NGHIÊN cứu đo và xử lý tín HIỆU mô MEN XOẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TEM dán BIẾN DẠNG TRÊN ĐƯỜNG TRỤC DIESEL LAI máy CÔNG tác

HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM NGHIÊN CỨU ĐO VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU MƠ-MEN XOẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TEM DÁN BIẾN DẠNG TRÊN ĐƯỜNG TRỤC DIESEL LAI MÁY CƠNG TÁC Đỗ Đức Lưu 1, Hồng Văn Sĩ 2, Lê Văn Vang Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Trường Đại học Giao thông Vận tải TP Hồ Chí Minh TĨM TẮT: Bài báo đề cập đến vấn đề xây dựng thiết bị đo mô-men xoắn (MMX) đường trục hệ động lực diesel lai máy công tác tem dán biến dạng, sử dụng thu nhận liệu DAQ NI-9191 hãng National Instruments (NI) lập trình đo LabView Trên sở phân tích sai số đo MMX liên quan đến việc trích mẫu vận tốc trục quay không ổn định để đưa giải pháp phần cứng đảm bảo độ xác cần thiết Giải pháp xử lý nhiễu qua lọc phép biến đổi FFT triển khai lập trình xử lý tín hiệu đo LabView sử dụng mơ đun xử lý rung động âm (Sound and Vibration Toolkits) NI Thực nghiệm triển khai hệ trục diesel lai máy phát điện có đường trục hoán cải Viện Nghiên cứu Phát triển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam [1] MMX hệ trục nghiên cứu trường hợp tất xy lanh cháy bình thường trường hợp xy lanh khơng cháy, vòng quay hệ trục từ 1000 v/ph đến 1500 v/ph Kết đo MMX lưu trữ, phân tích tính cho ứng suất xoắn theo quy định quan Đăng kiểm [3, 5] Thiết bị phần cứng phần mềm đo MMX ứng dụng rộng rãi khai thác hệ trục diesel tàu thủy giai đoạn khác tùy theo mục đích sử dụng chẩn đốn, dự báo chun sâu tình trạng kỹ thuật tồn hệ động lực diesel lai máy cơng tác Từ khóa: mơ-men xoắn, dao động xoắn, sai số trích mẫu, lọc nhiễu, đo mô-men xoắn, FFT ĐẶT VẤN ĐỀ Để xây dựng thiết bị đo xử lý tín hiệu MMX phương pháp tem dán biến dạng bề mặt trục quay cho hệ trục diesel lai máy cơng tác mang tính đại, đảm bảo độ tin cậy, phân tích độ xác theo hướng sau: - Sai số thân phương pháp đo sinh Phương pháp đo MMX dùng tem dán truyền liệu WiFi tiềm ẩn sai số kèm theo: + Sai số từ tem biến dạng, nhà máy hay nơi cung cấp tem dán biến dạng (Strain Gauge) cung cấp thơng tin độ xác thân tem biến dạng đưa vào lắp đặt; + Bộ thu nhận liệu DAQ truyền tín hiệu WiFi nhà cung cấp (NI) đưa theo hồ sơ đặc tính DAQ (Data Acquisition), liên quan đến tốc độ trích mẫu - Giả thiết số liệu thu nhận từ DAQ với độ xác cho phép, độ xác kết Trang 400 tính tốn cuối khơng phụ thuộc vào phương thức tổ chức xử lý tín hiệu, mà phụ thuộc vào phương pháp tính (thuật tốn) cơng cụ tốn học cần thiết để lọc nhiễu - Cơng tác chuẩn bị tiến hành đo, lưu trữ tín hiệu dao động xoắn (TVs) Về khoa học, giả thiết có sở khoa học, song chưa có đủ kỹ thực theo quy trình cơng nghệ nghiêm ngặt đưa dẫn đến sai số q lớn, chí khó chấp nhận - Theo khuyến cáo Hãng cung cấp tem dán biến dạng số công ty cung cấp thiết bị đo MMX tem dán biến dạng, công việc chuẩn bị làm bề mặt kim loại trục đo thực loại giấy nhám cụ thể, làm loại hóa chất kiểm tra độ bóng bề mặt trước dán tem biến dạng HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Ngoài ra, dùng keo chuyên dụng Bond-200 Việc hàn nối đầu dây tem dán biến phương pháp dán cho phương biến dạng dạng với cổng vào DAQ phải đảm trở kháng tạo với đường trục góc ± 45 độ bảo theo hướng dẫn nhà cung cấp thiết bị,… CƠ SỞ TRUYỀN TIN CHO QUÁ TRÌNH ĐO, LƯU TRỮ VÀ PHÂN TÍCH MƠ-MEN XOẮN Đảm bảo dòng thơng tin (dạng, đặc điểm, đường truyền vào – ra) từ thiết bị cảm biến đến hiển thị kết hình, lưu trữ báo cáo kết cần thiết Đảm bảo sở truyền tin cho đo, lưu phân tích tín hiệu MMX phục vụ cho q trình thiết kế hệ thống truyền tin (phần cứng phần mềm) thiết bị đo phân tích dao động xoắn (TVs) đường trục diesel lai máy công tác SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẤU TRÚC THIẾT BỊ (Quan điểm phần cứng) CẢM BIẾN Strain Gauge+Pha sensor BỘ THU NHẬN DỮ LIỆU DAQs CPU LAPTOP / PC / INDUST COMPUTER THIẾT BỊ NGOẠI VI MONITOR PRINTER, DISK Sơ đồ nguyên lý truyền tin phân tích tổng hợp sở yêu cầu IACS (Hiệp hội Tổ chức Đăng kiểm quốc tế) lắp đặt máy tàu biển Quy phạm cụ thể Quốc gia phân cấp đóng tàu biển vỏ thép [5], thể hình SƠ ĐỒ NGUN LÝ TRUYỀN TIN THIẾT BỊ (Quan điểm dòng thơng tin) Tín hiệu tương tự khí (Biến dạng xoắn, vòng quay rpm, pha) Tín hiệu tương tự cảm biến: u(t) / i(t); chứa nhiễu; khuếch đại ban đầu Tín hiệu số: kênh; có chứa nhiễu CPU –Xử lý chương trình Filter; FFT; Real time; Biến dạng => MMX=> TVs Thông tin MMX/ TVs Lưu; In; Báo cáo Hình Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo, lưu phân tích dao động xoắn TVs XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐO MÔ-MEN XOẮN KIỂU TEM DÁN BIẾN DẠNG Trigger (sườn lên/sườn xuống xung thu 3.1 Xây dựng cấu hình phần cứng được) dùng để đánh dấu pha (vị trí) xác  Cảm biến: gồm 02 kênh, kênh thứ định vận tốc quay trục Xác định pha loại tem dán biến dạng bề mặt trục quay loại động diesel tương ứng với việc xác định điểm bán cầu Hãng Showa-Nhật Bản, kênh thứ hai chết xylanh thứ loại cảm biến vị trí (pha) kiểu quang học xylanh động diesel Hãng Omron E3FA-DP11, xác định đặc tính  Bộ thu thập liệu gồm hai tín hiệu đo có ý sensor khác nhau, truyền liệu tới 02 DAQ khác nghĩa vật lý khác nhau, chúng đo Tín hiệu đo biến dạng tem dán biến Trang 401 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM dạng đưa tới khung (Chasis) cDAQ9191 thu tín hiệu DAQ-9237 (DSUB), tín hiệu đo pha đưa tới cDAQ9184 DAQ NI-9234 [6] - NI cDAQ-9191 loại thiết bị không dây, phát Wi-Fi, dùng để lắp ghép với nhiều đo khác có chức thu phát nhiều loại tín hiệu/cảm biến vào/ra dạng số tương tư khác Bộ ghi tín hiệu NI DAQ-9237 loại kênh, 24 bit, 50kS/s/ch, nhiệt độ hoạt động -40 đến 70 0C; có bù nhiệt khả tương thích với tem dán loại: Quarter bridge, half bridge full bridge - NI cDAQ-9184 khung có khe cắm (slots), slot lắp 01 DAQ NI -9234 loại 24 bit, với tốc độ trích mẫu cực đại 51,2 kS/s/ch Chúng ta dung 01 kênh để đo pha Các tác giả xây dựng cấu hình theo sở truyền tin: dùng 02 DAQ cho nghiên cứu lúc rung động khác tổ hợp diesel – máy phát điện, có 02 kênh dùng để đo tín hiệu rung động biến dạng xoắn pha đánh dấu phân tích Để đồng hóa tín hiệu nghiên cứu, tác giả sử dụng hai kênh đo phần mềm đo, hiển thị lưu trữ liệu, thực máy tính tốc độ cao Trong trình nghiên cứu, tác giả đưa hai tín hiệu đo từ 02 DAQ tới Router WiFi, từ chuyển tới máy tính để xử lý thơng tin theo lập trình điều khiển  CPU: xử lý trung tâm, máy tính (PC) máy tính xách tay (LAPTOP), máy tính cơng nghiệp (INDUST.COMPUTER), có cấu hình đủ mạnh, có tính nhận WiFi 802.11 Cấu hình máy mạnh khả xử lý liệu nhanh lưu trữ dung lượng lớn tạo thuận lợi trình thu thập, xử lý phân tích tín hiệu TVs 3.2 Xây dựng cấu hình phần mềm Nhóm tác giả lập trình triển khai LabView, có sử dụng mô đun ảo (Virtual Instruments, VIs) thư viện chương trình rung động âm Dữ liệu đọc từ file lưu trữ tiến hành xử lý tín hiệu đo theo mục đích đặt Điều cần ý đọc hai file liệu ghi cho chế độ đo Trang 402 Hình VIs phân tích tín hiệu pha (trích mẫu) Xác định thời điểm đầu mảng liệu cần trích để xử lý Thơng thường ta chọn điểm đầu điểm bắt đầu lên tín hiệu xung (sườn 1) điểm cuối – kết thúc mảng liệu đo – số mẫu trích chu kỳ (01 vòng quay động diesel 02 kỳ 02 vòng quay động diesel 04 kỳ) Kết trình xử lý đưa tới phần xử lý tín hiệu đo biến dạng xoắn VIs phân tích tín hiệu pha (trích mẫu) thể hình Hình VIs phân tích tín hiệu mơ-men xoắn Các tín hiệu biến dạng xoắn, tín hiệu mơmen xoắn ứng suất xoắn xây dựng phân tích miền thời gian thực (Real time) phổ tần, đáp ứng giải pháp tránh sai số trích mẫu phần cứng phần mềm xử lý thuật toán có sử dụng lọc số trung bình cửa sổ lọc nhằm nâng cao độ xác xử lý tín hiệu MMX đáp ứng quy định tổ chức Đăng kiểm quốc tế phân tích phổ tần Tín hiệu MMX (N.m) phân tích phổ tần sang ứng suất xoắn theo biên độ-bậc điều hòa thể hình HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH Chúng tơi xây dựng, hốn cải hồn thiện hệ động lực diesel lai máy phát có thử tải dạng muối trường Đại học Hàng hải Việt Nam Đối tượng nghiên cứu động diesel Hãng Deutz - Đức, Model TBD226-6D có cơng suất định mức 110 kW vòng quay định mức 1500 Hình Kết MMX 1200v/ph, tải 50kW Qua kết hình ta thấy vòng quay động đạt 1200 v/ph tương ứng với tải 50kW chu kỳ lấy mẫu từ mẫu 33 đến mẫu 5045 ta ghi 5012 mẫu, giá trị MMX cực đại 81.57 N.m bậc điều hòa thứ Tương tự, xét kết số mẫu cần lấy, MMX vòng quay động thay đổi từ 1200 v/ph Hình MMX 1500v/ph khơng lọc nhiễu lên 1500 v/ph kết hình ta thấy vòng quay động đạt 1500 v/ph tương ứng với tải 50kW chu kỳ lấy mẫu từ mẫu 1139 đến v/ph, động kỳ, xylanh, bố trí thẳng hàng truyền động lai máy phát điện 100 kW thông qua hệ trục trung gian thép, loại trục đặc, có đường kính 50mm, chiều dài đoạn trục 1m, độ cứng xoắn 206800 N/mm2 hệ số Poisson 0.3 Hình Kết MMX 1500 v/ph, tải 50kW mẫu 5127 ta ghi 3988 mẫu, giá trị MMX cực đại giảm 80 N.m thay đổi bậc điều hòa thứ so với bậc điều hòa thứ chế độ 1200 v/ph trước Các tác giả nghiên cứu ứng dụng số lọc để tách nhiễu khỏi tín hiệu MMX đo Hình MMX 1500v/ph lọc nhiễu dự báo sai số tín hiệu có sai số trích mẫu, cụ thể như lọc truyền thống lọc thích nghi, lọc truyền thống đưa tín hiệu đầu dịch chuyển phía nên Trang 403 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM chúng khơng phù hợp với tốn đặt Trong lộc thích nghi dự báo tín hiệu cho chu kỳ, tập hợp liệu thiếu bỏ bớt liệu thừa tính lại giá trị nội suy tuyến tính lọc cửa sổ (Window): Hanning, Hamming, Blackman-Haris, Kaiser KẾT LUẬN - Thử nghiệm tiến hành đo phân tích dao động xoắn (qua MMX) phòng thí nghiệm, hệ trục hoán cải sử dụng động diesel lai máy phát điện, vòng quay từ 1000 v/ph đến 1500 v/ph, tài từ kW, 25 kW 50 kW - Kết đo, hiển thị nhanh, lưu lại liệu, đọc liệu từ file ghi xử lý tín hiệu minh chứng kết triển khai từ nghiên cứu lý thuyết mô tín hiệu đo mơ-men tổng, nghiên cứu mơ sai số trích mẫu Trong khn khổ báo, tác giả trình bày kết sử dụng lọc Blackman-Haris Kết Hình Hình cho thấy chế độ làm việc 1500 v/ph tải 50 kW, giá trị MMX cực đại khơng có xử lý lọc nhiễu 68.24 N.m, có xử lý lọc nhiễu lọc Blackman-Haris bậc điều hòa thứ giá trị MMX cực đại 80 N.m biện pháp đảm bảo độ xác thiết bị đo tới chế tạo thiết bị, xây dựng phần mềm cho thiết bị đo, xử lý tín hiệu MMX tiến hành thí nghiệm đo kiểm chứng độ tin cậy thiết bị xây dựng - Kết nghiên cứu thực nghiệm hoàn toàn đáp ứng ý nghĩa thực tế tín hiệu vật lý đo yêu cầu quan Đăng kiểm Việt Nam quốc tế đo phân tích dao động xoắn TÀI LIỆU THAM KHẢO Đỗ Đức Lưu, Lại Huy Thiện, Hoàng Văn Sĩ, Cao Đức Hạnh (2017),“ Một số vấn đề xây dựng hệ thống đo đa kênh rung động tổ hợp diesel lai máy phát điện 110 kW Trường Đại học Hàng hải Việt Nam” Tạp chí KHCNHH, số 50, NXB Hàng hải Hoàng Văn Sĩ, Lê Văn Vang, Đỗ Đức Lưu (2015), “Các phương pháp đo mô-men xoắn đại hệ trục diesel tàu thủy”, Tạp chí Giao thơng Vận tải, tr 59-62 Đ.Đ.Lưu, H.V.Sĩ, L.V.Vang (2014), “Quy chuẩn Việt Nam dao động xoắn hệ trục diesel ứng dụng xây dựng phần mềm tự động tính giới hạn xoắn thành phần hệ Trang 404 trục diesel lai máy cơng tác” Tạp chí KHCNHH số 40, NXB Hàng hải Đ.Đ.Lưu, H.V.Si, L.V.Vang (2014) “Virtual Instrument to automatically draw the permit maximum torsional pressures for the marine diesel shaft system” Tạp chí KHCN-HH số 40, NXB Hàng hải Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia (2014) QCVN 21: 2010/BGTVT Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép Phần Hệ thống máy tàu Chương Dao động xoắn hệ trục www.ni.com, truy cập ngày 15 tháng năm 2016  ... diesel 02 kỳ 02 vòng quay động diesel 04 kỳ) Kết trình xử lý đưa tới phần xử lý tín hiệu đo biến dạng xoắn VIs phân tích tín hiệu pha (trích mẫu) thể hình Hình VIs phân tích tín hiệu mơ -men xoắn. .. tích Để đồng hóa tín hiệu nghiên cứu, tác giả sử dụng hai kênh đo phần mềm đo, hiển thị lưu trữ liệu, thực máy tính tốc độ cao Trong trình nghiên cứu, tác giả đưa hai tín hiệu đo từ 02 DAQ tới... Các tín hiệu biến dạng xoắn, tín hiệu m men xoắn ứng suất xoắn xây dựng phân tích miền thời gian thực (Real time) phổ tần, đáp ứng giải pháp tránh sai số trích mẫu phần cứng phần mềm xử lý thuật