4.2.1. Máy san DZ - 122
Máy san được sử dụng để thực nghiệm là máy san DZ – 122 hiện có của Trung tâm Huấn luyện 125 (Hình 4.2) với các thơng số kỹ thuật được trình bày trong chương 1.
4.2.2. Cảm biến đo lực LCV-A và đồ gá đặt cảm biến đo lực
Đây là cảm biến đo lực nén do CHLB Đức chế tạo (Hình 4.3).
Khi có lực tác dụng vào mặt trên của cảm biến, thơng qua hệ thống điều khiển, tín hiệu được truyền qua dây dẫn đến thiết bị xử lý DEWETRON 3020 qua
quá tải 150%. Các thông số kỹ thuật của cảm biến lực LCV-A được trình bày trong
bảng 4.1.
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của cảm biến đo lực LCV-A.
TT Thông số Giá trị Ghi chú
1 Loại đầu đo LCV-A
2 Giới hạn đo 500kN 3 Điện áp kích thích 20V AC 4 Độ nhạy 2,5mV/V (5000μm/m) ± 0,2% 5 Độ tuyến tính 0,1% RO 6 Độ trễ ± 0,1% RO 7 Độ lặp lại ± 0,05% RO 8 Cân bằng không ± 0,005% RO 9 Nhiệt độ làm việc -20 80oC
10 An toàn quá tải 150%
11 Tần số tự nhiên 13kHz
12 Điện trở đầu vào 350Ω ± 0,5%
13 Điện trở đầu ra 350Ω ± 0,5%
14 Vật liệu Thép không gỉ
a) Bản vẽ lắp cụm đồ gá đặt cảm biến đo lực LCV-A
b) Bản vẽ hình chiếu 2 nửa đồ gá cảm biến đo lực LCV-A Hình 4.4. Đồ gá cảm biến đo lực LCV-A.
Để đo lực kéo (phản ánh lực cản Pd của đất), cần sử dụng kết hợp cảm biến đo lực LCV-A với đồ gá trên Hình 4.4.
300kN. Trong quá trình thí nghiệm, hai nửa đồ gá được nối với máy kéo và máy san thực nghiệm bằng dây cáp, cảm biến được đặt trong khoảng không gian nằm giữa hai nửa đồ gá. Khi hai nửa đồ gá được kéo ngược chiều nhau, cảm biến bị nén lại làm phát sinh tín hiệu truyền lên bộ xử lý.
Đồ gá cảm biến được gia cơng và thử nghiệm tại xí nghiệp X143 – Công ty 49 – Binh chủng Công binh. Bản vẽ thiết kế đồ gá thể hiện trên hình 4.4.
4.2.3. Cảm biến đo khoảng cách H7
Cảm biến H7 được dùng để đo khoảng cách từ vị trí của nó đến điểm phản chiếu theo nguyên tắc tương quan quang học. Đây là loại cảm biến đo khơng tiếp xúc (hình 4.5), do hãng DATRON Cộng hồ Áo sản xuất. Tín hiệu ra tỷ lệ thuận với giá trị đo. Cảm biến được thiết kế gọn, nhẹ, dễ tháo lắp và sử dụng. Trong quá trình thí nghiệm, nó được kết nối với bộ thu thập dữ liệu NDAQ và vào máy tính thơng qua cổng BNC vào.
Trong nội dung thực nghiệm cảm biến H7 được dùng để đo mấp mô ngẫu nhiên của mặt đường và dịch chuyển của xy lanh nâng hạ lưỡi san, từ đó xác định chiều dày phoi cắt.
Các thông số kỹ thuật của cảm biến H7 được ghi trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật của cảm biến H7.
TT Thông số Giá trị Ghi chú
1 Kích thước (D x R x C) 15040136 2 Khối lượng 0,53kg 3 Góc lắp đặt 20o 4 Khoảng đo 0500mm 5 Sai số tuyến tính 1% 6 Điện áp đầu ra 110V DC
7 Vị trí lắp trên máy cách mặt đường 300800mm
8 Điện áp nguồn 1030V DC
9 Nhiệt độ môi trường làm việc 550o
C
4.2.4. Đầu đo xác định chuyển vị của lưỡi san trong quá trình làm việc
Để xác định chuyển vị của lưỡi san trong quá trình làm việc ta sử dụng đầu đo gia tốc, sau đó tích phân 2 lần để xác định chuyển vị. Đầu đo gia tốc được ứng dụng để đo gia tốc, vận tốc và biên độ dao động. Thiết bị có độ nhạy cao, có khả năng đo được gia tốc lên tới ±4900 m/s². Bộ thiết bị gồm có một cảm biến, bộ chân đế để lắp cảm biến, keo dính, hệ thống dây tín hiệu.
Đầu đo gia tốc Thông số kỹ thuật Hệ Anh Hệ SI Tính năng kỹ thuật Độ nhạy (±10 %) 10 mV/g 1.02 mV/(m/s²) Dải đo ±500 g pk ±4900 m/s² pk Dải tần số (±5 %) 0.5 to 10000 Hz 0.5 to 10000 Hz Dải tần số (±10 %) 0.3 to 15000 Hz 0.3 to 15000 Hz Tần số cộng hưởng ≥50 kHz ≥50 kHz Broadband Resolution (1) 0.0005 g rms 0.005 m/s² rms Đặc tính phi tuyến ≤1 % ≤1 % Độ nhạy ngang ≤5 % ≤5 % Môi trường
Tải giới hạn (Va đập) ±5000 g pk ±49000 m/s² pk Nhiệt độ làm việc -65 to +250 °F -54 to +121 °C Độ nhạy biến dạng cơ sở 0.003 g/µε 0.029 (m/s²)/µε Điện áp
Điện áp kích thích 18 to 30 VDC 18 to 30 VDC Dịng kích thích cố định 2 to 20 mA 2 to 20 mA
Tổng trở ra ≤100 Ohm ≤100 Ohm
Điện áp lệch đầu ra 7 to 12 VDC 7 to 12 VDC
Thời gian phóng điện khơng đổi 1.0 to 2.5 sec 1.0 to 2.5 sec Thời gian thiết lập <10 sec <10 sec
Hệ Anh Hệ SI Phổ nhiễu (1 Hz) 110 µg/√Hz 1080 (µm/sec2)/√Hz Phổ nhiễu (10 Hz) 25 µg/√Hz 245 (µm/sec2)/√Hz Phổ nhiễu (100 Hz) 8 µg/√Hz 78 (µm/sec2)/√Hz Phổ nhiễu (1 kHz) 4 µg/√Hz 39 (µm/sec2)/√Hz Đặc tính vật lý
Kích thước - Chiều cao 0.88 in 22.4 mm
Khối lượng 0.20 oz 5.8 gm
Phần tử cảm biến Gốm Gốm
Kích thước - Lục giác 0.44 in 11.2 mm
Vật liệu vỏ Titanium Titanium
Kiểu kết nối 10-32 Coaxial Jack 10-32 Coaxial Jack
Vị trí cổng kết nối Top Top
Ren liên kết 10-32 ren trong 10-32 ren trong
Mô men siết 10 to 20 in-lb 113 to 226 N-cm
4.2.5. Đầu đo áp suất, lưu lượng của dòng dầu thủy lực
Để đo áp suất, sử dụng đầu đo OCM-511 do Hãng Huba Control chế tạo. Đầu đo này được nối với đường ống dẫn dầu có áp bằng cút ba chạc, các thông số kỹ thuật cơ bản cho trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Các thông số cơ bản của đầu đo OCM-511
STT Thông số Giá trị Ghi chú
1 Nhiệt độ môi trường -40 đến 1250C 2 Điện áp tín hiệu đầu ra 0 đến 5 V
3 Dịng tín hiệu ra 4 đến 20mA
Để đo lưu lượng, sử dụng đầu đo R4S7HD25. Các thông số kỹ thuật cơ bản cho trong bảng 4.4.
Bảng 4.4. Các thông số cơ bản của đầu đo R4S7HD25
STT Thông số Giá trị Ghi chú
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 20mA
5 Tần số 0 đến 2000 Hz
6 Lưu lượng 0.2 đến 96 lít/phút
7 Khoảng làm việc 0 đến 410 bar
4.2.6. Thiết bị ghi và xử lý tín hiệu Dewetron 3020
Sử dụng thiết bị NI-6009 do Hãng National Instruments của Mỹ chế tạo, có
chức năng nhận tín hiệu từ thiết bị đo và chuyển lên máy tính. Thiết bị NI-6009
Đường ra của thiết bị NI-6009 nối với máy tính qua cổng USB, tín hiệu vào máy tính được xử lý bằng phần mềm DaSyLab 10 chạy trên nền NI-DAQmx8.x ở dạng xung điện.
DEWETRON 3020 (hình 4.8) là một máy tính chuyên dùng kết hợp với bộ xử lý tín hiệu gồm 16 kênh đo (8 kênh qua bộ chuyển đổi và 8 kênh nối thẳng). Thiết bị này do Cộng hồ Áo sản xuất, có chức năng thu thập dữ liệu từ các cảm biến qua các kênh tín hiệu tương tự và tín hiệu số, xử lý tín hiệu bằng phần mềm Dasylab 11 được cài sẵn trên máy tính và cho ra giá trị của các đại lượng vật lý thực. Đây là một thiết bị hiện đại, đáp ứng được các tiêu chuẩn ngặt nghèo của thế giới (ISO 9000).
lấy từ bộ rung EA-TWI 250-12 được nuôi bởi ắc quy 12V, hoặc lấy trực tiếp từ máy phát điện của máy ủi.
Do được thiết kế, chế tạo để đo cơ động trên các phương tiện giao thông, nên DEWETRON chịu được rung động lớn, áp lực cao. Thiết bị có khả năng kết nối với bất kỳ cảm biến nào có tín hiệu điện áp ra dạng tương tự 10V.
Phần mềm Dasylab 11 cho phép nhận và xử lý dữ liệu đo dưới dạng các tập tin. Các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị DEWETRON 3020 được trình bày trong bảng 4.5.
Hình 4.7. Thiết bị ghi và xử lý tín hiệu Dewetron 3020.
Bảng 4.5. Thơng số kỹ thuật thiết bị ghi và xử lý tín hiệu Dewetron 3020.
TT Thông số Giá trị Ghi chú
1 Số kênh đo 8 kênh
1 Số bít 16 bít
2 Tốc độ lấy mẫu 100mẫu/giây
3 Tốc độ truyền dữ liệu 80MB
4 Dải tần số 0 50Hz
5 Điện áp nguồn 90 260V AC
6 Khoảng nhiệt độ làm việc -20oC 70oC
7 Chịu gia tốc 30g trong 11ms
8 Kích thước 380 x 295 x 155 mm
4.2.7. Phần mềm xử lý số liệu Dasylab 11
Dasylab 11 là phần mềm nhận và xử lý số liệu đa năng, làm việc trong môi trường Windows, giao diện của phần mềm thuận tiện, dễ sử dụng.
Các phép tính, hay thuật tốn được tích hợp trên các mô đun, người sử dụng chỉ việc lấy ra từ thư viện và kết nối chúng với nhau thành một chuỗi các mô đun (gọi là Worksheet). Đây là một trong những phần mềm mạnh và tiên tiến với rất nhiều mơ đun có sẵn, cho phép thiết kế các bài thí nghiệm dạng mở và rất linh hoạt.
Trước khi tiến hành thí nghiệm, cần xây dựng chương trình đo bằng phần mềm Dasylab 11 để nhận và xử lý dữ liệu đo đạc. Chương trình đo bao gồm 5 khối chính như thể hiện trên hình 4.9, trong đó:
- Khối 1 - tiếp nhận dữ liệu. - Khối 2 - vẽ đồ thị.
- Khối 3 - phân tích tần số. - Khối 4 - lưu trữ kết quả.
Hình 4.8. Các mơ đun của phần mềm Dasylab 11.
Chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến đến thiết bị xử lý có các mơ đun sau:
- Mơ đun nhận tín hiệu từ cảm biến đo lực LCV-A gắn trên cáp kéo giữa máy kéo và máy san, hệ số quy đổi là 0,00025.
- Mô đun nhận tín hiệu từ cảm biến đo gia tốc của lưỡi san khi làm việc. - Mơ đun nhận tín hiệu từ đầu đo lưu lượng, áp suất của dòng dầu thủy lực bên trong xy lanh thủy lực nâng hạ lưỡi san.
- Mơ đun nhận các tín hiệu từ cảm biến H7 đo dịch chuyển (gắn trên xi lanh nâng, hạ lưỡi san), công thức chuyển đổi là IN(1)*55,87+243,57[mm].
- Mơ đun lọc tín hiệu trong dải thấp tần cho các kênh.
- Mô đun WriteFile để ghi lại kết quả vào tập tin lưu trữ dữ liệu.
Mô đun của phần mềm Dasylab 11 được xây dựng trên 4 kênh, bố trí như hình 4.9:
- Kênh 0 – đo lưu lượng, áp suất của dòng dầu thủy lực trong xi lanh nâng hạ lưỡi san.
- Kênh 1 – đo dịch chuyển của xi lanh nâng hạ lưỡi san. - Kênh 2 – đo gia tốc của lưỡi san khi làm việc.
4.3. Các bước tổ chức thực nghiệm
4.3.1. Chuẩn bị làm thực nghiệm
4.3.1.1. Chuẩn bị máy móc, thiết bị đo, mặt bằng, nền đất
Hình 4.10. Mặt bằng thực nghiệm
- Tập kết trang thiết bị thí nghiệm: Máy san DZ-122, máy ủi T100, các đầu đo, cảm biến.
- Địa điểm tại thao trường của Trung tâm huấn luyện 125 Vĩnh Phúc, nền đất thí nghiệm đã được máy ủi san sơ bộ.
Hình 4.11. Vị trí lắp đầu đo tổng lực cản cắt đất
Cảm biến đo lực LCV-A được lắp đặt giữa máy kéo T100 và máy san DZ- 122 trên bộ đồ gá để xác định tổng lực cản cắt đất trong quá trình má san làm việc (Hình 4.11).
Hình 4.12.Vị trí lắp đặt các cảm biến gia tốc, H7
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, cịn 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 không 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 khuôn 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 mơ 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