Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu thiết lập băng thử tải cỡ nhỏ phục vụ cho nhu cầu thử nghiệm động cơ xe gắn máy. Thiết bị tạo tải là ly hợp từ có độ trượt tuyến tính cho phép thay đổi mô-men xoắn động cơ một cách liên tục theo các chế độ thử nghiệm.
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) 64 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU THU THẬP DỮ LIỆU THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ CỠ NHỎ A STUDY TO COLLECT TESTING DATA SMALL ENGINES Đỗ Văn Dũng, Lê Quang Vũ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Ngày tòa soạn nhận 13/10/2016, ngày phản biện đánh giá 16/11/2016, ngày chấp nhận đăng 30/11/2016 TĨM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu thiết lập băng thử tải cỡ nhỏ phục vụ cho nhu cầu thử nghiệm động xe gắn máy Thiết bị tạo tải ly hợp từ có độ trượt tuyến tính cho phép thay đổi mô-men xoắn động cách liên tục theo chế độ thử nghiệm Mô-men xoắn đo loadcell hiển thị trực tiếp máy tính nhờ hỗ trợ phần mềm LabVIEW thiết bị thu thập liệu NI - National Instrument Kết nghiên cứu góp phần vào việc nghiên cứu cải thiện động xe gắn máy, giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu nhiễm mơi trường Từ khóa: Động đốt trong; băng thử tải; giao diện máy tính; động cỡ nhỏ; phanh từ ABSTRACT This paper presents the results of a study on the small engine dynamometer, using for motorcycle engines The load is a magnetic brake that has linear slide, which allows changing the engine torque for every test mode The engine torque is measured by loadcell and displayed on computer interface via LabVIEW through an NI data acquisition card The results contribute to motorcycle engine improvement research and reduction of fuel consumption and environmental pollution Keywords: Internal combustion; Engine dynamometer; Computer interface; Small engine; magnetic brake ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, xe gắn máy gần phương tiện di chuyển người Việt Nam tham gia giao thông Với số lượng lớn hiệu suất động xe gắn máy cịn thấp, thiết bị điều khiển cơng nghệ cao chưa tham gia hỗ trợ nhiều việc tối ưu hóa q trình cháy động Bên cạnh lượng khí xả độc hại từ xe máy chiếm tỷ lệ lớn nhà chức trách có kế hoạch đưa tiêu chuẩn kiểm sốt chất lượng khí thải xe gắn máy Chính việc nghiên cứu, chế tạo băng thử tải nhỏ cho động xe gắn máy phục vụ cho công tác nghiên cứu, thử nghiệm động xe gắn máy cần thiết tình hình thực tế Nội dụng nghiên cứu bao gồm: Chế tạo băng thử tải đo công suất mô-men động xe gắn máy Sử dụng thiết bị đo NI thu thập liệu thử nghiệm động THIẾT KẾ THI CÔNG BĂNG THỬ 2.1 Thiết bị tạo tải Trên băng thử, tạo tải quan trọng để tạo chế độ làm việc khác động Bộ phận tạo tải phận gắn vào trục động để tạo mơ-men cản đồng thời có chi tiết quay theo trục động nhiều chế độ khác Vì thiết bị tạo tải lựa chọn sử dụng nghiên cứu ly hợp từ Hình Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 65 Trong đó: Pe – Công suất động cơ[W] Me– Mô-men động cơ[N.m] ωe–Tốc độ góc trục khuỷu[rad/s] Ne– Tốc độ động [rpm] Mô-men động xác định thông qua thiết bị đo phanh điện từ theo công thức sau : 𝑀𝑒 = Hình Ly hợp từ tạo tải Mơ-men cản tạo cách thay đổi dịng điện qua cuộn kích từ Trục vào ly hợp từ nối với trục động thông qua khớp nối thẳng Trục gắn với cánh tay đòn tạo lực lên loadcell đo mô-men cản Sơ đồ cấu trúc bố trí truyền lực cấu đo mơ-men cản thiết kế Hình2 𝑀𝑝 𝜂𝑡𝑙 (2) Trong đó: Mp– Mơ-men phanh [N.m] ηtl – Hiệu suất truyền Mơ-men phanh tính thơng qua kết đo loadcell chiều dài cánh tay đòn 𝑀𝑝 = 𝑙 𝐹 (3) Trong : l– Chiều dài cánh tay đòn[m] F– Lực tác dụng [N] Để đo tốc độ động cơ, nghiên cứu sử dụng cảm biến điện từ đặt trục quay phanh từ, trục quay có bánh để tạo tín hiệu Hình Hình Cấu trúc tạo tải cho băng thử[1] 2.2 Xác định thông số thử nghiệm Trên băng thử tải xác định bốn thông số hoạt động vận hành động tốc độ động cơ-Ne[rpm], mô-men xoắn Me[N.m], mức tiêu hao nhiên liệu Ge[kg/h] Ngoài hệ thống thu thập nhiệt độ động cơ-Te[oC] để kiểm soát mức tải động bảo đảm anh tồn cho động khơng bị q nhiệt Cơng suất động xác định thông qua vận tốc mô-men theo công thức (1) 𝑃𝑒 = 𝑀𝑒 𝜔𝑒 = 𝑀𝑒 𝜋.𝑁𝑒 30 (1) Hình Cảm điện từ đo tốc độ động cơ[2] Tín hiệu từ cảm biến trước đưa thu thập xử lý chuyển thành xung Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) 66 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh vng với mức cao 5V Tốc độ động tính theo công thức: 𝑁𝑒 = 60.𝑡 𝑛 (4) thị đặc tuyến giao diện máy tính thơng qua phần mềm LabVIEW Sơ đồ khối hệ thống Hình Trong đó: t– Chu kỳ xung tín hiệu[s] n–Số rô-to cảm biến Để đo lực phanh tác dụng lên cánh tay đòn l khối lượng tức thời bình nhiên liệu, nghiên cứu sử dụng loadcell biến dạng uốn Hình Hình Hệ thống thu thập liệu Hình Cảm biến lực dạng uốn Tuy nhiên tín hiệu từ loadcell có biên độ nhỏ nên nghiên cứu sử dụng mô-đun thu thập liệu dạng bridge analog NI 9237 National Instrument Hệ thống sau thu thập liệu gửi máy tính để tổng hợp hiển thị vẽ đặc tuyến Giao diện máy tính lập trình phần mềm LabVIEW có cấu trúc Hình Nhiệt độ động thu thập từ cảm biến LM35 đặt dầu bơi trơn động Tín hiệu trả dạng điện áp thu thập chuyển qua nhiệt độ theo công thức (5)[5] 𝑇𝑒 = 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑘 (5) Trong : Vout– Điện áp ngõ LM35[V] k–Hệ số theo nhiệt độ độ phân giải 2.3 Thiết lập thu thập hiển thị liệu Hệ thống thu thập liệu thực ba chức đo chu kỳ cảm biến tốc độ động cơ, xác định lực phanh tác dụng vào Loadcell qua cánh tay đòn điều khiển dịng kích từ phanh tạo tải Ba thơng số gửi máy tính qua cổng thiết bị truy xuất liệu Ni-CompartRIO để hiển Hình Giao diện thử nghiệm Trên giao diện hiển thị thông số cần thử nghiệm bao gồm tốc độ động - RPM, mô-men xoắn - TORQUE, công suất động - POWER, nhiệt độ động - TEMP suất tiêu hao nhiên liệu - Fuel Mass Trong tốc độ động cơ, mơ-men xoắn cơng suất vẽ đặc tuyến hình THỬ NGHIỆM BĂNG THỬ 3.1 Bố trí thử nghiệm Động dùng để thử nghiệm động xe gắn máy hiệu SAVI có thơng số bảng1 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Bảng Thông số kỹ thuật động Thông số kỹ thuật Giá trị Loại động Xăng, kỳ, xi lanh Dung tích xi lanh 110[cc] Đường kính xi lanh, hành trình piston 39-42,3[mm] Tỷ số nén 9:1 Cơng suất cực đại/số vịng quay 4,2[kW]/ 7.500 [rpm] Mơ-men cực đại/số vịng quay 8,0[N.m] /5.500 [rpm] 67 Tồn cảnh thử nghiệm phịng thí nghiệm điện tử tơ Hình Bình nhiên liệu Phanh từ Động Bộ thu thập liệu Động gắn lên băng thử để phục vụ thử nghiệm Sơ đồ khối bố trí thí nghiệm Hình Hình Bố trí thí nghiệm động 3.2 Kết thử nghiệm Q trình thử nghiệm tiến hành phịng thí nghiệm điện tử tơ, khoa Cơ khí Động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Mục tiêu thử nghiệm kiểm nghiệm băng thử với hai mục đích Thứ kiểm tra khả tạo tải động băng thử tải Thứ hai kiểm tra khả thu thập liệu hệ thống hiển thị đặc tuyến mô-men, công suất thông số khác Các đặc tuyến thử nghiệm chụp lại Hình 10 Hình Bố trí thử nghiệm động cơ[3],[4] Trục động bên phía bánh đà gắn trực tiếp vào trục tạo tải thông qua khớp nối dạng khớp thẳng hình Với cách kết nối này, tốc độ quay động tốc độ quay tạo tải Trước thử nghiệm, động trả vị trí số để tránh mát cơng suất Hình 10 Hình chụp thơng số thử nghiệm Hình Kết nối trục động với phanh từ Qua thông số thử nghiệm cho thấy, công suất đạt 3.900[W], mô-men xoắn đạt 7,6[Nm] số vòng quay 4.500 [rpm] Nhiệt độ động mức 63[OC] Với động dung tích nhỏ mức tiêu hao nhiên liệu khơng Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 39 (12/2016) 68 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh thể phép đo cơng suất thời gian thử nghiệm nhanh KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện, nghiên cứu thiết lập thành công băng thử động xe gắn máy với thiết bị hỗ trợ thu thập liệu National Instrument Băng thử đo vẽ đặc tính cơng suất động nhiều chế độ làm việc khác Với tính có, băng thử tải động xe gắn máy giúp ích nhiều việc nghiên cứu cải thiện động xe nhằm tối ưu hóa trình hoạt động, giảm thiểu mức tiêu hao nhiên liệu, giảm nhiễm mơi trường Ngồi ra, băng thử tải cịn giúp ích nhiều việc giảng dạy Thơng qua mơ hình có được, người học hiểu thêm cấu tạo, nguyên lý hoạt động động đốt trong, hiểu đường đặc tính tải động cơ, quy trình điều khiển hệ thống băng thử Tuy nhiên, với quy mơ mức độ tại, đề tài cịn nhiều vấn đề tồn Trong nghiên cứu tới, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm nhiều loại động cơ, so sách đặc tuyến động thay đổi đặc tính nhiên liệu cải thiện tính đánh lửa Đồng thời nâng cấp mẫu mã hoàn thiện băng thử tải theo kiểu dáng công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] Trần Thanh Hải Tùng, Nghiên cứu chế tạo đo mômen xoắn dùng cảm biến biến dạng kết hợp với trục xoắn Kỷ yếu hội nghị SV nghiên cứu Khoa học ĐH Đà Nẵng, 2010 Đỗ Văn Dũng, Điện động điều khiển động cơ, NXB ĐHQG TP.HCM, 2014 Gitano Horizon, Small Engine Dynamometer Testing, University of Science, Malaysia, 2000 Srujan Kusumba, Dynamometer proportional load control, Bachelor of Engineering in Electrical and Electronics Engineering Kakatiya University, India, 2001 http://www.industrial-electronics.com/ Tác giả chịu trách nhiệm viết: Lê Quang Vũ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Email: vulq@hcmute.edu.vn ... Động Bộ thu thập liệu Động gắn lên băng thử để phục vụ thử nghiệm Sơ đồ khối bố trí thí nghiệm Hình Hình Bố trí thí nghiệm động 3.2 Kết thử nghiệm Quá trình thử nghiệm tiến hành phịng thí nghiệm. .. nhiên liệu, nghiên cứu sử dụng loadcell biến dạng uốn Hình Hình Hệ thống thu thập liệu Hình Cảm biến lực dạng uốn Tuy nhiên tín hiệu từ loadcell có biên độ nhỏ nên nghiên cứu sử dụng mô-đun thu thập. .. thông số hoạt động vận hành động tốc độ động cơ- Ne[rpm], mô-men xoắn Me[N.m], mức tiêu hao nhiên liệu Ge[kg/h] Ngoài hệ thống thu thập nhiệt độ động cơ- Te[oC] để kiểm soát mức tải động bảo đảm