Dạng hư hỏng thường gặp nhất trong hệ thống thuỷ lực là hao mũn. Với cỏc nguyờn nhõn chớnh là mài mũn cỏc mặt tiếp xỳc, mỏi, gỉ hoặc là do hoỏ già. Dưới cỏc ủiều kiện làm việc xỏc ủịnh sẽ dẫn ủến làm thay ủổi tớnh chất hao mũn theo thời gian do hoạt ủộng quỏ tải. Vật liệu và ủiều kiến sử dụng sẽ quyết ủịnh tớnh chất và loại hao mũn. Trong tài liệu [15] ủó chứng minh rằng tối thiểu trong hệ thống thuỷ lực cỏc bơm và ủộng cơ thuỷ lực cú tớnh chất hư hỏng ủặc trưng là hao mũn. Cú thể biểu diễn phõn loại và ủiều kiện hư hỏng của cỏc phần tử của hệ thống theo hỡnh 2.8
Hỡnh 2.8: Loại hư hỏng trong hệ thống thuỷ lực
ðểủỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật cần phõn biệt 2 quan ủiểm - Phõn tớch cỏc số liệu hư hỏng
- Phõn tớch quỏ trỡnh hư hỏng theo thời gian
Trường hợp thứ nhất ớt ủược người sử dụng quan tõm ủến bởi người ta chỉ cần cỏc biểu hiện cụ thể của một ủối tượng riờng biệt và cỏc giỏ trịn trung bỡnh khụng phự hợp. Ngược lai cỏc nhà sản xuất cỏc phần tử thuỷ lực lại rất quan tõm ủến cỏc số liệu hư hỏng ủể cú cỏi nhỡn tổng thể về tớnh chất hư hỏng của cỏc nhũm cấu trỳc (hỡnh 2.9)
Hư hỏng
Hao mũn Quỏ tải
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 48
Hỡnh 2.9. Tớnh chất hư hỏng của ủối tượng
Cơ sởủểủỏnh giỏ số liệu hư hỏng dựa trờn phương phỏp thống kờ toỏn học cú thể tham khảo bảng phõn loại hư hỏng và cỏc thụng sốủặc trung của ủộ tin cậy dưới ủõy.
Bảng 2.2. Loại hư hỏng và dạng phõn bố toỏn học
Loại hư hỏng Hàm phõn bố
Mài mũn Phõn bố chuẩn, phõn bố Weibull Han gỉ Phõn bố chuẩn
Mỏi Phõn bố chuẩn logarit, phõn bố Weibull H− hỏng ngẫu nhiên Phân bố hàm mũ
H− hỏng sớm Phõn bố chuẩn logarit
H− hỏng hỗn hợp Phõn bố chuẩn, Phõn bố Weibull, phân bố hàm mũ Hư hỏng sớm Hư hỏng muộn S t Hư hỏng ngẫu nhiờn M ứ c ủ ộ h ư h ỏ ng
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 49
Bảng 2.3. Các quan hệ cơ bản để xác định các thông số độ tin cậy
Thông số Lý thuyết Thực nghiệm
Mật độ phân bố thời điểm h− hỏng ( ) ( ) dF t f t dt = 0 ( ) ( ) n t f t N t ∆ = ∆
Xác suất qua khỏi ( ) ( )
t R t =∫∞ f t dt 0 ( ) ( ) N t R t N = Xác suất h− hỏng F t( ) 1= −R t( ) 0 ( ) ( ) n t F t N = Độ h− hỏng ( ) ( ) ( ) f t t R t λ = ( ) ( ) ( ) n t t N t t λ = ∆ ∆ Thời gian trung bình đến h−
hỏng đầu tiên 1 ( ) t t =∫∞R t dt 1 0 1 1 0 1 N i t t N = = ∑ Trong đó: N0 – Số phần tử hỏng N(t)- Số các phần tử đến thời gian h− hỏng n- Số phần tử quan sát
n(t)- Số phần tử quan sát đến thời điểm t
Hình 2.10: Quan hệ của các thông số đặc tr−ng với thời gian sử dụng
Đối với ng−ời sử dụng truyền động thuỷ lực, điều quan tâm nhất là nhận biết đ−ợc trạng thái h− hỏng của các nhóm cấu trúc cơ bản. Quá trình hao mòn th−ờng đ−ợc mô tả bằng một đ−ờng cong phụ thuộc thời gian (hình.2.11). Tăng hao mòn do mài mòn trong các nhóm cấu trúc thuỷ lực chuyển động quay th−ờng thể hiện qua l−u l−ợng dầu lọt phụ thuộc chế độ làm việc (hình..2.12.)
R(t) f(t) α(t) t R(t) f(t) α (t)
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 50
Để đánh giá nhóm cấu trúc thuỷ lực có nhiều cặp bề mặt mài mòn, thuận lợi nhất là lựa chọn các cặp lắp ghép đặc trung, tiêu biểu nhất cho việc sử dụng có hiệu quả của nhóm cấu trúc đó. Thông số đặc trung cơ bản đố với nhóm cấu trúc thuỷ lực là hiêu suất thể tích. Nếu ở đây sử dụng giá trị đo tuyệt đối thì việc biểu diễn kết quả chỉ có thể quy dẫn và so sánh đ−ợc khi tiến hành đo trong cùng một điều kiện hoạt động (áp suất, tần số quay, độ nhớt dầu). Do các yêu cầu trên chỉ có thể giữ đ−ợc trong phòng thí nghiệm nên ng−ời ta đ−a ra khái niệm gọi là trạng thái h− hỏng S, là tỷ lệ giữa l−u l−ợng lọt dòng ngoài của nhóm cấu trúc mới và đ| bị mài mòn. Thông số không thứ nguyên S biểu diễn trạng thái kỹ thuật của đố t−ợng không phụ thuộc vào chế độ làm việc của nó. Nếu coi trạng thái h− hỏng là hàm số của thời gian sử dụng thì có thể biểu diễn quá trình h− hỏng là quá trình thay đổi trạng thái (hình. 2.13)
Trạng thái giới hạn là giá trị đ−ợc xác định theo quan điểm kỹ thuật ( giới hạn hao mòn) hoặc theo quan điểm kinh tế (tăng chi phí năng l−ợng, tăng chi phí hoạt động, khả năng sửa chữa...) của ng−ời sử dụng.
Từ giá trị tr−ớc khi đạt đến trạng thái giới hạn có thể dự báo tuổi thọ còn lại của đối t−ợng chẩn đoán.
Hao mòn t Chạy rà Sử dụng bình th−ờng Nguy cơ h− hỏng Thời gian sử dụng
Hình2.11. Quan hệ hao mòn theo thời gian
L−u l−ợng lọt QL T n=const p=const Đ| mài mòn Mài mòn Nhiệt độ dầu Hình2.12. Các yếu tố ảnh h−ởng đến l−u l−ợng lọt dầu
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 51
Trạng thái h− hỏng đ−ợc xác định theo công thức
1 L LX Q S Q = (2.11) Trong đó
QL1- L−u l−ợng lọt của nhóm cấu trúc mới tại chế độ làm việc xác định QLx L−u l−ợng lọt của nhóm cấu trúc đ| mòn tại chế độ làm việc xác định Từ kết quả nhậ đ−ợc có thể đ−a ra các biện pháp cần thiết để làm tăng độ tin cậy và tối −u hoá công tác bảo trì hệ thống thuỷ lực.
t S
A-Trạng thái giới hạn
A
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 52 Ch−ơng 3
Xây dựng và phát triển hệ thống chẩn đoán d8 ngoại
3.1. Nhiệm vụ, yờu cầu và phương phỏp chẩn ủoỏn của hệ thống dó ngoại
Trong điều kiện chẩn đoán d| ngoại, hệ thống chẩn đoán cần có khẳ năng xử lý các thông tin chẩn đoán theo thời gian ở dạng tín hiệu analog hoặc digital và có thể xác định, xử lý và l−u trữ thông tin để thực hiện các nhiệm vụ cơ bản sau:
- Xỏc ủịnh cỏc thụng tin chẩn ủoỏn và xõy ựng cỏc dấu hiệu chẩn ủoỏn tương quan với trạng thỏi hư hỏng ủối với ủộng cơ diesel và hệ thống thủy lực.
- Xỏc ủịnh và biểu diễn quỏ trỡnh tỏch cỏc dấu hiệu chẩn ủoỏn theo tải trọng và thời gian hoạt ủộng của ủộng cơ diesel và hệ thống thủy lực.
- ðỏnh giỏ cỏc dấu hiệu chẩn ủoỏn ủể phõn tớch hư hỏng.
- Lưu trữ thụng tin ở dạng thớch hợp và cú khả năng tỏi truy cập.
Ngoài ra hệ thống chẩn ủoỏn dó ngoại cũn cần thỏa món cỏc yờu cầu sau: -Vận hành ủơn giản với nhu cầu kỹ thuật viờn tối thiểu.
- Biểu diễn trực quan cỏc kết quả chẩn ủoỏn.
- Cú khả năng kết nối thụng tin với cỏc hệ thống hoạt ủộng cú trợ giỳp của mỏy tớnh khỏc.
Do tớnh chất làm việc phõn tỏn, ủiều kiện chăm súc bảo dưỡng gặp nhiều khú khăn, số lượng chủng loại phong phỳ ủa dạng của cỏc loại máy xúc tự hành sử dụng trong nụng lõm nghiệp và xõy dựng nụng thụn nờn cụng tỏc chẩn ủoỏn ủối với cỏc loại ủộng cơ này cũng gặp nhiều khú khăn. Cỏc loại máy xúc này thụng thường cần ủược chẩn ủoỏn ngay tại ủịa bàn hoạt ủộng, tức là cụng việc chẩn ủoỏn cần ủược thực hiện trong ủiều kiện dó ngoại.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 53
Chẩn ủoỏn trong ủiều kiện dó ngoại, ngoài những tớnh chất và yờu cầu chung của cụng tỏc chẩn ủoỏn kỹ thuật, cần cú một số tớnh chất, yờu cầu riờng ủể việc chẩn ủoỏn cú tớnh chớnh xỏc và hiệu quả.
- Hệ thống chẩn ủoỏn dó ngoại cần gọn nhẹ, hiệu quả và chi phớ thấp. - Thiết bị cú tớnh ủa dạng cao, phự hợp với nhiều loại ủộng cơ khỏc nhau. - Phương phỏp chẩn ủoỏn phải phự hợp với ủiều kiện làm việc thực tế ngoài ủồng ruộng, cụng trường.
- Cỏc thụng số ủo và thiết bị ủo tương ứng cũng cần phải dễ ủo, dễ sử dụng ủủ gọn nhẹủể, ủảm bảo tớnh cơủộng cao.
- Qui trỡnh thực hiện ủơn giản, nhanh chúng, thuận tiện. - Cho kết quả nhanh và ủủ chớnh xỏc.
3.2. Xõy dựng hệ thống chẩn đoán dó ngoại động cơ diesel
Trong công trình [2] đ| giới thiệu một hệ thống chẩn đoán động cơ diesel trong điều kiện d| ngoại. Hệ thống chẩn đoán này rất phù hợp để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật và phát hiện sớm h− hỏng cho động cơ của các máy xây dựng đang hoạt động d| ngoại tại địa bàn (hình 3.1). Phần tiếp theo chúng tôi tiến hành phân tích lựa chọn và bổ sung một số cơ sở kiến thức chẩn đoán cho các động cơ diesel trên các máy xây dựng tự hành đang sử dụng phổ biến ở n−ớc ta.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 54 ðỘNG CƠ DIEZEL (quỏ trỡnh tăng tốc tự do) ðO VÀ XỬ Lí SƠ BỘ Cảm biến Ne, mb, D, Tgian Khuếch ủại Chyển ủổi A/D DASYLAB So sỏnh MATLAB/ SIMULINK Triệu chứng hư hỏng CHẤN ðOÁN HƯ HỎNG Phõn loại / suy luận Fuzzy HƯ HỎNG -Nguyờn nhõn -Trị số -Loại, vị trớ Mụ hỡnh xử lý tớn hiệu Mụ hỡnh tham chiếu Mức ga Hỡnh 3.1. Sơủồ cấu trỳc hệ thống chẩn ủoỏn ủộng cơ
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 55
3.2.1. Cỏc bộ phận của hệ thống chẩn ủoỏn dó ngoại 3.2.1.1. Cỏc cảm biến: 3.2.1.1. Cỏc cảm biến: 3.2.1.1. Cỏc cảm biến:
Chẩn ủoỏn ủộng cơ Diesel trong ủiều kiện da ngoại cần thiết tối thiểu hai loại cảm biến, cảm biến tốc ủộ quay và cảm biến do khúi trong khớ thải. Ngoài ra ủể bổ sung thụng tin cho mụ ủun chẩn ủoỏn hư hỏng, cú thể trang bị thờm cảm biến ủo nhiệt ủộ khớ thải, cảm biến ủo chi phớ nhiờn liệu, cảm biến ỏp suất cỏc te, thiết bịủo mức nộn trong buồng ủốt...
Cảm biến tốc ủộ quay cần ủủ nhạy ủể xỏc ủịnh biến ủộng mức khúi trong quỏ trỡnh tăng tốc tự do của ủộng cơ diesel. Tớn hiệu ra cũng cần ủủủiều kiện ủể khuếch ủại tiếp phự hợp với giỏ trị tiờu chuẩn tại cổng vào của cỏc bộ chuyển ủổi A/D thụng dụng. Cú thể tỡm mua cỏc cảm biến ủo khúi theo nguyờn lý khoa học, hoặc ủơn giản hơn cú thể tự thiết kế chế tạo cảm biến ủo khúi theo mục ủớch chẩn ủoỏn.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 56
3.2.1.2. Bộ phận khuếch ủại và chuyển ủổi A/D:
Bộ phận khuếch ủại và cạc A/D cần cú ủộ phõn giải và tần số lấy mẫu tương thớch với cỏc cảm biến ủể tiếp nhận và cung cấp cỏc tớn hiệu Digital cho mỏy tớnh ủể xử lý tiếp theo thời gian thực. Cỏc loại card A/D thớch hợp cho hệ thống chẩn ủoỏn dó ngoại xuất hiện nhiều trờn thị trường với giỏ cả chấp nhận ủược, thớ dụ bộ chuyển ủổi....
3.2.1.3. Bộ phận tạo lập triệu chứng hư hỏng:
Phần tử cấu trỳc quan trọng nhất của bộ phận tạo lập triệu chứng hư hỏng là mụ hỡnh tham chiếu ủó ủược xõy dựng và lưu giữ trong mỏy tớnh. Trong mụ hỡnh tham chiếu cú chứa cỏc ủặc tớnh cụng suất, ủặc tớnh mụ men, ủặc tớnh khúi của ủộng cơ chẩn ủoỏn ở trạng thỏi mới. Cỏc kiến thức thực nghiệm, kiến thức chuyờn gia ủể làm cơ sở phõn tớch, so sỏnh với cỏc thụng số quỏ trỡnh chuyển tiếp ủang diễn ra của ủộng cơ chẩn ủoỏn. Mụ hỡnh tham chiếu cú thể xõy dựng thuận lợi nhất bằng thực nghiệm và kinh nghiệm chuyờn gia cho mỗi loại ủộng cơ cần chẩn ủoỏn. Cỏc tớn hiệu số từ card A/D ủược ủưa vào một mụ hỡnh xử lý tớn hiệu với cụng cụ xử lý là phần mềm DASYLAB. Tại ủõy cỏc tớn hiệu ủược xử lý tiếp, hiển thị dạng quỏ trỡnh tớn hiệu theo thời gian của cỏc thụng số ne và D. Nhờ phộp ủạo hàm trong DASYLAB nhận ủược quỏ trỡnh tớn hiệu gia tốc gúc của ủộng cơ trờn cựng một hệ trục tọa ủộ thời gian. Tiếp tục xử lý bằng cỏc thuật toỏn trong DASYLAB xõy dựng ủược ủồ thị hai trục biểu diễn quan hệ giữa cụng suất, mụ men quay và ủộ khúi khớ thải theo tốc ủộ quay của ủộng cơ.
Kết hợp với cỏc thụng tin bổ sung như ỏp suất cỏc te, nhiệt ủộ khớ thải, chi phớ nhiờn liệu, ỏp suất nộn trong xylanh...so sỏnh với cỏc thụng số chuẩn và cỏc thụng tin của ủộng cơ trong trường hợp khụng hư hỏng trong mụ hỡnh tham chiếu cú thể tạo ra cỏc dấu hiệu, cỏc triệu chứng nhận biết hư hỏng của ủộng cơ chẩn ủoỏn. Cỏc triệu chứng hư hỏng tiếp tục ủược ủưa vào phõn tớch, ủỏnh giỏ trong bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 57
3.2.1.4. Bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng:
Trong bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng ủó cài ủặt sẵn một thư viện cỏc số liệu, cỏc cơ sở kiến thức chẩn ủoỏn ủể phõn tớch, ủỏnh giỏ và cụ lập hư hỏng. Cơ sở kiến thức chẩn ủoỏn ủược xõy dựng bằng thực nghiệm và tập hợp cỏc kinh nghiệm chuyờn gia cho mỗi loại ủộng cơ cần chẩn ủoỏn.
Việc chẩn ủoỏn hư hỏng ủược thực hiện theo phương phỏp suy luận xấp xỉ trờn cơ sở logic mờ. Cụng cụ xử lý của bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng là phần mềm MATLAB/ SIMULINK. Matlab ủược sử dụng ủể thiết lập ngõn hàng cơ sở kiến thức chẩn ủoỏn và xõy dựng hệ thống thụng số vào trong mụ hỡnh chẩn ủoỏn bằng logic mờ. Mụ ủun Fuzzi- logic trong Simulink là cụng cụ ủể xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn ủể phõn tớch, cụ lập hư hỏng.
ðầu ra của mụ hỡnh chẩn ủoỏn là cỏc kết luận xấp xỉ về trạng thỏi hư hỏng của ủộng cơ diesel.
3.2.1.5. Mỏy tớnh:
Cần trang bị một mỏy tớnh xỏch tay cú cấu hỡnh ủủ mạnh ủể cài ủặt cỏc phần mềm kỹ thuật như: DASYLAB, MATLAB, LABVIEW. Ngoài ra cú thể kốm thờm cỏc thiết bị nguồn thớch hợp ủể cung cấp ủiện cho mỏy tớnh và vận hành toàn bộ hệ thống chẩn ủoỏn.
3.2.1.6. ðối tượng chẩn ủoỏn
ðộng cơ Diesel cần chẩn ủoỏn ủược kớch hoạt bằng cỏch tăng mức ga