1 . ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong một vài nãm gần đây đã xuất hiện các tiến bộ về năng lực đo và phân tích các tín hiệu dao động. Quá trình này đã khiến việc phân tích tần số là tách các tín hiệu phức tạp thành các thành phần tần số khác nhau trở nên đơn giản và nhanh chóng hơn nhiều. Việc phân tích và biến đổi các tín hiệu dao động cũng trở nên dễ dàng hơn. Những công cụ này đã làm quá trình phân tích phổ dao động ngày càng được sử dụng phổ biến như là một công cụ để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của chi tiết máy và máy. Phổ tần số giữ một vai trò quan trọng trong việc xác định tần số dao động đặc trưng của những hư hỏng có thể có. Bằng tính toán dựa vào các thông số kỹ thuật sẽ giúp xác định được các tần số đặc trưng của máy khi tình trạng kỹ thuật tốt cũng như khi có khả nãng xuất hiện sự cố.
2. NỘI DUNG
2.1. Phân tích dao động trong động cơ diesel
Hiệu ứng động lực học trong đó nền tảng là phân tích dao động ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi để phát hiện hư hỏng sớm, chẩn đoán và dự báo thời gian còn lại cho đến khi hỏng của máy móc nói chung và động cơ đốt trong nói riêng. Việc nghiên cứu quá trình làm việc của nhóm píttông - xec- măng - xilanh đã được tiến hành tại nhiều nơi trên thế giới. Các nghiên cứu thường nhằm đo tham số va đập của píttông và tham số dao động của thân máy cũng như áp lực màng dầu giữa píttông và xilanh. Trên thực tế lực ma sát giữa xécmãng và thành xilanh, ma sát giữa xécmăng và rãnh, ma sát giữa váy píttông và thành xilanh... đều có ảnh hưởng đến quá trình va đập Các nghiên cứu thường nhằm xây dựng mô hình tính toán trị số va đập giữa píttông và xi tanh khi xem xét tới ảnh hưởng của lực ma sát và màng dầu, tiến tới xây dựng mô hình tính toán va đập chính giữa píttông và xilanh khi xécmãng mất khả nãng làm việc.
Việc sử dụng tín hiệu dao động va đập trên bề mặt máy để chẩn đoán tình trạng hao mòn píttông - xilanh của động cơ đốt trong đã được chứng minh là có hiệu quả [2]. Công việc này đòi hỏi xác định các tham số va đập khi nhóm pittông va đập với xilanh theo góc quay trục khuỷu, lực va đập, gia tốc va đập... để phối hợp với việc kiểm tra dao động xây dựng trị số chẩn đoán cục bộ. sơ đồ nhóm pittông - xécmăng - xilanh động cơ đốt trong được thể hiện trên hình 1 .
Các ký hiệu trên hình 1 :
Po - áp lực khí (N/mm2)
P;, P;', P;+1 - lần lýợt là lực ma sát giữa xác mãng và vách xi lanh (N)
F; - lực ma sát trên xác mãng thứ i (N) Xy - áp lực cãng màng dầu của váy pít tông (N) v, E - lần lượt là tốc độ Vận động hướng trục của pít tông và tốc độ chuyển động ngang (m/s).
Hình 1: Sơ đồ chịu lực của nhóm píttông - xecmăng - xilanh
1- Váy píttông; 2- Xécmăng
3 - Màng dầu bôi trơn; 4 - Xi lanh
Độ lớn của các lực được xác định dựa vào phương trình trạng thái bôi trơn giữa xécmăng và xilanh, áp suất trong buồng cháy, lực đàn hồi của xecmăng... Từ đó dựa vào phương trình cơ bản của động lực học để xác định qui luật chuyển động của píttông, xécmăng và xác định qui luật, tần số dao động đặc trưng của chúng. Đối với động cơ diesel, tần số đặc trưng dao động của xécmăng khi xécmăng mất tác dụng sẽ dao động trong khoảng 200 - 600 Hz [3].
2.2. Đo và phân tích dao động trong động cơ
Thiết bị đo và phân tích dao động được dùng là thiết bị đo bao gồm các đầu đo vận tốc và đầu đo gia tốc, bộ khuếch đại và phần mềm xử lý là DASYLAB.
Thí nghiệm đo được tiến hành tại Xí nghiệp đầu máy Hà Nội ngày 29/6/2006 và ngày 6/1/2007 và trên đầu máy D12E số hiệu 642, 648 và 643 trước và sau khi đại tu
Đầu đo dao động dùng trong phép đo nàylà đầu đo vận tốc. Đầu đo vận tốc bao gồm 3 đầu đo riêng biệt theo 3 phương x, y, z. đầu đo theo phương x và ylần lượt được gá lắp ở đầu và mặt bên của thân động cơ đầu đo theo phương z được lắp phía trên nắp máy và có thể di chuyển để đo tại các xi lanh khác nhau của động cơ.
Các thông số đo được ghi lại nhờ phần mềm DASYLAB. Các thông số đo ban đầu có thể là biên độ dao động (chuyển vị, mm), vận tốc dao động (mm/s) hay gia tốc (mm/s2). Chuyển vị, vận tốc và gia tốc được ghi theo miền thời gian và các file dữ liệu nàycó thể biến đổi FFT thành các phổ công suất hay phổ mật độ công suất theo miền tần số phục vụ cho các mục đích chẩn đoán khác nhau. Hình 3 là giao diện thể hiện chức năng biến đổi FFT để thu được các phổ công suất hay phổ mật độ công suất từ các thông số đo ban đầu.
Hình 2. Phổ dao động đo được trên đầu máy D12E 643, đo ngày 6/1/2007 (Trạng thái động cơ làm việc tốt)
Khi động cơ làm việc tốt, phổ dao động thu được phân bố đều đặn trên đồ thị biên độ vận tốc dao động theo thời gian. Khi trạng thái kỹ thuật của các cụm chi tiết xéc măng, xi lanh không tốt hay khi bơm cao áp không phun nhiên liệu vào xi lanh, đầu đo vận tốc Z sẽ cho tín hiệu biên độ vận tốc dao động thay đổi bất thường (Hình 2).
Hình 3: Tín hiệu dao động khi động cơ có xi lanh hư hỏng (đo trên đầu máy DI2E 642 ngày 29/6/2006
Các hư hỏng đối với xéc măng có thể nhận biết được bằng các biến đổi FFT các tín hiệu thu được từ
đầu đo Y
Hình 4: Tín hiệu dao động thu được từ 3 đầu đo
Kỹ thuật phân tích dao động đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng rộng rãi trong bảo dưỡng sửa chữa máy móc thiết bị. Chẩn đoán kỹ thuật bằng phưõng pháp dao động có thể mang lại các hiệu quả như nâng cao mức độ an toàn, giảm thời gian và chi phí sửa chữa, cũng như kéo dài tuổi thọ của máy móc thiết bị. Phương pháp này nghiên cứu bản chất của các nguồn dao động trong máy móc và thiết bị khi chúng làm việc, cùng với các tần số gây ra bởi các nguồn dao động đó. Nếu . bất kỳ một chi tiết máy đang chuyển động nào bắt đầu quá trình hư hỏng, đặc tính dao động của chúng sẽ thay đổi. Quá trình được tiến hành dựa trên cơ sở đo đạc xác định các dao động đó thay đổi thế nào dưới dạng tổng thể trong máy móc thiết bị cần phải kiểm tra theo dõi. Sau đó dùng kỹ thuật phân tích phổ tần số để xác định xem các tần số đó do yếu tố nào cũng như chi tiết máy nào gây ra để xác định xem đã có những gì thay đổi và thay đổi như thế nào. Các nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật dao động trong chẩn đoán kỹ thuật có thể được dùng để phát hiện các sự cố hư hỏng của các cụm chi tiết như ổ lăn, bánh răng, píttông xéc măng, bạc biên, bạc, vòng bi trục, cũng như một số các hư hỏng khác. Đối với động cơ diesel, nghiên cứu cho thấy phân tích dao động có thể cho khả năng đưa ra các dự đoán về trạng thái kỹ thuật của cụm chi tiết pittong - xecmăng - xi lanh và trạng thái kỹ thuật của cụm chi tiết vòi phun - bơm cao áp.
Tài LIỆU THAM KHẢO
[1]. Dương Tử Cường, "Xử lý tín hiệu số , NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2001 .
l2]. Moubray, J., "Reliability centred maintenance”, Oxford Publication 1991.
[3]. Mathew, J., "Condition monitoring in perspective”, CMCM Monash University Publication 1994.
[4]. National instrument, "DASY Lab , Amherst, USA 2000.
[5]. Randall, R.B., "Frequency analysis', B & K Co., Denmark September 1987.
[6]. Thomson, W.T., "Theory of vibration with applications', Prentice Hall 1993