đồ án kỹ thuật cơ khí Chẩn đoán kỹ thuật, chẩn đoán kỹ bằng biện pháp đo dao động.

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo
Phạm Minh Hải, người đã hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ
án này và đã cung cấp cho em những tài liệu để nghiên cứu đề tài và những
ý kiến đóng góp quý báu cho việc hồn thành đồ án.
Em cũng bày tỏ lịng cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo trong Trường
Đại Học Bách Khoa Hà Nội nói chung và khoa Cơ Khí nói riêng đã dìu dắt
em trong những năm học vừa qua. Bộ môm Cơ Sở Thiết Kế Máy & Robot
trường Đai Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện để em thực tập và hoàn
thành đề tài.
Cuối cùng, một lần nữa em xin cảm ơn tất cả các thầy cơ trong bộ mơn và
khoa cơ khí, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ em về mọi mặt để em hoàn
thành nhiệm vụ được giao.

1


Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, dưới áp lực cạnh tranh gay gắt của thị trường, việc cần thiết
phải giảm tối đa giá thành sản phẩm cũng nh các chi phí quản lý nhà máy
đang là một vấn đề rất bức xúc và cần phải giải quyết một cách triệt để.
Hàng năm các công ty phải bỏ ra một khoản chi phí rất lớn để bảo dưỡng
và sửa chữa máy móc. Để giảm được tối thiểu chi phí cho bảo dưỡng và sửa
chữa thì ta cần phải chủ động trong công tác lập kế hoạch sửa chữa. Nhằm
thoả mãn tăng năng suất thiết bị, giảm giá thành sản phẩm tăng khả năng
cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường đòi hỏi các nhà Quản Lý sản xuất
phải đổi mới công nghệ sản xuất cũng như việc ứng dụng các thành tựu của
khoa học vào các dây chuyền sản xuất một trong những phương pháp được

thực hiện chủ yếu tại các nhà máy là nâng cao công tác tổ chức, quản lý bảo
dưỡng thiết bị tận dụng tối đa năng lực sản suất của hệ thống thiết bị và
giảm tối thiếu các hư hỏng trên hệ thống thiết bị.
Từ những năm 50 của thế kỷ 20 các kỹ thuật tiên tiến đã liên tục được
phát triển và ứng dụng tại các dây chuyền sản xuất của các nước công
nghiệp phát triển. Hàng loạt các phương pháp bảo dưỡng liên tục ra đời thay
thế cho các phương pháp cũ lạc hậu trong các dây chuyền sản xuất nh bảo dưỡng khi hư hỏng. Hệ thống giám sát và chẩn đốn tình trạng thiết bị là một
hệ thống tích hợp ( phần cứng – máy đo, đầu đo; phần mềm và giải pháp )
thực hiện giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống máy móc thiết bị, phân
tích các yếu tố tác động lên thiết bị qua đó có thể dự báo chính xác được tuổi
thọ của thiết bị, chẩn đốn các hư hỏng sẽ suất hiện trên hệ thống, xác định
được vị trí nguyên nhân và mức độ hư háng. Cung cấp đầy đủ các thông tin
cần thiết giúp các nhà quản lý và các kỹ sù bảo dưỡng hoàn toàn chủ động
trong việc tổ chức sản xuất, chuẩn bị vật tư thay thế và lên lịch sửa chữa bảo
2


Đồ án tốt nghiệp
dưỡng thiết bị. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin các thiết bị đo
trở lên nhỏ gọn, có khả năng phân tích và xử lý tín hiệu cao.
Hệ thống giám sát và chẩn đốn tình trạng thiết bị hiện đại cịn cho phép
tích hợp với các hệ thống điều khiển trung tâm như từ đơn giản ( PLC ) đến
các hệ thống phức tạp ( SCADA, DCS ) tạo thành hệ thống tác động tồn
diện cho phép vừa giám sát, điều kiển cơng nghệ, vừa giám sát được tình
trạng làm việc của từng chi tiết thiết bị của dây chuyền sản xuất. Vì vậy
trong những năm gần đây, hệ thống giám sát và chẩn đốn tình trạng thiết bị
trở thành một bộ phận khơng thể thiếu trong bất kỳ một dây chuyền sản xuất
nào của các nước có nền cơng nghiệp tiên tiến.
Phương pháp bảo dưỡng phịng ngừa theo tình trạng thiết bị đầu tiên được đa vào áp dụng chủ yếu trong các nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử,
các nhà máy hoá chất… Từ những năm 90 trở lại đây phương pháp này được

áp dụng cho các nhà máy giấy, dây chuyền cán thép, nhà máy ximăng…và
nhanh chóng thể hiện được những ưu điểm nổi bật của nó trong cơng tác bảo
dưỡng phòng ngừa ở các nhà máy này.

3


Đồ án tốt nghiệp

Chương I
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT, CHẨN ĐOÁN
KỸ BẰNG BIỆN PHÁP ĐO DAO ĐỘNG.

1.1. Khái niệm cơ bản về kỹ thuật chẩn đốn tình trạng thiết bị
Các máy móc và thiết bị đựơc trang bị trong các nhà máy, xí nghiệp ngày
nay càng tăng về kích cỡ, tốc độ, tính liên tục và độ phức tạp. Do đó, sự ảnh
hưởng xấu bở các điều kiện bất thường của máy móc thiết bị lên các dây
chuyền sản xuất rất khó xác định, chi phí cho việc bảo dưỡng máy móc sẽ
ngày càng tăng trong chi phí quản lý của nhà máy.
Để việc bảo dưỡng máy móc thiết bị trở lên chính xác có hiệu quả, cần
phải biết chính xác tình trạng hư hỏng cũng như ngun nhân gây ra hư
hỏng trên hệ thống máy thiết bị cần bảo dưỡng. Sau khi đã nắm rõ thực trạng
của máy móc thiết bị, các bước thao tác quan trọng sau đây phải được thực
hiện theo đúng các yêu cầu kỹ thuật của thiết bị:
- Xác định thời gian và khối lượng chi tiết cần sửa chữa, thay thế.
- Đảm bảo độ tin cậycủa công tác sửa chữa, thay thế.
- Xác định thời gian đặt hàng của các chi tiết thay thế.
- Xác địng các phương pháp bảo dưỡng chính xác.
Do đó, có thể thực hiện tất cả các thao tác bảo dưỡng máy một cách chính
xác và có hiệu quả, việc áp dụng kỹ thuật chẩn đốn tình trạng của thiết bị

( Machine Condition Diagnosis Technique – CDT ) là đặc biệt cần thiết. Với
kỹ thuật này, các hư hỏng, độ sai lệch, độ bền và hiệu suất…của máy sẽ
được đo đạc để phục vụ cho các công tác chuẩn đoán sau này.

4


Đồ án tốt nghiệp
Kỹ thuật chuẩn đốn tình trạng của thiết bị có thể được định nghĩa là: kỹ
thuật mà trong đó tình trạng của máy như các ngoại lực tác động lên máy, độ
bền hiệu suất của máy, các hư hỏng và các thiếu sót của hệ thống máy móc...
được định lượng nhằm phân tích và dự báo độ tin cậy và các tính năng của
hệ thống, trong đó nếu bất cứ tình trạng bất thường nào được phát hiện,
nguyên nhân, vị trí, mức độ nguy hiểm… sẽ được xác định và được phân
tích nhằm đưa ra các phương pháp xử lý chính xác.
Do đó, cần phải chú ý rằng: kỹ thuật chuẩn đốn tình trạng thiết bị là một
khái niệm rộng hơn nhiều so với kỹ thuật khảo sát và tìm hiểu hư hỏng của
thiết bị ( tất nhiên kỹ thuật này cũng bao hàm trong kỹ thuật chun oỏn tỡnh
trng).
Thiết bị
Tác động
Các hư
hỏng cơ khí

Phỏt hin v tính tốn
tác động
- Kỹ thuật phát hiện
tác động.
- Kỹ thuật tớnh toỏn
tỏc ng.

Hỏng hóc
Fm

Truyền
động cơ khí

Phỏt hin v tớnh toỏn
mc độ hư hỏng
- Phát hiện mức độ hư
hỏng.
- Phân tích v tớnh toỏn
mc h hng.

Độ bền và
hiệu suất

Xỏc nh và tính tốn độ
bền và hiệu suất thiết bị
- Kỹ thuật xác định độ
bền và hiệu suất.
- Phân tích và tính tốn
hiệu suất và độ bền.

Chẩn đốn tồn diện
- Ngun nhân và mức độ hư
hỏng.
- Dự đoán độ tin cậy và tuổi thọ.
- Lựa chọn các phương pháp cải
tiến, sửa chữa.

5


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1 Các khái niệm cơ bản của kỹ thuật
chẩn đốn tình trạng thiết bị

Kü tht chÈn đoán tình trạng thiết bị

Bình thường
Bình thường

Kỹ thuật giám sát

Kỹ thuật phân tích tình
trạng

tình trạng
Kỹ thuật chẩn đoán ban đầu cho
thiết bị, được thực hiện bởi công
nhân ngoài hiện trường.

Kỹ thuật phân tích tình trạng thiết bị
được thực hiện bởi các chuyên gia
gọi là đội phân tích tình trạng.

Các y tá cho thiết bị

Các chuyên gia y tế cho thiết bÞ

Hình 1.2 Hệ thống cơ bản của kỹ thuật chẩn đốn
tình trạng thiết bị
1.2. Các thành phần cơ bản của chẩn đốn tình trạng thiết bị
Kỹ thuật giám sát tình trạng ( Condition Monitoring Technique – CMT)
được thực hiện chủ yếu bởi cơng nhân ngồi hiện trường và đưa ra các chẩn
đốn ban đầu về tình trạng của thiết bị.
Kỹ thuật phân tích tình trạng ( Condition analysis Technique - CAT)
được thực hiện bởi các chuyên gia nhằm đưa ra các quyết định cuối cùng về
tình trạng của các thiết bị.

6


Đồ án tốt nghiệp
Mối liên hệ giữa hai kỹ thuật này ( CMT & CAT ) tương tù nh mối liên
hệ giữa y tá và bác sĩ trong y học. Có nghĩa là hệ thống phát hiện sớm các
bệnh để điều trị và bảo vệ sức khoẻ không chỉ áp dụng cho người mà còn áp
dụng cho cả thiết bị và máy móc.
CMT tương tù nh việc kiểm tra sức khoẻ ban đầu của bệnh nhân nhằm
giám sát tình trạng của thiết bị một cách nhanh chóng và có hiệu quả, kỹ
thuật này bao gồm các chức năng cơ bản sau:
- Định hướng tác động lên máy và phát hiện các tác động bất bình
thường.
- Xác định xu hướng phát triển của sai xót, hư hỏng nhằm phát hiện
chúng ở các giai đoạn sớm nhất.
- Xác định các đặc tính, hiệu suất … của máy móc nhằm phát hiện các
trạng thái bất thường.
- Giám sát và bảo vệ máy móc.

- Tìm kiếm các máy móc hư hỏng ( tìm bệnh nhân ).
CAT là kỹ thuật phân tích chính xác các “ hiện tượng bất thường “ của
thiết bị được phát hiện bởi CMT, nhằm đa ra các quyết định về việc sửa
chữa, bảo dưỡng. Do đó, nó bao gồm các chức năng sau:
- Xác định kiểu, dạng của bất thường
- Xác định nguyên nhân gây ra bất thường
- Xác định mức độ nguy hiểm và dự báo cả quá trình phát triển
- Đưa ra các phương pháp xử lý thích hợp.
Ngồi ra, CAT cịn bao gồm một số các kỹ thuật đo và phân tích cơ bản
như:
- Kỹ thuật định lượng các tác động.
7


Đồ án tốt nghiệp
- Kỹ thuật tìm kiếm và phân tích lỗi.
- Kỹ thuật định lượng độ bền và hiệu suất của thiết bị.
Hình 1.3 bao gồm các nội dung chính của CAT. Ngồi ra, nó cịn bao
gồm rất nhiều chương trình tính tốn và phân tích các hư hỏng vật lý.
Bảng1.1 chỉ ra chi tiết việc áp dụng CAT cho các thiết bị cụ thể. Từ bảng
này ta có thể chọn các phương án thích ứng với các loại thiết bị và mức độ
ứng dụng của chúng trong thực tế.
Phân

Thiết bị chính

loại

Phương

pháp

Hớng dẫn khai triển

chẩn
đốn

Chi
tiết
máy

- Bạc

- Phương pháp đo Các phương pháp xung
dao động của âm. của SKF, phương pháp

- Bánh

- Phương pháp

- ổ lăn

răng

cách điện.

vòng của MTL, phương
pháp sóng dao động với
tần số cao của Nippon

- Phương pháp Steel.. được sử dụng trong
biến đổi vận tốc. thực tế khi chẩn đoán các
- Phương pháp ổ lăn. Với hệ thống bánh
phân tích dấu.

răng của máy móc các lý
thuyết

chẩn

đốn của

ĐHTH Southampton và
(NASA) hay được sử
dụng nhất. Với các ổ trượt
người ta hay dùng các
phương pháp đo độ ổn

8


Đồ án tốt nghiệp
định và cách điện.
Các

- Hệ trục dẫn.

- Phương pháp

Để dò vết nứt của trục

cơ cấu - Chi tiết quay dao động của âm các phương pháp đo rung
truyền với vận tốc - Phương pháp đo và ồn thường được áp
lực
dụng. Khi chẩn đoán các
cao
ồn.
- Các trục máy - Phương pháp
rung

dao động bất thường của
các chi tiết quay với tốc
độ cao, người ta hay dùng
kết quả của GE (Mỹ) và
hiện nay là Đức và Thuỵ
Điển

Các

- Các máy - Phương pháp

máy

thuỷ lực bơm, dao động của âm

thuỷ

Để chẩn đoán các tua

tua bin thuỷ

khí

bin thuỷ, bơm…Người ta

- Phương pháp thường dùng phương pháp
xung áp suất. Phương
- Máy dùng áp xung áp suất.
suất dầu: bơm, - Phương pháp pháp siêu âm khí, phương
pháp nhiệt độ thường đưxilanh,van.
siêu âm khí.
ợc dùng để dị tìm kẽ hở
- Các máy khí: - Phương pháp
van… Các kỹ thuật chẩn
máy nén, quạt. thay đổi nhiệt độ
đoán cho các máy dùng áp
- Phương pháp đo suất dầu…Được nghiên
hiệu quả.

Các

- Động cơ

- Phương pháp đo

máy

Tua bin

dao động âm

phát

-

Động

cơ

chạy bằng áp

cứu từ những năm 50
Các kỹ thuật chẩn đoán
các máy móc dạng này

-Phương pháp được chủ yếu nghiên cứu
phân tích khí đốt. cho động cơ của máy bay,
9


Đồ án tốt nghiệp
suất dầu.

- Phương pháp tàu biển…và cũng được
xung áp suất.

áp dụng rất nhiều trong

- Phương pháp nhà máy điện .
phân tích khí thải.

Các

- Máy cơng - Phương pháp

máy

cụ.

dao động của âm.

chế

- Máy cắt.

- Phương pháp được thực hiên khoảng 20
năm trước đây và đã được
dòng điện

biến

- Máy hàn.

- Phương pháp tia
lửa điện.

Các phương pháp chẩn
đoán cho máy cơng cụ đã

hệ thống hố. Việc chẩn
đốn các máy hàn điện ra

không thường xuyên, tuy
nhiên hiện nay đã xuất
hiện máy hàn có tính năng
tự động chẩn đốn.

Các

- Bồn áp suất.

máy

- Các kết cấu ồn.

tĩnh

thép.

điện

- Phương pháp đo

Với các hệ buồng áp suất
hoặc cấu trúc dàn tĩnh đặc

- Hệ đường

- Phương pháp biệt là các dạng dàn
dùng
camara khoan, người ta hay dùng

ống.

hồng ngoại.
- Phương pháp
siêu âm.

phương pháp đo độ ồn. Để
chẩn đốn độ dày của vỏ,
độ ăn mịn của tháp và
thùng

chứa

người

ta

- Phương pháp đo thường áp dụng các
độ mòn.
phương pháp siêu âm,
- Phương pháp dự phương pháp cơ khí….
báo cơ khí.
10


Đồ án tốt nghiệp

Các

- Máy điện có - Phương pháp

máy

chi tiết quay.

điện

-

dao động của âm.

Các phương pháp như
chẩn đoán cách điện, định

điện - Phương pháp vị điểm lồi… đã được áp
khơng có chi phân tích dịng dụng từ khá lâu. Hiện tại
các phương pháp đo dao
tiết quay.
điện.
Máy

- Cáp điện.

- Phương pháp
chẩn đốn dịng
điện.

động âm, phương pháp
phân tích dịng, bước đầu
được nghiên cứu và áp

dụng nằm nâng cao hiệu

- Phương pháp quả của việc chẩn đoán
định điểm lỗi.
trong lĩnh vực này.

Các

-

Hệ

hệ

khiển động cơ. định hệ thống.

điều

-

khiển

khiển

Hệ

điều - Lý thuyết cố

- Lý thuyết phân
Hệ

chức năng được áp dụng

điều - Lý thuyết thống trong hầu hết các hệ điều
khiển. Hiện nay người ta
thuỷ kê

lực.
-

Phương pháp chuyển đổi

điều tích nhiều biến.

khiển dụng cụ

đang cố gắng áp dụng cụ
các phương pháp chẩn
đoán hiện đại nh phương
pháp lọc Kalman, nhằm
đạt độ chính xác chẩn
đốn cao hơn

Bảng 1.1 Các kỹ thuật áp dụng cho chẩn đốn tình trạng thiết bị

11


Đồ án tốt nghiệp
1.3. Hệ thống bảo dưỡng phòng ngừa (bảo dưỡng theo tình trạng)

Trong hầu hết cơng tác bảo dưỡng hiện nay, bảo dưỡng phòng ngừa được áp dụng hầu hết các nghành cơng nghiệp. Ví dụ trong nghành công
nghiệp gang thép, cứ 10 ngày một lần nhà máy sẽ dừng 10 giờ để thực hiện
sử chữa nhỏ và 10 ngày trong một năm để sử chữa lớn. Khi công tác sử chữa
được thực hiện định kỳ theo một khoảng thời gian, thì cơng tác bảo dưỡng được gọi là bảo dưỡng theo thời gian ( Time Based Maintenance – TBM)
Ngược lại công tác bảo dưỡng thực hiện theo các tình trạng hư hỏng của
thiết bị được xác định bởi kỹ thuật chẩn đốn tình trạng gọi là bảo dưỡng
theo tình trạng gọi là bảo dưỡng theo tình trạng (Condition Based
Maintenane –CMB ) hoặc bảo dưỡng theo phòng ngừa (Predictive
Maintenance – PRM).
Bảo dưỡng theo thời gian thường được thực hiện theo các chu kỳ thời
gian ngắn hơn so với tuổi thọ của thiết bị. Khoảng thời gian này được xác
định dựa theo sự phân bố các hư háng trong quá trình làm việc của từng thiết
bị cụ thể . Nếu khoảng thời gian được đặt quá dài, các hư hỏng có thể xuất
hiện do sự phân bố hư háng của máy, vì vậy khoảng thời gian giữa các kỳ
bảo dưỡng phải đủ ngắn và khối lượng bảo dưỡng tăng lên.
Mặc dù các thiết bị được sử chữa tất cả các hư háng nhưng sau mỗi lần
sửa chữa, độ tin cậy của hệ thống vẫn không được nâng cao nh muốn. Vì
vậy, phương pháp bảo dưỡng theo thời gian khơng đảm bảo độ tin cậy làm
việc của máy cũng nh tiết kiệm chi phí bảo dưỡng.
Mặt khác, đối với phương pháp bảo dưỡng đường theo tình trạng. Chu kỳ
sửa chữa trong phương pháp bảo dưỡng theo thời gian được thay thế bằng
chu kỳ chẩn đoán. trong phương pháp bảo dưỡng theo tình trạng, khơng phải

12


Đồ án tốt nghiệp
sửa chữa mà chỉ có chẩn đốn và giám sát được thực hiện theo chu kỳ sửa
chữa theo tỡnh trng.

Hệ thống bảo dưỡng theo thời gian
Thời điểm sửa chữa theo lịch

Thời điểm các kỹ sư CDT yêu câù sửa chữa
Thời gian
Hệ thống bảo dưỡng theo tình trạng
Điểm giám sát mức dao động theo chu kỳ

Hư hỏng

Thực hiện
sửa ch÷a

Thêi gian

13


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3 Bảo dưỡng theo thời gian và bảo dưỡng theo tình trạng
Theo cách này :
- Vì tình trạng của thiết bị được giám sát một cách chặt chẽ, các chi phí
pháp sinh trong q trình bảo dưỡng cịng như các hư hỏng có thể tránh
được.
-Khi khơng cần thực hiện các chu kỳ sửa chữa, các chi phí vật tư cịng như
nhân cơng cho cơng cho cơng tác bảo dưỡng giảm đi đáng kể, các sai sãt của
cơng nhân trong q trình sửa chữa cũng có thể tránh được.
Hình 1.2 chỉ ra mối liên hệ giữa chi phí bảo dưỡng và thời gian dừng máy
của các phương pháp bảo dưỡng khi háng (Break down Maintenance), bảo

dưỡng theo thời gian (Time Based Maintenance ) và bảo dưỡng theo tình
trạng (Condition Based Maintenance).
Trong sơ đồ, độ rộng của hình chữ nhật chỉ ra chu kỳ dừng máy và chiều
cao là khối lượng cần bảo dưỡng. Diện tích của hình chữ nhật là tổng chi phí
bảo dưỡng. Sơ đồ này đợc dựa trên các cơ sở dữ liệu có thật tại nhà máy
giấy Anh.
Qua sơ đồ này ta thấy rằng, nếu phương pháp bảo dưỡng theo tình trạng
được áp dụng chi phí bảo dưỡng được giảm đi đáng kể.
B¶o d­ìng háng hãc

14
Th¸ng


Đồ án tốt nghiệp

B¶o d­ìng theo thêi gian (TBM )

Sưa chữa nhỏ khi dừng máy

Tháng
Bảo dưỡng theo tình trạng (CMB )

15
Th¸ng


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.4 So sánh giữa các phương pháp bảo dưỡng

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ CỦA CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT
BẰNG ĐO DAO ĐỘNG
2.1 ý nghĩa và các dạng dao động của máy
Khi máy móc xuất hiện các hiện tượng bất thường, trong phần lớn các
trường hợp, chúng sẽ làm thay đổi biên độ và tần số dao động của máy. Do
đó nếu dao động được đo và phân tích ta có thể xác định được các hư hỏng
của máy mà khơng cần dừng hoặc tháo máy. Đây chính là lý do tại sao mà
dao động được coi là đại lượng chỉ thị tình trạng của máy.
Dao động của máy được định nghĩa là “ sù thay đổi theo các khoảng thời
gian, trong đó độ lớn của đại lượng chỉ thị sự chuyển động hoặc chuyển vị
của một hệ thống máy móc trở lên rất lớn hơn giá trị trung bình hoặc giá trị
quy ước tại một thời điểm nào đó mà trở nên nhỏ hơn thời điểm tiếp theo,
sau đó liên tục lặp lại hai trạng thái này”.
Theo quan điểm chẩn đốn tình trạng máy đặc biệt là các máy quay, các
dạng dao động của máy như ở hình 2.1
Dao động của máy có thể chia làm hai loại chính:

16


Đồ án tốt nghiệp
- Dao động có quy tắc: Là loại dao động mà dạng sóng được xác định
trực

tiếp

theo

thời

gian.

- Dao động bất quy tắc: Là dao động mà dạng sóng của nó chỉ có thể
xác định bởi các chỉ số thống kê như giá trị trung bình µ và hệ số phân
bè δ tại một thời điểm nào đó.
Biên độ dao động có quy tắc d là một hàm của thời gian t :
d = D(t)

(2.1)

Công thức này áp dụng cho dao động có chu kỳ và khơng có chu kỳ.
Mặt khác, với các dao động bất quy tắc, sóng dao động thay đổi không
theo quy luật thời gian và không thể mô tả chúng như là một hàm thời gian
ngược lại với biểu thức (2.1). Quá trình xử lý các sóng dao động bất quy tắc
này gọi là quá trình thống kê và trong trường hợp này sự phân tích sẽ dựa
trên thuyết xác suất. Để mơ tả mản chất dao động, người ta dùng các chỉ số
thống kê như các hàm xác suất P(d), giá trị trung bình d và hệ số phân bố σ.
Để phục vụ cho việc chuẩn đoán, cần phải nhận biết các dạng dao động như
ở hình 2.1 tương ứng với dạng dao động của máy cần chẩn đốn và qua đó ta
xác định phương pháp đo và phân tích. Dạng dao động thường gặp trong
chẩn đoán các máy quay là các dao động có chu kỳ, dao động giả chu kỳ,
dao động bất quy tắc có dải hẹp, dao động bất quy tắc có dải rộng ….

17


Đồ án tốt nghiệp

18


Đồ án tốt nghiệp

19


Đồ án tốt nghiệp

2.2. Dao động điều hoà và đặc tính cơ bản
Hình 2.2 mơ tả hệ thống bao gồm lò xo với hệ số độ cứng K nối với một
vật nặng có khối lượng M. nếu vật nặng được kéo đi với một khoảng cách D
so với chiều dài ban đầu sau đó thả ra, vật nặng sẽ di chuyển theo chu kỳ
theo phương thẳng đứng. Trong trường hợp này, vị trí của vật nặng tại thời
điểm nào đó tạo nên dạng sóng hình sin
Dao động mà chuyển vị của nó là hình sin theo thời gian được gọi là dao
động điều hoà hay dao động điều hoà đơn.
Chuyển vị d theo thời gian t được mô tả bởi cơng thức:
d = Dsin( 2 πt/T + θ )
Trong đó :

Chu kỳ T là khoảng thời gian ngắn nhất mà các trạng thái

tương tự lặp lại và là dẫn xuất của tần số f = 1/T [ Hz] và ω = 2πf [rad/s]
Trong các thông số của dao động điều hồ, giá trị trung bình d av và giá trị
bình phương trung bình drms là hai thơng số quan trọng. Giá trị d av là giá trị
trung bình của 1 nửa chu kỳ. Hệ số hình dạng F f dùng để thể hiện dạng sóng

20

Đồ án tốt nghiệp
của dao động:

F f = drms/dav

Hệ số Crest Fc chỉ ra các thuộc tính ảnh hưởng của dạng sóng :
Fc = D/drms
Các giá trị dav, drms, Ff và Fc thường được sử dụng để chẩn đốn tình trạng
máy như các chỉ thị số thể hiện đặc tính khơng chỉ dao động điều hồ mà
cịn cho các dạng dao động nói chung.
2.3. Dao động có chu kỳ và các đặc tính cơ bản
Khi sóng dao động và được lặp lại sau mỗi chu kỳ T và biểu thức D(t)
=D(t +nT) với ( n = 0, 1, 2…) được xác lập thì dao động được gọi là dao
động có chu kỳ, Khi thực hiện chuyển động quay quanh nó tạo nên các
chuyển động có chu kỳ và giả chu kỳ. Dao động giả chu kỳ không thực sự là
một dao động có chu kỳ, tuy nhiên ta có thể biến đổi thành dạng dao động có
chu kỳ thơng qua phép biến đổi envelop…
Dao động có chu kỳ cũng được gọi là dao động có dạng sóng méo trong
kỹ thuật điện và cũng được coi là tổng của các dao động diều hoà.
Dao động với các thành phần tần số là giống nhau nhưng dạng sóng sẽ rất
khác nhau và các sóng này hồn tồn phụ thuộc vào mối liên hệ giữa các pha
ban đầu.
Nếu các sóng dao động điều hồ có tần số khác nhau kết hợp với nhau sẽ
tạo ra các dao động có chu kỳ, tính chất điều hồ khơng cịn nữa.
2.4. Các dao động giả chu kỳ và các đặc tính cơ bản
Dạng dao động bất quy tắc với tần số cao f s theo chu kỳ Ts(1/fs) tại tâm
dao động xét một cách chính xác thì khơng phải là dao động có chu kỳ. Do
đó, việc phân tích tần số được thực hiện, các giá trị cực đại cũng không thể

21


Đồ án tốt nghiệp
chỉ ra chính xác trên đồ thị. Đặc biệt khi chuẩn đốn tình trạng máy, thường
ta phải xác định chu kỳ Ts nhưng nó khơng xuất hiện trên phổ tần số.
Trong trường hợp này, nếu ta lật phần âm của sóng dao động lên phần
dương của nó và thực hiện xử lý các giá trị dương.
Nếu như việc xử lý tín hiệu qua các giá trị tuyệt đối là một nội dung của
phương pháp lọc dải tần số thấp thì phương pháp xử lý envelop các tín hiệu
xử lý thường có dạng d(t) = d(t + nT s). Như vậy với các dao động có chu kỳ
các phổ đường sẽ đạt cực đại. Các dạng dao động giả chu kỳ thường gặp khi
chuẩn đoán ổ lăn, bánh răng, động cơ…

CHƯƠNG III ĐẦU ĐO, MÁY ĐO VÀ BỘ LỌC
3.1 Gới thiệu về các loại cảm biến
3.1.1 Cảm biến gia tốc.
 khái niệm về cảm biến gia tốc
Cảm biến gia tốc là dựa trên một hiện tượng vật lý nào đó và sử dụng mối
quan hệ giữa lực và khối lượng để nhận được đại lượng điện hoặc thông tin
về đo gia tốc. Cảm biến gia tốc được phân chia thành nhiều loại khác nhau
phụ thuộc vào hiện tượng vật lý mà nó áp dụng và việc cho chúng đo trực
tiếp một lực hoặc đo giám tiếp thông qua sự biến dạng hay dịch chuyển của
vật trung gian.
Ta cũng có thể phân chia cảm biến gia tốc theo các hiện tượng mà cảm
biến được sử dụng để phân tích và dải tần số có Ých của các hiện tượng này

22

Đồ án tốt nghiệp
xác định dạng cảm biến thích hợp để nâng cao độ chính xác. Cảm biến đo
gia tốc là cảm biến chuyển động khơng cần có điểm mốc.
 Nguyên lý cảm biến rung động
Tuỳ theo dải tần số, cảm biến rung động được cấu tạo từ một loại cảm
biến dịch chuyển, cảm biến tốc độ hoặc cảm biến gia tốc.

Hép
c

m

h

h0

§Õ
k

Hình 3.1 Sơ đồ ngun lí cảm biến địa chấn (mass – spring)
Cấu tạo cảm biến gồm một bộ phân cơ khí (Tinh thể điện áp hoặc lị xo)
nối với khối lượng rung và tất cả được đặt trong một cái hộp. Chuyển động
rung của khối lượng m được chuyển thành tín hiệu điện là đại lượng thứ cấp
m2 cần đo.
Như trên hình vẽ:
h0 tương ứng với tung độ điểm trên hộp
h tương ứng với tung độ điểm trên khối lượng rung
Khi khơng có tác động của gia tốc lên vỏ hộp thì ta có Z = h- h0

23


Đồ án tốt nghiệp
Và phương trình cân bằng giữa phản lực Cz, lực ma sát nhớt F

dz
và lực m
dt

d 2h
do gia tốc của khối lượng m gây lên sẽ có dạng.
dt 2

m

dz
d 2h
= - F - Cz
2
dt
dt

hay là

m

dz
d 2 h0
d 2h

= -m 20 + F + Cz
2
dt
dt
dt

Từ phương trình này ta thấy cấu tạo của loại cảm biến để đo đại lượng sơ
cấp m1(độ dịch chyển, vận tốc hoặc gia tốc) phụ thuộc vào cấc đại lượng
được chọn để làm đại lượng đo thứ cấp m 2và dải tần số làm việc. Dải tần này
quyết định số hạng nào trong vế phải của phương trình chiếm ưu thế.
 Cảm biến rung đo tốc độ
Cấu tạo như hình vẽ:

M
em
lâi b»ng nam
ch©m

lâi b»ng nam
ch©m
24


Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến rung đo tốc độ
Để đo tốc độ rung của một cấu trúc dh 0/dt là kí hiệu ph0 thơng qua dịch
chuyển tương đối z như là đại lượng đo thứ cấp, độ nhạy sơ cấp S 1 được biểu
diễn bằng biểu thức:
− p /ω0

z
m2
2
S1 = m = ph = p + 2ς p + 1
0
1
2
ω0
ω0

Trong đó m1 = h0 và m2=z , để tiện lợi ta thường sử dụng đại lượng đo thứ
cấp m2 là tốc độ tương đối dz/dt. Khi đó độ nhạy S 1 có dạng giống như cảm
biến khối lượng rung đo theo dịch chuyển. Việc chuyển tốc độ tương đối của
khối lượng so với hợp thành tín hiệu điện thực hiện nhờ một cuộn dây gắn
với khối lượng rung. Bên trong cuộn dây là một lõi từ gắn với vỏ của cảm
biến. Bằng cách đo suất điện động của cuộn dây có thể đánh giá được tốc độ
rung cần đo.
3.1.2. Cảm biến lực
Cảm biến lực thường có một vật trung gian chịu tác động của lực cần đo
và bị biến dạng, biến dạng này là nguyên nhân của lực biến dạng tỉ lệ với lực
đối kháng (theo định luật hooke).
Biến dạng và lực gây lên biến dạng có thể đo trực tiếp bằng các đầu đo hoặc
đo gián tiếp nếu một trong các tính chất điện của vật liệu trung gian phụ
thuộc vào biến dạng.
+ Cảm biến lực dựa trên phép đo độ dịch chuyển.
Trong loại cảm biến này lực đặt lên vật trung gian và gây lên sự thay đổi
kích thước ∆ của nó. Sự thay đổi kích thước có thể đo bằng cảm biến dịch
25