15. Đồ thị tổn thất áp suất - sai số đo phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy
Từ đồ thị 4.15 ta thấy khi vận tốc dịng chảy của CLCT càng lớn thì độ chênh lệch áp suất giữa hai vị trí lắp sensor càng lớn, dẫn đến sai số (%) đo đạc càng lớn. Khi vận tốc CLCT tại v=6,21m/s, chênh lệch lớn nhất giữa hai vị trị lắp sensor lên đến 15,88 bar tương ứng với sai số lên đến 3,18%. Điều này làm ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo.
Hơn nữa, từ biểu thức 4.9 ta thấy khi lắp sensor ở sau van phân phối, thì sai số áp suất đo không chỉ phụ thuộc vào tốc độ dòng CLCT (lưu lượng) mà còn bị ảnh hưởng bởi đường kính trong của tuy ơ thủy lực và chiều dài ống dẫn.
Hình 4.16. Đồ thị tổn thất áp suất - Đường kính ống- lưu lượng CLCT
Hình 4.16 cho thấy, cùng một mức lưu lượng, đường kính tuy ơ càng lớn thì tổn thất áp suất càng giảm.
Khi đặt sensor áp suất gần hệ xy lanh thuỷ lực thì hạn chế được ảnh hưởng của đường ống 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 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.
* Để chứng minh tính hiệu quả của giải pháp, NCS tiến hành thực nghiệm kiểm tra.
Trong trường hợp này, 2 sensor đo áp suất ở 2 vị trí khác nhau được lắp đặt: ở gần xi lanh và ở sau van phân phối với độ dài đường ống L=10 m.
Dao động áp suất đo được ở sensor áp suất lắp sau van phân phối thể hiện ở hình 4.17
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