Thử nghiệm rung xóc động lực học - Phần 1: Yêu cầu thử nghiệm rung xóc trong sản xuất

Thử nghiệm rung xóc là gì? Tại sao phải thử nghiệm rung xóc?

Rung xóc là hiện tượng cơ học mà dao động xảy ra xung quanh vị trí cân bằng.

Hệ thống thử nghiệm rung xóc là một hệ thống mô phỏng môi trường rung động giả lập trong điều kiện phòng thí nghiệm để kiểm tra độ bền, độ tin cậy của các sản phẩm khi chịu tác động của các xung lực theo các hướng khác nhau nhằm đánh giá chất lượng của sản phẩm, hàng hóa.

Trong quá trình vận chuyển và hoạt động, hầu hết các sản phẩm hay hàng hóa sẽ đều chịu tác động của các lực quán tính, các xung lực hoặc các tác nhân va đập cơ học khác. Đó chính là các nguy cơ tiềm ẩn gây ra sự lỏng lẻo ở các vị trí kết nối giữa các chi tiết, linh kiện với nhau. Hoặc đó cũng là nguyên nhân gây ra sự chuyển động, xê dịch của những hàng hóa mà đáng lẽ ra chúng cần được cố định trong quá trình vận chuyển. Bởi vì những lý do trên mà yêu cầu thử nghiệm rung sóc đối với các loại sản phẩm, hàng hóa trước khi xuất xưởng và trước khi đến tay người tiêu dùng là cực kỳ quan trọng. Nó giúp cho các nhà sản xuất đánh giá được chất lượng sản phẩm, tìm ra và khắc phục được những sai sót ở từng công đoạn trong dây chuyền sản xuất. Những điều này rất cần thiết cho việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, nghiêm cứu và phát triển sản phẩm mới.

Tùy thuộc vào yêu cầu về thời gian rung, cũng như tần số rung cho từng đối tượng sản phẩm khác nhau mà người ta có thể đưa ra những đánh giá về độ bền và chất lượng sản phẩm được thử nghiệm.

Thử nghiệm rung xóc được ứng dụng trong những lĩnh vực gì?

Thử nghiệm rung xóc động lực học được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất: Hãng không – Vũ trụ, Ô tô xe máy, Điện tử điện lạnh, đóng tàu, lắp ráp cơ khí và vận chuyển – đóng gói. Thử nghiệm rung xóc áp dụng cho cả các sản phẩm hàng hóa có kích thước nhỏ hoặc rất nhỏ cho đến những loại máy móc, hàng hóa có khối lượng lớn hoặc rất lớn.

Trong lĩnh vực lắp ráp hay sản xuất sản phẩm (sản xuất phụ tùng, linh kiện ô tô, lắp ráp linh kiện điện tử, máy tính, linh kiện vệ tinh,...) thử nghiệm rung xóc kiểm tra chất lượng của các mối nối, các vị trí kết nối (bằng keo dán, bu lông - ốc vít, đinh tán...) của các chi tiết, các bộ phận với nhau.

Để thử nghiệm người ta sẽ sử dụng một hệ thống để tạo ra các điều kiện rung xóc giả lập có thể xảy ra trong thực tế dựa vào các yếu tố vật lý như tần số, gia tốc, vận tốc, biên độ dao động… Và cũng tùy thuộc vào từng mức độ yêu cầu khác nhau mà người ta sử dụng những hệ thống rung xóc có mức độ phức tạp khác nhau.

Thử nghiệm rung xóc đối với các thiết bị điện, điện tử nhỏ

Thử nghiệm rung xóc đối với các bộ phận máy móc, thiết bị

Thử nghiệm rung xóc trong lĩnh vực vận chuyển - đóng gói

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản của một hệ thống thử nghiệm rung xóc động lực học.

Thông thường một hệ thống thử nghiệm rung xóc động lực học gồm có 3 bộ phận chính

Cơ cấu tạo rung

Bộ tạo rung là nơi tạo ra xung lực cơ học theo tần số dao động để mô phỏng sự rung xóc có thể tác động lên đối tượng trong quá trình hoạt động hoặc vận chuyển.

Tùy thuộc vào yêu cầu, mức độ hay những tiêu chuẩn thử nghiệm khác nhau, có thể sử dụng bộ tạo rung với cường độ hoặc độ lớn khác nhau.

Đi kèm với cơ cấu tạo rung này có thể kèm theo các phụ kiện khác:

• Bàn đặt mẫu mở rộng và đồ gá có thể thiết kế theo yêu cầu để phù hợp với nhiều loại mẫu thử và kích thước khác nhau

Bàn đặt mẫu mở rộng và đồ gá

• Bàn trượt: Khi cần phải thử nghiệm rung xóc theo nhiều hướng khác nhau mà yêu cầu không được lật mẫu thử thì người ta còn sử dụng thêm bàn trượt mẫu để thử nghiệm xác xung lực tác động theo phương ngang (X,Y).

Bàn trượt

• Cơ cấu tạo rung 3 chiều: Với những tiêu chuẩn thử nghiệm có yêu cầu khắt khe, hoặc để tiết kiệm thời gian gá mẫu thì người ta cũng chế tạo ra những hệ thống tạo rung theo cả 3 chiều X,Y,Z.

Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là một hệ thống bao gồm nhiều các thiết bị điện – điện tử được kết nối và lắp đặt vào một tủ gọi chung là tủ điều khiển. Ở đó sẽ bao gồm một số thiết bị chính như:

• Bộ điều khiển: Đây chính là cơ cấu điều khiển chuyển động rung của bộ tạo rung theo tốc độ, tần số, gia tốc hoặc biên độ dao động yêu cầu. Bộ điều khiển cũng được kết nối với các đầu cảm biến có độ nhạy khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể. Độ nhạy của cảm biến thấp hay cao chính là khả năng phát hiện ra những xung dao động từ nhỏ hoặc rất nhỏ cho đến lớn.

Số lượng kênh tín hiệu đầu vào hay đầu ra cũng tùy thuộc vào từng yêu cầu của từng bài thử nghiệm cụ thể.

Bộ điều khiển

• Bộ khuếch đại tín hiệu (Ampifier): Đây cũng là một thiết bị bắt buộc trong hệ thống điều khiển. Chức năng của nó là để khuếch đại tín hiệu nhận được dù là rất nhỏ để đưa ra những tín hiệu hiển thị trên phần mềm lớn hơn giúp cho người vận hành có thể dễ dàng quan sát được những dao động dù là nhỏ nhất.

Bộ khuếch đại công suất

• Máy tính: Dùng để cài đặt và tạo các chương trình thử nghiệm dựa trên các thông số kỹ thuật yêu cầu trước đó.
• Ngoài ra, hệ thống điều khiển cũng sẽ bao gồm một hệ thống điện điều khiển với nhiều các linh kiện điện – điện tử khác.

Hệ thống làm mát

Trong quá trình bộ tạo rung hoạt động, luôn có một lượng nhiệt lớn được sinh ra. Để đảm bảo yếu tố nhiệt độ không ảnh hưởng đến khả năng vận hành của máy thì người ta cần phải bố trí thêm một hệ thống làm mát để giảm bợt lượng nhiệt sinh ra. Tương tự là hệ thống bôi trơn (trường hợp cần sử dụng bàn trượt) cũng là cơ cấu bắt buộc để giúp cho khả năng di chuyển của bàn trượt được trơn tru và giảm thiểu các yếu tố phát sinh nhiệt do ma sát gây ra.

Thông thường, có 2 kiểu làm mát phổ biến:

• Làm mát bằng khí (Air cooled): Đối với những thiết bị thử nghiệm rung xóc với lực thử nhỏ hơn 65 KN, hệ thống được làm mát bởi không khí thông qua một máy hút có công suất tùy theo cường độ hoạt động của bộ tạo rung.

Quạt làm mát

• Làm mát bằng nước (Water cooled): Đối với những thiết bị thử nghiệm rung xóc với lực thử lớn hơn 65 KN, hệ thống sẽ được làm mát bởi nước.

Dưới đây là sơ đồ khối cấu tạo tổng quan của một hệ thống thử nghiệm rung xóc.

Trong một số trường hợp có yêu cầu đặc biệt, hệ thống thử nghiệm rung xóc còn được tích hợp với một tủ thử nghiệm điều kiện môi trường. Hệ thống này thường được áp dụng cho những đối tượng sản phẩm khi hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.

Nguyên lý hoạt động cơ bản.

Dựa trên các thông số đã được cài đặt sẵn trên phần mềm, thiết bị điều khiển sẽ nhận tín hiệu và điều khiển để tạo ra các mô phỏng về chuyển động giống như trong thực tế nhưng với cường độ cao hơn. Tùy vào các tiêu chuẩn yêu cầu mà người ta có thể đặt mẫu trên bàn đứng hoặc bàn ngang hoặc có thể phải thử nghiệm trên cả hai bàn trên. Trong quá trình hoạt động, các tín hiệu dịch chuyển và rung động sẽ được cảm biến ghi lại và chuyển về bộ khuếch đại tín hiệu (Amplifier). Và những tín hiệu này sẽ được chuyển thành tín hiệu số gửi về phần mềm trên máy tính. Toàn bộ quá trình thử nghiệm sẽ được ghi lại và được biểu thị dưới dạng biểu đồ. Cũng trên biểu đồ này, người vận hành cũng có thể quan sát và ghi lại các giá trị hoặc các xung dao động bất thường để có thể đưa ra nhận định và đánh giá về tình trạng của mẫu thử nghiệm tại thời điểm tương ứng.

Đối với những hệ thống đơn giản hơn (không có hệ thống điều khiển), thì người ta chỉ đánh giá bằng ngoại quan hoặc kiểm tra lại khả năng hoạt động của mẫu thử khi đã trải qua một khoảng thời gian rung xóc.

Chúng ta sẽ tham khảo thêm các phần tiếp theo để hiểu rõ hơn về phương pháp thử nghiệm cũng như cách đánh giá kết quả thử nghiệm độ tin cậy của một sản phẩm bằng hệ thống thử nghiệm rung xóc động lực học.

Phần 2: Phương pháp thử nghiệm và đánh giá