Phương phỏp chẩn ủoỏn trờn cơ sở mụ hỡnh trợ giỳp cú thể ủược ứng dụng ủể phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp của hệ thống thủy lực khi thay ủổi tức thời của ỏp suất và tải trọng từ ủú xõy dựng cỏc dấu hiệu chẩn ủoỏn cho hệ thống thống thủy lực trờn cỏc mỏy xõy dựng tự hành.
Dựa trờn cấu trỳc hệ thống nhận biết và chẩn ủoỏn hư hỏng trờn cơ sở phõn tớch quỏ trỡnh hoạt ủộng của bơm, ủộng cơ, xi lanh thủy lực trong trường hợp tổng quỏt, khi xõy dựng hệ thống chẩn ủoỏn, tựy theo ủiều kiện cụ thể về phương phỏp nhận biết lỗi và chẩn ủoỏn ủó lựa chọn, về trang thiết bị mà cú thể chọn số tớn hiệu vào, ra cần thiết. Trong luận văn này, với mục ủớch xỏc ủịnh mức ủộ lọt dũng của cỏc phần tử thủy lực trong hệ thống thủy lực của mỏy xõy dựng tự hành bằng cỏch thay ủổi ủột ngột ỏp suất hoặc tải trọng, ủúng mở van phõn phối ... Cỏc thụng số ủo ủược là ỏp suất, vận tốc dài, vận tốc gúc, lưu lượng, số vũng quay ...
Cỏc thụng số ủo ủược sau khi xử lý tại mụ hỡnh xử lý tớn hiệu, thụng tin chẩn ủoỏn ủược so sỏnh với cỏc thụng số chuẩn ủể thiết lập dấu hiệu chẩn ủoỏn là cỏc triệu chứng hư hỏng. Cỏc triệu chứng hư hỏng tiếp tục ủược xử lý phõn loại, ủỏnh giỏ và kết luận về nguyờn nhõn, trị số và vị trớ hư hỏng.
Mụ hỡnh thụng số chuẩn cú thể xõy dựng từ phõn tớch lý thuyết ủể mụ phỏng hoặc từ nghiờn cứu thực nghiệm ủể mụ tả quỏ trỡnh chuyển tiếp của ủộng cơ ở trạng thỏi khụng hỏng. Quan hệ giữa hư hỏng thực hoặc hư hỏng nhõn tạo với triệu chứng cú thể xõy dựng từphõn tớch lý thuyết hoặc ủỏnh giỏ cỏc số liệu thực nghiệm và lưu giữ chỳng ở dạng thớch hợp. Khi chẩn ủoỏn cú thể ủối thoại với cơ sở dữ liệu ủú ủể tỡm ra lời giải phự hợp về trạng thỏi kỹ thuật của cỏc phần tử.
Cỏc thụng số ủể phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp theo mục ủớch chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực là: lưu lượng, ỏp suất, số vũng quay, tốc ủộ ... khi ủúng mở van phõn phối, tăng lưu lượng ủầu vào ( tăng ga ở ủộng cơ lai bơm thủy lực ), thay ủổi mức ủộ lọt dũng ...
Cỏc cảm biến cần thiết tối thiểu trong mụ hỡnh ủể xỏc ủịnh cỏc thụng số chẩn ủoỏn là cảm biến tốc ủộ quay, cảm biến ỏp suất, cảm biến lưu lượng.
Phần mềm ủo và xử lý tớn hiệu cần cú khả năng tiếp nhận, xử lý và hiển thị cỏc quỏ trỡnh ủộng lực học của bơm,ủộng cơ, xi lanh thủy lực ... ngoài ra cũn cú khả năng xử lý tiếp như: tớch phõn, ủạo hàm và cỏc phộp tớnh ủại số ủể biến ủổi tớn hiệu ủo và xõy dựng ủồ thị hai trục, thớ dụ cỏc phần mềm DASYLAB, LABVIEW . . .
Với mụ hỡnh và phương phỏp nhận biết hư hỏng nhờ phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp của bơm, ủộng cơ, xi lanh thủy lưc khi thay ủổi cỏc thụng số ủầu vào ủó xõy dựng ở trờn, giỳp quỏ trỡnh chẩn ủoỏn khỏ ủơn giản, chi phớ ủầu tư thấp, thuận tiện trong mọi ủiều kiện từ xưởng sửa chữa bảo dưỡng cho ủến cỏc cụng trường thi cụng cơ giới và ủồng thời ủủ chớnh xỏc cho cụng tỏc chẩn ủoỏn.
Kết luận:
- Chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực theo phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp với cỏc thụng số hoạt ủộng là lưu lượng, ỏp suất, tốc ủộ quay, vận tốc ... là một phương phỏp rất hiệu quả, nhanh chúng, chi phớ ủầu tư thấp, ủồng thời ủủ chớnh xỏc và tin cậy. ðể ủảm bảo ủộ chớnh xỏc và tin cậy, việc nhận biết hư hỏng ủược thực hiện với cỏc mụ hỡnh mụ phỏng và cỏc phần mềm trợ giỳp. Cỏc tớn hiệu ủo ủược ủưa vào ủể xõy dựng một mụ hỡnh tớn hiệu, mụ tả tớnh chất của cỏc thụng số lưu lượng, ỏp suất, số vũng quay, vận tốc ... sau ủú so sỏnh với cỏc tớnh chất chuẩn ủó ủược thiết lập trong mụ hỡnh tham chiếu ủể tạo lập cỏc triệu chứng hư hỏng. Cỏc triệu chứng tiếp tục ủược sử dụng ủể phõn tớch, ủỏnh giỏ theo nguyờn nhõn, trị số, loại và vị trớ hư hỏng. - Trong luận văn lựa chọn cỏc phần tử quan trọng nhất của hệ thống thủy lực là bơm, ủộng cơ thủy lực và cỏc xi lanh thủy lực ủể chẩn ủoỏn theo phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp. Cỏc quỏ trỡnh chuyển tiếp ủược thực hiện bằng cỏch chuyển mạch ủột ngột cỏc van phõn phối làm thay ủổi tức thời cỏc thụng số của hệ thống như lưu lượng, vận tốc, ỏp suất ...
CHƯƠNG 3: CHẨN ðOÁN BƠM
VÀ CÁC BỘ PHẬN DẪN ðỘNG THỦY LỰC
3.1. Mụ hỡnh chẩn ủoỏn cỏc phần tử kết cấu của hệ thống thủy lực.
Trong những năm trước ủõy việc chẩn ủoỏn, bảo dưỡng, sửa chữa cỏc hư hỏng của cỏc mỏy múc thiết bị núi chung và của thiết bị truyền ủộng thủy lực núi riờng hoàn toàn phụ thuộc vào lực lượng lao ủộng kỹ thuật (người thợ), bằng tay nghề, kinh nghiệm mà người thợ cú khả năng chẩn ủoỏn tỡnh trạng của chỳng khi gặp cỏc hư hỏng. ðụi khi do trỡnh ủộ tay nghề, kinh nghiệp hạn chế hoặc gặp cỏc thiết bị hiện ủại thỡ việc chẩn ủoỏn này sẽ gặp rất nhiều khú khăn cú thể là chẩn ủoỏn sai hoặc sửa chữa nhầm cỏc bộ phận khụng bị hư hỏng do ủú phương phỏp này mang lại hiệu quả thấp, nhẹ cú thể làm hư hỏng cỏc bộ phận liờn quan, nặng cú thể hư hỏng cả thiết bị.
- Ngày nay cựng với sự phỏt triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật thỡ việc sử dụng cỏc thiết bị chẩn ủoỏn hiện ủại sẽ mang lại hiệu quả cao. Ngoài việc tỡm lỗi hoặc hư hỏng hay mụ tả trạng thỏi cũn nhận dạng, xỏc ủịnh vị trớ, phõn loại cỏc lỗi và hư hỏng.
- Ngoài ra việc ứng dụng cỏc phần mềm tiờn tiến mụ hỡnh húa mụ phỏng hệ thống TðTL ủể khảo sỏt ủặc tớnh làm việc của từng phần tử hoặc toàn bộ hệ thống, giỳp nghiờn cứu cỏc mối quan hệ lý thuyết giữa cỏc thụng số hệ thống và sử dụng. Cỏc thụng số, ủặc tớnh của cỏc bộ phận chi tiết ủược ủưa vào ủể mụ phỏng và cho ra kết quả là ủặc tớnh làm việc của bộ phận chi tiết ủú. Việc chẩn ủoỏn lỗi, hư hỏng của cỏc chi tiết, bộ phận ủược ỏp dụng bằng cỏch thay ủổi cỏc thụng số ủầu vào ủể thu ủược kết quả là cỏc thụng số, cỏc ủường ủặc tớnh làm việc. Kết quả này ủược so sỏnh với kết quả thu ủược khi ủo cỏc chi tiết bộ phận ủang làm việc thực tế của mỏy từ ủú kết luận chi tiết hay bộ phận bị hư hỏng theo dạng nào.
- ðối với cụng tỏc nghiờn cứu chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực cần chỳ ý ủến một số cỏc thụng số sau:
+ Áp suất làm việc của hệ thống; + Lưu lượng dầu cụng tỏc;
+ Tốc ủộ làm việc ( vận tốc gúc, vận tốc dài) của cỏc cụm mỏy như bơm chớnh, mụ tơ thủy lực, xi lanh thủy lực;
+ Cụng suất truyền ủộng thủy lực;
+ Cỏc thụng số lực như mụ men trờn trục mụ tơ, lực ủẩy của xi lanh .... + Cỏc loại hiệu suất ηck, ηtl ...;
+ Nhiệt ủộ của chất lỏng làm việc trước và sau làm mỏt ...
Sau ủú ủem so sỏnh cỏc giỏ trị ủo ủược với cỏc chỉ tiờu thiết kế và tiờu chuẩn cho phộp của nhà chế tạo, chỳng ta hoàn toàn cú thể ủỏnh giỏ ủược tỡnh trạng kỹ thuật của hệ thống. Từ ủú cú thể xỏc ủịnh ủược chế ủộ bảo dưỡng, sửa chữa, khai thỏc hợp lý.
Xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn là xõy dựng mối quan hệ giữa trạng thỏi kỹ thuật ( hao tổn lọt dũng ) với cỏc thụng số chẩn ủoỏn theo thời gian p, v, Q = f(t) trong quỏ trỡnh chuyển tiếp ủược xõy dựng theo mụ hỡnh mụ phỏng ủể chẩn ủoỏn.
Dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn ta cú thể giả ủịnh ủược cỏc trạng thỏi hư hỏng vớ dụ như giả ủịnh ủộ lọt dũng bằng cỏch cho trước cỏc thụng số kỹ thuật ( hao tổn lọt dũng ) và thu ủược cỏc thụng số cần chẩn ủoỏn theo thời gian như (p, v, Q) = f(t) bằng phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp ủược xõy dựng theo mụ hỡnh mụ phỏng.
3.2. Phõn tớch kết cấu bơm và cỏc bộ phận dẫn ủộng thủy lực
3.2.1 Bơm thủy lực
Bơm thuỷ lực cú nhiệm vụ chuyển ủổi năng lượng cơ học thành năng lượng thuỷ lực. Theo hoạt ủộng cơ bản cú thể phõn loại bơm thành hai loại: thay ủổi ủược thể tớch làm việc và khụng thay ủổi ủược thể tớch làm việc.
Bơm bỏnh răng cú ưu ủiểm:
+ Thể tớch cấu tạo nhỏ gọn mật ủộ cụng suất lớn; + Cấu tạo ủơn giản;
+ Gọn phự hợp với ủiều kiện sử dụng khú khăn; + Hao tổn lọt dũng nhỏ, hiệu suất tốt;
+ Xung dũng nhỏ, ờm dịu, tuổi thọ cao; + Mụ mem quay lớn khi tần số quay thấp.
Tuy nhiờn cũng cú nhược diểm sau: Thể tớch làm việc khụng ủổi, lưu lượng thay ủổi nhờ tiết lưu, làm núng dầu.
Hỡnh 3.1: Sơủồ cấu tạo bơm bỏnh răng ăn khớp trong
3.2.2 ðộng cơ thuỷ lực
ðộng cơ cú nhiệm vụ biến ủổi năng lượng thế năng hay ủộng năng của lưu chất thành năng lượng cơ học – chuyển ủộng quay.
ðại lượng ủặc trưng của ủộng cơ là ủộ lớn của mụ men xoắn ủối với hiệu ỏp suất ở ủường vào và ủường ra xỏc ủịnh với lượng lưu chất cần tiờu thụ trong một vũng quay q, l/ph.
3.2.2.1 ðộng cơ bỏnh răng
ðộng cơ bỏnh răng ủược phõn thành 3 loại: ủộng cơ bỏnh răng thẳng, ủộng cơ bỏnh răng nghiờng, ủộng cơ bỏnh răng chữ V (hỡnh 2.7).
Hỡnh 3.2: ðộng cơ bỏnh răng
3.2.2.2 ðộng cơ cỏnh gạt
Nguyờn lý hoạt ủộng của ủộng cơ cỏnh gạt (hỡnh 2.8): lưu chất ủược dẫn vào cửa 1, qua rónh vũng 2 vào lỗ dẫn lưu chất 3. Dưới tỏc dụng ỏp suất lờn cỏnh gạt, rụto quay. Lưu chất ủược thải ra ngoài bằng lỗ 8 (nếu là dầu thỡ lỗ 8 ủược nối về bể dầu, cũn khớ nộn thỡ thải ra mụi trường khụng khớ).
Hỡnh 3.3: ðộng cơ cỏnh gạt
3.2.2.3 ðộng cơ piston
ðộng cơ pớt tụng cú khả năng làm kớn tốt hơn so với bơm cỏnh gạt và bỏnh răng, bởi vậy ủộng cơ pớt tụng ủược sử dụng rộng rói trong cỏc hệ thống thủy – khớ làm việc ở ỏp suất cao. Phụ thuộc vào vị trớ của pớt tụng ủối với rụto, cú thể phõn biệt ủộng cơ hướng kớnh và hướng trục.
1/ ðộng cơ pớt tụng hướng kớnh
Nguyờn lý làm việc của ủộng cơ pớt tụng hướng kớnh ủược mụ tả hỡnh 2.9: lưu chất vào khoang 4 tỏc ủộng ỏp suất lờn pớt tụng 3. Do rụto 5 lệch tõm với stato 2, nờn làm cho rụto 5 quay trũn và lưu chất ủược thải ra qua khoang 1.
2/ ðộng cơ pớt tụng hướng trục
Hỡnh 3.5: ðộng cơ pittụng hướng trục
Nguyờn lý làm việc của ủộng cơ pớt tụng hướng trục. Cỏc pớt tụng (1) dịch chuyển song song với trục của rụto và ủược dịch chuyển dưới ỏp suất của lưu chất ở cửa vào tỏc ủộng lờn ủỏy pớt tụng. Khi pớt tụng dịch chuyển tạo cho rụto (2) quay xung quanh stato (5) và do rụto ủược nối ủĩa trục quay (4) tạo ra chuyển ủộng quay ở trục
3.2.3. Xi lanh thủy lực
Xi lanh cú nhiệm vụ biến ủổi năng lượng thế năng hay ủộng năng của lưu chất thành năng lượng cơ học – chuyển ủộng thẳng hoặc chuyển ủộng quay.
Xi lanh ủược chia thành hai loại: xi lanh lực và xi lanh quay. Trong xi lanh lực chuyển ủộng tương ủối giữa piston với xi lanh là chuyển ủộng tịnh tiến. Trong xi lanh quay chuyển ủộng giữa piston và xi lanh là chuyển ủộng quay, gúc quay thường nhỏ hơn 360o.
3.2.3.1 Xi lanh lực
1. Xi lanh tỏc dụng ủơn
Áp lực tỏc ủộng vào xi lanh ủơn chỉ ở một phớa, phớa ngược lại là do lũ xo tỏc ủộng hoặc là ngoại lực tỏc ủộng.
Hỡnh 3.6. Xi lanh tỏc ủộng ủơn
2. xi lanh tỏc ủộng kộp
Áp lực tỏc ủộng vào xi lanh kộp theo hai phớa
Hỡnh 3.7. Xi lanh tỏc ủộng kộp
3.2.3.2 Xi lanh quay
Xi lanh quay cú khả năng tạo mụ men quay rất lớn. Gúc quay phụ thuộc vào số cỏnh gạt của trục. ðối với xi lanh cú một cỏnh gạt gúc quay cú thể ủạt 270 – 280o
3.3. Cỏchư hỏng thường gặp trong hệ thống thủy lực
Trong truyền ủộng thủy lực, việc truyền cụng suất trong hệ thống do chất lỏng ủảm nhận làm việc theo nguyờn lý choỏn chỗ. Trong trường hợp ủơn giản nhất hệ thống gồm một bơm ủược truyền ủộng cơ học cung cấp một lưu lượng chất lỏng ủể làm chuyển ủộng một xi lanh hay một ủộng cơ thủy lực. Áp suất tạo bởi tải trọng trờn ủộng cơ hay xi lanh lực cựng với lưu lượng ủưa ủến từ bơm tạo thành cụng suất cơ học truyền ủến cỏc mỏy cụng tỏc. Ở hệ thống thủy lực cú cấu tạo phức tạp với những chi tiết cực kỳ chớnh xỏc nờn khi hoạt ủộng cú cỏc hư hỏng thường gặp trong hệ thống mà chỳng ta cú thể nhận biết qua cỏc ủặc tớnh sau:
Hiện tượng hư hỏng Nguyờn nhõn
- Bơm cú tiếng ồn lớn
+ thiếu dầu hoặc khụng ủủ dầu; + ðộ nhớt dầu quỏ cao;
+ Khụng khớ lọt vào bơm ( lọt vào ủầu trục, ủường ống hỳt bị hỏng hoặc lỏng khớp nối, mức dầu thấp, khụng khớ lọt vào thựng dầu );
+ Bơm bị hỏng;
+ Tốc ủộ quay quỏ lớn; + Áp suất dầu vào lớn;
- Bơm khụng cú ỏp suất
+ Mức dầu quỏ thấp;
+ Bơm khụng hoạt ủộng hoặc hoạt ủộng sai chiều;
+ Valve ỏp suất bị hỏng hoặc bị kẹt + Bơm bị gẫy trục hoặc hỏng húc bộ phận + Mài mũn do dầu bẩn, do mạt kim loại trong dầu
- Áp suất bơm khụng ổn ủịnh
+ Áp suất làm việc quỏ thấp; + Hệ thống valve bị hở;
+ Dầu vào thựng quỏ nhiều hoặc quỏ ớt do valve hoặc xi lanh bị hỏng
- Valve giảm ỏp cú tiếng ồn
+ Valve bị quỏ tải
+ Xuất hiện chất bẩn hoặc mạt thộp giữa thõn và ủế valve
- Xuất hiện bọt khớ trong dầu
+ ðường ống hỳt bị hở + Ống hỳt quỏ tải
+ Miệng ủường ống hồi dầu cao hơn mức dầu
+ Sử dụng sai loại dầu
- Hệ thống quỏ núng
+ Khụng cú nước ủể làm mỏt + Dầu làm mỏt bị bẩn
+ ðộ nhớt của dầu lớn hơn mức cho phộp
+ Xuất hiện kẽ hở, rũ rỉ giữa cỏc thành phần của hệ thống
+ ðiều kiện hoạt ủộng bị thay ủổi + Bơm, valve, ủộng cơ bị quỏ tải
- Tốc ủộ quay của ủộng cơ nhỏ
+ Bơm bị hỏng
+ Tốc ủộ quay của bơm quỏ thấp + Nhiệt ủộ dầu quỏ cao
+ Sử dụng ủường ống cú kớch thước khụng ủủ
+ Bơm bị lọt khớ
+ Valve ủiều khiển bị hở + ðộng cơ bị quỏ tải
- Trục của ủộng cơ khụng quay
+ Bơm khụng hoạt ủộng hoặc hoạt ủộng sai chiều
+ Trục ủộng cơ bị bú sỏt vào thõn + Trục cỏc ủăng hoặc thõn trục bị vỡ + Áp suất làm việc quỏ thấp
+ ðộng cơ bị lẫn chất bẩn - Trục ủộng cơ quay sai chiều
+ ðường ống dầu ủược nối sai cửa ủộng cơ
+ Khớp nối và valve bị lắp sai - Trục ủộng cơ bị rũ rỉ + Phớt ủầu trục bị hỏng
- ðầu nối giữa ủộng cơ và thõn bị rũ rỉ + ðầu nối bị lỏng + Gioăng phớt mất tỏc dụng - Thõn ủộng cơ, bỏnh răng và vỏ bị rũ rỉ + Ốc lỏng + Giăng phớt mất tỏc dụng + Miếng ủệm bằng thộp mất tỏc dụng - Xi lanh thủy lực chảy dầu
+ Piston hoặc xi lanh bị xước + Giăng phớt hỏng mất tỏc dụng + Xi lanh bị lọt dầu
Trờn ủõy là một số những hư hỏng thường gặp trong hệ thống thủy lực ủó ủược một số chuyờn gia và thợ sửa chữa về thủy lực cú kinh nghiệm tổng kết lại. Tuy nhiờn ủõy cũng chỉ là những chẩn ủoỏn cỏc hư hỏng nhờ vào kinh