Nghiên cứu cải tiến máy kéo kim loại mts tại trung tâm thí nghiệm thực hành khoa cơ điện và công trình phục vụ đào tạo

Nội dung text: Nghiên cứu cải tiến máy kéo kim loại mts tại trung tâm thí nghiệm thực hành khoa cơ điện và công trình phục vụ đào tạo

1. C«ng nghiƯp rõng NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN MÁY KÉO KIM LOẠI MTS TẠI TRUNG TÂM THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH PHỤC VỤ ĐÀO TẠO Trần Văn Tùng ThS. Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Việc thử nghiệm kéo, nén là những thí nghiệm cơ bản trong việc thử nghiệm vật liệu, những thí nghiệm này minh hoạ cho những đặc tính ổn định quan trọng trong việc đánh giá các vật liệu. Bài báo giới thiệu nội dung nghiên cứu cải tiến máy kéo nén kim loại MTS hiện cĩ tại Trung tâm thí nghiệm - thực hành khoa Cơ điện và Cơng trình - Trường Đại học Lâm nghiệp nhằm nâng cao độ chính xác bằng việc áp dụng phương pháp đo lường các đại lượng khơng điện bằng điện với sự trợ giúp bằng máy tính phục vụ cho quá trình giảng dạy và nghiên cứu khoa học. Từ khĩa: Đo lường, kéo nén kim loại, MTS I. ĐẶT VẤN ĐỀ - Nghiên cứu xây dựng phương án thiết kế Hiện nay, trong các nhà trường, học viện, tải tiến máy kéo nén kim loại; phịng thí nghiệm, các phân viện nghiên cứu - Nghiên cứu tính tốn lựa chọn cảm biến đo lực; đang sử dụng một lượng lớn các thiết bị thử - Nghiên cứu lựa chọn thiết bị thu thập, nghiệm kéo nén vật liệu. Các thiết bị này đã cĩ khuyếch đại và hiển thị thơng tin; từ lâu và phần lớn khâu xử lý số liệu đo lường - Liên kết các thiết bị lên mơ hình thí nghiệm; và đánh giá kết quả đo đều rất thủ cơng, cĩ hiệu - Tổ chức thí nghiệm; suất và độ chính xác khơng cao. Trên thị trường - Ghi kết quả số liệu thí nghiệm; hiện cĩ những loại máy thử nghiệm kéo nén vật - Đánh giá kết quả thí nghiệm đạt được. liệu thế hệ mới với sự hỗ trợ của máy tính đã II. VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU phần nào giải quyết được những khĩ khăn đã nêu trên, tuy nhiên giá thành lại rất đắt nên việc Vật liệu tiến hành nghiên cứu là máy kéo nén đầu tư mua sắm sẽ gặp nhiều khĩ khăn. kim loại MTS hiện cĩ tại Trung tâm thí nghiệm Máy kéo – nén MTS tại Trung tâm thí - thực hành khoa Cơ điện và Cơng trình - nghiệm thực hành – khoa Cơ điện và Cơng Trường Đại học Lâm nghiệp. Trong điều kiện trình được chế tạo từ những năm 70 của thế kỷ tiến hành thí nghiệm, tác giả chọn thiết bị thu trước. Máy cĩ ưu điểm là độ ổn định cơ học thập, khuếch đại thơng tin đo lường DMC Plus cao, chất lượng cơ học tốt. Tuy nhiên, bộ phận do Cộng hịa Liên bang Đức sản xuất. cảm biến và phần hiển thị kết quả đo bằng cơ Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu lý học và đã quá cũ nên kết quả khơng cịn chính thuyết để tiến hành nghiên cứu, tính tốn và lựa xác, một số bộ phận đã bị hỏng khơng thể sử chọn đầu đo lực, thiết bị thu thập, khuyếch đại dụng được. thơng tin và hiển thị thơng tin đo lường. Do vậy mục đích nghiên cứu này là xây Ứng dụng phương pháp đo lường các đại dựng phương án thiết kế cải tiến, lựa chọn lượng khơng điện bằng điện với việc ứng dụng dụng cụ đo, tiến hành thí nghiệm và đo lực kéo thiết bị đo lường DMC plus và phần mềm đo phá huỷ kim loại khi thí nghiệm. lường DMC laplus để thiết lâp phương pháp Các nội dung nghiên cứu cụ thể như sau: đo, thiết kế quy trình đo lường. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2014 91
2. C«ng nghiƯp rõng III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN cố định và giá đỡ di động. Trên giá đỡ cố định cĩ gắn má kẹp phơi cố định, trên giá đỡ di 3.1. Nghiên cứu xây dựng phương án thiết kế cải tiến động cĩ gắn má kẹp phơi di động. Giá đỡ di 3.1.1. Giới thiệu máy kéo nén kim loại MTS tại động cĩ thể trượt dọc theo khung đứng nhờ bộ Trung tâm Thí nghiệm thực hành – khoa Cơ phận trục ren – đai ốc, đai ốc được gắn cố định điện và Cơng trình trên giá đỡ di động, cịn trục ren được lắp trên Cấu tạo cơ bản của máy kéo nén kim loại là khung máy. Bộ phận truyền động cho trục ren khung máy, trên khung máy cĩ giá đỡ là động cơ điện 1 pha. 6 7 8 5 9 4 10 3 11 12 2 1 Hình 01. Cấu tạo máy kéo nén kim loại 1 - đế máy; 2 - khung đứng; 3 - bàn máy di động; 4 - má kẹp phơi di động; 5- má kẹp phơi tĩnh; 6 - cần cố định má kẹp phơi tĩnh. 7 - đồng hồ điện áp; 8 - đồng hồ đo độ biến dạng; 9- đồng hồ đo lực kéo; 10 - băng giấy; 11 - bảng điều khiển; 12 - cơng tắc nguồn Nguyên lý làm việc: nghiệm bị dãn ra tới một mức độ nhất định sẽ bị Khi động cơ điện làm việc, mơ men xoắn từ đứt. Một bộ phận cảm biến cơ học được gắn vào trục động cơ qua bộ truyền bánh răng giảm tốc giá đỡ của má kẹp cố định, do đĩ khi máy làm truyền tới trục ren. Trục ren chỉ cĩ thể quay việc, lực do cảm biến ghi nhận sẽ được hiển thị quanh trục mà khơng tịnh tiến được, do đĩ làm tại đồng hồ đo lực kéo số (9). Giá trị biến dạng đai ốc di chuyển tịnh tiến theo chiều thẳng đứng của mẫu cũng được ghi nhận và hiển thị tại đồng (lên hoặc xuống). Khi mẫu được kẹp chặtvới các hồ số (8). Diễn biến của lực và biến dạng cũng má kẹp, giá di động được kéo xuống làm mẫu thí được ghi lại theo thời gian trên băng giấy (10). 92 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2014
3. C«ng nghiƯp rõng 3.1.2. Nghiên cứu xây dựng phương án thiết Lâm nghiệp hiện nay đã cũ, bộ phận cảm biến kế cải tiến máy kéo nén kim loại cơ học cho kết quả thí nghiệm cĩ độ chính xác Căn cứ vào tình hình thực tế của máy kéo khơng đảm bảo yêu cầu nên tơi tiến hành đề nén hiện cĩ tại trung tâm thí nghiệm thực hành xuất 02 phương án cải tiến máy kéo nén kim Khoa Cơ điện và Cơng trình - Trường Đại học loại như sau: 8 FF F 8 F t t COMPUTER COMPUTER 7 7 DMC Plus DMC Plus 6 5 6 4 5 3 4 2 3 1 1 2 a. Phương án 1 b. Phương án 2 Hình 02. Các phương án cải tiến máy kéo nén kim loại 1- máy kéo nén cơ sở; 2- trục ren di động; 3 - mâm kẹp dưới; 4 - mẫu thí nghiệm; 5 - mâm kẹp trên; 6 - cảm biến đo lực; 7 - thiết bị thu thập, khuếch đại số liệu; 8 - máy tính cĩ cài đặt phần mềm DMC Laplus Việc lựa chọn phương án cải tiến phụ thuộc 3.2. Nghiên cứu tính tốn lựa chọn cảm biến vào điều kiện cơ sở vật chất hiện cĩ tại trung đo lực tâm thí nghiệm thực hành khoa Cơ điện và 3.2.1. Xác định lực kéo cần thiết để kéo đứt Cơng trình đảm bảo khả thi trong triển khai mẫu thí nghiệm phương án, giá thành đầu tư thấp, chất lượng Để xác định lực kéo cần thiết ta cĩ thể tính chuyên mơn cao nhất. Căn cứ vào các tiêu chí tốn dựa trên loại mẫu thí nghiệm. Mẫu thí lựa chọn như trên, đề tài chọn phương án 1 để nghiệm kéo nén được chọn theo quy chuẩn với cải tiến máy kéo nén. các kích thước như bản vẽ: Hình 03. Kích thước của mẫu kéo hình trụ F0 - tiết diện ngang của mẫu; l0 - chiều dài phần tiết diện kéo. Lực kéo cần thiết được tính theo cơng thức: cacbon. Để đảm bảo cĩ thể kéo được nhiều loại Pct ≥ σp F0. Trong đĩ: Pct - lực kéo cần thiết để thép khác nhau, ta tiến hành chọn loại thép cĩ kéo đứt mẫu thí nghiệm; F0 - diện tích tiết diện ứng suất phá huỷ lớn nhất để tính tốn. Chọn ngang của mẫu thí nghiệm, với mẫu thí nghiệm mác thép lớn nhất là thép 40 Mn2 cĩ  b = 870 theo tiêu chuẩn TCVN 197-85 cĩ đường kính d = 2 N/mm . Vậy lực kéo cần thiết để kéo đứt mẫu 6 mm, F = 28,26 mm2; σ - Ứng suất phá huỷ 0 p thí nghiệm là: Pct ≥ σp F0 = 24586 N. của vật liệu; tra bảng cơ tính của các loại thép TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2014 93
4. C«ng nghiƯp rõng 3.2.2. Nghiên cứu lựa chọn đầu đo lực kéo Căn cứ vào kết quả tính tốn lực kéo lớn nhất khi kéo mẫu thí nghiệm như trên, ta tiến hành chọn loại đầu đo lực kéo đảm bảo điều kiện sau: P n. Pct P Trong đĩ:   là lực kéo định mức của đầu đo lực kéo được chọn; n - hệ số an tồn, chọn n = 1,5; P - lực kéo cần thiết để kéo đứt mẫu thí ct nghiệm tiêu chuẩn, Pct = 24586 N; Hình 04. Cảm biến đo lực Z4 P n. P 3.3. Nghiên cứu lựa chọn thiết bị thu thập, Thay số ta cĩ:   ct = 36879 N khuyếch đại và hiển thị thơng tin P Căn cứ vào và căn cứ vào điều kiện Cĩ rất nhiều thiết bị thu thập, khuếch đại thực tế tại trung tâm thí nghiệm thực hành thơng tin đo lường, trong đĩ mỗi loại cĩ một khoa Cơ điện và cơng trình hiện cĩ một số loại ưu thế riêng của hãng sản xuất nĩi chung và đầu đo, tơi chọn cảm biến đo lực kéo Z4 phù thế hệ máy nĩi riêng. Trong điều kiện thí hợp nhất với yêu cầu đặt ra. nghiệm đơn giản là đo một thơng số lực kéo, Cảm biến đo lực Z4 do hãng HBM Cộng tơi tiến hành chọn thiết bị thu thập, khuếch đại hịa Liên bang Đức chế tạo. Cảm biến đo lực thơng tin đo lường DMC Plus.Thiết bị thu Z4 làm việc theo nguyên lý tenzo, cĩ phần tử thập, khuếch đại thơng tin đo lường DMC Plus nhạy dạng cơng sơn, mạch đo là mạch cầu đủ do Cộng hịa Liên bang Đức sản xuất. điện trở. Cảm biến cĩ giới hạn đo là 50 KN. Hình 05. Thiết bị thu thập, khuếch đại thơng tin đo lường DMC Plus kết nối máy tính 3.4. Liên kết các thiết bị theo mơ hình và khung máy. Như vậy lực kéo đứt mẫu thí tiến hành thí nghiệm nghiệm được truyền qua lực kế, từ đĩ thơng 3.4.1. Lắp ráp các thiết bị qua thiết bị thu thập, khuyếch đại số liệu Máy kéo kim loại được cải tiến ở bộ phận truyền về máy tính. Bằng phần mềm DMC thu thập và hiển thị số liệu, cụ thể: lắp nối Laplus ta cĩ thể xác định được mối quan hệ tiếp đầu đo lực giữa má kẹp phơi tĩnh với giữa lực kéo với thời gian. 94 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2014
5. C«ng nghiƯp rõng 6 7 14 8 5 9 15 4 10 11 3 2 12 13 1 Hình 06. Lắp đặt sơ đồ thí nghiệm theo phương án thiết kế 1- máy tính; 2- khung đứng; 3 - bàn máy di động; 4 - má kẹp phơi di động; 5 - má kẹp phơi tĩnh; 6 - cần cố định má kẹp phơi tĩnh. 7 - đồng hồ điện áp; 8 - đồng hồ đo độ biến dạng; 9 - đồng hồ đo lực kéo; 10 - băng giấy; 11 - bảng điều khiển; 12 - cơng tắc nguồn; 13 - thiết bị thu thập, khuyếch đại số liệu DMC Plus; 14 - đầu đo lực; 15 - mẫu thí nghiệm. 3.4.2. Tiến hành thí nghiệm hành một số thí nghiệm kéo mẫu kim loại tiêu Sau khi lắp ráp sơ đồ thí nghiệm, chúng tơi tiến chuẩn trên thiết bị mới được cải tiến. Hình 07. Một số hình ảnh thí nghiệm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2014 95
6. C«ng nghiƯp rõng 3.4.3. Kết quả thí nghiệm Hình 08. Số liệu đo sau khi lưu thành file dữ liệu và vẽ lại trên excel VI. KẾT LUẬN tiến. Thiết bị đã cĩ thể đo, hiển thị và ghi lại Sau khi nghiên cứu máy kéo, nén kim loại kết quả kéo mẫu kim loại. Kết quả cho thấy, MTS hiện cĩ tại Trung tâm Thí nghiệm thực biểu đồ thể hiện mối quan hệ của lực kéo theo hành khoa Cơ điện và Cơng trình, tơi đã tiến thời gian phản ánh đúng với dạng đồ thị theo hành xây dựng mơ hình thí nghiệm và đề xuất nghiên cứu lý thuyết. 02 phương án để cải tiến máy kéo nén kim loại TÀI LIỆU THAM KHẢO nhằm tận dụng tối đa cơ sở vật chất cĩ sẵn và 1. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế nâng cao độ chính xác kết quả thí nghiệm. Tiến chi tiết máy, Nhà xuất bản giáo dục, 1999. hành tính tốn chọn cảm biến đo lực và các 2. A.M.Turichin, Đo lường các đại lượng khơng điện thiết bị thu thập, khuyếch đại và hiển thị thơng bằng điện tập 1, Nguyễn Y Tơ dịch, Nhà xuất bản Đại tin cho mơ hình thí nghiệm đã lập. Đã tổ chức học và trung học chuyên nghiệp, 1976. 3. Nguyễn Văn Liên, Đinh Trọng Bằng, Nguyễn thí nghiệm kéo một số mẫu kim loại để kiểm Phương Thành, Sức bền vật liệu, Nhà xuất bản giáo dục, tra khả năng làm việc của thiết bị sau khi cải 2008. RESEARCH ON UPGRADING METAL DRAWING AND COMPRESSING MACHINE MTS AT THE CENTER OF EXPERIMENT AND WORKSHOP IN THE FACULTY OF ELECTRO-MECHANICAL AND CIVIL ENGINEERING Tran Van Tung SUMMARY Drawing and compressing Metal are fundamental tests in material testing. These tests indicate characteristic stability that is essential for material assessment. This paper illustrates research on upgrading Metal drawing and compressing machine MTS in order to optimize the accuracy. This outstanding is achieved when applying the electric measurements of non-electrical quantities with computer aids, and being catered to the educational process and scientific research. Keywords: Compressing machine MTS, measurement of non-electrical quantities, metal drawing Người phản biện: PGS.TS. Lê Văn Thái Ngày nhận bài: 11/02/2014 Ngày phản biện: 28/02/2014 Ngày quyết định đăng: 07/3/2014 96 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2014