Luận văn Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định đặc tính động lực học của xi lanh giảm chấn thủy lực

tố này đòi hỏi phải có các thiết bị kiểm tra. 1.2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Để kiểm tra xác định đặc tính động lực học cơ bản của xi lanh giảm chấn, ngày nay có rất nhiều thiết bị có thể kiểm tra đƣợc với nhiều nguyên lý, cấu tạo khác nhau do nhiều hãng sản xuất, có độ chính xác rất cao. Tùy theo tính năng sử dụng của các loại giảm chấn thì nhiều hãng sản xuất cũng đã đƣa ra nhiều hình thức kiểm tra, đánh giá chất lƣợng trên các thiết bị chuyên dụng hoặc đƣợc tích hợp trực tiếp trên sản phẩm và cao hơn nữa là đồng bộ trong dây chuyền sản xuất. 1.2.1. Một số thiết bị thí nghiệm giảm chấn thủy lực: a. Hãng Inova của Đức với hơn 30 năm kinh nghiệm, chuyên sản xuất và cung cấp hệ thống thí nghiệm giảm chấn thủy lực hiệu suất cao. Có thể đo các tính chất và độ bền của giảm chấn trong ô tô, xe tải, xe máy hay các tầu lửa với thử nghiệm tốc độ lên đến 8m/s. Một dạng thiết bị kiểm tra điển hình nhƣ sau: (xem hình 1.6) 9 Hình 1.6. Một dạng thiết bị thí nghiệm điển hình sử dụng nguyên lý thủy lực [4] * Ứng dụng: - Thử nghiệm đặc tính động lực học của giảm chấn - Thử nghiệm ma sát - Kiểm tra độ bền với quá trình tổng hợp hoặc tín hiệu thực - Kiểm tra độ bền cho nhiều loại giảm chấn - Ứng dụng tải bền cho ma sát và kiểm tra độ bền - Đánh giá các trƣờng dung sai và đƣờng cong thực nghiệm - Bố trí trực tiếp việc kiểm tra giảm chấn vào trong sản phẩm hoặc thiết bị nghiên cứu độc lập trong phòng thí nghiệm hay đƣợc tích hợp trong dây truyền sản xuất các sản phẩm giảm chấn. b. Một số dạng thiết bị thủy lực chuyên dụng khác để kiểm, thử nghiệm giảm chấn thủy lực (xem hình 1.7 và hình 1.8) 10 Hình 1.7. Thiết bị kiểm tra cho một sản phẩm [4] Hình 1.8 – Thiết bị kiểm tra cùng lúc nhiều sản phẩm [4] c. Thiết bị kiểm tra giảm chấn chuyên dụng trong ngành đƣờng sắt: Ở các vị trí trên giá chuyển hƣớng toa xe lửa của ngành đƣờng sắt có nhiều giảm chấn khác nhau ở các vị trí khác nhau (xem hình 1.9. Thiết bị đƣợc thiết kế, chế tạo để kiểm tra các xi lanh giảm chấn xe lửa ở trạng thái làm việc thực tế. Thiết bị này có khung thiết kế đặc biệt (xem hình 1.10) cho phép các góc độ khung đƣợc thiết lập sao cho phù hợp. Hình 1.9. Giá chuyển hƣớng toa xe lửa [5] Hình 1.10. Thiết bị kiểm tra giảm chấn ngành đƣờng sắt [4] Các phụ kiện có thể đi kèm cho thiết bị này (hình 1.11 và hình 1.12): 11 Hình 1.11. Gá kẹp bằng tay a); gá kẹp bằng thủy lực b) [4] Hình 1.12. Hệ thống đo nhiệt độ không khí/nƣớc làm mát a); Tải ngoài cố định để kiểm tra đa giảm chấn b) [4] 1.2.2. Bố trí thiết bị thí nghiệm: Các giải pháp để kiểm tra độ bền của giảm chấn thủy lực, tùy theo tính chất sử dụng với mục đích khác nhau nhƣ tích hợp trên sản phẩm, trong phòng thí nghiệm hay đồng bộ cho dây truyền sản xuất. (xem hình 1.13) Hình 1.13. Hệ thống đo lƣờng giảm chấn đƣợc tích hợp trên xe tải a); Trong phòng thí nghiệm b); Trong dây truyền sản suất c) [4] a) b) a) b) a) b) c) 12 1.2.3. Các thành phần cơ bản của thiết bị thí nghiệm: Qua khảo sát trên nhận thấy, một thiết bị kiểm tra giảm chấn thủy lực bao gồm các thành phần cơ bản sau (xem hình 1.14): - Máy thủy lực thực nghiệm: Nguồn thủy lực; Hệ thống dịch chuyển pistong ; Khung gá cố định - Cảm biến đo dịch chuyển pistong - Cảm biến đo lực - Máy tính với phần mềm điều khiển Hình 1.14. Thành phần cơ bản của thiết bị kiểm tra xi lanh giảm chấn [4] 1.2.4. Khảo sát thông số động lực học của một số loại giảm chấn: a. Giảm chấn thủy lực: Một số kết quả phân tích các mối quan hệ giữa lực cản - chuyển dịch pistong và lực cản - vận tốc chuyển dịch của quá trình kiểm tra đánh giá giảm 13 chấn thủy lực với biên độ dao động của pistong và tần số dao động nhƣ sau (xem hình 1.15 và hình 1.16 a, b) a) b) Hình 1.15. Quan hệ lực - chuyển dịch (a); lực - vận tốc (b) của một dạng giảm chấn thủy lực với biên độ dao động 2 mm, tần số dao động 0,5 Hz [4] 14 a) b) Hình 1.16. Quan hệ giữa lực - chuyển dịch (a) lực - vận tốc (b) của một dạng giảm chấn thủy lực với biên độ dao động 2 mm, tần số dao động thay đổi từ 0,1 Hz đến 10Hz [4] 15 b. Giảm chấn ma sát: Một dạng thiết bị thí nghiệm kiểm tra độ bền giảm chấn ma sát sử dụng trong thiết bị gia dụng nhƣ máy giặt. Thiết bị đƣợc thiết kế đơn giản kiểu tay quay con trƣợt, cơ cấu đĩa quay có gắn động cơ (xem hình 1.17); đầu trên của giảm chấn gắn cố định vào cảm biến đo lực, đầu pistong gắn vào cơ cấu chuyển động; dịch chuyển pistong đo đƣợc nhờ cảm biến độ dài. Hình 1.17. Một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn ma sát [6] Thí nghiệm bao gồm việc tìm ra các mức độ giảm xóc của các giảm chấn ma sát tiêu chuẩn đƣợc sử dụng trong máy giặt. Thử nghiệm đƣợc thực hiện ở tốc độ quay khác nhau: 15, 100, 300, 600 và 1200 vòng/phút. Với biên độ dao động là 8 mm, lực ma sát 32,5 ±12,5 N. Mối quan hệ giữa lực - chuyển dịch và giữa lực - vận tốc của giảm chấn ma sát đƣợc khảo sát nhƣ dƣới đây (xem hình 1.18 và 1.19): 16 Hình 1.18. Quan hệ giữa lực - chuyển dịch của giảm chấn ma sát (các đƣờng thể hiện mầu sắc tƣơng ứng với tốc độ quay khác nhau) [6] Hình 1.19. Quan hệ giữa lực - vận tốc của giảm chấn ma sát [6] 1.2.5. Kết luận: a. Qua nghiên cứu tổng quan về nguyên lý, cấu tạo, tính năng làm việc của một số thiết bị thử nghiệm, trong đó có Thiết bị thử nghiệm giảm chấn 17 thủy lực và Thiết bị thử nghiệm giảm chấn ma sát, học viên lựa chọn hƣớng nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thử nghiệm, kiểm tra đối với loại giảm chấn thủy lực lắp trên xe máy. Do nguyên lý cấu tạo không quá phức tạp, chi phí đầu vừa phải, phù hợp với cấu trúc của luận văn Thạc sỹ. Để thiết kế một thiết bị kiểm tra giảm chấn thủy lực thì việc cần thiết là xác định đƣợc phạm vi của thông số đặc tính cần đánh giá, đó là: lực, khoảng chuyển dịch và vận tốc chuyển dịch. b. Yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm phải đạt đƣợc: - Kiểm tra đƣợc các loại giảm chấn thủy lực lắp trên xe máy; có thể mở rộng tính năng thiết bị để kiểm tra giảm chấn thủy lực của ô tô cỡ nhỏ. - Kết cấu đơn giản, chắc chắn, dễ vận hành sử dụng. - Hệ thống chuyển động của thiết bị phải hoạt động ổn định, tin cậy trong một thời gian dài, đáp ứng đƣợc đầy đủ mọi yêu cầu thử nghiệm của giảm chấn về mối quan hệ Lực - Chuyển dịch, Lực - Vận tốc; tƣơng ứng với khả năng làm việc của giảm chấn. - Hệ thống hiện thị số đƣợc ghép nối với thiết bị đảm bảo độ chính xác, tin cậy; truy xuất, lƣu giữ dữ liệu trên máy tính các thông số cần đo của xi lanh giảm chấn; từ đó đánh giá chính xác tình trạng sản phẩm. - Dễ tháo lắp để sửa chữa, bảo dƣỡng khi cần. 18 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ 2.1. CƠ SỞ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ THIẾT BỊ 2.1.1. Các thông số chính cơ bản của thiết bị Nhƣ đã phân tích ở Chƣơng 1, để thực hiện đƣợc thí nghiệm đối với xi lanh giảm chấn thủy, các thông số cơ bản mà thiết bị thí nghiệm cần phải đảm bảo là: - Khoảng hành trình (khoảng dịch chuyển) tạo ra; - Lực kéo/nén tạo ra; - Vận tốc của chuyển động tịnh tiến; - Các thông số khác để đảm bảo việc gá đặt mẫu thử. 2.1.2. Cơ sở xác định thông số của thiết bị: Thông số cơ bản của thiết bị đƣợc xác định thông qua thông số của mẫu thử. Lựa chọn mẫu thử là Giảm chấn thủy lực trong cụm giảm xóc phía sau trên xe máy Super Dream. a. Qua khảo sát thực tế, ta có: - Đƣờng kính xi lanh: D = 18 mm; - Chiều dài lớn nhất (trạng thái kéo dãn nhất): Lmax = 375 mm; - Chiều dài nhỏ nhất (trạng thái nén nhất): Lmin = 302 mm; - Biên độ dao động lớn nhất: Amax = Lmax - Lmin = 73 mm; b. Lực cản lớn nhất của giảm chấn Fmax: Thông thƣờng, khối lƣợng tối đa của xe máy (cả xe và tải trọng mang) không quá 250 kg (2.500 N); trên xe có 04 bộ giảm xóc trƣớc và sau. Vì vậy sơ bộ xác định lực cản lớn nhất của 01 giảm chấn không quá 250/4 = 62,5 kg. Để làm cơ sở thiết kế thiết bị, sơ bộ xác định Fmax đến 1.000 N. c. Vận tốc lớn nhất của xi lanh Vmax: Sơ bộ xác định Vmax = 300 mm/s. 19 2.2. CHỌN NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ 2.2.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị: Từ yêu cầu phải xác định đƣợc lực, chuyển dịch và vận tốc, sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đƣợc xác định nhƣ hình 2.1: Hình 2.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm Mẫu thử là giảm chấn thủy lực, một đầu của giảm chấn (xy lanh) đƣợc gắn vào gối cố định, đầu còn lại (pistong) đƣợc gắn vào gối di động, gối di động chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tạo chuyển động và một động cơ sẽ giúp cơ cấu tạo chuyển động hoạt động. Khi động cơ quay, cơ cấu chuyển động làm gối di động di chuyển kéo theo cần pistong di chuyển từ vị trí A1 về A2 và ngƣợc lại. Để tiến hành thí nghiệm và xác định đƣợc thông số lực; vận tốc dịch chuyển; khoảng dịch chuyển, trên thiết bị phải đƣợc bố trí hệ thống đo lƣờng, xử lý số liệu để: + Xác định lực cản F, sử dụng cảm biến đo lực gắn vào gối cố định và đầu xi lanh. + Xác định khoảng dịch chuyển A (biên độ dao động của pistong với xi lanh): dùng cảm biến đo chiều dài, đầu đo của cảm biến gắn với gối di động. + Xác định đƣợc vận tốc chuyển dịch của pistong thông qua vận tốc quay của động cơ và cơ cấu chuyển động. 20 Tất cả các giá trị trên đều đƣợc chuyền về bằng tín hiệu điện và đƣợc xử lý tín hiệu, phân tích dựa trên các phần mềm chuyên dụng nhƣ LabView. 2.2.2. Thành phần của thiết bị: Từ phân tích nguyên lý hoạt động nêu trên, thiết bị cần có các thành phần sau: 1. Động cơ: tạo ra đƣợc chuyển động khứ hồi; 2. Cơ cấu tạo chuyển động tịnh tiến; 3. Gối di động, và đồ gá kẹp mẫu; 4. Gối cố định, và đồ gá kẹp mẫu; 5. Cảm biến đo lực; 6. Cảm biến đo chuyển dịch; 7. Khung đỡ thiết bị. 8. Bo mạch điều khiển, cáp tín hiệu. 9. Phần mềm xử lý tín hiệu đầu ra. 2.3. TÍNH CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ 2.3.1. Động cơ: a. Phƣơng án 1: sử dụng động cơ 1 chiều. - Ƣu điểm: rẻ tiền, dễ sửa chữa. - Nhƣợc điểm: cấu tạo thƣờng cồng kềnh, khó bố trí trên thiết bị nhỏ gọn, khó khống chế đƣợc tốc độ; khi đảo chiều thời gian trễ lớn. b. Phƣơng án 2: sử dụng động cơ servo. - Ƣu điểm: nhỏ gọn, dễ bố trí trên thiết bị thí nghiệm; có sẵn mạch điều khiển đồng bộ, dễ dàng điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ. - Nhƣợc điểm: giá thành cao, khó sửa chữa. c. Kết luận: với hai phƣơng án trên, tác giả lựa chọn phƣơng án 2, phù hợp với kết cầu thiết bị và cấu trúc luận văn. Do thiết bị thí nghiệm nhỏ gọn, động cơ công suất nhỏ chi phí đầu tƣ chấp nhận đƣợc. 21 2.3.2. Phƣơng án dẫn động tịnh tiến: a. Phƣơng án 1: sử dụng vít me bi. - Ƣu điểm: Hoạt động ổn định, hiệu suất truyền cao, có sẵn gối đỡ di động. Rất sẵn trên thị trƣờng, đủ loại để lựa chọn, giá thành rẻ. - Nhƣợc điểm: khó sửa chữa khi xảy ra sự cố (thông thƣờng phải thay). b. Phƣơng án 2: sử dụng bộ truyền thanh răng - bánh răng. - Ƣu điểm: sễ chế tạo, sửa chữa, thay thế. - Nhƣợc điểm: hiệu suất truyền thấp; diện tích bố trí rộng. c. Phƣơng án 3: sử dụng cơ cấu tay quay - con trƣợt. - Ƣu điểm: đơn giản, gọn nhẹ, hiệu suất truyền cao, rất phù hợp với dao động có biên độ ổn định. - Nhƣợc điểm: Lắp ghép đòi hỏi độ chính xác cao, khó điều chỉnh khi cần thay đổi biên độ dao động. d. Kết luận: từ các phƣơng án trên, qua khảo sát tác giả lựa chọn phƣơng án sử dụng vít me bi làm cơ cấu dẫn động. Do phƣơng án này đơn giản, có sẵn trên thị trƣờng, giá thành rẻ; chỉ cần lựa chọn tỷ số chuyền hợp lý sẽ dễ dàng điều chỉnh biên độ dao động. 2.3.3. Hành trình làm việc của thiết bị: Với mẫu thử là xi lanh giảm chấn của xe máy, hành trình làm việc của thiết bị chỉ cần đảm bảo tạo chuyển động khứ hồi của gối di động trong phạm vi biên độ không quá 100 mm. Tuy nhiên, để tăng tính linh hoạt về khả năng làm việc của thiết bị khi thí nghiệm với một số loại giảm chấn khác (ví dụ: giảm chấn ô tô), tác giả lựa chọn thiết kế phạm vi hành trình của gối di động đến 500 mm, điều chỉnh thông qua vít me bi. 2.3.4. Phƣơng án đo lƣờng, xử lý số liệu. a. Để đo lƣờng đƣợc các thông số lực (F), khoảng dịch chuyển của pistong (Y). Tác giả lựa chọn phƣơng án nhƣ sau: 22 - Đo lực F: sử dụng cảm biến đo lực có khả năng đo đƣợc đến tải trọng 500 lb ≈ 226,8 kg ≈ 2.222,64 N. - Đo chuyển dịch pistong (X): dử dụng cảm biến dịch chuyển thẳng LVDT kiểu AC đo đƣợc trong phạm vi biên độ 100 mm. b. Các giá trị lực (F), chuyển dịch (X), vận tốc (V) xác định qua phân tích dữ liệu tƣơng tự analog, thu thập qua bộ chuyển đổi tƣơng tự số DAQ ghép nối với máy tính. Sử dụng phần mềm Labview để ghi nhận, xử lý dữ liệu và điều khiển thiết bị 2.3.5. Chọn công suất, vận tốc quay của động cơ và bộ vít me bi a. Công suất động cơ P (kW): P = (F x V) / (η x 1000) Trong đó: F - lực cản lớn nhất của giảm chấn thủy lực; Fmax = 1.000 N. V - vận tốc dịch chuyển của xi lanh; Vmax = 300 mm/s = 0,3 m/s. η - hiệu suất hệ thống; η = 0,8. Từ đó, công suất định mức của động cơ: P = (1.000 x 0,3) / (0,8 x 1000) = 0,375 kW b. Vận tốc quay của động cơ n (vòng/phút): Với phƣơng án sử dụng bộ truyền chuyển động là vít me bi, vận tốc quay của động cơ đƣợc tính nhƣ sau: n = [V x 60] / [t x m] Trong đó: V - vận tốc chuyển động tịnh tiến dọc trục vít me; Vmax = 300 m/s. t - bƣớc vít me; xem xét giải bƣớc vít me t = [10, 15, 20] mm. m - số đầu mối vít me; xem xét một số vít me có m = [1, 2] đầu mối. Từ đó, vận tốc quay của động cơ: 23 Vận tốc tịnh tiến V (mm/s) Bƣớc vít me t (mm) Số đầu mối của vít me Vận tốc quay n (vòng/phút) 300 10 1 1.800 300 10 2 900 300 15 1 1.200 300 15 2 600 300 20 1 900 300 20 2 450 Từ bảng kết quả nêu trên, cùng với việc khảo sát thị trƣờng sẽ có sự lựa chọn tốc độ quay của động cơ cho phù hợp. 24 CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.1. LỰA CHỌN THÀNH PHẦN TIÊU CHUẨN CỦA THIẾT BỊ 3.1.1. Động cơ servo: - Model: - Công suất: - Vận tốc: - Mô men xoắn: HQMD1-10LA62 (xem hình 3.1) Pđm = 1,0 KW n = 2000 vòng/phút Tdc = 4,77 N.m Hình 3.1. Động cơ servo 3.1.2. Bộ truyền vít me bi: - Đƣờng kính trục vít: - Bƣớc vít me: - Số đầu mối - Chiều dài (làm việc): d = 20 mm t = 10 mm m = 1 L = 650mm 3.1.3. Cảm biến đo lực: - Hãng: - Model: - Tải trọng đo: - Output: HBM Marlboro, USA (xem hình 3.2) RSC-500 500 lb (pound) 2mV/V Hình 3.2. Cảm biến đo lực 25 3.1.5. Cảm biến quang điện: - Model BS5-T2M (xem hình 3.3) - Tần số đáp ứng tốc độ cao: 2 kHz - Dải nguồn cấp rộng: 5-24VDC. - Chỉ thị hoạt động bằng Led đỏ. - Kết nối qua socket/cáp nối. Hình 3.3: Cảm biến quang điện 3.1.6. Cảm biến đo chiều dài: - Model: LD600-50 OMEGA (xem hình 3.4) - Khoảng làm việc tuyến tính: ± 50 mm - Vị trí mà tại đó điện áp bằng không: A = 85 mm. Hình 3.4. Cảm biến đo chiều dài 26 3.1.7. Mạch điều khiển tín hiệu: a) b) Hình 3.5 (a, b). Bộ điều khiển động cơ servo (a) và card thu thập dữ liệu DAQ 3.2. THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ CỦA THIẾT BỊ 3.2.1. Thiết kế chi tiết: a. Phần này bao gồm các công việc liên quan đến thiết kế chi tiết và lựa chọn vật liệu chế tạo cho các bộ phận của thiết bị, bao gồm: - Bệ máy, khung máy, nắp vỏ máy; - Các bệ cố định để gá lắp động cơ và gối đỡ; - Các gối đỡ ổ lăn và 02 trục dẫn hƣớng; - Các gối đỡ ổ lăn lắp vít me - Khớp nối truyền động từ động cơ đến trục vít me; - Bệ di động với bạc trƣợt; - Đồ gá lắp các cảm biến; - Đồ gá kẹp mẫu thử; - Ống dẫn dây tín hiệu b. Kết quả: các bản vẽ chi tiết, các file thiết kế trên AutoCAD, tại phụ lục kèm theo. 27 3.2.1. Thiết kế mô phỏng 3D Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor thiết kế 3D hoàn chỉnh thiết bị, kiểm tra và sửa đổi hạn chế tối đa sai sót khi chế tạo và lắp ráp thiết bị. Có bản chi tiết, các file thiết kế tại phụ lục kèm theo. 3.3. CHẾ TẠO, LẮP RÁP, CHẠY THỬ THIẾT BỊ 3.2.1. Chế tạo, lắp ráp thiết bị: a. Việc chế tạo, lắp ráp thiết bị đƣợc thực hiện tại Trung tâm thí nghiệm của trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên và Công ty TNHH Một thành viên Cơ điện và Vật liệu nổ 31 - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng. Các chi tiết khi gia công tuân thủ theo bản vẽ thiết kế; đảm bảo các kích thƣớc, độ chính xác, vật liệu chế tạo; lắp ráp căn chỉnh thiết bị hoạt động êm nhẹ và tin cậy. b. Một số hình ảnh trong quá trình chế tạo, lắp ráp thiết bị: a) b) Hình 3.6. Lắp ráp thiết bị phần thô (a) và lắp vỏ (b) 28 a) b) c) d) Hình 3.7. Lắp động cơ với bệ trên (a), khớp nối và gối đỡ trên (b), trục dẫn hƣớng và bệ di trƣợt (c), gối đỡ dƣới (d) a) b) 29 Hình 3.8. Sơn phủ, lắp ráp thiết bị mặt trƣớc (a), mặt sau (b) a) b) Hình 3.9. Lắp cảm biến quang điện, cảm biến bảo vệ hành trình (a) và cảm biến đo dịch chuyển (b) a) b) Hình 3.10 a,b. Lắp cảm biến đo lực trên bệ cố định 30 a) b) Hình 3.11. Gá lắp xi lanh giảm chấn xe máy (a) và gá lắp xi lanh giảm chấn ô tô (b) 3.4. THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ Sau khi lựa chọn các thành phần tiêu chuẩn, thiết kế chế tạo phần cơ khí và lắp ráp hoàn chỉnh, thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị đƣợc xác định nhƣ sau: 3.4.1. Thông số chính: - Công suất động cơ: 1,0 KW - Vận tốc quay lớn nhất của động cơ 2.000 v/p - Vận tốc lớn nhất của bệ di động 300 mm/s - Khoảng cách giữa bệ di động đến bàn máy, max 820 mm - Lực kéo/nén tối đa 2.500 N 31 - Đƣờng kính mẫu thử (tùy đồ gá), nhƣng không quá 150 mm - Đƣờng kính vít me dẫn động 20 mm - Bƣớc vít me 10 mm - Số đầu mối vít me 01 - Đƣờng kính trục dẫn động 24 mm - Khoảng cách giữa 02 trục dẫn động 110 mm - Kích thƣớc cao x dài x rộng: 1.500 x 580 x 280 mm - Trọng lƣợng khoảng 100 Kg 3.4.2. Thông số giới hạn bởi phụ kiện kèm theo: - Lực kéo, nén lớn nhất đo đƣợc 2.200 N - Khoảng chuyển dịch lớn nhất đo đƣợc 100 mm 32 CHƢƠNG 4 HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ 4.1. ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG TIỆN HIỆU CHUẨN 4.1.1. Đối tƣợng hiệu chuẩn: a. Cảm biến đo lực HBM RSC-500 (hình 3.2). b. Cảm biến đo chuyển dịch LD600-50 (hình 3.4). 4.1.2. Phƣơng tiện hiệu chuẩn: a. Bộ hiển thị điện áp: (mặt trƣớc) (mặt sau) Hình 4.1- Bộ hiển thị điện áp b. Lực kế Shimpo FGN-50B (Japan), độ chính xác ±0,2% Hình 4.2. Lực kế Shimpo FGN-50B 33 4.2. HIỆU CHUẨN HỆ THỐNG ĐO LỰC 4.2.1. Cơ sở tính toán: Theo nguyên tắc của cảm biến đo lực, mối quan hệ giữa lực và điện áp là tuyến tính. Hệ số tỷ lệ KF trong phép hiệu chuẩn đo lực đƣợc xác định nhƣ sau: F = KF.VF Trong đó: F - giá trị lực hiển thị VF - điện áp của bộ hiển thị đo đƣợc ứng với lực F. KF - là hệ số tỷ lệ. Đây là giá trị cần xác định để quy đổi ra giá trị lực tác dụng (N) tƣơng ứng với tín hiệu điện áp đo đƣợc. 4.2.2. Tính toán KF theo loadcell của nhà cung cấp: Nhƣ đã lựa chọn ở mục 3.1.1, cảm biến đo lực RSC-500 có output 2 mV/V; tải trọng đo 500 lb = 500 x 0,4536 = 226,8 kg (2.222,64 N) Bộ chuyển đổi cấp nguồn cấp cho cảm biến là 10 V. Vì vậy, điện áp output là 20 mV khi tải trọng 500 lb (2.222,64 N). Nhƣ vậy, gọi F là lực tác động lên cảm biến (N); a là điện áp output từ cảm biến (mV); ta có: F = a 2.222,64 (N) 20 Mặt khác, gọi V là điện đo đƣợc hiển thị trên thiết bị (V); G là hệ số khuếch đại điện áp của bộ điều khiển (G = 400,8); ta có: V = a.G/1000 Từ đó: F = V x 1000 x 2.222,64 = 250.V (N) G x 20 Hay nói cách khác: KF = 250 34 4.2.3. Các bƣớc thực nghiệm và kết quả: - Bƣớc 1: kết nối loadcell đo lực với bộ chuyển đổi, bộ hiển thị điện áp. - Bƣớc 2: đặt trực tiếp lực kế shimpo trên loadcell; dịch chuyển bàn gá trên thiết bị tạo lực nén lên lực kế và loadcell; thử nghiệm với 04 giá trị lực. - Bƣớc 3: Ghi lại trị số điện áp Vi ứng với các lực nén Fi. Lập bảng kết quả; xác định hệ số tỷ lệ KF. Hình 4.3. Thực nghiệm hiệu chuẩn hệ thống đo lực Bảng 4.1. Kết quả trị số lực nén và điện áp TT Trị số lực nén trên lực kế (N) Trị số điện áp đo đƣợc (mV) Hệ số KX 1 163,5 1,666 250 2 243,3 1,988 250 3 326,4 2,315 250 4 462,8 2,860 Từ bảng 4.1 ta có đồ thị sau: Hình 4.4. Đồ thị quan hệ giữa giá trị điện áp và giá trị lực F (N) V (Vol) 35 Đồ thị thực tế chứng minh quan hệ giữa điện áp và lực nén là tuyến tính. Hệ số quy đổi từ giá trị điện áp (V) sang giá trị lực (mm) là: KF = tgα = (Fj - Fi) / (Vj - Vi) = 250 Nhƣ vậy, kết quả thực nghiệm phù hợp với kết quả tính toán. 4.3. HIỆU CHUẨN HỆ THỐNG ĐO CHUYỂN DỊNH 4.3.1. Cơ sở tính toán Tƣơng tự đối với xác định KF, hệ số tỷ lệ KX trong phép hiệu chuẩn hệ thống đo chuyển dịch đƣợc xác định nhƣ sau: X = Kx.Vx Trong đó: X - tọa độ xác định vị trí đầu cảm biến Vx - điện áp của bộ hiển thị đo đƣợc ứng với vị trí X. Kx - hệ số tuyến tính. 4.3.2. Các bƣớc thực nghiệm và kết quả: - Bƣớc 1: Kết nối loadcell với bộ chuyển đổi và bộ hiển thị điện áp. - Bƣớc 2: Sử dụng Thƣớc cặp 1/100 để đặt các khoảng chuyển dịch của cảm biến vị trí (30, 40, 50, 70, 90 mm) Cố định khoảng cách ở mỗi lần đo. - Bƣớc 3: Ghi lại trị số điện áp Vi ứng với các vị trí dịch chuyển Xi. Lập bảng kết quả; xác định hệ số tỷ lệ KX. Bảng 4.2. Kết quả trị số chuyển dịch và điện áp TT Vị trí xác định của đầu cảm biến (mm) Điện áp đo đƣợc (V) Hệ số KX 1 30 1,495 20,8 2 40 1,975 20,6 3 50 2,460 19,3 4 70 3,495 20,1 5 90 4,491 20,5 36 Lƣu ý: điện áp đo đƣợc tăng dần tƣơng ứng với chiều giảm (thu ngắn khoảng cách) của đầu tiếp xúc trên cảm biến. Từ bảng 4.2 ta có đồ thị sau: Hình 4.5. Đồ thị mối quan hệ giữa điện áp và chuyển dịch Đồ thị thực tế chứng minh quanhệ giữa điện áp và chuyển dịch là tuyến tính. Hệ số quy đổi từ giá trị điện áp (V) sang giá trị chuyển dịch (mm) là: Kx = tgα = (Xj - Xi) / (Vj - Vi) = 20,5 X (mm) V (Vol) 37 CHƢƠNG 5 THỰC NGHIỆM VỚI THIẾT BỊ 5.1. LẤY MẪU VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 5.1.1. Mẫu thí nghiệm: Nhƣ phân tích tại Chƣơng 2, việc xác định thông số thiết kế, chế tạo thiết bị là dựa trên mẫu đối tƣợng thí nghiệm. Tác giả lựa chọn đối tƣợng thí nghiệm là giảm chấn thủy lực thuộc cụm giảm xóc sau của xe máy Honda Super Dream nhƣ hình 5.1 và hình 5.2. Hình 5.1. Cụm giảm xóc sau xe máy Honda Super Dream Hình 5.2. Giảm chấn thủy tháo từ cụm giảm xóc 5.1.2. Gá đặt mẫu trên thiết bị thí nghiệm: Với mẫu lựa chọn tại mục 5.1.1, tiến hành gá mẫu trên trên thiết bị đƣợc thực hiện nhƣ hình 5.3 và hình 5.4: 38 a) b) Hình 5.3. Đồ gá mẫu trên bệ di động (a) và trên bàn máy (b) Hình 5.4. Gá lắp giảm chấn trên thiết bị thí nghiệm Quá trình gá lắp có chú ý điều chỉnh các con trƣợt mang cảm biến trên khung máy để đảm bảo phạm vi hoạt động, tiếp nhận tín hiệu. 5.1.3. Lập trình điều khiển, ghi dữ liệu trên máy tính: a. Lập file điều khiển hoạt động thiết bị trên phần mềm LabVIEW; thiết kế mô đun điều khiển và giao diện điều khiển nhƣ hình 5.4 (a,b). b. Lập file ghi dữ liệu tín hiệu điện trên phần mềm NI SignalExpress, xuất dữ liệu dƣới dạng file Excell. Giao diện mô đun điều khiển nhƣ hình 5.6. 39 a) b) Hình 5.5. Mô đun điều khiển (a) và giao diện điều khiển (b) 40 Hình 5.6. Mô đun ghi dữ liệu 5.1.4. Phƣơng pháp thí nghiệm: Thí nghiệm đối với mẫu thử ở 13 giá trị vận tốc chuyển động khác nhau của piston. Ở mỗi giá trị vận tốc, thực hiện tối thiểu 3 chu kỳ kéo - nén liên tục. Các giá trị vận tốc chuyển động xem bảng 5.1. Bảng 5.1. Các giá trị vận tốc: Vận tốc Xung điều khiển động cơ (Hz) Giá trị vận tốc (mm/s) Vận tốc Xung điều khiển động cơ (Hz) Giá trị vận tốc (mm/s) V1 50.000 13,7 V8 400.000 100,9 V2 100.000 27,5 V9 450.000 111,2 V3 150.000 40,0 V10 500.000 120,9 V4 200.000 52,7 V11 550.000 131,9 V5 250.000 64,7 V12 600.000 148,4 V6 300.000 74,0 V13 650.000 200,4 V7 350.000 88,9 41 Kết quả thu đƣợc là 13 bộ dữ liệu thể hiện: thời gian ghi dữ liệu, điện áp từ cảm biến chuyển dịch (LVDT), điện áp từ cảm biến lực (Force) Ngoài ra, để khẳng định sự tin cậy của thí nghiệm, tác giả có thực hiện thêm đối với một số giá trị vận tốc khác. 5.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 5.2.1. Dạng dữ liệu đo đƣợc: Ứng với mỗi vận tốc chuyển động của piston, dữ liệu đo đƣợc trên NI SignalExpress đƣợc thể hiện dƣới dạng các đồ thị dƣới đây. Hình 5.7. Tín hiệu điện của cảm biến vị trí theo thời gian 42 Hình 5.8. Tín hiệu điện của cảm biến đo lực theo thời gian Hình 5.9. Kết hợp tín hiệu điện của cảm biến vị trí và cảm biến lực theo thời gian Xử lý tín hiệu đo đƣợc, kết hợp với các hệ số quy đổi KX = 20,5, KF = 250 (mục 4.2 và 4.3) ta có kết quả mối quan hệ giữa lực F (N), quãng đƣờng dịch chuyển X (mm) và vận tốc V(mm/s). 43 5.2.2. Quan hệ giữa F (N) và X (mm): a. Số liệu khảo sát: xem Phụ lục 1. b. Đồ thị mối quan hệ: Hình 5.10. Đồ thị mối quan hệ giữa lực F (N) và dịch chuyển X (mm) qua các lần biến đổi vận tốc piston c. Nhận xét: - Ở mỗi chu kỳ dao động, đồ thị mối quan hệ giữa lực với dịch chuyển có dạng đƣờng cong khép kín. - Ở một giá trị vật tốc (ví dụ 200,4 mm/s - đƣờng bao ngo