Kiến thức cơ bản về rung động bằng ngôn ngữ dễ hiểu

← Cơ sở tri thức Balanset-1A — tất cả các chương

Chương này là phần lý thuyết tối thiểu bạn cần biết để sử dụng Balanset-1A một cách có ý thức, chứ không chỉ đơn thuần bấm nút.

Rung động là gì và vì sao máy bị rung

Về lý thuyết, bất kỳ rôto quay nào (trống máy băm, cánh quạt, trục) đều có trọng tâm nằm chính xác trên trục quay. Trong thực tế luôn có một độ lệch khối lượng nhỏ — mất cân bằng. Khi rôto quay, “điểm nặng” này kéo nó lệch sang một bên ở mỗi vòng quay, tạo ra lực ly tâm làm rung máy đúng theo tần số quay.

Quan trọng: mất cân bằng chỉ là một trong số các nguyên nhân gây rung động. Máy cũng có thể rung vì:

• vòng bi bị rơ và mòn,
• trục lệch tâm (khớp nối, dây đai),
• nứt và bu lông/khung bị lỏng,
• trục bị cong,
• cộng hưởng kết cấu,
• lực khí động học và điện từ (quạt, biến tần).

Cân bằng chỉ loại bỏ mất cân bằng. Mọi nguyên nhân khác phải được sửa chữa, không thể khắc phục bằng cân bằng. Vì vậy có quy tắc vàng: thiết bị không thể “cân bằng cho hết” một cỗ máy đã hỏng.

Rung động được đo bằng đại lượng gì

Balanset-1A đo vận tốc rung — là giá trị RMS tính bằng mm/giây. Đây là đại lượng chuẩn để đánh giá tình trạng máy trong dải tần số hoạt động.

Thang đánh giá nhanh, gần đúng (dựa trên ISO 10816/20816, chi tiết xem tại chương 06):

Đối với máy nông nghiệp (máy băm, máy cắt cỏ) ngưỡng cho phép rộng hơn: đến 4,8 mm/giây là bình thường, đến 7,1 mm/giây trên chân đế mềm, và xét đến điều kiện làm việc thì “dưới 8 mm/giây đã là tốt”.

Tần số, tốc độ vòng quay (RPM) và các hài (harmonics)

Giả sử rôto quay ở tốc độ 3000 vòng/phút. Đó là 50 vòng mỗi giây = 50 Hz. Rung động được phân tích thành các thành phần tần số — gọi là phổ (FFT). Phổ tần số cho biết “ai đang gây ra rung động”:

• 1x (tần số quay) — dấu hiệu điển hình của mất cân bằng. Đây là thành phần mà việc cân bằng sẽ làm giảm.
• 2x, 3x (hài bậc hai, bậc ba) — thường gặp hơn do trục không thẳng hàng, bu lông lỏng, trục cong. Nếu 2x lớn hơn 1x — còn quá sớm để cân bằng; hãy tìm lệch tâm/độ rơ trước.
• Tần số cao, “nhiễu” — lỗi vòng bi và ăn khớp bánh răng.
• Tần số thấp không liên quan đến RPM — chân đế/giá đỡ lỏng, khí động học.
• Bội số của tần số lưới điện (ví dụ 6 × 50 Hz = 300 Hz) — nhiễu điện từ từ biến tần. Kiểm tra: tắt biến tần trong lúc rôto chạy trớn — nếu đỉnh phổ biến mất, đó là nguyên nhân điện, không phải cơ khí.

Quy tắc thực tế từ bộ phận hỗ trợ kỹ thuật: nếu một đỉnh phổ dịch chuyển tỷ lệ thuận khi bạn thay đổi RPM — đó là hài của tần số quay; còn nếu nó đứng yên tại chỗ — đó là cộng hưởng kết cấu hoặc nguồn bên ngoài.

Trên màn hình trông như thế nào:

Pha — “điểm nặng đang chỉ về đâu”

Ngoài biên độ, thiết bị còn đo pha — góc giữa xung của máy đo tốc độ (thời điểm vệt phản quang đi qua tia laser) và đỉnh rung động. Pha cho biết mất cân bằng nằm Ở ĐÂU. Từ sự thay đổi biên độ và pha sau khi lắp trọng lượng thử, thiết bị tính ra khối lượng và góc của trọng lượng hiệu chỉnh — đó là phương pháp hệ số ảnh hưởng.

Hệ quả thực tế:

• không được dán lại dấu tốc độ giữa các lần đo — điểm “0” của pha sẽ bị lệch. Bản thân máy đo tốc độ cũng không được di chuyển hoặc chỉnh lại hướng;
• RPM phải giống nhau trong tất cả các lần đo của một loạt;
• pha phải ổn định giữa các lần đo (độ phân tán không quá ~10–20°). Nếu pha trôi dạt — không thể tin vào kết quả đo; hãy tìm nguyên nhân cơ khí hoặc cộng hưởng.

Cộng hưởng — kẻ thù tồi tệ nhất của việc cân bằng

Mọi kết cấu (rôto + giá đỡ + khung máy) đều có tần số riêng. Nếu RPM vận hành trùng với một tần số riêng, sự cộng hưởng xảy ra: rung động tăng vọt, pha nhảy loạn xạ, phép tính của thiết bị không hội tụ, và “thiết bị cứ liên tục yêu cầu thêm trọng lượng”.

Dấu hiệu của cộng hưởng:

• chỉ cần thay đổi RPM một chút cũng làm rung động thay đổi gấp nhiều lần;
• sau khi lắp trọng lượng đã tính toán, rung động lại tăng thay vì giảm;
• biên độ và pha không ổn định dù điều kiện không đổi.

Cách xử lý: cân bằng ở RPM khác — thường là dưới đây vùng cộng hưởng. Công thức điển hình cho máy băm: cân bằng thô ở 600–900 vòng/phút, sau đó chuyển sang RPM làm việc. Các phiên bản phần mềm gần đây có tính năng biểu đồ RunDown (coast-down) — cho rôto tăng tốc, ngắt truyền động và ghi lại quá trình chạy trớn: các đỉnh phổ sẽ cho biết tần số cộng hưởng, và bạn chọn RPM cân bằng nằm giữa chúng.

Ví dụ thực tế: rôto của một khách hàng không thể cân bằng được ở 1600 vòng/phút nhưng lại cân bằng tốt ở 1000 vòng/phút. Nguyên nhân — có cộng hưởng gần 1600.

Tính tuyến tính, và vì sao chỉ lắp một nửa khối lượng

Phép tính của thiết bị giả định rằng hệ thống tuyến tính: tăng gấp đôi khối lượng — phản ứng cũng tăng gấp đôi. Trên các máy cứng vững với nền móng tốt, điều này gần đúng với thực tế. Nhưng máy băm lắp trên máy kéo, máy đặt trên chân đế mềm, hoặc kết cấu có độ rơ và vết nứt lại có phản ứng phi tuyến: phản ứng với trọng lượng thường không tỷ lệ thuận.

Vì vậy có quy tắc đã được thực tế kiểm chứng: lắp 1/2 (với máy kém hơn thì 1/3) khối lượng đã tính toán rồi chạy kiểm tra lại. Thiết bị sẽ tính chính xác phần còn lại. Cách này nhanh hơn nhiều so với việc phải hàn lại một trọng lượng lớn đã “lố” quá mục tiêu.

Mất cân bằng tĩnh và động

Tĩnh — điểm nặng nằm ở một phía của rôto. Khi rôto dừng lại trên các gối đỡ tự do, nó sẽ tự xoay để phía nặng hướng xuống dưới. Khắc phục bằng một trọng lượng duy nhất trong một mặt phẳng.

Động — các điểm nặng nằm ở hai đầu khác nhau và các phía khác nhau của rôto. Rôto không chỉ rung mà còn “lắc lư” khi quay. Cần trọng lượng hiệu chỉnh ở hai mặt phẳng. Không thể phát hiện kiểu mất cân bằng này ở trạng thái tĩnh: khi xoay rôto 90°, hai trọng lượng có vẻ triệt tiêu lẫn nhau, nhưng khi quay thì mỗi điểm nặng lại kéo theo hướng riêng của nó.

Một mặt phẳng hay hai mặt phẳng?

• Một mặt phẳng — rôto hẹp (đĩa, puli, cánh quạt hẹp). Quy tắc kinh nghiệm theo ISO 21940-11: nếu chiều rộng rôto nhỏ hơn một nửa đường kính của nó (tỷ lệ ~1:2; trên thực tế bộ phận hỗ trợ khuyến nghị 1:3) — một mặt phẳng là đủ.
• Hai mặt phẳng — rôto dài (trống máy băm, trục, rôto máy liên hợp, quạt ở 3000 vòng/phút trở lên). Mất cân bằng ở hai đầu rôto ảnh hưởng chéo lẫn nhau, vì vậy thiết bị đo đồng thời hai kênh (cảm biến X1 và X2) và tính toán cả hai trọng lượng cùng lúc.

Cấp chất lượng cân bằng G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

Mất cân bằng dư được quy định bằng đơn vị g·mm theo cấp G:

RPM càng cao và rôto càng nhỏ — cấp yêu cầu càng chặt. Phần mềm Balanset có bộ tính dung sai: nhập khối lượng rôto, RPM và cấp G — phần mềm sẽ trả về mức mất cân bằng dư cho phép, tính bằng g·mm cho mỗi mặt phẳng. Ví dụ thực tế: rôto 80 kg ở 3000 vòng/phút, cấp G6.3 → dung sai ≈ 802 g·mm mỗi mặt phẳng.

Đừng nhầm lẫn hai hệ thống đánh giá này:

• mm/giây (vận tốc rung) — đánh giá máy đã lắp ráp tại chỗ vận hành, theo ISO 10816/20816;
• g·mm (mất cân bằng dư) — đánh giá bản thân rôto, theo ISO 1940/21940. Máy cân bằng chuyên dụng làm việc theo g·mm; cân bằng hiện trường thường theo dõi mm/giây.

Từ điển thuật ngữ ngắn gọn