ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VI ĐIỀU KHIỂN XỬ LÝ TRONG THIẾT BỊ ĐO SỰ RUNG ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN XE Ô TÔ (24/02/2025)
Tóm tắt:
Trong bài nghiên cứu này này chúng ta đề cập đến khái niệm sự rung động tạo ra từ máy phát điện, ảnh hưởng của nó tới môi trường và trực tiếp với người điều khiển. Phần mềm đo độ rung động máy phát điện ô tô được tạo ra với mục đích giúp nghiên cứu rung động trên máy phát điện ô tô và đánh giá độ tin cậy của thiết bị điện này.
Keywords:vibration acceleration, vibration, generator.
1. Đặt vấn đề:
Sự rung động - đó là sự dịch chuyển dao động cơ học của một hệ thống hoặc một vật thể rắn. Rung động còn được hiểu theo nghĩa hẹp hơn là những rung động cơ học có ảnh hưởng rõ rệt đến con người. Trong trường hợp này chúng tôi nghiên cứu rung lắc trong tần số 1,6 – 1000 Hz.
Rung động trong máy phát điện ô tô là chuyển động của máy hoặc bộ phận máy trong chuyển động điều hòa ở hai bên vị trí cân bằng, là phản ứng của một hệ thống đối với một số kích thích bên trong hoặc bên ngoài hoặc lực tác dụng lên hệ thống. Với máy phát điện, do kết cấu từ không cân bằng, cùng với nhiều nguyên nhân khác dẫn tới hiện tượng máy phát điện bị rung động trong quá trình hoạt động.
Độ rung của máy phát là hiện tượng dao động hoặc chuyển động cơ học xảy ra trong khi máy quay xung quanh một trục. Nguyên nhân gây ra độ rung trong các thiết bị máy phát điện có thể xác định bởi nhiều nguyên nhân và có thể dùng dữ liệu đo để đánh giá tình trạng, hiệu suất của thiết bị.
2. Cơ sở lý thuyết
Các nguyên nhân gây ra hiện tượng rung động trong máy phát điện ô tô chủ yếu từ các yếu tố như sau:
- Mất cân bằng: phân bố không đều khối lượng xung quanh trục quay có thể gây ra độ rung động trong máy phát điện. Mất cân bằng này có thể do lỗi sản xuất, mòn hoặc lắp ráp không đúng cách;
- Sự sai lệch tâm rotor: khi trục chính của các thành phần quay không được căn chỉnh đúng cách, có thể dẫn đến độ rung trong quá trình hoạt động;
- Trục rotor cong: khi trục cong, dẫn tới sự mất cân bằng của rotor, phân phối lực không đồng đều dẫn tới rung trong khi rotor quay;
- Lỏng lẻo cơ học: các thành phần lỏng hoặc hỏng có thể gây ra độ rung do tạo ra lỗ hổng trong hệ thống;
- Rotor bị cọ xát: khi rotor bị cọ xát với stator, khối lượng phân bố quanh trục rotor không đều, kết hợp với lực ma sát giữa rotor và stator cũng gây ra hiện tượng rung động trong thiết bị quay;
- Cộng hưởng: nếu tần số tự nhiên của máy trùng khớp với tần số kích hoạt (như tốc độ hoạt động hoặc lực từ bên ngoài), có thể xảy ra hiện tượng đồng tần, dẫn đến độ rung gia tăng;
- Vấn đề ở bạc đạn: bạc đạn lỗi hoặc bôi trơn không đủ có thể gây ra độ rung trong máy phát điện;
- Vấn đề về hệ thống bánh răng hoặc đai truyền động: bánh răng bị mòn hoặc không khớp đúng cách có thể gây ra độ rung và tiếng ồn;
- Tác động không khí động học: trong máy phát điện có quạt làm mát, lực động học có thể gây ra độ rung;
- Khuyết điểm cấu trúc: sự biến dạng trong cấu trúc máy có thể góp phần vào các vấn đề về độ rung.
Vấn đề giảm độ rung, tiếng ồn trên máy móc hiện nay ngày càng trở nên quan trọng. Độ rung tăng cao làm giảm tuổi thọ của bộ nguồn trên xe, gây tiêu hao thêm năng lượng ở các chế độ vận hành nhất thời của bộ phận, dẫn đến sự xuất hiện và phát triển các bệnh nghề nghiệp của nhân viên chăm sóc, bảo dưỡng xe.
Mức độ tiếng ồn ngày càng tăng làm xấu đi hiệu quả môi trường của các phương tiện giao thông, làm tăng sự khó chịu, dẫn đến giảm năng suất lao động. Vì vậy, các yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ chống rung và tiếng ồn được đưa vào các văn bản quy định.
Sự rung động mạnh nhất có thể do các phương tiện mặt đất gây ra, bao gồm máy móc di chuyển trên mặt đất, xe tải công nghiệp và máy kéo nông nghiệp.
Sự khó chịu do gia tốc rung gây ra phụ thuộc vào tần số rung, hướng rung, điểm tiếp xúc với cơ thể và thời gian tiếp xúc với rung động.
Với rung động theo chiều dọc ở những người ở tư thế ngồi, cảm giác khó chịu là do bất kỳ tần số nào làm tăng biên độ rung một cách tương ứng.
3. Mô hình nghiên cứu
Trong kỹ thuật, rung động có thể vừa có lợi, vừa có hại. Rung động có lợi, như là nguồn dao động cơ học, được kích thích một cách có chủ đích bởi các bộ rung, được sử dụng trong các máy móc xây dựng, giao thông và các loại máy khác, nhằm thực hiện các công đoạn công nghệ khác nhau, trong việc vận chuyển vật liệu. Rung động có hại, phát sinh trong quá trình di chuyển của phương tiện, hoạt động của động cơ, tua-bin và các máy móc khác, đôi khi dẫn đến sự cố trong quá trình vận hành và thậm chí là sự hư hỏng của thiết bị.
Hình 1. Vi điều khiển Arduino nano.
Để minh họa nguyên lý hoạt động của thiết bị, cần kết nối nguồn điện cho vi điều khiển Arduino nano thông qua cổng máy tính (Hình 1). Các cảm biến gia tốc rung được kết nối với cổng của vi điều khiển. Chúng có thể được kết nối với đối tượng và tiến hành đo lường tương quan với nhau.
Hình 2. Phần mềm điều khiển thiết bị.
4. Kết quả nghiên cứu
Hình 3. Kết quả đo gia tốc rung động bằng 3 loại cảm biến trên trục Oy.
Sản phẩm phần mềm, được triển khai trên vi điều khiển Arduino Nano (Hình 2), sẽ cho phép thực hiện các phép đo tại ba điểm (Hình 3). Để thuận tiện, tất cả thông tin sẽ được truyền vào phần mềm Excel (Hình 4).
Hình 4. Kết quả gia tốc rung trong phần mềm Excel đối với ba cảm biến theo trục Oy và kết quả kết hợp.
Dựa vào kết quả được xuất ra dữ liệu từ các thành phần trên, chúng ta có thể đánh giá một cách chính xác rung động tạo ra từ máy phát điện ô tô trong quá trình làm việc.
5. Kết luận
Tóm lại, rung động xảy ra trên thiết bị máy phát điện là một hiện tượng tất yếu, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành thiết bị ở nhiều mức độ khác nhau. Vì thế, ngăn ngừa rung động trong máy phát điện bằng cách ứng dụng các công nghệ hiện đại là điều cần thiết và phải được thực hiện liên tục để tránh những rủi ro không mong muốn.
Sản phẩm phần mềm được tạo ra sẽ giúp nghiên cứu rung động trên máy phát điện ô tô và đánh giá độ tin cậy của sản phẩm. Rung động có ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của máy phát điện. Nó có thể dẫn đến sự lệch lạc của các cuộn dây rô-to hoặc stato, làm giảm hiệu suất và công suất của máy phát điện. Ngoài ra, rung động còn gây ra sự mài mòn quá mức các linh kiện, điều này có thể dẫn đến hư hỏng và sự cố. Rung động của các phần tử trong máy phát điện ô tô do chấn động cơ học và va đập gây ra sự thay đổi khoảng cách giữa các tấm của tụ điện, và điều này lại dẫn đến sự thay đổi tần số dao động.
Trang bị hệ thống giám sát rung động và đo lường định kỳ chỉ số rung cho máy phát điện là rất quan trọng. Điều này giúp hạn chế tối đa các thiệt hại do hiện tượng rung động trong thiết bị quay gây ra.
Tài liệu tham khảo
1. Blekhman, I.I. Vibrational Mechanics: Monograph. – Moscow: Fizmatlit, 1994. – 400 pages.
2. Belyakov, V.E. Assessment of Vibrational Load on Humans – Operators of Tracked and Wheeled Machines / V.E. Belyakov, I.I. Malakhov // Proceedings of the IX All-Russian Scientific and Practical Conference "Improvement of Systems for Operation and Restoration of Armament and Military Equipment. The Role of Quality Training of Military Technical Support Specialists" – Omsk: OABII, 2021. – Pp. 179-186.
Trần Tuấn Dũng - ThS, Trường Đại học Ngô Quyền