Thiết kế chế tạo mô hình thí nghiệm đo rung động và nhiệt độ phục vụ bảo trì phòng ngừa ổ lăn

Việc phát hiện lỗi và chẩn đoán tình trạng của ổ lăn trong giai đoạn đầu là cần thiết để tránh những hỏng hóc bất chợt trong quá trình làm việc.[1] Trước đây, hầu hết các nghiên cứu về ổ

Trang 1

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐO RUNG ĐỘNG

VÀ NHIỆT ĐỘ PHỤC VỤ BẢO TRÌ PHÒNG NGỪA

Giáo viên hướng dẫn:

T.S: Nguyễn Hữu Thật

Sinh viên thực hiện:

1 NGÔ VĂN CÔNG

2 NGUYỄN MINH THÀNH

Lớp 57 – CTM

Trang 2

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khóa học của em, thầy giáo TS Nguyễn Hữu Thật, người đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp

đỡ cho em rất nhiều trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài này

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên giúp đỡ

em trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành đề tài

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, luận văn này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để tôi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục

vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Xin trân trọng cảm ơn!

Trang 3

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VI DANH MỤC CÁC BẢNG XI

MỞ ĐẦU 1

1 GIỚI THIỆU 1

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 3

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 3

4 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG NÓI CHUNG 5

1.1.1 Khái niệm cơ bản về giám sát và bảo trì thiết bị [3] 5

1.1.2 Các thành phần cơ bản của giám sát tình trạng thiết bị 6

1.1.3 Các kỹ thuật giám sát tình trạng 7

1.1.3.1 Nhiệt độ và kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố nhiệt độ 7

1.1.3.2 Rung động và kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố rung động 9

1.1.3.3 Giám sát tình trạng trên cơ sở phân tích âm thanh 15

1.1.3.4 Theo dõi và phân tích dầu bôi trơn 16

1.1.3.5 Kỹ thuật siêu âm ut (ultrasonic testing) 17

1.2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ Ổ LĂN 20

1.2.1 Cấu tạo của ổ lăn [5] 20

1.2.2 Phân loại 20

1.2.3 Ưu nhược điểm của ổ lăn [2] 23

1.2.4 Điều kiện làm việc của ổ lăn 23

1.2.5 Các dạng hỏng thường gặp của ổ lăn [1] 24

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 29

2.1 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ 29

2.2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN 29

2.3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG 30

Trang 4

iv

2.4 KIỂM TRA CÁC PHƯƠNG ÁN 31

2.5 RA QUYẾT ĐỊNH LỰA CHỌN 34

2.6 THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 35

2.7 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN 35

2.7.1 Phân phối tỉ số truyền động 35

2.7.2 Thiết kế bộ truyền động bánh răng 36

2.7.3 Thiết kế trục 40

2.8 LỰA CHỌN Ổ LĂN 47

2.9 THIẾT KẾ BÁNH LỆCH TÂM 51

2.10 THIẾT KẾ NẮP CHẶN LỚN (CÓ ĐẦU RA) 52

2.11 THIẾT KẾ NẮP CHẶN NHỎ (ĐẦU BÍT) 53

2.12 CÁC CHI TIẾT LIÊN QUAN ĐẾN MÔ HÌNH 53

2.12.1 Nút thông hơi 53

2.12.2 Nút thoát dầu 53

2.13 CHẾ TẠO THIẾT BỊ 54

2.14 GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT 54

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM 60

3.1 THIẾT LẬP CÔNG CỤ PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM 60

3.1.1 Các trang thiết bị thí nghiệm đo rung động [10] 60

3.1.2 Lắp đặt thiết bị thực nghiệm 67

3.2 XÁC ĐỊNH ĐẶT TÍNH TẦN SỐ HƯ HỎNG CỦA Ổ BI 70

3.3 THỰC NGHIỆM GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC Ổ LĂN 72

3.3.1 Giám sát tình trạng làm việc ổ lăn khi hoạt động bình thường 73

3.3.2 Giám sát tình trạng làm việc ổ lăn khi hoạt động có tải trọng 85

3.4 CÁC TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐO NHIỆT ĐỘ 95

3.4.1 Lắp đặt thiết bị thực nghiệm 95

3.4.2 Tiến hành thí nghiệm 96

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH 104

4.1 THỰC HÀNH ĐO RUNG ĐỘNG VÀ NHIỆT ĐỘ 104

Trang 5

v

4.1.1 Xây dựng bài thực hành đo rung động 104

4.1.2 Xây dựng bài thực hành đo nhiệt độ 109

4.2 XÂY DỰNG BÀI THỰC HÀNH CÂN CHỈNH ĐỘ ĐỒNG TÂM 113

4.2.1 Cân chỉnh khớp nối mềm 113

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117

5.1 KẾT LUẬN 117

5.2 KIẾN NGHỊ 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

Trang 6

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Phân loại bảo trì 6

Hình 1.2 Ảnh so sánh nhiệt của hai động cơ đo bằng tia hồng ngoại [1] 7

Hình 1.3 Kiểm tra nhiệt độ gối đỡ gu-ly và vòng bi của máy bơm đứng 8

Hình 1.4 Đo và phân tích rung động bằng phương pháp phân tích phổ fft [1] 10

Hình 1.5 Mức rung động của máy [2] 11

Hình 1.6 Giám sát tình trạng rung động [2] 12

Hình 1.7 Mất cân bằng gây rung động 12

Hình 1.8 Mất đồng tâm trục 13

Hình 1.9 Mài mòn do cơ cấu dẫn động không hợp lý 14

Hình 1.10 Hậu quả của sự mài mòn gây ra 14

Hình 1.11 Sự lỏng của chi tiết máy 14

Hình 1.12 Rung cộng hưởng 15

Hình 1.13 Giám sát bằng âm thanh 16

Hình 1.14 Nguyên lý lấy mẫu để giám sát tình trạng dầu bôi trơn [2] 17

Hình 1.15 Dùng kỹ thuật siêu âm để giám sát tình trạng hoạt động của thiết bị 18

Hình 1.16 Cấu tạo ổ lăn [1] 20

Hình 1.17 Các loại ổ lăn [2] 21

Hình 1.18 Ổ lăn theo dãy [2] 21

Hình 1.19 Ổ đỡ [5] 21

Hình 1.20 Ổ chặn [5] 22

Hình 1.21 Ổ đỡ chặn [5] 22

Hình 1.22 Các loại ổ bi [1] 22

Hình 1.23 Các loại ổ đũa [1] 22

Hình 1.24 Tróc, rỗ vì mỏi bề mặt làm việc [1] 24

Hình 1.25 Một số hình ảnh rỗ vòng bi [1] 25

Hình 1.26 Một số hình ảnh mòn ổ bi [1] 26

Hình 1.27 Một số hình ảnh nứt gẫy vòng bi [1] 27

Trang 7

vii

Hình 1.28 Hình ảnh bề mặt vòng bi bị biến dạng dư [1] 28

Hình 1.29 Gỉ sét bám trên vòng bi [1] 28

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của phương án 1 31

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phương án 2 32

Hình 2.5 Thiết kế mô hình trên phần mềm creo parametric 3.0 35

Hình 2.6 Thiết kế bánh răng nhỏ 37

Hình 2.7 Thiết kế bánh răng lớn 38

Hình 2.8 Thiết kế trục 1 40

Hình 2.9 Thiết kế trục 2 41

Hình 2.10 Sơ đồ phân bố lực 41

Hình 2.11 Biểu đồ nội lực và momen trục 1 43

Hình 2.12 Biểu đồ nội lực và momen trên trục 2 45

Hình 2.13 Ổ lăn 6204 49

Hình 2.14 Ổ lăn 6206 50

Hình 2.15 Nút thông hơi 53

Hình 2.16 Nút tháo dầu 54

Hình 2.17 Bề mặt đánh số trục 1 55

Hình 2.18 Bề mặt đánh số trục 2 55

Hình 2.19 Bề mặt đánh số bánh lệch tâm 56

Hình 2.20 Bề mặt đánh số nắp chặn nhỏ (có đầu ra) 57

Hình 2.21 Bề mặt đánh số nắp chặn nhỏ (đầu bít) 58

Hình 2.22 Bề mặt đánh số nắp chặn lớn (đầu bít) 59

Hình 3.1 Thiết bị đo rung động ổ lăn 60

Hình 3.2 Bộ xử lý dữ liệu trung tâm ni cdaq-9178 [10] 61

Hình 3.3 Bộ thu thập dữ liệu ni usb-9234 [10] 62

Hình 3.4 Cảm biến gia tốc đo rung động pcb 352c03 [10] 64

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối thiết bị 65

Trang 8

viii

Hình 3.6 Sơ đồ chẩn đoán kỹ thuật [10] 66

Hình 3.7 Giao diện hiển thị ban đầu khi mở phần mềm [10] 66

Hình 3.8 Cách lắp cảm biến để tiến hành đo 67

Hình 3.9 Bút đo rung đo độ rung extech vb400 68

Hình 3.10 Lắp pin vào cho thiết bị đo rung 69

Hình 3.11 Lắp đầu cảm biến từ cho thiết bị đo 69

Hình 3.12 Kiểm tra thiết bị đo 70

Hình 3.13 Dùng nút mode để thay đổi đại lượng đo và giá trị đo 70

Hình 3.14 Các tải trọng dùng trong đồ án ( tổng khối lượng 1.2 kg) 72

Hình 3.15 Đánh số vị trí đo rung động 73

Hình 3.16 Mô hình thực nghiệm khi chưa lắp tải trọng 73

Hình 3.17 Kết nối thiết bị đo rung vào nắp chặn ổ lăn để đo rung động ổ lăn 74

Hình 3.18 Tiến hành đo và thu thập kết quả 74

Hình 3.19 Kết quả phân tích của ổ lăn tại vị trí 5 75

Hình 3.20 Dùng bút đo rung để đo gia tốc 76

Hình 3.21 Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 5 thiết bị đo ni cdaq-9178 ( thời gian 76

Hình 3.22 Kết quả đo gia tốc ổ lăn tại vị trí 5 bút đo rung động extech vb400 77

Hình 3.26 Kết quả đo gia tốc ổ lăn ở vị trí 2 thiết bị đo ni cdaq-9178 80

Hình 3.34 Lắp tải trọng 850g lên mô hình 85

Trang 9

ix

Hình 3.35 Kết quả phân tích ổ lăn vị trí 5 trường hợp có tải 86

Hình 3.50 Bộ dụng cụ đo nhiệt độ 95

Hình 3.51 Lắp đặt thiết bị chuẩn bị đo 96

Hình 3.52 Đo thử máy 96

Hình 3.53 Thứ tự đối tượng đo 97

Hình 3.54 Biểu đồ đo nhiệt độ ổ lăn ở trường hợp không tải 98

Hình 3.55 Gắn tải trọng 850g 98

Hình 3.56 Biểu đồ đo nhiệt độ ổ lăn ở trường hợp có tải 99

Hình 3.57 Biểu đồ đo nhiệt độ ổ lăn ở trường hợp quá tải 100

Hình 3.58 Các mức nhiệt độ của vòng bi khi vận hành 101

Hình 3.59 Đo nhiệt độ ổ 5 sau 10 phút hoạt động 101

Hình 3.60 Đo nhiệt độ ổ 3 sau 15 phút hoạt động 102

Hình 3.61 Đo nhiệt độ motor sau 20 phút hoạt động 103

Hình 4.1 Giao diện hiển thị ban đầu khi mở phần mềm [10] 105

Hình 4.2 Lắp đặt đầu cảm biến 105

Trang 10

x

Hình 4.3 Đánh số vị trí đo rung động 106

Hình 4.4 Đo và phân tích số liệu đo 107

Hình 4.5 Lắp pin vào cho thiết bị đo rung 108

Hình 4.6 Kiểm tra và điều chỉnh đơn vị thiết bị đo 108

Hình 4.7 Dùng bút đo rung để đo gia tốc 109

Hình 4.8 Chuẩn bị thiết bị đo 110

Hình 4.9 Lắp pin vào ổ chứa pin và đo thử 110

Hình 4.10 Chuẩn bị thiết bị đo 111

Hình 4.11 Đo nhiệt độ ổ bi 4 111

Hình 4.12 Xử lý số liệu 112

Hình 4.13 Lắp đồng trục 113

Hình 4.14 Đồng hồ so và lá canh 114

Hình 4.15 Đánh dấu vị trí đo 114

Hình 4.16 Canh chỉnh trước khi dùng đồng hồ so 115

Hình 4.17 Vị trí lắp đồng hồ so 115

Hình 4.18 Chêm lá canh 116

Trang 11

xi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tần suất hư hỏng của ổ bi 27

Bảng 2.1 Bảng ra quyết định 34

Bảng 2.2 Bảng số liệu động học và động lực học trên các hệ thống dẫn 36

Bảng 2.3 Cơ tính của thép sau khi nhiệt luyện 36

Bảng 2.4 Các thông số của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 39

Bảng 3.1 Các thông số cơ bản của cặp ổ lăn 6204 và 6206 71

Bảng 3.2 Các giá trị tần số hư hỏng của cặp ổ lăn 6204 và 6206 72

Bảng 4.1 Các giá trị tần số hư hỏng của cặp ổ lăn 6204 và 6206 106

Bảng 4.2 Bảng nhập kết quả đo 112

Trang 12

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

- Ổ lăn là một trong những chi tiết máy được sử dụng phổ biết trong các truyền động Độ tin cậy và độ chính xác của ổ có ý nghĩa quan trọng với hoạt động tổng thể của các thiết bị, máy móc Việc phát hiện lỗi và chẩn đoán tình trạng của ổ lăn trong giai đoạn đầu là cần thiết để tránh những hỏng hóc bất chợt trong quá trình làm việc.[1]

Trước đây, hầu hết các nghiên cứu về ổ lăn chỉ tập trung vào tăng khả năng tải,

độ bền, nâng cao chất lượng làm việc bằng độ chính xác của ổ lăn Gần đây các nghiên

cứu đã tập trung vào hướng nghiên cứu các nguyên nhân gây sai hỏng ổ bi và cách khắc

phục Ổ có thể hỏng bất chợt sẽ gây ra những ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc

của hệ thống thiết bị, máy móc và công việc bảo trì là một trong ba trụ cột chuyên môn

trong chương trình đào tạo ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí của Trường Đại học Nha

Trang

Trong trụ cột chuyên môn này, sinh viên được cung cấp các kiến thức về kỹ thuật bảo trì thiết bị cơ khí, quản lý bảo trì và kỹ thuật chẩn đoán, giám sát tình trạng Tuy nhiên, hiện nay thiết bị phục vụ thực hành, thực tập cho trụ cột bảo trì của Trường còn thiếu Chính vì lý do trên nên chúng em được Khoa Cơ khí giao nhiệm vụ về đề tài

"Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo rung động và nhiệt độ để phục

vụ bảo trì và phòng ngừa "

Trang 13

Đề tài bao gồm các nội dung chính sau:

Chương 1: Tổng quan, chương này giới thiệu về một vài phương pháp giám sát

tình trạng thiết bị như giám sát nhiệt, giám sát âm, …, cũng như một số vấn đề về ổ lăn

( cấu tao, phân loại,…)

Chương 2: Thiết kế mô hình thí nghiệm, chương 2 trình bày về việc xây dựng

các phương án thiết kế cho mô hình thí nghiệm từ đó chọn ra phương án tối ưu nhất và

đi sâu vào thiết kế chi tiết và chế tạo, lắp ghép

Chương 3: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm, chương này trình bày về

các phương án thí nghiệm cũng như kết quả thí nghiệm ổ lăn trên mô hình mà ta đã chế tạo từ đó đánh giá tình trạng làm việc vủa ổ lăn

Chương 4: Xây dựng các bài thực hành đo

Chương 5: Kết luận, kiến nghị, phần này nêu lên kết quả đã đạt được trong quá

trình chế tạo thiết bị và tiến hành thí nghiệm Từ đó đề xuất các hướng nghiên cứu mới

- Tài liệu tham khảo

Mặc dù đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án này nhưng do trình độ chuyên môn còn hạn chế nên sẽ không thể nào tránh khỏi sự thiếu xót Kính mong quý thầy, các bạn và anh chị góp ý thêm để đồ án được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Ngô Văn Công Nguyễn Minh Thành

Trang 14

2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chung của đề tài là: Dự báo được các sai hỏng của ổ lăn để đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, giảm các sự cố ngưng máy bất chợt Việc này được thực hiện bằng cách giám sát đo và phân tích tình trạng ổ lăn bằng việc sử dụng

thiết bị đo chuyên dụng với thông số chính là dao động

Mục tiêu cụ thể là:

1 Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm khảo sát đánh giá ổ bằng thiết bị đo nhiệt

độ và rung động chuyên dụng

2 Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá thông số rung động của ổ

lăn Chẩn đoán các nguyên nhân gây ra hư hỏng ổ lăn nhằm đưa ra giải pháp khắc phục một cách hợp lý

3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu là ‘Ổ lăn’ trong quá trình hoạt động xảy ra sự cố hư hỏng

cơ bản như: quá nhiệt, rung, ồn, hư hỏng, dẫn đến trì trệ sự hoạt động của nhà máy, xí nghiệp Đề tài nãy sẽ giúp dự báo được các sai hỏng của ổ lăn từ đó đưa ra giải pháp cũng như cách khắc phục tốt nhất, tối ưu nhất có thể

4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Chương 2: Thiết kế mô hình thí nghiệm Chương này trình bày về các phương

án thiết kế mô hình thí nghiệm, từ đó chọn ra phương án thiết kế tối ưu đề thiết kế chi

tiết mô hình, chế tạo vá lắp ghép mô hình thí nghiệm

- Chương 3: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm Chương này trình bày

về các phương án thí nghiệm cho bài thí nghiệm đo nhiệt và đo rung từ đó tiến hành thí

nghiệm và thu thập kết quả để từ đó đánh giá, phân tích về tình trạng của ổ lăn

- Chương 4: Xây dựng các bài thực hành đo

Trang 15

- Chương 5: Kết luận: Phần này trình bày các kết quả đạt được trong suốt quá

trình làm đề tài và từ đó đề xuất các hướng nghiên cứu mới

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Nghiên cứu thực nghiệm: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được áp dụng

trong thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị

+ Nghiên cứu cơ sở

- Phương pháp luận: Tìm hiểu lý thuyết cơ bản của ổ lăn Từ đó mô hình hóa

thành mô hình thực nghiệm

Trang 16

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG NÓI CHUNG

1.1.1 Khái niệm cơ bản về giám sát và bảo trì thiết bị [3]

Các máy móc và thiết bị được 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 bởi 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 nguyên 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 cậy của 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 vậy việc bảo trì phòng ngừa gián tiếp hay còn được gọi là bảo trì trên cơ sở tình trạng CBM (Condition Based Maintenance), hay giám sát tình trạng (Condition Monitoring), được thực hiện để tìm ra các dấu hiệu hư hỏng ban đầu trước khi xảy ra hư hỏng gây ngừng máy Trong giải pháp này, công việc bảo trì không làm thay đổi trạng thái vật lý của thiết bị

- Giám sát tình trạng là quá trình xác định tình trạng máy lúc đang hoạt động hay ngừng hoạt động Nếu có một vấn đề nào xảy ra thì thiết bị giám sát sẽ phát hiện và cung cấp thông tin để có kế hoạch xử lý kịp thời đối với từng vấn đề cụ thể trước khi máy hư hỏng Ngoài ra, giám sát tình trạng còn cải thiện hiệu năng hoạt động của máy khi đạt mức tối ưu so với các đặc điểm kỹ thuật ban đầu của máy

Các mục tiêu của giám sát tình trạng:

- Can thiệp trước khi xảy ra hư hỏng

- Thực hiện các công tác bảo trì chỉ khi nào cần thiết

- Giảm số lần hư hỏng và số lần ngừng máy

- Giảm chi phí bảo trì và các phí thiệt hại do ngừng sản xuất

Trang 17

- Tăng tuổi thọ của thiết bị

- Giảm chi phí tồn kho và kiểm soát tồn kho hiệu quả

Kỹ thuật giám sát tình trạng sử dụng những công nghệ tiên tiến để xác định tình trạng và dự đoàn những hư hỏng tiềm ẩn với thiết bị có độ chính xác cao, bao gồm những

kỹ thuật cơ bản sau:

- Kỹ thuật giám sát rung động

- Kỹ thuật giám sát hạt và tình trạng lưu chất

- Kỹ thuật giám sát khuyết tật và kiểm tra không phá hủy

- Kỹ thuật giám sát nhiệt độ

- Kỹ thuật giám sát âm thanh

1.1.2 Các thành phần cơ bản của giám sát tình trạng thiết bị

Các thành phần của giám sát tình trạng thiết bị được thể hiện cụ thể trong sơ đồ khối sau đây:

Hình 1.1 Phân loại bảo trì

Trang 18

và cũng trở thành mục tiêu của ngành điều khiển tự động

Nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng trong sự hoạt động tổng thể đến hiệu suất của một hệ thống nói chung và của một chi tiết máy nói riêng Nhiệt độ có thể làm ảnh hưởng đến nhiều thông số quan trọng của chi tiết máy chẳng hạn như chất bôi trơn, độ nhớt, khả năng chịu tải, vận tốc,

b Kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố nhiệt độ

Giám sát nhiệt độ là một trong những kỹ thuật không thể thiếu của giám sát tình trạng Đối với mỗi chi tiết, nhiệt độ thay đổi có thể biểu hiện của những hư hỏng ban đầu Nếu không được giám sát, phát hiện và hiệu chỉnh kịp thời thì đôi khi chỉ cần một

hư hỏng nhỏ của những chi tiết này cũng có thể làm cho một thiết bị hoặc cả nhà máy ngừng hoạt động [1, Trang 25]

Để khai thác tối đa công suất và thời gian sử dụng ổ; chủ động trong việc kéo dài tuổi thọ ổ trục; đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, máy móc; giảm thiểu các sự cố đột xuất gây thiệt hại không nhỏ về chi phí bảo trì, vận hành cũng như sút giảm năng suất sản xuất của hệ thống thiết bị thì phải theo dõi tình trạng làm việc của vòng bi trong quá trình vận hành để phát hiện sớm hư hỏng và xử lý trước khi nó phát triển Điều này sẽ không chỉ làm giảm khả năng hư hỏng mà còn cho phép lên kế hoạch vật tư, nhân lực, kế hoạch sửa chữa hạng mục có liên quan trong suốt thời gian ngừng

máy

Hình 1.2 Ảnh so sánh nhiệt của hai động cơ đo bằng tia hồng ngoại [1]

Trang 19

Hình 1.3 Kiểm tra nhiệt độ gối đỡ gu-ly và vòng bi của máy bơm đứng (vòng bi

dưới nhiệt độ cao hơn) [1]

Ngày nay có rất nhiều phương pháp giám sát nhiệt độ khác nhau tùy thuộc vào tình trạng của thiết bị cần giám sát như: Đang đứng yên, đang chuyển động, khó tiếp xúc hay không thể tiếp xúc mà từ đó sử dụng các phương pháp giám sát nhiệt độ thích hợp

c Nguyên nhân làm ổ lăn sinh nhiệt

- Việc tra thêm dầu mỡ:

Khi hoạt động chúng có thể phản ứng do không làm việc ở chế độ cùng nhau, sẽ tạo ra cặn kết dính ảnh hưởng trực tiếp đến vòng bi Nếu loại dầu mỡ tra vào cùng loại với loại có sẵn điều này cũng không tốt làm giảm đi độ nhớt, giảm đi sự truyền nhiệt do

đó ít nhiều ảnh hưởng đến hoạt động của vòng bi

- Lựa chọn loại dầu mỡ bôi trơn không thích hợp:

Có rất nhiều người sử dụng dầu mỡ bôi trơn cho vòng bi mà không cần biết chúng

là loại nào? Điều này quả là sai lầm ngay từ bước đầu Vì mỗi loại dầu mỡ bôi trơn chúng có độ nhớt và hoạt động trong từng điều kiện khác nhau Do đó để sử dụng đúng loại cần tham khảo khuyến cáo của nhà sản xuất

Trang 20

- Dầu mỡ bôi trơn nhiễm tạp chất:

Dầu mỡ bôi trơn bị nhiễm bẩn là tác nhân trực tiếp đến sự quá nhiệt của vòng bi

Do đó sẽ làm cản trở sự hoạt động, chính xác hơn là sinh ma sát lớn, ành hưởng đến sự sinh công của máy móc

- Điều kiện vận hành khắc nghiệt hay vòng bi bị quá tải:

Điều kiện vận hành hay điều kiên làm việc của vòng bi là môi trường hoạt động của nó Điều kiện này có thể là sự hoạt động số vòng quay quá mức giới hạn, mức độ chịu tải lớn, hoạt động trong môi trường ô nhiễm về không khí, nóng, môi trường hóa chất

- Lựa chọn và lắp ráp sai vòng bi hay do sai trong thiết kế

Có rất nhiều loại vòng bi được sản xuất để thích ứng nghiệp vụ của từng bộ phận, của từng loại máy móc khác nhau

Chúng ta không thể thay thế vòng bi lắp trong cần trục tải trọng lớn lắp vào hệ thống motor Ngoài ra, bạn nên lựa chọn vòng bi - bạc đạn chính hãng rõ nguồn gốc để

bộ máy của bạn hoạt động ổn định hơn

1.1.3.2 Rung động và kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố rung động

a Bản chất của rung động

Độ rung của một đối tượng là một trạng thái chuyển động qua lại của đối tượng

đó quanh một vị trí cân bằng Trong công nghiệp quan tâm đến độ rung để kiểm tra tính

ổn định của máy

b Kỹ thuật giám sát tình trạng trên cơ sở yếu tố rung động

Kỹ thuật theo dõi và phân tích rung động là một phần rất quan trọng trong kỹ thuật giám sát tình trạng thiết bị Rung động mang tính dây chuyền Ta có thể nói rằng:

“Sự rung động này chính là nguyên nhân dẫn đến sự rung động khác” Chính vì vậy việc phát hiện và ngăn ngừa rung động là một công việc hết sức quan trọng và có ý nghĩa vô

cùng to lớn trong công tác chẩn đoán và ngừa phòng hư hỏng [1]

Tất cả các máy và cụm các chi tiết máy khi chuyển động đều gây ra các dao động

có tính chất lặp đi lặp lại tại một dải tần số nào đó

Trang 21

Hình 1.4 Đo và phân tích rung động bằng phương pháp phân tích phổ FFT [1]

Các tần số dao động này có thể xác định từ đặc tính hình học của các chi tiết máy

và được vẽ thành đồ thị mô tả độ lớn của dao động tại từng giá trị tần số cụ thể Các đồ thị này được gọi là phổ tần số của dao động

Phổ tần số của dao động cho phép ta phân biệt được các dao động gây ra do độ không chính xác của các khớp nối, ăn khớp bánh răng, lỗi ổ lăn và từ nhiều hiện tượng khác

Thông thường độ rung động của một chi tiết, một bộ phận cơ khí mang tính lũy tiến Do vậy, việc giám sát, theo dõi sự tiến triển của rung động là hoàn toàn có thể nếu như chúng ta có đủ thiết bị và thực hiện đúng phương pháp

Áp dụng kỹ thuật giám sát rung động sẽ giúp cho ta xác định một cách khá chính xác thời điểm xảy ra hư hỏng, hay nói một cách khác là thời điểm mà chi tiết hoặc thiết

bị mất khả năng làm việc Để từ đó chúng ta sẽ tránh được các hư hỏng ngẫu nhiên, các

hư hỏng ngoài ý muốn Vì thông thường các hư hỏng loại này sẽ phải trả một chi phí rất lớn, nhất là đối với các chi tiết, các cụm máy quan trọng đối với sản xuất

Ngoài ra, kỹ thuật giám sát rung động sẽ giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị như: ổ trục, roto, vòng bi, … Và các chi tiết có chuyển động quay khác

Phân tích rung động là một phương pháp đo lường được dùng để xác định, tiên đoán, và ngăn ngừa hư hỏng đối với máy móc có thiết bị xoay Thực hiện phân tích độ rung của máy móc sẽ cải thiện được độ tin cậy của máy móc và dẫn đến hiệu quả máy móc cao hơn và giảm thiểu hư hỏng về điện hay cơ khí Chương trình phân tích rung động được dùng khắp nơi trên thế giới trong lĩnh vực công nghiệp để phát hiện lỗi trong

Trang 22

máy, lên kế hoạch sửa chữa máy móc, và giữ cho máy móc chạy đúng chức năng, không

hư hỏng trong thời gian lâu nhất

Hình 1.5 Mức rung động của máy [2]

Theo dõi sự rung động là công việc thực hiện trong lúc các điều kiện vận hành

không được thay đổi, khi sự rung động gia tăng thì chỉ ra được những hỏng hóc sắp xảy

ra

Gia tăng mức độ rung động lớn thì hư hỏng cũng tăng lên Khi cơ cấu có khối

lượngvàđàn hồi bị rung động thì tạo nên lực Lực này có thể tạo thành bởi thành phần

tác động trực tiếp lên cơ cấu; nó có thể được khai triển bởi phản lực hoặc truyền đến cơ

cấu từ rotor qua ổ trục Lực ly tâm có thể được truyền từ chuyển động quay do sự không

cân bằng hoặc có thể là lực đẩy bởi sự ăn khớp trong truyền động bánh răng hoặc bởi sự

va đập chất lỏng trong bánh công tác Những thông số như là tốc độ quay của trục, số

răng của bánh răng, số lượng bánh công tác, … đều có thể tính toán được tần số của nó

khi có rung động Bằng sự so sánh giá trị của các tần số này với tần số khi mà sự rung

động bị tăng lên thì nó có thể xác định được nguồn gốc của sự gia tăng đó

Nếu sự thay đổi trong rung động có thể được phát hiện sớm hơn và được phân

tích, thì chúng ta có thể can thiệp bảo trì sửa chữa trước khi hỏng hóc xảy ra Vả lại,

việc ngừng máy có thể được hoạch định tại một thời điểm thích hợp Như vậy đo và

phân tích rung động định kỳ liên tục có thể là nền tảng cho việc giám sát tình trạng của

máy có chuyển động quay

Do đó mà hệ thống giám sát rung động cần cung cấp để :

- Đo mức gia tăng rung động để chỉ ra nhu cầu khẩn thiết cần quan tâm

- Đo tần số tại bất kỳ sự gia tăng nào xảy ra và cho phép chẩn đoán được vấn đề

Trang 23

Do đó, giám sát rung động là một công cụ hữu ích để phát hiện ra sự hiện diện của vấn đề về máy trong thời điểm sớm hơn Những vấn đề khác nhau gây ra rung động theo những cách thức khác nhau

Hình 1.6 Giám sát tình trạng rung động [2]

c Nguyên nhân gây ra rung động

Hầu hết các rung động máy là do một hoặc nhiều nguyên nhân sau gây ra: + Có các lực tác động lặp đi lặp lại

+ Sự lỏng

+ Sự cộng hưởng

Trong nguyên nhân do các lực tác động lặp đi lặp lại thì có các lý do sau:

- Sự mất cân bằng động: Các bộ phận máy bị mất cân bằng động do chứa một

điểm nặng ‘heavy spots’ dẫn đến khi quay xuất hiện 1 lực tác động lặp lại trên máy Sự mất cân bằng này thường gây ra do mật độ vật liệu phân bố không đều, sự thay đổi kích

cở bulong, sự xâm thực bên trong, mất cân bằng về trọng lượng, cân bằng sai, cánh quạt của motor điện không đồng đều, bị gẫy, bị biến dạng, ăn mòn hoặc các cánh quạt bị đóng bẩn

Hình 1.7 Mất cân bằng gây rung động

- Sự mất đồng tâm trục ( lệch trục ): Các thành phần của máy không đồng tâm

Trang 24

dẫn đến tạo các lực tác động lặp lại trên máy khi quay Sự mất đồng tâm thường do lắp ráp sai, do sàn bệ đặt máy không được bằng phẳng, do sự dãn nở nhiệt, tạo sự xoắn do xiết quá chặt và do gắn khớp nối sai

Lệch trục xuất hiện khi trục truyền động động cơ không cân bằng theo tải hoặc thành phần kết nối từ động cơ đến tải bị lệch (không cân)

- Thêm vào đó, hiện tượng lệch trục còn gây nên rung động ở cả tải và trục truyền động của động cơ Có một số dạng lệch trục sau:

Angular misalignment - Lệch góc - Đường nối tâm của trục cắt nhau và không song song

Parallel misalignment - Lệch theo song song - Đường tâm trục song song nhau

và không đồng tâm

Compound misalignment - Lệch trục hỗn hợp - Trường hợp bị cả hai loại lệch góc và song song kể trên

Hình 1.8 Mất đồng tâm trục

- Sự mài mòn: Sự mài mòn gây ra một lực lặp lại trên máy bỡi sự cọ xát của các

bề mặt bị mài mòn Sự mài mòn của vòng bi, các bánh răng, dây đai thường do sự lắp ráp không đúng, bôi trơn kém, khuyết tật trong quá trình sản xuất và do quá tải

Trang 25

Hình 1.9 Mài mòn do cơ cấu dẫn động không hợp lý

Điều này gây ra một lực lặp lại trên máy do sự cung cấp năng lượng gián đoạn

Ví dụ bơm hút không khí theo từng xung, động cơ đốt trong mất đánh lửa, sự gián đoạn

tiếp xúc của chổi chuyển mạch trong động cơ một chiều

Hình 1.10 Hậu quả của sự mài mòn gây ra

- Sự lỏng: Sự lỏng của các chi tiết máy gây ra rung động máy Nếu các chi tiết

máy trở nên lỏng, sự rung động đang ở mức cho phép có thể trở nên quá mức và không

thể kiểm soát

Sự lỏng có thể gây ra rung ở máy quay và cả máy không quay Nguyên nhân thường là do khe hở vòng bi quá lớn, lỏng bulong móng, sự tách rời của các chi tiết lắp

ghép, sự ăn mòn và sự nứt của các kết cấu kim loại

Hình 1.11 Sự lỏng của chi tiết máy

- Sự cộng hưởng: Trong một nhà máy hay xí nghiệp, khi hoạt động thì sẽ có rất

Trang 26

nhiều máy sẽ hoạt động cùng một lúc và điều gì sẽ xảy ra nếu máy của chúng ta ‘bị đẩy’

bởi một lực lặp lại với nhịp điệu trùng với vận tốc dao động riêng của máy

Máy sẽ rung động ngày một tăng do lực lặp lại kích thích máy rung ở một vận tốc gần bằng với vận tốc riêng Rung động máy sẽ ngày một tăng mãnh liệt và quá mức cho phép Một máy rung động theo cách thức trên được cho là đã bị cộng hưởng Một lực lặp lại nhỏ sẽ không gây một vấn đề gì cho đến khi bắt đầu gây ra sự cộng hưởng

Tuy nhiên sự cộng hưởng nên luôn tránh khi nó gây phá hủy nhanh chóng và khốc liệt

Hình 1.12 Rung cộng hưởng

d Ảnh hưởng của sự rung động

- Ảnh hưởng của sự rung động thường nghiêm trọng Nó cần phải loại bỏ trong

lúc máy vận hành, trong quá trình truyền động tự động hoặc lái máy bay, Trong một vài trường hợp tần số và mức độ của sự rung động có thể làm thiệt hại bên trong vật thể Máy móc có thể bị thiệt hại bỡi sự rung động Nếu sự rung động xảy ra khi có sự cộng hưởng tần số thì nó có thể làm nứt hoặc gẫy một vài phần như là đai ốc, bulong bỡi do

sự mõi Tiếng ồn chính là kết quả của sự rung động, thường vấn đề này rất nghiêm trọng

và có thể nguy hiểm đến người chịu tác dụng từ nó trong chu kỳ dài Đối với con người, nếu bị chấn động như vậy trong một thời gian dài sẽ có thể gây mờ mắt, mất cân bằng,

ù tai và làm việc kém hiệu quả Và sẽ rất nguy hiểm nếu điều này xảy ra đối với người vận hành máy, tài xế, phi công

Sự rung động không được cách ly thì nó truyền qua bất kỳ vật rắn nào tiếp xúc với nó như là sàn nhà, tườn, ống, ống dẫn điện và bất kỳ cơ cấu thanh có trong máy Đây

có lẽ là bất kỳ vật nào tiếp xúc với nó đều gây ra rung động

1.1.3.3 Giám sát tình trạng trên cơ sở phân tích âm thanh

Phát âm là một hiện tượng quen thuộc trong sản xuất Hiện tượng này được hình thành từ sóng đàn hồi tức thời được tạo ra do sự phóng thích năng lượng đột ngột của vật thể

Khi làm việc máy móc thường phát ra những âm thanh đặc trưng Nếu chi tiết,

Trang 27

bộ phận hoặc máy móc có vấn đề thì sẽ có sự biến đổi âm thanh khác thường Trong kỹ thuật giám sát tình trạng, giám sát âm cũng là một phương pháp quan trọng để đánh giá tình trạng của máy móc Thông qua các tín hiệu âm thư được từ các thiết bị giám sát, người ta có thể phân tích, xử lý để đưa ra kết luận về tình trạng của máy móc

Như vậy giám sát âm là một phương pháp kiểm tra hữu hiệu biến dạng của vật liệu khi chịu lực trong thời gian thử nghiệm và vận hành hệ thống máy móc, thiết bị, nhờ đó những hiện tượng bất thường nhỏ nhất cũng có thể được phát hiện trước khi xảy

- Rất khó phân biệt âm chính cần đo với những âm khác xung quanh Những âm

khác đó được gọi là âm nền…

Một vài loại vật liệu chỉ khi bị tác động đến gần giới hạn biến dạng mới có hiện tượng phát âm

- So với tín hiệu rung động thì tín hiệu âm yếu hơn

Hình 1.13 Giám sát bằng âm thanh

1.1.3.4 Theo dõi và phân tích dầu bôi trơn

Phân tích dầu là một chương trình lâu dài, nơi có liên quan, có thể cuối cùng dự

Trang 28

đoán tốt hơn bất kỳ công nghệ nào Có thể mất một năm cho các chương trình này để đạt được mức độ phức tạp và hiệu quả

Kỹ thuật phân tích thực hiện trên mẫu dầu có thể được chia ra hai loại:

+ Phân tích dầu được sử dụng và phân tích các phần tử mài mòn nhiễm trong dầu bôi trơn phân tích dầu được sử dụng sẽ xác định tình trạng của dầu đó, sẽ xác định chất lượng của dầu và kiểm tra có tiếp tục sử dụng nữa hay không

+ Phân tích các phần tử mài mòn nhiễm trong dầu bôi trơn sẽ xác định tình trạng

cơ khí của các thành phần máy được bôi trơn, bạn có thể nhận biết các thành phần của các vật liệu rắn hiện diện và đánh giá loại hạt mài mòn, kích cỡ, mật độ phân bố, hình dạng và cấu trúc

Hình 1.14 Nguyên lý lấy mẫu để giám sát tình trạng dầu bôi trơn [2]

1.1.3.5 Kỹ thuật siêu âm UT (Ultrasonic Testing)

Công nghệ siêu âm (UT) đã và đang trở nên phổ biến đối với ứng dụng phát hiện

rò rỉ cả cho hệ thống áp lực và không áp lực Hầu hết các công ty bảo trì máy nén và một số nhà sản xuất đều có trong tay một vài loại cảm biến siêu âm để tìm ra các rò rỉ Các tổ chức có thể dễ dàng cân đối chi phí đầu tư cho một cảm biến siêu âm với số chi phí đáng kể gây ra do thất thoát năng lượng từ các rò rỉ Tuy nhiên, có những ứng dụng khác của công nghệ siêu âm mà người dùng, các tổ chức NDT, và thậm chí là những nhà phát triển và sản xuất cảm biến siêu âm thường không nhận thấy được hay bỏ qua chúng Công nghệ siêu âm có thể được sử dụng làm phương tiện phát hiện sớm các hiện tượng mài mòn của bộ phận thiết bị như các ổ bi và bánh răng do bôi trơn không đầy đủ (quá nhiều hoặc quá ít)

Theo dõi tình trạng thiết bị và bảo trì dự báo thường được thực hiện nhờ vào các

Trang 29

phân tích độ rung, tia hồng ngoại và những kỹ thuật khác Công nghệ siêu âm lại thường

bị bỏ qua, tuy nhiên lại là một giải pháp xuất sắc, đặc biệt là dành cho các tổ chức có ngân sách thấp dành cho bảo trì Các thiết bị dò siêu âm cho phép người dùng hiểu được chính xác những tiếng động tạo ra do hệ thống chưa được bôi trơn đầy đủ (quá nhiều hoặc quá ít), và các dấu hiệu mài mòn từ sớm Công nghệ siêu âm phù hợp là công cụ nhanh và hiệu quả để xác định tình trạng đang diễn ra với thiết bị, các bộ phận như ổ bi, hộp số, động cơ, máy nén, …

Hình 1.15 Dùng kỹ thuật siêu âm để giám sát tình trạng hoạt động của thiết bị

Sóng siêu âm được tạo ra do ma sát, va chạm và phóng điện Ma sát và va chạm

là những hiện tượng đồng hành của thiết bị cơ khí Chẳng hạn, một ổ bi đang hoạt động

sẽ tạo ra ma sát tại trục và các bi quay quanh tâm Tuy nhiên, nếu có quá nhiều sự ma sát thì sẽ có sự cố xảy ra với dây chuyền sản xuất do sự thiếu cân bằng, hoặc ổ bi có thể

đã bị kẹt, từ đó làm cho dây chuyền sản xuất ngừng hoạt động

Bôi trơn đầy đủ cho ổ bi đang hoạt động luôn luôn rất quan trọng Một ổ bi được bôi trơn đầy đủ sẽ tạo ra âm thanh rất mượt khi hoạt động, với micro của thiết bị thu nhận siêu âm có thể phát hiện được khi nó được đặt vào gối đỡ của vòng bi

Nếu ổ bi được bôi trơn nhiều hơn mức cần thiết, sẽ có rất ít sóng siêu âm có thể được nghe thấy bằng tai nghe Nếu được bôi trơn không đủ, tiếng ồn do ổ bi tạo ra sẽ càng lúc càng tăng đáng kể và những tiếng ồn khác cũng có thể được tạo ra như tiếng sột soạt, lọc cọc trong ổ bi Những dấu hiện chỉ thị ổ bi không được bôi trơn đủ sẽ xuất hiện trong sóng siêu âm trước cả khi tia hồng ngoại có thể phát hiện được do nhiệt tăng lên và dĩ nhiên trước cả khi có thể tiến hành các phân tích độ rung của nó

Thêm vào đó, một khi ổ bi bắt đầu bị mài mòn, sóng siêu âm sẽ gây ra những tín hiệu sắc đinh tai khi đi qua những điểm bị mài phẳng hay những vết xước Những tiếng

Trang 30

ồn này được truyền vào tai nghe khi có những tiếng pop hay crack Một khi sóng siêu

âm được tạo ra tức là ổ bi bắt đầu cho thấy những dấu hiệu, khi đó việc thay thế có thể

được xem xét trong khi dây chuyền sản xuất ngừng hoạt động (trong thời gian nghỉ)

Mài mòn có thể được phát hiện ngay tức khắc mà không cần phải xem xét các kết quả

mô tả thu được của ổ bi đó và phân tích chúng

Với một cảm biến siêu âm được dùng cho theo dõi tình trạng thiết bị, kỹ thuật viên chỉ cần đưa đầu dò vào từng vị trí , điều chỉnh độ nhạy của thiết bị giúp tối thiểu sóng siêu âm ở xung quanh gây ra bởi những bộ phận hay thiết bị khác Sóng siêu âm yếu đi hay thất thoát năng lượng, nhanh hơn so với tiếng ồn mà các cảm biến độ rung

có thể phát hiện ra, tuy vậy nếu độ nhạy của thiết bị được điều chỉnh ở mức cao thì các rung động siêu âm trong thép vẫn có thể gây nhiễu các thiết bị đang được kiểm tra

Người dùng có thể ghi lại các thiết lập của cảm biến và tình trạng vận hành của các thiết bị như tốc độ, khả năng tải, Mỗi lần theo dõi một bộ phận thiết bị, người dùng nên duy trì các tình trạng vận hành tương đương để dễ phát hiện những thay đổi trong sóng siêu âm là do thiết bị bị mài mòn hay do bôi trơn không đầy đủ chứ không phải do tăng vận tốc vận hành

Không có dấu hiệu đơn lẻ hay xem xét chỉ một yếu tố nào có thể giúp xác định tình trạng thiết bị đang được kiểm tra Các tín hiệu kỹ thuật số do các phương pháp đo tương quan chỉ ra như deciben hay RMS không nên được dùng đơn lẻ để dự báo xu hướng Một bản mô tả deciben chẳng hạn, thường dùng hàm logarit để mô tả tỷ lệ mà trong đó có thể bao gồm cả công suất, áp lực tiếng ồn, điện thế, cường độ và một số các yếu tố khác

Song, sử dụng công nghệ siêu âm để theo dõi tình trạng thiết bị không phức tạp Phần mềm có thể được sử dụng để ghi lại các kết quả đầu ra của cảm biến siêu âm Khi

đã có được chuẩn chung hoặc tín hiệu chuẩn (benchmark signal), các bản ghi sau này có thể được đem ra so sánh để xác định được độ mòn hoặc bôi trơn của bộ phận thiết bị qua thời gian

Phần mềm phân tích tín hiệu cũng dễ sử dụng nhờ tính đơn giản trong việc sử dụng cảm biến siêu âm Nếu độ nhạy của cảm biến được điều chỉnh phù hợp với mỗi lần thực hiện thu bản ghi, các tiếng ồn (spikes & cracks) sẽ dễ được nhận dạng khi các

ổ bi bắt đầu mòn

Nếu thiết lập cho mỗi lần sử dụng của cảm biến là như nhau, người dùng có thể

Trang 31

dựa trên đó để so sánh biên độ tổng quát hoặc giá trị RMS (giá trị bình phương trung bình, công suất trung bình) của thiết bị với giá trị RMS chuẩn của nó Việc xác minh biên độ tăng cũng không giúp đưa ra kết luận cho những yếu tố khác như sự thay đổi tốc độ, khả năng tải, hay áp suất của vị trí đang được kiểm tra do bản ghi tín hiệu sau khi được bôi trơn thêm sẽ làm giảm biên độ

tổng quát của tín hiệu thu được

2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ Ổ LĂN

2.1 Cấu tạo của ổ lăn [5]

Hình 1.16 Cấu tạo ổ lăn [1]

2.2 Phân loại

- Theo hình dáng con lăn trong ổ chia ra:

+ Ổ bi, con lăn dạng hình cầu

+ Ổ đủa, con lăn có dạng hình trụ ngắn, trụ dài

+ Ổ đủa hình trống đối xứng, không đối xứng

+ Ổ côn, con lăn có dạng hình nón cụt

+ Ổ đủa kim, ổ đủa xoắn

- Ổ lăn gồm vòng ngoài 1, vòng ngoài

2, con lăn 3 và con cách 4 Vòng trong

và vòng ngoài thường có rãnh để dẫn hướng cho con lăn và giảm ứng suất Vòng trong lắp với ngõng trục, vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy) Thường thì vòng trong quay cùng với trục, còn vòng ngoài thì đứng yên, nhưng cũng có khi vòng ngoài quay cùng với gối trục còn vòng trong đứng yên

Trang 32

Hình 1.17 Các loại ổ lăn [2]

- Theo số dãy con lăn trong ổ chia ra:

+ Ổ có 1 dãy con lăn (hình 1.4a)

+ Ổ có 2 dãy con lăn (hình 14b)

+ Ổ có nhiều dãy con lăn

Số dãy con lăn tăng lên khi khả năng chịu tải cũng tăng (hình1.7 c)

Hình 1.18 Ổ lăn theo dãy [2]

- Theo khả năng chịu tải trọng chia ra:

+ Ổ đỡ: Chỉ chịu lực hướng tâm là chủ yếu

Hình 1.19 Ổ đỡ [5]

+ Ổ chặn: Chỉ chịu được dọc trục

Trang 33

- Theo khả năng tự lựa của ổ chia ra:

+ Ổ lòng cầu, mặt trong của vòng ngoài là mặt lõm hình cầu, ổ có khả năng tự lựa hướng tâm Khi trục biến dạng uốn cong,ổ sẽ lựa để làm việc bình thường (hình

Trang 34

2.7b, hình 2.8b)

+ Ổ tự lựa dọc trục, ổ có khả năng tự lựa theo phương dọc trục Khi trục biến

dạng, dãn dài thêm một lượng, ổ sẽ lựa theo để làm việc bình thường (hình 2.7a)

- Dựa vào khả năng chịu lực hướng tâm hay hướng trục hoặc cả hai, mà ổ bi chia

ra gồm:

+ Ổ bi đỡ một dãy; ổ bi đỡ chặn; ổ bi chặn đỡ; ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy; ổ đũa đỡ

trụ ngắn; ổ đũa côn; ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy, …

2.3 Ưu nhược điểm của ổ lăn [2]

So sánh với ổ trượt, ổ lăn có các ưu điểm sau:

- Hệ số ma sát nhỏ (vào khoảng 0,0012 – 0.0035 đối với ổ bi và 0.002 - 0.006 đối

với ổ đũa), mômen cản sinh ra khi mở máy cũng ít hơn so với ổ trượt; do đó dùng ổ lăn hiệu suất của máy tăng lên và nhiệt sinh ra tương đối ít Ngoài ra hệ số ma sát tương đối

ổn định (ít chịu ảnh hưởngcủa vận tốc) cho nên có thể dùng ổ lăn làm việc với vận tốc rất thấp

- Chăm sóc và bôi trơn đơn giản, ít tốn vật liệu bôi trơn, có thể dùng mỡ bôi trơn

- Kích thước chiều rộng ổ lăn nhỏ hơn chiều rộng ổ trượt có cùng đường kính

ngõng trục

- Mức độ tiêu chuẩn hoá và tính lắp lẫn cao, do đó thay thế thuận tiện, giá thành

chế tạo tương đối thấp khi sản xuất loạt lớn

Tuy nhiên, ổ lăn có một số nhược điểm sau:

- Kích thước hướng kính lớn

- Lắp ghép tương đối khó khăn

- Làm việc có nhiều tiếng ồn, khả năng giảm chấn kém

- Lực quán tính tác dụng lên các con lăn khá lớn khi làm việc với vận tốc cao

- Giá thành tương đối cao nếu sản xuất với số lượng ít

2.4 Điều kiện làm việc của ổ lăn

Ổ lăn là thiết bị thông dùng và được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực và đặc biệt là cơ khí.Nên môi trường làm việc của ổ lăn là khá đa dạng và khắc nghiệt

Điều kiện làm việc của ổ lăn

- Ổ lăn có thể làm việc trong môi trường nước hoặc môi trường ăn mòn

- Ổ lăn làm việc trong điều kiện chịu tải trọng dọc trục và hướng tâm lớn

- Chịu ma sát và mài mòn lớn

Trang 35

- Làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao

- Chịu va đập và rung động cao

- Chịu ứng suất tiếp xúc thay đổi liên tục

- Chịu tải trọng động và tải trọng tĩnh lớn

2.5 Các dạng hỏng thường gặp của ổ lăn [1]

Trong quá trình làm việc, thông thường trên các bề mặt làm việc của ổ lăn xuất hiện một số dạng hư hỏng chính như sau:

Tróc, rỗ vì mỏi bề mặt làm việc:

- Hiện tượng rỗ và tróc thường gặp phải trên bề mặt làm việc của các chi tiết như: Vòng trong, vòng ngoài, viên bi Nguyên nhân sinh ra của hiện tượng này là do mòn nghiêm trọng, ứng suất tiếp xúc vượt quá giới hạn cho phép Dạng hỏng này thường tập trung cục bộ ở một số điểm trên bề mặt trượt, hậu quả của chúng là khi các vết tróc và

rỗ phát triển trên diện tích lớn sẽ dẫn đến gây hỏng đột ngột các chi tiết làm việc và làm đình trệ sự hoạt động của toàn bộ thiết bị như Hình 1.13 Do đó việc chuẩn đoán và phát hiện sớm dạng hỏng này đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động thiết bị

Hình 1.24 Tróc, rỗ vì mỏi bề mặt làm việc [1]

- Tróc, rỗ xuất hiện sớm trong thời gian làm việc của ổ lăn trong các điều kiện như: Trong quá trình làm việc, dung sai trong của ổ lăn trở nên hẹp hơn so với ban đầu; Các vòng ổ lăn bị nghiêng do lắp đặt sai; vết nứt xuất hiện trong quá trình lắp đặt, gỉ sét xuất hiện trên bề mặt rãnh lăn hoặc trên con lăn; hình dạng của trục, vòng trong của ổ không chính xác

Trang 36

a Rỗ vòng trong Ổ bi chặn rãnh sâu b Rỗ vòng trong Ổ bi đũa trụ

c Rỗ vòng ngoài Ổ bi đũa trụ 2 dãy d Rỗ vòng trong Ổ bi đũa côn

e Rỗ vòng trong Ổ bi cầu tự lựa 2 dãy Hình 1.25 Một số hình ảnh rỗ vòng bi [1]

Mòn vòng ổ và con lăn:

Quá trình mòn xuất hiện do ma sát của các bề mặt trượt (mặt đầu của các con lăn với cạnh bên, bề mặt vòng cách với bề mặt con lăn) Nguyên nhân chủ yếu ở đây là do bôi trơn không đầy đủ và đúng quy cách, chịu sự tác động của các nhân tố bên ngoài

Độ mòn tăng lên tỷ lệ với thời gian vận hành Hậu quả của dạng hỏng này là tăng khe

hở hướng kính của ổ và làm tiền đề cho các dạng hỏng tiếp theo nguy hiểm hơn Độ mòn có thể giảm bằng cách cải thiện quá trình bôi trơn và tăng chất lƣợng bề mặt tiếp xúc của các chi tiết trong quá trình gia công

a

Trang 37

Mòn giữa con lăn và bề mặt b Mòn mặt lăn của vòng ngoài

c Mòn do ma sát với lỗ vòng trong d Mòn do ma sát với trục vòng ngoài

e Mòn do ma sát với tải nhẹ tại mặt lăn vòng trong Ổ bi chặn rãnh sâu

Hình 1.26 Một số hình ảnh mòn ổ bi [1]

Nứt và gãy:

Quá trình hình thành các vết nứt trên bề mặt các chi tiết của ổ có nguyên nhân từ tróc và rỗ bề mặt do ứng suất mỏi sinh ra vượt quá giới hạn cho phép Các vết nứt hình thành ban đầu thường rất nhỏ (cỡ vài µm) và sau thời gian hoạt động tương đối ngắn vết nứt này sẽ phát triển rất nhanh và gây nên gẫy hỏng chi tiết, hình 1.7 Dạng hỏng này là

hư hỏng cục bộ và cũng đóng vai trò hết sức quan trọng, như là một đối tượng cần phát hiện của chuẩn đoán

a Nứt và vỡ trên Ổ bi cầu tự lựa 2 dãy b Nứt vòng ngoài của Ổ bi đũa trụ 2 dãy

Trang 38

c Nứt trên vòng ngoài ổ bi tiếp xúc 4 điểm

d Vỡ gờ vòng ngoài Ổ bi đũa trụ e Vỡ gờ thuộc vòng ngoài Ổ bi đũa trụ Hình 1.27 Một số hình ảnh nứt gẫy vòng bi [1]

Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn được cho trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Tần suất hư hỏng của ổ bi

Biến dạng dư bề mặt làm việc:

- Do chịu tải trọng va đập hoặc tải trọng tĩnh quá lớn khi ổ không quay hoặc quay rất chậm (n < 1 vòng/phút)

Trang 39

a Biến dạng dư trên vòng ngoài mặt lăn b Biến dạng dư trên mặt lăn

thường kèm theo dầu bôi trơn, kết quả là gỉ sét sinh ra trên bề mặt ổ lăn Khi ổ lăn đưuợc đặt vào nơi ẩm trong một thời gian dài, gỉ sét sinh ra trên rãnh lăn tại vùng trống giữa các con lăn

Trang 40

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHI TIẾT

2.1 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ

Ổ lăn là một trong những chi tiết máy được sử dụng phổ biết trong các hệ thống truyền động Độ tin cậy và độ chính xác của ổ lăn có ý nghĩa quan trọng với hoạt động tổng thể của các thiết bị, máy móc Việc phát hiện lỗi và chẩn đoán tình trạng của ổ lăn

là vô cùng cần thiết để tránh những hỏng hóc bất chợt trong quá trình làm việc Khi làm việc ổ lăn thường phát sinh rung động, nhiệt, tiếng ồn Vậy nên, việc giám sát tình trạng ổ lăn thông qua các yếu tố này là cần thiết

Ở đây trong thiết bị mà chúng ta thiết kế và chế tạo, chúng ta sẽ sử dụng ổ lăn

6204 và 6206 vì đây là loại ổ lăn phổ biến và thông dụng trong lĩnh vực cơ khí và đặc biệt là có giá thành rẻ nên thuận tiện cho việc thiết kế và chế tạo cũng như tiến hành thực nghiệm

Việc thiết kế thiết bị thực hành giám sát phải thỏa mản các tiêu chí và mục tiêu sau:

Thiết kế, chế tạo mô hình bao gồm 1 trục được lắp trên 2 ổ bi dẫn động từ động

cơ qua khớp nối tới cánh quạt của máy bơm

Thiết kế, chế tạo mô hình gồm 1 cặp bánh răng trụ răng thẳng đặt ngoài hộp lắp trên 2 cặp ổ bi dẫn động từ động cơ qua khớp nối qua cặp bánh răng tới bộ phận tạo tải (băng tải)

Thiết kế, chế tạo mô hình gồm 1 cặp bánh răng trụ răng thẳng dặt ngoài hộp lắp trên 2 cặp ổ bi dẫn động tù động cơ qua khớp nối qua cặp bánh răng tới bộ phận tạo tải (bánh lệch tâm)

Thiết kế, chế tạo mô hình gồm 1 cặp bánh răng trụ răng thẳng dặt trong hộp lắp trên 2 cặp ổ bi dẫn động tù động cơ qua khớp nối qua cặp bánh răng tới bộ phận tạo tải (bánh lệch tâm) Có điều chỉnh tốc độ

Định dạng
Số trang	130
Dung lượng	4,74 MB