Chuẩn đoán sớm hư hỏng hệ truyền động bằng kỹ thuật phân tích dao động mới

Bài báo này trình bày phương pháp phân tích tín hiệu dao động mới trong miền thời gian – tần số bằng phép biến đổi nén Wavelet (Wavelet synchorosqueezing transforms - WSST). Phương pháp này đặc biệt phù hợp với hệ truyền động vận hành với tốc độ quay biến đổi. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chuẩn đoán sớm hư hỏng hệ truyền động bằng kỹ thuật phân tích dao động mới Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực CHẨN ĐOÁN SỚM HƯ HỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KỸ THUẬT PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG MỚI NGUYỄN TRỌNG DU, NGUYỄN PHONG ĐIỀN Tãm t¾t: Ngày nay, giám sát tình trạng kỹ thuật và chẩn đoán hư hỏng của hệ truyền động trên cơ sở các phương pháp phân tích tín hiệu dao động đã trở nên phổ biến. Một loạt các phương pháp phân tích tín hiệu dao động trong miền thời gian và miền tần số đã được áp dụng có hiệu quả để chẩn đoán hư hỏng cho hệ truyền động. Bài báo này trình bày phương pháp phân tích tín hiệu dao động mới trong miền thời gian – tần số bằng phép biến đổi nén Wavelet (Wavelet synchorosqueezing transforms - WSST). Phương pháp này đặc biệt phù hợp với hệ truyền động vận hành với tốc độ quay biến đổi. Từ khóa: Hệ truyền động, Chẩn đoán dao động, Phép biến đổi Wavelet, Phép biến đổi Fourier 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các hệ truyền động cơ khí thực hiện đồng thời chức năng truyền lực và truyền chuyển động (truyền công suất). Đối với các hệ truyền động quay như hộp số bánh răng, quá trình truyền công suất diễn ra giữa các trục quay, trong đó các trục quay thường song song với nhau. Một hệ truyền động gặp sự cố có thể làm đình trệ hoạt động của máy và thậm chí, cả một dây chuyền sản xuất. Một hệ truyền động gồm nhiều cụm chi tiết cấu thành như kết cấu vỏ, trục, khớp nối trục, ổ đỡ, bánh răng. Mỗi cụm chi tiết như ổ đỡ con lăn được lắp ráp từ nhiều chi tiết máy đơn lẻ. Hư hỏng tại một chi tiết máy trong khi làm việc cũng có thể gây ra sự cố cho toàn bộ hệ truyền động. Do sự quan trọng của hệ truyền động đối với toàn bộ máy, vấn đề giám sát và chẩn đoán cho hệ truyền động thực sự nhận được sự quan tâm lớn của giới nghiên cứu vào những năm 90 của thế kỷ trước cùng với sự phát triển của kỹ thuật đo dao động bằng các đại lượng điện và nhiều phương pháp xử lý tín hiệu số đã được đề xuất. Khi đó, những giải pháp chẩn đoán máy quay đã được giới thiệu, và được các nước công nghiệp phát triển đón nhận, sau đó triển khai ứng dụng ngay trên các sản phẩm cơ khí của họ. Các công trình của các tác giả người Đức Cempel [2], Klein [3] và Kolerus [4] đã đặt nền móng cho sự phát triển các phương pháp chẩn đoán dao động của máy nói chung và hệ truyền động nói riêng. Bartz [1] đã tiến hành thống kê tần suất hư hỏng của các chi tiết/cụm chi tiết trong hộp số bánh răng, kết quả thống kê được trình bày trong bảng 1. Theo số liệu này, hư hỏng tại bánh răng xảy ra với tần suất cao. Do đó, vấn đề nhận dạng hư hỏng của bánh răng được quan tâm nghiên cứutrong bài báo này. 2. GIÁM SÁT VÀ CHẨN ĐOÁN DAO ĐỘNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG Nhiệm vụ đầu tiên của quá trình giám sát là phân tích đối tượng cần giám sát (đặc điểm, chế độ vận hành, các yêu cầu đặc biệt về vận hành). Qua đó, ta có thể chọn lựa được một số yếu tố để biểu thị trạng thái kỹ thuật của đối tượng cần giám sát, thí dụ như tình trạng còn tốt hay các loại hư hỏng có thể xảy ra trong quá trình vận hành. 160 N. T. Du, N. P. Điền, “Chẩn đoán sớm hư hỏng hệ truyền động… dao động mới.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Bảng 1. Tần suất hư hỏng các chi tiết trong hộp số bánh răng [1]. Chi tiết/cụm chi tiết n< 3000 n> 3000 (vòng/phút) (vòng/phút) Bánh răng 58,2 % 31% Ổ đỡ con lăn 12,5 % 44% Vỏ hộp số 9,7 % 7% Trục 6,4 % Các chi tiết khác 13,2 % 9% (a) (b) Hình 1.Hư hỏng cục bộ (a) và hư hỏng phân bố (b)(nguồn[5]) Giám sát tình trạng (condition monitoring) là các hoạt động nhằm phát hiện sự hình thành và giám sát quá trình tiến triển của hư hỏng trong máy và thiết bị. Nhìn chung, các hư hỏng cục bộ (hình 1a) của chi tiết máy cần được phát hiện sớm để tránh nguy cơ sự cố hư hỏng đột ngột. Các hư hỏng phân bố cần được giám sát liên tục để tiên liệu được thời gian hoạt động còn lại và có x(t ) kế hoạch thay thế kịp thời Hư hỏng (hình 1b). Việc giám sát tình trạng của một thiết bị dựa trên việc phân tích tín hiệu Mức dừng dao động được đo thường máy xuyên. Đường đặc tính của Thời gian hoạt thông số giám sát (x) được Mức cảnh báo động còn lại xác định từ kết quả phân tích và là cơ sở để kết luận về mức độ tiến triển của hư Thời gian hoạt động t hỏng (hình 2). Hình 2.Đường đặc tính để giám sát tình trạng. Ở một mức cao hơn, chẩn đoán tình trạng (condition diagnostics) có nhiệm vụ nhận dạng, định vị và đánh giá mức độ của hư hỏng đã được phát hiện từ việc giám sát tình trạng. Như vậy, nhiệm vụ của chẩn đoán tình trạng phức tạp hơn nhiều so với giám sát tình trạng và do đó, có chí phí cao hơn về thiết bị và nhân lực. Việc thực hiện nhiệm vụ chẩn đoán dao động cho hệ truyền động tuân theo các nguyên tắc chung được mô tả trên hình 3. Hiện nay, trên thế giới đã áp dụng nhiều phương pháp phân tích tín hiệu dao động phù hợp cho chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của các chi tiết quay trong hệ truyền động cơ khí như trục, nối trục, ổ đỡ và bộ truyền bánh răng. Đối với bánh răng, việc chẩn đoán hư hỏng trong điều kiện vận hành tốc độ quay ổn định, dựa vào các thành phần tần số ăn khớp và các dải biên xung quanh tần số ăn khớp [6-7] đã trở nên quen thuộc. Tuy nhiên, do yêu cầu của quá trình công nghệ và sự th ...