Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

******&******

PHẠM HÀ PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM KIỂM TRA PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC

CỦA XY LANH GIẢM CHẤN CỠ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên, 06/2017

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Phạm Hà Phương

Học viên: Lớp Cao học K16

Đơn vị công tác: Công ty TNHH MTV Cơ điện và VLN 31

Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm

tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ”

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số:

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các ý tưởng, thiết kế, chế tạo cũng như các số liệu là hoàn toàn trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017

Học viên

Phạm Hà Phương

Thực hiện: Phạm Hà Phương

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, Học viên đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ phía nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, các thầy

cô giáo tham gia giảng dạy đã tạo điều kiện cho Học viên hoàn thành chương trình học và hoàn thiện luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Ngô Như Khoa đã định hướng, theo dõi và truyền đạt kiến thức để tác giả có thể hoàn thành được luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Đăng Hào - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái nghuyên, đã giúp đỡ tôi trong việc lắp đặt các thiết bị và thực hiện thí nghiệm cho đề tài này

Học viên cũng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo chỉ huy Công ty TNHH MTV Cơ điện và VLN 31 đã tạo mọi điều kiện cho Học viên được đi học nâng cao trình độ

Mặc dù đã rất cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót và cần bổ sung Do vậy, kính mong quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè cùng đóng góp để Học viên hoàn thiện kiến thức và ứng dụng các kiến thức học được vào trong thực tế

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Thực hiện: Phạm Hà Phương

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Thực hiện: Phạm Hà Phương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ GIẢM CHẤN VÀ MÁY THÍ NGHIỆM 4

1.1 Tổng quan về các loại giảm chấn 4

1.2 Tổng quan về thiết bị 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ 15

2.1 Cơ sở xác định các thông số khoảng F, V và X của thiết bị thí nghiệm 15

2.2 Thiết kế nguyên lý máy 17

2.3 Chọn phương án thiết kế thiết bị 18

2.4 Cơ sở tính toán để lựa chọn thông số cho thiết bị 20

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 22

3.1 Thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm 22

3.2 Thiết kế chế tạo chi tiết của thiết bị 24

CHƯƠNG 4: HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ 27

4.1 Hiệu chuẩn hệ thống đo lực 27

4.2 Hiệu chuẩn hệ thống đo chuyển dịch 34

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ 37

I Thí nghiệm trên 3 mẫu giảm chấn ma sát như sau 37

II Kết quả về mối quan hệ giữa lực và chuyển dịch của pistong 39

III Kết quả về mối quan hệ giữa lực và vận tốc chuyển dịch của pistong 40

IV Nhận xét: 41

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 45

Thực hiện: Phạm Hà Phương

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Kí hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ

1 F Lực ma sát (lực cản) pistong

2 V Vận tốc chuyển dịch của pistong

Thực hiện: Phạm Hà Phương

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông số khoảng dịch chuyển max và lực ma sát max: 15

Bảng 2.2: Vận tốc quay của máy giặt và vận tốc chuyển dịch tương ứng 17

Bảng 2.3: Lựa chọn tốc độ động cơ 21

Bảng 4.1: Kết quả so sánh giá trị trên Lực kế và qua hiển thị 29

Bảng 4.2: Kết quả hiệu chuẩn cảm biến vị trí 35

Thực hiện: Phạm Hà Phương

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Một số xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ thông dụng [1] 1

Hình 2: Xi lanh giảm chấn trong máy giặt [2] 1

Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo giảm xóc sau [3] 4

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý [3] 5

Hình 1.4: Cấu tạo giảm chấn máy giặt [2] 5

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý 6

Hình 1.6: Một dạng thiết bị thí nghiệm điển hình sử dụng nguyên lý thủy lực[4] 7

Hình 1.7: Một dạng thiết bị khác cũng sử dụng nguyên lý thủy lực [4] 8

Hình 1.9: Giá chuyển hướng toa xe lửa [5] 9

Hình 1.10: Thiết bị kiểm tra giảm chấn ngành đường sắt [4] 9

Hình 1.11: Phụ kiện gá kẹp sử dụng bằng tay a); hay sử dụng thủy lực b)[4] 9

Hình 1.12: Hệ thống đo lường nhiệt độ, không khí/ nước làm mát 10

Hình 1.13: Hệ thống đo lường giảm chấn được tích hợp trên xe tải

Hình 1.14: Các hệ thống cơ bản của thiết bị kiểm tra xi lanh giảm chấn [4] 11

Hình 1.15: lực - chuyển dịch với biên độ dao động 2mm, tần số = 0.5Hz[4] 11

Hình 1.16: Lực – vận tốc với biên độ dao động là 2mm 12

Hình 1.17: Một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn ma sát [6] 13

Hình 1.18: Mối quan hệ giữa lực và vận tốc có dạng đồ thị sau [6] 14

Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của giảm chấn ma sát trong máy giặt 16

Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm 17

Hình 3.1: Động cơ servo [8] 22

Hình 3.2: Một dạng cảm biến loadcell đo lực [10] 23

Hình 3.3: Một dạng cảm biến quang điện [11] 23

Hình 3.4: Một dạng cảm biến đo chiều dài [12] 23

Hình 3.4: Mô phỏng 3D thiết bị trên phần mềm SolidWorks 25

Hình 3.5: Thiết bị lắp ráp: a) Lắp ráp dộng cơ; b) Lắp ráp gá mẫu; 26

Hình 4.1 – Sơ đồ tín hiệu đo tín hiệu điện áp của Lực 27

Hình 4.2 đồ thị quan hệ giữa giá trị điện áp và giá trị dịch chuyển 34

Bảng 4.2 – Kết quả hiệu chuẩn cảm biến vị trí 35

Thực hiện: Phạm Hà Phương

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Do yêu cầu không ngừng nâng cao chất lượng các sản phẩm phục vụ nhu cầu lợi ích cho con người như sản phẩm ô tô, xe máy hay các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy vắt… Với mục tiêu ngày càng nâng cao chất lượng theo chỉ tiêu về độ rung động, độ ồn, trong khi vẫn nâng cao tốc độ của các thiết bị Hiện tại trên thế giới đã và đang đưa vào sử dụng nhiều kết cấu có tác dụng giảm chấn như: đệm lò xo, lo xo đĩa, lò xo nhíp, lò xo cao su, lo xo không khí, nhưng xi lanh giảm chấn vẫn được sử dụng nhiều nhất trong các

kết cấu treo của ô tô, xe máy (xem hình 1), hay giảm chấn ma sát của hệ thống treo máy giặt (xem hình 2)…

Hình 1: Một số xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ thông dụng [1]

Hình 2: Xi lanh giảm chấn trong máy giặt [2]

Do đã từ lâu xi lanh giảm chấn đã được chế tạo và sử dụng rộng rãi nên hầu hết các nước, đặc biệt là các nước chuyên sản xuất các dòng sản phẩm

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, máy tính cũng được đưa vào ứng dụng trong các thiết bị thử xi lanh giảm chấn để đánh giá chất lượng giảm chấn với các mục đích phân tích và xử lý các kết quả do được nhanh chóng và chính xác hơn

Thực tế trong nhiều năm qua việc chế tạo các thiết bị đánh giá kiểm tra chất lượng, độ bền của xi lanh giảm chấn ở nước ta đang còn nhiều hạn chế, các thiết bị kiểm tra đa số được nhập từ các nước chuyên sản xuất như: Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức…có kính phí đầu tư rất lớn

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học và dịch vụ thí nghiệm phải thỏa mãn điều kiện đơn giản, hiệu quả và

chi phí đầu tư thấp, việc triển khai đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết

bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ”

là cần thiết, có ý nghĩa thiết thực Với thiết bị này cỏ khả năng tính toán, xác định được mối quan hệ giữa lực - chuyển dịch của pis-tông; hay quan hệ lực - vận tốc dịch chuyển từ đó đánh giá và kiểm tra được chất lượng của từng xi lanh giảm chấn đặc biệt là các Xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ trong các thiết bị gia dụng

II MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 MỤC TIÊU:

Nghiên cứu - thiết kế - chế tạo được một thiết bị thí nghiệm (hoặc thiết

bị kiểm tra) xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ (xe máy, ô tô hay các thiết bị gia dụng) Đồng thời ứng dụng công nghệ thông tin sử dụng các phần mềm tính toán, trích xuất dữ liệu đưa ra các thông số, kết quả thí nghiệm được chính xác hơn

Góp phần thúc đẩy tư duy sáng tạo về tính toán, lựa chọn kết cấu cụ thể của thiết bị thí nghiệm trên cơ sở kiến thức phổ thông sẵn có; khả năng phối hợp các mô đun để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh

2.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Đối với ngành cơ khí nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng, các thiết bị thử nghiệm kiểm tra như trên đang được sử dụng rất nhiều và đóng vai trò to lớn trong quá trình đánh giá và lựa chọn các thông thông số hợp lý khi gia công Đề tài sẽ góp phần quan trọng trong việc thử nghiệm kiểm tra độ bền của xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ thông qua việc xác định mối quan hệ giữa lực - vận tốc - chuyển dịch của pistong với kết quả tin cậy, đặc biệt phù hợp với phạm vi phòng thí nghiệm vừa và nhỏ, tiết kiệm thời gian, kinh phí

Đối với tác giả nghiên cứu, đề tài có ý nghĩa quan trọng và tính thực tiễn cao, mở ra hướng nghiên cứu không chỉ áp dụng đối với hệ thống xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ mà nhân rộng trong lĩnh vực cơ khí đặc biệt trong việc đánh giá, xác định và đưa ra thông số hợp lý khi thiết kế chế tạo các chi tiết máy có nguyên lý tương tự

3 PHƯƠNG PHÁP:

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với chế tạo thiết bị và thực nghiệm

Thực hiện: Phạm Hà Phương

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ GIẢM CHẤN VÀ MÁY THÍ NGHIỆM

1.1 Tổng quan về các loại giảm chấn (đối tượng cần để xây dựng mô

hình thiết bị thí nghiệm)

1.1.1 Đối với loại xi lanh giảm chấn có lực cản hai chiều khác nhau như

xi lanh thủy lực Ví dụ như giảm xóc sau xe máy

* Về cấu tạo:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo giảm xóc sau [3]

Hình 1.2 Dầu dịch chuyển trong xylanh [3]

Bộ giảm xóc làm việc trong hai chu kỳ: Chu kỳ nén và chu kỳ phần giãn nở

+ Chu kỳ nén: Khi bánh xe di chuyển lên trên làm cho lò xo bị nén và

cần pistong chuyển động lên trên làm cho áp suất trong buồng trên cao hơn áp suất trong buồng dưới Vì vậy chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng dưới qua van pistong Lúc này lực giảm chấn được sinh ra do sức cản dòng chảy của van

+ Chu kỳ giãn nở: Khi bánh xe bắt đầu di chuyển trở lại xuống, cần

pistong chuyển động xuống làm cho áp suất trong buồng dưới cao hơn áp suất trong buồng trên Vì vậy chất lỏng trong buồng dưới bị ép lên buồng trên qua van pistong và sức cản dòng chảy của van có tác dụng như lực giảm chấn

1.1.2 Đối với lực cản 2 chiều ≈ bằng nhau, như giảm chấn ma sát Ví

dụ như xi lanh giảm chấn trong máy giặt

đó chính là hệ thống giảm chấn ma sát được bố chí xung quanh máy giặt Giảm chấn cũng làm việc theo hai chu kỳ giãn và nén Ở cả hai chu kỳ giãn và nén lực cản được sinh ra nhờ lực ma sát giữa pistong và xi lanh thông qua đệm ma sát và chất bôi trơn Khi ở trạng thái nén, khí bên trong bị ép trong lòng xi lanh

và được thoát ra ngoài qua khe hở thiết kế sẵn trên xi lanh Ngược lại ở trạng thái giãn, lực cản cũng được sinh ra như trạng thái nén Với nguyên lý này khi vận tốc càng lớn thì lực cản càng lớn và lực ma sát phải được phân bố đều trên hành trình chuyển dịch của pistong Trong trường hợp lực không được phân bố đều khi pistong chuyển động ở cùng một vận tốc thì có thể hiểu chất lượng và

độ bền của giảm chấn ma sát đã bị giảm

Như vậy với nguyên lý làm việc của các loại xi lanh giảm chấn đã được phân tích trên ta thấy để nghiên cứu, thiết kế hoặc kiểm tra, đánh giá độ bền cũng như tuổi thọ của giảm chấn thì việc xác định các mối quan hệ lực cản - vận tốc chuyển dịch pistong và lực cản - chuyển dịch pistong là hết sức cần thiết Muốn xác định được các yếu tố này đòi hỏi phải có các thiết bị kiểm tra phù hợp với từng loại giảm chấn

Nhằm hiểu hơn về lĩnh vực kiểm tra, thử nghiệm đánh giá chất lượng các loại giảm chấn Tác giả đưa ra một số nội dung tổng quan về thiết bị kiểm tra được trình bày tại phần II, chương 1 như sau:

F(t)

v

Thực hiện: Phạm Hà Phương

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 được với nhiều nguyên lý, cấu tạo khác nhau do nhiều hãng sản xuất với độ chính xác rất cao

Tùy theo tính năng sử dụng của các loại giảm chấn thì nhiều hãng sản xuất cũng đã đưa ra nhiều hình thức kiểm tra, đánh giá chất lượng trên các thiết

bị chuyên dụng hoặc được tích hợp trực tiếp trên sản phẩm và cao hơn nữa là đồng bộ trong dây chuyền sản xuất

Một 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 như

• 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 bên cho ma sát và kiểm tra độ bền

• Đánh giá các trường dung sai và đường cong thực nghiệm

Thực hiện: Phạm Hà Phương

• 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 được tích hợp trong dây truyền sản xuất các sản phẩm giảm chấn

Ví dụ một dạng thiết bị chuyên dụng để kiểm, thử nghiệm giảm chấn

thủy lực: (xem hình 1.7)

Hình 1.7 – Một dạng thiết bị khác cũng sử dụng nguyên lý thủy lực [4]

Có nhiều giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất trong quá trình kiểm tra đánh giá chất lượng giảm chấn thủy lực, một trong những giải pháp hiệu quả nhất bằng cách thiết kế các thiết bị kiểm tra mở rộng, có thể kiểm tra cùng

một lức đánh giá nhiều sản phẩm (xem hình 1.8)

Hình 1.8 – Thiết bị kiểm tra mở rộng [4]

Thực hiện: Phạm Hà Phương

Một ví dụ nữa là một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn chuyên dụng trong ngành đường sắt Ở các vị trí trên giá chuyển hướng toa xe lửa của

ngành đường sắt có nhiều giảm chấn khác nhau ở các vị trí khác nhau (xem

hình 1.9) nó thường được được ưu tiên để kiểm tra các xi lanh giảm chấn

trong trạng thái làm việc thực tế của nó

Hình 1.9: Giá chuyển hướng toa xe lửa [5]

Thiết bị này có khung thiết kế đặc biệt (xem hình 1.10) cho phép các

góc độ khung được thiết lập sao cho phù hợp

Hình 1.10: Thiết bị kiểm tra giảm chấn ngành đường sắt [4]

* Các phụ kiện có thể đi kèm cho thiết bị này: (xem hình 1.11;1.12)

Hình 1.11: Phụ kiện gá kẹp sử dụng bằng tay a); hay sử dụng thủy lực b)[4]

Thực hiện: Phạm Hà Phương

Hình 1.12: Hệ thống đo lường nhiệt độ, không khí/ nước làm mát a);

Hay tải ngoài cố định để kiểm tra đa giảm chấn b)[4]

* Các giải pháp để kiểm tra độ bền của giảm chấn thủy lực, tùy theo tính chất sử dụng với mục đích khác nhau như 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 lường giảm chấn được tích hợp trên xe tải a);

Trong phòng thí nghiệm b);Trong dây truyền sản suất c) [4]

* Như vậy ta thấy các yếu tố cơ bản của một thiết bị kiểm tra giảm chấn

thủy lực bao gồm các hệ thống như sau: (xem hình 1.14)

 Máy thủy lực thực nghiệm

Thực hiện: Phạm Hà Phương

 Cảm biến đo lực

 Máy tính với phần mềm điều khiển

Hình 1.14: Các hệ thống cơ bản của thiết bị kiểm tra xi lanh giảm chấn [4]

* 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 chấn thủy lực với biên độ dao động của pistong và tần số dao động như sau:

(xem hình 1.15 a,b;1.16 a,b)

Hình 1.15: a) lực - chuyển dịch với biên độ dao động 2mm, tần số = 0.5Hz[4]

Hình 17: a) lực - chuyển dịch Hình 1.15: b) lực – vận tốc dao động 2mm, tần số = 0.5Hz[4]

Thực hiện: Phạm Hà Phương

Còn đối với Giảm chấn ma sát thì một dạng thiết bị thí nghiệm kiểm tra

độ bền của giảm chấn ma sát được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy giặt Thiết bị được thiết kế đơn giản kiểu tay quay con trượt, cơ cấu đĩa quay có gắn động cơ Dịch chuyển của bistong đo được nhờ cảm biến độ dài, đầu trên của giảm chấn được gắn cố định vào loadcell (cảm biến đo lực), đầu pistong

được gắn vào cơ cấu chuyển động (xem hình 1.17)

Hình 1.17 – Một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn ma sát [6]

Những thí nghiệm này bao gồm việc tìm ra các mức độ giảm xóc của các giảm chấn ma sát tiêu chuẩn được sử dụng trong máy giặt Các thử nghiệm đã được thực hiện ở tốc độ quay khác nhau: 15, 100, 300, 600 và 1200 vòng/phút Với biên độ dao động là 8mm, lực ma sát 32,5 ±12,5 N Xem hình 20 với các

đường thể hiện mầu sắc tương ứng với tốc độ quay khác nhau (Xem hình 1.18)

Hình 1.18 – Mối quan hệ giữa lực và chuyển dịch của pistong [6]

Thực hiện: Phạm Hà Phương

Hình 1.19 – Mối quan hệ giữa lực và vận tốc có dạng đồ thị sau [6]

Như vậy qua nghiên cứu tổng quan về thiết bị thí nghiệm ta nhận thấy để nghiên cứu thiết kế một thiết bị kiểm tra giảm chấn thì việc cần thiết là xác định được các đặc tính cần đánh giá chất lượng của một giảm chấn chính là xác định các mối quan hệ lực – vận tốc chuyển dịch; lực với dịch chuyển của pistong

Như vậy qua nghiên cứu tổng quan về nguyên lý, cấu tạo hay là tính năng làm việc của môt số thiết bị thử nghiệm, trong đó có thiết bị thử nghiệm giảm chấn thủy lực hay thiết bị thử nghiệm giảm chấn ma sát Tác giả lựa chọn theo hướng nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thử nghiệm, kiểm tra đối với loại giảm chấn ma sát trên máy giặt; Do nguyên lý cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư thấp, phù hợp với cấu trúc của luận văn Thạc sỹ Yêu cầu đối với thiết bị thử nghiệm phải đạt được các yêu cầu sau:

1 Kiểm tra được các loại giảm chấn ma sát của máy giặt dân dụng

2 Có kết cấu đơn giản, chắc chắn để nhanh chóng gá lắp đối với mẫu thử là giảm chấn ma sát

3 Hệ thống chuyển động của máy thử phải hoạt động ổn định, tin cậy trong một thời gian dài, đáp ứng được đầy đủ mọi yêu cầu thử nghiệm của giảm chấn về mối quan hệ Lực – vận tốc; lực – chuyển dịch tương ứng với khả năng làm việc của giảm chấn

4 Hệ thống hiện thị số được ghép nối với phần cơ đảm bảo độ chính xác, tin cậy, khi xuất ra và lưu giữ trên máy tính các thông số cần đo của xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ Để từ đó đánh giá chính xác tình trạng sản phẩm

Thực hiện: Phạm Hà Phương

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ

2.1 Cơ sở xác định các thông số khoảng lực, vận tốc và khoảng dịch chuyển của thiết bị thí nghiệm

2.1.1 Cơ sở xác định khoảng lực và khoảng dịch chuyển

Như trên đã trình bầy đối tượng khảo sát của thiết bị là các loại giảm chấn ma sát trong máy giặt Do vậy dựa vào các thông số tiêu chuẩn của một

số hãng chuyên sản xuất loại giảm chấn ma sát này, ta có các bảng số liệu như sau:

Bảng 2.1: Thông số khoảng dịch chuyển max và lực ma sát max [7]:

Amax (mm)

Chiều dài lớn nhất của giảm chấn

(tính ở trạng thái

làm việc)

Lmax (mm)

Lực ma sát lớn nhất Fmsmax (N)

1200 vòng/phút, tương đương với 20 vòng/giây

Như ta đã biết máy giặt quay được một vòng quay tương đương với một chu kỳ làm việc của giảm chấn (hành trình bao gồm nén và giãn của pistong) Vì vậy để khảo sát quá trình làm việc của giảm chấn ma sát trong máy giặt, tác giả lựa chọn vận tốc chuyển dịch của pistong dựa trên các thời điểm vận tốc quay khác nhau của máy giặt Cách xác định như sau:

Thực hiện: Phạm Hà Phương

Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của giảm chấn ma sát trong máy giặt

Phân tích trên hình vẽ sơ đồ hóa nguyên lý mấy giặt ta thấy chuyển động của giảm chấn là chuyển động tịnh tiến khứ hồi

Do vậy ta có chuyển dịch của pistong dưới dạng

Vmax= maxAmax (3)

Ta có:

+ ωmax được xác định dựa vào vận tốc quay lớn nhất của lồng máy giặt

được khảo sát (nmax=1200 v/p = 20 v/s; một vòng quay của lồng máy giặt sẽ được 1 chu kỳ dao động của pistong) Vậy:

ωmax = 20.1 (rad/s) = 20 (rad/s) (4)

+ Khoảng dịch chuyển lớn nhất của pistong được xác định theo khảo sát thực tế khi máy giặt hoạt động ở 20v/s, biên độ dao động là ±8mm Tức là:

Thực hiện: Phạm Hà Phương

Bảng 2.2: Vận tốc quay của máy giặt và vận tốc chuyển dịch tương ứng

của pistong được lựa chọn để khảo sát:

Đơn vị Vận tốc quay của lồng máy giặt n

* Như vậy qua 2 bảng số liệu trên (bảng 2.1; 2.2) ta xác định được các

thông số lực, vận tốc và chuyển dịch của pistong tương ứng với F, V, A làm

cơ sở cho thiết kết thiết bị thí nghiệm như sau:

+ Khoảng dịch chuyển lớn nhất của Pistong là: Ymax =102mm

+ Lực cản ma sát lớn nhất là: Fmsmax= 250N

+ Khoảng làm việc thực tế lớn nhất của pistong ở trạng thái làm việc là

Vmax=320mm/s

2.2 Thiết kế nguyên lý máy

Với các thông số lực, vận tốc và chuyển dịch ở giá trị đã được khảo sát

ở trên làm cơ sở lựa chọn và tính toán thiết kế thiết bị kiểm tra Thiết bị được thiết kế, chế tạo phải là thiết bị xác định được các thông số lực, vận tốc và chuyển dịch của pistong thỏa mãn tất cả các giá trị cần đo của giảm chấn cỡ nhỏ như giảm chấn ma sát trong máy giặt

Từ những yêu cầu trên ta xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết

bị thí nghiệm như sau:

Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm

Thực hiện: Phạm Hà Phương

Nguyên lý làm việc của thiết bị: Mẫu thử là bộ giảm chấn ma sát, một đầu của giảm chấn (xy lanh) được gắn vào gối cố định, đầu còn lại (pistong) được 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 của giảm chấn di chuyển từ vị trí A1 về A2 và ngược lại Để tiến hành thí nghiệm và xác định được thông số lực; vận tốc dịch chuyển; khoảng dịch chuyển, trên thiết bị phải được bố trí hệ thống đo lường, xử lý số liệu Ví dụ như:

+ Xác định lực cản F, sử dụng loadcell (cảm biến lực) gắn chặt vào gối

cố định và đầu xi lanh như trên hình 2.2

+ Xác định được vận tôc chuyển dịch của pistong thông qua vận tốc quay của động cơ và cơ cấu chuyển động

+ Khoảng dịch chuyển A hay là đoạn A1A2 chính là biên độ dao động của pistong với xi lanh, được xác định nhờ cảm biến đo chiều dài

Tất cả các giá trị trên đều được chuyền về bằng tín hiệu điện và được

xử lý tín hiệu, phân tích dựa trên các phần mềm chuyên dụng như LabView

Như vậy các thông số của một thiết bị thí nghiệm theo yêu cầu đặt ra cần có các yếu tố chính như sau:

1 Động cơ (có thể tạo chuyển động khứ hồi)

2 Cơ cấu chuyển động (chuyển động tịnh tiến)

10 Phần mềm xử lý tín hiệu đầu ra

2.3 Chọn phương án thiết kế thiết bị

2.3.1 Lựa chọn động cơ:

* Phương án 1: sử dụng Động cơ 1 chiều

+ Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ sửa chữa

+ Nhược điểm: Cấu tạo thường cồng kềnh, khó bố trí trên thiết bị nhỏ gọn, khó khống chế được tốc độ Khi đảo chiều thời gian trễ lớn

* Phương án 2: sử dụng Động cơ servo