TIÊU CHUẨN NGÀNH

10TCN 563:2003

MÁY NÔNG LÂM NGHIỆP VÀ THỦY LỢI – ĐÁNH GIÁ RUNG ĐỘNG CỦA MÁY – GÁ LẮP ĐẦU ĐO RUNG

Agricultural, forestry and irrigation machines – Ọvaluation of machine

vibration – Mechanical mounting of accelerometers

(Ban hành kèm theo Quyết định số:  46/2003/Qđ-BNN

Ngày 03 tháng 03 năm 2003)

1          Phạm vi áp dụng

1.1          Tiêu chuẩn này qui định yêu cầu kỹ thuật và hướng dẫn phương pháp gá lắp đầu đo  rung động, sau đây gọi tắt là đầu đo.

1.2          Tiêu chuẩn  này chỉ áp dụng cho đầu đo, gá lắp trên bề mặt các bộ phận không quay của kết cấu chuyển động (minh hoạ trên Hình 1). Không áp dụng cho đầu đo rung kiểu không tiếp xúc và các đầu đo kiểu khác.

2          Tiêu chuẩn trích dẫn

·           10TCN 491: 2001. Máy nông lâm nghiệp và thuỷ lợi. Đánh giá rung động của máy. Phương pháp đo trên các bộ phận không quay tại hiện trường

·           ISO 5348: 1998. Rung và va đập cơ học – Lắp đặt cơ học đầu đo rung.

3          Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau

3.1        Thiết bị đo

Tổ hợp gồm đầu đo, khuyếch đại điện tử và hiệu chỉnh đáp tuyến tần số, chỉ thị giá trị… đại lượng đo rung động.

3.2        Đầu đo

Phần tử chuyển đổi đại lượng đo cơ học đầu vào (gia tốc, vận tốc rung hay độ chuyển dịch) thành đại lượng đầu ra (thường là tín hiệu điện) tỷ lệ với đại lượng đầu vào.

3.3        Đại lượng đo

Đại lượng sử dụng để đo rung động, bao gồm:

–    Độ chuyển dịch D, biểu thị bằng mm hoặc mm;

–    Vận tốc rung v, biểu thị bằng mm/s;

–    Gia tốc rung a, biểu thị bằng m/s².

Chú thích:

–    Giá trị hiệu dụng của vận tốc rung có quan hệ mật thiết với năng lượng rung động của máy quay thường được sử dụng để đánh giá rung động dải tần rộng.

–    Các đại lượng đo khác như độ chuyển dịch, gia tốc rung “đỉnh-đỉnh” cũng được xem xét sử dụng trong các trường hợp cụ thể thay vì giá trị hiệu dụng.

3.4        Dải tần số đo

              Dải tần số có độ rộng tương thích bao trùm toàn bộ phổ tần số rung động của máy được thử.

4          Yêu cầu kỹ thuật gá lắp

            Phải công bố chi tiết các đặc tính kỹ thuật của đầu đo về:

4.1          Bề mặt lắp đặt liên quan trực tiếp đến cơ cấu gá lắp được cung cấp kèm theo đầu đo như: độ nhám bề mặt, độ trực giao và độ sâu của lỗ gá lắp.

4.2        Kích thước hình học bao gồm

–    Vị trí trọng tâm của toàn bộ đầu đo;

–    Vị trí trọng tâm khối lượng chấn động theo phương gia tốc trọng trường của đầu đo.

4.3        Kỹ thuật gá lắp sử dụng để hiệu chuẩn đầu đo.

4.4          Mômen xoắn khuyến cáo gá lắp và mômen cực đại cho phép (gây nên thay đổi nhỏ hơn 2% trong dải tần số được sử dụng).

4.5        Giới hạn nhiệt độ đối với đầu đo và phụ kiện gá lắp.

4.6        Đặc tính cơ học liên quan trực tiếp đến:

–    Tổng khối lượng;

–    Vật liệu của đế;

–    Tần số cộng hưởng thấp nhất của đầu đo trước khi gá lắp (tần số riêng của đầu đo);

–    Khả năng đáp ứng tần số ở điều kiện lắp đặt xác định. Mô tả về vật liệu, kích thước và khối lượng cơ cấu mà trên đó lắp đặt đầu đo;

–    Độ nhạy lớn nhất theo phương ngang và tần số tương ứng.

4.7          Đường cong đáp ứng tần số của đầu đo ứng với kiểu gá lắp cơ học do nhà chế tạo qui định và mức độ ảnh hưởng của cơ cấu gá lắp đầu đo, nếu có.

–    Độ cứng vững dọc trục chuyển động (trạng thái bề mặt của kết cấu tại chỗ tiếp xúc với đầu đo và mômen xoắn cố định đầu đo);

–    Độ không cứng vững theo phương ngang trên đế gá lắp.

4.8        Đường kính, kiểu ren, vật liệu của các cơ cấu cố định đầu đo.

5          Phương pháp gá lắp

5.1        Yêu cầu chung

Đặc tính tối ưu của đầu đo chỉ đạt được khi tuân thủ đầy đủ các yêu cầu sau:

–    Đầu đo phải thực hiện trung thực chuyển động của kết cấu (đối tượng thử);

–    Sau khi đầu đo rung được lắp đặt, chuyển động của kết cấu thử bị thay đổi không đáng kể (có thể bỏ qua);

–    Tỷ số chuyển đổi giữa tín hiệu với chuyển động của đầu đo không bị thay đổi trong vùng làm việc gần tần số công hưởng của tổ hợp gá lắp.

5.2        Điều kiện gá lắp

Để đạt được các yêu cầu trong điều 5.1, cần phải đảm bảo:

–    Bề mặt gá lắp sạch và nhẵn để có thể cố định cứng vững đầu đo rung;

–    Lắp đặt đối xứng để đảm bảo nhiễu do gá lắp tạo ra là nhỏ nhất;

–    Khối lượng của đầu đo và phụ kiện gá lắp phải đủ nhỏ so với khối lượng động của kết cấu thử.

5.2.1     Dải tần số đo

5.2.1.1    Chỉ sử dụng đầu đo ở dải tần số thấp hơn 20% so với tần số cộng hưởng riêng (theo quy định của nhà chế tạo).

Chú thích: Đối với các đầu đo không giảm chấn có hệ số khuyếch cộng hưởng lớn hơn 30dB,  sai số phạm phải có thể được đảm bảo  không vượt quá vài phần trăm.

5.2.1.2    Ước lượng sai số gần đúng phải dựa trên cơ sở khối lượng rung lắc tuyến tính tương đương của hệ thống ứng với giá trị giảm chấn cho trước.

Chú thích: Đối với các phép đo độ va đập (shock) riêng biệt, nếu tần số cộng hưởng của cơ cấu gá lắp lớn hơn chu kỳ xung va đập mười lần, có thể giảm sai số đo xuống tới vài phần trăm.

5.2.2     Mômen xoắn gá lắp

Khi gá lắp đầu đo bằng vít cấy, phải tuân thủ giới hạn mômen xoắn cho phép do nhà chế tạo qui định.

5.2.3     Cáp đo

Cố định cáp đo một cách thận trọng để tránh làm biến dạng vỏ đầu đo kiểu đầu nối đồng trục (Hình 2).

Chú thích: Nếu cáp bị nới lỏng quá có thể gây hiệu ứng điện – ma sát đối với đầu đo kiểu áp điện.

5.3        Xác định tần số cộng hưởng cơ cấu gá lắp đầu đo

Xác định gần đúng tần số cộng hưởng cơ cấu (đế) gá lắp đầu đo sao cho đảm bảo độ sai lệch tương thích giữa tần số cộng hưởng và tần số thử bằng các phương pháp sau

5.3.1     Phương pháp kích thích rung

Sử dụng khối thép chuẩn có hình dáng xác định, trọng lượng thích hợp và bề mặt nhẵn (ví dụ, theo ISO 5348:1998 khối thép không gỉ có khối lượng 180g).

Bước 1: Giám sát chuyển động của khối thép chuẩn bằng đầu đo rung có tần số cộng hưởng riêng cao hơn so với tần số cộng hưởng cơ bản của bản thân khối thép, gá lắp trên bề mặt tại vị trí gần sát đầu đo được thử.

Bước 2: Tạo lực kích thích bằng phương pháp điện động.

Bước 3: Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của chất lượng vật liệu và bề mặt gá lắp bằng cách đưa các mẫu điển hình vào giữa bề mặt khối thép và đầu đo rung cần thử (Hình 3).

Chú thích: Đường cong đáp ứng tần số điển hình, minh hoạ trong các hình vẽ( từ Hình 5 đến Hình 10) phụ thuộc chủ yếu vào các tham số  nªu kèm theo.

5.3.2     Phương pháp kích thích va đập

5.3.2.1    Có thể sử dụng con lắc dao động để thử vật rơi và gõ búa bằng một trong các cách tạo kích thích va đập như sau:

a)      Thử theo kiểu con lắc: Gắn đầu đo vào khối đe tĩnh tại, treo theo kiểu con lắc. Khối búa cũng được treo tương tự để chuyển động tạo ra nhát gõ; hoặc

b)      Thử bằng vật rơi: Gắn đầu đo vào vật nặng tương tự như gắn vào vật thử thực, thả rơi tự do theo cơ cấu dẫn hướng dọc trục lên khối đe cố định để tạo va đập.

Chú thích:

–    Nếu không thể biểu diễn vật thử bằng khối lượng của khối đe hoặc búa, vật thử phải được chế tạo từ cùng loại vật liệu và có kích thước đủ lớn để mô tả gần đúng độ cứng vững của vật thử;

–    Nhát búa tác động gần chỗ gá lắp đầu đo trên cấu trúc thực có thể cung cấp các thông tin cần thiết, nếu sự cộng hưởng của kết cấu trong đối tượng đo là đủ nhỏ để có thể bỏ qua.

5.3.2.2    Tín hiệu ra của đầu đo ứng với va đập ở điều kiện thuận lợi có tần số cộng hưởng dạng xếp chồng (Hình 4). Đối với một số thử nghiệm cần phải tính toán năng lượng va đập (chọn chiều cao mà từ đó khối lượng thực hiện rơi tự do), độ cứng của bề mặt va chạm (thép hoặc phủ lớp chì) sao cho có thể thu nhận được chu kỳ thích hợp để biểu thị hiệu ứng cộng hưởng.

Chú thích:

–    Sử dụng thiết bị ghi dữ liệu hoặc kỹ thuật ghi biểu đồ sóng thích hợp để xác định tần số cộng hưởng thấp nhất, phát sinh trong quá trình va đập;

–    Những phương pháp này cũng đặc biệt thích hợp để nghiên cứu các tần số cao.

5.3.2.3 Lặp lại các thử nghiệm va đập thích hợp để thu nhận thông tin về độ ổn định gá lắp.

5.4.       Lựa chọn phương pháp gá lắp

5.4.1     Phải tuân thủ điều kiện gá lắp đầu đo theo qui định của nhà chế tạo.

5.4.2       Kiểm tra kỹ lưỡng bề mặt gá lắp để đảm bảo độ sạch, độ bằng phẳng và độ nhẵn cần thiết cho phương pháp gá lắp cụ thể dự kiến. Nếu không thoả mãn, phải gia công thêm bề mặt.

Chú thích:

–    Bố trí chính xác  trục “nhạy cảm” của đầu đo và hướng đo để giảm thiểu sai số đo;

–    Sai số nói trên là khá lớn nếu chuyển động ngang lớn hơn chuyển động dọc trục;

–      Phải mô tả trạng thái của bề mặt lắp đặt và phương pháp lắp đặt trong báo cáo kết quả thử nghiệm.

5.4.3       Xem xét lựa chọn phương pháp gá lắp đầu đo phù hợp với vị trí và điều kiện ứng dụng theo 10TCN 941-2001 và hướng dẫn trong Bảng 1.

Bảng 1.  Hướng dẫn lựa chọn phương pháp gá lắp đầu đo

5.5        Gá lắp kiểu đai ốc

5.5.1       Bề mặt gá lắp phải được làm sạch, phẳng và nhẵn, đảm bảo độ lệch nhỏ hơn giá trị cho phép của nhà chế tạo. Trục của các lỗ lắp vít cấy phải vuông góc với bề mặt gá lắp.

5.5.2       Đảm bảo mômen xoắn lắp đặt cần thiết theo qui định của nhà chế tạo sao cho mối liên kết chắc chắn, không làm tăng sai số, không làm hư hại cho đầu đo.

5.5.3       Tạo lớp đệm mỏng bằng dầu hoặc mỡ bôi trơn giữa các bề mặt gá lắp sao cho đạt độ tiếp xúc và cứng vững tốt nhất (Hình 5).

5.5.4     Vít cấy phải không chạm đáy lỗ ren để tránh bị kênh, làm suy giảm độ cứng vững.

5.6        Gá lắp bằng keo dán

Phương pháp này được sử dụng ở nơi kết cấu thử nghiệm không cho phép khoan lỗ hoặc cần thiết phải cách ly điện đầu đo, hoặc ở nơi bề mặt gá lắp không đủ phẳng.

Chú thích: Sử dụng liên kết đai ốc – keo dán, một đầu ăn vào mặt đế phẳng của đầu đo và đầu bên kia gắn vào kết cấu bằng keo dán.

5.6.1     Làm sạch bề mặt theo chỉ dẫn của nhà sản xuất keo dán.

5.6.2     Lớp keo dán mỏng phải đảm bảo vai trò của vòng đệm cứng.

5.6.3       Sử dụng các loại keo dán có phụ gia nhiệt cao (chịu nhiệt cực đại đến 80⁰C), chất đông cứng đảm bảo duy trì tiếp xúc mềm bên trong để tạo ra tần số cộng hưởng thấp (Hình 6).

Chú thích:

–    Có thể tăng dải tần số đo của đầu đo bằng cách sử dụng keo dán cứng (có giá trị E và G cao), có độ giảm chấn thấp (n và p nhỏ hơn 0,01) và lớp gắn kết mỏng

–    Tần số cộng hưởng lắp đặt f_c , được xác định theo công thức :

 trong đó :       K_c – độ cứng chịu nén liên kết của keo dán;

m – tổng khối lượng của đầu đo và cơ cấu gá lắp.

–    Độ cứng chịu nén phức hợp K_c của keo dán được xác định theo công thức:

trong đó:         E – môdun đàn hồi của keo dán;

h – tỷ số giảm đàn hồi của keo dán;

A, t – diện tích và độ dày của lớp keo dán.

–    Tần số cộng hưởng ngang f_c của lớp keo gắn vào có thể được xác định theo công thức:

trong đó:                K_s – độ cứng dịch chuyển theo chiều ngang của lớp keo gắn vào: 

với:                G – modul bảo toàn ngang của keo dán;

b – tỷ số suy giảm tiếp tuyến ngang.

5.7        Phụ kiện gá lắp

5.7.1       Phụ kiện gá lắp, bao gồm cả các vít cấy cách điện được thiết kế chế tạo sao cho đảm bảo có khối lượng, mômen quán tính thấp, cứng và chắc chắn, đối xứng theo trục nhạy cảm.

5.7.2    Nên tránh sử dụng kết cấu nẹp, vòng móc (nếu có thể). Khi cần thiết, sử dụng khối kim loại nhỏ, cứng, gá lắp cứng vững vào kết cấu có lỗ khoan trên bề mặt nhẵn, hoặc rãnh chốt kiểu đai ốc.

Chú thích: Nếu bắt buộc sử dụng kết cấu nẹp  hoặc vòng móc phức tạp, phải nghiên cứu xác định chế độ và tần số rung của kết cấu bằng phương pháp thích hợp.

5.8        Các dạng gá lắp khác

Có thể cố định chặt đầu đo bằng băng dính hai mặt chuyên dùng (Hình 7) – nhiệt độ cực đại đến 80⁰C; bằng phụ kiện gá lắp từ hoá (Hình 9) – nhiệt độ cực đại đến 205⁰C; bằng lớp sáp mỏng (Hình 10) – nhiệt độ cực đại đến 40⁰C; bằng phụ kiện gá lắp nhanh (Hình11) hoặc gá lắp kiểu chân không (Hình 12).

Chú thích :

–    Do giới hạn về biên độ và dải tần số của các phương pháp trên, trong trường hợp có nghi ngờ (không chắc chắn) phải nghiên cứu xác định dải tần số và biên độ cộng hưởng riêng cụ thể bằng phương pháp thực nghiệm thích hợp.

–    Tránh không sử dụng đầu đo rung kiểu cầm tay khi có thể (Hình 8).

Chú thích:  Phải nghiên cứu thực nghiệm để xác định giới hạn tần số giới hạn trên (tần số cộng hưởng) và biên độ lớn nhất có thể đo được (không gây biến dạng tín hiệu đo) của tổ hợp cơ cấu gá lắp nhanh và đầu đo rung cụ thể liên quan. Không thể đưa ra biểu đồ chung về khả năng đáp ứng tần số .