Phân tích rung động với Balanset-1A: Hướng dẫn dành cho người mới bắt đầu về Chẩn đoán phổ

Giới thiệu: Từ cân bằng đến chẩn đoán — Khai phá toàn bộ tiềm năng của máy phân tích rung động của bạn

Thiết bị Balanset-1A chủ yếu được biết đến như một công cụ hiệu quả để cân bằng động. Tuy nhiên, khả năng của nó còn vượt xa hơn thế, biến nó thành một máy phân tích rung động mạnh mẽ và dễ sử dụng. Được trang bị cảm biến nhạy và phần mềm phân tích phổ Biến đổi Fourier nhanh (FFT), Balanset-1A là một thiết bị tuyệt vời cho việc phân tích rung động toàn diện. Hướng dẫn này lấp đầy khoảng trống mà hướng dẫn sử dụng chính thức để lại, giải thích dữ liệu rung động cho thấy gì về tình trạng máy móc.

Hướng dẫn này được cấu trúc theo trình tự để hướng dẫn bạn từ kiến thức cơ bản đến ứng dụng thực tế:

• Phần 1 sẽ trình bày nền tảng lý thuyết, giải thích một cách đơn giản và rõ ràng về rung động là gì, cách thức hoạt động của phân tích phổ (FFT) và các thông số phổ nào là quan trọng đối với người chẩn đoán.
• Phần 2 sẽ cung cấp hướng dẫn từng bước để thu được phổ rung động chất lượng cao và đáng tin cậy bằng cách sử dụng thiết bị Balanset-1A ở nhiều chế độ khác nhau, tập trung vào các sắc thái thực tế không được mô tả trong hướng dẫn tiêu chuẩn.
• Phần 3 là nội dung chính của bài viết. Tại đây, "dấu vân tay" — những dấu hiệu phổ biến nhất của các lỗi phổ biến nhất: mất cân bằng, lệch trục, lỏng lẻo cơ học và khuyết tật ổ trục — sẽ được phân tích kỹ lưỡng.
• Phần 4 sẽ tích hợp kiến thức đã thu được vào một hệ thống thống nhất, đưa ra các khuyến nghị thực tế để triển khai giám sát và thuật toán ra quyết định đơn giản.

Bằng cách nắm vững tài liệu trong bài viết này, bạn sẽ có thể sử dụng Balanset-1A không chỉ như một thiết bị cân bằng mà còn là một phức hợp chẩn đoán cấp độ đầu vào hoàn chỉnh, cho phép bạn xác định vấn đề sớm, ngăn ngừa tai nạn tốn kém và tăng đáng kể độ tin cậy của thiết bị vận hành của bạn.

Phần 1: Cơ sở của Phân tích rung động và quang phổ (FFT)

1.1. Rung động là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Bất kỳ thiết bị quay nào, dù là máy bơm, quạt hay động cơ điện, đều tạo ra rung động trong quá trình vận hành. Rung động là sự dao động cơ học của máy móc hoặc các bộ phận riêng lẻ so với vị trí cân bằng của chúng. Ở trạng thái lý tưởng, hoạt động hoàn toàn bình thường, máy móc tạo ra mức rung động thấp và ổn định — đây là "tiếng ồn vận hành" bình thường của nó. Tuy nhiên, khi các khuyết tật phát sinh và phát triển, nền rung động này bắt đầu thay đổi.

Rung động là phản ứng của cấu trúc cơ chế với các lực kích thích tuần hoàn. Nguồn gốc của các lực này có thể rất đa dạng:

• Lực ly tâm do rotor mất cân bằng: Phát sinh từ sự phân bố khối lượng không đều so với trục quay. Đây được gọi là "điểm nặng", trong quá trình quay, tạo ra lực truyền đến ổ trục và vỏ máy.
• Các lực liên quan đến sự không chính xác về mặt hình học: Sự không thẳng hàng của các trục ghép, độ cong của trục, lỗi trong biên dạng răng bánh răng của hộp số — tất cả những điều này tạo ra lực tuần hoàn gây ra rung động.
• Lực khí động học và lực thủy động học: Xảy ra trong quá trình quay của cánh quạt trong quạt, máy hút khói, máy bơm và tua bin.
• Lực điện từ: Đặc điểm của động cơ điện và máy phát điện và có thể do sự bất đối xứng của cuộn dây hoặc sự xuất hiện của các vòng dây bị ngắn mạch.

Mỗi nguồn rung động này tạo ra những đặc điểm riêng biệt. Đây là lý do tại sao phân tích rung động lại là một công cụ chẩn đoán mạnh mẽ đến vậy. Bằng cách đo lường và phân tích rung động, chúng ta không chỉ có thể khẳng định "máy rung mạnh" mà còn có thể xác định nguyên nhân gốc rễ với độ chính xác cao. Khả năng chẩn đoán tiên tiến này rất cần thiết cho bất kỳ chương trình bảo trì hiện đại nào.

1.2. Từ tín hiệu thời gian đến phổ: Một giải thích đơn giản về FFT

Cảm biến rung (gia tốc kế), được lắp đặt trên vỏ ổ trục, chuyển đổi các dao động cơ học thành tín hiệu điện. Nếu tín hiệu này được hiển thị trên màn hình theo thời gian, chúng ta sẽ nhận được tín hiệu thời gian hoặc dạng sóng. Biểu đồ này cho thấy biên độ rung thay đổi như thế nào tại mỗi thời điểm.

Trong một trường hợp đơn giản, chẳng hạn như mất cân bằng thuần túy, tín hiệu thời gian sẽ trông giống như một đường sin trơn tru. Tuy nhiên, trên thực tế, một máy móc hầu như luôn chịu tác động của nhiều lực kích thích cùng lúc. Kết quả là, tín hiệu thời gian là một đường cong phức tạp, dường như hỗn loạn, mà từ đó thực tế không thể trích xuất thông tin chẩn đoán hữu ích.

Đây chính là lúc một công cụ toán học ra tay cứu cánh — Biến đổi Fourier nhanh (FFT). Nó có thể được hình dung như một lăng kính kỳ diệu cho các tín hiệu rung động.

Hãy tưởng tượng một tín hiệu thời gian phức tạp là một chùm ánh sáng trắng. Chúng ta có vẻ như thống nhất và không thể phân biệt được. Nhưng khi chùm sáng này đi qua một lăng kính thủy tinh, nó bị phân tách thành các màu cấu thành — đỏ, cam, vàng, v.v., tạo thành cầu vồng. FFT cũng làm điều tương tự với tín hiệu rung động: nó lấy một đường cong phức tạp từ miền thời gian và phân tích nó thành các thành phần hình sin đơn giản, mỗi thành phần có tần số và biên độ riêng.

Kết quả của phép biến đổi này được hiển thị trên một đồ thị gọi là phổ rung động. Phổ rung động là công cụ làm việc chính cho bất kỳ ai thực hiện phân tích rung động. Nó cho phép bạn thấy những gì ẩn giấu trong tín hiệu thời gian: những rung động "thuần túy" nào tạo nên tiếng ồn tổng thể của máy.

1.3. Các thông số quang phổ chính cần hiểu

Phổ rung động mà bạn sẽ thấy trên màn hình Balanset-1A ở chế độ "Máy đo rung động" hoặc "Biểu đồ" có hai trục, việc hiểu rõ điều này là hoàn toàn cần thiết để chẩn đoán.

Trục ngang (X): Tần suất

Trục này thể hiện tần suất xảy ra dao động và được đo bằng Hertz (Hz). 1 Hz tương đương với một dao động hoàn chỉnh mỗi giây. Tần số liên quan trực tiếp đến nguồn rung động. Các thành phần cơ khí và điện khác nhau của máy móc tạo ra rung động ở tần số đặc trưng và có thể dự đoán được. Biết được tần số mà đỉnh rung động cao được quan sát thấy, chúng ta có thể xác định thủ phạm — một bộ phận hoặc khuyết tật cụ thể.

Tần số quay (1x): Đây là tần số quan trọng nhất trong mọi chẩn đoán rung động. Nó tương ứng với tốc độ quay của trục máy. Ví dụ, nếu trục động cơ quay với tốc độ 3000 vòng/phút (vòng/phút), tần số quay của nó sẽ là: f = 3000 vòng/phút / 60 giây/phút = 50 Hz. Tần số này được ký hiệu là 1x. Nó đóng vai trò là điểm tham chiếu để xác định nhiều khuyết tật khác.

Trục dọc (Y): Biên độ

Trục này thể hiện cường độ hoặc cường độ rung động ở mỗi tần số cụ thể. Trong thiết bị Balanset-1A, biên độ được đo bằng milimét trên giây (mm/giây), tương ứng với giá trị căn bậc hai trung bình (RMS) của vận tốc rung động. Đỉnh càng cao trong phổ, năng lượng rung động tập trung ở tần số đó càng lớn, và theo quy luật, khuyết tật liên quan càng nghiêm trọng.

Sóng hài

Sóng hài là các tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản. Thông thường, tần số cơ bản là tần số quay 1x. Do đó, sóng hài của nó sẽ là: 2x (sóng hài bậc hai) = 2×1x, 3x (sóng hài bậc ba) = 3×1x, 4x (sóng hài bậc bốn) = 4×1x, v.v. Sự hiện diện và độ cao tương đối của sóng hài mang thông tin chẩn đoán quan trọng. Ví dụ, mất cân bằng thuần túy biểu hiện chủ yếu ở 1x với sóng hài rất thấp. Tuy nhiên, sự lỏng lẻo về mặt cơ học hoặc độ lệch trục tạo ra cả một "rừng" sóng hài cao (2x, 3x, 4x,...). Bằng cách phân tích tỷ số biên độ giữa 1x và sóng hài của nó, có thể phân biệt các loại lỗi khác nhau.

Phần 2: Thu được phổ rung động bằng Balanset-1A

Chất lượng chẩn đoán phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng dữ liệu ban đầu. Các phép đo không chính xác có thể dẫn đến kết luận sai lệch, sửa chữa không cần thiết, hoặc ngược lại, bỏ sót một khiếm khuyết đang phát triển. Phần này cung cấp hướng dẫn thực tế để thu thập dữ liệu chính xác và có thể lặp lại bằng thiết bị của bạn.

2.1. Chuẩn bị cho phép đo: Chìa khóa cho dữ liệu chính xác

Trước khi kết nối cáp và khởi chạy chương trình, cần đặc biệt chú ý đến việc lắp đặt cảm biến chính xác. Đây là giai đoạn quan trọng nhất, quyết định độ tin cậy của tất cả các phân tích tiếp theo.

Phương pháp lắp đặt: Balanset-1A đi kèm đế cảm biến từ tính. Đây là phương pháp lắp đặt tiện lợi và nhanh chóng, nhưng để đạt hiệu quả, cần tuân thủ một số quy tắc. Bề mặt tại điểm đo phải:

• Lau dọn: Loại bỏ bụi bẩn, rỉ sét và lớp sơn bong tróc.
• Phẳng: Cảm biến phải nằm phẳng với toàn bộ bề mặt nam châm. Không lắp đặt cảm biến trên bề mặt tròn hoặc đầu bu lông.
• To lớn: Điểm đo phải là một phần của cấu trúc chịu lực của máy (ví dụ: vỏ ổ trục), không phải là lớp bảo vệ mỏng hoặc cánh tản nhiệt.

Đối với mục đích theo dõi cố định hoặc để đạt được độ chính xác tối đa ở tần số cao, nên sử dụng kết nối ren (đinh tán) nếu thiết kế máy cho phép.

Vị trí: Lực phát sinh trong quá trình rotor hoạt động được truyền đến vỏ máy thông qua ổ trục. Do đó, vị trí lắp đặt cảm biến tốt nhất là trong vỏ ổ trục. Cố gắng đặt cảm biến càng gần ổ trục càng tốt để đo độ rung với độ méo tiếng tối thiểu.

Hướng đo lường: Rung động là một quá trình ba chiều. Để có bức tranh toàn cảnh về tình trạng của máy, cần thực hiện các phép đo theo ba hướng:

• Đường ngang xuyên tâm (H): Vuông góc với trục trục, trên mặt phẳng ngang.
• Hướng thẳng đứng xuyên tâm (V): Vuông góc với trục trục, trên mặt phẳng thẳng đứng.
• Trục (A): Song song với trục trục.

Thông thường, độ cứng của kết cấu theo phương ngang thấp hơn phương thẳng đứng, do đó biên độ rung theo phương ngang thường cao nhất. Đây là lý do tại sao phương ngang thường được chọn để đánh giá ban đầu. Tuy nhiên, rung động dọc trục mang thông tin riêng biệt, cực kỳ quan trọng để chẩn đoán các khuyết tật như lệch trục.

Balanset-1A là thiết bị hai kênh, chủ yếu được xem xét trong hướng dẫn sử dụng dưới góc độ cân bằng hai mặt phẳng. Tuy nhiên, đối với chẩn đoán, điều này mở ra nhiều khả năng rộng hơn. Thay vì đo độ rung trên hai ổ trục khác nhau, cả hai cảm biến có thể được kết nối với cùng một cụm ổ trục, nhưng theo các hướng khác nhau. Ví dụ, kênh cảm biến 1 có thể được lắp đặt theo hướng xuyên tâm (nằm ngang) và kênh cảm biến 2 theo hướng trục. Việc thu thập đồng thời phổ theo hai hướng cho phép so sánh tức thời độ rung dọc trục và hướng tâm, đây là một kỹ thuật tiêu chuẩn trong chẩn đoán chuyên nghiệp để phát hiện độ lệch trục đáng tin cậy. Phương pháp này mở rộng đáng kể khả năng chẩn đoán của thiết bị, vượt xa những gì được mô tả trong hướng dẫn sử dụng.

2.2. Hướng dẫn từng bước: Sử dụng chế độ "Máy đo độ rung" (F5) để đánh giá nhanh

Chế độ này được thiết kế để kiểm soát hoạt động các thông số rung động chính và lý tưởng cho việc đánh giá nhanh tình trạng máy móc "tại chỗ". Quy trình thu thập phổ ở chế độ này như sau:

1. Kết nối cảm biến: Lắp đặt cảm biến rung tại các điểm đã chọn và kết nối chúng với đầu vào X1 và X2 của thiết bị đo. Kết nối máy đo tốc độ laser với đầu vào X3 và gắn một điểm đánh dấu phản quang vào trục.
2. Khởi động chương trình: Trong cửa sổ chương trình chính của Balanset-1A, nhấp vào nút "F5 - Máy đo độ rung".
3. Cửa sổ làm việc sẽ mở ra (Hình 7.4 trong sách hướng dẫn). Phần trên của cửa sổ sẽ hiển thị các giá trị số: độ rung tổng thể (V1s), độ rung ở tần số quay (V1o), pha (F1) và tốc độ quay (N vòng/phút).
4. Bắt đầu đo: Nhấn nút "F9 - Chạy". Chương trình sẽ bắt đầu thu thập và hiển thị dữ liệu theo thời gian thực.
5. Phân tích phổ: Ở dưới cùng của cửa sổ là biểu đồ "Phổ rung động - kênh 1&2 (mm/giây)". Đây là phổ rung động. Trục hoành thể hiện tần số tính bằng Hz, và trục tung thể hiện biên độ tính bằng mm/giây.

Chế độ này cho phép thực hiện kiểm tra chẩn đoán đầu tiên và quan trọng nhất, được khuyến nghị ngay cả trong hướng dẫn cân bằng. So sánh các giá trị V1s (độ rung tổng thể) và V1o (độ rung ở tần số quay 1x).

• Nếu V1s≈V1o, điều đó có nghĩa là phần lớn năng lượng dao động tập trung ở tần số quay. Nguyên nhân chính gây ra dao động rất có thể là do mất cân bằng.
• Nếu V1s≫V1o, điều này cho thấy một phần đáng kể độ rung là do các nguồn khác gây ra (sai lệch, lỏng lẻo, khuyết tật ổ trục, v.v.). Trong trường hợp này, việc cân bằng đơn thuần sẽ không giải quyết được vấn đề và cần phải phân tích quang phổ sâu hơn.

2.3. Hướng dẫn từng bước: Sử dụng chế độ "Biểu đồ" (F8) để phân tích chi tiết

Đối với các chẩn đoán nghiêm trọng đòi hỏi phải kiểm tra phổ chi tiết hơn, chế độ "Biểu đồ" tốt hơn đáng kể. Chế độ này cung cấp đồ thị lớn hơn và nhiều thông tin hơn, giúp xác định các đỉnh và phân tích cấu trúc của chúng dễ dàng hơn. Quy trình thu thập phổ ở chế độ này như sau:

1. Kết nối các cảm biến theo cách tương tự như đối với chế độ "Máy đo độ rung".
2. Chế độ bắt đầu: Trong cửa sổ chương trình chính, nhấp vào nút "F8 - Biểu đồ".
3. Chọn loại biểu đồ: Trong cửa sổ mở ra (Hình 7.19 trong hướng dẫn), sẽ có một hàng nút ở trên cùng. Nhấp vào "F5 - Phổ (Hz)".
4. Cửa sổ phân tích phổ sẽ mở ra (Hình 7.23 trong sách hướng dẫn). Phần trên sẽ hiển thị tín hiệu thời gian, và phần chính phía dưới sẽ hiển thị phổ rung động.
5. Bắt đầu đo: Nhấn nút "F9-Run". Thiết bị sẽ thực hiện phép đo và xây dựng biểu đồ chi tiết.

Phổ thu được ở chế độ này thuận tiện hơn nhiều cho việc phân tích. Bạn có thể thấy rõ hơn các đỉnh ở các tần số khác nhau, đánh giá độ cao của chúng và xác định chuỗi sóng hài. Chế độ này được khuyến nghị để chẩn đoán các lỗi được mô tả trong phần tiếp theo.

Phần 3: Chẩn đoán các lỗi điển hình bằng phổ rung động (lên đến 1000 Hz)

Phần này là cốt lõi thực hành của hướng dẫn. Tại đây, chúng ta sẽ học cách đọc phổ và đối chiếu chúng với các vấn đề cơ học cụ thể. Để thuận tiện và định hướng nhanh chóng tại hiện trường, các chỉ số chẩn đoán chính được tóm tắt trong một bảng tổng hợp. Bảng này sẽ đóng vai trò là tài liệu tham khảo nhanh khi phân tích dữ liệu thực tế.

Bảng 3.1: Tóm tắt các chỉ số chẩn đoán

Lỗi	Chữ ký quang phổ chính	Sóng hài điển hình	Notes
Mất cân bằng	Biên độ cao ở tần số quay 1×	Thấp	Dao động hướng tâm chiếm ưu thế. Biên độ tăng theo bậc hai với tốc độ.
Sự không thẳng hàng	Biên độ cao ở tần số quay 2 lần	1×, 3×, 4×	Thường đi kèm với rung động dọc trục.
Độ lỏng cơ học	Nhiều sóng hài 1× ("rừng" sóng hài)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Sóng hài phụ (0,5×, 1,5×) có thể xuất hiện ở 1/2x, 3/2x, v.v. do vết nứt.
Lỗi ổ trục	Các đỉnh ở tần số không đồng bộ (BPFO, BPFI, v.v.)	Nhiều sóng hài của tần số khuyết tật	Thường thấy dưới dạng dải biên quanh các đỉnh. Nghe giống như "tiếng ồn" ở dải tần số cao.
Lỗi lưới bánh răng	Tần số cao của lưới bánh răng (GMF) và sóng hài của nó	Dải bên xung quanh GMF ở 1x	Biểu thị sự hao mòn, hư hỏng răng hoặc lệch tâm.

Tiếp theo, chúng ta sẽ phân tích chi tiết từng lỗi này.

3.1. Mất cân bằng: Vấn đề phổ biến nhất

Nguyên nhân vật lý: Mất cân bằng xảy ra khi trọng tâm của một bộ phận quay (rôto) không trùng với trục quay hình học của nó. Điều này tạo ra một "điểm nặng", trong quá trình quay, lực ly tâm tác động theo hướng xuyên tâm và truyền đến ổ trục và nền móng.

Chữ ký quang phổ: Dấu hiệu chính là một đỉnh biên độ cao, chỉ đúng ở tần số quay (1x). Rung động chủ yếu theo hướng xuyên tâm. Có hai loại mất cân bằng chính:

Mất cân bằng tĩnh (Một mặt phẳng)

Mô tả quang phổ: Phổ này hoàn toàn bị chi phối bởi một đỉnh duy nhất ở tần số quay cơ bản (1x). Dao động này có dạng sin, với năng lượng tối thiểu ở các tần số khác.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Chủ yếu là thành phần tần số quay 1x mạnh. Ít hoặc không có sóng hài bậc cao (âm thanh 1x thuần túy).

Tính năng chính: Biên độ lớn 1x theo mọi hướng xuyên tâm. Độ rung tại cả hai ổ trục đều cùng pha (không có độ lệch pha giữa hai đầu). Độ lệch pha thường được quan sát thấy khoảng 90° giữa các phép đo theo phương ngang và phương thẳng đứng tại cùng một ổ trục.

Mất cân bằng động (Hai mặt phẳng / Cặp)

Mô tả quang phổ: Phổ cũng cho thấy một đỉnh tần số một lần mỗi vòng quay (1x) chiếm ưu thế, tương tự như mất cân bằng tĩnh. Rung động xảy ra ở tốc độ quay, không có nội dung tần số cao hơn đáng kể nếu mất cân bằng là vấn đề duy nhất.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Thành phần RPM 1x chiếm ưu thế (thường bị "lắc lư" hoặc rung lắc ở rotor). Sóng hài bậc cao thường không xuất hiện trừ khi có các lỗi khác.

Tính năng chính: 1x rung động ở mỗi ổ trục là lệch pha — có độ lệch pha khoảng 180° giữa dao động ở hai đầu rotor (cho thấy sự mất cân bằng đôi). Đỉnh 1x mạnh với mối quan hệ pha này là dấu hiệu của sự mất cân bằng động.

Cần làm gì: Nếu quang phổ cho thấy mất cân bằng, cần phải thực hiện quy trình cân bằng. Đối với mất cân bằng tĩnh, cân bằng một mặt phẳng là đủ (phần thủ công 7.4), đối với mất cân bằng động — cân bằng hai mặt phẳng (phần thủ công 7.5).

3.2. Trục lệch: Mối đe dọa tiềm ẩn

Nguyên nhân vật lý: Sự lệch trục xảy ra khi trục quay của hai trục ghép (ví dụ: trục động cơ và trục bơm) không trùng khớp. Khi trục quay không thẳng hàng, các lực tuần hoàn sẽ phát sinh trong khớp nối và ổ trục, gây ra rung động.

Sai lệch song song (Trục lệch)

Mô tả quang phổ: Phổ rung động thể hiện năng lượng cao ở tần số cơ bản (1x) và các sóng hài 2x và 3x, đặc biệt là theo hướng xuyên tâm. Thông thường, thành phần 1x chiếm ưu thế với sự hiện diện của độ lệch, kèm theo một thành phần 2x đáng chú ý.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Chứa các đỉnh đáng kể ở tần số quay trục 1x, 2x và 3x. Những đỉnh này chủ yếu xuất hiện trong các phép đo rung động hướng tâm (vuông góc với trục).

Tính năng chính: Độ rung 1x và 2x cao theo hướng xuyên tâm là dấu hiệu chỉ điểm. Độ lệch pha 180° giữa các phép đo độ rung xuyên tâm ở hai phía đối diện của khớp nối thường được quan sát thấy, giúp phân biệt với tình trạng mất cân bằng thuần túy.

Độ lệch góc (Trục nghiêng)

Mô tả quang phổ: Phổ tần số cho thấy sóng hài mạnh của tốc độ trục, đáng chú ý là thành phần tốc độ chạy 2x nổi bật bên cạnh thành phần 1x. Rung động ở 1x, 2x (và thường là 3x) xuất hiện, trong đó rung động dọc trục (dọc theo trục) là đáng kể.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Các đỉnh đáng chú ý ở tốc độ chạy 1x và 2x (và đôi khi là 3x). Thành phần 2x thường lớn bằng hoặc lớn hơn thành phần 1x. Các tần số này được thể hiện rõ trong phổ rung động dọc trục (dọc theo trục của máy).

Tính năng chính: Biên độ sóng hài bậc hai (2x) tương đối cao so với 1x, kết hợp với dao động dọc trục mạnh. Các phép đo dọc trục ở cả hai phía của khớp nối lệch pha 180°, một dấu hiệu đặc trưng của sự lệch góc.

Cần làm gì: Việc cân bằng sẽ không có tác dụng trong trường hợp này. Hãy dừng thiết bị và thực hiện quy trình căn chỉnh trục bằng các công cụ chuyên dụng.

3.3. Sự lỏng lẻo về mặt cơ học: Tiếng "lạch cạch" trong máy

Nguyên nhân vật lý: Lỗi này liên quan đến việc mất độ cứng ở các kết nối kết cấu: bu lông lỏng, nứt móng, khe hở tăng ở các gối đỡ. Do khe hở, va đập xảy ra, tạo thành kiểu rung động đặc trưng.

Độ lỏng cơ học (Độ lỏng linh kiện)

Description: Phổ này rất giàu các thành phần tần số của tốc độ quay. Một dải rộng các bội số nguyên của 1x (từ 1x đến bậc cao, chẳng hạn như ~10x) với biên độ đáng kể xuất hiện. Trong một số trường hợp, các tần số dưới hài (ví dụ: 0,5x) cũng có thể xuất hiện.

Thành phần quang phổ: Các thành phần tần số đa dạng của tốc độ quay (1x, 2x, 3x... lên đến ~10x) chiếm ưu thế. Đôi khi, các thành phần tần số phân số (bán nguyên) cũng có thể xuất hiện ở 1/2x, 3/2x, v.v. do va chạm lặp đi lặp lại.

Tính năng chính: "Chuỗi đỉnh" đặc trưng trong quang phổ — nhiều đỉnh cách đều nhau ở tần số bằng bội số nguyên của tốc độ quay. Điều này cho thấy độ cứng bị mất hoặc lắp ráp các bộ phận không đúng cách gây ra va chạm lặp lại. Sự hiện diện của nhiều sóng hài (và có thể là sóng hài dưới bán nguyên) là một chỉ báo quan trọng.

Độ lỏng lẻo của cấu trúc (Độ lỏng lẻo của đế/lắp đặt)

Description: Trong phổ dao động, dao động ở tần số cơ bản hoặc tần số quay kép thường chiếm ưu thế. Thông thường, đỉnh xuất hiện ở 1x và/hoặc 2x. Các sóng hài bậc cao (trên 2x) thường có biên độ nhỏ hơn nhiều so với các sóng hài chính này.

Thành phần quang phổ: Chủ yếu thể hiện các thành phần tần số ở tốc độ trục 1x và 2x. Các sóng hài khác (3x, 4x, v.v.) thường không có hoặc không đáng kể. Thành phần 1x hoặc 2x có thể chiếm ưu thế tùy thuộc vào loại độ lỏng (ví dụ: một va chạm mỗi vòng quay hoặc hai va chạm mỗi vòng quay).

Tính năng chính: Các đỉnh cao đáng chú ý ở mức 1x hoặc 2x (hoặc cả hai) so với phần còn lại của quang phổ, cho thấy độ lỏng lẻo của ổ trục hoặc kết cấu. Độ rung mạnh hơn theo phương thẳng đứng nếu máy được lắp đặt lỏng lẻo. Một hoặc hai đỉnh trội bậc thấp với một số ít sóng hài bậc cao là đặc trưng của độ lỏng lẻo của kết cấu hoặc nền móng.

Cần làm gì: Cần kiểm tra kỹ lưỡng thiết bị. Kiểm tra tất cả các bu lông cố định có thể tiếp cận được (vòng bi, vỏ). Kiểm tra khung và nền tảng xem có vết nứt không. Nếu có sự lỏng lẻo bên trong (ví dụ: ổ bi), có thể cần phải tháo rời thiết bị.

3.4. Lỗi ổ trục lăn: Cảnh báo sớm

Nguyên nhân vật lý: Sự xuất hiện các khuyết tật (rỗ, vỡ, mòn) trên các bề mặt lăn (vòng trong, vòng ngoài, các chi tiết lăn) hoặc trên lồng. Mỗi khi một chi tiết lăn lăn qua một khuyết tật, một xung va chạm ngắn sẽ xảy ra. Các xung này lặp lại ở tần số cụ thể, đặc trưng của từng chi tiết ổ trục.

Chữ ký quang phổ: Các khuyết tật ổ trục xuất hiện dưới dạng đỉnh ở các tần số không đồng bộ, tức là ở các tần số không phải là bội số nguyên của tần số quay (1x). Các tần số này (BPFO - tần số khuyết tật vòng ngoài, BPFI - vòng trong, BSF - phần tử lăn, FTF - lồng) phụ thuộc vào hình dạng ổ trục và tốc độ quay. Đối với một chuyên gia chẩn đoán mới vào nghề, không cần thiết phải tính toán chính xác các giá trị này. Điều quan trọng là học cách nhận biết sự hiện diện của chúng trong quang phổ.

Lỗi chủng tộc bên ngoài

Mô tả quang phổ: Phổ rung động thể hiện một loạt các đỉnh tương ứng với tần số khuyết tật của vòng đua ngoài và sóng hài của nó. Các đỉnh này thường ở tần số cao hơn (không phải là bội số nguyên của vòng quay trục) và chỉ ra mỗi lần một phần tử lăn đi qua khuyết tật của vòng đua ngoài.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Có nhiều sóng hài của tần số bóng vượt qua vòng ngoài (BPFO). Thông thường, có thể quan sát thấy 8–10 sóng hài của BPFO trong quang phổ đối với lỗi vòng ngoài rõ rệt. Khoảng cách giữa các đỉnh này bằng với BPFO (tần số đặc trưng được xác định bởi hình dạng và tốc độ ổ trục).

Tính năng chính: Dấu hiệu đặc trưng là một chuỗi các đỉnh riêng biệt tại BPFO và các sóng hài liên tiếp của nó. Sự hiện diện của nhiều đỉnh tần số cao cách đều nhau (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) rõ ràng chỉ ra một khiếm khuyết ở vòng bi ngoài.

Khiếm khuyết chủng tộc bên trong

Mô tả quang phổ: Phổ của đứt gãy vòng trong cho thấy một số đỉnh nổi bật ở tần số đứt gãy vòng trong và các sóng hài của nó. Ngoài ra, mỗi đỉnh tần số đứt gãy này thường đi kèm với các đỉnh biên tần cách nhau ở tần số tốc độ chạy (1x).

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Chứa nhiều sóng hài của tần số đường chuyền bi trong (BPFI), thường vào khoảng 8–10 sóng hài. Đặc trưng, các đỉnh BPFI này được điều chế bởi các dải biên ở ±1x vòng/phút — nghĩa là bên cạnh mỗi sóng hài BPFI, các đỉnh biên nhỏ hơn sẽ xuất hiện, cách đỉnh chính một lượng bằng tần số quay của trục.

Tính năng chính: Dấu hiệu rõ ràng là sự hiện diện của sóng hài tần số khuyết tật vòng đua bên trong (BPFI) với mẫu biên. Các dải biên cách nhau ở tốc độ trục xung quanh sóng hài BPFI cho biết khuyết tật vòng đua bên trong đang được tải một lần mỗi vòng quay, xác nhận vấn đề vòng đua bên trong chứ không phải vòng đua bên ngoài.

Lỗi phần tử lăn (Bóng/Con lăn)

Mô tả quang phổ: Lỗi của phần tử lăn (bi hoặc con lăn) tạo ra rung động ở tần số quay của phần tử lăn và các sóng hài của nó. Phổ sẽ hiển thị một loạt các đỉnh không phải là bội số nguyên của tốc độ trục, mà là bội số của tần số quay của bi/con lăn (BSF). Một trong những đỉnh sóng hài này thường lớn hơn đáng kể so với các đỉnh khác, phản ánh số lượng phần tử lăn bị hỏng.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Các đỉnh tại tần số lỗi phần tử lăn cơ bản (BSF) và các sóng hài của nó sẽ xuất hiện. Ví dụ, BSF, 2xBSF, 3xBSF, v.v., sẽ xuất hiện. Đáng chú ý, mẫu biên độ của các đỉnh này có thể chỉ ra số lượng phần tử bị hư hỏng — ví dụ, nếu sóng hài thứ hai lớn nhất, nó có thể cho thấy hai quả bóng/con lăn bị vỡ. Thông thường, một số rung động ở tần số lỗi vòng đua cũng đi kèm với điều này, vì hư hỏng phần tử lăn thường dẫn đến hư hỏng vòng đua.

Tính năng chính: Sự hiện diện của một loạt các đỉnh cách nhau bởi BSF (tần số quay của phần tử ổ trục) thay vì tần số quay của trục xác định lỗi của phần tử lăn. Biên độ đặc biệt cao của sóng hài bậc N của BSF thường ngụ ý N phần tử bị hư hỏng (ví dụ, đỉnh 2xBSF rất cao có thể chỉ ra hai quả bóng có lỗi).

Lỗi lồng (Lồng chịu lực / FTF)

Mô tả quang phổ: Một khuyết tật ở lồng (bộ phận tách) trong ổ trục lăn gây ra rung động ở tần số quay lồng – Tần số Cơ bản của Tàu (FTF) – và các sóng hài của nó. Các tần số này thường không đồng bộ (thấp hơn tốc độ trục). Phổ sẽ hiển thị các đỉnh ở FTF, 2xFTF, 3xFTF, v.v., và thường có một số tương tác với các tần số ổ trục khác do điều chế.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Các đỉnh tần số thấp tương ứng với tần số quay của lồng (FTF) và bội số nguyên của nó. Ví dụ, nếu FTF ≈ 0,4x tốc độ trục, bạn có thể thấy các đỉnh ở ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x, v.v. Trong nhiều trường hợp, khuyết tật lồng tồn tại song song với khuyết tật vòng, do đó FTF có thể điều chỉnh tín hiệu khuyết tật vòng, tạo ra các tần số tổng/hiệu (dải bên xung quanh tần số vòng).

Tính năng chính: Một hoặc nhiều đỉnh dưới sóng hài (dưới 1x) trùng với tốc độ quay của lồng ổ trục (FTF) là dấu hiệu cho thấy lồng có vấn đề. Hiện tượng này thường xuất hiện cùng với các dấu hiệu lỗi ổ trục khác. Dấu hiệu đặc trưng là sự hiện diện của FTF và sóng hài của nó trong quang phổ, điều này thường không phổ biến trừ khi lồng bị hỏng.

Cần làm gì: Sự xuất hiện của tần số vòng bi là một lời kêu gọi hành động. Cần tăng cường giám sát thiết bị này, kiểm tra tình trạng bôi trơn và bắt đầu lên kế hoạch thay thế vòng bi càng sớm càng tốt.

3.5. Lỗi bánh răng

Độ lệch tâm của bánh răng / Trục cong

Mô tả quang phổ: Lỗi này gây ra sự điều biến độ rung của lưới bánh răng. Trong phổ, đỉnh tần số lưới bánh răng (GMF) được bao quanh bởi các đỉnh dải biên cách nhau tại tần số quay trục bánh răng (1x vòng/phút của bánh răng). Thông thường, độ rung của chính bánh răng ở tốc độ quay 1x cũng tăng lên do hiệu ứng mất cân bằng của độ lệch tâm.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Biên độ tăng đáng kể tại tần số lưới bánh răng và các sóng hài bậc thấp của nó (ví dụ: 1x, 2x, 3x GMF). Các dải biên rõ ràng xuất hiện xung quanh GMF (và đôi khi xung quanh các sóng hài của nó) với khoảng cách bằng 1x tốc độ quay của bánh răng bị ảnh hưởng. Sự xuất hiện của các dải biên này cho thấy sự điều chế biên độ của tần số lưới do chuyển động quay của bánh răng.

Tính năng chính: Tần số lưới bánh răng với các dải biên rõ rệt ở tần số bánh răng 1x là đặc điểm nổi bật. Mẫu dải biên này (các đỉnh cách đều nhau quanh GMF theo tốc độ chạy) cho thấy rõ độ lệch tâm bánh răng hoặc trục bánh răng bị cong. Ngoài ra, độ rung cơ bản (1x) của bánh răng có thể cao hơn bình thường.

Răng bánh răng bị mòn hoặc hư hỏng

Mô tả quang phổ: Các lỗi răng bánh răng (chẳng hạn như răng bị mòn hoặc gãy) làm tăng độ rung ở tần số ăn khớp bánh răng và các sóng hài của nó. Phổ thường cho thấy nhiều đỉnh GMF (1xGMF, 2xGMF, v.v.) có biên độ cao. Ngoài ra, nhiều tần số dải biên xuất hiện xung quanh các đỉnh GMF này, cách nhau bởi tần số quay của trục. Trong một số trường hợp, sự kích thích tần số riêng của bánh răng (cộng hưởng) với các dải biên cũng có thể được quan sát thấy.

Mô tả ngắn gọn về các thành phần quang phổ: Các đỉnh cao tại tần số ăn khớp răng (tần số ăn khớp răng) và các sóng hài của nó (ví dụ: 2xGMF). Xung quanh mỗi sóng hài GMF chính, có các đỉnh biên tần cách nhau 1x tốc độ chạy. Số lượng và kích thước của các dải biên xung quanh các thành phần GMF 1x, 2x, 3x có xu hướng tăng theo mức độ hư hỏng răng. Trong trường hợp nghiêm trọng, các đỉnh bổ sung tương ứng với tần số cộng hưởng của bánh răng (với các dải biên riêng) có thể xuất hiện.

Tính năng chính: Đặc điểm nổi bật là nhiều sóng hài tần số lưới bánh răng biên độ cao đi kèm với các mẫu biên độ dày đặc. Điều này cho thấy răng đi qua không đều do mòn hoặc gãy răng. Một bánh răng bị mòn hoặc hư hỏng nặng sẽ hiển thị các biên độ rộng (ở khoảng cách tốc độ bánh răng 1 lần) xung quanh các đỉnh tần số lưới, phân biệt với một bánh răng khỏe mạnh (có phổ sạch hơn tập trung tại GMF).

Cần làm gì: Sự xuất hiện của các tần số liên quan đến hệ thống bánh răng cần được chú ý hơn. Nên kiểm tra tình trạng dầu trong hộp số xem có hạt kim loại nào không và lên lịch kiểm tra hộp số để đánh giá tình trạng mòn hoặc hư hỏng của răng.

Điều quan trọng cần hiểu là trong điều kiện thực tế, máy móc hiếm khi chỉ gặp một lỗi. Phổ lỗi thường là sự kết hợp các dấu hiệu của nhiều lỗi, chẳng hạn như mất cân bằng và lệch trục. Điều này có thể gây nhầm lẫn cho một chuyên gia chẩn đoán mới vào nghề. Trong những trường hợp như vậy, một quy tắc đơn giản được áp dụng: giải quyết vấn đề tương ứng với đỉnh có biên độ lớn nhất trước. Thông thường, một lỗi nghiêm trọng (ví dụ: lệch trục nghiêm trọng) gây ra các vấn đề thứ cấp, chẳng hạn như tăng độ mòn ổ trục hoặc lỏng ốc vít. Bằng cách loại bỏ nguyên nhân gốc rễ, bạn có thể giảm đáng kể biểu hiện của các lỗi thứ cấp.

Phần 4: Các khuyến nghị thực tế và các bước tiếp theo

Sau khi nắm vững những kiến thức cơ bản về giải thích phổ, bạn đã thực hiện bước đầu tiên và quan trọng nhất. Giờ đây, bạn cần tích hợp kiến thức này vào hoạt động bảo trì hàng ngày. Phần này tập trung vào cách chuyển từ đo lường một lần sang phương pháp tiếp cận có hệ thống và cách sử dụng dữ liệu thu được để đưa ra quyết định sáng suốt.

4.1. Từ Đo lường Đơn lẻ đến Giám sát: Sức mạnh của Xu hướng

Một phổ đơn lẻ chỉ là một "ảnh chụp nhanh" về tình trạng của máy tại một thời điểm nhất định. Nó có thể rất hữu ích, nhưng giá trị thực sự của nó chỉ được tiết lộ khi so sánh với các phép đo trước đó. Quá trình này được gọi là giám sát tình trạng hoặc phân tích xu hướng.

Ý tưởng rất đơn giản: thay vì đánh giá tình trạng máy bằng các giá trị rung động tuyệt đối ("tốt" hoặc "xấu"), bạn theo dõi sự thay đổi của các giá trị này theo thời gian. Biên độ tăng chậm và dần dần ở một tần số nhất định cho thấy sự hao mòn hệ thống, trong khi sự nhảy vọt đột ngột là tín hiệu báo động cho thấy sự phát triển nhanh chóng của một khuyết tật.

Mẹo thực tế:

• Tạo phổ cơ sở: Tiến hành đo đạc kỹ lưỡng trên thiết bị mới, mới sửa chữa hoặc đã được kiểm tra chất lượng. Lưu dữ liệu này (phổ và giá trị số) vào kho lưu trữ chương trình Balanset-1A. Đây là "chuẩn mực về sức khỏe" của bạn đối với thiết bị này.
• Thiết lập tính chu kỳ: Xác định tần suất thực hiện các phép đo kiểm soát. Đối với thiết bị cực kỳ quan trọng, có thể là hai tuần một lần; đối với thiết bị phụ trợ, có thể là mỗi tháng hoặc mỗi quý một lần.
• Đảm bảo tính lặp lại: Mỗi lần, hãy thực hiện các phép đo tại cùng một điểm, theo cùng một hướng và nếu có thể, trong cùng điều kiện vận hành của máy (tải, nhiệt độ).
• So sánh và phân tích: Sau mỗi phép đo mới, hãy so sánh phổ thu được với phổ cơ sở và phổ trước đó. Chú ý không chỉ đến sự xuất hiện của các đỉnh mới mà còn cả sự gia tăng biên độ của các đỉnh hiện có. Sự gia tăng đột ngột về biên độ của bất kỳ đỉnh nào (ví dụ, gấp đôi so với phép đo trước đó) là tín hiệu đáng tin cậy cho thấy khuyết tật đang phát triển, ngay cả khi giá trị rung động tuyệt đối vẫn nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn ISO.

4.2. Khi nào cần cân bằng và khi nào cần tìm nguyên nhân khác?

Mục tiêu cuối cùng của chẩn đoán không chỉ là tìm ra lỗi mà còn là đưa ra quyết định đúng đắn về các hành động cần thiết. Dựa trên phân tích phổ, một thuật toán ra quyết định đơn giản và hiệu quả có thể được xây dựng.

Thuật toán hành động dựa trên Phân tích phổ:

1. Thu được phổ chất lượng cao bằng Balanset-1A, tốt nhất là ở chế độ "Biểu đồ" (F8), bằng cách thực hiện phép đo theo cả hướng xuyên tâm và hướng trục.
2. Xác định đỉnh có biên độ lớn nhất. Nó chỉ ra vấn đề chính cần được giải quyết trước.
3. Xác định loại lỗi theo tần số của đỉnh này:
   • Nếu đỉnh 1x chiếm ưu thế: Nguyên nhân có khả năng xảy ra nhất là mất cân bằng.
     Hoạt động: Thực hiện quy trình cân bằng động bằng cách sử dụng chức năng của thiết bị Balanset-1A.
   • Nếu đỉnh 2x chiếm ưu thế (đặc biệt nếu nó cao theo hướng trục): Nguyên nhân có khả năng xảy ra nhất là trục bị lệch.
     Hoạt động: Việc cân bằng không hiệu quả. Cần phải dừng thiết bị và thực hiện cân chỉnh trục.
   • Nếu quan sát thấy một "rừng" nhiều sóng hài (1x, 2x, 3x,...) thì: Nguyên nhân có khả năng xảy ra nhất là do lỏng lẻo về mặt cơ học.
     Hoạt động: Kiểm tra trực quan. Kiểm tra và siết chặt tất cả các bu lông lắp. Kiểm tra khung và móng xem có vết nứt không.
   • Nếu các đỉnh không đồng bộ chiếm ưu thế ở dải tần số trung bình hoặc cao: Nguyên nhân có khả năng xảy ra nhất là do lỗi ổ trục lăn.
     Hoạt động: Kiểm tra độ bôi trơn của ổ trục. Bắt đầu lên kế hoạch thay thế ổ trục. Tăng tần suất giám sát bộ phận này để theo dõi tốc độ phát triển lỗi.
   • Nếu tần số lưới bánh răng (GMF) có dải bên chiếm ưu thế: Nguyên nhân có khả năng xảy ra nhất là do lỗi bánh răng.
     Hoạt động: Kiểm tra tình trạng dầu trong hộp số. Lên lịch kiểm tra hộp số để đánh giá tình trạng mòn hoặc hư hỏng của răng.

Thuật toán đơn giản này cho phép chuyển đổi từ phân tích trừu tượng sang các hành động bảo trì cụ thể, có mục tiêu, đây chính là mục tiêu cuối cùng của mọi công việc chẩn đoán.

Conclusion

Thiết bị Balanset-1A, ban đầu được thiết kế như một công cụ chuyên dụng để cân bằng, có tiềm năng vượt trội đáng kể. Khả năng thu thập và hiển thị phổ rung động biến nó thành một máy phân tích rung động mạnh mẽ, phù hợp với người mới bắt đầu. Bài viết này được thiết kế để kết nối giữa khả năng vận hành của thiết bị được mô tả trong hướng dẫn sử dụng và kiến thức cơ bản cần thiết để diễn giải dữ liệu thu được từ các buổi phân tích rung động của bạn.

Việc nắm vững các kỹ năng phân tích phổ cơ bản không chỉ là học lý thuyết, mà còn là sở hữu một công cụ thực tế để nâng cao hiệu quả công việc. Hiểu được cách các lỗi khác nhau — mất cân bằng, lệch trục, lỏng lẻo và khuyết tật ổ trục — biểu hiện dưới dạng "dấu vân tay" độc đáo trên phổ rung động cho phép bạn nhìn vào bên trong một cỗ máy đang hoạt động mà không cần phải tháo rời nó.

Những điểm chính cần lưu ý trong hướng dẫn này:

• Rung động là thông tin. Mỗi đỉnh trong quang phổ mang thông tin về một quá trình cụ thể xảy ra trong cơ chế.
• FFT là trình biên dịch của bạn. Biến đổi Fourier nhanh chuyển đổi ngôn ngữ phức tạp và hỗn loạn của dao động thành ngôn ngữ đơn giản và dễ hiểu của tần số và biên độ.
• Chẩn đoán là nhận dạng mẫu. Bằng cách học cách xác định các mẫu quang phổ đặc trưng cho các khuyết tật lớn, bạn có thể nhanh chóng và chính xác xác định nguyên nhân gốc rễ của tình trạng rung động tăng cao.
• Xu hướng quan trọng hơn giá trị tuyệt đối. Việc theo dõi và so sánh thường xuyên dữ liệu hiện tại với dữ liệu cơ sở là cơ sở của phương pháp tiếp cận dự đoán, cho phép xác định các vấn đề ở giai đoạn sớm nhất.

Con đường trở thành một nhà phân tích rung động tự tin và thành thạo đòi hỏi thời gian và sự rèn luyện. Đừng ngại thử nghiệm, thu thập dữ liệu từ nhiều thiết bị khác nhau và tạo thư viện "phổ sức khỏe" và "phổ bệnh" của riêng bạn. Hướng dẫn này đã cung cấp cho bạn một bản đồ và la bàn. Sử dụng Balanset-1A không chỉ để "điều trị" các triệu chứng bằng cách cân bằng mà còn để đưa ra "chẩn đoán" chính xác. Phương pháp này sẽ cho phép bạn tăng đáng kể độ tin cậy của thiết bị, giảm số lần tắt máy khẩn cấp và nâng cao chất lượng bảo trì.