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

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. NGUYỄN VĂN DỰ

PGS.TS NGÔ NHƯ KHOA

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


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
Diễn giải nội dung đầy đủ

STT

Kí hiệu

1

F

Lực ma sát (lực cản) pistong

2

V

Vận tốc chuyển dịch của pistong

3

Y

Khoảng dịch chuyển của pistong

4

Vloadcell

5

KF

Hệ số tỷ lệ giữa lực và vận tốc

6

Kx

Hệ số tỷ lệ giữa lực và chuyển dịch của pistong

7

t

8

Vex

9

I

Độ nhậy của điện áp

10

ω

Tần số dao động

18

P

Công suất động cơ

21

η

Hiệu suất

22

n

Tốc động vòng quay

Tín hiệu điện áp của cảm biến loadcell

Bước của vít me
Điện áp kích thích

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)…
Chú thích:
+ Loại a, b: Xi lanh giảm
chấn trong ô tô
+ Loại a, b: Xi lanh giảm
chấn trong xe máy

a

b

c

d

e

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

Thực hiện: Phạm Hà Phương

trên đã nghiên cứu và sử dụng xi lanh giảm chấn với quy mô lớn, đầu tư nhiều
vào công tác nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm xi lanh giảm chấn.
Việc tiến hành thử nghiệm xi lanh giảm chấn nhằm xác định: khả năng
làm việc của giảm chấn sau khi chế tạo hoặc sửa chữa; Thí nghiệm để xác
định độ bền của giảm chấn, hoặc để chuẩn đoán hư hỏng của giảm chấn sau
một thời gian sử dụng. Quá trình thí nghiệm tiến hành phân tích đánh giá các
đặc tính động lực học của giảm chấn thông qua mối quan hệ giữa lực (F); vận
tốc (v); chuyển dịch của pistong (x). Tất cả những công việc thí nghiệm trên
phần lớn được thực hiện trên các thiết bị chuyên dụng, mà bất cứ nhà chế tạo
nào cũng phải có.
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.

Thực hiện: Phạm Hà Phương


Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị dựa trên kết quả nghiên cứu thực
nghiệm đối với xy lanh giảm chấn ma sát trong thiết máy giặt dân dụng.
2. Ý NGHĨA KHOA HỌC, THỰC TIẾN:
2.1. Ý nghĩa khoa học:
Tạo ra một thiết bị ứng dụng cho học tập, nghiên cứu, kiểm soát chất
lượng sản phẩm của quá trình sử dụng. Tiếp tục góp phần hoàn thiện phương
pháp tư duy khoa học: từ xây dựng ý tưởng đến thiết kế, chế tạo, thử nghiệm
hoàn thiện sản phẩm nghiên cứu.
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, 18. Cao su giảm va
1

2, 19. Bạc lót

2

3. Ống ty

3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

4. Ống lọc lò xo ngoài
5. Ống lọc lò xo trong
6. Van piston
7. Xec măng
8,9. Vòng đệm piston
10. Lò xo piston
11. Ống che
12. Lò xo chính
13. Cần piston
14. Cao su trên cần piston
15. Đai ốc
16. Đệm lòxo
17.Chân thụt

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

Hình 1.2. Dầu dịch chuyển trong xylanh [3]
Thực hiện: Phạm Hà Phương

* Về nguyên lý

Đặc tính động lực học:
M: Là khối lượng tác động lên xe
B: Hệ số cản nhớt
K: Độ cứng của lò xo
F(t): Là lực do xóc
Y(t): Là dịch chuyển của thân xe
V(t): Vận tốc của xe

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý [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.
* Về cấu tạo:
1
2

3

Chú thích:
1. Ống Xi lanh bọc nhựa
2. Cần Pistong
3. Mỡ tạo ma sát

Hình 1.4. Cấu tạo giảm chấn máy giặt [2]

Thực hiện: Phạm Hà Phương


* Về nguyên lý:
Đặc tính động lực học:

y(t)

n

F(t) - Lực cản

v
F(t)

n - Tốc độ vòng quay của máy giặt
v - Vận tốc chuyển dịch của pistong
y(t): Chuyển dịch của pistong

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý

Bộ giảm chấn ma sát hoạt động với nguyên lý đơn giản: Khi máy giặt ở

trạng thái làm việc, lồng bên trong của máy giặt tạo chuyển động quay tăng dần
đều theo vận tốc được lập trình tự động. Khi đó với quán tính ở vận tốc càng
cao thì lồng máy giặt sẽ tạo ra rung động càng lớn, và để kiểm soát rung động
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:

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
sau: (xem hình 1.6)

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 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 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)

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

a)

b)

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)

a)

b)

c)

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
- Nguồn thủy lực
- Hệ thống dịch chuyển pistong
- Khung gá cố định
 Cảm biến đo dịch chuyển pistong
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


Hình 1.16: a) Lực - chuyển dịch với biên độ dao động là 2mm và
tần số dao động từ 0.1-10HZ[4]

Hình 1.16: b) Lực – vận tốc với biên độ dao động là 2mm và
tần số dao động từ 0,1-10HZ [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]:
Khoảng làm
việc lớn nhất
pistong
Amax (mm)

Chiều dài lớn nhất
của giảm chấn

(tính ở trạng thái
làm việc)
Lmax (mm)

Lực ma sát
lớn nhất
Fmsmax (N)

TT

Loại giảm
chấn sử dụng
trong máy giặt

01

RD10

102

280

140

02

RD12

95

293

250

03

RD18

95

298

120

04

RD35

74

249

250

05

RD10FK

84,5

269,5

140

06

RD32FK

82

280

120

07

RD32FKS

82

280

120

08

RD18FL

70

273

120

2.1.2. Cơ sở xác định vận tốc chuyển dịch
Hiện nay trên thị trường các loại máy giặt cửa đứng và cửa ngang rất
nhiều chủng loại, nhiều hãng sản xuất, chất lượng khác nhau. Tuy nhiên vận
tốc quay lớn nhất của lồng máy giặt thông thường được khống chế ở mức ≤
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


n
Y1
Y2

F(t)

A

v

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
Y(t) = A.sinωt

(1)

Trong đó: A - khoảng dịch chuyển max của pistong
ω - tần số dao động
Từ (1) ta xác định được vận tốc chuyển dịch của pistong là:
V= Y(t) = ωA.cosωt

(2)

Như vậy dễ dạng xác định được vận tốc dịch chuyển lớn nhất của
pistong cần xác định là khi cosωt = ± 1 (± thể hiện sự đảo chiều chuyển động
của pistong)
Vmax= max Amax

(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:

Attmax = 16mm
Thay (4), (5) vào (3) ta có:
Vmax = 20.16 = 320 (mm/s)
Với phương pháp xác định trên ta có bảng số liệu sau:

Thực hiện: Phạm Hà Phương

(5)


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

Vòng/phút

15

60

300

600

900

1200

Vòng/giây

0,25

1,0

5

10

15

20

Vận tốc chuyển dịch của pistong V tương ứng với
(n, Amax=16mm)
mm/s

4,0

16

80

160

240

320

* 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
Attmax=16mm; tương ứng với vận tốc chuyển dịch lớn nhất cua pistong 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