Thí nghiệm để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết
Trang 1Chơng 4 Thí nghiệm đo dao động của động cơ
trên các gối treo đàn hồi.
4.1 Xây dựng nội dung, mô hình thử nghiệm trên xe thực:
4.1.1 Mục đích, yêu cầu:
a Mục đích:
Thí nghiệm để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết là công việc không thể thiếu cho mỗi một công trình nghiên cứu Khi nghiên cứu lý thuyết th-ờng các nhà nghiên cứu đã giả thiết loại bỏ một số yếu tố ít ảnh hởng tới kết quả tính toán, song vẫn phải đảm bảo kết quả sát với thực tế nhất Trong khi đó thí nghiệm lại đo đạc trong điều kiện hoạt động thực tế sẽ cho kết quả có ý nghĩa thực tiễn cao Kết quả của thí nghiệm sẽ minh chứng tính đúng đắn của mô hình
lý thuyết, các giả thiết sử dụng khi tính toán lý thuyết
Mục tiêu chính của chơng này là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị
đo đo các thông số cơ bản về dao động của động cơ trên các gối treo nhằm đánh giá chất lợng độ êm dịu giữa động cơ với khung xe, động cơ với hành khách và lái xe, động cơ với mặt đờng, trên bài toán kiểm nghiệm khi thiết kế, khi cải tiến Trong khuân khổ nội dung thí nghiệm
Để đảm bảo cho độ chính xác trong khi làm thí nghiệm ta cần thực hiện đo làm nhiều lần, mỗi lần nh vậy thì ứng với một số vòng quay khác nhau của động cơ Từ ta tìm đợc vị trí dao động lớn nhất của động cơ có thể gây ảnh h-ởng đến hệ thống truyền lực, một số tổng thành khác ( ở đây ta thực hiện đo làm 12 lần ) Sau đó ta lấy kết quả trung bình của 12 lân đo để tiến hành vẽ lần l
-ợt đợc các đồ thị về gia tốc và chuyển dịch
b Yêu cầu:
Việc thực hiện thí nghiệm đợc tiến hành trong điều kiện sau
- Thời tiết thuận lợi (không bị ma, nắng )
- Địa điểm thí nghiệm(Trờng cao đẳng giao thông vận tải)
- Thực hiện thí nghiệm đợc sự giám sát của các thầy trongbộ
môn ôtô, thầy giáo hớng dẫn và các thầy giáo bên trờng cao
Trang 2đẳng giao thông.
- Xe đợc dùng làm thí nghiệm là loại xe( huyndai- Aero town), tình trạng kỹ thuật của xe rất tốt
- Đối với lái xe lựa chọn ngời có trình độ và kinh nghiệm tốt
4.1.2 Thiết bị, cảm biến và phần mềm dùng trong thí nghiệm.
Lựa chọn thiết bị, cảm biến đúng và phù hợp với điều kiện thực tế quyết định rất lớn đến khả năng thành công của thí nghiệm Các thiết bị, cảm biến và phần mềm mà luận án chọn là: thiết bị DEWETRON 3000, cảm biến gia
tốc (H7), cảm biến đo chuyển dịch (H7), các phần mềm xử lý dữ liệu Dasylab 5.0
và Matlab - Simulink 6.0
a Thiết bị DEWETRON 3000.
Thiết bị DEWETRON 3000 là một máy tính công nghiệp kết hợp với
bộ xử lý tín hiệu các kênh đo (16 kênh đo trong đó có 8 kênh qua bộ chuyển đổi
và 8 kênh đo nối thẳng) DAQ do Cộng hoà áo sản xuất phục vụ để nhận và xử
lý dữ liệu thông qua phần mềm DasyLab 5.0 Thiết bị đợc thiết kế, chế tạo theo các yêu cầu phục vụ đo cơ động trên các phơng tiện giao thông, do đó chịu đợc chế độ rung động lớn, khả năng chịu áp lực cao Đây là một thiết bị hiện đại đã
đáp ứng đợc các tiêu chuẩn ngặt nghèo của thế giới (ISO 9000) Thiết bị có khả
năng kết nối với bất kỳ cảm biến nào có tín hiệu điện áp ra dạng tơng tự 10V.±10V
Để nhận và xử lý dữ liệu đo đạc thông qua việc xây dựng các tệp tin nhận và xử lý tín hiệu trong môi trờng phần mềm DasyLab 5.0
b Cảm biến H7:
Cảm biến H7 do hãng DATRON (Đức) sản xuất phục vụ để đo khoảng
cách từ vị trí gắn cảm biến tới điểm mà cảm biến chiếu đến trên nguyên tắc tơng quan quang học, đo không tiếp xúc Tín hiệu ra tỷ lệ thuận với giá trị đo Cảm biến đợc thiết kế gọn, nhẹ Dễ dàng tháo, lắp với sử dụng các jack hút Có chế độ bảo vệ ngợc cực nguồn nuôi Cảm biến đợc kết nối với thiết bị đo thông qua Card DAQ
c Phần mềm Dasylab 5.0:
Phần mềm Dasylab 5.0 là một phần mềm nhận và xử lý dữ liệu rất mạnh Phần mềm đợc xây dựng trên cơ sở nhận tín hiệu từ các Card DAQ chuẩn
Trang 3(10V) và cho phép tốc độ lấy mẫu từ 0.0150000 Hz Giao diện của phần mềm
thuận tiện, dễ sử dụng
Đây là một trong những phần mềm cho phép thiết kế các bài thí
nghiệm dạng “mở” và rất linh hoạt Ưu điểm nổi bật của phần mềm là cho phép
xử lý dữ liệu trực tuyến theo thời gian thực của quá trình Có nghĩa là trong quá trình đo đạc chỉ cần lu lại kết quả đo theo đúng chức năng của các cảm biến mà
thôi Các thông số (đại lợng vật lý) cần thiết cho vấn đề nghiên cứu có thể đợc xử
lý sau khi thí nghiệm mà vẫn không làm thay đổi bản chất của quá trình
d Phần mềm Matlab - Simulink 6.0:
Phần mềm Matlab là một công cụ tính toán rất mạnh, nó đợc sử dụng trong hầu hết các ngành khoa học kỹ thuật Các phiên bản của Matlab không ngừng phát triển từ những phiên bản Matlab 3.5; phiên bản 4.5; phiên bản 5.3; phiên bản 6.0 và phiên bản mới nhất là Matlab 6.5 Tuy nhiên phiên bản 6.5 hiện nay đang lu hành ở Việt Nam là phiên bản dùng cho sinh viên Đặc biệt hơn cả ở Matlab là các công cụ mạnh cho mô phỏng hệ thống ở hai ngành chính là: Cơ khí
và điều khiển tự động
Đối với chuyên ngành cơ khí và liên ngành cơ - điện tử thờng sử dụng các công cụ Simulink, Stateflow để mô phỏng các hệ thống khó có thể thực hiện
đợc thí nghiệm trên hiện trờng thực tế Song Stateflow gồm các công cụ mạnh để mô phỏng động cơ và hệ thống truyền lực Trong khi đó Simulink lại mạnh về mô phỏng các hệ thống treo và hệ thống lái
4.2 Thí nghiệm đo một vài thông số cơ bản đặctr ng cho dao động của động cơ trên các gối treo đàn hồi:
Mục tiêu chính thí nghiệm đo dao động của động cơ trên các gối treo
đàn hồi là xác định bằng thực nghiệm mật độ phổ gia tốc khối lợng phần treo khi
động cơ làm việc ở mọi vận tốc khác nhau, đáp ứng của gia tốc khối lợng phần treo theo thời gian để đánh giá chất êm dịu khi động cơ làm việc không ổn định
Thí nghiệm đợc đo cho xe ( huyndai- Aero town), thí nghiệm ta cần thực hiện đo làm nhiều lần, mỗi lần nh vậy thì ứng với một số vòng quay khác nhau của động cơ (Từ số vòng quay nhỏ nhât là 500vòng/phút cho đến số vòng
Trang 4quay lớn nhất 3500vòng /phút và mỗi lần ta thay đổi đó số vòng quay cách nhau
250 vòng/phút, ở đây ta đo làm 12 lần ) Sau đó ta lấy kết quả trung bình của 12 lân đo để xác định đợc các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của gia tốc, sự chuyển dịch giữa động cơ so với đất, giữa động cơ so với khung Từ đó ta sẽ tiến hành vẽ lần lợt đợc các đồ thị về gia tốc và chuyển dịch
4.2.1 Xây dựng ch ơng trình đo, xử lý kết quả đo dao động bằng phần mềm DasyLab 5.0:
Trớc khi tiến hành thí nghiệm cần thiết phải xây dựng chơng trình đo bằng phần mềm Dasylab 5.0 để nhận và xử lý dữ liệu đo đạc
Chơng trình đo dao động bao gồm 4 mô đun chính là:
+ Mô đun Cảm biến để nhận các tín hiệu từ các cảm biến gia tốc H7 (gắn
trên khối lợng phần không treo - kênh 0) và cảm biến chuyển dịch H7
(gắn trên khối lợng phần treo – kênh 1 kênh 1)
+ Mô đun Filter để lọc các tín hiệu trong dải thấp tần cho cả hai kênh
+ Mô đun Formula để chuyển đổi các tín hiệu điện của hai kênh đo về giá trị đại lợng vật lý thực Đối với cảm biến H7, theo tài liệu hiệu chuẩn của
hãng đa ra công thức chuyển đổi là: IN(1)*55.56+244.44 [mm].
+ Mô đun WriteFile để ghi lại kết quả vào tệp tin lu trữ dữ liệu
Chơng trình xử lý kết quả đo để gia công các dữ liệu đo đợc thành các kết quả cần thiết nh trên hình 4.8
Chơng trình này gồm các mô đun sau:
Hình 4.1 Ch ơng trình đo dao động
Trang 5+ Mô đun ReadFile để đọc các dữ liệu từ tệp tin đợc tạo ra trong quá trình đo dao động Lu ý rằng: Kênh 0 là kênh gia tốc của khối lợng phần không treo; kênh 1 là chuyển dịch của khối lợng phần treo
+ Mô đun Zeros để qui chuẩn giá trị “không” ban đầu Thông thờng quá trình đo muốn đạt đợc dữ liệu cần thiết, thì cán bộ đo phải chạy chơng trình đo dao động trớc khi xe chạy vào đoạn đờng cần khảo sát Sau đó với chơng trình xử lý kết quả đo này cán bộ đo sẽ xén dữ liệu không liên quan đến quá trình, đồng thời chuẩn “không” tại vị trí bắt đầu lấy dữ liệu + Mô đun Formula để hiệu chuẩn lại dữ liệu về vị trí lấy dữ liệu mong muốn Trong thực tế, khi đo không thể nào lắp đặt đợc các cảm biến vào
đúng vị trí cần lấy số liệu do điều kiện không gian lắp đặt Chẳng hạn, trong thí nghiệm mà luận án thực hiện cảm biến gia tốc và cảm biến đo chuyển dịch cần phải nằm trên một trục đi qua trọng tâm bánh xe và vuông góc với mặt đờng để đo dao động thẳng đứng Tuy nhiên, điều này không thể thực hiện đợc do kết cấu của xe Chính vì lý do đó trong chơng trình xử lý kết quả đo cần thiết phải có mô đun Formula hiệu chuẩn số liệu
+ Mô đun Derivative1 và Derivative2 là các mô đun lấy đạo hàm (hai lần) của chuyển dịch để thành giá trị gia tốc
Hình 4.2 Ch ơng trình xử lý kết quả đo dao động
Trang 6+ Mô đun FFT để xác định hàm mật độ phổ năng lợng của tín hiệu vào + Mô đun WriteRes để ghi lại kết quả sau khi đã xử lý vào tệp tin dữ liệu Mô đun này gồm có 4 kênh Kênh 0 và kênh 1 ghi lại kết quả mật độ phổ năng lợng của gia tốc khối lợng phần không treo và phần treo Kênh 2 ghi lại kết quả của gia tốc khối lợng phần treo Kênh 3 ghi lại kết quả của chuyển dịch khối lợng phần treo
4.2.2 Tiến hành thí nghiệm:
Sau khi đã xây dựng xong các chơng trình đo, xử lý kết quả đo bằng phần mềm DasyLab 5.0, tiến hành lắp đặt và kết nối thiết bị theo sơ đồ trên hình 4.3
Thiết bị và cảm biến đợc sử dụng để đo dao động của xe Toyota HIACE 95 có hệ thống treo bị động bao gồm:
+ Cảm biến đo chuyển dịch H7
+ Cảm biến đo gia tốc H7
+ Máy tính DEWETRON 3000
+ Các đồ gá
Cảm biến H7 đợc đặt trực tiếp trên mặt đờng bê tông phẳng và đợc chiếu nên mặt phẳng đáy các te của động cơ để đo chuyển dịch khối lợng phần treo trớc Cảm biến gia tốc H7 đợc đặt trực tiếp trên mặt đờng bê tông phẳng và
đợc chiếu nên mặt phẳng của khung xe để đo gia tốc của khối lợng phần không treo Thiết bị nhận và xử lý dữ liệu đo đạc là máy tính DEWETRON 3000 Các cảm biến đợc lắp đặt trên xe thông qua các bộ đồ gá tơng ứng
Nguyên lý làm việc của sơ đồ kết nối tơng tự nh phần đo mấp mô mặt
đờng Điểm khác cơ bản là cảm biến H7 đợc nuôi bằng nguồn 12 VDC và truyền
Nguồn 12V DC
Nguồn 220V AC
DEWETRON 3000
Máy phát điện Cảm biến
H7
Cảm biến
Tín hiệu
Nguồn 12V DC Tín hiệu kênh 2 Tín hiệu kênh cổng COM Nguồn 5V DC
Tín hiệu kênh 1
Hình 4.3 Sơ đồ kết nối thiết bị đo dao động
Trang 7tín hiệu vào bộ DAQ của thiết bị DEWETRON 3000 thông qua kênh 1 để đo chuyển dịch của khối lợng phần treo trớc
4.2.3 Qui trình đo dao động của động cơ trên các gối treo đàn hồi:
+ Bớc 1: Lắp đặt và kết nối thiết bị.
Đa xe vào vị trí mặt phẳng cần đo Lắp đặt cảm biến đo gia tốc H7, cảm biến đo chuyển dịch H7 và kết nối đờng tín hiệu, đờng nguồn nuôi vào máy
tính (hình 4.4)
Máy phát điện đợc đặt trên xe kéo cung cấp hai loại nguồn điện là:
điện xoay chiều 220V AC cung cấp nguồn cho máy tính và điện một chiều 12V
DC cung cấp nguồn cho bộ chuyển đổi tín hiệu DATRON thông qua đầu nối H7in
và cảm biến H7 Nguồn 12V DC cung cấp cho cảm biến H7 đợc lấy từ đầu H7out của bộ DATRON và nối tới cảm biến H7
Bộ chuyển đổi tín hiệu DATRON nhận tín hiệu từ cảm biến H7 về thông qua cổng cảm biến sau đó truyền tín hiệu từ cổng DAVIT-BUS tới cổng COM của máy tính cho phần mềm DLSX và truyền tín hiệu từ cổng OUTPUT tới kênh 2 của bộ DAQ gắn trên máy tính DEWETRON 3000 cho phần mềm DasyLab5.0
Kênh 1 của bộ NDAQ đợc thiết kế riêng cho cảm biến gia tốc, nó vừa cung cấp nguồn 5V DC cho cảm biến vừa nhận tín hiệu từ cảm biến gia tốc về
+ Bớc 2: Chuẩn giá trị ban đầu
Sau khi đã lắp đặt thiết bị, các cảm biến, nguồn nuôi và kết nối theo sơ
đồ (hình 4.3) xong, nổ máy phát điện, khởi động máy tính DEWETRON 3000,
Trang 8khởi động phần mềm DLSX, khởi động phần mềm Dasylab và chạy chơng trình
đo dao động Qui chuẩn “không” cho các tín hiệu đo.
+ Bớc 3: Thực hiện đo.
Thực hiện đo làm nhiều lần, mỗi lần nh vậy thì ứng với một số vòng quay khác nhau của động cơ (Từ số vòng quay nhỏ nhât là 500vòng/phút cho đến
số vòng quay lớn nhất 3500vòng /phút và mỗi lần ta thay đổi đó số vòng quay
cách nhau 250 vòng/phút, và báo cho lái xe duy trì tốc độ của động cơ ở tùng số
vòng quay khác nhau trong thời gian nhất định Sau khi đã đạt đợc số lợng dữ
liệu cần thiết (lớn hơn 2000 điểm) cán bộ đo dừng chơng trình đo dao động trớc và
sau đó dừng chơng trình đo DLSX
ở đây ta đo làm 12 lần và mỗi một lần đo cho ta một kết quả, tập hợp tất cả các kết quả đo lại sẽ đa ra một kết quả tổng hợp của biên độ dao động và chuyển dịch của động cơ so với đất và khung xe
L
u ý : Bắt buộc phải chạy cả hai chơng trình vì chơng trình DLSX chạy
mới có tín hiệu cho chơng trình đo mấp mô
+ Bớc 4: Kết thúc đo.
Cán bộ đo yêu cầu lái xe tắt máy Thoát khỏi chơng trình đo dao động, DLSX, Windows và tắt máy tính Tắt máy phát và tháo các thiết bị
Lần đo tiếp theo sẽ đợc lặp lại bớc 3
4.2.4 Kết quả và đồ thị:
Tổng hợp kết quả thớ nghiệm
Trang 911 3250 54.17 -7.50 7.50 -0.03 -0.05
Kết luận chơng:
Đã tiến hành thử nghiệm, đo các đặc trng dao động của động cơ D6BR, diezel 4kỳ,6xilanh 1dãy, các kết quả tính toán và thực nghiệm có sai khác trong phạm
vi cho phép, điều đó đã khẳng định tính đúng đắn, tin cậy của mô hình toán dao
động của động cơ khảo sát đợc thiết lập
