Phân tích rung động và ứng dụng của phân tích rung động

Phân tích rung động hoạt động như thế nào?

Phân tích rung động là quá trình xem xét mức độ và nghiên cứu các mẫu tín hiệu rung động. Nó bao gồm việc theo dõi cả sóng thời gian và phổ tần số của tín hiệu rung động thông qua việc áp dụng Biến đổi Fourier.

Khi chúng ta tiến hành phân tích miền thời gian trên các dạng sóng rung động ghi lại theo thời gian, quá trình này cho phép chúng ta xác định thời điểm và mức độ của các sự kiện rung động bất thường. Để thực hiện điều này, chúng ta trích xuất và nghiên cứu nhiều thông số khác nhau, bao gồm:

• Bình phương trung bình gốc (RMS): Đây là một đại lượng quan trọng để đo lường mức độ rung động trung bình trong một khoảng thời gian cụ thể.
• Độ lệch chuẩn: Thông qua độ lệch chuẩn, chúng ta có thể đánh giá độ biến đổi của tín hiệu rung động và sự phân tán của dữ liệu.
• Biên độ cực đại: Biên độ cực đại của tín hiệu rung động cho biết giá trị tối đa của nó trong một khoảng thời gian nhất định.
• Độ nhọn: Độ nhọn của tín hiệu rung động liên quan đến sự tập trung của nó ở một tần số cụ thể. Sự thay đổi trong độ nhọn có thể chỉ ra các biến đổi tần số quan trọng.
• Đỉnh yếu tố: Đỉnh yếu tố đo lường tần số tối đa trong tín hiệu rung động.
• Độ lệch và các yếu tố khác: Các thông số khác như độ lệch thường được sử dụng để đánh giá sự biến đổi và tính đa dạng của tín hiệu.

Phân tích miền thời gian giúp chúng ta đánh giá tình trạng tổng quan của các mục tiêu được theo dõi thông qua việc xem xét các biểu đồ thời gian và các thông số liên quan.

Trong các ứng dụng thực tế, đặc biệt là trong lĩnh vực máy quay, việc sử dụng phân tích phổ tần số cùng với phân tích miền thời gian là điều không thể thiếu. Máy quay, đặc biệt là những thiết bị phức tạp với nhiều bộ phận, thường tạo ra một sự kết hợp của các dao động từ các bộ phận riêng lẻ. Do đó, việc sử dụng chỉ dữ liệu dạng sóng thời gian đơn thuần để đánh giá tình trạng của các thành phần quan trọng như bánh răng, ổ trục và trục trong một thiết bị quay lớn là một thách thức khó khăn.

Phân tích tần số cho phép chúng ta phân tách các thành phần của sự kết hợp dao động này và xác định tính lặp lại của các mẫu rung động. Điều này cho phép chúng ta nghiên cứu các thành phần tần số tương ứng với từng bộ phận cụ thể. Đặc biệt, kỹ thuật Biến đổi Fourier nhanh (FFT) đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi, giúp thực hiện phân tích tần số một cách nhanh chóng và hiệu quả. Nó cũng cung cấp khả năng thiết kế các bộ lọc số để loại bỏ nhiễu và tiếng ồn khác nhau, cải thiện độ chính xác của quá trình phân tích và đánh giá tình trạng của các thành phần quay.

Rung là gì và các loại rung là gì?

Rung động là một hiện tượng vật lý xuất hiện trong các máy móc đang hoạt động và các cấu trúc chuyển động, không phụ thuộc vào tình trạng sức khỏe của chúng. Rung động có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm:

• Rung từ trục quay: Khi một trục quay quay nhanh hoặc không cân bằng, nó có thể tạo ra rung động.
• Rung từ răng bánh răng chia lưới: Trong các hệ thống cơ khí, các bánh răng gắn vào nhau có thể tạo ra rung động khi chuyển động.
• Rung từ phần tử ổ lăn: Các phần tử ổ lăn trong máy móc cũng có thể tạo ra sự rung động khi chúng tiếp xúc và trượt qua nhau.
• Rung từ điện trường quay: Trong các máy điện, sự hoạt động của điện trường quay cũng có thể gây ra rung động.
• Rung từ dòng chất lỏng: Khi chất lỏng chảy hoặc chuyển động trong các đường ống hoặc hệ thống, nó có thể tạo ra các dao động.
• Rung từ hiện tượng cháy: Trong một số trường hợp, các hiện tượng cháy có thể tạo ra âm thanh và dao động gây rung.
• Rung từ cộng hưởng cấu trúc: Khi các cấu trúc chuyển động cộng hưởng với nhau, chúng có thể tạo ra sự rung động.
• Rung từ chuyển động quay góc: Chuyển động quay góc của các thành phần có thể tạo ra rung động.

Vì sự phổ biến của hiện tượng rung động, nó có nhiều ứng dụng trong việc nghiên cứu và kiểm tra trạng thái hoạt động của máy móc và cấu trúc chuyển động.

Rung động có thể được biểu diễn dưới nhiều dạng khác nhau, bao gồm:

• Độ dịch chuyển: Đo khoảng cách mà một điểm cụ thể đã di chuyển.
• Vận tốc: Đo tốc độ di chuyển của một điểm, cho biết biến thiên về vị trí theo thời gian.
• Gia tốc: Đo lực tác động để thay đổi vận tốc, tức là khả năng tăng tốc của một điểm.

Tất cả ba dạng rung động này đều được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là gia tốc, bởi chúng cung cấp thông tin quan trọng để phân tích và hiểu về sự hoạt động và các vấn đề kỹ thuật liên quan đến rung động.

Cách đo độ rung động

Cách đo độ rung được thực hiện thông qua một loạt các cảm biến đa dạng. Các cảm biến này được thiết kế để phát hiện và đo lường các biến đổi liên quan đến rung động. Tùy thuộc vào mục tiêu cụ thể của bạn, có nhiều phương pháp và công nghệ khác nhau để thực hiện việc này. Dưới đây là một số ví dụ về cách đo độ rung:

• Sử dụng cảm biến áp điện (PZT): Cảm biến PZT là một trong những loại cảm biến phổ biến nhất để đo độ rung. Chúng tạo ra một tín hiệu điện áp khi bị biến dạng. Tín hiệu này sau đó có thể được số hóa và phân tích để biểu thị mức độ rung động. Khi bạn chọn cảm biến PZT, quan trọng phải xem xét các thông số như phạm vi đo và phạm vi tần số, cũng như điều kiện môi trường làm việc, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và độ pH.
• Sử dụng cảm biến vi cơ điện tử (MEMS): Cảm biến MEMS là một lựa chọn khác để đo rung động. Chúng được tích hợp sâu vào các thiết bị điện tử như điện thoại di động và máy tính bảng. Cảm biến này đo các biến đổi trong gia tốc và vận tốc và cung cấp dữ liệu kỹ thuật số cho phân tích.
• Sử dụng đầu dò tiệm cận: Đầu dò tiệm cận có thể được sử dụng để đo độ rung bằng cách phát hiện sự biến đổi trong khoảng cách giữa đầu dò và bề mặt. Thay đổi này có thể được chuyển thành tín hiệu điện và phân tích để xác định mức độ rung động.
• Sử dụng máy đo độ rung Doppler Laser: Máy đo này sử dụng nguyên tắc Doppler để đo tốc độ di chuyển của các vật thể và từ đó xác định mức độ rung động.
• Xem xét môi trường và lắp đặt cảm biến: Để đảm bảo dữ liệu đo là chất lượng cao, việc lắp đặt cảm biến rất quan trọng. Cảm biến nên được đặt trên bề mặt phẳng và sạch sẽ. Nếu không thể sử dụng giá đỡ đinh tán, bạn có thể xem xét việc sử dụng giá đỡ nam châm, sáp hoặc keo để cân nhắc độ cố định và tần số rung đúng.
• Lựa chọn tần số lấy mẫu: Tần số lấy mẫu của tín hiệu rung đặc biệt quan trọng. Nó phải được lựa chọn sao cho bao gồm tần số quan tâm và độ dài ghi phải đủ để thu thập dữ liệu có ý nghĩa, đặc biệt khi làm việc ở tốc độ thấp nhất của máy.

Các đặc điểm của rung động là gì?

Các đặc điểm của rung động rất đa dạng và có thể được miêu tả bằng nhiều khía cạnh khác nhau, chủ yếu bao gồm cường độ dựa trên biên độ và tính chất tuần hoàn dựa trên tần số. Hãy cùng xem xét chi tiết hơn:

• Biên độ (Amplitude): Biên độ là một trong những đặc điểm quan trọng của rung động. Nó đo lường khoảng cách tối đa mà một điểm trong mô hình rung động di chuyển khỏi vị trí cân bằng của nó. Ví dụ, trong Hình 1, biên độ cực đại là khoảng 0,12 g, cho biết biên độ tối đa của chuyển động bắt đầu khi cơ cấu chuyển động.
• Tần số (Frequency): Tần số là số lần mà một chuyển động hoặc dao động lặp lại trong một đơn vị thời gian. Nó thể hiện tính tuần hoàn của rung động. Trong trường hợp Hình 2, tần số chiếm ưu thế là 30 Hz, tức là cơ cấu rung động thực hiện 30 chu kỳ trong mỗi giây.
• Dạng sóng thời gian (Time-domain Waveform): Hình 1 cho thấy dạng sóng thời gian của mẫu rung động, biểu diễn sự thay đổi của biên độ và tốc độ chuyển động theo thời gian. Dạng sóng này có thể phức tạp và thay đổi theo thời gian, phản ánh sự biến đổi trong cường độ và tốc độ của rung động.
• Phổ tần số (Frequency Spectrum): Hình 2 thể hiện phổ tần số của cùng một tín hiệu rung động. Phổ tần số biểu thị mức độ đóng góp của các tần số khác nhau trong tín hiệu. Trong trường hợp này, tần số ưu thế là 30 Hz, nhấn mạnh rằng rung động chủ yếu xuất hiện ở tần số này.
• Giá trị bình phương trung bình gốc (RMS – Root Mean Square): Giá trị RMS thường được sử dụng để biểu thị mức tín hiệu “hiệu quả” của rung động. Nó đo lường mức độ trung bình của biên độ trong một khoảng thời gian. Trong ví dụ này, giá trị RMS là khoảng 0,007 g, đại diện cho mức tín hiệu “hiệu quả” của rung động.

Rung động có nhiều đặc điểm quan trọng, bao gồm biên độ, tần số, dạng sóng thời gian, phổ tần số và giá trị RMS, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất và đặc điểm của các dao động và chuyển động rung động.

Phân tích rung động có thể phát hiện những gì?

Phân tích rung động là một công cụ mạnh mẽ để phát hiện và theo dõi một loạt thông tin quan trọng liên quan đến hoạt động của máy móc và thiết bị. Dưới đây là một mô tả chi tiết về những gì có thể được phát hiện thông qua phân tích rung động:

• Mức độ rung động (Vibration Magnitude): Phân tích rung động theo miền thời gian giúp xác định mức độ rung động của máy móc. Bằng việc so sánh với giới hạn được chấp nhận được xác định trước, bạn có thể theo dõi xem máy móc hoạt động trong phạm vi rung động an toàn hay không. Nếu giới hạn này bị vượt quá, điều này có thể cho thấy tình trạng tổng thể của máy móc đang suy giảm và có thể dấn thân vào lỗi hoặc hỏng hóc.
• Phát hiện lỗi cụ thể: Phân tích rung động theo miền tần số được sử dụng để phát hiện các kiểu rung động bất thường, chẳng hạn như sự xuất hiện của lỗi cụ thể trong máy móc. Ví dụ, nếu một vết nứt bắt đầu xuất hiện trên bề mặt vòng bi, nó có thể dẫn đến va chạm định kỳ với các con lăn vòng bi. Thông tin này thường bị che giấu trong dạng sóng thời gian, nhưng thông qua phân tích phổ tần số, bạn có thể xác định chu kỳ của các va chạm này và từ đó phát hiện sự tồn tại của lỗi vòng bi.
• Đánh giá tình trạng tổng thể: Phân tích rung động cũng cho phép bạn đánh giá tình trạng tổng thể của máy móc. Bằng cách theo dõi các biến đổi trong mức độ rung động và tính toán các thông số như giá trị RMS, bạn có thể đưa ra đánh giá về tình trạng và hiệu suất của máy móc theo thời gian.

Phân tích rung động không chỉ giúp theo dõi mức độ rung động và xác định sự vượt quá giới hạn, mà còn cho phép phát hiện các lỗi cụ thể và đánh giá tình trạng tổng thể của máy móc. Điều này giúp cải thiện bảo trì dự đoán và đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu suất của thiết bị công nghiệp.

Hệ thống giám sát rung động là gì?

Hệ thống giám sát rung động là một hệ thống tổng hợp, được thiết kế để nắm bắt thông tin về rung động dựa trên các tham số đã được thiết lập trước, như tần số lấy mẫu, mức độ rung, thời gian ghi, độ dài ghi, và băng thông tần số. Chức năng chính của hệ thống này là thu thập và ghi lại tín hiệu rung động, sau đó xử lý và chuyển đổi thông tin này thành các chỉ báo trực quan, mà người vận hành máy, nhân viên bảo trì hoặc quản lý tài sản có thể sử dụng để theo dõi và đánh giá tình trạng của thiết bị hoặc cấu trúc được giám sát.

Hệ thống giám sát rung động không nên can thiệp vào hoạt động bình thường của máy móc hoặc cấu trúc được theo dõi. Thay vào đó, nó phải hoạt động ẩn, ghi lại dữ liệu mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động thông thường của thiết bị. Điều quan trọng là lợi ích của việc triển khai hệ thống giám sát rung động phải vượt trội hơn so với chi phí thực hiện và duy trì hệ thống.

Một số ứng dụng công nghiệp của phân tích rung động là gì?

Phân tích rung động có nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp

Giám sát tình trạng máy móc

Phân tích rung động thường được sử dụng để theo dõi và đánh giá tình trạng của máy móc và các bộ phận quay chính của chúng. Các ứng dụng bao gồm:

• Vòng bi: Xác định tình trạng và độ cố định của vòng bi, phát hiện sớm các dấu hiệu của hỏng hóc hoặc mòn.
• Bánh răng, trục, bánh xe tự do: Theo dõi độ rung và cân nhắc mức độ va đập và tiếp xúc không mong muốn.
• Máy quay: Đánh giá tình trạng của các máy quay như hộp số, động cơ, quạt và bộ truyền động, phát hiện sự cố và hỏng hóc.

Giám sát tình trạng kết cấu

Phân tích rung động cũng đã được áp dụng trong giám sát tình trạng kết cấu, bao gồm:

• Cầu: Đánh giá tình trạng cấu trúc cầu và phát hiện các vết nứt hoặc sự yếu đuối trong kết cấu.
• Ống: Theo dõi tình trạng ống và phát hiện các biến đổi trong độ đàn hồi và cấu trúc ống.
• Cánh tua-bin: Xác định tình trạng của cánh tua-bin trong các hệ thống quạt và máy sấy, phát hiện sự cố như mất cân bằng và hỏng hóc.

Tổng cộng, phân tích rung động là một công cụ quan trọng trong việc duy trì và cải thiện tình trạng của máy móc công nghiệp và cấu trúc kết cấu, giúp giảm thiểu thời gian chết máy, tăng hiệu suất và đảm bảo an toàn trong môi trường công nghiệp.

Thuận lợi của phân tích rung động trong ứng dụng công nghiệp

Phân tích rung động trong ứng dụng công nghiệp mang lại nhiều ưu điểm quan trọng, bao gồm:

• Phản ứng theo thời gian thực: Phân tích rung động cho phép phản ứng theo thời gian thực đối với sự thay đổi trong tình trạng sức khỏe của thiết bị hoặc cấu trúc. Điều này có nghĩa là bạn có thể phát hiện sớm bất kỳ vấn đề nào xuất hiện và thực hiện các biện pháp bảo trì kịp thời trước khi chúng trở nên nghiêm trọng.
• Hỗ trợ giám sát tình trạng từ xa: Phân tích rung động cho phép giám sát tình trạng từ xa của thiết bị hoặc cấu trúc. Điều này rất hữu ích khi bạn cần theo dõi và đánh giá tình trạng của các thiết bị đặt ở các vị trí khó tiếp cận hoặc nguy hiểm.
• Phương pháp/Thuật toán xử lý và phân tích tín hiệu được thiết lập tốt cho bảo trì dự đoán: Có sẵn các phương pháp và thuật toán xử lý và phân tích tín hiệu đáng tin cậy trong phân tích rung động. Điều này giúp cải thiện khả năng dự đoán khi đánh giá tình trạng của thiết bị, từ đó tối ưu hóa lịch trình bảo trì và giảm thiểu thời gian chết máy không cần thiết.
• Được hỗ trợ bởi nhiều cảm biến khác nhau: Có sẵn nhiều loại cảm biến rung động trên thị trường, phù hợp với các điều kiện hoạt động khác nhau. Điều này đảm bảo rằng bạn có thể lựa chọn cảm biến phù hợp nhất cho môi trường và ứng dụng cụ thể của bạn để thu thập dữ liệu chính xác.

Phân tích rung động là một công cụ quan trọng trong công nghiệp với những ưu điểm như phản ứng thời gian thực, khả năng giám sát từ xa, sự hỗ trợ từ các phương pháp và thuật toán đã thiết lập tốt, và sự linh hoạt trong việc sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau.

Hạn chế của phân tích rung động trong ứng dụng công nghiệp

Phân tích rung động trong lĩnh vực công nghiệp có những hạn chế riêng, bao gồm:

• Khó tiến hành định vị lỗi: Việc xác định vị trí cụ thể của lỗi trong thiết bị hoặc cấu trúc có thể khó khăn. Rung động thường phản ánh tình trạng tổng thể của hệ thống, nhưng việc xác định địa điểm chính xác của sự cố đôi khi đòi hỏi thêm phương tiện kiểm tra khác.
• Khó theo dõi sự lan truyền vết nứt: Sự lan truyền và phát triển của vết nứt trong cấu trúc hoặc máy móc có thể không dễ dàng theo dõi thông qua phân tích rung động. Điều này có thể đòi hỏi các phương pháp khác, chẳng hạn như kiểm tra bằng mắt thường, để theo dõi sự phát triển của vết nứt.
• Yêu cầu cao để thiết lập hệ thống phù hợp: Thiết lập một hệ thống phân tích rung động hiệu quả và phù hợp yêu cầu kiến thức kỹ thuật cao và tốn nhiều công sức. Điều này bao gồm việc chọn lựa cảm biến thích hợp, cấu hình các tham số phân tích, và đảm bảo tính đáng tin cậy của hệ thống.

Mặc dù có những hạn chế này, phân tích rung động vẫn là một công cụ quan trọng trong công nghiệp và có thể cải thiện sự hiểu biết về tình trạng của máy móc và cấu trúc. Để vượt qua những hạn chế này, thường cần kết hợp phân tích rung động với các phương pháp kiểm tra khác để có cái nhìn toàn diện hơn về tình trạng của hệ thống.

Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn biết được các ứng dụng của buồng đo độ ẩm và nhiệt độ trong ngành công nghiệp ô tô. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, xin vui lòng truy cập vào trang website COMIT và Fanpage của chúng tôi.

Hoàng Thu

Live your dream

Xem bài khác