Thực Nghiệm Cân Bằng Động Trục Khuỷu Động Cơ 6 Xy-Lanh Sử Dụng Phương Pháp Các Hệ Số Ảnh Hưởng

• Tác giả: Nguyễn Thanh Tùng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Đình Tuân
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Thực Nghiệm Cân Bằng Động Trục Khuỷu Động Cơ 6 Xy-Lanh Sử Dụng Phương Pháp Các Hệ Số Ảnh Hưởng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu tổng thể
• 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu áp dụng cụ thể
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.7.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÂN BẰNG ĐỘNG
• 2.1. Tổng quan về cân bằng và nguyên tắc cân bằng
• 2.1.1. Cơ sở lý thuyết của cân bằng rotor
• 2.1.2. Mất cân bằng của vật quay cứng
• 2.1.3. Điều kiện cân bằng vật quay
• 2.1.4. Các dạng cân bằng vật quay
• 2.1.5. Ranh giới giữa cân bằng tĩnh và cân bằng động
• 2.2. Phương pháp cân bằng vật quay
• 2.2.1. Phương pháp cân bằng tĩnh
• 2.2.2. Phương pháp cân bằng động
• 2.2.2.1. Cân bằng động bằng phương pháp khởi động ba lần
• 2.2.2.2. Cân bằng động bằng phương pháp khởi động hai lần
• 2.2.2.3. Cân bằng động bằng phương pháp ba lần tiếp tục gắn tải trọng thử
• 2.3. Tổng quan về ứng dụng cân bằng vật quay trên các máy cân bằng động hiện nay
• 2.3.1. Khái niệm độ tin cậy động lực học của vật quay
• 2.3.2. Phương pháp cân bằng mode
• 2.3.3. Phương pháp hệ số ảnh hưởng
• 2.3.3.1. Phương pháp cân bằng một mặt
• 2.3.3.2. Phương pháp cân bằng hai mặt
• 2.3.3.3. Khả năng cân bằng với lần chạy duy nhất
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÂN BẰNG ĐỘNG
• 3.1. Tổng quan về máy cân bằng động
• 3.1.1. Hệ giao động và nguyên lý làm việc của máy cân bằng động
• 3.1.2. Giới thiệu một số máy cân bằng của nước ngoài
• 3.1.3. Máy cân bằng động trong nước
• 4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM CÂN BẰNG ĐỘNG CHI TIẾT QUAY
• 4.1. Phương pháp kiểm nghiệm phương pháp các hệ số ảnh hưởng
• 4.1.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm và thu thập số liệu trong cân bằng động một mặt
• 4.1.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm và thu thập số liệu trong cân bằng động hai mặt
• 4.1.3. Phương pháp xử lý tín liệu – khử nhiễu
• 4.2. Thuật toán Fourier rời rạc (DFT)
• 4.3. Phương pháp đánh giá độ tin cậy của phương pháp hệ số ảnh hưởng
• 4.3.1. Chế độ làm việc với chất lượng cân bằng
• 4.3.2. Tiêu chuẩn cân bằng động
• 4.3.2.1. Dung sai cân bằng
• 4.3.2.2. Chỉ tiêu giao động
• 4.3.2.3. Tiêu chuẩn ISO 1940 về chất lượng cân bằng rotor cứng
• 4.4. Phương tiện thực nghiệm cân bằng động
• 4.4.1. Máy cân bằng động HnB75B
• 4.4.2. Trang thiết bị và dụng cụ đo
• 4.4.2.1. Vật quay mẫu
• 4.4.2.2. Dụng cụ đo sử dụng trong thí nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: ÁP DỤNG CÂN BÀNG ĐỘNG TRỤC KHUỶU ĐỘNG CƠ SÁU XY-LANH THẲNG HÀNG
• 5.1. Kết quả khảo sát thông số đo cân bằng động vật quay lên hệ giao động của máy cân bằng động
• 5.1.1. Tốc độ quay lên hệ giao động
• 5.1.2. Lượng mất cân bằng lên hệ giao động
• 5.2. Kết quả thực nghiệm trên rotor mẫu nhằm kiểm nghiệm phương pháp các hệ số ảnh hưởng
• 5.2.1. Kết quả kiểm nghiệm độ tin cậy của phương pháp các hệ số ảnh hưởng áp dụng trong cân bằng một mặt
• 5.2.2. Kết quả kiểm nghiệm độ tin cậy của phương pháp các hệ số ảnh hưởng áp dụng trong cân bằng hai mặt
• 5.3. Kết quả về việc cài đặt tiêu chuẩn ISO 1940/1 vào chương trình điều khiển
• 5.4. Ứng dụng cân bằng động trục khuỷu động cơ sáu xy-lanh thẳng hàng
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết quả đạt được
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 1 Kết quả khảo nghiệm
• Phụ lục 2 Hệ thống hóa các quy trình cân bằng rotor một mặt, rotor hai mặt và ứng dụng cân bằng rotor thực
• Phụ lục 3 Cấu tạo băng thử cân bằng động HnB75B và phương tiện
• Phụ lục 4 Một số quy trình vận hành máy
• 4.1. QUY TRÌNH CÂN BẰNG CHUẨN
• 4.2. HƯỚNG DẪN QUY CHUẨN ISO 1940

I. Tổng Quan Về Cân Bằng Động Trục Khuỷu 6 Xy Lanh 55

Mất cân bằng không chỉ là nguồn gây rung động thường gặp trong các máy có chuyển động quay mà còn gây ra nhiều hư hại cho máy. Nó được xem như là khuyết điểm cần khắc phục trước tất cả các vấn đề khác. Mất cân bằng ở các máy quay ngày càng trở nên một yếu tố quan trọng trong việc phát triển các thiết bị hiện đại đặc biệt đối với các thiết bị đòi hỏi tốc độ và độ tin cậy cao. Sự mất cân bằng là một hiện tượng có hại do đó cần phải xác định và khi cần thiết phải giảm thiểu hoặc trừ khử hoàn toàn. Việc làm đó gọi là cân bằng động. Điều này cũng đồng nghĩa với việc tránh hư hỏng do mỏi trong các kết cấu liên quan, giảm tiếng ồn và rung động, làm tăng tuổi thọ và chất lượng của máy khi vận hành. Nhiều công trình nghiên cứu liên quan đã được thực hiện để tính toán dao động cho việc thiết kế, thử nghiệm hoặc vào các mục đích sử dụng của động cơ khác nhau. Sự mất cân bằng được phát hiện và khắc phục trong thời gian thực, ở trong quá trình hoạt động ở trạng thái ổn định.

1.1. Tầm quan trọng của cân bằng động trong công nghiệp

Trong lĩnh vực máy quay, sự mất cân bằng khối lượng dẫn đến sự rung động và tiếng ồn cần phải được khử một phần hoặc toàn bộ. Cân bằng động là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của các thiết bị. Ứng dụng đa dạng trong các ngành công nghiệp từ hàng không vũ trụ đến sản xuất ô tô, nơi mà sự chính xác và độ tin cậy là tối quan trọng. Các phương pháp và công nghệ cân bằng động không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp hiện đại.

1.2. Lịch sử phát triển của các phương pháp cân bằng động

Các phương pháp cân bằng động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ những kỹ thuật thủ công đơn giản đến các hệ thống tự động phức tạp. Nghiên cứu về phương pháp hệ số ảnh hưởng là một bước tiến quan trọng, cho phép xác định và hiệu chỉnh sự mất cân bằng một cách chính xác. Các hệ thống đo lường và kiểm soát cụ thể cũng được xây dựng cho các thí nghiệm thực tế. Thử nghiệm trên máy cân bằng HnB100 đã được phát triển và thương mại hoá.

II. Thách Thức Vấn Đề Cân Bằng Động Trục Khuỷu 6 Xy Lanh 58

Việc cân bằng động trục khuỷu 6 xy-lanh đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật. Sự phức tạp của hình dạng trục khuỷu và sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố như dung sai chế tạo, mài mòn và tải trọng động đòi hỏi các phương pháp cân bằng chính xác và hiệu quả. Nếu không được cân bằng đúng cách, trục khuỷu có thể gây ra rung động lớn, làm giảm tuổi thọ của động cơ và các bộ phận liên quan, đồng thời làm tăng tiếng ồn và giảm hiệu suất. Việc xác định đúng vị trí và lượng mất cân bằng là yếu tố quyết định để đảm bảo cân bằng động tối ưu. Các tiêu chuẩn và quy trình cân bằng cần tuân thủ nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy.

2.1. Ảnh hưởng của rung động do mất cân bằng động

Rung động do mất cân bằng động không chỉ gây khó chịu mà còn gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Rung động có thể làm hỏng các ổ trục, bạc lót và các bộ phận khác của động cơ, dẫn đến sự cố và giảm tuổi thọ. Ngoài ra, rung động còn làm tăng tiếng ồn và giảm sự thoải mái khi vận hành. Việc giảm thiểu rung động là một trong những mục tiêu quan trọng nhất của cân bằng động.

2.2. Sai số trong quá trình đo lường và hiệu chỉnh cân bằng

Quá trình đo lường và hiệu chỉnh cân bằng động có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm sai số của thiết bị đo, sai số trong quá trình lắp đặt và sai số do nhiễu từ môi trường. Việc giảm thiểu các sai số này là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của quá trình cân bằng. Các phương pháp xử lý tín hiệu và thuật toán hiệu chỉnh được sử dụng để giảm thiểu ảnh hưởng của sai số và nhiễu.

III. Phương Pháp Cân Bằng Động Trục Khuỷu Hiệu Quả Nhất 52

Có nhiều phương pháp cân bằng động khác nhau được sử dụng để cân bằng trục khuỷu 6 xy-lanh. Phương pháp hệ số ảnh hưởng là một trong những phương pháp phổ biến nhất, dựa trên việc xác định ảnh hưởng của việc thêm hoặc bớt khối lượng tại các vị trí khác nhau trên trục khuỷu. Các phương pháp khác bao gồm phương pháp cân bằng mode và phương pháp cân bằng động tại chỗ. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại động cơ, kích thước trục khuỷu và yêu cầu về độ chính xác.

3.1. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hệ số ảnh hưởng

Phương pháp hệ số ảnh hưởng có ưu điểm là độ chính xác cao và khả năng áp dụng cho nhiều loại trục khuỷu khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị đo chính xác và quy trình thực hiện cẩn thận. Phương pháp này dựa trên việc xác định các hệ số ảnh hưởng liên quan đến việc thay đổi khối lượng và vị trí trên trục khuỷu.

3.2. So sánh phương pháp cân bằng động tại chỗ và phòng thí nghiệm

Cân bằng động tại chỗ có ưu điểm là tiết kiệm thời gian và chi phí vận chuyển trục khuỷu đến phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị đo di động và kỹ thuật viên có kinh nghiệm. Cân bằng động trong phòng thí nghiệm có độ chính xác cao hơn, nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư lớn và thời gian thực hiện lâu hơn.

3.3. Công nghệ cân bằng động bằng phần mềm và máy tính

Sự phát triển của công nghệ máy tính đã cho phép tự động hóa quá trình cân bằng động. Các phần mềm chuyên dụng có thể thu thập dữ liệu từ các cảm biến, phân tích rung động và đề xuất các giải pháp cân bằng tối ưu. Công nghệ này giúp tăng độ chính xác và giảm thời gian thực hiện quá trình cân bằng.

IV. Thực Nghiệm Cân Bằng Động Trục Khuỷu Bằng Hệ Số Ảnh Hưởng 56

Luận văn thạc sĩ của Nguyễn Thanh Tùng tại ĐH Bách Khoa TP.HCM đã thực hiện thực nghiệm cân bằng động trục khuỷu 6 xy-lanh sử dụng phương pháp hệ số ảnh hưởng. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các thông số cân bằng động rotor lên hệ dao động của máy cân bằng động. Kết quả thực nghiệm trên rotor mẫu kiểm nghiệm độ tin cậy của phương pháp này trong cân bằng một mặt và hai mặt. Nghiên cứu này ứng dụng cân bằng động cho trục khuỷu động cơ xe Daewoo Magnus sáu xy-lanh thẳng hàng.

4.1. Mô tả thiết bị máy cân bằng động HnB75B trong nghiên cứu

Nghiên cứu của Nguyễn Thanh Tùng sử dụng máy cân bằng động HnB75B, một thiết bị chuyên dụng cho phép đo lường và hiệu chỉnh sự mất cân bằng của các chi tiết quay. Máy này có hệ dao động và nguyên lý làm việc dựa trên việc đo rung động và xác định lượng mất cân bằng. Băng thử cân bằng động được bố trí để hỗ trợ trục khuỷu trong quá trình cân bằng.

4.2. Kết quả kiểm nghiệm phương pháp hệ số ảnh hưởng

Nghiên cứu đã kiểm nghiệm độ tin cậy của phương pháp hệ số ảnh hưởng trong cân bằng động một mặt và hai mặt. Kết quả cho thấy phương pháp này có độ chính xác cao và có thể được sử dụng để cân bằng các chi tiết quay với độ chính xác cao. Nghiên cứu cũng cài đặt tiêu chuẩn ISO 1940/1 vào chương trình điều khiển để đảm bảo chất lượng cân bằng.

4.3. Ứng dụng cân bằng động cho trục khuỷu xe Daewoo Magnus

Nghiên cứu đã ứng dụng cân bằng động cho trục khuỷu động cơ xe Daewoo Magnus sáu xy-lanh thẳng hàng. Kết quả cho thấy việc cân bằng động giúp giảm rung động và tăng tuổi thọ của động cơ. Các thông số hình học của trục khuỷu được đo lường chính xác để đảm bảo quá trình cân bằng đạt hiệu quả cao.

V. Ứng Dụng Cân Bằng Động Trục Khuỷu 6 Xy Lanh Thực Tế 58

Cân bằng động trục khuỷu 6 xy-lanh có nhiều ứng dụng thực tế trong ngành công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp liên quan. Việc cân bằng giúp giảm rung động, tăng tuổi thọ của động cơ và cải thiện hiệu suất vận hành. Các nhà sản xuất ô tô sử dụng cân bằng động để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm.

5.1. Cân bằng động trong sản xuất động cơ ô tô

Cân bằng động là một phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất động cơ ô tô. Các nhà sản xuất sử dụng các máy cân bằng động hiện đại để cân bằng trục khuỷu, trục cam và các chi tiết quay khác. Việc cân bằng giúp giảm rung động và tiếng ồn, tăng tuổi thọ của động cơ và cải thiện trải nghiệm lái xe.

5.2. Cân bằng động trong bảo trì và sửa chữa động cơ

Cân bằng động cũng được sử dụng trong bảo trì và sửa chữa động cơ. Khi một động cơ bị rung động quá mức, việc cân bằng trục khuỷu có thể giúp khắc phục vấn đề. Các kỹ thuật viên sử dụng các thiết bị cân bằng động di động để cân bằng trục khuỷu tại chỗ.

5.3. Tiêu chuẩn ISO 1940 1 và đảm bảo chất lượng cân bằng động

Tiêu chuẩn ISO 1940/1 quy định các yêu cầu về chất lượng cân bằng động cho các chi tiết quay. Việc tuân thủ tiêu chuẩn này giúp đảm bảo rằng các chi tiết quay được cân bằng với độ chính xác cao và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.Các nhà sản xuất và dịch vụ cân bằng động cần tuân thủ tiêu chuẩn này để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm và dịch vụ.

VI. Kết Luận và Xu Hướng Phát Triển Cân Bằng Động 53

Cân bằng động trục khuỷu 6 xy-lanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Các phương pháp cân bằng động liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp. Xu hướng phát triển tập trung vào tự động hóa, độ chính xác cao và khả năng cân bằng tại chỗ. Nghiên cứu của Nguyễn Thanh Tùng đã đóng góp vào việc nâng cao kiến thức và kỹ năng về cân bằng động tại Việt Nam.

6.1. Tự động hóa và trí tuệ nhân tạo trong cân bằng động

Tự động hóa và trí tuệ nhân tạo đang được ứng dụng rộng rãi trong cân bằng động. Các hệ thống tự động có thể thu thập dữ liệu, phân tích rung động và điều chỉnh các thông số cân bằng một cách tự động. Trí tuệ nhân tạo có thể được sử dụng để dự đoán và ngăn ngừa sự mất cân bằng.

6.2. Cân bằng động thích ứng và ứng dụng trong công nghiệp 4.0

Cân bằng động thích ứng là một lĩnh vực nghiên cứu mới, tập trung vào việc phát triển các hệ thống cân bằng có thể tự điều chỉnh để đáp ứng các điều kiện vận hành khác nhau. Công nghệ này có tiềm năng lớn trong công nghiệp 4.0, nơi các hệ thống sản xuất được kết nối và điều khiển thông minh.

Tổng quan nghiên cứu

Mất cân bằng động là nguyên nhân chính gây ra rung động và hư hại trong các máy có chuyển động quay, đặc biệt là các thiết bị đòi hỏi tốc độ và độ tin cậy cao. Theo ước tính, rung động do mất cân bằng có thể làm giảm tuổi thọ máy và tăng tiếng ồn vận hành, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu thực nghiệm cân bằng động trục khuỷu động cơ sáu xy-lanh thẳng hàng, sử dụng phương pháp các hệ số ảnh hưởng, được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2018.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm: (1) phân tích lý thuyết cân bằng động và phương pháp các hệ số ảnh hưởng trong máy cân bằng động chi tiết quay để xác định lượng mất cân bằng; (2) khảo sát ảnh hưởng của các thông số như tốc độ quay và lượng mất cân bằng lên hệ dao động của máy cân bằng động; (3) thực nghiệm cân bằng động trên vật quay mẫu và trục khuỷu thực tế nhằm kiểm nghiệm độ tin cậy của phương pháp; (4) ứng dụng cân bằng động cho trục khuỷu động cơ xe Daewoo Magnus sáu xy-lanh thẳng hàng.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc áp dụng phương pháp các hệ số ảnh hưởng trên máy cân bằng động HnB75B, với các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện kiểm soát tại phòng thí nghiệm của trường. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác và hiệu quả của quá trình cân bằng động, góp phần giảm thiểu rung động, tăng tuổi thọ thiết bị và cải thiện chất lượng vận hành động cơ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về cân bằng động rotor, trong đó lực quán tính và moment quán tính của các khâu chuyển động quyết định sự mất cân bằng. Điều kiện cân bằng hoàn toàn được xác định khi vector lực chính và moment chính bằng không, tương đương với việc khối tâm và moment quán tính chính trung tâm của vật quay không đổi. Các dạng mất cân bằng được phân loại thành mất cân bằng tĩnh, động và hỗn hợp, trong đó mất cân bằng hỗn hợp phổ biến nhất ở các chi tiết có kích thước dọc trục lớn như trục khuỷu.

Phương pháp cân bằng động được nghiên cứu bao gồm:

• Phương pháp cân bằng mode (Modal Balancing): dựa trên quan hệ giữa lực đầu vào và dao động của rotor tại một tốc độ quay xác định, sử dụng phân tích véc tơ lực và dao động để xác định lượng mất cân bằng và vị trí đối trọng cần gắn.

• Phương pháp hệ số ảnh hưởng (Influence Coefficients Method): xác định các hệ số ảnh hưởng bằng cách gắn các trọng lượng hiệu chuẩn lên rotor và đo dao động, từ đó tính toán lượng mất cân bằng cần khử. Phương pháp này dựa trên giả thuyết hệ thống làm việc tuyến tính và được áp dụng phổ biến trong máy cân bằng động hiện đại.

Các khái niệm chính bao gồm: vector lực quán tính, moment quán tính, mặt phẳng cân bằng, độ cứng động lực học, và tiêu chuẩn ISO 1940/1 về chất lượng cân bằng rotor cứng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm thực nghiệm trên máy cân bằng động HnB75B, bao gồm:

• Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quay và lượng mất cân bằng lên hệ dao động của máy.

• Thí nghiệm cân bằng động trên vật quay mẫu để kiểm nghiệm độ tin cậy của phương pháp các hệ số ảnh hưởng trong cân bằng một mặt và hai mặt.

• Ứng dụng cân bằng động cho trục khuỷu động cơ sáu xy-lanh thẳng hàng của xe Daewoo Magnus.

Phương pháp phân tích sử dụng thuật toán Fourier rời rạc (DFT) để xử lý tín hiệu dao động, khử nhiễu và xác định biên độ, pha dao động. Cỡ mẫu thí nghiệm bao gồm nhiều lần chạy thử với các cấu hình gắn khối lượng thử khác nhau, đảm bảo tính lặp lại và độ tin cậy của kết quả. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các vật quay mẫu và trục khuỷu thực tế có đặc tính đại diện cho các chi tiết quay phức tạp.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2018, với các giai đoạn khảo sát lý thuyết, thiết kế thí nghiệm, thu thập và xử lý dữ liệu, phân tích kết quả và ứng dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tốc độ quay lên hệ dao động: Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tốc độ quay tăng từ khoảng 500 đến 3000 vòng/phút, biên độ dao động của hệ thống máy cân bằng động tăng lên đáng kể, với mức tăng biên độ dao động lên đến khoảng 35%. Điều này chứng tỏ tốc độ quay là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến rung động do mất cân bằng.

2. Ảnh hưởng của lượng mất cân bằng lên hệ dao động: Khi lượng mất cân bằng tăng từ 5g đến 20g trên vật quay mẫu, biên độ dao động cũng tăng tương ứng khoảng 40%, cho thấy sự nhạy cảm cao của hệ thống với lượng mất cân bằng.

3. Độ tin cậy của phương pháp các hệ số ảnh hưởng: Thí nghiệm cân bằng động một mặt và hai mặt trên vật quay mẫu cho thấy phương pháp này đạt độ chính xác cao, với sai số lượng mất cân bằng còn lại sau cân bằng dưới 5% so với lượng mất cân bằng ban đầu. Đặc biệt, phương pháp cân bằng hai mặt giúp giảm biên độ dao động còn lại xuống dưới 10% so với phương pháp một mặt.

4. Ứng dụng cân bằng động trục khuỷu động cơ: Khi áp dụng phương pháp các hệ số ảnh hưởng để cân bằng trục khuỷu động cơ sáu xy-lanh thẳng hàng, biên độ dao động đo được giảm khoảng 30% so với trạng thái chưa cân bằng, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn ISO 1940/1 về chất lượng cân bằng rotor cứng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các phát hiện trên là do lực ly tâm và moment quán tính tăng theo tốc độ quay và lượng mất cân bằng, làm tăng biên độ dao động của hệ thống. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của tốc độ và mất cân bằng lên rung động rotor. Việc áp dụng phương pháp các hệ số ảnh hưởng giúp xác định chính xác lượng mất cân bằng và vị trí đối trọng cần gắn, từ đó giảm thiểu rung động hiệu quả.

So sánh với các phương pháp cân bằng truyền thống như khởi động ba lần hay hai lần, phương pháp hệ số ảnh hưởng tiết kiệm thời gian hơn do giảm số lần chạy thử và tháo gỡ đối trọng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biên độ dao động theo tốc độ quay và lượng mất cân bằng, cũng như bảng so sánh sai số lượng mất cân bằng còn lại giữa các phương pháp.

Ý nghĩa của kết quả là cung cấp cơ sở khoa học và thực nghiệm cho việc thiết kế và vận hành máy cân bằng động, đặc biệt trong cân bằng các chi tiết quay phức tạp như trục khuỷu động cơ, góp phần nâng cao hiệu suất và độ bền của thiết bị.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng phương pháp các hệ số ảnh hưởng trong các nhà máy sản xuất động cơ: Động tác này giúp giảm thời gian cân bằng và tăng độ chính xác, hướng tới mục tiêu giảm biên độ dao động ít nhất 25% trong vòng 6 tháng, do bộ phận kỹ thuật và bảo trì thực hiện.

2. Nâng cấp và bảo trì định kỳ máy cân bằng động HnB75B: Đảm bảo thiết bị luôn hoạt động ổn định và chính xác, giảm thiểu sai số đo, với lịch bảo trì 3 tháng/lần do phòng thí nghiệm kỹ thuật cơ khí chịu trách nhiệm.

3. Đào tạo chuyên sâu cho kỹ sư vận hành về phương pháp hệ số ảnh hưởng và xử lý tín hiệu: Mục tiêu nâng cao năng lực phân tích và xử lý dữ liệu, giảm sai sót trong cân bằng động, thực hiện trong vòng 3 tháng, do phòng đào tạo và phát triển nhân lực tổ chức.

4. Phát triển phần mềm hỗ trợ tự động hóa quá trình cân bằng động: Tích hợp thuật toán Fourier rời rạc và tính toán hệ số ảnh hưởng, nhằm rút ngắn thời gian xử lý dữ liệu xuống dưới 50%, dự kiến hoàn thành trong 1 năm, do nhóm nghiên cứu và phát triển công nghệ thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư cơ khí và bảo trì thiết bị: Nắm bắt kiến thức về cân bằng động và phương pháp hệ số ảnh hưởng để áp dụng trong bảo dưỡng và sửa chữa máy móc quay.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực cơ khí động lực: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu liên quan đến cân bằng rotor và dao động cơ học.

3. Sinh viên kỹ thuật cơ khí và tự động hóa: Học tập các phương pháp thực nghiệm và lý thuyết cân bằng động, nâng cao kỹ năng phân tích và xử lý dữ liệu thực tế.

4. Các doanh nghiệp sản xuất động cơ và thiết bị quay: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lỗi kỹ thuật do mất cân bằng.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp các hệ số ảnh hưởng là gì và ưu điểm của nó?
   Phương pháp này xác định lượng mất cân bằng bằng cách gắn các trọng lượng hiệu chuẩn và đo dao động, dựa trên giả thuyết hệ thống tuyến tính. Ưu điểm là độ chính xác cao, giảm số lần chạy thử và dễ dàng tự động hóa.

2. Tại sao cần cân bằng động cho trục khuỷu động cơ?
   Trục khuỷu có cấu trúc phức tạp và hoạt động ở tốc độ cao, mất cân bằng gây rung động lớn, làm giảm tuổi thọ và hiệu suất động cơ. Cân bằng động giúp giảm rung động, tiếng ồn và hao mòn.

3. Tiêu chuẩn ISO 1940/1 áp dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Tiêu chuẩn này quy định dung sai cân bằng rotor cứng, được sử dụng làm chuẩn để đánh giá chất lượng cân bằng sau khi thực nghiệm, đảm bảo rotor hoạt động ổn định và an toàn.

4. Máy cân bằng động HnB75B có đặc điểm gì nổi bật?
   HnB75B là máy cân bằng động do Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh phát triển, có độ chính xác cao, trang bị cảm biến áp điện và bộ xử lý tín hiệu hiện đại, phù hợp cho các thí nghiệm cân bằng động chi tiết quay phức tạp.

5. Làm thế nào để xử lý tín hiệu dao động trong thí nghiệm?
   Sử dụng thuật toán Fourier rời rạc (DFT) để phân tích tín hiệu dao động, loại bỏ nhiễu và xác định biên độ, pha dao động chính xác, từ đó tính toán lượng mất cân bằng cần khử.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của phương pháp các hệ số ảnh hưởng trong cân bằng động trục khuỷu động cơ sáu xy-lanh thẳng hàng.
• Ảnh hưởng của tốc độ quay và lượng mất cân bằng lên hệ dao động được xác định rõ ràng, với biên độ dao động tăng tương ứng.
• Phương pháp cân bằng hai mặt cho kết quả chính xác hơn phương pháp một mặt, giảm đáng kể rung động còn lại.
• Kết quả thực nghiệm đáp ứng tiêu chuẩn ISO 1940/1, đảm bảo chất lượng cân bằng rotor cứng.
• Đề xuất các giải pháp ứng dụng và phát triển công nghệ cân bằng động nhằm nâng cao hiệu quả và tự động hóa quy trình.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng phương pháp trong thực tế sản xuất và tiếp tục nghiên cứu nâng cao độ chính xác, mở rộng ứng dụng cho các loại rotor phức tạp hơn. Độc giả và các chuyên gia được khuyến khích tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình cân bằng động, góp phần phát triển ngành cơ khí động lực hiện đại.