Nghiên cứu hệ thống cách ly rung động từ máy giặt công nghiệp

Tính cấp thiết của đề tài Mất cân bằng động của chi tiết có chuyển động quay là một trong những nguyên nhân chính gây ra rung động trong máy móc, thiết bị.. Mất cân bằng động mất cân bằ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG TỪ

MÁY GIẶT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG TỪ

MÁY GIẶT CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã số: 8.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS BÙI MINH HIỂN

Đà Nẵng - Năm 2019

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Cao Thanh Bình

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG

TỪ MÁY GIẶT CÔNG NGHIỆP

Tính cấp thiết của đề tài

Mất cân bằng động của chi tiết có chuyển động quay là một trong những nguyên nhân chính gây ra rung động trong máy móc, thiết bị Các rung động này không những ảnh hưởng đến năng suất mà còn có thể gây hư hại cho máy móc, thiết bị và thậm chí gây nguy hiểm cho người vận hành Thiết bị, máy móc trước khi đưa vào vận hành phải được cân bằng để loại trừ, giảm thiểu rung động

Tuy nhiên có một số thiết bị quay vì đặc tính nên cần phải cách ly sự rung động do nó gây nên lên nền móng Ví dụ các thiết bị HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí)) hay các máy giặt công nghiệp khi hoạt động luôn gây ra rung động vì vậy cách ly các thiết bị này thông qua bộ giảm rung là cần thiết Các nghiên cứu về vấn đề tính toán và chế tạo các bộ cách ly rung động hiện nay tại Việt Nam chưa có nhiều Đây là vấn đề được đặt ra để giải quyết trong đề tài có tiêu đề

“NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG TỪ MÁY GIẶT CÔNG NGHIỆP’’để cách ly rung động cho máy

RESEARCH VIBRATION ISOLATION SYSTEM GENERATED FROM

INDUSTRIAL WASHING MACHINES

The urgency of the subject

Dynamic imbalance of rotating parts is one of the main causes of vibration in machinery These vibrations affect not only productivity but also damage to machinery and equipment and even endanger operators Equipment and machinery before being put into operation must be balanced to eliminate and minimize vibration

However, there are some rotary devices because of the characteristics that need to isolate the vibrations caused by it on the foundation For example, HVAC equipment (Heating, Ventilation, and Air Conditioning (heating, ventilation and air conditioning))

or industrial washing machines always cause vibrations so isolate these devices over dampers are needed There are not many studies on the calculation and manufacturing of vibration isolators in Vietnam This is the problem that is posed to solve in the subject of the title “ RESEARCH VIBRATION ISOLATION SYSTEM GENERATED FRO INDUSTRIAL WASHING MACHINES ” to isolate vibration for the machine

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOan 1

DANH MỤC CÁC HÌNH 4

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1 : RUNG ĐỘNG VÀ CÁCH LY RUNG ĐỘNG 3

1.1 Mất cân bằng động và rung động 3

1.1.1 Mất cân bằng động, rung động 3

1.1.2 Nguyên nhân gây ra mất cân bằng động 4

1.2 Phương pháp cân bằng động 6

1.2.1 Mất cân bằng tĩnh 6

1.2.2 Mất cân bằng động 8

1.2.3 Nguyên lý và thiết bị cân bằng 10

1.3 Cách ly rung động 15

1.3.1 Rung động 15

1.3.2 Các phương pháp cách ly rung động 15

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG 18

2.1 Phân tích các thiết bị cách ly rung động 18

2.1.1 Cao su : 18

2.1.2 Lò xo giảm chấn 20

2.1.3 Đệm hơi : 28

2.1.4 Gỗ xốp : 30

2.2 Tính toán hệ thống cách ly 32

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 38

3.1 Mô hình máy giặt 38

3.2 Hệ thống cách ly rung động 38

3.3 Mô hình mô phỏng hệ thống cách ly rung động cho máy giặt 39

3.4 Chế tạo mô hình 40

3.5 Kết quả đo thực nghiệm và phân tích số liệu 41

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình1.1 Tổng quan máy mất cân bằng 3

Hình 1.2 Vật liệu không đồng nhất 5

Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai và lắp rắp 5

Hình 1.4 Mất cân bằng do bong tróc, bám bẩn 6

Hình1.5 Mất cân bằng tĩnh (Balancing of machinery components ) 7

Hình1.6 Mất cân bằng tĩnh (Macdara MacCamhaoil Brüel & Kjær) 8

Hình1.7 Mất cân bằng động 8

Hình1.8 Giản đồ miền cân bằng 9

Hình 1.9 Thiết bị cân bằng động di động Model 258B của hãng IRD 11

Hình1.10 Thiết bị cân bằng động di động Model VIBXPERT II của hãng db PRUFTECHNIK 11

Hình1.11 Thiết bị cân bằng động di động Model N600 của hãng CEMB 12

Hình1.12 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB 13

Hình1.13 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK 14

Hình1.14 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN 14

Hình 2.1 Phạm vi ứng dụng của các loại vật liệu khác nhau 18

Hình 2.2 Cao su dạng trụ hoặc khối 19

Hình 2.3 Ứng dụng của cao su chống rung 19

Hình 2.4 Cao su dạng tấm 20

Hình 2.5 Lò xo chống rung 21

Hình 2.6 : Lò xo chống rung treo trần 23

Hình 2.7 : Lò xo chống rung treo trần XG 23

Hình 2.8: Lò xo chống rung treo trần XG 2 24

Hình 2.9 : Ứng dụng của lò xo chống rung treo trần 25

Hình 2.10 : Lò xo chống rung giảm chấn 26

Hình 2.11: Lò xo chống rung và giảm chấn 27

Hình 2.12 : Chống rung cho hệ thống quạt thông gió 27

Hình 2.13 Đệm hơi 28

Hình 2.15 Ứng dụng của đệm hơi giảm xóc trong ô tô 29

Hình 2.16 Gỗ xốp 31

Hình 2.17 Mô hình cách ly lực và cách ly chuyển động 33

Hình 2.18 – Lò xo trong hệ thống cách ly rung động 36

Hình 2.19 – Giảm chấn sử dụng trong hệ 37

thống cách ly rung động 37

Hình 3.1 – Mô hình máy giặt mô phỏng chế độ vắt (không có hệ thống cách ly) 38

Hình 3.2 Các chi tiết của bộ cách ly 39

Hình 3.3: Thiết kế mô hình thực nghiệm 40

Hình 3.4 Bộ cách ly rung động 41

Hình 3.5 Tổng quan mô hình thực nghiệm HT cách ly rung động 41

Hình 3.6: Máy đo dao động SKF Microlog GX 42

Hình 3.7: Đo thực nghiệm máy được gắn cố định trên sàn 43

Hình 3.8 : Đo thực nghiệm máy được đặt trên Hệ thống cách ly rung động 44

Bảng 1: Bảng phân tích số liệu đo thực nghiệm qua từng thời điểm khi máy được đặt cố định trên sàn 44Bảng 2: Bảng phân tích số liệu đo thực nghiệm qua từng thời điểm khi máy được đặt trên hệ thống cách ly rung động 45Bảng 3 : Bảng so sánh kết quả giữa 2 lần đo thực nghiệm 45Bảng 4: Biểu đồ chỉ tiêu dao động 46

MỞ ĐẦU Mục tiêu nghiên cứu

Hoàn thiện tài liệu thiết kế và chế tạo thiết bị cách ly rung động Thiết bị được chế tạo dựa trên nguyên lý phân tích cân bằng động và cách ly rung động Trong đề tài này, mục tiêu sẽ tính toán thiết kế chế tạo hệ thống cách ly rung động cho thiết bị máy giặt công nghiệp nhằm giảm các rung động lên nền móng

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Tổng hợp lý thuyết về dao động, cân bằng động

Tổng hợp và phân tích các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về các hệ thống cách

ly rung động có trên thị trường từ đó đánh giá các ưu nhược điểm của các hệ thống đã có

để lựa chọn phương án nghiên cứu hợp lý

Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để hoàn thiện hệ thống cách ly rung động từ máy giặt công nghiệp

Ý nghĩa khoa học và tính thiết thực của đề tài

Nghiên cứu hệ thống cách ly rung động từ máy giặt công nghiệp lên nền móng

Như ta được biết: Rung động thường gây ảnh hưởng nghiêm trọng cho người và máy Rung động và cộng hưởng có thể làm nứt, gẫy các chi tiết máy như đai ốc, bu lông, trục,

… tiếng ồn Kết quả của rung động, tác động đến người vận hành máy trong một thời gian dài có thể gây mờ mắt, ù tai, làm việc kém hiệu quả và một số bệnh nghề nghiệp khác

Rung động không được cách ly sẽ truyền qua bất kỳ vật rắn nào như sàn nhà xưởng, tường, các đường ống… gây ra nhiều thiệt hại

Rung động gia tăng cho thấy hư hỏng đang hoặc sắp xảy ra Mức độ rung động càng tăng thì hư hỏng càng trở nên nghiêm trọng Chính vì vậy, Đề tài nghiên cứu này có ý nghĩa vô cùng quan trọng, việc Nghiên cứu tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống cách ly rung động cho máy là rất cần thiết

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

Nội dung nghiên cứu:

Đề tài luận văn “ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG TỪ

MÁY GIẶT CÔNG NGHIỆP ” gồm 04 chương như sau:

CHƯƠNG 1 : RUNG ĐỘNG VÀ CÁCH LY RUNG ĐỘNG

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.

CHƯƠNG 1 : RUNG ĐỘNG VÀ CÁCH LY RUNG ĐỘNG

1.1 Mất cân bằng động và rung động

1.1.1 Mất cân bằng động, rung động

Mất cân bằng động (mất cân bằng) là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây rung động cho các thiết bị, máy có chi tiết quay Nguyên nhân gây rung động là do các chi tiết quay có trọng tâm không đi qua tâm quay của chi tiết Rung động là yếu tố quan trọng được xét đến trong thiết kế máy, đặc biệt đối với các máy có chi tiết quay với tốc độ cao

và cần độ tin cậy cao Cân bằng máy nhằm tránh được tải trọng động tác dụng lên các bộ phận khác trong máy như ổ trục, khớp nối, … đồng thời cũng kéo dài được tuổi thọ của máy nhờ giảm được dạng hỏng do tải trọng động gây ra (phá hủy do mỏi)

Mất cân bằng máy do nhiều nguyên nhân khác nhau gây nên, có thể do chi tiết, máy chưa được cân bằng sau khi chế tạo, lắp ráp, cũng có thể do chi tiết quay bị mòn, bị biến dạng do nhiệt trong quá trình vận hành, … Mất cân bằng máy nói chung là vấn đề có hại

do vậy cần phải xác định và xử lý

Hình1.1 Tổng quan máy mất cân bằng

Các nghiên cứu về cân bằng động được các nhà nghiên cứu quan tâm rất sớm và có thể kể đến như: năm 1962 Blake M P đã giới thiệu phương pháp cân bằng mà không

cần phải tháo chi tiết cần cân bằng ra khỏi máy, Macduff J N [1] năm 1967 đã đưa ra quy trình cân bằng cho các chi tiết quay, Baumeister A J và Britt C H [2] năm 1972 đã đưa ra các bước trong quy trình cân bằng chi tiết trên hai mặt phẳng, Stevensen Jr E N [3] năm 1972 về cân bằng máy Và đến hôm nay nhiều thiết bị hiện đại được chế tạo có thể chẩn đoán và đưa ra lượng mất cân bằng, vị trí cần đặt có độ chính xác cao Đến nay, các nghiên cứu đã được phát triển và ứng dụng để sản xuất, chế tạo các thiết bị cân bằng động có độ chính xác cao, bên cạnh một số thiết bị cân bằng chi tiết còn có các thiết bị có thể cân bằng máy tại hiện trường mà không cần phải tháo lắp chi tiết cần cân bằng Tại Việt Nam trong những năm gần đây đã có một số nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm các thiết bị cân bằng động như trong bài báo của tác giả Lê An, Phạm Văn Duy [4] đã nghiên cứu chế tạo mô hình máy cân bằng động cỡ nhỏ trong đó sử dụng phương pháp cân bằng động trên hai mặt phẳng, tác giả Đỗ Đức Lưu và các đồng tác giả [5] đã đưa ra nghiên cứu trong việc thu nhận và xử lý tín hiệu rung động nhằm sửa chữa thiết bị cân bằng động IRD Balancing B20 đã bị hỏng phần thu nhận và xử lý tín hiệu trong quá trình cân bằng động, tác giả Trần Tiến Anh [6] đã giới thiệu nghiên cứu trong đó sử dụng phần cứng của hãng NI và phần mềm LabView để thu nhận tín hiệu và xử lý mất cân bằng cho rotor, tác giả Trần Thanh Lam [7] đã đề xuất phương án chế tạo thử nghiệm thiết bị cân bằng sử dụng gối mềm dùng cân bằng các chi tiết quay có khối lượng bé hơn 15kg

1.1.2 Nguyên nhân gây ra mất cân bằng động

Sự mất cân bằng động của máy có chuyển động quay có thể là sự kết hợp của nhiều yếu tố hay một số nguyên nhân phổ biến nhất là : sự không đồng nhất của vật liệu, dung sai chế tạo và lắp rắp hay sự thay đổi vật lý của chi tiết quay khi hoạt động

+ Vật liệu không đồng nhất : Đôi khi có những lỗ hổng hay bọt khí được hình thành trong quá trình đúc của các chi tiết như cánh bơm hay pu-li cỡ lớn, các khuyết điểm như vậy không thể phát hiện bằng mắt thường nhưng nó là nguồn tiềm năng của sự mất cân bằng

Hình 1.2 Vật liệu không đồng nhất

+ Dung sai chế tạo và lắp rắp : là sự tích lũy độ rơ cho phép khi lắp đặt máy dẫn đến làm lệch tâm pu-li gây mất cân bằng

Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai và lắp rắp

+ Hay sự thay đổi về vật lý của chi tiết khi hoạt động: Một chi tiết được cân bằng tốt ngay khi sản xuất thì sự biến dạng nhiệt, sự ăn mòn hay xuống cấp hoặc bám bẩn của chi tiết cũng là nguyên nhân gây ra sự mất cân bằng ban đầu của nó

Hình 1.4 Mất cân bằng do bong tróc, bám bẩn

1.2 Phương pháp cân bằng động

Mất cân bằng máy có chi tiết quay có thể phân thành hai loại như sau :

1.2.1 Mất cân bằng tĩnh: là hiện tượng mất cân bằng đối với các vật quay mỏng (có kích thước theo chiều trục nhỏ hơn nhiều so với đường kính, ví dụ: bánh đà, bánh đai, tua bin, đĩa…) Đối với các vật quay dạng này chỉ cần thêm hoặc bớt một đối trọng trên một

mặt phẳng cân bằng nhằm mục đích cân bằng lực quán tính do khối mất cân bằng gây ra

Hình1.5 Mất cân bằng tĩnh (Balancing of machinery components ).

Mất cân bằng tĩnh là trường hợp đơn giản nhất của mất cân bằng đối với các vật quay Khối mất cân bằng có khối lượng m (g) và cách tâm quay một khoảng a (mm) gây lực quán tính ly tâm:

𝑃⃗ qt = m.𝑎 = m.𝑟 ω2 (1.1)

Trong đó : 𝑃⃗ qt : lực quán tính ly tâm (N)

m : khối lượng mất cân bằng

a : Gia tốc của vật quay (m/s2)

r : Khoảng cách từ khối mất cân bằng đến tâm quay của chi tiết (m)

ω : vận tốc góc của vật quay (rad/s)

Việc cân bằng được thực hiện bằng cách gắn thêm đối trọng ở vị trí xuyên tâm đối so với khối mất cân bằng hoặc loại bỏ một lượng vật liệu tại vị trí có khối mất cân bằng Do vậy, việc xác định khối lượng và vị trí của khối mất cân bằng là việc làm quan trọng trong cân bằng chi tiết quay

Hình1.6 Mất cân bằng tĩnh (Macdara MacCamhaoil Brüel & Kjær)

1.2.2 Mất cân bằng động : là hiện tượng mất cân bằng xảy ra đối với các vật quay

dày (có kích thước theo chiều trục lớn hơn so với đường kính, ví dụ: trục khuỷu, rotor…) Đối với các vật quay dạng này ngoài cân bằng lực quán tính (có thể có hoặc không có) còn phải cân bằng momen quán tính do khối mất cân bằng gây ra, việc thêm hoặc bớt đối trọng cân bằng thường được thực hiện trên hai mặt phẳng của vật quay

{

Hình1.7 Mất cân bằng động

Ngoài ra còn có mất cân bằng hỗn hợp ( tổng quát gọi là mất cân bằng động )là sự kết hợp của mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng ngẫu lực Mất cân bằng dạng này chỉ có thể được phát hiện bằng máy cân bằng động

Trên thực tế việc cân bằng tĩnh hay cân bằng động có thể tham khảo theo giản đồ bên dưới

Hình1.8 Giản đồ miền cân bằng

Miền I: Vật quay buộc phải cân bằng động

Miền II: Vật quay có thể cân bằng tĩnh hoặc cân bằng động tùy vào độ chính xác yêu cầu khi làm việc

Miền III: Vật quay chỉ cần cân bằng tĩnh

1.2.3 Nguyên lý và thiết bị cân bằng

+ Nguyên lý cân bằng động :

Một chi tiết quay được cân bằng khi đối trọng được gắn lên chi tiết với khối lượng và

vị trí có thể cân bằng với lượng mất cân bằng của chi tiết đó Do vậy, vị trí và khối lượng của đối trọng cần phải được xác định

Nguyên lý của việc thực hiện cân bằng động là làm thay đổi sự phân bố khối lượng của chi tiết quay (rotor) bằng cách gắn thêm đối trọng thử và đo pha và cường độ rung động thông qua gối đỡ Sự ảnh hưởng của đối trọng thử cho phép xác định được đối trọng sửa cần gắn lên rotor để cân bằng

+ Thiết bị cân bằng: Thiết bị cân bằng động có thể chia làm 2 loại:

Thiết bị cân bằng động di động: Thiết bị này được sử dụng để đo các dao động/rung

động ngay trên máy móc có vật quay cần được cân bằng mà không cần phải tháo rời chi tiết cần cân bằng

Ưu điểm: Tiết kiệm chi phí, thời gian do không phải tháo dỡ và lắp đặt lại vật quay,

cũng như vận chuyển vật quay về nhà máy/xưởng cân bằng

Khi cân bằng trực tiếp trên máy móc, có thể nói xem như cân bằng hệ thống (đối với các chi tiết quay có liên kết đối với vật quay được gắn đối trọng cân bằng)

Nhược điểm: Không cân bằng được các chi tiết đã tháo rời

Phạm vi ứng dụng: Thiết bị cân bằng di động được sử dụng chủ yếu trong ngành công

nghiệp sản xuất quạt, nhà máy điện, nhà máy xi măng, luyện kim, hóa chất công nghiệp, thiết bị kiểm tra ô tô, máy công cụ…

Cho phép cân bằng động các rotor có khối lượng nhỏ cho đến những loại khối lượng lớn đến 20000 kg được thiết kế đặc biệt

Một số thiết bị cân bằng di động hiên nay trên thị trường :

Hình 1.9 Thiết bị cân bằng động di động Model 258B của hãng IRD

Hình1.10 Thiết bị cân bằng động di động Model VIBXPERT II của hãng db

PRUFTECHNIK

Hình1.11 Thiết bị cân bằng động di động Model N600 của hãng CEMB

Thiết bị cân bằng cố định: Để cân bằng trên thiết bị này, chi tiết quay phải được tháo rời khỏi máy và lắp đặt trên thiết bị cân bằng tại nhà máy/xưởng cân bằng

Ưu điểm: Độ cứng vững của hệ thống tốt, không chịu tác động của các ngoại lực khác nên máy cho kết quả có độ chính xác cao

Có thể thực hiện đồng thời các nhiệm vụ phụ như: sửa chữa, sơn phủ, bảo dưỡng chi tiết quay

Cân bằng được với các cấp tốc độ khác nhau nhờ hệ thống dẫn động từ động cơ đa cấp hoặc vô cấp tốc độ

Nhược điểm: Phải tháo gỡ chi tiết cần cân bằng và vận chuyển đến vị trí đặt máy cân bằng nên rất bất tiện, đặc biệt đổi với các chi tiết quay có kích thước và trọng lượng lớn Khó khăn trong việc cân bằng động những loại rotor có tốc độ cao và yêu cầu kiểm soát độ rung nghiêm ngặt

Không thuận tiện đối với các rotor không được phép tháo ra, chẳng hạn như cánh quạt bơm nước…

Phạm vi ứng dụng: Chủ yếu đặt tại các xưởng cân bằng động chuyên dụng

Có khả năng cân bằng động các chi tiết lớn đến rất lớn, đường kính đạt 2000mm chiều dài đạt 6000mm

Một số thiết bị cân bằng cố định trên thị trường :

Hình1.12 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB

Hình1.13 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK

Hình1.14 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN

1.3 Cách ly rung động

1.3.1 Rung động

Rung động có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của máy móc thiết bị cũng như gây ra các tiếng ồn khó chịu Các máy có chuyển động quay thường được đặt trên nền xưởng gá trên tường hoặc một độ cao nhất định so với mặt đất, đây chính là nguyên nhân phổ biến gây ra rung động của máy Rung động có thể được cảm nhận một cách rõ rệt ở những vùng lân cận nơi đặt máy Rung động cơ học có thể truyền tới khoảng cách xa, bằng nhiều con đường khác nhau, thậm chí hàng trăm mét

Các thiết bị máy móc trong sản xuất, cũng như các phương tiện giao thông vận tải trong quá trình hoạt động thường sinh ra những dao động mạnh, nhất là với các máy móc, thiết

bị làm việc với hành trình lớn, vận tốc cao Những dao động này dưới dạng sóng cơ, thông qua các bộ phận của máy, bệ máy, kết cấu công trình v.v… lan truyền ra các môi trường xung quanh làm cho các môi trường, vật chất xung quanh chịu tác động và bị dao động theo Trong quá trình dao động lan truyền này biên độ dao động sẽ dần giảm rồi ngừng lại, vì nói chung vật chuyển động trong một môi trường và chịu tác dụng ma sát của môi trường truyền dao động Tuỳ theo lực ma sát đó lớn hay nhỏ, dao động sẽ ngưng lại nhanh hay chậm Chúng ta gọi hiện tượng tắt dần dao động Trong đời sống và trong kỹ thuật,

có trường hợp sự tắt dần của dao động là không có lợi, người ta phải có biện pháp để khắc phục nó (thí dụ như con lắc đồng hồ) Ngược lại, cũng có trường hợp sự tắc dần dao động

là có lợi, cần thiết (thí dụ như hệ thống giảm xóc của ô tô, xe máy, hay thiết bị tắt rung động lực của các thiết bị máy móc có trọng lượng và mức dao động lớn v.v)

1.3.2 Các phương pháp cách ly rung động

Để hạn chế được rung động cần phải xác định nguồn gốc gây ra rung động Sau đó áp dụng các phương pháp hạn chế cách ly rung động phù hợp Có thể giảm thiểu sự lan truyền rung động bằng giải pháp cách ly rung động Tránh hiện tượng cộng hưởng bằng cách giữ cho tần số tự nhiên và tần số kích thích cách xa Khi những giải pháp trên không khả thi thì có thể dùng các hệ thống hấp thụ rung động hay các cơ cấu giảm chấn Ngoài

ra, việc khống chế rung động cần phải được xem xét ngay trong quá trình thiết kế để có thể giảm rung động một cách hiệu quả Sau đây là một số giải pháp hạn chế rung động thông dụng

+ Giảm kích thích: Hai nguyên nhân chính gây ra rung động là mất cân bằng và không

đồng trục Hai nguyên nhân này làm phát sinh các lực kích thích và gây ra hư hỏng Do

đó để giảm thiểu lực kích thích nên quan tâm đến vấn đề này ngay từ khi thiết kế, chế tạo

và lắp đặt các thiết bị, cũng như lúc vận hành Sau đây là những biện pháp giảm kích thích

do hai nguyên nhân trên gây ra:

– Nếu rung động do mất cân bằng tạo ra vượt qua mức cho phép thì phải sử dụng các phương pháp đo rung động để phát hiện và loại bỏ bằng cách lấy đi lượng mất cân bằng hoặc thêm vào đối trọng để khử tác động của lượng mất cân bằng

– Nếu rung động quá mức gây ra do hiện tượng không đồng trục trong máy quay thì

có thể tránh được bằng cách lắp ổ bi trên những giá đỡ cứng vững, hay sử dụng cấu trúc dạng hộp Một số phương pháp được sử dụng để làm giảm rung động trong trường hợp này là:

– Thường xuyên kiểm tra và điều chỉnh sự thẳng hàng của mối ghép cả trong trạng thái tĩnh và động

– Tăng cường bôi trơn bộ truyền bánh răng

– Thay đổi chiều dày và độ nhớt của lớp dầu bôi trơn, để ngăn ngừa sự gia tăng độ không đồng trục

+ Tránh cộng hưởng: Có thể tính toán để tránh cộng hưởng ngay từ giai đoạn thiết

kế Thay đổi độ cứng và khối lượng ở một số nơi có thể làm thay đổi tần số rung động tự nhiên Thay đổi vận tốc làm thay đổi tần số đầu ra, tuy nhiên điều này không phải lúc nào cũng thực hiện được

+ Cách ly rung động: Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng bộ cách ly để làm

giảm rung động truyền từ nguồn rung động sang thiết bị vân hành Bộ cách ly rung động

có tần số riêng thấp hơn nhiều so với tần số rung động cần cách ly Nhờ đặc tính này của

bộ cách ly mà rung động bị giảm đi khi truyền đến thiết bị đang vận hành

+ Hấp thụ rung động: Trong trường hợp không thể giảm rung động bằng cách thay

đổi tần số tự nhiên hay tần số kích thích, có thể sử dụng hệ thống giảm chấn gồm lò xo

và khối lượng để giảm rung động của hệ thống chính Nguyên lý của phương pháp này là làm cho tần số tự nhiên của bộ hấp thụ bằng với tần số kích thích Nội lực của bộ hấp thụ

sẽ cân bằng hoàn toàn với lực kích thích do hệ thống chính tạo ra và như vậy là rung động của máy sẽ bị triệt tiêu

Giải pháp này chỉ sử dụng cho các máy có tốc độ vận hành không thay đổi hoặc thay đổi nhưng không đột ngột như: các động cơ đồng bộ, các động cơ đốt trong vận hành với một vận tốc không đổi… Nếu máy có tốc độ thay đổi nhanh thì việc điều chỉnh để thay đổi tần số riêng của bộ hấp thụ không thể đáp ứng kịp thời kết quả là không thể hấp thụ được rung động

Trong thực tế các máy móc, thiết bị sau khi xuất xưởng thì hầu như đã được cân bằng theo tiêu chuẩn, thường là được cân bằng khi không có tải Do vậy khi mang tải, máy móc, thiết bị có thể do tải trọng thay đổi hoặc phân bố không đều ( một cách ngẫu nhiên

và không kiểm soát được) gây nên sự mất cân bằng mới và vượt khỏi mức rung động cho phép, ví dụ: như máy giặt thực hiện chế độ vắt ly tâm, Do vậy, trong các trường hợp như vậy cần phải có hệ thống cách ly rung động, nhằm giảm thiểu sự rung động ảnh hưởng đến nhà xưởng, người làm việc

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG

2.1 Phân tích các thiết bị cách ly rung động

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều thiết bị cách ly rung động nhưng chủ yếu có bốn loại vật liệu đàn hồi thường được sử dụng để làm thiết bị cách ly rung đông như : cao su

ở dạng khối vuông hay trụ, kim loại ở dạng lò xo hay đệm lưới, đệm hơi, gỗ xốp hay nỉ ở dạng nén Sự lựa chọn vật liệu cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào độ lệch tĩnh và môi trường làm việc (ví dụ : dầu, ăn mòn v.v) phạm vi độ lệch tĩnh thông thường được

sử dụng chung cho từng vật liệu trên được hiển thị bằng đồ thị sau

Hình 2.1 Phạm vi ứng dụng của các loại vật liệu khác nhau

2.1.1 Cao su : cao su cách ly có 2 dạng nén ( hình trụ hoặc khối ) và dạng tấm (

tấm đặc hoặc cao su non), cao su có độ cứng động lớn hơn ( bằng 1.3 đến 1.8) so với độ cứng tĩnh nên việc kiểm tra và lấy dữ liệu có thể lấy bất cứ lúc nào

+ Cao su nén (dạng trụ hoặc khối)

Đặc điểm chung : có khả năng chịu mài mòn cực tốt, khả năng chống va đập và chống

rung cao, chịu được môi trường khắt ke như: chịu dầu, chịu nhiệt, hóa chất và chống lão hóa cao

Tuy nhiên cao su dạng này có giá thành khá cao và chỉ dùng cho những thiết bị vừa và nhỏ

Hình 2.2 Cao su dạng trụ hoặc khối

Phạm vi ứng dụng : Cao su đặc có tính đàn hồi xuyên tâm chống rung giảm chấn lớn

hơn độ co dãn theo trục, có thể hoạt động ở chế độ nén, trượt hoặc theo dạng kết hợp trượt nén, ngoài ra cao su chống rung có nhiều kích thước khác nhau , có thể dễ dàng lắp đặt

và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cho các máy có chi tiết quay như : hệ thống thông gió, điều hòa,các trạm bơm nước cỡ vừa.v.v

Hình 2.3 Ứng dụng của cao su chống rung

+ Cao su dạng tấm : cao su dạng tấm có 2 loại dạng: cao su tấm đặc và cao su non Đặc điểm chung : Cao su tấm có tính ổn định và bền, hệ số dẫn nhiệt thấp, có tính đàn

hồi cao chịu được môi trường ẩm ướt và dễ lắp đặt

Cao su dạng này có giá thành khá cao và chỉ dùng cho những thiết bị vừa và nhỏ Phạm vi ứng dụng : sản phẩm được sử dụng làm đệm đỡ chống rung cho các chân hệ

thống máy phát, máy nổ giúp máy chạy êm hơn, giảm rung chấn và tránh tương tác trực tiếp với sàn

Hình 2.4 Cao su dạng tấm

2.1.2 Lò xo giảm chấn : Bên cạnh cao su thì lò xo giảm chấn được sử dụng phổ

biến trong cách ly rung động, khả năng chịu tải của lò xo giảm chấn có thể chịu được sự thay đổi từ các thiết bị có tải trọng nhẹ đến nặng nhất, Lò xo có thể được sản xuất công nghiệp với số lượng lớn, tuy nhiên khi được thiết kế để cách ly tần số thấp nhưng ngược lại chúng dề dàng truyền tần số cao, để giảm thiểu việc này bằng cách chèn đệm cao su hoặc nỉ và các điểm lắp đảm bảo ràng không tiếp xúc kim loại với kim loại giữa lò xo và cấu trúc hỗ trợ

+ Lò xo giảm chấn dạng trụ :

Đặc điểm chung : Lò xo được chế tạo bằng loại thép đàn hồi Cr - Si có lực đàn hồi rất tốt và độ cứng cao phù hợp cho tất cả các loại máy có điều kiện hoạt động lực đè nén chấn động lớn , được dùng rộng dãi trong tất cả các nghành công nghiệp

Tuy nhiên khả năng chịu tải của lò xo không quá lớn tùy thuộc vào mỗi loại lò xo tương

ứng với độ cứng của mỗi lò xo

Hình 2.5 Lò xo chống rung

Thông số kỹ thuật của lò xo :

d (đường kính dây) : tham số này cho biết đường kính của dây kim loại được dùng để làm lò xo

S (trục) tham số này tương ứng với đường kính tối đa của trục có thể được đưa vào trong lò xo Dung sai của tham số này là +/- 2% (chỉ định)

Di (Đường kính trong) : đường kính trong của một lò xo được tính bằng cách lấy đường kính ngoài của nó trừ đi hai lần đường kính dây Dung sai khoảng +/-2% (chỉ định)

De (Đường kính ngoài) : đường kính ngoài của một lò xo bằng đường kính trong cộng với hai lần đường kính dây Dung sai khoảng +/- 2%

H (khoảng không) : đây là đường kính tối thiểu của khoảng không gian trong đó lò xo

có thể hoạt động được Dung sai đối với tham số này là +/- 2 % (chỉ định)

P (bước) : khoảng cách trung bình giữa hai vòng xoắn hoạt động liên tiếp của một lò

xo

Lc (chiều dài khi bị nén tối đa) : chiều dài tối đa của lò xo sau khi bị nén hoàn toàn Tham số này nằm ở bên phải trên hiình vẽ Dung sai của tham số này là +/- 15 % (chỉ định)

Ln (chiều dài cho phép) : chiều dài tối đa cho phép sau khi xoắn ở mức tối đa Nếu độ xoắn quá lớn, lò xo có nguy cơ bị biến dạng (biến dạng không thể phục hồi do lực tác động) Trong đa số các trường hợp, lò xo không có nguy cơ bị biến dạng Ln = Lc +

Sa với Sa là tổng khoảng cách nhỏ nhất trong giới hạn đàn hồi giữa cách vòng xoắn tích cực

L0 (Chiều dài tự nhiên) : chiều dài tự nhiên của lò xo là chiều dài khi lò xo ở trạng thái không bị nén, sau lần nén đầu tiên (nếu cần thiết) Dung sai khoảng +/- 2% (chỉ định)

Số vòng xoắn : tổng số vòng xoắn của lò xo (lò xo trong hình trên có 6 vòng xoắn)

Để tính số vòng xoắn hoạt động, ta lấy tổng số vòng xoắn trừ đi hai vòng xoắn ở hai đầu mút của lò xo

K (Độ cứng) : thông số này quyết định khả năng chịu nén của lò xo Đơn vị tính : 1DaN/mm = 10 N/mm Dung sai khoảng +/- 15% (chỉ định)

Phạm vi ứng dụng : Lò xo ngày nay được ứng dụng rất nhiều và phổ biến trong mọi

thiết bị máy móc, ngoài ra lò xo còn có một số ứng dụng đặc thù như: Cân trọng lượng, lực kế, lưu trữ năng lượng, giảm sóc ở xe, bám giữ vật v.v

+ Lò xo giảm chấn dạng treo :

Đặc điểm chung : Lò xo chống rung dạng treo là một thiết bị hữu ích để giảm lực

tác động lên máy móc, thiết bị và đặc biệt lò xo giảm rung cho các máy có chi tiết quay - thiết bị rung lắc mạnh

Các thiết bị này thường dùng trong cùng một hệ thống nên cần đảm bảo hoạt động linh hoạt, thuận tiện hơn Lò xo treo có độ đàn hồi kích thước đa dạng đảm bảo phù hợp với nhiều máy móc và ngăn chặn rung động được tạo ra bởi thiết bị treo.Và đặc biệt ngăn chặn rung động được tạo ra bởi các lực giãn nở nhiệt từ các đường ống hoặc ống dẫn

Hình 2.6 : Lò xo chống rung treo trần

Hình 2.7 : Lò xo chống rung treo trần XG

Hình 2.8: Lò xo chống rung treo trần XG 2

Ứng dụng của lò xo chống rung treo trần :

Lò xo chống rung treo trần được lắp đặt cho hệ thống điều hòa trung tâm

Hình 2.9 : Ứng dụng của lò xo chống rung treo trần

+ Lò xo chống rung giảm chấn :

Đặc điểm chung : là loại lò xo không vỏ bọc được thiết kế chống độ võng lớn, lò xo

làm bằng thép, ở trên đỉnh được chế tạo có thiết bị điều chỉnh độ cao, ở phía dưới có tấm cách âm và chống trượt Để lò xo đạt được độ ổn định cao đường kính bên ngoài của vòng

lò xo phải lớn hơn 80% so với chiều cao của vòng lò xo khi bị nén ở tải trọng đã định mức Tất cả các vòng lò xo đều được thiết kế để có thể chịu quá tải tối thiểu 50%