- Ống khí nén
Ống khí nén đƣợc thiết kế có kích thƣớc tƣơng đƣơng với kích thƣớc ống dây trong cơ cấu RLC-09. Cơ cấu bao gồm một ống bằng thép dày 8mm,
có đƣờng kính ngoài : Dng = 85mm, chiều dài ống Lvỏ = 195mm, trên ống có
gắn một van đóng xả khí và một van cấp khí. R42 ,5 195 R38.5 1 2 3 Hình 3.2: Ống khí nén - Xe mang ống khí
Với yêu cầu giảm thiểu tối đa lực ma sát chống lại chuyển động của ống khí, sử dụng ma sát lăn là phƣơng án tối ƣu nhất để thực hiện nhiệm vụ này. Từ ý tƣởng đó, hệ thống xe và bộ phận dẫn hƣớng đƣợc thiết kế (Xem hình 3.3). Ống khí sẽ đƣợc đặt cố định lên xe, xe có thể chuyển động thông qua bộ bốn bánh xe có gắn ổ bi. Để đảm bảo tốt việc dẫn hƣớng khi vận hành, bánh xe sẽ đƣợc thiết kế theo nguyên lý của bánh tàu hỏa và cũng đƣợc chuyển động trên hệ thống đƣờng ray dẫn hƣớng tƣơng ứng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ø15 Ø23 29 2 6 2 Ø 17 Hình: 3.4: Bánh xe trong hệ thống thí nghiệm 1. èng khÝ nÐn 2. §Þnh vÞ trôc 3. æ bi 4. B¸nh xe 5. Trôc 6. Th©n xe 7. Van x¶ khÝ 1 0 0 150 1 3 2 4 5 6 108 7
Hình 3.3: Cơ cấu chuyển động ống khí nén trong thí nghiệm
Hệ bánh xe đƣợc thiết kế với vật liệu nhôm hợp kim có kích thƣớc đƣờng kính ngoài 23mm, ở thành trong của bánh đƣợc chế tạo thêm gờ định vị khống chế trƣợt ngang (xem hình 3.4). Bộ bánh xe đƣợc lắp lên trục qua bốn ổ bi đỡ lòng cầu một dãy. Trục bánh xe đƣợc làm bằng thép và lắp vào thân xe qua hệ vít kẹp.
3.3.2. Hệ thống đường ray dẫn hướng
Hệ thống ray ngoài nhiệm vụ để dẫn hƣớng còn làm nhiệm vụ liên kết với ống khí qua hệ lò xo nhằm phát huy tính cộng hƣởng của dao động. Từ số liệu kích thƣớc và hành trình có thể chuyển động của ống khí nén, hai đƣờng ray đƣợc thiết kế có chiều dài 250 mm, bản rộng 5mm và chiều cao 27 mm với vật liệu đƣợc chọn là thép 45 đƣợc mài phẳng ở hai mặt tiếp xúc với bánh xe chứa ống khí nén nhằm giảm tối đa ma sát. Hai đƣờng ray này đƣợc liên kết bởi ba thanh giằng, hai thanh ở hai đầu còn đƣợc lắp thêm giá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3.6: Sống trượt dẫn hướng được lắp trên hệ thống ray
liên kết và định vị lò xo, thanh giằng ở giữa đƣợc gia công thêm một lỗ để lắp đặt cơ cấu điều chỉnh lực ma sát giữa hệ thống với bàn trƣợt (xem hình 3.5). 250 27 122 M6 1 2 4 5 3 Ø12
Hình 3.5: Hệ thống đường ray trong thí nghiệm
Khi vận hành, công sinh ra từ chuyển động của ống khí nén và hệ lò xo cũng sẽ làm cho toàn bộ hệ thống đƣờng ray này chuyển động, hiệu quả chuyển động của cơ hệ này cũng là vấn đề cần đƣợc kiểm chứng. Vì vậy bộ phận dẫn hƣớng cho chuyển động bằng sống trƣợt chữ V sẽ đƣợc chế tạo và lắp đặt vào cơ hệ này (xem hình 3.6).
1: Đường ray 2: Sống dẫn hướng 3: Thanh giằng định vị 4: Bulông định vị 5: Lỗ lắp bulông điều chỉnh Fms R3 0 20 32 2xØ6 90° 6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1: Cuộn cảm 2: Định vị trục 3: Ổ bi 4: Bánh xe 5: Trục 6: Thân xe 3.3.3. Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng
Để bộ phận dẫn hƣớng cho cơ hệ hoạt động, các sống trƣợt cần có một hệ rãnh trƣợt tƣơng ứng. Từ các số liệu của cơ hệ trên, hệ thống rãnh trƣợt (2) đƣợc thiết kế và chế tạo bằng vật liệu thép 45, suốt chiều dài 500mm
đƣợc phay rãnh hình chữ V với góc ở đỉnh là 90o, khoảng cách đỉnh giữa hai
rãnh là 132mm (xem hình 3.7). Ngoài ra, một hệ rãnh (3) có chiều ngƣợc lại, dài 300mm cũng đƣợc lắp vào giữa hệ rãnh (2) theo kết cấu nhƣ hình vẽ nhằm phục vụ cho việc tăng giảm lực ép của cơ hệ trên vào hệ thống rãnh này. Việc gia công, lắp đặt hệ thống rãnh trƣợt này phải đảm bảo sự đồng phẳng và song song giữa các đƣờng rãnh cũng nhƣ hệ rãnh sao cho cơ cấu luôn ổn định khi vận hành. 4 3 1 2 500 1 45 50 38 132 300 A A A-A
1: Bu lông định vị 2: Rãnh dẫn cơ hệ ray-ống dây
3: Rãnh dẫn con trượt điều chỉnh Fms 4: Thanh giằng
Hình 3.7: Hệ thống rãnh trượt dẫn hướng
3.3.4. Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát
Cơ cấu này có nhiệm vụ mô phỏng lực cản khi hệ thống vận hành trong thực tế, lực cản chủ yếu do việc thâm nhập vào đất gây nên. Một cơ cấu kẹp điều chỉnh đƣợc đƣợc thiết kế (xem hình 3.8) với mục đích có thể điều chỉnh đƣợc lực ép của cơ hệ chuyển động trên hệ rãnh trƣợt nhằm thay đổi ma sát giữa tấm trƣợt và hệ rãnh dẫn hƣớng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Con trƣợt có chiều dài 50mm, với hai sống trƣợt chữ V tƣơng ứng với hệ rãnh trên hệ thống rãnh trƣợt đƣợc lắp lên cơ hệ ray-ống dây qua một lỗ Φ11 trên thanh giằng của hệ thống ray bằng bulông M10. Khi siết bulông con trƣợt sẽ làm tăng lực ép giữa cơ hệ ray-ống khí và hệ thống rãnh trƣợt làm tăng ma sát. Một lò xo đƣợc lắp vào cơ cấu nhằm chống kẹt và phân tán đều lực ép của con trƣợt vào hệ rãnh.
Hình 3.8: Cơ cấu điều chỉnh lực ma sát
3.4. Thiết bị điều khiển tạo tấn số xả
Thiết bị này gồm có một bộ chuyển đổi nguồn từ 220V xuống 24V nối với một bảng mạch tạo đã đƣợc lập trình có thể thay đổi đƣợc tần số xung, mạch tạo xung này đƣợc nối với một rơle không tiếp điểm để có thể đóng ngắt đƣợc van xả khí với tần số lớn. (Hình 3.9) Hình 3.9: Bảng mạch điều khiển tần số 1 2 3 4 5 1: Vít điều chỉnh 2: Thanh giằng hệ thống ray 3: Rãnh trượt 4. Con trượt 4: Con trượt 5: Lò xo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.5. Thiết bị tạo khí nén
Hình 3.10: Máy khí nén
Thiết bị tạo khí nén cho ống khí là một máy khí nén. Máy này cho áp suất khí nén là 7 Mpa
3.6. Các thiết bị đo
3.6.1. Thiết bị đo chuyển vị
Do thiết bị LVDT (Linear Variable Differential Transformer) từ hãng Farnell in One, Singapore (xem hình 3.11).
Hình 3.11: Cảm biến vị trí (LVDT)
bị trục trặc trong quá trình thí nghiệm nên lƣợng dịch chuyển của tấm trƣợt đƣợc đo bằng một cơ cấu nhƣ hình 3.12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (a) (b) Hình 3.13: (a) Lực kế, (b)Phương pháp đo độ cứng lò xo 3.6.2. Thiết bị đo lực
Lực ma sát của cơ cấu, độ cứng của lò xo đƣợc đo kiểm bằng lực kế (xem hình 3.13 (a)).
Tiến hành tính chọn thông số lò xo nén cho cơ cấu RKN-13 bằng phƣơng pháp thực nghiệm, thử và sai. Đầu tiên, các cặp lò xo có độ cứng khác nhau đƣợc đánh số thứ tự để nhận biết. Sau đó, từng cặp lần lƣợt đƣợc lắp vào hệ thống thí nghiệm và chạy thử, kiểm tra sơ bộ, lựa chọn các cặp
cho kết quả khả quan nhất, đánh lại số thứ tự và tính độ cứng cho từng bộ bằng lực kế theo cách sau.
Lò xo đƣợc cho vào thanh thép có cữ chặn tại một đầu, thanh thép này đƣợc lắp vào lỗ trên giá đỡ qua đầu còn lại, tại đầu này lƣc kế đƣợc móc vào để lấy số liệu đo đƣợc (hình 3.13 (b)). Khoảng nén của lò xo đƣợc đo đạc bằng thƣớc cặp, tƣơng ứng với mỗi khoảng nén đọc và ghi lại các số liệu hiển thị trên lực kế. Tiến hành đo cho ba cặp lò xo trong khoảng nén từ 10mm đến 30 mm, với bƣớc nhảy 2mm, kết quả thu đƣợc biểu diễn trên bảng 3.1.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Bảng 3.1. Số liệu đo được của 3 bộ lò xo
Kh.cách (mm) Bộ số 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 1 2 2,4 2.7 3.0 3.5 3,8 4,2 4,5 5,0 5,3 5,7 2 1,5 1,8 2,0 2,4 2,7 3,0 3.4 3,7 3,9 4,1 4,5 3 1.1 1,2 1,4 1,6 1,8 2.1 2.2 2.4 2.7 2.9 3,1
Biểu diễn lên đồ thị cho 3 bộ lò xo này ta đƣợc hình 3.14
10 20 30 1,0 2,0 3,0 5,0 4,0 6,0 L (mm) F (kg) (1) (3) (2) Hình 3.14: Đồ thị kiểm tra độ cứng lò xo
Từ đồ thị ta có thể tính đƣợc độ cứng lò xo tƣơng ứng cho mỗi bộ là: Bộ 1 = 1,9N/mm; Bộ 2 = 1,5N/mm; Bộ 1 = 1,1N/mm;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.7. Lắp đặt, vận hành thiết bị thí nghiệm
Trƣớc tiên, ống khí sẽ đƣợc định vị lên thân xe bằng các mối hàn. Bộ bánh xe đƣợc lắp vào hai trục qua ổ bi, bộ trục này đƣợc lắp lên thân xe qua bốn lỗ dạng rãnh và đƣợc căn chỉnh sao cho đảm bảo độ song song giữa hai trục đạt yêu cầu để khi vận hành đƣợc trơn tru. Hệ thống xe sẽ đƣợc đặt lên hệ ray và liên kết với hệ này qua hệ lò xo nén bằng thanh dẫn hƣớng và định vị cho lò xo. Một đầu của thanh dẫn hƣớng đƣợc nối cứng với hệ thống xe và phải đảm bảo sao cho khi xe chuyển động đầu còn lại sẽ trƣợt tƣơng đối với hệ ray thông qua một lỗ định vị trên hệ ray này mà không bị kẹt. Trên hệ ray còn đƣợc lắp thêm hệ sống trƣợt để toàn cơ hệ bao gồm hệ ray và hệ xe có gắn ống khí nén (gọi là tấm trƣợt) sẽ vận hành ổn định khi đƣợc đặt vào hệ rãnh trƣợt đã đƣợc lắp cố định trên bàn thí nghiệm.
Tấm trƣợt có thể chuyển động đƣợc khi có sự tác động của các bộ phận chuyển động ngay trên tấm trƣợt này vào chính nó. Vì vậy, các chốt chặn sẽ đƣợc lắp lên tấm trƣợt nhằm mục đích khai thác sự chuyển động của ống dây tạo thành lực va đập làm cho tấm trƣợt chuyển động. Một giá đỡ đƣợc lắp lên thanh giằng trên hệ thống ray. Tại giá đỡ này, bộ phận định vị và dẫn hƣớng lò xo các chốt chặn có thể điều chỉnh khoảng cách đƣợc lắp vào nhƣ hình 3.15
.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Khi cần hệ thống thiết bị thí nghiệm này hoạt động theo phƣơng án cơ cấu mới, các bộ lò xo sau khi đã đƣợc kiểm tra độ cứng sẽ đƣợc lắp vào thông qua định vị và dẫn hƣớng lò xo, chốt chặn của ống khí nén đƣợc đƣa vào và điều chỉnh khoảng cách va đập theo yêu cầu của thí nghiệm (hình 3.16). Trong phạm vi của đề tài này, vì hạn chế về điều kiện thời gian, ở phƣơng án cơ cấu RKN – 13 hoạt động chỉ lấy số liệu kiểm tra cho một bộ lò xo đã đƣợc lựa chọn sau khi lắp ráp thử nghiệm và kiểm tra với các bộ lò xo có độ cứng khác nhau (xin xem lại phần 3.4.3.). Bộ số 2 cho kết quả vận hành tốt nhất có độ cứng 1,5 N/mm đã đƣợc lựa chọn.
Hình 3.16: Cơ cấu chốt chặn điều chỉnh khoảng cách
Để có thể khảo sát cơ hệ hoạt động ở nhiều chế độ làm việc khác nhau, lực ma sát khi cơ hệ chuyển động đƣợc điều chỉnh thông qua cơ cấu điều chỉnh lực ép của tấm trƣợt lên hệ rãnh trƣợt (xin xem hình 3.17). Ở cơ cấu này một con trƣợt (1) có sống trƣợt hình chữ V có thể dịch chuyển tƣơng đối dƣới hệ rãnh trƣợt tƣơng ứng (2) của hệ thống rãnh trƣợt đã đƣợc lắp cố định trên bàn thí nghiệm. Con trƣợt này đƣợc lắp lên thanh giằng trên tấm trƣợt (4) bằng một bulông M10 (5). Vì các hệ rãnh trƣợt (2) và (3) cố định với nhau
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nên khi siết chặt hoặc nới lỏng bulông sẽ làm thay đổi khoảng cách S giữa con trƣợt (1) và tấm trƣợt (4). Lúc này lực ép của tấm trƣợt lên rãnh trƣợt (3) và con trƣợt lên rãnh trƣợt (2) sẽ thay đổi do đó lực ma sát của hệ thống khi dịch chuyển cũng sẽ thay đổi. Lò xo (6) đƣợc lắp vào để tạo một lực đẩy chống lại lực ép của cơ cấu nhằm mục đích làm ổn định lực ép này trên suốt hành trình. S 1 2 3 4 6 5
Hình 3.17: Điều chỉnh lực ma sát giữa tấm trượt và hệ rãnh dẫn bằng cách thay đổi khoảng cách S (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi lắp đặt ta đƣợc hệ thống thiết bị thí nghiệm mô phỏng cho một máy đào ngầm ngang nhƣ hình 3.18.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.8. Kết luận
Trong chƣơng này, một cơ cấu rung - va đập vận hành dựa trên nguyên lý hoạt động của phản lực khí nén, chế tạo và vận hành thử nghiệm. Ống khí nén có thể chuyển động tƣơng đối trên tấm trƣợt qua hệ con lăn của hệ thống xe, một chốt chặn đƣợc cố định trên tấm trƣợt. Tấm trƣợt này sẽ chuyển động khi ống dây va đập vào chốt chặn. Một cơ cấu rung - va đập cho các máy đào ngầm ngang theo nguyên lý vận hành mới đã đƣợc thiết kế, chế tạo và làm việc tốt trong các thử nghiệm.
Một tập hợp các thông số lợi cho chuyển động tiến về phía trƣớc của tấm trƣợt đã đƣợc xác định. Trƣớc hết, ống khí nén xả tạo phản lực ống này. Thứ hai, cơ cấu giảm thiểu lực cản chống lại chuyển động của của ống khí nén và hệ thống lò xo khai thác cộng hƣởng cho chuyển động này cũng đã đƣợc thiết lập. Điều này là rất quan trọng để ống khí nén dao động. Cuối cùng, chốt chặn nên đƣợc đặt trong khoảng trƣớc khi ống khí nén đạt đến khoảng kết thúc hành trình dao động của nó. Nói cách khác, khoảng cách giữa chốt chặn và ống khí nén phải nhỏ hơn so với biên độ dao động của ống khí nén.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Chƣơng 4
THỰC NGHIỆM LỰA CHỌN THÔNG SỐ LÀM VIỆC
4.1. Giới thiệu
Chƣơng này trình bày về thực nghiệm và các bƣớc tiến hành thí nghiệm trên Minitab, tiến trình thiết kế thí nghiệm leo dốc, thiết kế CCD và xử lý thí nghiệm RSM để lựa chọn bộ thông số gồm tần số và khe hở cho ra kết quả di chuyển cao nhất của cơ cấu RKN - 13.
Các nghiên cứu trƣớc đây đã chỉ rõ đối với một vùng nhỏ chứa cực trị thì quan hệ bậc 2 là đủ để khảo sát, do đó phải tiến hành thí nghiệm nhiều hơn 2 điểm mô tả chính xác hồi quy bậc cao.
4.2. Thí nghiệm khởi đầu
Bước 1: Khởi tạo thí nghiệm
Chọn File > New, kích chuột chọn Minitab Project, sau đó kích OK.
Bước 2: Lựa chọn kiểu thí nghiệm
Vì số lƣợng các thông số thí nghiệm là ít (k=2) nên thiết kế thí nghiệm dạng toàn phần 2 mức (Factorial Design)
Thao tác 1 Chọn Stat > DOE > Factorial > Create Factorial Design.
Thao tác 2 Kích chuột Display Available Designs... để lựa chọn kiểu thí nghiệm .
Thao tác 3 Chọn OK. Quay trở lại hộp thoại chính.
Thao tác 4 Chọn 2-level factorial (default generators).
Thao tác 5 Ở ô Number of factors, chọn 2.
Thao tác 6 Kích Designs. Sẽ xuất hiện hộp thoại cho thấy loại thí nghiệm
và số lƣợng các yếu tố thí nghiệm vừa thiết kế.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 4.1: Hộp thoại Create Factorial Design - Designs
Thao tác 8 Ở ô Number of center points per block chọn 5, ô Number of
replicates for corner points, chọn 2. Điều đó có nghĩa thực hiện lặp thí
nghiệm tại các điểm góc 2 lần và lặp tại tâm 5 lần. Hộp thoại xuất hiện nhƣ
hình 5.1. Kích OK. Quay trở lại hộp thoại chính. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 3: Nhập tên và cài đặt biến thí nghiệm
Thao tác1 Tại hộp thoại chính kích Factors.