a. Yờu cầu kỹ thuật đối với thiết bị đo
Trƣớc đõy, để xỏc định cỏc đại lƣợng cơ học bằng thực nghiệm cỏc chuyờn gia thƣờng sử dụng cỏc thiết bị đo bằng cơ học nhƣ: lực kế lũ xo, lực kế tự ghi, đồng hồ đo… Ngày nay với sự phỏt triển vƣợt bậc của cụng nghệ điện tử và tin học, kỹ thuật sensor cựng với cỏc thiết bị hiện đại đƣợc kết nối với mỏy tớnh cú cỏc phần mềm chuyờn dụng đó đƣợc ứng dụng để đo và tớnh toỏn xỏc định cỏc đại lƣợng cần đo khi nghiờm cứu thực nghiệm. Ứng với mỗi thụng số kỹ thuật cần đo cú thể thiết kế và sử dụng cỏc loại cảm biến (sensor) nhất định, nhƣng phải bảo đảm cỏc yờu cầu chớnh sau đõy:
- Đặc tớnh làm việc của thiết bị đo cần phải tuyến tớnh hoặc rất gần với tuyến tớnh trong suốt phạm vi đo (tƣơng ứng với cỏc giỏ trị của đại lƣợng đo);
- Đảm bảo độ chớnh xỏc và cú độ nhạy cần thiết đỏp ứng đƣợc yờu cầu của thớ nghiệm;
- Trọng lƣợng và kớch thƣớc nhỏ gọn để cú thể lắp đặt đƣợc trờn cỏc khõu đo mà khụng làm ảnh hƣởng đến hoạt động của mỏy phay;
- Phải cú khả năng đo và ghi kết quả đồng thời nhiều thụng số, chỉ tiờu đo theo thời gian và biểu diễn dƣới dạng đồ thị;
- Cú tớnh ổn định cao, khụng bị ảnh hƣởng bởi sự rung động, đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt trong suốt quỏ trỡnh thớ nghiệm;
- Ít bị ảnh hƣởng của điều kiện mụi trƣờng nhƣ: nhiệt độ, độ ẩm…
b. Lựa chọn cảm biến cho cỏc tớn hiệu đo
Cảm biến là bộ phận đƣợc bố trớ trực tiếp ở cỏc đối tƣợng đo, nhận tớn hiệu về trạng thỏi của đối tƣợng cần đo và biến đổi nú thành tớn hiệu điện tƣơng ứng.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 78
Cảm biến đƣợc phõn loại theo cỏc tớnh chất khỏc nhau nhƣng quan trọng nhất là phõn loại theo cụng dụng. Theo cụng dụng cảm biến đƣợc chia thành cỏc loại: cơ (để đo đại lƣợng cơ), nhiệt, hoỏ, quang…
Cảm biến cũn phõn loại theo nguyờn lý biến đổi đại lƣợng khụng điện thành đại lƣợng điện, gồm hai nhúm cơ bản:
- Nhúm phỏt điện, ở nhúm này cỏc đại lƣợng khụng điện từ đối tƣợng cần đo đƣợc biến đổi thành sức điện động hoặc cƣờng độ dũng điện. Nhúm này gồm: cảm biến điện cảm, cảm biến thạch anh, cảm biến quang và những cảm biến khỏc khụng cần nguồn điện bởi vỡ chớnh cảm biến ấy là nguồn điện.
- Nhúm thụng số, ở nhúm này đại lƣợng khụng điện từ đối tƣợng cần đo sẽ làm thay đổi một hoặc vài thụng số điện của cảm biến nhƣ điện trở R, điện dung C, tự cảm L, hỗ cảm M.
Khi chọn cảm biến để đo một đại lƣợng nào đấy cần phải chỳ ý đến đặc tớnh của cảm biến và tớnh chất của đại lƣợng cẩn đo, do vậy khi chọn cảm biến cần chỳ ý cỏc vấn đề sau:
+/ Hàm số chỉ sự phụ thuộc giữa đại lƣợng cần đo x với tớn hiệu phỏt ra từ cảm biến y (y = f(x)), hàm số này tốt nhất là tuyến tớnh.
+/ Khoảng thay đổi biờn độ và tần số của đại lƣợng đo và đặc tớnh biờn độ - tần số cảm biến.
+/ Sai số tĩnh và sai số động của cảm biến.
+/ Sự thay đổi của cảm biến với ảnh hƣởng bờn ngoài nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, sự rung động … sẽ gõy nờn cỏc sai số phụ thờm.
+/ Kớch thƣớc và trọng lƣợng của cảm biến, phƣơng phỏp đặt cảm biến trờn chi tiết hoặc cơ cấu để đo, độ phức tạp về kết cấu của cảm biến.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 79
+/ Cú thể kết nối đƣợc với bộ xử lý tớn hiệu kết hợp với mỏy tớnh cú sử dụng cỏc phần mềm chuyờn dựng để ghi nhận đƣợc kết quả theo mục đớch nghiờn cứu.
c. Xỏc định mụmen xoắn
* Lựa chọn phương phỏp đo mụmen xoắn:
Do đặc điểm kết cấu của mỏy phay, mụmen xoắn của trục mỏy phay đƣợc xỏc định bằng cỏch lắp sensor đo momen vào giữa trục thu cụng suất của mỏy kộo và trục động cơ của mỏy phay. Phƣơng phỏp này cú ƣu điểm là cho phộp xỏc định chớnh xỏc giỏ trị mụmen, trang thiết bị thớ nghiệm khụng ảnh hƣởng đến mỏy cụng tỏc trong suốt quỏ trỡnh làm việc, giỏ trị đo khụng bị ảnh hƣởng do sự thay đổi nhiệt độ, xung lực hoặc xung điện từ…
*Thiết kế và lắp đặt bộ đồ gỏ đo mụmen:
Do kết cấu của trục thu cụng suất của mỏy kộo và kết cấu của sensor đo momen, thiết kế bộ đồ gỏ cú những chi tiết nhƣ hỡnh vẽ số 3.6 và số 3.7. Toàn bộ kớch thƣớc và vật liệu chế tạo 2 chi tiết đƣợc mụ tả ở hỡnh 3.6 và hỡnh 3.7.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 80
Hỡnh 3.7 Chi tiết nối ghộp giữa sensor và trục mỏy phay
Sensor đo mụmen là loại T4A của hóng HBM, cảm biến cú một số đặc tớnh kỹ thuật nhƣ sau: dải đo: từ 5 Nm đến 1 kNm; tốc độ quay: từ 9.000 vũng/phỳt đến 16.000 vũng/phỳt; cú thể đo cho những thiết bị tĩnh hoặc thiết bị chuyển động. Sensor đo momen đƣợc ghộp nối với hai chi tiết trờn hỡnh 1 và 2, sau đú tất cả sẽ đƣợc ghộp nối với trục thu cụng suất của mỏy kộo và trục động cơ mỏy phay (xem trờn hỡnh 3.8). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3.8. Lắp sensor đo momen lờn trục động cơ mỏy phay
d. Xỏc định số vũng quay của động cơ mỏy phay
Thiết bị đo số vũng quay mỏy phay đƣợc sử dụng trong thớ nghiệm là cảm ứng làm việc theo nguyờn lý cảm ứng quang học.
Thiết bị đo số vũng quay đọc thẳng sụ RST mỏy do hóng HBM Đức sản xuất, sử dụng nguyờn lý chiếu tia laze vào bộ phận cảm ứng đƣợc dỏn trờn trục quay. Khi trục quay, bộ phận cảm ứng quay theo, dụng cụ đo xỏc định số lần bộ phận cảm nhận quột qua nú, từ đú cho ta tốc độ quay của trục.
Việc gỏ lắp sensor đo số vũng quay trục động cơ (xem hỡnh 3.8).
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 81
Hệ thống đo gồm một số phần tử đƣợc kết nối với bộ thu gom và xử lý tớn hiệu đo (hệ thống đo đa kờnh). Mỗi hệ thống đo cú cỏc phƣơng phỏp tớnh toỏn xử lý số liệu khỏc nhau tuỳ theo đặc tớnh kỹ thuật của hệ thống đo, cú thể xử lý từng thụng số hoặc đồng thời tuỳ theo mục đớch nghiờn cứu.
Hệ thống đo đa kờnh kết nối với mỏy tớnh cú cài đặt phần mềm
CATMAN. Hệ thống đo với phần mềm này vừa cú tớnh năng thu thập, tớnh toỏn
sử lý số liệu vừa hỗ trợ điều khiển thớ nghiệm trong quỏ trỡnh đo.
* Bố trớ lắp đặt sensor
Vị trớ cỏc sensor đƣợc lắp đặt nhƣ sau:
- Sensor đo momen xoắn đƣợc lắp trờn trục thu cụng suất của mỏy kộo. - Sensor đo tốc độ quay của động cơ mỏy phay đƣợc gỏ trờn bệ mỏy nằm phớa trờn trục thu cụng suất.
* Kết nối hệ thống đo và xử lý tớn hiệu:
Tớn hiệu đo đƣợc truyền qua cỏc cổng tƣơng ứng của thiết bị chuyển đổi Analog - Digital (gọi là Card A/D) đến mỏy tớnh cú cài đặt phần mềm thu nhận và xử lý số liệu CATMAN.
g. Tổ chức thớ nghiệm trờn hiện trƣờng
* Xõy dựng cỏc phương ỏn thớ nghiệm:
Trờn cơ sở hệ thống đo đƣợc xõy dựng ở trờn, tiến hành lắp đặt hệ thống thiết bị, chạy thử để kiểm tra tớn hiệu của từng đầu đo trờn mỏy tớnh.
Thực hiện chƣơng trỡnh thớ nghiệm đó đƣợc thực hiện với sự thay đổi của cỏc yếu tố thực nghiệm: thay đổi tốc độ trục phay ở cỏc tốc độ khỏc nhau từ 240 vũng/phỳt đến 435 vũng/phỳt.
* Một số kết quả thớ nghiệm:
Kết quả thớ nghiệm thu thập đƣợc lƣu trữ ở dạng cỏc file dữ liệu của phần mềm CATMAN, tớn hiệu đo đƣợc thể hiện theo dạng đồ thị.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 82 0 50 100 150 200 250 300 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Momen (N.m) Toc Do (v/p) Cong suat (kw)
Hỡnh 3.9. Kết quả đo: momen xoắn, tốc độ và cụng suất của mỏy phay
Nhận xột:
Kết quả thớ nghiệm đo cho thấy: Tốc độ của trục mỏy phay và mụ men xoắn cú giỏ trị tƣơng đối ổn định.