Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về xử lý tín hiệu với đủ chi tiết để:
Mô-men xoắn là gì?
Nếu bạn còn nhớ trong lớp vật lý, lực là yếu tố đầu vào làm thay đổi chuyển động của một vật theo thời gian. Ví dụ, một lực tuyến tính đơn giản có thể đẩy (hoặc kéo) khối lượng ở trạng thái đứng yên, thay đổi vận tốc của nó bằng cách tăng tốc nó theo thời gian. Momen xoắn là lực làm cho vật quay quanh một trục quay. Do đó, mô-men xoắn là một “lực xoắn”, hay còn gọi là lực quay. Ví dụ rõ ràng nhất về mô-men xoắn là trục truyền động trong ô tô của bạn. Lượng mô-men xoắn mà động cơ có thể tạo ra trong trục đó quyết định khả năng thực hiện công của ô tô. Mômen xoắn là một vectơ, nghĩa là nó tác dụng theo một hướng nhất định. Mô-men xoắn là một “lực xoắn” dùng để quay hoặc quay trục truyền động, vít, bu-lông hoặc bánh xe.
Minh họa lực xoắn
Tại sao chúng ta cần đo mô-men xoắn?
Đo mômen cơ học của trục quay là điều cần thiết khi thiết kế, vận hành thử và xử lý sự cố tất cả các loại máy. Biết mômen cơ học thực sự của trục, cánh quạt hoặc bộ phận quay khác là cách duy nhất để biết rằng nó đang đáp ứng các thông số kỹ thuật của nó. Trong một số ứng dụng, điều quan trọng là phải luôn biết mô-men xoắn là bao nhiêu để đề phòng mô-men xoắn vượt mức nguy hiểm tiềm ẩn có thể dẫn đến hư hỏng hoặc hỏng hóc hệ thống. Đo mô-men xoắn là một phần quan trọng của bảo trì dự đoán.
Các loại mô-men xoắn chính là gì?
Có hai loại mô-men xoắn: mô-men quay và mô-men phản ứng: Mô-men quay hay còn gọi là mô-men quay hoặc mô-men xoắn động, Mô-men phản ứng hay còn gọi là mô-men tĩnh hoặc mô-men xoắn tĩnh
Mô-men xoắn quay (còn gọi là quay hoặc động) Các vật thể như trục, tua-bin và bánh xe quay nhiều lần (hoặc vô tận) quanh một trục, có mô-men xoắn quay hoặc “quay”.
Mômen phản ứng (còn gọi là mômen tĩnh hoặc tĩnh) Lực tĩnh tác dụng lên một vật được gọi là phản lực hoặc mômen tĩnh. Ví dụ, khi bạn đặt một cờ lê vấu vào một bu lông và sau đó cố gắng siết chặt nó, bạn đang tác dụng mômen phản lực lên nó. Ngay cả khi bu-lông không quay nhiều hoặc không quay chút nào thì mô men phản ứng vẫn tồn tại. Trong trường hợp này, mô-men xoắn được đo dưới một vòng quay.
Mô-men xoắn được đo như thế nào?
Mô-men xoắn có thể được đo gián tiếp và trực tiếp. Nếu bạn biết hiệu suất động cơ và tốc độ trục, bạn có thể sử dụng đồng hồ đo công suất để ước tính mô-men xoắn. Đây là một cách gián tiếp để đo mô-men xoắn. Một cách tốt hơn và chính xác hơn để đo mô-men xoắn là sử dụng phương pháp trực tiếp, sử dụng cảm biến mô-men phản ứng hoặc cảm biến mô-men quay. Sự khác biệt là gì?
Cảm biến mô-men xoắn phản ứng (tĩnh)
Cờ lê Lực
Cảm biến mômen phản ứng đo mômen tĩnh hoặc mômen không quay. Một ví dụ điển hình về cảm biến mô-men xoắn phản ứng là cờ lê mô-men xoắn. Công cụ này được sử dụng để đảm bảo rằng lượng mô-men xoắn chính xác được áp dụng cho bu lông, đai ốc hoặc các mối vặn khác. Đế của cờ lê có khả năng điều chỉnh lượng mô-men xoắn mong muốn và khi người vận hành tác dụng lực, một tiếng tách có thể nghe được sẽ phát ra khi đạt đến mô-men xoắn chính xác. Chúng thường được gọi là cờ lê lực và chúng cung cấp một số điểm đặt có thể điều chỉnh được.
Cờ lê mô-men xoắn kỹ thuật số có thước đo kim hoặc màn hình kỹ thuật số hiển thị mô-men xoắn tác dụng. Một số kiểu máy điện tử, đặc biệt là những kiểu máy dành cho công việc tại nhà máy, có bộ nhớ lưu trữ từng thao tác nhằm mục đích ghi chép và kiểm soát chất lượng. Để xem minh họa đơn giản về cách sử dụng cờ lê lực , hãy xem video này:
Cảm biến mô-men xoắn phản ứng sử dụng cảm biến áp điện dựa trên thạch anh hoặc cảm biến đo biến dạng để đo mô-men xoắn. Có rất nhiều loại và biến thể của cờ lê lực và tua vít lực.
Cảm biến mô-men quay (động)
Cảm biến mô-men quay là một bộ chuyển đổi chuyển đổi mô-men quay thành đầu ra mà chúng ta có thể đo, hiển thị, phân tích và lưu trữ. Bộ chuyển đổi mô-men xoắn quay được sử dụng để kiểm tra mô-men xoắn động cơ, kiểm tra động cơ đốt trong, kiểm tra động cơ điện, trục truyền động, tua-bin, máy phát điện, v.v. Có cả phương pháp trực tiếp và gián tiếp để đo mô-men xoắn.
Các phương pháp đo mômen gián tiếp có thể rẻ hơn và dễ thực hiện hơn trên trục hiện có, nhưng chúng không chính xác bằng phép đo mômen trực tiếp. Nếu bạn biết hiệu suất của động cơ và bạn có thể đo tốc độ trục cũng như mức tiêu thụ dòng điện của nó, bạn có thể ước tính mô-men xoắn theo cách này.
Phương pháp đo mômen trực tiếp chính xác hơn phương pháp gián tiếp. Hầu hết chúng liên quan đến việc sử dụng máy đo biến dạng gắn trên trục truyền động. Cảm biến này đo trực tiếp lực xoắn lên trục.
Các thiết bị đo biến dạng được liên kết với một trục truyền động. Tác dụng của lực quay làm cho trục bị xoắn.
Khi trục được quay bởi động cơ, nó sẽ xoắn rất nhẹ. Do độ cứng của thép nên không thể nhìn thấy độ xoắn bằng mắt thường nhưng có thể phát hiện được bằng các thiết bị đo biến dạng được liên kết với trục. Sự sắp xếp của bốn đồng hồ đo bao gồm một cầu Wheatstone, có đầu ra được cân bằng và điều chỉnh bằng hệ thống đo mômen quay. Đầu ra của máy đo biến dạng này có thể được nối trực tiếp (nếu có thể) hoặc được đo từ xa không dây tới phép đo mô-men xoắn hoặc DAQ (thu thập dữ liệu).
Một hệ thống đo mômen quay điển hình
Bên trong chính cảm biến mô -men xoắn, các đầu ra từ các cảm biến Strain gage được gắn trên trục được gửi đến các thiết bị điện tử bằng cách sử dụng vòng trượt (cảm biến Strain gage phải được cấp nguồn). Ngoài ra, một kết nối cảm biến không chổi than hoặc cảm ứng có thể được sử dụng, cho phép tốc độ cao hơn và ít hao mòn vật lý, dẫn đến việc bảo trì ít hơn trong thời gian dài. Góc và RPM cũng có thể được đo không tiếp xúc.
Hệ thống DAQ của Dewesoft lý tưởng để đo tất cả các thông số vật lý, bao gồm cả mô-men xoắn. Chúng cung cấp khả năng điều hòa tín hiệu riêng biệt để đảm bảo thu thập dữ liệu có độ nhiễu thấp và độ chính xác cao. Chúng cũng cung cấp đầu vào bộ đếm/RPM/bộ mã hóa tốc độ cao lý tưởng để đo đồng thời tốc độ, góc và vị trí trục. Trong hệ thống Dewesoft DAQ, dữ liệu bộ đếm analog và kỹ thuật số được đồng bộ hóa chính xác, điều này rất quan trọng đối với mọi ứng dụng – nhưng đặc biệt là khi tiến hành các thử nghiệm rung động quay và xoắn. Thông tin thêm về điều đó trong phần tiếp theo.
Đầu ra thử nghiệm độ rung xoắn và quay của DewesoftX
Hệ thống đo mômen quay được lắp đặt cố định
Trong hệ thống hiển thị ở trên, một cảm biến mômen quay được lắp giữa động cơ và phanh, sử dụng khớp nối ở mỗi bên. Trục chạy qua cảm biến được trang bị cảm biến đo biến dạng để đo lực xoắn trên trục. Đầu ra của tín hiệu này được điều hòa và gửi đến hệ thống đo DAQ (thu thập dữ liệu), hoặc đơn giản đến hệ thống hiển thị hoặc báo động kỹ thuật số nếu cần giám sát nhưng không ghi lại dữ liệu.
Cảm biến mô men quay được tùy chọn trang bị một bộ mã hóa để tạo ra tốc độ và góc trục rất chính xác. Những kết quả đầu ra này được sử dụng cho các nghiên cứu rung động xoắn và quay. Đo tốc độ và góc đầu ra là rất cần thiết trong các ứng dụng lực kế, trong đó chúng được sử dụng để tính công suất đầu ra (được biểu thị bằng HP hoặc Kw) và hiệu suất của động cơ.
Hệ thống đo mômen quay được lắp đặt tạm thời
Đối với các phép đo mômen quay không cố định, máy đo biến dạng có thể được gắn trực tiếp vào trục truyền động. Một giao diện nhỏ chạy bằng pin cung cấp năng lượng cho các cảm biến và đo dữ liệu từ xa không dây đến bộ phận xử lý gần đó, từ đó dữ liệu có thể được ghi lại, hiển thị và phân tích bằng hệ thống DAQ.
Cảm biến của Kistler tương thích với phần mềm DewesoftX DAQ và do đó có thể được tích hợp vào hệ thống DAQ ở mọi quy mô, từ một kênh đến hàng trăm kênh phân phối.
Ứng dụng phân tích thứ tự
Rung xoắn là nguyên nhân gây hư hỏng trên các trục quay. Phân tích rung động quay và xoắn là một công cụ quan trọng để khắc phục sự cố trục, trục khuỷu, bánh răng trong các ứng dụng ô tô, công nghiệp và phát điện.
Rung động xoắn là gì?
Dao động xoắn là dao động góc của một vật, điển hình là một trục dọc theo trục quay của nó. Chúng là các dao động cơ học gây ra bởi các mô men xoắn thay đổi theo thời gian được đặt chồng lên tốc độ chạy ổn định của trục quay. Trong kỹ thuật ô tô, rung động xoắn chủ yếu được gây ra bởi sự dao động trong công suất động cơ. Dao động xoắn được đánh giá là sự thay đổi tốc độ quay trong một chu kỳ quay. Các biến thể RPM thường được gây ra bởi mô-men xoắn dẫn động thô hoặc tải trọng thay đổi.
Rung động quay là gì?
Rung động quay đơn giản là thành phần động của tốc độ quay. Nếu chúng ta đo tốc độ quay của trục với độ chính xác cao, chúng ta sẽ nhận thấy rằng chúng ta có độ lệch cao về tốc độ quay ở một số vùng trong quá trình chạy. Điều này được gây ra bởi dao động góc vượt qua tần số góc tự nhiên của trục. Nó được tính bằng cách cắt thành phần DC của tốc độ quay hoặc góc quay. Mức độ rung xoắn bị ảnh hưởng bởi một số thông số, chẳng hạn như tính chất vật liệu và điều kiện vận hành như nhiệt độ, tải, RPM, v.v.
Cách đo độ rung khi quay và xoắn
Video ngắn này cung cấp phần giới thiệu cơ bản về cách thực hiện các phép đo quan trọng này, bao gồm lý thuyết cơ bản đằng sau nó và những lợi ích thực tế.
Giải pháp rung xoắn DewesoftX tự động tính toán một số thông số khác nhau:
Việc tính toán có thể được thực hiện trực tuyến trong thực tế- thời gian hoặc ngoại tuyến trên dữ liệu RAW đã lưu.
Tóm tắt
Cảm biến mô-men xoắn được sử dụng trong hàng trăm ứng dụng trên hầu hết mọi ngành công nghiệp. Cảm biến mô-men xoắn phản lực được tìm thấy trong cờ lê mô-men xoắn và các công cụ khác trong hàng nghìn ứng dụng trên mọi ngành công nghiệp. Trong các ứng dụng ô tô, cảm biến mô-men quay được tìm thấy trong bệ thử động cơ, máy đo lực, băng thử và bệ thử độ bền. Nhưng đó mới chỉ là khởi đầu của việc sử dụng chúng. Chúng cũng được sử dụng để thử nghiệm các thiết bị điều hòa không khí công nghiệp, máy cấp liệu cho gia súc và gia cầm quy mô lớn, robot thể thao, lắp ráp và thiết bị y tế, thử nghiệm năng lượng điện, v.v. Mô-men xoắn là một phép đo quan trọng trong rất nhiều lĩnh vực và ứng dụng. May mắn thay, có các cảm biến và bộ chuyển đổi để đo lường nó cũng như hệ thống DAQ để hiển thị, ghi lại và phân tích nó.
