Cảm biến H7 để xác định chiều sâu cắt đất, đầu đo lưu lượng, áp suất của dòng dầu thủy lực trong xy lanh nâng hạ lưỡi san, cảm biến gia tốc để xác định chuyển vị của lưỡi san khi làm việc, được lắp đặt như Hình 4.12.
Hình 4.13. Cảm biến đo mấp mô ngẫu nhiên của mặt đường 4.3.2. Tiến hành thực nghiệm
4.3.2.1. Phương pháp đo tổng lực cản cắt đất
Hình 4.14. Sơ đồ lực tác dụng lên máy san thực nghiệm.
Hình 4.14 thể hiện sơ đồ nguyên lý đo tổng lực cản cắt đất, trong đó chỉ biểu diễn các lực có hình chiếu trên phương ngang khác 0.
Trên hình vẽ, Pd – tổng lực cản cắt đất, PF - lực cản di chuyển của máy san thực nghiệm, Pm - lực kéo từ máy kéo phía trước truyền qua cảm biến lực LCV-A sang máy san thực nghiệm thông qua dây cáp. Lực Pm được duy trì trên phương
Pd
Fm
nằm ngang trong suốt quá trình thực nghiệm.
Hình chiếu trên phương nằm ngang của Pd (thành phần chính cần quan tâm) được ký hiệu là P . Để xác định dx x
d
P ta sẽ thực hiện quá trình thực nghiệm theo hai trường hợp kéo máy san. Cụ thể như sau:
* Trường hợp thứ nhất:
Kéo máy san thực nghiệm di chuyển với vận tốc không đổi trong điều kiện lưỡi san không tương tác với đất để xác định lực cản di chuyển của máy san thực nghiệm PF. Lúc này, lực cản đào và chuyển đất Pd = 0, còn lực kéo P (chỉ số m(1) trên (1) liên quan đến giá trị lực đo được ở trường hợp thứ nhất) thì biết được từ chỉ thị của cảm biến đo lực. Từ điều kiện cân bằng tĩnh học, chúng ta xác định được lực cản di chuyển của máy san thực nghiệm: PF Pm(1).
* Trường hợp thứ hai:
Kéo máy san thực nghiệm di chuyển với vận tốc không đổi, lúc này lưỡi san của máy bắt đầu quá trình cắt đất theo một chiều sâu xác định. Lúc này, tổng lực cản cắt đất Pd 0. Từ điều kiện cân bằng theo phương ngang, chúng ta tìm được:
F (2) m x d P P P
Giá trị PF được coi là như nhau giữa hai lần kéo, chỉ số trên (2) liên quan đến giá trị lực đo được ở lần kéo thứ hai. Do PF đã đo được trong lần kéo thứ nhất, còn P thì đọc được nhờ chỉ thị của cảm biến lực trong lần kéo thứ hai nên m(2) công thức (4.5) cho phép xác định được P . Đó chính là lượng tăng thêm trong dx giá của Pm ở lần kéo thứ hai so với lần kéo thứ nhất.
4.3.2.2. Xác định các đặc trưng cơ lý của đất
đại lượng còn lại được xác định thông qua việc so sánh các mẫu đất thí nghiệm với các mẫu đất đã có trong điều kiện độ ẩm như nhau. Lý do của việc khơng thể triển khai đầy đủ các thí nghiệm là sự thiếu thốn trang thiết bị và sự hạn hẹp về kinh phí, thời gian.
Để làm thí nghiệm xác định độ ẩm của đất , hệ số đàn hồi Cđ, hệ số cản nhớt Kđ tác giả luận án đã lấy 3 mẫu đất nguyên dạng và 3 mẫu đất phá hủy hình khối hộp chữ nhật, kích thước 500500300mm tại thao trường của Trung tâm huấn luyện 125, Học viện Kỹ thuật Quân sự tại Vĩnh Phúc nơi tiến hành thực nghiệm. Các mẫu đất được bảo quản trong các khn kim loại, sau đó được đưa về phân tích tại phịng thí nghiệm LAS – XD 1422, Cơng ty Tư vấn và Kiểm định Bắc Hải.
Độ ẩm (tương đối) của đất được tính theo cơng thức: td kh kh G G .100% G (4.8)
trong đó: – độ ẩm tương đối của đất,
Gtđ – trọng lượng mẫu đất ngoài thực địa (kG),
Gkh – trọng lượng của mẫu đất sau khi được làm khô (kG).
Kết quả thí nghiệm xác định các thơng số của đất được trình bày trong phụ lục.
4.3.2.3. Đo mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất
Người đo tạo ra một mặt phẳng chuẩn trước, nằm phía trên của phần mặt đường đất cần đo mấp mơ tự nhiên. Sau đó lắp đặt cảm biến H7, cảm biến vận tốc và cho các cảm biến này trượt trên mặt phẳng đã tạo trước. Cảm biến H7 sẽ xác định được mấp mô tự nhiên của bề mặt nền đường đất, cảm biến vận tốc sẽ xác định được vận tốc trung bình của H7 trượt trên mặt phẳng.
Hình 4.15. Đồ gá tạo mặt phẳng đo mấp mô tự nhiên của mặt đường đất
Hình 4.16. Mấp mơ dạng tự nhiên của mặt đường đất 4.3.2.4. Đo kết hợp các thơng số cịn lại
* Bố trí các đầu đo và liên kết các thiết bị đo
Máy kéo và máy san thực nghiệm, mỗi máy được nối bằng dây cáp với một nửa của đồ gá cảm biến đo lực (đã được gài sẵn vào nhau), giữa hai nửa đồ gá đặt cảm biến đo lực LCV-A. Khi máy kéo chuyển động kéo cho máy san di chuyển, cảm biến đo lực kéo bị nén lại, tín hiệu từ cảm biến được đưa về thiết bị ghi và xử
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Để đo chuyển vị của lưỡi san trong quá trình làm việc. Tác giả lắp đặt cảm biến gia tốc trên lưỡi san (tích phân 2 lần gia tốc sẽ xác định được chuyển vị). Tín hiệu từ cảm biến gia tốc được đưa về thiết bị ghi và xử lý tín hiệu Dewetron 3020. Để đo lưu lượng, áp suất của xy lanh nâng hạ lưỡi san trong quá trình làm việc, ta lắp đầu đo lưu lượng R4S7HD25, đầu đo áp suất OCM-511. Tín hiệu từ 2 đầu đo này được đưa về thiết bị ghi và xử lý tín hiệu Dewetron 3020.
Chiều dày phoi cắt được xác định gián tiếp thông qua độ dịch chuyển của cán piston của xi lanh nâng hạ lưỡi san. Độ dịch chuyển này được đo nhờ đầu đo H7 gắn trên xi lanh của piston đó. Thơng qua các quan hệ hình học đã biết, có thể xác định được chiều dày phoi cắt. Tín hiệu từ đầu đo được đưa về thiết bị ghi và xử lý tín hiệu Dewetron 3020.
Việc kết nối các thiết bị đo và kiểm tra tín hiệu được tiến hành như sau: - Đưa máy san thực nghiệm vào vị trí và gắn các đầu đo vào máy (đầu đo GSS25 - đo tốc độ di chuyển của máy, đầu đo H7 - đo khoảng dịch chuyển của cán piston so với xi lanh thủy lực, đầu đo gia tốc để xác định chuyển vị của lưỡi san khi làm việc).
- Đưa máy kéo vào vị trí, liên kết đồ gá, đầu đo lực LCV-A và cáp kéo với máy san thực nghiệm.
- Nối máy tính xử lý tín hiệu Dewetron 3020 với các đầu đo.
- Đánh dấu vị trí xuất phát và vị trí dừng của máy bằng cọc gia công chuyên dùng, khoảng cách giữa các cọc là 20m.
- Đánh dấu vị trí ấn định chiều dày phoi cắt trên lưỡi san: (htb = 0,05m; 0,07m; 0,1m) để người lái máy có thể quan sát, điều khiển.
- Chỉ huy cho máy kéo kéo máy san chạy khơng tải và có tải với mỗi khoảng cách 20m để kiểm tra tín hiệu trên các đầu đo.
Khi việc chạy thử đã đảm bảo yêu cầu và tín hiệu đã được thơng suốt thì chúng ta có thể tiến hành thực nghiệm.
* Tiến hành thực nghiệm
Như đã giới thiệu, quá trình thực nghiệm đo lực cản được tiến hành trong ba trường hợp:
Trường hợp 1 (không tải).
Cho máy kéo chuyển động ở số I trong điều kiện lưỡi san của máy được nâng lên. Sau khi di chuyển được quãng đường khoảng 20m thì dừng lại. Thực hiện như vậy 3 lần và ghi lưu kết quả đo trong máy tính chun dùng Dewetron 3020. Tiếp đó, cho 2 máy chạy lùi về vị trí xuất phát để thực hiện nội dung tiếp theo.
Trường hợp 2 (có tải).
Cho máy kéo chuyển động ở số I trong điều kiện lưỡi san của máy thực nghiệm hạ xuống, ăn sâu vào nền đất với chiều dày phoi cắt 0,05 m (vị trí đã được đánh dấu trên lưỡi san). Sau khi di chuyển một quãng đường khoảng 20m thì dừng lại. Kết quả đo được ghi lại và lưu trong máy tính Dewetron 3020.
Cho 2 máy kéo nhau chạy tiếp, vượt qua khối đất lăn nằm trước lưỡi san, vào vị trí xuất phát và đo lần 2 theo cách tương tự. Lặp lại 3 lần như trên để lấy kết quả cho chiều dày phoi cắt 0,05m.
Tiến hành tương tự như trên cho các chiều dày phoi cắt 0,07 m và 0,1 m. Một số hình ảnh thực nghiệm được trình bày trong phụ lục 8.
4.4. Kết quả thực nghiệm
Dưới đây trình bày kết quả khảo sát cho các trường hợp máy san làm việc với chiều dày phoi cắt khác nhau: Vận tốc di chuyển trung bình của máy q = 0.8 1
4.4.1. Quy luật thay đổi lực cản cắt đất
Kết quả được cho dưới dạng đồ thị sau đây:
Hình 4.17. Lực cản cắt đất (ứng với q = 0.8 m/s, htb=0,05 m) 1
Hình 4.19. Lực cản cắt đất (ứng với q = 0.8 m/s, htb1 =0,1 m)
Đồ thị cho thấy: giá trị lực cản tăng lên theo cả thời gian khảo sát và chiều dày phoi cắt. Ngồi ra, chiều dày phoi cắt càng lớn thì biên độ dao động trong giá trị lực cản cắt đất càng lớn.
4.4.2. Kết quả chuyển vị, vận tốc, gia tốc của lưỡi san khi máy làm việc.
Dưới đây trình bày kết quả khảo sát trường hợp máy san làm việc với chiều dày phoi cắt h1 = 0,1m, vận tốc di chuyển trung bình q1= 1.0 m/s.
4.4.2.1. Đồ thị chuyển vị
Tương ứng với các giá trị h1, q1ở trên ta có kết quả dưới dạng đồ thị như sau:
Kết quả trên đồ thị cho thấy:
- Chuyển vị của lưỡi san thay đổi liên tục theo thời gian khảo sát, mặc dù người lái cho máy chạy ở số 1 và giữ chân ga ở một vị trí cố định. Điều này chứng tỏ rằng lực cản tác dụng lên máy san đã liên tục thay đổi. Tần số và biên độ thay đổi chuyển vị của lưỡi san phản ánh tính khơng đồng nhất của nền đất và
mấp mô mặt đường đất.
4.4.2.2. Vận tốc của lưỡi san
Tương ứng với các giá trị h1, q1ở trên ta có kết quả dưới dạng đồ thị như sau:
Hình 4.21. Vận tốc của Lưỡi san
Kết quả trên đồ thị cho thấy:
- Vận tốc của lưỡi san thay đổi liên tục theo thời gian khảo sát, mặc dù người lái cho máy chạy ở số 1 và giữ chân ga ở một vị trí cố định. Điều này
chứng tỏ rằng lực cản tác dụng lên máy san đã liên tục thay đổi. 4.4.2.3. Gia tốc của lưỡi san
Tương ứng với các giá trị h1, q1ở trên ta có kết quả dưới dạng đồ thị như sau:
Hình 4.22. Gia tốc của Lưỡi san
Kết quả trên đồ thị cho thấy:
- Gia tốc của lưỡi san thay đổi liên tục theo thời gian khảo sát, mặc dù người lái cho máy chạy ở số 1 và giữ chân ga ở một vị trí cố định. Điều này chứng tỏ rằng lực cản tác dụng lên máy san đã liên tục thay đổi. Tần số và biên độ của gia tốc lưỡi san thay đổi liên tục phản ánh tính khơng đồng nhất của nền đất và mấp mô
mặt đường đất dạng tự nhiên.
4.4.3. So sánh kết quả giữa tính tốn lý thuyết và thực nghiệm
Từ kết quả tính tốn lý thuyết và kết quả nghiên cứu thực nghiệm ta có thể so sánh các giá trị tổng lực cản cắt đất Pd, chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các khâu. Sau đây NCS chỉ so sánh kết quả tính tốn lý thuyết và kết quả nghiên cứu thực nghiệm các thông số của lưỡi san ứng với giá trị trung bình của chiều dày phoi cắt h1 = 0,1m, vận tốc di chuyển trung bình của máy q1= 1.0 m/s.
4.4.3.1. Chuyển vị của lưỡi san
Hình 4.23. Đồ thị chuyển vị lưỡi san theo tính tốn lý thuyết - thực nghiệm
Quan sát đồ thị ta thấy:
- Giá trị chuyển vị trung bình: Đều đạt theo các yêu cầu khảo sát của sơ đồ thuật tốn khảo sát xác định bộ thơng số làm việc hợp lý.
- Có sự tương đồng lớn về: Giá trị, quỹ đạo, biên độ, tần số,… giữa hai đồ thị.
- Giá trị chuyển vị của lưỡi san tính theo cơng thức lý thuyết ở hầu hết các thời điểm đều nhỏ hơn so với giá trị thực nghiệm tương ứng.
Sai số trên có thể là do chọn giá trị đầu vào của các thông số trong công thức lý thuyết nhỏ hơn giá trị thực sự của chúng.
Hình 4.24. Đồ thị vận tốc lưỡi san theo tính tốn lý thuyết
Hình 4.25. Đồ thị vận tốc lưỡi san theo thực nghiệm
Quan sát đồ thị ta thấy:
- Có sự tương đồng lớn về: Giá trị, quỹ đạo, biên độ, tần số,… giữa hai đồ thị.
- Giá trị vận tốc của lưỡi san tính theo cơng thức lý thuyết ở hầu hết các thời điểm đều nhỏ hơn so với giá trị thực nghiệm tương ứng.
4.4.3.3. Gia tốc của lưỡi san
Hình 4.26. Đồ thị gia tốc lưỡi san theo tính tốn lý thuyết
Hình 4.27. Đồ thị gia tốc lưỡi san theo thực nghiệm
Quan sát đồ thị ta thấy:
- Có sự tương đồng lớn về: Giá trị, quỹ đạo, biên độ, tần số,… giữa hai đồ thị.
- Giá trị gia tốc của lưỡi san tính theo cơng thức lý thuyết ở hầu hết các thời điểm đều nhỏ hơn so với giá trị thực nghiệm tương ứng.
Sai số trên có thể là do chọn giá trị đầu vào của các thông số trong công thức lý thuyết nhỏ hơn giá trị thực sự của chúng.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Với những nội dung đã phân tích ở trên, chương 4 đã triển khai thực nghiệm thu được những kết quả như sau:
1. Đã đề xuất phương án tiến hành thực nghiệm, trong đó chỉ rõ các thông số đo, mục tiêu đo và các thiết bị phục vụ cho quá trình đo.
2. Đã xác định được các thông số cơ lý của đất trong khu vực khảo sát như độ ẩm, trọng lượng riêng, góc ma sát trong, góc ma sát ngồi và độ chặt,…. Những thông số này có quan hệ mật thiết tới cơng thức lý thuyết tính tổng lực cản cắt đất, một thơng số đầu vào quan trọng của bài toán khảo sát động lực học máy san trong quá trình làm việc.
3. Đã triển khai thực nghiệm để xác định quy luật thay đổi của tổng lực cản cắt đất, chuyển vị, vận tốc, gia tốc của lưỡi san theo vận tốc di chuyển của máy, chiều dày phoi cắt, độ mấp mô của bề mặt nền đường đất.
4. Kết quả thực nghiệm thể hiện một sự tương đồng cao giữa kết quả tính tốn lý thuyết và kết quả thực nghiệm. Sự tương đồng của hai kết quả gợi ý rằng có thể sử dụng cơng thức tính toán tổng lực cản cắt đất đã thiết lập được bằng lý thuyết nếu đưa vào một hệ số hiệu chỉnh thích hợp.
KẾT LUẬN CHUNG
Luận án đã giải quyết một cách căn bản các nhiệm vụ đề ra với những kết quả chính đã thu được như sau:
1. Giới thiệu được đặc điểm cấu tạo của máy san nói chung và máy san DZ- 122 nói riêng. Đã phân tích tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến bài toán động lực học của máy san trong q trình làm việc, từ đó nêu lên được tính cấp thiết của đề tài.
2. Đã xây dựng được mơ hình khảo sát động lực học của máy san DZ-122 trong quá trình làm việc ở nền đất và điều kiện thi công tại Việt Nam. Liên quan đến mơ hình khảo sát, luận án đã sử dụng một số giả thiết để xây dựng được mơ hình, xác định được giá trị các thông số đầu vào của mơ hình. Đã thiết lập được cơng thức tính tổng lực cản cắt đất trong q trình máy san làm việc ở mơi trường đất tại Việt Nam.
3. Đã tiến hành thực nghiệm để xác định các thông số cơ lý của đất tại khu