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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

ĐÀO MẠNH LÂN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC
CỦA XI LANH GIẢM CHẤN THỦY LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2017

i


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

ĐÀO MẠNH LÂN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC
CỦA XI LANH GIẢM CHẤN THỦY LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: …………………………

KHOA CHUYÊN MÔN

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

PGS.TS Ngô Nhƣ Khoa

Thái Nguyên, tháng 11/2017

i

PHÒNG ĐÀO TẠO


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Đào Mạnh Lân
Học viên: Lớp Cao học K16
Đơn vị công tác: Công ty TNHH MTV Cơ điện và Vật liệu nổ 31
Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định đặc tính
động lực học của xi lanh giảm chấn thủy lực”
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: ..............
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các ý
tƣởng, thiết kế, chế tạo cũng nhƣ các số liệu là hoàn toàn trung thực, chƣa
từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác./.
Thái Nguyên, ngày … tháng 11 năm 2017
HỌC VIÊN

Đào Mạnh Lân

ii

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật cơ khí với đề tài
“Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm xác định đặc tính động lực học của
xi lanh giảm chấn thủy lực” là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu của
bản thân, với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, đồng nghiệp và ngƣời thân.
Qua đây, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với
thầy giáo PGS.TS Ngô Nhƣ Khoa, đã trực tiếp định hƣớng, hƣớng dẫn, cung
cấp tài liệu và các thông tin khoa học cần thiết để hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Đăng Hào - giáo viên
Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái nghuyên, đã tận tình giúp đỡ tôi
trong toàn bộ quá trình thực nghiệm để hoàn thành nội dung nghiên cứu.
Xin đƣợc cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, các thầy cô giáo
Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đồng nghiệp và đơn vị
công tác đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành tốt chƣơng trình học tập và nội
dung nghiên cứu khoa học.
Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên
đề tài khó tránh khỏi thiếu sót. Kính mong quý thầy cô, đồng nghiệp góp ý để
tôi có thể hoàn thiện kiến thức, ứng dụng tốt hơn trong thực tế.
Tác giả xin chân thành cảm ơn./.

iii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
iv


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii

MỤC LỤC ......................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ........... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................... ix
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ GIẢM CHẤN VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 4
1.1. Tổng quan về một số loại giảm chấn ..................................................... 5
1.2. Tổng quan về thiết bị thí nghiệm ........................................................... 8
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ BÀI TOÁN THIẾT KẾ ................................................ 18
2.1. Cơ sở xác định thông số thiết bị........................................................... 18
2.2. Chọn nguyên lý thiết bị ........................................................................ 19
2.3. Tính chọn phƣơng án thiết kế thiết bị. ................................................. 20
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ................... 24
3.1. Lựa chọn thành phần tiêu chuẩn của thiết bị. ...................................... 24
3.2. Thiết kế phần cơ khí của thiết bị. ....................................................... 262
3.3. Chế tạo, lắp ráp, chạy thử thiết bị. ..................................................... 262
3.4. Thông số của thiết bị. ......................................................................... 265
CHƢƠNG 4. HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ........................................................ 32
4.1. Đối tƣợng, phƣơng tiện hiệu chuẩn ..................................................... 32
4.2. Hiệu chuẩn hệ thống đo lực ................................................................. 27
4.3. Hiệu chuẩn hệ thống đo chuyển dịch ................................................... 29
CHƢƠNG 5. THỰC NGHIỆM VỚI THIẾT BỊ ............................................ 37
5.1. Lấy mẫu và tiến hành thí nghiệm. ........................................................ 37
5.2. Xử lý số liệu thí nghiệm. ...................................................................... 40
5.3. Nhận xét ....................................................................................................….39

v


CHƢƠNG 6. KẾT LUẬN .............................................................................. 47

6.1. Kết quả đạt đƣợc .......................................................................................….40
6.2. Thông số cơ bản của thiết bị, phạm vi sử dụng ........................................….40
6.3. Hƣớng phát triển tiếp theo ........................................................................….41

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 49
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 50

vi


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

Diễn giải nội dung đầy đủ

STT

Kí hiệu

1

F

2

V (m/s)

Vận tốc chuyển dịch của pistong

3

X

Khoảng dịch chuyển của pistong

4

Vloadcell

Tín hiệu điện áp của cảm biến loadcell

5

V (vol)

Điện áp

6

KF

Hệ số tỷ lệ giữa lực và vận tốc

7

Kx

Hệ số tỷ lệ giữa lực và chuyển dịch của pistong

8

t

Bƣớc của vít me

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

Lực ma sát (lực cản) pistong

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, PHỤ LỤC
Bảng 4.1. Kết quả trị số lực nén và điện áp .................................................... 29
Bảng 4.2. Kết quả trị số chuyển dịch và điện áp............................................. 30
Bảng 5.1. Các giá trị vận tốc ........................................................................... 34
Bảng 5.2. Giá trị trung bình của V (mm/s) và F (N) ....................................... 38
Phụ lục 1. Số liệu khảo sát mối quan hệ giữa F (N) và X (mm) ........................... 54
Phụ lục 2. Số liệu khảo sát mối quan hệ giữa X (mm) và V (mm/s) .................... 55
Phụ lục 3. Số liệu khảo sát mối quan hệ giữa F (N) và V (mm/s) ........................ 56

viii


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 sau xe máy [3] ................................................5
Hình 1.2. Dầu dịch chuyển trong xi lanh giảm xóc sau sau xe máy [3] .....................5
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý giảm xóc xe máy [3] ........................................................6
Hình 1.4. Cấu tạo giảm chấn máy giặt [2] ..................................................................7
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý giảm chấn máy giặt ..........................................................7

Hình 1.6. Một dạng thiết bị thí nghiệm điển hình sử dụng nguyên lý thủy lực [4] ....9
Hình 1.7. Thiết bị kiểm tra cho một sản phẩm [4] ....................................................10
Hình 1.8. Thiết bị kiểm tra cho nhiều sản phẩm [4] .................................................10
Hình 1.9. Giá chuyển hƣớng toa xe lửa [5] ...............................................................10
Hình 1.10. Thiết bị kiểm tra giảm chấn ngành đƣờng sắt [4] ...................................10
Hình 1.11. Gá kẹp bằng tay và gá kẹp bằng thủy lực [4]..........................................11
Hình 1.12. Hệ thống đo lƣờng nhiệt độ, không khí/ nƣớc làm mát ..........................11
Hình 1.13. Hệ thống đo lƣờng giảm chấn đƣợc tích hợp trên xe tải, trong phòng thí
nghiệm, trong dây chuyền sản xuất …………………………………………………9
Hình 1.14. Thành phần cơ bản của thiết bị kiểm tra xi lanh giảm chấn [4]..............12
Hình 1.15. Quan hệ lực - chuyển dịch, lực - vận tốc của giảm chấn thủy lực với biên
độ dao động 2mm, tần số = 0.5Hz [4] .......................................................................13
Hình 1.16. Quan hệ giữa lực - chuyển dịch, lực - vận tốc của giảm chấn thủy lực với
biên độ dao động 2 mm, tần số dao động thay đổi từ 0,1 Hz đến 10 Hz .................12
Hình 1.17. Một dạng thiết bị kiểm tra giảm chấn ma sát [6] ....................................15
Hình 1.18. Quan hệ giữa lực - chuyển dịch giảm chấn ma sát [6] ............................16
Hình 1.19. Quan hệ giữa lực - vận tốc giảm chấn ma sát [6] ...................................16
Hình 2.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm ............................................19
Hình 3.1. Động cơ servo [8] ......................................................................................24
Hình 3.2. Cảm biến đo lực [10].................................................................................20

ix


Hình 3.3. Cảm biến quang điện [11] .........................................................................20
Hình 3.4. Cảm biến đo chiều dài [12] .......................................................................25
Hình 3.5. Bộ điều khiển động cơ servo và card thu thập dữ liệu DAQ .............25
Hình 3.6. Lắp ráp thiết bị phần thô và lắp vỏ............................................................23
Hình 3.7. Lắp động cơ với bệ trên, khớp nối và gối đỡ, trục dẫn hƣớng ..................23
Hình 3.8. Sơn phủ, lắp ráp thiết bị mặt trƣớc và mặt sau .........................................24

Hình 3.9. Lắp cảm biến quang điện, cảm biến bảo vệ, cảm biến chuyển dịch .........24
Hình 3.10. Lắp cảm biến đo lực trên bệ cố định .......................................................25
Hình 3.11. Lắp xi lanh giảm chấn xe máy và xi lanh giảm chấn ô tô .......................25
Hình 4.1. Bộ hiển hị điện áp .....................................................................................27
Hình 4.2. Lực kế Shimpo FGN-50B .........................................................................27
Hình 4.3. Thực nghiệm hệ thống đo lực ...................................................................28
Hình 4.4. Đồ thị quan hệ giữa điện áp và lực ...........................................................29
Hình 4.5. Đồ thị quan hệ giữa điện áp và chuyển dịch .............................................30
Hình 5.1. Cụm giảm xóc sau xe máy Honda Super Dream ................................31
Hình 5.2. Giảm chấn thủy lực tháo từ cụm giảm chấn .............................................31
Hình 5.3. Đồ gá mẫu trên bệ di động và trên bàn máy .............................................31
Hình 5.4. Gá lắp giảm chấn trên thiết bị thí nghiệm .................................................32
Hình 5.5. Mô đun điều khiển và giao diện điều khiển ..............................................33
Hình 5.6. Mô đun ghi dữ liệu ....................................................................................33
Hình 5.7. Tín hiệu của cảm biến vị trí theo thời gian ...............................................34
Hình 5.9. Tín hiệu của cảm biến đo lực theo thời gian .............................................35
Hình 5.9. Kết hợp tín hiệu điện của cảm biến vị trí và cảm biến lực........................35
Hình 5.10. Đồ thị mối quan hệ giữa lực F và dịch chuyển X ...................................36
Hình 5.11. Đồ thị mối quan hệ giữa chuyển dịch X và vận tốc V ............................37
Hình 5.12. Đồ thị mối quan hệ giữa F (N) và V (mm/s) ...........................................38

x


MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Do yêu cầu không ngừng nâng cao chất lƣợng các sản phẩm phục vụ
nhu cầu lợi ích cho con ngƣời nhƣ sản phẩm ô tô, xe máy hay các thiết bị gia
dụng nhƣ máy giặt, máy vắt… Với mục tiêu ngày càng nâng cao chất lƣợng
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 đƣa vào sử dụng nhiều kết cấu có tác
dụng giảm chấn nhƣ: đệm lò xo, lo xo đĩa, lò xo nhíp, lò xo cao su, lò xo
không khí, nhƣng xi lanh giảm chấn vẫn đƣợc 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 c, d, e: 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]

1


Do đã từ lâu xi lanh giảm chấn đã đƣợc chế tạo và sử dụng rộng rãi nên
ở hầu hết các nƣớc, nhất là các nƣớc chuyên sản xuất xi lanh giảm chấn đã

đầu tƣ nhiều vào công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm giảm
chấn sản phẩm.
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; xác định độ bền của
giảm chấn, chuẩn đoán hƣ 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 cản (F); vận tốc chuyển dịch
(v); hành trình làm việc của pistong (x). Tất cả những công việc thí nghiệm
trên phần lớn đƣợc 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 đƣợc đƣa
vào ứng dụng trong các thiết bị thử xi lanh giảm chấn để đánh giá chất lƣợng
giảm chấn với các mục đích phân tích và xử lý các kết quả do đƣợc nhanh
chóng và chính xác hơn.
Thực tế trong nhiều năm qua việc chế tạo các thiết bị đánh giá kiểm tra
chất lƣợng, độ bền của xi lanh giảm chấn ở nƣớc ta đang còn nhiều hạn chế,
các thiết bị kiểm tra đa số đƣợc nhập từ các nƣớc chuyên sản xuất nhƣ: Trung
Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức…có kính phí đầu tƣ 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 tƣ thấp, việc triển khai đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí
nghiệm xác định đặc tính động lực học của xi lanh giảm chấn thủy lực” là
cần thiết, có ý nghĩa thiết thực. Với thiết bị này dùng để khảo sát xác định mối
quan hệ giữa lực - chuyển dịch của pistông; hay quan hệ lực - vận tốc dịch

2


chuyển từ đó đánh giá và kiểm tra đƣợc chất lƣợng của từng xi lanh giảm
chấn, nhất là các Xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ trong các thiết bị gia dụng.

II. MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
1. Mục tiêu:
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đƣợc một thiết bị thí nghiệm nhằm kiểm
tra, đánh giá xi lanh giảm chấn cỡ nhỏ lắp trên xe máy, ô tô, thiết bị gia dụng.
Đồng thời ứng dụng công nghệ thông tin sử dụng các phần mềm tính toán,
trích xuất dữ liệu đƣa ra các thông số, kết quả thí nghiệm đƣợc chính xác hơn.
Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị dựa trên kết quả nghiên cứu thực
nghiệm đối với xy lanh giảm chấn thủy lực của xe máy.
2. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn:
2.1. Ý nghĩa khoa học:
Tạo ra một thiết bị ứng dụng cho học tập, nghiên cứu, kiểm soát chất
lƣợng sản phẩm của quá trình sử dụng. Tiếp tục góp phần hoàn thiện phƣơng
pháp tƣ duy khoa học: từ xây dựng ý tƣởng đến thiết kế, chế tạo, thử nghiệm
hoàn thiện sản phẩm nghiên cứu.
Góp phần thúc đẩy tƣ 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 nhƣ trên đang đƣợc sử dụng rất nhiều và đóng vai
trò to lớn trong quá trình đánh giá và lựa chọn các 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.

3


Đối với Học viên thực hiện, đề tài có ý nghĩa quan trọng và tính thực
tiễn cao, mở ra hƣớng 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 đƣa ra thông số hợp lý khi thiết kế chế tạo các chi tiết máy có
nguyên lý tƣơng tự.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Đề tài sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với chế tạo
thiết bị và thực nghiệm.

4


CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ GIẢM CHẤN VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1.1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ LOẠI GIẢM CHẤN
1.1.1. Xi lanh giảm chấn có lực cản hai chiều khác nhau:
Ví dụ: xi lanh giảm chấn thủy lực ở giảm xóc sau xe máy.
a. Cấu tạo:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
18
19

1, 18. Cao su giảm va
2, 19. Bạc lót
3. Ống ty
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 xe máy [3]

Hình 1.2. Dầu dịch chuyển trong xylanh giảm xóc sau xe máy [3]
5


b. Nguyên lý hoạt động

Đặc tính động lực học:
M: Là khối lƣợng 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 giảm xóc xe máy [3]
Bộ giảm xóc làm việc trong hai chu kỳ: chu kỳ nén và chu kỳ 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 dƣới. Vì vậy chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng
dƣới qua van pistong. Lúc này lực giảm chấn đƣợc 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 dƣới cao hơn áp suất
trong buồng trên. Vì vậy chất lỏng trong buồng dƣới bị ép lên buồng trên qua
van pistong và sức cản dòng chảy của van có tác dụng nhƣ lực giảm chấn.

6


1.1.2. Xi lanh giảm chấn có lực cản hai chiều tƣơng đƣơng nhau
Ví dụ: xi lanh giảm chấn ma sát trong máy giặt.
a. Cấu tạo:
1
2

3

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

Hình 1.4. Cấu tạo giảm chấn máy giặt [2]
b. Về nguyên lý:

y(t)

Đặc tính động lực học:
n - Tốc độ vòng quay của máy giặt
F(t) - Lực cản
v - Vận tốc chuyển dịch của pistong
y(t): Chuyển dịch của pistong

n
v

F(t)

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý giảm chấn máy giặt
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 đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc thoát ra ngoài qua khe hở thiết kế sẵn trên xi lanh.

7


Ngƣợc lại ở trạng thái giãn, lực cản cũng đƣợc sinh ra nhƣ trạng thái nén. Với
nguyên lý này khi vận tốc càng lớn thì lực cản càng lớn và lực ma sát phải
đƣợc phân bố đều trên hành trình chuyển dịch của pistong. Trong trƣờng hợp
lực không đƣợc phân bố đều khi pistong chuyển động ở cùng một vận tốc thì
có thể hiểu chất lƣợng và độ bền của giảm chấn ma sát đã bị giảm.
Nhƣ vậy với nguyên lý làm việc của các loại xi lanh giảm chấn đã đƣợc
phân tích trên ta thấy để nghiên cứu, thiết kế hoặc kiểm tra, đánh giá độ bền
cũng nhƣ 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 đƣợc các yếu 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)

8


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)

9


Hình 1.7. Thiết bị kiểm tra

Hình 1.8 – Thiết bị kiểm tra

cho một sản phẩm [4]

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

Hình 1.10. Thiết bị kiểm tra

toa xe lửa [5]

giảm chấn ngành đƣờng sắt [4]

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

10


a)

a)

b)

b)

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]

Hình 1.11. Gá kẹp bằng tay a);
gá kẹp bằng thủy lực 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)

a)

b)

c)

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]

11


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

12


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]

13


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]
14