LUẬN VĂN PHÂN TÍCH KỸ THUẬT GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG, thuyết minh, động học, kết cấu máy, nguyên lý máy, cấu tạo máy, quy trình sản xuất

NỘI DUNG

1.         Ý NGHĨA CÔNG VIỆC GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG TRONG CÔNG TÁC BẢO TRÌ    THIẾT BỊ

2 .        KỸ THUẬT GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG

2.1       TỔNG QUÁT VỀ RUNG ĐỘNG

2.1.1    NGUYÊN NHÂN CỦA RUNG ĐỘNG

2.1.2    ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG

2.1.3    CHUẨN ĐOÁN VÀ NGỪA PHÒNG HƯ HỎNG

2.1.4    CÁC TRƯỜNG HỢP ĐIỂN HÌNH

2.1.5    ĐẶC TÍNH CỦA RUNG ĐỘNG

3.         CÁC THIẾT BỊ ĐO ĐỘ RUNG ĐỘNG

3.1       GIỚI THIỆU

3.2       CÁC LOẠI CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU RUNG ĐỘNG

3.3       CÁC YẾU TỐ XỬ LÝ TÍN HIỆU   

3.4       CÁC BỘ PHẬN HIỂN THỊ VÀ LƯU TRỮ

3.5       CÁC MÁY ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG

4.         ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG TRONG BẢO TRÌ DỰ ĐOÁN

4.1       CHIẾN LƯỢC BẢO TRÌ

4.2       CÁC HỆ THỐNG THEO DÕI RUNG ĐỘNG

4.3       LẬP KẾ HOẠCH BẢO TRÌ

4.4       ĐO VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

4.5       KIỂM TRA

4.6       HUẤN LUYỆN

5.         KỸ THUẬT ĐO RUNG ĐỘNG

5.1       PHƯƠNG PHÁP ĐO DỰA TRÊN SỰ CHUYỂN ĐỔI ÂM THANH

5.2       PHƯƠNG PHÁP ĐO BẰNG SIÊU ÂM

5.3       PHƯƠNG PHÁP ĐO XUNG

5.4       PHƯƠNG PHÁP KURTOSIS

5.5       QUAN SÁT SỰ  PHÁT RA ÂM

5.6       PHÂN TÍCH CEPSTRUM

5.7       PHÂN TÍCH KIỂU DAO ĐỘNG

5.8       PHÂN TÍCH TỐC ĐỘ TỚI HẠN

5.9       PHÂN TÍCH VỊ TRÍ VÀ QUĨ ĐẠO CỦA TRỤC

5.10     TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH

6          KIỂM SOÁT RUNG ĐỘNG (VIBRATION CONTROL MEASURES)

6.1       GIẢM LỰC KÍCH THÍCH

6.2       TRÁNH CỘNG HƯỞNG

6.3       BỘ HẤP THỤ RUNG ĐỘNG

6.4       CÁCH LY RUNG ĐỘNG

6.5       GIẢM CHẤN

1.         Ý NGHĨA CÔNG VIỆC GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG TRONG CÔNG TÁC BẢO TRÌ THIẾT BỊ

            Kỹ thuật giảm sát rung động là một phần rất quan trọng trong kỹ thuật giám sát tình trạng thiết bị.Rung động mang tính dây chuyền.Ta có thể nói rằng : “ sự rung động này chính là nguyên nhân dẫn đến sự rung động khác”.Chính vì vậy việc phát hiện và ngăn ngừa rung động là một công việc hết sức quan trọng và có ý nghĩa vô cùng to lớn trong công tác chẩn đoán và ngừa phòng hư hỏng.

Thông thường độ rung động của một chi tiết , một bộ phận cơ khí mang tính lũy tiến.Do vậy việc giám sát , theo dõi sự tiến triển của rung động là hoàn toàn có thể nếu như chúng ta có đủ thiết bị và thực hiện đúng phương pháp.

Áp dụng kỹ thuật giám sát rung động sẽ giúp cho ta xác định một các khá chính xác thời điểm xảy ra hư hỏng , hay nói một cách khác là thời điểm mà chi tiết hoặc thiết bị mất khả năng làm việc.Để từ đó chúng ta sẽ tránh được các hư hỏng ngẫu nhiên , các hư hỏng ngoài ý muốn.Vì thông thường các hư hỏng loại này sẽ phải trả một chi phí rất lớn , nhất là đối với các chi tiết , các cụm máy quan trọng đối với sản xuất.

Ngoài ra , kỹ thuật giám sát rung động sẽ giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị như : ổ trục, roto, …. Và các chi tiết có chuyển động quay khác

2 .        KỸ THUẬT GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG

2.1       TỔNG QUAN VỀ RUNG ĐỘNG

2.1.1    Nguyên nhân của sự rung động

            Mọi người đều có kiến thức cơ bản để có thể hiểu được rung động là gì. Nó được đo lường một cách chính xác và sử dụng như một dụng cụ để giám sát tình trạng máy.

Sự rung động, được định nghĩa một cách  khoa học là sự dao động của vật thể về vị trí. Trong quá trình rung động , vật thể đi qua những vị trí khác nhau và trở về lại điểm mà ở đó nó sẵn sàng để lặp lại sự dao động.Nó có tính chu kỳ .Chu kỳ dao động được tính bằng đơn vị thời gian, số chu kỳ trong một đơn vị thời gian được gọi là tần số dao động. Tần số này thường được thể hiện số chu kỳ trên phút (cpm) hay chu kỳ trên giây

Rung động là sự cố xảy ra khá phổ biến. Trong máy móc, rung động dẫn đến những khuyết tật nhỏ 1 cách ngẫu nhiên mà nhà sản xuất và sự giới hạn vật liệu phải chịu hậu quả đó.

Như chúng ta đều biết, tất cả các thiết bị, máy móc đều bị rung động. Sự rung động này gây ra bởi dung sai mà người thiết kế máy cho phép. Những máy giống nhau trong cùng điều kiện vận hành tốt sẽ có tín hiệu rung động giống nhau. Nói chung rung dộng thường xảy ra vì một lực, có thể là nội lực hay là ngoại lực. Rung động cũng là hàm của các tham số hệ thống và của mối quan hệ giữa tốc độ vận hành máy với tần số riêng của nó. Mặc đù rung động còn do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, nhưng các nguyên nhân chính là : mất cân bằng, không đồng trục, bị lỏng, cộng hưởng do thiếu giảm chấn, cong trục, xoáy đều, lựa chọn thiết bị không phù hợp, v.v . . . . Chúng ta sẽ tìm hiểu một số nguyên nhân quan trọng gây ra dao động để biết được vì sao mà đao động lại sinh ra. Từ đó tìm cách phát hiện chúng và đưa ra những giải pháp để làm giảm bớt hoặc loại bỏ các hiện tượng dao động này.

 a)Sự mất cân bằng

Mất cân bằng là nguyên nhân gây ra rung động thường gặp nhất. Phần quay (Rotary) trong máy là nguyên nhân chủ yếu góp phần gây ra rung động.  Hiện tượng này được đặc trưng bởi sự phân bố trọng lượng không đồng đều đối với tâm quay. Những bất ổn trong các hệ thống thủy động học và khí đông học cũng có thể gây ra sự mất cân bằng trong máy. Thực ra, tất cả các kiểu hư hỏng sẽ tạo ra một vài dạng mất cân bằng trong máy. Mặc dù có nhiều lý do gây ra mất cân bằng trong máy quay, nhưng một nguyên nhân thường xảy ra nhất là sự kết hợp không chính xác của các độ dôi khi lắp ráp nhiều bộ phận máy. Trong trường hợp mày, cũng như các trường hợp khác của mất cân bằng, sự phân bố trọng lượng không đồng đều được mô hình hoá tại một điểm và được gọi là đốm nặng . Giá trị mất cân bằng sẽ bằng trọng lượng mất cân bằng nhân với khoảng cách từ tâm quay đến vị trí trọng lượng mất cân bằng (cánh tay đòn). Nên để ý là giá trị mất cân bằng cũng bằng trọng lượng của đĩa quay nhân với khoảng cách giữa tâm quay với tâm trọng lượng đĩa.

Điệm không cân bằng sẽ tạo ra một lực theo phương hướng kính và các ổ trục của máy sẽ hạn chế lực đó. Điệm không cân bằng có thể là kiên tĩnh hay động chỉ ra trong hình 1.1 là:

      b)Độ lệch

Hầu hết kiểu hỏng hóc phổ biến của độ lệch thường được hiểu là những sai lệch về vị trí (độ không thẳng hàng) do cơ cấu ban đầu gây ra hay sự thay đổi vị trí của chi tiết máy cố định do sự giản nở về nhiệt (biến dạng nhiệt) gây ra. Những loại hỏng hóc ở trên là nguyên nhân gây nên sự rung động và nó từ từ phát triển thành những ứng suất có chiều hướng gây ra thiệt hại cho những khớp nối giữa các trục với nhau và ổ đỡ (gối tựa) ở ngõng trục. Đa số những nguyên nhân này góp phần vào gây ra rung động trong máy móc. Dạng rung động sẽ phụ thuộc vào kiểu không đồng trục.  Độ lệch này có thể là độ lệch góc, độ lệch tâm (độ không thẳng hàng) độ không trục được chỉ ra trong hình 1.2

Không đồng trục song song xuất hiện khi hai trục song song nhau nhưng không cùng một mặt phẳng. Loại này sẽ sinh ra rung động mạnh và nó sẽ sinh ra một rung động có tốc độ gấp hai lần tốc độ quay thực của trục

Góc không đồng trục tồn tại khi các trục không song song nhau. Loại này sẽ sinh ra rung động quay quanh trục (nghĩa là song song trục). Kết quả là tần số rung động sinh ra có thể là tốc độ thực của trục quay, gấp hai lần hay ba lần tốc độ thực của trục.

Lệch tâm cũng là những nguyên nhân gây ra rung động. Trên một máy phát hoặc động cơ, rung động bị biến mất khi không cấp năng lượng. Trên các bánh răng, rung động lớn đồng bộ với các tâm bánh răng.

c)   Ma sát cơ học

Nhiều bộ truyền động của máy có thể bị ma sát cơ học. Dạng hư hỏng này có thể là do một trục  áp vào lớp hợp kim babbit của bọc ổ bi, các vòng lăn trong bộ phận quay tròn của ổ bi  hạn chế sự chuyển động, hay một vài phần của rotor  áp vào vỏ máy. Trong mỗi trường hợp, tín hiệu rung động sẽ thể hiện ở một đỉnh biên độ thấp, bình thường giữa 1 và 10 Hz. Đỉnh tần số thấp nhất này sẽ có biên độ cao và thấp hơn biên độ đỉnh ở khoảng 25 và 40% tốc độ quay của trục. Tuy nhiên , không phải tất cả các hệ thống kiểm tra rung động đều có thể dò tìm được khuyết tật này. Nhiều máy có giới hạn tần số thấp ở 10 Hz và sẽ không bắt được bất cứ tần số nào dưới mức này.

Đối với ổ bi thì đây là nguyên nhân do nhà sản xuất và tần số không ổn định (> 1Hz), tần số này  phụ thuộc vào tốc độ quay của roto, nó chỉ xảy ra hoặc là con lăn hoặc ổ đĩa côn. Khi rung động thì mức độ hỏng hóc ở các ổ lăn trong cùng một máy là không giống nhau.

d)Bánh răng bị mòn

Nếu bánh răng bị mòn, tần số rung động rất là cao và nó có thể làm tăng số  vòng quay trên phút của  bánh răng  lên nhiều lần, chỉ số pha thay đổi thất thường và biên độ rung động thì rất thấp. Mòn bánh răng thể hiện tính chất nguy hiểm bởi việc phát ra những tiếng ồn không có lợi cho sức khoẻ

Hiện tượng  phát ra âm thanh là do sự di chuyển và  tạo ra động lực khi các bánh răng ăn khớp với nhau. Sự tác động giữa các răng ăn khớp với nhau thì chịu ảnh hưởng bởi bước răng và bộ phận truyền tải trọng. Khi tải trọng truyền từ răng này đến răng kế tiếp  thì khe hở dọc theo đường ăn khớp của chiều rộng vành răng tạo tải trọng va đập . Hiện tượng này xảy ra  khi các răng ăn khớp với nhau. Năng lượng va đập nhận được từ bộ truyền động cùng với kết  cấu của chi tiết tạo ra tiếng ồn rất rõ rệt.

Mặt khác, nguồn âm thanh phát ra là do sự lắp ráp không đúng tạo ra sự đồng tâm các bánh răng làm việc. Đây là lý do phải thay đổi chiều sâu ăn khớp của bánh răng theo chu kỳ. Trong điều kiện đó thì tiếng ồn được tạo ra từ bánh răng chắc chắn có tần số âm sẽ thấp (khi làm việc ở tốc độ cao thì các loại máy điều mắc lỗi như nhau tạo thành những âm thanh (CL) quen thuộc của bánh răng. Hình dạng cơ bản của răng cũng gây ra tiếng ồn. Các bánh răng có kích thước lớn và tương đối mỏng thì nó trở nên mềm dẽo và làm cho sự ăn khớp hình học không còn cân xứng nữa. Các tình trạng trên sinh ra làm mòn răng và gây ra tiếng ồn.

Khi cặp bánh răng di chuyển vào và ra khớp thì không khí sẽ luân phiên bị nén và tạo thành áp suất chân không ở lỗ hổng trong bánh răng. Đặc biệt đối với các bánh răng làm việc ở tốc độ cao thường bọc trong không gian kín gọi là hộp tốc độ.  Nếu bánh răng làm việc bôi trơn bằng dầu  và độ hở của bề mặt bánh răng ăn khớp là nhỏ  thì tải trọng va đập thủy lực (tổn thất) có thể xảy ra vì dầu là chất lỏng không nén được trong quá trình làm việc. Như vậy tải trọng là cái sau cùng truyền đến kết cấu tại đó sẽ phát ra tiếng ồn bởi bề mặt bị rung động. Hiện tượng được kể ra ở trên thường không xảy ra trong hộp tốc độ làm việc với vận tốc thấp và tải trọng nhẹ.

e) Độ rơ của máy

Các chi tiết máy bị rơ là nguồn gốc phổ biến của sự rung động. Do đó bất kỳ độ rơ nào cũng sẽ tạo ra sự va đập mạnh ở trên tại đỉnh và ở dưới tại đáy dẫn đến rung động.

f) Trục khuỷu

Nguyên nhân gây ra rung động trong trường hợp này tương tự như là độ lệch.

g) Độ lệch tâm tại ngõng trục

Độ lệch tâm của các ngõng trục là nguyên nhân gây ra sự rung động. Trên động cơ hoặc máy phát thì sự rung động sẽ biến mất khi công suất bị ngắt đi. Trên các bánh răng sự rung động rất lớn ở đường trung bình của bánh răng.

h) Khí động lực học và áp lực thủy lực

Đây là sự kết hợp giữa quạt với bánh cộng tác của bơm và máy nén li tâm. Bởi vì các chi tiết quay của máy di chuyển và  sinh ra lực ,nó chính là nguyên nhân của sự rung động. Vì vậy thay đổi số lượng và phương hướng như là thay đổi vị trí của chi tiết quay với các ổ tựa của máy sẽ hưởng đến rung động. Tần số do sự rung động tạo ra  sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của chi tiết,  từ đó chỉ ra được sự cố hỏng hóc trong máy.

i) Sự uốn cong hoặc méo dạng của thiết bi:

Trong lắp ráp thiết bị, thông thường, chúng ta bỏ qua sự uốn cong hay biến dạng gây ra bởi những khuyết tật cơ bản( foundation defects). Đôi khi, khuyết tật cơ bản có thể bị che khuất bởi tải trọng và không thể phát hiện được. Chúng ta cần phải cẩn thận trong giai đoạn thiết kế. Cả những lực tĩnh và lực động đều phải được xem xét đến. Một giá đỡ máy tốt ,có đủ độ cứng để giữ vững trục, tải trọng xoắn của động cơ quay sẽ hạn chế rung động.

k) Lựa chọn thiết bi không phù hợp:

Thiết bị quá cỡ không cần thiết cũng có thể gây ra rung động do bới các lực quán tính và sự hãm không hiệu quả của các hệ thống giảm chấn .Thiết bị có kích thước nhỏ hơn cũng gây ra rung động do quá tải và do đó lựa chọn thiết bị phải được xem xét kỹ, tuỳ theo những yêu cầu đặc biệt và công suất máy.

2.1.2.   Anh hưởng của sự rung động

Anh hưởng của sự rung động thường nghiêm trọng.  Nó cần phải loại bỏ trong lúc máy vận hành, trong quá trình  truyền động tự động hoặc lái máy bay..vv. Trong một vài trường hợp tần số và mức độ của sự rung động có thể làm thiệt hại bên trong vật thể. Máy móc có thể bị thiệt hại bởi sự rung động. Nếu sự rung động xảy ra khi có sự công hưởng tần số thì nó có thể làm nứt hoặc gẫy một vài phần như là đai ốc, bulông bởi do mỏi. Trong một vài trường hợp này có thể gây ra tay hại cho máy bay. Tiếng ồn chính là  là kết quả từ sự rung động, thường vấn đề này rất nghiêm trọng và có thể nguy hiểm đến người chịu tác dụng từ nó trong chu kỳ dài. Đối với con người, nếu bị chấn động như vậy trong một thời gian dài sẽ có thể bị mờ mắt, mất cân bằng, ù tai và làm việc kém hiệu quả. Và sẽ rất nghiêm trọng nếu điều này xảy ra đối với người vận hành máy, tài xế, phi công.

Sự rung động không được cách ly thì nó truyền qua bất kỳ vật rắn nào tiếp xúc với nó như là sàn nhà, tường, ống, ống dẫn điện, và bất kỳ cơ cấu thanh có trong máy. Đây có lẽ là nguyên nhân bất kỳ vật nào tiếp xúc với nó đều gây ra rung động. Nó có thể là nguyên nhân nghiêm trọng gây ra thiệt hại đến ổ tr5c trong vùng lân cận ,vì vậy nó rất là quan trọng nên chúng ta phải đo và kiểm tra sự rung động.

2.1.3.   Chuẩn đoán và ngăn ngừa các hỏng hóc

Một vài máy móc hỏng hóc là kết quả của sự va đập hoặc do  sự cố .Thông thường các hư hỏng loại này xảy ra đột ngột , diễn ra trong một khoảng thời gian ngắn.Nhưng phần lớn các hư hỏng đều diễn ra từ từ . Có thể nhận thấy rằng đến 80%  hỏng hóc của máy là do phần quay bị thay đổi các tính chất vật lý  trong quá trình rung động.

Bằng sự quan sát chúng ta có thể chia ra mức động rung động là:

Mức thấp - Máy chạy êm.

Mức tăng dần - Có một số thay đổi trong tình trạng cơ khí của máy.

Mức cao – Có một số  vấn đề về cấu trúc hoặc kỹ thuật của máy đang trong tình trạng xấu đi .

Theo dõi sự rung động là công việc thực hiện  trong lúc các  điều kiện vận hành không được thay đổi, khi sự rung động gia tăng thì chỉ ra được những hỏng hóc sắp xảy ra. Gia tăng mức độ rung động lớn thì hư hỏng cũng tăng lên. Khi cơ cấu có khối lượng và đàn hồi bị rung động thì tạo nên lực. Lực này có thể tạo thành bởi thành phần tác động trực tiếp lên cơ cấu; nó có thể được khai triển bởi phản lực hoặc truyền đến cơ cấu từ rotor qua ổ trục. Lực ly tâm có thể được truyền từ chuyển động quay do sự không cân bằng hoặc có thể là lực đẩy bởi sự ăn khớp trong truyền động bánh răng hoặc bởi sự va đập chất lỏng trong bánh công tác. Những thông số như là tốc độ quay của trục, số răng của bánh răng, số lượng bánh công tác v..v …đều có thể tính toán được tần số của nó khi có rung động .Bằng sự so sánh giá trị của các  tấn số này với tấn số khi mà sự rung động bị tăng lên thì nó có thể xác định được nguồn gốc của sự gia tăng đó.

Nếu sự thay đổi trong rung động có thể được phát hiện sớm hơn và được phân tích, thì chúng ta có thể can thiệp bảo trì sửa chữa  trước khi hỏng hóc xảy ra. Vả lại, việc ngừng máy có thể được hoạch định tại một thời điểm thích hợp. Như vậy đo và phân tích rung động định kỳ liên tục có thể là nền tảng cho việc giám sát tình trạng của máy  có chuyển động quay.Do đó mà hệ thống giám sát rung động cần cung cấp :

(a)  Đo mức gia tăng rung động để chỉ ra nhu cầu khẩn thiết cần quan tâm.

(b)  Đo tần số tại bất kỳ sự gia tăng nào xảy ra và cho phép chẩn đoán được vấn đề.

Do đó, giám sát  rung động là một công cụ hữu ích để phát hiện ra sự hiện diện của vấn đề về máy trong thời điểm sớm hơn. Những vấn đề khác nhau gây ra rung động trong những cách thức khác nhau

Đo sự rung động là dùng dụng cụ tìm ra sự hiện diện những hư hỏng của máy để sớm sắp xếp cải tiến. Có nhiều vấn đề khác nhau về nguyên nhân sinh ra rung động trong đó duy nhất chỉ có hướng quay là khác với những vấn đề ở trên. Vấn đề này sớm chỉ ra được những ký hiệu để nhận dạng trong rung động qua bảng 1.1

1.4    Ví dụ

a/ Trường hợp 1:        Không cân bằng:

Hình 1.3 chỉ tần số quay nguy hiểm của bơm nước buổi trước và sau khi tổng kiểm tra. Khi số vòng quay không tải (RPM) đạt cực đại thì tần số là (60Hz) gây ra thiệt hại cho phần quay bởi sự không cân bằng.