mở đầu. Hơn nữa, rung động trở nên mạnh hơn khi khe hở nhiệt tăng lên. Nhờ đó rút ra được phương pháp phân tích rung động đã cho thấy được mức độ rung động của động cơ khi khe hở nhiệt tăng lên nhờ đó ta có thể tìm được giải pháp kịp thời và nhanh chóng để khắc phục hư hỏng. Tuy nhiên, đề tài chưa tìm ra biện pháp đề về nhiễu do quá trình đánh lửa không ổn định dẫn tới ảnh hưởng đến độ chính xác của việc chẩn đoán lỗi.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam cũng có một vài nghiên cứu được công bố thuộc chuyên ngành liên quan đến chẩn đoán sự cố của động cơ đốt trong thông qua phương pháp phân tích tín hiệu rung động.
Các nghiên cứu chủ yếu tập trung trọng tâm vào các dạng sự cố cơ bản của các bộ phận mang tính chất rời rạc của động cơ. Một số nghiên cứu liên quan đến phân tích tín hiệu rung động của động cơ đốt trong để làm cơ sở dữ liệu cho việc thiết kế các thiết bị chẩn đoán rung động như luận án tiến sĩ “Nghiên cứu giám sát rung động trên động cơ diesel tàu biển” của tác giả Lại Huy Thiện [8] đã tạo ra được cơ sở dữ liệu về nợi đặt cảm biến, số lượng các tín hiệu rung động cần phải đo và theo dõi. Tuy nhiên bài nghiên cứu này chưa hoàn chỉnh hệ thống đo rung động đa kênh và phát triển phần mềm để chẩn đoán tình trạng hoạt động trên động cơ diesel tàu biển. Hoàng Ngọc Thiên Vũ [9] đã nghiên cứu và thiết kế thành công phần mềm chẩn đoán các sự cố cơ bản cho truyền động bánh răng, dựa trên phương pháp wavelet packet.
Bằng cách thu thập và xử lý tín hiệu rung động của hệ thống, đã nhận biết được những sự cố truyền động bánh răng, làm nền tảng cho việc thu nhận tín hiệu rung động. Tuy nhiên đề tài vẫn chưa nhận biết và xác định được chính xác các sự cố hư hỏng khác nhau từ tín hiệu rung động. Dương Phúc [10] đã nghiên cứu tổng quan lý thuyết về rung động, các phương pháp chẩn đoán sự cố, ứng dụng của lý thuyết rung động vào việc phân tích tín hiệu rung động để chẩn đoán lỗi của thiết bị cơ khí. Nghiên cứu các thiết bị đo và hệ thống đo, các phương pháp phân tích tín hiệu rung động, ứng dụng kỹ thuật đo rung động và xử lý tín hiệu vào việc theo dõi và chuẩn đoán tình trạng thiết bị cơ khí.
Phân tích phổ tần số vài trường hợp hư hỏng thường gặp của thiết bị cơ khí để làm nền tảng cho việc chẩn đoán hư hỏng và theo dõi tình trạng của thiết bị. Tuy nhiên đề tài mới dừng lại ở việc nghiên cứu dựa trên thiết bị đo, chương trình phần mềm có sẵn của nhà sản xuất, kết quả phân tích và chẩn đoán cũng phụ thuộc rất nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của kỹ sư thực hiện công việc. Luận án của thạc sĩ Đoàn Minh Tường [11] đã nghiên cứu phương pháp chẩn đoán sự cố của động cơ bằng việc thực nghiệm thu thập số liệu và phân tích tín hiệu rung động thu được. Việc thu thập dữ liệu, thiết lập xử lý và phân tích tín hiệu rung từ động cơ bằng 4 phương pháp phân tích phổ tần số FFT trong phần mềm LabVIEW đã được thực hiện dựa vào cảm biến và bộ đo TVE-T01 do tác giả tự nghiên cứu, thiết kết và chế tạo.
Tuy nhiên, đề tài chưa tìm ra phương pháp đo và phân tích phổ tần số rung động trên những động cơ gắn trên xe đang chuyển động. Những bài nghiên cứu trên đã xây dựng được nền tảng cơ sở lý thuyết về việc theo dõi và chẩn đoán các sự cố của động cơ đốt trong bằng phương pháp phân tích rung động. Ngoài ra những bài nghiên cứu này còn góp phần giúp cho việc chế tạo và phát triển các thiết bị chẩn đoán hư hỏng thông qua tín hiệu rung động trong tương lai.3 Tính cấp thiết và mục đích của đề tài Việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp phân tích tín hiệu rung động để theo dõi và chẩn đoán sự cố của động cơ đốt trong đã góp phần quan trọng giúp cho việc thiết kế máy móc và phát triển phần mềm sử dụng cho các ngành công nghiệp nói chung và ngành ô tô nói riêng. Tuy nhiên khả năng ứng dụng vẫn còn hạn chế do trình độ chuyên môn và chưa có tính thống nhất về dữ liệu.
Ngoài ra mỗi loại động cơ có các cách vận hành và triệu chứng hư hỏng khác nhau nên kết quả tín hiệu rung động thu được cũng khác nhau. Nên vì thế việc nghiên cứu để hoàn thiện cơ sở lý thuyết của rung động, tiêu chẩn nhằm kiểm soát và đánh giá chất lượng hoạt động động cơ là rất cần thiết. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tổng quan về lý thuyết rung động, các phương pháp chẩn đoán sự cố của động cơ đốt trong thông qua phân tích tín hiệu rung động, áp dụng trong việc phát hiện sự cố để đưa ra được biện pháp khắc phục kịp thời tránh phát sinh thêm hư hỏng không đáng có.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 1.1 Nhiệm vụ của đề tài -Tổng quan lý thuyết liên quan đến những hư hỏng thường gặp trên động cơ và phương pháp chẩn đoán. - Nghiên cứu lý thuyết về rung động, kỹ thuật chẩn đoán tình trạng của động cơ đốt trong.
-Ứng dụng của lý thuyết rung động vào việc chẩn đoán sự cố của động cơ đốt trong. 5 - Phân tích đánh giá các lỗi dẫn đến rung động ở động cơ đốt trong bằng phương pháp phân tích rung động.2 Giới hạn của đề tài - Tập trung nghiên cứu phương pháp chẩn đoán kỹ thuật của động cơ đốt trong bằng phương pháp phân tích rung động. - Phân tích một vài trường hợp hư hỏng thường gặp của động cơ đốt trong bằng phương pháp phân tích phổ tần số rung động FFT và phân tích hình bao.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích: Tìm hiểu các tài liệu chuyên ngành, tài liệu vận hành, chẩn đoán hư hỏng. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập, tổng hợp các kết quả của các bài nghiên cứu khoa học trước đó làm nên tảng cho việc thực đồ án.
6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết về rung động của động cơ 2.1 Khái niệm về rung động Rung động có thể hiểu là quá trình chyển động qua lại của các chi tiết và các bộ phận của động cơ. Tất cả các thành phần của động cơ đang di chuyển qua lại nghĩa là đang rung động. Rung động của động cơ có nhiều loại khác nhau. Rung động thường không cố định có thể lớn, nhỏ, nhanh hoặc chậm.
Hầu hết, các rung động là thường gây ra những sự cố cho động cơ trong quá trình hoạt động lâu dài. Trong lúc động cơ hoạt động sẽ xuất hiện các rung động do những bộ phận của động cơ di chuyển qua lại những vị trí khác nhau và lặp lại sự dao động đó nên có thể nói rung động có tính chu kỳ T.1 thể hiện biên dạng của rung động của máy cho thấy chu kỳ T và biên độ X0. Ngược lại với chu kỳ là tần số f của rung động được thể hiện là đơn vị của chu kỳ trong một giây (cps) hay héc (Hertz (Hz)). 1: Các dạng đồ thị phương trình rung động máy [11] Hàm điều hòa là hàm cơ bản để biểu diễn sự chuyển động lặp đi lặp lại một cách liên tục và đều đặn và được thể hiện trong hình 2.2 Tính chất của rung động Rung động tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau như rung động điều hòa, rung động ngẫu nhiên, rung động tức thời và rung động bất quy tắc.
Trong số này, rung động điều hòa là phổ biến nhất, được đặc trưng bởi ba thông số cơ bản: chuyển vị, vận tốc và gia tốc. 7 Rung động ngẫu nhiên là rung động không tuân theo một quy luật hoặc một mẫu cố định, không có một chu kỳ nhất định, thường biểu hiện bằng các chuyển động bất thường của động cơ Rung động tức thời là rung động có xu hướng giảm dần sau đó tắt hẳn. Rung động tức thời thường xảy ra trong thời gian ngắn. Rung động này thường ở dạng các xung va đâp có tần số rất cao.
Rung động bất quy tắc được mô tả thông qua các thông số thống kê như giá trị trung bình µ và hệ số phân bố σ, tại một thời điểm t cụ thể. 2: Các dạng rung động [11] - Chuyển vị Chuyển vị x được mô tả về mặt toán học bằng phương trình: x(t) = Xsin(ωt) ( 2.1 ) 8 Với: x là chuyển vị của động cơ t là thời gian X là biên độ chuyển động Ω là tần số góc Ta có mối quan hệ giữa chu kỳ, tần số và tần số góc như sau: 1 ω = 2𝜋�f�=�2𝜋�.2�) 𝑇 - Vận tốc rung động Vận tốc rung động là hàm số biểu thị sự biến đổi của chuyển vị theo thời gian, là đạo hàm bậc nhất theo thời gian của phương trình chuyển vị, nó được mô tả như sau: 𝑑𝑥 π V(t) =� = x’ = ωXcos(ωt) = ωXsin ( ωt + �) ( 2.3 ) 𝑑𝑡 2 - Gia tốc rung động Gia tốc rung động là tiến độ thay đổi của vận tốc theo thời gian và được diễn tả: 𝑑𝑣 a(t) =� = v’ = - ω2 Xsin(ωt) = - ω2 Xsin(ωt + 𝜋� ) ( 2.4 ) 𝑑𝑡 - Mối quan hệ giữa các đại lượng Từ các phương trình 2.4, ta thấy các kiểu và chu kỳ rung động của chuyển vị, vận tốc và gia tốc đều tương tự nhau. Biên độ của mỗi đại lượng không giống nhau và sự khác biệt này thể hiện qua góc pha rung động. Cụ thể, vận tốc đi trước chuyển vị một góc pha 900 (π/2).
Và gia tốc đi trước vận tốc một góc pha 900, tức là gia tốc đi trước chuyển vị một góc 1800 (π). Mối quan hệ giữa x(t), v(t) và a(t) được mô tả ở hình sau: [10] 9 Hình 2. 3: Chuyển vị , Vận tốc và Gia tốc của một chuyển động [10] Như vậy, với các tín hiệu hình Sin, ta thấy x(t), v(t) và a(t) liên kết với nhau bằng một hàm tần số và thời gian.