Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

.......................................
Trần Thanh Tùng

Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo lực và ứng dụng nó
trong máy xuyên tĩnh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS.Lê Văn Tiến

HÀ NỘI – 2010


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

MỤC LỤC
Trang phụ bìa

Trang

Lời cam doan

3

Danh mục các bảng và đồ thị

4

Lời mở đầu

6

Giới thiệu và tóm tắt đề tài

8

LỜI MỞ ĐẦU:
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẦU ĐO
I.1.Tính toán biến dạng để chọn loại sensor

15

I.3.Tính biến dạng đo lực ma sát FS

16

I.4.Tính biến dạng chiều dài

16

I.5. Tính màng để đo áp suất lỗ rỗng

17

I.6 Lấy đặc tuyến tĩnh của mũi xuyên khi chịu tác dụng
của lực kháng đất Qc và lực ma sát Fs

20

I.7. Thiết kế đồ gá lấy đặc tuyến tĩnh

23

CHƯƠNG II: CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ BIẾN DẠNG
II.1 Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến
II.1.1 Định nghĩa

25

II.1.2 Phân loại cảm biến

28

II.2 Cảm biến điện trở biến dạng
II.2.1.Khái niệm

31

II.2.2.Nguyên lý làm việc

38

II.3 Mạch cầu Wheatstone
II.3.1 Nguyên lý

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

42

1


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

II.3.2.Cân bằng ban đầu

43

II.3.3 Các đặc tính của cầu
II.3.3.1.Bù nhiệt

44

II.3.3.2.Sự kết hợp các miếng đo

44

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ
III.1 Nhiệm vụ

46

III.2 Giới thiệu các phần tử chính của mạch điện tử
III.2.1 Vi điều khiển AVR Atmega8535

47

III 2.2.1 Đặc trưng của vi điều khiển AVR AT 90S8535

50

III.2.1.2.Các chế độ truy nhập địa chỉ của AVR

52

III.2.1.3.Các thanh ghi chức năng đặc biệt

58

III.2.2 MAX 232

61

III 2.3.IC AMP AD620

62

III.3 Thiết kế mạch hiển thị

63

III.4 Thiết kế mạch khuếch đại

64

III.5 Ứng dụng phần mềm Codevison trong mạch hiển thị
và chuyển đổi ADC

72

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM XỬ LÝ SỐ LIỆU
IV.1 Giới thiệu về ngôn ngữ C#

99

IV.2 Phầm mếm xử lý số liệu và một vài kết quả

106

Kết luận và kiến nghị

109

Tài liệu tham khảo

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

110

2


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả trong đề tài này hoàn toàn do tôi tự thực hiện và
tính toán, không hề có sự sao chép. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Trần Thanh Tùng

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

3


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG BÀI
TT

Hình

Nội dung

1

0.1

Các thành phần trong hệ thống đo

2

0.2

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống

3

0.3

Cấu tạo đầu đo

4

0.4

Nguyên lý hoạt động của mạch cầu

5

0.5

Bộ khuếch đại

6

0.6

Bộ ADC

7

0.7

Vi điều khiển AVR

8

0.8

Màn hình LCD

9

0.9

Quá trình xử lý số liệu

10

1.1

Sơ đồ nguyên lý lấy đặc tuyến tĩnh của lực

11

1.2

Đường đặc tuyến tìm hệ số K (Qc)

12

1.3

Đường đặc tuyến tìm hệ số K (Fs)

13

1.4

Đồ gá lấy đặc tuyến tính

14

2.1

Mô hình bộ cảm biến

15

2.2

Mô hình mạch bộ cảm biến

16

2.3

Hai dạng của Strain gauge

17

2.4

Các kiểu tenzo dây dẫn

18

2.5

Tenzo đo kéo nén

19

2.6

Minh hoạ đo biến dạng

20

2.7

Mạch cầu Wheatstone

21

2.8

Mạch cầu cân bằng ban đầu

22

2.9

Kết hợp các miếng đo trên mạch cầu

23

3.1

Nhiệm vụ của mạch điện tử trong hệ thống đo

24

3.2

Sơ đồ chân của VĐK 8535

25

3.3

Cách nối chân Vref

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

4


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

26

3.4

Sơ đồ cấu trúc của VĐK 8538S

27

3.5

Thiết bị MAX232

28

3.6

Sơ đồ mạch nguyên lý chuyển đổi ADC và hiển thị LCD

29

3.7

Sơ đồ khối của bộ biến đổi ADC 10 bit với 8 lối vào

30

3.8

Các thanh ghi điều khiển của bộ biến đổi ADC

31

3.9

Sắp xếp các chân lối vào của bộ biến đổi ADC.

32

3.10

Bộ khuếch đại đảo

33

3.11

Bộ khuếch đại không đảo

34

3.12

Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại

35

3.13

Sơ đồ bố trí chân của Atmega8535

36

4.1

Giao diện chương trình

37

4.2

Đường đặc tuyến tìm hệ số K (Qc)

38

4.3

Đường đặc tuyến tìm hệ số K (Qc)

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

5


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật việc tìm hiểu và nghiên cứu
các thiết bị có tính ứng dụng cao trong đời sống và trong kỹ thuật là rất cần thiết. Như
chúng ta đã thấy với sự phát triển của kỹ thuật ngày nay thì một thiết bị, máy móc đòi
hỏi phải có độ chính xác cao hay được điều khiển tự động cao nên việc kết hợp giữa
cơ khí với điện tử và tin học là rất cần thiết. Tìm hiểu đầy đủ về điện tử, cơ khí và tin
học là phần kiến thức rất cần thiết để có thể nghiên cứu khoa học.
Hiện nay do yêu cầu thực tế khảo sát lòng đất của một số ngành như xây dựng
và địa chất mà việc thiết kế ra các máy đo và đầu đo đạt tiêu chuẩn chất lượng là một
yêu cầu bức thiết.
Ở Việt Nam trong khoảng 10 năm trở lại đây đang sử dụng một số máy đo của

bộ môn công nghệ chế tạo máy trường đại học bách khoa Hà Nội sản xuất. Tuy
những máy này vẫn hoạt động tốt nhưng sử dụng mũi xuyên tiêu chuẩn dùng chỉ thị
áp kế lò xo chưa đo được áp lực lỗ rỗng trong lòng đất, chưa tự động đo trong quá
trình xuyên và khoảng cách độ sâu các lần đo lớn nên chưa xác định chính xác vị trí
địa tầng của đất.
Dựa trên nhu cầu thực tế nên trong đề tài này tác giả đã nghiên cứu những vấn
đề sau::
+ Tìm hiểu và ứng dụng cảm biến điện trở biến dạng tenzô trong máy xuyên
tĩnh.
+ Tính toán thiết kế đầu đo xuyên tĩnh dùng cảm biến, thiết kế đồ gá lấy đặc
tuyến tĩnh.
+ Thiết kế chế tạo mạch điện tử và phần mềm giao tiếp máy tính để xử lý tín
hiệu thu được từ đó xác định hình ảnh của lớp địa tầng và sự thay đổi thuộc tính của
đất khi chiều sâu thay đổi.
Mục đích của đề tài trước hết là tìm hiểu, làm quen với việc nghiên cứu khoa
học và áp dụng những kiến thức đã được trang bị vào thực tế. Mặt khác việc nghiên

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

6


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

cứu, thực hiện đề tài góp phần nâng cao kiến thức, tiếp cận được với những vấn đề
của thực tế. Tuy nhiên do nội dung của đề tài rất rộng và nằm trong nhiều lĩnh vực
khác nhau đồng thời với trình độ còn hạn chế nên tác giả không đi sâu vào tất cả vấn
đề cụ thể có liên quan đến đề tài. Sau thời gian thực hiện đề tài, đến nay đã hoàn
thành, và mặc dù còn nhiều thiếu sót nhưng kết quả bước đầu cho thấy hướng nghiên
cứu của tác giả phù hợp và có nhiều ứng dụng trong thực tế.

Qua đây tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy PGS.TS.Lê Văn Tiến tận tình
chỉ bảo và giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Học viên: Trần Thanh Tùng
Lớp CNCK 2008-2010

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

7


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐO LỰC, ÁP SUẤT VÀ
ỨNG DỤNG NÓ TRONG MÁY XUYÊN TĨNH.
Mục tiêu đề tài:
+ Tìm hiểu và ứng dụng cảm biến điện trở tenzo trong hệ thống đo lực.
+ Tính toán thiết kế đầu đo xuyên tĩnh dùng cảm biến điện trở.
+ Thiết kế chế tạo mạch điện tử để xử lý tín hiệu thu được.
+ Thiết kế hệ thống thủy lực.
Tóm tắt đề tài:
Hệ thống đo này có các chức năng: chuyển đổi lực, áp suất thành tín hiệu điện
dùng các cảm biến điện trở ; khuếch đại đại tín hiệu nhận được từ cảm biến; chuyển
đổi tín hiệu này sang dang digital; kết nối với máy tính có phần mềm xử lý số liệu để
hiển thị kết quả đo, đồng thời vẽ các biểu đồ: lực kháng xuyên qc [KG/cm2], hệ số ma
sát fs [KG/cm2], và áp suất lỗ rỗng po [KG/cm2], theo độ sâu
Kết quả đạt được:
+ Tính toán thiết kế đầu đo xuyên tĩnh dùng cảm biến điện trở biến dạng tenzo.
+ Thiết kế chế tạo được mạch điện tử và phục vụ thí nghiệm xuyên tĩnh.
+ Thiết kế viết phần mềm kết nối và xử lý kết quả

Hướng phát triển:
+ Với những kết quả đã tìm hiểu và đạt được tác giả hy vọng trong thời gian
gần sẽ chế tạo được máy xuyên tĩnh điện, tự động xử lý dữ liệu.
+ Ngoài ra có thể ứng dụng những gì tác giả đã đạt được để phát triển các hệ
thống đo lực trong gia công cơ khí và nhiều lĩnh vực khác.

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

8


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Phân Tích Hệ Thống:
Hệ thống gồm các thành phần:
+ Máy thủy lực
+ Bộ ép thủy lực
+ Đầu đo
+ Mạch điện tử-kết nối máy tính giao tiếp RS232

Hình 0.1 Các thành phần trong hệ thống đo

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

9


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Nguyên lý: sử dụng các sensor, bộ biến đổi tín hiệu tương tự số ADC để biến

đổi dòng điện thành tín hiệu số và kết nối với máy tính thông qua phần mềm để xử lý
các kết quả lực cản Qc, lực ma sát Fms từ thí nghiệm.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:
Qc

Fms

P

Đầu đo

Khuếch đại

Vi điều khiển AVR

LCD

Hình 0.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

10


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
+ Đầu đo:

7

6

4

5

3

2

1. Bề mặt nón

3. Áo ma sát

5.Gioăng

2. Màng chống thấm

4. Cảm biến biến dạng

6. Dây nối

1

Hình 0.3 Cấu tạo đầu đo

+ Cảm biến:
Các lực cần đo ( Qc, Fms, po ) tác dụng lên đầu đo làm đầu đo biến dạng làm
cho các cảm biến điện trở dán trên đầu đo biến dạng nên điện trở của các cảm biến

thay đổi tạo ra dòng điện ở mạch cầu Wheaston.

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

11


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Hình 0.4 Nguyên lý hoạt động của mạch cầu

+ Bộ khuếch đại: Tín hiệu ra ở mạch cầu được chuẩn hóa thông qua bộ
khuếch đại rồi đưa vào các chân ADC của vi xử lý AVR.

x

n*x
KHUẾCH ĐẠI

Hình 0.5 Bộ khuếch đại

+ Bộ ADC ( Analog To Digital Converter ).
Tín hiệu qua bộ khuếch đại vẫn là tín hiệu dạng analog nên ta phải dùng bộ
ADC tích hợp trong chip AVR chuyển nó thành dạng tín hiệu dạng digital.

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

12

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Digital Signal

Analog Signal
ADC

Hình 0.6 Bộ ADC

+ Vi điều khiển AVR: Atemega8535.
Thông qua bộ ADC có sẵn trong chip ta sẽ xác dịnh được giá trị số của lực tác
dụng lên đầu đo, đồng thời AVR còn có khả năng lập trình để điều khiển toàn bộ hoạt
động của quá trình đo cũng như gửi kết quả lên máy tính.

Hình 0.7 Vi điều khiển AVR

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

13


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

+ Hiển thị LCD:
Các thông số xác định được hiển thị lên LCD để ta qua sát được sự thay đổi
của chúng.
LCD1

D0
D1

D2
D3
D4
D5
D6
D7
7
8
9
10
11
12
13
14

RS
RW
E
4
5
6

1
2
3

VSS
VDD
VEE

LM016L

Hình 0.8 Màn hình LCD

+ Kết nối với máy tính:
Phần mềm có nhiệm vụ lấy dữ liệu truyền từ cổng COM , lưu kết quả vào file,
vẽ đồ thị biểu diễn các thông số đo được theo độ sâu…Từ đó giúp ta xác định được
tính đồng nhất của địa tầng, đặc tính biến dạng và sức chịu tải của đất nền.
Nhận
dữ liệu

Tín hiệu truyền qua
cổng COM

Lưu
dữ liệu

Vẽ đồ
thị

Hình 0.9 Quá trình xử lý số liệu

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

14


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẦU ĐO

Trình tự thiết kế:
1. Thiết kế, tính toán sức bền của đầu đo.
2. Chọn sensor và phương án dán chúng lên đầu đo.
3. Lựa chọn phương pháp và tính toán cho việc đo áp suất lỗ rỗng.
4. Chọn thiết bị đo.
5. Kết nối máy tính, lập trình và sử dụng phần mềm để vẽ các đường đặc tính.
6. Xác định hìng ảnh lớp địa tầng và thuộc tính của đất.
I.1.Tính toán biến dạng để chọn loại sensor:
Các thông số ban đầu:
+ Diện tích tiết diện của đầu đo: F=1000 mm2
+ Độ côn của đầu mũi là: 600
+ Diện tích áo ma sát : S =15000 mm2
+ Để đo lực kháng đất lớn nhất có thể đo được là qc = 2500 KG
+ Lực ma sát lớn nhất : f S = 800 KG
I.2.Tính toán biến dạng đo lực kháng đất qc :
Chọn biến dạng lớn nhất của phần tử đàn hồi cho phép là: ε = 10−3
Chọn vật liệu là thép trắng có E=2,2.10 6 (kg/ cm 2 )
Từ công thức :
ε=

qt
q
⇒F= t .
E.F
E.ε

Thay số ta có:
F=

2500

= 1,1364cm 2 = 113, 64mm 2
6
−3
2, 2.10 .10

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

15


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Từ công thức :
F=

π
4

( D 2 − d 2 ) chọn d=10mm

⇒ D=

4F

π

+ d2 =

4.113,64

π

+ 10 2 =15,64(mm)

Chọn D=16(mm)
I.3.Tính biến dạng đo lực ma sát FS :
Với trường hợp lực ma sát khi đó thân đầu đo sẽ chịu cả hai lực là lực ma sát và lực
kháng đất
qt + ft = 2500 + 800 = 3300( Kg )
⇒F=
⇒D=

qt + f t
3300
=
= 1,5(cm 2 ) = 150(mm 2 )
E.F
2,2.10 6.10 −3
4F

π

+d2 =

4.150

π

+ 10 2 = 17,05(mm)

Chọn D=17(mm)
I.4.Tính biến dạng chiều dài
Theo công thức ∆l = ε .l
∆l1 = ε .l1 = 10−3.134 = 0,134(mm) = 134( µ m)

∆l2 = ε .l2 = 10−3.64 = 0, 064(mm) = 64( µ m)

Vậy khe hở an toàn chọn ∆l1 = 140( µ m), ∆l2 = 70( µ m)

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

16


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

I.5. Tính màng để đo áp suất lỗ rỗng:
Đo áp suất lỗ rỗng cũng giống như đo lực nhưng kết quả là lực phân bố. Yêu cầu là
khoảng 10at tức là khoảng 10KG/ cm2 . Kết quả của chuyển đổi áp lực cần nhỏ gọn để
lắp trực tiếp vào đầu đo.
Chọn kiểu phần tử đang hồi là màng đàn hồi được ngàm xung quanh

P

x
2.x
Theo tài liệu của thầy Nguyễn Huy Ninh ta có các ứng suất tương ứng:
δ φ = ±6 M φ / h 2

δ r = ±6M r / h 2

Ở đây M φ :Mômen uốn vòng
M φ = r 2 .ρ ⎡⎣(1 − 3µ )( x / r 2 ) − (1 − µ ) ⎤⎦ /16

(1)

M r :Mômen uốn hướng kính

M r = r 2 .ρ ⎡⎣(3 + µ )( x / r 2 ) − (1 − µ ) ⎤⎦ /16

(2)

Theo định luật Húc từ các phương trình trên chúng ta nhận được quan hệ giữa biến
dạng và áp lực tác dụng (Hàm chuyển đổi)

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

17


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

ε φ = 0,375.r 2 .ρ .(1 − µ 2 )(1 − x / r 2 ) / h 2 .E = Sφρ

(3)

ε r = 0,375.r 2 .ρ .(1 − µ 2 )(1 − 3 x / r 2 ) / h 2 .E = S r ρ

4)

Ở đây ε φ , ε r :Biến dạng vòng và hướng kính tương ứng
x: Toạ độ bán kính điểm khảo sát
E: môdung đàn hồi của vật liệu màng
Sφ :Độ nhạy cảm biến của màng khi sử dụng biến dạng vòng
Sr :Độ nhạy cảm biến của màng khi sử dụng biến dạng hướng kính

Theo công thức (3) và (4) , hàm chuyển đổi được xác định bởi các kích thước hình
học của màng(bán kính,chiều dày) đặc tính của vật liệu (E), hệ số Poatxông và phụ
thuộc vào biến dạng nào được sử dụng để làm việc (Hướng kính,vòng).Ngoài ra nó
còn phụ thuộc vào giá trị bán kính hiện tại
Đặt Bφ =0,375(1- µ 2 )(1-x/ r 2 )
Br =0,375(1- µ 2 )(1-3x/ r 2 )

(5)
(6)

Gọi Bφ , Br :là các hệ số kết cấu của cảm biến màng với áp lực tương ứng đối với
trường hợp sử dụng biến dạng vòng và hướng kính.
Với các phần tử đàn hồi bằng kin loại thì lấy µ = 0,3 và tính các hệ số Bφ , Br từ bán
kính làm việc
Hàm chuyển đổi và cảm biến của phần tử màng đàn hồi khi chuyển đổi áp lực thành
biến dạng như sau:
ε = BM .r 2 .ρ / E.h 2

(7)

S m = Bm .r 2 / E.h 2

(8)

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

18


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Với Bm : hệ số kết cấu làm việc của cảm biến
r: bán kính màng
h: Chiều dày màng
E: Môđun đàn hồi của vật liệu màng
Nếu màng là chuyển đổi áp lực thành dịch chuyển thì thường sử dụng dịch chuyển
của tâm màng. Hàm chuyển đổi đối với trường hợp này là:
δ = 0,17.r 4 .ρ / E.h3 với δ :Là độ cứng uốn

Tần số dao động tương ứng của phần tử đàn hồi được xác định:
f0 =

0, 492 E
ρ
r2

với ρ : Khối lượng riêng của kim loại

Kết cấu kích thước màng như sau:
+ Để có thể lắp đặt vị trí lên đầu đo ta sử dụng phần tử đàn hồi kiểu màng ngàm
xung quanh
+ Để có thể dán được các loại tensor kép gồm 2 chiếc lá chồng lên nhau kiểu
chữ thập ta chọn : r = 6mm. Lấy biến dạng của phần tử đàn hồi là ε = 0,5.10−4
+ Theo sơ đồ dán tensor điện trở ta sử dụng biến dạng hướng kính của phần tử

đàn hồi
+ Ta có giá trị trung bình của hệ số kết cấu đối với toàn vùng biến dạng là
Brtb = 0, 24

Từ công thức (7) ta có:
h=

Bm .r 2 .P
E.ε

Với Bm =0.24
R = 0,6cm

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

19


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

P = 10Kg/ cm2
E = 2,1. 106
ε = 0,5.10−4

Thay số vào ta có :
0, 24.0, 62.10
= 0, 09(cm) = 0,9(mm)
H=
2,1.106.0,5.10−4

I.6 Lấy đặc tuyến tĩnh của mũi xuyên khi chịu tác dụng của lực kháng đất Qc và
lực ma sát Fs
¾ Sơ đồ nguyên lý:

Ren vít

Lực
kế

Cảm biến

Khuếch đại

AVR

LCD

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý lấy đặc tuyến tĩnh của lực

¾ Thiết lập đường đặc tuyến tìm hệ số K (Qc).

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

20


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

U(v)

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
100

300

500

900

700

Qc(1000N)

Hình 1.2 Đường đặc tuyến tìm hệ số K (Qc)
¾

Thiết lập đường đặc tuyến tìm hệ số K (Fs).

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

21


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

U(v)

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
100

300

500

700

900

Fms
1000N

Hình 1.3 Đường đặc tuyến tìm hệ số K (Fs)

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

22

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

I.7. Thiết kế đồ gá lấy đặc tuyến tĩnh.

Hình 1.4 Đồ gá lấy đặc tuyến tính
Nguyên lý hoạt động:
Chi tiết được định vị thẳng đứng trong vòng bạc. Trong quá trình thí nghiệm lấy
đặc tuyến tĩnh, cơ cấu tay quay ren vít sẽ sinh ra lực nén Qc và truyền đến thân của
mũi xuyên.

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

23


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống đo lực và ứng dụng nó trong máy xuyên tĩnh

Trong quá trình lấy đặc tuyến tĩnh của Fms, phần đầu của mũi xuyên sẽ được lấy
ra, áo ma sát sẽ được ép bời 1 vòng bạc.

Trần Thanh Tùng - Lớp CNCK 2008-2010

24