CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT CHẨN ĐOÁN TÌNH TRẠNG 1.1 Tổng quan về chẩn đoán tình trạng Chẩn đoán tình trạng là một phương pháp hiệu quả của bảo trì phòng ngừa trong đó các thông số của các bộ phận thiết bị máy móc được đo đạc và phân tích. Kỹ thuật giám sát tình trạng có thể được thực hiện bằng cách thủ công hoặc tự động hóa bởi các thiết bị như máy phân tích rung động, thiết bị giám sát phổ nhiệt độ. Đối với giám sát tình trạng tự động, khi các thông số giới hạn của bộ phận bị vượt quá, một tín hiệu sẽ được xuất ra. Tín hiệu này sẽ được gửi trực tiếp đến hệ thống quản lý bảo trì bằng máy tính để điều khiển một trình tự công việc một cách tự động.
Hệ thống này rất phù hợp với các nhà máy sản xuất liên tục, nơi mà việc dừng máy đột ngột có thể dẫn đến tổn thất lớn. Giám sát tình trạng máy móc có thể được áp dụng cho nhiều tình trạng khác nhau. Trong đó giám sát nhiệt độ, phân tích rung động, dòng và áp vượt và phân tích dầu là các phương pháp được sử dụng phổ biến. Phân tích rung động là phương pháp phổ biến nhất để giám sát tình trạng máy.
Tần số rung động có thể được thể hiện và lập thành biểu đồ khi có các tần số nào đó xuất hiện. Các tình trạng này sẽ cho biết được về nguy cơ hư hỏng sẽ xảy ra của hệ thống. So sánh phổ rung động của thiết bị mới với thiết bị đã được sử dụng sẽ cung cấp thông tin khi nào sẽ cần thực hiện công tác bảo dưỡng. Giám sát tình trạng bằng phương pháp đo bức xạ nhiệt giúp nhanh chóng phát hiện các hư hỏng trong nhiều hoàn cảnh các nhau một cách an toàn.
Các camera hồng ngoại hiện đại có thể được dùng để phát hiện sự gia tăng nhiệt độ, một dấu hiệu cho thấy nguy cơ xảy ra hư hỏng. Bảo trì dựa trên tình trạng là một chương trình bảo trì nhằm đưa ra các hành động căn cứ vào các thông tin thu thập trong suốt quá trình giám sát tình trạng. Bảo trì tình trạng nhằm mục đích tránh các hoạt động bảo trì không cần thiết chỉ khi nào phát hiện các dấu hiệu sắp xảy ra hư hỏng. Một chương trình bảo trì tình trạng nếu HVTH: VÕ TRỌNG THÁI Trang 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHẠM HUY HOÀNG được thiết lập và quản lý hiệu quả sẽ giúp giảm chi phí bảo trì rất nhiều bằng việc cắt giảm các hoạt động bảo trì không cần thiết.
Một chương trình bảo trì phòng ngừa bao gồm 3 bước chính: • Thu thập dữ liệu (Data Acquisition): thu thập các dữ liệu liên quan đến tình trạng của hệ thống. • Xử lý dữ liệu (Data Processing): lưu trữ và xử lý các tín hiệu thu thập được để phân tích đánh giá tình trạng của hệ thống. • Đưa ra quyết định bảo trì (Maintenance Decision-Making): đưa ra quyết định để bảo trì hệ thống.1: Các bước chính của bảo trì tình trạng Các khía cạnh của một chương trình bảo trì tình trạng Một chương trình bảo trì tình trạng gồm có 2 khía cạnh: 1. Chẩn đoán: nhằm phát hiện, cách ly và nhận dạng khi xảy ra hư hỏng.
Phát hiện hư hỏng là công việc xác định một yếu tố bất thường nào đó đang xảy ra trong hệ thống được giám sát; cách ly hư hỏng là công việc xác định vị trí của bộ phận hư hỏng; và nhận dạng hư hỏng là công việc xác định nguồn gốc của hư hỏng khi nó được phát hiện. Dự báo: nhằm xử lý nguy cơ hư hỏng trước khi nó xảy ra. Phát hiện hư hỏng là công việc xác định khi nào hư hỏng xảy ra và đánh giá mức độ hư hỏng sẽ xảy ra như thế nào. Chẩn đoán là bước phân tích sau và dự báo là bước phân tích đầu.
Dự báo hư hỏng hiệu quả hơn so với chẩn đoán với ưu điểm là ngăn ngừa không để xảy ra tình trạng dừng máy đột ngột. Tuy nhiên chẩn đoán hư hỏng được sử HVTH: VÕ TRỌNG THÁI Trang 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHẠM HUY HOÀNG dụng khi phát hiện hư hỏng của dự báo không hiệu quả và có hư hỏng xảy ra. Một chương trình bảo trì phòng ngừa có thể dùng chẩn đoán, dự báo hoặc cả hai khía cạnh.2 Các dạng hư hỏng thường gặp của ổ lăn Hư hỏng ổ lăn có thể phân thành hai loại: a) Các khuyết tật cục bộ; b) Các khuyết tật phân bố. Các khuyết tật cục bộ: bao gồm các vết nứt, rổ và lõm trên bề mặt ổ lăn.
Dạng hư hỏng của ổ lăn là các vết tróc rổ trên bề mặt các vòng lăn hoặc trên con lăn. Hư hỏng này phát sinh từ một vết nứt do mỏi xuất hiện bên dưới bề mặt kim loại và lan truyền đến bề mặt đến khi một mảnh kim loại bị tróc khỏi bề mặt, tạo một vết tróc rổ. Hư hỏng do mỏi thường gặp khi ổ lăn chịu va đập nhiều hoặc bị quá tải. Các vết nứt và tróc rổ thường xảy ra do tải trọng va đập vượt quá giới hạn.
Khi chỗ tróc rỗ trên bề mặt con lăn tiếp xúc với các vòng lăn sẽ sinh ra một ứng suất tiếp xúc đột ngột và tạo thành một xung va đập trong một thời gian rất ngắn. Xung này sinh ra rung động và tiếng ồn và có thể được giám sát để phát hiện hư hỏng bên trong ổ lăn. Các hư hỏng cuc bộ được thể hiện trong hình 1.2: Tróc rổ vòng trong HVTH: VÕ TRỌNG THÁI Trang 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHẠM HUY HOÀNG Hình 1.3: Tróc rổ vòng ngoài Hình 1.4: Tróc rổ con lăn Các khuyết tật phân bố: bao gồm các gợn sóng, nhấp nhô bề mặt, các vòng lăn không đồng trục và các con lăn không đồng đều. Nếu gợn sóng bề mặt ổ lăn có bước sóng nhỏ hơn bề rộng tiếp xúc của tiếp xúc giữa vòng lăn và con lăn thì đó là độ nhám, ngược lại gọi là nhấp nhô (Hình 1.
Khuyết tật phân bố là do lỗi của quá trình sản xuất, lắp đặt hoặc do mài mòn. Sự thay đổi lực tiếp xúc giữa con lăn và vòng lăn do các khuyết tật phân bố này gây ra các rung động có cường độ tăng dần. Một số khuyết tật phân bố được thể hiện trong hình HVTH: VÕ TRỌNG THÁI Trang 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHẠM HUY HOÀNG Sai số chế tạo con lăn Hình 1.5: Khuyết tật phân bố : a) nhấp nhô bề mặt vòng trong và vòng ngoài; b) sai số chế tạo con lăn 1.3 Các nguyên nhân gây hư hỏng ổ lăn Tuổi thọ của ổ lăn hoạt động dưới điệu kiện chịu tải trọng được xác định bằng đánh giá mỏi vật liệu và mài mòn bề mặt vòng lăn. Có nhiều nguyên nhân gây ra hư hỏng ban đầu của ổ lăn, nguyên nhân thường gặp nhất là do mỏi, mòn cơ học, biến dạng dẻo, ăn mòn hóa học, biến dạng Brinell, thiếu bôi trơn, sai số lắp đặt và sai số thiết kế.
Các dạng hư hỏng được trình bày chi tiết ở bên dưới: a) Mỏi Một ổ lăn chịu tải trọng thay đổi liên tục có thể gây ra hiện tưởng mỏi vật liệu sau một khoảng thời gian hoạt động. Hiện tượng mỏi bắt đầu hình thành từ các vết nứt nhỏ ở bên dưới bề mặt kim loại ổ lăn. Khi tiếp tục chịu tải, các vết nứt phát triển tới bề mặt kim loại và làm cho vật liệu tại đó tróc ra tạo thành khuyết tật rỗ trên bề mặt ổ lăn. Nếu ổ lăn tiếp tục được sử dụng, hư hỏng sẽ lan rộng ra do tập trung ứng suất.
Khuyết tật trên bề mặt ổ lăn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự vận hành của máy, tạo thành các va đập tức thời lặp đi lặp lại tại các tần số hư hỏng đặc trưng của ổ lăn. Khi khuyết tật phát triển lan truyền, các va đập lặp lại sẽ giảm bớt khi chuyển động của con lăn trở nên bất thường và không thể phân biệt được các va đập một cách riêng lẻ. Nếu ổ lăn tiếp tục được sử dụng, hư hỏng có thể lan HVTH: VÕ TRỌNG THÁI Trang 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHẠM HUY HOÀNG truyền sang các vòng lăn hoặc con lăn và từ từ dẫn tới làm tăng ma sát và nhiệt khi kích thước chỗ khuyết tật tăng lên. b) Mòn cơ học Mòn cơ học là một hư hỏng phổ biến khác trong ổ lăn.
Nguyên nhân gây mòn chủ yếu do bụi bẩn hoặc các vật thể lạ bên ngoài lọt vào ổ lăn do không che kín ổ lăn hoặc do chất bôi trơn chứa tạp chất. Các hạt bụi khi lọt vào trong ổ lăn sẽ làm bề mặt ổ lăn bị mài mòn sinh ra các vết trầy mờ trên bề mặt ổ. Những ổ lăn bị mòn nhiều sẽ dẫn tới làm thay đổi biên dạng của vòng lăn làm thay đổi biên dạng và đường kính của con lăn, tăng khe hở trong ổ lăn. Ma sát tăng lên đáng kể và dẫn tới hiện tượng trượt, kết quả cuối cùng là dẫn tới hư hỏng hoàn toàn phải dừng máy.
c) Biến dạng dẻo Biến dạng dẻo của bề mặt tiếp xúc của ổ lăn sinh ra khi ổ chịu tải trọng tĩnh vượt quá giới hạn cho phép. Khi đó trên bề mặt vòng lăn sẽ xuất hiện vết lõm do biến dạng dẻo. Trong quá trình hoạt động, chỗ biến dạng làm cho ổ lăn quay không đều và sinh ra rung động rất lớn. d) Ăn mòn hóa học Hư hỏng do ăn mòn hóa học xảy ra khi nước, axit hoặc các chất bẩn lọt vào trong dầu bôi trơn đi vào trong ổ lăn.
Hiện tượng này thường xảy ra khi ổ lăn bị hư hỏng mặt bích, chất bôi trơn có lẫn axit hoặc sự đóng bẩn xảy ra khi ổ lăn bị đột ngột làm lạnh khi đang hoạt động trong môi trường có nhiệt độ cao, độ ẩm không khí lớn. Khi hiện tượng ăn mòn hóa học sinh ra, các gỉ sắt hình thành sẽ bám trên bề mặt của vòng lăn làm cho ổ lăn hoạt động không đều và gây ra rung động. Các phần tử gỉ sét này cũng gây ra hiện tượng mòn cơ học. Các vết rổ bề mặt cũng sinh ra trên bề mặt vòng lăn, dần dần tạo thành vết lõm và tróc rổ lớn.
e) Biến dạng Brinell HVTH: VÕ TRỌNG THÁI Trang 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHẠM HUY HOÀNG Biến dạng Brinell là hiện tượng các vết lõm phân bố đều trên toàn chu vi của vòng lăn, tương đương với diện tích tiếp xúc Hertzian.
