Kiểm tra rung động rất quan trọng đối với độ tin cậy của thiết bị trong môi trường khắc nghiệt

Trong các lĩnh vực kỹ thuật, độ tin cậy của thiết bị là tối quan trọng—đặc biệt đối với các thiết bị hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Hãy xem xét các cảm biến sợi quang được chôn sâu dưới lòng đất, chịu đựng rung động liên tục từ các máy bơm chìm trong các giếng dầu và khí đốt. Những rung động này gây ra những mối đe dọa đáng kể đến hiệu suất và tuổi thọ của cảm biến. Giải pháp? Kiểm tra rung động nổi lên như một phương pháp luận thiết yếu để đảm bảo hoạt động ổn định trong điều kiện khắc nghiệt.

Bài viết này khám phá các nguyên tắc, phương pháp và ứng dụng của việc kiểm tra rung động, cung cấp cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu hướng dẫn toàn diện để nâng cao độ tin cậy và an toàn của thiết bị thông qua việc thực hiện đúng các kỹ thuật này.

Kiểm tra rung động đóng vai trò là một công cụ đánh giá khả năng thích ứng với môi trường và độ tin cậy quan trọng. Bằng cách mô phỏng các điều kiện rung động trong thế giới thực, nó đánh giá hiệu suất thiết bị và xác định các chế độ hỏng hóc tiềm ẩn. Công nghệ này tìm thấy các ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau:

• Cảm biến sợi quang: Thiết yếu để đánh giá độ tin cậy trong môi trường rung động cao như giếng dầu, thông báo các cải tiến thiết kế.
• Thiết bị điện: Đánh giá khả năng chống rung trong máy biến áp và thiết bị đóng cắt để đảm bảo sự ổn định của lưới điện.
• Vận tải đường sắt: Đánh giá an toàn và sự thoải mái khi đi lại trong các đoàn tàu và hệ thống tàu điện ngầm gặp phải rung động do đường ray gây ra.
• Hàng không vũ trụ: Quan trọng đối với các bộ phận máy bay và tàu vũ trụ phải đối mặt với các ứng suất rung động phức tạp trong quá trình vận hành.
• Ô tô: Kiểm tra độ bền của các bộ phận trước các rung động do đường gây ra để nâng cao hiệu suất xe.

Các bài kiểm tra rung động chủ yếu được chia thành hai loại dựa trên đặc tính tín hiệu:

Phương pháp này áp dụng các rung động tần số đơn với biên độ không đổi để đánh giá tần số cộng hưởng, đặc tính giảm chấn và tuổi thọ mỏi. Những ưu điểm chính bao gồm:

• Kiểm soát chính xác tần số và biên độ để phân tích định lượng
• Phát hiện cộng hưởng hiệu quả để xác định các điểm yếu về cấu trúc
• Tạo điều kiện chẩn đoán lỗi thông qua phân tích tín hiệu phản hồi

Trong các ứng dụng sợi quang, kiểm tra hình sin tần số cố định đánh giá khả năng chống rung của cảm biến C2EFPI trong điều kiện giếng dầu.

Mô phỏng sự phức tạp của rung động trong thế giới thực với các biến thể tần số/biên độ ngẫu nhiên, phương pháp này đánh giá:

• Khả năng chống mỏi trong điều kiện thực tế
• Phản hồi đa tần số đồng thời để đánh giá toàn diện
• Đánh giá độ tin cậy tăng tốc thông qua ứng suất gây ra

Các kỹ sư chọn các phương pháp dựa trên môi trường hoạt động và mục tiêu thử nghiệm—kiểm tra hình sin để kiểm soát chính xác và phân tích lỗi, kiểm tra ngẫu nhiên để mô phỏng thực tế.

• Bàn rung: Thành phần cốt lõi tạo ra các rung động cần thiết với các thông số kỹ thuật bao gồm dải tần số và khả năng chịu tải
• Hệ thống điều khiển: Quản lý hoạt động của bàn rung và theo dõi tín hiệu thông qua máy phát, bộ khuếch đại và bộ điều khiển
• Cảm biến: Đo gia tốc, vận tốc và chuyển vị
• Thu thập dữ liệu: Ghi lại và lưu trữ các đầu ra của cảm biến thông qua phần cứng chuyên dụng
• Phần mềm phân tích: Xử lý dữ liệu bằng các công cụ FFT, miền thời gian và phân tích phương thức

Đối với các hệ thống thể hiện hành vi phi tuyến, các phương pháp chuyên biệt bao gồm:

• Kiểm tra quét với biên độ thay đổi để xác định tần số cộng hưởng thay đổi
• Rung động ngẫu nhiên với các hàm mật độ phổ công suất tùy chỉnh
• Phân tích miền thời gian nâng cao bằng cách sử dụng biến đổi Hilbert và phân tích sóng nhỏ

Phân tích rung động đóng vai trò là một phương pháp kiểm tra không phá hủy hiệu quả đối với vật liệu composite bằng cách phát hiện những thay đổi do hư hỏng gây ra trong các đặc tính động. Quy trình ba giai đoạn bao gồm:

1. Phát triển các mô hình động chính xác thông qua phân tích phần tử hữu hạn
2. Đo phản hồi với các kích thích được kiểm soát
3. So sánh các đặc tính động hiện tại với dữ liệu cơ sở

Phương pháp đánh giá tăng tốc này đánh giá độ bền kết cấu bằng cách tạo ra biên độ rung tối đa. Việc thực hiện yêu cầu:

• Phân tích phương thức sơ bộ để xác định tần số cộng hưởng
• Các phương pháp kích thích thích hợp (điện từ, thủy lực hoặc áp điện)
• Cấu hình hỗ trợ được tối ưu hóa cho rung động tự do
• Giám sát toàn diện các thông số biên độ, ứng suất và nhiệt độ

Xuất hiện vào những năm 1950, việc kiểm tra rung động đã mở rộng từ chẩn đoán cơ học sang các ứng dụng kỹ thuật dân dụng như nghiên cứu địa chấn. Những tiến bộ trong tương lai bao gồm:

• Phân tích dữ liệu tự động và chẩn đoán lỗi do AI cung cấp
• Giám sát từ xa được hỗ trợ bởi IoT thông qua mạng cảm biến không dây
• Cảm biến vi rung để giám sát thời gian thực nhúng

• Đánh giá khả năng chống mỏi của cánh tuabin gió
• Giám sát tình trạng kết cấu cầu để phát hiện hư hỏng
• Đánh giá hiệu suất và độ tin cậy của động cơ máy bay

Là nền tảng của độ tin cậy kỹ thuật, việc kiểm tra rung động tiếp tục phát triển, cung cấp các giải pháp ngày càng tinh vi để đảm bảo an toàn và hiệu suất thiết bị trên các ngành công nghiệp. Việc làm chủ các kỹ thuật này trao quyền cho các kỹ sư giải quyết hiệu quả các thách thức vận hành phức tạp.