Nghiên cứu tổng hợp dấu hiệu nhận dạng hư hỏng cơ bản trong hệ truyền động cơ khí bằng phân tích dao động

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN ĐỨC THÀNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẤU HIỆU NHẬN DẠNG HƯ HỎNG CƠ BẢN TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ BẰNG PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG Chuyên ngành : CN Chế Tạo Máy Mã số : 60.52.04 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ CUNG Phản Biện 1: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY Phản Biện 2: PGS.TS. PHẠM PHÚ LÝ Luận văn được bảo vệ tại hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại đại học Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 12 năm 2011 Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Tung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Khi thiết bị trong quá trình hoạt động bị hư hỏng thì điều đầu tiên là phải nghe để chẩn đốn sơ bộ rồi sau đĩ mới dừng máy mở thiết bị ra kiểm tra từng bộ phận một để dị tìm xác định hư hỏng. Như vậy việc chẩn đốn địi hỏi tốn nhiều thời gian, cơng sức mà thậm chí là khơng phát hiện được sai hỏng. Việc chẩn đốn các hư hỏng cịn mang tính chủ quan của người sửa chữa, chưa cĩ một phân tích hệ thống rõ ràng để nhận biết hư hỏng của các thiết bị cơ khí một cách chính xác, để sớm đưa ra các biện pháp thay thế cĩ hiệu quả và bảo dưỡng dự phịng cĩ điều kiện, nhằm duy trì tốt quá trình làm việc của thiết bị, máy mĩc. Phân tích tín hiệu dao động hiện nay là một kỹ thuật đang được phát triển mạnh mẽ ở các nước tiên tiến nhằm theo dõi và chẩn đốn hư hỏng trong máy mĩc, thiết bị cơ khí. Theo dõi và chẩn đốn hư hỏng máy mĩc, thiết bị bằng phân tích dao động tỏ ra là một phương pháp hiệu quả trong việc bảo dưỡng dự phịng cĩ điều kiện, nhằm duy trì tình trạng hoạt động tốt của thiết bị, nhất là các thiết bị của dây chuyền sản xuất tự động. Hiện nay việc chẩn đốn hư hỏng được thực hiện bằng các chuyên gia nhiều kinh nghiệm. Họ nhận dạng hư hỏng bằng cách quan sát các tín hiệu dao động thu được ở hai trạng thái bình thường và hư hỏng, rồi sau đĩ phân tích các tín hiệu để xác định dạng hư hỏng đã xảy ra. Do vậy, để thuận tiện cho cơng tác chẩn đốn hư hỏng cơ khí, cần thiết phải nghiên cứu tổng hợp các dấu hiệu nhận dạng hư hỏng khác 4 nhau trong hệ truyền động cơ khí, xây dựng nên một thư viện nhỏ về cơ sở dữ liệu. Trên cơ sở các dữ liệu này, cĩ thể xây dựng một cơng cụ phần mềm hỗ trợ việc chẩn đốn. Chính vì vậy tơi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp dấu hiệu nhận dạng hư hỏng cơ bản trong hệ truyền động cơ khí bằng phân tích dao động” để làm luận văn tốt nghiệp. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu tổng quan các dạng hỏng cơ bản trong hệ truyền động cơ khí, tổng quan về các phương pháp phân tích tín hiệu dao động sử dụng trong chẩn đốn. Phân tích nguyên nhân xảy ra các hư hỏng nĩi trên và tổng hợp các dấu hiệu nhận dạng bằng phân tích dao động. Xây dựng phần mềm hỗ trợ chẩn đốn hư hỏng hệ truyền động cơ khí. 3. Phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu các dạng hỏng cơ bản của hệ truyền động cơ khí bao gồm khớp nối, truyền động đai, truyền động bánh răng, ổ lăn, ổ trượt..., chưa nghiên cứu đến hư hỏng hệ truyền động thủy lực và động cơ điện dẫn động.... 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết về các kỹ thuật và phương pháp phân tích tín hiệu dao động sử dụng trong chẩn đốn hư hỏng cơ khí, về các dạng hỏng cơ bản trong hệ truyền động cơ khí và dấu hiệu nhận dạng chúng bằng phương pháp phân tích dao động. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và xây dựng phần mềm hỗ trợ chẩn đốn hư hỏng. 5 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ứng dụng vào việc chẩn đốn các hư hỏng hệ truyền động cơ khí, hỗ trợ các chuyên viên bảo dưỡng nhanh chĩng nhận dạng hư hỏng hệ truyền động cơ khí, gĩp phần vào cơng tác bảo dưỡng dự phịng thiết bị, nhất là các thiết bị cơ khí sử dụng trong dây chuyền sản xuất tự động. 6. Kết quả đạt được Tổng quan các dạng hỏng cơ bản trong hệ truyền động cơ khí, tổng quan về các phương pháp phân tích tín hiệu dao động sử dụng trong chẩn đốn, các dấu hiệu nhận dạng bằng phương pháp phân tích tín hiệu dao động. Cơ sở dữ liệu dấu hiệu hư hỏng và phần mềm hỗ trợ chẩn đốn hư hỏng hệ truyền động cơ khí. 7. Cấu trúc của luận văn Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn gồm cĩ các chương như sau: - Chương 1- Tổng quan về chẩn đốn hư hỏng thiết bị cơ khí - Chương 2- Các phương pháp phân tích tín hiệu dao động - Chương 3- Các dấu hiệu nhận dạng bằng phương pháp phân tích dao động - Chương 4- Giới thiệu phần mềm hỗ trợ chẩn đốn hư hỏng 6 Chương 1- TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐỐN HƯ HỎNG THIẾT BỊ CƠ KHÍ 1.1. Tổng quan về hư hỏng và chẩn đốn hư hỏng 1.1.1. Tổng quan về hư hỏng 1.1.1.1. Một số dạng hư hỏng của truyền động bánh răng Hư hỏng của truyền động bánh răng được chia thành ba loại sau đây : các hư hỏng do chế tạo (sai số dạng răng, độ lệch tâm của các bánh...), các hư hỏng do lắp ráp (hư hỏng về độ khơng song song, độ khơng đồng trục...), và các hư hỏng xuất hiện khi làm việc (mịn răng, trĩc rỗ bề mặt răng, gãy răng, nứt răng…). Theo các tài liệu về chi tiết máy và truyền động cơ khí, truyền động bánh răng cĩ những dạng hỏng chủ yếu sau đây: a. Trĩc rỗ vì mỏi bề mặt răng b. Mịn răng c. Dính răng d. Gãy răng 1.1.1.2. Một số dạng hỏng trong ổ lăn Các ổ lăn chịu hai dạng khuyết tật sau: + Các khuyết tật phân bố, thể hiện bởi phổ dao động dải rộng ảnh hưởng ở mức độ tồn cục đến các dao động. + Các hư hỏng dạng điểm, gây nên các va đập mỗi khi một chi tiết lăn đi qua vị trí khuyết tật. Theo các tài liệu về chi tiết máy và truyền động cơ khí, khi làm việc ổ lăn cĩ thể cĩ các dạng hỏng cơ bản sau đây: a. Trĩc vì mỏi bề mặt làm việc của ổ lăn b. Mịn ổ lăn 7 c. Vỡ vịng ổ d. Vỡ vịng cách 1.1.1.3. Hư hỏng bộ truyền động đai Bộ truyền đai là một trong những bộ quan trọng của truyền động cơ khí nĩ thường dùng để truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục cĩ khoảng cách tương đối lớn. Bộ truyền động đai thường xảy ra một số các dạng hư hỏng sau: a. Đứt dây đai b. Mịn dây đai - Mịn ở gĩc trên - Mịn ở gĩc dưới - Mịn ở sườn bên - Mịn ở mặt dưới c. Bề mặt dây đai bị trĩc vảy, nhão hay trương nở d. Mịn puli e. Puli khơng thẳng 1.1.1.4. Hư hỏng trục Trục là một trong những chi tiết quan trọng trong truyền động cơ khí, trục được dùng để đỡ các chi tiết máy quay và để truyền mơ men xoắn. Theo các tài liệu về chi tiết máy và truyền động cơ khí, khi làm việc trục cĩ thể cĩ các dạng hỏng cơ bản sau: a. Gãy trục do mỏi uốn b. Gãy trục do mỏi xoắn c. Sự mịn trĩc 1.1.2. Tổng quan về chẩn đốn hư hỏng 8 1.1.2.1. Tầm quan trọng của việc bảo dưỡng và theo dõi thiết bị a. Tầm quan trọng của việc bảo dưỡng Trong quá trình hoạt động của thiết bị máy mĩc, ngay cả trong điều kiện làm việc bình thường. Sự lão hĩa của vật liệu theo thời gian làm việc của thiết bị máy mĩc đơi khi cũng gây nên sự cố hay tai nạn bất thường khơng lường trước được. Do vậy để khai thác tốt thiết bị máy mĩc trong quá trình hoạt động, phải duy trì thiết bị ở tình trạng hoạt động tốt, ta phải bảo dưỡng thiết bị nhằm tránh cho thiết bị khơng bị xảy ra sự cố hư hỏng đáng tiếc trong quá trình làm việc. Việc bảo dưỡng thiết bị theo hai phương án: + Bảo dưỡng ngăn ngừa cĩ hệ thống + Bảo dưỡng cĩ điều kiện Bảo dưỡng thiết bị máy mĩc nhằm mục đích: + Phát hiện sớm sự cố của thiết bị sẽ đảm bảo được an tồn cho con người và thiết bị. + Giảm đến mức thấp nhất thời gian dừng sản xuất để sửa chữa, thay thế thiết bị, do đĩ nâng cao được năng suất, bảo đảm được chất lượng của sản phẩm và giảm giá thành sản phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế cao. + Tối ưu hĩa giá thành bảo dưỡng, do chỉ can thiệp sửa chữa, thay thế các chi tiết bị hư hỏng. b. Tầm quan trọng của việc theo dõi thiết bị Việc theo dõi thiết bị là một phần của chính sách bảo dưỡng và phải bảo đảm một số các yếu tố sau: - Ngăn ngừa được các nguy cơ lớn, tránh trường hợp dừng máy trong khi các điều kiện an tồn khơng đảm bảo. 9 - Phát hiện sớm các bất thường, nhằm tránh tối đa các thiệt hại, bằng cách thay thế các chi tiết máy bị hư hỏng trước khi xảy ra sự cố hay vào thời điểm thuận lợi nhất. - Phân tích được sự cố sau khi xảy ra, nhằm sửa chữa các khuyết tật phát hiện được, tránh khơng xảy ra nữa hoặc đưa ra các biện pháp cải tiến cần thiết. 1.1.2.2. Phát hiện và chẩn đốn hư hỏng a. Phát hiện Phát hiện sự thay đổi hành vi của máy mĩc, từ một hay nhiều thơng số nhận được thơng qua đo đạc. b. Chẩn đốn Là một cơng cụ đặc biệt hữu ích trong bảo dưỡng dự báo, vượt xa sự cảnh báo đơn thuần và được đặc trưng bởi việc xác định bản chất chính xác của khuyết tật gặp phải, của mức độ trầm trọng khuyết tật và tính khẩn thiết của hành động can thiệp. 1.1.2.3. Các kỹ thuật chẩn đốn hư hỏng a. Theo dõi các thơng số mức độ dao động (mức độ tồn cục) b. Cải thiện độ phân giải hay phĩng to (zoom) c. Phát hiện hình bao (giải điều biến biên độ tập trung trên một vùng cộng hưởng) d. Nghiên cứu các hàm điều hịa hay các hài bậc cao e. Nghiên cứu các dải bên điều biến f. Nghiên cứu phân tích phổ tín hiệu dao động g. Nghiên cứu và theo dõi các giá trị phổ loga h. Nghiên cứu các dạng tần số dao động riêng 1.2. Các nghiên cứu trong và ngồi nước liên quan đến đề tài 10 a. Các đề tài nghiên cứu ở trong nước b. Các đề tài nghiên cứu ở nước ngồi 1.3. Nhận xét và kết luận Chương 2- CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DAO ĐỘNG 2.1. Phương pháp Kurtosis 2.1.1. Giới thiệu Kurtosis là đường cong mơmen tĩnh bậc 4 của một dãy các giá trị trung bình, là một phép thống kê tín hiệu tổng cộng, rất nhạy với các đỉnh dữ liệu. Đối với qui luật phân bố chuẩn giá trị kurtosis là 3.0. 2.1.2. Hệ số Kurtosis Là đặc trưng hình dạng của tín hiệu dxxfK )()x -(x 4∫ +∞ ∞− = σ (2. 4) 2.2. Phương pháp phân tích phổ 2.2.1. Giới thiệu Phương pháp phân tích phổ dùng để phân tích miền tần số của tín hiệu và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật phân tích tín hiệu dao động để giám sát, điều khiển hệ truyền động cơ khí. Quá trình cơ bản là biến đổi tín hiệu dao động ở miền thời gian sang tín hiệu dao động ở miền tần số, bằng phép biến đổi Fourier rời rạc dữ liệu được số hĩa. 11 Lợi ích của việc phân tích phổ là cĩ khả năng tách biệt và nhận dạng các nguồn gây dao động khác nhau, phụ thuộc vào các đặc trưng động học của các chi tiết khác nhau cấu thành máy và vào vận tốc quay của chúng (hay vào tần số chuyển động của chúng). 2.2.2. Cơ sơ phân tích Phổ là sự thể hiện bằng đồ thị của biến đổi Fourier của tín hiệu dao động quan sát, trục tung hiển thị các biên độ tương ứng với mỗi thành phần tần số trên trục hồnh. Hình 2.5- Sơ đồ biến đổi tín hiệu từ miền thời gian qua miền tần số * Phép biến đổi Fourier: Biến đổi Fourier thuận: Biến đối tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số. dxxfezF izx∫ +∞ ∞− = )( 2 1 )( pi (2.5) Biến đổi Fourier nghịch: Biến đổi tín hiệu từ miền tần số sang miền thời gian. 12 dzzFexf izx∫ +∞ ∞− − = )( 2 1 )( pi (2.6) 2.3. Phương pháp phân tích hình bao 2.3.1. Giới thiệu Phân tích hình bao dùng để giám sát đáp ứng tần số cao của hệ cơ khí va đập cĩ chu kỳ. Va đập được tạo ra mỗi khi phần tử lăn chịu tải tiếp xúc với một khuyết tật trên bề mặt khác trong ổ lăn hay bánh răng. Sự va đập này rất ngắn được so sánh với khoảng cách giữa các xung. 2.3.2. Cơ sở phân tích Phân tích hình bao nhằm mục đích giải điều biến tín hiệu bằng cách khử bỏ thành phần tần số cao (cộng hưởng của kết cấu) sao cho chỉ giữ lại đường cong điều biến hay hình bao (đặc trưng của khuyết tật). Sự phát hiện này nhận được nhờ phép biến đổi Hilbert : { } τ τpi d t tx txH ∫ +∞ ∞− = - )(1 )( (2.8) Trong đĩ: t- Thời gian (s) x(t)- Tín hiệu miền thời gian H{x(t)}- Biến đổi Hibert của x(t) 2.4. Phương pháp phân tích phổ loga 2.4.1. Giới thiệu Phổ loga giúp hiện rõ các bước phân cách giữa các đỉnh phổ cĩ tính chu kỳ, khi các đỉnh phổ rất gần nhau mà trong phổ tần số của tín 13 hiệu ta khĩ phân biệt được, đồng thời cho phép phân biệt đáp ứng của thiết bị và đáp ứng của khuyết tật. 2.4.2. Cơ sở tính tốn Phổ loga là phổ của phổ biểu diễn trên thang logarit của tần số. Phổ loga gồm cĩ hai loại: Phổ cơng suất Là phép biến đổi Fourier ngược của logarit thập phân của bình phương biên độ. { }[ ]21- )(lgF )( txFCP =τ (2.11) Phổ biên độ Là phép biến đổi Fourier ngược của logarit thập phân của biến đổi Fourier thuận của nĩ { }[ ])(lgF )( -1 txFCa =τ (2.14) Biến số τ của phổ loga cĩ thứ nguyên của thời gian, gọi là tần số loga. Phổ loga cĩ chức năng giải tích chập tín hiệu, cho phép tách rời các thành phần lực gây ra dao động với thành phần đáp ứng kích thích của các phần tử kết cấu. Nghĩa là phân tích tích thành tổng: log(AB) = log A + logB. 2.5. Nhận xét và kết luận 14 Chương 3- CÁC DẤU HIỆU NHẬN DẠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG 3.1. Dấu hiệu nhận dạng hư hỏng trong truyền động bánh răng 3.1.1. Tần số quay của trục và tần số ăn khớp + Tần số quay của trục: (Hz) 60 n =SF (3.1) + Tần số ăn khớp: FMG = Z1. F1 = Z2 . F2 (Hz) (3.2) Trong đĩ: n – Số vịng quay của trục FS – Tần số quay của trục Z1 – Số răng của bánh răng trục chủ động Z2 – Số răng của bánh răng trục bị động F1 – Tần số quay của trục chủ động F2 – Tần số quay của trục bị động 3.1.2. Bánh răng khơng hư hỏng Mỗi dải bên được đặt khoảng cách bằng tần số tốc độ quay của trục vào (1x) và mỗi cặp dải bên đối xứng qua tần số ăn khớp cĩ biên độ bằng nhau. 15 Hình 3.2- Các dải bên được ghép đơi và bằng nhau 3.1.3. Mịn răng Khoảng cách giữa các dải bên khơng ổn định, các dải bên xung quanh tần số ăn khớp cĩ khoảng cách khơng bằng nhau. Hình 3.3- Mịn hay khe hở vượt quá thay đổi khoảng cách dải bên 3.1.4. Gãy răng Dải bên ở bên phải tần số ăn khớp cĩ biên độ cao hơn dải bên ở bên trái tần số ăn khớp. 16 Hình 3.5- Một răng bị gãy sẽ sinh ra một biên dạng dải bên khơng đối xứng 3.1.5. Tải trọng thay đổi Biên dạng dao động giống với biên dạng dao động khi bánh răng cĩ tải nhưng với biên độ được kích thích cao hơn. Hình 3. 8- Biên dạng dao động của cặp bánh răng khi tải trọng thay đổi 17 3.2. Dấu hiệu nhận dạng hư hỏng ổ lăn 3.2.1. Các tần số động học đặc trưng của ổ lăn - Tần số quay cơ bản (FS) pi ω 2 i =SF (3.9) Với ωi tính bằng rad/s - Tần số quay của vịng cách (FTF) )]cos1()cos1([ 4 1 2 || βωβω pipi ω p b i p b o c d d d d FTF −++== (3.10) - Tần số tiếp xúc của một điểm trên vịng ngồi với con lăn (BPFO) )cos1)(( 4 βωω pi p b oi d dNBPFO −−= (3.13) - Tần số tiếp xúc của một điểm trên vịng trong với con lăn (BPFI) )cos1)(( 42 βωω pipi ωω p b oi ci d dNNBPFI +−=−= (3.14) - Tần số tiếp xúc của một điểm trên con lăn với vịng trong hoặc vịng ngồi (BSF) )cos1)(( 22 ~ 2 2 2 βωω pi ω p b oi b pb d d d d BSF −−== (3.15) Trường hợp thường gặp nhất là vịng trong gắn với trục và quay với tốc độ ωi, vịng ngồi đứng yên: ωo = 0, thì các tần số đặc trưng được xác như sau: 60 n =SF ; SFFTF )cosd d - 1( 2 1 p b β= ; 18 SFBPFO )cosd d - 1( 2 N p b β= ; SFBPFI )cosd d 1( 2 N p b β+= ; SFBSF )cosd d - 1( 2d d 2 2 p 2 b b p β= (3.16) 3.2.2. Vị trí đặt cảm biến đo tín hiệu dao động 3.2.3. Các giai đoạn xảy ra hư hỏng 3.2.3.1. Giai đoạn 1 3.2.3.2. Giai đoạn 2 3.2.3.3. Giai đoạn 3 3.2.3.4. Giai đoạn 4 3.2.4. Dấu hiệu chẩn đốn hư hỏng 3.2.4.1. Ổ lăn khơng hư hỏng Ổ lăn khơng hư hỏng lực tiếp xúc giữa các bộ phận của ổ thay đổi theo thời gian và vị trí thay đổi của con lăn là liên tục và đều. Hình 3.22 - Phổ dao động của ổ lăn khơng hư hỏng Trong phổ dao động chỉ xuất hiện tần số bằng tần số quay của trục. Khơng cĩ các tần số hư hỏng khác của ổ lăn. 3.2.4.2. Hư hỏng vịng trong 19 Hư hỏng ở vịng trong sinh ra một dãy các xung tín hiệu năng lượng cao cĩ giá trị bằng tần số tiếp xúc của một điểm trên vịng trong với con lăn (BPFI). Trong vùng chịu tải biên độ dao động của xung là cao nhất sau đĩ giảm dần khi hư hỏng ra khỏi vùng tải. Kết quả xuất hiện tần số điều biến biên độ tại BPFI với khoảng cách bằng tần số quay FS. Hình 3. 25- Phổ bao hình của hư hỏng vịng trong với tốc độ trục 1200(Vg/f) 3.2.4.3. Hư hỏng vịng ngồi Hư hỏng ở vịng ngồi sinh ra một dãy các xung tín hiệu năng lượng cao cĩ giá trị bằng tần số tiếp xúc của một điểm trên vịng ngồi với con lăn (BPFO). Hư hỏng vịng ngồi khơng được điều biến bởi tần số quay của trục (FS). 20 Hình 3. 28- Phổ hình bao của tín hiệu dao động trong trường hợp ổ lăn cĩ hư hỏng trên vịng ngồi [SKF] 3.2.4.4. Hư hỏng con lăn Con lăn hư hỏng va đập vào vịng lăn gây ra dao động, tín hiệu dao động được tạo ra với tần số bằng tần số tiếp xúc của một điểm trên con lăn với vịng trong hoặc vịng ngồi (BSF). Con lăn va đập cả vịng ngồi và vịng trong nên trong phổ thường xuất hiện tần số bằng hai lần tần số BSF, nhưng với biên độ khơng cao. Hư hỏng con lăn được điều biến bởi tần số quay của vịng cách (FTF). Hình 3.31- Phổ tần số hư hỏng con lăn 21 3.2.4.5. Hư hỏng vịng cách Khơng giống như hư hỏng vịng trong và vịng ngồi, hư hỏng vịng cách khơng kích thích tần số vịng quay đặc trưng. Cũng như hư hỏng con lăn, hư hỏng vịng cách cĩ thể được điều biến bởi tần số quay của vịng cách (FTF). Hình 3.32- Phổ dao động thu nhận từ gia tốc kế đo trên gối đỡ trục của máy mài nghiền trong hư hỏng vịng cách của ổ lăn 3.3. Dấu hiệu nhận dạng hư hỏng ổ trượt Mức độ khơng ổn định của màng dầu tăng lên thì các thành phần tần số ở khoảng giữa 0.4 và 0.48 của tốc độ trục cơ sở (1x) cĩ biên độ trội hơn. 3.4. Dấu hiệu nhận dạng hư hỏng truyền động đai 3.4.1. Tốc độ vận hành - Tốc độ puli bị động )(Vg/f bđD cđD. cđn bđn = (3.17) 22 - Tốc độ puli chủ động (Vg/f) cđD bđD. bđn cđn = (3.18) - Tốc độ thẳng của puli Vpl = C x n (m/f) (3.19) - Tốc độ quay đai (vg/f) A V n plđ = (3.20) 3.4.2. Tần số hư hỏng 3.4.3. Dấu hiệu chẩn đốn hư hỏng 3.4.3.1. Đai bị mịn, lỏng hoặc khơng phù hợp Tín hiệu dao động xuất hiện trong phổ là các đỉnh khơng đồng bộ của tần số hư hỏng 1X và sĩng hài thứ hai 2X, các tần số này được kích thích với biên độ dao động cao. Hình 3.36- Biểu đồ phổ điển hình (nghĩa là, biên dạng dao động) của một đai hỏng 23 3.4.3.2. Mất cân bằng đai Đai mất cân bằng đai nhiều khả năng do khiếm khuyết về vật liệu. Trong phổ dao động xuất hiện tần số hư hỏng đai (1X) với biên độ cao, khơng cĩ các sĩng hài của nĩ. Hình 3.37- Biểu đồ phổ của tần số quay trục và hư hỏng đai (nghĩa là, mất cân bằng) 3.4.3.3. Cộng hưởng đai Cộng hưởng đai xảy ra khi tần số riêng của chiều dài đai được kích thích bởi tần số được tạo ra bởi truyền động. Hình 3.38- Biểu đồ phổ của cộng hưởng được kích thích bởi tần số hư hỏng đai 24 3.4.3.4. Puli khơng thẳng hàng Puli khơng thẳng hàng sinh ra dao động dọc trục với tần số trục quay 1X được kích thích biên độ cao. Hình 3.40- Phổ tín hiệu puli khơng thẳng hàng đo theo phương dọc trục 3.4.3.5. Puli lệch tâm Dao động được gây ra bởi độ lệch tâm của puli biểu thị sự thay đổi tải và tốc độ quay. Tín hiệu dao động đối với puli lệch tâm được kích thích biên độ cao tại tần số quay của trục (1X) của puli đĩ đo theo phương hướng kính. Hình 3. 421- Phổ tín hiệu puli lệch tâm đo theo phương hướng kính 25 3.5. Dấu hiệu nhận dạng một số hư hỏng khác trong hệ truyền động cơ khí 3.5.1. Dấu hiệu nhận dạng độ khơng đồng tâm 3.5.2. Dấu hiệu nhận dạng sự mất cân bằng chi tiết quay 3.5.3. Dấu hiệu nhận dạng sự nới lỏng cơ khí hay khe hở 3.5.4. Dấu hiệu nhận dạng hư hỏng do cong trục Chương 4- GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HỖ TRỢ CHẨN ĐỐN HƯ HỎNG 4.1. Mục đích của phần mềm 4.2. Giới thiệu về phần mềm Phần mềm được viết dựa trên cơng cụ tốn học Matlab. Cơ sở dữ liệu cho từng dạng hỏng riêng biệt được tổ chức thành từng file riêng, chương trình chính sẽ lần lượt gọi đến các file dữ liệu này. KẾT QUẢ VÀ TRIỂN VỌNG ĐỀ TÀI 1. Kết quả Sau thời gian thực hiện luận văn, tơi đã hồn thành các cơng việc sau: - Đã thu thập tài liệu và tổng hợp được các dạng hư hỏng cơ bản thường gặp trong hệ truyền động cơ khí, cơ sở lý thuyết của các phương pháp phân tích tín hiệu dao động cũng như tầm quan trọng của việc bảo dưỡng thiết bị cơ khí và biện pháp tối ưu của việc bảo dưỡng thiết bị. 26 - Giải thích nguyên nhân từng hư hỏng và dấu hiệu nhận dạng trên cơ sở tín hiệu dao động bằng phương pháp phân tích phổ FFT và phương pháp hình bao. - Xây dựng phần mềm hỗ trợ chẩn đốn hư hỏng sử dụng cơng cụ Matlab. Phần mềm hỗ trợ các chuyên gia chẩn đốn hư hỏng nhanh chĩng nhận dạng loại hư hỏng của các phần tử cơ khí trong thiết bị và dây chuyền sản xuất một cách thuận tiện và chính xác. 2. Triển vọng đề tài Do điều kiện và thời gian nghiên cứu cịn hạn chế, trong phạm vi của lĩnh vực chẩn đốn hư hỏng bằng phân tích dao động khá mới và rất rộng, tác giả chỉ tiến hành nghiên cứu dấu hiệu nhận dạng hư hỏng trên cơ sở các tín hiệu dao động thu thập được, sử dụng phương pháp phân tích tần số và phương pháp phân tích hình bao, ứng với một số phần tử cơ khí. Do vậy cần tiếp tục nghiên cứu nhằm hồn thiện đề tài: - Nghiên cứu đưa vào phần mềm các dấu hiệu nhận dạng bằng phân tích dao động cho các hư hỏng trong hệ truyền động thủy lực, hư hỏng trong động cơ điện..., tiến hành nghiên cứu và đưa vào phần mềm dấu hiệu nhận dạng hư hỏng của các phần tử cơ khí và thủy lực, bằng các phương pháp phân tích dao động khác như phân tích phổ loga, phân tích wavelet... - Tiếp tục phát triển xây dựng phần mềm thành hệ chuyên gia phục vụ chẩn đốn hư hỏng, cĩ thể kết nối với các thiết bị ngoại vi để nhận tín hiệu và phân tích tín hiệu, sau đĩ đưa ra kết quả nhận dạng về loại hư hỏng gặp phải. 27