Kiểm định máy cân bằng động trục ngang theo tiêu chuẩn ISO 21940-21

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016

49

KIỂM ĐỊNH MÁY CÂN BẰNG ĐỘNG TRỤC NGANG THEO TIÊU
CHUẨN ISO 21940-21
VERIFICATION TESTS FOR HORIZONTAL DYNAMIC BALANCING
MACHINES ACCORDING TO ISO 21940-21
Phan Cao An Trường
Khoa Máy tàu thủy, trường ĐH Giao thông vận tải Tp.HCM
Tóm tắt: Nhu cầu về việc cân bằng động các chi tiết máy tham gia vào chuyển động quay trong
lĩnh vực công nghiệp nói chung và hàng hải nói riêng ngày càng gia tăng. Rotor tua bin tăng áp khí
xả, cánh quạt thông gió, cánh bơm, rotor động cơ điện, puly truyền động… là các chi tiết máy thường
được cân bằng động khi tiến hành công việc bảo dưỡng, sửa chữa. Một vài đơn vị đã đầu tư máy móc,
thiết bị để cung cấp dịch vụ cân bằng động. Tuy nhiên, hiện trong nước chưa có phòng thử nghiệm đạt
chuẩn Vilas cung cấp dịch vụ kiểm định máy cân bằng động. Vì vậy, bài viết đưa ra quy trình hướng
dẫn kiểm định máy cân bằng động trục ngang dựa theo tiêu chuẩn ISO 21940-21 nhằm kiểm tra, đánh
giá định kỳ các chức năng của máy cân bằng động trong quá trình sử dụng, từ đó đi đến kết luận về
tính chính xác của phương tiện đo này, nhằm đảm bảo tính chính xác của kết quả đo.
Từ khóa: Máy cân bằng động, rotor chuẩn, ISO 21940-21.
Abstract: Balancing demands for the rotating parts in general industrial fields, or restricted
marine fields have rapidly become rasing. Turbo charger rotor, ventilation fan, pump impeller,
electric rotor shaft, drive pulley… are the key parts proceeded with dynamic balance in the
maintenance and repairing progress. Several people and organizations have invested machines to
provide dynamic balancing services. However, there are not any Vilas laboratory supplying the
verification services for balancing machines. Therefore, this paper presents a procedure to guide for
verification tests according to ISO 21940-21 in order to check and evaluate periodically the
performance of horizontal balancing machines during operation. The findings helps to conclude with
the accuracy of measuring mean, so that the measuring results will be realiable.
Keywords: Balancing machine, test rotor, ISO 21940-21.

1. Giới thiệu
Khi tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa định
kỳ, việc cân bằng động cho các chi tiết máy
chuyển động quay trong lĩnh vực công
nghiệp hay hàng hải như: Trục rotor tua bin
tăng áp khí xả, cánh quạt thông gió, cánh
bơm... ngày càng trở nên phổ biến, nhằm
đảm bảo các chi tiết có thể chuyển động cân
bằng trên các gối đỡ, ít rung động, kéo dài
tuổi thọ của ổ đỡ trục, ngăn ngừa hư hỏng.
Từ nhu cầu thực tiễn, nhiều đơn vị đã đầu tư
thiết bị, máy móc để cung cấp dịch vụ cân
bằng động rotor.
Tuy nhiên, hiện trong nước vẫn chưa có
phòng thử nghiệm đạt chuẩn Vilas cung cấp
dịch vụ kiểm định máy cân bằng động. Vì
vậy, nhiều máy cân bằng động hiện không
được kiểm tra định kỳ (6 tháng hoặc 1 năm)
theo quy định đối với các phương tiện đo
lường, dẫn đến tính chính xác của kết quả đo
chưa được đảm bảo.

Bài viết trình bày quy trình hướng dẫn
kiểm tra định kỳ máy cân bằng động trục
ngang theo tiêu chuẩn ISO 21940-21. Việc
kiểm tra để đánh giá lại các chức năng của
máy cân bằng động, nhằm đảm bảo chất
lượng của phương tiện đo mặt khác thỏa mãn
các yêu cầu về kỹ thuật sau một thời gian đưa
vào khai thác, sử dụng, từ đó khẳng định tính

chính xác của kết quả đo lường từ phương
tiện đo.
Các nội dung kiểm tra sẽ được tiến hành
thực nghiệm trên máy cân bằng động trục
ngang của hãng Cemb, Italia, đặt tại Phòng
thí nghiệm cơ khí động lực và kiểm định
thiết bị thuộc Khoa kỹ thuật tàu thủy, Trường
Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ
Chí Minh (TP.HCM).
2. Quy trình kiểm định
2.1. Rotor chuẩn
Máy cân bằng động cần thiết phải được
tiến hành kiểm tra định kỳ để đảm bảo rằng


50

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016

máy đang hoạt động ổn định và duy trì tốt
các chức năng. Việc kiểm tra, đánh giá máy
cân bằng động có thể dễ dàng được thực hiện
bằng cách sử dụng rotor chuẩn. Rotor chuẩn
được phân chia thành ba loại:
Loại A: Loại rotor không có cổ trục,
dùng trong kiểm tra máy cân bằng động trục
đứng.

Hình 1. Rotor chuẩn loại A.
1, 2, 3 - vị trí các mặt phẳng kiểm tra.

I, II - vị trí mặt phẳng gối đỡ.

Loại B: Loại rotor phía trong cổ trục,
dùng trong kiểm tra các máy cân bằng động
trục ngang, thường tại hai mặt phẳng giữa
các gối đỡ.

2.3. Thao tác kiểm tra
Tiêu chuẩn ISO 21940-21 yêu cầu việc
đánh giá chức năng làm việc của máy cân
bằng động phải thực hiện các thử nghiệm
sau:
- Kiểm tra lượng mất cân bằng còn lại
nhỏ nhất có thể đạt được Umar.
- Kiểm tra độ giảm mất cân bằng URR.
Trong quá trình kiểm tra, nếu kết quả
không đạt, máy cân bằng cần được kiểm tra
kỹ thuật và hiệu chỉnh, sau đó tiến hành lại
các thử nghiệm nói trên nhằm đảm bảo chất
lượng và các chức năng của máy cân bằng
được thỏa mãn.
2.3.1. Phương pháp kiểm tra Umar
Việc kiểm tra nhằm xác nhận khả năng
của máy có thể cân bằng đến giá trị lượng
cân bằng còn lại nhỏ nhất có thể đạt được
như khai báo.

Umar = emar . m
Hình 2. Rotor chuẩn loại B.

Rotor chuẩn loại C: Loại rotor phía
ngoài cổ trục, dùng trong kiểm tra các máy
cân bằng động trục ngang, tại hai mặt phẳng
ở phía đầu trục.

Hình 3. Rotor chuẩn loại C.

2.2. Thông số kỹ thuật của rotor
chuẩn loại B

Umar: Lượng mất cân bằng còn lại nhỏ
nhất có thể đạt được (khai báo) [g.mm];
emar: Độ lệch tâm nhỏ nhất [microns]
hoặc lượng mất cân bằng riêng [g.mm/kg];
m: Khối lượng rotor [kg].
 Thao tác thực hiện
Đặt một khối lượng thử bằng 10Umar lên
vị trí mặt phẳng giữa P3 của rotor chuẩn.
Tiến hành chạy máy, ghi lại giá trị mất cân
bằng ở các mặt phẳng kiểm tra P1 và P2.
Tiếp tục di chuyển khối lượng thử này
đến tất cả các vị trí lỗ sẵn có trên mặt phẳng
P3. Tiến hành chạy máy, ghi lại giá trị mất
cân bằng ở cả hai mặt phẳng P1 và P2 ứng
với vị trí đặt khối lượng thử.
Giá trị đo đạc ghi vào bảng dữ liệu và
lượng mất cân bằng chuẩn được dùng để vẽ
đồ thị.

Hình 4. Bản vẽ thiết kế rotor chuẩn loại B, số hiệu 5.

Rotor chuẩn loại B gồm bảy loại, số hiệu
từ 1 đến 7, khối lượng từ 0,5 đến 500 kg. Tác
giả bài viết đã lựa chọn và gia công, chế tạo
một rotor chuẩn loại B, số hiệu 5, theo bản vẽ
thiết kế và thông số như ở hình 4.
Hình 5. Đồ thị kiểm tra, đánh giá Umar.


TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016

 Đánh giá đồ thị kiểm tra Umar
Máy cân bằng được xem là thỏa mãn
bước kiểm tra Umar hay nói cách khác là
lượng mất cân bằng còn lại nhỏ nhất có thể
đạt được theo khai báo của máy là đảm bảo
nếu tất cả các điểm hoặc có duy nhất một
điểm được vẽ trên đồ thị đều nằm trong khu
vực giữa hai đường giới hạn (0,88 và 1,12).
2.3.2. Phương pháp kiểm tra URR
Thử nghiệm nhằm kiểm tra máy cân
bằng động về độ chính xác tổng hợp của kết
quả đo lượng mất cân bằng, vị trí mất cân
bằng và khả năng phân tách ảnh hưởng giữa
các mặt phẳng kiểm tra.
 Thao tác thực hiện
Sử dụng hai khối lượng tĩnh, mỗi khối
lượng bằng 20 đến 60 Umar và hai khối
lượng động, mỗi khối lượng động bằng 5 lần
khối lượng tĩnh.

Chọn vị trí bất kỳ trên mặt phẳng kiểm
tra thứ nhất và hai để đặt các khối lượng thử
tĩnh thứ nhất và hai, nhưng không được chọn
cùng vị trí hoặc đối diện.
Chọn vị trí bất kỳ trên mặt phẳng kiểm
tra thứ nhất và hai (trong số 11 vị trí còn lại)
làm điểm đặt (bắt đầu) của khối lượng thử
động thứ nhất và hai.
Tiến hành chạy máy ở lượt thứ nhất, ghi
lại kết quả đo lượng mất cân bằng và vị trí
góc mất cân bằng.
Thay đổi vị trí của các khối lượng thử
động cho các lần chạy kế tiếp theo quy tắc
như sau:
+ Ở mặt phẳng kiểm tra thứ nhất: Theo
chiều tăng với khoảng chia 30o.
+ Ở mặt phẳng kiểm tra thứ hai: Theo
chiều giảm với khoảng chia 30o.
Lấy giá trị mất cân bằng đo được chia
cho khối lượng thử tĩnh Ustation và biểu diễn
tương ứng các vị trí trên đồ thị đường tròn
giới hạn URR.
 Vẽ đồ thị đường tròn giới hạn URR
Sử dụng phần mềm Autocad vẽ đồ thị
đường tròn giới hạn URR.
Chọn tỷ lệ thích hợp theo đơn vị Ustation
trên trục 0o biểu diễn lượng mất cân bằng của
rotor chuẩn.

51

Véctơ khối lượng thử tĩnh ms: Gốc trùng
gốc tọa độ, độ lớn bằng một đơn vị, hợp với
trục 0o một góc bằng góc đặt khối lượng thử
tĩnh trên rotor chuẩn.
Xác định điểm gốc của đường tròn giới
hạn URR: Trùng với ngọn của vector khối
lượng thử tĩnh mS.
Vẽ 12 đoạn thẳng xuất phát từ điểm gốc
của đường tròn giới hạn hướng ra phía ngoài,
với khoảng chia bằng nhau 30o, độ lớn bằng
5 đơn vị.
Tâm của các đường tròn giới hạn nằm
trên đường thẳng xuất phát từ điểm gốc của
đường tròn giới hạn, cách điểm gốc một
khoảng cách bằng năm đơn vị. Từ tâm này,
vẽ các đường tròn đồng tâm (đường tròn giới
hạn URR) với bán kính r.
 Công thức tính toán đường tròn
giới hạn
Khoảng cách R từ điểm gốc của đồ thị
đến tâm của đường tròn giới hạn URR:

R = ms2 + mT2 + 2ms mT cosα
mS : Khối lượng thử tĩnh (1 Ustation);
mT : Khối lượng thử động (5 Ustation);
α : Góc hợp bởi vectơ khối lượng thử
tĩnh và khối lượng thử động.
Công thức xác định góc γ giữa véctơ
khối lượng thử tĩnh mS và vectơ hợp lực R

như sau:
cosγ =

ms2 + R 2 - m T2
2ms R

Với mS, mT, R và r là các bội số của
Ustation và mT = 5mS, các công thức trên được
viết lại như sau:
R = 26 + 10cosα

R 2 - 24
2R
Bán kính r của đường tròn giới hạn URR:
U mar
r = R(1 - U RR ) +
2Ustation
cosg =

 Đánh giá đồ thị URR
Nếu điểm kiểm tra nằm hoàn toàn bên
trong vòng tròn trong cùng (hoặc nằm trên
đường tròn), giá trị đọc sẽ là vòng tròn 95%


52

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016

(URR = 95%). Nếu điểm kiểm tra nằm giữa

vòng tròn 95% và vòng tròn 90% (hoặc nằm
trên đường tròn 95%), giá trị đọc tương ứng
sẽ là URR = 90%.
Máy cân bằng được xem là thỏa mãn
kiểm tra URR nếu tất cả các điểm kiểm tra
trên đồ thị đánh giá đều rơi vào trong các
đường tròn giới hạn URR tương ứng với giá
trị URR khai báo, hoặc chấp nhận chỉ có duy
nhất một điểm nằm ngoài.
3. Kết quả thực nghiệm
3.1. Thông số máy cân bằng động
- Model: ZB750 / TG/GV (truyền động
đai).
- Loại: máy cân bằng trục ngang, ổ đỡ
mềm.
- Hãng/Năm sản xuất: Cemb, Italia /
2014.
- Lượng mất cân bằng riêng còn lại nhỏ
nhất có thể đạt được: emar = 0,3 g.mm/kg.
- Độ giảm mất cân bằng URR = 90%.
3.2 Chất lượng của máy cân bằng
động
Lượng mất cân bằng nhỏ nhất máy có
thể đo đối với rotor chuẩn loại B, số 5, tính
bằng gram cho từng mặt phẳng kiểm tra:
e m
0,3x 54
U mmar = mar rotor =
= 0,09g
2R

2 x 88
3.3. Chất lượng của rotor chuẩn
Lượng mất cân bằng tối đa của rotor
chuẩn, tính bằng gram, cho từng mặt phẳng
kiểm tra, ứng với mức chất lượng G = 0,16:
9550 x G m rotor 9550 x 0,16
54
x
=
x
= 0,10 g
n rotor
2R
4500
2 x 88
Bảng 1. Lượng mất cân bằng thực tế của rotor chuẩn.

Hình 6. Kiểm tra Umar trên máy cân bằng động
ZB750.
Bảng 2. Kết quả kiểm tra thực nghiệm Umar.
Rotor chuẩn loại: B(5)
Khối lượng: 54 kg
Umar = emar x mrotor = 16,2 g.mm
Khối lượng thử: 1,8 g
Tốc độ thử = 10% x 4.500 = 450 v/p
Vị trí
thử
Lần
thử

Lượng mất cân bằng
đo được (g)

o

P1
(1)

P2
(2)

1 0
2 30
3 60
4 90
5 120
6 150
7 180
8 210
9 240
10 270
11 300
12 330
Tổng (3)

0,78
0,70
0,83
0,75
0,81

0,70
0,81
0,72
0,69
0,79
0,77
0,76
9,11

0,74
0,85
0,72
0,77
0,72
0,81
0,80
0,73
0,73
0,82
0,84
0,81
9,34

Trung bình:
0,76
(4)=(3)/12

0,78

Lượng mất cân bằng

chuẩn U
P1
P2
(5)=(1)/(
(6)=(2)/(4)
4)
1,03
0,95
0,92
1,09
1,09
0,93
0,99
0,99
1,07
0,93
0,92
1,04
1,07
1,03
0,95
0,94
0,91
0,94
1,04
1,05
1,01
1,08
1,00
1,04

U rmar =

Lượt
quay
1
2
3
4
5

Kết quả đo
trên
mặt phẳng 1
Umar (g) Vị trí (o)
0,111
227
0,043
247
0,066
257
0,053
198
0,029
230

Kết quả đo
trên
Hiệu
mặt phẳng 2

chỉnh
Umar (g) Vị trí (o)
0,074
205
Có
0,081
219
Có
0,134
96
Có
0,078
234
Có
Không
0,067
63

3.4. Thực nghiệm kiểm tra Umar
Dùng một khối lượng thử bằng 1,8 g đặt
tại các vị trí trên mặt phẳng thứ ba, cách đều
nhau góc 30o.

Hình 7. Đồ thị thực nghiệm kiểm tra, đánh giá Umar.

Nhận xét: Từ đồ thị hình 7, nhận thấy
tất cả các điểm mất cân bằng chuẩn của rotor
đều nằm lọt vào bên trong của hai đường giới
hạn U = 0,88 và U = 1,12. Vì vậy, máy cân
bằng thỏa mãn kết quả kiểm tra Umar, nghĩa

là lượng mất cân bằng còn lại nhỏ nhất có thể
đạt được của rotor khi cân bằng trên máy,
emar = 0,3 g.mm/kg theo công bố của nhà chế
tạo, là đảm bảo. Nói cách khác, máy cân
bằng động vẫn còn đảm bảo yêu cầu chất
lượng kỹ thuật của nhà sản xuất và có thể
tiếp tục được sử dụng cho các hoạt động


TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016

kiểm tra cân bằng mà không yêu cầu bất kỳ
một thao tác hiệu chuẩn nào khác.
3.5. Thử nghiệm kiểm tra URR
Đặt lần lượt hai khối lượng thử tĩnh bằng
5,5 g ở mặt phẳng thứ 1, 2 tại vị trí 0o và 60o.

53

Tiếp tục đặt lần lượt hai khối lượng thử động
bằng 27,6 g ở mặt phẳng thứ 1, 2 tại vị trí 30o
và 90o.

Bảng 3. Kết quả kiểm tra thực nghiệm URR.
Rotor chuẩn: B(5);
Khối lượng: 54 kg;
Umar: 16,2 g.mm
Utravel = 5 x Ustation = 2.430 g.mm
Khối lượng thử tĩnh: 5,5 g;
Khối lượng thử động: 27,5 g

Lượng mất cân
Vị trí khối lượng thử (góc)
bằng
Lượt
chạy
P1
P2
P1
thứ
Tĩnh
Động
Tĩnh
Động
U1
o
()
(o )
(o )
(o )
(o )
(g)
1
0
30
60
90
32,5
24
2
0

60
60
30
30,7
51
3
0
90
60
0
28,5
80
4
0
120
60
330
26,6
110
5
0
150
60
300
24,6
143
6
0
180
60

270
23,4
177
7
0
210
60
240
23,7
214
8
0
240
60
210
25,5
248
9
0
270
60
180
28,4
280
10
0
300
60
150
31,1

307
11
0
330
60
120
33,0
333

Nhận xét: Từ đồ thị hình 8, các điểm 1,
2, 3, 8, 9, 10, 11 nằm trong vòng tròn giới
hạn 95% URR và các điểm còn lại nằm trong
vòng tròn giới hạn 90% URR. Do đó, độ giảm
mất cân bằng URR trên mặt phẳng thứ 1 đạt
được là 90%.
Từ hình 9, các điểm 3 và 11 nằm trong
vòng tròn giới hạn 95% URR và các điểm còn
lại nằm trong vòng tròn giới hạn 90% URR.
Do đó, độ giảm mất cân bằng URR trên mặt
phẳng thứ 2 là 90%.
Tổng hợp, không có điểm kiểm tra nào
trên mặt phẳng 1 và 2 nằm ngoài vòng tròn
giới hạn URR = 90%, do đó máy cân bằng
thỏa mãn thử nghiệm với giá trị độ giảm mất
cân bằng URR = 90% đúng như chất lượng kỹ
thuật đã công bố của nhà chế tạo.

Ustation = 30Umar = 486 g.mm;

RU1 /

Ustation

5,91
5,58
5,18
4,84
4,47
4,25
4,31
4,64
5,16
5,65
6,00

Lượng mất cân
bằng
P2
U2
o
()
(g)
34,4
86
34,1
35
32,0
8
29,7
339
27,4

308
25,0
275
24,1
240
24,8
206
27,2
172
29,8
141
31,9
112

RU2 /
Ustation

6,25
6,20
5,82
5,40
4,98
4,55
4,38
4,51
4,95
5,42
5,80

4. Kết luận

Với các kết quả thu được, nội dung trình
bày có thể được tiếp tục phát triển và biên
soạn thành quy trình kiểm định máy cân bằng
động. Giới hạn của phần trình bày này chỉ
dừng ở mức kiểm tra, đánh giá cho máy cân
bằng động trục ngang 
Tài liệu tham khảo
[1]

Cemb S.p.A, (2014), Introductory Booklet, Z750 Basic
operations, Use and Maintenance manual.
[2] Ing. Giordano Manni, (2013), Dynamic Balancing (Basic
course – R1.1). Cemb, Italy.
[3] Ing. Giordano Manni, (2013), Dynamic Balancing
(Advanced course – R1.). Cemb, Italy.
[4] ISO 1940-1, (2003), Mechanical vibration – Balancing
quality requirements for rotors in s constant (rigid) state – Part
1: Specification and verification of balamce tolerances.
[5] ISO 19499, (2007), Mechanical vibration – Balancing –
Guidance on the use and application of balamcing standards.
[6] ISO 21940-21, (2012), Mechanical vibration – Rotor
balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing
machines.

Ngày nhận bài: 26/9/2016
Ngày chuyển phản biện: 29/9/2016
Ngày hoàn thành sửa bài: 20/10/2016
Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2016
Hình 8. Đồ thị đánh giá
URR trên mặt phẳng thứ 1.

Hình 9. Đồ thị đánh
giáURR trên mặt phẳng
thứ 2.