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 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 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 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 chuyên 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 mơ 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